| Project/Area Number |
21H01754
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 28030:Nanomaterials-related
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
Yao Min 北海道大学, 先端生命科学研究院, 名誉教授 (40311518)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
尾瀬 農之 北海道大学, 先端生命科学研究院, 教授 (80380525)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥17,420,000 (Direct Cost: ¥13,400,000、Indirect Cost: ¥4,020,000)
Fiscal Year 2023: ¥5,070,000 (Direct Cost: ¥3,900,000、Indirect Cost: ¥1,170,000)
Fiscal Year 2022: ¥5,720,000 (Direct Cost: ¥4,400,000、Indirect Cost: ¥1,320,000)
Fiscal Year 2021: ¥6,630,000 (Direct Cost: ¥5,100,000、Indirect Cost: ¥1,530,000)
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| Keywords | 結晶核形成 / タンパク質 / BLLナノ構造 / 核剤 / 相転移 / 構造生物学 |
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| Outline of Research at the Start |
タンパク質の結晶化には、基本的に大量な試行錯誤での条件探索が必要であり、タンパク質結晶構造解析法のボトルネック技術となっている。申請者は金属有機構造体の繰返し構造を利用したタンパク質結晶核形成技術を研究し、バランスト・ラティス・レッジ (BLL) と名付けたナノ構造がタンパク質の結晶核形成に非常に有効であることを見出した。本研究では、BLLナノ構造を持つ核剤が誘発する、タンパク質の「液液相分離を経た液結晶相転移メカニズム」を研究することによって、より汎用性のある有効な核剤の設計法を開発し、構造生物学分野だけではなく、医学や材料科学分野にも波及する結晶核形成過程制御技術の開拓をめざす。
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| Outline of Final Research Achievements |
Protein crystal nucleation proceeds through a solution-crystal phase transition process, which is infrequent and difficult to control due to the morphological complexity of protein molecules and molecular surfaces. Therefore, even today, protein crystallization remains a significant challenge, as crystal structure analysis technology is developing rapidly. To overcome this problem, we have developed a nucleant Co-cage-1 with a BLL nanostructure, which induces regularity in the arrangement of protein molecules and promotes the process that causes molecular self-organization and crystalline packing.
In this study, we clarified and confirmed the nucleation mechanism of the BLL nanostructure, making it possible to design and create a more versatile and effective nucleating agent for protein crystallization.
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| Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
核剤によるタンパク質分子の溶液－結晶相転移の核形成機構は、長い間の研究にもかかわらず、未解明のままであるため、理論的に設計された汎用な核剤はまだ存在しない。本研究で得られた結果により、汎用性のある、有効なタンパク質結晶化の核剤の設計・創製が可能となり、タンパク質結晶学のボトルネックの解消が期待される。
また、タンパク質結晶核形成という溶液－結晶相転移の熱力学に支配される物理化学的過程は生体内でも観察され、白内障、筋萎縮性側索硬化症、鎌状赤血球貧血症、アルツハイマー病などの疾患の原因となっている。従って、本研究から得られた知見は、これらの疾病の形成過程の理解や治療にも繋がることが期待される。
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