A chemical genomics approach for understanding chemical communication

• 研究領域: 化学コミュニケーションのフロンティア
• 研究課題/領域番号: 17H06411
• 研究種目: 新学術領域研究(研究領域提案型)
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 理工系
• 研究機関: 国立研究開発法人理化学研究所
• 研究代表者: BOONE CHARLES 国立研究開発法人理化学研究所, 環境資源科学研究センター, チームリーダー (70601342)
• 研究分担者: 八代田 陽子 国立研究開発法人理化学研究所, 環境資源科学研究センター, 副チームリーダー (60360658)
• 研究期間 (年度): 2017-06-30 – 2022-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2021年度)
• 配分額: 76,180千円 (直接経費: 58,600千円、間接経費: 17,580千円); 2021年度: 15,600千円 (直接経費: 12,000千円、間接経費: 3,600千円); 2020年度: 15,600千円 (直接経費: 12,000千円、間接経費: 3,600千円); 2019年度: 15,600千円 (直接経費: 12,000千円、間接経費: 3,600千円); 2018年度: 15,600千円 (直接経費: 12,000千円、間接経費: 3,600千円); 2017年度: 13,780千円 (直接経費: 10,600千円、間接経費: 3,180千円)
• キーワード: chemical genomics / yeast / chemical communication / CRISPR / HAP1

研究成果の概要

我々は、出芽酵母および分裂酵母の遺伝子変異株ライブラリーや遺伝子過剰発現株ライブラリーを用いて、化合物が標的タンパク質に作用した際に細胞に起こる現象（表現型）をもとに、化合物の作用機序や標的タンパク質を推測・同定する酵母ケミカルゲノミクス解析法を開発・確立した。本法により、理研NPDepo化合物をはじめとする多数の生理活性物質の標的同定を実施した。また、ヒト細胞を用いたケミカルゲノミクス解析パイプライン構築にも展開した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

化合物の標的同定は創薬シーズ開発に重要であるばかりでなく、基礎研究に有用なケミカルツール分子の創成にも貢献する。我々が確立した、物理的相互作用によらず、化学遺伝学的相互作用をもとにした酵母ケミカルゲノミクス解析法は汎用性が広い。さらに本研究を発展させ、ヒト細胞のケミカルゲノミクス解析パイプラインにも着手できた。多種多様な生理活性物質の作用機序解明に有効な方法開発を達成したというインパクトは学術的にも社会的にも大きい。

研究成果

• [国際共同研究] University of Toronto/The University of British Columbia(カナダ)
• [国際共同研究] University of Minnesota(米国)
• [国際共同研究] ETH Zurich(スイス)
• [国際共同研究] University of Toronto/The University of British Columbia(カナダ)
• [国際共同研究] University of Minnesota(米国)
• [国際共同研究] University of Toronto(カナダ)
• [国際共同研究] University of Minnesota(米国)
• [国際共同研究] トロント大学/マギル大学/ブリティッシュコロンビア大学(カナダ)
• [国際共同研究] ミネソタ大学/Yumanity(米国)
• [国際共同研究] National Center for Drug Screening(中国)
• [国際共同研究] トロント大学/マギル大学/ブリティッシュコロンビア大学(カナダ)
• [国際共同研究] ミネソタ大学(米国)
• [国際共同研究] the National Center for Drug Screening(中国)
• [雑誌論文] Jerveratrum-Type Steroidal Alkaloids Inhibit β-1,6-Glucan Biosynthesis in Fungal Cell Walls (2022)
  • 著者名/発表者名: 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
  • 雑誌名: Microbiology Spectrum 巻: 10 号: 1
  • DOI: 10.1128/spectrum.00873-21
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] High-throughput platform for yeast morphological profiling predicts the targets of bioactive compounds (2022)
  • 著者名/発表者名: Ohnuki, S., Ogawa, I., Itto-Nakama, K., Lu, F., Ranjan, A., Kabbage, M., Gebre, AA., Yamashita, M., Li, SC., Yashiroda, Y., Yoshida, S., Usui, T., Piotrowski, JS., Andrews, BJ., Boone, C., Brown, GW., Ralph, J., Ohya, Y.
