新規１４－エピ－タキステロール骨格の展開と受容体の柔軟性を介する骨形成の促進

2013 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 24590021
• Research Institution: Teikyo University
• Principal Investigator: 橘高 敦史 帝京大学, 薬学部, 教授 (00214833)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 高野 真史 帝京大学, 薬学部, 助教 (50386611)
• Keywords: 薬学 / 有機化学 / ビタミンD / ビタミンD受容体 / タキステロール / 骨粗鬆症治療薬 / 生理活性 / 合成化学

Research Abstract

皮膚では、1,7-デヒドロコレステロールへの太陽光照射によりプレビタミンD3が生成するが、同時にプレビタミンD3への太陽光照射で「タキステロール」が副生する。「タキステロール」は、ビタミンDの光異性化体である。空気中室温において不安定なトリエン骨格のため、これまで研究対象として困難とされてきた「タキステロール」について、我々は同条件下、比較的取扱い容易な新規トリエン骨格14-エピ-1α,25-ジヒドロキシ-19-ノルタキステロール（1）を見出した。ヒトビタミンD受容体（hVDR）とのX線共結晶構造解析を行ったところ、活性型ビタミンD3とは異なるトリエン部分の結合様式となる5,6-s-transかつ7,8-s-trans配置を認めた（Sawada et al. J. Am. Chem. Soc., 2011）。hVDRのリガンド結合領域に柔軟性がある結果であり、本研究課題では、この新規化合物1について、14-エピ-1α,25-ジヒドロキシタキステロール（2）の誘導体を含め、効率良く合成する方法を開発し、作用メカニズムとともに活性型ビタミンD3よりも強い骨形成作用を有する誘導体（骨粗鬆症治療薬）を取得する目的で取組んだ。前年度までの構造修飾研究から、１）19位のメチル基をもたない1の方が、より天然に近い構造を有する19位にメチル基をもつタキステロール型（2）よりもhVDRへの結合能力が高いこと、２）活性型ビタミンD3ではhVDR結合親和性をはじめとする生物活性向上に有効であった2-ヒドロキシプロポキシ基の導入が、14-エピ-19-ノルタキステロールではhVDR結合減弱など不利に働くことが判明した。このことは1と活性型ビタミンD3とのhVDRへの結合様式の違いからくる結果と推察された。今年度はさらに、14-エピ-8,9-ジヒドロ-1α,25-ジヒドロキシ-19-ノルタキステロール（3）の合成に成功し、hVDR結合親和性を評価した。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

今年度は、14-エピ-1α,25-ジヒドロキシ-19-ノルタキステロール（1）のhVDR結合時に認められる7,8-s-trans配置の優先性を解除し、本来の活性型ビタミンD3の結合配置でhVDRに結合し得るタキテロール誘導体として、8-9位間の二重結合を水素化した、新規な14-エピ-8,9-ジヒドロ-1α,25-ジヒドロキシ-19-ノルタキステロール（3）の合成に成功した。すなわち、14-エピ-CD環の8-ケト体（ステロイドの位置番号）からエキソメチレン化、ヒドロホウ素化-酸化を経て8位の第一級アルコールとし、光延反応と続く酸化で7位スルホン体を得た。シクロヘキサ-1-エンカルバルデヒド誘導体とのJuliaカップリングを行い、続く脱保護により、目的とする3を得ることができた。適切な生物活性評価のために、HPLCにて最終精製をした。
hVDRへの結合親和性を評価すると、8位がsp3炭素となった新規誘導体3の場合は、親和性が極端に低下することがわかった。しかしながら、新規hVDRリガンド3は、10-6 MでhVDR結合親和性が活性型ビタミンD3の50％程度を示し、この値は、ヒト血中では最も高濃度で存在する25-ヒドロキシビタミンD3と比較し得るhVDR結合親和性を示す結果となった。8位sp3炭素のhVDRへの結合時最適化を探る手がかりとなる。
以上のように、本年度は計画通り、ビタミンD関連化合物として全く新しいタキステロール誘導体3の合成に成功し、ビタミンD受容体への結合親和性を評価することができた。

