バイオインフォ・オミクス
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遺伝子摂動データを活用し、未処理の細胞種における薬剤の転写応答をゼロショットで予測
- GRAFTは遺伝子摂動の応答情報を化合物摂動へ、さらに細胞コンテキスト間へ転移させ、対象細胞に薬剤データがなくても薬剤誘導性の発現変化を予測する。
- LINCSおよび外部ベンチマークで競合手法を上回り、特にコンテキスト依存的な応答を示す薬剤で優位だった。
- 多数の細胞コンテキストと数千の薬剤を網羅するアトラスを構築。一部の関連はドッキングで裏付けられ、iPSCのドナー間差の候補も実測の遺伝子摂動応答で部分的に支持された。
ノックダウンから薬剤への転移は、化合物が標的の機能喪失を再現するという仮定に静かに寄りかかっており、オフターゲットや作動薬的な作用では崩れそうだ。ドッキングとの整合も、発現変化予測の検証としては弱い。アトラスの妥当性を測るには、ひとつの細胞種を伏せ、自社化合物(できればオフターゲット活性が既知のもの)で試すのが公平だろう。
Cross-modal transfer enables zero-shot prediction of drug responses across cell types ↗
空間トランスクリプトームの領域別発現が、バルクRNAより抗がん化合物の順位付けを改善する
- バルクRNAの発現署名は腫瘍内の不均一性を平均化してしまうため、著者らは局所的な空間発現署名で化合物をスコアリングした。対象は不均一性の強いトリプルネガティブ乳がんである。
- 約1,300種の多様な化合物を用い、バルク署名と空間署名で既知の抗がん剤をどれだけ適切に順位付けできるかを比較した。
- 空間署名はバルク署名より既知抗がん剤の優先順位付けに優れ、未分類や非腫瘍領域の化合物も候補として示した。根拠は計算上のもので、実験的検証の記載はない。
既知の抗がん剤の順位が上がったのは、単一のがん種での後ろ向きな濃縮評価にすぎず、空間署名が新規の薬を見つけられる証拠にはならない。実験による追試はなく、リークやベースラインについても要約からは読み取れない。面白いのは腫瘍以外の領域のヒットだが、いくつか実際に検証されるまで判断は保留する。
血管壁のcGAS-STING阻害がマウスの大動脈瘤を抑制
- マウスとヒトの動脈瘤組織の1細胞解析から、cGAS-STINGシグナルは主に血管内皮細胞に存在し、安定型よりも破裂した病変で発現が高いことが示された。
- アンジオテンシンII誘発のマウス動脈瘤ではこの経路が活性化しており、cGAS阻害薬またはSTINGアンタゴニストの投与で発症や組織損傷が減り、内皮のミトコンドリア形態も改善した。
- 患者の動脈瘤検体でも経路関連タンパク質が増加しており、DHFRの欠損がDNA損傷と経路活性化をつなぐ可能性が示唆された。
阻害薬は2種類でもモデルは1つ、これでは根拠が薄い。アンジオテンシンII誘発の動脈瘤は急性で高血圧依存的であり、ゆっくり進むヒトのAAAの再現としては不十分だ。しかもRU.521はヒトcGASよりマウスcGASへの活性がはるかに高い。ヒトのデータも発現の相関にとどまり、遺伝学的な裏づけはない。次の試験では、瘤が確立した後の投与、曝露量データ、エラスターゼ等の第2モデルが要る。
変形性関節症でCD74-ENO2軸が滑膜マクロファージの解糖系炎症を駆動、標的siRNAナノ粒子がマウスで病態を抑制
- マウスおよびヒト変形性関節症滑膜の単一細胞・空間トランスクリプトーム解析により、滑膜と軟骨の境界部で増加し、解糖系に依存する炎症性CD74陽性マクロファージ集団が同定された。
- CD74は解糖系酵素ENO2と結合し、HIF-1α/β-カテニンの核移行を促して、代謝と炎症が互いを強め合う遺伝子プログラムを維持する。
- 骨髄系細胞でのCD74欠損や薬理学的阻害はマウスOAモデルで滑膜炎と軟骨破壊を軽減した。MIF模倣ペプチドで誘導しCD74 siRNAを搭載した関節内投与の脂質ナノ粒子は、これらのマクロファージに到達して病態進行を抑えた。
マウスの遺伝学だけで判断はできない。骨髄系CD74欠損は標的検証としてきれいだが、OAマウスの多くは外科モデルで、ヒトより炎症寄りに偏る。むしろ難所はデリバリーだ。MIF模倣リガンド付きLNPがCD74陽性マクロファージに届く可能性はあるが、ヒト大の関節での滑膜からのクリアランス、他のCD74陽性抗原提示細胞への非標的取り込み、ノックダウンの持続期間を確認したい。
