放射光第巻第号()


特集放射光利用の広がり

タンパク質 X 線構造解析の創薬への応用
畠忠

三共株式会社バイオメディカル研究所

Applied Protein Crystallography to Drug Discovery
Tadashi HATA
Biomedical Research Laboratories, Sankyo Co., Ltd.
Abstract
The elucidation of the human genome changes drug research strategy and drug discovery. New technology andknowledge required for genomic drug discovery of the future go beyond the traditional competencies of the pharmaceutical industry. For the performance of genomic drug discovery, it is signiˆcant demand to rapidly obtain structure information of the drug-target proteins. This report is dealed with applications of the three-dimensional protein structure to thedrug discovery process and with interesting protein structures as the drug targets.

.

はじめに

.

1990 年代に公的機関の国際協力で開始されたヒトゲノ

創薬におけるタンパク質三次元構造の利用

. ジヒドロ葉酸還元酵素

ム配列の解析は， 2001 年 2 月には Celera 社及び国際共同1960 年代 前半に， マッコ ウクジ ラのメト ミオグ ロビ

チームによってドラフト配列が明らかとなり，ポストゲノ

ン1) ，ヘモグロビン2) ，ニワトリの卵白リゾチーム3) 等にムとして新しい創薬の手法（ゲノム創薬）を誕生させた。

よって幕が開かれたタンパク質 X 線構造解析が最初に本

従来は，生物個体における病態生理学的事象及び細胞，組格的に薬物開発に利用されたのは， 1970 年後半から 1980

織レベルでの分子生物学的事象に注目し，ランダムスク

年の前半にかけて行われたジヒドロ葉酸還元酵素阻害剤にリーニング等でその事象を引き起こす物質を突き止め，そついてである。ジヒドロ葉酸還元酵素はチミジル酸合成サの物質が作用するレセプター等のタンパク質を発見し，機イクルにおいて， NADPH を補酵素として，ジヒドロ葉能を解析すると言った流れである。ゲノム創薬では，ゲノ酸をテトラヒドロ葉酸に還元する酵素で，細胞の発育に関ム情報から相同性検索や cDNA マイクロアレイ等による与し，動物の組織や植物，微生物にと広く存在している。

遺伝子の発現の変動などから創薬の標的タンパク質を同定

この酵素の阻害剤には代謝拮抗系抗癌作用あるいは抗菌作

し，タンパク質の発現や機能解析を経て，ランダムスク用が期待される。

リーニング等でそのタンパク質に作用する化合物を見出す

Matthews らは，ジヒドロ葉酸還元酵素とその基質であ流れである。しかし，創薬の現場にいる者としては，ゲノるジヒドロ葉酸に類似した代謝拮抗系抗癌剤の metho-

ム創薬の優位性を認めながらも，遺伝子の発現の変動など

trexate （ MTX )4) と抗菌剤の trimethoprim （ TMP )5) とのから創薬の標的タンパク質の同定が可能と言う考えすら，

そ れ ぞ れ の 複 合 体 の X 線 構 造 解 析 を 行 っ た 。 MTX と額面通りに受け取ることは困難であり，現時点ではゲノム

TMP のそれぞれのジアミノピリミジン環はほぼ同じ位置

創薬に幻想を持つことはできない。ランダムスクリーニン

を占め， MTX の末端の COOH 基は， Arg 57 の側鎖と 2

グ以降の実際に薬物を探索する過程もあまり進歩しておら本の水素結合からなる塩橋を形成している（ Fig. 1 ）。

ず，ゲノム創薬に相応しい新薬の開発はまだまだ先のよう

Wellcome 社の Kuyper ら6)はこのことに注目し，TMP のである。タンパク質 X 線構造解析も例外ではなく，ゲノ

メタ位のメトキシ基を O ( CH2 ) nCOOH 基（ n ＝ 1 ～ 6 ）に

ム創薬時代に相応しい方法を模索中であると言えよう。こ変えれば，末端の COOH は Arg 57 あるいはその近傍のこでは，タンパク質の X 線構造解析と言うよりも，今ま

