ケミカルバイオロジーを利用した人工的ユビキチン修飾システムの開発

• 研究領域: ユビキチンネオバイオロジー：拡大するタンパク質制御システム
• 研究課題/領域番号: 25112521
• 研究種目: 新学術領域研究(研究領域提案型)
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 生物系
• 研究機関: 国立医薬品食品衛生研究所
• 研究代表者: 内藤 幹彦 国立医薬品食品衛生研究所, 遺伝子医薬部, 部長 (00198011)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2015-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2014年度)
• 配分額: 10,400千円 (直接経費: 8,000千円、間接経費: 2,400千円); 2014年度: 5,200千円 (直接経費: 4,000千円、間接経費: 1,200千円); 2013年度: 5,200千円 (直接経費: 4,000千円、間接経費: 1,200千円)
• キーワード: ケミカルバイオロジー / プロテインノックダウン / SNIPER

研究実績の概要

ユビキチンリガーゼとチュブリン制御タンパク質Transforming Acidic Coiled-Coil-3 （TACC3）を細胞内で強制的に結合させ、TACC3のユビキチン化とプロテアソームによる分解を引き起こす化合物SNIPER(TACC3)をデザイン・合成し、その活性評価を行った。SNIPER(TACC3)はTACC3のユビキチン化と分解を引き起こし、TACC3を過剰に発現するがん細胞に対して選択的にアポトーシスを誘導した。TACC3のユビキチン化機構を詳しく解析した結果、SNIPER(TACC3)はTACC3とSCFユビキチンリガーゼ複合体との結合量を増加させ、SCFによるユビキチン化を引き起こす事がわかった。
任意の標識タンパク質をユビキチン化するSNIPERを開発するために、Hisタグと結合するNi-NTAを利用してSNIPER(His)をデザイン・合成した。昨年度までに開発したSNIPER(His)は、細胞内への透過性が著しく悪かったので、膜透過性ペプチドを結合する事により細胞内透過性を高めたSNIPER(His)化合物が開発した。この膜透過型SNIPER(His)は細胞に発現させたHisタグタンパク質を減少させる活性を示した。現在その作用機構を解析中である。
任意のユビキチンリガーゼを使って標的タンパク質を強制的にユビキチン化する実験システムを構築するために、ヘテロ２量体化を利用して標的タンパク質とユビキチンリガーゼを結合させる検討を行った。化合物添加によるヘテロ２量体形成は確認されたが、ユビキチン化は認められなかった。この結果から、ユビキチンリガーゼと基質タンパク質を単純に結合させるだけではユビキチン化は起こらないことが示唆された。

現在までの達成度 (段落)