Strategy for Future Research Activity

昨年度までに、シクロヘキセン誘導体に対するジアゾメタンの1,3-双極子付加環化と続くピラゾリンの熱分解反応により、19位に本来のメチル基を有する14-エピ-1α,25-ジヒドロキシタキステロール（2）の合成法を開発出来たので、今年度の19-ノル体（3）についてもA環部に19-メチル基を有する天然型の誘導体を合成し、生物活性を評価する。また、2位置換体が昨年度と同様に合成できる。また、今後はA環部4-5位間の二重結合を水素化し、新規な14-エピ-4,5-ジヒドロ-1α,25-ジヒドロキシ-19-ノルタキステロール（4）の合成に着手し、5,6-s-trans配置の優先性を解除し、本来の活性型ビタミンD3の結合配置でhVDRに結合し得るタキステロール誘導体を現実のものとする。さらにA環部には19-メチル基を有する天然型の誘導体を合成し、これでタキステロールの8,9-ジヒドロ体、その19-ノル版、4,5-ジヒドロ体、その19-ノル版と全部で4種類の新規hVDRリガンドが揃う。ヒトビタミンD受容体（hVDR）のリガンド結合領域の柔軟性を活かし、活性型ビタミンD3とは異なるs-trans配置で結合する一連の14-エピ-タキステロール類を合成し、CYP24A1に対する代謝安定性と、骨粗鬆症モデルOVXマウスを用い骨密度改善と骨形成に対する効果を調べ、in vivoデータを取得する。また、hVDR-新規誘導体複合体のX線共結晶構造解析を行い、結合様式と生理活性発現機構を精査する。
また、制癌作用についても海外研究協力者とともに調べていく計画である（本年度のビタミンD誘導体における制癌活性に関する共同研究成果：K.-C. Chiang et al. Cell Cycle 2013, 12 (8), 1316-1325. K.-C. Chiang et al. J. Steroid Biochem. Mol. Biol. 2014, 139 (1), 54-60. K.-C. Chiang et al. J. Steroid Biochem. Mol. Biol. 2013, 138 (11), 427-434.）。

Expenditure Plans for the Next FY Research Funding

2年前のキャンパス移転にともない、新規に研究室設備を充実させ効率化が進み、過剰な溶媒、精製シリカゲルおよび検査試薬類を倹約できたため。
次年度の研究費では、主として研究試薬および消耗品として使用する。

