RyR2特異的な阻害薬、活性化薬の開発と抗不整脈薬としての応用

• 研究課題/領域番号: 22K06652
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分47040:薬理学関連
• 研究機関: 順天堂大学
• 研究代表者: 呉林 なごみ 順天堂大学, 医学部, 客員准教授 (50133335)
• 研究分担者: 石田 良典 東京医科歯科大学, 生体材料工学研究所, 助教 (10937684) ; 小川 治夫 京都大学, 薬学研究科, 准教授 (40292726) ; 杉原 匡美 順天堂大学, 医学部, 准教授 (80648163)
• 研究期間 (年度): 2022-04-01 – 2025-03-31
• 研究課題ステータス: 交付 (2023年度)
• 配分額: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円); 2024年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円); 2023年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円); 2022年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
• キーワード: 2型リアノジン受容体 / 不整脈 / 抗不整脈薬 / カルシウム / 機能抑制型変異 / 心筋 / 創薬

研究開始時の研究の概要

心室性不整脈は生命を脅かす重篤な疾患で、カテコラミン誘発性多型性心室頻拍などの遺伝性疾患に加え、慢性心不全においても起こり易い。これらの不整脈に対する既存の治療薬は効果が不十分な事があり、副作用が強いという問題点もあるため、より良い抗不整脈薬が求められる。本計画では、心筋筋小胞体Ca遊離チャネルであるRyR2に着目し、薬物構造展開と、クライオ電子顕微鏡によるRyR2-薬物複合体構造の解析により、RyR2特異的阻害薬および活性化薬を最適化し、マウスモデルを用いて、開発したRyR2作用薬による不整脈の薬物治療法を確立する。

研究実績の概要

2型リアノジン受容体(RyR2)の疾患変異には機能亢進型と機能喪失型があり、どちらも不整脈を惹起するが、元となる原因が正反対であるため両者の治療法は異なると考えられる。論理的には、機能亢進型にはRyR2阻害薬が、機能喪失型にはRyR2活性化薬が治療薬となると考えられるが、そのような薬は存在しないため、まだ実証されていない。この仮説を検証するため、我々は下記の計画を立てた。すなわち（１）まず、RyR2阻害薬および活性化薬の元となるシーズ化合物を見出し（２）シーズ化合物の構造展開により、さらに親和性の高い化合物を開発する（３）そして、実際に変異RyR2を発現する細胞を用い、その効果を検証した後（４）不整脈を発症するRyR2変異モデルマウスを導入して開発した化合物の抗不整脈効果を検証する、という計画である。
（１）RyR2阻害薬については、RyR2およびER Caセンサー蛋白発現細胞を用いたハイスループットスクリーニングにより、約10種類のRyR2阻害薬および活性化薬シーズを見出した。（２）５種類のシーズ化合物の構造展開を行い、１種類の高親和性RyR2特異的阻害化合物、およびいくつかの中程度のRyR2特異的阻害剤を見いだした。また、活性化薬もシーズから構造展開を行っているところである。（３）構造展開より開発されたRyR2特異的阻害剤の効果検証については、培養細胞を用いた実験で特異性を確認し、（４）実際に機能亢進型RyR2変異モデルマウスにおける不整脈に対し、明らかな強い不整脈抑制効果を示すことが確認できた。これらの研究成果について、４報の論文報告を行った

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

本研究の主題である、RyR2阻害薬および活性化薬のうち、RyR2阻害薬については、非常に順調に進捗している。すなわち、高親和性のRyR2阻害薬を開発でき、実際の不整脈モデルマウスの不整脈に強い抑制効果を示すことが分かってきた。この化合物は、現在のところ、心臓の他のイオンチャネルや受容体に対し非特異的効果がみられないので、RyR2阻害が抗不整脈効果を持つことが証明できそうである。
一方、RyR2活性化薬の方は、まだ構造展開中である。またこれを検証するための細胞系は出来たが、マウスはまだ作製できていない。

