Chemical construction of a photoreactive protein using a photopharmacological ligand
Publicly Offered Research
| Project Area | Non-equilibrium-state molecular movies and their applications |
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| Project/Area Number |
22H04750
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Review Section |
Complex systems
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| Research Institution | Kyoto Institute of Technology |
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Principal Investigator |
松尾 和哉 京都工芸繊維大学, 分子化学系, 助教 (90764952)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥6,630,000 (Direct Cost: ¥5,100,000、Indirect Cost: ¥1,530,000)
Fiscal Year 2023: ¥3,380,000 (Direct Cost: ¥2,600,000、Indirect Cost: ¥780,000)
Fiscal Year 2022: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000)
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| Keywords | コバレントドラッグ / 光薬理学 / 光スイッチ / 光機能化 / CENP-E / 光薬理学リガンド / 化学修飾 / 光制御 |
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| Outline of Research at the Start |
これまでに細胞分裂に関与するタンパク質としてCENP-E（Centromere associated protein E）やROCK（Rho-associated coiled-coil-containing protein kinase）を標的とした光薬理学リガンド（光で可逆的に制御できるリガンド）を開発した。本研究では、これらの光薬理学リガンドを駆使することで、標的タンパク質自体を光で制御できるように「光機能化」する。これにより、光応答能がない一般的なタンパク質を、「高速分子動画法」へと応用できる汎用性の高い方法論を確立する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
既存の構造生物学的手法では、基質との反応によって生じる酵素の構造変化の動的過程を原子レベルで可視化することは難しい。これに対し、本新学術領域の基幹技術である「高速分子動画」法では、SACLAが発振するX線自由電子レーザーの短パルスをストロボのように用いることで、反応開始から一定の遅延時間後の構造をタイムラプスイメージとして組み合わせることで、基質がタンパク質に結合する過程などタンパク質の動的過程を可視化できる。この方法では、タンパク質による反応の開始点を何らかの方法で揃える必要があるが、「光」刺激による反応開始法が汎用される。このため、ロドプシンなどの光応答性タンパク質ではなく、非感受性タンパク質に対し、高速分子動画法を応用するための技術革新が急務の課題である。
本研究では、前回の公募研究での成果および申請者がこれまでに獲得してきたアフィニティ化学修飾技術を融合し、非光応答性のモータータンパク質CENP-Eに対し、光制御型アロステリック阻害剤を共有結合を介して化学修飾することで、CENP-E自体を光機能化することを計画した。これまでに、光制御型CENP-E阻害剤に対し、アフィニティ化学修飾部位として、4種の反応基を付与したコバレント結合性光制御型CENP-E阻害剤を開発した。そのうち、1種の化合物に関しては、細胞系において、細胞内のCENP-Eをコバレントに阻害することで、CENP-Eが駆動する染色体の動きを光操作でき、任意の細胞の細胞分裂を制御できることが明らかとなった。このことは、光感受性ではないCENP-Eを、細胞内で光制御型CENP-Eへと変換できたことを示唆するものである。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
既に報告済みの光制御型CENP-E阻害剤に対し、アフィニティ化学修飾部位として、4種の求電子性反応基を付与することで、コバレント結合性光制御型CENP-E阻害剤を設計・合成した。そのうち、1種の化合物に関しては、細胞内でもCENP-Eと共有結合を形成し、その活性を自在に光操作できることが明らかとなった。このことから、光制御型CENP-Eを得るための候補化合物を既に獲得し、実際に細胞内での光制御型CENP-Eの構築に成功したことから、現在までの進捗状況は「（２）おおむね順調に進展している」と判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後の推進方策として、当初の予定通り、光制御型CENP-E阻害剤をコバレントに結合させたCENP-Eの結晶化を試みる。得られた結晶に関しては、高速分子動画法へと展開することで、CENP-EにおけるATPの加水分解反応時の構造変化を分子動画として捉えることを目指す。また、CENP-Eだけでなく、他のタンパク質へも本手法を展開することで、汎用性を示す。
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Report
(1 results)
Research Products
(8 results)
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[Journal Article] Tetraploidy-linked sensitization to CENP-E inhibition in human cells.2023
Author(s)
Yoshizawa Koya、Matsura Akira、Shimada Masaya、Ishida‐Ishihara Sumire、Sato Fuyu、Yamamoto Takahiro、Yaguchi Kan、Kawamoto Eiji、Kuroda Taruho、Matsuo Kazuya、Tamaoki Nobuyuki、Sakai Ryuichi、Shimada Yasuhito、Mishra Mithilesh、Uehara Ryota
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Journal Title
Molecular Oncology
Volume: 10
Issue: 6
Pages: 13379-13379
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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