酵素の分子認識に基づくエイズ治療薬の分子設計

• 研究課題/領域番号: 07308067
• 研究種目: 基盤研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 総合
• 研究分野: 生物有機科学
• 研究機関: 京都薬科大学
• 研究代表者: 木曽 良明 京都薬科大学, 薬学部, 助教授 (40089107)
• 研究分担者: 木村 徹 京都薬科大学, 薬学部, 助手 (70204980) ; 藤原 洋一 京都薬科大学, 薬学部, 助手 (60199396) ; 赤路 健一 京都薬科大学, 薬学部, 助教授 (60142296)
• 研究期間 (年度): 1995 – 1996
• 研究課題ステータス: 完了 (1996年度)
• 配分額: 4,000千円 (直接経費: 4,000千円); 1996年度: 4,000千円 (直接経費: 4,000千円)
• キーワード: HIVプロテアーゼ阻害剤 / 酵素阻害剤複合体 / 基質遷移状態誘導体 / ペプチド合成 / コンフォメーション / X線結晶構造解析 / 薬剤耐性ウイルス / 抗エイズ薬 / コンフォメーション解析 / コンフォーメーション解析

研究概要

我々はHIVプロテアーゼの基質遷移状態概念に基づいて,選択性が高く活性の強いHIVプロテアーゼ阻害剤(KNI-272)をデザインし合成することに成功した.本化合物はHIVプロテアーゼのメカニズムから論理的にデザインされているので細胞毒性が低く,HIVプロテアーゼ活性部位に特異的に作用することにより,理想的な抗エイズ薬として有望であると米国National Cancer Institute所長も強い興味を示し既に共同研究を開始している.
そこで本研究をさらに進めて,変異ウイルスの分子構造解析を行い,変異酵素・抗エイズ薬複合体との構造解析に基づいて,新規な抗エイズ薬の相互作用を考慮した論理的分子設計をおこなった.本研究により得られた成果は,耐性ウイルスに対する戦略として大いに期待される.この様にして得られた化合物は現在人類の最緊急課題である副作用と耐性を克服する抗エイズ薬として有望である.
我々が開発し,現在米国NIHで臨床研究を進めているキノスタチン(KNI)-272に対する感受性低下ウイルスを同定し,そのプロテアーゼのアミノ酸配列に基づいて変異酵素を遺伝子工学的及び合成化学的に作成した.この変異酵素と抗エイズ薬との相互作用を解析し活性型コンフォメーションを考察した.
さらに,酵素と阻害剤の相互作用解析に基づいて,抗エイズ薬を分子設計し合成を行い抗ウイルス作用の測定を行った.これらの相互作用に関与する構造の必須部分を解析し,耐性,副作用のない抗エイズ薬をめざした.遷移状態誘導体の概念に基づいてレトロウイルスに特徴的な基質の切断部位Phe-ProおよびTyr-Pro(P1-P1′)のアミド結合をイソステリックに変換し,各基質遷移状態誘導体を合成した.KNI-272よりさらに小さいジペプチド誘導体が高いHIVプロテアーゼ阻害活性を持つことを見いだした.X線結晶構造解析,NMR,分子モデリングにより,コンフォメーション解析および酵素と基質複合体の構造解析を行い,相互作用に水分子が重要な役割をはたすこと,高活性阻害剤のコンフォメーションが制約されていることを見いだした.

