JP2001521042A - Interaction of alpha-conotoxin peptide with neuronal nicotinic acetylcholine receptor - Google Patents

Interaction of alpha-conotoxin peptide with neuronal nicotinic acetylcholine receptor

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JP2001521042A JP2000517986A JP2000517986A JP2001521042A JP 2001521042 A JP2001521042 A JP 2001521042A JP 2000517986 A JP2000517986 A JP 2000517986A JP 2000517986 A JP2000517986 A JP 2000517986A JP 2001521042 A JP2001521042 A JP 2001521042A
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グレゴリー・エス・シェン
ジェイ・マイケル・マッキントッシュ
ジー・エドワード・カーティエイ
ドジュ・ヨシカミ
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ユニバーシティ・オブ・ユタ・リサーチ・ファウンデーション
ケース ウエスタン リザーブ ユニバーシティ
ソーク・インスティテュート
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Abstract

(57)【要約】 本発明は、MIIの基本的な活性を維持しつつ、本明細書に記載するごとくアミノ酸が置換されているコノペプチド(α-4/7コノトキシンペプチド)の誘導体に関する。本発明は、MIIの三次元構造の発見および、その構造とニューロンニコチン性アセチルコリン受容体(nAChR)のα3β2サブユニットに対するその特異性との関係にも関する。本発明は、MIおよびそのペプチドアナログ、ペプチドミメティックまたは非ペプチドミメティックの三次元構造の表現用のコンピュータベースのプログラムにも関する。構造的特徴を生物学的活性と相関付けて、α-4/7コノトキシンペプチドアナログおよびニューロンnAChRに対して同一の特異性を示すペプチドミメティックのデザインを容易にすることができる。そのようなアナログおよびミメティックは、心臓血管剤として、および小細胞肺ガン(SCLC)の治療および検出に有用である。   (57) [Summary] The present invention relates to derivatives of conopeptides (α-4 / 7 conotoxin peptides) with amino acid substitutions as described herein, while maintaining the basic activity of MII. The present invention also relates to the discovery of the three-dimensional structure of MII and its relationship to its specificity for the α3β2 subunit of the neuronal nicotinic acetylcholine receptor (nAChR). The invention also relates to a computer-based program for the representation of the three-dimensional structure of MI and its peptide analogs, peptidomimetics or non-peptidomimetics. Structural features can be correlated with biological activity to facilitate the design of peptidomimetics that exhibit the same specificity for α-4 / 7 conotoxin peptide analogs and neuronal nAChRs. Such analogs and mimetics are useful as cardiovascular agents and for the treatment and detection of small cell lung cancer (SCLC).

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】 本発明は、メリーランド州ベセスダのナショナル・インスティチュート・オブ
・ヘルス(National Institute of Health)によって投資された助成金番号GM
−54710、PO1 48677およびMH−53631の下で政府援助によ
りなされた。米国政府は本発明のある種の権利を有する。
The present invention is a grant number GM invested by the National Institute of Health, Bethesda, MD.
-54710, PO1 48677 and MH-53631 with government support. The United States Government has certain rights in the invention.

【0002】 発明の背景 本発明は、MIIに実質的に類似した活性を維持しつつ、本明細書に記載したご
とくアミノ酸配列が置換されているアルファコノペプチドMII(α-4/7コノト
キシンペプチド)の誘導体に関する。 本発明は、さらにMIIの三次元構造の発見および、その構造とニューロンニコ
チン性アセチルコリン受容体(nAChR)のα3β2サブタイプに対するその
特異性との関係に向けられる。該三次元構造の発見はα-4/7コノトキシンペプ
チドアナログおよびニューロンnAChRに対して同一の特異性を示すペプチド
ミメティックのデザインを可能にする。そのようなアナログおよびミメティック
は心臓血管剤としておよび小細胞肺ガン(SCLC)の治療および検出に対して 有用である。本発明は、コンピュータに基づくMIIおよびペプチドアナログ、ペ
プチドミメティックまたはそれらの非ペプチドミメティックの三次元構造の表示
用プログラムに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION [0002] The present invention relates to an alpha conopeptide MII (α-4 / 7 conotoxin peptide) wherein the amino acid sequence is substituted as described herein, while maintaining activity substantially similar to MII. )). The invention is further directed to the discovery of the three-dimensional structure of MII and its relationship to its specificity for the α3β2 subtype of the neuronal nicotinic acetylcholine receptor (nAChR). The discovery of the three-dimensional structure allows for the design of peptidomimetics that exhibit the same specificity for α-4 / 7 conotoxin peptide analogs and neuronal nAChRs. Such analogs and mimetics are useful as cardiovascular agents and for the treatment and detection of small cell lung cancer (SCLC). The present invention relates to a computer-based program for displaying the three-dimensional structure of MII and peptide analogs, peptide mimetics or their non-peptide mimetics.

【0003】 本発明の背景を例示し、特別な場合、当該実施に関するさらなる詳細を提供す
るために本明細書で用いられる刊行物および他の資料は、出典明示して本明細書
に含まれ、利便のため、以下の本文中で数字で参照され、添付の出典リストにお
いて分類される。
The publications and other materials used herein to exemplify the background of the invention and, in special cases, to provide further details regarding the practice, are incorporated herein by reference. For convenience, they are referenced numerically in the text below and are categorized in the attached source list.

【0004】 該α-コノペプチドMIIはアミノ酸配列:Gly-Cys-Cys-Ser-Asn-Pro-Val-Cys-H
is-Leu-Glu-His-Ser-Asn-Leu-Cys(配列番号:1)を有する。このペプチドは、
第1および第3のシステイン残基間および第2および第4のシステイン残基間に
2つのジスルフィド結合を有する。C-末端はカルボキシル基またはアミド基、 好ましくはアミド基を含有することができる。6位のアミノ酸は、プロリンまた
は4-トランス-ヒドロキシプロリン、好ましくはプロリンであってよい。MIIの
同定は米国特許第5,514,774号に記載され、出典明示して本明細書に含ま
れる。
The α-conopeptide MII has the amino acid sequence: Gly-Cys-Cys-Ser-Asn-Pro-Val-Cys-H
It has is-Leu-Glu-His-Ser-Asn-Leu-Cys (SEQ ID NO: 1). This peptide is
It has two disulfide bonds between the first and third cysteine residues and between the second and fourth cysteine residues. The C-terminus may contain a carboxyl or amide group, preferably an amide group. The amino acid at position 6 may be proline or 4-trans-hydroxyproline, preferably proline. The identification of MII is described in U.S. Patent No. 5,514,774, which is hereby incorporated by reference.

【0005】 神経生物学の主要な兆戦は、近年、分子技術によって神経系において発見され
たニコチン性受容体およびイオンチャネルの複数形態の機能を明らかにすること
にある。遺伝子ノック−アウト生物体(gene knock-out organism)の使用は、 そのような機能を調べる一つの方法である。相補的手法(complementary approa
ch)とは、受容体またはイオンチャネルの特定の分子形態を特に阻害するリガン
ドを使用することである。そのようなリガンドは、受容体系列の密接に関連する
メンバーを区別し得るべきである。
[0005] A major sign of neurobiology lies in elucidating the function of several forms of nicotinic receptors and ion channels that have recently been discovered in the nervous system by molecular techniques. The use of gene knock-out organisms is one way to study such functions. Complementary approa
ch) is to use a ligand that specifically inhibits a particular molecular form of the receptor or ion channel. Such ligands should be able to distinguish closely related members of the receptor lineage.

【0006】 ニコチン性アセチルコリン受容体(nAChR)は神経系の重要な構成である
リガンド作動性イオンチャネルである。これらの受容体の典型的な役割は神経筋
接合に規定され、筋肉終板に濃縮されたニコチン性受容体は、運動軸索のシナプ
ス前末端からの神経伝達物質の放出を検出する重要な高分子として働く。しかし
ながら、これらの骨格筋ニコチン性受容体に加えて、ニコチン性受容体の多くの
他の分子形態が存在し;一般に、これらをニューロンニコチン性受容体という。
中枢神経系(CNS)において、nAChRは、ドーパミン、ノルエピネフリン
、アセチルコリン、GABAおよびグルタメートを含む神経伝達物質の放出を調
節することにおいて重要な役割を演じる。
[0006] Nicotinic acetylcholine receptor (nAChR) is a ligand-gated ion channel that is an important component of the nervous system. The typical role of these receptors is defined at the neuromuscular junction, and nicotinic receptors enriched in muscle endplates are important high-level detectors for detecting neurotransmitter release from presynaptic terminals of motor axons. Work as a molecule. However, in addition to these skeletal muscle nicotinic receptors, there are many other molecular forms of nicotinic receptors; these are generally referred to as neuronal nicotinic receptors.
In the central nervous system (CNS), nAChRs play an important role in regulating the release of neurotransmitters, including dopamine, norepinephrine, acetylcholine, GABA and glutamate.

【0007】 フィッシュ−ハンティングコーンスネイル(fish-hunting cone snail)、Con
us magus、の毒液由来の小ペプチドトキシン(コノトキシン)は、単一の受容体
またはイオンチャネル系列の密接に関連した分子形態を区別するリガンドの天然
起源である。アルファコノペプチドMIIは、ニューロンニコチン性受容体に対し
て選択的に作動する小ペプチドである。自律神経系において、近年、MIIは副交
感神経毛様態神経節においてシナプス伝達を媒介する薬理学的に詳細に調べられ
たnAChRを助けるために使用された。カエルの交感神経節において、MIIは
B対C神経におけるnAChRを区別した。該CNSにおいて、MIIの特異性は
、ニコチン刺激性ドーパミン放出を調節するnAChRのサブユニットの同定を
可能にする。網膜において、MIIの選択性ブロックを用いて視覚回路の発育にお
けるnAChRの役割を確認した。小細胞肺ガン(SCLC)腫瘍の存在および
場所の検出、SCLCを有する患者の治療およびSCLS腫瘍の増殖を阻害する
ためのMIIの使用は、米国特許第5,595,972号に記載され、出典明示して
本明細書に含まれる。ニコチン刺激性ドーパミン放出に起因する障害を治療する
ためのMIIの使用は、米国特許第5,780,433号に記載され、出典明示して
本明細書に含まれる。心臓血管剤としてのMIIの使用は、1996年11月18
日に出願された同時係属している仮出願第60/031,141号に記載され、出
典明示して本明細書に含まれる。現在まで、MIIの三次元構造の報告も、該分子
の三次元構造と機能との関係の体系的な研究であって、MIIアナログおよびミメ
ティックの体系的デザインに不可欠な研究もされていなかった。
[0007] Fish-hunting cone snail, Con
The small peptide toxin (conotoxin) from the venom of C. us magus is the natural source of ligands that distinguish between closely related molecular forms of a single receptor or ion channel series. Alpha conopeptide MII is a small peptide that selectively acts on neuronal nicotinic receptors. In the autonomic nervous system, MII has recently been used to help pharmacologically scrutinized nAChRs that mediate synaptic transmission in parasympathetic ciliary ganglia. In the frog sympathetic ganglia, MII distinguished nAChRs in B vs. C nerves. In the CNS, the specificity of MII allows the identification of nAChR subunits that regulate nicotine-stimulated dopamine release. In the retina, a selective block of MII was used to confirm the role of nAChR in visual circuit development. The detection of the presence and location of small cell lung cancer (SCLC) tumors, treatment of patients with SCLC and the use of MII to inhibit the growth of SCLS tumors is described in US Pat. No. 5,595,972, Explicitly included herein. The use of MII to treat disorders caused by nicotine-stimulated dopamine release is described in US Pat. No. 5,780,433, which is hereby incorporated by reference. The use of MII as a cardiovascular agent was described on Nov. 18, 1996.
Co-pending Provisional Application No. 60 / 031,141, filed on the date of which is hereby incorporated by reference. To date, neither the report of the three-dimensional structure of MII nor the systematic study of the relationship between the three-dimensional structure and function of the molecule has been performed, nor has the study been essential for the systematic design of MII analogs and mimetics.

【0008】 MIIの誘導体、α-コノトキシンのペプチドアナログおよびペプチドミメティ ックを同定することが所望され、それらはnAChRの特異性サブタイプに対し
て選択的であり、本明細書に記載された使用を有する。
[0008] It is desirable to identify derivatives of MII, peptide analogs and peptidomimetics of α-conotoxin, which are selective for the specific subtype of nAChRs and described herein. Having use.

【0009】 発明の概要 本発明は、MIIに実質的に類似した活性を維持しつつ、本明細書に記載したご
とくアミノ酸配列が置換されているアルファコノペプチドMII(α-4/7コノト
キシンペプチド)の誘導体に関する。より詳しくは、本発明は、一般式(配列番
号:2):
SUMMARY OF THE INVENTION [0009] The present invention relates to an alpha conopeptide MII (α-4 / 7 conotoxin peptide) having the amino acid sequence substituted as described herein, while maintaining activity substantially similar to MII. )). More specifically, the present invention provides a compound represented by the general formula (SEQ ID NO: 2):

【0010】[0010]

【化2】 Xaa-Cys-Cys-Xaa-Xaa1-Xaa2-Xaa-Cys-Xaa3-Xaa-Xaa4-Xaa5-Xaa-Xaa-Xaa-CysEmbedded image Xaa-Cys-Cys-Xaa-Xaa 1 -Xaa 2 -Xaa-Cys-Xaa 3 -Xaa-Xaa 4 -Xaa 5 -Xaa-Xaa-Xaa-Xaa-Cys

【0011】 で表される誘導体に向けられ、ここに、Xaaは天然、修飾または非天然アミノ
酸よりなる群から選択されるアミノ酸を表す。該修飾は、1以上のアミノ酸の付
加、置換または除去によるものであってよい。該修飾は、ペプチドミメティック
、変化した側鎖を持つアミノ酸、または、例えば、同一の空間/構造/機能関係
を持つ有機分子のミメティックのごとき、該アミノ酸自体のアナログの付加また
は置換によるものであってもよい。個々のXaa1はいずれかのアミノ酸、好ま しくはAsnまたはHisであり;Xaa2はいずれかのかアミノ酸、好ましく はProまたはヒドロキシ-Proであり;Xaa3はいずれかのアミノ酸、好ま
しくはHisまたはAsnであり;Xaa4はいずれかのアミノ酸、好ましくは Gluであり;およびXaa5はいずれかのアミノ酸、好ましくはHisまたは Asnである。Xaa1がAsnであり;Xaa2がProまたはヒドロキシ-P roであり;Xaa5がHisであることが最も好まれる。該C−末端はカルボ キシル基またはアミド基、好ましくはアミド基を含むことができる。
Wherein Xaa represents an amino acid selected from the group consisting of natural, modified or unnatural amino acids. The modification may be by the addition, substitution or removal of one or more amino acids. The modification may be due to the addition or substitution of an analog of the amino acid itself, such as a peptidomimetic, an amino acid with an altered side chain, or a mimetic of an organic molecule having the same spatial / structural / functional relationship. You may. Amino either individual Xaa 1, the preferred properly be Asn or His; Xaa 2 is any of one amino acid, preferably be Pro or hydroxy -Pro; Xaa 3 is any amino acid, preferably His or Asn Xaa 4 is any amino acid, preferably Glu; and Xaa 5 is any amino acid, preferably His or Asn. Most preferably, Xaa 1 is Asn; Xaa 2 is Pro or hydroxy-Pro; Xaa 5 is His. The C-terminus can include a carboxyl or amide group, preferably an amide group.

【0012】 本発明の第2の局面は、MIIの三次元構造の発見およびその構造とニューロン
ニコチン性アセチルコリン受容体(nAChR)のα3β2サブタイプに対する
その特異性との関係に向けられる。構造の生物活性に対する相関に基づき、該三
次元構造の発見は、α-4/7コノトキシンペプチドアナログ、ニューロンnAC
hRの様々なサブタイプに対する特異性を示すペプチドミメティックおよび非ペ
プチドミメティックのデザインを可能にする。一つの具体例において、MIIによ
って証拠付けられたごとく、ニューロンnAChRのα3β4サブタイプよりも
α3β2サブタイプに対してより高い特異性を示す化合物を開発する。第2の具
体例において、本明細書に記載されたいくつかのMII誘導体によって証拠付けら
れたごとく、ニューロンnAChRのα3β2サブタイプよりもα3β4サブタ
イプに対してより高い特異性を示す化合物を開発する。 本発明の誘導体、ペプチドアナログ、ペプチド擬似および非ペプチドミメティ
ックは、心臓血管剤、胃運動剤、尿失禁剤、喫煙抑制剤として、および小細胞肺
ガン(SCLC)の治療および検出に有用である。
A second aspect of the invention is directed to the discovery of the three-dimensional structure of MII and its relationship to its specificity for the α3β2 subtype of neuronal nicotinic acetylcholine receptor (nAChR). Based on the correlation of the structure to the biological activity, the discovery of the three-dimensional structure was based on the α-4 / 7 conotoxin peptide analog, neuronal nAC
It allows the design of peptidomimetics and non-peptidomimetics that exhibit specificity for various subtypes of hR. In one embodiment, compounds are developed that exhibit higher specificity for the α3β2 subtype than for the α3β4 subtype of neuronal nAChRs, as evidenced by MII. In a second embodiment, compounds are developed that exhibit greater specificity for the α3β4 subtype than for the α3β2 subtype of neuronal nAChRs, as evidenced by some of the MII derivatives described herein. . The derivatives, peptide analogs, peptidomimetics and non-peptidomimetics of the present invention are useful as cardiovascular agents, gastric motility agents, urinary incontinence agents, smoking suppressants, and for the treatment and detection of small cell lung cancer (SCLC). .

【0013】 本発明の第3の局面は、ニューロンnAChRに対して同一または異なる特異
性を示すMIIの三次元構造に基づく有機分子のごとき、ミメティックの合成に向
けられる。
[0013] A third aspect of the invention is directed to the synthesis of mimetics, such as organic molecules based on the three-dimensional structure of MII that exhibit the same or different specificities for neuronal nAChRs.

【0014】 本発明の第4の局面は、該コノペプチドMIIの活性および特異性を規定するペ
プチドフラグメントの同定およびその三次元構造に基づく、変化したニコチン性
AChRサブタイプ特異性を持つペプチドアナログおよびペプチドミメティック
の合成に向けられる。
A fourth aspect of the present invention relates to the identification of a peptide fragment that defines the activity and specificity of said conopeptide MII and a peptide analog with altered nicotinic AChR subtype specificity based on its three-dimensional structure and Directed to the synthesis of peptide mimetics.

【0015】 本発明の第5の局面は、MIIに関する全体構造活性情報に基づく有機分子のご
とき、ミメティックの合成に向けられる。
[0015] A fifth aspect of the invention is directed to the synthesis of mimetics, such as organic molecules based on overall structure activity information on MII.

【0016】 本発明の第6の局面は、MIIまたはそのペプチドアナログまたはペプチドミメ
ティックの三次元構造の表現(ビジュアルディスプレイのごとき)用のコンピュ
ータプログラム、さらに、MIIの各構成の同一性およびその構成の全体構造内の
位置を原子レベルまで落として表示するコンピュータプログラムも提供する。分
子の三次元構造を表示するための多くの現在入手可能なコンピュータプログラム
がある。一般に、これらのプログラムは、分子の三次元構造の座標を入力するた
めに、該座標を表示する手段(ビジュアルディスプレイのごとき)、該座標を変
化させる手段および該変化した座標を有する分子の像を表示する手段を提供する
。さらなる局面において、本明細書に記載したごとく、三次元空間におけるMII
分子の原子位置のNMR座標を当該プログラムにプログラム化して、ここに、該
座標は該MII分子のNMR解析から得られており、MIIまたはその部分の相対的
タンパク質モデリングを実行することができる。したがって、MIIのペプチドア
ナログまたはペプチドミメティックの三次元構造を表示するコンピュータプログ
ラムも提供する。好まれるのは、図8インプット記載の座標を用いた、Molecula
r Simulations, Inc. (Waltham, MA)から入手可能なコンピュータプログラムC AVEATである。
A sixth aspect of the present invention relates to a computer program for expressing the three-dimensional structure (such as a visual display) of MII or a peptide analog or peptidomimetic thereof, and furthermore, the identity of each structure of MII and its structure Also provided is a computer program for displaying the position in the overall structure of the device down to the atomic level. There are many currently available computer programs for displaying the three-dimensional structure of a molecule. Generally, these programs include means for displaying coordinates (such as a visual display), means for changing the coordinates, and an image of the molecule having the changed coordinates in order to input the coordinates of the three-dimensional structure of the molecule. Provide a means to display. In a further aspect, as described herein, MII in three-dimensional space
The NMR coordinates of the atomic positions of the molecule are programmed into the program, wherein the coordinates have been obtained from NMR analysis of the MII molecule and relative protein modeling of MII or portions thereof can be performed. Accordingly, there is also provided a computer program for displaying the three-dimensional structure of a peptide analog or peptidomimetic of MII. Preference is given to Molecula using the coordinates described in FIG.
r Computer program C AVEAT available from Simulations, Inc. (Waltham, MA).

【0017】 配列表の概要 配列番号:1は、α-CTx MIIペプチドのアミノ酸配列である。 配列番号:2は、アルファコノペプチドMIIのアミノ酸配列である。 配列番号:3は、MIIのFANTキメラのアミノ酸配列である。Outline of Sequence Listing SEQ ID NO: 1 is the amino acid sequence of α-CT x MII peptide. SEQ ID NO: 2 is the amino acid sequence of alpha conopeptide MII. SEQ ID NO: 3 is the amino acid sequence of the MII FANT chimera.

【0018】 発明の詳細な説明 I.MIIの誘導体 本発明は、MIIの基本的な活性を維持しつつ、本明細書に記載したごとくアミ
ノ酸残基が置換されている、MII、α-4/7コノトキシンペプチドの誘導体に関
する。より詳しくは、本発明は、一般式(配列番号:2):
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Derivatives of MII The present invention relates to derivatives of MII, α-4 / 7 conotoxin peptides, wherein the amino acid residues are substituted as described herein, while maintaining the basic activity of MII. More specifically, the present invention provides a compound represented by the general formula (SEQ ID NO: 2):

【0019】[0019]

【化3】 Xaa-Cys-Cys-Xaa-Xaa1-Xaa2-Xaa-Cys-Xaa3-Xaa-Xaa4-Xaa5-Xaa-Xaa-Xaa-CysEmbedded image Xaa-Cys-Cys-Xaa-Xaa 1 -Xaa 2 -Xaa-Cys-Xaa 3 -Xaa-Xaa 4 -Xaa 5 -Xaa-Xaa-Xaa-Cys

【0020】 を有する誘導体に向けられ、ここに、Xaaは天然、修飾または非天然アミノ酸
よりなる群から選択されるアミノ酸を表す。該修飾は、1以上のアミノ酸の付加
、置換または除去によるものであってよい。該修飾は、ペプチドミメティック、
変化した側鎖を持つアミノ酸、または、例えば、同一の空間/構造/機能関係を
持つ有機分子のミメティックのごとき該アミノ酸自体のアナログの付加または置
換によるものであってもよい。個々のXaa1はいずれかのアミノ酸、好ましく はAsnまたはHisであり;Xaa2はいずれかのアミノ酸、好ましくはPr oまたはヒドロキシ-Proであり;Xaa3はいずれかのアミノ酸、好ましくは
HisまたはAsnであり;Xaa4はいずれかのアミノ酸、好ましくはGlu であり;およびXaa5はいずれかのアミノ酸、好ましくはHisまたはAsn である。Xaa1がAsnであり;Xaa2がProまたはヒドロキシ-Proで あり;Xaa5がHisであることが最も好まれる。該誘導体は、第1および第 3のシステイン残基間ならびに第2および第4のシステイン残基間に2つのジス
ルフィド結合を含有する。該C−末端はカルボキシル基またはアミド基、好まし
くはアミド基を含むことができる。該アミノ酸はα-アミノ酸であって、それは γ-カルボキシグルタミン酸のごとき異常アミノ酸を含む天然アミノ酸ならびに 、例えば、[Robert et al. (1983)]に記載されたものごとき、修飾または非天
然アミノ酸を含む。
Wherein Xaa represents an amino acid selected from the group consisting of natural, modified or unnatural amino acids. The modification may be by the addition, substitution or removal of one or more amino acids. The modification is a peptidomimetic,
It may be due to the addition or substitution of an amino acid with an altered side chain, or an analog of the amino acid itself, such as, for example, a mimetic of an organic molecule having the same space / structure / function relationship. Xaa 1 is any amino acid, preferably Asn or His; Xaa 2 is any amino acid, preferably Pro or hydroxy-Pro; Xaa 3 is any amino acid, preferably His or Asn. Xaa 4 is any amino acid, preferably Glu; and Xaa 5 is any amino acid, preferably His or Asn. Most preferably, Xaa 1 is Asn; Xaa 2 is Pro or hydroxy-Pro; Xaa 5 is His. The derivative contains two disulfide bonds between the first and third cysteine residues and between the second and fourth cysteine residues. The C-terminus may include a carboxyl or amide group, preferably an amide group. The amino acids are α-amino acids, which include natural amino acids, including unusual amino acids such as γ-carboxyglutamic acid, as well as modified or unnatural amino acids, such as those described in [Robert et al. (1983)]. .

【0021】 本発明の誘導体は、自律および中枢神経系に存在するニューロンnAChRの
α3β2およびα3β4サブタイプのいずれかに対して高度に選択的である。か
くして、それらは心臓血管剤、胃運動剤、尿失禁剤および喫煙抑制剤として有用
であり、SCLCに対して有用である。 該コノトキシンは当該分野で良く知られた組換えDNA技術によって作成し得
る。また、これらのコノペプチド誘導体は化学合成するのに充分に小さい。前記
コノペプチド誘導体を調製するための全般的な化学合成を、コノペプチド誘導体
の特別の化学合成およびこれらの合成物の生物学的活性の指示と共に以下に記載
する。本発明のコノペプチドを合成することができ、および/または実質的に純
粋であってよい。「実質的に純粋」とは、同一タイプの他の生物学的分子の実質
的非存在下で、該ペプチドが存在し;好ましくは少なくとも約85%純度の量に
て、および、好ましくは少なくとも約95%の量にて存在することを意味する。
The derivatives of the present invention are highly selective for any of the α3β2 and α3β4 subtypes of neuronal nAChRs present in the autonomic and central nervous systems. Thus, they are useful as cardiovascular agents, gastric motility agents, urinary incontinence agents and smoking suppressants, and are useful against SCLC. The conotoxins can be made by recombinant DNA techniques well known in the art. Also, these conopeptide derivatives are small enough to be chemically synthesized. The general chemical syntheses for preparing the conopeptide derivatives are described below, along with specific chemical syntheses of the conopeptide derivatives and an indication of the biological activity of these compounds. The conopeptides of the invention can be synthesized and / or can be substantially pure. "Substantially pure" means that the peptide is present in the substantial absence of other biological molecules of the same type; preferably in an amount of at least about 85% pure, and preferably at least about 85% pure. It is meant to be present in an amount of 95%.

【0022】 II.組換え体および化学的合成誘導体の調製 本発明のコノペプチドは、例えば、[Sambrook el al. (1979)]に記載された
もののごとき当該分野において良く知られた組換えDNA技術によって作成し得
る。この方法により作成されたペプチドを単離し、必要ならば還元し、最終分子
に存在するならば、酸化して正しいジスルフィド結合を形成する。
II. Preparation of Recombinants and Chemically Synthetic Derivatives The conopeptides of the invention can be made by recombinant DNA techniques well known in the art, such as, for example, those described in [Sambrook el al. (1979)]. The peptide produced by this method is isolated, reduced if necessary, and oxidized, if present in the final molecule, to form the correct disulfide bond.

【0023】 本発明のコノペプチドにおけるジスルフィド結合を形成する一つの方法は、冷
たい室温または室温にて長時間線状ペプチドを空気酸化することである。この方
法は、生物活性なジスルフィド連結されたペプチドの実質的な量を生成する。該
酸化ペプチドを逆相高速液体クロマトグラフィー(HPLC)等を用い分画して
異なる連結配置を有するペプチドを分離する。それから、天然物質の流出でのこ
れらの画分を比較することによってか、または簡単な検定を用いることによって
、最大生物学効力を有する正しい結合を有する特定の画分が容易に決定される。
in vivoで生じる架橋および/または再配列が生物学的に効力のあるコノペプチ ド分子を生成することが分っているので、該線状ペプチドまたは1以上の画分を
有する酸化生成物を、in vivo投与にしばしば用い得ることも分る。しかしなが ら、より低い生物効力の他の画分の存在に起因する希釈のため、幾分高めの用量
を必要とするかもしれない。
One method of forming disulfide bonds in the conopeptides of the present invention is to air oxidize the linear peptide for extended periods at cold or room temperature. This method produces substantial amounts of bioactive disulfide-linked peptides. The oxidized peptide is fractionated using reverse-phase high performance liquid chromatography (HPLC) or the like to separate peptides having different linkage configurations. Then, by comparing these fractions in the effluent of the natural material, or by using simple assays, the specific fraction with the correct binding with the greatest biological potency is easily determined.
Since it has been shown that cross-linking and / or rearrangement occurring in vivo produces biologically potent conopeptide molecules, the linear peptide or oxidation product having one or more fractions may be converted to It can also be seen that it can often be used for in vivo administration. However, somewhat higher doses may be required due to dilution due to the presence of other fractions of lower biopotency.