26年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

26年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Cancer cell death induced by novel small molecules degrading the TACC3 protein via the ubiquitin proteasome pathway. (2014)
  • 著者名/発表者名: 1.Ohoka, N., Nagai, K., Hattori, T., Okuhira, K., Shibata, N., Cho, N. and Naito, M
  • 雑誌名: Cell Death Dis. 巻: 5 号: 11 ページ: e1513-e1513
  • DOI: 10.1038/cddis.2014.471
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Development of cell-penetrating R7 fragment-conjugated helical peptides as inhibitors of estrogen receptor-mediated transcription. (2014)
  • 著者名/発表者名: 2.Nagakubo, T., Demizu, Y., Kanda, Y., Misawa, T., Shoda, T., Okuhira, K., Sekino., Y., Naito, M. and Kurihara, M
  • 雑誌名: Bioconjug Chem. 巻: 25 号: 11 ページ: 1921-24
  • DOI: 10.1021/bc500480e
  • 査読あり
• [雑誌論文] Design and synthesis of tamoxifen derivatives as a selective estrogen receptor down-regulator. (2014)
  • 著者名/発表者名: Shoda, T., Okuhira, K., Kato, M., Demizu, Y., Inoue, H., Naito, M., and Kurihara, M.
  • 雑誌名: Bioorg Med Chem Lett 巻: 24 号: 1 ページ: 87-89
  • DOI: 10.1016/j.bmcl.2013.11.078
  • 査読あり
• [雑誌論文] APOLLON Protein promotes early Mitotic CYCLIN a degradation independent of the spindle assembly checkpoint (2014)
  • 著者名/発表者名: Kikuchi, R., Ohata, H., Ohoka, N., Kawabata, A., Naito, M.
  • 雑誌名: The Journal of Biological Chemistry 巻: 289 号: 6 ページ: 3457
  • DOI: 10.1074/jbc.m113.514430
  • 査読あり
• [雑誌論文] Development of hybrid small molecules that induce degradation of estrogen receptor-alpha and necrotic cell death in breast cancer cells. (2013)
  • 著者名/発表者名: Okuhira, K., Demizu, Y., Hattori, T., Ohoka, N., Shibata, N., Nishimaki-Mogami, T., Okuda, H., Kurihara, M., Natiro, M.
  • 雑誌名: Cancer Science 巻: 104 号: 11 ページ: 1492-1498
  • DOI: 10.1111/cas.12272
  • 査読あり
• [学会発表] Protein Knockdown: Targeted Destruction of Pathogenic Proteins by SNIPER Compounds (2015)
  • 著者名/発表者名: M. Naito
  • 学会等名: 日本薬学会第135年会
  • 発表場所: 神戸
  • 年月日: 2015-03-25 – 2015-03-28
  • 招待講演
• [学会発表] ユビキチン・プロテアソームシステムを利用したTACC3分解誘導剤の開発と抗がん活性評価 (2015)
  • 著者名/発表者名: 大岡伸通、永井克典、服部隆行、奥平桂一郎、柴田識人、長展生、内藤幹彦
  • 学会等名: 日本薬学会第135年会
  • 発表場所: 神戸
  • 年月日: 2015-03-25 – 2015-03-28
• [学会発表] ユビキチン・プロテアソームシステムを利用したTACC3分解誘導剤による癌細胞死の誘導 (2014)
  • 著者名/発表者名: 大岡伸通，永井克典，奥平桂一郎，柴田識人，服部隆行，長展生，内藤幹彦
  • 学会等名: 第37回日本分子生物学会年会
  • 発表場所: 横浜
  • 年月日: 2014-11-25 – 2014-11-27
• [学会発表] SNIPER(TACC3) degrades TACC3 protein via the ubiquitin-proteasome pathway and induces apoptosis in cancer cells expressing a large amount of TACC3. (2014)
  • 著者名/発表者名: Nobumichi Ohoka, Katsunori Nagai, Keiichiro Okuhira, Norihito Shibata, Takayuki Hattori, Nobuo Cho, Mikihiko Naito
  • 学会等名: 26th EORTC-NCI-AACR Symposium on Molecular Targets and Cancer Therapeutics
  • 発表場所: Barcelona, Spain
  • 年月日: 2014-11-18 – 2014-11-21
