小胞体ストレスセンサー分子特異的な酸化修飾阻止薬の開発

2020 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 19K22498
• Research Institution: Okayama University
• Principal Investigator: 上原 孝 岡山大学, 医歯薬学総合研究科, 教授 (00261321)
• Project Period (FY): 2019-06-28 – 2021-03-31
• Keywords: 一酸化窒素 / 小胞体ストレス / 酸化 / 小胞体ストレス応答 / 阻害薬

Outline of Annual Research Achievements

申請者は，一酸化窒素（NO）がUnfolded Protein Response (UPR)のセンサー分子として機能するIRE1αをS-ニトロシル化して不活性することを証明してきた．IRE1α経路は分子シャペロンなどの誘導を惹起し，抗細胞死効果を生じることが知られている．したがって，NOによる本経路の抑制は，細胞脆弱性を高めることが予想され，この仮説が正しいことを証明した．本研究は，IRE1分子特異的酸化修飾阻止薬を単離することを目的としている．昨年度までに申請者は，約400万種の化合物ライブライーを用いてin silicoスクリーニングを展開し，酸化修飾を阻害する有力なリード化合物の単離に成功した．最終年度では，本化合物の薬理学特性を明らかにし，さらに，より効力の高い誘導体を作出することを計画し，以下の成果を得ることに成功した．
まず，リード化合物は濃度依存的にIRE1αのS-ニトロシル化を抑制することがわかった．さらには，ツニカマイシンなどによる小胞体ストレス活性化をNOは効果的に抑制するが，この作用に対して有効であることを明らかにした．次に，他の分子への影響（分子特異性）についても検討した．その結果，NOによって修飾されるPTENへの作用を調べたところ，残念ながら，本化合物によって阻害されることがわかった．このことから，本分子はその構造から，多くのタンパク質Cys残基と相互作用することが示唆された．そこで，分子特異性を上げるために，さらに２次スクリーニングを行ったところ，新たに３つの候補化合物の単離に成功した．
これまでに，このようなタンパク質特異的酸化（S-ニトロシル化）修飾阻止薬は発表されておらず，ここに示した知見は非常にオリジナリティの高いものであると考えている．

Research Products

• [Journal Article] Spatiotemporal analysis of the UPR transition induced by methylmercury in the mouse brain. (2021)
  • Author(s): Hiraoka, H., Nomura, R., Takasugi, N., Akai, R., Iwawaki, T., Kumagai, Y., Fujimura, M., and Uehara, T.
  • Journal Title: Arch. Toxicol. Volume: 95 Pages: 1241-1250
  • DOI: 10.1007/s00204-021-02982-9
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Covalent N-arylation by the pollutant 1,2-naphthoquinone activates the EGF receptor. (2021)
  • Author(s): Nakahara, K., Hamada, K., Tsuchida, T., Takasugi, N., Abiko, Y., Shien, K., Toyooka, S., Kumagai, Y., and Uehara, T.
  • Journal Title: J. Biol. Chem. Volume: 印刷中 Pages: 印刷中
  • DOI: 10.1016/j.jbc.2021.100524
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] S-Nitrosylation at the active site decreases the ubiquitin-conjugating activity of ubiquitinconjugating enzyme E2 D1 (UBE2D1), an ERAD-associated protein. (2020)
  • Author(s): Fujikawa, K., Nakahara, K., Takasugi, N., Nishiya, T., Ito, A., Uchida, K., and Uehara, T.
  • Journal Title: Biochem. Biophys. Res. Commun. Volume: 524 Pages: 910-915
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2020.02.011
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] 酸化修飾による新規エピゲノム調節機構 (2021)
  • Author(s): 上原 孝
  • Organizer: 日本薬学会第141年会
  • Invited
• [Presentation] レドックスを介したDNAメチル化制御機構 (2020)
  • Author(s): 上原 孝
  • Organizer: 日本薬学会第140年会（招待講演）
  • Invited
• [Presentation] 環境化合物修飾によるエピゲノム調節機構 (2020)
  • Author(s): 上原 孝
  • Organizer: 第47回日本毒性学会学術年会
  • Invited
• [Presentation] 一酸化窒素によるDNA脱メチル化を介した遺伝子の誘導 (2020)
  • Author(s): 谷口理香子, 飯島悠太, 中原健吾, 高杉展正, 上原 孝
  • Organizer: 第61回日本生化学会 中国・四国支部例会
• [Presentation] 環境化学物質の生体内標的探索とその作用機構 (2020)
  • Author(s): 上原 孝
  • Organizer: フォーラム2020衛生薬学・環境トキシコロジー
  • Invited
• [Presentation] 一酸化窒素による新たな遺伝子発現調節機構 (2020)
  • Author(s): 上原 孝
  • Organizer: 第93回日本生化学会大会
  • Invited
• [Presentation] NOによる新規遺伝子発現調節機構：分子特異的酸化修飾抑制薬の開発を目指して (2020)
  • Author(s): 上原 孝
  • Organizer: 第73回日本酸化ストレス学会/第20回日本NO学会
  • Invited
• [Book] 実験医学 (2020)
  • Author(s): 中原健吾，上原 孝
  • Total Pages: 5
  • Publisher: 羊土社