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2019/7/3
1
薬物代謝 Drug metabolism
外来生体高分子 – 抗原抗体反応
外来低分子化合物xenobiotics– 非特異的に極性分子に変換する酵素がはたらいて尿としての体外への排出を促す
摂取腸での吸収intestine
血流 blood
肝臓 liver
初回通過効果first-pass effect
経口薬の経路
目的の体内組織排出
Administration
Distribution
MetabolismExcretion
ADME
2019/7/3
2
経口薬は吸収後まず肝臓で”洗礼”を受ける
⇒ Cytochrome P450(複数種の酸化酵素群)による酸化
初回通過効果 first-pass effect
生体内の酸化・還元にかかわる補酵素(補因子)
..N
R
O
NH2
HH
N
N
NH
N O
O
R
Fe3+
N
N
N
N
COOH COOH2e- (H-移動)
Both 1e- and 2e-
(酸化と酸素化)
NADH
NADPH
(VB3)
FAD
(VB2)
Heme
1e- (酸素化)
P450はこれ
2019/7/3
3
P450による酸化の反応活性種
Compound1: 高エネルギー鉄-オキソ錯体
S
FeIII
O
N
N N
N
HH
S
FeIII
N N
N N
S
FeII
N N
N N
S
FeIII
O
N
N N
N
O
S
FeIII
O
N
N N
N
O
S
FeIII
O
N
N N
N
OH
S
FeIII
O
N
N N
N
S
FeVN
N N
N
S
FeIVN
N N
N
OO
S
FeIV
O
N
N N
N
B H
H B
R-H
FMN
FMN
NAD(P)H
FAD
FMN
R-H
FMNH
FMN
-H2O
:
FADH
O2
NAD(P)+
:: :
R-O-H
:: : :
R-H R-H R-H R-H
R-H
P450によるアルカンの酸化
ヒドロキシル化:特定のC-HをC-OHに変える
H C R'
R
R''
HO C R'
R
R''
S
FeIV
O
N
N N
N
C R'
R
R''
S
FeIV
OH
N
N N
N
S
FeIII
N N
N N
: :
White
Science, 2007, 318, 783.
2019/7/3
4
スルホキシド化
エポキシ化
S
FeIV
O
N
N N
N
S
FeIV
O
N
N N
N
S
FeIII
N N
N N
R'R R R' R'R
O::
RS
R'
S
FeIV
O
N
N N
N
RS
R'
S
FeIV
O
N
N N
N
RS
R'
S
FeIII
N N
N N
:O::
..
rebound
: :..
oxygen
:
芳香環ヒドロキシル化
1968 National Institutes of Health (NIH)
isolated
中間体補足
+ NADP+ + H2OP450
+ O2
+ NADPH + H+
OH
H
2019/7/3
5
アミン・アミドの酸化
薬物には窒素を含んでいるものがとても多い。これらはどう代謝される?
窒素からオキソヘムへの一電子移動
1) P450による酸化
cf. sulfoxidationR
SR'
S
FeIV
O
N
N N
N
: :
2019/7/3
6
次に,Fe(IV)上のO-がNの隣の炭素上のプロトンを引き抜き,ラジカル中心が窒素から炭素へと変化
cf. sulfoxidation RS
R'
S
FeIV
O
N
N N
N
: :..
