筋萎縮を抑制するユビキチンリガーゼ阻害剤の開発徳島大学医学部教授医科栄養学科二川健（※発表当日には、配付資料に載せていないデータとスライドがあります。） 1 本研究の目的廃用性筋萎縮の治療薬の開発寝たきり増加する寝たきり患者数百万人 2 ・動けることによるＱＯＬの改善・介護者の負担軽減・社会保障費の削減 1 1993 2000 2010 2025 （厚生白書1999)） 2 なぜ効果的な筋萎縮治療薬が開発されなかったか？癌のように筋萎縮は直接命にかかわる病気ではなかった。筋蛋白質合成を高める薬が効かなかった。＝ IGF-1 (筋栄養因子)に対する感受性の低下＝ IGF-1抵抗性従来の筋肉増強剤 IGF-1製剤蛋白質同化ホルモン高蛋白質食効かないぞ!! 寝たきり患者の萎縮筋 3 MyoLab Molecular mechanism of microgravityinduced skeletal muscle atrophy Muscle reinforcement agents IGF-1 (Growth hormone) Anabolic hormone High protein diet No effect? L6 cells Skeletal muscle atrophied by microgravity Degradation enzyme (Cbl-b?) = muscle atrophy responsible enzyme In future Cbl-b inhibitor (Cblin) Change! Yes, we can!! 4 MyoLab (A) Molecular mechanism of microgravityinduced skeletal muscle atrophy (B) infusion In future discharge Degradation enzyme (Cbl-b) = muscle atrophy responsible enzyme Change! Yes, we can!! 5 ユビキチン化酵素Cbl-bは筋肉細胞のIGF-1抵抗性をおこす原因酵素である。寝たきり、宇宙フライトでは宇宙またはUnloading環境 IGF-1受容体筋蛋白質分解筋蛋白質合成 p p p p Cbl-b IRS-1 PI3K IGF-1 抵抗性分解 Ub Ub Ub Ub Ub Ub 筋萎縮 Akt mTOR S6K GSK3 FOXO 核 Atrogin-1 筋蛋白質合成筋萎縮 (筋量ユビキチン化酵素Cbl-bは廃用性筋萎縮の原因酵素の一つである。 Suzue et al. J Bone Miner Res 2006 21(5): 722-34. Nikawa et al. FASEB J 2004 18(3): 522-4. Nakao et al. Mol Cell Biol 2009 (29(17): 4798-811. 筋蛋白質分解 , 筋力 ) 6 本提案の独創性ユビキチン化酵素阻害ペプチド（Cblin: Cbl-b inhibitor）の発見 (特願2006-145944) Cblinは、筋萎縮原因酵素の一つであるCbl-bユビキチン化酵素とその基質(IRS-1, 筋栄養因子IGF-1の重要なシグナル分子)との結合を阻害する。 Ub Ub Ub Ub ユビキチン化酵素 Ub Ub Ub Ub Ub Ub Ub Ub E2 IRS-1 Cblinのユビキチン化酵素阻害作用 Ub Ub Ub 坐骨神経切除マウスにペプチドを筋注 E2 IRS-1 IRS-1 Cblin IGF-1による増殖シグナル伝播プロテアソームによる分解筋萎縮 Cblin ：萎縮遺伝子の発現低下筋蛋白質合成の増大 - - + - + 筋注なしコントロール坐骨神経切除 Ogawa T et al. Muscle Nerve 200634(4): 463-9. Nikawa et al. FASEB J 2004 18(3): 522-4. Nakao et al. Mol Cell Biol 2009 (29(17): 4798-811. 