JP6633523B2 - Psd−95の二量体阻害剤脂肪酸誘導体 - Google Patents

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Description

本発明は、PSD−95のPDZドメインと結合することができる化合物およびPSD−95が仲介するタンパク質間相互作用の阻害剤としてのその使用に関する。
シナプス後肥厚部タンパク質−95(PSD−95)は、ヒトではDLG4(disks largeホモログ4)遺伝子によってコードされるタンパク質である。PSD−95は膜結合グアニル酸キナーゼ(MAGUK)ファミリーのメンバーであり、PSD−93とともに同じNMDA受容体およびカリウムチャネルに内に動員される。
PSD−95は、PDZドメイン含有タンパク質のMAGUKファミリーの中で最も盛んに研究されているメンバーである。あらゆるMAGUKファミリータンパク質と同じく、PSD−95には3つのPDZドメイン、1つのSH3ドメインおよびリンカー領域によって接続されている1つのグアニル酸キナーゼ様ドメイン(GK)が含まれている。PSD−95はほぼ例外なく、ニューロンのシナプス後肥厚部に位置しており、シナプスタンパク質の係留に関与している。PSD−95の直接的または間接的な結合パートナーとしては、ニューロリジン、神経型一酸化窒素合成酵素(nNOS)、N−メチル−D−アスパラギン酸(NMDA)受容体、AMPA受容体およびカリウムチャネルが挙げられる。
PDZドメインは、ヒトを含めた様々な生物体の足場タンパク質に共通してみられる80〜90アミノ酸の構造ドメインである。PDZは、このドメインを含むことが発見された最初の3種類のタンパク質、すなわち、PSD−95、Drosophila disc large tumor suppressor(Dlg1)およびZonula occludens−1タンパク質(ZO−1)の最初の1文字を表す頭字語である。
PDZドメインは一般に、他のタンパク質のC末端と結合することにより相互作用する。これは、βシートの補強、すなわち、結合パートナータンパク質のC末端尾部が加わることによりPDZドメインのβシートが拡張され、拡張されたβシート様構造が形成されることにより達成される。
真核生物界、真正細菌界ともに、様々なタンパク質にPDZドメインがみられるのに対し、古細菌のタンパク質にはほとんど例がない。PSD−95の3つのPDZドメインであるPDZ1〜3は、Ser/Thr−X−Val/Ile/Leu−COOHなどの類似したコンセンサス配列を有するペプチドリガンドと結合する。
PDZドメインとC末端ペプチドとの相互作用の基礎となる構造は最初、天然のペプチドリガンドCRIPT(配列:YKQTSV)と複合体を形成したPSD−95のPDZ3のX線結晶構造によって明らかにされた。PDZ3には6つの逆並行β鎖(βA〜βF)および2つのαへリックス(αAおよびαB)が含まれており、βB鎖とαBへリックスとの間の溝にC末端ペプチドリガンドがはまり込んで結合する。ペプチドリガンドの2つの残基、すなわち、C末端から数えて1つ目(P)および3つ目(P−2)のアミノ酸は、親和性および特異性に特に重要であると考えられている。P位のアミノ酸の側鎖は疎水ポケットの中に突出しており、脂肪族側鎖をもつアミノ酸(Val、IleおよびLeu)が必要となる。PDZ3−CRIPTのX線結晶構造では、SerまたはThr(P−2)のヒドロキシル酸素がHis372のイミダゾール側鎖の窒素と水素結合を形成しており、この相互作用がPDZドメイン/リガンド相互作用の親和性に重要な決定因子であることが明らかにされている。PDZドメインの保存されたGly−Leu−Gly−Phe(PDZ3の322〜325の位置)モチーフおよび正荷電残基(PSD−95 PDZ3のArg318)がC末端カルボキシル基との結合を仲介する。
PSD−95のPDZ1ドメインおよびPDZ2ドメインは、NMDA型のイオンチャネル型グルタミン酸受容体および一酸化窒素(NO)産生酵素nNOSとの同時結合を含め、複数のタンパク質と相互作用する。NMDA受容体は、興奮毒性、すなわち、グルタミン酸が仲介し神経変性疾患および急性脳損傷に関与する神経毒性の主要なメディエーターであり、NMDA受容体のアンタゴニストは、グルタミン酸が仲介するイオン流動を妨げることにより興奮毒性を効率的に低下させるが、同時に生理学的に重要な過程も妨げる。このように、NMDA受容体アンタゴニストはこれまで、耐容性が低く効果がみられないことから、例えば脳卒中の臨床試験に失敗している。代わりに、PSD−95阻害剤を用いて細胞内nNOS/PSD−95/NMDA受容体複合体を障害することによって、興奮毒性の特異的阻害をもたらすことができる。
PSD−95は、NMDA受容体、主としてGluN2AおよびGluN2BサブユニットならびにnNOSと、それぞれPDZ1およびPDZ2を介して同時に結合する。NMDA受容体が活性化されると、カルシウムイオンの流入が起こり、これがnNOSを活性化してNOが生成される。このように、PSD−95は、長時間持続すると細胞に害を及ぼし得るNMDA受容体活性化とNO産生との特異的関係を仲介し、グルタミン酸仲介による神経毒性の重要な促進因子となっている。マウスでは、PSD−95を標的とすることによりNOS/PSD−95/NMDA受容体三元複合体の相互作用を阻害すると、NMDA受容体のイオン流入および生存促進性シグナル伝達経路などの生理的機能は無傷で維持しながら、カルシウムイオン流入とNO産生との間の機能的結び付きを阻害することによって、虚血性脳損傷が予防されることがわかっている。国際公開第2010/004003号には、ポリエチレングリコールリンカー(PEG)によって連結した二量体ペプチドリガンドによりPSD−95を阻害することに関する概念が開示されている。これらの二量体は、PSD−95のPDZ1ドメインおよびPDZ2ドメインと同時に結合する。
PSD−95を標的とする二量体リガンドは、慢性疼痛の治療法として前臨床評価段階にある(Andreasenら,Neuropharmacol,2013,67,193−200;Bachら,PNAS USA,2012,109,3317−3322)。しかし、治療用ペプチドは一般に、腎クリアランスおよび肝代謝による血液中からの除去および分解を受けやすい。このため、二量体ペプチドリガンドの薬物動態特性を改善し、ひいてはその安定性および半減期を増大させることが必要とされている。
PSD−95の二量体ペプチドリガンドの薬物動態特性を改善し、in vivo安定性を増大させるという上記の課題に対処するため、本発明は新規な化合物のクラスについて記載し、この化合物のクラスでは、2つのペプチドリガンドがNPEGリンカーなどのリンカーによって連結されており、かつ1つまたは複数の脂肪酸また脂肪酸誘導体が、NPEGリンカーと直接または別のリンカーを介して結合している。
したがって、本発明者らは、脂肪酸が結合していない化合物、例えば国際公開第2010/004003号に開示されている化合物に比してin vitro血漿中半減期が改善された二量体PSD−95リガンドの誘導体を開発した。さらに、この化合物は、皮下投与したときの皮下デポ剤内での滞留時間の増大を示す。
一態様では、本発明は、第一のペプチド(P)と第二のペプチド(P)とを含む化合物であって、PおよびPが個々に、タンパク質構成アミノ酸残基または非タンパク質構成アミノ酸残基を少なくとも2つ含み、PおよびPがともに、それぞれのN末端を介して第一のリンカーLと結合し、Lが、少なくとも1つの酸素原子が窒素原子で置換されてNPEGになったポリエチレングリコール(PEG)を含み、NPEGの窒素原子にアルブミン結合部分が、アミド結合により、または任意選択のリンカーLを介して連結している、化合物に関する。
本発明の化合物は、本明細書で定義されるPおよびPを選択する場合、PSD−95のPDZ1〜2と結合することが明らかにされている。PSD−95は治療剤の重要な標的であるため、一態様では、本発明は、薬剤として使用するための本明細書で定義される化合物に関する。
より具体的には、本発明の化合物は、一態様では、興奮毒性関連疾患の治療または予防あるいは疼痛の予防および/または治療に使用され得る。
本発明の化合物は、
a)Ns−NPEG二酸リンカーを調製する段階と、
b)Fmocベースの固相ペプチド合成を用いてペプチドを調製する段階と、
c)Fmoc脱保護ペプチドをNs−NPEG二酸リンカーで二量体化する段階と、
d)任意選択でアミノ酸リンカー(L)などの仲介リンカーを介して、脂肪酸とリンカー−二量体結合体とをカップリングする段階と
を含む方法によって、図式的に合成することができる。