Fe(IV)に結合したOHが炭素ラジカルと結合して,ヘミアミナールが生成,これが分解してアミンとアルデヒドに。
cf. alkane hydroxylation
HO C R'
R
R''
C R'
R
R''
S
FeIV
OH
N
N N
N
S
FeIII
N N
N Nrebound
oxygen
2019/7/3
7
酸化的脱アミノ化
第一級アミンからアンモニアが取れる
+cytochrome
P450
R
R'
NH2
NH3+R
HO:
R'
R
R'
ONH
4+
amphetamine
N H2
P450
18O2
Ph
18O
+ NH3
フラビンモノオキシゲナーゼだとラベル化酸素なしの ができる。Ph
O
a b
propranolol
a
b
+
+
O NH
OH
OH
NH
O OCHO
OH
OH
OH
NH
O O NH2
OH
H2N
OCOOH
OH
OH
O
:
antihypertensive
oxidative N-dealkylation
oxidative deamination
aldehyde dehydrogenase
BH
OH
NH
OH:
第二級アミンの場合
cf. histone lysine demethylation
2019/7/3
8
フラビン型補酵素― もう一つの強力な酸化触媒 ―
Riboflavin(vitamin B2) FMN FAD
N
N
NH
N O
CH2
(CHOH)3
CH2OH
O
CH2
(CHOH)3
CH2O P
O
O-
O-
CH2
(CHOH)3
CH2O P
O
O
O-
P
O
O-
O CH2
O
HO OH
N
N
N
N
NH2
N
N
NH
N O
O
N
N
NH
N O
O6
5
8
7
9
10
10a
4a
8a
※金属元素を含まないcf. organocatalyst
1) 酸化
酸化型 セミキノン型 還元型
-2 e-
+2 e-
+1 e-
-1 e--1 e-
+1 e-
FlH-FlFlox
-
N
N
NH
N O
O
R
N
N
NH
N N
NH
N
NH
O
O-
R R
O
O
フラビンは一電子酸化還元も二電子酸化還元も受け入れる
cf. ヒドロキノン―キノンの酸化還元
2019/7/3
9
フラビン含有モノオキシゲナーゼ FMO
-
..
+
O2-H
2O
N
NH
N
NH
R
O
O
N
R
O
ON
NHN
N
R
O
ON
NHNH
OH
R' XR
N
R
O
ON
NHN
HB:
OH
XR
OH
R'
O
B H
+XR
O-
R'-H+
N
H H
NH2
O
R
..
BH
X is N or S, R may be H
基質(薬分子)
酸化的脱アミノ化
第一級アミンからアンモニアが取れる
+cytochrome
P450
R
R'
NH2
NH3+R
HO:
R'
R
R'
ONH
4+
amphetamine
N H2
P450
18O2
Ph
18O
+ NH3
FMOだとラベル化酸素なしの ができる。Ph
O
2019/7/3
10
フラビンはさらに・・・
Product
NH4+H
2O
+
RCOOH + CO2
Substrate
amines andamino acids
OH
CHR'R
CHCOOHR
OH
CHR'R
NH2
R C
O
R'
CH
O
R
OHR
RR'CH CH C
R''
O
R'''
R C R'
O
C
+NH
R'R C
O
R'R
RR'C C CR'''
O
R''
OH
OH
R
C
O
OR'R
R C OH
O
R OHR
Dehydrogenation
脱水素
Oxygenation
酸素化
アルカンは酸化できない(P450との大きな違い)
アセトアミノフェン(風邪薬成分)の肝毒性(P450)
エタノールはP450を誘導するので,酒と風邪薬は肝機能障害のもと
OH
N
O
O
O
HN
H
N
O
O
N
O
OH
FeIV
O
-H+, -e-
-H+ , -e-
2019/7/3
11
Phase I transformation
2) 還元
RNO2 RNHOH
RNH2 + R NH2'
Functional group Product
R R'
O
RN NR'
OH
R'R
Dp
-0.38
-1.62
N.A.
maybe -
NAD(P)H が還元剤となる反応例
テトラヒドロ葉酸・・・生体内でC1ユニットの移動をコントロール
葉酸 ジヒドロ葉酸
テトラヒドロ葉酸
+
+..
..
+BH
N
N
N
NH2N
HO HN
N
H H
NH2
O
R
N
NH2
OH
R
N
R
H O
NH2
N
N
NH
HNH
2N
HO NHR'
N
N
N
HNH
2N
HO NHR'
B+
H
C
O
NH
HC
COO-
CH2CH
2COO-
N
N
N
HNH
2N
HO NHR'
5
10
N
H H
NH2
O
R
..
