無細胞タンパク質合成法、非天然型アミノ酸導入法等による高難度タンパク質の生産と解析
研究課題情報
- 課題管理番号
- 17am0101081j0001
- 9つの連携分野プロジェクト
オールジャパンでの医薬品創出プロジェクト
- 事業名
創薬等ライフサイエンス研究支援基盤事業
- タグ(2017)
研究の性格: 研究基盤及び創薬基盤の整備研究<創薬技術・ICT基盤・プラットフォーム関係含む>
開発フェーズ: 基礎的
承認上の分類: 薬機法分類非該当
対象疾患: 該当なし<対象とする疾患なし>
- 代表研究機関
- 国立研究開発法人理化学研究所
- 研究代表者
(2017) 横山茂之, 国立研究開発法人理化学研究所, 横山構造生物学研究室 上席研究員
- 研究期間
- 2017年度 - 2017年度
- 課題への総配分額
- 30,000 千円
- 研究概要(2017)
- <支援>①膜タンパク質の生産支援 ②高分子量複合体の生産支援 ③翻訳後修飾タンパク質の生産支援 ④非天然型アミノ酸を利用するタンパク質工学による支援 ⑤タンパク質ドラッグ複合体の結晶構造解析支援 <高度化>⑥膜タンパク質生産技術の高度化 ⑦高分子量複合体生産技術の高度化 ⑧翻訳後修飾タンパク質生産技術の高度化 ⑨非天然型アミノ酸を利用する創薬技術の高度化
研究成果情報
2017
成果の概要
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膜タンパク質生産について、高分子量複合体生産について、非天然型アミノ酸部位特異的導入についての技術に基づく、支援と高度化を行った。 支援:(膜タンパク質)複数の膜タンパク質に関して、複合体作製に成功し、結晶化を進めた。更に複数の膜タンパク質に関して、構造解析まで成功した。以下に、支援例を挙げる。ロイコトリエンB4受容体(BLT1)の結晶構造を決定して、化合物BIIL260との結合様式を解明した。その結果に基づいて、GPCRクラスAに広く適用できるインバースアゴニストの合理的設計法に関する極めて重要な知見を見出すことにも成功した(特許出願済)。(高分子量複合体)抗生物質の改変によって開発された耐性菌にも有効な化合物と、細菌リボソームとの複合体の結晶構造を決定し、作用機構を明らかにする支援を行って、耐性菌にも薬効を示すメカニズムを解明した。(非天然型アミノ酸導入)髄膜炎菌等の狭域な抗菌薬の開発(耐性菌問題解決に貢献)を目指す研究への支援として、髄膜炎菌等に特有な糖転移酵素と基質との複合体を結晶化し、基質認識・反応の新たな分子機構を解明して、合理的薬剤設計を可能にした。非天然型アミノ酸導入系を髄膜炎菌に組み込み、光架橋によって感染機構に関わる膜タンパク質を新たに同定した。 高度化:膜タンパク質生産について、高分子量複合体生産について、非天然型アミノ酸を部位特異的に導入する生産技術の高度化を行った。(膜タンパク質)多種類のヒト由来GPCR等について、無細胞タンパク質合成系で合成し、フォールディングとともに脂質二重膜ディスクを形成するS-MF法により、界面活性剤を用いる可溶化によって構造・機能を損なうことなく、単離・精製し、質的・量的に優れた試料調製や、抗体作製のための免疫原調製を行えることを確認した。癌細胞に発現する膜タンパク質に対するモノクローナル抗体について、結晶構造に基づくヒト化設計を行い、無細胞法で合成した。(高分子量複合体)無細胞タンパク質合成方法を用いて、ヘテロ多量体を含む、様々な多量体の調製に成功した。(非天然型アミノ酸導入)非天然型アミノ酸導入に用いるシステムの効率を大きく上げるための酵素の改変にも成功した。また、クリックケミストリーのための非天然型アミノ酸を、抗体の新たに特定した部位に導入して抗体薬物複合体(ADC)を作製し、活性を確認した。
学会誌・雑誌等における論文一覧
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1. Amano, Y., Kikuchi, M., Sato, S., Yokoyama, S., Umehara, T., Umezawa, N. and Higuchi, T., "Development and crystallographic evaluation of histone H3 peptide with N-terminal serine substitution as a potent inhibitor of lysine-specific demethylase 1", Bioorg. Med. Chem., 2017, 25 (9), 2617-2624, doi: 10.1016/j.bmc.2017.03.016
2. Tajiri, H., Uruno, T., Shirai, T., Takaya, D., Matsunaga, S., Setoyama, D., Watanabe, M., Kukimoto-Niino, M., Oisaki, K., Ushijima, M., Sanematsu, F., Honma, T., Terada, T., Oki, E., Shirasawa, S., Maehara, Y., Kang, D., Cote, JF., Yokoyama, S., Kanai, M. and Fukui, Y., "Targeting Ras-Driven Cancer Cell Survival and Invasion through Selective Inhibition of DOCK1", Cell Rep., 2017, 19 (5), 969-980, doi:10.1016/j.celrep.2017.04.016
