WO2018092724A1 - 分子動態評価方法及びスクリーニング方法 - Google Patents
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- G01N2500/00—Screening for compounds of potential therapeutic value
- G01N2500/04—Screening involving studying the effect of compounds C directly on molecule A (e.g. C are potential ligands for a receptor A, or potential substrates for an enzyme A)
Definitions
- This disclosure relates to a molecular dynamics evaluation method and a screening method.
- a conjugate of a proteolysis-inducing tag which is a molecule having an affinity for a protease and does not inhibit the degradation of the protein by the protease, and a specific protein affinity molecule having an affinity for the specific protein
- a screening method comprising:
- a specific protein affinity molecule is a molecule having affinity for a specific protein.
- the specific protein affinity molecule may have affinity for a part of the proteins constituting the complex, It may have an affinity.
- the proteolysis-inducing molecule can have, for example, a structure in which at least one proteolysis-inducing tag and at least one specific protein affinity molecule are linked.
- the proteolytic induction molecule may have a structure in which one proteolytic induction tag and one specific protein affinity molecule are linked, and one proteolytic induction tag and a plurality of specific protein affinity molecules are linked. Or a structure in which a plurality of proteolysis-inducing tags and one specific protein affinity molecule are linked, and a plurality of proteolysis-inducing tags and a plurality of specific protein affinity molecules A linked structure may be used.
- the proteolysis-inducing molecule is a structure in which one proteolysis-inducing tag and one specific protein affinity molecule are linked.
- the above-mentioned proteolytic induction molecule is administered to a human or non-human animal.
- This administration allows the specific protein to be degraded (knocked down) by a protease (eg, proteasome) in a human or non-human animal body without ubiquitination of the specific protein (ie, independent of ubiquitin). It becomes possible to guide.
- a protease eg, proteasome
- FIG. 3 The results of Western blot analysis are shown in FIG.
- the numerical value under each band in FIG. 3 shows the quantification result of each protein detected by Western blot analysis as a relative value with 1.0 as the control (DMSO).
- DMSO 1.0 as the control
- FIG. 3 when TUS-007 was added, the amounts of endogenous wild-type K-Ras protein and wild-type H-Ras protein were reduced, but the amount of SOS1 protein was not reduced.
- This result is the protein affinity of Ras-SOS reported in Sun, Q. et al. (Sun, Q. et al., Angew. Chem. Int. Ed., 2012, 51, 6140-6143). It was consistent with the results.
- the aforementioned CANDDY_MLN was used as a proteolytic induction tag.
- MTX derivative MTX-NH 2
- MTX-NH 2 MTX derivative in which a functional group containing an amino group was introduced into MTX, which is a dihydrofolate reductase inhibitor that binds to DHFR protein, was used.
- TIBC-CANDDY_MLN administered to mice
- DMSO DMSO
- corn oil Code No. 25606-55, Nacalai Tesque
- an injection solution carrier corn oil containing 10% by volume DMSO
- Mice were raised in an environment where food and water were freely available.
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Abstract
Description
<1> プロテアーゼに対して親和性を有し、且つ、プロテアーゼによるタンパク質の分解を阻害しない分子であるタンパク質分解誘導タグと、特定タンパク質に対して親和性を有する特定タンパク質親和性分子とのコンジュゲートであるタンパク質分解誘導分子をヒト又は非ヒト動物に投与し、前記ヒト又は非ヒト動物の生体内で前記特定タンパク質の分解を誘導する工程と、
前記ヒト又は非ヒト動物の少なくとも一部分である検体における前記特定タンパク質の分解を検出することにより、前記特定タンパク質親和性分子又は前記タンパク質分解誘導分子の分子動態を評価する工程と、
を含む分子動態評価方法。
前記ヒト又は非ヒト動物の生体内で前記特定タンパク質の分解を誘導することによる薬理作用を評価する工程を更に含む<1>~<6>のいずれか1項に記載の分子動態評価方法。
前記特定タンパク質親和性分子又は前記タンパク質分解誘導分子の分子動態を評価する工程では、前記非ヒト動物の少なくとも一部分である検体における前記特定タンパク質の分解を検出する<1>~<7>のいずれか1項に記載の分子動態評価方法。
前記ヒト又は非ヒト動物の少なくとも一部分である検体における前記特定タンパク質の分解を検出することにより、特定の分子動態を示す前記特定タンパク質親和性分子又は前記タンパク質分解誘導分子を選抜する工程と、
を含むスクリーニング方法。
前記特定タンパク質親和性分子又は前記タンパク質分解誘導分子を選抜する工程では、前記非ヒト動物の少なくとも一部分である検体における前記特定タンパク質の分解を検出する<10>又は<11>に記載のスクリーニング方法。
本明細書において「~」を用いて示された数値範囲は、「~」の前後に記載される数値をそれぞれ最小値及び最大値として含む範囲を示す。
本明細書において「工程」との語には、他の工程から独立した工程に加え、他の工程と明確に区別できない場合であってもその工程の目的が達成されれば、当該工程も含まれる。
