sAC (ADCY10) 阻害剤の第二世代最適化: Slow Dissociation Rate の設計と達成
Miller, Meinke et al. — J. Med. Chem. 2022, 65, 15208–15226 | DOI: 10.1021/acs.jmedchem.2c01133
🎯 sAC阻害剤TDI-11861: Asp99新規H-bond設計でresidence timeを100倍延長し、非ホルモン性男性避妊薬候補を実現
① 背景と課題

sAC（soluble adenylyl cyclase、ADCY10）はcAMPを産生し精子運動性・先体反応に必須。sAC欠損マウスおよびADCY10変異ヒト2例は雄特異的不妊を示し、sAC阻害が非ホルモン性男性避妊の新機序として注目されている。

先代TDI-10229のresidence time=25秒は致命的に短い。射精後に女性生殖管で100倍希釈が生じると、阻害効果が消失する前に精子が活性化してしまう
生化学IC50（2.5nM以下）では測定限界に達し、「もっと強力な」阻害剤の評価にSPRと速度論指標が必要

→ 設計目標を「fast-on, slow-off」に設定し、residence time最大化を構造設計の中心に据える

② 手法: 構造ベース設計戦略
TDI-10229 X線構造（PDB: 7OVD, 2.20Å）解析
↓
ピラゾール5位成長ベクター → フェニル環ortho位に転換
↓
Ortho/Meta/Para SAR探索（Table 2）→ ortho最適
↓
アルコキシ鎖展開 + CHF2ピラゾール導入
↓
TDI-11861（compound 33）: KD=1.4nM, RT=3181s

FEP+ (Schrödinger) / Glide ensemble docking を活用（詳細は別報）

② 手法: 速度論評価手法

SPR（表面プラズモン共鳴）: kon/koff/KD を直接測定。IC50<2.5nMの床効果を回避しつつ速度論パラメータを取得。

Jump dilution assay（独立確認）: 5×sACタンパクを10×IC50の阻害剤と予混和→100倍希釈後のcAMP産生回復速度でresidence timeを測定。SPR値と2〜3倍の一致（試験条件差）。

2手法で独立確認
SPR + Jump dilution の一致がslow-offを証明
③ 本研究で示したこと（要点）
  • Asp99との新規H-bond（2.92Å）がresidence time延長の構造的根拠
  • Ortho位アルコキシ鎖（モルフォリン）がIC50を160nM→3.3nMに改善
  • N-CH3→N-CHF2置換で代謝安定性向上かつ類似立体充填を維持
  • KD向上はkon一定・koff低下のみで達成（fast-on設計成功）
  • 322キナーゼ・46標的での高選択性 + マウス雄避妊試験成功
④ 主要結果 (a) TDI-10229 vs TDI-11861
パラメータTDI-10229TDI-11861
生化学IC50160 nM3.3 nM
細胞IC5092 nM5.5 nM
SPR KD176 nM1.4 nM
Residence time (SPR)25 s3181 s
Residence time (JD)—1220 s
溶解度1.3 μg/mL79 μg/mL
④ 主要結果 (b) Residence time 改善の倍率
Residence Time (秒) TDI-10229 25 s TDI-11861 3181 s (~53分) ×127 ※ SPR測定値
④ 主要結果 (c) Ortho SAR: 置換基別IC50
IC50 (nM) ─ 低いほど良い TDI-10229 160 11 (OMe) 67 12 21 19 (morph) 12 23 (CHF2) 4.0 TDI-11861 3.3 1000 160 20 1
④ 主要結果 (d) 結晶構造の新規接触
sAC結合ポケット接触（TDI-11861, 1.8Å） amino chloro pyrimidine Asp99 新規接触 2.92 Å H-bond morpho- line CHF2 代謝安定 既存H-bond維持 + Asp99新規接触がslow-offの鍵
⑤ テイクホームメッセージ
⏱️ Residence timeを設計目標に
IC50最適化だけでなく、SPRでkon/koffを直接評価することでslow-off化合物を確実に同定。Jump dilutionが独立確認手段として有効。
🧱 接触面積増加 = slow-off
Asp99との新規H-bond（2.92Å）が解離遷移状態の障壁を高める。Konは変化せずKoffのみ低下した事実が「接触増＝slow-off」を実証。
🧪 CHF2ピラゾールの汎用性
N-CH3→N-CHF2置換は類似立体を維持しつつ代謝安定性を改善。他の創薬プロジェクトにも転用可能なbioisostere戦略。
🎯 in vivo 概念実証
TDI-11861は50mg/kg IPでマウス雄避妊に成功。非ホルモン性男性避妊という未充足ニーズへの概念実証を初めて達成。
ケムインフォマティクスへの応用
適用先提案優先度
lib/fepFEP+でortho置換体ΔΔG計算→合成前スクリーニング高
lib/dockingAsp99 H-bond必須フィルターでslow-off候補を濃縮高
lib/dockingProLIFでAsp99接触フィンガープリント定量化中
lib/molgenSAR知見をMolgenYamlスコアラー制約として実装中

ADCY10選択性とslow-off両立を自動スクリーニングする枠組みをlib/docking+lib/fepで構築可能

本研究のインパクト
  • Residence time 127倍延長（25s→3181s）: kinetics-driven drug designの成功事例
  • 非ホルモン性男性避妊薬候補TDI-11861を初めてin vivoで実証
  • 「fast-on, slow-off」を設計原則として確立したプロトタイプ研究
3181 s ≈ 53分
TDI-11861のSPR residence time（100倍希釈を乗り越える設計）
Miller, Meinke et al. J. Med. Chem. 2022, 65, 15208–15226 | DOI: 10.1021/acs.jmedchem.2c01133 | sAC/ADCY10 | Category: medicinal_chemistry | lib/fep・lib/docking