ubiquitin-selective recognition and labeling based on macromolecular self-assembly

Publicly Offered Research

Project Area	New frontier for ubiquitin biology driven by chemo-technologies
Project/Area Number	19H05288
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
Allocation Type	Single-year Grants
Review Section	Complex systems
Research Institution	The University of Tokyo
Principal Investigator	北之園拓東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 助教 (50755981)
Project Period (FY)	2019-04-01 – 2021-03-31
Project Status	Completed (Fiscal Year 2020)
Budget Amount *help	¥8,060,000 (Direct Cost: ¥6,200,000、Indirect Cost: ¥1,860,000) Fiscal Year 2020: ¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000) Fiscal Year 2019: ¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000)
Keywords	有機化学 / 高分子 / ユビキチン / 重合
Outline of Research at the Start	ユビキチンのように分子量の小さいタンパク質に対しても汎用的に応用可能な方法として、本研究課題では鋳型ポリマー法の確立を目指す。タンパク質表面の化学的性質に対応するように複数の官能基を導入したモノマーを用い、タンパク質表面上での自己配列を利用したランダム共重合によって合成する。合成された高分子鎖はタンパク質表面全体と相互作用することが期待され、ユビキチン選択的な分子認識能を付与することが可能である。更に鋳型ポリマーの概念を用いて他のタンパク質残基は反応させずにユビキチン表面残基を選択的にラベル化する方法へ応用を図る。
Outline of Annual Research Achievements	N-イソプロピルアクリルアミドを母骨格として、同じモノマー比率にて各種重合法を試したところゲル、ナノ粒子、粉末状のポリマーが得られた。ゲルは粘性の高さから実用向きではなく、ナノ粒子はタンパク質吸着能の再現性が悪い一方、RAFT重合によって平均分子量・分子量分布を制御したポリマーは実用性とユビキチン認識能の両立に寄与すると考えられた。また機能性モノマーがどの程度、認識能の向上に寄与するのか設計における指針を確立すべく、ウシ血清アルブミン(BSA)の結合サイトに結合することが知られている小分子を構造中に含んだ機能性モノマーの合成・ライブラリー化を進めた。ユビキチンを標的とする機能性モノマーの合成も同時に進めた。特に、indomethacinやauxinに代表されるようにインドール骨格もこれらタンパク質表面との親和性が指摘されていることから、各種インドール誘導体の合成も行った。ここでは「鍵と鍵穴」のようにあまりにも強い相互作用では使い勝手が悪くなってしまう虞もあり、創薬展開などで用いられているdivergent synthesis(多様化合成)の考え方に基づいて、不斉炭素を導入するなど構造のバリエーションを増やす方針とした。これら多様化合成の過程で、水中でのみ高立体選択的な反応が実現できる新しい触媒反応を見出しており、論文発表を行った。これまでに報告例のないシマントレンとインドール環を同時に含んだ化合物は、IR、ラマン活性という点を利用すれば生細胞中でのリアルタイムイメージングも可能になると想定され、ユビキチン研究の新たなツールとして活用できることが期待される。次に繋がるシーズが当初の想定以上に得られた一方、安定性や取り扱いなどの点で課題が残ったことから、構造最適化コストを減らすための大規模スクリーニング系の構築が今後の工夫として挙げられる。
Research Progress Status	令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
Strategy for Future Research Activity	令和2年度が最終年度であるため、記入しない。