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2017 年度 実施状況報告書

糖非発酵グラム陰性細菌由来ジペプチド産生酵素の創薬分子基盤

研究課題

研究課題/領域番号 16K08322
研究機関岩手医科大学

研究代表者

阪本 泰光  岩手医科大学, 薬学部, 准教授 (00349036)

研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2019-03-31
キーワードDPP / ジペプチジルアミノペプチダーゼ / 多剤耐性菌 / 歯周病菌 / 結晶構造解析 / SBDD / FE創薬
研究実績の概要

多剤耐性菌及び歯周病菌由来DPP群と共同研究者のがフラグメントエボリューションによる探索で見出した化合物、ペプチド誘導体との複合体構造を決定し、得られた構造情報に基づいて化合物の最適化を進めている。また、最適化をした化合物の一部について阻害活性評価を実施し、阻害活性が10倍以上向上していることを確認した。(未発表)
また、微生物DPP4とヒトDPP4阻害剤複合体構造を明らかにした。この複合体の構造からアポ体の構造では見えていなかった20アミノ酸残基ほどのαヘリックスを含む領域が基質認識に重要であることを明らかにした。さらに、この領域の特徴を指標にしたヒトDPPや微生物DPPに対する系統樹解析から、微生物DPP4は、ヒトDPP4ファミリーよりヒトDPP8/9ファミリーに近縁であることを示した。ヒトDPP8/9は、経口糖尿病薬として知られるグリプチン類の分子標的であるDPP4の類縁酵素であり、DPP4阻害剤の副作用を引き起こすオフターゲットや炎症性細胞死に関与することが知られている。本研究は、ヒトDPP4阻害剤とDPP8/9ファミリーの複合体構造として最初の報告である。DPP4阻害剤のヒトDPP8/9への結合による阻害は糖尿病薬の副作用発現を引き起こすことから、DPP8/9ファミリーとDPP4阻害剤複合体の構造情報は、副作用の少ない糖尿病薬や抗がん剤の開発、炎症性細胞死のメカニズム解明に役立つと考えられる。一方、微生物DPPを標的とする抗菌薬開発としては、微生物DPP4特有のファーマコフォアを見出し、ヒトDPP8/9やDPP4に結合せず微生物DPP4にのみ結合する化合物の設計の可能性を示すことができた。

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

これまで、多剤耐性菌 Stenotrophomonas maltophilia、歯周病菌 由来 DPP 群について、阻害剤等複合体の結晶構造解析、FragmentEvolution創薬(FE創薬)、ペプチド類似化合物設計、阻害活性評価を行ってきた。
2016年度から2017年度にかけて、多剤耐性菌及び歯周病菌由来DPP群と共同研究者の産総研・阪下博士らがフラグメントエボリューションによる探索で見出した化合物、神戸学院大の日高博士らが合成した化合物との複合体構造を決定し、得られた構造情報に基づいて化合物の最適化を進めている。また、最適化をした化合物の一部について阻害活性評価を実施し、阻害活性が10倍以上向上していることを確認し、一部については抗菌活性評価を実施した(未発表)。
今年度は、微生物DPP4と化合物複合体構造を明らかにした。複合体の構造からアポ体の構造では見えていなかった20アミノ酸残基ほどのαヘリックスを含む領域が基質認識に重要であることを明らかにした。さらに、この領域の特徴を指標にしたヒトDPPや微生物DPPに対する系統樹解析から、微生物DPP4はヒトDPP4ファミリーよりヒトDPP8/9ファミリーに近縁であることを明らかにした。ヒトDPP8/9は、ヒトDPP4阻害薬のオフターゲットであり、その阻害は副作用の発現と密接に関係する。これらの成果は、ヒトDPP4を選択的に阻害する副作用の少ない糖尿病薬、ヒトDPP8/9を選択的に阻害して効果を発現する抗腫瘍薬、微生物DPP4を選択的に阻害する抗菌薬の開発に貢献すると考えられる。

今後の研究の推進方策

多剤耐性菌及び歯周病菌由来DPP群の構造情報に基づいて特異的阻害剤の設計、合成、阻害評価を実施するという
当初の目標をほぼ達成しつつある。今後は、これらの化合物の抗菌活性評価、動物においての効果、代謝、吸収、動態および副作用についての評価を実施し、その結果を化合物の設計等にフィードバックすることが必要となる。また、DPP4については、DPP8/9との類似性から副作用の少ない糖尿病薬の開発を目指した研究の着手についても検討する。

次年度使用額が生じた理由

2018年度の大阪大学蛋白質研究所共同研究員旅費が削減されるという連絡を大阪大学より年末に受け、次年度の放射光施設での実験に向けた旅費を確保するために研究費の使用を控えたため。

  • 研究成果

    (22件)

