抗原抗体相互作用の動的構造解析を基盤とした高機能抗体の設計

• Project/Area Number: 13J09564
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Biophysics
• Research Institution: Suntory Foundation for Life Sciences
• Principal Investigator: 谷中 冴子 分子科学研究所, 生命・錯体分子科学研究領域, 特任助教
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2016-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2015)
• Budget Amount: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,900,000、Indirect Cost: ¥780,000); Fiscal Year 2015: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000); Fiscal Year 2014: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000); Fiscal Year 2013: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,300,000)
• Keywords: 抗原抗体相互作用 / 動的構造解析 / NMR / 高親和性抗体の設計 / 緩和分散法

Outline of Annual Research Achievements

抗原抗体の結合過程がどのように親和性や選択性へ寄与しているのかということに着目し、NMRを用いて抗原抗体相互作用の動的過程を行った。最終年度の3年目はこれまでの実験結果に基づき、高親和性抗体のデザイン手法立案を進めた。現在、抗体のFv部位の揺らぎを変化させることによる親和性向上手法について、論文化を行っているところである。また、新しいターゲットについて同様の手法を適用することが出来ないかを検討している。引き続き本テーマを進めるためには新規の研究費が必要となる。
1. 変異体の設計法の提案
野生型のHyHEL-10のFvは結合前の状態で大きく揺らいでいるのに対し、結合後は揺らがないということが明らかになった。そこで、結合前で揺らがない状態を達成し、結合後の状態に近づけることで、親和性を向上させることが出来ないか考えた。結合前の揺らぎを指標とし、側鎖が大きく揺らぎの大きい残基をアラニンに置換することで、揺らぎを小さくする方針を取ることとした。また、抗原抗体相互作用界面、埋没残基は直接的に相互作用や構造安定性に影響をあたえるため、変異導入候補から除外した。最終的に、揺らぐ残基全32個の中から10個を選出し、アラニン置換を導入した。その結果、2個の変異体で親和性の向上が見られた。それらの変異体についてNMRを用いた緩和分散法を適用したところ、双方について、抗体のVHドメインで顕著な揺らぎの低下が見られた。この結果は、結合前で揺らがない状態を実現することで、親和性を向上させうることを示すものである。
2. 他の抗体を用いた新規デザイン法の妥当性の評価。
近年、その安定性と収量の良さから、シングルドメイン抗体の創薬としての有用性が取り立たされている。そこで、シングルドメイン抗体において、揺らぎを制御することによる親和性の向上が可能であるかを検証中である。

