多点反応性ラベル化剤による天然物リガンド標的タンパク質化学修飾法の開発

• Project Area: Chemical Biology using bioactive natural products as specific ligands: identification of molecular targets and regulation of bioactivity
• Project/Area Number: 24102516
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 高岡 洋輔 京都大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (80599762)
• Project Period (FY): 2012-04-01 – 2014-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2013)
• Budget Amount: ¥6,890,000 (Direct Cost: ¥5,300,000、Indirect Cost: ¥1,590,000); Fiscal Year 2013: ¥3,510,000 (Direct Cost: ¥2,700,000、Indirect Cost: ¥810,000); Fiscal Year 2012: ¥3,380,000 (Direct Cost: ¥2,600,000、Indirect Cost: ¥780,000)
• Keywords: 蛋白質 / 細胞・組織 / 生体分子 / 生理活性 / プロテオーム / ケミカルバイオロジー / タンパク質工学 / タンパク質ラベリング

Research Abstract

本研究の目的は、低分子生理活性物質が結合する標的タンパク質を細胞内から抽出・同定するための、タンパク質表面化学修飾法の開発である。生理活性物質リガンドの中には、標的タンパク質との親和性が中程度のものが多く、従来の親和性のみに依存したアフィニティービーズ法などでは標的分子の同定が困難となるケースが散見され、これらのリガンドを対象として、リガンドータンパク質間相互作用とそれに伴うタンパク質表面での選択的な有機反応をカップリングさせることで、中程度の親和性の天然物リガンドへの標的タンパク質を、共有結合でラベルし同定する事を目標とした。本年度までに、タンパク質に認識される種々のリガンド分子（阻害剤や活性化剤など）と、反応性基をランダムに空間配置させた多点反応性ラベル化剤の設計、合成を確立し、実際に薬剤標的として重要なガンのバイオマーカーである酵素や、Gタンパク質共役型受容体（GPCR）を標的として、細胞膜上で選択的かつ効率的に化学修飾する方法論を構築した。これらの成果は現在論文執筆中である。また同時に、これまで主に小分子リガンドに限定されたリガンド指向型化学によるタンパク質化学修飾法を、タンパク質リガンドに改変する事に成功した。具体的には糖結合タンパク質レクチンの人工機能化により、細胞表層糖タンパク質の網羅的かつ効率的な化学修飾を達成し、糖タンパク質の網羅的同定を実現した。これらの成果は学会及び論文にて本研究期間中に成果発表する事ができた。これらの革新的タンパク質化学修飾法は、今後の天然物を用いたケミカルバイオロジー的研究において有用なツールとなることが期待される。

