免疫チェックポイントを阻害する、人工抗体分子の迅速設計と調製

2021 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 20K06516
• 研究機関: 国立研究開発法人理化学研究所
• 研究代表者: 宮武 秀行 国立研究開発法人理化学研究所, 開拓研究本部, 専任研究員 (50291935)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2023-03-31
• キーワード: in silico/in cell選択 / コンピュータ創薬 / 免疫チェックポイント / PD1/PD-L1 / mTORC1 / Rheb / 抗がん剤

研究実績の概要

オプジーボを始めとする免疫チェックポイント阻害剤は、モノクローナル抗体薬の一種であり、優れた抗がん効果を発揮する。一方で、真核生物細胞による製造コストが高く、翻訳後の糖鎖修飾などにより、予想外の副作用が現れることなどの課題もある。
そこで本研究では、申請者の開発した、in silico/in cell複合選択法により、オプジーボを代替する非モノクローナル抗体（non-IgG）型の免疫チェックポイント阻害タンパク質を開発することを研究目的とする。
現在までに、免疫チェックポイントタンパク質PD-1をベースに、免疫チェックポイントタンパク質PD-L1に高親和性に結合する、2PD-1の開発に成功した。細胞実験により、2PD-1はT細胞を再活性化することが分かった。これらの研究成果を、学術誌に発表した。
また、in silico/in cell複合選択法をさらに発展させ、セリンスレオニンキナーゼであるmTORC1の阻害剤の開発にも取り組んでいる。mTORC1は多くのがん細胞で活性が亢進しており、また、免疫にも関与している。現在までに、mTORC1の新規阻害剤WRX606を調製した。細胞実験および動物実験により、WRX606はmTORC1をピンポイントで精密に阻害し、マウスを使用した動物実験でも、抗がん効果を確認した。以上の研究成果は学術誌に発表し、WRX606についての特許申請も行った。
今後は、スーパーコンピュータを用いた水系MDおよびsteered MD (SMD) シミュレーションにより、分子間相互作用をさらに高精度に解析する。これにより、2PD-1やWRX606の、更なる効果の向上を目指す。

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

非IgG型免疫チェックポイント阻害タンパク質2PD1の開発については、すでに学術誌（Ning, B. et. al. ACS Chemical Biology, 2021)に発表しており、これは、当初の研究計画に沿った進捗である。
また、in silico/in cell複合選択法をさらに発展させ、mTORC1の阻害剤の開発に成功したことは、当初の研究計画を超えた進捗である。この研究成果は、学術誌（Shams, R. et al. ACS Medicinal Chemistry, 2022: Shams, R. et al. Int J Mol Sci, 2022)に発表した。

今後の研究の推進方策

免疫チェックポイント阻害タンパク質2PD-1の更なる高親和性化を試みる。手法としては、まず、2PD-1に、PD-L1との相互作用を増強するための、フレキシブルループ(FL)を導入した、2PD-1FLを設計する。AlphaFold-multimerにより、2PD-1FLとPD-L1との複合体構造を計算する。さらに、スーパーコンピュータによるMDシミュレーションにより複合体構造を最適化し、結合自由エネルギーを計算して、複合体構造の安定性を評価する。さらに、2PD-1FLを大腸菌で発現させ、大量調製し、PD-L1との親和性をAlphaLISAにより測定する。さらに、動物実験により、2PD-1FLの抗がん効果を確認する。
また、WRX606については、Helaや4T1以外のがん種についても、抗がん効果を確認する。

次年度使用額が生じた理由

本年度には、マウス等による動物実験を実施予定であり、それにかかる必要な予算を繰り越して確保した。

研究成果

• [雑誌論文] Mapping of mTOR drug targets: Featured platforms for anti-cancer drug discovery (2022)
  • 著者名/発表者名: Shams Raef、Ito Yoshihiro、Miyatake Hideyuki
  • 雑誌名: Pharmacology&Therapeutics 巻: 232 ページ: 108012～108012
  • DOI: 10.1016/j.pharmthera.2021.108012
  • 査読あり
• [雑誌論文] Development of a Non-IgG PD-1/PD-L1 Inhibitor by in Silico Mutagenesis and an In-Cell Protein-Protein Interaction Assay (2021)
  • 著者名/発表者名: Ning Boyang、Ren Xueli、Hagiwara Kyoji、Takeoka Shinji、Ito Yoshihiro、Miyatake Hideyuki
  • 雑誌名: ACS Chemical Biology 巻: 16 ページ: 316～323
  • DOI: 10.1021/acschembio.0c00817
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] In Silico and In Cell Hybrid Selection of Nonrapalog Ligands to Allosterically Inhibit the Kinase Activity of mTORC1 (2021)
  • 著者名/発表者名: Shams Raef、Matsukawa Akihiro、Ochi Yukari、Ito Yoshihiro、Miyatake Hideyuki
  • 雑誌名: Journal of Medicinal Chemistry 巻: 65 ページ: 1329～1341
  • DOI: 10.1021/acs.jmedchem.1c00536
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Evaluation of the Binding Kinetics of RHEB with mTORC1 by In-Cell and In Vitro Assays (2021)
  • 著者名/発表者名: Shams Raef、Ito Yoshihiro、Miyatake Hideyuki
  • 雑誌名: International Journal of Molecular Sciences 巻: 22 ページ: 8766～8766
  • DOI: 10.3390/ijms22168766
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [産業財産権] ５．新規なmTORC1阻害作用を有する化合物を含む、制癌剤、発がん抑制剤および寿命延長剤 (2021)
  • 発明者名: 宮武秀行、伊藤嘉浩、Raef Shams、松川 昭博
  • 権利者名: 宮武秀行、伊藤嘉浩、Raef Shams、松川 昭博
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: PCT-JP2021-035038
  • 外国
• [産業財産権] 新規なmTORC1阻害作用を有する化合物を含む、制癌剤、発がん抑制剤および寿命延長剤 (2020)
  • 発明者名: 宮武秀行
  • 権利者名: 宮武秀行
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 特願2020-160450