2019/7/3

1

薬物代謝 Drug metabolism

外来生体高分子 – 抗原抗体反応

外来低分子化合物xenobiotics– 非特異的に極性分子に変換する酵素がはたらいて尿としての体外への排出を促す

摂取腸での吸収intestine

血流 blood

肝臓 liver

初回通過効果first-pass effect

経口薬の経路

目的の体内組織排出

Administration

Distribution

MetabolismExcretion

ADME

2019/7/3

2

経口薬は吸収後まず肝臓で”洗礼”を受ける

⇒ Cytochrome Ｐ450（複数種の酸化酵素群）による酸化

初回通過効果 first-pass effect

生体内の酸化・還元にかかわる補酵素（補因子）

..N

R

O

NH2

HH

N

N

NH

N O

O

R

Fe3+

N

N

N

N

COOH COOH2e- (H-移動)

Both 1e- and 2e-

(酸化と酸素化)

NADH

NADPH

(VB3)

FAD

(VB2)

Heme

1e- (酸素化)

Ｐ450はこれ

2019/7/3

3

P450による酸化の反応活性種

Compound1: 高エネルギー鉄-オキソ錯体

S

FeIII

O

N

N N

N

HH

S

FeIII

N N

N N

S

FeII

N N

N N

S

FeIII

O

N

N N

N

O

S

FeIII

O

N

N N

N

O

S

FeIII

O

N

N N

N

OH

S

FeIII

O

N

N N

N

S

FeVN

N N

N

S

FeIVN

N N

N

OO

S

FeIV

O

N

N N

N

B H

H B

R-H

FMN

FMN

NAD(P)H

FAD

FMN

R-H

FMNH

FMN

-H2O

:

FADH

O2

NAD(P)+

:: :

R-O-H

:: : :

R-H R-H R-H R-H

R-H

P450によるアルカンの酸化

ヒドロキシル化：特定のC-HをC-OHに変える

H C R'

R

R''

HO C R'

R

R''

S

FeIV

O

N

N N

N

C R'

R

R''

S

FeIV

OH

N

N N

N

S

FeIII

N N

N N

: :

White

Science, 2007, 318, 783.

2019/7/3

4

スルホキシド化

エポキシ化

S

FeIV

O

N

N N

N

S

FeIV

O

N

N N

N

S

FeIII

N N

N N

R'R R R' R'R

O::

RS

R'

S

FeIV

O

N

N N

N

RS

R'

S

FeIV

O

N

N N

N

RS

R'

S

FeIII

N N

N N

:O::

..

rebound

: :..

oxygen

:

芳香環ヒドロキシル化

1968 National Institutes of Health (NIH)

isolated

中間体補足

+ NADP+ + H2OP450

+ O2

+ NADPH + H+

OH

H

2019/7/3

5

アミン・アミドの酸化

薬物には窒素を含んでいるものがとても多い。これらはどう代謝される？

窒素からオキソヘムへの一電子移動

1) P450による酸化

cf. sulfoxidationR

SR'

S

FeIV

O

N

N N

N

: :

2019/7/3

6

次に，Fe(IV)上のO-がNの隣の炭素上のプロトンを引き抜き，ラジカル中心が窒素から炭素へと変化

cf. sulfoxidation RS

R'

S

FeIV

O

N

N N

N

: :..

Fe(IV)に結合したOHが炭素ラジカルと結合して，ヘミアミナールが生成，これが分解してアミンとアルデヒドに。

cf. alkane hydroxylation

HO C R'

R

R''

C R'

R

R''

S

FeIV

OH

N

N N

N

S

FeIII

N N

N Nrebound

oxygen

2019/7/3

7

酸化的脱アミノ化

第一級アミンからアンモニアが取れる

+cytochrome

P450

R

R'

NH2

NH3+R

HO:

R'

R

R'

ONH

4+

amphetamine

N H2

P450

18O2

Ph

18O

+ NH3

フラビンモノオキシゲナーゼだとラベル化酸素なしの ができる。Ph

O

a b

propranolol

a

b

+

+

O NH

OH

OH

NH

O OCHO

OH

OH

OH

NH

O O NH2

OH

H2N

OCOOH

OH

OH

O

:

antihypertensive

oxidative N-dealkylation

oxidative deamination

aldehyde dehydrogenase

BH

OH

NH

OH:

