配座制御型アミノ酸を基軸としたペプチドフォルダマーの創薬研究

• 研究課題/領域番号: 22K06494
• 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47010:薬系化学および創薬科学関連
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 渡邉 瑞貴 北海道大学, 薬学研究院, 准教授 (20507173)
• 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: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円); 2023年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円); 2022年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
• キーワード: ペプチドミメティクス / ヘリックス / ストランド / 三次元構造制御 / フォルダマー / α-ヘリックス / β-ストランド / ペプチド / 三次元構造

研究開始時の研究の概要

本研究では、シクロプロパンの構造特性を活用した配座制御を基軸とした分子設計によって主鎖の三次元構造および側鎖の空間配置の両方を同時にコントロールすることで、二次構造 α-ヘリックスまたは β-シートを高度かつ精密に模倣したペプチドフォルダマーを合成する。合成した分子の三次元構造解析・薬理活性評価を行い、創薬標的である細胞内タンパク質間相互作用を阻害するペプチドミメティクスの創出へと展開する。

研究実績の概要

生体内の種々の情報伝達においてタンパク質間相互作用も重要な役割を果たしている。そこで本研究では、新たな医薬開発における標的となりうるタンパク質間相互作用をコントロールできる分子の創出を目指している。合成分子でタンパク質間相互作用を制御する一つの戦略として、タンパク質相互作用面のhot-spotを形成する配列と三次元構造を同時に模倣した、多点間分子認識を可能とする機能性ペプチド(およびその等価体)の開発が有効だと考え、本研究では、細胞内タンパク質間相互作用を制御するペプチドミメティクスの新たな創出基盤の確立に取り組んでいる。そこで、最小の環構造シクロプロパンの構造特性を活用した配座制御を基軸とした分子設計によって、ペプチド主鎖の三次元構造および側鎖の空間配置の両方を 同時にコントロールしたペプチド分子を創出する。光学活性シクロプロパンδ-またはγ-アミノ酸を設計・合成し、これら特殊アミノ酸をオリゴ化することで、二次構造α-ヘリックスまたはβ-シートを高度かつ精密に模倣したペプチドとなり得るか検討した。光学活性シクロプロパンδ-アミノ酸を鍵ユニットとしたオリゴマーの設計・合成を実施し、その三次元構造をNMRなどで詳細に解析した。その結果、光学活性シクロプロパンδ-アミノ酸のオリゴマーは、わずか4残基という短鎖長でも安定なヘリカル構造を自発的にとることを確認した。溶液中および結晶中の両方で、分子設計で期待した通りの構造をしていた。また、β-ストランドをとることを期待した光学活性シクロプロパンγ-アミノ酸も設計・合成し、その結晶構造の解析に成功した。その三次元構造は、期待通りのストランド様構造をしていた。

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

昨年度に引き続き、目的の立体化学を有した光学活性シクロプロパンδ-およびγ-アミノ酸を、不斉補助基を利用した立体選択的Grignard反応および不斉アルキル化を経て、大量合成することができた。また、合成したシクロプロパンδ-およびγ-アミノ酸のオリゴマーの合成も達成できた。合成したオリゴマーの溶液中での三次元構造を、NMRによって解析することもできた。いずれのオリゴマーにおいても、分子設計で期待した通りのヘリカル構造やストランド様構造をとっ ていることが示唆され、シクロプロパンの構造特性を基盤とした本分子設計法が、三次元構造制御ペプチドの創出に有効であることを示すことができた。

今後の研究の推進方策

昨年度までに引き続き、光学活性シクロプロパンδ-およびγ-アミノ酸を合成し、これらを用いて新たなオリゴマーを合成する。合成したオリゴマーの溶液中および結晶中の三次元構造を、NMR, CD, XRDなどの測定により、実験的に明らかにし、分子設計で期待した通りの三次元構造かどうか確認することを目指す。さらに、創薬標的となるタンパク質間相互作用のホットスポットの配列および構造を模倣する機能性ペプチドの創出へと展開していく。設計・合成し、合成した分子のの薬理活性を評価する。タンパク質間相互作用を強力に阻害する分子を複数見いだすことで、本分子設計法の有用性を実証し、新たなペプチド創薬基盤として確立する。

