JP2012206959A

JP2012206959A - グルコシダーゼ活性阻害用組成物及びそのスクリーニング方法

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Publication number: JP2012206959A
Application number: JP2011072427A
Authority: JP
Inventors: Ko Hakamata; 航袴田; Toshiyuki Nishio; 俊幸西尾; Masaaki Kurihara; 正明栗原; Yutaka Takebe; 豊武部
Original assignee: Nihon University; Japan Health Sciences Foundation
Current assignee: Nihon University; Japan Health Sciences Foundation
Priority date: 2011-03-29
Filing date: 2011-03-29
Publication date: 2012-10-25
Anticipated expiration: 2031-03-29
Also published as: JP5716205B2

Abstract

【課題】グルコシダーゼ活性阻害用組成物及びそのスクリーニング方法の提供。さらに、抗ＨＩＶ活性を有するグルコシダーゼ活性阻害用組成物及びそのスクリーニング方法の提供。
【解決手段】α−グルコシダーゼの立体構造を標的として活性部位を抽出し、その部位に適合する化合物を既知の化合物データベースからコンピュータを用いてバーチャルスクリーニングすることにより、優れたグルコシダーゼ阻害活性を有し、ヒト等の摂取において安全性が高く、さらに抗ＨＩＶ活性も有する新規のグルコシダーゼ活性阻害用組成物を得た。
【選択図】なし

Description

本発明は、グルコシダーゼ活性阻害用組成物及びそのスクリーニング方法に関する。さらに、抗ＨＩＶ活性を有するグルコシダーゼ活性阻害用組成物及びそのスクリーニング方法に関する。

インフルエンザウイルスやヒト免疫不全ウイルス（ＨｕｍａｎＩｍｍｕｎｏｄｅｆｉｃｉｅｎｃｙＶｉｒｕｓ，以下、ＨＩＶとする）等のウイルスは、糖鎖の認識によって、宿主とするヒト等に特異的に結合し、感染することが知られている。そこで、ウイルスの宿主への結合を抑制するために、糖鎖を制御し、非感染性のウイルスとする様々な物質のスクリーニングが行われている。
糖鎖の制御はグルコシダーゼ活性を阻害することで行うことができることから、ロドコッカス（Ｒｈｏｄｏｃｏｃｃｕｓ）属に属する微生物の培養液から単離されたα−グルコシダーゼ阻害活性を有する化合物（Ａ−７６２０２）や、薬用植物ディクロスタキス・シネレアから単離されるα−グルコシダーゼ阻害剤化合物（−）−メスキトール等が見出され、抗肥満剤、抗糖尿病剤又は抗ＨＩＶ剤として有用であるとされている（特許文献１、２参照）。

また、ピパタリン、セサミン、ペリトリン等のα−グルコシダーゼ阻害物質を有する製薬調合物によって、糖尿病、癌、Ｂ型／Ｃ型肝炎、ＨＩＶ、ＡＩＤＳ等の患者にα−グルコシダーゼ阻害効果を提供する方法等も開発されている（特許文献３参照）。
しかし、これらの物質は、グルコシダーゼ阻害活性を有することは確認されているものの、投与における人体等への安全性については示されていない。
また、これらの物質を、例えば抗ＨＩＶ剤として用いる場合においても、他の抗ＨＩＶ剤と３〜４剤を併用する多剤併用療法に用いられる可能性が高い。多剤併用療法では、副作用、服用の複雑さ、耐性菌の出現等様々な欠点があり、さらにＨＩＶを完全に排除できないという問題がある。そこで、優れたグルコシダーゼ阻害活性を有し、ヒト等の摂取において安全性が高く、さらに抗ＨＩＶ剤等に用いる場合には単剤で有効な効果を示す物質の提供が望まれている。

特開２００１−８９４９５号公報特表２００６−５１３１７８号公報特表２００６−５１７９１０号公報

本発明は、グルコシダーゼ活性阻害用組成物及びそのスクリーニング方法の提供を課題とする。さらに、抗ＨＩＶ活性を有するグルコシダーゼ活性阻害用組成物及びそのスクリーニング方法の提供を課題とする。

