構造ベース設計(SBDD)
28件
ループス向けTLR7/8デュアル拮抗薬からBRD4リスクを設計で排除
- 2-(ピリジン-2(1H)-オン)インドールの構造ベース最適化により、従来シリーズより膜透過性が高く、イオンチャネル活性と分布容積が小さいTLR7/8デュアル拮抗薬が得られた。
- 初期のピリドンリードは予想外に免疫細胞の増殖を抑え、チームはBRD4へのオフターゲット結合が原因と推定した。
- BRD4結合を取り除く最適化により、増殖抑制は消え、ヒト全血でのTLR7/8依存的IL-6産生の強力な阻害は維持された。
細胞パネルでの不可解な毒性から機構の仮説を立て、SARで二つの活性を切り分けるという、表現型起点のオフターゲット対策のきれいな例だ。エンドソームのTLR7/8拮抗薬には膜透過性と高い選択性の両立が必要で、平面性の高いヘテロ芳香族はBRD4という落とし穴にはまりやすい。他の骨格に応用する前に、TLR7/8二量体界面でのピリドンの結合様式を確認したい。
結晶構造で見る、脳移行性EGFR阻害薬が脳曝露だけでなく活性も高める理由
- 血液脳関門透過性を高める設計がなされたEGFR阻害薬について、X線結晶構造解析と活性測定を行った。
- BBB透過性を高める置換基はEGFRキナーゼドメインの多様な領域と相互作用し、生化学的・細胞活性は概ね向上した。
- 塩橋を形成する部分構造と特定のハロゲン置換の組み合わせが最も有効で、「一石二鳥」の設計指針を示す。
CNS曝露と活性はたいていトレードオフなので、同じ極性・塩基性ハンドルで両方を得られるという結晶学的根拠は有用だ。塩橋とハロゲンの組み合わせは、自分のキナーゼ系列にも試せる具体的な設計則になる。ただし排出や非結合型脳内濃度には触れておらず、実際の有効性はそこで決まる。
Structural Insights into Brain-Penetrant EGFR Tyrosine Kinase Inhibitors with Enhanced Potency ↗
セレブロンの潜在Cys287を狙う共有結合リガンドがE3リガーゼを開状態に固定し、IMiD駆動の分解を阻止
- システイン指向のケモプロテオミクススクリーニングで、サリドマイド結合部位から離れたアロステリックポケットCys287に結合する共有結合リガンドを同定した。
- リード化合物VVD-105917は、IMiDやCELMoDによるネオ基質の分解を広く阻害する。
- クライオ電顕で、セレブロンを開いた不活性型に固定することが示され、リガンド添加順序にも依存する。同部位の既報リガンドは逆に閉鎖を促進するため、このポケットは作用が反転しうる。
これまでのCRBN薬は全て単一のオルソステリックポケットに結合するため、開閉スイッチを制御する共有結合ハンドルは本当に新しいつまみだ。パン阻害薬は分解薬の機序解析やオフターゲット分解のレスキューに優れたツールになる。どちらにも振れる部位ということは、分解を高めるリガンドが同じポケットに潜む可能性もある。プレプリントなので査読を待ちたい。
Allosteric covalent inhibition of cereblon through cryptic cysteine targeting ↗
クライオEM構造に基づくポケット統合で、経口アロステリックSLC6A19阻害薬を創出
- SLC6A19/シンロミド複合体のクライオEM構造で見つかったアロステリックポケットを標的にバーチャルスクリーニングを行い、出発ヒットを得た。
- 別のクライオEM構造で見つかった一部重なる第二ポケットを踏まえ、両者を融合する類縁体を設計し、強力で選択的な経口化合物20に到達した。
- 化合物20はマウスよりサルのSLC6A19に対して活性が高いが、経口投与で尿中アミノ酸排泄を用量依存的に増加させた。
膜輸送体でこれほど構造主導の設計が綺麗に決まる例は少ない。クライオEMで見つけた2つのポケットを統合し、尿中の簡便な指標でin vivoのPDまで確認している。マウスで活性が落ちる点は効力試験では厄介だが、霊長類で活性が保たれるのは安心材料だ。次はアミノ酸枯渇に対する安全域を知りたい。
L2ループに届くHDAC6阻害薬を共結晶構造で設計、肺がん細胞でオートファジーを誘導
- 先行化合物とゼブラフィッシュHDAC6触媒ドメインの結晶構造をもとに、第2世代のHDAC6阻害薬を設計した。
- 2つのリード化合物の共結晶構造でL2ループのS531との相互作用を確認。細胞ではヒストンのアセチル化に明確な変化なく、アセチル化チューブリンが増加した。
- 1化合物はオートファジー経路の活性化を介してA549細胞の2D・3D培養での生存率を低下させ、相分離にも影響した。
アイソフォーム選択性を狙うならL2ループが本命だ。CD2ポケットは保存されているがループは違う。ヒストンが動かずアセチル化チューブリンだけ上がるのは、選択性を信じる前に見たい読み出しだ。ただオートファジーの話に乗る前に、HDAC全体のパネルとPKは確認したい。