すべて 2018 2017 その他

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (14件) (うち国際学会 4件、 招待講演 2件) 備考 (4件) 産業財産権 (1件)

  • [雑誌論文] Crystal structures of a bacterial dipeptidyl peptidase IV reveal a novel substrate recognition mechanism distinct from that of mammalian orthologues2018

    • 著者名/発表者名
      Roppongi Saori、Suzuki Yoshiyuki、Tateoka Chika、Fujimoto Mayu、Morisawa Saori、Iizuka Ippei、Nakamura Akihiro、Honma Nobuyuki、Shida Yosuke、Ogasawara Wataru、Tanaka Nobutada、Sakamoto Yasumitsu、Nonaka Takamasa
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 8 ページ: 2714

    • DOI

      10.1038/s41598-018-21056-y

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] 微生物ジペプチジルアミノペプチダーゼIVの構造生物学的研究2018

    • 著者名/発表者名
      六本木沙織
    • 雑誌名

      岩手医科大学大学院薬学研究科博士論文

      巻: 岩医大院薬博第4号 ページ: 1-112

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Periplasmic form of dipeptidyl aminopeptidase IV from Pseudoxanthomonas mexicana WO24: purification, kinetic characterization, crystallization and X-ray crystallographic analysis2017

    • 著者名/発表者名
      Roppongi Saori、Tateoka Chika、Fujimoto Mayu、Iizuka Ippei、Morisawa Saori、Nakamura Akihiro、Honma Nobuyuki、Suzuki Yoshiyuki、Shida Yosuke、Ogasawara Wataru、Tanaka Nobutada、Sakamoto Yasumitsu、Nonaka Takamasa
    • 雑誌名

      Acta Crystallographica Section F Structural Biology Communications

      巻: 73 ページ: 601~606

    • DOI

      10.1107/S2053230X17014911

    • 査読あり
  • [学会発表] 微生物Dipeptidyl aminopeptidase IVの結晶構造解析2018

    • 著者名/発表者名
      六本木沙織、鈴木義之、館岡千佳、藤本真友、森澤さおり、飯塚一平、中村彰宏、本間宣行、伊藤康広、志田洋介、小笠原渉、田中信忠、阪本泰光、野中孝昌
    • 学会等名
      2017年度量子ビームサイエンスフェスタ
  • [学会発表] Pseudoxanthomonas mexicana WO24由来Dipeptidyl aminopeptidase IVの構造・機能解析2018

    • 著者名/発表者名
      中村彰宏、本間宣行、六本木沙織、鈴木義之、志田洋介、阪本泰光、飯塚 一平、伊中 浩治、田仲広明、木平清人、山田貢、吉崎泉、合田浩明、野中孝昌、田中信忠、小笠原 渉
    • 学会等名
      第12回 日本ゲノム微生物学会年会
  • [学会発表] Pseudoxanthomonas mexicana WO24由来Dipeptidyl aminopeptidase IVの基質認識機構の解明2018

    • 著者名/発表者名
      中村彰宏、本間宣行、六本木沙織、鈴木義之、志田洋介、阪本泰光、飯塚一平、伊中浩治、田仲広明、木平清人、山田貢、吉崎泉、合田浩明、野中孝昌、田中信忠、小笠原渉
    • 学会等名
      日本農芸化学会2018年度大会
  • [学会発表] 部位特異的変異導入解析によるFamily S46ペプチダーゼの基質認識残基の同定2018

    • 著者名/発表者名
      本間宣行、中村彰宏、六本木沙織、鈴木義之、志田洋介、阪本泰光、飯塚一平、伊中浩治、田仲広明、木平清人、山田貢、吉崎泉、合田浩明、野中孝昌、田中信忠、小笠原渉
    • 学会等名
      日本農芸化学会2018年度大会
  • [学会発表] X線結晶構造に基づく多剤耐性菌由来DPP-7阻害剤の設計と評価2018

    • 著者名/発表者名
      関拓海、奥野優香、櫻井有紀、日高興士、宮崎杏奈、北條恵子、六本木沙織、阪本泰光、伊藤康広、鈴木義之、小笠原渉、田中信忠、木平清人、山田貢、吉崎泉、田仲広明、伊中浩治、津田裕子
    • 学会等名
      日本薬学会第138年会
  • [学会発表] 微生物ジペプチジルアミノペプチダーゼIVの結晶構造解析2018

    • 著者名/発表者名
      六本木沙織※、鈴木義之、館岡千佳、藤本真友、森澤さおり、飯塚一平、中村彰宏、本間宣行、伊藤康広、志田洋介、小笠原渉、田中信忠、阪本泰光、野中孝昌
    • 学会等名
      日本薬学会第138年会
  • [学会発表] Identification for Substrate Recognition Residues in Family S46 Peptidase from Pathogenic Non-Fermenting Gram-Negative Bacteria2017

