疾患特異的な環境変化を利用した診断、治療薬の創製

2016 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 15K08019
• 研究機関: 東京医科歯科大学
• 研究代表者: 平野 智也 東京医科歯科大学, 生体材料工学研究所, 准教授 (20396980)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2018-03-31
• キーワード: 蛍光 / バイオイメージング / pH / 粘性 / がん

研究実績の概要

特定の疾患状態にある組織を検出する手法は、診断、治療において重要となる。そのため濃度、活性が向上している蛋白質、遺伝子変異等のバイオマーカーを探索する研究がこれまで盛んに行われてきた。しかし、マーカーとして見出された分子種が疾患組織のみで発現していない場合があることや、検出を行うために酵素反応等が必要であることから瞬時に検出することが難しい等の問題があった。そこで本研究では、疾患組織特異的に起こるpH、粘性、温度等の環境変化に着目し、こうした変化を検出する新規蛍光センサーの開発を行った。
pH変化を検出する蛍光センサーにおいては昨年度までに、pH 6付近というガン組織の検出に有用なセンサーの開発に成功していた。平成28年度では、本センサーを、pHが中性である7.4から、6.0、5.0付近へと段階的に変化していくエンドサイトーシス過程の解析に応用するために、リガンド分子等との複合体形成を可能とする誘導体化を行った。粘性変化を検出するセンサーにおいては、複素環の導入、蛍光団の変換などの構造の最適化を進めた結果、検出する粘性領域が変化する、蛍光変化の様式が異なるなどの、より有用なセンサー得ることに成功した。また、これまでの粘性変化を検出する蛍光センサーでは、分子内運動の制御に基づく蛍光強度変化が主な機構であった。これに対して、我々が合成したセンサー群の機能の解析から、分子内運動制御ではない機構が蛍光変化に関与していることが示唆された。こうした知見は、新たな機能性分子の開発においても有用となる。

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

平成28年度では、我々が開発したpH 6付近の環境を検出可能な蛍光センサーを、エンドサイトーシス過程の解析等に用いるための誘導体化に成功した。本分子は生理機能解析のみならず、疾患組織の高発現している受容体に対するリガンド分子との複合体とすることにより、高選択的な疾患イメージングなどに応用可能である。粘性変化を検出するセンサーにおいては、その機能が改善した誘導体の開発に成功している。さらに、研究実績の概要でも述べたように、我々のセンサー独特の蛍光変化機構は、実用面だけでなく光化学の分野においても重要な知見となる。
こうしたこれまでにない有用な機能を持った蛍光センサーおよび、学術的にも重要な知見を産み出していることは、本研究の順調な進捗を示している

今後の研究の推進方策

前項までに述べたように、pH変化、粘性変化を検出する蛍光センサーに関しては、がんなどの疾患イメージングへの展開を目指す。また、こうした蛍光センサーの開発するためのシーズとして天然物に着目した研究も進める。既に植物に由来する天然物から、蛍光性天然物数種類が得ており、これらの誘導体の合成およびその蛍光特性の解析を進め、蛍光に必要な構造要素を明らかにする。また、様々な条件における蛍光変化を解析することにより、pH、粘性、さらに温度などのこれまでのセンサーでは検出が困難であった環境変化を検出するセンサーの開発も目指す。また、これまでの研究で開発したセンサーの機能に必要な構造要素を組み合わせることによる、多機能性のセンサー開発も進める。
また、本研究課題で開発する環境変化検出蛍光センサーの機能を利用して、疾患状態にある環境選択的に作用する治療薬の開発を行う。近年こうした治療薬としては、生理活性に必須な官能基を、光により脱保護される光反応性保護基で修飾したCaged阻害剤が開発されている。こうした化合物は光照射という時間と空間を限局した部位で阻害剤の活性を賦活化することが可能であるが、光照射すべき部位の同定が困難であるという問題があった。そこで本研究では、蛍光センサー開発で得られた知見を用いて環境応答型Caged阻害剤の開発を目指す。すなわち、正常組織の環境下では光照射による活性の賦活化が起こらないが、疾患組織の環境下では活性の賦活化が起こる機能を有する、環境応答型Caged阻害剤の開発である。我々はこれまでにヒストン修飾酵素阻害剤等の治療薬候補物質を開発しており、本分子を基に環境応答型Caged阻害剤を開発し、疾患組織選択的に作用する治療薬へと展開する。

