膜タンパク質の機能を制御する中分子アプタマーの創出とその構造学的基盤の解明

• 研究課題/領域番号: 18K05334
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分37020:生物分子化学関連
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 野村 紀通 京都大学, 医学研究科, 准教授 (10314246)
• 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: 4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円); 2020年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円); 2019年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円); 2018年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
• キーワード: 膜タンパク質 / 中分子創薬 / X線結晶構造解析 / クライオ電子顕微鏡単粒子解析 / ファージディスプレイ / 中分子 / 抗体 / 創薬 / 創薬ターゲット / 中分子ペプチド / アロステリックモジュレーター / 阻害剤

研究成果の概要

がん、高血圧、慢性炎症など種々の疾病に対する医薬品の分子標的の多くは膜タンパク質である。本研究では、膜タンパク質の機能を制御する中分子アプタマーの創出とその構造学的検証に有用な新しい方法論を確立した。技術の有効性を検証するために、免疫チェックポイントの抑制性受容体PD-1、病原ウイルス感染のエントリーレセプターとして機能するヒト膜タンパク質A、がんの転移能獲得・悪性化進展に関与するヒト膜タンパク質B等の複数の創薬標的膜タンパク質に特異的に認識し結合する中分子ペプチドを取得した。膜タンパク質/中分子ヘペプチド複合体の精製品を調製し、クライオ電子顕微鏡単粒子解析を進めているところである。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究は、最先端の膜タンパク質構造研究と合成生物学の知見を融合させて中分子創薬に有用なワンストップ技術プラットフォームを創造した点が重要である。研究代表者が既に保有すしていた抗体技術を用いた膜タンパク質構造解析技術の能力を最大限に活用して、取得した中分子アプタマーの結合様式の構造学的検証までを行なった学術的意義と独自性がある。本研究により創出された中分子ペプチドは各種の疾病の治療のための医薬品開発リードとなりうるため、研究成果の社会実装が期待される点からも意義深い。

