大澤 匡範 (オオサワ マサノリ)

Osawa, Masanori

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所属(所属キャンパス)

薬学部 薬科学科 生命機能物理学講座 (芝共立)

職名

教授

外部リンク

 

研究分野 【 表示 / 非表示

  • ライフサイエンス / 構造生物化学

  • ライフサイエンス / 構造生物化学

  • ライフサイエンス / 生物物理学

  • ライフサイエンス / 生物物理学

研究キーワード 【 表示 / 非表示

  • イオンチャネル

  • イオンチャネル

  • シグナル伝達

  • シグナル伝達

  • 核磁気共鳴

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著書 【 表示 / 非表示

  • Peptide Toxins Targeting KV Channels

    Matsumura K., Yokogawa M., Osawa M., Handbook of Experimental Pharmacology, 2021年

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    A number of peptide toxins isolated from animals target potassium ion (K+) channels. Many of them are particularly known to inhibit voltage-gated K+ (KV) channels and are mainly classified into pore-blocking toxins or gating-modifier toxins. Pore-blocking toxins directly bind to the ion permeation pores of KV channels, thereby physically occluding them. In contrast, gating-modifier toxins bind to the voltage-sensor domains of KV channels, modulating their voltage-dependent conformational changes. These peptide toxins are useful molecular tools in revealing the structure-function relationship of KV channels and have potential for novel treatments for diseases related to KV channels. This review focuses on the inhibition mechanism of pore-blocking and gating-modifier toxins that target KV channels.

  • Nuclear magnetic resonance approaches for characterizing protein-protein interactions

    Toyama Y., Mase Y., Kano H., Yokogawa M., Osawa M., Shimada I., Methods in Molecular Biology, 2018年

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    The gating of potassium ion (K+) channels is regulated by various kinds of protein-protein interactions (PPIs). Structural investigations of these PPIs provide useful information not only for understanding the gating mechanisms of K+ channels, but also for developing the pharmaceutical compounds targeting K+ channels. Here, we describe a nuclear magnetic resonance spectroscopic method, termed the cross saturation (CS) method, to accurately determine the binding surfaces of protein complexes, and its application to the investigation of the interaction between a G protein-coupled inwardly rectifying K+ channel and a G protein α subunit.

  • 【試料分析講座】「蛋白質の分析」

    大澤 匡範今井駿輔、嶋田一夫, 分析化学会(丸善), 2012年

    担当範囲: NMR・CDスペクトル

  • 分子細胞生物学辞典 (第2版)

    大澤 匡範嶋田一夫, 東京化学同人, 2008年

    担当範囲: 「等温滴定型カロリメトリー」,「滴定曲線」

  • 実験医学別冊「生命科学のための機器分析実験ハンドブック」

    大澤 匡範嶋田一夫, 羊土社, 2007年

    担当範囲: 「等温滴定型カロリメトリー(ITC) ~熱量測定による相互作用の定量的解析~」

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論文 【 表示 / 非表示

  • Identification of novel inhibitors of Keap1/Nrf2 by a promising method combining protein–protein interaction-oriented library and machine learning

    Shimizu Y., Yonezawa T., Sakamoto J., Furuya T., Osawa M., Ikeda K.

    Scientific Reports (Scientific Reports)  11 ( 1 ) 7420 2021年12月

    共著

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    Protein–protein interactions (PPIs) are prospective but challenging targets for drug discovery, because screening using traditional small-molecule libraries often fails to identify hits. Recently, we developed a PPI-oriented library comprising 12,593 small-to-medium-sized newly synthesized molecules. This study validates a promising combined method using PPI-oriented library and ligand-based virtual screening (LBVS) to discover novel PPI inhibitory compounds for Kelch-like ECH-associated protein 1 (Keap1) and nuclear factor erythroid 2-related factor 2 (Nrf2). We performed LBVS with two random forest models against our PPI library and the following time-resolved fluorescence resonance energy transfer (TR-FRET) assays of 620 compounds identified 15 specific hit compounds. The high hit rates for the entire PPI library (estimated 0.56–1.3%) and the LBVS (maximum 5.4%) compared to a conventional screening library showed the utility of the library and the efficiency of LBVS. All the hit compounds possessed novel structures with Tanimoto similarity ≤ 0.26 to known Keap1/Nrf2 inhibitors and aqueous solubility (AlogP < 5). Reasonable binding modes were predicted using 3D alignment of five hit compounds and a Keap1/Nrf2 peptide crystal structure. Our results represent a new, efficient method combining the PPI library and LBVS to identify novel PPI inhibitory ligands with expanded chemical space.

