新規化合物を用いて迫る概日時計タンパク質CRY1とCRY2の特異性の分子基盤

• 研究課題/領域番号: 18H02402
• 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43030:機能生物化学関連
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 廣田 毅 名古屋大学, トランスフォーマティブ生命分子研究所, 特任准教授 (50372412)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2021-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2020年度)
• 配分額: 17,550千円 (直接経費: 13,500千円、間接経費: 4,050千円); 2020年度: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円); 2019年度: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円); 2018年度: 9,230千円 (直接経費: 7,100千円、間接経費: 2,130千円)
• キーワード: 概日時計 / ケミカルバイオロジー / 化合物 / CRYタンパク質 / 選択性

研究成果の概要

哺乳類の概日時計を構成するCRYタンパク質には、CRY1とCRY2というよく似たホモログが存在する。これらの機能的な差異の解析は、概日時計がどのように正確に発振するのか、いかに生理機能を調節するのか、という根本的な疑問に対するよいモデル系となる。本研究では、CRY1とCRY2のそれぞれに選択的な新規化合物を見出し、その作用機序を解析することでCRY1とCRY2の特異性を生み出すメカニズムを明らかにした。

研究成果の学術的意義や社会的意義

CRY1とCRY2は配列が非常によく似ているため、選択的な化合物のデザインは困難であった。本研究では、配列がほぼ同一である化合物結合ポケットに対して選択性を生み出すユニークな化合物を見出し、それらの作用機構を解明した。概日時計が乱れるリズム障害は現代社会における深刻な問題となっており、本研究による制御機構の理解と特異的な調節ツールの開発は、CRYを利用した疾患治療法の開発に向けた重要な足がかりとなるであろう。