第二級アミンの場合

cf. histone lysine demethylation

2019/7/3

8

フラビン型補酵素― もう一つの強力な酸化触媒 ―

Riboflavin(vitamin B2) FMN FAD

N

N

NH

N O

CH2

(CHOH)3

CH2OH

O

CH2

(CHOH)3

CH2O P

O

O-

O-

CH2

(CHOH)3

CH2O P

O

O

O-

P

O

O-

O CH2

O

HO OH

N

N

N

N

NH2

N

N

NH

N O

O

N

N

NH

N O

O6

5

8

7

9

10

10a

4a

8a

※金属元素を含まないcf. organocatalyst

1) 酸化

酸化型 セミキノン型 還元型

-2 e-

+2 e-

+1 e-

-1 e--1 e-

+1 e-

FlH-FlFlox

-

N

N

NH

N O

O

R

N

N

NH

N N

NH

N

NH

O

O-

R R

O

O

フラビンは一電子酸化還元も二電子酸化還元も受け入れる

cf. ヒドロキノン―キノンの酸化還元

2019/7/3

9

フラビン含有モノオキシゲナーゼ FMO

-

..

+

O2-H

2O

N

NH

N

NH

R

O

O

N

R

O

ON

NHN

N

R

O

ON

NHNH

OH

R' XR

N

R

O

ON

NHN

HB:

OH

XR

OH

R'

O

B H

+XR

O-

R'-H+

N

H H

NH2

O

R

..

BH

X is N or S, R may be H

基質（薬分子）

酸化的脱アミノ化

第一級アミンからアンモニアが取れる

+cytochrome

P450

R

R'

NH2

NH3+R

HO:

R'

R

R'

ONH

4+

amphetamine

N H2

P450

18O2

Ph

18O

+ NH3

ＦＭＯだとラベル化酸素なしの ができる。Ph

O

2019/7/3

10

フラビンはさらに・・・

Product

NH4+H

2O

+

RCOOH + CO2

Substrate

amines andamino acids

OH

CHR'R

CHCOOHR

OH

CHR'R

NH2

R C

O

R'

CH

O

R

OHR

RR'CH CH C

R''

O

R'''

R C R'

O

C

+NH

R'R C

O

R'R

RR'C C CR'''

O

R''

OH

OH

R

C

O

OR'R

R C OH

O

R OHR

Dehydrogenation

脱水素

Oxygenation

酸素化

アルカンは酸化できない（P450との大きな違い）

アセトアミノフェン（風邪薬成分）の肝毒性（Ｐ４５０）

エタノールはP450を誘導するので，酒と風邪薬は肝機能障害のもと

OH

N

O

O

O

HN

H

N

O

O

N

O

OH

FeIV

O

-H+, -e-

-H+ , -e-

2019/7/3

11

Phase I transformation

2) 還元

RNO2 RNHOH

RNH2 + R NH2'

Functional group Product

R R'

O

RN NR'

OH

R'R

Dp

-0.38

-1.62

N.A.

maybe -

NAD(P)H が還元剤となる反応例

テトラヒドロ葉酸・・・生体内でC1ユニットの移動をコントロール

葉酸 ジヒドロ葉酸

テトラヒドロ葉酸

+

+..

..

+BH

N

N

N

NH2N

HO HN

N

H H

NH2

O

R

N

NH2

OH

R

N

R

H O

NH2

N

N

NH

HNH

2N

HO NHR'

N

N

N

HNH

2N

HO NHR'

B+

H

C

O

NH

HC

COO-

CH2CH

2COO-

N

N

N

HNH

2N

HO NHR'

5

10

N

H H

NH2

O

R

..

