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トピックス

トピックス

創薬ターゲットとしてのリボスイッチ―その開発の現状と展望―
Riboswitch as a drug discovery target– Current status and prospects of its development –リボスイッチとは，細胞内のビタミン誘導体などのチには合成を促す ON スイッチもあり，制御メカニズ

リガンド濃度に応じて遺伝子発現を自動制御する

ムには転写終結型，翻訳阻害型，選択的スプライシン

mRNA 分子に組み込まれたシステムである．細胞内でグ制御型，mRNA の自己切断型があることが分かって

合 成 さ れ た ビ タ ミ ン 誘 導 体 の 濃 度 が 高 く な る と，いる 2）．リボスイッチを作動させるリガンドは，リボmRNA の非翻訳領域（untranslated region, UTR）にあるスイッチが制御する代謝物が多く，ビタミン誘導体以アプタマードメイン（aptamer domain）と呼ばれるリボ

外にも補酵素，アミノ酸，核酸塩基や金属イオンなどスイッチセンサーにリガンドが結合し，そこから下流細菌の生命維持に必須な物質ばかりである．それゆえ，の発現プラットフォーム（expression platform）の立体構

リガンドの代わりにリボスイッチに特異的に結合する造が変化して，遺伝子発現が制御されビタミン誘導体化合物があれば，人工的な遺伝子発現制御により，細の合成を OFF にする 1）．その後の研究で，リボスイッ菌の必須物質を飢餓状態に陥らせ死滅させることがで

表 1 WHO が公表した「新規抗菌薬が緊急に必要な薬剤耐性菌リスト」に掲載された病原菌に認められた主なリボスイッチ
リボスイッチタイプ

生理的リガンド

リボスイッチが見つかった菌

thiamine pyrophosphate（TPP）
TPP

アシネトバクター，緑膿菌，腸球菌，黄色ブドウ球菌，ピロリ菌，カンピロバクター，サルモネラ菌，淋菌，肺炎球菌，結核菌，インフルエンザ菌，赤痢菌

オフ

flavin mononucleotide（FMN） ‫ك‬

FMN

アシネトバクター，緑膿菌，黄色ブドウ球菌，腸球菌，インフルエンザ菌，赤痢菌，肺炎球菌

オフglucosamine-6-phosphate（GlcN6P）

1++2

glmS

オフ+22+22+
2 3 22+黄色ブドウ球菌，腸球菌

guanineguanineオフ

黄色ブドウ球菌，肺炎球菌

50

トピックス

〔ビタミン 96 巻きると考えられる．リボスイッチは真正細菌，真核生（HTS）など従来のリード化合物の検索方法と同様に決物，古細菌の生物界ドメイン全てで発見されており，して万能ではないため，両者の相補的な利用が推奨さ細菌においては 6,000 種以上に広く存在が認められてれている．TPP リボスイッチに関しては，Cressina らが，いる．その中には WHO が発表した「新規抗菌薬が緊平衡透析法，NMR 分光法，等温滴定カロリメトリー

急に必要な薬剤耐性菌リスト」に上がっている菌も数を組み合わせて，1,300 種のフラグメントライブラリー多く含まれている（表 1）．現在，治療の難しい薬剤耐から最終的に 17 個のヒット化合物を確認した 11）．そ性菌の広がりは深刻になっており，新たな抗菌薬開発のうち 4 個の化合物（2QB，2QC，HPA，SVN，図 1A）の必要に迫られている．以上のことから，創薬の現場について，Warner らは，TPP と同様のアプタマードメ

では既存の抗菌薬とは作用システムが異なるリボスインの立体構造を保ちながら TPP のピリミジン部結合イッチをターゲットとした創薬に期待が集まっておポケットに結合することを X 線結晶構造解析により確

3）

り，発見以来研究が続けられてきた ．実際にリボス認した 12）．この X 線結晶構造解析から得られた情報

イッチ創薬の研究が進むにつれて，作用機序が不明でによって，より親和性の高い化合物の効率的な合成をあるが抗菌作用が知られていたピリチアミン（図 1A），もたらす事が期待される．

ロゼオフラビン，L-アミノエチルシステインや DL-4-

Àavin mononucleotide（FMN）をリガンドとする FMNオキサリシンが，実はリボスイッチをターゲットとしリボスイッチは，FMN の前駆体であるリボフラビンのていたということが明らかになっている 4）5）．本トピッ