本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究を行った結果、α−グルコシダーゼの立体構造を標的として活性部位を抽出し、その部位に適合する物質を既知の化合物データベースからコンピュータを用いてバーチャルスクリーニングすることにより、優れたグルコシダーゼ阻害活性を有し、ヒト等の摂取において安全性が高く、さらに抗ＨＩＶ活性も有する新規の物質が得られることを見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明は次の（１）〜（８）のグルコシダーゼ活性阻害用組成物及び該組成物のスクリーニング方法等に関する。
（１）下記の式［化１］で表される構造を母核として有する化合物であるグルコシダーゼ活性阻害用組成物。
［化１］
（２）さらに抗ＨＩＶ活性を有する上記（１）に記載のグルコシダーゼ活性阻害用組成物。
（３）置換基が、１）Ｒ^1-6は水素原子、ハロゲン原子、炭素数１〜１０のアルキル基、炭素数１〜１０のアシル基、炭素数１〜１０のシリル基から選ばれるいずれかであり、２）Ｒ⁷は水素原子、ハロゲン原子、炭素数１〜１０のアルキル基、炭素数１〜１０のアシル基、炭素数１〜１０のシリル基、環式炭化水素誘導体、縮合多環式炭化水素誘導体、環式ヘテロ炭化水素誘導体、縮合ヘテロ多環式炭化水素誘導体から選ばれるいずれかの化合物である上記（１）又は（２）に記載のグルコシダーゼ活性阻害用組成物。
（４）下記の式［化４］〜［化１３］のいずれかで表される化合物である上記（１）〜（３）のいずれかに記載のグルコシダーゼ活性阻害用組成物。
［化４］
［化５］
［化６］
［化７］
［化８］
［化９］
［化１０］
［化１１］
［化１２］
［化１３］
（５）上記（１）〜（４）のいずれかに記載のグルコシダーゼ活性阻害用組成物を有効成分として含む抗ＨＩＶ剤。
（６）次のスクリーニングルールによってｉｎｓｉｌｉｃｏバーチャルスクリーニングを行うことによるグルコシダーゼ活性阻害用組成物のスクリーニング方法。
１）グルコシダーゼのＸ線結晶解析像に対して推定される活性部位のタンパク質表面を、半径１〜２オングストロームの球を用いて仮想的に覆う
２）活性部位内に半径１〜２オングストロームの球を１〜１０個設置し、化合物とタンパク質の疎水性相互作用を生じる可能性空間とする
３）さらに、活性部位内に半径１〜２オングストロームの球を１〜１０個設置し、リガンドとタンパク質の親水性相互作用を生じる可能性空間とする
４）活性部位内に設置した可能性空間に少なくとも１〜５以上の原子が存在し、かつ、活性部位を逸脱しない化合物の検索を行う
（７）さらに、次のスクリーニングルールによってｉｎｓｉｌｉｃｏバーチャルスクリーニングを行うことによるグルコシダーゼ阻害活性を有する上記（６）に記載のグルコシダーゼ活性阻害用組成物のスクリーニング方法。
１）グルコシダーゼのＸ線結晶解析像に対して推定される活性部位空間に対して、１つの化合物当り１０〜１００００のコンフォマーを仮想的に作成し、活性部位空間に化合物を配置する
２）得られたモデルを水素結合、配位結合、イオン的相互作用、化合物自由度、脱溶媒和エネルギー、化合物の埋没度、物理的な接触及び化合物の基質結合部位に対する充填率について、ＣｈｅｍｉｃａｌＣｏｍｐｕｔｉｎｇＧｒｏｕｐＩｎｃ．のＭＯＥソフトウエアのスコアリング関数によって評価し、上位１／３をヒット化合物とする
３）上記２）で次に、得られた化合物の群に対し、水素結合、配位結合、イオン的相互作用を重要視したスクリーニングを行い、同様のスコアリング関数によって評価し、上位１／３をヒット化合物とする
４）さらに、上記３）で得られた化合物の群に対し、水素結合を重要視したスクリーニングを行い、同様のスコアリング関数によって評価し、上位１／３をヒット化合物とする
（８）さらに、グルコシダーゼ阻害活性をバイオアッセイによってスクリーニングする上記（６）又は（７）に記載のグルコシダーゼ活性阻害用組成物のスクリーニング方法。

