課題番号：29指2008

研究課題名：新規サイトメガロウイルス（CMV）治療薬の開発

主任研究者名 ：前田 賢次 国立国際医療研究センター 研究所 室長
分担研究者名 ：井本 修平 崇城大学 薬学部 准教授
キーワード：CMV・サイトメガロウイルス感染症・逆転写酵素阻害剤・免疫不全・抗ウイルス薬

研究成果

：

（背景・目的）CMV（サイトメガロウイルス）は先天性 CMV 感染症として問題となる場合を除き、ほとんどが不顕性感染の形で生涯その宿主に潜伏感染する。しかし、近年では、エイズなどの免疫不全をきたす疾患、さらには造血器腫瘍など各種の癌に対する強力な免疫抑制を伴う移植治療の拡大により、成人における CMV 感染症のリスクは高くなっている。その一方で、現在使用可能な CMV 感染症に対する治療薬は数が少なく、しかもそれぞれが毒性、耐性出現などの問題を抱えている。本研究では、独自の核酸系化合物のライブラリーから CMV 阻害リード化合物の同定をはかり、構造の最適化（新規化合物合成）を行うことにより、有望な医薬品候補化合物を発見し、サイトメガロウイルス感染症に対する新しい治療薬開発を目指す。

（方法）CMV とウイルスに感染する細胞（MRC-5）を用いた薬剤評価系の構築を行なった。CMV 感染細胞でのウイルス増殖および薬剤による増殖阻害能を MTT 法および QPCR 法にて評価するシステムを樹立、ライブラリーの 100 種類以上の候補化合物の抗 CMV 活性の評価を行なった。さらに抗 CMV 活性を有するリード化合物については最適化（構造の optimization）による新規化合物の合成を進めた。

（結果・考察）現在までに既に 2 系統のリード化合物の同定に成功、それらの詳細な抗 CMV 活性評価と薬剤の特性解析を進めた。そのうちの一つは強力な抗 HIV/HBV 活性を有する 4'-modified NRTIs（核酸系逆転写酵素阻害剤）である CAdA・CdG（Takamatsu et al. Hepatology 62:1024-36, 2015 etc.）と 類似し た骨格を 有する 一連の 化合物 で、 HIV 感染 症治療 薬として 現在臨 床試験 段階に あるEFdA/MK8591 もこのグループに含まれる。EFdA や CAdA・CdG に関しては明らかな抗 CMV 活性を認めなかったが、HIV・HBV に対してほとんど活性を有しなかった類似体の一部のグループに抗 CMV 活性が確認された。その中の YMS14045 という化合物は IC50 が 10nM と非常に強力な抗 CMV 活性を示したが毒性も比較的強かった（CC50：4uM）ため、4’位や炭素環の側鎖を種々に変更した新規化合物の合成を行い、より毒性の低い化合物の開発を進めた。一方で、これらに比べてやや活性（IC50）は劣るものの、in vitro で細胞に対して毒性をほとんど示さない、全く異なる基本骨格を有する別のリード化合物（HKT2-1）の同定にも成功している。こちらのリード化合物は前述の 4'-modified NRTIs のような 5炭糖とは異なる構造を有しており、薬剤活性・耐性プロファイルが全く異なると考えられている。現在、本化合物に対する詳細な活性評価を進めている。今までの解析で、これらの化合物は既存の抗 CMV
薬である GCV（ガンシクロビル）と同様に、CMV の有するリン酸化酵素(UL97)によってリン酸化（活性化体）されるため非感染細胞に対する毒性が少ないことが考えられている。今後はこの両系統の開発を継続するとともに、これらの利点を併せ持つような新しい構造と特性を有する新規の化合物の開発を図り、より安全かつ強力な新しい CMV 治療薬の創製を目指す。

Subject No.