Arg 52 や Lys 32 と塩橋を形成し，酵素との親和性が高までの創薬におけるタンパク質の三次元構造の利用法と，こり，阻害活性が強くなると考え，メチレン鎖の長さの異なれから創薬に役立つと考えられるタンパク質の三次元構造

る TMP 誘導体を合成した。その結果，メチレン鎖が 2 個について紹介し，ゲノム創薬時代のタンパク質 X 線構造（n＝2 ）あたりから，活性が強くなり，メチレン鎖が 5 個

解析確立の一助にしたい。

（n ＝5 ）の時が最大で，TMP （阻害定数 Ki＝ 1.3 nM ）の
約 50 倍強い阻害活性を示した。 n ＝ 2 （ TMP C2 ， Ki ＝0.37 nM ）と n ＝5 （ TMP C5 ， Ki ＝ 0.024 nM ）の化合物について，ジヒドロ葉酸還元酵素との複合体の X 線構造2
58
三共株式会社バイオメディカル研究所 〒1408710 東京都品川区広町 1
3492
3131 FAX: 03
5436
8567 E-mail: hata＠shina.sankyo.co.jp
TEL: 03――(C) 2003 The Japanese Society for Synchrotron Radiation Research




放射光

Figure 2.
tors.

第巻第号()Chemical structures of the thymidylate synthetase inhibi-

技術の総力をもって行った創薬研究と思われる。著者数の多さに驚かされたが，それよりも化合物の合成のスピードに追いつくタンパク質の構造解析のスピードに感心させられ，欧米の製薬会社との実力の差をまざまざと感じざるを得なかった。
チミジル酸合成酵素はチミジル酸合成サイクルにおいて，デオキシウリジル酸をメチル化し，核酸の原料である
チミジル酸の合成に関与する酵素である。チミジル酸合成
酵素阻害剤として既存の CB3717 （TS 1，Ki＝10 nM ，Figure 1.
bitors.

Chemical structures of the dihydrofolate reductase inhi-

Fig. 2）は水溶性のため，腎毒性が認められる。そこで，脂溶性を高めるため， CB 3717 の CO Glu を除去し，アミノ基をメチル基に変えた TS2 を合成すると，活性は低解析を行うと予想通り，TMP C2 は Arg 57と一本の水素下した（ Ki＝2200 nM ）。次に CB3717と酵素との複合体結合からなる塩橋を，TMPC5 は Arg 57と二本の水素結の X 線構造解析の結果では， CB 3717 のベンゼン環のメ合からなる塩橋を形成している（Fig. 1）。

タ位とパラ位近傍に疎水性のポケットがあるので，メタ位

TMP そのものは sulfamethoxazole との配合剤が市販さにCF3 基（ TS 3 ， Ki ＝ 390 nM ），パラ位にSO2Ph 基

れているが，この TMP 誘導体は阻害活性は強くなった（TS4，Ki＝13 nM ）をそれぞれ導入した化合物を合成す

が，水溶性が増し，細菌の膜を透過することが出来なくな

ると，阻害活性は予想通り TS1 より強くなった。複合体

ったため，薬剤としての開発は中止された。また，MTXの X 線構造解析では， TS 3 のCF3 基は Val 262 の側鎖は抗癌剤というよりも，慢性間接リウマチ及び免疫抑制剤と， TS 4 のSO2Ph 基のベンゼン環は Ile 79 の側鎖とフとして現在使用されている。

ァンデルワールス相互作用をしている。しかし，メタ位に. チミジル酸合成酵素

CF3 基 ， パ ラ 位 に SO2Ph 基 を 同 時 に 導 入 し た 化 合 物

1991 年に Aguron 社グループは，創薬を試みているタ（TS 5，Ki＝50 nM ）では，阻害活性は TS4 より弱かっ

ン パ ク 質 結 晶 学 者 に と っ て は 歴 史 的 な 論 文 を J. Med.

