ケミカルバイオロジーを利用した人工的ユビキチン修飾システムの開発

• Project Area: New aspect of the ubiquitin system : its enormous roles in protein regulation
• Project/Area Number: 25112521
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Biological Sciences
• Research Institution: National Institute of Health Sciences
• Principal Investigator: 内藤 幹彦 国立医薬品食品衛生研究所, 遺伝子医薬部, 部長 (00198011)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2015-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2014)
• Budget Amount: ¥10,400,000 (Direct Cost: ¥8,000,000、Indirect Cost: ¥2,400,000); Fiscal Year 2014: ¥5,200,000 (Direct Cost: ¥4,000,000、Indirect Cost: ¥1,200,000); Fiscal Year 2013: ¥5,200,000 (Direct Cost: ¥4,000,000、Indirect Cost: ¥1,200,000)
• Keywords: ケミカルバイオロジー / プロテインノックダウン / SNIPER

Outline of Annual Research Achievements

ユビキチンリガーゼとチュブリン制御タンパク質Transforming Acidic Coiled-Coil-3 （TACC3）を細胞内で強制的に結合させ、TACC3のユビキチン化とプロテアソームによる分解を引き起こす化合物SNIPER(TACC3)をデザイン・合成し、その活性評価を行った。SNIPER(TACC3)はTACC3のユビキチン化と分解を引き起こし、TACC3を過剰に発現するがん細胞に対して選択的にアポトーシスを誘導した。TACC3のユビキチン化機構を詳しく解析した結果、SNIPER(TACC3)はTACC3とSCFユビキチンリガーゼ複合体との結合量を増加させ、SCFによるユビキチン化を引き起こす事がわかった。
任意の標識タンパク質をユビキチン化するSNIPERを開発するために、Hisタグと結合するNi-NTAを利用してSNIPER(His)をデザイン・合成した。昨年度までに開発したSNIPER(His)は、細胞内への透過性が著しく悪かったので、膜透過性ペプチドを結合する事により細胞内透過性を高めたSNIPER(His)化合物が開発した。この膜透過型SNIPER(His)は細胞に発現させたHisタグタンパク質を減少させる活性を示した。現在その作用機構を解析中である。
任意のユビキチンリガーゼを使って標的タンパク質を強制的にユビキチン化する実験システムを構築するために、ヘテロ２量体化を利用して標的タンパク質とユビキチンリガーゼを結合させる検討を行った。化合物添加によるヘテロ２量体形成は確認されたが、ユビキチン化は認められなかった。この結果から、ユビキチンリガーゼと基質タンパク質を単純に結合させるだけではユビキチン化は起こらないことが示唆された。

