人為的ユビキチン化修飾による細胞機能の制御

2016 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 16H05090
• Research Institution: National Institute of Health Sciences
• Principal Investigator: 内藤 幹彦 国立医薬品食品衛生研究所, 遺伝子医薬部, 部長 (00198011)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 服部 隆行 国立医薬品食品衛生研究所, 遺伝子医薬部, 主任研究官 (50377751)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2019-03-31
• Keywords: ユビキチン / プロテアソーム / タンパク質分解 / プロテインノックダウン

Outline of Annual Research Achievements

人為的ユビキチン化修飾による細胞機能の制御を詳細に解析するために、LCL161誘導体をIAPリガンドに利用して、従来よりも低濃度でプロテインノックダウン活性を示すSNIPER化合物の開発に成功した。エストロゲン受容体を標的とするLCLベースのSNIPER(ER)-87は、培養細胞では10nM程度で標的タンパク質のユビキチン化と分解を誘導した。またSNIPER(ER) -87はE3リガーゼとしてXIAPを優先的にリクルートし、ヌードマウスに移植したヒト乳がん細胞に対してもプロテインノックダウン活性と抗がん活性を示すことがわかった。同様にLCL161誘導体を利用して、BCR-ABL、BRD4、PDE4を10nM程度で分解する各種SNIPER化合物の開発に成功した。
SNIPERによるプロテインノックダウン法で分解誘導可能な標的タンパク質の細胞内局在を明らかにするために、CRABP-IIタンパク質に核移行シグナル、核外排出シグナル、膜結合シグナル、ミトコンドリア移行シグナルを融合して細胞に発現させ、SNIPER処理により局在させたCRABP-IIタンパク質が分解されるかどうかを調べた。その結果、SNIPER(CRABP)-11処理により、これらすべてのCRABP-IIタンパク質の分解が誘導された。細胞質及び細胞膜近傍に局在するCRABP-IIタンパク質の分解にはユビキチンリガーゼとしてIAPが働いていることが確認されたが、核及びミトコンドリアに局在するCRABP-IIタンパク質の分解には、IAP以外のユビキチンリガーゼが分解に関与する事がわかった。

Current Status of Research Progress

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

Reason

LCL161誘導体をIAPリガンドに導入する事により、従来と比べて1/1000程度の濃度でプロテインノックダウン活性を示すSNIPER化合物の開発に成功し、in vivoでもその活性を確認した。またSNIPERによるプロテインノックダウン法で、細胞内の様々なコンパートメントに局在するタンパク質を標的として分解誘導できることを明らかにした。

Strategy for Future Research Activity

細胞膜タンパク質をSNIPERで人為的にユビキチン化修飾する事によって、細胞膜タンパク質にどのような挙動変化が現れるかを調べる。モデル実験として、CRABP2を融合した細胞膜受容体タンパク質等を細胞に発現させ、SNIPER(CRABP)-11処理による挙動変化を詳細に解析する。また内在性の細胞膜受容体タンパク質を標的とするSNIPERを開発し、標的タンパク質に及ぼす影響を解析する。

