Molecular basis of structure-based drug design

• Project/Area Number: 18590276
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Research Field: General medical chemistry
• Research Institution: Nippon Medical School
• Principal Investigator: OKAMOTO Ken Nippon Medical School, 医学部, 准教授 (60267143)
• Project Period (FY): 2006 – 2008
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2008)
• Budget Amount: ¥4,100,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥600,000); Fiscal Year 2008: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2007: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2006: ¥1,500,000 (Direct Cost: ¥1,500,000)
• Keywords: キサンチン酸化還元酵素 / 構造ベース創薬 / エックス線結晶構造 / X線結晶構造 / 抗痛風薬 / X線結晶構造解析 / 阻害剤

Research Abstract

(1) XDH阻害剤複合体のデータ収集、精密化
ウシXDHと国内で開発した数種類の阻害剤との複合体の構造解析を行なった。今年度は天然に存在する不活性型酵素であるデサルフォ型酵素との複合体につきデータ収集、精密化を行い、完了した。生体内ではデサルフォ型酵素はXDHの総量の20~30%を占めており、活性中心モリブデンに配位している硫黄原子のひとつが酸素に置き換わっている。デサルフォ型酵素が活性型にコンバートされることにより活性調節を行う機構も考えられている。デサルフォ型酵素と各種阻害剤の構造を解明することは阻害剤の阻害機構解明、酵素反応機構解明のための重要な知見となる。
(2) 構造ベース創薬の試み
上記研究の知見に基づき、酵素と安定な反応中間体を形成し酵素反応を強力に阻害する化合物を国内製薬会社と共同で設計した。同化合物とXDHとの複合体結晶構造を作成中である。
(3) ラットXDHおよび変異酵素の結晶化、データ収集、精密化。
哺乳類XDHは構造変化を起こすことで活性酸素生成の制御をおこなっていることをラット酵素蛋白質の変異体についてX線結晶解析により構造解析を行い明らかにした。これらの研究は本酵素蛋白質が乳汁分泌に係わることを意味し、系統発生における蛋白質の使い分けという興味ある課題である。本プロジェクトの推進により得られた知見により、活性変換にかかわる新たなファクターとして酵素タンパクのC末端が関与していることが予想された。今年度はC末端欠失変異酵素を作成、結晶化し、データ収集を行った。現在精密化作業を行っている。

