合成小分子化合物による細胞の操作と分析

2014 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 26220206
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 上杉 志成 京都大学, 物質－細胞統合システム拠点, 教授 (10402926)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 西川 元也 京都大学, 薬学研究科, 准教授 (40273437)
• Project Period (FY): 2014-05-30 – 2019-03-31
• Keywords: ケミカルバイオロジー / 化学プローブ / 細胞治療

Outline of Annual Research Achievements

本プロジェクトでは合成小分子化合物でヒト細胞の基本的性質を操作・検出して、細胞治療の効率を高める。平成26年度の実績は以下の4つ。
①アノイキス阻害剤の創成と活用　細胞治療の問題はアノイキス(細胞が浮遊した状態で誘導される細胞死)によって移植細胞が生着できないことである。平成26年度、アドへサミン誘導体が細胞表面レセプターのクラスターを形成してアノイキスを抑制することを示した。マウスやウサギで各種細胞の移植率を向上させた。アノイキス阻害剤のプロトタイプを発表した。
②心筋分化促進化合物の創製と理解 ヒト多能性幹細胞を心筋細胞に分化させるKY02111を以前発表した。平成26年度はKY02111が発生に重要なWntシグナルをそのように阻害しているか検討した。KY02111はGSK3βの阻害剤であるBIOにより誘導されるTCFプロモーターの活性化を阻害するが、この作用がユニークなメカニズムによることを突き止めた。
③ヒト幹細胞可視化化合物の創成と活用　多能性幹細胞を選択的に染色する蛍光化学プローブ(KP-1)を以前発見した。解析の結果、多能性幹細胞と分化細胞では薬剤を排出するABCトランスポーターの発現が異なること、KP-1のトランスポーター特異性が選択性の原因であると示唆された。平成26年度は、構造活性相関を得るためににKP-1の類縁体15種を合成し、そのトランスポーター特異性を調べた。アミノ基を置換した化合物において、選択性が保持されているのを見いだした。
④ヒト幹細胞を選択的に死滅させる化合物の創成と活用　KP-1と同じABCトランスポーター特異性を持った細胞毒性物質はヒト幹細胞を選択的に死滅できるはず。平成26年度は、細胞毒性化合物ライブラリーから海洋天然物オカダ酸誘導体誘導体#185を発見した。この化合物は分化細胞存在下で残存するhiPS細胞を除くことができ、論文発表した。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

研究は４つの目的すべてにおいて、おおむね順調に進展している。計画に変更はない。
①アノイキス阻害剤の創成と活用　計画通り、平成２６年度にアノイキス阻害剤のプロトタイプを発表できた[ACIE, 2014]。
②心筋分化促進化合物の創製と理解 生理活性化合物のメカニズム決定は通常困難を極める。平成２６年度はKY02111の作用がユニークなメカニズムによることを突き止めた。予想以上に複雑怪奇なメカニズムであることが予想されるが、その分新しい知見を提供すると思われる。来年度以降も計画通り、研究を進める。
③ヒト幹細胞可視化化合物の創成と活用　多能性幹細胞を選択的に染色する蛍光化学プローブKyoto Probe 1 (KP-1)を発表した[Cell Rep, 2014]。また、構造活性相関を得ることに成功した。
④ヒト幹細胞を選択的に死滅させる化合物の創成と活用　海洋天然物オカダ酸誘導体誘導体#185を発見し、計画通り論文発表した[JACS, 2014]。

Strategy for Future Research Activity

研究は４つの目的すべてにおいて、おおむね順調に進展している。計画に変更はない。
①アノイキス阻害剤の創成と活用　計画通り、さまざまなアノイキス阻害剤候補をデザイン、合成し、動物実験で原理の証明を行う。動物への影響や動態も調べ、化合物を最適化する。
②心筋分化促進化合物の創製と理解申請書の計画通り、現在心筋分化誘導活性との構造活性相関に基づいたアフィニティープローブを作製しており、このアフィニティープローブが完成次第、KY02111の標的タンパク質の同定を試みる。平成２６年度の結果より、KY02111の標的分子がタンパク質ではなく、内因性の低分子化合物である可能性も考えられる。そこで、研究室が所有する内因性化合物ライブラリーからWntシグナルを制御する化合物の探索を試み、ヒット化合物を得た際にはKY02111との相互作用や心筋分化への影響について検討する。
③ヒト幹細胞可視化化合物の創成と活用　平成２６年度に得た構造活性相関により、さらに選択性の高い多能性幹細胞検出試薬をデザインする。神経細胞、神経幹細胞を含めた様々な分化細胞での検証を行う。
④ヒト幹細胞を選択的に死滅させる化合物の創成と活用　多能性幹細胞を選択的に死滅させる化合物を発見する方法は二つある。ひとつは、KP-1と同じABCトランスポーター特異性を持った#185のような細胞毒性物質をみつけることである。もうひとつの方法は、KP-1に毒性薬物を共有結合させることである。平成２７年度に、この方法を追究する。