  • Comprehensive Approach of <sup>19</sup>F Nuclear Magnetic Resonance, Enzymatic, and <i>In Silico</i> Methods for Site-Specific Hit Selection and Validation of Fragment Molecules that Inhibit Methionine γ-Lyase Activity.

    Ikeda K, Kezuka Y, Nonaka T, Yonezawa T, Osawa M, Katoh E

    Journal of medicinal chemistry 64 ( 19 ) 14299 - 14310 2021年09月

    共著,  ISSN  0022-2623

  • Peptide Toxins Targeting KV Channels

    Matsumura K, Yokogawa M, Osawa M

    Handb. Exp. Pharmacol. (Springer Nature)  267   481 - 505 2021年06月

    研究論文(学術雑誌), 共著, 査読有り,  ISSN  0171-2004

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    A number of peptide toxins isolated from animals target potassium ion (K+) channels. Many of them are particularly known to inhibit voltage-gated K+ (KV) channels and are mainly classified into pore-blocking toxins or gating-modifier toxins. Pore-blocking toxins directly bind to the ion permeation pores of KV channels, thereby physically occluding them. In contrast, gating-modifier toxins bind to the voltage-sensor domains of KV channels, modulating their voltage-dependent conformational changes. These peptide toxins are useful molecular tools in revealing the structure-function relationship of KV channels and have potential for novel treatments for diseases related to KV channels. This review focuses on the inhibition mechanism of pore-blocking and gating-modifier toxins that target KV channels.

  • Mechanism of hERG inhibition by gating-modifier toxin, APETx1, deduced by functional characterization

    Matsumura K., Shimomura T., Kubo Y., Oka T., Kobayashi N., Imai S., Yanase N., Akimoto M., Fukuda M., Yokogawa M., Ikeda K., Kurita J.i., Nishimura Y., Shimada I., Osawa M.

    BMC Molecular and Cell Biology (BMC Molecular and Cell Biology)  22 ( 1 ) 3 - 3 2021年01月

    研究論文(学術雑誌), 共著, 査読有り

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    Background: Human ether-à-go-go-related gene potassium channel 1 (hERG) is a voltage-gated potassium channel, the voltage-sensing domain (VSD) of which is targeted by a gating-modifier toxin, APETx1. APETx1 is a 42-residue peptide toxin of sea anemone Anthopleura elegantissima and inhibits hERG by stabilizing the resting state. A previous study that conducted cysteine-scanning analysis of hERG identified two residues in the S3-S4 region of the VSD that play important roles in hERG inhibition by APETx1. However, mutational analysis of APETx1 could not be conducted as only natural resources have been available until now. Therefore, it remains unclear where and how APETx1 interacts with the VSD in the resting state. Results: We established a method for preparing recombinant APETx1 and determined the NMR structure of the recombinant APETx1, which is structurally equivalent to the natural product. Electrophysiological analyses using wild type and mutants of APETx1 and hERG revealed that their hydrophobic residues, F15, Y32, F33, and L34, in APETx1, and F508 and I521 in hERG, in addition to a previously reported acidic hERG residue, E518, play key roles in the inhibition of hERG by APETx1. Our hypothetical docking models of the APETx1-VSD complex satisfied the results of mutational analysis. Conclusions: The present study identified the key residues of APETx1 and hERG that are involved in hERG inhibition by APETx1. These results would help advance understanding of the inhibitory mechanism of APETx1, which could provide a structural basis for designing novel ligands targeting the VSDs of KV channels.

