2017 Fiscal Year Annual Research Report
Design and validation of functional supramolecular protein assemblies
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16H04581
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
神谷 典穂 九州大学, 工学研究院, 教授 (50302766)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
若林 里衣 九州大学, 学内共同利用施設等, その他 (60595148)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 蛋白質 / 生体触媒 / 翻訳後修飾 / バイオコンジュゲート / 自己集合 / 固相基質 / バイオインターフェース |
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| Outline of Annual Research Achievements |
昨年度の実績に基づき、天然のセルロース系バイオマス分解酵素システムを範とした固相基質の分解について検討した。異なる酵素ユニットとして、エンド型キシラナーゼと分岐鎖を切断するアラビノフラノシダーゼを選択し、人工ヘミセルロソームの調製を試みた。その際、ペプチド-タンパク質間での選択的共有結合形成を促進するSpyCather-SpyTagシステムを採用することで、２種酵素のモル比を制御可能な新たな足場分子の設計に成功した。さらに本系の発展型として、抗体結合ドメインと酵素の組み合わせからなる固相免疫測定系を構築し、本足場分子の汎用性を確認した。また、分岐型ビオチンをリンカーとする酵素集合系の構築において、キチンを基質とする酵素システムからなる人工キチナーゼ系の構築にも取り組んだ。
また、細胞表層に存在する膜タンパク質を認識可能なタンパク質集合系の構築を試みた。具体的には、ガン細胞膜上の特定のタンパク質を認識する核酸アプタマーを分子ユニットとして導入した人工バイオプローブ分子の設計を試み、ガン細胞を選択的に染色可能な核酸-蛍光タンパク質コンジュゲート型プローブ分子の調製に成功した。また、連携研究者の九州大学農学研究院日下部教授の協力を仰ぎ、カイコによる組換えタンパク質生産システムを利用して、シグナル増幅用酵素ユニットとして、組換え西洋ワサビペルオキシダーゼの発現とトランスグルタミナーゼ基質ペプチドタグの導入、タグ選択的なビオチン化によるシグナル増幅に成功した。さらに、水溶液中で自己集合化するタンパク質からなるナノ粒子の簡便調製法も確立した。以上の成果を、学術論文４編に纏めた。さらに、本研究の更なる発展に向け、トランスグルタミナーゼによるタンパク質の部位特異的脂質修飾系の確立も遂行し、簡便・迅速な脂質ラベル化を達成し、特許出願に至った。
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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
本研究では、タンパク質を機能ユニットとする超分子型自己集合系の構築により創発する新たな機能性を追求している。具体的には、酵素反応を用いた独自のタンパク質修飾技術に立脚し、生体由来界面において目的とする高次機能を発現する超分子型人工タンパク質集合系を創出することを目標として、基礎検討を遂行した。その結果、当初目標に掲げた全ての項目について基礎検討を実施し、それぞれの成果を学術論文４編に纏めることができ、１編の総説の依頼を受けた。異種タンパク質固定化用の新規足場分子、核酸アプタマーを認識部位とするプローブ分子、タンパク質と糖質からなるナノ粒子など、特徴的な成果物を創出できた。また、脂質分子とタンパク質の融合による新たな機能の創発に関して、一般的に困難とされる脂質修飾タンパク質の簡便調製法の確立に成功した。以上の結果から、本年度の研究についても順調に遂行できたものと判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
次年度は、主として以下の２点について基礎検討を実施する。
１）固相基質の高効率分解を志向した複合生体触媒系の構築と評価
異なるタンパク質から構成される天然の複合型酵素触媒システムを範として、その機能性が対象となる細胞の生死を制御するような系の構築に挑戦する。具体的には、真菌細胞壁を選択的に分解可能な酵素を選択し、そのドメイン構造をタンパク質工学的に分割・再集積することで、真菌の生育の阻止に必要とされる触媒ユニットや基質結合ユニットを設計する。これらの分子ユニットとペプチドタグ特異的なリガンド分子の導入により、新たな複合生体触媒システムの設計指針を得ることを目標とする。
２）異種生体高分子集合系の構築と細胞の機能亢進に向けた基礎検討
細胞機能により積極的に働きかけるタンパク質自己集合系の構築に挑戦する。概念実証のためのモデルタンパク質として、免疫系細胞の増殖と分化の中心的な役割を担い、社会的価値の高いサイトカインを選択する。集合体の機能評価にあたり、選択したサイトカイン感受性の動物細胞を選択する。分子設計上、機能損失の可能性の低い末端に修飾用ペプチドタグを導入し、リガンド部位として長鎖アルキル部位を導入した脂質リガンドユニットを合成する。導入する脂質の疎水部の長さに応じたミセル/リポソーム様自己集合型複合体の形成、細胞膜上へのサイトカイン集合体の滞留時間の制御の観点から、細胞増殖活性を指標として新たな超分子型人工タンパク質集合系の構築を試みる。
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