2023 Fiscal Year Annual Research Report
Chemical genetic approach to mode of action and biological validation of compounds from latent chemical space
Project Area | Latent Chemical Space Based on Diverse Natural Products for Bio-active Molecular Design |
Project/Area Number |
23H04882
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Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
Principal Investigator |
吉田 稔 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 (80191617)
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Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
掛谷 秀昭 京都大学, 薬学研究科, 教授 (00270596)
出井 晶子 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, 副基盤ユニットリーダー (00970972)
八代田 陽子 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, 副チームリーダー (60360658)
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Project Period (FY) |
2023-04-01 – 2028-03-31
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Keywords | アッセイ系開発 / ハイスループットスクリーニング / ケミカルゲノミクス / 分子標的同定 / 天然生理活性物質 / ケミカルプローブ |
Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、化合物潜在空間を基盤とする「サイバー生物活性分子デザインラボ」によって新しい生体機能解析や医薬・農薬シーズに結び付く画期的生物活性分子を開発することを目的とする。そのため、デザインされた化合物の生物活性の検証、化合物潜在空間の高精度化を目指した種々の手法によるハイスループットスクリーニング(HTS)、さらに本計画研究で得られる新規活性物質からのケミカルプローブ合成とエピジェネティクスや代謝に関わる独自のケミカルバイオロジーを実施する。 2023年度は、理研天然物ライブラリーNPDepoから見出した抗真菌活性を有するNPD6433について、酵母ケミカルゲノミクス(CG)解析により脂肪酸合成酵素Fas1が標的であることが予測されたので、生化学的アッセイや薬剤耐性株の単離により検証した。また、in-house天然物模倣型合成化合物ライブラリーより見出したKUSCについて、酵母CG解析により標的を予測した。さらに、荒井班岩月より提供された大村天然化合物ライブラリーについて、酵母の増殖阻害活性探索を実施した。一方、ハイスループットスクリーニングとしては、ホスホフルクトキナーゼ1(PFK1)を標的とする阻害剤の探索を開始した。我々はこれまでPFK1阻害が細胞でのミトコンドリア代謝機能の改善作用を有することを報告しており、PFK1阻害剤は新規ミトコンドリア病の治療法として期待されるが、これまで動物モデルで検証可能な十分な活性と代謝安定性を有する阻害剤は報告されていない。そこで、qHTSの手法により、東大General Aライブラリーから選抜した28,800化合物の評価を行い、濃度依存的に酵素阻害作用を示した380化合物を選抜した。また、がん特異的代謝を標的として、アスパラギン合成酵素阻害剤bisabosqual類を見出し、新たな生理活性物質の同定に成功した。
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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
本研究では、(1) 「サイバー生物活性分子デザインラボ」で創成される、あるいは同定される生理活性物質の作用機序を解明するとともに、(2)さまざまなアッセイ系の構築とハイスループットスクリーニング(HTS)を実施し、新しい生理活性物質を同定するとともに高品質な生物活性データをB01班に提供し、(3)生命科学に資する新たなケミカルプローブを創成することを目標とする。 作用機序研究に関しては、結合タンパク質を釣り上げるアフィニティ法とケミカルゲノミクス(CG)法を併用する。化合物処理と標的分子をコードする酵母の遺伝子変異株との「合成致死性」の定量化による化学遺伝学的相互作用をバーコードシーケンスにより一括検出し、その結果を遺伝学的相互作用データベースと照合し化合物の標的予測・同定を行う。本年度はまず、研究分担者掛谷がin-house天然物模倣型合成化合物ライブラリーより見出した特徴的な抗真菌作用をもつ新規化合物KUSCについて、相互作用解析に資するプローブの合成研究を行うとともに、酵母CGによる標的同定を試みた。その結果、標的経路がリボソーム生合成であることが予測された。HTSに関しては、ホスホフルクトキナーゼ1(PFK1)を標的とする阻害剤の探索を行うため、評価系の構築を行った。具体的にはPFK1の反応で生じるADPをヘキソキナーゼ、グルコース-6-リン酸脱水素酵素、ジアホラーゼと共役させた発色系を考案し、効率よく活性測定できることを見出した。これを用い、定量HTS(qHTS)を実施して380化合物をヒットとして同定した。また、新規天然活性物質として、アスパラギン合成酵素阻害剤bisabosqual類、新規抗菌剤precezomycin、複合培養由来の新規アノイキス誘導剤amoxetamide Aなどを見出した。このように、当初の計画通り、おおむね順調に進展している。
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Strategy for Future Research Activity |
