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選択的ｼｱﾘﾀﾞｰｾﾞ活性阻害剤の開発と医薬への応用

岐阜大学応用生物科学部

木曽 真、石田秀治

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研究背景

薬剤開発の標的として、シアリダーゼが注目される

• タミフル、リレンザの成功

ヒトにもシアリダーゼが存在する

• 副作用の懸念• ヒトシアリダーゼの阻害剤もシーズの可能性

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従来技術とその問題点

リレンザ、タミフル

インフルエンザウィルスシアリダーゼの構造のみに注目

•副作用の予測が困難

•インフルエンザウィルス感染以外の疾患に未対応

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ヒトのシアリダーゼにはどのようなものがあるか

局在 関連する疾患

NEU-1 リソゾーム 動脈硬化症

NEU-2 細胞膜

NEU-3 形質膜 がん、糖尿病

NEU-4 ミトコンドリア細胞内膜

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ヒトシアリダーゼの構造解析

• NEU-2のみが結晶化→X線結晶構造解析• NEU1，3，4とNEU-2のアミノ酸配列を比較

ホモロジーモデリング

6

TEMPLATE NEU2 

NEU1 MODEL

NEU3 MODEL

NEU4 MODEL

TOP VIEW

7

LATERAL VIEW

TEMPLATE NEU2 

NEU1 MODEL

NEU3 MODEL

NEU4 MODEL

Y/FRI(V)P Motif

ASP boxes

Axis

8

考察

ヒトシアリダーゼ４種の中でNEU-3の活性部位が最小

分子の大きさで区別が可能？

別の要素を検討・・・電荷に着目

9

Model NEU1

Template NEU2

Model NEU3

Model NEU4

Hydrophobic surface 

Positive  potential  Negative  potential 

NEU1‐More electronegative

NEU3‐More

electropositive

反対の選択性

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考察

NEU-1 ・・・ 比較的負に荷電NEU-3 ・・・ 比較的正に荷電

電荷により区別が可能？

点変異でより詳細な構造情報

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Mutant R114Q

Mutant R114A

Hydrolysis of GM2 & Sialyl lactose

Hydrolysis of GD1a and GD3

NEU2

NEU4

NEU3

T. Miyagi et al, EJB, 2001

Active site vicinity‐ A key for selectivity

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考察

点変異で基質特異性が変化

微細な構造変換による選択的阻害剤の設計が可能？

NEU3 R114Q GM2 ↑R114A GD3, GD1a ↑

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設計のコンセプト

(DANA) を基本

•リレンザの骨格 → タミフルではシクロヘキセン

•入手容易•多様な構造修飾が可能

O COOHAcHN

HO

HO

HO

OH

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OH

OH

HO

AcHN

OH

OH

COOH 2-carboxyl

4-hydroxyl5-N-acetyl

6-glycerol

12

345

678

9

7Selectivity

Affinity

Affinity

Affinity

OH

OR

N3

AcHN

OR

OR

COOR

OH

OR

RO

H2N or N3

OR

OR

COOR

ON3

OR

AcHN

COOR

OH

N3

RO

AcHN

OR

OR

COOR

OH

OR

RO

AcHN

OR

OR

COORN3

Selectivity ?選択性と親和性

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GroupO

H

OH

NH

AcHN

OH

OH

COOHO

R

‐Optimal linear Chain‐βand γmethyl sub‐Optimal cycloalkyl‐Bulky aromatic ring‐Heterocyclic rings??‐Arylalkyl derivatives‐ EWG participation

最適化

O

N

F

FF

NH

NO

R= CH3

OH

OH

O

AcHN

OH

OH

COOHO

OH

OH

HO

AcHN

OH

OH

COOCH3Pyridine, 0oC, 15h

Et3N/H2O, 2h, rt52%

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HEK‐293T cells Human sialidase cDNA 4MU‐NeuAc (NEU1, NEU2, and NEU4) ormixed gangliosides (NEU3) as substrate 

HN

AcHN

OHHO O

COOHHO

O

H3C

HN

AcHN

OHHO O

COOHHO

O

HN

AcHN

OHHO O

COOHHO

O

HN

AcHN

OHHO O

COOHHO

O

HN

AcHN

OHHO O

COOHHO

O

HN

AcHN

OHHO O

COOHHO

O

HN

AcHN

OHHO O

COOHHO

O

HN

AcHN

OHHO O

COOHHO

O

HN

AcHN

OHHO O

COOHHO

O

HN

AcHN

OHHO O

COOHHO

O

GSC-642 GSC-647

GSC-643 GSC-648

GSC-644 GSC-649

GSC-645 GSC-650

GSC-646GSC-651

RRSialidase inhibition (ICSialidase inhibition (IC5050μμM)M)

