人工アミノ酸代謝関連酵素の全配列設計を目指した新規配列データマイニング法の開発

• 研究課題/領域番号: 18K14391
• 研究種目: 若手研究
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 小区分38030:応用生物化学関連
• 研究機関: 静岡県立大学
• 研究代表者: 中野 祥吾 静岡県立大学, 食品栄養科学部, 助教 (80748541)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2020-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2019年度)
• 配分額: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円); 2019年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2018年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)
• キーワード: L-アミノ酸酸化酵素 / 祖先型設計 / D-アミノ酸 / 光学分割 / 基質特異性 / アミノ酸酸化酵素 / L-アミノ酸 / タンパク質工学 / 人工タンパク質 / アミノ酸代謝関連酵素 / 祖先型設計法

研究成果の概要

本研究では高機能な人工酵素配列設計の成功確率を上げる、新規アミノ酸配列選抜手法の開発と応用を目指した研究を実施した。本手法をL-アミノ酸酸化酵素ファミリーに属する2つの酵素 (L-アルギニン酸化酵素 [AROD] とL-アミノ酸酸化酵素 [LAAO]) に適用し、祖先型設計法を用いて人工酵素配列を設計することで、各種酵素機能 (耐熱性、可溶性及び反応性) の向上が達成できることを見出した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

データベースに登録されるアミノ酸配列データは今後も際限なく拡大していくと予測されている。本手法は拡大を続ける配列データベースから必要な情報を選抜し、高機能化した人工酵素配列の設計を可能にするなど、配列データベースの持つ潜在能力を引き出すことができる。また本研究で得られた人工酵素群の機能は、自然界のものより優れており、産業応用への展開が期待できるものも多かった。本成果は人工酵素は自然界由来の酵素より機能が劣るという、一般論を覆すものであると考えている。

