糖非発酵性細菌のペプチダーゼ類を標的とした新規抗菌剤開発

• 研究課題/領域番号: 16H04902
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 応用微生物学
• 研究機関: 昭和大学
• 研究代表者: 田中 信忠 昭和大学, 薬学部, 准教授 (00286866)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2020-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2019年度)
• 配分額: 8,710千円 (直接経費: 6,700千円、間接経費: 2,010千円); 2018年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円); 2017年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円); 2016年度: 2,990千円 (直接経費: 2,300千円、間接経費: 690千円)
• キーワード: 糖非発酵性細菌 / ペプチダーゼ / 立体構造 / 抗菌剤 / ドラッグデザイン

研究成果の概要

S46ファミリーに属するペプチダーゼ類は、ヒトに存在せず、新規抗生物質の理想的標的である。我々は、Porphyromonas gingivalis由来ジペプチジルペプチダーゼ11（PgDPP11）に関し、宇宙空間で成長させた高品質結晶を用い、その結晶構造を高分解能で決定した。活性部位に結合したイオン類は基質酸性ペプチドの結合を模倣しており、その結合情報を利用したインシリコ探索により非ペプチド性阻害剤であるSH-5を見出し、その結合様式を結晶構造解析で確認した。SH-5および関連化合物は、PgDPP11に対する強力な阻害剤をデザインするためのリード化合物となるであろう。

研究成果の学術的意義や社会的意義

歯周病原因菌Porphyromonas gingivalisや多剤耐性菌Stenotrophomonas maltophiliaは糖ではなく蛋白質やペプチドをエネルギー源とする「糖非発酵性細菌」である。従って、これらの菌のペプチド代謝経路を阻害するような化合物は新規抗生物質と成り得る。従って、本研究の学術的意義は、糖非発酵性細菌を標的とした新規抗生物質開発に繋がるものである。また、本研究の社会的意義として、製薬企業は感染症関連研究に対して消極的なため大学研究者による抗生物質開発に繋がる基盤研究は社会的に極めて重要であることを強調したい。

