拡張遺伝子コードとパラジウム媒介の化学的脱保護を用いたセレノシステインのサイト固有の組み込み

科学分野:

• 生物化学
• 分子生物学
• 合成生物学

背景:

• セレノシステイン (Sec) という21番目のアミノ酸を含むセレノプロテインは,人間の健康に不可欠ですが,複合的な自然な組み込みメカニズムのために再結合的に生産することは困難です.
• Secのユニークな特性により,タンパク質の改変の可能性はありますが,その複雑な合成は多くのセレノプロテインとSecベースのタンパク質工学の研究を妨げています.

研究 の 目的:

• サイト固有のセレノシステインをタンパク質に組み込むための一般的で効率的な方法を開発する.
• 再結合タンパク質の生産と機能研究における天然のSec組み込み経路の限界を克服する.

主な方法:

• E. coli の珀色コドンでSe- アリルセレノシステイン (ASec) の特定の組み込みのための正交のtRNA ((Pyl) - ASecRSペアが進化した.
• 組み込まれたASecをSecに高効率に変換するために,穏やかな条件下でパラジウム媒介の割れ方を利用しました.
• ヒトのチオレドキシンとグルタチオン過酸化酵素1の生成と,生きたE. coli細胞のSec選択的標識の有効性を実証した.
• セルロセック変換のための哺乳類の細胞に方法を拡張した.

主要な成果:

• 自然なSec専用の因子とは独立して,高特異性と酵素活性を持つタンパク質にSecのサイト固有の組み込みを達成した.
• ヒトのチオレドキシンとグルタチオン過酸化酵素1を成功裏に製造し,異なるセレノプロテインと種間の多用途性を示した.
• 生きたE. coli細胞の表面にSec選択式ラベルを付けることが可能になり,複雑な生物環境での適用性を示した.
• 哺乳類の細胞におけるメソッドの有効性を検証し,幅広い適用性を示した.

結論:

• 開発されたtRNA(Pyl) -ASecRSシステムとパラジアム触媒変換は,サイト固有のSec組み込みのための堅牢で汎用的なプラットフォームを提供します.
• この方法は,天然のセレノプロテインの研究を大幅に進めて,Sec導入を通じてタンパク質工学の新しい道を開きます.