プロテオーム解析を用いた直接的アプローチ法による薬剤標的同定解析システムの開発

• 研究課題/領域番号: 20K05857
• 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38040:生物有機化学関連
• 研究機関: 国立研究開発法人理化学研究所
• 研究代表者: 室井 誠 国立研究開発法人理化学研究所, 環境資源科学研究センター, 専任研究員 (30261168)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2025-03-31
• 研究課題ステータス: 交付 (2023年度)
• 配分額: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円); 2022年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円); 2021年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円); 2020年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
• キーワード: プロテオミクス / ケミカルバイオロジー / 生理活性物質 / 標的分子同定 / プロテオーム / 阻害剤 / 相互作用

研究開始時の研究の概要

天然物から有用な化合物が取得され、応用ならびに研究で利用されてきた。これらの化合物は表現型スクリーニングにより取得されているものも多く、分子標的が明らかにすることが重要である。しかし、化合物の標的分子同定は未だ難しい課題の一つであり、新たな手法の開発が求められている。本研究では、タンパク質が化合物と結合することによって熱安定性が変化することを利用したセルサーマルシフトアッセイとプロテオーム解析に基づくChemProteoBaseを組み合わせた新しい解析システムを開発し、新規化合物の標的を解析する。

研究実績の概要

(I) CETSAとChemProteoBaseを組み合わせた解析システム(２DE-CETSA)の構築：化合物が標的タンパク質に結合する時の熱安定性変化を利用したセルサーマルシフトアッセイ（CETSA）法と２次元電気泳動（２DE）に基づくプロテオーム解析を組み合わせた新規の標的タンパク質解析法の2DE-CETSAの解析基盤が整ったので、主に解析システムの維持、データの蓄積をおこなった。
(II) ２DE-CETSAを用いた新規化合物の解析による解析系の有用性の証明：がん細胞の増殖阻害を指標にスクリーニングで得られた、標的分子の知られていない活性物質、あるいは、植物細胞を標的とした化合物について２DE-CETSAを用いた解析を行い、標的候補タンパク質を見出した。その後の詳細な解析を行い標的タンパク質としての妥当性について検討した。このほかに、プロテオーム解析を用いた化合物の作用解析を通して、日本の食用野生植物から得られたEDBDが脂質過酸化を通じてフェロトーシス様の細胞死を誘導することが示唆された(Usukhbayar N. et al. Free Radic Res, 57(3):208-222)。また、がん細胞を用いたスクリーニングで取得されたNPD723、並びに、その誘導体のH-006が強力なジヒドロオロチン酸デヒドロゲナーゼの阻害剤であることが明らかになった(Kawatani M. Oncol Res, 31(6): 833-844 (2023))。

現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

２次元電気泳動を用いた標的同定システムの2DE-CETSAについて方法論を確立できた。さらに、新規生理活性物質の解析を行い、計画が順調に進んでいることを示している。コロナ禍により解析の実例の数を増やすことは十分にできなかったので、継続して研究を遂行した。

今後の研究の推進方策

2DE-CETSAや以前より開発しているChemProteoBaseなどの解析手法を進化、組み合わせることによって、作用標的未知の有用化合物の標的分子を明らかにする。