た。この原因を調べるため，TS
5 と酵素の複合体の X 線

Chem. 誌に発表した7)。酵素とその阻害剤との複合体の X

構造解析を行うと，隣のCF3 基のためSO2Ph 基のベン線構造解析を基にして，ポケットの大きさや静電相互作

ゼン環の位置がずれていた。ここまでは小手調べで，真の用，疎水結合などを検討し，新たな化合物の設計合成を

狙いは活性部位の構造から新薬のリードとなるような新規行い，次にこれらの化合物の複合体の構造解析を行い，設骨格を探すことである。

計合成をこのように繰り返し，徐々に阻害活性のある化

チミジル酸合成酵素と TS 1 との複合体の構造から，合物を改善していった報告である。著者数は 31 名で，合TS 1 を取り除き，活性部位の鋳型とした。次に，プログ成やスクリーニングの研究者に加えて， X 線解析用に大ラム GRID で，活 性部位と各 種のプロー ブ（OH 基，

量の培養精製を行った分子生物学者，構造を決定した結NH3 基，CH3 基など）との相互作用を検討し，活性部

晶学者，コンピュータグラフィクスにより相互作用を解位に適合する骨格としてナフタレン骨格を見出した。TS析し，新しい化合物の設計行った研究者などで，おそらく

1 との複合体では活性部位近傍に水分子( 430 )と Asp 169

――

放射光

第巻第号()が存在しているので，これらと水素結合するよう，ナフタ
レンの 1 位に C＝O 基を，8 位にNH 基を導入し，この 2つを結合させ g ラクタム環を持つ化合物（ TS 6 ， Ki ＝1600 nM ）を合成した。X 線構造解析を行うと，3 環の部
分は活性部位に存在するが，予想の位置と異なり，NH
基は Asp 169ではなく，Asp 169に水素結合している水分子(402)と水素結合している。そして，活性部位近傍に存在していた水分子(430)は消失している。更に検討すると，

N9 位の周りが窮屈そうなので，Et 基の代わりにMe 基にすると（TS 7 ， Ki＝ 520 nM ），阻害活性は約 3 倍強くなった。末端を TS 4 と同じSO2Ph 基にし，ラクタム環の C ＝ O 基をNH2 基に変えると（ TS 8 ， Ki ＝30 nM ），阻害活性は更に約20倍強くなった。TS4 の複合体の X 線
構造解析行うと，NH2 基は活性部位近傍の水分子( 430 )と Ala 263 の主鎖の C ＝ O 基とそれぞれ水素結合していた。更に誘導体展開が行われ8)，末端をモルホリン環にした TS9 が，AG331として臨床開発の段階に進んだ。
. HIV プロテアーゼ

1930 年ころにアフリカでサルからヒトに感染したと言われる HIV ウイルスによって引き起こされるエイズによる死亡は年々増大し，米国では若壮年層での死亡率が一位になった時もあった。そのため，抗エイズ薬の開発は急務になり，多くのプロジェクトが誕生した。そのような背景により， HIV プロテアーゼとその阻害剤との複合体の X
線構造解析が数多く行われた。米国の RCSB ( Research

Collaboratory for Structure Bioinformatics) を中心にして

Figure 3. Hydrogen bonding Scheme of HIV protease with JG
365 (upper) and HI3 (lower).

運営されているプロテインデータバンク（ PDB ）から，
「 HIV protease 」で検索すると，実に 106 件の X 線構造解
析がヒットする。PDB に登録していない X 線構造解析も多いことから，500件前後の X 線構造解析が行われたと推定される。

HIV プロテアーゼは，ウイルスの RNA から作られる前駆体タンパク質を切断し，ウイルス粒子を構成する機能性タンパク質へ変換するアスパラギン酸プロテアーゼである。 99 個のアミノ酸残基から成るサブユニットを 2 個持つ対称性ダイマーで，サブユニット間に活性部位がある。

DuPont Merck 社の Lam ら9) は HIV プロテアーゼの対称性に目を付け，対称性を保たせるため OH 基を 2 個持Figure 4.

Chemical structures of the HIV protease inhibitors.

