種々の外部刺激（イオンや有機分子等のリガンド）に応答し機能活性の変化する人工タンパク質を自在に設計できれば，特定リガンドに対するセンサータンパク質の構築や，部位特異的に働くタンパク質医薬の創製，あるいは機能未知な天然タンパク質機能の解明に対するツールの提供等，その工学的応用は計り知れない。ここでは，特にタンパク質工学的な立場からこの問題を解決する方法論の一つとして，比較的手の加え易い設計タンパク質モジュールと，ターゲットとなる天然タンパク質との組み合わせを考えた。すなわち，天然にも広く見られる構造ドメインの一つであるα-ヘリカルコイルドコイルをベースに，種々の外部刺激に応答し，ランダム構造からバンドル構造へと大きく構造変化を起こす外部刺激応答モジュールを新たに設計し，これを天然タンパク質中に遺伝子工学的に組み込む事により，その機能活性に大きな摂動を起こす事を期待した。実際に，加水分解酵素，蛍光タンパク質等にこのモジュールを適応する事により，特定ペプチド，イオン等による機能調節に成功している。
The artificial proteins, whose functions can be altered with the specific external inputs (pH, metal ions, ligands, etc.), would have large applications, for ligand-specific sensor-proteins, site-selective protein-drugs, tools to examine natural protein functions, and so on. Here we supply one of the methodologies to design such artificial proteins, especially from the protein engineering background. We designed the de novo coiled-coil proteins whose tertiary structures are altered from random coil to bundled structure by the specific external input. By insertion of the coiled-coil proteins into target natural proteins, we succeeded to construct the peptide-ligand-dependent RNA hydrolysis enzyme and metal-ion-dependent green fluorescent protein.
Keywords:De novo design; Coiled-coil; Circular permutation; Metal ion; Green fluorescent protein (GFP)