バクテリオファージに学ぶ発動分子システムの創成

2022 年度 実績報告書

• 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: 18H05421
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 上野 隆史 東京工業大学, 生命理工学院, 教授 (70332179)
• 研究分担者: 金丸 周司 東京工業大学, 生命理工学院, 助教 (50376951)
• 研究期間 (年度): 2018-06-29 – 2023-03-31
• キーワード: バクテリオファージT4 / 生体超分子 / 高速AFM

研究実績の概要

生命環境では、様々なタンパク質が特異な集合構造を形成し、自発的に機動する分子機関が構築されている。本研究では、代表者が開発した、T4ファージの構成部品であるgp5タンパク質を基盤とし、新しい分子機関の合成をめざした。具体的には、巨大分子集合体がさらに集合化して構造体として組み上がるためのタンパク質針精密設計として、gp5の結晶構造やHSAFMの実験結果と分子動力学計算を元に、分子機関としての機能を精密に制御したタンパク質針を実現した。二次元表面の上でgp5の精密な集積を実現するため、異方的な集合構造をとるたんぱく質改変を施した。その結果、高速AFMの実験結果を数理モデルを用いた解析により理解することによって、理論計算からモデルを構築し、新たな集合体形成のメカニズム解明へとつなげることができた。さらに、これらの結果を踏まえ、タンパク質の異方的な二次元表面への集積とその集団運動の制御に向けた精密分子設計の指針ができた。

