転写因子Hes1の振動を制御する小分子化合物

2014 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 26560445
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 上杉 志成 京都大学, 物質-細胞統合システム拠点, 教授 (10402926)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2016-03-31
• Keywords: 化学プローブ / ケミカルバイオロジー

Outline of Annual Research Achievements

本研究の目的は、転写因子Hes1の振動を制御する小分子化合物を創製し、細胞分化を操作することである。抑制型転写因子Hes1の発現は幹細胞で振動しており、その振動が未分化状態と幹細胞の不均一性に重要である。その発現振動の原因は、Hes1自身がHes1の転写を抑制していることにある。Hes1の転写抑制機能を阻害する化合物があれば、Hes1の振動発現を外部から自在に止めることができる。化合物の添加と洗浄によってHes1振動を変調し、幹細胞分化の方向を操作できる可能性もある。また、Hes1は癌に関わるnotchシグナルの最下流であり、癌治療に新しい考え方を提供するとも期待できる。
これまでの研究により、D8Cと名づけたプロトタイプ化合物を見つけ出した。26年度にD8Cの合成展開を行い、構造活性相関を得た。さらに、低濃度(nMオーダー)で効果のある誘導体JI051を見つけた。この化合物は、Hes転写因子の振動を細胞内で止めることを確認した。
メカニズム研究にすすむためのJI051プローブの合成に成功し、メカニズムの確認を行った。予想外なことに、JI051の標的はTLE1ではない可能性が出てきた。JI051の化学構造から考え、標的分子の一つがキナーゼであることが予想されたため、２１１個のキナーゼへの網羅的な影響を調べた。しかしながら、有望な標的分子を得ることはできなかった。今後も標的分子の同定を試みる。
TLE1を標的とする他の化合物を得るために、TLE1タンパク質に結合する化合物のスクリーニングを1200個の医薬品化合物について行った。その結果、いくつかの候補化合物を同定した。これらの化合物は医薬品としてすでに使われている化合物であった。今後、検証をすすめる。

Current Status of Research Progress

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

Reason

１７６個のＤ８Ｃ化合物の類縁体を合成し、構造活性相関を得て、さらに強力な化合物JI051を得た。意外なことに、この化合物の標的分子はTLE1ではなかった。しかし、さらなるスクリーニングの結果、TLE1に結合する化合物の同定に成功しており、計画全体に大きな変更はなく、次のステップに進むことができる。

Strategy for Future Research Activity

平成２７年度以降は次の研究を計画している。計画に大きな変更はない。
●JI051などの候補化合物で幹細胞を分化させる　ＥＳ細胞、ヒトiPS細胞、神経幹細胞など、Hes1が未分化状態を担う細胞で分化実験を行う。さらに、Hes1を過剰発現した神経幹細胞で、化合物を加え、洗浄するという作業を繰り返して、人工的にHes1の振動を作り出す。その振動の時間数によって分化状態が変動すると予想される。
●平成２６年度に合成したJI051の化学プローブを利用して、JI051のメカニズムを解析する。
● TLE１結合化合物とTLE1との複合体のX線結晶構造解析　平成２６年度に得られたTLE1結合化合物の検証を行う。結合と活性を検証した後に、TLE1との複合体のX線結晶構造解析をおこなう。Groucho/TLEとWRPW配列の複合体のX線結晶構造が報告されている[Jennings et al., Mol Cell, 2006]。同様の方法を用いて、Groucho/TLEと最適化化合物の複合体のX線結晶構造解析を行う。
●Hes1を高発現している癌細胞への影響　未分化癌細胞にはHes1を高発現している細胞が多い。このような細胞に対する化合物の効果を調べる。最適化した化合物が実際に未分化癌細胞を分化させ、癌細胞の増殖を抑えるかを評価する。Hes1の阻害剤が、未分化癌に効果的であるという原理の証明を行う。

