| 【第 1 編 コンビナトリアル・バイオエンジニアリングの隆盛】 |
| コンビナトリアルバイオエンジニアリングの隆盛－植田充美 3 |
| 【第 2 編 コンビナトリアル・バイオエンジニアリング研究の成果】 |
| 第 1章 ファージディスプレイ |
| 1. ファージディスプレイの現状と今後 : プロテオミクスと蛋白質工学－津本浩平,熊谷泉 9 |
| 1.1 はじめに 9 |
| 1.2 酵素工学への展開:触媒能と安定性 11 |
| 1.3 Scaffold Engineering : 抗体工学からの進展 14 |
| 1.4 プロテオミクス研究への展開 15 |
| 1.5 T7,λファージディスプレイシステムと応用例 17 |
| 1.6 おわりに 18 |
| 2. 新規ファージディスプレイ法による小分子非競争測定の実用化 上田宏 22 |
| 2.1 はじめに 22 |
| 2.2 既存の免疫測定法 23 |
| 2.3 小分子の非競合的測定法 24 |
| 2.4 オープンサンドイッチ法 26 |
| 2.5 ファージを用いた選択系の開発 27 |
| 2.6 SpFvシステムを用いた小分子認識抗体のスクリーニング 29 |
| 2.7 VH/VL相互作用の強さを決める残基と,その抗原親和性への影響 31 |
| 2.8 プロテオーム解析への応用 31 |
| 2.9 おわりに 33 |
| 3. 無機マテリアルを認識するペプチドモチーフ 佐野健一,芝清隆 34 |
| 3.1 はじめに 34 |
| 3.2 無機マテリアル結合ペプチドの単離 34 |
| 3.3 無機マテリアル結合ペプチドの結合能力の評価法 34 |
| 3.4 無機マテリアル結合ペプチドの配列比較 37 |
| 3.5 無機マテリアル結合ペプチドのマテリアル認識メカニズム 38 |
| 3.6 無機マテリアル結合ペプチドによるバイオミネラリゼーション 41 |
| 3.7 無機マテリアル結合ペプチドのナノテクノロジーへの応用 42 |
| 3.8 おわりに～バイオとマテリアルをインターフェースする無機マテリアル結合モチーフ～ 44 |
| 4. ファージディスプレイ法による幹細胞認識－森田資隆,民谷栄一 46 |
| 4.1 はじめに 46 |
| 4.2 幹細胞P19に結合するペプチドの探索 47 |
| 4.3 No.28ファージの結合特性 50 |
| 4.4 No.28ペプチドの結合特性 52 |
| 4.5 おわりに 54 |
| 第 2 章 Escherichia coli Display of Heterologous Proteins(Kaiming Ye) |
| 1. Export and translocation of proteins in the outer membrane of E.coli 57 |
| 2. Display of a heterologous protein in the outer membrane of E.coli 59 |
| 3. Flow cytometric screening of cell surface-displayed librariesb 63 |
| 第 3 章 乳酸菌ディスプレイ |
| 1. 乳酸菌ディスプレイシステムの開発 －成文喜,瀬脇智満,洪承杓,李宗洙,鄭昌敏,夫玲夏,金哲仲,近藤昭彦,芦内誠 68 |
| 1.1 はじめに 68 |
| 1.2 細胞表層発現アンカー 69 |
| 1.2.1 従来の表層発現アンカー 69 |
| 1.2.2 新規なアンカー : ポリガンマグルタミン酸合成酵素複合体タンパク質(pgsBCA)の利用 70 |
| 1.3 外来タンパク質発現用ベクターの構築およびその発現確認 70 |
| 1.4 今後の展開 73 |
| 1.5 おわりに 74 |
| 2. Immunogenicity of surface-displayed viral antigens of swine coronavirus on Lactobacillus casei - Chul-Joong Kim,Jong-Soo Lee,Haryoung Poo,Liyun Ryu,Jong-Taik Kim,Moon-Hee Sung 76 |
