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2022 年度 実施状況報告書

タンパク質間相互作用(PPI)標的籠型3D骨格化合物ライブラリーの構築とその実証

研究課題

研究課題/領域番号 22K19104
研究機関東京工業大学

研究代表者

中村 浩之  東京工業大学, 科学技術創成研究院, 教授 (30274434)

研究分担者 岡田 智  東京工業大学, 科学技術創成研究院, 准教授 (70785229)
三浦 一輝  東京工業大学, 科学技術創成研究院, 助教 (70825330)
盛田 大輝  東京工業大学, 科学技術創成研究院, 助教 (80881929)
研究期間 (年度) 2022-06-30 – 2024-03-31
キーワードタンパク質間相互作用 / α-ヘリックス / SARS-Cov-2 / 3次元骨格分子
研究実績の概要

多くのタンパク質間相互作用(PPI)界面を形成する部分立体構造に着眼し、そのヘリックスを模倣する籠型3D骨格低分子の創出する。SARS-Cov-2ウイルスの感染に重要なスパイクタンパク質表面のRBDとヒト細胞表面のACE2受容体のPPIに着目し、これを阻害する低分子を見出すことが本研究の目的である。2022年度は、最近報告された、SARS-CoV-2 のスパイクタンパク質表面の RBD に結合するヘリックスペプチド断片情報をもとに、RBDと相互作用 していると考えられるアミノ酸残基をアラニン置換したペプチドを合成し、ACE2受容体のα-ヘリックスペプチドの「Hotspot」を検出した。そして、このHotspotのアミノ酸残基から離れたアミノ酸残基に、蛍光色素の導入を検討した。4種類の蛍光色素導入ペプチドを合成し、二次構造変化を、円偏光二色性(CD)測定することにより検証した。
次に、Delta変異株(B.1.617.2)と Omicron変異株(BA.5)のRBDを用いて、RBD滴定アッセイを実施した。Delta変異株およびOmicron変異株のEC50はそれぞれ5.2 nMおよび2.2 nMであり、Wuhan-H-1株のRBDと同様に、相互作用することが示唆された。このアッセイ系を用いて、天然物glycyrrhizinがSARS-Cov-2ウイルスの感染に重要なスパイクタンパク質表面のRBDとヒト細胞表面のACE2受容体のPPIを阻害することを初めて実証した。
同時に、PPIを標的とした3次元骨格分子骨格の構築を検討し、複雑な三次元足場に基づくペプチドミメティクス設計のための分子発生器、「DeepCubist」をドイツ・ボン大学のBajorath教授と共同開発した。

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

当初の計画通り、PPI阻害剤のアッセイ系を構築することを達成しただけでなく、このアッセイ系を用いることで、天然物glycyrrhizinがSARS-Cov-2ウイルスの感染に重要なスパイクタンパク質表面のRBDとヒト細胞表面のACE2受容体のPPIを阻害することを初めて実証できた。さらに、同時に、PPIを標的とした3次元骨格分子骨格の構築を検討し、複雑な三次元足場に基づくペプチドミメティクス設計のための分子発生器、「DeepCubist」をドイツ・ボン大学のBajorath教授と共同開発に成功したことから、計画以上に進展していると判断した。

今後の研究の推進方策

申請者が開発した独自の籠型3D骨格に対し、3つの側鎖Pythonスクリプトを作成し、申請者が独自に作成した側鎖ライブラリー(500種)を用いて、 2千万化合物のバーチャルライブラリーを構築する。そして、初年度に明らかにしたRBD結合ペプチドの「Hotspot」の構造をもとに、ファーマコフォアモデルを作成し、in silico スクリーニングを本学スーパーコンピューター TSUBAME に搭載されている「Glide」 を用いて行う。得られた Top1000化合物に対し、合成可能な 20 化合物を選択して合成し、PPI阻害剤アッセイ系により評価することで、ウイルス感染阻害剤を見出す予定である。

  • 研究成果

    (10件)

すべて 2023 2022 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (4件) (うち国際共著 2件、 査読あり 4件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (4件) (うち招待講演 1件) 備考 (1件)

  • [国際共同研究] ボン大学(ドイツ)

    • 国名
      ドイツ
    • 外国機関名
      ボン大学
  • [雑誌論文] Development of a Peptide Sensor Derived from Human ACE2 for Fluorescence Polarization Assays of the SARS-CoV-2 Receptor Binding Domain2023

    • 著者名/発表者名
      Okada Satoshi、Muto Yuka、Zhu Bo、Ueda Hiroshi、Nakamura Hiroyuki
    • 雑誌名

      Analytical Chemistry

      巻: 95 ページ: 6198~6202

    • DOI

      10.1021/acs.analchem.2c05818

    • 査読あり
  • [雑誌論文] DeepCubist: Molecular Generator for Designing Peptidomimetics based on Complex three-dimensional scaffolds2023

    • 著者名/発表者名
      Umedera Kohei、Yoshimori Atsushi、Chen Hengwei、Kouji Hiroyuki、Nakamura Hiroyuki、Bajorath J?rgen
    • 雑誌名

      Journal of Computer-Aided Molecular Design

      巻: 37 ページ: 107~115

    • DOI

      10.1007/s10822-022-00493-y

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Design of MMP-1 inhibitors via SAR transfer and experimental validation2022

    • 著者名/発表者名
      Umedera Kohei、Yoshimori Atsushi、Bajorath J?rgen、Nakamura Hiroyuki
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 12 ページ: 20915

    • DOI

      10.1038/s41598-022-25079-4

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Asymmetric construction of densely functionalized three-dimensional aza-tetracyclic scaffolds for drug discovery2022

    • 著者名/発表者名
      Umedera Kohei、Morita Taiki、Nakamura Hiroyuki
    • 雑誌名

      Chemical Communications

      巻: 58 ページ: 13592~13595

    • DOI

      10.1039/D2CC05700J

    • 査読あり
  • [学会発表] 新規ジアザトリシクロウンデカン骨格を基盤とする生物活性分子の創出2023

    • 著者名/発表者名
      土井知哉、三浦一輝、梅寺倖平、盛田大輝、中村浩之
    • 学会等名
      日本薬学会第143春季年会
  • [学会発表] SAR転移によるMMP-1阻害剤の設計と実験的実証2023

    • 著者名/発表者名
      梅寺 倖平、吉森 篤史、Jurgen Bajorath、中村 浩之
    • 学会等名
      日本薬学会第143年会
  • [学会発表] ペプチド模倣分子への応用を指向した籠型骨格の構造生成器”DeepCubist”の開発2023

    • 著者名/発表者名
      中村 浩之、梅寺 倖平、吉森 篤史、Hengwei Chen、小路浩之、Jurgen Bajorath
    • 学会等名
      日本薬学会第143年会
  • [学会発表] Development of Peptidomimetics based on three dimensional scaffolds2022

    • 著者名/発表者名
      Kohei Umedera, Taiki Morita, Atsushi Yoshimori, Kentaro Yamada, Hiroyuki Kouji, Hiroyuki Nakamura
    • 学会等名
      第13回大津会議
    • 招待講演
  • [備考] 東京工業大学科学技術創成研究院 中村・岡田研究室

    • URL

      https://syn.res.titech.ac.jp/

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公開日: 2023-12-25  

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