生命金属動態の理解と制御のための分子認識素子の開発

2023 年度 実績報告書

• 研究領域: 「生命金属科学」分野の創成による生体内金属動態の統合的研究
• 研究課題/領域番号: 19H05766
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 津本 浩平 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (90271866)
• 研究期間 (年度): 2019-06-28 – 2024-03-31
• キーワード: 病原性微生物 / 金属取り込み / 低分子化抗体 / 低分子化合物 / 物理化学

研究実績の概要

本研究では、病原性微生物である化膿レンサ球菌および黄色ブドウ球菌を標的とし、鉄取り込み系で機能するタンパク質群の機能阻害に基づいた抗菌剤開発を目指している。
本年度は、化膿レンサ球菌において機能する3種の鉄取り込み経路のそれぞれに対する低分子化合物および低分子化抗体を活用した機能阻害分子を設計し、その設計指針について総括した。MtsAに対しては、先端技術を駆使することにより金属結合に伴う構造変化について新たな知見を得るとともに、単独では阻害機能を持たない複数の低分子化抗体を連結して作製したバイパラトピック抗体による標的分子の機能制御について、その分子機構の解明を行った。その結果、２つの低分子化抗体をつなぐリンカーのデザイン依存的に標的分子との複合体構造が大きく変化することが明らかとなった。これは今後の低分子化抗体を活用した機能制御分子のデザイン指針の礎となるものである。また、FtsBに対してはリガンド結合の分子認識についてより詳細な解析を進め、標的の機能を阻害する分子や標的の機能を活用することによってより高活性な抗菌活性を発揮する分子など、様々な機能制御分子の設計指針を構築した。さらに、Shrについても、リガンドとの複合体の構造解析によりリガンド認識機構を詳細に明らかとし、複数モダリティから成る機能制御分子の設計指針を得た。これらの成果について、いずれも論文として発表もしくは投稿しており、金属結合タンパク質に対する機能制御分子の設計について、そのデザイン指針の基盤を構築・提案することに成功した。

現在までの達成度 (段落)

