結晶・質量・熱力学解析による新規で強力なHIV-1プロテアーゼ二量体化阻害剤開発

2015 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15K15382
• Research Institution: Kumamoto University
• Principal Investigator: 満屋 裕明 熊本大学, その他の研究科, 教授 (20136724)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2016-03-31
• Keywords: HIV-1 / 新規抗HIV-1剤開発 / 二量体化阻害 / 質量分析

Outline of Annual Research Achievements

KU-241は、DRVの約1000倍強力なPRの二量体化阻害効果を発揮する事がFRETを用いた二量体化阻害試験の結果から既に明らかとなっている。平成27年度は、(1) ESI-MSを用いた結合特性の解析及び、熱安定性試験を行い、KU-241が、DRV以上に強力にPR monomerにもdimerにも結合する事を示し、DRV同様にKU-241はPRの二量体形成過程で生じる不安定な二量体 (transient dimer) の形成を阻害する事を示唆する結果を得た。更に、(2) ESI-MSを用いて種々のPR変異体とKU-241の結合特性を測定、KU-241及びDRVとmonomer状態でしか結合しない変異体 (TFR-PRD25N) の同定に成功した。また、HIV-1の薬剤耐性化機構に関しては、(3) 平成27年度までに同定していた化合物、GRL-015, -085及び-097の相互作用形式を解析、HIV-1DRVRsを効果的に阻害する為にはPRのflap領域に存在するアミノ酸Gly48との水素結合が重要な役割を示す事を明らかにし、得られた成果を国際雑誌に発表した (Aoki & Mitsuya, J. Virol, 90, 2180-94, 2015)。
本研究は、DRVよりも優れた耐性株出現抵抗性を有し、HIV-1野生株及び多剤耐性株の双方に更に強力な阻害活性を有する新規の二量体化阻害剤 (PDIs) を開発する事を目的としている。本研究で得られたKU-241の阻害機構の解析データと、TFR-PRD25Nは、新規化合物の設計に必須の結晶構造を得るために必要不可欠である重要な成果と言える。

