網羅的ペプチド相互作用実験データを用いた天然変性蛋白質の特性解析と親和性デザイン

• Project Area: Target recognition and expression mechanism of intrinsically disordered protein
• Project/Area Number: 24113707
• 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, 繊維学部, 助教 (50344023)
• Project Period (FY): 2012-04-01 – 2014-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2013)
• Budget Amount: ¥11,830,000 (Direct Cost: ¥9,100,000、Indirect Cost: ¥2,730,000); Fiscal Year 2013: ¥5,980,000 (Direct Cost: ¥4,600,000、Indirect Cost: ¥1,380,000); Fiscal Year 2012: ¥5,850,000 (Direct Cost: ¥4,500,000、Indirect Cost: ¥1,350,000)
• Keywords: 天然変性蛋白質 / 相互作用解析 / ペプチドライブラリー / ファージディスプレイ / NRSF/REST / PAH1 / 蛋白質デザイン / ペプチド創薬 / 天然変性タンパク質 / パターンデザイン / PAH１ / タンパク質デザイン

Research Abstract

神経細胞特異的な転写抑制因子であるNRSFのN末端付近の天然変性領域は、コリプレッサーであるmSin3のPAH1ドメインとα-へリックス形成を伴って結合する。また、髄芽腫では、NRSFの高発現による過剰な転写抑制が報告されており、NRSFとPAH1の結合を拮抗阻害して、転写抑制の解除やアポトーシスを誘導する薬剤の開発が望まれている。そこで、PAH1とより強く相互作用するペプチドを設計開発することを目的とした。まず、アミノ酸の特性と配列パターンを効果的にデザインしたペプチドライブラリーを設計し、ファージディスプレイを行い、新規なPAH1結合配列群を獲得した。次に、これらの結合配列データの情報解析により親和性向上を目指した変異体をデザインし、表面プラズモン共鳴センサーを用いてPAH1との相互作用解析を行った。その結果、野生型NRSF(43-83)では解離定数 Kd = 3.3 μM に対して、Q45L変異体では Kd = 0.29 μM と約10倍の顕著な親和性の向上に成功した。これにより、親和性が向上した結合ペプチドをデザインするための一連の本手法について、一定の有用性を実証できたと考えられる。

