| 研究課題/領域番号 |
22KF0138
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| 補助金の研究課題番号 |
21F51326 (2021-2022)
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| 研究種目 |
特別研究員奨励費
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| 配分区分 | 基金 (2023)
補助金 (2021-2022) |
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| 応募区分 | 外国 |
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| 審査区分 |
小区分37010:生体関連化学
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| 研究機関 | 東京工業大学 |
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研究代表者 |
上野 隆史 東京工業大学, 生命理工学院, 教授 (70332179)
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| 研究分担者 |
PAN TIEZHENG 東京工業大学, 生命理工学院, 外国人特別研究員
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| 研究期間 (年度) |
2023-03-08 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
2,200千円 (直接経費: 2,200千円)
2023年度: 500千円 (直接経費: 500千円)
2022年度: 1,100千円 (直接経費: 1,100千円)
2021年度: 600千円 (直接経費: 600千円)
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| キーワード | タンパク質結晶 / 多角体 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
The purpose of the proposed research is todevelop an enzyme-coupled artificial photosynthesissystembased on hybrid protein cryst als. We will encapsulate the enzyme formate dehydrogenase (FDH) and a bimodular Rh-based photosensitizer in polyhedra crystals ( PhC) to promote a cascade process of light-induced electron transfer followed by the conversion of CO2 toformic acid.
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| 研究実績の概要 |
外来酵素としてのFDHのPhCへの組込みと最適化を行なった。具体的には、野生型Bombyx mori CPV多面体モノマー（PhM）を、連結した中空スペースを形成する38残基欠損変異体へと工学的に変換した。PhCの多孔性ネットワークを拡張することによって高い外来分子内包化能を実現しました。次に、カプセル化のためのシグナルタグとして、PhMのN末端の30残基からなるヘリックスであるH1に、外来酵素FDHを融合させた。最後に、PhMとH1-FDHを大腸菌で共発現・共結晶化し、H1-FDHを含む多面体変異体結晶を形成した。その結果、ハイブリッドタンパク質結晶の工学的作製が可能となり、天然のFDHと有機光増感剤エオシンYの両方をカプセル化することに成功し、人工光合成用のハイブリッド固体触媒を実現した。この細胞内共晶化により、FDHの精製も容易となり、固定化後も遊離酵素と比較して高い触媒活性を維持することができました。また、PhCsの多孔質構造により、エオシンYに浸漬することで、カスケード反応による人工光合成活性を付与することが実現した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
外来酵素としてのFDHのPhCへの組込みと最適化を行なった。具体的には、野生型Bombyx mori CPV多面体モノマー（PhM）を、連結した中空スペースを形成する38残基欠損変異体へと工学的に変換した。PhCの多孔性ネットワークを拡張することによって高い外来分子内包化能を実現した。次に、カプセル化のためのシグナルタグとして、PhMのN末端の30残基からなるヘリックスであるH1に、外来酵素FDHを融合させた。最後に、PhMとH1-FDHを大腸菌で共発現・共結晶化し、H1-FDHを含む多面体変異体結晶を形成した。その結果、ハイブリッドタンパク質結晶の工学的作製が可能となり、天然のFDHと有機光増感剤エオシンYの両方をカプセル化することに成功し、人工光合成用のハイブリッド固体触媒を実現した。この細胞内共晶化により、FDHの精製も容易となり、固定化後も遊離酵素と比較して高い触媒活性を維持することができました。また、PhCsの多孔質構造により、エオシンYに浸漬することで、カスケード反応による人工光合成活性を付与することが実現したため。
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| 今後の研究の推進方策 |
この固体触媒は5回のリサイクル後も85%のFDH活性を維持し、Tmは遊離のH1-FDHと比較して24℃上昇した。タンパク質結晶によるin vivoとin vitroのカプセル化を組み合わせることで、ナノマテリアルや人工光合成の分野で、効果的で環境に優しい研究戦略を提供できることが期待され、異なる細胞内結晶への展開をすすめている。
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