薬剤耐性問題克服に向けて：タンパク質主鎖との水素結合を指標とする阻害剤評価系開拓

• 研究課題/領域番号: 19K15712
• 研究種目: 若手研究
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 小区分37030:ケミカルバイオロジー関連
• 研究機関: 静岡大学
• 研究代表者: 佐藤 浩平 静岡大学, 工学部, 助教 (30756705)
• 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: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円); 2021年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円); 2020年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円); 2019年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
• キーワード: 難溶性ペプチド / タンパク質化学合成 / 水溶性タグ / HIV-1プロテアーゼ / ヒドラジド / ペプチド可溶化法 / ペプチドヒドラジド / 薬剤耐性 / 化学選択的反応

研究開始時の研究の概要

タンパク質主鎖との水素結合を駆動力とする抗ウイルス薬は、耐性ウイルスにも薬効を示すとともに耐性株を生じにくい利点があるものの、水素結合を指標とする阻害剤評価系の開発は達成されていない。本評価系を実現するうえで、複数の同位体標識アミノ酸が導入されたタンパク質は有効なプローブとなり得るが、従来のタンパク質調製法では実現困難である。
そこで、研究代表者の合成技術を総動員して有効なタンパク質プローブを創製し、世界初となる阻害剤評価系へと応用する。

研究成果の概要

ウイルス感染症治療の現場では、いかに薬剤耐性を獲得させないかという視点からの創薬戦略が求められている。タンパク質主鎖との水素結合を駆動力とする酵素阻害剤の開発はこの課題に対するアプローチとして有効と考えられる。水素結合を指標とする評価系確立には複数の安定同位体を部位特異的に導入したタンパク質プローブが必須であり、化学合成法によるタンパク質プローブ調製が求められている。これら研究を進めるための基盤技術として、本研究ではAIDS治療薬の標的酵素のひとつであるHIV-1プロテアーゼの効率的合成法を開発した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

特殊な修飾をもつタンパク質をつくる技術として、化学合成法が利用される。多くのタンパク質が化学的に合成されてきたが、原料や合成中間体が溶けない場合には合成を先に進めることが難しくなる。今回HIV-1プロテアーゼの化学合成を進める中で溶解性の問題に直面し、これを解決する新しい可溶化技術の開発に成功した。本技術は、HIV-1プロテアーゼに限らず溶解性が問題となる幅広いタンパク質合成に応用可能であり、これまで合成困難と考えられてきたタンパク質の化学合成を可能にする。

研究成果

• [雑誌論文] Synthesis and Structural Characterization of β-Turn Mimics Containing (Z)-Chloroalkene Dipeptide Isosteres (2022)
  • 著者名/発表者名: Kodama Yuki、Takeo Sayuri、Fujimoto Junko、Sato Kohei、Mase Nobuyuki、Narumi Tetsuo
  • 雑誌名: The Journal of Organic Chemistry 巻: 87 号: 5 ページ: 2167-2177
  • DOI: 10.1021/acs.joc.1c03115
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] β,γ-trans-selective γ-butyrolactone formation via homoenolate cross-annulation of enals and aldehydes catalyzed by sterically hindered N-heterocyclic carbene (2021)
  • 著者名/発表者名: Kyan Ryuji、Kitagawa Yuya、Ide Ryuji、Sato Kohei、Mase Nobuyuki、Narumi Tetsuo
  • 雑誌名: Tetrahedron 巻: 91 ページ: 132191-132191
  • DOI: 10.1016/j.tet.2021.132191
  • NAID: 120007116803
  • 査読あり
• [雑誌論文] Stereoselective synthesis of highly functionalized (Z)-chloroalkene dipeptide isosteres containing an α,α-disubstituted amino acid (2021)
  • 著者名/発表者名: Kodama Yuki、Imai Saki、Fujimoto Junko、Sato Kohei、Mase Nobuyuki、Narumi Tetsuo
