光応答性分子のモジュール化と蛋白質の光制御系構築

• 研究課題/領域番号: 25410166
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 生体関連化学
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 宇井 美穂子 東北大学, 多元物質科学研究所, 助教 (30549580)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2016-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2015年度)
• 配分額: 5,330千円 (直接経費: 4,100千円、間接経費: 1,230千円); 2015年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円); 2014年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円); 2013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: 光制御 / 光受容蛋白質 / PYP / 光応答性材料 / クリック反応 / 非天然アミノ酸導入 / モジュール化

研究成果の概要

外部刺激として光は高時空間分解能にて制御可能である上、非侵襲的な側面を持つことから生体分子制御において有効な手段となる。本研究では、反応性官能基を導入することで光受容蛋白質PYPを由来とする光応答性モジュールを開発した。改変型PYPは蛋白質のモデル分子となる親水性高分子と定量的に反応し、粘性を有するPYP-高分子複合体を形成した。複合体中において改変型PYPは光反応性を保持していることが明らかとなり、光照射に伴う粘度の可逆的な低下が認められた。したがって、光応答性モジュールPYPによる蛋白質制御への足掛りとなるコンセプトを提示すると共に、光応答性材料への応用の可能性を示唆することが出来た。

研究成果

• [雑誌論文] Protein stabilization by an amphiphilic short monodisperse oligo(ethylene glycol) (2015)
  • 著者名/発表者名: Nabanita Sadhukhan, Takahiro Muraoka, Mihoko Ui, Satoru Nagatoishi, Kouhei Tsumoto, Kazushi Kinbara
  • 雑誌名: Chemical Communications 巻: 51 号: 40 ページ: 8457-8460
  • DOI: 10.1039/c4cc10301g
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Protein stabilization by an amphiphilic short monodisperse oligo(ethylene glycol). (2015)
  • 著者名/発表者名: Sadhukhan N, Muraoka T, Ui M, Nagatoishi S, Tsumoto K, Kinbara K.
  • 雑誌名: Chemical communications : Chem comm / the Royal Society of Chemistry. 巻: in press
  • 査読あり
• [雑誌論文] Grafting Synthetic Transmembrane Units to the Engineered Low-Toxicity alpha-Hemolysin to Restore Its Hemolytic Activity (2014)
  • 著者名/発表者名: Mihoko Ui, Kousuke Harima, Toshiaki Takei, Kouhei Tsumoto, Kazuhito V. Tabata, Hiroyuki Noji, Sumire Endo, Kimio Akiyama, Takahiro Muraoka, and Kazushi Kinbara
  • 雑誌名: Molecular Biosystems 巻: 10 号: 12 ページ: 3199-3206
  • DOI: 10.1039/c4mb00405a
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Thermal-Aggregation Suppression of Proteins by a Structured PEG Analogue : Importance of Denaturation Temperature for Effective Aggregation Suppression (2014)
  • 著者名/発表者名: Takahiro Muraoka, Nabanita Sadhukhan, Mihoko Ui, Shunichi Kawasaki, Enrikko Hazemi, Kota Adachi, and Kazushi Kinbara
  • 雑誌名: Biochem. Eng. J 巻: 86C ページ: 41-48
  • DOI: 10.1016/j.bej.2014.03.001
  • 査読あり
• [雑誌論文] A Structured Monodisperse PEG for the Effective Suppression of Protein Aggregation (2013)
  • 著者名/発表者名: Takahiro Muraoka, Kota Adachi, Mihoko Ui, Shunichi Kawasaki, Nabanita Sadhukhan, Hamki Obara, Hidehito Tochio, Masahiro Shirakawa, and Kazushi Kinbara
