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2020 年度 実績報告書

タンパク質の翻訳後糖鎖修飾により生成する動的エピトープを標的とする抗体医薬の開発

研究課題

研究課題/領域番号 19H00918
研究機関北海道大学

研究代表者

西村 紳一郎  北海道大学, 先端生命科学研究院, 教授 (00183898)

研究分担者 田中 良和  東北大学, 生命科学研究科, 教授 (20374225)
比能 洋  北海道大学, 先端生命科学研究院, 教授 (70333333)
尾瀬 農之  北海道大学, 先端生命科学研究院, 准教授 (80380525)
研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2023-03-31
キーワードDynamic epitope theory / Glycopeptidic epitope / Epitope defined antibody / Anti-MUC1 antibody / がん治療用抗体 / X線結晶構造解析 / 機能改変抗体 / 二重特異性抗体
研究実績の概要

申請者らの独創的な発想と戦略(糖鎖工学プラットフォーム)によって創出されたED抗体(epitope-defined antibody)を用いて、主としてがん領域におけるアンメットメディカルニーズに応え得る新たながん治療薬の開発を目的として本研究の目的を設定した。この課題においては多くのがん細胞表面に高発現してがんの増殖や転移の促進などに深く関与することが広く知られるムチンMUC1の細胞外ドメインに生成する多様な動的エピトープ(dynamic epitope)を標的とするED抗体である抗MUC1モノクローナル抗体の構造改変による高機能化を中心に種々のアプローチで研究を進めている。
2020年度(2年目)は計画していたMUC1-STをエピトープとするSN131の改変型抗体であるSN132の作製と安定大量供給系の構築に成功した。SN132はエピトープ結合領域を含むanti-parallel coiled-coil構造のFv-clasp(Takagi et al., Structure 2017, 25, 1611-1622)とリン脂質DPC膜結合性MAP (membrane-associated peptide)領域(Nishimura et al., Angew. Chem. Int. Ed. 2011, 50, 1328-1331)を融合した分子量40K程度の全く新しいタイプの機能性抗体フラグメントである。また、SN131およびSN121のFv領域を、2種類のリンパ球を認識する抗体(OKT3およびL2K)のFv領域と融合させて新たな4種の二重特異性抗体を作成した。その結果、SN131から誘導した二重特異性抗体は良好ながん細胞障害活性を示したが、SN121から誘導した二重特異性抗体はがん細胞障害活性が低いため二重特異性抗体への応用にはSN131の方が適していることが示唆された。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

研究を開始して2年間ですでに目標としていた動的エピトープ(dynamic epitope)を標的とするED抗体(抗MUC1モノクローナル抗体)の構造改変による高機能化に成功している。すなわち、MUC1-STをエピトープとするSN131の構造安定化と新たな機能を付加するため,人工的なヘリックス構造とリン脂質DPC膜結合性ペプチドモチーフをFvドメインに融合して大腸菌における組換え・巻き戻し発現系をルーチンで実施できるプロトコルが構築できた。さらに、SN131のFv領域を、2種類のリンパ球を認識する抗体(OKT3およびL2K)のFv領域と融合させて新しい二重特異性抗体SN133を作成した。その結果、SN133から誘導した二重特異性抗体は良好ながん細胞障害活性を示すことも示されている。SN132およびSN133の系統的なキャラクタリゼーション及び細胞や動物を用いたがん治療薬としての機能の評価および患者血清や病理組織切片等の臨床検体を用いる診断薬としての評価などの結果が期待できる。また、SN-101の作製、特性、構造および機能に関する基礎的研究の成果については論文を発表した(H. Wakui, et al., A straightforward approach to antibodies recognizing cancer specific glycopeptidic neoepitopes, Chemical Science, 2020,11, 4999-5006)。

今後の研究の推進方策

Siglec-9のリガンドとしての機能が最近報告されたMUC1-STをエピトープとするSN131や強力な抗腫瘍活性が期待されるMUC1-STnをエピトープとするSN121の物性と機能を一層向上させるための研究を加速する。すでに、一本鎖Fvをバクテリアで発現する系を構築しているので、Fvの取扱いを容易にするフォーマットとして実績のあるFv-clasp(Takagi et al., Structure 2017, 25, 1611-1622)を採用して新たな機能を有するFv-clasp SN131/SN121の安定大量供給系を確立する。また、ED抗体によるリポソームのDDSを設計するため、研究代表者が既に報告したHelicobacter pylori由来のalpha1,3/alpha1,4-fucosyltransferaseのC末端に位置するユニークな膜局在配列(heptad repeat) を模したモデルペプチド(GGGFKIYRKAYQKSLPLLRTIRRWVKK)がリン脂質DPC膜と特異的かつ強力に結合すること(Nishimura et al., Angew. Chem. Int. Ed. 2011, 50, 1328-1331) を利用して、リポソームへの高い充填率が期待される膜局在型Fv-clasp SN131/SN121を作製する。これまでに作製された抗体に加えて、新たな標的に対して作製される新規ED抗体および二重特異性抗体など新たな抗体モダリティーについて細胞や動物を用いたがん治療薬として機能の評価および患者血清や病理組織切片等の臨床検体を用いる診断薬としての評価についてもできる限り早期に開始する。

