新規EP300/CBPアセチルトランスフェラーゼ阻害薬DS-9300の創製研究
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新規EP300/CBPアセチルトランスフェラーゼ阻害薬DS-9300の創製研究
金田, 龍太郎
北海道大学. 博士(薬科学) 乙第7185号
2023-09-25
10.14943/doctoral.r7185
http://hdl.handle.net/2115/90917
theses (doctoral)
Ryutaro_Kanada.pdf
Instructions for use
Hokkaido University Collection of Scholarly and Academic Papers : HUSCAP
博 士 学 位 論 文
新規EP300/CBPアセチルトランスフェラーゼ阻害
薬DS-9300の創製研究
金 田
龍 太 郎
北海道大学大学院生命科学院
2023年9月
目次
略語表
序論 ·································································································1
本論
4-ピリドン-3-カルボン酸骨格を有する新規 EP300/CBP HAT 阻害薬の合
第一章
成と構造活性相関 ················································································3
第一節 背景
第二節 既知 EP300/CBP 阻害薬の総括
第三節 バーチャルスクリーニングヒットの獲得
第四節 ヒット化合物周辺の構造活性相関
第五節
誘導体の合成法
第六節 小括
HTS ヒットからの in vivo ツール化合物の獲得 ···························· 20
第二章
第一節 HTS ヒットの獲得
第二節 HTS ヒット化合物周辺の構造活性相関
第三節 スキャフォールドホッピングと SBDD アプローチによるツール化合
物の獲得
第四節 化合物 40 の in vitro 活性向上要因についての考察
第五節
DS17701585 の高次評価
第六節
DS17701585 の in vivo 評価
第七節
評価化合物の合成
第八節
小括
第三章
1 日 1 回の経口投与で去勢抵抗性前立腺がんモデルに抗腫瘍効果を示
す DS-9300 の獲得 ············································································· 41
第一節 EP300 HAT 阻害活性と複合体構造情報の考察
第二節 インダゾール環の構造変換
第三節 化合物 104 と EP300 の共結晶構造解析
第四節 化合物 104 の構造最適化研究
第五節 有望化合物の in vivo 薬物動態プロファイル
第六節 DS-9300 の HAT 選択性評価
第七節 前立腺がん細胞株における DS-9300 の in vitro 評価
第八節 DS-9300 の in vivo 薬効評価
第九節 評価化合物の合成
第十節 小括
総論 ······························································································· 62
実験項
第一章
Chemistry ·········································································· 64
第二章
X-ray crystallography ···························································130
第三章
Biological assay procedures ····················································132
参考文献 ·······················································································137
主論文目録 ···················································································144
謝辞 ······························································································145
略語表
本博士論文中では便宜上、以下の略語を用いた。
9-BBN
Ac
ADME
APCI
Ar
9-borabicyclo[3.3.1]nonane
acetyl
absorption, distribution, metabolism and excretion
atmospheric-pressure chemical ionization
aryl
AR
Arg
Asp
AUC
BA
androgen receptor
arginine
aspartic acid
area under the curve
bioavailability
β-cyclodextrin
benzyl
tert-butoxycarbonyl
broad singlet
bromodomain
-CD
Bn
Boc
brs
BRD
Bu
CBP
Cbz
CDI
CH1/CH2/CH3
CL
Cmax
CoA
COMU
conc
CRD1
CREB
CRPC
CYP
d
butyl
CREB-binding protein
benzyloxycarbonyl
carbonyldiimidazole