今後の研究の推進方策

RyR2阻害薬に関しては、論文報告を進める。
RyR2活性化薬に関しては、モデルマウスの準備を進めると共に、iPS心筋細胞における検証を検討する。

研究成果

• [雑誌論文] Novel Calmodulin Variant p.E46K Associated With Severe Catecholaminergic Polymorphic Ventricular Tachycardia Produces Robust Arrhythmogenicity in Human Induced Pluripotent Stem Cell-Derived Cardiomyocytes. (2023)
  • 著者名/発表者名: Gao J, Makiyama T, Yamamoto Y, Kobayashi T, Aoki H, Maurissen TL, Wuriyanghai Y, Kashiwa A, Imamura T, Aizawa T, Huang H, Kohjitani H, Nishikawa M, Chonabayashi K, Fukuyama M, Manabe H, Nakau K, Wada T, Kato K, Toyoda F, Yoshida Y, Makita N, Woltjen K, Ohno S, Kurebayashi N, Murayama T, Sakurai T, Horie M, Kimura T.
  • 雑誌名: Circulation: Arrhythmia and Electrophysiology 巻: 16 号: 3 ページ: 9999-9999
  • DOI: 10.1161/circep.122.011387
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] A potent and selective cis-amide inhibitor of ryanodine receptor 2 as a candidate for cardiac arrhythmia treatment (2023)
  • 著者名/発表者名: Ishida Ryosuke、Kurebayashi Nagomi、Iinuma Hiroto、Zeng Xi、Mori Shuichi、Kodama Masami、Murayama Takashi、Masuno Hiroyuki、Takeda Fumi、Kawahata Masatoshi、Tanatani Aya、Miura Aya、Nishio Hajime、Sakurai Takashi、Kagechika Hiroyuki
  • 雑誌名: European Journal of Medicinal Chemistry 巻: 262 ページ: 115910-115910
  • DOI: 10.1016/j.ejmech.2023.115910
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Drug development for the treatment of RyR1-related skeletal muscle diseases (2023)
  • 著者名/発表者名: Takashi Murayama, Nagomi Kurebayashi, Ryosuke Ishida, Hiroyuki Kagechika
  • 雑誌名: Current Opinion in Pharmacology 巻: 69 ページ: 102356-102356
  • DOI: 10.1016/j.coph.2023.102356
  • 査読あり
• [雑誌論文] Screening for Novel Type 2 Ryanodine Receptor Inhibitors by Endoplasmic Reticulum Ca²⁺Monitoring (2023)
  • 著者名/発表者名: Takenaka Mai、Kodama Masami、Murayama Takashi、Ishigami-Yuasa Mari、Mori Shuichi、Ishida Ryosuke、Suzuki Junji、Kanemaru Kazunori、Sugihara Masami、Iino Masamitsu、Miura Aya、Nishio Hajime、Morimoto Sachio、Kagechika Hiroyuki、Sakurai Takashi、Kurebayashi Nagomi
  • 雑誌名: Molecular Pharmacology 巻: 104 号: 6 ページ: 275-286
  • DOI: 10.1124/molpharm.123.000720
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] A reconstituted depolarization-induced Ca2+ release platform for validation of skeletal muscle disease mutations and drug discovery (2022)
  • 著者名/発表者名: Murayama Takashi、Kurebayashi Nagomi、Numaga-Tomita Takuro、Kobayashi Takuya、Okazaki Satoru、Yamashiro Kyosuke、Nakada Tsutomu、Mori Shuichi、Ishida Ryosuke、Kagechika Hiroyuki、Yamada Mitsuhiko、Sakurai Takashi
  • 雑誌名: Journal of General Physiology 巻: 154 号: 12
  • DOI: 10.1085/jgp.202213230
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Development of a water-soluble ryanodine receptor 1 inhibitor (2022)
  • 著者名/発表者名: Ishida Ryosuke、Mori Shuichi、Murayama Takashi、Nakamichi Ayaka、Chai Xikun、Kurebayashi Nagomi、Iinuma Hiroto、Kagechika Hiroyuki
  • 雑誌名: Bioorganic & Medicinal Chemistry 巻: 74 ページ: 117027-117027
  • DOI: 10.1016/j.bmc.2022.117027
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Mice with R2509C-RYR1 mutation exhibit dysfunctional Ca2+ dynamics in primary skeletal myocytes (2022)
  • 著者名/発表者名: Tsuboi Yoshitaka、Oyama Kotaro、Kobirumaki-Shimozawa Fuyu、Murayama Takashi、Kurebayashi Nagomi、Tachibana Toshiaki、Manome Yoshinobu、Kikuchi Emi、Noguchi Satoru、Inoue Takayoshi、Inoue Yukiko U.、Nishino Ichizo、Mori Shuichi、Ishida Ryosuke、Kagechika Hiroyuki、Suzuki Madoka、Fukuda Norio、Yamazawa Toshiko
  • 雑誌名: Journal of General Physiology 巻: 154 号: 11
  • DOI: 10.1085/jgp.202213136