インダゾールと二環式ピロリジンのハイブリッド骨格で変異体選択的LRRK2阻害薬を探索
- インダゾールとオクタヒドロシクロペンタ[c]ピロールを構造指針で組み合わせ、パーキンソン病向けの新しいLRRK2阻害薬骨格を得た。
- 初期のピペリジン含有アナログは高活性だったが、野生型とG2019S変異体の区別はほとんどつかなかった。
- ピペリジンを縮環二環式アミンに置き換えることで、この選択性の幅を広げようとした。
野生型とG2019S変異体の差が小さいことはLRRK2リードが行き詰まる典型的な理由で、変異体への偏りを生む骨格変更は注目に値する。細胞内の生理的ATP濃度でもその偏りが保たれるか、二環式アミンが脳移行性とクリアランスにどう影響するかを見たい。
結合速度論を活用してHDAC2選択的阻害薬KTT-1を発見
- 酵素と阻害薬の結合について熱力学だけでなく速度論も評価することで、HDAC2選択的阻害薬KTT-1(化合物12)を見いだした。
- HDAC2との複合体のX線結晶構造とモデル化合物の量子化学計算から、2-フラニル基が選択性に寄与すると考えられる。
- 細胞では高度に相同なHDAC1よりHDAC2を優先的に阻害して神経突起伸長を促し、ストレス脆弱性マウスでは記憶とうつ様行動を改善した。
HDAC1/2の活性部位はほぼ同一だが、IC50だけでなく滞留時間で選別すれば突破口になる。フラニル基の寄与が結晶構造とQMの両面から裏づけられているのも検証しやすい。細胞でHDAC2優先を示す例は珍しく、脳内曝露を伴うニューロンでの再現を見たい。
DELヒットから脳移行性の可逆的MAGL阻害薬MAGLi 432へ
- DNAエンコード化合物ライブラリー(DEL)由来のビシクロピペラジン系ヒットを構造ベースで最適化し、可逆的MAGL阻害薬である化合物1.5(MAGLi 432)に到達した。
- 高い活性、他のセリンヒドロラーゼに対する選択性、CNS創薬に適した性質を兼ね備え、ラットでの経口半減期も良好だった。
- ヒト脳ホモジネートでMAGLを阻害し、マウス神経炎症モデルでも有効性を示した。最適化はトランスレーショナルな「Five-Star Matrix」の枠組みで進められた。
慢性投与でCB1の脱感作に悩まされた不可逆型MAGL薬を思えば、まず注目すべきは可逆性だ。非共有結合のDEL由来ケモタイプでヒト脳組織でも標的結合を確認できているのは良い雛形で、ヒト組織での評価を終盤でなく早期に回す習慣は真似したい。
ポーズ予測の精度は、骨格あたり結晶構造約5個で頭打ちに
- オープンサイエンスのCOVID Moonshotによる403件のSARS-CoV-2主プロテアーゼ構造を用い、新規結晶構造をいくつ取得する価値があるかを検証した。
- 類似リガンドの参照構造が最良のポーズ予測を与え、成功率はBemis-Murcko骨格あたり約5構造で頭打ちとなり、リード系列では95%を超えた。
構造生物学に具体的な予算の目安を与える結果で、骨格あたり約5構造を超えると、追加のソーキングがポーズ予測に与える利得は小さい。ただしMproは剛直で扱いやすいポケットなので、柔軟なキナーゼや誘導適合型の標的にこの数字をそのまま当てはめるべきではない。
How Many Crystal Structures Do You Need to Trust Your Docking Results? ↗
モデリング主導でデングウイルスNS4B阻害薬候補、全血清型を視野に
- 構造未解明のNS4Bについて、4血清型すべての比較モデルを作成し、耐性変異と整合する保存された膜貫通ポケットを見いだした。
- JNJ系列阻害薬のドッキングから場ベース3D-QSARモデルを構築し、バイオアイソスターや社内化合物のスクリーニングに用いた。
- 最有力のBNJ-495は血清型2に対し非常に強力で選択性指数も高く、保存された結合相互作用から広域スペクトルが期待される。
構造のない膜タンパク質に対し、ホモロジーモデルと3D-QSARで前向きに検証されたヒットを得た点が貴重だ。ただし「全血清型対応」を信じるには、残る3血清型での実測と、JNJ系列の課題が引き継がれていないかの確認が要る。
Structure-Guided Design of a Subnanomolar Dengue Virus NS4B Inhibitor ↗
構造ベース設計でpan-YTHDF型m6Aリーダーの高活性リガンドを創出
- YTHDF1、YTHDF2、YTHDF3は細胞質でm6A修飾mRNAを読み取るタンパク質で、このプレプリントはそれらを標的にしたタンパク質構造ベースの創薬化学研究を報告しています。
- 狙いは、リーダーを1つずつ狙うのではなく、3つのパラログすべてに結合するリガンドです。
