バイオミネラリゼーション分子機構に基づく新規機能性ナノデバイスの創製

• Project Area: Fusion Materials: Creative Development of Materials and Exploration of Their Function through Molecular Control
• Project/Area Number: 23107505
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 小川 智久 東北大学, 生命科学研究科, 准教授 (80240901)
• Project Period (FY): 2011-04-01 – 2013-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2012)
• Budget Amount: ¥5,980,000 (Direct Cost: ¥4,600,000、Indirect Cost: ¥1,380,000); Fiscal Year 2012: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000); Fiscal Year 2011: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000)
• Keywords: バイオミネラリゼーション / 真珠 / X線構造解析 / タンパク質工学 / リン酸化修飾 / マトリックスタンパク質 / ジャッカリン様レクチン / ADPリボシルトランスフェラーゼ / レクチン / 組織プロテアーゼインヒビター / リコンビナント発現

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、マベガイ真珠バイオミネラリゼーションタンパク質のX線構造解析とタンパク質工学的解析、さらにマトリックスタンパク質の構造変化を詳細に解析し、真珠バイオミネラリゼーションに重要な構造要因とそのメカニズムを明らかにする。さらに構造制御する人工タンパク質・ペプチド超分子をデザインし、新規機能性材料の作成を目的とした。
１．真珠マトリックスタンパク質のリコンビナント発現系の構築：炭酸カルシウム結晶核形成促進因子である26kDaADPリボシルトランスフェラーゼ様タンパク質（26ART-P）のリコンビナント発現系は，大腸菌発現用にコドンを最適化させた人工遺伝子をもちいたところ，Hisタグ融合タンパク質での発現に成功した。また，ジャッカリン様レクチンPPL2をコンジェリンをタグとした発現系をもちいて十分な発現が見られた。
２．バイオミネラリゼーション制御機構の解明：真珠アラゴナイトマトリックスタンパク質のバイオミネラリゼーションに伴う構造変化を二次元電気泳動により比較した結果，リン酸化修飾による構造変化が示唆された。その主要なタンパク質成分として，26ART-Pとジャッカリン様レクチンなどが検出された。
３．結晶核形成促進因子の立体構造解析：26ART-Pのタンパク質結晶化条件探索を行い結晶を得た。X線露光実験を行い3.0 Aのデータ取得に成功したが、分子置換法では構造決定できなかった。同型置換法による位相決定を試み、K2PtCl4など重原子をソーキングし、Spring8 BL38B1にてMAD(多波長異常分散法)により測定したところ、Pt誘導体で微弱ながらもXAFSシグナルを観測できた。重原子誘導体単結晶MAD測定を行い位相決定を行ったが、モデル構築は困難であった。しかしMAD法が有効である事が確認できた。一方、PPL2AのX線構造解析も3.5A分解能でのデータ取得に成功した。

