非天然アミノ酸の導入を可能にする新型リボソーム翻訳系の構築

• 研究課題/領域番号: 18H02080
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分37010:生体関連化学
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 加藤 敬行 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 准教授 (90567760)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2022-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2021年度)
• 配分額: 17,160千円 (直接経費: 13,200千円、間接経費: 3,960千円); 2021年度: 2,730千円 (直接経費: 2,100千円、間接経費: 630千円); 2020年度: 6,630千円 (直接経費: 5,100千円、間接経費: 1,530千円); 2019年度: 5,070千円 (直接経費: 3,900千円、間接経費: 1,170千円); 2018年度: 2,730千円 (直接経費: 2,100千円、間接経費: 630千円)
• キーワード: ペプチド医薬 / 翻訳 / tRNA / リボソーム / 非天然アミノ酸 / 翻訳合成 / ペプチド創薬

研究成果の概要

本研究ではリボソーム翻訳によりD-アミノ酸やβ-アミノ酸、γ-アミノ酸、N-メチルアミノ酸等の非天然アミノ酸をペプチド鎖中に効率よく導入する手法の開発を行った。さらに、この手法を活用してこれらの非天然アミノ酸を含む大環状ペプチドライブラリを構築し、mRNAデイスプレイ法により様々な疾患原因タンパク質に結合する阻害剤ペプチドの取得に成功した。得られたペプチド群は非常に強い結合力・阻害活性を示した上、高い血中安定性を持つことが明らかになった。

研究成果の学術的意義や社会的意義

D-アミノ酸やβ-アミノ酸、γ-アミノ酸、N-メチルアミノ酸等の非天然アミノ酸はペプチドの安定性や標的への結合力、細胞膜透過性等の特性を向上させることができる。これらの非天然アミノ酸を含む特殊ペプチドの翻訳合成法を確立できれば、鋳型mRNAの配列を変えるだけで容易にランダム特殊ペプチドライブラリを構築することが可能になる。さらに、mRNAディスプレイ法などの配列スクリーニング手法を適用することで、薬理活性を持つ特殊ペプチドを効率的に探索できるため、非常に有効なペプチド創薬プラットフォームとなる。