：29a2008

Title：Study for the development of novel anti-cytomegalovirus (CMV) drugs

Researchers：Kenji Maeda (Research Institute, NCGM)
Shuhei Imoto (Dept. of Pharmacy, Sojo University)：CMV, cytomegalovirus, reverse transcriptase inhibitors, immunodeficiency,
antiviral drugs

Key wordAbstract(Background)
Severe cytomegalovirus (CMV) infection occurs in immunocompromised patients such as
HIV-1-infected individuals and hematopoietic tumor patients. In addition, risk of severe CMV
infection in adults is currently increasing due to the growing number of transplantation for
malignant diseases. However, only few therapeutic agents for CMV infections are currently
available, and each of them has problems such as toxicity. In this study, we aim to develop new
therapeutics against CMV infection.
(Method)
We established a drug evaluation system with CMV-infected cells (MRC-5). The inhibitory
effect of drugs was measured by MTT method and QPCR method. Using the assay system, over
100 compounds in a chemical library of nucleic acid analogs were screened and candidates as
lead compounds for anti-CMV drugs were selected. Structural optimization and synthesis for
new compounds that have greater activity with less toxicity was simultaneously conducted.
(Results and Discussion)
In the first year of the study, we have successfully identified lead compounds that belong to two
different groups. One is 4'-modified NRTIs (nucleic acid reverse transcriptase inhibitors) related
to CAdA and CdG with potent anti-HIV and HBV activity (Takamatsu et al. Hepatology 62:1024-36, 2015). EFdA/MK 8591, which is currently under clinical trials as a new anti-HIV drug,
also belongs to the group. Although no anti-CMV activity was observed for EFdA, CAdA, andCdG, we found that some of other 4'-modified NRTIs possessed potent anti-CMV activity(IC50: ~10 nM). However, they also had somewhat strong toxicity, and thus structuraloptimization toward higher activity with less toxicity is currently ongoing.
On the other hand, we also identified another lead compound (HKT2-1) with aunique core structure and activity profile. Our preliminary data suggests that the compound islikely to be phosphorylated (activated) by the UL97 of CMV as well as existing anti-CMV drug
GCV (ganciclovir), and thus it is less toxic to uninfected cells.
In the future we will continue to develop these two different anti-CMV drugcandidates. In addition, we will consider to develop novel lead compounds that have combined
advantages of these two different groups.

平成29年度報告(29指2008)（研究課題名）新規サイトメガロウイルス (CMV)治療薬の開発
前田 賢次（研究代表者）NCGM研究所

近年、エイズなどの免疫不全をきたす疾患、さらには悪性腫瘍に対する強力な免疫抑制を伴う移植治療の拡大により、成人における重症CMV感染症のリスクは高くなっている
研究グループの有する膨大な核酸アナログライブラリー

図1.

GCV は 臨 床 で 用 い ら れ て い る
CMV感染症に有効な薬剤であるが、強力な抗HIV薬の開発（EFdA:臨床試験中）
強力な抗HBV薬の開発

治療不応例の出現や骨髄抑制などの副作用が問題となっている
Ganciclovir (GCV)

一連の核酸アナログライブラリーから抗CMV活性を有する新規リード化合物の同定に成功した

図2.

（今後の研究計画）
1. 強力な抗CMV活性を有する新規核酸系CMV治療薬の開発( 活性評価 [前田]、新規化合物合成 [分担：井本] )2. 活性を有する化合物の活性・毒性発現機序の解析（よりCMV特異的に作用する新しい阻害薬の設計・開発）

HIVに強力な活性を有する（臨床試験中）

HIV・HBVの両方に強力な活性を有する(Takamatsu & Maeda. Hepatology 2015)

今回、これらの類似体（4’-修飾 核酸系逆転写酵素阻害剤）に抗CMV活性を有する化合物が含まれることを見出した

図3.

図5.

抗CMV活性と細胞毒性
Drug

IC50 (mM)

CC50 (mM)(q-PCR)

図4.

GCV0.5>100

ERS-RT651

0.02

1.1

ERS-RT653

0.02

4.3

YMS15045

0.01

4.0

HKT2-1

0.2>100

感染細胞からのCMV産生

図6.

ETV-TP
Prim.

Temp.

開発された化合物は細胞からのCMV産生を強力に抑制する(Yasutake & Maeda. Sci. Rep. 2018)

本研究で開発された化合物は2系統の化合物から成り、いずれも既存の抗CMV薬(GCV)と同等か、はるかに強力な活性を有する.（図3・4）4’修飾基を有する化合物(YMS15045など)はHIVやHBVに活性を有する化合物と極めて類似した構造を有している(図5). 一方で、HKT2-1は全く異なる基本骨格を有しており、活性化メカニズムなども異なることが考えられている.
今後、HIV (図6)・HBV（いずれも逆転写酵素）とCMV (DNAポリメラーゼ)に対しての各種の化合物の活性（親和性）スペクトラムの違いを構造学的に解析する研究も進め、より構造学的エビデンスに基づいた新しいCMV治療薬の創製を図る.