研究成果

• [雑誌論文] 微生物由来エキソ型ペプチド分解酵素の構造から創薬へ (2019)
  • 著者名/発表者名: 阪本泰光、六本木沙織、鈴木義之、石原司、日高興士、中村彰宏、本間宣行、小笠原渉、田中信忠
  • 雑誌名: International Journal of Microgravity Science and Application 巻: 36 号: 1 ページ: 360106
  • DOI: 10.15011//jasma.36.360106
  • NAID: 130007842629
  • ISSN: 2188-9783
  • 年月日: 2019-01-31
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Crystal structures of a bacterial dipeptidyl peptidase IV reveal a novel substrate recognition mechanism distinct from that of mammalian orthologues (2018)
  • 著者名/発表者名: Roppongi Saori、Suzuki Yoshiyuki、Tateoka Chika、Fujimoto Mayu、Morisawa Saori、Iizuka Ippei、Nakamura Akihiro、Honma Nobuyuki、Shida Yosuke、Ogasawara Wataru、Tanaka Nobutada、Sakamoto Yasumitsu、Nonaka Takamasa
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 8 号: 1 ページ: 2714-2714
  • DOI: 10.1038/s41598-018-21056-y
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] RNaseLにおける酵素活性化機構解明を目指した構造生物学的研究 (2017)
  • 著者名/発表者名: 田中信忠
  • 雑誌名: SAR News 巻: 32 ページ: 10-18
  • 査読あり
• [雑誌論文] Periplasmic form of dipeptidyl aminopeptidase IV from Pseudoxanthomonas mexicana WO24: purification, kinetic characterization, crystallization and X‐ray crystallographic analysis (2017)
  • 著者名/発表者名: Saori Roppongi Chika Tateoka Mayu Fujimoto Ippei Iizuka Saori Morisawa Akihiro Nakamura Nobuyuki Honma Yoshiyuki Suzuki Yosuke Shida Wataru Ogasawara Nobutada Tanaka Yasumitsu Sakamoto Takamasa Nonaka
  • 雑誌名: Acta Crystallographica Section F 巻: 73 号: 11 ページ: 501-606
  • DOI: 10.1107/s2053230x17014911
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 糖非発酵グラム陰性細菌由来新規ジペプチド産生酵素の構造と機能 (2016)
  • 著者名/発表者名: 阪本泰光、野中孝昌、鈴木義之、小笠原渉、田中信忠
  • 雑誌名: 日本結晶学会誌 巻: 58 ページ: 221-227
  • NAID: 130005267922
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Crystal Structure of Dipeptidyl Peptidase 11 from Porphyromonas gingivalis: The Molecular Basis of Substrate Specificity among the Family S46 Peptidases (2016)
  • 著者名/発表者名: Sakamoto, Y. and Tanaka, N.
  • 雑誌名: Photon Factory Highlights 2015 巻: - ページ: 56-57
  • 査読あり
• [学会発表] クスリ創りの新時代へ ～宇宙実験・アカデミア創薬・ロボット創薬のコラボレーションによる新薬創製への挑戦～ (2019)
  • 著者名/発表者名: 阪本泰光、田中信忠、石原司
  • 学会等名: 「きぼう」利用シンポジウム
• [学会発表] ジペプチジルアミノペプチダーゼ4ファミリーの立体構造比較研究 (2019)
  • 著者名/発表者名: 六本木沙織、鈴木義之、館岡千佳、藤本真友、森澤さおり、飯塚一平、中村彰宏、本間宣行、伊藤康広、志田洋介、小笠原渉、田中信忠、阪本泰光、野中孝昌
  • 学会等名: 量子ビームサイエンスフェスタ
• [学会発表] Elucidation of substrate recognition mechanism of dipeptidyl aminopeptidase IV from Gram-negative bacteria Pseudoxanthomonas mexicana WO24 (2018)
  • 著者名/発表者名: Akihiro Nakamura, Nobuyuki Honma, Saori Roppongi, Yoshiyuki Suzuki, Yosuke Shida, Yasumitsu Sakamoto, Koji Inaka, Hiroaki Tanaka, Kiyoito Kihira, Mitsugu Yamada, Izumi Yoshioka, Hiroaki Gouda, Takamasa Nonaka, Nobutada Tanaka, Wataru Ogasawara
  • 学会等名: 7th International GIGAKU conference in Nagaoka
  • 国際学会
• [学会発表] 微生物Dipeptidyl aminopeptidase IVの結晶構造解析 (2018)
  • 著者名/発表者名: 六本木沙織、鈴木義之、館岡千佳、藤本真友、森澤さおり、飯塚一平、中村彰宏、本間宣行、伊藤康広、志田洋介、小笠原渉、田中信忠、阪本泰光、野中孝昌
  • 学会等名: 2017年度量子ビームサイエンスフェスタ
• [学会発表] Pseudoxanthomonas mexicana WO24由来Dipeptidyl aminopeptidase IVの構造・機能解析 (2018)
