| Project/Area Number |
22K18383
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Challenging Research (Pioneering)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Medium-sized Section 50:Oncology and related fields
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| Research Institution | Japanese Foundation for Cancer Research |
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Principal Investigator |
片山 量平 公益財団法人がん研究会, がん化学療法センター 基礎研究部, 部長 (60435542)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
荒木 望嗣 京都大学, 医学研究科, 特定准教授 (10452492)
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| Project Period (FY) |
2022-06-30 – 2026-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥26,000,000 (Direct Cost: ¥20,000,000、Indirect Cost: ¥6,000,000)
Fiscal Year 2025: ¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000)
Fiscal Year 2024: ¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000)
Fiscal Year 2023: ¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000)
Fiscal Year 2022: ¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000)
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| Keywords | キナーゼ / 分子動力学シミュレーション / 遺伝子変異 / 分子標的薬 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では、私たち細胞を構成するタンパク質の構造について、超高精度な動的タンパク質構造シミュレーションを通じ、普段は隠されているような未知の活性制御領域の同定やその機能、そして新規機能制御分子の発見を目指す。そのために、スパコンを用いた超高精度動的構造シミュレーションを行うことで、タンパク質が生体環境下でどのように働いているかを可視化し、タンパク質同士やタンパク質と薬剤などがどのような親和性でどのように結合しているか、さらには新たな活性制御領域や薬剤結合標的となりうる部位の同定、in silico screeningにも応用可能な動的構造解析システムの構築などを行っていく。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、超高精度な動的タンパク質構造解析を通じ、普段は隠されているような未知の活性制御領域の同定やその機能、そして新規機能制御分子の発見を目指す。そのために、スパコンを用いた超高精度動的構造シミュレーションを行うことで、タンパク質が生体環境下でどのように働いているかを予測・可視化し、タンパク質同士やタンパク質と薬剤などがどのような親和性でどのように結合しているか、さらには新たな活性制御領域や薬剤結合標的となりうる部位の同定、in silico screeningにも応用可能な動的構造解析システムの構築などを行っている。3年目は、初年度から引き続き行ってきたEGFRおよびALKの耐性変異体とキナーゼ阻害剤についてマウスゼノグラフトモデルを用いた動物実験を用いて抗腫瘍効果を確認した。さらに、EGFRの細胞外領域に結合する複数種類の阻害抗体を併用することで細胞内に結合するキナーゼ阻害剤の効果増強が変異体ごとに異なることを見出した。さらに、高精度のシミュレーションにするために、マイクロ秒を超える長時間の分子動力学シミュレーションに加えてFEP法の改良を進め、精度高く予測できる計算法の工夫を進めた。
また、ALKの様々な多剤耐性変異が血中ctDNAから検出された症例をもとに、存在しうる耐性変異の組み合わせを考慮して、どのような治療をするとどのような変異体が出現または残存するかを解析し、シミュレーションから計算・予測によって推定が可能かどうか取り組み、数理モデルの構築に成功しつつある。
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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
予定していたとおりの研究推進ができているため。具体的には、EGFR活性化変異陽性肺がんにおける新たな耐性変異を見出し、その変異体の克服薬候補を見出すことに成功した。さらに抗EGFR抗体併用や、抗EGFR-MET2重特異抗体が一部の変異型EGFRの治療効果を増強できることを見出した。この治療効果増強は興味深いことに、阻害剤に対するIC50値が3倍程度低下するという変化であり、抗体の細胞外への結合が、細胞内の阻害剤結合領域であるチロシンキナーゼ領域の構造を変化させていているためと考えられる。また、これらの細胞生物学的検討と生化学的解析に加えて、研究分担者の荒木によってスパコン富岳を駆使した分子動力学シミュレーションと親和性計算は順調に推進しており、長時間シミュレーションも取り入れることで、比較的大きな構造変化も考慮した親和性計算を進めることができている。新たな計算手法への工夫を取り入れることによる研究手法改善にも成功している点は特筆すべきものと考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
引き続き、予定していた計画通りに研究を遂行する。具体的には、実験的検証と構造シミュレーションの両輪を回していくことで、超高精度の構造シミュレーション法を確立しつつ新たな発見を目指す。
（１）ALK、ROS1、EGFR、NTRK、RET等融合遺伝子陽性患者で、いずれかの分子標的薬に耐性となった患者より見出した耐性変異体（単一変異だけでなく重複変異も含む）や活性を変化させる変異体、ENU mutagenesisなどにより実験的に誘導した新規変異体を同定し、その耐性度合いやキナーゼ活性について実験的に調べると同時に、シミュレーションにより結合自由エネルギー（ΔG）計算等を実施し、例外的なケースがあるかを調べつつ計算手法の改良も図る。（２）耐性変異（重複変異を含む）をコンピュータシミュレーションにより予測するとともに、実験的検証を進めていく。近年問題となっている重複変異についても挑戦し、２つ以上の変異が重なった場合について、EGFR変異体で以外のキナーゼ、特にALKキナーゼなどを中心に実施する。
（３）ALKやEGFR、ERBB2や、細胞内のセリンスレオニンキナーゼなどについて、キナーゼ活性を上昇させる活性化変異体の構造予測に挑戦する。また、親和性が高いと考えられる化合物の探索もin silicoで挑戦する。
（４）引き続き長時間シミュレーションによる活性化構造や過渡的構造変化の解明を目指す。
（５）これまでに構造が十分に明らかになっていない分子について、推定された構造情報を基に動的構造情報を取得し、構造シミュレーションを実施する。
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