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相分離タンパク凝集体をほぐす人工タンパク質の合理的設計

公募研究

研究領域発動分子科学:エネルギー変換が拓く自律的機能の設計
研究課題/領域番号 21H00379
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 複合領域
研究機関東北大学

研究代表者

鎌形 清人  東北大学, 多元物質科学研究所, 准教授 (90432492)

研究期間 (年度) 2021-04-01 – 2023-03-31
研究課題ステータス 完了 (2022年度)
配分額 *注記
5,980千円 (直接経費: 4,600千円、間接経費: 1,380千円)
2022年度: 2,990千円 (直接経費: 2,300千円、間接経費: 690千円)
2021年度: 2,990千円 (直接経費: 2,300千円、間接経費: 690千円)
キーワード液液相分離 / タンパク質 / ペプチド / 凝集体 / 合理的設計 / 相分離
研究開始時の研究の概要

液液相分離するタンパク質は、密集した会合状態を形成し、疾患の原因となる不溶性の凝集体に成長する。この密集状態では、タンパク質中の特定の立体構造を持たない天然変性領域が、かたい分子間βシート構造(不溶性の凝集体)を形成する。このことが神経変性疾患の原因と考えられ、このかたい構造を壊すには、力学エネルギーが必要である。本研究では、ペプチド設計技術と化学・力学エネルギー変換タンパク質を融合し、凝集体をほぐす人工タンパク質の合理的設計を行う。さらに、単分子蛍光顕微鏡や分子動力学シミュレーションを用いて、デザインした人工タンパク質の「化学・力学エネルギー変換」と「凝集体の破壊」との関連を明らかにする。

研究実績の概要

液液相分離するタンパク質は、密集した会合状態を形成し、疾患の原因となる不溶性の凝集体に成長する。この密集状態では、タンパク質中の特定の立体構造を持たない天然変性領域が、かたい分子間βシート構造(不溶性の凝集体)を形成する。このことが神経変性疾患の原因と考えられ、このかたい構造を壊すには、力学エネルギーが必要である。本研究では、ペプチド設計技術と化学・力学エネルギー変換タンパク質を融合し、凝集体をほぐす人工タンパク質の合理的設計を行った。昨年度に設計したペプチド付き人工タンパク質を、大腸菌にて発現し、液体クロマトグラフィーを用いて精製した。次に、p53の液液相分離状態に、ペプチド付き人工タンパク質と分子レールDNAと化学エネルギーATPを加えたところ、1つのペプチド付き人工タンパク質が予想に反して相分離状態を促進することが分かった。相分離促進のメカニズムを調べたところ、このペプチド付き人工タンパク質が単体で液液相分離することが分かった。この相分離の効果を考慮すると、2種類のペプチド付き人工タンパク質は、p53の液液相分離状態をわずかに促進、または、抑制することが明らかになった。続いて、固体状の凝集体形成の条件で同様の実験を行ったところ、ペプチド付き人工タンパク質は2種類とも固体状の凝集体形成を少し抑制することが分かった。以上より、凝集体をほぐす人工タンパク質を合理的に設計することができた。今後、凝集体抑制効果を高める設計を検討することが必要である。

現在までの達成度 (段落)

令和4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

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2022 実績報告書
  • 2021 実績報告書
  • 研究成果

    (27件)

すべて 2022 2021 その他

すべて 国際共同研究 (4件) 雑誌論文 (9件) (うち国際共著 4件、 査読あり 8件、 オープンアクセス 7件) 学会発表 (14件) (うち国際学会 2件、 招待講演 10件)

  • [国際共同研究] フランス国立科学研究センター(フランス)

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [国際共同研究] カリフォルニア大学ロサンゼルス(米国)

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [国際共同研究] ワイスマン研究所(イスラエル)

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [国際共同研究] フランス国立科学研究センター(フランス)

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [雑誌論文] Rational peptide design for regulating liquid-liquid phase separation on the basis of residue-residue contact energy2022

    • 著者名/発表者名
      Kamagata Kiyoto、Ariefai Maulana、Takahashi Hiroto、Hando Atsumi、Subekti Dwiky Rendra Graha、Ikeda Keisuke、Hirano Atsushi、Kameda Tomoshi
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 12 号: 1 ページ: 13718-13718

    • DOI

      10.1038/s41598-022-17829-1

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Giant Carbon Nano-Test Tubes as Versatile Imaging Vessels for High-Resolution and In Situ Observation of Proteins2022

    • 著者名/発表者名
      Tracy T Chuong, Toshihiko Ogura, Norihito Hiyoshi, Kazuma Takahashi, Sangho Lee, Keita Hiraga, Hiroki Iwase, Akira Yamaguchi, Kiyoto Kamagata, Eriko Mano, Satoshi Hamakawa, Hirotomo Nishihara, Takashi Kyotani, Galen D Stucky, Tetsuji Itoh
    • 雑誌名

      ACS Applied Materials & Interfaces

      巻: 14 号: 23 ページ: 26507-26516

    • DOI

      10.1021/acsami.2c06318

    • 関連する報告書
      2022 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-dependent recruitment and diffusion of guest proteins in liquid droplets of FUS2022

    • 著者名/発表者名
      Kamagata Kiyoto、Iwaki Nanako、Kanbayashi Saori、Banerjee Trishit、Chiba Rika、Gaudon Virginie、Castaing Bertrand、Sakomoto Seiji
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 12 号: 1 ページ: 7101-7101

    • DOI

      10.1038/s41598-022-11177-w

    • 関連する報告書
      2022 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] 疾患関連相分離タンパク質をターゲットとしたペプチドバインダーの設計2022

