オハイオ州立大学 Thomas J. Magliery博士

2011年9月27日

Thomas J. Maglieryは1974年にイリノイ州オークパークで生まれ、シカゴとインディアナポリスの郊外で育ちました。インディアナポリスのインディアナ大学メディカルセンターで、M.Ed Hodesとともに医系遺伝学の研究を行い、1992年のウェスティングハウス・サイエンス・サーチではセミファイナリストに選ばれました。オハイオ州ガンビアのケニオン大学で化学を専攻した後、ピーター・G・シュルツの指導の下、カリフォルニア大学バークレー校で化学の分野でPh.D. （2001年）を取得しました。NSFプレドクトラルフェローとして、非天然アミノ酸を部位特異的に挿入するための生体細菌のエンジニアリングに関するいくつかの重要な側面を研究しました。2001年にイェール大学のリン・レガニン分子生物物理学・生化学部に加わり、4重らせん束ねタンパク質Ropの細胞ベースのスクリーニングを導入し、ランダムな疎水性コアを持つタンパク質バリアントのライブラリを選別するための使用法を実証した。2005年秋、オハイオ州立大学に化学科および生化学科の助教授として着任しました。オハイオ州立大学の生化学プログラム、生物物理学大学院プログラム、化学-生物学インターフェース・トレーニング・プログラムのメンバーでもあります。

そこで私は、Ropによって制御されているプラスミドからのGFPの発現とRopの活性を結びつける方法について、文字通りナプキンにアイデアを描きました。数ヵ月後には、そのナプキンの絵とまったく同じLB寒天培地プレートの写真ができあがりました。これは、ナプキンに描いた絵が本当に役に立つ実験になることがあるということを実感する瞬間のひとつです。つまり、この実験だけで、私たちが現在行っているタンパク質の安定性に関するコンビナトリアル研究の大部分の基礎となっているのです。

インタビュー：Barry Bunin,PhD, CEO, Collaborative Drug Discovery, Inc.

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編集されたインタビューのトランスクリプト

バリー・ブニン
まず最初の質問として、研究者の多くが創薬に取り組んでいることから、創薬スクリーニングの仕事と、あなたが行ってきたタンパク質工学の仕事を比較して、それぞれの分野で何をしているのか、何が違うのか、何が似ているのか、どのように補完し合っているのか、という点についてお話しいただけないでしょうか。

トム
私たちが行っている創薬スクリーニングでは、主にパラオキソナーゼ1というタンパク質に注目しています。これはHDLコレステロールに関連するヒト血清タンパク質で、ヒドロラーゼですが、標的は不明です。しかし、便利なことに、少なくとも低率ではありますが、有機リン化合物を加水分解することができます。そこで私たちは、このタンパク質を改変して、有機リン剤や農薬、神経剤に対する現実的な治療薬にしようと努力してきましたが、それにはいくつかの異なるステップが必要です。1つのステップは、活性が低すぎて、どうやって特異性を変えればいいのかよくわからないということです。特に、タンパク質のメカニズムや活性側がどのようになっているのかさえよくわかっていません。そこで、構造活性相関を利用して、活性部位と思われる部分に大量の変異体を作り、エステルと有機リン酸の両方の大量のアナログに対して研究することで、この問題を理解しようとしています。

というのも、このプログラムのもう一つの目的は、タンパク質の薬剤適合性を向上させ、より薬剤に近い分子にすることだったからです。通常は油分を含んだHDL粒子に結合しているため、扱いが難しいのです。そこで、タンパク質をより可溶性で安定したものにし、扱いやすくするために、システインを除去したり、その周辺を再構築したりするなど、さまざまなことを行っています。また、溶解性を向上させると同時に、免疫学的な影響を避けるために、実際の薬剤を表面上はできるだけヒトのタンパク質に似せて作るようにしています。

私の研究室では、タンパク質の安定性とタンパク質の相互作用の両方を理解するためのさまざまなアプローチに重点を置いています。私たちは、タンパク質のライブラリの安定性をスクリーニングし、ハイスループットで定量的に測定する方法をいくつか考案しました。また、配列統計から安定化のための変異を予測する方法も開発しましたし、同様のアプローチでタンパク質の相互作用を理解することもできました。このようにして学んだ基本的なことを、より安定した、より可溶性の高い、より優れた治療法の開発に応用してきました。このように、ハイスループットなアプローチや構造活性相関の利用など、全体的にいくつかのテーマがありますが、この2つの異なる方法は、お互いに多くの情報を提供することができました。

