博士論文 (Doctoral dissertation)doctoral thesi

405976

森, 誠

Japanese

Gifu University Institutional Repository

氏名(本籍)学 位 の 種 類学位記号番号学位授与年月日専 攻学位論文題 目森 誠 (愛知県)博 士(工学)乙 第 28 号平成13年 9月12日物質工学専攻シクロベンテノン型プロスタグランジン類の細胞内動態の化学的シミュレーションと創薬殺計(ChemicalSiER11ation forIntracellular Behavior ofCyclopentenone-Type Prostaglandins andl)rug Design)学位論文審査委員 (主査) 教 授 鈴 木 正 昭(副査) 教 授 長 澤 透 教 授 北 出 幸 夫教 授 石 原 秀 晴 教 授 杉 義 弘助教授 古 田 享 史論文内容の要旨本論文はプロスタグランジン(PG)の特異な細胞内動態を化学的に解き明かすとともにカルバペネム系抗菌剤の薬物代謝の克服を考慮した新たな分子設計に関するものである｡PG科学は､これまでの細胞表面のPG受容体を介したシグナル伝達系による活性発現機構の他に､直接細胞内に取りこまれ､核内細受容体を介した胞増殖抑制作用の発見を契機に新たな展開を迎えている｡シクロペンテノン型PG類(PGAs,PGJs)が腫瘍細胞に対して強力な細胞増殖抑制作用を示すことが示されて以来､細胞レベルでの挙動が詳しく調べられ､その結果､これらPG類は腫瘍細胞内に可逆的に取り込まれること､そしてその一部が核内へと移行し､核内受容体との作用により細胞周期がGl期で停止する結果として､細胞増殖抑制活性が現れることが明らかになっている｡申請者は､これらシクロペンテノン型PG類が有する化学的性質が細胞内挙動や生物活性に大きく反映していくとの考えのもと､▲予想される生体内商連物質との純化学反応の速度論および熱力学に関する物理化学的パラメーターを指標として､ユノンおよび交叉共役ジュノン構造を有するシクロペンテノン型PG類に観察される細胞内挙動および活性強度の差が生じる要因を化学的に解明した｡この化学的シミュレーションにより得られた情報が､その後シクロペンテノン型PG類に見られる特異な細胞増殖抑制作用や､有効な薬物の設計､薬剤耐性腫瘍細胞の耐性獲得メカニズム､さらには内因性PGによって引き起こされる多彩な生命現象を解釈する上で有用な知見となったことを強調した｡また､後半では生理活性物質ならびに薬剤の化学的アプローチによる動態研究と関連し､より応用的な-99-立場から､薬物動態の改善を目的に見出された1β･メチルカルバペネム系抗菌剤に着目し､その合成研究ならびに薬物耐性の克服を目指した新規骨格を有する三環性カルバペネム系抗菌剤の分子設計と合成について展開し､合成の重要中間体やカルバペネム系抗菌剤の効率的な合成法を創出した｡以下具体的な研究結果について､第1章は､PGA2およびA12･PGJ2と同様な性質を有し､かつ独自の化学合成法により容易に合成可能な人工類縁体であるPGAlメチルエステルおよび△7･PGAlメチルエステルをそれぞれ基質に選び､シクロペンテノン型PG類が示す細胞内挙動の差異が､五貞環部分の異なる共役様式に対応する化学的性質の違いに起因することを明らかにした｡第1節は､先に述べたシクロペンテノン型PG類の細胞内動態に関する概論である｡第2節では､生体内関連求核種とシクロペンテノン型PGとの付加反応をリン酸緩衝液内において観察し､メルカブタン類(RSH)のみがPG類のユノン部分に村し1,4付加することを述べた｡第3節では､上記の反応をさらに詳しく検討した結果を記述し､PG-RSH付加体の形成が可逆的であること､すなわち中性リン酸緩衝液内において付加したメルカブタンが容易に解離し､平衡系が成立していることを明らかにした｡そして､この付加反応の速度論的および熱力学的パラメーターを解析した結果､ユノン構造をもつPGAlメチルエステルよりも交叉共役ジュノン構造を有するA7･PGAlメチルエステルの方がメルカブタンに村して反応性に革み､また交叉共役ジュノン構造のA7-PGAlメチルエステルは単純ユノン構造のPGAlメチルエステルよりもメルカプタンの解離が容易に起こり､その結果､付加一脱離平衡反応の平衡は脱離側に偏っていることを明らから;した｡さらに､第4節ではシクロペンテノン型PG類と核内受容体との反応を模倣した高分子チオール類とPG類との付加反応を検討し､その反応性に関しては低分子チオールと同様な結果を得た｡しかし､付加体からのチオールの解離反応は中性付近では進行せず､アルカリ性条件下においてはじめて起きることを示し､分子運動が制約された高分子チオールとシクロペンテノン型PGの反応においては付加反応が中性条件下では不可逆反応であることを明らかにした｡これらの事実に基づきシクロペンテノン型PG類が､核内蛋白と化学的に安定な付加体を形成し､核に蓄積する現象を化学的に説明することに成功した｡