光により睡眠・摂食を制御する分子ツールの開発

2016 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 15K16557
• 研究機関: 筑波大学
• 研究代表者: 斉藤 毅 筑波大学, 国際統合睡眠医科学研究機構, 助教 (80609933)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2018-03-31
• キーワード: オレキシン / 睡眠 / 覚醒 / 作動薬 / ケージド化合物 / 拮抗薬

研究実績の概要

本研究は、「オレキシン神経伝達機構を作用部位・時間分解能を確保した解析を実現するための分子ツールの開発」を目的として、光により活性のon, offを制御できる光応答機能を付与した分子の開発を行うものである。本年度は、①オレキシン2受容体(OX2R)作動薬YNT-185の作用部位の特定と、②光反応性保護基を導入したOpto-185の合成研究を行った。また、③研究の過程で新規オレキシン受容体拮抗薬も見出した。
①YNT-185の作用部位の特定：YNT-185灌流下、マウス脳切片に対してパッチクランプレコーディングを行ったところ、覚醒中枢である結節乳頭体のヒスタミン神経(OX2Rを発現)において、優位な静止膜電位の上昇を確認した。また、この効果はOX2R拮抗薬により顕著に抑制された。さらに、腹腔内投与実験においては、優位に覚醒時間の延長を示した。投与後の組織免疫染色において結節乳頭体でc-Fos陽性細胞が優位に見られたことから、YNT-185は結節乳頭体のヒスタミン神経のOX2Rに対して作用し、覚醒作用を示すことが明らかとなった。
②光反応性保護基を導入したOpto-185の合成研究：光で活性をoff-on制御する分子としてOpto-185を分子設計し、合成検討を行った。
③新規オレキシン1受容体拮抗薬の発見：これまで、OX1Rについてはこれまで独自の選択的リガンドが保有していなかった。今回、一連の研究において構築してきたオレキシン受容体活性評価系を用いたスクリーニングにおいて、新規OX1R拮抗薬を見出した。

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

①YNT-185の作用部位の特定（達成）：本研究遂行にあたり、光により活性化させる分子の評価のためには確実に活性を示す部位の選定が研究の肝にあたる。しかしながら、OX2R作動薬YNT-185の脳内での主な作用部位は不明であった。報告者らは、当該年度にYNT-185の作用部位解明のために、電気生理学実験と免疫染色によりその主な作用部位の特定に成功した。
②光反応性保護基を導入したOpto-185の合成研究（60％達成）：活性を光でoff-on制御する分子の創製を目指し、前年度において見出した修飾可能部位に光反応性保護基の導入を行い、Opto-185の合成検討を行った。現在活性評価ならびに光脱保護反応のモデル実験を行っている。
③新規オレキシン1受容体拮抗薬の発見：本研究では、OX2R作動薬の光機能化を進めているが、OX1Rについてはこれまで独自の選択的リガンドが保有していなかった。今回、一連の研究において構築してきたオレキシン受容体活性評価系を用いたスクリーニングにおいて、新規OX1R拮抗薬を見出し、in vivoにおいて薬効を示すことを見出した。これにより、OX1Rの機能解明のための光機能性分子についても開発する地盤を得ることができた。

今後の研究の推進方策

本年度合成したOpto-185は微量で有り、詳細な光科学特性とアンケージング能の評価、薬理評価は困難である。そこで、最終年度はまずOpto-185の量的合成および光科学特性とアンケージング能の評価を行う。この評価により、マウス脳切片を用いたパッチクランプレコーディング実験における灌流薬液濃度およびアンケージング波長を決定する。パッチクランプレコーディング実験は、本年度に見出したYNT-185の主な標的部位である結節乳頭体核に焦点を当て、本神経核における光照射前後での神経活動変化を調査する。モニターする事象としては、OX2Rを発現するヒスタミン神経細胞の静止膜電位および活動電位の変化を、YNT-185をポジティブコントロールとして評価することとする。