研究成果

• [国際共同研究] IECB(フランス)
• [国際共同研究] IECB(フランス)
• [雑誌論文] Drop-off-reinitiation triggered by EF-G-driven mistranslocation and its alleviation by EF-P (2022)
  • 著者名/発表者名: Tajima Kenya、Katoh Takayuki、Suga Hiroaki
  • 雑誌名: Nucleic Acids Research 巻: 50 号: 5 ページ: 2736-2753
  • DOI: 10.1093/nar/gkac068
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] In Vitro Selection of Foldamer-Like Macrocyclic Peptides Containing 2-Aminobenzoic Acid and 3-Aminothiophene-2-Carboxylic Acid (2022)
  • 著者名/発表者名: Katoh Takayuki、Suga Hiroaki
  • 雑誌名: Journal of the American Chemical Society 巻: 144 号: 5 ページ: 2069-2072
  • DOI: 10.1021/jacs.1c12133
  • 査読あり
• [雑誌論文] Consecutive Ribosomal Incorporation of α-Aminoxy/α-Hydrazino Acids with D/L-Configurations into Nascent Peptide Chains (2021)
  • 著者名/発表者名: Katoh Takayuki、Suga Hiroaki
  • 雑誌名: Journal of the American Chemical Society 巻: 143 号: 45 ページ: 18844-18848
  • DOI: 10.1021/jacs.1c09270
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] In Vitro Selection of Thioether-Closed Macrocyclic Peptide by Means of the RaPID System (2021)
  • 著者名/発表者名: Katoh Takayuki、Goto Yuki、Suga Hiroaki
  • 雑誌名: Methods in Molecular Biology 巻: 2371 ページ: 247-259
  • DOI: 10.1007/978-1-0716-1689-5_13
  • ISBN: 9781071616888, 9781071616895
  • 査読あり
• [雑誌論文] Uniform affinity-tuning of N-methyl-aminoacyl-tRNAs to EF-Tu enhances their multiple incorporation (2021)
  • 著者名/発表者名: Iwane Yoshihiko、Kimura Hiroyuki、Katoh Takayuki、Suga Hiroaki
  • 雑誌名: Nucleic Acids Research 巻: 49 号: 19 ページ: 10807-10817
  • DOI: 10.1093/nar/gkab288
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] In Vitro Selection of Macrocyclic <scp>d</scp>/<scp>l</scp>-Hybrid Peptides against Human EGFR (2021)
  • 著者名/発表者名: Imanishi Sayaka、Katoh Takayuki、Yin Yizhen、Yamada Mituhiro、Kawai Marina、Suga Hiroaki
  • 雑誌名: Journal of the American Chemical Society 巻: 143 号: 15 ページ: 5680-5684
  • DOI: 10.1021/jacs.1c02593
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Macrocyclic peptides exhibit antiviral effects against influenza virus HA and prevent pneumonia in animal models (2020)
  • 著者名/発表者名: Saito, M Itoh Y, Yasui F, Munakata T, Yamane D, Ozawa M, Ito R, Katoh T, Ishigaki H, Nakayama M, Shichinohe S, Yamaji K, Yamamoto N, Ikejiri A, Honda T, Sanada T, Sakoda Y, Kida H, Le TH, Kawaoka Y, Ogasawara Tsukiyama-Kohara T, Suga H, & Kohara M
  • 雑誌名: Nature Comunications 巻: - 号: 1 ページ: 2654-2654
  • DOI: 10.1038/s41467-021-22964-w
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Ribosomal synthesis and de novo discovery of bioactive foldamer peptides containing cyclic β-amino acids (2020)
  • 著者名/発表者名: Katoh Takayuki、Sengoku Toru、Hirata Kunio、Ogata Kazuhiro、Suga Hiroaki
  • 雑誌名: Nature Chemistry 巻: 12 号: 11 ページ: 1081-1088
  • DOI: 10.1038/s41557-020-0525-1
  • 査読あり
• [雑誌論文] Ribosomal Elongation of Aminobenzoic Acid Derivatives (2020)
  • 著者名/発表者名: Katoh Takayuki、Suga Hiroaki
  • 雑誌名: Journal of the American Chemical Society 巻: 142 号: 39 ページ: 16518-16522
  • DOI: 10.1021/jacs.0c05765
  • 査読あり
• [雑誌論文] Ribosomal Elongation of Cyclic γ-Amino Acids using a Reprogrammed Genetic Code (2020)
  • 著者名/発表者名: Katoh Takayuki、Suga Hiroaki
  • 雑誌名: Journal of the American Chemical Society 巻: 142 号: 11 ページ: 4965-4969
  • DOI: 10.1021/jacs.9b12280
  • 査読あり
• [雑誌論文] Flexizyme-catalyzed synthesis of 3'-aminoacyl-NH-tRNAs. (2019)
  • 著者名/発表者名: Katoh T, Suga H.
  • 雑誌名: Nucleic Acids Res. 巻: pii 号: 9 ページ: e54-e54
  • DOI: 10.1093/nar/gkz143
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Engineering Translation Components Improve Incorporation of Exotic Amino Acids (2019)
  • 著者名/発表者名: Katoh Takayuki、Suga Hiroaki
  • 雑誌名: International Journal of Molecular Sciences 巻: 20 号: 3 ページ: 522-522
  • DOI: 10.3390/ijms20030522
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Ribosomal Incorporation of Consecutive beta-Amino Acids. (2018)
  • 著者名/発表者名: Katoh T, Suga H.
  • 雑誌名: J Am Chem Soc. 巻: 140 号: 38 ページ: 12159-12167
  • DOI: 10.1021/jacs.8b07247
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] In vitro expression of genetically encoded non-standard peptides consisting of exotic amino acid building blocks. (2018)
  • 著者名/発表者名: Hirose H, Tsiamantas C, Katoh T, Suga H.
  • 雑誌名: Curr Opin Biotechnol. 2018 Nov 16;58: 巻: 58 ページ: 28-36
  • DOI: 10.1016/j.copbio.2018.10.012
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] 細胞膜透過型Helixペプチドライブラリーの構築とその薬剤候補探索への適用 (2022)
  • 著者名/発表者名: 大城 裕亮・加藤 敬行・菅裕明
  • 学会等名: 日本化学会
• [学会発表] In vitro selection of antibiotic peptides that inhibit the bacterial ribosome (2022)
  • 著者名/発表者名: Rei Takahashi, Takayuki Katoh, Axel Innis, Hiroaki Suga
  • 学会等名: 日本化学会
• [学会発表] 環状γ-アミノ酸含有特殊ペプチドライブラリの構築と薬剤候補探索への適用 (2020)
  • 著者名/発表者名: 三浦敬、加藤敬行、菅裕明
  • 学会等名: 日本化学会
• [学会発表] 環状β-アミノ酸を含むヘリックスペプチドライブラリを用いた薬剤候補スクリーニング (2020)
  • 著者名/発表者名: 川合茉利奈、加藤敬行、菅裕明
  • 学会等名: 日本化学会
• [学会発表] Ribosomal incorporation of consecutive D- and β-amino acids (2019)
  • 著者名/発表者名: Katoh Takayuki、Suga Hiroaki
  • 学会等名: RNA 2019
  • 国際学会
• [学会発表] Ribosomal synthesis and de novo discovery of bioactive foldamer peptides containing β- and D-amino acids (2019)
  • 著者名/発表者名: Takayuki Katoh
  • 学会等名: 12th International Symposium on Aminoacyl-tRNA Synthetases
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Ribosomal incorporation of consecutive D- and β-amino acids (2019)
  • 著者名/発表者名: Takayuki Katoh, Hiroaki Suga
  • 学会等名: Ribosome 2019
  • 国際学会
• [学会発表] Logical engineering of tRNA for incorporation of D- and β-amino acids into macrocyclic peptides (2018)
  • 著者名/発表者名: Takayuki Katoh
  • 学会等名: 4th International Conference on Circular Proteins and Peptides (ICCPP2018)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Logical engineering of D-arm and T-stem of tRNA for incorporation of non-proteinogenic amino acids (2018)
  • 著者名/発表者名: Takayuki Katoh, Hiroaki Suga
  • 学会等名: 27th tRNA conference
  • 国際学会