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中枢発現性Naïve Anaplastic Lymphoma Kinase新規阻害剤の創製

藤森, 郁男 東京大学 DOI:10.15083/0002008279

2023.12.27

概要



査 の 結 果 の 要 旨




藤森 郁男

藤森郁男は,
「中枢発現性 Naïve Anaplastic Lymphoma Kinase 新規阻害剤の創製」というタイトル
で,以下の研究を行った。
① 中枢移行性ピロロ[2,3-b]ピリジン誘導体のデザイン、合成および薬物評価
Anaplastic Lymphoma Kinase (ALK)は他タンパクと融合し二量体を形成すると、自己リン酸化による
恒常的な活性化が生じ、発がんへとつながることが知られている。一方で、Naïve ALK は中枢に主に発
現し、認知機能、記憶学習行動に関係していると考えられている。しかしながら、中枢神経系における
ALK の役割については不明な点が多い。そこで、Naïve ALK の機能解明を行うために、中枢において ALK
のリン酸化を抑制するツール化合物の創出に着手した。キナーゼは数百種類も存在し、それぞれ細胞増
殖や分化などに関与しているため、ツール化合物は標的キナーゼに対して選択的でなければならない。
特に、Trk ファミリーは神経細胞に存在し、神経細胞の生存や分化を担っていることが知られているた
め、Trk ファミリーとの選択性の獲得を目指した。

自社化合物ライブラリーよりイミダゾ[1,2-b]ピリダジン誘導体 1 を見出したが、Trk に対しても強力

な 阻 害 活 性 を 示 し た た め 、 ALK タ ン パ ク と の 共 結 晶 構 造 解 析 を 行 い 、 Leu1198(ALK) お よ び
Tyr590(TrkA)の残基の嵩高さの違いを利用することにより Trk との選択性を獲得できるものと考えた。
それらの残基は、置換基を導入できないイミダゾ[1,2-b]ピリダジン環 1 位の近傍に存在したため、骨格

をピロロ[2,3-b]ピリジン環へと変換した。アミド基およびスルホニル基のコンホメーションを利用する
ことにより、Trk との選択性改善に成功した。特に、モルホリルアミド誘導体は、強力な ALK 酵素およ
び細胞阻害活性を示し、TrkA との選択性も 480 倍まで改善したが、血液脳関門に発現する排出トランス
ポーターの基質である可能性が示唆され、中枢移行性が低いことが予想された。水素結合ドナー(HBD)
や水素結合アクセプター(HBA)の削減、水素結合能の減弱が、基質回避に有効であるとされているた
め、活性発現に影響が少ないと考えられたベンジルアミン部位をベンジルエーテルへと変換し、モルホ
リン酸素原子の隣接位にメチル基を導入し孤立電子対の遮蔽効果を狙ったところ、阻害活性は維持しつ
つ、排出トランスポーターの基質を回避することができた。得られた化合物 13 は、キナーゼ選択性、薬
物動態、および中枢移行性も良好であったため、マウスに腹腔内投与したところ、海馬および前頭前野の
リン酸化 ALK(p-ALK)を用量依存的に減少させることがわかった。以上のことから、化合物 13 は認知
機能障害やうつ病
といった中枢神経
系障害における
ALK の役割を解明
するための有用な
in vivo ツールとな
るものと考えられ
た。

② フラグメント情報を活用したシクロプロパン誘導体のデザイン、合成および薬物評価
続いて、低分子量で高活性を示す、すなわちリガンド効率に優れた ALK 阻害剤を開発すべく、フラグ
メントヒットからの化合物デザインを展開した。自社フラグメントライブラリーに対し、高濃度の酵素
阻害アッセイを行ったところ、比較的強い ALK 酵素阻害活性および高いリガンド効率を示す、3-ピラゾ
リルピリジンフラグメント(F-1)を見出した。ALK タンパクとの共結晶構造が得られたため、既存の
ALK 阻害薬である Crizotinib の共結晶構造と重ね合わせたところ、強力な ALK 阻害活性の発現には、
Crizotinib のベンゼン環部位の導入が必要であることが示唆された。そこで、F-1 とベンゼン環を最短距
離で連結することを考え、3結合長となるリンカーをデザインすることとした。ベンゼン環の結合位置
および角度を調節するために、リンカーは 3 員環から 6 員環までの環状構造とし、相対および絶対立体
配置、さらに比較対象として鎖状リンカーを加えるとデザイン化合物は合計 17 種類となった。ALK タン
パクとのドッキングシミュレーションを行い、結合エネルギーの合計値(ΔG)、リガンドのコンフォメー
ションペナルティ(ΔE)および既存のクリゾチニブベンゼン環との位置の一致度(RMSD)を指標に、デザ
インされたリンカーの評価を行ったところ、cis-1,2-シクロプロパンが最良の化合物であることが示唆さ