【0024】 これらのペプチドのうちの多くを、または全てでさえ、組換えDNA技術を用
いて調製することが可能であろう。しかしながら、ペプチドがそれほど調製され
ない場合、それらを完全固相法、部分的固相法、断片縮合法、または典型的な溶
液の組合せによるごとき、適当な方法によって化学的に合成し得る。 在来の液相ペプチド合成において、構成アミノ酸を所望する配列の成長するペ
プチド鎖に付加する一連のカップリング反応によって、該ペプチド鎖を調製し得
る。溶液中での反応を、次なる中間体の単離および精製と共に実行するための種
々のカップリング剤(例えば、ジシクロヘキシルカルボジイミドまたはジイソプ
ロピルカルボニルジイミダゾール)、種々の活性エステル(例えば、N−ヒドロ
キシフタルイミドまたはN−ヒドロキシスクシンイミド)、および種々の切断剤
の使用は、良く知られた典型的なペプチド方法論である。典型的な溶液合成は、
論文[Methoden der Organischen Chemie (Houben-Weyl): Synthese von Peptid
en, (1974)]に詳細に記載される。完全固相合成の技術は教科書[Solid-Phase
Peptide Synthesis, (Stewart and Young, 1969)]に記載され、米国特許第4, 105,603号(Vale et al., 1978)の開示によって例示される。合成の断片
縮合法は、米国特許第3,972,859号(1976)に例示される。他の可能な合
成は米国特許第3,842,067号(1974)および第3,862,925号(1975
)によって例示される。γ-カルボキシグルタミン酸残基を含有するペプチドの 合成は、Rivierら(1987)、Nishiuchiら(1993)およびZhouら(1996)によっ て例示される。 そのような化学的合成に共通することは、当該保護基を完全に除去するまでそ
のサイトで化学反応が起こるのを適当な保護基で防ぐ種々のアミノ酸部位の不安
定な側鎖基の保護である。通常、アミノ酸またはフラグメント上のa-アミノ基 を、その実体がカルボキシル末端で反応している間、保護し、引続き、該a-ア ミノ基を選択的に除去して次なる反応がその位置で起こるようにすることである
。したがって、そのような合成のステップとして、不安定な側鎖を有する残基の
種々のものに結合する適当な側鎖保護基を持つ該ペプチド鎖の所望する配列に位
置するアミノ酸残基の各々を含む中間化合物を生成することが共通する。 側鎖アミノ保護基の選択を考慮する限り、一般に、該合成の間の該a-アミノ 基の脱保護の間に除去されないものを選ぶ。しかしながら、いくつかのアミノ酸
(例えば、His)につき、保護は必要ではない。該ペプチドの合成において用
いられるべき特定の側鎖保護基を選択することにおいて、以下の一般則:(a)
該保護基は、その保護特性を保持し、カップリング条件下で外れないこと、(b
)該保護基は、該合成の各ステップでの該a-アミノ保護基を除去のために選択 された反応条件下で安定していること、および(c)該側鎖保護基は、所望せず
に該ペプチド鎖を変化させない反応条件下で、所望するアミノ酸配列を含有する
合成の完了により除去可能でなけらばならないことを遵守する。
Many, or even all, of these peptides could be prepared using recombinant DNA technology. However, if the peptides are not prepared as well, they may be chemically synthesized by any suitable method, such as by a full solid phase method, a partial solid phase method, a fragment condensation method, or a typical solution combination. In conventional liquid phase peptide synthesis, the peptide chain can be prepared by a series of coupling reactions that add constituent amino acids to a growing peptide chain of the desired sequence. Various coupling agents (e.g., dicyclohexylcarbodiimide or diisopropylcarbonyldiimidazole), various active esters (e.g., N-hydroxyphthalimide or N-hydroxysuccinimide), and the use of various cleavage agents, are well-known typical peptide methodology. A typical solution synthesis is
Dissertation [Methoden der Organischen Chemie (Houben-Weyl): Synthese von Peptid
en, (1974)]. The technology for complete solid phase synthesis is described in the textbook [Solid-Phase
Peptide Synthesis, (Stewart and Young, 1969)] and exemplified by the disclosure of U.S. Patent No. 4,105,603 (Vale et al., 1978). Synthetic fragment condensation methods are exemplified in US Pat. No. 3,972,859 (1976). Other possible syntheses are described in U.S. Pat. Nos. 3,842,067 (1974) and 3,862,925 (1975).
). The synthesis of peptides containing γ-carboxyglutamic acid residues is exemplified by Rivier et al. (1987), Nishiuchi et al. (1993) and Zhou et al. (1996). What is common to such chemical syntheses is the protection of labile side groups at various amino acid sites that prevent chemical reactions at the site from occurring with appropriate protecting groups until the protecting groups are completely removed. is there. Normally, the a-amino group on an amino acid or fragment is protected while the entity is reacting at the carboxyl terminus, and then the a-amino group is selectively removed to allow the next reaction to proceed at that position. Is to make it happen. Thus, as a step of such synthesis, each of the amino acid residues located in the desired sequence of the peptide chain with the appropriate side-chain protecting group attached to a variety of residues having an labile side chain. It is common to produce an intermediate compound containing. As long as the choice of the side chain amino protecting group is taken into account, one generally chooses one that is not removed during the deprotection of the a-amino group during the synthesis. However, for some amino acids (eg, His), protection is not required. In selecting a particular side-chain protecting group to be used in the synthesis of the peptide, the following general rules: (a)
The protecting group retains its protective properties and does not detach under coupling conditions, (b
) The protecting group is stable under the reaction conditions selected for removal of the a-amino protecting group at each step of the synthesis, and (c) the side chain protecting group is undesired. Must be removable upon completion of the synthesis containing the desired amino acid sequence under reaction conditions that do not otherwise alter the peptide chain.

【0025】 液相合成を用いることができる一方、ペプチドをメリフィールド(Merrifield
)固相合成を用いて好ましく調製するが、当該分野において知られた他の同等の
化学的合成も前記したごとく用い得る。固相合成は、保護a-アミノ酸を適当な 樹脂にカップリングさせることによって該ペプチドのC-末端から開始する。そ のような開始物質を、クロロエメチル化樹脂またはヒドロキシル樹脂へのエステ
ル結合によるか、またはベンズヒドリルアミン(BHA)樹脂あるいはパラメチ
ルベンズヒドリルアミン(MBHA)樹脂へのアミド結合によりa-アミノ保護 アミノ酸を接触させることによって調製し得る。ヒドロキシメチル樹脂の調製は
、Bodanskyら(1966)により記載される。クロロメチル化樹脂は、Bio Rad Labora
tories (Richmond, CA)およびLab. Systems, Inc. から商業的に入手可能である
。そのような樹脂の調製はStewartおよびYound (1969)によって記載される。B HAおよびMBHA担体は商業的に入手可能であり、合成されるべき所望するポ
リペプチドがC-末端に非置換アミドを有している場合、一般に用いられる。か くして、固体樹脂担体は、式-O-CH2-樹脂担体、-NH BHA樹脂担体または
-NH MBHA樹脂担体の有するもののごとき当該分野で知られたもののいずれ
であってよい。非置換アミドを所望する場合、開裂が直接該アミドを与えるので
、BHAまたはMBHA樹脂の使用が好まれる。N-メチルアミドが所望される 場合、N-メチルBHA樹脂から生成し得る。他の置換アミドを所望すべき場合 、米国特許第4,569,967号(Kornreichら、1986)の教示を用い得、該C −末端に該遊離酸以外のさらに他の基を所望する場合、Houben-Weyl教科書(197
4)に記載の典型的な方法を用いて該ペプチドを合成することが好ましいであろ う。BocまたはFmocによって、または側鎖保護基によって保護されたC−
末端アミノ酸を、C-末端に遊離酸を有するペプチドを合成すべき場合、適切で あれば、DMF中のKFを用いて60℃にて24時間攪拌するHorikiら(1978)
に記載された手順に準じて、先ず、クロロメチル化樹脂にカップリングする。該
樹脂担体へのBOC-保護アミノ酸のカップリングに続き、塩化メチレン(CH2 Cl2)中のトリフルオロ酢酸(TFA)、またはTFAを単独で用いることに よって、該a-アミノ保護アミノ酸を除去する。該脱保護を、約0℃ないし室温 の間の温度にて行う。ジオキサン中HClのごとき他の標準切断試薬、特定のa
-アミノ保護基除去の条件を、SchroderおよびLubke (1965)に記載されたごとく 、用いることができる。
[0025] While liquid phase synthesis can be used, peptides can be used in Merrifield.
) Although preferably prepared using solid phase synthesis, other equivalent chemical syntheses known in the art may also be used as described above. Solid phase synthesis begins at the C-terminus of the peptide by coupling the protected a-amino acid to a suitable resin. Such starting materials can be converted to a-amino protected amino acids by ester linkage to chloroemethylated resin or hydroxyl resin, or by amide linkage to benzhydrylamine (BHA) resin or paramethylbenzhydrylamine (MBHA) resin. It can be prepared by contact. The preparation of the hydroxymethyl resin is described by Bodansky et al. (1966). Chloromethylated resin is available from Bio Rad Labora
Commercially available from tories (Richmond, CA) and Lab. Systems, Inc. The preparation of such resins is described by Stewart and Yound (1969). BHA and MBHA carriers are commercially available and are commonly used when the desired polypeptide to be synthesized has an unsubstituted amide at the C-terminus. Either comb, solid resin support has the formula -O-CH 2 - resin support, -NH BHA resin support, or
Any of those known in the art such as those possessed by -NH MBHA resin carriers may be used. If an unsubstituted amide is desired, the use of a BHA or MBHA resin is preferred since cleavage gives the amide directly. If N-methylamide is desired, it can be formed from N-methyl BHA resin. If other substituted amides are desired, the teachings of U.S. Pat. No. 4,569,967 (Kornreich et al., 1986) may be used, and if further groups other than the free acid are desired at the C-terminus, Houben-Weyl Textbook (197
It may be preferable to synthesize the peptide using the typical method described in 4). C-protected by Boc or Fmoc or by a side-chain protecting group
If the terminal amino acid is to be synthesized with a peptide having a free acid at the C-terminus, if appropriate, stir at 60 ° C. for 24 hours with KF in DMF, Horiki et al. (1978)
First, coupling to a chloromethylated resin is performed according to the procedure described in (1). Following coupling of the BOC-protected amino acid to the resin support, the a-amino protected amino acid is removed by using trifluoroacetic acid (TFA) in methylene chloride (CH 2 Cl 2 ) or TFA alone. I do. The deprotection is performed at a temperature between about 0 ° C. and room temperature. Other standard cleavage reagents, such as HCl in dioxane, specific a
-Amino protecting group removal conditions can be used as described in Schroder and Lubke (1965).

【0026】 a-アミノ保護基の除去の後、残りのa-アミノ-および側鎖保護アミノ酸を所 望する順番で段階的にカップリングして上記定義の中間体化合物を得、または、
各アミノ酸を該合成に別々に添加する別法として、該固相リアクターへの添加に
先立ち、それらのいくつかをお互いにカップリングさせることができる。適切な
カップリング試薬の選択は当該分野の技術の範囲である。カップリング試薬とし
て特に適当なのは、N,N'-ジシクロヘキシルカルボジイミド(HoBtまたは HoAt存在下のDCC、DIC、HBYU、HATU、TBTU)である。
After removal of the a-amino protecting group, the remaining a-amino- and side-chain protected amino acids are coupled stepwise in the desired order to give an intermediate compound as defined above, or
As an alternative to adding each amino acid separately to the synthesis, some of them can be coupled to each other prior to addition to the solid phase reactor. Selection of the appropriate coupling reagent is within the skill of the art. Particularly suitable as coupling reagents are N, N'-dicyclohexylcarbodiimide (DCC, DIC, HBYU, HATU, TBTU in the presence of HoBt or HoAt).

【0027】 該ペプチドの固相合成に用いられる活性化試薬はペプチド分野において良く知
られている。適当な活性化試薬の例は、N,N'-ジイソプロピルカルボジイミド およびN-エチル-N'-(3-ジメチルアミノプロピル)カルボジイミドのごときカ ルボジイミドである。ペプチドカップリングにおける他の活性化試薬およびその
使用はSchroderおよびLubke (1965)、ならびにKapoor (1970)に記載される。
The activating reagent used for the solid phase synthesis of the peptide is well known in the peptide field. Examples of suitable activating reagents are carbodiimides such as N, N'-diisopropylcarbodiimide and N-ethyl-N '-(3-dimethylaminopropyl) carbodiimide. Other activating reagents and their use in peptide coupling are described in Schroder and Lubke (1965), and Kapoor (1970).

【0028】 各保護アミノ酸またはアミノ酸配列を該固相リアクターに、約2倍以上過剰に
導入し、ジメチルホルムアミド(DMF):CH2Cl2(1:1)の媒体中、ま
たは単独のDMF中あるいはCH2Cl2中で、カップリングを行うことができる
。中間カップリングが生じる場合、次のアミノ酸のカップリングに先立つa-ア ミノ保護基の除去の前に、該カップリング手順を繰り返す。合成の各段階でのカ
ップリング反応の成功を、手動で行うのであれば、Kaiserら(1970)に記載されて
いるごとく、ニンヒドリン反応によって好ましくモニターする。カップリング反
応をRivierら(1978)に報告されているごときプログラムを用いてBeckman 990自 動合成装置によるごとく、自動的に行い得る。
[0028] Each protected amino acid or amino acid sequence is introduced into the solid-phase reactor in an excess of about 2-fold or more, and is introduced in a dimethylformamide (DMF): CH 2 Cl 2 (1: 1) medium, or in a single DMF or The coupling can be performed in CH 2 Cl 2 . If an intermediate coupling occurs, the coupling procedure is repeated prior to removal of the a-amino protecting group prior to coupling of the next amino acid. The success of the coupling reaction at each stage of the synthesis, if performed manually, is preferably monitored by the ninhydrin reaction, as described in Kaiser et al. (1970). The coupling reaction can be performed automatically, as with a Beckman 990 automated synthesizer, using a program such as that reported by Rivier et al. (1978).

【0029】 所望するアミノ酸配列が完了した後、該中間体ペプチド、(もし、Fmoc化 学を用いるならば)液状フッ化水素またはTFAのごとき試薬での処理によって
該樹脂担体から除去し得、その処理は、該ペプチドを該樹脂から切断するだけで
はなく、全ての残りの側鎖保護基および、遊離酸の形態のペプチドを得るために
前もってそれを除去していなければ、N-末端のa-アミノ保護基も切断する。M
etが配列中に存在するならば、好ましくは、該ペプチドを該樹脂からHFで切
断して可能性のあるS−アルキル化を排除するのに先立ち、トリフルオロ酢酸(
TFA)/エタンジチオールを用いて、先ずBoc保護基を除去する。切断にフ ッ化水素またはTFAを用いた場合、アニソール、クレゾール、硫化ジメチルお
よび硫化メチルエチルのごとき1以上の捕捉剤を該反応器に含ませる。
After completion of the desired amino acid sequence, the intermediate peptide can be removed from the resin carrier by treatment with a reagent such as liquid hydrogen fluoride or (if using Fmoc chemistry) or TFA, The treatment not only cleaves the peptide from the resin, but also removes any remaining side-chain protecting groups and the N-terminal a- The amino protecting group is also cleaved. M
If et is present in the sequence, preferably, the peptide is excised from the resin with HF to eliminate possible S-alkylation with trifluoroacetic acid (
The Boc protecting group is first removed using TFA) / ethanedithiol. If hydrogen fluoride or TFA was used for cleavage, one or more scavengers such as anisole, cresol, dimethyl sulfide and methyl ethyl sulfide are included in the reactor.

【0030】 好ましくは、線状ペプチドの環化を、該ペプチド−樹脂の部分でありつつ該ペ
プチドを環化させることとは対照的に、影響してCys残基間で結合を生成する
。そのようなジスルフィド結合に影響するために、完全保護ペプチドをヒドロキ
シメチル化樹脂またはクロロメチル化樹脂担体から、当該分野で良く知られてい
るごとく、アンモニア加水分解によって、切断して完全保護アミド中間体を生じ
、その後、それを適当に環化し、脱保護し得る。別法として、脱保護ならびに上
記樹脂、またはベンズヒドリルアミン樹脂(BHA)またはメチルベンズヒドリ
ルアミン(MBHA)樹脂からの該ペプチドの切断を、フッ化水素酸(HF)ま
たはTFAで、0℃にて行い、引続き、上記のごとく酸化を行い得る。
Preferably, cyclization of a linear peptide is effected to create a bond between Cys residues, as opposed to cyclizing the peptide while still being part of the peptide-resin. To affect such disulfide bonds, the fully protected peptide is cleaved from the hydroxymethylated resin or chloromethylated resin carrier by ammonia hydrolysis, as is well known in the art, to form a fully protected amide intermediate. Which can then be cyclized appropriately and deprotected. Alternatively, deprotection and cleavage of the peptide from the above resin, or benzhydrylamine resin (BHA) or methylbenzhydrylamine (MBHA) resin, can be performed with hydrofluoric acid (HF) or TFA at 0 ° C. The oxidation can then be performed as described above.

【0031】 本発明のコノペプチド誘導体はMIIとは異なる生物学的活性を所持するか、ま
たは、天然α3β2含有nAChRをブロックし、低い効力でα3β4含有nA
ChRをブロックすることが知られている(出典明示して本明細書に含まれる米
国特許第5,780,433号)MIIと同一または異なる度合の同一の生物活性、
ならびに本明細書記載の他の活性を示すであろう
The conopeptide derivatives of the present invention may possess a different biological activity than MII, or may block the native α3β2-containing nAChRs and, with low potency, α3β4-containing nA
The same or a different degree of the same biological activity as MII, which is known to block ChR (US Pat. No. 5,780,433, incorporated herein by reference);
As well as other activities described herein

【0032】 III.MIIの三次元構造 A.概観 本発明のもう一つの局面は、MIIの三次元構造の発見および、ニューロンニコ
チン性アセチルコリン受容体(nAChR)のα3β2サブタイプに対するその
特異性とその構造との関係に向けられる。三次元構造の発見は、ニューロンnA
ChRに対する同一特異性を示すであろうα-コノトキシンペプチドアナログお よびペプチドミメティックのデザインを可能とする。そのようなアナログおよび
ペプチドミメティックは心臓血管剤として、および、小細胞肺ガン(SCLC)
の治療または検出に有用である。
III. Three-dimensional structure of MII Overview Another aspect of the present invention is directed to the discovery of the three-dimensional structure of MII and the relationship between its specificity for the α3β2 subtype of the neuronal nicotinic acetylcholine receptor (nAChR) and its structure. The discovery of the three-dimensional structure, neuron nA
It allows the design of α-conotoxin peptide analogs and peptidomimetics that will show the same specificity for ChRs. Such analogs and peptidomimetics are useful as cardiovascular agents and for small cell lung cancer (SCLC)
Useful for the treatment or detection of

【0033】 MIIは以下のアミノ酸配列(配列番号:1):MII has the following amino acid sequence (SEQ ID NO: 1):

【0034】[0034]

【化4】 Gly-Cys-Cys-Ser-Asn-Pro-Val-Cys-His-Leu-Glu-His-Ser-Asn-Leu-CysEmbedded image Gly-Cys-Cys-Ser-Asn-Pro-Val-Cys-His-Leu-Glu-His-Ser-Asn-Leu-Cys

【0035】 を有する。該C-末端はカルボキシルまたはアミド基、好ましくはアミド基を含 有することができる。6位のアミノ酸はプロリンまたは4-トランス-ヒドロキシ
プロリン、好ましくはプロリンであってよい。
Has the following formula: The C-terminus may contain a carboxyl or amide group, preferably an amide group. The amino acid at position 6 may be proline or 4-trans-hydroxyproline, preferably proline.

【0036】 MIIの同定は米国特許第5,514,774号および米国特許第5,780,43
3号に記載され、出典明示して本明細書に含まれる。(a)小細胞肺ガン(SC
LS)を有する患者を治療すること、(b)SCLC増殖を阻害すること、(c
)SCLC腫瘍の存在を検出すること、および(d)該SCLC腫瘍の位置を検
出することについてのMIIの使用は、米国特許第5,595,972号に記載され
、出典明示して本明細書に含まれる。CNSを治療するMIIの使用は、米国特許
第5,780,433号に記載され、出典明示して本明細書に含まれる。心臓血管
剤としてのMIIの使用は、1996年11月18日に出願された米国出願第60
/031,141号に記載され、出典明示して本明細書に含まれる。 B.NMRを用いたペプチド三次元構造の決定
The identification of MII is described in US Pat. No. 5,514,774 and US Pat. No. 5,780,43.
No. 3 and incorporated herein by reference. (A) Small cell lung cancer (SC
Treating patients with (LS), (b) inhibiting SCLC proliferation, (c)
) Detecting the presence of SCLC tumors, and (d) the use of MII to detect the location of the SCLC tumors are described in US Pat. include. The use of MII to treat the CNS is described in US Pat. No. 5,780,433, which is hereby incorporated by reference. The use of MII as a cardiovascular agent is described in U.S. application Ser.
No. 031,141, incorporated herein by reference. B. Determination of peptide three-dimensional structure using NMR

【0037】 異なった技術が、タンパク質構造について、異なった、相補的な情報を与える
。該タンパク質からのアミノ酸の直接決定か、または対応する遺伝子あるいはc
DNAの核酸配列からかのいずれかによる生化学的方法によって、一次構造を得
る。NMR法を利用して、タンパク質内部の原子の配列についての詳細な情報を
必要とする二次構造および三次構造を得ることができる。 NMR法は原子核の磁気的特性を利用する。1H、13C、15Nおよび31Pのご とき、一定の原子核は磁気モーメントまたはスピンを有する。該核の化学的環境
を核磁気共鳴(NMR)によってプローブし得、この技術を利用して、分子中の
原子間距離についての情報を入手し得る。次いで、これらの距離を用いて、該分
子の三次元モデルを誘導し得る。NMRによるタンパク質分子構造決定のほとん
どは1Hのスピンを用いてきた。何故ならば、水素原子はタンパク質中に豊富だ からである。
Different techniques give different, complementary information about the protein structure. Direct determination of amino acids from the protein or the corresponding gene or c
Primary structures are obtained by biochemical methods, either from the nucleic acid sequence of DNA. NMR methods can be used to obtain secondary and tertiary structures that require detailed information about the arrangement of atoms inside a protein. NMR utilizes the magnetic properties of nuclei. Certain nuclei, such as 1 H, 13 C, 15 N and 31 P, have a magnetic moment or spin. The chemical environment of the nucleus can be probed by nuclear magnetic resonance (NMR), and this technique can be used to obtain information about interatomic distances in the molecule. These distances can then be used to derive a three-dimensional model of the molecule. Most protein molecular structure determinations by NMR have used 1 H spins. This is because hydrogen atoms are abundant in proteins.

【0038】 タンパク質分子を強力な磁場中に置くと、それらの水素原子のスピンは磁場に
そって整列する。該サンプルに高周波(RF)パルスを与えることによって、こ
の平衡整列を励起状態に変化させ得る。該タンパク質分子の核がそれらの平衡状
態に戻るとき、それらは測定し得るRF放射線を発する。各々の核から発せられ
た放射線の正確な周波数は該核の分子環境に依存し、それらが化学的に等価で同
一の分子環境を有しなければ、各原子につき異なる。これらの様々な周波数を参
照信号と比較して得、化学シフトと呼ぶ。適用したRFパルスの性質、持続時間
および組合せを大きく変化させ得、該サンプルの様々な分子特性を、パルスの適
当な組合せを選択することによってプローブし得る。
When protein molecules are placed in a strong magnetic field, the spins of their hydrogen atoms align along the magnetic field. By applying a radio frequency (RF) pulse to the sample, this equilibrium alignment can be changed to an excited state. When the nuclei of the protein molecules return to their equilibrium, they emit measurable RF radiation. The exact frequency of radiation emitted from each nucleus depends on the molecular environment of the nucleus, and will differ for each atom unless they are chemically equivalent and have the same molecular environment. These various frequencies are obtained in comparison to a reference signal and are called chemical shifts. The nature, duration and combination of the applied RF pulse can vary greatly, and various molecular properties of the sample can be probed by selecting the appropriate combination of pulses.

【0039】 原則として、例えば、アラニン残基のCH3側鎖上のプロトンのごとき、化学 的に等価であるものを除き、タンパク質分子中の各水素原子につき独特の信号(
化学シフト)をえることが可能である。実際には、しかしながら、タンパク質分
子のそのような一次元NMRスペクトルは多くの水素原子からの重複した信号を
含有する。というのは、化学シフトの差は、しばしば、装置の解像能力よりも小
さいからである。この問題は、二次元NMRスペクトルを得る実験条件をデザイ
ンすることによって解決されており、その結果を図にプロットする。該図におけ
る対角線は通常の一次元NMRスペクトルに対応する。該対角線から外れたピー
クは、空間的にお互い近い水素原子間の相互作用に起因する。適用するRFパル
スの性質を変化させることによって、これらの対角線から外れたピークは異なっ
たタイプの相互作用を明らかにし得る。
In principle, a unique signal (eg, a proton on the CH 3 side chain of an alanine residue) for each hydrogen atom in a protein molecule except for those that are chemically equivalent (eg,
Chemical shift). In practice, however, such one-dimensional NMR spectra of protein molecules contain duplicate signals from many hydrogen atoms. This is because the differences in chemical shifts are often smaller than the resolution capabilities of the device. This problem has been solved by designing experimental conditions for obtaining a two-dimensional NMR spectrum, and the results are plotted in a figure. The diagonal lines in the figure correspond to normal one-dimensional NMR spectra. Peaks off the diagonal are due to interactions between hydrogen atoms that are spatially close together. By varying the nature of the applied RF pulse, these off-diagonal peaks may reveal different types of interactions.

【0040】 二次元実験は別々の要素:プリパレーション期間;それらの化学シフトに準じ
てxy平面においてプロセスするとき、スピンを「ラベル化」するエボリューシ
ョン期間;その間に他のスピンとの相関が作成されるミキシング期間;および自
由誘導減衰が記録されるディテクション期間からなる。 実験はミキシング期間の間にプローブされる相関の性質によって区別される。
COSY(相関分光分析)実験は、例えば、同一アミノ酸残基内で窒素およびC
α原子に結合した水素原子のごとき、1以上の原子に共有結合した水素原子間の
ピークを与える。単一のHβプロトンを持つアミノ酸について、D2O中で記録 された標準二重量子フィルター化COSY(DOQ−COSY)を用いることが
できる。しかしながら、β-メチレン基を持つアミノ酸について、P.E.CO SYのごとき、改良したCOSYがより適当である。一方、核オーバーハウザー
効果分光分析(NOESY)は、一次配列において全く離れているアミノ酸残基
であっても、空間的に互いに近い水素原子の対の間のピークを与える。総合相関
分光分析(TOCSY)において、互いにカップリングパートナーを共有してい
る全てのプロトン間で、それらが互いに直接連結されているか否かを観察する。
A two-dimensional experiment is a separate component: a preparation period; an evolution period that “labels” spins when processing in the xy plane according to their chemical shifts; during which correlations with other spins are created And a detection period during which free induction decay is recorded. The experiments are distinguished by the nature of the correlation probed during the mixing period.
COSY (correlation spectroscopy) experiments, for example, include nitrogen and C within the same amino acid residue.
It gives peaks between hydrogen atoms covalently bonded to one or more atoms, such as hydrogen atoms bonded to α atoms. For amino acids with a single proton, standard double quantum filtered COSY (DOQ-COSY) recorded in D 2 O can be used. However, for amino acids having a β-methylene group, E. FIG. Improved COSY, such as COSY, is more appropriate. On the other hand, nuclear Overhauser effect spectroscopy (NOESY) gives peaks between pairs of hydrogen atoms that are spatially close together, even for amino acid residues that are quite far apart in the primary sequence. In total correlation spectroscopy (TOCSY), one observes whether or not all protons sharing a coupling partner with each other are directly linked to each other.

【0041】 タンパク質の二次元NMRスペクトルは、連鎖帰属法によって解釈される。明
らかに、二次元NOEスペクトルは、どの基が空間的に互いに近いかを特定する
ことによって、該タンパク質分子についての三次元情報を含有する。しかしなが
ら、スペクトル中の観察されたピークをポリペプチド鎖に沿った特定の残基にお
ける水素原子に帰属することは決して些細なことではない。何故ならば、該対角
線に沿ったピークの順番は、該ポリペプチド鎖に沿ったアミノ酸の順番と単純な
関係ではないからである。この問題は、連鎖帰属法が発明されたE.T.H., Zurich
のKurt Wuthrichの研究室で、原則的に解決されている。 連鎖帰属法は、異なったアミノ酸残基における水素原子数およびその共有結合
性の差に基づく。各タイプのアミノ酸は、交差ピークの特定の組合せ、COSY
スペクトルにおける「指紋」を与えるであろう水素原子に共有結合した特定の組
を有する。該COSYスペクトルから、従って、各アミノ酸残基に属するH原子
を同定し、加えて、その残基の側鎖の性質も決定することが可能である。しかし
ながら、該対角線に沿ったこれらの「指紋」の順番は該タンパク質のアミノ酸配
列との関係はない。
The two-dimensional NMR spectrum of a protein is interpreted by the method of chain assignment. Clearly, a two-dimensional NOE spectrum contains three-dimensional information about the protein molecule by specifying which groups are spatially close to each other. However, it is by no means trivial to assign the observed peak in the spectrum to a hydrogen atom at a particular residue along the polypeptide chain. This is because the order of the peaks along the diagonal is not a simple relationship to the order of the amino acids along the polypeptide chain. The problem is that the chain assignment method was invented by ETH, Zurich
Kurt Wuthrich's lab has been settled in principle. Chain assignment is based on the number of hydrogen atoms at different amino acid residues and their covalent differences. Each type of amino acid has a specific combination of cross-peaks, COSY
It has a specific set of covalently bonded hydrogen atoms that will give a "fingerprint" in the spectrum. From the COSY spectrum, it is therefore possible to identify the H atom belonging to each amino acid residue and, in addition, determine the nature of the side chain of that residue. However, the order of these "fingerprints" along the diagonal is not related to the amino acid sequence of the protein.

【0042】 しかしながら、連鎖特異性帰属は、空間的に互いに近いH原子からの信号を記
録するNOEスペクトルから成し得る。該配列中で離れたH原子間の相互作用に
加えて、これらのスペクトルは、配列的に隣接した残基からのH原子間の相互作
用も記録する。従って、NOEスペクトルにおけるこれらの信号は、原則的に、
該COSYスペクトルにおけるどの指紋が以前に同定した残基に隣接する残基に
起因するかを決定することを可能とする。 実際には、ジ-またはトリ-ペプチドより長い断片について独特の帰属決定をす
るのは困難である。何故ならば、NOE信号は、空間的に互いに近い残基間だけ
ではなく、配列中で離れたものにも発生するからである。従って、NMRによっ
て独特に同定されたペプチドセグメントは、普通、該タンパク質の独立して決定
されたアミノ酸配列における対応するセグメントと適合する。NMR分光分析は
、空間的に互いに近いタンパク質中のH原子を同定し、次いで、この情報を用い
て、該タンパク質の三次元モデルを間接的に誘導する。
However, linkage specificity assignments can consist of NOE spectra that record signals from H atoms that are spatially close together. In addition to interactions between distant H atoms in the sequence, these spectra also record interactions between H atoms from sequencely adjacent residues. Therefore, these signals in the NOE spectrum are, in principle,
It is possible to determine which fingerprints in the COSY spectrum are attributable to residues adjacent to previously identified residues. In practice, it is difficult to make unique assignment decisions for fragments longer than di- or tri-peptides. This is because NOE signals occur not only between residues that are spatially close to each other but also those that are far apart in the sequence. Thus, a peptide segment uniquely identified by NMR usually matches the corresponding segment in the independently determined amino acid sequence of the protein. NMR spectroscopy identifies H atoms in a protein that are spatially close together, and then uses this information to indirectly derive a three-dimensional model of the protein.

【0043】 距離束縛を用いて、タンパク質分子の可能な構造を誘導し得る。NMR信号の
配列特異性帰属の結果は、好ましくは対話式コンピュータグラフィックにより成
され、1の残基中の特定の水素原子から別の残基中の水素原子への距離束縛のリ
ストである。該リストはそのような大多数の距離を含有し、通常、NOEピーク
強度に依存して1.8Åないし5Åの領域内の3つの距離に分割される。このリ
ストは、即座に、該ペプチドまたはタンパク質分子の二次構造エレメントを同定
する。というのは、αへリックスおよびβシートの両方とも、それらの水素原子
間で5Åより小さい相互作用の非常に特異的な組を有するからである。該分子の
三次元構造のモデルを誘導することも可能である。ペプチドのコンフォメーショ
ンのより定性的な図を得るため、およびNMRデータと矛盾しない三次元構造を
発生させるために、模擬アニーリングの原則[Nilges, M. (1988)]を採用する ことができる。模擬アニーリング計算を、所定の実験データ(例えば、NOE−
誘導距離および二面角)を満足する全ての可能な三次元コンフォメーションにつ
いての広域検索を実行し、(本明細書に記載される)偏差の根平均自乗(RMS
)を、それらの計算された構造の収束度合の尺度として用いる。
[0043] Distance constraints can be used to derive possible structures of protein molecules. The result of the sequence specificity assignment of the NMR signal is preferably an interactive computer graphic, which is a list of distance constraints from a particular hydrogen atom in one residue to a hydrogen atom in another residue. The list contains such a majority of distances and is usually divided into three distances in the range of 1.8 ° to 5 ° depending on the NOE peak intensity. This list immediately identifies the secondary structural elements of the peptide or protein molecule. This is because both the α-helix and β-sheet have a very specific set of interactions between their hydrogen atoms of less than 5 °. It is also possible to derive a model of the three-dimensional structure of the molecule. To obtain a more qualitative picture of the conformation of the peptide and to generate a three-dimensional structure that is consistent with the NMR data, the principles of simulated annealing [Nilges, M. (1988)] can be employed. The simulated annealing calculation is performed using predetermined experimental data (for example, NOE-
Perform a global search for all possible three-dimensional conformations that satisfy (lead distance and dihedral angle) and calculate the root mean square (RMS) of the deviations (described herein).
) Is used as a measure of the degree of convergence of those calculated structures.

