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二次構造モチーフに着目したデザイン戦略によるタンパク質複合体のボトムアップ構築

公募研究

研究領域生物を陵駕する無細胞分子システムのボトムアップ構築学
研究課題/領域番号 22H05426
研究種目

学術変革領域研究(A)

配分区分補助金
審査区分 学術変革領域研究区分(Ⅱ)
研究機関奈良先端科学技術大学院大学

研究代表者

小林 直也  奈良先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 助教 (60781945)

研究期間 (年度) 2022-06-16 – 2024-03-31
研究課題ステータス 完了 (2023年度)
配分額 *注記
9,620千円 (直接経費: 7,400千円、間接経費: 2,220千円)
2023年度: 4,810千円 (直接経費: 3,700千円、間接経費: 1,110千円)
2022年度: 4,810千円 (直接経費: 3,700千円、間接経費: 1,110千円)
キーワードタンパク質複合体 / タンパク質デザイン / 計算機デザイン / ヘテロ複合体
研究開始時の研究の概要

本研究では、二次構造モチーフに着目したドメインスワッピングタンパク質複合体構造の計算機デザイン戦略により、様々な種類のタンパク質からボトムアップにタンパク質複合体構造を自在に創出する方法論の確立を目指して、複合体デザインが可能なタンパク質構造データベースの作成、汎用的なタンパク質複合体構造設計手法の開発、創り出したタンパク質複合体の網羅的物性評価系とカタログ化手法の開発を行う。

研究実績の概要

本研究では、二次構造モチーフに着目したドメインスワッピングタンパク質複合体構造の計算機デザイン戦略により、様々な種類のタンパク質からボトムアップにタンパク質複合体構造を創出する汎用的なデザイン手法の確立を目指して、(1)複合体デザインが可能なタンパク質構造データベースの作成、(2)汎用的なタンパク質複合体構造設計手法の開発、(3)創り出したタンパク質複合体の網羅的物性評価系とカタログ化手法の開発を行う。
2023年度、「(2)汎用的なタンパク質複合体構造設計手法の開発」として、前年度に開発したドメインスワップタンパク質複合体構造を創出する計算機デザイン手法を拡張し、ヘテロ複合体のデザイン手法の開発を行った。フォールドが異なる7種類のタンパク質を開発した手法に基づき組合せ、7種類のヘテロ複合体を設計した。設計したヘテロ複合体の各サブユニットタンパク質を組換え大腸菌を用いた共発現を用いて生合成した。サイズ排除クロマトグラフィー-多角度光散乱測定、円偏光二色性分光測定により、溶液中での目的のヘテロオリゴマー構造の形成を示唆する結果を得た。「(1)複合体デザインが可能なタンパク質構造データベースの作成」として、タンパク質構造データバンクに登録された構造の中から(2)で開発した手法を用いて1つの二次構造モチーフに対して複合体デザイン可能なタンパク質構造を網羅的に探索し、機能に基づいて分類したデータベースを作成した。「(3)創り出したタンパク質複合体の網羅的物性評価系とカタログ化手法の開発」として、網羅的物性評価系のターゲットとするヘテロダイマーの設計を行い、少数のデザインについて個々に物性評価を行い、様々な物性のタンパク質が得られる系が構築できていることを確認した。

現在までの達成度 (段落)

令和5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5年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2023 実績報告書
  • 2022 実績報告書
  • 研究成果

    (13件)

すべて 2024 2023 2022

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (9件) (うち招待講演 1件)

  • [雑誌論文] タンパク質と他分子の複合体構造を予測するAI・生成するAI2024

    • 著者名/発表者名
      小林 直也
    • 巻
      42
    • ページ
      436
    • DOI

      10.18958/7407-00004-0001154-00

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [雑誌論文] AlphaFold時代の生成モデルが身近にするタンパク質設計2023

    • 著者名/発表者名
      小林 直也, 佐久間 航也
    • 巻
      41
    • ページ
      2601
    • DOI

      10.18958/7335-00001-0000603-00

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [雑誌論文] Protein Cages and Nanostructures Constructed from Protein Nanobuilding Blocks2023

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

      Methods in Molecular Biology

      巻: 2671 ページ: 79-94

    • DOI

      10.1007/978-1-0716-3222-2_4

    • ISBN
      9781071632215, 9781071632222
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 標的タンパク質の構造情報のみから結合タンパク質の設計が可能になった2022

    • 著者名/発表者名
      小林 直也
    • 雑誌名

      ファルマシア

      巻: 58 号: 12 ページ: 1159-1159

    • DOI

      10.14894/faruawpsj.58.12_1159

    • ISSN
      0014-8601, 2189-7026
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 局所構造に着目したオリゴマーデザインとモノマー新規フォールドの手編み設計2023

    • 著者名/発表者名
      小林 直也
    • 学会等名
      計算タンパク質科学研究会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] e novo design of new protein folds and heterooligomeric proteins by intuitive and simple methods2023

    • 著者名/発表者名
      Naoya Kobayashi
    • 学会等名
      日本進化学会第25回大会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 配列デザインと立体構造予測の繰り返しによる手編みタンパク質構造の高品質化2023

    • 著者名/発表者名
      小林 直也, 廣田 俊, 佐久間 航也
    • 学会等名
      第23回日本蛋白質科学会年会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] Construction of stable c-type cytochrome dimers utilizing computational design inspired by 3D domain swapping.2023

    • 著者名/発表者名
      Naoya Kobayashi, Yuma Yoshida, Hideaki Ogata, Tsuyoshi Mashima, Shun Hirota
    • 学会等名
      第61回日本生物物理学会年会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] Combinatorial design of heterooligomeric proteins by recombination of structural domains through sterically analogous structure motifs2023

    • 著者名/発表者名
      Marino Yamamoto, Naoya Kobayashi, Shun Hirota
    • 学会等名
      第61回日本生物物理学会年会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 二次構造モチーフに着目したドメインスワッピング構造の計算機デザインによるタンパク質複合体の構築2022

    • 著者名/発表者名
      小林直也, 吉田悠真, 真島剛史, 廣田俊
    • 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] 耐熱性シトクロムcのドメインスワッピング2量体構造の計算機デザイン2022

    • 著者名/発表者名
      吉田悠真, 小林直也, 真島剛史, 廣田俊
    • 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] ヘリックス-ループ-ヘリックスモチーフのヘリックス-ヘリックス角に着目したタンパク質複合体構造の計算機デザイン2022

    • 著者名/発表者名
      山本麻里乃, 小林直也, 廣田俊
    • 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] 気軽に試せる計算機タンパク質デザインに向けて2022

    • 著者名/発表者名
      小林直也, 廣田俊
    • 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

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公開日: 2022-06-20   更新日: 2024-12-25  

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