生命金属動態の理解に向けた金属イオンConditionalプロテオミクス法の開発

• 研究領域: 「生命金属科学」分野の創成による生体内金属動態の統合的研究
• 研究課題/領域番号: 19H05764
• 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: 複合領域
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 田村 朋則 京都大学, 工学研究科, 講師 (10746639)
• 研究期間 (年度): 2019-06-28 – 2024-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2023年度)
• 配分額: 63,180千円 (直接経費: 48,600千円、間接経費: 14,580千円); 2023年度: 11,180千円 (直接経費: 8,600千円、間接経費: 2,580千円); 2022年度: 11,180千円 (直接経費: 8,600千円、間接経費: 2,580千円); 2021年度: 11,180千円 (直接経費: 8,600千円、間接経費: 2,580千円); 2020年度: 11,180千円 (直接経費: 8,600千円、間接経費: 2,580千円); 2019年度: 18,460千円 (直接経費: 14,200千円、間接経費: 4,260千円)
• キーワード: 銅イオン / コンディショナルプロテオミクス / 生命金属 / 銅 / タンパク質修飾

研究開始時の研究の概要

金属が関わる生命現象を分子レベルで理解するためには、金属イオンの代謝プロセスや輸送に関わる「金属関連タンパク質」の網羅解析が必要不可欠である。本計画研究では、我々が近年独自に開発したコンディショナルプロテオミクスの原理を応用して、金属関連タンパク質の細胞内動態を分子レベルで解明するための方法論を開拓する。具体的には、組織切片や動物/植物個体内で適用可能な金属応答性タンパク質修飾分子（ラベル化剤）を開発し、生体内に豊富に存在する亜鉛、銅、鉄をはじめ、あらゆる生命金属の生体内動態解析を実現する新手法の確立を目指す。

研究実績の概要

銅(I)イオン(Cu+)に選択的に応答して反応性が上昇する新規ラベル化剤として、昨年度に引き続きキレーター部位を有する銅イオンコンディショナルプロテオミクスプローブの開発とその原理実証を行った。特に本年度は、A03-1神戸班から供与いただいたATP7Aノックアウト（KO）-Mewo細胞を用いて銅イオンコンディショナルプロテオミクスデータを取得した。その結果、Cu-gtsmを処置したATP7A-KO細胞では、銅の細胞外排出機構が破綻しているため、野生型細胞と比較してよりラベル化反応が進行することが明らかとなった。なお、KO細胞における銅蓄積量の増加はB01-1小椋班と共同で定量解析した。さらに、ラベル化タンパク質を濃縮・精製し、LC-MSMSによる同定を行なったところ、WT細胞ではエンドソームや細胞内ベシクルに局在するタンパク質が多くラベルされるのに対して、KO細胞ではサイトゾルタンパク質がより多くラベルされることがわかった。これはWT細胞では過剰な銅は細胞内ベシクルに隔離され細胞外に排出されるのに対して、KO細胞ではその機能が破綻しているためサイトゾル領域にlabile(易動性)銅が分布することを反映していると推察される。また興味深いことに、KO細胞ではミトコンドリアタンパク質がより多くラベルされるのに加えて、最近報告された新規銅依存性細胞死Cuproptosisの関連タンパク質が多く同定された。この結果は、Cuproptosis過程においてミトコンドリア内でCu+イオン濃度が上昇していることを示唆するものであった。本成果を取りまとめ、本年度に論文を投稿した（現在査読中）。

現在までの達成度 (段落)

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [国際共同研究] MRC Laboratory of Molecular Biology/Cambridge Biomedical Campus/University of Leeds(英国)
• [雑誌論文] Bioorthogonal chemical labeling of endogenous neurotransmitter receptors in living mouse brains (2024)
  • 著者名/発表者名: Nonaka Hiroshi、Sakamoto Seiji、Shiraiwa Kazuki、Ishikawa Mamoru、Tamura Tomonori、Okuno Kyohei、Kondo Takumi、Kiyonaka Shigeki、Susaki Etsuo A.、Shimizu Chika、Ueda Hiroki R.、Kakegawa Wataru、Arai Itaru、Yuzaki Michisuke、Hamachi Itaru
  • 雑誌名: Proceedings of the National Academy of Sciences 巻: 121 号: 6 ページ: 2313887121-2313887121
  • DOI: 10.1073/pnas.2313887121