  • 雑誌名: Angew. Chem., Int. Ed 巻: 52 号: 9 ページ: 2430-2434
  • DOI: 10.1002/anie.201206563
  • 査読あり
• [雑誌論文] Mutations for decreasing the immunogenicity and maintaining the function of core streptavidin. (2012)
  • 著者名/発表者名: Yumura K
  • 雑誌名: Protein Sci. 巻: Feb;22(2) 号: 2 ページ: 213-221
  • DOI: 10.1002/pro.2203
  • 査読あり
• [学会発表] Development of functional material using an engineered reactive photoreceptor (2016)
  • 著者名/発表者名: MAEJIMA, Tatsuya; UI, Mihoko; ARAKI, Yasuyuki; WADA, Takehiko; KINBARA, Kazushi
  • 学会等名: 日本化学会 第96春季年会
  • 発表場所: 同志社大学
  • 年月日: 2016-03-24
• [学会発表] Application of photoactive yellow protein as a photoresponsive module for controlling enzymatic activity (2015)
  • 著者名/発表者名: Mihoko Ui, Yasuhiro Arai, Makoto Murakami, Yasuyuki Araki, Takehiko Wada, Hiroto Takahashi, Kazushi Kinbara
  • 学会等名: THE INTERNATIONAL CHEMICAL CONGRESS OF PACIFIC BASIN SOCIETIES 2015
  • 発表場所: アメリカ合衆国,ハワイ州ホノルル
  • 年月日: 2015-12-15
  • 国際学会
• [学会発表] Development of Photoresponsive Functional Material Utilizing the Engineered Photoactive Yellow Protein (2015)
  • 著者名/発表者名: Tatsuya Maejima, Mihoko Ui, Yasuyuki Araki, Kazushi Kinbara, Takehiko Wada
  • 学会等名: Chemistry Summer School 2015
  • 発表場所: 東北大学
  • 年月日: 2015-08-26
  • 国際学会
• [学会発表] Construction of PEG-incorporated Synthetic Protein (2015)
  • 著者名/発表者名: Shouta Maruyama, Mihoko Ui, Takahiro Muraoka, Kazushi Kinbara
  • 学会等名: Chemistry Summer School 2015
  • 発表場所: 東北大学
  • 年月日: 2015-08-26
  • 国際学会
• [学会発表] PEG導入型人工タンパク質の構築 (2015)
  • 著者名/発表者名: 丸山翔太、宇井美穂子、村岡貴博、高橋泰人、 金原数
  • 学会等名: 日本化学会第95春季年会
  • 発表場所: 船橋市
  • 年月日: 2015-03-26 – 2015-03-29
• [学会発表] 光応答性タンパク質の特性を利用した機能性材料の創製 (2015)
  • 著者名/発表者名: 前島辰哉、宇井美穂子、荒木保幸、和田健彦、金原数
  • 学会等名: 日本化学会第95春季年会
  • 発表場所: 船橋市
  • 年月日: 2015-03-26 – 2015-03-29
• [学会発表] Engineering of Mono-Disperse Oligoethylene Glycols for Protein Manipulation (2014)
  • 著者名/発表者名: K. Kinbara, T. Muraoka, K. Adachi, M. Ui, S. Kawasaki, N. Sadhukhan, H. Obara, M. Laguerre, H. Tochio, M. Shirakawa
  • 学会等名: ASIAN CHEMICAL BIOLOGY COFERENCE 3(ACBC2014)
  • 発表場所: シンガポール共和国,シンガポール
  • 年月日: 2014-12-15 – 2014-12-17
• [学会発表] 機能性分子導入型タンパク質の構築 (2014)
  • 著者名/発表者名: 丸山翔太, 宇井美穂子, 三浦紗理, 村岡貴博, 高橋泰人, 金原数
  • 学会等名: 第4回CSJ化学フェスタ2014 ―日本化学会秋季事業―
  • 発表場所: 東京都
  • 年月日: 2014-10-14 – 2014-10-16
• [学会発表] 光応答性タンパク質を用いた新規機能性材料の創製 (2014)
  • 著者名/発表者名: 前島 辰哉 , 宇井 美穂子 , 宮内 佑輔 , 村上 慎 , 荒木 保幸 , 和田 健彦 , 金原 数
  • 学会等名: 第4回CSJ化学フェスタ2014 ―日本化学会秋季事業―
  • 発表場所: 東京都
  • 年月日: 2014-10-14 – 2014-10-16
• [学会発表] 生体機能制御を指向した光応答性タンパク質の構築と細胞性粘菌を用いた評価 (2014)
  • 著者名/発表者名: 宇井美穂子, 新井康広, 村上慎, 荒木保幸, 和田健彦, 高橋泰人, 金原数
  • 学会等名: 第4回 日本細胞性粘菌学会 年会
  • 発表場所: 仙台市
  • 年月日: 2014-10-11 – 2014-10-12
