Creation of novel artificial proteins that complement the functions of essential genes

点击翻译按钮获取中文摘要

計算機を用いたタンパク質デザイン技術を応用することにより、安定に折りたたまれるタンパク質のアミノ酸配列・遺伝子配列を大量かつ新規に人工設計できる点に着目して、本研究では、必須遺伝子の機能を代替するタンパク質遺伝子を新規に創り、その新規人工タンパク質遺伝子によって生命活動を維持する"人工生命"を創出することを研究目的とする。この目的の達成のために、本研究では、必須遺伝子に欠失がある細菌の生命維持機能を相補する新規人工タンパク質の大規模計算機デザインとその人工分子進化実験を行う。本研究全体では、以下の３項目の研究を実施することを計画していた。(1) 必須遺伝子欠失細菌株の機能相補スクリーニング実験系の構築とスクリーニング実験(2) 新規人工タンパク質構造の計算機デザインと新規人工タンパク質遺伝子ライブラリの作製(3) 新規人工タンパク質の人工分子進化実験令和2年度は、（2）の「新規人工タンパク質構造の計算機デザインと新規人工タンパク質遺伝子ライブラリの作製」に関する研究を重点的に行なった。遺伝子ライブラリの構築に適した遺伝子サイズ及び遺伝子構造を有すること、また、機能発現するアミノ酸配列空間の実験的な探索のしやすさを考慮して、70から160残基程度の大きさのヘリックスバンドル構造を有するタンパク質のde novoデザインを行った。デザインした３本から７本ヘリックスバンドル構造の新規人工タンパク質は、タンパク質構造の疎水性コア領域の形成に関わるアミノ酸配列はある程度固定されたものの、分子表面領域には多様なアミノ配列を有し、安定に折りたたまれうる新規人工タンパク質の多様なアミノ酸配列ライブラリを用意することができた。また、６本または７本ヘリックスバンドル構造の新規人工タンパク質では構造中に基質結合ポケットになりうる空洞を持つ構造をデザインすることができた。