ジヒドロ葉酸還元酵素

ジヒドロ葉酸還元酵素

2019/7/3

12

:

..N

N

NH

HNH

2N

HO NHR'

N

B+ H

O CH

H

N

N

HNH

2N

HO NHR'HCH

2

OH

B:BH

N

CH2

N

NHR'HO

H2N

HNN

N

N

N

HNH

2N

HO NR'CH

2

:B

H

*

*

5

10

+

+

+

**

-H2

O

（テトラヒドロ葉酸はセリン由来の1炭素をもらう）

この1炭素の使い道についてはまた後で・・・

Phase II Transformations抱合体形成 Conjugation Reactions

・内在性水溶性低分子と結合

・薬を不活性化し，かつ水溶性に

・OH, COOH, NH2, 複素環のＮ，SHなどに対して起こる

2019/7/3

13

Dp

ca. -4

(maybe

negatively

charged)

ca. -2

(maybe

negatively

charged)

-0.5

Phase IIの代謝

反応活性種抱合体

-COOH

-OH , -N H2

-OH, -COOH, -NH2,

-NR2, -SH, C-H

グリシン／グルタミンアミド

硫酸エステル

グルクロン酸グリコシド

+

(Ar)

O H

OHO

HOHO

COOH

P O POO

HO

O

HO

O

HO OH

N

NH

O

N

O

N

N

NO

OHH2O

3PO

OPO

O

OH

SHO

O

O

NH2

R SCoA

OH

2N COOH

H R

反応する官能基

（リン酸グリコシド）

（硫酸ーリン酸混合酸無水物）

（チオエステル）

Dpca. -6

(maybe

negatively

charged)

+0.03

N.A.

(maybe <0)

HO OH

-OH, -NH2 ,-SH,

複素環のN

-OH, -NH2

Ar-X, 芳香族酸化物,エポキシドなど

グルタチオン (GSH)

メチル化物

アセチル化物

グルタチオン付加体

HS

HN

COOH

O NH

COOH

H

O

NH2

H

H3C SCoA

O

NH2

S+

CH3

HOOCH

NH2

NO

N

N

N

(チオール)

(チオエステル)

(SAM)

2019/7/3

14

Phase II Transformation生成物の例

クロラムフェニコール（抗生物質）グルクロン酸抱合体

イソニアジド（抗結核薬）アセチル抱合体

カプトプリル（十二指腸潰瘍薬）メチル抱合体

ATPは無水酢酸や塩化チオニルと同様，カルボン酸を活性化

-=O3POPO

3=O

HO OH

AdOPOPOP-O

O

O-

O

O-

O

O-

RCH2CH

2C

O

O-

P

O-

O

O O Ad

OHHO

O

RCH2CH

2C

O

B:O

CH2C

CH3

CH3

CH

OH

C

O

NHCH2CH

2CNHCH

2CH

2S

O

PO O-

O

PO O CH2

O- O

=O3PO OH

N

N

N

N

NH2

H

P

O-

O

-O O Ad

OHHO

O

C

O

CH2C H

2R

O

CH2

C

CH3

CH3

CH

OH

C

O

NHCH2CH

2CNHCH

2C H

2S

O

PO O-

O

PO O CH2

O - O

=O3PO OH

N

N

N

N

NH2

補酵素A（Coenzyme A, CoA）

アシル CoA

ATP

2019/7/3

15

Brompheniramine (抗炎症剤)の代謝の全体像

brompheniramine

P450 P450

P450

Aldehyde

dehydrogenase

N

Br

N

NMe2

Br

NHMe

N

Br

NH2

N

Br

NMe2

N

Br

CHO

N

Br

COOH

N

Br

O

HN COOH

O

Phase I

Phase II

モルヒネの代謝

- SGNCH3

HO

O

HOH

NCH3

HO

O

O

NCH3

HO

O

O SG

酸化

抱合体形成

グルタチオン (GSH)

哺乳類の肝臓・腎臓に多く存在 (5-10 mM)

2019/7/3

16

プロドラッグ Prodrugs

代謝反応を受けることで薬理活性を帯びる物質

1. 水溶性調節

2. 吸収・分布の調節

3. 部位特異性の付与

4. 化学的不安定性の解消

5. 徐放性

6. 毒性の回避

7. 投薬忌避の解消

8. 製剤上の問題の回避

メリット

プロドラッグの2タイプ

I. キャリア結合型

酵素反応ではずれるキャリアと結合したもの

A. bipartate – 薬分子にキャリアが直接結合

B. tripartate – 薬分子がリンカーを介してキャリアと結合

C. mutual – ２つの（協同作用を示す）薬分子がつながったもの

II. バイオプリカーサー

単純な結合切断以外の化学反応で活性化されるもの

2019/7/3

17

有機合成における保護基とプロドラッグの相似性

A. RCO2H RCO2 Etreaction

R'CO 2Et R'CO 2H

R'CO 2H1. O3

R'CH=CH 2B. RCH=CH 2

EtOH

HClD

on R

reaction

on R 2. H2O2

H3O+

D

キャリア結合型類似

バイオプリカーサー類似

(masked synthon)

