共同発表：標的たんぱく質に阻害薬を送り届けた後に立ち去る新規ドラッグデリバリー分子システムを開発

ポイント

特異的に標的分子（たんぱく質など）に阻害薬を輸送するドラッグデリバリ－型分子（ＤＤＭ）システムを開発した。
子宮頚がん細胞や神経芽種細胞に過剰に発現するヒストン脱メチル化酵素（ＬＳＤ１）の阻害剤は有力ながん治療薬として注目されている。
ＬＳＤ１だけを標的とする副作用の少ない新たな抗がん剤候補分子を作製。

ＪＳＴ課題達成型基礎研究の一環として、京都府立医科大学の鈴木孝禎　教授らは、新しい作用機序の抗がん剤候補分子を開発しました。

子宮頚がん細胞や小児がんの１つである神経芽腫細胞では、ヒストン脱メチル化酵素（ＬＳＤ１）が過剰発現して、がん細胞の増殖に関与することが知られています。しかし、ＬＳＤ１の働きだけを阻害する抗がん剤はありませんでした。これは、ＬＳＤ１に類似した構造を持つモノアミン酸化酵素（ＭＡＯ）^注１）が存在するために、このＭＡＯを阻害せずに、ＬＳＤ１だけを特異的に阻害する分子の開発が困難であったためです。

例えば、ＭＡＯを阻害して神経伝達物質の量を調節する抗うつ薬として臨床で使われているトラニルシプロミンは、構造が類似するＬＳＤ１も阻害して抗がん作用を示すことが動物実験で分かっています。しかし、トラニルシプロミンを抗がん剤として使用する場合には、本来の抗うつ薬としての神経性の副作用が予想されるため、抗がん剤としての用途には限界があります。

今回鈴木教授らは、このトラニルシプロミンをＬＳＤ１だけに特異的に輸送して結合させる「たんぱく質を標的としたドラッグデリバリー型分子（ＤＤＭ）」を作製しました。このトラニルシプロミンが連結したＤＤＭ（ＮＣＤ３３）は、ＬＳＤ１だけに結合して、がん細胞の増殖を抑える効果があることを明らかにしました。さらに、トラニルシプロミンよりも活性が３００倍も高い新しい抗がん剤候補分子であることを確認しました。

今回作製したＮＣＤ３３分子を基に、今後副作用の少ない新たな抗がん剤の開発が期待されます。

本研究は、長浜バイオ大学の水上民夫　教授と共同で行ったもので、研究成果は、ドイツ科学誌「Ａｎｇｅｗａｎｄｔｅ　Ｃｈｅｍｉｅ　Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｅｄｉｔｉｏｎ」のオンライン速報版で近日中に公開されます。

本成果は、以下の事業・研究領域・研究課題によって得られました。

戦略的創造研究推進事業個人型研究（さきがけ）

研究領域	「エピジェネティクスの制御と生命機能」（研究総括：向井常博　西九州大学　学長）
研究課題名	「エピジェネティクス制御化合物の創製と応用」
研究者	鈴木孝禎（京都府立医科大学大学院医学研究科統合医化学専攻医薬品化学　教授）
研究期間	平成２１年１０月～平成２５年３月

ＪＳＴはこの領域で、エピジェネティクス^注２）の制御と生命機能の解明という視点を持った研究を対象とします。より詳しくは、エピジェネティクスの制御機構の解明、さまざまな生命現象とエピジェネティクスの関わり、エピジェネティクスの多様性や異常が関わる疾患の解析を対象とします。それらの研究を通してエピジェネティクスの生命機能としての分子基盤を明らかにすることで、細胞リプログラミングに立脚した幹細胞作製・制御による革新的医療基盤技術の創出を目指します。

＜研究の背景と経緯＞

子宮頚がんは、子宮頸部と呼ばれる子宮の出口より発生するがんです。ヒト乳頭腫ウイルスの感染によって発症します。日本での子宮頚がんの罹患者数は２００５年のデータで約８，５００人、死亡数は２００８年のデータで約２，５００人と報告されています。子宮頚がん予防のために、日本国内では２００９年１０月にワクチン認可がされましたが、ワクチン接種後の慢性的な痛みなどの副作用が報告されています。また、神経芽腫は小児がんの１つで、副腎や交感神経節などの神経細胞の集まる場所に腫瘍ができるがんです。小児がん患者全体の約１割を占め、およそ１０万人に８人～９人の割合で症状が出るといわれています。日本での正確な発生数は明らかではありませんが、１年間に１５０～２００例が発症すると考えられています。

