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線維形成能および細胞毒性を有する短鎖ペプチド配列の予測・探索法の確立

研究課題

研究課題/領域番号 19K05741
研究種目

基盤研究(C)

配分区分基金
応募区分一般
審査区分 小区分37030:ケミカルバイオロジー関連
研究機関甲南大学

研究代表者

臼井 健二  甲南大学, フロンティアサイエンス学部, 准教授 (70543792)

研究分担者 梅谷 智弘  甲南大学, 知能情報学部, 准教授 (10397630)
研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2023-03-31
研究課題ステータス 完了 (2022年度)
配分額 *注記
4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2021年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2020年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2019年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円)
キーワードペプチド配列 / アミロイド線維 / 細胞毒性 / 細胞接着 / 統計解析 / βシート構造 / 分子記述子 / ペプチド / アミロイド / 線維 / 画像解析 / 主成分解析 / モノマー化法 / 線維形成ペプチド / ペプチドライブラリ / 配列・構造・機能相関
研究開始時の研究の概要

ナノ線維を形成するペプチドを用いた材料の創製は各方面で重要になっている。しかしながら、未だにどのような配列が線維形成し、細胞毒性などを発現するのか、という根本的な学術的「問い」に対する答えは見出されていない。そこで本研究では、申請者がこれまで開発してきたペプチドアレイ構築手法や統計解析手法、および研究分担者の画像解析手法やパターン認識手法を駆使して、ペプチドミニライブラリを作製して、線維形成・毒性発現配列を予測でき、配列設計が策定できるような手法の確立を目指す。以上が達成できれば、ケミカルバイオロジー分野の課題である配列・構造・機能の相関の一部が見出されることが期待できる。

研究成果の概要

本研究は、どのアミノ酸配列が線維を形成し細胞毒性を発現するのかという問いに対し、ペプチドアレイ構築法や統計解析を駆使して、線維形成・毒性発現配列を予測でき、配列設計可能な方法の確立を目指した。まず、数十種の短鎖ペプチド群を用意し、細胞毒性測定も含めた各種測定を行った。得られた各種測定データのうち数種を選択して主成分分析(PCA)を行い、ペプチド群の線維化傾向を見出した。次にPCAの主成分を相関の高い分子記述子を用いて解釈を試みた。PCA座標から線維化能が高く低毒性とされる領域に位置する官能基構造を分子記述子データから見出し、それを付与したペプチドを新たに作製して予測通りであることを検証した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究ではN末端1残基の配列を変更した数十種類の短鎖ペプチドを用い、主成分分析を行うだけで、高い線維化能と低毒性である配列の傾向を予測し、そのような性質を持つ人工官能基を有するペプチド配列の新たな設計に成功した。本研究ではN末端1残基の改変のみにとどまったが、本研究の知見を活かして、配列全体の大幅な改変・設計手法を今後は構築していく。これにより、タンパク質の配列と機能との相関という学術的意義の高い知見の容易な収集・把握が可能となる。本研究で構築した探索法は、今後、ペプチドを生体材料に応用するにあたり、必要かつ有益な情報が得られるツールとして、医療や産業に広く応用展開が期待できる。

報告書

(5件)
  • 2022 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2021 実施状況報告書
  • 2020 実施状況報告書
  • 2019 実施状況報告書
  • 研究成果

    (38件)

すべて 2023 2022 2021 2020 2019 その他

すべて 雑誌論文 (11件) (うち国際共著 1件、 査読あり 11件、 オープンアクセス 6件) 学会発表 (23件) (うち国際学会 1件、 招待講演 5件) 備考 (4件)

  • [雑誌論文] Construction of a Method to Design Fibril-Forming Peptides Applied to Biomaterials from 20 Beta-Sheet Peptides by Statistical Analysis2023

    • 著者名/発表者名
      Kazuya Iwata, Taisei Terao, Akira Takekawa, Tomohiro Umetani, and Kenji Usui
    • 雑誌名