プロドラッグ活性化反応

―I. キャリア結合型―

加水分解 ― もっとも多いタイプ

2019/7/3

18

水溶性の調整

疎水性

副腎皮質ステロイド

エステルの水中での半減期は13年だが，体内では10分程度

眼科的に使う場合

プロドラッグ

prednisolone (R = R' = H)methylprednisolone (R = CH 3 , R' = H)

O

Me

HO

R

MeOH

O

OR'

R' = C CH2CH

2C O

2Na

O

R' = PO3Na2

緑内障治療のために角膜での吸収性を高めた例

（角膜はエステラーゼ濃度が高い）

dipivefrin (R = Me3CCO)

epinephrine (R = H)

OH

RO

RO

NHCH3

2019/7/3

19

中枢神経系で作用するプロドラッグ

震センの薬vigabatrin（右）は血液脳関門(BBB)をほとんど通過できない

O

O

OCOR

NH2

ONH

2

O

Vigabatrinは PLP依存アミノトランスフェラーゼの酵素不活性化剤。メカニズムは？

HONH

2

O

vigabatrinの300倍の薬効

(R = linolenoyl)

GABA ester

vigabatrin ester

初回通過効果からの保護

経口投与は効き目が低いので静脈注射で投与

降圧剤

血漿中濃度はpropanololの8倍

propanolol (R = H)

OR

O NHCH(CH3)2

プロドラッグ： R =

O

CCH2CH

2COOH

2019/7/3

20

鎮静剤

筋肉注射で薬効が1か月継続

haloperidol (R = H)

F

O

NOR

Cl

プロドラッグ R =

O

C(CH 2)8CH3

バイオプリカーサープロドラッグ

バイオプリカーサープロドラッグは，一見しただけでは

体内で実際に薬効を示す分子の構造が想像できないものが多い。

多くは酸化もしくは還元によって活性化される。

例：アリナミン

アリナミン ビタミン B1

2019/7/3

21

酸化的活性化

鎮静剤

..

..P450P450

Cl

N N

N

N

CH3

CH3

O

X

CH3

Cl

N N

N

N

CH3

HO

X

CH3

Cl

N N

N

NH2

CH3

O

X

NH

N

N

NCH3

Cl

HO X

N

N

N

NCH3

Cl

X

alprazoalam (X = H)triazolam (X = Cl)

-H2

O

Privileged scaffold

2019/7/3

22

酸化的活性化

鎮静剤

..

..P450P450

Cl

N N

N

N

CH3

CH3

O

X

CH3

Cl

N N

N

N

CH3

HO

X

CH3

Cl

N N

N

NH2

CH3

O

X

NH

N

N

NCH3

Cl

HO X

N

N

N

NCH3

Cl

X

alprazoalam (X = H)triazolam (X = Cl)

-H2

O

中枢神経系に入るためには脂溶性が必要

脳内で酸化

中枢神経系内にとどまる+

pralidoxime chloride

Cl -N

N

CH3

OH

NN

CH3

OH 脂溶性，BBB通過

2019/7/3

23

還元的活性化アゾ基の還元

潰瘍性結腸炎

薬効あり

大腸の腸内フローラが嫌気的に分解

+

sulfapyridine

sulfasalazine

N

NHSO2

N=N OH

COOH

H2N OH

COOH

N

NHSO2

NH2

薬効あり

ジスルフィド還元

thiamin（VB1）の脂溶性を上げて中枢神経系に到達（アリナミンの解答）

nonenzymatic

+

+

GSH..

