小分子化合物によるグルコース非依存性がん代謝機構の理解と制御

• 研究課題/領域番号: 22K05363
• 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37030:ケミカルバイオロジー関連
• 研究機関: 国立研究開発法人理化学研究所
• 研究代表者: 川谷 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 (50391925)
• 研究期間 (年度): 2022-04-01 – 2025-03-31
• 研究課題ステータス: 交付 (2023年度)
• 配分額: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円); 2024年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2023年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2022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: がん / 代謝 / 阻害剤

研究開始時の研究の概要

がん細胞の代謝系は多様であり、過酷な環境でも生存できる代謝適応性を有する。このような複雑ながん代謝機構をケミカルバイオロジーのアプローチで理解・制御することは、新たながん治療法の確立につながると考えられる。申請者は最近、新規グルコーストランスポーター（GLUT）阻害剤を開発したが、興味深いことに、GLUT阻害剤はグルコースに依存しないがん細胞の増殖も効果的に抑制することを見出した。そこで本研究は、GLUT阻害剤や解糖系を標的とした小分子化合物を用いて、グルコース非依存性がん代謝機構の理解と制御を目指す。

研究実績の概要

本研究の目的は、GLUT阻害剤や解糖系を標的とした小分子化合物を用いて、グルコース非依存性がん細胞に対する作用メカニズムを明らかにし、それらの抗がん剤としての有用性をin vitroで検証することである。
本年度は主に、解糖系タンパク質を標的とした小分子阻害剤を化合物アレイスクリーニングにより探索した。アルドラーゼA（ALDOA）は解糖系の4番目の酵素で、フルクトース-1,6-二リン酸からジヒドロキシアセトンリン酸とグリセルアルデヒド3リン酸を生成する。ホスホグリセリン酸ムターゼ 1（PGAM1）は解糖系の8番目の酵素で、3-ホスホグリセリン酸から2-ホスホグリセリン酸への反応を触媒する。
理研Natural Products Depository（NPDepo）の化合物ライブラリーを固定化した化合物アレイスライド上にヒトリコンビナントHis-ALDOAあるいはHis-PGAM1を供し、抗体反応で蛍光ラベルした後、蛍光スキャナーを用いてタンパク質－化合物間相互作用を定量した。得られたヒット化合物は、マイクロスケール熱泳動（MST）を用いた分子間相互作用解析による2次スクリーニングにより、候補化合物を絞り込んだ。NPDepo化合物ライブラリーおよそ36,000化合物をスクリーニングした結果、ALDOAでは比較的強い相互作用を示した3化合物（Kd = 60～700 nM）、PGAM1では6化合物（Kd = 210～370 nM）の候補化合物を取得した。

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

本年度は、解糖系タンパク質に対する小分子阻害剤を化合物アレイスクリーニングにより探索した。解糖系タンパク質であるALDOAやPGAM1に対して、比較的強い相互作用を示す複数の化合物を同定することができ、当初の計画通りおおむね順調に進んでいる。

今後の研究の推進方策

今後は、得られた候補化合物のin vitroおよび細胞での活性を評価していく。また、ALDOAやPGAM1以外の代謝関連タンパク質に対する小分子阻害剤の探索も進めていく。