研究成果

• [国際共同研究] University of Copenhagen(デンマーク)
• [国際共同研究] University of Vienna(オーストリア)
• [雑誌論文] 合理的な分子設計によるδ-ペプチドフォルダマーの創出 (2023)
  • 著者名/発表者名: 渡邉瑞貴
  • 雑誌名: 月間 細胞 巻: 55 ページ: 69-72
• [雑誌論文] Development of Conformationally Restricted Negamycin Derivatives for Potent Readthrough Activity (2023)
  • 著者名/発表者名: Omura Noriko、Taguchi Akihiro、Kuwahara Tomoki、Hamada Keisuke、Watanabe Mizuki、Nakakuki Masanori、Konno Sho、Takayama Kentaro、Taniguchi Atsuhiko、Nomura Toshifumi、Shuto Satoshi、Hayashi Yoshio
  • 雑誌名: ACS Medicinal Chemistry Letters 巻: 14 号: 12 ページ: 1807-1814
  • DOI: 10.1021/acsmedchemlett.3c00424
  • 査読あり
• [雑誌論文] S. Helix-forming aliphatic homo-δ-peptide foldamers based on the conformational restriction effects of cyclopropane. (2022)
  • 著者名/発表者名: 89.Nagata, M.; Watanabe, M.; Doi, R.; Uemura, M.; Ochiai, N.; Ichinose, W.; Fujiwara, K.; Kameda, T.; Sato, Y.; Takeuchi, K.; Shuto,
  • 雑誌名: Org. Biomol. Chem. 巻: - 号: 5 ページ: 970-980
  • DOI: 10.1039/d2ob01715f
  • 査読あり
• [雑誌論文] Synthesis of γ-Aminobutyric Acid (GABA) Analogues Conformationally Restricted by Bicyclo[3.1.0]hexane/hexene or [4.1.0]Heptane/heptene Backbones as Potent Betaine/GABA Transporter Inhibitors (2022)
  • 著者名/発表者名: Keisuke Mitsui, Maria E. K. Lie, Naoki Saito, Koichi Fujiwara, Mizuki Watanabe, Petrine Wellendorph, Satoshi Shuto
  • 雑誌名: Organic Letters 巻: 24 号: 23 ページ: 4151-5154
  • DOI: 10.1021/acs.orglett.2c01346
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Oxytocin Dynamics in the Body and Brain Regulated by the Receptor for Advanced Glycation End-Products, CD38, CD157, and Nicotinamide Riboside (2022)
  • 著者名/発表者名: H. Higashida, K. Furuhara, O. Lopatina, M. Gerasimenko, O. Hori, T. Hattori, Y. Hayashi, S. M. Cherepanov, A. A. Shabalova, A. B. Salmina, K. Minami, T. Yuhi, C. Tsuji, P. Y. Fu, Z. Liu, S. Luo, A. Zhang, S. Yokoyama, S. Shuto, M. Watanabe, K. Fujiwara, S. Munesue, A. Harashima, Y. Yamamoto
  • 雑誌名: Frontiers in Neuroscience 巻: 16 ページ: 858070-858070
  • DOI: 10.3389/fnins.2022.858070
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Design and Synthesis of Cyclopropane Congeners of Resolvin E3, an Endogenous Pro-Resolving Lipid Mediator, as Its Stable Equivalents. (2022)