7 本提案の革新性（１） Cbl-bとCblin (Cbl-b inhibitor)ペプチドの相互作用を明らかにした。 CblinがCbl-bユビキチン化酵素のどの部位に、またどのような形で結合するかを明らかにした。Cblbユビキチン化阻害剤でここまで詳細に検討されているものは他になく、同分野の開発を行っている他の研究室よりはるかに先んじている。ユビキチン化酵素阻害ペプチド‘Cbｌin’ 特許取得(特許第5113348号) Asp-Gly-ｐTyr-Met-Pro リン酸化チロシン Cbl-b ユビキチン化酵素阻害ペプチドCblinの構造を基に低分子化合物を作成できる可能性が高まった。 8 本提案の革新性（２）ハイスループットスクリーニングシステムが確立されている。ハイスループットスクリーニングシステムを用い、既にCbl-b阻害活性を有する化合物の基本骨格を同定している。 Cblと阻害ペプチド (Cblin, ZAP-70など)複合体構造をテンプレートに使用ファーマコフォアモデル化合物ライブラリ－（１）化合物ライブラリー（２）ハイスループットスクリーニングシステム 170個合計 268個 98個 5個＝化合物の基本骨格の同定 9 本提案の新規性（１）表1 ユビキチン化酵素阻害剤とIGF-1製剤・蛋白質同化ホルモンとの比較蛋白質同化ホルモン Cbl-bユビキチン化酵素阻害剤 IGF-1製剤筋細胞への作用点 IRS-1のユビキチン化と分解を阻害する。その結果、筋細胞のIGF-1抵抗性が改善される。筋細胞に直接作用し、筋蛋白質合成を亢進筋蛋白質の合成を高め、する。分解を抑制する。効果筋蛋白質分解が抑制され、筋蛋白質合成が高まる。寝たきり状態の筋細胞原因は不明だが、寝はIGF-1に対する感受たきり状態の筋細胞性が低下しており(IGF- は蛋白質同化ホルモ 1抵抗性)のため、廃用ンが効きにくいとされ性筋萎縮には効かない。ている。副作用通常はCbl-bは免疫細胞に多く発現している。筋肉では、寝たきり状態で強く発現が誘導される。寝たきり状態の筋肉に特異的に作用するため、副作用は非常に少ないと考えられる。 IGF-1が作用する細胞は、全身にある。末端肥大症のような重篤な副作用がある。非常に大きな副作用がある。ドーピング薬でもあり、心停止など突然死の報告も多い。実用性有望 × × 10 本提案の新規性（２）表２ユビキチン化酵素阻害剤とプロテアソーム阻害剤との比較ユビキチン化酵素阻害剤プロテアソーム阻害剤作用点分解すべき基質と結合するユビキチン化された蛋白質ユビキチン化酵素の阻害を認識して分解するプロテアソームの阻害阻害効果の特異性基質特異性が高いユビキチン化酵素のみ阻害するので、分解阻害すべきターゲット蛋白質を限定することができる。ユビキチン化された蛋白質の分解を全て阻害する。副作用少ない多い実用性ユビキチン化酵素阻害剤として報告されているものは Cblin以外はNutlin(抗癌剤として開発中)が報告されている。すでに骨髄腫の治療薬として実用化されている。但し、副作用が大きいため、他の疾患には応用が難しいとされている。 11 目標：筋萎縮治療薬の開発を目指して研究期間内の達成目標前臨床試験に供しうる薬品候補（プロトタイプ）として、動物レベルでも有効なユビキチン化阻害剤を最低でも２種類以上選定する。判定基準：ユビキチン化酵素阻害係数(IC50)が10 µM以下，Cblinの10分の1 最終目標ユビキチン化酵素阻害剤を筋萎縮治療剤として世界で最初に実用化する。類似課題の有無：なしコロンビア号の宇宙実験で Cbl-b遺伝子を発見(1998) ユビキチン化阻害剤は、世界初の宇宙製剤でもある。