参照リガンドUCCB01−125およびUCCB01−144の構造を示す図である。大文字は、「N」(窒素)、「O」(酸素)を除き、L−アミノ酸を表す。 FA連結二量体リガンド(1〜12)ならびにUCCB01−125およびUCCB01−144のHSAに対する親和性を示す図である。データは平均±SEM(n=3)で示されている。 FPにより決定したFA連結二量体リガンド(1〜12)ならびにUCCB01−125およびUCCB01−144のPSD−95 PDZ1〜2に対する親和性を示す図である。A)TBSで測定した;B)TBS+HSAで測定した;C)TBS+HSAで測定しfuについて補正した。データは平均±SEM(n≧3)で示されている。 :化合物(UCCB01−125、1、4、7、13)のin vitroの血漿中安定性を示す図である。半減期の計算値は、UCCB01−125が1.7時間であり、1が23.6時間であり、4、7および13が24時間超である。 二量体リガンドUCCB01−125(2種類の投与量)および化合物1、4、7および13をラットにs.c.投与した後の血漿中プロファイルを示す図である。 :FA連結二量体リガンド(1〜12)の合成を示す図である。この図のスキーム1に図示される合成の反応条件は以下の通りであった:(a)Fmoc−GABA−OH/Fmoc−(L)−Glu−OtBu/Fmoc−5−Ava、HATU、コリジン、DMF(1時間×2)、次いでピペリジンの20%DMF溶液;(b)FA1/FA2/FA3/FA4、HBTU、DIPEA、DMF/DCM、45分、次いでTFA/TIPS/HO(90/5/5);(c)0.5M LiOH、HO/ACN(75/25)、30分、次いでTFAによりpH2未満にする。三角形は、EおよびTの側鎖が保護されている(tert−ブチル)ことを表す。 オクタデカン二酸ジメチルエステルのモノけん化を示す図である。反応条件:(a)NaOH(1当量)、MeOH、45℃、O/N。
(発明の詳細な説明)
I.定義
アミド結合:本明細書で使用される「アミド結合」という用語は、カルボン酸とアミンとの間の反応(およびこれに伴う水の除去)によって形成される化学結合のことである。反応が2つのアミノ酸残基の間で起こるものである場合、その反応の結果生じた結合はペプチド結合として知られる。
含む:本明細書で使用される「含む」という用語は、包含的な意味に理解されるべきである。したがって、例として述べると、化合物Xを含む組成物は、化合物Xと、任意選択で別の化合物とを含み得る。
二量体:本明細書で使用される二量体という用語は、同一のものであるかどうかを問わず、化学的または物理的な相互作用によって結合している2つの化学的部分を指す。例として述べると、二量体はホモ二量体、例えばリンカーにより連結した2つの同一のペプチドなどであり得る。二量体はまた、ヘテロ二量体、例えばリンカーにより連結した2つの異なるペプチドなどであり得る。二量体の例には、リンカーにより共有結合した2つのペプチドまたはペプチド類似体を含み、ペプチドまたはペプチド類似体がPSD−95のPDZ1およびPDZ2と同時に結合または相互作用することができる化合物である、本発明のPSD−95阻害剤がある。
ジペプチド:本明細書で使用される「ジペプチド」という用語は、ペプチド結合により連結した2つの天然または非天然のアミノ酸を指す。
エチレングリコール部分:本明細書で使用される「エチレングリコール部分」という用語は、PEGまたはNPEGリンカーを構成する構成単位を指す。「エチレングリコール部分」の別名は「オキシエチレン」であり、モノマー単位の化学式は、
である。
脂肪酸:本明細書で使用される脂肪酸(FAと略記される)という用語は通常、飽和または不飽和であり得る長鎖脂肪族炭素鎖を有する、カルボン酸を指す。脂肪酸は、短鎖脂肪酸(SCFA)、中鎖脂肪酸(MCFA)、長鎖脂肪酸(LCFA)および超長鎖脂肪酸(VLCFA)から選択され得る。短鎖脂肪酸(SCFA)とは、脂肪族尾部の炭素数が6個(すなわち、酪酸)未満の脂肪酸のことである。中鎖脂肪酸(MCFA)とは、脂肪族尾部の炭素数が6〜12個で、中鎖トリグリセリドを形成し得る脂肪酸のことである。長鎖脂肪酸(LCFA)とは、脂肪族尾部の炭素数が13〜21個の脂肪酸のことである。超長鎖脂肪酸(VLCFA)とは、脂肪族尾部の炭素数が22個を上回る脂肪酸のことである。本発明の脂肪酸は、当業者によって知られている任意の適切な脂肪酸または脂肪酸誘導体であり得る。
リンカー:本明細書で使用される「リンカー」という用語は、ある化学物質と別の化学物質との接続を形成する、1つまたは複数の原子を指す。例として述べると、本明細書で言及される「第一のリンカー」は、2つのPDZ−ドメイン結合ペプチドを、それぞれのN末端同士の連結を形成することによって結びつける、PEGまたはNPEGである。
非タンパク質構成アミノ酸:非コードアミン酸、非標準アミノ酸または非天然アミノ酸とも呼ばれる非タンパク質構成アミノとは、遺伝暗号によってコードされないアミノ酸のことである。非タンパク質構成アミノ酸の非排他的なリストとしては、α−アミノ−n−酪酸、ノルバリン、ノルロイシン、イソロイシン、アロイソロイシン、tert−ロイシン、α−アミノ−n−ヘプタン酸、ピペコリン酸、α,β−ジアミノプロピオン酸、α,γ−ジアミノ酪酸、オルニチン、アロトレオニン、ホモシステイン、ホモセリン、β−アラニン、β−アミノ−n−酪酸、β−アミノイソ酪酸、γ−アミノ酪酸、α−アミノイソ酪酸、イソバリン、サルコシン、N−エチルグリシン、N−プロピルグリシン、N−イソプロピルグリシン、N−メチルアラニン、N−エチルアラニン、N−メチルβ−アラニン、N−エチルβ−アラニン、イソセリンおよびα−ヒドロキシ−γ−アミノ酪酸が挙げられる。
NPEG:本明細書で使用されるNPEGという用語は、PEGリンカーの1つまたは複数の主鎖酸素原子が窒素原子に置き換わったリンカー誘導体のことである。
Ns−NPEG二酸リンカー:「Ns−NPEG二酸リンカー」とは、NPEGリンカーが窒素上のオルト−ニトロベンゼンスルホニル(Ns)保護基によって窒素上で保護され、NPEGリンカーの末端がカルボン酸含む構造のことである。この化学試薬または構成単位は、2つのペプチド部分、PおよびPを二量体化するのに用いられる。
PDZ:本明細書で使用される「PDZ」という用語は、シナプス後肥厚部タンパク質−95(Postsynaptic density protein)(PSD−95)、Drosophila homologue discs large tumor suppressor(DlgA)、Zonula occludens−1タンパク質(zo−1)を指す。
PEG:本明細書で使用される「PEG」という用語は、上述のエチレングリコール部分のポリマーを指す。PEGは化学式がC2n+24n+6n+2であり、その反復構造は
であり、この場合、例えば、12PEG部分またはPEG12は、12個のエチレングリコール部分からなるポリマーに対応する。
薬物動態プロファイル:本明細書で使用される「薬物動態プロファイル」という用語は、本明細書に記載される化合物の血流中への吸収、組織内への分布、代謝および***といったin vivoの特徴を指す。薬物動態プロファイルに含まれるパラメータの例には、血漿プロテアーゼによる化合物の代謝のモデルとなるin vitro血漿中半減期がある。
タンパク質構成アミノ酸:天然アミノ酸とも呼ばれるタンパク質構成アミノ酸としては、アラニン、システイン、セレノシステイン、アスパラギン酸、グルタミン酸、フェニルアラニン、グリシン、ヒスチジン、イソロイシン、リジン、ロイシン、メチオニン、アスパラギン、プロリン、ピロリジン、グルタミン、アルギニン、セリン、トレオニン、バリン、トリプトファンおよびチロシンが挙げられる。
PSD−95:本明細書で使用される「PSD−95」という用語は、シナプス後肥厚部タンパク質−95を指す。
PSD−95阻害剤:本明細書で使用される「PSD−95阻害剤」は、細胞内でPSD−95のPDZ1、PDZ2またはPDZ1とPDZ2の両方と結合し、これらのPDZドメインによって促進されるタンパク質間相互作用を阻害する化合物を指す。PSD−95阻害剤によって阻害される相互作用の例には、nNOS、PSD−95およびNMDA受容体の間の三元複合体形成がある。
II.血漿中半減期が改善された二量体化合物
