Chemical Challenge for Elucidation of the Molecular Mechanism of Lipid Peroxidation-mediated Necrosis

• Project/Area Number: 21H05029
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (S)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Broad Section E
• Research Institution: Institute of Physical and Chemical Research
• Principal Investigator: 袖岡 幹子 国立研究開発法人理化学研究所, 環境資源科学研究センター, グループディレクター (60192142)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 田中 正人 東京薬科大学, 生命科学部, 教授 (00294059) ; どど 孝介 国立研究開発法人理化学研究所, 環境資源科学研究センター, 専任研究員 (20415243)
• Project Period (FY): 2021-07-05 – 2026-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2024)
• Budget Amount: ¥184,080,000 (Direct Cost: ¥141,600,000、Indirect Cost: ¥42,480,000); Fiscal Year 2025: ¥44,980,000 (Direct Cost: ¥34,600,000、Indirect Cost: ¥10,380,000); Fiscal Year 2024: ¥44,980,000 (Direct Cost: ¥34,600,000、Indirect Cost: ¥10,380,000); Fiscal Year 2023: ¥44,980,000 (Direct Cost: ¥34,600,000、Indirect Cost: ¥10,380,000); Fiscal Year 2022: ¥38,610,000 (Direct Cost: ¥29,700,000、Indirect Cost: ¥8,910,000); Fiscal Year 2021: ¥10,530,000 (Direct Cost: ¥8,100,000、Indirect Cost: ¥2,430,000)
• Keywords: ネクローシス / 脂質過酸化 / フェロトーシス / ネトーシス

Outline of Research at the Start

これまでに、低分子化合物の標的タンパク質の同定や複合体のパートナータンパク質の同定を可能にする独自技術として、コンパクトな蛍光団であるNBDを利用したTurn-ON蛍光アフィニティーラベル化法を開発してきた。本研究では、このNBD法を用いてIM誘導体やNETosis制御化合物の標的タンパク質（複合体）を同定し、脂質過酸化が関与するネクローシスの制御機構を明らかにする。

Outline of Annual Research Achievements

我々はこれまでに、酸化ストレスにより誘導されるネクローシス（壊死）様の細胞死を選択的に抑制するIndolylmaleimide（IM）誘導体IM-54を開発し、本ネクローシスに脂質過酸化が関与していることを明らかにするとともに、心虚血再灌流障害モデルにIM誘導体が抑制効果を示すことも見出した。本研究では、IM誘導体を用いて本ネクローシスの制御機構を明らかにする事を目的とする。その際には、我々がこれまで開発してきたコンパクトな蛍光団であるNBDを利用したTurn-ON蛍光アフィニティーラベル化法を用いて、標的タンパク質の同定を進めることを計画する。さらに、脂質過酸化が関与するプログラム細胞死の１つであるNETosisに関してもIM誘導体による抑制が見られる事から、何らかの共有するメカニズムを想定し、独自に開発したNETosis制御化合物を鍵としてその解析を進める。
昨年度までにIM誘導体に関して様々なNBDプローブを得ることに成功していることから、本年度はこれを用いて細胞内の結合タンパク質を同定することを進めた。その結果、特定のオルガネラに関連するタンパク質を複数同定することに成功した。また、NETosis制御化合物に関しては様々な構造活性相関研究を行い、活性を維持したNBDプローブを得ることに成功した。さらにNBDプローブを多数開発することに成功したことで、今後その結合蛋白質を並行して複数解析する必要があることから、NBDで標識された蛋白質を網羅的に多検体同時に解析することができる基盤構築も進めた。その結果、これまでに得られてきた解析結果と遜色ない結果を、迅速かつ網羅的に得ることができる条件を確立した。一方で標的既知の化合物ライブラリーから標的とする細胞死を阻害できる化合物をスクリーニングし、新たな阻害剤を発見することに成功した。さらにその既知標的蛋白質が細胞死に関与するかどうかを検証したところ、新しい細胞死関連タンパク質を同定することに成功した。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

本年度は計画通り、細胞死制御化合物の構造展開とNBDプローブの開発をおおよそ完了することができた。一部はその解析にも着手しているが、今後多くのサンプルを同時に解析することを考慮し、多検体を同時に処理できるプラットフォームの確立も行った。得られたNBDプローブおよび解析プラットフォームを用いて標的同定を進める予定である。

Strategy for Future Research Activity

IM誘導体およびNETosis制御化合物のNBDプローブを用いて解析を進める。その際には、これまでに確立した多検体を同時に解析することができるプラットフォームを利用する。さらに同定された結合タンパク質に関しては、特異的な阻害剤や遺伝子編集技術を用いたノックアウト実験などを行って、細胞死に関連するかどうか検証し、真の標的蛋白質の同定を目指す。

Assessment Rating

Interim Assessment Comments (Rating)

A: In light of the aim of introducing the research area into the research categories, the expected progress has been made in research.

