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2015 年度 実績報告書

in silicoとin vitroの融合によるトリパノソーマ原虫治療薬探索

研究課題

研究課題/領域番号 15H02776
研究機関東京工業大学

研究代表者

関嶋 政和  東京工業大学, 学術国際情報センター, 准教授 (80371053)

研究分担者 秋山 泰  東京工業大学, 情報理工学(系)研究科, 教授 (30243091)
平山 謙二  長崎大学, 熱帯医学研究所, 教授 (60189868)
研究期間 (年度) 2015-04-01 – 2019-03-31
キーワードin silico創薬 / IT創薬 / in vitroアッセイ / 抗寄生原虫治療薬
研究実績の概要

本申請課題「in silico とin vitro の融合によるトリパノソーマ原虫治療薬探索」では、未だ治療満足度が低く、医薬品の貢献が求められるアンメットメディカルニーズの高い疾患である、顧みられない熱帯病への貢献を目指す。NTDsの中で、リーシュマニア症、シャーガス病、アフリカ睡眠病といった疾患を引き起こす寄生原虫に関しては、Nifurtimox とBenznidazole が治療薬として知られるが、それぞれ40 年以上前に開発された薬であり、重篤な副作用が報告されているほか、慢性期に効果が薄いなどの問題点が知られており、新規の治療薬の開発が待たれている。本研究は、平成27年度から4年間で行う。平成27 年度は(1)トリパノソーマ原虫の遺伝子ネットワーク解析手法の構築と標的蛋白質の探索、(2)ドッキングシミュレーション手法の改良、(3)抗寄生原虫活性、細胞毒性評価についてデータを蓄積について研究を行った。具体的には標的蛋白質を探索するためのiNTODBに対してトリパノソーマ科寄生原虫3種の配列、蛋白質の立体構造、哺乳類のオルソログとの配列相同性、遺伝子ノックダウンのデータを遺伝子ネットワークにより結びつけ、よりシステムズバイオロジーの観点から標的蛋白質を探索することを可能にしている。また、分子動力学シミュレーションを行うことで、熱揺らぎを考慮した分子動力学シミュレーションとドッキングシミュレーションを組み合わせた手法について実施することで、熱揺らぎを反映したドッキングシミュレーションを実現した。また、抗原虫活性・細胞毒性評価について、抗寄生原虫活性の定量的評価法を確立し、インハウスの化合物についてデータ蓄積を行った。

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

(1)現在iNTRODBに収集されているトリパノソーマ科寄生原虫3種の配列、蛋白質の立体構造、哺乳類のオルソログとの配列相同性、遺伝子ノックダウンのデータを遺伝子ネットワークにより結びつけた。ブルーストリパノソーマ、リーシュマニア、クルーズトリパノソーマに関する遺伝子(それぞれ8712, 19602, 9591)と、炭水化物代謝、エネルギー代謝、脂質代謝、ヌクレオチド代謝、アミノ酸代謝、糖鎖生合成と代謝、補因子とビタミンの代謝、テルペノイドとポリケタイドの代謝のパスウェイの関連をデータベース上で検索可能にした。
(2) スーパーコンピュータTSUBAME2.5を用いて分子動力学シミュレーションを行うことで、熱揺らぎを考慮したドッキングシミュレーション手法についてある程度の確立が出来た。PDB(Protein Data Bank)に登録されているようなrigidな構造に対するドッキングシミュレーションなどでは生体内での蛋白質の熱揺らぎを考慮することは難しいが、分子動力学シミュレーションとドッキングシミュレーションなどを組み合わせることで、ある程度のエントロピックな効果も取り込むことを可能にした。
(3) 抗原虫活性・細胞毒性評価について、抗寄生原虫活性では、i)マウス由来のホスト細胞と1000個のクルーズトリパノソーマのトリポマスチゴート(錐鞭毛型)を4日間培養し、ii)化合物を添加し、iii) 4日後、AlamarBlueを添加し、蛍光強度でトリポマスチゴートの減少度合について定量的評価法を確立し、アステラス製薬から提供されたインハウスの化合物について実験を行った。

