Screen of insect growth regulators that inhibit the novel ecdysteroidogenic enzyme

• Project/Area Number: 15K14719
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Research Field: Bioorganic chemistry
• Research Institution: University of Tsukuba
• Principal Investigator: NIWA Ryusuke 筑波大学, 生命環境系, 准教授 (60507945)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2018-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2017)
• Budget Amount: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000); Fiscal Year 2017: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000); Fiscal Year 2016: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000); Fiscal Year 2015: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000)
• Keywords: 農薬 / 昆虫 / 酵素 / エクジステロイド / グルタチオンS-転移酵素 / グルタチオン S-転移酵素

Outline of Final Research Achievements

This study aims to identify novel insect growth regulators that inhibit the enzymatic activity of Noppera-bo, a glutathione S-transferase essential for ecdysteroid biosynthesis. We utilized our own high-throughput chemical screen system and identified several candidate compounds, including β-estradiol. X-ray crystallographic and biochemical analyses revealed that the inhibitory effect of β-estradiol requires a specific hydrogen bond interaction between β-estradiol and Noppera-bo. Our results provide a novel insight into a design principle for developing practical insect growth regulators impairing ecdysteroid biosynthesis in the future.

Research Products

• [Journal Article] Dual Roles of Glutathione in Ecdysone Biosynthesis and Antioxidant Function During the Larval Development in Drosophila (2017)
  • Author(s): Enya S, Yamamoto C, Mizuno H, Esaki T, Lin H-K, Iga M, Morohashi K, Hirano T, Kataoka H, Masujima H, Shimada-Niwa Y, Niwa R
  • Journal Title: Genetics Volume: 207 Issue: 4 Pages: 1519-1532
  • DOI: 10.1534/genetics.117.300391
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] 昆虫エクジステロイド生合成にかかわる酵素群と昆虫成長制御剤の開発 (2016)
  • Author(s): 丹羽隆介
  • Journal Title: KAGAKU TO SEIBUTSU Volume: 54 Issue: 7 Pages: 508-513
  • DOI: 10.1271/kagakutoseibutsu.54.508
  • NAID: 130006772556
  • ISSN: 0453-073X, 1883-6852
• [Presentation] 昆虫ホルモン生合成調節のケミカルバイオロジー (2018)
  • Author(s): 丹羽隆介
  • Organizer: 日本農芸化学会2018年度大会
  • Invited
• [Presentation] 昆虫ステロイドホルモン生合成制御因子Noppera-boと阻害化合物の生化学的・構造生物学的解析：新規農薬開発に向けて (2018)
  • Author(s): 稲葉和恵、小祝孝太郎、諸橋香奈、塩谷天、荒井怜奈、小島宏建、岡部隆義、長野哲雄、井上英史、藤川雄太、湯本史明、千田俊哉、丹羽隆介
  • Organizer: 日本農芸化学会2018年度大会
• [Presentation] エクジステロイド生合成制御因子Noppera-boの生化学的・構造生物学的解析 (2017)
  • Author(s): 稲葉和恵、小祝孝太郎、諸橋香奈、塩谷天、小島宏建、岡部隆義、長野哲雄、井上英史、藤川雄太、湯本史明、千田俊哉、丹羽隆介
  • Organizer: 第61回日本応用動物昆虫学会
  • Place of Presentation: 東京農工大学小金井キャンパス（東京都・小金井市）
  • Year and Date: 2017-03-28
• [Presentation] 昆虫グルタチオンS-転移酵素Noppera-boと阻害化合物の構造生物学的解析 (2017)
  • Author(s): 稲葉和恵、小祝孝太郎、諸橋香奈、塩谷天、小島宏建、岡部隆義、長野哲雄、井上英史、藤川雄太、湯本史明、千田俊哉、丹羽隆介
  • Organizer: 2016年度量子ビームサイエンスフェスタ
  • Place of Presentation: つくば国際会議場（茨城県・つくば市）
  • Year and Date: 2017-03-14