Research Products

• [Journal Article] Live-cell Imaging of Endogenous mRNAs with a Small Molecule (2015)
  • Author(s): Sato, S.*, Watanabe, M., Katsuda, Y., Murata, A., Wang, D. O., Uesugi M.
  • Journal Title: Angew. Chem. Int. Ed. Volume: 54 Pages: 1855-1858
  • DOI: 10.1002/anie.201410339
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A Chemical Probe That Labels Human Pluripotent Stem Cells. (2014)
  • Author(s): Hirata, N., Nakagawa, M., Fujibayashi, Y., Yamauchi, K., Murata, A., Minami, I., Tomioka, M., Kondo, T., Kuo, T.F., Endo, H., Inoue, H., Sato, S., Ando, S., Kawazoe, Y., Aiba, K., Nagata, K., Kawase, E., Chang, Y.T., Suemori, H., Eto, K., Nakauchi, H., Yamanaka, S., Nakatsuji, N., Ueda, K., Uesugi, M.
  • Journal Title: Cell Rep Volume: 6 Pages: 1165-1174
  • DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.celrep.2014.02.006
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Selective Elimination of Human Pluripotent Stem Cells by a Marine Natural Product Derivative (2014)
  • Author(s): Kuo, T.F., Mao, D., Hirata, N., Khambu, B., Kimura, Y., Kawase, E., Shimogawa, H., Ojika, M., Nakatsuji, N., Ueda, K., Uesugi, M.
  • Journal Title: J. Am. Chem. Soc. Volume: 136 (28) Pages: 9798-9801
  • DOI: 10.1021/ja501795c
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Synthetic Molecules That Protect Cells from Anoikis and Their Use in Cell Transplantation (2014)
  • Author(s): Frisco-Cabanos, H.L., Watanabe, M., Okumura, N., Kusamori, K., Takemoto, N., Takaya, J., Sato, S., Yamazoe, S., Takakura, Y., Kinoshita, S., Nishikawa, M., Koizumi, M., Uesugi, M
  • Journal Title: Angew. Chem. Int. Ed. Volume: 53 Pages: 11208-11213
  • DOI: 10.1002/ange.201405829
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Affinity-Based Isolation of Molecular Targets of Clinically Used Drugs (2014)
  • Author(s): Sato, S., Uesugi, M.
  • Journal Title: Concepts and Case Studies in Chemical Biology Volume: 15 Pages: 221-230
  • DOI: 10.1002/9783527687503.ch15
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Introduction of Chemical Biology (2015)
  • Author(s): Motonari Uesugi
  • Organizer: Cell Biology, Developmental Biology, and Systems Biology Course Meeting
  • Place of Presentation: Kyoto (Japan)
  • Year and Date: 2015-02-13
  • Invited
• [Presentation] 細胞を操作・検出する合成小分子化合物 (2015)
  • Author(s): 上杉 志成
  • Organizer: 近畿化学協会機能性色素部会 第88回例会「未来をつくる機能性色素･･･その技術と応用･･･」
  • Place of Presentation: 大阪科学技術センター（大阪市）
  • Year and Date: 2015-02-12
  • Invited
• [Presentation] Introduction to Chemical Biology (2014)
  • Author(s): Motonari Uesugi
  • Organizer: Asian Chemical Biology Initiative 2014 Kota Kinabalu Meeting: Open Tutorial Lectures
  • Place of Presentation: Kota Kinabalu (Malaysia)
  • Year and Date: 2014-12-19
  • Invited
• [Presentation] Small Molecule Tools for Cell Biology and Cell Therapy (2014)
  • Author(s): Motonari Uesugi
  • Organizer: Institute of Molecular and Cell Biology Seminar
  • Place of Presentation: Singapore (Singapore)
  • Year and Date: 2014-12-17
  • Invited
• [Presentation] Small Molecule Tools for Cell Therapy (2014)
  • Author(s): Motonari Uesugi
  • Organizer: The 3rd Asian Chemical Biology Conference
  • Place of Presentation: Singapore (Singapore)
  • Year and Date: 2014-12-15 – 2014-12-17
  • Invited
• [Presentation] Small Molecule Tools for Cell Biology and Cell Therapy (2014)
  • Author(s): Motonari Uesugi
