2016 Fiscal Year Annual Research Report
疾患に関わる代謝経路の制御と理解を実現する合成生物学の新技術
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15H05371
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
小松 徹 東京大学, 大学院薬学系研究科(薬学部), 助教 (40599172)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | ケミカルバイオロジー / 創薬化学 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，代謝過程の担い手である酵素の機能を，機能性の有機小分子とタンパク質の組み合わせを利用して秒～分の単位で制御する合成生物学のツールを開発し，代謝経路の異常によって疾患が引き起こされるまでの代謝ダイナミクスの理解を実現する．具体的には，(A) 癌におけるアミノ酸代謝に対する摂動系の開発，(B) 脂質代謝物産生系の制御，(C) 細胞内メチル化酵素活性の制御法の確立の3つのテーマに沿って，実用的な新技術の開発とこれによる疾患関連代謝異常の理解の促進を目指している．前年度は，これらの実験系のうちのいくつかについて実際に系を確立し，そのパイロット実験を進めると共に，端緒となる成果について，特許出願，論文発表などをおこなった．以下に具体的な内容を述べる．
(A) 癌におけるアミノ酸代謝に対する摂動系の開発： これまでに，癌におけるエネルギー代謝系に関わる酵素のはたらきを，基質の添加によってコントロールし，その応答を調べる実験系のモデル系の開発に成功した．更には，これを利用したスクリーニング系を開発し，特許出願をおこなった（PCT/JP2016/84669）．
(B) 脂質代謝物産生系の制御： 酵素PLA2を細胞膜上にリクルートする実験系を開発し，細胞内膜上にこれをリクルートした際に，特徴的な表現型が見られることを，蛍光イメージング実験より明らかにした．
(C) 細胞内メチル化酵素活性の制御法： 細胞内のメチル化酵素活性の評価法を確立すると同時に，鍵となる酵素のはたらきを制御する化合物の開発までを完了し，論文報告をおこなった（Angew. Chem. Int. Ed. 2017, 56, 153-157. ）．
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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
上述のとおり，本年度は特に，(A) アミノ酸，(C) 補酵素の2つの代謝過程に摂動を与える実験系の作成において，それぞれ最低1つずつのプロトタイプの実験系の確立に成功し，それぞれ成果を特許出願，論文発表する段階まで研究を進めた．更に，それぞれの研究を単発の成果で終わらせるだけでなく，これを一般化した手法とするため，他のアミノ酸代謝，補酵素の代謝を制御する手法の確立へと一般化を目指した研究に入ることが出来た．特に，アミノ酸の代謝を制御する手法は，pathway-oriented screeningという新しい概念の提案に繋がり，癌において重要な代謝系である解糖系やTCA回路，グルタミン代謝などを制御する実験系開発の端緒となる成果が得られており，これらのうち，解糖系の制御に関する研究成果は，本年度中に論文投稿を予定する段階まで研究が進んでおり，全体として，予想以上の進捗が得られていると判断した．
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度は現在までに観察されている事象の詳細な理解を進め，より応用性，汎用性の高い実用的な実験系の開発へと繋げることを目指す．
(A) 癌におけるアミノ酸代謝に対する摂動系の開発： glycine代謝系に摂動を与える実験系において，見出された酵素のはたらきのより詳細な理解を進める．また，これと合わせて，解糖系やTCA回路，グルタミン代謝の制御に関わる研究を展開し，これを制御する薬剤のスクリーニングにより，抗癌剤の候補化合物の開発へと繋げる橋渡し研究を目指す．
(B) 脂質代謝物産生系の制御： PLA2の細胞内局在に伴い観察されたフェノタイプについて，どのような脂質シグナル分子が関わっているかを明らかにする研究を進めていく．
(C) 細胞内メチル化酵素活性の制御法の確立： in vitroでSAM濃度に摂動を与えることができた化合物を細胞系に適用し，生細胞系における有用性を検証すると共に，ここで得られる知見からフィードバックを受けて更なる分子の開発を進めていく．
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[Journal Article] Discovery and Mechanistic Characterization of Selective Inhibitors of H2S-producing Enzyme: 3-Mercaptopyruvate Sulfurtransferase (3MST) Targeting Active-site Cysteine Persulfide2017
Author(s)
K. Hanaoka, K. Sasakura, Y. Suwanai, S. Toma-Fukai, K. Shimamoto, Y. Takano, N. Shibuya, T. Terai, T. Komatsu, T. Ueno, Y. Ogasawara, Y. Tsuchiya, Y. Watanabe, H. Kimura, C. Wang, M. Uchiyama, H. Kojima, T. Okabe, Y. Urano, T. Shimizu and T. Nagano
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Journal Title
Sci. Reports
Volume: 7
Pages: 40227
DOI
Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
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[Journal Article] Development of a Reversible Fluorescent Probe for Reactive Sulfur Species, Sulfane Sulfur, and its Biological Application2017
Author(s)
Yoko Takano, Kenjiro Hanaoka, Kazuhito Shimamoto, Ryo Miyamoto, Toru Komatsu, Tasuku Ueno, Takuya Terai, Hideo Kimura, Tetsuo Nagano and Yasuteru Urano
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Journal Title
Chem Commun.