研究成果

• [国際共同研究] University of Southern California(米国)
• [国際共同研究] University of Groningen(オランダ)
• [国際共同研究] University of Padova(イタリア)
• [国際共同研究] University of Southern California/University of California Santa Cruz/California Institute of Technology(米国)
• [国際共同研究] University of Groningen(オランダ)
• [国際共同研究] University of Southern California/The Scripps Research Institute(米国)
• [国際共同研究] Korea Inst Sci Tech(韓国)
• [雑誌論文] Reductive stability evaluation of 6-azopurine photoswitches for the regulation of CKIα activity and circadian rhythms (2021)
  • 著者名/発表者名: Kolarski Dusan、Sugiyama Akiko、Rodat Theo、Schulte Albert、Peifer Christian、Itami Kenichiro、Hirota Tsuyoshi、Feringa Ben L.、Szymanski Wiktor
  • 雑誌名: Organic & Biomolecular Chemistry 巻: 19 号: 10 ページ: 2312-2321
  • DOI: 10.1039/d1ob00014d
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Comparing the efficacy and selectivity of Ck2 inhibitors. A phosphoproteomics approach (2021)
  • 著者名/発表者名: Borgo Christian、Cesaro Luca、Hirota Tsuyoshi、Kuwata Keiko、D’Amore Claudio、Ruppert Thomas、Blatnik Renata、Salvi Mauro、Pinna Lorenzo A.
  • 雑誌名: European Journal of Medicinal Chemistry 巻: 214 ページ: 113217-113217
  • DOI: 10.1016/j.ejmech.2021.113217
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Photopharmacological Manipulation of Mammalian CRY1 for Regulation of the Circadian Clock (2021)
  • 著者名/発表者名: Kolarski Dusan、Miller Simon、Oshima Tsuyoshi、Nagai Yoshiko、Aoki Yugo、Kobauri Piermichele、Srivastava Ashutosh、Sugiyama Akiko、Amaike Kazuma、Sato Ayato、Tama Florence、Szymanski Wiktor、Feringa Ben L.、Itami Kenichiro、Hirota Tsuyoshi
  • 雑誌名: Journal of the American Chemical Society 巻: 143 号: 4 ページ: 2078-2087
  • DOI: 10.1021/jacs.0c12280
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] A N-terminally deleted form of the CK2α’ catalytic subunit is sufficient to support cell viability (2020)
  • 著者名/発表者名: Borgo Christian、D’Amore Claudio、Cesaro Luca、Itami Kenichiro、Hirota Tsuyoshi、Salvi Mauro、Pinna Lorenzo A.
  • 雑誌名: Biochemical and Biophysical Research Communications 巻: 531 号: 3 ページ: 409-415
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2020.07.112
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] “Janus” efficacy of CX-5011: CK2 inhibition and methuosis induction by independent mechanisms (2020)
  • 著者名/発表者名: D'Amore Claudio、Moro Enrico、Borgo Christian、Itami Kenichiro、Hirota Tsuyoshi、Pinna Lorenzo A.、Salvi Mauro
  • 雑誌名: Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Molecular Cell Research 巻: 1867 号: 11 ページ: 118807-118807
  • DOI: 10.1016/j.bbamcr.2020.118807
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Small Molecules Modulating Mammalian Biological Clocks: Exciting New Opportunities for Synthetic Chemistry (2020)
  • 著者名/発表者名: Amaike Kazuma、Oshima Tsuyoshi、Skoulding Nicola Stephanie、Toyama Yoshifumi、Hirota Tsuyoshi、Itami Kenichiro
  • 雑誌名: Chem 巻: 6 号: 9 ページ: 2186-2198
  • DOI: 10.1016/j.chempr.2020.08.011
  • 査読あり
• [雑誌論文] An Isoform-Selective Modulator of Cryptochrome 1 Regulates Circadian Rhythms in Mammals (2020)
  • 著者名/発表者名: Miller Simon、Aikawa Yoshiki、Sugiyama Akiko、Nagai Yoshiko、Hara Aya、Oshima Tsuyoshi、Amaike Kazuma、Kay Steve A.、Itami Kenichiro、Hirota Tsuyoshi
  • 雑誌名: Cell Chemical Biology 巻: 27 号: 9 ページ: 1192-1198
  • DOI: 10.1016/j.chembiol.2020.05.008
  • NAID: 120006957723
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Isoform-selective regulation of mammalian cryptochromes (2020)
  • 著者名/発表者名: Miller Simon、Son You Lee、Aikawa Yoshiki、Makino Eri、Nagai Yoshiko、Srivastava Ashutosh、Oshima Tsuyoshi、Sugiyama Akiko、Hara Aya、Abe Kazuhiro、Hirata Kunio、Oishi Shinya、Hagihara Shinya、Sato Ayato、Tama Florence、Itami Kenichiro、Kay Steve A.、Hatori Megumi、Hirota Tsuyoshi
  • 雑誌名: Nature Chemical Biology 巻: - 号: 6 ページ: 676-685
  • DOI: 10.1038/s41589-020-0505-1
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Pharmacological Interventions to Circadian Clocks and Their Molecular Bases (2020)
  • 著者名/発表者名: Miller Simon、Hirota Tsuyoshi
  • 雑誌名: Journal of Molecular Biology 巻: - 号: 12 ページ: 3498-3514
  • DOI: 10.1016/j.jmb.2020.01.003
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 化合物を使って体内時計を操る (2020)
  • 著者名/発表者名: 松田 智宏、廣田 毅
  • 雑誌名: 化学 巻: 75 ページ: 66-67
• [雑誌論文] Dynamics at the serine loop underlie differential affinity of cryptochromes for CLOCK:BMAL1 to control circadian timing (2020)
  • 著者名/発表者名: Fribourgh Jennifer L、Srivastava Ashutosh、Sandate Colby R、Michael Alicia K、Hsu Peter L、Rakers Christin、Nguyen Leslee T、Torgrimson Megan R、Parico Gian Carlo G、Tripathi Sarvind、Zheng Ning、Lander Gabriel C、Hirota Tsuyoshi、Tama Florence、Partch Carrie L
  • 雑誌名: eLife 巻: 9
  • DOI: 10.7554/elife.55275
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Controlling the Circadian Clock with High Temporal Resolution through Photodosing (2019)
  • 著者名/発表者名: Kolarski Dusan、Sugiyama Akiko、Breton Ghislain、Rakers Christin、Ono Daisuke、Schulte Albert、Tama Florence、Itami Kenichiro、Szymanski Wiktor、Hirota Tsuyoshi、Feringa Ben L.