  • Conformational equilibrium shift underlies altered K<sup>+</sup> channel gating as revealed by NMR

    Iwahashi Y., Toyama Y., Imai S., Itoh H., Osawa M., Inoue M., Shimada I.

    Nature Communications (Nature Communications)  11 ( 1 )  2020年12月

    研究論文(学術雑誌), 共著, 査読有り

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    The potassium ion (K+) channel plays a fundamental role in controlling K+ permeation across the cell membrane and regulating cellular excitabilities. Mutations in the transmembrane pore reportedly affect the gating transitions of K+ channels, and are associated with the onset of neural disorders. However, due to the lack of structural and dynamic insights into the functions of K+ channels, the structural mechanism by which these mutations cause K+ channel dysfunctions remains elusive. Here, we used nuclear magnetic resonance spectroscopy to investigate the structural mechanism underlying the decreased K+-permeation caused by disease-related mutations, using the prokaryotic K+ channel KcsA. We demonstrated that the conformational equilibrium in the transmembrane region is shifted toward the non-conductive state with the closed intracellular K+-gate in the disease-related mutant. We also demonstrated that this equilibrium shift is attributable to the additional steric contacts in the open-conductive structure, which are evoked by the increased side-chain bulkiness of the residues lining the transmembrane helix. Our results suggest that the alteration in the conformational equilibrium of the intracellular K+-gate is one of the fundamental mechanisms underlying the dysfunctions of K+ channels caused by disease-related mutations.

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KOARA(リポジトリ)収録論文等 【 表示 / 非表示

研究発表 【 表示 / 非表示

  • COVID-19の原因となるタンパク質-タンパク質相互作用を標的とする合成中分子阻害剤のin silico解析

    米澤 朋起、清水 祐吾、池田 和由、山本 雄一朗、野口 耕司、酒井 祥太、深澤 征義、横川 真梨子、大澤 匡範

    日本薬学会第142年会, 

    2022年03月

    ポスター発表

  • 創薬プロセスにおいて創出される化合物の高速な特許性予測手法の開発

    清水祐吾、大澤匡範、池田和由、幸瞳、大田雅照、本間光貴

    日本薬学会第142年会, 

    2022年03月

  • 新型コロナウイルス感染症 (COVID-19) の原因PPIを標的とする合成中分子阻害剤の合理的設計プラットフォーム

    大澤匡範

    第5回 Translational and Regulatory Sciencesシンポジウム, 

    2022年01月

    シンポジウム・ワークショップ パネル(指名)

  • AI・ケモインフォマティクス・構造生物学の連携による新規Protein-Protein Interaction(PPI)阻害化合物の探索

    大澤匡範

    日本神経学会主催 産官学創薬スクール, 

    2022年01月

    公開講演,セミナー,チュートリアル,講習,講義等

  • 電位依存性K+チャネルの動作メカニズムとペプチドによる阻害メカニズム

    大澤匡範

    第28回日本血液代替物学会年次大会, 

    2021年10月

    口頭発表(招待・特別)

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競争的研究費の研究課題 【 表示 / 非表示

  • 電位依存性イオンチャネルの機能構造と構造間遷移機構の解析による動作機構解明

    2021年04月
    -
    2024年03月

    文部科学省・日本学術振興会, 科学研究費助成事業, 大澤 匡範、横川 真梨子, 基盤研究(B), 補助金,  研究代表者

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    電位依存性イオンチャネル(VGIC)は、神経伝達や心臓の拍動を担う膜タンパク質であり、創薬の標的としても重要である。VGICは一般に、膜電位に応じた構造変化によりイオン透過ゲートを開閉し、特定のイオンを膜透過させることで膜電位を制御する。しかしながら、これまではその構造遷移メカニズムは不明であった。
    そこで本研究では、リガンドの結合や化学修飾により未解明である機能構造を安定化して構造解析を実現可能とする手法を確立し、その立体構造をX線結晶構造解析あるいは電子顕微鏡により原子レベルで明らかにするとともに、NMRによりそれらの間の構造遷移を解析することにより、VGICの動作メカニズムを解明する。