ジヒドロ葉酸還元酵素
ジヒドロ葉酸還元酵素
2019/7/3
12
:
..N
N
NH
HNH
2N
HO NHR'
N
B+ H
O CH
H
N
N
HNH
2N
HO NHR'HCH
2
OH
B:BH
N
CH2
N
NHR'HO
H2N
HNN
N
N
N
HNH
2N
HO NR'CH
2
:B
H
*
*
5
10
+
+
+
**
-H2
O
(テトラヒドロ葉酸はセリン由来の1炭素をもらう)
この1炭素の使い道についてはまた後で・・・
Phase II Transformations抱合体形成 Conjugation Reactions
・内在性水溶性低分子と結合
・薬を不活性化し,かつ水溶性に
・OH, COOH, NH2, 複素環のN,SHなどに対して起こる
2019/7/3
13
Dp
ca. -4
(maybe
negatively
charged)
ca. -2
(maybe
negatively
charged)
-0.5
Phase IIの代謝
反応活性種抱合体
-COOH
-OH , -N H2
-OH, -COOH, -NH2,
-NR2, -SH, C-H
グリシン/グルタミンアミド
硫酸エステル
グルクロン酸グリコシド
+
(Ar)
O H
OHO
HOHO
COOH
P O POO
HO
O
HO
O
HO OH
N
NH
O
N
O
N
N
NO
OHH2O
3PO
OPO
O
OH
SHO
O
O
NH2
R SCoA
OH
2N COOH
H R
反応する官能基
(リン酸グリコシド)
(硫酸ーリン酸混合酸無水物)
(チオエステル)
Dpca. -6
(maybe
negatively
charged)
+0.03
N.A.
(maybe <0)
HO OH
-OH, -NH2 ,-SH,
複素環のN
-OH, -NH2
Ar-X, 芳香族酸化物,エポキシドなど
グルタチオン (GSH)
メチル化物
アセチル化物
グルタチオン付加体
HS
HN
COOH
O NH
COOH
H
O
NH2
H
H3C SCoA
O
NH2
S+
CH3
HOOCH
NH2
NO
N
N
N
(チオール)
(チオエステル)
(SAM)
2019/7/3
14
Phase II Transformation生成物の例
クロラムフェニコール(抗生物質)グルクロン酸抱合体
イソニアジド(抗結核薬)アセチル抱合体
カプトプリル(十二指腸潰瘍薬)メチル抱合体
ATPは無水酢酸や塩化チオニルと同様,カルボン酸を活性化
-=O3POPO
3=O
HO OH
AdOPOPOP-O
O
O-
O
O-
O
O-
RCH2CH
2C
O
O-
P
O-
O
O O Ad
OHHO
O
RCH2CH
2C
O
B:O
CH2C
CH3
CH3
CH
OH
C
O
NHCH2CH
2CNHCH
2CH
2S
O
PO O-
O
PO O CH2
O- O
=O3PO OH
N
N
N
N
NH2
H
P
O-
O
-O O Ad
OHHO
O
C
O
CH2C H
2R
O
CH2
C
CH3
CH3
CH
OH
C
O
NHCH2CH
2CNHCH
2C H
2S
O
PO O-
O
PO O CH2
O - O
=O3PO OH
N
N
N
N
NH2
補酵素A(Coenzyme A, CoA)
アシル CoA
ATP
2019/7/3
15
Brompheniramine (抗炎症剤)の代謝の全体像
brompheniramine
P450 P450
P450
Aldehyde
dehydrogenase
N
Br
N
NMe2
Br
NHMe
N
Br
NH2
N
Br
NMe2
N
Br
CHO
N
Br
COOH
N
Br
O
HN COOH
O
Phase I
Phase II
モルヒネの代謝
- SGNCH3
HO
O
HOH
NCH3
HO
O
O
NCH3
HO
O
O SG
酸化
抱合体形成
グルタチオン (GSH)
哺乳類の肝臓・腎臓に多く存在 (5-10 mM)
2019/7/3
16
プロドラッグ Prodrugs
代謝反応を受けることで薬理活性を帯びる物質
1. 水溶性調節
2. 吸収・分布の調節
3. 部位特異性の付与
4. 化学的不安定性の解消
5. 徐放性
6. 毒性の回避
7. 投薬忌避の解消
8. 製剤上の問題の回避
メリット
プロドラッグの2タイプ
I. キャリア結合型
酵素反応ではずれるキャリアと結合したもの