本明細書においてアミノ酸は、本技術分野で周知の一文字表記(例えば、グリシンであれば「G」)又は三文字表記(例えば、グリシンであれば「Gly」)で表記する。
本開示で用いられるタンパク質分解誘導分子は、プロテアーゼに対して親和性を有し、且つ、プロテアーゼによるタンパク質の分解を阻害しない分子であるタンパク質分解誘導タグと、特定タンパク質に対して親和性を有する特定タンパク質親和性分子とのコンジュゲートである。このタンパク質分解誘導分子をヒト又は非ヒト動物に投与すると、ヒト又は非ヒト動物の生体内において、特定タンパク質のユビキチン化を介することなく(すなわち、ユビキチン非依存的に)、特定タンパク質をプロテアーゼ(例えば、プロテアソーム)による分解(ノックダウン)へと導くことが可能となる。
タンパク質分解誘導タグは、プロテアーゼに対して親和性を有し、且つ、プロテアーゼによるタンパク質の分解を阻害しない分子である。以下では、このタンパク質分解誘導タグをCiKD(Chemical interactions and KnockDown)タグ又はCANDDY(Chemical AffiNities and Degradation DYnamics)タグとも称する。
26Sプロテアソームは、20Sプロテアソームに19Sプロテアソームが2つ結合したものである。20Sプロテアソームは、α1~α7の7つのサブユニットから構成されるαリングと、β1~β7の7つのサブユニットから構成されるβリングとが、αββαの順に積み重なった筒状構造をしており、β1、β2、及びβ5がそれぞれカスパーゼ様活性、トリプシン様活性、及びキモトリプシン様活性という触媒活性を発揮する。
免疫プロテアソームは、触媒サブユニットβ1、β2、及びβ5がそれぞれβ1i、β2i、及びβ5iに置き換わったものである(Science, 1994, 265, 1234-1237)。
胸腺プロテアソームは、β1i及びβ2iとともに、胸腺皮質上皮細胞(cTEC)特異的に発現するβ5tが組み込まれたものである(Science, 2007, 316, 1349-1353)。
ハロゲノ基としては、フルオロ基、クロロ基、ブロモ基等が挙げられる。
プロテアソーム阻害剤は、抗癌剤等として研究が進んでおり、医薬品として認可済みの化合物及び臨床試験中の化合物が数多く存在する。また、プロテアソーム阻害剤は、分子量が比較的小さく、疎水性が低いものが多く、細胞膜透過性、細胞毒性等の問題も生じ難い。このため、プロテアソーム阻害剤を基にタンパク質分解誘導タグを合成することは、非常に合理的且つ効率的である。
特定タンパク質親和性分子は、特定タンパク質に対して親和性を有する分子である。
特定タンパク質の中には、結合する分子(阻害剤等)が知られているものも存在するため(例えば、国際公開第2008/123266号参照)、このような既知の分子を特定タンパク質親和性分子として使用することができる。特定タンパク質に結合する分子が未知の場合には、ハイスループット・スクリーニング(HTS)により、結合する分子をスクリーニングしてもよい。また、特定タンパク質と結合する抗体を作製し、これを特定タンパク質親和性分子として使用してもよい。
タンパク質分解誘導タグと特定タンパク質親和性分子とのコンジュゲートの様式は、タンパク質分解誘導タグのプロテアーゼとの結合性、及び特定タンパク質親和性分子の特定タンパク質との親和性が維持される限り、特に制限されない。なお、タンパク質分解誘導タグ及び特定タンパク質親和性分子がいずれもタンパク質である場合、両者を融合した融合タンパク質を合成することが可能であるが、このような融合タンパク質は「コンジュゲート」には含まれない。
一方、特定タンパク質親和性分子におけるタンパク質分解誘導タグとの連結位置は、特定タンパク質との親和性が維持される限り、特に制限されない。
例えば、特定タンパク質親和性分子としては、特定タンパク質に親和性を有する既知の分子を使用することができるが、この既知の分子とタンパク質分解誘導タグとを直接連結することが困難な場合も想定される。このような場合には、タンパク質分解誘導タグと連結可能な構造を当該既知の分子に導入し、特定タンパク質親和性分子として使用してもよい。
本開示の分子動態評価方法は、前述したタンパク質分解誘導分子をヒト又は非ヒト動物に投与し、ヒト又は非ヒト動物の生体内で特定タンパク質の分解を誘導する工程(以下、「分解誘導工程」ともいう。)と、ヒト又は非ヒト動物の少なくとも一部分である検体における特定タンパク質の分解を検出することにより、特定タンパク質親和性分子又はタンパク質分解誘導分子の分子動態を評価する工程(以下、「分子動態評価工程」ともいう。)と、を含む。
本開示の分子動態評価方法によれば、特定タンパク質親和性分子又はタンパク質分解誘導分子の分子動態を評価することが可能である。
検体を採取する方法は特に制限されず、例えば、生検(バイオプシー)において通常用いられる検体採取方法(例えば、内視鏡又は鉗子カテーテルを用いた検体採取方法)、外科的手術による検体採取方法等が挙げられる。非ヒト動物であれば、解剖等により採取してもよい。
なお、特定タンパク質が複合体である場合、複合体を構成する一部のタンパク質の分解を検出することで、特定タンパク質の分解を検出してもよく、複合体を構成する全てのタンパク質の分解を検出することで、特定タンパク質の分解を検出してもよい。
分子動態評価工程では特定タンパク質の分解を検出すればよいため、従来のようにHPLC、LC-MS/MS、オートラジオグラフ等を使用する必要がなく簡便である。
本開示のスクリーニング方法は、前述したタンパク質分解誘導分子をヒト又は非ヒト動物に投与し、ヒト又は非ヒト動物の生体内で特定タンパク質の分解を誘導する工程(以下、「分解誘導工程」ともいう。)と、ヒト又は非ヒト動物の少なくとも一部分である検体における特定タンパク質の分解を検出することにより、特定の分子動態を示す特定タンパク質親和性分子又はタンパク質分解誘導分子を選抜する工程(以下、「選抜工程」ともいう。)と、を含む。
本開示のスクリーニング方法によれば、特定の分子動態を示す特定タンパク質親和性分子又はタンパク質分解誘導分子を選抜することができる。
選抜工程では特定タンパク質の分解を検出すればよいため、従来のようにHPLC、LC-MS/MS、オートラジオグラフ等を使用する必要がなく簡便である。
H-Gly-OtBu・HCl:L-Glycine t-butyl ester hydrochloride
DMF:N,N-Dimethylformamide
DIPEA:N,N-Diisopropylethylamine
PyBOP:1H-Benzotriazol-1-yloxy-tri(pyrrolidino)phosphonium hexafluorophosphate
TFA:Trifluoroacetic acid
H-Leu-OtBu・HCl:L-Leucine t-butyl ester hydrochloride
HATU:O-(7-Azabenzotriazol-1-yl)-N,N,N',N'-tetramethyluronium hexafluorophosphate
ec:Escherichia coli
DHFR:Dihydrofolate reductase
RF:Restriction-free
HA:Hemagglutinin
GFP:Green fluorescent protein
DsRed:Discosoma sp. red fluorescent protein
D-MEM:Dulbecco's modified eagle's medium
DMSO:Dimethyl sulfoxide
PBS:Phosphate buffered saline
EDTA:Ethylenediamine tetraacetic acid
FBS:Fetal bovine serum
SDS:Sodium dodecyl sulfate
PAGE:Polyacrylamide gel ectrophoresis
BPB:Bromophenol blue
PVDF:Polyvinylidene difluoride
TBS:Tris buffered saline
GAPDH:Glyceraldehyde 3-phosphate dehydrogenase
PMSF:Phenylmethylsulfonyl fluoride
DTT:Dithiothreitol
TMP:Trimethoprim
DMT-MM:4-(4,6-Dimethoxy-1,3,5-triazin-2-yl)-4-methylmorpholinium chloride n-hydrate
AMC:7-Amino-4-methylcoumarin
MTX:Methotrexate
DMA:N,N-Dimethylacetamide
BOP:(Benzotriazol-1-yloxy)-tris(dimetylamino)phosphonium hexafluorophosphate
DEPC:Diethylpyrocarbonate
合成例1では、タンパク質分解誘導タグと、Rasタンパク質に対して親和性を有する特定タンパク質親和性分子とを連結することにより、タンパク質分解誘導分子であるTUS-007を合成した。
下記合成スキームに従ってCANDDY_MLNを合成した。
下記合成スキームに従ってTUS-007を合成した。
TUS-007の物性データを以下に示す。
HRMS-FAB (m/z): [M+H]+ calcd for C44H55Cl2N8O5, 845.3672; found, 845.3674.
