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人工蛋白質ナノブロック自己組織化超分子複合体の構造機能解析と動的秩序系設計構築

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 16H00761
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
研究機関信州大学

研究代表者

新井 亮一  信州大学, 学術研究院繊維学系, 准教授 (50344023)

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
6,240千円 (直接経費: 4,800千円、間接経費: 1,440千円)
2017年度: 3,120千円 (直接経費: 2,400千円、間接経費: 720千円)
2016年度: 3,120千円 (直接経費: 2,400千円、間接経費: 720千円)
キーワード人工タンパク質デザイン / タンパク質ナノブロック / 超分子複合体 / 動的秩序系 / 自己組織化 / 蛋白質工学 / ナノバイオテクノロジー / 人工蛋白質デザイン / 蛋白質安定性 / 蛋白質 / 超分子化学 / バイオテクノロジー / ナノバイオ
研究実績の概要

近年、独自のヌンチャク型二量体人工蛋白質WA20を活かして人工蛋白質ナノブロックを開発し、自己組織化により様々な人工蛋白質複合体超分子ナノ構造を形成することを明らかにしてきた。そこで、本研究では、これらの人工蛋白質ナノブロックによる自己組織化ナノ構造超分子複合体の構造機能解析と動的秩序系の設計構築を目的として研究を行った。
今年度は、特に、超安定化人工蛋白質改変体を利用した蛋白質ナノブロックの開発や、より選択的にナノブロック超分子複合体構造が形成するような動的秩序系の設計構築を試みた。その結果、ある特定の温度域を用いて蛋白質ナノブロックの部分的熱変性及び再構成を行い、小角X線散乱(SAXS)や光散乱測定解析することにより、以前より選択的に樽型6量体や正四面体型12量体の秩序構造へのダイナミックに再構成できることが示唆された。また、変性剤による変性プロセスをSAXS法により解析することにより、頂点の部分のみ変性して柱の部分は構造を保ったような柱状二量体の動的中間体構造の存在が示唆された。以上のような結果を取りまとめて論文を準備中である。
さらに、鎖状構造をつくる蛋白質ナノブロックとして,2個のWA20をリンカーによって直列につないだePN-Blocksも開発し,環鎖状構造を構築し、溶液SAXS測定や領域内共同研究による電子顕微鏡観察による構造解析を行った。さらに,2種類の異種蛋白質ナノブロック分子を変性及び再構成することにより、動的秩序系を構築し、環鎖状から直鎖状構造へ超分子複合体の形態が変化することをSAXS測定や光散乱解析等により明らかにした。これらの結果を取りまとめて論文を執筆出版した。(Kobayashi et al., ACS Synth. Biol. 2018)

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

    (53件)

すべて 2018 2017 2016 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (5件) (うち国際共著 1件、 査読あり 3件、 オープンアクセス 3件) 学会発表 (40件) (うち国際学会 11件、 招待講演 18件) 備考 (5件) 産業財産権 (1件)

  • [国際共同研究] Princeton University(米国)

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [国際共同研究] Princeton University(米国)

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [雑誌論文] Self-Assembling Supramolecular Nanostructures Constructed from de Novo Extender Protein Nanobuilding Blocks2018

    • 著者名/発表者名
      Kobayashi Naoya、Inano Kouichi、Sasahara Kenji、Sato Takaaki、Miyazawa Keisuke、Fukuma Takeshi、Hecht Michael H、Song Chihong、Murata Kazuyoshi、Arai Ryoichi
    • 雑誌名

      ACS Synthetic Biology

      巻: 7 号: 5 ページ: 1381-1394

    • DOI

      10.1021/acssynbio.8b00007

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Hierarchical design of artificial proteins and complexes toward synthetic structural biology2017

    • 著者名/発表者名
      Arai Ryoichi
    • 雑誌名

      Biophysical Reviews

      巻: 10 号: 2 ページ: 391-410

    • DOI

      10.1007/s12551-017-0376-1

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Design and construction of self-assembling supramolecular protein complexes using artificial and fusion proteins as nanoscale building blocks2017

