2022 Fiscal Year Annual Research Report
Biomaterial design based on chemical structures of protein molecules
Publicly Offered Research
| Project Area | Aquatic Functional Materials: Creation of New Materials Science for Environment-Friendly and Active Functions |
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| Project/Area Number |
22H04530
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
林 智広 東京工業大学, 物質理工学院, 准教授 (30401574)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | タンパク質 / 機械学習 / ペプチド |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、タンパク質分子の「表面領域」に焦点を当て、その官能基の空間分布パターンとタンパク質の機能との相関解析に基づく新しい機能性材料の設計手法の確立を目指した。タンパク質の機能性は、分子認識サイトや酵素反応中心における官能基の配置、立体構造を決定する親水性・疎水性残基の分布により主に議論されてきた。しかし、人工材料でこれらの機能を再現する試みはまだ十分ではない。
本研究は、進化の過程で最適化されてきたタンパク質の「分子表面」に注目し、未発見の構造パターンを情報科学的手法で抽出、新たな材料を作製し、その機能を検証する。これにより、構造生物学と材料科学の融合という新しい学問分野を創出する研究基盤を築くことを目指した。
研究方法としては、Protein Data Bank (PDB)に蓄積されたタンパク質の高精細構造データを利用し、単位面積あたりの残基密度や表面内近接残基の組み合わせ、極性基・電荷、親・疎水性分布を解析する。この解析結果をヒト由来タンパク質分子を機能ごとに分類し、機械学習を用いて機能ごとの共通構造パターンを抽出する。次に、抽出した構造パターンを基にペプチド分子を合成し、その機能を検証した。
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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
2022年度は上記の研究計画で、2報の学術論文の投稿に至ったことから計画以上に進展していると結論した。
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| Strategy for Future Research Activity |
高温、低温、乾燥環境などの極限環境で生息する生物のタンパク質の構造の解析により、さらに分子表面構造-機能の相関のデータが議論可能となる。これにより、生物学分野では、タンパク質の進化のメカニズム、未知の分子機能の発見、材料科学分野では、新しい材料設計指針の獲得を目指す。
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