参考例1では、HeLa細胞(ヒト子宮頸癌細胞)において強制発現させた野生型K-Rasタンパク質のTUS-007を介した分解(ノックダウン)について、FACS解析により評価した。
野生型K-Rasタンパク質(K-Ras-WT)を発現するプラスミドは、ecDHFRタンパク質を発現するプラスミド(pMIR-DsRed-IRES-ecDHFR-HA-GFP)を用いて、RFクローニングにより作製した。ヒトK-ras遺伝子の全長cDNAクローン(Accession No. AK292510)は、独立行政法人製品評価技術基盤機構から購入した。PCR増幅は、PCR酵素としてKOD-Plus-Neo(東洋紡(株))を用いて行った。RFクローニングに用いたフォワードプライマー及びリバースプライマーを以下の表83に示す。
HeLa細胞にプラスミドを導入することにより、細胞内に野生型K-Rasタンパク質(詳細には、HAタグを介した野生型K-Rasタンパク質とGFPとの融合タンパク質)又は比較用のDsRedタンパク質を一過的に過剰発現させた。
プラスミドを導入してから40時間培養した後、以下のようにして、HeLa細胞にTUS-007を添加した。培地としては、D-MEM(High D-Glucose, Phenol Red, Sodium Pyruvate)(和光純薬工業(株))に1質量% L-グルタミン溶液(Sigma-Aldrich)を添加した無血清培地(37℃)を用いた。なお、L-グルタミン溶液は使用直前に添加した。TUS-007を含有するDMSO溶液をDMSO濃度が1体積%となるように培地と混合し、各ウェル当たり500μL添加して、37℃、5体積% CO2の条件下で培養した。また、TUS-007を含有するDMSO溶液を添加する実験群のほかに、TUS-007及びMLN2238の両方、又はRas-SOS-NH2を含有するDMSO溶液を添加する実験群も準備した。なお、コントロールとしてはDMSOを用いた。
TUS-007の添加24時間後、培地を除去し、PBSを添加して細胞を洗浄した。PBSの除去後、37℃のトリプシン(0.25 w/v% Trypsin-1 mmol/L EDTA・4Na Solution with Phenol Red)(和光純薬工業(株))を各ウェル当たり200μL添加し、37℃、5体積% CO2の条件下で1分間培養した。培養後、D-MEM(Low D-Glucose, L-Glutamine, Phenol Red)(和光純薬工業(株))に10質量% FBS及び1質量% PenStrep(100 U/mL Sodium Penicillin G and 100 μg/mL Streptomycin Sulfate)(和光純薬工業(株))を添加した培地を各ウェル当たり300μL添加して懸濁し、15mLチューブに細胞溶液を回収した。
また、TUS-007及びMLN2238の両方を添加した場合には、TUS-007を添加した場合と比較して野生型K-Rasタンパク質の分解が阻害された。この結果は、TUS-007によって、野生型K-Rasタンパク質がプロテアソームによる分解へと導かれていることを裏付けるものである。
参考例2では、HeLa細胞において強制発現させた野生型K-Rasタンパク質のTUS-007を介した分解(ノックダウン)について、ウェスタンブロット解析により評価した。
参考例1と同様にして、野生型K-Rasタンパク質(K-Ras-WT)を発現するプラスミドを作製した。
参考例1と同様にして、HeLa細胞にプラスミドを導入することにより、細胞内に野生型K-Rasタンパク質(詳細には、HAタグを介した野生型K-Rasタンパク質とGFPとの融合タンパク質)又は比較用のDsRedタンパク質を一過的に過剰発現させた。プラスミド導入後のHeLa細胞は、4×104個/ウェルの細胞密度で24ウェルプレートに播種した後、37℃、5体積% CO2の条件下で40時間培養した。
プラスミドを導入してから40時間培養した後、以下のようにして、HeLa細胞にTUS-007を添加した。培地としては、D-MEM(High D-Glucose, Phenol Red, Sodium Pyruvate)(和光純薬工業(株))に1質量% L-グルタミン溶液(Sigma-Aldrich)を添加した無血清培地(37℃)を用いた。なお、L-グルタミン溶液は使用直前に添加した。TUS-007を含有するDMSO溶液をDMSO濃度が1体積%となるように培地と混合し、各ウェル当たり500μL添加して、37℃、5体積% CO2の条件下で培養した。また、TUS-007を含有するDMSO溶液を添加する実験群のほかに、TUS-007及びMLN2238の両方、MLN2238、又はRas-SOS-NH2を含有するDMSO溶液を添加する実験群も準備した。なお、コントロールとしてはDMSOを用いた。
TUS-007の添加24時間後、培地を除去し、PBSを添加して細胞を洗浄した。PBSの除去後、細胞溶解バッファー(CelLytic M, Sigma)とプロテアーゼ阻害剤(cOmplete Mini, EDTA-free, Roche)との混合溶液を各ウェル当たり27μL添加した。4℃にて15分間静置した後、ピペットチップを用いて氷上で細胞を剥がした。細胞溶液を1.5mLチューブに回収し、液体窒素で瞬間凍結した後、氷上で融解させた。凍結融解を3回繰り返した後、遠心分離(13800rpm×20分間、4℃)し、上清(細胞抽出物)を回収した。
図2に示すとおり、TUS-007を添加した場合には、野生型K-Rasタンパク質の量が減少したが、Ras-SOS-NH2を添加した場合には、野生型K-Rasタンパク質の量が減少しなかった。この結果から、Ras-SOS-NH2に対してタンパク質分解誘導タグであるCANDDY_MLNを連結することにより、野生型K-Rasタンパク質の分解が誘導されることが分かる。
また、TUS-007及びMLN2238の両方を添加した場合には、コントロール(DMSO)よりも野生型K-Rasタンパク質の量が増加した。この結果は、TUS-007によって、野生型K-Rasタンパク質がプロテアソームによる分解へと導かれていることを裏付けるものである。