  • B型肝炎ウイルスの肝細胞侵入・増殖機構の構造基盤と立体構造に基づく創薬

    2021年04月
    -
    2024年03月

    慶應義塾大学, 横川 真梨子、大澤 匡範, 基盤研究(C), 未設定

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    B型肝炎ウイルス(HBV) 外殻膜の表面抗原タンパク質(LHBs)は、肝細胞への感染時には肝細胞膜上のタンパク質であるNTCPと結合し、宿主内での増殖時にはHBVのキャプシドを形成するタンパク質であるCpと結合する。そこで本研究は、LHBs―NTCPおよびLHBs―Cpの相互作用様式を原子分解能で明らかにすることで、HBVの肝細胞侵入・増殖メカニズムを解明する。明らかにした立体構造に基づくin silicoスクリーニング、および得られた候補化合物のin vitroアッセイを行うことで、これらのタンパク質-タンパク質相互作用を阻害する中分子合成化合物を探索し、新規作用機序の抗HBV薬を創製する。

  • 14-3-3タンパク質によるリン酸化シグナル経路の熱力学的・構造生物学的基盤

    2019年04月
    -
    2021年03月

    文部科学省・日本学術振興会, 科学研究費助成事業, 大澤 匡範, 新学術領域研究(研究課題提案型), 補助金,  研究代表者

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    多くのがん細胞においては、Ras タンパク質の活性化を起源として、その下流にあるキナーゼを活性化し、そのキナーゼは連鎖的に別のキナーゼをリン酸化・活性化する、というリン酸化シグナルが亢進している。そのシグナルを持続させる機能をもつタンパク質が14-3-3タンパク質である。本研究では、この14-3-3タンパク質がいかにしてリン酸化シグナルを持続させるのかを定量的に、かつ、タンパク質の立体構造の観点より解明することにより、この過程を数理モデル化して理解することを目的としている。このメカニズムが解明できれば、リン酸化シグナルを抑制する革新的な制がん剤の創製につながると考えている。
    多くのがん細胞においては、遺伝子変異によるRas タンパク質の活性化を起源として、その下流にあるキナーゼを活性化し、そのキナーゼは連鎖的に別のキナーゼをリン酸化・活性化する。このようなリン酸化シグナルの連鎖と増幅が、がん細胞の増殖能や浸潤能を高める。 Ser/Thr のリン酸化によるキナーゼの活性化は、14-3-3ζ の結合により持続・亢進し、14-3-3ζ の結合阻害により抑制されることが分かってきた。したがって、がんにおけるリン酸化シグナルの数理モデルを確立するためには、14-3-3ζ と各キナーゼの結合親和性や、その基盤となる複合体の立体構造を明らかにする必要がある。そこで本研究は、14-3-3ζの結合により活性化されるキナーゼや転写因子など(14-3-3ζのclientタンパク質)の全長、あるいは、14-3-3ζとの相互作用部位全体を用いた結合親和性の定量的解析、両者の複合体のX線結晶構造解析を行うことにより、リン酸化シグナルの数理モデルを構築する上での熱力学的・構造生物学的基盤を確立することを目的とする。
    本年度は、14-3-3ζのclientタンパク質のうち、キナーゼ3種類、転写因子2種類の大量発現系を構築し、大腸菌をホストとした大量発現・精製を試みた。これまでに、キナーゼおよび転写因子の各1種類について、大量発現・精製法確立に成功した。キナーゼについてはサイズ排除クロマトグラフィーにより多量体状態の解析を行い、単量体~2量体で存在することが分かった。現在、酵素処理によるリン酸化条件を検討している。転写因子については、これを基質とする別のリン酸化酵素によるリン酸化に成功した。GST融合14-3-3ζを用いたグルタチオンセファロースによるプルダウンアッセイにより、14-3-3ζとリン酸化した転写因子の高親和性結合を確認した。
    当初の計画は、以下の通りであった。
    (1) 14-3-3ζのclient タンパク質の大量調製法の確立、性状解析・活性確認 (2) 14-3-3ζとclient タンパク質全長(相互作用部位全体)の結合親和性の定量解析 (3) 14-3-3ζとclient タンパク質全長(相互作用部位全体)の複合体の結晶化 (4) 14-3-3ζと阻害剤BA およびUTKO1 との相互作用解析、複合体の立体構造解析
    <BR>
    これまでに、(1)については、転写因子およびタンパク質キナーゼの大量調製に成功し、特に転写因子についてはリン酸化方法を確立し、プルダウンアッセイによりリン酸化の有無による14-3-3ζとの結合親和性の変化の検出に成功した。(2)、(3)への取り組みを開始したところである。(4)については、未着手である。
    当初の計画の(2)、(3)については、結晶化に成功し次第、X線結晶構造解析を行う。
    また、大量調製法が確立できていない転写因子とタンパク質リン酸化酵素については、発現条件の検討を行う。

