2016 Fiscal Year Annual Research Report
Dynamical ordering systems of self-assembling supramolecular complexes constructed from protein nanobuilding blocks
Publicly Offered Research
| Project Area | Dynamical ordering of biomolecular systems for creation of integrated functions |
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| Project/Area Number |
16H00761
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| Research Institution | Shinshu University |
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Principal Investigator |
新井 亮一 信州大学, 学術研究院繊維学系, 准教授 (50344023)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | タンパク質ナノブロック / 超分子複合体 / 自己組織化 / 動的秩序系 / 人工蛋白質デザイン / 蛋白質安定性 / 蛋白質工学 / ナノバイオテクノロジー |
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| Outline of Annual Research Achievements |
近年、独自のヌンチャク型二量体人工蛋白質WA20を辺とし、T4ファージ三量体形成foldonドメインを頂点とした“人工蛋白質ナノブロック”を開発し、自己組織化により樽型６量体構造や正四面体型１２量体構造等の複数種の人工蛋白質複合体超分子ナノ構造を形成することを明らかにした。そこで、本研究では、これらの人工蛋白質ナノブロックによる自己組織化ナノ構造超分子複合体の構造機能解析と動的秩序システムの設計・構築を目的とする。
そこで、28年度は、特に、ナノブロックに用いる人工蛋白質の安定化改変体の開発及び構造機能解析や、より特異的にナノブロック超分子複合体構造が形成するような動的秩序系の設計構築することを目指した。その結果、ヌンチャク型人工蛋白質WA20を改変した独自の超安定化人工蛋白質Super WA20 (SUWA)を開発し、熱変性実験ではSUWAの変性温度は122℃と極めて高く、WA20よりも47℃の熱安定性の向上に成功した。さらに、SUWAの安定化機構の理解を深めるためにX線結晶構造解析を行って立体構造を解明したところ、WA20と同様に特徴的な分子間フォールディング4本へリックスバンドル二量体構造を形成していた。変異導入箇所を詳細に観察すると、新たな疎水性相互作用が形成されており熱安定化への寄与が確認された。さらに、蛋白質ナノブロックSUWA-foldonを構築したところ、複数の自己組織化超分子ナノ構造複合体の形成が示された。また、熱変性実験を行ったところ、これらの蛋白質ナノブロック複合体においても安定性の向上が示され、さらに部分的熱変性・再構成による動的秩序構造の形成も示唆された。これらについてSEC-MALS解析やSAXS解析を行ったところ、樽型6量体及び正四面体型12量体の超分子複合体構造の形成が示唆された。以上の結果について、論文を準備中である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
研究の過程で、予想以上に興味深い知見なども得られたため、研究実施計画の一部については予定を変更して、それらの興味深い現象をさらに積極的に追究した結果、9.研究実績に記載したように、独自の超安定化人工蛋白質Super WA20 (SUWA)の開発や、蛋白質ナノブロックSUWA-foldonの部分的熱変性・再構成による動的秩序構造形成など、当初の計画以上に、オリジナリティーの高い非常に優れた成果が得られたと考えている。これらの成果について、現在、主に化学系のトップジャーナル等を目指して、論文を執筆中である。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでの研究成果を踏まえ、29年度は、独自のヌンチャク型人工蛋白質を利用した人工蛋白質ナノブロックによる自己組織化ナノ構造超分子系複合体の構造機能解析と、動的秩序系設計及び構築をさらに進めるために、以下のような研究を積極的に推進する。
まず、これらの人工蛋白質複合体のより詳細な構造機能解析として、電子顕微鏡やＸ線結晶構造解析による立体構造解析や機能解析等を行う。また、特異的な構造機能を構築するために、温度変化やpH変化等による部分的変性及び再構成の条件を検討・制御することによって、特定の超分子ナノ構造が、より特異的に形成するように蛋白質構造安定性やフォールディング過程を考慮した動的秩序系の設計構築を推進する。さらに、これらの成果について、トップ級のジャーナルを目指して、論文執筆及び投稿を積極的に進める。
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Research Products
(34 results)
