A study of in vivo cysteine-mediated molecular replacement reactions, based on NMR and MRI methods

• Project/Area Number: 20H03376
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 47020:Pharmaceutical analytical chemistry and physicochemistry-related
• Research Institution: Kumamoto University
• Principal Investigator: Terasawa Hiroaki 熊本大学, 大学院生命科学研究部(薬), 教授 (10300956)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 吉永 壮佐 熊本大学, 大学院生命科学研究部(薬), 講師 (00448515) ; 武田 光広 熊本大学, 大学院生命科学研究部(薬), 助教 (90508558) ; 松島 綱治 東京理科大学, 研究推進機構生命医科学研究所, 教授 (50222427) ; 寺島 裕也 東京理科大学, 研究推進機構生命医科学研究所, 講師 (90538729)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥17,680,000 (Direct Cost: ¥13,600,000、Indirect Cost: ¥4,080,000); Fiscal Year 2022: ¥5,980,000 (Direct Cost: ¥4,600,000、Indirect Cost: ¥1,380,000); Fiscal Year 2021: ¥5,590,000 (Direct Cost: ¥4,300,000、Indirect Cost: ¥1,290,000); Fiscal Year 2020: ¥6,110,000 (Direct Cost: ¥4,700,000、Indirect Cost: ¥1,410,000)
• Keywords: 生体内分子置換反応 / システイン / 炎症シグナリング / ＮＭＲ / ＭＲＩ / NMR / MRI

Outline of Research at the Start

本研究は、システインに作用する化合物を用いて生体内分子置換反応をひき起こすことにより、炎症の要因となるシグナル伝達を担う一連のタンパク質の機能を制御する戦略を確立し、炎症シグナリングを抑制することを目的とする。本研究の成果は、システインを標的としたシグナル伝達制御手法の開発のみならず、次世代の抗炎症薬の開発へと発展すると考える。

Outline of Final Research Achievements

The aim of this study is to suppress inflammation signaling pathways by establishing a strategy to regulate functions of target proteins using in vivo cysteine-mediated molecular replacement reactions.
NMR and MS analyses were applied to the intracellular protein, FROUNT, which binds to chemokine receptors and regulates immune cell migration as the target protein in order to elucidate the inhibitory mechanism of thiol-containing compounds. Functional MRI analyses were also applied to animal models to elucidate the effects of the cysteine-targeting compounds on brain functions.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究グループは、以前、免疫細胞の遊走を制御するタンパク質フロントを同定した。また、フロントが、がんを増悪化させること、および、嫌酒薬ジスルフィラムがフロントに結合して、抗がん作用を示すことを明らかにしてきた。
本研究において、標的タンパク質のアミノ酸の一種（システイン）に作用する化合物を用いて生体内分子置換反応をひき起こすことにより、機能を制御する戦略を提案した。これは、がんをはじめとする炎症性疾患の治療薬を創出する新たな戦略である。

