タンパク質構造に基づいたアブラナ科植物の自家不和合性を制御する分子の創出

基于蛋白质结构创建控制十字花科植物自交不亲和性的分子

基本信息

批准号：
21K06110
负责人：
森脇由隆
金额：
$ 2.75万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究課題の目的である複数のハプロタイプ由来SRK分子に結合しうるSP11の創出は想定以上に進展している。2021年から22年にかけてタンパク質主鎖構造を固定した上で、その側鎖をデザインする手法がディープラーニングによって飛躍的に高まったことで、求められるSP11分子の骨格を設計していれば、そのアミノ酸をデザインするという手法に大きな道がひらけた。本研究では、新規SP11分子骨格をまずRosettaでデザインした。これは本来のSP11分子が60-70アミノ酸の機能ドメイン（defensin-likeドメイン）を持っているのに比べると、150アミノ酸と比較的大きなアミノ酸から構成されるものであるが、ジスルフィド結合をなくすことができたということで新しい。そしてSRKとの結合活性に必要だと思われる箇所については、活性アミノ酸を固定した状態のProteinMPNNを用いて側鎖をデザインすることができる。その後、AlphaFold, ColabFoldを用いてそのデザインされた配列から構造を予測したところ、高い信頼性で構造が予測された。これより、現実にそのデザインした新規SP11を大腸菌発現系などで発現できる可能性が高いと考えられる。また、天然に100種類以上存在するとされるアブラナ科植物のSP11の構造多様性について、その立体構造を予測する手法で大きな進展が見られた。近年AlphaFoldによって多くのタンパク質構造が精度良く予測されるできるようになったが、SP11についてはこれを単純に適用するだけではうまくいかなかった。しかし、我々はこの改善手法について研究成果を出し、現在これについての論文を投稿準備中である。

该研究项目的目标是创建能够与源自多种单倍型的 SRK 分子结合的 SP11，进展超出预期。从2021年到2022年，深度学习在固定蛋白质主链结构后，极大地改进了侧链设计方法，为设计方法开辟了一条大路。在本研究中，我们首先使用Rosetta设计了一个新的SP11分子骨架。与具有60-70个氨基酸的功能结构域（防御素样结构域）的原始SP11分子相比，它由150个氨基酸的相对较大的氨基酸组成，但通过消除二硫键它是新的。已完成。然后，对于被认为与SRK的结合活性所必需的部分，可以使用固定有活性氨基酸的ProteinMPNN来设计侧链。之后，使用AlphaFold和ColabFold根据设计的序列预测结构，并且预测的结构具有较高的可靠性。由此认为，新设计的SP11实际上很可能能够使用大肠杆菌表达系统进行表达。此外，预测SP11三维结构的方法也取得了重大进展，据说SP11存在于100多种天然存在的十字花科植物中。近年来，AlphaFold已经能够高精度预测许多蛋白质结构，但对于SP11来说，简单应用它并没有成功。不过，我们已经就这种改进方法产生了研究成果，目前正准备提交有关该主题的论文。