• 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

2019 年度 実績報告書

空間捕捉によるタンパク質の構造・機能制御および高効率構造解析

研究課題

研究課題/領域番号 19H05461
研究機関分子科学研究所

研究代表者

藤田 誠  分子科学研究所, 特別研究部門, 卓越教授 (90209065)

研究分担者 藤田 大士  京都大学, 高等研究院, 准教授 (20713564)
矢木 真穂  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, 助教 (40608999)
研究期間 (年度) 2019-04-23 – 2024-03-31
キーワードタンパク質 / 構造解析 / 自己組織化 / タンパク包接
研究実績の概要

当初の計画通り,タンパク質の性質・機能制御,さらにはタンパク質の高効率構造解析法の創出に適したタンパク質包接技術の開発とその基礎的データの収集を行った。その結果,(1)再現性の高い調製プロトコルの確立,(2)想像を超えるタンパク質安定化,リフォールディングによる特異な機能制御を達成した。また、(3)そのメカニズムの構造生物学的なデータを予備的に得ることに成功した。
1.タンパク包接の新技術開発: タンパク質を球状錯体へ包接する新たな手法を開発し,多様な天然タンパク質を包接することに成功した。従来法で必須であったタンパク質の改変が不要となり,また精製不要なワンポットでの包接により,天然構造を保ったままタンパク質を球状錯体ケージへ包接可能となった。
2. 包接によるタンパク質の機能制御: タンパク質を包接により空間的に捕捉することで,その性質・機能を制御できることを実証した。包接したタンパク質(CLE)の安定性を評価すると,熱および有機溶媒に対する安定性が飛躍的に向上することがわかった。さらに,タンパク質を包接後に有機溶媒条件で2週間以上静置し、水性条件に戻すとタンパク質のリフォールディングが起こったことを示唆する酵素活性挙動が観測された。
3.包接したタンパク質の構造解析: 包接したタンパク質のNMR構造解析を行い,錯体ケージによる機能制御の機構を調べた。従来の包接手法と異なり、本研究では球状錯体の一義的な内部空間にタンパク質を包接できるため,その構造を詳細な解析が可能であった。先に安定化・活性回復が観測されたCLEタンパク質を錯体ケージへと包接し、三次元NMRで解析した。得られた構造から、タンパク質が天然構造を保持したまま包接されたことがわかった。さらに、先のリフォールディングの過程についてもNMRでそれを示唆するデータが得られた。

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

「想定を超える研究の進展」,「一部の遅れ」の双方が見られるが,全体を押し並べて概観すると「順調な進展」と言える。
想定を超える進展としては想定を超える錯体ケージへの包接効果が観測されてきた点が挙げられる。タンパク質のケージ内への包接により,当初期待していた「活性の維持」を超え,想定していなかった「閉じ込め効果」が見られた。例えば,CLEタンパク質(エステル加水分解酵素)は有機溶媒や熱に対する耐性が著しく向上した。また,有機溶媒中で一度変性し,失活したCLE酵素も,水系溶媒に戻すことで安定フォールディング構造と酵素活性を取り戻す「シャペロニン効果」が見出された。
一部の遅れは,以下の点が挙げられる。プロジェクトへの参加を予定していた外国人ポスドク,外国人学生の入国が実現しなかったこと,健康不安から長期休業する研究員や学生がいたことから,マンパワーが欠落気味であった。化学構造と生物構造がハイブリッドした物質の扱いは,技術的に予想以上に困難で,熟練した上級研究者でなければこの研究の遂行が困難であることが判明した。新規参入の学生はプロジェクトに馴れ,ノウハウを獲得するまでに1年間程度のトレーニング期間を有する。2019年度その研究体制を整えるために多くの時間を充てた。