  • Organizer: Nanjing University School of Life Sciences Seminar
  • Place of Presentation: Nanjing (China)
  • Year and Date: 2014-11-26
  • Invited
• [Presentation] Small Molecule Tools for Cell Biology and Cell Therapy (2014)
  • Author(s): Motonari Uesugi
  • Organizer: Asian Chemical Biology Initiative 2014 Hangzhou Meeting
  • Place of Presentation: Hangzhou (China)
  • Year and Date: 2014-11-22 – 2014-11-25
  • Invited
• [Presentation] Small Molecule Tools for Cell Biology and Cell Therapy (2014)
  • Author(s): Motonari Uesugi
  • Organizer: Chinese National Compound Library 2014 Seminar Series
  • Place of Presentation: Shanghai (China)
  • Year and Date: 2014-11-21
  • Invited
• [Presentation] Small Molecules That Detect and Remove Human Pluripotent Stem Cells (2014)
  • Author(s): Motonari Uesugi
  • Organizer: Sino-Japan Workshop on Chemical Biology
  • Place of Presentation: Beijing (China)
  • Year and Date: 2014-10-10 – 2014-10-13
  • Invited
• [Presentation] Small Molecule Tools That Detect and Remove Human Pluripotent Stem Cells (2014)
  • Author(s): Motonari Uesugi
  • Organizer: China-Japan Joint Seminar on Histochemistry and Cytochemistry
  • Place of Presentation: Nagano (Japan)
  • Year and Date: 2014-09-28 – 2014-09-29
  • Invited
• [Presentation] Small Molecule Tools for Cell Therapy (2014)
  • Author(s): Motonari Uesugi
  • Organizer: Forth Norman Bethune International Forum on Medical Sciences
  • Place of Presentation: Jilin (China)
  • Year and Date: 2014-09-20 – 2014-09-22
  • Invited
• [Presentation] 生理活性合成化合物の新しい世界 (2014)
  • Author(s): 上杉 志成
  • Organizer: 第31回有機合成化学セミナー
  • Place of Presentation: 休暇村志賀島（福岡市）
  • Year and Date: 2014-09-17 – 2014-09-19
  • Invited
• [Presentation] 細胞を操作・検出する合成小分子化合物 (2014)
  • Author(s): 上杉 志成
  • Organizer: 東京農工大学工学府講演会
  • Place of Presentation: 東京農工大学(小金井市)
  • Year and Date: 2014-07-25
  • Invited
• [Presentation] 細胞治療を助ける合成化合物 (2014)
  • Author(s): 上杉 志成
  • Organizer: 創薬科学研究センターシンポジウム2014有機合成によるアンメット・メディカルニーズに応える医薬品開発
  • Place of Presentation: 立命館大学（草津市）
  • Year and Date: 2014-07-11
  • Invited
• [Presentation] Introduction of Chemical Biology & Small-Molecule Tools for Cell Biology and Cell Therapy (2014)
  • Author(s): Motonari Uesugi
  • Organizer: Asian Chemical Biology Initiative-Sponsored Lectures
  • Place of Presentation: Hanoi (Vietnam)
  • Year and Date: 2014-07-01
  • Invited
• [Presentation] Small Molecule Tools for Cell Biology and Cell Therapy (2014)
  • Author(s): Motonari Uesugi
  • Organizer: The University of Tokyo School of Science 1527th Seminar
  • Place of Presentation: Tokyo (Japan)
  • Year and Date: 2014-06-20
  • Invited
• [Presentation] 脂質合成を遮断する小分子化合物 (2014)
  • Author(s): 上杉 志成
  • Organizer: 小野医学研究財団 第25回研究成果発表会
  • Place of Presentation: 千里ライフサイエンスセンター(豊中市)
  • Year and Date: 2014-06-07
  • Invited
• [Presentation] Small Molecules that Block Fat Synthesis (2014)
  • Author(s): Motonari Uesugi
  • Organizer: RIKEN-Max Planck Joint Research Center for Systems Chemical Biology 3rd Annual Symposium
  • Place of Presentation: Kreuth (Germany)
  • Year and Date: 2014-05-21 – 2014-05-24
  • Invited
• [Presentation] 細胞を操作・検出する合成小分子化合物 (2014)
  • Author(s): 上杉 志成
  • Organizer: 「生物医工学サロン」第55回集会
  • Place of Presentation: 京都大学（京都市）
  • Year and Date: 2014-05-12
  • Invited
• [Remarks] 京都大学iCeMS・化学研究所 上杉研究室
  • URL: http://www.scl.kyoto-u.ac.jp/~uesugi/