Research Products

• [Journal Article] CYP24A1 as a Potential Target for Cancer Therapy (2014)
  • Author(s): Toshiyuki Sakaki, Kaori Yasuda, Atsushi Kittaka, Keiko Yamamoto, and Tai C. Chen
  • Journal Title: Anti-Cancer Agents Med. Chem. Volume: 14 Pages: 97-108
  • DOI: 10.2174/18715206113139990307
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Design and synthesis of 2α-(tetrazolylethyl)-1α,25-dihydroxyvitamin D3 as a high affinity ligand for vitamin D receptor (2014)
  • Author(s): Miki Matsuo, Asami Hasegawa, Masashi Takano, Hiroshi Saito, Shinji Kakuda, Kenichiro Takagi, Eiji Ochiai, Kyohei Horie, Midori Takimoto-Kamimura, Kazuya Takenouchi, Daisuke Sawada, and Atsushi Kittaka
  • Journal Title: J. Steroid Biochem. Mol. Biol. Volume: 140 Pages: in press
  • DOI: 10.1016/j.jsbmb.2013.09.001
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] MART-10, a Less Calcemic Vitamin D Analog, Is More Potent Than 1,25-Dihydroxyvitamin D3 in Inhibiting the Metastatic Potential of MCF-7 Breast Cancer Cells in Vitro (2014)
  • Author(s): Kun-Chun Chiang, Shin-Cheh Chen, Chun-Nan Yeh, Jong-Hwei S. Pang, Shih-Che Shen, Jun-Te Hsu, Yu-Yin Liu, Li-Wei Chen, Sheng-Fong Kuo, Masashi Takano, Atsushi Kittaka, Chi-Chin Sun, Horng-Heng Juang, and Tai C. Chen
  • Journal Title: J. Steroid Biochem. Mol. Biol. Volume: 139 Pages: 54-60
  • DOI: 10.1016/j.jsbmb.2013.10.005
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Synthesis and Biological Activity of 1α,2α,25-Trihydroxyvitamin D3: Active Metabolite of 2α-(3-Hydroxypropoxy)-1α,25-dihydroxyvitamin D3 by Human CYP3A4 (2014)
  • Author(s): Masashi Takano, Saori Ohya, Kaori Yasuda, Miyu Nishikawa, Akiko Takeuchi, Daisuke Sawada, Toshiyuki Sakaki, and Atsushi Kittaka
  • Journal Title: Chem. Pharm. Bull. Volume: 62 Pages: 182-184
  • DOI: 10.1248/cpb.c13-00646
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Synthesis of 2α-Heteroarylalkyl Active Vitamin D3 with Therapeutic Effect on Enhancing Bone Mineral Density in vivo (2013)
  • Author(s): Miki Matsuo, Asami Hasegawa, Masashi Takano, Hiroshi Saito, Shinji Kakuda, Takayuki Chida, Ken-ichiro Takagi, Eiji Ochiai, Kyohei Horie, Yoshifumi Harada, Midori Takimoto-Kamimura, Kazuya Takenouchi, Daisuke Sawada, and Atsushi Kittaka
  • Journal Title: ACS Med. Chem. Lett. Volume: 4 Pages: 671-674
  • DOI: 10.1021/ml400098w
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Synthesis of β-Chiral Peptide Nucleic Acids Bearing Lysine Side Chains (2013)
  • Author(s): Toru Sugiyama, Yasutada Imamura, Yosuke Demizu, Masaaki Kurihara, Masashi Takano, and Atsushi Kittaka
  • Journal Title: Peptide Science 2012 Volume: 49 Pages: 385-386
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] MART-10, a Novel Vitamin D Analog, Inhibits Head and Neck Squamous Carcinoma Cells Growth through Cell Cycle Arrest at G0/G1 with Upregulation of p21 and p27 and Downregulation of Telomerase (2013)
  • Author(s): Kunchun Chiang, Chun-Nan Yeh, Jun-Te Hsu, Li-Wei Chen, Sheng-Fong Kuo, Chi-Chin Sun, Cheng-Cheng Huang, Jong-Hwei S. Pang, John N. Flanagan, Masashi Takano, Atsushi Kittaka, Horng-Heng Juang, Shih-Wei Yang and Tai C. Chen
  • Journal Title: J. Steroid Biochem. Mol. Biol. Volume: 138 Pages: 427-434
  • DOI: 10.1016/j.jsbmb2013.09.002
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 14-エピ-タキステロール類の合成とVDR結合様式の解明 (2013)
  • Author(s): 澤田大介、堀江恭平、落合鋭士、竹内明子、角田真二、上村みどり、橘高敦史
  • Journal Title: ビタミン Volume: 87 Pages: 220
• [Journal Article] 2α-アゾールエチル基を有する1α,25-ジヒドロキシビタミンD3の合成と生物活性評価 (2013)
  • Author(s): 橘高敦史、松尾実紀、長谷川麻美、高野真史、澤田大介、齋藤 博、角田真二、高木健一郎、落合鋭士、堀江恭平、上村みどり、竹之内一弥
  • Journal Title: ビタミン Volume: 87 Pages: 652
• [Presentation] 14-エピ-8,9-ジヒドロ-1α,25-ジヒドロキシ-19-ノルタキステロールの合成 (2014)
  • Author(s): 澤田大介、松本洋太郎、竹内明子、橘高敦史
  • Organizer: 日本薬学会 第134年会（熊本）
  • Place of Presentation: 熊本市総合体育館
  • Year and Date: 20140327-20140330
• [Presentation] 2-[3-(テトラゾール-2-イル)プロピル]-1α,25(OH)2-19-ノルビタミンD3の合成 (2014)
  • Author(s): 高野真史，樋口恵理香，東 和成，平野圭祐，竹内明子，澤田大介，橘高敦史
  • Organizer: 日本薬学会 第134年会（熊本）
