網羅的ペプチド相互作用実験データを用いた天然変性蛋白質の特性解析と親和性デザイン

• 研究領域: 天然変性タンパク質の分子認識機構と機能発現
• 研究課題/領域番号: 24113707
• 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: 生物系
• 研究機関: 信州大学
• 研究代表者: 新井 亮一 信州大学, 繊維学部, 助教 (50344023)
• 研究期間 (年度): 2012-04-01 – 2014-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2013年度)
• 配分額: 11,830千円 (直接経費: 9,100千円、間接経費: 2,730千円); 2013年度: 5,980千円 (直接経費: 4,600千円、間接経費: 1,380千円); 2012年度: 5,850千円 (直接経費: 4,500千円、間接経費: 1,350千円)
• キーワード: 天然変性蛋白質 / 相互作用解析 / ペプチドライブラリー / ファージディスプレイ / NRSF/REST / PAH1 / 蛋白質デザイン / ペプチド創薬 / 天然変性タンパク質 / パターンデザイン / PAH１ / タンパク質デザイン

研究概要

神経細胞特異的な転写抑制因子であるNRSFのN末端付近の天然変性領域は、コリプレッサーであるmSin3のPAH1ドメインとα-へリックス形成を伴って結合する。また、髄芽腫では、NRSFの高発現による過剰な転写抑制が報告されており、NRSFとPAH1の結合を拮抗阻害して、転写抑制の解除やアポトーシスを誘導する薬剤の開発が望まれている。そこで、PAH1とより強く相互作用するペプチドを設計開発することを目的とした。まず、アミノ酸の特性と配列パターンを効果的にデザインしたペプチドライブラリーを設計し、ファージディスプレイを行い、新規なPAH1結合配列群を獲得した。次に、これらの結合配列データの情報解析により親和性向上を目指した変異体をデザインし、表面プラズモン共鳴センサーを用いてPAH1との相互作用解析を行った。その結果、野生型NRSF(43-83)では解離定数 Kd = 3.3 μM に対して、Q45L変異体では Kd = 0.29 μM と約10倍の顕著な親和性の向上に成功した。これにより、親和性が向上した結合ペプチドをデザインするための一連の本手法について、一定の有用性を実証できたと考えられる。