今後の研究の推進方策

これまでに当初掲げた,巨大中空錯体への包接によってタンパク質の(1)性質・(2)反応性を制御することを達成した。今後は(3)タンパク質の構造解析手法の創出を目指す。具体的には,以下の項目を主として包接による空間捕捉効果を活用したタンパク質構造の高効率解析手法を開発する。
1. 非生体環境でのNMR測定: これまでに見出した包接による安定化効果を活用して,非生体環境でNMR構造解析を行いタンパク質の新規構造情報を取得する。特に0度以下の極低温測定を行い,通常条件では速くて捉えられないタンパク質のダイナミクスを詳細に解析することを目指す。
2. 画一条件測定によるX線構造解析,クライオ電子顕微鏡(EM)構造解析の高効率化: X線結晶構造解析,クライオEM構造解析において,包接による空間捕捉効果によって画一的な条件でのサンプル調製を可能とし,タンパク質構造解析の高効率化を目指す。錯体ケージに覆うことで,結晶内におけるタンパク質分子同士の接触(結晶パッキング)や,クライオEMグリッド上におけるタンパク質の配向は球状錯体によって規定されることが期待される。
3. 不安定な凝集性タンパク質の構造解析: 錯体ケージへの包接により,通常は観察不可能な過渡的で不安定なタンパクの構造情報を取得する。具体的にはアルツハイマー病の原因とされるアミロイドβの凝集過程の構造解析を行う。特に,毒性が高いとされる過渡的なオリゴマー構造を調べる。
4. 弱いタンパク質-リガンド相互作用の解析: タンパク質とそれに結合する分子(リガンド)の相互作用のうち,通常では観測困難な弱い相互作用に関する構造情報を取得する。リガンドをタンパクと共に錯体ケージへ包接して空間的に閉じ込めることで、弱い相互作用を強制的に増強させ,従来は観測できなかった複合体の構造を解明する。

  • 研究成果

    (45件)

すべて 2020 2019

すべて 雑誌論文 (11件) (うち査読あり 11件、 オープンアクセス 8件) 学会発表 (34件) (うち国際学会 9件、 招待講演 11件)

  • [雑誌論文] Confinement of Water-Soluble Cationic Substrates in a Cationic Molecular Cage by Capping the Portals with Tripodal Anions2020

    • 著者名/発表者名
      Takezawa Hiroki、Tabuchi Ryosuke、Sunohara Haruka、Fujita Makoto
    • 雑誌名

      Journal of the American Chemical Society

      巻: 142 ページ: 17919~17922

    • DOI

      10.1021/jacs.0c08835

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] “Eggs in egg cartons”: co-crystallization to embed molecular cages into crystalline lattices2020

    • 著者名/発表者名
      Domoto Yuya、Abe Masahiro、Yamamoto Kidai、Kikuchi Takashi、Fujita Makoto
    • 雑誌名

      Chemical Science

      巻: 11 ページ: 10457~10460

    • DOI

      10.1039/d0sc03191g

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] A Robust Double-walled Knotted Cage Revealed Guest Binding through Adaptive Portal Expansion2020

    • 著者名/発表者名
      Tamura Yukari、Takezawa Hiroki、Fujita Makoto
    • 雑誌名

      Chemistry Letters

      巻: 49 ページ: 912~914

    • DOI

      10.1246/cl.200282

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Enhanced reactivity of twisted amides inside a molecular cage2020

    • 著者名/発表者名
      Takezawa Hiroki、Shitozawa Kosuke、Fujita Makoto
    • 雑誌名

      Nature Chemistry

      巻: 12 ページ: 574~578

    • DOI

      10.1038/s41557-020-0455-y

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] A Double-Walled Knotted Cage for Guest-Adaptive Molecular Recognition2020

    • 著者名/発表者名
      Tamura Yukari、Takezawa Hiroki、Fujita Makoto
    • 雑誌名

      Journal of the American Chemical Society

      巻: 142 ページ: 5504~5508

    • DOI

      10.1021/jacs.0c00459

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Metal-Peptide Torus Knots from Flexible Short Peptides2020

    • 著者名/発表者名
      Inomata Yuuki、Sawada Tomohisa、Fujita Makoto
    • 雑誌名

      Chem

      巻: 6 ページ: 294~303

    • DOI

      10.1016/j.chempr.2019.12.009

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Self‐Assembly of Coordination Polyhedra with Highly Entangled Faces Induced by Metal-Acetylene Interactions2020

    • 著者名/発表者名
      Domoto Yuya、Abe Masahiro、Kikuchi Takashi、Fujita Makoto
    • 雑誌名

      Angewandte Chemie International Edition

      巻: 59 ページ: 3450~3454

    • DOI

      10.1002/anie.201913142

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] X‐ray Crystallographic Observation of Chiral Transformations within a Metal?Peptide Pore2020

    • 著者名/発表者名
      Saito Ami、Sawada Tomohisa、Fujita Makoto
    • 雑誌名

      Angewandte Chemie International Edition

      巻: 59 ページ: 20367~20370

    • DOI

      10.1002/anie.202007731

    • 査読あり
  • [雑誌論文] A metal-peptide capsule by multiple ring threading2019

    • 著者名/発表者名
      Sawada Tomohisa、Inomata Yuuki、Shimokawa Koya、Fujita Makoto
    • 雑誌名

      Nature Communications

      巻: 10 ページ: 5687

    • DOI

      10.1038/s41467-019-13594-4

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Repeated evolution of cytochrome P450-mediated spiroketal steroid biosynthesis in plants2019

