A Scaffold-Hopping Strategy on a Series of Proteasome Inhibitors Which Led to a Preclinical Candidate for the Treatment of Visceral Leishmaniasis
ゴール: 既存リードのファーマコフォアを保持しつつ骨格を刷新し、PK プロファイル改善した内臓リーシュマニア症 (VL) 前臨床候補を取得
1背景と課題
内臓リーシュマニア症 (VL) は Leishmania donovani によるマクロファージ内寄生虫感染で、毎年数十万例が報告される熱帯途上国の重篤感染症。
- 既存薬 (アムホテリシンB / ミルテフォシン) は毒性・耐性・注射投与が課題
- 先行候補 GSK3186899 / DDD853651 (Thomas 2019, J. Med. Chem. 62, 1180) は L. donovani 20S プロテアソーム β5 阻害薬として同定済み
- 更なる経口 PK / 代謝安定性の改善が前臨床移行の隘路
2手法の概要
ファーマコフォアを保持したままコア環を入れ替えるスキャフォールドホッピングを、ドッキング+量子化学解析で合理化。
- Glide ドッキング: L. tarantolae 20S cryo-EM 構造を鋳型に L. donovani β4-β5 相同性モデル / OPLS3e で重原子 1 A 制約最小化
- FMO-PIEDA (GAMESS, MP2/6-31G*): リガンド-残基ペア相互作用を成分分解 (5 A 内残基)
- ESP マップ: Jaguar M06/6-31+G** + PyMOL APBS で静電相補性可視化
- 合成: フルオロニトロフェニル -> 還元 -> アニリン経由でイミダゾ[1,2-a]ピリミジンを構築
3本研究で示したこと
新規 イミダゾ[1,2-a]ピリミジン 骨格が β5 ポケットに適合し、PK プロファイル改善を達成した前臨床候補 化合物 4 を同定。
- FMO-PIEDA により残基寄与を定量化 -> ドッキングスコア越えの合理化
- モルフォリン置換でソフトリポフィリシティを微調整
- NMRI / Balb/c マウスでの PK 評価により 1 日 2 回投与での治療カバレッジを示唆
- 非標準受容体での スキャフォールドホッピング法論 としての一般化可能性
4主な結果
a / in vivo PK
化合物4 マウス血中濃度プロファイル
経口 10 mg/kg, IV 3 mg/kg 実測 → 50 mg/kg 外挿で ≥EC90 を 6 時間以上維持。BID 投与で治療カバレッジ実現可能と示唆。
b / FMO-PIEDA
残基別 相互作用エネルギー (kcal/mol)
MP2/6-31G* PIEDA 分解 (代表残基, β5 ポケット)。Thr1 触媒残基と Met45 / Ala20 疎水接触が主要寄与で骨格刷新後も保存。
c / 化合物選抜ファネル
スキャフォールドホッピング選抜
設計 → ドッキング上位 → FMO で残基寄与確認 → 合成 + 細胞活性 → in vivo PK の段階的選抜で 化合物 4 へ収束。
d / 活性 + カバレッジ
細胞活性と血中カバレッジ
In vitro: amastigote EC50 サブµM レベル (SI 推定)。In vivo: マウス PK 外挿で BID 治療カバレッジ達成。
5テイクホームメッセージ
骨格刷新
イミダゾ[1,2-a]ピリミジン採用で β5 結合を保持しつつ PK 改善 → 化合物 4 を前臨床候補化
FMO-PIEDA 主導設計
残基別エネルギー成分分解でドッキングスコアを超える合理的判断材料を提供
非標準ターゲットでも適用可
L. donovani β5 のような相同性モデル受容体でも本ワークフローは展開可能
計算化学加速の余地
FMO の高コストを ML 代理モデル (lib/docking, lib/molgen) で代替し残基寄与スコアラー化が次の一手
出典: Thomas, Gilbert et al., J. Med. Chem. 2021 (SI). 関連先行研究: Thomas et al., J. Med. Chem. 2019, 62, 1180 (GSK3186899 / DDD853651).