- アブストラクトの冒頭部分のみ確認できたため、活性や細胞データは本稿では扱っていません。
YTHドメインの芳香族ケージは電荷を帯びた攻めにくいポケットなので、構造に基づく前進は追う価値があります。3つのリーダーの冗長性を考えれば、パラログ全般に効くリガンドは理にかなった選択です。プローブと呼ぶには、YTHDC1/2への選択性と細胞内での標的結合の証拠が欲しいところです。
初の合成PAPP-A阻害薬が細胞内およびin vivoでIGF-1シグナルを抑制
- PAPP-Aは分泌型メタロプロテアーゼで、IGF結合タンパク質を切断して局所のIGFシグナルを制御する。IGF-1R標的に代わるアプローチとなり得る。
- IGFBP-5由来のアンカー配列を基盤に、切断される結合をホスフィン酸またはホスホン酸に置換し、強力で選択的な化合物を得た。
- クライオ電顕で活性部位への結合様式が示され、IGFBP-4およびIGFBP-5の切断を阻害した。
- A549細胞でstanniocalcin-1と同程度にIGF-1シグナルを抑制し、in vivoでもPapp-aa依存的なシグナルを阻害した。
IGFBP-5由来アンカー配列の切断結合をホスフィン酸やホスホン酸に置き換えるのは典型的な遷移状態模倣で、クライオ電顕の結合ポーズは亜鉛配位の仮説を裏づける材料になる。IGF-1RではなくプロテアーゼのPAPP-Aを狙う発想は、選択性の面で理にかなう。ただしプレプリントなので、近縁メタロプロテアーゼに対するKi値と、ペプチド性リードの安定性・膜透過性を確認してからin vivoの結果を評価したい。
入口チャネル標的設計でNNRTIリードJK-4bの細胞毒性を低減
- JK-4bは野生型および臨床HIV-1変異株に強力な活性を示すNNRTIだが、高い細胞毒性のため開発が中止されており、本研究ではこれをリードとして新規誘導体を設計した。
- NNRTIの入口チャネルを狙う構造ベース設計により、細胞毒性が低く選択性の高いシリーズが得られた。
- 主要化合物9nは、二重変異株を含む代表的な耐性変異株に対して強い活性を保ち、エトラビリンと同程度であった。
- 9nはチトクロームP450阻害が小さく、ヒト肝ミクロソームでの代謝安定性も良好で、さらなる開発が期待される。
お蔵入りしたリードの救出は、ゼロから始めるより面白い。JK-4bには活性も耐性株カバーもすでにあったので、問われたのは入口チャネルとの相互作用で細胞毒性を切り離せるかどうかだ。9nのプロファイルが再現するなら、毒性はファーマコフォアに固有ではなく骨格の調整で動かせたことになる。二重変異株でエトラビリンに並び、P450阻害も微小、ミクロソーム安定性も良好という点は、さらに合成を進める前に確認したかった材料そのものだ。
構造ベース設計でクラスIII RTKのオフターゲットを回避した野生型KIT選択的阻害剤
- クラスIII受容体型チロシンキナーゼ間ではATP結合部位が高度に保存されており、KITのみを選択的に阻害するのは難しい。本研究は構造ガイドの最適化でこの課題に取り組んだ。
- トリアゾロピリジン型ヒンジ結合部位が選択的な出発点となり、中央リンカーの変更により、活性と薬物動態が向上した「逆」アリールアセトアミド系列へ展開した。
- ピラゾールリンカーとヒンジ結合部位の修飾でヒト血清存在下でも活性を維持し、末端アリール基の調整でCYP時間依存的阻害が軽減され、キノーム選択性も向上した。
- 結晶構造から、ゲートキーパー近傍のリンカーの立体電子効果が選択性を左右し得ることが示され、慢性疾患治療に適したリード化合物が得られた。
目を引いたのはヒンジ結合部ではなくリンカーだ。ゲートキーパー近傍の立体電子効果が、クラスIII RTK間のATP部位の類似性では本来得られないはずの選択性を生んでいるらしい。混み合った他のキナーゼファミリーにも使えそうな手がかりだ。さらに、CYPの時間依存的阻害とヒト血清下での活性という問題を同じキャンペーンで解決している点も好印象で、慢性投与を見据えたリードという印象を受ける。
アリールスルファメート、炭酸脱水酵素IX阻害薬として系統的SARを解析
- オルト・メタ置換アリールスルファメートを合成し、低酸素性固形がんで過剰発現するCA IXに対し、熱シフト、酵素阻害、生細胞競合アッセイで評価した。
- 最良の化合物はCA IXに非常に高い親和性で結合し、複数のアイソザイムとのX線構造から、親和性と選択性を担う官能基が明らかになった。
- pH依存性の結合データから、脱プロトン化した負電荷のスルファメート窒素が活性中心の亜鉛に配位する機構が示された。
CA阻害薬はスルホンアミドが主流なので、結晶構造に裏付けられたスルファメートのSARは、ケモタイプの幅を広げる有用な知見だ。腫瘍CA狙いのプログラムはCA I・IIへの選択性で頓挫しがちで、共結晶はそこへの具体的な手がかりになる。生細胞での競合データは組換え酵素のみの評価より信頼できるが、リード様と呼ぶには低酸素細胞での活性と物性も見たい。
