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有糸分裂キネシンEg5の光スイッチ機構を持つ阻害剤を利用した細胞機能の光制御

研究課題

研究課題/領域番号 23K05043
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38030:応用生物化学関連
研究機関創価大学

研究代表者

丸田 晋策  創価大学, 理工学部, 教授 (40231732)

研究期間 (年度) 2023-04-01 – 2027-03-31
研究課題ステータス 交付 (2023年度)
配分額 *注記
4,810千円 (直接経費: 3,700千円、間接経費: 1,110千円)
2026年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2025年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2024年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2023年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
キーワード抗がん剤 / 有糸分裂キネシンEg5 / ATP駆動型モータータンパク質 / フォトクロミック分子 / 光制御 / 細胞分裂制御 / 光スイッチ機構 / 他段階制御 / 紡錘体キネシン / 阻害剤 / 細胞機能制御
研究開始時の研究の概要

紡錘体キネシンEg5は、細胞有糸分裂に関わる重要な生理的役割を担っており、がん治療の標的分子として注目されている。本研究では、フォトクロミック分子であるアゾベンゼンとスピロピランなどの誘導体を利用して、これ までに無く高効率で、且つ多段階の光スイッチ機構をもつ新規Eg5阻害剤の開発を行い、細胞レベ ルでEg5の活性を光可逆的に制御することを試みる。これにより細胞機能の光制御および機能性抗 ガン剤開発への応用が期待される。

研究実績の概要

キネシン Eg5 は、微小管上を移動するATP 駆動型の生体分子機械で細胞有糸分裂に関わる重要な生理的役割を担っている。Eg5の特異的阻害剤は、有糸分裂を停止させて、ガン細胞の増殖を抑え ることによりアポトーシスを誘導することが示されており、抗ガン剤として注目されている。これまでにフォトクロミック分子の誘導体が、これらの阻害剤を模倣して光可逆的にEg5の機能を制御できることをIn vitroで明らかにした。 本年度の研究では、異なる2種類のフォトクロミック分子を用いて高効率で、且つ多段階の光スイッチ機構をもつ新規Eg5阻害剤の開発い、細胞レベ ルでEg5の活性を光可逆的に制御することを試みた。初めにフォトクロミック分子であるスピロピラン2分子をスルホン化アゾベンゼンの両端に連結した化合物SP-AB-SPを合成した。SP-AB-SPは異なる3つの異性化状態を光可逆的に移行した。このSP-AB-SPの3状態はKinesin Eg5のATPase活性と微小管滑り運動活性に対して異なる阻害活性を示したことから多段階光スイッチ機構をもつEg5阻害剤として機能することが明らかになった。SP-AB-SPは、過去に合成している二つの異性化状態を可逆的に光可逆的に移行するSPSABよりも高い制御効率と阻害定数を示した。これまでに開発した多段階光スイッチ機構を持つEg5阻害剤を用いて細胞機能を光制御する基礎研究として、線虫に存在するEg5と類似する構造を持つキネシンBMK-1を調製した。BMK-1のGTPaseと運動活性は、Eg5のフォトクロミック阻害剤で阻害されることが示された。従って光透過性をも持つ線虫を利用した動物レベルでの光制御実験が可能であることが示された。効率の高い多段階光スイッチ機構を持つキネシンEg5を用いたin vivoでの光制御実験を行うための基盤を構築することができた。

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

高い効率の多段階光スイッチ機構を持つキネシンEg5阻害剤を新たに合成することができた。また、細胞あるいは動物レベルで光制御実験を行うために適している線虫に存在するキネシンEg5に類似するキネシンBMK-1がEg5に特異的に作用するフォトクロミック阻害剤が作用することを明らかにしている。さらに、BMK-1をさらにEg5の構造と特性に近づけるための変異体も調製することができている。また、線虫キネシンの専門家である研究協力者(国立遺伝研)と細胞レベルで研究を実施する打ち合わせを十分に行なっている。これらのことから、本年度の研究計画はおおむね順調に進展している考えられる。

