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2016 Fiscal Year Annual Research Report

物理化学的理解に基づく蛋白質間相互作用プロセス制御剤の探索と設計

Research Project

Project/Area Number 16H02420
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

津本 浩平  東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (90271866)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 長門石 曉  東京大学, 医科学研究所, 特任准教授 (30550248)
Project Period (FY) 2016-04-01 – 2019-03-31
Keywords創薬 / 蛋白質 / 低分子 / 抗体 / 物理化学
Outline of Annual Research Achievements

今年度は、モデルVHH, scFv抗体について、その抗原結合に関する複合体情報をX線結晶構造解析等を含めて収集すると共に、その分子間相互作用に関する物理化学的解析を実施した。特にP-cadherinに対する抗体に関しては、その抗原に対する機能阻害メカニズムの解明にも取り組んだ(Sci. Rep. 2017, 7: 39518)。抗P-cadherin抗体はscFvで調製し、抗原との相互作用に関して詳細な物理化学的相互作用解析を行った。その結果、抗P-cadherin抗体はエンタルピー駆動型、かつ低い解離速度定数で抗原と結合し、抗原ダイマーの終状態を阻害しているのではなく、抗原の中間体に作用して、平衡をモノマーに偏らせるというメカニズムであることが明らかとなった。この成果は、抗体-抗原間相互作用に関する物理化学的パラメータも精査することにより、効果的な抗体設計が可能であることを示唆している。またVHH抗体のファージディスプレイを実施するための基盤構築を実施した。特にモデルとなるVHHのCDR3ループに無作為に変異箇所を導入したライブラリーの設計とその構築を行った。
低分子においては、モデル蛋白質と低分子薬剤について、その相互作用に関する物理化学的解析を行った。またがん関連、病原性微生物関連など蛋白質―蛋白質間相互作用PPIに関する精密な相互作用解析を遂行し、これらに対する阻害剤スクリーニングを実施した。一方で、ミトコンドリア病に関連する新規な標的蛋白質に対して、新規低分子薬剤との物理化学的な相互作用解析を実施した。その結果、薬剤は弱いながらも(解離定数uMオーダー)in vitroにて結合していることが明らかとなった(J Am Soc Nephrol. 2016, 27, 1925)。この成果は、物理化学的解析による評価系が、標的分子に対した特異的に作用し、かつ低親和性にも関わらず細胞内で阻害活性を示す、リガンドの質を担保する有用なツールであることを示している。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

抗体においては各種標的蛋白質に対するファージディプレイの構築、低分子においても各種標的蛋白質に対するスクリーニングの構築を行った。探索・選抜へ向けた基盤構築は滞りなく進んでおり、おおむね研究計画は順調に進んでいる。

Strategy for Future Research Activity

<抗体の相互作用解析と探索>
ファージディスプレイを構築すると共に、それを活用して各種標的蛋白質に対する抗体(VHHやscFvなど)の取得を行う。得られた抗体に対しては、その特異性評価として、等温滴定型熱量計、表面プラズモン共鳴による熱力学・速度論解析を実施する。一方で既存のモデル抗原-抗体相互作用においては、引き続きアミノ酸レベルでの特異性創出メカニズムの解明を実施する。特に、遷移状態に関する物理化学パラメータを収集し、抗体の分子認識メカニズムと特性(特異性創出、阻害活性)に関する詳細な解析を試みる。
<低分子化合物の相互作用解析と探索>
各種標的蛋白質に愛する低分子化合物スクリーニングを実施し、ヒット化合物の探索・選抜を行う。さらにヒットバリデーションとして物理化学的パラメータを指標とした検証を行い、低分子のリガンドとしての質を精密に解析する。その際に、おそらくは高活性なヒット化合物は得られず、親和性の低い分子が選抜されると予想される。そのため、リガンドとしての質を担保するために、細胞アッセイをバリデーションツールの1つとして取り入れ、ヒット化合物のin vitro, in cell両方における特異性を見極める。

  • Research Products

    (31 results)

All 2017 2016

All Journal Article (11 results) (of which Int'l Joint Research: 5 results,  Peer Reviewed: 9 results) Presentation (20 results) (of which Int'l Joint Research: 6 results,  Invited: 4 results)

  • [Journal Article] Production and characterization of genetically modified human IL-11 variants.2017

    • Author(s)
      Sano E, Takei T, Ueda T, Tsumoto K.
    • Journal Title

      Biochim Biophys Acta.

      Volume: 1861 Pages: 205-217

    • DOI

      10.1016/j.bbagen.2016.11.028

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Through-bond effects in the ternary complexes of thrombin sandwiched by two DNA aptamers.2017

    • Author(s)
      Pica A, Russo Krauss I, Parente V, Tateishi-Karimata H, Nagatoishi S, Tsumoto K, Sugimoto N, Sica F.
    • Journal Title

      Nucleic Acids Res.

