酵素断片の「トラップ&リリース」に基づく抗原依存的酵素スイッチ~任意の分子によるタンパク質機能の自由自在な制御を目指して~

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2025-10-16 東京科学大学

Web要約 の発言:
東京科学大学、東北大学、理化学研究所などの共同研究チームは、抗原結合に応じて酵素活性を自在にオン・オフできる抗原依存的酵素スイッチ「Switchbody」を開発した。従来の抗体は抗原を認識するだけであったが、本研究ではNanoLuc酵素を二分割し、それぞれを抗体構造の可変領域に融合。抗原が結合すると分割酵素が近接・再構成して発光活性を回復する仕組みを構築した。これにより、抗原濃度や結合様式に応じたリアルタイムの酵素反応制御が可能となった。さらに、X線結晶構造解析やNMR解析、分子動力学シミュレーションにより、抗原結合に伴う構造変化と酵素再構成の分子メカニズムを解明。高感度なバイオセンシングや診断、細胞シグナル操作など幅広い応用が期待される。成果は『Advanced Science』誌に掲載。

酵素断片の「トラップ&リリース」に基づく抗原依存的酵素スイッチ~任意の分子によるタンパク質機能の自由自在な制御を目指して~
図1. (A)Switchbodyの模式図(B, C)抗原を添加したときのSwitchbodyの発光強度変化(DOI:10.1002/advs.202508422より一部改変)

<関連情報>

抗体に基づく抗原応答性酵素スイッチ「スイッチボディ」とその動作原理 Switchbody, an Antigen-Responsive Enzyme Switch Based on Antibody and Its Working Principle

Takanobu Yasuda, Yoshiyuki Ueno, Masahiko Taguchi, Naoya Tochio, Hiromasa Yagi, Shuma Yazaki, Ryoichi Arai, Bo Zhu, Takanori Kigawa, Hiroshi Ueda, Tetsuya Kitaguchi
Advances Science  Published: 15 September 2025
DOI:https://doi.org/10.1002/advs.202508422

Abstract

An enzyme switch, termed “Switchbody”, is developed by fusing an antibody with a fragment of a split enzyme for the precise regulation of enzyme activity in response to an antigen. A luciferase-based Switchbody is engineered by fusing the NanoLuc luciferase fragment HiBiT to the N-terminus of an antibody. The enzyme activity of the Switchbody increases upon the addition of an antigen in a dose-dependent manner in the presence of the complementary fragment LgBiT and its substrate furimazine, demonstrating the potential of the luciferase-based Switchbody as a biosensor. As its working principle, ELISA shows that the interaction between HiBiT and LgBiT is facilitated by antigen binding. Moreover, X-ray crystallography and NMR reveal the heterogeneous trapped state of the HiBiT region and an increasing motility of HiBiT region upon antigen binding, respectively. MD simulations and luminescence measurements show that antigen disrupted the trapping of HiBiT in the antibody, enabling its release. By applying this “Trap and Release” principle to Protein M, an antibody-binding protein, label-free IgG antibodies are successfully converted into bioluminescent Switchbodies. This adaptable Switchbody platform has the potential to expand switching technology beyond luciferase to various other enzymes in the future.

生物工学一般
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