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人工的に設計したタンパク質による金属ナノ結晶の生成 | 理化学研究所
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図1 2014年に作製したピザ型人工タンパク質の構造
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図2 3量体を形成するピザ型タンパク質Pizza2の構造
A: ピザ2切れ分のタンパク質が自己組織化により3量体を形成し、完全な3回回転対称型を形成する。3つのタンパク質を色分けして表示した。
B: 自己組織化に関わるN末側のアミノ酸を削除したPizza2のバリエーションの1つnvPizza2。
C: Bをさらに改変し、ピザの中央に向き合う部分にヒスチジンを導入したnvPizza2-S16H58。
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図3ピザ型タンパク質に挟まれた塩化カドミウムのナノ結晶
A:2つの向かい合った三量体nvPizza2-S16H58をそれぞれ黄色とピンクのリボンモデルで示す。
B:ナノ結晶の拡大図。ヒスチジン（H）を介して塩化カドミウムが結合している。カドミウムイオンを赤、塩化物イオンを緑で表示した。Hの後の数字はnvPizza2-S16H58中でのヒスチジンの位置を示す。
C:ナノ結晶をナット状に見立てた場合の大きさ（正確な形状はこのような六角柱構造とは異なる）。
要旨
理化学研究所（理研）ライフサイエンス技術基盤研究センター構造バイオインフォマティクス研究チームのケム・ツァンチームリーダー、アルノウト・ヴット国際特別研究員と、横浜市立大学大学院
生命医科学研究科のジェレミー・テイム教授らの共同研究グループ※は、金属と結合するピザ型タンパク質[1]を設計し、規則正しく配列した7個のカドミウムイオンと12個の塩化物イオンから成る
世界最小のナノ結晶[2]を作ることに成功しました。
生物が体の内外に鉱物（ミネラル）を作り出すことをバイオミネラリゼーション[3]と呼びます。リン酸カルシウムによる歯や骨、炭酸カルシウムによる貝殻の形成がその例です。近年、バイオミネラリゼーションを
模倣することで、ナノスケール（1nmは100万分の1mm）の部品を人工的に合成する試みが進められていますが、タンパク質がどのようにバイオミネラルを形成するかについてはまだ不明な点が多く
残されています。
研究グループは2014年に自然界には存在しない完全6回回転対称型構造を持つ「ピザ型タンパク質」を設計し、作製に成功しました。これはタンパク質が自己組織化する性質を利用したもので、
予測通りの立体構造を持つタンパク質が実際に作製できたことは、バイオミネラリゼーションによるナノスケール部品の合成の実現にとって大きな意味があります。
今回、ピザ型タンパク質の変種として、金属と結合する性質を持つタンパク質を設計しました。このタンパク質は「ピザ2切れ分」の大きさしかありませんが、塩化カドミウムの添加により3量体を形成し、
「1枚のピザ」になることができます。X線結晶構造解析[4]の結果、2つの3量体(2枚の“ピザ”)に挟まれて7個のカドミウムイオンと12個の塩化物イオンが規則正しく配置したナノ結晶が形成されて
いることが分かりました。このナノ結晶は幅1.3nm×1.2nm、厚さ0.7nmのナット状の形をしており、これまで報告された中で最小のナノ結晶です。これらの結果は、適切な金属結合部位を持つタンパク質を
設計することで、金属イオンの有無でタンパク質の自己組織化を制御したり、タンパク質による金属ナノ結晶の作製が可能であることを示します。今後、バイオミネラリゼーションのメカニズムの解明や、
タンパク質をナノスケール部品として用いる医薬品やバイオセンサーなどの開発への応用が期待できます。
本研究は、ドイツの科学雑誌『Angewandte Chemie International Edition』（7月1日付け）に掲載されました。
（以下略）