プロテオミクスをベースにした化学シグナル解析技術開発

2020 Fiscal Year Annual Research Report

• Project Area: Frontier research of chemical communications
• Project/Area Number: 17H06412
• Research Institution: Institute of Physical and Chemical Research
• Principal Investigator: 長田 裕之 国立研究開発法人理化学研究所, 環境資源科学研究センター, グループディレクター (80160836)
• Project Period (FY): 2017-06-30 – 2022-03-31
• Keywords: プロテオミクス / 生理活性物質 / 標的同定

Outline of Annual Research Achievements

「ChemProteoBaseの拡充化・高度化、並びに、改変CETSAの開発」：昨年度に引き続きChemProteoBaseのデータベース拡充を行った。がん細胞の増殖阻害を指標にNPDepoライブラリーより探索された化合物の中から、ChemProteoBase、ならびに、細胞の形態を指標としたMorphoBaseを用いた統合表現型プロファイリング法を用いて、新規作用が予測される化合物NPD9055を見出した。MSを用いたケミカルプロテオミクスを用いて結合タンパク質の解析を行い、 NPD9055が3量体Giタンパク質に結合し、調節化合物として働くことが明らかになった（Biosci. Biotechnol. Biochem. 84: 2484-2490, 2020)。また、昨年度開発した2DE-CETSAついては、さらに解析系の改良を行うとともに、班員との共同研究を通して、新規化合物の解析をおこなった。
「有用生物活性リガンドの開発」：班員との共同研究で、光親和型固定化法で調製した化合物ビーズによる結合タンパク質の解析法を用いてMiclxinの標的分子の解析を行った。その結果、Miclxin はMIC60の阻害剤であること、β-カテニン変異がん細胞にミトコンドリアストレスを介してアポトーシスを誘導することが明らかになった(ACS Chem. Biol. 15：2195-2204, 2020)。また、シロイヌナズナとイネの塩耐性を増強する化合物FSL0260が複合体Iに結合することが明らかとなった（Sci. Rep. 10:8691, 2020)。さらに、かび毒であるテヌアゾン酸の研究の過程で、生合成酵素のケト合成酵素ドメインの立体構造を明らかにし、テヌアゾン酸の生合成反応メカニズムを解明した（J. Biol. Chem. 295: 11602-11612,2020)。

Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

作用標的の明らかな既知物質を用いたChemProteoBaseのデータベースの拡張やシステムの開発は順調に進んでおり、様々な標的に対応する可能性を高めている。これらの解析系を用いて生理活性物質を解析することや、それに関連したプロテオミクス の手法を用いた解析によって、共同研究を含む幾つかの成果に結びついた(Ikeda H et al, ACS Chem. Biol. 15：2195-2204, 2020, Sako K et al, Sci. Rep.10:8691, 2020, Sophonnithiprasert T et al, Heliyon 6:e05200 2020)。
昨年度構築した2-D DIGEを利用した新しい解析系2DE-CETSAを利用して、新規化合物の解析に取りかかれたことは、予想以上に計画が進んでいることを示している。さらに、解析系の最適化を進め、今までのChemProteoBaseと組み合わせることによって、より多様な標的に対応した解析が可能となることが期待される。

Strategy for Future Research Activity

１）引き続きChemProteoBaseの拡張のための既知化合物の解析を行うほか、スポットの同定情報を考慮した解析法を改良することによって、システムの改良を行う。
２）構築された2DE-CETSAの解析系については、さらに良い解析系にしていくために系の最適化を行なっていく。新規化合物の解析に応用することによって、化合物の標的タンパク質を明らかにすることを通して、解析系の有用性を示す。
３）有用生物活性リガンドの開発のために、化合物アレイによる標的ベース探索・細胞表現型に基づくセルベース探索を行い、そこで得られた化合物について、ChemProteoBase解析や2DE-CETSAの解析系を適用し、解析系の有用性を示すほか、新規化合物の標的を解析する。領域内の、慶応大学・榊原教授、理研・Dr. Boone、順天堂大学・井本教授、公募班の松本博士らと共同研究を進めているが、さらに、プロジェクト内の新規化合物の解析を行うことによって、プロジェクトに貢献する。

