Selective and stable protein complex assembly by thermodynamic control of domain swapping

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19K05695
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 37010:Bio-related chemistry
• Research Institution: University of Hyogo (2020-2021); Nara Institute of Science and Technology (2019)
• Principal Investigator: Nagao Satoshi 兵庫県立大学, 理学研究科, 特任助教 (30452535)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: ドメインスワッピング / 多量体構造 / ヘムタンパク質 / タンパク質工学 / 熱安定性 / 金属結合部位

Outline of Final Research Achievements

The amino acid sequence determines the three-dimensional structure of a protein. However, the factors that determine whether the protein structure is a monomer or an oligomer are unclear. Domain swapping is a phenomenon in which the partial structure of a monomeric protein exchanges between molecules to form an oligomeric structure. It has been thought that domain swapping can occur in various natural monomeric proteins. In this research project, we aimed to develop domain swapping as a methodology for constructing oligomeric proteins. Here we have found that mutations to the hinge region increase the thermodynamic stability of the protein, resulting in enhancing the oligomer formation. Additionally, we have constructed metal-binding sites on the oligomeric domain-swapped protein using its molecular symmetry.

Free Research Field

生体機能関連化学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

タンパク質は生命現象の維持に必要不可欠の天然の機能性材料である。タンパク質の中には分子が複数集合して多量体となることで機能するものがあり、それを人工的に設計することが出来れば生体適合性が高く環境負荷の低い新規な機能性材料として利用できると期待される。本研究では、タンパク質を集合させる手法としてドメインスワッピングと呼ばれるタンパク質の構造交換現象を利用することを考え、ドメインスワッピングの促進をアミノ酸変異を用いた熱力学的な制御により可能とした。また、機能性材料としての応用を考え、ドメインスワップした多量体の分子対称性を利用した金属結合部位の構築も行った。