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T4ファージ由来蛋白質針による生体膜透過の動的秩序機構

公募研究

研究領域生命分子システムにおける動的秩序形成と高次機能発現
研究課題/領域番号 16H00755
研究種目

新学術領域研究(研究領域提案型)

配分区分補助金
審査区分 理工系
研究機関東京工業大学

研究代表者

上野 隆史  東京工業大学, 生命理工学院, 教授 (70332179)

研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2018-03-31
研究課題ステータス 完了 (2017年度)
配分額 *注記
6,370千円 (直接経費: 4,900千円、間接経費: 1,470千円)
2017年度: 3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円)
2016年度: 3,120千円 (直接経費: 2,400千円、間接経費: 720千円)
キーワードバクテリオファージT4 / タンパク質集合体 / 超分子化学 / タンパク質工学 / 分子機械 / ファージ / タンパク質 / 生体材料 / ナノバイオ / バイオテクノロジー
研究実績の概要

近年、多くのファージや、分泌系では、効率的な膜輸送反応に針状蛋白質を利用していることが明らかとなり、その応用利用が注目されている。そこで、本研究では、バクテリオファージT4の部品蛋白質から合成した蛋白質針の自発的な細胞膜透過能に着目し、そのメカニズムの解明を目指した。具体的には、H20-H22年度基盤研究(B)「ウイルス部品蛋白質からなるナノチューブ構造体の分子設計と機能化」と、H26-H27年度新学術領域研究「動的秩序」「人工分子針の細胞膜貫通制御」により見出した蛋白質針の細胞膜透過現象をもとに、以下に示す三種類の実験を組み合わせた領域内外の融合研究により、蛋白質針の膜透過機能の解明を達成した。(1)高速AFM観察:研究の要となる高速AFM測定では、マイカ基板上へ吸着した人工蛋白質針を脂質二分子膜の端へ相互作用させることによって、膜貫通プロセスを二次元的な運動として1分子観察した。(2) MD計算:高速AFM解析によって得られた蛋白質針と脂質膜との接触角、接触保持時間、挿入速度をパラメーター化し、それらの構造情報をもとに、MD計算を進めた。(3)電気生理学測定:液滴接触法による脂質二分子膜作成から、迅速測定系を構築し、脂質膜透過と膜間電位差の関係を明らかとした。さらに、針先構造や表面電荷の異なる蛋白質針の合成を行い、上記の実験による膜透過能の比較から、膜透過メカニズムの全容を解明した。

現在までの達成度 (段落)

29年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

29年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2017 実績報告書
  • 2016 実績報告書
  • 研究成果

    (32件)

すべて 2018 2017 2016 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 2件、 謝辞記載あり 3件) 学会発表 (13件) (うち国際学会 13件、 招待講演 13件) 図書 (1件) 備考 (4件) 産業財産権 (3件)

  • [雑誌論文] Engineering of protein assemblies within cells2018

    • 著者名/発表者名
      Nguyen Tien K、Ueno Takafumi
    • 雑誌名

      Current Opinion in Structural Biology

      巻: 51 ページ: 1-8

    • DOI

      10.1016/j.sbi.2017.12.005

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Functionalization of protein crystals with metal ions, complexes and nanoparticles2018

    • 著者名/発表者名
      Abe Satoshi、Maity Basudev、Ueno Takafumi
    • 雑誌名

      Current Opinion in Chemical Biology

      巻: 43 ページ: 68-76

    • DOI

      10.1016/j.cbpa.2017.11.015

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Supramolecular protein cages constructed from a crystalline protein matrix2018

    • 著者名/発表者名
      Negishi Hashiru、Abe Satoshi、Yamashita Keitaro、Hirata Kunio、Niwase Kento、Boudes Marion、Coulibaly Fasseli、Mori Hajime、Ueno Takafumi
    • 雑誌名

      Chemical Communications

      巻: 54 号: 16 ページ: 1988-1991

    • DOI

      10.1039/c7cc08689j

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Structure of in cell protein crystals containing organometallic complexes2018

