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分子間相互作用解析 ITCの最新トレンド

2018/12/05 Posted by

MicroCal製品のアプリケーションマネージャーのVerna Frascaは、Google Scholarを使用して、2018年6月30日までのITCに関わる論文の調査を行いました。その結果を報告します。

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ITCとは ~分子間相互作用解析のゴールドスタンダード~

ITCはタンパク質、核酸、脂質などの生体高分子の分子間相互作用解析のゴールドスタンダードと言われています。また、ただ単に結合の強さが求まるだけでなく、ストイキオメトリーや熱力学パラメータの取得も可能なのが特長です。

ITCの歴史 ~世界で初めてのITCはMicroCal~


実はMicroCalが世界で初めてのITCってご存知でしたか?

時をさかのぼること1987年。アメリカ東海岸のノーサンプトンにあったMicroCal LLC(現 Malvern Panalytical)がOMEGA、というシステムから販売を始めました。(驚くべきことに、まだ現役のOMEGAが存在しています!)その後、1992年にMCS ITC、1998年にVP-ITC(こちらはまだまだ販売中!)、2007年には小容量化に成功したiTC200がローンチされました。2004年には世界初の全自動のAutoITCが開発され、2008年に大幅に改良されたAuto-iTC200がリリースされました。そして2015年、ハードもソフトも進化した、PEAQ-ITC、PEAQ-ITC Automatedの製造、販売を開始しました。

世界各国で何千台というITCがライフサイエンス分野の研究施設と、低分子、およびバイオ医薬品メーカーで使用されています。

ITC論文調査 ~ITCを使用した論文数が飛躍的に増加~

Google Scholarで、過去5年毎に「MicroCal + (ITCの製品名を“or”で羅列)」で検索すると以下のような結果になりました。

MicroCal ITCを使用した論文の数が飛躍的に上昇しているのがお分かりいただけます。

これら論文等を詳しく見てみると、様々なタイプの分子間相互作用を測定しています。例えば、タンパク質―低分子、タンパク質―タンパク質、タンパク質―DNA、抗原―抗体、そして酵素と基質などです。ITCは一般的に、低分子医薬品の候補となる化合物とそのターゲット分子(主にタンパク質)の結合評価に使われています。また、ナノパーティクル、ポリマー、膜、界面活性剤、そしてミセルといった分野の評価も増えてきています。

これらは350を超える出版物に掲載されており、うち、2015年1月から2018年6月末までにMicroCal ITCのシステムを用いた文献が25報以上含まれていたのは以下32の出版物です。(文献数は四捨五入)

Journal of Biological Chemistry (260); Scientific Reports (225); Nature Communications (135); Biochemistry (125); PloS One (100); Biochimica et Biophysica Acta (BBA) (85); Structure (85); Nucleic Acids Research (80); Proceedings of the National Academy of Sciences (80); International Journal of Biological Macromolecules (70); RSC Advances (70); Journal of Medicinal Chemistry (60); Journal of Molecular Biology (50); The Journal of Physical Chemistry B (50); Elife (45); Langmuir (45); Biochemical and Biophysical Research Communications (40); Nature Chemical Biology (40); ACS Chemical Biology(35); Chemistry-A European Journal (35); Biochemical Journal (30); Biophysical Journal (30); FEBS Letters (30); Journal of the American Chemical Society (30); Molecular Cell (30); Nature (30); Nature Structural and Molecular Biology (30); Protein Science (30); The FEBS Journal (30); ChemBioChem (25); Physical Chemistry Chemical Physics (25); The Journal of Chemical Thermodynamics (25);

雑誌掲載のITC測定事例

様々な雑誌に掲載されたITC測定事例を以下に紹介します。(全て英語)

Acta parasitological: “Measurement of binding strength between prey proteins interacting with Toxoplasma gondii SAG1 and SAG2 using isothermal titration calorimetry (ITC)

AIDS: “Design of a highly potent HIV-1 fusion inhibitor targeting the gp41 pocket

Allergy: “Characterization of maize chitinase‐A, a tough allergenic molecule”

Anesthesiology: “Discovery of a novel general anesthetic chemotype using high-throughput screening”

Antibodies: “Dimerized Domain V of Beta2-Glycoprotein I Is Sufficient to Upregulate Procoagulan Activity in PMA-Treated U937 Monocytes and Require Intact Residues in Two Phospholipid-Binding Loops”

Archives of Toxicology: “Interaction of perfluoroalkyl acids with human liver fatty acid-binding protein”

Bioengineering & Translational Medicine: “Targeting HPV‐infected cervical cancer cells with PEGylated liposomes encapsulating siRNA and the role of siRNA complexation with polyethylenimine”

Biomedicine & Pharmacotherapy: “Nanobodies targeting cortactin proline rich, helical and actin binding regions downregulate invadopodium formation and matrix degradation in SCC-61 cancer cells”

Blood: “Structural basis for quinine-dependent antibody binding to platelet integrin αIIbβ3”

Breast Cancer Research: “Gossypol has anti-cancer effects by dual-targeting MDM2 and VEGF in human breast cancer”

Cell Host & Microbe: “Structural conservation despite huge sequence diversity allows EPCR binding by the PfEMP1 family implicated in severe childhood malaria”

Cerebral Cortex: “Cortical layer inversion and deregulation of reelin signaling in the absence of SOCS6 and SOCS7”

Chemical Research in Toxicology: “Identification and Molecular Interaction Studies of Thyroid Hormone Receptor Disruptors among Household Dust Contaminants”