• [学会発表] Destabilization of carboxy-terminally extended proteins encoded by stop codon read-through mutation via ubiquitin-proteasome system (2014)
  • 著者名/発表者名: 柴田 識人，大岡 伸通，櫻庭 喜行，権藤 洋一，内藤 幹彦
  • 学会等名: Symposium for young ubiquitin researchers in Japan“New Era in the Ubiquitin Research”
  • 発表場所: 京都
  • 年月日: 2014-11-11 – 2014-11-12
• [学会発表] ユビキチン・プロテアソームシステムを利用したTACC3分解誘導剤によるがん細胞死の誘導 (2014)
  • 著者名/発表者名: 大岡伸通，奥平桂一郎，柴田識人，服部隆行，内藤幹彦
  • 学会等名: 第73回日本癌学会学術集会
  • 発表場所: 横浜
  • 年月日: 2014-09-25 – 2014-09-27
• [学会発表] 終止コドンのリードスルー変異によるユビキチン-プロテアソーム系を介した蛋白質の不安定化 (2014)
  • 著者名/発表者名: 柴田 識人，大岡 伸通，権藤 洋一，内藤 幹彦
  • 学会等名: 第73回日本癌学会学術集会
  • 発表場所: 横浜
  • 年月日: 2014-09-25 – 2014-09-27
• [学会発表] SNIPER: Inducing protein degradation via recruitment to IAP (2014)
  • 著者名/発表者名: M. Naito
  • 学会等名: 248th ACS National Meeting and Exposition
  • 発表場所: San Francisco, USA
  • 年月日: 2014-08-10 – 2014-08-14
  • 招待講演
• [学会発表] Bestatin/tamoxifen hybrid molecule induces proteasomal degradation of estrogen receptor a and necrotic cell death in breast cancer cells. (2014)
  • 著者名/発表者名: Okuhira K, Demizu Y, Ohoka N, Shibata N, Hattori T, Nishimaki-Mogami T, Kurihara M, Okuda H, Naito M.
  • 学会等名: Keystone Symposia on Molecular and Cellular Biology, The Ubiquitin System: From Basic Science to Drug Discovery
  • 発表場所: Bigsky
• [学会発表] Apollon binds cyclin A and promotes degradation in early mitosis independent of spindle assembly checkpoint (2014)
  • 著者名/発表者名: Ohoka N, Ohata H, Naito M.
  • 学会等名: Keystone Symposia on Molecular and Cellular Biology, The Ubiquitin System: From Basic Science to Drug Discovery
  • 発表場所: Bigsky
• [学会発表] エストロゲン受容体分解誘導剤による乳癌の細胞死誘導分子機構 (2014)
  • 著者名/発表者名: 奥平 桂一郎，出水 庸介，服部 隆行，大岡 伸通，柴田 識人，最上（西巻） 知子，栗原 正明，奥田 晴宏，内藤 幹彦
  • 学会等名: 日本薬学会第134年会
  • 発表場所: 熊本
• [学会発表] Apollon細胞分裂初期においてスピンドルチェックポイント非依存的なcyclin Aの分解を促進する (2014)
  • 著者名/発表者名: 大岡 伸通，大畑 広和，内藤 幹彦
  • 学会等名: 日本薬学会第134年会
  • 発表場所: 熊本
• [学会発表] 細胞内に局在するタンパク質を標的としたプロテインノックダウン効果の検討 (2013)
  • 著者名/発表者名: 奥平 桂一郎，大岡 伸通，最上（西巻） 知子，伊藤 幸裕，石川 稔，橋本 祐一，内藤 幹彦
  • 学会等名: 第17回日本がん分子標的治療学会
  • 発表場所: 京都
• [学会発表] Development of hybrid small molecules that induce degradation of estrogen receptor-alpha and necrotic cell death in breast cancer cells (2013)
  • 著者名/発表者名: Okuhira K, Demizu Y, Hattori T, Ohoka N, Shibata N, Nishimaki-Mogami, T, Okuda H, Kurihara M, Naito M.
  • 学会等名: AACR-NCI-EORTC International Conference on Molecular Targets and Cancer Therapeutics
  • 発表場所: Boston
• [学会発表] Apollon binds cyclin A and promotes degradation in early mitosis independent of spindle assembly checkpoint (2013)
  • 著者名/発表者名: 大岡 伸通，大畑 広和，内藤 幹彦
  • 学会等名: 第72回日本癌学会学術総会
  • 発表場所: 横浜
• [備考] 国立医薬品食品衛生研究所遺伝子医薬部ホームページ
  • URL: http://www.nihs.go.jp/mtgt/index.html
• [備考] 国立医薬品食品衛生研究所 機能生化学部ホームページ
  • URL: http://www.nihs.go.jp/dfbg/frame.html