ペプチダーゼ最大ClanPA唯一のエキソペプチダーゼファミリーの構造機能相関解明

• 研究課題/領域番号: 17H03790
• 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: 長岡技術科学大学
• 研究代表者: 小笠原 渉 長岡技術科学大学, 工学研究科, 教授 (40292172)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2021-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2020年度)
• 配分額: 15,990千円 (直接経費: 12,300千円、間接経費: 3,690千円); 2020年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円); 2019年度: 3,120千円 (直接経費: 2,400千円、間接経費: 720千円); 2018年度: 3,640千円 (直接経費: 2,800千円、間接経費: 840千円); 2017年度: 6,760千円 (直接経費: 5,200千円、間接経費: 1,560千円)
• キーワード: ペプチダーゼ / インヒビター / カイネティクス / 立体構造 / S46ペプチダーゼ / 基質認識機構 / ジペプチジルペプチダーゼ / 構造機能相関 / 基質認識機構認識機構

研究成果の概要

本研究では、細菌の生育に関与するジペプチジルペプチダーゼ (DPP)Family-S46ペプチダーゼの構造機能相関を解析し、阻害化合物のスクリーニングを実施した。S46ペプチダーゼは基質のN末端の疎水性アミノ酸残基およびアスパラギン残基に特異性を持つことが明らかになった。さらにS46ペプチダーゼの立体構造解析によるin silicoスクリーニングの結果、世界で初めてS46ペプチダーゼの阻害化合物を見いだした。阻害化合物は大腸菌の生育を抑制せず、歯周病菌の生育を抑制した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

解析対象のS46ペプチダーゼは歯周病原因菌や多剤耐性日和見感染菌の生育に重要な酵素である。加えてヒトはS46ペプチダーゼの類縁酵素を保持しないことから、本酵素は糖非発酵性病原性細菌に対する新規抗菌薬の有望な標的因子である。つまり本研究においてS46ペプチダーゼの構造機能相関を解析し阻害化合物の見いだすことは、微生物におけるタンパク質の資化機構解明に寄与するだけでなく、歯周病原因菌や多剤耐性日和見感染菌を抑制可能な創薬開発につながる極めて意義のある研究である。