    • 著者名/発表者名
      Christ Bastien、Xu Chengchao、Xu Menglong、Li Fu-Shuang、Wada Naoki、Mitchell Andrew J.、Han Xiu-Lin、Wen Meng-Liang、Fujita Makoto、Weng Jing-Ke
    • 雑誌名

      Nature Communications

      巻: 10 ページ: 3206

    • DOI

      10.1038/s41467-019-11286-7

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Demethylenation of Cyclopropanes via Photoinduced Guest‐to‐Host Electron Transfer in an M6L4 Cage2019

    • 著者名/発表者名
      Cullen William、Takezawa Hiroki、Fujita Makoto
    • 雑誌名

      Angewandte Chemie International Edition

      巻: 58 ページ: 9171~9173

    • DOI

      10.1002/anie.201904752

    • 査読あり
  • [学会発表] Self-assembly of Archimedean/Non-Archimedean Solids under Mathematical Restriction2020

    • 著者名/発表者名
      Makoto Fujita
    • 学会等名
      WE-Heraeus-Seminar / From Interfaces to Cages Confining Effects on Molecular Processes
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 中空錯体への包接を利用したポリインの配座固定と環化反応制御2020

    • 著者名/発表者名
      早川遥海, 神田智哉, 竹澤浩気, 藤田誠
    • 学会等名
      日本化学会第100春季年会
  • [学会発表] 空孔包接による直鎖状テルペノイドの配座制御と熱的環化反応,”日本化学会第100春季年会2020

    • 著者名/発表者名
      神田智哉, 竹澤浩気, 藤田誠
    • 学会等名
      日本化学会第100春季年会
  • [学会発表] 金属・ペプチド細孔性結晶内での不斉ヘミアセタールのX線観察2020

    • 著者名/発表者名
      齋藤杏実, 澤田知久, 藤田誠
    • 学会等名
      日本化学会第100春季年会
  • [学会発表] Self-Assembly of Gigantic Spherical Complexes and Its Structural Study2020

    • 著者名/発表者名
      T. Hara, Y. Domoto, T. Kusakizako, O. Nureki, M. Fujita
    • 学会等名
      日本化学会第100春季年会
  • [学会発表] Roles of Metal-Acetylene Interaction on Oligomerization of Triarylmethane-Piled Subunits2020

    • 著者名/発表者名
      T. Homma, M. Abe, Y. Domoto, M. Fujita
    • 学会等名
      日本化学会第100春季年会
  • [学会発表] Chemical modification of a metal-peptide torus knot molecule2020

    • 著者名/発表者名
      A. Hayakawa, Y. Inomata, T. Sawada, M. Fujita
    • 学会等名
      日本化学会第100春季年会
  • [学会発表] トリアリールメタン骨格からなるディスクリートな絡まり錯体の共結晶化およびネットワーク架橋2020

    • 著者名/発表者名
      山本喜大, 阿部真大, 堂本悠也, 藤田誠
    • 学会等名
      日本化学会第100春季年会
  • [学会発表] カルシウムイオンが誘起するペプチド二重螺旋を用いた巨大配位ネットワークの構築2020

    • 著者名/発表者名
      三郎丸裕太, 澤田知久, 藤田誠
    • 学会等名
      日本化学会第100春季年会
  • [学会発表] 配位結合によるβヘリックス二重鎖の会合構造2020

    • 著者名/発表者名
      岩崎航, 山上樹也, 澤田知久, 藤田誠
    • 学会等名
      日本化学会第100春季年会
  • [学会発表] Construction of cross-β-sheet crystalline materials by metal coordination2020

    • 著者名/発表者名
      E. Tsunekawa, Y. Hisada, T. Sawada, M. Fujita
    • 学会等名
      日本化学会第100春季年会
  • [学会発表] 可逆な結合を組み込んだオリゴプロリンの自己集合:絡まり分子構造の構築2020

    • 著者名/発表者名
      久田祐太郎, 澤田知久, 藤田誠
    • 学会等名
      日本化学会第100春季年会
  • [学会発表] M12L24球状錯体へのタンパク質のワンポット包接2020

    • 著者名/発表者名
      鈴木亮人, 藤田大士, 藤田誠
    • 学会等名
      日本化学会第100春季年会
  • [学会発表] M12L24錯体の内部空間を活用したアミロイドβの初期会合状態の観測2020

    • 著者名/発表者名
      陳村拓也, 鈴木亮人, 藤田大士, 矢木真穂, 加藤晃一, 藤田誠
    • 学会等名
      日本化学会第100春季年会
  • [学会発表] 可視光応答性イリジウム多核ホスト錯体の自己集合構築と光反応への展開2020