H

Thiamin (VB1)

N

N

NH2

N

H

CH3

S

O

OH

O

N

N

NH2

N

H

CH3

S-

O

OH

N

N

NH2

N

SCH

3N

N

NH2

N:S

CH3

OH

OH

S

B

OH

2019/7/3

24

トランスアミノ化を想定したプロドラッグ

pyruvate dehydrogenaseが活性化されると，心筋代謝が脂肪酸利用からグルコース利用へと変化

グルコース代謝では酸素の消費は少なくて済む

グルコース代謝への転換は虚血性心疾患 (動脈血流がブロックされて O2 供給量が少ない)の患者に有効

酸化還元以外の生体反応の利用例：

下記の化合物 Yは心臓へと能動輸送され，トランスアミノ化を受けてXに変化する。

下記のXには pyruvate dehydrogenase 活性化作用があるが，有効時間が短い（化学的に不安定）

X

COOH

O

R

oxfenicine

Y

COOH

NH2

R

2019/7/3

25

脱炭酸活性化

パーキンソン病は神経系でのドーパミン不足が原因

ドーパミンそのものはＢＢＢを通過できず，薬にならない。しかし，アミノ酸のlevodopaには能動輸送システムがあるので通過可能。

levodopa (R = COOH)

HO

HO

NH2

RH

ドーパミン (R = H)

levodopa は，BBB通過後にL-アミノ酸デカルボキシラーゼ(PLP依存)により脱炭酸してドーパミンに。

ヌクレオチド活性化

抗白血病薬プリンヌクレオチドの生合成阻害

6-メルカプトプリン

N

N NH

N

SH

O

H O

O— P— O — P— O -

O H

= O3PO O O

O - O -

N

N N

N

SH

O

H O O H

= O3PO

核酸塩基に似た物質は生体内で“間違って”ヌクレオチドに誘導される

2019/7/3

26

投与された5-フルオロウラシルは（ウ

ラシルと間違われて）核酸生合成経路に取り込まれる

ribose-1-Puridinephosphorylase

=

=

=

==

fluorouracil

uridine kinase

ATP ADP ADPATP

UMP kinase

ribonucleotidereductase

ADPATP

thymidine kinase

dR-1-P

Pi

PRPP

orotate phosphoribosyltransferase

uri

din

e phosp

hory

lase

HN

NH

O

O

F

O

HO

N

HO

HN

O

O

F

O

HO

N

O3PO

HN

O

O

F

O

OH

O

HO

N

O3

POPO

HN

O

O

F

OH

O

O-

O

HO

N

O3

POPO

HN

O

O

F

O

O

O-

HO

N

O3POPOPO

HN

O

O

F

O

O-

O

HO

N

O3PO

HN

O

O

F

O

O-

HO

N

HO

HN

O

O

F

OH

H2O

PPi

ATP

ADP

minor

major

5-フルオロウラシル

-抗がん剤 -

HN

NH

O

O

F

:

..N

N

NH

HNH

2N

HO NHR'

N

B+ H

O CH

H

N

N

HNH

2N

HO NHR'HCH

2

OH

B:BH

N

CH2

N

NHR'HO

H2N

HNN

N

N

N

HNH

2N

HO NR'CH

2

:B

H

*

*

5

10

+

+

+

**

-H2

O

（前出：テトラヒドロ葉酸はセリン由来の1炭素をもらう）

この1炭素は，この後核酸生合成に使われる

2019/7/3

27

チミジル酸合成酵素のはたらき

ジヒドロ葉酸還元酵素

テトラヒドロ葉酸

• •

-

-

- +

:

+

-

N

HN

O

O

dRPS

N

HN

O

dRP

S

O

N

NN

HN

NR

H2N

HO

H B

N

NN

HN

NHR

H2N

HO

HN

N

O

O S

dRP

HB

N

HN

O

O S

dRP

N

NNH

HN

NHRH

NH

2N

HO

NN

HN

NNHR

H2N

HO

HN

O

dRP

S

O

HN

N

O

CH3

CH3

O

dRP

S

+H+

dTMP

dUMP

cf. 5-フルオロウラシル

HN

NH

O

O

F

ウラシルをメチル化してチミンを作っている！

H2C

CH2

CH2

“間違えて“5-フルオロウラシル誘導体を基質にすると・・・

-

-+

:

N

HN

O

O

dRPS

N

HN

O

dRP

S

O

N

NN

HN

NR

H2N

HO

H B

N

NN

HN

NHR

H2N

HO

HN

N

O

O S

dRP

FBF F

2019/7/3

28

DNAドラッグ

DNA – もう１つのレセプター

正常細胞のDNAと他のDNAで，化学的な違いはわずか

→ DNAをターゲットとする薬は一般に毒性が高く，ガンなど生命を脅かすような病気にのみ用いられる。

がん細胞

異常かつ迅速な細胞の増殖

常に DNAやその前駆体を要求

選択毒性

• がん細胞による外来分子の積極的取り込みを利用

• 修復機構の遅さをねらう

• p53など正常細胞で DNA修復に関わるタンパクを活性化することで， 正

常細胞でのDNA修復を促進，細胞周期の制御，アポトーシス誘導

2019/7/3

29

DNA の分子構造

アデニン

シトシン

グアニン

チミン

5' end

A

C

T

3' end

O

O

P

OO-

O

N

N

N

N

NH2

O

NO

POO-

O

O

N

O

NH2

N

NH

O

O

P

O-

O

N

N

O

NH2

N

NH

O

O

P

OO-

O H3C

O

O

P

OO

O-

O

G

・塩基対の形成

・糖部分の位置はちょうど反対側というわけではない。

Sugar

Sugar

N N

O

CH3

O

H

H NH

N

N N

N

Sugar

SugarN N

N

H

O

HO

N

H

H

N

N N

NH

major groovemajor groove

minor groove minor groove

T

A

G

C

2019/7/3

30

二本鎖 B-DNA

副溝

主溝

DNAドラッグには３種類

（１） 可逆的結合性分子 相互作用も可逆的

（２） アルキル化剤 DNA塩基と共有結合形成

（３） 鎖切断剤 反応性のラジカルを発生し，ポリヌクレオチド鎖を切断

2019/7/3

31

ＤＮＡと可逆的結合分子との相互作用

静電相互作用 溝結合性 インターカレーター

（１） 可逆的結合性分子

インターカレーションの例

2019/7/3

32

DNAインターカレーター

平板分子で，通常は芳香族化合物

塩基対と塩基対の間のスペースに挿入

非共有結合性

ＤＮＡのらせん軸とインターカレーター分子は直交

糖－リン酸鎖はひずむ

水素結合は壊さない

通常のらせんを壊し，ＤＮＡの“巻き戻し”を起こす

結果として，DNA topoisomeraseや DNA polymeraseを阻害して，合成や修復をできなくする

DNA インターカレーター

Actinomycins Anthracyclines

dactinomycin (R = R' = D-Val)

O

N

O

NH2

O

O

L-ThrL-ThrO

L-M eValSar

L-Pro

R O

L-MeValSar

L-Pro

R'

CH3

CH3

doxorubicin (X = OH)daunorubicin (X = H)

AD

9

O

O

OH

OHCH3O H O

OH

O

NH3HO

CH3

X

O

+

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33

（２） DNAアルキル化剤

Lead discovery

第一次大戦時におけるマスタードガス（下記）による死者の解剖で, 白血球減少，骨髄異常，リンパ細胞の異常，腸内の潰瘍の所見 →全て分裂の速い細胞

(2-1) ナイトロジェンマスタード

腫瘍細胞に対しても同様の作用があるものと推察。

試されたが毒性強すぎ。

ClS

Cl

リード最適化

sulfur mustard -> nitrogen mustard

現代的化学療法薬の始まり

(進行性ホジキンリンパ腫へ)

mechlorethamine (R = CH3

)

ClN

Cl

R

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34

Purines

A/GPyrimidines

T/C

7

8

9

65

43

2

1

N

NN

N

X

R

Y6

5 43

2

1N

N

O

X

Y

R

DNAの求核性:

グアニンN-7 > アデニンN-3 > アデニンN-7 > その他

隣接基関与

二官能性アルキル化剤→DNAの架橋（分子内・分子間）

+ Nu1-

+

Nu2-

aziridinium ion

aziridinium ion

R N:

Cl

Cl

R N

Cl

R N:

Nu1

Cl

R N

Nu1

R N:

Nu1

Nu2

k1

k2

2019/7/3

35

分子間（鎖間）架橋の状態

+ +

O

N

O

O

NHN

N

O

H2N

NN

P

O-O

O

P O

O

-O

CH3

N N

NH

O

NH2

OO

O

P O-O

O

P

O

O

O-

体内での分解速度の抑制

R N

Cl

Cl

aziridiniumイオンの生成ゆっくり

R = COOH 安定すぎる。しかし吸収性はよい。R = (CH2)3COOH chlorambucil

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36

核酸塩基のアルキル化はDNA鎖切断にもつながる

+

H

+

B:

++

O

N

O3PO

NHN

N

O

H2N

R

N

N

HN

N

O

H2N

R

O3POO:

H

OO

3PO

O3PO H

O

O3PO

O3PO

HO H

O

O3PO

O3PO

OHO3PO

R

H2N

O

N

HN

N

N

O3PO

O

:B

核酸塩基が脱離

DNA鎖切断

（２－２） 天然に存在するＤＮＡアルキル化剤

微生物由来

すべて 右の骨格を持っている

HN

Me

N

O NH

O

OMe

OH

N

O

NH

OMe

OH

N

H2N

O

HN

O

N

O NH

O

OMe

OMe

OMe

MeO2C

MeHN

N

ONH

O

OMe

OMe

OMe

MeO2C

CC-1065

duocarmycin A duocarmycin SA

O

Nu

HO

Nu

H+

2019/7/3

37

窒素原子は共役系に含まれていてシクロプロパン部の求電子反応性を低下させている

O N

O

RO N

O

R+

－

A-T領域に結合→Ｎが共役系から外れる→シクロプロパンの反応性が上昇→adenine N-3が反応

OH+

N

N N

N

NH2

DNA

N

O

R'

R

:

R"

HO

N

N N

N

NH2

DNA

N

O

R'

R

R"

twisted outof conjugation

2019/7/3

38

芳香環酸化による毒性発現

ベンツピレン

DNAやRNAのアルキル化

1775年の煙突掃除人の皮膚がん多発の所見から

epoxide

hydrolase

OHO

OH

HO

OH

HO

OH

O

O

HO

OH

HO

NH

NH

N

N

N

O

R

78

9

10

Mitomycin C 抗がん剤

微生物由来。還元的代謝でアルキル化剤へと変化

+

:B

mitomycin C

1 or 2 e -

1 or 2 H+..

B:

B—H+

:DNA

..

O

O

H2N

MeN

O

NH

OMe

HO

RO

H2N

MeN NH

OMe

HO

HO

H2N

MeN NH

H

O

HO

H2N

MeN NH

H

HO

HO

H2N

MeN

DNA

NH2

HO

HO

H2N

MeN

DNA

NH2

NH2

O

HO

H2N

MeN H

B+

-MeO -

..

O

NH2

O

O

NH2

O

O

NH2

O

O

NH2

O

O

NH2O

O

NH2

HO

HO

H2N

MeN

DNA

NH2

..

2019/7/3

39

(3-1) ブレオマイシン Bleomycin (BLM)微生物由来

FeIIとO2と錯体を形成

DNAへのインターカレーション

がん細胞選択的な取り込み

bleomycin A2

H

H

H

N N

H2N

NH

O

CH3

H2N

NH

OO

H

HO

N CH3

H

O

HO

H

N

HOCH

3

NH

H

S

H CH3

H

O

NS

N

ONH

N

N

OO

O OHOH

O

NH2

O

HO

HO

HOHO

CONH2

H NH2

SMe2

H

（３） DNA鎖切断型ＤＮＡドラッグ

BLM, Fe (II), O2の三元錯体

NN

H2N

O

N

NH

H2N

Fe

CH3

NH2

O2

HN

HO

H

NNH

H

O

H2N

O

OCH

3

O

HO

N

CH3

NH

S

CH3

NS

N

NHO

HO

O

SM e2

H

OO

O OHOH

O

NH2

O

HO

HO

HOHO

この後，“活性化BLM”(BLM-Fe(III)-OOH)へと変化

2019/7/3

40

活性化BLMによるDNA鎖切断の推定機構

酸素要求性

ここでDNA鎖切断

核酸塩基プロペナールが生成

H+

e_

O2BLM-Fe(III)-OOH

ROP

ON

HO

P

O-

O

O-

O

O

OR'

•

NO

ROP

O-

O

O

O

P O-O

OR'

•

NO

ROP

O-

O

O

O

P O-O

OR'

OO

NO

ROP

O-

O

O

O

P O-O

OR'

OHO- H

2O

-BLM-Fe(IV)O

Criegee転位

ROP

-OO

NO

O

O

O

P O-O

OR'

H

ROP

-O

ON

O

O

O

O

P O-

O

OR'

--- R'OPO3

ROP

-

OO

N

O

O

O

N

O

H

..

