海洋天然物のケミカルバイオロジー

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化学と生物 Vol. 50, No. 6, 2012

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今日の話題

ブリオスタチンとイグジグオリドへの合成化学的アプローチ

人類は長い歴史の中で，医薬資源として植物や微生物由来の薬効成分を探索・活用し，健康の維持・増進をはかってきた．一方，海洋生物が生産する二次代謝産物

（天然物）の探索の歴史は比較的浅く，20世紀後半から次第に活発に行なわれるようになった．その結果，陸上生物の二次代謝産物には見られない，独特な分子構造と興味深い生物活性を有する化合物が近年次々と発見され，天然物創薬を大いに活性化したほか，生物現象の分子レベルでの理解と制御におけるツールとして期待されている．しかし，海洋天然物は多くの場合において極微量成分である．生産生物の乱獲は海洋生態系の破壊につながり，培養による化合物供給は困難を極める場合が多い．このため，化学合成による実践的な化合物供給法の開発が必要である．さらに，化学合成によれば天然物の分子構造の部分改変や単純化も可能であり，それに伴う活性増強・分離などの生体機能のチューニングを通じて，新たな生体機能分子を創出することができる．すなわち，極微量天然物の実践的供給と生物活性評価や，天然物を基盤とする新規化合物の探索において，合成化学者の果たす役割はきわめて大きいと言える．

フサコケムシから単離・構造決定されたブリオスタチン1 （Bryo 1）は，強力な抗腫瘍活性

を示す海洋マクロリド天然物である（図1_）^（1）_．Bryo 1 およびその天然同族体は，発がんプロモーターであるホルボールエステルと同様に，細胞の分化・増殖・がん化に関わるプロテインキナーゼ C （PKC）に結合，活性化し，PKCを細胞質から細胞質膜へとトランスロケーションする．また，ブリオスタチン類はPKCに対するホルボールエステルの結合を競争阻害することも知られている．しかし興味深いことに，ブリオスタチン類はホルボールエステルの作用を部分的に拮抗阻害することも知られており，ブリオスタチン類が発がん促進活性ではなく抗腫瘍活性を示す理由の一つと考えられている^（2）． Pettitらは，南カリフォルニア沿岸で採取した湿重量 1トンのからBryo 1を1.5 g単離するなど^（3），生産生物からの抽出による化合物供給に尽力し，ブリオスタチン類の作用機序解析研究や臨床試験が実現した．

一方で，現在までに多くのブリオスタチン類の全合成が報告されているが，いずれも非常に多段階の合成であり，Pettitらの単離を凌ぐ化合物供給は達成できていない^（4）．これに対し，Wenderらは天然物の構造を単純化した構造類縁体をデザインし，天然物と同等もしくはそれ以上の生物活性を示す化合物の創製に成功した．

Wenderらは，独自に提唱したブリオスタチン類，ホ

図1^■ブリオスタチンとその構造単純化類縁体（1〜3）およびイグジグオリドの構造式

Wenderらのファーマコフォアモデル^（5）によれば，コバルト色で示した酸素原子はPKC結合活性に重要と考えられている．

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ルボールエステルおよび内因性PKCリガンドである1,2- ジアシルグリセロールのファーマコフォアモデル^（5）に基づいた分子設計を行なった．すなわち，ブリオスタチン類のA環およびB環は，PKC結合活性に重要な C1, C19, C26 位の酸素原子の三次元的な配置を制御するためのスペーサードメインであると仮定し，この部分を単純化した数種の構造類縁体を設計・合成した（図 1）．この際，PKCとの分子認識に重要と考えられるC 環周辺は天然物に忠実に合成した．構造類縁体の立体配座が天然物のそれをよく再現することを，溶液NMR解析と分子動力学計算により確認した．こうして得た類縁体1は天然物と同等のPKC結合活性を有し，さらに数種のヒトがん細胞に対し強力な増殖抑制活性を示すことがわかった．本研究により，Wenderらは独自に提唱したファーマコフォアモデルを実験的に検証するとともに，天然物よりもはるかに短段階で効率良く合成できる高活性類縁体1の創製に成功した^（6）．

ところで，PKCは10種類以上のアイソフォームから構成されるタンパク質ファミリーであり，その生理機能は多岐にわたる．このため，PKCアイソフォーム選択的な化合物は，PKCの下流に位置するシグナル伝達系の理解と制御に有用である．Wenderらは最近，ブリオスタチン類のA環が実は単なるスペーサードメインではなく，A環のC7位置換基がPKCアイソフォーム選択性に重要な役割を担っていることを明らかにした^（7）． CHO-k1細胞において，Bryo 1により細胞質のPKC

β

1 は活性化され細胞質膜へと速やかにトランスロケーションしたが，Bryo 1と同等のPKC結合親和性を示す天然同族体Bryo 2は，PKC

β

1をまったく活性化しなかった．また類縁体2がPKC

β

1とPKC

δ

の両方を活性化したのに対し，類縁体3はPKC

δ

のみを活性化することが明らかになった．以上の結果は，A環のC7位置換基によるPKCアイソフォーム選択的活性化の可能性を示唆している．

筆者らは，海洋天然物の実践的な化学合成や，天然物

の構造を基盤とした新規有用化合物創製に興味をもち，

その一環として，イグジグオリドの全合成と作用機序解析研究を行なっている．イグジグオリドは，太田らが奄美大島沖で採取した海綿 Thieleより単離・構造決定された20員環マクロリドである（図1）^（8）．太田らは，本天然物が棘皮動物の受精を特異的に阻害する一方，受精卵の卵割は阻害しないことを報告していたが，生産生物からの化合物調達が困難であったため，それ以上の生物活性評価は行なわれていなかった．筆者らは，イグジグオリドとブリオスタチン類との構造類似性に興味をもち，全合成による化合物供給と詳細な生物活性評価を実施した．すなわち，全合成により約50 mgの試料を調達した後，各種ヒトがん細胞に対する増殖阻害活性を検討したところ，ヒト大細胞肺がん細胞NCI- H460やA549が顕著な感受性を示すことが明らかとなった^（9）．現在はマウスゼノグラフトモデルを用いた抗腫瘍活性試験や作用機序解析を進めており，興味深い知見が得られつつある（共同研究）．また，天然物の構造を改変した構造類縁体の合成と評価も併せて行なっており，

基礎的な構造活性相関が明らかになってきた．このように，極微量成分であるが故に詳細な生物活性が明らかになっていない天然物に着眼し，有用化合物を再発掘することもまた，合成化学者の役割と言えるだろう．

1） G. R. Pettit : , 104, 6846 （1982）.

2） R. Mutter & M. Wills : , 8, 1841

（2000）.

3） G. R. Pettit : , 47, 3601 （1991）.

4） K. J. Hale & S. Manaviazar : , 5, 704

（2010）.

5） P. A. Wender : , 85, 7197

（1988）.

6） P. A. Wender : , 95, 6625

（1998）.

7） P. A. Wender : , 108,

6721 （2011）.

8） S. Ohta : , 47, 1957 （2006）.

9） H. Fuwa : , 17, 2678 （2011）.

（不破春彦，東北大学大学院生命科学研究科）