| 2.1 Swine coronavirus infection 76 |
| 2.2 Mucosal immunogen delivery system 78 |
| 2.3 Immunogenicity of surface-displayed viral antigens 79 |
| 2.4 Conclusion 81 |
| 3. Lactobacillus-based Human Papillomavirus Type 16 Oral Vaccine - Haryoung Poo,Jong-Soo Lee,Moon-Hee Sung,Chul-Joong Kim 87 |
| 3.1 Human papillomavirus vaccine study 87 |
| 3.2 Production and Immunogenicity of HPV16L1 surface-displayed on Lacobacillus casei 89 |
| 3.2.1 Production of HPV16L1 surface-displayed on Lacobacillus casei 89 |
| 3.2.2 Immunogenicity of HPV16L1 surface-displayed on Lacobacillus casei 89 |
| 第 4 章 酵母ディスプレイ |
| 1. タンパク分子クリエーション 加藤倫子,植田充美 95 |
| 1.1 はじめに 95 |
| 1.2 生体高分子クリエーターとしてのコンビナトリアル・バイオエンジニアリング 95 |
| 1.3 細胞表層工学による分子ディスプレイシステム 96 |
| 1.4 コンビナトリアルなプロテインライブラリーの創製 97 |
| 1.5 新しい機能性分子のクリエーションと選択－有機溶媒耐性因子の取得－97 |
| 1.6 おわりに－今後の展望－98 |
| 2. タンパク質工学への新しい展開－白神清三郎,植田充美 102 |
| 2.1 はじめに 102 |
| 2.2 コンビナトリアル変異 102 |
| 2.3 リパーゼのリド部位のコンビナトリアル変異ライブラリーの作製 103 |
| 2.3.1 R.oryzae lipase (ROL) の特性と構造 103 |
| 2.3.2 リド部位コンビナトリアルライブラリーの作製とスクリーニング 103 |
| 2.3.3 ROLにおけるリド部位と鎖長基質特異性との相関 103 |
| 2.4 グルコアミラーゼのStarch Binding Domain (SBD) に対するコンビナトリアル変異ライブラリーの作製 105 |
| 2.4.1 R.oryzae glucoamylase (RoGA) のSBDの特徴 105 |
| 2.4.2 SBDコンビナトリアルライブラリーの作製とスクリーニング 105 |
| 2.5 今後の展望 107 |
| 3. 環境浄化ヘの新しい戦略－黒田浩一,植田充美 110 |
| 3.1 はじめに 110 |
| 3.2 微生物と重金属イオンとの関わり 110 |
| 3.3 細胞表層工学-酵母ディスプレイ法－111 |
| 3.4 微生物細胞表層への重金属イオン吸着能の賦与 112 |
| 3.5 重金属イオン吸着ペプチド及びタンパク質の細胞表層ディスプレイ 113 |
| 3.6 環境浄化酵母の高機能化 115 |
| 3.7 環境浄化システムの可能性 117 |
| 3.8 おわりに 117 |
| 4. 表層蛍光シグナルを用いたバイオセンシングのコンビナトリアルな展開－芝崎誠司,植田充美 120 |
| 4.1 はじめに 120 |
| 4.2 表層蛍光シグナルのコンビナトリアルな利用 120 |
| 4.3 センシングの例 122 |
| 4.4 非破壊的な物質生産のモニタリング 124 |
| 4.5 蛍光定量手法-画像解析の試み 125 |
| 4.6 おわりに 128 |
| 5. バイオマス変換への応用－近藤昭彦,片平悟史 130 |
| 5.1 はじめに 130 |
| 5.2 新機能酵母によるバイオマスからのエタノール生産 131 |
| 5.2.1 デンプンからのエタノール生産 132 |
| 5.2.2 木質系バイオマスからのエタノール生産 133 |
| 5.3 おわりに 137 |
