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2017 年度 実施状況報告書

サーマルプログラミングによる蛋白質ナノブロックの逐次的自己組織化基盤技術の開発

研究課題

研究課題/領域番号 16K05841
研究機関信州大学

研究代表者

新井 亮一  信州大学, 学術研究院繊維学系, 准教授 (50344023)

研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2019-03-31
キーワード人工蛋白質デザイン / タンパク質ナノブロック / 蛋白質工学 / 蛋白質安定性 / X線結晶構造解析 / ナノバイオテクノロジー / 超分子化学 / 自己組織化
研究実績の概要

これまでに、独自のヌンチャク型二量体を形成する新規人工タンパク質WA20と3量体を形成するT4ファージ由来のfoldonドメインを組み合わせたWA20-foldonや、WA20を2個ヘリックスリンカー(HL4)で直列に連結したWA20-HL4-WA20等の蛋白質ナノブロックを開発し、6の倍数量体の多面体型複合体や鎖状複合体など、様々な多量体超分子ナノ構造複合体の構築に成功してきた。そこで、本研究では、複数の温度で可逆的に熱変性・再生する蛋白質ナノブロックを開発し、サーマルサイクラーによる温度変化プログラミングにより逐次的に自己組織化させるための基盤的技術を開発することを目的とした。
今年度は、これらの異なる変性温度で可逆的に熱変性・再構成する自己組織化蛋白質ナノブロックの開発を目指して、一つの分子内に変性温度の異なるドメインを持つ鎖状蛋白質ナノブロックを構築した。Native PAGEを行うと各サンプルともラダー状に複数のバンドが見られ、複合体形成が示された。次に、熱変性・再構成実験を行うとバンドパターンが変化した。また、加熱CDスペクトル測定の結果、SUWA-HL4-WA20とWA20(V71L)-HL4-WA20の各Tmは、それぞれWA20とSUWAの間のTm、WA20とWA20(V71L)の間のTmを持つことが分かった。また、サイズ排除クロマトグラフィー-多角度光散乱(SEC-MALS)実験の結果、1~6量体を形成しており、変性温度の異なるドメイン間の異種会合も起こっていることが示唆された。さらに、これらの蛋白質ナノブロックの溶液中での分子サイズと概形構造を調べるために、加熱前後のサンプルについてサイズ排除クロマトグラフィー(SEC)と小角X線散乱解析(SAXS)を組み合わせたSEC-SAXS実験を行った。その結果、加熱の前後で分子サイズの分布が変化することも示唆された。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

研究実施計画において予定していた、異なる変性温度で可逆的に熱変性・再構成する自己組織化蛋白質ナノブロックを開発する実験はおおむね順調に実施することができた。これまで得られた研究成果についていくつかを取りまとめて、現在論文を執筆中である。また、予想以上の興味深い実験結果も得られてきているため、今後、新たな展開や発展的な取り組みも検討していきたい。

今後の研究の推進方策

異なる変性温度で可逆的熱変性・再生する蛋白質ナノブロックを開発し、サーマルプログラミングにより逐次的に自己組織化する基盤技術を開発する蛋白質ナノブロックによるナノ構造構築技術の高度化の目的を達成するため、今後さらに、異なる変性温度で可逆的に熱変性・再構成する自己組織化蛋白質ナノブロックの開発や、サーマルプログラミングによる蛋白質ナノブロックの逐次的自己組織化ナノ構造構築及び構造解析を進めて、研究を推進する予定である。また、ゲルろ過クロマトグラフィー(SEC)により特定のナノ構造成分を精製し、多角度光散乱(SEC-MALS)分析による絶対分子量測定、小角X線溶液散乱法による低分解能構造解析、及びX線結晶構造解析による高分解能立体構造解析に取り組む。さらに、透過型電子顕微鏡や原子間力顕微鏡によって、巨大な超分子複合体構造や会合ネットワーク構造等を可視化・観察も試みる予定である。

次年度使用額が生じた理由

今年度は、現有や共有の設備や余剰の消耗品・試薬等を活用して研究を進めて、研究費の効率的な使用に努めた結果、費用対効果の高い成果を上げることができたと考えられる。また、いくつか想定外の興味深い実験結果も見られたため、それらの結果をさらに深く追究して新たな実験系などを検討するのにある程度の時間が必要であった。今後、次年度使用額を用いて、新たな試薬等の購入も予定しており、また、多くの学会発表や論文発表を積極的にする予定であり、学会参加費・旅費や、論文掲載料等にも充てる予定である。

  • 研究成果

    (20件)

すべて 2018 2017 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (2件) (うち国際共著 1件、 査読あり 2件) 学会発表 (15件) (うち国際学会 3件、 招待講演 5件) 備考 (2件)

  • [国際共同研究] Princeton University(米国)

    • 国名
      米国
    • 外国機関名
      Princeton University
  • [雑誌論文] Self-Assembling Supramolecular Nanostructures Constructed from de Novo Extender Protein Nanobuilding Blocks2018

    • 著者名/発表者名
      Kobayashi Naoya、Inano Kouichi、Sasahara Kenji、Sato Takaaki、Miyazawa Keisuke、Fukuma Takeshi、Hecht Michael H、Song Chihong、Murata Kazuyoshi、Arai Ryoichi
    • 雑誌名