研究成果

• [雑誌論文] Elucidation of Molecular Mechanism of a Selective PPARα Modulator, Pemafibrate, through Combinational Approaches of X-ray Crystallography, Thermodynamic Analysis, and First-Principle Calculations (2020)
  • 著者名/発表者名: Kawasaki Mayu、Kambe Akira、Yamamoto Yuta、Arulmozhiraja Sundaram、Ito Sohei、Nakagawa Yoshimi、Tokiwa Hiroaki、Nakano Shogo、Shimano Hitoshi
  • 雑誌名: International Journal of Molecular Sciences 巻: 21 号: 1 ページ: 361-361
  • DOI: 10.3390/ijms21010361
  • NAID: 120007132701
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Deracemization and Stereoinversion to Aromatic d-Amino Acid Derivatives with Ancestral l-Amino Acid Oxidase (2019)
  • 著者名/発表者名: Nakano Shogo、Minamino Yuki、Hasebe Fumihito、Ito Sohei
  • 雑誌名: ACS Catalysis 巻: 9 号: 11 ページ: 10152-10158
  • DOI: 10.1021/acscatal.9b03418
  • 査読あり
• [雑誌論文] Competitive Binding Assay with an Umbelliferone-Based Fluorescent Rexinoid for Retinoid X Receptor Ligand Screening (2019)
  • 著者名/発表者名: Yamada Shoya、Kawasaki Mayu、Fujihara Michiko、Watanabe Masaki、Takamura Yuta、Takioku Maho、Nishioka Hiromi、Takeuchi Yasuo、Makishima Makoto、Motoyama Tomoharu、Ito Sohei、Tokiwa Hiroaki、Nakano Shogo、Kakuta Hiroki
  • 雑誌名: Journal of Medicinal Chemistry 巻: 62 号: 19 ページ: 8809-8818
  • DOI: 10.1021/acs.jmedchem.9b00995
  • NAID: 120006882792
  • 査読あり
• [雑誌論文] Kinetics-based structural requirements of human immunoglobulin G binding peptides (2019)
  • 著者名/発表者名: Kyohei Muguruma, Konomi Fujita, Akane Fukuda, Satoshi Kishimoto, Soichiro Sakamoto, Risako Arima, Mayu Ito, Mayu Kawasaki, Shogo Nakano, Sohei Ito, Kanade Shimizu, Akihiro Taguchi, Kentaro Takayama, Atsuhiko Taniguchi, Yuji Ito, Yoshio Hayashi
  • 雑誌名: ACS Omega 巻: 4 号: 11 ページ: 14390-14397
  • DOI: 10.1021/acsomega.9b01104
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Following the Evolutionary Track of a Highly Specific L-Arginine Oxidase by Reconstruction and Biochemical Analysis of Ancestral and Native Enzymes (2019)
  • 著者名/発表者名: Nakano Shogo、Niwa Masazumi、Asano Yasuhisa、Ito Sohei
  • 雑誌名: Applied and Environmental Microbiology 巻: 10 号: 12 ページ: 00459-00459
  • DOI: 10.1128/aem.00459-19
  • 査読あり
• [雑誌論文] Development of analysis toolkit to visualize interaction energies generated by fragment molecular orbital calculations (2018)
  • 著者名/発表者名: Takaki Tokiwa, Shogo Nakano, Yuta Yamamoto, Takeshi Ishikawa, Sohei Ito, Vladimir Sladek, Kaori Fukuzawa, Yuji Mochizuki, Hiroaki Tokiwa, Fuminori Misaizu, and Yasuteru Shigeta
  • 雑誌名: J. Chem. Info. Model 巻: 59(1) 号: 1 ページ: 25-30
  • DOI: 10.1021/acs.jcim.8b00649
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Dual conformation of the ligand induces the partial agonistic activity of retinoid X receptor α (RXRα) (2018)
  • 著者名/発表者名: Miyashita Yurina、Numoto Nobutaka、Arulmozhiraja Sundaram、Nakano Shogo、Matsuo Naoya、Shimizu Kanade、Shibahara Osamu、Fujihara Michiko、Kakuta Hiroki、Ito Sohei、Ikura Teikichi、Ito Nobutoshi、Tokiwa Hiroaki
  • 雑誌名: FEBS Letters 巻: 593 号: 2 ページ: 242-250
  • DOI: 10.1002/1873-3468.13301
  • 査読あり
• [雑誌論文] Improvement of ST0452 N-Acetylglucosamine-1-Phosphate Uridyltransferase Activity by the Cooperative Effect of Two Single Mutations Identified through Structure-Based Protein Engineering (2018)
  • 著者名/発表者名: Honda Yuki、Nakano Shogo、Ito Sohei、Dadashipour Mohammad、Zhang Zilian、Kawarabayasi Yutaka
  • 雑誌名: Applied and Environmental Microbiology 巻: 84 号: 24
  • DOI: 10.1128/aem.02213-18
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Computational Molecular Docking and X-ray Crystallographic Studies of Catechins in New Drug Design Strategies (2018)
  • 著者名/発表者名: Nakano Shogo、Megro Shin-ichi、Hase Tadashi、Suzuki Takuji、Isemura Mamoru、Nakamura Yoriyuki、Ito Sohei
  • 雑誌名: Molecules 巻: 23 号: 8 ページ: 2020-2020
  • DOI: 10.3390/molecules23082020
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] In Vitro and In Silico Studies of the Molecular Interactions of Epigallocatechin-3-O-gallate (EGCG) with Proteins That Explain the Health Benefits of Green Tea (2018)
  • 著者名/発表者名: Saeki Koichi、Hayakawa Sumio、Nakano Shogo、Ito Sohei、Oishi Yumiko、Suzuki Yasuo、Isemura Mamoru
  • 雑誌名: Molecules 巻: 23 号: 6 ページ: 1295-1295
  • DOI: 10.3390/molecules23061295
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Binding of Catechins to Staphylococcal Enterotoxin A (2018)
  • 著者名/発表者名: 2.Shimamura, Y., Utsumi, M., Hirai, C., Nakano, S., Ito, S., Tsuji, A., Ishii, T., Hosoya, T., Kan, T., Ohashi, N., Masuda. S
  • 雑誌名: Molecules 巻: 23(5) 号: 5 ページ: 1125-1125
  • DOI: 10.3390/molecules23051125
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Benchmark analysis of native and artificial NAD+-dependent enzymes generated by a sequence based design method with or without phylogenetic data (2018)
  • 著者名/発表者名: Shogo Nakano, Tomoharu Motoyama, Yurina Miyashita, Yuki Ishizuka, Naoya Matsuo, Hiroaki Tokiwa, Suguru Shinoda, Yasuhisa Asano, and Sohei Ito
  • 雑誌名: Biochemistry 巻: 57(26) 号: 26 ページ: 3722-3732
  • DOI: 10.1021/acs.biochem.8b00339
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 新規アミノ酸配列解析手法の開発とタンパク質工学への応用 (2018)
  • 著者名/発表者名: 中野 祥吾
  • 雑誌名: 生物工学会誌 巻: 96 ページ: 573-577
• [雑誌論文] タンパク質の二次構造とアミノ酸の疎水性度に基づいた凝集に関連するホットスポットの合理的同定法 (2018)
  • 著者名/発表者名: 松井 大亮, 中野 祥吾, Mohammad Dadashipour, 浅野 泰久
  • 雑誌名: 酵素工学ニュース 巻: 80
• [学会発表] In silicoでタンパク質を創る (2019)
  • 著者名/発表者名: 中野 祥吾
  • 学会等名: 細胞を創る研究会12.0
  • 招待講演
• [学会発表] Reconstruction of ancestral L-amino acid oxidase to broaden substrate selectivity (2019)
  • 著者名/発表者名: Shogo Nakano
  • 学会等名: Enzyme Engineering XXV
  • 国際学会
• [学会発表] Filling a gap between computational and experimental researches through sequence-based protein design (2018)
  • 著者名/発表者名: Shogo Nakano
  • 学会等名: The 4th International Conference on Pharma and Food (ICPF) 2018
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 新規アミノ酸配列解析手法、INTMSAlign の開発と応用 (2018)
  • 著者名/発表者名: 中野 祥吾
  • 学会等名: 第１３８回日本薬学会大会
  • 招待講演
• [産業財産権] 糖鎖結合性一本鎖抗体およびその作製方法 (2019)
  • 発明者名: 隅田泰生,常盤広明,伊藤創平,中野祥吾,新地浩之
  • 権利者名: 隅田泰生,常盤広明,伊藤創平,中野祥吾,新地浩之
  • 産業財産権種類: 特許
  • 公開番号: 2019-199472
  • 出願年月日: 2019