2020 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 / 架橋酵素 / 翻訳後修飾 / リポソーム / 抗真菌活性 / 相分離 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は、当初の計画に沿って、脂質修飾対象タンパク質の多様化、タンパク質への脂質部位導入法の高度化、さらに細胞膜との相互作用を精緻に評価可能な人工脂質系との融合、の３点について基礎研究を実施した。
まず、抗真菌活性を有するキチナーゼについて、脂質導入用ペプチドタグが導入された一連の組換え酵素を調製し、異なる分子構造を有する脂質が導入された酵素群を得た。これらの抗真菌活性について、分担研究者の琉球大学平良教授の協力の下、カビの増殖抑制試験を実施した。その結果、当初は想定していなかった興味深い結果が得られ、抗真菌活性を有する新しい薬物送達システム（DDS）の可能性を見出した。さらに、一般的なDDSキャリアであるリポソーム系との融合を試み、概念実証を達成し、特許出願に至った。
一方、脂質修飾タンパク質の性質をより詳細に検証するためには、脂質組成やそれに伴う相分離挙動の評価が可能な人工ベシクルを用いた系が必須となると考え、北陸先端科学技術大学院大学高木教授との共同研究を開始した。その結果、人工膜上へのアンカリングさらにはその相分離状態に応じた局在変化の観察が可能なことを明らかにした。
並行して、脂質修飾技術の汎用化を目指した架橋酵素変異体の取得と応用において、菌体細胞質で利用可能な変異体を見出した。これにより、生細胞内での脂質修飾の可能性が開かれた。また、IgG抗体Fc領域に結合する膜タンパク質の細胞外ドメインへのペプチドタグの導入並びに脂質修飾に関する基礎検討を実施した。さらに、本学農学部・薬学部との共同研究において、コロナウイルス外被Sプロテインの部位特異的修飾への適用も検討した。
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。これまでの研究において、導入する脂質部位の僅かな構造の違いにより、全く異なる抗真菌活性が生まれることや、人工二分子膜上での局在が変化することなど、興味深い成果が蓄積されている。前者については、その社会的価値から、基本特許の出願を実施した。また、実際の生細胞での利用を志向し、抗体結合ドメインへの脂質導入を試みている。さらに、架橋用酵素の進化に向けた基礎検討も進み、分野を超えた共同研究の端緒となる結果が得られた。以上の第２年次の研究成果を踏まえ、コロナ禍での実験時間の制約の下、最大限の成果が上がったと考えられることから、概ね順調に進展していると判断できる。
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| Strategy for Future Research Activity |
次年度は、これまでの基礎研究で蓄積された数々の知見に基づき、タンパク質の部位特異的脂質修飾技術の高度化と、人工細胞系ならびに生細胞を対象とした検討へと移行する。
部位特異的脂質修飾技術の高度化については、新たに見出した架橋酵素変異体を活用し、既往の検討とは異なる組み合わせでの人工脂質修飾を図る。これにより、初期検討で明らかとなった対象タンパク質への基質ペプチド導入における課題の解決を試みる。具体的には、研究分担者の琉球大学平良教授との人工脂質化酵素が組み込まれた新たな抗菌システムの構築において、ペプチドタグの導入により発現量の低下が観察されたタンパク質を対象とした検討を実施する。さらに、人工二分子膜（リポソーム）を基材として用いた系で観察された極めて高い抗真菌活性についての検討を進める。具体的には、抗菌剤の種類と可溶化状態との相関を行うことで、さらなる抗真菌活性の向上を目指し、実用化に向けた基礎データの蓄積を進める。
人工細胞系との融合研究では、令和２年度より開始した北陸先端科学技術大学院大学との共同研究を深化させる。ここでは、脂質化タンパク質と細胞膜の相互作用を、導入される脂質部位の物理化学的性質の観点からの考察を深めるために、細胞サイズのリポソームを用いた相分離モデル系の構築と脂質修飾タンパク質の局在に関する基礎研究を継続する。さらに、生細胞系との融合を試みるために、実際に細胞膜上で機能している受容体タンパク質の細胞膜外ドメインを調製し、これに脂質を導入した人工タンパク質受容体を作製し、その生理活性の検証を実施する。
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