Establishment of enzymomics platform for discovery of disease-related protein functions

• Project/Area Number: 19H02846
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 37030:Chemical biology-related
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: Komatsu Toru 東京大学, 大学院薬学系研究科(薬学部), 助教 (40599172)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2023-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥17,420,000 (Direct Cost: ¥13,400,000、Indirect Cost: ¥4,020,000); Fiscal Year 2021: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000); Fiscal Year 2020: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000); Fiscal Year 2019: ¥8,450,000 (Direct Cost: ¥6,500,000、Indirect Cost: ¥1,950,000)
• Keywords: ケミカルバイオロジー / 創薬化学

Outline of Research at the Start

生体内には，数千種類を超える酵素が存在するが，いまだ疾患との関わりの理解が得られていない酵素は多く，これらは，未来の創薬標的，バイオマーカー候補としてその機能解明が待たれている．本研究では，酵素の活性を直接的に可視化することのできるケミカルバイオロジーの方法論に基づき，生体サンプル中の酵素活性を網羅的に評価する「enzymomics（enzymeのomics）」の技術開発をおこない，新たな創薬標的，バイオマーカー探索をおこなう技術基盤としてこれを確立することを目指す．

Outline of Final Research Achievements

In this project, we aimed to advance the concept of "enzymomics (omics of enzyme)" approach by giving it comprehensivity and sensitivity. Comprehensivity was realized by utilizing the concept of enzyme coupled assays, and the sensitivity was realized by introducing the single-molecule enzyme activity analysis platform and developing the probes suitable for them. We have accomplished them in the research period.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究を通じて，enzymomics の高度化に繋がる研究成果を，J. Am. Chem. Soc. 誌，Science Advances 誌，Cell Reports 誌などに発表し，分野の発展に努めた．特に，これを利用した疾患診断技術の重要性は世界的にも認知され，activity-based diagnosis という診断技術の意義が提唱されるに至っている．申請者らの研究は，その重要性の認知に先駆けて網羅性，感度を高めた形で実現しており，世界をリードする研究成果を継続的に発表できる基盤が整ったと言える．