子宮頚がん細胞や神経芽腫細胞増殖のメカニズムは、徐々に明らかになりつつあり、最近、ヒストン脱メチル化酵素ＬＳＤ１が子宮頚がん細胞や神経芽腫細胞の増殖に関わることが示されました。

ＬＳＤ１は、細胞の核内でＤＮＡが巻き付いているヒストンたんぱく質^注３）からメチル基を取り除くことにより、遺伝子の発現制御に関わっています（こうした後天的な遺伝子発現の制御を、エピジェネティックな遺伝子発現制御と呼びます）。ＬＳＤ１は、子宮頚がん細胞や神経芽腫細胞に過剰に発現しており、がん抑制遺伝子の働きを抑えることで、がん細胞の増殖を強く進めることから（図１）、ＬＳＤ１阻害剤は新たな抗がん剤として期待されています。

しかし、ＬＳＤ１の構造に似た酵素であるモノアミン酸化酵素（ＭＡＯ）を阻害せず、ＬＳＤ１だけを強く阻害する分子の開発は困難です。例えば、抗うつ薬として臨床で用いられているＭＡＯ阻害剤「トラニルシプロミン」がＬＳＤ１も阻害し、培養細胞実験および動物実験で抗がん効果を示すことが知られています（図２）。このトラニルシプロミンを、がん細胞だけに送り込むことができれば、トラニルシプロミンは新たな抗がん剤の候補になるはずですが、現在のところ、ＬＳＤ１阻害剤として臨床で用いられている治療薬はありません。

標的とする患部だけに薬物を効果的かつ集中的に送り込む手法は、これまでも開発されてきました。例えば、薬剤の高分子化や複雑な製剤化により、抗がん剤をがん細胞に集積させる手法があります。しかし、いずれもコストが高くなる、投与方法が注射剤に制限されるなどの問題がありました。

＜研究の内容＞

今回鈴木教授らは、「患部」ではなく「たんぱく質」を標的とした全く新しいドラッグデリバリーのコンセプトを提唱し、ＬＳＤ１だけを阻害する小分子薬剤の開発に取り組みました。ＬＳＤ１のようにがん細胞にだけ過剰に発現するたんぱく質を標的とすることができれば、副作用を抑えることができ、より高い治療効果が臨める可能性があります。また、小分子薬剤であれば低コスト化も期待でき、投与方法も制限されません。

まず、ＬＳＤ１だけを阻害する抗がん剤候補化合物を見いだすために、トラニルシプロミンをＬＳＤ１に導くためのドラッグデリバリー型分子（図３）を設計しました。この分子は、ＬＳＤ１のみに強く結合する構造（輸送体）を持っています。トラニルシプロミンをつなげた輸送体は、トラニルシプロミンをＬＳＤ１に運び込み、ＬＳＤ１に結合すると同時にトラニルシプロミンと離れ、そのトラニルシプロミンがＬＳＤ１内のＦＡＤと結合することを期待しました（図３）。実際にこの分子を合成し、試験管内実験を行った結果、合成化合物の１つであるＮＣＤ３３は、実際にＭＡＯを全く阻害することなく、トラニルシプロミンよりも８０倍強くＬＳＤ１を阻害しました（図４）。また、作用メカニズム解析により、ＮＣＤ３３は、図３に示す機序で、すなわち輸送体部分がトラニルシプロミンをＬＳＤ１に運び込みＬＳＤ１と結合させた後、輸送体部分はＬＳＤ１から立ち去るというメカニズムで、ＬＳＤ１だけを強く阻害することも示しました。さらに、これらの分子の１つは、培養細胞系で子宮頚がん細胞の増殖をトラニルシプロミンよりも１３５倍以上強く抑えること、神経芽腫細胞の増殖をトラニルシプロミンよりも３００倍強く抑えることを明らかにしました（図５）。

＜今後の展開＞

今回の研究で、これまで抗うつ薬として長期に使用されてきたＭＡＯ阻害剤「トラニルシプロミン」をもとに、がん細胞の増殖の原因となるＬＳＤ１を特異的に不活性化する分子が見いだされました。この分子は、子宮頚がんや神経芽種などの新たな抗がん剤候補になります。まだ培養細胞で効果を確かめた段階であり、ヒトで効くかどうかはさらなる研究が必要ですが、鈴木教授らは、動物実験で効果や安全性を確かめ、臨床への応用を進めていく予定です。また、今回効果が実証された、「患部ではなくたんぱく質を標的としたドラッグデリバリー」をもとにして、ＬＳＤ１阻害剤以外にも、副作用の少ない新たな抗がん剤の開発が期待されます。