A. bipartate – 薬分子にキャリアが直接結合
B. tripartate – 薬分子がリンカーを介してキャリアと結合
C. mutual – 2つの(協同作用を示す)薬分子がつながったもの
II. バイオプリカーサー
単純な結合切断以外の化学反応で活性化されるもの
2019/7/3
17
有機合成における保護基とプロドラッグの相似性
A. RCO2H RCO2 Etreaction
R'CO 2Et R'CO 2H
R'CO 2H1. O3
R'CH=CH 2B. RCH=CH 2
EtOH
HClD
on R
reaction
on R 2. H2O2
H3O+
D
キャリア結合型類似
バイオプリカーサー類似
(masked synthon)
プロドラッグ活性化反応
―I. キャリア結合型―
加水分解 ― もっとも多いタイプ
2019/7/3
18
水溶性の調整
疎水性
副腎皮質ステロイド
エステルの水中での半減期は13年だが,体内では10分程度
眼科的に使う場合
プロドラッグ
prednisolone (R = R' = H)methylprednisolone (R = CH 3 , R' = H)
O
Me
HO
R
MeOH
O
OR'
R' = C CH2CH
2C O
2Na
O
R' = PO3Na2
緑内障治療のために角膜での吸収性を高めた例
(角膜はエステラーゼ濃度が高い)
dipivefrin (R = Me3CCO)
epinephrine (R = H)
OH
RO
RO
NHCH3
2019/7/3
19
中枢神経系で作用するプロドラッグ
震センの薬vigabatrin(右)は血液脳関門(BBB)をほとんど通過できない
O
O
OCOR
NH2
ONH
2
O
Vigabatrinは PLP依存アミノトランスフェラーゼの酵素不活性化剤。メカニズムは?
HONH
2
O
vigabatrinの300倍の薬効
(R = linolenoyl)
GABA ester
vigabatrin ester
初回通過効果からの保護
経口投与は効き目が低いので静脈注射で投与
降圧剤
血漿中濃度はpropanololの8倍
propanolol (R = H)
OR
O NHCH(CH3)2
プロドラッグ: R =
O
CCH2CH
2COOH
2019/7/3
20
鎮静剤
筋肉注射で薬効が1か月継続
haloperidol (R = H)
F
O
NOR
Cl
プロドラッグ R =
O
C(CH 2)8CH3
バイオプリカーサープロドラッグ
バイオプリカーサープロドラッグは,一見しただけでは
体内で実際に薬効を示す分子の構造が想像できないものが多い。
多くは酸化もしくは還元によって活性化される。
例:アリナミン
アリナミン ビタミン B1
2019/7/3
21
酸化的活性化
鎮静剤
..
..P450P450
Cl
N N
N
N
CH3
CH3
O
X
CH3
Cl
N N
N
N
CH3
HO
X
CH3
Cl
N N
N
NH2
CH3
O
X
NH
N
N
NCH3
Cl
HO X
N
N
N
NCH3
Cl
X
alprazoalam (X = H)triazolam (X = Cl)
-H2
O
Privileged scaffold
2019/7/3
22
酸化的活性化
鎮静剤
..
..P450P450
Cl
N N
N
N
CH3
CH3
O
X
CH3
Cl
N N
N
N
CH3
HO
X
CH3
Cl
N N
N
NH2
CH3
O
X
NH
N
N
NCH3
Cl
HO X
N
N
N
NCH3
Cl
X
alprazoalam (X = H)triazolam (X = Cl)
-H2
O
中枢神経系に入るためには脂溶性が必要
脳内で酸化
中枢神経系内にとどまる+
pralidoxime chloride
Cl -N
N
CH3
OH
NN
CH3
OH 脂溶性,BBB通過
2019/7/3
23
還元的活性化アゾ基の還元
潰瘍性結腸炎
薬効あり
大腸の腸内フローラが嫌気的に分解
+
sulfapyridine
sulfasalazine
N
NHSO2
N=N OH
COOH
H2N OH
COOH
N
NHSO2
NH2
薬効あり
ジスルフィド還元
thiamin(VB1)の脂溶性を上げて中枢神経系に到達(アリナミンの解答)
nonenzymatic
+
+
GSH..
