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筋萎縮を抑制する ユビキチンリガーゼ阻害剤の開発

徳島大学 医学部 医科栄養学科

教授 二川 健

（※発表当日には、配付資料に載せていないデータとスライドが あります。）

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本研究の目的

（厚生白書1999)）

増加する寝たきり患者数

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1993 2000 2010 2025

百万人

寝たきり

廃用性筋萎縮の治療薬の開発

・動けることによるＱＯＬの改善 ・介護者の負担軽減 ・社会保障費の削減

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なぜ効果的な筋萎縮治療薬が開発されなかったか？

癌のように筋萎縮は直接命にかかわる病気ではなかった。 筋蛋白質合成を高める薬が効かなかった。 ＝ IGF-1 (筋栄養因子)に対する感受性の低下 ＝ IGF-1抵抗性

IGF-1製剤 蛋白質同化ホルモン 高蛋白質食

寝たきり患者の萎縮筋

効かないぞ!! 従来の筋肉増強剤

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IGF-1 (Growth hormone) Anabolic hormone High protein diet

Skeletal muscle atrophied by microgravity

No effect?

Muscle reinforcement agents

Degradation enzyme (Cbl-b?) = muscle atrophy responsible enzyme

Change! Yes, we can!!

In future

Cbl-b inhibitor (Cblin)

MyoLab Molecular mechanism of microgravity- induced skeletal muscle atrophy

L6 cells

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Change! Yes, we can!!

In future

MyoLab Molecular mechanism of microgravity- induced skeletal muscle atrophy

Degradation enzyme (Cbl-b) = muscle atrophy responsible enzyme

(A) (B)

infusion discharge

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ユビキチン化酵素Cbl-bは筋肉細胞のIGF-1抵抗性をおこす原因酵素である。

PI3K

p IRS-1 p p p

Akt

筋蛋白質合成

S6K GSK3

mTOR FOXO 核

Atrogin-1

筋蛋白質分解

寝たきり、宇宙フライトでは

IGF-1受容体

Cbl-b Ub

Ub Ub

Ub

Ub Ub

分解 IGF-1 抵抗性

筋萎縮 (筋量 , 筋力 )

Suzue et al. J Bone Miner Res 2006 21(5): 722-34. Nikawa et al. FASEB J 2004 18(3): 522-4. Nakao et al. Mol Cell Biol 2009 (29(17): 4798-811.

ユビキチン化酵素Cbl-bは廃用性筋萎縮の 原因酵素の一つである。

筋蛋白質合成 筋蛋白質分解

筋萎縮

宇宙またはUnloading環境

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筋注なし

本提案の独創性 ユビキチン化酵素阻害ペプチド（Cblin: Cbl-b inhibitor）の発見

Cblinは、筋萎縮原因酵素の一つであるCbl-bユビキチン化酵素と その基質(IRS-1, 筋栄養因子IGF-1の重要なシグナル分子)との結合を阻害する。

Cblinのユビキチン化酵素阻害作用

Cblin ： - - + - +

坐骨神経切除マウスにペプチドを筋注

Ogawa T et al. Muscle Nerve 200634(4): 463-9. Nikawa et al. FASEB J 2004 18(3): 522-4. Nakao et al. Mol Cell Biol 2009 (29(17): 4798-811.

コントロール 坐骨神経切除

Ub Ub

Ub

Ub Ub

プロテアソーム による分解

筋萎縮

E2

Ub Ub

Ub

Ub Ub

ユビキチン化酵素

IRS-1

萎縮遺伝子の 発現低下 筋蛋白質合成の 増大

E2

Ub Ub

Ub

Ub Ub

IGF-1による増殖 シグナル伝播

Cblin IRS-1 IRS-1

(特願2006-145944)

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Cbl-bとCblin (Cbl-b inhibitor)ペプチドの相互作用を明らかにした。

Cbl-b

ユビキチン化酵素阻害ペプチド‘Cbｌin’

ユビキチン化酵素阻害ペプチドCblinの構造を基に低分子化合物を作成できる可能性が高まった。

本提案の革新性（１）

CblinがCbl-bユビキチン化酵素のどの部位に、またどのような形で結合するかを明らかにした。Cbl-bユビキチン化阻害剤でここまで詳細に検討されているものは他になく、同分野の開発を行っている他の研究室よりはるかに先んじている。