  • B型肝炎ウイルスの肝細胞侵入および増殖機構の構造生物学的解析

    2018年04月
    -
    2021年03月

    慶應義塾大学, 科学研究費助成事業, 横川 真梨子、大澤 匡範, 基盤研究(C), 未設定

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    B型肝炎ウイルス(HBV)が肝細胞に特異的に侵入する分子機構、およびHBVが宿主の肝細胞内で増殖する分子機構を構造生物学的に明らかにすることにより、HBVの肝細胞への侵入や宿主細胞内での増殖の阻害という新たな作用点を持つ画期的抗HBV薬を創製することを目指している。
    本年度は、前年度に引き続きHBVの受容体であるNTCPの調製法確立を行った。無細胞タンパク質合成系にて不溶性画分として合成したNTCPを界面活性剤により可溶化し、HBVの外殻タンパク質のpreS1領域との相互作用解析を行ったが、調製したNTCPはpreS1結合活性を持たないことが分かった。そこで、無細胞タンパク質合成の反応液に脂質と界面活性剤を添加し、透析しながら合成反応を行うことで、NTCPをプロテオリポソームとして調製した。調製したNTCPリポソームがpreS1結合活性を有することを、共沈降実験により確認した。今後、preS1とNTCPリポソームの相互作用の溶液NMR解析を行い、preS1上のNTCP結合残基およびNTCP結合時のpreS1の立体構造を解明する。また、リポソーム中のNTCPのNa+・胆汁酸共輸送活性を確認する。
    HBVの増殖に重要なキャプシドとLHBsの相互作用については、キャプシドと結合するLHBsの残基をさらに絞り込むため、preS1、preS2を短くしたペプチド5種の大腸菌発現系を構築し、解析に必要な量のペプチドを調製した。今後、溶液NMR法と等温滴定型カロリメトリーを用いて、各ペプチドとキャプシドの相互作用様式を定量的に明らかにする。
    PreSとNTCPの相互作用による肝細胞侵入機構の解明について、無細胞タンパク質合成系を用いて不溶性画分として合成したNTCPを界面活性剤で可溶化した場合は、preS1結合活性がほとんどないことが分かったため、NTCPの調製方法の変更が必要になった。そこで、反応液に脂質と界面活性剤を添加して透析を行いながらNTCPを合成することで、NTCPをプロテオリポソームとして調製することに成功し、preS1結合活性を有することを確認した。
    キャプシドとLHBsの相互作用による宿主の肝細胞内におけるウイルス再構築機構の解明に向けては、キャプシドとペプチドを問題なく調製できており、両者の相互作用解析や立体構造解析を行う準備が整っている。
    無細胞タンパク質合成系を用いて調製したNTCPリポソームとpreS1の相互作用の溶液NMR解析を行い、preS1上のNTCP結合残基、およびNTCP結合時のpreS1の立体構造を明らかにする。
    キャプシドとの結合に重要なLHBs中の領域を溶液NMR法により特定し、複合体の構造をX線結晶構造解析またはクライオ電子顕微鏡法により解明する。

