2020 Fiscal Year Annual Research Report
Elucidation and Control of Local Fractions in Protein Engineering
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20H02531
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
津本 浩平 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (90271866)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
長門石 曉 東京大学, 医科学研究所, 特任准教授 (30550248)
黒田 大祐 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 講師 (60756732)
中木戸 誠 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 講師 (80784511)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 蛋白質エンジニアリング / ダイナミクス / 抗体 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、変異導入、柔軟性変化、小型化、コンジュゲーションにおける蛋白質エンジニアリングに伴うローカルなフラクチュエーション変化が、コンホメーショナルアンサンブルの多様性を増大させ、その結果、新しい相互作用界面の出現、分子認識の多様性を生み出すのではないかと考え、標的蛋白質の分子認識に関するフラクチュエーションの物理化学的パラメータ(ΔH, ΔS, ΔG, kon, koffなど)を解析し、動力学計算と共に相互作用に関する精密な議論を行うことにより、標的とする蛋白質の機能性向上、分子認識変化、反応場適合を考察、ローカルフラクチュエーションという独自の観点からの分子設計並びに実験的検証を通じて、新規な分子デザインの指針を提案する。
本年度の成果としては、(Project A) 金属イオンの有無で、結合親和性と共に速度論パラメータも変化することが明らかとなり、ALaスキャンより結合親和性創出に重要なアミノ酸の種類が、金属イオンの有無により異なることが示唆された。(Project B) 切り出しただけのフラグメントペプチドでは抗原に対する結合活性はなかったが、N末端とC末端を連結することにより環状型のペプチドを作製し結合解析を行ったところ、結合活性を示すものと、示さないものがあることが明らかになった。(Project C) 抗体の種類によってFcγRIIIaに対する結合活性、その速度論パラメータが有意に異なることが示された。
(Project D) 溶液中では抗体間で差異がなかった結合親和性および物理化学的なパラメータが、固定化系では結合親和性と共に速度論パラメータにも有意な差異があることが明らかとなった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
(Project A) 金属イオン存在下と非存在下におけるSonic hedgehog（SHH）の柔軟性変化が、抗原として抗SHH抗体と結合する際に及ぼす影響を物理化学的な相互作用解析に基づき解析を行った。その結果、金属イオンの有無で、結合親和性と共に速度論パラメータも変化することが明らかとなった。既知の共結晶構造情報を基にALaスキャンを行ったところ、結合親和性創出に重要なアミノ酸の種類が、金属イオンの有無により異なることが示唆された。
(Project B) シングルドメイン抗体(sdAb)の抗原結合部位である可変領域CDRをフラグメント化した分子について、標的抗原との精密な相互作用解析を行った。その結果、切り出しただけのフラグメントペプチドでは抗原に対する結合活性はないことが分かった。このフラグメントペプチドのN末端とC末端を連結することにより環状型のペプチドを作製し結合解析を行ったところ、結合活性を示すものと、示さないものがあることが明らかになった。
(Project C) FcγRIIIaと抗体との速度論解析を実施し、その物理化学パラメータの解析を行った。その結果、抗体の種類によってFcγRIIIaに対する結合活性、その速度論パラメータが有意に異なることが示された。
(Project D) FcγRIIIaが固定化されている状態と溶液中で分散している状態とでの、抗体に対する分子認識機構の相違を評価するために、C末端側が固定化されたFcγRIIIaに関する相互作用解析を行った。その結果、溶液中では抗体間で差異がなかった結合親和性および物理化学的なパラメータが、固定化系では結合親和性と共に速度論パラメータにも有意な差異があることが明らかとなった。
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| Strategy for Future Research Activity |
(Project A) 金属イオン存在下と非存在下におけるSonic hedgehog（SHH）の柔軟性変化が、抗原として抗SHH抗体と結合する際に及ぼす影響を物理化学的な相互作用解析に基づき考察する。そこで分子動力学計算を導入し、SHHの金属有無しにおける蛋白質としてのダイナミクスの相違点を抽出し、相互作用に関わるローカルフラクチュエーションの特定を試みる。
(Project B) シングルドメイン抗体(sdAb)の抗原結合部位である可変領域CDRをフラグメント化した分子について、標的抗原との精密な相互作用解析を行う。複数の環状化パターンを検討し、各CDRフラグメントと環状化パターンとの相互関係を明らかにする。
(Project C) Fc受容体FcγRIIIaの遺伝子多型が相互作用に及ぼす影響を詳細に解析し、ローカルコンホメーション変化との関連性を精密に議論する。特に各種 FcγRIIIaと抗体との速度論解析を実施し、その物理化学パラメータ変化と、分子動力学計算を活用した
FcγRIIIaのフラクチュエーション変化との関連性を見出す。
(Project D) FcγRIIIaが固定化されている状態と溶液中で分散している状態とでの、抗体に対する分子認識機構の相違を詳細に解析する。C末端側が固定化されたFcγRIIIaに関する物性・構造を精密に解析する。特に動力学計算において、固定化されたFcγRIIIaの
動的な構造解析により、FcγRIIIaのローカルフラクチュエーションに関する知見を収集する。
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[Journal Article] A new twist of rubredoxin function in M. tuberculosis2021
Author(s)
Sushko Tatsiana、Kavaleuski Anton、Grabovec Irina、Kavaleuskaya Anna、Vakhrameev Daniil、Bukhdruker Sergey、Marin Egor、Kuzikov Alexey、Masamrekh Rami、Shumyantseva Victoria、Tsumoto Kouhei、Borshchevskiy Valentin、Gilep Andrei、Strushkevich Natallia
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Journal Title
Bioorganic Chemistry
Volume: 109
Pages: 104721～104721
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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