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2020 年度 実施状況報告書

抗体医薬の中分子化を目指した多点結合型Multi-FLAPの創製

研究課題

研究課題/領域番号 19K06970
研究機関東京工業大学

研究代表者

門之園 哲哉  東京工業大学, 生命理工学院, 助教 (10510282)

研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2022-03-31
キーワード中分子創薬 / 創薬デザイン技術 / タンパク質分子設計 / 抗体代替分子 / 標的結合小型タンパク質
研究実績の概要

(1)2019年度に構築したプラスミドを大腸菌に導入し、Multi-FLAPタンパク質、軽鎖CDR由来ペプチドのみあるいは重鎖CDR由来ペプチドのみを足場に組み込んだ小型タンパク質を発現させて精製した。
これらのタンパク質は全て可溶体として発現し、FPLCを利用したアフィニティクロマトグラフィで容易に精製できた。
(2)精製タンパク質のHER2への結合力をELISAにより測定したところ、Multi-FLAPの解離定数KDは58 nMと強く抗原に結合することが分かった。また、軽鎖CDR由来ペプチドのみあるいは重鎖CDR由来ペプチドのみを足場に組み込んだ小型タンパク質のKDはそれぞれ3700 nMあるいは620 nMであった。つまり、重鎖CDR由来ペプチドのみ、あるいは軽鎖CDR由来ペプチドのみでは結合力は非常に弱いが、重鎖CDR由来ペプチドと軽鎖CDR由来ペプチドを同時に組み込むことにより、結合力が飛躍的に高まることが明らかになった。
(3)さらに詳細に結合様式を検証するために、HER2とMulti-FLAPの複合体モデルを作成し、ドッキングシミュレーションを利用して組み込んだ残基の結合エネルギーを予測した。その結果、重鎖CDR由来ペプチドの方は大きな結合エネルギーを持っていたが、軽鎖CDR由来ペプチドのエネルギー的な寄与は少ないことが示唆された。ELISAでの結果と合わせると、申請者の仮説「結合エネルギー的には寄与が少なくても、複数のCDRにまたがって結合点を持つことで抗原認識領域が広がり、複合体形成に有利に働く」を支持する結果である。

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

本研究では抗体医薬の中分子化のためのデザイン理論の確立を目指している。そのために、①足場分子のイン・シリコ・スクリーニング(2019年度)、②Multi-FLAPのデザインと結合力予測(2020年度)、③Multi-FLAPの結合力評価と仮説の検証(2020-2021年度)、④Multi-FLAPの有用性評価(2021年度)の4つのマイルストーンを計画している。2020年度の研究によって既に③の「Multi-FLAPの結合力評価と仮説の検証」まで終了しており、当初計画以上に進展している。

今後の研究の推進方策

(1) 本研究期間後に、Multi-FLAPを診断薬、治療薬として高機能化を目指していくための準備を行う。Multi-FLAPは分子サイズが10 kDaと小さいため、生体内に投与すると速やかに腎排泄されて効果が持続しないという課題が考えられる。そこで、血中滞留性を高めて腫瘍への集積効率を高める方法を検討し、有用性を評価する。
(2) 2019年度、2020年度と当初の計画以上に研究は進捗している。そこで、Multi-FLAPを超える高機能FLAPをデザインする新たな方法論を考案し、予備検討を行う。

次年度使用額が生じた理由

購入予定であった薬用冷蔵ショーケースの設備備品費、研究成果発表のための旅費が必要なくなったため、その分が次年度繰越額として生じた。当初の計画以上に研究が進展しているため、次年度ではMulti-FLAPの有用性評価に加えて新たなFLAPデザインの予備検討を実施する予定であり、それらの研究に必要な消耗品費として利用する。

  • 研究成果

    (12件)

すべて 2021 2020

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (10件) (うち国際学会 1件、 招待講演 7件)

  • [雑誌論文] Strategic design to create HER2-targeting proteins with target-binding peptides immobilized on a fibronectin type III domain scaffold2020