研究成果

• [雑誌論文] Structural basis for an exceptionally strong preference for asparagine residue at the S2 subsite of Stenotrophomonas maltophilia dipeptidyl peptidase 7 (2021)
  • 著者名/発表者名: 22)Akihiro Nakamura, Yoshiyuki Suzuki, Yasumitsu Sakamoto, Saori Roppongi, Chisato Kushibiki, Natsuri Yonezawa, Masato Takahashi, Yosuke Shida, Hiroaki Gouda, Takamasa Nonaka, Nobutada Tanaka, Wataru Ogasawara
  • 雑誌名: scinentific reports 巻: 11 号: 1 ページ: 7929-7929
  • DOI: 10.1038/s41598-021-86965-x
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [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] Fragment-based discovery of the first nonpeptidyl inhibitor of an S46 family peptidase (2019)
  • 著者名/発表者名: YasumitsuSakamoto,YoshiyukiSuzuki,AkihiroNakamura,YurieWatanabe,MizukiSekiya,SaoriRoppongi,ChisatoKushibiki,IppeiIizuka,OsamuTani,HitoshiSakashita,KojiInaka,HiroakiTanaka,MitsuguYamada,KazunoriOhta,NobuyukiHonma,YosukeShida,WataruOgasawara,MayumiNakanishi-Matsui,TakamasaNonaka,HiroakiGouda & NobutadaTanaka
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 9 号: 1 ページ: 13587-13587
  • DOI: 10.1038/s41598-019-49984-3
  • 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] 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
• [学会発表] 抗菌薬開発に資するPorphyromonas gingivalis 由来Dipeptidylpeptidase11の構造解析と阻害化合物探索 (2020)
  • 著者名/発表者名: 中村 彰宏, 阪本 泰光, 鈴木 義之, 渡邉 友里江, 關谷 瑞樹, 六本木 沙織, 櫛引 千里, 飯塚 一平,谷 修, 阪下 日登志, 伊中 浩治, 田仲 広明, 山田 貢, 大田 和敬, 本間 宣行, 志田 洋介, 中西 真弓, 野中 孝昌, 合田 浩明, 田中 信忠, 小笠原 渉
  • 学会等名: 日本農芸化学会 2020年度 福岡大会
• [学会発表] Fragment-based discovery of inhibitory compounds of bacterial proteases for the development of the novel antibiotics. (2019)
  • 著者名/発表者名: Akihiro Nakamura, Yasumitsu Sakamoto, Yoshiyuki Suzuki, Saori Roppongi, Yosuke Shida, Koji Inaka, Hiroaki Tanaka, Kiyoito Kihira, Mitsugu Yamada, Izumi Yoshizaki, Hiroaki Gouda, Takamasa Nonaka, Nobutada Tanaka, Wataru Ogasawara
  • 学会等名: Tsukuba Conference 2019
• [学会発表] Fragment-based discovery of the first nonpeptidyl inhibitor of an S46 family peptidase (2019)
  • 著者名/発表者名: Akihiro Nakamura, Yasumitsu Sakamoto, Yoshiyuki Suzuki, Saori Roppongi, Yosuke Shida, Koji Inaka, Hiroaki Tanaka, Kiyoito Kihira, Mitsugu Yamada, Izumi Yoshizaki, Hiroaki Gouda, Takamasa Nonaka, Nobutada Tanaka, Wataru Ogasawara
  • 学会等名: 4th STI-Gigaku
• [学会発表] Stenotrophomonas maltophilia 由来Dipeptidyl peptidase 7の基質P2認識機構の解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 中村 彰宏, 橋口 太一, 本間 宣行, 鈴木 義之, 阪本 泰光, 田中 信忠, 小笠原 渉
  • 学会等名: 日本農芸化学会2019年度大会
• [学会発表] Structure comparisons of dipeptidyl aminopeptidase IV family (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: 2018年度量子ビームサイエンスフェスタ
• [学会発表] エマルション培養法を用いた微生物由来ペプチダーゼスクリーニング系基盤構築に向けて (2018)
  • 著者名/発表者名: 本間 宣行, 中村 彰宏, 鈴木 義之, 志田 洋介, 野田 尚宏, 小笠原 渉
  • 学会等名: 第70回日本生物工学会大会
• [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, and Wataru Ogasawara
  • 学会等名: The 7th International GIGAKU Conference
  • 国際学会
• [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] Identification of Substrate Recognition Residues in Family S46 Peptidase from Pathogenic Non-Fermenting Gram- Negative Bacteria (2017)
  • 著者名/発表者名: Akihiro Nakamura, Yasuhiro Ito, Yoshiyuki Suzuki, Saori Roppogi, Koushi Hidaka, Yasumitsu Sakamoto, Nobutada Tanaka, Wataru Ogasawara
  • 学会等名: IUMS2017 SINGAPORE
  • 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: Akihiro Nakamura, Yoshiyuki Suzuki, Saori Roppongi, Koushi Hidaka, Yasumitsu Sakamoto, Nobutada Tanaka, Wataru Ogasawara
  • 学会等名: The 6th International GIGAKU Conference
  • 国際学会
• [学会発表] 糸状菌 Trichoderma reesei における分泌プロテアーゼの生産応答機構の解析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 鈴木義之, Nayani Daranagama, 志田洋介, 森一樹, 油谷幸代, 小笠原渉
  • 学会等名: 第17回糸状菌分子生物学コンファレンス
• [学会発表] WO24由来Dipeptidyl aminopeptidase IVの構造 (2017)
  • 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, 田中 広明, 木平 清人, 山田 貢, 吉崎 泉
  • 学会等名: 第12回日本ゲノム微生物学会年会
• [備考] 長岡技術科学大学発酵科学研究室
  • URL: http://www.microorganisms.jp/ogasawara-lab/
• [備考] 長岡技術科学大学生物機能工学専攻
  • URL: http://bio.nagaokaut.ac.jp/
• [備考] 長岡技術科学大学技術科学イノベーション専攻
  • URL: http://sti.nagaokaut.ac.jp/
• [備考] 長岡技術科学大学 生物機能工学専攻
  • URL: http://bio.nagaokaut.ac.jp/
• [備考] 長岡技術科学大学 技術科学イノベーション専攻
  • URL: http://sti.nagaokaut.ac.jp/index.html
• [備考] 長岡技術科学大学 小笠原研究室
  • URL: http://www.microorganisms.jp/ogasawara-lab/
• [備考] INTERNATIONAL SPACE STATION BENEFITS FOR HUMANITY
  • URL: https://www.nasa.gov/sites/default/files/atoms/files/benefits-for-humanity_third.pdf
• [備考] 長岡技術科学大学小笠原研究室
  • URL: http://www.microorganisms.jp/ogasawara-lab/
• [備考] 発酵を科学する まだ見ぬ‘美’生物の世界～99％へのプロローグ～
  • URL: http://www.microorganisms.jp/
• [産業財産権] ペプチド型細菌ジペプチジルペプチダーゼ7阻害剤 (2018)
  • 発明者名: 日高興士, 津田裕子, 阪本泰光, 小笠原 渉
  • 権利者名: 日高興士, 津田裕子, 阪本泰光, 小笠原 渉
  • 産業財産権種類: 特許
  • 出願年月日: 2018
• [産業財産権] ペプチド型細菌ジペプチジルペプチダーゼ7阻害剤 (2017)
  • 発明者名: 柴田 望、小笠原 渉、志田 洋介
  • 権利者名: 柴田 望、小笠原 渉、志田 洋介
  • 産業財産権種類: 特許
  • 出願年月日: 2017
• [産業財産権] 改変プロモーター (2017)
  • 発明者名: 掛下 大視,柴田 望、小笠原 渉、志田 洋介
  • 権利者名: 掛下 大視,柴田 望、小笠原 渉、志田 洋介
  • 産業財産権種類: 特許
  • 出願年月日: 2017
• [産業財産権] 糸状菌変異株及びその利用 (2017)
  • 発明者名: 柴田 望、小笠原 渉、志田 洋介
  • 権利者名: 柴田 望、小笠原 渉、志田 洋介
  • 産業財産権種類: 特許
  • 出願年月日: 2017
  • 外国