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Lysine-Reactive <i>N</i>-Acyl-<i>N</i>-aryl Sulfonamide Warheads: Improved Reaction Properties and Application in the Covalent Inhibition of an Ibrutinib-Resistant BTK Mutant (2023)
  • 著者名/発表者名: Kawano Masaharu、Murakawa Syunsuke、Higashiguchi Kenji、Matsuda Kenji、Tamura Tomonori、Hamachi Itaru
  • 雑誌名: Journal of the American Chemical Society 巻: 145 号: 48 ページ: 26202-26212
  • DOI: 10.1021/jacs.3c08740
  • 査読あり
• [雑誌論文] 金属イオン応答性タンパク質修飾試薬を用いたコンディショナルプロテオミクス (2023)
  • 著者名/発表者名: 田村 朋則
  • 雑誌名: ファルマシア 巻: 59 号: 3 ページ: 190-195
  • DOI: 10.14894/faruawpsj.59.3_190
  • ISSN: 0014-8601, 2189-7026
  • 査読あり
• [雑誌論文] Endogenous Cell-Surface Receptor Modification by Metal Chelation-Assisted Pyridinium Oxime Catalyst (2023)
  • 著者名/発表者名: Thimaradka Vikram、Utsunomiya Hayata、Tamura Tomonori、Hamachi Itaru
  • 雑誌名: Organic Letters 巻: 25 号: 12 ページ: 2118-2122
  • DOI: 10.1021/acs.orglett.3c00541
  • 査読あり
• [雑誌論文] Organelle-selective click labeling coupled with flow cytometry allows pooled CRISPR screening of genes involved in phosphatidylcholine metabolism (2023)
  • 著者名/発表者名: Masaki Tsuchiya, Nobuhiko Tachibana, Kohjiro Nagao, Tomonori Tamura, Itaru Hamachi
  • 雑誌名: Cell Metabolism 巻: - 号: 6 ページ: 1-12
  • DOI: 10.1016/j.cmet.2023.02.014
  • 査読あり
• [雑誌論文] Revisiting PFA-mediated tissue fixation chemistry: FixEL enables trapping of small molecules in the brain to visualize their distribution changes (2023)
  • 著者名/発表者名: Nonaka Hiroshi、Mino Takeharu、Sakamoto Seiji、Oh Jae Hoon、Watanabe Yu、Ishikawa Mamoru、Tsushima Akihiro、Amaike Kazuma、Kiyonaka Shigeki、Tamura Tomonori、Radu Aricescu A.、Kakegawa Wataru、Miura Eriko、Yuzaki Michisuke、Hamachi Itaru
  • 雑誌名: Chem 巻: 9 号: 2 ページ: 523-540
  • DOI: 10.1016/j.chempr.2022.11.005
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Light-induced stabilization of microtubules by photo-crosslinking of a Tau-derived peptide (2022)
  • 著者名/発表者名: Watari Soei、Inaba Hiroshi、Tamura Tomonori、Kabir Arif Md. Rashedul、Kakugo Akira、Sada Kazuki、Hamachi Itaru、Matsuura Kazunori
  • 雑誌名: Chemical Communications 巻: 58 号: 66 ページ: 9190-9193
  • DOI: 10.1039/d2cc01890j
  • 査読あり
• [雑誌論文] Chemical biology tools for imaging-based analysis of organelle membranes and lipids (2022)
  • 著者名/発表者名: Tamura Tomonori、Hamachi Itaru
  • 雑誌名: Current Opinion in Chemical Biology 巻: 70 ページ: 102182-102182
