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フェノタイプ及びターゲットベースドスクリーニングによる新規ヘモグロビン症治療薬の創製

片山, 勝史 北海道大学

2021.09.24

概要

成人ヘモグロビン(HbA; α2β2)は 2α 鎖と 2β 鎖からなる四量体タンパク質であり、2 つの対称性 αβ 二量体で配置し、成人血液中の酸素運搬を担っている。一方、新生児の赤血球では β-グロビン鎖の代わりとして γ-グロビン鎖が優勢な α-グロビンの対応物として機能し、胎児性グロビン(HbF; α2γ2)の形成をもたらす。そして出生直後、γ-グロビンはグロビンスイッチングと呼ばれるプロセスを介して β-グロビンに置き換えられる 1,2(Figure 1)。

鎌状赤血球症(SCD)と β-サラセミアは一般的に知られている単遺伝子性異常ヘモグロビン症であり、ヘモグロビンの β-グロビン鎖の構造と産生に影響を与え、重度の溶血性貧血を引き起こす 3。β-サラセミアは、成人ヘモグロビンの主成分の 1 つである β-グロビン鎖の合成の低下または欠如を特徴とする単一遺伝子障害である 4。SCD では、成人ヘモグロビンの β 鎖上の単一の点突然変異(β6 Glu→Val)によって鎌状赤血球ヘモグロビン(HbS; α2βs2)が生じ、脱酸素状態になることで溶血と血管閉塞が引き起こされる 5。これらのヘモグロビン症は、アフリカ、中東、インド亜大陸、東南アジア、及び地中海を含む多くの地域で広く発生し、世界中の疾病負荷を着実に増加させていることが知られている 5。

臨床研究では、赤血球での HbF 産生の増加が、β-サラセミアと SCD の疾患進行の改善につながることが示されており、赤血球あたり約 30%の HbF の閾値濃度が臨床的効果を示すことが知られている。これは、HbF が成人期まで持続する良性の無症候性遺伝性疾患である遺伝性高胎児血色素症(HPFH)において、その患者の HbF のレベルが約 30%であり、症状が SCD や β-サラセミアの患者に比べて軽く通常の日常生活を送ることより設定されている 7。したがって、HbF 産生を増加させる治療薬は、ヘモグロビン症患者の臨床的罹患率と死亡率を低下させるための重要な治療戦略となっている。 SCD の治療薬として承認されたヒドロキシ尿素(HU)は、HbF 産生を誘発し、SCD 患者の苦痛を軽減することができる。しかしながら、その有効性の低さや副作用、及びすべての患者で薬理反応を引き出すことができないため、その臨床的有用性には重要な制限がある 8。

現在の SCD の標準治療は、主にヒドロキシ尿素による治療や、水分補給、輸血、疼痛管理を含む支持療法である。重度の異常ヘモグロビン症の患者は、生存するために日常的な輸血が必要であり、生命を脅かす合併症である鉄過剰症を来すことがある 9。近年、血管閉塞発作(VOC)の発生を減少させる L -グルタミン 10 及び抗 P セレクチン抗体であるクリザンリズマブ 11 をはじめ、ヘモグロビンに結合し HbS の酸素化状態をアロステリックに調節するボキセロートル(GBT-440)12 が FDA によって承認されている。

また現在では、SCD を治療するための他のいくつかの化学療法剤が開発されている。 例えば、DNA メチル化酵素阻害剤(5-アザシチジンやデシタビンなど)、ヒストン脱アセチル化酵素阻害剤(酪酸やパノビノスタットなど)、及び抗糖尿病薬(メトホルミンなど)が、前臨床研究でさまざまなメカニズムを介して HbF 産生を誘導するために開発されている 13。しかしながら、これらの薬剤の多くは上記の疾患に対する治療効果についての概念実証をすでに示しているものの、安全性及び有効性に関しては未だ改善の余地がある。他の臨床的選択肢には、β-グロビン突然変異を是正するための遺伝子または細胞治療などの技術が挙げられるが、これらは依然として形成期にある 14。したがって、様々なヘモグロビン症の治療のために、より効率的かつ低い毒性で HbF の産生を誘導することができる新しいタイプの薬剤を創出することが緊急に必要とされている。

筆者は、フェノタイプ及びターゲットベースドスクリーニングによる 2 つのアプローチから新規 β-サラセミア及び鎌状赤血球症治療薬の獲得を目指し、研究に着手した。フェノタイプスクリーニングは、細胞や動物モデル全体での表現型の変化を観察することで薬効を評価する手法であり、疾患に深く関連した細胞などのモデルを使って化合物のスクリーニングを行うため、初期の段階でヒットしてくる化合物が臨床試験に近い薬の候補になりうるという利点がある(Figure 3)。一方、ターゲットベースドスクリーニングは医薬標的(タンパク質など)と薬物の結合強度を構造最適化によって強めていく手法であり、標的の反応を利用したシンプルな評価系であるため簡便で誤差が小さい点や、標的のタンパク質の立体構造を見ながら化合物のデザインができる点が利点として挙げられる。筆者はこれら 2 つのアプローチによって創薬研究を行うことで、それぞれの利点を活かした合成展開が可能となると考えた。

第 1 章では、HTS ヒット化合物からフェノタイプスクリーニングにより合成展開を実施し、より剛性が高く、ユニークな構造を持つ 2-アザスピロ[3.3]ヘプタン誘導体の取得について述べる。第 2 章では、HbF 産生を誘導できる強力な G9a/GLP 阻害剤の取得を目指し、側鎖部の最適化による hERG 阻害活性と PK プロファイルを改善した化合物の取得について述べる。第 3 章では、さらなる構造最適化研究による DS79932728 の獲得とその薬理評価について述べる。

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