2023 Fiscal Year Annual Research Report
Development of novel HIV-1 capsid (CA) inhibitors, and determination regarding novel mechanism of CA uncoating
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22H03120
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Research Institution | Kumamoto University |
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Principal Investigator |
天野 将之 熊本大学, ヒトレトロウイルス学共同研究センター, 特任助教 (30575080)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
杉浦 正晴 崇城大学, 薬学部, 教授 (00376592)
中村 朋文 熊本大学, 病院, 診療助手 (00772526)
岡田 誠治 熊本大学, ヒトレトロウイルス学共同研究センター, 教授 (50282455)
高宗 暢暁 熊本大学, 熊本創生推進機構, 准教授 (60322749)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | HIV-1 / キャプシド蛋白 / 蛋白自壊 / 薬剤開発 / 脱核 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、HIV-1の粒子骨格を形成する必須の構造蛋白であるキャプシド（CA）に結合し、CAの異常な自己崩壊（自壊）を誘導する事でHIV-1の増殖を抑制する、新規機序の抗HIV-1薬の開発を目指す。更にCA阻害剤開発で得られた知見を基に、HIV-1が細胞へ感染後に起こるCA殻の脱殻に関して検討を行う。研究代表者はCA特定領域にアミノ酸挿入変異を有するHIV-1変異株において顕著なCA自壊が起こる事を見出し、この異常なCAの自壊はCAのC末端側を発端とする事等を解明し（Amano, Sci Rep, 2019）、CA自壊誘導化合物の発見へと繋げてきた。このCA自壊は野生型CAでも軽度認められ、HIV-1生活環において意義を有すると考えられる。本研究ではCA自壊の責任領域やその機序、HIVの脱殻や複製に対しCA自壊が及ぼす影響について評価する事で、脱殻時のCAの動態に関し新規コンセンサスの確立に貢献し得る可能性がある。研究代表者は新規同定したCA自壊誘導化合物が、感染細胞内で合成されたCAのみならず、成熟HIV-1粒子内に侵入しHIV-1遺伝子を包む殻を形成した CA にも直接作用する事、すなわちHIV-1生活環での異なった段階においてその抗HIV-1作用を発揮する事をこれまで明らかにしてきたが、当該研究期間において、CA自壊誘導化合物の合成展開及び抗ウイルス薬効評価を進めた結果、HIV-1 CAの顕著な自壊誘導による抗HIV-1阻害活性を発揮する他に、良好な抗SARS-CoV-2活性を発揮する、複数の新規化合物群を開発・同定した。またHIV-1 CA自壊誘導化合物に関し、出願中の特許が正式登録された。
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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
我々が新規に同定したHIV-1 CA自己崩壊（自壊）誘導化合物の抗HIV-1活性に関する構造最適化を図るため、化合物の合成展開を進めている。当該研究期間中に、HIV-1 CA自壊誘導化合物の構造を基とした合成展開により19種類の新規化合物群を新たに合成し、抗ウイルス活性の活性評価を行った。その結果、9種類の新規化合物において、良好な抗SARS-CoV-2活性活性を有する事が判明した（阻害活性は全て感染性ウイルスを用いたアッセイで評価）。また、我々が同定し以前報告したHIV-1 CA阻害剤であるACAi-028 (Chia T, Nakamura T, Amano M, Antimicrob Agents Chemother. 2021) に関し、その合成精度を高める事により、抗HIV-1活性の向上を得ることに成功した。更に、ACAi-028の類似化合物をグローバルに検索、海外の複数の化合物サプライヤーより142化合物を直接輸入購入し、抗HIV-1活性の評価を行った。また、HIV-1 CA自壊誘導化合物について、我々は特許出願中（特願 2019-560569）であったが、2023年6月21日に正式に特許が登録された（特許第 7300177 号）。更にHIV-1 CA自壊誘導化合物のマウス体内における動態評価を行った。新規HIV-1 CA自壊誘導化合物群における、これまで開発・報告されてきた他の抗HIV-1剤に無い特性を明らかとしており、本研究計画における達成度は順調であると考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
【化合物の構造最適化・合成展開】 合成展開による化合物の構造最適化を継続する。また in silico 結合シミュレーションを並行して行い、得られたデータを基にした定量的構造活性相関（QSAR）解析により新たなファーマコフォアの同定や合成展開にフィードバックする。
【化合物の機能・薬理作用評価】 BALB/c マウスを用いた CA 自壊誘導化合物の in vivo 毒性評価（短期毒性・長期毒性）や、（HPLC や質量分析により）マウス投与後の CA 自壊誘導化合物の PK/PD 評価を行う。HIV-1 感染 PBMC を移植した免疫不全マウス（NOD/SCID マウス）を用いて CA 自壊誘導化合物の in vivo 薬効評価を行う。各種 in vitro アッセイや質量分析等により、CA 自壊誘導化合物が誘導する CA 自壊の機序を検討する。抗SARS-CoV-2活性を発揮するCA自壊誘導化合物について、SARS-CoV-2のスパイク蛋白との結合評価、及び各ウイルス間で共通した標的分子に関して評価する。
【CA-化合物間の結合様式の評価】 X 線回析による、CA 自壊誘導化合物と CA の共結晶構造解析やクライオ電顕解析により詳細な結合様式の検討を行い、効果的な合成展開につなげる。様々な部位での欠損変異/点変異 CA 発現プラスミドを網羅的に作成し、各変異 CA に対する CA 自壊誘導能の変化を検討する。
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[Journal Article] Exploration of imatinib and nilotinib-derived templates as the P2-Ligand for HIV-1 protease inhibitors: Design, synthesis, protein X-ray structural studies, and biological evaluation2023
Author(s)
Arun K Ghosh, Jennifer L Mishevich, Satish Kovela, Ryan Shaktah, Ajay K Ghosh, Megan Johnson, Yuan-Fang Wang, Andres Wong-Sam, Johnson Agniswamy, Masayuki Amano, Yuki Takamatsu, Shin-Ichiro Hattori, Irene T Weber, Hiroaki Mitsuya.
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Journal Title
European Journal of Medicinal Chemistry
Volume: 255
Pages: 115385
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Evaluation of Darunavir-derived HIV-1 protease inhibitors incorporating P2' amide-derivatives: Synthesis, biological evaluation and structural studies.2023
Author(s)
Arun K Ghosh, Dana Shahabi, Maya Kipfmiller, Ajay K Ghosh, Megan Johnson, Yuan-Fang Wang, Johnson Agniswamy, Masayuki Amano, Irene T Weber, Hiroaki Mitsuya.
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Journal Title
Bioorganic & medicinal chemistry letters
Volume: 83
Pages: 129168
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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