  • 研究成果

    (32件)

すべて 2021 2020

すべて 雑誌論文 (14件) (うち国際共著 4件、 査読あり 14件、 オープンアクセス 11件) 学会発表 (18件) (うち招待講演 7件)

  • [雑誌論文] Anti-EGFR antibody 528 binds to domain III of EGFR at a site shifted from the cetuximab epitope2021

    • 著者名/発表者名
      Makabe Koki, Yokoyama Takeshi, Uehara Shiro, Uchikubo-kamo Tomomi, Shirouzu Mikako, Kimura Kouki, Tsumoto Kouhei, Asano Ryutaro, Tanaka Yoshikazu, Kumagai Izumi
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 11 ページ: 5790

    • DOI

      10.1038/s41598-021-84171-3

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Biochemical and structural investigation of rutinosidase from Aspergillus oryzae2021

    • 著者名/発表者名
      Makabe Koki, Hirota Ruka, Shiono Yoshihito, Tanaka Yoshikazu, Koseki Takuya
    • 雑誌名

      Applied and Environmental Microbiology

      巻: 15 ページ: e02438

    • DOI

      10.1128/AEM.02438-20

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Analysis of the correlation between alterations in N-glycans and invasiveness in liver cancer cell lines2020

    • 著者名/発表者名
      Takahashi Hidenori, Kamiyama Toshiya, Hirane Nozomi, Kobayashi Nozomi, Aiyama Takeshi, Nagatsu Akihisa, Shimada Shingo, Orimo Tatsuya, Kakisaka Tatsuhiko, Fukai Moto, Yokoo Hideki, Kamachi Hirofumi., Nishimura Shin-Ichiro, Taketomi Akinobu
    • 雑誌名

      Oncology Reports

      巻: 44 ページ: 2757-2769

    • DOI

      10.3892/or.2020.7795

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Amplified detection of breast cancer autoantibodies using MUC1-based Tn antigen mimics2020

    • 著者名/発表者名
      Pablo A. Guillen-Poza, Elena Matilde Sanchez-Fernandez, Gerard Artigas, Jose Manuel Garcia Fernande, Hinou Hiroshi, Carmen Ortiz Mellet, Nishimura Shin-Ichiro, Fayna Garcia-Martin
    • 雑誌名

      Journal of Medicinal Chemistry

      巻: 63 ページ: 8524-8533

    • DOI

      10.1021/acs.jmedchem.0c00908

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Effect of Site-specific O-Glycosylation on the Structural Behavior of NOTCH1 Receptor Extracellular EGF-like Domains 11 and 102020

    • 著者名/発表者名
      Yokoi Yasuhiro, Nishimura Shin-Ichiro
    • 雑誌名

      Chemistry - A European Journal

      巻: 26 ページ: 12363-12373

    • DOI

      10.1002/chem.202002652

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] A straightforward approach to antibodies recognising cancer specific glycopeptidic neoepitopes2020

    • 著者名/発表者名
      Wakui Hajime, Tanaka Yoshikazu., Ose Toyoyuki, Matsumoto Isamu, Kato Koji, Yao Min, Tachibana Taro, Sato Masaharu, Naruchi Kentaro, Garcia-Martin Fayna, Hinou Hiroshi, Nishimura Shin-Ichiro
    • 雑誌名

      Chemical Science

      巻: 11 ページ: 4999-5006

    • DOI

      10.1039/d0sc00317d

    • 査読あり
  • [雑誌論文] The Measles Virus V Protein Binding Site to STAT2 Overlaps That of IRF92020

    • 著者名/発表者名
      Nagano Yuma, Sugiyama Aoi, Kimoto Madoka, Wakahara Takuya, Noguchi Yasuyo, Jiang Xinxin, Saijo Shinya, Shimizu Nobutaka, Yabuno Nana, Yao Min, Gooley Paul, Moseley Gregory, Tadokoro Takashi, Maenaka Katsumi, Ose Toyoyuki
    • 雑誌名

      Journal of Virology

      巻: 94 ページ: e01169

    • DOI

      10.1128/jvi.01169-20

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Structural comparison of the C-terminal domain of functionally divergent lyssavirus P proteins2020

