Stabilization method of proteins by liquid-liquid phase separation

2020 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19K22377
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Medium-sized Section 43:Biology at molecular to cellular levels, and related fields
• Research Institution: University of Tsukuba
• Principal Investigator: Shiraki Kentaro 筑波大学, 数理物質系, 教授 (90334797)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 冨田 峻介 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 生命工学領域, 主任研究員 (50726817) ; 栗之丸 隆章 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 生命工学領域, 研究員 (50769693)
• Project Period (FY): 2019-06-28 – 2021-03-31
• Keywords: タンパク質 / 高分子電解質 / 液-液相分離 / 安定化 / 抗体

Outline of Final Research Achievements

Proteins can form liquid droplets with polyelectrolyte by liquid-liquid phase separation. In this study, we aimed to establish a method that can disperse an antibody (IgG) from liquid droplets. We investigated how the solubility and aggregation of protein polyelectrolyte complex (PPC) differ between poly(glutamic acid) and IgG. The results showed that there were two types of PPCs: transparent protein polyelectrolyte complex (S-PPCs) and cloudy protein polyelectrolyte complexe(A-PPC). Interestingly, the viscosity of A-PPC and S-PPC decreased compared to the dispersed state without the addition of poly(glutamic acid).

Free Research Field

タンパク質溶液科学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

タンパク質の濃縮はバイオ医薬品の開発や応用の鍵となっている。本課題で研究を進めたPPCは、高濃度のタンパク質が含まれているにもかかわらず溶液の粘度がきわめて低い。しかも、イオン強度を上げるだけで、タンパク質をPPCからふたたび分散した状態に戻すこともできる。一連の研究を進めるなかで、超遠心分離する過程でIgGをガラス状に固めることができることを発見した。このガラス状のタンパク質コンデンセートも可逆性がきわめて高く、生理食塩水によって再分散させることが可能であり、タンパク質の変性もみられなかった。これらの方法は、バイオ医薬品の安定化や濃縮の技術に応用できるだろう。