研究成果

• [雑誌論文] Development of 6-Arylcoumarins as Nonsteroidal Progesterone Antagonists. Structure-activity Relationships and Fluorescence Properties. (2016)
  • 著者名/発表者名: Marie Kinoshita, Mai Negishi, Haruka Sakai, Tomoya Hirano, Shuichi Mori, Shinya Fujii, Hiroyuki Kagechika, Aya Tanatani
  • 雑誌名: Bioorganic & Medicinal Chemistry 巻: 24 ページ: 5602-5610
  • DOI: 10.1016/j.bmc.2016.09.020
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Structural development of canthin-5,6-dione moiety as a fluorescent dye and its application to novel fluorescent sensors (2016)
  • 著者名/発表者名: Hidetomo Yokoo, Ayumi Ohsaki, Hiroyuki Kagechika, Tomoya Hirano
  • 雑誌名: Tetrahedron 巻: 72 ページ: 5872-5879
  • DOI: 10.1016/j.tet.2016.08.014
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Steric structure-activity relationship of cyproheptadine derivatives as inhibitors of histone methyltransferase SET7/9 (2016)
  • 著者名/発表者名: Takashi Fujiwara, Kasumi Ohira, Ko Urushibara, Akihiro Ito, Minoru Yoshida, Misae Kanai, Aya Tanatani, Hiroyuki Kagechika, Tomoya Hirano
  • 雑誌名: Bioorganic & Medicinal Chemistry 巻: 24 ページ: 4318-4323
  • DOI: 10.1016/j.bmc.2016.2016.07.024
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Development of an ‘OFF-ON-OFF’ fluorescent pH sensor suitable for the study of intracellular pH (2016)
  • 著者名/発表者名: Tomoya Hirano, Yuki Noji, Takuya Shiraishi, Mari Ishigami-Yuasa, Hiroyuki Kagechika
  • 雑誌名: Tetrahedron 巻: 72 ページ: 4925-4930
  • DOI: 10.1016/j.tet.2016.06.065
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Identification of cyproheptadine as an inhibitor of SET domain containing lysine methyltransferase 7/9 (Set7/9) that regulates estrogen-dependent transcription (2016)
  • 著者名/発表者名: Yasushi Takemoto, Akihiro Ito, Hideaki Niwa, Mutsumi Okamura, Takashi Fujiwara, Tomoya Hirano, Noriko Handa, Takashi Umehara, Takeshi Sonoda, Kenji Ogawa, Mohammad Tariq, Norikazu Nishino, Shingo Dan, Hiroyuki Kagechika, Takao Yamori, Shigeyuki Yokoyama, Minoru Yoshida
  • 雑誌名: Journal of Medicinal Chemistry 巻: 59 ページ: 3650-3660
  • DOI: 10.1021/acs.jmedchem.5b01732
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [学会発表] 6-アリールクマリンおよび1,5-ナフチリジン-2-オン誘導体の環境応答性蛍光物質としての機能解析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 平野智也、横尾英知、加藤大輝、影近弘之
