2017 Fiscal Year Research-status Report

がん細胞を特異的に認識するKSP阻害に基づく革新的な抗がん剤探索研究

Research Project

Project/Area Number	17K08366
Research Institution	University of Shizuoka
Principal Investigator	小郷尚久静岡県立大学, 薬学研究院, 講師 (20501307)
Project Period (FY)	2017-04-01 – 2020-03-31
Keywords	デュアル作用薬 / 抗がん / プロドラッグ / 構造最適化 / 構造活性相関 / KSP / GGT / システイン誘導体
Outline of Annual Research Achievements	キネシンモータータンパク質Kinesin Spindle Protein (KSP)を阻害する化合物は新たな抗がん剤候補として注目され、複数の阻害剤が臨床入りしたものの好中球減少症などの副作用が課題となりいずれの臨床開発も進んでいない。本研究の目的は、これまで見出してきたオリジナルKSP阻害化合物を基本骨格にがん細胞で高発現している酵素の基質や阻害薬を結合させたデュアル作用を有する次世代抗がん剤の創製である。平成29年度は、まずKSP ATPase・細胞増殖阻害活性ともにIC50値ナノモルレベルのS-trityl-L-cycteine誘導体 1 をリードとしKSPとの相互作用をAutoDock Vinaを用いて in silico 解析した。その結果システイン中のアミノ基はKSPとの水素結合に重要であるという知見を得た。そこでがん細胞表面で特異的にアミノ基が生成するようなプロドラッグ化デザインとして、多くのがん細胞で高発現が報告されている gamma-glutamyltransferase (GGT) の酵素活性に着目した。GGTはグルタチオン (GSH) 代謝に係る膜結合型酵素であり、GSHのグルタミル結合を加水分解しグルタミン酸を切り離す。そこで 1 のシステイン部をGSHまたはGluCysに変換した誘導体を合成し評価した。これら誘導体のKSP ATPase 阻害活性は 1 と比べ大幅に減弱した。特にグルタミル化した 1 は、GGTで1に変換されることをLC-MSで確認でき、基質として認識されることも判明した。がん細胞増殖阻害活性についても 1 と比べて減弱し、興味深いことにその減弱比率はGGT発現量が高いA549細胞よりも発現量の低いH460細胞の方が大きいことも明らかとした。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 平成29年度は、システイン誘導体の更なる構造最適化とプロドラッグ化を含めた高活性新規誘導体の合成と評価を行う計画であった。構造最適化に関しては、システイン部の S を C に変換した化合物の合成を完了し高活性を維持した新規KSP阻害アミノ酸誘導体を見出すことに成功した。現在、本誘導体のアミノ酸部分はラセミであるためキラル誘導体の合成と評価を行う必要がある。プロドラッグ化検討では、in silicoモデリングと実際の構造活性相関を参考にして、GGTの基質として認識されるKSP阻害化合物を合成することが出来た。がん細胞（がん微小環境）への特異性については、基質として認識されることは確認できているものの、種々のがん細胞を用いた実際の酵素発現量との相関やin vivo評価等プロドラッグとしてのプロファイルを精査していく必要はある。しかしながら今年度計画した研究項目は概ね着手することができており、全体3年計画中の初年度に予定していた計画通りに進捗を達成できたと考えられる。
Strategy for Future Research Activity	次世代抗がん剤候補としてのシステイン誘導体の更なる構造最適化とプロドラッグ化を含めた高活性新規誘導体の合成と評価は今後も精力的に継続、特にがん微小環境・代謝に関わる酵素に対する基質や既存薬を結合させたデュアル作用薬をデザイン合成し、がん細胞認識能を持ち且つKSP阻害活性のある新規誘導体合成に注力する。今年度見出したGGTに認識されるKSP阻害化合物については、そのプロファイルを種々のがん細胞を用い多面的に評価していく。更に細胞内タンパクを標的としたデュアル作用薬の創出にも挑戦する。具体的には、がんと関連しているCOX2やIDOの阻害剤をオリジナルKSP阻害システイン誘導体と適切なリンカーと結合様式を模索しながら合成していく。またデュアル作用以外の観点から、KSP阻害活性に影響しないカルボキシル部を起点にビーズ固定化や蛍光標識プローブ化によるシステイン誘導体のKSP以外の標的探索も試みる。これらの研究によりがん細胞を特異的に認識する新規システイン誘導体の可能を追求していく。