Research Products

• [Journal Article] Establishment of live-cell-based coupled assay system for identification of compounds to modulate metabolic activities of cells (2021)
  • Author(s): Yanagi Kouichi、Komatsu Toru、Ogihara Shusuke、Okabe Takayoshi、Kojima Hirotatsu、Nagano Tetsuo、Ueno Tasuku、Hanaoka Kenjiro、Urano Yasuteru
  • Journal Title: Cell Reports Volume: 36 Issue: 1 Pages: 109311-109311
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2021.109311
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Discovery of an F-actin-binding small molecule serving as a fluorescent probe and a scaffold for functional probes (2021)
  • Author(s): Takagi T, Ueno T, Ikawa K, Asanuma D, Nomura Y, Uno S, Komatsu T, Kamiya M, Hanaoka K, Okimura C, Iwadate Y, Hirose K, Nagano T, Sugimura K and Urano Y.
  • Journal Title: Science Advances Volume: 7(47) Issue: 47
  • DOI: 10.1126/sciadv.abg8585
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] MITOL promotes cell survival by degrading Parkin during mitophagy (2021)
  • Author(s): Shiiba Isshin、Takeda Keisuke、Nagashima Shun、Ito Naoki、Tokuyama Takeshi、Yamashita Shun‐Ichi、Kanki Tomotake、Komatsu Toru、Urano Yasuteru、Fujikawa Yuuta、Inatome Ryoko、Yanagi Shigeru
  • Journal Title: EMBO reports Volume: 22 Issue: 3
  • DOI: 10.15252/embr.201949097
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Covalent Self-labeling of Tagged Proteins with Chemical Fluorescent Dyes in BY-2 Cells and Arabidopsis Seedlings (2020)
  • Author(s): Iwatate, J.R., Yoshinari, A., Yagi, N., Grzybowski, M., Ogasawara, H., Kamiya, M., Komatsu, T., Taki, M., Yamaguchi, S., Frommer, W.B. and Nakamura, M.
  • Journal Title: The Plant Cell Volume: 32 Issue: 10 Pages: 3081-3094
  • DOI: 10.1105/tpc.20.00439
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Antibody Clicking as a Strategy to Modify Antibody Functionalities on the Surface of Targeted Cells (2020)
  • Author(s): Komatsu Toru、Kyo Etsu、Ishii Haruki、Tsuchikama Kyoji、Yamaguchi Aiko、Ueno Tasuku、Hanaoka Kenjiro、Urano Yasuteru
  • Journal Title: Journal of the American Chemical Society Volume: 142 Issue: 37 Pages: 15644-15648
  • DOI: 10.1021/jacs.0c05331
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A cytosolically localized far-red to near-infrared rhodamine-based fluorescent probe for calcium ions (2020)
  • Author(s): Numasawa Koji、Hanaoka Kenjiro、Ikeno Takayuki、Echizen Honami、Ishikawa Tomoe、Morimoto Masakazu、Komatsu Toru、Ueno Tasuku、Ikegaya Yuji、Nagano Tetsuo、Urano Yasuteru
  • Journal Title: The Analyst Volume: 145 Issue: 23 Pages: 7736-7740
  • DOI: 10.1039/d0an01739f
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Multiplexed single-molecule enzyme activity analysis for counting disease-related proteins in biological samples (2020)
  • Author(s): Shingo Sakamoto, Toru Komatsu, Rikiya Watanabe, Yi Zhang, Taiki Inoue, Mitsuyasu Kawaguchi, Hidehiko Nakagawa, Takaaki Ueno, Takuji Okusaka, Kazufumi Honda, Hiroyuki Noji, Yasuteru Urano
  • Journal Title: Science Advances Volume: 6 Issue: 11
  • DOI: 10.1126/sciadv.aay0888
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Separation-Based Enzymomics Assay for the Discovery of Altered Peptide-Metabolizing Enzymatic Activities in Biosamples (2019)
  • Author(s): Ichihashi Yuki、Komatsu Toru、Kyo Etsu、Matsuzaki Hiroyuki、Hata Keisuke、Watanabe Toshiaki、Ueno Tasuku、Hanaoka Kenjiro、Urano Yasuteru
  • Journal Title: Analytical Chemistry Volume: 91 Issue: 18 Pages: 11497-11501
  • DOI: 10.1021/acs.analchem.9b03016
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Development of ratiometric carbohydrate sensor based on boron dipyrromethene (BODIPY) scaffold (2019)