  • DOI: 10.1016/j.cbpa.2022.102182
  • 査読あり
• [雑誌論文] システイン以外のアミノ酸残基を標的とする不可逆阻害薬 (2022)
  • 著者名/発表者名: Tamura Tomonori
  • 雑誌名: 日本薬理学雑誌 巻: 157 号: 5 ページ: 383-383
  • DOI: 10.1254/fpj.22031
  • ISSN: 0015-5691, 1347-8397
  • 査読あり
• [雑誌論文] Enhanced Suppression of a Protein-Protein Interaction in Cells Using Small-Molecule Covalent Inhibitors Based on an N-Acyl-N-alkyl Sulfonamide Warhead (2021)
  • 著者名/発表者名: Tsuyoshi Ueda, Tomonori Tamura, Masaharu Kawano, Keiya Shiono, Fruzsina Hobor, Andrew J. Wilson, Itaru Hamachi
  • 雑誌名: Journal of the American Chemical Society 巻: 143 号: 12 ページ: 4766-4774
  • DOI: 10.1021/jacs.1c00703
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Organelle-selective labeling of choline-containing phospholipids(CPLs) and real-time imaging in living cells (2021)
  • 著者名/発表者名: Masaki Tsuchiya, Tomonori Tamura, Itaru Hamachi
  • 雑誌名: Current Protocols 巻: 1 号: 4
  • DOI: 10.1002/cpz1.105
  • 査読あり
• [雑誌論文] Site-specific covalent labeling of His-tag fused proteins with N-acyl-N-alkyl sulfonamide reagent (2021)
  • 著者名/発表者名: Vikram Thimaradka, Jae Hoon Oh, Christina Heroven, A. Radu Aricescu, Michisuke Yuzaki, Tomonori Tamura, Itaru Hamachi
  • 雑誌名: Bioorganic & Medicinal Chemistry 巻: 30 ページ: 115947-115947
  • DOI: 10.1016/j.bmc.2020.115947
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Organelle membrane-specific chemical labeling and dynamic imaging in living cells. (2020)
  • 著者名/発表者名: Tomonori Tamura, Alma Fujisawa, Masaki Tsuchiya, Yuying Shen, Kohjiro Nagao, Shin Kawano, Yasushi Tamura, Toshiya Endo, Masato Umeda, Itaru Hamachi
  • 雑誌名: Nature chemical biology 巻: 16 号: 12 ページ: 1361-1367
  • DOI: 10.1038/s41589-020-00651-z
  • NAID: 120006898122
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Imaging and profiling of proteins under oxidative conditions in cells and tissues by hydrogen-peroxide-responsive labeling (2020)
  • 著者名/発表者名: Hao Zhu, Tomonori Tamura, Alma Fujisawa, Yuki Nishikawa, Rong Cheng, Mikiko Takato, and Itaru Hamachi
  • 雑誌名: Journal of the American Chemical Society 巻: 142 号: 37 ページ: 15711-15721
  • DOI: 10.1021/jacs.0c02547
  • 査読あり
• [雑誌論文] Chemical Tools for Endogenous Protein Labeling and Profiling (2020)
  • 著者名/発表者名: Shiraiwa Kazuki、Cheng Rong、Nonaka Hiroshi、Tamura Tomonori、Hamachi Itaru
  • 雑誌名: Cell Chemical Biology 巻: 27 号: 8 ページ: 970-985
