| 研究課題/領域番号 |
25289297
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 研究機関 | 九州大学 |
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研究代表者 |
神谷 典穂 九州大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (50302766)
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| 研究分担者 |
若林 里衣 九州大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (60595148)
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| 研究期間 (年度) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| キーワード | 蛋白質 / 酵素 / 翻訳後修飾 / ナノバイオ / バイオハイブリッド / アプタマー / 核酸 / 自己集合 |
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| 研究概要 |
タンパク質は、ナノ・バイオテクノロジー分野において重要な機能性分子素子である。近年、遺伝子工学技術の発展により、タンパク質分子そのものの‘かたちと機能の改変’が可能となった。また、材料科学の進展と相まって、‘合成分子やナノマテリアルとの複合化（ハイブリッド化）による高機能化’も盛んに研究が進められている。即ち、新技術と新材料の統合により、目的とする機能を示す新たなハイブリッド型タンパク質材料の創出が広範に試みられている。本研究では、タンパク質を分子レベルで効果的に配置・集積することで得られる新たな機能を追求することを目標としている。具体的には、翻訳後修飾酵素による部位特異的・共有結合的なタンパク質架橋反応を活用し、(1) 架橋点となる基質ペプチドが適切に提示された高分子型人工足場分子の合成と足場分子上での機能性タンパク質の１次元アセンブリ、(2)人工基質ペプチドの設計に基づく足場分子に依存しない１次元タンパク質アセンブリに資する新たな方法論を提案する。本年度は、特定の分子を認識するタンパク質や核酸、植物バイオマスであるセルロースを分解する酵素等を１次元に配列し、得られる新奇タンパク質ハイブリッドの構造と機能の相関を実施した。その結果、前者について新たな合成足場分子の調製に成功し、機能性タンパク質がネットワーク中に組み込まれた新しいハイドロゲルの調製に成功した。さらに核酸アプタマーを部位特異的に修飾する新技術を確立した。また、後者についても、適当なセルラーゼを足場分子上に１次元配列することで、結晶性セルロースの加水分解効率が向上することを見出した。これらの成果を学術論文３編、特許出願２編に纏めることができた。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
初年度に掲げた目標は十分に達成され、次年度に予定されていた課題に加え、新しい発見に基づく研究成果も得られたことから、当初計画以上に研究は進展している。
まず、架橋点となる基質ペプチドが適切に提示された高分子型人工足場分子の合成については、酵素基質が修飾されたモノマーユニットの合成に成功し、これが組み込まれた合成高分子足場上に機能性タンパク質を部位特異的に修飾することに成功した。さらに、酵素触媒によるフェノールのカップリング反応を応用した新たなタンパク質架橋化方法を活用するためのポリマーユニットの合成に成功し、これとチロシン含有タンパク質を架橋することで、当該タンパク質が機能を保持した形でハイドロゲルネットワーク中に補足されることを見出した。
一方、人工基質ペプチドの設計に基づく足場分子に依存しない１次元タンパク質アセンブリに資する新たな方法論の提示に向け、オリゴ核酸の末端に部位特異的に目的タンパク質を効率良くラベルする技術の開発にも成功した。この方法を応用して、核酸アプタマーの高機能化を達成し、今後の研究展開に寄与する基礎成果を得た。
上述の基礎研究で得られた成果を基に、論文投稿３編、特許出願２件を実施できたことから、研究は当初計画以上に進展していると判断した。
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| 今後の研究の推進方策 |
本年度得られた研究成果を基に、足場分子に導入した基質ペプチド (Peptide A) と選択的に架橋反応する基質ペプチド (Peptide B) が導入された様々な組換えタンパク質を準備し、それぞれの基質に対応する翻訳後修飾酵素を用いてPeptide A-B間を選択的に接着し、異種タンパク質が１次元集積化されたナノ構造体を得ることを目標とする。ゲル濾過クロマトグラフィー、天然あるいは変性電気泳動による定性的な評価により、ハイブリッド型ナノ構造体の最適調製条件（酵素/基質モル比、溶媒pH、反応温度等）を決定する。
一方、足場分子に依存しないタンパク質１次元配列化の実現に向け、核酸ハイブリダイゼーション、avidin-biotin、cohesin-dockrinといった高い特異性と親和性を併せ持つ分子の組合わせを、様々なフォーマットで組合わせ、既往の報告例のないナノ構造体を構築する。すなわち、(i) 相互作用点導入用人工基質の設計、(ii) 対象タンパク質への部位特異的導入部位の設計、(iii) 相互作用部位間の定量的複合化による１次元ナノ構造体の形成と機能評価、の３点について順次検討を進める。
以上の検討を効率的に進めるにあたり、次年度は多様な組換えタンパク質を安定に発現するための宿主として、ブレビバチルス分泌発現系、昆虫細胞発現系を研究に組み込み、タンパク質ユニットそのもののオリジナリティを高めることで、競合研究との差別化を図る。
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| 次年度の研究費の使用計画 |
本年度の研究は十分に実行できたため、残額を次年度の研究で有効にしようするため。
次年度の研究計画に沿って、有効に使用する。
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