    • 著者名/発表者名
      春原晴香, 小山田健太, 竹澤浩気, 藤田誠
    • 学会等名
      日本化学会第100春季年会
  • [学会発表] ハロゲン化酵素を用いたテルペノイドの炭素骨格変換2020

    • 著者名/発表者名
      Jung Youngcheol, 三橋隆章, 藤田誠
    • 学会等名
      日本化学会第100春季年会
  • [学会発表] Creation of novel natural products and structure determination by the CS method2020

    • 著者名/発表者名
      K. Kageyama, T. Mitsuhashi, M. Fujita
    • 学会等名
      日本化学会第100春季年会
  • [学会発表] 金属・ペプチド型トーラス結び目およびポリ[n]カテナンの構築における高立体選択性の考察2020

    • 著者名/発表者名
      猪俣祐貴, 澤田知久, 藤田誠
    • 学会等名
      日本化学会第100春季年会
  • [学会発表] 金属-アセチレン配位を活用した絡まり部分構造形成に基づく多面体の構築2020

    • 著者名/発表者名
      阿部真大, 堂本悠也, 藤田誠
    • 学会等名
      日本化学会第100春季年会
  • [学会発表] トリアリールメタン配位子の部分改変による絡まり型カプセル錯体の自己集合デザイン2020

    • 著者名/発表者名
      堀江峻平, 山本喜大, 堂本悠也, 藤田誠
    • 学会等名
      日本化学会第100春季年会
  • [学会発表] かご型錯体空孔における共包接を利用したアミドのねじれ誘起加水分解2020

    • 著者名/発表者名
      志渡澤幸佑, 竹澤浩気, 藤田誠
    • 学会等名
      日本化学会第100春季年会
  • [学会発表] 蓋状アニオンによるかご型錯体の分子包接能拡張2020

    • 著者名/発表者名
      田淵凌輔, 春原晴香, 竹澤浩気, 藤田誠
    • 学会等名
      日本化学会第100春季年会
  • [学会発表] 短鎖ペプチドの配位駆動自己集合による動的βバレル構造2020

    • 著者名/発表者名
      山上樹也, 澤田知久, 藤田誠
    • 学会等名
      日本化学会第100春季年会
  • [学会発表] 結晶スポンジ法による酸化コレステロール異性体の立体配置解析2020

    • 著者名/発表者名
      和田直樹, 影山洸, ジョンヨンチョル, 三橋隆章, 藤田誠
    • 学会等名
      日本化学会第100春季年会
  • [学会発表] Crystalline Sponge Method for Natural Products Chemistry and Drug Discovery2020

    • 著者名/発表者名
      Makoto Fujita
    • 学会等名
      Gordon Research Conferences
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Coordination Self-Assembly: From the Origins to the Latest Advances2020

    • 著者名/発表者名
      Makoto Fujita
    • 学会等名
      The Torkil Holm Symposium
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] アルツハイマー病の解明を目指したNMR構造研究2019

    • 著者名/発表者名
      矢木真穂
    • 学会等名
      東京大学社会連携講座:革新分子構造解析講座 公開シンポジウム ―低分子からタンパク質まで,統合分子構造解析―
    • 招待講演
  • [学会発表] 古細菌タンパク質の高次構造多型の解析2019

    • 著者名/発表者名
      矢木真穂
    • 学会等名
      第1回 中性子構造生物学研究会
    • 招待講演
  • [学会発表] Coordination Self-Assembly: From Origins to the Latest Advances2019

    • 著者名/発表者名
      Makoto Fujita
    • 学会等名
      SILQCOM7
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Coordination self-assembly for Nanostructure Construction2019

    • 著者名/発表者名
      Makoto Fujita
    • 学会等名
      Nanjing Symposium
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Coordination Self-Assembly: From the Origins to the Latest Advances2019

    • 著者名/発表者名
      Makoto Fujita
    • 学会等名
      Siegfried, Huenig Lectureship at Wuerzburg
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Self-Assembly of Archimedean/non-Archimedean Solids Under Mathematical Restriction2019

    • 著者名/発表者名
      Makoto Fujita
    • 学会等名
      ISMSC2019
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Coordination Self-assembly: From Origins to the Latest Advances2019

    • 著者名/発表者名
      Makoto Fujita
    • 学会等名
      Todai-Unistra Symposium
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Coordination Self-Assemblby: From Origins to the Latest Advances2019

    • 著者名/発表者名
      Makoto Fujita
    • 学会等名
      XXXVII Biennial of Chemistry Donostia-San Sebastian
    • 国際学会 / 招待講演

URL: 

公開日: 2021-12-27  

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