環状β-アミノ酸含有フォルダマーペプチドライブラリの構築と新規ペプチド医薬の開発

2022 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 22H00439
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 加藤 敬行 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 准教授 (90567760)
• 研究期間 (年度): 2022-04-01 – 2025-03-31
• キーワード: ペプチド医薬 / β-アミノ酸 / フォルダマー / 翻訳 / tRNA

研究実績の概要

本研究では、環状β-アミノ酸を含有する逆平行βシート型ペプチドライブラリおよび10/11/11ヘリックス型ペプチドライブラリを構築し、RaPIDディスプレイ法を用いたスクリーニングによって新規医薬品を開発することを目指す。これらのペプチドは安定かつ剛直な折りたたみ構造を有するため、①標的分子への結合力の向上、②膜透過性の向上、③ペプチダーゼ耐性の向上が期待され、従来のペプチド医薬の弱点を克服できるため、新規ペプチド医薬の開発基盤として理想的である。本研究の特徴は、これらのペプチドライブラリをリボソーム翻訳によって合成する点にあり、10の13乗を超える多様性をもつペプチドライブラリを迅速かつ容易に構築できる。環状β-アミノ酸は遺伝暗号リプログラミング法によってペプチド鎖中に導入することができる。通常、β-アミノ酸の翻訳効率は天然のL-α-アミノ酸と比べて著しく低いが、研究代表者らが開発したPro1E2と呼ばれる新型人工tRNAを用いることによって、β-アミノ酸を含むペプチドライブラリを効率よく翻訳合成することに成功した。これまでに、ペプチドライブラリ中央部に１つないし２つの環状β-アミノ酸を配置した逆平行βシート型ペプチドライブラリの調製と、環状β-アミノ酸を３アミノ酸残基おきに配置した10/11/11ヘリックス型ペプチドライブラリの調製に成功しており、現在様々な標的タンパク質に対する阻害剤ペプチドのスクリーニングを進めている。並行して、環状β-アミノ酸以外のturn/helix inducerの導入の検討も進めており、ライブラリが構築でき次第ペプチドのセレクションを実施する。

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

現在までに環状β-アミノ酸を含む逆平行βシート型ペプチドライブラリおよび10/11/11ヘリックス型ペプチドライブラリともにリボソーム翻訳による翻訳合成の条件検討が完了しており、問題なくライブラリが調製できることを確認済みである。さらにこれらのライブラリを用いて複数の創薬標的に対するRaPIDセレクションに着手済みである。並行して環状β-アミノ酸以外のturn/helix inducerの導入の検討も順調に進んでいる。この結果は１年目終了時点までの計画に照らして予定通りであり、おおむね順調に進展していると考える。

今後の研究の推進方策

今後も継続して環状β-アミノ酸含有逆平行βシート型ペプチドライブラリおよび10/11/11ヘリックス型ペプチドライブラリを用いたペプチドのRaPIDセレクションを進める。環状β-アミノ酸以外のturn/helix inducerを含むフォルダマーペプチドライブラリについても順次RaPIDセレクションを進める。セレクションの結果有望なペプチド配列が得られれば、それらのペプチドをパラレルペプチド合成機で有機化学的に大スケール合成し、結合活性・阻害活性・ペプチダーゼ耐性・膜透過性・結晶構造解析等の評価を実施する。標的とするタンパク質としては新型コロナウィルス感染症の標的となるスパイクタンパク質やメインプロテアーゼを中心に、自己免疫疾患治療薬の標的となるインターフェロンγ受容体、血栓症治療薬の標的となるFXIIaやCLEC-2、肺がん治療薬の標的となるEGFRなどを使用する。

