• 研究課題をさがす
  • 研究者をさがす
  • KAKENの使い方
  1. 課題ページに戻る

2018 年度 実施状況報告書

計算機デザイン手法による酵素タンパク質のオリゴマー化と熱安定性の解析

研究課題

研究課題/領域番号 18K14668
研究機関大学共同利用機関法人自然科学研究機構(新分野創成センター、アストロバイオロジーセンター、生命創成探究

研究代表者

小林 直也  大学共同利用機関法人自然科学研究機構(新分野創成センター、アストロバイオロジーセンター、生命創成探究, 生命創成探究センター, 特任研究員 (60781945)

研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2020-03-31
キーワードタンパク質デザイン / オリゴマー構造 / 酵素 / 熱安定性解析
研究実績の概要

平成30年度はターゲットとする酵素タンパク質の熱安定化変異体の作製及び熱安定性解析と計算機を用いた巡回対称オリゴマータンパク質構造デザインを行った。
1. ターゲットとする酵素タンパク質の熱安定化変異体の作製及び熱安定性解析
ターゲット酵素タンパク質の熱安定化変異体をタンパク質構造の計算機デザイン手法を応用して予測した。遺伝子工学的手法により予測した変異体を作製し、変異体酵素タンパク質を精製、円偏光二色性分光測定による熱安定性解析と酵素活性測定を行った。その結果、複数の熱安定化変異を見つけることができた。この熱安定化変異をすべて導入した多重変異体を作製したところ、酵素活性を失うことなく、最大で10℃熱安定性を向上させることができた。
2. 計算機を用いた巡回対称オリゴマータンパク質構造デザイン
サイズが小さく立体構造がシンプルな人工タンパク質をターゲットとして、2回対称から7回対称までのオリゴマータンパク質構造の計算機デザインを行った。その結果、5回対称、6回対称、7回対称のオリゴマー構造について、オリゴマー構造デザインに適した相互作用面面積を持つ構造モデルが生成できた。これらのオリゴマー構造についてデザインしたタンパク質のアミノ酸配列をコードした合成DNAを購入し、大腸菌タンパク質発現系を用いて購入した合成DNAからデザインタンパク質を生合成した。生合成したタンパク質をアフィニティーカラムクロマトグラフィーにより精製し、ゲルろ過クロマトグラフィー-多角度光散乱(SEC-MALS)実験による分子量・会合数の解析を行った。その結果、今回のデザインでは目的の会合数のオリゴマー構造を得られなかった。

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

ターゲット酵素タンパク質の変異体作製とその酵素活性及び熱安定性測定を通して、側鎖構造の計算機デザイン手法を改善する上で有用なデータを多く取得することができた。また、シンプルな構造のデザインタンパク質を基にオリゴマー構造デザインを行うことで、今後のデザインの課題がわかった。

今後の研究の推進方策

令和1年度は、平成30年度の研究を通して熱安定化できたターゲット酵素タンパク質変異体の立体構造を明らかにすることで、酵素タンパク質の熱安定化メカニズムの詳細な理解を深めるとともに、計算機オリゴマー構造デザイン手法の改良を行う。

次年度使用額が生じた理由

本年度は次年度に生化学実験を行うタンパク質を設計するために、計算機実験に比較的多くの時間を使った。そのため、当初、生化学実験に用いる予定だった消耗品費が次年度にまわってしまった。本年度は、生化学実験を中心に実験を進めていく予定であり、以下の研究費使用を計画している。
【消耗品費】 蛋白質発現系構築等のための合成DNA購入費、酵素類、培地用試薬、生化学・分子生物学実験試薬、有機・無機化学実験試薬、結晶化用試薬等を含む試薬・酵素類代、試薬瓶等のガラスラス器具、蛋白質精製用のカラム類、計測機器用消耗品等を含む実験器具類代、チップやメスピペット、チューブ、シリンジ等の使い捨てのプラスチック用品代として合計で約270万円の消耗品費が必要である。
【旅費】細胞を創る研究会等における研究成果発表・情報収集、共同研究打合せや先端機器利用実 験のための国内旅費として約10 万円の経費が必要である。
【その他】 共同利用機器使用料、国際誌投稿論文の英文校閲委託や論文掲載費用(Article Processing Charge)等として約13 万円の経費が必要である。

  • 研究成果

    (9件)

すべて 2019 2018

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (5件) (うち国際学会 1件) 産業財産権 (1件)

  • [雑誌論文] 人工タンパク質ナノブロック複合体の設計開発2019

    • 著者名/発表者名
      小林直也, 川上了史, 新井亮一
    • 雑誌名

      Journal of Japanese Biochemical Society

      巻: 91 ページ: 255-259

    • DOI

      10.14952/SEIKAGAKU.2019.910255

  • [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
  • [雑誌論文] Self-assembling Supramolecular Complex Nanostructures Constructed from de Novo Protein Nanobuilding Blocks2018

    • 著者名/発表者名
      KOBAYASHI Naoya、ARAI Ryoichi
    • 雑誌名

      Seibutsu Butsuri

      巻: 58 ページ: 313-315

    • DOI

      10.2142/biophys.58.313

  • [学会発表] 多様なタンパク質複合体構造の合理デザインに向けて2018

    • 著者名/発表者名
      小林直也, 古賀信康
    • 学会等名
      第18回日本蛋白質科学会年会(新潟)
  • [学会発表] Toward design of thermostable beta-glucosidase with structure-based sequence profile2018

    • 著者名/発表者名
      Kobayashi, N., Minami, S., Uchiyama, T., Sunagawa, N., Igarashi, K., and Koga, N.
    • 学会等名
      International Symposium on "Artificial Cell Reactor Science and Technology" (Tokyo)
    • 国際学会
  • [学会発表] Cumulative thermostabilization of beta-glucosidase with structure-based sequence profile information2018

    • 著者名/発表者名
      Kobayashi, N.
    • 学会等名
      分子研研究会「New Frontier in Protein Design & Engineering」(愛知)
  • [学会発表] Toward design of thermostable beta-glucosidase with structure-based sequence profile2018

    • 著者名/発表者名
      Kobayashi, N., Minami, S., Uchiyama, T., Sunagawa, N., Igarashi, K., Noji, H., and Koga, N.
    • 学会等名
      第56回日本生物物理学会年会 (岡山)
  • [学会発表] 立体構造に基づく配列プロファイルを利用したβ-グルコシダーゼの熱安定化2018

    • 著者名/発表者名
      小林直也, 南慎太朗, 小杉貴洋, 内山拓, 砂川直輝, 五十嵐圭日子, 野地博行, 古賀信康
    • 学会等名
      最終成果報告会―人工細胞リアクタが拓くイノベーション―(東京)
  • [産業財産権] 耐熱性βグルコシダーゼ2018

    • 発明者名
      古賀信康, 小林直也, 南慎太朗
    • 権利者名
      自然科学研究機構
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      特願2018-172810号

URL: 

公開日: 2019-12-27  

サービス概要 検索マニュアル よくある質問 お知らせ 利用規程 科研費による研究の帰属

Powered by NII kakenhi