    • 著者名/発表者名
      Sugiyama Aoi, Nomai Tomo, Jiang Xinxin, Minami Miku, Yao Min, Maenaka Katsumi, Ito Naoto, Gooley R Paul, Moseley W Gregory, Ose Toyoyuki
    • 雑誌名

      Biochemical and Biophysical Research Communications

      巻: 529 ページ: 507-512

    • DOI

      10.1016/j.bbrc.2020.05.195

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Efficient preparation of human and mouse CD1d proteins using silkworm baculovirus expression system2020

    • 著者名/発表者名
      Kusaka Hiroki, Kita Shunsuke, Tadokoro Takashi, Yoshida Kouki, Kasai Yoshiyuki, Niiyama Harumi, Fujimoto Yukari, Hanashima Shinya, Murata Michio, Sugiyama Shigeru, Ose Toyoyuki, Kuroki Kimiko, Maenaka Katsumi
    • 雑誌名

      Protein Expression and Purification

      巻: 172 ページ: 105631

    • DOI

      10.1016/j.pep.2020.105631

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Structure of HIV-2 Nef Reveals Features Distinct from HIV-1 Involved in Immune Regulation2020

    • 著者名/発表者名
      Hirao Kengo, Andrews Sophie, Kuroki Kimiko, Kusaka Hiroki, Tadokoro Takashi, Kita Shunsuke, Ose Toyoyuki, Rowland-Jones Sarah L, Maenaka Katsumi
    • 雑誌名

      iScience

      巻: 23 ページ: 100758

    • DOI

      10.1016/j.isci.2019.100758

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Biophysical characterization and single-chain Fv construction of a neutralizing antibody to measles virus2020

    • 著者名/発表者名
      Tadokoro Takashi, Jahan Mst Lubna, Ito Yuri, Tahara Maino, Chen Surui, Imai Atsutoshi, Sugimura Natsumi, Yoshida Koki, Saito Mizuki, Ose Toyoyuki, Hashiguchi Takao, Takeda Makoto, Fukuhara Hideo, Maenaka Katsumi
    • 雑誌名

      FEBS Journal

      巻: 287 ページ: 145-159

    • DOI

      10.1111/febs.14991

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] The N-terminal amino-latch region of Hlg2 component of staphylococcal bi-component gamma-haemolysin is dispensable for prestem release to form beta-barrel pores2020

    • 著者名/発表者名
      Takeda Ken, Tanaka Yoshikazu, Kaneko Jun
    • 雑誌名

      Journal of biochemistry

      巻: 168 ページ: 349-354

    • DOI

      10.1093/jb/mvaa052

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Association behavior and control of the quality of cancer therapeutic bispecific diabodies expressed in Escherichia coli2020

    • 著者名/発表者名
      Nakazawa Hikaru, Onodera-Sugano Tomoko, Sugiyama Aruto, Tanaka Yoshikazu, Hattori Takamitsu, Niide Teppei, Ogata Hiromi, Asano Ryutaro, Kumagai Izumi, Umetsu Mitsuo
    • 雑誌名

      Biochemical Engineering Journal

      巻: 160 ページ: 107636

    • DOI

      10.1016/j.bej.2020.107636

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Click Synthesis of Size and Shape-Tunable Star Polymers with Functional Macrocyclic Cores for Synergistic DNA Complexation and Delivery2020

    • 著者名/発表者名
      Carbajo-Gordillo Ana I, Jimenez Blanco Jose L, Benito M Juan, Hugo Lana, Gema Marcelo, Di Giorgio Christophe, Przybylski Cedric, Hinou Hiroshi, Valentin Cena, Ortiz Mellet Carmen, Mendicuti Francisco, Tros de ILarduya Conchita, Garcia Fernandez Jose
    • 雑誌名

      Biomacromolecules

      巻: 21 ページ: 5173-5188

    • DOI

      10.1021/acs.biomac.0c01283

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] 中性子線結晶構造解析による、タンパク質内アンモニアの観測2021

    • 著者名/発表者名
      横溝太一、梶江啓志、李龍、姚閔、尾瀬農之
    • 学会等名
      日本生物物理学会支部例会北海道ー東北支部合同年会
  • [学会発表] 麻疹ウイルスVタンパク質によるType I IFN経路阻害機構の解明2021

    • 著者名/発表者名
      木本円花、永野悠馬、杉山葵、姚閔、田所高志、前仲勝実、尾瀬農之
    • 学会等名
      日本生物物理学会支部例会北海道ー東北支部合同年会
  • [学会発表] 狂犬病ウイルスのPタンパク質によるJAK-STATシグナル伝達経路阻害機構の解明2021

