1．メンバー

招へいプロジェクトリーダー	長門石 曉

2．研究目的・背景

　本プロジェクトでは、抗体をはじめとしたバイオ医薬品のシーズ探索、またシーズからの最適化技術の研究を通じて、新たなタイプのバイオ医薬創製に関する研究を行っています。多種の動物より得られた抗体の多様な分析技術からなる特性解析、アミノ酸変異や分子融合、コンジュゲートによる抗体改変、溶媒科学による溶液物性コントロールなどによって、すぐれた物性を有した機能性分子を取得し、その性能を確実に評価することを目指します。さらに抗体に留まらず、創薬モダリティをキーワードに、多様な医薬品に対する基盤技術開発、および最適化支援を行います。

3．研究内容

　抗体を中心とした、低分子、中分子、高分子による創薬モダリティに対する物性解析を通じて、特に次世代バイオ医薬に求められる機能、性質を明らかにします。また、最適化支援のための生命分子改変技術に関する基礎研究、実用化研究を行っています。

3-1. 抗体モダリティに関する基礎研究

　抗体などのターゲティングリガンド作製に際しては、特異的かつ強固な親和性が求められます。私たちは、上記の研究に由来して理解された親和性創出メカニズムを利用し、リガンドの親和性を向上させる手法に関する研究を行っています。具体的にはファージディスプレイ技術による分子取得のほか、異なる抗体種の連結、機能性分子のコンジュゲーション、さらには計算科学的アプローチを組み合わせて抗体等の親和性を含めた各種物性を改善する取り組みを行っています。

（主な関連論文）

Watanabe Y, Tanabe A, Hamakubo T, Nagatoishi S, Tsumoto K.: Development of biparatopic bispecific antibody possessing tetravalent scFv-Fc capable of binding to ROBO1 expressed in hepatocellular carcinoma cells., J Biochem. 170(2):307-315, 2021.

Yoshida K, Kuroda D, Kiyoshi M, Nakakido M, Nagatoishi S, Soga S, Shirai H, Tsumoto K.: Exploring designability of electrostatic complementarity at an antigen-antibody interface directed by mutagenesis, biophysical analysis, and molecular dynamics simulations, Sci Rep. 9(1):4482, 2019.

Yamashita T, Mizohata E, Nagatoishi S, Watanabe T, Nakakido M, Iwanari H, Mochizuki Y, Nakayama T, Kado Y, Yokota Y, Matsumura H, Kawamura T, Kodama T, Hamakubo T, Inoue T, Fujitani H, Tsumoto K.: Affinity Improvement of a Cancer-Targeted Antibody through Alanine-Induced Adjustment of Antigen-Antibody Interface, Structure. 27(3):519-527.e5, 2019.

Egashira Y, Nagatoishi S, Kiyoshi M, Ishii-Watabe A, Tsumoto K.: Characterization of glycoengineered anti-HER2 monoclonal antibodies produced by using a silkworm-baculovirus expression system, J Biochem, 163(6):481-488, 2018.

Yui A, Akiba H, Kudo S, Nakakido M, Nagatoishi S, Tsumoto K.: Thermodynamic analyses of amino acid residues at the interface of an antibody B2212A and its antigen roundabout homolog 1, J Biochem, 162(4):255-258, 2017.

Yumura K, Akiba H, Nagatoishi S, Kusano-Arai O, Iwanari H, Hamakubo T, Tsumoto K.: Use of SpyTag/SpyCatcher to construct bispecific antibodies that target two epitopes of a single antigen, J Biochem, 162(3):203-210, 2017.

Kiyoshi M, Caaveiro JM, Miura E, Nagatoishi S, Nakakido M, Soga S, Shirai H, Kawabata S, Tsumoto K.: Affinity improvement of a therapeutic antibody by structure-based computational design: generation of electrostatic interactions in the transition state stabilizes the antibody-antigen complex, PLoS One, 9(1):e87099, 2014.

3-2．創薬モダリティに関する基礎研究

　生命分子相互作用を制御する低分子、中分子、高分子リガンドの探索およびその最適化に関する研究を行っています。生命分子の物性を正確に知り、その機能・相互作用を精密に解析できる手法を導入することで、新たな探索技術を開発・提案します。探索（スクリーニング）、選抜（バリデーション）、そして最適化（ヒットtoリード、オプティマイゼーション）にて物理化学的解析手法（ITC, SPR, DSC, MST, HDX-MSなど）を活用し、結合親和性にとらわれることなく、相互作用の"質"を定量的に解析することによって、難易度の高い標的分子に対する新規なリガンドの取得も試みています。東京大学創薬機構DDI、AMEDの創薬支援事業BINDSとの緊密な連携のもと、治療および診断薬への応用を目指しています。

（主な関連論文）

Senoo A, Ito S, Nagatoishi S, Saito Y, Ueno G, Kuroda D, Yoshida K, Tashima T, Kudo S, Sando S, Tsumoto K.: Regulation of cadherin dimerization by chemical fragments as a trigger to inhibit cell adhesion., Commun Biol. 4(1):1041, 2021.