参考例3では、TUS-007を添加したHeLa細胞における内在の野生型K-Rasタンパク質及び野生型H-Rasタンパク質の分解(ノックダウン)について、ウェスタンブロット解析により評価した。
HeLa細胞を8×104個/ウェルの細胞密度で24ウェルプレートに播種した後、37℃、5体積% CO2の条件下で16時間培養した。
細胞播種から16時間後に、以下のようにして、HeLa細胞にTUS-007を添加した。培地としては、D-MEM(High D-Glucose, Phenol Red, Sodium Pyruvate)(和光純薬工業(株))に1質量% L-グルタミン溶液(Sigma-Aldrich)を添加した無血清培地(37℃)を用いた。なお、L-グルタミン溶液は使用直前に添加した。TUS-007を含有するDMSO溶液をDMSO濃度が1体積%となるように培地と混合し、各ウェル当たり500μL添加して、37℃、5体積% CO2の条件下で培養した。コントロールとしてはDMSOを用いた。
TUS-007の添加48時間後、培地を除去し、PBSを添加して細胞を洗浄した。PBSの除去後、細胞溶解バッファー(CelLytic M, Sigma)とプロテアーゼ阻害剤(cOmplete Mini, EDTA-free, Roche)との混合溶液を各ウェル当たり27μL添加した。4℃にて15分間静置した後、ピペットチップを用いて氷上で細胞を剥がした。細胞溶液を1.5mLチューブに回収し、液体窒素で瞬間凍結した後、氷上で融解させた。融解後、遠心分離(13800rpm×20分間、4℃)し、上清(細胞抽出物)を回収した。
図3に示すとおり、TUS-007を添加した場合には、内在の野生型K-Rasタンパク質及び野生型H-Rasタンパク質の量が減少したが、SOS1タンパク質の量は減少しなかった。この結果は、Sun, Q.らの文献(Sun, Q. et al., Angew. Chem. Int. Ed., 2012, 51, 6140-6143)にて報告されているRas-SOSのタンパク質親和性の結果と整合するものであった。
実施例1では、TUS-007をマウス個体に投与した後、マウスの各組織における野生型K-Rasタンパク質の分解(ノックダウン)を検出することにより、TUS-007の分子動態を評価した。
TUS-007をDMSOに溶解した後、DMSOの濃度が10体積%となるようにトウモロコシ油に溶解し、40mg/kg体重又は80mg/kg体重の投与量で、C57BL/6J野生型マウス(8週齢~9週齢、雄)(日本クレア(株))に腹腔内投与した(n=3~4)。また、TUS-007を投与する投与群のほかに、Ras-SOSを80mg/kg体重の投与量で投与する投与群も準備した。コントロールとしては、注射液の担体(10体積% DMSOを含有するトウモロコシ油)を用いた。マウスは、餌及び水が自由摂取できる環境下で飼育した。投与48時間後に、ソムノペンチル(共立製薬(株))による深麻酔下でマウスを解剖した。開腹してから順次、脾臓、膵臓、肝臓、腎臓、大腸、肺、及び心臓を摘出し、液体窒素で瞬間凍結させた。液体窒素で凍結後の各組織は、-80℃のディープフリーザーにて保管した。
凍結した組織(脾臓は0.02g、その他は0.04g)をそれぞれ粉砕した後、500μLのTKM組織溶解バッファー(50 mM トリエタノールアミン(pH 7.8), 50 mM KCl, 5 mM MgCl2, 0.25 M sucrose, 1 mM PMSF, protein inhibitors cocktail-EDTA free(ナカライテスク(株)), 1 mM DTT,Recombinant RNase inhibitor(0.2 U/μL, Takara Bio))を加え、15分間回転(1rpm、25℃)して溶解させた。その後、遠心分離(13800rpm×30分間、4℃)し、上清(各組織抽出物)を回収した。抽出したタンパク質は、分光光度計で濃度を定量した。
合成例2では、タンパク質分解誘導タグと、ecDHFRタンパク質に対して親和性を有する特定タンパク質親和性分子とを連結することにより、タンパク質分解誘導分子であるTMP-CANDDY_DMTを合成した。
また、特定タンパク質親和性分子としては、ecDHFRタンパク質と結合するジヒドロ葉酸レダクターゼ阻害剤であるTMPにアミノ基を含む官能基を導入したTMP誘導体(TMP-NH2)を用いた。
参考例4では、TMP-CANDDY_DMTのプロテアソーム阻害活性及びプロテアソームとの親和性を評価した。ポジティブコントロールとしては、プロテアソーム阻害剤であるMG-132を用いた。
図5A~図5Cに示すとおり、TMP-CANDDY_DMTは、MG-132と比較して、プロテアソーム阻害活性が著しく低いことが確認できた。また、β1、β2、及びβ5のいずれに対しても、TMP-CANDDY_DMTの濃度依存的に阻害活性が高まることから、TMP-CANDDY_DMTがプロテアソームと穏やかな親和性を有していることが示唆された。すなわち、DMTは、プロテアソームと親和性を有するものの、分解を阻害しないと評価された。
参考例5では、HeLa細胞において強制発現させたecDHFRタンパク質のTMP-CANDDY_DMTを介した分解(ノックダウン)について、FACS解析により評価した。
ecDHFRタンパク質を発現するプラスミド(pMIR-DsRed-IRES-ecDHFR-HA-GFP)を大腸菌で増幅した後、Miniprep Kit(QIAGEN)で精製した。
参考例1と同様にして、HeLa細胞にプラスミドを導入することにより、細胞内にecDHFRタンパク質(詳細には、HAタグを介したecDHFRタンパク質とGFPとの融合タンパク質)又は比較用のDsRedタンパク質を一過的に過剰発現させた。プラスミド導入後のHeLa細胞は、6×104個/ウェルの細胞密度で24ウェルプレートに播種した後、37℃、5体積% CO2の条件下で40時間培養した。