【0044】 C.MII構造の説明 たとえα-CTx MIIがわずか16個のアミノ酸残基からなる小ペプチドであ っても、それは良く規定された三次元溶液構造を有する。疎水性Cys結合を形
成する2つのジスルフィド架橋に加えて、構造中に非常にリジッドな三次元コン
フォメーションの形成に寄与する3つのらせん領域が存在する。そのような安定
した二次構造およびジスルフィド架橋の存在は、非常に高い解像度の該ペプチド
構造を得ることにおいて、多次元NMR法を有効なものとする。該アミノ末端領
域は、α-へリックス(Cys2〜Ser4のほとんど完全な折返しを有し、これ の後に(最小エネルギー構造から測定された)φ=−89゜およびψ=+132
゜の骨格二面角を有するAsn5が続き、それによって、本質的に90゜折返し を成している。ほぼ2つの折返し(Pro6〜Glu11)を持つへリックスは、 該ペプチドの主要な二次構造構成物である。このへリックスはHis12(φ=−
136゜、ψ=+77゜;最小エネルギー構造で測定された。)で終わり、それ
は、残りのC-末端ねじれ310へリックス(Ser13〜Cys16)をN-末端方向
に配位させる。Asn5およびHis13に関連するこれら2つの折返しは、おそ らく、該ペプチド全折りたたみについて重要な残基であり、そのような折返しの
存在は、図4に示した(他が負のシフトを有するのに対し、正のシフトである)
αプロトンシフトデータならびに図2の(他が<5.0Hzのカップリング定
数を有するのに対し、>8.0Hzカップリング定数である)3NH-C αカップ リング定数によって、さらに支持される。Asn5の可能性のある機能は、N-末
端セグメントおよび主要なα-へリックス間の折返しを誘発することであり;こ の機能は、45の様々な球状タンパク質構造からの215のα-へリックスにつ いてのRichardsonおよびRichardson[Richardson, J.S. (1988)]による調査と 一致する。彼らは、α-へリックスに対して、N-cap位のAsnにつき3.5
:1およびN-cap+1位(へリックスイニシエータ)のProにつき2.6 :1の顕著な優先性を報告した。His13周りの第2の折返しに関して、His
の機能はCys3およびCys16を互いに近くに運び第2のジスルフィド架橋を 形成することであろう。
C. I also Ah small peptides consisting described example alpha-CT x MII slightly 16 amino acid residues of MII structure, it has a well defined three-dimensional solution structure. In addition to the two disulfide bridges that form a hydrophobic Cys bond, there are three helical regions in the structure that contribute to the formation of a very rigid three-dimensional conformation. The presence of such stable secondary structures and disulfide bridges makes multidimensional NMR effective in obtaining very high resolution of the peptide structure. The amino-terminal region has an almost complete turn of the α-helix (Cys 2 to Ser 4 ), followed by φ = −89 ° (measured from the minimum energy structure) and ψ = + 132.
Followed by Asn 5 with a skeletal dihedral angle of ゜, thereby essentially forming a 90 ° fold. Helix substantially with two folding (Pro 6 ~Glu 11) is a major secondary structure composition of the peptide. This helix is His 12 (φ = −
136 °, ψ = + 77 °; measured with minimum energy structure. End with), it is coordinated to the remaining C- terminal twisting 3 10 helix and (Ser 13 ~Cys 16) in the N- terminal direction. These two folding related to Asn 5 and His 13 are probably an important residues for the peptide entire folding, the presence of such folding are shown in FIG. 4 (others have a negative shift Is a positive shift)
Further supported by the C α proton shift data and the 3 J NH-C α coupling constant of FIG. 2 (> 8.0 Hz coupling constant, while others have a coupling constant of <5.0 Hz). You. Possible functions of Asn 5 is that induces folding between N- terminal segment and the major alpha-helix; This feature is from various globular protein structure 45 215 alpha-into This is consistent with the research by Richardson and Richardson [Richardson, JS (1988)] on Rix. They found that for the α-helix, 3.5 per Asn at the N-cap position.
A prominent preference of 2.6: 1 was reported for Pro at 1: 1 and N-cap + 1 positions (Helix Initiator). Regarding the second turn around His 13
The function of this would be to carry Cys 3 and Cys 16 close together and form a second disulfide bridge.

【0045】 図7Bに示すα-CTx MIIのスペースフィリングモデルは、該分子の疎水性
および親水性側鎖基の表面分布の調査に向けられる。疎水性残基を紫にして、黄
色の極性残基、または赤(正)および青(負)の荷電残基と区別する。紫の分子
頂上に位置する平坦な表面は溶媒に露出する疎水性残基のクラスターを表す明確
な構造特徴である。この疎水性表面は、(N-末端アミノ基を除く)Gly1、C
ys2、Cys3、Leu15、Cys16およびCys3とCys16との間のジスル フィド架橋によって大きく形成される。この平坦な表面は、疎水性相互作用によ
るリガンド−受容体結合にとって大切であろう。完全に極性および荷電基の両方
を持つ親水性残基からなるもう一つの非常に明確な表面がある。該モデルの左側
、赤、青および黄色のクラスターはHis2(Glu11〜Asn14)の折返し領 域を表す。疎水性表面にほとんど垂直な、この高度に荷電した表面は、長距離静
電相互作用に基づくnAChRによるその初期認識を担うであろう。この可能性
のある受容体−結合境界は連続した残基Glu11、His12、Ser13およびA
sn14からなる。
The space-filling model of α-CTx MII shown in FIG. 7B is aimed at investigating the surface distribution of the hydrophobic and hydrophilic side groups of the molecule. The hydrophobic residues are colored purple to distinguish them from yellow polar residues or red (positive) and blue (negative) charged residues. The flat surface located on top of the purple molecule is a distinct structural feature that represents a cluster of hydrophobic residues exposed to the solvent. This hydrophobic surface has Gly 1 , C (excluding the N-terminal amino group).
ys 2, is largely formed by a resign Fido bridge between Cys 3, Leu 15, Cys 16 and Cys 3 and Cys 16. This flat surface may be important for ligand-receptor binding by hydrophobic interactions. There is another very distinct surface consisting of hydrophilic residues that are completely both polar and charged. Left of the model, red, blue and yellow clusters represent folded area of His 2 (Glu 11 ~Asn 14) . This highly charged surface, almost perpendicular to the hydrophobic surface, will be responsible for its initial recognition by the nAChR based on long-range electrostatic interactions. This potential receptor-binding interface consists of consecutive residues Glu 11 , His 12 , Ser 13 and A
consisting of sn 14.

【0046】 上記の解析および以下の実施例を考慮して、α-4/7コノトキシンを標的する
nCAhRに独特な概念的に重要な構造特徴を以下にまとまる: (1) 第1および第3のシステイン間、ならびに第2および第4のシステイ
ン間に2つのジスルフィド架橋がある。様々なジスルフィド対で生成されるいく
つかのイソ型がnAChRに対するそれらの活性につき試験され、天然の活性を
保持していないことが示された。 (2) 正確に、i+3位(iは第2のシステイン残基)から始まり、j+3
位(jは第3のシステイン残基)で終わる、6残基からなる中心α-へリックス が存在する。このα-へリックスは全骨格コンフォメーションにとって不可欠で あり、特にその長さ(MIIの6個のアミノ酸)およびらせんピッチはnAChR
を標的するための重要な特徴であると確認されると確信される。α-4/7コノト
キシンMII変異体のNMRデータは、変異が中心へリックスを該j+3位を越え
てC-末端側へさらに延長し、それによって、そのらせんピッチを変化させるこ とを示している。この構造変化は3桁の規模の活性損失に関連する。 (3) 該中心へリックスのNおよびC末端(N-およびC-cap)の両方に
おける2つの折返しもこのコノトキシン類に見出された独特の構造特徴である。
それらは中心へリックスと密接に連結して、三次元折りたたみモチーフを書き取
り、それらの位置は、N-capについてはi+2であり、ここに、iは第2の システイン残基であり、C-capについてはj+4であり、ここに、jは第3 のシステイン残基である。配列決定されたα-4/7コノトキシンの中での一次配
列の比較に基づき、N-およびC-末端の両方にいくらかの優先性があるらしい。
良好な水素結合パートナーであるアスパラギンがあり、立体的にかさ高い芳香族
残基であるヒスチジンおよびチロシンがある。例えば、Richardson, J.S.ら(19
88)による研究の215のα-へリックス対象から、N-cap位のAsnに対し
て3.5:1の優先性がある。コノトキシンにおけるこれらの位置での変異は3
桁の大きさで、それらの機能の損失を引起すことが見出された。 (4) i+3位のプロリン残基(iは第2のシステイン残基である)は、全
てのα-4/7コノトキシン中で保存される。その構造的役割は、概して言えば、
その立体障害となる環構造のために、アミノ末端方向への中心へリックスの連続
を防止することにあるようである。 (5) MII結合キネティクスの解析は、このペプチドはnAChRのαおよ
びβサブユニットと相互作用する2つ明確な結合表面を有していることを示唆す
る。NMR解析はこれと一致し、一つのMII表面は本質的に疎水性であって、残
基i−2、i−1、i(iは第2のシステイン残基)、j+7(jは第3のシス
テイン)および第4のシステイン、および第2および第4のシステイン残基間の
ジスルフィド架橋からなる。他の面は本質的に親水性であって、残基j+3、j
+4、j+5およびj+6からなり、ここに、jは第3のシステインである。変
異解析は、親水性面は特にペプチド・オン速度(ペプチド・ドッキング)につき
重要であり、疎水性面は特にペプチド・オフ速度(ペプチド・ロッキング)につ
き重要であることを示唆する。隣接するαおよびβ受容体サブユニットと相互作
用させるための2つの物理的に明確なペプチド表面の使用は、αおよびβサブユ
ニットの様々な組合せに対して選択性であるリガンドをデザインする特定の計画
を代表する。
In view of the above analysis and the following examples, the following conceptually important structural features unique to nCAhRs that target the α-4 / 7 conotoxin are summarized below: (1) First and third There are two disulfide bridges between cysteines and between the second and fourth cysteines. Several isoforms generated at various disulfide pairs were tested for their activity on nAChRs and showed that they did not retain the native activity. (2) exactly at position i + 3 (i is the second cysteine residue),
There is a central α-helix consisting of 6 residues, ending at position (j is the third cysteine residue). This α-helix is essential for the whole backbone conformation, in particular its length (6 amino acids of MII) and helical pitch are nAChR
Is believed to be an important feature for targeting NMR data for the α-4 / 7 conotoxin MII mutant indicate that the mutation further extends the central helix beyond the j + 3 position to the C-terminus, thereby altering its helical pitch. . This structural change is associated with a loss of activity on the order of three orders of magnitude. (3) The two folds at both the N and C termini (N- and C-cap) of the central helix are also unique structural features found in this conotoxin.
They are closely linked to the central helix and write down the three-dimensional folding motif, their position is i + 2 for N-cap, where i is the second cysteine residue and C-cap Is j + 4, where j is the third cysteine residue. Based on comparison of the primary sequence among the sequenced α-4 / 7 conotoxins, there appears to be some preference at both the N- and C-termini.
There is asparagine, a good hydrogen bonding partner, and histidine and tyrosine, sterically bulky aromatic residues. For example, Richardson, JS et al. (19
From the 215 α-helix subjects of the study according to 88), there is a 3.5: 1 preference for Asn at the N-cap position. Mutations at these positions in conotoxins are 3
It has been found that orders of magnitude cause a loss of their function. (4) The proline residue at position i + 3 (i is the second cysteine residue) is conserved in all α-4 / 7 conotoxins. Its structural role is, generally speaking,
Due to its sterically hindered ring structure, it appears to be in preventing the continuation of the central helix towards the amino terminus. (5) Analysis of MII binding kinetics suggests that this peptide has two distinct binding surfaces that interact with the α and β subunits of nAChR. NMR analysis is consistent with this, where one MII surface is essentially hydrophobic, with residues i-2, i-1, i (i is the second cysteine residue), j + 7 (j is the third Cysteine) and a fourth cysteine, and a disulfide bridge between the second and fourth cysteine residues. The other face is hydrophilic in nature, and residues j + 3, j
+4, j + 5 and j + 6, where j is the third cysteine. Mutation analysis suggests that the hydrophilic surface is particularly important for peptide-on rate (peptide docking) and the hydrophobic surface is especially important for peptide-off rate (peptide locking). The use of two physically distinct peptide surfaces to interact with adjacent α and β receptor subunits allows the specific design of ligands that are selective for various combinations of α and β subunits. Represent the plan.

【0047】 IV. MIIのnAChRとの相互作用 MIIは、受容体との二重面相互作用により、その注目すべきサブタイプの特異
性を達成する。MIIランクの効力順位は、MIIがnAChRのαおよび非αサブ
ユニットの両方と相互作用することを示す。MIIによるブロックは、競合的阻害
と一致し、それはMII活性の電圧非依存性および競合的拮抗剤であるジヒドロ−
β−エリトロイジンが、該受容体をブロックするMIIの能力に影響する能力によ
って証拠付けられる。高濃度のMIIによるα3β2およびα3β4受容体のブロ
ック後の経時回復曲線の形は、これらの受容体の各々がMIIに対して2つの結合
サイトを有し、いずれかのサイトのトキシンによる占領が受容体機能をブロック
することを示唆している。そこには、ニューロンnAChRのα/非αサブユニ ット組合せに対する2つのリガンド結合サイトの一般的パターンが見られる。こ
れは、5つまでのAch結合サイトを有するであろうα7ホモメリック受容体と
は対照的である。MIIによるブロック後の回復速度は、α3サブユニットを持た
ない受容体に対してよりもα3含有受容体に対しての方が著しく長い。しかしな
がら、α3β2受容体のMIIブロックについてのIC50は、α3β4受容体のそ
れよりも約4桁低い。意外なことに、MIIのオフ速度は本質的に両方の受容体サ
ブタイプにつき同一であり、IC50の違いはほとんど全てMIIのオン速度が原因
である。まとめると、該データは、MIIのオン速度はβサブユニットとのその相
互作用によって大いに制御され、一方、αサブユニットとの相互作用は第一にM
IIオフ速度を原因となる。MIIの合成キメラのキネティクスはこの結論を支持す
る(実施例10)。MIIの選択性作用は「ドック−アンド−ロック」モデルが原
因である(実施例12)。
IV. Interaction of MII with nAChR MII achieves its remarkable subtype specificity by a double-faceted interaction with the receptor. The potency ranking of the MII rank indicates that MII interacts with both the α and non-α subunits of the nAChR. Blocking by MII is consistent with competitive inhibition, which is voltage-independent of MII activity and dihydro-, a competitive antagonist.
β-erythroidin is evidenced by its ability to affect the ability of MII to block the receptor. The shape of the time-course recovery curve after blocking the α3β2 and α3β4 receptors by high concentrations of MII indicates that each of these receptors has two binding sites for MII, and occupation of either site by toxin is Suggests blocking body function. There is seen a general pattern of two ligand binding sites for the α / non-α subunit combination of neuronal nAChRs. This is in contrast to α7 homomeric receptors, which may have up to five Ach binding sites. The rate of recovery after blocking by MII is significantly longer for α3-containing receptors than for receptors without the α3 subunit. However, the IC 50 for the MII block of the α3β2 receptor is about four orders of magnitude lower than that of the α3β4 receptor. Surprisingly, the off rate of MII is essentially the same for both receptor subtypes, and the IC 50 differences are almost entirely due to the on rate of MII. Taken together, the data show that the on-rate of MII is largely controlled by its interaction with the β subunit, while the interaction with the α subunit is primarily M
II causes off speed. The kinetics of the synthetic chimera of MII supports this conclusion (Example 10). The selectivity effect of MII is due to the "dock-and-lock" model (Example 12).

【0048】 MIIの三次元溶液構造は、本明細書で詳細に議論されるデータと一緒になって
、MIIの顕著なサブタイプ特異性を説明する2段階ドック−アンド−ロック機構
に結びつく。NMR構造は、MIIが親水性エッジおよび疎水性エッジを持つおお
よそくさび型をしたペプチドであることを示唆する。FATNに置換されたα- コノトキシンMII(HLEH)の4個のアミノ酸は全て該ペプチドの親水性エッ
ジ上に位置する。FATNアナログおよび、該α3β2ニコチン性受容体に作用
する広いタイプのトキシンで得られたキネティックス結果は、かくして、該トキ
シンのドッキング面は該くさびの親水性サイド上に位置し、この親水性面は、高
速オン時間で該β2サブユニットと相互作用する。溶媒に露出した疎水性残基に
よって特徴付けられるくさびの他の面は、このペプチドのnAChR標的のα3
サブユニット上のサイトに高い親和性で相互作用すると仮定されるα-コノトキ シンMIIのロッキング面を引きつける場所であろう。α3β2ならびにα3β4
受容体と相互作用するα-コノトキシンMIIおよびFATN-α-コノトキシンMI
Iアナログの漫画表記を図14に示す。
[0048] The three-dimensional solution structure of MII, together with the data discussed in detail herein, is linked to a two-step dock-and-lock mechanism that accounts for the pronounced subtype specificity of MII. The NMR structure suggests that MII is a roughly wedge-shaped peptide with a hydrophilic edge and a hydrophobic edge. All four amino acids of α-conotoxin MII (HLEH) substituted for FATN are located on the hydrophilic edge of the peptide. The kinetic results obtained with the FATN analog and the broad type of toxin acting on the α3β2 nicotinic receptor thus indicate that the docking surface of the toxin is located on the hydrophilic side of the wedge, Interacts with the β2 subunit at a fast on-time. Another aspect of the wedge, characterized by solvent exposed hydrophobic residues, is the α3 of the nAChR target of this peptide.
It may be a place to attract the locking surface of α-conotoxin MII, which is assumed to interact with sites on the subunit with high affinity. α3β2 and α3β4
Α-conotoxin MII and FATN-α-conotoxin MI interacting with the receptor
FIG. 14 shows the manga notation of I analog.

【0049】 MIIに対する差動オン-アンド-オフ速度を用いて、nAChR拮抗活性および
受容体サブタイプ特異性につき、化合物をスクリーンする検定を開発し得る。M
IIの結合に対するオン-アンド-オフ速度およびα3β2およびα3β4に対して
スクリーンされるべき化合物を決定し、比較する。該α3β2サブタイプに関し
て、該化合物のオン速度がMIIのオン速度以上であり、該α3β4サブタイプに
関して、該化合物のオン速度がMIIのオン速度以下であり、かつ、該化合物のオ
フ速度がMIIのオフ速度以上であるならば、該化合物はnAChR拮抗剤であり
該α3β2サブタイプに対して特異性である。該α3β2サブタイプに関して、
該化合物のオン速度がMIIのオン速度以下であり、該α3β4サブタイプに関し
て、該化合物のオン速度がMIIのオン速度以上であり、かつ、該化合物のオフ速
度がMIIのオフ速度以上であるならば、該化合物はnAChR拮抗剤であり該α
3β4サブタイプに対して特異性である。 さらに、本明細書に開示するごときMIIの三次元構造、本明細書に開示される
MIIの構造/生物学的活性および分子モデリング解析に基づき、α3β2および
α3β4サブタイプを有するニューロンnAChRの活性を調節する化合物を開
発し得る。かくして、本発明により、ニューロンnAChRの活性を調節し、該
α3β2またはα3β4のいずれかに対してサブタイプ特異性を有する化合物を
開発する。
Using differential on-and-off rates for MII, assays to screen compounds for nAChR antagonist activity and receptor subtype specificity can be developed. M
The compounds to be screened for on-and-off rates for α-II binding and α3β2 and α3β4 are determined and compared. For the α3β2 subtype, the on rate of the compound is greater than or equal to the MII on rate, for the α3β4 subtype, the compound on rate is less than or equal to the MII on rate, and the compound has an off rate of MII. If above the off-rate, the compound is a nAChR antagonist and is specific for the α3β2 subtype. Regarding the α3β2 subtype,
If the on-rate of the compound is less than or equal to the on-rate of MII, and for the α3β4 subtype, the on-rate of the compound is greater than or equal to the on-rate of MII and the off-rate of the compound is greater than or equal to the off-rate of MII If the compound is a nAChR antagonist and the α
Specific to the 3β4 subtype. Furthermore, it modulates the activity of neuronal nAChRs with α3β2 and α3β4 subtypes based on the three-dimensional structure of MII as disclosed herein, structural / biological activity of MII and molecular modeling analysis disclosed herein. Can be developed. Thus, the present invention develops compounds that modulate the activity of neuronal nAChRs and have subtype specificity for either the α3β2 or α3β4.

【0050】 V. 合理的ドラッグデザイン 合理的ドラッグデザインのゴールは、生物学的活性ポリペプチドの構造アナロ
グまたはそれらが相互作用する化合物(作動剤、拮抗剤、阻害剤、結合パートナ
ー等)を生成することにある。そのようなアナログを生成することによって、天
然分子よりも活性であるかまたは安定であるか、変性に対して異なる敏感性を有
するか、または、種々の他の分子の機能に影響するであろうドラッグを創製する
ことが可能である。一つのアプローチにおいて、本明細書に記載されたごとく、
または、コンピュータモデリングによって、または両方のアプローチの組合せに
よって、MIIの三次元構造が作成されるであろう。別のアプローチ「アラニン走
査」は、分子の至るところにある残基のアラニンでのランダム置換に関係し、機
能への得られた影響を測定する。
V. Rational Drug Design The goal of rational drug design is to generate structural analogs of biologically active polypeptides or compounds with which they interact (agonists, antagonists, inhibitors, binding partners, etc.). By producing such analogs, they will be more active or stable than natural molecules, have different sensitivities to denaturation, or affect the function of various other molecules It is possible to create a drug. In one approach, as described herein,
Alternatively, a three-dimensional structure of the MII will be created by computer modeling or by a combination of both approaches. Another approach, "alanine scanning," involves the random substitution of alanine for residues throughout the molecule and measures the resulting effect on function.

【0051】 機能性検定によって選択されたMII特異性抗体を単離し、次いで、その結晶構
造を解明することも可能である。原則的に、このアプローチは、次なるドラッグ
デザインが基づき得るファーマコア(pharmacore)を生じる。機能性、薬理学上
活性抗体に対する抗イディオタイプ抗体を生成することによってタンパク質結晶
学を完全に迂回する。鏡像の鏡像として、抗イディオタイプの結合サイトは、起
源抗原のアナログであうと予想されるであろう。次いで、抗イディオタイプを用
いて、化学的または生物学的に生成されたペプチドのバンクから、ペプチドを同
定し、単離し得るであろう。次いで、選択されたペプチドは該ファーマコアとし
て機能するであろう。抗体を抗原として用いて抗体を作成するための本明細書に
記載された方法を用いて、抗イディオタイプを生成することができる。
It is also possible to isolate the MII-specific antibody selected by the functional assay and then to solve its crystal structure. In principle, this approach yields a pharmacore upon which the next drug design can be based. It completely bypasses protein crystallography by generating anti-idiotypic antibodies to functional, pharmacologically active antibodies. As a mirror image of a mirror image, the binding site of the anti-idiotype would be expected to be an analog of the original antigen. The peptide could then be identified and isolated from a bank of chemically or biologically generated peptides using the anti-idiotype. The selected peptide will then function as the pharmacore. Anti-idiotypes can be generated using the methods described herein for making antibodies using the antibodies as antigens.

【0052】 かくして、改善されたMII活性を有するか、または、促進剤、阻害剤、作動剤
、拮抗剤またはMIIまたはMII機能によって影響される分子として機能するドラ
ッグをデザインすることができる。さらに、該ポリペプチド配列を知ることは、
コンピュータを利用した構造−機能関係の予測を許容する。 ポリペプチド機能の活性調節因子であることが確認された物質は、本質的に、
ペプチドまたは非ペプチドであろう。非ペプチド「小分子」は、しばしば、多く
のin vivo医薬的使用に対して好まれる。従って、該物質のミメティックまたは 模擬体を(特にペプチドであれば)、医薬的使用のためにデザインすることがで
きる。
Thus, drugs can be designed that have improved MII activity or that function as enhancers, inhibitors, agonists, antagonists or molecules affected by MII or MII function. Further, knowing the polypeptide sequence,
Allows prediction of structure-function relationships using a computer. Substances that have been identified as modulators of polypeptide function are essentially
It may be a peptide or a non-peptide. Non-peptide "small molecules" are often preferred for many in vivo pharmaceutical uses. Thus, a mimetic or mimetic of the substance (especially if a peptide) can be designed for pharmaceutical use.

【0053】 既知の薬学的活性化合物に対するミメティックをデザインすることは、「リー
ド(lead)」化合物に基づく医薬の開発への既知のアプローチである。 該活性化合物が、合成するのに困難であるかあるいは高価である場合、または
、それが投与の特定の方法には不適切である場合、例えば、消化管中のプロテア
ーゼによって即刻分解されてしまうために、純粋なペプチドが経口組成物には不
適切な活性剤である場合、これが所望されるであろう。一般に、ミメティックデ
ザイン、合成および試験を行って、標的特性につき大多数の分子をランダムにス
クリーニングすることを避ける。
Designing a mimetic for a known pharmaceutically active compound is a known approach to the development of medicaments based on “lead” compounds. If the active compound is difficult or expensive to synthesize, or if it is inappropriate for the particular method of administration, for example, it will be immediately degraded by proteases in the gastrointestinal tract In particular, if pure peptides are unsuitable active agents for oral compositions, this may be desirable. Generally, mimetic design, synthesis and testing are performed to avoid randomly screening the majority of molecules for target properties.

【0054】 所定の標的特性を有する化合物由来のミメティックのデザインにおいて普通に
取られるいくつかのステップがある。第1に、該標的特性を決定するのに重大お
よび/または重要な化合物の特定部分を決定する。ペプチドの場合、該ペプチド
中のアミノ酸残基を体系的に変化させることによって、例えば、各残基を順々に
置換することによって、これを成し得る。一般に、アラニン走査を用いてそのよ
うなペプチドモチーフを精製する。該化合物の活性領域を構成するこれらの部分
または残基は「薬理作用団(pharmacophore)」として知られている。 一旦、薬理作用団を見つけてしまえば、例えば、分光分析技術、X線回折デー
タおよびNMRのようなソースの組からのデータを用いて、例えば、立体化学、
結合、サイズおよび/または電荷のような物理的特性に従ってモデル化する。コ
ンピュータ解析、(原子間の結合よりも、薬理作用団の電荷および/または体積
をモデル化する)類似性マッピングおよび他の技術を、このモデリング法に用い
得る。
There are several steps commonly taken in the design of a mimetic from a compound having a given target property. First, certain portions of the compound that are significant and / or important in determining the target properties are determined. In the case of peptides, this may be achieved by systematically changing the amino acid residues in the peptide, for example by substituting each residue in turn. Generally, such peptide motifs are purified using an alanine scan. These parts or residues that make up the active region of the compound are known as "pharmacophores". Once a pharmacophore has been found, using data from a set of sources such as, for example, spectroscopic techniques, X-ray diffraction data and NMR, for example, stereochemistry,
Model according to physical properties such as binding, size and / or charge. Computer analysis, similarity mapping (which models the charge and / or volume of the pharmacophore rather than the bonds between atoms) and other techniques can be used for this modeling method.

【0055】 この方法の変形において、該リガンドの三次元構造およびその結合パートナー
をモデル化する。これは、リガンドおよび/または結合パートナーが、結合によ
りコンフォメーションを変化させる場合、特に有用であり、該ミメティックのデ
ザインにおいて、該モデルがこれを配慮するようにする。 次いで、該薬理作用団を模倣する化学基を移植し得るテンプレート分子を選択
する。該リード化合物の生物学的活性を保持しつつ、該ミメティックを簡単に合
成でき、薬理学上許容されるのに適当であり、in vivoで分解しないように、都 合良く、該テンプレート分子およびそれに移植された化学基を選択する。別法と
して、該ミメティックがペプチドベースである場合、該ペプチドを環化してその
剛性を増大させることによって、さらなる安定性を達成し得る。次いで、該ミメ
ティックまたはこの手法により見出されたミメティックをスクリーンして、それ
らが標的特性を有するか、またはどの程度それらがそれを発揮するかを調べる。
次いで、さらなる最適化および修飾を行って、in vivoまたは臨床試験用の1以 上の最終ミメティックに到達する。
In a variant of this method, the three-dimensional structure of the ligand and its binding partners are modeled. This is particularly useful if the ligand and / or binding partner changes conformation upon binding, allowing the model to take this into account in the design of the mimetic. A template molecule is then selected that is capable of implanting a chemical group that mimics the pharmacophore. The mimetic can be easily synthesized while retaining the biological activity of the lead compound, suitable for pharmacologically acceptable, and conveniently, so as not to degrade in vivo. Select the implanted chemical group. Alternatively, if the mimetic is peptide-based, additional stability may be achieved by cyclizing the peptide to increase its rigidity. The mimetics or mimetics found by this approach are then screened to see if they have target properties or to what extent they exert it.
Then, further optimizations and modifications are made to arrive at one or more final mimetics for in vivo or clinical trials.

【0056】 VI.MIIの構造に基づく生物学的に活性な分子のデザイン A.概観 一般的に、生物学的に活性な分子は、受容体に対する結合によってその作用を
発揮する。受容体に結合する所与の分子の能力は、特定の重要な官能基の存在お
よび当該分子によるこれらの特徴の三次元(3D)表示によって決定される。生
物活性分子をデザインする流れにおける分子モデリングの最終目標は、受容体結
合の決定基を理解し、かつ、望ましい活性を有する新規の分子のデザインまたは
発見においてこの知見を遂行することである。構造−活性データまたは受容体の
構造の利用可能性によって、最良の場合においては、活性に要する機能性および
官能基の相対的配向を含むであろう薬理作用団パターンの提唱が可能となる(Gu
nd、1979)。典型的な薬剤サイズの有機分子の3D分子構造を生成し、3D薬理
作用団仮説と結合した3D構造のデータベースを検索するための技術における最
近の進歩により、今や、新規の活性分子を発見する支援となり得る新たなツール
が医薬化学者に与えられる。薬理作用団仮説が正しければ望ましい活性を有する
ことが予想される分子について分子のデータベースを検索するデータベース質問
(query)として、該3D薬理作用団を用いることができる。受容体構造または 受容体部位モデルが入手可能であれば、もう1つのタイプの3D検索を用いるこ
とができる。このことに関しては、どの相互作用が最も重要となり得るかという
ことを提唱する必要なしに、受容体構造に対するその立体的または化学的な調和
に基づいて分子を選択する。該方法は相補的であって、双方とも活性分子の発見
を支援する。
VI. Design of biologically active molecules based on the structure of MII Overview In general, biologically active molecules exert their effects by binding to receptors. The ability of a given molecule to bind to the receptor is determined by the presence of certain key functional groups and the three-dimensional (3D) representation of these features by the molecule. The goal of molecular modeling in the context of designing bioactive molecules is to understand the determinants of receptor binding and to carry out this finding in the design or discovery of new molecules with the desired activity. The availability of structure-activity data or the structure of the receptor allows the proposition of pharmacophore patterns which, in the best case, will include the functionality required for activity and the relative orientation of the functional groups (Gu
nd, 1979). Recent advances in technology for generating 3D molecular structures of typical drug-sized organic molecules and searching databases of 3D structures combined with the 3D pharmacophore hypothesis now support the discovery of new active molecules New tools are given to medicinal chemists. If the pharmacophore hypothesis is correct, the 3D pharmacophore can be used as a database query to search molecular databases for molecules expected to have the desired activity. If a receptor structure or receptor site model is available, another type of 3D search can be used. In this regard, a molecule is selected based on its steric or chemical reconciliation to the receptor structure without having to suggest which interactions may be most important. The methods are complementary and both support the discovery of active molecules.