平成29年度報告(29指2008)（分担研究課題）抗CMV活性を有する新規核酸アナログの合成
井本 修平（分担研究者）崇城大学薬学部

1. 4’置換デアザプリンヌクレオシドの合成
X

Y

抗HBV薬開発過程で合成され、抗CMV活性が確認
さ れ た 4’ シ ア ノ -7- 置 換 デ ア ザ プ リ ン 誘 導 体(YMS15020/15045)をもとに、新規ヌクレオシドを設計・合成し、構造最適化を図った。

(例1：4’エチニル誘導体)
XX

YY(例2 ：4’アジド誘導体)

2. 炭素環ヌクレオシドの合成

Z

抗CMV活性が報告されているQYL-769および、満屋グループの化合物ライブラリから抗CMV活性が見出されたHKT2-1の骨格をもとに、新規炭素環ヌク
レオシドの設計と合成を行なった。

Z

3. アシクロ型ヌクレオシドの合成
Y

CMV治療薬であるガンシクロビルおよび、先に挙げたYMS15045の特徴的な骨格をもとに、新規アシクロ型ヌクレオシドを設計し、合成を行なった。

Y

研究発表及び特許取得報告について

課題番号：29指2008

研究課題名： 新規サイトメガロウイルス（CMV)治療薬の開発
主任研究者名：

前田 賢次

論文発表
論文タイトル著者

Nakata H,
Maeda K, Das
D, Chang SB,
Activity and structural analysis of GRLMatsuda K,
117C: a novel small molecule CCR5
Kalapala Rao
inhibitor active against R5-tropic HIVKV, Harada S,
1s.
Yoshimura K,
Ghosh AK, andMitsuya H.

掲載誌

Sci Rep

掲載号

年

under revision -Matsuda K,
Kobayakawa T,
Tsuchiya K,
Hattori SI,
Benzolactam-related compounds promote
Nomura W,
apoptosis of HIV-infected human cells
J. Biol. Chem.
Gatanaga H,
via protein kinase C–induced HIV latency
Yoshimura K,
reversalOka S, Endo Y,
Tamamura H,
Mitsuya H, andMaeda Kin press

2018

Hattori S,
Matsuda K,
Tsuchiya K,
Combination of a latency-reversing agent
Frontiers inGatanaga H,
with a Smac mimetic minimizes secondary
Microbiology
Oka S,
HIV-1 infection in vitro
Yoshimura K,
Mitsuya H, andMaeda K

9：2222

2018

Takamatsu Y,
The high genetic barrier of 4ʹ -ethynyl- Das D, Kohgo
S2451S, Hayashi H,
2-fluoro-2ʹ -deoxyadenosine (EFdA/MKCell
Chem.
Biol.
9456(18)30266DelinoNS,8591) stems from strong interactions
6
with the active site of drug-resistant Sarafianos SG,
Mitsuya H, andHIV-1 reverse transcriptase
Maeda K2018

H. Kumamoto,S. Imoto, M.
Amano, N.
KuwataSynthesis, Anti-HBV and Anti-HIV
Higashi, M.
Activities of 3′-HalogenatedBaba, H.
ACS Medicinal
9(12),pp.1211bis(hydroxymethyl)-cyclopentenyladenines Mitsuya, Y.
Chemistry Letters 1216
(BCAs)
Odanaka, S.
Shimbara
Matsubayashi,
H. Tanaka, andK. Haraguchi

2018研究発表及び特許取得報告について

Kohgo S, Imoto
S, Tokuda R,
Takamatsu Y,
Synthesis of 4’-Substituted Purine 2’- Higashi-Kuwata
Deoxyucleosides and Their Activity
N, Aoki M,
ChemistrySelectagainst Human Immunodeficiency Virus and Amano M,
Hepatitis B Virus.
Kansui H,
Onitsuka K,
Maeda K, andMitsuya H.

