2020 Fiscal Year Research-status Report
Selective and stable protein complex assembly by thermodynamic control of domain swapping
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19K05695
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| Research Institution | University of Hyogo |
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Principal Investigator |
長尾 聡 兵庫県立大学, 生命理学研究科, 特任助教 (30452535)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | タンパク質超分子 / ミオグロビン / ドメインスワッピング / タンパク質デザイン / 金属結合性 / ヘリックス形成能 / 結晶構造解析 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
天然ではタンパク質をはじめとする生体分子が自己集合し、ナノスケールの分子複合体が自発的に形成している。近年、天然の分子複合体のようなユニークな機能を有する分子を人工的に創るため、アミノ酸デザインや化学的手法などを用いた分子複合体の構築法が国内外で磨かれている。本研究では、申請者がこれまで取り組んできた、単量体タンパク質の部分構造が分子間で交換して多量化するドメインスワッピングについての知見を基盤とし、金属イオンや熱などによるタンパク質の多量体形成制御を目的とする。
令和２年度は、金属結合性を有するミオグロビン二量体に対して、結合する金属の選択性と形成した金属錯体の配位構造について検討を行った。ミオグロビン二量体への配位性アミノ酸（His）の導入は分子表面に位置している78番目（His78変異体）とタンパク質内部に位置している79番目（His79変異体）のアミノ酸残基に対して行った。分子表面側にHisを導入したHis78変異体ではNi2+とCo2+が結合し、それらの配位構造は六配位、八面体構造をとった。一方で、分子内部側にHisを導入したHis79変異体ではZn2+とCo2+が結合し、それらの配位構造は四配位、四面体構造をとった。特に、Co2+の四配位の四面体構造は金属タンパク質の中で報告例が少なく、Hisをミオグロビン内部の奥深くに導入することで稀なCo2+配位構造を構築可能であることが明らかとなった。また、マイクロ波誘導プラズマ質量分析法によりミオグロビン二量体の金属結合性を調べたところ、溶液中においても僅かに金属イオンとの結合が示唆された。以上より、ドメインスワッピングを利用することにより、タンパク質上に異なる配位構造を有する金属錯体を構築出来ることが示された。
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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
本研究課題ではドメインスワッピングを熱力学的に制御してタンパク質多量体構築を行うことを目的としている。現在までの成果としてミオグロビンのヒンジ領域へのアミノ酸変異導入により、二量体が単量体よりも安定な変異体や金属イオンとの結合能を有する変異体の構築が出来た。これらの知見は今後、高次多量体構造を有するタンパク質超分子の形成制御に役立つと考えられることから、本研究課題はおおむね順調に進展していると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和３年度はこれまで得られたタンパク質のドメインスワッピングに関する物理化学的および錯体化学的な知見を踏まえ、ドメインスワッピングを利用したユニークな高次構造形成と機能発現に向けた分子設計に取り組む。具体的にはドメインスワップ二量体が分子間で会合した四量体以上の超分子構造の構築を目指す。
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| Causes of Carryover |
令和２年度から研究代表者の所属機関が変わり、研究環境の変化に応じた予算の使用が必要となった。本研究課題を遂行する上で必要な機器は大部分が現在の所属機関に設置されており、結晶構造解析を行う放射光施設（SPring-8)の近隣に新しい所属機関が位置しているため物品購入費と旅費がその分不要となった。また新型コロナウィルスの感染拡大に伴い国内および海外出張が困難となったためそれらの旅費も不要となったため、予定していた出張が無くなり旅費が少なくなった。以上の理由のために次年度使用額が生じた。令和３年度は、主に新しい所属機関の研究環境で研究を推進するための物品購入に予算を使用する。
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