2020 Fiscal Year Annual Research Report
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20H05618
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
菅 裕明 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 教授 (00361668)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
仙石 徹 横浜市立大学, 医学部, 講師 (60576312)
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| Project Period (FY) |
2020-07-30 – 2025-03-31
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| Keywords | 特殊ペプチド / 擬天然物 / 薬剤探索 / コロナウイルス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本特別推進研究計画の申請者は、一貫してCuriosity-Driven-ResearchとTechnology-Driven-Researchの両輪で研究を推進し、非タンパク質性アミノ酸を望みのtRNAにアシル化することを可能にしたリボザイム（フレキシザイム）の開発、フレキシザイムと再構成無細胞翻訳系（FITシステム）を組み合わせた遺伝暗号リプログラミング技術の革新とそれを活用した特殊ペプチドの翻訳合成、特殊ペプチドの翻訳合成と試験管内（mRNA）ディスプレイを組み合わせたRaPIDシステムにより生理活性中分子化合物の超迅速探索、を達成してきた。これまで様々な細胞内標的に対して特殊ペプチドを獲得してきたが、最近になりいくつかの特殊ペプチドに細胞膜透過性があることがわかった。しかし、その構造膜透過性相関に関しては十分な理解が進んでいない。また、ペプチド鎖への導入すら困難と言われてきたβアミノ酸やγアミノ酸に関しても、この数年で創出した人工tRNAを用いることにより、ようやく連続導入も可能であることを示した。しかし、これらの特殊アミノ酸を含む特殊ペプチドのライブラリー化や活性種探索はまだ初期段階にあり、そのポテンシャルの検討は十分できていない。また、天然物には遺伝暗号リプログラミングでは直接導入ができない化学構造を持っている分子も多く、それらを人工的に導入しライブラリーを構築する技術や探索の実証には十分至っていない。さらに、中分子薬剤に最も期待されている細胞膜透過性、さらには経口性につながる小腸吸収性をもつ化合物を確実に獲得する基盤技術としては未完成といえる。これらの残された課題を解決し突破することが、本研究の主題である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
令和２年度において、掲げた4つの研究目標に関して、②環β、環γ、不飽和環アミノ酸含有特殊ペプチドライブラリーの翻訳合成と生理活性種探索、③翻訳後酵素修飾された擬天然物ライブラリーの創製と生理活性種探索、に対して期待以上の大きな進展があった。本計画が開始された時点では、②環β、環γ、不飽和環アミノ酸含有特殊ペプチドの合成法はほぼ確立されつつあったが、それぞれの技術が論文として発表されるに至った（環βはNature Chemistry、他はJACSに発表された）。まだ未発表ではあるが、既に環βおよび環γアミノ酸含有特殊ペプチドライブラリーを用いた標的タンパク質に対して活性種探索にも成功しており、令和3年度にはその成果が発表できると確信している。一方、③の技術は擬天然物ライブラリー構築を可能にするための基盤的な検討を行い、その成果をJACSに発表した。その後、擬天然物の探索も進めてそれが可能であることを明らかにできており、現在は活性種の結合力を測定するための合成を進めているところである。また、本技術で重要な酵素群に関しても、共同研究者である仙石講師によって構造解析が進められ、その成果も令和３年度には報告できると考えている。④特殊ペプチドおよび擬天然物の細胞膜透過性の研究においては、細胞膜透過性を測定するスタンダード法になりつつあるCAPAアッセイ法を研究室内で確立できた。既にこのアッセイ法を用いた活性種の検証が進んでおり、実際に細胞膜透過性をもつ特殊ペプチドの同定ができており、この研究目標についても初期目標はほぼ達成できたと考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和２年度において、進捗の少なかった目標は①の細胞膜透過を有する特殊ペプチドの構造膜透過性相関検討による探索基盤の確立、である。本目標は、スイスETHZのSereina Riniker教授と共同研究を組む予定であったが、コロナパンデミックで学生の派遣が困難になった環境的要因もあり、進捗の遅延が起きた。しかし、本目標は、②～④の研究目標の進捗で得られた細胞膜透過性を有する特殊ペプチド及び擬天然物が数多ければ多いほど、構造膜透過性相関検討は進めやすく、②～④の進捗が順調であることから、この研究目標はパンデミック終息後には一気に進めることができると期待できる。一方で、終息が大幅に遅れることも危惧しているため、並行して国内での共同研究者も模索していく。②～④の研究目標については、研究進捗が極めて良好であることから、これまで通りの計画に沿って研究を推進する。
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[Journal Article] Cyclic peptides can engage a single binding pocket through highly divergent modes2020
Author(s)
Patel Karishma、Walport Louise J.、Walshe James L.、Solomon Paul D.、Low Jason K. K.、Tran Daniel H.、Mouradian Kevork S.、Silva Ana P. G.、Wilkinson-White Lorna、Norman Alexander、Franck Charlotte、Matthews Jacqueline M.、Guss J. Mitchell、Payne Richard J.、Passioura Toby、Suga Hiroaki、Mackay Joel P.
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Journal Title
Proceedings of the National Academy of Sciences
Volume: 117
Pages: 26728～26738
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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