細胞内結晶化による標的タンパク質融合結晶の迅速構造解析

2021 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 20K21244
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 上野 隆史 東京工業大学, 生命理工学院, 教授 (70332179)
• 研究期間 (年度): 2020-07-30 – 2022-03-31
• キーワード: 細胞内結晶化 / タンパク質工学 / 結晶構造解析

研究実績の概要

タンパク質の高分解能構造の決定は、生命現象の理解から医薬応用まで様々な分野で渇望されており、従来主流となっていたX線結晶構造解析に加え、Cryo-TEMやX線自由電子レーザー、in cell NMR等の構造解析手法が開発されてきた。しかしながら、共通する大きな課題としてタンパク質の単離・精製が依然として解決されていない。本研究では、単独では構造決定が困難な標的タンパク質を遺伝子的に融合した多孔性タンパク質複合結晶を細胞内結晶化により合成し、標的タンパク質の高分解能構造決定の実現に挑んだ。直径数nmの細孔を内部に有するタンパク質結晶（多孔性タンパク質結晶）に着目し、標的タンパク質を融合した標的タンパク質融合多孔性タンパク質結晶を細胞内で合成した。鋳型タンパク質の特定の部位に標的タンパク質を融合することによって、大型放射施設の微結晶ビームラインによる構造解析を行ない、構造決定に至った。

