新規化合物を用いて迫る概日時計タンパク質CRY1とCRY2の特異性の分子基盤

2020 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 18H02402
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 廣田 毅 名古屋大学, トランスフォーマティブ生命分子研究所, 特任准教授 (50372412)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2021-03-31
• キーワード: 概日時計 / ケミカルバイオロジー / 化合物 / CRYタンパク質 / 選択性

研究実績の概要

睡眠・覚醒や代謝など、多様な生理現象は体内に存在する概日時計に支配されて一日周期のリズムを示す。申請者はケミカルバイオロジーを応用し、概日時計の機能を調節する新規化合物を発見して鍵となる制御機構を明らかにしてきた。そのひとつである化合物KL001は、概日時計の発振に中心的な役割を果たす時計タンパク質CRY1とCRY2の両方を標的とする。これに対し、全く異なる化学構造を持つ新たな周期延長化合物A、BおよびCを表現型スクリーニングから見出し、AとBはCRY1選択的に、CはCRY2選択的に作用することを発見した。CRY1とCRY2の機能的な差異の解析は、概日時計がどのように正確に発振するのか、いかに生理機能を調節するのか、という根本的な疑問に対するよいモデル系となる。そこで本研究は化合物A、BおよびCを用い、CRY1とCRY2の違いを生み出すメカニズムに迫る。本年度は、CRY1と化合物Bとの複合体のX線結晶構造を、既に報告されているCRY2とユビキチンリガーゼであるFBXL3との複合体のX線結晶構造と比較し、化合物BがFBXL3と競合的にCRY1に相互作用する可能性を見出した。FBXL3をノックダウンしたところ、化合物Bが概日リズムに与える効果が消失したことから、化合物BはCRY1に結合してFBXL3による分解を抑制することで概日リズムを制御すると考えられた。その上、表現型スクリーニングから見出した新たな周期延長化合物TH303とその類似化合物TH129がともにCRY1に選択的に作用することを見出し、CRY1との複合体のX線結晶構造を決定してユニークな相互作用様式を明らかにした。

現在までの達成度 (段落)

