人為的ユビキチン化修飾による細胞機能の制御

2016 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 16H05090
• 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)
• 研究分担者: 服部 隆行 国立医薬品食品衛生研究所, 遺伝子医薬部, 主任研究官 (50377751)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2019-03-31
• キーワード: ユビキチン / プロテアソーム / タンパク質分解 / プロテインノックダウン

研究実績の概要

人為的ユビキチン化修飾による細胞機能の制御を詳細に解析するために、LCL161誘導体をIAPリガンドに利用して、従来よりも低濃度でプロテインノックダウン活性を示すSNIPER化合物の開発に成功した。エストロゲン受容体を標的とするLCLベースのSNIPER(ER)-87は、培養細胞では10nM程度で標的タンパク質のユビキチン化と分解を誘導した。またSNIPER(ER) -87はE3リガーゼとしてXIAPを優先的にリクルートし、ヌードマウスに移植したヒト乳がん細胞に対してもプロテインノックダウン活性と抗がん活性を示すことがわかった。同様にLCL161誘導体を利用して、BCR-ABL、BRD4、PDE4を10nM程度で分解する各種SNIPER化合物の開発に成功した。
SNIPERによるプロテインノックダウン法で分解誘導可能な標的タンパク質の細胞内局在を明らかにするために、CRABP-IIタンパク質に核移行シグナル、核外排出シグナル、膜結合シグナル、ミトコンドリア移行シグナルを融合して細胞に発現させ、SNIPER処理により局在させたCRABP-IIタンパク質が分解されるかどうかを調べた。その結果、SNIPER(CRABP)-11処理により、これらすべてのCRABP-IIタンパク質の分解が誘導された。細胞質及び細胞膜近傍に局在するCRABP-IIタンパク質の分解にはユビキチンリガーゼとしてIAPが働いていることが確認されたが、核及びミトコンドリアに局在するCRABP-IIタンパク質の分解には、IAP以外のユビキチンリガーゼが分解に関与する事がわかった。

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

LCL161誘導体をIAPリガンドに導入する事により、従来と比べて1/1000程度の濃度でプロテインノックダウン活性を示すSNIPER化合物の開発に成功し、in vivoでもその活性を確認した。またSNIPERによるプロテインノックダウン法で、細胞内の様々なコンパートメントに局在するタンパク質を標的として分解誘導できることを明らかにした。

今後の研究の推進方策

細胞膜タンパク質をSNIPERで人為的にユビキチン化修飾する事によって、細胞膜タンパク質にどのような挙動変化が現れるかを調べる。モデル実験として、CRABP2を融合した細胞膜受容体タンパク質等を細胞に発現させ、SNIPER(CRABP)-11処理による挙動変化を詳細に解析する。また内在性の細胞膜受容体タンパク質を標的とするSNIPERを開発し、標的タンパク質に及ぼす影響を解析する。

