PETRA IIIがプロドラッグを担持した輸送蛋白質の構造決定に成功

EMBLの研究チームはPETRA IIIで、体内で活性な機能的形態に代謝される不活性薬物であるプロドラッグを担持した生物学的輸送蛋白質の構造を明らかにした(Ural-Blimke et al., J. Am. Chem. Soc. online Jan. 19, 2019)。

 

「トロイの木馬」プロドラッグ

プロドラッグは、細胞膜に位置し、通常は消化された食物由来のペプチドを細胞内に導くヒト栄養素輸送体タンパク質PepT1またはPepT2を乗っ取る。プロドラッグはまるで「トロイの木馬」のように、細胞に直接乗り込み、ドラッグの吸収を加速させる。プロドラッグは非常に効果的だが、ペプチドトランスポーターの構造や、それらがプロドラッグをどのように認識、結合、輸送するかについては、分子レベルではほとんどわかっていなかった。

 

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Credit: EMBL, Yonca Ural-Blimke

 

ハンブルグのDESYキャンパスにある構造システム生物学センター(CSSB)の研究チームは、薬理学的に関連するプロドラッグバルガンシクロビルとの複合体におけるペプチドトランスポーターの最初の高分解能結晶構造を決定した。特定のウイルス感染と戦う薬となるプロドラッグの設計に役立つ可能性があると期待されている。

大腸菌由来の細菌性ペプチドトランスポーターDtpAはヒトPepT1トランスポーターの相同性(注1)が高い。生体分子から十分に高品質の結晶を成長させることは非常に困難であることが多い。 DtpAの高回折結晶を製造するために、DtpA固有のナノボディを生成した。ナノボディは特異的単一ドメイン抗体断片で、DtpAのような膜蛋白質の安定性を高め、高品質の結晶成長が可能になる。

(注1)ある形態や遺伝子が共通の祖先に由来することである。 外見や機能は似ているが共通の祖先に由来しない相似の対義語である。

 

DtpAの結晶化

ナノボディおよびプロドラッグ分子と複合したDtpAの結晶化実験を行い、得られた結晶をPETRAIIIのビームラインP13およびP14で分析した。研究チームは、プロドラッグバルガンシクロビルと結合した2.65オングストローム分解能でDtpAの構造を決定した。結合ポケット内のプロドラッグの方向は、以前の予測に対して180度反転している。また、DtpAがジペプチドよりもトリペプチドに結合しそれを輸送すると考えられている。

 

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Credit: JACS

 

ヒトPepT1がDtpAと同じ方法で薬物に結合する可能性が非常に高く、結合に関与する正確なアミノ酸基が示された。PepT1モデルによって得られた知見は、吸収率が向上した新しいプロドラッグの開発を促進する可能性がある。これは、薬理学的に有効な用量を下げるだけでなく、患者が経験する負の副作用も減らすことができると期待されている。

 

jacs.8b11343 copyCredit: JACS

 

PETRAIIIのEMBLビームラインともいえる構造解析専用施設の成果だが、EMBLは欧州の分子生物学の拠点である。前にも書いたが筆者はあるときドイツの空港で、混雑したバスで飛行機に向かう途中、ある若者が黒いバッグを大事そうに肩にかけて乗車してきた。周囲の人たちは瞬時に場所を開けて若者にスペースをつくった。ものの数秒の出来事だったと思う。その黒いバッグにはEMBLと書かれていた。若者は結晶の輸送中の研究員であった。バスの乗客が一斉に場所を譲ったのは、いかにその結晶を成長するのが大変だったか、そしてまたそれを構造解析の施設に輸送することが重要かわかっていたからだろう。ドイツは博士号取得者がもっとも多い国だが、分子生物学の一般国民の理解度は別格の国であることを認識した。

 

まだ放射光のないメキシコの放射光建設の会合に招待された筆者に、メキシコ人結晶学研究者が愚痴をこぼしていた。国境を超えるのに時間がかかって結晶が壊れてしまう、ということだった。メキシコと米国の間に不法移民を防ぐ国境の壁が建設される。陸上から国境を合法的に超えるのも長蛇の車の列で長時間を要する。メキシコの結晶学研究者たちにとって国内に放射光があることは悲願のようである。日本にいると想像もできない。

 

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