Research Products

• [Journal Article] The early neutrophil-committed progenitors aberrantly differentiate into immunoregulatory monocytes during emergency myelopoiesis (2023)
  • Author(s): Ikeda N, Kubota H, Suzuki R, Morita M, Yoshimura A, Osada Y, Kishida K, Kitamura D, Iwata A, Yotsumoto S, Kurotaki D, Nishimura K, Nishiyama A, Tamura T, Kamatani T, Tsunoda T, Murakawa M, Asahina Y, Hayashi Y, Harada H, Harada Y, Yokota A, Hirai H, Seki T, Kuwahara M, Yamashita M, Shichino S, Tanaka M, Asano K.
  • Journal Title: Cell Reports Volume: 42 Issue: 3 Pages: 112165-112165
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2023.112165
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] ケミカルバイオロジーを用いた細胞死の解析 (2022)
  • Author(s): どど孝介, 袖岡幹子
  • Journal Title: 医学のあゆみ 「細胞死のすべて―そのメカニズムと，生命現象・疾患との関わり」 Volume: 283 Pages: 540-549
• [Journal Article] ネトーシスの誘導機構とその感染症における役割 (2022)
  • Author(s): 四元聡志, 田中正人
  • Journal Title: 医学のあゆみ 「細胞死のすべて―そのメカニズムと，生命現象・疾患との関わり」 Volume: 283 Pages: 354-358
• [Journal Article] 新しい単球サブセットによるがん転移促進 (2022)
  • Author(s): 四元聡志, 田中正人
  • Journal Title: 実験医学増刊 「シン・マクロファージ: あらゆる疾患を制御する機能的多様性」 Volume: 40 Pages: 739-743
• [Journal Article] CD169-positive macrophages enhance abscopal effect of radiofrequency ablation therapy in liver cancer (2022)
  • Author(s): Song Xiaojia、Li Na、Liu Yuan、Wang Zehua、Wang Tixiao、Tan Siyu、Li Chunyang、Qiu Chunhong、Gao Lifen、Asano Kenichi、Tanaka Masato、Liang Xiaohong、Liu Xinyong、Ma Chunhong
  • Journal Title: Translational Oncology Volume: 15 Issue: 1 Pages: 101306-101306
  • DOI: 10.1016/j.tranon.2021.101306
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] CD169+ macrophages in lymph node and spleen critically depend on dual RANK and LTbetaR signaling (2022)
  • Author(s): Camara Abdouramane、Lavanant Alice C.、Abe Jun、Desforges Henri Lee、Alexandre Yannick O.、Girardi Erika、Igamberdieva Zinaida、Asano Kenichi、Tanaka Masato、Hehlgans Thomas、Pfeffer Klaus、Pfeffer Sebastien、Mueller Scott N.、Stein Jens V.、Mueller Christopher G.
  • Journal Title: Proceedings of the National Academy of Sciences Volume: 119 Issue: 3
  • DOI: 10.1073/pnas.2108540119
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Oxidized Phospholipids and Neutrophil Elastase Coordinately Play Critical Roles in NET Formation (2021)
  • Author(s): Tokuhiro Takuto、Ishikawa Akane、Sato Haruka、Takita Shunya、Yoshikawa Ayuri、Anzai Ryoko、Sato Shinichi、Aoyagi Ryohei、Arita Makoto、Shibuya Takumi、Aratani Yasuaki、Shimizu Shigeomi、Tanaka Masato、Yotsumoto Satoshi
  • Journal Title: Frontiers in Cell and Developmental Biology Volume: 9 Pages: 718586-718586
  • DOI: 10.3389/fcell.2021.718586
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Pathogenic roles and therapeutic potential of the CCL8-CCR8 axis in a murine model of IgG4-related sialadenitis (2021)
  • Author(s): Honda Fumika、Tsuboi Hiroto、Ono Yuko、Abe Saori、Takahashi Hiroyuki、Ito Kiyoaki、Yamada Kazunori、Kawano Mitsuhiro、Kondo Yuya、Asano Kenichi、Tanaka Masato、Malissen Marie、Malissen Bernard、Matsumoto Isao、Sumida Takayuki