NEU1NEU1 NEU2NEU2 NEU3NEU3 NEU4NEU4

DANADANA 143143 4343 6161 7474

MethylMethyl 5858 >1000>1000 >1000>1000 580580

PhenylPhenyl 1313 865865 320320 810810

CyclopentylCyclopentyl 135135 >1000>1000 >1000>1000 >1000>1000

CyclopropylCyclopropyl 680680 >1000>1000 >1000>1000 825825

PropylPropyl 3232 >1000>1000 >1000>1000 923923

2 2 ‐‐MethylpropylMethylpropyl 565565 >1000>1000 >1000>1000 >1000>1000

IsopropylIsopropyl >1000>1000 >1000>1000 >1000>1000 >1000>1000

nn‐‐ButylButyl 1010 >1000>1000 >1000>1000 >1000>1000

terttert‐‐ButylButyl >1000>1000 >1000>1000 >1000>1000 >1000>1000

22‐‐EthylpropylEthylpropyl >1000>1000 >1000>1000 >1000>1000 >1000>1000

Preliminary screening results

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考察

NEU-3・・・選択的阻害剤は得られなかった

最近、候補化合物が見つかった？

NEU-1・・・選択的阻害剤が得られた（9-N-n-butyl）

最近、リューマチとの関連が示唆された

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考察

NEU-1,2,3,4全てに活性がない化合物が多かった

インフルエンザ阻害活性が有れば、副作用のない薬剤になるのでは？

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CompoundViral Sialidase Inhibition (IC50)

A/PR/8/34 (H1N1) A/Memphis/1/71 (H3N2)

Zanamivir 0.74nM 1.66nM

Oseltamivir 1.32nM 0.86nM

GSC-724 15nM 112nM

CompoundHuman Sialidase Inhibition (IC50)

NEU1 NEU2 NEU3 NEU4

Zanamivir >1000μM 16μM 7μM 700μM

Oseltamivir >10mM? >10mM? >10mM? >10mM?

GSC-724 >1000μM >1000μM >1000μM >1000μM

GSC‐724

化合物GSC‐724

PR

MP

GSC‐724

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CompoundViral Sialidase Inhibition (IC50)

A/PR/8/34 (H1N1) A/Memphis/1/71 (H3N2)

Zanamivir 0.74nM 1.66nM

Oseltamivir 1.32nM 0.86nM

GSC-743 1.35nM 2.2nM

CompoundHuman Sialidase Inhibition (IC50)

NEU1 NEU2 NEU3 NEU4

Zanamivir >1000μM 16μM 7μM 700μM

Oseltamivir >10mM? >10mM? >10mM? >10mM?

GSC-743 >1000μM >1000μM >1000μM >1000μM

GSC‐743GSC‐743

GSC-743, M

PR

MP

化合物GSC‐743

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更なる構造変換

リレンザ → F化GSC-743 → F化

活性上昇

O COOHAcHN

HO

HO

HO

OH

O COOHAcHN

HO

HO

HO

OH

F

DANA F‐DANA (GSC‐784)

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新技術の特徴・従来技術との比較

• 副作用の少ない抗インフルエンザ薬を開発した。• タミフル耐性株に効果があった。• 更なる構造修飾が可能である。→活性の増強

耐性の克服

• がんやリューマチ、糖尿病への応用が可能である。

想定される用途想定される用途

抗インフルエンザ薬、抗ガン剤、リューマチ、糖尿病の治療薬

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想定される業界

• 利用者・対象製薬企業

• 市場規模

数億人

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実用化に向けた課題

• 積極的な耐性克服• インフルエンザ薬以外の可能性の実証

企業への期待企業への期待

•製薬企業との共同研究を希望

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本技術に関する知的財産権

• 発明の名称 ：ノイラミン酸誘導体、シアリダーゼ活性阻害剤及び抗インフルエンザ薬

• 出願番号 ：特願2009-298788

• 出願人 ：国立大学法人岐阜大学、学校法人中部大学、宮城県

• 発明者 ：木曽 真、石田秀治、サダゴパン・マゲッシュ、鈴木康夫、宮城妙子

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お問い合わせ先岐阜大学応用生物科学部

教授 石田 秀治

ＴＥＬ・ＦＡＸ ０５８－２９３－

２９１８

e‐mail ishida@gifu‐u.ac.jp

岐阜大学産官学融合本部知財戦略室

知的財産マネージャー 小田 博久

ＴＥＬ ０５８－２９３－３３４８

ＦＡＸ ０５８－２９３－３３４６

e‐mail odah@gifu‐u.ac.jp