プロテアソーム分解過程可視化蛍光プローブの開発と新規プロテアソーム阻害剤の探索

• Project Area: New frontier for ubiquitin biology driven by chemo-technologies
• Project/Area Number: 21H00290
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Complex systems
• Research Institution: Nagoya City University
• Principal Investigator: 川口 充康 名古屋市立大学, 医薬学総合研究院(薬学), 講師 (10735682)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2023-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥5,200,000 (Direct Cost: ¥4,000,000、Indirect Cost: ¥1,200,000); Fiscal Year 2022: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000); Fiscal Year 2021: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000)
• Keywords: ユビキチン / 阻害剤 / 蛍光プローブ / PROTAC / イメージングプローブ / プロテアソーム / UPS / スクリーニング

Outline of Research at the Start

プロテアソーム阻害剤が抗がんとして開発・臨床応用されて以来、プロテアソーム阻害剤の薬効、潜在性に注目が集まっている。しかし、それに耐性を示す症例も散見されるため新規作用機序を持つプロテアソーム阻害剤の開発が望まれる。本研究では、蛍光プローブ自身を分解基質と見立て、プロテアソーム分解過程を全てモニターできる技術を開発する。それを応用すればこれまでにない標的を狙ったプロテアソーム阻害剤の探索が実現できる。

Outline of Annual Research Achievements

がん細胞はユビキチン-プロテアソーム系(UPS)が活性化しているため、UPSを阻害することはがんの増殖抑制につながる。これまでにUPSを標的にした創薬研究が進められボルテゾミブなどが臨床応用されているが、耐性が生じやすいなど問題点が指摘されている。そこで、UPS阻害を狙った新たな標的分子の探索が重要だと考えられるが、従来の方法ではその探索は容易ではない。そこで、本研究ではプローブ分子自身がUPSの全てを辿り始めて蛍光性が変化する従来にない蛍光プローブの開発を目指している。これが達成されれば、従来のプロテアソーム活性阻害剤に限らず、この経路に関わる全ての酵素活性・相互作用などを標的とした阻害剤探索が可能になると考えた。その蛍光プローブ開発に関して、具体的にはPROTACの分子内にリジン残基を混在させ、PROTAC分子自身をユビキチン化させることを考えた。蛍光分子、リジン残基、ユビキチンリガーゼのリガンドの三者を持つプローブ分子を20個ほど合成することに成功し、プローブ開発の効率化を図るために固相合成のみでその合成が可能になるよう分子設計の変更を模索し新たなプローブの開発にも成功した。また、合成したプローブを用いてin vitro ubiquitylation assayを行い、in-gel fluorescenceを観察したところ幾つかの蛍光プローブにおいてユビキチン化が進行することが示唆された。この結果は、タンパク質に限らずE3リガーゼと基質の複合体が適切に配向しさえすれば小分子基質でもユビキチン化が起こりうることを示唆する。今後、得られた結果を慎重に解析し新たなプローブ開発、UPS阻害剤開発へ応用する予定である。