研究成果

• [雑誌論文] Targeted Degradation of Proteins Localized in Subcellular Compartments by Hybrid Small Molecules. (2017)
  • 著者名/発表者名: Okuhira, K., Shoda, T., Omura, R., Ohoka, N., Hattori, T., Shibata, N., Demizu, Y., Sugihara, R., Ichino, A., Kawahara, H., Itoh, Y., Ishikawa, M., Hashimoto, Y., Kurihara, M., Itoh, S., Saito, H. & Naito, M.
  • 雑誌名: Mol pharmacol 巻: 91 ページ: 159-166
  • DOI: 10.1124/mol.116.105569
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] In Vivo Knockdown of Pathogenic Proteins via Specific and Nongenetic Inhibitor of Apoptosis Protein (IAP)-dependent Protein Erasers (SNIPERs). (2017)
  • 著者名/発表者名: Ohoka, N., Okuhira, K., Ito, M., Nagai, K., Shibata, N., Hattori, T., Ujikawa, O., Shimokawa, K., Sano, O., Koyama, R., Fujita, H., Teratani, M., Matsumoto, H., Imaeda, Y., Nara, H., Cho, N. & Naito, M.
  • 雑誌名: J Biol Chem 巻: 292 ページ: 4556-4570
  • DOI: 10.1074/jbc.M116.768853
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] SNIPER(TACC3) induces cytoplasmic vacuolization and sensitizes cancer cells to Bortezomib. (2017)
  • 著者名/発表者名: Ohoka, N., Nagai, K., Shibata, N., Hattori, T., Nara, H., Cho, N. & Naito, M.
  • 雑誌名: Cancer Sci 巻: 108 ページ: in press
  • DOI: 10.1111/cas.13198
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Molecular Design, Synthesis, and Evaluation of SNIPER(ER) That Induces Proteasomal Degradation of ERalpha. (2016)
  • 著者名/発表者名: Okuhira, K., Demizu, Y., Hattori, T., Ohoka, N., Shibata, N., Kurihara, M. & Naito, M.
  • 雑誌名: Methods Mol Biol 巻: 1366 ページ: 549-560
  • DOI: 10.1007/978-1-4939-3127-9_42
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Protein Knockdown Technology: Application of Ubiquitin Ligase to Cancer Therapy. (2016)
  • 著者名/発表者名: Ohoka, N., Shibata, N., Hattori, T. & Naito, M.
  • 雑誌名: Curr Cancer Drug Targets 巻: 16 ページ: 136-146
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Development of BCR-ABL degradation inducers via the conjugation of an imatinib derivative and a cIAP1 ligand. (2016)
  • 著者名/発表者名: Demizu, Y., Shibata, N., Hattori, T., Ohoka, N., Motoi, H., Misawa, T., Shoda, T., Naito, M. & Kurihara, M.
  • 雑誌名: Bioorg Med Chem Lett 巻: 26 ページ: 4865-4869
  • DOI: 10.1016/j.bmcl.2016.09.041
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [学会発表] ユビキチン・プロテアソーム経路を利用したプロテインノックダウン化合物の開発 (2017)
  • 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: 日本薬学会第136年会
  • 発表場所: 仙台国際センター（宮城県仙台市）
  • 年月日: 2017-03-25 – 2017-03-27
• [学会発表] プロテインノックダウン法を利用したアンドロゲン受容体蛋白質分解誘導剤の開発 (2017)
  • 著者名/発表者名: 柴田識人、大岡伸通、服部隆行、永井克典、伊東昌宏、奈良洋、長展生、内藤幹彦
  • 学会等名: 日本薬学会第136年会
  • 発表場所: 仙台国際センター（宮城県仙台市）
  • 年月日: 2017-03-25 – 2017-03-27
• [学会発表] ユビキチンープロテアソーム系を介したHisタグタンパク質分解誘導分子の開発 (2017)
  • 著者名/発表者名: 沖津航陽，服部隆行，出水庸介，三澤隆史，正田卓司，内藤幹彦，栗原正明
  • 学会等名: 日本薬学会第136年会
  • 発表場所: 仙台国際センター（宮城県仙台市）
  • 年月日: 2017-03-25 – 2017-03-27
• [学会発表] In vivo protein knockdown by SNIPER recruiting IAP ubiquitin ligases (2016)
  • 著者名/発表者名: Mikihiko Naito
  • 学会等名: The 21th 国際化学療法シンポジウム
  • 発表場所: 日本科学未来館（東京）
  • 年月日: 2016-12-14 – 2016-12-15
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 低分子化合物SNIPERによる細胞内ユビキチン化機能の制御と創薬への利用 (2016)
  • 著者名/発表者名: 大岡伸通、奥平桂一郎、永井克典、伊東昌宏、柴田識人、服部隆行、宇治川治、佐野修、小山亮吉、今枝泰宏、奈良洋、長展生、内藤幹彦
  • 学会等名: 第39回日本分子生物学会年会
  • 発表場所: 横浜国際会議場（神奈川県横浜市）
  • 年月日: 2016-11-30 – 2016-12-02
• [学会発表] Development of hybrid small molecules that induce degradation of oncogenic BCR-ABL (2016)
  • 著者名/発表者名: Norihito Shibata, Nobumichi Ohoka, Takayuki Hattori, Mikihiko Naito
  • 学会等名: 第75回日本癌学会学術総会
  • 発表場所: 横浜国際会議場（神奈川県横浜市）
  • 年月日: 2016-10-06 – 2016-10-08
• [学会発表] 低分子化合物SNIPERによるin vivoプロテインノックダウンと抗腫瘍活性評価 (2016)
  • 著者名/発表者名: 大岡伸通、奥平桂一郎、永井克典、伊東昌宏、柴田識人、服部隆行、宇治川治、佐野修、小山亮吉、今枝泰宏、奈良洋、長展生、内藤幹彦
  • 学会等名: 第75回日本癌学会学術総会
  • 発表場所: 横浜国際会議場（神奈川県横浜市）
  • 年月日: 2016-10-06 – 2016-10-08
• [学会発表] 低分子化合物による網羅的人工ユビキチン化システムの構築 (2016)
  • 著者名/発表者名: 服部隆行、正田卓司、奥平桂一郎、柴田識人、大岡伸通、伊東進、栗原正明、内藤幹彦
  • 学会等名: 第89回日本生化学会大会
  • 発表場所: 仙台国際センター（宮城県仙台市）
  • 年月日: 2016-09-25 – 2016-09-27
• [学会発表] 細胞内His タグタンパク質分解誘導剤の開発 (2016)
  • 著者名/発表者名: 沖津航陽、服部隆行、出水庸介、三澤隆史、正田卓司、内藤幹彦、栗原正明
  • 学会等名: 第60回日本薬学会関東支部大会
  • 発表場所: 東京大学（東京）
  • 年月日: 2016-09-17 – 2016-09-17
• [学会発表] 芳香族炭化水素受容体のユビキチンリガーゼ活性を利用した新規標的タンパク質分解誘導剤の開発 (2016)
  • 著者名/発表者名: 藤里卓磨、正田卓司、大岡伸通、井上英史、内藤幹彦、栗原正明
  • 学会等名: 第60回日本薬学会関東支部大会
  • 発表場所: 東京大学（東京）
  • 年月日: 2016-09-17 – 2016-09-17
• [学会発表] 低分子化合物SNIPERによるin vivoプロテインノックダウン (2016)
  • 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20回日本がん分子標的治療学会学術集会
  • 発表場所: 別府コンベンションセンター（大分県別府市）
  • 年月日: 2016-05-30 – 2016-06-01
• [学会発表] がん遺伝子YAPを標的としたプロテインノックダウン法の確立 (2016)
  • 著者名/発表者名: 中野なおこ、正田卓司、服部隆行、栗原正明、内藤幹彦、伊東進
  • 学会等名: 第20回日本がん分子標的治療学会学術集会
  • 発表場所: 別府コンベンションセンター（大分県別府市）
  • 年月日: 2016-05-30 – 2016-06-01
• [備考] 国立医薬品食品衛生研究所遺伝子医薬部 研究概要
  • URL: http://www.nihs.go.jp/mtgt/research.html