    • 著者名/発表者名
      鎌形清人
    • 雑誌名

      日本薬理学雑誌

      巻: 157 号: 6 ページ: 392-395

    • DOI

      10.1254/fpj.22016

    • ISSN
      0015-5691, 1347-8397
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Single-Molecule Microscopy Meets Molecular Dynamics Simulations for Characterizing the Molecular Action of Proteins on DNA and in Liquid Condensates2021

    • 著者名/発表者名
      Kamagata Kiyoto
    • 雑誌名

      Frontiers in Molecular Biosciences

      巻: 8 ページ: 795367-795367

    • DOI

      10.3389/fmolb.2021.795367

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Molecular principles of recruitment and dynamics of guest proteins in liquid droplets2021

    • 著者名/発表者名
      Kamagata Kiyoto、Iwaki Nanako、Hazra Milan Kumar、Kanbayashi Saori、Banerjee Trishit、Chiba Rika、Sakomoto Seiji、Gaudon Virginie、Castaing Bertrand、Takahashi Hiroto、Kimura Michiko、Oikawa Hiroyuki、Takahashi Satoshi、Levy Yaakov
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 11 号: 1 ページ: 19323-19323

    • DOI

      10.1038/s41598-021-98955-0

    • 関連する報告書
      2021 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] Testing mechanisms of DNA sliding by architectural DNA-binding proteins: dynamics of single wild-type and mutant protein molecules <i>in vitro</i> and <i>in vivo</i>2021

    • 著者名/発表者名
      Kamagata Kiyoto, Itoh Yuji, Tan Cheng, Mano Eriko, Wu Yining, Mandali Sridhar, Takada Shoji, Johnson Reid C
    • 雑誌名

      Nucleic Acids Research

      巻: 49 号: 15 ページ: 8642-8664

    • DOI

      10.1093/nar/gkab658

    • 関連する報告書
      2021 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] Engineering of the genome editing protein Cas9 to slide along DNA2021

    • 著者名/発表者名
      Banerjee Trishit、Takahashi Hiroto、Subekti Dwiky Rendra Graha、Kamagata Kiyoto
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 11 号: 1 ページ: 14165-14165

    • DOI

      10.1038/s41598-021-93685-9

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] DNA結合タンパク質研究の最前線-がん抑制タンパク質p53の動態-2021

    • 著者名/発表者名
      鎌形清人
    • 雑誌名

      BIO Clinica

      巻: 36 ページ: 470-476

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] Single-molecule characterization of DNA-binding protein action on DNA and engineering of genome editing protein Cas9 for improving its function2022

    • 著者名/発表者名
      Kamagata K.
    • 学会等名
      European Nucleic Acids 2022
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 天然変性タンパク質を標的としたペプチドバインダーの合理的設計2022

    • 著者名/発表者名
      鎌形清人
    • 学会等名
      第7回タタバイオ分子クラブ
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] がん疾患関連タンパク質p53の液-液相分離と人工ペプチドによる制御2022

    • 著者名/発表者名
      鎌形清人
    • 学会等名
      2022年度 日本分光学会NMR分光部会 集中講義
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 液-液相分離会合体の分子取り込みと 並進拡散運動に関する分子文法解析2022

    • 著者名/発表者名
      鎌形清人
    • 学会等名
      第60回 日本生物物理学会年会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 疾患関連相分離タンパク質を標的としたペプチドバインダーの設計法の開発2022

    • 著者名/発表者名
      鎌形清人
    • 学会等名
      第73回日本薬理学会北部会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 液-液相分離会合体の分子取り込みと並進拡散運動に関する分子文法解析2022

    • 著者名/発表者名
      鎌形清人
    • 学会等名
      第6回LLPS研究会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 液-液相分離会合体の分子取り込みと並進拡散運動に関する分子文法解析2022

    • 著者名/発表者名
      鎌形清人、岩城奈々子、Yaakov Levy
    • 学会等名
      第22回蛋白質科学会年会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 相分離タンパク質を標的としたペプチドバインダーの設計法の開発と神経変性疾患関連タンパク質FUSへの応用2022

    • 著者名/発表者名
      鎌形清人
    • 学会等名
      第95回日本薬理学会年会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Rational design of phase-separating peptides based on natural phase-separating protein disordered sequence2022

    • 著者名/発表者名
      Atsumi Hando、Maulana Ariefai、Nanako Iwaki、Saori Kanbayashi、Keisuke Ikeda、Kiyoto Kamagata
    • 学会等名
      第60回 日本生物物理学会年会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] Single-molecule characterization of target search of DNA-binding proteins inside liquid DNA droplets2022

    • 著者名/発表者名
      Ryo Kusano、Trishit Banerjee、Saori Kambayashi、Kiyoto Kamagata
    • 学会等名
      第60回 日本生物物理学会年会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] Rational and experiment-guided peptide design for disease-related intrinsically disordered proteins.2021

    • 著者名/発表者名
      Kamagata K.
    • 学会等名
      Virtual Conference on Nanomedicine & Drug Delivery, India
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Single molecule and molecular dynamics characterization of protein action along DNA and in liquid droplets2021

    • 著者名/発表者名
      Kamagata K.
    • 学会等名
      第59回 日本生物物理学会年会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 液―液相分離の単分子計測と制御分子設計2021

    • 著者名/発表者名
      鎌形清人
    • 学会等名
      第21回蛋白質科学会年会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 天然変性タンパク質p53液滴内への分子取込と1分子ダイナミクス観測2021

    • 著者名/発表者名
      岩城奈那子、上林さおり、バネルジー トリシット 、千葉梨佳、木村美智子、小井川浩之 、高橋聡 、鎌形清人
    • 学会等名
      第59回 日本生物物理学会年会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書

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公開日: 2021-04-28   更新日: 2023-12-25  

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