Morphological profiling for the development of antifungal agents

2022 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 22H02216
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 大矢 禎一 東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 教授 (20183767)
• Project Period (FY): 2022-04-01 – 2025-03-31
• Keywords: 抗真菌剤 / 出芽酵母 / CalMorph / 細胞壁 / NPD2560

Outline of Annual Research Achievements

ヒトの健康ならびに食料となる農作物に多大な被害をもたらす真菌の存在は、人類にとって大きな脅威であり、新しい抗真菌剤の開発が求められている。そこで本研究では、低濃度で病原性真菌に効く化合物を用いて標的予測を行い、遺伝学的、細胞生物学的、生化学的などの手法を駆使して、細胞内の標的を同定することを目的にして研究を行った。まず理化学研究所の化合物バンクNPDepoの中から低濃度で抗真菌活性を示す化合物の選抜を（Piotrowski et al., 2017）のデータを基にして行った。８５００化合物の中から、酵母に対して低濃度で作用を示す１９０化合物を選抜し、その後、細胞壁を標的とする１１の化合物を選抜した。その中で、細胞壁に影響があると予想されたクマリン系化合物、9-(2,4-ジフルオロフェニル)-4-(4-メトキシフェニル)-9,10-ジヒドロ-2H,8H-クロメノ[8,7-e][1,3]オキサジン-2-オン（以下、NPD2560と呼ぶ）を今年度の研究では着目した。NPD2560はCandida kruseiに対してuM程度の低濃度で効果があった。形態プロファイリングの解析から、NPD2560で処理した細胞の形態はRho1の下流で働くBni1の欠損株の形態に有意に類似していた。しかし、BNI1/bni1　 bnr1/bnr1はNPD2560感受性を示さなかったことから、Bni1が直接の標的である可能性は低いことが示唆された。しかしながら、Rho1の上流で働くGEFであるRom2の破壊株は感受性に、GAPであるBem2の破壊株は耐性になった。さらにRHO1/rho1がNPD2560感受性になり、NPD2560処理によってβ-1,6-グルカンの量が有意に減少しSlt2のリン酸化が増加したことから、NPD2560はRho1に影響を与え、細胞壁の構築に効くことが示唆された。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