令和5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

令和5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] Functional insights of Tyr37 in framework region 2 directly contributing to the binding affinities and dissociation kinetics in single-domain VHH antibodies (2024)
  • 著者名/発表者名: Yamamoto Koichi、Nagatoishi Satoru、Nakakido Makoto、Kuroda Daisuke、Tsumoto Kouhei
  • 雑誌名: Biochemical and Biophysical Research Communications 巻: 709 ページ: 149839～149839
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2024.149839
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structural basis for the recognition of human hemoglobin by the heme-acquisition protein Shr from Streptococcus pyogenes (2024)
  • 著者名/発表者名: Senoo Akinobu、Hoshino Masato、Shiomi Toshiki、Nakakido Makoto、Nagatoishi Satoru、Kuroda Daisuke、Nakagawa Ichiro、Tame Jeremy R. H.、Caaveiro Jose M. M.、Tsumoto Kouhei
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 14 ページ: 5374
  • DOI: 10.1038/s41598-024-55734-x
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Unveiling the affinity-stability relationship in anti-measles virus antibodies: a computational approach for hotspots prediction (2024)
  • 著者名/発表者名: Paul Rimpa、Kasahara Keisuke、Sasaki Jiei、Perez Jorge Fernandez、Matsunaga Ryo、Hashiguchi Takao、Kuroda Daisuke、Tsumoto Kouhei
  • 雑誌名: Frontiers in Molecular Biosciences 巻: 10 ページ: 1302737
  • DOI: 10.3389/fmolb.2023.1302737
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Generation of antibodies to an extracellular region of the transporters Glut1/Glut4 by immunization with a designed antigen (2024)
  • 著者名/発表者名: Sumikawa Taichi、Nakakido Makoto、Matsunaga Ryo、Kuroda Daisuke、Nagatoishi Satoru、Tsumoto Kouhei
  • 雑誌名: Journal of Biological Chemistry 巻: 300 ページ: 105640～105640
  • DOI: 10.1016/j.jbc.2024.105640
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Experimental modification in thermal stability of oligomers by alanine substitution and site saturation mutagenesis of interfacial residues (2024)
  • 著者名/発表者名: Hoya Megumi、Matsunaga Ryo、Nagatoishi Satoru、Tsumoto Kouhei
  • 雑誌名: Biochemical and Biophysical Research Communications 巻: 691 ページ: 149316～149316
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2023.149316
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] High-throughput analysis system of interaction kinetics for data-driven antibody design (2023)
  • 著者名/発表者名: Matsunaga Ryo、Ujiie Kan、Inagaki Mayuko、Fernandez Perez Jorge、Yasuda Yoshiki、Mimasu Shinya、Soga Shinji、Tsumoto Kouhei
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 13 ページ: 19417
  • DOI: 10.1038/s41598-023-46756-y
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Conformational features and interaction mechanisms of VH H antibodies with β-hairpin CDR3: A case of Nb8-HigB2 interaction (2023)
  • 著者名/発表者名: Yamamoto Koichi、Nagatoishi Satoru、Matsunaga Ryo、Nakakido Makoto、Kuroda Daisuke、Tsumoto Kouhei
  • 雑誌名: Protein Science 巻: 32 ページ: e4827
  • DOI: 10.1002/pro.4827
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Biophysical insight into protein-protein interactions in the Interleukin-11/Interleukin-11Rα/glycoprotein 130 signaling complex (2023)
  • 著者名/発表者名: Mori Chinatsu、Nagatoishi Satoru、Matsunaga Ryo、Kuroda Daisuke、Nakakido Makoto、Tsumoto Kouhei
  • 雑誌名: Biochemical and Biophysical Research Communications 巻: 682 ページ: 174～179
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2023.10.010
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Quantitative analysis of antibody aggregates by combination of pinched-flow fractionation and coulter method (2023)
  • 著者名/発表者名: Nagatoishi Satoru、Toyoshima Toshinobu、Furukawa Kotohiro、Tsumoto Kouhei
  • 雑誌名: Analytical Biochemistry 巻: 681 ページ: 115331～115331
  • DOI: 10.1016/j.ab.2023.115331
  • 査読あり
• [雑誌論文] Development of a 1:1-binding biparatopic anti-TNFR2 antagonist by reducing signaling activity through epitope selection (2023)
