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2017 年度 実施状況報告書

HLA-ペプチド親和性の網羅的計算法の開発とベーチェット病の病因解明への応用

研究課題

研究課題/領域番号 16K00397
研究機関長崎大学

研究代表者

石川 岳志  長崎大学, 医歯薬学総合研究科(医学系), 准教授 (80505909)

研究分担者 野口 博司  日本薬科大学, 薬学部, 教授 (60126141)
竹内 二士夫  東京聖栄大学, 管理栄養学科, 教授 (70154979)
研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2019-03-31
キーワードヒト主要組織適合抗 / ベーチェット病 / エピトープ予測 / 結合親和性予測 / ドッキング計算 / フラグメント分子軌道法
研究実績の概要

本研究の目的は、ヒト主要組織適合抗原(HLA)とペプチド断片の結合親和性を予測する計算手法を開発し、ベーチェット病(BD)の抗原エピトープの特定に利用することである。平成29年度は、28年度に開発した親和性の予測法を、BDの抗原と考えられているMHC class I chain related to gene A transmembrane(MICA-TM)のアミノ酸配列に適用した。MICA-TMの配列から作られる8~11残基のペプチド断片1254種に対し、HLA-B*51およびB*52との結合親和性を算出したところ、エピトープとして注目されている「AAAAAIFVI」の親和性の順位は、B*51の場合54位であったのに対し、B*52では355位であった。これは、B*51がBDと強く相関し、B*52が相関しないという事実と矛盾しない結果である。
さらに、AAAAAIFVIとB*51およびB*52との相互作用を詳細に調べるため、フラグメント分子軌道(FMO)法に基づく量子化学計算を実行した。この際、極性相互作用を考慮するHF法に加えて、分散力といった非極性相互作用を考慮するMP2法を用いた。計算の結果、BDと相関を持つB*51では63番目のアミノ酸がASNであるのに対し、相関の無いB*52ではGLUになっており、この位置のアミノ酸との相互作用エネルギーが大きく異なっていることが分かった。しかし、B*51だけがBDと相関を示す明確な理由は得られなかった。今回のFMO計算では、構造モデリングによって作られた単一の構造が用いられたが、複数の構造で計算を実行し結果を平均的に考慮することで、生体内での揺らぎを反映したより信頼のおける結果を得ることができる。よって、そのような解析から、B*51が相関する理由を導き出せる可能性がある。

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

本研究で開発した結合親和性予測方法では、N末側4残基とC末側4残基の親和性を、個別に計算する。従って、20の4乗回(16万回)のドッキング計算を、N側とC末側に対して実行すれば、そのアリルに対する全ペプチド断片の親和性予測が完了することになる。従って申請当初は、29年度の段階でHLA-B*51とB*52に対する全ドッキング計算(64万回)を終え、分子間相互作用の違いを議論する計画であった。
しかし、本助成金で購入した計算機のみでは、64万回のドッキング計算を全て完了することが難しいと考えられたため、ベーチェット病(BD)の抗原候補となっているタンパク質のアミノ酸配列に絞って計算を実行することにした。研究実績の概要に記載したとおり、今年度は、MHC class I chain related to gene A transmembrane(MICA-TM)のアミノ酸配列に対して計算を実行した。また、申請時の計画には含まれていなかったが、MICA-TMの中でBDのエピトープと考えられている「AAAAAIFVI」という配列と、B*51およびB*52との相互作用メカニズムを、フラグメント分子軌道(FMO)法による量子化学計算から解析した。このような計算からも、分子間相互作用におけるB*51とB*52の違いを議論することができるため、当初の予定と同等の研究成果が得られると期待される。
また、本研究計画では、実験的および疫学的なエピトープ探索と連携するために、野口および竹内に研究分担者として参加してもらっている。平成29年度は、3月にタイのチュラロンコン大学で行われたBDに関する打ち合わせに、野口および竹内と共に参加し、今年度に行われたフラグメント分子軌道計算の結果を発表すると共に、来年度の連携についても議論した。
以上のことから「概ね順調に進捗している」と自己評価できる。

