| 研究課題/領域番号 |
19KK0178
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| 研究種目 |
国際共同研究加速基金(国際共同研究強化(B))
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| 配分区分 | 基金 |
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| 審査区分 |
中区分43:分子レベルから細胞レベルの生物学およびその関連分野
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
田中 良和 東北大学, 生命科学研究科, 教授 (20374225)
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| 研究分担者 |
山下 恵太郎 東京大学, 先端科学技術研究センター, 准教授 (20721690)
松浦 友亮 東京工業大学, 地球生命研究所, 教授 (50362653)
喜多 俊介 北海道大学, 薬学研究院, 助教 (10702003)
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| 研究期間 (年度) |
2019-10-07 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
18,460千円 (直接経費: 14,200千円、間接経費: 4,260千円)
2022年度: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2021年度: 5,070千円 (直接経費: 3,900千円、間接経費: 1,170千円)
2020年度: 5,070千円 (直接経費: 3,900千円、間接経費: 1,170千円)
2019年度: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
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| キーワード | 膜孔 / タンパク質工学 / クライオ電顕 / 膜孔形成たんぱく質 / タンパク質設計 / クライオ電顕単粒子解析 / 黄色ブドウ球菌 / 蛋白質デザイン / 単粒子解析 / 膜孔形成タンパク質 / デザイン / 膜孔形成毒素 / 電子顕微鏡 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
膜孔は細胞膜上に形成された原子レベルで正確なナノメートルオーダーの孔である．最近，膜孔を利用した分子センサーが開発され，今後，膜孔を利用した更なる分子デバイスが開発できると期待されている．膜孔を用いた分子デバイスを開発する上で重要となるのが，直径，長さ，静電的性質などのナノポアの分子特性である．意図した機能の分子デバイスを創出するには，任意の分子特性（サイズ，静電的性質など）を持つ膜孔を自在にデザインする手法の開発が必要である．そこで本研究では，意図した形状の膜孔をデザインする技術を構築し，膜孔を用いた分子デバイスの開発を加速することを目指す．
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| 研究成果の概要 |
膜孔形成毒素は標的細胞の細胞膜で会合して膜孔を形成するタンパク質会合体である。本研究では、黄色ブドウ球菌の膜孔形成毒素をモデルに、タンパク質工学と立体構造解析の技術を用いて、意図した構造・機能を有する膜孔をデザインすることを目指した。2成分性の膜孔形成毒素と1成分性膜孔形成毒素のキメラ型変異体を用いた実験から、1成分型の7量体の膜孔として機能する2つの活性型キメラ変異体の創出に成功したほか、7量体・8量体の両方の膜孔を形成できるキメラ変異体を取得することに成功し、膜外ドメインが1成分性の膜孔でも2成分性の膜孔形成毒素として振る舞うことができることを立証した。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
膜孔形成毒素は、可溶性のタンパク質として分泌されるが、ターゲット細胞上で会合した後、非常に大きな構造変化を起こして膜孔を形成する。そのため、その構造を自在に制御することがむずかしい。本研究では、さまざまな膜孔形成毒素のキメラ変異体を作成して、意図した構造・機能の膜孔を形成することに成功した。膜孔内部を分子が透過する際に膜電位が変化する性質を利用して膜孔はさまざまな分子センサーとして応用されている。本研究により得られた知見は、膜孔を用いたバイオセンサーを開発する際に有意義な情報になると期待される。
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