Current Status of Research Progress

Reason

25年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

25年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] バイナリーパターンデザインによるデノボタンパク質WA20のドメインスワップ二量体構造 (2013)
  • Author(s): 小林直也，新井亮一
  • Journal Title: 酵素工学研究会誌, Volume: 69 Pages: 19-25
• [Journal Article] Recognition Model of a Uracil Residue in DNA by AP Endonuclease from Methanothermobacter thermautotrophicus (2013)
  • Author(s): Tabata, N., Kodera ,T., Arai, R and Shida, T.
  • Journal Title: Photon Factory Activity Report Volume: 30 Pages: 287-287
• [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] Solution structure of IseA, an inhibitor protein of DL-endopeptidases from Bacillus subtilis, reveals a novel fold with a characteristic inhibitory loop (2012)
  • Author(s): Arai, R., S. Fukui, N. Kobayashi, and J. Sekiguchi
  • Journal Title: J. Biol. Chem. Volume: 287(53) Issue: 53 Pages: 44736-44748
  • DOI: 10.1074/jbc.m112.414763
  • NAID: 120007104195
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 小林直也、福井貞晴、新井亮一、関口順一 (2013)
  • Author(s): 枯草菌細胞壁溶解酵素阻害タンパク質IseAの立体構造解析：特徴的な阻害ループを持つ“弓鋸型”新奇構造の解明
  • Organizer: 第13回日本蛋白質科学会年会
  • Place of Presentation: とりぎん文化会館（鳥取）
  • Year and Date: 2013-06-12
• [Presentation] ５種類限定アミノ酸セットによる新規人工ヘム蛋白質の創製 (2013)
  • Author(s): 倉沢 俊太、福田 晋士、新井 亮一
  • Organizer: 第13回日本蛋白質科学会年会
  • Place of Presentation: とりぎん文化会館（鳥取）
  • Year and Date: 2013-06-12
• [Presentation] 半田 雅憲、寺西 弘志、西村 善文、新井 亮一 (2013)
  • Author(s): パターンデザインペプチドライブラリーを用いたPAH1結合天然変性領域配列の設計開発
  • Organizer: 第13回日本蛋白質科学会年会
  • Place of Presentation: とりぎん文化会館（鳥取）
  • Year and Date: 2013-06-12
• [Presentation] 天然変性タンパク質のターゲット分子に強く結合するペプチドの探索及びデザイン (2013)
  • Author(s): 半田 雅憲、寺西 弘志、西村 善文、新井亮一
  • Organizer: 「細胞を創る」研究会6.0
  • Place of Presentation: 鶴岡メタボロームキャンパス（鶴岡）
• [Presentation] ヌンチャク型二量体人工タンパク質WA20のタンデム化とナノ構造ブロックの創出 (2013)
  • Author(s): 小林 直也、Michael H. Hecht、新井亮一
  • Organizer: 「細胞を創る」研究会6.0
  • Place of Presentation: 鶴岡メタボロームキャンパス（鶴岡）
• [Presentation] Solution structure of IseA, an inhibitor protein of DL-endopeptidases from Bacillus subtilis, reveals a novel fold with a characteristic inhibitory loop (2013)
  • Author(s): Arai, R., Fukui, S., Kobayashi, N. and Sekiguchi, J.
  • Organizer: International Conference on Structural Genomics 2013 (ICSG2013-SLS)
  • Place of Presentation: 京王プラザホテル札幌（札幌）
• [Presentation] Structural and functional analyses of binary pattern designed de novo proteins (2013)
  • Author(s): Arai, R. Kobayashi, N., Fukuda, S., Kurasawa, S. and Hecht, M.H.
  • Organizer: Enzyme Engineering XXII
  • Place of Presentation: 富山国際会議場（富山）
• [Presentation] 新規人工設計タンパク質WA20のドメインスワップ二量体構造及びそのタンデム化応用 (2012)
  • Author(s): 小林直也, Michael H. Hecht, 新井亮一
  • Organizer: 「細胞を創る」研究会 5.0
  • Place of Presentation: 東京工業大学（横浜）
  • Year and Date: 2012-11-21
• [Presentation] Domain-Swapped Dimeric Structure of a Stable and Functional De Novo Four-Helix Bundle Protein WA20, and its Potential Application (2012)
  • Author(s): Arai, R., Kobayashi, N., Kimura, A., Sato, T. and Hecht, M. H.
  • Organizer: The 18th Symposium of Young Asian Biochemical Engineers' Community (YABEC2012)
  • Place of Presentation: 徳島大学（徳島）
  • Year and Date: 2012-10-27
• [Presentation] 枯草菌細胞壁溶解酵素阻害タンパク質IseAの立体構造解析：特徴的な阻害ループを持つ弓鋸型新奇構造の解明 (2012)
  • Author(s): 新井亮一、福井貞晴、小林直也、関口順一
  • Organizer: 第64回日本生物工学会大会
  • Place of Presentation: 神戸国際会議場（神戸）
  • Year and Date: 2012-10-25
• [Presentation] 枯草菌細胞壁溶解酵素阻害タンパク質IseAの立体構造解析：特徴的な阻害ループを持つ弓鋸型新奇構造の解明 (2012)
  • Author(s): 福井貞晴、新井亮一、小林直也、関口順一
  • Organizer: 第50回日本生物物理学会年会
  • Place of Presentation: 名古屋大学（名古屋）
  • Year and Date: 2012-09-22
• [Presentation] 枯草菌細胞壁溶解酵素阻害タンパク質IseAの立体構造解析：特徴的な阻害ループを持つ弓鋸型新奇構造の解明 (2012)
  • Author(s): 新井亮一、福井貞晴、小林直也、関口順一
  • Organizer: 平成24年度グラム陽性菌ゲノム機能会議
  • Place of Presentation: 焼津グランドホテル（焼津）
  • Year and Date: 2012-08-31
