創薬研究

1. がん治療薬

1-1. ユビキチン-プロテアソームシステムに対する阻害作用

ユビキチン-プロテアソームシステムは、ユビキチン化を触媒するユビキチンシステムと、分解マシンであるプロテアソームから構成されています。そして、生体内において分解される運命にあるタンパク質は、ユビキチンシステムによりポリユビキチン化された後(ステップA〜D)、プロテアソームへとリクルート(ステップE)され、脱ユビキチン化(ステップF)の後にプロテアソームにより選択的に分解されます(ステップG)。ユビキチン-プロテアソームシステムは、細胞周期の進行、シグナル伝達、遺伝子発現制御、タンパク質の品質管理など、多様な生命現象に関与しています。したがって、この分解系の破綻は疾病につながり、また一方では、この分解系が創薬の標的となります。2003年に、プロテアソーム阻害物質である Bortezomib が多発性骨髄腫の治療薬としてアメリカで認可され、現在では世界77カ国で使用されています。そして引き続き2012年には、Bortezomib 耐性多発性骨髄腫に有効なプロテアソーム阻害剤として Carfilzomib が、そして2015年11月には経口投与可能なプロテアソーム阻害剤である Ixazomib が認可されました。また、海洋微生物から発見された salinosporamide A (Marizomib) については Phase II の臨床試験が行われています。現在、タンパク質分解装置プロテアソームに加えて、その上流で働く翻訳後修飾ユビキチン化を司るユビキチンシステム(E1、E2、E3酵素からなる)やその逆反応を触媒する脱ユビキン化酵素も創薬の標的として注目を集め、ユビキチン‐プロテアソームシステムの全体を標的とする創薬研究が活発に行われています。しかしその研究は、化合物ライブラリーからの探索や、リード化合物の修飾による方法で行われており、天然資源からの探索はあまり行われていないのが現状です。そこで私たちは、Bortezomibが認可される以前から、構造的に多様な低分子化合物の宝庫である天然資源を対象として、ユビキチン‐プロテアソームシステムに対する阻害物質の探索を行ってきました。現在、その中でも、がん抑制遺伝子産物である p53 タンパク質の分解を阻害し、その結果、抗がん作用を示すことが期待できるような化合物の探索を重点的に行っています。

1-1-1. プロテアソーム阻害物質 (ステップG)

プロテアソームは細胞内に普遍的に存在するタンパク質分解酵素で、がん細胞で活性が高いことが知られています。プロテアソーム阻害剤の開発は活発に行われていますが、その研究は合成化合物からのスクリーニングあるいはリード化合物の修飾によるものがほとんどです。私たちは、天然資源から新規骨格を有するプロテアソーム阻害物質を発見するため、天然資源抽出物のスクリーニングを行い新規プロテアソーム阻害物質を単離しています。現在、より活性の強い化合物の発見を目指して研究中です。
 1. Strongylophorines: Bioorg. Med. Chem. Lett. 25 (13), 2650-2653 (2015).
 2. neo-Kauluamine: J. Nat. Prod. 77 (6), 1536-1540 (2014).
 3. 1-Hydroxyethylhalenaquinone: Heterocycles 89 (11), 2605-2610 (2014).
 4. Salsolinol: Chem. Pharm. Bull. 59 (2), 287-290 (2011).
 5. Aaptamine: Bioorg. Med. Chem. Lett. 20 (11), 3341-3343 (2010).
 6. Lignans from Anemarrhenae Rizoma: Biol. Pharm. Bull. 28 (9), 1798-1800 (2005).
 7. Secomycalolide A: Mar. Drugs 3 (2), 29-35 (2005).
 8. Agosterol C: J. Nat. Prod. 66 (12), 1578-1581(2003).

1-1-2. ユビキチン活性化酵素(E1)阻害物質 (ステップA)

ユビキチン活性化はユビキチンシステムの1番初めの段階ですが、その機構には、まだ未解明の部分が多く残されています。したがって、この段階を特異的に阻害する化合物は、ユビキチン活性化の機構の詳細を研究するための分子ツールになると考えられます。また、E1, E2, E3 酵素から構成されるユビキチンシステムのいずれかを阻害した場合にもプロテアソームによるタンパク質分解は阻害されますので、プロテアソームを阻害した場合と同様に抗がん剤を発見できると期待されます。私たちは、E1 阻害物質を探索するためのアッセイ系を確立し新規阻害物質 himeic acid A を発見しました。E1を阻害する化合物としては、世界で2 例目に発見された化合物です。さらに、より阻害活性の強い化合物として hyrtioreticulin A を海綿から単離しました。
 1. Hyrtioreticulin A: Bioorg. Med. Chem. 20 (14), 4437-4442 (2012).
 2. Himeic acid A: Bioorg. Med. Chem. Lett. 15 (1), 191-194 (2005).