Structure-Affinity and Selectivity of Aryl-Sulfamates as Inhibitors of Carbonic Anhydrase IX ↗
脳移行性の共有結合型BChE阻害剤、アルツハイマー病モデルで認知機能改善効果
- 研究チームは構造誘導型設計を用い、アルツハイマー病の進行に関与するとされるヒトブチリルコリンエステラーゼ(BChE)を標的とする共有結合型低分子阻害剤を開発した。
- リード化合物は血液脳関門透過性を高めるよう設計されており、中枢作用型コリンエステラーゼ阻害剤における主要な課題に対応している。
- in vivo試験では認知機能改善効果が示され、共有結合型BChE阻害がアルツハイマー病の治療戦略として有望であることが支持された。
病期が進むとBChEが上昇し、AChEが低下するという知見が、ついにAChE一辺倒の定説から研究を前進させている。ただ、AChEなど近縁パラログの多いセリン加水分解酵素ファミリーに共有結合ウォーヘッドを当てるなら、効力データだけでなく厳密な選択性データが必要だ。リバスチグミン系の可逆的阻害薬と実際に一線を画すのはCNS移行性——脳への到達は従来ずっと解決できていなかった課題だ。
ポケット指向AI創薬で強力なSTAT3阻害剤を発見、大腸がん治療へ
- 既存化合物ライブラリのスクリーニングではなく、STAT3の結合ポケット内で直接候補分子を設計する、ポケット条件付き自己回帰型生成AIモデルが用いられた。
- この構造ベースの生成的アプローチにより、強力な低分子STAT3阻害剤が創出され、生物学的評価に進められた。
- この阻害剤は大腸がんに対して活性を示した。大腸がんではSTAT3の過剰活性化が腫瘍の増殖・生存を促す既知の要因として知られている。
STAT3のSH2二量化ポケットは浅く動的で、これまで多くの阻害剤プログラム(ニクロサミド誘導体、ペプチド模倣体など)が臨床に届かなかった原因だ。静的なライブラリを再スコアリングするのではなく、ポケット構造の中で直接原子を生成する手法上の飛躍こそが注目点。とはいえ「強力」という評価も、STAT1/STAT5に対する選択性と合成可能なルートが示されるまでは眉唾もの――de novo設計のヒットが頓挫しがちな部分だ。
二段階の生成ダイナミクスが可能にする学習不要のAI創薬設計
- ベイズフローネットワークは、原子の種類と3次元座標を同時に生成することで、標的タンパク質ポケットに適合する分子を設計する。
- この2つのチャネルの挙動は異なり、原子種類は明確な転移点で急激に変化する一方、座標の精度は緩やかに向上する。この傾向は複数のモデルで一貫して見られた。
- この転移点のタイミングを利用した学習不要の改良手法により、標準的なベンチマークにおいて追加の予測モデルなしで既存手法に匹敵するドッキング性能を達成した。
この手法で評価すべきなのは、ターゲットごとの再学習が不要な点だ——それこそ多くの生成AIツールが自分のベンチに届く前に脱落する理由であり、相転移のタイミングに合わせるだけのトレーニングフリーな手法は試す価値がある。ただしベースラインのドッキングに「勝つ」のではなく「並ぶ」だけなのは合格ラインであって成果ではない——CrossDocked2020のスコアは合成可能性や実際の結合については何も教えてくれない。
Hierarchical Phase Transitions in Bayesian Flow Networks Enable Training-Free Molecular Design ↗
ドッキング対決:物理ベース・共フォールディング・ハイブリッドモデルを徹底比較
- 物理ベースのドッキング、深層学習による共フォールディング、ハイブリッドリスコアリング手法が、未知のタンパク質標的や化学骨格に対してどれだけ汎化できるかを比較している。
- 従来の物理ベースドッキングが、真に新規な標的においていくつかの共フォールディング手法より優れていたとする最近のRuns-n-Posesベンチマークを踏まえている。
- ポーズ予測精度とランキング性能を評価し、標的の新規性に応じたドッキング戦略選択への実践的指針を提供している。
真に新規な標的では物理ベースドッキングが共フォールディング手法に依然として勝るという結果、これが何度も頭に浮かぶ——深層学習モデルはフォールディングの物理を解いているのではなく、PDBのカバレッジをパターンマッチしているに過ぎず、類似構造のない標的に当たった途端にそれが露呈する。共フォールディング手法がゼロアナログの事例で実証されるまでは、両方走らせて古典的スコアをタイブレーカーとして信頼する。
Multiparadigm Benchmark of Molecular Docking: From Physics to Co-Folding and Hybrid Models ↗