研究成果

• [国際共同研究] TATA基礎科学研究(インド)
  • 国名: インド
  • 外国機関名: TATA基礎科学研究
• [国際共同研究] 南洋理工大学(シンガポール)
  • 国名: シンガポール
  • 外国機関名: 南洋理工大学
• [国際共同研究] 清華大学(中国)
  • 国名: 中国
  • 外国機関名: 清華大学
• [雑誌論文] Controlled Uptake of an Iridium Complex inside Engineered apo‐Ferritin Nanocages: Study of Structure and Catalysis** (2022)
  • 著者名/発表者名: Taher Mohd、Maity Basudev、Nakane Taiki、Abe Satoshi、Ueno Takafumi、Mazumdar Shyamalava
  • 雑誌名: Angewandte Chemie International Edition 巻: 61 ページ: in press
  • DOI: 10.1002/anie.202116623
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Importance of the Subunit?Subunit Interface in Ferritin Disassembly: A Molecular Dynamics Study (2022)
  • 著者名/発表者名: Li Zhipeng、Maity Basudev、Hishikawa Yuki、Ueno Takafumi、Lu Diannan
  • 雑誌名: Langmuir 巻: 38 ページ: 1106～1113
  • DOI: 10.1021/acs.langmuir.1c02753
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Engineering of protein crystals for use as solid biomaterials (2022)
  • 著者名/発表者名: Kojima Mariko、Abe Satoshi、Ueno Takafumi
  • 雑誌名: Biomaterials Science 巻: 10 ページ: 354～367
  • DOI: 10.1039/D1BM01752G
  • 査読あり
• [雑誌論文] Protein Needles Designed to Self‐Assemble through Needle Tip Engineering (2022)
  • 著者名/発表者名: Kikuchi Kosuke、Fukuyama Tatsuya、Uchihashi Takayuki、Furuta Tadaomi、Maeda Yusuke T.、Ueno Takafumi
  • 雑誌名: Small 巻: 18 ページ: 2106401～2106401
  • DOI: 10.1002/smll.202106401
  • 査読あり
• [雑誌論文] Dynamic Behavior of Cargo Proteins Regulated by Linker Peptides on a Protein Needle Scaffold (2022)
  • 著者名/発表者名: Nguyen Que D.、Kikuchi Kosuke、Kojima Mariko、Ueno Takafumi
  • 雑誌名: Chemistry Letters 巻: 51 ページ: 73～76
  • DOI: 10.1246/cl.210599
  • 査読あり
• [雑誌論文] Design of a gold clustering site in an engineered apo-ferritin cage (2022)
  • 著者名/発表者名: Lu Chenlin、Maity Basudev、Peng Xue、Ito Nozomi、Abe Satoshi、Sheng Xiang、Ueno Takafumi、Lu Diannan
  • 雑誌名: Communications Chemistry 巻: 5 ページ: in press
  • DOI: 10.1038/s42004-022-00651-1
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Solubility enhancement of poorly water soluble domperidone by complexation with the large ring cyclodextrin (2021)
  • 著者名/発表者名: Ismail Abbas、Kerdpol Khanittha、Rungrotmongkol Thanyada、Tananuwong Kanitha、Ueno Takafumi、Ekasit Sanong、Muangsin Nongnuj、Krusong Kuakarun
  • 雑誌名: International Journal of Pharmaceutics 巻: 606 ページ: 120909～120909
  • DOI: 10.1016/j.ijpharm.2021.120909
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] Functionalization of amyloid beta peptide into ferritin cage and observation of the cage disassembly. (2022)
  • 著者名/発表者名: Basudev Maity, Shiori Kameyama, Satoshi Abe, Takafumi Ueno
  • 学会等名: 102nd CSJ Annual Meeting
• [学会発表] Analysis of Dynamic Behavior of Aromatic Interactions using Protein Cages (2022)
  • 著者名/発表者名: Yuki Hishikawa, Asuka Asanuma, Basudev Maity, Satoru Nagatoishi, Kouhei Tsumoto, Satoshi Abe, Takafumi Ueno
  • 学会等名: 102nd CSJ Annual Meeting
• [学会発表] Dynamics structural analysis of miniprotein by in-cell crystal engineering (2022)
  • 著者名/発表者名: Mariko Kojima, Yuki Hishikawa, Satoshi Abe, Tadaomi Furuta, Duy Phuoc Tran, Akio Kitao, Takafumi Ueno
  • 学会等名: 102nd CSJ Annual Meeting
• [学会発表] 無細胞タンパク質結晶エンジニアリングによる構造解析 (2022)
  • 著者名/発表者名: 田中 潤子, 安部 聡, 金丸 周司, 上野 隆史
  • 学会等名: 102nd CSJ Annual Meeting
• [学会発表] In-cell crystal engineering for the development of solid biomaterials (2022)
  • 著者名/発表者名: Satoshi Abe, Mariko Kojima, Junko Tanaka, Yuto Nakasuji, Takafumi Ueno
  • 学会等名: 102nd CSJ Annual Meeting
• [学会発表] Structural investigation of a semi-clathrate hydrate formation using porous ferritin crystals (2022)
  • 著者名/発表者名: Jiaxin Tian, Basudev Maity, Satoshi Abe, Takafumi Ueno
  • 学会等名: 102nd CSJ Annual Meeting
• [学会発表] Design of the heteroepitaxial vertical assembly of asymmetric protein needles (2022)
  • 著者名/発表者名: Kosuke Kikuchi, Takafumi Ueno
  • 学会等名: 102nd CSJ Annual Meeting
• [学会発表] タンパク質ケージ内芳香族クラスターによる蛍光分子特性制御 (2021)
  • 著者名/発表者名: 菱川湧輝, MAITYBASUDEV, 吉沢道人, 森本 正和, 安部聡, 上野隆史
  • 学会等名: 第15回バイオ関連化学シンポジウム
• [学会発表] 迅速タンパク質結晶化とサブミクロン結晶構造解析 (2021)
  • 著者名/発表者名: 安部 聡, 田中潤子, 上野隆史
  • 学会等名: 第15回バイオ関連化学シンポジウム
• [学会発表] 無細胞タンパク質合成を利用した結晶化とサブミクロン結晶構造解析 (2021)
  • 著者名/発表者名: 安部聡, 上野隆史
  • 学会等名: 70th Symposium on Macromolecules
• [学会発表] Effect of Alanine substitution at the 2-fold symmetric interface of the ferritin cage (2021)
  • 著者名/発表者名: Jiaxin Tian, Basudev Maity, Satoshi Abe, Kenji Yasuda, Takeshi Murata, Takafumi Ueno
  • 学会等名: 70th Symposium on Macromolecules
• [学会発表] βヘリックスタンパク質分子針の末端設計による二次元集合制御 (2021)
  • 著者名/発表者名: 菊池 幸祐, 福山達也, 古田 忠臣, 内橋 貴之, 前多裕介, 上野 隆史
  • 学会等名: 第15回バイオ関連化学シンポジウム
• [学会発表] タンパク質分子針の末端構造設計による二次元集合パターン制御 (2021)
  • 著者名/発表者名: 菊池 幸祐, 福山達也, 古田 忠臣, 前多裕介, 内橋 貴之, 上野 隆史
  • 学会等名: 第１回発動分子科学研究会
• [学会発表] 細胞内タンパク質結晶を利用した天然変性タンパク質の構造解析 (2021)
  • 著者名/発表者名: 小島摩利子, 安部聡, 上野隆史
  • 学会等名: 第15回バイオ関連化学シンポジウム
• [学会発表] DESIGN OF IN-CELL PROTEIN CRYSTALS FOR DEVELOPMENT OF BIO-SOLID MATERIALS (2021)
  • 著者名/発表者名: Satoshi Abe, Takafumi Ueno
  • 学会等名: 22nd American Conference on Crystal Growth and Epitaxy (ACCGE-22)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] タンパク質ケージ結晶を用いた芳香族クラスターの動的挙動解析 (2021)
  • 著者名/発表者名: 菱川湧輝, 野谷大樹, MAITYBASUDEV, 長門石 曉, 津本浩平, 安部聡, 上野隆史
  • 学会等名: The 70th SPSJ Annual Meeting
• [学会発表] タンパク質分子針の末端設計による二次元集合パターン制御 (2021)
  • 著者名/発表者名: 菊池幸祐, 福山達也, 古田忠臣, 前多裕介, 内橋貴之, 上野隆史
  • 学会等名: The 70th SPSJ Annual Meeting
• [学会発表] The role of helix modification in building hybrid ferritin cages (2021)
  • 著者名/発表者名: Jiaxin Tian, Kenji Yasuda, Basudev Maity, Satoshi Abe, Takeshi Murata, Takafumi Ueno
  • 学会等名: The 70th SPSJ Annual Meeting
• [図書] Cell-Inspired Materials and Engineering (2021)
  • 著者名/発表者名: H. Tabe and T. Ueno
  • 総ページ数: 257
  • 出版者: Springer
• [備考] 上野研究室
  • URL: http://www.ueno.bio.titech.ac.jp/index.html