【0057】 MIIのHLEHフラグメントの重要性が調べられ、その生物活性および受容体
結合がその構造的、化学的および物理的な特性(特徴)に相関付けられている。
一連の化合物において認められる生物活性の範囲を理解するのを助けるため、な
らびに、ニコチン性nAChRに対して潜在的に異なる親和性を有する新たな化
合物、例えば、α3β2サブタイプに対してより高い親和性を有する化合物また
はα3β4サブタイプに対してより高い親和性を有する化合物のデザインを導く
のを支援するために、これらの特徴が用いられる。
The importance of the HLEH fragment of MII has been investigated and its biological activity and receptor binding have been correlated to its structural, chemical and physical properties.
New compounds with potentially different affinities for nicotinic nAChRs, such as higher affinities for the α3β2 subtype, to help understand the range of biological activities found in a series of compounds These features are used to help guide the design of compounds with or higher affinity for the α3β4 subtype.

【0058】 広範な実験および理論データが、かかる特徴のパターンを明らかにするために
日常的に用いられている。このプロセスは一般的に薬理作用団マッピングと呼ば
れ、3つの主な態様を含む:生物活性に必要な特徴を発見すること;必要な分子
コンホメーション(すなわち、“生物活性”コンホメーション)を決定すること
;および、一連の化合物につき重ね合わせまたは配置規則を明らかにすること。
薬理作用団マッピングに用いる主な情報は、一連に合成した化合物およびそれら
の測定した生物活性からひとりでに導かれる。このことから、構造−活性相関が
現れ、初歩的な薬理作用団仮説を公式化することを始め得る。巨大分子標的また
は標的−リガンド複合体の構造が知られている場合には、実験的に決定するか、
またはコンピュータを用いてモデリングするかのいずれかであるので、薬理作用
団−マッピング・プロセスにこの情報は明らかに非常に有用である。ついで、種
々の分子モデリングおよびコンピュータを用いた化学的技術を、実験データと結
合して適用して薬理作用団モデルを発展させ得る。これらの技術は、一連の幾つ
かのモデルの単純で、定性的な分子グラフィックの比較から、薬理作用団マッピ
ングを創り、かつ、実験結果を再現するその能力を測定するための精密な定量的
な方法までにわたる。
A wide range of experimental and theoretical data is routinely used to reveal patterns of such features. This process, commonly referred to as pharmacophore mapping, involves three main aspects: discovering the required features for biological activity; the required molecular conformation (ie, the “biologically active” conformation). And clarifying the superposition or arrangement rules for a series of compounds.
The main information used for pharmacophore mapping is derived solely from a series of synthesized compounds and their measured biological activities. From this, a structure-activity relationship emerges and one can begin to formulate a rudimentary pharmacophore hypothesis. If the structure of the macromolecular target or target-ligand complex is known, it can be determined experimentally,
This information is clearly very useful to the pharmacophore-mapping process, either as it is or computer modelled. A variety of molecular modeling and computational chemical techniques can then be applied in conjunction with the experimental data to develop pharmacophore models. These techniques are based on simple, qualitative molecular graphic comparisons of a series of several models to create pharmacophore mappings and to provide precise quantitative measurements to determine their ability to reproduce experimental results. To the method.

【0059】 薬理作用団マッピングは、主として定性的な用途である。薬理作用団マッピン
グと類族されるのは、三次元定量構造−活性相関(3D−QSAR)の分野であ
る。3D−QSAR技術は生物活性の定量モデル;すなわち、実験化合物の効力
に適合し、実験セットの外側の化合物の効力を予想するために用いることができ
るモデル、を導き、調べるために試されている。事実、多くの3D−QSAR法
の適用は、提唱された薬理作用団モデルを必要としている。
[0059] Pharmacophore mapping is primarily a qualitative application. Familiar with pharmacophore mapping is the field of three-dimensional quantitative structure-activity relationship (3D-QSAR). The 3D-QSAR technique has been tried to derive and examine quantitative models of biological activity; models that can be used to predict the potency of compounds outside the experimental set, fitting into the potency of the experimental compound. . In fact, many 3D-QSAR applications require the proposed pharmacophore model.

【0060】 薬理作用団マッピングは、伝統的な医薬化学ならびに一連の化合物の合成およ
び生物試験から導かれた構造−活性相関にその根源を有する。シリーズの個々の
メンバーの相対的な測定効力から、機能性のタイプの概念、ならびにおそらくは
活性に重要であるその空間関係が現れ始める。ついで、より詳細な分子モデリン
グ実験を用いてより正確なモデルを公式化することができるが、それがなくても
、提唱された薬理作用団仮説を具体化することを始め得る。
Pharmacophore mapping has its roots in traditional medicinal chemistry and structure-activity relationships derived from the synthesis and biological testing of a range of compounds. From the relative measured potency of the individual members of the series, the concept of a type of functionality, as well as its spatial relationships, which are probably important for activity, begin to emerge. A more accurate model can then be formulated using more detailed molecular modeling experiments, but without it one can begin to materialize the proposed pharmacophore hypothesis.

【0061】 多くのリガンド−デザイン実験は、分子モデリング、ならびに薬理作用団パタ
ーンを解明するのを支援するために化学合成を利用する。構造−活性データおよ
びコンホメーション解析の結果を用いて、該シリーズについての生物活性コンホ
メーションおよび重ね合わせを提唱する。これは、分子グラフィックスを用いる
ことによって行い得る。
Many ligand-design experiments utilize molecular modeling as well as chemical synthesis to assist in elucidating pharmacophore patterns. The structure-activity data and the results of the conformational analysis are used to propose a bioactive conformation and overlay for the series. This can be done by using molecular graphics.

【0062】 薬理作用団マッピングにおけるもう1つの一般的なアプローチは、受容体結合
の要件を釣上げるための構造的にリジッドな分子の使用である。よりコンホメー
ション的に弾力性の低い分子を用いることの利点の1つは、弾力性の低い分子が
生物活性コンホメーションをより正確に定め得るが、選択したリジッドな分子は
良好な親和性を示すことである。薬理作用団スペースをより良好に決めるのにリ
ジッド化性を用いることは、ペプチド・リードから活性非ペプチド化合物を作成
することにおいて首尾よく用いられている。Kuら(1995)および共同研究者の環
状RGDペプチドアナログに基づく非ペプチド化合物を用いた最近の研究は、こ
のことの良い例である。
[0062] Another common approach in pharmacophore mapping is the use of structurally rigid molecules to capture receptor binding requirements. One of the advantages of using less conformally resilient molecules is that less resilient molecules can more accurately define the bioactive conformation, but the selected rigid molecules have better affinity. It is to show. The use of rigidizability to better define pharmacophore space has been used successfully in making active non-peptidic compounds from peptide leads. Recent work with non-peptide compounds based on cyclic RGD peptide analogs by Ku et al. (1995) and coworkers is a good example of this.

【0063】 受容体部位のマッピングには、高分子上のエネルギー的に有利な結合部位を同
定する種々のコンピュータ手法が包含される。最も直接的な手法には、静電的ま
たは脂肪親和的ポテンシャル、湾曲の程度、および水素結合特性のごとき経験的
に決定された物理学的特性に従って、巨大分子標的の溶媒が接近し易い表面(ま
たは他の方法で発生させたキャスト)を“ペインティングする”ことが含まれる
。巨大分子の表面をかく特徴付けするかかる方法は、Grasp(Columbia Universi
ty)、DelPhi(Biosym Technologies社製)、MOLCAD(Tripos,Inc.社製)およ びHint(Virginia Commonwealth University)のごときプログラムに取込まれて
いる。つづく分子デザインには、同定した表面特性に相補的な特徴を有するリガ
ンドの同定またはデザインが含まれる。より進歩したアルゴリズムには、標的と
潜在的なリガンドまたはフラグメントとの間の相互作用エンタルピーの実際の計
算が含まれる。実際には、(回転させるか、さもなくば変換させ得る)目的のタ
ンパク質またはタンパク質フラグメントの座標は、いずれの望ましくないリガン
ド(またはその一部分)および/またはいずれの望ましくない溶媒分子をも取除
く。ついで、該座標を加工して、分子のメカニック・パラメーターを原子のポジ
ションに結合させて、マッピング用の加工標的を得る。該標的は、別個の結合部
位に分割し得る。標的またはその分割部位は、MCSS(Molecular Simulations,I
nc.社製)におけるごとく、望ましい位置への弛緩をつづいて許容する所与の官 能基フラグメントで過剰に満たすか、あるいは単一のフラグメント・プローブが
順次に位置決定される部位点の規則格子内に入れる;部位−格子アルゴリズムを
発展させるプログラムの例には、Grin/Grid(Molecular Discovery,Ltd.社製 )、Ludi(Biosym Technologies社製)、Leapfrog(Tripos,Inc.社製)およびL
egend(東京大学)が含まれる。双方の技術において、結合親和性のエンタルピ ー寄与は、分子メカニクス力場を用いて概算し、選択した官能基の適当なポジシ
ョンを系統的に決定する。
[0063] Mapping receptor sites involves a variety of computer techniques to identify energetically favorable binding sites on macromolecules. The most direct approach involves, depending on the empirically determined physical properties, such as electrostatic or lipophilic potential, degree of curvature, and hydrogen bonding properties, the solvent accessible surface of the macromolecular target ( Or “painting” casts generated in other ways). Such a method for characterizing the surface of macromolecules is described in Grasp (Columbia Universi).
ty), DelPhi (Biosym Technologies), MOLCAD (Tripos, Inc.), and Hint (Virginia Commonwealth University). Subsequent molecular design involves the identification or design of ligands that have characteristics complementary to the identified surface properties. More advanced algorithms include the actual calculation of the enthalpy of interaction between the target and a potential ligand or fragment. In practice, the coordinates of the protein or protein fragment of interest (which can be rotated or otherwise transformed) remove any undesired ligands (or portions thereof) and / or any undesired solvent molecules. The coordinates are then processed to link the molecular mechanics parameters to the positions of the atoms to obtain a processing target for mapping. The target may be split into separate binding sites. The target or its split site is determined by MCSS (Molecular Simulations, I
nc.), a regular grid of site points that are either overfilled with a given functional group fragment, which allows subsequent relaxation to the desired position, or where a single fragment probe is located sequentially. Examples of programs for developing the site-grid algorithm include Grin / Grid (Molecular Discovery, Ltd.), Ludi (Biosym Technologies), Leapfrog (Tripos, Inc.) and L
egend (University of Tokyo). In both techniques, the enthalpy contribution of binding affinity is estimated using molecular mechanics force fields to systematically determine the appropriate position of the selected functional group.

【0064】 部位−格子アプローチにおいては、決めた格子内の標的の望ましい部位を取り
囲むようにボックスを決める。格子分割、すなわち格子点間の距離は、実践者に
よって決めるか、またはコンピュータプログラムによって設定し得る。同様に、
疎水性または他の特性のごとき格子内の点の他のパラメーターも同様に決め得る
。1またはそれを超える選択基、官能基、分子または分子フラグメントのプロー
ブ(すなわち、コンピュータモデル)を格子点に位置決定し、プローブ−標的対
の相互作用エネルギーを各格子点について決定する。各選択基、官能基ほかにつ
いてのデータを収集し、データセットとして回復させ、種々のテキストまたはグ
ラフィック・フォーマットでコンピュータモニター上に視覚化し、またはプリン
トし得る。
In the site-grid approach, a box is defined around a desired site of the target in a defined grid. The grid division, ie the distance between grid points, can be determined by the practitioner or set by a computer program. Similarly,
Other parameters of points in the grid, such as hydrophobicity or other properties, can be determined as well. Probes (i.e., computer models) of one or more selected groups, functional groups, molecules or molecular fragments are located at the grid points and the probe-target pair interaction energies are determined for each grid point. Data for each selected group, functional group, etc. can be collected, recovered as a data set, and visualized or printed on a computer monitor in various text or graphic formats.

【0065】 格子点の各セットの基を位置決定する別法として、前記したごとく、複数のコ
ピーをタンパク質標的付近に重ね合せることによって、選択したフラグメント、
基、分子他の複数のコピーで(前記したごとく座標によって決められた)標的を
満たすことができる。ついで、該モデルをグループ最小化(すなわち、分子メカ
ニクス最小化)計算に付して、有利な相互作用の点または領域を同定する。デー
タは格子アプローチにおけるごとく扱い得る。
As an alternative to locating the groups of each set of grid points, as described above, by overlapping multiple copies near the protein target, the selected fragment,
Multiple copies of the group, molecule, etc. can satisfy the target (determined by coordinates as described above). The model is then subjected to group minimization (ie, molecular mechanics minimization) calculations to identify points or regions of favorable interaction. The data can be treated as in the grid approach.

【0066】 受容体部位マッピングにより、前記したデータベース検索を介したリガンド成
長用のシーズ、および新たな化学基のデ・ノボ(de novo)デザイン用のGrow/l
ink法用のシーズが供される。リガンド成長用のプログラムは、最初に、適当な 官能基を部位点に置くために伸長可能なフラグメント・ディクショナリー(dict
ionary)にアクセスする。ついで、一般アルゴリズムまたは部分グラフ同型プロ
トコールを呼び出して、小さな脂肪族の鎖または環とフラグメントとを結合する
。確率的な上昇は、内部自由度の修飾ならびに結合キャビティー内の候補モデル
の変形(translation)および回転によって導入することができる。得られた分 子のセットを、結合部位の立体的束縛、静電および疎水性相互作用のコンプリメ
ンタリティー(complimentarity)、および溶媒和概算を考慮する関数によって 評点付けし、濾過する。適用し得たこのタイプのプログラムには、Ludi(Biosym
Technologies社製)、Leapfrog(Tripos,Inc.社製)、Legend(東京大学)、G
row(Upjohn社製)、Builder/Delegate(University of California,San Fran
cisco)およびSprout(University of Leeds)が含まれる。クリック検出法は部
位マッピングおよびリガンド成長に別の戦略を供する。DOCK(University of Ca
lifornia,San Francisco)および同様のプログラムは、可能な原子−サイズ球 面の最小セットで所与の結合部位を満たし;ついで、データベース検索を試行し
て、原子を部位−充填範囲の中心(または“核”)に重ね合わさるように、リガ
ンドを配向させる。評点付けによって増大された形状コンプリメンタリティーは
、キャビティーの立体要件およびポテンシャルエネルギー関数を含むように機能
する。
Receptor site mapping allows seeds for ligand growth via database search as described above, and Grow / l for de novo design of new chemical groups.
Seeds for the ink method are provided. A program for ligand growth first starts with an extensible fragment dictionary (dict) to place the appropriate functional groups at site points.
ionary). The general algorithm or subgraph isomorphic protocol is then invoked to combine the small aliphatic chains or rings with the fragments. Stochastic increases can be introduced by modification of the internal degrees of freedom and translation and rotation of the candidate model in the coupling cavity. The resulting set of molecules is scored and filtered by a function that takes into account the steric constraints of the binding site, the complementarity of electrostatic and hydrophobic interactions, and the solvation estimates. Programs of this type that could be applied include Ludi (Biosym
Technologies), Leapfrog (Tripos, Inc.), Legend (University of Tokyo), G
row (made by Upjohn), Builder / Delegate (University of California, San Fran
cisco) and Sprout (University of Leeds). Click detection offers another strategy for site mapping and ligand growth. DOCK (University of Ca
lifornia, San Francisco) and similar programs fill a given binding site with a minimal set of possible atom-size spheres; then attempt a database search to place atoms in the center of the site-filling range (or " Orient the ligand so that it overlaps the nucleus "). The shape complementarity increased by the scoring functions to include the steric requirements of the cavity and the potential energy function.

【0067】 (いずれかの起源からの)リガンドの最適化は、MIIの三次元構造を用いて高
め得る。MIIの受容体部位マップまたは親水性プロフィールを用いて、リガンド
の官能基コンポーネントに好ましいポジションを同定し得、かつ、さもなければ
、典型的にはリガンド構造自体の最小の立体考慮によって制御されるであろうリ
ガンド構造のコンホメーション検索を濾過または束縛し得る。明確な結合部位の
入手可能性により、模擬アニーリング、距離ジオメトリー、メトロポリス−モン
テカルロまたは結合様式の確立論的検索において力−場を直接利用する方法を介
して標的タンパク質に対するリガンド結合の様式を決定することもできる。リガ
ンド結合を合理的に説明するために適用し得るプログラムの例には、Autodock(
Scripps Clinic社製)、DGEOM(QCPE#590)、Sculpt(Interactive Simulation
s,Inc.社製)、または前記したいずれかの分子ダイナミクス・プログラムが含 まれる。可能な結合配向の扱い易いセットが得られたら、考慮中の各モデルの結
合アフィニティーを予想可能な方法で変化するようにデザインした試験リガンド
中の修飾を介して結合の適当な様式を容易に同定することができる。例えば、リ
ガンドを修飾して、1の結合モデルと一致せず、さらにもう1つのモデルと一致
するポジションに官能基を含ませ得る。ついで、結合データを用いて、“反証”
モデルを除き得る。ありそうにない結合様式の除去の繰返しによって適当なモデ
ルが創られたら、リードの改善の可能性が局所タンパク質環境から容易に明らか
となる。
Optimization of ligand (from any source) can be enhanced using the three-dimensional structure of MII. The receptor site map or hydrophilicity profile of the MII can be used to identify preferred positions for the functional group components of the ligand, or otherwise typically controlled by minimal steric considerations of the ligand structure itself. The conformational search for possible ligand structures may be filtered or constrained. The availability of well-defined binding sites determines the mode of ligand binding to the target protein via simulated annealing, distance geometry, metropolis-Monte Carlo or methods that utilize force-field directly in the stochastic search of binding modes You can also. Examples of programs that can be applied to rationally explain ligand binding include Autodock (
Scripps Clinic), DGEOM (QCPE # 590), Sculpt (Interactive Simulation
s, Inc.), or any of the molecular dynamics programs described above. Once a manageable set of possible binding orientations has been obtained, the appropriate mode of binding can be easily identified via modifications in the test ligand designed to alter the binding affinity of each model under consideration in a predictable manner. can do. For example, a ligand may be modified to include a functional group at a position that does not match one binding model and still matches another model. Then, using the combined data,
You can remove the model. Once a suitable model has been created by repeated removal of unlikely binding modalities, the potential for improved leads is readily apparent from the local protein environment.

【0068】 リガンド最適化の別のプロトコールには、結合部位の知見に関する3Dデータ
ベース検索が含まれる。モデリングは、所与のリガンドの生物活性コンホメーシ
ョンの複数の候補を明らかにし得る。正確なコンホメーション用のプローブには
、各可能な順応物の幾つかの束縛されたミメティックを同定するための3D検索
が含まれ得る。非束縛リガンドの構造−活性関係は、どの官能基が束縛ミメティ
ック中で保持されるべきかを示唆するであろう。最後に、結合部位の立体的要件
および静電的要件は、得られた可能性の優先順位を付けるフィルターを構成し得
るであろう。
Another protocol for ligand optimization involves a 3D database search for binding site findings. Modeling may reveal multiple candidates for the bioactive conformation of a given ligand. Probes for the correct conformation may include 3D searches to identify several bound mimetics of each possible adaptation. The structure-activity relationship of the unhindered ligand will indicate which functional groups should be retained in the hindered mimetic. Finally, the steric and electrostatic requirements of the binding site could constitute a filter that prioritizes the possibilities obtained.

【0069】 MIIの構造は、同族ペプチドの正確なモデル構築を可能とし、ドラッグデザイ
ンにおけるそのつづく使用を可能とする。MII構造は、知見に基づくテンプレー
ト構築方法か、または特異的点突然変異の繰返しにつづく局所分子のメカニクス
構造最小化かのいずれかによって信頼し得るモデルの発展に容易に用い得る。Sy
k−NCのモデルの発展に適用し得るプログラムの例には、Composer(Birbeck Col
lege)、Modeler(MSI社製)およびHomology(Biosym Technology社製)が含ま れる。ついで、得られたモデルは、前記したいずれかのCADD技術に付すことがで
きる。
The structure of MII allows for accurate model building of cognate peptides and its subsequent use in drug design. The MII structure can easily be used to develop a reliable model either by way of an informed template construction method or by minimizing the mechanical structure of local molecules following repeated point mutations. Sy
Examples of programs that can be applied to the development of k-NC models include Composer (Birbeck Col.
lege), Modeler (MSI) and Homology (Biosym Technology). The resulting model can then be subjected to any of the CADD techniques described above.

【0070】 B.コンピュータ−支援ドラッグデザインにおけるα−コノトキシンMIIの構
造の利用 α−コノトキシンMIIの三次元構造の利用可能性により、構造に基づく薬剤発
見アプローチが可能となる。構造に基づくアプローチには、デ・ノボ分子デザイ
ン、リード分子のコンピュータ−支援最適化、および構造基準に基づく候補薬剤
構造のコンピュータに基づく選択が含まれる。新たなペピドミメティック・モジ
ュール(pepidomimetic module)は、コンホメーション的に制限されたペプチド
置き換え用のデザインまたはデータベース検索によってペプチドリガンドの構造
から直接開発し得る。別法として、構造に基づくリードの発見は、標的タンパク
質構造、例えば、そのリガンドを除去した受容体、を用いて成し得る。
B. Use of the Structure of α-Conotoxin MII in Computer-Assisted Drug Design The availability of the three-dimensional structure of α-conotoxin MII enables a structure-based drug discovery approach. Structure-based approaches include de novo molecular design, computer-assisted optimization of lead molecules, and computer-based selection of candidate drug structures based on structural criteria. New pepidomimetic modules can be developed directly from peptide ligand structures by conformationally restricted designs for peptide replacement or database searches. Alternatively, structure-based lead discovery can be accomplished using a target protein structure, eg, a receptor with its ligand removed.

【0071】 複数の非複合体化状態のMIIを幾つかの方法によって作成して、さらなる標的
コンホメーションを得ることができる。実験的な同等物および得られた非複合体
化モデルは、受容体部位マッピングのごとき技術に付して、標的タンパク質の構
造と潜在的なリガンドまたは化学基(“フラグメント”または“シード(seed)
”)の構造との間の有利な相互作用エネルギーの部位を同定し得る。かかる評価
は、フラグメント・シードの結合および成長のごとき手法に準じ得る。フラグメ
ント・シード結合とは、“結合した”“シード”、すなわち有利な相互作用の対
応部位に到達するように適当に離された2またはそれを超えるマッピングされた
基を含む化学構造、を含む構造をデザインするための方法をいう。成長とは、受
容体部位マッピングに基づいてか、または利用可能な空間を充填するために、所
与の分子または基を伸長させる構造のデザインをいう。受容体部位マッピングの
データに基づいて、化学構造のデータベースから潜在的なリガンドを選択するこ
ともできる。いかなる起源の潜在的なリガンドまたは準最適なリガンドも、受容
体部位マップを用いることにより明らかにして、エネルギー優先に従って複数の
リガンドコンホメーションおよび配向を濾過し得る。MIIの構造により、知見に
基づく同族テンプレート法または繰返し配向突然変異につづく最小化のいずれか
によって、MIIの高品質モデルを創ることができる。ついで、MIIの創った構造
を、前記に概説した方法によって、さらなるタンパク質標的として処理し得る。
これらの方法およびMIIに対するそれらの適用は続くセクションに記載する。
Multiple uncomplexed states of MII can be generated by several methods to obtain additional target conformations. Experimental equivalents and the resulting uncomplexed model can be subjected to techniques such as receptor site mapping to target protein structure and potential ligands or chemical groups ("fragments" or "seed").
The site of favorable interaction energy with the structure of ")" can be identified. Such evaluation can be based on techniques such as fragment seed binding and growth. Fragment seed binding is "bound" Seed ": a method for designing a structure comprising two or more mapped chemical groups suitably spaced to reach a corresponding site of favorable interaction. Growth refers to growth. Refers to the design of a structure that extends a given molecule or group based on receptor site mapping or to fill available space.Database of chemical structure based on data from the receptor site mapping. Potential or suboptimal ligands of any origin can be identified using a receptor site map. As revealed by this, multiple ligand conformations and orientations can be filtered according to energy preferences.The structure of MII allows the high homology of MII by either informed cognate template methods or minimization following repeated orientation mutations. A quality model can be created, and the created structure of MII can then be processed as a further protein target by the methods outlined above.
These methods and their application to MII are described in subsequent sections.

【0072】 α−コノトキシンMIIのアミノ酸配列は決定されており(Cartierら、1996) 、α3β2ニューロンニコチン性受容体上のMIIに対する特異性の決定基(特異
的アミノ酸残基)も同定されている(Harveyら、1997、出典明示して本明細書の
一部とみなす)。ペプチドの決定基および結合配向の知見は、コンホメーション
制限およびペプチド結合置き換えへの達成方法を示唆し得る。より偏っていない
アプローチには、三次元構造のデータベースを検索してペプチドリガンドの1ま
たはそれを超える部分に対する置き換え、好ましくは非−ペプチド置き換え基、
を同定するためのコンピュータアルゴリズムが含まれる。この方法によって、生
物活性コンホメーションを多量に配置する化合物、すなわちペプチドリガンドの
特に生物学的に関連するコンホメーションに基づく化合物を作成し得る。この目
的のためのアルゴリズムは、Cast−3D(ChemicalAbstracts Service社製)、3DB
Unity(Tripos,Inc.社製)およびMACCS/ISIS−3D(Molecular Design Limite
d社製)のごときプログラムで実行する。これらのジオメトリー検索は、結合部 位のサイズおよび形状要件を用いて妨げる寸法を有する該当物(hit)を除去す る立体構造検索によって増強させ得る。
The amino acid sequence of α-conotoxin MII has been determined (Cartier et al., 1996), and determinants (specific amino acid residues) of MII specificity on α3β2 neuronal nicotinic receptors have been identified ( Harvey et al., 1997, which is hereby incorporated by reference. Knowledge of the determinants and bond orientation of the peptide may suggest ways to achieve conformational restriction and peptide bond replacement. For a less biased approach, a database of three-dimensional structures may be searched to replace one or more of the peptide ligands, preferably non-peptide substituents,
A computer algorithm for identifying is included. By this method, compounds can be made that abundantly place a bioactive conformation, ie, compounds that are based on a particularly biologically relevant conformation of the peptide ligand. Algorithms for this purpose are Cast-3D (ChemicalAbstracts Service), 3DB
Unity (Tripos, Inc.) and MACCS / ISIS-3D (Molecular Design Limite)
This is executed by a program such as d company. These geometry searches can be augmented by three-dimensional searches that remove hits with impeding dimensions using joint site size and shape requirements.

【0073】 MIIに適用する検索におけるジオメトリーおよび立体構造的要件を同期化する
ように使用し得るプログラムには、CAVEAT(University of California,Berkel
ey)が含まれる。 例示として、リジッド三次元検索を行うためのコンピュータプログラムの非限
定的なリストには以下のものが含まれる: 3Dsearch(Seridan,r.p.ら、J.Chen.Inf.Comput.Sci.29:255.1989) Aladdin(Van Drie,J.H.ら、J.Comput.Aided Mol.Design 3:255.1989) UNITY(Tripos, Inc.社製) MACCS-3D(MDL社製) CATALYST(Biosyn/MSI,Inc.社製) これらの検索プロトコールはすべて、現存しているコーポレート・データベース
、Cambridge Structural Database、または化学供給業者から入手可能な化学デ ータベースと共に用いることができる。
Programs that can be used to synchronize geometry and conformational requirements in searches that apply to MII include CAVEAT (University of California, Berkel)
ey). By way of example, a non-limiting list of computer programs for performing rigid three-dimensional searches includes: 3Dsearch (Seridan, rp et al., J. Chen. Inf. Comput. Sci. 29: 255.1989). Aladdin (Van Drie, JH et al., J. Comput. Aided Mol. Design 3: 255. 1989) UNITY (Tripos, Inc.) MACCS-3D (MDL) CATALYST (Biosyn / MSI, Inc.) All of these search protocols can be used with existing corporate databases, the Cambridge Structural Database, or with chemical databases available from chemical suppliers.

【0074】 当該技術分野における実践者であれば理解されるように、種々のコンピュータ
解析を用いて、所与のペプチドとMII(またはその一部分もしくは複合体)また
は前記したごとき他のα−コノトキシンペプチドまたはその一部分もしくは複合
体との間の三次元構造の類似性の程度を決定し得る。かかる解析は、Lauriおよ びBartlott(1994)によって記載されているCAVEAT(Molecular Simulations,I
nc.社製,Waltham,MA)のごとき市販のソフトウェア・アプリケーションを用い
て行う得る。
As will be appreciated by practitioners in the art, a variety of computer analyzes can be used to provide a given peptide with MII (or a portion or complex thereof) or other α-conotoxins as described above. The degree of similarity of the three-dimensional structure between the peptide or a portion or complex thereof can be determined. Such an analysis is based on CAVEAT (Molecular Simulations, I) described by Lauri and Bartlott (1994).
nc., Waltham, Mass.) using commercially available software applications.

【0075】 CAVEATは、データベース検索を用いて新規の分子のデザインを支援するプログ
ラムである。それは、タンパク質−タンパク質相互作用において重要なタンパク
質ループを模倣し得る小分子のデザインを支援するために書かれた特殊目的のプ
ログラムである。該プログラムの基本的な想定は、タンパク質−タンパク質認識
がアミノ酸側鎖の特異的な位置決定に基づくということ、および、骨格は決定的
ではなく置き換え得るということである。CAVEATプログラムは、望ましい配向で
側鎖が存在し得る環系を見出すために試行されている。CAVEATデータベースは、
環系の環外結合によって決まる、ベクトルの距離および角度環形、ならびに環の
3D構造と背中合わせのインデックスよりなる。典型的な質問は、必要な側鎖アナ
ログが存在することを必要とするであろうCα−Cβベクトル関係を決め得る。
かかるベクトル検索は、この章で論じた最も一般的なデータベース検索プログラ
ムによって行い得るであろう;しかしながら、CAVEATをこのタスクに最適化する
。初期のCAVEATアプリケーションはタンパク質模倣用であったが、該プログラム
は、決めた配向で官能基のセットを存在させるために新規の骨格を必要とするい
ずれの状況においても有用となり得るであろう。プログラムの最近のCAVEAT組に
は、サイズまたは基礎の類似性に基づいて、該当物を集め、環縮合の原子のサイ
ズ、数によって該当物をランク付けし、デザインした分子が低くなる相互作用を
有するであろうか否かの能力が含まれる。2の新規のデータベースが、CAVEAT:
Triad、すべての三環式炭化水素のコンピュータ−作成収集、および非環式分子 の収集であるIliadと共に使用するのに利用可能である。ソフトウェアもCambidg
e Structural DatabaseからCAVEATデータベースを作成するために利用可能であ る。
CAVEAT is a program that supports the design of new molecules using database search. It is a special purpose program written to assist in the design of small molecules that can mimic protein loops important in protein-protein interactions. The basic assumption of the program is that protein-protein recognition is based on specific positioning of amino acid side chains, and that the scaffold is not critical and can be replaced. The CAVEAT program has been tried to find ring systems in which side chains can exist in the desired orientation. The CAVEAT database is
Vector distance and angular ring forms, as well as ring
Consists of a 3D structure and back-to-back indexes. A typical question can determine the Cα-Cβ vector relationship that will require that the required side chain analog be present.
Such a vector search could be performed by the most common database search programs discussed in this section; however, CAVEAT was optimized for this task. Although the early CAVEAT application was for protein mimicry, the program could be useful in any situation that required a new scaffold to have a set of functional groups present in a defined orientation. Recent CAVEAT suites of the program have interactions that gather the hits based on similarity in size or basis, rank the hits by the size and number of ring-fused atoms, and lower the designed molecule Or not. Two new databases, CAVEAT:
Triad is available for use with Iliad, a computer-generated collection of all tricyclic hydrocarbons, and a collection of acyclic molecules. Cambidg software
It can be used to create a CAVEAT database from e Structural Database.

