特集:タンパク質フォールディングのテクノロジー

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特集にあたって

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白木賢太郎(筑波大学 大学院数理物質科学研究科 電子・物理工学専攻 准教授)


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タンパク質のフォールディングと凝集(総論)
Protein Folding and Aggregation

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笹原健二(大阪大学 蛋白質研究所 蛋白質構造形成研究室 特任研究員)
後藤祐児(大阪大学 蛋白質研究所 蛋白質構造形成研究室 教授)

タンパク質は,そのアミノ酸配列(一次構造)に基づいて,機能をもつ天然の特異的な3次元立体構造に自発的に折りたたまれる。これをタンパク質の「フォールディング」という。タンパク質のフォールディングは,生命現象における自己組織化の基本的な過程であり,その分子機構の解明は,生物物理学の重要な課題のひとつである。一方,何らかの原因で,フォールディング反応に異常が起こると,タンパク質が凝集物を形成し,多くの病気を引き起こすことが明らかになってきた。現在,タンパク質の凝集物の中で秩序ある構造を持つアミロイド線維が注目されている。タンパク質のフォールディングと凝集に関する研究の歴史的な側面を紹介する。

【目次】
1. はじめに
2. セントラルドグマ
3. In vitroにおけるフォールディング研究
3.1 Anfinsenのドグマ
3.2 Levinthalのパラドックス
3.3 フォールディング研究の展開
3.4 理論的モデルの展開とフォールディング研究の今後
4. In Vivoにおけるフォールディング研究
4.1 In vivoの環境
4.2 分子シャペロンの役割
5. タンパク質の凝集と病気
5.1 タンパク質の凝集
5.2 アミロイド線維
5.3 プリオン病
6. おわりに


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次世代抗体:ラクダ抗体の分子論
Molecular Characteristics of a Camelid Heavy-chain Antibody

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萩原義久((独)産業技術総合研究所 セルエンジニアリング研究部門 細胞分子機能研究グループ 主任研究員)

近年,ラクダ科動物由来抗体に大きな注目が集まっている。ラクダ抗体には軽鎖がなく,それゆえ重鎖の可変ドメイン(VHH)のみで抗原を認識可能である。VHHドメインはリフォールディング効率が高く,熱耐性に優れる等の特質を持ち,広汎な応用が期待されている。本稿ではVHHの持つ特徴を述べた上で,そのタンパク質工学と応用例を概説する。

【目次】
1. 何故ラクダ抗体なのか
2. VHHの分子的特質
3. ラクダ重鎖抗体の特異な抗原認識機構
4. VHHの安定化
5. VHHのジスルフィド結合除去―フォールディングの単純化
6. VHHを利用した新規抗体利用法
6.1 抗体融合酵素
6.2 多価抗体
6.3 イントラボディ
6.4 通常抗体では不活化される環境でのVHH利用
7. おわりに


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アミノ酸を利用したクロマトグラフィー
Amino Acids as Effective Additives in Column Chromatography

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工藤基徳(東京大学 大学院新領域創成科学研究科 メディカルゲノム専攻 特任助教)
津本浩平(東京大学 大学院新領域創成科学研究科 メディカルゲノム専攻 准教授)

抗体やサイトカインなどバイオ製剤の製造プロセスにおいては,生体内にとって悪影響を及ぼすタンパク質の凝集体の高感度な検出および分離技術が不可欠である。本稿では,タンパク質の分離精製における添加剤の役割,特にアルギニンの添加におけるクロマトグラフィーの改善について紹介する。

【目次】
1. はじめに
2. 溶媒の効果・評価
3. アルギニン
4. 親和性クロマトグラフィー
5. ゲル浸透クロマトグラフィー
6. 樹脂担体を用いない分離技術
7. アルギニンに代わる添加剤


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界面におけるタンパク質とPEGの機能―ナノ表面がシャペロンになる?―
Effect of Densely Packed PEG on Protein Functionality:Does PEG Interface Work as Molecular Chaperon?

