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自己免疫疾患治療薬を指向した新規RORγt逆作動薬の合成研究

佐藤, 歩 東京大学 DOI:10.15083/0002008298

2023.12.27

概要

審査の結果の要旨
氏名 佐藤 歩
佐藤歩は、
「自己免疫疾患治療薬を指向した新規 RORγt 逆作動薬の合成研究」のタイト
ルで研究を展開した。以下に、その詳細を述べる。
自己免疫疾患は免疫系が自分自身の細胞を攻撃し、ダメージを与える炎症性の疾患であ
る。従来の薬物療法の中心は非ステロイド性抗炎症薬やステロイド、免疫調整薬や免疫抑制
薬であり、近年では TNF-α 阻害薬や、IL-6 阻害薬などの抗体医薬が治療に用いられ、炎症
性サイトカインの抑制が自己免疫疾患の治療に有効であることが示されている。しかしな
がら、低分子薬の副作用や抗体医薬の高額な薬剤費や通院が患者にとって負担であり、副作
用が低減された経口投与可能な低分子治療薬が切望されている。
これらの状況を踏まえ佐藤は、炎症性サイトカインである IL-17A/F および IL-23 等の制
御に関わる RAR-related orphan receptor gamma t(RORγt)に着目した。RORγt は T 細胞に発
現している核内オーファン受容体であり、RORγt ノックアウトマウスは潰瘍性大腸炎や実
験的自己免疫性脳脊髄炎等の自己免疫疾患モデルに抵抗性であることが示されている。
佐藤は RORγt 逆作動薬が創成できれば、炎症性自己免疫疾患に対する治療薬の新たな選択
肢になるものと考え研究に着手した。
ハイスループットスクリーニングより見出したカルバゾール誘導体 1 は結合活性が 7.5
nM、レポーター活性も 92 nM と強かったが、ラット経口吸収性が低かった(Figure 1)
。佐
藤は低い経口吸収性の原因が高い脂溶性によるものと考えた。そこで、分子をカルバゾール
環、リンカー部、シアノフェニル基と3つの部分構造に分解し、各々の構造活性相関情報を
統合しながら分子の脂溶性を低減させ、最適な化合物を見出す戦略を立案した。

Figure 1. Carbazole hit compound 1 to quinazolinedione 18i.

まずリンカー部の検討を行い、3-メチルペンタン-1,5-ジアミド構造が最適であることを確
認した。右端のシアノフェニル基部位では、シアノ基オルト位にクロロ基を導入した 9f で
クロロ基が周辺の脂溶性相互作用を獲得することにより活性向上することを見出した。化
合物 9f は溶解度に課題があったため、高い脂溶性を有するカルバゾール環の脂溶性を低減
させながら活性発現に必須な相互作用を保つ分子設計を行い、溶解度が改善された 18h へ
と導いた。
化合物 18h のキナゾリジンジオン環上置換基を最適化して活性が向上した 18i は、
ラット EAE モデルにおいて 100 mg/kg で薬効を示した。また、RORγt タンパクと 18h の X
線共結晶構造解析の結果、活性コンフォメーションが既存の逆作動薬と異なる U 字構造で
あるという知見を得た(Figure 2)

Arg367

Phe377
His479

2.9

3.4

Phe388

3.0

Glu379

Figure 2. Structure of inverse agonist 18h complex with the C-terminal truncated RORγt protein.
化合物 18i は薬効試験に用いるマウスでの薬物動態が課題であった。そこで佐藤は回転可
能結合数の低減により経口吸収性が改善すると予想し、化合物の U 字型コンフォメーショ
ンを固定化が期待できる複数の環状リンカーを設計した。検討した中でシスのシクロペン
タン誘導体 21 およびピぺリジン誘導体 50 が強い活性を示した(Figure 3)
。各々の骨格につ
いて代謝部位ブロックおよび脂溶性低減の戦略を用い、薬物動態改善の検討を行ったとこ
ろ、シクロペンタン誘導体 21 をテトラヒドロフラン環へと変換した化合物 29 では薬物動
態が改善されなかったが、ピペリジン誘導体 50 を変換したモルホリン誘導体 51 において
大幅な AUC (Area under the curve) の向上を達成した。さらにエーテル結合をアミド結合へ
と変換した化合物 52 でレポーター活性が向上することが判明し、モルホリンアミド誘導体
が優れた薬物動態を示すターンミメティクス分子であることを見出した。

Figure 3. Schematic diagram of scaffold hopping.
モルホリンアミド誘導体 52 はレポーター活性が 170 nM であったため、さらなる活性の
向上を目指し、Phe388 との脂溶性相互作用獲得を狙ったデザインを行った。結果、キナゾ
リジンジオン環上へイソプロピル基を導入した化合物 56b でレポーター活性が向上した
(Figure 4)
。化合物 56b を光学分割した R 体 57 は薬物動態も良好であったため、化合物 57
をマウス自己免疫疾患モデルにより評価した。化合物 57 は、30 mg/kg の経口投与で IL-17A
の発現量を 59%抑制した。