つジオールの阻害剤を考えた。当時，ジオールの阻害剤と酵素との複合体の座標値が公表されていなかったので，便法として，ペプチド性のヒドロキシエチレン化合物である環に結合する OMe 基の酸素原子は活性部位の水分子の位

JG365と酵素の複合体の X 線構造解析10)を利用した。JG

置を占めているので，水分子の代わりになると考え，対称365 のペプチド鎖の 2 個の C ＝ O 基は，ダイマーのそれ性を考慮して 7 員環に CO 基の結合した化合物（ HI 2 ）ぞれの Ile 50の主鎖の NH 基と水素結合している水分子と，を設計した。次に，水素結合を強くするためウレア型にOH 基はダイマーのそれぞれの Asp 25 の側鎖と水素結合

し，活性部位のポケットの大きさを考慮して，HI 3（ Ki

している（Fig. 3 ）。この構造から阻害剤と水分子を除い＝ 0.31 nM ）を合成した。 HI 3 と酵素との X 線構造解析

たものを活性部位の鋳型にして活性部位に収まる分子を社を行うと，予想どおり C ＝ O 基はダイマーのそれぞれの内の構造データベースから検索すると，ターフェニル誘導

Ile 50と，2 個の OH 基はそれぞれ Asp 25と水素結合して体（HI 1，Fig. 4 ）が得られた。HI 1 の中央のベンゼン

いた（ Fig. 3 ）。 HI 3 より水溶性を高めた HI 4 （ Ki ＝

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第巻第号()0.27 nM ）は DM 323 として臨床試験に進んだが， Phaseで開発は中止された。 HIV プロテアーゼ阻害剤として多岐の構造に渡る化合物が研究されたが，現在市販されている薬剤は基質のペプタイドをベースにしたペプチドミミ
ックな化合物だけである。
. シクロオキシゲナーゼ
紀元前より鎮痛解熱に用いられていたヤナギの樹皮の抽出エキスにはサリチル酸が含まれている。しかしサリチ
ル酸は患者が耐えられないほどの苦味や胃障害など重大な副作用が認められるので， 1897 年ドイツバイエル社のホ
フマン博士は，これに変わる副作用の少ないアセチルサリ
チル酸の開発に成功した。アスピリンの誕生で，それから100年以上もの長い間，世界で最もよく使用されるようになった。このアスピリンの作用機序はシクロオキシゲナー
ゼ活性阻害によるプロスタグランジン（PGs）産生抑制である。アスピリンに臭素原子が付加したブロモアセチルサ
リチル酸とシクロオキシゲナーゼ（ COX ）との複合体のX 線構造解析によって， COX の Ser 530 がアセチル化さFigure 5. Chemical structures of the cyclooxygenase inhibitorswith IC50 values for human COX1 and COX213).

れていることが判明した11)。
アスピリンと言えども，痛みを主訴とする慢性関節炎患者を始めとして長期服用による副作用は重篤で，米国での1997 年のアスピリンを含む非ステロイド系抗炎症薬による消化管障害による死亡者は16,500人にも達している12)。

COX にはほぼ全身の細胞に分布し生体の恒常性を維持して い る COX 1 と ， 炎 症 に 伴 っ て 炎 症 部 位 で 発 現 さ れ

COX 2 の 2 種類のアイソエンザイムがあることが1980年
代末から 1990 年初頭にかけて判明した。この炎症部位で発現される COX 2 だけの阻害剤は，消化管障害の少ない
鎮痛消炎剤となるので，各社が競って阻害剤の開発を行った。

Kurumbail ら13) は ， COX 2 と 選 択 性 の ない ‰urbiprofen, indomethacin ，そして COX 2 選択性のある SC 558
（ Fig. 5 ）とのそれぞれの複合体及びフリーの COX 2 のX 線構造解析を行った。 COX 1 と COX 2 の三次元構造

Figure 6. Superposition of COX1 (full line) and COX2 (dashedline) around SC558 (bold line). SC558 is shown bound to COX
2. Access to this pocket is restricted in COX1 because of the larger
isoleucine than valin of COX2 at 52313).