Research Progress Status

24年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

24年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Rhamnose-binding lectins induce respiratory burst activity in macrophage cells from rainbow trout (2013)
  • Author(s): Y. Watanabe, Y.-H. Chang, O. Nakamura, T. Naganuma, T. Ogawa, K. Muramoto
  • Journal Title: Fish. Sci Volume: 79 Issue: 3 Pages: 513-519
  • DOI: 10.1007/s12562-013-0624-7
  • NAID: 10031158698
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Allosteric regulation of the carbohydrate-binding ability of a novel conger eel galectin by D-mannoside (2012)
  • Author(s): M. Watanabe, O. Nakamura, K. Muramoto, T. Ogawa
  • Journal Title: J. Biol. Chem Volume: 287 Issue: 37 Pages: 31061-31072
  • DOI: 10.1074/jbc.m112.346213
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Galectins in the abdominal cavity of the conger eel Conger myriaster participate in the cellular encapsulation of parasitic nematodes by host cells (2012)
  • Author(s): O. Nakamura, M. Watanabe, T. Ogawa, K. Muramoto, K. Ogawa, S. Tsutsuia, H. Kamiya
  • Journal Title: Fish Shellfish Immunol Volume: 33 Issue: 4 Pages: 780-787
  • DOI: 10.1016/j.fsi.2012.07.003
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Production of transgenic rice plants expressing Dioscprea batatus tuber lectin 1 to confer resistance against brown plant hopper. (2012)
  • Author(s): Yoshimura S, Komatsu M, Kaku K, Hori M, Ogawa T, Muramoto K, Kazama T, Ito Y, Toriyama K
  • Journal Title: Plant Biotechnol. Volume: 29 Pages: 501-504
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Tracing Protein Evolution through Ancestral Structures of Fish Galectin (2011)
  • Author(s): Ayumu Konno, Atsushi Kitagawa, Mizuki Watanabe, Tomohisa Ogawa, Tsuyoshi Shirai
  • Journal Title: Structure Volume: 19 Issue: 5 Pages: 711-721
  • DOI: 10.1016/j.str.2011.02.014
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Purification and partial characterization of ostrich skeletal muscle cathepsin D and its activity during meat maturation (2011)
  • Author(s): Krause, J., Tshidino, S.C., Ogawa, T., Watanabe, Y., Oosthuizen, V., Somai, B., Muramoto, K., Naude, R.J.
  • Journal Title: Meat Science Volume: 87 Issue: 3 Pages: 196-201
  • DOI: 10.1016/j.meatsci.2010.10.009
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Diversified Carbohydrate-binding Lectins from Marine Resources (2011)
  • Author(s): Tomohisa Ogawa, Mizuki Watanabe, Takako Naganuma, Koji Muramoto
  • Journal Title: Journal of Amino Acids Volume: 2011 Pages: 1-20
  • DOI: 10.4061/2011/838914
  • Peer Reviewed
• [Presentation] マベ真珠バイオミネラリゼーションの分子機構と機能性材料への応用 (2013)
  • Author(s): 小川智久
  • Organizer: 2013年度日本農芸化学会大会シンポジウム4SY25 「バイオミネラリゼーション研究の新展開：ゲノム研究から融合マテリアル研究まで」
  • Place of Presentation: 仙台
  • Invited
• [Presentation] Structurally and Functionally Diverse Lectins from Marine Resources (2012)
  • Author(s): Tomohisa Ogawa
  • Organizer: 2nd Annual International Congress of Marine Biotechnology (WCMB2012),
  • Place of Presentation: Dalian (China)
  • Year and Date: 2012-09-20
  • Invited
• [Presentation] マベガイ真珠由来ジャッカリン関連レクチンによるアラゴナイト結晶の制御 (2011)
  • Author(s): 小川智久, 佐藤紗保, 佐藤理恵, 鹿内之寛, 永沼孝子, 村本光二, 尾定誠, 吉見享祐
  • Organizer: 第5回東北糖鎖研究会
  • Place of Presentation: 仙台
  • Year and Date: 2011-12-09
• [Presentation] タンパク質によるアラゴナイト結晶形成制御:真珠バイオミネラリゼーションから学ぶ (2011)
  • Author(s): 小川智久
  • Organizer: 日本化学会東北支部ナノマテリアルコロキウム
  • Place of Presentation: 仙台(招待講演)
  • Year and Date: 2011-09-17
• [Presentation] Reconstraction of ancestral forms and the evolutionary history of fish galectins reveal their rapid adaptive evolution process (2011)
  • Author(s): Tomohisa Ogawa, Mizuki Watanabe, Takako Naganuma, Koji Muramoto
  • Organizer: Interlec24
  • Place of Presentation: Brisbane, Austaralia
  • Year and Date: 2011-07-28
• [Presentation] マベガイ由来ジャッカリン関連レクチンの真珠バイオミネラリゼーション機構の解析 (2011)
  • Author(s): 佐藤紗保, 佐藤理恵, 鹿内之寛, 永沼孝子, 村本光二, 尾定誠, 吉見享祐, 小川智久
  • Organizer: 第30回日本糖質学会年会
  • Place of Presentation: 長岡
  • Year and Date: 2011-07-12
• [Presentation] 真珠の輝きの秘密:タンパク質による真珠アラゴナイト結晶および配向性の制御 (2011)
  • Author(s): 小川智久
  • Organizer: 応用数学連携フォーラム第20回ワークショップ
  • Place of Presentation: 仙台(招待講演)
  • Year and Date: 2011-06-29
• [Book] Experimental molecular archeology: reconstruction of ancestral mutants and evolutionary history of proteins as a new approach in protein engineering. Protein Engineering -Technology and Application (Ed. by T. Ogawa) (2013)
  • Author(s): Ogawa, T. and Shirai, T.
  • Total Pages: 22
  • Publisher: InTech, ISBN 980-953-307-520-9
• [Book] Lectins of marine origin and their clinical applications. In: Antitumor potential and other emerging medicinal properties of natural compounds (Ed. by E.F. Fang and T.B. Ng) (2013)
  • Author(s): Y. Watanabe, T. Naganuma, T. Ogawa, and K. Muramoto
  • Total Pages: 22
  • Publisher: Springer, ISBN 978-94-007-6213-8.DOI 10.1007/978-94-007-6214-5.
• [Patent(Industrial Property Rights)] マベガイのART26Pと選択的に結合するモノクローナル抗体およびそれを用いた良質真珠を生産するマベガイの選別方法 (2012)
  • Inventor(s): 小川智久, 小野史織, 永沼孝子
  • Industrial Property Rights Holder: 東北大学
  • Industrial Property Number: 2012-048082
  • Filing Date: 2012-03-05