本発明のグルコシダーゼ活性阻害用組成物は、優れたグルコシダーゼ阻害活性を有する新規な物質であり、糖鎖を制御できることから、糖鎖生物学における研究用試薬等に用いることができる。また、ヒト等の摂取において安全性が高く、さらに抗ＨＩＶ活性を有することから、抗ＨＩＶ剤の有効成分として用いることができる。

１次スクリーニングにおけるリガンドとタンパク質の親水性相互作用を生じる可能性空間のイメージを示した図である（実施例１）。グルコシダーゼ活性阻害用組成物のグルコシダーゼへの結合モデルを示した図である（実施例１）。

本発明の「グルコシダーゼ活性阻害用組成物」とは、下記の式［化１］で表される構造を母核として有するグルコシダーゼ活性阻害用組成物であればいずれのものも含まれる。

［化１］

本発明の「グルコシダーゼ活性阻害用組成物」は抗ＨＩＶ活性を有している物質であることが好ましく、さらに細胞毒性の低い、人体等に安全な物質であることが好ましい。
このような物質として、置換基が、１）Ｒ^1-6は水素原子、ハロゲン原子、炭素数１〜１０のアルキル基、炭素数１〜１０のアシル基又は炭素数１〜１０のシリル基から選ばれるいずれかからなる化合物や、２）Ｒ⁷は水素原子、ハロゲン原子、炭素数１〜１０のアルキル基、炭素数１〜１０のアシル基、炭素数１〜１０のシリル基、環式炭化水素誘導体、縮合多環式炭化水素誘導体、環式ヘテロ炭化水素誘導体又は縮合ヘテロ多環式炭化水素誘導体から選ばれるいずれかからなる化合物が挙げられる。さらに、化学式４〜化学式１３（［化４］〜［化１３］）で表される化合物等が挙げられる。

本発明の「抗ＨＩＶ剤」とは、抗ＨＩＶ活性を有するグルコシダーゼ活性阻害用組成物を有効成分として含む剤であればいずれの剤も含むことができる。本発明の抗ＨＩＶ活性を有するグルコシダーゼ活性阻害用組成物のみからなる剤であってもよく、また、薬物学的に許容される担体を含むものであってもよい。

本発明の「グルコシダーゼ活性阻害用組成物」は、ｉｎｓｉｌｉｃｏバーチャルスクリーニングを行うことによってスクリーニングされることは好ましい。このスクリーニングには、次のようなスクリーニングルールを用いることができる。
１）グルコシダーゼのＸ線結晶解析像に対して推定される活性部位のタンパク質表面を、半径１〜２オングストロームの球を用いて覆う。
２）活性部位内に半径１〜２オングストロームの球を１〜１０個設置し、化合物とタンパク質の疎水性相互作用を生じる可能性空間とする。さらに、活性部位内に半径１〜２オングストロームの球を１〜１０個設置し、リガンドとタンパク質の親水性相互作用を生じる可能性空間とする。
３）活性部位内に設置した可能性空間に少なくとも１〜５以上の原子が存在し、かつ、活性部位を逸脱しない化合物の検索を行う。

さらに、本発明の「グルコシダーゼ活性阻害用組成物」のスクリーニングには、次のようなスクリーニングルールを用いることができる。
１）グルコシダーゼのＸ線結晶解析像に対して推定される活性部位空間に対して、１つの化合物当り１０〜１００００のコンフォマーを作成し、活性部位空間に化合物を配置する。
２）得られたモデルを水素結合、配位結合、イオン的相互作用、化合物自由度、脱溶媒和エネルギー、化合物の埋没度、物理的な接触及び化合物の基質結合部位に対する充填率について、ＣｈｅｍｉｃａｌＣｏｍｐｕｔｉｎｇＧｒｏｕｐＩｎｃ．のＭＯＥソフトウエアのスコアリング関数によって評価し、上位１／３をヒット化合物とする。
３）上記２）で次に、得られた化合物の群に対し、水素結合、配位結合、イオン的相互作用を重要視したスクリーニングを行い、同様のスコアリング関数によって評価し、上位１／３をヒット化合物とする。
４）さらに、上記３）で得られた化合物の群に対し、水素結合を重要視したスクリーニングを行い、同様のスコアリング関数によって評価し、上位１／３をヒット化合物とする。