• [Presentation] X線結晶構造解析を用いた創薬スクリーニングのための自動精密化および評価プログラムの開発 (2017)
  • Author(s): 小祝孝太郎、山田悠介、諸橋香奈、稲葉和恵、湯本史明、丹羽隆介、千田俊哉
  • Organizer: 2016年度量子ビームサイエンスフェスタ
  • Place of Presentation: つくば国際会議場（茨城県・つくば市）
  • Year and Date: 2017-03-14
• [Presentation] 昆虫ステロイドホルモン生合成制御因子Noppera-bo の生化学的・構造生物学的解析に基づく創農薬への展開 (2017)
  • Author(s): 稲葉和恵、荒井怜奈、小祝孝太郎、諸橋香奈、塩谷天、小島宏建、岡部隆義、長野哲雄、井上英史、藤川雄太、湯本史明、千田俊哉、丹羽隆介
  • Organizer: 日本農芸化学会関東支部2017年度大会
• [Presentation] 昆虫の発育を制御する環境にやさしい農薬の研究開発 (2017)
  • Author(s): 丹羽隆介
  • Organizer: 公益財団法人科学技術交流財団研究交流クラブ 第183回定例会
  • Invited
• [Presentation] X-ray crystallographic analysis of the ecdysteroidogenic glutathione S-transferase Noppera-bo and the complex with its inhibitor compounds (2017)
  • Author(s): Arai R, Inaba K, Koiwai K, Morohashi K, Enya S, Kojima H, Okabe T, Nagano T, Inoue H, Fujikawa Y, Yumoto F, Senda T, Niwa R
  • Organizer: The 3rd International Insect Hormone (21st Ecdysone) Workshop
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 昆虫ステロイドホルモン生合成制御因子 Noppera-bo の X線結晶構造解析：活性阻害剤との相互作用と創農薬への知見 (2017)
  • Author(s): 稲葉和恵、小祝孝太郎、諸橋香奈、塩谷天、井上英史、藤川雄太、湯本史明、千田俊哉、丹羽隆介
  • Organizer: 日本農芸化学会2017年度京都大会
  • Place of Presentation: 京都女子大学（京都府・京都市）
• [Presentation] 昆虫ステロイドホルモン生合成制御因子Noppera-bo の構造生物学的解析 (2016)
  • Author(s): 稲葉和恵、諸橋香奈、小祝孝太郎、塩谷天、井上英史、藤川雄太、湯本史明、千田俊哉、丹羽隆介
  • Organizer: 平成28年度 内外環境応答・代謝酵素研究会
  • Place of Presentation: 静岡県立大学（静岡県・静岡市）
  • Year and Date: 2016-09-17
• [Presentation] Discovery of chemical inhibitors for the insect steroidogenic enzyme Noppera-bo (2016)
  • Author(s): Kazue Inaba, Kana Morohashi, Kotaro Koiwai, Sora Enya, Hideshi Inoue, Yuuta Fujikawa, Fumiaki Yumoto, Toshiya Senda, Ryusuke Niwa
  • Organizer: 第12回日本ショウジョウバエ研究集会 (JDRC12)
  • Place of Presentation: 立教大学（東京都・豊島区）
  • Year and Date: 2016-09-10
• [Presentation] Noppera-boのケミカルバイオロジー ～大規模化合物ライブラリーを活用した 昆虫ステロイドホルモン生合成研究の試み～ (2016)
  • Author(s): 丹羽隆介
  • Organizer: 第264回発生研セミナー
  • Place of Presentation: 熊本大学発生医学研究所、熊本県熊本市
  • Year and Date: 2016-02-09
• [Presentation] 創農薬を目指した昆虫グルタチオンS-転移酵素Noppera-boに対する阻害剤スクリーニング (2016)
  • Author(s): 丹羽隆介
  • Organizer: 平成28年度 内外環境応答・代謝酵素研究会
  • Place of Presentation: 静岡県立大学（静岡県・静岡市）
• [Presentation] 昆虫ステロイドホルモン生合成制御因子Noppera-boに対する阻害剤のハイスループットスクリーニング (2015)
  • Author(s): Kana Morohashi, Asami Ogura, Yota Hirano, Sora Enya, Hirotatsu Kojima, Takayoshi Okabe, Tetsuo Nagano, Hideshi Inoue, Yuta Fujisawa, Ryusuke Niwa
  • Organizer: BMB2015（第38回日本分子生物学会年会、第88回日本生化学会大会 合同大会）
  • Place of Presentation: 神戸コンベンションセンター（神戸国際展示場・神戸国際会議場）、兵庫県神戸市
  • Year and Date: 2015-12-01
• [Presentation] 脱皮ホルモン生合成のケミカルバイオロジー（の試み） (2015)
  • Author(s): 丹羽隆介
  • Organizer: 平成27年度蚕糸・昆虫機能利用学術講演会（日本蚕糸学会第85回大会）
  • Place of Presentation: 北海道大学農学部、北海道札幌市
  • Year and Date: 2015-09-26
  • Invited
• [Presentation] 昆虫変態の研究は創農薬の夢を見るか？ (2015)
  • Author(s): 丹羽隆介
  • Organizer: 日本動物学会第86回新潟大会
  • Place of Presentation: 朱鷺メッセ、新潟県新潟市
  • Year and Date: 2015-09-18
• [Remarks] 丹羽-島田研究室
  • URL: https://sites.google.com/site/niwashimadalab/
• [Remarks] 丹羽研究室ウェブページ
  • URL: http://niwa-lab.org/