2017 Fiscal Year Annual Research Report
Elucidation of the proteasome formation mechanisms through multilateral structural biology approach toward drug discovery
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15H02491
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| Research Institution | Nagoya City University |
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Principal Investigator |
加藤 晃一 名古屋市立大学, 大学院薬学研究科, 教授 (20211849)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
矢木 真穂 大学共同利用機関法人自然科学研究機構(岡崎共通研究施設), その他部局等, 特任助教 (40608999)
山口 拓実 北陸先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 准教授 (60522430)
矢木 宏和 名古屋市立大学, 大学院薬学研究科, 講師 (70565423)
佐藤 匡史 名古屋市立大学, 大学院薬学研究科, 准教授 (80532100)
谷中 冴子 分子科学研究所, 生命・錯体分子科学研究領域, 助教 (80722777)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | プロテアソーム / アッセンブリーシャペロン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
α7 サブユニットを起点としたプロテアソーム形成中間体を対象として、X線結晶構造解析、電子顕微鏡解析、高速AFM解析を用いた多元的構造生物学的アプローチによる立体構造解析を行った。これにより、α6/α7およびα4/α7から形成される複合体はいずれも7量体のリングが2つ重なったヘテロ14量体構造を形成していることを見出した。また、高速AFMを用いたα7 サブユニットのアッセンブリー過程の追跡観察により、αリングの形成中間体だと推測される複合体構造を捉えることに成功した。
さらに、高速AFM解析によってα7ホモ14量体のα6サブユニットによる解体過程の可視化を試みた。その結果、α6によるα7の2重リングの解体は、2段階のプロセスを経ていることが明らかになった。また、超分子質量装置を用いた一連の相互作用解析を実施し、α6以外のサブユニットに関しても、α6と同様にα７ホモ14量体を解体する能力を有しているか否か検証した。その結果興味深いことに、α2、α4およびホモ14量体形成能を欠失したα7変異体もα7の2重リング構造を解体することが判明した。
一方、アッセンブリーシャペロンの一つであるPAC3を対象として、その立体構造情報に基づくin silicoスクリーニングを行い、結合する低分子化合物を探索した。さらに、実際にその化合物がシャペロンとPAC3の複合体形成を阻害することを確認するとともに、NMRを用いてPAC3との相互作用解析に着手した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
真核生物のプロテアソーム形成中間体のキャラクタライズに加えて、古細菌のプロテアソーム集合シャペロンのホモログタンパク質の機能改変を試みた。その結果、プロテアソーム活性能を賦与した人工タンパク質を創成することに成功した。また、クライオ電子顕微鏡解析によって、本シャペロン様タンパク質はパートナータンパク質との複合体形成に伴い、特徴的なカゴ状構造を形成することを見出した。以上の結果を総合的に判断して、順調に研究は進展していると考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
<プロテアソームアッセンブリー系を標的とする創薬への展開>
これまでに、X線結晶構造解析、クライオ電子顕微鏡解析、高速AFM解析などを用いた多角的な構造生物学的アプローチによって、幾つかのプロテアソームの形成中間体の立体構造を明らかにしてきた。さらに、アッセンブリーシャペロンの立体構造情報に基づくin silicoスクリーニングにより、結合する低分子化合物を探索し、実際にその化合物がシャペロン複合体の相互作用を阻害することを見出してきた。最終年度では、NMRや超分子質量分析による相互作用解析の実験的データに基づいて、候補化合物の最適化を行う。さらに、細胞レベルでの化合物の評価系を検討し、候補化合物のプロテアソームアッセンブリー阻害剤としての可能性を探索する。また、他のアッセンブリー形成中間体を標的とした創薬研究の展開を考慮し、前年に引き続きプロテアソームの形成中間体のキャラクタライズ並びin silicoスクリーニングを併せて進め、順次創薬標的としての可能性を探査する。
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