研究成果

• [国際共同研究] 浙江大学(中国)
• [国際共同研究] マックス・プランク研究所(ドイツ)
• [国際共同研究] 浙江大学(中国)
• [国際共同研究] マックス・プランク研究所(ドイツ)
• [国際共同研究] 浙江大学(中国)
• [雑誌論文] Allantopyrone A interferes with the degradation of hypoxia-inducible factor 1α protein by reducing proteasome activity in human fibrosarcoma HT-1080 cells. (2023)
  • 著者名/発表者名: Okuda C, Ueda Y, Muroi M, Sanada E, Osada H, Shiono Y, Kimura KI, Takeda K, Kawaguchi K, Kataoka T
  • 雑誌名: J Antibiot 巻: - 号: 6 ページ: 324-334
  • DOI: 10.1038/s41429-023-00610-5
  • 査読あり
• [雑誌論文] 3,6-Epidioxy-1,10-bisaboladiene induces ferroptosis-like cell death through lipid peroxidation (2023)
  • 著者名/発表者名: Usukhbayar Narandulam、Takano Yukie、Uesugi Shota、Muroi Makoto、Osada Hiroyuki、Kimura Ken-ichi
  • 雑誌名: Free Radical Research 巻: 57 号: 3 ページ: 208-222
  • DOI: 10.1080/10715762.2023.2229005
  • 査読あり
• [雑誌論文] Identification of a dihydroorotate dehydrogenase inhibitor that inhibits cancer cell growth by proteomic profiling (2023)
  • 著者名/発表者名: KAWATANI MAKOTO、AONO HARUMI、HIRANUMA SAYOKO、SHIMIZU TAKESHI、MUROI MAKOTO、NOGAWA TOSHIHIKO、OHISHI TOMOKAZU、OHBA SHUN-ICHI、KAWADA MANABU、YAMAZAKI KANAMI、DAN SHINGO、DOHMAE NAOSHI、OSADA HIROYUKI
  • 雑誌名: Oncology Research 巻: 31 号: 6 ページ: 833-844
  • DOI: 10.32604/or.2023.030241
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Isolation of novel chemical components and their plant target proteins under selenium stress (2023)
  • 著者名/発表者名: Moon Ju Yeon、Miyazaki Takae、Muroi Makoto、Watanabe Nobomoto、Shin Ryoung
  • 雑誌名: Methods Enzymol 巻: 680 ページ: 421-438
  • DOI: 10.1016/bs.mie.2022.07.035
  • ISBN: 9780443185847
  • 査読あり
• [雑誌論文] Isoquercitrin from <i>Apocynum venetum</i> L. produces an anti-obesity effect on obese mice by targeting C-1-tetrahydrofolate synthase, carbonyl reductase, and glutathione S-transferase P and modification of the AMPK/SREBP-1c/FAS/CD36 signaling pathway in mice <i>in vivo</i>. (2022)
  • 著者名/発表者名: Manzoor M, Muroi M, Ogawa N, Kobayashi H, Nishimura H, Chen D, Fasina OB, Wang J, Osada H, Yoshida M, Xiang L, Qi J
  • 雑誌名: Food Funct 巻: 13 号: 21 ページ: 10923-10936
  • DOI: 10.1039/d2fo02438a
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Two-dimensional electrophoresis-cellular thermal shift assay (2DE-CETSA) for target identification of bioactive compounds. (2022)
  • 著者名/発表者名: Muroi M, Osada H
  • 雑誌名: Methods Enzymol 巻: 675 ページ: 425-437
  • DOI: 10.1016/bs.mie.2022.07.018
  • ISBN: 9780323992664
  • 査読あり
• [雑誌論文] Identification of a small molecule that enhances ferroptosis via inhibition of FSP1. (2022)
  • 著者名/発表者名: Yoshioka H, Kawamura T, Muroi M, Kondoh Y, Honda K, Kawatani M, Aono H, Waldmann H, Watanabe N, Osada H.
  • 雑誌名: ACS Chemical Biology 巻: 17 号: 2 ページ: 483-491
  • DOI: 10.1021/acschembio.2c00028
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Identification of a Small-Molecule Glucose Transporter Inhibitor, Glutipyran, That Inhibits Cancer Cell Growth (2021)
  • 著者名/発表者名: Kawatani Makoto、Aono Harumi、Hiranuma Sayoko、Shimizu Takeshi、Muroi Makoto、Ogawa Naoko、Ohishi Tomokazu、Ohba Shun-ichi、Kawada Manabu、Nogawa Toshihiko、Okano Akiko、Hashizume Daisuke、Osada Hiroyuki
  • 雑誌名: ACS Chemical Biology 巻: 16 号: 8 ページ: 1576-1586
  • DOI: 10.1021/acschembio.1c00480
  • 査読あり
• [雑誌論文] A cesium tolerance-enhancing chemical promotes cesium tolerance in Arabidopsis thaliana by interacting with BETA-GLUCOSIDASE 23. (2021)
  • 著者名/発表者名: Moon JY, Adams E, Miyazaki T, Kondoh Y, Muroi M, Watanabe N, Osada H, Shin R
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 26 号: 1 ページ: 21109-21109