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Involvement of kallikrein‐PAR2‐proinflammatory pathway in severe trastuzumab‐induced cardiotoxicity (2022)
  • 著者名/発表者名: Sasaki Ritsuko、Kurebayashi Nagomi、Eguchi Hidetaka、Horimoto Yoshiya、Shiga Takahiro、Miyazaki Sakiko、Kashiyama Taku、Akamatsu Wado、Saito Mitsue
  • 雑誌名: Cancer Science 巻: 113 号: 10 ページ: 3449-3462
  • DOI: 10.1111/cas.15508
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Heat-hypersensitive mutants of ryanodine receptor type 1 revealed by microscopic heating (2022)
  • 著者名/発表者名: Oyama Kotaro、Zeeb Vadim、Yamazawa Toshiko、Kurebayashi Nagomi、Kobirumaki-Shimozawa Fuyu、Murayama Takashi、Oyamada Hideto、Noguchi Satoru、Inoue Takayoshi、Inoue Yukiko U.、Nishino Ichizo、Harada Yoshie、Fukuda Norio、Ishiwata Shin’ichi、Suzuki Madoka
  • 雑誌名: Proceedings of the National Academy of Sciences 巻: 119 号: 32
  • DOI: 10.1073/pnas.2201286119
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Molecular basis for gating of cardiac ryanodine receptor explains the mechanisms for gain- and loss-of function mutations (2022)
  • 著者名/発表者名: Kobayashi Takuya、Tsutsumi Akihisa、Kurebayashi Nagomi、Saito Kei、Kodama Masami、Sakurai Takashi、Kikkawa Masahide、Murayama Takashi、Ogawa Haruo
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 13 号: 1 ページ: 2821-2821
  • DOI: 10.1038/s41467-022-30429-x
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] Kurebayashi Nagomi (2024)
  • 著者名/発表者名: Kurebayashi, Nagomi
  • 学会等名: 第101回 日本生理学会大会, 小倉
• [学会発表] Effects of a high-affinity and selective RyR2 inhibitor on Ca2+ signals in cardiomyocytes and arrhythmias in CPVT model mice (2024)
  • 著者名/発表者名: Kurebayashi, Nagomi
  • 学会等名: Biophysical Society Annual Meeting, Philadelphia
  • 国際学会
• [学会発表] Development of RyR2 inhibitors and verification of their effects on CPVT mouse models (2023)
  • 著者名/発表者名: Kurebayashi, Nagomi
  • 学会等名: オーストラリア 生理学会, 日豪合同シンポジウム, メルボルン
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Effects of a novel RyR2 selective inhibitor on malignant arrhythmias in CPVT model mice (2023)
  • 著者名/発表者名: Kurebayashi, Nagomi
  • 学会等名: FAOPS Congress 2023, at daegu 韓国
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] A novel, high-affinity and selective RyR2 inhibitor effectively suppresses lethal arrhythmias in CPVT mouse models (2023)
  • 著者名/発表者名: Kurebayashi, Nagomi
  • 学会等名: Gordon Reserach Conference, Muscle: Excitation-contraction coupling
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Arrhythmia severity in mouse models harboring RyR2 mutations with varied extent of channel activity (2023)
  • 著者名/発表者名: Kurebayashi N, Kodama M, Murayama T, Sugihara M, Konishi M, Miura A, Nishio H, Inoue YU, Inoue T, Noguchi S and Sakurai T
  • 学会等名: 67th Biophysical Society Anual lMeeting
  • 国際学会
• [学会発表] Relationship between disease phenotype and mutant RyR2 channel activity in CPVT mouse models (2023)
  • 著者名/発表者名: Kurebayashi N, Kodama M, Murayama T, Sugihara M, Konishi M, Miura A, Nishio H, U-Inoue Y, Inoue T, Satoru N and Sakurai T
  • 学会等名: 第100回 日本生理学会大会
• [学会発表] 複数のRyR2変異マウスモデル系統を用いたカテコラミン誘発性多型性心室頻拍（CPVT）に対する抗不整脈薬の評価 (2022)
  • 著者名/発表者名: 呉林なごみ, 児玉昌美, 村山尚, 杉原匡美, 石井光一郎, 岡部雄太, 村越伸行, 三浦綾, 西尾元, 井上-上野由紀子, 井上高良, 野口悟, 中村衣里, 金井富三夫, 多田昇弘 櫻井隆
  • 学会等名: 第96回日本薬理学会年会
• [備考] 順天堂大学大学院 細胞・分子薬理学
  • URL: http://pharmacology.sakura.ne.jp/
• [備考] 順天堂大学大学院 細胞・分子薬理学 業績
  • URL: http://pharmacology.sakura.ne.jp/jp/publication.html
• [備考] リサーチマップ 呉林なごみ
  • URL: https://researchmap.jp/read0025294