1-1-3. ユビキチン結合酵素(E2)阻害物質 (ステップB)

E2 は複数存在しますが、その中でも、Ubc13 は Uev1A とヘテロ複合体を形成してE2酵素として働きます。そして、生合成中の p53 に Ubc13-Uev1A 複合体が結合すると、p53 の K63-ユビキチン化が起こり発がんに至ることが報告されています。したがって、Ubc13-Uev1A 複合体形成を阻害する化合物は、がん抑制作用を示すと考えられます。私たちは、Ubc13-Uev1A 複合体の形成を検出するアッセイ系を確立し、世界初の E2 阻害物質として海綿から leucettamol A を単離することに成功しましたが、その後、より阻害作用の強い manadosterol A を海綿から単離しました。
 1. Manadosterol A: J. Nat. Prod. 75 (8), 1495-1499 (2012)
 2. Leucettamol A: Bioorg. Med. Chem. Lett. 18 (24), 6319-6320 (2008).

1-1-4. ユビキチンリガーゼ(E3)阻害物質 (ステップC)

プロテアソームによって選択的にタンパク質が分解される際、生体内に存在する多くのタンパク質の中から分解すべきタンパク質を認識するのは E3 です。1997年に、p53 の E3 は Hdm2(ヒト Mdm2)であることが明らかにされました。このことから、Hdm2 拮抗剤は p53 に対する負の調節因子である Hdm2 の作用を阻害するだけでなく、p53 の分解を阻害することにより、生体内における p53 レベルを上昇させると考えられます。したがって、Hdm2 拮抗剤は、p53 のがん抑制タンパク質としての機能である「細胞修復」や「アポトーシス」を亢進させる新しいタイプのがん治療薬として期待できます。合成化合物のライブラリーから発見された Nutlin は、in vivo においてもがん縮小効果を示したことから、前臨床試験が行われていますが、天然資源からの探索研究はほとんど行われていないのが現状です。私たちは、p53-Hdm2 複合体の形成を阻害する化合物として、海綿由来の真菌から hexylitaconic acid を単離しましたが、その後、群体ボヤから siladenoserinol A と命名した新規阻害物質を発見することに成功しました。
1. Niphateolide A: Tetrahedron 71 (38), 6956-6960 (2015).

2. Siladenoserinol A: Org. Lett. 15 (2), 322-325 (2013).
3. Hexylitaconic acid: Bioorg. Med. Chem. Lett. 16 (1), 69-71 (2006).

1-1-5. USP7阻害物質 (ステップF)

Hdm2 は自らをポリユビキチン化してプロテアソームにより分解されます。この時、脱ユビキチン化酵素 USP7 は Hdm2 に結合して自己ユビキチン化された Hdm2 からユビキチンを除去する働きをしているので、結果として p53の分解が起きます。したがって、USP7 に対する阻害物質は Hdm2 の分解を誘導することにより p53 を安定化させるので、選択性の高いがん治療薬になると考えられます。私たちはスクリーニングを行い、海綿から petroquinone A や spongiacidin C を単離しました。
 1. Petroquinone A: Tetrahedron 72 (35), 5530-5540 (2017).
 2. Spongiacidin C: Bioorg. Med. Chem. Lett. 23 (13), 3884-3886 (2013).

 

