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ペプチド抗癌剤の物理理論に基づく高速探索法の開発

研究課題

研究課題/領域番号 19K14674
研究種目

若手研究

配分区分基金
審査区分 小区分13040:生物物理、化学物理およびソフトマターの物理関連
研究機関新潟大学

研究代表者

林 智彦  新潟大学, 自然科学系, 助教 (90838070)

研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2022-03-31
研究課題ステータス 完了 (2021年度)
配分額 *注記
4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2021年度: 520千円 (直接経費: 400千円、間接経費: 120千円)
2020年度: 520千円 (直接経費: 400千円、間接経費: 120千円)
2019年度: 3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円)
キーワードペプチド抗癌剤 / 天然変性ペプチド / 自由エネルギー計算 / 水和自由エネルギー / 積分方程式理論 / 形態計測学的アプローチ / 自由エネルギー関数
研究開始時の研究の概要

次世代抗癌剤候補としてペプチド製剤への期待が高まりつつあるが、わずか10残基のペプチドであっても10兆を超える組み合わせがあるので、実験のみによる創薬は困難かつ高コストである。そこで本課題では、ペプチド抗癌剤候補を物理理論に基づいて高速に探索する手法を開発する。このために、「生体分子同士の結合の駆動力を詳細に解析するための方法論(統計力学理論+分子シミュレーション)」および「物理理論のエッセンスを抽出した自由エネルギー関数」を駆使する。具体的には、抗腫瘍蛋白質p53の働きを阻害する蛋白質MDM2に結合して、MDM2を無効化する新規抗癌剤候補ペプチドの理論的設計・実験による合成に取り組む。

研究成果の概要

本研究は、癌原因タンパク質MDM2(抗腫瘍蛋白質p53の働きを阻害する)に強く結合することでMDM2を無効化する「ペプチド抗癌剤候補」の理論による設計・実験による合成を目的とした。
その成果として、「タンパク質とペプチドの結合自由エネルギーを高速に計算する手法」を開発し、抗MDM2ペプチドの結合メカニズムを解明するとともに、得られた知見をもとに「新規ペプチド抗癌剤候補」を実験により合成することに成功した。さらに、「タンパク質-ペプチド複合体の天然構造を高速に特定する理論手法」の開発を進めることで、ペプチド創薬における新たな基盤の構築へと発展させることができた。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究の成果により、「ペプチド薬剤探索の飛躍的な高速化」に向けた基礎研究が大きく進展した。これにより、多くの新薬候補の創出が期待できる、という学術的意義を持つ。
さらに本研究の成果は、生体機能の分子レベルでの究明・制御を基盤とする、「次世代の生体医工学」研究領域の開拓へ貢献している。これにより、様々な疾病原因の解明から治療薬・予防法の開発に至る、我が国のライフサイエンス推進と「健康長寿社会」の構築に大きく貢献できる、という社会的意義を持つ。

報告書

(4件)
  • 2021 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2020 実施状況報告書
  • 2019 実施状況報告書
  • 研究成果

    (19件)

すべて 2022 2021 2020 2019

すべて 雑誌論文 (12件) (うち国際共著 3件、 査読あり 12件、 オープンアクセス 4件) 学会発表 (7件) (うち国際学会 7件)

  • [雑誌論文] Controlling the Rigidity of Kinesin-Propelled Microtubules in an In Vitro Gliding Assay Using the Deep-Sea Osmolyte Trimethylamine N-Oxide2022

    • 著者名/発表者名
      Kabir Arif Md. Rashedul、Munmun Tasrina、Hayashi Tomohiko、Yasuda Satoshi、Kimura Atsushi P.、Kinoshita Masahiro、Murata Takeshi、Sada Kazuki、Kakugo Akira
    • 雑誌名

      ACS Omega

      巻: 7 号: 4 ページ: 3796-3803

    • DOI

      10.1021/acsomega.1c06699

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Development of an Outward Proton Pumping Rhodopsin with a New Record in Thermostability by Means of Amino Acid Mutations2022