cysteine/histidine rich regions 1/2/3
clearance
maximum plasma concentration
coenzyme A
1-[(1-(cyano-2-ethoxy-2-oxoethylideneaminooxy)
dimethylaminomorpholino)] uronium hexafluorophosphate
concentration
cyclin-dependent kinase inhibitor-reactive domain
cyclic adenosine monophosphate response element binding protein
castration-resistant prostate cancer
cytochrome P450
doublet
DAST
dba
DBU
DCE
DCM
dd
DIBALH
DIPEA
DMAP
DMEDA
N,N-diethylaminosulfur trifluoride
dibenzylideneacetone
1,8-diazabicyclo[5.4.0]undec-7-ene
dichloroethane
dichloromethane
double doublet
diisobutylaluminium hydride
N,N-diisopropylethylamine
4-dimethylaminopyridine
N,N'-dimethylethane-1,2-diamine
DMF
DMP
DMSO
DNA
dppf
E1A
EDCI
EDTA
ELISA
EP300
N,N-dimethylformamide
Dess-Martin periodinane
dimethylsulfoxide
deoxyribonucleic acid
1,1'-bis(diphenylphosphino)ferrocene
adenovirus early region 1A
1-(3-dimethylaminopropyl)-3-ethylcarbodiimide hydrochloride
ethylenediaminetetraacetic acid
enzyme-linked immuno sorbent assay
E1A-associated protein p300
ESI
Et
F
FDA
Fmoc
GAPDH
GCN5
GI50
Gly
GnRH
electrospray ionization
ethyl
bioavailability
Food and Drug Administration
9-fluorenylmethyloxycarbonyl
glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase
general control non-depressible 5
50% inhibitory concentration of cell growth
glycine
gonadotropin releasing hormone
h
HAT
hour(s)
histone acetyltransferase
1-[bis(dimethylamino)methylene]-1H-1,2,3-triazolo[4,5b]pyridinium 3-oxide hexafluorophosphate
histone deacetylase
4-(2-hydroxyethyl)-1-piperazineethanesulfonic acid
HATU
HDAC
HEPES
His
HLM
HRMS
HRP
HTS
IBiD
IC50
IgG
Ile
IPA
histidine
human liver microsome
high resolution mass spectrometry
horseradish peroxidase
high-throughput screening
interferon binding domain
50% inhibitory concentration
immunoglobulin G
isoleucine
isopropanol
iPr
IV
KAT
KIX
KLK3
LC/MS
Leu
LHMDS
Log D
Lys
isopropyl
intravenous
lysine acetyltransferase
CREB-interacting kinase-inducible domain interacting
kallikrein related peptidase 3
liquid chromatography/mass spectrometry
leucine
lithium bis(trimethylsilyl)amide
logarithm of octanol-water distribution coefficient
lysine
m
m-CPBA
Me
MLM
MOZ
mRNA
MS
MYST
n
NMR
multiplet
m-chloroperoxybenzoic acid
methyl
mouse liver microsome
monocytic leukemia zinc finger protein
messenger ribonucleic acid
metabolic stability
MOZ, YBF2/SAS3, SAS2, TIP60
normal
nuclear magnetic resonance
NRID
NT
PAMPA
PBS-T
PCAF
PD
nuclear receptor interaction domain
not tested
parallel artificial membrane permeability assay
phosphate buffered saline with Tween 20
p300/CBP associated factor
pharmacodynamics