  • 電位センサーを標的とした電位依存性イオンチャネルの機能制御と創薬戦略の構築

    2017年04月
    -
    2020年03月

    文部科学省・日本学術振興会, 科学研究費助成事業, 大澤 匡範、横川 真梨子, 基盤研究(B), 補助金,  研究代表者

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    電位依存性イオンチャネル(VGIC)は、神経伝達や心臓の拍動を担う膜タンパク質であり、抗不整脈薬などの標的として重要である。VGIC は、電位センサードメイン(VSD)で膜電位の変化を感受し、イオン透過路を開閉するがその機構は不明であった。本研究では、VSDに結合してVGIC の機能を調節するリガンドの相互作用を行った。特に、心臓のVGICであるhERGについて、VSDに特異的に結合する毒素およびhERGの野生型と変異体を調製し、hERG阻害活性の変化から毒素とhERGの相互作用に重要なアミノ酸残基群を同定し、hERGの機能構造を推定した。
    VGICは膜電位に依存して立体構造を変化することにより機能するイオンチャネルであるが、従来の構造生物学的手法は膜電位存在下での解析が困難であるために、膜電位がかかっていない状態での立体構造しか明らかになっていなかった。本研究では、電位がかかった状態でチャネルを阻害する毒素について、電気生理学的に解析を行い、毒素とチャネルの相互作用に重要な残基を同定した。この成果は、VGICの機能を制御するための薬物結合部位を提案し新たな創薬戦略の構築に寄与するだけでなく、この毒素を膜電位存在下のVGICの構造解析に活用することが可能であり、VGICの機能メカニズムの解明に大きく寄与するものである。

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受賞 【 表示 / 非表示

  • Best Poster Award

    Masanori Osawa, 2016年07月, The organizing committee of International and Interdisciplinary Symposium 2016, Structural Basis for the Inhibition of Voltage-dependent K+ Channel by Gating Modifier Toxin

    受賞区分: その他

  • Best Poster Award

    Masanori Osawa, 2016年07月, The organizing committee of International and Interdisciplinary Symposium 2016, Structural Basis for the Inhibition of Voltage-dependent K+ Channel by Gating Modifier Toxin

    受賞区分: その他

  • 長瀬研究振興賞

    2016年04月, 公益財団法人 長瀬科学技術振興財団, 溶液NMRによる、脂質二重膜中での膜蛋白質相互作用の構造生物学的解析を可能とする新規汎用性ナノディスクの開発

    受賞区分: その他

  • 長瀬研究振興賞

    2016年04月, 公益財団法人 長瀬科学技術振興財団, 溶液NMRによる、脂質二重膜中での膜蛋白質相互作用の構造生物学的解析を可能とする新規汎用性ナノディスクの開発

    受賞区分: その他

 

担当授業科目 【 表示 / 非表示

  • 英語演習(薬科学科)

    2022年度

  • 早期体験学習(薬科学科)

    2022年度

  • 化学系薬学特論Ⅰ

    2022年度

  • 分子機能生物学特論

    2022年度

  • 薬学基礎実習

    2022年度

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担当経験のある授業科目 【 表示 / 非表示

  • 物理分析学

    慶應義塾

    2018年04月
    -
    2019年03月

    秋学期, 講義, 220人

  • 薬学基礎実習

    慶應義塾

    2018年04月
    -
    2019年03月

    秋学期, 実習・実験, 240人

  • 分析化学

    慶應義塾

    2018年04月
    -
    2019年03月

    春学期, 講義, 専任, 1時間, 240人

  • C1(3)物質の状態IIB

    慶應義塾

    2015年04月
    -
    2016年03月

    秋学期, 講義, 240人

  • 薬学基礎実習

    慶應義塾

    2015年04月
    -
    2016年03月

    秋学期, 実習・実験, 240人

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