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2019 年度 実績報告書

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 – 2020-03-31
キーワード人工タンパク質デザイン / タンパク質ナノブロック / タンパク質工学 / タンパク質安定化 / X線結晶構造解析 / タンパク質複合体 / ナノバイオテクノロジー / 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を利用した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、WA20の安定化変異体の開発、温度変化によって可逆的に熱変性・再構成する蛋白質ナノブロックの開発、さらに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の開発を目的とした。これまでの研究により、変性中点温度が122℃にまで飛躍的に向上したWA20の超安定化変異体SUWA (Super WA20)の開発に成功し、最終年度に原著論文として発表した(Kimura et al, ACS Synth. Biol. 2020)。また、この超安定化変異体SUWAを利用して、温度変化によって可逆的に熱変性・再構成する蛋白質ナノブロックSUWA-foldonの開発にも成功し、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、6量体または12量体の複合体再構成をコントロールできる可能性を見出した。これらの研究成果により、サーマルプログラミングによる蛋白質ナノブロックの自己組織化制御の基盤技術の開発に成功したと考えられる。
さらに、新たな蛋白質ナノブロックとして、SUWA-foldonに免疫グロブリン結合Zドメインを融合した蛋白質ナノブロックSUWA-foldon-Zを構築し、SUWA-foldon-Zは6量体、9量体、12量体、18量体等の複合体を形成することを明らかにした。また、これらの蛋白質ナノブロック複合体のクライオ電子顕微鏡観察条件を検討したところ、三角形状の粒子が多数観察された。低分解能であったため原子モデルの構築には至らなかったが、ドメイン配置を推定したところ、三角柱状複合体構造の18量体であることが示唆された。今後の研究の発展が期待される。

  • 研究成果

    (14件)

すべて 2020 2019 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (1件) (うち国際共著 1件、 査読あり 1件) 学会発表 (8件) (うち国際学会 5件、 招待講演 2件) 備考 (4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] Hyperstable De Novo Protein with a Dimeric Bisecting Topology2020

    • 著者名/発表者名
      Kimura Naoya、Mochizuki Kenji、Umezawa Koji、Hecht Michael H.、Arai Ryoichi
    • 雑誌名

      ACS Synthetic Biology

      巻: 9 ページ: 254~259

    • DOI

      10.1021/acssynbio.9b00501

    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] 切頂二十面体型人工タンパク質ナノ粒子TIP60のクライオ電子顕微鏡解析2019

    • 著者名/発表者名
      小幡 隼也、川上 了史、包 明久、宮本 憲二、吉川 雅英、新井 亮一
    • 学会等名
      第19回日本蛋白質科学会年会
  • [学会発表] 新規人工酵素Syn-F4エンテロバクチンエステラーゼのX線結晶構造解析2019

    • 著者名/発表者名
      栗原 航大、Michael H. Hecht、新井 亮一
    • 学会等名
      第19回日本蛋白質科学会年会
  • [学会発表] Thermal Reconstruction of Protein Nanobuilding Block Complexes Using an Ultra-Stable de Novo Protein Domain2019

    • 著者名/発表者名
      Naoya Kimura, Naoya Kobayashi, Michael H. Hecht, Ryoichi Arai
    • 学会等名
      Gordon Research Conference, Proteins
    • 国際学会
  • [学会発表] Thermal Reconstruction of Protein Nano-building Block Complexes Using an Ultra-Stable de Novo Protein Domain2019

    • 著者名/発表者名
      Naoya Kimura, Naoya Kobayashi, Ryoichi Arai
    • 学会等名
      The Protein Society, 33rd Annual Symposium
    • 国際学会
  • [学会発表] Thermal Reconstruction of Protein Nanobuilding Block Complexes Using an Ultra-Stable de Novo Protein Domain2019

    • 著者名/発表者名
      Naoya Kimura, Naoya Kobayashi, Michael H. Hecht, Ryoichi Arai
    • 学会等名
      RosettaCON 2019
    • 国際学会
  • [学会発表] Thermal Reconstruction of Protein Nanobuilding Block Complexes Using an Ultra-Stable de Novo Protein Domain2019

    • 著者名/発表者名
      Naoya Kimura, Naoya Kobayashi, Michael H. Hecht, Ryoichi Arai
    • 学会等名
      Innovations in Imaging for the Life Sciences
    • 国際学会
  • [学会発表] タンパク質ナノブロックによる自己組織化ナノ構造複合体の創製2019

    • 著者名/発表者名
      新井 亮一
    • 学会等名
      第26回ペプチドフォーラム
    • 招待講演
  • [学会発表] Self-Assembling Supramolecular Nanostructures Constructed from Protein Nano-Building Blocks2019

    • 著者名/発表者名
      Ryoichi Arai
    • 学会等名
      IPNF 2019 (International Powder and Nanotechnology Forum)
    • 国際学会 / 招待講演
  • [備考] 応用生物科学科 新井 亮一 准教授の研究グループ、100℃でも変性しない人工タンパク質を開発

    • URL

      http://www.shinshu-u.ac.jp/faculty/textiles//news/2020/02/140471.html

  • [備考] 高温環境下でも変性しない超安定化人工タンパク質を開発

    • URL

      https://www.shinshu-u.ac.jp/institution/ibs/topics/cat15431/post-35.html

  • [備考] SUWA: A hyperstable artificial protein

    • URL

      https://eurekalert.org/pub_releases/2020-02/su-sah022820.php

  • [備考] 新井亮一研究室ホームページ

    • URL

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

URL: 

公開日: 2021-01-27  

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