Technology development for evolutionary molecular engineering of peptides that regulate enzyme activity

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K05761
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 37030:Chemical biology-related
• Research Institution: Kawasaki Institute of Industrial Promotion Innovation Center of NanoMedicine
• Principal Investigator: Ueno Shingo 公益財団法人川崎市産業振興財団(ナノ医療イノベーションセンター), ナノ医療イノベーションセンター, 副主幹研究員 (30594650)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 進化分子工学 / 分子ディスプレイ / エマルションPCR / 無細胞タンパク質合成 / 磁気ビーズ / ハイスループットスクリーニング / 酵素阻害剤

Outline of Final Research Achievements

Protein development based on evolutionary molecular engineering has achieved a certain level of success with enzymes based on catalytic activity, and antibodies and peptides based on molecular affinity. However, no method has been established for molecules that regulate enzyme activity, such as enzyme-inhibitor peptides and receptor-ligand peptides, even though they are the main targets of biopharmaceutical development.
In this study, we investigated and demonstrated the feasibility of an experimental system for artificial molecular evolution based on the direct evaluation of the enzyme activity modulating ability of a huge variety of peptides by combining the protein display technology used to evaluate the affinity of a huge variety of peptide sequences with the enzyme reaction measurement technology using a chip equipped with one million reaction vessels.

Free Research Field

進化分子工学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究では、酵素阻害ペプチドや受容体リガンドペプチドのような酵素活性調節分子の人工分子進化手法の開発を進めた。これら酵素活性調節分子は、バイオ医薬品の主要開発対象であるにも関わらず、その人工分子進化手法は確立していない。また、生体システムのロバストネスの源である分子ネットワークは、酵素と酵素活性調節分子が共進化した産物である。酵素と酵素活性調節分子の共進化を人工的に再現・解析することは生体システムを理解し利用することに繋がる。このように、酵素活性調節分子に適した人工分子進化手法の可能性を模索し、実験系を構築することは社会的な要請・学術的な問いに応えるものである。