Publicly Offered Research
Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
金属錯体触媒に、生物がもつ多様な分子環境を融合すれば、未踏の選択性を達成すると期待される。本研究では、多彩な反応性をもつ金属錯体触媒と、精緻かつ多様な反応場を提供するバレル型タンパク質を融合したバイオハイブリッド触媒を構築し、従来にはない位置選択性・官能基選択性・基質選択性を付与した触媒系を開拓する。バイオハイブリッド触媒における金属錯体近傍のアミノ酸残基を網羅的かつ高速に探索可能な実験室進化の手法を確立し、タンパク質反応場の最適化を行い、困難な反応選択性を示す触媒を開発する。
本研究では、多彩な反応性をもつ金属錯体触媒と、精緻かつ多様な反応場を提供するバレル型タンパク質を融合したバイオハイブリッド触媒を構築し、新たな位置選択性・官能基選択性・基質選択性を付与した触媒系の開拓に取り組んだ。具体的には、Cp*Rhコアを有するバイオハイブリッド触媒を出発点として、オキシムとアルキンの付加環化によるイソキノリン合成反応を対象として、より高活性なバイオハイブリッド触媒を指向性進化工学の手法により構築した。バレル型タンパク質ニトロバインディンのGln96Cys変異体のCysとCp*Rh 錯体のマレイミド基の付加反応により固定した触媒を、マルトース結合タンパク質との融合体として調製した。この融合型のRh連結バイオハイブリッド触媒を、マルトース結合レジンを用いて、簡便に精製、さらに、反応と生成物を評価する系を確立した。生成物の溶解度や蛍光強度を考慮した上で、原料のオキシムとアルキンの誘導体の組み合わせを複数検証し、ハイスループット評価を実施した。ニトロバインディンの遺伝子をコードする領域の全体に対してエラープローンPCRによりランダムに変異を導入、また、金属錯体の近傍のアミノ酸残基に対して全アミノ酸を変異導入する飽和変異の導入を行ったライブラリーを準備した。これらのライブラリーを利用して、タンパク質を発現、Cp*Rh 錯体の連結、そして触媒活性評価を行った。この手法により触媒活性の向上に寄与する残基位置と種類を複数選出し、さらに、これらを組み合わせたタンパク質反応場を決定する一連の操作を繰り返した。約4000種類の探索により、活性向上したRh連結ハイブリッド触媒の構築に成功した。新たなタンパク質ドメインをニトロバインディンに融合したバイオハイブリッド触媒では、基質結合能の向上によって、さらに触媒活性が向上することも見出した。
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
All 2021 2020 Other
All Int'l Joint Research (1 results) Journal Article (4 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results, Peer Reviewed: 4 results, Open Access: 3 results) Presentation (6 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results, Invited: 4 results) Book (2 results) Remarks (2 results)
Journal of Inorganic Biochemistry
Volume: 216 Pages: 111352-111352
10.1016/j.jinorgbio.2020.111352
Nature Catalysis
Volume: 3 Issue: 10 Pages: 851-858
10.1038/s41929-020-00513-w
Inorganic Chemistry
Volume: 59 Issue: 19 Pages: 14457-14463
10.1021/acs.inorgchem.0c02245
ChemBioChem
Volume: 22 Issue: 4 Pages: 679-685
10.1002/cbic.202000681
https://onoda-lab.jp/
