〈Original Papers〉タバコモザイクウイルス外被蛋白質の大腸菌での大量生産ならびに自己会合の解析

[Abstract] Tobacco mosaic virus coat protein is known to self-associate into several kinds of supramolecular structures, and presents a model system suitable for protein-engineering of supramolecular assembly. Here, as a step towards such studies, we have developed an auto-inducing expression system of the coat protein in E.coli and a simple protein purification method under acidic solution conditions. As much as 114 mg of nearly homogeneous protein per three liter of culture was obtained. The yield is much higher than that obtained by using a conventional IPTG-induction method. Size-exclusion chromatography has shown that the protein exists in three states of assembly at pH 7.2, 150mM NaCl: high Mw, medium Mw (2000 k — 600 k), and low Mw (＜40 k). Atomic force microscopic observation showed that assemblages of 20 nm in diameter, 4.5 nm in height, and with a central hole, which resemble the "disk" structure of wild-type coat protein, existed in the medium Mw fraction. Altogether, this system is expected to be useful in large-scale production of variant recombinant coat proteins for the protein-engineering study of supramolecular assembly. [要旨] タバコモザイクウイルス外被蛋白質はいろいろな超分子構造に自己集合することが知られており、超分子集合の蛋白質工学研究のモデル系として好適である。ここでは、そのような研究への一歩として、タバコモザイクウイルス外被蛋白質の大腸菌での「自動誘導法」による生産、ならびに酸性溶液条件下における簡便な蛋白質精製について報告する。培養液3Lあたり114mgという、従来のIPTG誘導法に比べてずっと多量の、ほぼ均一な外被蛋白質が得られた。サイズ排除クロマトグラフィ法により、pH7.2、150mM NaCl存在下でこの蛋白質は三つの会合状態をとることが示された。すなわち、高分子量、中間分子量(2000k-600k)低分子量(＜40k)の3分画である。原子間力顕微鏡下では、中間分子量分画に、直径20nm、高さ4.5nmで中央に穴の開いた、天然のタバコモザイクウイルス外被蛋白質で知られているディスク構造に似た集合体が観察された。以上、この系は、超分子自己集合体の蛋白質工学研究のために人工的に変異を導入した組換え蛋白質を大量に調製するのに役立つと思われる。【注記】This study was partially supported by the Project Research of the Faculty of Biology-Oriented Science and Technology No.08-II-1,2009-201