  • 学会等名: 日本薬学会第137年会
• [学会発表] レチノイドの生合成および分布の変化を解析する蛍光センサーの開発 (2017)
  • 著者名/発表者名: 今井田和紘、平野智也、影近弘之
  • 学会等名: 日本化学会第97春季年会
• [学会発表] o-(p-シアノフェニル)フェノール構造を有する蛍光物質群の粘性センサーとしての機能解析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 加藤大輝、平野 智也、影近弘之
  • 学会等名: 日本化学会第97春季年会
• [学会発表] 蛍光性天然物を基にした環境応答型新規蛍光物質の開発 (2017)
  • 著者名/発表者名: 横尾英知、平野智也、大崎愛弓、影近弘之
  • 学会等名: 日本化学会第97春季年会
• [学会発表] 蛍光性天然物に由来する新規蛍光物質の開発 (2016)
  • 著者名/発表者名: 横尾英知, 平野智也, 大崎愛弓, 影近弘之
  • 学会等名: 第42回反応と合成の進歩シンポジウム
  • 発表場所: 清水文化会館（静岡）
  • 年月日: 2016-11-07 – 2016-11-08
• [学会発表] Development of facile method to detect the activity of histone methyltransferase based on SNAr reaction (2016)
  • 著者名/発表者名: Yusuke Okazaki, Takashi Fujiwara, Asuka Takaguchi, Tomoya Hirano, Shuichi Mori, Hiroyuki Kagechika
  • 学会等名: 5th Annual Conference of the International Chemical Biology Society, Madison
  • 発表場所: Madison, USA
  • 年月日: 2016-10-24 – 2016-10-26
  • 国際学会
• [学会発表] 可視光励起により特定pH領域の微小環境を検出する蛍光センサーの開発と応用 (2016)
  • 著者名/発表者名: 野地優希、平野智也、白石拓也、影近弘之
  • 学会等名: 第60回日本薬学会関東支部大会
  • 発表場所: 東京大学（東京）
  • 年月日: 2016-09-17 – 2016-09-17
• [学会発表] Cyproheptadineを基にしたヒストンメチル化酵素Set7/9阻害剤の開発 (2016)
  • 著者名/発表者名: 平野道丈、平野智也、藤原敬士、大平香澄、吉田稔、伊藤昭博、影近弘之
  • 学会等名: 第60回日本薬学会関東支部大会
  • 発表場所: 東京大学（東京）
  • 年月日: 2016-09-17 – 2016-09-17
• [学会発表] SNAr反応を利用したヒストンメチル化酵素Set7/9の活性検出法の開発 (2016)
  • 著者名/発表者名: 岡崎優祐、藤原敬士、平野智也、森修一、影近弘之
  • 学会等名: 第60回日本薬学会関東支部大会
  • 発表場所: 東京大学（東京）
  • 年月日: 2016-09-17 – 2016-09-17
• [学会発表] Development of fluorescent sensors for microenvironmental change based on fluorescent compounds library (2016)
  • 著者名/発表者名: Tomoya Hirano, Takuya Shiraishi, Yuki Noji, Daiki Kato, Hiroyuki Kagechika
  • 学会等名: 252nd ACS National Meeting
  • 発表場所: Philadelphia, USA
  • 年月日: 2016-08-21 – 2016-08-24
  • 国際学会
• [学会発表] Development of Novel Fluorescent Sensors Based on Fluorescent Natural Compounds (2016)
  • 著者名/発表者名: Hidetomo Yokoo, Tomoya Hirano, Ayumi Ohsaki, Hiroyuki Kagechika
  • 学会等名: 252nd ACS National Meeting
  • 発表場所: Philadelphia, USA
  • 年月日: 2016-08-21 – 2016-08-24
  • 国際学会
• [学会発表] 特定のpH領域にある微小環境を検出する蛍光センサー群の開発と応用 (2016)
  • 著者名/発表者名: 野地優希, 平野智也, 齋藤俊樹, 白石拓也, 影近弘之
  • 学会等名: 日本ケミカルバイオロジー学会 第11回年会
  • 発表場所: 京都テルサ（京都）
  • 年月日: 2016-06-15 – 2016-06-17
• [備考] 東京医科歯科大学薬化学分野ホームページ
  • URL: http://www.tmd.ac.jp/mri/omc/