  • 雑誌名: Chemical Communications 巻: 57 号: 56 ページ: 6915-6918
  • DOI: 10.1039/d1cc02952e
  • NAID: 120007116799
  • 査読あり
• [雑誌論文] Late-Stage Solubilization of Poorly Soluble Peptides Using Hydrazide Chemistry (2021)
  • 著者名/発表者名: Sato Kohei、Tanaka Shoko、Wang Junzhen、Ishikawa Kenya、Tsuda Shugo、Narumi Tetsuo、Yoshiya Taku、Mase Nobuyuki
  • 雑誌名: Organic Letters 巻: 23 号: 5 ページ: 1653-1658
  • DOI: 10.1021/acs.orglett.1c00074
  • 査読あり
• [雑誌論文] Pendant Alkoxy Groups on N‐Aryl Substitutions Drive the Efficiency of Imidazolylidene Catalysts for Homoenolate Annulation from Enal and Aldehyde (2020)
  • 著者名/発表者名: Kyan Ryuji、Sato Kohei、Mase Nobuyuki、Narumi Tetsuo
  • 雑誌名: Angewandte Chemie International Edition 巻: 59 号: 43 ページ: 19031-19036
  • DOI: 10.1002/anie.202008631
  • NAID: 120006891194
  • 査読あり
• [雑誌論文] Stereoselective synthesis of Gly-Gly-type (E)-methylalkene and (Z)-chloroalkene dipeptide isosteres and their application to 14-mer RGG peptidomimetics. (2020)
  • 著者名/発表者名: Okita, H., Kato, Y., Masuzawa, T., Arai, K., Takeo, S., Sato, K., Mase, N., Oyoshi, T., Narumi, T.
  • 雑誌名: RSC Adv. 巻: 10 号: 49 ページ: 29373-29377
  • DOI: 10.1039/d0ra06554d
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Highly effective volatile organic compound dissolving strategy based on mist atomization for odorant biosensors (2020)
  • 著者名/発表者名: Terutsuki Daigo、Mitsuno Hidefumi、Sato Kohei、Sakurai Takeshi、Mase Nobuyuki、Kanzaki Ryohei
  • 雑誌名: Analytica Chimica Acta 巻: 1139 ページ: 178-188
  • DOI: 10.1016/j.aca.2020.09.043
  • 査読あり
• [雑誌論文] Fine-Bubble-Slug-Flow Hydrogenation of Multiple Bonds and Phenols (2020)
  • 著者名/発表者名: Mase Nobuyuki、Iio Takuya、Nagai Kohei、Kozuka Tomoki、Sammi Akhtar Mst、Sato Kohei、Narumi Tetsuo
  • 雑誌名: Synlett 巻: 31 号: 19 ページ: 1919-1924
  • DOI: 10.1055/s-0040-1705948
  • NAID: 120006942488
  • 査読あり
• [雑誌論文] Conversion of levoglucosan into glucose by the coordination of four enzymes through oxidation, elimination, hydration, and reduction (2020)
  • 著者名/発表者名: Kuritani Yuya、Sato Kohei、Dohra Hideo、Umemura Seiichiro、Kitaoka Motomitsu、Fushinobu Shinya、Yoshida Nobuyuki
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 10 号: 1 ページ: 20066-20066
  • DOI: 10.1038/s41598-020-77133-8
