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

创建补充必需基因功能的新型人工蛋白质

基本信息

批准号：
20J01759
负责人：
小林直也
金额：
$ 3.33万
依托单位：
Center for Novel Science Initatives, National Institutes of Natural Sciences
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-24 至 2023-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

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。

通过应用基于计算机的蛋白质设计技术，可以人为地设计大量氨基酸和蛋白质稳定折叠的蛋白质基因序列，并创建“人造生命”，通过创建新的人造蛋白质基因来维持生命活性，从而创建新的蛋白质基因，以取代必需基因的功能。为了实现这一目标，这项研究将对新型人造蛋白质进行大规模的计算机设计，以补充细菌的生命支持功能，并在基本基因中的缺失和实验中与其人工分子进化进行实验。整个研究计划进行以下三项研究：（1）没有必要基因的细菌菌株的功能互补筛查的构建和筛选实验系统（2）新的人工蛋白质结构的计算机设计以及新的人工蛋白质基因基因文库的制备（3）人工分子进化实验的新型人工蛋白质在新的人造蛋白质中，在FISC蛋白质中的新型人工蛋白质创作，并研究了FISCER INTURATER在FISCEL YERSENTER上的重点，并研究了220年，220年2月2日，220年，220年的研究。制备新的人造蛋白基因文库。”考虑到它具有适用于构建基因文库的基因大小和结构，并且很容易在实验中搜索表达功能的氨基酸序列空间，我们从头设计，蛋白质的蛋白质具有约70至160个残基的螺旋束结构。尽管蛋白质结构的疏水核心区域涉及的氨基酸序列在某种程度上固定了，但分子表面区域具有多种氨基序列，并且可以准备多种新的人造蛋白质，以准备准备稳定的可折叠的新型人工蛋白质库。此外，具有六个或七个螺旋束结构的新型人工蛋白能够在结构内设计结构，这些结构可能会成为底物结合口袋。