ヒト膜タンパク質を標的とした中分子構造創薬研究の基盤構築

2023 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 19H00923
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 岩田 想 京都大学, 医学研究科, 教授 (60452330)
• 研究分担者: 野村 紀通 京都大学, 医学研究科, 准教授 (10314246)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2024-03-31
• キーワード: 膜タンパク質 / 創薬ターゲット / 中分子ペプチド / クライオ電子顕微鏡単粒子解析 / ウイルス感染受容体 / 抗ウイルス薬

研究実績の概要

本研究はヒト創薬ターゲット膜タンパク質に対する中分子医薬品候補化合物の作用機序を構造学的に検証することを目指している。本年度はB型肝炎ウイルス (HBV) の侵入阻害剤開発に向けて、医薬候補リガンドである中分子リポペプチドと感染受容体NTCPの間に形成される相互作用をクライオ電子顕微鏡を用いて高分解能で明らかした。
HBV感染の成立には、エンベロープタンパク質LHB s (large hepatitis B virus surface antigen)と、ヒト肝細胞表面にあり感染受容体として機能するナトリウム・タウロコール酸共輸送ポリペプチド（NTCP) との高親和性の結合が必須である。これまでのウイルス学研究から、LHBsのN末端の脂質修飾（N-ミリストイル化）とそれに続くN末端側47残基のペプチド部分 (preS1) がNTCPとの結合において重要であることがわかっている。実際、preS1の模倣合成ペプチドMyrcludex Bは、HBV感染を効果的に阻害する。
本年度の研究においてNTCP-preS1複合体のクライオ電子顕微鏡構造解析に成功した。preS1 はNTCPの胆汁酸輸送経路を構成する中央キャビティを占有することで、胆汁酸の結合および輸送を競合的に阻害することが明らかになった。NTCPのpreS1結合部位と胆汁酸結合部位の多くは共通していたが、NTCPの細胞外側表面のループ領域や膜貫通ヘリックスTM8bの一部はpreS1との結合に関わるものの、胆汁酸の輸送経路には重ならないことが示唆された。したがって、これらの限定的な領域に特異的に結合する化合物を探索することにより、NTCPの胆汁酸輸送機能を維持しつつ、preS1の結合のみを抑制できる次世代抗HBV薬の創出につながる。本研究成果は、構造情報に基づく合理的な抗ウイルス薬の分子設計に新たな道筋を拓くものである。

現在までの達成度 (段落)