    • 著者名/発表者名
      Yimchuen Wanaporn、Kadonosono Tetsuya、Ota Yumi、Sato Shinichi、Kitazawa Maika、Shiozawa Tadashi、Kuchimaru Takahiro、Taki Masumi、Ito Yuji、Nakamura Hiroyuki、Kizaka-Kondoh Shinae
    • 雑誌名

      RSC Advances

      巻: 10 ページ: 15154~15162

    • DOI

      10.1039/D0RA00427H

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Reconstitution of an Anti‐HER2 Antibody Paratope by Grafting Dual CDR‐Derived Peptides onto a Small Protein Scaffold2020

    • 著者名/発表者名
      See Kyra、Kadonosono Tetsuya、Ota Yumi、Miyamoto Kotaro、Yimchuen Wanaporn、Kizaka‐Kondoh Shinae
    • 雑誌名

      Biotechnology Journal

      巻: 15 ページ: 2000078~2000078

    • DOI

      10.1002/biot.202000078

    • 査読あり
  • [学会発表] 抗体構造情報を利用した分子標的ペプチドの創製2021

    • 著者名/発表者名
      門之園 哲哉
    • 学会等名
      日本薬学会第141回大会シンポジウム『中分子創薬研究のフロンティア:生体分子を標的とした機能性ペプチドの創製』
    • 招待講演
  • [学会発表] スマートデザインによる高性能標的結合の創製2021

    • 著者名/発表者名
      門之園 哲哉
    • 学会等名
      日本農薬学会第46回大会シンポジウム『生物と化学のはざまで』
    • 招待講演
  • [学会発表] Novel biophramaceuticals for molecular target therapy of cancer. In silico design and evaluation of biopharmaceuticals2021

    • 著者名/発表者名
      Tetsuya Kadonosono
    • 学会等名
      RWTH-Tokyo Tech Joint Workshop『In silico, AI, AR in Life Science』
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Double-CDR grafting for the development of small HER2-targeting proteins2020

    • 著者名/発表者名
      Kyra See, Tetsuya Kadonosono, Kotaro Miyamoto, Wanaporn Yimchuen, Shinae Kizaka-Kondoh
    • 学会等名
      第43回日本分子生物学会年会
  • [学会発表] スマートデザインによる抗原結合小型タンパク質FLAPの創製2020

    • 著者名/発表者名
      門之園 哲哉
    • 学会等名
      Yokohama Scientists Spotlight
    • 招待講演
  • [学会発表] Development of small HER2-binding proteins by paratope reconstitution2020

    • 著者名/発表者名
      Kyra See, Tetsuya Kadonosono, Kotaro Miyamoto, Wanaporn Yimchuen, Shinae Kizaka-Kondoh
    • 学会等名
      第79回日本癌学会学術集会
  • [学会発表] A smart design of target-binding small proteins for molecular target therapy2020

    • 著者名/発表者名
      Tetsuya Kadonosono
    • 学会等名
      第58回生物物理学会年会シンポジウム『Biomolecular Design to Control their Functions』
    • 招待講演
  • [学会発表] スマートデザインによる抗体医薬代替小型タンパク質の創製2020

    • 著者名/発表者名
      門之園 哲哉
    • 学会等名
      第93回日本生化学会シンポジウム『化学で攻める新しい創薬のカタチ』
    • 招待講演
  • [学会発表] 構造計算による抗原結合小型タンパク質デザインと創薬研究2020

    • 著者名/発表者名
      門之園 哲哉
    • 学会等名
      生物工学フォーラム『情報解析が切り拓く創薬・生物工学研究の新展開』
    • 招待講演
  • [学会発表] Double-CDR grafting for the development of small HER2-targeting proteins2020

    • 著者名/発表者名
      Kyra See, Tetsuya Kadonosono, Wanaporn Yimchuen, Shinae Kizaka-Kondoh
    • 学会等名
      第20回日本蛋白質科学会年会

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公開日: 2021-12-27  

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