研究成果

• [雑誌論文] Ribosomal incorporation of negatively charged D-α- and N-methyl-L-α-amino acids enhanced by EF-Sep (2023)
  • 著者名/発表者名: Katoh Takayuki、Suga Hiroaki
  • 雑誌名: Philosophical Transactions of the Royal Society B: Biological Sciences 巻: 378 ページ: 20220038
  • DOI: 10.1098/rstb.2022.0038
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Drop-off-reinitiation at the amino termini of nascent peptides and its regulation by IF3, EF-G, and RRF (2023)
  • 著者名/発表者名: Katoh Takayuki、Suga Hiroaki
  • 雑誌名: RNA 巻: 29 ページ: 663～674
  • DOI: 10.1261/rna.079447.122
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] In Vitro Selection of Macrocyclic α/β3-Peptides against Human EGFR (2022)
  • 著者名/発表者名: Wakabayashi Risa、Kawai Marina、Katoh Takayuki、Suga Hiroaki
  • 雑誌名: Journal of the American Chemical Society 巻: 144 ページ: 18504～18510
  • DOI: 10.1021/jacs.2c07624
  • 査読あり
• [雑誌論文] Serum-Stable and Selective Backbone-N-Methylated Cyclic Peptides That Inhibit Prokaryotic Glycolytic Mutases (2022)
  • 著者名/発表者名: van Neer R.H.P.、Dranchak P. K.、Liu L.、Aitha M.、Queme B.、Kimura H.、Katoh T.、Battaile K. P.、Lovell S.、Inglese J.、Suga H.
  • 雑誌名: ACS Chemical Biology 巻: 17 ページ: 2284～2295
  • DOI: 10.1021/acschembio.2c00403
  • 査読あり
• [雑誌論文] In Vitro Genetic Code Reprogramming for the Expansion of Usable Noncanonical Amino Acids (2022)
  • 著者名/発表者名: Katoh Takayuki、Suga Hiroaki
  • 雑誌名: Annual Review of Biochemistry 巻: 91 ページ: 221～243
  • DOI: 10.1146/annurev-biochem-040320-103817
  • 査読あり
• [学会発表] 環状γ-アミノ酸含有ペプチドを用いたSARS-CoV-2メインプロテアーゼ阻害剤のスクリーニング (2022)
  • 著者名/発表者名: 三浦 敬, Malla Tika, Owen David, Tumber Anthony, Brewitz Lennar, McDonough Michael, Salah Eidarus, 寺坂 尚紘, 加藤 敬行, Lukacik Petra, Strain-Damerell Claire, Mikolajek Halina, Walsh Martin, Kawamura Akane, Schofield Christopher, 菅 裕明
  • 学会等名: 日本薬学会第143年会
• [学会発表] 環状βアミノ酸を含む新規ヘリカルペプチド薬剤候補探索 (2022)
  • 著者名/発表者名: 川合 茉利奈, 加藤 敬行, Malla Tika, Tumber Anthony, Brewitz Lennar, McDonough Michael, Salah Eidraus, 寺坂 尚紘, Kawamura Akane, Schofield Christopher, 菅 裕明
  • 学会等名: 日本薬学会第143年会
• [学会発表] 環状γ-アミノ酸含有ペプチドライブラリの構築および SARS-CoV-2 メインプロテアーゼ阻害剤のスクリーニング (2022)
  • 著者名/発表者名: 三浦 敬, Malla Tika, Owen David, Tumber Anthony, Brewitz Lennart, McDonough Michael, Salah Eidarus, 寺坂 尚紘, 加藤 敬行, Lukacik Petra, Strain-Damerell Claire, Mikolajek Halina, Walsh Martin, Kawamura Akane, Schofield Christopher, 菅 裕明
  • 学会等名: 第21回東京大学生命科学シンポジウム
• [学会発表] α-ヒドラジノ酸含有ペプチドライブラリの翻訳合成と薬剤候補探索への適用 (2022)
  • 著者名/発表者名: 松本 聡美, 加藤 敬行, 菅 裕明
  • 学会等名: 日本化学会第103春季年会
• [学会発表] RIBOSOMAL SYNTHESIS OF A PEPTIDE LIBRARY CONTAINING CYCLIC γ-AMINO ACIDS FOR DISCOVERY OF SARS-CoV-2 MAIN PROTEASE INHIBITORS (2022)
  • 著者名/発表者名: Takashi Miura, Tika R. Malla, C. David Owen, Anthony Tumber, Lennart Brewitz, Michael A. McDonough, Eidarus Salah, Naohiro Terasaka, Takayuki Katoh, Petra Lukacik, Claire Strain-Damerell, Halina Mikolajek, Martin A. Walsh, Akane Kawamura, Christopher J. Schofield, and Hiroaki Suga
  • 学会等名: 第59回ペプチド討論会