は基本的には同一で， Ca 炭素原子の位置のずれを示す（アミノ酸配列の同一性は約60）。
r.m.s.d. は0.9 Å である‰urbiprofen は COX 1 の場合と同様に，細長い疎水性のの水素結合は欠如している。著者らによるとこの水素結合

チャンネルに位置し， COOH 基は Arg 120 と Tyr 355 にの欠如も COX 2 選択性を高める一因だそうである。そのそれぞれ水素結合している。約2000倍の COX2 選択性の後，SC 558 をベースとした誘導体展開が行われ14)，臭素

ある SC 558 では，中央のピラゾール環と臭化ベンゼン環

原子を CH3 基に替えた Celecoxib （ Fig. 5 ）が COX 2 選

は ‰urbiprofen とほぼ同じ位置を占めているが，スルフォ

択性阻害剤として， 1999 年の米国での承認を皮切りに，

ンアミドベ ンゼン環が 新しいポケ ットで結合 している

その後世界各地で上市されている。日本では残念ながらま（ Fig. 6 ）。このポケットの入り口の523 番のアミノ酸は，だ発売されておらず，発売は2004年の予定である。

COX2 ではバリンなのに対して，COX1 では嵩高いイソ
ロイシンなので，このポケットは COX1 では閉じられい.

創薬に役立つと考えられるタンパク質の三次元構造る。この事が SC 558 に COX 2 選択性を付与している理. 亜鉛依存性セリンプロテアーゼ阻害剤

由と思われる。興味深いことに， SC 558 の疎水性基のプロテアーゼとは HIV プロテアーゼの項で紹介したよCF3 基は ‰urbiprofen の水溶性基の COOH 基の位置を占うに，ペプチド結合を切断するタンパク質分解酵素で，活めており， ‰urbiprofen に見られた Arg 120 と Tyr 355 へ性部位にセリン残基のある酵素を総称してセリンプロテ

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第巻第号()

アーゼと呼ぶ。消化酵素のトリプシン，キモトリプシン，

. G タンパク質共役レセプター

G タンパク質共役レセプター（GPCR）は細胞表面に存エラスターゼ，血液凝固に関与するトロンビンや血液凝固
第 Xa 因子などがセリンプロテアーゼに属する。

在し，細胞膜を自由に通過できないペプチドホルモン，増ビ ス （ 5 ア ミ ジ ノ 2 ベ ン ズ イ ミ ダ ゾ ー ル ） メ タ ン

殖因子，サイトカインあるいはカテコールアミン等の生理（ BABIM ） の ト リ プ シ ン に 対 す る 阻 害 能 は 1.0 mM の活性物質と特異的に結合し，その作用を細胞内に伝達する

EDTA 存在下では弱い（ Ki＝19 mM）が，100 nM の亜鉛タンパク質である。その構造は，リガンドに結合する細胞イオン存在下では阻害活性は 1800 倍強くなる（ Ki ＝ 5.0外ドメイン，約 20 個の疎水性アミノ酸残基からなる 7 本nM ）。 Arris 社の Katz et ら15) はこの事実に目を付け， 10の aへリックスの細胞膜貫通ドメイン，細胞内へシグナ

mM の亜鉛イオン存在下で結晶化したトリプシンと BAB-

ルを伝達する細胞質ドメインで構成されている。 GPCR

IM との複合体について X 線構造解析を行い，亜鉛イオン

ファミリーに属するレセプターの種類は多く，そのため多を介した新しい結合様式を見出した。即ち，亜鉛イオンは

くの医薬品の標的タンパク質になっている。 1996 年に行4 面体配位構造で BABIM の 2 個のベンズイミダゾール環

われた調査によると，その時点で医薬品の標的として用いのそれぞれの窒素原子とキレートを形成し，更に，トリプられていたタンパク質は約500種で，そのうち45が細胞シンの His 57の側鎖の窒素原子および Ser 195の側鎖の酸表面レセプター（その大部分が GPCR），28が酵素，11

素原子とそれぞれ結合している（ Fig. 7 ）。一方，アミジ

がホルモン因子，5 がイオンチャンネル，2 がノ基はこれまでトリプシンやトロンビン，血液凝固第 Xa

核内レセプター，2 が DNA であった16)。

因子などで見られた結合様式と同じで， S1 ポケットの底ワシントン大学の Palczewski 教授のグループと理研のにある Asp 189 の側鎖と 2 本の水素結合から成る塩橋を