Research Products

• [Journal Article] Live-cell Imaging of Endogenous mRNAs with a Small Molecule. (2015)
  • Author(s): Sato, S.*, Watanabe, M., Katsuda, Y., Murata, A., Wang, D. O., Uesugi M.
  • Journal Title: Angew. Chem. Int. Ed. Volume: 54 Pages: 1855-1858
  • DOI: 10.1002/anie.201410339
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] A Chemical Probe That Labels Human Pluripotent Stem Cells. (2014)
  • Author(s): Hirata, N., Nakagawa, M., Fujibayashi, Y., Yamauchi, K., Murata, A., Minami, I., Tomioka, M., Kondo, T., Kuo, T.F., Endo, H., Inoue, H., Sato, S., Ando, S., Kawazoe, Y., Aiba, K., Nagata, K., Kawase, E., Chang, Y.T., Suemori, H., Eto, K., Nakauchi, H., Yamanaka, S., Nakatsuji, N., Ueda, K., Uesugi, M.
  • Journal Title: Cell Rep Volume: ６ Pages: 1165-1174
  • DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.celrep.2014.02.006
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Selective Elimination of Human Pluripotent Stem Cells by a Marine Natural Product Derivative. (2014)
  • Author(s): Kuo, T.F., Mao, D., Hirata, N., Khambu, B., Kimura, Y., Kawase, E., Shimogawa, H., Ojika, M., Nakatsuji, N., Ueda, K., Uesugi, M.
  • Journal Title: J. Am. Chem. Soc. Volume: 136 (28) Pages: 9798-9801
  • DOI: 10.1021/ja501795c
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Synthetic Molecules That Protect Cells from Anoikis and Their Use in Cell Transplantation. (2014)
  • Author(s): Frisco-Cabanos, H.L., Watanabe, M., Okumura, N., Kusamori, K., Takemoto, N., Takaya, J., Sato, S., Yamazoe, S., Takakura, Y., Kinoshita, S., Nishikawa, M., Koizumi, M., Uesugi, M.
  • Journal Title: Angew. Chem. Int. Ed. Volume: 53 Pages: 11208-11213
  • DOI: 10.1002/anie.201405829
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Affinity-Based Isolation of Molecular Targets of Clinically Used Drugs (2014)
  • Author(s): Sato, S., Uesugi, M.
  • Journal Title: Concepts and Case Studies in Chemical Biology Volume: 15 Pages: 221-230
  • DOI: 10.1002/9783527687503.ch15
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Introduction of Chemical Biology (2015)
  • Author(s): Motonari Uesugi
  • Organizer: Cell Biology, Developmental Biology, and Systems Biology Course Meeting
  • Place of Presentation: 京都大学(京都市)
  • Year and Date: 2015-02-13
  • Invited
• [Presentation] 細胞を操作・検出する合成小分子化合物 (2015)
  • Author(s): 上杉 志成
  • Organizer: 近畿化学協会機能性色素部会 第88回例会「未来をつくる機能性色素･･･その技術と応用･･･」
  • Place of Presentation: 大阪科学技術センター(大阪市)
  • Year and Date: 2015-01-12
  • Invited
• [Presentation] Introuction to Chemical Biology (2014)
  • Author(s): Motonari Uesugi
  • Organizer: Asian Chemical Biology Initiative 2014 Kota Kinabalu Meeting: Open Tutorial Lectures
  • Place of Presentation: Kota Kinabalu (Malaysia)
  • Year and Date: 2014-12-19
  • Invited
• [Presentation] Small Molecule Tools for Cell Biology and Cell Therapy (2014)
  • Author(s): Motonari Uesugi
  • Organizer: Institute of Molecular and Cell Biology (IMCB) Seminar
  • Place of Presentation: Singapore
  • Year and Date: 2014-12-17
  • Invited
• [Presentation] Small molecule tools for cell therapy (2014)
  • Author(s): Motonari Uesugi
  • Organizer: The 3rd Asian Chemical Biology Conference
  • Place of Presentation: Singapore
  • Year and Date: 2014-12-15 – 2014-12-17
  • Invited
