Protein Encapsulation by Synthetic Cages for Functional Control and Structure Determination

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分子を限られた空間に捕捉すると、溶液や固体状態では見られない新しい性質や反応性が発現し、さらに新たな観測手段でその構造を解析することができる。本研究では、この知見をタンパク質分子に応用する。すなわち、人工的なケージにタンパク質を空間捕捉し、(1)タンパク質の性質を制御する。(2)タンパク質の反応性を制御する。さらには、(3)タンパク質の新しい構造解析手法を創出することを目的とする。昨年度までにタンパク質包接の新規技術を開発し、それを用いたタンパク質の安定化、リフォールディングを観測した。今年度は、この錯体ケージへの包接・閉じ込めを活用して、タンパク質の変性、リフォールディングの過程の構造解析を行った。タンパク質が有機溶媒などの変性剤で天然の構造を失うと多くの場合で凝集してしまうため、その変性構造を解析することはできない。この変性構造を錯体ケージに閉じ込めることで、その構造を溶液中で観測するとともに、その構造が復元するリフォールディングの過程をNMRで詳細に解析した。その結果、変性過程の過渡構造の詳細を明らかにするとともに、リフォールディングにおけるヒステリシス挙動を見出すことができた。加えて、このタンパク質の閉じ込めを活用してアミロイドβの凝集初期構造の解析を行った。アミロイドβ断片を２分子のみ選択的に錯体ケージに閉じ込めることで、従来方では観測できない二量体構造を観測することに成功した。さらに、タンパク質とリガンドの間の相互作用の解析への応用展開に向けて錯体ケージへのタンパク質と小分子の共包接に取り組んだ。錯体内部の直径5ナノメートル程度の狭い空間にタンパク質とリガンド分子を閉じ込めることで、その間にはたらく弱い相互作用を誘起し、観測できることを実証した。今後は、この弱い相互作用を解析する予定である。