研究成果

• [国際共同研究] Fudan University(中国)
• [国際共同研究] University of Sydney/Centenary Institute(オーストリア)
• [国際共同研究] Martin-Luther Universitat(ドイツ)
• [雑誌論文] Cryo-EM Structure of the Prostaglandin E Receptor EP4 Coupled to G Protein. (2021)
  • 著者名/発表者名: Nojima S, Fujita Y, Kimura KT, Nomura N, Suno R, Morimoto K, Yamamoto M, Noda T, Iwata S, Shigematsu H, Kobayashi T.
  • 雑誌名: Structure 巻: 29 号: 3 ページ: 252-260
  • DOI: 10.1016/j.str.2020.11.007
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] The structure of MgtE in the absence of magnesium provides new insights into channel gating. (2021)
  • 著者名/発表者名: Jin F, Sun M, Fujii T, Yamada Y, Wang J, Maturana AD, Wada M, Su S, Ma J, Takeda H, Kusakizako T, Tomita A, Nakada-Nakura Y, Liu K, Uemura T, Nomura Y, Nomura N, Ito K, Nureki O, Namba K, Iwata S, Yu Y, Hattori M.
  • 雑誌名: PLoS Biology 巻: 19 号: 4 ページ: e3001231-e3001231
  • DOI: 10.1371/journal.pbio.3001231
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Structural insights into tetraspanin CD9 function (2020)
  • 著者名/発表者名: Umeda Rie、Satouh Yuhkoh、Takemoto Mizuki、Nakada-Nakura Yoshiko、Liu Kehong、Yokoyama Takeshi、Shirouzu Mikako、Iwata So、Nomura Norimichi、Sato Ken、Ikawa Masahito、Nishizawa Tomohiro、Nureki Osamu
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 11 号: 1 ページ: 643-651
  • DOI: 10.1038/s41467-020-15459-7
  • NAID: 120006957458
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Atg9 is a lipid scramblase that mediates autophagosomal membrane expansion (2020)
  • 著者名/発表者名: Matoba Kazuaki、Kotani Tetsuya、Tsutsumi Akihisa、Tsuji Takuma、Mori Takaharu、Noshiro Daisuke、Sugita Yuji、Nomura Norimichi、Iwata So、Ohsumi Yoshinori、Fujimoto Toyoshi、Nakatogawa Hitoshi、Kikkawa Masahide、Noda Nobuo N.
  • 雑誌名: Nature Structural & Molecular Biology 巻: 27 号: 12 ページ: 1185-1193
  • DOI: 10.1038/s41594-020-00518-w
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Isolation and thermal stabilization of mouse ferroportin (2020)
  • 著者名/発表者名: Deshpande Chandrika N.、Azucenas Corbin R.、Qiao Bo、Nomura Norimichi、Xin Vicky、Font Josep、Iwata So、Ganz Tomas、Nemeth Elizabeta、Mackenzie Bryan、Jormakka Mika
  • 雑誌名: FEBS Open Bio 巻: 11 号: 1 ページ: 26-34
  • DOI: 10.1002/2211-5463.13039
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Structure of the dopamine D2 receptor in complex with the antipsychotic drug spiperone (2020)
  • 著者名/発表者名: Im Dohyun、Inoue Asuka、Fujiwara Takaaki、Nakane Takanori、Yamanaka Yasuaki、Uemura Tomoko、Mori Chihiro、Shiimura Yuki、Kimura Kanako Terakado、Asada Hidetsugu、Nomura Norimichi、Tanaka Tomoyuki、Yamashita Ayumi、Nango Eriko、Tono Kensuke、Kadji Francois Marie Ngako、Aoki Junken、Iwata So、Shimamura Tatsuro
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 11 号: 1 ページ: 1-11
  • DOI: 10.1038/s41467-020-20221-0
  • NAID: 120006943309
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] The Crystal Structure of Angiotensin II Type 2 Receptor with Endogenous Peptide Hormone (2020)
  • 著者名/発表者名: Asada Hidetsugu、Inoue Asuka、Ngako Kadji Francois Marie、Hirata Kunio、Shiimura Yuki、Im Dohyun、Shimamura Tatsuro、Nomura Norimichi、Iwanari Hiroko、Hamakubo Takao、Kusano-Arai Osamu、Hisano Hiromi、Uemura Tomoko、Suno Chiyo、Aoki Junken、Iwata So
  • 雑誌名: Structure 巻: 28 号: 4 ページ: 418-425.e4
  • DOI: 10.1016/j.str.2019.12.003
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] FRET-assisted photoactivation of flavoproteins for in vivo two-photon optogenetics (2019)