    • 著者名/発表者名
      Naoya Kobayashi, Ryoichi Arai
    • 雑誌名

      Current Opinion in Biotechnology

      巻: 46 ページ: 57-65

    • DOI

      10.1016/j.copbio.2017.01.001

    • 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
  • [雑誌論文] 人工蛋白質で「かたち」をつくろう―ブロック遊びしようよ!―2016

    • 著者名/発表者名
      小林直也,新井亮一
    • 雑誌名

      生物工学会誌

      巻: 94 ページ: 270-270

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • オープンアクセス
  • [雑誌論文] バイナリーパターン配列デザインによるデノボ蛋白質の創出と蛋白質ナノブロックによる超分子複合体の創生2016

    • 著者名/発表者名
      小林直也,木村尚弥,新井亮一
    • 雑誌名

      生物工学会誌

      巻: 94 ページ: 485-488

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • オープンアクセス
  • [学会発表] Self-assembling supramolecular nanostructure complexes constructed from protein nanobuilding blocks2018

    • 著者名/発表者名
      Naoya Kobayashi, Naoya Kimura, Michael H. Hecht, Ryoichi Arai
    • 学会等名
      The 6th International Symposium of Dynamical Ordering of Biomolecular Systems for Creation of Integrated Functions
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Self-assembling supramolecular nanostructures created from de novo protein nanobuilding blocks2017

    • 著者名/発表者名
      Naoya Kimura, Naoya Kobayashi, Ryoichi Arai
    • 学会等名
      Okazaki Conference 2017 on Grand Challenges in Small-angle Scattering
    • 発表場所
      岡崎コンファレンスセンター(愛知県岡崎市)
    • 年月日
      2017-03-20
    • 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] pH-dependent structural transition of self-assembling nanostructures constructed from protein nanobuilding blocks using a dimeric de novo protein2017

    • 著者名/発表者名
      Naoya Kobayashi, Takuya Sengoku, Takaaki Sato, Ryoichi Arai
    • 学会等名
      Okazaki Conference 2017 on Grand Challenges in Small-angle Scattering
    • 発表場所
      岡崎コンファレンスセンター(愛知県岡崎市)
    • 年月日
      2017-03-19
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] タンパク質ナノブロックによる動的秩序構造形成2017

    • 著者名/発表者名
      木村尚弥、小林直也、新井亮一
    • 学会等名
      日本化学会第97春季年会
    • 発表場所
      慶応大学(横浜市)
    • 年月日
      2017-03-16
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Self-assembling supramolecular nanostructures created from de novo protein nanobuilding blocks2017

    • 著者名/発表者名
      Ryoichi Arai
    • 学会等名
      11th Annual Symposium on Nanobiotechnology 2017
    • 発表場所
      川崎市産業振興会館(川崎市)
    • 年月日
      2017-02-28
    • 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] 人工タンパク質ナノブロック(PN-Block)による自己組織化超分子ナノ構造複合体の創製:“ネオバイオ分子”創出へ向けて2017

    • 著者名/発表者名
      新井亮一
    • 学会等名
      平成28年度第3回富山大学テニュアトラックセミナー
    • 発表場所
      富山大学(富山市)
    • 年月日
      2017-02-03
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Dynamical Ordering Nanostructures Constructed from Protein Nanobuilding Blocks2017

    • 著者名/発表者名
      Naoya Kimura, Naoya Kobayashi, Ryoichi Arai
    • 学会等名
      The 5th International Symposium of Dynamical Ordering of Biomolecular Systems for Creation of Integrated Functions
    • 発表場所
      東京大学(東京都目黒区)
    • 年月日
      2017-01-22
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Self-assembling supramolecular nanostructure complexes constructed from protein nanobuilding blocks2017

    • 著者名/発表者名
      Naoya Kobayashi, Naoya Kimura, Michael H. Hecht, Ryoichi Arai
    • 学会等名
      The 31st Annual Symposium of the Protein Society
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Self-assembling supramolecular nanostructure complexes constructed from protein nanobuilding blocks2017

