論文タイトル
Controlling semiconductor growth with structured de novo protein interfaces
出典
Controlling semiconductor growth with structured de novo protein interfaces
Protein design now enables the precise arrangement of atoms on the length scales (nanometers) of inorganic crystal nuclei, opening up the possibility of templat...
www.biorxiv.org
要旨
ZnO (酸化亜鉛) に結合するバイオマテリアルを計算機でデザインした報告です。
解説など
本論文はこちら↓のレポートからの続報です。
Controlling protein assembly on inorganic crystals through designed protein interfaces - Nature
The controlled design of arrays of carboxylates geometrically matched to a potassium ion sublattice leads to the formation of extended self-assembled protein st...
www.nature.com
目的は、特定の無機物を吸着するバイオナノマテリアルを作製する、というモチベーションをもとに、無機物に結合するタンパク質性の結合モチーフを探索することです。
これまではファージディスプレイで結合モチーフを探索する方法が主流で、およそ 8 – 12 のペプチド長の配列が探索された実施例が過去にありますが、活性としては不十分であったとのことです。より活性の高い分子を同定するために、５０アミノ酸残基程度の広い配列空間の中から探索したい、そしてそれを実現するために効率的な配列探索アプローチが必要だ、という背景があります。
筆者らは、無機物との相互作用界面をデザインするために、以下の３つの要素が必要であると仮説を立てました。
- 周期的な電荷相補性が必要（例: DNAなど）
- 配位結合における「部分的配位」が結合に重要
- 秩序だった水分子層が無機物の吸着を促進する
この仮説のもとに、筆者らが考案した次のデザインアプローチを試みました。
- 上記仮説に見合ったスキャフォールドを選抜
- 各スキャフォールドに対して４つの配列、２つの表面領域、23のアミノ酸組成を組み合わせた、およそ7,000配列のライブラリを設計
選抜したスキャフォールドは、
- ヘリカルリピート（11種）
- α-β（6種）
- βソレノイド（19種）
です。
標的は ZnO で、この分子に結合するデザインを酵母ディスプレイでスクリーニングしています。具体的にはフローサイトメーターで ZnO 結合酵母を検出すると側方散乱光（SSC）の強度が増すことを指標に、バインダーをソーティングすることで、実際に活性のある分子を見出すことに成功しています。
ミクロな機能モチーフの同定は、ライブラリー技術や計算機設計でできることを考えると、
- 大目的を満たすスキャフォールド構造選択の仮説立て
- デザイン分子のウェット評価系構築
などのセンスが、研究員に求められるスキルだと感じました。
