精密移植＆フィッティング技術により挑戦する金属表面滑走モータータンパク質創出

利用精密嫁接和贴合技术创建金属表面滑动马达蛋白

基本信息

批准号：
22K18911
负责人：
中澤光
金额：
$ 4.08万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-06-30 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

キネシンはモータータンパク質として知られており、「走る」という動的性質からナノスケールのアクチュエーターとして期待されており、最近ではアメーバ状ナノロボットや繊維状ナノロボットの駆動力として使われている。キネシンのマイクロチューブリン上しか移動できないという使用の制限を解決するために、本申請は、マイクロチューブリン表面以外の無機材料表面を走るキネシンタンパク質の開発に挑戦した。キネシンは、ループL11とループL12によって微小管の表面に繰り返し存在するそれぞれの相互作用部分とATP依存で交互に結合することによって、走っていることがわかってきた。結合は物理吸着であることから、申請者は「走る」ためには、キネシンの動く相互作用部位と、結合対象の「8nm」の幅で繰り返す相互作用部位が重要と考えた。本申請では①キネシンの相互作用ループへの結合ペプチドの移植および②相互作用部位を一定の間隔で配置したナノマテリアル構造体の作製を行い、無機材料表面を走るキネシンタンパク質の開発にチャレンジする。当該年度はC末端ビオチン化したNeurospora Crassa 由来のキネシンをすでに大腸菌を宿主として大量発現させていたが、調製に難航した。大腸菌にてより発現量の多いキネシンが見つかったためそれを用いた方が今後の実験が円滑に進むと考え、新たに、タグ融合遺伝子構築を行った。このキネシンを用いて所属する研究室でペプチド移植を進めていくこととする。移植に関してはまだ行っていないが、予定通り金結合ペプチドおよび酸化亜鉛結合ペプチド）の長さを調節し、キネシンのループL11とループL12それぞれに移植、あるいはシリカ結合ペプチドを両ループに移植することを想定して遺伝子を設計した。

驱动蛋白被称为运动蛋白，由于其“运行”的动态特性，有望用作纳米级执行器，最近已被用作阿米巴样纳米机器人和纤维纳米机器人的驱动力。为了解决使用驱动蛋白只能在微管蛋白上移动的限制，本申请尝试开发一种在微管蛋白表面以外的无机材料表面上运行的驱动蛋白。已发现驱动蛋白通过环L11和L12以ATP依赖的方式交替结合微管表面重复存在的相互作用部分而运行。由于结合是物理吸附，申请人认为为了使驱动蛋白“运行”，驱动蛋白的可移动相互作用位点和结合靶标上宽度为8nm的重复相互作用位点很重要。在此应用中，我们将尝试开发一种在无机材料表面运行的驱动蛋白，方法是（1）将结合肽移植到驱动蛋白的相互作用环上，以及（2）创建一种纳米材料结构，其中相互作用位点排列在定期间隔。同年，我们已经以大肠杆菌为宿主表达了大量C端生物素化的粗糙脉孢菌来源的驱动蛋白，但制备很困难。由于我们发现了一种在大肠杆菌中表达量较高的驱动蛋白，我们认为如果使用它，以后的实验会进行得更顺利，所以我们构建了一个新的标签融合基因。使用这种驱动蛋白，我将在我的实验室中进行肽移植。虽然我们还没有进行移植，但我们计划调整金结合肽和氧化锌结合肽的长度，并分别移植驱动蛋白环L11和环L12，或者将二氧化硅结合肽移植到两个环。该基因的设计考虑到了这一假设。