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クマリン骨格を有する選択的MTHFD2阻害薬の合成研究

川井, 準也 東京大学 DOI:10.15083/0002006129

2023.03.20

概要



査 の 結 果 の 要 旨
氏 名

川 井

準 也

川井準也は、
「クマリン骨格を有する選択的 MTHFD2 阻害薬の合成研究」というタイトルで、以
下の研究を行った。
ミトコンドリアに存在する葉酸代謝酵素である MTHFD2 は、1C ユニット(ギ酸)生成サイク
ルの重要な因子として核酸生合成に関わっている(Fig. 1)
。近年、癌組織における MTHFD2 の高
発現と癌の悪性度との相関が報告されたことから、
MTHFD2 は癌の予後不良因子であり、その阻害剤は抗
癌剤として有用な可能性が示唆されている。正常細胞
への発現が少ない MTHFD2 に対し、アイソザイムで
ある MTHFD1 は正常細胞の細胞質にも広く発現して
いるが、既存の MTHFD2 阻害剤はすべて MTHFD1 の
阻害活性も有することが知られていた。川井は副作用
回避の観点から MTHFD1 阻害活性を乖離した薬剤が
有用であると考え、選択的 MTHFD2 阻害薬の獲得を
目指し、研究に着手した。

Fig. 1 葉酸代謝経路における MTHFD2 の役割

① クマリン骨格を有するリード化合物の獲得
既知阻害剤とは異なる骨格を得るために、川井は HTS による阻害剤の探索を実施した。これに
より MTHFD2 の葉酸ポケットを占有し、中程度の阻害活性(IC50 = 8.3 µM)および MTHFD2 選択
性(>12 倍)を有するヒット化合物 1 を見出した。複合体 X 線構造解析により、MTHFD2 選択性
発現の主要因は MTHFD2 のみが有する Asn87
と化合物のアミド部位との相互作用であると
考察した。さらに川井は SAR 情報を取得し、
化合物 1 の末端酸性基の重要性を見出すとと
もに、X 線構造情報を活用した母核の変換を
行うことで、ヒット化合物より阻害活性やリ
ガンド効率の向上した、クマリン骨格を有す

Fig. 2 ヒット化合物 1 からの初期リード化合物 41 の獲得

る初期リード化合物 41 を獲得した(Fig. 2)

② Structure-based drug design による高活性な
MTHFD2 阻害薬の獲得
川井は複合体の結晶構造を精査し、化合物
41 のクマリン部位の修飾により阻害活性のさ
らなる向上が可能だと考えた。そこでまず遠隔
位の相互作用を狙い、クマリン 8 位に塩基性置
換基を導入したところ、阻害活性が大きく向上

Fig. 3 クマリン部位修飾による化合物 56 の獲得

することが分かった。さらに川井は芳香環上のメチルスキャンを行い、7 位へのメチル基導入によ
る阻害活性向上効果を見出した。これらの知見を合わせることで、高活性かつ高いアイソザイム
選択性を有し、ヒト乳癌由来の細胞株である MDA-MB-231 細胞に対して弱いながらも増殖阻害活
性を示す、化合物 56 を獲得することができた(Fig. 3)

③ In vivo で抗腫瘍効果を示す MTHFD2 阻害薬の獲得
化合物 56 は膜透過性が非常に低いという課題があり、このため細胞増殖阻害活性が弱かった。
川井は膜透過性の低い原因がスルタムの高い酸性度(pKa 5.7)にあると考え、スルタムを別の構
造へと変換することで課題の解決を図った。酸性度の低いスルホンアミドを採用したところ、酵
素阻害活性は減弱するものの膜透過性が大幅に向上し、その結果、細胞増殖阻害活性はむしろ向
上するという重要な知見を見出した。川井はスルホンアミド周辺の置換基効果を詳細に検討し、
高い活性と膜透過性の維持にはスルホンアミドのオルト位に電子求引基が必要であるという帰結
を導き出し、化合物 79 を獲得した。さらにピペラジニル基の最適化を行い、最も高活性かつ
MTHFD1 に対して 90 倍の選択性を有する化合物 87(DS18561882)の獲得に成功した(Fig. 4)


Fig. 4 スルホンアミドへの変換による化合物 79, 87(DS18561882)の獲得

化合物 79 では補酵素 NAD+を含む三者複合体の X 線結晶構造を取得しており、クマリン 8 位の
ピペラジニル基は実際には NAD+のリン酸部位と相互作用していたことを示した(Fig. 5)

得られた化合物 79 および DS18561882 は、良好な in vitro ADME パラメータを有するとともに
十分な経口吸収性を有していた。そこで MDA-MB-231 株を移植したマウス xenograft モデルにて
抗腫瘍活性を評価したところ、
DS18561882 の 300 mg/kg, BID 投
与群にて、体重減少をすることな
く、腫瘍増殖をほぼ完全に抑制す
ることを確認した(Fig. 6)。
川井は独自に見出した選択的阻
害剤を用いることで、MTHFD2 阻
害剤の経口投与による抗腫瘍効果

Fig. 5(左) 化合物 79/NAD+/MTHFD2 の複合体結晶構造

を初めて明らかにした。

Fig. 6(右) 化合物 79, 87(DS18561882)の抗腫瘍効果

以上の業績は、創薬化学における課題解決事例として有用な知見であるとともに、MTHFD2 を標
的とする今後の薬剤開発に大きく貢献するものであり、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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103

主論文目録

本博士論文内容は、下記の発表論文による。

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C.; Matsuhashi, N.; Matsui, Y.; Takaishi, S.; Nakayama, K.

