2020 Fiscal Year Annual Research Report

非天然アミノ酸の導入を可能にする新型リボソーム翻訳系の構築

Research Project

Project/Area Number	18H02080
Research Institution	The University of Tokyo
Principal Investigator	加藤敬行東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 准教授 (90567760)
Project Period (FY)	2018-04-01 – 2022-03-31
Keywords	非天然アミノ酸 / 翻訳合成 / ペプチド創薬 / tRNA / リボソーム
Outline of Annual Research Achievements	本研究では、前年度までにリボソーム翻訳系の改良を実現し、D-アミノ酸、β-アミノ酸、γ-アミノ酸、N-メチルアミノ酸などのさまざまな特殊骨格を持つ非天然アミノ酸のペプチド鎖中への翻訳導入効率向上を達成した。特に、γ-アミノ酸に関しては過去に翻訳によってペプチド鎖中に導入できた例はなく、本研究により世界で初めて実現することに成功した。また、β-アミノ酸に関しては直鎖β-アミノ酸のみならず主鎖骨格に環状構造をもつものの導入に成功した。このような環状β-アミノ酸は、ペプチドのターン構造やヘリックス構造を誘起する効果が高く、強固な折りたたみ構造をもつフォルダマーペプチドの構成アミノ酸として期待される。そこで、３種類の環状β-アミノ酸を大環状ペプチドライブラリ中に組みこみ、RaPID display法を用いて２種類の標的タンパク質（FXIIaおよびIFNGR1）に対する阻害剤ペプチドのセレクションを行った。得られたペプチド群は結合解離定数KDがpMオーダーと非常に強い結合力と阻害活性を示したうえ、血清中での安定性も非常に高いことが示された。さらに、得られたペプチドのうちの１つについてFXIIaとの共結晶構造解析を実施したところ、環状β-アミノ酸の一つである(1S,2S)-2-ACHCがγターン構造を誘起し、ペプチドを逆平行βシートに折りたたんでいることが明らかとなった。また、並行してD-アミノ酸を含有する大環状構造ペプチドライブラリの構築も行い、ヒトEGFRを標的とするペプチドのセレクションを実施した。得られたEGFR阻害ペプチドはヒト血清中で24時間インキュベーションしても全く分解されないことが明らかとなり、D-アミノ酸のライブラリへの導入がペプチド医薬の分解耐性向上に非常に有効であることを示した。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 1: Research has progressed more than it was originally planned. Reason 当初の目標としていた翻訳系の改良によるD-アミノ酸、β-アミノ酸、Nメチルアミノ酸等の導入効率向上は既に完全に達成しており、導入可能な基質の範囲のさらなる拡大を目指している段階であるため。また、当初の計画の範囲を超えて大環状ペプチドライブラリの構築とペプチドのin vitroセレクションの実施に進んでいるため。
Strategy for Future Research Activity	今後の方策としては、(1)翻訳導入可能な基質の範囲のさらなる拡張と、(2)新しい基質を導入したフォルダマー型ペプチドライブラリの構築およびペプチドのin vitroセレクションの２つの方向性の研究を並行して進める予定である。環状β-アミノ酸のなかでも2-アミノ安息香酸の類縁体は共鳴効果からアミノ基の求核性が著しく低く、翻訳導入が著しく困難な基質であるが、その剛直な環構造ゆえにフォルダマーの新しいビルディングブロックとして魅力的である。これまでに、いくつかの2-アミノ安息香酸類縁体について改良型リボソーム翻訳系による導入が可能であることを確認済みであり、現在ペプチドライブラリへの導入とペプチドのin vitroセレクションを開始している。また、環状γ-アミノ酸に関してもその剛直な環構造から有用なビルディングブロックであると考えられ、ペプチドライブラリへの導入とペプチドのin vitroセレクションを開始している。今後、これらのセレクションにより有力なペプチド群が得られれば、その結合活性や阻害活性、血中安定性や構造解析などを順次行う予定である。