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月刊バイオインダストリー 2005年11月号
2005年10月12日
特集1:マテリアルサイエンスで活躍するタンパク質 Part2
--------------------------------------------------------------------------------
特集にあたって (その2)
--------------------------------------------------------------------------------
芝清隆((財)癌研究会 癌研究所 蛋白創製研究部 部長)
--------------------------------------------------------------------------------
ナノレゴプロジェクト
―豊富な天然プロテオーム資源を活用し,
構造単位の組み合わせから新しいタンパク質素材を開発するポストゲノム計画―
The NanoLEGO Project
--------------------------------------------------------------------------------
鈴木治和((独)理化学研究所 ゲノム科学総合研究センター 遺伝子構造・
機能研究グループ プロジェクト副ディレクター)
臼井健悟((独)科学技術振興機構 CREST 研究員;
(独)理化学研究所 ゲノム科学総合研究センター 遺伝子構造・機能研究グループ)
林崎良英((独)理化学研究所 林崎生体分子機能研究室 主任研究員;
同研究所 ゲノム科学総合研究センター 遺伝子構造・機能研究グループ
プロジェクトディレクター)
--------------------------------------------------------------------------------
近年のゲノム科学の発展により得られたゲノム資源はナノマテリアル,ナノデバイス
としての応用が期待されている。本稿では天然プロテオーム資源の収集と頒布について
筆者らの研究活動を述べた後,ナノレゴプロジェクトと名付けた,天然資源を活用して
生体分子相互作用に着目した新しい機能性タンパク質素材の開発研究について紹介する。
【目次】
1. はじめに
2. 天然プロテオーム資源の収集と頒布
2.1 マウス遺伝子エンサイクロペディアプロジェクト
2.2 DNAブック
3. ナノレゴ:新しいタンパク質素材を開発するポストゲノム計画
3.1 ナノレゴの概念
3.2 Pyrococcus horikoshii OT3の系統的タンパク質間相互作用解析
3.3 ナノレゴ素子の選定
3.3.1 マウスタンパク質からのナノレゴ素子の選定
3.3.2 PDZドメイン-ペプチド間相互作用
3.4 ナノレゴの開発
3.4.1 ナノレゴ構造体の開発戦略
3.4.2 ホモ3量体CutAタンパク質を利用したナノレゴの作成
3.4.3 CutAナノレゴを用いた構造体作成の試み
4. ナノレゴプロジェクトの展望
--------------------------------------------------------------------------------
モチーフ・プログラミング
―ペプチドモチーフの組み合わせから人工タンパク質を創出する第二世代進化分子工学―
Motif Programming : The Second Generation of in vitro Protein Evolution System
--------------------------------------------------------------------------------
齊藤博英(京都大学 大学院生命科学研究科 統合生命科学専攻 遺伝子動態学分野 助手;
(財)癌研究会 癌研究所 蛋白創製研究部 JST 研究員)
芝清隆((財)癌研究会 癌研究所 蛋白創製研究部 部長)
蓄積するプロテオーム情報を活用した,次世代型人工タンパク質創製技術が期待を集めている。
筆者らは,天然タンパク質に存在する「ペプチドモチーフ」を再構築し,複合活性人工タンパク質を
創製できる「モチーフ・プログラミング」技術を開発した。本技術から,細胞死を正負に制御すると
いった,シグナル伝達回路をリライトする人工タンパク質が創出できる。
【目次】
1. Synthetic Biology:解析する生物学から創る生物学へ
2. MolCraft:ペプチドモチーフから人工タンパク質を創る
3. がん細胞に侵入して自殺へと導く人工タンパク質#284
4. MolCraft2.0:複数のマイクロ遺伝子を組み合わせたライブラリー
5. What's next?:
