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脂質二重膜で機能するヘリックスペプチドを利用したミニマルインターフェイスの構築

Publicly Offered Research

Project AreaMolecular Cybernetics -Development of Minimal Artificial Brain by the Power of Chemistry
Project/Area Number 21H05887
Research Category

Grant-in-Aid for Transformative Research Areas (A)

Allocation TypeSingle-year Grants
Review Section Transformative Research Areas, Section (IV)
Research InstitutionKyushu Institute of Technology

Principal Investigator

平 順一  九州工業大学, 大学院情報工学研究院, 准教授 (20549612)

Project Period (FY) 2021-09-10 – 2023-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help
¥10,400,000 (Direct Cost: ¥8,000,000、Indirect Cost: ¥2,400,000)
Fiscal Year 2022: ¥5,200,000 (Direct Cost: ¥4,000,000、Indirect Cost: ¥1,200,000)
Fiscal Year 2021: ¥5,200,000 (Direct Cost: ¥4,000,000、Indirect Cost: ¥1,200,000)
Keywordsペプチド工学 / リポソーム / 電子顕微鏡 / CDスペクトル / ヘリックスペプチド / RCA / ヘリックス / 合成ペプチド / 脂質膜を介した情報伝達分子デバイス / ペプチド / 分子設計 / ヘリックス構造
Outline of Research at the Start

Sensor Processor Actuator(PSA)ユニットによる情報伝達は、内外が区別された微小なコンパートメントに対する化学的刺激のインプットとアウトプットの連続よりなされ、各コンパートメントにおける刺激の受容や伝達を行う分子はユニットの重要な「部品」と位置付けられる。細胞への外部刺激の入力を担う受容体等の膜貫通領域には集合化したヘリックス構造がよく見出され、同構造は膜を介したコミュニケーション素子の構造として最適と考えられる。本研究では、人工的にデザインしたヘリックスペプチドを用いて、PSAユニットへの外部刺激の入力を行うためのリガンド-受容体分子群の構築を目指す。

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、SPAユニットへの情報の入力やリポソーム間での情報伝達に関わる分子の設計・開発を目指し、脂質膜で機能する小型ペプチドの組織化とそのコントロールについて検討した。具体的には、脂質膜中で一定の集合状態をとり、可能な限り構造を単純化したヘリックスペプチドの開発を目指した。過去に代表者は、強力にヘリックス構造を誘導する特性を持つ2-アミノイソ酪酸を導入したヘリックスペプチドを二量化させ、静電的に会合させる技術を確立している。本研究ではこのペプチドを、脂質膜中で機能する受容体様インターフェースとして応用可能かを検討した。構成アミノ酸残基の50%を2-アミノイソ酪酸とし、両親媒性構造を持つ20残基のペプチドを基本骨格とした。このペプチドの親水面に正電荷または負電荷を導入したヘリックスをヘテロに二量化させたペプチドは、ナノモーラーレベルの濃度でも脂質膜に対して強く集積することが示唆された。膜成分の組成によってペプチドによる膜破壊が認められたため、このペプチドを脂質膜中で組織化・機能化するにあたって膜組成が重要であることが示唆された。また、一連の検討から、両親媒ヘリックスの疎水面に分岐アミノ酸を導入したペプチドは、上記のような二量化を行わなくとも、高い脂質膜への集積性と自己会合性を持つことが示唆され、本研究で目指す機能を持つペプチド骨格として優れていることが示された。
また、一連の検討を行ったペプチドのうちいくつかのもので、分子間会合によるファイバー状構造などの、より大きな構造体を形成する可能性が期待できたため、先端バイオイメージング支援プラットフォーム(ABiS)の支援のもと、水溶液中でのペプチドによる構造体の形成などについても併せて評価を行った。

Research Progress Status

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2022 Annual Research Report
  • 2021 Annual Research Report
  • Research Products

    (13 results)

All 2022 2021

All Journal Article (5 results) (of which Peer Reviewed: 5 results,  Open Access: 2 results) Presentation (8 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Invited: 2 results)

  • [Journal Article] Establishing a parallel compound screening method and identifying novel antimicrobial compounds targeting Staphylococcus aureus dihydrofolate reductase2022

    • Author(s)
      Junpei Nakashima, Masamune Takeuchi, Shuhei Kawamoto, Kohei Monobe, Junichi Taira, Shunsuke Aoki
    • Journal Title