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Chemoselective Umpolung of Enals for Asymmetric Homoenolate Cross-Annulation of Enals and Aldehydes Catalyzed by N-Heterocyclic Carbene (2019)
  • 著者名/発表者名: Ide Ryuji、Kyan Ryuji、Phuc Le Thien、Kitagawa Yuya、Sato Kohei、Mase Nobuyuki、Narumi Tetsuo
  • 雑誌名: Organic Letters 巻: 21 号: 22 ページ: 9119-9123
  • DOI: 10.1021/acs.orglett.9b03509
  • 査読あり
• [雑誌論文] Epimerization-suppressed organocatalytic synthesis of poly-l-lactide in supercritical carbon dioxide under plasticizing conditions (2019)
  • 著者名/発表者名: Mase Nobuyuki、Moniruzzaman、Yamamoto Shoji、Sato Kohei、Narumi Tetsuo、Yanai Hikaru
  • 雑誌名: Tetrahedron Letters 巻: 60 号: 34 ページ: 150987-150987
  • DOI: 10.1016/j.tetlet.2019.150987
  • NAID: 120006714473
  • 査読あり
• [雑誌論文] マイクロ波グリーン有機化学 : デスクトッププラントを目指して (2019)
  • 著者名/発表者名: 間瀬暢之、武田和宏、佐藤浩平
  • 雑誌名: ケミカルエンジニヤリング 巻: 64 ページ: 395-402
• [学会発表] ヒドラジドをカルボン酸保護体として利用する新規アスパルチミド形成抑制法の開発 (2022)
  • 著者名/発表者名: 上村 春菜, 佐藤 浩平, 鳴海 哲夫, 間瀬 暢之
  • 学会等名: 日本化学会第102春季年会
• [学会発表] ヒドラジド化学を利用したペプチド溶解法の開発とユビキチン合成への応用 (2022)
  • 著者名/発表者名: 田中 晶子, 佐藤 浩平, 鳴海 哲夫, 間瀬 暢之
  • 学会等名: 日本薬学会第142年会
• [学会発表] Chemoselective incorporation of hydrophilic tags to poorly soluble peptides using peptide hydrazides (2021)
  • 著者名/発表者名: Shoko Tanaka, Kohei Sato, Tetsuo Narumi, Nobuyuki Mase
  • 学会等名: AIMESC2021
  • 国際学会
• [学会発表] Practical activation of peptide hydrazides in TFA enabling direct synthesis of N-terminal thiazolidine-containing peptide thioesters (2021)
  • 著者名/発表者名: Kohei Sato, Shoko Tanaka, Tetsuo Narumi, Nobuyuki Mase
  • 学会等名: AIMESC2021
  • 国際学会
• [学会発表] ヒドラジド化学を基盤とした新規タンパク質合成戦略 (2021)
  • 著者名/発表者名: 佐藤浩平
  • 学会等名: 第52回 中部化学関係学協会支部連合秋季大会
  • 招待講演
• [学会発表] Late-stage solubilization strategy to overcome solubility challenges using peptide hydrazide (2021)
  • 著者名/発表者名: Kohei Sato, Shoko Tanaka, Shugo Tsuda, Tetsuo Narumi, Taku Yoshiya, Nobuyuki Mase
  • 学会等名: 第58回ペプチド討論会
• [学会発表] Expanded late-stage solubilization of peptide hydrazide applicable to subsequent ligation (2021)
  • 著者名/発表者名: Shoko Tanaka, Kohei Sato, Tetsuo Narumi, Nobuyuki Mase
  • 学会等名: 第58回ペプチド討論会
• [学会発表] 共役ジエン構造を置換基修飾した凝集タウ標識分子PBB3化合物の光安定性評価および結合特性評価 (2021)
  • 著者名/発表者名: 武田大、喜屋武龍二、佐藤浩平、間瀬暢之、鳴海哲夫
  • 学会等名: 日本薬学会第141年会
• [学会発表] ２型ニューロメジンU受容体選択的ペプチドアゴニストの分子内アシル転位反応の速度論的評価 (2021)
  • 著者名/発表者名: 外山大地、新井康介、佐藤浩平、間瀬暢之、高山健太郎、鳴海哲夫
  • 学会等名: 日本薬学会第141年会
• [学会発表] アルケン型ペプチド結合等価体を基盤とする新規グアニン四重鎖結合ペプチド性化合物の探索 (2021)