H
Thiamin (VB1)
N
N
NH2
N
H
CH3
S
O
OH
O
N
N
NH2
N
H
CH3
S-
O
OH
N
N
NH2
N
SCH
3N
N
NH2
N:S
CH3
OH
OH
S
B
OH
2019/7/3
24
トランスアミノ化を想定したプロドラッグ
pyruvate dehydrogenaseが活性化されると,心筋代謝が脂肪酸利用からグルコース利用へと変化
グルコース代謝では酸素の消費は少なくて済む
グルコース代謝への転換は虚血性心疾患 (動脈血流がブロックされて O2 供給量が少ない)の患者に有効
酸化還元以外の生体反応の利用例:
下記の化合物 Yは心臓へと能動輸送され,トランスアミノ化を受けてXに変化する。
下記のXには pyruvate dehydrogenase 活性化作用があるが,有効時間が短い(化学的に不安定)
X
COOH
O
R
oxfenicine
Y
COOH
NH2
R
2019/7/3
25
脱炭酸活性化
パーキンソン病は神経系でのドーパミン不足が原因
ドーパミンそのものはBBBを通過できず,薬にならない。しかし,アミノ酸のlevodopaには能動輸送システムがあるので通過可能。
levodopa (R = COOH)
HO
HO
NH2
RH
ドーパミン (R = H)
levodopa は,BBB通過後にL-アミノ酸デカルボキシラーゼ(PLP依存)により脱炭酸してドーパミンに。
ヌクレオチド活性化
抗白血病薬プリンヌクレオチドの生合成阻害
6-メルカプトプリン
N
N NH
N
SH
O
H O
O— P— O — P— O -
O H
= O3PO O O
O - O -
N
N N
N
SH
O
H O O H
= O3PO
核酸塩基に似た物質は生体内で“間違って”ヌクレオチドに誘導される
2019/7/3
26
投与された5-フルオロウラシルは(ウ
ラシルと間違われて)核酸生合成経路に取り込まれる
ribose-1-Puridinephosphorylase
=
=
=
==
fluorouracil
uridine kinase
ATP ADP ADPATP
UMP kinase
ribonucleotidereductase
ADPATP
thymidine kinase
dR-1-P
Pi
PRPP
orotate phosphoribosyltransferase
uri
din
e phosp
hory
lase
HN
NH
O
O
F
O
HO
N
HO
HN
O
O
F
O
HO
N
O3PO
HN
O
O
F
O
OH
O
HO
N
O3
POPO
HN
O
O
F
OH
O
O-
O
HO
N
O3
POPO
HN
O
O
F
O
O
O-
HO
N
O3POPOPO
HN
O
O
F
O
O-
O
HO
N
O3PO
HN
O
O
F
O
O-
HO
N
HO
HN
O
O
F
OH
H2O
PPi
ATP
ADP
minor
major
5-フルオロウラシル
-抗がん剤 -
HN
NH
O
O
F
:
..N
N
NH
HNH
2N
HO NHR'
N
B+ H
O CH
H
N
N
HNH
2N
HO NHR'HCH
2
OH
B:BH
N
CH2
N
NHR'HO
H2N
HNN
N
N
N
HNH
2N
HO NR'CH
2
:B
H
*
*
5
10
+
+
+
**
-H2
O
(前出:テトラヒドロ葉酸はセリン由来の1炭素をもらう)
この1炭素は,この後核酸生合成に使われる
2019/7/3
27
チミジル酸合成酵素のはたらき
ジヒドロ葉酸還元酵素
テトラヒドロ葉酸
• •
-
-
- +
:
+
-
N
HN
O
O
dRPS
N
HN
O
dRP
S
O
N
NN
HN
NR
H2N
HO
H B
N
NN
HN
NHR
H2N
HO
HN
N
O
O S
dRP
HB
N
HN
O
O S
dRP
N
NNH
HN
NHRH
NH
2N
HO
NN
HN
NNHR
H2N
HO
HN
O
dRP
S
O
HN
N
O
CH3
CH3
O
dRP
S
+H+
dTMP
dUMP
cf. 5-フルオロウラシル
HN
NH
O
O
F
ウラシルをメチル化してチミンを作っている!