第5節では､得られた化学反応の物理化学的パラメーターを基に､グルタチオン(GSH)が多量に存在する細胞内でのシクロペンテノン型PG類の細胞内動態を考察し､細胞増殖抑制作用の強度の差はPG類の5月環上構造の共役様式の違いに起因することを明らかにした0さらに本研究が､薬剤排出機構が克進しているヒトのシスプラチン耐性腫瘍細胞における薬剤排出ポシプであるGS-ⅩpumPの研究やその薬剤耐性機構の解明に大きな指針を与えたことを強調した｡第6節は第1章の結語である｡第2章では第1章で述べた生理活性物質ならびに薬剤の化学的アプローチによる動態研究と関連し､より応用的な立場から､薬物動態の改善を目的に見出された1β･メチルカル-100-バペネム系抗菌剤に着目し､その合成研究ならびに薬物耐性の克服を指向した新規骨格を有する三環性カルバペネム系抗菌剤の分子設計を展開した｡第1節は､その概論である｡カルバペネム系抗菌剤を含むβ･ラクタム系抗菌剤は､細菌の細月包壁合成酵素の阻害により､その優れた抗菌活性を発現す′るが､薬剤耐性の要因の一つにβ･ラクタマーゼによる薬剤の不活性化がある｡また､人の腎臓に存在するDehydropeptidaseI(DHP-Ⅰ)による薬物代謝も十分な治療効果を挙げ得ない理由の一つに数えられている｡これらβ･ラクタマーゼおよびDHP･Ⅰによる薬物代謝は､カルバペネム骨格の考案と1位にメチル基を導入することにより飛躍的に改善されている｡本研究の対象化合物は優れた経口吸収性とDHP･Ⅰに対する代謝安定性を兼備したCS-834であり､この化合物はピロリジノン骨格を2位側鎖に有する1β･メチルカルバペネム系に属し､その構造内にビバロイルオキシメチル基(POM基)をカルポン酸エステル部に有するエステル型pro血ugである｡申請者は､この1β･メチルカルバペネム系抗菌剤の重要合成中間体であるカルポン酸の高効率かつ立体選択的合成法を確立するとともに､経口吸収性向上を目的に導入されているPOMエステル基を合成の初期段階で直接カルポン酸の保護基として用いる短段階合成法の開発に成功した｡その詳細は第2節および第3節で述べた｡さらに､第4節では耐性菌に対する抗菌活性向上を目的に､新規な骨格を有する三環性カルバペネム系抗菌剤である5･aZatrinemの設計とその立体選択的合成法の研尭を行った｡その結果､申請者はさまざまな側鎖の短段階での導入を可能とする高効率合成ルートを開拓するとともに､本法により種々の誘導体を合成した｡また､;の三環性カルバペネム系抗菌剤の合成研究の途上､合成化学上有用なアミノ基の保護基であるBoc基の利用範囲を拡張する温和な条件下での新規脱保護法を見い出し､本法を活用して代謝に安定な5-azatrinem誘導体を合成､した｡第5節は第2章の結語である｡以上の研究内容および成果は以下に掲げた英文ジャーナルに記載し､国際的にも高い評価を得た｡論文審査結果の要旨本研究は､シクロペンテノン型プロスタグランジン(PG)類が有する化学的性質が細胞内挙動や生物活性に大きく反映していくとの考えのもと､予想きれる生体内関連物質との純化学反応の速度論および熱力学に関する物理化学的パラメーターを指標として｣ユノンおよび交叉共役ジュノン構造を有するシクロペンテノン型PG類に観察される細胞内挙動および活性強度の差が生じる要因を化学的に考察している｡この化学的シミュレーションにより得られた情報が､その後シクロペンテノン型PG類に見られる特異な細胞増殖抑制作用や､有効な薬物の設計､薬剤耐性腫瘍細胞の耐性獲得メカニズム､さらには内因性PGによって引き起こされる多彩な生命現象を解釈する上で有用な知見となったことを述べている｡また､後半では生理活性物質ならびに薬剤の化学的アプローチによる動態研究と関連し､より応用的な立場から､薬物動態の改善を目的に見出された1β･メチルカルバ-101-ペネム系抗菌剤に着目し､その合成研究ならびに薬物耐性の克服を目指した新規骨格を有する三環性カルバペネム系抗菌剤の分子設計と合成について展開し､合成の重要中間体やカルバペネム系抗菌剤の効率的な合成法について述べている｡以下､具体的研究成果に関して､第1章は､PGA2およびA12･PGJ2と同様な性質を有し､かつ独自の化学合成法により容易に合成可能な人工類縁体であるPGAlメチルエステルおよびA7･PGAlメチルエステルをそれぞれ基質に選び､シクロペンテノン型PG類が示す細胞内挙動の差異が､五貞環部分の異なる共役様式に対応する化学的性質の違い■に起因するものであることを述べている｡第1節は､先に述べたシクロペンテノン型PG類の細胞内動態に関する概論である｡第2節では､生体内関連求核種とシクロペンテノン型PGとの付加反応をリン酸緩衝液内において観察し､メルカブタン類(RSH)のみがPG類のユノン部分に村し1,4付加することを述べている｡