Asp-Gly-ｐTyr-Met-Pro

リン酸化チロシン

特許取得(特許第5113348号)

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ハイスループットスクリーニングシステムが確立されている。 ハイスループットスクリーニングシステムを用い、既にCbl-b阻害活性を有する化合物の基本骨格を同定している。

本提案の革新性（２）

Cblと阻害ペプチド (Cblin, ZAP-70など)複合体構造をテンプレートに使用

化合物ライブラリ－（１）

化合物ライブラリー（２）

170個

98個

合計

268個

ファーマコフォアモデル

ハイスループット スクリーニングシステム 5個 ＝化合物の基本骨格

の同定

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本提案の新規性（１） 表1 ユビキチン化酵素阻害剤とIGF-1製剤・蛋白質同化ホルモンとの比較

Cbl-bユビキチン化酵素阻害剤 IGF-1製剤 蛋白質同化ホルモン

筋細胞への 作用点

IRS-1のユビキチン化と分解を阻害する。その結果、筋細胞のIGF-1抵抗性が改善される。

筋細胞に直接作用し、筋蛋白質の合成を高め、分解を抑制する。

筋蛋白質合成を亢進する。

効果 筋蛋白質分解が抑制され、

筋蛋白質合成が高まる。

寝たきり状態の筋細胞はIGF-1に対する感受性が低下しており(IGF-1抵抗性)のため、廃用性筋萎縮には効かない。

原因は不明だが、寝たきり状態の筋細胞は蛋白質同化ホルモンが効きにくいとされている。

副作用

通常はCbl-bは免疫細胞に多く発現している。筋肉では、寝たきり状態で強く発現が誘導される。寝たきり状態の筋肉に特異的に作用するため、副作用は非常に少ないと考えられる。

IGF-1が作用する細胞は、全身にある。末端肥大症のような重篤な副作用がある。

非常に大きな副作用がある。ドーピング薬でもあり、心停止など突然死の報告も多い。

実用性 有望 × ×

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ユビキチン化酵素阻害剤 プロテアソーム阻害剤

作用点 分解すべき基質と結合するユビキチン化酵素の阻害

ユビキチン化された蛋白質を認識して分解するプロテアソームの阻害

阻害効果の特異性 基質特異性が高いユビキチン化酵素のみ阻害するので、分解阻害すべきターゲット蛋白質を限定することができる。

ユビキチン化された蛋白質の分解を全て阻害する。

副作用 少ない 多い

実用性 ユビキチン化酵素阻害剤として報告されているものはCblin以外はNutlin(抗癌剤として開発中)が報告されている。

すでに骨髄腫の治療薬として実用化されている。但し、副作用が大きいため、他の疾患には応用が難しいとされている。

表２ ユビキチン化酵素阻害剤とプロテアソーム阻害剤との比較

本提案の新規性（２）

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研究期間内の達成目標 前臨床試験に供しうる薬品候補（プロトタイプ）として、動物レベルでも有効なユビキチン化阻害剤を最低でも２種類以上選定する。 判定基準：ユビキチン化酵素阻害係数(IC50)が10 µM以下，Cblinの10分の1

目標：筋萎縮治療薬の開発を目指して

類似課題の有無： なし

ユビキチン化酵素阻害剤を筋萎縮治療剤として世界で最初に実用化する。

最終目標

徳島大学・栄養科学研究科から

ユビキチン化阻害剤は、 世界初の宇宙製剤でもある。

コロンビア号の宇宙実験で Cbl-b遺伝子を発見(1998)

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医薬品候補化合物（プロトタイプ）同定への道筋 動物レベルでも有効なユビキチン化酵素阻害剤を最低でも２種類以上選定する

スクリーニングの進め方 化合物のファーマコフォアモデルによる選択(268候補化合物)は終了

細胞培養系によりユビキチン化酵素阻害活性の高い 化合物を選別 (IC50が10µM以下,Cblinの1/10)

前臨床試験へ

ヒット化合物が見つかった場合 化合物がヒットしない場合

ヒット化合物を大量合成し、 筋萎縮モデル動物での効果を検討 (PK試験→im, sc, po)

筋萎縮阻害効果あり ＝リード化合物

筋萎縮阻害効果なし

医薬品候補化合物

大規模化合物ライブラリーから探索

中規模化合物ライブラリーから探索

小規模化合物ライブラリーから探索

構造解析による最適化

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2020 2010 2026

私の退職

約17年

実用化への道筋

治療薬開発

①薬物動態試験

②毒性試験

前臨床試験

①第Ⅰ

相試験

②第Ⅱ相試験

③第Ⅲ

相試験

臨床試験

日本の高齢者人口が 最大となる時期

今なら間に合う!!

