化合物と結合する標的タンパク質の網羅的解析法を構築~結合によるタンパク質の熱安定性変化に注目~

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2019-12-06 理化学研究所,微生物化学研究所

理化学研究所(理研)環境資源科学研究センターケミカルバイオロジー研究グループの永澤生久子基礎科学特別研究員、室井誠専任研究員、川谷誠専任研究員、長田裕之グループディレクターと微生物化学研究所第1生物活性研究部の川田学部長らの共同研究チームは、熱安定性の変化を見ることで化合物と結合するタンパク質(標的タンパク質)を探索する手法を構築し、この手法を用いて、抗がん活性を持つ化合物の標的タンパク質の候補を同定することに成功しました。

本研究成果は、表現型スクリーニング[1]から見いだされた生理活性化合物の標的タンパク質の同定とその作用メカニズムの解明に貢献すると期待できます。

今回、共同研究チームは、二次元電気泳動[2]を用いたプロテオーム解析[3]により、化合物との結合によって熱安定性が変化するタンパク質を網羅的に解析する手法「2DE-CETSA」を構築し、ヒトがん細胞株に対して細胞増殖阻害作用を持つ化合物NPD10084の標的タンパク質の候補として、解糖系[4]の代謝酵素の一つであるPKM2[5]を同定しました。

本研究は、米国の科学雑誌『Cell Chemical Biology』の掲載に先立ち、オンライン版(12月5日付:日本時間12月6日)に掲載されます。

「2DE-CETSA」によるNPD10084の標的タンパク質の解析の図

図 「2DE-CETSA」によるNPD10084の標的タンパク質の解析

背景

表現型スクリーニングにより見いだされた生理活性化合物の標的分子の解明は、創薬研究において重要なステップですが、共通の正攻法がないため多くの時間と労力を要します。理研環境資源科学研究センターのケミカルバイオロジー研究グループではこれまでに、化合物ビーズを用いたプルダウン法[6]や、細胞形態やプロテオーム変化をもとに細胞応答を解析する手法を独自に開発してきました注1-3)。本研究では、これまでとは異なる原理の解析法を開発することで、標的分子同定のさらなる迅速化と高精度化を目指しました。

細胞サーマルシフトアッセイ(CEllular Thermal Shift Assay;CETSA)は、化合物の結合によるタンパク質の熱安定性変化を検出することで標的分子を同定する手法であり、化合物の修飾を必要とせず、煩雑な操作を伴わない点で優れています。しかしこれまで、標的タンパク質が未知の場合にはCETSAは適応できませんでした。

そこで共同研究チームは、二次元電気泳動によるプロテオーム解析を用いて、化合物が熱安定性を変化させるタンパク質を網羅的に探索する方法の開発を試みました。

注1)Kanoh, N. et al., Photo-cross-linked small-molecule affinity matrix for facilitating forward and reverse chemical genetics, Angew Chem Int Ed Engl, 44, 3559-3562, 2005.

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