• [Presentation] Arai, R., Kobayashi, N., Kimura, A., Teranishi, H., Sato, T., Bradley, L. H., Nishimura, Y. and Hecht, M. H. (2012)
  • Author(s): De novo proteins and interaction analysis using pattern-designed peptide libraries
  • Organizer: Gordon Research Conference, Intrinsically Disordered Proteins
  • Place of Presentation: Mount Snow Resort (West Dover, VT, USA)
  • Year and Date: 2012-07-09
• [Presentation] ドメインスワップ新規人工タンパク質WA20 のタンデム化とその特性 (2012)
  • Author(s): 小林直也, Michael H. Hecht, 新井亮一
  • Organizer: 第12回日本蛋白質科学会年会
  • Place of Presentation: 名古屋国際会議場（名古屋）
  • Year and Date: 2012-06-21
• [Presentation] ５種類限定アミノ酸セットによる人工ヘムタンパク質の創製 (2012)
  • Author(s): 倉沢俊太、福田晋士、新井亮一
  • Organizer: 「細胞を創る」研究会 5.0
  • Place of Presentation: 東京工業大学（横浜）
• [Presentation] パターンデザインペプチドライブラリーを用いたPAH1結合天然変性領域配列の設計開発
  • Author(s): 半田 雅憲、寺西 弘志、西村 善文、新井亮一
  • Organizer: 第86回日本生化学会大会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜（横浜）
• [Presentation] ドメインスワップダイマー新規人工タンパク質WA20のタンデム化とその特性
  • Author(s): 小林 直也、Michael H. Hecht、新井亮一
  • Organizer: 第86回日本生化学会大会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜（横浜）
• [Presentation] ５種類限定アミノ酸セットによる人工ヘムタンパク質の創製
  • Author(s): 福田晋士、倉沢俊太、新井亮一
  • Organizer: 第86回日本生化学会大会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜（横浜）
• [Presentation] ヒゲナガカワトビケラ由来新規シルク関連タンパク質の同定及び解析
  • Author(s): 白雪、山口裕子、志水誠、石原詩織、野村隆臣、大川浩作、石川えり、塚田益裕、阿部康次、平林公男、新井亮一
  • Organizer: 第86回日本生化学会大会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜（横浜）
• [Presentation] 配列パターンデザインによるデノボ蛋白質の半合理的創製とその応用
  • Author(s): 新井亮一
  • Organizer: 大阪大学蛋白質研究所セミナー「蛋白質の機能デザインに向けた実験と理論のインタープレー」
  • Place of Presentation: 大阪大学（大阪）
  • Invited
• [Presentation] 限定アミノ酸セットによる原始的人工ヘムタンパク質の創製
  • Author(s): 福田 晋士、倉沢 俊太、小林 直也、新井 亮一
  • Organizer: 超異分野学会2014
  • Place of Presentation: すみだ産業会館（東京）
• [Presentation] Crystal structures of MqnD, a menaquinone biosynthetic enzyme, complexed with the product, 1,4-dihydroxy-6-naphthoate, and its analogs
  • Author(s): Arai, R., Matsuo, K. and Dairi, T.
  • Organizer: 4th International Symposium on Diffraction Structural Biology 2013 (ISDSB2013)
  • Place of Presentation: 名古屋市中小企業振興会館（名古屋）
• [Presentation] A De Novo Heme Protein, Dnhps1, Created from a 5-Amino Acid Alphabet
  • Author(s): Fukuda, S., Kurasawa, S., and Arai, R.
  • Organizer: 27th Annual Symposium of The Protein Society
  • Place of Presentation: Boston Marriott Copley Place, Boston, MA, USA
• [Presentation] Construction and characterization of tandem WA20 domain-swapped de novo proteins with various linkers
  • Author(s): Naoya Kobayashi, N., Michael H. Hecht, and Ryoichi Arai
  • Organizer: 27th Annual Symposium of The Protein Society
  • Place of Presentation: Boston Marriott Copley Place, Boston, MA, USA
• [Presentation] Molecular cloning of novel silk proteins from larvae of caddisfly, Stenopsyche marmorata
  • Author(s): X. Bai, K. Ohkawa, T.Nomura, S. Ishihara, Y. Yamaguchi, M. Tsukada, K. Abe, K. Hirabayashi, R. Arai
  • Organizer: The 8th China International Silk Conference
  • Place of Presentation: 蘇州大学（Suzhou, China）
• [Presentation] 配列パターンデザインとファージディスプレイを用いたPAH1結合天然変性領域配列の探索・変異体デザインおよびSPRによる相互作用解析
  • Author(s): 半田 雅憲、寺西 弘志、高野 光則、西村 善文、新井亮一
  • Organizer: 第14回日本蛋白質科学会年会
  • Place of Presentation: 横浜産貿ホールマリネリア（横浜）
• [Presentation] デノボタンパク質WA20を利用したナノブロックによる自己組織化ナノ構造の創製
  • Author(s): 小林直也、柳瀬慶一、佐藤高彰、Michael H. Hecht、新井亮一
  • Organizer: 第14回日本蛋白質科学会年会
  • Place of Presentation: 横浜産貿ホールマリネリア（横浜）
• [Presentation] ヒゲナガカワトビケラ由来新規シルク蛋白質及び関連蛋白質の網羅的同定と解析
  • Author(s): 白雪、山口裕子、野村隆臣、大川浩作、石川えり、塚田益裕、阿部康次、平林公男、新井亮一
  • Organizer: 第14回日本蛋白質科学会年会
  • Place of Presentation: 横浜産貿ホールマリネリア（横浜）
• [Presentation] 配列パターンデザインによるデノボ蛋白質の半合理的創製とその応用
  • Author(s): 新井亮一
  • Organizer: 第14回日本蛋白質科学会年会
  • Place of Presentation: ワークピア横浜（横浜）
  • Invited
• [Remarks] 信州大学繊維学部 研究成果プレスリリース
  • URL: http://www.shinshu-u.ac.jp/faculty/textiles/news/2012/12/50284.html