Redox control of disease-related metalloproteins and its application to drug development

疾病相关金属蛋白的氧化还原控制及其在药物开发中的应用

• 批准号: 19K07024
• 负责人: 三重 安弘
• 金额: $ 2.75万
• 依托单位: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2019
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2019-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-19K07024/
• 关键词: 金属蛋白質; インドールアミン2,3-ジオキシゲナーゼ; ニューログロビン; ナノ構造電極; 金ナノ粒子; トリプトファン代謝; 電気化学アッセイ; 電子移動反応; 酸化還元酵素; サイトグロビン; ジオキシゲナーゼ; ナノ孔電極; 酸化還元制御; 免疫抑制阻害

近年、がん等の疾病と金属蛋白質との関連が明らかになってきており、その蛋白質機能・特性を分子レベルで理解することは、該蛋白質をターゲットとする創薬において重要である。しかしながら、機能発現に重要な金属の酸化還元（レドックス）状態を制御する良好な手法が確立されておらず、in vivoでの疾病との相関研究に比べ、その理解は遅れている。本研究では、ナノ構造電極を活用する電気化学法を用いて、創薬ターゲットとなる金属蛋白質のレドックス制御技術を開発し、該蛋白質機能の分子レベルでの理解を進展させることを主目的とする。本年度（4年目）は、これまでに開発した酸化還元酵素の電気化学計測に有用なナノ構造電極を用いて、昨年度に引き続き免疫抑制に関与する酵素、インドールアミン2,3-ジオキシゲナーゼ（IDO）、の電気化学調査を行った。活性の異なるIDOの変異体を複数種作製し、基質代謝反応の電流応答を比較したところ、従来の生化学的なアッセイ方法で得られた相関と良く一致する結果が得られ、本電気化学手法が当該酵素のアッセイ法として妥当であることを示すことができた。また、これまでとは異なる新たなナノ構造電極を金ナノ粒子を用いて作製し、アルツハイマー病等の疾患抑制に関与しているニューログロビン（NGB）の電気化学計測を行ったところ、明瞭な酸化還元応答が得られた。従来のナノ構造電極よりも4倍大きな速度定数が得られ、効率的にNGBのレドックス状態を制御できることを明らかにした。基質の一つと推定されている過酸化水素を系に導入したところ、NGBのレドックス電位付近において、酵素触媒反応に由来する濃度依存的な電流応答（増加）が観測されたことから、電気化学的な当該酵素反応の駆動と、触媒反応の活性を評価できることも示唆された。

近年来，癌症等疾病与金属蛋白之间的关系已变得清晰，在分子水平上了解蛋白质的功能和特性对于针对这些蛋白质的药物发现非常重要。然而，尚未建立控制金属氧化还原态的良好方法，这对于金属的功能表达很重要，并且这种认识落后于与疾病相关的体内研究。这项研究的主要目的是利用纳米结构电极的电化学方法开发金属蛋白（药物发现目标）的氧化还原控制技术，并增进我们对这些蛋白质在分子水平上的功能的理解。今年（第四年），我们将继续使用迄今为止开发的可用于氧化还原酶电化学测量的纳米结构电极来测量吲哚胺2,3-双加氧酶（IDO），这是一种参与免疫抑制的酶）。进行了调查。当我们创建具有不同活性的多个 IDO 突变体并比较底物代谢反应的当前响应时，我们获得的结果与传统生化测定方法获得的相关性非常一致，我们能够证明该方法作为测定方法是有效的。酶的方法。此外，当我们使用金纳米颗粒制造新型纳米结构电极并对参与抑制阿尔茨海默病等疾病的神经红蛋白（NGB）进行电化学测量时，我们发现获得了明显的氧化还原反应。结果表明，获得了比传统纳米结构电极大四倍的速率常数，并且可以有效地控制NGB的氧化还原态。当将被认为是底物之一的过氧化氢引入系统时，在NGB的氧化还原电位附近观察到源自酶催化反应的浓度依赖性电流响应（增加）。可以评估酶促反应的驱动和催化反应的活性。

项目成果

Facile control of surface crystallographic orientation of anodized nanoporous gold catalyst and its application for highly efficient hydrogen evolution reaction

• DOI: 10.1016/j.jcat.2020.06.023
• 发表时间: 2020-09-01
• 期刊: JOURNAL OF CATALYSIS
• 影响因子: 7.3
• 作者: Mie, Yasuhiro;Takayama, Haruka;Hirano, Yu
• 通讯作者: Hirano, Yu

Redox State Control of Human Cytoglobin by Direct Electrochemical Method to Investigate Its Function in Molecular Basis

通过直接电化学方法控制人细胞红蛋白的氧化还原状态以研究其分子基础功能

• DOI: 10.1248/cpb.c20-00175
• 发表时间: 2020
• 期刊: Chemical and Pharmaceutical Bulletin
• 影响因子: 1.7
• 作者: Mie Yasuhiro;Takahashi Kyoka;Torii Ryo;Jingkai Shen;Tanaka Takumi;Sueyoshi Kenta;Tsujino Hirofumi;Yamashita Taku
• 通讯作者: Yamashita Taku

Controlling Surface Structure of Nanoporous Gold Catalyst toward Enzymatic Production of Valuable Molecules

控制纳米孔金催化剂的表面结构以酶法生产有价值的分子

• 发表时间: 2022
• 作者: 三重安弘;見上千歳;安武義晃
• 通讯作者: 安武義晃

電気化学エネルギーを用いる酵素反応の活用技術

利用电化学能量进行酶促反应的技术

• 发表时间: 2022
• 作者: 永田 泰大;梅澤 直子;木口 裕貴;大山 浩之;森田 いずみ;小林 典裕;三重安弘
• 通讯作者: 三重安弘

インドールアミン2,3-ジオキシゲナーゼの電気化学的な阻害アッセイ法の開発と阻害剤探索

吲哚胺2,3-双加氧酶电化学抑制测定方法的建立及抑制剂的寻找

• 发表时间: 2023
• 作者: 三重安弘;見上千歳;安武義晃;重村優貴;辻野博文;山下沢
• 通讯作者: 山下沢