Research press release

自己集合するタンパク質「折り紙」

Nature Biotechnology

Self-assembling protein origami

単一のポリペプチドから、ナノスケールのさまざまな形の多面体のタンパク質製ケージを作る方法が開発された。報告によれば、このケージは、溶液中だけでなく、細菌内、哺乳類細胞内、生きたマウスの体内でも自己集合するという。薬剤送達システムやワクチンから、アミノ酸の機能性を取り入れた新素材のボトムアップ開発など、多彩な応用例が期待される。

この10年間、注意深くDNA配列を選び出すことによって、予想通りに互いに結合し、望んだ形に折りたたまれるような分子構造のDNAを作る手法が、急速に進歩を遂げた。Roman Jeralaたちは、日本の伝承の遊びにちなんで「DNA折り紙」と名付けられたこの手法を、タンパク質へと拡張した。

Jeralaたちは、2本のらせんがより合わさってできた「コイルドコイル」(天然のタンパク質にも含まれる)をモジュール式の構成要素として使うと、四面体、四角錐、三角柱形のタンパク質製ケージを作れることを明らかにした。このタンパク質は水溶性で、細胞内、細胞外で自己集合し、マウスで生体適合性を示すことが分かった。著者たちは、コイルドコイルの電荷や末端に「キャップ」構造が存在するかどうかなど、この系のさまざまなパラメーターを検証して、コイルドコイル構成要素を取りそろえた部品箱を用意し、どのような多面体のタンパク質折り紙でも簡単に設計できる、コンピューターによる半自動パイプラインを開発した。

A method to build nanoscale protein cages in various polyhedral shapes from a single polypeptide is reported in a paper published online this week in Nature Biotechnology. The study shows that the cages self-assemble in solution, as well as in bacteria, mammalian cells and living mice. A diverse array of potential applications is envisaged, from drug delivery and vaccination to bottom-up fabrication of new materials that incorporate amino-acid functionality.

The past decade has witnessed rapid advances in methods for making molecular structures out of DNA by carefully choosing DNA sequences that bind to each other in a predictable way and fold into a desired shape. Roman Jerala and colleagues extend this approach - called DNA origami, after the Japanese art of paper folding - to proteins.

The authors show that ‘coiled coils’ containing two intertwined helical strands - a form that occurs naturally in proteins - can be used as modular building blocks to construct protein cages in the shape of a tetrahedron, a four-sided pyramid and a triangular prism. They show that the proteins are soluble in aqueous solution, self-assemble inside or outside cells, and appear biocompatible in mice. By testing various parameters of the system, such as the charge of the coiled coils and the presence of a 'cap' at their ends, the authors develop a toolbox of coiled-coil building blocks and a semi-automated computational pipeline to facilitate the design of protein origami in any polyhedral shape.

doi: 10.1038/nbt.3994

「Nature 関連誌注目のハイライト」は、ネイチャー広報部門が報道関係者向けに作成したリリースを翻訳したものです。より正確かつ詳細な情報が必要な場合には、必ず原著論文をご覧ください。

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