ケイト・キャロル
ケイト・S・キャロル
生まれる1974年（51～52歳）
カリフォルニア州モーガンヒル
母校ミルズカレッジ（BA、1996年）スタンフォード大学（Ph.D、2003年）
知られている硫黄化学生物学、化学プロテオミクス、タンパク質酸化還元生物学
受賞歴ファイザー酵素化学賞（2013年）
科学者としてのキャリア
フィールド化学生物学、酸化還元生物学
機関フロリダ・アトランティック大学、スクリプス研究所、ミシガン大学
博士課程の指導教員スザンヌ・プフェファー
その他の学術アドバイザーダン・ハーシュラグ、キャロリン・ベルトッツィ

ケイト・S・キャロル（1974年生まれ）はアメリカの化学者であり、フロリダ・アトランティック大学の化学・生化学の教授である。[ 1 ]彼女は、酸化還元感受性システインをマッピングするための細胞内ケモプロテオミクス法の先駆者であり、異なる酸化状態を捕捉するプローブを開発した。[ 2 ]これらの進歩により、酸化還元プロテオミクスは部位分解型の定量的分野へと変貌し、疾患における酸化タンパク質を標的とする新しい戦略が生み出された。[ 3 ]

幼少期とキャリア

キャロルはカリフォルニア州サンタクララ郡南部の小さな農業コミュニティであるモーガンヒルで育った。[ 4 ]当時、その町は果樹園に囲まれており、シリコンバレーの影響を感じ始めたばかりだった。

彼女はオークランドのミルズ・カレッジで生化学を学び、1996年に学士号を取得しました。 [ 5 ]スタンフォード大学でダン・ハーシュラグの指導の下、酵素触媒とRNA生化学の研究を始めました。その後、スザンヌ・フェッファーの研究室に移りました。彼女は2003年に博士号を取得し、受容体輸送の分子メカニズムと分泌経路におけるRab GTPaseの制御について研究しました。[ 6 ]

2003年から2006年まで、彼女はカリフォルニア大学バークレー校のデーモン・ラニヨン博士研究員として、ノーベル賞受賞者のキャロリン・ベルトッツィと共に研究を行った。[ 7 ]ベルトッツィの研究室では、彼女は結核菌の還元的硫黄代謝に焦点を当て、その経験がシステインと酸化還元過程の化学生物学への入り口となり、その後の研究の方向性を決定づけた。

2006年、キャロルはミシガン大学の化学助教授および生命科学研究所のメンバーとして教鞭を執るようになった。 [ 8 ] 4年後、フロリダ州ジュピターのスクリプス研究所に移り、准教授、後に教授に就任した。[ 9 ] 2024年、フロリダアトランティック大学の化学および生化学の教授に就任し、化学生物学と酸化還元プロテオミクスの研究を続けた。[ 10 ]

研究

キャロルの研究は、タンパク質システインの化学と生物学、そしてそれらの可逆的な酸化が細胞機能をどのように制御するかを解明しています。彼女のグループは、細胞内マッピング法を開発し、シグナル伝達、代謝、ストレスにおいて分子センサーとして機能する酸化還元感受性システインを明らかにしました。[ 11 ]また、彼女は特定の酸化修飾を検出するための化学選択的プローブを設計し、プロテオーム全体の解析を可能にし、酸化還元に基づく治療の可能性を拡大しました。[ 12 ]これらのアプローチにより、部位特異的なシステイン酸化が酸化還元生物学の中心原理として確立されました。

システイン酸化に関するこれまでの研究は溶解液に限られており、そこでは修飾が不安定でアーティファクトが発生しやすかった。キャロルらの研究グループは、生体系における酸化を直接捉えることで、これらの障壁を克服した。この方法を用いて、彼らは上皮成長因子受容体（EGFR）の酸化がキナーゼ活性を高める可逆的なスイッチとして機能することを示しました[ 13 ]。これは、還元型システインを標的とする抗がん剤に示唆を与える知見です[ 14 ] 。その後のマッピングにより、システイン酸化は概日リズム、[ 15 ]、酸化損傷後のリボソーム修復、[ 16 ]、プロテオーム全体の制御、[ 17 ] 、そして老化[ 18 ]と関連付けられました。これらの研究は、部位特異的な酸化イベントを多様な生理学的プロセスと結び付けました。