さらに、本発明の「グルコシダーゼ活性阻害用組成物」のスクリーニングには、グルコシダーゼ阻害活性をバイオアッセイによってスクリーニングしてもよい。

以下、実施例をあげて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

グルコシダーゼ活性阻害用組成物のスクリーニング方法
１．１次スクリーニング
ｉｎｓｉｌｉｃｏバーチャルスクリーニングを、ＣｈｅｍｉｃａｌＣｏｍｐｕｔｉｎｇＧｒｏｕｐＩｎｃ．のＭＯＥソフトウエアを用いて以下の１次スクリーニングルールに従い行った。
標的酵素となるグルコシダーゼの立体構造座標を用いて、基質が結合可能な部位を探索し、基質の分子サイズに適合するくぼみを探索し、得られた最適なくぼみ空間を基質結合部位と決定した。得られた基質結合部位を解析し基質結合部位の形状を抽出し基質結合部位モデルを作成した。そのモデルに対して、阻害剤候補化合物を当てはめ基質結合部位よりも大きな分子を排除した。

＜１次スクリーニングルール＞
１）グルコシダーゼのＸ線結晶解析像に対して推定される活性部位のタンパク質表面を、半径１〜２オングストロームの球を用いて仮想的に覆った。
２）活性部位内に半径１〜２オングストロームの球を１〜１０個設置し、化合物とタンパク質の疎水性相互作用を生じる可能性空間とした。
３）さらに、活性部位内に半径１〜２オングストロームの球を１〜１０個設置し、リガンドとタンパク質の親水性相互作用を生じる可能性空間として、紫色のメッシュの玉で示した（図１）
４）活性部位内に設置した可能性空間に少なくとも１〜５以上の原子が存在し、かつ、活性部位を逸脱しない化合物の検索を行った。

この１次スクリーニングにより、６，０００，０００構造の化合物データベース“ＡｎａｄａｐｔａｔｉｏｎｆｏｒｔｈｅＬｉｐｉｎｓｋｉ’ｓＲｕｌｅｏｆｆｉｖｅ”から、スクリーニングルールに当てはまる２８，４４１個の化合物を得た。

２．２次スクリーニング
１次スクリーニングと同様に、ＣｈｅｍｉｃａｌＣｏｍｐｕｔｉｎｇＧｒｏｕｐＩｎｃ．のＭＯＥソフトウエアを用いて、以下の２次スクリーニングルールに従い、ｉｎｓｉｌｉｃｏバーチャルスクリーニングを行った。

＜２次スクリーニングルール＞
１）グルコシダーゼのＸ線結晶解析像に対して推定される活性部位空間に対して、１つの化合物当り１０〜１００００のコンフォマーを仮想的に作成し、活性部位空間に化合物を配置した。
２）得られたモデルの水素結合、配位結合、イオン的相互作用、化合物自由度、脱溶媒和エネルギー、化合物の埋没度、物理的な接触及び化合物の基質結合部位に対する充填率について、ＣｈｅｍｉｃａｌＣｏｍｐｕｔｉｎｇＧｒｏｕｐＩｎｃ．のＭＯＥソフトウエアのスコアリング関数によって評価し、上位１／３をヒット化合物とした。
３）上記２）で得られた化合物の群に対し、水素結合、配位結合、イオン的相互作用を重要視したスクリーニングを行い、同様のスコアリング関数によって評価し、上位１／３をヒット化合物とした。
４）さらに、上記３）で得られた化合物の群に対し、水素結合を重要視したスクリーニングを行い、同様のスコアリング関数によって評価し、上位１／３をヒット化合物とした。
これにより、計算精度を高め、化合物数をしぼることができた。

この２次スクリーニングにより、１次スクリーニングによって得られた２８，４４１個の化合物から、スクリーニングルールに当てはまる２個の化合物を得た。これらの化合物の構造を化学式２（下記、［化２］）及び化学式３（下記、［化３］）として示した。

