| 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 |
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| 研究課題/領域番号 |
21H00412
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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 |
複合領域
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| 研究機関 | 国立研究開発法人理化学研究所 |
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研究代表者 |
新津 藍 国立研究開発法人理化学研究所, 開拓研究本部, 研究員 (10791064)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2023-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
5,850千円 (直接経費: 4,500千円、間接経費: 1,350千円)
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: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)
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| キーワード | ペプチドチャネル / 分子動力学 / タンパク質デザイン / 合成生物学 / 電気生理 / 蛋白質デザイン |
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| 研究開始時の研究の概要 |
生体の電位依存性チャネルタンパク質は細胞膜電位下における静電ポテンシャルエネルギーを力学エネルギーに変換して構造変化を起こし、イオン透過機能を発現する発動分子と言える。本研究ではそれらのタンパク質に倣い、電位依存的に開閉してイオンや低分子を透過できる人工設計ペプチドチャネルを創製し、その構造ダイナミクスを明らかにする。これまでの事前検討で得られた、膜電位依存的に開閉の2状態の構造変化を示す人工ペプチドを対象とし、1)分子動力学計算を用いたペプチドチャネルの開閉状態の解析、2)チャネルの構造を最適化するペプチド配列の設計・合成・評価、3)共有結合によるチャネル構造の安定化、を実施する。
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| 研究実績の概要 |
本研究は天然の発動分子と言える電位依存性チャネルタンパク質に倣った生体発動分子として、電位依存的に開閉してイオンや低分子を透過できるde novo設計ペプチドチャネルの開発を目指す。分子動力学計算から構造変化のメカニズムを予測し、そのメカニズムに基づいてペプチドのアミノ酸配列の改変と一分子チャネル電流測定を行うことで計算結果を検証する。これにより設計ペプチドチャネルの構造ダイナミクスを明らかにすることを目的とする。2022年度は、事前検討で得られた電位変化をトリガーとしてペプチド会合数を変化させながら開閉するde novo設計αヘリックスペプチドチャネルについて、分子動力学計算と計算結果に基づいて再設計したペプチドの合成、一分子チャネル電流測定によるペプチドチャネルの構造変化の確認を行った。
前年度に実施した分子動力学計算では、これまでの電流測定から予測されるペプチド10～13量体のバレル構造モデルを作成し、脂質二重膜に挿入した初期構造を準備した。本年度はさらに詳細に構造変化のメカニズムを解析するために、より大きな会合数のバレル構造について分子動力学計算を行った。その結果、電流測定実験で得られた正の膜電位において大きなポア形成が観測される結果と矛盾しない構造変化の過程を観測した。計算ではペプチドの膜外領域の正電荷が構造変化に寄与していると考えられたことから、膜外領域の電荷を変化させたペプチドを設計し一分子チャネル電流測定を行ったところ、実際に構造変化のダイナミクスも変化している様子が確認できた。
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| 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。
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| 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。
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