  • 著者名/発表者名: 中村彰宏、本間宣行、六本木沙織、鈴木義之、志田洋介、阪本泰光、飯塚一平、伊中浩治、田仲広明、木平清人、山田貢、吉崎泉、合田浩明、野中孝昌、田中信忠、小笠原渉
  • 学会等名: 第12回 日本ゲノム微生物学会年会
• [学会発表] Pseudoxanthomonas mexicana WO24由来Dipeptidyl aminopeptidase IVの基質認識機構の解明 (2018)
  • 著者名/発表者名: 中村彰宏、本間宣行、六本木沙織、鈴木義之、志田洋介、阪本泰光、飯塚一平、伊中浩治、田仲広明、木平清人、山田貢、吉崎泉、合田浩明、野中孝昌、田中信忠、小笠原渉
  • 学会等名: 日本農芸化学会2018年度大会
• [学会発表] 部位特異的変異導入解析によるFamily S46ペプチダーゼの基質認識残基の同定 (2018)
  • 著者名/発表者名: 本間宣行、中村彰宏、六本木沙織、鈴木義之、志田洋介、阪本泰光、飯塚一平、伊中浩治、田仲広明、木平清人、山田貢、吉崎泉、合田浩明、野中孝昌、田中信忠、小笠原渉
  • 学会等名: 日本農芸化学会2018年度大会
• [学会発表] X線結晶構造に基づく多剤耐性菌由来DPP-7阻害剤の設計と評価 -国際宇宙ステーションで抗菌薬を開発する- (2018)
  • 著者名/発表者名: 関拓海、奥野優香、櫻井有紀、日高興士、宮崎杏奈、北條恵子、六本木沙織、阪本泰光、伊藤康広、鈴木義之、小笠原渉、田中信忠、木平清人、山田貢、吉崎泉、田仲広明、伊中浩治、津田裕子
  • 学会等名: 日本薬学会第138年会
• [学会発表] 微生物ジペプチジルアミノペプチダーゼIVの結晶構造解析 (2018)
  • 著者名/発表者名: 六本木沙織、鈴木義之、館岡千佳、藤本真友、森澤さおり、飯塚一平、中村彰宏、本間宣行、伊藤康広、志田洋介、小笠原渉、田中信忠、阪本泰光、野中孝昌
  • 学会等名: 日本薬学会第138年会
• [学会発表] Family S46ペプチダーゼの新規基質認識残基の同定 (2017)
  • 著者名/発表者名: 中村彰宏、伊藤康広、鈴木義之、六本木沙織、飯塚一平、阪本泰光、田中信忠、小笠原渉
  • 学会等名: 第17回日本蛋白質科学会
• [学会発表] Enzymatic characterization of S46 peptidase from pathogenic bacteria (2017)
  • 著者名/発表者名: Nobuyuki Honma, Yasuhiro Ito, Akihiro Nakamura, Saori Roppongi, Yuki Sakurai, Yoshiyuki Suzuki, Koushi Hidaka, Yuko Tsuda, Yasumitsu Sakamoto, Nobutada Tanaka, Wataru Ogasawara
  • 学会等名: 2017 1st STI-Gigaku
  • 国際学会
• [学会発表] Crystal structures of dipeptidyl aminopeptidase IV from non-fermenting gram negative rods. (2017)
  • 著者名/発表者名: Roppongi, S., Tateoka, C., Suzuki, Y., Ito, Y., Fujimoto, M., Morisawa, S., Iizuka, I., Ogasawara, W., Tanaka, N., Sakamoto, Y., and Nonaka, T.
  • 学会等名: International Union of Microbiological Societies 2017
  • 国際学会
• [学会発表] S46 family bacterial dipeptidyl aminopeptidases as novel antibiotics targets. (2017)
  • 著者名/発表者名: Sakamoto, Y., Suzuki, Y., Iizuka, I., Tateoka, C., Roppongi, S., Fujimoto, M., Ito, Y., Inaka, K., Tanaka, H., Yamada, M., Ohta, K., Gouda, H., Nonaka, T., Ogasawara, W., and Tanaka, N.
  • 学会等名: International Union of Microbiological Societies 2017
  • 国際学会
• [学会発表] Identification of substrate recognition residues in family S46 peptidase from pathogenic non-fermenting gram-negative bacteria. (2017)
  • 著者名/発表者名: Nakamura, A., Ito, Y., Suzuki, Y., Roppongi, S., Hidaka, K., Sakamoto, Y., Tanaka, N., and Ogasawara, W.
  • 学会等名: International Union of Microbiological Societies 2017
  • 国際学会
• [学会発表] Identification of Substrate Recognition Residues in Family S46 Peptidase from Gram-Negative Bacteria (2017)
  • 著者名/発表者名: Nakamura, A., Ito, Y., Suzuki, Y., Roppongi, S., Hidaka, K., Sakamoto, Y., Tanaka, N., and Ogasawara, W.
  • 学会等名: 6th International GIGAKU conference in Nagaoka
  • 国際学会
• [学会発表] Analysis of Substrate Recognition Residues in Family S46 Peptidase from Gram-Negative Bacteria (2017)
  • 著者名/発表者名: Nakamura, A., Ito, Y., Suzuki, Y., Roppongi, S., Hidaka, K., Sakamoto, Y., Tanaka, N., and Ogasawara, W.
  • 学会等名: 2017 2nd STI-Gigaku
  • 国際学会
• [学会発表] Identification of dipeptidic inhibitors targeting DPP7 derived from multiple drug resistant bacteria Stenotrophomonas maltophilia (2017)