宮野主任研究員のグループは共同して，目の網膜の視覚をポケットに位置し形成している。残りのアミジノ基は S1 ′司るウシロドプシンの2.8 Å 分解能の X 線構造解析を行ているが，水素結合は見られない。この亜鉛イオンによる

い， GPCR の原子レベルでの三次元構造を初めて明らか

阻害活性の増強は，トロンビン（EDTA 存在下の Ki＝3.7にした17)。これまでに，7 回膜貫通ヘリックス構造を持つ

mM ，亜鉛イオン存在下の Ki ＝ 0.023 mM ，増強率は 160

タンパク質として高度好塩菌由来のバクテリオロドプシン

倍）や血液凝固第 Xa 因子（EDTA 存在下の Ki＝10 mM，の三次元構造が得られているが，これはリガンドの情報を

亜鉛イオン存在下の Ki ＝ 0.001 mM ，増強率は10,000 倍）伝達する GPCR とは異なり，光のエネルギーを利用してにもみられ，特に血液凝固第 Xa 因子では著しい。亜鉛イ

細胞内から細胞外へプロトンを輸送するプロトンポンプでオン以外の金属イオンでは，コバルトイオンもトリプシンある。ウシロドプシンの 7 本の膜貫通ヘリックス束のの阻害活性を増強させるが，亜鉛イオンの場合よりも高濃並びは，バクテリオロドプシンとトポロジー的に一致する

度の 25 mM が必要である。一方，マグネシウムイオンはが，ヘリックスの位置関係やヘリックスの形は大きく異な

高濃度でもトリプシンの阻害活性を増強しない。生理条件

る。特に細胞質側では 4 番目の膜貫通ヘリックスが大き下での亜鉛イオンを介するこの新しい結合様式は現時点でく外側にずれ，残りの 6 本のヘリックスの束に付加したは医薬開発に直接結びついていないが，将来的には新規骨ような配置である。また，細胞質側では 7 本の膜貫通ヘ格のトロンビンや血液凝固第 Xa 因子等の阻害剤に結び付リックス間で水素結合が出来るほど密であるが，リガンド

き，抗血栓薬の開発に繋がるものと思われる。

の結合する細胞外側ではリガンドが結合出来る空間を確保するため，7 本の膜貫通ヘリックス間が広がっている。決定的に違うのは，7 番目の膜貫通ヘリックスの直後にほぼ直角に曲がった短い aへリックスが存在する点である。
光を吸収して情報を伝達するキーであるビタミン A の誘導体である 11 シスレチナールは 7 本の膜貫通ヘリック
ス間にあり，Lys 269の eアミンとシッフ塩基を形成している。
細胞外ドメインはコンパクトに折りたたまれており，2本の短い bシートを含む N 末端が 7 本の膜貫通ヘリック
スの束のキャップになっている。一方，細胞質側ドメイン
は C 末端の長いループ等があり，かなり複雑で，3 量体のトランスデューシンなどと相互作用するのに適している。
前述したように， GPCR は大半の医薬品の標的タンパ
ク質になっているうえに，非常に保存度の高いアミノ酸配列がそれぞれの膜貫通領域に見られるので，シグナル伝達

Figure 7.

Hydrogen-bonding scheme of trypsin-BABIM-Zn2＋.

機構は共通していると考えられ，創薬のための立体構造モ

――




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第巻第号()

デルが多く構築された。しかし，それらのモデルのベースとなっている 7 回膜貫通ヘリックス構造は， GPCR ではなくプロトンポンプのバクテリオロドプシンのそれであり，しかも二次元結晶における構造であったため，信頼性に欠けるところがあった。それが今回の 7 回膜貫通ヘリックス構造の発表により， GPCR の立体構造モデルだけ
ではなく，その構造に基づいたリガンドの設計も可能になった。 GPCR を標的とする医薬品の比重はこれから益々高まりそうである。
. フルクトース
,ビスホスファターゼ
糖尿病は読んで字の如く，「尿に糖が出る病気」と思われがちであるが，ホルモンであるインスリンの働きが悪くなり，エネルギー源である血液中のブドウ糖の利用ができなく，その結果ブドウ糖が血液中に溜まり，慢性的な高血糖状態続き，放置すると重篤な合併症がでるのが糖尿病である。糖尿病の後期になると，名前の通り糖が尿に出るようになる。糖尿病の患者数はいまや約700 万人で，予備軍を含めると 1400 万人にも達する。糖尿病には，インスリンをつくる膵臓のベータ細胞が破壊されておこる 1 型糖