H2C
CH2
CH2
“間違えて“5-フルオロウラシル誘導体を基質にすると・・・
-
-+
:
N
HN
O
O
dRPS
N
HN
O
dRP
S
O
N
NN
HN
NR
H2N
HO
H B
N
NN
HN
NHR
H2N
HO
HN
N
O
O S
dRP
FBF F
2019/7/3
28
DNAドラッグ
DNA – もう1つのレセプター
正常細胞のDNAと他のDNAで,化学的な違いはわずか
→ DNAをターゲットとする薬は一般に毒性が高く,ガンなど生命を脅かすような病気にのみ用いられる。
がん細胞
異常かつ迅速な細胞の増殖
常に DNAやその前駆体を要求
選択毒性
• がん細胞による外来分子の積極的取り込みを利用
• 修復機構の遅さをねらう
• p53など正常細胞で DNA修復に関わるタンパクを活性化することで, 正
常細胞でのDNA修復を促進,細胞周期の制御,アポトーシス誘導
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29
DNA の分子構造
アデニン
シトシン
グアニン
チミン
5' end
A
C
T
3' end
O
O
P
OO-
O
N
N
N
N
NH2
O
NO
POO-
O
O
N
O
NH2
N
NH
O
O
P
O-
O
N
N
O
NH2
N
NH
O
O
P
OO-
O H3C
O
O
P
OO
O-
O
G
・塩基対の形成
・糖部分の位置はちょうど反対側というわけではない。
Sugar
Sugar
N N
O
CH3
O
H
H NH
N
N N
N
Sugar
SugarN N
N
H
O
HO
N
H
H
N
N N
NH
major groovemajor groove
minor groove minor groove
T
A
G
C
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30
二本鎖 B-DNA
副溝
主溝
DNAドラッグには3種類
(1) 可逆的結合性分子 相互作用も可逆的
(2) アルキル化剤 DNA塩基と共有結合形成
(3) 鎖切断剤 反応性のラジカルを発生し,ポリヌクレオチド鎖を切断
2019/7/3
32
DNAインターカレーター
平板分子で,通常は芳香族化合物
塩基対と塩基対の間のスペースに挿入
非共有結合性
DNAのらせん軸とインターカレーター分子は直交
糖-リン酸鎖はひずむ
水素結合は壊さない
通常のらせんを壊し,DNAの“巻き戻し”を起こす
結果として,DNA topoisomeraseや DNA polymeraseを阻害して,合成や修復をできなくする
DNA インターカレーター
Actinomycins Anthracyclines
dactinomycin (R = R' = D-Val)
O
N
O
NH2
O
O
L-ThrL-ThrO
L-M eValSar
L-Pro
R O
L-MeValSar
L-Pro
R'
CH3
CH3
doxorubicin (X = OH)daunorubicin (X = H)
AD
9
O
O
OH
OHCH3O H O
OH
O
NH3HO
CH3
X
O
+
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33
(2) DNAアルキル化剤
Lead discovery
第一次大戦時におけるマスタードガス(下記)による死者の解剖で, 白血球減少,骨髄異常,リンパ細胞の異常,腸内の潰瘍の所見 →全て分裂の速い細胞
(2-1) ナイトロジェンマスタード
腫瘍細胞に対しても同様の作用があるものと推察。
試されたが毒性強すぎ。
ClS
Cl
リード最適化
sulfur mustard -> nitrogen mustard
現代的化学療法薬の始まり
(進行性ホジキンリンパ腫へ)
mechlorethamine (R = CH3
)
ClN
Cl
R
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34
Purines
A/GPyrimidines
T/C
7
8
9
65
43
2
1
N
NN
N
X
R
Y6
5 43
2
1N
N
O
X
Y
R
DNAの求核性:
グアニンN-7 > アデニンN-3 > アデニンN-7 > その他
隣接基関与
二官能性アルキル化剤→DNAの架橋(分子内・分子間)
+ Nu1-
+
Nu2-
aziridinium ion
aziridinium ion
R N:
Cl
Cl
R N
Cl
R N:
Nu1
Cl
R N
Nu1
R N:
Nu1
Nu2
k1
k2
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35
分子間(鎖間)架橋の状態
+ +
O
N
O
O
NHN
N
O
H2N
NN
P
O-O
O