Research Progress Status

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Cancer cell death induced by novel small molecules degrading the TACC3 protein via the ubiquitin proteasome pathway. (2014)
  • Author(s): 1.Ohoka, N., Nagai, K., Hattori, T., Okuhira, K., Shibata, N., Cho, N. and Naito, M
  • Journal Title: Cell Death Dis. Volume: 5 Issue: 11 Pages: e1513-e1513
  • DOI: 10.1038/cddis.2014.471
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Development of cell-penetrating R7 fragment-conjugated helical peptides as inhibitors of estrogen receptor-mediated transcription. (2014)
  • Author(s): 2.Nagakubo, T., Demizu, Y., Kanda, Y., Misawa, T., Shoda, T., Okuhira, K., Sekino., Y., Naito, M. and Kurihara, M
  • Journal Title: Bioconjug Chem. Volume: 25 Issue: 11 Pages: 1921-24
  • DOI: 10.1021/bc500480e
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Design and synthesis of tamoxifen derivatives as a selective estrogen receptor down-regulator. (2014)
  • Author(s): Shoda, T., Okuhira, K., Kato, M., Demizu, Y., Inoue, H., Naito, M., and Kurihara, M.
  • Journal Title: Bioorg Med Chem Lett Volume: 24 Issue: 1 Pages: 87-89
  • DOI: 10.1016/j.bmcl.2013.11.078
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Apollon protein promotes early mitotic Cyclin A degradation independent of the spindle assembly checkpoint. (2014)
  • Author(s): Kikuchi, R., Ohata, H., Ohoka, N., Kawabata, A., Naito, M.
  • Journal Title: The Journal of Biological Chemistry Volume: 289 Issue: 6 Pages: 3457-3467
  • DOI: 10.1074/jbc.m113.514430
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Development of hybrid small molecules that induce degradation of estrogen receptor-alpha and necrotic cell death in breast cancer cells. (2013)
  • Author(s): Okuhira, K., Demizu, Y., Hattori, T., Ohoka, N., Shibata, N., Nishimaki-Mogami, T., Okuda, H., Kurihara, M., Natiro, M.
  • Journal Title: Cancer Science Volume: 104 Issue: 11 Pages: 1492-1498
  • DOI: 10.1111/cas.12272
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Protein Knockdown: Targeted Destruction of Pathogenic Proteins by SNIPER Compounds (2015)
  • Author(s): M. Naito
  • Organizer: 日本薬学会第135年会
  • Place of Presentation: 神戸
  • Year and Date: 2015-03-25 – 2015-03-28
  • Invited
• [Presentation] ユビキチン・プロテアソームシステムを利用したTACC3分解誘導剤の開発と抗がん活性評価 (2015)
  • Author(s): 大岡伸通、永井克典、服部隆行、奥平桂一郎、柴田識人、長展生、内藤幹彦
  • Organizer: 日本薬学会第135年会
  • Place of Presentation: 神戸
  • Year and Date: 2015-03-25 – 2015-03-28
• [Presentation] ユビキチン・プロテアソームシステムを利用したTACC3分解誘導剤による癌細胞死の誘導 (2014)
  • Author(s): 大岡伸通，永井克典，奥平桂一郎，柴田識人，服部隆行，長展生，内藤幹彦
  • Organizer: 第37回日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: 横浜
  • Year and Date: 2014-11-25 – 2014-11-27
• [Presentation] SNIPER(TACC3) degrades TACC3 protein via the ubiquitin-proteasome pathway and induces apoptosis in cancer cells expressing a large amount of TACC3. (2014)
  • Author(s): Nobumichi Ohoka, Katsunori Nagai, Keiichiro Okuhira, Norihito Shibata, Takayuki Hattori, Nobuo Cho, Mikihiko Naito
  • Organizer: 26th EORTC-NCI-AACR Symposium on Molecular Targets and Cancer Therapeutics
  • Place of Presentation: Barcelona, Spain
  • Year and Date: 2014-11-18 – 2014-11-21
• [Presentation] Destabilization of carboxy-terminally extended proteins encoded by stop codon read-through mutation via ubiquitin-proteasome system (2014)
  • Author(s): 柴田 識人，大岡 伸通，櫻庭 喜行，権藤 洋一，内藤 幹彦
  • Organizer: Symposium for young ubiquitin researchers in Japan“New Era in the Ubiquitin Research”
  • Place of Presentation: 京都
  • Year and Date: 2014-11-11 – 2014-11-12
• [Presentation] ユビキチン・プロテアソームシステムを利用したTACC3分解誘導剤によるがん細胞死の誘導 (2014)
  • Author(s): 大岡伸通，奥平桂一郎，柴田識人，服部隆行，内藤幹彦
  • Organizer: 第73回日本癌学会学術集会
  • Place of Presentation: 横浜
  • Year and Date: 2014-09-25 – 2014-09-27
• [Presentation] 終止コドンのリードスルー変異によるユビキチン-プロテアソーム系を介した蛋白質の不安定化 (2014)
  • Author(s): 柴田 識人，大岡 伸通，権藤 洋一，内藤 幹彦
  • Organizer: 第73回日本癌学会学術集会
  • Place of Presentation: 横浜
  • Year and Date: 2014-09-25 – 2014-09-27
• [Presentation] SNIPER: Inducing protein degradation via recruitment to IAP (2014)
  • Author(s): M. Naito
  • Organizer: 248th ACS National Meeting and Exposition
  • Place of Presentation: San Francisco, USA
  • Year and Date: 2014-08-10 – 2014-08-14
  • Invited
• [Presentation] Bestatin/tamoxifen hybrid molecule induces proteasomal degradation of estrogen receptor a and necrotic cell death in breast cancer cells. (2014)
  • Author(s): Okuhira K, Demizu Y, Ohoka N, Shibata N, Hattori T, Nishimaki-Mogami T, Kurihara M, Okuda H, Naito M.
  • Organizer: Keystone Symposia on Molecular and Cellular Biology, The Ubiquitin System: From Basic Science to Drug Discovery
  • Place of Presentation: Bigsky
• [Presentation] Apollon binds cyclin A and promotes degradation in early mitosis independent of spindle assembly checkpoint (2014)
  • Author(s): Ohoka N, Ohata H, Naito M.
  • Organizer: Keystone Symposia on Molecular and Cellular Biology, The Ubiquitin System: From Basic Science to Drug Discovery
  • Place of Presentation: Bigsky
• [Presentation] エストロゲン受容体分解誘導剤による乳癌の細胞死誘導分子機構 (2014)
  • Author(s): 奥平 桂一郎，出水 庸介，服部 隆行，大岡 伸通，柴田 識人，最上（西巻） 知子，栗原 正明，奥田 晴宏，内藤 幹彦
  • Organizer: 日本薬学会第134年会
  • Place of Presentation: 熊本
• [Presentation] Apollon細胞分裂初期においてスピンドルチェックポイント非依存的なcyclin Aの分解を促進する (2014)
  • Author(s): 大岡 伸通，大畑 広和，内藤 幹彦
  • Organizer: 日本薬学会第134年会
  • Place of Presentation: 熊本
• [Presentation] 細胞内に局在するタンパク質を標的としたプロテインノックダウン効果の検討 (2013)
  • Author(s): 奥平 桂一郎，大岡 伸通，最上（西巻） 知子，伊藤 幸裕，石川 稔，橋本 祐一，内藤 幹彦
  • Organizer: 第17回日本がん分子標的治療学会
  • Place of Presentation: 京都
• [Presentation] Development of hybrid small molecules that induce degradation of estrogen receptor-alpha and necrotic cell death in breast cancer cells (2013)
  • Author(s): Okuhira K, Demizu Y, Hattori T, Ohoka N, Shibata N, Nishimaki-Mogami, T, Okuda H, Kurihara M, Naito M.
  • Organizer: AACR-NCI-EORTC International Conference on Molecular Targets and Cancer Therapeutics
  • Place of Presentation: Boston
• [Presentation] Apollon binds cyclin A and promotes degradation in early mitosis independent of spindle assembly checkpoint (2013)
  • Author(s): 大岡 伸通，大畑 広和，内藤 幹彦
  • Organizer: 第72回日本癌学会学術総会
  • Place of Presentation: 横浜
• [Remarks] 国立医薬品食品衛生研究所遺伝子医薬部ホームページ
  • URL: http://www.nihs.go.jp/mtgt/index.html
• [Remarks] 国立医薬品食品衛生研究所 機能生化学部ホームページ
  • URL: http://www.nihs.go.jp/dfbg/frame.html