2022 Fiscal Year Annual Research Report
Rational Design of Artificial Metalloenzymes toward On-demand Functionalization of C-H Bond
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20H02755
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
大洞 光司 大阪大学, 大学院工学研究科, 准教授 (10631202)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 人工酵素 / 生体触媒 / ヘム / タンパク質 / 物質変換 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
有用な物質を生み出す環境調和型の自在な物質変換を実現するために、立体選択的かつ位置選択的に反応に不活性な基質を官能基化する触媒の開発が求められている。本研究では、高活性な金属錯体とタンパク質マトリクスを組み合わせ、高活性かつ高選択性を達成する人工金属酵素を合理的に設計し、有用な人工金属酵素の開発をめざしている。 具体的には、疎水性空孔を有するタンパク質に、高い触媒能を示す活性中心となる金属錯体を挿入し、さらにタンパク質を遺伝子工学的に最適化することで、高活性で、高い立体・位置選択的にC-H結合を官能基化する人工金属酵素をめざす。また反応メカニズムや構造から詳細を明らかにし、設計法を確立する。 前年度に実施した研究では、タンパク質と金属錯体の複数の組み合わせから選出した人工金属酵素について、変異導入を実施した。具体的にはC-Hアミノ化反応に活性の高かったシトクロムP450と鉄ポルフィセンの組み合わせに注力した。一重変異体のライブラリーを構築し、その活性を評価した。本年度は、これらの人工金属酵素変異体について、さらなる活性および選択性の向上を目指して、機械学習に基づく変異体の活性、選択性予測を実施した。約100種類の変異体から、320万通りの可能な五重変異体から活性の高いものを発見する手法の開発を試みた。結果ベイズ最適化を用いながら、実験データを加えていくことで、徐々に活性を向上させる変異体が得られることを明らかにした。一方で選択性については予測が困難であり、アミノ酸配列データのみではなく構造データが必要になることを示唆した。 最終的に、触媒活性は初期の人工金属酵素の12倍まで向上した。得られた成果の一部は国内外の学会、学術誌において発 表を行った。
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| Research Progress Status |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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