分子構造の微妙な変化は、分子の構造に重要な影響を及ぼします。 薬物が作用する。 特に多形性、つまり化合物が異なる結晶形で存在する現象は、長い間課題となってきました。
「同じ分子の異なる多形体が異なる特性を持つ可能性があるため、多形体スクリーニングは製薬業界で重要な役割を果たしています」とUCLA医学部の博士研究員エマ・ダネリウス氏は説明した。 「悪名高い事件 […] それは抗HIV薬リトナビルの薬です。 もともと、リトナビルは、当時知られていた唯一の結晶形に基づいて処方されました。 しかし、溶解性と生体利用効率が低下した別の結晶形が発見されました。 [which] 患者に対する薬の効果が低下し、一時的な市場撤退につながりました。」
ダネリウス氏は、UCLA医学部教授のタミル・ゴネン氏が率いる研究者チームの一員であり、より効果的で安全な医薬品につながる可能性のある構造上の微妙な違いをよりよく理解して特定するために、多形体を特定するより良い方法の開発に興味を持っている。
で 彼らの最近の研究 に発表されました 先端生物学研究者らはパリタプレビルに着目した。パリタプレビルは慢性C型肝炎の治療に使用される経口大環状薬で、臨床で広く使用されているにもかかわらず、その結晶構造の変化が科学者たちに長年解明されていなかった。
大環状分子の研究における課題
X 線回折は、大環状分子 (12 個以上の非水素原子からなる環サイズを特徴とする環状分子) などの大きな分子の三次元構造を解明するために一般的に使用されます。 大環状分子はそのサイズが大きいため、立体構造の複雑さと柔軟性を示し、複数の立体構造を採用し、困難なタンパク質標的と相互作用することが可能になります。 ただし、この柔軟性により、X 線回折に必要なサンプルの準備も複雑になります。
「伝統的に、物質は結晶化する必要があり、その構造は、規則正しい結晶の X 線回折から得られるパターンを分析することによって決定されます」と Danelius 氏は説明しました。 結晶化手順は時間がかかり、分子によっては達成が困難な場合があります。
「パリタプレビル」 […] これは、大きくて柔軟な医薬品のカテゴリーに属しますが、X線技術を使用して結晶化して研究するのが難しいことで知られています」と彼女は付け加えた。 「それらを実験的に研究するための新しい方法が必要でした。」
パリタプレビルは、ウイルスの複製と組み立てに不可欠な非構造 3/4A (NS3/4A) プロテアーゼと呼ばれるウイルスの重要な酵素の 1 つと結合することにより、C 型肝炎感染の管理に役立ちます。 「NS3/4Aプロテアーゼがなければ、C型肝炎ウイルスは複製できず、成熟したウイルス粒子に組み立てることができません」と、UCLA医学部の博士研究員であり、この研究の寄稿著者の一人でもあるGuanhong Bu氏は説明する。
パリタプレビルなどの大環状薬剤は、そのサイズと柔軟性により多型の影響を受けやすいです。 しかし、この傾向にもかかわらず、粉末または単結晶 X 線回折法を使用して同定された結晶多形は 2 つだけです。 また、NS3/4A プロテアーゼに結合したパリタプレビルを示す構造が公的データベースに存在しないことも注目に値します。
電子回折が新たな命を吹き込む
この構造データの不足に対応して、チームは 2013 年に開発した、微結晶電子回折 (MicroED) として知られるアプローチを実装しました。 この革新的な技術により、ミクロンからサブミクロンのサイズの微小結晶（単結晶 X 線回折に必要なサイズの 10 億分の 1）の電子回折を使用して三次元構造を決定することができます。
「何十年もの間、電子回折は時代遅れであることが受け入れられていました」とゴネン氏は言う。 「私たちは理解しました それを効率的かつ強力な方法で実行する方法。 10 年経った今でも、他の方法には抵抗力があるものの、MicroED には理想的な重要なサンプルが見つかり続けています。 パリタプレビルのような大環状薬剤はその一例です。」
「溶液中では、パリタプレビルのような柔軟な分子は、急速に相互変換する立体構造の集合体として存在します」とBu氏は付け加えた。 「これらの分子を固体状態で研究する場合、全体像は得られませんが、微結晶と MicroED を使用すると、その一部を捉えることができるようです」 [important] 構造ダイナミクス。」
研究チームは、αおよびβと呼ばれるパリタプレビルの2つの多形を特定することに成功し、そのうちの1つはこれまで報告されていなかった。 「多形構造を比較したときに、それらの構造、つまり 3D でどのように折りたたまれるかが異なることに気づきました」と Danelius 氏は言います。
「標的の C 型肝炎ウイルス NS3/4A プロテアーゼへのコンピューター支援分子ドッキングで両方の立体構造を使用した場合、1 つの立体構造のみが使用されました。 [β] プロテアーゼ活性の重要な位置であり、薬物結合の予測部位である活性部位にうまくドッキングすることができました」と彼女は続けた。
HCV NS3/4A プロテアーゼのシメプレビル結合結晶構造へのパリタプレビル配座異性体 β のドッキング
この分析により、チームはコンピューターシミュレーションを使用して、抗ウイルス薬がどのようにプロテアーゼ活性に潜在的に結合し、阻害するかを調査することができました。 このことは、特にこのクラスの分子の場合、ターゲットを正確にドッキングさせるために正しい立体構造を実験的に決定することの重要性を強調している、と研究チームは述べている。
さらに、コンピューター支援の分子ドッキングシミュレーションにより、パリタプレビルβの大環状コアは結晶中および酵素内に結合したときの両方でほぼ同じままである一方、分子の追加の置換基は活性部位に適合するように調整されていることが明らかになった。 「これは次のことを示唆しています […] 実験的方法によって事前に適切に組織化された大環状コア構造を持たせることができれば、このクラスの分子についてより良い計算シミュレーション結果が得られる可能性があります」とBu氏は述べた。
これには、その優れた結合親和性を活用して、医療用途のためにβ立体構造を単離することだけに焦点を当てる必要が生じる可能性があります。 さらに、これらの発見は、パリタプレビルおよび同様の阻害剤の C 型肝炎ウイルス NS3/4A セリンプロテアーゼへの結合能力を強化するための重要な基盤として役立ちます。
研究チームは、このアプローチは従来の方法論を超え、研究者が特定の構造的洞察に基づいて薬剤候補を改良するための重要なツールを追加し、より有意義な方法で治療効果を最適化できる可能性があると書いている。
「私たちが目にしているのは、ガイドするための重要なツールとして MicroED が出現していることです。 製剤」とゴネンは言いました。 「将来的には、FDA が医薬品を承認する前に、医薬品の MicroED 構造を要求するようになるだろうと私は予想しています。」
参考文献: Tamir Gonen ら、 MicroED による大環状薬物パリタプレビルの多型構造の決定、 高度な生物学 (2024)。 DOI: 10.1002/adbi.202300570
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2024-03-21 09:07:46