P O
O
-O
CH3
N N
NH
O
NH2
OO
O
P O-O
O
P
O
O
O-
体内での分解速度の抑制
R N
Cl
Cl
aziridiniumイオンの生成ゆっくり
R = COOH 安定すぎる。しかし吸収性はよい。R = (CH2)3COOH chlorambucil
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36
核酸塩基のアルキル化はDNA鎖切断にもつながる
+
H
+
B:
++
O
N
O3PO
NHN
N
O
H2N
R
N
N
HN
N
O
H2N
R
O3POO:
H
OO
3PO
O3PO H
O
O3PO
O3PO
HO H
O
O3PO
O3PO
OHO3PO
R
H2N
O
N
HN
N
N
O3PO
O
:B
核酸塩基が脱離
DNA鎖切断
(2-2) 天然に存在するDNAアルキル化剤
微生物由来
すべて 右の骨格を持っている
HN
Me
N
O NH
O
OMe
OH
N
O
NH
OMe
OH
N
H2N
O
HN
O
N
O NH
O
OMe
OMe
OMe
MeO2C
MeHN
N
ONH
O
OMe
OMe
OMe
MeO2C
CC-1065
duocarmycin A duocarmycin SA
O
Nu
HO
Nu
H+
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37
窒素原子は共役系に含まれていてシクロプロパン部の求電子反応性を低下させている
O N
O
RO N
O
R+
-
A-T領域に結合→Nが共役系から外れる→シクロプロパンの反応性が上昇→adenine N-3が反応
OH+
N
N N
N
NH2
DNA
N
O
R'
R
:
R"
HO
N
N N
N
NH2
DNA
N
O
R'
R
R"
twisted outof conjugation
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38
芳香環酸化による毒性発現
ベンツピレン
DNAやRNAのアルキル化
1775年の煙突掃除人の皮膚がん多発の所見から
epoxide
hydrolase
OHO
OH
HO
OH
HO
OH
O
O
HO
OH
HO
NH
NH
N
N
N
O
R
78
9
10
Mitomycin C 抗がん剤
微生物由来。還元的代謝でアルキル化剤へと変化
+
:B
mitomycin C
1 or 2 e -
1 or 2 H+..
B:
B—H+
:DNA
..
O
O
H2N
MeN
O
NH
OMe
HO
RO
H2N
MeN NH
OMe
HO
HO
H2N
MeN NH
H
O
HO
H2N
MeN NH
H
HO
HO
H2N
MeN
DNA
NH2
HO
HO
H2N
MeN
DNA
NH2
NH2
O
HO
H2N
MeN H
B+
-MeO -
..
O
NH2
O
O
NH2
O
O
NH2
O
O
NH2
O
O
NH2O
O
NH2
HO
HO
H2N
MeN
DNA
NH2
..
2019/7/3
39
(3-1) ブレオマイシン Bleomycin (BLM)微生物由来
FeIIとO2と錯体を形成
DNAへのインターカレーション
がん細胞選択的な取り込み
bleomycin A2
H
H
H
N N
H2N
NH
O
CH3
H2N
NH
OO
H
HO
N CH3
H
O
HO
H
N
HOCH
3
NH
H
S
H CH3
H
O
NS
N
ONH
N
N
OO
O OHOH
O
NH2
O
HO
HO
HOHO
CONH2
H NH2
SMe2
H
(3) DNA鎖切断型DNAドラッグ
BLM, Fe (II), O2の三元錯体
NN
H2N
O
N
NH
H2N
Fe
CH3
NH2
O2
HN
HO
H
NNH
H
O
H2N
O
OCH
3
O
HO
N
CH3
NH
S
CH3
NS
N
NHO
HO
O
SM e2
H
OO
O OHOH
O
NH2
O
HO
HO
HOHO
この後,“活性化BLM”(BLM-Fe(III)-OOH)へと変化
2019/7/3
40
活性化BLMによるDNA鎖切断の推定機構
酸素要求性
ここでDNA鎖切断
核酸塩基プロペナールが生成
H+
e_
O2BLM-Fe(III)-OOH
ROP
ON
HO
P
O-
O
O-
O
O
OR'
•
NO
ROP
O-
O
O
O
P O-O
OR'
•
NO
ROP
O-
O
O
O
P O-O
OR'
OO
NO
ROP
O-
O
O
O
P O-O
OR'
OHO- H
2O
-BLM-Fe(IV)O
Criegee転位
ROP
-OO
NO
O
O
O
P O-O
OR'
H
ROP
-O
ON
O
O
O
O
P O-
O
OR'
--- R'OPO3
ROP
-
OO
N
O
O
O
N
O
H
..