生合成や輸送に関わる遺伝子発現制御を行う．FMN リクスでは，リボスイッチをターゲットとした創薬アプ

ボスイッチは，リボフラビンも Àavin adenine dinucleotide

ローチ方法を紹介しつつ，創薬研究の現在までの道の（FAD）もアプタマードメインに結合するが，遺伝子発りと今後の展望について紹介したい．なお，チアミン

現制御が働くのは FMN だけである 13）．この FMN リボピロリン酸（TPP）をリガンドとした TPP リボスイッチ

スイッチは 41 種のヒト病原細菌から発見され，そのうの遺伝子発現制御機構については，以前のトピックス

ちの 7 種は WHO の耐性菌リストに含まれており，TPPで紹介したので参照されたい 6）．
TPP リボスイッチは，真菌，藻類，植物で見つかっ

リボスイッチ同様に広域抗生剤開発ターゲットの有力候補である 7）．Streptmyses davawensis が生産するロゼオフており，チアミンや TPP の輸送や合成に関わる遺伝子ラビンはリン 酸 化され ると roseoÀavin mononucleotide

発現を制御している最も一般的なリボスイッチであ（RoFMN，図 1B）となり，リボフラビンのアナログとしる．特に 48 種ものヒト病原細菌から見つかっており，てグラム陽性菌などの成長を阻害することが知られてい大半が前述の薬剤耐性菌リストに掲載されている菌でる 14）．RoFMN の作用機序が FMN リボスイッチを介すあることから，広域抗生剤開発の最有力ターゲットとることが検証され，誘導体の構造活性相関の検討に7）して注目されている ．しかし，現時点でピリチアミ

よって，より強力な選択性と遺伝子発現制御活性を兼ン以外の TPP リボスイッチをターゲットとする抗菌活ね備えた 5FDQD（図 1B）が発明された 15）16）．一方，リ性を持つ化合物は得られていない．TPP リボスイッチ

ボフラビン要求性によるスクリーニングによってリボをターゲットとした創薬研究は，先ず TPP 類似体の構シル（図 1B）が発見された．リボシル耐性株は全てリ造活性相関の検討がなされた 8）．その結果，トリアゾーボフラビン合成酵素遺伝子 ribB の FMN リボスイッチ

ルチアミン（図 1A）とその誘導体が TPP リボスイッチに変異が認められている．フラグメントベースで構造に結合し，発現をオフに誘導することがレポーター

活性相関を検討することによって生み出されたリボシアッセイで示されている 9）．一方，近年急速に定着しル C（図 1B）はグラム陽性菌に対して高い効力を示している fragment-based drug discovery（FBDD）と呼ばれたため 17），さらに改良を加えグラム陰性菌にも効果がる手法も徐々に取り入れられた．この手法は，フラグあるリボシル C-PA（図 1B）が合成された 18）．また近年，

メントと呼ばれる分子量の小さな化合物をスクリーニアフィニティー選択質量分析（AS-MS）を用いた自動リングし，リード化合物と呼ばれる薬の候補を探すとこ

ガンド検出システム（ALIS）を利用してアプタマードろから始まる．フラグメントに絞れば少ないライブラメインに結合する化合物のスクリーニングを行った結リーでも有効なヒットを得る可能性が高い．フラグメ

果，2 つの化合物がヒットした（WG-1 および WG-3，ントを軸にお互いを組み合わせて改良を重ね，より高図 1B）．このシステムは，リボスイッチを含む RNAい親和性で結合するリード化合物へと近づけていく研とリガンド候補となる化合物群の混合液を作り，化合究手法であり，創薬研究の加速と成功に大きく貢献し物と結合した RNA 複合体から結合しなかった化合物ている 10）．ただし，FBDD も high-throughput screeningを除去した後，RNA 複合体から化合物を分離して質量2 号（2 月）2022〕

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トピックス

733ࣜ࣎ࢫ࢖ࢵࢳ࡜⤖ྜࡍࡿࣜ࢞ࣥࢻ

S\ULWKLDPLQH

2+1+1
4&%

4%

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11K\SR[DQWKLQH
ʤ+3$ʥ691)01ࣜ࣎ࢫ࢖ࢵࢳ࡜⤖ྜࡍࡿࣜ࢞ࣥࢻ+111111161161 +5R)01

2+1 +ULERFLOULERFLO &2+)'4'

ULERFLO &3$22+&2)