HO H

N: 核酸塩基

（水が付加してエステルが脱離）

（３－２）エンジイン抗腫瘍性抗生物質

a,-不飽和ケトン

a,-不飽和ケトン

トリスルフィド

esperamicins

sugar-O

O

NH

O

CH3O

HO

CH3 SSS

O

H polysaccharide

calicheamicins

O

NH

O

CH3O

HO

CH3 SSS

O

H polysaccharide

dynemicin A

HNHO

HO

O

O OH

COOH

OCH3

O

CH3

トリスルフィド

2019/7/3

41

共通の作用機序

・副溝と相互作用

• チオールもしくはNADPHとの反応を経てラジカルを生成

• ラジカルがDNAを切断

Esperamicins/Calicheamicinsの作用機序

DNAインターカレーション

トリスルフィドの還元により開始

ビラジカル種によるDNA鎖の切断へ

RSH

orNADPH

H+

.

.

O

NHMeO

OMeSSS

OR'

OHR

OR'

- S

O

MeO NH

O

ROH

O

NHMeO

O

S

OR'

ROH

S

OHR

OR'

O

MeO NH

O

Bergmanrearrangment

2019/7/3

42

Dynemicin A の作用機序

DNAと相互作用

or

RSH

NADPH

Bergman

rearrangment

HNO

O

HO

HO OH

COOH

OMe

O

Me

H

H

MeHO

H

OMe

COOH

OHHO

HO

O

O HN

H+

HO:

HO

HNOHO

HO OH

COOH

OMe

Me

H

••

H

O

HNOHO

HO OH

COOH

OMe

HO

H

Me

H

HO:

HO

Me

OMe

COOH

OHHO

HNHO O

酸素と還元剤（GSH）存在下でのビラジカルによるDNA切断

cRS-

O2

e-, H+

ROPO3

=

RS-

e-, H+

O2

C-4'

C-5'

b

a

b

a

NCS

O

OHO

B

OH

HRO3PO

RO3PO

R'O3PO

BO

OB

R'O3PO

RO3PO

OB

R'O3PO

OH

OB

R'O3PO

RO3PO RO

3PO

R'O3PO

BO

O

NCS

R'O3

P

HO

－

鎖切断

鎖切断

2019/7/3

43

薬物耐性

1. 薬物の取り込みの減少

2. 酵素の過剰発現

3. 酵素の変異

4. 薬物分解酵素の生産

5. プロドラッグ（後述）活性化酵素の消失

6. 標的酵素の基質の過剰生産

7. 別な酵素の反応による物質生産

8. 薬物を細胞から排出するポンプの作動

C. Walsh,

Nature, 406, 775 (2000)

“正常な”細胞壁形成。紺色部分はD-Ala-D-ala

ペニシリンはトランスペプチダーゼに結合して阻害

ペニシリン・・・微生物の細胞壁形成を阻害する抗生物質

2019/7/3

44

C. Walsh,

Nature, 406, 775 (2000)

バンコマイシン – もうひとつの細胞壁合成阻害剤

バンコマイシンはD-Ala-D-ala

と（非共有結合的に）結びついてＴＰaseの作用部位をふさぐ

C. Walsh,

Nature, 406, 775 (2000)

抗生物質への薬物耐性の例

細胞外放出ポンプの作動

-ラクタマーゼによるペニシリンの開環不活性化

糖構造をもつ抗生物質のOH基修飾（cf. phase II transformation in metabolism）

変異により末端D-AlaをD-Lacに変更（アミド結合→エステル結合）

タンパク質生合成阻害

タンパク質合成かく乱

2019/7/3

45

C. Walsh,

Nature, 406, 775 (2000)

耐性菌への対抗策の例：

こちらは-ラクタマーゼを阻害

こっちはトランスペプチダーゼを阻害

ケト基を導入することでコンホメーションが変化し，排出ポンプに“捕まりにくく”なる

4-クロロビフェニル基の導入により基質（デプシペプチド）と強固に結合

耐性菌出現までの年数

!!

2019/7/3

46

History of antibiotics drug resistance