＜付記＞

本成果は、ＪＳＴ研究成果最適展開支援事業フィージビリティスタディ可能性発掘タイプシーズ顕在化の研究課題「エピジェネティクス新規制御分子ＬＳＤ１を標的とする次世代分子標的抗がん剤の開発」（研究代表者：水上民夫　長浜バイオ大学　教授）の協力により得られました。

＜参考図＞

図１　ＬＳＤ１によるヒストン脱メチル化

ＤＮＡは、細胞内ではヒストンたんぱく質に巻き付いた状態で存在する。ヒストンたんぱく質にメチルという化学物質が付くかどうかで、周辺遺伝子の発現量が制御されている。ＬＳＤ１がヒストンを脱メチル化する、エピジェネティックな機構によって、がん抑制遺伝子の働きが抑えられ、がん細胞が増殖する。

図２　抗うつ剤「トラニルシプロミン」の作用機序

（上）トラニルシプロミンは、ＭＡＯに結合し、ＭＡＯの補酵素^注４）として働くフラビンアデニンジヌクレオチド（ＦＡＤ）^注５）に結合してＭＡＯを阻害し、抗うつ作用を示す。
（下）トラニルシプロミンはＬＳＤ１の補酵素であるＦＡＤに結合してＬＳＤ１も阻害する。トラニルシプロミンのＬＳＤ１阻害による抗がん作用が期待される一方で、ＭＡＯ阻害による神経性の副作用が予想され、トラニルシプロミンの抗がん剤としての用途には限界がある。

図３　トラニルシプロミンをＬＳＤ１にだけ運び込むドラッグデリバリー型分子

（上）トラニルシプロミン－リシン結合体は、リシン部分が邪魔でＭＡＯに結合できないため、ＭＡＯを阻害しない。ＭＡＯ阻害による神経性の作用もない。
（下）トラニルシプロミン－リシン結合体は、リシン部分（輸送体部分）がトラニルシプロミンをＬＳＤ１の補酵素ＦＡＤまで運び込み、ＦＡＤとトラニルシプロミンを結合させる。これによりＬＳＤ１が阻害され、抗がん作用を示す。

図４　トラニルシプロミンとＮＣＤ３３のＬＳＤ１阻害活性およびＭＡＯ阻害活性

ＩＣ_５０値：酵素の活性を５０％阻害する濃度。化合物の酵素阻害作用の有効度を示す値であり、その値が小さいほど活性が高い化合物であると判断できる。

図５　トラニルシプロミンとＮＣＤ３３のがん細胞増殖阻害活性

ＧＩ_５０値：細胞の増殖を５０％阻害する濃度。化合物の細胞増殖阻害作用の有効度を示す値であり、その値が小さいほど活性が高い化合物であると判断できる。

＜用語解説＞

注１）モノアミン酸化酵素（ＭＡＯ）: 神経伝達物質であるノルアドレナリンやセロトニン、ドーパミンなどの酸化を促進する酵素。神経系において神経伝達物質の量を調節する。ＭＡＯ阻害剤は、パーキンソン病治療薬、抗うつ薬として使用されている。
注２）エピジェネティクス: ゲノムに書かれた遺伝情報であるＤＮＡ塩基配列の変化を伴わずに、遺伝子の働きを制御する機構。ＤＮＡのメチル化やヒストンのアセチル化、メチル化などがエピジェネティクス機構としてよく知られている。エピジェネティクス制御機構の異常が種々のがんを引き起こすことが分かってきた。
注３）ヒストンたんぱく質: 細胞の中でＤＮＡを核内に収納する役割を担うたんぱく質。遺伝子発現を制御するたんぱく質でもある。ヒストンやＤＮＡは、染色体中に含まれる（下図）。
注４）補酵素: 酵素が起こす生体内化学反応の進行に必要な低分子化合物の総称。酵素と補酵素が直接結合することで、酵素は生体内化学反応を進行させることができる。
注５）フラビンアデニンジヌクレオチド（ＦＡＤ）: 生体内でビタミンＢ２から作られる。生体内にある多くの酸化反応の補酵素として働く。

標的たんぱく質に阻害薬を送り届けた後に立ち去る新規ドラッグデリバリー分子システムを開発
～副作用の少ない新規抗がん剤候補分子を作製～