彼女のグループは、従来の検出を回避する準安定酸化状態用のプローブも開発しました。DAz-2 [ 19 ]や DYn-2 [ 20 ]などのジメドンベースの試薬は細胞内のスルフェン酸を捕捉し、ベンゾチアジンベースの BTD は速度論と被覆率を改善しました。[ 21 ]ホスフィンライゲーション (WYneN) は定量的な読み出しを可能にし、ミトコンドリアに誘導することができ、[ 22 ]アリールニトロソ[ 23 ]およびジアゼン求電子剤 (DiaAlk) はスルフィン酸 (–SO₂H) の扱いやすい化学をもたらしました。[ 24 ]これらのツールは、何千ものタンパク質にわたって酸化システインを明らかにし、酸化還元生物学の範囲を広げ、酸化修飾を調べるための新しい化学戦略を確立しました。

キャロル研究室は、静的酸化と動的酸化を区別するために、占有率、露出、フラックスの概念を導入することで、定量的酸化還元プロテオミクスを発展させました。同位体標識WYneNとヨードアセトアミドを用いて、彼女のチームは、部分占有状態のスルフェニル化部位を測定するデュアルプローブワークフローを構築しました。[ 25 ]これらの研究は、低占有イベントはしばしば分子スイッチとして機能するのに対し、高占有酸化はより広範囲にタンパク質機能を再形成することを示しました。また、局所環境やスルフィン酸を修復し、酸化還元制御を免疫シグナル伝達および組織保護に結び付けるスルフィレドキシンによって影響を受ける速度論的階層構造も明らかにしました。[ 26 ]

彼女の研究は、酸化システインの治療上の可能性にも光を当てた。 EGFRの酸化はキナーゼ活性を高めることが示され、酸化がどのように創薬可能な状態を変え、共有結合阻害剤に影響を与えるかを示した。[ 27 ]彼女のグループは、スルフェン酸を選択的に標的とする求核共有結合リガンド戦略を導入し、プロテオーム全体で以前はアクセスできなかった数百のリガンド可能部位を明らかにした。[ 28 ]彼らはまた、ミトコンドリアを標的とする酸化還元誘発アプローチを考案し[ 29 ] SARS-CoV-2スパイクを含むウイルスタンパク質が感染のために酸化還元感受性システインに依存していることを示した。[ 30 ]これらの発見により、酸化システインが酸化還元誘導創薬の実用的なノードとして確立された。

賞と栄誉

キャロル氏は、化学生物学と酸化還元プロテオミクスへの貢献が高く評価されています。2013年には、酵素化学におけるアメリカ化学会 ファイザー賞を受賞しました。これは、酵素のメカニズムと機能の理解に対する顕著な貢献に対して毎年40歳未満の科学者に贈られる、この分野の若手研究者への栄誉です。キャロル氏は、生細胞におけるシステイン酸化を調べるためのケモプロテオミクス法の開発と、酸化還元修飾がシグナル伝達経路とタンパク質活性を制御する仕組みを明らかにしたことが評価されました。受賞講演でキャロル氏は、これらのアプローチが基礎化学と生物学的制御を結び付け、治療介入の新たな機会を特定する可能性を強調しました。また、国内外の会議で招待講演を行っており、酵素学、プロテオミクス、酸化還元生物学の橋渡し役として注目されています。