プラスミドを導入してから40時間培養した後、以下のようにして、HeLa細胞にTMP-CANDDY_DMTを添加した。培地としては、D-MEM(High D-Glucose, Phenol Red, Sodium Pyruvate)(和光純薬工業(株))に1質量% L-グルタミン溶液(Sigma-Aldrich)を添加した無血清培地(37℃)を用い、各ウェル当たり297μL添加した。なお、L-グルタミン溶液は使用直前に添加した。TMP-CANDDY_DMTを含有するDMSO溶液を各ウェル当たり3μL添加して、37℃、5体積% CO2の条件下で培養した。コントロールとしては、TMPを含有するDMSO溶液又はDMSOを用いた。
TMP-CANDDY_DMTの添加24時間後、培地を除去し、PBSを添加して細胞を洗浄した。PBSの除去後、37℃のトリプシン(0.25 w/v% Trypsin-1 mmol/L EDTA・4Na Solution with Phenol Red)(和光純薬工業(株))を各ウェル当たり300μL添加し、37℃、5体積% CO2の条件下で1分間培養した。培養後、D-MEM(Low D-Glucose, L-Glutamine, Phenol Red)(和光純薬工業(株))に10質量% FBS及び1質量% PenStrep(100 U/mL Sodium Penicillin G and 100 μg/mL Streptomycin Sulfate)(和光純薬工業(株))を添加した培地を各ウェル当たり500μL添加して懸濁し、15mLチューブに細胞溶液を回収した。
参考例6では、HeLa細胞において強制発現させたecDHFRタンパク質のTMP-CANDDY_DMTを介した分解(ノックダウン)について、ウェスタンブロット解析により評価した。
参考例5と同様にして、ecDHFRタンパク質を発現するプラスミドを準備した。
参考例5と同様にして、HeLa細胞にプラスミドを導入することにより、細胞内にecDHFRタンパク質又は比較用のDsRedタンパク質を一過的に過剰発現させた。プラスミド導入後のHeLa細胞は、4×104個/ウェルの細胞密度で24ウェルプレートに播種した後、37℃、5体積% CO2の条件下で40時間培養した。
プラスミドを導入してから40時間培養した後、以下のようにして、HeLa細胞にTMP-CANDDY_DMTを添加した。培地としては、D-MEM(High D-Glucose, Phenol Red, Sodium Pyruvate)(和光純薬工業(株))に1質量% L-グルタミン溶液(Sigma-Aldrich)を添加した無血清培地(37℃)を用いた。なお、L-グルタミン溶液は使用直前に添加した。TMP-CANDDY_DMTを含有するDMSO溶液をDMSO濃度が1体積%となるように培地と混合し、各ウェル当たり300μL添加して、37℃、5体積% CO2の条件下で培養した。また、TMP-CANDDY_DMTを含有するDMSO溶液を添加する実験群のほかに、TMP-CANDDY_DMT及びボルテゾミブ(Bortezomib)を含有するDMSO溶液を添加する実験群も準備した。TMP-CANDDY_DMTの添加12時間後に、タンパク質合成阻害剤であるシクロへキシミドを50μg/mLの濃度となるように培地中に添加した。なお、コントロールとしては、TMPを含有するDMSO溶液又はDMSOを用いた。
TMP-CANDDY_DMTの添加24時間後、培地を除去し、PBSを添加して細胞を洗浄した。PBSの除去後、細胞溶解バッファー(CelLytic M, Sigma)とプロテアーゼ阻害剤(cOmplete Mini, EDTA-free, Roche)との混合溶液を各ウェル当たり55μL添加した。4℃にて15分間静置した後、ピペットチップを用いて氷上で細胞を剥がした。細胞溶液を1.5mLチューブに回収し、液体窒素で瞬間凍結した後、氷上で融解させた。凍結融解を3回繰り返した後、遠心分離(13000rpm×20分間、4℃)し、上清(細胞抽出物)を回収した。
合成例3では、タンパク質分解誘導タグと、DHFRタンパク質に対して親和性を有する特定タンパク質親和性分子とを連結することにより、タンパク質分解誘導分子であるMTX-CANDDY_MLNを合成した。
また、特定タンパク質親和性分子としては、DHFRタンパク質と結合するジヒドロ葉酸レダクターゼ阻害剤であるMTXにアミノ基を含む官能基を導入したMTX誘導体(MTX-NH2)を用いた。
化合物13をDMA中でトリフェニルホスフィンジブロミドと反応させ、化合物14を得た。化合物14を窒素気流下でDMAに溶解した後、化合物15とDIPEAとを加えて反応させ、化合物16を得た(収率:69%)。次いで、化合物16と化合物17とを窒素気流下でDMSOに溶解し、BOP試薬により縮合反応を行い、化合物18を得た(収率:46%)。次いで、化合物18と化合物19とを窒素気流下でDMAに溶解し、HATUにより縮合反応を行い、化合物20を得た(収率:69%)。次いで、化合物20をジクロロメタンに溶解し、TFAにより脱保護を行うことで、化合物21(MTX-NH2)を得た。
化合物21(MTX-NH2)とCANDDY_MLNとを窒素気流下でDMFに溶解し、PyBOPにより縮合反応を行った(室温、3時間)。反応溶液を水及び炭酸水素ナトリウム水溶液で希釈し、酢酸エチルで3回抽出した。無水硫酸ナトリウムで乾燥させた後、溶媒を減圧留去し、シリカゲルクロマトグラフィー(クロロホルム/メタノール=20/1~4/1, gradient)により分離精製処理を行った。次いで、分取用薄層クロマトグラフィー(クロロホルム/メタノール=85/15)を用いた分離精製処理により、化合物22(MTX-CANDDY_MLN)を得た(単離収率:8%)。
参考例7では、MTX-CANDDY_MLNを添加したHeLa細胞における内在のDHFRタンパク質の分解(ノックダウン)について、ウェスタンブロット解析により評価した。