【0076】 ペプチド・エクスプリシトリー(explicitly)に存在する潜在的な薬理作用団
因子の保持に加えて、整列した水分子を置き換え得る水素結合を供与するかまた
は受容する基のリガンド構造への導入は、通常、結合の有利な自由エネルギーに
通じる顕著なエントロピー的な増大を供する。かかる整列した水は、構造から同
定可能であり、他の整列した水は十分に溶媒和した構造のコンピュータシミュレ
ーションの間に位置決定し得る。
In addition to retaining potential pharmacophore factors present in the peptide explicitly, the introduction of groups that donate or accept hydrogen bonds that can displace aligned water molecules into the ligand structure Provides a significant entropic increase, which typically leads to the favorable free energy of the bond. Such aligned waters can be identified from the structure, and other aligned waters can be located during computer simulation of the fully solvated structure.

【0077】 本発明のペプチドの構造座標は、三次元形態として表すため、またはそれが決
めた構造座標または三次元構造のコンピュータ支援操作、またはそれに基づく計
算を含むほかの用途のために、機械読み取り可能データ貯蔵媒体、例えばコンピ
ュータ・ハードドライブ、ディスケット、DATテープほか、に機械読み取り可
能なフォームで保存し得る。図8に図示したMIIにつき作成した構造調整を使用
するためには、それを三次元形態として表すかまたは三次元形態に変換させるか
、さもなければそれらを操作することがしばしば必要である。このことは、典型
的には、構造座標セットからの分子またはその一部分の三次元グラフィック表示
を作成することができるプログラムのごとき市販のソフトウェアを使用すること
によって行う。例示として、タンパク質またはペプチド構造を調べるか、さもな
ければ操作するためのコンピュータプログラムの非限定的なリストには以下のも
のが含まれる: Midas(University of California, San Francisco) MidasPlus (University of California, San Francisco) MOIL (University of Illinois) Yummie (Yale University) Sybyl (Tripos, Inc.社製) Insight/Discovery (Biosym Technologies社製) MacroModel (Columbia University) Quanta (Molecular Simulations, Inc.社製) Cerius (Molecular Simulations, Inc.社製) Alcherny (Tripos, Inc.社製) Lab Vision (Tripos, Inc.社製) Rasmol (Glaxo Research and Development社製) Ribbon (University of Alabama) NAOMI (Oxford University) Explorer Eyechem (Silicon Graphics, Inc.社製) Univision (Cray Research社製) Molscript (Uppsala University) Chem-3D (Cambridge Scientific社製) Chain (Baylor College of Medicine) O (Uppsala University) GRASP (Columbia University) X-Plor (Molecular Simulations, Inc.社: Yale University) Spartan (Wavefunction, Inc.社製) Catalyst (Molecular Simulations, Inc.社製) Molcadd (Tripos, Inc.社製) VMD (University of Illinois/Beckman Institute社) Sculpt (Interactive Simulations, Inc.社製) Procheck (Brookhaven National Laboratory社製) DGEOM (QCPE社製) RE VIEW (Brunel University) Modeller (Birbeck College, University of London) Xmol (Minnesota Supercomputing Centers社製) Protein Expert (Cambridge Scientific社製) HyperChem (Hypercube社製) MD Display (University of Washington) PKD (National Center for Biotechnology Information, NIH)
The structural coordinates of the peptides of the invention may be machine-read to represent them in a three-dimensional form or for computer-aided manipulation of the determined structural coordinates or three-dimensional structure, or other applications involving calculations based thereon. It can be stored in a machine-readable form on a possible data storage medium, such as a computer hard drive, diskette, DAT tape, etc. In order to use the structural adjustments made for the MII illustrated in FIG. 8, it is often necessary to represent or convert to a three-dimensional form, or otherwise manipulate them. This is typically done by using commercially available software, such as a program that can create a three-dimensional graphical representation of a molecule or a portion thereof from a set of structural coordinates. By way of example, a non-limiting list of computer programs for examining or otherwise manipulating protein or peptide structures includes the following: Midas (University of California, San Francisco) MidasPlus (University of California, San Francisco) MOIL (University of Illinois) Yummie (Yale University) Sybyl (Tripos, Inc.) Insight / Discovery (Biosym Technologies) MacroModel (Columbia University) Quanta (Molecular Simulations, Inc.) Cerius (Molecular Simulations, Inc.) Alcherny (Tripos, Inc.) Lab Vision (Tripos, Inc.) Rasmol (Glaxo Research and Development) Ribbon (University of Alabama) NAOMI (Oxford University) Explorer Eyechem (Silicon) Graphics, Inc.) Univision (Cray Research) Molscript (Uppsala University) Chem-3D (Cambridge Scientific) Chain (Baylor College of Medicine) O (Uppsala University) GRASP (Columbia University) X-Plor (Molecular) Simulations, I nc .: Yale University) Spartan (Wavefunction, Inc.) Catalyst (Molecular Simulations, Inc.) Molcadd (Tripos, Inc.) VMD (University of Illinois / Beckman Institute) Sculpt (Interactive Simulations, Inc.) Procheck (Brookhaven National Laboratory) DGEOM (QCPE) RE VIEW (Brunel University) Modeller (Birbeck College, University of London) Xmol (Minnesota Supercomputing Centers) Protein Expert (Cambridge Scientific) HyperChem (Hypercube) MD Display (University of Washington) PKD (National Center for Biotechnology Information, NIH)

【0078】 例えば、α−コノトキシンペプチドの三次元構造、あるいはMIIの一部分また
は構造的に類似する相同物もしくはアナログを決めるデータは、機械読み取り可
能データ貯蔵媒体に保存し得、典型的には、該貯蔵媒体からデータを読み取り可
能なコンピュータを用いて、ペプチド構造のグラフィック三次元画像として表示
し得、かかるデータから画像を作成するための命令でプログラムし得る。かくし
て、本発明は、さらなる任意のデータおよびかかるデータを操作するための命令
と一緒に、本発明の組成物の構造座標、例えば実施例8に記載した座標、を画像
化するデータを含むメモリーを有する、コンピュータのごとき機器を包含する。
かかるデータは、他の関係する構造の解明および薬剤発見(WO 97/08300)のご
とき、種々の目的に使用し得る。
For example, data defining the three-dimensional structure of an α-conotoxin peptide, or a portion of MII or a structurally similar homolog or analog, can be stored in a machine-readable data storage medium, typically Using a computer capable of reading data from the storage medium, it can be displayed as a graphic three-dimensional image of the peptide structure and can be programmed with instructions for creating an image from such data. Thus, the present invention provides a memory containing data for imaging the structural coordinates of a composition of the present invention, such as those described in Example 8, along with further optional data and instructions for manipulating such data. Equipment such as a computer.
Such data can be used for various purposes, such as elucidation of other relevant structures and drug discovery (WO 97/08300).

【0079】 比較タンパク質モデリングにおいては、第1のセットのかかる機械読み取り可
能なデータを第2のセットの機械読み取り値可能データと用いるための命令でプ
ログラムした機器を用いて第1データセットを第2データセットと結合して、第
2セットの機械読み取り可能データに対応する座標の少なくとも一部分を決定し
得る。例えば、第1セットのデータは、図8に図示したMIIの座標の少なくとも
一部分のフーリエ変換を含み得、一方、第2データセットはMIIの潜在的アナロ
グの座標を含み得る。この様に、分子置き換えを用いて、図8に図示したごとき
座標のセットを開発して、かかる置き換えの構造に対する効果を判定し得る。
In comparative protein modeling, a first data set is converted to a second data set using an instrument programmed with instructions for using a first set of such machine readable data with a second set of machine readable data. Combined with the data set, at least a portion of the coordinates corresponding to the second set of machine readable data may be determined. For example, the first set of data may include a Fourier transform of at least a portion of the MII coordinates illustrated in FIG. 8, while the second data set may include MII potential analog coordinates. Thus, using molecular replacement, a set of coordinates as illustrated in FIG. 8 can be developed to determine the effect of such replacement on the structure.

【0080】 したがって、本発明のもう1つの目的は、本発明の組成物についての比較タン
パク質モデリング技術および構造座標を用いるMIIのペプチドアナログまたはペ
プチドミメティックの三次元構造を決定する方法を提供することである。比較タ
ンパク質モデリングには、1またはそれを超える関連ペプチドの構造座標を用い
て未知の構造のモデルを構築することが含まれる。比較タンパク質モデリングは
、その三次元構造を解明すべきタンパク質またはペプチドの共通または類似部分
を既知の類似構造エレメントの三次元構造に適合させることによって行い得る。
比較タンパク質モデリングには、解明すべき関連構造のアミノ酸によるアミノ酸
(または他のコンポーネント)の置き換えで、三次元構造の一部分または全部を
再構築することが含まれ得る。例えば、MIIの構造座標を用いれば、比較タンパ
ク質モデリングを用いてMIIのペプチドアナログの三次元構造を決定し得る。こ
れらの座標は保存し、表示し、操作し得、その他、実施例8のMII座標と同様な
方法で用い得る。
Thus, another object of the present invention is to provide a method for determining the three-dimensional structure of a peptide analog or peptidomimetic of MII using comparative protein modeling techniques and structural coordinates for the compositions of the present invention. It is. Comparative protein modeling involves building a model of the unknown structure using the structural coordinates of one or more related peptides. Comparative protein modeling can be performed by fitting a common or similar part of a protein or peptide whose three-dimensional structure is to be elucidated to the three-dimensional structure of a known similar structural element.
Comparative protein modeling can include reconstructing some or all of the three-dimensional structure with replacement of amino acids (or other components) by amino acids of the relevant structure to be elucidated. For example, using the MII structural coordinates, comparative protein modeling can be used to determine the three-dimensional structure of the MII peptide analog. These coordinates can be stored, displayed, manipulated, and otherwise used in a manner similar to the MII coordinates of Example 8.

【0081】 本発明は、さらに、三次元構造内、好ましくは受容体結合部位内またはその付
近の、システイン残基のごとき反応性アミノ酸を同定し:水が接近可能な表面ま
たは全原子の空間充填ファンデルワールス表面を含む表面のごとき、分子表面を
作成し、視覚化し;ペプチドの表面特徴のサイズおよび形状を算出し、視覚化し
;三次元構造内に、好ましくは受容体結合部位内またはその付近に、潜在的なH
−結合供与体および受容体を位置決定し;ならびに、三次元構造内の、好ましく
は受容体結合部位内またはその付近の疎水性および親水性の領域を算出するため
の、本発明のペプチドまたはその一部分の構造座標の使用に供する。ペプチドお
よび受容体とのその相互作用を特徴付けするための前記のアプローチを用いて、
そのセットを予め選択し得る、ペプチドの表面特徴に対して相補的な特性(例え
ば、サイズ、形状、電荷、疎水性/親水性、受容体特異性ほか)の化合物をデザ
インまたは選択し得る。構造座標を用いれば、結合状態における所与の受容体サ
ブタイプに対するペプチドの配向、結合定数または相対親和性を予想または算出
し、改善したかまたは変化した親和性の化合物をデザインまたは選択するための
その情報を使用し得る。
The present invention further identifies reactive amino acids, such as cysteine residues, in the three-dimensional structure, preferably at or near the receptor binding site: a water accessible surface or a space filling of all atoms. Create and visualize molecular surfaces, such as surfaces, including van der Waals surfaces; calculate and visualize the size and shape of peptide surface features; within a three-dimensional structure, preferably at or near the receptor binding site The potential H
A peptide of the invention or a peptide thereof for locating the binding donor and acceptor; and calculating the hydrophobic and hydrophilic regions in the three-dimensional structure, preferably in or near the acceptor binding site. Provide for use of partial structural coordinates. Using the above approach to characterize the peptide and its interaction with the receptor,
One can pre-select the set, design or select compounds with properties complementary to the surface features of the peptide (eg, size, shape, charge, hydrophobic / hydrophilic, receptor specificity, etc.). The structure coordinates are used to predict or calculate the orientation, binding constant or relative affinity of a peptide for a given receptor subtype in the bound state, and to design or select compounds with improved or altered affinity. You can use that information.

【0082】 かかる場合においては、α−コノトキシンペプチド、またはその一部分の構造
座標を、機械読み取り可能なフォームで望ましいオペレーションを実行し、いず
れの必要なさらなるデータ、例えば潜在的なアナログの構造および/または機能
特性を決め、種々のアミノ酸ほかの分子特性を決めるための命令でプログラムさ
れた機器に入力する。 前記方法のいずれかによって選択またはデザインした構造の化合物は、nAC
hRに結合し、nAChRのそれに対する天然または人工リガンドに対する結合
を阻害し、および/またはnAChRによって媒介される生物機能を阻害するそ
の能力について試験し得る。
In such a case, the structural coordinates of the α-conotoxin peptide, or a portion thereof, are subjected to the desired operation in a machine-readable form, and any necessary additional data, such as the structure of the potential analog and / or Alternatively, the functional properties are determined and input to a programmed instrument with instructions for determining various amino acids and other molecular properties. Compounds of the structure selected or designed according to any of the above methods may comprise nAC
One may test for its ability to bind to the hR, inhibit the binding of the nAChR to its natural or artificial ligand, and / or inhibit the biological function mediated by the nAChR.

【0083】 本発明は、nAChRに結合し得る化合物をデザインするためのペプチドミメ
ティック法およびミメティック法も提供する。1つのかかる方法には、nACh
Rに結合したMIIまたはその一部分の三次元構造を決める座標に基づいて三次元
画像をグラフィカルに表示することが含まれる。置き換え用の候補基を同定する
ために、MIIの一部分と受容体との間の相互作用を特徴付けする。受容体と相互
作用するMIIの1またはそれを超える部分は、1またはそれを超える候補置換基
の知識基礎から選択した置換基で置き換え得、および/または基をMIIに加えて
受容体とのさらなる相互作用を許容し得る。
The present invention also provides peptidomimetic and mimetic methods for designing compounds that can bind to nAChRs. One such method includes nACh
Graphically displaying a three-dimensional image based on coordinates defining the three-dimensional structure of the MII coupled to R or a portion thereof. Characterize the interaction between a portion of MII and the receptor to identify candidate groups for replacement. One or more portions of MII that interact with the receptor may be replaced by a substituent selected from the knowledge base of one or more candidate substituents, and / or the group may be added to MII to further interact with the receptor. Interaction is acceptable.

【0084】 本明細書中に開示するコンピュータ使用アプローチおよび構造洞察は、nAC
hRサブタイプに結合する能力が低下したか、または実質的に不可能な分子のデ
ザインまたは同定をも許容する。例えば、同一のモデリングおよびコンピュータ
使用方法を本明細書に記載したデータに適用し得るが、反対の目的では、すなわ
ち1またはそれを超えるnAChRサブタイプに対する実質的な結合親和性を欠
く化合物をデザインまたは同定するためにも適用し得る。かかる情報は、nAC
hRの単一サブタイプの拮抗剤を同定することを目的とする研究労力において有
用となり得る。いずれかのかかる方法によって最初に同定した化合物も、本発明
によって包含される。
The computer-based approaches and structural insights disclosed herein provide nAC
It also allows for the design or identification of molecules with reduced or substantially impossible ability to bind to the hR subtype. For example, the same modeling and computational methods can be applied to the data described herein, but for the opposite purpose, i.e., to design or design compounds that lack substantial binding affinity for one or more nAChR subtypes. It can also be applied to identify. Such information is provided by nAC
It may be useful in research efforts aimed at identifying antagonists of a single subtype of hR. Compounds first identified by any such method are also encompassed by the present invention.

【0085】 本発明の結晶物質の構造座標のかかるプログラムでの保存、移動および使用の
ために、本明細書に記載したいずれかの分子または分子複合体のグラフィカル三
次元画像を表示することができる機械読み取り可能なデータでコードされたデー
タを用いるための命令でプログラムされた機器を用いる場合、例えば、前記に定
義した類の1またはそれを超えるプログラムでコンピュータをロードした場合、
該データでコードされたデータ保存材料を含む機械読み取り可能データ貯蔵媒体
が供される。データ保存材料を含む機械読み取り可能データ貯蔵媒体には、コン
ピュータと共に使用するために適応し得る従来のコンピュータ・ハードデバイス
、フロッピーディスク、DATテープ、CD−ROM、ならびに他の磁気的、磁
気光学的、光学的、光フロッピー的および他のメディアが含まれる。
A graphical three-dimensional image of any of the molecules or molecular complexes described herein can be displayed for storage, transfer and use of the structural coordinates of the crystalline material of the present invention in such programs. When using a device programmed with instructions for using data coded with machine readable data, for example, loading a computer with one or more programs of the type defined above;
A machine-readable data storage medium is provided that includes a data storage material encoded with the data. Machine-readable data storage media, including data storage materials, include conventional computer hard devices, floppy disks, DAT tapes, CD-ROMs, and other magnetic, magneto-optical, Optical, optical floppy and other media are included.

【0086】 なおより好ましいのは、MIIまたはその一部分の構造座標、詳細には図8に図
示するMIIの構造座標±1.5Å以下のかかるタンパク質のアミノ酸の骨格原子 からの根平均自乗偏差、によって決まった分子または分子複合体のグラフィカル
三次元画像を表示し得る機械読み取り可能なデータ貯蔵媒体である。本発明のこ
の態様の例示的な具体例は、図8の座標を好ましくはPDBフォーマットで含む
データ・セットでコードされた従来の3.5”ディスケット、DATテープまた はハードドライブである。
Even more preferred is the structural coordinate of MII or a portion thereof, in particular, the root mean square deviation from the skeletal atoms of the amino acids of such a protein having a structural coordinate of MII shown in FIG. A machine readable data storage medium capable of displaying a graphical three-dimensional image of a defined molecule or molecular complex. An exemplary embodiment of this aspect of the invention is a conventional 3.5 "diskette, DAT tape or hard drive coded with a data set that preferably includes the coordinates of FIG. 8 in PDB format.

【0087】 もう1つの具体例において、機械読み取り可能なデータ貯蔵媒体は、別紙I、
別紙IIまたは別紙IIIに記載する構造座標のフーリエ変換を含む第1セット
の機械読み取り可能なデータでコードされたデータ保存材料(または、再度、そ
れらの誘導体)を含み、該データを用いるための命令でプログラムされた機器を
用いる場合には、それを、分子または分子複合体のX線回折パターンを含む第2
セットの機械読み取り可能なデータと結合して、第2セットの機械読み取り可能
なデータに相当する構造座標の少なくとも一部分を決定し得る。本発明のこの態
様に有用なシステムの例はWO 97/08300に示されている。
In another embodiment, the machine readable data storage medium is annex I,
Instructions for using and using a data storage material (or, again, a derivative thereof) coded with a first set of machine readable data including a Fourier transform of the structural coordinates described in Attachment II or Attachment III When using an instrument programmed in the second step, it is used to generate a second pattern containing the X-ray diffraction pattern of the molecule or molecular complex.
Combined with the set of machine-readable data, at least a portion of the structural coordinates corresponding to the second set of machine-readable data may be determined. Examples of systems useful for this aspect of the invention are provided in WO 97/08300.

【0088】 VII.定義 本発明は以下の定義を用いる。 “生物活性”は、機能を広く表すために本明細書中で用いる。 “誘導体”とは、天然配列の1以上の残基が置換されたアミノ酸配列をいう。 化合物の“特徴”には、特定の生物活性を誘起するために必要である化合物の
構造的、物理的または化学的属性のいずれかの組合せが含まれる。 ペプチド“フラグメント”、“部分”または“セグメント”とは、少なくとも
約2の連続するアミノ酸の、典型的には少なくとも約3の連続するアミノ酸の、
および最も好ましくは少なくとも約4以上の連続するアミノ酸のアミノ酸残基の
ストレッチである。 “ニューロンnAChR”とは、CNS中に見出される天然のニコチン性アセ
チルコリン受容体をいう。 “ペプチドアナログ”とは、α−コノトキシンのアミノ酸配列のより多いか、
より少ないか、異なるかまたは修飾された残基を有する分子をいう。該修飾は、
1またはそれを超えるアミノ酸残基の付加、置換または欠失により存在し得る。
該修飾には、改変された側鎖のごとき改変基を有するペプチドミメティックまた
はアミノ酸のごとき、アミノ酸自体のアナログの付加または置換が含まれ得る。
該アナログは、天然のα−コノトキシン分子とは異なる機能を有し得、あるいは
同一の機能もしくは変化する程度の同一の機能を示し得る。例えば、該アナログ
は、より高いかまたはより低い生物活性を有するように、より長い貯蔵寿命また
は増大した安定性を有するように、あるいは、より製剤化し易いようにデザイン
し得る。本明細書中においては、ときどき、簡便のために本発明のアナログをタ
ンパク質またはペプチドというが、ここに意図しているのは、ペプチドミメティ
ックまたは化学修飾ペプチドのごとき他のタイプの分子である。本明細書中にお
いては、簡便のため、ペプチドアナログをペプチドということができる。
VII. Definitions The present invention uses the following definitions. "Biological activity" is used herein to broadly describe function. "Derivative" refers to an amino acid sequence in which one or more residues of the native sequence have been replaced. The "features" of a compound include any combination of the structural, physical or chemical attributes of the compound that are necessary to elicit a particular biological activity. A peptide “fragment”, “portion” or “segment” refers to at least about 2 contiguous amino acids, typically at least about 3 contiguous amino acids,
And most preferably a stretch of amino acid residues of at least about 4 or more contiguous amino acids. "Neuronal nAChR" refers to the natural nicotinic acetylcholine receptor found in the CNS. "Peptide analog" refers to the amino acid sequence of α-conotoxin which is
Refers to molecules having fewer, different or modified residues. The modification is
It may be present by the addition, substitution or deletion of one or more amino acid residues.
Such modifications may include the addition or substitution of analogs of the amino acid itself, such as peptidomimetics or amino acids having a modifying group, such as a modified side chain.
The analog may have a different function than the native α-conotoxin molecule, or may exhibit the same function or varying degrees of the same function. For example, the analogs can be designed to have higher or lower biological activity, have a longer shelf life or increased stability, or be easier to formulate. In this specification, for the sake of simplicity, the analogs of the present invention are sometimes referred to as proteins or peptides, but other types of molecules, such as peptidomimetics or chemically modified peptides, are contemplated. In this specification, for the sake of simplicity, peptide analogs can be referred to as peptides.

【0089】 “ペプチドミメティックまたはミメティック”とは、α−コノトキシンペプチ
ドの本質的な生物活性を有する物質をいうことを意図している。ペプチドミメテ
ィックまたはミメティックは、ペプチド二次構造の要素を模倣するペプチド含有
分子とし得る(Johnsonら、1993)。ペプチドミメティックまたはミメティック の使用の背後に存在する根拠は、リガンドと受容体のもののごとく、ペプチド骨
格が、主として、分子相互作用を促進するようにアミノ酸側鎖を配向させるよう
に存在することである。ペプチドミメティックは、天然分子と同様な分子相互作
用が許容されるようにデザインする。ミメティックは必ずしもペプチドでなくて
もよいが、それは天然コノトキシンペプチドの本質的な生物活性を保持している
であろう。 “関連組成物”とは、有効成分としてコノトキシンペプチドアナログまたはペ
プチドミメティックを含む組成物をいう。 “模擬アニーリング”とは、弾力的な分子を重ね合せて、潜在的なアライメン
トを調べるための戦略をいう。 “実質的に純粋な”とは、同一タイプの他の生物分子が実質的に存在しないで
存在するペプチドをいい;それは、好ましくは少なくとも約85%純度、および
最も好ましくは少なくとも約95%純度の量で存在する。
“Peptidomimetic or mimetic” is intended to refer to a substance that has the essential biological activity of an α-conotoxin peptide. Peptidomimetics or mimetics can be peptide-containing molecules that mimic elements of peptide secondary structure (Johnson et al., 1993). The rationale behind the use of peptide mimetics or mimetics is that, like those of ligands and receptors, the peptide backbone exists primarily to orient amino acid side chains to facilitate molecular interactions. . Peptidomimetics are designed to allow similar molecular interactions as the natural molecule. The mimetic need not be a peptide, but it will retain the essential biological activity of the native conotoxin peptide. "Related composition" refers to a composition comprising a conotoxin peptide analog or peptidomimetic as an active ingredient. "Simulated annealing" refers to a strategy for superimposing elastic molecules and examining potential alignments. "Substantially pure" refers to a peptide that is present in the substantial absence of other biomolecules of the same type; it is preferably at least about 85% pure, and most preferably at least about 95% pure. Present in quantity.

【0090】 “実質的に同様な活性”とは、天然α−コノトキシンペプチドに関する修飾ペ
プチドの活性をいう。修飾ペプチドは実質的に同様な活性を有するであろう。修
飾ペプチドは、改変アミノ酸配列を有し得、および/または修飾アミノ酸を含み
得る。活性の類似性に加えて、修飾ポリペプチドは、より長い貯蔵期間のごとき
他の有用な特性を有し得る。別法として、修飾ペプチドの活性の類似性は、天然
α−コノペプチドの活性よりもより高いものともし得る。修飾ペプチドは従来技
術を用いて合成され、あるいは修飾核酸によってコードされていて、従来技術を
用いて産生される。修飾核酸は従来技術によって調製する。天然α−コノトキシ
ン遺伝子機能に実質的に類似する活性を有する核酸を用いて、前記の修飾ペプチ
ドを産生させ得る。 “nAChRのサブタイプ”とは、異なる分子形態のニコチン性アセチルコリ
ン受容体をいう。
“Substantially similar activity” refers to the activity of a modified peptide with respect to the native α-conotoxin peptide. The modified peptides will have substantially similar activity. The modified peptide can have an altered amino acid sequence and / or can include a modified amino acid. In addition to activity similarity, modified polypeptides may have other useful properties, such as longer shelf life. Alternatively, the similarity of activity of the modified peptide may be higher than that of the native α-conopeptide. The modified peptides are synthesized using conventional techniques, or are encoded by modified nucleic acids and are produced using conventional techniques. Modified nucleic acids are prepared by conventional techniques. The modified peptide can be produced using a nucleic acid having an activity substantially similar to the function of the native α-conotoxin gene. “NAChR subtype” refers to nicotinic acetylcholine receptors in different molecular forms.

【0091】 VIII.ペプチドアナログおよびミメティックの調製 nAChRのα3β2またはα3β4サブタイプに対して特異的な本発明のペ
プチドアナログおよびペプチドミメティックは、ドラッグモデリング、ドラッグ
デザインおよび組合せ化学のごとき従来技術を用いて、本明細書中に記載する手
法に基づいて調製する。適当な技術には、限定されるものではないが、すべて出
典明示して本明細書の一部とみなす米国特許第5,571,698号、米国特許第5,51
4,774号、WO 95/21193(Eckerら、(1995);Persidis(1997);Johnsonら(
1993);Sunら(1993))および本明細書中に引用する参考文献に記載されてい るものが含まれる。ペプチドアナログおよびペプチドミメティックの開発は、Pe
rsidisら(1997)に記載されているものを含む、市販のドラッグデザイン・ソフ
トウェアを用いて調製する。これらのペプチドアナログおよびペプチドミメティ
ックは、本明細書中に記載する、および公開刊行物中のα-コノトキシンと実質 的に同様な活性を有する。
VIII. Preparation of Peptide Analogs and Mimetics Peptide analogs and peptidomimetics of the invention that are specific for the α3β2 or α3β4 subtype of nAChRs are described herein using conventional techniques such as drug modeling, drug design and combinatorial chemistry. It is prepared based on the method described in (1). Suitable techniques include, but are not limited to, US Pat. No. 5,571,698, US Pat. No. 5,511, all of which are hereby incorporated by reference.
No. 4,774, WO 95/21193 (Ecker et al., (1995); Persidis (1997); Johnson et al. (
1993); Sun et al. (1993)) and the references cited herein. The development of peptide analogs and peptidomimetics
Prepare using commercially available drug design software, including those described in rsidis et al. (1997). These peptide analogs and peptidomimetics have substantially similar activity to the α-conotoxins described herein and in the published publications.

【0092】 IX.ペプチドアナログおよびミメティックを含有する医薬組成物の調製 有効成分として本発明の化合物を含有する医薬組成物は、Remington's Pharma
ceutical Sciences(1990)中のもののごとき、従来の医薬組成技術に従って調 製し得る。典型的には、アンタゴニスト量の有効成分を、医薬上許容される担体
と混合するであろう。該担体は、投与、例えば静脈内、経口または非経口、に望
ましい調製物の形態に依存して広範な種々の形態をとり得る。
IX. Preparation of Pharmaceutical Composition Containing Peptide Analogs and Mimetics A pharmaceutical composition containing the compound of the present invention as an active ingredient is prepared by
It can be prepared according to conventional pharmaceutical composition techniques, such as those in ceutical Sciences (1990). Typically, an antagonist amount of the active ingredient will be mixed with a pharmaceutically acceptable carrier. The carrier may take a wide variety of forms depending on the form of preparation desired for administration, eg, intravenous, oral or parenteral.

【0093】 経口投与については、該化合物は、カプセル剤、丸剤、錠剤、トローチ剤、融
剤、粉剤、懸濁剤または乳剤のごとき固体または液体の調製物に製剤化し得る。
組成物を経口投与形態に調製することにおいては、(例えば、懸濁剤、エリクシ
ルおよび液剤のごとき)経口液体調製物の場合においては、例えば、水、グリコ
ール、油剤、アルコール、賦香剤、保存料、着色剤、懸濁化剤などのごとき;あ
るいは、(例えば、粉剤、カプセル剤および錠剤のごとき)経口固体調製物の場
合においては、デンプン、砂糖、希釈剤、造粒剤、潤滑剤、結合剤、崩壊剤など
のごとき担体などのごとき、いずれの通常の医薬媒質をも使用し得る。投与にお
けるそれらの容易のため、錠剤およびカプセル剤は最も有利な経口投与ユニット
形態を表し、その場合においては、固体医薬担体を明らかに用いる。望なら、錠
剤は、標準的な技術によって、糖衣または腸溶コートとし得る。
For oral administration, the compounds can be formulated in solid or liquid preparations, such as capsules, pills, tablets, troches, fluxes, powders, suspensions or emulsions.
In preparing the compositions in oral dosage form, for example, in the case of oral liquid preparations (such as suspensions, elixirs and solutions), for example, water, glycols, oils, alcohols, flavoring agents, storage Excipients, colorants, suspending agents and the like; or, in the case of oral solid preparations (eg, powders, capsules and tablets), starch, sugar, diluents, granulating agents, lubricants, Any of the usual pharmaceutical media can be used, such as carriers, such as binders, disintegrants, and the like. Because of their ease in administration, tablets and capsules represent the most advantageous oral dosage unit form, in which case solid pharmaceutical carriers are obviously employed. If desired, tablets may be sugar-coated or enteric-coated by standard techniques.

【0094】 非経口投与については、該化合物を医薬担体に溶解し、溶液または懸濁液のい
ずれかとして投与し得る。好適な担体の例示は、水、塩類溶液、ブドウ糖溶液、
果糖溶液、エタノール、または動物油、植物油もしくは合成油である。該担体は
、他の成分、例えば、保存料、懸濁化剤、可溶化剤、緩衝液なども含み得る。化
合物をクモ膜下投与する場合、それを脳脊髄液に溶解することもできる。
For parenteral administration, the compounds can be dissolved in a pharmaceutical carrier and administered as either a solution or a suspension. Examples of suitable carriers include water, saline, dextrose,
Fructose solution, ethanol, or animal, vegetable or synthetic oils. The carrier may also contain other components such as preservatives, suspending agents, solubilizing agents, buffers and the like. Where the compound is administered intrathecally, it can also be dissolved in cerebrospinal fluid.