研究成果

• [文献書誌] Yoshiaki Kiso: "Design and synthesis of substrate-based peptidomimetic HIV protease inhibitors containing the hydroxymethylcarbonyl isostere." Biopolymers. 40・2. 235-244 (1996)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] Yun-Xing Wang: "Solution NMR Evidence That the HIV-1 Protease Catalytic Aspartyl Groups Have Different Ionization States in the Complex Formed with the Asymmetric Drug KNI-272." Biochemistry. 35・31. 9945-9950 (1996)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] Yasushi Ohno: "Solution conformations of KNI-272,a tripeptide HIV protease inhibitor designed on the basis of substrate transition state : Determined by NMR spectroscopy and simulated annealing calculations." Bioog.Med.Chem.4・9. 1565-1572 (1996)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] Yun-Xing Wang: "Bound water molecules at the interface between the HIV-1 protease and a potent inhibitor,KNI-272,determined by NMR." J.Am.Chem.Soc.118・49. 12287-12290 (1996)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] A.Kiriyama: "Binding characteristics of KNI-272 to plasma proteins,a new potent tripeptide HIV protease inhibitor." Biopharmaceut.Drug Disp.17・9. 739-751 (1996)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] Satoshi Yamaguchi: "Synthesis of HIV protease dipeptide inhibitors and prodrugs." Peptide Chemistry. 1996. 297-300 (1997)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] Yoshiaki Kiso: "Design and synthesis of substrate-based peptidominetic HIV protease inhibitors containing the hydroxymethylcarbonyl isostere." Biopolymers. 40-2. 235-244 (1996)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Yun-Xing Wang: "Solution NMR Evidence That the HIV-1 Protease Catalytic Aspartyl Groups Have Different Ionization States in the Complex Formed with the Asymmetric Drug KNI-272" Biochemistry. 35-31. 9945-9950 (1996)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Yasushi Ohno: "Solution conformations of KNI-272, a tripeptide HIV protease inhibitor designed on the basis of substrate transition state : Determined by NMR spectroscopy and simulated annealing calculations." Bioorg.Med.Chem.4-9. 1565-1572 (1996)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Yun-Xing Wang: "Bound water molecules at interface between the HIV-1 protease and a potent inhibitor, KNI-272, determined by NMR." J.Am.Chem.Soc.118-49. 12287-12290 (1996)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] A.Kiriyama: "Binding characteristics of KNI-272 to plasma proteins, a new potent tripeptide HIV protease inhibitor." Biopharmaceut.Drug Disp. 17-9. 739-751 (1996)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Satoshi yamaguchi: "Synthesis of HIV protease dipeptide inhibitors and prodrugs." Peptide Chemistry. 1996. 297-300 (1997)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Yoshiaki Kiso: "Design and synthesis of substrate-based peptidomimetic HIV protease inhibitors containing the hydroxymethylcarbonyl isostere." Biopolymers. 40・2. 235-244 (1996)
• [文献書誌] 木曽良明: "AIDS治療薬としてのHIVプロテアーゼ阻害薬-変異ウイルスと人類の共生は可能か-." 医学のあゆみ. 177・13. 962-968 (1996)
• [文献書誌] Yun-Xing Wang: "Solution NMR Evidence That the HIV-1 Protease Catalytic Aspartyl Groups Have Different Ionization States in the Complex Formed with the Asymmetric Drug KNI-272." Biochemistry. 35・31. 9945-9950 (1996)
• [文献書誌] Yasushi Ohno: "Solution conformations of KNI-272,a tripeptide HIV protease inhibitor designed on the basis of substrate transition state : Determined by NMR spectroscopy and simulated annealing calculations." Bioorg.Med.Chem.4・9. 1565-1572 (1996)
• [文献書誌] Yun-Xing Wang: "Bound water molecules at the interface between the HIV-1 protease and a potent inhibitor,KNI-272,determined by NMR." J.Am.Chem.Soc.118・49. 12287-12290 (1996)
• [文献書誌] A.Kiriyama: "Binding characteristics of KNI-272 to plasma proteins,a new potent tripeptide HIV protease inhibitor." Biopharmaceut.Drug Disp.17・9. 739-751 (1996)
• [文献書誌] Yoshiaki Kiso: "Design and synthesis of HIV protease inhibitors containing allophenylnorstatine as a transition-state mimic." Adv. Exp. Med. Biol.362. 413-423 (1995)
• [文献書誌] E. T. Baldwin: "Structure of HIV-1 protease with KNI-272: A transition state mimetic inhibitor containing allophenylnorstatine." Adv. Exp. Med. Biol.362. 445-449 (1995)
• [文献書誌] M. Sugawara: "Absorption of new HIV-1 protease inhibitor, KNI-272, after intraduodenal and intragastric administrations to rats: Effect of solvent." Biopharmaceut. Drug Disp.16. 269-277 (1995)
• [文献書誌] E. T. Baldwin: "Structure of HIV-1 protease with KNI-272, a tight-binding transition-state analog containing allophenylnorstatine." Structure. 3. 581-590 (1995)
• [文献書誌] 木曽良明: "ウイルス蛋白プロセッシングの阻害,HIVプロテアーゼインヒビター." Mebio. 12. 78-86 (1995)
• [文献書誌] Kenichi Akaji: "Efficient synthesis of alamethicin F-30 using a chloro imidazolidium coupling reagent, CIP." Tetrahedron Letters. 36. 9341-9344 (1995)