| 研究課題/領域番号 |
18K06588
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| 研究機関 | 昭和大学 |
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研究代表者 |
福原 潔 昭和大学, 薬学部, 教授 (70189968)
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| 研究分担者 |
水野 美麗 昭和大学, 薬学部, 助教 (60766195)
大野 彰子 国立医薬品食品衛生研究所, 安全性予測評価部, 主任研究官 (70356236)
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| 研究期間 (年度) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| キーワード | アルツハイマー病 / アミロイドβ / カテキン / フィセチン / プロシアニジン |
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| 研究実績の概要 |
アルツハイマー病の原因は高い凝集能と強力な神経細胞毒性を有するアミロイドβタンパク質であると考えられている。カテキンなどの天然の抗酸化物質はアミロイドβの凝集を阻害する。我々はカテキンの立体構造を化学修飾により平面に固定化した「平面型カテキン」が、強力な抗酸化作用とアミロイドβの凝集阻害作用を示すことを明らかにした。カテキンの重合体であるプロシアニジンは抗酸化作用や動脈硬化抑制作用を示し、その作用は重合度が増すほど強くなる。そこで本研究では、近年アルツハイマー病における認知障害の改善作用が報告されたカテキンの三量体の高機能化を目標として、構成単位のカテキンの立体構造を平面に固定化した誘導体の設計・合成を行い、抗酸化活性、アミロイドβ凝集阻害作用、神経細胞毒性抑制作用を明らかにする。昨年度はカテキン二量体とその平面固定化体の合成方法を確立し、カテキン二量体の構造を平面に固定化すると抗酸化活性が増強することを明らかにした。しかしながら、アルツハイマー病などの酸化ストレス性疾患の予防・治療にはさらに強力な抗酸化力が必要である。そこで令和元年度は新たな構成単位としてカテキンおよびフィセチンに電子供与基としてメチル基を導入した化合物を設計・合成した。抗酸化活性を測定したところ、メチル基を導入することで抗酸化活性が飛躍的に増強することがわかった。これらの化合物は、カテキン二量体および三量体の構成単位として有用であることから、平面型カテキンとともに重合体への導入について検討を行う予定である。
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| 現在までの達成度 (区分) |
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
本研究ではアミロイドβの凝集過程に作用する新たなアルツハイマー病治療薬の開発を目的として、カテキンの重合体の立体構造を平面に固定化した化合物の設計・合成を行う。また、合成した化合物についてアミロイド仮説に基づく生物試験を行い、治療薬としての有用性を検討する。令和元年度はカテキン重合体の構成単位として平面型カテキンよりもさらに強力な抗酸化活性を有する化合物について検討を行った。フェノール性化合物の抗酸化活性を増強させるためには強力な還元力を有することが必要である。そこでカテキンおよびフィセチンに電子供与基としてメチル基を導入した化合物の設計・合成を行なった。カテキンのジメチル誘導体はカテコールにBetti反応によりメチル基を導入し、さらにホルミル化を経て桂皮酸誘導体を合成した。フロログルシノール誘導体とアルドール縮合反応を行ってカルコン構造に変換後、酸化的環化反応によってカテキン骨格へと導き、さらに脱保護によってジメチルカテキンを合成した。フィセチンのジメチル誘導体も同様の方法でカテコールのジメチル誘導体から、カルコン誘導体へと導いた後、Alger-Flynn-Oyamada反応によって環化し、脱保護によって合成した。モノメチルフィセチンはメチルカテコールから同様の方法で合成を行なった。これらの化合物の抗酸化活性は、ガルビノキシルラジカルに対するラジカル消去反応の速度論的解析を行うことで検討した。その結果、平面型カテキンはカテキンの約5倍の抗酸化活性を有するが、ジメチル誘導体は約28倍強力な活性を示した。さらにフィセチンはジメチル化によって約21倍、モノメチル化によって約220倍の非常に強力な抗酸化活性を示すことがわかった。モノメチルフィセチンの抗酸化活性が飛躍的に増強したのは、分子の平面性がメチル基の導入によっても影響を受けないためと考えられる。
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| 今後の研究の推進方策 |
1. カテキン三量体とその平面固定化体・メチル体の合成
本研究で確立した二量体の合成方法を利用してカテキン三量体（Cat-Cat-Cat）とその平面固定化体の合成を行う。Cat-Cat-CatはCat-Catに脱離基を導入したカテキンを付加して合成する。また、平面型カテキンおよびカテキンとフィセチンのメチル誘導体を導入した三量体を合成する。
2. 抗酸化活性、アミロイドβ由来神経細胞毒性の阻害活性の評価
a) 抗酸化活性：活性酸素のモデル化合物に対するラジカル消去反応を用いて速度論的解析を行う。b) 凝集阻害活性：チオフラビンT法を用いて、アミロイドβの凝集反応に対する阻害効果を明らかにする。強力な凝集阻害効果を示した化合物については，円偏光二色性スペクトルを測定して、アミロイドβの立体構造への化合物の相互作用を解析する．c) アミロイド線維の形態の精査：透過型電子顕微鏡を用いてアミロイド線維形成への化合物の影響を明らかにする。d) 神経細胞毒性抑制効果： アミロイドβは凝集の過程で活性酸素を発生して神経細胞(SH-SY5Y)にアポトーシスを誘導する。この系に化合物を添加して神経細胞毒性に対する抑制効果を評価する。
3.構造活性相関の検討と新規カテキン三量体の設計
合成した化合物について分子軌道計算を行い、最安定化構造、HOMO軌道、イオン化エネルギー、LogP等を求める。これらの物性値と生物活性との相関について検討を行い、アミロイドβによる神経細胞毒性に対して阻害活性の発現に必要な構造的特徴を明らかにし、これらの情報を基に新規カテキン三量体の構造最適化と合成を行う。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
当初の計画予定だったアミロイドβを用いる凝集阻害試験と神経細胞毒性試験を来年度に行うことになったので、アミロイドβの購入費用が残った。これらの実験を含めたアミロイドβを用いる物理化学試験および生物試験は次年度に行う予定である。
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