| 6. ファインケミカル製造への応用－近藤昭彦,谷野孝徳 139 |
| 6.1 はじめに 139 |
| 6.2 ファインケミカル製造における酵母ディスプレイ法の有用性 140 |
| 6.3 リパーゼ表層ディスプレイにおいて開発された新規ディスプレイ法について 141 |
| 6.4 リパーゼ表層ディスプレイ酵母を用いた光学分割反応 142 |
| 6.5 おわりに 143 |
| 7. ハイスループットスクリーニング技術－近藤昭彦 145 |
| 7.1 はじめに 145 |
| 7.2 フローサイトメーターを用いる手法 145 |
| 7.3 磁性ナノ微粒子材料を用いた手法 147 |
| 7.4 おわりに 149 |
| 第 5 章 Retrovirus Display of Peptides and Proteins(Kaiming Ye) |
| 1. Structure of retroviral envelope protein 151 |
| 2. Display of peptides on the surface of retrovirus 153 |
| 第 6 章 無細胞合成系 |
| 1. SIMPLEX法の開発と進化分子工学への応用－今村千絵,中野秀雄 156 |
| 1.1 はじめに 156 |
| 1.2 無細胞系におけるタンパク質の生産 156 |
| 1.2.1 無細胞系の特徴 156 |
| 1.2.2 ジスルフィド結合の導入 157 |
| 1.2.3 ヘムタンパク質のフォールディング 157 |
| 1.3 SIMPLEX法によるライブラリー構築 159 |
| 1.3.1 SIMPLEX法の原理 159 |
| 1.3.2 SIMPLEX法の特徴 160 |
| 1.3.3 SIMPLEXライブラリーの均一性と拡張性 160 |
| 1.4 SIMPLEX法の応用 161 |
| 1.4.1 マンガンペルオキシダーゼの改変 161 |
| 1.5 おわりに 164 |
| 2. 蛋白質をターゲットとしたin vitro選択系－松浦友亮 166 |
| 2.1 はじめに 166 |
| 2.2 In vitro 選択系 167 |
| 2.2.1 リボソームディスプレイ 167 |
| 2.2.2 mRNA ディスプレイ法＆in vitro virus 法 170 |
| 2.2.3 その他の In vitro 選択系(STABLE法,CIS display法) 170 |
| 2.3 In vivo vs In vitro 選択系 173 |
| 2.4 In vitro 選択系の応用例 174 |
| 2.5 おわりに 175 |
| 3. 非天然アミノ酸の導入－芳坂貴弘 178 |
| 3.1 はじめに 178 |
| 3.2 非天然アミノ酸導入のための遺伝暗号の拡張 178 |
| 3.2.1 終止コドン 179 |
| 3.2.2 4塩基コドン 180 |
| 3.2.3 非天然塩基コドン 181 |
| 3.3 非天然アミノ酸を結合させたtRNAの合成 182 |
| 3.4 非天然アミノ酸に対するタンパク質合成系の基質特異性 183 |
| 3.5 非天然アミノ酸導入によるタンパク質の改変 185 |
| 3.5.1 天然アミノ酸類似体の導入による構造機能相関解析 185 |
| 3.5.2 蛍光プローブの導入 185 |
| 3.5.3 人工機能の付与 185 |
| 3.5.4 タンパク質の蛍光標識法 186 |
| 3.5.5 タンパク質の特異的修飾 186 |
| 3.6 おわりに 187 |
| 4 無細胞タンパク質合成に基づいた酵素選択法－高橋史生,小畠英理 189 |
| 4.1 はじめに 189 |
| 4.2 無細胞ディスプレイ技術を利用した酵素の選択 189 |
| 4.2.1 基質との親和性を指標に選択する手法 189 |
| 4.2.2 酵素の触媒機能を指標に選択する手法 190 |
| 4.3 エマルジョン法による酵素の人工進化 191 |
| 4.3.1 エマルジョン法の選択原理 191 |
| 4.3.2 エマルジョン法による基質特異性の改変 192 |
| 4.3.3 エマルジョン法によるターンオーバー効率の改変 193 |
| 4.4 今後の課題 194 |
| 第 7 章 人工遺伝子系 |