  • 著者名/発表者名: 竹尾沙優里、田畑舞子、加藤由奈、今井咲、佐藤浩平、間瀬暢之、大吉崇文、鳴海哲夫
  • 学会等名: 日本薬学会第141年会
• [学会発表] 化学的安定性の向上を指向したエステル連結型ユビキチン鎖アミド型アナログの化学合成 (2021)
  • 著者名/発表者名: 田口佳紀、西澤拓真、竹内伶音、田中晶子、間瀬暢之、大竹史明、佐伯泰、佐藤浩平、鳴海哲夫
  • 学会等名: 日本薬学会第141年会
• [学会発表] グリーンものづくり：モノリス触媒を用いたフロー有機合成 (2021)
  • 著者名/発表者名: 藤本准子、齋藤祐介、水上友人、佐藤浩平、鳴海哲夫、間瀬暢之
  • 学会等名: 日本化学会第101春季年会
• [学会発表] グリーンものづくり：グラジエント法によるフロー反応条件迅速最適化手法の開発 (2021)
  • 著者名/発表者名: 宮下直己、佐藤浩平、鳴海哲夫、武田和宏、間瀬暢之
  • 学会等名: 日本化学会第101春季年会
• [学会発表] ファインバブル有機化学：エレメント積層型ミキサーによる気相－液相反応性評価 (2021)
  • 著者名/発表者名: 小坂優太、小山祐未、佐藤浩平、鳴海哲夫、間瀬暢之
  • 学会等名: 日本化学会第101春季年会
• [学会発表] ファインバブル有機化学：化学反応性に対する気泡発生機構の効果 (2021)
  • 著者名/発表者名: 小塚智貴、佐藤浩平、鳴海哲夫、間瀬暢之
  • 学会等名: 日本化学会第101春季年会
• [学会発表] マイクロ波フロー化学：機械学習による出口温度推算手法の開発 (2021)
  • 著者名/発表者名: 磯部海志、佐藤浩平、鳴海哲夫、武田和宏、間瀬暢之
  • 学会等名: 日本化学会第101春季年会
• [学会発表] マイクロ波フロー化学：機械学習による反応条件迅速最適化手法の開発 (2021)
  • 著者名/発表者名: 金拓哉、佐藤浩平、鳴海哲夫、武田和宏、間瀬暢之
  • 学会等名: 日本化学会第101春季年会
• [学会発表] 難溶解性ペプチドへの新規水溶性タグ導入法の開発とHIV-1プロテアーゼ合成への展開 (2021)
  • 著者名/発表者名: 田中晶子、佐藤浩平、津田修吾、鳴海哲夫、吉矢拓、間瀬暢之
  • 学会等名: 日本化学会第101春季年会
• [学会発表] グリーンものづくり：植物成長調節剤フェアリー化合物のフロー合成による連続生産 (2021)
  • 著者名/発表者名: 土居瑞希、佐藤浩平、鳴海哲夫、河岸洋和、間瀬暢之
  • 学会等名: 日本化学会第101春季年会
• [学会発表] Chemical synthesis of ubiquitin derivatives containing non-canonical unit (2020)
  • 著者名/発表者名: Kohei Sato, Yoshinori Taguchi, Takuma Nishizawa, Sayuri, Takeo, Shoko Tanaka, Nobuyuki, Mase, Tetsuo Narumi
  • 学会等名: 第57回ペプチド討論会
• [学会発表] ペプチドヒドラジドを利用した新規水溶性タグ導入法の開発 (2020)
  • 著者名/発表者名: 田中晶子、佐藤浩平、王俊真、石川賢哉、津田修吾、鳴海哲夫、吉矢拓、間瀬暢之
  • 学会等名: 第10回CSJ化学フェスタ2020
• [学会発表] マイクロウェーブ・ファインバブル・フロー手法の融合によるグリーン有機合成 (2019)
  • 著者名/発表者名: 間瀬暢之、松尾圭哉、金拓哉、藤本准子、佐藤浩平、鳴海哲夫、武田和宏
  • 学会等名: 第63回 香料・テルペンおよび精油化学に関する討論会
• [学会発表] Chemical Synthesis of Protein for Protein-based Therapeutic (2019)
  • 著者名/発表者名: Kohei Sato
  • 学会等名: The 2nd International Postgraduate Symposium in Biotechnology
  • 国際学会
• [学会発表] ENANTIOSELECTIVE SYNTHESIS OF 4,5-DISUBSTITUTED GAMMA-BUTYROLACTONES BY N-HETEROCYCLE CARBENE-CATALYZED HOMOENOLATE ANNULATION DIRECTLY FROM ENALS AND ALDEHYDES (2019)
  • 著者名/発表者名: Tetsuo Narumi, Ryuji Ide, Kohei Sato, Nobuyuki Mase
  • 学会等名: 12th Asian Federation for Medicinal Chemistry (AFMC) International Medicinal Chemistry Symposium (AIMECS 2019)
  • 国際学会
• [学会発表] N-Aryl Effect on the Enhanced Catalytic Activity of Imidazolium-Salt Derived NHCs (2019)
