Discovery of cell membrane permeable HDAC6 PROTACs
| Project/Area Number |
23K06061
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 47010:Pharmaceutical chemistry and drug development sciences-related
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| Research Institution | Kansai University |
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Principal Investigator |
住吉 孝明 関西大学, 化学生命工学部, 教授 (50738911)
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| Project Period (FY) |
2023-04-01 – 2026-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,810,000 (Direct Cost: ¥3,700,000、Indirect Cost: ¥1,110,000)
Fiscal Year 2025: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
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| Keywords | PROTAC / HDAC / 細胞膜透過性 / タンパク分解誘導剤 / HDAC6 |
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| Outline of Research at the Start |
新しい創薬モダリティである「タンパク分解誘導剤 (PROTAC) 」は、従来のタンパク阻害剤と異なり、創薬標的タンパクをユビキチン化する機能により、生体内のタンパク分解系を利用して強制的に分解させる。本手法はタンパクそのものを消失させることから、これまで創薬が困難とされた標的タンパクにも効果が期待できる。一方、分子量の大きさ等のPROTAC固有の性質により、低細胞膜透過性等の医薬品として不利な薬物動態を示す可能性が示唆されている。本研究では、細胞膜透過性を指標にPROTACのリンカー部等を種々構造変換し、高い細胞膜透過性を示すHDAC6 PROTACを創製する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
近年、新しい創薬モダリティとして、標的タンパクを強制的に分解して効果を示す「タンパク分解誘導剤 (PROTAC) 」が注目されている。PROTACは分子内に標的タンパク結合部とE3ユビキチンリガーゼ結合部を有し、双方のタンパクに結合して近接させることにより標的タンパクをユビキチン化してプロテアソームに分解させる。本手法は低分子化合物や抗体などの既存モダリティでは創薬が困難な標的にも効果が期待できるメリットがある。しかし、PROTACは分子量が1000近くなることから、細胞膜透過性が低いなど薬物動態面で医薬品に不適な性質を示すことが多い。本研究では、脂溶性向上や分子の剛性向上を指標にリンカー部を種々構造変換し、がんや神経変性疾患治療の有望な創薬標的であるhistone deacetylase (HDAC) 6 を効率的に消失させうる、細胞膜透過性を向上させたHDAC6 PROTAC の創製を目的とする。本研究で標的とするHDAC6はがん、感染症、精神神経疾患に関わるとされ、その阻害剤はそれらの疾患の新規治療薬となりうる。HDAC6阻害剤は活性発現に高極性基であるヒドロキサム酸を必要とすることから、PROTAC化のためポリエチレングリコールリンカーやpomalidomido構造を導入するとさらに高極性となり、細胞膜透過性はさらに低下する。2023年度は、リンカーの低極性化およびHDAC6結合部位の分子量低減をはかる化合物設計を行った。既知のHDAC6 PROTACに比べて大きく分子量を低下させた化合物Aを設計した。化合物Aを合成し、当該化合物Aの細胞膜透過性を評価したところ、これまでに合成したPROTACに比べて細胞膜透過性が改善したことを見出した。本成果は細胞膜透過性を有するHDAC6 PROTAC創製につながる可能性がある。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
2023年度は、分子量を可能な限り低減したPROTACの設計・合成に取り組んだ。まず、当研究室がこれまで注力して創製してきた種々のHDAC6阻害剤のデータを検証し、最も分子量が小さいHDAC6阻害剤の構造を基本骨格として設定した。続いて、最もHDAC6阻害活性に影響が小さいと考えられる部位にアルキルリンカーを導入した化合物を設計した。まず論文調査を実施したところ、ポリエチレングリコールをアルキル鎖としても活性に影響はないこと、リンカーの鎖長を炭素数に換算して数個低減しても、HDAC6 PROTACのタンパク分解作用に影響がなかったことから、分子量を可能な限り低減したPROTAC候補化合物Aを設計した。まずはアルキルリンカーとHDAC6リガンドのみを組み合わせた中間体Bを合成してHDAC6阻害活性を評価したところ、リンカーの導入はHDAC6阻害活性に影響を与えなかった。そこで、当該リンカー導入位置が最適と判断してリンカーの先端にpomalidomidoを導入する合成を行い、目的物である化合物Aを得た。化合物Aの膜透過性を評価したところ、一般的な低分子化合物医薬品に比べると十分とはいえないものの、これまで当研究室で合成したHDAC6 PROTACに比べて膜透過速度が向上していた。速度は低いものの化合物Aの多くは人工膜を透過していたことから、低分子量化を志向した本研究のPROTAC化合物の設計戦略は細胞膜透過性改善につながると考えられる。また、化合物AのHDAC6結合活性はIC50値で約100 nMと十分な活性を示した。
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| Strategy for Future Research Activity |
現在、本研究はおおむね順調に進んでおり、HDAC6結合部とリンカーの低分子量化により細胞膜透過性が改善することをすでに見出している。まだHDAC6を実際に細胞内で分解できるかどうかは確認できていないため、見出した化合物AのHDAC6分解活性確認を最優先に実施する。化合物Aが細胞内で分解活性を示したとしても、さらなる細胞膜透過性の改善をはかるために合成展開を継続する。実際、化合物Aの細胞膜透過速度は、一般的な低分子医薬品に比べると低いことから、さらなる低分子量化や低極性化をはかる必要がある。特に、非常に高極性で細胞膜透過性低下につながっているヒドロキサム酸を他の官能基に変換する合成展開を検討する。また、リンカーの鎖長の最適化にも取り組み、物性と活性のバランスを保てる化合物の探索合成を行う。
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Report
(1 results)
Research Products
(7 results)
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[Journal Article] Cloning of two gene clusters involved in the catabolism of 2,4-dinitrophenol by Paraburkholderia sp. strain KU-46 and characterization of the initial DnpAB enzymes and a two-component monooxygenases DnpC1C2.2023
Author(s)
Liu, Y.; Yamamoto, T.; Kohaya, N.; Yamamoto, K.; Okano, K.; Sumiyoshi, T.; Hasegawa, Y.; Lau, P. C. K.; Iwaki, H.
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Journal Title
J. Biosci. Bioeng.
Volume: 136
Issue: 3
Pages: 223-231
DOI
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Peer Reviewed
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