【0095】 ペプチドである有効成分は、有効な作用物をコードするDNA配列を患者の体
内に、特に脊髄に、埋め込むようにデザインされた細胞に導入する細胞ベースの
デリバリーシステムでも投与し得る。好適なデリバリーシステムは、米国特許第
5,550,050号および国際公開番号WO 92/19195、WO 94/25503、WO 95/01203 、WO 95/05452、WO 96/02286、WO 96/02646、WO 96/40871、WO 96/40959お
よびWO 97/12635に記載されている。好適なDNA配列は、明らかにした配列お
よび知られている遺伝コードに基づいて各有効成分につき合成的に調製すること
ができる。
The active ingredient, which is a peptide, can also be administered in a cell-based delivery system that introduces a DNA sequence encoding an effective agent into a patient's body, particularly into the spinal cord, into cells designed to be implanted. A suitable delivery system is described in U.S. Pat.
5,550,050 and international publication numbers WO 92/19195, WO 94/25503, WO 95/01203, WO 95/05452, WO 96/02286, WO 96/02646, WO 96/40871, WO 96/40959 and WO 97/12635. Suitable DNA sequences can be prepared synthetically for each active ingredient based on the disclosed sequences and the known genetic code.

【0096】 本発明の有効成分は、望ましい効果を生成するのに十分な量で投与する。これ
らの剤がこの効果を示す投与量範囲は、患者の欠陥の程度、患者、投与経路、お
よび患者に存在する他の疾病状況に依存して、広く変化し得る。典型的には、有
効成分は、約0.05mg/kgないし約250mg/kg、好ましくは約0.1
mg/kgないし約100mg/kgの有効成分の投与量範囲でその治療効果を
示す。好適な用量は、一日当たりに複数の分割用量で投与し得る。典型的には、
用量または分割用量は、ユニット投与量形態当たりに、約0.1mgないし約5 00mgの有効成分を含み得る。より好ましい投与量は、ユニット投与量形態当
たりに、約0.5mないし約100mgの有効成分を含むであろう。投与量は、 一般的には、より低いレベルで開始し、望ましい効果が達成されるまで増加させ
る。
The active ingredients of the present invention are administered in an amount sufficient to produce the desired effect. The dosage range over which these agents show this effect can vary widely, depending on the degree of patient deficiency, the patient, the route of administration, and other disease conditions present in the patient. Typically, the active ingredient will comprise about 0.05 mg / kg to about 250 mg / kg, preferably about 0.1 mg / kg.
It shows its therapeutic effect in the dosage range of mg / kg to about 100 mg / kg of the active ingredient. Suitable doses may be administered in multiple divided doses per day. Typically,
Dosages or divided doses may contain from about 0.1 mg to about 500 mg of active ingredient per unit dosage form. A more preferred dose will contain from about 0.5m to about 100mg of active ingredient per unit dosage form. The dosage generally starts at a lower level and is increased until the desired effect is achieved.

【0097】 (実施例) 以下の実施例で本発明をさらに説明するが、これは説明目的で供されるもので
あって、如何なる意味においても本発明を限定することを意図するものではない
。以下に詳細に記載する技術の当該技術分野でよく知られている標準的な技術を
利用する。
EXAMPLES The invention is further described in the following examples, which are provided for illustrative purposes and are not intended to limit the invention in any way. Utilizing standard techniques well known in the art of the techniques described in detail below.

【0098】 実施例1 α−コノトキシンMIIおよびMII誘導体の合成 Conus magusから元々単離されたMIIは、ABIモデル431ペプチド・シン セサイザー上で標準的なFmoc法を用いて化学合成し、2段階酸化プロトコール(
Monjeら、1993)を用いてその生物学的に活性な立体構造に適当にフォールディ ングさせた。精製したら、そのペプチドと天然MIIとの同一性を、Cartierら、1
996によって記載されているごとく確認した。
Example 1 Synthesis of α-Conotoxin MII and MII Derivatives MII originally isolated from Conus magus was chemically synthesized on an ABI model 431 peptide synthesizer using the standard Fmoc method and subjected to two-step oxidation. Protocol (
Monje et al., 1993) were used to properly fold into its biologically active conformation. Once purified, the identity of the peptide to native MII can be determined by Cartier et al., 1
Confirmed as described by 996.

【0099】 MII誘導体も、同様に化学合成してフォールディングさせた。最初の誘導体は
、各残基の置換の効果を決定するために、各非−システインアミノ酸残基に代え
てアラニンを用いて調製した(すなわち、アラニン−ウォーク)。さらなる誘導
体またはアナログは、システインおよびHis12アミノ酸残基を除き、MIIのアミ ノ酸残基をいずれかのアミノ酸に置換することによって同様に調製した。
The MII derivative was similarly chemically synthesized and folded. The first derivative was prepared with alanine in place of each non-cysteine amino acid residue (ie, alanine-walk) to determine the effect of each residue substitution. Additional derivatives or analogs were similarly prepared by replacing the amino acid residue of MII with any amino acid except for the cysteine and His 12 amino acid residues.

【0100】 実施例2 α−コノトキシンMIIおよびMII誘導体、ペプチドアナログおよびペプチドミメ
ティックの生物活性 各MII誘導体、ペプチドアナログおよびペプチドミメティックを、Cartierら (1996)によって記載されているごとく、nAChRのα3およびβ2サブユニ
ットを含有するXenopus laevis卵母細胞中のニューロンnAChRに対する活性
について試験した。要約すれば、卵母細胞(収穫1−2日後)に、ラットnAC
hRのα3およびβ2サブユニットをコードするcRNAを注入し、用いる前に
25℃にて1−4日間インキュベートした。電気生理学的電流は、Cartier(199
6)に記載されているごとき従来技術を用いて測定した。コントロールとして、 アセチルコリンを潅流させた卵母細胞およびMIIまたは実施例1で調製したアナ
ログのいずれかとインキュベートした卵母細胞について測定を行った。
Example 2 Biological Activity of α-Conotoxin MII and MII Derivatives, Peptide Analogs and Peptidomimetics Each MII derivative, peptide analog and peptidomimetic was analyzed for the α3 of nAChR as described by Cartier et al. (1996). Were tested for activity on neuronal nAChRs in Xenopus laevis oocytes containing and β2 subunits. Briefly, oocytes (1-2 days after harvest) were treated with rat nAC.
cRNA encoding the α3 and β2 subunits of hR were injected and incubated at 25 ° C. for 1-4 days before use. Electrophysiological currents were measured by Cartier (199
Measured using conventional techniques as described in 6). As controls, measurements were taken on oocytes perfused with acetylcholine and oocytes incubated with either MII or the analogs prepared in Example 1.

【0101】 図1はクローン化ラットα3およびβ2サブユニットを発現している電圧クラ
ンプしたXenopus卵母細胞においてアセチルコリン作動電流をブロックするアナ ログの能力に対する、コノペプチドMIIにおけるアラニン置換の効果を示す。大
部分の置換はMIIの効力を4倍以下に低下した。顕著な例外は:Glu11:8倍低 下;His9:25倍低下;His12:>104低下であった。加えて、His12(Asnで置
換し得る)と一緒のAsn5(Hisで置換し得る)およびPro6が、α3β2 nAC hRに対する高親和性結合に必須であることが示された。同様な効果が、MIIの
種々の残基を他のアミノ酸に置換した場合に示された。アナログ中のアミノ酸残
基の置換が同類であるほど、合成アナログにつき示された活性も同様であった。
幾つかのα−コノトキシンの配列およびそれらの生物活性はShonら(1997)に示
されている。
FIG. 1 shows the effect of alanine substitution in conopeptide MII on the ability of an analog to block acetylcholinergic currents in voltage-clamped Xenopus oocytes expressing cloned rat α3 and β2 subunits. Most substitutions reduced the potency of MII by less than 4-fold. Notable exceptions were: Glu 11 : 8-fold reduction; His 9 : 25-fold reduction; His 12 :> 10 4 reduction. In addition, Asn 5 (which can be replaced by His) and Pro 6 along with His 12 (which can be replaced by Asn) have been shown to be essential for high affinity binding to α3β2 nAChRs. Similar effects were shown when various residues of MII were substituted with other amino acids. The more conservative the substitution of amino acid residues in the analog, the more similar the activity exhibited for the synthetic analog.
The sequences of some α-conotoxins and their biological activities are given in Shon et al. (1997).

【0102】 実施例3 NMR分光法 NMR分光法 8mgのペプチドを含有する試料を90%のH2Oおよび10% のD2O(Cambridge Isotope Laboratory社製)から作製した500μLの5m M リン酸ナトリウム緩衝液に溶解した。ペプチド溶液の最終pHは3.3、ペ プチド濃度は9.4mMとした。ラービルなアミドの水素を重陽子で“100% ”交換させることを必要とする実験については、試料を凍結乾燥させて、D2O (99.96%アイソトープ純度)に溶解した。一晩、室温にて静置させた後に 、その試料を再度凍結乾燥させて、D2O(99.996%アイソトープ純度)に
溶解した。
Example 3 NMR Spectroscopy NMR Spectroscopy 500 μL of 5 mM sodium phosphate made from a sample containing 8 mg of peptide from 90% H 2 O and 10% D 2 O (Cambridge Isotope Laboratory) Dissolved in buffer. The final pH of the peptide solution was 3.3 and the peptide concentration was 9.4 mM. Hydrogen Rabiru amide for "100%" experiments requiring be replaced by deuterons, the sample was lyophilized and dissolved in D 2 O (99.96% isotope purity). After standing at room temperature overnight, the sample was freeze-dried again and dissolved in D 2 O (99.996% isotopic purity).

【0103】 すべてのNMRデータは、パルス−フィールド−グラジエント(z)ユニット
を備えたVarian 600MHz Unity Plus分光器を用いて得た。一連の2−D 1H N
MR実験は275Kで行った;これらは75、150、250および350ms
の混合時間を用いるNOESY(Jeener,J.(1979);Kumer,A.(1980);Macura,
S.(1981))、64msの混合時間を用いるTOCSY(Braunschweiler,L.(1983 );Davis,D.G.(1985))、DQF−COSY(Piantini,U.(1982);Rance,M.(1
983))およびPE−COSY(Muller,L.(1987))であった。すべてのスペクトル は、6600Hzのスペクトル幅およびPE−COSY(8Kデータポイント)を除いて4Kデー
タポイントで、位相敏感モード(States,D.J.(1982))で記録した。8ないし
32のスキャンを2sの緩和遅延の各自由誘導減衰(FID)につきシグナル平
均した;各2−D実験は400−512FIDで履行した。NOESY実験において は、溶媒シグナルをWATERGATEシークエンス(Piotto,M.(1992))と結合した グラジエントエコーによって抑制した。“フリップ−バック(flip−back)”パ
ルスを混合時間の後に適当に挿入して、z−軸に沿った残余磁化を回復させた。
TOCSYにおいては、スカラーにカップリングさせた1Hスピンに沿ったコヒーレン
ス・トランスファーに必要な7.7kHzのスピンロック場をDIPSI−2シークエ
ンスで発生させ(Rucker、S.(1989))、緩和遅延の間の残余水シグナルに設定
したミニマム・プレサチュレーション(minimum presaturation)と共にWATERGA
TEシークエンスを用いて水抑制を得た。PE−COSYにおいては、試料は100%D 2 O中で調製したため、水抑制は必要なかった。30°の混合パルスをPE−COSY については用い、小さな混合パルスによる感度損失を補償するために、各FIDを 32のスキャンで記録した。
All NMR data are in pulse-field-gradient (z) units
Obtained using a Varian 600 MHz Unity Plus spectrometer equipped with A series of 2-D1H N
MR experiments were performed at 275 K; these were 75, 150, 250 and 350 ms.
NOESY (Jeener, J. (1979); Kumer, A. (1980); Macura,
S. (1981)), TOCSY using a 64 ms mixing time (Braunschweiler, L. (1983); Davis, D.G. (1985)), DQF-COSY (Piantini, U. (1982); Rance, M. (1).
983)) and PE-COSY (Muller, L. (1987)). All spectra are 4K data, except for a spectral width of 6600 Hz and PE-COSY (8K data points).
And recorded in phase sensitive mode (States, DJ (1982)). 8 or more
32 scans were signal flattened for each free induction decay (FID) with a 2 s relaxation delay.
Average; each 2-D experiment was performed with a 400-512 FID. In NOESY experiments, solvent signals were suppressed by gradient echo coupled to a WATERGATE sequence (Piotto, M. (1992)). "Flip-back"
Ruth was appropriately inserted after the mixing time to restore the residual magnetization along the z-axis.
In TOCSY, coupled to scalar1Coherence along H spin
7.7kHz spin lock field required for transfer
(Rucker, S. (1989)) and set the residual water signal during the relaxation delay
WATERGA with minimum presaturation
Water suppression was obtained using a TE sequence. In PE-COSY, the sample is 100% D Two No water suppression was required because it was prepared in O. A 30 ° mixed pulse was used for PE-COSY, and each FID was recorded with 32 scans to compensate for the loss of sensitivity due to the small mixed pulse.

【0104】 2−D NMRデータをSGIワークステーション(Indigo2)に移し、VNMR 5
.10(Varian)を用いてプロセシングしたPE−COSYを除いて、Felix95.0(MSI社
製,San Diego)を用いてプロセシングした。FIDは、フーリエ変換の前に両 次元でウインドウ関数(90°および135°シフトしたシーン・ベル(sine b
ell))でアポディゼーションした。三次多項式を当てはめることによって各フ ーリエ変換FIDをベースライン補正し、各ディメンジョンを残余水シグナルの
4.76ppmの化学シフト値に参照した。
The 2-D NMR data was transferred to an SGI workstation (Indigo 2 ) and VNMR 5
Except for PE-COSY processed using .10 (Varian), processing was performed using Felix 95.0 (MSI, San Diego). The FID uses a window function (sine b shifted 90 ° and 135 °) in both dimensions before the Fourier transform.
ell)). Each Fourier transform FID was baseline corrected by fitting a third order polynomial, and each dimension was referenced to a 4.76 ppm chemical shift value of the residual water signal.

【0105】 Ser13のCβプロトン(認められなかった)除き、完全な共鳴帰属を簡単に
得たが、アミドプロトン領域中のペプチドの1−Dスペクトルは数個の共鳴重複
を有していた。そのスピン・タイプに基づいて同定した、ユニーク残基Val7で開
始し、カルボキシル末端残基Cys16まで、連続dα NNOE結合(connectivity)を トレースした。トレースに沿って、各残基の共鳴帰属をTOCSY実験から得たその スピン・タイプに基づいて確認した。残りのN−末端残基も、スピン系をそのア
ミドプロトンおよびβプロトンならびにその側鎖γNH2プロトンとの間のNOE 交差ピークから同定したAsn5から開始した連続dα NNOE結合に基づいて帰属させ
た。加えて、近位のアミドプロトン、dNNから生じた連続NOEは、前記の共鳴帰 属を確認した。図2はCys2からAsn5までおよびVal7からCys16まで伸長する連続N
OE dα N結合の2の軌跡を図示する。
Except for the Cβ proton of Ser 13 (not observed), complete resonance assignment was easily obtained, but the 1-D spectrum of the peptide in the amide proton region had several resonance overlaps. As identified on the basis of the spin-type, it begins at the unique residues Val 7, to the carboxyl-terminal residue Cys 16, and traces a continuous d alpha N NOE binding (connectivity). Along the trace, the resonance assignment of each residue was confirmed based on its spin type from TOCSY experiments. The remaining N- terminal residues, were assigned based spin system continuously d alpha N NOE bond starting from Asn 5 identified from NOE cross peaks between the amide protons and β proton and its side chain γNH2 protons Was. Additionally, proximal amide protons, continuous NOE resulting from d NN confirmed the resonance attribution of the. FIG. 2 shows continuous N extending from Cys 2 to Asn 5 and from Val 7 to Cys 16.
2 illustrates two loci of OE d α N bond.

【0106】 実施例4 二面および距離束縛の生成 NOE交差ピーク容積を、FELIX 95.0を用いる4の異なる混合時間を用いてNOESY
データから測定した。ついで、NOE収集(buildup)曲線を二次元多項式に当ては
め、ついで正確な距離をすべての帰属NOE交差ピークについて生成した。1.8Å
の距離を、重複していないジェミナルCβプロトン交差ピーク、ならびにより低
い距離結合についての適当な参照として用いた。幾つかの容積の重複していない
ジェミナルCβプロトン交差ピークを平均化し、測定したNOE容積を較正するた めに用いた。1Åの偽原子(pseudoatom)相関(Wuthrich,K.(1983))を、分
光学的に変質したメチルおよびメチレン・プロトンを含むそれらのNOE交差ピー クの上限に加えた。二面束縛としては、3NH - H2カップリング定数を32Kデー
タポイントで記録した1-D1Hスペクトルから測定し、ついで3HN - H2>8.0 Hzについては−120°(±30°)および2NH - H2<5.0Hzについては −60°(±30°)に中心を置いたφ二面角に変換した(Pardi,A.ら(1984 ))。3αβカップリング定数も、アミドプロトンを“100%”D2O中の重
陽子で完全に交換した試料から記録したPE−COSYから測定した。AMXスピン系お よび重複していないジェミナルβプロトンを有する残基から導いた測定3αβ カップリング定数を、連続dNH-H αおよびdαβNOE交差ピーク強度と結合して χ1二面角を決定するために用いた(Hyberts,S.(1987);Wagner,G.(1987)
)。
Example 4 Generation of Dihedral and Distance Constraints NOE cross-peak volumes were determined using NOESY with four different mixing times using FELIX 95.0.
Measured from data. The NOE buildup curve was then fitted to a two-dimensional polynomial, and exact distances were generated for all assigned NOE cross peaks. 1.8Å
Was used as a non-overlapping geminal Cβ proton cross-peak, as well as a suitable reference for lower distance binding. Several non-overlapping geminal Cβ proton cross-peaks were averaged and used to calibrate the measured NOE volume. A 1Å pseudoatom correlation (Wuthrich, K. (1983)) was added to the upper limit of their NOE cross-peaks, including spectroscopically altered methyl and methylene protons. As a two-sided constraint, the 3 J NH - H2 coupling constant was measured from the 1-D 1 H spectrum recorded at 32K data points, then -120 ° (± 30 °) for 3 J HN - H2 > 8.0 Hz. °) and 2 J NH - H2 <-60 ° for 5.0 Hz (. was converted to φ dihedral angle centered on ± 30 °) (Pardi, a et al. (1984)). The 3Jαβ coupling constant was also determined from PE-COSY recorded from a sample in which the amide proton was completely exchanged for deuteron in “100%” D 2 O. Measurement 3 J .alpha..beta coupling constants derived from a residue having a geminal β protons not AMX spin system Contact and overlap, combined with chi 1 dihedral angle between successive d NH-H alpha and d .alpha..beta NOE cross peak intensity (Hyberts, S. (1987); Wagner, G. (1987)
).

【0107】 最初に、その帰属において高レベルの信頼性を有するの99の残基間NOE交差 ピークを選択し、少なくとも1つの偽原子を含有するNOE交差ピークに補正した 。15のキラリティー束縛ならびに11のφおよび5のχ1二面角も、InsightII
プログラム(MSI社製,San Diego)のDGII(Havel,T.(1991))モジュールを 用いる10の構造の最初のセットを生成するための制限ファイルに含めた。DGII
計算によって生成したすべての構造は同様な全体骨格フォールディングパターン
を有し、したがって、最低数のNOE違反を有する最低エネルギー構造を選択し、 反復緩和マトリックス・アプローチ(IRMA)に付した。この手法は、分子中のス
ピンの完全な緩和ネットワークを評価することによって、プロトン間NOE−由来 距離束縛の精度および正確さを改善する(Boelens,R.(1988))。このステー ジでは、16の二面角および15のキラリティー束縛に加えて合計158のNOE −由来プロトン間距離(偽原子補正を有する残基間NOEを含む)をIRMAおよび束 縛分子ダイナミクス(RMD)につづくエネルギー最小化ステップに付した。少な くとも1つの偽原子を含むNOE由来のいずれの距離もIRMAによって処理しておら ず、したがって、これらは当該プロセスによって明らかにしなかった。IRMAの各
サイクルは混合時間の関数として測定した実験的NOE強度を採用し、モデル構造 についての算出理論NOE強度値でそれらをマージした。ついで、新たなセットの 距離束縛をこの混合NOE強度マトリックスから推定した。重複していない一つの 原子に1 対の原子が結合したβプロトンのNOE収集曲線から概算した1.5nsの
回転相関時間(rotational correlation time)、および1.0sの対角線漏れ率
(diagonal leakage rate)を各IRMAサイクルで用いた。IRMAの各サイクルの後 に、構造を12.0ÅカットオフでLennard−Jonesポテンシャルを用いるRMDおよ
びエネルギー最小化ステップに付した。5psの間の1.0fsのRMDの1000
ステップのRMDの5サイクルを、700Kで計算し、つづいて500kで5ps およびさらなる300Kで5psにわたって検討した。100ステップの最も急
勾配の下降につづく1500ステップの結合勾配最小化を用いて構造を最小化さ
せた。4のIRMA/RMDサイクルを行い、R1については0.407およびR6について
は0.007(NOE強度および距離、rの間の関係1/r6を反映する)に達する 最終R−係数で集束を達成した(Gonzales,C.(1991))。このIRMA/RMDプロト
コールは、実験的に測定したNOE交差ピークから変換した距離を明らかにするた めのInsightIIソフトウェアによって提供される説明書中に詳細に記載されてい る。
First, a 99 residue NOE cross-peak with a high level of confidence in its assignment was selected and corrected to a NOE cross-peak containing at least one pseudoatom. The chirality constraints of 15 and 11 φ and 5 χ 1 dihedral angles were also
The first set of 10 structures using the DGII (Havel, T. (1991)) module of the program (MSI, San Diego) was included in the restriction file to generate. DGII
All the structures generated by the calculations have a similar overall skeletal folding pattern, so the lowest energy structure with the lowest number of NOE violations was selected and subjected to the iterative relaxation matrix approach (IRMA). This approach improves the accuracy and precision of interproton NOE-derived distance constraints by evaluating the complete relaxation network of spins in the molecule (Boelens, R. (1988)). In this stage, in addition to 16 dihedral angles and 15 chirality constraints, a total of 158 NOE-derived inter-proton distances (including inter-residue NOEs with pseudo-atom correction) were determined by IRMA and bound molecular dynamics (RMD). ) Followed by an energy minimization step. None of the distances from the NOE containing at least one pseudoatom have been processed by IRMA, and thus they have not been revealed by the process. Each IRMA cycle employed experimental NOE intensities measured as a function of mixing time and merged them with calculated theoretical NOE intensity values for the model structure. A new set of distance constraints was then estimated from this mixed NOE intensity matrix. Rotational correlation time of 1.5 ns estimated from NOE collection curve of β proton where one pair of atoms is bonded to one non-overlapping atom, and diagonal leakage rate of 1.0 s Was used in each IRMA cycle. After each cycle of the IRMA, the structure was subjected to an RMD and energy minimization step using the Lennard-Jones potential at a 12.0 ° cutoff. 1000 fs RMD 1000 for 5ps
The five RMD cycles of the step were calculated at 700K, followed by 5ps at 500k and 5s at an additional 300K. The structure was minimized using a combined gradient minimization of 1500 steps following the steepest descent of 100 steps. It performed 4 IRMA / RMD cycles, 0.007 for 0.407 and R 6 for R 1 in the final R- factor reaches (NOE strength and distance, reflecting the relationship 1 / r 6 between r) Focusing was achieved (Gonzales, C. (1991)). This IRMA / RMD protocol is described in detail in the instructions provided by the Insight II software to determine the distance converted from the experimentally measured NOE cross peak.

【0108】 ペプチドの大部分がらせん状であることが、高分解能1−Dスペクトルから記
録した3NH-C α結合定数ならびにNOESY実験からの短−および中−レンジのNOE 交差ピークの双方から明かとなった。16残基のうちの9が、5.0Hz未満の3NH-C α結合定数を有することを決定し、これらの9の残基の中で、我々は、α
−ヘリックスの非常に典型的な、短−および中−レンジNOE交差ピーク、dNN、 dNN( 1. 1+2 )、dα Nおよびdα N(1 . 1+2)を同定した(Wuthrich,K.ら(1986))
。図2は、二面角束縛を生成するために用いた3NH-C α結合定数と共にそれら の強度に一致するNOE交差ピークを表している。認められたNOE交差ピークに加え
て、ランダム−コイル値に適するCαプロトン化学シフトは、ペプチドおよびタ
ンパク質中の局所らせんコンポーネントを同定するための良好な評価手段である
(Wishart,D.S.ら(1991);Rothemund,S.ら(1996))。図4に示すプロット
は、ペプチドが、残基Asn5およびHis12を除く配列全体にわたって大きな部分の らせんコンホメーションを含むことを強く示唆している。これらの残基の骨格コ
ンホメーションは、プロット中のそのプラスのシフトに基づいてらせんコンホメ
ーションから導き得た。
[0108] that the majority of peptides are helically short from recorded 3 J NH-C α binding constants and NOESY experiment from a high resolution 1-D spectrum - from both the NOE cross peaks range - and medium It became clear. 16 9 of the residues is determined to have a 3 J NH-C α binding constant of less than 5.0 Hz, among residues of these 9, we, alpha
- very typical of the helix, short - and medium - range NOE cross peaks, d NN, d NN (1. 1 + 2), was identified d alpha N and d alpha N a (. 1 1 + 2) ( Wuthrich, K. et al. (1986))
. FIG. 2 shows the NOE cross-peaks consistent with their intensity, along with the 3 J NH- binding constants used to generate the dihedral angle constraints. In addition to the observed NOE cross-peaks, the Cα proton chemical shift appropriate for random-coil values is a good tool for identifying local helical components in peptides and proteins (Wishart, DS et al. (1991); Rothemund, S. et al. (1996)). Plot shown in Figure 4, peptide, suggesting strongly that it comprises a helical conformation of large parts throughout the sequence, except for residues Asn 5 and His 12. The backbone conformation of these residues could be derived from the helical conformation based on its positive shift in the plot.

【0109】 実施例5 分子モデリング.ディスタンス・ジオメトリー(Distance Geometry) および模擬アニーリング α−CTX MIIのコンピューターモデルは、Silicon Graphicsワークスーテシ
ョンのInsightIIおよびDiscoverプログラム(MSI, San Diego)を用いて構築し 、操作した。模擬アニーリング(SA)計算は、San Diego Supercomputer Cent
erにて、Cray C−90スーパーコンピューターで行った。Hargerおよびその共同
研究者らのコンシステント原子価力場(the consistent valence force field)
(Dauber-Osguthorpe, P.(1988))をDGIIおよび模擬アニーリング計算の 両者に用いた。2つのジスルフィド架橋で拡張した分子は、3重の荷電したカチ
オンとして構築され、全ての正電荷は、N末端窒素ならびにHis9およびHi s12のイミダゾール側鎖上にある。
Example 5 Molecular Modeling. Distance Geometry and Simulated Annealing Computer models of α-CT X MII were constructed and manipulated using the Insight II and Discover programs (MSI, San Diego) from Silicon Graphics Work Station. Simulated annealing (SA) calculations are based on the San Diego Supercomputer Cent
The test was performed with a Cray C-90 supercomputer. Harger and co-workers' consistent valence force field
(Dauber-Osguthorpe, P. (1988)) was used for both DGII and simulated annealing calculations. The molecule extended with two disulfide bridges is built up as a triple charged cation, with all positive charges on the N-terminal nitrogen and the imidazole side chains of His 9 and His 12 .

【0110】 三角形不均等結合平滑化および4次元はめ込み手順に続いての一定重み付けス
キームでの予期されたメトリケイション(metrication)およびマジョリケイシ ョン(majorization)は、750キロカロリー/モルの初期エネルギーおよび0 .3psの段階サイズでの内臓の模擬アニーリングの20000工程を除いて、
省略時設定でDGII計算のために用いた。
The expected metrication and majorization with the constant weighting scheme following the triangular unequal joint smoothing and four-dimensional inset procedure is 750 kcal / mol of initial energy and 0. Except for 20000 steps of simulated internal organ annealing at 3ps step size,
Used by default for DGII calculations.

【0111】 α−CTX MIIのコンフォメーションのより定性的な画像を開発し、NMRデ
ータに適合する3次元構造を作成するために、ColreおよびGronenbornもしくは 共同研究者によって開発されたごとき模擬アニーリングの原理(Nilges, M(19
88))に一般的に基づいたプロトコールを用いた。その計算は、前の仕事から の2つの著明な新発展を組込んだ。第一に、プロトン間距離を高温分子ダイナミ
ック(MD)間の二相法に導入し;最初に、骨格プロトンのみ含んだが、続いて
それらは、側鎖プロトンを含んだ。第二に、4次方程式からLennard-Jonesの非 結合ポテンシャルへの移行は、非結合エネルギー因子の最終成熟に伴う最終動力
学相において達成された。合計50ラウンドのSAを行う、実際の所与のコンピ
ュータープロセッサおよびディスク限界と同じぐらい大きなコンフォメーション
空間を抽出する。0.01kcal mol-1-1を超えない大きな誘導体の収
束基準で最終的な最小化を行った。
To develop a more qualitative image of the α-CT X MII conformation and to create a three-dimensional structure that fits the NMR data, a simulated annealing, such as that developed by Colle and Gronenborn or co-workers. The principle (Nilges, M (19
88)) was used. The calculation incorporated two significant new developments from the previous work. First, the interproton distance was introduced into a two-phase method during high temperature molecular dynamics (MD); initially, only the backbone protons were included, but subsequently they contained side chain protons. Second, the transition from the quartic equation to the Lennard-Jones non-binding potential was achieved in the final kinetic phase with the final maturation of the non-binding energy factor. Extract a conformational space as large as the actual given computer processor and disk limit, performing a total of 50 rounds of SA. Final minimization was performed with the convergence criterion for large derivatives not exceeding 0.01 kcal mol -1 -1 -1 .

【0112】 SA計算から得られた合計50個の構造は、154個の距離(85個の残基内
、42個の連続、22個の中間範囲および5個の長い範囲)、14個の二面束縛
および15個のキラル束縛を用いて記載した。RMS偏差に基づいた族クラスタ
リングスキームを用いた結果、396−5360キロカロリー/モルのエネルギ ー範囲にわたる30種の族にこれらの構造が分類され、2つの族が50個の構造
のうち18個を含む最低エネルギーであった。全最小エネルギー構造(MES)
の22キロカロリー/モル内のMESエネルギーを持つ、これらの5つの族の構 造統計量を表1に与える。2番目に低いエネルギー族(族3)は、全MESに対
して79キロカロリー/モルであった。対話型グラフック精査によって、発明者 らは、多くの高エネルギー族の代表例(族3−30)が異常に高い内部エネルギ
ー項または異常な特徴(例えば、切断された結合、骨格およびシステイン架橋を
含めたノット(knot))を含むことを観察した。興味深い構造上の異常は、L−α −Cys8がD−α−Cys8に逆転させた族1の構造8(PDB受付コード1m 2c)において観察される。この構造は、族1を分類するために用いた判定基準
に適合するが、最終モデルに影響せず、SA中に適当なキラリティー拘束を維持
することが重要であることを強調する。
A total of 50 structures from the SA calculation are 154 distances (within 85 residues, 42 contiguous, 22 middle and 5 long ranges), 14 pairs Described using face constraints and 15 chiral constraints. Using a group clustering scheme based on RMS deviations, these structures were classified into 30 groups over an energy range of 396-5360 kcal / mol, with two groups containing 18 out of 50 structures. It was the lowest energy. Total minimum energy structure (MES)
The structural statistics of these five families with MES energies within 22 kcal / mol of are given in Table 1. The second lowest energy group (Group 3) was 79 kcal / mol for all MES. Through interactive graphic scrutiny, we find that many representatives of the high energy family (Groups 3-30) have unusually high internal energy terms or unusual features (eg, including broken bonds, backbones, and cysteine bridges). Knots). Abnormality on interesting structures, L-alpha -Cys 8 is observed in the structure 8 of group 1 which has been reversed D-α-Cys 8 (PDB accepted code 1 m 2c). This structure meets the criteria used to classify Family 1, but does not affect the final model and emphasizes the importance of maintaining proper chirality constraints during SA.