  • Author(s): Cheruthu Nusaiba Madappuram、Komatsu Toru、Ueno Tasuku、Hanaoka Kenjiro、Urano Yasuteru
  • Journal Title: Bioorganic & Medicinal Chemistry Letters Volume: 29 Issue: 22 Pages: 126684-126684
  • DOI: 10.1016/j.bmcl.2019.126684
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Metabolic-Pathway-Oriented Screening Targeting S-Adenosyl-l-methionine Reveals the Epigenetic Remodeling Activities of Naturally Occurring Catechols (2019)
  • Author(s): Ogihara Shusuke、Komatsu Toru、Itoh Yukihiro、Miyake Yuka、Suzuki Takayoshi、Yanagi Kouichi、Kimura Yusuke、Ueno Tasuku、Hanaoka Kenjiro、Kojima Hirotatsu、Okabe Takayoshi、Nagano Tetsuo、Urano Yasuteru
  • Journal Title: Journal of the American Chemical Society Volume: 142 Issue: 1 Pages: 21-26
  • DOI: 10.1021/jacs.9b08698
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] 酵素のはたらきを網羅的に見て疾患を知る～１分子計測リキッドバイオプシー技術の確立を目指して～ (2022)
  • Author(s): 小松徹
  • Organizer: 2021 年度第 2 回バイオ単分子研究会
  • Invited
• [Presentation] 抗体クリック反応による細胞表面選択的凝集による細胞機能制御 (2021)
  • Author(s): 小松徹
  • Organizer: 第 2 回 発動分子科学研究会
  • Invited
• [Presentation] 酵素活性の網羅的解析（enzymomics）による疾患関連タンパク質の探索 (2021)
  • Author(s): 小松徹
  • Organizer: ３新学術領域合同シンポジウム
  • Invited
• [Presentation] 酵素活性の網羅的計測（enzymomics）による疾患関連タンパク質の探索 (2021)
  • Author(s): 小松徹
  • Organizer: 第15回次世代を担う若手医療薬科学シンポジウム
  • Invited
• [Presentation] 酵素活性の網羅的計測（enzymomics）による疾患関連タンパク質の探索 (2021)
  • Author(s): 小松徹
  • Organizer: 第71回日本電気泳動学会シンポジウム
  • Invited
• [Presentation] 抗体クリック反応による細胞表面選択的凝集による機能制御 (2021)
  • Author(s): 小松徹, 姜悦, 石井 遥暁, 山口藍子, 土釜恭直, 浦野 泰照
  • Organizer: 第21回日本蛋白質科学会年会
  • Invited
• [Presentation] 血液中１分子酵素活性の網羅的検出による新規疾患関連酵素の探索 (2021)
  • Author(s): 小松徹
  • Organizer: 第75回 日本口腔科学会学術集会
• [Presentation] Diced electrophoresis gel アッセイ法を用いた疾患関連酵素の探索 (2020)
  • Author(s): 小松徹
  • Organizer: 第71回日本電気泳動学会総会（オンライン開催）
  • Invited
• [Presentation] 酵素活性の網羅的解析（enzymomics）に基づく新規疾患診断技術の開発の試み (2020)
  • Author(s): 小松徹
  • Organizer: 東北大学 生命科学研究科生命科学 web セミナー（オンライン）
  • Invited
• [Presentation] Development of Enzymomics Platform for Screening Altered Enzymatic Functions in Diseases (2020)
  • Author(s): Toru Komatsu
  • Organizer: iPoPS 2020
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 物質代謝の局所性の制御と理解を目指すケミカルバイオロジー研究 (2019)
  • Author(s): 小松徹
  • Organizer: 第19回日本蛋白質科学会年会・第71回日本細胞生物学会大会 合同年次大会
  • Invited
• [Presentation] Diced electrophoresis gel 法を用いたがんにおけるペプチド代謝活性異常の網羅的解析 (2019)
  • Author(s): 小松徹
  • Organizer: 日本プロテオーム学会2019年大会／第70回日本電気泳動学会総会
  • Invited
• [Presentation] 緑茶カテキンによる細胞内「メチル化」状態の制御と健康寿命 (2019)
  • Author(s): 小松徹
  • Organizer: 科学的根拠に基づく健康寿命を延ばす会 第15回講演・研究会
  • Invited
• [Presentation] 酵素活性の網羅的探索（enzymomics）に基づく疾患関連タンパク質の探索 (2019)
  • Author(s): 小松徹
  • Organizer: 第92回日本生化学会大会
  • Invited
• [Presentation] Diced electrophoresis gel 法を用いたがんにおけるペプチド代謝活性異常の網羅的解析 (2019)
  • Author(s): 小松徹
  • Organizer: 第69回日本電気泳動学会シンポジウム
  • Invited
• [Book] 酵素のはたらきを見て疾患を知る ～Activity-based diagnosticsの最新動向～ (2021)
  • Author(s): 小松徹, 坂本眞伍, 鏡味優, 浦野泰照
  • Total Pages: 4
  • Publisher: 月刊「細胞」
• [Book] (+)-カテキンを介した大腸がん細胞のヒストンメチル化の減少 (2020)
  • Author(s): 荻原洲介，小松徹，浦野泰照
  • Total Pages: 3
  • Publisher: 一般財団法人 バイオインダストリー協会
• [Book] 1分子計測リキッドバイオプシーの夜明け (2020)
  • Author(s): 小松徹，坂本眞伍，浦野泰照
  • Total Pages: 6
  • Publisher: 日本プロテオーム学会
• [Patent(Industrial Property Rights)] 固相抽出を利用した蛍光プローブライブラリの調整方法、及びこれを用いた酵素活性計測方法 (2021)
  • Inventor(s): 浦野泰照，小松徹，坂本眞伍，渡邉力也
  • Industrial Property Rights Holder: 浦野泰照，小松徹，坂本眞伍，渡邉力也
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Industrial Property Number: 2021-009683
  • Filing Date: 2021