1:*

2+1+21+1111:*

1JOP6ࣜ࣎ࢫ࢖ࢵࢳ࡜⤖ྜࡍࡿࣜ࢞ࣥࢻ6'ࢢ࢔ࢽࣥࣜ࣎ࢫ࢖ࢵࢳ࡜⤖ྜࡍࡿࣜ࢞ࣥࢻ

1++2+22+&2+2 3 22+FDUED*OF13

図1*OF1GHR[\SKRVSKRPHWK\O*OF12PDORQ\OHWKHUWULDPLQRS\ULPLGLQRQH 3&

各種のスクリーニングによってリボスイッチと結合することが認められたリガンド

52〔ビタミン 96 巻トピックス

51DVH-*OF13¶¶
図2

リガンドの結合により mRNA の自己切断を促す glmS リボスイッチの調節メカニズム分析計で測定し特定する方法である．ヒットした化合にしか存在しない guaA と guaB という de novo グアニ

物はリボフラビンの存在に関係なく抗菌活性を示した

ン生合成に関わる遺伝子を制御していることから，こことから，FMN リボスイッチのリガンドとしては効のリボスイッチはナロースペクトラム抗菌薬のターゲッ19），ALIS を用いたアプローチ

トになると考えられる．グアニンリボスイッチの最も有はテスト段階でリボシルを検出していることから，リ望なヒット化合物は，2,5,6-トリアミノピリミジン-4-ワボスイッチをターゲットとした創薬研究に効果的であン（PC1，図 1D）であった 26）27）．PC1 は，グアノシン一ることが示された．
glmS は glucosamine-6-phosphate（GlcN6P，表 1）の合リン酸（GMP）合成酵素（guaA）がリボスイッチの制御下果が不十分であったがにある菌株の増殖を抑制した．しかし，PC1 の存在下成を触媒するグルタミン・フルクトース-6-リン酸アミでグアニンや GMP が黄色ブドウ球菌の生育を僅かしかノトランスフェラーゼをコードする遺伝子で，その回復させなかったので，抗菌効果がグアニンリボスイッ

UTR に GlcN6P をリガンドとするリボスイッチを有する．この glmS リボスイッチは主にグラム陽性菌でみチへの結合によるものだけなのかは不明である．

つかっており，リガンドである GlcN6P は生物の成長剤の開発は，非常に複雑で，生化学をはじめ様々な専以上のようにリボスイッチをターゲットとした抗菌に必要な代謝産物で，細菌の細胞壁の合成に必須の前門分野の知識が必要であるが，いくつかのヒット化合駆体として知られている．このリボスイッチは TPP リ物の報告は着実に研究が前進している証拠であると考ボスイッチなどとは異なり，リガンドが結合してもアえる．しかし一方では，リボスイッチによって調節さプタマードメインの三次構造は変化せず，glmS mRNAれる遺伝子の発現量に対する抗菌剤効力の影響や，invivo でのリガンドに対する耐性の発達メカニズムの解がリボザイムとなり自己切断される．次いで，切断部位の 5’-OH（3’-OH ではない）を認識した RNase J1 en-明など，実はまだ知られていないことも多く，リボス

donuclease によって下流の RNA が分解されて，結果的に glmS 遺伝子の発現が制御されるという非常に興味

イッチ創薬の課題は多い．今後はより多くのヒット化合物を増やすために，タンパク質をターゲットとした深い調節メカニズムを持つ（図 2）20）．glmS リボスイッ

創薬研究のノウハウをリボスイッチに応用し，各リボチに対するリガンド探索は，GlcN6P をベースとしたスイッチの作用機序の特性を利用して確実に評価でき化合物の構造活性相関を検討し，親和性を確認する研るアッセイ方法を確立し，スクリーニングの対象を広究がメインとなっており，現在のところ carba-GlcN6P，げることが不可欠である．近い将来リボスイッチをGlcN-6-deoxy-6-phosphomethyl および GlcN-6-O-malonyl

ターゲットにした新しい抗菌薬が薬剤耐性菌に対するether などが glmS mRNA リボザイム活性を発現させて新規抗菌薬として活躍することを期待したい．

21）

いる（図 1C） ．また RNA 自己切断部位の近傍に蛍光分子を付けて蛍光強度測定することで HTS を行う手法なども報告されているがKey words :riboswitch，regulation of gene expression，

22）

RNA drug target，antibacterial compound，今のところ有力な化合物は得られていない．
グアニンリボスイッチは，プリンヌクレオチドの輸送や生合成に関わる遺伝子の UTR に存在する

23）．このリボスイッチは，WHO の優先的病原体である黄色ブドウ球菌と肺炎球菌の 2 つの病原体に存在している

24）25）．

ただし，グアニンリボスイッチは，少数の臨床病原菌

School of Pharmacy and Pharmaceutical Sciences, Mukogawa Women’s University
Maria Hayashi, Shihoko Sano, Kazuto Nosaka武庫川女子大学薬学部
林麻利亜，佐野支帆子，野坂和人

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トピックス

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