X線構造解析で見えた、キナーゼ阻害剤による保存触媒残基への結合様式
- 300を超えるキナーゼ阻害剤複合体のX線共結晶構造を解析し、繰り返し現れる非共有結合的な接触パターンを網羅的に整理した。
- ATPポケット近傍に存在する保存されたLys、Asp、Glu残基を「触媒クラスター残基(CCR)」と定義し、これらが触媒作用を担いつつ結合した阻害剤と頻繁に接触することを示した。
- ほとんどの阻害剤化学型において、これらの極性残基は共有結合ではなく非共有結合的相互作用を形成しており、リガンド設計における汎用的な足がかりとなり得る。
- CCRの側鎖配向はキナーゼの活性型・不活性型といったコンフォメーション状態と連動しており、結合の幾何構造が構造動態と結びついていることを示している。
- 著者らは、このコンフォメーション連動的な性質が、効力向上とキノーム全体にわたる選択性の調整を目指した合理的・構造基盤型の阻害剤設計に活用できると論じている。
「Catalytic Cluster Residues」という呼び方は目新しいが、根底にあるアイデア自体は、キナーゼ屋なら誰でも経験的に使っている手法だ――Lys-Gluのイオン対やDFG-Aspとの接触など。 今回の価値は、それを体系化した点にある。300以上の構造があれば、ヒンジ結合やバックポケットでの選択性稼ぎではなく、これら極性残基との相互作用を積極的に狙うべきタイミングを統計的に判断できる。 CCRの配座がactive/inactive状態と本当に連動しているなら、それは実用的な設計レバーになりうる――共有結合ウォーヘッドに頼らず、塩橋や水素結合でtype-I/type-IIの結合様式を作り分けられるかもしれない。システインの副反応リスクや共有結合の可逆性が気になる場面では魅力的だ。 ただ、この配座連動の主張がキノーム全体で本当に成り立つかは懐疑的だ。300構造も、サブファミリーごとに分けてみるとEGFR・ABL・CDKなど一部のスキャフォールドにPDB登録が偏っている可能性が高く、網羅性は決して十分とは言えない。
A Structural Perspective on Non-covalent Targeting of Conserved Polar Residues in Protein Kinases ↗
大規模バーチャルスクリーニングで統合失調症標的TAAR1の新規強力アゴニストを発見
- TAAR1は、統合失調症治療における非ドパミン系の新たな薬剤標的として注目されているGタンパク質共役受容体(GPCR)である。
- 研究チームは、TAAR1の活性化状態モデルに対し、約6500万種の化合物を対象とした構造基盤バーチャルスクリーニングを実施した。
- 上位55化合物を実験的に検証した結果、14化合物がTAAR1アゴニストとして真の活性を示し、その効力はミッドナノモルからマイクロモルの範囲であった。
- その後のヒット化合物の最適化により、ナノモル濃度で効力を示すアゴニストが得られ、クライオ電子顕微鏡(cryo-EM)構造によってドッキングで予測された結合様式が確認された。
- 最適化された3つのアゴニストは高い脳内移行性を示し、その効力は臨床開発中のTAAR1標的抗精神病薬候補ウロタロント(ulotaront)を上回るとされた。
- マウスでは、これら3化合物がいずれもアンフェタミン誘発性のプレパルス抑制の乱れ(統合失調症モデル)を正常化し、従来の抗精神病薬に一般的な副作用であるカタレプシーを引き起こさなかった。
まず目を引くのは数字だ——6500万分子のドッキングスクリーニングから選ばれた55の上位ヒットを実験検証し、14個(約25%)が本物のTAAR1アゴニスト活性を示した。活性化状態モデルを使った構造ベースGPCRスクリーニングとしては驚くほど高いヒット率で、単なるドッキングスコア遊びではないことがcryo-EMによる結合ポーズの確認で裏付けられている。薬理プロファイルはさらに魅力的だ——脳内移行性が高く、ウロタロントを上回る効力を持ち、PPIアッセイでカタレプシーを誘発しない。これこそ非ドーパミン作動性という売り文句が実際に効いている証拠だ。ウロタロントはもはや全TAAR1アゴニストが超えるべき基準となったが、この3化合物はその基準を突破した。あとはこのSARが他の骨格にも一般化するかが見もの。
Structure based discovery of antipsychotic-like TAAR1 agonists ↗
研究者ら、代謝性疾患治療に向けたキノリン系CYP8B1阻害剤のリード化合物を開発
- CYP8B1は胆汁酸合成経路に関わる肝臓の酵素で、非アルコール性脂肪性肝疾患(NAFLD)や2型糖尿病といった代謝性疾患の治療標的として注目されている。