  • DOI: 10.1016/j.chembiol.2020.06.016
  • 査読あり
• [雑誌論文] Development of a Photoactivatable Proximity Labeling Method for the Identification of Nuclear Proteins (2020)
  • 著者名/発表者名: Tomonori Tamura, Mikiko Takato, Keiya Shiono, Itaru Hamachi
  • 雑誌名: Chemistry Letters 巻: 49 号: 2 ページ: 145-148
  • DOI: 10.1246/cl.190804
  • NAID: 130007795177
  • 査読あり
• [雑誌論文] Development of a cell-based ligand-screening system for identifying Hsp90 inhibitors (2020)
  • 著者名/発表者名: Tsuyoshi Ueda, Tomonori Tamura, Itaru Hamachi
  • 雑誌名: Biochemistry 巻: 59 号: 2 ページ: 179-182
  • DOI: 10.1021/acs.biochem.9b00781
  • 査読あり
• [学会発表] Screening of genes involved in lipid metabolism using organelle-selective lipid labeling (2023)
  • 著者名/発表者名: 田村朋則
  • 学会等名: 蛋白研セミナーBiological Chemistry on Membranes - Understanding and Engineering
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] オルガネラ選択的脂質ラベリングと遺伝子スクリーニング (2023)
  • 著者名/発表者名: 田村朋則
  • 学会等名: 第96回日本生化学会大会
  • 招待講演
• [学会発表] オルガネラ選択的脂質ラベリング (2023)
  • 著者名/発表者名: 田村朋則
  • 学会等名: 東京大学工学系研究科 化学生命工学専攻 講演会
  • 招待講演
• [学会発表] ヘムトランスポーター FLVCR1 の未知機能の発見 (2023)
  • 著者名/発表者名: 田村朋則
  • 学会等名: メタルバイオサイエンス研究会2023
  • 招待講演
• [学会発表] 金属イオン/酸化ストレス応答性タンパク質修飾プローブを用いたコンディショナルプロテオミクス (2023)
  • 著者名/発表者名: 田村朋則
  • 学会等名: 第47回日本鉄バイオサイエンス学会学術集会
  • 招待講演
• [学会発表] ケミカルバイオロジー分野におけるプロテオフォーム解析の重要性 (2023)
  • 著者名/発表者名: 田村朋則
  • 学会等名: 日本プロテオーム学会2023年大会
  • 招待講演
• [学会発表] オプトケモプロテオミクスによるマウス脳内受容体インタラクトーム解析 (2023)
  • 著者名/発表者名: 田村朋則
  • 学会等名: 第74回日本電気泳動学会学術大会
  • 招待講演
• [学会発表] Conditional proteomics approaches to identify proteins related to Zn and NO (2022)
  • 著者名/発表者名: T. Tamura, Itaru Hamachi
  • 学会等名: Redox Week in Sendai 2022
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Conditional Proteomics Approaches to Identify Proteins Related to Biometals and Signaling Molecules (2022)
  • 著者名/発表者名: T. Tamura, Itaru Hamachi
  • 学会等名: 10th Asian Biological Inorganic Chemistry Conference
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] ヘムトランスポーターFLVCR1の未知機能の発見 (2022)
  • 著者名/発表者名: 田村 朋則
  • 学会等名: 生命金属科学シンポジウム2022
  • 招待講演
• [学会発表] オルガネラ選択的脂質ラベリングによる脂質制御因子の遺伝子スクリーニング (2022)
  • 著者名/発表者名: 田村 朋則
  • 学会等名: 第22回日本蛋白質科学会年会
  • 招待講演
• [学会発表] 金属イオン応答性タンパク質修飾プローブを用いたコンディショナルプロテオミクス (2022)
  • 著者名/発表者名: 田村 朋則
  • 学会等名: 第33回日本微量元素学会学術集会
  • 招待講演
• [学会発表] コンディショナルプロテオミクスによる金属関連タンパク質のイメージングとプロファイリング (2022)