Chemistry Select: “An ITC Study on the Interaction Energy Between Galactomannan Biopolymers and Selected MO2 Nanoparticles in Hydrogels”

ChemNanoMat: “The Effect of PEGylation on Multivalent Binding: A Surface Plasmon Resonance and Isothermal Titration Calorimetry Study with Structurally Diverse PEG‐Dendritic GATG Copolymers”

Chirality: “Isothermal Titration Calorimetry of Chiral Polymeric Nanoparticles”

Clinical and Translational Oncology: “Selection of DNA aptamers for extra cellular domain of human epidermal growth factor receptor 2 to detect HER2 positive carcinomas”

Cogent Biology: “Isolation and purification of phytocystatin from almond: Biochemical, biophysical, and immunological characterization”

Colloid and Polymer Science: “Adsorption of lysozyme on pH-responsive PnBA-b-PAA polymeric nanoparticles: studies by stopped-flow SAXS and ITC”

Extremophiles: “High-affinity RNA binding by a hyperthermophilic single-stranded DNA-binding protein”

Flavour and Fragrance Journal: “Facile separation of cinnamyl acetate and cinnamaldehyde based on host–guest complexation with β‐cyclodextrin”

Food Chemistry: “Effect of the addition of mannoproteins on the interaction between wine flavonols and salivary proteins”

Food Research International: “Evaluation of butyrylcholinesterase inhibitory activity by chlorogenic acids and coffee extracts assessed in ITC and docking simulation models”

Journal of Agricultural and Food Chemistry: “Ethanol Concentration Influences the Mechanisms of Wine Tannin Interactions with Poly(l-proline) in Model Wine”

Tuberculosis: “Investigating the inhibitory potential of 2-Aminopurine metal complexes against serine/threonine protein kinases from Mycobacterium tuberculosis”

Water, Air, & Soil Pollution: “Exploring the Effect of Cu2+ on Sludge Hydrolysis and Interaction Mechanism between Cu2+ and Xylanase by Multispectral and Thermodynamic Methods”

2015年以降に発行された以下の出版物には、MicroCal ITCを使用したプロトコルの章が含まれています。

AMPK (Methods in Molecular Biology, volume 1732): “Applications of NMR and ITC for the Study of the Kinetics of Carbohydrate Binding by AMPK β-Subunit Carbohydrate-Binding Modules”

Antimicrobial Peptides (Methods in Molecular Biology, volume 1548): “Calorimetry Methods to Study Membrane Interactions and Perturbations Induced by Antimicrobial Host Defense Peptides”

Applied Biophysics for Drug Discovery: “Thermodynamics in Drug Discovery”

Biocalorimetry (Methods, volume 76):

Biocalorimetry: Foundations and Contemporary Approaches

Biochemical Roles of Eukaryotic Cell Surface Macromolecules (Advances in Experimental Medicine and Biology, volume 842): “Biophysical Characterization of the Interaction of O-acylcholines with the Major Bovine Seminal Plasma Protein, PDC-109”

c-Di-GMP Signaling (Methods in Molecular Biology, volume 1657): “Isothermal Titration Calorimetry to Determine Apparent Dissociation Constants (Kd) and Stoichiometry of Interaction (n) of C-di-GMP Binding Proteins”

Calorimetry (Methods in Enzymology, volume 567)

Current Protocols in Nucleic Acid Chemistry: “Calorimetry of Nucleic Acids”

Excipient Applications in Formulation Design and Drug Delivery: “Drug Excipient interactions”

Galectins: “Probing lectin–mucin interactions by isothermal titration microcalorimetry” https://link.springer.com/protocol/10.1007/978-1-4939-1396-1_5

Glycosaminoglycans: “Using Isothermal Titration Calorimetry to Determine Thermodynamic Parameters of Protein–Glycosaminoglycan Interaction”

In Vitro Mutagenesis (Methods in Molecular Biology, volume 1498): “Biochemical and Biophysical Methods to Examine the Effects of Site-Directed Mutagenesis on Enzymatic Activities and Interprotein Interactions”

Molecular Physiology and Ecophysiology of Sulfur: “Investigation of Protein-Protein Interactions of Ferredoxin and Sulfite Reductase Under Different Sodium Chloride Concentrations by NMR Spectroscopy and Isothermal Titration Calorimetry”

Nucleic Acid Aptamers  (Methods in Molecular Biology, volume 1380): “Label-free determination of the dissociation constant of small molecule-aptamer interaction by isothermal titration calorimetry”

Nucleic Acid Crystallography (Methods in Molecular Biology, volume 1320): “Isothermal Titration Calorimetry: Assisted Crystallization of RNA–Ligand Complexes”

Polymer Micelles: “Micellization Thermodynamics of Pluronic P123 (EO20PO70EO20) Amphiphilic Block Copolymer in Aqueous Ethylammonium Nitrate (EAN) Solutions”

Potassium Channels (Methods in Molecular Biology, volume 1684): “Ion Binding to Transport Proteins using Isothermal Titration Calorimetry”

Semaphorin Signaling Methods (Methods in Molecular Biology, volume 1493): “Characterizing Plexin GTPase Interactions Using Gel Filtration, Surface Plasmon Resonance Spectrometry, and Isothermal Titration Calorimetry”

SH2 Domains (Methods in Molecular Biology, volume 1555): “Calorimetric measurement of SH2 domain ligand affinities”

Thermodynamics and Kinetics of Drug Binding: “Thermodynamic Profiling of Carbonic Anhydrase Inhibitors”

Vitamin C: “Encapsulation of Vitamin C into β‐Cyclodextrin for Advanced and Regulatory Release”

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