  • 著者名/発表者名: Ryuji Kyan, Kohei Sato, Nobuyuki Mase, Tetsuo Narumi
  • 学会等名: 27th International Society of Heterocyclic Chemistry Congress
  • 国際学会
• [学会発表] One-Pot Synthesis of Highly Functionalized 2-Chloroaziridines for Stereoselective Synthesis of (Z)-Chloroalkene Dipeptide Isosteres Containing a,a-Disubstituted Amino Acids (2019)
  • 著者名/発表者名: Saki Imai, Yuki Kodama, Kohei Sato, Nobuyuki Mase, Tetsuo Narumi
  • 学会等名: 27th International Society of Heterocyclic Chemistry Congress
  • 国際学会
• [学会発表] CSTR Synthesis of Fairy Chemicals Using Fine Bubble and Flow Optimization Method (2019)
  • 著者名/発表者名: Nobuyuki Mase, Keiya Matsuo, Takuya Kon, Junko Fujimoto, Kohei Sato, Tetsuo Narumi, Kazuhiro Takeda
  • 学会等名: 27th International Society of Heterocyclic Chemistry Congress
  • 国際学会
• [学会発表] Post-treatment Free Synthesis of Fairy Chemicals Using Fine Bubble and Flow Optimization Method (2019)
  • 著者名/発表者名: Keiya Matsuo, Kohei Sato, Tetsuo Narumi, Nobuyuki Mase
  • 学会等名: the 4th International Symposium on Process Chemistry (ISPC 2019)
  • 国際学会
• [学会発表] Reaction Optimization Using Microwave-Assisted Continuous Flow Reactor with In-Line Analysis (2019)
  • 著者名/発表者名: Takuya Kon, Kohei Sato, Tetsuo Narumi, Kazuhiro Takeda, Nobuyuki Mase
  • 学会等名: the 4th International Symposium on Process Chemistry (ISPC 2019)
  • 国際学会
• [学会発表] Synthesis of GM2 activator protein segment through direct synthesis of N-terminal thiazolidine-containing peptide thioester from peptide hydrazides (2019)
  • 著者名/発表者名: Shoko Tanaka, Tetsuo Narumi, Kohji Itoh, Akira Otaka, Nobuyuki Mase, Kohei Sato
  • 学会等名: 23rd Korean Peptide and Protein Society Symposium
  • 国際学会
• [学会発表] ファインバブル－テレスコーピング法によるフェアリー化合物の合成 (2019)
  • 著者名/発表者名: 松尾 圭哉, 佐藤 浩平, 鳴海 哲夫, 間瀬 暢之
  • 学会等名: 第8回JACI/GSCシンポジウム
• [学会発表] 効率的タンパク質化学合成を指向した固相ライゲーション法の開発 (2019)
  • 著者名/発表者名: 佐藤浩平、津田修吾、王俊真、鳴海哲夫、吉矢拓、間瀬暢之
  • 学会等名: 日本ケミカルバイオロジー学会 第14回年会
• [図書] マイクロリアクター/フロー合成による反応条件を最適化した導入と目的に応じた実生産への適用 ～事例をふまえた現状と課題／不具合を避けるための設備設計～ (2020)
  • 著者名/発表者名: 間瀬暢之，武田和宏，佐藤浩平
  • 総ページ数: 270
  • 出版者: サイエンス&テクノロジー株式会社
• [図書] In Green Science and Technology; Chapter 5, Catalytic Green Organic Synthesis in Unique Reaction Environments (2019)
  • 著者名/発表者名: Mase Nobuyuki、Sato Kohei
  • 総ページ数: 344
  • 出版者: CRC Press
  • ISBN: 9781000767995
• [備考] 静岡大学工学部佐藤研究グループホームページ
  • URL: https://wwp.shizuoka.ac.jp/sato-kohei/