2023 Fiscal Year Final Research Report

Design of beta-barrel type transmembrane protein complex by combination of computational and experimental studies

Research Project

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Project/Area Number	19KK0178
Research Category	Fund for the Promotion of Joint International Research (Fostering Joint International Research (B))
Allocation Type	Multi-year Fund
Review Section	Medium-sized Section 43:Biology at molecular to cellular levels, and related fields
Research Institution	Tohoku University
Principal Investigator	Tanaka Yoshikazu 東北大学, 生命科学研究科, 教授 (20374225)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	山下恵太郎東京大学, 先端科学技術研究センター, 准教授 (20721690) 松浦友亮東京工業大学, 地球生命研究所, 教授 (50362653) 喜多俊介北海道大学, 薬学研究院, 助教 (10702003)
Project Period (FY)	2019-10-07 – 2024-03-31
Keywords	膜孔 / タンパク質工学 / クライオ電顕
Outline of Final Research Achievements	Pore-forming toxins (PFTs) are proteins that associate at the plasma membrane of target cells to form pores. In this study, using Staphylococcus aureus PFTs as a model, we aimed to design membrane pores with the intended structure and function using protein engineering and structure analysis. We have successfully prepared two chimeric mutants that act as a single-component heptameric pore. In addition, we have successfully obtained chimeric mutants that can form both heptameric and octameric pores. These results revealed that even PFTs with a single-component outer membrane domain can behave as two-component PFTs.
Free Research Field	タンパク質工学
Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements	膜孔形成毒素は、可溶性のタンパク質として分泌されるが、ターゲット細胞上で会合した後、非常に大きな構造変化を起こして膜孔を形成する。そのため、その構造を自在に制御することがむずかしい。本研究では、さまざまな膜孔形成毒素のキメラ変異体を作成して、意図した構造・機能の膜孔を形成することに成功した。膜孔内部を分子が透過する際に膜電位が変化する性質を利用して膜孔はさまざまな分子センサーとして応用されている。本研究により得られた知見は、膜孔を用いたバイオセンサーを開発する際に有意義な情報になると期待される。