［化２］

［化３］

３．３次スクリーニング
２次スクリーニングで得られた２個の化合物のグルコシダーゼ阻害活性をバイオアッセイによりスクリーニングした。

１）ｉｎｖｉｔｒｏアッセイ
酵素反応は次のように行った。
各化合物（いずれも純度９９％以上）について、１０ｍＭジメチルスルフォキシド溶液を作製した。この溶液をジメチルスルフォキシドで希釈し、各化合物を７８μＭ〜１０ｍＭ含む化合物溶液を得た。
各濃度の化合物溶液５μＬをそれぞれ用い、１００ｍＭリン酸ナトリウム緩衝液（ｐＨ７．０）２０μＬ、グルコシダーゼ溶液２５μＬとともに３７℃・２０分・６００ｒｐｍで振盪しプレインキュベートした。
その後、これに基質溶液（３ｍＭｐ−Ｎｉｔｒｏｐｈｅｎｙｌ α‐Ｄ‐ｇｌｕｃｏｐｙｒａｎｏｓｉｄｅ／１００ｍＭリン酸ナトリウム緩衝液（ｐＨ７．０））２５μＬを加え、３７℃・２０分・６００ｒｐｍで振盪し酵素反応を行い、０．３ＭＫ₂ＣＯ₃ ７５μＬで停止した。各化合物におけるグルコシダーゼ阻害活性は、反応により遊離したパラニトロフェノールの４０５ｎｍにおける吸光度を測定することにより求めた。

その結果、この２個の化合物のうち、化学式２で表される化合物がグルコシダーゼ阻害活性を有することが確認され、この化合物を本発明のグルコシダーゼ活性阻害用組成物とした。

また、上記で得られたグルコシダーゼ活性阻害用組成物と同じ構造（上記、式［化１］で表される構造）を母核として有する化合物（化学式４〜化学式１３（下記、式［化４］〜［化１３］で表される化合物））をナミキ商事株式会社より購入し、本発明のグルコシダーゼ活性阻害用組成物とした。
さらに、図２において、化学式７又は化学式１０で表される化合物がグルコシダーゼ活性阻害用組成物として、どのようにグルコシダーゼに結合するかを結合モデルで示した。

［化４］

［化５］

［化６］

［化７］

［化８］

［化９］

［化１０］

［化１１］

［化１２］

［化１３］

２）Ｃｅｌｌｂａｓｅアッセイ
上記で得られたグルコシダーゼ活性阻害用組成物を用い、ＨＩＶ感染細胞に対する効果を調べた。
即ち、上記で得られた各グルコシダーゼ活性阻害用組成物をＤＭＳＯに溶解し、１００ｍＭとしたものをそれぞれＨＩＶ感染細胞に付与し、Ｃｅｌｌｂａｓｅアッセイによって５０％細胞死阻止濃度（ＥＣ５０）及び細胞毒性濃度（ＣＣ５０）を調べ、治療係数ＳＩ値（ＳＩ値＝ＣＣ５０値／ＥＣ５０値）を求めた。
ＨＩＶ感染細胞は、ＦＣＳを含むＤＭＥＭ培地に懸濁し、マイクロプレートに播種したヒトＴ細胞株に、常法により作製した感染性ＨＩＶ−１（ＮＬ４３２株）を感染させ、３７℃で培養することで得たものを用いた。
また、各化合物によるＨＩＶ感染細胞の増殖阻害効果は、ＨＩＶ感染細胞を培養した後、培養上清中のＨＩＶ−１逆転写酵素量を、ポリＡＲＮＡを鋳型とする逆転写酵素アッセイにより定量することで評価した。さらに、細胞毒性をＷＳＴ法（ＷＳＴアッセイキット）により評価した。
比較として、ナミキ商事株式会社より購入した化学式１４（下記、式［化１４］）で表される化合物を用いて、５０％細胞死阻止濃度（ＥＣ５０）及び細胞毒性濃度（ＣＣ５０）を調べ、治療係数ＳＩ値（ＳＩ値＝ＣＣ５０値／ＥＣ５０値）を同様に求めた。
その結果、表１に示したように、本発明のグルコシダーゼ活性阻害用組成物は、治療係数ＳＩ値が抗ＨＩＶ活性を有する公知の化合物より高く、強い抗ＨＩＶ活性を有することが確認された。