Research Products

• [Int'l Joint Research] マックス・プランク研究所/ザールランド大学(ドイツ)
  • Country Name: GERMANY
  • Counterpart Institution: マックス・プランク研究所/ザールランド大学
• [Int'l Joint Research] 韓国生命工学研院(KRIBB)(韓国)
  • Country Name: KOREA (REP. OF KOREA)
  • Counterpart Institution: 韓国生命工学研院(KRIBB)
• [Int'l Joint Research] 浙江大学/曁南大学(中国)
  • Country Name: CHINA
  • Counterpart Institution: 浙江大学/曁南大学
• [Int'l Joint Research] マレーシア科学大学(USM)(マレーシア)
  • Country Name: MALAYSIA
  • Counterpart Institution: マレーシア科学大学(USM)
• [Journal Article] Does local injection of reveromycin A inhibit tooth movement without causing systemic side effects? (2021)
  • Author(s): Kako Shunsuke、Tabuchi Masako、Miyazawa Ken、Tanaka Miyuki、Minamoto Chisato、Asano Yuichiro、Kimura Fumika、Aoki Yuki、Sato Takuma、Kawatani Makoto、Osada Hiroyuki、Maeda Hatsuhiko、Goto Shigemi
  • Journal Title: European Journal of Orthodontics Volume: 43 Pages: 658～664
  • DOI: 10.1093/ejo/cjaa067
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] N-Acetyl-α-hydroxy-β-oxotryptamine, a racemic natural product isolated from Streptomyces sp. 80H647. (2021)
  • Author(s): Lopez JAV, Nogawa T, Futamura Y, Aono H, Hashizume D, Osada H.
  • Journal Title: J Antibiot Volume: - Pages: -
  • DOI: 10.1038/s41429-021-00420-7
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Dihydropyriculol produced by Pyricularia oryzae inhibits the growth of Streptomyces griseus. (2021)
  • Author(s): Furuyama Y, Motoyama T, Nogawa T, Kamakura T, Osada H.
  • Journal Title: Biosci Biotechnol Biochem Volume: 85 Pages: 1290-1293
  • DOI: 10.1093/bbb/zbab021
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Discovery of a σ1 receptor antagonist by combination of unbiased cell painting and thermal proteome profiling. (2021)
  • Author(s): Wilke J, Kawamura T, Xu H, Brause A, Friese A, Metz M, Schepmann D, Wunsch B, Artacho-Cordon A, Nieto FR, Watanabe N, Osada H, Ziegler S, Waldmann H.
  • Journal Title: Cell Chem Biol Volume: - Pages: -
  • DOI: 10.1016/j.chembiol.2021.01.009
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Reveromycin A, a novel acid-seeking agent, ameliorates bone destruction and tumor growth in multiple myeloma. (2021)
  • Author(s): Watanabe K, Bat-Erdene A, Tenshin H, Cui Q, Teramachi J, Hiasa M, Oda A, Harada T, Miki H, Sogabe K, Oura M, Sumitani R, Mitsui Y, Endo I, Tanaka E, Kawatani M, Osada H, Matsumoto T, Abe M.
  • Journal Title: Haematologica Volume: 106 Pages: 1172-1177
  • DOI: 10.3324/haematol.2019.244418
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Identification of the kinanthraquinone biosynthetic gene cluster by expression of an atypical response regulator. (2021)
  • Author(s): Takao R, Sakai K, Koshino H, Osada H, Takahashi S.
  • Journal Title: Biosci Biotechnol Biochem Volume: 85 Pages: 714-721
  • DOI: 10.1093/bbb/zbaa082
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Controlling the production of phytotoxin pyriculol in Pyricularia oryzae by aldehyde reductase. (2021)
  • Author(s): Furuyama Y, Motoyama T, Nogawa T, Hayashi T, Hirota H, Kiyota H, Kamakura T, Osada H.
  • Journal Title: Biosci Biotechnol Biochem Volume: 85 Pages: 126-133
  • DOI: 10.1093/bbb/zbaa035
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] A new peptaibol, RK-026A, from the soil fungus Trichoderma sp. RK10-F026 by culture condition-dependent screening. (2021)
  • Author(s): Rawa MSA, Nogawa T, Okano A, Futamura Y, Nakamura T, Wahab HA, Osada H.