令和5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5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] Stockholm University(スウェーデン)
  • 国名: スウェーデン
  • 外国機関名: Stockholm University
• [雑誌論文] Oxygen-evolving photosystem II structures during S1?S2?S3 transitions (2024)
  • 著者名/発表者名: Li Hongjie et al.
  • 雑誌名: Nature 巻: 626 ページ: 670～677
  • DOI: 10.1038/s41586-023-06987-5
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structural basis of hepatitis B virus receptor binding (2024)
  • 著者名/発表者名: Asami Jinta、Park Jae-Hyun、Nomura Yayoi、Kobayashi Chisa、Mifune Junki、Ishimoto Naito、Uemura Tomoko、Liu Kehong、Sato Yumi、Zhang Zhikuan、Muramatsu Masamichi、Wakita Takaji、Drew David、Iwata So、Shimizu Toshiyuki、Watashi Koichi、Park Sam-Yong、Nomura Norimichi、Ohto Umeharu
  • 雑誌名: Nature Structural & Molecular Biology 巻: 31 ページ: 447～454
  • DOI: 10.1038/s41594-023-01191-5
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Interaction modes of human orexin 2 receptor with selective and nonselective antagonists studied by NMR spectroscopy (2024)
  • 著者名/発表者名: Imamura Kayo、Akagi Ken-Ichi、Miyanoiri Yohei、Tsujimoto Hirokazu、Hirokawa Takatsugu、Ashida Hideo、Murakami Kaori、Inoue Asuka、Suno Ryoji、Ikegami Takahisa、Sekiyama Naotaka、Iwata So、Kobayashi Takuya、Tochio Hidehito
  • 雑誌名: Structure 巻: 32 ページ: 352～361.e5
  • DOI: 10.1016/j.str.2023.12.008
  • 査読あり
• [雑誌論文] Crystal structure reveals the binding mode and selectivity of a photoswitchable ligand for the adenosine A2A receptor (2024)
  • 著者名/発表者名: Araya Tsuyoshi、Matsuba Yuya、Suzuki Harufumi、Doura Tomohiro、Nuemket Nipawan、Nango Eriko、Yamamoto Masaki、Im Dohyun、Asada Hidetsugu、Kiyonaka Shigeki、Iwata So
  • 雑誌名: Biochemical and Biophysical Research Communications 巻: 695 ページ: 149393～149393
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2023.149393
  • 査読あり
• [雑誌論文] Time-resolved serial crystallography to track the dynamics of carbon monoxide in the active site of cytochrome <i>c</i> oxidase (2023)
  • 著者名/発表者名: Safari Cecilia et al.
  • 雑誌名: Science Advances 巻: 9 ページ: adh4179
  • DOI: 10.1126/sciadv.adh4179
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Visualizing the DNA repair process by a photolyase at atomic resolution (2023)
  • 著者名/発表者名: Maestre-Reyna Manuel et al.
  • 雑誌名: Science 巻: 382 ページ: add7795
  • DOI: 10.1126/science.add7795
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Structural insights into the agonists binding and receptor selectivity of human histamine H4 receptor (2023)
  • 著者名/発表者名: Im Dohyun、Kishikawa Jun-ichi、Shiimura Yuki、Hisano Hiromi、Ito Akane、Fujita-Fujiharu Yoko、Sugita Yukihiko、Noda Takeshi、Kato Takayuki、Asada Hidetsugu、Iwata So
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 14 ページ: 6538
  • DOI: 10.1038/s41467-023-42260-z
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] A versatile approach to high-density microcrystals in lipidic cubic phase for room-temperature serial crystallography (2023)
  • 著者名/発表者名: Birch James、Kwan Tristan O. C.、Judge Peter J.、Axford Danny、Aller Pierre、Butryn Agata、Reis Rosana I.、Bada Juarez Juan F.、Vinals Javier、Owen Robin L.、Nango Eriko、Tanaka Rie、Tono Kensuke、Joti Yasumasa、Tanaka Tomoyuki、Owada Shigeki、Sugahara Michihiro、Iwata So、Orville Allen M.、Watts Anthony、Moraes Isabel
  • 雑誌名: Journal of Applied Crystallography 巻: 56 ページ: 1361～1370
  • DOI: 10.1107/S1600576723006428
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Mapping protein dynamics at high spatial resolution with temperature-jump X-ray crystallography (2023)
  • 著者名/発表者名: Wolff Alexander M et al.
  • 雑誌名: Nature Chemistry 巻: 15 ページ: 1549～1558
  • DOI: 10.1038/s41557-023-01329-4
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Optical control of ultrafast structural dynamics in a fluorescent protein (2023)
  • 著者名/発表者名: Hutchison Christopher D. M. et al.
  • 雑誌名: Nature Chemistry 巻: 15 ページ: 1607～1615
  • DOI: 10.1038/s41557-023-01275-1
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Cryo-EM structures of human zinc transporter ZnT7 reveal the mechanism of Zn2+ uptake into the Golgi apparatus (2023)
  • 著者名/発表者名: Bui Han Ba、Watanabe Satoshi、Nomura Norimichi、Liu Kehong、Uemura Tomoko、Inoue Michio、Tsutsumi Akihisa、Fujita Hiroyuki、Kinoshita Kengo、Kato Yukinari、Iwata So、Kikkawa Masahide、Inaba Kenji
