Discovery Sagaサイレントキーワード俯瞰

タンパク質結晶 / タンパク質工学 / 超分子化学 / 自己集合 / 細胞内結晶化 / 多角体 / 分子機械 / 昆虫細胞 / ウイルス

近年、蛋白質からなる分子集合体を生体機能材料のテンプレートとしたバイオテクノロジー応用が期待されている。本研究では、固体材料としての利用が注目されている蛋白質結晶の機能化に焦点をあて、従来の人工多孔性材料でも困難とされていた精密多層構造の構築を達成した。特に、細胞内結晶化反応で結晶を形成する昆虫ウイルス由来の蛋白質「多角体」にターゲットを絞り、多角体結晶への外来分子の精密多層集積から新しい生体機能材料合成の領域を開拓した。

研究成果の学術的意義や社会的意義は、細胞内結晶化を用いることにより、これまで解決が困難とされていた蛋白質の迅速・大量合成、安定化を劇的に改善し、精製した蛋白質からの結晶化が常識であった蛋白質結晶化の概念をも根本から変える材料作成法となる。従って、機能材料としての蛋白質結晶利用の可能性が格段に広がり、実用化にも近いバイオマテリアルとなりうる。具体的には、多角体結晶の安定性と生体適合性を生かした酵素の迅速合成と長期保存、ワクチンや細胞外マトリックスの開発等、複雑な医薬品合成の軽減や、我が国の課題である医療費負担の大きな削減を可能とする技術につながると確信する。

タンパク質工学 / ケミカルバイオロジー / 一酸化炭素 / フェリチン / バクテリオファージ　T４ / タンパク質 / 生体材料 / ナノバイオ / バイオテクノロジー / 分子機械 / 蛋白質

今回の研究により、（１）タンパク質複合体のCO輸送体としての有用性、（２）針タンパク質の表面電荷改変によるハエ幼虫脳への集積制御が達成された。同時に、今後の課題として、ROSやNO研究の前例があるeye discを用いた評価、また、ROSのイメージングに加え、抗体染色によるHOやNOSの発現評価、COの関与する酵素sGCの活性阻害評価によって器官やモデル個体を用いた詳細な検討を進めていく。

蛋白質 / バクテリオファージ / 分子機械 / 分子認識 / 分子集合 / 感染 / 超遠心分析 / X線結晶構造解析 / 微生物 / 超分子構造 / リゾチーム / テイルリゾチーム / 収縮姓尾部 / 感染機構 / バクテイオファージ / T4ファージ / プロセッシング / 蛋白質工学 / T4類縁ファージ / βヘリックス

本研究は、バクテリオファージの収縮性尾部を対象として、ナノマシーンとしての尾部の分子集合機構および作動原理を分子・原子レベルで明らかにしようとするものである。3年間の成果のうち、特に重要なものは以下の通りである。
パーデュー大学ロスマン教授のグループとの共同研究により、尾部収縮後の構造が電顕画像からの3次元像再構成によって明らかになった。収縮後の低分解能の電子密度にもこれまでに決定された7つの蛋白質の高分解能構造が無理なくあてはまったことにより、構造変化では個々のサブユニットの構造は大きく変化せず、主に配置変換によってマクロな構造変化が起こっていることが明らかである。さらに、この構造変化の主役を担っているのがgp10で、この蛋白質が長軸に関して回転することにより、それまでgp12(小尾繊維)に結合していたgp11が尾繊維(gp34)に結合することが分かった。
テイルリゾチームgp5はプロセッシングを受けて351残基目のセリンのC端で切断されるがこれをロイシンに置換したgp5は切断が起きないことが分かったので、この変異体を調整して構造決定を行うことが出来た。その結果、これまで明らかでなかった切断部位周辺の15残基の構造が明らかになり、また、隣のサブユニットから出ているペプチドが基質認識部位を占拠することによってリゾチーム活性を抑制している現象は切断の結果ではなく、切断以前に起こっていることが分かった。
T4類縁ファージKVP40のテイルリゾチームgp5の単離・性状解析およびgp27対応蛋白質の発見:テイルリゾチームgp5はリゾチームドメイン・C末端β-helixを含む特異な構造を有し、N末端ドメインでgp27と結合し、gp27を介して基盤と結合している。T4近縁のファージではgp5のドメイン構造は良く保存されているが、遠縁になるに従って類似性が低くなる。KVP40のgp5ではリゾチームが欠損している。このgp5をクローニング、発現、単離して、性状解析を行ったほか、通常のbalst検索では検出されないが、ORF334を候補と考えてクローニング・単離・精製を行ったところ、この蛋白質がgp5と強く結合することが確認された。

【研究分担者】
古田忠臣	東京工業大学	生命理工学院	助教	(Kakenデータベース)
森肇	京都工芸繊維大学	応用生物学系	教授	(Kakenデータベース)

【研究分担者】
鈴木崇之	東京工業大学	大学院生命理工学研究科	准教授	(Kakenデータベース)

【研究分担者】
金丸周司	東京工業大学	大学院・生命理工学研究科	助手	(Kakenデータベース)
武田茂樹	群馬大学	大学院・工学研究科	助教授	(Kakenデータベース)