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長崎幸夫(筑波大学 大学院数理物質科学研究科 教授)

PEGは毒性も低く抗原性も示さないことから広くバイオマテリアル開発の中心として利用されてきた。しかしそのPEGの特性の本質はまだ十分にわかっているとはいえず,基礎的な研究が不可欠である。PEGとタンパク質との複合により,いわゆる新しい「場」の中に存在するタンパク質は,これまでにない新しい機能を創出する芽を持っており,期待される。

【目次】
1. はじめに
2. ポリエチレングリコール(PEG)による非特異吸着抑制
3. タンパク質ハイブリッド密生層の構築
4. 酵素/PEG密生層の構築
5. 溶液中での酵素とPEG
6. おわりに


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タンパク質溶液のデザイン法
Design for Protein Solution

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白木賢太郎(筑波大学 大学院数理物質科学研究科 電子・物理工学専攻 准教授)
伊藤廉(関西学院大学 大学院理工学研究科 化学専攻 博士後期課程)
山口宏(関西学院大学 理工学部 化学科 准教授)

タンパク質や酵素は水溶液中では不安定で,しばしば凝集して失活する。活性のあるタンパク質を安定に溶液中に分散できれば,研究や産業に利用するための最大の難関をクリアしたことにもなる。ここでは,タンパク質の溶液のデザイン法について紹介する。

【目次】
1. はじめに
2. 塩溶液の特徴
3. タンパク質の凝集抑制剤
4. タンパク質の不安定化を補償するオズモライト
5. タンパク質のリフォールディングを補助する小分子
6. タンパク質を長期保存する
7. 第4成分を利用するタンパク質の結晶化法
8. おわりに


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添加剤を用いたタンパク質凍結乾燥医薬品の安定化と製剤設計
Stabilization and Formulation Design of Freeze-dried Protein Pharmaceuticals

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伊豆津健一(国立医薬品食品衛生研究所 薬品部 主任研究官)

凍結乾燥は,溶液での長期保存が困難な多くのタンパク質医薬品の広範な臨床使用を可能にする不可欠な技術となっている。タンパク質の高次構造を凍結乾燥過程のストレスから保護し長期安定性を確保するための添加剤選択の方法を解説するとともに,タンパク質の特性に対応した製剤設計や医薬品で安定性が重視される背景について述べる。

【目次】
1. はじめに
2. タンパク質医薬品の安定性と品質
3. 凍結乾燥によるタンパク質の構造変化と添加剤による安定化
4. 凍結乾燥製剤の設計
5. 代表的な添加剤とその作用
5.1 糖類・ポリオール類の安定化作用
5.2 アミノ酸による安定化
5.3 緩衝液成分と塩類の影響
5.4 界面活性剤による安定化
5.5 高分子添加による安定化
6. 生産・製造の管理


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酵素関連データベースの活用―産業応用可能性の高い酵素タンパク質の検索―
The Exploitation of Enzyme-related Databases

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長野希美((独)産業技術総合研究所 生命情報工学研究センター 主任研究員)

重要な酵素の全てが産業に活用されている訳ではないが,酵素の中には,産業に活用されるべき酵素が実に多いのに筆者は感銘を受けてきた。本稿では,酵素関連のデータベースを紹介すると共に,従来の酵素研究の問題点,筆者が開発している酵素触媒機構データベース(EzCatDB),重要な酵素の例について解説する。

【目次】
1. はじめに
2. 従来の酵素分類における問題点―酵素関連データベースの現状
(1) ExPASy
(2) KEGG
(3) PDBsum:EC→PDB
(4) Catalytic Site Atlas(CSA)
(5) MACiE
3. 酵素触媒機構データベースEzCatDBの開発
3.1 EzCatDBデータベースの特徴
(1) 酵素ドメイン構造の分類
(2) 触媒残基,触媒ドメインの同定
3.2 具体的な利用方法
(1) 化合物リスト
(2) 各酵素エントリ
3.3 今後の課題:酸化還元反応
4. 産業応用可能性の高い酵素の具体例:Fe-ハイドロゲナーゼ
5. おわりに