  • Journal Title: Biosci Biotechnol Biochem Volume: 85 Pages: 69-76
  • DOI: 10.1093/bbb/zbaa051
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Dutomycin induces autophagy and apoptosis by targeting the serine protease Inhibitor SERPINB6. (2021)
  • Author(s): Jang M, Hara S, Kim GH, Kim SM, Son S, Kwon M, Ryoo IJ, Seo H, Kim MJ, Kim ND, Soung NK, Kwon YT, Kim BY, Osada H, Jang JH, Ko SK, Ahn JS.
  • Journal Title: ACS Chem Biol Volume: 16 Pages: 360-370
  • DOI: 10.1021/acschembio.0c00889
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Chemical reversal of abnormalities in cells carrying mitochondrial DNA mutations. (2021)
  • Author(s): Kobayashi H, Hatakeyama H, Nishimura H, Yokota M, Suzuki S, Tomabechi Y, Shirouzu M, Osada H, Mimaki M, Goto YI, Yoshida M.
  • Journal Title: Nat Chem Biol Volume: 17 Pages: 335-343
  • DOI: 10.1038/s41589-020-00676-4
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Discovery of 3-cinnamamido-N-substituted benzamides as potential antimalarial agents. (2020)
  • Author(s): Liu H, Futamura Y, Wu H, Ishiyama A, Zhang T, Shi T, Zheng Q, Iwatsuki M, Omura S, Zou H, Osada H.
  • Journal Title: Med Chem Volume: - Pages: -
  • DOI: 10.2174/1573406416666200817160708
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Identification of a selective RelA inhibitor based on DSE-FRET screening methods. (2020)
  • Author(s): Shiroma Y, Fujita G, Yamamoto T, Takahashi RU, Kumar A, Zhang KYJ, Ito A, Osada H, Yoshida M, Tahara H.
  • Journal Title: Int J Mol Sci Volume: 21 Pages: E9150
  • DOI: 10.3390/ijms21239150
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Heterologous expression of the biosynthetic gene cluster for verticilactam and identification of analogues. (2020)
  • Author(s): Nogawa T, Terai A, Amagai K, Hashimoto J, Futamura Y, Okano A, Fujie M, Satoh N, Ikeda H, Shin-Ya K, Osada H, Takahashi S.
  • Journal Title: J Nat Prod Volume: 83 Pages: 3598-3605
  • DOI: 10.1021/acs.jnatprod.0c00755
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Pesticide treatment reduces hydrophobic pollutant contamination in Cucurbita pepo through competitive binding to major latex-like proteins. (2020)
  • Author(s): Fujita K, Kondoh Y, Honda K, Haga Y, Osada H, Matsumura C, Inui H.
  • Journal Title: Environ Pollut Volume: 266 Pages: 115179
  • DOI: 10.1016/j.envpol.2020.115179
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Interaction between goniothalamin and peroxisomal multifunctional enzyme type 2 triggering endoplasmic reticulum stress. (2020)
  • Author(s): Sophonnithiprasert T, Aruksakunwong O, Tashiro E, Kondoh Y, Muroi M, Osada H, Imoto M, Watanapokasin R.
  • Journal Title: Heliyon Volume: 6 Pages: e05200
  • DOI: 10.1016/j.heliyon.2020.e05200
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Discovery of small-molecule modulator of heterotrimeric Gi-protein by integrated phenotypic profiling and chemical proteomics. (2020)
  • Author(s): Kawamura T, Futamura Y, Shang E, Muroi M, Janning P, Ueno M, Wilke J, Takeda S, Kondoh Y, Ziegler S, Watanabe N, Waldmann H, Osada H.
  • Journal Title: Biosci Biotechnol Biochem Volume: 84 Pages: 2484-2490
  • DOI: 10.1080/09168451.2020.1812375
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] A novel GSK3 inhibitor that promotes self-renewal in mouse embryonic stem cells. (2020)
  • Author(s): Kobayashi H, Nishimura H, Kudo N, Osada H, Yoshida M.
  • Journal Title: Biosci Biotechnol Biochem Volume: 84 Pages: 2113-2120
  • DOI: 10.1080/09168451.2020.1789445
