【研究領域課題番号】22K14777 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

ペプチド / タンパク質 / アミノ酸 / 相分離 / 沈澱

【研究種目】若手研究

【研究期間】2022-04-01 - 2025-03-31

【配分額】4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円)

【研究領域課題番号】19K05325 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

ウラニルイオン / ペプチド / ウラン / 計算化学 / MD計算 / FMO計算 / アミノ酸 / 光化学

【研究成果の概要】

本研究ではウラニルに対して親和性をより高めた新しいペプチドの提案を行った。そのペプチドのアミノ酸残基の配列はEQIAEFKEAFALCGKDGDGDITTKELGTCMRSLである(システイン二つはジスルフィド結合)。MD計算の結果によればこのペプチドはウラニルと４つのアミノ酸残基を通して結合し、その結果ウラニルは赤道面に水を配位しないで極めて強く結合するとともに、疎水性残基同士の相互作用も強く疎水性のコアを形成する。従って、従来提案されてきたCaM-Mxcシリーズよりも強い結合が期待される。この計算結果はFMO計算によっても補強された。

【研究の社会的意義】

本研究により、ウラニルイオンに選択的なペプチドを新たに開発することができた。この成果によりウランとペプチドの分子レベルでの相互作用を系統的に明らかにすることができた上、ウランと生体物質の相互作用の礎となる知識を新たに蓄積できた。この知見を学界で広く共有することにより、この分野の新たな展開と発展への学術的貢献が実現できると考える。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2019-04-01 - 2022-03-31

【配分額】4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)

【研究領域課題番号】19K16321 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

ペプチド / タンパク質 / 化学修飾 / クロスカップリング / ボロン酸 / 銅 / ニッケル / トリプトファン / ラジカル反応 / 遷移金属 / チオエーテル / アミノ酸 / 金属イオン

【研究成果の概要】

ペプチドやタンパク質は約20種類のアミノ酸が連結してできたポリマーである。本研究では、銅イオンを利用したクロスカップリング反応でチロシン残基に人工分子を結合する手法（化学修飾法）を開発した。しかし反応条件は過酷でタンパク質中のチロシン残基の化学修飾には応用できなかった。
上記研究と並行して、申請者が以前報告したシステインの化学修飾法を基にニッケルイオンを用いて炭素-硫黄結合を形成する有機合成反応を開発した。弱塩基性、空気中、室温という温和な条件で種々のスルフィドが合成できた。

【研究の社会的意義】

ペプチドやタンパク質は多数のアミノ酸が連結してできたポリマーである。同じアミノ酸が複数含まれるだけでなく、似た性質のアミノ酸も存在するため、特定の箇所にのみ人工分子を結合させること（化学修飾）は難しい。化学修飾は、化学や生物の基礎研究だけでなく、創薬など産業的にも広く利用されている。これまで、システインが化学修飾に利用されてきたが、システインを含有しない場合、他のアミノ酸を化学修飾する必要がある。本研究成果は反応条件の改善が必要ではあるものの、チロシンを化学修飾する手法として有望である。

【研究種目】若手研究

【研究期間】2019-04-01 - 2021-03-31

【配分額】4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)

【研究領域課題番号】18H02552 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

ペプチド / ヘリックス構造 / ストランド構造 / MDM2-p53 / MDMX-p53 / タンパク質-タンパク質相互作用 / リゾリン脂質 / リゾリン脂質」 / アミノ酸 / プロリン / βーストランド構造 / MDM2-P53 / 脂肪酸 / 動的構造 / 創デザイン / ヘリックス / 不飽和脂肪酸 / 生体内リガンド / 脂質 / アミド / コンフォメーション / βストランド / 脂質メディエーター / 分子シミュレーション

【研究成果の概要】

本研究課題は分子に規則構造を作り出し機能を創製することにある。生体内リガンドをミミックする分子を構築するための「構造化の有機化 学」という基礎サイエンスの確立とメディシナルケミストリーやケミカルバイオロジーへの応用を目的とする「機能創出のサイエンス」の連携である。構造有機化学の基礎研究に加えて実際の生物活性物質の取得によって本研究の仮説を評価した。特に生体内で見られる、構造柔軟性の高い回転しやすい３級アミド結合の シスートランス平衡を動的に固定して堅牢な規則構造を構築し、タンパク質-タンパク質相互作用を制御することが可能であることを示した。

【研究の社会的意義】

天然界に存在しない構造特性（構造的なパラメーター）を有する規則構造を取る有機化学物を創製し、それがなぜ規則性を示すのかの要因を解明することは自然科学としての有機化学の根源的な問いであると同時に、そのような非天然な規則構造が、天然界に存在する（具体的には生体内に存在する）規則構造をもつ物質と相補的な相互作用をするかの問いに答えことは、メディシナルケミストリーやケミカルバイオロジー研究において、新たなタンパク質の機能を変更する化学物質の発見につながり、さらには医薬品の構造の多様性につながる。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2018-04-01 - 2022-03-31

【配分額】17,810千円 (直接経費: 13,700千円、間接経費: 4,110千円)

【研究分野】化学系薬学

【研究領域課題番号】16K08157 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

非天然アミノ酸 / 二環性βープロリン / タンパク質ータンパク質相互作用 / 構造解析 / 分子動力学計算 / ペプチド / 二環性βプロリン / 二環性アミン / コンホメーション / アミノ酸 / β－アミノ酸 / 人工アミノ酸 / アミド平衡 / NMR / ヘテロペプチド / α/β－ヘテロペプチド / 二環性アミノ酸 / タンパク質－タンパク質相互作用 / 規則構造