    • 著者名/発表者名
      Akihiro Nakamura、Yasuhiro Ito、Yoshiyuki Suzuki、Saori Roppongi、Koshi Hidaka、Yasumitsu Sakamoto、Nobutada Tanaka and Wataru Ogasawara
    • 学会等名
      International Union of Microbiogical Societies (IUMS) 2017
    • 国際学会
  • [学会発表] S46 Family bacterial dipeptidyl aminopeptidases as novel antibiotics targets.2017

    • 著者名/発表者名
      Yasumitsu Sakamoto、Yoshiyuki Suzuki、Ippei Iizuka、Chika Tateoka、Saori Roppongi、Mayu Fujimoto、Yasuhiro Ito、Koji Inaka、Hiroaki Tanaka、Mitsugu Yamada、Kazunori Ohta、Hiroaki Gouda、Takamasa
    • 学会等名
      International Union of Microbiogical Societies (IUMS) 2017
    • 国際学会
  • [学会発表] Crystal structures of dipeptidyl aminopeptidase IV from non-fermenting gram negative Rods.2017

    • 著者名/発表者名
      Saori Roppongi、Chika Tateoka、Mayu Fujimoto、Ippei Iizuka、Saori Morisawa、Akihiro Nakamura、Nobuyuki Honma、Yasuhiro Ito、Yoshiyuki Suzuki、Wataru Ogasawara、Nobutada Tanaka、Yasumitsu Sakamoto、Takamasa Nonaka
    • 学会等名
      International Union of Microbiogical Societies (IUMS) 2017
    • 国際学会
  • [学会発表] Analysis of Substrate Recognition Residues in Family S46 Peptidase from Gram-Negative Bacteria2017

    • 著者名/発表者名
      Akihiro Nakamura、Yasuhiro Ito、Yoshiyuki Suzuki、Saori Roppongi、Koshi Hidaka、Yasumitsu Sakamoto、Nobutada Tanaka and Wataru Ogasawara
    • 学会等名
      6th International GIGAKU conference in Nagaoka
    • 国際学会
  • [学会発表] Identification of dipeptidic inhibitors targeting DPP7 derived from resistant multidrug resistant bacterium Stenotrophomonas maltophilia2017

    • 著者名/発表者名
      Yuki Sakurai、Koushi Hidaka、Anna Miyazaki、Keiko Hojo、Saori Roppongi、Yasumitsu Sakamoto、Yasuhiro Ito、Yoshiyuki Suzuki、Wataru Ogasawara、Nobutada Tanaka、and Yuko Tsuda
    • 学会等名
      第54回ペプチド討論会
  • [学会発表] Family S46 ペプチダーゼの新規基質認識残基の同定2017

    • 著者名/発表者名
      中村彰宏、伊藤康広、鈴木義之、六本木沙織、飯塚一平、阪本泰光、田中 信忠、小笠原 渉Family S46 ペプチダーゼの新規基質認識残基の同定
    • 学会等名
      第17回 日本蛋白質科学会
  • [学会発表] 宇宙実験での最近の成果2017

    • 著者名/発表者名
      阪本泰光
    • 学会等名
      iBIX-JAXA合同タンパク質研究会
    • 招待講演
  • [学会発表] PFでの結晶化スクリーニングとプレートスクリーニングの現状2017

    • 著者名/発表者名
      阪本泰光
    • 学会等名
      第2回PFユーザーグループ主催講習会
    • 招待講演
  • [備考] 岩手医科大学などの研究グループ、糖尿病薬や抗がん剤開発に役立つ酵素の立体構造を解明 高エネ研

    • URL

      https://www2.kek.jp/imss/news/2018/topics/0209DAP4/

  • [備考] 副作用の少ない糖尿病薬や抗がん剤の開発に結びつく酵素の立体構造を解明しました 岩手医科大学

    • URL

      https://www.iwate-med.ac.jp/news/n5-research/kikaku-180209/

  • [備考] 選択性が高く副作用の少ないDPP-4阻害薬の開発へ 酵素の立体構造を解明 糖尿病ネット

    • URL

      http://dm-rg.net/news/2018/02/018470.html?pr=dmrg001

  • [備考] DPP4阻害薬のオフターゲット「DPP8/9」の類縁酵素の立体構造を解明-岩手医科大 医療ニュース

    • URL

      http://www.qlifepro.com/news/20180215/stereostructure-of-dpp-8-9-related-enzyme.html

  • [産業財産権] 細菌由来ジペプチジルペプチダーゼの酵素活性を阻害するジペプチド誘導体2017

    • 発明者名
      阪本泰光、日高興士、津田裕子、小笠原渉
    • 権利者名
      阪本泰光、日高興士、津田裕子、小笠原渉
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      特願2017-156345

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公開日: 2019-12-27  

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