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Uncovering hidden sesquiterpene biosynthetic pathway through expression boost area-mediated productivity enhancement in basidiomycete. (2020)
  • Author(s): Asai S, Tsunematsu Y, Masuya T, Otaka J, Osada H, Watanabe K.
  • Journal Title: J Antibiot Volume: 73 Pages: 721-728
  • DOI: 10.1038/s41429-020-0355-9
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Peanut skin extract ameliorates the symptoms of type 2 diabetes mellitus in mice by alleviating inflammation and maintaining gut microbiota homeostasis. (2020)
  • Author(s): Xiang L, Wu Q, Osada H, Yoshida M, Pan W, Qi J
  • Journal Title: Aging Volume: 12 Pages: 13991-14018
  • DOI: 10.18632/aging.103521
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Miclxin, a novel MIC60 inhibitor, induces apoptosis via mitochondrial stress in β-catenin mutant tumor cells. (2020)
  • Author(s): Ikeda H, Muroi M, Kondoh Y, Ishikawa S, Kakeya H, Osada H, Imoto M.
  • Journal Title: ACS Chem Biol Volume: 15 Pages: 2195-2204
  • DOI: 10.1021/acschembio.0c00381
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Unique features of the ketosynthase domain in a non-ribosomal peptide synthetase-polyketide synthase hybrid enzyme, tenuazonic acid synthetase 1. (2020)
  • Author(s): Yun CS, Nishimoto K, Motoyama T, Shimizu T, Hino T, Dohmae N, Nagano S, Osada H.
  • Journal Title: J Biol Chem Volume: 295 Pages: 11602-11612
  • DOI: 10.1074/jbc.RA120.013105
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] β-carboline chemical signals induce reveromycin production through a LuxR family regulator in Streptomyces sp. SN-593. (2020)
  • Author(s): Panthee S, Kito N, Hayashi T, Shimizu T, Ishikawa J, Hamamoto H, Osada H, Takahashi S.
  • Journal Title: Sci Rep Volume: 10 Pages: 10230
  • DOI: 10.1038/s41598-020-66974-y
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Inhibition of mitochondrial complex I by the novel compound FSL0260 enhances high salinity-stress tolerance in Arabidopsis thaliana. (2020)
  • Author(s): Sako K, Futamura Y, Shimizu T, Matsui A, Hirano H, Kondoh Y, Muroi M, Aono H, Tanaka M, Honda K, Shimizu K, Kawatani M, Nakano T, Osada H, Noguchi K, Seki M.
  • Journal Title: Sci Rep Volume: 10 Pages: 8691
  • DOI: 10.1038/s41598-020-65614-9
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Induction of secondary metabolite production by hygromycin B and identification of the 1233A biosynthetic gene cluster with a self-resistance gene. (2020)
  • Author(s): Kato S, Motoyama T, Uramoto M, Nogawa T, Kamakura T, Osada H.
  • Journal Title: J Antibiot Volume: 73 Pages: 475-479
  • DOI: 10.1038/s41429-020-0295-4
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 天然物創薬に適した表現系スクリーニング (2021)
  • Author(s): 長田 裕之
  • Organizer: 日本農芸化学会東北支部 第155回大会
  • Invited
• [Book] マウス・ラットモデル作製・解析プロフェッショナル (2021)
  • Author(s): 先端モデル動物支援プラットフォーム（AdAMS）
  • Total Pages: 320
  • Publisher: 羊土社
  • ISBN: 978-4-7581-2112-5
• [Book] Protein-protein Interaction regulators. Drug discovery series No. 78 (2021)
  • Author(s): Roy S. and Fu H (eds.)
  • Total Pages: 380
  • Publisher: Royal society of chemistry
  • ISBN: 978-1-78801-187-7
• [Book] Comprehensive natural products III: chemistry and biology. vol. 7 (2020)
  • Author(s): Liu HB and Begley TP (eds.)
  • Total Pages: 553
  • Publisher: Elsevier
  • ISBN: 978-0-08-102691-5
• [Remarks] 理化学研究所 環境資源科学研究センター ケミカルバイオロジー研究グループ
  • URL: http://www.cbrg.riken.jp/csrs/ja/