Volume: 53
Pages: 1064-1067
DOI
Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
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[Journal Article] Development of an Azoreductase-based Reporter System with Synthetic Fluorogenic Substrates2017
Author(s)
Narae Shin, Kenjiro Hanaoka, Wen Piao, Takuya Miyakawa, Tomotsumi Fujisawa, Satoshi Takeuchi, Shodai Takahashi, Toru Komatsu, Tasuku Ueno, Takuya Terai, Tahei Tahara, Masaru Tanokura, Tetsuo Nagano and Yasuteru Urano
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Journal Title
ACS Chem. Biol.
Volume: 12
Pages: 558-563
DOI
Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
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[Journal Article] Discovery of Cell-type-specific and Disease-related Enzymatic Activity Changes via Global Evaluation of Peptide Metabolism2017
Author(s)
Jun Onagi, Toru Komatsu, Yuki Ichihashi, Yugo Kuriki, Mako Kamiya, Takuya Terai, Tasuku Ueno, Kenjiro Hanaoka, Hiroyuki Matsuzaki, Keisuke Hata, Toshiaki Watanabe, Tetsuo Nagano, and Yasuteru Urano
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Journal Title
J. Am. Chem. Soc.
Volume: 139
Pages: 3465-3472
DOI
Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
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[Journal Article] Unexpected photo-instability of 2,6-sulfonamide-substituted BODIPYs and its application to development of caged GABA2016
Author(s)
Aoi Takeda, Toru Komatsu, Hiroshi Nomura, Naka Masamitsu, Norio Matsuki, Yuji Ikegaya, Takuya Terai, Tasuku Ueno, Kenjiro Hanaoka, Tetsuo Nagano, and Yasuteru Urano
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Journal Title
ChemBioChem
Volume: 17
Pages: 1-6
DOI
Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
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[Journal Article] Development of Practical Red Fluorescent Probe for Cytoplasmic Calcium Ions with Greatly Improved Cell-membrane Permeability2016
Author(s)
Kazuhisa Hirabayashi, Kenjiro Hanaoka, Takahiro Egawa, Chiaki Kobayashi, Shodai Takahashi, Toru Komatsua, Tasuku Ueno, Takuya Terai, Yuji Ikegaya, Tetsuo Nagano, and Yasuteru Urano
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Journal Title
Cell Calcium
Volume: 60
Pages: 256-265
DOI
Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
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[Journal Article] Rapid and sensitive detection of early esophageal squamous cell carcinoma with fluorescence probe targeting dipeptidylpeptidase IV2016
Author(s)
Haruna Onoyama, Mako Kamiya, Yugo Kuriki, Toru Komatsu, Hiroyuki Abe, Yosuke Tsuji, Koichi Yagi, Yukinori Yamagata, Susumu Aikou, Masato Nishida, Kazuhiko Mori, Hiroharu Yamashita, Mitsuhiro Fujishiro, Sachiyo Nomura, Nobuyuki Shimizu, Masashi Fukayama, Kazuhiko Koike, Yasuteru Urano and Yasuyuki Seto
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Journal Title
Sci. Rep.
Volume: 6
Pages: 26399
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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