作用機序研究に関しては、引き続き同定された生理活性物質の活性発現メカニズムをケミカルゲノミクス法によって解析する。特にKUSCの標的候補分子については、細胞内、試験管内での相互作用を解析してその妥当性を検証する。また、岩月から提供される大村天然化合物ライブラリーについては、順次ケミカルゲノミクス解析試験を開始する。さらに、B01班が予測生成し、C01班が合成した化合物が提供され次第、それらの作用機序解析を進める。一方、HTSに関しては、引き続きPFK1等の興味深い標的について評価系を構築してHTSを実施する。特にPFK1阻害剤候補として得られた化合物に関して今後は、SPRによりKDを算出し、有望な化合物について細胞代謝機能を調べる予定である。また、HTSの結果として得られたヒット化合物と不活性化合物の構造情報をB01班に提供し、機械学習の教師データとして活用する。さらに、新たに見出された天然活性物質については、それらのプローブ化を行うとともに、作用標的の同定を目指した化学遺伝学研究を実施する。
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Remarks |
Deadly fungi beaten with fatty acid synthase inhibitor https://itaintmagic.riken.jp/hot-off-the-press/deadly-fungi-beaten-with-fatty-acid-synthase-inhibitor/
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[Journal Article] Amoxetamide A, a new anoikis inducer, produced by combined-culture of Amycolatopsis sp. and Tsukamurella pulmonis2024
Author(s)
Pan C, Ikeda H, Minote M, Tokuda T, Kuranaga T, Taniguchi T, Shinzato N, Onaka H, Kakeya H.
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Journal Title
The Journal of Antibiotics
Volume: 77
Pages: 66-70
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Discovery of Clinical Candidate AZD5462, a Selective Oral Allosteric RXFP1 Agonist for Treatment of Heart Failure2024
Author(s)
K. L. Granberg, S. Sakamaki, N. Larsson, F. Bergstrom, R. Fuchigami, Y. Niwa, E. Ryberg, A. Backmark, H. Kato, S. Miyazaki, K. Iguchi, T. Sakamoto, M. Persson, A. Idei,... M. La
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Journal Title
J. Med. Chem.
Volume: 67
Pages: 4419-4441
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] A specific G9a inhibitor unveils BGLT3 lncRNA as a universal mediator of chemically induced fetal globin gene expression2023
Author(s)
S. Takase, T. Hiroyama, F. Shirai, Y. Maemoto, A. Nakata, M. Arata, S. Matsuoka, T. Sonoda, H. Niwa, S. Sato, T. Umehara, M. Shirouzu, Y. Nishigaya, T. Sumiya, N. Hashimoto, R. Namie, M. Usui, T. Ohishi, S. Ohba, M. Kawada, Y. Hayashi, H. Harada, T. Yamaguchi, Y. Shinkai, Y. Nakamura, M. Yoshida, A. Ito
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Journal Title
Nat. Commun.
Volume: 14
Pages: 23
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] Lysine long-chain fatty acylation regulates the TEAD transcription factor2023
Author(s)
K. Noritsugu, T. Suzuki, K. Dodo, K. Ohgane, Y. Ichikawa, K. Koike, S. Morita, T. Umehara, K. Ogawa, M. Sodeoka, N. Dohmae, M. Yoshida, A. Ito
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Journal Title
Cell Rep.
Volume: 42
Pages: 112388
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] Identification of triazenyl indoles as inhibitors of fungal fatty acid biosynthesis with broad-spectrum activity2023
Author(s)
K. R. Iyer, S. C. Li, N. M. Revie, J. W. Lou, D. Duncan, S. Fallah, H. Sanchez, I. Skulska, M. M. U_aj, H. Safizadeh, B. Larsen, C. Wong, A. Aman, T. Kiyota, M. Yoshimura, H. Kimura, H. Hirano, M. Yoshida,... Y. Yashiroda, C. Boone, L. E. Cowen
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Journal Title
Cell Chem. Biol.
