2016 Fiscal Year Research-status Report
メタロベータラクタマーゼの酵素活性を阻害する新規薬物の創出
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15K08458
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| Research Institution | Chiba University |
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Principal Investigator |
星野 忠次 千葉大学, 大学院薬学研究院, 准教授 (90257220)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 阻害化合物 / 薬剤耐性菌 / メタロβ-ラクタマーゼ / 理論薬物設計 / 有機合成 / X線結晶構造解析 / 酵素活性阻害 / 構造活性相関 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
β-ラクタマーゼは、ペニシリンなどで知られるβ-ラクタム系抗生物質を失活させる酵素の１種であり、薬剤耐性を示す細菌の多くがβ-ラクタマーゼを産生する。特にメタロβ-ラクタマーゼ産生菌は、イミペネムやカルバペネムなど抗生物質の切り札とも言える薬剤を含めて、ほぼ全てのβ-ラクタム系抗生物質に対する耐性を持つため、感染拡大が危惧されている。本研究では、病原細菌の薬剤耐性に対処するために、抗生物質補助剤の創出を見据えて、メタロβ-ラクタマーゼに対する阻害化合物を作出する。
準備研究の段階で既に、薬物スクリーニングにより、３種類の阻害化合物が同定されていた。このうちの２種は、当研究グループで有機合成したものであり、本研究では、同定された阻害化合物の改良が中心となる。１種の化合物については、メタロβ-ラクタマーゼとのタンパク質共結晶の作出に成功し、同定した阻害化合物と標的との結合構造がＸ線結晶解析から明らかになっている。
前年度には、化合物のメタロβ-ラクタマーゼに対する構造活性相関を探るため、東京大学・創薬機構から化合物データベースの提供を受けて、同定化合物と類似構造を持つ化合物の計算機探索を行った。探索結果を参考に、実際に創薬機構から240種類の化合物の提供を受け、阻害活性の測定を行ったが、提供を受けた化合物の中には、同定化合物を超える強い活性の物質は見出せなかった。本年度は、商用のデータベースから類似化合物を検索し、13種類の化合物を購入した。幾つかの化合物で阻害効果が認められ、このうち１種類については、強い活性が見られた。
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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
新規に設計し合成した周辺化合物の中には、先導化合物と同程度の阻害活性を持つものが得られたものの、同定された化合物より活性の増強した化合物は得られていない。そこで商用のデータベースより、類似構造を持つ化合物を選出し、阻害活性を測定した。その結果、今後の研究の足掛かりとなる有望な化合物が得られた。
メタロβ-ラクタマーゼについて、タンパク質結晶が得られる条件が確立したことで、必要に応じて標的タンパク質と阻害化合物の結合構造が解明できるようになった。現在、新規に同定した化合物とメタロβ-ラクタマーゼの共結晶化に取り組んでいる。結合構造から、阻害活性の高い新規合成化合物を理論設計することが可能になる。本研究では、先導化合物を足掛かりに、理論計算・有機合成・生化学実験を融合させ、標的タンパク質に対する阻害剤の開発を行うことを計画したが、いずれの研究項目も進めることができている。
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| Strategy for Future Research Activity |
引き続き、理論計算・有機合成・生化学実験を融合させ、メタロβ-ラクタマーゼを標的とした阻害剤の開発を進める。
１．Ｘ線共結晶構造解析から得られた構造情報をもとに、化合物と標的タンパク質との結合親和性を、独自に開発したOrientationソフトウェアを用いて、計算機で算出する。官能基付加や官能基置換を施した修飾化合物について、結合親和性を予測する。この計算機解析より、有望な化合物構造を探索し、活性増加の見込める分子構造を設計する。
２．計算機予測により有望と判断された構造を持つ化合物とその周辺化合物について、有機合成を行う。合成中間体も活性測定に使用する。
３．メタロβ-ラクタマーゼの代表であるNDM-1とIMP-1を用いて、化合物の阻害活性を評価する。NDM-1もIMP-1も、抗生物質の１つであるセファロスポリン（Cephalosporin）Cを分解するので、紫外線分光法により、セファロスポリンCが分解する速度を測定する。合成された化合物の存在下で、NDM-1あるいはIMP-1によるセファロスポリンの分解速度の変化を測定し、合成化合物の酵素活性阻害能を求める。
４．合成化合物の存在下で、細菌が増殖する能力を定量化することで、細菌レベルでの阻害剤の効果を確かめる。阻害化合物を混合させた液体培地を使って、メロペネムやイミペネム等の抗生物質の薬剤耐性菌に対する最小阻害濃度(MIC)を算出する。阻害活性測定の結果を、化合物の設計と合成に反映させて、候補薬物の最適化を行う。
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