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ペプチド融合タンパク質を用いた微小管「超」構造体の構築に初めて成功 〜分子ロボットなどのナノ材料への応用や繊毛・鞭毛の形成原理の解明に期待〜

2022年09月08日

ペプチド融合タンパク質を用いた微小管「超」構造体の構築に初めて成功
〜分子ロボットなどのナノ材料への応用や繊毛・鞭毛の形成原理の解明に期待〜

 

概要

 本学学術研究院工学系部門の稲葉央准教授、松浦和則教授らの研究グループは、奈良先端科学技術大学院大学バイオサイエンス領域の市川宗厳助教(当時、現・复旦大学)、塚崎智也教授らの研究グループおよび北海道大学大学院理学研究院の角五彰准教授、佐田和己教授らの研究グループとの共同研究により、独自に開発したペプチド融合タンパク質を用いることで、細胞骨格の一種であるタンパク質ナノチューブ「微小管」からなる多様な超構造体を人工的に構築することに世界で初めて成功しました(図1)。微小管は一般的には一巻きからなるシングレット型の構造を取りますが、天然では繊毛や鞭毛*3中に見られるダブレット型構造や枝分かれした分岐構造など、様々な超構造体を形成します。しかし、これらの超構造体を人工的に構築することは困難でした。本研究では、研究グループが以前開発した微小管内部に結合するTau由来ペプチド(TP)*4を四量体蛍光タンパク質Azami-Green(AG)*5に連結することで、微小管内部への結合による微小管の極めて高い安定化と、外部への結合によるダブレットや分岐などの超構造体の形成を達成しました。本成果により、微小管からなる分子ロボットなどのナノ材料としての応用や、繊毛・鞭毛の形成原理の解明につながると期待されます。本成果は2022年9月8日(日本時間)に米国科学振興協会発行の学術誌「Science Advances」に掲載されました。
 本研究は、日本学術振興会(JSPS)科研費(JP19K15699、JP20K15733、JP22K15075、JP21KK0125、JP20H05972、JP21K04846、JP18H05423、JP21H04434)、科学技術振興機構(JST)ACT-X(JPMJAX2012、研究代表者:稲葉央)、創発的研究支援事業(JPMJFR2034、研究代表者:稲葉央)、さきがけ(JPMJPR20E1、研究代表者:市川宗厳)などによる支援を受けて行われました。

 

※詳細はプレスリリース(PDF517KB)をご覧ください。

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図1. 本研究の概念図。TPを融合したAG(TP-AG)により多様な微小管超構造体が形成できた。

 

今後の展開

 本研究は外来タンパク質によって微小管超構造体を形成した初めての例であり、これまで未解明であった天然の微小管超構造体の形成メカニズムや物性の解明に大きく寄与すると考えられます。将来的には繊毛病などの微小管超構造体が関与する病態の理解につながる可能性があります。また、本研究で得られたダブレット微小管や分岐構造は通常の微小管とは異なる構造や性質を有するため、分子ロボットなどのナノ材料への応用が期待できます。微小管構造を極めて安定化することを利用した抗がん剤への展開も考えられ、幅広い分野への応用が期待されます。

 

論文情報

タイトル:Generation of stable microtubule superstructures by binding of peptide-fused tetrameric proteins to inside and outside
著者名:Hiroshi Inaba†*, Yurina Sueki†, Muneyoshi Ichikawa†, Arif Md. Rashedul Kabir, Takashi Iwasaki, Hideki Shigematsu, Akira Kakugo, Kazuki Sada, Tomoya Tsukazaki, Kazunori Matsuura* 
†共筆頭著者、*共責任著者
掲載誌:Science Advances
DOI: 10.1126/sciadv.abq3817