PSD−95を標的とする二量体リガンドは、慢性疼痛および虚血性脳卒中の治療法として前臨床評価段階にある(Andreasenら,Neuropharmacol,2013,67,193−200;Bachら,PNAS USA,2012,109,3317−3322)。しかし、治療用ペプチドは一般に、プロテアーゼによる分解ならびに腎ろ過および/または肝代謝による除去を受けやすい(Tangら,J Pharm Sci,2004,93,2184−204)。二量体リガンドの大きさには上限があり、腎臓は一般に分子量60kDa未満の化合物をろ過除去することから、二量体リガンドは腎臓ろ過によって血液中から除去される可能性が高い(Dennisら,J Biol Chem 2002,277,35035−43)。二量体ペプチドリガンドを神経因性疼痛などの慢性状態での臨床的用途にさらに適したものにするには、投与計画をできる限り単純なもの、好ましくは1日1回にして、コンプライアンスを向上させる必要がある(Claxtonら,Clin Ther 2001,23,1296−310)。さらに、i.v.(静脈内)注射よりも皮下(s.c.)投与などのしかるべき経路を介した患者による自己投与の方が好ましい。s.c.投与の主たる制約になっているものとして、注射量を少なくする必要があること(Dychterら,J Infus Nurs 2012,35,154−60)が挙げられ、これには薬物の効力および濃度が高く、薬物が可溶性で、分解および循環血中からの***に時間がかかるものである必要がある。さらに、薬物の作用時間を長くするため、薬物が注射デポ剤中で安定であり、循環血中への吸収が遅いものである必要がある(Havelundら,Pharm Res 2004,21,1498−504)。したがって、二量体ペプチドリガンドの薬物動態プロファイルおよびin vivo半減期をさらに最適化して、上記の問題点を打ち消す必要がある。
アルブミン結合
ヒト血清中に最も多量に存在し血清総タンパク質の55%を占めるヒト血清アルブミン(HSA)(Elsadekら,J Control Release 2012,157,4−28)は、上に挙げた問題を解決する機会をもたらす。HSAの平均血中濃度は520〜830μMであり、分子量は約66.5kDaである(Kragh−Hansenら,Biol Pharm Bull 2002,25,695−704)。HSAは血液、筋組織および皮膚に多量に存在する(Sleepら,Biochim Biophys Acta 2013,1830,5526−34)が、ニューロン内には正常条件下では存在しない。しかし、脳卒中などの脳−血液関門(BBB)が損なわれる病的状態では、ニューロン内に侵入することがある(Loberg,APMIS 1993,101,777−83)。HSAは、脂肪酸(FA)、ヘミン、ビリルビンおよびトリプトファン(Simardら,PNAS USA,2005,102,17958−63;Kragh−Hansenら,Biol Pharm Bull 2002,25,695−704)などの内因性リガンドならびにワルファリンおよびジアゼパムなどの薬物のほか、金属イオン(Yamasaki et al,Biochim Biophys Acta 2013,1830,5435−43)を多岐にわたって輸送し貯蔵するタンパク質としての役割を果たす。
HSAの構造は精力的に研究されてきており、Protein Data Bank(PDB、2013年9月26日にアクセス)には、90を超える様々なHSAのX線構造が71の様々なリガンドとともに保管されている。HSAは寸法が約80×80×30Åのハート形の分子であり、3つの類似したドメイン(I、IIおよびIII)から構成されており、この3つのドメインはさらに2つのサブドメイン(aおよびb)に分けられる(Sugioら,Protein Eng 1999,12,439−46)。大部分の薬物はSudlow部位I(ワルファリン部位とも呼ばれる)およびII(ジアゼパム部位とも呼ばれる)に結合する(Elsadekら,J Control Release 2012,157,4−28;Yamasakiら,Biochim Biophys Acta 2013,1830,5435−43)。Sudlow部位は、1975年に蛍光分光法によりこの部位を特定したSudlowらの先駆的研究(Sudlowら,Mol Pharmacol 1975,11,824−32)にちなんで名付けられたものである。その後、この2つの薬物結合部位の位置付けが実施され、それぞれサブドメインIIa(サブドメインIIIaおよびIIbの残基が寄与している)およびIIIaに存在することがわかっている(Yamasakiら,Biochim Biophys Acta 2013,1830,5435−43)。リガンドはSudlow部位IおよびIIに結合するのが一般的であるが、その重要な例外のひとつが脂肪酸(FA)である。
HSAと薬物との結合性が高いと薬物の半減期が増大するという概念は1970年代から知られている。しかし、HSAを用いて治療用ペプチドおよびタンパク質の半減期を増大させるという具体的な概念に発展するにはさらに時間を要し、1年間の刊行物数は2002年(約250件/年)から2010年(約500件/年)までに2倍になった(Elsadekら,J Control Release 2012,157,4−28)。ペプチドベースのHSA結合部分は、ファージディスプレイによって同定されたHSA結合配列(Dennisら,J Biol Chem 2002,277,35035−43)、天然源から単離されたもの(Jonssonら,Protein Eng Des Sel 2008,21,515−27)のほか、いわゆるアドネクチン(Lipovsekら,Protein Eng Des Sel 2011,24,3−9)を含め、いくつか記載されている。しかし、これらの結合部分はプロテアーゼによる分解を受けやすく、今回のように、開発された化合物がs.c.デポ剤中に数時間存在しなければならないs.c.投与の場合に特に問題となり得る。
全体的構造
薬物動態プロファイルを改善するため、本発明者らは、作製された化合物のHSA親和性、PSD−95に対する親和性および疎水性に及ぼす脂肪酸およびリンカーの種類の影響を検討した。このような検討を実施したところ、所望のHSA結合プロファイルが得られヒト血漿中での安定性が増大した新規な化合物が同定された。
したがって、一態様では、本発明は、第一のペプチド(P)と第二のペプチド(P)を含む化合物であって、PおよびPが個々に、タンパク質構成または非タンパク質構成アミノ酸残基を少なくとも2つ含み、PおよびPがともに、そのN末端を介して第一のリンカーLと結合し、Lが、少なくとも1つの酸素原子が窒素原子で置換されてNPEGになったポリエチレングリコール(PEG)を含み、NPEGの窒素原子にアルブミン結合部分が、アミド結合により、または任意選択のリンカーLを介して連結している、化合物に関する。
ある特定の実施形態では、前記化合物は一般式(I):
の化合物である。アルブミン結合部分は、アルブミンと結合する任意の適切な化学基であってよいが、アルブミン結合部分は脂肪酸(FA)であるのが好ましい。一実施形態では、化合物は一般式(II):
を有する。脂肪酸は、飽和脂肪酸または不飽和脂肪酸などの任意の適切な脂肪酸であってよい。上の式(I)および(II)に示されるように、脂肪酸などのアルブミン結合部分は、任意選択で、第二のリンカーLを介してNPEGリンカー(L)の窒素原子と結合していてもよい。第二のリンカーLが含まれる実施形態では、そのリンカーは窒素原子を含む。
一実施形態では、本発明による化合物は式(III)または(IV):
の一般構造を有し、式中、
およびRは個々に、HおよびCOOHからなる群より選択され、
nは0〜48の整数であり、
mは1〜48の整数であり、
pは0〜28の整数であり、
qは0〜28の整数であり、
iは0〜12の整数であり、
jは0〜12の整数であり、
およびPは個々に、タンパク質構成アミノ酸残基または非タンパク質構成アミノ酸残基を少なくとも2つ含むペプチドから選択される。
第一のリンカー(L
脂肪酸が活性ペプチドPおよびPに対して示す特性は、これらの部分と連結する方法に左右される。この連結は第一のリンカーLおよび第二のリンカーLを介して得られる。国際公開第2012/156308号にある程度記載されている第一のリンカーLは、ポリエチレングリコールを形成する複数のエチレングリコール部分からなり、その酸素原子のうちの1つが窒素原子に置き換わってNPEGリンカーを形成している。NPEGリンカーは、両側に複数(p、q)のエチレングリコール部分が隣接する窒素原子として表すことができる。
窒素原子に隣接するエチレングリコール部分の数は、本発明の様々な実施形態によって異なり得る。一実施形態では、片側のエチレングリコール部分の数(p)は、反対側のエチレングリコール部分の数と等しい、すなわちp=qである。他の実施形態では、p>qまたはp<qである。