「モチーフ・プログラミング」を利用した人工複合型生体分子・人工ネットワークの再構成にむけて
--------------------------------------------------------------------------------
組織工学・再生医療におけるタンパク質材料の利用
Utilization of Protein Materials in Tissue Engineering
--------------------------------------------------------------------------------
小畠英理(東京工業大学 大学院生命理工学研究科 助教授)
ポストゲノムシーケンス時代を迎え,タンパク質の構造と機能の解明が急進展する一方で,
これらタンパク質の高度な機能を材料として利用する試みも盛んに行われている。次世代医療
として脚光を浴びている,組織工学・再生医療分野における高機能材料としてタンパク質を利用
するための,タンパク質改造・構築について紹介する。
【目次】
1. はじめに
2. 再生医療におけるタンパク質利用
3. タンパク質工学
4. タンパク質耐熱化の研究
5. 耐熱性細胞接着タンパク質の設計
6. 多機能細胞外マトリックスタンパク質の設計
7. おわりに
--------------------------------------------------------------------------------
カーボンナノ化合物とペプチド・人工タンパク質 複合体素材の開発と DDS への利用
Carbon Nanohorn artificial Protein Nano composite Materials : A Potential
Tool for Drug Delivery System
--------------------------------------------------------------------------------
村上達也(藤田保健衛生大学 総合医科学研究所 難病治療学 助手)
湯田坂雅子(NEC 基礎・環境研究所 主任研究員;SORST (独)科学技術振興機構)
飯島澄男(名城大学 理工学部 物理科 教授;SORST (独)科学技術振興機構)
芝清隆((財)癌研究会 癌研究所 蛋白創製研究部 部長)
カーボンナノホーンは直径80～100nmの新しいナノ粒子であり,物質貯蔵担体として注目を集め
ている。筆者らは,このカーボンナノホーンをドラッグキャリアとして利用すべく,研究を進めて
いる。本稿では, カーボンナノホーンの薬物吸着・放出能力と,そのペプチド・人工タンパク質
複合体の可能性について紹介す
【目次】
1. はじめに
2. カーボンナノホーンとは何か
3. oxSWNHsのドラッグキャリアとしての評価
4. カーボンナノホーンに生物機能を付与するためのアプタマー創製
5. おわりに
--------------------------------------------------------------------------------
センシング機能を有するペプチド膜
Construction of Polypeptide Film toward Sensing Device
--------------------------------------------------------------------------------
田中正剛(名古屋工業大学 大学院工学研究科 物質工学専攻 助手)
木下隆利(名古屋工業大学 大学院工学研究科 物質工学専攻 教授)
分子鎖末端修飾型,および側鎖に置換基を有するポリペプチドを用いて油/水界面や固体
基板上に精密に薄膜化することで,ポリペプチド膜は分子を識別し周期的な振動や色調の変化
といった特徴的な挙動を示す。これらの膜を有機物質のセンシング素子として応用する研究に
ついて概説する。
【目次】
1. はじめに
2. 生体膜の情報伝達システムを模倣したペプチド膜-油/水界面におけるポリペプチド膜の
微細構造制御と自励発振現象-
3. 生体の表面構造を模倣したペプチド膜-構造色を呈するペプチド膜のセンサー機能-
4. おわりに
--------------------------------------------------------------------------------
半合成タンパク質
―タンパク質と有機合成化合物から構成されたサイボーグタンパク質―
Cyborg Protein : Various Artificial Functionality can be Incorporated into
a Specific Site of Natural Proteins Using Chemistry‐based Method.