    • 著者名/発表者名
      Yasuda Satoshi、Akiyama Tomoki、Kojima Keiichi、Ueta Tetsuya、Hayashi Tomohiko、Ogasawara Satoshi、Nagatoishi Satoru、Tsumoto Kouhei、Kunishima Naoki、Sudo Yuki、Kinoshita Masahiro、Murata Takeshi
    • 雑誌名

      The Journal of Physical Chemistry B

      巻: 126 号: 5 ページ: 1004-1015

    • DOI

      10.1021/acs.jpcb.1c08684

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Comparison based on statistical thermodynamics between globule-to-coil transition of poly(N-isopropylacrylamide) and cold denaturation of a protein2020

    • 著者名/発表者名
      Inoue Masao、Hayashi Tomohiko、Hikiri Simon、Ikeguchi Mitsunori、Kinoshita Masahiro
    • 雑誌名

      Journal of Molecular Liquids

      巻: 317 ページ: 114129-114129

    • DOI

      10.1016/j.molliq.2020.114129

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] How Does a Microbial Rhodopsin RxR Realize Its Exceptionally High Thermostability with the Proton-Pumping Function Being Retained?2020

    • 著者名/発表者名
      Hayashi Tomohiko、Yasuda Satoshi、Suzuki Kano、Akiyama Tomoki、Kanehara Kanae、Kojima Keiichi、Tanabe Mikio、Kato Ryuichi、Senda Toshiya、Sudo Yuki、Murata Takeshi、Kinoshita Masahiro
    • 雑誌名

      The Journal of Physical Chemistry B

      巻: 124 号: 6 ページ: 990-1000

    • DOI

      10.1021/acs.jpcb.9b10700

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Hydration properties of a protein at low and high pressures: Physics of pressure denaturation2020

    • 著者名/発表者名
      Inoue Masao、Hayashi Tomohiko、Hikiri Simon、Ikeguchi Mitsunori、Kinoshita Masahiro
    • 雑誌名

      The Journal of Chemical Physics

      巻: 152 号: 6 ページ: 065103-065103

    • DOI

      10.1063/1.5140499

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Methodology for Further Thermostabilization of an Intrinsically Thermostable Membrane Protein Using Amino Acid Mutations with Its Original Function Being Retained2020

    • 著者名/発表者名
      Yasuda Satoshi、Akiyama Tomoki、Nemoto Sayaka、Hayashi Tomohiko、Ueta Tetsuya、Kojima Keiichi、Tsukamoto Takashi、Nagatoishi Satoru、Tsumoto Kouhei、Sudo Yuki、Kinoshita Masahiro、Murata Takeshi
    • 雑誌名

      Journal of Chemical Information and Modeling

      巻: 60 号: 3 ページ: 1709-1716

    • DOI

      10.1021/acs.jcim.0c00063

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Development and structural determination of an anti-PrPC aptamer that blocks pathological conformational conversion of prion protein2020

    • 著者名/発表者名
      Mashima Tsukasa、Lee Joon-Hwa、Kamatari Yuji O.、Hayashi Tomohiko、Nagata Takashi、Nishikawa Fumiko、Nishikawa Satoshi、Kinoshita Masahiro、Kuwata Kazuo、Katahira Masato
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 10 号: 1 ページ: 4934-4934

    • DOI

      10.1038/s41598-020-61966-4

    • NAID

      120006813315

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Accurate and rapid calculation of hydration free energy and its physical implication for biomolecular functions2020

    • 著者名/発表者名
      Kinosita Masahiro、Hayashi Tomohiko
    • 雑誌名

      Biophysical Reviews

      巻: 12 号: 2 ページ: 469-480

    • DOI

      10.1007/s12551-020-00686-5

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Theoretical identification of thermostabilizing amino acid mutations for G-protein-coupled receptors2020

    • 著者名/発表者名
      Takeshi Murata、Satoshi Yasuda、Tomohiko Hayashi、Masahiro Kinoshita
    • 雑誌名