第3節では､上記の反応をさらに詳しく検討した結果を記述し､PG-RSH付加体の形成が可逆的であること､すなわち中性リン酸緩衝液内におい′て付加したメルカブタンが容易に解離し､平衡系が成立していることを明らかにしている｡そして､この付加反応の速度論的および熱力学的パラメーターを解析した結果､ユノン構造をもつPGAlメチルエステルよりも交叉共役ジエノン構造を有するA7･PGAlメチルエステルの方がメルカブタンに村して反応性に富み､また交叉共役ジュノン構造のA7･PGAlメチルエステルは単純ユノン構造のPGAlメチルエステルよりもメルカプタンの解離が容易に起こり､その結果､付加一脱離平衡反応の平衡は脱離側に偏っていることを明らかにしている｡さらに､第4節ではシクロペンテノン型PG類と核内受容体との反応を模倣した高分子チオール類とPG類との付加反応を検討し､その反応性に関しては低分子チオールと同様な結果を得ている｡しかし､付加体からのチオールの解離反応は中性付近では進行せず､アルカリ性条件下においてはじめて起きることを示し､分子運動が制約された高分子チオールとシクロペンテノン型PGの反応においては付加反応が中性条件下では不可逆反応であることを述べている｡これらの化学的実験事実に基づきシクロペンテノン塑PG類が､核内蛋白と化学的に安定な付加体を形成し､核に蓄積する現象を化学的に説明している｡第5節では､得られた化学反応の物理化学的パラメーターを基に､グルタチオン(GSH)が多量に存在する細胞内でのシクロペンテノン型PG類の細胞内動態を考察し､細胞増殖抑制作用の強度の差はPG類の共役様式の違いに起因することを述べている｡さらに本研究が､薬剤排出機構が克進しているヒトのシスプラチン耐性腫瘍細胞における薬剤排出ポンプであるGS･Ⅹpumpの研究やその薬剤耐性機構の解明に大きな指針を与えたことに言及している｡第6節は第1章の結語である｡第2章では第1章で述べた生理活性物質ならびに薬剤の化学的アプローチによる動態研究と関連し､より応用的な立場から､1β･メチルカルバペネム系抗菌剤の合成研究ならびに薬物耐性の克服を指向した三環性カルバペネム系抗菌剤の分子設計を展開している｡第ー102-1節は､その概論である｡薬剤耐性の要因の一つにβ･ラクタマーゼによる薬剤の不活性化がある｡また､人の腎臓に存在するDehydropeptidaseI(DHP･Ⅰ)による薬物代謝も十分な治療効果を挙げ得ない理由の一つに数えられている｡これらβ-ラクタマーゼおよびDHP･Ⅰによる薬物代謝は､カルバペネム骨格の考案と1位にメチル基を導入することにより飛躍的に改善されている｡本研究の対象化合物は優れた経口吸収性とDHP-Ⅰに村する代謝安定性を兼備したCS･834であり､この化合物はピロリジノン骨格を2位側鎖に有する1β-メチルカルバペネム系に属し､その構造内にビバロイルオキシメチル基(POM基)をカルポン酸エステル部に有するエステル型prodrugである｡本研究では､この1β･メチルカルバペネム系抗菌剤の重要合成中間体であるカルポン酸の高効率かつ立体選択的合成法を確立するとともに､経口吸収性向上を目的に導入されているPOMエステル基を合成の初期段階で直接カルポン酸の保護基として用いる短段階合成法の開発に成功している｡その詳細は第2節および第3節で述べている｡さらに､第4節では耐性菌に対する抗菌活性向上を目的に､新規な骨格を有する三環性カルバペネム系抗菌剤である5･aZatrinemの設計とその立体選択的合成法の研究を行なっている｡その結果､さまざまな側鎖の短段階での導入を可能とする高効率合成ルートを開拓す-るとともに､本法により種々の誘導体の合成を行っている｡また､この三環性カルバペネム系抗菌剤の合成研究の途上､合成化学上有用なアミノ基の保護基である虫oc基の利用範囲を拡張する温和な条件下での新規脱保護法を見い出し､本法を活用して代謝に安定な5･aZatrinem誘導体の合成について述べている｡第5節は第2章の結語である｡申請者により提出された上記の学位論文の内容について慎重に審査を行った結果､研究内容は英文国内および国際誌に記載され､国内外から高い評価を受けており､優れた学術的および生命工学的価値を有すると判定した｡最終試験結果の要旨公聴会での学位論文の内容に関する質疑応答ならびに公聴会後に行った学位論文に関連する英文レビューの課題とその内容に関する口頭試問の結果､申請者が学位を授与するに充分な専門知識と学力を有していると判断され合格と判定した｡よって､研究成果と学識の総合的判断のもと､最終試験に合格との結論を得た｡-103一

シクロペンテノン型プロスタグランジン類の細胞内動態の化学的シミュレーションと創薬設計

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シクロペンテノン型プロスタグランジン類の細胞内動態の化学的シミュレーションと創薬設計

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