Research Products

• [Journal Article] The C5-substituted tetrahydro- pyrano-tetrahydofuran-derived protease inhibitors (PIs) exert potent inhibition of the replication of HIV-1 variants highly resistant to various PIs including darunavir. (2015)
  • Author(s): Aoki, M., Hayashi, H., Yedidi, R., Martyr, C., Takamatsu, Y., Aoki-Ogata, H., Nakamura, T., Nakata, H., Das, D., Yamagata, Y., Ghosh, AK. and Mitsuya, H.
  • Journal Title: J Virol Volume: 90 Pages: 2180-94
  • DOI: 10.1128/JVI.01829-15.
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Design of HIV-1 Protease Inhibitors with Amino-bis-tetrahydrofuran Derivatives as P2-Ligands to Enhance Backbone-Binding Interactions: Synthesis, Biological Evaluation, and Protein–Ligand X-ray Studies. (2015)
  • Author(s): Ghosh, AK., Martyr, CD., Osswald, HL., Sheri, VR., Kassekert, LA., Chen, S., Agniswamy, J., Wang, YF., Hayashi, H., Aoki, M., Weber, IT., and Mitsuya, H.
  • Journal Title: J Med Chem Volume: 58 Pages: 6994-7006
  • DOI: 10.1021/acs.jmedchem.5b00900.
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] A Novel Tricyclic Ligand-Containing Nonpeptidic HIV-1 Protease Inhibitor, GRL-0739, Effectively Inhibits the Replication of Multidrug-Resistant HIV-1 Variants and Has a Desirable Central Nervous System Penetration Property In Vitro. (2015)
  • Author(s): Amano, M., Tojo, Y., Gómez, PMS., Parham, GL., Nyalapatla, PR., Das, D., Ghosh, AK., and Mitsuya, H.
  • Journal Title: Antimicrob. Agents Chemother. Volume: 59 Pages: 2625-2635
  • DOI: 10.1128/AAC.04757-14.
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Structure-based design, synthesis, X-ray studies, and biological evaluation of novel HIV-1 protease inhibitors containing isophthalamide-derived P2-ligands. (2015)
  • Author(s): Ghosh, AK., Takayama, J., Kassekert, LA., Ella-Menye, JR., Yashchuk, S., Agniswamy, J., Wang, YF., Aoki, M., Amano, M., Weber, IT., and Mitsuya, H.
  • Journal Title: Bioorg Med Chem Lett. Volume: 25 Pages: 4903-4909
  • DOI: 10.1016/j.bmcl.2015.05.052.
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Design of gem-Difluoro-bis-Tetrahydrofuran as P2 Ligand for HIV-1 Protease Inhibitors to Improve Brain Penetration: Synthesis, X-ray Studies, and Biological Evaluation. (2015)
  • Author(s): Ghosh, AK., Yashchuk, S., Mizuno, A., Chakraborty, N., Agniswamy, J., Wang, YF., Aoki, M., Gomez, PMS., Amano, M., Weber, IT. and Mitsuya, H.
  • Journal Title: ChemMedChem. Volume: 10 Pages: 107-115
  • DOI: 10.1002/cmdc.201402358.
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] Novel protease inhibitors, which bind to protease’s flap region, strongly inhibit multi-drug resistant HIV-1 variants including darunavir-resistant variants (2015)
  • Author(s): Hironori Hayashi、Manabu Aoki、Ravikiran S. Yedidi、Hirotomo Nakata、Debananda Das、Teruya NakamuraKazuya Hasegawa、Yuriko Yamagata、Arun K. Ghosh、Hiroaki Mitsuya
  • Organizer: 第29回日本エイズ学会学術集会・総会
  • Place of Presentation: 東京ドームホテル（東京都）
  • Year and Date: 2015-11-30 – 2015-12-01
• [Presentation] n vitro evaluation of the genotoxic potential of the novel anti-HIV protease inhibitor, KU-241, which is potent against multi-PI-Resistant HIV-1 variants (2015)
  • Author(s): Nobuyo Higashi-Kuwata、Manabu Aoki1、Shinichiro Hattori、Hiromi Ogata-Aoki、Hironori Hayashi、Kenji Maeda、Arun K. Ghosh、Hiroaki Mitsuya
  • Organizer: 第29回日本エイズ学会学術集会・総会
  • Place of Presentation: 東京ドームホテル（東京都）
  • Year and Date: 2015-11-30 – 2015-12-01
• [Presentation] 新規HIV-1 プロテアーゼ阻害剤KU-241 の同定と抗HIV 活性の検討 (2015)
  • Author(s): 服部 真一朗、青木 学、鍬田 伸好、青木 宏美、林 宏典、Arun K. Ghosh、前田 賢次、満屋 裕明
  • Organizer: 第29回日本エイズ学会学術集会・総会
  • Place of Presentation: 東京ドームホテル（東京都）
  • Year and Date: 2015-11-30 – 2015-12-01
• [Presentation] Novel protease inhibitors, which bind to the flap region of HIV-1 protease, strongly inhibit multi-drug resistant HIV-1 variants including darunavir- resistant variants. (2015)
  • Author(s): Hironori Hayashi, Manabu Aoki, Ravikiran S. Yedidi, Hirotomo Nakata, Debananda Das, Teruya Nakamura, Kazuya Hasegawa, Yuriko Yamagata, Arun K. Ghosh and Hiroaki Mitsuya
  • Organizer: 第16回熊本エイズセミナー
  • Place of Presentation: 阿蘇ホテルグランビリオ（熊本県阿蘇市）
  • Year and Date: 2015-10-07 – 2015-10-09
• [Presentation] Modified P1-Moiety Enhances Antiviral Activity against Drug-Resistant HIV-1 Variants and Central Nervous System (CNS) Penetration Effectiveness of Newly-Generated HIV-1 Protease Inhibitors In Vitro. (2015)
  • Author(s): Masayuki Amano and Hiroaki Mitsuya
  • Organizer: 第16回熊本エイズセミナー
  • Place of Presentation: 阿蘇ホテルグランビリオ（熊本県阿蘇市）
  • Year and Date: 2015-10-07 – 2015-10-09
• [Presentation] 新規HIV-1プロテアーゼ阻害剤開発と構造解析 (2015)
  • Author(s): 林 宏典、青木 学、Yedidi Ravikiran、中田 浩智、Debananda Das、中村 照也、長谷川 和也、山縣 ゆり子、Arun K Ghosh、満屋 裕明
  • Organizer: 第17回白馬シンポジウム
  • Place of Presentation: 鳥取大学医学部（鳥取県米子市）
  • Year and Date: 2015-06-19 – 2015-06-20