［化１４］

本発明のグルコシダーゼ活性阻害用組成物は、糖鎖を制御できる優れたグルコシダーゼ活性阻害用組成物であり、糖鎖生物学における研究用試薬等に用いることができる。また、ヒト等の摂取において安全性が高く、抗ＨＩＶ剤の有効成分として用いることができる。

Claims

下記の式［化１］で表される構造を母核として有する化合物であるグルコシダーゼ活性阻害用組成物。
［化１］
さらに抗ＨＩＶ活性を有する請求項１に記載のグルコシダーゼ活性阻害用組成物。
置換基が、１）Ｒ^1-6は水素原子、ハロゲン原子、炭素数１〜１０のアルキル基、炭素数１〜１０のアシル基、炭素数１〜１０のシリル基から選ばれるいずれかであり、２）Ｒ⁷は水素原子、ハロゲン原子、炭素数１〜１０のアルキル基、炭素数１〜１０のアシル基、炭素数１〜１０のシリル基、環式炭化水素誘導体、縮合多環式炭化水素誘導体、環式ヘテロ炭化水素誘導体、縮合ヘテロ多環式炭化水素誘導体から選ばれるいずれかの化合物である請求項１又は２に記載のグルコシダーゼ活性阻害用組成物。
下記の式［化４］〜［化１３］のいずれかで表される化合物である請求項１〜３のいずれかに記載のグルコシダーゼ活性阻害用組成物。
［化４］
［化５］
［化６］
［化７］
［化８］
［化９］
［化１０］
［化１１］
［化１２］
［化１３］
請求項１〜４のいずれかに記載のグルコシダーゼ活性阻害用組成物を有効成分として含む抗ＨＩＶ剤。
次のスクリーニングルールによってｉｎｓｉｌｉｃｏバーチャルスクリーニングを行うことによるグルコシダーゼ活性阻害用組成物のスクリーニング方法。
１）グルコシダーゼのＸ線結晶解析像に対して推定される活性部位のタンパク質表面を、半径１〜２オングストロームの球を用いて仮想的に覆う
２）活性部位内に半径１〜２オングストロームの球を１〜１０個設置し、化合物とタンパク質の疎水性相互作用を生じる可能性空間とする
３）さらに、活性部位内に半径１〜２オングストロームの球を１〜１０個設置し、リガンドとタンパク質の親水性相互作用を生じる可能性空間とする
４）活性部位内に設置した可能性空間に少なくとも１〜５以上の原子が存在し、かつ、活性部位を逸脱しない化合物の検索を行う
さらに、次のスクリーニングルールによってｉｎｓｉｌｉｃｏバーチャルスクリーニングを行うことによるグルコシダーゼ阻害活性を有する請求項６に記載のグルコシダーゼ活性阻害用組成物のスクリーニング方法。
１）グルコシダーゼのＸ線結晶解析像に対して推定される活性部位空間に対して、１つの化合物当り１０〜１００００のコンフォマーを仮想的に作成し、活性部位空間に化合物を配置する
２）得られたモデルを水素結合、配位結合、イオン的相互作用、化合物自由度、脱溶媒和エネルギー、化合物の埋没度、物理的な接触及び化合物の基質結合部位に対する充填率について、ＣｈｅｍｉｃａｌＣｏｍｐｕｔｉｎｇＧｒｏｕｐＩｎｃ．のＭＯＥソフトウエアのスコアリング関数によって評価し、上位１／３をヒット化合物とする
３）上記２）で次に、得られた化合物の群に対し、水素結合、配位結合、イオン的相互作用を重要視したスクリーニングを行い、同様のスコアリング関数によって評価し、上位１／３をヒット化合物とする
４）さらに、上記３）で得られた化合物の群に対し、水素結合を重要視したスクリーニングを行い、同様のスコアリング関数によって評価し、上位１／３をヒット化合物とする
さらに、グルコシダーゼ阻害活性をバイオアッセイによってスクリーニングする請求項６又は７に記載のグルコシダーゼ活性阻害用組成物のスクリーニング方法。