--------------------------------------------------------------------------------
本田圭(京都大学 工学研究科 合成・生物化学専攻 生物有機化学講座 浜地研究室;
九州大学 工学府 物質創造工学専攻 博士課程)
浜地格(京都大学 工学研究科 合成・生物化学専攻 生物有機化学講座 教授)
バイオテクノロジーの急速な発展に伴い,タンパク質は高機能性のマテリアルとして捉え
られるようになってきた。一方,タンパク質を目的に合わせて自在にエンジニアリングする
手法は非常に限られている。本稿では,天然タンパク質を素材として合成機能分子との
ハイブリッド化により目的の半合成タンパク質を得るいくつかのアプローチを紹介する。
【目次】
1. はじめに
2. 補因子再構成法によるタンパク質への光増感性の導入
3. タンパク質の自己集合能を利用した外部刺激応答性の導入
4. 光アフィニティーラベル化後修飾法によるタンパク質修飾
5. タンパク質表面修飾に適用可能な有機化学反応開発
6. おわりに
特集2:糖鎖研究をささえる糖鎖合成・精製技術
--------------------------------------------------------------------------------
動物細胞を利用した糖鎖ライブラリーの合成と糖鎖マイクロアレイの開発
Syntheses of Saccharide Library using Mammalian Cells and Development
of Suger Microarray
--------------------------------------------------------------------------------
佐藤智典(慶應義塾大学 理工学部 生命情報学科 教授)
糖脂質の生合成経路の前駆体を模倣した「糖鎖プライマー(saccharide primer)」
を用いることで,細胞の糖鎖合成能力を利用してオリゴ糖鎖を作ることができる。
異なった糖鎖を合成している細胞を用いて「バイオコンビナトリアル合成」を行うことで,
糖鎖ライブラリーの構築を目指している。
【目次】
1. はじめに
2. 糖鎖を手に入れる方法
3. 細胞内での糖鎖の生合成
4. 細胞機能を利用してオリゴ糖鎖を作る
5. 糖鎖ライブラリーの作製
6. 糖鎖マイクロアレイ
7. おわりに
--------------------------------------------------------------------------------
複合糖質糖鎖精製キット ”S‐BioR BlotGlycoTM” の開発
―高分子マイクロビーズを用いた簡便・迅速な糖鎖精製―
Development of ”S‐BioR BlotGlycoTM”, a Versatile Kit for High‐throughput
Oligosaccharide Purification Via Chemoselective Glycoblotting
--------------------------------------------------------------------------------
島岡秀行(住友ベークライト(株) バイオ製品開発プロジェクトチーム 研究員)
福西賢晃(住友ベークライト(株) 神戸基礎研究所 主任研究員)
倉本洋光(住友ベークライト(株) 神戸基礎研究所 研究員)
西村紳一郎(北海道大学 大学院理学研究科 教授)
生体内の糖鎖と種々の病気との関連が明らかになりつつあり,迅速かつ正確な糖鎖分析の
手法が求められている。分析の前処理となる糖鎖精製作業は時間と手間を要し,分析の
スループットを低下させていた。筆者らは,糖鎖との選択的結合(glycoblotting)を
利用した糖鎖精製法を開発し,その有用性を検証した。
【目次】
1. 研究背景
2. 糖鎖選択的捕捉(glycoblotting)による糖鎖精製
3. 糖鎖捕捉性を有する高分子マイクロビーズ
3.1 マイクロビーズの合成
3.2 糖鎖捕捉性の評価
4. 複合糖質糖鎖の精製
4.1 モデル糖タンパク質のglycoblotting
4.2 ヒト血清中の糖鎖分析
5. 複合糖質糖鎖精製キット”BlotGlycoTM”
--------------------------------------------------------------------------------
糖鎖を量産できる簡易合成技術
A Facile Glycoside Synthesis toward Mass Production
--------------------------------------------------------------------------------
千葉一裕(東京農工大学 大学院連合農学研究科 生物工学専攻 教授)
シクロアルカンと極性有機溶媒によって構成される二液混合物の中には,
加温状態で均一になり, 冷却状態で二相に分離させることができるものがあり,
多様な化学プロセスに応用できる。 近年見出したこの基本技術を用いることにより,
糖鎖伸長反応の各段階を簡便に実施できる合成法の開発を行った。
メチルシクロヘキサン/プロピオニトリル溶液系で疎水性保護基を導入した糖質誘導体から出発し,
