2014 Fiscal Year Research-status Report
テーラーメード構造ライブラリからの新規トリクロサン類縁抗結核化合物の有機合成展開
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26460145
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| Research Institution | Kyushu Institute of Technology |
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Principal Investigator |
青木 俊介 九州工業大学, 大学院情報工学研究院, 准教授 (30392426)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
北村 充 九州工業大学, 大学院工学研究院, 准教授 (10313199)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 有機合成 / 感染症 / 抗菌薬 / 結核 / シミュレーション / ドッキング / 化合物ライブラリ / トリクロサン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
研究代表者らはInhAを標的としたin silicoスクリーニングから薬剤耐性を回避可能な新規抗結核菌化合物KES4の同定に成功した。本研究ではKES4の合成展開に特化したテーラーメード化合物構造ライブラリを構築し、結合シミュレーション手法により高選択性・低毒性のKES4類縁化合物を創出する事を目指して研究を進めている。本年度は，主に以下の３項目に関して研究を展開した。1) テーラーメード化合物構造ライブラリを構築。2) Matched Molecular Pairs (MMPs)法を活用した化合物スクリーニングによる類縁体探索。3) KES4類縁体の有機合成経路の確立。
研究項目1)に関して，市販原料から有機合成可能なKES4類縁体に特化した構造ライブラリを構築するため，KES4の4環構造(A-Dリング)とTanimoto係数が0.7以上の購入可能な化合物を探索し各骨格を連結させ3次元構造を構築し構造安定化を行なった。個々の化合物データを連結してマルチmol2ファイル化し，スクリーニングに利用可能なテーラーメード化合構造ライブラリを構築した。研究項目2)に関して，既存化合物ライブラリをフラグメント化しMMPsを生成した後に，結合シミュレーションを行ってKES4よりも高活性が期待できる化合物を予測し，実際にInhAの酵素阻害実験を行うことで新規類縁体KEM4と KEM3, KEM7を同定した。KES4に対しKEM4と KEM3, KEM7は1.73～2.97倍の高いInhA酵素阻害活性を有していた。研究項目3)に関して，KES4の4環構造を順次連結させる7段階からなる合成経路を１つ確立し，AリングのKES4類縁体化合物の合成にも成功した。有機合成したKES4ならびにその類縁体は結核菌モデル細菌に対して抗菌効果を有している事が確認できた。
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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
本年度は4環構造(A-Dリング)からなるKES4に特化した，類縁化合物群から構成され，かつ市販合成原料から構築可能なテーラーメード化合構造ライブラリを完成させさせることが出来た。KES4のCリング，DリングはInhAのLeu218, Tyr158, Met199, Phe149と相互作用しており，今回作成したテーラーメード化合構造ライブラリは末端の環構造であるAリングに特に多様性を有しており，新たなInhAへの結合サイトを探索し，活性上昇を目指す上で有効であると考えられる。一方， MMPs手法を用いた類縁体探索手法によってKES4よりも酵素活性阻害効果の高いKES4類縁化合物KEM4と KEM3, KEM7を同定することに成功した。KEM4と KEM3, KEM7はKES4に対し1.73～2.97倍の高いInhAに対する酵素阻害活性を有しており，これらの研究成果はEuropean Journal of Medicinal Chemistryへ投稿し受理された。今後，テーラーメード化合物構造ライブラリを用いて結合シミュレーションを行ない，より高い活性をもつKES４類縁体を探し出し，それらを有機合成によって作り出すことが必要となる。そのためには，KES4の多様な類縁体を合成可能とする，新しい有機合成経路を確立することが必要であったが，本年度の研究によってKES4の4環構造を順次AリングからDリングへ連結させてゆく有機合成経路が確立できた。これにより，各リングの市販合成原料から多種多様なKES4類縁体を合成可能となった。今年度の研究では既にAリングが改変されたKES4も合成できており，それらがいずれも結核菌モデル細菌に対して抗菌作用を有していることも確認でき，この点は当初の計画よりも達成が早い。現在，InhAと類縁化合物の結合シミュレーション研究を既に展開しているところである。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度はテーラーメード化合物構造ライブラリを完成させた。またMMPs手法によりKES4よりも効果の高い類縁化合物を同定することが出来た。一方でKES4の4環構造(A-Dリング)をAリングから順次連結させてゆく合成経路も確立された。今後は，テーラーメード化合構造ライブラリを活用しさらに結合シミュレーションを行うことで，KES4よりも薬効の高い類縁体を予測し，それらの有機合成をさらに進めることで，IC50値がナノモーラーレンジの高選択性の次世代抗結核薬の有力な候補化合物を創出する事を目指す。一方，本年度確立した合成経路では市販原材料によっては有機合成困難となるケースも想定される。そこで，KES4の4環構造(A-Dリング)をDリングから順次連結させてゆく合成経路や，他の合成経路も確立することを目指す。KES４の多様な有機合成経路を確立しておくことで原材料の化学構造によって有機合成が困難になるケースや合成効率が低下するケースに備える。既にKES4の4環構造のうちAリングが改変された類縁体に関しては合成が進んでいるが，これらの類縁体の抗菌効果に関する定性的な確認実験は行ったが，定量的な確認実験を今後進めることが必要である。また，抗菌効果のみならず標的のInhAに対する酵素阻害効果の検証も行うことが必須である。IC50値の低下が見られる化合物に関しては各種細菌に対する抗菌効果ならびに抗菌スペクトルを検証する。結核菌、耐性結核菌、マイコバクテリア属細菌 (InhAとの相同性95～87%)、ロドコッカス属細菌(65%)、スタフィロコッカス族細菌(35%)ならびに大腸菌(33%)等に対する抗菌効果を検証する。最終的には結核菌に特異的な抗菌効果を有しnMレンジのIC50値をもつ化合物を探し出す。
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| Causes of Carryover |
本研究では多数の消耗物品を購入した。その際に発生する端数が438円残ったため。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
次年度の物品購入に当てる。
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Research Products
(3 results)