Research Products

• [Journal Article] Targeted Degradation of Proteins Localized in Subcellular Compartments by Hybrid Small Molecules. (2017)
  • Author(s): Okuhira, K., Shoda, T., Omura, R., Ohoka, N., Hattori, T., Shibata, N., Demizu, Y., Sugihara, R., Ichino, A., Kawahara, H., Itoh, Y., Ishikawa, M., Hashimoto, Y., Kurihara, M., Itoh, S., Saito, H. & Naito, M.
  • Journal Title: Mol pharmacol Volume: 91 Pages: 159-166
  • DOI: 10.1124/mol.116.105569
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] In Vivo Knockdown of Pathogenic Proteins via Specific and Nongenetic Inhibitor of Apoptosis Protein (IAP)-dependent Protein Erasers (SNIPERs). (2017)
  • Author(s): Ohoka, N., Okuhira, K., Ito, M., Nagai, K., Shibata, N., Hattori, T., Ujikawa, O., Shimokawa, K., Sano, O., Koyama, R., Fujita, H., Teratani, M., Matsumoto, H., Imaeda, Y., Nara, H., Cho, N. & Naito, M.
  • Journal Title: J Biol Chem Volume: 292 Pages: 4556-4570
  • DOI: 10.1074/jbc.M116.768853
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] SNIPER(TACC3) induces cytoplasmic vacuolization and sensitizes cancer cells to Bortezomib. (2017)
  • Author(s): Ohoka, N., Nagai, K., Shibata, N., Hattori, T., Nara, H., Cho, N. & Naito, M.
  • Journal Title: Cancer Sci Volume: 108 Pages: in press
  • DOI: 10.1111/cas.13198
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Molecular Design, Synthesis, and Evaluation of SNIPER(ER) That Induces Proteasomal Degradation of ERalpha. (2016)
  • Author(s): Okuhira, K., Demizu, Y., Hattori, T., Ohoka, N., Shibata, N., Kurihara, M. & Naito, M.
  • Journal Title: Methods Mol Biol Volume: 1366 Pages: 549-560
  • DOI: 10.1007/978-1-4939-3127-9_42
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Protein Knockdown Technology: Application of Ubiquitin Ligase to Cancer Therapy. (2016)
  • Author(s): Ohoka, N., Shibata, N., Hattori, T. & Naito, M.
  • Journal Title: Curr Cancer Drug Targets Volume: 16 Pages: 136-146
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Development of BCR-ABL degradation inducers via the conjugation of an imatinib derivative and a cIAP1 ligand. (2016)
  • Author(s): Demizu, Y., Shibata, N., Hattori, T., Ohoka, N., Motoi, H., Misawa, T., Shoda, T., Naito, M. & Kurihara, M.
  • Journal Title: Bioorg Med Chem Lett Volume: 26 Pages: 4865-4869
  • DOI: 10.1016/j.bmcl.2016.09.041
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] ユビキチン・プロテアソーム経路を利用したプロテインノックダウン化合物の開発 (2017)
  • Author(s): 大岡伸通、永井克典、奥平桂一郎、柴田識人、服部隆行、長展生、内藤幹彦
  • Organizer: 日本薬学会第136年会
  • Place of Presentation: 仙台国際センター（宮城県仙台市）
  • Year and Date: 2017-03-25 – 2017-03-27
• [Presentation] プロテインノックダウン法を利用したアンドロゲン受容体蛋白質分解誘導剤の開発 (2017)
  • Author(s): 柴田識人、大岡伸通、服部隆行、永井克典、伊東昌宏、奈良洋、長展生、内藤幹彦
  • Organizer: 日本薬学会第136年会
  • Place of Presentation: 仙台国際センター（宮城県仙台市）
  • Year and Date: 2017-03-25 – 2017-03-27
• [Presentation] ユビキチンープロテアソーム系を介したHisタグタンパク質分解誘導分子の開発 (2017)
  • Author(s): 沖津航陽，服部隆行，出水庸介，三澤隆史，正田卓司，内藤幹彦，栗原正明
  • Organizer: 日本薬学会第136年会
  • Place of Presentation: 仙台国際センター（宮城県仙台市）
  • Year and Date: 2017-03-25 – 2017-03-27
• [Presentation] In vivo protein knockdown by SNIPER recruiting IAP ubiquitin ligases (2016)
  • Author(s): Mikihiko Naito
  • Organizer: The 21th 国際化学療法シンポジウム
  • Place of Presentation: 日本科学未来館（東京）
  • Year and Date: 2016-12-14 – 2016-12-15
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 低分子化合物SNIPERによる細胞内ユビキチン化機能の制御と創薬への利用 (2016)
  • Author(s): 大岡伸通、奥平桂一郎、永井克典、伊東昌宏、柴田識人、服部隆行、宇治川治、佐野修、小山亮吉、今枝泰宏、奈良洋、長展生、内藤幹彦
  • Organizer: 第39回日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: 横浜国際会議場（神奈川県横浜市）
  • Year and Date: 2016-11-30 – 2016-12-02
• [Presentation] Development of hybrid small molecules that induce degradation of oncogenic BCR-ABL (2016)
  • Author(s): Norihito Shibata, Nobumichi Ohoka, Takayuki Hattori, Mikihiko Naito
  • Organizer: 第75回日本癌学会学術総会
  • Place of Presentation: 横浜国際会議場（神奈川県横浜市）
  • Year and Date: 2016-10-06 – 2016-10-08
• [Presentation] 低分子化合物SNIPERによるin vivoプロテインノックダウンと抗腫瘍活性評価 (2016)
  • Author(s): 大岡伸通、奥平桂一郎、永井克典、伊東昌宏、柴田識人、服部隆行、宇治川治、佐野修、小山亮吉、今枝泰宏、奈良洋、長展生、内藤幹彦
  • Organizer: 第75回日本癌学会学術総会
  • Place of Presentation: 横浜国際会議場（神奈川県横浜市）
  • Year and Date: 2016-10-06 – 2016-10-08
• [Presentation] 低分子化合物による網羅的人工ユビキチン化システムの構築 (2016)
  • Author(s): 服部隆行、正田卓司、奥平桂一郎、柴田識人、大岡伸通、伊東進、栗原正明、内藤幹彦
  • Organizer: 第89回日本生化学会大会
  • Place of Presentation: 仙台国際センター（宮城県仙台市）
  • Year and Date: 2016-09-25 – 2016-09-27
• [Presentation] 細胞内His タグタンパク質分解誘導剤の開発 (2016)
  • Author(s): 沖津航陽、服部隆行、出水庸介、三澤隆史、正田卓司、内藤幹彦、栗原正明
  • Organizer: 第60回日本薬学会関東支部大会
  • Place of Presentation: 東京大学（東京）
  • Year and Date: 2016-09-17 – 2016-09-17
• [Presentation] 芳香族炭化水素受容体のユビキチンリガーゼ活性を利用した新規標的タンパク質分解誘導剤の開発 (2016)
  • Author(s): 藤里卓磨、正田卓司、大岡伸通、井上英史、内藤幹彦、栗原正明
  • Organizer: 第60回日本薬学会関東支部大会
  • Place of Presentation: 東京大学（東京）
  • Year and Date: 2016-09-17 – 2016-09-17
• [Presentation] 低分子化合物SNIPERによるin vivoプロテインノックダウン (2016)
  • Author(s): 大岡伸通、奥平桂一郎、柴田識人、服部隆行、内藤幹彦
  • Organizer: 第20回日本がん分子標的治療学会学術集会
  • Place of Presentation: 別府コンベンションセンター（大分県別府市）
  • Year and Date: 2016-05-30 – 2016-06-01
• [Presentation] がん遺伝子YAPを標的としたプロテインノックダウン法の確立 (2016)
  • Author(s): 中野なおこ、正田卓司、服部隆行、栗原正明、内藤幹彦、伊東進
  • Organizer: 第20回日本がん分子標的治療学会学術集会
  • Place of Presentation: 別府コンベンションセンター（大分県別府市）
  • Year and Date: 2016-05-30 – 2016-06-01
• [Remarks] 国立医薬品食品衛生研究所遺伝子医薬部 研究概要
  • URL: http://www.nihs.go.jp/mtgt/research.html