  • Journal Title: Arthritis Research & Therapy Volume: 23 Issue: 1 Pages: 214-214
  • DOI: 10.1186/s13075-021-02597-6
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Tissue-resident macrophages promote early dissemination of multiple myeloma via IL-6 and TNFα (2021)
  • Author(s): Akhmetzyanova Ilseyar、Aaron Tonya、Galbo Phillip、Tikhonova Anastasia、Dolgalev Igor、Tanaka Masato、Aifantis Iannis、Zheng Deyou、Zang Xingxing、Fooksman David
  • Journal Title: Blood Advances Volume: 5 Issue: 18 Pages: 3592-3608
  • DOI: 10.1182/bloodadvances.2021005327
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] 酸化ストレス誘導性ネクローシスの抑制剤開発 (2021)
  • Author(s): どど孝介, 袖岡幹子
  • Journal Title: 細胞 Volume: 53 Pages: 743-746
• [Journal Article] フェロトーシスと創薬 (2021)
  • Author(s): どど孝介
  • Journal Title: 臨床免疫・アレルギー科 Volume: 76 Pages: 216-220
• [Presentation] 重水素を用いた低分子化合物の生細胞ラマンイメージングの新展開 (2022)
  • Author(s): 江越脩祐、どど孝介，大金賢司，袖岡幹子
  • Organizer: 日本ケミカルバイオロジー学会第16回年会
• [Presentation] 酸化リン脂質による好中球細胞死の誘導 (2022)
  • Author(s): 四元聡志, 田中正人
  • Organizer: 第64回日本脂質生化学会
  • Invited
• [Presentation] Chemistry for Imaging and Target Identification of Bioactive Small Molecules (2022)
  • Author(s): Mikiko Sodeoka
  • Organizer: 22nd Tetrahedron Symposium
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 重水素を利用したγ-リノレン酸の作用機序解析と新規ラマンタグへの展開 (2022)
  • Author(s): どど孝介, 江越脩祐, 佐藤綾人, 田村結城, 大金賢司, 藤原広一, 大沼可奈, 中尾周平, 寺山直樹, 袖岡幹子
  • Organizer: 第39回メディシナルケミストリーシンポジウム
• [Presentation] Chemistry for Imaging and Target Identification of Bioactive Small Molecules (2022)
  • Author(s): Mikiko Sodeoka
  • Organizer: 22nd Tateshina Conference,
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Chemical Probe -Innovative Chemical Tools for Cell Analysis (2022)
  • Author(s): Kosuke Dodo
  • Organizer: 2022 International Symposium on Micro-NanoMechatronics and Human Science (MHS2022)
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Application of Deuterium for Mechanistic Study of γ-Linolenic Acid and Development of Novel Raman Tags (2022)
  • Author(s): Kosuke Dodo, Syusuke Egoshi, Ayato Sato, Yuki Tamura, Kenji Ohgane, Koichi Fujiwara, Kana Oonuma, Shuhei Nakao, Naoki Terayama, Mikiko Sodeoka
  • Organizer: International Chemical Biology Society (ICBS) 11th Annual Conference
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 酸化ストレスによるネクローシスを制御する化合物の開発：フェロトーシス研究への展開 (2022)
  • Author(s): どど孝介
  • Organizer: 日本薬学会第142年会
  • Invited
• [Presentation] 細胞死制御鍵化合物 (2022)
  • Author(s): 袖岡幹子
  • Organizer: 日本化学会第102春期年会
• [Presentation] 酸化ストレス誘導性ネクローシスを制御する化合物の開発：フェロトーシスとの関連性 (2021)
  • Author(s): どど孝介
  • Organizer: 第29回日本Cell Death学会
  • Invited
• [Presentation] Chemical Approach for Lipid Peroxidation-mediated Cell Death (2021)
  • Author(s): Kosuke Dodo
  • Organizer: Seminar Series Liaison, Australasian Cell Death Society
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 酸化ストレスにより誘導されるネクローシスへの化学的アプローチ (2021)
  • Author(s): 袖岡幹子
  • Organizer: 第94回日本生化学会大会
  • Invited