  • 雑誌名: Journal of the American Chemical Society 巻: 141 号: 40 ページ: 15784-15791
  • DOI: 10.1021/jacs.9b05445
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Identification of pathways that regulate circadian rhythms using a larval zebrafish small molecule screen (2019)
  • 著者名/発表者名: Mosser Eric A.、Chiu Cindy N.、Tamai T. Katherine、Hirota Tsuyoshi、Li Suna、Hui May、Wang Amy、Singh Chanpreet、Giovanni Andrew、Kay Steve A.、Prober David A.
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 9 号: 1 ページ: 12405-12405
  • DOI: 10.1038/s41598-019-48914-7
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Chemical Synthesis of Atomically Tailored SUMO E2 Conjugating Enzymes for the Formation of Covalently Linked SUMO?E2?E3 Ligase Ternary Complexes (2019)
  • 著者名/発表者名: Zhang Yinfeng、Hirota Tsuyoshi、Kuwata Keiko、Oishi Shunsuke、Gramani Subramanian G.、Bode Jeffrey W.
  • 雑誌名: Journal of the American Chemical Society 巻: 141 号: 37 ページ: 14742-14751
  • DOI: 10.1021/jacs.9b06820
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Casein kinase 1 family regulates PRR5 and TOC1 in the Arabidopsis circadian clock (2019)
  • 著者名/発表者名: Uehara TN.、Mizutani Y、Kuwata K、Hirota T、Sato A、Mizoi J、Takao S、Matsuo H、Suzuki T、Ito S、Saito AN.、Nishiwaki-Ohkawa T、Yamaguchi-Shinozaki K、Yoshimura T、Kay SA.、Itami K、Kinoshita T、Yamaguchi J、Nakamichi N.
  • 雑誌名: Proceedings of the National Academy of Sciences 巻: 116 号: 23 ページ: 11528-11536
  • DOI: 10.1073/pnas.1903357116
  • NAID: 120006645300
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Cell-based screen identifies a new potent and highly selective CK2 inhibitor for modulation of circadian rhythms and cancer cell growth. (2019)
  • 著者名/発表者名: Oshima T, Niwa Y, Kuwata K, Srivastava A, Hyoda T, Tsuchiya Y, Kumagai M, Tsuyuguchi M, Tamaru T, Sugiyama A, Ono N, Zolboot N, Aikawa Y, Oishi S, Nonami A, Arai F, Hagihara S, Yamaguchi J, Tama F, Kunisaki Y, Yagita K, Ikeda M, Kinoshita T, Kay SA, Itami K, Hirota T.
  • 雑誌名: Science Advance 巻: 23 号: 1 ページ: 9060-9060
  • DOI: 10.1126/sciadv.aau9060
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Chemical Control of Mammalian Circadian Behavior through Dual Inhibition of Casein Kinase Iα and δ (2019)
  • 著者名/発表者名: Lee Jae Wook、Hirota Tsuyoshi、Ono Daisuke、Honma Sato、Honma Ken-ichi、Park Keunwan、Kay Steve A.
  • 雑誌名: Journal of Medicinal Chemistry 巻: 62 号: 4 ページ: 1989-1998
  • DOI: 10.1021/acs.jmedchem.8b01541
  • NAID: 120006645104
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] 時計遺伝子から考える脳機能と食 (2019)
  • 著者名/発表者名: 羽鳥 恵、廣田 毅
  • 雑誌名: FOOD Style21 巻: 23 ページ: 80-83
• [雑誌論文] Nuclear receptor HNF4A transrepresses CLOCK:BMAL1 and modulates tissue-specific circadian networks (2018)
  • 著者名/発表者名: Qu Meng、Duffy Tomas、Hirota Tsuyoshi、Kay Steve A.
  • 雑誌名: Proceedings of the National Academy of Sciences 巻: 115 号: 52
  • DOI: 10.1073/pnas.1816411115
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] Reversible Control of the Circadian Period by Photoswitchable Longdaysin (2020)
  • 著者名/発表者名: Tsuyoshi Hirota, Dusan Kolarski, Akiko Sugiyama, Wiktor Szymanski, and Ben L. Feringa
  • 学会等名: Socirty for Research on Biological Rhythms 2020 Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] 時計タンパク質に作用する低分子化合物の開発 (2020)
  • 著者名/発表者名: 廣田 毅
  • 学会等名: 第41回日本臨床薬理学会学術総会
  • 招待講演
• [学会発表] Small molecule modulators of the circadian clock function (2020)
  • 著者名/発表者名: Tsuyoshi Hirota
  • 学会等名: 日本薬理学会 第93回年会
  • 招待講演
• [学会発表] 哺乳類CRYタンパク質のアイソフォーム選択的な制御 (2019)
  • 著者名/発表者名: 廣田 毅
  • 学会等名: 第2回構造生命科学研究会
• [学会発表] 概日時計タンパク質を標的とする低分子化合物 (2019)
  • 著者名/発表者名: 廣田 毅
  • 学会等名: 2019年度BINDS公開シンポジウム
  • 招待講演
• [学会発表] Chemical and structural biology approach for circadian biochemistry of clock proteins (2019)
  • 著者名/発表者名: Tsuyoshi Hirota
  • 学会等名: 第92回日本生化学会大会
  • 招待講演
• [学会発表] Small molecule modulators of mammalian clock proteins (2019)
  • 著者名/発表者名: Tsuyoshi Hirota
  • 学会等名: 2019 CIBR Beijing Conference on Brain & Behavior
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 体内時計を調節する化合物の探索 (2019)
  • 著者名/発表者名: 廣田 毅
  • 学会等名: 日本農芸化学会2019年度大会
  • 招待講演
• [学会発表] 構造生物学とケミカルバイオロジーの融合による概日時計の創薬研究 (2019)
  • 著者名/発表者名: 廣田 毅
  • 学会等名: 蛋白研セミナー 第1回構造生命科学研究会
  • 招待講演
• [学会発表] 新規の概日リズム調節化合物の同定とがん細胞増殖に対する効果 (2019)
  • 著者名/発表者名: 廣田 毅
  • 学会等名: 第2回がんと代謝研究会若手の会
• [学会発表] Dissecting mammalian clock mechanism with chemical tools (2018)
  • 著者名/発表者名: Hirota, T.
  • 学会等名: International Symposium on Biological Rhythms
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] ケミカルバイオロジーを応用した哺乳類の概日時計のメカニズム解析 (2018)
  • 著者名/発表者名: 廣田 毅
  • 学会等名: 第3回先端ケミカルバイオロジー研究会
  • 招待講演
• [学会発表] Identification of CRY1/CRY2 selective compounds (2018)
  • 著者名/発表者名: Hirota, T.
  • 学会等名: 2018 Society for Research on Biological Rhythm Meeting
  • 国際学会
• [備考] 名古屋大学トランスフォーマティブ生命分子研究所Kay-廣田グループ
  • URL: http://www.itbm.nagoya-u.ac.jp/ja/kay-hirota_group/