配布先：⽂部科学記者会、科学記者会、厚⽣労働記者会、厚⽣⽇⽐⾕クラブ、京都⼤学記者クラブ、千葉県政記者クラブ、⼤阪科学・⼤学記者クラブ
2023 年 1 ⽉ 4 ⽇

不眠症治療薬が結合したオレキシン受容体の構造を決定―⽴体構造から合理的新規治療薬開発へ向けて―概要
京都⼤学⼤学院医学研究科 浅⽥秀基 特定准教授、林到炫 助教、岩⽥想 教授らは、千葉⼤学⼤学院理学研究院 安⽥賢司 特任准教授、村⽥武⼠ 教授、関⻄医科⼤学 医化学講座寿野良⼆ 講師らと共同で、不眠症治療薬であるデエビゴ（⼀般名：レンボレキサント）が結合したオレキシン 2 受容体（OX2R）の⽴体構造を解明しました。
OX2R は、オレキシン A や B と呼ばれる神経ペプチドと結合することで睡眠、覚醒サイクルを維持・制御する重要な受容体です。そのため、OX2R は不眠症治療薬の重要な標的となっています。これまで、不眠症治療薬であるベルソムラ（⼀般名：スボレキサント）が結合した OX2R の構造は明らかになっていましたが、レンボレキサントが結合した構造は未知のままでした。今回、レンボレキサントとスボレキサントが結合した構造を⽐較することで、不眠症治療薬の効果の違いを分⼦レベルで明らかにすることに成功しました。今回の結果は、治療効果の違いを⽴体構造から明らかにし、不眠症治療薬の効果的な設計に対する理解をより深めることが期待されます。
本成果は、2022 年 11 ⽉ 22 ⽇に⽶国の国際学術誌「Structure」にオンライン掲載されました。

不眠症治療薬レンボレキサントがオレキシン２受容体に結合する様⼦

１．背景
通常、ヒトは夜になると⾃然に眠くなり、朝になると⽬が覚めるという睡眠と覚醒のサイクルを維持しています。この睡眠と覚醒のサイクルはオレキシンシステムによって⽀えられていますが、このシステムは睡眠・覚醒の調節だけではなく、摂⾷⾏動など哺乳類において根源的な⾏動を調節するなど哺乳類にとって⾮常に重要だと考えられています。
オレキシンシステムは、視床下部で産⽣される⽣理活性神経ペプチドの⼀種であるオレキシン A とオレキシン B が脳内に発現する G タンパク質共役型受容体（GPCR）であるオレキシン１受容体（OX1R）およびオレキシン２受容体（OX2R）に結合することで制御されています。オレキシンシステムの重要性は、オレキシンまたは OX2R の⽋失がナルコレプシーと呼ばれる過眠症を引き起こすという発⾒によって認識され、オレキシンシステムの安定が睡眠・覚醒の安定に重要であることが⽰されました。これらの研究成果から、オレキシン受容体に対する不眠症治療薬が開発されるに⾄りました。不眠症は、睡眠障害の中で最も⾼頻度に認められる病態であり、⽇本⼈の約 20％が不眠で悩んでいると⾔われ、もはや国⺠病と⾔える病気となっています。
また、多くの⽅が不眠症治療のため睡眠薬を服⽤していますが、オレキシン受容体に対する薬は依存性の低さなどの特徴があるため広く使⽤されています。⼀⽅、傾眠等の副作⽤も⾒られることから、これらの薬がより安全、安⼼に使⽤できる改善が望まれているのが現状です。そのため、不眠症治療薬の効果の⼀端を『形』から⽰すことができた今回の研究成果は、不眠症やその治療薬の改良に対する理解に貢献すると考えられます。
２．研究⼿法・成果
本研究において私たちは、不眠症治療薬レンボレキサントが結合した OX2R の結晶化に成功し、X 線結晶構造解析法によりその⽴体構造を原⼦レベルで解明しました。膜タンパク質の結晶化には、精製、結晶化、X線回折実験、構造解析など多くの技術が必要となります。特に X 線回折実験は播磨理研の⼤型放射光施設
SPring-8 の BL32XU で⾏う必要があります。このビームラインは膜タンパク質の結晶の測定に適しており、この装置の利⽤は膜タンパク質の X 線結晶構造解析には必須です。
私たちは得られた X 線回折データから２.89Å（1Å は 100 億分の 1m）の分解能でレンボレキサントが結合した OX2R の構造を決定しました。この構造をスボレキサント（不眠症治療薬）が結合した OX2R やレンボレキサントが結合した OX1R の構造と⽐較した結果、レンボレキサントとスボレキサントは受容体の同じ部位に結合していましたが、その結合様式には⼤きな違いが認められました。この違いが、レンボレキサントとスボレキサントの親和性の差である理由であると考えられました（図１）。また、OX1R と OX2R の⽐較で、レンボレキサント⾃⾝の形が変わっていることも分かりました。これはレンボレキサントの結合に重要な OX1Rと OX2R のアミノ酸が異なっているために⽣じる変化でした。また、レンボレキサントにとって、OX2R に結合している時の⽅がより安定していることが分かり、これが OX2R に対する親和性が⾼い理由と考えられました（図２）。これらの結果は、同じような薬でもその結合の仕⽅に違いがあり、その違いにより薬の効果に差が⽣じる可能性があることを『形』から教えてくれます。このように薬が結合している形を知ることは、薬の最適化につながるものと期待されます。
３．波及効果、今後の予定
これまでの研究で決定された構造と今回私たちが決定したレンボレキサントが結合した OX2R の構造を⽐較することで、不眠症治療薬の違いによって受容体との結合様式が異なることを原⼦レベルで明らかにしました。また、これまでの研究で⽰されていた薬理活性の違いと構造の間に相関があることも⽰すことができました。これらの点において本研究の結果は、OX2R を標的とした不眠症治療薬の構造情報に基づいた化合物の探索、いわゆる、構造に基づく創薬（Structure Based Drug design; SBDD）に利⽤可能であると期待できます。その⼀⽅、睡眠・覚醒サイクルのメカニズムを理解するためにはオレキシン受容体の研究だけでは不完全であることも明らかとなっています。従って、今後は睡眠・覚醒サイクル調節機構の全体像を原⼦レベルで明らかにしたいと考えています。
４．研究プロジェクトについて
本研究は、⽇本学術振興会（JSPS）の科学研究費助成事業、国⽴研究開発法⼈⽇本医療研究開発機構（AMED）の創薬等先端技術⽀援基盤プラットフォームなどの多くの⽀援を受けています。
＜研究者のコメント＞
不眠症は国⺠の１/5 が悩む症状ですが、現在は良い薬の開発によりその症状を抑えることが可能になりつつあります。しかし、副作⽤の点などまだまだ多くの改善点が存在するのも事実です。私たちは不眠症の発症メカニズムを原⼦レベルで解明することで不眠症治療に貢献したいという思いで研究を⾏ってきました。今回、不眠症治療薬であるレンボレキサントが結合した OX2R の構造を決定したことで、原⼦レベルで「⾒る」ことでしか分からないことを知ることに成功しました。この構造を決定するためには、結晶化技術や X 線回折実験を⾏うための⼤型放射光施設の利⽤など、様々な技術を取り⼊れる必要がありました。しかし、何よりも本研究に携わった⽅々の尽⼒なくしてこの結果は得られなかったと思います。
今後はこの結果を基に不眠症の分⼦メカニズムの詳細を明らかにしたいと考えています。
＜論⽂タイトルと著者＞
タイトル：Molecular basis for anti-insomnia drug design from structure of lemborexant-bound Orexin 2receptor（レンボレキサント結合型オレキシン 2 受容体の構造から⾒た抗不眠薬設計のための分⼦基盤）
著