  • 著者名/発表者名: 田村 朋則
  • 学会等名: 第60回日本生物物理学会
  • 招待講演
• [学会発表] オルガネラ選択的タンパク質・脂質ラベリング (2022)
  • 著者名/発表者名: 田村 朋則
  • 学会等名: 第95回日本生化学会大会
  • 招待講演
• [学会発表] 蛋白質/脂質の in situ ケミカルラベリング (2022)
  • 著者名/発表者名: 田村 朋則
  • 学会等名: 第39回メディシナルケミストリーシンポジウム
  • 招待講演
• [学会発表] 細胞内有機化学に基づく新規プロテオミクス法の開発 (2022)
  • 著者名/発表者名: 田村朋則
  • 学会等名: 第5回京都生体質量分析研究会国際シンポジウム
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] NASA反応基を用いたBTK (C481S)不可逆阻害剤の開発 (2022)
  • 著者名/発表者名: 村川 駿介、河野 正晴、田村 朋則、浜地 格
  • 学会等名: 日本化学会 第102春季年会
• [学会発表] Mapping a glutamate receptor interactome in living mice by photoactivated proximity labeling (2022)
  • 著者名/発表者名: Mikiko Takato, Hayata Utsunomiya, Tomonori Tamura, Itaru Hamachi
  • 学会等名: 日本化学会 第102春季年会
• [学会発表] FixEL: a new method for visualizing ligand dynamics in the brain by reframing the PFA fixation chemistry. (2022)
  • 著者名/発表者名: Takeharu Mino, Hiroshi Nonaka, Seiji Sakamoto, Jae Hoon Oh, Yu Watanabe, Mamoru Ishikawa, Akihiro Tsushima, Kazuma Amaike, Shigeki Kiyonaka, Tomonori Tamura, Radu Aricescu, Wataru Kakegawa, Eriko Miura, Michisuke Yuzaki, Itaru Hamachi
  • 学会等名: 日本化学会 第102春季年会
• [学会発表] オルガネラ選択的脂質ラベリングの新展開（３）：ホスファチジルイノシトールへの拡張 (2022)
  • 著者名/発表者名: 木村 天海、田村 朋則、浜地 格
  • 学会等名: 日本化学会 第102春季年会
• [学会発表] Development of selective Cu+-responsive protein labeling reagent towards conditional proteomics (2022)
  • 著者名/発表者名: Rong Cheng, Tomonori Tamura, Itaru Hamachi
  • 学会等名: 日本化学会 第102春季年会
• [学会発表] Ligand-directed NASA chemistry for rapid protein labeling and covalent inhibition (2021)
  • 著者名/発表者名: Tomonori Tamura
  • 学会等名: ICBS 2021
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] タンパク質/脂質のin situ化学修飾 (2021)
  • 著者名/発表者名: 田村朋則
  • 学会等名: 東京大学化学生命工学専攻2021年度談話会
  • 招待講演
• [学会発表] Enhanced Suppression of a Protein-Protein Interaction in Cells Using Small-Molecule Covalent Inhibitors Based on an N-Acyl-N-alkyl Sulfonamide Warhead (2021)
  • 著者名/発表者名: Tomonori Tamura
  • 学会等名: AIMECS2021
  • 国際学会
• [学会発表] Organelle-selective labeling and imaging of choline-containing phospholipids (2021)
  • 著者名/発表者名: Tomonori Tamura
  • 学会等名: Pacifichem2021
  • 国際学会
• [学会発表] H2O2応答性タンパク質修飾剤による酸化環境プロテオームのイメージングとプロファイリング (2021)
  • 著者名/発表者名: 朱 浩、田村 朋則、浜地 格
  • 学会等名: 第74回日本酸化ストレス学会・第21回日本NO学会合同学術集会
• [学会発表] チロシナーゼを用いた迅速かつ効率的な生細胞での近傍ラベリング (2021)
  • 著者名/発表者名: 松田 侑奈、朱 浩、Jae Hoon Eric Oh、中村 秀樹、辻川 宗男、田村 朋則、浜地 格
  • 学会等名: 第15回バイオ関連化学シンポジウム
