• 研究課題をさがす
  • 研究者をさがす
  • KAKENの使い方
  1. 前のページに戻る

NMR法を用いた細胞内創薬技術の開発

研究課題

研究課題/領域番号 22K18374
研究種目

挑戦的研究(開拓)

配分区分基金
審査区分 中区分47:薬学およびその関連分野
研究機関東京大学

研究代表者

竹内 恒  東京大学, 大学院薬学系研究科(薬学部), 教授 (20581284)

研究期間 (年度) 2022-06-30 – 2025-03-31
研究課題ステータス 交付 (2023年度)
配分額 *注記
26,000千円 (直接経費: 20,000千円、間接経費: 6,000千円)
2024年度: 9,100千円 (直接経費: 7,000千円、間接経費: 2,100千円)
2023年度: 9,100千円 (直接経費: 7,000千円、間接経費: 2,100千円)
2022年度: 7,800千円 (直接経費: 6,000千円、間接経費: 1,800千円)
キーワードNMR / in cell / 細胞内移行速度 / 細胞内創薬 / 動的構造
研究開始時の研究の概要

特定の創薬標的に対して薬剤を開発しようとする標的創薬は、従来、その開発を細胞内環境とはかけ離れた試験管内からスタートしてきた。一方、薬剤が実際に作用するのは、細胞内においてであり、その環境はより複雑かつ動的である。本研究では、研究代表者が開発してきた核磁気共鳴(NMR)法を用いた独自の構造創薬技術と、生きた細胞そのものを用いてNMR解析を行うin cell NMR技術を融合・発展させることで、細胞内における創薬標的と薬剤候補分子の原子レベルの相互作用解析と細胞内の創薬標的に対する候補分子の結合・解離・代謝のリアルタイム観測を同時に可能にする新たな技術「NMR細胞内創薬技術」を開発する。

研究実績の概要

本研究では、研究代表者が開発してきた核磁気共鳴(NMR)法を用いた独自の構造創薬技術と、生きた細胞そのものを用いてNMR解析を行うin cell NMR技術を融合・発展させることで、細胞内における創薬標的と薬剤候補分子の原子レベルの相互作用解析と細胞内の創薬標的に対する候補分子の結合・解離・代謝のリアルタイム観測を同時に可能にする新たな技術「NMR細胞内創薬技術」を開発することを目指している。
これまでのin cell NMR測定は、主に細胞をゲルの中に包埋するなどの方法で、NMRサンプル管内での位置を固定し、そのうえで培地を還流するバイオリアクターを用いて行なわれてきた。一方で、細胞をゲルの中に封入することは、細胞への薬剤のアクセスを阻害し、細胞内標的への結合・解離・代謝を計測するin cell NMR技術の確立を目指す本研究の目的にはそぐわない。
そこで、昨年度までに細胞を固定せずに、かつ十分な流速で培地を還流する新規バイオリアクターの設計を行い、これを用いてin cell NMR測定を行う方法を開発した。本年度は、細胞内に安定同位体標識を施したFKBP12を導入し、細胞外で還流する培地に中分子であるFK506を添加することで、その細胞内移行をリアルタイムで観測し、細胞内移行速度および細胞内における親和性を異なる温度で独立かつ定量的に求めることに成功した。その結果、結合親和性は変化しないが、温度の低下とともに、細胞内移行速度が低下することが明らかとなった。細胞内移行速度の低下は温度変化による溶液中の拡散速度の変化より大きかった。このことは、膜の粘性変化など細胞に特有の環境変化を、中分子の細胞内移行性が鋭敏に反映していることを示唆している。また、同様の手法を用いて、細胞内におけるFKBP12-FK506複合体の界面に運動性の違いが存在することを明らかにした。

現在までの達成度 (区分)
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

本研究は、I. 動的構造解析を細胞内で行うことで、細胞内における標的タンパク質のドラッガビリティを評価し、細胞内で候補分子の構造を最適化するin cell NMR技術。および、II. 細胞内標的への結合・解離・代謝を計測するin cell NMR技術の確立を目指している。本年度は、昨年度までに確立した新規バイオリアクター法を活用し、中分子の細胞内移行および細胞内親和性の定量解析をさらに推し進めており、十分な成果が挙がったと判断することができる。特に、温度低下に依存した、細胞内移行速度の低下は、膜の粘性変化など細胞に特有の環境変化反映している可能性が高く、本手法により初めてその存在を示すことができている点で独創的である。さらに、細胞内におけるFKBP12-FK506複合体の運動性解析に着手し、メチル運動性の細胞内外での定量解析を進めたことから、I、II両方の目的の実現に向けて順調に研究が進んでいると判断した。