今後の研究の推進方策

研究実績の概要に記載したとおり、平成29年度はベーチェット病(BD)の原因と考えられているMHC class I chain related to gene A transmembrane(MICA-TM)の配列に対して、独自に開発したペプチド親和性予測法を適用した。また、フラグメント分子軌道(FMO)法を用いてペプチド断片「AAAAAIFVI」とHLA-B*51およびB*52との分子間相互作用解析を行った。
平成30年度は、BDの原因と考えられているもう一つの候補、つまり熱ショックタンパク質(HSP60)のアミノ酸配列を対象に、ペプチド親和性の予測を実行する予定である。これによりHSP60のアミノ酸配列の中から、B*51との親和性は高いがB*52とは低いという特徴を持った、ペプチド断片の配列をピックアップすることができる。このようなペプチド断片は、BDのエピトープの候補と考えることができ、その情報を分担研究者の野口および竹内と共有することで、実験的および疫学的手法によるエピトープ探索に役立てたいと考えている。
また前年度のFMO計算は、単一の複合体構造に対してのみの計算であったため、構造揺らぎの効果が含まれておらず、それが原因で、B*51だけがBDと相関する理由を得ることができなかったと推測される。従って今年度は、複合体に関する分子動力学計算を実行し、そのトラジェクトリーから複数の構造を抜き出し、FMO計算を実行する予定である。得られた結果を平均的に解析することで、生体内での揺らぎの効果を部分的に取り入れることができ、単一構造の計算から得られなかった知見を得ることができると期待される。

次年度使用額が生じた理由

本助成金の一部を、学術雑誌の表紙の印刷料の支払いのために確保しておいたが、予想よりも少額だったため余剰金が生じた。文具などの消耗品に使用しても良かったが、緊急に必要なものが無かったので次年度へ繰り越した。

  • 研究成果

    (20件)

すべて 2018 2017

すべて 雑誌論文 (9件) (うち査読あり 9件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (11件) (うち国際学会 2件、 招待講演 1件)

  • [雑誌論文] Identification of alprenolol hydrochloride as an anti-prion compound using surface plasmon resonance imaging2018

    • 著者名/発表者名
      Y. Miyazaki, T. Ishikawa, Y. O. Kamatari, T. Nakagaki, H. Takatsuki, D. Ishibashi, K. Kuwata, N. Nishida*, R. Atarashi
    • 雑誌名

      Mol. Neurobiol

      巻: 印刷中 ページ: 印刷中

    • DOI

      10.1007/s12035-018-1088-7

    • 査読あり
  • [雑誌論文] α-Keto tetrahydrofuran lignan glucosides from the Bangladeshi medicinal plant Terminalia citrina inhibit estradiol (E2) induced proliferation in cancer cells2018

    • 著者名/発表者名
      Muhit Md. Abdul、Umehara Kaoru、Noguchi Hiroshi
    • 雑誌名

      Phytochemistry

      巻: 145 ページ: 161~167

    • DOI

      10.1016/j.phytochem.2017.10.011

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Age of donor of human mesenchymal stem cells affects structural and functional recovery after cell therapy following ischaemic stroke2017

    • 著者名/発表者名
      Yamaguchi Susumu、Horie Nobutaka、Satoh Katsuya、Ishikawa Takeshi、Mori Tsuyoshi、Maeda Hajime、Fukuda Yuhtaka、Ishizaka Shunsuke、Hiu Takeshi、Morofuji Yoichi、Izumo Tsuyoshi、Nishida Noriyuki、Matsuo Takayuki
    • 雑誌名

      Journal of Cerebral Blood Flow & Metabolism

      巻: 印刷中 ページ: 印刷中

    • DOI

      10.1177/0271678X17731964

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Ab initio quantum chemical calculation of electron density, electrostatic potential, and electric field of biomolecule based on fragment molecular orbital method2017

    • 著者名/発表者名
      Ishikawa Takeshi
    • 雑誌名

      International Journal of Quantum Chemistry

      巻: 118 ページ: e25535~e25535

    • DOI

      10.1002/qua.25535

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Structure-based drug discovery for combating influenza virus by targeting the PA?PB1 interaction2017

    • 著者名/発表者名
      Watanabe Ken、Ishikawa Takeshi、Otaki Hiroki、Mizuta Satoshi、Hamada Tsuyoshi、Nakagaki Takehiro、Ishibashi Daisuke、Urata Shuzo、Yasuda Jiro、Tanaka Yoshimasa、Nishida Noriyuki
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 7 ページ: 9500~9500

    • DOI

      10.1038/s41598-017-10021-w

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Computational study of the competitive binding of valproic acid glucuronide and carbapenem antibiotics to acylpeptide hydrolase2017

    • 著者名/発表者名
      Ishikawa Takeshi、Otaki Hiroki、Mizuta Satoshi、Kuriyama Masami、Onomura Osamu、Higuchi Norihide、Nakashima Mihoko N.、Nakashima Mikiro、Ohyama Kaname
    • 雑誌名

      Drug Metabolism and Pharmacokinetics

      巻: 32 ページ: 201~207

    • DOI

      10.1016/j.dmpk.2017.04.002

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Design and synthesis of benzoacridines as estrogenic and anti-estrogenic agents2017

    • 著者名/発表者名
      Torikai Kohei、Koga Rintaro、Liu Xiaohui、Umehara Kaoru、Kitano Tatsuya、Watanabe Kenji、Oishi Tohru、Noguchi Hiroshi、Shimohigashi Yasuyuki
    • 雑誌名