イミダート糖をドナーとした糖鎖伸長反応は, 反応終了時の二相分離現象によって生成物と
その他の成分との分離を効率的に実現でき, 多様な糖質誘導体合成への応用が期待される。
【目次】
1. はじめに
2. 相溶性有機溶媒二相系の構築
3. 糖鎖合成への応用
4. 連続合成システムへの応用
5. おわりに
--------------------------------------------------------------------------------
鶏卵を利用した糖鎖の大量合成
Multi Scale Synthesis of Complex Type Oligosaccharides from Egg York
--------------------------------------------------------------------------------
梶原康宏(横浜市立大学 大学院国際総合科学研究科 準教授)
朝井洋明(大塚化学(株) 探索研究所)
鶏卵には, ヒト型の N 型 2 分岐複合型糖鎖が単一構造で大量に存在することが知られている。
筆者らは, この糖鎖を単離精製後, 化学法と酵素法を利用してヒトの体内に存在する多様な構造
の糖鎖を得ることに成功した。 本手法では, 2 分岐鎖の一方を糖加水分解酵素を用いて選択的に
糖残基を除去することで糖鎖ライブラリーを得た。 また, この糖鎖を利用した糖ペプチドの合成
にも成功した。
2005年10月12日
特集1:マテリアルサイエンスで活躍するタンパク質 Part2
--------------------------------------------------------------------------------
特集にあたって (その2)
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芝清隆((財)癌研究会 癌研究所 蛋白創製研究部 部長)
--------------------------------------------------------------------------------
ナノレゴプロジェクト
―豊富な天然プロテオーム資源を活用し,
構造単位の組み合わせから新しいタンパク質素材を開発するポストゲノム計画―
The NanoLEGO Project
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鈴木治和((独)理化学研究所 ゲノム科学総合研究センター 遺伝子構造・
機能研究グループ プロジェクト副ディレクター)
臼井健悟((独)科学技術振興機構 CREST 研究員;
(独)理化学研究所 ゲノム科学総合研究センター 遺伝子構造・機能研究グループ)
林崎良英((独)理化学研究所 林崎生体分子機能研究室 主任研究員;
同研究所 ゲノム科学総合研究センター 遺伝子構造・機能研究グループ
プロジェクトディレクター)
--------------------------------------------------------------------------------
近年のゲノム科学の発展により得られたゲノム資源はナノマテリアル,ナノデバイス
としての応用が期待されている。本稿では天然プロテオーム資源の収集と頒布について
筆者らの研究活動を述べた後,ナノレゴプロジェクトと名付けた,天然資源を活用して
生体分子相互作用に着目した新しい機能性タンパク質素材の開発研究について紹介する。
【目次】
1. はじめに
2. 天然プロテオーム資源の収集と頒布
2.1 マウス遺伝子エンサイクロペディアプロジェクト
2.2 DNAブック
3. ナノレゴ:新しいタンパク質素材を開発するポストゲノム計画
3.1 ナノレゴの概念
3.2 Pyrococcus horikoshii OT3の系統的タンパク質間相互作用解析
3.3 ナノレゴ素子の選定
3.3.1 マウスタンパク質からのナノレゴ素子の選定
3.3.2 PDZドメイン-ペプチド間相互作用
3.4 ナノレゴの開発
3.4.1 ナノレゴ構造体の開発戦略
3.4.2 ホモ3量体CutAタンパク質を利用したナノレゴの作成
3.4.3 CutAナノレゴを用いた構造体作成の試み
4. ナノレゴプロジェクトの展望
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モチーフ・プログラミング
―ペプチドモチーフの組み合わせから人工タンパク質を創出する第二世代進化分子工学―
Motif Programming : The Second Generation of in vitro Protein Evolution System
--------------------------------------------------------------------------------
齊藤博英(京都大学 大学院生命科学研究科 統合生命科学専攻 遺伝子動態学分野 助手;
(財)癌研究会 癌研究所 蛋白創製研究部 JST 研究員)
芝清隆((財)癌研究会 癌研究所 蛋白創製研究部 部長)
蓄積するプロテオーム情報を活用した,次世代型人工タンパク質創製技術が期待を集めている。
