Wet-Dry融合アプローチを用いた産業応用酵素の遷移状態制御による新機能創製

通过使用湿干融合方法控制工业应用酶的过渡状态来创建新功能

• 批准号: 17KT0010
• 负责人: 常盤 広明
• 金额: $ 11.81万
• 依托单位: Rikkyo University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2017
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2017-07-18 至 2020-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-17KT0010/
• 关键词: 産業応用酵素; 人工酵素; 第一原理計算; 分子動力学シミュレーション; 高解像度X線構造解析; フラグメント分子軌道計算; 基質特異性; PyMOL plug-inアプリケーション; Wet-Dry融合; フラグメント分子軌道法; 高分解能構造; 遷移状態制御; X線結晶構造解析

高い選択能を有する酵素の特性を生かした産業応用酵素群の開発は、資源の乏しい我が国において世界を牽引する科学技術革新として極めて重要な課題である。そこで本研究では、高精度な第一原理計算を用いた『Dry (計算化学、バイオインフォマティクス) 』手法と熱化学測定やX線結晶構造解析などを用いた『wet(酵素化学、構造生物学)』実験とを融合した新たなアプローチにより、高い選択能を有する酵素の特性を生かした産業応用酵素群を合理的に設計・開発することを目的としている。実際の対象としては、血液サンプル中に含まれる特定のアミノ酸、L-Thr濃度の定量計測への応用が期待されている短鎖型L-スレオニン脱水素酵素(TDH)等の標的タンパク質を取り上げた。特に、酵素反応における遷移状態を明らかにするだけでなく、天然型酵素の機能を目的に合わせて改変し、反応そのものを分子レベルで制御することで、天然酵素の活性を凌駕し、適用範囲を拡大した人工タンパク質（人工酵素）の合理的設計開発を目指した。最終的には、各種標的酵素だけに留まらず、創薬標的の中心である核内受容体やウイルスタンパク質に対する理論的解析についても推進した。特に、ＦＭＯ計算に基づいて、標的タンパク質と基質・リガンドとの各種相互作用エネルギーを効率的に３Ｄ表示をする汎用化ツール群の開発に成功した。これらの結果は国内外の学会等で発表するとともに、専門誌（J.Chem.Info.Model）に公表した。このツール群の詳細な解説および酵素系への応用については、Springerより今年度発刊予定の書籍中に掲載することとなった。さらに、これまでの構造を基盤とした解析に加えて、配列解析に基づくバイオインフォマティックスを利用した新たなWet-Dry融合解析により、実際に応用可能なレベルに機能向上した標的タンパク質の合理的な創製への道を開くことができた。

The development of enzyme groups for industrial use is an important subject for scientific and technological innovation in China due to the lack of resources. In this study, we have developed a new method for high-precision first-principles calculation, such as Dry (computational chemistry), thermochemistry, X-ray crystallographic analysis, wet(enzyme chemistry, structural biology), and the rational design and development of enzyme groups for industrial use. In practice, the target substances such as L-Thr, L-Thr, etc., which are contained in the blood serum, are expected to be used for quantitative measurement of L-Thr concentration. In particular, the transition state of enzyme reaction is clearly defined, the function of natural enzyme is specifically modified, the molecular reaction of enzyme reaction is controlled, the activity of natural enzyme is exceeded, and the application range is large. The reasonable design development of artificial enzyme (artificial enzyme) is pointed out. Finally, the target enzymes are separated into two parts, namely, the core and the core. Special, FMO calculation basis, target, matrix, various interaction, efficiency, 3D representation, universal application, group development successfully The results of this study are published in the Journal of Science and Technology (J. Chem. Info.Model). The detailed explanation of this group and the application of enzyme system are published in this year's edition of Springer's book. In addition, the structure of the base plate is analyzed, and the array analysis is used to make use of the new Wet-Dry fusion analysis, and the actual use of the possible function is upward.

项目成果

Role for the extreme N-terminus of SLAM in determination of the moribillivirus host range

SLAM 极端 N 末端在确定麻疹病毒宿主范围中的作用

• 发表时间: 2018
• 作者: Fumio Seki;Hideo Fukuhara;Yuta Yamamoto;Sundaram Alulmozhiraja;Shogo Nakano;Sohei Ito;Kazue Ohishi;Tadashi Maruyama;Shigeru Morikawa;Ryoji Yamaguchi;Hiroaki Tokiwa;Katsumi Maenaka;Makoto Takeda
• 通讯作者: Makoto Takeda

インフルエンザウイルスにおけるスルファチド結合部位の解析

流感病毒硫苷脂结合位点分析

• 发表时间: 2018
• 作者: 高橋忠伸;林野乃香;紅林佑希;大石健太;益田碧;川岸佐和子;藤田侑;常盤広明;鈴木隆
• 通讯作者: 鈴木隆

面糖タンパク質HN を標的とした抗ムンプスウイルス薬の合理的設計開発

靶向面糖蛋白HN的抗腮腺炎病毒药物的合理设计与开发

• 发表时间: 2018
• 作者: 石川雄規;山本雄大;Sundaram Arulmozhiraja;常盤広明
• 通讯作者: 常盤広明

配列を基盤としたバイオインフォマティックスによるモルビリウイルスと感染哺乳動物との共進化に関する理論的研究

利用基于序列的生物信息学对麻疹病毒和感染哺乳动物共同进化进行理论研究

• 发表时间: 2018
• 作者: 樋口 玲爾;關 文緒;中野 祥吾;伊藤 創平;丸山 正;大石 和恵;竹田 誠;常盤 広明
• 通讯作者: 常盤 広明

第四次革新的手法を用いたウイルス糖タンパク質の理論的解析および完全人工抗体の設計開発

使用第四种创新方法对病毒糖蛋白进行理论分析并设计和开发完全人工抗体

• 发表时间: 2017
• 作者: S. Ojima;D. Katsube;H. Yamashita;Y. Miyato;S. Abo;and M. Abe;岡田全朗,小山時隆;松尾直也・中野祥吾・伊藤創平・竹田誠・Mark von Itzstein・常盤広明
• 通讯作者: 松尾直也・中野祥吾・伊藤創平・竹田誠・Mark von Itzstein・常盤広明