• [学会発表] 光応答性PYP融合酵素を用いたcAMP濃度制御システムの構築 (2014)
  • 著者名/発表者名: 宇井美穂子, 新井康広, ,村上 慎, 荒木保幸, 和田健彦, 高橋泰人, 金原 数
  • 学会等名: 平成25年度アライアンス成果報告会
  • 発表場所: 豊中市
  • 年月日: 2014-05-30
• [学会発表] Stabilization of proteins by a structured oligoethlene glycol analogues with non-linear geometry (2014)
  • 著者名/発表者名: Kazushi Kinbara, Takahiro Muraoka, Kota Adachi, Mihoko Ui, Shunichi Kawasaki, Nabanita Sadhukhan, Haruki Obara
  • 学会等名: 10th International Conference on. Protein Stabilisation (ProtStab2014)
  • 発表場所: イタリア、ストレーザ
  • 年月日: 2014-05-07 – 2014-05-09
• [学会発表] The amphiphilic PEG additives for suppression of protein aggregation (2014)
  • 著者名/発表者名: Mihoko Ui, Nabanita Sadhukhan, Takahiro Muraoka, Kazushi Kinbara
  • 学会等名: 10th International Conference on. Protein Stabilisation
  • 発表場所: イタリア、ストレーザ
  • 年月日: 2014-05-07 – 2014-05-09
• [学会発表] Constructing nano-pore devices based on pore-forming toxin α-hemolysin by replacing its transmembrane region with chemical compounds (2013)
  • 著者名/発表者名: Mihoko UI, Kousuke HARIMA, Yoshikazu TANAKA, Kazuhito TABATA, Hiroyuki Noji, Toshiaki TAKEI, Kouhei TSUMOTO, Kazushi KINBARA
  • 学会等名: NIH-Tohoku University-JSPS国際シンポジウム
  • 発表場所: 東北大学艮陵会館
• [学会発表] Creation of a Photoresponsive module based on the engineered PYP (2013)
  • 著者名/発表者名: Yusuke Miyauchi, Mihoko Ui, Makoto Murakami, Yasuyuki Araki, Takehiko Wada, and Kazushi Kinbara
  • 学会等名: Tohoku University Campus Asia Summer School 2013
  • 発表場所: 東北大学大学青葉山キャンパス
• [学会発表] A photocontrollable nanopore-device based on chemically Hybridized pore-forming toxin alpha-hemolysin (2013)
  • 著者名/発表者名: M. Ui, K. Harima, Y. Tanaka, K. Tabata, H. Noji, T. Takei, K. Tsumoto and K. Kinbara
  • 学会等名: Faraday Discussion 166: Self Assembly of Biopolymers
  • 発表場所: University of Bristol、イギリス、ブリストル
• [学会発表] 光応答性蛋白質を用いたcAMP濃度制御システムの構築 (2013)
  • 著者名/発表者名: 宇井 美穂子、新井 康広、村上 慎、荒木 保幸、和田 健彦、高橋 泰人、金原 数
  • 学会等名: 第7回バイオ関連化学シンポジウム
  • 発表場所: 名古屋大学東山キャンパス
• [学会発表] 光応答性バイオマテリアルへの応用を指向したモジュール化PYPの創製 (2013)
  • 著者名/発表者名: 宮内 佑輔、宇井 美穂子、村上 慎、荒木 保幸、和田 健彦、金原 数
  • 学会等名: 第7回バイオ関連化学シンポジウム
  • 発表場所: 名古屋大学東山キャンパス
• [学会発表] Construction of a photocontrol system of cAMP level based on the photoresponsive phosphodiesterase (2013)
  • 著者名/発表者名: Mihoko Ui, Yasuhiro Arai, Makoto Murakami, Yasuyuki Araki, Takehiko Wada, Hiroto Takahashi, and Kazushi Kinbara
  • 学会等名: 平成25年度化学系学協会東北大会及び日本化学会東北支部70周年記念国際会議 ―International Symposium for the 70th Anniversary of the Tohoku Branch Chemical Society of Japan―
  • 発表場所: 東北大学川内北キャンパス・萩ホール
• [学会発表] 光受容蛋白質を用いた細胞外cAMP濃度制御システムの構築
  • 著者名/発表者名: 宇井美穂子、新井康広、村上 慎、荒木保幸、和田健彦、高橋泰人、金原 数
  • 学会等名: 第13回東北大学多元物質科学研究所 研究発表会
  • 発表場所: 東北大学片平キャンパス