バリー・ブニン
また、研究がそこそこ成功した場合、あるいは非常に成功した場合、短期的、長期的にはどのような成果が期待できるのでしょうか？

トム
プロジェクトには、基礎的なものもあれば応用的なものもあるので、どの部分かによりますね。ですから、すでにいくつかの予備的な成功を収めていると思います。ところで、私たちが行っているパラオキソナーゼの研究は、米国陸軍化学防御医学研究所のデビッド・レンツ氏が主導する大規模なセンターグラントの一環として行われています。また、ワイツマン研究所のグループ、特に活動工学の多くを担当したダニー・タウフィックとジョエル・サスマン、そしてここにいる計算化学者のクリス・ハダド、タンパク質の修飾を研究しているジョージ・ワンなど、非常に多くの人が参加しています。

しかし、私たちはすでにいくつかの実質的な進歩を遂げていると思います。つまり、ワイツマン社と我々、そしてICDが協力して、本物の神経剤の致死量から身を守ることができるパラオキソナーゼの変異体を開発し、製造し、動物で実験することができたのです。まだすべてではありませんし、理想的な分子ではないかもしれませんが、これだけでも成功と言えるのではないでしょうか。もし成功していれば、広範囲の有機リン酸塩を高い致死量で加水分解できる1つの分子、または複数の分子のカクテルができ、本当に完全に防御できるようになっていると思います。しかし、先に述べたように、この研究の過程では、私たちが行っている他の研究との関連性を高めるために、基本的なことを学ぶ必要があります。

工学的特性という観点から、私たちの長期的な目標は、基本的ではないにしても、少なくとも経験的に、どのようなタンパク質の変異がその物理的特性、特に安定性や溶解性を変化させるのかをよりよく予測できるようになることです。私たちの戦略は、できれば関連性の高い変異を大量に生成し、その物理的特性を研究することで、次のような疑問に対する統計的に有意な答えを得ることです。タンパク質の配列や、コアやループ、表面など、タンパク質の特定の部分の変化は、安定性や溶解性など、予測が非常に困難な特性の変化とどのように関連しているのか？

バリー・ブニン
素晴らしい。では、CDD をどのようにお使いになりましたか？ CDD は科学分野での研究にどのように役立ちましたか？

トム
ある分野ではたくさん使っていると思いますし、別の分野でも活用し始めていると思っています。正直なところ、もっと時間をかける必要があると思いますが、その分野では大きな可能性を秘めていると思います。最初の分野は、パラオキソナーゼの構造活性相関ですね。この酵素や、ホスホトリエステラーゼや他のいくつかのエステラーゼのような酵素は、少なくともある程度はOP（有機リン化合物）をひっくり返すのに優れています。長年にわたって多くの研究が行われてきたため、神経ガスの模倣品、実際の神経ガス、農薬、農薬の模倣品、エステル、ラクトンなど、もっともらしい基質が数多く存在しており、膨大な知識ベースがあります。つまり、私たちが研究室で作った多くの変異体を別にすれば、さまざまな変異体に関する膨大な知識ベースがすでに存在しているのです。

CDD のリソースを利用する重要な点は、これらのデータを検索可能な形でまとめ、異なる基質の特性に基づいて整理し、うまくいけば結論を導き出せるようにすることです。これは実りあることだと思います。例えば、基質が大きい場合と小さい場合では、どのような変異が重要なのか、よりよく理解できるようになったと思います。CDD で分子特性を計算し、その分子特性で簡単にソートできることは、私たちにとって非常に貴重なリソースとなっています。

もうひとつの試みは、これまであまり検討してこなかったのですが、私たちが生成するタンパク質バリアントの大規模なライブラリで同様のことができないかということです。もちろん、配列や構造を含めて、それらを入力することは可能です。原理的には、もっとたくさんの簡単な計算を組み込むことができます。というのも、私たちのライブラリの多くは、突然変異を起こした場所について、正味の電荷や疎水性はどうなっているのか、といったことから始めるからです。これまでは、CDD と Excel を組み合わせて行ってきましたが、今後は、あなたのリソースである [CDD] をもう少し活用できるようにしたいと思っています。そのほうが、結果を整理しやすいからです。私は教授になって5年目になりますが、学生たちはほんの2、3のモデルタンパク質からたくさんのライブラリを作りますが、私たちはこれらのタンパク質の何千ものバリアントを見ているので、整理するのは悪夢のようです。

