遺伝暗号改変による翻訳後修飾タンパク質の革新的生産技術開発

• 研究課題/領域番号: 26291035
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 一部基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 生物物理学
• 研究機関: 国立研究開発法人理化学研究所
• 研究代表者: 坂本 健作 国立研究開発法人理化学研究所, ライフサイエンス技術基盤研究センター, グループディレクター (50240685)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2018-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2017年度)
• 配分額: 13,390千円 (直接経費: 10,300千円、間接経費: 3,090千円); 2017年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円); 2016年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円); 2015年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円); 2014年度: 4,810千円 (直接経費: 3,700千円、間接経費: 1,110千円)
• キーワード: 拡張遺伝暗号 / 非天然型アミノ酸 / アミノアシルtRNA合成酵素 / 合成生物学 / カイコ / シルク / アジドフェニルアラニン / 蛋白質 / 遺伝暗号 / タンパク質工学 / タンパク質生産 / 翻訳後修飾 / 翻訳終結因子 / コドン再定義 / ホモアルギニン / ヌクレオソーム / RF-1 / ニトロチロシン / UAGコドン

研究成果の概要

遺伝暗号の改変によって、翻訳後修飾等の化学修飾を望みの部位に導入したタンパク質を均一かつ大量に生産する技術の開発を行った。共同研究を通じて、開発された技術が他の研究者の研究にも有用であることを示すことも研究目標の１つである。非天然型アミノ酸のタンパク質への導入効率を高めるために、RF-1を除去し、ゲノムの大規模改変を施した大腸菌ホスト株の開発に成功し、ニトロチロシン、アセチルリジンなどの翻訳後修飾をタンパク質に自由に導入することを可能にした。農研機構との共同研究によって、シルクに非天然型アミノ酸を組み込むために、カイコの遺伝暗号の改変にも取り組み、アジド基含有シルクの高い生産性を実現した。