Research Progress Status

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] An Optochemical Oxygen Scavenger Enabling Spatiotemporal Control of Hypoxia (2023)
  • Author(s): Ieda Naoya、Sawada Masato、Oguchi Runa、Itoh Masato、Hirakata Seina、Saitoh Daisuke、Nakao Akito、Kawaguchi Mitsuyasu、Sawamoto Kazunobu、Yoshihara Toshitada、Mori Yasuo、Nakagawa Hidehiko
  • Journal Title: Angewandte Chemie International Edition Volume: 62 Issue: 20
  • DOI: 10.1002/anie.202217585
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Photoinduced NO-release from polymer dots doped with an Ir(<scp>iii</scp>) complex and <i>N</i>-methyl-<i>N</i>-nitroso-4-aminophenol (2023)
  • Author(s): Saitoh Daisuke、Suzuki Ayumi、Ieda Naoya、Liu Zuoyue、Osakada Yasuko、Fujitsuka Mamoru、Kawaguchi Mitsuyasu、Nakagawa Hidehiko
  • Journal Title: Organic &amp; Biomolecular Chemistry Volume: 21 Issue: 14 Pages: 2983-2989
  • DOI: 10.1039/d3ob00047h
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Ascorbate-assisted nitric oxide release from photocontrollable nitrosonium ion releasers for potent <i>ex vivo</i> photovasodilation (2022)
  • Author(s): Ieda Naoya、Yoshikawa Yuka、Tomita Natsumi、Ohkubo Kei、Hotta Yuji、Kawaguchi Mitsuyasu、Kimura Kazunori、Nakagawa Hidehiko
  • Journal Title: Chemical Communications Volume: 58 Issue: 60 Pages: 8420-8423
  • DOI: 10.1039/d2cc03193k
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Development of Nucleoside Diphosphate-Bearing Fragile Histidine Triad-Imaging Fluorescence Probes with Well-Tuned Hydrophobicity for Intracellular Delivery (2022)
  • Author(s): Kawaguchi Mitsuyasu、Furuse Yuri、Ieda Naoya、Nakagawa Hidehiko
  • Journal Title: ACS Sensors Volume: 7 Issue: 9 Pages: 2732-2742
  • DOI: 10.1021/acssensors.2c01273
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Stereochemistries of mariannamides C and D, two lipohexapeptides, isolated from Mariannaea elegans NBRC102301 (2022)
  • Author(s): Kan’ichiro Ishiuchi, Akiho Nagumo, Mitsuyasu Kawaguchi, Honoka Furuyashiki, Hidehiko Nakagawa, Dai Hirose
  • Journal Title: Heterocycles Volume: 104 Issue: 10 Pages: 1822-1835
  • DOI: 10.3987/com-22-14728
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Live-Cell Imaging of Sirtuin Activity Using a One-Step Fluorescence Probe (2021)
  • Author(s): Mitsuyasu Kawaguchi, Hidehiko Nakagawa
  • Journal Title: Methods in molecular biology Volume: 2274 Pages: 155-168
  • DOI: 10.1007/978-1-0716-1258-3_14
  • ISBN: 9781071612576, 9781071612583
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A Set of Highly Sensitive Sirtuin Fluorescence Probes for Screening Small-Molecular Sirtuin Defatty-Acylase Inhibitors (2021)
  • Author(s): Yuya Nakajima, Mitsuyasu Kawaguchi, Naoya Ieda, Hidehiko Nakagawa
  • Journal Title: ACS Medicinal Chemistry Letters Volume: 12 Issue: 4 Pages: 617-624
  • DOI: 10.1021/acsmedchemlett.1c00010
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] FKBP51 and FKBP52 regulate androgen receptor dimerization and proliferation in prostate cancer cells (2021)
  • Author(s): Maeda Keisuke、Habara Makoto、Kawaguchi Mitsuyasu、Matsumoto Hiroaki、Hanaki Shunsuke、Masaki Takahiro、Sato Yuki、Matsuyama Hideyasu、Kunieda Kazuki、Nakagawa Hidehiko、Shimada Midori
  • Journal Title: Molecular Oncology Volume: 16 Issue: 4 Pages: 940-956
  • DOI: 10.1002/1878-0261.13030
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Synthesis of Fluorescent Probes Targeting Tumor-Suppressor Protein FHIT and Identification of Apoptosis-Inducing FHIT Inhibitors (2021)
  • Author(s): Kawaguchi Mitsuyasu、Sekimoto Eriko、Ohta Yuhei、Ieda Naoya、Murakami Takashi、Nakagawa Hidehiko
  • Journal Title: Journal of Medicinal Chemistry Volume: 64 Issue: 13 Pages: 9567-9576
  • DOI: 10.1021/acs.jmedchem.1c00874
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] A visible light-controllable Rho kinase inhibitor based on a photochromic phenylazothiazole (2021)
  • Author(s): Matsuo Kazuya、Thayyil Sampreeth、Kawaguchi Mitsuyasu、Nakagawa Hidehiko、Tamaoki Nobuyuki
  • Journal Title: Chemical Communications Volume: 57 Issue: 93 Pages: 12500-12503
  • DOI: 10.1039/d1cc04905d
  • Peer Reviewed