Elucidating the physically designable protein fold space: theory and experimental validation

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19H03166
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 43020:Structural biochemistry-related
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: George Chikenji 名古屋大学, 工学研究科, 助教 (10420366)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 古賀 信康 大学共同利用機関法人自然科学研究機構(新分野創成センター、アストロバイオロジーセンター、生命創成探究, 生命創成探究センター, 教授(兼任) (50432571)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: タンパク質 / 合理的デザイン

Outline of Final Research Achievements

It is widely accepted that there are only about 1000 different protein folds.
Why is there such a limited number? Also, what percentage of these are already known to mankind, and how many novel folds are left? To address these questions, a theory was developed to determine the conditions for highly designable folds. To test the validity of this theory, novel folds predicted by the theory were experimentally synthesised and their structures were determined. The results were completely in line with the theory's predictions.

Free Research Field

生物物理

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

これまで、与えられたタンパク質の構造がデザインしやすいのか否かを判定する基準が存在しなかった。このような状況でタンパク質デザインを行うことは、方程式の解が存在するか否かわからないまま方程式を解こうとすることに相当する。本研究では、タンパク質の構造がデザインしやすいか否かを判定する理論を世界で初めて開発することに成功し、この問題を解決した。また、未だ生物進化が発見していないが物理的に設計可能なタンパク質フォールドの数を見積もったところ、少なくとも既知のフォールドの数十倍はあることが明らかとなった。