Figure 8. Molscript drawing of FBPase homotetramer showing thebound rigands fructose6phosphate (F6P), AMP, and QNZ; PDP
ID code 1KZ819).

尿病とインスリンをつくる力は残っているが，何らかの原因でインスリンの分泌やインスリンの働きの低下などが生
じ，血糖値を正常に保てなくなった 2 型糖尿病がある。1型は若い人に多く発病するが， 2 型は中高年に多く発病し，日本人糖尿病の約90を占めている。
血糖値が低くなると，糖新生が起こり，乳酸，ピルビン酸，アミノ酸などから，オキサロ酢酸を経て，ブドウ糖が合 成 さ れ る 。 フ ル ク ト ー ス 1,6 ビ ス ホ ス フ ァ タ ー ゼ（FBPase ）は，フルクトース1,6ビスリン酸（F16P ）をフルクトース6 リン酸（ F6P ）とリン酸に分解する反応を不可逆的に触媒する。この過程は糖新生の律速段階なので，この FBPase を阻害すれば血糖値は低くなるはずなので，FBPase は糖尿病薬の標的酵素の一つと考えられていFigure 9.

Chemical structures of F16, F6P, AMP, and QNZ.

る。

FBPase は分子量約35,000のサブユニットのホモ 4 量体のアロステリック酵素である。アデノシン一リン酸

存在している。アロステリック部位を持つ酵素は多いが，（ ATP ）は基質の F16P が結合する活性部位とは別のアロ

このようにアロステリック部位が 2 箇所ある酵素は珍し

ステリック部位で結合して FBPase を阻害する（ Ki ＝ 15い。AMP のようにリン酸型の化合物は水溶性が高いため～ 20 mM ）。 Fig. 8 にリボン表示で 4 量体の構造を， ball

生体膜を透過しなので，薬にはなり難い。今後は，この新and stick 表示で活性部位に存在する F6P とアロステリッ

しいアロステリック部位を利用した糖尿病薬の開発が活発

ク部位に存在する AMP を示した。 Pˆzer 社の Wright らになるであろう。

はキナゾリ ン誘導体が アロステリ ック部位で 結合し，

. 腫瘍壊死因子レセプター

FBPase を阻害することを見出し18)，QNZ（Fig. 9 ）につ

種々の固形腫瘍に出血性の壊死を引き起こす因子としていて X 線構造解析を行った19) 。まず F16P と AMP 存在

発見され，抗癌剤として期待された腫瘍壊死因子（TNF）

下で FBPase の結晶化を行い，次にその結晶を QNZ 溶液

は，その後の研究によって，抗癌作用だけでなく，多くのに浸す方法で複合体の結晶を得た。 QNZ は AMP が結合生理活性のある炎症メディエーターとしての働きも明らかするアロステリック部位に結合すると予想されていたが，になった。例えば，TNF には抗ウイルス作用もあり，風

構造解析の結果では，AMP とは異なる新しいアロステリ

邪を引いた時，悪寒（寒気）と発熱を伴って，ウイルス感

ック部位で結合していた。この新しいアロステリック部位

染局所でこの TNF がリンパ球により産生される。 TNF

は Fig. 8 に示したように 4 量体を形成している界面上にのこれらの生理作用は膜に存在する腫瘍壊死因子レセプ

――

放射光

第巻第号()

で結合した抗 TNF キメラ抗体である in‰iximab がクローン病の治療薬として，また，Amgen 社の TNFR の可溶性の部分にヒト抗体の定常部を結合させた etanercept が慢性関節リウマチの治療薬として実用化されている。
Figure 10.

