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近接標識を活用する共生材料の結合タンパク質網羅解析

公募研究

研究領域マテリアルシンバイオシスための生命物理化学
研究課題/領域番号 23H04050
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)
研究機関東北大学

研究代表者

佐藤 伸一  東北大学, 学際科学フロンティア研究所, 准教授 (20633134)

研究期間 (年度) 2023-04-01 – 2025-03-31
研究課題ステータス 交付 (2024年度)
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)
2024年度: 3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円)
2023年度: 3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円)
キーワード近接標識 / 共生材料 / 結合タンパク質同定 / 低親和性
研究開始時の研究の概要

共生材料と結合タンパク質の詳細な結合解析を行うためには、共生材料と相互作用するタンパク質の組み合わせを絞り込む必要がある。しかし、共生材料の認識に関与する「弱い相互作用」に関する研究は不明な点も多く、未知の相互作用の解明、共生材料の未知の標的の解明に資する「未知の相互作用を解明する手法開発」が本領域推進に重要である。
本課題では光触媒分子の光刺激によって発生する一重項酸素を駆動力とする独自のタンパク質化学標識を活用し、相互作用の強弱に依存せずに結合タンパク質をノンバイアスかつ網羅的に解析する新手法を開発する。
免疫寛容を誘導するマテリアルの相互作用タンパク質の同定を目指し、本領域の推進に貢献する。

研究実績の概要

物質共生を達成する分子(=共生材料)の機能発現のメカニズムを理解するためには、共生材料と相互作用するタンパク質の結合性を解析することが重要である。しかし、共生材料の認識は、結合タンパク質との「弱い相互作用」による動的な相互作用に依存する場合も多く、従来の強い相互作用、静的な相互作用を解析する研究手法を適用できないことが共生材料の結合タンパク質解析における研究障壁となっている。また、弱い相互作用、一過的な相互作用を形跡する研究ツールは様々なものが開発されているが、特定の分子の未知の相互作用タンパク質を同定できる手法は限定されている。そこで、本研究では、近接標識法を活用し、親和性の強弱に関わらず共生材料の結合タンパク質を同定する手法の開発を目指した。
研究代表者がこれまでに開発した(1)共生材料の機能を損なわずに導入可能な光触媒構造、(2)光触媒の近傍約十ナノメートルの空間で完結するタンパク質化学標識法、(3)標識タンパク質を同定できるプロテオミクス技術、を組み合わせて、従来法では解析が困難な弱い相互作用を介した結合タンパク質の網羅的同定を行った。
2023年度の検討では、細胞膜上での分子の認識に関与するタンパク質を効率的に標識することを目指し、細胞膜透過性が低く、標識効率の高い標識剤を見出すことに成功した。また、標識タンパク質を選択的に濃縮し、プロテオミクス解析を行うためのサンプル調整法を検討し、手法をプロトコル化することができた。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

2023年度開始時の目標として、細胞膜上で共生材料の認識に関与するタンパク質を効率的に標識することを目指し、細胞膜透過性が低く、標識効率の高い標識剤を見出すことを計画していた。当該の研究計画を達成することが出来た。
また、領域内の共同研究を進め、核酸に対して相互作用するタンパク質の近接標識による網羅的同定を行った。また、共生材料と光触媒の結合方法に関して検討を行い、研究の進展があった。以上の理由により「おおむね順調に進展している」と判断した。

今後の研究の推進方策

現在検討中の共生材料と光触媒構造の結合手法を引き続き検討し、共生材料の機能性を保持したまま光触媒を導入した分子を作成する。得られる分子と、細胞膜上での共生材料結合タンパク質を効率的に標識すること目指し2023年度で見出した細胞膜透過性が低い標識剤を用いた検討を進める。標識剤で標識されるタンパク質をプロテオミクス解析によって同定し、得られるタンパク質リストを共同研究者、領域内研究者と共有、議論し、検証実験を計画する。未知の共生材料結合タンパク質の同定と、そのタンパク質の機能性評価へと展開する。領域内の共同研究によって見出した核酸結合タンパク質に関して、共同研究者と議論を深め、成果発表する。近接標識法による一連の実験手法を核酸結合タンパク質の同定法として一般化することを目指す。