- 研究は、ハイスループットスクリーニングで見出されたCYP8B1阻害剤「化合物1」から始まったが、代謝安定性が低く動物実験に進めなかった。
- 化学者らは構造に基づく薬剤設計と代謝物同定を組み合わせて分解の仕組みを解明し、DMPK(薬物代謝・薬物動態)データに基づくアナログ合成で構造活性相関を探索した。
- こうした取り組みにより、代謝安定性が大幅に改善されたキノリン系誘導体「化合物9」が創出された。
- マウス実験では化合物9がin vivoでCYP8B1を強力に阻害することが示され、さらなる最適化に向けた確かなリード化合物となった。
化合物1が生体内試験に使えないほど早く分解する→代謝物を同定する→その脆弱性を潰すように再設計する、というのはDMPK主導のリード最適化の教科書的な進め方だ。こういう工程を隠さずきちんと示してくれるのは好印象。最終的にキノリン骨格に落ち着いた点も評価できる——合成が扱いやすく、SAR空間もよく理解されているので、類縁体展開がしやすいはずだ。CYP8B1/胆汁酸経路も、NAFLDやT2D領域で使い古されたFXRやGLP-1とは違う土地なのがいい。ただ引っかかるのは、化合物1から安定でin vivo活性のある化合物9まで、一連のキャンペーンでここまでスムーズに到達した点。代謝上の弱点を実際に潰した置換基や環の変更が何だったのか、そこのSARテーブルを見るまでは全面的には信じきれない。
研究者、Th17細胞の転写を調節する選択的HDAC4・HDAC7阻害剤を開発
- HDAC4とHDAC7は発現が限られたクラスIIaヒストン脱アセチル化酵素であり、広く発現する他のHDACファミリーよりも選択性の高いエピジェネティック標的となり得る。
- 両酵素はTh17細胞分化を駆動する転写プログラムに関与し、この経路は炎症性腸疾患やその他のTh17関連炎症性疾患と関連している。
- 研究チームは既知のクラスIIaスキャフォールドであるTMP269の金属結合領域と疎水性接触領域を改変し、HDAC4/7を標的とする新規誘導体シリーズを構築した。
- レポーター遺伝子アッセイ、結合試験、およびドッキング解析により、HDAC4とHDAC7への選択性をそれぞれ左右する異なる構造的特徴が明らかになった。
- この研究により、HDAC4とHDAC7の機能を個別に解析するための選択的かつ強力な化学プローブ、さらにはTh17を標的とした治療薬開発の出発点となる化合物が得られた。
クラスIIa HDACは一族の中でも変わり者で、本質的な脱アセチル化活性がほとんどなく、機能の多くはきれいな触媒ポケットよりタンパク質間の接触に依存している——だから汎用的なHDAC薬理基団では選択性が出にくい。ゼロから設計せずTMP269を出発点にしたのは現実的な判断だ。実証済みのクラスIIaバインダーを金属結合ウォーヘッドと隣接する疎水性接触部位でチューニングする方が、盲目的な探索よりはるかに着手しやすいSAR課題になる。そこからHDAC4とHDAC7の選択性を引き出せたのが本当の収穫で、両者は相同性が高くきれいな分離が難しいことで知られている。臨床のHDAC阻害剤の大半はパンあるいはクラスI選択的なので、アイソフォーム純度の高いクラスIIaプローブは、リード化合物を云々する前段階でTh17生物学を解剖するための実用的なツール化合物として本当に価値がある。
p38δキナーゼ阻害剤、自らのポケットを変形させ選択性を獲得
- Seidlerらの研究チームは、がんに関与するMAPキナーゼp38δ(デルタ)を標的とする低分子阻害剤を開発し、その結合機構をAngewandte Chemie International Editionに報告した。
- 構造解析により、この阻害剤はキナーゼのATP結合ポケット内にある柔軟なループと当初立体的に衝突することが判明した。通常であればこの衝突は結合を妨げるはずである。
- ところが阻害剤はループを排除するのではなく、その立体構造を変化させ、自らを取り囲むように折り畳ませることで、通常にない密着した「自己封入型」の結合様式を作り出した。
- 著者らは、この誘導適合によるポケット再構築を、静的なポケットに合わせて分子を設計する従来の構造ベース設計とは異なる、キナーゼ選択性を得るための新しい経路として提示している。
- この知見は、立体的な衝突を避けるのではなく、ポケットの柔軟性を積極的に利用することが、今後のキナーゼ標的薬設計における選択性向上の戦略になり得ることを示唆している。