      Bioorganic & Medicinal Chemistry

      巻: 25 ページ: 5216~5237

    • DOI

      10.1016/j.bmc.2017.07.067

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Naphthalene glycosides in the Thai medicinal plant Diospyros mollis2017

    • 著者名/発表者名
      Suwama Takaharu、Watanabe Keisuke、Monthakantirat Orawan、Luecha Prathan、Noguchi Hiroshi、Watanabe Kenji、Umehara Kaoru
    • 雑誌名

      Journal of Natural Medicines

      巻: 72 ページ: 220~229

    • DOI

      10.1007/s11418-017-1134-1

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 2-Alkylquinolone alkaloid biosynthesis in the medicinal plantEvodia rutaecarpainvolves collaboration of two novel type III polyketide synthases2017

    • 著者名/発表者名
      Matsui Takashi、Kodama Takeshi、Mori Takahiro、Tadakoshi Tetsuhiro、Noguchi Hiroshi、Abe Ikuro、Morita Hiroyuki
    • 雑誌名

      Journal of Biological Chemistry

      巻: 292 ページ: 9117~9135

    • DOI

      10.1074/jbc.M117.778977

    • 査読あり
  • [学会発表] 新規作用機序をもつ抗インフルエンザウイルス薬の開発2018

    • 著者名/発表者名
      渡辺健, 石川岳志, 大滝大樹, 水田賢志, 濱田剛, 浦田秀造, 安田二朗, 田中義正, 西田教行
    • 学会等名
      日本薬学会第138年会
  • [学会発表] フォーカストセッション「計算化学による感染症研究の最前線」, 長崎大学における感染症インシリコ創薬の試み2017

    • 著者名/発表者名
      石川岳志
    • 学会等名
      2017年CBI学会
  • [学会発表] Efficient calculation of electrostatic potential of biomolecule based on fragment molecular orbital method2017

    • 著者名/発表者名
      T. Ishikawa
    • 学会等名
      2017年CBI学会
  • [学会発表] Structure and Dynamics of RNA Aptamer to Human Immunoglobulin G2017

    • 著者名/発表者名
      H. Yoshida, M. Sekiguchi, K. Masukawa, S. Yamazaki, E. Inomata, K. Akita, T. Ishikawa, T. Sakamoto, K. Yamagishi
    • 学会等名
      2017年CBI学会
  • [学会発表] Theoretical study on the structure and dynamics of RNA aptamer to human immunoglobulin G2017

    • 著者名/発表者名
      吉田尚恵, 関口真裕, 秋田一雅, 猪股恵美礼, 石川岳志, 坂本泰一, 山岸賢司
    • 学会等名
      日本化学会東北支部大会
  • [学会発表] YIGL motif in Ebola virus VP40 regulates virus-like particle production2017

    • 著者名/発表者名
      S. Urata, T. Ishikawa, J. Yasuda
    • 学会等名
      9th International Filovirus Symposium
    • 国際学会
  • [学会発表] FMO-QM/MM分子動力学計算と量子化学による創薬研究2017

    • 著者名/発表者名
      石川岳志
    • 学会等名
      第387回CBI学会研究講演会
    • 招待講演
  • [学会発表] IN SILICO DESIGN OF RNA APTAMER TO HUMAN IMMUNOGLOBULIN G2017

    • 著者名/発表者名
      H. Yoshida, M. Sekiguchi, K. Akita, E. Inomata, T. Ishikawa, T. Sakamoto, K. Yamagishi
    • 学会等名
      International Symposium on Advances in Synthetic and Medicinal Chemistry
    • 国際学会
  • [学会発表] Structure-based discovery of inhibitors targeting influenza A virus nucleoprotein2017

    • 著者名/発表者名
      J. N. Makau, K. Watanabe, T. Ishikawa, S. Mizuta, T. Hamada, N. Kobayashi, N. Nishida
    • 学会等名
      The 17th International congress of virology
  • [学会発表] 分子シミュレーションを用いたRNAアプタマーの設計手法の開発2017

    • 著者名/発表者名
      吉田尚恵, 関口真裕, 秋田一雅, 猪股恵美礼, 野村祐介, 石川岳志, 坂本泰一, 山岸賢司
    • 学会等名
      第17回日本蛋白質科学会
  • [学会発表] Targeting viral nucleoprotein in search for new influenza A virus inhibitors2017

    • 著者名/発表者名
      J. N. Makau, K. Watanabe, T. Ishikawa, S. Mizuta, T. Hamada, N. Kobayashi, N. Nishida
    • 学会等名
      The 13th Nagasaki-Singapore Medical Symposium / Leading Program International Symposium 2017

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公開日: 2018-12-17  

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