筆者らは,天然タンパク質に存在する「ペプチドモチーフ」を再構築し,複合活性人工タンパク質を
創製できる「モチーフ・プログラミング」技術を開発した。本技術から,細胞死を正負に制御すると
いった,シグナル伝達回路をリライトする人工タンパク質が創出できる。
【目次】
1. Synthetic Biology:解析する生物学から創る生物学へ
2. MolCraft:ペプチドモチーフから人工タンパク質を創る
3. がん細胞に侵入して自殺へと導く人工タンパク質#284
4. MolCraft2.0:複数のマイクロ遺伝子を組み合わせたライブラリー
5. What's next?:
「モチーフ・プログラミング」を利用した人工複合型生体分子・人工ネットワークの再構成にむけて
--------------------------------------------------------------------------------
組織工学・再生医療におけるタンパク質材料の利用
Utilization of Protein Materials in Tissue Engineering
--------------------------------------------------------------------------------
小畠英理(東京工業大学 大学院生命理工学研究科 助教授)
ポストゲノムシーケンス時代を迎え,タンパク質の構造と機能の解明が急進展する一方で,
これらタンパク質の高度な機能を材料として利用する試みも盛んに行われている。次世代医療
として脚光を浴びている,組織工学・再生医療分野における高機能材料としてタンパク質を利用
するための,タンパク質改造・構築について紹介する。
【目次】
1. はじめに
2. 再生医療におけるタンパク質利用
3. タンパク質工学
4. タンパク質耐熱化の研究
5. 耐熱性細胞接着タンパク質の設計
6. 多機能細胞外マトリックスタンパク質の設計
7. おわりに
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カーボンナノ化合物とペプチド・人工タンパク質 複合体素材の開発と DDS への利用
Carbon Nanohorn artificial Protein Nano composite Materials : A Potential
Tool for Drug Delivery System
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村上達也(藤田保健衛生大学 総合医科学研究所 難病治療学 助手)
湯田坂雅子(NEC 基礎・環境研究所 主任研究員;SORST (独)科学技術振興機構)
飯島澄男(名城大学 理工学部 物理科 教授;SORST (独)科学技術振興機構)
芝清隆((財)癌研究会 癌研究所 蛋白創製研究部 部長)
カーボンナノホーンは直径80～100nmの新しいナノ粒子であり,物質貯蔵担体として注目を集め
ている。筆者らは,このカーボンナノホーンをドラッグキャリアとして利用すべく,研究を進めて
いる。本稿では, カーボンナノホーンの薬物吸着・放出能力と,そのペプチド・人工タンパク質
複合体の可能性について紹介す
【目次】
1. はじめに
2. カーボンナノホーンとは何か
3. oxSWNHsのドラッグキャリアとしての評価
4. カーボンナノホーンに生物機能を付与するためのアプタマー創製
5. おわりに
--------------------------------------------------------------------------------
センシング機能を有するペプチド膜
Construction of Polypeptide Film toward Sensing Device
--------------------------------------------------------------------------------
田中正剛(名古屋工業大学 大学院工学研究科 物質工学専攻 助手)
木下隆利(名古屋工業大学 大学院工学研究科 物質工学専攻 教授)
分子鎖末端修飾型,および側鎖に置換基を有するポリペプチドを用いて油/水界面や固体
基板上に精密に薄膜化することで,ポリペプチド膜は分子を識別し周期的な振動や色調の変化
といった特徴的な挙動を示す。これらの膜を有機物質のセンシング素子として応用する研究に
ついて概説する。
【目次】
1. はじめに
2. 生体膜の情報伝達システムを模倣したペプチド膜-油/水界面におけるポリペプチド膜の
微細構造制御と自励発振現象-
3. 生体の表面構造を模倣したペプチド膜-構造色を呈するペプチド膜のセンサー機能-
4. おわりに
--------------------------------------------------------------------------------
半合成タンパク質
―タンパク質と有機合成化合物から構成されたサイボーグタンパク質―
Cyborg Protein : Various Artificial Functionality can be Incorporated into
a Specific Site of Natural Proteins Using Chemistry‐based Method.
