1
多剤耐性菌感染症克服を意図した多剤耐性菌感染症克服を意図した多剤耐性菌感染症克服を意図した多剤耐性菌感染症克服を意図した多剤排出ポンプ阻害剤多剤排出ポンプ阻害剤多剤排出ポンプ阻害剤多剤排出ポンプ阻害剤
大阪大学大阪大学大阪大学大阪大学 産業科学研究所産業科学研究所産業科学研究所産業科学研究所
教授教授教授教授 山口山口山口山口 明人明人明人明人
大阪大学大阪大学大阪大学大阪大学 産業科学研究所産業科学研究所産業科学研究所産業科学研究所
教授教授教授教授 加藤加藤加藤加藤 修雄修雄修雄修雄
2
従来技術とその問題点従来技術とその問題点従来技術とその問題点従来技術とその問題点
従来技術：抗菌薬による細菌感染症の治療
・多剤排出ポンプの過剰産生に起因するグラム陰性多剤耐性菌感染症が発生
問題点
臨床投与できる有効な治療薬が存在しない
3
グラム陰性菌多剤耐性の背景には多剤排出ポンプの高発現がある
3
・多剤排出ポンプはすべての細菌が持っている細菌の生体防御機構。
・多剤耐性菌では多剤排出ポンプの発現が亢進している。
・多剤耐性菌の広い耐性スペクトルは多剤排出ポンプの高発現によるものである。
グラム陰性菌主要多剤排出ポンプの模式図
多剤耐性緑膿菌臨床分離株(MDRP)における多剤排出ポンプの高発現
研究の背景
4
世界初の多剤排出ポンプ構造決定により､構造に基づく阻害剤のデザインが可能になった
私たちは、2002年に世界で初めて大腸菌の多剤排出ポンプAcrBの構造を決定したのを皮切りに、2006年には初めて薬物結合構造を決定し、2011年には複数の多剤結合ポケットの存在を証明、さらに2013年には大腸菌と緑膿菌の多剤排出ポンプの阻害剤結合構造を決定した。
2006年Nature誌に報告した多剤排出ポンプAcrBの薬物
結合構造2002年Nature誌の表紙を飾った初の多剤排出ポンプ構造決定
排出ポンプの構造決定
200６年薬物結合構造決定
5
proton relay site
H+
H+
Central Cavity③③③③
②②②②
①①①①
ion pair triplet
Arg971
drug
drug
drug
proximal pocket
distal pocket
binding monomer accessmonomer
inner membrane
cytoplasm
periplasm
排出機構多剤排出ポンプは、ホモ3量体が機能的回転輸送機構で
薬物を排出する細胞膜の掃除機だった。
bindingaccess
extrusion
3つの入り口に1つの出口、2つの結合ポケット、プロトンリレーサイトを持つホモ3量体ポンプ
機能的回転輸送機構の模式図
3つのモノマーが待機→結合→排出と順に構造変化する
6
access
monomer
binding
monomer
extrusion
monomer
PN2
PC1
PC2
PN1
open cleft
小分子量薬物
MINO(青）
DOX(橙）
大分子量薬物
RIF(マゼンタ）
EM(黄）
多剤認識機構多剤結合を可能にしていたのはマルチサイト結合だった
7
90° binding
access
extrusion
阻害剤結合部位の決定既知の狭域阻害剤ABI-PPとの結合構造を決定した
Nature 2013
ABI-PP: AcrB, MexBを阻害するが、MexYを阻害しない。
8
AcrB
F178
V139
MexB
F178
V139
MexY
homology model
W177
I138
AcrB/∆acrB MexY/∆acrB∆tolCMexB/∆acrB∆tolC
crystal structurecrystal structure
EM 2µg/ml
ABI-PPがMexYを阻害できない理由
