Rational construction of artificial phase separation for cell engineering with designed peptides

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21K14739
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 37010:Bio-related chemistry
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: Miki Takayuki 東京工業大学, 生命理工学院, 助教 (20823991)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: de novo peptide / protein assembly / in cell reconstitution / cell engineering / Nck1 / self-sorting

Outline of Final Research Achievements

In living systems, proteins self-assemble into large bodys, which play fundamental roles. Especially, membraneless organelle draws attention from biochemical and cell biological communities. To mimic and artificially construct these assemblies in living cells, we exploited beta-sheet peptide tags to form artificial polymeric assemblies. In this concept, de novo peptides composed of alternative repeats of hydrophobic and hydrophilic amino acids are genetically fused to the protein of interest. The tag-fused protein expressed in cells spontaneously assembles to form polymeric clusters. Moreover, by modifying the tag sequence, we can easily tune the partition coefficient and the physical properties of the structures.

Free Research Field

ペプチド工学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本課題で開発したペプチドタグ技術は、細胞内でタンパク質集合体を自由自在に設計し、構築する普遍的な手法である。本手法によって、細胞内におけるタンパク質集合体の機能をbottom-upアプローチ研究で調べることが可能となった。実際に、Nck1タンパク質のクラスターを人工的作成でき、クラスター形成における機能発現を細胞内で直接的に評価することに成功した。更に、わずか１０残基程度のペプチドをタンパク質に導入するだけのシンプルな手法であることから、容易に多成分の集合体を構築できる。以上のことから、本研究で開発した自己集合性ペプチドタグ技術は、細胞を工学的に改変する基盤的技術になりえる。