2015

3年間 4年間 医薬品候補化合物の同定

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経済効果と市場規模 Ａ 経済効果

・寝たきりで一般病棟に1年間入院すると約400万円の医療費 10万円(一ヶ月の本人負担額)÷0.3×12ヶ月＝400万円

･寝たきり患者の4分の3は1年以上の寝たきりである

寝たきりを治療できれば大きな医療費節約効果がある

（厚生白書平成11年版より）

100万人

200万人

寝たきり高齢者の将来推計

1993 2000 2010 2025

・最新の降圧剤（経口薬）では、朝1錠の服用で一ヶ月あたり約15,000円かかる。 ・患者のコンプライアンスを高めるため、廃用性筋萎縮の治療薬では、１日1回 服用の経口薬を目指している。 ・開発費を含め１ヶ月あたり20,000円にしたいと考えている。 ・仮に2010年の推定患者数(175万人)の１割が、１ヶ月間服用したとすると １ヶ月あたり約35億円(2万円×17万5千人)の売り上げが期待される。

Ｂ 市場規模

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将来への展望

ユビキチン化酵素阻害剤

今回のユビキチン化酵素阻害剤の開発は、ユビキチン化が関わるあらゆる疾患に 対する治療に大きなインパクトを与える。なぜなら、生体内にユビキチン化酵素は 1，000種以上の存在が確認されており、しかもその多くが疾患の原因酵素になって いると推測されているからである。

神経変性疾患 (特に記憶)

痴呆防止薬

筋萎縮が進む宇宙飛行

新しい宇宙薬

増殖シグナルが亢進した癌 新規抗癌剤

寝たきりによる筋萎縮

世界発の廃用性 筋萎縮治療薬

Cbl-bの遺伝子欠損がT細胞の抗腫瘍作用を活性化することが報告された。つまり、我々の開発したCbl-bユビキチン化酵素阻害剤はT細胞の癌免疫能を亢進する可能性が大である。

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実用化に向けた課題

• 現在、in vitroでユビキチン化酵素Cbl-bを阻害できる候補化合物は特定できている。

• 今後、筋萎縮モデルを用いた動物実験データを取得し、ヒトに適用していく場合の条件設定を行っていく。

• 実用化に向けて、in vivoのデータの取得と化合物の安全性を確立する必要もあり。

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企業への期待 • ユビキチン－プロテアソーム蛋白質分解系は次世代の創薬

ターゲットといわれています。 • 我々が発見した低分子Cbl-b阻害剤は、現時点で特許フリー

です。動物実験で筋萎縮抑制効果が認められた時点で、特許申請する予定です。共同研究していただいた企業に特許申請権をお譲りします。

• 今後医薬品として開発するためには、低分子Cbl-b阻害剤の

基本骨格を修飾して、体内動態や薬効を最適化すること(Editing)が必要です。その基本骨格化合物(既に実用化している医薬品です)の合成技術や誘導体を有する、製薬企業との共同研究を希望します。

• 直接の共同研究が難しければ、ＪＳＴなどの競争的研究資金に共同提案していただける企業を希望しております。

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お問い合わせ先 徳島大学 医学部 医科栄養学科 生体栄養学分野 教授 二川 健 ＴＥＬ ０８８－６３３ －９２４８ ＦＡＸ ０８８－６３３－７０８６ e-mail nikawa＠tokushima-u.ac.jp

独立行政法人 宇宙航空研究開発機構（JAXA） きぼう利用プロモーション室 Z-KIBO-PROMOTION@jaxa.jp 〒305-8505 茨城県つくば市千現2-1-1 筑波宇宙センター