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研究チーム

林 剛介

タンパク質化学合成と進化分子工学を活用したユビキチンケモテクノロジーの創出

林 剛介

研究代表者 林 剛介

名古屋大学大学院 工学研究科 生命分子工学専攻 生体分子応用化学研究室 准教授
http://www.chembio.nagoya-u.ac.jp/labhp/bioanal2/index.html

研究概要

タンパク質の作製は培養細胞を用いた遺伝子工学的手法でなされることが一般的ですが、近年は有機化学的にタンパク質を作製する技術「タンパク質化学合成法」でも作れるようになってきました。これは、固相担体上でアミノ酸を一つずつ伸長させて数十残基のペプチドを作る「ペプチド固相合成」と、合成したペプチド同士を繋ぎ合わせる「ペプチド連結反応」の発展による結果だと言えます。ペプチド固相合成では、導入可能なアミノ酸の種類がとても多いため、遺伝子工学法では作ることが困難なタンパク質(例えば、翻訳後修飾を持つものや蛍光色素などの機能性分子が導入されたもの)を、化学合成法では作ることができます。これまでに我々の研究グループでは、タンパク質化学合成法をより洗練された技術へと昇華させるための分子技術の開発、および化学合成法を用いた修飾タンパク質の作製とその機能解析を行ってきました。また、近年我々の研究グループでは標的タンパク質に結合する人工抗体を取得する技術の開発も行っており、ユビキチンやその他のユビキチン関連タンパク質に結合する抗体クローンの取得に成功しています。

本研究ではユビキチン生物学の発展に寄与するケモテクノロジーとして、遺伝子工学的手法では作製困難なユビキチン化タンパク質の化学合成を行います。さらに進化分子工学的手法を融合し、合成したユビキチン化タンパク質やユビキチン関連因子に選択的に結合する人工抗体の取得を行います。合成したユビキチン化タンパク質や取得した人工抗体は領域内外の研究者に提供し、生化学解析や構造解析、細胞生物学解析などを行うことで、本領域の発展に貢献します。

  1. ユビキチン化タンパク質の効率的合成法の開発
    化学合成法では、標的とするタンパク質が大きいほどペプチド連結反応の回数が増加し、それに伴って精製回数が増加するため、合成収率および効率の低下が問題となります。そこで本研究では、私たちがこれまでに開発してきた効率的one-potペプチド連結法をさらに発展させ、標的とするユビキチン化タンパク質を高効率で合成可能な系の開発を行います。
  2. ユビキチン化タンパク質・ユビキチン関連因子に結合する人工抗体の取得
    化学合成したユビキチン化タンパク質やプロテアソーム関連因子に結合する人工抗体を「TRAPディスプレイ法」というin vitroセレクション技術を用いて取得します。取得した人工抗体を用いて生化学解析や細胞内解析を行うことでユビキチン関連因子の新たな機能解明に役立てます。

研究概要を示す模式図

研究概要を示す模式図

代表的な論文

  1. Kamo N, Hayashi G, *Okamoto A.
    Triple Function of 4-Mercaptophenylacetic Acid Promotes One-Pot Multiple Peptide Ligation.
    Angew. Chem. Int. Ed. 57, 16533-16537 (2018)
    PMID: 30346110
  2. Yanase M, Nakatsu K, Cardos C J, Konda Y, *Hayashi G, *Okamoto A.
    Cysteinylprolyl Imide (CPI) Peptide: A Highly Reactive and Easily Accessible Crypto-thioester for Chemical Protein Synthesis.
    Chem. Sci. 10, 5967-5975 (2019)
    PMID: 31360403
  3. Nakatsu K, *Hayashi G, *Okamoto A.
    Toolbox for chemically synthesized histone proteins.
    Curr. Opin. Chem. Biol. 58, 10-19 (2020)
    PMID: 32473259
  4. Kondo T, Iwatani Y, Matsuoka K, Fujino T, Umemoto S, Yokomaku Y, Ishizaki K, Kito S, Sezaki T, Hayashi G, *Murakami H.
    Antibody-like proteins that capture and neutralize SARS-CoV-2.
    Sci. Adv. 6, eabd3916 (2020)
    PMID: 32948512
  5. Kamo N, Kujirai T, Kurumizaka H, Murakami H, *Hayashi G, *Okamoto A.
    Organoruthenium-Catalyzed Chemical Protein Synthesis to Elucidate the Functions of Epigenetic Modifications on Heterochromatin Factors.
    Chem. Sci. AOP (2021)