  • DOI: 10.1038/s41598-021-00564-4
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Identification of Dihydroorotate Dehydrogenase Inhibitors─Indoluidins─That Inhibit Cancer Cell Growth (2021)
  • 著者名/発表者名: Kawatani Makoto、Aono Harumi、Shimizu Takeshi、Ohkura Shouta、Hiranuma Sayoko、Muroi Makoto、Ogawa Naoko、Ohishi Tomokazu、Ohba Shun-ichi、Kawada Manabu、Yamazaki Kanami、Dan Shingo、Osada Hiroyuki
  • 雑誌名: ACS Chemical Biology 巻: 16 号: 11 ページ: 2570-2580
  • DOI: 10.1021/acschembio.1c00625
  • 査読あり
• [雑誌論文] Proteomics-based target identification of natural products affecting cancer metabolism. (2021)
  • 著者名/発表者名: Muroi M, Osada H.
  • 雑誌名: J Antibiot 巻: 74 号: 10 ページ: 639-650
  • DOI: 10.1038/s41429-021-00437-y
  • 査読あり
• [雑誌論文] Interaction between goniothalamin and peroxisomal multifunctional enzyme type 2 triggering endoplasmic reticulum stress (2020)
  • 著者名/発表者名: Sophonnithiparasert T, Aruksakunwong O, Tashiro E, Kondoh Y, Muroi M, Osada H, Imoto M, Watanapokasin R
  • 雑誌名: Heliyon 巻: 6 号: 10 ページ: e05200-e05200
  • DOI: 10.1016/j.heliyon.2020.e05200
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Discovery of small-molecule modulator of heterotrimeric Gi-protein by integrated phenotypic profiling and chemical proteomics (2020)
  • 著者名/発表者名: 16)Kawamura, T., Futamura, Y., Shang, E., Muroi, M., Janning, P., Ueno, M., Wilke, J., Takeda, S., Kondoh, Y., Ziegler, S., Watanabe, N., Waldmann, H., Osada, H.
  • 雑誌名: Biosci. Biotechnol. Biochem. 巻: 84 号: 12 ページ: 2484-2490
  • DOI: 10.1080/09168451.2020.1812375
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Miclxin, a novel MIC60 inhibitor, induces apoptosis via mitochondrial stress in β-catenin mutant tumor cells. (2020)
  • 著者名/発表者名: 20)Ikeda, H., Muroi, M., Kondoh, Y., Ishikawa, S., Kakeya, H., Osada, H., Imoto, M.
  • 雑誌名: ACS Chem. Biol. 巻: 15 号: 8 ページ: 2195-2204
  • DOI: 10.1021/acschembio.0c00381
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Inhibition of mitochondrial complex I by the novel compound FSL0260 enhances high salinity-stress tolerance in Arabidopsis thaliana (2020)
  • 著者名/発表者名: Sako Kaori、Futamura Yushi、Shimizu Takeshi、Matsui Akihiro、Hirano Hiroyuki、Kondoh Yasumitsu、Muroi Makoto、Aono Harumi、Tanaka Maho、Honda Kaori、Shimizu Kenshirou、Kawatani Makoto、Nakano Takeshi、Osada Hiroyuki、Noguchi Ko、Seki Motoaki
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 10 号: 1 ページ: 8691-8691
  • DOI: 10.1038/s41598-020-65614-9
  • NAID: 120006876594
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Identification of a Small Compound Targeting PKM2-Regulated Signaling Using 2D Gel Electrophoresis-Based Proteome-wide CETSA (2020)
  • 著者名/発表者名: Nagasawa Ikuko、Muroi Makoto、Kawatani Makoto、Ohishi Tomokazu、Ohba Shun-ichi、Kawada Manabu、Osada Hiroyuki
  • 雑誌名: Cell Chemical Biology 巻: 27 号: 2 ページ: 1-11
  • DOI: 10.1016/j.chembiol.2019.11.010
  • 査読あり
• [学会発表] Proteomics-based target identification system for biological active compounds, ChemProteoBase and 2DE-CETSA (2023)
  • 著者名/発表者名: Makoto Muroi, Makoto Kawatani, Emiko Sanada, Naoshi Dohmae, and Hiroyuki Osada
  • 学会等名: Future Drug Discovery Empowered by Chemical Biology (ChemBioNara2023)
  • 国際学会
• [図書] マウス・ラットモデル作製・解析プロフェッショナル (2021)
  • 著者名/発表者名: 先端モデル動物支援プラットフォーム（AdAMS）
  • 総ページ数: 320
  • 出版者: 羊土社
  • ISBN: 9784758121125
• [備考] ChemProteoBase
  • URL: http://www.npd.riken.jp/csrs/xtra/ProteomePage/
• [備考] ChemProteoBase
  • URL: http://www.cbrg.riken.jp/csrs/xtra/ProteomePage/
• [備考] 理化学研究所 環境資源科学研究センター ケミカルバイオロジー 研究グループ
  • URL: http://www.cbrg.riken.jp/csrs/ja/