  • 雑誌名: npj Systems Biology and Applications 巻: 8 号: 1 ページ: 3-3
  • DOI: 10.1038/s41540-022-00212-1
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Leveraging machine learning essentiality predictions and chemogenomic interactions to identify antifungal targets (2021)
  • 著者名/発表者名: Fu, C., Zhang, X., Veri, AO., Iyer, KR., Lash, E., Xue, A., Yan, H., Revie, NM., Wong, C., Lin, ZY., Polvi, EJ., Liston, SD., VanderSluis, B., Hou, J., Yashiroda, Y., Gingras, AC., Boone, C., O'Meara, TR., O'Meara, MJ., Noble, S., Robbins, N., Myers, CL., Cowen, LE.
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 12 号: 1 ページ: 6497-6497
  • DOI: 10.1038/s41467-021-26850-3
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Improving measures of chemical structural similarity using machine learning on chemical-genetic interactions (2021)
  • 著者名/発表者名: Safizadeh, H., Simpkins, SW., Nelson, J., Li, SC., Piotrowski, JS., Yoshimura, M., Yashiroda, Y., Hirano, H., Osada, H., Yoshida, M., Boone, C., Myers, CL.
  • 雑誌名: Journal of Chemical Information and Modeling 巻: 61 号: 9 ページ: 4156-4172
  • DOI: 10.1021/acs.jcim.0c00993
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Clionamines stimulate autophagy, inhibit Mycobacterium tuberculosis survival in macrophages, and target Pik1 (2021)
  • 著者名/発表者名: Persaud, R., Li, SC., Chao, JD., Forestieri, R., Donohue, E., Balgi, AD., Zheng, X., Chao, JT., Yashiroda, Y., Yoshimura, M., Loewen, CJR., Gingras, AC., Boone, C., Av-Gay, Y., Roberge, M., Andersen, RJ.
  • 雑誌名: Cell Chemical Biology 巻: - 号: 5 ページ: 870-882
  • DOI: 10.1016/j.chembiol.2021.07.017
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Genome-wide Screening of Genes Associated with Momilactone B Sensitivity in the Fission Yeast (2021)
  • 著者名/発表者名: Keisuke Tomita, Yoko Yashiroda, Yasuhiro Matsuo, Jeff S Piotrowski, Sheena C Li, Reika Okamoto, Mami Yoshimura, Hiromi Kimura, Yumi Kawamura, Makoto Kawamukai, Charles Boone, Minoru Yoshida, Hideaki Nojiri, Kazunori Okada
  • 雑誌名: G3 (Bethesda) 巻: 11 号: 8
  • DOI: 10.1093/g3journal/jkab156
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] A genome-scale yeast library with inducible expression of individual genes (2021)
  • 著者名/発表者名: Arita, Y., Kim, G., Li, Z., Friesen, H., Turco, G., Wang, RY., Climie, D., Usaj, M., Hotz, M., Stoops, EH., Baryshnikova, A., Boone, C., Botstein, D., Andrews, BJ., McIsaac, RS.
  • 雑誌名: Molecular Systems Biology 巻: 17 号: 6
  • DOI: 10.15252/msb.202110207
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Environmental robustness of the global yeast genetic interaction network (2021)
  • 著者名/発表者名: Costanzo, M., Hou. J., Messier, V., Nelson, J., Rahman, M., VanderSluis, B., Wang, W., Pons, C., Ross, C., Usaj, M., San Luis, BJ., Shuteriqi, E., Koch, EN., Aloy, P., Myers, CL., Boone, C., Andrews, B.
