2020 Fiscal Year Research-status Report
Development of a physics-based fast screening method for detecting the cancer-therapeutic peptides
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19K14674
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| Research Institution | Niigata University |
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Principal Investigator |
林 智彦 新潟大学, 自然科学系, 助教 (90838070)
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2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | ペプチド抗癌剤 / 天然変性ペプチド / 自由エネルギー関数 / 積分方程式理論 / 形態計測学的アプローチ / 水和自由エネルギー |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、抗腫瘍蛋白質p53の働きを阻害する蛋白質MDM2に強く結合して、MDM2を無効化するペプチド抗癌剤候補の理論による設計・実験による合成を行い、できる限り多くの抗MDM2ペプチドを新規に決定することを目的とする。2020年度は以下の成果を得た：
（１）「MDM2を無効化するペプチド抗癌剤候補の理論設計・実験による合成」に取り組んだ。昨年度に設計した新規抗MDM2ペプチドの結合能を「水和自由エネルギーを正確かつ高速に計算する新規手法（手法I）」を用いて理論的に評価し、実験による検証を開始した。その結果、新規抗MDM2ペプチドは、MIP （MDM2に対して非常に強く結合する既知のペプチド）のMDM2に対する結合能を上回ることが示唆された。さらに、結合能向上の程度（解離定数で評価）は理論値と概ね一致した。この結果は、抗癌ペプチドの理論設計の可能性を示唆する重要な意義を持つ。
（２）（１）の成果から、「高速自由エネルギー関数を用いた新規抗癌ペプチドの理論予測」には、水分子のエントロピー効果のみならず、水和エネルギーの効果も極めて重要であることが示唆された。そこで、水和エネルギーの計算をさらに高速化する手法の開発に取り組んだ。具体的には、３次元RISM理論による水和エネルギーを高速かつ精度良く再現する方法論（代表者らの開発した「３次元RISM理論+連続体溶媒モデル+形態計測学アプローチ」）の、新規抗癌ペプチドの理論予測法への応用を試みた。この方法論を用いることで、手法Iのさらなる高速化が期待出来るという重要な意義を持つ。第一段階として、低分子から蛋白質のような巨大分子に至る種々の溶質について、エネルギー表示法（分子動力学シミュレーションに基づく信頼性の高い溶媒和自由エネルギー計算手法）による計算結果の再現に取り組み、予備的な結果を得た。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究の第二段階の目的として設定した「MDM2を無効化するペプチド抗癌剤候補の理論設計・実験による合成」に取り組み、予備的な結果を得ることが出来た。また、本研究で用いた理論手法を応用することで、温度応答性ポリマーPNIPAMと蛋白質の低温変性メカニズムにおける共通点・相違点を解明した。これにより、全く異なる種類の高分子の物理特性が、統一的な理論的枠組みにより説明できることを示し、本研究で用いる理論的手法の有効性を明らかにした。
さらに、「物理理論のエッセンスを抽出した高速自由エネルギー関数」による新規抗癌ペプチドの理論予測法の開発を進めること出来た。実験結果をフィードバックすることにより、水和エネルギー計算のさらなる高速化の重要性に気づくことで、理論予測法開発の指針を得た。
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| Strategy for Future Research Activity |
「MDM2を無効化するペプチド抗癌剤候補の理論設計・実験による合成」に引き続き取り組む。本年度に取り組んだ新規抗MDM2ペプチドの結合能評価の実験を継続し、結果を理論に反映させることで手法の改善を試みる。
また、「物理理論のエッセンスを抽出した高速自由エネルギー関数」による新規抗癌ペプチドの理論予測法の開発を進める。具体的には、（α）既知の標的蛋白質-ペプチド複合体の立体構造を入力情報として、（β）標的蛋白質-結合力の高いペプチドの複合体の立体構造を予測する理論的方法論の開発に取り組む。まず、水和エネルギー計算の高速化手法を確立し、次の段階として、(α),(β)の立体構造が共に実験により既知のケースを対象として、理論手法の検証・改善を行う。
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