一実施形態では、pとqの合計は0〜28の整数であり、例えば、エチレングリコール部分の数pは、0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27または28から選択される。
一実施形態では、pの範囲が1〜4のとき、PSD−95に対する親和性が最も高くなるため、エチレングリコール部分の数pは1〜4である。
一実施形態では、エチレングリコール部分の数qは、0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27または28のエチレングリコール部分から選択される。
一実施形態では、qの範囲が1〜4とき、PSD−95に対する親和性が最も高くなるため、エチレングリコール部分の数qは1〜4である。
一実施形態では、リンカーの長さの範囲が2〜12のとき、PSD−95に対する親和性が最も高くなるため、エチレングリコール部分の総数p+qは2〜12である。
一実施形態では、リンカーの長さの範囲が4のとき、PSD−95に対する親和性が際立って最も高くなるため、エチレングリコール部分の総数p+qは4である。
別の実施形態では、リンカーの長さの範囲が6のとき、PSD−95に対する親和性が極めて高くなるため、エチレングリコール部分の総数p+qは6である。
第二のリンカー(L
第二のリンカーLは任意選択のものであり、特定の目的に必要な物理的または化学的特性に応じて、含まれていても含まれていなくてもよい。第二のリンカーLが存在する場合、それは窒素原子を含む。第二のリンカーLは、例えば、γ−Glu、γ−酪酸(GABA)、5−アミノ吉草酸(5−Ava)、タンパク質構成アミノ酸、非タンパク質構成アミノ酸およびQが任意の適切な原子(1つまたは複数)または分子である一般式HN−[Q]−COOHを有する任意の化合物からなる群より選択され得る。
本明細書で既に述べたように、第二のリンカーは、反復する炭素部分を含み、これにより、例えばアルキル鎖またはアルケニル鎖を形成するものであり得る。反復単位の数(i)および/または(m)は所望の特性に応じて異なり得る。したがって、iおよび/またはmは、0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30、31、32、33、34、35、36、37、38、39、40、41、42、43、44、45、46、47および48からなる群より個々に選択され得る整数である。
一実施形態では、n=1、n=2またはn=3となる一実施形態のように、nは1〜3の整数である。
ある特定の実施形態では、iおよび/またはjは0〜12の整数、例えば、0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11および12からなる群より選択される整数である。
ある特定の実施形態では、リンカーLおよびLは、本発明による化合物が以下のものからなる群より選択されるよう選択される。
さらなる実施形態では、リンカーは、本発明の化合物が以下のものからなる群より選択されるよう選択される。
脂肪酸(FA)
脂肪酸とは、飽和または不飽和のいずれかの脂肪族尾部(鎖)を有するカルボン酸のことである。天然の脂肪酸のほとんどは、4〜28の偶数個の炭素原子からなる鎖を有する。脂肪酸は通常、トリグリセリドまたはリン脂質から誘導される。他の分子と結合していない脂肪酸は遊離脂肪酸として知られる。
炭素間二重結合のある脂肪酸は不飽和脂肪酸として知られるのに対し、二重結合のない脂肪酸は飽和脂肪酸として知られる。不飽和脂肪酸には炭素原子間に1つまたは複数の二重結合がある。ある特定の実施形態では、本発明の化合物は不飽和脂肪酸を含む。このような実施形態では、一般式(III)、(IV)、(V)または(VI)の表示(i)および/または(j)は、0〜12の整数から個々に選択される整数、例えば0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11および12からなる群より選択される整数などである。
不飽和脂肪酸は、シスもしくはトランス立体配置または両方の混合物のいずれかで用いることができる。
シス立体配置は、隣接する水素原子が二重結合の同じ側にあることを意味する。二重結合には柔軟性がないため、その立体配座が固まり、シス異性体の場合、鎖が屈曲して脂肪酸の立体配座の自由度が制限される。鎖にシス立体配置の二重結合が多いほど、その柔軟性は低下する。鎖にシス立体配置の二重結合が多数存在すると、鎖が最もとりやすい立体配座に大きく湾曲する。例えば、二重結合が1つのオレイン酸には「ねじれ」が1つあるのに対して、二重結合が2つのリノール酸にはさらに顕著な屈曲がみられる。二重結合が3つのα−リノレン酸はフック形になりやすい。このことによる影響としては、脂肪酸が脂質二重層のリン脂質の一部である場合またはトリグリセリドが脂肪滴の中にある場合などの制限された環境では、シス二重結合により脂肪酸が密に固まる能力が制限され、ひいては膜または脂肪の融解温度に影響を及ぼし得ることが考えられる。
これに対して、トランス立体配置は、隣接する2つの水素原子が二重結合の反対側に結合していることを意味する。その結果、鎖はあまり屈曲せず、その形状は直鎖飽和脂肪酸とほぼ同じものとなる。
シス、トランスまたはその混合脂肪酸を含め、意図する目的に適した任意の脂肪酸を選択することは、本発明の範囲内にある。
本発明による化合物は、任意の適切な脂肪酸または脂肪酸誘導体を含み得る。一実施形態では、脂肪酸は一般式(III)または(IV)で定義される脂肪酸であり、式中、mは、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30、31、32、33、34、35、36、37、38、39、40、41、42、43、44、45、46、47および48からなる群より選択される整数、10〜16の整数などであり、例えば、高度のHSA相互作用が間違いなく確認されるm=10またはm=16である(表1)。
本発明の脂肪酸は、C〜C22脂肪酸またはカプリル酸、カプリン酸、ラウリン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、アラキジン酸、ベヘニン酸、リグノセリン酸、セロチン酸、ミリストレイン酸、パルミトレイン酸、サピエン酸、オレイン酸、エライジン酸、バクセン酸、リノール酸、リノエライジン酸、α−リノレン酸、アラキドン酸、エイコサペンタエン酸、エルカ酸およびドコサヘキサエン酸からなる群より選択される脂肪酸であり得る。
ペプチド(PおよびP
本発明の化合物は、2つのペプチドPおよびPを含む。PおよびPは個々に、それぞれがアミノ酸残基を少なくとも2つ含む任意のペプチドであってよく、したがって、本発明の二量体化合物を意図する目的に適合させ得る。
好ましい実施形態では、本発明の化合物は、2つのペプチドがPSD−95のPDZ1〜2と結合する、PSD−95阻害剤である。したがって、ある特定の実施形態では、化合物は、一般式(I)、(II)、(III)または(IV)のいずれか1つによって定義される化合物であり、式中、
は、アミノ酸配列X(配列番号1)を含み、
は、アミノ酸配列Z(配列番号2)含み、上式中、
a)Xは、LおよびVから選択されるアミノ酸残基であり、
b)Xおよび/またはZは、A、D、E、Q、N、S、V、N−Me−A、N−Me−D、N−Me−E、N−Me−Q、N−Me−N、N−Me−SおよびN−Me−Vから選択されるアミノ酸残基であり、
c)Xおよび/またはZは、SおよびTから選択されるアミノ酸残基であり、
d)Xおよび/またはZは、E、Q、A、NおよびSから選択されるアミノ酸残基であり、
およびZはともに、遊離カルボン酸を含めた最終的なC末端アミノ酸残基を個々に表す。
したがって、ある特定の実施形態では、本発明による化合物は、式(V)または(VI)
の一般構造を有し、式中、
およびRは個々に、HおよびCOOHからなる群より選択され、
nは0〜48の整数であり、
mは1〜48の整数であり、かつ
pは0〜28の整数であり、
qは0〜28の整数であり、
iは0〜12の整数であり、
jは0〜12の整数であり、
および/またはZは、任意選択のアミノ酸残基、ペプチドまたはポリペプチドであり、
および/またはZは、E、Q、A、NおよびSから選択されるアミノ酸残基であり、
および/またはZは、SおよびTから選択されるアミノ酸残基であり、Xおよび/またはZは、A、D、E、Q、N、S、V、N−Me−A、N−Me−D、N−Me−E、N−Me−Q、N−Me−N、N−Me−SおよびN−Me−Vから選択されるアミノ酸残基であり、
および/またはZは、I、LおよびVから選択されるアミノ酸残基である。
が単一のアミノ酸残基である場合、それはタンパク質構成アミノ酸残基および非タンパク質構成アミノ酸残基から選択される。