Research Progress Status

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Revealing the peptide presenting process of human leukocyte antigen through the analysis of fluctuation (2015)
  • Author(s): Saeko Yanaka, Takamasa Ueno, Kouhei Tsumoto, Kenji Sugase
  • Journal Title: BIOPHYSICS Volume: 11 Issue: 0 Pages: 103-6
  • DOI: 10.2142/biophysics.11.103
  • NAID: 130005065482
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] 動的構造解析によるヒト主要組織適合複合体の安定化機構の解明 (2015)
  • Author(s): 谷中冴子
  • Journal Title: 生物物理 Volume: 318 Pages: 101-2
  • NAID: 130005061236
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Peptide-dependent conformational fluctuation determines the stability of the human leukocyte antigen class Ⅰ complex (2014)
  • Author(s): Saeko Yanaka, Takamasa Ueno, Yi Shi, Jianxun Gi, George F. Gao, Kouhei Tsumoto, and Kenji Sugase
  • Journal Title: J Biol Chem. Volume: 268 Issue: 35 Pages: 24680-90
  • DOI: 10.1074/jbc.m114.566174
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Hyperthin nanochains composed of self-polymerizing protein shackles (2013)
  • Author(s): Ryo Matsunaga, Saeko Yanaka, Satoru Nagatoishi, Kouhei Tsumoto
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 4 Issue: 1 Pages: 2211-2211
  • DOI: 10.1038/ncomms3211
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Dynamic stabilisation mechanism of human leukocyte antigen B*35:01 (2015)
  • Author(s): Saeko Yanaka, Takamasa Ueno, Kouhei Tsumoto, and Kenji Sugase
  • Organizer: The 2015 International Chemical Congress of Pacific Basin Societies
  • Place of Presentation: USA, Honolulu, Hawaii Convention Center
  • Year and Date: 2015-12-20
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Structural insights into protein-fate determination in cells (2015)
  • Author(s): Koichi Kato, Maho Yagi-Utsumi, Hirokazu Yagi, Saeko Yanaka, Takumi Yamaguchi, and Tadashi Satoh
  • Organizer: Okazaki Institute for Integrative Bioscience Retreat 2015
  • Place of Presentation: 愛知県、岡崎市、岡崎コンファレンスセンター
  • Year and Date: 2015-12-10
  • Invited
• [Presentation] Replica-exchange molecular dynamics simulation of N-glycans in Fc complexed with FcγRIIIa (2015)
  • Author(s): Yoshitake Sakae, Takumi Yamaguchi, Tadashi Sato, Saeko Yanaka, Koichi Kato, and Yuko Okamoto
  • Organizer: The 4th International Symposium on Dynamical Ordering of Biomolecular Systems for Creation of Integrated Functions
  • Place of Presentation: 福岡県、福岡市、九州大学西新プラザ
  • Year and Date: 2015-11-23
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] FcγⅢ受容体との相互作用における抗体のダイナミックな構造変化 (2015)
  • Author(s): 與語理那，矢木宏和，谷中冴子，矢木真穂，加藤晃一
  • Organizer: 日本病院薬剤師会東海ブロック・日本薬学会東海支部合同学術大会2015
  • Place of Presentation: 愛知県、名古屋市、名城大学
  • Year and Date: 2015-11-01
• [Presentation] NMRを用いた動的構造解析から、ヒト主要組織適合複合体における、ゆらぎの役割を考える (2015)
  • Author(s): 谷中冴子
  • Organizer: 第3回生体分子サイエンスセミナー
  • Place of Presentation: 神奈川県、横浜市、東京工業大学
  • Year and Date: 2015-08-31
  • Invited
• [Presentation] ヒト主要組織適合複合体の動的構造解析からタンパク質の揺らぎの役割を考える (2015)
  • Author(s): 谷中冴子
  • Organizer: 神戸大先端融合科学シンポジウム
  • Place of Presentation: 神戸大学
  • Year and Date: 2015-01-19
  • Invited
• [Presentation] The dynamic peptide recognition and stabilization mechanism of Human Leukocyte Antigen B*35:01 (2014)
  • Author(s): Saeko Yanaka
  • Organizer: The 11th Japan-Korea Bilateral Symposium on Biological NMR
  • Place of Presentation: Osaka University
  • Year and Date: 2014-12-19
  • Invited
• [Presentation] NMRを用いた動的構造解析により明らかとなった、ヒト主要組織適合複合体の動的なペプチド認識及び構造維持機構 (2014)
  • Author(s): 谷中冴子、菅瀬 謙治、上野 貴将、津本 浩平
  • Organizer: 第52回日本生物物理学会年会
  • Place of Presentation: 札幌コンベンションセンター
  • Year and Date: 2014-09-25
  • Invited
• [Presentation] The dynamic peptide recognition and stabilization mechanism of Human Leukocyte Antigen B*35:01 (2014)
  • Author(s): Saeko Yanaka, Takamasa Ueno, Kouhei Tsumoto, Kenji Sugase
  • Organizer: The 28th Symposium of the Protein Society
  • Place of Presentation: Manchester Grand Hyatt San Diego
  • Year and Date: 2014-07-28
  • Invited
• [Presentation] NMRを用いたヒト主要組織適合複合体の動的なペプチド認識機構及び構造維持機構の解明 (2013)
  • Author(s): 谷中冴子、菅瀬謙治、上野貴将、津本浩平
  • Organizer: 第52回NMR討論会
  • Place of Presentation: 石川音楽堂
  • Year and Date: 2013-11-13
• [Presentation] Peptide recognition and stabilization mechanism of Human Leukocyte Antigen B^* 35:01 (2013)
  • Author(s): Saeko Yanaka, Takamasa Ueno, Yi Shi, Jianxun Qi, George F Gao, Kouhei Tsumoto, Kenji Sugase
  • Organizer: 5^<th> Asia-Pacific NMR Symposium
  • Place of Presentation: Brisbane, BCEC
  • Year and Date: 2013-10-28
• [Presentation] ヒト主要組織適合複合体の動的なペプチド認識及び構造維持機構 (2013)
  • Author(s): 谷中冴子、菅瀬謙治、上野貴将、津本浩平
  • Organizer: 第13回日本蛋白質科学会
  • Place of Presentation: とりぎん文化会館
  • Year and Date: 2013-06-13
  • Invited
• [Remarks]
  • URL: http://www.sunbor.or.jp/topics/file/topics_2014_01.pdf
• [Remarks]
  • URL: http://www.sunbor.or.jp/topics/file/topics_2013_05.pdf