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 14 ページ: 4770
  • DOI: 10.1038/s41467-023-40521-5
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Serial Femtosecond Crystallography Reveals that Photoactivation in a Fluorescent Protein Proceeds via the Hula Twist Mechanism (2023)
  • 著者名/発表者名: Fadini Alisia et al.
  • 雑誌名: Journal of the American Chemical Society 巻: 145 ページ: 15796～15808
  • DOI: 10.1021/jacs.3c02313
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Structural insight into an anti-BRIL Fab as a G-protein-coupled receptor crystallization chaperone (2023)
  • 著者名/発表者名: Miyagi Hikaru、Suzuki Michihiko、Yasunaga Mai、Asada Hidetsugu、Iwata So、Saito Jun-ichi
  • 雑誌名: Acta Crystallographica Section D Structural Biology 巻: 79 ページ: 435～441
  • DOI: 10.1107/S205979832300311X
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structure and mechanism of oxalate transporter OxlT in an oxalate-degrading bacterium in the gut microbiota (2023)
  • 著者名/発表者名: Jaunet-Lahary Titouan、Shimamura Tatsuro、Hayashi Masahiro、Nomura Norimichi、Hirasawa Kouta、Shimizu Tetsuya、Yamashita Masao、Tsutsumi Naotaka、Suehiro Yuta、Kojima Keiichi、Sudo Yuki、Tamura Takashi、Iwanari Hiroko、Hamakubo Takao、Iwata So、Okazaki Kei-ichi、Hirai Teruhisa、Yamashita Atsuko
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 14 ページ: 1730
  • DOI: 10.1038/s41467-023-36883-5
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Ambient temperature structure of phosphoketolase from <i>Bifidobacterium longum</i> determined by serial femtosecond X-ray crystallography (2023)
  • 著者名/発表者名: Nakata Kunio、Kashiwagi Tatsuki、Kunishima Naoki、Naitow Hisashi、Matsuura Yoshinori、Miyano Hiroshi、Mizukoshi Toshimi、Tono Kensuke、Yabashi Makina、Nango Eriko、Iwata So
  • 雑誌名: Acta Crystallographica Section D Structural Biology 巻: 79 ページ: 290～303
  • DOI: 10.1107/S2059798323001638
  • 査読あり
• [雑誌論文] Ultrafast structural changes direct the first molecular events of vision (2023)
  • 著者名/発表者名: Gruhl Thomase et al.
  • 雑誌名: Nature 巻: 615 ページ: 939～944
  • DOI: 10.1038/s41586-023-05863-6
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] In Vitro Pharmacological Profile of KW-6356, a Novel Adenosine A_2AReceptor Antagonist/Inverse Agonist (2023)
  • 著者名/発表者名: Ohno Yutaro、Suzuki Michihiko、Asada Hidetsugu、Kanda Tomoyuki、Saki Mayumi、Miyagi Hikaru、Yasunaga Mai、Suno Chiyo、Iwata So、Saito Jun-ichi、Uchida Shinichi
  • 雑誌名: Molecular Pharmacology 巻: 103 ページ: 311～324
  • DOI: 10.1124/molpharm.122.000633
  • 査読あり
• [雑誌論文] B型肝炎ウイルスの感染受容体NTCPの構造 (2023)
  • 著者名/発表者名: 野村紀通
  • 雑誌名: 医学のあゆみ 巻: 285 ページ: 1082-71083
• [雑誌論文] Recent progress in membrane protein dynamics revealed by X-ray free electron lasers: Molecular movies of microbial rhodopsins (2023)
  • 著者名/発表者名: Nango Eriko、Iwata So
  • 雑誌名: Current Opinion in Structural Biology 巻: 81 ページ: 102629～102629
  • DOI: 10.1016/j.sbi.2023.102629
  • 査読あり
• [雑誌論文] ドパミン受容体を標的とした統合失調症治療薬─構造生物学からの洞察 (2023)
  • 著者名/発表者名: 林 到炫, 岩田 想
  • 雑誌名: 医学のあゆみ 巻: 286 ページ: 537-543
• [学会発表] 拠点の紹介：構造解析ユニット (2023)
  • 著者名/発表者名: 岩田想
  • 学会等名: 京都大学BINDS合同シンポジウム：オープンイノベーションから創薬へ 2023
  • 招待講演
• [学会発表] 抗体を用いた膜タンパク質構造研究 (2023)
  • 著者名/発表者名: 野村紀通
  • 学会等名: 京都大学BINDS合同シンポジウム：オープンイノベーションから創薬へ 2023
  • 招待講演
• [学会発表] X線結晶構造解析で見るTNF阻害剤の分子機構 (2023)
  • 著者名/発表者名: 野村紀通
  • 学会等名: 潰瘍性大腸炎Webセミナー「TNFα阻害剤をMOAから再考する」
  • 招待講演
• [学会発表] 胆汁酸トランスポーターNTCPによるB型肝炎ウイルス認識の構造基盤 (2023)
  • 著者名/発表者名: 浅見仁太*、朴在鉉、野村弥生、石本直偉士*、小林ちさ*、御舩淳紀、植村智子、劉紅、佐藤有美、村松正道、脇田隆字、Drew David、渡士幸一、岩田想、清水敏之、朴三用、野村紀通、大戸梅治
  • 学会等名: 日本薬学会第143年会
• [備考] B型肝炎ウイルスが感染受容体に結合するしくみを解明
  • URL: https://www.kyoto-u.ac.jp/ja/research-news/2024-01-18
• [備考] クライオ電子顕微鏡によりゴルジ体の亜鉛輸送体による亜鉛輸送機構の全容を解明
  • URL: https://www.kyoto-u.ac.jp/ja/research-news/2023-08-29-2
• [備考] 尿路結石形成を防ぐ腸内細菌で働く鍵分子・シュウ酸輸送体の立体構造解明
  • URL: https://www.kyoto-u.ac.jp/ja/research-news/2023-04-04
• [備考] 慢性アレルギー疾患に関わるヒスタミン受容体の構造解明―新規アトピー性皮膚炎・喘息治療薬の開発に貢献―
  • URL: https://www.kyoto-u.ac.jp/ja/research-news/2023-10-23
• [備考] 光回復酵素による損傷DNA修復反応を原子レベルで解明
  • URL: https://www.kyoto-u.ac.jp/ja/research-news/2023-12-01-0
• [産業財産権] 皮膚筋炎又は間質性肺炎の患者の治療抵抗性の予測方法、及び当該方法に使用されるキット (2024)
  • 発明者名: 笹井蘭、笹井恒雄、野中元裕、野村紀通
  • 権利者名: 国立大学法人京都大学
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 特願2024-015255