2019 Fiscal Year Annual Research Report
Exploring the novel properties of proteins by controlling the partial hydrophobicity
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19H00841
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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) |
平良 東紀 琉球大学, 農学部, 教授 (60315463)
若林 里衣 九州大学, 工学研究院, 助教 (60595148)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 脂質修飾 / タンパク質 / 両親媒性 / バイオ界面 / 架橋酵素 / 翻訳後修飾 / リポソーム |
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| Outline of Annual Research Achievements |
初年度の検討においては、人工脂質修飾タンパク質の構成ユニットとなる各種脂質化基質の設計と合成、脂質修飾のターゲットとなるタンパク質の多様化、脂質とタンパク質の連結を担う酵素の改変と応用について検討した。
まず、脂肪酸がN末端に導入された基質ペプチドの設計と合成を行うと共に、既往の脂質修飾技術の調査を行った。緑色蛍光タンパク質をモデルとした検討において、人工二分子膜（リポソーム）を利用した。分光学的な評価から、市販リポソーム製剤上への係留を確認した。さらに、リポソームの表面電荷により、動物培養細胞上への係留挙動が変化することを確認した。
次に、分担研究者の琉球大学平良教授の協力を仰ぎ、植物由来の酵素の組換え発現系を構築し、異なる融合タグが導入された複数の酵素に対して精製タンパク質を得ると共に、酵素活性を評価した。また、調製した酵素への脂質修飾法を検討し、脂質部位の構造と酵素活性の相関を検討するための評価系を構築した。さらに、脂質修飾タンパク質のより高度な機能化に向け、真核細胞由来タンパク質の利用のための技術基盤を構築した。具体的には、難発現性タンパク質の発現に向けたカイコによる組換えタンパク質生産系を研究室内で実行出来る体制を整えた。
最後に、脂質修飾に適した架橋酵素の創製に向け、基質特異性の改変を目的とした一連の組換え架橋酵素の調製を実施した。特に、架橋酵素が認識する基質ペプチドタグ配列の最適化により、架橋挙動が変化すること、また、特徴的なタンパク質構造体が得られることが明らかとなった。
以上より、次年度以降の研究進展に繋がる十分な成果が得られた。
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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、脂質化を介した両親媒性付与がタンパク質機能に与える影響の理解と、機能性疎水部位の導入に基づく社会的価値の追求の２つの目標を設定して検討を進めている。初年度においては、脂質部位の構造-機能相関のための脂質化基質のライブラリー化と、脂質修飾のターゲットとなるタンパク質の多様化のための技術基盤の構築を行うことを目標とした。初年度の検討においては、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、今後の展開に資する各種材料の準備と基礎的な知見の蓄積ができた。また、リポソームの利用と薬物送達システムへの発展に向け、新たな共同研究を実施することが決まった。以上の結果から、初年度の研究については概ね順調に進展していると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
次年度は、主として以下の３点について基礎検討を実施し、タンパク質への部位特異的な人工脂質分子の導入（部分疎水化）がタンパク質機能に与える影響の包括的な理解と、両親媒性の付与による新たなタンパク質機能の創出を目標として検討を進める。
１）脂質修飾対象タンパク質の多様化：機能ユニットとなるタンパク質について、対象タンパク質のレパートリーを拡充する。具体的には、分担研究者の平良教授の協力の下、脂質修飾用タグを付加した新たな酵素を調製する。また、脂質化基質ペプチドの最適化、脂質修飾タンパク質と生体界面の相互作用に対して新たな分子設計を行い、それらの基礎評価を行う。
２）薬物送達システム（DDS）との融合：脂質を基材とする新たなDDSの創出を試みる。異なる脂質組成からなる人工二分子膜（リポソーム等）上のタンパク質の局在の評価に精通した研究者との共同研究を新たに開始し、脂質化タンパク質と細胞膜の相互作用を、物理化学的観点から考察するためのモデル系の構築に関する基礎研究を実施する。これに付随して、脂質二分子膜上への脂質化タンパク質の組込方法や、リポソームに提示された脂質化タンパク質の機能評価を行う。
３）脂質修飾用架橋酵素の高機能化：対象タンパク質への脂質の導入法の効率化・高度化に向け、人工脂質化基質とタンパク質を部位特異的に架橋する酵素の改変についてもさらに検討を進め、研究を加速する。また、より社会的価値の高いタンパク質を用いた異分野融合研究に向け、薬理活性タンパク質の生化学と機能評価に精通した研究者との共同研究を新たに開始する。
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| Remarks |
九州大学新技術説明会 2019年10月17日, JST東京本部別館
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