令和2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2年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [国際共同研究] University of Southern California(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: University of Southern California
• [国際共同研究] University of Groningen(オランダ)
  • 国名: オランダ
  • 外国機関名: University of Groningen
• [国際共同研究] University of Padova(イタリア)
  • 国名: イタリア
  • 外国機関名: University of Padova
• [雑誌論文] Reductive stability evaluation of 6-azopurine photoswitches for the regulation of CKIα activity and circadian rhythms (2021)
  • 著者名/発表者名: Kolarski Dusan、Sugiyama Akiko、Rodat Theo、Schulte Albert、Peifer Christian、Itami Kenichiro、Hirota Tsuyoshi、Feringa Ben L.、Szymanski Wiktor
  • 雑誌名: Organic & Biomolecular Chemistry 巻: 19 ページ: 2312～2321
  • DOI: 10.1039/d1ob00014d
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Comparing the efficacy and selectivity of Ck2 inhibitors. A phosphoproteomics approach (2021)
  • 著者名/発表者名: Borgo Christian、Cesaro Luca、Hirota Tsuyoshi、Kuwata Keiko、D’Amore Claudio、Ruppert Thomas、Blatnik Renata、Salvi Mauro、Pinna Lorenzo A.
  • 雑誌名: European Journal of Medicinal Chemistry 巻: 214 ページ: 113217～113217
  • DOI: 10.1016/j.ejmech.2021.113217
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Photopharmacological Manipulation of Mammalian CRY1 for Regulation of the Circadian Clock (2021)
  • 著者名/発表者名: Kolarski Dusan、Miller Simon、Oshima Tsuyoshi、Nagai Yoshiko、Aoki Yugo、Kobauri Piermichele、Srivastava Ashutosh、Sugiyama Akiko、Amaike Kazuma、Sato Ayato、Tama Florence、Szymanski Wiktor、Feringa Ben L.、Itami Kenichiro、Hirota Tsuyoshi
  • 雑誌名: Journal of the American Chemical Society 巻: 143 ページ: 2078～2087
  • DOI: 10.1021/jacs.0c12280
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] A N-terminally deleted form of the CK2α’ catalytic subunit is sufficient to support cell viability (2020)
  • 著者名/発表者名: Borgo Christian、D’Amore Claudio、Cesaro Luca、Itami Kenichiro、Hirota Tsuyoshi、Salvi Mauro、Pinna Lorenzo A.
  • 雑誌名: Biochemical and Biophysical Research Communications 巻: 531 ページ: 409～415
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2020.07.112
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] “Janus” efficacy of CX-5011: CK2 inhibition and methuosis induction by independent mechanisms (2020)
  • 著者名/発表者名: D'Amore Claudio、Moro Enrico、Borgo Christian、Itami Kenichiro、Hirota Tsuyoshi、Pinna Lorenzo A.、Salvi Mauro
  • 雑誌名: Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Molecular Cell Research 巻: 1867 ページ: 118807～118807
  • DOI: 10.1016/j.bbamcr.2020.118807
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Small Molecules Modulating Mammalian Biological Clocks: Exciting New Opportunities for Synthetic Chemistry (2020)
  • 著者名/発表者名: Amaike Kazuma、Oshima Tsuyoshi、Skoulding Nicola Stephanie、Toyama Yoshifumi、Hirota Tsuyoshi、Itami Kenichiro
  • 雑誌名: Chem 巻: 6 ページ: 2186～2198
  • DOI: 10.1016/j.chempr.2020.08.011
  • 査読あり
• [雑誌論文] An Isoform-Selective Modulator of Cryptochrome 1 Regulates Circadian Rhythms in Mammals (2020)
  • 著者名/発表者名: Miller Simon、Aikawa Yoshiki、Sugiyama Akiko、Nagai Yoshiko、Hara Aya、Oshima Tsuyoshi、Amaike Kazuma、Kay Steve A.、Itami Kenichiro、Hirota Tsuyoshi
  • 雑誌名: Cell Chemical Biology 巻: 27 ページ: 1192～1198
  • DOI: 10.1016/j.chembiol.2020.05.008
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Isoform-selective regulation of mammalian cryptochromes (2020)
  • 著者名/発表者名: Miller Simon、Son You Lee、Aikawa Yoshiki、Makino Eri、Nagai Yoshiko、Srivastava Ashutosh、Oshima Tsuyoshi、Sugiyama Akiko、Hara Aya、Abe Kazuhiro、Hirata Kunio、Oishi Shinya、Hagihara Shinya、Sato Ayato、Tama Florence、Itami Kenichiro、Kay Steve A.、Hatori Megumi、Hirota Tsuyoshi
  • 雑誌名: Nature Chemical Biology 巻: 16 ページ: 676～685
  • DOI: 10.1038/s41589-020-0505-1
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Pharmacological Interventions to Circadian Clocks and Their Molecular Bases (2020)
  • 著者名/発表者名: Miller Simon、Hirota Tsuyoshi
  • 雑誌名: Journal of Molecular Biology 巻: 432 ページ: 3498～3514
  • DOI: 10.1016/j.jmb.2020.01.003
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 化合物を使って体内時計を操る (2020)
  • 著者名/発表者名: 松田 智宏、廣田 毅
  • 雑誌名: 化学 巻: 75 ページ: 66～67
• [学会発表] Reversible Control of the Circadian Period by Photoswitchable Longdaysin (2020)
  • 著者名/発表者名: Tsuyoshi Hirota, Dusan Kolarski, Akiko Sugiyama, Wiktor Szymanski, and Ben L. Feringa
  • 学会等名: Socirty for Research on Biological Rhythms 2020 Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] 時計タンパク質に作用する低分子化合物の開発 (2020)
  • 著者名/発表者名: 廣田 毅
  • 学会等名: 第41回日本臨床薬理学会学術総会
  • 招待講演
• [備考] 名古屋大学トランスフォーマティブ生命分子研究所Kay-廣田グループ
  • URL: http://www.itbm.nagoya-u.ac.jp/ja/kay-hirota_group/