A High-Throughput Assay to Identify Specific Nascent Chain Inhibitors

私たちの体を動かしているタンパク質の多くは、鍵のかかった金庫のようなものです。それらの表面には、薬が掴み取れるような明らかな取っ手や鍵穴が存在しません。数十年にわたり、創薬開発者たちは、これらの「創薬困難（undruggable）」なタンパク質を阻止する治療法の開発に苦心してきました。なぜなら、標準的なアプローチは、完成して折り畳まれたタンパク質上の特定の部位を見つけてブロックすることに依存しているからです。しかし、タンパク質は完全に形成された状態で現れるわけではありません。タンパク質は細胞内の工場の中で一つひとつの断片として組み立てられ、最終的な形へと丸まる前に、長い紐のように伸びた状態で存在します。この建設中の短い瞬間に、タンパク質は異なる形態をとっており、タンパク質が完成すると消えてしまう一時的な開口部を露出させている可能性があります。もし科学者たちが、タンパク質がまだ組み立てられている最中にそれを見つけ出す方法を見つけることができれば、タンパク質が脅威となる前に阻止できるかもしれません。

研究チームは、まさにこのような介入を探索するために設計された新しいツールを開発しました。彼らは、遺伝的な指示を読み取りタンパク質を組み立てるヒト自身の仕組みを模倣したシステムを用い、試験管内でタンパク質が作られる様子を観察する方法を開発しました。このセットアップにおいて、研究者たちはタンパク質が蛍光を発して光る様子を観察することで、タンパク質がリアルタイムで出現する様子を見ることができます。目標は、特定のタンパク質の生産を、それがまだ新生鎖（nascent chain）、つまり成長中の紐である間だけ停止させ、他のタンパク質の生産を妨げることなく、ブレーキとして機能する微小な化学化合物を見つけることです。このツールが精密であることを確実にするため、科学者たちは結果を比較するための二つ目のチェック機能を組み込み、見つかった化合物が単に工場全体をシャットダウンしているのではなく、真に対象となる特定のタンパク質を標的にしていることを確認できるようにしました。

研究者たちは、このシステムを非常に感度が高く、かつ1テストあたりわずか約1セントという低コストになるよう微調整し、数千もの化学物質を一度にスクリーニングすることを可能にしました。彼らはまず、既知の化合物であるPF846をPCSK9と呼ばれるタンパク質に対して使用して、システムが機能することを証明しました。その後、彼らはこの手法を本格的なテストにかけ、1,760種類の異なる化合物の大規模なコレクションを用いて、がんに関連するタンパク質の変異体であるKRAS A146Tと、ApoC3と呼ばれるタンパク質の2つの特定のターゲットに対する阻害剤を見つけることを目指しました。その結果、このシステムは堅牢かつ信頼性が高く、高い一貫性を持って大規模な探索を処理できることが示されました。

スクリーニング・キャンペーンが終了した際、研究者たちは16種類の化合物がタンパク質の生産を停止させることに成功したものの、それらは翻訳プロセス全体を停止させることであり、精密なツールではなく一般的な阻害剤として作用したことが判明しました。決定的なことに、チームが標的としていた特定のタンパク質のみを選択的に停止させるという厳格な基準を満たした化合物は一つもありませんでした。この研究は、研究者たちが切望していた「新生鎖」阻害剤をもたらすことはできませんでしたが、プラットフォーム自体がより大規模で広範な探索を行う準備ができていることを実証することに成功しました。この研究は、タンパク質が組み立てられている最中を捉えることができる、あの捉えどころのない化合物を探し続けるための、強固で機能的な基盤を確立したものです。