CRISPRスクリーニングでACSL4が肥満関連マクロファージ炎症のスイッチとして浮上
- ゲノムワイドCRISPR-Cas9スクリーニングとヒト脂肪組織のscRNA-seqを組み合わせ、炎症性の脂肪組織マクロファージの活性化にACSL4が不可欠であることを同定した。
- 骨髄系特異的Acsl4ノックアウトは炎症性サイトカイン発現を下げ、高脂肪食による肥満を抑えて脂肪分解と熱産生を高めたが、耐糖能とインスリン感受性には有意な改善がなかった。
- ACSL4を標的とする候補を探すため、DrugBankの8,685化合物のスクリーニングも行われた。
CRISPRのヒットをヒトデータで裏取りするのは、標的の根拠づくりとして正しい。問題は表現型で、肥満は防げても耐糖能もインスリン感受性も改善しないのでは、代謝性炎症の標的に期待されるものと違う。ACSL4はフェロトーシス感受性の中核でもあり、全身性の阻害薬には安全性の疑問が早い段階から付きまとう。
機械学習でPFASの肝ハザードを階層化、肝スフェロイドの遺伝子発現が裏付け
- 高スループットの生理活性データで学習したXGBoost系QSARモデルが、PFASを肝臓関連ハザードの4段階に分類する。
- 19種のPFASに曝露したヒト肝スフェロイドの公開トランスクリプトームでは、この階層ごとに応答パターンが異なっていた。
- 脂質代謝の撹乱と細胞ストレスが特徴的で、FABP1、PLIN2、GDF15が曝露群を通じて応答した。
QSARモデルの階層は学習ラベルの弱点をそのまま引き継ぎ、高スループットのバイオアッセイは緩徐な肝障害をほとんど拾えない。加えてPFASは体内残留が長く、スフェロイドの曝露濃度が実際の蓄積とかけ離れている可能性があるため、実測の組織内曝露や血中半減期での検証が欠かせない。FABP1、PLIN2、GDF15は読み出しとして有望だが、ストレスマーカーは特異性が低いことで知られる。
SNPを標的とする対立遺伝子特異的ASOが、脊髄小脳失調症3型の患者由来ニューロンで変異ATXN3を選択的に低下させた
- 欧州3か国のSCA3患者に対しナノポア長鎖シーケンスを行い、ATXN3に連鎖する多数のSNPがCAG伸長と関連する3つのハプロタイプブロックに分類された。
- 異なるブロックの2つのSNPを標的にするだけで、欧州の患者の大半に対立遺伝子特異的な治療を適用できる可能性がモデルで示された。
- SNPを標的とした17種のASOのうち複数が、変異型の転写産物を、保護的な脱ユビキチン化酵素として働く野生型よりも優先的に低下させた。
- 2系統のiPSC由来皮質ニューロンでは、ASOの単回投与で変異ATXN3が大きく減少した。
配列設計よりも送達が成否を分けるだろう。2系統のiPSC皮質ニューロンでの単回投与における選択性は、小脳・脳幹・脊髄にASOを届け、しかも野生型ATXN3を温存できる濃度に収められるかを示さない。用量が上がると対立遺伝子の識別は通常崩れる。適用範囲も欧州ハプロタイプに限られ、他の祖先集団は未検証で、in vivoの安全性データもない。
セレブロンの潜在Cys287を狙う共有結合リガンドがE3リガーゼを開状態に固定し、IMiD駆動の分解を阻止
- システイン指向のケモプロテオミクススクリーニングで、サリドマイド結合部位から離れたアロステリックポケットCys287に結合する共有結合リガンドを同定した。
- リード化合物VVD-105917は、IMiDやCELMoDによるネオ基質の分解を広く阻害する。
- クライオ電顕で、セレブロンを開いた不活性型に固定することが示され、リガンド添加順序にも依存する。同部位の既報リガンドは逆に閉鎖を促進するため、このポケットは作用が反転しうる。
これまでのCRBN薬は全て単一のオルソステリックポケットに結合するため、開閉スイッチを制御する共有結合ハンドルは本当に新しいつまみだ。パン阻害薬は分解薬の機序解析やオフターゲット分解のレスキューに優れたツールになる。どちらにも振れる部位ということは、分解を高めるリガンドが同じポケットに潜む可能性もある。プレプリントなので査読を待ちたい。
