非天然型アミノ酸技術研究チーム|理化学研究所 生命機能科学研究センター(BDR)

非天然型アミノ酸技術研究チーム

チームリーダー

坂本 健作Ph.D.

  • 拠点:横浜
  • E-mail:
    kensaku.sakamoto[at]riken.jp[at]を@に変えてください

遺伝暗号の改変によって生物システムの新しい可能性を拓きます。

研究内容

医療や生命科学研究に有用なタンパク質を合成する方法として、生きた細胞にタンパク質の設計図を読みこませて、細胞に作ってもらうことができます。本来なら生き物が使わない新規なアミノ酸をも使えるように改変した細胞を用いると、目的のタンパク質に目印をつけたり、薬剤と連結したりすることが容易になります。また、これまでにない新しいタンパク質の形や働きを実現することができるかもしれません。新規アミノ酸のような人工のコンポーネントを含んだタンパク 質の生産技術を開発し、創薬に対してもユニークで最先端の技術支援を行います。

合成生物学とは?
現在流行りの「合成生物学(Synthetic Biology)」ですが、これと言って決まった定義はありません。私たちは、その有用性に着目し、従来の天然資源に依存した発見から、人為的に作成した多様性の中から新しいものを見出すことへとアプローチが変化している現状が、合成生物学の背景にあると考えています。ここでは、そのコンセプトと、生物の各階層における多様性の基盤についてまとめてみました(図1)。

図1

タンパク質の部位特異的修飾法
新規アミノ酸をタンパク質の望みの部位に自在に導入する私たちの技術を使って、タンパク質の修飾が簡単になりました。今後、バイオ医薬品はタンパク質そのままではなく、手を加えた状態(修飾体)で効用をアップすることが望まれます。ここでは、昆虫細胞を遺伝的に改変して新規アミノ酸(AzF)の導入を可能にしています(下図)。

タンパク質の構造安定化技術:非天然のアミノ酸(ここではブロモチロシン)を酵素に組込むことで構造の安定化が実現できます。左の図には安定化された酵素の立体構造を実際にX線結晶構造解析技術によって明らかにしたものを示しています。右の図では、その中のあるブロモチロシンが、リジン残基の間にもともと存在していたスペースにうまくはまりこんで酵素を安定化していることがわかりました。他に組込まれたブロモチロシンも同じような働きをしていることがわかっています。

研究テーマ

  • 生細胞における遺伝暗号の改変
  • 非天然型アミノ酸の導入による新規タンパク質の創出
  • 医薬品開発につながる抗体のエンジニアリング

主要論文

  • Yanagisawa T, Kuratani M, Seki E, et al.
    Structural Basis for Genetic-Code Expansion with Bulky Lysine Derivatives by an Engineered Pyrrolysyl-tRNA Synthetase.
    Cell chemical biology doi: 10.1016/j.chembiol.2019.03.008
  • Sakamoto K and Hayashi A.
    Synthetic tyrosine tRNA molecules with noncanonical secondary structures.
    International Journal of Molecular Sciences 20(1), 92 (2019) doi: 10.3390/ijms20010092
  • Teramoto H, Amano Y, Iraha F, et al.
    Genetic code expansion of the silkworm Bombyx mori to functionalize silk fiber.
    ACS Synthetic Biology 7, 801–806 (2018) doi: 10.1021/acssynbio.7b00437
  • Ohtake K, Mukai T, Iraha F, et al.
    Engineering an automaturing transglutaminase with enhanced thermostability by genetic code expansion with two codon reassignments.
    ACS Synthetic Biology 7, 2170–2176 (2018) doi: 10.1021/acssynbio.8b00157
  • Handoko L, Kaczkowski B, Hon C-C, et al.
    JQ1 affects BRD2-dependent and independent transcription regulation without disrupting H4-hyperacetylated chromatin states.
    Epigenetics 13, 410–431 (2018) doi.org/10.1080/15592294.2018.1469891
  • Takahashi M, and Sakamoto K.
    Engineering of Escherichia coli β-lactamase TEM-1 variants showing higher activity under acidic conditions than at the neutral pH.
    Biochemical and Biophysical Research Communications 505, 333–337 (2018) doi.org/10.1016/j.bbrc.2018.09.096
  • Yamaguchi A, Iraha F, Ohtake K, and Sakamoto, K.
    Pyrrolysyl-tRNA synthetase with a unique architecture enhances the availability of lysine derivatives in synthetic genetic codes.
    Molecules 23, 2460 (2018) doi.org/10.3390/molecules23102460
  • Osamura T, Okuda M, Yamaguchi A, et al.
    Variants of the industrially relevant protease KP-43 with suppressed activity under alkaline conditions developed using expanded genetic codes.
    Biochemistry and Biophysics Reports 17, 93–96 (2018) doi: 10.1016/j.bbrep.2018.12.001
  • Yamaguchi A, Matsuda T, Ohtake K, et al.
    Incorporation of a doubly functionalized synthetic amino acid into proteins for creating chemical and light-induced conjugates.
    Bioconjugate Chemistry 27, 198-206 (2015) doi.org/10.1021/acs.bioconjchem.5b00602
  • Mukai T, Yamaguchi A, Ohtake K, et al.
    Reassignment of a rare sense codon to a non-canonical amino acid in Escherichia coli.
    Nucleic Acids Research 43, 8111-8122 (2015) doi.org/10.1093/nar/gkv787
  • Mukai T, Hoshi H, Ohtake K, et al.
    Highly reproductive Escherichia coli cells with no specific assignment to the UAG codon.
    Scientific Reports 5: 9699 (2015) doi: 10.1038/srep09699

業績一覧

メンバー

坂本 健作チームリーダー kensaku.sakamoto[at]riken.jp
脇山 素明副チームリーダー motoaki.wakiyama[at]riken.jp
和田 章専任研究員 awada[at]riken.jp
松元(林) 明子上級技師 akiko.matsumoto[at]riken.jp
大竹 和正研究員 kazumasa.ohtake[at]riken.jp
高橋 美穂子技師 mihoko.takahashi[at]riken.jp

*:兼務/ [at]を@に変えてください

研究者 Q & A

Q研究を通して究極的に何を知りたいですか?

未来に向かう進化のメカニズム。

Q研究をする上での方針や哲学、座右の銘は何ですか?

他人と同じようなことをしない。

Q尊敬する研究者は?

ケプラー。かなり変人でおもしろい。

Q研究者を目指す人たちに一言

今見えていない風景を想像する力が大事。

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