Figure 4. Modification of substituents on the quinazolinedione ring.
最後に佐藤は X 線構造解析によりモルホリンアミド 57 が直鎖型化合物 18h と同様に U
字型ファーマコフォアを活用していることを確認した(Figure 5)
。さらに、キナゾリジンジ
オン環上 iPr 基が α 位に分岐したメチル基により、Phe388 との脂溶性相互作用を獲得し活
性向上に寄与していることも合わせて確認した。

2.9

His323

3.5

Glu379

2.8
3.3

2.7
3.0

His479
Phe377
Phe388

Figure 5. Complex structure of the inverse agonist 57 (green) bound to RORγt protein (PDB
code:6B32).
以上のように、佐藤歩は、
「自己免疫疾患治療薬を指向した新規 RORγt 逆作動薬の合成
研究」に取り組み、以下の結果を得た。
1) 低溶解度の原因と考えられた三環性構造を有するヒット化合物に対し、構造活性相
関及び X 線構造解析から逆作動活性発現や活性向上に重要な相互作用を特定し、環
の数を削減しながら必須な相互作用を獲得する置換基導入を行った。さらに極性基
を適切に配置することにより、活性及び物性に優れた二環性構造に効果的に変換す
る分子設計法を確立した。
2) 安定的に U 字型活性コンフォメーションを保持する化合物として、リンカー部分に
環構造を導入することが有効であることを見出した。環構造導入により化合物変換
の幅が広がり、直鎖型リンカーでは困難だったヘテロ原子の導入が許容された。ヘ
テロ原子導入によって代謝部位のブロックおよび脂溶性低減され、in vivo クリアラ
ンスが向上することで薬物動態の改善を達成した。
3) 自己免疫疾患モデルで経口投与により薬効を示す新規 RORγt 逆作動薬逆作動薬を創
製し、本メカニズムでの新規自己免疫疾患治療薬創出の可能性を示した。
これらの業績は、薬学研究に大きく貢献するものであり、博士(薬科学)の学位を授与す
るに値するものと認めた。

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106

発表論文一覧 [主論文]

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Fukase, Y.; Sato, A.; Tomata, Y.; Ochida, A.; Kono, M.; Yonemori, K.; Koga, K.; Okui, T.;

Yamasaki, M.; Fujitani, Y.; Nakagawa, H.; Koyama, R.; Nakayama, M.; Skene, R.; Sang,

B.-C.; Hoffman, I.; Shirai, J.; Yamamoto, S. Bioorg. Med. Chem. 2018, 26, 721-736.

2. Design and Synthesis of Conformationally Constrained RORγt Inverse Agonists.

Sato, A.; Fukase, Y.; Kono, M.; Ochida, A.; Oda, T.; Sasaki, Y.; Ishii, N.; Tomata, Y.;

Fukumoto, S.; Imai, Y. N.; Uga, K.; Shibata, A.; Yamasaki, M.; Nakagawa, H.; Shirasaki,

M.; Skene, R.; Hoffman, I.; Sang, B.-C.; Snell, G.; Shirai, J.; Yamamoto, S.,

ChemMedChem 2019, 14, 1917-1932.

107

謝辞

本論文の発表および作成にあたり、終始ご懇切なるご指導とご鞭撻を賜りました

東京大学大学院薬学系研究科 内山真伸 教授に謹んで御礼申し上げます。また、本

論文の審査にあたり、ご指導ならびにご助言を賜りました東京大学大学院薬学系研究

科 金井求 教授、平野圭一 特任准教授、長友優典 講師、生長幸之助 講師に厚

く御礼申し上げます。

本研究は武田薬品工業株式会社医薬研究本部で行われたものであり、本研究に際し

て、御協力、御助言いただきました池浦義典博士、一川隆史博士、神山圭司博士、

吉田雅都博士、伊井雅幸博士に心より感謝いたします。

本研究を通じ、終始温かいご指導、ご助言ならびにご援助を賜りました山本哲史

博士、白井淳也氏、深瀬嘉之博士、遠又慶英博士、落田温子博士、髙野光功博士、

小田恒夫氏、佐々木悠介博士、石井直樹氏、福本正司博士、今井友美博士、米森和子

氏、中川秀行氏、小山亮吉氏、中山政治氏、宇賀恵子氏、柴田央博士、古賀敬子博士、

奥井利豪氏、土森登博士、山嵜将司博士、藤谷靖志博士、白崎幹雄氏、Robert Skene

氏、Bi-Ching Sang 氏、Isaac Hoffman 氏、Gyorgy Snell 博士に深く感謝いたします。

本研究の成果は、多くの共同研究者の方々のご協力とご尽力の賜物であり、ここに

心より深く感謝いたします。また、本研究にご協力いただいたすべての方に感謝いた

します。

本論文を執筆する上で、有益なご助言をいただきました Axcelead Drug Discovery

Partners 株式会社 北村周治博士、伊藤光博博士に深く感謝いたします。

学部、大学院において研究者としての基本をご指導いただき、本論文執筆のきっか

けを与えて下さった東京大学名誉教授 福山透 教授に心より御礼申し上げます。

最後に、いつも支えてくれた家族に心より感謝いたします。

108

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