PDB
PEG
Phe
Pin
PK
PO
Pro
PSA
PTSA
q
protein data bank
polyethylene glycol
phenylalanine
pinacolato
pharmacokinetics
per os (oral administration)
proline
prostate-specific antigen
p-toluenesulfonic acid
quantet
QD
qRT-PCR
RPMI
rt
s
SAR
SBDD
SD
SDS-PAGE
SEM
quaque die (once a day)
quantitative real-time PCR
Roswell Park Memorial Institute
room temperature
singlet
structure-activity relationship
structure-based drug design
standard deviation
sodium dodecyl sulfate polyacrylamide gel electrophoresis
standard error of the mean, 2-(trimethylsilyl)ethoxymethyl
Ser
SOX2
SPhos
SRY
t, tertt1/2
TBAF
TBS
TCEP
TEA
serine
SRY-box transcription factor 2
2-dicyclohexylphosphino-2',6'-dimethoxybiphenyl
sex determining region Y
tertiary
elimination half-life
tetrabutylammonium fluoride
tert-butyldimethylsilyl
tris(2-carboxyethyl)phosphine
triethylamine
TFA
TGI
THF
Thr
TIP60
TLC
trifluoroacetic acid
tumor growth inhibition
tetrahydrofuran
threonine
tat interactive protein 60kDa
thin-layer chromatography
TMS
Tof MS
Tris
Troc
Trp
TSA
TTBP·HBF4
Tyr
UPLC
UV
tetramethylsilane, trimethylsilyl
time of flight mass spectrometry
tris(hydroxymethyl)aminomethane
2,2,2-trichloroethoxycarbonyl
tryptophan
thermal shift assay
tri-tert-butylphosphonium tetrafluoroborate
tyrosine
ultra-performance liquid chromatography
ultraviolet
VS
XPhos
virtual screening
2-dicyclohexylphosphino-2’,4’,6’-triisopropylbiphenyl
序論
がんは 1981 年から我が国の死亡原因の第一位となり、2020 年には 37 万 8385
人、人口 10 万人当たりの死亡率は 306.6 であり、総死亡数の 27.6%を占めてい
る 1。治療法の進歩やがん予防、がん検診の普及等によってがん罹患者の 5 年生
存率、及び死亡率は着実に改善している一方で、急速な高齢人口の増加に伴いが
ん罹患者数及びがん死亡者数は増加の一途を辿ることが予想される。そのよう
な状況の中、依然として既存の治療法が著効を示さないがんが多く残されてお
り、これらのアンメットメディカルニーズが高いがん種に対する新規薬剤の開
発が求められている。
がんに対する薬物の開発においては、DNA 合成や細胞分裂を阻害する化学療
法剤が長らく中心であったが、分子生物学の発展に伴い、がんの増殖に関与する
特定のがん遺伝子やがん抑制遺伝子のジェネティックな異常を特異的に狙った
分子標的薬の開発が進められている。2001 年にイマチニブが低分子の分子標的
薬として最初に FDA 承認されて以降、100 剤近くの分子標的薬が承認されてお
り、多くのがん種において治療選択肢を広げてきた 2,3。しかし、いまだ有効な分
子標的薬が存在しないがん種が存在するほか、一度奏功を示したとしても、薬剤
耐性の発現により薬物治療抵抗性を獲得した悪性度の高い腫瘍へと進展する場
合があり、新規メカニズムを有する薬剤の開発が強く望まれている。
近年、遺伝子変異や染色体異常などのジェネティックな異常だけでなく、DNA
メチル化やヒストン修飾などのエピジェネティクス機構の異常が、がんの分子
機構において重要な役割を果たすことが明らかとなっている
4,5
。エピジェネテ
ィクス機構の異常を標的とした治療薬としては、DNA メチル化酵素(DNA
methyltransferases; DNMT ) 阻 害 薬 や ヒ ス ト ン 脱 ア セ チ ル 化 酵 素 ( histone
deacetylases; HDAC)阻害薬等が FDA の承認を既に受けている (Figure 1)6–11。こ
れらのエピジェネティクス治療薬はがんに関連する複数の遺伝子発現を制御す
ることが可能で、これまでの分子標的薬とは異なり複数のシグナル経路制御に
よって抗腫瘍効果が発揮されることから、がん治療における新たな選択肢の一
つとなっている。現時点では、がんのエピジェネティック異常に関与する多種多
様な因子の中で臨床応用まで進められた標的分子は限られており、世界中で新
たな標的分子の探索及び治療薬の開発が進められている。
1
Figure 1. Chemical Structures of FDA approval drugs for epigenetic drugs.