3. Ehara, H., Umehara, T., Sekine, SI. and Yokoyama, S., "Crystal structure of RNA polymerase II from Komagataella pastoris", Biochem. Biophys. Res. Commun., 2017, 487 (2), 230-235, doi:10.1016/j.bbrc.2017.04.039
4. Kashiwagi, K., Ito, T. and Yokoyama, S., "Crystal structure of eukaryotic translation initiation factor 2B", SPring-8 Research Frontiers 2016, 2017, 22-23
5. Shimizu, H., Tosaki, A., Ohsawa, N., Ishizuka-Katsura, Y., Shoji, S., Miyazaki, H., Oyama, F., Terada, T., Shirouzu, M., Sekine, SI., Nukina, N. and Yokoyama, S., "Parallel homodimer structures of the extracellular domains of the voltage-gated sodium channel β4 subunit explain its role in cell-cell adhesion", J. Biol. Chem., 2017, 292 (32), 13428-13440, doi: 10.1074/jbc.M117.786509
6. Kato, A., Kuratani, M., Yanagisawa, T., Ohtake, K., Hayashi, A., Amano, Y., Kimura, K., Yokoyama, S., Sakamoto, K. and Shiraishi, Y., "Extensive Survey of Antibody Invariant Positions for Efficient Chemical Conjugation Using Expanded Genetic Codes", Bioconjug. Chem., 2017, 28 (8), 2099-2108, doi: 10.1021/acs.bioconjchem.7b00265
7. Ehara, H., Yokoyama, T., Shigematsu, H., Yokoyama, S., Shirouzu, M. and Sekine, SI., "Structure of the complete elongation complex of RNA polymerase II with basal factors", Science, 2017, 357 (6354), 921-924, doi:10.1126/science.aan8552
8. Hosaka, T., Okazaki, M., Kimura-Someya, T., Ishizuka-Katsura, Y., Ito, K., Yokoyama, S., Dodo, K., Sodeoka, M. and Shirouzu, M., "Crystal structural characterization reveals novel oligomeric interactions of human voltage‐dependent anion channel 1", Protein Sci., 2017, 26 (9), 1749-1758, doi: 10.1002/pro.3211
9. Watanabe, C., Watanabe, H., Fukuzawa, K., Parker, L. J., Okiyama, Y., Yuki, H., Yokoyama, S., Nakano, H., Tanaka, S. and Honma, T., "Theoretical Analysis of Activity Cliffs among Benzofuranone Class Pim1 Inhibitors Using the Fragment Molecular Orbital Method with Molecular Mechanics Poisson-Boltzmann Surface Area (FMO+MM-PBSA) Approach", J. Chem. Inf. Model., 2017, 57 (12), 2996-3010, 10.1021/acs.jcim.7b00110
10. Seki, E., Yanagisawa, T. and Yokoyama, S., "Cell-Free Protein Synthesis for Multiple Site-Specific Incorporation of Noncanonical Amino Acids Using Cell Extracts from RF-1 Deletion E. coli Strains", Methods Mol. Biol. 2018, 1728, 49-65, doi: 10.1007/978-1-4939-7574-7_3
