配座制御型アミノ酸を基軸としたペプチドフォルダマーの創薬研究

2022 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 22K06494
• 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): 2022-04-01 – 2025-03-31
• キーワード: フォルダマー / ペプチドミメティクス / 三次元構造制御 / α-ヘリックス / β-ストランド

研究実績の概要

タンパク質間相互作用は、生体の恒常性維持において重要かつ様々な役割を担う。この相互作用を制御できる分子は、生物医学研究のツールや新たな医薬シーズとなりうる。バイオ医薬を補完しうる、より低コストで細胞内のタンパク質間相互作用も標的可能な合成小～中分子が求められている。合成分子でタンパク質間相互作用を制御するには、相互作用面のhot-spotを形成するアミノ酸残基や二次構造（α-ヘリックスやβ-シート）を模倣した、多点間分子認識を可能とする機能性ペプチド（およびその等価体）の開発が有効な戦略の一つとして考えられる。本研究では、細胞内タンパク質間相互作用を制御するペプチドミメティクスの新たな創薬基盤の確立を目指し、シクロプロパンの構造特性を活用した配座制御を基軸とした分子設計によって主鎖の三次元構造および側鎖の空間配置の両方を同時にコントロールしたペプチド分子を創出する。まずは、配座を厳密に制御した光学活性シクロプロパンδ-またはγ-アミノ酸をオリゴ化することで、二次構造α-ヘリックスまたはβ-シートを高度かつ精密に模倣したペプチドフォルダマーを合成を目指す。本年度にはまず、分子動力学計算を活用し、三次元構造を予測をしながら、光学活性シクロプロパンδ-またはγ-アミノ酸を鍵ユニットとしたオリゴマーを設計し、その有機化学合成に取り組んだ。光学活性グリシドールを出発原料とし、立体選択的なシクロプロパン構築反応、不斉補助基を利用した立体選択的Grignard反応、および、不斉アルキル化を経て、所望のシクロプロパンδ-またはγ-アミノ酸を合成した。さらにオリゴマー化し、NMRやCD測定による溶液中の三次元構造解析に取り組んだ。その結果、分子設計で期待した通りのヘリカル構造やストランド様構造をとっていることが示唆された。

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

まず、目的の立体化学を有した光学活性シクロプロパンδ-およびγ-アミノ酸を、不斉補助基を利用した立体選択的Grignard反応および不斉アルキル化を経て、ある程度、大量合成する方法を確立できた。また、合成したシクロプロパンδ-およびγ-アミノ酸のオリゴマーの合成にも成功した。合成したオリゴマーの溶液中での三次元構造を、詳細なNMR解析によって実施できた。いずれのオリゴマーにおいても、分子設計で期待した通りのヘリカル構造やストランド様構造をとっていることが示唆され、シクロプロパンの構造特性を基盤とした本分子設計法が、三次元構造制御ペプチドの創出に有効であることが確かめられた。

今後の研究の推進方策

さらに新たなオリゴマーを設計し、合成する。それらの溶液中および結晶の三次元構造を、NMR, CD, XRDなどの測定により、実験的に明らかにし、分子設計で期待した通りの三次元構造かどうか、より詳細に確認する。さらに、抗がん薬の創薬標的であるp53/MDM2相互作用やBcl-xL/BAK相互作用などのタンパク質間相互作用を標的としたペプチドを設計・合成し、その薬理活性を評価する。タンパク質間相互作用を強力に阻害する分子を複数見いだすことで、本分子設計法の有用性を実証し、新たなペプチド創薬基盤として確立する。

次年度使用額が生じた理由

前年度までに購入していた各種消耗品の余りものを使用することで実験の実施に問題がなかったため、想定よりも次年度使用額が発生した。今後の研究の進捗によって各種消耗品が大量に必要になってくるため、適切に使用できると考えている。

研究成果

• [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
• [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
• [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、濵田圭佑、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