    • 著者名/発表者名
      Abe Satoshi、Atsumi Kohei、Yamashita Keitaro、Hirata Kunio、Mori Hajime、Ueno Takafumi
    • 雑誌名

      Physical Chemistry Chemical Physics

      巻: 20 号: 5 ページ: 2986-2989

    • DOI

      10.1039/c7cp06651a

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 架橋化多孔性タンパク質結晶を利用した水素製造光触媒システムの構築2018

    • 著者名/発表者名
      Tabe Hiroyasu、Takahashi Hikaru、Shimoi Takuya、Abe Satoshi、Ueno Takafumi、Yamada Yusuke
    • 雑誌名

      Applied Catalysis B: Environmental

      巻: 237 ページ: 1124-1129

    • DOI

      10.1016/j.apcatb.2018.01.046

    • URL

      https://ocu-omu.repo.nii.ac.jp/records/2019618

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Artificial bio-nanomachines based on protein needles derived from bacteriophage T42017

    • 著者名/発表者名
      Inaba Hiroshi、Ueno Takafumi
    • 雑誌名

      Biophysical Reviews

      巻: 10 号: 2 ページ: 641-658

    • DOI

      10.1007/s12551-017-0336-9

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Improved efficiency of nanoneedle insertion by modification with a cell-puncturing protein2017

    • 著者名/発表者名
      Ryu Seunghwan、Matsumoto Yuta、Matsumoto Takahiro、Ueno Takafumi、Silberberg Yaron R.、Nakamura Chikashi
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 57 号: 3S2 ページ: 03EB02-03EB02

    • DOI

      10.7567/jjap.57.03eb02

    • NAID

      210000148743

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 超分子タンパク質の分子設計によるバイオハイブリッド材料の開発2017

    • 著者名/発表者名
      安部 聡、上野 隆史
    • 雑誌名

      有機合成化学協会誌

      巻: 75 号: 12 ページ: 1264-1273

    • DOI

      10.5059/yukigoseikyokaishi.75.1264

    • NAID

      130006248377

    • ISSN
      0037-9980, 1883-6526
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Observation of gold sub-nanocluster nucleation within a crystalline protein cage2017

    • 著者名/発表者名
      B. Maity, S. Abe, and T. Ueno
    • 雑誌名

      Nat. Commun.

      巻: 8 号: 1 ページ: 14820-14825

    • DOI

      10.1038/ncomms14820

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Crystal Engineering of Self-Assembled Porous Protein Materials in Living Cells2017

    • 著者名/発表者名
      S. Abe, H. Tabe, H. Ijiri, K. Yamashita, K. Hirata, K. Atsumi, T. Shimoi, M. Akai, H. Mori, S. Kitagawa and T. Ueno
    • 雑誌名

      ACS Nano

      巻: 11 号: 3 ページ: 2410-2419

    • DOI

      10.1021/acsnano.6b06099

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Design of Bioinorganic Materials At the Interface of Coordination and Biosupramolecular Chemistry2017

    • 著者名/発表者名
      B. Maity, and T. Ueno
    • 雑誌名

      Chem. Rec

      巻: 17 号: 4 ページ: 383-398

    • DOI

      10.1002/tcr.201600122

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [学会発表] Construction of Protein Needle and the Application for In Vivo MRI imaging2018

    • 著者名/発表者名
      Takafumi Ueno
    • 学会等名
      KAIST-Tokyo Tech Bio Joint Workshop
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Design of Protein Assembly for Supramolecular materials2018

    • 著者名/発表者名
      Takafumi Ueno
    • 学会等名
      Post-Mini workshop of Tokyo Tech Life Science and Technology International Symposium, “New Frontiers of Supramolecular Chemistry in Non-equilibrium Systems
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] IN VIVO FUNCTIONS OF ORGANOMETALLOPROTEINS2017

    • 著者名/発表者名
      T Ueno
    • 学会等名
      5th Symposium on Advanced Biological Inorganic Chemistry
    • 発表場所
      Kolkata
    • 年月日
      2017-01-08
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] DESIGN OF PROTEIN ASSEMBLY FOR BIOINORGNIC MATERIALS2017