一実施形態では、Xは、I、A、LおよびVからなる群より選択されるアミノ酸残基である。
はこのほか、2〜100個のアミノ酸残基からなるアミノ酸配列を有し、C末端がI、A、LおよびVからなる群より選択されるアミノ酸残基である、ペプチドまたはポリペプチドであり得る。
本発明のある特定の実施形態では、Xは、2〜100個の残基、例えば2〜90個のアミノ酸残基など、例えば2〜80個のアミノ酸残基など、例えば2〜70個のアミノ酸残基など、例えば2〜60個のアミノ酸残基など、例えば2〜50個のアミノ酸残基など、例えば2〜40個のアミノ酸残基など、例えば2〜30個のアミノ酸残基など、例えば2〜20個のアミノ酸残基など、例えば2〜10個のアミノ酸残基など、例えば2〜9個のアミノ酸残基など、例えば2〜8個のアミノ酸残基など、例えば2〜7個のアミノ酸残基など、例えば2〜6個のアミノ酸残基など、例えば2〜5個のアミノ酸残基など、例えば2〜4個のアミノ酸残基など、例えば2〜3個のアミノ酸残基などを含み、C末端がI、A、LおよびVからなる群より選択されるアミノ酸である、ペプチドである。
本発明の概念は一般に、一般式(I)、(II)、(III)、(IV)、(V)および(V)に示されるものとして適用できるものであるが、本発明者らは、本発明の範囲内にある化合物で、PSD−95のPDZ1〜2と結合するのに適したPおよびPのペプチドモチーフを含むものを多数調製した。
したがって、一実施形態では、本発明による化合物は、以下のものからなる群より選択される。
塩形態
本明細書で定義される化合物は、前記化合物の薬学的に許容される塩またはプロドラッグの形態であり得る。本発明の一実施形態では、一般式(I)、(II)、(III)、(IV)、(V)および(VI)のいずれか1つで定義される化合物は、前記化合物の薬学的に許容される付加塩または水和物、例えば、特に限定されないがK、Naなどのほか、非塩、例えばHの形態であり得る。
III.医学的使用
一態様では、本明細書で定義される本発明の化合物は、薬剤として使用するためのものである。
一実施形態では、本明細書で定義される化合物は、疼痛の治療または予防に使用するためのものである。
別の実施形態では、本明細書で定義される化合物は、興奮毒性関連疾患の治療または予防に使用するためのものである。
さらなる実施形態では、本発明の化合物によって治療可能な疾患は、CNSの虚血傷害または外傷である。
IV.合成
本明細書で定義される本発明の脂肪酸誘導PSD−95阻害剤は、以下の一般的な段階:
a)Ns−NPEG二酸リンカーを調製する段階、
b)Fmocベースの固相ペプチド合成を用いてペプチドを調製する段階、
c)Fmoc脱保護ペプチドをNs−NPEG二酸リンカーで二量体化する段階および
d)任意選択でアミノ酸リンカー(L)などの仲介リンカーを介して、脂肪酸とリンカー−二量体結合体とをカップリングする段階
を含む方法により製造され得る。
本発明の化合物は、一実施形態では、以下に明記する通りに合成することができる。
Ns−NPEG二酸リンカー:固相上または溶液中のいずれかでオルト−ニトロベンゼンスルホニル(Ns)保護NPEGリンカーを作製する。
固相法は通常、特定の樹脂に適した有機溶媒(例えば、DCM、DMF、ACN、THF)および塩基(例えば、DIPEA、DBU、コリジン、NMM)を用いて、2−クロロトリチルクロリド樹脂などの固相ペプチド合成に有用な固体担体にFmoc−NH−PEG−CHCHCOOHを担持させることから始める。
しかるべき溶媒(例えば、DMF、DCM、ACN、THF)に溶かした塩基(例えば、ピペリジン、ジメチルアミン、モルホリン、ピペラジン、ジシクロヘキシルアミン、DMAP)によりFmoc基を除去し得る。
塩基(例えば、DIPEA、DBU、コリジン、NMM)およびしかるべき溶媒(例えば、THF、DCM)を用いて、オルト−ニトロベンゼンスルホニルクロリドと遊離アミンとをカップリングして、Ns−NH−PEG−CHCHCOO−樹脂が得られる。
光延化学反応を用いることにより、リンカー生成物の第二の部分と、樹脂に結合したリンカー部分とを連結し得る。樹脂をトリフェニルホスフィン、HO−PEG−CHCHCOOtBu、溶媒およびアゾジカルボン酸のエステルまたはアミド試薬(例えば、ジイソプロピルアゾジカルボキシラート、DIAD;ジエチルアゾジカルボキシラート、DEAD;1,1’−(アゾジカルボニル)−ジピペリジン、ADDP)で処理する。
樹脂をトリフルオロ酢酸(TFA)などの酸で処理することにより、最終的なNs−NPEG二酸リンカーが得られる。
液相法は、トリフェニルホスフィンおよびDIAD、DEADもしくはADDPまたはこれと同様の試薬、HO−PEG−CHCHCOOtBuおよびしかるべき溶媒(THF、DCM)を用いて、NsによるNH−PEG−CHCHCOOtBuのアミン基の保護、次いで光延化学反応を溶液中で行うことにより実施することができる。次いでTFAなどの酸で処理することにより、最終的なNs保護NPEG−リンカーが得られる。
ペプチド合成:2−クロロトリチルクロリド樹脂またはWang樹脂などの固体担体、Fmoc保護アミノ酸、塩基、カップリング試薬(例えば、HBTU[N,N,N’,N’−テトラメチル−O−(1H−ベンゾトリアゾール−1−イル)ウロニウムヘキサフルオロホスファート],O−(7−アザベンゾトリアゾール−1−イル)−N,N,N’,N’−テトラメチルウロニウムヘキサフルオロホスファート[HATU]、PyBOB、DIC/HOBt)および溶媒を用いて、Fmocベースの固相ペプチド合成によりペプチド配列を合成する。カップリング試薬の代わりにFmoc保護アミノ酸の活性エステル(例えば、ペンタフルオロフェニル、スクシンイミド)を用いてもよい。
二量体化:樹脂を化学量論量未満(例えば、6分の1)のNs−NPEG二酸リンカー、塩基、カップリング試薬およびしかるべき溶媒(例えば、DMF、DCM、THF)で繰り返し処理する樹脂上での二量体化工程により、Fmoc脱保護した樹脂結合ペプチドをs−NPEG二酸リンカーで二量体化する。カップリング試薬の代わりにNs−NPEGリンカーの活性エステルを用いてもよい。
このほか、Ns−NPEGリンカーの活性エステル(例えば、ペンタフルオロフェニル、スクシンイミド)を、1−ヒドロキシ−7−アザベンゾトリアゾール(HOAt)またはヒドロキシベンゾトリアゾール(HOBt)およびしかるべき側鎖保護ペプチド(例えば tert−ブチル)とともに溶媒(例えば、ACN、DMF、DCM、THF)中で用いて、溶液中で二量体化工程を形成してもよい。このほか、Ns−NPEG二酸リンカー、カップリング試薬(例えば、HBTU、HATUなど)、塩基および溶媒を用いて溶液中での二量体化を実施してもよい。
Ns基はメルカプトエタノールおよび1,8−ジアザビシクロ[5.4.0]ウンデカ−7−エン(DBU)によって、またはナトリウムチオフェノラートによって除去する。
リンカーと脂肪酸の結合:活性化のためのカップリング試薬および塩基を用いてFmoc保護リンカー(例えば、Fmoc−Glu−OtBu、Fmoc−GABA、Fmoc−5−Ava−OH)を連続的にカップリングすることにより、アミノ酸リンカーと、NPEGと二量体化し樹脂に結合したペプチドの遊離窒素とをカップリングすることができる。カップリング試薬の代わりにFmoc保護アミノ酸リンカーの活性エステルを用いてもよい。次いで、脱保護法によりFmoc基を除去する。
活性化のためのカップリング試薬および塩基を用いて、脂肪酸とリンカー−二量体とを結合させる。あるいは、活性エステルとしてカップリングする。脂肪酸が、リンカー−二量体結合体のアミンと反応するカルボキシル基のほかにもカルボキシル基を含む場合、これらのカルボキシル基をエステル、例えばメチルエステルとして保護することができる。
脂肪酸と連結した二量体リガンドを、TFAまたはHClなどの酸を用いる側鎖の同時脱保護により樹脂から切断し得る。
切断された生成物を塩基(例えば、NaOH、LiOH)およびアセトニトリルの水溶液中で攪拌した後、TFAまたはHClで酸性化することにより、エステル保護基を除去し得る。
凍結乾燥およびHPLCまたはこれ同様のクロマトグラフィー法による精製によって、本発明の最終化合物が得られる。
さらなる実施形態では、実施例1に明記する通りに本発明の化合物の合成を実施する。
実施例1:合成