参考例3と同様にして、HeLa細胞を準備し、24ウェルプレートに播種した。
参考例5と同様にして、HeLa細胞にMTX-CANDDY_MLNを添加した。コントロールとしては、MTX-CANDDY_MLNを含有するDMSO溶液の代わりに、MTXを含有するDMSO溶液又はDMSOを用いた。
MTX-CANDDY_MLN(50μM、100μM、若しくは200μM)又はMTX(50μM、100μM、若しくは200μM)の添加16時間後、培地を除去し、4℃のPBS(和光純薬工業(株))を各ウェル当たり1mL添加して細胞を洗浄した。PBSの除去後、細胞溶解バッファー(CelLytic M, Sigma)とプロテアーゼ阻害剤(cOmplete Mini, EDTA-free (REF 11 836 170 001), Roche)との混合溶液を各ウェル当たり27μL添加した。4℃にて15分間静置した後、ピペットチップ(P1000)を用いて氷上で細胞を剥がした。細胞溶液を1.5mLチューブに回収し、液体窒素で瞬間凍結した後、氷上で融解させた。融解後、遠心分離(12000rpm×15分間、4℃)し、上清(細胞抽出物)を回収した。
図8A及び図8Bに示すとおり、MTX-CANDDY_MLNを添加した場合には、濃度依存的にDHFRタンパク質の量が減少した。一方、MTXを添加した場合には、濃度が200μMの場合であっても、DHFRタンパク質の量の減少は観察されなかった。
実施例2では、MTX-CANDDY_MLNをマウス個体に投与した後、マウスの各組織におけるDHFRタンパク質の分解(ノックダウン)を検出することにより、MTX-CANDDY_MLNの分子動態を評価した。
投与の直前に、MTX-CANDDY_MLNをDMSOに溶解した後、DMSOの濃度が10体積%となるようにトウモロコシ油(Code No. 25606-55, Nacalai Tesque)に溶解し、50mg/kg体重又は100mg/kg体重の投与量で、C57BL/6J野生型マウス(7週齢、雄)(日本クレア(株))に腹腔内投与した(n=3)。また、MTX-CANDDY_MLNを投与する投与群のほかに、MTXを100mg/kg体重の投与量で投与する投与群も準備した。コントロールとしては、注射液の担体(10体積% DMSOを含有するトウモロコシ油)を用いた。マウスは、餌及び水が自由摂取できる環境下で飼育した。投与24時間後に、ソムノペンチル(共立製薬(株))による深麻酔下でマウスを解剖した。開腹してから順次、肝臓、腎臓、及び心臓を摘出し、液体窒素で瞬間凍結させた。液体窒素で凍結後の各組織は、-80℃のディープフリーザーにて保管した。
凍結した組織(0.04g)をそれぞれ凍結粉砕した後、980μLの1×TKM組織溶解バッファー(50 mM トリエタノールアミン(pH 7.8), 50 mM KCl, 5 mM MgCl2, 0.25 M sucrose, 1 mM PMSF, protein inhibitors cocktail-EDTA free(Code No.03969-21, Nacalai Tesque), 1 mM DTT,Recombinant RNase inhibitor 5 μL/mL (40 U/μL, Cat No. 2313A, Lot No. K8402DA, TAKARA Bio))を加え、15分間回転(1rpm、25℃)して溶解させた。その後、遠心分離(3000rpm×15分間、4℃)し、上清(各組織抽出物)を回収した。各組織抽出物をDEPC処理水により20倍希釈したものを用いて、分光光度計で各組織抽出物におけるタンパク質濃度を定量した。
合成例4では、タンパク質分解誘導タグと、p53/MDM2複合体に対して親和性を有する特定タンパク質親和性分子とを連結することにより、タンパク質分解誘導分子であるTIBC-CANDDY_MLNを合成した。
また、特定タンパク質親和性分子としては、下式で表されるTIBC-NH2を用いた。TIBC-NH2は、下式で表されるTIBCに、H2N-(CH2)6-COOHを付加させた化合物である。TIBCは、p53/MDM2複合体に対して親和性を有する。
TIBC-CANDDY_MLNの物性データを以下に示す。
HRMS-FAB (m/z): [M+H]+ calcd for C37H42Cl2N4O5I, 819.1577; found, 819.1577
参考例8では、TIBC-CANDDY_MLNを添加したHCT116細胞(ヒト大腸がん細胞)における内在の野生型p53タンパク質及びMDM2タンパク質の分解(ノックダウン)について、ウェスタンブロット解析により評価した。
HCT116細胞を8×104個/ウェルの細胞密度で24ウェルプレートに播種した後、37℃、5体積% CO2の条件下で16時間培養した。
細胞播種から16時間後に、以下のようにして、HCT116細胞にTIBC-CANDDY_MLN又はTIBCを添加した。培地としては、D-MEM(High D-Glucose, Phenol Red, Sodium Pyruvate)(和光純薬工業(株))に1質量% L-グルタミン溶液(Sigma-Aldrich)を添加した無血清培地(37℃)を用いた。なお、L-グルタミン溶液は使用直前に添加した。TIBC-CANDDY_MLN又はTIBCを含有するDMSO溶液をDMSO濃度が1体積%となるように培地と混合し、各ウェル当たり500μL添加して、37℃、5体積% CO2の条件下で培養した。コントロールとしてはDMSOを用いた。
TIBC-CANDDY_MLN又はTIBCの添加48時間後、培地を除去し、PBSを添加して細胞を洗浄した。PBSの除去後、細胞溶解バッファー(CelLytic M, Sigma)とプロテアーゼ阻害剤(cOmplete Mini, EDTA-free, Roche)との混合溶液を各ウェル当たり27μL添加した。4℃にて15分間静置した後、ピペットチップを用いて氷上で細胞を剥がした。細胞溶液を1.5mLチューブに回収し、液体窒素で瞬間凍結した後、氷上で融解させた。融解後、遠心分離(13800rpm×20分間、4℃)し、上清(細胞抽出物)を回収した。