立体的な衝突が「欠陥」ではなく「武器」になった、というのがまず唸らされる点だ。ATPポケットを固定された鋳型として扱い、そこにリガンドを合わせ込むのが普通の発想なのに、今回はループがインヒビターを包み込むように折れ曲がり、"邪魔な"衝突がそのまま選択性の足がかりになっている。これはロック・アンド・キー的な発想を根本からひっくり返す話だ。 選択性の観点でも新しい手札だと思う。みんなヒンジ領域の微調整やDFG-out、アロステリックポケットで選択性を狙ってきたが、誘導的な自己包接はまったく別の軸だ。他のキナーゼプログラムにも応用したくなる。 ただ懐疑的にもなる。これは意図的に設計できるものなのか、それともこの一系列で偶然当たって、結晶構造が出た後に理屈をつけただけなのか。ポケットの再構築を再現可能に狙えるなら大きいが、一発限りの誘導適合エピソードなら良い論文止まりだ。 あとp38δはp38αに比べて薬づけが進んでいないターゲットなので、ここでの新しい選択性戦略には実際の伸びしろがある。
CTLH-MKLN1リガーゼが多様なデグロンを認識する仕組みをクライオ電子顕微鏡で解明
- CTLH-MKLN1 E3ユビキチンリガーゼが3種類の異なる基質タンパク質と結合したクライオ電子顕微鏡構造が解かれ、この受容体サブユニットが標的を認識する仕組みが明らかになった。
- MKLN1はディスコイジンドメインとKelchドメインを協調的に用い、単一の結合面ではなく複数の接触点で基質を捉える。
- MKLN1はディスコイジン-Kelch間の結合を介して自身の二量体同士を認識でき、この相互作用が他の基質との結合と競合する。
- ZMYND19とアダプター結合型UNG2では、C末端のアルギニン残基がMKLN1のKelchチャネルに挿入されており、MKLN1がアルギニン/C末端デグロン受容体であることが示された。
- 別のアダプタータンパク質がUNG2のアセチル化N末端を内部トンネルに配置し、アセチル化N末端デグロンを認識する独自の経路が明らかになった。
- 今回の知見はE3リガーゼによる基質認識機構の理解を広げ、CRBNやVHL以外を標的とする分解誘導薬戦略に新たな可能性を示す。
デグロン3種類を1つの受容体が読み分ける——CRBN/VHLに食傷気味の分解薬屋には見出しだけで十分刺激的だ。最もドラッグライクに見えるのはC末端Argを読むKelchチャネル。KEAP1のようにKelchドメインは狭い溝に小さな極性リガンドを収める実績があるので、コンパクトなペプチド模倣アンカーは現実的な設計仮説になりうる。一方でアセチル化N末端を認識するトンネルはアダプター依存でまだ霧の中——アセチルN末端デグロンを狙った低分子はまだ存在せず、近い将来のグルーというよりフラグメントスクリーニングの領域だ。最大の落とし穴はMKLN1が同じdiscoidin-Kelch界面で自己二量体化すること。狙うリガンドは内在性の高アビディティなPPIに勝たねばならず、選択性もターゲットエンゲージメントも一筋縄ではいかない。今回は純粋な構造生物学で化学物質はまだないが、CRBN/VHLに偏りがちなE3リガーゼの手札を広げる正当な新顔候補ではある。
マラリア侵入を左右する隠れたループ
- これは新規の実験データを伴う論文ではなく、抗マラリア薬の標的であるPlasmodium falciparum頂端膜抗原1(PfAMA1)に関する総説・考察記事である。
- PfAMA1はロプトリーネック蛋白2(PfRON2)と結合してmoving junction(移動接合部)を形成し、マラリア原虫が赤血球に侵入する際に不可欠であるため、このタンパク質間相互作用は重要な治療標的とされる。
- これまでの構造ベース阻害剤設計の多くは、PfRON2ペプチドを収容するPfAMA1上の明確な溝である疎水性トラフ(hydrophobic trough)を標的としてきた。
- 著者らは、このトラフ近傍にあるドメイン2(D2)ループが、固定された構造ではなく、隠れた(cryptic)コンフォメーション依存的な動的挙動を示すことを指摘している。
- これまで見過ごされてきたこのループの柔軟性が、PfAMA1がPfRON2を認識する様式に重要な影響を与えていると論じている。
- 本総説は、今後の抗マラリア薬設計において、結合部位を静的なものとして扱うのではなく、トラフ自体に加えてD2ループの動的挙動も考慮すべきであると提言している。
トラフだけを見て設計していたら、一つの共結晶構造からリジッドなファーマコフォアを組んで、なぜ類縁体が説明できない形で活性を落とすのか悩んでいただろう——それがD2ループの仕業だ。主要ポケットの隣にクリプティックでコンフォメーション依存の要素があるということは、PyMOLで眺めている『ドラッガブルな溝』がバインディングイベントの全てではないということ。剛体レセプターのSBDDをもう一周するより、アンサンブルドッキングや短いMDでまず狙うべき状態を可視化する必要がある。これはBcl-2/Mcl-1やMDM2-p53の仕事と同じ教訓で、定義されたホットスポットの近くにある柔軟なループやヘリックスこそが、しばしばアンカーポケットではなく選択性を決めている。新しい化合物が出てきたわけではないが、自分たちのPfAMA1シリーズをループを意識したアンサンブルで見直し、SARのギャップを単なるノイズと片付けていないか確認する良いきっかけだ。
