細胞内で高難度反応の触媒として働く人工金属酵素の創製

创建人造金属酶作为细胞内困难反应的催化剂

基本信息

  • 批准号:
    22KJ2064
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 1.41万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    日本
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for JSPS Fellows
  • 财政年份:
    2023
  • 资助国家:
    日本
  • 起止时间:
    2023-03-08 至 2024-03-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

本研究では、位置・立体選択的なC-H結合官能基化反応を促進する人工金属酵素の開発と細胞内反応への応用をめざしている。当該年度は人工金属酵素のタンパク質構造に着目し、人工補因子である鉄ポルフィセン錯体と種々のヘムタンパク質やその変異体と複合化し、C-H結合アミノ化反応の活性評価を実施した。まず、鉄ポルフィセン錯体と各種ヘムタンパク質のアポ体を複合化し、分子内C-H結合アミノ化反応に対する触媒活性を評価した。触媒回転数はタンパク質構造により変化し、シトクロムP450BM3 (BM3)と鉄ポルフィセン錯体を複合化した再構成シトクロムP450BM3 (rBM3)が高い触媒回転数を示した。次に、変異導入によるrBM3のタンパク質構造を改変し、高活性化を実施した。具体的には、補因子に配位しているシステインに着目し、19種類の一重変異体について、触媒反応を評価した。その結果、アスパラギン酸に置換した再構成体の変異体(rBM3*)が、rBM3に対して2倍高い触媒回転数を示した。次に、rBM3*の基質結合部位に存在する5つのアミノ酸残基に着目し、rBM3*一重変異体(95種類)とランダム変異導入により得られた多重変異体(約30種)を評価したところ、複数の変異体において、触媒回転数およびエナンチオ選択性が向上する結果を得た。さらに、より高活性な多重変異体の構築に向け、機械学習を使用した変異体の探索を実施した。得られた変異体データを初期データとし、(1)データを用いた機械学習モデルの構築、(2)機械学習による変異体ライブラリの設計、(3)実験による変異体の調製と触媒反応評価を実施した。得られる実験データを加えて、(1)-(3)のサイクルをさらに3回繰り返した。その結果、rBM3*に対して4倍高い触媒回転数を示す変異体の構築を達成した。上記の研究成果の一部は国内の学会にて発表し、高い評価を受けた。
In this study, we investigated the effects of C-H binding functionalization on the development of metalloenzymes and intracellular reactions. The activity evaluation of artificial metalloenzymes was carried out during the year when the structure of artificial metalloenzymes was introduced, artificial factors were added, iron and iron were added, and the activity of metalloenzymes was evaluated. Evaluation of catalytic activity of iron complex and various kinds of complex and intramolecular C-H complex The catalyst recycle number is shown in the following table: P450BM3 (BM3) and iron recycle number P450BM3 (rBM3). In addition, different introduction of rBM3 has been carried out to improve the quality structure and high activity. Specific coordination factors, complement factors, 19 kinds of heavy heterogeneities and catalyst reactions were evaluated. As a result, the number of catalyst reactions in the presence of different kinds of catalysts (rBM3 *) and rBM3 is twice as high as that in the presence of different catalysts. In addition, the presence of 5 different acid residues in the matrix binding site of rBM3 *, the presence of 95 different species in rBM3 *, the presence of multiple different species in rBM3 *, and the presence of multiple different species in rBM3 * were evaluated. In addition, high activity, multiple heterogeneities construction, machine learning, application, and heterogeneities exploration (1) Mechanical learning and construction of the system;(2) Mechanical learning and design of the system;(3) Implementation and implementation of the system. (1)-(3)-(4)-(5)-(6)-(7)-(8)-(9)-(10)-(11 As a result, the rBM3* ratio was 4 times higher than that of the catalyst. Part of the research results mentioned above are reported and evaluated by the Chinese Academy of Sciences.

项目成果

期刊论文数量(14)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
C-H Bond Amination Catalyzed by Engineered Hemoprotein Containing Iron Porphycene as an Artificial Cofactor
含铁卟啉作为人工辅助因子的工程血红素蛋白催化 C-H 键胺化
  • DOI:
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Yoshiyuki Kagawa;Koji Oohora;Takashi Hayashi
  • 通讯作者:
    Takashi Hayashi
鉄ポルフィセン含有ヘムタンパク質によるC-H結合アミノ化反応
含铁卟啉血红素蛋白的C-H键胺化反应
  • DOI:
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    香川佳之;大洞光司;林高史
  • 通讯作者:
    林高史
C-H Bond Amination Catalyzed by Reconstituted Myoglobin with Iron Porphycene
重构肌红蛋白与铁卟啉催化的 C-H 键胺化
  • DOI:
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Yoshiyuki Kagawa;Koji Oohora;Takashi Hayashi
  • 通讯作者:
    Takashi Hayashi
CNRS, Universite de Strasbourg(フランス)
CNRS、斯特拉斯堡大学(法国)
  • DOI:
  • 发表时间:
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
  • 通讯作者:
Ethylbenzene Oxidation by a Hybrid Catalysis System of Reconstituted Myoglobin and Silica-protected PdAu Nanoparticles under a Hydrogen-Oxygen Mixed Atmosphere.
氢氧混合气氛下重构肌红蛋白和二氧化硅保护的 PdAu 纳米颗粒的混合催化系统氧化乙苯。
  • DOI:
  • 发表时间:
    2023
  • 期刊:
  • 影响因子:
    1.5
  • 作者:
    Koji Oohora;Yoshiyuki Kagawa;Yasutaka Kuwahara;Hiromi Yamashita;Takashi Hayashi
  • 通讯作者:
    Takashi Hayashi
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香川 佳之其他文献

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