2023 Fiscal Year Final Research Report
Creation of Biomolecular Engines: Engineering Naturally Occurring Biomolecules and Designing from Scratch
| Project Area | Molecular Engine: Design of Autonomous Functions through Energy Conversion |
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| Project/Area Number |
18H05420
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Review Section |
Complex systems
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| Research Institution | National Institute of Information and Communications Technology |
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Principal Investigator |
Furuta Ken'ya 国立研究開発法人情報通信研究機構, 未来ICT研究所神戸フロンティア研究センター, 研究マネージャー (40571831)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
古賀 信康 大阪大学, 蛋白質研究所, 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 Final Research Achievements |
We have succeeded in the development of a new linear-type biomolecular engine by engineering a naturally occurring motor protein, dynein, and various DNA-binding domains. This allowed us to operate more than two types of motors with distinct recognition sequences on a DNA nanotube, making it possible to create a system capable of automatically sorting and integrating cargoes. Moreover, we have successfully engineered naturally occurring rotational biomolecular engines with novel allosteric sites. These sites, created by restoring a lost function during evolution, made possible of the boost and regulation of the rotation. Toward the design of biomolecular engines from scratch, we have developed methods to create new protein building blocks. Furthermore, we have successfully designed proteins that bind ATP and proteins that self-assemble into symmetric oligomers: dimers, pentamers, and hexamers.
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| Free Research Field |
生物物理学 / タンパク質工学 / 合成生物学
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| Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
これまでのDNAナノテクノロジーは応用が期待されていたものの、動的な制御機能や高速な駆動モーターを欠いていたため、実用化への道筋が立っていなかった。本研究は、DNAナノ構造体を直接高速に駆動する分子マシンを創出したことで応用の可能性を飛躍的に高めた。今後、生物で使われているものに匹敵する、あるいは凌駕するようなデバイスの開発など、新しい原理に基づいた産業への道を拓くことが期待される。また生体内で多くのタンパク質は複合体を形成し機能する。本研究のように、タンパク質複合体の機能を制御したり、新規に機能を付与することは、生命現象の理解と制御や、医療を含めた各種産業への貢献につながると考えられる。
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