Research Products

• [Journal Article] Rational Design of Monodispersed Mutants of Proteins by Identifying Aggregation Contact Sites Using Solubilizing Agents (2020)
  • Author(s): Tsuji Tatsuichiro、Yoshinaga Sosuke、Takeda Mitsuhiro、Sato Takafumi、Sonoda Akihiro、Ishida Norihito、Yunoki Kaori、Toda Etsuko、Terashima Yuya、Matsushima Kouji、Terasawa Hiroaki
  • Journal Title: Biochemistry Volume: 59 Issue: 39 Pages: 3639-3649
  • DOI: 10.1021/acs.biochem.0c00414
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] NMR and MRS studies of proteins delivered into cultured cells, towards MR analyses of proteins under physiological conditions. (2020)
  • Author(s): Higashi, A., Takeda, M., Yoshinaga, S., and Terasawa, H.
  • Journal Title: Proc. Intl. Soc. Mag. Reson. Med. Volume: 28 Pages: 2986-2986
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Preparation of phosphorylated FROUNT protein, a regulator of chemokine receptors, for structural and functional analyses (2022)
  • Author(s): Uchida, K., Yoshinaga, S., Sato, T., Takeda, M., Terashima, Y., Toda, E., Matsushima, K., and Terasawa, H.
  • Organizer: 日本生物物理学会第６０回年会
• [Presentation] In-cell NMR analysis of the structure of a chemokine-signaling protein and the interaction with its inhibitory compound (2022)
  • Author(s): Sato, T., Udatsu, H., Higashi, A., Takeda, M., Terashima, Y., Toda, Et., Matsushima, K., Yoshinaga, S., and Terasawa, H.
  • Organizer: 第50回日本磁気共鳴医学会大会
• [Presentation] 細胞遊走シグナル制御因子R1-15の立体構造解析と細胞内NMR解析に向けた試料調製 (2022)
  • Author(s): 松村早姫、吉永壮佐、佐藤貴文、武田光広、寺島裕也、遠田悦子、松島綱治、寺沢宏明
  • Organizer: 第１６回日本分子イメージング学会学術集会
• [Presentation] 熱安定性の低いタンパク質のIn-cell NMR解析に向けたタンパク質の培養細胞への導入法の検討 (2022)
  • Author(s): 宇田津晴香、東愛理、佐藤貴文、武田光広、寺島裕也、遠田悦子、松島綱治、吉永壮佐、寺沢宏明
  • Organizer: 第１６回日本分子イメージング学会学術集会
• [Presentation] NMRを用いたタンパク質の細胞内解析に向けた自己会合抑制変異体の利用によるスペクトル改善の試み (2021)
  • Author(s): Higashi, A., Sato, T., Udatsu, H., Yoshinaga, S., Takeda, M., Toda, E., Terashima, Y., Matsusima, K., and Terasawa, H
  • Organizer: 第49回日本磁気共鳴医学会大会
• [Presentation] In-cell NMRを用いたケモカインシグナル制御タンパク質の細胞内における構造評価 (2021)
  • Author(s): 佐藤貴文、吉永壮佐、東愛理、宇田津晴香、武田光広、寺島裕也、遠田悦子、松島綱治、寺沢宏明
  • Organizer: 第１５回日本分子イメージング学会学術集会
• [Presentation] ケモカイン受容体制御因子FROUNTのリン酸化による立体構造とケモカイン受容体結合能への影響の解析 (2021)
  • Author(s): 内田恵介、吉永壮佐、佐藤貴文、武田光広、寺島裕也、遠田悦子、松島綱治、寺沢宏明
  • Organizer: 第１５回日本分子イメージング学会学術集会
• [Presentation] 細胞内環境におけるタンパク質のNMR解析システムの構築 (2021)
  • Author(s): 宇田津晴香、東 愛理、佐藤貴文、武田光広、吉永壮佐、寺沢宏明
  • Organizer: 第１５回日本分子イメージング学会学術集会
• [Presentation] In-cell NMR 測定に向けたタンパク質導入細胞の調製方法の検討 (2021)
  • Author(s): 東 愛理、宇田津晴香、佐藤貴文、武田光広、吉永壮佐、寺沢宏明
  • Organizer: 第１５回日本分子イメージング学会学術集会
• [Presentation] In-cell NMR analysis of an anticancer candidate compound against a chemokine-signaling protein FROUNT (2020)
  • Author(s): Yoshinaga, S., Sato, T., Higashi, A., Takeda, M., Terashima, Y., Toda, E., Matsushima, K., and Terasawa, H.
  • Organizer: 日本生物物理学会第５８回年会
• [Presentation] In-cell analysis of an inhibitory compound against a chemokine-signaling protein with the in-cell NMR method (2020)
  • Author(s): Sato, T., Yoshinaga, S., Higashi, A., Takeda, M., Terashima, Y., Toda, E., Matsushima, K., and Terasawa, H.
  • Organizer: 第４８回日本磁気共鳴医学会大会
• [Presentation] NMR and MRS studies of proteins delivered into cultured cells, towards MR analyses of proteins under physiological conditions (2020)
  • Author(s): Higashi, A., Takeda, M., Yoshinaga, S., and Terasawa, H.
  • Organizer: ISMRM& SMRT Virtual Conference & Exhibition,
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Analysis of BOLD responses against green laser stimulation in a chronic pain animal model after administration of an analgesic candidate (2020)
  • Author(s): Sameshima, M., Yuzuriha, N., Yoshinaga, S., Takeda, M., and Terasawa, H.
  • Organizer: 第４８回日本磁気共鳴医学会大会
• [Presentation] 立体構造解析に向けたタンパク質の溶解度向上戦略 ～立体構造に基づく抗がん剤開発への道～ (2020)
  • Author(s): 吉永壮佐
  • Organizer: 2020年度日本分光学会NMR分光部会 集中講義
  • Invited