樹脂結合NPEG4 IETAV(配列番号3)二量体リガンド(I1)を既に記載されている通りに合成した(Bachら,PNAS USA,2012,109,3317−3322)。このリガンドから、HATUをカップリング試薬として用いた続く2回のカップリングにより、しかるべく保護されたリンカー(それぞれFmoc−GABA−OH、Fmoc−(L)−Glu−OtBuおよびFmoc−5−Ava)とNPEG4リンカーの窒素とを結合させた後、ピペリジン/DMFで脱保護して中間体I2〜4を得た(図6)。固相ペプチド合成条件を用いて、脂肪酸(FA1〜4、図6)とリンカーの遊離窒素とを容易に結合させ、側鎖保護基の同時脱保護により樹脂から切断した。次いで、切断された生成物をけん化した後、酸性化することにより、モノ保護FA構成単位(ドデカン二酸メチルエステルおよびオクタデカン二酸メチルエステル、FA2およびFA4)の末端メチル保護基を除去した(図6)。凍結乾燥後、粗生成物を100%DMSOに溶かし、大規模C18 RP−HPLCにより精製した。半純粋画分(純度50〜90%)を凍結乾燥させ、DMSO/ACN/HOに再び溶かし、分取C4 RP−HPLCにより精製した(純度95%超)。
図6はFA連結二量体リガンド(1〜12)の合成を示している。スキーム1の反応条件は以下の通りであった:(a)Fmoc−GABA−OH/Fmoc−(L)−Glu−OtBu/Fmoc−5−Ava、HATU、コリジン、DMF(1時間×2)、次いでDMFに溶かした20%ピペリジン;(b)FA1/FA2/FA3/FA4、HBTU、DIPEA、DMF/DCM、45分、次いでTFA/TIPS/HO(90/5/5);(c)0.5M LiOH、HO/ACN(75/25)、30分、次いでTFAによりpH2未満にする。三角形は、EおよびTの側鎖が保護されている(tert−ブチル)ことを表す。
オクタデカン二酸モノメチルエステル(FA4)は市販されておらず、既に記載されている通りに、対応するジメチルエステルを1当量のNaOHでモノけん化することにより合成した(Jonassenら,Pharm Res,2012,29,2104−2114)(図7)。
結論を述べれば、実施例1は、本発明の化合物を合成して純粋な形態で得ることが可能であることを示している。
実施例2:HSAに対する親和性を決定する方法
TransilXL HSA結合アッセイキット(Sovicell社、ライプツィヒ、ドイツ)を用いて、合成したFA連結二量体リガンド(1〜12)のHSA親和性を評価した。比較のため、二量体リガンドUCCB01−125(Bachら,Angew.Chem,Int.Ed,2009,48,9685−9689)およびUCCB01−144(Bachら,PNAS USA,2012,109,3317−3322)についても試験した(表1、図1)。
アッセイキットは、固定化したHSAを予め濃度を漸増させて満たしたウェルおよびHSAを含まない2つの対照ウェルから構成されていた。HSAは、HSA上のあらゆる結合部位が利用されるようにランダムに固定化しておいた。アッセイを実施するため、ウェルを既知の濃度の被験化合物とインキュベートし、分析RP−HPLC(C8カラム)を用いてみ結合の化合物の量を定量化した。RP−HPLCのデータから、HSAを含まない対照試料との比較により各データポイントの未結合薬物の割合(f)を算出した。次いで、各データポイントの未結合薬物に対するHSA結合薬物の比(f=1−f)をウェルの総HSA濃度(cHSA)に対してプロットし、方程式1により与えられる線形モデルに当てはめて、1/Kを近似曲線のとして求めた。
方程式1では、薬物結合HSAの濃度([HSA−D])がウェルの総HSA濃度よりもはるかに低い([HSA−D]<<cHSA)ものと仮定されている。アッセイキットは、この仮定がf>1%となる化合物に対して有効であるよう設計されている。算出したK値を方程式2に用いて、生理的濃度のHSA(588μM)におけるfを算出した。
結論を述べれば、実施例3は、本発明の化合物がヒト血清アルブミン(HSA)と結合することのほか、その結合量を明らかにすることが可能であることを示している。
実施例3:HSAに対する親和性
FAを含まない二量体リガンドUCCB01−125およびUCCB01−144は、それぞれ154.3μMおよび317.5μMのHSA親和性を示し、この値はそれぞれHSA結合の割合(f)75%および65%に相当するものであった(表1)。しかし、FA連結二量体リガンド(1〜12)はいずれも、HSAに対する親和性がFAを含まないリガンドよりもはるかに高く、したがって、fも高い値を示した(図1)。したがって、このことは、二量体リガンドにFAを結合させることにより、HSA結合が大幅に増強されることを明あらかに示している。
一般に、長い5−Avaリンカーを含む化合物の方が短いリンカー(GABA、γGlu)を有する化合物よりもHSAに対する親和性がわずかに低い(表1、図2)。γGluリンカーの酸付加部分(R1)は、本明細書で合成したFA連結二量体リガンドのHSAに対する親和性に何ら影響を及ぼすものではないと思われる(表1、図2)。このことは、ほかのタンパク質−リガンド系に観察されたこと(Hackettら,Adv Drug Deliv Rev,2013,65,1331−1339)とは対照的なものであり、γGluリンカーの遊離カルボン酸が本発明の化合物とHSAとの結合に不可欠な特徴ではないことを示している。
長いFA(m=16)と連結した二量体リガンドは、これより短いFA(m=10)と連結した二量体リガンドよりも優れたHSA親和性を示し(表1);末端のカルボキシル基(R2)はHSA親和性に悪影響を及ぼす(表1および図2)。
結論を述べれば、実施例3は、本発明の化合物のHSAに対する親和性が非FA誘導体化二量体参照ペプチドに比して増大していることを示している。
実施例4:PSD−95のPDZ1〜2に対する親和性を決定する方法:
Bachら(PNAS USA,2012,109,3317−3322)により記載されているin vitro蛍光偏光(FP)アッセイを用いて、PSD−95に対する親和性を測定した。まず、二量体蛍光プローブとPSD−95 PDZ1〜2との間の相互作用について、飽和結合曲線を取得してK値を求めた。一定濃度(0.5nM)のプローブにPDZ1〜2の濃度を漸増させて加えた。励起/発光波長の635/670nmで試料の蛍光偏光を測定し、プログラムGraphPad Prismを用いて、FP値を単一部位結合モデルに当てはめた。次いで、異種競合結合アッセイで一定濃度の二量体プローブ(0.5nM)およびPDZ1〜2(4nM)にリガンドの濃度を漸増させて加え、非蛍光二量体リガンドとPDZ1〜2との間の親和性を決定した。GraphPad PrismでFP値を単一部位競合(可変勾配)モデルに当てはめた。得られたIC50を記載されている通りに競合阻害定数K値に変換した(Nikolovska−Coleskaら,Anal Biochem,2004,332,261−273)。アッセイに1%HSAを用いて、修正FPアッセイを上記の通りに実施した。
結論を述べれば、実施例4は、本発明の化合物とPSD−95のPDZ1〜2との結合を試験する方法を示している。
実施例5:PSD−95のPDZ1〜2に対する親和性:
PSD−95 PDZ1〜2に対する合成したFA連結二量体リガンドの親和性をFPアッセイで評価した。参照化合物としてUCCB01−125およびUCCB01−144(Bachら,PNAS USA,2012,109,3317−3322)を用いた(表2、図3)。まず、トリス緩衝生理食塩水(TBS)緩衝液のみを用いて親和性を測定した(表2、図3A)が、FA連結二量体がPSD95のPDZ1〜2と結合する能力にHSAの影響がみられた場合、アッセイ緩衝液中に存在するHSAを用いてFPアッセイを実施することによりさらに検討した(表2、図3B)。プローブが結合するHSAの濃度が高かったため、ここでは、HSAの濃度を生理的血中濃度の推定値(520〜830μM)(Kragh−Hansenら,Biol Pharm Bull 2002,25,695−704)の約4分の1に相当する1%(約150μM)に設定した。
従来の小分子薬物は一般に、未結合分の薬物が膜を横断して自由に拡散し、その標的と相互作用することにより生理的作用を発揮するものと考えられている(Berezhkovskiyら,J Pharm Sci 2007,96,249−257)。すなわち、薬物が別の分子と結合した場合、同時にその標的と相互作用することはできないということである。これを相殺するため、HSA濃度150μMにおける未結合薬物の割合(fu)を方程式2(fu=1−fb)から算出し、この算出したfuに対してFPアッセイのデータ(TBS+HSA)を補正した(表2、図3C)。
TBSでのPSD−95 PDZ1〜2に対する親和性については、いずれのFA連結二量体リガンドにもUCCB01−125との差はみられず(表2、図3A)、PSD−95 PDZ1〜2に対する親和性がFA誘導体化による影響を受けないことを示していた。
