メタロ-β-ラクタマーゼの分子構造と基質加水分解機構に立脚した阻害剤開発と創薬

2015 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 26460147
• Research Institution: Kinjo Gakuin University
• Principal Investigator: 黒崎 博雅 金城学院大学, 薬学部, 教授 (70234599)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 藤田 美歌子 熊本大学, 薬学部, 准教授 (00322256)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2017-03-31
• Keywords: 感染症 / ラクタマーゼ / 抗生物質 / Ｘ線結晶構造解析 / 阻害剤 / ラクタム剤

Outline of Annual Research Achievements

現在臨床において感染症治療に使用されているβ-ラクタム剤が効かない細菌が出現し、医療機関で大きな問題となっている。この細菌の耐性機構の一つとして薬剤を不活化する酵素であるmetallo-β-lactamase (MBL) の産生が挙げられる。MBLはβ-ラクタム剤のβ-ラクタム環を加水分解して抗菌活性を消失させ、薬剤耐性を引き起こす。しかしながら、臨床において有効なMBL阻害剤がないのが現状である。本研究では、種々のMBLsの立体構造を明らかにして、これらの構造に基づいたMBL阻害剤を開発することを目的としている。
本年度はまず、昨年度に結晶化を行ったSerratia marcescens由来のIMP-1メタロ-β-ラクタマーゼ-クエン酸複合体の結晶構造を決定した。決定した構造から、クエン酸は活性中心に存在する亜鉛に結合していることがわかった。つぎに昨年度に合成した数種類のクエン酸誘導体のIMP-1メタロ-β-ラクタマーゼに対する阻害活性を評価した。合成した化合物のIMP-1に対する50%阻害濃度(IC50値)は、いずれも 数百μMであり、阻害活性としてはやや弱いことがわかった。しかしながら、クエン酸自身にはIMP-1メタロ-β-ラクタマーゼに対する阻害活性はまったく認められなかった。そこで、なぜこれらの阻害活性の違いがみられたのかを明らかにするために決定したIMP-1メタロ-β-ラクタマーゼ-クエン酸複合体の立体構造を使って、ドッキングシミュレーションによりクエン酸誘導体の阻害様式を評価した。この結果、分子中のカルボン酸が活性中心付近にあるLys161およびAsn167と水素結合を形成し、安定化に寄与していることがわかった。従って、これらの水素結合は阻害活性発現に重要な働きを担っていると考えられる。

Current Status of Research Progress

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

Reason

本年度はIMP-1メタロ-β-ラクタマーゼ-クエン酸複合体の結晶構造を決定できたことと、クエン酸誘導体のIMP-1メタロ-β-ラクタマーゼに対する阻害活性評価ができ、おおむね計画通りに進んでいると判断した。

Strategy for Future Research Activity

クエン酸誘導体のIMP-1メタロ-β-ラクタマーゼに対する阻害活性評価並びにドッキングシミュレーションの結果を基に、阻害剤の化学構造の最適化を図る予定である。

Causes of Carryover

平成27年度ではＸ線結晶構造解析が予定通りに進行した。そのため結晶化に必要な試薬ならびにガラス類などの消耗品費がかからなかった。

Expenditure Plan for Carryover Budget

最終年度は阻害剤の合成を行い、それらの化合物のメタロ-β-ラクタマーゼに対する阻害活性を評価する。さらに、複合体の結晶化ならびにＸ線結晶構造解析を行う。分光化学的手法を用いて阻害活性評価を行うが、この実験では、温度を一定にする必要がある。この測定に必要不可欠な温度コントローラー（約４０万円）を物品費で購入する予定である。