  • 著者名/発表者名: (2)Arai S, Fujiwara K, Kojima M, Aoki-Saito H, Yatomi M, Saito T, Koga Y, Fukuda H, Watanabe M, Matsunaga S, Hisada T, Shuto S
  • 雑誌名: The Journal of Organic Chemistry 巻: 87(15) 号: 15 ページ: 10501-10508
  • DOI: 10.1021/acs.joc.2c01110
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Delivering mRNA to Secondary Lymphoid Tissues by Phosphatidylserine‐Loaded Lipid Nanoparticles (2022)
  • 著者名/発表者名: Masaki Gomi, Yu Sakurai, Minami Sato, Hiroki Tanaka, Yumi Miyatake, Koichi Fujiwara, Mizuki Watanabe, Satoshi Shuto, Yuta Nakai, Kota Tange, Hiroto Hatakeyama, Hidetaka Akita
  • 雑誌名: Advanced Healthcare Materials 巻: 12 号: 9 ページ: 2202528-2202528
  • DOI: 10.1002/adhm.202202528
  • 査読あり
• [学会発表] 高い受動拡散性をもつ配座制限環状ペプチドの開発とその応用研究 (2023)
  • 著者名/発表者名: 高島悠太、山﨑祐季、松井耕平、渡邉瑞貴、周東智
  • 学会等名: 日本薬学会北海道支部例会
• [学会発表] α,δ-二置換シクロプロパンδ-アミノ酸を基盤としたヘリカルフォルダマーの創製とタンパク質間相互作用阻害分子への応用 (2023)
  • 著者名/発表者名: 渡邉瑞貴、落合七彩、永田 真、横峰真琳、森本淳平、山東信介、竹内 恒、周東 智
  • 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] 高い受動拡散性をもつ配座制限環状ペプチドの開発とその応用研究 (2023)
  • 著者名/発表者名: 高島悠太、荒木優里奈、山﨑祐季、松井耕平、渡邉瑞貴、中瀬生彦、周東智
  • 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] 合理的分子設計に基づくペプチドフォルダマーの創出とペプチドミメティクスとしての応用 (2023)
  • 著者名/発表者名: 渡邉 瑞貴、永田 真、落合 七彩、横峰 真琳、森本 淳平、山東 信介、竹内 恒、周東 智
  • 学会等名: 第17回バイオ関連化学シンポジウム
• [学会発表] シクロプロパンによる配座制御を基盤とした 生物活性ペプチドフォルダマーの設計と合成 (2023)
  • 著者名/発表者名: 渡邉瑞貴，永田 真，落合七彩，吉田朗子，周東 智
  • 学会等名: 第49回反応と合成の進歩シンポジウム
• [学会発表] N-スルホニルイミンを用いたＺ選択的Juliaオレフィン化反応の開発 (2023)
  • 著者名/発表者名: 地崎巧真，藤原広一，周東智，渡邉瑞貴
  • 学会等名: 第49回反応と合成の進歩シンポジウム
• [学会発表] Development and Application of Conformationally Restricted Cyclic Peptides with High Passive Permeability (2023)
  • 著者名/発表者名: 高島悠太、荒木優里奈、山﨑祐季、中瀬生彦、周東智、渡邉瑞貴
  • 学会等名: 第60回ペプチド討論会
• [学会発表] DEVELOPMENT OF β-STRAND-LIKE FOLDAMERS CONSISTING OF CYCLOPROPANE γ-AMINO ACIDS THAT FUNCTION AS PEPTIDOMIMETICS (2023)
  • 著者名/発表者名: Akiko Yoshida, Shunsuke Kita, Ryotaro Sakashita, Katsumi Maenaka, Satoshi Shuto, and Mizuki Watanabe
  • 学会等名: 第60回ペプチド討論会
• [学会発表] 生物活性を有する中分子天然物と環状ペプチドの合成と膜透過性 (2023)
  • 著者名/発表者名: 市川 聡、勝山 彬、山本 一貴、薬師寺 文華、渡邉 瑞貴