Current Status of Research Progress

Reason

25年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

25年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Semisynthetic lectin-DMAP conjugates for labeling and profiling glycoproteins on live cell surfaces (2013)
  • Author(s): Takahiro Hayashi, Yedi Sun, Tomonori Tamura, Keiko Kuwata, Zhining Song, Yosuke Takaoka, Itaru Hamachi
  • Journal Title: Journal of American Chemical Society Volume: 135 Issue: 33 Pages: 12252-12258
  • DOI: 10.1021/ja4043214
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Heme binding mechanism of structurally similar iron-regulated surface determinant near transporter domains of Staphylococcus aureus exhibiting different affinities for heme. (2013)
  • Author(s): Yoshitaka Moriwaki
  • Journal Title: Biochemistry Volume: 52 Issue: 49 Pages: 8866-8877
  • DOI: 10.1021/bi4008325
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] One-step Construction of Caged Carbonic Anhydrase I Using Ligand-directed Acyl Imidazole-based Protein Labeling Method (2013)
  • Author(s): Kazuya Matsuo
  • Journal Title: Chem. Sci Volume: (印刷中) Issue: 6 Pages: 2573-2580
  • DOI: 10.1039/c3sc50560j
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Protein Organic Chemistry and Applications for Labeling and Engineering in Live-Cell Systems (2013)
  • Author(s): Yousuke Takaoka
  • Journal Title: Angew. Chem. Int. Ed. Volume: 52 Pages: 4088-4106
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Quantitative comparison of protein dynamics in live cells and in vitro by in-cell (19)F-NMR. (2013)
  • Author(s): Takaoka Y, Kioi Y, Morito A, Otani J, Arita K, Ashihara E, Ariyoshi M, Tochio H, Shirakawa M, Hamachi I.
  • Journal Title: Chem Commun Volume: 49 Issue: 27 Pages: 2801-2803
  • DOI: 10.1039/c3cc39205h
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] リガンド指向型化学の新展開（４）自己集合性ジブロモフェニルエステルラベル化剤による細胞内タンパク質ラベル (2014)
  • Author(s): 高岡洋輔、橋本侑樹、佐々木謙太、西川雄貴、浜地格
  • Organizer: 日本化学会春季年会
  • Place of Presentation: 名古屋大学
• [Presentation] In cellケミカルラベリング(1):LDT化学による乳がんマーカーHER2への特異的ラベル化 (2013)
  • Author(s): 山浦圭
  • Organizer: 日本化学会第９３春季年会
  • Place of Presentation: 立命館大学
  • Year and Date: 2013-03-22
• [Presentation] In cellケミカルラベリング(3):AGD化学によるin cell内在性蛋白質の特異的ラベル化 (2013)
  • Author(s): 宋智凝
  • Organizer: 日本化学会第９３春季年会
  • Place of Presentation: 立命館大学
  • Year and Date: 2013-03-22
• [Presentation] LDAI化学の新展開(1):ラベル化におけるアイソザイム選択性 (2013)
  • Author(s): 阿波諒
  • Organizer: 日本化学会第９３春季年会
  • Place of Presentation: 立命館大学
  • Year and Date: 2013-03-22
• [Presentation] 細胞内蛋白質の選択的化学修飾法と質量分析 (2013)
  • Author(s): 高岡洋輔、浜地格
  • Organizer: 蛋白質科学会
  • Place of Presentation: とりぎん文化会館
  • Invited
• [Presentation] Self-assembling turn-on nanoprobes for specific protein detection and imaging (2013)
  • Author(s): Yousuke Takaoka, Itaru hamachi
  • Organizer: ACMS MONODUKURI Strategy by Synthetic Organic Chemistry
  • Place of Presentation: サザンビーチホテル＆リゾート沖縄
• [Presentation] LDAI化学によるタンパク質ラベリングを利用したケージド酵素の構築 (2012)
  • Author(s): 松尾和哉
  • Organizer: 第６回バイオ関連化学シンポジウム
  • Place of Presentation: 北海道大学
  • Year and Date: 2012-09-06
• [Presentation] 細胞内在性タンパク質の19Fラベリングとダイナミクス解析 (2012)
  • Author(s): 高岡洋輔
  • Organizer: 第６回バイオ関連化学シンポジウム
  • Place of Presentation: 北海道大学
  • Year and Date: 2012-09-06
• [Book] 高分子 「動的な自己集合性ナノ粒子によるタンパク質活性のシグナルOFF/ONイメージング」 (2013)
  • Author(s): 高岡洋輔、浜地格
  • Total Pages: 3
  • Publisher: 高分子学会
• [Book] 生体分子および生体反応のイメージング、最先端材料システム One Point 10イメージング (2012)
  • Author(s): 高岡洋輔
  • Total Pages: 32
  • Publisher: 共立出版
• [Remarks] 浜地研究室ホームページ
  • URL: http://www.sbchem.kyoto-u.ac.jp/hamachi-lab
• [Remarks] 浜地研究室ー京都大学大学院 工学研究科 合成・生物化学専攻 浜地研究室
  • URL: http://www.sbchem.kyoto-u.ac.jp/hamachi-lab/