  • 著者名/発表者名: Akiba Hiroki、Fujita Junso、Ise Tomoko、Nishiyama Kentaro、Miyata Tomoko、Kato Takayuki、Namba Keiichi、Ohno Hiroaki、Kamada Haruhiko、Nagata Satoshi、Tsumoto Kouhei
  • 雑誌名: Communications Biology 巻: 6 ページ: 987
  • DOI: 10.1038/s42003-023-05326-8
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Anti-InlA single-domain antibodies that inhibit the cell invasion of Listeria monocytogenes (2023)
  • 著者名/発表者名: Yamazaki Taichi、Nagatoishi Satoru、Yamawaki Tsukushi、Nozawa Takashi、Matsunaga Ryo、Nakakido Makoto、Caaveiro Jose M.M.、Nakagawa Ichiro、Tsumoto Kouhei
  • 雑誌名: Journal of Biological Chemistry 巻: 299 ページ: 105254～105254
  • DOI: 10.1016/j.jbc.2023.105254
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Arginine cluster introduction on framework region in anti‐lysozyme antibody improved association rate constant by changing conformational diversity of CDR loops (2023)
  • 著者名/発表者名: Maeta Shingo、Nakakido Makoto、Matsuura Hiroaki、Sakai Naoki、Hirata Kunio、Kuroda Daisuke、Fukunaga Atsushi、Tsumoto Kouhei
  • 雑誌名: Protein Science 巻: 32 ページ: e4745
  • DOI: 10.1002/pro.4745
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Modulation of a conformational ensemble by a small molecule that inhibits key protein-protein interactions involved in cell adhesion (2023)
  • 著者名/発表者名: Senoo Akinobu、Nagatoishi Satoru、Kuroda Daisuke、Ito Sho、Ueno Go、Caaveiro Jose M. M.、Tsumoto Kouhei
  • 雑誌名: Protein Science 巻: 32 ページ: e4744
  • DOI: 10.1002/pro.4744
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Group A Streptococcus cation diffusion facilitator proteins contribute to immune evasion by regulating intracellular metal concentrations (2023)
  • 著者名/発表者名: Aikawa Chihiro、Shimizu Akihide、Nakakido Makoto、Murase Kazunori、Nozawa Takashi、Tsumoto Kouhei、Nakagawa Ichiro
  • 雑誌名: Biochemical and Biophysical Research Communications 巻: 676 ページ: 141～148
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2023.07.052
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Targeting hemoglobin receptors IsdH and IsdB of Staphylococcus aureus with a single VHH antibody inhibits bacterial growth (2023)
  • 著者名/発表者名: Valenciano-Bellido Sandra、Caaveiro Jose M.M.、Nakakido Makoto、Kuroda Daisuke、Aikawa Chihiro、Nakagawa Ichiro、Tsumoto Kouhei
  • 雑誌名: Journal of Biological Chemistry 巻: 299 ページ: 104927～104927
  • DOI: 10.1016/j.jbc.2023.104927
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Dispersion Function of a Protein, DP‐1, Identified in Collimonas sp. D‐25, for the Synthesis of Gold Nanoparticles (2023)
  • 著者名/発表者名: Tang Donglin、Kato Yugo、Zhang Dingkun、Negishi Lumi、Kurumizaka Hitoshi、Hirata Takafumi、Nakakido Makoto、Tsumoto Kouhei、Shuji Fujisawa、Tsuguyuki Saito、Okumura Taiga、Nagata Koji、Suzuki Michio
  • 雑誌名: ChemBioChem 巻: 24 ページ: e202300221
  • DOI: 10.1002/cbic.202300221
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Design of single-domain VHH antibodies to increase the binding activity in SPR amine coupling (2023)
  • 著者名/発表者名: Hirao Atsunori、Nagatoishi Satoru、Ikeuchi Emina、Yamawaki Tsukushi、Mori Chinatsu、Nakakido Makoto、Tsumoto Kouhei
  • 雑誌名: Biochemical and Biophysical Research Communications 巻: 663 ページ: 54～60
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2023.04.048
  • 査読あり
• [雑誌論文] Molecular mechanism underlying the increased risk of colorectal cancer metastasis caused by single nucleotide polymorphisms in LI-cadherin gene (2023)
  • 著者名/発表者名: Yui Anna、Kuroda Daisuke、Maruno Takahiro、Nakakido Makoto、Nagatoishi Satoru、Uchiyama Susumu、Tsumoto Kouhei
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 13 ページ: 6493
  • DOI: 10.1038/s41598-023-32444-4
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] THERODYNAMICS FOR DRUG DISCOVERY AND VALIDATION: ENGINEERING PROTEIN INTERACTIONS. (2023)
  • 著者名/発表者名: Nagatoishi S
  • 学会等名: The 26th International Conference on Chemical Thermodynamics (ICCT-2023)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Creation of Small Ligands to Regulate Proteins Based on Thermodynamics and Kinetics (2023)
  • 著者名/発表者名: Nagatoishi S
