堅固な三次元構造と作用分離特性を持つ芳香族ビタミンDのde novo設計と合成

2000 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 11694253
• 研究機関: 東京医科歯科大学
• 研究代表者: 山田 幸子 東京医科歯科大学, 生体材料工学研究所, 教授 (10014078)
• 研究分担者: 山本 恵子 東京医科歯科大学, 生体材料工学研究所, 助手 (90147017) ; 清水 正人 東京医科歯科大学, 生体材料工学研究所, 助教授 (50126231)
• キーワード: ビタミンD / 核内受容体 / ホモロジーモデリング / アナログ / ノンステロイドビタミンD / 作用分離 / 構造活性相関 / 三次元構造

研究概要

1)ビタミンD受容体(VDR)のリガンド結合領域の三次元構造を、同一の核内受容体サブファミリーに属し、最もホモロジーの高いヒトレチノイン酸受容体(hRARγ)の結晶構造に基づいてコンピューター的にホモロジーモデリング法で構築した。天然リガンド(1、25-(OH)2D3)をリガンド結合ポケット(LBP)にドックし、LBP内でリガンドと相互作用を持つアミノ酸残基を同定した.その正当性は、点変異実験によって証明した.すなわち、リガンドと相互作用を持つと予測されるアミノ酸残基体の点変異体を全て作成し、それらの生物活性(1,25-(OH)2D3との結合性および遺伝子転写活性化能)を検討することで評価した。LBPを形成するアミノ酸残基とリガンドと相互作用を持つアミノ酸残基は、ほぼ同時に報告された変異VDR(結晶化のために人工的に構造修飾された変異体)の結晶構造と良く一致した。この結果から、我々のモデルの正当性が評価されると共に25%程度の同一性をもつ核内受容体の三次元構造がかなりの信頼性をもってホモロジーモデルできることを証明した。また、LBPの三次元構造に基づく構造基盤設計が可能となった.
2)上記VDR三次元構造に基づいて、ビタミンDのAおよびC環部にベンゼン環を導入したノンステロイドビタミンDを構造基盤設計した.それらは、パラヂウム触媒を用いるsuzukiカップリングを鍵反応にして合成した.現在約10種の合成に成功している。これらの生物活性、VDR結合活性とVDR支配遺伝子の転写活性化、は現在検討中である.その他、10種のA環フッ素化ビタミンDの合成に成功した.また、安価なD-グルコースを原料に用いる19-ノルビタミンDのA環シントンの新合成法を確立した.

研究成果

• [文献書誌] 清水正人: "4,4-Difluoro-1α, 25-dihydroxyvitamin D_3 : Analog to Probe A-Ring Conformation in Vitamin D-Receptor Complex"Tetrahedron Lett.. 40. 1697-1700 (1999)
• [文献書誌] 山本恵子: "Three-dimensional structure-function relationship of vitamin D : Side chain location and various activities"Bioorg.Med.Chem.Lett.. 9. 1041-1046 (1999)
• [文献書誌] 山田幸子: "ビタミンDの三次元構造活性相関"ビタミン. 73. 511-525 (1999)
• [文献書誌] 山本恵子: "有機銅試薬の共役付加反応における面選択制と反応機構:一般則の提案"有機合成化学協会誌. 57. 53-64 (1999)
• [文献書誌] 山田幸子: "新しいビタミンD誘導体と構造活性相関"BIO Clinica. 14. 1161-1167 (1999)
• [文献書誌] 増野弘幸: "核内レセプターリガンド結合領域の立体構造とリガンド認識"生体材料工学研究所報告. 33. 5-13 (1999)
• [文献書誌] 山本恵子: "Three-Dimensional Modeling of and Ligand Docking to Vitamin D Receptor Ligand-Binding Domain"Proc.Natl.Acad.Sci.USA. 97. 1467-1472 (2000)
• [文献書誌] 山田幸子: "Structure-Function Analysis of Vitamin D and VDR Model"Curr.Phar.Design.. 6(印刷中). (2000)
• [文献書誌] 山本恵子: "ビタミンD誘導体の構造活性相関"腎と骨代謝. 13. 159-167 (2000)
• [文献書誌] 清水正人: "Synthesis of (10Z)-and (10E)-19-Fluoro-1α, 25-dihydroxyvitamin D_3 : Compounds to Probe Vitamin D Conformation in Receptor Complex by ^<19>F-NMR"Chem.Pharm.Bull.. 48. 1484-1493 (2000)
• [文献書誌] 山田幸子: "活性型ビタミンD誘導体と構造活性相関:核内受容体全般の三次元構造と転写活性化機能に関連して"The Bone. 14. 203-208 (2000)
• [文献書誌] 榊利之: "Dual metabolic pathway of 25-hydroxyvitamin D_3 catalyzed by human CYP24"Eur.J.Biochem.. 267. 6158-6165 (2000)
• [文献書誌] 山田幸子: "Three-dimensional structure-function relationship of vitamin D and vitamin D receptor model"Steroids. 66. 177-187 (2001)
• [文献書誌] 山本恵子: "計算化学と合成化学を駆使したビタミンDの三次元構造活性相関"有機合成化学協会誌. 59. 131-141 (2001)
• [文献書誌] 清水正人: "(10Z)-and (10E)-19-Fluoro-1α, 25-dihydroxyvitamin D_3 ; An Improved Synthesis via 19-Nor-10-oxo-vitamin D"Chem.Pharm.Bull.. 49. 312-317 (2001)
• [文献書誌] 山田幸子(加藤茂明 他 編): "実験医学増刊:細胞膜、核内れ背賦他-と脂溶性シグナル分子"羊土社. 217 (2000)
• [文献書誌] 山田幸子(松本俊夫 他 編): "選択的エストロゲン受容体モジュレーター:SERM"医療ジャーナル. 215 (2001)
• [文献書誌] 清水正人(Norman AW 他 編): "Vitamin D Endocrine System (A-ring conformation and biological activity : Based on the studies of fluorovitamin D analogs)"Pringting and Reprographics, University of California. 1013 (2000)
• [文献書誌] 崔美花(Norman AW 他 編): "Vitamin D Endocrine System (3D Structure of VDR ligand binding domain and structure-function relationship of vitamin D, 1 ; Alanine scanning mutation analysis of amino-acid residues lining ligand binding pocket and assignment of the role of each amino acid)"Pringting and Reprographics, University of California. 1013 (2000)
• [文献書誌] 山本恵子(Norman AW 他 編): "Vitamin D Endocrine System (Structure of VDR ligand binding domain and Structure-function relationship of vitamin D 2 ; VDR docking behavior and activity relationship of typical vitamin D analogs)"Pringting and Reprographics, University of California. 1013 (2000)
• [文献書誌] 山田幸子(秋澤忠男 他 編): "ビタミンD Update 2001"メディカルカルチュア(印刷中). (2001)
• [文献書誌] 山田幸子(西井易穂 他 編): "カルシウムと骨"朝倉書店(印刷中). (2001)