Research Products

• [Journal Article] Mechanism of inhibition of xanthine oxidoreductase by allopurinol : crystal structure of reduced bovine milk xanthine oxidoreductase bound with oxipurinol (2008)
  • Author(s): Okamoto K, Eger BT, Nishino T, Pai EF, Nishino T
  • Journal Title: Nucleosides Nucleotides Nucleic Acids 6 Pages: 888-893
• [Journal Article] Dimer-oligomer interconversion of wild-type and mutant rat 2-Cys peroxiredoxin : disulfide formation at dimer-dimer interfaces is not essential for decamerization (2008)
  • Author(s): Matsumura T, Okamoto K, Iwahara S, Hori H, Takahashi Y, Nishino T, Abe Y
  • Journal Title: J Biol Chem 283 Pages: 284-293
• [Journal Article] Mammalian xanthine oxidoreductase- mechanism of transition from xanthine dehydrogenase to xanthine oxidase (2008)
  • Author(s): Nishino Tomoko, Okamoto Ken, Eger Bryan T, Pai Emil F, Nishino Takeshi
  • Journal Title: FEBS J 275 Pages: 3278-3289
• [Journal Article] Crystal structures of mammalian xanthine oxidoreductase bound with various inhibitors : allopurinol, febuxostat, and FYX-051 (2008)
  • Author(s): Ken Okamoto and Takeshi Nishino
  • Journal Title: J Nippon Med Sch 75 Pages: 2-3
  • NAID: 130004057313
• [Journal Article] モリブデンによる水酸化反応中間体の構造と反応機構 (2008)
  • Author(s): 岡本研、西野武士
  • Journal Title: 生化学 80 Pages: 531-539
  • NAID: 10021192278
• [Journal Article] 尿酸生成抑制薬 (2008)
  • Author(s): 岡本研
  • Journal Title: 日本臨床 66 Pages: 748-753
• [Journal Article] Mechanism of inhibition of xant allopurinol : crystal structure of reduced bovine milk xanthine oxidoreductase bound with oxipurinol. (2008)
  • Author(s): Okamoto K, Eger BT, Nishino T, Pai EF, Nishino T
  • Journal Title: Nucleosides Nucleotides Nucleic Acids. 6 Pages: 888-893
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Dimer-oligomer interconversion of wild-type and mutant rat2-Cys peroxiredoxin : disulfide formation at dimer-dimer interfaces is not essential for decamerization. (2008)
  • Author(s): Matsumura T, Okamoto K, Iwahara S, Hori H, Takahashi Y, Nishino T, Abe Y
  • Journal Title: J Biol Chem. 283 Pages: 284-293
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Ken Okamoto and Takeshi Nishino (2008) Crystal structures of mammalian xanthine oxidoreductase bound with various inhibitors : allopurinol, febuxostat, and FYX-051. (2008)
  • Author(s): Ken Okamoto, Takeshi Nishino
  • Journal Title: J Nippon Med Sch. 75 Pages: 2-3
• [Journal Article] モリブデンによる水酸化反応中間体の構造と反応機構 (2008)
  • Author(s): 岡本研, 西野武士
  • Journal Title: 生化学 80 Pages: 531-539
  • NAID: 10021192278
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Crystal Structures of Mammalian Xanthine Oxidoreductase Bound with Various Inhibitors: Allopurinol, Febuxostat, and FYX-051 (2008)
  • Author(s): Ken Okamoto
  • Journal Title: Journal of Nippon Medical School 75 Pages: 2-3
  • NAID: 130004057313
• [Journal Article] Human xanthine oxidase changes its substrate specificity to aldehyde oxidase type upon mutation of amino acid residues in the active site : roles of active site residues in binding and activation of purine substrate (2007)
  • Author(s): Yamaguchi Y, Matsumura T, Ichida K, Okamoto K, Nishino T
  • Journal Title: J Biochem 141 Pages: 513-524
  • NAID: 10020100078
• [Journal Article] Two mutations convert mammalian xanthine oxidoreductase to highly superoxide-productive xanthine oxidase (2007)
  • Author(s): Asai R, Nishino T, Matsumura T, Okamoto K, Igarashi K, Pai EF, Nishino T
  • Journal Title: J Biochem 141 Pages: 525-534
  • NAID: 10020100130
• [Journal Article] 結晶構造からみた尿酸生成抑制剤の阻害機構 (2007)
  • Author(s): 岡本研
  • Journal Title: 日医大医会誌 3 Pages: 83-88
  • NAID: 130004941884
• [Journal Article] Human Xanthine Oxidase Changes Its Substrate Specificity to Aldehyde Oxidase Type upon Mutation of Amino Acid Residues in the Active Site : Roles of Active Site Residues in Binding and Activation of Purine Substrate. (2007)
  • Author(s): Yuichiro Yamaguchi.
  • Journal Title: Journal of Biochemistry 10.1093/jb/mvm053
• [Journal Article] Two Mutations Convert Mammalian Xanthine Oxidoreductase to Highly Superoxide-Productive Xanthine Oxidase. (2007)
  • Author(s): Ryosuke Asai
  • Journal Title: Journal of Biochemistry 10.1093/jb/mvm054
• [Journal Article] 酵素のかたちにあわせた痛風治療薬(特集タンパク質のかたちと病気) (2006)
  • Author(s): 岡本研、西野武士
  • Journal Title: バイオニクス 3 Pages: 36-41
  • NAID: 40007250647
• [Journal Article] XORによる活性酸素生成機構 : レドックスシグナル発生の分子基盤 (2006)
  • Author(s): 岡本 研
  • Journal Title: 実験医学 24・12 Pages: 1724-1730
• [Presentation] 結晶構造から見たキサンチン酸化還元酵素阻害剤の阻害機構の解明 (2008)
  • Author(s): 岡本研
  • Organizer: 第41回痛風核酸代謝学会学会賞受賞講演
  • Place of Presentation: 福井
• [Presentation] Substrate Binding Mode of Xanthine Oxidoreductase (2008)
  • Author(s): Ken Okamoto, Tomohiro Matsumura, Kusano Teruo, Koji Matsumoto, Takeshi Nishino
  • Organizer: 日本生化学会
  • Place of Presentation: 神戸
• [Presentation] X-ray structural and molecular biological analyses of various species of xanthine oxidase(dehydrogenase) (2007)
  • Author(s): Ken Okamoto
  • Organizer: Gordon Research Conferences
  • Place of Presentation: New London, USA
• [Presentation] Potent inhibitors of xanthine oxidoreductase : Mechansims of inhibition and crystal structures of the enzyme-inhibitor complexes (2007)
  • Author(s): Okamoto, K.
  • Organizer: 12th International Symposium on Purine and Pyrimidine Metabolism in Man
  • Place of Presentation: Chikago USA
• [Presentation] Substrate Binding Mode of Mammalian XOR; Implications for Hydroxylation Mechanism. (2007)
  • Author(s): Ken Okamoto
  • Organizer: Gordon research conference
  • Place of Presentation: Boston
• [Presentation] Potent Inhibitors of Xanthine Oxidoreductase: Mechanisms of Inhibition and Crystal Structures of the Enzyme-Inhibitor Complexes. (2007)
  • Author(s): Ken Okamoto
  • Organizer: International congress of purine and pyrimidine methabolism in man.
  • Place of Presentation: Chicago