今後の研究の推進方策

(1) 現在iNTRODBに収集されているトリパノソーマ科寄生原虫3種の配列、蛋白質の立体構造、哺乳類のオルソログとの配列相同性、遺伝子ノックダウンのデータを遺伝子ネットワークにより結びつけたデータベースを利用し、創薬標的になりうる蛋白質についてリスト化を行うとともに、リスト化された標的蛋白質の評価法について検討を行う。
(2) 熱揺らぎを考慮したドッキングシミュレーション手法についてこれらを実際の寄生原虫に関わる蛋白質に適用し、リガンドの獲得を進めていく。また、可能なものについてはX線結晶構造解析により本手法についての検証を行う。また、開発したシミュレーションによるドッキングとドッキング結果の原子間相互作用プロファイリングによる評価手法について開発を進めていく。
(3)確立した蛍光強度でのトリポマスチゴートの減少度合についての定量的評価法を用いて、(2)によって提案するin silico由来の化合物を含め評価を進め、抗原虫活性値と細胞毒性値を求めていく。

  • 研究成果

    (8件)

すべて 2016 2015

すべて 雑誌論文 (8件) (うち国際共著 2件、 査読あり 6件、 オープンアクセス 5件、 謝辞記載あり 1件)

  • [雑誌論文] オープンイノベーションによるIT創薬:コンテスト形式による薬剤候補化合物の探索2016

    • 著者名/発表者名
      関嶋政和
    • 雑誌名

      情報管理

      巻: 58 ページ: 900-907

    • DOI

      10.1241/johokanri.58.900

    • オープンアクセス
  • [雑誌論文] Development of a Support Vector Machine-Based System to Predict Whether a Compound Is a Substrate of a Given Drug Transporter Using Its Chemical Structure2016

    • 著者名/発表者名
      Atsushi Ose, Kota Toshimoto, Kazushi Ikeda, Kazuya Maeda, Shuya Yoshida, Fumiyoshi Yamashita, Mitsuru Hashida, Takashi Ishida, Yutaka Akiyama and Yuichi Sugiyama
    • 雑誌名

      Journal of Pharmaceuticl Sciences

      巻: 印刷中 ページ: 印刷中

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Faster sequence homology searches by clustering subsequences2016

    • 著者名/発表者名
      Suzuki S, Kakuta M, Ishida T, Akiyama Y
    • 雑誌名

      Bioinformatics

      巻: 印刷中 ページ: 1183-1190

    • DOI

      10.1093/bioinformatics/btu780

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] スーパーコンピュータ「京」上でのエクソーム解析パイプラインの開発2016

    • 著者名/発表者名
      青山健人、角田将典、松崎由理、石田貴士、秋山泰
    • 雑誌名

      情報処理学会論文誌コンピューティングシステム

      巻: 印刷中 ページ: 印刷中

  • [雑誌論文] Proteomic profile of circulating immune complexes in chronic Chagas disease2016

    • 著者名/発表者名
      Ohyama K, Tien-Huy N, Haruka Yoshimi, Kishikawa N, Nishizawa JE, Iihoshi N, Roca Y, Avilas C, Gianella A, Lora J, Gutierrez F, Kuroda N and Hirayama K
    • 雑誌名

      Parasite Immunology

      巻: 印刷中 ページ: 印刷中

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Identification of potential inhibitors based on compound proposal contest: Tyrosine-protein kinase Yes as a target2015

    • 著者名/発表者名
      S. Chiba, K. Ikeda, T. Ishida, M. Michael Gromiha,(23名略), T. Honma, T. Hirokawa, Y. Akiyama, M. Sekijima
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 5 ページ: 1-13

    • DOI

      10.1038/srep17209

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Pharmacophore Modeling for Anti-Chagas Drug Design Using the Fragment Molecular Orbital Method2015

    • 著者名/発表者名
      R. Yoshino, N. Yasuo, D. K. Inaoka, Y. Hagiwara, K. Ohno, M. Orita, M. Inoue, T. Shiba, S. Harada, T. Honma, B. E. Oluwadae, R. J. Rodrigues, M. C. Alberto, K. Kita, M. Sekijima
    • 雑誌名

      PLoS ONE

      巻: 10 ページ: 1-15

    • DOI

      10.1371/journal.pone.0125829

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Drug Clearance Pathway Prediction Based on Semi-supervised Learning2015

    • 著者名/発表者名
      Keisuke Yanagisawa, Takashi Ishida, Yutaka Akiyama
    • 雑誌名

      IPSJ Transactions on Bioinformatics

      巻: 8 ページ: 21-27

    • DOI

      10.2197/ipsjtbio.8.21

    • 査読あり / オープンアクセス

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公開日: 2017-01-06  

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