2016 Fiscal Year Annual Research Report
in silicoとin vitroの融合によるトリパノソーマ原虫治療薬探索
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15H02776
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
関嶋 政和 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 准教授 (80371053)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
秋山 泰 東京工業大学, 情報理工学院, 教授 (30243091)
平山 謙二 長崎大学, 熱帯医学研究所, 教授 (60189868)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | IT創薬 / バイオインフォマティクス / ケモインフォマティクス / スーパーコンピュータ / スマート創薬 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本申請課題「in silico とin vitro の融合によるトリパノソーマ原虫治療薬探索」では、未だ治療満足度が低く、医薬品の貢献が求められるアンメットメディカルニーズの高い疾患である、顧みられない熱帯病への貢献を目指す。本研究は、平成27年度から4年間で行う。平成28 年度は研究計画の2年目になり、(1) iNTRODBに収集されているトリパノソーマ科寄生原虫3種の配列、蛋白質の立体構造、哺乳類のオルソログとの配列相同性、遺伝子ノックダウンのデータを遺伝子ネットワークにより結びつけたデータベースから求められた標的での実験支援、(2) 熱揺らぎを考慮したドッキングシミュレーション手法についてこれらを実際の寄生原虫に関わる蛋白質に適用してリガンドの獲得及びFragment Molecular Orbital(FMO)による精度向上の基礎研究、(3) 血液中で増殖分裂するTrypanosoma Bruceiのin vitro培養株に対する抗原虫活性値とヒト肝細胞腫瘍株に対する細胞毒性値の測定が可能な系の構築を行った。。
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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
熱揺らぎを考慮したドッキングシミュレーション手法についてこれらを実際の寄生原虫に関わる蛋白質に適用し、リガンドの獲得を行った。in silicoの基盤技術に関する検討では、分子動力学シミュレーションの高速化および化合物のプレスクリーニングに関して成果を得た。また、さらにFragment Molecular Orbital(FMO)法を組合わせることで、ドッキングシミュレーションでは十分に選別できない量子化学的相互作用を考慮した化合物についてもpreliminaryな結果を得ることが出来た。特にシャーガス病の原因となるTrypanosoma cruziのポリアミン合成に関与するスペルミジン合成酵素のプトレシン結合部位を標的としたインシリコスクリーニングと酵素アッセイ、X線結晶構造解析に基づき、共結晶構造をProtein Data Bank (PDB)に登録をおこなった(5B1S, Crystal structure of Trypanosoma cruzi spermidine synthase in complex with 2-(2-fluorophenyl)ethanamine)。また、トリパノソーマ原虫が原因となるリーシュマニア症、シャーガス病、アフリカ睡眠病に対して一剤で効果的な薬の創出を進めており、昨年度までのシャーガス用の原因となるTrypanosoma cruziのセルアッセイの系に加えて本年度はアフリカ睡眠病の原因となるT.b.gambienseのセルアッセイの系を構築出来た。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成29年度は、熱揺らぎを考慮したドッキングシミュレーションについて、平成29年8月に稼働予定の東京工業大学に導入されるスーパーコンピュータTSUBAME3でも実施可能にすることを目指す。特に、preliminaryな結果が得られたFragment Molecular Orbital(FMO)法を組合わせることで、ドッキングシミュレーションでは十分に選別できない量子化学的相互作用を考慮した化合物の探索についても手法の確立を目指す。さらに、熱揺らぎを考慮することで、X線結晶構造解析を初期構造とした時に確認できるactive siteとは異なる標的部位であるallosteric siteの探索を目指す。この時、in silicoで選別した化合物がin vitroの酵素アッセイ系でヒット化合物とされても、active siteで阻害活性が得られたのかallosteric siteで阻害活性が得られたのかは区別が難しいため、X線結晶構造解析によりこれらの検証を目指していく。さらに、T.b.gambienseのセルアッセイを行うことで、アステラス製薬のインハウスの化合物と、東工大in silico由来の化合物について評価を進め、抗原虫活性値と細胞毒性値を求めていく。
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[Journal Article] High-Throughput Screening and Prediction Model Building for Novel Hemozoin Inhibitors Using Physicochemical Properties. Antimicrob Agents Chemother2017
Author(s)
Huy NT, Chi PL, Nagai J, Dang TN, Mbanefo EC, Ahmed AM, Long NP, Thoa LT, Hung LP, Titouna A, Kamei K, Ueda H, Hirayama K.
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Journal Title
Antimicrob Agents Chemother
Volume: -
Pages: 01607-01616
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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