    • 著者名/発表者名
      Naoya Kobayashi, Naoya Kimura, Michael H. Hecht, Ryoichi Arai
    • 学会等名
      Gordon Research Conference, Synthetic Biology
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 人工タンパク質ナノブロック(PN-Block)による自己組織化超分子ナノ構造複合体の創出2017

    • 著者名/発表者名
      新井亮一
    • 学会等名
      第17回リング・チューブ超分子研究会シンポジウム
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] タンパク質ナノブロックによる動的秩序構造形成2017

    • 著者名/発表者名
      木村尚弥、小林直也、新井亮一
    • 学会等名
      第17回日本蛋白質科学会年会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 超安定化人工蛋白質SUWAのX線結晶構造解析及び蛋白質ナノブロック動的秩序構造形成への応用2017

    • 著者名/発表者名
      木村尚弥、小林直也、新井亮一
    • 学会等名
      第17回日本蛋白質科学会年会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 二量体人工蛋白質WA20のpH依存性構造変化と人工蛋白質ナノブロック複合体の再構成2017

    • 著者名/発表者名
      小林直也、仙石琢也、佐藤高彰、新井亮一
    • 学会等名
      第17回日本蛋白質科学会年会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 人工タンパク質ナノブロックによる超分子複合体ナノ構造の創製2017

    • 著者名/発表者名
      新井亮一
    • 学会等名
      バイオ工学シンポジウム
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Self-assembling supramolecular nanostructure complexes constructed from protein nanobuilding blocks2017

    • 著者名/発表者名
      小林直也、木村尚弥、新井亮一
    • 学会等名
      第5回バイオ関連化学シンポジウム若手フォーラム
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 人工蛋白質ナノブロック(PN-Blocks)による自己組織化超分子ナノ構造複合体の創出2017

    • 著者名/発表者名
      小林直也、木村尚弥、新井亮一
    • 学会等名
      第11回バイオ関連化学シンポジウム
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 超安定化人工蛋白質SUWAのX線結晶構造解析及び蛋白質ナノブロック動的秩序構造形成への応用2017

    • 著者名/発表者名
      木村尚弥、小林直也、新井亮一
    • 学会等名
      第69回日本生物工学会大会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 人工タンパク質ナノブロックによる超分子複合体ナノ構造の創出2017

    • 著者名/発表者名
      新井亮一
    • 学会等名
      第6回CHUBU懇話会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] タンパク質ナノブロック戦略によるネオ・レクチン超分子複合体の創出を目指して2017

    • 著者名/発表者名
      新井亮一
    • 学会等名
      生命科学系合同年次大会ConBio2017
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 変性温度の異なるドメインを持つタンパク質ナノブロックの構築と解析2017

    • 著者名/発表者名
      笹原 健嗣、木村 尚弥、小林 直也、新井亮一
    • 学会等名
      生命科学系合同年次大会ConBio2017
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] タンパク質ナノブロック戦略による人工レクチン超分子複合体の創出を目指して2017

    • 著者名/発表者名
      入間川 伸、舘野 浩章、平林 淳、新井亮一
    • 学会等名
      生命科学系合同年次大会ConBio2017
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 人工蛋白質ナノブロックによる多様な自己組織化超分子ナノ構造複合体:ネオバイオ超分子の創生を目指して2016

    • 著者名/発表者名
      小林直也、木村尚弥、新井亮一
    • 学会等名
      第39回日本分子生物学会年会
    • 発表場所
      パシフィコ横浜(横浜市)
    • 年月日
      2016-12-02
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 蛋白質ナノブロック用超安定化人工蛋白質SUWA (Super WA20)の特性解析及び構造解析2016

    • 著者名/発表者名
      木村尚弥、小林直也、新井亮一
    • 学会等名
      第39回日本分子生物学会年会
    • 発表場所
      パシフィコ横浜(横浜市)
    • 年月日
      2016-12-01
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] 人工タンパク質をブロックに見立てた超分子ナノ構造複合体の設計構築2016

