「ツイン」がんタンパク質を標的とする薬剤の設計

人間の体内のタンパク質の中には、薬で簡単にブロックできるものもあります。それらの構造には、錠前の鍵のように、薬物が入り込む明らかな場所があります。しかし、他のタンパク質は明確な薬物結合部位がないため、標的とするのがより困難です。

がん関連タンパク質をブロックする薬を設計するために、スクリップス研究所の科学者たちは、そのタンパク質のパラログ、つまり「ツイン」からヒントを得ました。革新的なケミカルバイオロジー手法を使用して、科学者らはパラログ上の創薬可能な部位を特定し、その知識を利用して、その双子上の同様の、しかし検出がより難しいスポットに結合する薬剤の特徴を明らかにした。最終的に、彼らは、目的のタンパク質にのみ結合し、その非常に類似した兄弟には結合しない薬剤を発見しました。

2024年9月18日のNature Chemical Biologyに記載され、「パラログホッピング」と呼ばれる彼らのアプローチは、ヒト細胞のタンパク質のほぼ半分（その多くは癌に関与しているものを含む）であるため、薬物の新しい結合部位を発見し、より広範な薬物開発に情報を提供する可能性がある。そして自己免疫疾患 – そのようなパラログがあります。

「この方法は、パラログがあり、そのうちの 1 つに対する新薬を見つけようとしている場合に一般的に役立つかもしれません」と、スクリップス研究所の生物学および化学部門のノートン B. ギルーラ教授の上級著者であるベンジャミン クラバット博士は述べています。 。 「2つのパラログは異なる機能を持っていることが多いため、あるパラログを別のパラログよりも標的にできることは医薬品開発における重要な目標です。」

進化の過程で多くの遺伝子が複製され、その結果、ヒトゲノム内に複数のコピーが存在します。場合によっては、コピーが互いにわずかに異なる配列を進化させ、対応するタンパク質をパラログにします。これらのタンパク質パラログは、構造が非常に類似したままであり、多くの場合、細胞内で重複または重複する機能を持っています。

近年、クラバット氏の研究チームは、独特で反応性の高い化学的性質を持つタンパク質の構成要素であるアミノ酸であるシステインに結合する薬剤を開発するアプローチを策定した。科学者らの方法は、薬物がタンパク質に永久的に結合し、多くの場合それを不活性化するのに最適な部位としてシステインを利用している。ただし、すべてのタンパク質にアクセス可能なシステインがあるわけではありません。パラログペアの場合、一方のタンパク質には創薬につながるシステインが含まれていますが、もう一方のタンパク質には含まれていない可能性があります。

「私たちは、あるタンパク質を薬物治療する方法を知っていれば、そのパラログを同様の方法で薬物治療する方法を見つけられるという考えから始めました」と、スクリップス・リサーチの大学院生であり、この新しい論文の筆頭著者であるユアンジン・チャン氏は言う。

テストケースとして、チームは CCNE1 と CCNE2 として知られるパラログのペアに取り組みました。どちらのタンパク質も、乳がん、卵巣がん、肺がんにおいて過剰に活性化することがわかっています。しかし、科学者たちは、2 つのタンパク質がわずかに異なる役割を果たしているのではないかと疑っていました。研究チームは、1つのタンパク質だけをオフにすることで一部のがんの治療がより効果的になる可能性があると主張した。

しかし、この仮説を検証するために、CCNE1 および CCNE2 タンパク質を標的とする薬剤を設計することは困難でした。クラバット氏、チャン氏らは、CCNE2には治療薬となるシステインが含まれているが、CCNE1には含まれていないことを知っていた。もしシステインが存在しない場合でも、CCNE1上の同じスポットに結合する薬剤を特定できれば、タンパク質が遮断されるのではないかと研究者らは考えた。

研究者らはまず、CCNE1にシステインを組み入れ、CCNE2で特定した薬物結合スポットを模倣した。次に、このネオシステインを利用して、CCNE1 に結合する薬剤を特定しました。次に、CCNE1 への結合においてその薬物と競合する能力について、他の化合物のライブラリーをスクリーニングしました。研究チームは、同じ場所をめぐって競合する化合物の一部はシステインに依存しない方法で結合すると推論した。

実際、Cravatt、Zhangらは、システインが再び除去された場合でもCCNE1上の同じ部位に結合できる複数の化合物を発見した。一部の化合物は CCNE2 に結合しませんでした。分子を不活性化するのではなく、通常よりも活性化するように分子を安定化する、逆の機能を持つものもあった。構造研究により、CCNE1 化合物がこれまで創薬可能であるとは知られていなかった謎のポケットに結合することが明らかになりました。

研究チームは、このアプローチは多様で創造的な方法で薬剤をスクリーニングすることの重要性を浮き彫りにしていると述べている。

「特定の機能を持つ化合物を探してスクリーニングするだけだったら、これらのさまざまな機能分子をすべて同定することはできなかっただろうし、CCNE1 の構造だけを調べていたら、この結合ポケットはまったく見つからなかっただろう。」と張氏は言う。

新しい化合物が癌やCCNE1が役割を果たす他の疾患の治療に潜在的な有用性があるかどうかを発見するには、さらなる研究が必要です。次に科学者らは、パラログホッピング法を腫瘍形成に重要な他のタンパク質のペアに適用することを計画している。

Zhang Y、Liu Z、Hirschi M、Brodsky O、Johnson E、Won SJ、Nagata A、Bezwada D、Petroski MD、Majmudar JD、Niessen S、VanArsdale T、Gilbert AM、Hayward MM、Stewart AE、Nager AR、メリロ B 、クラバットBF。
共有結合プローブを使用したパラログホッピングによってマッピングされたアロステリック サイクリン E-CDK2 部位。
ナットケムバイオル。 2024 年 9 月 18 日。土井: 10.1038/s41589-024-01738-7