| 研究課題/領域番号 |
26440081
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| 研究機関 | 日本医科大学 |
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研究代表者 |
菊地 浩人 日本医科大学, 医学部, 准教授 (00224907)
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| 研究分担者 |
古田 忠臣 東京工業大学, 生命理工学研究科, 助教 (10431834)
岡本 研 日本医科大学, 医学部, 准教授 (60267143)
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| 研究期間 (年度) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| キーワード | 酸化還元酵素 / 構造・機能予測 / 分子動力学 / キサンチン / 痛風治療薬 / フェブキソスタット / 阻害剤 / 創薬 |
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| 研究実績の概要 |
痛風治療薬であるfebuxostatは、哺乳類XORは阻害するが、バクテリアXORを阻害しないことがMD計算と酵素学的実験から研究代表者らにより実証された。この阻害作用の違いの原因を明確にするために、阻害作用の違いに影響を及ぼすと考えられるアミノ酸を、別のアミノ酸に置換したモデルを計算機上で作成し、そのモデルに対してMD計算を行っている。
阻害剤BOF（現在まだ薬として認可されていない）は、全体の３次元構造が「く」の字型に折れ曲がっていてfebuxostatとは構造の特徴が異なるが、febuxostatと同様、「構造に基づく阻害剤」である。機能面でも、febuxostat同様、ウシXORには強い阻害作用がある一方、バクテリアXORに対しては阻害作用が弱いという実験結果が得られている。MD計算の結果、実験結果を再現するような結果が得られたが、febuxostatがバクテリアXORから外れるときとは、その様相が異なっていた。BOFの場合、XORの鍵穴からはずれようとする動きと共役して、XORの鍵穴入口付近を構成している一つのペプチドターンが、鍵穴入口のゲートが開くように、外向きに大きく揺らぐ動きが見出されたのである。阻害剤が酵素からはずれる機構として興味深いので、この現象に焦点をあてた論文を準備中である。
哺乳類とバクテリアのXORに関する阻害剤の阻害作用機構を、分子レベルの動的な様相に着目して研究を行う一方、他の種のXORに対する知見も明らかにして、様々な種による阻害作用を将来的には体系的に示していく。そのために、現在、分担者の一人はニワトリXOR のＸ線結晶構造を解析中である。そして、ニワトリXOR に関しては、1次構造、3次構造、及びfebuxostatの阻害作用が哺乳類と細菌のXORの中間的な特徴を示すというデータを得ている (論文準備中)。
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| 現在までの達成度 (区分) |
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
ウシとバクテリアのXORに対する阻害剤の阻害作用の違いに関して、大きな影響を与えると考えられるアミノ酸を、計算機上で置換してMD計算を行う際、ウシXORのアミノ酸を置換することによって、阻害剤が簡単にXORの鍵穴から抜け出すことや、逆にバクテリアXORのアミノ酸を置換することによって、阻害剤がXORの鍵穴に留まって阻害作用をする結果を想定していた。この想定通りに計算結果が得られれば、置換したアミノ酸が阻害作用のキーとなる重要なアミノ酸となる。ところが、実際に置換して計算を行うと、チャネル内の相互作用が微妙に変化することによって、置換前の状況とは異なる状況となってしまうために、想定していたような計算結果が簡単には得られなかった。置換の組み合わせだけでもかなりの数であり、置換した一つのモデルの計算に対しても時間がかかるので、想定よりやや時間がかかっているのが現状である。
阻害剤BOFに関する計算は、おおむね予定通りに行われている。
ニワトリXORのX線結晶解析も順調であり、全体的にはおおむね順調に進展しているといえる。
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| 今後の研究の推進方策 |
置換モデルの計算に時間がかかっているが、基本的には当初の考え通りに進めていく予定である。
ウシとバクテリアのXORに対するfebuxostatの阻害の違いの原因の解明に関しては、バクテリアXORに、計算機上で完全に阻害がかかるように複数のミューテーションを行って、なるべく哺乳類のXORに近いモデルを作成し、そのモデル酵素のMD計算を行って、febuxostatがはずれないかを確認する。Febuxostatがはずれない確認ができたら、そのモデルからミューテーションした残基を1つずつ元のバクテリアXORの残基に戻し、逐一MD計算とMM-PBSA法によってfebuxostatの結合力を確認しながら重要なアミノ酸を特定していく。
ウシとバクテリアXORに対するBOFの阻害作用の機構の研究に関しては、計算結果のデータが揃ったところで論文作成に着手する。
ニワトリXORの結晶化は、質は充分でないものの、すでに結晶を得ている状況である。結晶化条件の最適化を進め、解像度の高い構造解析を目指すとともに、酵素学的解析を進める。
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