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2022 Fiscal Year Annual Research Report

Directed evolution of protein functional structures based on non-natural amino acid repertoire

Research Project

Project/Area Number 22H02591
Research InstitutionInstitute of Physical and Chemical Research

Principal Investigator

坂本 健作  国立研究開発法人理化学研究所, 生命機能科学研究センター, チームリーダー (50240685)

Project Period (FY) 2022-04-01 – 2026-03-31
Keywords拡張遺伝暗号 / 非天然アミノ酸 / 合成生物学 / 大腸菌進化
Outline of Annual Research Achievements

非天然アミノ酸をUAGコドンに割り当てた大腸菌を用いて変異の蓄積実験を行った。遺伝子内にUAGコドンへの変異が生じた場合には、この変異位置に非天然アミノ酸がとりこまれたタンパク質が生じる。このような非正規変異がゲノム中に蓄積するかを検証した。古澤力博士(東大、理研)との共同研究の成果である。非天然アミノ酸としては AlocLysOH、3-ニトロチロシン、および3-ブロモチロシンを使用した。これらの非天然アミノ酸をそれぞれコード化した大腸菌B-95.ΔA株(よって3種類)を作成し、これらのアミノ酸が実際にタンパク質に取り込まれることを確認するとともに、これらのアミノ酸の導入効率を調べる実験を行った。これらの非天然アミノ酸の中でもAlocLysOHは、正確にはアミノ酸ではない非アミノ酸(ヒドロキシ酸)であることから本研究で最も興味深いターゲットであり、とくにタンパク質産物の質量分析や導入効率の詳細な解析を行った。また、非正規変異の蓄積が最も多かったものがAlocLysOHであったことから、以下の2つの結論は主にAlocLysOHについて得られた結果に基づくものである。(1)非天然アミノ酸を導入する分子システムは人為的なものであり大腸菌からは外部的な性格を持っているが、1400世代に及ぶ継代を経ても安定に大腸菌に保持された。(2)非アミノ酸であっても非正規変異の蓄積によって大腸菌プロテオームに入り込むことが許容されることが示された。通常のアミノ酸どうしの正規変異と比べても、AlocLysOHをタンパク質に導入する非正規変異の発生率が有意に小さいということはない。これらの結果は、人工的なアミノ酸であっても、非正規変異を通じて生物のプロテオームに蓄積できることを示している。このような非天然アミノ酸の性格は、選択圧が存在するときには生物進化を効率よく助長できると考えられる。

Research Progress Status

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

  • Research Products

    (5 results)

All 2023 2022

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results,  Open Access: 1 results) Presentation (3 results)

  • [Journal Article] Genetic Code Expansion: Another Solution to Codon Assignments2023

    • Author(s)
      Kensaku Sakamoto
    • Journal Title

      Int. J. Mol. Sci.

      Volume: 24 Pages: 361

    • DOI

      10.3390/ijms24010361

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] The two domain architecture of LAMP2A regulates its interaction with Hsc702022

    • Author(s)
      Yuta Ikami, Kazue Terasawa, Kensaku Sakamoto, Kazumasa Ohtake, Hiroyuki Harada Tetsuro Watabe, Shigeyuki Yokoyama, Miki Hara-Yokoyama
    • Journal Title

      Experimental Cell Research

      Volume: 411 Pages: 112986

    • DOI

      10.1016/j.yexcr.2021.112986

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 非アミノ酸を含む遺伝暗号の下での大腸菌進化2022

    • Author(s)
      大竹 和正、芝井 厚、古澤 力、坂本 健作
    • Organizer
      第45回日本分子生物学会
  • [Presentation] 拡張遺伝暗号に基づく抗体デザイン2022

    • Author(s)
      坂本 健作, 林 明子, 山口 純, Aditya K. Padhi, Ashutosh Kumar, Kam Y. J. Zhang
    • Organizer
      第17回無細胞生命研究会
  • [Presentation] 非アミノ酸を含む遺伝暗号の開発と大腸菌進化への影響2022

    • Author(s)
      大竹 和正、芝井 厚、古澤 力、坂本 健作
    • Organizer
      第16回無細胞生命研究会

URL: 

Published: 2023-12-25  

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