2014 Fiscal Year Research-status Report
薬物代謝酵素の立体構造および柔らかさは遺伝多型によってどのように変わるか？
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26460034
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| Research Institution | Kanazawa University |
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Principal Investigator |
小田 彰史 金沢大学, 薬学系, 准教授 (50433511)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 薬物代謝酵素 / 遺伝多型 / 計算化学 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は、薬物代謝酵素シトクロムP450 (CYP) のいくつかの分子種に関して、遺伝多型が立体構造に与える影響を分子シミュレーションによって解析した。対象とした分子はCYP1A2およびCYP2D6で、いずれも多数の変異体が発見されており、かつそれら変異体が薬物代謝に影響を与えることが知られている分子種である。これらについてコンピュータ上でアミノ酸変異を加え、シミュレーションによってどのような構造をとるかを予測した。CYP1A2については少数のアミノ酸残基の変異、CYP2D6については複数のアミノ酸残基の変異が立体構造に与える影響について評価した。いずれにおいてもタンパク質主鎖レベルでの大きな構造変化は確認されていないが、それでも二次構造が崩れたり、あるいは逆に形成されたりといった変化は存在した。さらに水素結合ネットワークにも変化が生じており、アミノ酸残基の変化が立体構造に対して影響を与えていることが見てとれた。これは変異から近い部分に留まらず、遠い部位でも同様に観測されているが、これについても水素結合による相互作用ネットワークを介した変化の伝播などが推測された。立体構造の変化は複数の箇所で見られたが、リガンド結合部位や電子伝達タンパク質との結合面と推定される箇所でも構造変化が見られており、これらがCYPの代謝活性に影響を与えている可能性が示唆された。
CYPに加え、N-アセチル転移酵素 (NAT) についても同様に遺伝多型の影響をシミュレーションによって評価した。NATではシステインやヒスチジンのプロトン化状態の変化が代謝反応において重要であることが示唆されているが、本研究においても様々なプロトン化状態についてシミュレーションを行い、立体構造を推定した。
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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
本課題では薬物代謝酵素の静的・動的構造が遺伝多型によってどのような影響を受けるか、分子シミュレーションを用いて評価することを目的としている。本年度では当初の予定通り野生型および変異型薬物代謝酵素の立体構造について分子シミュレーションで推定できた。また特定の分子だけではなく、CYPの複数の分子種やNATなど、多様な構造および変異をもつ酵素について計算を行っており、それらの結果を統合することによって活性部位や結合タンパク質との界面など、機能発現に重要な箇所の構造変化の重要性を推定することができた。変異体の種類についても変異の多いものから少ないものまで多数取り扱っており、遺伝多型が立体構造に及ぼす影響について様々なパターンを確認している。従って当初の予定通りおおむね順調に進展しているものと考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度の結果を踏まえ、引き続き遺伝多型が薬物代謝酵素の動的性質に与える影響について評価する。分子シミュレーションによって得られた構造アンサンブルを用いてタンパク質のとり得る構造の集合体を作成し、そこから構造的に揺らぎやすい部位・揺らぎにくい部位を見出す。また水素結合の形成および解離についても同様に構造アンサンブルを確認することによって評価し、揺らぎによって不安定になる相互作用と強固な相互作用とを判別する。さらに基質との複合体構造を作成し、それに対してもシミュレーションを行う。前述の相互作用に対する揺らぎやすさの評価を応用することで、たとえ複合体を形成できたとしてもそれが強固なものか、あるいは容易に解離してしまうものかを推定する。これによって薬物代謝酵素の基質認識機構を明らかにし、さらに基質認識における遺伝多型の影響についても評価する。また、分子シミュレーションを通じてinduced fitが観察されるかといった点についても確認する。本研究では溶媒である水を含めてシミュレーションを行っているが、複合体のシミュレーションにおいては、水分子が複合体に対してどのような影響を与えているかについても評価できる。そこで水分子を介した水素結合など、一般的なin silico創薬手法では扱うことが困難な現象についても見出すことができるか、このシミュレーションを通じて確認する。
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| Causes of Carryover |
自然科学研究機構岡崎共通研究施設の計算科学研究センターでの大型計算機の使用リソースの追加が認められ、計算機の購入・設置にかかる費用が一部節減されたため。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
大型計算機の使用による計算データの増加に対応するため、安全かつ安定にデータを保存するためのデータストレージおよびデータ処理のためのコンピュータの購入を行う。旅費等については当初の申請と同様に使用することを予定している。
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[Journal Article] Functional characterization of 21 CYP2C19 allelic variants for clopidogrel 2-oxidation2015
Author(s)
M. Takahashi, T. Saito, M. Ito, C. Tsukada, Y. Katono, H. Hosono, M. Maekawa, M. Shimada, N. Mano, A. Oda, N. Hirasawa, M. Hiratsuka
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Journal Title
The Pharmacogenomics Journal
Volume: 15
Pages: 26-32
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Functional Characterization of Wild-type and 49 CYP2D6 Allelic Variants for N-desmethyltamoxifen 4-hydroxylation Activity2014
Author(s)
Yuka Muroi, Takahiro Saito, Masamitsu Takahashi, Kanako Sakuyama, Yui Niinuma, Miyabi Ito, Chiharu Tsukada, Kiminori Ohta, Yasuyuki Endo, Akifumi Oda, Noriyasu Hirasawa, Masahiro Hiratsuka
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Journal Title
Drug Metabolism and Pharmacokinetics
Volume: 29
Pages: 360-366
DOI
Peer Reviewed
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[Presentation] 野生型および変異型CYP2B6 の柔らかさが薬物代謝に与える影響の推定2014
Author(s)
Akifumi Oda, Kana Kobayashi, Yurie Watanabe, Shuichi Fukuyoshi, Masahiro Hiratsuka, Noriyuki Yamaotsu, Shuichi Hirono, Ohgi Takahashi
Organizer
第52回日本生物物理学会年会
Place of Presentation
札幌コンベンションセンター（札幌）
Year and Date
2014-09-27
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