• [Presentation] Small Molecule Tools for Cell Biology and Cell Therapy (2014)
  • Author(s): Motonari Uesugi
  • Organizer: Nanjing University School of Life Sciences Seminar
  • Place of Presentation: Nanjing (China)
  • Year and Date: 2014-11-26
  • Invited
• [Presentation] Small Molecule Tools for Cell Biology and Cell Therapy (2014)
  • Author(s): Motonari Uesugi
  • Organizer: Asian Chemical Biology Initiative 2014 Hangzhou Meeting
  • Place of Presentation: Hangzhou (China)
  • Year and Date: 2014-11-22 – 2014-11-25
  • Invited
• [Presentation] Small molecule tools for cell biology and cell therapy (2014)
  • Author(s): Motonari Uesugi
  • Organizer: Chinese National Compound Library 2014 Seminar Series
  • Place of Presentation: Shanghai (China)
  • Year and Date: 2014-11-21
  • Invited
• [Presentation] New Functions of Endogenous Lipid Molecules and Their Modulation (2014)
  • Author(s): Motonari Uesugi
  • Organizer: The 3rd International Symposium on Chemical Biology of Natural Products
  • Place of Presentation: 千里ライフサイエンスセンター(吹田市)
  • Year and Date: 2014-10-28 – 2014-10-29
  • Invited
• [Presentation] Small Molecules That Detect and Remove Human Pluripotent Stem Cells (2014)
  • Author(s): Motonari Uesugi
  • Organizer: Sino-Japan Workshop on Chemical Biology
  • Place of Presentation: Beijing (China)
  • Year and Date: 2014-10-10 – 2014-10-13
  • Invited
• [Presentation] Small Molecule Tools That Detect and Remove Human Pluripotent Stem Cells (2014)
  • Author(s): Motonari Uesugi
  • Organizer: 11th China-Japan Joint Seminar on Histochemistry and Cytochemistry
  • Place of Presentation: 松本市中央公民館(松本市)
  • Year and Date: 2014-09-28 – 2014-09-29
  • Invited
• [Presentation] Small Molecule Tools for Cell Therapy (2014)
  • Author(s): Motonari Uesugi
  • Organizer: Forth Norman Bethune International Forum on Medical Sciences
  • Place of Presentation: Jilin (China)
  • Year and Date: 2014-09-20 – 2014-09-22
  • Invited
• [Presentation] 生理活性合成化合物の新しい世界 (2014)
  • Author(s): 上杉 志成
  • Organizer: 第31回有機合成化学セミナー
  • Place of Presentation: 休暇村志賀島(福岡市)
  • Year and Date: 2014-09-17 – 2014-09-19
  • Invited
• [Presentation] 細胞を操作・検出する合成小分子化合物 (2014)
  • Author(s): 上杉 志成
  • Organizer: 東京農工大学工学府講演会
  • Place of Presentation: 東京農工大学(小金井市)
  • Year and Date: 2014-07-25
  • Invited
• [Presentation] 細胞治療を助ける合成化合物 (2014)
  • Author(s): 上杉 志成
  • Organizer: 創薬科学研究センターシンポジウム2014有機合成によるアンメット・メディカルニーズに応える医薬品開発
  • Place of Presentation: 立命館大学(草津市)
  • Year and Date: 2014-07-11
  • Invited
• [Presentation] Introduction of Chemical Biology, Small-Molecule Tools for Cell Biology and Cell Therapy (2014)
  • Author(s): Motonari Uesugi
  • Organizer: Asian Chemical Biology Initiative-Sponsored Lectures
  • Place of Presentation: Hanoi (Vietnam)
  • Year and Date: 2014-07-01
  • Invited
• [Presentation] Small Molecule Tools for Cell Biology and Cell Therapy (2014)
  • Author(s): Motonari Uesugi
  • Organizer: 東京大学大学院理学系化学専攻第1527回雑誌会セミナー
  • Place of Presentation: 東京大学(東京都文京区)
  • Year and Date: 2014-06-20
  • Invited
• [Presentation] 脂質合成を遮断する小分子化合物 (2014)
  • Author(s): 上杉 志成
  • Organizer: 小野医学研究財団 第25回研究成果発表会
  • Place of Presentation: 千里ライフサイエンスセンター(豊中市)
  • Year and Date: 2014-06-07
  • Invited
• [Remarks] 京都大学iCeMS・化学研究所 上杉研究室
  • URL: http://www.scl.kyoto-u.ac.jp/~uesugi/