    • 著者名/発表者名
      南未来、杉山葵、野間井智、蒋欣欣、前仲勝実、姚閔、尾瀬農之
    • 学会等名
      日本生物物理学会支部例会北海道ー東北支部合同年会
  • [学会発表] 新規レクチン様タンパク質の結晶構造解析と糖との結合解析2021

    • 著者名/発表者名
      影山大夢, 小野寺かこ, 小川智久, 横山武司, 田中良和
    • 学会等名
      2020年度量子ビームサイエンスフェスタ
  • [学会発表] MALDI-TOFMSによる糖質解析 ~前処理工程をどれだけ簡素化できるか~2020

    • 著者名/発表者名
      比能洋
    • 学会等名
      質量分析学会第29回北海道談話会
    • 招待講演
  • [学会発表] 生体分子中のアンモニアを可視化する試み2020

    • 著者名/発表者名
      横溝太一、李龍、姚閔、尾瀬農之
    • 学会等名
      量子生命科学会 第2回大会
    • 招待講演
  • [学会発表] 巨大タンパク質会合体ヘモシアニンの結晶中の空隙への生体分子の包摂2020

    • 著者名/発表者名
      田中良和
    • 学会等名
      化学工学会第51回秋季大会
    • 招待講演
  • [学会発表] 蛋白質の立体構造解析 -X線結晶構造解析とクライオ電顕単粒子解析-2020

    • 著者名/発表者名
      田中良和
    • 学会等名
      酵素工学研究会第84回講演会
    • 招待講演
  • [学会発表] 巨大タンパク質会合体ヘモシアニンの構造解析2020

    • 著者名/発表者名
      田中良和
    • 学会等名
      農芸化学会
    • 招待講演
  • [学会発表] マイクロアレイおよび質量分析による糖鎖・複合糖質の機能及び構造解析2020

    • 著者名/発表者名
      比能洋
    • 学会等名
      畜産とキチンキトサン勉強会
    • 招待講演
  • [学会発表] 化学者から見た糖鎖研究2020

    • 著者名/発表者名
      比能洋
    • 学会等名
      異分野meetup week2020☆研究者コミュニティサロン☆“糖鎖研究について語ろう!”
    • 招待講演
  • [学会発表] 中性子線結晶構造解析によるタンパク質中のアンモニアの解析2020

    • 著者名/発表者名
      横溝太一、李龍、安達基泰、姚閔、尾瀬農之
    • 学会等名
      日本結晶学会年会
  • [学会発表] 免疫阻害機能の異なるリッサウイルスP蛋白質C末端ドメインの構造比較2020

    • 著者名/発表者名
      杉山葵、野間井智、蒋欣欣、南未来、前仲勝実、伊藤直人、Paul R. Gooley、Gregory W. Moseley、姚閔、尾瀬農之
    • 学会等名
      日本結晶学会年会
  • [学会発表] Molecular basis of JAK-STAT signal pathway inhibition by rabies virus P-protein / 狂犬病ウイルスP蛋白質によるJAK-STATシグナル阻害機構の解明2020

    • 著者名/発表者名
      杉山葵、南未来、蒋欣欣、永野悠馬、野間井智、若原拓也、前仲勝実、姚閔、尾瀬農之
    • 学会等名
      蛋白質科学会年会
  • [学会発表] Saframycin A生合成関連蛋白質のクライオ電子顕微鏡単粒子解析2020

    • 著者名/発表者名
      本多葵一、松井崇、小松玲子、谷藤涼、大栗博毅、横山武司、田中良和
    • 学会等名
      日本生物物理学会
  • [学会発表] クライオ電子顕微鏡単粒子解析による百日咳壊死毒の構造解析2020

    • 著者名/発表者名
      次田篤史、松井崇、堀口安彦、横山武司、田中良和
    • 学会等名
      日本生物物理学会
  • [学会発表] Crystal structure analysis of BIR3 domain of ubiquitin ligase in complex with its specific ligand for designing potent ligand2020

    • 著者名/発表者名
      Makoto Okabe, Shinichi Sato, Takeshi Yokoyama, Shusuke Tomoshige, Minoru Ishikawa, and Yoshikazu Tanaka
    • 学会等名
      日本分子生物学会
  • [学会発表] Structural analysis of LanK, a protein associated with the production of antibiotics in actinomycetes2020

    • 著者名/発表者名
      Shiro Uehara, Iryna Ostash, Bohdan Ostash, Takashi Matsui, Tomohisa Ogawa, Yoshikazu Tanaka
    • 学会等名
      日本分子生物学会

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公開日: 2024-12-25  

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