パターンデザインペプチドライブラリーを用いた天然変性タンパク質の特性解析

• Project Area: Target recognition and expression mechanism of intrinsically disordered protein
• Project/Area Number: 22113508
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Biological Sciences
• Research Institution: Shinshu University
• Principal Investigator: 新井 亮一 信州大学, ファイバーナノテク国際若手研究者育成拠点, 助教 (50344023)
• Project Period (FY): 2010 – 2011
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2011)
• Budget Amount: ¥5,590,000 (Direct Cost: ¥4,300,000、Indirect Cost: ¥1,290,000); Fiscal Year 2011: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000); Fiscal Year 2010: ¥3,510,000 (Direct Cost: ¥2,700,000、Indirect Cost: ¥810,000)
• Keywords: 天然変性タンパク質 / ペプチドライブラリー / パターンデザイン / ファージディスプレイ / 相互作用解析 / NRSF / PAH1 / 人工タンパク質 / パターンデザインペプチド

Research Abstract

天然変性タンパク質はアミノ酸配列の保存性は低いにも関わらず、結合と折りたたみの共起によりターゲット分子と相互作用する機構や複数のターゲット分子と相互作用する機構など、まだ多くのことが分かっていない。そこで、天然変性タンパク質がターゲット分子と相互作用する機構・特性を調べるために、配列空間を拡張したパターンデザインペプチドライブラリーを設計・構築し、天然変性タンパク質の特性を解析することを目的として研究を行った。
まず、配列パターンの情報解析結果をもとに、mSin3BのPAH1ドメインに結合する天然変性領域について、疎水性、親水性、小側鎖残基等からなるパターンデザインペプチドライブラリーを設計・構築した。次に、それらのペプチドライブラリーから無作為にペプチド配列を選び、GSTプルダウンアッセイによりPAH1ドメインとの結合実験を行ったところ、有意に結合するものは得られなかった。この結果は、従来予想された天然変性領域コンセンサス結合配列パターンを満たすだけでは、PAH1ドメインへの結合には不十分であることを示唆している。
そこで、より強く相互作用するペプチド配列を探索するためにファージディスプレイスクリーニングを行った。その結果、ファージディスプレイのサイクルを進めるごとに特徴的なパターンの配列が顕著に選択されてきた。さらに、これらのペプチド配列についてファージELISAを行ったところ、NRSFより強い相互作用を示唆する天然変性領域ペプチド配列も見つかった。今後、これらのペプチド配列について、表面プラズモン共鳴バイオセンサー等により相互作用解析を行うことにより、天然変性結合領域とPAH1ドメインとの相互作用特性をより詳細に解明することができると考えられる。