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。

研究成果

• [国際共同研究] 清華大学(中国)
  • 国名: 中国
  • 外国機関名: 清華大学
• [国際共同研究] TATA Institute of Fundamental Research(インド)
  • 国名: インド
  • 外国機関名: TATA Institute of Fundamental Research
• [国際共同研究] ナポリ大学(イタリア)
  • 国名: イタリア
  • 外国機関名: ナポリ大学
• [雑誌論文] Apo-ferritin-Caged Pt Nanoparticles for Selective Hydrogenation of Chloronitrobenzene (2023)
  • 著者名/発表者名: Zhou Yinhuan、Zheng Yilin、Lu Chenlin、Maity Basudev、Chen Yakui、Ueno Takafumi、Liu Zheng、Lu Diannan
  • 雑誌名: ACS Applied Nano Materials 巻: 6 ページ: 5835～5843
  • DOI: 10.1021/acsanm.3c00231
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Engineering of an in-cell protein crystal for fastening a metastable conformation of a target miniprotein (2023)
  • 著者名/発表者名: Kojima Mariko、Abe Satoshi、Furuta Tadaomi、Tran Duy Phuoc、Hirata Kunio、Yamashita Keitaro、Hishikawa Yuki、Kitao Akio、Ueno Takafumi
  • 雑誌名: Biomaterials Science 巻: 11 ページ: 1350～1357
  • DOI: 10.1039/D2BM01759H
  • 査読あり
• [雑誌論文] Design of a Hierarchical Assembly at a Solid?Liquid Interface Using an Asymmetric Protein Needle (2023)
  • 著者名/発表者名: Kikuchi Kosuke、Date Koki、Ueno Takafumi
  • 雑誌名: Langmuir 巻: 39 ページ: 2389～2397
  • DOI: 10.1021/acs.langmuir.2c03146
  • 査読あり
• [雑誌論文] Cell-free protein crystallization for nanocrystal structure determination (2022)
  • 著者名/発表者名: Abe Satoshi、Tanaka Junko、Kojima Mariko、Kanamaru Shuji、Hirata Kunio、Yamashita Keitaro、Kobayashi Ayako、Ueno Takafumi
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 12 ページ: 16031
  • DOI: 10.1038/s41598-022-19681-9
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Artificial metalloenzymes based on protein assembly (2022)
  • 著者名/発表者名: Maity Basudev、Taher Mohd、Mazumdar Shyamalava、Ueno Takafumi
  • 雑誌名: Coordination Chemistry Reviews 巻: 469 ページ: 214593～214593
  • DOI: 10.1016/j.ccr.2022.214593
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Design of a gold clustering site in an engineered apo-ferritin cage (2022)
  • 著者名/発表者名: Lu Chenlin、Maity Basudev、Peng Xue、Ito Nozomi、Abe Satoshi、Sheng Xiang、Ueno Takafumi、Lu Diannan
  • 雑誌名: Communications Chemistry 巻: 5 ページ: 39
  • DOI: 10.1038/s42004-022-00651-1
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Controlled Uptake of an Iridium Complex inside Engineered apo‐Ferritin Nanocages: Study of Structure and Catalysis** (2022)
  • 著者名/発表者名: Taher Mohd、Maity Basudev、Nakane Taiki、Abe Satoshi、Ueno Takafumi、Mazumdar Shyamalava
  • 雑誌名: Angewandte Chemie International Edition 巻: 61 ページ: e202116623
  • DOI: 10.1002/anie.202116623
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] 生体材料の自律的合成 -静から働の機能へ向けて- (2023)
  • 著者名/発表者名: Takafumi Ueno
  • 学会等名: The 103rd CSJ Annual Meeting
  • 招待講演
• [学会発表] 発動分子システムを基盤とする 生体分子集合体材料の創成 (2023)
  • 著者名/発表者名: Takafumi Ueno
  • 学会等名: The 103rd CSJ Annual Meeting
  • 招待講演
• [学会発表] Encapsulation of α-Synuclein in Ferritin cage (2023)
  • 著者名/発表者名: Riwa Hao, Basudev Maity, Takafumi Ueno
  • 学会等名: The 103rd CSJ Annual Meeting
• [学会発表] Crystallization of ferritin directly from E. Coli cell lysate and structure determination (2023)
  • 著者名/発表者名: Basudev Maity, Date Koki, Satoshi Abe, Takafumi Ueno
  • 学会等名: The 103rd CSJ Annual Meeting
• [学会発表] Molecular design for immobilizing foreign molecules into porous protein crystals (2023)
  • 著者名/発表者名: Yao Xinchen, Yuki Kojima, Satoshi Abe, Takafumi Ueno
  • 学会等名: The 103rd CSJ Annual Meeting
• [学会発表] In-cell protein crystal engineering for structure determination of intrinsically disordered protein (2023)
  • 著者名/発表者名: Mariko Kojima, Satoshi Abe, Takafumi Ueno
  • 学会等名: The 103nd CSJ Annual Meeting (2023)
• [学会発表] Stabilization of an in-cell protein crystal by engineering the molecular interface (2023)
  • 著者名/発表者名: Misaki Nagama, Satoshi Abe, Takafumi Ueno
  • 学会等名: The 103rd CSJ Annual Meeting
• [学会発表] Structure analysis of pH-responsive piston dynamics of R-body (2023)
  • 著者名/発表者名: DATE Koki, Thuc Toan PHAM, Hyeonho LEE, UCHIHASHI Takayuki, KAMIKUBO Hironari, SONG Chihong, MURATA Kazuyoshi, UENO Takafumi
  • 学会等名: The 103rd CSJ Annual Meeting (2023)
• [学会発表] Engineering of in-cell Protein Crystals for the Construction of Solid Materials (2023)
  • 著者名/発表者名: satoshi Abe, Junko Tanaka, Yuto Nakasuji, Takafumi Ueno