学会・シンポジウム等における口頭・ポスター
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1. "Structures and functions of seven-transmembrane helix proteins", 口頭, Tanabe, H., Hori, T., Fujii, Y., Nakamura, Y. and ○Yokoyama, S., Understanding Biology Through Structure 2017, Santa Fe, USA, 2017/05/13-17, 国外
国外 / 口頭
2. "Crystal structure of leukotriene B4 receptor BLT1", ポスター, ○Hori, T. and Yokoyama, S., Understanding Biology Through Structure 2017, Santa Fe, USA, 2017/05/13-17, 国外
国外 / ポスター
3. "ピロリジルtRNA合成酵素による寛容な非天然型アミノ酸認識の構造的基盤",ポスター, 倉谷光央, ○柳沢達男, 関英子, 樋野展正, 坂本健作, 横山茂之, 日本ケミカルバイオロジー学会第12回年会, 北海道, 2017/06/07-09, 国内
国内 / ポスター
4. "命を支えるタンパク質の形と働き ~タンパク質に挑んで30年~", 口頭, ○横山茂之, 三鷹ネットワーク大学, 三鷹, 2017/6/15, 国内
国内 / 口頭
5. "イソプレノイド脂質を用いたアディポネクチン受容体のX線結晶構造解析/Crystal structures of the human adiponectin receptors", ポスター, ○田辺弘明、藤井佳史、岩部-岡田美紀、岩部真人、羽藤正勝、中村祥浩、可野邦行、川名浩己、寺田貴帆、平田邦生、山下恵太郎、河野能顕、山本雅貴、染谷友美、白水美香子、青木淳賢、山内敏正、門脇孝、横山茂之, 第17回日本蛋白質科学会年会, 仙台, 2017/06/20-22, 国内
国内 / ポスター
6. "SARS 3CLプロテアーゼの自己プロセシングにおける特殊な特異性と認識機構/SARS-CoV 3CL protease cleaves its C-terminal autoprocessing site by novel subsite cooperativity", ポスター, ○村松知成、竹本千重、西井亘、寺田貴帆、白水美香子、横山茂之, 第17回日本蛋白質科学会年会, 仙台, 2017/06/20-22, 国内
国内 / ポスター
7. "無細胞タンパク質合成法を用いて導入したセレノシステインによるタンパク質の機能改変/Functional modification of proteins by incorporation of selenocysteines using cell-fee synthesis", ポスター, ○関英子, 柳沢達男, 横山茂之, 第17回日本蛋白質科学会年会, 仙台, 2017/06/20-22, 国内
国内 / ポスター
8. "βバレルドメイン変異E. hirae V1-ATPase触媒ドメイン(A3B3複合体)のX線結晶構造解析/Crystal structure of a single mutant of the catalytic A3B3 complex in the β-barrel domain", ポスター, ○丸山慎太郎, 鈴木花野, 水谷健二, ヤクシジファビアナリカ, 石塚-桂芳子, 白水美香子, 横山茂之, 山登一郎, 村田武士, 第17回日本蛋白質科学会年会, 仙台, 2017/06/20-22, 国内
国内 / ポスター
9. "Nonlabens marinus 由来新規光駆動性クロライドポンプの結晶構造解析/Structural mechanism for light-driven transport by a new type of chloride ion pump, Nonlabens marinus rhodopsin-3", ポスター, ○保坂俊彰, 吉澤晋, 中島悠, 大沢登, 羽藤正勝, Edward_F._DeLong, 木暮一啓, 横山茂之, 染谷友美, 岩崎渉, 白水美香子, 第17回日本蛋白質科学会年会, 仙台, 2017/06/20-22, 国内
国内 / ポスター
10. "無細胞タンパク質合成法、非天然型アミノ酸導入法等による高難度タンパク質の生産と解析", 口頭, ○横山茂之, AMED創薬等ライフサイエンス研究支援基盤事業 第1回構造解析ユニット会議, 東京, 2017/7/3, 国内
国内 / 口頭
「国民との科学・技術対話社会」に対する取り組み
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1. "命を支えるタンパク質の形と働き ~タンパク質に挑んで30年~", ○横山茂之, 三鷹ネットワーク大学, 三鷹, 2017/6/15, 国内
国内