3:3313-3317

2018

Yasutake Y,
Hattori S,
HIV-1 with HBV-associated Q151M
substitution in RT becomes highly
Hayashi H,
susceptible to an anti-HBV inhibitor,
Matsuda K,
entecavir: structural insights into HBV- Tamura N,
Maeda K, and
RT inhibition by entecavir.
Mitsuya H.

Sci Rep.

8, 1624

2018

Davis DA,
Mishra S,
Anagho HA,
Aisabor, AI,
Restoration of immune surface molecules
Shrestha P,
in Kaposi sarcoma-associated herpesvirus
Wang V,
infected cells by lenalidomide andTakamatsu Y,
pomalidomide
Maeda K,
Mitsuya H,
Zeldis JB,
Yarchoan R

Oncotarget

8:50342-50358

2017

学会発表
タイトル

発表者

学会名

場所

年月

第32回日本エイズ
学会学術集会・総 大阪会

2018/12/2-4

松田 幸樹、
Mohammad
Saiful Islam、
服部 真一朗、HIV潜伏感染細胞を標的とした新規治療薬開 土屋 亮人、潟 第32回日本エイズ学会学術集会・総 大阪
発に有効なHIV持続感染in vitroモデルの開 永博之、吉村和久、岡慎一、 会
発
玉村 啓和、佐藤賢文、満屋裕明、前田 賢
次

2018/12/2-4

Matsuda K,
Kobayakawa T,
Tsuchiya K,
Hattori SI,
Nomura W,
第19回熊本エイズ
熊本Gatanaga H,
セミナー
Yoshimura K,
Oka S, Endo Y,Tamamura H,
Mitsuya H, andMaeda K

2018/11/6-7

新規HIV逆転写酵素阻害剤の開発と次世代ARTに向けた新しい治療法への応用.シンポジウ 前田 賢次
ム12[ARTの現状：基礎研究者への発信]

Benzolactam-related compounds promote
apoptosis via protein kinase C-induced
HIV latency reversal

研究発表及び特許取得報告について

前田 賢次、服部 真一朗、松IVリザーバー再活性化後のウイルス産生を最 田 幸樹、土屋小限に抑制しつつ潜伏感染細胞を強力に除去 亮人、潟永 博
する新しい"Shock & Kill"療法の開発之、岡 慎一、吉村 和久、満屋 裕明

第28回抗ウイルス療法学会学術集
札幌会・総会2018/6/7-9

熊本 浩樹, 榎本 彩花, 鈴木桃子, 中城 健夫, 鄭 侑利,
2’-フルオロBCA誘導体の合成と抗ウイルス 井本 修平, 鍬 日本薬学会第138年
金沢
作用の評価
田(東) 伸好,天 会
野 将之,青木学,阿部 洋,福原 潔,満屋 裕
明,原口 一広2018年3月

松田 幸樹、服部 真一朗、土屋 亮人、小早川 拓也、大橋南美、野村HIV潜伏感染細胞を標的とした新規治療薬開渉、原田 恵
発に有効なin vitro評価系の開発
嘉、佐藤 賢文、吉村 和久、玉村 啓
和、満屋 裕明、前田 賢次

第31回日本エイズ学会学術集会・総 東京会

2017/11/24-26

Kouki Matsuda,
Shin-ichiro
Hattori,
KiyotoTsuchiya,
TakuyaKobayakawa,
Nami Ohashi,
Analysis of molecular mechanism of HIV-1 Wataru Nomura,
第65回日本ウイル
latent infection & reactivation andShigeyoshi
大阪ス学会学術集会
development of novel therapeutics active Harada,against latent HIV-1 infection.
Yorifumi
Satou,
Kazuhisa
Yoshimura,
Hirokazu
Tamamura,Hiroaki
Mitsuya, andKenji Maeda

2017/10/24-26

その他発表(雑誌、テレビ、ラジオ等)
タイトル
該当なし

発表者

発表先

場所

年月日

研究発表及び特許取得報告について

特許取得状況について※出願申請中のものは(発明名称)記載のこと。
登録番号

該当なし

※該当がない項目の欄には「該当なし」と記載のこと。
※主任研究者が班全員分の内容を記載のこ

特許権者(申請者）
登録日(申請日)（共願は全記載）

出願国