  • Place of Presentation: 熊本市総合体育館
  • Year and Date: 20140327-20140330
• [Presentation] 側鎖に金属錯体を持ったβ-PNAによる配列特異的DNA切断 (2014)
  • Author(s): 杉山 亨、桑田啓子、今村保忠、出水庸介、栗原正明、高野真史、橘高敦史
  • Organizer: 日本薬学会 第134年会（熊本）
  • Place of Presentation: 熊本市総合体育館
  • Year and Date: 20140327-20140330
• [Presentation] 14-epi-tachysterol類の合成、生物活性評価、及び受容体結合様式の解明 (2013)
  • Author(s): 澤田大介，佃 勇也，堀江恭平，竹内明子，角田真二，上村みどり，橘高敦史
  • Organizer: 第31回メディシナルケミストリーシンポジウム（広島）
  • Place of Presentation: 広島アステールプラザ
  • Year and Date: 20131120-20131122
• [Presentation] Sequence-Specific Cleavage of DNA by a Chiral Peptide Nucleic Acid Bearing a Pendant Metal Complex (2013)
  • Author(s): Toru Sugiyama, Keiko Kuwata, Yasutada Imamura, Yosuke Demizu, Masaaki Kurihara, Masashi Takano, and Atsushi Kittaka
  • Organizer: 第50回ペプチド討論会（大阪）
  • Place of Presentation: ホテル阪急エキスポパーク
  • Year and Date: 20131106-20131108
• [Presentation] 7,8-cis-vitamin D3類の合成、活性評価、及びVDR結合様式の解明 (2013)
  • Author(s): 澤田大介、斎藤博、堀江恭平、高木健一郎、竹内明子、上村みどり、橘高敦史
  • Organizer: 第39回反応と合成の進歩シンポジウム（九州大学）
  • Place of Presentation: 九州大学医学部百年記念講堂
  • Year and Date: 20131105-20131106
• [Presentation] ビタミンＤとくすり (2013)
  • Author(s): 橘高敦史
  • Organizer: 帝京大学公開講座
  • Place of Presentation: 帝京大学板橋キャンパス
  • Year and Date: 20131031-20131031
  • Invited
• [Presentation] 7,8-cis-1α,25(OH)2-19-norvitamin D3の合成と活性評価 (2013)
  • Author(s): 澤田大介、森 幸樹、安部成郁、近藤美保、塩田真由美、竹内明子、橘高敦史
  • Organizer: 第57回日本薬学会関東支部大会（帝京大学）
  • Place of Presentation: 帝京大学板橋キャンパス
  • Year and Date: 20131026-20131026
• [Presentation] 2α置換基上にアゾール環を有する19-ノル型ビタミンD3の合成研究 (2013)
  • Author(s): 樋口恵理香、高野真史、澤田大介、橘高敦史
  • Organizer: 第57回日本薬学会関東支部大会（帝京大学）
  • Place of Presentation: 帝京大学板橋キャンパス
  • Year and Date: 20131026-20131026
• [Presentation] 2α-アゾールエチル基を有する1α,25-ジヒドロキシビタミンD3の合成と生物活性評価 (2013)
  • Author(s): 橘高敦史、松尾実紀、長谷川麻美、高野真史、澤田大介、齋藤 博、角田真二、高木健一郎、落合鋭士、堀江恭平、上村みどり、竹之内一弥
  • Organizer: 第340回脂溶性ビタミン総合研究委員会（芝浦工大）
  • Place of Presentation: 芝浦工業大学芝キャンパス
  • Year and Date: 20130927-20130927
• [Presentation] C5-C6 Coupling of MART-10 Synthesis and Its Clinical Implication in Cancer Treatment and Prevention (2013)
  • Author(s): Masashi Takano, Kun-Chun Chiang, Horng-Heng Juang, Kaori Yasuda, Toshiyuki Sakaki, Toshimasa Itoh, Keiko Yamamoto, Daisuke Sawada, John N. Flanagan, Gunnar Norstedt, Tai C. Chen, and Atsushi Kittaka
  • Organizer: 第10回カルボアニオン化学国際会議（ISCC-10、同志社大学）
  • Place of Presentation: 同志社大学
  • Year and Date: 20130923-20130926
• [Presentation] Synthesis of 14-Epi-19-Nortachysterol and Elucidation of Its Binding Affinity and Configuration for the Human Vitamin D Receptor (2013)
  • Author(s): D. Sawada, Y. Tsukuda, K. Horie, E. Ochiai, S. Kakuda, M. Takimoto-Kamimura, A. Kittaka
  • Organizer: 14th Tetrahedron Symposium
  • Place of Presentation: Vienna
  • Year and Date: 20130625-20130628
• [Presentation] DESIGN AND SYNTHESIS OF 2α-HETEROARALKYL-1α,25-DIHYDROXYVITAMIN D3 ANALOGS AS STRONG LIGANDS FOR VITAMIN D RECEPTOR (2013)
  • Author(s): M. Matsuo, A. Hasegawa, M. Takano, Y. Nakamura, H. Saitou, S. Kakuda, K. Takagi, E. Ochiai, K. Horie, M. T. Kamimura, K. Takenouchi, D. Sawada, and A. Kittaka
  • Organizer: 16th Vitamin D Workshop（San Francisco, USA）
  • Place of Presentation: The Palace Hotel
  • Year and Date: 20130611-20130614
• [Presentation] ビタミンD誘導体設計・合成と初期的生物活性及び制癌活性の新しい知見 (2013)
  • Author(s): 橘高敦史
  • Organizer: キッセイ薬品工業株式会社中央研究所・社内講演会
  • Place of Presentation: キッセイ薬品工業株式会社中央研究所（長野）
  • Year and Date: 20130521-20130521
  • Invited
• [Presentation] 14-epi-tachysterol類の合成とVDR結合様式の解明 (2013)
  • Author(s): 澤田大介、堀江恭平、落合鋭士、竹内明子、角田真二、上村みどり、橘高敦史
  • Organizer: 日本ビタミン学会第65回大会(東京）
  • Place of Presentation: 一橋講堂
  • Year and Date: 20130517-20130518
• [Book] ビタミンDと疾患～基礎の理解と臨床への応用～ (2014)
  • Author(s): 岡野登志夫編、橘高敦史共著
  • Total Pages: 246ページ
  • Publisher: 医薬ジャーナル社（大阪）
• [Remarks] 帝京大学薬学部・医薬化学講座・薬化学研究室
  • URL: http://www.e-campus.gr.jp/staffinfo/public/staff/detail/419/16
• [Remarks] 帝京大学薬学部・医薬化学講座・薬化学研究室
  • URL: http://www.pharm.teikyo-u.ac.jp/