| 研究領域 | 分子合成オンデマンドを実現するハイブリッド触媒系の創製 |
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| 研究課題/領域番号 |
20H04820
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| 研究種目 |
新学術領域研究(研究領域提案型)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 審査区分 |
理工系
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| 研究機関 | 北海道大学 |
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研究代表者 |
小野田 晃 北海道大学, 地球環境科学研究院, 教授 (60366424)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2022-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2021年度)
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| 配分額 *注記 |
7,800千円 (直接経費: 6,000千円、間接経費: 1,800千円)
2021年度: 3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円)
2020年度: 3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円)
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| キーワード | バイオハイブリッド触媒 / 人工金属酵素 / 指向性進化工学 / ロジウム錯体 / C-H結合活性化 / ロジウム触媒 / 金属錯体 / タンパク質 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
金属錯体触媒に、生物がもつ多様な分子環境を融合すれば、未踏の選択性を達成すると期待される。本研究では、多彩な反応性をもつ金属錯体触媒と、精緻かつ多様な反応場を提供するバレル型タンパク質を融合したバイオハイブリッド触媒を構築し、従来にはない位置選択性・官能基選択性・基質選択性を付与した触媒系を開拓する。バイオハイブリッド触媒における金属錯体近傍のアミノ酸残基を網羅的かつ高速に探索可能な実験室進化の手法を確立し、タンパク質反応場の最適化を行い、困難な反応選択性を示す触媒を開発する。
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| 研究実績の概要 |
本研究では、多彩な反応性をもつ金属錯体触媒と、精緻かつ多様な反応場を提供するバレル型タンパク質を融合したバイオハイブリッド触媒を構築し、新たな位置選択性・官能基選択性・基質選択性を付与した触媒系の開拓に取り組んだ。具体的には、Cp*Rhコアを有するバイオハイブリッド触媒を出発点として、オキシムとアルキンの付加環化によるイソキノリン合成反応を対象として、より高活性なバイオハイブリッド触媒を指向性進化工学の手法により構築した。バレル型タンパク質ニトロバインディンのGln96Cys変異体のCysとCp*Rh 錯体のマレイミド基の付加反応により固定した触媒を、マルトース結合タンパク質との融合体として調製した。この融合型のRh連結バイオハイブリッド触媒を、マルトース結合レジンを用いて、簡便に精製、さらに、反応と生成物を評価する系を確立した。生成物の溶解度や蛍光強度を考慮した上で、原料のオキシムとアルキンの誘導体の組み合わせを複数検証し、ハイスループット評価を実施した。ニトロバインディンの遺伝子をコードする領域の全体に対してエラープローンPCRによりランダムに変異を導入、また、金属錯体の近傍のアミノ酸残基に対して全アミノ酸を変異導入する飽和変異の導入を行ったライブラリーを準備した。これらのライブラリーを利用して、タンパク質を発現、Cp*Rh 錯体の連結、そして触媒活性評価を行った。この手法により触媒活性の向上に寄与する残基位置と種類を複数選出し、さらに、これらを組み合わせたタンパク質反応場を決定する一連の操作を繰り返した。約4000種類の探索により、活性向上したRh連結ハイブリッド触媒の構築に成功した。新たなタンパク質ドメインをニトロバインディンに融合したバイオハイブリッド触媒では、基質結合能の向上によって、さらに触媒活性が向上することも見出した。
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| 現在までの達成度 (段落) |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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| 今後の研究の推進方策 |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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