【0113】 図5においては、族1の構造を重ね合わせて、所与の一組の実験的に決定され
、純化された束縛でもって構造上の計算においてどのようにうまく収束するかを
示した。表1に示すごとく、残基Cys2−Cys16にわたって計算した族1に おける14構造間(Gly1はその移動度のために除外された)の対となる骨格 および重原子RMS偏差は、各々、0.76±0.31および1.35±0.34Å
である。SA手法において、骨格アミド結合をトランス配置にさせるのに特定の
束縛は用いられなかった。この族において、全構造の全残基における全アミド結
合はトランスであり、族1における全ての14の構造は、図6A,Bにおける、
高値の骨格角オーダーパラメーター(Hyberts, S.ら(1992);Pallaghy, P
.ら(1993))から分かるごとく、Gly1を除きほとんど同一の骨格二面角
を有する。しかしながら、骨格二面角のこの整合性は、χ1側鎖二面のレベルに て維持されない。残基2、5、9および10についての図6Cに見られるごとき
高い角度オーダーパラメーターは、族1の全構造が同等の側鎖回転異性状態を有
することを示す。他の全ての残基は、ゴーシュ-、ゴーシュ+またはトランス分 類に一般的に分類される複数の側鎖回転異性状態を有する。族1の構造は、表1
に詳述されたエネルギー寄与の範囲および大きさによって判定されるごとく良好
に組み立てられる。明らかに、これらの構造の維持に対して重要なエネルギー寄
与が非結合項(ファンデアワールスおよびクーロンの双方)において見られる。
これらのモデリング試験は、真空中で行われ、経験的な解決法または明示的解決
包含のいずれかによる有効な誘電定数のいずれの変調もこの簡単な制限ペプチド
についての正味の静電効果を低下させるように働くにすぎないはずである。
In FIG. 5, superposition of family 1 structures shows how well a given set of experimentally determined and converged in structural calculations with refined constraints. . As shown in Table 1, the paired skeleton and heavy atom RMS deviations between 14 structures (Gly 1 was excluded due to its mobility) in Group 1 calculated over residues Cys 2 -Cys 16 were respectively , 0.76 ± 0.31 and 1.35 ± 0.34 °
It is. In the SA approach, no specific constraints were used to bring the backbone amide bond into the trans configuration. In this family, all amide bonds at all residues of all structures are trans, and all 14 structures in family 1 are represented in FIGS.
High skeletal angle order parameter (Hyberts, S. et al. (1992); Palalaghy, P.
As it is seen from. Et al. (1993)), having a dihedral angle nearly identical backbone except for Gly 1. However, this consistency backbone dihedral angles are not manually maintained at a level of chi 1 side chain dihedral. High angular order parameters, such as those seen in FIG. 6C for residues 2, 5, 9 and 10, indicate that the entire structure of family 1 has an equivalent side chain rotational isomer state. All other residues, gauche - has a plurality of side chains rotamer state are generally classified as gauche + or trans classification. Table 1 shows the structure of group 1.
Assembles well, as determined by the range and magnitude of the energy contribution detailed in. Clearly, significant energy contributions to the maintenance of these structures are found in the non-bonded terms (both van der Waals and Coulombs).
These modeling tests are performed in vacuum, and any modulation of the effective dielectric constant, either by empirical solutions or by explicit solution inclusion, reduces the net electrostatic effect for this simple limiting peptide Just work.

【0114】[0114]

【表1】 [Table 1]

【0115】 実施例6 三次元溶液構造 たとえα-CTx MIIがわずか16個のアミノ酸残基からなる小ペプチドであ っても、それは良く規定された三次元溶液構造を有する。疎水性Cys結合を形
成する2つのジスルフィド架橋に加えて、構造中に非常にリジッドな三次元コン
フォメーションの形成に寄与する3つのらせん領域が存在する。そのような安定
した二次構造およびジスルフィド架橋の存在は、非常に高い解像度の該ペプチド
構造を得ることにおいて、多次元NMR法を有効なものとする。該アミノ末端領
域は、α-へリックス(Cys2〜Ser4のほとんど完全な折返しを有し、これ の後に(最小エネルギー構造から測定された)φ=−89゜およびψ=+132
゜の骨格二面角を有するAsn5が続き、それによって、本質的に90゜折返し を成している。ほぼ2つの折返し(Pro6〜Glu11)を持つへリックスは、 該ペプチドの主要な二次構造構成物である。このへリックスはHis12(φ=−
136゜、ψ=+77゜;最小エネルギー構造で測定された。)で終わり、それ
は、残りのC-末端ねじれ310へリックス(Ser13〜Cys16)をN-末端方向
に配位させる。Asn5およびHis13に関連するこれら2つの折返しは、おそ らく、該ペプチド全折りたたみについて重要な残基であり、そのような折返しの
存在は、図4に示した(他が負のシフトを有するのに対し、正のシフトである)
αプロトンシフトデータならびに図2の(他が<5.0Hzのカップリング定
数を有するのに対し、>8.0Hzカップリング定数である)3NH-C αカップ リング定数によって、さらに支持される。Asn5の可能性のある機能は、N-末
端セグメントおよび主要なα-へリックス間の折返しを誘発することであり;こ の機能は、45の様々な球状タンパク質構造からの215のα-へリックスにつ いてのRichardsonおよびRichardson[Richardson, J.S. (1988)]による調査と 一致する。彼らは、α-へリックスに対して、N-cap位のAsnにつき3.5
:1およびN-cap+1位(へリックスイニシエータ)のProにつき2.6 :1の顕著な優先性を報告した。His13周りの第2の折返しに関して、His
の機能はCys3およびCys16を互いに近くに運び第2のジスルフィド架橋を 形成することであろう。
[0115] I also Ah small peptides consisting of Example 6 three-dimensional solution structure example alpha-CT x MII slightly 16 amino acid residues, it has a well defined three-dimensional solution structure. In addition to the two disulfide bridges that form a hydrophobic Cys bond, there are three helical regions in the structure that contribute to the formation of a very rigid three-dimensional conformation. The presence of such stable secondary structures and disulfide bridges makes multidimensional NMR effective in obtaining very high resolution of the peptide structure. The amino-terminal region has an almost complete turn of the α-helix (Cys 2 to Ser 4 ), followed by φ = −89 ° (measured from the minimum energy structure) and ψ = + 132.
Followed by Asn 5 with a skeletal dihedral angle of ゜, thereby essentially forming a 90 ° fold. Helix substantially with two folding (Pro 6 ~Glu 11) is a major secondary structure composition of the peptide. This helix is His 12 (φ = −
136 °, ψ = + 77 °; measured with minimum energy structure. End with), it is coordinated to the remaining C- terminal twisting 3 10 helix and (Ser 13 ~Cys 16) in the N- terminal direction. These two folding related to Asn 5 and His 13 are probably an important residues for the peptide entire folding, the presence of such folding are shown in FIG. 4 (others have a negative shift Is a positive shift)
Further supported by the C α proton shift data and the 3 J NH-C α coupling constant of FIG. 2 (> 8.0 Hz coupling constant, while others have a coupling constant of <5.0 Hz). You. Possible functions of Asn 5 is that induces folding between N- terminal segment and the major alpha-helix; This feature is from various globular protein structure 45 215 alpha-into This is consistent with the research by Richardson and Richardson [Richardson, JS (1988)] on Rix. They found that for the α-helix, 3.5 per Asn at the N-cap position.
A prominent preference of 2.6: 1 was reported for Pro at 1: 1 and N-cap + 1 positions (Helix Initiator). Regarding the second turn around His 13
The function of this would be to carry Cys 3 and Cys 16 close together and form a second disulfide bridge.

【0116】 図7Bに示すα-CTx MIIのスペースフィリングモデルは、該分子の疎水性
および親水性側鎖基の表面分布の調査に向けられる。疎水性残基を紫にして、黄
色の極性残基、または赤(正)および青(負)の荷電残基と区別する。紫の分子
頂上に位置する平坦な表面は溶媒に露出する疎水性残基のクラスターを表す明確
な構造特徴である。この疎水性表面は、(N-末端アミノ基を除く)Gly1、C
ys2、Cys3、Leu15、Cys16およびCys3とCys16との間のジスル フィド架橋によって大きく形成される。この平坦な表面は、疎水性相互作用によ
るリガンド−受容体結合にとって大切であろう。完全に極性および荷電基の両方
を持つ親水性残基からなるもう一つの非常に明確な表面がある。該モデルの左側
、赤、青および黄色のクラスターはHis2(Glu11〜Asn14)の折返し領 域を表す。疎水性表面にほとんど垂直な、この高度に荷電した表面は、長距離静
電相互作用に基づくnAChRによるその初期認識を担うであろう。この可能性
のある受容体−結合境界は連続した残基Glu11、His12、Ser13およびA
sn14からなる。
The space-filling model of α-CTx MII shown in FIG. 7B is aimed at investigating the surface distribution of hydrophobic and hydrophilic side groups of the molecule. The hydrophobic residues are colored purple to distinguish them from yellow polar residues or red (positive) and blue (negative) charged residues. The flat surface located on top of the purple molecule is a distinct structural feature that represents a cluster of hydrophobic residues exposed to the solvent. This hydrophobic surface has Gly 1 , C (excluding the N-terminal amino group).
ys 2, is largely formed by a resign Fido bridge between Cys 3, Leu 15, Cys 16 and Cys 3 and Cys 16. This flat surface may be important for ligand-receptor binding by hydrophobic interactions. There is another very distinct surface consisting of hydrophilic residues that are completely both polar and charged. Left of the model, red, blue and yellow clusters represent folded area of His 2 (Glu 11 ~Asn 14) . This highly charged surface, almost perpendicular to the hydrophobic surface, will be responsible for its initial recognition by the nAChR based on long-range electrostatic interactions. This potential receptor-binding interface consists of consecutive residues Glu 11 , His 12 , Ser 13 and A
consisting of sn 14.

【0117】 実施例7 電気生理学 nAChRサブユニットをコードするcDNAクローンはS. Heinemannおよび
D. Johnson(Salk Institute, San Diego, CA)によって供給された。cRNA は、RiboMAXTM大規模RNA産生系(Promega, Madison, WI)を用いて転写した。ジ
グアノシン三リン酸(Sigma, St. Louis, MO)は、製造者のプロトコールに従っ
て、キャップしたcRNA転写体の合成のために用いた。マウスおよびラットの
nAChRサブユニットのプラスミド構造は慣用的に記載した:α1、β1、γ
、δ;α2;α3;α4;α7;α9;β2;β4。
Example 7 Electrophysiology A cDNA clone encoding the nAChR subunit was obtained from S. Heinemann and
Supplied by D. Johnson (Salk Institute, San Diego, CA). cRNA was transcribed using a RiboMAX large scale RNA production system (Promega, Madison, WI). Diguanosine triphosphate (Sigma, St. Louis, MO) was used for the synthesis of capped transcripts according to the manufacturer's protocol. The plasmid structures of the mouse and rat nAChR subunits were described conventionally: α1, β1, γ
Α2; α3; α4; α7; α9; β2; β4.

【0118】 cRNAを、通常技術を用いて、Drummond 10μlマイクロディスペンサー (Drummond Scientific, Broomall, PA)で注入した。それを、マイクロディス ペンサー用に設けられたガラスキャピラリーから引かれたマイクロピペットには
め込んだ。そのピペットチップを外径22−25μmまで砕き、マイクロディス
ペンサーに取り付ける前にパラフィンで戻し充填した。cRNAは、マイクロピ
ペットに吸い取り、5ngのcRNAサブユニットを含む50nlを各卵母細胞
に注入した。筋肉サブユニットの場合には、0.5−5ngの各サブユニットを 注入した。
The cRNA was injected with a Drummond 10 μl microdispenser (Drummond Scientific, Broomall, PA) using conventional techniques. It was fitted into a micropipette drawn from a glass capillary provided for a microdispenser. The pipette tip was crushed to an outer diameter of 22-25 μm and back filled with paraffin before attaching to a microdispenser. The cRNA was aspirated into a micropipette and 50 nl containing 5 ng of cRNA subunit was injected into each oocyte. In the case of muscle subunits, 0.5-5 ng of each subunit was injected.

【0119】 卵母細胞をXenopus frogから採取し、20〜50個の卵母細胞の凝集塊に切断
し、OR−2(82.5mM NaCl、2.0mM KCl、1.0mM MgCl2および5m
M HEPES、pH 約7.3)中の580 U/mlの1型コラゲナーゼ(Worthington Bi
ochemical, Freehold, NJ)を含有する50mlのポリエチレンチューブ(Sarst
edt)に入れた。該チューブを50rpmにて回転させた回転式振盪機上で1〜 2時間インキュベートした。インキュベーションの中間点で、溶液を新たなコラ
ゲナーゼ溶液と交換した。次いで、卵母細胞を約50ml容積のOR−2で6な
いし8回洗浄し、ND−96(96.0mM NaCl、2.0mM KCl、1.8mM
CaCl2、1.0mM MgCl2、5mM HEPES、pH=7.1〜7.5)/Pen/Strep/Gen(1
00U/mlペニシリンG(Sigma)、100μg/mlストレプトマイシン(Sigma
)および100μg/mlゲンタマイシン(Gibco BRL, Grand Island, NY)を含
有する60mm×15mmのペトリ皿に移した。卵母細胞を視覚的に調べ、健康
そうな卵母細胞のみをND96および抗生物質を含む第二の皿に移した。卵母細
胞を採取後1〜2日に注入し、記録は注入後1〜7日に行った。
Oocytes were harvested from Xenopus frog, cut into clumps of 20-50 oocytes, and OR-2 (82.5 mM NaCl, 2.0 mM KCl, 1.0 mM MgCl 2 and 5 mM
580 U / ml type 1 collagenase (Worthington Bi. M HEPES, pH about 7.3)
ochemical, Freehold, NJ) in a 50 ml polyethylene tube (Sarst
edt). The tubes were incubated for 1-2 hours on a rotary shaker rotated at 50 rpm. At the midpoint of the incubation, the solution was replaced with a fresh collagenase solution. The oocytes are then washed 6-8 times with about 50 ml volume of OR-2 and ND-96 (96.0 mM NaCl, 2.0 mM KCl, 1.8 mM).
CaCl 2 , 1.0 mM MgCl 2 , 5 mM HEPES, pH = 7.1-7.5) / Pen / Strep / Gen (1
00U / ml penicillin G (Sigma), 100 μg / ml streptomycin (Sigma)
) And 100 μg / ml gentamicin (Gibco BRL, Grand Island, NY). Oocytes were visually inspected and only healthy oocytes were transferred to a second dish containing ND96 and antibiotics. Oocytes were injected 1-2 days after collection and recordings were made 1-7 days after injection.

【0120】 注入した卵母細胞は、Sylgardから作成され、円筒状のウェル(約4mm直径 ×2mm深さ)よりなる約30μlの記録用チャンバーに入れ、約1ml/分の 速度にて、ND96または1μMアトロピンを含有するND96(ND96A)
のいずれかで重力で潅流した。また、全毒素溶液は、ペプチドの非特異的吸着を
低下させるために、0.1mg/mlのウシ血清アルブミン(BSA)を含有した
。潅流培地は、分配バルブ(SmartValve, Cavro Scientific Instruments, Sunn
yvale, CA)および一連の3方ソレノイドバルブ(モデル161T031、Neptun
e Research, Northboro, MA)の使用によってペプチドまたはアセチルコリン( ACh)を含有するものにスイッチできた。ACh−ゲート電流は、「速い」ク
ランプ用の2つの電極電圧−クランプ増幅器(モデルOC−725B、Warner Inst
rument Corp., Hamden, CT)セットで、および最大(×2000)にてのクラン
プゲインで得られた。繊維充填のホウ珪酸毛細管(1mm OD×0.75mm ID 、WPI Inc., Sarasota, FL)から引かれ、3M KClで充填されたガラス製微小電 極は、電圧電極および電流電極として働いた。抵抗は、電圧用が0.5〜5MΩ、
電流用が0.5〜2MΩであった。膜ポテンシャルは、−70mVでクランプして、
仮想アースを通して記録した電流信号はローパスフィルターし(5Hzカットオフ
)、20Hzのサンプリング周波数にてデジタル化した。ソレノイド潅流値は、
固体状態リレー(PB16HCデジタルI/O backplane中のモデル ODC5, Opto 22
, Temecula, CA)で制御された。ソレノイドバルブのA/D変換およびデジタル 制御は、Macintosh(Quadra630またはIIcx)コンピューター中のLab−LCまた
はLab−NBボード(National Instruments, Austin, TX)で行った。コンピュー ターは、そのシリアルポートを介して分配バルブと通信した。データ取得ならび
に分配バルブおよびソレノイドバルブの活性は、グラフ的プログラミング言語La
bVIEW(National Instruments, Austin, TX)で構成された自家製の仮想記憶装 置によって自動制御した。
The injected oocytes were made from Sylgard, placed in a recording chamber of about 30 μl consisting of cylindrical wells (about 4 mm diameter × 2 mm depth), and at a rate of about 1 ml / min, ND96 or ND96 containing 1 μM atropine (ND96A)
Perfused by gravity. The total toxin solution also contained 0.1 mg / ml bovine serum albumin (BSA) to reduce non-specific adsorption of peptides. The perfusion medium was supplied by a distribution valve (SmartValve, Cavro Scientific Instruments, Sunn
yvale, CA) and a series of three-way solenoid valves (Model 161T031, Neptun
e Research, Northboro, Mass.) could be switched to containing peptide or acetylcholine (ACh). ACh-gate current is a two-electrode voltage-clamp amplifier for "fast" clamping (model OC-725B, Warner Inst
rument Corp., Hamden, CT) set and at maximum (× 2000) clamp gain. Glass microelectrodes drawn from fiber-filled borosilicate capillaries (1 mm OD x 0.75 mm ID, WPI Inc., Sarasota, FL) and filled with 3M KCl served as voltage and current electrodes. The resistance is 0.5 to 5 MΩ for voltage,
The value for the current was 0.5 to 2 MΩ. The membrane potential is clamped at -70 mV,
The current signal recorded through the virtual earth was low-pass filtered (5 Hz cut-off) and digitized at a sampling frequency of 20 Hz. The solenoid perfusion value is
Solid state relay (Model ODC5, Opto 22 in PB16HC digital I / O backplane)
, Temecula, CA). A / D conversion and digital control of the solenoid valves were performed on a Lab-LC or Lab-NB board (National Instruments, Austin, TX) in a Macintosh (Quadra 630 or IIcx) computer. The computer communicated with the distribution valve through its serial port. Data acquisition and activation of dispensing and solenoid valves are performed using the graphical programming language La
It was controlled automatically by a home-made virtual memory device composed of bVIEW (National Instruments, Austin, TX).

【0121】 卵母細胞に対してAChのパルスを適用するために、潅流液を1秒間AChを
含有するものに交換した。これは、1〜5分間隔で自動的に行った。最短の時間
間隔は、再生制御応答が観察可能な低下なくして獲得されるように選択した。こ
の時間間隔は、試験されるべきnAChRサブタイプに依存した。AChの濃度
は、α1βγδを発現する卵母細胞については1μM、α7については1mMお
よび他の全てについては300μMであった。AChは、α7を除く全てにつき
ND96Aで希釈しれ、α7の場合には、希釈液はND96であった。対照応答 では、AChパルスは、(α7について)ND96または(他の全てについて)
ND96Aでの潅流が先行した。アトロピンは、これらの受容体の拮抗薬である ように示されている(Gerzanich, 1994)ために、α7を発現する卵母細胞 では用いなかった。毒素における応答(試験応答)では、潅流溶液は、AChの
間隔パルスを維持しつつ、毒素を含有するものにスイッチした。毒素は、平衡が
達成されるまで連続的に潅流した。ピークに対する応答にかかる短時間(<2秒
)に流し去られる結合毒素はたとえあるにしても少いと仮定されるために、全A
Chパルスは毒素を含まなかった。ACh−ゲート電流応答のピーク振幅は、仮
想記憶装置によって測定された。全記録は、室温にてなした(約22℃)。
To apply a pulse of ACh to the oocytes, the perfusate was changed to one containing ACh for 1 second. This was done automatically at 1-5 minute intervals. The shortest time interval was chosen such that the regeneration control response was obtained without observable degradation. This time interval was dependent on the nAChR subtype to be tested. The concentration of ACh was 1 μM for oocytes expressing α1βγδ, 1 mM for α7 and 300 μM for all others. ACh was diluted with ND96A for all but α7; in the case of α7, the diluent was ND96. In the control response, the ACh pulse was ND96 (for α7) or (for all others)
Perfusion with ND96A preceded. Atropine was not used in α7-expressing oocytes because it has been shown to be an antagonist of these receptors (Gerzanich, 1994). For the response to the toxin (test response), the perfusion solution was switched to that containing the toxin while maintaining an interpulse of ACh. Toxin was continuously perfused until equilibrium was achieved. Total A is assumed because less, if any, bound toxin is washed away in a short time (<2 seconds) in response to the peak.
The Ch pulse contained no toxin. The peak amplitude of the ACh-gate current response was measured by virtual storage. All recordings were made at room temperature (about 22 ° C).

【0122】 注入した卵母細胞は、−70mVの膜ポテンシャルにて電圧クランプし、ACh
に対する応答を5分間毎に測定した。いくつかの対照応答を−70mVにて測定し
た後、膜ポテンシャルは、AChの適用の前の10秒から開始して、1分間の試
験ポテンシャルへと段階的に進めた。膜ポテンシャルは、各試験間に−70mVに
戻った。試験ポテンシャルは、順次、10mVのステップで−90mVないし−1
0mV、続いての+10mVの膜ポテンシャルでの最終試験まで変更した。試験系列 の後に、潅流溶液は、毒素を含有するものにスイッチした。平衡に達した後、試
験系列を繰り返した。
The injected oocytes were voltage clamped at a membrane potential of -70 mV and ACh
The response to was measured every 5 minutes. After measuring some control responses at -70 mV, the membrane potential was stepped to a 1 minute test potential, starting 10 seconds before application of ACh. The membrane potential returned to -70 mV between each test. The test potential is sequentially from -90 mV to -1 in 10 mV steps.
Changes were made until the final test at 0 mV followed by a membrane potential of +10 mV. After the test series, the perfusion solution was switched to that containing the toxin. After reaching equilibrium, the test series was repeated.

【0123】 全データ分析は、486 Intel プロセッサーおよびWindows 3.1TMを含むAp
ple Power Macintosh 6100/66装置上で作動するPrismソフトウエア(Grap
hPad Software Inc., San Diego, CA)で行った。試験応答に直前の3つの対照 応答の平均を用い、試験応答を標準化して、「%応答」または「%ブロック」を
得た。 用量応答曲線の各データポイントは、少なくとも3つの卵母細胞の平均±標準
誤差を示す。用量応答曲線は、方程式:%応答=100/(1+(毒素)/IC50nH[式中、nHはHill係数である]に適合した。
All data analysis was performed on an Ap containing a 486 Intel processor and Windows 3.1 ™.
Prism software running on the ple Power Macintosh 6100/66 device (Graph
hPad Software Inc., San Diego, CA). The test response was normalized using the average of the last three control responses to give a "% response" or "% block". Each data point in the dose response curve represents the mean ± SEM of at least three oocytes. The dose response curve was fitted to the equation:% response = 100 / (1+ (toxin) / IC 50 ) nH where n H is the Hill coefficient.

【0124】 動力学トレースは、1つの実験だけからのデータを示す。全ての実験は、少な
くとも3つの卵母細胞で繰り返した。報告した動力学パラメーターは、そのサブ
タイプに対して行った全実験からの平均である。経時的な毒素阻害を記載したデ
ータは、簡単な指数関数的会合の形態:Y=(1−e-kt)で記載される方程式に
適合する。低毒素濃度にて毒素阻害からの経時的な回復を記載するデータは、簡
単な指数関数的解離の形態:Y=e-ktで記載した方程式に適合した。高毒素濃度 にて毒素阻害からの経時的な回復を記載するデータは、複雑な指数関数的解離の
形態:Y=(1−(1−e-kt2)で記載した方程式に適合した。
The kinetic trace shows data from only one experiment. All experiments were repeated with at least three oocytes. The kinetic parameters reported are the average from all experiments performed on that subtype. The data describing toxin inhibition over time fit the equation described in the form of a simple exponential association: Y = (1-e- kt ). Data describing the recovery over time from toxin inhibition at low toxin concentrations fit the equation described for a simple exponential dissociation form: Y = e- kt . The data describing the recovery over time from toxin inhibition at high toxin concentrations fit the equation described for the complex exponential dissociation form: Y = (1- (1-e- kt ) 2 ).

【0125】 実施例8 MIIのサブタイプ特異性 Xenopus属の卵母細胞中で発現したnAChRサブユニットを用いて、種々の nAChR組合せにてMIIの効力を定量した。各サブタイプは、MIIによって用
量依存的に阻害したが、広範囲に異なる効力であった(図9)。α−コノトキシ
ンMIIは、他のサブタイプにての200倍ないし>10000倍より小さい効力
でα3β2組合せを最も強力に阻害した(表2)。
Example 8 MII Subtype Specificity Using the nAChR subunit expressed in Xenopus oocytes, the efficacy of MII in various nAChR combinations was quantified. Each subtype was inhibited by MII in a dose-dependent manner, but had widely different potencies (FIG. 9). α-Conotoxin MII most potently inhibited the α3β2 combination with less than 200-fold to> 10000-fold potency in other subtypes (Table 2).

【0126】[0126]

【表2】 [Table 2]

【0127】 多くの小分子は、オープンチャンネルをブロックすることによって、nACh
Rの非競合的阻害剤として作用する。nAChRのオープンチャンネルブロック
は、一般的に膜ポテンシャルに依存する。発明者らは、α3β2 nAChRの MIIブロックが電圧依存的であるか否を調べた。これを達成するために、アセチ
ルコリンに対するα3β2 nAChRのアセチルコリン応答を、そのおよその IC50(500pM)にてのMIIの存在および不存在下の両方で膜ポテンシャルの
ある範囲にわたって測定した。図2に示すごとく、α−コノトキシンMIIによる
ブロックは、試験した範囲(−100mVないし+10mV)にわたって電圧依存を 示さなかった。
Many small molecules block nACh by opening open channels.
Acts as a non-competitive inhibitor of R. The open channel block of nAChR generally depends on the membrane potential. The inventors investigated whether the MII block of α3β2 nAChR was voltage-dependent. To accomplish this, the acetylcholine response of α3β2 nAChR to acetylcholine was measured over a range of membrane potential both in the presence and absence of MII at its approximate IC 50 (500 pM). As shown in FIG. 2, blocking with α-conotoxin MII showed no voltage dependence over the range tested (-100 mV to +10 mV).

【0128】 MIIの作用機序をさらに調べるために、異なるオフ−速度のジヒドロ−β−エ
リスロイジン(DHβE)およびα−コノトキシンMIIを利用した。DHβEは、nA
ChRの競合的拮抗薬であることが示されている。DHβEによって卵母細胞中に 発現したα3β2 nAChRのブロックは、4分間の流失後に十分に逆転して いる(図11A)。対照的に、α3β2 nAChRは、毒素流失後にMIIブロッ
クから比較的ゆっくりと回復する(図11C)。α−コノトキシンMIIがDHβEと
同一部位にて作用するか否かを試験するために、発明者らは、α3β2 nAC hRに対してDHβEを事前適用した。次いで、発明者らはDHβEおよびα−コノト
キシンMIIを共に適用した。α−コノトキシンMIIおよびDHβEが同一部位にて 作用するならば、DHβEの事前適用は、α−コノトキシンMIIによるブロックか ら受容体を保護するであろう。この場合には、ブロックからの回復は、DHβE単 独によるより速い経時的なブロックに続くであろう。DhβEの事前適用が受容体 に対するα−コノトキシンMIIの結合を防止しないならば、その時、DhβEおよ びMIIを共に適用することによるブロックからの回復は、α−コノトキシンMII
単独によるより遅い経時的ブロックに続くことが期待されるであろう。図11B に示すごとく、DHβEおよびα−コノトキシンMIIの流失に続く経時的な回復は 、DHβE単独の流失のものと同様であり、これはDHβEがMIIの結合を防止するこ
とを示す。
To further investigate the mechanism of action of MII, different off-rates of dihydro-β-erythroidin (DHβE) and α-conotoxin MII were utilized. DHβE is nA
It has been shown to be a competitive antagonist of ChR. Blocking of α3β2 nAChRs expressed in oocytes by DHβE is well reversed after 4 min efflux (FIG. 11A). In contrast, α3β2 nAChRs recover relatively slowly from the MII block following toxin shedding (FIG. 11C). To test whether α-conotoxin MII acts at the same site as DHβE, we pre-applied DHβE to α3β2 nAChR. Then we applied both DHβE and α-conotoxin MII. If α-conotoxin MII and DHβE act at the same site, pre-application of DHβE will protect the receptor from blocking by α-conotoxin MII. In this case, recovery from the block would be followed by a faster time-course block with DHβE alone. If pre-application of DhβE does not prevent binding of α-conotoxin MII to the receptor, then recovery from the block by applying both DhβE and MII will result in α-conotoxin MII
It would be expected to follow a slower temporal block by itself. As shown in FIG. 11B, the recovery over time following the shedding of DHβE and α-conotoxin MII was similar to that of shedding of DHβE alone, indicating that DHβE prevents MII binding.

【0129】 低濃度(例えば、IC50付近)のα−コノトキシンMIIにて、毒素流失に続く
ブロックからの回復は、簡単な2分子解離に合致する単一の指数消失関数によっ
てよく適合する時間経過を有する(図12)。しかしながら、α−コノトキシン
MIIの濃度が飽和に近づくほど、毒素流失後の回復における初期のラグが生じる
。このラグは、十分に飽和濃度のα−コノトキシンMIIにて最大である(データ
は示さず)。飽和濃度のMIIでのブロックからの経時的な回復は、簡単な2分子
解離と相反する(図13の破線参照)。それより、時間経過は、各受容体がAC
hまたはα−コノトキシンMIIによってのいずれかで占有できる2つの結合部位
を有すると仮定されたモデルによって良好に適合する。また、このモデルにおい
て、α−コノトキシンMIIによるいずれかの結合部位の占有は、受容体の誘導し
たオープニングをブロックするために十分である。かくして、飽和濃度にて、両
結合部位はMIIによって占有される。毒素流失に際して、各結合部位は、経時的
な簡単な2分子解離に続いて占有されなくなる。両結合部位が、作動薬による受
容体の活性化が起こるためには毒素によって非占有とならなければならないため
に、飽和する毒素ブロックに続く機能的回復における初期のラグが観察される。
飽和毒素濃度下のこのモデルを用いて計算したKoffの値は、そのモデルを有効と
する非飽和状態下で計算されたものと適合した(表3)。
At low concentrations (eg, around the IC 50 ) of α-conotoxin MII, recovery from the block following toxin shedding is time-course well fitted by a single exponential extinction function consistent with simple bimolecular dissociation (FIG. 12). However, as the concentration of α-conotoxin MII approaches saturation, there is an earlier lag in recovery after toxin shedding. This lag is greatest at sufficiently saturating concentrations of α-conotoxin MII (data not shown). Recovery over time from a block at saturating concentrations of MII contradicts simple bimolecular dissociation (see dashed line in FIG. 13). Instead, the time course is that each receptor is AC
It fits well with a model hypothesized to have two binding sites that can be occupied by either h or α-conotoxin MII. Also, in this model, occupancy of any binding site by α-conotoxin MII is sufficient to block receptor-induced opening. Thus, at saturating concentrations, both binding sites are occupied by MII. Upon toxin shedding, each binding site becomes unoccupied following simple bimolecular dissociation over time. Because both binding sites must be unoccupied by toxin for agonist activation of the receptor to occur, an early lag in functional recovery following a saturated toxin block is observed.
The value of K off calculated using this model under saturating toxin concentration was compatible with that calculated under non-saturating conditions making the model valid (Table 3).

