蛋白質生合成系の拡張と非天然アミノ酸の導入による蛋白質の有機化学的機能拡張

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 11102003
• 研究機関: 岡山大学
• 研究代表者: 宍戸 昌彦 岡山大学, 大学院・自然科学研究科, 教授 (60026268)
• 研究分担者: 芳坂 貴弘 岡山大学, 工学部, 助手 (30263619) ; 篠原 寛明 岡山大学, 工学部, 助教授 (60178887)
• キーワード: 非天然アミノ酸 / ペプチド核酸 / アミノアシル化 / 4塩基コドン / 非天然変異蛋白質 / ストレプトアビジン / 蛍光性アミノ酸

研究概要

(1)新種ペプチド核酸の作製 従来から側鎖に核酸塩基をもつδアミノ酸とそのペプチドを作成してきた。これらはDNAと相補対形成をすることを確認していた。今年度はより安定な相補対形成を目的として、5員環構造をもつ新種のペプチド核酸を作製した。その結果、DNAと安定な相補対を形成するものとRNAと安定な相補対を形成するものをそれぞれ見出すことができた。
(2)ペプチド核酸を用いた非天然アミノ酸のtRNAへの担持 ペプチド核酸の優れた相補対形成能を利用して、tRNAに任意のアミノ酸を結合させる系を構築した。すなわち、活性化したアミノ酸をN末端に結合したペプチド核酸、およびそのペプチド核酸とtRNAとの橋渡しをする相補鎖DNAとをtRNAに混合し、それらの3元複合体を形成させることによってアミノアシル化をさせることに成功した。その結果、任意のtRNAに任意の非天然アミノ酸を結合させることができるようになった。
(3)蛍光基と消光基の2種類の非天然アミノ酸がそれぞれ位置特異的に導入された変異蛋白質の作製 2種類の4塩基コドン、CGGTとGGGCとを用いて2種類の非天然アミノ酸をそれぞれ異なる位置に導入したストレプトアビジンを作製した。非天然アミノ酸として蛍光基と消光基を導入することにより、蛋白質分子内の電子移動を蛍光強度および蛍光寿命で追跡することができた。
(4)新規蛍光性非天然アミノ酸の開発 従来から種々の蛍光性非天然アミノ酸を合成し、それらの蛋白質導入を試みてきた。しかし、500nm以上の長波長側に蛍光を発するものについては導入に成功していなかった。今回、P-アミノフェニルアラニンの側鎖に結合する方法によって、相当かさ高い蛍光基でも蛋白質に導入できることが明らかになった。

研究成果

• [文献書誌] S.Manabe, K.Sakamoto, Y.Nakahara, M.Sisido, T.Hohsaka, Y.Ito: "Preparation of Glycosylated Amino Acid Derivatives for Glycoprotein Synthesis by In Vitro Translation System"Bioorg. Med. Chem.. 10. 573-581 (2002)
• [文献書誌] M.Taki, T.Hohsaka, H.Murakami, K.Taira, M.Sisido: "Position-Specific Incorporation of a Fluorophore-Quencher Pair into a Single Streptavidin through Orthogonal Four-Base Codon/Anticodon Pairs"J. Am. Chem. Soc. 124(49). 14586-14589 (2002)
• [文献書誌] 宍戸昌彦: "合成生命体に向けたバイオ高分子化学からのアプローチ"高分子. 51(6). 438-441 (2002)
• [文献書誌] 村上裕, 芳坂貴弘, 宍戸昌彦: "新規変異タンパク質創出のためのランダム挿入削除変異法"Bioベンチャー. 2(4). 94-97 (2002)
• [文献書誌] T.Hohsaka, M.Sisido: "Incorporation of non-natural amino acids into proteins"Curr. Opinion Chem. Biol.. 6. 809-815 (2002)
• [文献書誌] M.Sisido: "Biopolymers, Vol.8 (Eds. A. Steinbuechel and Fahnestock) Chapter 2. "Proteins containing Nonnatural Amino Acids""Wiley-VCH. 26-49 (2002)