  • 学会等名: 日本薬学会第143年会
• [学会発表] 配座制御を基盤とした膜透過性環状ペプチドの創製と構造解析 (2023)
  • 著者名/発表者名: 山﨑祐季、久米田博之、松井耕平、藤原広一、渡邉瑞貴、周東智
  • 学会等名: 日本薬学会第143年会
• [学会発表] 中分子創薬の課題克服を指向した構造-物性相関解析：光学活性シクロプロパン含有環状ペプチド類の構造と溶解性、受動拡散性、細胞膜透過性、P-gp基質性相関 (2023)
  • 著者名/発表者名: 宮地 弘幸、金光 佳世子、石井 真由美、渡邊 恵里、佐藤 優希菜、長田 貴行、山﨑祐季、柏木 仁、菅原 満、周東 智、重田 育照、渡邉 瑞貴、前仲 勝実
  • 学会等名: 日本薬学会第143年会
• [学会発表] シクロプロパン骨格を有するSTAT3阻害剤の創出研究 (2023)
  • 著者名/発表者名: 渡邉 瑞貴、林 真由、太田 克美、浅井 章良、周東 智
  • 学会等名: 日本薬学会第143年会
• [学会発表] スピロ[2,5]オクタンを基本骨格としたペプチドミメティクスによる Bcl-2 ファミリータンパク質阻害剤の創製研究 (2022)
  • 著者名/発表者名: 渡邉瑞貴、坂下遼太郎、桑原智希、吉田朗子、林真由、水野彰、藤原広一、竹内恒、周東智
  • 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] 3-エピデオキシネガマイシンの分子空間固定が及ぼすリードスルー活性への影響 (2022)
  • 著者名/発表者名: 大村紀子、田口晃弘、濵田圭佑、桑原智希、渡邉瑞貴、中久木正則、今野翔、高山健太郎、谷口敦彦、乃村俊史、周東智、林良雄
  • 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] 配座制御による膜透過性環状ペプチドの開発とその応用研究 (2022)
  • 著者名/発表者名: 高島悠太、松井耕平、藤原広一、渡邉瑞貴、周東智
  • 学会等名: 生体機能関連化学部会 若手の会 第33回サマースクール
• [学会発表] がんワクチン療法への応用を見据えたホスファチジルセリン誘導体の創製研究 (2022)
  • 著者名/発表者名: 宮武結実, 佐藤南, 佐藤耀, 藤原広一, 渡邉瑞貴, 周東智
  • 学会等名: 生体機能関連化学部会 若手の会 第33回サマースクール
• [学会発表] 配座制御を基盤とした膜透過性環状ペプチドの研究 (2022)
  • 著者名/発表者名: 山﨑祐季、久米田博之、藤原広一、渡邉瑞貴、周東智
  • 学会等名: 第54回若手ペプチド夏の勉強会
• [学会発表] イミンを用いたZ選択的Juliaオレフィン化反応の開発 (2022)
  • 著者名/発表者名: 地崎巧真、藤原広一、渡邉瑞貴 、周東智_
  • 学会等名: 第34回万有札幌シンポジウム
• [学会発表] Study To Identify Cyclic Peptides With Membrane Permeability And Bioactivity By Cyclopropane-Based Conformational Restriction Strategy (2022)
  • 著者名/発表者名: 山﨑祐季、久米田博之、松井耕平、藤原広一、渡邉瑞貴、周東智
  • 学会等名: 第59回ペプチド討論会
• [学会発表] DEVELOPMENT OF HELIX-FORMING α/δ-PEPTIDE FOLDAMERS BY CYCLOPROPANE-BASED CONFORMATIONAL RESTRICTION STRATEGY TARGETING PROTEIN_PROTEIN INTERACTIONS (2022)
  • 著者名/発表者名: 落合七彩、永田真、竹内恒、藤原広一、渡邉瑞貴、周東智
  • 学会等名: 第59回ペプチド討論会
• [学会発表] 抗炎症脂質レゾルビンE2の1,4,7-トリエン-ベンゼン置換による安定等価体の創製研究 (2022)
  • 著者名/発表者名: 田中伸英，村上侑斗，平島洸基、福田隼、藤原広一、渡邉瑞貴、室本竜太、松田正、周東智
  • 学会等名: 第48回反応と合成の進歩シンポジウム
• [学会発表] Michael-Wittig反応によるスキップジエン構築を鍵反応とするレゾルビンE4およびdeoxy体の合成研究 (2022)
  • 著者名/発表者名: 櫻田海都，藤原広一，渡邉瑞貴, 周東智
  • 学会等名: 第48回反応と合成の進歩シンポジウム
• [学会発表] 1,2,3-三置換シクロプロパンを骨格とするSTAT3阻害剤の創製研究 (2022)
  • 著者名/発表者名: 林真由，甘利穂乃花，太田克美，藤原広一，渡邉瑞貴，浅井章良，周東智
  • 学会等名: 第48回反応と合成の進歩シンポジウム