  • 学会等名: International Congress on Pure & Applied Chemistry (ICPAC) Bali 2023
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 腫瘍抑制蛋白質PRELPのマルチバレント相互作用を介した機能制御 (2023)
  • 著者名/発表者名: 中木戸 誠, 小菅 啓史, 長門石 曉, 福田 哲也, 板東 泰彦, Susana de Vega, 大沼 信一, 津本 浩平
  • 学会等名: 第96回 日本生化学会大会
  • 招待講演
• [学会発表] 蛋白質の物理化学解析に関する基礎と近年の動向 (2023)
  • 著者名/発表者名: 長門石曉
  • 学会等名: 第23回日本蛋白質科学年会
  • 招待講演
• [学会発表] トランスフェリン受容体に対する機能性抗体開発を指向した物理化学的解析 (2023)
  • 著者名/発表者名: 中木戸誠
  • 学会等名: 第450回CBI学会講演会
  • 招待講演
• [学会発表] Characterization of modulation system of multi-specific interactions of PRELP with intrinsically weak affinity through ECM localization (2023)
  • 著者名/発表者名: 小菅 啓史、中木戸 誠、スサーナ デ ベガ、長門石 曉、福田 哲也、板東 泰彦、大沼 信一、津本 浩平
  • 学会等名: 第23回 日本蛋白質科学会年会
• [学会発表] 細胞外マトリクスへの局在を介した多重特異性蛋白質PRELPの弱い相互作用の制御機構の解析 (2023)
  • 著者名/発表者名: 小菅 啓史、中木戸 誠、スサーナ デ ベガ、長門石 曉、福田 哲也、板東 泰彦、大沼 信一、津本 浩平
  • 学会等名: 第96回 日本生化学会大会
• [学会発表] Thermodynamic analysis of Fv-supercharged antibody-antigen interactions and control of interaction parameters (2023)
  • 著者名/発表者名: 笠原 慶亮、黒田 大祐、カアベイロ ホセ、長門石 曉、津本 浩平
  • 学会等名: 第61回 日本生物物理学会年会
• [学会発表] ハイスループット蛋白質熱安定性データ収集系の開発 (2023)
  • 著者名/発表者名: 伊藤 沙衣、松長 遼、中木戸 誠、河村 大輔、加藤 洋人、石川 俊平、津本 浩平
  • 学会等名: 第61回 日本生物物理学会年会
• [学会発表] Fab抗体とNanobodyのスーパーチャージによる物性・機能改質 (2023)
  • 著者名/発表者名: 笠原 慶亮、黒田 大祐、カアベイロ ホセ、山脇 つくし、氏家 寛、中木戸 誠、長門石 曉、津本 浩平
  • 学会等名: 第2回 日本抗体学会学術大会
• [学会発表] An Endothelial Cell-Pericytes Coculture to Model Abnormal Angiogenesis in vitro (2023)
  • 著者名/発表者名: Susana de Vega, Tsumoto K, Okada Y
  • 学会等名: 3D Cell Culture and Organoid Modeling 2023_Oxford Global
  • 国際学会
• [学会発表] Elucidation and control of physicochemical properties of antibodies by supercharging of variable regions (2023)
  • 著者名/発表者名: Kasahara K, Kuroda D, Nagatoishi S, Tsumoto K
  • 学会等名: The 37th Annual Symposium of the Protein Society
  • 国際学会
• [学会発表] Proposal for the model of aHUS pathogenesis caused by anti-CFH autoantibodies based on the functional analysis of novel antibodies (2023)
  • 著者名/発表者名: Yokoo T, Tanabe A, Nakakido M, Nagatoishi S, Jose M. M. Caaveiro, Yoshida Y, Ikeda Y, Nangaku M, Tsumoto K
  • 学会等名: The 37th Annual Symposium of the Protein Society
  • 国際学会
• [学会発表] Unique molecular recognition mechanisms of β-hairpin CDR3 of an anti-HigB2 VHH antibody (2023)
  • 著者名/発表者名: Yamamoto K, Nakakido M, Kuroda D, Nagatoishi S, Tsumoto K
  • 学会等名: The 37th Annual Symposium of the Protein Society
  • 国際学会
• [学会発表] Generation of Site-specific Antibodies to a Membrane Protein by Using a Scaffold Protein (2023)
  • 著者名/発表者名: Sumikawa T, Nakakido M, Kuroda D, Tsumoto K
  • 学会等名: The 37th Annual Symposium of the Protein Society
  • 国際学会
• [学会発表] 化膿レンサ球菌の糖結合蛋白質SPs1696の機能を阻害する抗体の探索 (2023)
  • 著者名/発表者名: 山脇つくし、中木戸 誠、木下 清晶、相川 知宏、カアベイロ ホセ、中川 一路、津本 浩平
  • 学会等名: 第23回 日本蛋白質科学会年会
• [学会発表] シナプスオーガナイザーMDGA1に対するナノボディの取得と 人工シナプスコネクターへの応用 (2023)
  • 著者名/発表者名: 横尾 尚典、中木戸 誠、松田 恵子、木下 清晶、柚﨑 通介、津本 浩平
  • 学会等名: 第23回 日本蛋白質科学会年会
• [学会発表] VHHのβ-hairpin型CDR3解明のためのNb8抗体に関する精密解析 (2023)
  • 著者名/発表者名: 山本 晃一、中木戸 誠、黒田 大祐、長門石 曉、津本 浩平
  • 学会等名: 第23回 日本蛋白質科学会年会
• [学会発表] 膜蛋白質Glut1の動態解明を指向した部位特異的抗体の開発 (2023)
  • 著者名/発表者名: 住川 太一、中木戸 誠、黒田 大祐、津本 浩平
  • 学会等名: 第23回 日本蛋白質科学会年会
• [学会発表] 可変領域の表面電荷改変による抗体の安定性・結合親和性制御メカニズムの解明 (2023)
  • 著者名/発表者名: 笠原 慶亮、黒田 大祐、長門石 曉、津本 浩平
  • 学会等名: 第23回 日本蛋白質科学会年会
• [学会発表] In silico design of cross-reactive antibodies which incorporates antigen & dynamics (2023)
  • 著者名/発表者名: 安田 佳生、黒田 大祐、佐々木 慈英、中木戸 誠、松長 遼、橋口 隆生、津本 浩平
  • 学会等名: 第23回 日本蛋白質科学会年会
• [学会発表] 抗OX40アゴニスト抗体の受容体認識およびシグナル制御機構に関する速度論的特性 (2023)
  • 著者名/発表者名: 氏家 寛、田部 亜季、長門石 曉、津本 浩平
  • 学会等名: 第23回 日本蛋白質科学会年会
• [学会発表] 抗OX40抗体のエピトープと速度論的性質に基づくアゴニスト活性デザイン (2023)
  • 著者名/発表者名: 氏家 寛、田部 亜季、長門石 曉、津本 浩平
  • 学会等名: 第17回 バイオ関連化学シンポジウム
• [図書] 炎症と免疫 vol.31no.4(2023-7月号) (2023)
  • 著者名/発表者名: 「炎症と免疫」編集委員会
  • 総ページ数: 91
  • 出版者: 先端医学社
  • ISBN: 978-4-86550-600-6
• [備考] プレスリリース
  • URL: https://www.t.u-tokyo.ac.jp/press/pr2023-06-14-002
• [備考] プレスリリース
  • URL: https://www.t.u-tokyo.ac.jp/press/pr2023-11-01-001
• [備考] プレスリリース
  • URL: https://www.t.u-tokyo.ac.jp/press/pr2023-11-22-001