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研究チーム

渡邉 信元

β-TrCPのリン酸化基質への結合に拮抗する小分子探索と蛋白質分解誘導系への応用

渡邉 信元

研究代表者 渡邉 信元

国立研究開発法人理化学研究所・環境資源科学研究センター・理研-マックスプランク連携研究部門・バイオプローブ応用研究ユニット ユニットリーダー
http://www.riken.jp/research/labs/csrs/riken_max_planck/bioprobe_app/

研究概要

β-TrCP(β-Transducin repeat Containing Protein)は、SCF型E3ユビキチン化酵素の基質認識サブユニットF-BOXタンパク質のひとつであり、基質のリン酸化を認識して結合します。本研究計画では、β-TrCPの基質へのリン酸化依存結合に拮抗する小分子リガンドを見出し、細胞内の分解させたい標的タンパク質の特異的リガンドとの結合キメラ化合物を合成し、標的タンパク質をプロテアソーム依存分解させるシステムを構築する研究を提案します。
私たちは、これまでに独自にリン酸化依存タンパク質間相互作用阻害小分子探索系を構築し、科研費などの助成による研究で、Plk1のPolo Boxドメイン依存結合阻害小分子、CDK阻害タンパク質p27のSCF型E3ユビキチン化酵素SCFSKP2によるユビキチン化を阻害する小分子、リン酸化依存にプロリンを異性化するPin1の阻害小分子などを取得して成果を上げ、国際紙に発表すると共にホームページなどに公表してきました。
本研究では、この系をもちいて、β-TrCPの基質へのリン酸化依存結合に拮抗する小分子リガンドの獲得を目指します。得られるβ-TrCPリガンドが特異的にβ-TrCPに結合する事を検証した後、研究協力者(理研・創薬化学基盤ユニット・長展生上級研究員)と共に、β-TrCPリガンドと、細胞内の分解させたい標的タンパク質の特異的リガンドを合成化学的に結合したキメラ化合物を作成します。さらに、このキメラ化合物導入によって、分解させたい標的タンパク質が、実際に細胞内でSCFβ-TrCPによってユビキチン化され、プロテアソーム依存分解へ誘導されることを検証いたします。
本提案ではモデル系として、分解させたいタンパク質として、白血病の原因遺伝子産物Bcr-Abl、その特異的リガンドとしてGleevec (imatinib)を選び、β-TrCPリガンドとGleevecの合成キメラ化合物によってBcr-Ablがユビキチン化、分解されることを実証し、ユビキチン化を利用した新たなケモテクノロジーとしてのβ-TrCPリガンドをもちいた細胞内タンパク質分解誘導系の有効性を証明します。

研究概要を示す模式図

研究概要を示す模式図

代表的な論文

  1. Subedi, A., Muroi, M., Futamura, Y., Kawamura, T., Aono, H., Nishi, M., Ryo, A., *Watanabe, N., and *Osada, H. (2019) A novel inhibitor of tumorspheres revealed activation of serine biosynthetic pathway upon mitochondrial inhibition. FEBS Lett. in press
    doi: 10.1002/1873-3468.13361.
  2. Suvarna, K., Honda, K., Muroi, M., Kondoh, Y., Osada H., and *Watanabe, N. (2019) A small-molecule ligand of valosin-containing protein/p97 inhibits cancer cell-accelerated fibroblast migration. J. Biol. Chem. 294, 2988-2996.
    doi: 10.1074/jbc.RA118.004741.
  3. Suvarna, K., Honda, K., Kondoh, Y., Osada H., and *Watanabe, N. (2018) Identification of a small molecule ligand of β-arrestin1 as an inhibitor of stromal fibroblast cell migration accelerated by cancer cells. Cancer Med. 7, 883-893.
    doi: 10.1002/cam4.1339.
  4. Ooi, L-C., *Watanabe, N., Futamura, Y., Sulaiman, SF., Darah, I., and *Osada, H. (2013) Identification of small molecule inhibitors of p27Kip1 ubiquitination by high-throughput screening. Cancer Sci. 104, 1461-1467.
    doi: 10.1111/cas.12246.
  5. *Watanabe, N., and Osada, H. (2016) Small molecules that target phosphorylation dependent protein-protein interaction. Bioorg. Med. Chem. 24, 3264-3254.
    doi: 10.1016/j.bmc.2016.03.023.