現在までの達成度

理由

25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

25年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] バイナリーパターンデザインによるデノボタンパク質WA20のドメインスワップ二量体構造 (2013)
  • 著者名/発表者名: 小林直也，新井亮一
  • 雑誌名: 酵素工学研究会誌, 巻: 69 ページ: 19-25
• [雑誌論文] Recognition Model of a Uracil Residue in DNA by AP Endonuclease from Methanothermobacter thermautotrophicus (2013)
  • 著者名/発表者名: Tabata, N., Kodera ,T., Arai, R and Shida, T.
  • 雑誌名: Photon Factory Activity Report 巻: 30 ページ: 287-287
• [雑誌論文] Domain-swapped dimeric structure of a stable and functional de novo 4-helix bundle protein, WA20 (2012)
  • 著者名/発表者名: Ryoichi Arai, Naoya Kobayashi, Akiho Kimura, Takaaki Sato, Kyoko Matsuo, Anna F.Wang, Jesse M.Platt, Luke H.Bradley, Michael H.Hecht
  • 雑誌名: The Journal of Physical Chemistry B 巻: (in press) 号: 23 ページ: 6789-6797
  • DOI: 10.1021/jp212438h
  • 査読あり
• [雑誌論文] Solution structure of IseA, an inhibitor protein of DL-endopeptidases from Bacillus subtilis, reveals a novel fold with a characteristic inhibitory loop (2012)
  • 著者名/発表者名: Arai, R., S. Fukui, N. Kobayashi, and J. Sekiguchi
  • 雑誌名: J. Biol. Chem. 巻: 287(53) 号: 53 ページ: 44736-44748
  • DOI: 10.1074/jbc.m112.414763
  • NAID: 120007104195
  • 査読あり
• [学会発表] 小林直也、福井貞晴、新井亮一、関口順一 (2013)
  • 著者名/発表者名: 枯草菌細胞壁溶解酵素阻害タンパク質IseAの立体構造解析：特徴的な阻害ループを持つ“弓鋸型”新奇構造の解明
  • 学会等名: 第13回日本蛋白質科学会年会
  • 発表場所: とりぎん文化会館（鳥取）
  • 年月日: 2013-06-12
• [学会発表] ５種類限定アミノ酸セットによる新規人工ヘム蛋白質の創製 (2013)
  • 著者名/発表者名: 倉沢 俊太、福田 晋士、新井 亮一
  • 学会等名: 第13回日本蛋白質科学会年会
  • 発表場所: とりぎん文化会館（鳥取）
  • 年月日: 2013-06-12
• [学会発表] 半田 雅憲、寺西 弘志、西村 善文、新井 亮一 (2013)
  • 著者名/発表者名: パターンデザインペプチドライブラリーを用いたPAH1結合天然変性領域配列の設計開発
  • 学会等名: 第13回日本蛋白質科学会年会
  • 発表場所: とりぎん文化会館（鳥取）
  • 年月日: 2013-06-12
• [学会発表] 天然変性タンパク質のターゲット分子に強く結合するペプチドの探索及びデザイン (2013)
  • 著者名/発表者名: 半田 雅憲、寺西 弘志、西村 善文、新井亮一
  • 学会等名: 「細胞を創る」研究会6.0
  • 発表場所: 鶴岡メタボロームキャンパス（鶴岡）
• [学会発表] ヌンチャク型二量体人工タンパク質WA20のタンデム化とナノ構造ブロックの創出 (2013)
  • 著者名/発表者名: 小林 直也、Michael H. Hecht、新井亮一
  • 学会等名: 「細胞を創る」研究会6.0
  • 発表場所: 鶴岡メタボロームキャンパス（鶴岡）
• [学会発表] Solution structure of IseA, an inhibitor protein of DL-endopeptidases from Bacillus subtilis, reveals a novel fold with a characteristic inhibitory loop (2013)
  • 著者名/発表者名: Arai, R., Fukui, S., Kobayashi, N. and Sekiguchi, J.
  • 学会等名: International Conference on Structural Genomics 2013 (ICSG2013-SLS)
  • 発表場所: 京王プラザホテル札幌（札幌）
• [学会発表] Structural and functional analyses of binary pattern designed de novo proteins (2013)
  • 著者名/発表者名: Arai, R. Kobayashi, N., Fukuda, S., Kurasawa, S. and Hecht, M.H.
  • 学会等名: Enzyme Engineering XXII
  • 発表場所: 富山国際会議場（富山）
• [学会発表] 新規人工設計タンパク質WA20のドメインスワップ二量体構造及びそのタンデム化応用 (2012)
  • 著者名/発表者名: 小林直也, Michael H. Hecht, 新井亮一
  • 学会等名: 「細胞を創る」研究会 5.0
  • 発表場所: 東京工業大学（横浜）
  • 年月日: 2012-11-21
• [学会発表] Domain-Swapped Dimeric Structure of a Stable and Functional De Novo Four-Helix Bundle Protein WA20, and its Potential Application (2012)
  • 著者名/発表者名: Arai, R., Kobayashi, N., Kimura, A., Sato, T. and Hecht, M. H.
  • 学会等名: The 18th Symposium of Young Asian Biochemical Engineers' Community (YABEC2012)
  • 発表場所: 徳島大学（徳島）
  • 年月日: 2012-10-27
• [学会発表] 枯草菌細胞壁溶解酵素阻害タンパク質IseAの立体構造解析：特徴的な阻害ループを持つ弓鋸型新奇構造の解明 (2012)
  • 著者名/発表者名: 新井亮一、福井貞晴、小林直也、関口順一
  • 学会等名: 第64回日本生物工学会大会
  • 発表場所: 神戸国際会議場（神戸）
  • 年月日: 2012-10-25
• [学会発表] 枯草菌細胞壁溶解酵素阻害タンパク質IseAの立体構造解析：特徴的な阻害ループを持つ弓鋸型新奇構造の解明 (2012)
  • 著者名/発表者名: 福井貞晴、新井亮一、小林直也、関口順一
  • 学会等名: 第50回日本生物物理学会年会
  • 発表場所: 名古屋大学（名古屋）
  • 年月日: 2012-09-22