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本田圭(京都大学 工学研究科 合成・生物化学専攻 生物有機化学講座 浜地研究室;
九州大学 工学府 物質創造工学専攻 博士課程)
浜地格(京都大学 工学研究科 合成・生物化学専攻 生物有機化学講座 教授)
バイオテクノロジーの急速な発展に伴い,タンパク質は高機能性のマテリアルとして捉え
られるようになってきた。一方,タンパク質を目的に合わせて自在にエンジニアリングする
手法は非常に限られている。本稿では,天然タンパク質を素材として合成機能分子との
ハイブリッド化により目的の半合成タンパク質を得るいくつかのアプローチを紹介する。
【目次】
1. はじめに
2. 補因子再構成法によるタンパク質への光増感性の導入
3. タンパク質の自己集合能を利用した外部刺激応答性の導入
4. 光アフィニティーラベル化後修飾法によるタンパク質修飾
5. タンパク質表面修飾に適用可能な有機化学反応開発
6. おわりに
特集2:糖鎖研究をささえる糖鎖合成・精製技術
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動物細胞を利用した糖鎖ライブラリーの合成と糖鎖マイクロアレイの開発
Syntheses of Saccharide Library using Mammalian Cells and Development
of Suger Microarray
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佐藤智典(慶應義塾大学 理工学部 生命情報学科 教授)
糖脂質の生合成経路の前駆体を模倣した「糖鎖プライマー(saccharide primer)」
を用いることで,細胞の糖鎖合成能力を利用してオリゴ糖鎖を作ることができる。
異なった糖鎖を合成している細胞を用いて「バイオコンビナトリアル合成」を行うことで,
糖鎖ライブラリーの構築を目指している。
【目次】
1. はじめに
2. 糖鎖を手に入れる方法
3. 細胞内での糖鎖の生合成
4. 細胞機能を利用してオリゴ糖鎖を作る
5. 糖鎖ライブラリーの作製
6. 糖鎖マイクロアレイ
7. おわりに
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複合糖質糖鎖精製キット ”S‐BioR BlotGlycoTM” の開発
―高分子マイクロビーズを用いた簡便・迅速な糖鎖精製―
Development of ”S‐BioR BlotGlycoTM”, a Versatile Kit for High‐throughput
Oligosaccharide Purification Via Chemoselective Glycoblotting
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島岡秀行(住友ベークライト(株) バイオ製品開発プロジェクトチーム 研究員)
福西賢晃(住友ベークライト(株) 神戸基礎研究所 主任研究員)
倉本洋光(住友ベークライト(株) 神戸基礎研究所 研究員)
西村紳一郎(北海道大学 大学院理学研究科 教授)
生体内の糖鎖と種々の病気との関連が明らかになりつつあり,迅速かつ正確な糖鎖分析の
手法が求められている。分析の前処理となる糖鎖精製作業は時間と手間を要し,分析の
スループットを低下させていた。筆者らは,糖鎖との選択的結合(glycoblotting)を
利用した糖鎖精製法を開発し,その有用性を検証した。
【目次】
1. 研究背景
2. 糖鎖選択的捕捉(glycoblotting)による糖鎖精製
3. 糖鎖捕捉性を有する高分子マイクロビーズ
3.1 マイクロビーズの合成
3.2 糖鎖捕捉性の評価
4. 複合糖質糖鎖の精製
4.1 モデル糖タンパク質のglycoblotting
4.2 ヒト血清中の糖鎖分析
5. 複合糖質糖鎖精製キット”BlotGlycoTM”
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糖鎖を量産できる簡易合成技術
A Facile Glycoside Synthesis toward Mass Production
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千葉一裕(東京農工大学 大学院連合農学研究科 生物工学専攻 教授)
シクロアルカンと極性有機溶媒によって構成される二液混合物の中には,
加温状態で均一になり, 冷却状態で二相に分離させることができるものがあり,
多様な化学プロセスに応用できる。 近年見出したこの基本技術を用いることにより,
糖鎖伸長反応の各段階を簡便に実施できる合成法の開発を行った。
メチルシクロヘキサン/プロピオニトリル溶液系で疎水性保護基を導入した糖質誘導体から出発し,
イミダート糖をドナーとした糖鎖伸長反応は, 反応終了時の二相分離現象によって生成物と
その他の成分との分離を効率的に実現でき, 多様な糖質誘導体合成への応用が期待される。
【目次】
1. はじめに
2. 相溶性有機溶媒二相系の構築
3. 糖鎖合成への応用
4. 連続合成システムへの応用
5. おわりに
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鶏卵を利用した糖鎖の大量合成
Multi Scale Synthesis of Complex Type Oligosaccharides from Egg York
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梶原康宏(横浜市立大学 大学院国際総合科学研究科 準教授)
朝井洋明(大塚化学(株) 探索研究所)
鶏卵には, ヒト型の N 型 2 分岐複合型糖鎖が単一構造で大量に存在することが知られている。
筆者らは, この糖鎖を単離精製後, 化学法と酵素法を利用してヒトの体内に存在する多様な構造
の糖鎖を得ることに成功した。 本手法では, 2 分岐鎖の一方を糖加水分解酵素を用いて選択的に
糖残基を除去することで糖鎖ライブラリーを得た。 また, この糖鎖を利用した糖ペプチドの合成
にも成功した。
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