      Volume: 45 Pages: 461-469

    • DOI

      10.1093/nar/gkw1113

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Mitochonic Acid 5 Binds Mitochondria and Ameliorates Renal Tubular and Cardiac Myocyte Damage.2016

    • Author(s)
      Suzuki T, Nagatoishi S, Tsumoto K, Abe T(他37名)
    • Journal Title

      J Am Soc Nephrol.

      Volume: 27 Pages: 1925-1932

    • DOI

      10.1681/ASN.2015060623

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Differential Effect of Membrane Composition on the Pore-Forming Ability of Four Different Sea Anemone Actinoporins.2016

    • Author(s)
      Garcia-Linares S, Rivera-de-Torre E, Morante K, Tsumoto K, Caaveiro JM, Gavilanes JG, Slotte JP, Marinez-Del-Pozo A.
    • Journal Title

      Biochemistry

      Volume: 55 Pages: 6630-6641

    • DOI

      10.1021/acs.biochem.6b01007

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Structural basis for broad neutralization of HIV-1 through the molecular recognition of 10E8 helical epitope at the membrane interface.2016

    • Author(s)
      Rujas E, Caaveiro JM, Partida-Hanon A, Gulzar N, Morante K, Apellaniz B, Garcia-Porras M, Bruix M, Tsumoto K, Scott JK, Jimenez MA, Nieva JL.
    • Journal Title

      Sci Rep.

      Volume: 6 Pages: 38177

    • DOI

      10.1038/srep38177

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Adhesive Dimerization of Human P-Cadherin Catalyzed by a Chaperone-like Mechanism.2016

    • Author(s)
      Kudo S, Caaveiro JM, Tsumoto K.
    • Journal Title

      Structure

      Volume: 24 Pages: 1523-1536

    • DOI

      10.1016/j.str.2016.07.002

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] In-Cell Enzymology To Probe His-Heme Ligation in Heme Oxygenase Catalysis.2016

    • Author(s)
      Sigala PA, Morante K, Tsumoto K, Caaveiro JM, Goldberg DE.
    • Journal Title

      Biochemistry

      Volume: 55 Pages: 4836-4849

    • DOI

      10.1021/acs.biochem.6b00562

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Identification of a Membrane-bound Prepore Species Clarifies the Lytic Mechanism of Actinoporins.2016

    • Author(s)
      Morante K, Bellomio A, Gil-Carton D, Redondo-Morata L, Sot J, Scheuring S, Valle M, Gonzalez-Manas JM, Tsumoto K, Caaveiro JMM.
    • Journal Title

      J Biol Chem.

      Volume: 291 Pages: 19210-19219

    • DOI

      10.1074/jbc.M116.734053

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Structural basis for amino acid export by DMT superfamily transporter YddG.2016

    • Author(s)
      Tsuchiya H, Doki S, Takemoto M, Ikuta T, Higuchi T, Fukui K, Usuda Y, Tabuchi E, Nagatoishi S, Tsumoto K, Nishizawa T, Ito K, Dohmae N, Ishitani R, Nureki O.
    • Journal Title

      Nature

      Volume: 534 Pages: 417-420

    • DOI

      10.1038/nature17991

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Quantitative phosphoproteomics-based molecular network description for high-resolution kinase-substrate interactome analysis.2016

    • Author(s)
      Narushima Y, Kozuka-Hata H, Tsumoto K, Inoue J, Oyama M.
    • Journal Title

      Bioinformatics

      Volume: 32 Pages: :2083-2088

    • DOI

      10.1093/bioinformatics/btw164

  • [Journal Article] Assessment of the Protein-Protein Interactions in a Highly Concentrated Antibody Solution by Using Raman Spectroscopy.2016

    • Author(s)
      Ota C, Noguchi S, Nagatoishi S, Tsumoto K.
    • Journal Title

      Pharm Res.

      Volume: 33 Pages: 956-969

    • DOI

      10.1007/s11095-015-1842-8

  • [Presentation] Development of SpyTag-based bispecific antibodies as two-step targeting agents2017

    • Author(s)
      Hiroki Akiba ,Kyohei Yumura, Kensuke Takayanagi, Takao Hamakubo, Kouhei Tsumoto
    • Organizer
      11th Annual Symposium on Nanobiotechnology 2017
  • [Presentation] Thermodynamic effects of intramolcular hydrogen bonds within peptide on the peptide-antibody interaction2017

    • Author(s)
      Kazuhiro Miyanabe, Hiroki Akiba, Jose Caaveiro, Makoto Nakakido, Daisuke Kuroda, Kouhei Tsumoto
    • Organizer
      11th Annual Symposium on Nanobiotechnology 2017
  • [Presentation] 創薬研究におけるITCとサーマルシフトの活用2017