    • 著者名/発表者名
      Takafumi Ueno
    • 学会等名
      11th Japan-China Joint Symposium on Metal Cluster Compounds
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Design of Bioinorganic Materials Constructed by Coordination Chemistry2017

    • 著者名/発表者名
      Takafumi Ueno
    • 学会等名
      6th Asian Conference on Coordination Chemistry
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Functional Design of Protein Cage for Sustainable Bionanomaterial2017

    • 著者名/発表者名
      Takafumi Ueno
    • 学会等名
      ASPIRE FORUM 2017
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Design of Protein Assemblies as Molecular Templates2017

    • 著者名/発表者名
      Takafumi Ueno
    • 学会等名
      10th China-Japan Joint Symposium on Functional Supramolecular Architectures
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Design of Protein Assemblies as Supramolecular Platforms2017

    • 著者名/発表者名
      Takafumi Ueno
    • 学会等名
      Frontier Bioorganization Forum 2017, “Dynamical ordering and integrated functions of biomolecular systems
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] CO Releasing Bioinorganic Nanomaterials for CO Gas Biology2017

    • 著者名/発表者名
      Takafumi Ueno
    • 学会等名
      The International Advanced Drug Delivery Symposium 2017
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Design of Protein Asemblies in Development of Biohybrid Materials2017

    • 著者名/発表者名
      T Ueno
    • 学会等名
      Research Innovation Symposium in Life Science and Technology
    • 発表場所
      Yokohama
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] In Vivo and In Vitro Bioinorganic Functions Designed within Ferritin Cage”2016

    • 著者名/発表者名
      T Ueno
    • 学会等名
      8th Asian Biological Inorganic Chemistry Conference
    • 発表場所
      Auckland
    • 年月日
      2016-12-06
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Multi-bioinorganic Functions Designed within Protein Cage2016

    • 著者名/発表者名
      T Ueno
    • 学会等名
      Japan-Korea-Taiwan Bioinorganic Chemistry Symposium 2016
    • 発表場所
      Okazaki
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Biosupramolecular materials designed by protein assemblies2016

    • 著者名/発表者名
      T Ueno
    • 学会等名
      2016 International Symposium on Polymer and Related Materials
    • 発表場所
      Harbin
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [図書] フロンティア生物無機化学2016

    • 著者名/発表者名
      安部 聡、上野隆史
    • 総ページ数
      350
    • 出版者
      三共出版
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [備考] The Ueno Lab

    • URL

      http://www.ueno.bio.titech.ac.jp/

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [備考] タンパク質カゴの中で踊る金原子を観る

    • URL

      http://educ.titech.ac.jp/bio/news/2017_03/053641.html

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [備考] タンパク質用いて細胞内分子フィルターを開発

    • URL

      http://educ.titech.ac.jp/bio/news/2017_02/053432.html

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [備考] Ueno Laboratory

    • URL

      http://www.ueno.bio.titech.ac.jp/

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [産業財産権] 複合ポリペプチド単量体、細胞浸透機能を有する当該単量体の会合体、及び、当該会合体を有効成分とする免疫賦活剤2016

    • 発明者名
      上野隆史、吉川健吾、真野恵、片山和彦、三木元博、戸高 玲子
    • 権利者名
      上野隆史、吉川健吾、真野恵、片山和彦、三木元博、戸高 玲子
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      2016-207417
    • 出願年月日
      2016-10-23
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [産業財産権] 改変ポリヘドリンタンパク質及びその使用2016

    • 発明者名
      上野隆史、安部聡、笠松誠
    • 権利者名
      上野隆史、安部聡、笠松誠
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      2016-171201
    • 出願年月日
      2016-09-01
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [産業財産権] ヘモシアニン会合体を用いた包摂体の製造方法2016

    • 発明者名
      田中 良和、松野 明日香、北村 朗、上野 隆史、安部 聡
    • 権利者名
      田中 良和、松野 明日香、北村 朗、上野 隆史、安部 聡
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      2016-110309
    • 出願年月日
      2016-06-01
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書

URL: 

公開日: 2016-04-26   更新日: 2018-12-17  

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