  • 著者名/発表者名: Kinjo Tomoaki、Terai Kenta、Horita Shoichiro、Nomura Norimichi、Sumiyama Kenta、Togashi Kaori、Iwata So、Matsuda Michiyuki
  • 雑誌名: Nature Methods 巻: 16 号: 10 ページ: 1029-1036
  • DOI: 10.1038/s41592-019-0541-5
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Structures of the 5-HT2A receptor in complex with the antipsychotics risperidone and zotepine (2019)
  • 著者名/発表者名: Kimura Kanako Terakado、Asada Hidetsugu、Inoue Asuka、Kadji Francois Marie Ngako、Im Dohyun、Mori Chihiro、Arakawa Takatoshi、Hirata Kunio、Nomura Yayoi、Nomura Norimichi、Aoki Junken、Iwata So、Shimamura Tatsuro
  • 雑誌名: Nature Structural & Molecular Biology 巻: 26 号: 2 ページ: 121-128
  • DOI: 10.1038/s41594-018-0180-z
  • 査読あり
• [雑誌論文] Ligand binding to human prostaglandin E receptor EP4 at the lipid-bilayer interface (2019)
  • 著者名/発表者名: Toyoda Y, Morimoto K, Suno R, et al.
  • 雑誌名: Nature Chemical Biology 巻: 15 号: 1 ページ: 18-26
  • DOI: 10.1038/s41589-018-0131-3
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Structural basis for tumor necrosis factor blockade with the therapeutic antibody golimumab (2018)
  • 著者名/発表者名: Ono Masatsugu、Horita Shoichiro、Sato Yumi、Nomura Yayoi、Iwata So、Nomura Norimichi
  • 雑誌名: Protein Science 巻: 印刷中 号: 6 ページ: 1038-1046
  • DOI: 10.1002/pro.3407
  • NAID: 120006471155
  • 査読あり
• [雑誌論文] Crystal structure of the human angiotensin II type 2 receptor bound to an angiotensin II analog (2018)
  • 著者名/発表者名: Asada H, Horita S, Hirata K, Shiroishi M, Shiimura Y, Iwanari H, Hamakubo T, Shimamura T, Nomura N, Kusano-Arai O, Uemura T, Suno C, Kobayashi T, Iwata S.
  • 雑誌名: Nature Structural and Molecular Biology 巻: 25 号: 7 ページ: 570-576
  • DOI: 10.1038/s41594-018-0079-8
  • 査読あり
• [雑誌論文] Outward open conformation of a Major Facilitator Superfamily multidrug/H+ antiporter provides insights into switching mechanism (2018)
  • 著者名/発表者名: Nagarathinam K, Nakada-Nakura Y, Parthier C, Terada T, Juge N, Jaenecke F, Liu K, Hotta Y, Miyaji T, Omote H, Iwata S, Nomura N, Stubbs M, Tanabe M
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 9 号: 1 ページ: 4005-4005
  • DOI: 10.1038/s41467-018-06306-x
  • NAID: 120006528362
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [図書] “The Intervening Removable Affinity Tag (iRAT) System for the Production of Recombinant Antibody Fragments” in Methods Mol Biol. (2021)
  • 著者名/発表者名: *Nomura N, Nomura Y, Sato Y and *Iwata S.
  • 総ページ数: 340
  • 出版者: Humana Press
• [図書] Methods in Enzymology, Vol. 629, "Tumor Immunology and Immunotherapy; Molecular Methods" (Edited by Lorenzo Galluzzi, Nils-Petter Rudqvist) (2019)
  • 著者名/発表者名: Norimichi Nomura, Yayoi Nomura, Yumi Sato, So Iwata
  • 総ページ数: 511
  • 出版者: Academic Press
• [図書] Methods Molecular Biology, Vol. 1700, Yamaguchi, A. and Nishino, K. (Eds.) “Bacterial Multidrug Exporters” (2018)
  • 著者名/発表者名: Jaenecke F., Nakada-Nakura, Y., Nagarathinam, K., Ogasawara, S., Liu, K., Hotta, Y., Iwata, S., Nomura, N., Tanabe, M
  • 総ページ数: 355
  • 出版者: Springer
  • ISBN: 9781493974528
• [備考] 薬剤耐性の原因「薬剤汲み出しタンパク質」の排出メカニズムを解明
  • URL: http://www.kyoto-u.ac.jp/ja/research/research_results/2018/181001_2.html
• [備考] 分子の立体構造から血圧調節の仕組みを原子レベルで解明 －高血圧症の新しい治療法の開発へ－
  • URL: http://www.kyoto-u.ac.jp/ja/research/research_results/2018/180702_2.html
• [備考] プロスタグランジン受容体の立体構造を世界初解明
  • URL: http://www.kyoto-u.ac.jp/ja/research/research_results/2018/181204_2.html
• [備考] 統合失調症やパーキンソン病の治療薬の標的の構造解明 －副作用を抑えた薬の合理的な探索・設計が可能に－
  • URL: http://www.kyoto-u.ac.jp/ja/research/research_results/2018/190205_1.html