Publicly Offered Research
Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
本研究では、研究代表者らが最近開発したリガンドの結合／ 解離を光制御が可能な蛋白質ラベル化技術をユビキチン研究に応用し、生細胞内に発現する標的蛋白質を高い時空間分解能で分解する技術の開発を行う。光を用いることで、細胞内の標的蛋白質を特定のタイミングで特定の細胞あるいは細胞内の特定のオルガネラや部位のみで分解することができる。この蛋白質ラベル化技術を、蛋白質分解制御技術（ PROTACs およびSNIPERs）と融合させることで定量的かつ時空間的な機能解析が可能となり、ユビキチンシステムの理解を目指す多様な研究への展開が可能となる。
ユビキチン－プロテアソームシステム（UPS）を利用して細胞内蛋白質を選択的に分解するPROTACs やSNIPERs などのシステムは、標的タンパク質に結合するリガンドとE3リガーゼに結合するリガンドを連結した二官能性分解誘導剤を用いて、標的蛋白質のポリユビキチン化ならびに分解を誘導する。近年、これらのシステムの創薬応用も始まっているが、最適な分解誘導剤濃度は細胞種やトランスポーター発現量など様々な要因で変動する為、分解の精密制御は必ずしも容易ではなく、細胞内局所での標的蛋白質分解や、細胞ごとに異なるタイミングでの分解制御等の高次応用は達成されていない。そこで、本研究ではUPS を利用した蛋白質分解を可逆的に光制御する技術を開発することを目的に研究を行った。本年度は細胞内で標的とするeDHFRの分解を引き起こすPROTACの作製を行った。ユビキチンE3リガーゼの一つCRBNの基質であるレナリドミドとeDHFRの基質トリメトプリム（TMP）を適当な長さのリンカーでつないだ二官能性リガンド（PROTAC）を合成し、eDHFRの安定発現細胞株の培養液に添加し、ウェスタンブロットによりeDHFRの分解を調べた。その結果、リンカー長に依存して分解活性が変化するものの、十分な分解活性を示すPROTACが得られた。別途開発中のeDHFRのフォトスイッチリガンドとレナリドミドを連結した光応答性PROTACについては現在合成中である。その他、非可逆的に光で活性化する蛋白質ラベル化技術を開発し、細胞内で標的蛋白質を光連結する細胞内局所に局在化させる技術を開発し、論文発表並びにプレス発表を行った。
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 3 results, Open Access: 1 results) Presentation (14 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results, Invited: 3 results) Remarks (2 results)
STAR Protocols
Volume: 2 Issue: 2 Pages: 100395-100395
10.1016/j.xpro.2021.100395
Angewandte Chemie International Edition
Volume: 60 Issue: 20 Pages: 11378-11383
10.1002/anie.202016684
Cell Chemical Biology
Volume: 27 Issue: 12 Pages: 1521-1531
10.1016/j.chembiol.2020.09.003
http://www2.tagen.tohoku.ac.jp/lab/mizukami/
http://www2.tagen.tohoku.ac.jp/lab/news_press/20210408/
