Reaction mechanism and inhibitor development of a histone demethylase

2018 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15K21626
• Research Institution: Yokohama City University
• Principal Investigator: 仙石 徹 横浜市立大学, 医学部, 講師 (60576312)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2019-03-31
• Keywords: 結晶構造解析 / 翻訳後修飾

Outline of Annual Research Achievements

ヒストンH3のリジン27のメチル化（H3K27me)は、遺伝子発現の抑制マークとして働き、多細胞生物の分化と発生に関与している。また、H3K27meレベルの異常は様々ながんと関連している。本研究は、H3K27脱メチル化酵素であるKDM6ファミリータンパク質の反応解析機構と阻害剤開発を目的としている。
ハイスループットスクリーニングで得られた阻害剤候補化合物とKDM6Aとの複合体構造解析を行ったが、候補化合物の電子密度を見出すことは出来なかった。現在のKDM6Aの結晶系ではクリスタルパッキングの影響で化合物が活性中心に到達できなくなっている可能性を考え、異なる結晶系でKDM6Aを結晶化するべく、結晶化スクリーニングを再度行うと同時にKDM6Aの内部ディスオーダー領域を欠損した変異体を作成し結晶化を試みたが、異なる結晶系を見出すことは出来なかった。また、KDM6Aと同様の触媒反応機構を利用するKDM4、KDM7ファミリータンパク質とKDM6Bとの発現系を構築し精製を行ったが、残念ながら構造解析に至らなかった。一方、KDMタンパク質とヌクレオソームとの相互作用を詳細に解析するため、ヌクレオソームの再構成系を構築し、ヌクレオソーム上のヒストン脱メチル化アッセイ法を検討した。これらの成果を踏まえ、今後はスクリーニングを再度行うことでより親和性の高い候補化合物の取得を試み、またヌクレオソーム複合体の構造解析を目指したい。
タンパク質の翻訳後修飾についての研究として、タンパク質ラムノース転移酵素EarPとその基質タンパク質との複合体の結晶構造を決定した。複合体構造をもとにした生化学的解析と分子動力学シミュレーションを合わせ、その反応機構を明らかにした。この結果は、感染症治療薬として有望なEarP阻害剤の開発に向けて有用な手掛かりを与える。