者：Hidetsugu Asada Dohyun Im, Yunhon Hotta, Satoshi Yasuda, Takeshi Murata, Ryoji Suno, So Iwata.

掲 載 誌：Structure
DOI：10.1016/j.str.2022.11.001＜お問い合わせ先＞
岩⽥想（イワタ・ソウ）
京都⼤学医学研究科・教授
TEL：075-753-4372
FAX：075-753-4660
E-mail：s.iwata@mfour.med.kyoto-u.ac.jp
浅⽥秀基（アサダ・ヒデツグ）
京都⼤学医学研究科・特定准教授
TEL：075-753-4389
FAX：075-753-4660
E-mail：h.asada@mfour.med.kyoto-u.ac.jp

村⽥武⼠（ムラタ・タケシ）
千葉⼤学⼤学院理学研究院・教授
TEL：043-290-2794
FAX：043-290-2794
E-mail：t.murata@faculty.chiba-u.jp
寿野良⼆（スノ リョウジ）
学校法⼈関⻄医科⼤学医化学講座・講師
TEL： 072-804-2343
E-mail： sunory@hirakata.kmu.ac.jp＜参考図表＞
レンボレキサントが結合した OX2R

スボレキサントが結合した OX2R
Thr1112.61

Thr1112.61

His3507.39

His3507.39

Asn3246.55
Pro1313.29

Pro1313.29
Gln1343.32

レンボレキサント

Gln1343.32

Asn3246.55
スボレキサント：水素結合：疎水性相互作用

図 1 OX2R に結合したレンボレキサントとスボレキサントの⽐較
レンボレキサントではグルタミン（Gln）と強い相互作⽤を形成しているが（左図）、スボレキサントではこの相互作⽤が認められなくなった代わりにアスパラギン（Asn）との相互作⽤が形成されていました（右図）。ま
た、レンボレキサントは分⼦内相互作⽤のおかげで OX2R のプロリン（Pro）とヒスチジン（His）と効果的に相互作⽤が形成されていました。⼀⽅、スボレキサントでは効果的な相互作⽤が形成されず、これらがレンボレキサントとスボレキサントの結合⼒の差として現われると考えられました。

レンボレキサントが結合した OX2R

Thr1112.61

レンボレキサントが結合した OX1R

Ser1032.61
His3507.39

Pro1233.29

Pro1313.29
Gln1343.32

His3447.39

レンボレキサント
Thr1353.33

Gln1263.32
Ala127

レンボレキサント
3.33

：水素結合

図 2 レンボレキサントが結合した OX1R と OX2R の⽐較
レンボレキサントは OX2R（左図）と OX1R（右図）に結合する際にそれぞれ異なる形となることが分かりました。この変化は受容体側のアミノ酸の違いによるものと考えられました。OX2R ではグルタミン（Gln）の隣はスレオニン（Thr）ですが、OX1R ではアラニン（Ala）です。OX2R では、より⼤きな Thr のため OX1R に結合している形が取れないことが分かりました。これによりレンボレキサントは OX2R により安定に結合することが可能であると考えられました。