1%HSAを含むTBSでのPSD−95 PDZ1〜2に対する親和性については、化合物間に有意な差が規則的に認められた(表2、図3B)。一般に、長いFA(C18:0またはC17:0−COOH)と連結した二量体リガンドの方が短いFA(C12:0またはC11:0−COOH)と連結した二量体リガンドよりもPSD−95 PDZ1〜2に対する親和性が低く、見かけ上、50倍超の開きがあった。
FPのデータをfuに対して補正したところ(表2、図3C)、各リンカー系列内でPSD−95 PDZ1〜2に対する親和性に規則的な順位があることが明らかになった。C12:0連結二量体リガンド(1、5、9)が最も親和性が高く、C11:0−COOH(2、6、10)、C18:0(3、7、11)およびC17:0−COOH(4、8、12)がこれに次ぐ形となった。
Fuに対して補正したFPのデータからほかにも、TBS+HSAでFP測定を実施した場合にC18:0連結二量体リガンド3、7および11の親和性が50倍低下することが観察されたのは、主として、3および7のPSD−95に対する親和性がTBSで記録されたFPのデータの4〜5分の1に低下した(3:K=57.2nM対11.1nM;7:K=59.1nM対17.0nM、表2)ものの、化合物とHSAが高い割合で結合したことに起因することがわかった。TBSでは親和性の低下がみられなかったことから、この場合、親和性の低下はHSAに依存するものであった。
2つの5−Ava連結二量体リガンド11および12では、対応するGABA連結二量体リガンドおよびγGlu連結二量体リガンド(3、4、7および8)よりもHSAによる影響は少なかった。
結論を述べれば、実施例5は、本発明の化合物がPSD−95のPDZ1〜2と結合することを示している。
実施例6:FA連結二量体リガンドの疎水性
HSAに対する親和性が最も高い化合物(3、7、11)は、分析RP−HPLCにより決定された保持時間(R)から判断して、合成した化合物の中で最も疎水性の高い化合物でもあった(表2)。これらの化合物の親水性、ひいては溶解性を増大させる試みとして、Asp(D)部分による追加の電荷の導入が二量体の親水性を増大させ得ることから、ペプチド配列がIETAV(配列番号3)の代わりにIETDV(配列番号4)に置き換わった3および7の類似体を作製した(13、15;表3)。このほか、HSA親和性が最も高い化合物のIETDV類似体で末端酸部分を含むもの(4)を合成し、比較のために試験した(14)。しかるべきペプチド配列(IETDV)を出発点に用いて、1〜12(図6)に類似するようこれらのFA連結二量体を合成した。
HPLC分析により、IETDVベースの化合物(13〜15)のR値ひいては疎水性の低下はIETAVベースの化合物(3、4、7)に比して少ないか、あるいは全く見られないことが明らかになったが、HSA親和性の規則的な低下がみられた(表3)。例えば、分析RP−HPLCでは、13はIETAV類似体よりも3分早く溶出した(13:58分、3:61分、表3)が、HSA親和性は低下した(13:K=83.0μM、3:K=4.8μM、表3)。
結論を述べれば、実施例6は、HSAに対する親和性が選択する脂肪酸のみならず、選択するペプチド配列にも左右されることを示している。
実施例7:化合物1、4、7および13の血漿中安定性
修正したin vitro血漿中安定性アッセイ(Bachら,Angew.Chem,Int.Ed,2009,48,9685−9689)で1、4、7および13の血漿中安定性を評価した。修正前の方法では、検討する化合物をヒト血漿中でインキュベートした。次いで、しかるべき時点で試料を取り出し、トリクロロ酢酸(TCA)で沈殿させることにより血清タンパク質を除去した後、RP−HPLCにより上清を分析した。得られたピーク面積をTの量に対して正規化し、一次崩壊モデルに当てはめて半減期を算出した。この方法をFA連結二量体リガンドに適用したところ、試料回収率が低いものとなった(5%未満)。これは、TCA沈殿時にFA連結二量体リガンドをHSA結合複合体として除去したことが原因であった。そこで、TCA沈殿の前に、試料を固体塩酸グアニジン(GnHCl)に最終濃度6Mまで溶解させる操作を実施した。この操作の目的は、試料中のHSAの折畳み構造をほどき、FA連結二量体リガンドを放出させることにあった。
in vitro血漿中安定性アッセイでは、いずれのFA連結二量体リガンドも、UCCB01−125より安定であった(図4)。理論に束縛されるものではないが、これは化合物とHSAとの結合性が高く、酵素によって消化される化合物の遊離濃度が低くなったことに起因するものと思われる。短いC12:0 FAを含む化合物(1)の方が、長いC18:0またはC17:0−COOH FAを含む極めて安定な化合物(4、7、13)よりも短時間で分解された。この長時間の安定性は、HSAに対する親和性が増大しプロテアーゼによる二量体ペプチドベースの化合物の切断が妨げられることのほか、FAが仲介する立体障害によって説明される。
結論を述べれば、実施例7は、in vitroの血漿中安定性を評価する方法と、本発明のFA連結二量体化合物の血漿中安定性および半減期が非FA連結参照化合物に比して増大していることを示している。
実施例8:in vivo薬物動態試験
FA連結化合物の薬物動態特性を明らかにするため、選択した化合物を雄Wistarラットに単回皮下(s.c.)ボーラス注射した後、LC−MS/MSによりその血中濃度を測定した(図5)。この測定から、いずれのFA連結二量体リガンドも、FAを含まない二量体リガンド(UCCB01−125)よりT1/2が長く、Tmaxが大きいことが明らかになった(表4および図5)。その効果は1では比較的小さいものであったが、8時間を上回るT1/2を示した4、7および13では顕著であり、その増加はUCCB01−125の16倍超に相当するものであった。このTmaxの増大は注射部位からの吸収時間が長くなったことによって説明される。全体としてみれば、このような特性によって、s.c.蓄積注射による投与が可能になり、その結果、化合物を血中に緩徐に一定量放出することが可能になり、薬学的に適切な血中濃度を維持するのに必要な投与回数が少なくなる。
実施例9:配列
配列番号1

式中、
は、E、Q、A、NおよびSから選択されるアミノ酸残基であり、
は、SおよびTから選択されるアミノ酸残基であり、
は、A、D、E、Q、N、S、V、N−Me−A、N−Me−D、N−Me−E、N−Me−Q、N−Me−N、N−Me−SおよびN−Me−Vから選択されるアミノ酸残基であり、
は、I、LおよびVから選択されるアミノ酸残基である。

配列番号2

式中、
は、E、Q、A、NおよびSから選択されるアミノ酸残基であり、
は、SおよびTから選択されるアミノ酸残基であり、
は、A、D、E、Q、N、S、V、N−Me−A、N−Me−D、N−Me−E、N−Me−Q、N−Me−N、N−Me−SおよびN−Me−Vから選択されるアミノ酸残基であり、
は、I、LおよびVから選択されるアミノ酸残基である。

配列番号3
IETAV

配列番号4
IETDV

配列番号5

式中、
は、任意のアミノ酸残基であり、
は、E、Q、A、NおよびSから選択されるアミノ酸残基であり、
は、SおよびTから選択されるアミノ酸残基であり、
は、A、D、E、Q、N、S、V、N−Me−A、N−Me−D、N−Me−E、N−Me−Q、N−Me−N、N−Me−SおよびN−Me−Vから選択されるアミノ酸残基であり、
は、I、LおよびVから選択されるアミノ酸残基である。

配列番号6

式中、
は、任意のアミノ酸残基であり、
は、E、Q、A、NおよびSから選択されるアミノ酸残基であり、
は、SおよびTから選択されるアミノ酸残基であり、
は、A、D、E、Q、N、S、V、N−Me−A、N−Me−D、N−Me−E、N−Me−Q、N−Me−N、N−Me−SおよびN−Me−Vから選択されるアミノ酸残基であり、
は、I、LおよびVから選択されるアミノ酸残基である。

Claims (26)

  1. 式(II)の一般構造を有するPSD-95の二量体のリガンドであって、
    P1が、アミノ酸配列X4X3X2X1(配列番号1)を含み、かつ、P2が、アミノ酸配列Z4Z3Z2Z1(配列番号2)を含み、
    式中、
    X1およびZ1が、アミノ酸残基Vであり、
    X2およびZ2が個々に、A、D、E、Q、N、S、V、N-Me-A、N-Me-D、N-Me-E、N-Me-Q、N-Me-N、N-Me-SおよびN-Me-Vから選択されるアミノ酸残基であり、
    X3およびZ3が個々に、SおよびTから選択されるアミノ酸残基であり、
    X4およびZ4が個々に、E、Q、およびAから選択されるアミノ酸残基であり、かつ、
