短鎖ペプチドタグを用いたリガンド−タンパク質間相互作用検出系の構築

私たちの研究室では、酵素などのレポータータンパク質を用いた新しいリガンド−タンパク質間相互作用検出法の開発を行っています（図）。ここでは、酵素などのレポータータンパク質を2回分割した短鎖のペプチド鎖をタグ（目印）として用い、このペプチドタグを、相互作用を調べたい対象のリガンドとタンパク質それぞれに配置します。このとき、リガンドとタンパク質が相互作用すると、その近接効果により、ペプチドタグ間がNative Chemical Ligation (NCL)反応（図右下）で連結します。ここに、元のタンパク質の片断片を加えて再構成させると、酵素活性が回復し、相互作用を検出することができます。　現在この方法で用いることが可能なレポータータンパク質の種類を増やすことや、細胞内での相互作用の検出へと展開しています。

薬剤のオフターゲットタンパク質の網羅的探索

薬剤は、タンパク質などの生体分子に作用することで薬効を示します。一方で本来の標的以外のオフターゲット分子に作用すると、副作用に繋がる場合があります。そこで、当研究室では、薬剤のオフターゲットタンパク質を網羅的に探索することを目指しています。実際にオフターゲットタンパク質を見つけ出すことができると、副作用の理解のみならず、異なる薬効を示す薬剤としての利用も期待できます。

　具体的には、上記で構築した相互作用検出法を使って、薬剤−タンパク質間の相互作用の情報をβラクタマーゼや、ルシフェラーゼなどレポータータンパク質へと変換し、ヒトタンパク質ライブラリから網羅的にオフターゲットタンパク質を見つけ出すことにチャレンジしています。

インテインは、タンパク質のスプライシング反応を自己触媒するタンパク質です。インテインの反応により、NエクステインとCエクステインがペプチド結合で連結します（図左）。インテインの中には、2つのドメインに分かれた分割インテインがあり、2つのポリペプチド鎖が分割インテインの部分で会合することで、エクステイン同士を繋げることができます。この反応は、protein trans-splicing（PTS）と呼ばれています。私たちの研究室では、新しい分割インテインの開発を行っています（図右）。新規に開発した分割インテインによるPTS反応を利用して、プロテアーゼの活性（図右上）や発光タンパク質であるルシフェラーゼの活性（図右下）などをPTS反応で制御する系の構築を行っています。この系を使って、細胞内の酵素反応や、ペプチド−タンパク質間の相互作用を簡便に検出する方法を開発しています。

インテイン工学

抗体は、相手となる抗原を厳密に見分けて結合することができます。この高い分子認識能を利用して様々な抗体医薬が開発され、がんなどの治療薬として利用されています。一方で、抗体分子は複雑な構造をもっており、また分子量も大きいため、調製が難しく、抗体医薬をつくるためのコストが問題となってきます。

　私たちの研究室では、アミノ酸配列を一から構築したデノボタンパク質を創製する研究に取り組んでおり、これまでにアミノ酸残基数１００程度で、天然様の高次構造を形成する人工タンパク質の作製に成功しています。このタンパク質は、化学合成が可能な大きさで、かつ免疫原性が低いことが分かっています。そこで、この人工タンパク質をスキャフォードとして、抗体様の分子認識場を作製し、優れた分子認識能をもつ人工タンパク質（ミニ抗体）の創製を目指しています。

デノボタンパク質を土台としたミニ抗体の創製