可逆仕事メタダイナミクスが高速なヒット選別を実現、AI共フォールディングの「記憶バイアス」も浮き彫りに
- バーチャルスクリーニングでは、高速だが近似的なスコアリング関数に起因する偽陽性が課題となる一方、それを排除できる高精度な自由エネルギー計算は、日常的なハイスループット用途には依然としてコストが高すぎる。
- 著者らはCTMD(c(t)ベースのメタダイナミクス)を開発した。これは、短時間・独立した複数のメタダイナミクス軌道から得られる非平衡可逆仕事推定量c(t)を用いて結合安定性をランク付けする手法で、収束した結合自由エネルギーを必要としない。
- 多様な標的とケモタイプにわたり、CTMDは高速かつ移行性が高く、パラメータ調整をほとんど必要とせずに、頑健な初期エンリッチメントを示した。
- AI共フォールディング手法をベンチマークした結果、Boltz-2のエンリッチメントは訓練データとの類似性に比例し、活性部位を大きく改変しても同様の傾向が持続することが判明し、真の結合物理よりも記憶(メモライゼーション)に依存している可能性が示唆された。
- CTMDは、迅速なドッキング/共フォールディング手法と高コストな自由エネルギー計算の中間に位置するオープンソース手法として提案され、創薬キャンペーンにおける無駄なリソース消費の削減が期待される。
ドッキングと本格的なFEP計算の間にぽっかり空いていた「選別層」を、まさに埋めてくれる手法だ。ドッキングのスコアだけでは合成の優先順位をつけるには雑すぎるし、バーチャルスクリーニングのヒット全てにFEPを回すのは予算的にも納期的にも現実的でない。CTMDの短時間・独立したメタダイナミクス走行とc(t)推定量は、まさにそのギャップに収まり、実際にどの化合物を合成に回すかを変えうる——しかもクラスター規模の計算資源を要しない。オープンソースでチューニングもほぼ不要となれば、専門家が常駐しなくても導入できる。 Boltz-2に関する指摘は、AI共フォールディングを実際の意思決定に使う前に、チームに必ず共有したい内容だ。活性部位を改変しても訓練データとの類似度にエンリッチメントが連動し続けるということは、真の結合物理ではなく既知ケモタイプへのパターンマッチングをしている可能性がある。まさに我々が追い求めている新規スキャフォールドにとって、これは罠になりかねない。
Early-Enrichment Hit Discovery via Reversible-Work c(t) Estimation in Metadynamics (CTMD) ↗
多くの「バーチャルスクリーニング改善」は統計的ノイズに過ぎない可能性、事前登録研究が指摘
- 本プレプリントは、典型的な規模の構造ベース・バーチャルスクリーニング用ベンチマークにおいて、2つのプロトコル間のAUROCやエンリッチメントの差をどこまで統計的に区別できるかという、方法論上の根本的な問いを扱っている。
- 著者らは、ベンチマーク比較が当然信頼できるものだと仮定せず、まずこの解像限界(区別可能な最小の差)を直接測定した。
- 続いて、ドッキング・スコアリングプロトコルに対する6つの介入を事前登録し、それぞれを測定済みの解像限界と照らし合わせて検証した。事後的な「成功」報告ではない。
- この事前登録デザインは、バーチャルスクリーニング分野で時折見られる、ベンチマーク固有の小さな差を一般的な改善として提示してしまう選択的報告の問題を防ぐことを狙っている。
- 本研究は新規阻害剤や特定ターゲットを提案するものではなく、バーチャルスクリーニングの改善をどう評価すべきかを扱う方法論・厳密性の研究である。
- 実務上の含意として、公表されているバーチャルスクリーニング性能向上の主張の多くは典型的なベンチマークのノイズの範囲内に収まっている可能性があり、ヒット探索チームは単一ベンチマークでの改善主張を慎重に扱うべきだとしている。
VSベンダーの売り込みを測る物差しとして、今後はこの論文を使いたい。ベンチマークのAUROCやエンリッチメントのノイズフロアを超えられない『プロトコル改善』は、改善ではなくウェビナースライドで着飾ったコイントスに過ぎない。6つの事前登録された介入はハードルが高く、現実には自分たちのキャンペーン前に事前登録までする人はほとんどいないだろうが、少なくとも共同研究者には、見出しのAUROC上昇ではなく解像限界に対する効果量を報告してほしいと言える。自分にとって一番刺さるのは、co-folding系(Boltz-2など)の熱狂にも同じ検証が必要だという点だ。もしこれらのモデルがPDB近傍のケモタイプを単にパターンマッチしているだけなら、公開ベンチマークで古典的ドッキング/FEPに『勝った』というのも、汎化ではなく記憶に過ぎない可能性がある。この程度の証拠でFEPをブラックボックスに乗り換えるつもりはない。