Protein Encapsulation by Synthetic Cages for Functional Control and Structure Determination

通过合成笼封装蛋白质进行功能控制和结构测定

基本信息

批准号：
19H05461
负责人：
藤田誠
金额：
$ 399.36万
依托单位：
Institute for Molecular Science
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Specially Promoted Research
财政年份：
2019
资助国家：
日本
起止时间：
2019-04-23 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

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。

当在有限的空间中捕获分子时，开发在溶液或固态中未发现的新特性和反应性，并且可以使用新的观察方法对结构进行分析。在这项研究中，该发现将应用于蛋白质分子。也就是说，蛋白质在人工笼中被空间捕获，（1）控制蛋白质的特性。（2）控制蛋白质反应性。此外，目的是（3）为蛋白质创建新的结构分析方法。到去年，开发了一种新的蛋白质包容技术，并使用它观察到了蛋白质稳定和重新折叠。今年，我们在复杂的笼子中使用包含和限制来分析蛋白质变性和重折叠过程的结构分析。不可能分析修饰的结构，因为在许多情况下，蛋白质会通过贬低有机溶剂等蛋白质而失去其自然结构。通过将这种修饰的结构限制在复杂的笼子中，在解决方案中观察到结构，并通过NMR详细分析了恢复结构的重折叠过程。结果，揭示了变性过程中瞬态结构的细节，并发现了重新折叠过程中的磁滞行为。此外，我们使用这种蛋白质限制来分析淀粉样β的初始聚集结构。通过选择性地仅限制复合物笼中的两个淀粉样蛋白β片段，我们成功地观察了无法以常规方式观察到的二聚体结构。此外，我们致力于将蛋白质和小分子共同融合到复杂的笼子中以进行应用开发，以分析蛋白质与配体之间的相互作用。我们已经证明，通过将蛋白质和配体分子限制在狭窄的空间中，可以观察到在复合物中的直径约5纳米，可以观察到在之间作用的弱相互作用。将来，我们计划分析这种薄弱的相互作用。