2018 Fiscal Year Research-status Report
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18K04907
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
与那嶺 雄介 北海道大学, 電子科学研究所, 助教 (50722716)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 生体高分子 / ハイブリッド |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、酵素や抗体表面から直接、生体機能模倣ポリマーを伸長し、タンパク質が内在的に欠如している多機能性を補完して、機能を強化したタンパク質の開発を行うことを目的とした。合成高分子の自由度と、タンパク質が有する精緻な機能を兼ね備えた、機能性強化タンパク質を創出し、相乗効果を生み出す。具体的なタンパク質の修飾として、下記3つを検討している。(1)溶菌酵素リゾチームへ合成グライコポリマーを付与し、積極的に抗菌作用を示す酵素を開発する。(2)プロテアーゼにウイルスが認識する糖ポリマーを伸長し、高い不活性化能を有する抗ウイルス酵素を開発する。(3)抗体タンパク質に両性イオンモノマーを付加することで、体内動態・保持時間を向上させる。
本研究は当初、タンパク質を修飾するポリマーとして合成高分子に焦点を絞る予定であった。一方、近年の当該研究分野における他グループの研究進展が顕著であり、本研究のコンセプトに関して新規性の低下が懸念された。そこでタンパク質修飾ポリマーとして合成高分子だけではなく、生体適合性が高く温和な条件で伸長が可能な生体高分子にも焦点を当てることとし、その研究開発の優先度を上げた。純然たる生理条件下で、タンパク質表面から高分子鎖を伸長することで、当該研究分野に高いインパクトを示せると考えられる。
本年度の成果として、DNA伸長酵素を選定し、そのDNA伸長活性を確認した所、数マイクロメーターもの長さまでDNAを伸ばすことが可能であることが分かった。今後、実際にタンパク質を用いて、その表面からのDNA伸長を検討してゆく。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
本研究は当初、計3年間の研究期間を下記の全4段階に分けて遂行する予定であった。Step 1: 水溶性RAFT剤の設計・調製を行い、タンパク質表面への結合法を確立する。Step 2: 水溶液中・室温での光開始重合反応の条件検討を行う。Step 3: タンパク質表面に固定したRAFT剤から、光開始重合により機能性ポリマーを伸長し、最適なポリマーの長さ・組成を検討する。Step 4: 作製した機能強化タンパク質の特性評価および、機能の実証評価を行う。
一方、近年の当該研究分野における他グループの研究進展が顕著であり、本研究のコンセプトに関して新規性の低下が懸念された。そこでタンパク質修飾ポリマーとして合成高分子だけではなく、生体適合性が高く温和な条件で伸長が可能な生体高分子にも焦点を当てることとし、その研究開発の優先度を上げた。純然たる生理条件下で、タンパク質表面から高分子鎖を伸長することで、当該研究分野に高いインパクトを示せると考えられる。そこでまずDNAに着目し、タンパク質表面からDNAの伸長反応を行うことを目的とした。初めにDNA伸長酵素を選定し、大腸菌への形質転換・発現・精製を行った。得られた酵素のDNA伸長活性を確認した所、最大で数マイクロメーターもの長さまで、DNAを伸ばすことが可能であることが分かった。今後、実際にタンパク質を用いて、その表面からのDNA伸長を検討してゆく。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度の研究では、生体高分子を用いる方針に優先度を上げることで、純然たる生理条件下で極めて長いDNAを伸長することが確認できた。今後、実際にタンパク質表面からDNAの伸長反応を行う研究を推進してゆく。具体的には、低分子のビオチンに強固に結合するアビジンタンパク質を対象とし、DNA修飾の効果を検討して基礎的な知見を蓄積する。
さらに、生体高分子を純然たる生理条件下で伸長するコンセプトは、タンパク質に限らず様々なスケールの生体試料、例えば細胞小器官や生細胞などに、共通して適用できる可能性がある。今後は、修飾対象を当初のタンパク質のみに限定せず、様々な生体試料を対象とし、機能強化を目指す。
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| Causes of Carryover |
本年度の研究開発において、近年の当該研究分野における他グループの研究進展を鑑み、より高いインパクトを示せる方向へと研究方針を変更した。そのため、研究の進捗状況にやや遅れが出て、当初見積もっていたよりも予算の使用額が低くなった。一方、研究開発の方向性は明確になったため、次年度以降、研究開発に関わる費用も大きくなると考えられる。特に、酵素や核酸などの生化学試薬を頻繁に使う事となるため、繰り越した予算を有効活用する予定である。
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