• [学会発表] 光駆動近接ラベリングによるシナプス間隙タンパク質の網羅的同定 (2021)
  • 著者名/発表者名: 宇都宮 颯汰、高遠 美貴子、田村 朋則、Radu Aricescu、柚崎 通介、浜地 格
  • 学会等名: 第15回バイオ関連化学シンポジウム
• [学会発表] 新規銅イオン応答性タンパク質修飾試薬の開発 (2021)
  • 著者名/発表者名: Cheng Rong、西川 雄貴、田村 朋則、浜地 格
  • 学会等名: 新学術領域「生命金属科学」夏の合宿
• [学会発表] 非システイン残基を標的とした不可逆阻害剤の開発 (2021)
  • 著者名/発表者名: 河野 正晴、田村 朋則、浜地 格
  • 学会等名: 生体機能関連化学部会 若手の会 第32回 サマースクール
• [学会発表] コンディショナルプロテオミクスによる生命金属関連タンパク質の同定 (2021)
  • 著者名/発表者名: 田村 朋則
  • 学会等名: 第６２回日本植物生理学会年会
  • 招待講演
• [学会発表] A conditional proteomics approach to identify metal-related proteins (2020)
  • 著者名/発表者名: 田村 朋則
  • 学会等名: 第43回日本分子生物学会年会
  • 招待講演
• [学会発表] 細胞内蛋白質/脂質の新規化学修飾法の開発 (2020)
  • 著者名/発表者名: 田村 朋則
  • 学会等名: フロンティア生命化学研究会特別シンポジウム2020
  • 招待講演
• [学会発表] 生命金属関連タンパク質同定のためのケミカルプロテオミクス法の開発 (2020)
  • 著者名/発表者名: 田村 朋則
  • 学会等名: 第93回日本生化学会大会
  • 招待講演
• [学会発表] Enhanced suppression of the HDM2/p53 interaction in cells using small-molecule covalent inhibitors based on N-acyl-N-alkyl sulfonamide warhead (2020)
  • 著者名/発表者名: 田村 朋則
  • 学会等名: EMBL Workshop Chemical Biology 2020
  • 国際学会
• [学会発表] Development of novel methods for chemical modification of endogenous proteins in living cells (2020)
  • 著者名/発表者名: Tomonori TAMURA
  • 学会等名: 日本化学会 第100春季年会
  • 招待講演
• [学会発表] コンディショナルプロテオミクスによる生細胞内亜鉛環境下タンパク質の網羅解析 (2020)
  • 著者名/発表者名: 田村朋則
  • 学会等名: 日本薬学会第140年会
  • 招待講演
• [学会発表] 細胞内分子のケミカルラベリングとイメージング (2019)
  • 著者名/発表者名: 田村朋則
  • 学会等名: GTR/ITbM Chemistry Workshop 2019
  • 招待講演
• [学会発表] タンパク質修飾化学に基づくコンディショナルプロテオミクス法の開発 (2019)
  • 著者名/発表者名: 田村朋則
  • 学会等名: 日本プロテオーム学会2019年大会/第70回 日本電気泳動学会総会
  • 招待講演
• [学会発表] コンディショナルプロテオミクスによる金属関連タンパク質群の同定 (2019)
  • 著者名/発表者名: 田村朋則
  • 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
  • 招待講演
• [図書] 生命金属ダイナミクス: 生体内における金属の挙動と制御 (2021)
  • 著者名/発表者名: 城 宜嗣、津本浩平
  • 総ページ数: 564
  • 出版者: エヌ・ティー・エス出版
• [備考] クリックケミストリーにより細胞内脂質を超高速で解析ー代謝異常の原因遺伝子を同定する技術開発に成功ー
  • URL: https://www.t.kyoto-u.ac.jp/ja/research/topics/20230314
• [備考] クリックケミストリーにより細胞内脂質を超高速で解析 ～代謝異常の原因遺伝子を同定する技術開発に成功～
  • URL: https://www.jst.go.jp/pr/announce/20230314/index.html
• [備考] ホルマリン漬けから着想した小分子可視化法 ～医薬品開発効率化につながる新たな戦略～
  • URL: https://www.jst.go.jp/pr/announce/20221202-2/index.html
• [産業財産権] ペプチド、およびペプチドを用いる抗体の修飾 (2020)
  • 発明者名: 浜地格、田村朋則、後藤大輝、林良雄、六車共平、福田茜
  • 権利者名: 浜地格、田村朋則、後藤大輝、林良雄、六車共平、福田茜
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2020-172768
  • 出願年月日: 2020