| 1. RNAi の分子機構と植物のポストゲノム研究への応用 福崎英一郎,安忠一,小林昭雄 196 |
| 1.1 はじめに 196 |
| 1.2 動物における RNAi の分子機構 197 |
| 1.3 植物における RNAi の分子機構 198 |
| 1.4 植物における RNAi の誘導 202 |
| 1.5 microRNA による遺伝子発現制御 204 |
| 1.6 おわりに 208 |
| 2. RNA interference and siRNA library - Kaiming Ye 211 |
| 2.1 Introduction to RNA interference 211 |
| 2.2 siRNA-mediated RNAi in mammalian cells 214 |
| 2.3 Construction of a siRNA combinatorial library 215 |
| 第 3 編 コンビナトリアル・バイオエンジニアリング研究の応用と展開 |
| 第 8 章 ライブラリー創製 |
| 1. コンビナトリアルライブラリーの階層性 芝清隆 223 |
| 1.1 はじめに 223 |
| 1.2 タンパク質を構築する構造単位 223 |
| 1.3 「構造上のブロック単位」と「進化のブロック単位」 224 |
| 1.4 エクソンシャッフリングによるタンパク質の進化 225 |
| 1.5 ブロック単位の進化とフォールディングの問題 226 |
| 1.6 機能の進化とフォールディングの進化の問題 226 |
| 1.6.1 機能と構造とどちらが先か? 227 |
| 1.6.2 構造は機能にとってどの程度重要か? 228 |
| 1.7 タンパク質進化のペプチドネットワークモデル 228 |
| 1.8 階層的な人工タンパク質創出システム 230 |
| 1.9 繰り返しを原理とした階層的人工タンパク質創製システム,MolCraft 232 |
| 1.10 おわりに 233 |
| 2. Random Mutagenesis and Combinatorial Libraries - Kaiming Ye 236 |
| 2.1 Introduction 236 |
| 2.2 DNA shuffling 236 |
| 2.3 Error-prone PCR 238 |
| 3. 遺伝子のキメラ化によるライブラリ創製 河原崎泰昌,池内暁紀,新畑智也,山根恒夫 242 |
| 3.1 はじめに 242 |
| 3.2 キメラ遺伝子ライブラリの特性 243 |
| 3.3 配列間相同性に基づくキメラ遺伝子ライブラリ作成法 244 |
| 3.4 配列間相同性に基づかないキメラ遺伝子ライブラリ作成法 248 |
| 3.5 おわりに 250 |
| 第 9 章 アレイ系 |
| 1. マイクロアレイ概説 伊藤嘉浩 252 |
| 1.1 はじめに 252 |
| 1.2 DNAチップ(マイクロアレイ) 253 |
| 1.2.1 ハードウエア 253 |
| 1.2.2 ソフトウエア 254 |
| 1.2.3 応用例 255 |
| 1.3 プロテイン・マイクロアレイ 257 |
| 1.4 抗体マイクロアレイ 258 |
| 1.5 アプタマーマイクロアレイ 258 |
| 1.6 低分子マイクロアレイ 259 |
| 1.7 抗原マイクロアレイ 259 |
| 1.8 ペプチド・マイクロアレイ 259 |
| 1.9 糖鎖マイクロアレイ 260 |
| 1.10 組織マイクロアレイ 260 |
| 1.11 細胞解析用のDNA,siRNA,抗体,タンパク質マイクロアレイ 261 |
| 1.12 おわりに 262 |
| 2. マイクロアレイ作成法 伊藤嘉浩 264 |
| 2.1 はじめに 264 |
| 2.2 基材設計 264 |
| 2.3 マイクロアレイ操作 265 |
| 2.4 固定化法 267 |
| 2.4.1 物理的固定化法 267 |
| 2.4.2 化学的固定化法 268 |
| 2.4.3 生物学的固定化法 268 |
| 2.4.4 包埋固定化法 269 |
| 2.5 検出法 270 |
| 2.6 おわりに 271 |
| 3. マイクロアレイ化の有機合成 今野博行 273 |