      ACS Synthetic Biology

      巻: 7 ページ: 1381~1394

    • DOI

      10.1021/acssynbio.8b00007

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Hierarchical design of artificial proteins and complexes toward synthetic structural biology2017

    • 著者名/発表者名
      Arai Ryoichi
    • 雑誌名

      Biophysical Reviews

      巻: 10 ページ: 391~410

    • DOI

      10.1007/s12551-017-0376-1

    • 査読あり
  • [学会発表] Self-assembling supramolecular nanostructure complexes constructed from protein nanobuilding blocks2018

    • 著者名/発表者名
      Naoya Kobayashi, Naoya Kimura, Michael H. Hecht, Ryoichi Arai
    • 学会等名
      The 6th International Symposium of Dynamical Ordering of Biomolecular Systems for Creation of Integrated Functions
    • 国際学会
  • [学会発表] Self-assembling supramolecular nanostructure complexes constructed from protein nanobuilding blocks2017

    • 著者名/発表者名
      Naoya Kobayashi, Naoya Kimura, Michael H. Hecht, Ryoichi Arai
    • 学会等名
      The 31st Annual Symposium of the Protein Society
    • 国際学会
  • [学会発表] Self-assembling supramolecular nanostructure complexes constructed from protein nanobuilding blocks2017

    • 著者名/発表者名
      Naoya Kobayashi, Naoya Kimura, Michael H. Hecht, Ryoichi Arai
    • 学会等名
      Gordon Research Conference, Synthetic Biology
    • 国際学会
  • [学会発表] 人工タンパク質ナノブロック(PN-Block)による自己組織化超分子ナノ構造複合体の創出2017

    • 著者名/発表者名
      新井亮一
    • 学会等名
      第17回リング・チューブ超分子研究会シンポジウム
    • 招待講演
  • [学会発表] タンパク質ナノブロックによる動的秩序構造形成2017

    • 著者名/発表者名
      木村尚弥、小林直也、新井亮一
    • 学会等名
      第17回日本蛋白質科学会年会
    • 招待講演
  • [学会発表] 超安定化人工蛋白質SUWAのX線結晶構造解析及び蛋白質ナノブロック動的秩序構造形成への応用2017

    • 著者名/発表者名
      木村尚弥、小林直也、新井亮一
    • 学会等名
      第17回日本蛋白質科学会年会
  • [学会発表] 二量体人工蛋白質WA20のpH依存性構造変化と人工蛋白質ナノブロック複合体の再構成2017

    • 著者名/発表者名
      小林直也、仙石琢也、佐藤高彰、新井亮一
    • 学会等名
      第17回日本蛋白質科学会年会
  • [学会発表] 人工タンパク質ナノブロックによる超分子複合体ナノ構造の創製2017

    • 著者名/発表者名
      新井亮一
    • 学会等名
      バイオ工学シンポジウム
    • 招待講演
  • [学会発表] Self-assembling supramolecular nanostructure complexes constructed from protein nanobuilding blocks2017

    • 著者名/発表者名
      小林直也、木村尚弥、新井亮一
    • 学会等名
      第5回バイオ関連化学シンポジウム若手フォーラム
  • [学会発表] 人工蛋白質ナノブロック(PN-Blocks)による自己組織化超分子ナノ構造複合体の創出2017

    • 著者名/発表者名
      小林直也、木村尚弥、新井亮一
    • 学会等名
      第11回バイオ関連化学シンポジウム
  • [学会発表] 超安定化人工蛋白質SUWAのX線結晶構造解析及び蛋白質ナノブロック動的秩序構造形成への応用2017

    • 著者名/発表者名
      木村尚弥、小林直也、新井亮一
    • 学会等名
      第69回日本生物工学会大会
  • [学会発表] 人工タンパク質ナノブロックによる超分子複合体ナノ構造の創出2017

    • 著者名/発表者名
      新井亮一
    • 学会等名
      第6回CHUBU懇話会
    • 招待講演
  • [学会発表] タンパク質ナノブロック戦略によるネオ・レクチン超分子複合体の創出を目指して2017

    • 著者名/発表者名
      新井亮一
    • 学会等名
      生命科学系合同年次大会ConBio2017
    • 招待講演
  • [学会発表] 変性温度の異なるドメインを持つタンパク質ナノブロックの構築と解析2017

    • 著者名/発表者名
      笹原 健嗣、木村 尚弥、小林 直也、新井亮一
    • 学会等名
      生命科学系合同年次大会ConBio2017
  • [学会発表] タンパク質ナノブロック戦略による人工レクチン超分子複合体の創出を目指して2017

    • 著者名/発表者名
      入間川 伸、舘野 浩章、平林 淳、新井亮一
    • 学会等名
      生命科学系合同年次大会ConBio2017
  • [備考] 応用生物科学科 新井 亮一 准教授ら、新たな鎖状連結タンパク質ナノブロックを開発

    • URL

      http://www.shinshu-u.ac.jp/faculty/textiles//news/2018/05/115879.html

  • [備考] 新井研究室ホームページ

    • URL

      http://fiber.shinshu-u.ac.jp/arai/index.html

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公開日: 2018-12-17   更新日: 2022-02-21  

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