Metal-induced assembly of an artificial protein cage and their application for the cargo encapsulation

金属诱导的人工蛋白笼组装及其在货物封装中的应用

• 批准号: 22KJ2705
• 负责人: 大原 直也
• 金额: $ 1.09万
• 依托单位: Keio University
• 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
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22KJ2705/
• 关键词: タンパク質ナノ粒子; 超分子; 自己組織化; 金属タンパク質; 構造生物学; DNA内包

本研究では、アルカリ土類金属に応答して会合・解離する60量体タンパク質ケージmTIP60について、（１）金属イオンの結合と60量体形成との関係を明らかにすること、および（２）ケージの会合と解離を利用した第三分子の内包・放出を実現することを目的としている。本年度は、まず金属イオンの結合部位を決定するため、金属イオン存在下で形成される60量体についてクライオ電子顕微鏡と単粒子解析による立体構造解析を検討した。mTIP60はアルカリ土類金属（Ca、Sr、Ba）に応答して会合するが、特に親和性が高いと推測されていたバリウムを用いたサンプルで構造解析を行った。グリッド上でサンプルを凍結した際に粒子が凝集してしまう傾向が強く、初期の解析では分解能が不十分であった。しかしその後、金属イオン濃度などの検討を重ね、最終的に3.96オングストロームの分解能で立体構造を決定することに成功した。これには結合した金属イオンに対応するポテンシャルマップも含まれており、金属配位結合が隣り合うモノマーを架橋することで60量体の会合を誘導していることが明らかとなった。次に、mTIP60ケージの会合と解離を利用した化合物の内包・放出についても検討した。ここではモデル化合物としてssDNAの内包を試みた。具体的には、まずDNAとK67Eを混合し、最後に金属イオンを添加する方法を採用した。この際、TIP60の内部表面を変異導入により一部正電荷にし、負電荷のDNAを誘引する機構を組み込んだことで、効率的な内包を実現した。以上の成果は、国内外の学会で発表し複数の賞を受賞しているほか、論文として国際誌に掲載された。

这项研究的目的是（1）阐明金属离子结合与60mer形成之间的关系，（2）使用笼子缔合和解离，以响应碱性地球金属来实现第三分子的封装和释放。在今年，我们首先使用低温电子显微镜和在存在金属离子存在下形成的60-mers的单个颗粒分析来确定金属离子的结合位点。 MTIP60响应碱土金属（CA，SR，BA），但使用钡对样品进行了结构分析，据推测该样品具有特别高的亲和力。当样品在网格上冷冻时，颗粒聚集的趋势很强，初始分析显示分辨率不足。但是，在对金属离子浓度和其他因素进行了重复研究后，我们最终能够以3.96埃的分辨率确定三维结构。这还包括一个对应于绑定金属离子的潜在图，并且揭示了金属配位键通过交联相邻单体诱导60omers的关联。接下来，我们还使用MTIP60笼头关联和解离检查了化合物的封装和释放。在这里，我们试图将ssDNA作为模型化合物封装。具体而言，采用了一种方法，其中首先将DNA和K67E混合，并在末尾添加金属离子。目前，将TIP60的内部表面诱变化以产生部分正电荷，并结合了吸引带负电荷DNA的机制，从而有效地封装。上述结果已在日本和国外的学术会议上提出，已获得多个奖项，并已在国际杂志上发表。

项目成果

可逆的に解離・会合を制御可能なサッカーボール型タンパク質ナノ粒子 TIP60の開発

开发可逆控制解离和缔合的足球形状蛋白质纳米粒子TIP60

人工タンパク質ナノケージTIP60の典型金属イオン応答性会合と物質内包への応用

人工蛋白质纳米笼TIP60的典型金属离子响应缔合及其在物质封装中的应用

• 发表时间: 2022
• 作者: 大原直也;川上了史;新井亮一;安達成彦;守屋俊夫;川崎政人;千田俊哉;宮本憲二
• 通讯作者: 宮本憲二

サッカーボール型タンパク質ナノ粒子TIP60を壊して戻す技術開発

开发破坏和恢复足球形状蛋白质纳米粒子TIP60的技术