今後の研究の推進方策

多段階光スイッチ機構を持つ阻害剤によるキネシンEg5の光活性制御実験を細胞あるいは動物レベルで実施するための基礎研究として、キネシンEg5と類似するキネシンBMK-1変異体を用いた光制御実験をまずin vitroで実施する。さらにキネシンEg5と同様に線虫の細胞分裂を担うKLP-18の構造をEg5阻害剤が作用できる様に改変した変異体の調製を試みる。そしてin votrにおいて、多段階光スイッチ機構を持つ阻害剤による光可逆的制御実験を実施する。さらに、これまでに利用しているスピロピラン、アゾベンゼン以外の異なるフォトクロミック分子(ジアリールエテン, フルギミドなど)をカップリングさせることにより、多段階の光スイッチ機構を持つ新規のEg5阻害剤の開発を試みる。

報告書

(1件)
  • 2023 実施状況報告書
  • 研究成果

    (10件)

すべて 2024 2023 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (1件) (うち国際共著 1件、 査読あり 1件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (7件) (うち国際学会 3件) 備考 (1件)

  • [国際共同研究] Binghamton University(米国)

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [雑誌論文] AI is a viable alternative to high throughput screening: a 318-target study2024

    • 著者名/発表者名
      Izhar Wallach et al.
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 14 号: 1 ページ: 7526-7526

    • DOI

      10.1038/s41598-024-54655-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
  • [学会発表] AGATHISFLAVONE ISOLATED FROM BRAZILIAN FLORA SHOWS INHIBITION OF MITOTIC KINESIN EG52024

    • 著者名/発表者名
      Takahashi,D., Alrazi, I., Costa, S.L., David, L.M., Ogunwa, T.H., Maruta, S.
    • 学会等名
      第68回米国生物物理学会年会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] NOVEL PHOTOCHROMIC COMPOUND INHIBITS MITOTIC KINESIN EG5 IN MULTIPLE ISOMERIZATION STATES2024

    • 著者名/発表者名
      Islam MD Alrazi, Fofou Yonta Tostani, Shinsaku Maruta
    • 学会等名
      第68回米国生物物理学会年会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Biochemical characterization of C. Elegans kinesin BMK-12024

    • 著者名/発表者名
      Toru Kurosaka, KumagaiShunsuke, Fofou Yonta Tostani, Islam MD Alrazi, Kazunori Kondo, Shinsaku Maruta
    • 学会等名
      第68回米国生物物理学会年会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Biochemical Characterization of C. elegans Kinesin Bmk-12023

    • 著者名/発表者名
      黒坂 徹, 熊谷 峻輔, Islam Md Alrazi, 近藤 和典, 丸田 晋策
    • 学会等名
      第96回日本生化学会大会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] Inhibitory Molecular Mechanism of Novel Eg5 Inhibitors.2023

    • 著者名/発表者名
      Fofou Yonta Tostani, Alrazi Islam MD, Maruta Shinsaku
    • 学会等名
      第96回日本生化学会大会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] Novel Photochromic inhibitor of mitotic kinesin Eg5 exhibits multiple inhibitory activity states2023

    • 著者名/発表者名
      MD ALRAZI ISLAM, TOSTANI FOFOU YONTA, MARUTA SHINSAKU
    • 学会等名
      第96回日本生化学会大会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] A Novel Photochromic inhibitor SP-AB-SP exhibits multiple stages of inhibitory activity on mitotic kinesin Eg52023

    • 著者名/発表者名
      MD Alrazi Islam, Shinsaku Maruta, Tostani Fofou Yonta
    • 学会等名
      第61回日本生物物理学会年会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [備考] 理工学部の丸田晋策教授の研究グループが参加した米国のAI創薬企業の研究支援プログラムの成果

    • URL

      https://www.soka.ac.jp/news/2024/04/9623/

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書

URL: 

公開日: 2023-04-13   更新日: 2024-12-25  

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