Research Products

• [Journal Article] Domain-swapped dimeric structure of a stable and functional de novo 4-helix bundle protein, WA20 (2012)
  • Author(s): Ryoichi Arai, Naoya Kobayashi, Akiho Kimura, Takaaki Sato, Kyoko Matsuo, Anna F.Wang, Jesse M.Platt, Luke H.Bradley, Michael H.Hecht
  • Journal Title: The Journal of Physical Chemistry B Volume: (in press) Issue: 23 Pages: 6789-6797
  • DOI: 10.1021/jp212438h
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Dissecting Cell Signaling Pathways with Genetically Encoded 3-Iodo-L-tyrosine (2010)
  • Author(s): Hayashi, A., Hino, N., Kobayashi, T., Arai, R., Shirouzu, M., Yokoyama, S., Sakamoto, K.
  • Journal Title: ChemBioChem Volume: 12 Pages: 387-389
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Crystal structure of a dimeric de novo 4-helix bundle protein WA20 (2011)
  • Author(s): Ryoichi Arai, Akiho Kimura, Naoya Kobayashi, Takaaki Sato, Anna F.Wang, Jesse Platt, Luke H.Bradley, Michael H.Hecht
  • Organizer: IX European Symposium of The Protein Society
  • Place of Presentation: Stockholm, Sweden
• [Presentation] Crystal structure of a dimeric de novo 4-helix bundle protein WA20 (2011)
  • Author(s): Naoya Kobayashi, Akiho Kimura, Takaaki Sato, Anna F.Wang, Jesse Platt, Luke H.Bradley, Michael H.Hecht, Ryoichi Arai
  • Organizer: 第11回日本蛋白質科学会年会
  • Place of Presentation: 大阪
• [Presentation] メナキノン生合成酵素MqnD-生成物複合体のX線結晶構造解析 (2011)
  • Author(s): 松尾京子、大利徹、瀬戸治男、新井亮一
  • Organizer: 第11回日本蛋白質科学会年会
  • Place of Presentation: 大阪
• [Presentation] 枯草菌細胞壁溶解酵素阻害タンパク質IseAの構造機能解析 (2011)
  • Author(s): 新井亮一、北浦想之、福井貞晴、佐藤高彰、関口順一
  • Organizer: 第63回日本生物工学会大会
  • Place of Presentation: 東京
• [Presentation] Domain-swapped dimeric structure of a de novo 4-helix bundle protein, WA20 (2011)
  • Author(s): Ryoichi Arai, Naoya Kobayashi, Akiho Kimura, Takaaki Sato, Anna F.Wang, Jesse Platt, Luke H.Bradley, Michael H.Hecht
  • Organizer: PDB40 Symposium (A Special Symposium Celebrating the 40th Anniversary of the Protein Data Bank)
  • Place of Presentation: Cold Spring Harbor, NY, USA
• [Presentation] アミノ酸の種類を限定した新規人工ヘムタンパク質の創製 (2011)
  • Author(s): 福田晋士、新井亮一
  • Organizer: 第34回日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: 横浜
• [Presentation] Domain-swapped dimeric structure of a stable and functional de novo 4-helix bundle protein, WA20 (2011)
  • Author(s): Naoya Kobayashi, Akiho Kimura, Takaaki Sato, Kyoko Matsuo, Anna F.Wang, Jesse Platt, Luke H.Bradley, Michael H.Hecht, Ryoichi Arai
  • Organizer: 第34回日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: 横浜
• [Presentation] 超高熱古細菌Pyrococcus horikoshii由来オロチジン-リン酸脱炭酸酵素及びUMP,XMP複合体の結晶構造解析 (2010)
  • Author(s): 新井亮一、伊東夏織、加茂(内窪)友美、岸下誠一郎、白水美香子、横山茂之
  • Organizer: 第48回 日本生物物理学会年会
  • Place of Presentation: 仙台
  • Year and Date: 2010-09-20
• [Presentation] 高度好熱菌由来メナキノン生合成系酵素MqnDのX線結晶構造解析 (2010)
  • Author(s): 新井亮一、松尾京子、村山和隆、加茂(内窪)友美、西本まどか、外山光俊、倉光成紀、寺田貴帆、白水美香子、横山茂之
  • Organizer: 平成22年度グラム陽性菌ゲノム機能会議
  • Place of Presentation: 南木曽(長野県)
  • Year and Date: 2010-09-02
• [Presentation] Crystal structure of MqnD(TTHA1568), a menaquinone biosynthetic enzyme from Thermus thermophilus HB8 (2010)
  • Author(s): Arai, R., Murayama, K., Uchikubo-kamo, T., Nishimoto, M., Toyama, M., Kuramitsu, S., Terada, T., Shirouzu M., Yokoyama, S.
  • Organizer: Gordon Research Conference (Biopolymers 2010)
  • Place of Presentation: Newport, RI, USA
  • Year and Date: 2010-06-07
• [Remarks] 信州大学繊維学部プレスリリース
• [Remarks] ファイバーナノテク国際若手研究者育成拠点の新井亮一助教を中心とした国際共同研究グループが新規人工設計タンパク質の立体構造を解明
  • URL: http://www.shinshu-u.ac.jp/faculty/textiles/news/2012/03/46854.html
• [Remarks] 受賞
• [Remarks] The Protein Science Young Investigator Travel Grants/The Protein Society Finn Wold Travel Awards, Ryoichi Arai, Crystal structure of a dimeric de novo 4-helix bundle protein WA20
• [Remarks] IX European Symposium of The Protein Society, Stockholm, Sweden, May 22-26, 2011
• [Remarks] PDB40 Travel Awards, Ryoichi Arai, Domain-swapped dimeric structure of a de novo 4-helix bundle protein, WA20
• [Remarks] A Special Symposium Celebrating the 40th Anniversary of the Protein Data Bank, Cold Spring Harbor, NY, USA, Oct 28-30, 2011
• [Remarks] 研究室ホームページ
  • URL: http://bs.shinshu-u.ac.jp/arai/index.html/index.html