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本研究では、非天然アミノ酸導入技術を用いることで、天然および非天然アミノ酸への置換の影響を効率的・系統的に調べることのできる手法の開発や、蛍光標識非天然アミノ酸を導入してタンパク質の構造や機能を蛍光変化や蛍光共鳴エネルギー移動(FRET)を用いて解析できる手法の開発などの研究を行なった。
タンパク質への変異導入については、20種類のアミノ酸と種々の非天然アミノ酸で置換されたタンパク質を、1種類の変異遺伝子から迅速に合成することのできる新規手法を開発した。大腸菌由来アンバーサプレッサーtRNAと化学的にアミノアシル化tRNAを組み合わせることで、1つのアンバーコドン置換遺伝子から、20種類のアミノ酸置換タンパク質を迅速に合成できることを実証した。さらに、天然アミノ酸の側鎖を１原子レベルで変化させた非天然アミノ酸を用いることで、アミノ酸側鎖の１原子レベルでの置換の影響を調べることを可能にした。
また、タンパク質への蛍光基の導入については、抗原との結合によって蛍光強度の変化する１本鎖抗体断片scFvにおいて、FRETのドナーとなる別の蛍光基を導入しておくことで、FRETと蛍光消光を組み合わせて基質や抗原の結合を２つの蛍光基の蛍光強度比の変化として検出できることも明らかにした。
さらに、蛍光基やポリエチレングリコールをタンパク質へ部位特異的に付加するための新規手法の開発を行なった。これにより、従来の無細胞翻訳系を用いた方法に比べて大幅にタンパク質の収量を向上させて、得られた蛍光標識タンパク質やポリエチレングリコール修飾タンパク質を将来的に診断薬や医薬品として応用することを可能にした。
これらの成果は、タンパク質の機能・構造およびその揺らぎを研究するための有用な研究ツールとなるだけでなく、診断薬などとして社会的にも大きく貢献できると期待される。
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