進化分子工学に基づく生体高分子の設計

1996 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 06302085
• 研究機関: 埼玉大学
• 研究代表者: 伏見 譲 埼玉大学, 工学部, 教授 (80011641)
• 研究分担者: 柳川 弘志 三菱化学, 生命科学研究所, 室長 ; 森島 績 京都大学大学院, 工学研究科, 教授 (50026093) ; 郷 通子 名古屋大学大学院, 理学研究科, 教授 (70037290) ; 卜部 格 大阪大学大学院, 工学研究科, 教授 (60029246) ; 大島 泰郎 東京薬科大学, 生命科学部, 教授 (60167301)
• キーワード: 進化分子工学 / 実験分子進化 / 競争的共存 / 配列空間 / 適応度の地形 / 配列空間 / モジュールシャクリング / 耐熱化酵素

研究概要

1.前年度までに開発した多値配列空間上の富士山型の適応度地形の理論がプロリルエンドヌクレアーゼの進化実験に適用され、これも富士山型地形に極めて近い事を示した。この地形上の最適適応歩行法を示した。一蛋白が多段反応に関与する場合も、段数に相当する歩幅で歩行すれば、富士山型と見なしうる。2.in vitroウイルスの設計指針と有効性を示した。3.カタラーゼのC末端にランダム配列を付加し、配列空間の次元を上げると、さらに適応度の地形を高く登れることを示した。4.前年度までに得られた進化分子工学によって耐熱化されたイソプロピルリンゴ酸脱水素酵素の立体構造を決定し、耐熱化が第1議的には局所構造の微妙な変化に基づくこと、大域的変化が寄与する場合もあることがわかり、構造論的アプローチよりも進化的アプローチが優れていることが実証された。5.モジュールを分類し、機能の異なる蛋白間に共有されるモジュールを特定する見通しを立てた。例えば、ヘリックス・ターン・ヘリックスモジュールの中に、複数の機能の蛋白に共通する、DNAリン酸基結合モジュールを見いだした。6.前年までに、グロビン族のモジュール置換したキメラ分子を作り、モジュールが構造及び機能の単位であることを示したが、対照実験として、α鎖の2個のモジュールにまたがる偽モジュールを作り、β鎖に導入した。α型4次構造を作り、機能変換が可能であった。しかし、その後、たまたまこの偽モジュールの境界は新たに見つかったイントロン挿入部位であることが判明した。7.モジュールをかき混ぜる「マルチリコンビナントPCR」法を開発した。8.大腸菌のグルタミン合成酵素遺伝子変異体の競争連続培養実験において、多くの場合、より適応した株が生き残るのではなく、相互作用による競争的共存を見出した。

研究成果

• [文献書誌] Aita,T.: "Fitness Spectrum among Random Mutants on Mt.Fuji-type Fitness Landscape" J.Theor.Biol.182. 469-485 (1996)
• [文献書誌] Aita,T.: "Fitness Landscape for a Multi-step reaction system" J.Theor.Biol.(in press). (1997)
• [文献書誌] Masatada TAMAKOSHI: "Screening of Stable Proteins in an Extreme Thermophile,Thermus thermophilus." Mol.Microbiol.16. 1031-1036 (1996)
• [文献書誌] Takashi KOTSUKA: "Further Stabilization of 3-Isopropylmalate Dehydrogenase of an Extreme Thermophile,Thermus thermophilus,by a Suppressor Mutation Method." J.Bacteriol.178. 723-727 (1996)
• [文献書誌] J.Masai: "Friction-force microscopy of peptide filament : an application to estimate the size of a supramolecular unit" Thin Solid Films. 281. 624-629 (1996)
• [文献書誌] Yaoi,T.: "Conversion of the coenzyme specificity of isocitrate dehyderogenase by module replacement." J.Biochem.119. 1014-1018 (1996)
• [文献書誌] Takahashi,K.: "Mechanical stability of compact modules of barnase." FEBS Lett.(in press). (1997)
• [文献書誌] N.Doi: "Insertion of foreign random sequences of 120 amino acid residues into an active enzyme" FEBS Letts.402. 177-180 (1997)
• [文献書誌] Prijambada I.D.: "Solubility of artificial proteins with random sequences" FEBS-Lett.382. 21-25 (1996)
• [文献書誌] Wei-zhong Xu: "Fate of a mutant emerging at the initial stage of Evolution" Res.Popul.Ecol.38. 231-237 (1996)
• [文献書誌] Tetsuya Yomo: "Mathematical model allowing the coexistance of closely related competitors at the initial stage of evolution" Res.Popul.Ecol.38. 239-247 (1996)
• [文献書誌] K.Kaneko: "Isologous Diversification : A Theory of Cell Differentiation" Bull.Math.Biol.59. 139-196 (1997)
• [文献書誌] K.Kaneko: "Coupled Maps with Growth and Death : An Approach to Cell Differentiation" Physica D. (in press). (1997)
• [文献書誌] 柳川弘志: "生命の起源と進化」、岩波講座・地球惑星科学入門" 岩波書店, (1996)
• [文献書誌] 金子邦彦: "複雑化へのカオス的シナリオ" 朝倉書店, (1996)