バリー・ブニン
素晴らしいですね。話は科学に戻りますが、あなたは化学や生物学など幅広い知識をお持ちですよね。キャリアのために、あるいは好奇心のために、物事を探求し、科学者としての成長のきっかけとなった「あっという間」の瞬間についてお聞かせください。

トム
そうですね。おっしゃるとおりで、自分自身が科学者であることからも、ただひたすらに......というよりも、大学院時代だけでも、出版可能な30ページほどのノートが7、8冊あります。物事がどのように進んでいくのかを理解しようとする日々はたくさんありますが、そのような瞬間を迎えたときには、自分の成長の分岐点となるような出来事があるものです。

私が科学の世界に入ったときに形成された本当に基本的なことは、高校生のときにウェスティングハウスのプロジェクトを行ったことですが、自分が何をしているのか全くわかりませんでした。電話帳を見て、インディアナ大学メディカルセンターのエド・ホーデスに電話をかけました。彼が医学遺伝学や遺伝子検査の分野での巨人であることは知らなかったのですが、彼はとても寛大にも私を彼の研究室に招き入れてくれました。最初のゲルを視覚化し、それが遺伝子検査法として機能することを実際に実感したとき、私は非常に興奮しましたし、その経験は本当に形成的だったと思います。しかし、私はほとんどすべてのレベルでそのような経験をしたと思います。

もうひとつは、Lynne Reganのもとでポスドクとして働き始めたときのことです。Lynneは長い間、Ropというタンパク質の設計を行っていました。Ropはバンドルタンパク質で、私たちは今でもよく研究しています。しかし、Ropの機能を評価するためのハイスループットな方法がありませんでした。そこで私は、Ropの活性と、Ropによって制御されているプラスミドからのGFPの発現とを結びつける方法について、文字通りナプキンにアイデアを描きました。そして数ヵ月後、そのナプキンの絵とまったく同じLB寒天培地プレートの写真ができあがりました。たまにはナプキンに絵を描いて、それが本当に役立つ実験になることもあるんだなと実感した瞬間でした。この実験だけでも、現在行っているタンパク質の安定性に関するコンビナトリアル研究の大部分の基礎となっています。つまり、このようなことは、本当に形成的で推進力のある瞬間だと思います。

バリー・ブニン
これが私の最後の質問になるかもしれません。CDD を使用する前は、どのようにデータを管理していましたか？また、最初にCDD を選択した理由は何ですか？

トム
私たちはかなり悪いことをしていた、というのが答えでしょうね。主にエクセルを使っていました。エクセルは多くの計算に便利なので、今でも多くのことに使っていますが、その結果、データは様々なワークシートや人々のグループのファイルフォルダに入ってしまうことになりました。実験間やプロジェクト間の分析は非常に困難だったと思います。というのも、エクセルのデータベースに分子の構造を入力するとは限らないので、適当に名前をつけてしまい、分析に戻ったときにそれらをすべて解読しなければならないのです。実は、私が最初にCDD を知ったのは、はっきりとは覚えていません。ACSのミーティングであなたと話をして、その後、オンラインで見てみて思ったんです。これこそが、分子などをもっと合理的な方法でカタログ化するために必要なものであり、Excelの単純なリソースを超えたものだと思いました。というのも、私たちの仕事にはバイオインフォマティクスの要素が非常に強く、PerlやJavaを使う学生もいますが、ケモインフォマティクスの分野ではそれらのリソースを活用していませんでした。それを実現してくれたのが、CDD であり、そのための素晴らしいインターフェースです。

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このブログは、CDD Vault コミュニティのメンバーが執筆しています。CDD Vault は、プライベートおよび外部の生物学的・化学的データを安全に管理する、ホスト型の創薬インフォマティクス・プラットフォームです。化学物質の登録、構造活性相関、化学物質のインベントリ、電子ラボノート機能などのコア機能を提供しています。化学物質の登録、構造活性相関、化学物質のインベントリ、電子ラボノート機能などのコア機能を提供しています。

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