参考例9では、TIBC-CANDDY_MLNを添加したHeLa細胞における内在の野生型p53タンパク質の分解(ノックダウン)について、ウェスタンブロット解析により評価した。同時に、プロテアソーム阻害剤によるp53タンパク質分解のレスキューを評価した。
HeLa細胞を4×104個/ウェルの細胞密度で24ウェルプレートに播種した後、37℃、5体積% CO2の条件下で16時間培養した。
細胞播種から16時間後に、以下のようにして、HeLa細胞にTIBC-CANDDY_MLNを添加した。培地としては、D-MEM(High D-Glucose, Phenol Red, Sodium Pyruvate)(和光純薬工業(株))に1質量% L-グルタミン溶液(Sigma-Aldrich)を添加した無血清培地(37℃)を用いた。なお、L-グルタミン溶液は使用直前に添加した。TIBC-CANDDY_MLNを含有するDMSO溶液をDMSO濃度が1体積%となるように培地と混合し、各ウェル当たり500μL添加して、37℃、5体積% CO2の条件下で培養した。コントロールとしてはDMSOを用いた。また、TIBC-CANDDY_MLNを含有するDMSO溶液を添加する実験群のほかに、TIBC-CANDDY_MLN及びMLN2238の両方、又はMLN2238を含有するDMSO溶液を添加する実験群も準備した。
TIBC-CANDDY_MLN又はMLN2238の添加24時間後、培地を除去し、PBSを添加して細胞を洗浄した。PBSの除去後、細胞溶解バッファー(CelLytic M, Sigma)とプロテアーゼ阻害剤(cOmplete Mini, EDTA-free, Roche)との混合溶液を各ウェル当たり27μL添加した。4℃にて15分間静置した後、ピペットチップを用いて氷上で細胞を剥がした。細胞溶液を1.5mLチューブに回収し、液体窒素で瞬間凍結した後、氷上で融解させた。融解後、遠心分離(13800rpm×20分間、4℃)し、上清(細胞抽出物)を回収した。
実施例3では、TIBC-CANDDY_MLNをマウス個体に投与した後、マウスの各組織における野生型p53タンパク質及びMDM2タンパク質の分解(ノックダウン)を検出することにより、TIBC-CANDDY_MLNの分子動態を評価した。
投与の直前に、TIBC-CANDDY_MLNをDMSOに溶解した後、DMSOの濃度が10体積%となるようにトウモロコシ油(Code No. 25606-55, Nacalai Tesque)に溶解し、50mg/kg体重又は100mg/kg体重の投与量で、C57BL/6J野生型マウス(7~8週齢、雄)(日本クレア(株))に腹腔内投与した(n=3)。コントロールとしては、注射液の担体(10体積% DMSOを含有するトウモロコシ油)を用いた。マウスは、餌及び水が自由摂取できる環境下で飼育した。投与48時間後に、ソムノペンチル(共立製薬(株))による深麻酔下でマウスを解剖した。開腹してから順次、肝臓、腎臓、脾臓、及び心臓を摘出し、液体窒素で瞬間凍結させた。液体窒素で凍結後の各組織は、-80℃のディープフリーザーにて保管した。
参考例10では、タンパク質分解誘導タグと、ecDHFRタンパク質に対して親和性を有する特定タンパク質親和性分子とを連結することにより、タンパク質分解誘導分子であるTMP-CANDDY_ALLNを合成した。
また、特定タンパク質親和性分子としては、前述したTMP-NH2を用いた。
ナスフラスコにALLN(87.2 mg, 0.23 mmol, 1 eq, Code No. 07036-24, ナカライテスク(株))を仕込み、脱水DMFを2mL加えた。室温にて5分間撹拌した後、Oxone(212.1 mg, 0.69 mmol, 3 eq, Code No. 228036, Sigma-Aldrich)を反応溶液に直接加え、室温にて5時間撹拌した。反応溶液を水で希釈した後、クロロホルムで3回抽出した。無水硫酸ナトリウムで乾燥させた後、溶媒を減圧留去した。シリカゲルクロマトグラフィー(Code No. 30511-35, ナカライテスク(株))(クロロホルム/メタノール=20/1~10/1, gradient)を用いた分離精製処理により、CANDDY_ALLN(27.0 mg, 0.068 mmol, 30%)を得た。
ナスフラスコにCANDDY_ALLN(26.8 mg, 0.067 mmol, 1 eq)及び別途合成したTMP-NH2(Long, M.J. et al., Chem. Biol., 2012, 19(5), 629-637)(26.0 mg, 0.060 mmol, 0.9 eq)を仕込み、脱水DMFを2mL加えた。室温にて5分間撹拌した後、DIPEAを0.1mL加え、溶液を中性にした。室温にて5分間撹拌した後、DMT-MM(30.0 mg, 0.11 mmol, 1.6 eq, Code No. 329-53751, 和光純薬工業(株))を反応溶液に直接加え、室温にて2時間撹拌した。冷却下で10mLの10質量%食塩水/0.1N 塩酸水溶液を加え、酢酸エチルで3回抽出した。0.5N 塩酸水溶液、次いで食塩水で洗浄した後、無水硫酸ナトリウムで乾燥させた。溶媒を減圧留去した後、シリカゲルクロマトグラフィー(Code No. 30511-35, ナカライテスク(株))(クロロホルム/メタノール=10/1)を用いた分離精製処理により、TMP-CANDDY_ALLN(8.2 mg, 0.010 mmol, 15%, isolated yield)を得た。
参考例11では、参考例4と同様にして、TMP-CANDDY_ALLNのプロテアソーム阻害活性及びプロテアソームとの親和性を評価した。
図14A~図14Cに示すとおり、β2及びβ5の活性に対して、TMP-CANDDY_ALLNでは、ALLN単独と比較して阻害活性が弱まり、ALLNの阻害活性が失活していることが確認できた。β1については、ALLNではあまり阻害されないことが報告されており(Kaiser, M. et al., Chem. Bio. Chem., 2004, 5, 1256-1266)、この報告と矛盾しない結果であった。