徳島大学・栄養科学研究科から 12 医薬品候補化合物（プロトタイプ）同定への動物レベルでも有効なユビキチン化酵素阻害剤を最低でも２種類以上選定する道筋スクリーニングの進め方化合物のファーマコフォアモデルによる選択(268候補化合物)は終了細胞培養系によりユビキチン化酵素阻害活性の高い化合物を選別 (IC50が10µM以下,Cblinの1/10) ヒット化合物が見つかった場合ヒット化合物を大量合成し、筋萎縮モデル動物での効果を検討 (PK試験→im, sc, po) 筋萎縮阻害効果あり＝リード化合物筋萎縮阻害効果なし化合物がヒットしない場合大規模化合物ライブラリーから探索中規模化合物ライブラリーから探索小規模化合物ライブラリーから探索構造解析による最適化医薬品候補化合物前臨床試験へ 13 実用化への道筋約17年 2020 2026 日本の高齢者人口が最大となる時期私の退職 2015 2010 治療薬開発 ③第 Ⅲ 相試験 ②第 Ⅱ 相試験臨床試験 ①第 Ⅰ 相試験前臨床試験 ②毒性試験 4年間 ①薬物動態試験医薬品候補化合物の同定 3年間今なら間に合う!! 14 経済効果と市場規模Ａ経済効果・寝たきりで一般病棟に1年間入院すると約400万円の医療費 10万円(一ヶ月の本人負担額)÷0.3×12ヶ月＝400万円寝たきり高齢者の将来推計･寝たきり患者の4分の3は1年以上の寝たきりである 200万人 100万人寝たきりを治療できれば大きな医療費節約効果がある 1993 2000 2010 2025 （厚生白書平成11年版より）Ｂ市場規模・最新の降圧剤（経口薬）では、朝1錠の服用で一ヶ月あたり約15,000円かかる。・患者のコンプライアンスを高めるため、廃用性筋萎縮の治療薬では、１日1回服用の経口薬を目指している。・開発費を含め１ヶ月あたり20,000円にしたいと考えている。・仮に2010年の推定患者数(175万人)の１割が、１ヶ月間服用したとすると１ヶ月あたり約35億円(2万円×17万5千人)の売り上げが期待される。 15 将来への展望今回のユビキチン化酵素阻害剤の開発は、ユビキチン化が関わるあらゆる疾患に対する治療に大きなインパクトを与える。なぜなら、生体内にユビキチン化酵素は 1，000種以上の存在が確認されており、しかもその多くが疾患の原因酵素になっていると推測されているからである。世界発の廃用性筋萎縮治療薬新しい宇宙薬寝たきりによる筋萎縮筋萎縮が進む宇宙飛行痴呆防止薬神経変性疾患 (特に記憶) ユビキチン化酵素阻害剤増殖シグナルが亢進した癌新規抗癌剤 Cbl-bの遺伝子欠損がT細胞の抗腫瘍作用を活性化することが報告された。つまり、我々の開発したCbl-bユビキチン化酵素阻害剤はT細胞の癌免疫能を亢進する可能性が大である。 16 実用化に向けた課題 • 現在、in vitroでユビキチン化酵素Cbl-bを阻害できる候補化合物は特定できている。 • 今後、筋萎縮モデルを用いた動物実験データを取得し、ヒトに適用していく場合の条件設定を行っていく。 • 実用化に向けて、in vivoのデータの取得と化合物の安全性を確立する必要もあり。 17 企業への期待 • ユビキチン－プロテアソーム蛋白質分解系は次世代の創薬ターゲットといわれています。 • 我々が発見した低分子Cbl-b阻害剤は、現時点で特許フリーです。動物実験で筋萎縮抑制効果が認められた時点で、特許申請する予定です。共同研究していただいた企業に特許申請権をお譲りします。 • 今後医薬品として開発するためには、低分子Cbl-b阻害剤の基本骨格を修飾して、体内動態や薬効を最適化すること (Editing)が必要です。その基本骨格化合物(既に実用化している医薬品です)の合成技術や誘導体を有する、製薬企業との共同研究を希望します。 • 直接の共同研究が難しければ、ＪＳＴなどの競争的研究資金に共同提案していただける企業を希望しております。 18 お問い合わせ先徳島大学医学部医科栄養学科生体栄養学分野教授二川健ＴＥＬ０８８－６３３－９２４８ＦＡＸ０８８－６３３－７０８６ e-mail nikawa＠tokushima-u.ac.jp 独立行政法人宇宙航空研究開発機構（JAXA）きぼう利用プロモーション室 [email protected] 〒305-8505 茨城県つくば市千現2-1-1 筑波宇宙センター 19