2023 Fiscal Year Annual Research Report
Development of a universal method for rationally improving enzymatic activity
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21K18841
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
新井 宗仁 東京大学, 大学院総合文化研究科, 教授 (90302801)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
林 勇樹 東京大学, 環境安全研究センター, 准教授 (90444059)
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| Project Period (FY) |
2021-07-09 – 2024-03-31
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| Keywords | タンパク質 / 酵素 / 活性 / タンパク質デザイン / 合理的設計 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
触媒反応を行うタンパク質（酵素）は、生命現象の維持に必要なだけでなく、有用物質の工業生産にも必要であり、産業や医療などの幅広い分野に応用されている。それゆえ、酵素活性を向上させる方法の開発は、産業や医療などにおいて極めて重要である。そこで本研究では酵素活性を合理的かつ効率的に向上させるための普遍的な手法の開発を目指している。2023年度は次の成果を得た。
(1) 我々が提唱する方法によって高活性化したジヒドロ葉酸還元酵素（DHFR）の変異体をさらに詳細に特徴づける実験を行った。その結果、ミカエリス定数（Km）をほぼ変えずに代謝回転数（kcat）のみを向上できたことが示された。また、我々が高速化を狙った反応プロセスが実際に高速化していることが示唆された。これにより、本手法の妥当性を検証できた。
(2) Rosettaソフトウェアを用いたタンパク質設計を数十通りの計算方法で試行し、実験結果を最も再現できる計算方法を見出した。
(3) 本設計法の普遍性を検証するために、本手法を他の酵素に適用し、高活性化しうる変異体を設計した。
(4) 酵素が機能を発揮するためには、特定の立体構造にフォールディングする必要がある。しかし、産業などで利用されているタンパク質の中には、フォールディングが困難なために製造が難しいものがある。そこで、タンパク質のフォールディング反応のメカニズムを理論的に予測する手法を開発した。また、生体内でのフォールディング反応の予測を試みた。さらに、タンパク質のフォールディング反応を理論的に改変する手法の開発を行った。
(5) タンパク質と標的分子との結合を強化させる変異体を、物理学ベースの設計法や深層学習ベースの設計法などを用いて合理的に設計することを試みた。
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[Journal Article] Reentrant condensation of a multicomponent cola/milk system induced by polyphosphate.2024
Author(s)
Furuki, T., Nobeyama, T., Suetaka, S., Matsui, R., Fukuoka, T., Arai, M., Shiraki, K.
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Journal Title
Food Chemistry: X
Volume: 21
Pages: 101165
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] Introduction of reversible cysteine ligation ability to the biliverdin-binding cyanobacteriochrome photoreceptor.2023
Author(s)
Suzuki, T., Yoshimura, M., Hoshino, H., Fushimi, K., Arai, M., & Narikawa, R.
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Journal Title
FEBS J.
Volume: 290
Pages: 4999-5015
DOI
Peer Reviewed
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