Structure-Based Design and Synthesis of an Isozyme-Selective MTHFD2 Inhibitor with a

Tricyclic Coumarin Scaffold.

ACS Medicinal Chemistry Letters 10, 893–898 (2019).

2) Kawai, J.; Toki, T.; Ota, M.; Inoue, H.; Takata, Y.; Asahi T.; Suzuki, M.; Shimada, T.; Ono,

K.; Suzuki, K.; Takaishi, S.; Ohki, H.; Matsui, S.; Tsutsumi, S .; Hirota, Y.; Nakayama, K.

Discovery of a Potent, Selective, and Orally Available MTHFD2 Inhibitor (DS18561882)

with in Vivo Antitumor Activity.

Journal of Medicinal Chemistry 62, 10204–10220 (2019).

*invited to the virtual issue “ Excellence in Medicinal Chemistry Research from Japan ”

104

謝辞

本学学部および修士課程にお ける指導教員として私の研究者人生の礎を築いて下さり、

本 論 文 の 発 表 に 際 し 多 大 な る ご 指 導 ご 鞭 撻 を 賜 り ま し た 、 東 京 大 学 大 学 院 薬 学 系 研 究科

有機合成化学教室

金井求教授に謹んで御礼申し上げます。

本論文の審査にあたり貴重なご助言を賜りました、東京大学大学院薬学系研究科

代謝化学教室

浦野泰照教授、同

薬品

花岡健二郎准教授、同研究科蛋白構造生物学教室

水敏之教授、ならびに同研究科薬化学教室

尾谷優子准教授に深く御礼申し上げます。

博士論文の発表の機会を与えて下さり、終始ご指導、ご支援を賜りました、第一三共株

式会社

創薬化学研究所

青木一真研究所長、同

グループ長、同社研究統括部主席

Executive Vice President

田中直樹グループ長、同

山野井茂雄

小 林 慶 行 博 士 、 な ら び に 米 国 Daiichi Sankyo, Inc.

福岡隆博士に厚く御礼申し上げます。

本研究遂行時の直属の上司であり、入社時から一貫して企業研究者としての礎を築いて

下さいました、慶應義塾大学病院臨床研究推進センター

中山清博士に心より感謝いたし

ます。本研究遂行時の化学のリーダーであり、本論文執筆にあたり多大なるご協力とご助

言を賜りました、第一三共 RD ノバーレ株式会社研究推進部

太田雅浩グループ長に深く

感謝いたします。

本研究における、化合物デザインならびに合成研究で並々ならぬご協力を頂いたほか、

創薬化学に関する貴重なご助言を賜りました、第一三共株式会社プロセス技術研究所

上英和主幹研究員、同社モダリティ研究所

大木仁グループ長、同社創薬化学研究所

井智副主任研究員に厚く感謝いたします。

薬理研究を主導して頂き、論文執筆にあたり終始多大なるご協力、ご助言を賜りました、

第一三共株式会社バイオマーカー推進部

土岐忠史課長代理、同社臨床開発第二部

朝日

尚博士に心より感謝申し上げます。化合物評価にて貴重なご協力を賜りました、同社オン

コロジー第二研究所

高石祥子副主任研究員、同

鷹田喜美副主任研究員をはじめとする

共同研究者の皆様に深く感謝いたします。

合成化合物の薬物動態研究を担当して頂きました、第一三共株式会社臨床薬理部

鈴木

佳奈恵課長代理に厚く感謝申し上げます。また各種 ADME データを測定して下さいました

薬物動態研究所の皆様に感謝いたします。

X 線結晶構造解析および SBDD にて貴重なご協力、ご助言を賜りました、第一三共 RD

ノバーレ株式会社合成化学研究部

鈴木誠主任研究員、同

島田多堅主任研究員、ならび

に共同研究者の皆様に心より感謝いたします。また各種スペクトル測定や物性データを取

得して下さいました、第一三共 RD ノバーレ株式会社の皆様に深く感謝いたします。

本発表に際し、日頃から様々な場面でご支援、ご激励下さいました、第一三共株式会社

創薬化学研究所

稲垣裕章グループ長、谷口亨主任研究員、齋藤啓志主任研究員、武智翔

専門研究員、本山敬祐専門研究員、藤井正哉博士、吉岡駿博士、同社モダリティ研究所

木正則主任研究員、同社オンコロジーメディカルサイエンス部

林法幸博士、ならびに関

係する研究所の皆様に深く感謝いたします。

最後に、これまで長きに渡り私の研究生活を暖かく支えて下さいました、家族、親族に

心より感謝いたします。

105

...

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