研究成果

• [雑誌論文] Design and Synthesis of Potent and Highly Selective Orexin 1 Receptor Antagonists with a Morphinan Skeleton and their Pharmacologies (2017)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Nagase, Naoshi Yamamoto, Masahiro Yata, Sayaka Ohrui, Takahiro Okada, Tsuyoshi Saitoh, Noriki Kutsumura, Yasuyuki Nagumo, Yoko Irukayama-Tomobe, Yukiko Ishikawa, Yasuhiro Ogawa, Shigeto Hirayama, Daisuke Kuroda, Yurie Watanabe, Hiroaki Gouda, Masashi Yanagisawa
  • 雑誌名: Journal of Medicinal Chemistry 巻: 60 ページ: 1018ー1040
  • DOI: 10.1021/acs.jmedchem.6b01418
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] 睡眠覚醒を制御する世界初の分子：オレキシン２受容体作動薬YNT-185の創製 (2016)
  • 著者名/発表者名: 斉藤 毅，長瀬 博
  • 雑誌名: 和光純薬時報 巻: 84 ページ: 2-5
• [雑誌論文] 低分子オレキシン受容体アゴニストの創製 (2016)
  • 著者名/発表者名: 斉藤 毅，長瀬 博
  • 雑誌名: MEDCHEM NEWS 巻: 26 ページ: 90-96
  • 査読あり
• [学会発表] 低分子量オレキシン受容体2型作動薬YNT-185の組織学的、及び電気生理学的解析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 小川靖裕、入鹿山容子、富永拡、細川直人、斉藤毅、長瀬博、柳沢正史
  • 学会等名: 第90回日本薬理学会年会
  • 発表場所: 長崎新聞文化ホール（長崎県長崎市）
  • 年月日: 2017-03-15
• [学会発表] 新規低分子量オレキシン受容体作動薬YNT-185の全身炎症後の活動回復作用の検討 (2017)
  • 著者名/発表者名: 内田俊太郎、入鹿山容子、小川靖裕、富永拡、石川ゆい、木山麻衣子、斉藤毅、長瀬博、柳沢正史
  • 学会等名: 第90回日本薬理学会年会
  • 発表場所: 長崎新聞文化ホール（長崎県長崎市）
  • 年月日: 2017-03-15
• [学会発表] オレキシン 2 受容体作動薬 YNT-185 の創製 (2016)
  • 著者名/発表者名: 斉藤毅、永原崇志、沓村憲樹、中嶋龍、細川直人、入鹿山容子、小川靖裕、富永拡、黒田大介、合田浩明、藤井秀明、柳沢正史、長瀬博
  • 学会等名: 第34回メディシナルケミストリーシンポジウム サテライトセッション
  • 発表場所: つくば国際会議場（茨城県つくば市）
  • 年月日: 2016-11-30
  • 招待講演
• [学会発表] 低分子オレキシン受容体アゴニストの創製 (2016)
  • 著者名/発表者名: 斉藤毅、永原崇志、沓村憲樹、入鹿山容子、小川靖裕、富永拡、黒田大介、合田浩明、藤井秀明、柳沢正史、長瀬博
  • 学会等名: 第60回日本薬学会関東支部大会
  • 発表場所: 東京大学本郷キャンパス（東京都文京区）
  • 年月日: 2016-09-17
  • 招待講演
• [学会発表] オレキシン2受容体作動薬の設計・合成 (2016)
  • 著者名/発表者名: 長瀬博、永原崇志、斉藤毅、沓村憲樹、入鹿山容子、小川靖裕、黒田大祐、合田浩明、藤井秀明、柳沢正史
  • 学会等名: 第36回鎮痛薬・オピオイドペプチドシンポジウム
  • 発表場所: 北海道大学（北海道札幌市）
  • 年月日: 2016-08-19
  • 招待講演