Allosteric covalent inhibition of cereblon through cryptic cysteine targeting ↗
アザフィロンプローブが、生きた細菌のプロテオームで反応性リジンを網羅的にマッピング
- 天然物スクレロチオリン由来の簡略化アザフィロン「SCL-alkyne」を、細菌でリジン反応性をプロテオーム規模で解析するために設計した。
- in vitroでも生きた大腸菌でもリジン選択性が高く、結合部位の大半はリジンかタンパク質N末端だった。反応性リジンのうち機能領域にあるのはごく一部にとどまった。
- 濃縮解析から細菌の走化性が主要な標的経路として浮かび、その後確認された。
共有結合リガンド探索はシステイン中心で、スルホニルフルオリドや活性エステル以外のリジン指向スキャフォールドは乏しいため、天然物由来の選択肢は魅力的だ。反応性リジンの多くは機能領域にないという知見は、反応性は安く機能は安くないという戒めになる。大腸菌でのプレプリントなので、リードではなく共有結合フラグメントの出発点と見るべきだ。
ヒトDNAグリコシラーゼ9種にわたる低分子阻害薬の公開スクリーニングデータセット
- 北欧の共同研究チームが、塩基除去修復を開始する11種のヒトDNAグリコシラーゼ向けに、ハイスループット生化学アッセイ基盤を構築した。
- ケモゲノミクスライブラリーを、ヒット判定に十分な品質のアッセイが得られた9種に対してスクリーニングし、一次データと濃度依存データ、新規の阻害薬を複数得た。
- データ、プロトコル、メタデータはすべて公開されている。
グリコシラーゼは創薬化学の世界で手つかずだったので、9種にわたる注釈付きの公開スクリーニングは、ヒット探索チームがそのまま掘り下げられる出発点になる。ケモゲノミクスライブラリーは標的注釈があり、作用機序や選択性の推定に役立つ。核酸酵素のスクリーニングは偽陽性が出やすいので、ヒットはまずアッセイ干渉やDNA結合体のアーティファクトを疑って確認したい。
A high-throughput screening dataset of small-molecule inhibitors across human DNA glycosylases ↗
光架橋プローブがTRIM24ブロモドメインの新規非ヒストン結合パートナーを解明
- TRIM24は、アセチル化ヒストンに結合するブロモドメインを持つデュアル型エピジェネティック「リーダー」タンパク質であり、がん治療の標的として確立されているが、ヒストン以外の結合パートナーはこれまで十分に解明されていなかった。
- 研究チームは、遺伝子コード型光架橋アミノ酸AzFとBzFをブロモドメインのアセチルリジン結合ポケット内のL922残基に導入し、ヒストン認識能を保持したままUV照射による相互作用タンパク質の共有結合的捕捉を可能にした。
- 定量プロテオミクス解析により、AzFプローブで濃縮されたNPM1、BzFプローブで濃縮されたCDK9という2つの非ヒストンタンパク質が同定され、さらにMAP4、RAN、SND1も候補として挙がった。
- ChIP-seq解析では、TRIM24、CDK9、NPM1ががん関連遺伝子の転写開始点付近で共局在することが示され、KEGG解析により同定タンパク質が複数のシグナル伝達経路に関与することが示された。
- この手法は、光架橋技術がリーダードメインのインタラクトーム解析をヒストン以外にも拡張できることを示し、TRIM24を標的とした化学プローブおよび薬剤開発のための新たな候補を提供する。
「選択的ブロモドメイン阻害剤」の定義が一段と厳しくなった。NPM1とCDK9が、TRIM24のブロモドメインプローブやデグレーダーが結合するのと同じ場所——アセチルリジンポケットのL922——に居合わせていたからだ。つまり選択性は、他のBRDファミリーとの選択性だけでなく、これらの非ヒストン結合を外さない選択性も意味することになる。従来のブロモドメイン創薬は基本的にこのポケットを標的にした構造ベースでヒストン模倣ポテンシャルを追う一本道だったが、今回の結果はそのポケットの生物学がヒストンの外まで広がっていることを示しており、TRIM24プローブの細胞表現型がヒストンリーディングではなくNPM1/CDK9の阻害由来かもしれないという懸念が出てくる。とはいえこれは化合物ではなく架橋剤によるターゲット同定ツールに過ぎない。MAP4、RAN、SND1はプロテオミクスリストに載った「候補」であって確定した相互作用ではないので、SARの物語を組む前にco-IPやFPでの追加検証、用量依存的な競合実験を見たい。