【研究成果の概要】

コンホメーションを制限した二環性β－アミノ酸Ah2c誘導体を様々な天然のαアミノ酸に連結させ、近傍のαアミノ酸に対する構造効果を調べた。Ah2cのＮ末側に結合したαーアミノ酸は対応するαーアミノ酸ジペプチドに比べて取りうるコンホメーションが制限され、伸張型のβー構造を取りやすくなることを明らかにした。αーアラニンとAh2c誘導体を交互に連結させたα/βーハイブリッドペプチドを8残基ペプチドの長さまで合成し構造解析を行った結果、ハイブリッドペプチドはαーアラニン部分において局所的な構造変化があるにもかかわらず、全体として特徴的な伸張型のカーブ型構造を取ることを明らかにした。

【研究の社会的意義】

近年、創薬分野では抗体医薬や環状ペプチドが注目されている。これらはタンパク質の精密な分子認識を利用することで高い活性を持ちうるが、合成法や細胞膜透過性などに 改善の余地がある。非天然アミノ酸を組み込んだ人工の短いペプチドやペプチド類縁体は、活性に重要な天然ペプチドの構造を保持しつつ、コンホメーションを安定化し物性の改善に役立つことが期待される。本研究成果より堅牢な骨格を持つ二環性アミノ酸を非天然アミノ酸として用いる際の基礎的な構造情報を得ることができ、将来ペプチドやミニサイズ化したタンパク質のデザインに応用可能であると考えられる。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2016-04-01 - 2019-03-31

【配分額】4,810千円 (直接経費: 3,700千円、間接経費: 1,110千円)

【研究分野】ケミカルバイオロジー

【研究領域課題番号】13F03730 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

ペプチド / ケミカルバイオロジー / キモカイン / トランスポーター / 遺伝記号 / 特殊ペプチド / tRNAアルシ化 / 翻訳 / アミノ酸 / リボソーム

【研究成果の概要】

CXCR7を標的とした特殊環状ペプチドの探索
CXCR7はGPCRファミリー膜タンパク質の一つであり、炎症誘導因子キモカインの一つであるCXCL12を受容タンパク質として知られている。また、この受容体はHIVに代表されるウィルス感染において重要な標的タンパク質としても知られている。Geielmann博士は、磁気ビーズに固定化したCXCR7に対し、特殊環状ペプチドライブラリーを用いたRaPIDセレクションを行い、結果として12種類の特殊ペプチドを発見した。これら個々の特殊環状ペプチドクローンをRaPIDディスプレイで評価したところ、いずれもバックグラウンド（ビーズ単独）の数千倍の結合能力を示し、定性的ではあるがCXCR7に対して結合できる特殊環状ペプチドが発見できた証拠を得た。そこでこれらを全て化学合成し、共同研究先に送付、現在さらなる結合評価と生理活性評価、ならびに共結晶化を進めている。
(2) hTOM40を標的とした特殊環状ペプチドの探索
Geielmann博士は、磁気ビーズに固定化したhTOM40に対し、特殊環状ペプチドライブラリーを用いたRaPIDセレクションを行い、結果として多種類の特殊ペプチドを発見した。これらのうち、８種類の特殊環状ペプチドを選び、個々の特殊環状ペプチドクローンをRaPIDディスプレイで評価したところ、いずれもバックグラウンド（ビーズ単独）に対し優位な結合能力を示し、定性的ではあるがhTOM40に対して結合できる特殊環状ペプチドが発見できた証拠を得た。そこでこれらの特殊環状ペプチドを化学合成し、それぞれの解離定数をSPR-Biacoreを用いて解析した。その結果、130 nM～1000 nMのレンジで結合することがわかった。残念ながら、それほど高い親和性をもっているとは言い難い特殊環状ペプチドではあるが、これはら全て共同研究先に送付、フリブルグ大Schneider研で生理活性評価、ならびにバーゼル大Hiller研で共結晶化を進めている。

【研究種目】特別研究員奨励費

【研究期間】2013-04-01 - 2016-03-31

【配分額】2,300千円 (直接経費: 2,300千円)

【研究分野】化学系薬学

【研究領域課題番号】17109001 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

アミド / N-ピラミッド化 / N-ニトロソアミン / 一酸化窒素 / S-トランスニトロソ化 / へリックス構造 / 窒素ピラミッド化 / β-アミノ酸 / 自己組織化 / 一酸化窒素放出 / ヘリックス構造 / 非平面ペプチド / アミド結合 / ペプチド / 規則構造 / アミノ酸

【研究成果の概要】

本研究課題では7-アザビシクロ[2.2.1]ヘプタン構造を有するアミドの非平面構造の構造特性を確立し機能分子マテリァルとして応用するために以下のことを実施した。自己組織的にヘリックス構造の柔軟性の制御の結果をふまえてヘリックス構造表面の機能化を行う。除放性一酸化窒素放出物質は持続的な一酸化窒素の放出を可能にし,一酸化窒素に由来する持生物活性(例えば血管内皮細胞増殖抑制による血管再狭窄の予防)の持続的な作用が期待できる注目の有機マテリアルである。そのため新たな機構でのNO放出物質を,アミド結合と同様に2-アザビシクロ[2.2.1]ヘプタン構造を用いて新たなS-トランスニトロソ化反応によるNO供与体(S-ニトロソチオール)の間接的な生成によりNO供与性を示すことを明らかにした。本反応は平面性N-ニトロソアミンでは起きず,また求核剤がイオウではなく窒素では起きない。またN-ニトロソー2-アザビシクロ[2.2.1]ヘプタンは可視光によってN-NO結合の開裂が起きることがわかり,光照射による空間的時間的に制御したNOの放出が可能になりつつある。

【研究種目】基盤研究(S)

【研究期間】2005 - 2009

【配分額】102,830千円 (直接経費: 79,100千円、間接経費: 23,730千円)