薬品物理化学研究室

　微小管結合蛋白質の一つであるタウは、過剰なリン酸化により自己重合を起こし、不溶性の繊維状蓄積物を形成します。これは、アルツハイマー型認知症の病理学的所見の一つであることから、タウの異常重合と認知症発症との関連について大きな関心が持たれています。当研究室では、タウ分子に着目し、蛍光やCD等の分光学的解析、X線、NMR、分子動力学計算による立体構造解析や電子顕微鏡を用いて自己重合の解析を進めています。更に、これらの知見を基に認知症治療薬の開発を目指して、食物中から重合阻害物質の探索を行い、ある種のポリフェノールに非常に強い重合阻害作用を有することを突き止めました。

　グラム陰性海洋細菌であるVibrio vulnificusは、海水温の上昇に伴って増殖し、汚染された魚介類の摂取や傷口を海水に浸すことで全身性の感染症を引き起こすことが知られている。本菌は生育に鉄を必須とするが、自然界において最も豊富な元素の一つである鉄は、その溶解性の低さから土壌や海洋といった多くの環境での生物学的利用能は限定的である。よって、本菌は、強力な鉄キレート化合物であるシデロフォアの産生を含め、多様な鉄獲得機構を有している。
　本研究では、Fe³⁺の細胞内輸送に関与するタンパク質群について網羅的に構造機能解析を行い、鉄獲得機構を分子・原子レベルで解明し、鉄輸送阻害物質の開発を目指している。

　ペプチド医薬は、低分子医薬品と抗体医薬品の中間的な分子量を持ち、低分子より高い特異性と、抗体よりも小型で合成しやすいという特長を併せ持つことから、次世代医薬品として注目されている。このような機能性ペプチドの開発においては、分子の柔軟性に起因する機能変動を抑制するため、ペプチドのコンフォメーション制御が重要な課題である。当研究室では、ビルディングブロックとして非天然アミノ酸を導入したり、アミノ酸側鎖間に相互作用を形成できるよう修飾を施したペプチドを合成し、それらのコンフォメーション制御についてX線結晶構造解析、NMR、CDスペクトルなどを用いて検討しています。図（左）は、Phe残基芳香環と近傍のメチル基との間で形成されるCH–π相互作用の置換基効果による強度変化を示しています。この相互作用はPhe側鎖の特定配座を選択的に安定化し、その結果として図(右)に示すコンフォメーション平衡の分布に影響を与えていました。
　最近は、ペプチド中のPro残基によるシス–トランス異性化や、Pro残基ピロリジン環のパッカリングがコンフォメーションに与える影響についても研究を進めています。

　細胞膜透過性ペプチドは、通常では細胞膜を透過することができない薬物、核酸、抗体などを細胞内へ導入するためのツールとして幅広く研究が進められている。膜透過性ペプチドには様々な種類があるが、ペプチドの特徴的な二次構造であるヘリックス構造が重要な働きを示しているものがある。このペプチドのヘリックス構造を安定化させるための一つの手段として、本研究では人の体を構成する天然のアミノ酸ではない非天然型のアミノ酸に注目している。ペプチドの物理学的な性質を考えながら、様々な配列のペプチドを合成し、その二次構造が細胞膜にどのように作用しているか明らかにしつつ、薬などを目的とする場所に効率よく運ぶことができる手段の開発を目指している。

1. Biochemical and Biophysical Research Communications. 585, 36-41 (2021)
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4. Biopolymers 102, 288-295 (2014)
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1.  . Md.Rokon Ul Karim,Keisuke Fukaya, Yasuko In, Amit Raj Sharma, Enjuro Harunari, Naoya Oku, Daisuke Urabe, Agus Trianto, and Yasuhiro Igarashi: Marinoquinolones and Marinobactoic Acid Antimicrobial and Cytotoxic ortho-Dialkylbenzene-Class Metabolites Produced by a Marine Obligate Gammaproteobacterium of the Genus Marinobacterium.,Journal of Natural Products,85(7):1763-1770,2022
2. Zhiwei Zhang, Yasuko In, Keisuke Fukaya, Taehui Yang, Enjuro Harunari, Daisuke Urabe, Chiaki Imada, Naoya Oku, and Yasuhiro Igarashi: Kumemicinones A−G, Cytotoxic Angucyclinones from a Deep Sea- Derived Actinomycete of the Genus Actinomadura., Journal of Natural Products,85(4):1098-1108,2022

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5. Okitsu T, Yumitate S, Sato K, In Y, Wada A: Substituent Effect of Bis(pyridines)iodonium Complexes as Iodinating Reagents: Control of the Iodocyclization/Oxidation Process., Chemistry - A European Journal, 19: 4992-4996, 2013
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1. Sogawa K, Okuda R, In Y, Ishida T, Taniguchi T, Minoura K, Tomoo K: C-H ... π interplay between Ile308 and Tyr310 residues in the third repeat of microtubule binding domain is indispensable for self-assembly of three- and four-repeat tau., Journal of Biochemistry, 152: 221-229, 2012
2. In Y, Minoura K, Ishida T, Fujioka S, Takeda M, Murashima T, Yamada T: Synthesis and conformational analysis of Dcp-containing homo-oligopeptides., Peptide Science, 48th: 205-208, 2012
3. Sogawa K, Okuda R, Minoura K, In Y, Ishida T, Taniguchi T, Tomoo K: CH-π interaction between I308 and Y310 residues is required for self assembly of full length tau., Peptide Science, 48th: 165-168, 2012
4. Paku, K. Soon, Umenaga Y, Usui T, Fukuyo A, Mizuno A, In Y, Ishida T, Tomoo K: A conserved motif within the flexible C-terminus of the translational regulator 4E-BP is required for tight binding to the mRNA cap-binding protein eIF4E., Biochemical Journal, 441: 237-245, 2012