Development of a new methodology for determining dissociation constants of proteins and drugs in cells

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K21391
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Medium-sized Section 43:Biology at molecular to cellular levels, and related fields
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: Sugase Kenji 京都大学, 工学研究科, 准教授 (00300822)
• Project Period (FY): 2020-07-30 – 2022-03-31
• Keywords: タンパク質－薬剤相互作用 / 難水溶性薬剤 / 解離定数 / in-cell NMR / 19F-NMR / 化学交換

Outline of Final Research Achievements

No dissociation constants have been determined for proteins and drugs in cells. In this study, 19F-labeled FKBP12 and 19F-labeled pimecrolimus will be prepared and studied with the aim of estimating their intracellular dissociation constants using a combination of in-cell NMR, NMR relaxation, and quantitative NMR methodologies. As a result, we first established a methodology using NMR relaxation and quantitative NMR, and we were able to determine dissociation constants in buffer and in crowded environments. We also succeeded in preparing 19F-labeled FKBP12 and 19F-labeled pimecrolimus.

Free Research Field

生物物理学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究では、バッファー中と夾雑環境中における解離定数を決定し、さらに19F標識FKBP12と19F標識ピメクロリムスの調製に成功した。細胞内のタンパク質と薬剤の解離定数を決定することは、夾雑環境の基礎研究としての意義だけでなく創薬にも直結する。薬剤は一般に疎水性が高く、標的タンパク質以外の生体内分子と非特異的に吸着しうる。そのためバッファー中の解離定数だけでは、本来、不十分なはずである。ニーズは高いが技術的な困難さが理由で、未だ細胞内における解離定数が決定されていない。そのため、本研究の成果は（in-cell NMR測定は現在実施中）は基礎科学と創薬を進展させることにつながると考えられる。