  • 著者名/発表者名: Yuki Sakurai, Koushi Hidaka, Anna Miyazaki, Keiko Hojo, Saori Roppongi, Yasumitsu Sakamoto, Yasuhiro Ito, Yoshiyuki Suzuki, Wataru Ogasawara, Nobutada Tanaka, and Yuko Tsuda
  • 学会等名: The 54th Japanese Peptide Symposium
  • 国際学会
• [学会発表] Structural Analysis of Dipeptidyl Peptidase 11 (DPP11) from Porphyromonas gingivalis. (2016)
  • 著者名/発表者名: Sakamoto, Y., Suzuki, Y., Iizuka, I., Tateoka, C., Roppongi, S., Fujimoto, M., Inaka, K., Tanaka, H., Yamada, M., Ohta, K., Gouda, H., Nonaka, T., Ogasawara, W. and Tanaka, N.
  • 学会等名: AsCA 2016
  • 発表場所: Hanoi, Socialist Republic of Vietnam
  • 年月日: 2016-12-05
  • 国際学会
• [学会発表] Structure and Fuctions of Dipeptidyl Peptidase 11 (DPP11) from Porphyromonas gingivalis. (2016)
  • 著者名/発表者名: Sakamoto, Y., Suzuki, Y., Iizuka, I., Tateoka, C., Roppongi, S., Fujimoto, M., Inaka, K., Tanaka, H., Yamada, M., Ohta, K., Gouda, H., Nonaka, T., Ogasawara, W. and Tanaka, N.
  • 学会等名: 2nd International Symposium on Space Science of High Quality Protein Crystallization
  • 発表場所: Tokyo, Japan
  • 年月日: 2016-10-21
  • 国際学会
• [学会発表] Crystal structure of dipeptidyl amino peptidase 11 from Porphyromonas gingivalis. (2016)
  • 著者名/発表者名: Sakamoto, Y., Suzuki, Y., Iizuka, I., Tateoka, C., Roppongi, S., Fujimoto, M., Inaka, K., Tanaka, H., Yamada, M., Ohta, K., Gouda, H., Nonaka, T., Ogasawara, W. and Tanaka, N.
  • 学会等名: 42nd Naito Conference on In the Vanguard of Structural Biology
  • 発表場所: Sapporo, Japan
  • 年月日: 2016-10-06
  • 国際学会
• [学会発表] Enzymatic characterization of S46 peptidase from pathogenic bacteria. (2016)
  • 著者名/発表者名: Ito, Y., Nakamura, A., Roppongi, S., Sakurai, Y., Suzuki, Y., Hidaka, K., Tsuda, Y., Sakamoto, Y., Tanaka, N. and Ogasawara, W.
  • 学会等名: The 5th International GIGAKU Conference in Nagaoka
  • 発表場所: Nagaoka, Japan
  • 年月日: 2016-10-06
  • 国際学会
• [学会発表] Crystal structure of dipeptidyl amino peptidase 11 (DPP11) from periodontal pathogen. (2016)
  • 著者名/発表者名: Sakamoto, Y., Suzuki, Y., Iizuka, I., Tateoka, C., Roppongi, S., Fujimoto, M., Inaka, K., Tanaka, H., Yamada, M., Ohta, K., Gouda, H., Nonaka, T., Ogasawara, W. and Tanaka, N.
  • 学会等名: ISS R&D 2016
  • 発表場所: San Diego, USA
  • 年月日: 2016-07-14
  • 国際学会
• [学会発表] Crystal Structure analaysis of dipeptidyl peptidase 11 from Porphyromonas gingivalis. (2016)
  • 著者名/発表者名: Sakamoto, Y., Suzuki, Y., Iizuka, I., Tateoka, C., Roppongi, S., Fujimoto, M., Inaka, K., Tanaka, H., Yamada, M., Ohta, K., Gouda, H., Nonaka, T., Ogasawara, W. and Tanaka, N.
  • 学会等名: 16th International Conference on the Crystallization of Biological Macromolecules
  • 発表場所: Prague, Czech Republic
  • 年月日: 2016-07-05
  • 国際学会
• [学会発表] Structure-Function Relationships of S46 Peptidases from Non-Fermenting Gram-Negative Rods. (2016)
  • 著者名/発表者名: Roppongi, S., Suzuki, Y., Iizuka, I., Inaka, K., Tanaka, H., Yamada, M., Ohta, K., Nonaka, T., Ogasawara, W., Tanaka, N. and Sakamoto, Y.
  • 学会等名: 116th The American Society for Microbiology General meeting
  • 発表場所: Boston, USA
  • 年月日: 2016-06-17
  • 国際学会
• [備考] International Space Station Award
  • URL: http://iss.jaxa.jp/topics/2016/07/160715.html