      Peptide Sience 2022

      巻: 2022 ページ: 141-142

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] De novo design of a nanopore for single-molecule detection that incorporates a β-hairpin peptide2021

    • 著者名/発表者名
      Shimizu Keisuke、Mijiddorj Batsaikhan、Usami Masataka、Mizoguchi Ikuro、Yoshida Shuhei、Akayama Shiori、Hamada Yoshio、Ohyama Akifumi、Usui Kenji、Kawamura Izuru、Kawano Ryuji
    • 雑誌名

      Nature Nanotechnology

      巻: - 号: 1 ページ: 67-75

    • DOI

      10.1038/s41565-021-01008-w

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Elemental composition control of gold-titania nanocomposites by site-specific mineralization using artificial peptides and DNA2021

    • 著者名/発表者名
      Ozaki Makoto、Imai Takahito、Tsuruoka Takaaki、Sakashita Shungo、Tomizaki Kin-ya、Usui Kenji
    • 雑誌名

      Communications Chemistry

      巻: 4 号: 1 ページ: 1-1

    • DOI

      10.1038/s42004-020-00440-8

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Intracellular mineralization of gold nanoparticles using gold ion-binding peptides with cell-penetrating ability2021

    • 著者名/発表者名
      Ozaki Makoto、Yoshida Shuhei、Tsuruoka Takaaki、Usui Kenji
    • 雑誌名

      Chemical Communications

      巻: 57 号: 6 ページ: 725-728

    • DOI

      10.1039/d0cc06117d

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Novel Purification Process for Amyloid Beta Peptide(1-40)2020

    • 著者名/発表者名
      Usui Kenji、Yokota Shin-ichiro、Iwata Kazuya、Hamada Yoshio
    • 雑誌名

      Processes

      巻: 8 号: 4 ページ: 464-464

    • DOI

      10.3390/pr8040464

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Synthesis of peptide-immobilized magnetic beads, and peptide reactivity assay for assessing skin sensitization utilizing chromophore2020

    • 著者名/発表者名
      Hiroshi Miyazaki, Hikaru Takaishi, Hidefumi Ikeda, Hideto Ariumi, Yoshio Hamada, Kunihiko Yamashita, Kenji Usui
    • 雑誌名

      Processes

      巻: 8 号: 10 ページ: 1-10

    • DOI

      10.3390/pr8101257

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Mass spectrometry-based solid phase peptide reaction assay for detecting allergenicity using an immobilized peptide-conjugating photo-cleavable linker2020

    • 著者名/発表者名
      Hiroshi Miyazaki,Yasutaka Samejima, Kazuya Iwata,Yuuki Minamino, Shinya Hikida,Hideto Ariumi, Hidefumi Ikeda, Yoshio Hamada, Kunihiko Yamashita, Kenji Usui
    • 雑誌名

      International Journal of Molecular Sciences

      巻: 21 号: 21 ページ: 1-10

    • DOI

      10.3390/ijms21218332

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Effect of tryptophan residues on gold mineralization by a gold reducing peptide2020

    • 著者名/発表者名
      Ozaki Makoto、Yoshida Shuhei、Oura Maho、Tsuruoka Takaaki、Usui Kenji
    • 雑誌名

      RSC Advances

      巻: 10 号: 66 ページ: 40461-40466

    • DOI

      10.1039/d0ra07098j

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Construction of visible light responsive nanocatalyst by mineralization using designed peptide2020

    • 著者名/発表者名
      Makoto Ozaki, Takaaki Tsuruoka, Takahito Imai, Kin-ya Tomizaki, Kenji Usui
    • 雑誌名

      Peptide Science 2019

      巻: 2019 ページ: 111-112

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Construction of gene expression control system using photolabile PNA peptide binding to Guanine-rich DNA/RNA2020

    • 著者名/発表者名
      Shungo Sakashita, Tamaki Endoh, Arisa Okada, Kenji Usui
    • 雑誌名

