大神田淳子教授と細谷侑佑さんらが天然変性概日時計転写因子の阻害剤開発に成功

信州大学学術研究院（農学系）大神田 淳子 教授と、同大学院修士課程2年 細谷 侑佑さん、喜井 勲 教授、北海道大学大学院理学研究院 鈴木 孝紀 教授、京都大学化学研究所 今西 未来 准教授らの共同研究グループが、哺乳類の昼夜のリズムを制御する転写因子の働きを阻害する小分子化合物の開発に初めて成功しました。

BMAL1とCLOCKは哺乳類の概日リズムの要を担う転写因子です。ATPの産生、細胞の増殖、消化器官の働きをはじめとした生物の代謝リズムがBMAL1とCLOCKの働きによって調節されています。日中、この2つのたんぱく質が複合化してE-box DNA配列に特異的に結合すると、PerとCryというたんぱく質の遺伝子の転写が活性化します。夜間は細胞内に蓄積したPerとCryが二量化してBMAL1/CLOCK複合体に結合すると、転写活性が阻害されPerとCryの生産が停止します。概日リズムはこうしたDNAの転写翻訳フィードバックループ機構に基づいており、その周期が乱れると不眠症や腫瘍形成の要因となることが近年の研究で解明されています。

このことは、BMAL1とCLOCKの複合化とDNA結合を制御する化合物はこれらの疾患の治療薬として利用できることを示唆していました。しかし、BMAL1とCLOCKは生体内において定まった構造をとらない天然変性たんぱく質（intrinsically disordered proteins, IDPs）であるため、実験操作が難しく、これまで創薬研究の対象とはならず阻害剤の報告例がありませんでした。

本研究では、全長BMAL1とCLOCKのうち、複合化とDNA結合に重要と考えられるドメインを大腸菌から発現して精製し、両者の複合体形成とE-box DNA配列への特異的結合を、簡便にかつ定量的に検出可能な蛍光偏光系を確立することに成功しました。この試験系を用いて1785個の化合物ライブラリをスクリーニングした結果、BMAL1とCLOCKのDNA結合を強力かつ選択的に阻害する化合物を見出すことができました。作用機序を検討した結果、興味深いことにこの化合物はBMAL1のPASドメインに不可逆的に結合していることが示唆され、BMAL1/CLOCKに対する共有結合阻害剤として有用である可能性が示されました。

以上のように本研究は、新たに構築した蛍光結合試験系が、これまで困難と考えられてきたIDP阻害剤の効率的探索に有用であることを示した点で、非常に意義があるものと考えられます。

本論文はChemical Communicationsに掲載され、Back Front Coverに採用されました。

詳しい研究内容は以下をご覧下さい。

https://doi.org/10.1039/D0CC04861E

論文タイトル：Identification of synthetic inhibitors for the DNA binding of intrinsically disordered circadian clock transcription factors

著者：Yusuke Hosoya¹, Wataru Nojo², Isao Kii¹, Takanori Suzuki², Miki Imanishi³

Junko Ohkanda¹*

（*責任著者）

著者所属：¹Academic Assembly, Institute of Agriculture, Shinshu University, 8304 Minami-Minowa, Kami-Ina, Nagano 399-4598, Japan. ²Department of Chemistry, Faculty of Science, Hokkaido University, N10 W8, North-Ward, Sapporo 060-0810, Japan. ³Institute for Chemical Research, Kyoto University, Gokasho, Uji, Kyoto 611-0011, Japan.

【用語解説】

蛍光偏光とは分子に蛍光標識を付与した際に、傾きのある光（偏光）で励起すると検出できる偏光のことです。偏光強度は標識された分子の大きさによって変化し、大きくなれば強く小さくなれば弱くなります。そのため蛍光で標識されたE-box DNAにBMAL1/CLOCKヘテロ二量体が結合すれば蛍光強度が高くなります。