報告書

(1件)
  • 2023 実績報告書
  • 研究成果

    (12件)

すべて 2024 2023 その他

すべて 雑誌論文 (2件) (うち国際共著 1件、 査読あり 2件) 学会発表 (9件) (うち国際学会 1件、 招待講演 7件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Hexafluoroisopropanol as a Bioconjugation Medium of Ultrafast, Tryptophan-Selective Catalysis2024

    • 著者名/発表者名
      Nuruzzaman Mohammad、Colella Brandon M.、Uzoewulu Chiamaka P.、Meo Alissa E.、Gross Elizabeth J.、Ishizawa Seiya、Sana Sravani、Zhang He、Hoff Meredith E.、Medlock Bryce T. W.、Joyner Emily C.、Sato Shinichi、Ison Elon A.、Li Zibo、Ohata Jun
    • 雑誌名

      Journal of the American Chemical Society

      巻: 146 号: 10 ページ: 6773-6783

    • DOI

      10.1021/jacs.3c13447

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Photocatalytic Structures for Protein Modifications2024

    • 著者名/発表者名
      Liu Zhengyi、Okamoto Yasunori、Sato Shinichi
    • 雑誌名

      ChemCatChem

      巻: - 号: 14

    • DOI

      10.1002/cctc.202301424

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] 近赤外光駆動型近接ヒスチジン残基修飾反応の開発2024

    • 著者名/発表者名
      佐藤 伸一, 古山 渓行
    • 学会等名
      日本薬学会第144年会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 生物活性分子の標的同定を指向したタンパク質熱変性の可視化プローブ開発2024

    • 著者名/発表者名
      佐藤伸一
    • 学会等名
      日本農芸化学会2024年度大会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] タンパク質挙動を観る反応開発: 袖岡研で学んだことを活かして2023

    • 著者名/発表者名
      佐藤伸一
    • 学会等名
      袖岡有機合成化学研究室シンポジウム「第15 回 有機合成化学のフロンティア」
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Development of Chemical Probes for Identification of Aggregated Proteins2023

    • 著者名/発表者名
      Shinichi Sato
    • 学会等名
      International Cross-disciplinary Symposium
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 変性タンパク質を検出する化学プローブ2023

    • 著者名/発表者名
      佐藤伸一
    • 学会等名
      2023生命創薬ギルド
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 共生マテリアルの結合タンパク質同定を目指した近接標識法開発2023

    • 著者名/発表者名
      佐藤伸一
    • 学会等名
      第13回 CSJ化学フェスタ2023
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 近赤外光駆動型近接標識の開発とビーズ結合タンパク質解析2023

    • 著者名/発表者名
      Zhengyi Liu, 佐藤伸一
    • 学会等名
      JST創発自発的な融合の場 第2回分子生命反応創発討論会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] Tyr/His残基化学修飾反応の開発と proximity labeling への応用2023

    • 著者名/発表者名
      佐藤伸一
    • 学会等名
      京都大学薬学研究科 第22回プロテオミクスセミナー
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 近赤外光を駆動力とする近接標識の開発とリガンド結合タンパク質解析への応用2023

    • 著者名/発表者名
      佐藤伸一, 中根啓太, 星野有輝, どど孝介, 友重秀介, 石川稔, 古山渓行
    • 学会等名
      日本ケミカルバイオロジー学会第17回年会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [備考] 佐藤伸一研究グループ ホームページ

    • URL

      https://www2.fris.tohoku.ac.jp/~sato/

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書

URL: 

公開日: 2023-04-13   更新日: 2024-12-25  

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