Structural analysis of protein-ligand weak interactions through co-encapsulation into a self-assembled spherical cage

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21K14640
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 34010:Inorganic/coordination chemistry-related
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: Nakama Takahiro 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 特任助教 (30884192)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 弱い相互作用 / タンパク質 / リガンド / 超分子錯体 / ホストーゲスト / 分子閉じ込め / 脂質 / 構造解析

Outline of Final Research Achievements

In this study, we have developed a method to analyze weak interactions between a protein and a ligand by confinement in supramolecular spherical metal complexes. By encapsulation in a confined space of the metallo-cages, protein-ligand weak interactions can be induced through the proximity effect, allowing for structural analysis of such biologically important weak interactions. We have demonstrated that confinement of a protein and ligands such as saccharides and lipids in the spherical cage dramatically increases their effective concentrations, resulting in an increase in their apparent affinity by a factor of more than 1,000. We have thus successfully analyzed protein-lipid weak complex structures by NMR spectroscopy.

Free Research Field

超分子化学・生体関連化学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

タンパク質とそれに結合するリガンド分子との間の弱い相互作用は生体機序における重要性にもかかわらず、その弱い相互作用に基づく複合体構造を解析する手法は限定的である。本研究では、ホストゲスト化学で培われた分子の空間捕捉効果の概念をもって新たな方法論を提示し、未解明のタンパ クーリガンド相互作用を網羅的に解析する手法の基盤を確立した。超分子錯体を用いたかご型錯体への閉じ込めを活用することで従来法では解析できない弱い相互作用に基づく複合体構造が原子分解能で解析できる。これにより、未解明のタンパク質ーリガンド相互作用を網羅的に解析することで、隠された生命機構の原理を明らかになっていくと期待される。