In-cell protein crystallization for structure analysis

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K21244
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Medium-sized Section 37:Biomolecular chemistry and related fields
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: Takafumi Ueno 東京工業大学, 生命理工学院, 教授 (70332179)
• Project Period (FY): 2020-07-30 – 2022-03-31
• Keywords: タンパク質結晶 / タンパク質集合体 / 結晶構造解析

Outline of Final Research Achievements

The determination of high-resolution protein structures has attracted attention in various fields, from life science to pharmaceutical applications. However, the purification of proteins remains a major common problem that has not yet been solved. In this study, we attempted to realize high-resolution structure determination of target proteins by intracellular crystallization of porous protein crystals fused with target proteins with pores of several nm in diameter. Target protein-fused porous protein crystals were synthesized in living cells. By fusing the target protein to a specific site of the template crystalline protein, the structure was determined by using the microcrystal beamline of a large synchrotron facility.

Free Research Field

生体関連化学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

近年の結晶構造解析装置の急速な進歩に伴い、国内外でも数μmサイズの細胞内で結晶化するタンパク質の構造解析も報告されつつある。しかしながら、エンジニアリングしたタンパク質の結晶を細胞内合成し構造決定に成功した例は、数例のみである。本研究は、細胞内タンパク質結晶化、標的タンパク質融合多孔性タンパク結晶化と超微小結晶構造解析を一貫して行うことによりはじめて達成できる。得られる成果は生命現象の理解から医薬応用まで様々な分野で渇望されている高分解能タンパク質構造の迅速決定を可能とし、その高い社会的インパクトとニーズにより、新しい生体分子化学の領域を切り開くと考えられる。