  • 雑誌名: Science 巻: 372 号: 6542
  • DOI: 10.1126/science.abf8424
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Genetic profiling of protein burden and nuclear export overload. (2020)
  • 著者名/発表者名: Kintaka R, Makanae K, Namba S, Kato H, Kito K, Ohnuki S, Ohya Y, Andrews BJ, Boone C, Moriya H.
  • 雑誌名: Elife 巻: 9
  • DOI: 10.7554/elife.54080
  • NAID: 120006941058
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Systematic genetics and single-cell imaging reveal widespread morphological pleiotropy and cell-to-cell variability (2020)
  • 著者名/発表者名: Mattiazzi Usaj M, Sahin N, Friesen H, Pons C, Usaj M, Masinas MPD, Shuteriqi E, Shkurin A, Aloy P, Morris Q, Boone C, Andrews BJ.
  • 雑誌名: Mol Syst Biol 巻: 16 号: 2
  • DOI: 10.15252/msb.20199243
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Integrating yeast chemical genomics and mammalian cell pathway analysis (2019)
  • 著者名/発表者名: Zhou, FL., Li, SC., Zhu, Y., Guo, WJ., Shao, LJ., Nelson, J., Simpkins, S., Yang, DH., Liu, Q., Yashiroda, Y., Xu, JB., Fan, YY., Yue, JM., Yoshida, M., Xia, T., Myers, CL., Boone, C., Wang, MW.
  • 雑誌名: Acta Pharmacol. Sin. 巻: 40 号: 9 ページ: 1245-1255
  • DOI: 10.1038/s41401-019-0231-y
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Intraspecies cell-cell communication in yeast (2019)
  • 著者名/発表者名: Yashiroda, Y., Yoshida, Y.
  • 雑誌名: FEMS Yeast Res. 巻: 19 号: 7
  • DOI: 10.1093/femsyr/foz071
  • 査読あり
• [雑誌論文] Using BEAN-counter to quantify genetic interactions from multiplexed barcode sequencing experiments (2019)
  • 著者名/発表者名: Simpkins SW, Deshpande R, Nelson J, Li SC, Piotrowski JS, Ward HN, Yashiroda Y, Osada H, Yoshida M, Boone C, Myers CL
  • 雑誌名: Nature Protocols 巻: 14 号: 2 ページ: 415-440
  • DOI: 10.1038/s41596-018-0099-1
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Predicting bioprocess targets of chemical compounds through integration of chemical-genetic and genetic interactions (2018)
  • 著者名/発表者名: Simpkins SW, Nelson J, Deshpande R, Li SC, Piotrowski JS, Wilson EH, Gebre AA, Safizadeh H, Okamoto R, Yoshimura M, Costanzo M, Yashiroda Y, Ohya Y, Osada H, Yoshida M, Boone C, Myers CL
  • 雑誌名: PLoS Computational Biology 巻: 14 号: 10 ページ: e1006532-e1006532
  • DOI: 10.1371/journal.pcbi.1006532
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] MOSAIC: a chemical-genetic interaction data repository and web resource for exploring chemical modes of action (2018)
  • 著者名/発表者名: Nelson J, Simpkins SW, Safizadeh H, Li SC, Piotrowski JS, Hirano H, Yashiroda Y, Osada H, Yoshida M, Boone C, Myers CL.
  • 雑誌名: Bioinformatics 巻: 34 号: 7 ページ: 1251-1252
  • DOI: 10.1093/bioinformatics/btx732
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Functional annotation of chemical libraries across diverse biological processes. (2017)
  • 著者名/発表者名: Piotrowski JS, Li SC, Deshpande R.......Shirahige K,......Boone C.