反応性金属スキャフォールドでプロテオーム規模のシステインをマッピング、PRMT1阻害を発見
- 反応性メタロスキャフォールド(r-mS)という新概念を提唱。クロロアセトアミド型の求電子ワーファーを持つ共有結合性金属錯体で、プロテオーム全体のリガンド化可能なシステインを標的とする。
- HEK293T細胞溶解液を用いたケモプロテオミクス解析により、絞り込んだr-mSシリーズのシステイン結合をプロテオーム規模でマッピングし、新規の結合部位を同定。
- 金属種、アレーン置換基、分子全体の立体構造が組み合わさってシステイン反応性と標的選択性を決定づけることを示した。
- リード化合物r-mS-2はメチル基転移酵素PRMT1のSAM結合ドメイン内の機能上重要なシステインに結合し、インタクトタンパク質LC-MSでこれを確認。
- この結合がPRMT1活性を機能的に阻害することを実証し、共有結合ヒットを検証済み標的の機能調節に直結させた。
- 次世代メタロドラッグの合理的設計に向けた、汎用的な標的探索プラットフォームとして位置づけられる。
SAM結合ポケット内のシステインを直接叩いている点が、今回いちばん信頼できるところだ——活性測定だけでなく、インタクトタンパク質LC-MSで占有を確認しているのは妥当な基準だと思う。慎重になりたいのは選択性の方で、金属種とアレーン置換基で反応性を調整できるのは面白いレバーだが、ヨードアセトアミド/クロロアセトアミド系のフラグメントライブラリがすでに抱えている変数にもう一つ加わる話で、ライセート内スクリーニングだけでは細胞内でのオフターゲットCys負荷は見えてこない。化学的には、我々の多くにとって本当に不慣れな領域だ——配位子交換、酸化還元不安定性、バッチ間再現性は、有機ワーヘッドにはない負債になる。既存のシステイン標的ケモプロテオミクス基盤と比べると、r-mSは興味深い第三の調整軸を加えるものであって、まだ明確な優位性とは言えない。金属薬剤全般としても、有機低分子と比べたこの扱いにくさは変わらず——注目には値するが、まだ手を伸ばす段階ではない。
AIが切り拓くVAV1標的分子接着剤への道
- VAV1は造血系に特異的なシグナル伝達タンパク質であり、血液がんや自己免疫疾患における標的として注目されている。
- 高スループットで非偏向的なグローバルプロテオミクススクリーニングにより、CRBNを動員してVAV1を選択的に分解するフェニルグルタルイミド系分解誘導化合物が同定された。
- VAV1のC末端SH3ドメイン(SH3-2)が三者複合体形成に不可欠であることが判明し、他のCRBNグルーが用いる「Gループ」デグロンとは異なる新規の「RTループ」デグロンがこの領域に発見され、部位特異的変異導入により検証された。
- AIによるタンパク質構造予測(フォールディング)ワークフローを用いて三者複合体をモデル化し、この機構を裏付けた。
- 予測構造に対する自由エネルギー摂動(FEP)計算により算出された協同性指標が実験的な分解能と相関することが示され、従来の経験的スクリーニングよりも迅速に分子接着剤アナログを優先順位付け・最適化する計算的手法が確立された。
今回の本当のニュースは化合物そのものではなく、RT-loopデグロンの発見だ。CRBNのG-loop型ネオ基質はIMiD時代からほぼ唯一のプレイブックだったので、VAV1のSH3-2ドメインに存在する構造的に異なるデグロンは、分解可能なプロテオームを本当の意味で拡張するものであり、単にターゲットが一つ増えただけではない。フェニルグルタルイミドの化学自体はIMiD系でありふれたもので、目新しさはない――本当の革新はケミストリーではなくターゲットエンゲージメントの生物学にある。VAV1の造血系限定発現は、多くのデグローダープログラムが喉から手が出るほど欲しい組織選択性を初めから備えている点で魅力的だ。FEP/AIの三者複合体予測については、協同性スコアが1系列で実測ポテンシーと相関したのは有望だが、データセットは一つに過ぎない。盲検アナログを実際にランク付けできるかを見るまでは、経験的なSARより信頼する気にはなれない。