新規抗真菌剤の細胞内標的が細胞壁構築であることを突き止めたから

Strategy for Future Research Activity

NPD2560の作用標的を同定するとともに、他の抗真菌剤についても標的予想と標的同定を行う。

Research Products

• [Journal Article] Prediction of ethanol fermentation under stressed conditions using yeast morphological data (2023)
  • Author(s): Itto-Nakama Kaori、Watanabe Shun、Ohnuki Shinsuke、Kondo Naoko、Kikuchi Ryota、Nakamura Toru、Ogasawara Wataru、Kasahara Ken、Ohya Yoshikazu
  • Journal Title: Journal of Bioscience and Bioengineering Volume: 135 Pages: 210～216
  • DOI: 10.1016/j.jbiosc.2022.12.008
• [Journal Article] Assignment of unimodal probability distribution models for quantitative morphological phenotyping (2022)
  • Author(s): Ghanegolmohammadi Farzan、Ohnuki Shinsuke、Ohya Yoshikazu
  • Journal Title: BMC Biology Volume: 20 Pages: 81
  • DOI: 10.1186/s12915-022-01283-6
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Deep imaging flow cytometry (2022)
  • Author(s): Huang Kangrui、Matsumura Hiroki、Zhao Yaqi、Herbig Maik、Yuan Dan、Mineharu Yohei、Harmon Jeffrey、Findinier Justin、Yamagishi Mai、Ohnuki Shinsuke、Nitta Nao、Grossman Arthur R.、Ohya Yoshikazu、Mikami Hideharu、Isozaki Akihiro、Goda Keisuke
  • Journal Title: Lab on a Chip Volume: 22 Pages: 876～889
  • DOI: 10.1039/d1lc01043c
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Jerveratrum-Type Steroidal Alkaloids Inhibit β-1,6-Glucan Biosynthesis in Fungal Cell Walls (2022)
  • Author(s): Kubo Karen、Itto-Nakama Kaori、Ohnuki Shinsuke、Yashiroda Yoko、Li Sheena C.、Kimura Hiromi、Kawamura Yumi、Shimamoto Yasuhiro、Tominaga Ken-Ichi、Yamanaka Daisuke、Adachi Yoshiyuki、Takashima Shinichiro、Noda Yoichi、Boone Charles、Ohya Yoshikazu
  • Journal Title: Microbiology Spectrum Volume: 10 Pages: e0087321
  • DOI: 10.1128/spectrum.00873-21
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] High-throughput platform for yeast morphological profiling predicts the targets of bioactive compounds (2022)
  • Author(s): Ohnuki Shinsuke、Ogawa Itsuki、Itto-Nakama Kaori、Lu Fachuang、Ranjan Ashish、Kabbage Mehdi、Gebre Abraham Abera、Yamashita Masao、Li Sheena C.、Yashiroda Yoko、Yoshida Satoshi、Usui Takeo、Piotrowski Jeff S.、Andrews Brenda J.、Boone Charles、Brown Grant W.、Ralph John、Ohya Yoshikazu
  • Journal Title: npj Systems Biology and Applications Volume: 8 Pages: 3
  • DOI: 10.1038/s41540-022-00212-1
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] S-adenosyl‐L‐homocysteine extends lifespan through methionine restriction effects (2022)
  • Author(s): Ogawa Takafumi、Masumura Koji、Kohara Yuki、Kanai Muneyoshi、Soga Tomoyoshi、Ohya Yoshikazu、Blackwell T. Keith、Mizunuma Masaki
  • Journal Title: Aging Cell Volume: 21 Pages: e13604
  • DOI: 10.1111/acel.13604
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Intelligent sort‐timing prediction for image‐activated cell sorting (2022)
  • Author(s): Zhao Yaqi、Isozaki Akihiro、Herbig Maik、Hayashi Mika、Hiramatsu Kotaro、Yamazaki Sota、Kondo Naoko、Ohnuki Shinsuke、Ohya Yoshikazu、Nitta Nao、Goda Keisuke
  • Journal Title: Cytometry Part A Volume: 103 Pages: 88～97
  • DOI: 10.1002/cyto.a.24664
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Multifarious Translational Regulation during Replicative Aging in Yeast (2022)
  • Author(s): Zhao Tianyu、Chida Asaka、Shichino Yuichi、Choi Dongwoo、Mizunuma Masaki、Iwasaki Shintaro、Ohya Yoshikazu
  • Journal Title: Journal of Fungi Volume: 8 Pages: 938～938
  • DOI: 10.3390/jof8090938
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] BIONIC: biological network integration using convolutions (2022)
  • Author(s): Forster Duncan T.、Li Sheena C.、Yashiroda Yoko、Yoshimura Mami、Li Zhijian、Isuhuaylas Luis Alberto Vega、Itto-Nakama Kaori、Yamanaka Daisuke、Ohya Yoshikazu、Osada Hiroyuki、Wang Bo、Bader Gary D.、Boone Charles
  • Journal Title: Nature Methods Volume: 19 Pages: 1250～1261
  • DOI: 10.1038/s41592-022-01616-x
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] 真菌の細胞壁に作用する新規抗真菌剤NPD2560の作用メカニズムの研究 (2022)
  • Author(s): 劉薇1、関口宙輝1、一刀かおり1、大矢禎一1,2（1東京・新領域、2東大・CRIIM）
  • Organizer: 酵母遺伝学フォーラム
• [Presentation] ハプロ不全のメカニズム (2022)
  • Author(s): 小玉陽月1、山本 一輝1、趙天宇1、大矢禎一1,2 （1東大院・新領域、2東大・CRIIM）
  • Organizer: 酵母遺伝学フォーラム
• [Presentation] 出芽酵母の複製老化時における多様な翻訳調節 (2022)
  • Author(s): 趙天宇1、千田朝香1、七野悠一2、Choi Dongwoo 1、水沼正樹3、岩崎信太郎1, 2、大矢禎一1, 4 （1東大院・新領域、2理研、3広大院・統合生命、4東大・CRIIM）
  • Organizer: 酵母遺伝学フォーラム
• [Presentation] ストレス条件下における細胞形態からエタノール発酵量を予測するAIの開発 (2022)
  • Author(s): 一刀かおり1、渡部峻2、大貫慎輔1、近藤直子1、菊地亮太2,3、中村徹4、小笠原渉5、笠原堅2、大矢禎一1,6 （1東大・院新領域、2ちとせ研、3京大、4NRIシステムテクノ（株）、5長岡技大、6東大・CRIIM）
  • Organizer: 酵母遺伝学フォーラム
• [Presentation] ゲノム編集を使った清酒酵母のマトリックス育種 (2022)
  • Author(s): Klinkaewboonwong Norapat1、茶谷朋哉1、西田郁久2、牛山宥人2、富山早紀2、磯谷敦子3、五島徹也3 西 智之4、赤尾 健3,5,、平田 大2,4,5、大矢禎一1,6 （1東大・院新領域、2新潟大・日本酒学、3酒総研、4朝日酒造、5広島大、6東大・CRIIM）
  • Organizer: 酵母遺伝学フォーラム