2016 Fiscal Year Research-status Report
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16K14714
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| Research Institution | Yokohama City University |
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Principal Investigator |
木寺 詔紀 横浜市立大学, 生命医科学研究科, 教授 (00186280)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | タンパク質 / 分子シミュレーション / アロステリック創薬 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
リガンド結合部位の立体構造をアロステリックに変化させるアロステリック薬の結合ポーズの網羅的なサンプリングを行うことを目的として研究を開始した。
まず、グルタミン結合タンパク質が基質であるグルタミンと類似したアスパラギンを結合しないことの分子機構を明らかにする研究を行った。グルタミン結合タンパク質-アスパラギン系のシミュレーションを行い、結合部位に配置したアスパラギンが容易に解離していくことを見いだした。これは、グルタミンの場合、アミノ基がクレフトの深い位置に結合し、側鎖末端がdoor keeperと呼ばれるクレフトを塞ぐ塩橋に結合する構造をとる。これがアスパラギンの場合、側鎖が短いために、door keeperと結合できなくなり、容易に解離することが分かった。
アロステリック薬の結合ポーズの網羅的なサンプリングの対象として、アロステリック薬との共結晶構造が解かれているMEK1について研究を開始した。MEK1の構造が取り得る構造アンサンブルを得るために、非活性型結晶構造とホモロジーモデリングによる活性型構造モデルを用いてtargeted MDを行い、経路上から選んだ構造から多数の分子動力学計算を行うことで、構造アンサンブルを得た。このアンサンブルから非活性型→活性型の構造変化過程が、基本的にはsrc kinaseとほぼ同様な過程を経ることが示された。このアンサンブルに対して、結晶構造にあるアロステリック薬剤のドッキングシミュレーションをMEK1/ATP複合体に対して行ったところ、この薬剤がMEK1に結合しない構造と結晶構造部位に結合する構造のただ二つになり、結合ポーズは単一であることが分かった。これはATPが結合したMEK1のアンサンブル中で、薬剤が結合できるポケットが結晶構造のアロステリック薬剤結合部位以外にないことが理由であり、他の薬剤でも同様な結果となることが推測された。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
グルタミン結合タンパク質の基質特異性の研究は順調に完了し、論文として発表した。また、MEK1の予備的シミュレーションも順調に完了したものの、その結果は単一の結合ポーズを示し、網羅的なサンプリングによらずともドッキングシミュレーションで容易にアロステリック薬の結合ポーズを予測することが可能であることが示され、対象として選定したMEK1が今回の目的に適さないことが分かった。そこで、対象を大幅に変えて新たな研究を開始する必要が生じてきたところから、上記の評価とした。しかしながら、新たな方針は年度途中で確定し、その方向にすでに研究を開始しているところから、29年度中には研究を完了できるものと期待している。
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| Strategy for Future Research Activity |
まず、MEK1は大規模なlobe間運動をしないために、単一のドッキングポーズを持つものと考え、非活性型→活性型の過程で大規模なlobe間運動をすることが知られているprotein kinaseであるEGFR kinaseに研究対象を変更した。EGFR kinaseのATP/薬剤非結合型の網羅的サンプリング（MSES）はすでに完了し、その大規模なlobe間運動を再現し、二量化による活性化機構を解明する指針が得られた。そこで得られる活性化機構に基づいて、二量化を妨げるアロステリック薬剤の可能性を探ることを計画している。
さらに、対象としてより柔軟で薬理学的に極めて重要な役割を持つCytochrome P450（CYP）について新たに研究を開始した。これは、極めて多様な構造とそれに対応する結合部位を有し、そのためにCYP阻害（薬剤代謝を妨げる薬剤相互作用）を引き起こすことが知られている。この趣旨は、アロステリック薬剤探索の趣旨には必ずしも合致しないが、網羅的なサンプリングが必要な本課題において適切な研究対象であると考える。CYPについては、CYP2C9を対象として選び、予備的なシミュレーションを完了した段階にある。今後、薬剤と網羅的サンプリング（MSES）を実施する予定である。
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| Causes of Carryover |
年度当初の早い段階で、「現在までの進捗状況」に上げた研究進捗上の問題が生じ、予算を使って行う研究を全面的には実施することができず、本来の目的である研究内容を大幅に変更する必要が出てきたことが理由である。また、その段階までの予備的計算はこの研究費を支出することなく実施することができた。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
新たな対象であるEGFR kinaseとCYP2C9の両者の研究を行うためには、これまで年度あたりで想定していた金額よりも多い研究費が必要となるため、29年度中に全額を使う必要があるものと考えている。また、MEK1で起こった問題は、上記二つの研究対象では問題とならないことが予備的な研究で明らかとなったため、十分に実施可能であり、研究費全額の執行が可能であると考えている。
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Research Products
(7 results)