Volume: 30
Pages: 795-810.e8
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Discovery of Novel Substrate-Competitive Lysine Methyltransferase G9a Inhibitors as Anticancer Agents2023
Author(s)
Y. Nishiga, S. Takase, T. Sumiya, K. Kikuzato, T. Sato, H. Niwa, S. Sato, A. Nakata, T. Sonoda, N. Hashimoto, R. Namie, T. Honma, T. Umehara, M. Shirouzu, H. Koyama, M. Yoshida, A. Ito, F. Shirai
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Journal Title
J. Med. Chem.
Volume: 66
Pages: 4059-4085
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] UBL3 Interacts with Alpha-Synuclein in Cells and the Interaction Is Downregulated by the EGFR Pathway Inhibitor Osimertinib2023
Author(s)
B. Chen, Md. M. Hasan, H. Zhang, Q. Zhai, A. S. M. Waliullah, Y. Ping, C. Zhang, S. Oyama, Mst. A. Mimi, Y. Tomochika, Y. Nagashima, T. Nakamura, T. Kahyo, K. Ogawa, D. Kaneda, M. Yoshida, M. Setou
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Journal Title
Biomedicines
Volume: 11
Pages: 1685
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Identification of a derivative of the alkaloid emetine as an inhibitor of the YAP-TEAD interaction and its potential as an anticancer agent2023
Author(s)
S. Sekine, S. Takase, R. Hayase, K. Noritsugu, Y. Maemoto, Y. Ichikawa, K. Ogawa, Y. Kondoh, H. Osada, M. Yoshida, A. Ito
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Journal Title
Biosci. Biotechnol. Biochem.
Volume: 98
Pages: 501-510
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Acidic extracellular pH drives accumulation of N1-acetylspermidine and recruitment of protumor neutrophils2023
Author(s)
M. Kato, K. Maeda, R. Nakahara, H. Hirose, A. Kondo, S. Aki, M. Sugaya, S. Hibino, M. Nishida, M. Hasegawa, H. Morita, R. Ando, R. Tsuchida, M. Yoshida, T. Kodama, H. Yanai, T. Shimamura, T. Osawa
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Journal Title
PNAS Nexus
Volume: 2
Pages: pgad306
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] UBL3 Interaction with α-Synuclein Is Downregulated by Silencing MGST32023
Author(s)
J. Yan, H. Zhang, Y. Tomochika, B. Chen, Y. Ping, S. Islam, S. Aramaki, T. Sato, Y. Nagashima, T. Nakamura, T. Kahyo, D. Kaneda, K. Ogawa, M. Yoshida, M. Setou
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Journal Title
Biomedicines
Volume: 11
Pages: 2491
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Design of an Artificial Peptide Inspired by Transmembrane Mitochondrial Protein for Escorting Exogenous DNA into the Mitochondria to Restore their Functions by Simultaneous Multiple Gene Expression2023
Author(s)
Yoshinaga Naoto, Miyamoto Takaaki, Odahara Masaki, Takeda窶尻amiya Noriko, Toyooka Kiminori, Nara Seia, Nishimura Haruna, Ling Feng, Su'etsugu Masayuki, Yoshida Minoru, Numata Keiji
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Journal Title
Advanced Functional Materials
Volume: 34
Pages: 2306070
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] A small molecule iCDM-34 identified by in silico screening suppresses HBV DNA through activation of aryl hydrocarbon receptor2023
Author(s)
Furutani Y, Hirano Y, Toguchi M, Higuchi S, Qin XY, Yanaka K, Sato-Shiozaki Y, Takahashi N, Sakai M, Kongpracha P, Suzuki T, Dohmae N, Kukimoto-Niino M, Shirouzu M, Nagamori S, Suzuki H, Kobayashi K, Masaki T, Koyama H, Sekiba K, Otsuka M, Koike K, Kohara M, Kojima S, Kakeya H, Matsuura T.
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Journal Title
Cell Death Discovery
Volume: 9
Pages: 467
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Establishment of an MR1 Presentation Reporter Screening System and Identification of Phenylpropanoid Derivatives as MR1 Ligands2023
Author(s)
Matsuoka T, Hattori A, Oishi S, Araki M, Ma B, Fujii T, Arichi N, Okuno Y, Kakeya H, Yamasaki S, Ohno H, Inuki S.
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Journal Title
Journal of Medicinal Chemistry
Volume: 66
Pages: 12520-12535
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Variational autoencoder-based chemical latent space for large molecular structures with 3D complexity2023
Author(s)
Ochiai T, Inukai T, Akiyama M, Furui K, Ohue M, Matsumori N, Inuki S, Uesugi M, Sunazuka T, Kikuchi K, Kakeya H, Sakakibara Y.
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Journal Title
Communications Chemistry
Volume: 6
Pages: 249
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Presentation] 新規がん幹細胞スフェア形成阻害剤ストレプトスフェリンAの単離・構造解析2024
Author(s)
池田拓慧, 柴崎守弘, 巻田彩季, 船山佳代, 周防大樹, 吉田沙綾, 倉永健史, 新藤一敏, 降旗一夫, 井本正哉, 掛谷秀昭
Organizer
日本薬学会第144年会
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[Presentation] ASP2397 and synthetic analogues induce abnormal acceleration of retrograde pathway in the endosome.2023
Author(s)
Hiratsuka, T., Hashizume, Y., Chibana, H., Umeyama, T., Nishimura, S., & Yoshida, M.
