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2022 年度 実施状況報告書

多成分連結型天然物ビルドアップライブラリー法の確立

研究課題

研究課題/領域番号 22K15241
研究機関北海道大学

研究代表者

勝山 彬  北海道大学, 薬学研究院, 助教 (20824709)

研究期間 (年度) 2022-04-01 – 2024-03-31
キーワードペプチド / 天然物 / 化合物ライブラリー / ケミカルライゲーション
研究実績の概要

多成分ビルドアップライブラリー法の確立に向けて、抗菌天然物であるポリミキシン誘導体のライブラリー構築を実施した。アミノアルコールを有するポリミキシン誘導体を計12種類合成したのち、54種類のサリチルアルデヒドエステルとのセリン/スレオニンライゲーションを行うことで、約600種類からなるポリミキシン誘導体ライブラリーを構築した。ライブラリーの活性評価と再合成によるヒット化合物の同定を経て、優れた抗菌活性を示す誘導体を複数獲得するに至った。この中から、ポリミキシン耐性菌に対してより強い抗菌活性を示した誘導体を選択し、分子動力学シミュレーションによる作用機序の解析を実施した。その結果、グラム陰性細菌外膜に対して、ポリミキシン誘導体が膜透過を起こす過程において、新たに導入した置換基が分子全体の構造変化を誘起することで、膜透過を促進する可能性が示された。
次に、セリン/スレオニンライゲーションを用いることで、ポリミキシンの骨格にアルデヒドを導入した。このアルデヒドは、ヒドラジドとのヒドラゾン形成反応によりさらなる修飾が可能である。現在、ヒドラゾン形成反応による二度目の誘導化を検討している。
セリン/スレオニンライゲーションを2度用いることで、多成分ビルドアップライブラリーの構築もまた可能であり、サリチルアルデヒドエステルに変わる新たな反応性フラグメントの合成と反応の条件検討を行った。現在詳細について検討中であるが、種々のアミノアルコールに対するアシル化が可能なフラグメントを見出すに至っている。

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

セリン/スレオニンライゲーションを活用することで、複雑な構造を有する天然物であるポリミキシンの誘導体を、約600種類合成することができた。分子動力学シミュレーションによる作用機序の解析から、セリン/スレオニンライゲーションで導入した置換基が分子全体の構造変化を誘起することで、膜透過を促進する可能性が示され、この方法による天然物の高機能化が医薬品リードの創出に向けて有用であることが示唆された。
サリチルアルデヒドエステルに変わる新たな反応性フラグメントを用いた第二世代セリン/スレオニンライゲーションの開発にも目処が立ち、現在反応の一般性を検証する段階へと進んでいる。

今後の研究の推進方策

第二世代セリン/スレオニンライゲーションの開発については、基質一般性の検討を実施したのち、最適な基質を用いて、ポリミキシンの誘導体化が可能であるかを検証することで、本反応が天然物ビルドアップライブラリーの構築に応用できることを示す。これが達成されたのち、セリン/スレオニンライゲーションと第二世代セリン/スレオニンライゲーションの双方を用いた多成分連結について検討をすすめる。また、二度目の置換基導入については、ヒドラゾン形成反応のみならず、オキシム形成反応も用いることを計画した。単純な置換基のみならず、抗菌作用を示す医薬品の部分構造や他の天然物の類似構造をポリミキシンに対して連結することで、2度の誘導体のメリットを最大限活用する。

  • 研究成果

    (5件)

すべて 2023 2022

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件) 学会発表 (3件)

  • [雑誌論文] Solid-Phase Total Synthesis of Sandramycin and Its Analogues2023

    • 著者名/発表者名
      Komatani Yuya、Momosaki Kyoka、Katsuyama Akira、Yamamoto Kazuki、Kaguchi Rintaro、Ichikawa Satoshi
    • 雑誌名

      Organic Letters

      巻: 25 ページ: 543~548

    • DOI

      10.1021/acs.orglett.2c04327

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Discovery of Biologically Optimized Polymyxin Derivatives Facilitated by Peptide Scanning and In Situ Screening Chemistry2023

    • 著者名/発表者名
      Kaguchi Rintaro、Katsuyama Akira、Sato Toyotaka、Takahashi Satoshi、Horiuchi Motohiro、Yokota Shin-ichi、Ichikawa Satoshi
    • 雑誌名

      Journal of the American Chemical Society

      巻: 145 ページ: 3665~3681

    • DOI

      10.1021/jacs.2c12971

    • 査読あり
  • [学会発表] 人工核酸抗体の開発を指向したサンドラマイシン誘導体の合成研究2022

    • 著者名/発表者名
      駒谷優弥、百﨑恭佳、勝山彬、山本一貴、市川聡
    • 学会等名
      第34回 万有札幌シンポジウム
  • [学会発表] スレオニルジアミノブタン酸スキャニングを用いたポリミキシン耐性菌に有効な創薬リードの創製2022

    • 著者名/発表者名
      家口凜太郎、勝山彬、佐藤豊孝、堀内基広、横田伸一、市川聡
    • 学会等名
      第64回天然有機化合物討論会
  • [学会発表] ビルドアップ法に基づくコリスチン誘導体の多数供給と評価2022

    • 著者名/発表者名
      家口凜太郎、勝山彬、喜多俊介、前仲勝実、市川聡
    • 学会等名
      日本薬学会北海道支部第149回例会

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公開日: 2023-12-25  

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