  • 雑誌名: Nat Chem Biol. 巻: 13 号: 9 ページ: 982-993
  • DOI: 10.1038/nchembio.2436
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] 酵母の増殖阻害活性を示す含ホウ素化合物の作用機序解析 (2022)
  • 著者名/発表者名: 八代田陽子、木村寛美、吉村麻美、臼井正哉、丹羽節、高橋一光、俣賀宣子、細谷孝充、Laurean Ilies、吉田稔、Charles Boone
  • 学会等名: 日本農芸化学会2022年度大会
• [学会発表] 植物由来のジテルペン化合物Momilactone Bは細胞内のROSレベルを減少させることで細胞の増殖を阻害する (2022)
  • 著者名/発表者名: 富田啓介、松尾安浩、八代田陽子、吉田稔、川向誠、野尻秀昭、岡田憲典
  • 学会等名: 日本農芸化学会2022年度大会
• [学会発表] 奇数鎖脂肪酸による分裂酵母の脂質組成の攪乱および小胞体の形態異常 (2022)
  • 著者名/発表者名: 星川陽次郎、西村慎一、松山晃久、Sheena Li、八代田陽子、Charles Boone、津川裕司、有田誠、吉田稔
  • 学会等名: 日本農芸化学会2022年度大会
• [学会発表] 奇数鎖脂肪酸による分裂酵母の脂質代謝攪乱と細胞分裂阻害 (2021)
  • 著者名/発表者名: 星川陽次郎、西村慎一、松山晃久、Sheena Li、八代田陽子、Charles Boone、津川裕司、有田誠、吉田稔
  • 学会等名: 第63回日本脂質生化学会
• [学会発表] 奇数鎖脂肪酸は分裂酵母において細胞膜極性と細胞分裂に異常を引き起こす (2021)
  • 著者名/発表者名: 星川陽次郎、西村慎一、松山晃久、Li Sheena、八代田陽子、Boone Charles、吉田稔
  • 学会等名: 日本農芸化学会2021年度大会
• [学会発表] Genetic Network Analysis of the NGLY1 Pathway (2020)
  • 著者名/発表者名: Charles Boone
  • 学会等名: International Symposium on Glyco-lipidologue
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 酵母ケミカルゲノミクス法による化合物の標的同定 (2019)
  • 著者名/発表者名: 八代田陽子
  • 学会等名: 第19回日本蛋白質科学会年会第71回日本細胞生物学会大会合同年次大会共催シンポジウム「化学コミュニケーションのフロンティア」
  • 招待講演
• [学会発表] An Integrated Chemical Genomic Approach for Target Identification (2019)
  • 著者名/発表者名: Yoko Yashiroda, Sheena Li, Urvi Bhojoo, Mami Yoshimura, Hiromi Kimura, Yumi Kawamura, Hamid Safizadeh, Scott Simpkins, Justin Nelson, Hiroyuki Hirano, Hiroyuki Osada, Minoru Yoshida, Chad Myers, Charles Boone
  • 学会等名: 「化学コミュニケーションのフロンティア」第5回公開シンポジウム
• [学会発表] Target identification using a yeast chemical genomic approach (2019)
  • 著者名/発表者名: Yoko Yashiroda, Sheena Li, Hiroyuki Osada, Minoru Yoshida, Chad Myers, Charles Boone
  • 学会等名: 酵母遺伝学フォーラム第52回研究報告会
• [学会発表] 酵母ケミカルゲノミクス法を用いた化合物の標的同定 (2019)
  • 著者名/発表者名: 八代田陽子、吉村麻美、野口峻太朗、Sheena Li、木村寛美、河村優美、吉田稔、酒井隆一、Charles Boone
  • 学会等名: 「化学コミュニケーションのフロンティア」第6回公開シンポジウム
• [学会発表] Yeast chemical genomics approach for target identification (2019)
  • 著者名/発表者名: 八代田 陽子
  • 学会等名: The 5th CSRS-ITbM Joint Workshop
• [学会発表] Yeast Chemical Genomic Approach for Target Identification (2019)
  • 著者名/発表者名: Yoko Yashiroda
  • 学会等名: ACBI 2019 Yangon Meeting
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Target identification using an integrated chemical genomic approach (2019)