また、β1、β2、及びβ5のいずれに対しても、TMP-CANDDY_ALLNの濃度依存的に阻害活性が高まることから、TMP-CANDDY_ALLNとプロテアソームとの親和性が確認された。
参考例12では、HeLa細胞において強制発現させたecDHFRタンパク質のTMP-CANDDY_ALLNを介した分解(ノックダウン)について、FACS解析により評価した。
参考例5と同様にして、ecDHFRタンパク質を発現するプラスミド(pMIR-DsRed-IRES-ecDHFR-HA-GFP)を準備した。
参考例5と同様にして、HeLa細胞にプラスミドを導入することにより、細胞内にecDHFRタンパク質又は比較用のDsRedタンパク質を一過的に過剰発現させた。プラスミド導入後のHeLa細胞は、4×104個/ウェルの細胞密度で24ウェルプレートに播種した後、37℃、5体積% CO2の条件下で40時間培養した。
プラスミドを導入してから40時間培養した後、以下のようにして、HeLa細胞にTMP-CANDDY_ALLNを添加した。培地としては、D-MEM(High D-Glucose, Phenol Red, Sodium Pyruvate)(和光純薬工業(株))に1質量% L-グルタミン溶液(Sigma-Aldrich)を添加した無血清培地(37℃)を用い、各ウェル当たり300μL添加した。なお、L-グルタミン溶液は使用直前に添加した。TMP-CANDDY_ALLNを含有するDMSO溶液を各ウェル当たり3μL添加して、37℃、5体積% CO2の条件下で培養した。コントロールとしては、TMPを含有するDMSO溶液又はDMSOを用いた。
参考例1と同様にして、TMP-CANDDY_ALLNを介したecDHFRタンパク質の分解について、FACS解析により評価した。
本明細書に記載された全ての文献、特許出願、及び技術規格は、個々の文献、特許出願、及び技術規格が参照により取り込まれることが具体的且つ個々に記された場合と同程度に、本明細書中に参照により取り込まれる。
Claims (13)
- プロテアーゼに対して親和性を有し、且つ、プロテアーゼによるタンパク質の分解を阻害しない分子であるタンパク質分解誘導タグと、特定タンパク質に対して親和性を有する特定タンパク質親和性分子とのコンジュゲートであるタンパク質分解誘導分子をヒト又は非ヒト動物に投与し、前記ヒト又は非ヒト動物の生体内で前記特定タンパク質の分解を誘導する工程と、
前記ヒト又は非ヒト動物の少なくとも一部分である検体における前記特定タンパク質の分解を検出することにより、前記特定タンパク質親和性分子又は前記タンパク質分解誘導分子の分子動態を評価する工程と、
を含む分子動態評価方法。 - 前記特定タンパク質の分解を誘導する工程では、ユビキチン非依存的に前記特定タンパク質の分解を誘導する請求項1に記載の分子動態評価方法。
- 前記タンパク質分解誘導タグが、プロテアーゼ阻害剤のプロテアーゼ阻害活性を失活させた構造を有する請求項1又は請求項2に記載の分子動態評価方法。
- 前記プロテアーゼがプロテアソームである請求項1~請求項3のいずれか1項に記載の分子動態評価方法。
- 前記タンパク質分解誘導タグが、プロテアソーム阻害剤のプロテアソーム阻害活性を失活させた構造を有する請求項4に記載の分子動態評価方法。
- 前記プロテアソーム阻害活性が、カスパーゼ様活性、トリプシン様活性、及びキモトリプシン様活性から選ばれる少なくとも1種に対する阻害活性である請求項5に記載の分子動態評価方法。
- 前記タンパク質分解誘導分子が医薬候補分子であり、
前記ヒト又は非ヒト動物の生体内で前記特定タンパク質の分解を誘導することによる薬理作用を評価する工程を更に含む請求項1~請求項6のいずれか1項に記載の分子動態評価方法。 - 前記特定タンパク質の分解を誘導する工程では、前記タンパク質分解誘導分子を非ヒト動物に投与し、前記非ヒト動物の生体内で前記特定タンパク質の分解を誘導し、
前記特定タンパク質親和性分子又は前記タンパク質分解誘導分子の分子動態を評価する工程では、前記非ヒト動物の少なくとも一部分である検体における前記特定タンパク質の分解を検出する請求項1~請求項7のいずれか1項に記載の分子動態評価方法。 - 前記分子動態が、組織、器官、細胞、又は分子に対する特異性である請求項1~請求項8のいずれか1項に記載の分子動態評価方法。
- プロテアーゼに対して親和性を有し、且つ、プロテアーゼによるタンパク質の分解を阻害しない分子であるタンパク質分解誘導タグと、特定タンパク質に対して親和性を有する特定タンパク質親和性分子とのコンジュゲートであるタンパク質分解誘導分子をヒト又は非ヒト動物に投与し、前記ヒト又は非ヒト動物の生体内で前記特定タンパク質の分解を誘導する工程と、
前記ヒト又は非ヒト動物の少なくとも一部分である検体における前記特定タンパク質の分解を検出することにより、特定の分子動態を示す前記特定タンパク質親和性分子又は前記タンパク質分解誘導分子を選抜する工程と、
を含むスクリーニング方法。 - 前記特定タンパク質の分解を誘導する工程では、ユビキチン非依存的に前記特定タンパク質の分解を誘導する請求項10に記載のスクリーニング方法。
- 前記特定タンパク質の分解を誘導する工程では、前記タンパク質分解誘導分子を非ヒト動物に投与し、前記非ヒト動物の生体内で前記特定タンパク質の分解を誘導し、
前記特定タンパク質親和性分子又は前記タンパク質分解誘導分子を選抜する工程では、前記非ヒト動物の少なくとも一部分である検体における前記特定タンパク質の分解を検出する請求項10又は請求項11に記載のスクリーニング方法。 - 前記分子動態が、組織、器官、細胞、又は分子に対する特異性である請求項10~請求項12のいずれか1項に記載のスクリーニング方法。
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