2018 Fiscal Year Annual Research Report
基質配列の非ペプチド化に基づくプロテアーゼ阻害剤設計戦略の開拓
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16H05104
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| Research Institution | Kyoto Pharmaceutical University |
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Principal Investigator |
赤路 健一 京都薬科大学, 薬学部, 教授 (60142296)
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2016-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 薬学 / 医薬品化学 / 創薬 / プロテアーゼ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、疾患関連プロテアーゼの認識ペプチド配列を非ペプチド化・低分子化した阻害剤設計を行う基本戦略を確立する。このため、２つの異なる方法論について検討する。戦略①は「環状化とプロテアーゼ相互作用部位の導入」に基づく方法で、戦略②は「Scaffoldヘテロ環への相互作用部位の導入」手法に基づく方法である。対象疾患とその標的酵素は、アルツハイマー病に関わるBACE1、新興感染症であるSARSおよびMERSに関わる3CL プロテアーゼである。これらの疾患に対する治療薬は現在でも未開発であり、治療薬シーズ化合物の創製は喫緊の課題となっている。
BACE1阻害剤開発研究では、戦略①に基づき高い酵素阻害能と適度な疎水性を持った環状型阻害剤創製を目指し、プライムサイトでの構造最適化を進めた。その結果、疎水性置換と極性置換基では芳香環上での最適置換位置が異なることを見出し、それぞれに位置に最適置換基を導入することで阻害活性向上が図れることを見出した。また、戦略②に基づく環状アミジン型低分子阻害剤の創製では、これまで全く報告がなかったピロリジン環構造の有用性を確認するとともに、芳香環上に比較的小さな疎水性置換基を導入した新規阻害剤の創製に成功した。
SARS（MERS）プロテアーゼ阻害剤開発研究では、戦略①に基づきオクタヒドロイソクロメン骨格の立体選択的合成経路を確立するとともに、縮環骨格上に導入した窒素原子上の置換基構造の違いによって阻害活性が大きく異なることを初めて見出した。以上の結果から、これらの従来にない独創的な基本骨格を有する阻害剤構造がプロテアーゼと相互作用しうる新たな部位を提供するとともに、これまでにない相互作用を利用した更なる構造最適化が可能であることを明らかにすることができた。
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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
前述した研究目的を達成するため以下の計画に従って本年度研究を実施し、おおむね順調に研究を進展させることができた。
戦略①に基づく環状BACE1阻害剤開発では、環状構造に組み込む新たな置換基の探索を目的としてノンプライム部位での置換基探索を行った。その結果、芳香環の適切な位置に物性の異なる置換を導入することで活性向上を図れる事を確認した。次いで、環状構造の大きさについての最適化を行った。メチレン鎖長の異なるオレフィン構造を持った各種環状誘導体について阻害活性を評価した結果、13員環構造が最も適した環サイズであることを確認した。
戦略②に基づくヘテロ環型BACE1阻害剤の開発では、前年度で確立したアミジノピロリジン型阻害剤の合成ルートを利用して、アミノ基とヒドロキシ基のそれぞれに疎水性基を導入した化合物を合成した。得られた各種化合物の阻害活性評価により、いずれの官能基にもビフェニル型のような比較的大きな疎水性基を導入することで阻害活性の向上を図ることが可能であることを見出した。さらに、ビフェニル構造への置換基導入も可能であることが示唆された。
戦略②に基づくSARS（MERS）プロテアーゼ阻害剤の開発では、疎水性相互作用中心構造としてオクタヒドロイソクロメン骨格を持つ縮環型化合物の合成を重点的に進めた。水酸基の立体化学コントロールによる立体選択的環構造構築を行い、目的とする化合物の合成ルートを確立した。最初に得られた化合物はジアステレオ混合物であったが明確な阻害活性を示し、新たに設計した新規オクタヒドロイソクロメン骨格を有する縮環型化合物が有用なSARS（MERS）プロテアーゼ阻害剤になりうることを確認した。
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| Strategy for Future Research Activity |
以下の方策に従って今後の研究を推進する。
戦略①に基づく環状BACE1阻害剤開発では、まず疎水性ポケットとの相互作用に最も適した環サイズを特定する。このため、環状メチレン構造上に異なる疎水性置換基を有する各種環状化合物を合成する。置換基を有する環状オレフィン構造の構築には水酸基への求核反応を用いる。このため、まず本環化反応を効率よく進めるのに最も適した直鎖状前駆体の検討を行う。この条件検討では最も小さな疎水性置換基を有する前駆体を用いる。ついで、最適化された前駆体構造に各種置換基を導入した環化前駆体の環化反応を行う。あわせて、ハロゲン化フェニルアラニン誘導体とオレフィン側鎖アミノ酸誘導体を用い、Heck反応を利用した環化により芳香環を導入した環状誘導体を合成する。
戦略②に基づくヘテロ環型BACE1阻害剤の開発では、前年度研究で見出した置換アミジノピロリジン型阻害剤の構造最適化を進め、それぞれの芳香環上に導入できる最適官能基の種類と位置を特定する。BACE1阻害活性評価により、導入された置換基の疎水性や嵩高さと阻害活性との相関を評価するとともに、プロテアーゼとの複合体結晶構造の解析を進める。
戦略②に基づくSARS/MERS 3CLプロテアーゼ阻害剤の開発では、疎水性相互作用に基づくオクタヒドロイソクロメン骨格を持つ縮環型化合物の立体選択的合成経路を確立するとともに、すべての可能な立体配置を持った化合物を選択的に合成する。これらの化合物評価により立体構造最適化を進めるとともに、本縮環骨格上に導入できる置換基のサイズと極性を特定する。阻害活性が最も高い化合物について、プロテアーゼとの複合体X線結晶構造解析による相互作用様式の解析を原子レベルで行う。
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Research Products
(7 results)
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[Journal Article] Relationship Study of Cyclic Pntapeptide Ligands for Atypical Chemokine Receptor 3 (ACKR3)2018
Author(s)
Sekiguchi, H.; Kuroyanagi, T.; Rhainds, D.; Kobayashi, K.; Kobayashi, Y.; Ohno, H.; Heveker, N.; Akaji, K.; Fujii, N.; Oishi, S.
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Journal Title
J. Med. Chem.
Volume: 61
Pages: 3745-3751
DOI
Peer Reviewed
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