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創薬のための化合物ドッキングシミュレーション
Protein-ligand Docking Simulation for Drug Discovery

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広川貴次((独)産業技術総合研究所 生命情報工学研究センター 研究チーム長)

Structure-based drug designの基盤技術となる化合物のドッキングシミュレーションについて,概要ならびに誘導適合ドッキング問題,PDGFβ受容体を標的としたリード化合物のドッキングシミュレーションの実施例について報告する。

【目次】
1. はじめに
2. ドッキングシミュレーション
3. 誘導適合ドッキング問題と取り組み
4. PDGFβ受容体とリード化合物のドッキングシミュレーション
4.1 PDGFβ受容体TKドメインのモデリング
4.2 分子動力学シミュレーション
4.3 インドリルキノキザリン類のドッキングシミュレーション
4.4 考察とまとめ
5. おわりに


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BIO R&D

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ニジマスしか生まないヤマメの作出
Production of Trout Offspring from Salmon Parents

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吉崎悟朗(東京海洋大学 海洋科学部 准教授)
奥津智之(東京海洋大学 海洋科学部 研究員)
竹内裕(東京海洋大学 先端科学技術研究センター 助教)

ニジマスの精原細胞を,免疫系が未だ発達していないヤマメ稚魚の腹腔内に移植すると,移植された細胞は宿主の未分化生殖腺へと移動し,そこで宿主の性にしたがって,精巣では精子に,卵巣では卵に分化する。これらのヤマメが生産したニジマスの配偶子は完全に機能的であり,正常な次世代を生産することが可能であった。また,3倍体化処理により不妊となったヤマメ稚魚にニジマス精原細胞を移植することで,ニジマス配偶子しか作らないヤマメ両親を生産することにも成功した。さらに,これらのヤマメ宿主両親を交配することで,次世代にニジマスのみを生産することも可能となった。本稿では,本技術の原理と応用の可能性について紹介する。

【目次】
1. はじめに
2. vasa遺伝子は生殖細胞で特異的に発現する
3. 孵化稚魚は免疫的に未熟である
4. 生殖細胞は自力で生殖腺の位置を探し出し,そこに移動することができる
5. 成魚が保持する精原細胞は卵へも分化する
6. 3倍体魚は不妊であるが,体細胞は正常である
7. おわりに


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ヒトDNAチップの開発―高感度化による新発見への期待―
Development of Human 25k DNA Chip―Expectation to the New Era by Highly Sensitive DNA Chip―

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秋山英雄(東レ(株) 先端融合研究所 主任研究員)
信正均(東レ(株) 新事業開発部門 DNAチップグループリーダー)

DNAチップは,検体や試料で発現している多数の遺伝情報を網羅的に検出・解析できるツールである。近年,飛躍的に技術進展したナノ加工技術等の先端技術との融合,あるいはDNA固定化技術等のナノバイオ技術の深化により,長年の課題であった特異性,検出感度,処理能力,再現性/信頼性等の解決目処が得られつつある。本稿では,斬新な形状(柱状構造)からなる“3D-Gene”技術の特性を生かしたチップ開発の展開を中心に紹介する。

【目次】
1. はじめに(DNAチップの新潮流)
2. “3D-Gene”技術の特徴
3.1 チップ形状・材質による検出スポット形状の安定化とノイズ低減
3.2 チップに固定するDNA(プローブDNA)の密度制御
3.3 ターゲットDNAとの反応性向上
4. DNAチップの分析対象
5. 遺伝子発現解析―ヒトDNAチップの開発―
6. マイクロRNA発現解析―ヒトmiRNAチップの開発―
7. 今後の展開
8. おわりに


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BIO BUSINESS

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ワクチンの市場動向
Market of Vaccines

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【目次】
1. 概要
2. 種類
3. 市場動向
4. 課題
5. 業界動向
5.1 業界構造
5.2 参入企業