| Project Area | Superior Protein Engineering by Evolution and Design |
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| Project/Area Number |
21H05118
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Transformative Research Areas (B)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Review Section |
Transformative Research Areas, Section (II)
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| Research Institution | National Institutes of Natural Sciences (2023-2024)
Tohoku University (2021-2022) |
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Principal Investigator |
Okamoto Yasunori 大学共同利用機関法人自然科学研究機構(機構直轄研究施設), 生命創成探究センター, 准教授 (50843405)
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| Project Period (FY) |
2021-08-23 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥42,510,000 (Direct Cost: ¥32,700,000、Indirect Cost: ¥9,810,000)
Fiscal Year 2023: ¥16,380,000 (Direct Cost: ¥12,600,000、Indirect Cost: ¥3,780,000)
Fiscal Year 2022: ¥12,870,000 (Direct Cost: ¥9,900,000、Indirect Cost: ¥2,970,000)
Fiscal Year 2021: ¥13,260,000 (Direct Cost: ¥10,200,000、Indirect Cost: ¥3,060,000)
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| Keywords | 人工金属酵素 / タンパク質工学 |
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| Outline of Research at the Start |
生体内では複数のタンパク質が連携することで生命機能システム (エネルギー変換やシグナル伝達など) が動作している。近年、この生命機能システムを再設計し、望みの機能を発現する細胞の構築をめざす合成生物学的研究が精力的に進められている。では、生命機能システムの構成要素の一つであるタンパク質のみで同様のタスクを実行可能な高次機能性タンパク質の構築は可能だろうか？これに対するProof-of-Conceptとして本研究では人工金属酵素と天然酵素の機能がリレーするタンパク質複合体を構築し、生体内情報分子の変換システムの構築をめざす。
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| Outline of Final Research Achievements |
In biological systems, proteins undergo structural changes in response to external signals and are linked to catalytic functions. In this research, we aimed to create an artificial enzyme with environmentally responsive catalytic activity.
Using a modular domain that forms a β-roll structure with specific ions, we designed and constructed a catalytic center in the region of structural change. We conducted iterative mutations across the template protein surface, using each outcome to refine our design approach. This process eventually yielded the essential structural platform necessary to achieve our ultimate objective. Although there were challenges in realizing catalytic activity modulation triggered by the structural transformation, we were able to gain important insights into design principles.
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| Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
本研究は、生体内のシグナル伝達に着想を受け、外部シグナルに応答して触媒機能のオン・オフを切り替える人工酵素の設計原理の確立をめざすものである。このような高次機能性タンパク質を自在に設計する技術が実現すれば、環境変化に応答して機能する生体分子ロボットやバイオセンサーなど医薬応用の面でライフサイエンスに貢献する技術となるだけでなく、材料科学に貢献する新たなインテリジェントバイオマテリアルの創生に寄与する可能性がある。
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