PowerPoint プレゼンテーション

浜松工業会東京支部 若手会員活性化講演会(平成26年7月23日)
工学部からの創薬研究
“似て非なるもの”を活用するものづくり
静岡大学大学院・工学研究科
鳴海 哲夫
似て非なるもの
“見かけは似ているが、本質的には違うもの”
コカ・コーラ
45 kcal/100 mL
甘味料:砂糖(スクロース)
コカ・コーラ ゼロ
0.5 kcal/100 mL
甘味料:アスパルテーム
異なる分子構造を有しながら、生体が同様に「甘味」を感じる“似て非なる”分子
アミド結合
1)タンパク質やペプチドの主鎖骨格を形成する普遍的な
共通構造
2)水素結合能により、二次構造や高次構造の形成に寄与
3)生理活性分子や医薬品の重要な構造
→医薬品上位200化合物の内、95化合物がアミド結合
を含む
アミド結合の特性に基づいて新たな機能性分子の創製や効率的合成法の開発
Concept: Replacement of Amide and Alkene
O
R
R1
N
H
amide
X
Structural
isosterism
R1
R
H
alkene
Hann, M.M. et al., J. Chem. Soc., Perkin Trans. 1, 1982, 307.
H
N
R2
O
R1
N
H
O
Amide to Alkene
Cell
Biology
R1
R2
H
Chemical
Biology
O
Alkene-type isosteres
Native peptide
Chemical
Biology
X
H
N
Isostere-based
Design
X = H, Me, F, Cl, CF3
Alkene to Amide
Organic
Chemistry
Small change, but still great advantages!
Medicinal
Chemistry
Native Peptide and its Alkene Isosteres
Xaa
N
H
O
H
N
O
Xaa
N
H
Yaa
O
O
H
N
N
H
Yaa
X
• Ground-State Amide
Equivalents
O
H
Xaa
• Peptidomimetics for
Medicinal Chemistry
Yaa
Alkene-Type Isosteres • Chemical Probes for
Native Peptides
Biochemistry
Class I
Xaa
N
H
H
H
Class II
O
N
H
Yaa
(E)-Alkene Dipeptide Isostere
(EADI)
Class III
N
H
Yaa
(Z)-F-alkene Dipeptide Isostere
(FADI)
Xaa
N
H
F
O
Me Yaa
(E)-Me-alkene Dipeptide Isostere
(FADI)
O
Xaa
O
Xaa
Yaa
(Z)-Cl-alkene Dipeptide Isostere
(CADI)
O
Xaa
N
H
Cl
CF3 Yaa
(Z)-CF 3-alkene Dipeptide Isostere
(FADI)
「アルケン型ジペプチドイソスターの効率的合成法の開発と生理活性ペプチドの構造活性相関研究への応用」
有機合成化学協会誌、2008年、66巻、846-857.
Biolgical Evaluation of Alkene Pseudopeptides
Org. Biomol. Chem., 2010, 8, 616.
Biolgical Evaluation of Alkene Pseudopeptides
Biopolymers 2007, 88, 272.
Entry
X
1
Activity (%)a
EC50 (nM)
96.5 ± 0.3
3.1
2
(transoid)
75.8 ± 1.6
7.6
3
(cisoid)
2.0 ± 0.3
—
4
(transoid)
2.6 ± 0.1
—
5
(cisoid)
5.4 ± 0.1
—
aActivity
is based on the relative maximum agonistic activity at 10 nM of a
compound to 1 mM kisspeptin-10 (%).
100% = maximum agonistic activity signal at 1 mM kisspeptin-10.
Ongoing and Future Study
“Caged” Compounds in Chemical Biology
How can we control biological activities
(spatially and temporally)?
Addition of
bioactive compound
Responses to stimulation
光感受性保護基
光
hn ²
ケージド
化合物
"IN-ACTIVE"
"ACTIVE"
生理活性分子
細胞
生命現象のリアルタイム解析により、創薬標的となる過渡的複合体の機能解明
Coumarin-4-ylmethyl Groups
Large molar absorption coefficients at longer wavelength
Fast release rates with improved stability
Two-photon photolysis with practically useful absorption
cross sections (720-900 nm)
Recent Review of Courmain-type PPGs: Givens, et al. Photochem. Photobiol. Sci. 2012, 11, 472.
