タンパク質の構造変化で動的反応場変換するバイオ触媒の開発

• Project Area: Precise Formation of a Catalyst Having a Specified Field for Use in Extremely Difficult Substrate Conversion Reactions
• Project/Area Number: 16H01029
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: Nara Institute of Science and Technology
• Principal Investigator: 松尾 貴史 奈良先端科学技術大学院大学, 物質創成科学研究科, 准教授 (50432521)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2018-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2017)
• Budget Amount: ¥5,980,000 (Direct Cost: ¥4,600,000、Indirect Cost: ¥1,380,000); Fiscal Year 2017: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000); Fiscal Year 2016: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000)
• Keywords: 生体触媒 / 反応場変換 / タンパク質 / コバルト錯体 / 反応場返還 / タンパク質ダイナミクス / 分子活性化

Outline of Annual Research Achievements

従来の金属イオン含有バイオ触媒の開発研究においては、金属配位部位の構造最適化によって標的とする触媒機能の開発が行われてきた。しかし、タンパク質を基盤とする場合、生体高分子としてのタンパク質構造の動的効果を利用すれば、外部刺激によって反応場変換が可能なバイオ触媒が創成できる。前年度において、核酸分子の結合によって大きな構造変化を示すアデニル酸キナーゼ変異体（A55C/C77S/V169C)の２カ所のシステイン残基に、Co(II)サレン錯体を導入したところ、遷移状態アナローグであるAp5Aの結合によってタンパク質がCLOSED状態となった際に、金属錯体同士の相互作用が発現することが見いだされた。そこで、本年度は、２つの金属中心の相乗効果の有無による触媒反応制御を試みた。対象として、スチレンオキシドのエポキシドの開環反応を検討した。本反応系においては、１つの金属中心がエポキシドの酸素原子への配位を担い、もう片方の金属中心が水分子の活性化を行うことを想定している。反応条件として、pH = 7.0から9.0までの範囲においては、pH = 7.5において、最も高い触媒活性が見られた。この結果は、Co(II)のルイス酸性により、基質の配位、水の活性化の影響が最大になる条件であると考えられる。また、CLOSED状態においては、錯体同士が離れているOPEN状態よりも、高い触媒活性が観測された。以上の結果は、本バイオ触媒の分子設計の妥当性が示され、「タンパク質ダイナミクス」に基づくバイオ触媒の開発アプローチが学術的に意義のあるものとして提案できた。

Research Progress Status

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] ミシガン大学(米国)
• [Journal Article] Global Structural Flexibility of Metalloproteins Regulates Reactivity of Transition Metal Ion in the Protein Core: An Experimental Study Using Thiol-subtilisin as a Model Protein (2018)
  • Author(s): Matsuo Takashi、Kono Takamasa、Shobu Isamu、Ishida Masaya、Gonda Katsuya、Hirota Shun
  • Journal Title: Chem. Eur. J. Volume: 24 Issue: 11 Pages: 2767-2775
  • DOI: 10.1002/chem.201705920
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Hydrophobicity of residue 128 of the stress-inducible sigma factor RpoS is critical for its activity (2017)
  • Author(s): Tadayuki Iwase, Takashi Matsuo , Saiko Nishioka , Akiko Tajima , Yoshimitsu Mizunoe
  • Journal Title: Front. Microbiol. Volume: - Pages: 656-656
  • DOI: 10.3389/fmicb.2017.00656
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] Construction of “metathesase” with protein scaffold and potential application of olefin metathesis as a biochemical tool (2018)
  • Author(s): Takashi Matsuo, Takefumi Yoshida, Chie Imai, Shun Hirota, Kazumo Wakabayashi,
  • Organizer: International Congress of Pure and Applied Chemistry-2018(ICPAC-2018)
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 金属-金属相互作用のスイッチングを目指したCoサイレン錯体によるアデニル酸キナーゼの化学修飾 (2017)
  • Author(s): 三宅輝幸、松尾貴史、廣田 俊
  • Organizer: 日本化学会第97春季年会
  • Place of Presentation: 慶応義塾大学（神奈川県横浜市）
  • Year and Date: 2017-03-16
• [Presentation] タンパク質の動的構造効果による機能制御 (2017)
  • Author(s): 松尾貴史
  • Organizer: 第３０回生物無機化学夏季セミナー
  • Invited
• [Presentation] 金属錯体-金属錯体相互作用のスイッチングを目指したCoサレン錯体修飾アデニル酸キナーゼの物性評価 (2017)
  • Author(s): 三宅輝幸、松尾貴史、廣田俊
  • Organizer: 錯体化学会第67回討論会
• [Presentation] タンパク質の構造的二面性に立脚した反応場の機能制御 (2017)
  • Author(s): 松尾貴史、三宅輝幸、藤井亮、菖蒲勇、河野尊匡、廣田俊
  • Organizer: 第66回高分子討論会
• [Presentation] タンパク質への修飾部位を有するCo(Ⅱ)サレン錯体の合成とタンパク質へのコンジュゲーション (2016)
  • Author(s): 三宅輝幸、松尾貴史、廣田 俊
  • Organizer: 錯体化学会第６６回討論会
  • Place of Presentation: 福岡大学（福岡県福岡市）
  • Year and Date: 2016-09-10
• [Remarks] 松尾貴史ホームページ
  • URL: http://mswebs.naist.jp/LABs/hirota/tmatsuo/matsuo_jpn.html
• [Remarks] 松尾貴史 ホームページ
  • URL: http://mswebs.naist.jp/LABs/hirota/tmatsuo/matsuo_jpn.html