      Peptide Science 2019

      巻: 2019 ページ: 107-108

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Development of a chromophore-solid phase peptide reaction assay (C-SPRA) for assessing skin sensitization in vitro2020

    • 著者名/発表者名
      Miyazaki Hiroshi、Hamada Yoshio、Takaishi Hikaru、Minamino Yuuki、Ikeda Hidefumi、Mekata Hideaki、Takaishi Masayuki、Yamashita Kunihiko、Usui Kenji
    • 雑誌名

      The Analyst

      巻: 145 号: 9 ページ: 3211-3216

    • DOI

      10.1039/c9an02514f

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] 統計解析を用いた生体材料に応用可能な線維化ペプチドの設計2022

    • 著者名/発表者名
      岩田和也, 臼井健二
    • 学会等名
      第5回ナノバイオ交流会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 主成分分析と分子記述子を用いて細胞接着能を有する人工配列を探索する2022

    • 著者名/発表者名
      岩田和也, 臼井健二
    • 学会等名
      第37回関西地区ペプチドセミナー
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] Construction of a method to screen fibril-forming peptides applied to biomaterials from designed betasheet peptide libraries by statistical analysis2022

    • 著者名/発表者名
      Kazuya Iwata, Taisei Terao, Akira Takekawa, Tomohiro Umetani, Kenji Usui
    • 学会等名
      第59回ペプチド討論会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 小分子認識ペプチドビーズ ~ペプチドビーズを用いたアレルギー感作試験法の開発~2022

    • 著者名/発表者名
      臼井健二
    • 学会等名
      構造生物化学セミナー
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 種々の短鎖ペプチドによる線維化配列探索に向けた予測システムの構築2021

    • 著者名/発表者名
      岩田和也、臼井健二
    • 学会等名
      日本化学会 生体機能関連化学部会若手の会 第32回サマースクール
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] N末端を様々に変化させた短鎖ペプチドによる線維化配列の解析、予測法の構築2021

    • 著者名/発表者名
      岩田和也、浜田芳男、武川公、臼井健二
    • 学会等名
      第53回若手ペプチド夏の勉強会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] 固定化ペプチドの応用展開2021

    • 著者名/発表者名
      臼井健二
    • 学会等名
      第4回ナノバイオ交流会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] ペプチド固定化樹脂を用いた凝集ペプチドの簡便な精製法の確立2021

    • 著者名/発表者名
      岩田 和也, 横田 晋一朗, 濵田芳男, 臼井健二
    • 学会等名
      日本化学会 第101春季年会(2021)
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [学会発表] 固定化ペプチドと光リンカーを用いた分子量解析による皮膚感作性試験2021

    • 著者名/発表者名
      鮫島康孝, 宮﨑洋, 濵田芳男, 山下邦彦, 臼井健二
    • 学会等名
      日本化学会 第101春季年会(2021)
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [学会発表] 電磁波照射によるペプチドの細胞膜透過能への影響2021

    • 著者名/発表者名
      平田 桃, 臼井健二
    • 学会等名
      日本化学会 第101春季年会(2021)
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [学会発表] 固定化ペプチドを用いたミネラリゼーションによる希薄溶液からの金ナノ粒子の作製および回収手法の確立2021

    • 著者名/発表者名
      吉田 秀平, 尾崎誠, 大浦真歩, 鶴岡孝章, 臼井健二
    • 学会等名
      日本化学会 第101春季年会(2021)
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [学会発表] 動物実験代替を目指した固定化ペプチドによるアレルギー感作性試験法の開発2021

    • 著者名/発表者名
      臼井健二
    • 学会等名
      岡山大学「ナノ・バイオ融合によるエネルギー集積・高度利用研究拠点形成」ミニシンポ「ペプチドの新たな未来へ向けて」
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] ナノバイオ反応生成物画像の空間周波数成分を用いた反応条件間における生成物の定量評価の検討2020

