Production of novel structural proteins based on the genetic code expansion of silkworms

2022 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 20K05624
• Research Institution: National Agriculture and Food Research Organization
• Principal Investigator: 寺本 英敏 国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構, 生物機能利用研究部門, グループ長補佐 (60391562)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 小島 桂 国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構, 生物機能利用研究部門, 上級研究員 (40370655)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 遺伝暗号拡張 / カイコ / 構造タンパク質 / ピロリシル-tRNA合成酵素 / 人工アミノ酸

Outline of Annual Research Achievements

本課題では、ピロリシル-tRNA合成酵素（PylRS）を利用する遺伝暗号拡張手法がカイコで有効であることを示すとともに、導電性等のユニークな特徴をもつ人工アミノ酸を組み込んだシルク繊維の生産を実現させ、構造タンパク質生産ホストとしてのカイコの有用性を実証する。本年度は、以下の研究を実施した。
・昨年度作出した新たなTGカイコ系統（H20、ピロリジル-tRNA（Pyl-tRNA）遺伝子導入）と既存のTGカイコ系統（H16、PylRS変異体遺伝子導入）とを交配した交雑系統（H16×H20）を作出した。
・H16×H20の5令幼虫に人工アミノ酸（Z-LysおよびTCO-Lys）を投与してフィブロインへの導入有無を解析した。その結果、質量分析によってフィブロインへのZ-Lysの導入を確認した。また、クリックケミストリーによる蛍光ラベル化法によってフィブロインへのTCO-Lysの導入を確認した。
・フィブロインへのZ-LysおよびTCO-Lysの導入が確認されたことから、後部絹糸腺においてPyl-tRNAが発現していることを間接的に確認できた。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

昨年度はフィブロインへの人工アミノ酸の導入が確認できず、新たなTGカイコ系統（H20）を作出して当初計画していた実験を進めた。その結果フィブロインへの人工アミノ酸の導入を確認できたものの、全体として進捗状況はやや遅れていると評価した。

Strategy for Future Research Activity

計画の遅れを受け、研究期間を1年間延長することとした。今後は、新たに作出した交雑系統（H16×H20）への人工アミノ酸（Z-LysおよびTCO-Lys）の投与試験を進め、幼虫生育、フィブロイン生産量、人工アミノ酸導入量についてのデータを蓄積する。また、導電性モノマーを側鎖にもつ人工アミノ酸の受託合成による入手とフィブロインへの導入について検討を進める。

Causes of Carryover

当初作出したTGカイコ系統で良い結果が得られず、新たなTGカイコを作出した。そのため計画していた実験を進めることができず、残額が生じた。新たなTGカイコで良い結果が得られたため、次年度は当初計画どおりの人工アミノ酸投与実験を進める。残額は人工アミノ酸の調達やTGカイコ飼育等に用いる。