Organizer
The 11th International Fission Yeast Meeting (Pombe2023)
Int'l Joint Research
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[Presentation] Exogenous pentadecanoic acid perturbs the membrane lipid profile to generate the giant endoplasmic reticulum sheet2023
Author(s)
Hoshikawa, Y., Matsuyama, A., Li, S., Yashiroda, Y., Boone, C., Tsugawa, H., Arita, M., Yoshida, M., & Nishimura, S.
Organizer
The 11th International Fission Yeast Meeting (Pombe2023)
Int'l Joint Research
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[Presentation] Activation of Cdc42 and accumulation of Bgs proteins at growing tips by theonellamides, marine-derived antifungals.2023
Author(s)
Nishimura, S., Nakao, K., Suganaga, A., Hiratsuka, T., Yashiroda, Y., Matsuyama, A., & Yoshida, M.
Organizer
The 11th International Fission Yeast Meeting (Pombe2023)
Int'l Joint Research
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[Presentation] How do S. pombe cells produce and perceive the cell-cell communication molecules Nitrogen Signaling Factors (NSFs)?2023
Author(s)
Yashiroda, Y., Li, H., Hirai, G., Usui, M., Ohsawa, S., Nishimura, S., & Yoshida, M.
Organizer
The 11th International Fission Yeast Meeting (Pombe2023)
Int'l Joint Research
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[Presentation] Genome-wide screen identifies glutathione as a putative communication molecule in Schizosaccharomyces pombe2023
Author(s)
Yoshizumi, R., Miura, S., Matsuyama, A., Yashiroda, Y., Yoshida, M., & Nishimura, S.
Organizer
The 11th International Fission Yeast Meeting (Pombe2023)
Int'l Joint Research
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[Presentation] Early origin of synchronization between chloroplast translation and cytosolic mRNA abundance in plants2023
Author(s)
Kawamoto Naohiro, Fujita Tomoya, Wakigawa Taisei, Kurihara Yukio, Hirose Yuu, Hirayama Takashi, Toh Hirotaka, Hashimoto Atsushi, Matsuura-Suzuki Eriko, Yoshida Minoru, Matsui Minami, Iwasaki Shintaro
Organizer
第24回日本RNA学会年会
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[Presentation] Mode-of-action analysis of inhibitors targeting ergosterol biosynthesis using yeast chemical genomics2023
Author(s)
Yoko Yashiroda, Mami Yoshimura, Masaya Usui, Hiromi Kimura, Luis Alberto Vega Isuhuaylas, Lien Thi Kim Pham, Takashi Niwa, Ikko Takahashi, Takamitsu Hosoya, Laurean Ilies, Minoru Yoshida, Charles Boone
Organizer
2023 Cold Spring Harbor Asia Conference Matsue "YEAST AND LIFE SCIENCES"
Int'l Joint Research
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[Presentation] eIF5A2 はミトコンドリアを活性化することで細胞増殖を促進する2023
Author(s)
鈴木 雅斗, 米野 雅大, 鈴木 健裕,, 真中 瞳, 多森 翔馬, 佐藤 聡, 秋本 和憲, 堂前 直, 松本 健, 吉田 稔, 柏木 敬子, 五十嵐 一衛, 東 恭平
Organizer
日本ポリミアン学会 第14回年会
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[Presentation] Identification of bisabosqual A as an asparagine synthetase (ASNS) inhibitor towards the development of molecular-targeted anticancer drug2023
Author(s)
Pan, Y., Suzuki, T., Sakai, K., Hirano, Y., Ikeda, H., Hattori, A., Dohmae, N., Nishio, K., Kakeya, H.
Organizer
The 17th Annual Meeting of Japanese Society for Chemical Biology
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[Presentation] A small chemical compound iCDM-34 identified by an in silico screening suppresses HBV DNA through activation of aryl hydrocarbon receptor2023
Author(s)
Yanaka, K., Hirano, Y., Qiun, X.Y., Suzuki, H., Kakeya, H., Matsuura, T., Furutani, Y.
Organizer
2023 Interbational HBV Meeting
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[Presentation] Design, synthesis, and application of highly sensitive labeling reagent for amino acids2023
Author(s)
Kuranaga, T., Morimoto, R., Pan, C., Ogawa, H., Kakeya, H.
Organizer
The 60th Japanese Peptide Symposium
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