AcrB, MexBでは阻害剤結合ピットのフェニルアラニン178がABI-PPのピリドピリミジン環とπ-π結合を形成しているが、MexYの対応する部位はトリプトファン177で占められており、その大きなインドール側鎖が結合ピットに張り出してABI-PPの結合を立体的に障害しているということが、構造解析によって解明された。
9
MexY
W177
PP
広域阻害剤の設計と合成MexYのTrp177側鎖を迂回して結合できる新規Hx化合
物の合成に成功
Hxはエリスロマイシンとの併用で、はエリスロマイシンとの併用で、はエリスロマイシンとの併用で、はエリスロマイシンとの併用で、MexB, MexYどちらどちらどちらどちら
の過剰発現株の生育も阻害するの過剰発現株の生育も阻害するの過剰発現株の生育も阻害するの過剰発現株の生育も阻害する
Ｈｘ
Hx濃度
Hx濃度
10
新技術の特徴・従来技術との比較新技術の特徴・従来技術との比較新技術の特徴・従来技術との比較新技術の特徴・従来技術との比較
・グラム陰性菌多剤排出ポンプの広域阻害剤を開発。
・多剤耐性緑膿菌を始めとするグラム陰性多剤耐性菌に対する従来型抗菌薬の抗菌活性を復活させる。
・これまでグラム陰性細菌には適応のなかったマクロライド薬などの抗菌薬の使用も可能になる。→グラム陰性菌には耐性が
広まっていないことが期待できる。
・阻害剤自体には抗菌力がないので、阻害剤への耐性菌の出現可能性は低いと期待できる。
・単剤投与が原則の従来の抗菌薬治療に対し、ポンプ阻害剤
併用投与という新しい治療形態により、耐性菌の出現を抑え、抗菌薬使用量を劇的に低減できる。
11
想定される用途想定される用途想定される用途想定される用途
• 既知抗菌薬との併用により、多剤耐性緑膿菌(MDRP)、多剤耐性アシネトバクター(MDRA)などの治療薬。
• CRE, BLPAR, BLNARなど、多剤排出ポンプ過剰産生以外の多剤耐性菌に対しても、多剤排出ポンプ阻害効果により有効になる抗菌剤が期待できる。
• 阻害剤配合抗菌薬という形で、これまでグラム陰性感染菌には無効であった抗菌薬を治療に生かせる。
• 耐性菌以外の感受性菌に対しても、阻害薬を併用することで抗菌薬の投与量を大幅に低減できる。
12
実用化に向けた課題実用化に向けた課題実用化に向けた課題実用化に向けた課題
Hxをリード化合物としてさらに阻害能の向上した化合物を設計・合成すると共に、臨床開発に向けてデータを積み重ねていく
現在：大腸菌、緑膿菌、サルモネラ菌に対する各種抗菌薬との組み合わせによる抗菌力のデータが得られた段階。
今後：臨床的に重要な他の菌種に対するデータを集めると共に、細胞毒性、薬物動態などのin vivoの検証を行う。
13
企業への期待企業への期待企業への期待企業への期待
・多剤耐性菌に対する有効な抗菌薬を開発する意欲を持つ企業と共同研究することで、私たちの開発した多剤排出ポンプ広域阻害剤を臨床薬として育てたい。
・新たな化合物の合成、ポンプの結合構造決定、対象細菌の遺伝子操作や抗菌力測定は大学で分担できるので、企業には培養細胞や動物を用いた細胞毒性や薬物動態等の検証をお願いしたい。
14
本技術に関する知的財産権本技術に関する知的財産権本技術に関する知的財産権本技術に関する知的財産権
• 発明の名称 ：多剤排出ポンプ阻害剤• 出願番号 ：特願2015-238703• 出願人 ：国立研究開発法人科学技
術振興機構
• 発明者 ：山口明人、加藤修雄、
井上雄太、山崎聖司
樋口雄介、櫻井啓介
中島良介、西野邦彦
15
お問い合わせ先お問い合わせ先お問い合わせ先お問い合わせ先【ライセンスについて】
科学技術振興機構
知的財産戦略センター 下岡 正志
ＴＥＬ ０３－５２１４ － ８４８６
e-mail [email protected]
【技術内容について】
大阪大学 産業科学研究所
教授 山口 明人
ＴＥＬ ０６－６８７９ － ８４１８
e-mail akihito＠sanken.osaka-u.ac.jp
Recommended