    • Author(s)
      長門石 曉
    • Organizer
      :熱測定スプリングスクール2017(第78回熱測定講習会)
    • Invited
  • [Presentation] Specificity-determining structural elements of antibody against antigen2017

    • Author(s)
      Hiroki Akiba, Ryosuke Yoshida, Raiji Kawade, Jose M. Caaveiro, Kouhei Tsumoto
    • Organizer
      日本化学会第97春季年会(2017)
  • [Presentation] 抗体によるリン酸基認識機構の結晶構造と熱力学的手法による解析2017

    • Author(s)
      河出来時、秋葉宏樹、カアベイロホセ、奥村繁、丸山俊昭、Kevin Entzminger , 津本浩平
    • Organizer
      日本化学会第97春季年会(2017)
  • [Presentation] Thermodynamic analysis of the recognition of a flexible peptide by an antibody2017

    • Author(s)
      Kouichi Miyanabe, Hiroki Akiba, Jose M. Caaveiro, Disuke Kuroda, Kouhei Tsumoto
    • Organizer
      日本化学会第97春季年会(2017)
  • [Presentation] LI-cadherinのホモダイマー形成の細胞アッセイ及び物理化学的手法による分析2017

    • Author(s)
      由井杏奈、菊池智佳、工藤翔太、秋葉宏樹、長門石曉、新井修、岩成宏子、浜窪隆雄、津本浩平
    • Organizer
      日本化学会第97春季年会(2017)
  • [Presentation] 次世代の低分子創薬を拓く蛋白質-低分子間相互作用の物理化学的解析2017

    • Author(s)
      長門石 曉、カアベイロホセ、津本浩平
    • Organizer
      日本薬学会第137年会
  • [Presentation] Biophysical approach to find the inhibitors of CapF and ERK2 enzyme in FBDD2016

    • Author(s)
      Satoru Nagatoishi, Kouhei Tsumoto
    • Organizer
      JCUP VII
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] SPR and ITC-based small-molecule screening to find inhibitors of protein-protein interaction2016

    • Author(s)
      Satoru Nagatoishi, Kouhei Tsumoto
    • Organizer
      DiPIA 2016
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Lipids as structural elements in pore formation2016

    • Author(s)
      Koldo Morante, Kouji Tanaka, Jose M. Caaveiro, Kouhei Tsumoto
    • Organizer
      IMI translocation 2016 - Novel approaches to fight bacteria
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Thermodynamic analysis of molecular recognition between tea catechins and human serum albumin2016

    • Author(s)
      Tomoya Takahashi, Sartoru Nagatoishi, Daisuke Kuroda, Kouhei Tsumoto
    • Organizer
      CALCON2016
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Thermodynamic analysis of molecular recognition between tea catechins and human serum albumin2016

    • Author(s)
      Sartoru Nagatoishi, Y. Tanabe, Kouhei Tsumoto
    • Organizer
      CALCON2016
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] How we can improve affinity of antibodies for the targets towards therapeutics2016

    • Author(s)
      Kouhei Tsumoto
    • Organizer
      CALCON2016
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 9F NMR and SPR Screening for the Development of an Inhibitor of the Tob1-CNOT7 Interaction2016

    • Author(s)
      Kouhei Soeda ,Satoru Nagatoishi, E. Kato, M. Yamamoto, Kouhei Tsumoto
    • Organizer
      The 27th International Conference on Magnetic Resonance in Biological Systems
  • [Presentation] Thermodynamics of the interaction between proteins and small compounds in drug discovery2016

    • Author(s)
      長門石曉、津本浩平
    • Organizer
      分子研研究会
  • [Presentation] 次世代抗体開発を指向したin silicoとin vitroをつなぐ熱力学解析2016

    • Author(s)
      長門石曉、津本浩平
    • Organizer
      バイオプロセス講演会
  • [Presentation] コラーゲン線維形成プロセスを制御する蛋白質Osteomodulinの制御機構解析2016

    • Author(s)
      田島卓実、長門石暁、カアベイロホセ、中木戸誠、相良洋、大沼信一、津本浩平
    • Organizer
      第10回バイオ関連化学シンポジウム
  • [Presentation] 次世代薬剤設計を指向した蛋白質-低分子間相互作用のプロセス熱力学2016

    • Author(s)
      長門石曉、 山口奏、津本浩平
    • Organizer
      第10回バイオ関連化学シンポジウム
  • [Presentation] 熱力学的解析を基盤とした茶カテキン-蛋白質間の分子認識機構の解明2016

    • Author(s)
      高橋知也、長門石曉、黒田大祐、津本浩平
    • Organizer
      第21回日本フードファクター学会学術集会

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Published: 2018-12-17  

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