EP300(E1A-associated protein p300)及び CBP(CREB-binding protein)は、ヒ
ストンアセチルトランスフェラーゼ(Histone acetyltransferases; HAT)機能を有し、
ヒストンをアセチル化することで遺伝子の発現を制御するエピジェネティック
関連因子の一つである。EP300/CBP の過剰発現や変異は多くの腫瘍に見られ、
がんの発生や進展に深く関与していることが報告されており、その阻害薬は新
たながん治療の有望な選択肢の一つとなることが期待されている
12,13
。しかし、
これまで承認された EP300/CBP 阻害薬はなく、新規薬剤の開発が強く望まれて
いる。
著者は、インシリコスクリーニング及びハイスループットスクリーニング
(High-throughput screening; HTS)による 2 つのアプローチから新規 EP300/CBP
HAT 阻害薬の獲得を目指し、研究に着手した。第一章では、インシリコスクリ
ーニングにより得られたヒット化合物からの誘導体展開による新規 4-ピリドン3-カルボン酸誘導体の獲得について述べる。第二章では、HTS より得られたヒッ
ト化合物の誘導体展開、及び 1,4-オキサゼパン骨格のスキャフォールドホッピン
グによる in vivo 活性を有する DS17701585 の獲得について述べる。第三章では、
EP300 HAT 阻害活性増強、及び薬物動態改善を指向した構造最適化研究による
in vivo で強力な抗腫瘍効果を有する DS-9300 の獲得とその薬理評価について述
べる。
以下、各章にて本研究内容を詳細に記述する。
2
本論
第一章
4- ピ リ ド ン -3- カ ル ボ ン 酸 骨 格 を 有 す る 新 規
EP300/CBP HAT 阻害薬の合成と構造活性相関
第一節
背景
ヒストンタンパク質は、核内で DNA と結合してクロマチン構造を形成し、ヒ
ストン末端の化学修飾によるクロマチン構造の変化をトリガーとした遺伝子発
現の制御に重要な役割を果たしている
14
。クロマチン構造の変化に大きく寄与
する化学修飾としてはヒストンリジン残基のアセチル化が挙げられる。ヒスト
ン の リ ジ ン 残 基 は ヒ ス ト ン ア セ チ ル ト ラ ン ス フ ェ ラ ー ゼ ( histone
acetyltransferases; HAT)を介してアセチル化され、正電荷が中和されることでヒ
ストンと DNA との静電相互作用を弱める。これによってクロマチン構造が緩み、
RNA ポリメラーゼ II や転写因子などの DNA 結合タンパク質と DNA が結合し
やすくなることで遺伝子発現が活性化される 15。一方で、ヒストン脱アセチル化
酵素(histone deacetylase; HDAC)はリジン残基からアセチル基を除去する酵素
であり、HAT と HDAC の二者によってヒストンリジン残基のアセチル化状態と
エピジェネティックな遺伝子発現が制御されている(Figure 1-1)。
EP300 及び EP300 と構造的に高い相同性を示す CBP は、KAT3 ファミリーに
属するヒストンアセチルトランスフェラーゼであり、細胞増殖や分化、恒常性維
持などの様々な細胞プロセスに関与することが知られている 16,17。EP300/CBP は
主にヒストン H3K18 及び K27 をアセチル化するほか、アンドロゲン受容体や
p53 などの非ヒストンタンパク質をアセチル化することで遺伝子の転写を調節
している 18,19。さらに EP300/CBP は転写コアクチベーターとしての機能を有し、
数百のヒストン修飾タンパク質及び核内受容体と結合して多数のシグナル伝達
経路の制御に関与している 20。
3
Figure 1-1. Regulation of chromatin structure and gene expression by HAT and HDAC.21
EP300/CBP の調節異常は、がんを含む様々な疾患に関連することが報告され
ている。前立腺がんにおいては、アンドロゲン受容体(androgen receptor; AR)シ
グナルが異常に活性化することで前立腺がんの増殖が促進されると考えられて
いるが、前立腺がんで過剰発現している EP300/CBP はこの AR シグナルの活性
化に関与していることが知られている。すなわち核内移行した AR と EP300/CBP
が相互作用することで KLK3(PSA)などの AR シグナルによって制御されてい
る遺伝子の発現を活性化し、これによって前立腺がん細胞の増殖が誘発される
22
。急性骨髄性白血病では、EP300/CBP は DNA の複製や修復、細胞周期進行に
関わる遺伝子の転写を調節しており、急性骨髄性白血病の細胞増殖や不死化に
深く関与している 23。 ...