      Journal of Applied Pharmaceutical Science

      Volume: 12 Pages: 036-047

    • DOI

      10.7324/japs.2022.120805

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Identification of novel inhibitors for mycobacterial polyketide synthase 13 via in silico drug screening assisted by the parallel compound screening with genetic algorithm-based programs2022

    • Author(s)
      Junichi Taira, Kahori Murakami, Kohei Monobe, Kohei Kuriki, Miu Fujita, Yosuke Ochi, Hiroshi Sakamoto, Shunsuke Aoki
    • Journal Title

      The Journal of Antibiotics

      Volume: 75 Issue: 10 Pages: 552-558

    • DOI

      10.1038/s41429-022-00549-z

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Complex Formation of Heme Oxygenase-2 with Heme Is Competitively Inhibited by the Cytosolic Domain of Caveolin-12021

    • Author(s)
      Takemoto M, Sakamoto H, Higashimoto Y, Taira J.
    • Journal Title

      Biochemistry

      Volume: 60 Issue: 29 Pages: 2300-2308

    • DOI

      10.1021/acs.biochem.1c00247

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Computer-assisted screening of mycobacterial growth inhibitors: exclusion of frequent hitters with the assistance of the multiple target screening method2021

    • Author(s)
      Kohei Kuriki, Junichi Taira, Masato Kuroki, Hiroshi Sakamoto, Shunsuke Aoki
    • Journal Title

      Int. J. Mycobacteriol.

      Volume: 10 Issue: 3 Pages: 307-311

    • DOI

      10.4103/ijmy.ijmy_137_21

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] 大学の枠を超えたオンライン生体分子デザインコンペティションの取り組み2021

    • Author(s)
      村田 智、葛谷 明紀、藤原 慶、平 順一、川又 生吹、佐藤 佑介、瀧ノ上 正浩、野村 M. 慎一郎、角五 彰、堀 豊、安部 桂太
    • Journal Title

      工学教育

      Volume: 69 Pages: 31-39

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Aib含有ヘリックスモデルペプチドにおける疎水性残基導入とイオンチャネル活性の相関2022

    • Author(s)
      山口夏純, 平 順一, 兒玉浩明, 長田總史
    • Organizer
      第59回化学関連支部合同九州大会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 細胞内においてヘムと構成型ヘムオキシゲナーゼの複合体形成を検出可能とするバイオセンサーの開発2022

    • Author(s)
      武本美沙希, 越智耀亮, 藤田美海, 東元祐一郎, 坂本 寛, 平 順一
    • Organizer
      第59回化学関連支部合同九州大会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 構成型ヘムオキシゲナーゼ(HO-2)の細胞内機能に対するカベオリン-1の関与2022

    • Author(s)
      武本美沙希, 坂本 寛, 平 順一
    • Organizer
      第44回蛋白質と酵素の構造と機能に関する九州シンポジウム
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] ローリングサークル増幅法で調製したラダー状DNA origamiへの転写因子由来ペプチドの集積化2022

    • Author(s)
      越智耀亮,平 順一
    • Organizer
      第6回分子ロボティクス年次大会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 脂質膜上で機能する受容体様ペプチドの構築と制御2022

    • Author(s)
      平順一
    • Organizer
      学術変革領域(A)「分子サイバネティクス」 領域セミナー
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] アダプタータンパク質Grb14 のインスリンシグナル抑制における機能の解明2021

    • Author(s)
      平 順一
    • Organizer
      令和3年度日本生化学会九州支部例会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] Domain movements of NADPH-cytochrome P450 oxidoreductase (CPR) are required for the smooth electron transfer from CPR to heme-heme oxygenase-1 (HO-1) complex2021

    • Author(s)
      Masakazu Sugishima, Junichi Taira, Mikuru Iijima,Hideaki Sato, Kei Wada, Masato Noguchi, Keiichi Fukuyama, Mitsunori Takano, Hiroshi Sakamoto, Ken Yamamoto
    • Organizer
      Acta Crystallographica SectionA
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 細胞内におけるヘムとヘムオキシゲナーゼ2の複合体形成を検出するバイオプローブ開発2021

    • Author(s)
      武本美沙希, 坂本 寛, 平 順一
    • Organizer
      第73回日本生物工学会大会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report

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Published: 2021-10-22   Modified: 2023-12-25  

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