ユビキチン-プロテアソームシステム関係の総説

1. Tsukamoto, S. Search for inhibitors of the ubiquitin-proteasome system from natural sources for cancer therapy. Chem. Pharm. Bull. 64 (2), 112-118 (2016).
2. 塚本佐知子、横沢英良. ユビキチン修飾系を標的とする創薬シーズの探索. 実験医学増刊「シグナル伝達 研究最前線2012」、編集:井上純一郎、武川睦寛、徳永文稔、今井浩三、羊土社、30 (5), 171-176 (2012).
3. 塚本佐知子、横沢英良. ユビキチン依存的タンパク質分解系を標的とする創薬. 化学と生物、 49 (11), 745-754 (2011).
4. 塚本佐知子、横沢英良.タンパク質分解の不思議:ユビキチン‐プロテアソームシステムの仕組みと創薬.愛知学院大学薬学会誌 3, 1-18 (2010).
5. Tsukamoto Tsukamoto, S., Yokosawa, H. Inhibition of the Ubiquitin-proteasome System by Natural Products for Cancer Therapy. Planta Med. 76 (11), 1064-1074 (2010).
6. Tsukamoto, S., Yokosawa, H. Targeting the proteasome-mediated proteolytic pathway, Expert Opin. Ther. Targets 13 (5), 605-621 (2009).
7. 塚本佐知子. ユビキチンリガーゼを分子標的とする新規抗がん剤の海洋生物からの探索. 薬学研究の進歩研究成果報告集、24, 45-51 (2008).
8. 塚本佐知子、横沢英良. 展開するプロテアソーム阻害剤研究. 実験医学増刊「細胞内の輪廻転生 タンパク質の分解機構」、編集:田中啓二、羊土社、26, 122-127 (2008).
9. Tsukamoto, S. The Search for Inhibitors of the Ubiquitin-proteasome System from Natural Resources for Drug Development. J. Nat. Med. 60 (4), 273-278 (2006).
10. Tsukamoto, S., Yokosawa, H. Natural Products Inhibiting the Ubiquitin-proteasome Proteolytic Pathway, a Target for Drug Development. Curr. Med. Chem. 13 (7), 745-754 (2006).
11. 塚本佐知子、横沢英良. ユビキチン-プロテアソームシステムをターゲットとする天然物化学・創薬化学の新しい展開. 有機合成化学協会誌、62, 968-976 (2004).

 

1-2. がん細胞に対する増殖抑制作用

   1. Carteritin A: Tetrahedron Lett. 57 (11), 1285-1288 (2016).

 2. Naamidines H & I: J. Nat. Prod. 70 (10), 1658-21660 (2007).

1-3. 細胞周期阻害物質

1. Girolline: Biol. Pharm. Bull. 27 (5), 691-701 (2004).

2-1. マクロファージの泡沫化阻害物質

日本でも長寿社会の到来や生活習慣の欧米化により、メタボリックシンドローム(生活習慣病)が大きな社会問題になっています。特に、虚血性心疾患や脳血管障害等の血管病変を主体とする循環器疾患は、今後さらに増加することが予想され、その予防・治療薬の開発は社会的要請が極めて高い研究課題です。そこで私たちは、粥状動脈硬化症(アテローム性動脈硬化症)を予防・改善する食品機能成分に関する研究を行っています。
 動脈硬化症の初期病変過程において、血管内腔に存在する末梢単球は、高コレステロール症、高血圧、喫煙、糖尿病および感染等の危険因子により内皮細胞が活性化されると、内皮細胞表面に接着し内皮細胞間隙から内皮下に侵入してマクロファージへと分化します。マクロファージは変性した低密度リポたんぱく質(Ox-LDL等)を取込み、内部にコレステロールエステルを蓄積した泡沫細胞を形成し、粥状動脈硬化症へと進展します。私たちは、マクロファージがコレステロールエステルを蓄積して泡沫細胞へと変化する段階に着目してスクリーニングを行い、動脈硬化症に対する治療・予防薬となるリード化合物を探索しています。
 1. Bastadins from a marine sponge: Bioorg. Med. Chem. Lett. 25 (22) 5389-5392 (2015).
 2. Chlorophyll derivatives form Chinese Cabbage: Biosci. Biotechnol. Biochem. 79 (8), 1315-1319 (2015).

 3. Manzamine A from a marine sponge: Bioorg. Med. Chem. 21 (13), 3831-3838 (2013).
 4. Triterpenes from jujube: J. Agric. Food Chem. 59 (9), 4544-4552 (2011).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3-1. 破骨細胞分化に対する阻害物質

骨は新陳代謝をしており、破骨細胞による骨吸収と骨芽細胞による骨形成のバランスが維持されることにより、健康な骨が維持される。そして骨粗鬆症は、骨吸収の亢進により骨量が減少し骨折の危険性が増大する疾患です。私たちは、RANKL依存的に破骨細胞の分化阻害作用を示す成分を食品を含む天然資源から探索しています。
 1. Ceylonins A: J. Nat. Prod. 80 (1), 90-95 (2017).
 2. Ceylonamides A: J. Nat. Prod. 79 (8), 1922-1928 (2016).

4-1. 神経突起伸展活性物質

認知症など脳神経疾患治療薬のリード化合物の開発を目指し、神経突起伸展活性を示す低分子有機化合物を探索しています。
 1. Aspermytin A: Bioorg. Med. Chem. Lett. 14 (2), 417-420 (2004).

5-1. 抗菌物質

1. Manadodioxane E:

J. Nat. Med. 69 (4), 595-600 (2015).
 2. Spironaamidine: Tetrahedron Lett. 52 (41), 5342-5344 (2011).

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