今後の研究の推進方策

新規バイオリアクター法について知財の取得は引き続き取り組むべき課題となる。また今年度は昨年度と同様、細胞内に導入する標的タンパク質は13C標識を行っていたため、バックグラウンドに対するシグナル強度を十分なものとするために比較的高濃度での導入が必要であった。今後は、19F標識などを用いることで、導入量を減らし、より低濃度でのin cell NMR観測が可能な状況を作りたいと考えている。このために必要な新たな方法論に関する論文を投稿し、現在リバイス対応中である。また、細胞内における標的タンパク質の構造平衡を解析することで、過渡的な薬物結合サイト、クリプトサイトの細胞内における安定性の変化についての知見を得ることを目指し引き続き研究を進める。

報告書

(2件)
  • 2023 実施状況報告書
  • 2022 審査結果の所見
  • 研究成果

    (9件)

すべて 2024 2023

すべて 雑誌論文 (5件) (うち国際共著 3件、 査読あり 5件、 オープンアクセス 5件) 学会発表 (4件) (うち国際学会 3件、 招待講演 3件)

  • [雑誌論文] Molecular basis promoting centriole triplet microtubule assembly2024

    • 著者名/発表者名
      Takeda Yutaka、Chinen Takumi、Honda Shunnosuke、Takatori Sho、Okuda Shotaro、Yamamoto Shohei、Fukuyama Masamitsu、Takeuchi Koh、Tomita Taisuke、Hata Shoji、Kitagawa Daiju
    • 雑誌名

      Nature Communications

      巻: 15 号: 1 ページ: 2216-2216

    • DOI

      10.1038/s41467-024-46454-x

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Amide-to-ester substitution as a stable alternative to N-methylation for increasing membrane permeability in cyclic peptides.2023

    • 著者名/発表者名
      Hosono Y, Uchida S, Shinkai M, Townsend CE, Kelly CN, Naylor MR, Lee HW, Kanamitsu K, Ishii M, Ueki R, Ueda T, Takeuchi K, Sugita M, Akiyama Y, Lokey SR, Morimoto J, Sando S.
    • 雑誌名

      Nat. Commun.

      巻: 14 号: 1 ページ: 1416-1416

    • DOI

      10.1038/s41467-023-36978-z

    • 関連する報告書
      2023 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] Nonthermal acceleration of protein hydration by sub-terahertz irradiation2023

    • 著者名/発表者名
      Sugiyama Jun-ichi、Tokunaga Yuji、Hishida Mafumi、Tanaka Masahito、Takeuchi Koh、Satoh Daisuke、Imashimizu Masahiko
    • 雑誌名

      Nature Communications

      巻: 14 号: 1 ページ: 2825-2825

    • DOI

      10.1038/s41467-023-38462-0

    • 関連する報告書
      2023 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] The oxidative folding of nascent polypeptides provides electrons for reductive reactions in the ER2023

    • 著者名/発表者名
      Uegaki Kaiku、Tokunaga Yuji、Inoue Michio、Takashima Seiji、Inaba Kenji、Takeuchi Koh、Ushioda Ryo、Nagata Kazuhiro
    • 雑誌名

      Cell Reports

      巻: 42 号: 7 ページ: 112742-112742

    • DOI

      10.1016/j.celrep.2023.112742

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Multimodal action of KRP203 on phosphoinositide kinases in vitro and in cells2023

    • 著者名/発表者名
      Ikeda Yoshiki、Davis Mindy I.、Sumita Kazutaka、Zheng Yuxiang、Kofuji Satoshi、Sasaki Mika、Hirota Yoshihisa、Pragani Rajan、Shen Min、Boxer Matthew B.、Takeuchi Koh、Senda Toshiya、Simeonov Anton、Sasaki Atsuo T.
    • 雑誌名

      Biochemical and Biophysical Research Communications

      巻: 679 ページ: 116-121

    • DOI

      10.1016/j.bbrc.2023.08.050

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] NMR-based strategy to improve protein druggability2023

    • 著者名/発表者名
      Koh Takeuchi
    • 学会等名
      Medicinal Chemistry Section of the Israel Chemical Society (MCS-ICS)
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Affinity-directed substrate/H+ antiport of a MATE transporter2023

    • 著者名/発表者名
      Koh Takeuchi
    • 学会等名
      International Society of Magnetic Resonance 2023
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Affinity-driven H+-coupled transport of a MATE transporter2023

    • 著者名/発表者名
      Koh Takeuchi
    • 学会等名
      2023 Asia-Pacific Nuclear Magnetic Resonance (APNMR) Symposium
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] NMR analysis of target recognition mechanism of anti-VEGF RNA aptamer2023

    • 著者名/発表者名
      Koh Takeuchi, Ichio Shimada
    • 学会等名
      第62回NMR討論会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書

URL: 

公開日: 2022-07-05   更新日: 2024-12-25  

サービス概要 検索マニュアル よくある質問 お知らせ 利用規程 科研費による研究の帰属

Powered by NII kakenhi