• [学会発表] 枯草菌細胞壁溶解酵素阻害タンパク質IseAの立体構造解析：特徴的な阻害ループを持つ弓鋸型新奇構造の解明 (2012)
  • 著者名/発表者名: 新井亮一、福井貞晴、小林直也、関口順一
  • 学会等名: 平成24年度グラム陽性菌ゲノム機能会議
  • 発表場所: 焼津グランドホテル（焼津）
  • 年月日: 2012-08-31
• [学会発表] Arai, R., Kobayashi, N., Kimura, A., Teranishi, H., Sato, T., Bradley, L. H., Nishimura, Y. and Hecht, M. H. (2012)
  • 著者名/発表者名: De novo proteins and interaction analysis using pattern-designed peptide libraries
  • 学会等名: Gordon Research Conference, Intrinsically Disordered Proteins
  • 発表場所: Mount Snow Resort (West Dover, VT, USA)
  • 年月日: 2012-07-09
• [学会発表] ドメインスワップ新規人工タンパク質WA20 のタンデム化とその特性 (2012)
  • 著者名/発表者名: 小林直也, Michael H. Hecht, 新井亮一
  • 学会等名: 第12回日本蛋白質科学会年会
  • 発表場所: 名古屋国際会議場（名古屋）
  • 年月日: 2012-06-21
• [学会発表] ５種類限定アミノ酸セットによる人工ヘムタンパク質の創製 (2012)
  • 著者名/発表者名: 倉沢俊太、福田晋士、新井亮一
  • 学会等名: 「細胞を創る」研究会 5.0
  • 発表場所: 東京工業大学（横浜）
• [学会発表] パターンデザインペプチドライブラリーを用いたPAH1結合天然変性領域配列の設計開発
  • 著者名/発表者名: 半田 雅憲、寺西 弘志、西村 善文、新井亮一
  • 学会等名: 第86回日本生化学会大会
  • 発表場所: パシフィコ横浜（横浜）
• [学会発表] ドメインスワップダイマー新規人工タンパク質WA20のタンデム化とその特性
  • 著者名/発表者名: 小林 直也、Michael H. Hecht、新井亮一
  • 学会等名: 第86回日本生化学会大会
  • 発表場所: パシフィコ横浜（横浜）
• [学会発表] ５種類限定アミノ酸セットによる人工ヘムタンパク質の創製
  • 著者名/発表者名: 福田晋士、倉沢俊太、新井亮一
  • 学会等名: 第86回日本生化学会大会
  • 発表場所: パシフィコ横浜（横浜）
• [学会発表] ヒゲナガカワトビケラ由来新規シルク関連タンパク質の同定及び解析
  • 著者名/発表者名: 白雪、山口裕子、志水誠、石原詩織、野村隆臣、大川浩作、石川えり、塚田益裕、阿部康次、平林公男、新井亮一
  • 学会等名: 第86回日本生化学会大会
  • 発表場所: パシフィコ横浜（横浜）
• [学会発表] 配列パターンデザインによるデノボ蛋白質の半合理的創製とその応用
  • 著者名/発表者名: 新井亮一
  • 学会等名: 大阪大学蛋白質研究所セミナー「蛋白質の機能デザインに向けた実験と理論のインタープレー」
  • 発表場所: 大阪大学（大阪）
  • 招待講演
• [学会発表] 限定アミノ酸セットによる原始的人工ヘムタンパク質の創製
  • 著者名/発表者名: 福田 晋士、倉沢 俊太、小林 直也、新井 亮一
  • 学会等名: 超異分野学会2014
  • 発表場所: すみだ産業会館（東京）
• [学会発表] Crystal structures of MqnD, a menaquinone biosynthetic enzyme, complexed with the product, 1,4-dihydroxy-6-naphthoate, and its analogs
  • 著者名/発表者名: Arai, R., Matsuo, K. and Dairi, T.
  • 学会等名: 4th International Symposium on Diffraction Structural Biology 2013 (ISDSB2013)
  • 発表場所: 名古屋市中小企業振興会館（名古屋）
• [学会発表] A De Novo Heme Protein, Dnhps1, Created from a 5-Amino Acid Alphabet
  • 著者名/発表者名: Fukuda, S., Kurasawa, S., and Arai, R.
  • 学会等名: 27th Annual Symposium of The Protein Society
  • 発表場所: Boston Marriott Copley Place, Boston, MA, USA
• [学会発表] Construction and characterization of tandem WA20 domain-swapped de novo proteins with various linkers
  • 著者名/発表者名: Naoya Kobayashi, N., Michael H. Hecht, and Ryoichi Arai
  • 学会等名: 27th Annual Symposium of The Protein Society
  • 発表場所: Boston Marriott Copley Place, Boston, MA, USA
• [学会発表] Molecular cloning of novel silk proteins from larvae of caddisfly, Stenopsyche marmorata
  • 著者名/発表者名: X. Bai, K. Ohkawa, T.Nomura, S. Ishihara, Y. Yamaguchi, M. Tsukada, K. Abe, K. Hirabayashi, R. Arai
  • 学会等名: The 8th China International Silk Conference
  • 発表場所: 蘇州大学（Suzhou, China）
• [学会発表] 配列パターンデザインとファージディスプレイを用いたPAH1結合天然変性領域配列の探索・変異体デザインおよびSPRによる相互作用解析
  • 著者名/発表者名: 半田 雅憲、寺西 弘志、高野 光則、西村 善文、新井亮一
  • 学会等名: 第14回日本蛋白質科学会年会
  • 発表場所: 横浜産貿ホールマリネリア（横浜）
• [学会発表] デノボタンパク質WA20を利用したナノブロックによる自己組織化ナノ構造の創製
  • 著者名/発表者名: 小林直也、柳瀬慶一、佐藤高彰、Michael H. Hecht、新井亮一
  • 学会等名: 第14回日本蛋白質科学会年会
  • 発表場所: 横浜産貿ホールマリネリア（横浜）
• [学会発表] ヒゲナガカワトビケラ由来新規シルク蛋白質及び関連蛋白質の網羅的同定と解析
  • 著者名/発表者名: 白雪、山口裕子、野村隆臣、大川浩作、石川えり、塚田益裕、阿部康次、平林公男、新井亮一
  • 学会等名: 第14回日本蛋白質科学会年会
  • 発表場所: 横浜産貿ホールマリネリア（横浜）
• [学会発表] 配列パターンデザインによるデノボ蛋白質の半合理的創製とその応用
  • 著者名/発表者名: 新井亮一
  • 学会等名: 第14回日本蛋白質科学会年会
  • 発表場所: ワークピア横浜（横浜）
  • 招待講演
• [備考] 信州大学繊維学部 研究成果プレスリリース
  • URL: http://www.shinshu-u.ac.jp/faculty/textiles/news/2012/12/50284.html