    • 著者名/発表者名
      小林直也、木村尚弥、新井亮一
    • 学会等名
      第54回日本生物物理学会年会
    • 発表場所
      つくば国際会議場(つくば市)
    • 年月日
      2016-11-25
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] De Novo Protein Nano-Building Block Approach for “Synthetic Structural Biology” to Create Artificial Supramolecular Protein Complexes2016

    • 著者名/発表者名
      Ryoichi Arai, Naoya Kimura, Naoya Kobayashi, Michael H. Hecht
    • 学会等名
      THE 42nd NAITO CONFERENCE ON In the Vanguard of Structural Biology: Revolutionizing Life Sciences
    • 発表場所
      CHATERAISE Gateaux Kingdom SAPPORO (札幌市)
    • 年月日
      2016-10-06
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 蛋白質ナノブロック用超安定化人工蛋白質SUWA (Super WA20)の特性解析及び構造解析2016

    • 著者名/発表者名
      木村尚弥、小林直也、新井亮一
    • 学会等名
      第68回日本生物工学会大会
    • 発表場所
      富山国際会議場(富山市)
    • 年月日
      2016-09-29
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] Selfassembling supramolecular nanostructures created by de novo extender protein nanobuilding blocks2016

    • 著者名/発表者名
      Naoya Kimura, Naoya Kobayashi, Ryoichi Arai
    • 学会等名
      第68回日本生物工学会大会
    • 発表場所
      富山国際会議場(富山市)
    • 年月日
      2016-09-29
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 人工蛋白質ナノブロック(PN-Block)による自己組織化超分子ナノ構造の創製:“合成構造生物学”を目指して2016

    • 著者名/発表者名
      小林直也、木村尚弥、新井亮一
    • 学会等名
      第28回高遠・分子細胞生物学シンポジウム
    • 発表場所
      高遠さくらホテル(長野県伊那市)
    • 年月日
      2016-08-25
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] 人工蛋白質ナノブロックの設計開発による自己組織化超分子ナノ構造複合体の創出2016

    • 著者名/発表者名
      小林直也、新井亮一
    • 学会等名
      2016年度日本生物工学会中部支部例会
    • 発表場所
      名古屋大学(名古屋市)
    • 年月日
      2016-08-05
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] タンパク質ナノブロックによる自己組織化超分子複合体の創製2016

    • 著者名/発表者名
      新井亮一
    • 学会等名
      第48回若手ペプチド夏の勉強会
    • 発表場所
      大学セミナーハウス(東京都八王子市)
    • 年月日
      2016-08-01
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 超安定化二量体デノボ蛋白質SUWAの創製と蛋白質ナノブロック複合体構築2016

    • 著者名/発表者名
      木村尚弥、新井亮一
    • 学会等名
      第48回若手ペプチド夏の勉強会
    • 発表場所
      大学セミナーハウス(東京都八王子市)
    • 年月日
      2016-08-01
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] Self-assembling supramolecular nanostructures created by de novo extender protein nano-building blocks2016

    • 著者名/発表者名
      Naoya Kobayashi, Kouichi Inano, Takaaki Sato, Keisuke Miyazawa, Takeshi Fukuma, Michael H. Hecht, Ryoichi Arai
    • 学会等名
      The 30th Anniversary Symposium of the Protein Society
    • 発表場所
      Hyatt Regency Baltimore, Baltimore, MD, USA
    • 年月日
      2016-07-17
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Super WA20 (SUWA), an ultra-stabilized dimeric de novo protein for self-assembling protein nano-building blocks2016

    • 著者名/発表者名
      Naoya Kimura, Naoya Kobayashi, Ryoichi Arai
    • 学会等名
      The 30th Anniversary Symposium of the Protein Society
    • 発表場所
      Hyatt Regency Baltimore, Baltimore, MD, USA
    • 年月日
      2016-07-17
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Self-assembling supramolecular nanostructures created from de novo protein nanobuilding blocks2016

