2020 Fiscal Year Annual Research Report
生体発動分子の創成：自然界の生体分子の改造とゼロからの設計
| Project Area | Molecular Engine: Design of Autonomous Functions through Energy Conversion |
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| Project/Area Number |
18H05420
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| Research Institution | National Institute of Information and Communications Technology |
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Principal Investigator |
古田 健也 国立研究開発法人情報通信研究機構, 未来ICT研究所フロンティア創造総合研究室, 主任研究員 (40571831)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
古賀 信康 大学共同利用機関法人自然科学研究機構(新分野創成センター、アストロバイオロジーセンター、生命創成探究, 生命創成探究センター, 准教授 (50432571)
小杉 貴洋 分子科学研究所, 協奏分子システム研究センター, 助教 (00771388)
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| Project Period (FY) |
2018-06-29 – 2023-03-31
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| Keywords | 生物分子モーター / DNAナノテクノロジー / タンパク質デザイン / ATP加水分解酵素 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
新規リニア型分子モーターの開発に関して、複数の異なるモーターによる輸送を一本のDNAナノチューブ上で実現し、長距離輸送（5 um以上）を達成した。さらに、異なるモーター間のクロストークを抑えることに成功し、Y字型に枝分かれしたDNA ナノチューブの上で、複数の種類のナノメートルサイズの「荷物」を自動的に仕分けたり統合したりするシステムのプロトタイプの作製に成功した。
ATPに結合する生体発動分子の設計に関しては、引き続きATPのリン酸基に結合する特徴的なモチーフ構造であるP-loopモチーフを含んだ安定なタンパク質の設計を試みた。昨年度設計したタンパク質の中に、わずかなATP結合能を持つことがあった。今年度は、そのタンパク質の結晶構造解析に取り組んだ。
複合体形成能を有する生体発動分子の設計に関しては、昨年度に引き続き、これまでに設計に成功している全てαヘリックスからなる人工タンパク質をそのタンパク質の表面が持つ凹凸による表面間の噛み合わせを利用した相互作用面をデザインすることで、６量体化することを目指した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
新規リニア型分子モーターの開発に関して、上記のように、もともとの目標であった、認識配列が異なる２種類以上のモーターを１本のDNAナノチューブ上で、クロストークを最小限に抑えた状態で動かすことに成功し、複数種のナノメートルサイズの「荷物」を自動的に仕分けたり統合したりするシステムのプロトタイプの作製に成功したため。
また、ATPに結合する生体発動分子の設計に関しては、昨年度設計したわずかにATPに結合することが確認できたタンパク質の結晶化を行った結果、十分な大きさの2.4Åの単結晶が得られ、その構造が、おおよそ設計通りの構造をしていたことと、複合体形成能を有するタンパク質に関して、昨年度６量体を形成するようにデザインしたタンパク質を大腸菌を用いて発現・精製し、CD測定や SEC-MALS測定などを行った結果、CDスペクトルによりほとんどの設計タンパク質がαヘリックスからなることが示され、SEC-MALSによりその中の一つがおおよそ設計通りの６量体に近い分子量に会合していることが確認されたため。
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| Strategy for Future Research Activity |
新規リニア型分子モーターの開発に関しては、今後、Y字型に枝分かれしたDNAナノチューブの歩留まりを向上すること、さらに複雑化してサーキットを作ること、輸送をさらに高速化することを目指す。
ATPに結合する生体発動分子の設計に関しては、得られた構造情報を基にしながら変異を導入することや、進化分子工学的な手法を取り入れることにより、さらに活性の高い変異体を見つけ出すことを目指す。
複合体形成能を有するタンパク質に関しては、６量体を設計した際と同じ方法で、他の多量体（２量体や５量体など）を設計することに取り組む。
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