HO H
N: 核酸塩基
(水が付加してエステルが脱離)
(3-2)エンジイン抗腫瘍性抗生物質
a,-不飽和ケトン
a,-不飽和ケトン
トリスルフィド
esperamicins
sugar-O
O
NH
O
CH3O
HO
CH3 SSS
O
H polysaccharide
calicheamicins
O
NH
O
CH3O
HO
CH3 SSS
O
H polysaccharide
dynemicin A
HNHO
HO
O
O OH
COOH
OCH3
O
CH3
トリスルフィド
2019/7/3
41
共通の作用機序
・副溝と相互作用
• チオールもしくはNADPHとの反応を経てラジカルを生成
• ラジカルがDNAを切断
Esperamicins/Calicheamicinsの作用機序
DNAインターカレーション
トリスルフィドの還元により開始
ビラジカル種によるDNA鎖の切断へ
RSH
orNADPH
H+
.
.
O
NHMeO
OMeSSS
OR'
OHR
OR'
- S
O
MeO NH
O
ROH
O
NHMeO
O
S
OR'
ROH
S
OHR
OR'
O
MeO NH
O
Bergmanrearrangment
2019/7/3
42
Dynemicin A の作用機序
DNAと相互作用
or
RSH
NADPH
Bergman
rearrangment
HNO
O
HO
HO OH
COOH
OMe
O
Me
H
H
MeHO
H
OMe
COOH
OHHO
HO
O
O HN
H+
HO:
HO
HNOHO
HO OH
COOH
OMe
Me
H
••
H
O
HNOHO
HO OH
COOH
OMe
HO
H
Me
H
HO:
HO
Me
OMe
COOH
OHHO
HNHO O
酸素と還元剤(GSH)存在下でのビラジカルによるDNA切断
cRS-
O2
e-, H+
ROPO3
=
RS-
e-, H+
O2
C-4'
C-5'
b
a
b
a
NCS
O
OHO
B
OH
HRO3PO
RO3PO
R'O3PO
BO
OB
R'O3PO
RO3PO
OB
R'O3PO
OH
OB
R'O3PO
RO3PO RO
3PO
R'O3PO
BO
O
NCS
R'O3
P
HO
-
鎖切断
鎖切断
2019/7/3
43
薬物耐性
1. 薬物の取り込みの減少
2. 酵素の過剰発現
3. 酵素の変異
4. 薬物分解酵素の生産
5. プロドラッグ(後述)活性化酵素の消失
6. 標的酵素の基質の過剰生産
7. 別な酵素の反応による物質生産
8. 薬物を細胞から排出するポンプの作動
C. Walsh,
Nature, 406, 775 (2000)
“正常な”細胞壁形成。紺色部分はD-Ala-D-ala
ペニシリンはトランスペプチダーゼに結合して阻害
ペニシリン・・・微生物の細胞壁形成を阻害する抗生物質
2019/7/3
44
C. Walsh,
Nature, 406, 775 (2000)
バンコマイシン – もうひとつの細胞壁合成阻害剤
バンコマイシンはD-Ala-D-ala
と(非共有結合的に)結びついてTPaseの作用部位をふさぐ
C. Walsh,
Nature, 406, 775 (2000)
抗生物質への薬物耐性の例
細胞外放出ポンプの作動
-ラクタマーゼによるペニシリンの開環不活性化
糖構造をもつ抗生物質のOH基修飾(cf. phase II transformation in metabolism)
変異により末端D-AlaをD-Lacに変更(アミド結合→エステル結合)
タンパク質生合成阻害
タンパク質合成かく乱
2019/7/3
45
C. Walsh,
Nature, 406, 775 (2000)
耐性菌への対抗策の例:
こちらは-ラクタマーゼを阻害
こっちはトランスペプチダーゼを阻害
ケト基を導入することでコンホメーションが変化し,排出ポンプに“捕まりにくく”なる
4-クロロビフェニル基の導入により基質(デプシペプチド)と強固に結合
耐性菌出現までの年数
!!