Yoshimura C, Nagatoishi S, Kuroda D, Kodama Y, Uno T, Kitade M, Chong-Takata K,: Thermodynamic Dissection of Potency and Selectivity of Cytosolic Hsp90 Inhibitors, J Med Chem. 64(5):2669-2677, 2021.

Nagatoishi S, Caaveiro JMM, Tsumoto K.: Biophysical Analysis of the Protein-Small Molecule Interactions to Develop Small Molecule Drug Discovery, Yakugaku Zasshi, 138(8):1033-1041, 2018.

Tashiro S, Caaveiro JMM, Nakakido M, Tanabe A, Nagatoishi S, Tamura Y, Matsuda N, Liu D, Hoang QQ, Tsumoto K.: Discovery and Optimization of Inhibitors of the Parkinson's Disease Associated Protein DJ-1, ACS Chem Biol. 13(9):2783-2793, 2018.

Senoo A , Nagatoishi S , Moberg A , Babol LN , Mitani T , Tashima T , Kudo S , Tsumoto K.: Inhibition of homophilic dimerization and disruption of cell adhesion by P-cadherin-specific small molecules from SPR-based assays, Chem Commun, 54(42):5350-5353, 2018.

Nagatoishi S, Yamaguchi S, Katoh E, Kajita K, Yokotagawa T, Kanai S, Furuya T, Tsumoto K.: A combination of 19F NMR and surface plasmon resonance for site-specific hit selection and validation of fragment molecules that bind to the ATP-binding site of a kinase, Bioorg Med Chem, 26(8):1929-1938, 2018.

Nakano K, Chigira T, Miyafusa T, Nagatoishi S, Caaveiro JM, Tsumoto K.: Discovery and characterization of natural tropolones as inhibitors of the antibacterial target CapF from Staphylococcus aureus, Sci Rep, 5:15337, 2015.

3-3．医薬品による機能制御および物理化学的解析技術に関する基礎研究

　生体分子間相互作用、および医薬品の相互作用は、水素結合やファンデルワールス力などを巧みに利用した特異的な分子認識により成り立っています。私たちは特に抗体を中心とした蛋白質による分子認識について、その特異的相互作用がどのようにして成立しているかを構造生物学と物理化学の２つの側面を通じて研究しています。これらの研究を通じて、生命分子の有している一つ一つの官能基がどのような役割を果たしているかを明らかにし、これらの分子の精密な認識機能のメカニズムを明らかにしようとしています。そして、その発見を基点に、医薬品設計のための指針や新しい技術開発も行っています。

（主な関連論文）

Ten T, Nagatoishi S, Maeda R, Hoshino M, Nakayama Y, Seiki M, Sakamoto T, Tsumoto K.: Structural and thermodynamical insights into the binding and inhibition of FIH-1 by the N-terminal disordered region of Mint3, J Biol Chem, 297(5):101304, 2021.

Yui A, Caaveiro JMM, Kuroda D, Nakakido M, Nagatoishi S, Goda S, Maruno T, Uchiyama S, Tsumoto K.: Mechanism of dimerization and structural features of human LI-cadherin, J Biol Chem, 297(3):101054, 2021.

Yoshida K, Nagatoishi S, Kuroda D, Suzuki N, Murata T, Tsumoto K.: Phospholipid Membrane Fluidity Alters Ligand Binding Activity of a G Protein-Coupled Receptor by Shifting the Conformational Equilibrium, Biochemistry. 58(6):504-508, 2019.

Tashima T, Nagatoishi S, Caaveiro JMM, Nakakido M, Sagara H, Kusano-Arai O, Iwanari H, Mimuro H, Hamakubo T, Ohnuma SI, Tsumoto K.: Molecular basis for governing the morphology of type-I collagen fibrils by Osteomodulin, Commun Biol. 1:33, 2018.

Kudo S, Caaveiro JM, Nagatoishi S, Miyafusa T, Matsuura T, Sudou Y, Tsumoto K.: Disruption of cell adhesion by an antibody targeting the cell-adhesive intermediate (X-dimer) of human P-cadherin, Sci Rep, 7:39518, 2017.

Ota C, Noguchi S, Nagatoishi S, Tsumoto K.: Assessment of the Protein-Protein Interactions in a Highly Concentrated Antibody Solution by Using Raman Spectroscopy, Pharm Res, 33(4):956-69, 2016.

Nakayama T, Mizohata E, Yamashita T, Nagatoishi S, Nakakido M, Iwanari H, Mochizuki Y, Kado Y, Yokota Y, Satoh R, Tsumoto K, Fujitani H, Kodama T, Hamakubo T, Inoue T.: Structural features of interfacial tyrosine residue in ROBO1 fibronectin domain-antibody complex: Crystallographic, thermodynamic, and molecular dynamic analyses, Protein Sci, 24(3):328-40, 2015.

最適化支援プロジェクト

ウェブサイト	http://park.itc.u-tokyo.ac.jp/phys-biochem/
E-mail	satoru-nagatoishi※nibiohn.go.jp （※を＠に置き換えてください。）