プロフェッショナルなサービス

キャロル氏はFree Radical Biology & Medicineの副編集長であり、以前はChemical Research in Toxicologyでも同じ役職を務めていました。また、米国国立衛生研究所および国立科学財団の査読者を務め、NIH 合成・生物化学 A (SBCA) 研究セクションの常任メンバーも務めました。Cell Chemical Biology、Current Opinion in Chemical Biology、Antioxidants & Redox Signaling、Redox Biochemistry and Chemistry、Journal of Biological Chemistryなどのジャーナルの編集委員を務めました。Gordon Research Conference on Thiol-Based Redox Regulation and Signalingの副議長 (2018 年) および議長 (2020 年、2022 年) に選出されました。さらに、2022 年にはACS Division of Biological Chemistry のプログラム委員会に選出され、全国シンポジウムの企画に貢献しています。

選定された出版物

  • Paulsen, CE; Truong, TH; Garcia, FJ; Homann, A.; Gupta, V.; Leonard, SE; Carroll, KS (2012). 「EGFR触媒部位の過酸化物依存性スルフェニル化はキナーゼ活性を増強する。」Nature Chemical Biology . 8 (1): 57–64. doi:[10.1038/nchembio.736]( https://doi.org/10.1038/nchembio.736 ).
  • Paulsen, CE; Carroll, KS (2013). 「システインを介した酸化還元シグナル伝達：化学、生物学、そして発見のためのツール」Chemical Reviews . 113 (7): 4633–4679. doi:[10.1021/cr300163e]( https://doi.org/10.1021/cr300163e ).
  • Akter, S.; Fu, L.; Jung, Y.; Conte, ML; Lawson, JR; Lowther, WT; Sun, R.; Liu, K.; Yang, J.; Carroll, KS (2018). 「化学プロテオミクスによりシステインスルフィン酸還元酵素の新たな標的が明らかに」Nature Chemical Biology . 14 (11): 995–1004. doi:[10.1038/s41589-018-0116-2]( https://doi.org/10.1038/s41589-018-0116-2 ).
  • Shi, Y.; Fu, L.; Yang, J.; Carroll, KS (2021). 「化学選択的スルフェン酸ライゲーションのためのウィッティヒ試薬は、部位全体にわたる化学量論分析と酸化還元制御によるミトコンドリア標的化を可能にする。」Nature Chemistry . 13 (11): 1140–1150. doi:[10.1038/s41557-021-00767-2]( https://doi.org/10.1038/s41557-021-00767-2 ).
  • Ferreira, RB; Fu, L.; Jung, Y.; Yang, J.; Carroll, KS (2022). 「生細胞におけるタンパク質システイン酸化を検出するための反応ベースの蛍光プローブ」Nature Communications . 13: 5522. doi:[10.1038/s41467-022-33079-1]( https://doi.org/10.1038/s41467-022-33079-1 ).
  • Fu, L.; Jung, Y.; Tian, C.; Ferreira, RB; Chen, R.; He, F.; Yang, J.; Carroll, KS (2023). 「システインレドキソームのための求核共有結合性リガンドの発見」Nature Chemical Biology . 19 (11): 1309–1319. doi:[10.1038/s41589-023-01330-5]( https://doi.org/10.1038/s41589-023-01330-5 ).

参考文献

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  2. ^ Paulsen, CE; Carroll, KS (2012). 「EGFR触媒部位の過酸化物依存性スルフェニル化はキナーゼ活性を高める」Nature Chemical Biology . 8 (1): 57– 64. doi : 10.1038/nchembio.748 .
  3. ^ Fu, L.; Jung, Y.; Tian, C.; Ferreon, JC; Chen, J.; Carroll, KS (2023). 「システインレドキソームのための求核共有結合リガンドの発見」Nature Chemical Biology . 19 (11): 1309– 1319. doi : 10.1038/s41589-023-01371-2 .
  4. ^ 「モーガンヒルの歴史的背景」モーガンヒル市。 2025年9月25日閲覧。
  5. ^ 「卒業生スポットライト：ケイト・S・キャロル」ミルズカレッジ。 2025年9月25日閲覧。
  6. ^ Carroll, Kate S. (2003).受容体輸送におけるRab GTPaseの調節（論文）. スタンフォード大学.
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  8. ^ 「Kate Carroll, UM Life Sciences Institute」ミシガン大学。 2025年9月25日閲覧。
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