  • 学会等名: The 103rd CSJ Annual Meeting
• [学会発表] Accumulation of Protein Cage into in-cell Protein Crystal (2023)
  • 著者名/発表者名: Toan Thuc Pham, Koki Date, Satoshi Abe, Takafumi Ueno
  • 学会等名: The 103rd CSJ Annual Meeting
• [学会発表] Construction of antifreeze protein like semi-clathrate hydrate in the ferritin cage (2023)
  • 著者名/発表者名: Jiaxin Tian, Basudev Maity, Satoshi Abe, Takafumi Ueno
  • 学会等名: The 103rd CSJ Annual Meeting
• [学会発表] Developing protein-cellulose nanocrystal hybrid films for structural coloration (2023)
  • 著者名/発表者名: Kosuke Kikuchi, Bruno Frka-Petesic, Silvia Vignolini, Takafumi Ueno
  • 学会等名: 103rd CSJAnnual Meeting
• [学会発表] タンパク質結晶化を促進する細胞内鋳型結晶設計 (2022)
  • 著者名/発表者名: Satoshi Abe, Yuki Kojima, Takafumi Ueno
  • 学会等名: 日本結晶学会年会
• [学会発表] Nanocrystal Structure Determination Using Cell-free Protein Crystallization (2022)
  • 著者名/発表者名: Takafumi Ueno
  • 学会等名: AsCA2022
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] フェリチンを用いたトリプトファン集積構造の構築 (2022)
  • 著者名/発表者名: Asuka Asanuma, Yuki Hishikawa, Hiroki Noya, Takafumi Ueno
  • 学会等名: 12th CSJ Chemistry Festa
• [学会発表] pH応答性伸縮タンパク質集合体の細胞内形成メカニズム (2022)
  • 著者名/発表者名: Koki Date, Toan Thuc Pham, Hyeonho Lee, Kosuke Kikuchi, Takafumi Ueno
  • 学会等名: 12th CSJ Chemistry Festa
• [学会発表] タンパク質集合材料の 構造・機能・動き (2022)
  • 著者名/発表者名: Takafumi Ueno
  • 学会等名: 第71回高分子討論会
  • 招待講演
• [学会発表] Comprehensive structure analysis of intrinsically disordered protein using in-cell protein crystal (2022)
  • 著者名/発表者名: Mariko Kojima, Satoshi Abe, Takafumi Ueno
  • 学会等名: 第60回日本生物物理学会年会
• [学会発表] Full-length structure analysis of Cry1Aa from Bt bacteria for designing in-cell protein crystal template (2022)
  • 著者名/発表者名: Junko Tanaka, Satoshi Abe, Tohru Hayakawa, Takafumi Ueno
  • 学会等名: The 16th Symposium on Biorelevant Chemistry
• [学会発表] Cell-free protein crystallization for rapid structure analysis (2022)
  • 著者名/発表者名: Junko Tanaka, Satoshi Abe, Takafumi Ueno
  • 学会等名: 71st Symposium on Macromolecules
• [学会発表] Structural analysis of pH-responsive piston protein assembly (2022)
  • 著者名/発表者名: DATE Koki, Thuc Toan PHAM, UCHIHASHI Takayuki, KAMIKUBO Hironari, SONG Chihong, MURATA Kazuyoshi, UENO Takafumi
  • 学会等名: The 16th Symposium on Biorelevant Chemistry
• [学会発表] Protein crystallization and structure analysis using cell-free protein synthesis (2022)
  • 著者名/発表者名: Satoshi Abe, Junko Tanaka, Yuki Kojima, Takafumi Ueno
  • 学会等名: 第60回日本生物物理学会年会
• [学会発表] 人工タンパク質針を内包した細胞内タンパク質結晶材料の創成 (2022)
  • 著者名/発表者名: Satoshi Abe, Toan Thuc Pham, Takafumi Ueno
  • 学会等名: 第16回バイオ関連化学シンポジウム
• [学会発表] Construction of histidine clusters in a ferritin cage for the oxidase-mimetic catalysis (2022)
  • 著者名/発表者名: Jiaxin Tian, Basudev Maity, Abe Satoshi, Takafumi Ueno
  • 学会等名: The 71st Symposium on Macromolecules
• [学会発表] Head-to-head and Tail-to-tail Dual Interactions by Head-tail Asymmetric Protein Needles for Designing Hierarchical Two-dimensional Assembly Networks Head-tail (2022)
  • 著者名/発表者名: Kosuke Kikuchi, Koki Date, Takafumi Ueno
  • 学会等名: 71st Symposium on Macromolecules
• [学会発表] Engineering of Protein Cage for Coordination Nanomaterials (2022)
  • 著者名/発表者名: Takafumi Ueno
  • 学会等名: XXX International Materials Research Congress
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 無細胞タンパク質結晶化を用いたナノ結晶構造解析 (2022)
  • 著者名/発表者名: Satoshi Abe, Junko Tanaka, Yuki Kojima, Takafumi Ueno
  • 学会等名: 第32回バイオ・高分子シンポジウム
• [学会発表] In-cell Synthesis of Cage-Based Protein Solid Material (2022)
  • 著者名/発表者名: Yuto Nakasuji, Satoshi Abe, Hironari Kamikubo, Takafumi Ueno
  • 学会等名: 第32回バイオ・高分子シンポジウム
• [学会発表] Reaction mechanism of pH responsive piston protein assembly (2022)
  • 著者名/発表者名: Koki Date, Thuc Toan Pham, Tatsuya Niwa, Taguchi Hideki, Takafumi Ueno
  • 学会等名: 71st SPSJ Annual Meeting
• [学会発表] In-situ analysis of in-cell protein crystallization (2022)
  • 著者名/発表者名: Yuto Nakasuji, Satoshi Abe, Takafumi Ueno
  • 学会等名: 71st SPSJ Annual Meeting
• [学会発表] Construction of Antifreeze protein like semi-clathrate hydrate in the ferritin cage (2022)
  • 著者名/発表者名: Jiaxin Tian, Kenji Yasuda, Basudev Maity, Satoshi Abe, Takeshi Murata, Takafumi Ueno
  • 学会等名: The 71st SPSJ annual meeting
• [備考] Ueno Lab
  • URL: https://www.ueno.bio.titech.ac.jp/