革新的な機能調節化合物の創製による概日時計システムの統合的な理解と制御

通过创建创新的功能调节化合物来综合理解和控制生物钟系统

基本信息

批准号：
21H04766
负责人：
廣田毅
金额：
$ 27.21万
依托单位：
Nagoya University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-05 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

概日時計は多様な生理機能の日内リズムを支配し、その攪乱は睡眠障害などの現代疾患に関連する。本研究は概日時計の分子解析から、生物がどのように時間を計るのかという本質的な謎を解明し、概日リズムの変調と諸疾患を時間の観点から理解することを目指す。この重要課題に対して、時計機能の操作技術の開発が突破口を開くと考え、ケミカルバイオロジーを応用した研究を行う。申請者が世界に先駆けて発見した独自の時計調節化合物を用い、新たな時計タンパク質の発見や、概日リズムの時空間制御を可能にする新技術を開発する。これらの革新的な技術を用いて、結晶構造解析による分子メカニズム解析から組織・個体における機能制御を統合的に行い、従来の分子遺伝学研究を超えて概日時計システムの作動原理を徹底解剖する。本年度は光スイッチであるアゾベンゼンを時計調節化合物のlongdaysinに導入した化合物を用いて、CKIの活性と細胞集団の概日リズム周期を光によって可逆的に制御することに成功した。さらに、CRY1とCRY2のそれぞれにアイソフォーム選択的に作用する化合物のKL101とTH301について、化合物結合ポケットにおける内在的な違いに注目して構造解析を進めた。その結果、ゲートキーパーと名付けたトリプトファンの向きの違いがアイソフォーム選択性を生み出すことを見出した。すなわち、トリプトファンがCRY1では外に、CRY2では内に向いており、それぞれのトリプトファンと特異的に相互作用しているアミノ酸をアラニンに置換したところ、KL101とTH301への選択性が逆転することを明らかにした。

生物钟控制着各种生理功能的昼夜节律，其破坏与睡眠障碍等现代疾病有关。本研究旨在通过生物钟的分子分析，阐明生物如何测量时间的本质奥秘，并从时间的角度了解昼夜节律的调节和各种疾病。我们相信，操作时钟功能的技术的发展将导致这一重要问题的突破，我们将应用化学生物学进行研究。利用申请人领先于世界其他地区发现的独特的时钟调节化合物，我们将发现新的时钟蛋白并开发新技术，以实现昼夜节律的时空控制。利用这些创新技术，我们将从分子机制分析到晶体结构分析整合组织和个体的功能控制，并彻底剖析生物钟系统的运行原理，超越传统的分子遗传学研究。今年，我们使用一种将光开关偶氮苯引入到时钟调节化合物longdaysin中的化合物，成功地通过光可逆地控制了细胞群的CKI活性和昼夜节律周期。此外，我们对 KL101 和 TH301（分别对 CRY1 和 CRY2 具有异构体选择性作用的化合物）进行了结构分析，重点关注化合物结合袋的固有差异。结果，他们发现色氨酸方向的差异（他们将其命名为看门人）产生了异构体选择性。换句话说，CRY1 中的色氨酸面向外，CRY2 中的色氨酸面向内，当与每个色氨酸特异性相互作用的氨基酸被丙氨酸取代时，对 KL101 和 TH301 的选择性就逆转了。