Chemical structure of IV703.

.

おわりに
ヒト遺伝子の数は予想を遥かに下回る 3 万程度と推定

ター（TNFR）を介して行われている。

されている。その遺伝子産物のタンパク質全てが創薬の標

ヒト TNF は 157 個のアミノ酸から構成され，分子量約的になるわけではないが，仮に全てが創薬の標的になった

17,000で b シート構造がサンドイッチ状に重なったホモ 3としてもその数は有限である。つまり，ゲノム創薬は網羅量体である。 TNFR には分子量約 55,000 のタイプ 1 と分的なアプローチであり，早い者勝ちの世界なのだ。欧米の子量 75,000 のタイプ 2 の 2 種類があり，共に N 末端を細製薬会社が吸収合併を繰り返して巨大化している背景の胞外に， C 末端を細胞質内に有する膜 1 回貫通型の構造一つとして，このゲノム創薬の遂行が挙げられる。吸収で，細胞外領域にシスティンに富む領域を 4 個もってい合併の結果，米国のファイザー社の 2001 年度の研究開発る。そして，TNF のホモ 3 量体の隣り合うサブユニット

費は約 5,800 億円，英国のグラクソスミスクライン社は間の溝に TNFR がひとつずつ結合し， 3 量体となって生

約 4,600 億円にもなり，それに対してわが国の製薬会社の理活性を発現させている。

トップ企業の武田でさえ，その約 1 / 5 の 1,003 億円にすぎ

DuPont Pharmaceuticals 社 の Carter ら は20) IV 703 のない。この資金力の差を埋め，早い者勝ちのゲノム創薬のTNF と TNFR1 との結合阻害が，光によって増強される

時 代を 生き 抜く ために は， X 線 結晶 構造 解析 をハイ ス

事を見出し， IV 703 は TNFR1 と光によって共有結合すループット化し，数多くのタンパク質の三次元構造解析をると推定した。そしてこの考えを実証するため X 線構造

迅速に遂行しなければならない。そのため，放射光の利用解析を行った。まず，TNFR1 の可溶性の部分の結晶化を

は製薬会社にとって欠かせない存在である。そのような製行い，その結晶を IV 703 を含むバッファ溶液に浸した

薬会社はより強い X 線光源を求めて，13社が結集する PF

後，光を 2 日間照射した。この結晶は予想通り， Fig. 10の構造生物学坂部プロジェクトに続いて，22社で SPring-に＊印で示した IV 703 のニトロベンゼン環のメタ位の炭8 に創薬用のビムラインを建設し，巨大な欧米の製薬会

素原子が Ala 62 の主鎖の窒素原子と共有結合していた。

社に対抗しようとしている。資金力にものを言わせた「知この Ala 62は TNF と TNFR1 との相互作用に関与してい識」に，「知恵」を以って対抗しようとしているのである。

る重要な残基なので， TNF と TNFR1 の結合は不可能になり，TNF の持つ生理活性の情報は伝わらない。

文献

TNF / TNFR は前述したように，多くの生理活性を持
ち，全身の細胞で殆ど産生される上，TNF スーパファミ
リーには生理活性上重要な数多くのサイトカインが属しているので，TNF がらみの医薬品は副作用が現れ易く，製品化が困難である。光によって共有結合するような化合物
をあらかじめ投与しておいて，その後患部に光を当てればその患部のみに反応が起こり，他の場所にはなんら影響を与えない。可視光だと身体の内部に入らないので，超音波を用いる等の工夫が必要であろうが，この方法はターゲッ

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ト療法であり，副作用の少ない理想的な医薬品になる可能性がある。この稿を書いている最中に，小柴田中両氏によるノーベル賞のダブル受賞の報に接した。この光放射による治療法を確立できれば，ノーベル賞を受賞できるかも知れない。
大 腸 菌 を 用 い た 遺 伝 子 組 換 で 発 現 さ せ た TNF は ，Genentech 社 よ り 抗 癌 剤 の tasonermin が 市 販 さ れ て いる。一方 TNF の作用を阻害する製剤としては，Centocor

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