三次元構造制御を鍵とした分子設計に基づく機能性ペプチドの開発

2022 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 19K06965
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 渡邉 瑞貴 北海道大学, 薬学研究院, 准教授 (20507173)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2023-03-31
• キーワード: フォルダマー / 環状ペプチド / 配座制御 / 三次元構造 / 膜透過性

研究実績の概要

本研究では、細胞内タンパク質間相互作用を標的可能な新たなペプチド創薬方法論の確立を目指し、分子全体の三次元構造を制御することによって機能化したペプチドの創製に取り組んだ。具体的には、キラルシクロプロパンの構造特性を利用して配座を高度に制御した光学活性シクロプロパンδ-アミノ酸を鍵ユニットとした分子設計による(I)タンパク質間相互作用に重要なαヘリックス上の側鎖官能基の空間配置を模倣したペプチドフォルダマー、および、(II)配座制御によって高い細胞膜透過性を有した環状ペプチドの設計・合成・立体構造解析を実施した。前年度までに、分子動力学計算を活用した分子設計、および、設計した分子の有機化学合成を実施した。光学活性α,δ-二置換シクロプロパンδ-アミノ酸モノマーユニットを立体特異的に合成する経路を確立し、設計した種々のオリゴマーや環状ペプチドの合成を達成した。合成した分子の三次元構造を解析すべく、CDやNMR、X線などによる解析をすすめた。特定の立体化学を有するトランス型α,δ-二置換シクロプロパンδ-アミノ酸のオリゴマーが、溶液中および結晶中でほぼ同一の14-ヘリカル構造になっていることを明らかにした。このヘリカル構造は、分子設計で期待した三次元構造ともほぼ一致していた。また、環状ペプチドについては、人工膜透過試験（PAMPA）によって膜の透過性を調べた。非常に高い膜透過性を示す環状ペプチドも見出された。NMRスペクトルに基づいた溶液中の三次元構造解析を進め、膜透過性と環状ペプチドの三次元構造との相関性について検討した。さらに、膜透過性環状ペプチドが結合しうる細胞内タンパク質をプルダウンアッセイによって探索したところ、結合タンパク質の存在を示唆する結果を得た。