研究成果

• [雑誌論文] Genetic Code Expansion of the Silkworm Bombyx mori to Functionalize Silk Fiber (2018)
  • 著者名/発表者名: Teramoto H, Amano Y, Iraha F, Kojima K, Ito T, Sakamoto K
  • 雑誌名: ACS Synthetic Biology 巻: 7 号: 3 ページ: 801-806
  • DOI: 10.1021/acssynbio.7b00437
  • 査読あり
• [雑誌論文] Adenovirus vector-based incorporation of a photo-cross-linkable amino acid into proteins in human primary cells and cancerous cell lines. (2016)
  • 著者名/発表者名: Kita A, Hino N, Higashi S, Hirota K, Narumi R, Adachi J, Takafuji K, Ishimoto K, Okada Y, Sakamoto K, Tomonaga T, Takashima S, Mizuguchi H, Doi T.
  • 雑誌名: Sci Rep 巻: 6 号: 1 ページ: 36946-36946
  • DOI: 10.1038/srep36946
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 大腸菌の遺伝暗号の改変がもたらす組換えタンパク質生産技術の革新 (2016)
  • 著者名/発表者名: 坂本健作
  • 雑誌名: 化学と生物（日本農芸化学会） 巻: 54(5) ページ: 343-350
  • NAID: 130006772546
  • 査読あり
• [雑誌論文] Crystal structure of eukaryotic translation initiation factor 2B (2016)
  • 著者名/発表者名: Kazuhiro Kashiwagi, Mari Takahashi, Madoka Nishimoto, Takuya B. Hiyama, Toshiaki Higo, Takashi Umehara, Kensaku Sakamoto, Takuhiro Ito, Shigeyuki Yokoyama
  • 雑誌名: Nature 巻: 531 号: 7592 ページ: 122-125
  • DOI: 10.1038/nature16991
  • 査読あり
• [雑誌論文] Incorporation of a Doubly Functionalized Synthetic Amino Acid into Proteins for Creating Chemical and Light-Induced Conjugates (2016)
  • 著者名/発表者名: Atsushi Yamaguchi, Takayoshi Matsuda, Kazumasa Ohtake, Tatsuo Yanagisawa, Shigeyuki Yokoyama, Yoshihisa Fujiwara, Takayoshi Watanabe, Takahiro Hohsaka, Kensaku Sakamoto
  • 雑誌名: Bioconjugate Chemistry 巻: 27 号: 1 ページ: 198-206
  • DOI: 10.1021/acs.bioconjchem.5b00602
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] 非天然型アミノ酸アミノ酸の導入によるタンパク質の安定化技術 (2016)
  • 著者名/発表者名: 大竹和正、坂本健作
  • 雑誌名: バイオサイエンスとインダストリー 巻: 74 ページ: 34-36
• [雑誌論文] Intra- and inter-nucleosomal interactions of the histone H4 tail revealed with a human nucleosome core particle with genetically-incorporated H4 tetra-acetylation (2015)
  • 著者名/発表者名: Masatoshi Wakamori, Yoshifumi Fujii, Noriyuki Suka, Mikako Shirouzu, Kensaku Sakamoto, Takashi Umehara, Shigeyuki Yokoyama
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 5 号: 1 ページ: 17204-17204
  • DOI: 10.1038/srep17204
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Reassignment of a rare sense codon to a non-canonical amino acid in Escherichia coli (2015)
  • 著者名/発表者名: Mukai, T., Yamaguchi, A., Ohtake, K., Takahashi, M., Hayashi, A., Iraha, F., Kira, S., Yanagisawa, T., Yokoyama, S., Hoshi, H., Kobayashi, T., Sakamoto, K.
  • 雑誌名: Nucleic Acids Research 巻: 43(16) 号: 16 ページ: 8111-8122
  • DOI: 10.1093/nar/gkv787
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Protein stabilization utilizing a redefined codon (2015)
  • 著者名/発表者名: Ohtake, K., Yamaguchi, A., Mukai, T., Kashimura, H., Hirano, N., Haruki, M., Kohashi, S., Yamagishi, K., Murayama. K., Tomabechi, Y., Itagaki, T., Akasaka, R., Kawazoe, M., Takemoto, C., Shirouzu, M., Yokoyama, S. & Sakamoto, K.
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 5 号: 1 ページ: 9762-9762
  • DOI: 10.1038/srep09762
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Highly reproductive Escherichia coli cells with a blank assignment for the UAG codon (2015)
  • 著者名/発表者名: Mukai, T., Hoshi, H.; Ohtake, K., Takahashi, M., Yamaguchi, A., Hayashi, A., Yokoyama, S. & Sakamoto, K.
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 5 号: 1 ページ: 9699-9699
  • DOI: 10.1038/srep09699
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Ubiquitin acetylation inhibits polyubiquitin chain elongation. (2015)
  • 著者名/発表者名: Ohtake F, Saeki Y, Sakamoto K, Ohtake K, Nishikawa H, Tsuchiya H, Ohta T, Tanaka K, Kanno J.
  • 雑誌名: EMBO Rep. 巻: 16 号: 2 ページ: 192-201
  • DOI: 10.15252/embr.201439152
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Expanded genetic code technologies for modified lysine installation at multiple sites (2014)
  • 著者名/発表者名: Yanagisawa, T., Umehara, T., Sakamoto, K., and Yokoyama, S.
  • 雑誌名: ChemBioChem 巻: 15 号: 15 ページ: 2181-2187
  • DOI: 10.1002/cbic.201402266
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structural Stability of Halogenated Protein: Fragment Molecular Orbital Study (2014)
  • 著者名/発表者名: Jumpei Takanohashi, Sousuke Kohashi, Takeshi Ishikawa, Kensaku Sakamoto, Kenji Yamagishi
  • 雑誌名: J. Comput. Chem. Jpn 巻: 13 ページ: 308-309
  • NAID: 130004933669
  • 査読あり
• [雑誌論文] Multiple site-specific installations of N(ε)-monomethyl-L-lysine into histone proteins by cell-based and cell-free protein synthesis (2014)
  • 著者名/発表者名: Yanagisawa, T., Takahashi, M., Mukai, T., Sato, S., Wakamori, M., Shirouzu, M., Sakamoto, K., and Umehara, T. and Yokoyama, S.
  • 雑誌名: ChemBioChem 巻: 15 号: 12 ページ: 1830-1838
  • DOI: 10.1002/cbic.201402291
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [学会発表] Expanded genetic codes in mammalian cells, codon reassignments in E. coli, and their applications (2016)
  • 著者名/発表者名: Kensaku Sakamoto
  • 学会等名: The 2016 Genetic Code Expansion Conference
  • 発表場所: アメリカ コバリス
  • 年月日: 2016-08-11
  • 国際学会 / 招待講演