    • 著者名/発表者名
      Naoya Kobayashi, Keiichi Yanase, Takaaki Sato, Satoru Unzai, Michael H. Hecht, Ryoichi Arai
    • 学会等名
      The 30th Anniversary Symposium of the Protein Society
    • 発表場所
      Hyatt Regency Baltimore, Baltimore, MD, USA
    • 年月日
      2016-07-16
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Self-assembling supramolecular nanostructures created from de novo protein nanobuilding blocks2016

    • 著者名/発表者名
      小林直也、木村尚弥、新井亮一
    • 学会等名
      分子研研究会 超機能分子の創成
    • 発表場所
      岡崎コンファレンスセンター(愛知県岡崎市)
    • 年月日
      2016-06-28
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] ネオバイオ分子の構造機能解析及び設計基盤技術(X線結晶構造解析、タンパク質工学 編)2016

    • 著者名/発表者名
      新井亮一
    • 学会等名
      第5回ネオバイオ分子研究会
    • 発表場所
      鹿児島大学(鹿児島市)
    • 年月日
      2016-06-10
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 人工蛋白質ナノブロック(PN-Block)による自己組織化ナノ構造創製:“ネオバイオ分子”創出へ向けて2016

    • 著者名/発表者名
      小林直也、木村尚弥、新井亮一
    • 学会等名
      第16回日本蛋白質科学会年会
    • 発表場所
      福岡国際会議場(福岡市)
    • 年月日
      2016-06-09
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 人工蛋白質ナノブロックの設計開発による自己組織化超分子ナノ構造複合体の創出2016

    • 著者名/発表者名
      小林直也、新井亮一
    • 学会等名
      第16回日本蛋白質科学会年会
    • 発表場所
      福岡国際会議場(福岡市)
    • 年月日
      2016-06-08
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 超安定化二量体人工蛋白質Super WA20 (SUWA)の安定化機構解析と蛋白質ナノブロックへの応用2016

    • 著者名/発表者名
      木村尚弥、小林直也、新井亮一
    • 学会等名
      第16回日本蛋白質科学会年会
    • 発表場所
      福岡国際会議場(福岡市)
    • 年月日
      2016-06-08
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] 抗オステオカルシンC 末端ペプチド抗体KTM219 Fab 断片のX 線結晶構造解析: Q-body 作動原理の理解へ向けて2016

    • 著者名/発表者名
      小松 美沙紀, 董 金華, 上田 宏, 新井亮一
    • 学会等名
      第16回日本蛋白質科学会年会
    • 発表場所
      福岡国際会議場(福岡市)
    • 年月日
      2016-06-07
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [備考] 応用生物科学科 新井 亮一 准教授ら、新たな鎖状連結タンパク質ナノブロックを開発

    • URL

      http://www.shinshu-u.ac.jp/faculty/textiles//news/2018/05/115879.html

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [備考] 新井研究室ホームページ

    • URL

      http://fiber.shinshu-u.ac.jp/arai/index.html

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書 2016 実績報告書
  • [備考] 小林直也研究員が日本蛋白質科学会で若手奨励賞を受賞

    • URL

      http://www.shinshu-u.ac.jp/institution/iccer/topics/iccer/post-29.html

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [備考] 木村尚弥さん (M2) が分子生物学会で優秀ポスター賞

    • URL

      http://www.shinshu-u.ac.jp/faculty/textiles/news/2016/12/76140.html

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [備考] 繊維学部 新井亮一准教授らがまとめた、人工タンパク質超分子複合体構築に関する総説が掲載

    • URL

      http://www.shinshu-u.ac.jp/topics/2017/02/-current-opinion-in-biotechnology.html

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [産業財産権] ドメインスワップ二量体人工タンパク質2016

    • 発明者名
      新井亮一,木村尚弥,小林直也
    • 権利者名
      信州大学
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      2016-101203
    • 出願年月日
      2016-05-20
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書

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公開日: 2016-04-26   更新日: 2022-02-28  

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