| 3.1 はじめに 273 |
| 3.2 マイクロアレイの現状とその作成 273 |
| 3.3 低分子マイクロアレイ 275 |
| 3.4 ペプチドアレイ 276 |
| 3.5 糖アレイ 277 |
| 3.6 おわりに 279 |
| 第 10 章 細胞チップを用いた薬剤スクリーニング 赤木良教,森田資隆,民谷栄一 |
| 1. はじめに 281 |
| 2. バイオチップについて 282 |
| 3. 細胞チップを用いた神経成長因子様作用ペプチドのスクリーニング 282 |
| 4. おわりに 286 |
| 第 11 章 植物小胞輸送工学による有用タンパク質生産 松井健史,吉田和哉 |
| 1. 植物による外来タンパク質生産 288 |
| 2. 小胞輸送経路を用いた有用タンパク質生産の現状 289 |
| 3. プロペプチドによる西洋ワサビペルオキシダーゼの小胞輸送制御機構 294 |
| 4. おわりに 296 |
| 第 12 章 ゼブラフィッシュ系 |
| 1. ケモゲノミクスへの応用 幸田勝典,田丸浩- 298 |
| 1.1 はじめに 298 |
| 1.2 ポストゲノム研究用モデル動物としてのゼブラフィッシュ 299 |
| 1.3 ゼブラフィッシュのケモゲノミクスへの応用 301 |
| 1.4 ケモゲノミクスツールとしてのDNAマイクロアレイ 302 |
| 1.5 化学物質安全性評価への展開 304 |
| 1.6 おわりに 305 |
| 2. 比較ゲノミクスへの応用 無津呂淳一,田丸浩 307 |
| 2.1 ゲノムシーケンスプロジェクトと比較ゲノミクス 307 |
| 2.2 ポストゲノムシーケンス時代の比較ゲノミクス 308 |
| 2.3 比較ゲノミクスにおけるゼブラフィッシュの役割 310 |
| 2.4 比較ゲノミクスによる遺伝子領域転写制御領域の解析 311 |
| 2.5 遺伝子機能解析ツールとしてのコンビナトリアル・バイオエンジニアリング 312 |
| 2.6 マリンバイオテクノロジーとしてのコンビナトリアル・バイオエンジニアリング 313 |
| 2.7 おわりに 314 |
| 3. 機能ゲノミクスへの応用 秋山真一,田丸浩 315 |
| 3.1 はじめに 315 |
| 3.2 ゼブラフィッシュによる機能ゲノミクス研究 315 |
| 3.2.1 モデル生物としてのゼブラフィッシュ 315 |
| 3.2.2 ゲノムシークエンスプロジェクト 316 |
| 3.2.3 機能ゲノミクス研究に必要な技術 316 |
| 3.3 新しいプラットホームにおける機能ゲノミクス研究 320 |
| 3.3.1 エンブリオアレイの登場 320 |
| 3.3.2 実験デバイスの開発 321 |
| 3.4 おわりに 322 |
| 第 13 章 システムバイオロジーとコンビナトリアル・バイオエンジニアリングの融合-コンビナトリアルシステムエンジニアリングにむけて- 齊藤博英,芝清隆 |
| 1. はじめに 324 |
| 2. システムバイオロジーのボトムライン 325 |
| 3. 合成遺伝子回路 327 |
| 4. 遺伝子回路のコンビナトリアルエンジニアリング 329 |
| 5. 人工タンパク質を利用した細胞死誘導回路の制御 330 |
| 6. 今後の展望 333 |
| 第 14 章 蛋白質相互作用領域の迅速同定 : コンビバイオで開拓する機能ゲノム科学－池内暁紀,河原崎泰昌,山根恒夫 |
| 1. はじめに 336 |
| 2. 従来の相互作用領域同定法 338 |
| 3. コンビバイオ的観点からみた相互作用領域同定 338 |
| 4. 蛋白質間相互作用領域の迅速同定法の開発 339 |
| 5. 蛋白質相互作用領域の網羅的同定-Dam1複合体- 342 |
| 6. おわりに 344 |
| 第 4 編 未来展望 |
| 未来展望 植田充美 349 |
| 【第 1 編 コンビナトリアル・バイオエンジニアリングの隆盛】 |
| コンビナトリアルバイオエンジニアリングの隆盛－植田充美 3 |
| 【第 2 編 コンビナトリアル・バイオエンジニアリング研究の成果】 |
図書
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