  • 著者名/発表者名: Sheena Li, Mami Yoshimura, Hamid Safizadhe, Scott Simpkins, Justin Nelson, Yuichi Shichino, Yoko Yashiroda, Shintaro Iwasaki, Hiroyuki Hirano, Hiroyuki Osada, Minoru Yoshida, Chad Myers, Charles Boone
  • 学会等名: The 1st International Symposium on Chemical Communication (ISCC2019)
  • 国際学会
• [学会発表] Identification of an inhibitor of the yeast fatty acid synthase (2019)
  • 著者名/発表者名: Yoko Yashiroda, Sheena Claire Li, Mami Yoshimura, Hiromi Kimurs, Norio Kudo, Hamid Safizadhe, Scott Simpkins, Justin Nelson, Hiroyuki Hirano, Hiroyuki Osada, Minoru Yoshida, Chad Myers, Charles Boone
  • 学会等名: The 1st International Symposium on Chemical Communication (ISCC2019)
  • 国際学会
• [学会発表] Target identification using an integrated chemical genetic approach (2018)
  • 著者名/発表者名: Sheena Li
  • 学会等名: Yeast Genetics Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] Target integration using an integrated chemcial genetic approach (2018)
  • 著者名/発表者名: Li Sheena, Boone Charles
  • 学会等名: 新学術領域研究（研究領域提案型）「化学コミュニケーションのフロンティア」第3回公開シンポジウム
• [学会発表] Mapping Chemical-Genetic Interactions to Link Bioactive Compounds to Cellular Targets (2018)
  • 著者名/発表者名: Charles Boone
  • 学会等名: 新学術領域研究「化学コミュニケーションのフロンティア」第２回公開シンポジウム
  • 招待講演
• [学会発表] Mapping Genetic Networks on a Global Scale (2017)
  • 著者名/発表者名: Charles Boone
  • 学会等名: From Genetic Networks to a Cellular Wiring Diagram
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Target Identification Using an Integrated Chemical Genetic Approach (2017)
  • 著者名/発表者名: Sheena Li, Charles Boone
  • 学会等名: the CIFAR meeting
  • 国際学会
• [学会発表] 窒素代謝を変えるコミュニケーション- 脂肪酸をつかった分裂酵母の種の生存戦略 - (2017)
  • 著者名/発表者名: 八代田陽子
  • 学会等名: 第69回日本生物工学会 シンポジウム「微生物の「声」が聴きたくて… 単細胞生物のコミュニケーションスキル」
  • 招待講演
• [学会発表] 脂肪酸化合物を介した酵母細胞間のコミュニケーション (2017)
  • 著者名/発表者名: 八代田陽子
  • 学会等名: 第54回植物化学シンポジウム「ファイトバイオーム：植物化学物質による生物間コミュニケーションへの誘い」
  • 招待講演
• [学会発表] アミノ酸取り込みを調節する酵母細胞間相互作用 (2017)
  • 著者名/発表者名: 八代田陽子
  • 学会等名: 2017年度生命科学系学会合同年次大会 ワークショップ「ライフイベントを紡ぐ栄養環境への適応機構」
  • 招待講演
• [図書] 第10章 酵母ケミカルゲノミクスを用いた化合物作用機序解明のための大規模高速解析法（「酵母菌・麹菌・乳酸菌の産業応用展開」） (2018)
  • 著者名/発表者名: 八代田陽子、吉田稔
  • 総ページ数: 264
  • 出版者: シーエムシー出版
  • ISBN: 9784781313177
• [備考] Drugs Made in Nature
  • URL: https://www.thedonnellycentre.utoronto.ca/node/1341
• [備考] 化合物の標的機能を決定するツールを開発－酵母の化学遺伝学アプローチで化合物の標的予測／同定が迅速に－
  • URL: http://www.riken.jp/pr/press/2017/20170725_1/