領域略称:ケモユビキチン
領域番号:複合010
領域代表者:佐伯 泰

研究チーム

研究項目A02 計画研究:革新的ユビキチンケモテクノロジーの創出

国立医薬品食品衛生研究所遺伝子医薬部 部長
国立医薬品食品衛生研究所有機化学部 部長
東京大学定量生命科学研究所 准教授
東京医科大学医学部 准教授


本計画研究の概要

  • 私たちは、SNIPER(Specific and Nongenetic IAP-dependent Protein Eraser)やセレブロン(CRBN)モジュレーター(別名:IMiDs免疫調節剤)等の化合物を利用して細胞内の標的タンパク質をユビキチン化し、プロテアソームで分解するケミカルプロテインノックダウン技術を確立してきました。SNIPERはIAPに結合するリガンド(IAPアンタゴニスト)と標的タンパク質に結合するリガンド(分子弾頭)を繋いだキメラ化合物であり、ユビキチンリガーゼ(E3)活性を持つIAPを標的タンパク質にリクルートする事によりユビキチン化を引き起こします。分子弾頭を置換することによって様々な標的タンパク質を狙って分解する事ができる汎用性の高い技術です。一方CRBNモジュレーターは複合体型E3の基質認識分子であるCRBNに結合して基質特異性を変化させる化合物です。これらの化合物は、分解だけでなく細胞膜受容体の内在化などユビキチンが関与するさまざまな細胞応答を誘導できることが最近わかってきました。
  • 本研究では、これらのケミカルプロテインノックダウン技術を利用して様々な標的タンパク質をユビキチン化し、領域内の研究班と協力して細胞応答等を解析する事により、ユビキチンコードの作動機構の解明に挑戦します。
  • 1. SNIPERテクノロジーの開発と拡充
  • 様々な標的タンパク質をIAPでユビキチン化するSNIPER化合物を各種合成します。また様々なE3リガーゼで標的タンパク質をユビキチン化する各種の化合物と実験系を開発します。これらの化合物で引き起こされる細胞応答とそのメカニズムを解明します。
  • 2. SNIPER等の化合物を利用したユビキチンコード作動機構の解析
  • 上記で開発したSNIPER等を利用して、形成されるユビキチン鎖、デコーダー分子、細胞応答等を解析し、ユビキチンコード作動機構の一端を解明します。
  • 3. CRBNモジュレーターの開発と催奇形性・治療効果のメカニズム
  • サリドマイド等の存在下におけるCRBN結合因子の網羅的探索を質量分析計で行い、催奇形性や治療効果に関与する基質とメカニズムを解明します。
  • 4. SNIPER等によって形成されるE3リガーゼとネオ基質複合体の構造解析
  • SNIPERやCRBNモジュレーターによって形成されるE3リガーゼとネオ基質複合体の結晶構造を解析し、ネオ基質がE3リガーゼに認識される機構を分子レベルで解明します。
  • 5. マイトファジー誘導技術の開発
  • マイトファジー誘導に必要なユビキチンコードを明らかにし、マイトファジーを誘導する技術及び化合物の開発を進めます。

研究概要を示す模式図


関連する代表的な論文

  1. Shibata, N., Nagai, K., Morita, Y., Ujikawa, O., Ohoka, N., Hattori, T., Koyama, R., Sano, O., Imaeda, Y., Nara, H., Cho, N., and *Naito, M. Development of protein degradation inducers of androgen receptor by conjugation of androgen receptor ligands and inhibitor of apoptosis protein ligands. J Med Chem 61, 543-575 (2018)
  2. Okitsu, K., Hattori, T., Misawa, T., Shoda, T., Kurihara, M., *Naito, M., and *Demizu, Y. Development of a small hybrid molecule that mediates degradation of His-tag fused proteins. J Med Chem 61, 576-582 (2018)
  3. Mori, T., Ito, T. (co-1st author), Liu, S., Ando, H., Sakamoto, S., Yamaguchi, Y., Tokunaga, E., Shibata, N., *Handa, H., and *Hakoshima, T. Structural basis of thalidomide enantiomer binding to cereblon. Sci Rep 8, 1294 (2018)
  4. Ohoka, N., Okuhira, K., Ito, M., Nagai, K., Shibata, N., Hattori, T., Ujikawa, O., Shimokawa, K., Sano, O., Koyama, R., Fujita, H., Teratani, M., Matsumoto, H., Imaeda, Y., Nara, H., Cho, N., and *Naito, M. In vivo knockdown of pathogenic proteins via specific and nongenetic inhibitor of apoptosis protein (IAP)-dependent protein erasers (SNIPERs). J Biol Chem 292, 4556-4570 (2017)
  5. Okuhira, K., Shoda, T., Omura, R., Ohoka, N., Hattori, T., Shibata, N., Demizu, Y., Sugihara, R., Ichino, A., Kawahara, H., Itoh, Y., Ishikawa, M., Hashimoto, Y., Kurihara, M., Itoh, S., Saito, H., and *Naito, M. Targeted degradation of proteins localized in subcellular compartments by hybrid small molecules. Mol Pharmacol 91, 159-166 (2017)
  6. Tomoshige, S., Nomura, S., Ohgane, K., Hashimoto, Y. and *Ishikawa, M. Discovery of small molecules that induce degradation of huntingtin. Angew Chem Int Ed 56, 11530-11533 (2017)
  7. Yamashita, H., Kato, T., Oba, M., Misawa, T., Hattori, T., Ohoka, N., Tanaka, M., Naito, M., *Kurihara, M., and * Demizu, Y. Development of a cell-penetrating peptide that exhibits responsive changes in its secondary structure in the cellular environment. Sci Rep 6, 33003 (2016)
  8. Matyskiela, M.E., *Lu, G., Ito, T. (co-1st author), Pagarigan, B., Lu, C-C., Miller, K., Fang, W., Wang, N-Y., Nguyen, D., Houston, J., Carmel, G., Tran, T., Riley, M., Nosaka, L., Lander, G.C., Gaidarova, S., Xu, S., Ruchelman, A.L., Handa, H., Carmichael, J., Daniel, T.O., Cathers, B.E., Lopez-Girona, A., and *Chamberlain, P.P. A novel cereblon modulator recruits GSPT1 to the CRL4CRBN ubiquitin ligase. Nature 535, 252-257 (2016)
  9. Itoh, Y., Ishikawa, M., Naito, M., and *Hashimoto, Y. Protein knockdown using methyl bestatin-ligand hybrid molecules: design and synthesis of inducers of ubiquitination-mediated degradation of cellular retinoic acid-binding proteins. J Am Chem Soc 132, 5820-5826 (2010)
  10. Ito, T., Ando, H., Suzuki, T., Ogura, T., Hotta, K., Imamura, Y., Yamaguchi, Y. and *Handa, H. Identification of a primary target of thalidomide teratogenicity. Science 327, 1345-1350 (2010)