Research projects

本研究では、マラリア原虫のもつ小胞体膜上のカルシウムポンプ(PfATP6)に着目した、新しい抗マラリア薬リード化合物を創製する。申請者がこれまでに発見している強力な哺乳類カルシウムポンプ（SERCA）阻害剤ビセリングビアサイド(BLS)およびイエゾシド(IZS)を基盤とし、その化学構造を改変することで高い選択毒性を発揮するPfATP6阻害剤を生み出す。また、細胞形態やCa2+濃度の変化を観察する独自の生物活性評価法を指標として、抗マラリア薬への展開が可能な新しいカルシウムポンプ阻害剤を海洋シアノバクテリアから発見する マラリアは熱帯・亜熱帯地域の約100カ国で流行しており、年間で２億人以上が罹患し、約200万人が死亡している。マラリアの原因はPlasmodium属の原虫であり、蚊によって媒介される。既存の治療薬に耐性をもつ原虫が出現し、その効果が低下しているため、新しい抗マラリア薬リード化合物の発見・創製が求められている。本研究では、抗マラリア薬の薬剤標的として、マラリア原虫の小胞体膜上のカルシウムポンプであるPfATP6に着目している。 申請者は、哺乳類の小胞体カルシウムポンプ（SERCA）に対する強力な阻害剤、ビセリングビアサイド（BLS）類およびイエゾシド（IZS）を海洋シアノバクテリアから発見している。BLSは弱い抗マラリア活性を示すが、ヒト由来細胞に対して強力な細胞毒性を示す。これまでに明らかにしているBLS-SERCA複合体の結晶構造に基づき、SERCAとの親和性低下させ、PfATP6選択的な阻害による抗マラリア活性向上を目指している。BLS全合成ルートに改良を加え、より短行程で効率よく合成できる経路を確立した。これまで２種のBLS人工誘導体を合成し、活性を評価したところ、ヒト細胞に対する細胞毒性を低下させることができたが、抗マラリア活性は狙い通りには向上しなかった。 一方、IZSの抗マラリア活性を評価したところ、ヒト細胞に対する細胞毒性を示す濃度のさらに約10分の１の低濃度で顕著な活性を示した。さらにIZSの立体異性体やペプチド部や糖部分を省略した人工誘導体を合成して活性を評価したところ、ペプチド部を省略した人工誘導体が顕著な抗マラリア活性を示し、一方ヒト由来細胞に対する細胞毒性やSERCA阻害活性を示さなかった。またIZSのSERCA阻害活性を明らかにすることができた。 BLSの全合成ルートの改良により工程数が削減され、種々の人工誘導体の合成を効率よく行うことができるようなった。IZSが顕著な抗マラリア活性を示すことが分かった。ペプチド部を省略したIZS人工誘導体がヒト由来細胞に対して毒性を示さず、マラリア原虫に対して選択毒性を示すことが分かった。マラリア原虫PfATP6の選択的阻害剤である可能性を見出した。以上の点から研究は順調に進捗していると考えている。 顕著な抗マラリア活性を示したIZSの研究を重点的に進める。IZS人工誘導体のPfATP6阻害活性を評価し、構造活性相関を明らかにする。ペプチド部を省略した人工誘導体の抗マラリア活性がPfATP6阻害によるものかを確認する。糖部分を種々修飾した誘導体を合成し、SERCA阻害活性、PfATP6阻害活性や抗マラリア活性を評価し、選択的PfATP6阻害剤の候補を見出す。 マラリア原虫の体内は酸性環境である。抗マラリア薬として用いられるクロロキンやメフロキンは分子内にかさ高いアミンを有し、マラリア原虫内で塩となることで体外への薬剤排出性が下がり、高い選択毒性を発揮することが明らかにされている。そこで、IZSの分子内に3級アミンを導入した分子を合成し、抗マラリア活性を向上させる。 またこれまでに海洋シアノバクテリアから発見した種々の物質の抗マラリア活性や抗トリパノソーマ 活性を評価し、感染症の原因寄生虫に対して毒性を示す物質を見出す。 海洋シアノバクテリアからカルシウムポンプ阻害剤が高頻度で見つかっていることから、今後も新しいカルシウムポンプ阻害剤の探索を続ける。SERCA阻害剤はHeLa細胞に対して、その形態を紡錘形に変化させる特有な形態変化を引き起こすことを見出している。この細胞形態変化に基づく独自の生物評価法を用い、海洋シアノバクテリアを探索源としてSERCA阻害剤を探索する。また、Ca2+感受性蛍光指示薬Fura-2をマラリア原虫に処理し、細胞質Ca2+濃度の変化を検出できる評価系を立ち上げ、PfATP6阻害剤を探索する。

本年度は、海洋シアノバクテリアを由来とする新規抗トリパノソーマ活性物質の探索および作用機序解明に向けた合成研究を行った。探索研究においては、新規抗トリパノソーマ活性物質として kinenzoline および hedoamide を発見し、構造を決定した。kinenzoline は種々のスペクトル解析および全合成によって構造を確定し、トリパノソーマ原虫に対しIC50 4.5 uM と中程度の増殖阻害活性を示す一方で、ヒト正常細胞であるWI-38に対しては100 uM でも毒性を示さなかった。Hedoamide は強力な抗トリパノソーマ活性を示す一方で、WI-38 と比較し30倍程度の選択性を示した。申請者が以前発見したiheyamide A については全合成を達成し、構造活性相関研究からペプチド部の伸長と共に抗トリパノソーマ活性が増強されることを見出した。 また、探索研究の過程で極めて強力ながん細胞増殖阻害活性を示す新規天然物 iezoside を発見した。本化合物は新規の炭素骨格を有するペプチド-ポリケチドハイブリッド配糖体であり、絶対立体配置を含む全構造を最終的に全合成によって確定した。さらに、iezoside の生物活性が強力なカルシウムポンプ阻害によって引き起こされることを明らかにした。Iezoside は新規抗がん剤リードとして有望な化合物であり、各種類縁体を合成して構造活性相関の解明に取り組んでいる。また、本化合物は抗トリパノソーマ活性も有するため、合成したライブラリーを用いてトリパノソーマ原虫に対し高い選択毒性を示す構造改変体の創出を目指している。