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2023 Fiscal Year Annual Research Report

人工金属酵素の実験室進化を実現する無細胞分子システムのボトムアップ構築

Publicly Offered Research

Project AreaBottom-up creation of cell-free molecular systems: surpassing nature
Project/Area Number 22H05421
Research InstitutionOsaka University

Principal Investigator

加藤 俊介  大阪大学, 大学院工学研究科, 助教 (60909125)

Project Period (FY) 2022-06-16 – 2024-03-31
Keywords人工金属酵素 / 進化分子工学 / 無細胞分子システム / C-H結合官能基化 / 生体触媒 / ヘムタンパク質 / 指向性進化法
Outline of Annual Research Achievements

本研究は、高難度な不活性 C-H 結合の位置選択的官能基化をめざし、無細胞分子システムを活用した新規金属触媒をボトムアップ構築することを目的とする。具体的には、非天然の遷移金属錯体を補因子としてタンパク質に導入した「人工金属酵素」を構築し、無細胞条件下での指向性進化法を駆使した遺伝子工学的な改変を実施する。2023年度は、鉄コロール錯体を補因子としてミオグロビンに導入した人工金属酵素を構築し、指向性進化法によるタンパク質反応場の改変を実施することで、ABTSの酸化反応に対して高いペルオキシダーゼ活性を示す変異体を獲得することに成功した。この得られた変異体は、改変前の人工金属酵素と比較して、24倍高い反応初速度を示すことが判明した。また加えて、鉄ポルフィリン錯体を補因子としてミオグロビンに導入した人工金属酵素についても、遺伝子工学的改変を実施し、アルドキシムの脱水反応に対する触媒活性を向上させることに成功している。さらに2023年度には、本学術変革領域内の共同研究により、効率的な人工金属酵素の指向性進化を実現するために、オリゴペプチド(Strep-tag II)を精製タグに用いた新たな無細胞分子スクリーニング手法を確立した(S. Kato et al. Angew. Chem. Int. Ed. 2023, 62, e20230376)。本手法は、安価なキチン粉末をクロマトグラフィー担体として用いて、人工金属酵素の指向性進化を細胞夾雑物非存在下で実現する強力な手法である。今後、この手法を最大限に活用し、進化分子工学による高機能金属酵素の開発に着手する。

Research Progress Status

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

  • Research Products

    (15 results)

All 2024 2023 Other

All Int'l Joint Research (1 results) Journal Article (2 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 2 results,  Open Access: 2 results) Presentation (9 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results,  Invited: 5 results) Book (1 results) Remarks (2 results)

  • [Int'l Joint Research] RWTH Aachen University/Bierefeld University(ドイツ)

    • Country Name
      GERMANY
    • Counterpart Institution
      RWTH Aachen University/Bierefeld University
  • [Journal Article] Chitin‐ and Streptavidin‐Mediated Affinity Purification Systems: A Screening Platform for Enzyme Discovery2023

    • Author(s)
      Kato Shunsuke、Takeuchi Koki、Iwaki Motonao、Miyazaki Kentaro、Honda Kohsuke、Hayashi Takashi
    • Journal Title

      Angewandte Chemie International Edition

      Volume: 62 Pages: e20230376

    • DOI

      10.1002/anie.202303764

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Evolutionary Engineering of a Cp*Rh(III) Complex-Linked Artificial Metalloenzyme with a Chimeric β-Barrel Protein Scaffold2023

    • Author(s)
      Kato Shunsuke、Onoda Akira、Schwaneberg Ulrich、Hayashi Takashi
    • Journal Title

      Journal of the American Chemical Society

      Volume: 145 Pages: 8285-8290

    • DOI

      10.1021/jacs.3c00581

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Presentation] キチン粉末を利用したタンパク質精製手法の開発: 非天然化学反応を指向した酵素探索への応用2024

    • Author(s)
      加藤 俊介、林 高史
    • Organizer
      生物無機化学シンポジウム
  • [Presentation] 有機触媒反応から学ぶ光駆動型ラジカル酵素の創製2024

    • Author(s)
      加藤 俊介
    • Organizer
      学術変革領域(A) 予知生合成科学 第3回公開シンポジウム
  • [Presentation] In vitro High-throughput Screening of Hemoprotein Library for Stereodivergent Synthesis of 1,2-Disubstituted Cyclopropanes2024

    • Author(s)
      Shunsuke Kato
    • Organizer
      1st Unified Catalysis Joint Symposium
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 非天然化学反応を指向した微生物酵素の探索と遺伝子工学的改変2024

    • Author(s)
      加藤 俊介
    • Organizer
      日本農芸化学会2004年度大会 大会シンポジウム「物質生産技術の革新を目指した予知生合成科学」
    • Invited
  • [Presentation] 多糖高分子を利用したタンパク質精製手法の開発:非天然化学反応を指向した酵素探索への応用2024

    • Author(s)
      加藤 俊介
    • Organizer
      日本薬学会第144年会 一般シンポジウム「化学の力で拓く革新的タンパク質研究」
    • Invited
  • [Presentation] キチン粉末を利用したアフィニティー精製手法の開発:シクロプロパン化反応を触媒する微生物酵素の探索への応用2023

    • Author(s)
      加藤 俊介、竹内 康基、林 高史
    • Organizer
      第49回生体分子科学討論会
  • [Presentation] Evolutionary Engineering of Artificial Metalloenzymes for Abiotic Transformations2023

    • Author(s)
      Shunsuke Kato
    • Organizer
      SPEED×Bottom-up Biotech×ELSI joint workshop
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Directed Evolution of a Rh(III)-Linked Artificial Metalloenzyme for C-H Bond Functionalization2023

    • Author(s)
      Shunsuke Kato
    • Organizer
      Gordon Research Conference -Expanding the boundaries of Protein Engineering-
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] In vitro High-Throughput Screening Platforms for Protein Engineering and Enzyme Discovery2023

    • Author(s)
      Shunsuke Kato
    • Organizer
      Vortrag im Rahmen des Organisch-Chemischen IOCB-Kolloquiums
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Book] バイオサイエンスとインダストリー2024

    • Author(s)
      加藤 俊介、林 高史
    • Total Pages
      272
    • Publisher
      バイオインダストリー協会
  • [Remarks] 指向性進化法を駆使した人工金属酵素の創製

    • URL

      http://www.cfi.eng.osaka-u.ac.jp/seeds/seeds_list_1/kato_shunsuke_assist/

  • [Remarks] 自然界にない化学反応を実現する人工酵素の開発

    • URL

      https://miraibook.jp/researcher/sa23009

URL: 

Published: 2024-12-25  

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