れた。次に、フラグメント情報によってヒンジ結合部周辺の構造活性相関を取得できるものと考え、ピリ
ジン環部位を変換した二次フラグメントライブラリーを作成し、高濃度アッセイにて評価を行った。2 位
および 4 位の置換基は活性の向上に寄与しなかったが、3 位置換基の導入により活性の向上が見られた。
中でも、3-シアノベンゼンフラグメントが最も高い ALK 阻害活性を示したので、リンカーと組み合わせ、
5-シアノ-2-シクロプロパン誘導体 54 を合成したところ、予想通り化合物 54 は強力な ALK 酵素阻害活
性を示した。化合物 54 は、キナーゼ選択性も高かったが、細胞での ALK 阻害活性が弱く、Trk との選
択性も低かった。化合物 54 の共結晶構造解析を基に、シクロプロパン環 2 位にアミノメチル基を導入し
たところ、細胞での ALK 阻害活性および Trk との選択性が改善した。Trk との選択性のさらなる改善を
目指し、化合物 54 のシアノ基の近傍のあるアミノ酸残基の違いが見られたことから、シアノ基をより嵩
高い置換基へと変換することにより選択性を改善できるものと考えた。二次フラグメントライブラリー
にて良好な ALK 阻害活性を示した 3-トリフルオロメチルベンゼンフラグメントを導入したところ予想
通り、化合物 65 は、強力な ALK 阻害活性かつ、良好な Trk 選択性を示した。この研究により、フラグ
メントは SBDD と組み合わせることにより、選択性の改善といった化合物最適化の段階でも強力なツー
ルになることを示すことができた。このハイブリッド型アプローチは、ドラッグディスカバリーのプロ
セスを簡
略かつ合
理的にし、
多数の化
合物を合
成するこ
となく、短期間で活性および選択性を改善できる可能性が示唆された。
以上の業績は,中枢発現性 ALK の機能解明に向けたツール化合物の創出のみならず、フラグメント
と SBDD との融合による合理的なドラッグディスカバリーを示したことから、その後の創薬研究の発展
に寄与するものであり、博士(薬科学)の学位論文として合格と認められる。

この論文で使われている画像

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謝辞

本論文の執筆に際し、東京大学大学院薬学系研究科教授

金井

求先生に

は終始懇篤なご指導、ご高配を賜りました。ここに厚く御礼申し上げます。また、

主査/副査として有益なご助言・ご指導を頂きました東京大学大学院薬学系研

究科教授 井上

将行先生、准教授

宮本

和範先生、講師

特任講師 川島

茂裕先生に心より感謝申し上げます。

生長

本研究の機会を与えて下さいました武田薬品工業株式会社

リサーチニュ

ーロサイエンス創薬ユニットアジア NCE プロダクション研究所

隆史博士、元化学研究所所長

内川

幸之助先生、

所長

一川

治博士、リサーチニューロサイエンス創薬

ユニットアジア NCE プロダクション研究所リサーチマネージャー

今枝

宏博士に感謝申し上げます。

本研究は、元中枢疾患創薬ユニットリサーチマネージャー

士、元中枢疾患創薬ユニット主席研究員

井元

黒板

孝信博

広士博士、リサーチニューロサ

イエンス創薬ユニットアジア NCE プロダクション研究所主任研究員

若林

志博士のご指導のもとに行われたものであり、ここに厚く御礼申し上げます。

本研究において化合物の合成、有益なご討論、ご助言ならびにご援助をいた

だいたリサーチニューロサイエンス創薬ユニットアジア NCE プロダクション

研究所主席研究員

伏見

真博士、リサーチニューロサイエンス創薬ユニット

アジア NCE プロダクション研究所主任研究員

蓮井

智章博士、リサーチニュ

ーロサイエンス創薬ユニットアジア NCE プロダクション研究所主任研究員

村 圭佑博士、元中枢疾患創薬ユニット主任研究員

ネスパートナーズ課長代理

加藤

川北

洋一博士、HRビジ

智子氏に感謝申し上げます。

本研究において、薬理試験をご担当頂きました、リサーチニューロサイエン

ス創薬ユニットバイオロジー主席研究員

ニット

菊香

中谷

篤史氏、元中枢疾患創薬ユ

順史博士、リサーチストラテジー&オペレーション課長代理

笠原 真紀博士、分子シミュレーションをご担当頂きました、元化学研究所

席研究員

村上

研究員 岡部

守生博士、リサーチドラッグディスカバリーサイエンス主任

篤俊博士、化合物スクリーニング試験をご担当頂きました、元生

95

物分子研究所 主任研究員

石井

剛博士、薬物動態試験をご担当頂きました、

リサーチニューロサイエンス創薬ユニット主席部員

動態研究所 日浦

宮本

真紀博士、元薬物

悠斗博士に感謝申し上げます。

本研究のX線共結晶構造解析をご担当頂きました、武田カリフォルニア

Dr. Kumar Saikatendu 氏、Dr. Hua Zou 氏、Dr. Watson Lane 氏、Dr. David Lawson

氏、Dr. Aaron MacGrath 氏に感謝申し上げます。

本研究の化合物構造解析をご担当頂きました、元化学研究所

氏、元化学研究所

飯田

基雄氏、元化学研究所

横溝

西谷

充祥

美幸氏、元化学研究所

熊谷 安美氏に感謝申し上げます。

本論文の執筆に際し、理解を示して下さり、終始応援して下さいました、現

職 Solid Tumor Medical Franchise ヘッドの Souzana Deenitchina 博士に感謝申し上

げます。

最後に、本論文の執筆に際して終始支えてくれました 妻

たたかく応援してくれました

衣、息子 藤森

幹太、実姉 平

藤森

紀行、母 藤森

雪絵、実姉

96

金澤

藤森

啓子、娘

侑子、あ

藤森

亜矢子に感謝致します。

...

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