私たちの体には、絶えず形を変え続けるタンパク質が存在します。これまで科学者たちは、形が定まらない相手に薬を作ることを諦めていました。しかし、University of WashingtonのDavid Baker氏率いるチームが、AIでこの難題を解決したのです。がんやアルツハイマー病治療に新たな道筋が見えてきました。
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「見えない敵」との闘い – なぜ形を変えるタンパク質は創薬不可能だったのか
薬がどのように効くのか、まずその仕組みから見てみましょう。薬の設計は、パズルのピースをはめ込む作業に似ています。ピースの形が完璧に一致しなければ、うまくはまらないのと同じで、薬もタンパク質の特定の部分にぴったりとはまることで効果を発揮します。
この原理により、抗生物質から抗がん免疫療法まで、現在使われている強力な薬の多くが作られてきました。近年のAI技術の発達により、タンパク質構造をマッピングし、「バインダー」と呼ばれる結合分子を設計することも容易になったのです。ところが、ここに科学者たちを長年悩ませてきた大きな問題がありました。私たちの体内にあるタンパク質の少なくとも3分の1は、「本質的無秩序領域」と呼ばれる特殊な部分を持っているのです。通常のタンパク質が決まった形に折り畳まれて薬が結合できるポケットを作るのに対し、この無秩序領域は安定した形を保ちません。絶えず形を変え続け、まるでレゴブロックではなくクラゲのように動き回っているのです。
この状況の深刻さを、Baker氏は次のように表現しています。「ヒトプロテオームのほぼ半分は本質的に無秩序であるにもかかわらず、我々にはそれを創薬する信頼できる方法がなかった」。つまり、私たちの体の約半分が、従来の薬では手の届かない領域だったのです。さらに問題を複雑にしているのは、これらの形を変え続けるタンパク質が、がんやアルツハイマー病といった重大な病気に深く関わっていることでした。
まさに「見えない敵」との闘いが、医学界の大きな課題となっていたのです。
AIが切り開いた新時代 – 動く標的を捕らえる技術と医療への応用
これほど困難とされてきた問題に、Baker氏のチームはどのようにして挑んだのでしょうか。彼らが取った戦略は、従来の単一手法とは根本的に異なるものでした。
複数の既存技術を巧妙に組み合わせた新しいAIアプローチを開発したのです。このAIは段階的に作業を進めます。まず、バインダー（結合分子）と標的タンパク質の反復構造をマッチングし、標的の全体的な形状を学習します。次に、バインダーの特徴をシャッフルしてさまざまなテンプレートを作成し、最終段階では拡散技術と呼ばれる手法で精密に改良していくのです。この手法により、研究チームは約1000のポケットを生成することに成功しました。研究著者のKejia Wu氏によると、これらのポケットは「兆の組み合わせ」を可能にし、これまで捕らえることができなかった揺れ動くタンパク質を捕まえることができるといいます。しかし、理論だけでは意味がありません。実際に効果があるのかを確かめるため、チームは39の多様な無秩序タンパク質に対してバインダーを作成し、検証実験を行いました。
その中でも特に印象的だったのが、神経ペプチドdynorphin Aでの実験結果です。このタンパク質は私たちの疼痛感知において重要な役割を果たしていますが、その不安定な性質のため、長年にわたって効果的な薬の開発が困難とされてきました。結果は研究者たちの期待を大きく上回るものでした。AIが生成したバインダーは、dynorphin Aの無秩序部分に見事にロックオンし、さらに驚くべきことに、このタンパク質が普段結合している自然のタンパク質群よりもはるかに強く標的に付着したのです。実験室で培養されたヒト細胞を使った実験では、疼痛シグナルの阻害にも成功しました。この技術の可能性は疼痛管理の分野だけにとどまりません。がんや脳疾患に関与する多くのタンパク質も同様の無秩序領域を持っており、これらへの応用が期待されています。また、細胞内に浮遊する生体分子凝縮体の活性調整や、病原体と競合する抗体様薬剤の開発、さらには合成生物学での活用も視野に入っています。
University of TorontoのMoses氏とForman-Kay氏は、この成果について「これまでアクセスできなかった広範囲の応用を促進できる」と高く評価しています。もちろん、実用化に向けては安全性と持続性についてさらなる検証が必要ですが、従来は手の届かなかった領域への扉が、ついに開かれたのです。
まとめ
いかがだったでしょうか？
これまで「創薬不可能」とされてきた形を変え続けるタンパク質に対して、AIが新たな解決策を提示しました。University of WashingtonのBaker氏らの研究は、私たちの体の約半分を占める無秩序タンパク質への扉を開いたのです。疼痛管理からがん治療、アルツハイマー病まで、幅広い分野での応用が期待されます。まだ安全性試験などの課題は残されていますが、医療の選択肢が大きく広がる可能性を秘めた画期的な成果といえるでしょう。
参考資料：AI-Designed Drugs Can Now Target Previously ‘Undruggable’ Proteins in Cancer and Alzheimer’s
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