    • 著者名/発表者名
      中田圭祐,臼井健二,富樫浩行,梅谷智弘
    • 学会等名
      ロボティクス・メカトロニクス講演会2020
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [学会発表] 洗浄処理後のすすぎ信憑性評価のための生物学的な安全性評価試験方法の検討2020

    • 著者名/発表者名
      川田原瑠勇, 藤田敏, 原田陽滋, 臼井健二
    • 学会等名
      第95回日本医療機器学会大会
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [学会発表] 異なる炭酸カルシウム沈殿能を有するペプチドの凝集沈殿におけるマイクロ波の影響2020

    • 著者名/発表者名
      臼井健二, 尾崎誠, 高坂翼,富樫浩行, 有本米次郎, 裏鍛武史, 大沢隆二, 梅谷智弘
    • 学会等名
      第14回日本電磁波エネルギー応用学会シンポジウム
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [学会発表] 安全性試験代替法における固定化ペプチドを用いた新規手法(SPRA法)の開発とその応用展開2020

    • 著者名/発表者名
      臼井健二
    • 学会等名
      日本動物実験代替法学会第33回大会
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Generation of Cell Culture Substrate by Protease Digestion of Amyloid beta Peptide2019

    • 著者名/発表者名
      Shin-ichiro Yokota, Yasumasa Mashimo, Yoshio Hamada, Youji Harada, Masayasu Mie, Eiry Kobatake, Kenji Usui
    • 学会等名
      The 26th American Peptide Symposium.
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] トリプシン消化による複数のAβ部分配列から成るナノ構造体および細胞培養基材としての機能評価2019

    • 著者名/発表者名
      横田 晋一朗、眞下 泰正、三重 正和、小畠 英理、臼井 健二
    • 学会等名
      第51回若手ペプチド夏の勉強会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] ペプチドを用いたメディケミカル技術2019

    • 著者名/発表者名
      臼井 健二
    • 学会等名
      第9回細胞再生医療研究会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] A chromophore-immobilized peptide binding assay for assessing skin sensitization in vitro2019

    • 著者名/発表者名
      Kenji Usui, Hiroshi Miyazaki, Hikaru Takaishi, Hidefumi Ikeda, Yoshio Hamada, Kunihiko Yamashita
    • 学会等名
      第56回ペプチド討論会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] Development of cell culture substrate generated by trypsin digestion of Aβ fibrils2019

    • 著者名/発表者名
      Shin-ichiro Yokota, Yasumasa Mashimo, Yoshio Hamada, Youji Harada, Masayasu Mie, Eiry Kobatake, Kenji Usui
    • 学会等名
      第56回ペプチド討論会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] 官能基指示薬とペプチド固定化マイクロビーズを用いた皮膚感作性検出システムの確立2019

    • 著者名/発表者名
      臼井 健二, 宮﨑 洋, 高石 光, 池田 英史, 山下 邦彦, 濵田 芳男
    • 学会等名
      日本動物実験代替法学会 第32回大会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] ナノバイオ反応生成物の電子顕微鏡画像解析に基づいた生成物の定量評価の検討2019

    • 著者名/発表者名
      中田 圭祐,臼井 健二,富樫 浩行,梅谷 智弘
    • 学会等名
      ロボティクス・メカトロニクス講演会2019
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [備考] 臼井研究室・業績ページ・原著論文・総説・著作

    • URL

      https://www.konan-u.ac.jp/hp/FIRST_usui/papers.html

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書 2021 実施状況報告書 2020 実施状況報告書
  • [備考] 甲南大学・研究者総覧・臼井健二

    • URL

      https://researchers.adm.konan-u.ac.jp/html/511_ja.html

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書 2020 実施状況報告書
  • [備考] 甲南大学・研究者総覧・臼井健二

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [備考]

    • URL

      https://researchers.adm.konan-u.ac.jp/html/511_ja.html

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書

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公開日: 2019-04-18   更新日: 2024-01-30  

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