Caged Ligands for Photoactivation of Protein Kinase C
“IN-ACTIVE”
0 min
“ACTIVE”
10 min
Nomura, W., Narumi, T., et al., ChemBioChem, 2011, 12, 535-539.
Translocation of Activated PKCδ within the Golgi-stained cells
HeLa cells
0 min
10 min
EGFP-PKCδ
BODIPY TR ceramide
merged image
Photoirradiation induced translocation of PKCδ to Golgi apparatus.
Slow response against photoirradiation
Wataru Nomura, Yuki Serizawa
Concept: Isosteric Replacement of Alkene and Amide
O
R
X
Structural
isosterism
R1
N
H
amide
R1
R
H
alkene
Hann, M.M. et al., J. Chem. Soc., Perkin Trans. 1, 1982, 307.
Br
HO
Bhc
enol double
bond
Br
Isostere-based
design
O
O
alkene-to-amide
replacement
HO
aromatization
Br
O
N
O
H
amide bond
N
O
8-aza-Bhc
O
O
Hydrophilic Properties of 8-Azacoumarin and Bhc Derivatives
2.5 mM in PBS
CS: 602 mM
pKa: 5.88
✓ Inductive effect
CS: 10832 mM
pKa: 4.22
2.5 mM in PBS
✓ Strong inductive effect
✓ H-bonding interaction
Application of 8-aza-Bhc groups to Bioactive Compounds
X
X
Br
Br
Isostere-based
design
HO
O
Excellent water solubility
HO
O
6-Bhc
Excellent photoreactivity
N
O
O
8-Aza-3-Bhc
Efficient photorelease
at lower pH
Novel caging group
HO
O
O
O
3
O
O
NH 2
Br
HO
estertype
H 2N
OH
O
HN
carbamatetype
N
O
carbonatetype
UV, 365 nm, 25 s
"85% conv."
O
O
O
O
Br
Br
O
HO
N
O
3
HO
N
N
N
O
O
O
HO
UV, 365 nm, 20 s
"90% conv."
O
6
N
O
O
UV, 365 nm, 80 s
"84% conv."
Promising applications to alcohol, amine and carbonyl functional groups
N
HIV-1外被タンパク質gp120の構造変化誘起を指向した
低分子CD4ミミックの構造活性相関研究
Viral Attachment
CD4
gp120
Coreceptor Binding
Virus-Cell Fusion
Entry
HIV-1
Conformational Change of gp120
CD4 mimic
Phe43 Cavity
(CD4 Binding Site)
Coreceptor
Binding Site
(X = Cl, Br, Me)
SAR Study
anti-HIV activity, cytotoxicity
CD4 mimicry on conformational change
Narumi,
Narumi,
Narumi,
Narumi,
T., et al., BMCL 2010, 20, 354-358.
T., et al., BMCL 2010, 20, 5853-5858.
T., et al., BMC 2011, 19, 6735-6742.
T., et al., BMC 2013, 21, 2518-2526.
中和抗体活性増進剤: エンベローププロテインオープナー
NAb
+NBD
+sCD4
anti V3+NBD
CD4ミミック誘導体はgp120
の構造変化を誘起すること
で、中和抗体活性を増進さ
せる。
CD4i+NBD
CD4i
anti V3
Yoshimura K, Harada S, Tamamura H, Matsushita S, et al., J.Virol., 2010
Our SAR Studies
BMCL 2010, 20, 354.
BMCL 2010, 20, 5853.
BMC 2011, 19, 6735.
BMC 2013, 21, 2518
Hiroshi Arai
抗HIV活性が約40倍向上した誘導体(HAR-431)の創出に成功
2013年10月1日から静岡大学工学部で、
鳴海研究室をはじめました。
今後とも手厚い(手荒い?)ご指導よろしくお願いします。
創薬を目指して新しい有機分子を作り
生命現象を科学する
Research Group
大学院生、研究生、共同研究を募集しています。
鳴海哲夫 連絡先:[email protected]