（様式 20）成果報告書

TSUBAME 共同利用 令和 4 年度 学術利用 成果報告書

利用課題名 ヒト血清アルブミン-環状ペプチド複合体の相互作用解析
英文：Interaction analysis of human serum albumin-cyclic peptide complex
利用課題責任者 和久井 直樹
First name Surname Naoki Wakui
所属 独立行政法人国立高等専門学校機構 長岡工業高等専門学校
Affiliation National Institute of Technology (KOSEN), Nagaoka College
URL http://www.nagaoka-ct.ac.jp/
邦文抄録（300 字程度）
医薬品として近年注目を集めている環状ペプチドであるが、腎排出によって急速に体外へと排出されてしまう課題を抱えている。この課題を克服するためには輸送体であるヒト血清アルブミンとの結合が重要である。環状ペプチドとアルブミンの複合体構造の相互作用を解析することで、アルブミンとの結合に重要な相互作用を明らかにし、環状ペプチド設計に役立てることが出来る。結晶構造解析によって得られたヒト血清アルブミンとコリスチンの複合体構造に対して分子動力学シミュレーションと相互作用解析を実施した。相互作用解析の結果、コリスチンの直鎖構造および環構造のどちらにおいても主鎖を構成する原子との水素結合が主であることが明らかとなった。
英文抄録（100 words 程度）
Cyclic peptides have attracted much attention in recent years as pharmaceuticals, but they face
the problem of being rapidly eliminated from the body by renal efflux. In order to overcome thisproblem, binding to the transporter, human serum albumin, is important. Analysis of the interaction
between cyclic peptides and albumin in complex structures will reveal the interactions that areimportant for binding to albumin and will be useful for cyclic peptide design. Molecular dynamics
simulations and interaction analysis were performed on the complex structure of human serum
albumin and colistin. Interaction analysis revealed that hydrogen bonding with atoms

constituting the main chain is the predominant mechanism in both the linear and ring
structures of colistin.
Keywords: Cyclic peptides, human serum albumin, molecular dynamics simulation

背景と目的

概要

低分子医薬品、抗体医薬品に続く第 3 の医薬品とし結晶構造解析によって得られた、ヒト血清アルブミンて環状ペプチド医薬品が注目を集めている。しかし、環とコリスチンの複合体構造を初期構造とし、1 µs の分子状ペプチドは腎臓でろ過され、体外へと急速に排出さ動力学シミュレーションを 8 回実施した。また、ヒト血清れてしまうという課題がある。この課題を克服するためアルブミンとコリスチンの複合体構造からコリスチンをには血漿中に存在する輸送体であるヒト血清アルブミ削除したヒト血清アルブミンに対しても 1 µs の分子動力ンとの結合が重要になってくる。ヒト血清アルブミンと環学シミュレーションを 8 回実施した。分子動力学シミュレ状ペプチドの複合体構造の報告数は限られており、ヒトーションによって得られたトラジェクトリに対して相互作

血清アルブミンへの結合メカニズムを解明するにはより用解析を実施し、ヒト血清アルブミンとコリスチンの間に多くの複合体構造に対して相互作用解析を行う必要が形成されている重要な相互作用の同定を行った。また、ある。結晶構造解析によって新たに得られたヒト血清ア複合体構造およびコリスチンを削除したヒト血清アルブ

ルブミンと環状ペプチドの複合体構造に対して分子動ミンの構造変化の様子を調査した。

力学シミュレーションおよび相互作用解析を実施し、ヒト血清アルブミンとの結合に重要となる相互作用を明らかにする。

結果および考察

相互作用解析の結果、複数の分子動力学シミュレ

（様式 20）成果報告書
ーションにおいて全シミュレーション時間中の 30%以上にわたって相互作用を形成していたアミノ酸はChain A では LYS212 と ASP324 であった。ChainB では LYS12 と ASP13 であった。Chain A のLYS212 はコリスチンの直鎖構造における主鎖酸素と水を介した水素結合を形成していた。Chain A のASP324 はコリスチンの直鎖構造における主鎖 NHとの水素結合を形成していた。Chain B の LYS12はコリスチンの環構造における主鎖 NH との水素結(b)コリスチンを削除したヒト血清アルブミンの rmsd 変合を形成していた。Chain B の ASP13 はコリスチン化の環構造における主鎖酸素と水を介した水素結合、

図 1. 分子動力学シミュレーションによる構造変化

環構造における側鎖 NH2 と水素結合を形成していた。興味深いことにコリスチンの環構造および直鎖構造どちらも主鎖を用いた相互作用が多く見られた。

まとめ、今後の課題
ヒト血清アルブミンとコリスチンの複合体構造はヒト血ヒト血清アルブミンとコリスチン複合体構造およびコリ清アルブミンとダルババンシンの複合体構造と大きく異スチンを削除したヒト血清アルブミンの構造変化の様子なっていることから、２つの複合体の形成メカニズムにつを rmsd (root mean square deviation)を用いて可視いて詳細な解析が必要である。

化した。ヒト血清アルブミンとコリスチン複合体構造では
1 µs の分子動力学シミュレーションで 5.7～9.7 Å 程度

参考文献の構造変化が観測された（図 1(a)）
。一方、コリス

Ito, Sho, et al. "Structural basis for the binding

チンを削除したヒト血清アルブミンでは 5.9～22.9

mechanism of human serum albumin complexedÅ 程度の構造変化が観測された（図 1(b)）。以上のこwith cyclic peptide dalbavancin." Journal ofとから、コリスチンの結合によるヒト血清アルブミ

medicinal chemistry 63.22 (2020): 14045-14053.

ン構造の安定化が示唆された。

(a) ヒト血清アルブミンとコリスチン複合体構造 rmsd
変化