研究成果

• [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] Fungal NRPS-PKS Hybrid Enzymes Biosynthesize New γ-Lactam Compounds, Taslactams A-D, Analogous to Actinomycete Proteasome Inhibitors (2023)
  • 著者名/発表者名: Motoyama Takayuki、Nogawa Toshihiko、Shimizu Takeshi、Kawatani Makoto、Kashiwa Takeshi、Yun Choong-Soo、Hashizume Daisuke、Osada Hiroyuki
  • 雑誌名: ACS Chemical Biology 巻: 18 号: 2 ページ: 396-403
  • DOI: 10.1021/acschembio.2c00830
  • 査読あり
• [雑誌論文] Controlled lipid β-oxidation and carnitine biosynthesis by a vitamin D metabolite (2022)
  • 著者名/発表者名: Mendoza, A., Takemoto, Y., Cruzado, KT., Masoud, SS., Nagata, A., Tantipanjaporn, A., Okuda, S., Kawagoe, F., Sakamoto, R., Odagi, M., Mototani, S., Togashi, M., Kawatani, M., Aono, H., Osada, H., Nakagawa, H., Higashi, T., Kittaka, A., Nagasawa, K., Uesugi, M.
  • 雑誌名: Cell Chem Biol. 巻: 29 号: 4 ページ: 660-669
  • DOI: 10.1016/j.chembiol.2021.08.008
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] 小胞体関連ユビキチン E3 リガーゼ Gp78 と Hrd1 の阻害剤探索 (2023)
  • 著者名/発表者名: 平田規晃、川谷誠、本田香織、長田裕之、福田亮介、沖米田司
  • 学会等名: 第46回日本分子生物学会年会
• [学会発表] 新規DHODH阻害剤NPD723の構造活性相関解析 (2023)
  • 著者名/発表者名: 川谷誠、青野晴美、室井誠、大石智一、大庭俊一、川田学、旦慎吾、堂前直、長田裕之
  • 学会等名: 第27回日本がん分子標的治療学会学術集会
• [学会発表] 新規DHODH阻害剤NPD723の作用機構と構造活性相関 (2023)
  • 著者名/発表者名: 川谷誠、青野晴美、平沼佐代子、清水猛、室井誠、野川俊彦、大石智一、大庭俊一、川田学、山崎佳波、旦慎吾、堂前直、長田裕之
  • 学会等名: 日本ケミカルバイオロジー学会第17回年会
• [学会発表] 新規ジヒドロオロト酸脱水素酵素阻害剤の創製を目指した類縁体合成と生物活性評価 (2023)
  • 著者名/発表者名: 李梓玉、渡邉正悟、岸本真治、川谷誠、長田裕之、渡辺賢二
  • 学会等名: 日本薬学会第143回年会
• [学会発表] Furocoumarin系化合物１とDHODHの相互作用に関する研究 (2023)
  • 著者名/発表者名: 中原実玖、渡邉正悟、佐藤道大、奥村英夫、川谷誠、長田裕之、渡辺賢二
  • 学会等名: 日本薬学会第143回年会
• [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, Hiroyuki Osada, Naoshi Dohmae
  • 学会等名: Future Drug Discovery Empowered by Chemical Biology
  • 国際学会
• [学会発表] がん代謝阻害剤の探索と標的同定 (2023)
  • 著者名/発表者名: 川谷誠
  • 学会等名: 先端モデル動物支援プラットフォーム2022年度成果発表会
  • 招待講演
• [学会発表] Identification of dihydroorotate dehydrogenase inhibitors, indoluidins, that inhibit cancer cell growth (2022)
  • 著者名/発表者名: Makoto Kawatani, Harumi Aono, Takeshi Shimizu, Shouta Ohkura, Sayoko Hiranuma, Makoto Muroi, Naoko Ogawa, Tomokazu Ohishi, Shun-ichi Ohba, Manabu Kawada, Kanami Yamazaki, Shingo Dan, Hiroyuki Osada
  • 学会等名: 11th annual conference of the International Chemical Biology Society (ICBS)
  • 国際学会
• [学会発表] ビタミンD代謝産物による脂質ベータ酸化とカルニチン生合成の制御 (2022)
  • 著者名/発表者名: 竹本靖、Mendoza Aileena、Cruzado Kevin Tana、Masoud Shadi Sedghib、永田亜希子、Tantipanjaporn Ajcharapana、奥田聡、川越文裕、坂本良太、小田木陽、本谷小佑里、冨樫萌香、川谷誠、青野晴美、長田裕之、中川勇人、東達也、橘高敦史、長澤和夫、上杉志成
  • 学会等名: 第64回天然有機化合物討論会
• [学会発表] 抗腫瘍活性を有する新規DHODH阻害剤の同定 (2022)
  • 著者名/発表者名: 川谷誠、青野晴美、室井誠、大石智一、大庭俊一、川田学、旦慎吾、長田裕之
  • 学会等名: 第26回日本がん分子標的治療学会学術集会
• [学会発表] 抗腫瘍活性を有する新規DHODH阻害剤の同定 (2022)
  • 著者名/発表者名: 川谷誠、青野晴美、清水猛、平沼佐代子、室井誠、小川直子、大石智一、大庭俊一、川田学、山崎佳波、旦慎吾、長田裕之
  • 学会等名: 日本ケミカルバイオロジー学会第16回年会
• [学会発表] がん細胞のフェロトーシスを増強するFSP1阻害剤NPD4928の発見 (2022)
  • 著者名/発表者名: 吉岡広大、河村達郎、室井誠、近藤恭光、本田香織、川谷誠、青野晴美、Herbert Waldmann、渡邉信元、長田裕之
  • 学会等名: 日本ケミカルバイオロジー学会第16回年会
• [産業財産権] 新規フラノクマリン誘導体及びその用途 (2023)
  • 発明者名: 川谷誠、長田裕之、青野晴美、平沼佐代子、清水猛
  • 権利者名: 理化学研究所
  • 産業財産権種類: 特許
  • 出願年月日: 2023
  • 外国