      Biophysical Reviews

      巻: - 号: 2 ページ: 323-332

    • DOI

      10.1007/s12551-020-00678-5

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] An Accurate and Rapid Method for Calculating Solvation Free Energies of a Variety of Solutes Including Proteins2019

    • 著者名/発表者名
      S. Hikiri, T. Hayashi, M. Inoue, T. Ekimoto, M. Ikeguchi, M. Kinoshita
    • 雑誌名

      Journal of Chemical Physics

      巻: 150 号: 17 ページ: 175101-175101

    • DOI

      10.1063/1.5093110

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] How Does the Recently Discovered Peptide MIP Exhibit Much Higher Binding Affinity than an Anticancer Protein p53 for an Oncoprotein MDM22019

    • 著者名/発表者名
      Yamada Tatsuya、Hayashi Tomohiko、Hikiri Simon、Kobayashi Naohiro、Yanagawa Hiroshi、Ikeguchi Mitsunori、Katahira Masato、Nagata Takashi、Kinoshita Masahiro
    • 雑誌名

      Journal of Chemical Information and Modeling

      巻: 59 号: 8 ページ: 3533-3544

    • DOI

      10.1021/acs.jcim.9b00226

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Mechanism of globule-to-coil transition of poly(N-isopropylacrylamide) in water: Relevance to cold denaturation of a protein2019

    • 著者名/発表者名
      Inoue Masao、Hayashi Tomohiko、Hikiri Simon、Ikeguchi Mitsunori、Kinoshita Masahiro
    • 雑誌名

      Journal of Molecular Liquids

      巻: 292 ページ: 111374-111374

    • DOI

      10.1016/j.molliq.2019.111374

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Statistical thermodynamics on the weakening of binding affinity of myosin for actin at low temperatures2021

    • 著者名/発表者名
      Tomohiko Hayashi, Masahiro Kinoshita
    • 学会等名
      Pacifichem 2021
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Structural and physical basis for anti-prion activity and destruction of the Alzheimer’s disease-related complex of an RNA-aptamer2021

    • 著者名/発表者名
      Takashi Nagata, Tsukasa Mashima, Joon-Hwa Lee, Yuji O. Kamatari, Tomohiko Hayashi, Masahiro Kinoshita, Kazuo Kuwata, Masato Katahira
    • 学会等名
      Pacifichem 2021
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Calculation of hydration free energy of a protein with sufficient accuracy and remarkably high speed2021

    • 著者名/発表者名
      Masato Kawamura, Shunsuke Miyamoto, Tomohiko Hayashi, Masahiro Kinoshita
    • 学会等名
      The 59th Annual Meeting of Biophysical Society of Japan
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Theoretical study based on statistical mechanics for predicting native-like poses of a protein-peptide complex2021

    • 著者名/発表者名
      Shunsuke Miyamoto, Masato Kawamura, Tomohiko Hayashi
    • 学会等名
      The 59th Annual Meeting of Biophysical Society of Japan
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Statistical thermodynamics on the weakening of binding affinity of myosin for actin at low temperatures2019

    • 著者名/発表者名
      Tomohiko Hayashi, Masahiro Kinoshita
    • 学会等名
      The 57th Annual Meeting of Biophysical Society of Japan
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Physics of drastic decrease in water solubility upon coil-to-globule transition of poly(N-isopropylacrylamide)2019

    • 著者名/発表者名
      Masao INOUE, Tomohiko Hayashi, Simon Hikiri, Masahiro Kinoshita
    • 学会等名
      The 57th Annual Meeting of Biophysical Society of Japan
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Structural and Physical Basis for the Higher Affinity to Oncoprotein MDM2 of a Peptide Selected with MRNA Display Over Tumor Suppressor p532019

    • 著者名/発表者名
      Takashi Nagata, Tatsuya Yamada, Tomohiko Hayashi, Simon Hikiri, Naohiro Kobayashi, Mitsunori Ikeguchi, Masato Katahira, Masahiro Kinoshita, Hiroshi Yanagawa
    • 学会等名
      Biophysical Society 64th Annual Meeting
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会

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公開日: 2019-04-18   更新日: 2023-01-30  

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