    X1およびZ1がともに、遊離カルボン酸を含めた最終的なC末端アミノ酸残基を個々に表し、
    P1およびP2がともに、それぞれのN末端を介して第一のリンカーL1と結合し、
    L1が、少なくとも1つの酸素原子が窒素原子で置換されてNPEGになったポリエチレングリコール(PEG)を含み、
    L2が窒素原子を含む任意選択のリンカーであり、かつ、
    FAが脂肪酸であり、前記NPEGの窒素原子に、アミド結合により、またはリンカーL2を介して連結している、PSD-95の二量体のリガンド。
  2. 前記脂肪酸が、飽和脂肪酸または不飽和脂肪酸である、請求項1に記載の二量体のリガンド。
  3. 前記第二のリンカーL2が、γ-Glu、γ-酪酸(GABA)、5-アミノ吉草酸(5-Ava)、タンパク質構成アミノ酸、非タンパク質構成アミノ酸およびQが任意の適切な原子(1つまたは複数)である一般式H2N-[Q]-COOHを有する任意の二量体のリガンドからなる群より選択される1つまたは複数の部分を含む、請求項1に記載の二量体のリガンド。
  4. 式(III)または(IV):
    の一般構造を有し、式中、
    R1およびR2が個々に、HおよびCOOHからなる群より選択され、
    nが0〜48の整数であり、
    mが1〜48の整数であり、
    pが0〜28の整数であり、
    qが0〜28の整数であり、
    iが0〜12の整数であり、
    jが0〜12の整数であり、
    P1およびP2が個々に、タンパク質構成アミノ酸残基または非タンパク質構成アミノ酸残基を少なくとも2つ含むペプチドから選択される、
    請求項1に記載の二量体のリガンド。
  5. 前記エチレングリコール部分の数pが0〜4である、請求項4に記載の二量体のリガンド。
  6. nが1〜3の整数である、請求項4に記載の二量体のリガンド。
  7. mが10〜16の整数である、請求項4に記載の二量体のリガンド。
  8. 前記脂肪酸がC4〜C22脂肪酸である、請求項1に記載の二量体のリガンド。
  9. 前記脂肪酸が、カプリル酸、カプリン酸、ラウリン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、アラキジン酸、ベヘニン酸、リグノセリン酸およびセロチン酸からなる群より選択される、請求項1に記載の二量体のリガンド。
  10. 前記脂肪酸が、ミリストレイン酸、パルミトレイン酸、サピエン酸、オレイン酸、エライジン酸、バクセン酸、リノール酸、リノエライジン酸、α-リノレン酸、アラキドン酸、エイコサペンタエン酸、エルカ酸およびドコサヘキサエン酸からなる群より選択される、請求項1に記載の二量体のリガンド。
  11. 式(V)または(VI):
    の一般構造を有し、式中、
    R1およびR2が個々に、HおよびCOOHからなる群より選択され、
    nが0〜48の整数であり、
    mが1〜48の整数であり、かつ
    pが0〜28の整数であり、
    qが0〜28の整数であり、
    iが0〜12の整数であり、
    jが0〜12であり、
    X5および/またはZ5が、任意選択のアミノ酸残基、ペプチドまたはポリペプチドであり、
    X4およびZ4が個々に、E、Q、およびAから選択されるアミノ酸残基であり、
    X3およびZ3が個々に、SおよびTから選択されるアミノ酸残基であり、
    X2およびZ2が個々に、A、D、E、Q、N、S、V、N-Me-A、N-Me-D、N-Me-E、N-Me-Q、N-Me-N、N-Me-SおよびN-Me-Vから選択されるアミノ酸残基であり、
    X1およびZ1が、アミノ酸残基Vである、
    請求項1に記載の二量体のリガンド。
  12. X5が、タンパク質構成アミノ酸残基または非タンパク質構成アミノ酸残基である、請求項11に記載の二量体のリガンド。
  13. X5が、I、A、LおよびVからなる群より選択されるアミノ酸残基である、請求項11に記載の二量体のリガンド。
  14. X5が、2〜100個のアミノ酸残基からなるアミノ酸配列を有し、C末端がI、A、LおよびVからなる群より選択されるアミノ酸残基である、ペプチドまたはポリペプチドである、請求項11に記載の二量体のリガンド。
  15. X5が、2〜6個のアミノ酸残基を含むペプチドであり、C末端が、I、A、LおよびVからなる群より選択されるアミノ酸である、請求項11に記載の二量体のリガンド。
  16. a)KBN41(5)誘導体
    b)KBN42(7)誘導体
    c)KBN43(6)誘導体
    d)KBN44(8)誘導体
    e)KBN45(9)誘導体
    f)KBN46(11)誘導体
    g)KBN47(10)誘導体
    h)KBN48(12)誘導体
    i)KBN52(1)誘導体
    j)KBN53(3)誘導体
    k)KBN54(4)誘導体
    l)KBN55(4)誘導体
    からなる群より選択される、請求項1に記載の二量体のリガンド。
  17. a)KBN41(5)誘導体
    b)KBN42(7)誘導体
    c)KBN43(6)誘導体
    d)KBN44(8)誘導体
    e)KBN45(9)誘導体
    f)KBN46(11)誘導体
    g)KBN47(10)誘導体
    h)KBN48(12)誘導体
    i)KBN52(1)誘導体
    j)KBN53(3)誘導体
    k)KBN54(2)誘導体
    l)KBN55(4)誘導体
    からなる群より選択される、請求項1に記載の二量体のリガンド。
  18. a)KBN41(5)
    b)KBN42(7)
    c)KBN43(6)
    d)KBN44(8)
    e)KBN45(9)
    f)KBN46(11)
    g)KBN47(10)
    h)KBN48(12)
    j)KBN52(1)
    k)KBN53(3)
    l)KBN54(2)
    m)KBN55(4)
    n)KBN63(15)
    o)KBN64(13)
    p)KBN65(14)
    からなる群より選択される、請求項1に記載の二量体のリガンド。
  19. 疼痛の治療または予防に使用するための、請求項1に記載の二量体のリガンドを含む医薬。
  20. 興奮毒性関連疾患の治療または予防に使用するための、請求項1に記載の二量体のリガンドを含む医薬。
  21. 前記疾患が、CNSに対する/CNSにおける/CNSの虚血傷害または外傷である、請求項20に記載の医薬。
  22. 請求項1に記載の二量体のリガンドを製造する方法であって、
    a)Ns-NPEG二酸リンカーを調製する段階と、
    b)Fmocベースの固相ペプチド合成を用いてペプチドを調製する段階と、
    c)Fmoc脱保護ペプチドをNs-NPEG二酸リンカーで二量体化する段階と、
    d)任意選択で仲介リンカーを介して、脂肪酸と前記リンカー-二量体結合体とをカップリングする段階と
    を含む、方法。
  23. 請求項22に記載の方法の段階cにおいて、樹脂を化学量論量未満の前記Ns-NPEG二酸リンカー、塩基、カップリング試薬および適切な溶媒で繰り返し処理することを含む、樹脂上での二量体化工程を用いて、あるいは前記Ns-NPEGリンカーの活性エステルの使用により、前記Fmoc脱保護した樹脂結合ペプチドを前記Ns-NPEG二酸リンカーで二量体化する、請求項22に記載の方法。
  24. 請求項22に記載の方法の段階cにおいて、前記Ns-NPEGリンカーの活性エステルを、1-ヒドロキシ-7-アザベンゾトリアゾール(HOAt)またはヒドロキシベンゾトリアゾール(HOBt)および適切な側鎖保護ペプチドとともに溶媒中で用いて、前記二量体化工程を溶液中で実施する、請求項22に記載の方法。
  25. 請求項22に記載の方法の段階dにおいて、活性化のためのカップリング試薬および塩基を用いて、または活性エステルを用いて前記脂肪酸と前記リンカー-二量体結合体とをカップリングすることをさらに含む、請求項22に記載の方法。
  26. 請求項22に記載の方法の段階dにおいて、活性化のためのカップリング試薬および塩基を用いることによって、またはFmoc保護アミノ酸リンカーの活性エステルによって、Fmoc保護リンカーを連続的にカップリングすることにより、前記アミノ酸リンカーと、前記NPEGと二量体化し樹脂に結合したペプチドの遊離窒素とをカップリングすることをさらに含む、請求項22に記載の方法。
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