| Project/Area Number |
22K05558
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 38060:Applied molecular and cellular biology-related
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
西村 浩平 名古屋大学, 理学研究科, 講師 (80582709)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2026-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
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| Keywords | Auxin-Inducible Degron / 小分子抗体 / ユビキチン・プロテアソーム経路 / ナノボディ / AlissAID法 / 出芽酵母 / 動物培養細胞 / 細胞内タンパク質分解 / AID法 / オーキシン / タンパク質分解 / AID / TIR1 / ssAID / AlissAID / ssAID法 |
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| Outline of Research at the Start |
細胞内のタンパク質分解システムを利用した標的タンパク質分解法は基礎的な研究、応用研究から医薬品の開発に至るまで、幅広い領域で研究、開発が進んでいる。MGDやPROTACのように直接的に医薬品の開発に向かう研究が必要であることは明らかではあるが、一方で、違った方向からの研究、開発も必要である。申請者が開発したAID法は全ての細胞内に存在するユビキチンプロテアソーム系というタンパク質分解システムを利用した分解系であるという点で前述のMGDやPROTACと同様である。そのため、本システムの開発がもたらすユビキチンプロテアソーム系に対する理解の向上がどの分解系においても有益な情報となると考えた。
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| Outline of Annual Research Achievements |
従来型の阻害薬や作動薬とは全く異なる働きをもつ、低分子化合物が今、大きな注目を集めている。これらの分子は、ユビキチン・プロテアソーム系を利用することで、疾患の発症や悪化に関わる異常タンパク質の分解を誘導する。これらの化合物は標的とする異常タンパク質をE3ユビキチンライゲースとの相互作用を誘引することから、Molecular Glue Degrader (分子糊、MGD)と呼ばれている。標的タンパク質の機能を阻害していた従来の低分子薬とは異なり、標的タンパク質分解誘導薬は、転写因子やスプライシングファクターなど、酵素活性を持たない因子をも標的とすることが可能であり、新しい低分子治療薬として大きな期待を集めている。
一方で、小分子化合物の改変ではなく、タンパク質自体を改変することによって、標的とするタンパク質の分解を誘導する系の開発も進んでいる。申請者の開発したAuxin-Inducible Degron (AID)法は植物ホルモン・オーキシンによって、標的タンパク質の分解除去を誘導する系である(Nishimura et al., Nature Methods, 2009)。最近、申請者らは、タンパク質工学とケミカルバイオロジーを駆使して、分解誘導剤の濃度を1/1000にまで減少させたssAID法を確立した。この成功が本研究課題の端緒となっている(Nishimura et al., Nucleic Acids Res, 2020)。本研究の目的は申請者が開発・改良に携わってきたAID法にさらなる改良を加えることにより、医薬品へと昇華可能なタンパク質分解系の確立を目指す。
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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
本研究は、植物ホルモンであるオーキシンを利用した標的タンパク質分解誘導法AID法を基盤とし、その医薬品応用を目指したタンパク質分解系の確立を目的として推進されている。特に、先行研究で確立された高感受性AID法(ssAID法)をさらに発展させ、その応用範囲を拡大することに焦点が当てられている。
AID法の主要な課題である標的タンパク質への分解誘導タグ(AID-tag)の導入を不要とする、より汎用性の高いシステムの開発も重要な目標の一つである。この目的のため、標的タンパク質に特異的に結合する小型抗体フラグメントであるナノボディに着目し、ナノボディとAIDシステムのキーコンポーネントを融合させたキメラタンパク質の設計と機能評価が進められている。モデル実験としてGFP融合タンパク質を用いた評価では、特定のリンカー配列や融合タンパク質の設計最適化により、効率的な分解誘導が確認された。
さらに、このタグフリー分解技術AlissAID法の応用として、癌化に関与する内在性タンパク質HRasを標的としたシステムの構築にも成功している。HRas依存的ながん細胞においてAlissAID法を適用した結果、HRasの分解を介した癌細胞増殖の停止が確認された。この成果は、AlissAID法が癌治療における新たな標的分子に対する治療戦略となりうる可能性を示唆している。
また、より複雑な生物学的コンテキストへの応用として、マウスの初期胚レベルにおいてもAlissAID法による標的タンパク質の分解誘導が実証された。この結果は、AlissAID法が個体レベルでの遺伝子機能解析や発生生物学研究においても強力なツールとなりうることを示唆している。これらの進展は、AlissAID法が基礎研究から応用研究、さらには将来的な医薬品開発へと繋がる可能性を大きく高めるものである。
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| Strategy for Future Research Activity |
AlissAID法で注目する小分子抗体は、高い特異性により標的タンパク質を選択的に分解可能であり、単アミノ酸置換やリン酸化などの微細な構造の違いも認識できる。その汎用性の高さから、標的タンパク質の分解誘導のみならず、イメージングや活性阻害など多岐にわたる応用が期待される。
既存の医薬品の多くが酵素タンパク質の活性阻害剤であるのに対し、全タンパク質の約8割を占める酵素活性を持たないタンパク質は標的とすることが困難であった。近年、標的タンパク質の分解を誘導する化合物（MGDやPROTACなど）の開発が進む一方、化合物非依存的なタンパク質分解手法として、小分子抗体とE3ユビキチンリガーゼ融合タンパク質による分解誘導も研究されている。これらの技術において、高い分解活性を持つ小分子抗体の取得が鍵となる。申請者の開発したAlissAID法においても、使用する抗体分子によって分解効率に大きな差異が見られたことから、細胞内での標的タンパク質分解活性に着目した新たな小分子抗体スクリーニング技術の開発が喫緊の課題である。本研究は、高効率に細胞内タンパク質を分解できる小分子抗体のスクリーニング技術を確立し、様々な内在性タンパク質の分解制御を自在に制御しうる。
AlissAID法では、抗体分子の性質が分解誘導効率を大きく左右する。しかし、細胞内の標的タンパク質分解効率に着目した抗体分子のスクリーニング技術は未だ存在しない。そのため、本研究ではこのような新規スクリーニング技術を樹立し、多様な生物種における基礎研究への貢献に加え、タンパク質分解誘導型医薬品の開発といった医療応用への展開も視野に入れる。AlissAID法による内在性タンパク質の直接分解というブレークスルーを基盤に、細胞内タンパク質機能制御の新たな基盤技術の確立を目指す。
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