研究成果

• [国際共同研究] University of Vienna(オーストリア)
  • 国名: オーストリア
  • 外国機関名: University of Vienna
• [国際共同研究] University of Copenhagen(デンマーク)
  • 国名: デンマーク
  • 外国機関名: University of Copenhagen
• [雑誌論文] Synthesis of γ-Aminobutyric Acid (GABA) Analogues Conformationally Restricted by Bicyclo[3.1.0]hexane/hexene or [4.1.0]Heptane/heptene Backbones as Potent Betaine/GABA Transporter Inhibitors (2022)
  • 著者名/発表者名: Keisuke Mitsui, Maria E. K. Lie, Naoki Saito, Koichi Fujiwara, Mizuki Watanabe, Petrine Wellendorph, Satoshi Shuto
  • 雑誌名: Organic Letters 巻: 24 ページ: 4151-5154
  • DOI: 10.1021/acs.orglett.2c01346
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Oxytocin Dynamics in the Body and Brain Regulated by the Receptor for Advanced Glycation End-Products, CD38, CD157, and Nicotinamide Riboside (2022)
  • 著者名/発表者名: H. Higashida, K. Furuhara, O. Lopatina, M. Gerasimenko, O. Hori, T. Hattori, Y. Hayashi, S. M. Cherepanov, A. A. Shabalova, A. B. Salmina, K. Minami, T. Yuhi, C. Tsuji, P. Y. Fu, Z. Liu, S. Luo, A. Zhang, S. Yokoyama, S. Shuto, M. Watanabe, K. Fujiwara, S. Munesue, A. Harashima, Y. Yamamoto
  • 雑誌名: Frontiers in Neuroscience 巻: 16 ページ: 858070
  • DOI: 10.3389/fnins.2022.858070
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Design and Synthesis of Cyclopropane Congeners of Resolvin E3, an Endogenous Pro-Resolving Lipid Mediator, as Its Stable Equivalents (2022)
  • 著者名/発表者名: Shota Arai, Koichi Fujiwara, Masahiro Kojima, Haruka Aoki-Saito, Masakiyo Yatomi, Tsugumichi Saito, Yasuhiko Koga, Hayato Fukuda, Mizuki Watanabe, Shigeki Matsunaga, Takeshi Hisada, Satoshi Shuto
  • 雑誌名: The Journal of Organic Chemistry 巻: 87 ページ: 10501-10508
  • DOI: 10.1021/acs.joc.2c01110
  • 査読あり
• [雑誌論文] Delivering mRNA to Secondary Lymphoid Tissues by Phosphatidylserine‐Loaded Lipid Nanoparticles (2022)
  • 著者名/発表者名: Masaki Gomi, Yu Sakurai, Minami Sato, Hiroki Tanaka, Yumi Miyatake, Koichi Fujiwara, Mizuki Watanabe, Satoshi Shuto, Yuta Nakai, Kota Tange, Hiroto Hatakeyama, Hidetaka Akita
  • 雑誌名: Advanced Healthcare Materials 巻: 12 ページ: 2202528
  • DOI: 10.1002/adhm.202202528
  • 査読あり
• [学会発表] 生物活性を有する中分子天然物と環状ペプチドの合成と膜透過性 (2023)
  • 著者名/発表者名: 市川 聡、勝山 彬、山本 一貴、薬師寺 文華、渡邉 瑞貴
  • 学会等名: 日本薬学会第143年会
• [学会発表] 配座制御を基盤とした膜透過性環状ペプチドの創製と構造解析 (2023)
  • 著者名/発表者名: 山﨑祐季、久米田博之、松井耕平、藤原広一、渡邉瑞貴、周東智
  • 学会等名: 日本薬学会第143年会
• [学会発表] 中分子創薬の課題克服を指向した構造-物性相関解析：光学活性シクロプロパン含有環状ペプチド類の構造と溶解性、受動拡散性、細胞膜透過性、P-gp基質性相関 (2023)
  • 著者名/発表者名: 宮地 弘幸、金光 佳世子、石井 真由美、渡邊 恵里、佐藤 優希菜、長田 貴行、山﨑祐季、柏木 仁、菅原 満、周東 智、重田 育照、渡邉 瑞貴、前仲 勝実
  • 学会等名: 日本薬学会第143年会
• [学会発表] シクロプロパン骨格を有するSTAT3阻害剤の創出研究 (2023)
  • 著者名/発表者名: 渡邉 瑞貴、林 真由、太田 克美、浅井 章良、周東 智
  • 学会等名: 日本薬学会第143年会
• [学会発表] スピロ[2,5]オクタンを基本骨格としたペプチドミメティクスによる Bcl-2 ファミリータンパク質阻害剤の創製研究 (2022)
  • 著者名/発表者名: 渡邉瑞貴、坂下遼太郎、桑原智希、吉田朗子、林真由、水野彰、藤原広一、竹内恒、周東智
  • 学会等名: 日本ケミカルバイオロジー学会 第16回年会
• [学会発表] 3-エピデオキシネガマイシンの分子空間固定が及ぼすリードスルー活性への影響 (2022)
  • 著者名/発表者名: 大村紀子、田口晃弘、濱田圭佑、桑原智希、渡邉瑞貴、中久木正則、今野翔、高山健太郎、谷口敦彦、乃村俊史、周東智、林良雄
  • 学会等名: 日本ケミカルバイオロジー学会 第16回年会
• [学会発表] 配座制御による膜透過性環状ペプチドの開発とその応用研究 (2022)
  • 著者名/発表者名: 高島悠太、松井耕平、藤原広一、渡邉瑞貴、周東智
  • 学会等名: 生体機能関連化学部会 若手の会 第33回サマースクール
• [学会発表] がんワクチン療法への応用を見据えたホスファチジルセリン誘導体の創製研究 (2022)
  • 著者名/発表者名: 宮武結実, 佐藤南, 佐藤耀, 藤原広一, 渡邉瑞貴, 周東智
  • 学会等名: 生体機能関連化学部会 若手の会 第33回サマースクール
• [学会発表] 配座制御を基盤とした膜透過性環状ペプチドの研究 (2022)
  • 著者名/発表者名: 山﨑祐季、久米田博之、藤原広一、渡邉瑞貴、周東智
  • 学会等名: 第54回若手ペプチド夏の勉強会
• [学会発表] イミンを用いたZ選択的Juliaオレフィン化反応の開発 (2022)
  • 著者名/発表者名: 地崎巧真、藤原広一、渡邉瑞貴、周東智_
  • 学会等名: 第34回万有札幌シンポジウム
• [学会発表] Study To Identify Cyclic Peptides With Membrane Permeability And Bioactivity By Cyclopropane-Based Conformational Restriction Strategy (2022)
  • 著者名/発表者名: 山﨑祐季、久米田博之、松井耕平、藤原広一、渡邉瑞貴、周東智
  • 学会等名: 第59回ペプチド討論会
• [学会発表] DEVELOPMENT OF HELIX-FORMING α/δ-PEPTIDE FOLDAMERS BY CYCLOPROPANE-BASED CONFORMATIONAL RESTRICTION STRATEGY TARGETING PROTEIN_PROTEIN INTERACTIONS (2022)
  • 著者名/発表者名: 落合七彩、永田真、竹内恒、藤原広一、渡邉瑞貴、周東智
  • 学会等名: 第59回ペプチド討論会
• [学会発表] 抗炎症脂質レゾルビンE2の1,4,7-トリエン-ベンゼン置換による安定等価体の創製研究 (2022)
  • 著者名/発表者名: 田中伸英，村上侑斗，平島洸基、福田隼、藤原広一、渡邉瑞貴、室本竜太、松田正、周東智
  • 学会等名: 第48回反応と合成の進歩シンポジウム
• [学会発表] Michael-Wittig反応によるスキップジエン構築を鍵反応とするレゾルビンE4およびdeoxy体の合成研究 (2022)
  • 著者名/発表者名: 櫻田海都，藤原広一，渡邉瑞貴, 周東智
  • 学会等名: 第48回反応と合成の進歩シンポジウム
• [学会発表] 1,2,3-三置換シクロプロパンを骨格とするSTAT3阻害剤の創製研究 (2022)
  • 著者名/発表者名: 林真由，甘利穂乃花，太田克美，藤原広一，渡邉瑞貴，浅井章良，周東智
  • 学会等名: 第48回反応と合成の進歩シンポジウム