【0130】 [0130]

【表3】[Table 3]

【0131】 実施例9 受容体サブタイプとの相互作用の動力学 リガンドの親和性は、会合(kon)および解離(koff)のその微小な速度によ って決定される。nAChRを発現する電圧クランプしたXenopus属の卵母細胞 に対する測定によって判断されたごとく、MIIがα3β2受容体の電流をブロッ
クする場合に、そのオン速度は比較的速く(kon=4×108-1M-1);そのオ フ速度は遅い(koff=0.13分-1)。この結果、α−コノトキシンMIIおよび α3β2 nAChR間の高親和性の相互作用を生じる(Kd=3.3×10-10M)
。α3またはβ2サブユニットのいずれかを異なるサブユニットで置換したなら
ば、実質的に低い親和性が観察される。それは、α3サブユニットがα4に交換
される場合に、得られたα4β2受容体は、800倍高いKdをもってMIIによっ
てブロックされる。β2サブユニットがスイッチされて(α3β4を生じる)な
らば、MII効力において8000倍の低下が見られる。さらにまた、これらの2
つのタイプの受容体(α3β4およびα3β2)についてのMIIのkonおよびkof f 値が測定される場合に、最も顕著な結果が得られる。効力においてほぼ4オー ダーの大きさの低下にもかかわらず、α−コノトキシンがα3β4−対−α3β
2をブロックする場合に、koffはあってもほとんど変化しない。かくして、効力
における差は、毒素konにおける対応する低下によって本質的に説明される。 逆に、αサブユニットが交換される(すなわち、α2β2またはα4β2を得
る)場合、MIIについてのkoffの著しい増大が見られ、その定量は発明者らのア
ッセイ能力を現在超える。これらの結果は、毒素のkonがβ2サブユニット上の 決定因子によって大きく制御され、一方、α3サブユニットはkoffを制御する主
要な決定因子を有することもできることを示唆する。
Example 9 Kinetics of Interaction with Receptor Subtypes The affinity of a ligand is determined by its minimal rate of association (k on ) and dissociation (k off ). When MII blocks the current of the α3β2 receptor, as determined by measurements on voltage-clamped Xenopus oocytes expressing nAChR, its on-rate is relatively fast (k on = 4 × 10 8 min). -1 M -1 ); its off speed is slow (k off = 0.13 min -1 ). This results in a high affinity interaction between α-conotoxin MII and α3β2 nAChR (K d = 3.3 × 10 −10 M).
. If either the α3 or β2 subunit is replaced with a different subunit, a substantially lower affinity is observed. It shows that when the α3 subunit is exchanged for α4, the resulting α4β2 receptor is blocked by MII with an 800-fold higher Kd . If the β2 subunit is switched (resulting in α3β4), a 8000-fold reduction in MII efficacy is seen. Furthermore, these two
The most striking results are obtained when the M on and k of f values for the two types of receptors (α3β4 and α3β2) are measured. Despite a nearly four order of magnitude reduction in potency, α-conotoxin was found to be α3β4-versus-α3β.
When blocking 2, k off hardly changes even if it exists . Thus, differences in potency is essentially described by a decrease corresponding in toxin k on. Conversely, when the α subunit is exchanged (ie, to obtain α2β2 or α4β2), there is a significant increase in k off for MII, the quantification of which currently exceeds our assay capacity. These results, k on the toxin is controlled largely by the determinant on β2 subunit, whereas, .alpha.3 subunit suggests that it is also possible to have a major determinant for controlling the k off.

【0132】 実施例10 α3/β2サブタイプについてのキメラの親和性 毒素と受容体との動力学の相互作用をさらに調べるために、α−コノトキシン
MIIのキメラを構築した。α−コノトキシンMIIとは異なる、Conus aulicusの 毒液からの一連のペプチドが単離され、それはα3/β4界面よりもα3β2界 面を好む。これらのペプチドの1つは、α−コノトキシンAuIAである。12
位にてのヒスチジンまたはアスパラギンのいずれかの存在は、全てのコノペプチ
ドにおいて高度に保存されている。各aulicusペプチドの保存配列を表4に示し たMIIキメラの設計に用い、その中のMIIの4つのアミノ酸(9〜12)のスト
リングは、FATNによって置換する。一般的に、これらの4つのアミノ酸の置
換の結果、ニコチン受容体についての選択性および親和性が変化する。MIIに比
較して、α3/β2界面についてのキメラの親和性は、100倍低い(Kdは野生 型についての330pMからキメラについての500nMまで変化した)が、koff は2未満の因子によって変化した。かくして、4つのアミノ酸置換は、(他では
ペプチドに対するものでなければならない)オフ速度を決定する毒素残基に影響
しないが、オン速度を決定する残基に明確に作用する。アミノ酸フラグメント9
〜12を、一のペプチドからもう一つに置換した他のキメラを合成した。
Example 10 Chimera Affinity for α3 / β2 Subtype To further investigate the kinetic interaction of the toxin with the receptor, a chimera of α-conotoxin MII was constructed. A series of peptides from the venom of Conus aulicus, different from α-conotoxin MII, have been isolated, which prefer the α3β2 interface over the α3 / β4 interface. One of these peptides is α-conotoxin AuIA. 12
The presence of either histidine or asparagine at the position is highly conserved in all conopeptides. The conserved sequence of each auricus peptide is used in the design of the MII chimera shown in Table 4, wherein the four amino acid (9-12) strings of MII are replaced by FATN. In general, the substitution of these four amino acids results in altered selectivity and affinity for the nicotine receptor. Compared to MII, the affinity of the chimera for the α3 / β2 interface was 100-fold lower (K d varied from 330 pM for wild type to 500 nM for chimera), but k off varied by factors less than 2. did. Thus, four amino acid substitutions do not affect the toxin residues that determine the off-rate (otherwise must be for the peptide), but do affect the residues that determine the on-rate. Amino acid fragment 9
Another chimera in which 1212 was substituted for one peptide for another was synthesized.

【0133】 実施例11 MIIモチーフに基づく環状ペプチド MIIのHLEHフラグメント(配列番号:1のアミノ酸残基9〜12)の重要性を
試験するために、この構造に基づくいくつかの環状ペプチドを標準的FMOC化学を
用いて構築した。これらは、環状cys−HLEH−cys(配列番号:4)、
アミド結合を介して結合した環状A−HLEH−A(配列番号:5)、およびア
ミド結合を介して結合した環状HLEH(配列番号:1のアミノ酸残基9〜12)を
含む。これらの小ペプチドは、実施例8の手法によって生物活性につきスクリー
ニングする。
Example 11 Cyclic Peptide Based on the MII Motif To test the importance of the HLEH fragment of MII (amino acid residues 9-12 of SEQ ID NO: 1), several cyclic peptides based on this structure were prepared using the standard Constructed using FMOC chemistry. These are cyclic cys-HLEH-cys (SEQ ID NO: 4),
It includes cyclic A-HLEH-A linked via an amide bond (SEQ ID NO: 5) and cyclic HLEH linked via an amide bond (amino acid residues 9-12 of SEQ ID NO: 1). These small peptides are screened for biological activity according to the procedure of Example 8.

【0134】[0134]

【表4】 [Table 4]

【0135】 実施例12 ドック−アンド−ロックモデル MIIおよびnAChR(実施例9および10)間の相互作用についてのデータ
の比較は、MIIの顕著なサブタイプ特異性を説明するための2段階「ドック−ア
ンド−ロック」機構として出現する。そのデータは、2つのMIIの推定の「面」
が受容体上のその各結合部位と相互作用すること、および二重の相互作用が観察
された高い受容体サブタイプ特異性および親和性についての一般的機構を提供で
きることを示唆する。かくして、α−コノトキシンMIIが2つの相互作用表面を
有することが提案され、それは「ドッキング面」および「ロッキング面」と言わ
れる。ドッキング面は、β2サブユニット上の部位と比較的迅速に相互作用し、
その部位は、「ドッキング部位」と言われる。毒素相互作用の第二相は、毒素の
異なる表面である「ロッキング面」を含む。このロッキング面は、α3サブユニ
ット上の部位と結合し、その部位は「ロッキング部位」と言われる。ドッキング
相互作用の不存在下、「ロッキング面−ロッキング部位」相互作用についてのko n は、全くゆっくりである。しかしながら、ペプチドが(β2ドッキング部位を 介して)ドッキングするならば、次いでロッキング相は非常に速く進む(図14
Aおよび7B)。
Example 12 Dock-and-Lock Model A comparison of data on the interaction between MII and nAChRs (Examples 9 and 10) demonstrates a two-step “dock” to explain the significant subtype specificity of MII. -Emerges as an "and-lock" mechanism. The data is the “face” of the two MII estimates
Interact with each of its binding sites on the receptor, and suggest that a double interaction can provide a general mechanism for the observed high receptor subtype specificity and affinity. Thus, it has been proposed that α-conotoxin MII has two interacting surfaces, which are referred to as the “docking surface” and the “locking surface”. The docking surface interacts relatively quickly with sites on the β2 subunit,
That site is referred to as the "docking site". The second phase of the toxin interaction involves a different surface of the toxin, the "locking surface". This locking surface binds to a site on the α3 subunit, which is referred to as a “locking site”. The absence of the docking interaction, - k o n for the "locking surface locking site" interaction, is quite slow. However, if the peptide docks (via the β2 docking site), then the locking phase proceeds very quickly (FIG. 14).
A and 7B).

【0136】 上記のデータは、そのkoffに影響せずに受容体サブユニットにおけるスイッチ
が数桁の大きさのMIIの親和性の低下を生じ得ることを示す(これは、ロッキン
グ部位が依然として無傷であり、親和性の変化が主としてドッキング相互作用に
おける変化のためであることを意味する)。かくして、FATN−αMIIアナロ
グ(実施例11;配列番号:3)での結果およびα3β4ニコチン受容体に対し
て作用する野生型毒素で得られた動力学の結果は、毒素のドッキング面がくさび
(wedge)の親水性側に位置し、この親水性面がβ2サブユニットとの早いオン タイムで相互作用することを暗示する。溶媒に曝露した疎水性残基によって特徴
付けられるくさびの他側は、α−コノトキシンMIIのロッキング面についての引
力座であり、それはこのペプチドのニューロンニコチン性受容体標的のα3サブ
ユニット上の部位に対して高親和性で相互作用すると仮定される。α3β2およ
びα3β4受容体と相互作用するα−コノトキシンMII、およびFATN−α−
コノトキシンMIIアナログ(配列番号:3)の模式的図を図14に示す。
The above data indicate that a switch in the receptor subunit can result in orders of magnitude reduction in the affinity of MII without affecting its k off (this indicates that the locking site is still intact) , Meaning that the change in affinity is primarily due to a change in docking interactions). Thus, the results with the FATN-αMII analog (Example 11; SEQ ID NO: 3) and the kinetics obtained with the wild-type toxin acting on the α3β4 nicotine receptor show that the docking surface of the toxin has a wedge ) Is located on the hydrophilic side, implying that this hydrophilic surface interacts with the β2 subunit at an early on-time. On the other side of the wedge, characterized by hydrophobic residues exposed to the solvent, is the attractive locus for the locking surface of α-conotoxin MII, which is located at a site on the α3 subunit of the neuronal nicotinic receptor target of this peptide. It is postulated to interact with high affinity. α-conotoxin MII interacting with α3β2 and α3β4 receptors, and FATN-α-
A schematic diagram of the conotoxin MII analog (SEQ ID NO: 3) is shown in FIG.

【0137】 本明細書に記載のごとき区別可能なドッキング−アンド−ロッキング相互作用
に導く2つの区別される相互作用面の存在は、多くのConusペプチドの一般的デ ザインの特徴であり、マルチサブユニット受容体とのサブタイプ選択的相互作用
を達成するための新規な典型を示すことができる。「ジャヌス(Janus)−リガ ンド」なる用語は、(開始の2つの対面したRoman god、ジャヌスからの)2つ の区別される相互作用面を有する結合分子をいうことを示す。α−コノトキシン
MIIは、原型のジャヌスリガンドであろう。
The existence of two distinct interacting surfaces that lead to distinct docking-and-locking interactions as described herein is a feature of the general design of many Conus peptides, A novel paradigm for achieving subtype-selective interaction with unit receptors can be shown. The term "Janus-ligand" is indicated to refer to a binding molecule with two distinct interacting faces (from the two facing Roman gods of the beginning, Janus). α-Conotoxin MII may be the original Janus ligand.

【0138】 実施例13 リガンドとしての有機分子の合成 MIIのHLEHフラグメントは、MIIコノペプチドの活性および選択性を決定する
ことにおいて本質的のようである。HLEHフラグメントのコンピューター評価は、
小分子を開発することにおける使用についての有機的骨格を開発するために試み
る。HLEHフラグメントの空間的整列をベクター分析を用いてコンピューター的に
研究する。次いで、有機モデルがそれから合成される骨格として用いられるべき
適当な空間的要件および幾何を有する有機フラグメントを見出すためにデータベ
ースを検索する。MIIコノペプチド上の2つの物理的に区別されるペプチド表面
(親水性および疎水性)の存在ならびにαおよびβ受容体サブユニットとの相互
作用は、αおよびβサブユニットの異なる組合せでの受容体について選択的なリ
ガンドを設計するための特定の戦略を示す。
Example 13 Synthesis of Organic Molecules as Ligand The HLEH fragment of MII appears to be essential in determining the activity and selectivity of MII conopeptide. Computer evaluation of HLEH fragments
Attempts to develop an organic framework for use in developing small molecules. The spatial alignment of the HLEH fragments is studied computationally using vector analysis. The database is then searched in the database to find organic fragments with the appropriate spatial requirements and geometry to be used as the backbone from which the organic model is synthesized. The presence of two physically distinct peptide surfaces (hydrophilic and hydrophobic) on the MII conopeptide and their interaction with the α and β receptor subunits is due to the receptor in different combinations of α and β subunits. 2 shows a specific strategy for designing ligands selective for.

【0139】 本発明の方法および組成物が、種々の具体例の形式で組込むことができ、それ
らの少しだけが本明細書に開示されることは、認められるであろう。他の具体例
が本発明の範囲から逸脱しないことは当業者には明確であろう。かくして、記載
された具体例は例示的なものであり、限定として解釈すべきではない。
[0139] It will be appreciated that the methods and compositions of the present invention may be incorporated in various illustrative forms, only a few of which are disclosed herein. It will be apparent to one skilled in the art that other embodiments do not depart from the scope of the invention. Thus, the described embodiments are illustrative and should not be construed as limiting.

【0140】参考文献リスト Badanskyら(1966). Chem. lnd. 38:1597〜98. Boelens, R.(1988). Mol. Struct. 173:299. Braunschweiler, Lら(1983). J. Magn. Reson. 53:521〜528. Cartier, G.Eら(1996). J. Biol. Chem. 271:7522〜7528. Dauber〜Osguthorpe. P.ら(1988). Proteins 4 3l〜47. Davis,D.Q.ら(1985), J. Am. Chem. Soc 107:2820〜2821. Davis,J.ら(1993). Biochemistry 32:7396〜7405. Deslarlais, R.L.( 1997)"Generation and use of Three−Dimensional D
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【0143】 米国特許第3,972,859号(1976). 米国特許第3,842,067号(1974). 米国特許第3,862,925号(1975). 米国特許第4,105,603号. 米国特許第5,514,774号(1996). 米国特許第5,550,050号(1996). 米国特許第5,571.698号(1996). 米国特許第5,595,972号(1997). 米国特許第5,780,433号(1998). PCT出願番号WO 92/19195. PCT出願番号WO 94/25503. PCT出願番号WO 95/01203. PCT出願番号WO 95/05452. PCT出願番号WO 95/21193. PCT出願番号WO 96/02286. PCT出願番号WO :96/02646. PCT出願番号WO 96/40871. PCT出願番号WO 96/40959. PCT出願番号WO 97/12635. PCT出願番号WO 97/08300.US Pat. No. 3,972,859 (1976). US Pat. No. 3,842,067 (1974). US Pat. No. 3,862,925 (1975). US Pat. No. 4,105,603. No. 5,514,774 (1996). US Pat. No. 5,550,050 (1996). US Pat. No. 5,571.698 (1996). US Pat. No. 5,595,972. No. 5,780,433 (1998). PCT application number WO 92/19195. PCT application number WO 94/25503. PCT application number WO 95/01203. PCT application number WO 95/05452. PCT PCT application number WO 96/02286. PCT application number WO 96/40871. PCT application number WO 96/40959. PCT application number WO 97/12635. PCT application Number WO 97/0 300.

【配列表】 [Sequence list]

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

本特許のファイルはカラーで印刷した少なくとも一つの図面を含有する。本特
許のカラー図面の複写は必要な料金支払いの下、特許商標庁から提供される。
The file of this patent contains at least one drawing printed in color. Copies of this patent color drawing will be provided by the Patent and Trademark Office at the necessary fee.

【図1】 図1は、該コノペプチドMIIにおけるアラニン置換体の、当該ア
ナログがクローン化ラットα3およびβ2サブユニットを発現する電圧クランプ
した(voltage-clamped)Xenopus卵母細胞におけるアセチルコリン作動性電流を
ブロックする能力への影響を示す。
FIG. 1 shows acetylcholinergic currents of alanine substitutions in the conopeptide MII in voltage-clamped Xenopus oocytes whose analogs express cloned rat α3 and β2 subunits. Indicates the effect on the ability to block.

【図2】 図2は、隣接するαとアミドのプロトンとの間の連続NOE結合
を例示する、H2O中のα-CTx MIIのNOESYスペクトル(250msミキ
シング時間)を示す。dα N NOE交差ピークは線で結ばれ、残基番号で標識さ
れる。残基Cys2〜Asn5およびVal7〜Cys16間の2つのトレースはP ro6で切断されたそれらの連続した結合で示される。
FIG. 2 shows a NOESY spectrum (250 ms mixing time) of α-CT x MII in H 2 O, illustrating a continuous NOE bond between the adjacent α and the amide proton. d alpha N NOE cross peaks are connected by a line, it is labeled with residue number. Two traces between residues Cys 2 ~Asn 5 and Val 7 ~Cys 16 is indicated by binding continuous thereof cut by the P ro 6.

【図3】 図3は、α-CTx MIIのアミノ酸配列を、そのジスルフィド架 橋パターンを示すジスルフィド架橋および、短距離ないし中距離NOE交差ピー
クならびに実験的に測定した3NH-C α Hカップリング定数と共に示す。下向きの
矢印は3J定数<5.0Hzのものであり、上向きのそれらは3J定数>8.0H
zのものである。塗りつぶしバーはNOE交差ピークを表し、太さは強(太)な
いし弱(細)までのNOE強度を分類し、幅は線状配列に沿った短距離ないし中
距離までの距離を示している。***は重なりNOE交差ピークを表す。
Figure 3, alpha-CT the x MII amino acid sequence, disulfide bridges and indicating the disulfide cross-linking patterns, 3 J NH-C α H as measured in the short to medium range NOE cross peaks as well as experimental Shown with coupling constants. Down arrow <is of 5.0 Hz, upward they 3 J constant> 3 J constant 8.0H
z. Filled bars represent NOE crossing peaks, thicknesses classify strong (thick) to weak (thin) NOE intensities, and widths indicate short to medium distances along the linear array. *** represents overlapping NOE cross peaks.

【図4】 図4は、H2O中のα-CTx MIIからの観察値とランダムコイル
の値との間のαプロトンの化学シフトの差(ppm)を示し、残基に対してプロ
ットした。
FIG. 4 shows the difference in the chemical shift of the α proton (ppm) between the observed value from α-CT x MII in H 2 O and the value of the random coil, plotted against residues. did.

【図5】 図5A〜Bは、模擬アニーリングから算出されたα-CTx MII の14の最低エネルギー状態の重ね合わせを示す。FIGS. 5A-B show the superposition of the 14 lowest energy states of α-CT x MII calculated from simulated annealing.

【図6】 図6A〜Cは、該14個の最低エネルギー構造から得られた骨格
についての角度オーダーパラメータを示し、残基番号に対してプロットした。図
6Aはφ;図6Bはψ;および図6Cはを示す。
FIGS. 6A-C show angle order parameters for scaffolds obtained from the 14 lowest energy structures, plotted against residue number. 6A shows φ, FIG. 6B shows Δ, and FIG.

【図7】 図7は、α-CTx MII.PnIAおよびGIの表面(A、B)お
よび骨格(C、D、E)表記を示す。α-CTx PnIA(A)のX線結晶構造 およびα-CTx MII(B)の最低エネルギー構造を、疎水性残基を紫で、極性 側鎖を黄色で、荷電側鎖を赤(正)および青(負)で表示する。α-CTx Pn IA(C)、α-CTx MII(D)、およびα-CTx GI(E)の骨格構造を、
リボンおよび、類似または相違を例示するために同一のカラーコードを持つドッ
トの表面分布で表示する。矢印は末端残基を指し示し、青はカルボキシル基およ
び黄色はアミノ基である。
FIG. 7 shows the surface (A, B) and backbone (C, D, E) notation of α-CT x MII.PnIA and GI. The X-ray crystal structure of α-CT x PnIA (A) and the lowest energy structure of α-CT x MII (B) are as follows: the hydrophobic residue is purple, the polar side chain is yellow, and the charged side chain is red (positive). ) And blue (negative). The skeleton structures of α-CT x Pn IA (C), α-CT x MII (D), and α-CT x GI (E)
The ribbon and the dots having the same color code are displayed with the surface distribution to illustrate similarity or difference. Arrows point to terminal residues, blue for carboxyl groups and yellow for amino groups.

【図8】 図8は、α-コノトキシンMIIの座標を列記する。これらの座標 は、アクセスコード1m2cの下、Brookhaven Protein Data Bank, Upton, NY
19973に登録されている。
FIG. 8 lists the coordinates of α-conotoxin MII. These coordinates are under the access code 1m2c, Brookhaven Protein Data Bank, Upton, NY
Registered in 19973.

【図9】 図9は、α3β2 nAChRのα-コノトキシンMIIによる選択
性ブロックを示す。種々のnAChRサブユニット組合せを発現する卵母細胞を
電圧クランプし、AChに対する反応を種々のα-コノトキシンMII濃度にて測 定した。データは、各濃度にて少なくとも3つの卵母細胞に対する平均±SEM
を表す。
FIG. 9 shows the selective block of α3β2 nAChR by α-conotoxin MII. Oocytes expressing different nAChR subunit combinations were voltage clamped and the response to ACh was measured at different α-conotoxin MII concentrations. Data are means ± SEM for at least 3 oocytes at each concentration
Represents

【図10】 図10は、α-コノトキシンMIIによるα3β2nAChRの ブロックは膜電位に依存しないことを示す。α3β2nAChRを発現する卵母
細胞を電圧クランプし、膜電位の範囲にわたってAChに対する反応を測定した
。500pM α-コノトキシンMIIの非存在下(白丸)、および存在下(黒三角
)でのピーク強度を膜電位に対してプロットする。スケールした(scaled)トキ
シン反応(逆黒三角)も示す。
FIG. 10 shows that blocking of α3β2nAChR by α-conotoxin MII is independent of membrane potential. Oocytes expressing α3β2nAChR were voltage clamped and the response to ACh was measured over a range of membrane potentials. The peak intensities in the absence (open circles) and presence (closed triangles) of 500 pM α-conotoxin MII are plotted against membrane potential. The scaled toxin response (reverse black triangle) is also shown.

【図11】 図11A〜Cは、競合的拮抗剤であるジヒドロ-β-エリトロイ
ジン(DHβE)がα-コノトキシンMIIによるブロックからα3β2nACh Rを保護することを示す。α3β2nAChRを発現する卵母細胞を電圧クラン
プし、AChに対する反応を測定した。図11Aにおいて、500μMのDHβ
Eを5分間添加した。次いで、該卵母細胞をDHβEなしのバッファーで連続潅
流した。図11Bにおいて、500μMのDHβEを5分間添加し、引き続き、
500μMのDHβEおよび20nMのα-コノトキシンMIIを2分間共添加し た。次いで、該卵母細胞をトキシンなしのバッファーで連続潅流した。
FIGS. 11A-C show that a competitive antagonist, dihydro-β-erythroidin (DHβE), protects α3β2nAChR from blocking by α-conotoxin MII. Oocytes expressing α3β2nAChR were voltage clamped and the response to ACh was measured. In FIG. 11A, 500 μM DHβ
E was added for 5 minutes. The oocytes were then continuously perfused with buffer without DHβE. In FIG. 11B, 500 μM DHβE was added for 5 minutes, followed by
500 μM DHβE and 20 nM α-conotoxin MII were co-added for 2 minutes. The oocytes were then continuously perfused with a buffer without toxin.

【図12】 図12AおよびBは、α-コノトキシンMIIによるα3β2お よびα3β4nAChRのブロックのキネティクスを示す。図12Aは、500
pMのα-コノトキシンMIIの添加(第1のグラフ)および引き続いてのトキシ ンからの洗浄(第2のグラフ)の間に測定された、α3β2nAChRを発現す
る電圧クランプされた卵母細胞のAChに対する反応を示す。図12Bは、1μ
Mのα-コノトキシンMIIの添加(第1のグラフ)および引き続いてのトキシン からの洗浄(第2のグラフ)の間に測定された、α3β4nAChRを発現する
電圧クランプされた卵母細胞のAChに対する反応を示す。
FIGS. 12A and B show the kinetics of α3β2 and α3β4 nAChR blocking by α-conotoxin MII. FIG. 12A shows 500
To the ACh of voltage clamped oocytes expressing α3β2nAChR, measured during the addition of pM α-conotoxin MII (first graph) and subsequent washing from toxin (second graph) Show the reaction. FIG.
Response of voltage clamped oocytes expressing α3β4nAChR to ACh measured during the addition of M α-conotoxin MII (first graph) and subsequent washing from toxin (second graph) Is shown.

【図13】 図13AおよびBは、飽和濃度のα-コノトキシンMIIによる ブロックからのα3β2およびα3β4nAChRの回復キネティクスを示す。
図13Aは、α3β2nAChRを発現する電圧クランプされた卵母細胞および
それらのAChに対する反応を示す。2μMのα-コノトキシンMIIを5分間添 加した。次いで、該卵母細胞をトキシンなしのバッファーで連続潅流した。図1
3Bは、電圧クランプされたα3β4nAChRを発現する卵母細胞およびそれ
らのAChに対する反応を示す。2.5mMのα-コノトキシンMIIを5分間添 加した。次いで、該卵母細胞をトキシンなしのバッファーで連続潅流した。デー
タを2サイトモデルでフィットした(実線)。破線は予想された1指数回復キネ
ティクスを表す。
FIGS. 13A and B show the kinetics of recovery of α3β2 and α3β4 nAChR from block by saturating concentrations of α-conotoxin MII.
FIG. 13A shows voltage clamped oocytes expressing α3β2nAChR and their response to ACh. 2 μM α-conotoxin MII was added for 5 minutes. The oocytes were then continuously perfused with a buffer without toxin. FIG.
3B shows voltage clamped oocytes expressing α3β4nAChR and their response to ACh. 2.5 mM α-conotoxin MII was added for 5 minutes. The oocytes were then continuously perfused with a buffer without toxin. The data was fitted with a two-site model (solid line). The dashed line represents the expected one-index recovery kinetics.

【図14】 図14A〜Cは、リガンド/受容体相互作用MII「ドック&ロ
ック(Dock & Lock)」モデルを示す。この図中、MIIはαおよびβサブユニッ ト間の境界に結合する。MIIは該βサブユニットと非常に速いkonおよびkoff で相互作用し、かくして穏やかな親和力で相互作用する。その反対に、MIIは該
αサブユニットと非常に遅いkonおよびkoffで相互作用し、かくして穏やかな 親和力で相互作用する。図14Aおよび14Bに示すごとく、MIIは該受容体に
接近し、非常に急速に該βサブユニットに結合する(ドッキング相互作用)。し
かしながら、該αサブユニット結合サイトに密接するβサブユニットへのこの急
速結合は、該αサブユニットとのMII相互作用の速度の加速および該受容体のそ
の後のブロックをもたらす。図14Cは、一旦、MIIが該αサブユニットに結合
すると、それは非常に遅いkoffであること(ロッキング相互作用)を示す。か くして、該ニコチン性受容体のサブユニット境界を標的することによって、MII
は、2つの比較的穏やかな結合相互作用を、ニューロンnAChRの一つの分子
形態で非常に強力で特異的な相互作用に変換する。
FIGS. 14A-C show the ligand / receptor interaction MII “Dock & Lock” model. In this figure, MII binds to the boundary between α and β subunits. MII interacts with the β subunit at very fast k on and k off , and thus with moderate affinity. Conversely, MII interacts with the α subunit at a very slow k on and k off and thus with a mild affinity. As shown in FIGS. 14A and 14B, MII approaches the receptor and binds to the β subunit very quickly (docking interaction). However, this rapid binding to the β subunit, which is close to the α subunit binding site, results in an accelerated rate of MII interaction with the α subunit and subsequent blocking of the receptor. FIG. 14C shows that once MII binds to the α subunit, it is a very slow k off (rocking interaction). Thus, by targeting the subunit boundaries of the nicotinic receptor, MII
Converts two relatively mild binding interactions into a very strong and specific interaction in one molecular form of the neuronal nAChR.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 EP(AT,BE,CH,CY, DE,DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,I T,LU,MC,NL,PT,SE),OA(BF,BJ ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GW,ML, MR,NE,SN,TD,TG),AP(GH,GM,K E,LS,MW,SD,SZ,UG,ZW),EA(AM ,AZ,BY,KG,KZ,MD,RU,TJ,TM) ,AL,AM,AT,AU,AZ,BA,BB,BG, BR,BY,CA,CH,CN,CU,CZ,DE,D K,EE,ES,FI,GB,GE,GH,GM,HR ,HU,ID,IL,IS,JP,KE,KG,KP, KR,KZ,LC,LK,LR,LS,LT,LU,L V,MD,MG,MK,MN,MW,MX,NO,NZ ,PL,PT,RO,RU,SD,SE,SG,SI, SK,SL,TJ,TM,TR,TT,UA,UG,U Z,VN,YU,ZW (71)出願人 ソーク・インスティテュート アメリカ合衆国92037カリフォルニア州 ラ・ホラ、ノース・トリー・パインズ・ロ ード10010番 (71)出願人 コグネティックス・インコーポレイテッド アメリカ合衆国84108ユタ州ソルト・レイ ク・シティ、ワカラ・ウェイ421番、スウ ィート201 (72)発明者 キ−ジューン・ション アメリカ合衆国44120オハイオ州シェイカ ー・ハイツ、ハンティントン・ロード3136 番 (72)発明者 バルドメロ・エメ・オリベラ アメリカ合衆国84108ユタ州ソルト・レイ ク・シティ、ブライアン・アベニュー1370 番 (72)発明者 ジーン・イー・リビアー アメリカ合衆国92037カリフォルニア州 ラ・ホラ、ブラックゴールド・ロード9674 番 (72)発明者 スティーブン・シー・コーバー アメリカ合衆国92024カリフォルニア州エ ンシニタス、ナード・ロード818番 (72)発明者 グレゴリー・エス・シェン アメリカ合衆国84109ユタ州ソルト・レイ ク・シティ、レイクライン・サークル2218 番 (72)発明者 ジェイ・マイケル・マッキントッシュ アメリカ合衆国84108ユタ州ソルト・レイ ク・シティ、サウス・2000・イースト1151 番 (72)発明者 ジー・エドワード・カーティエイ アメリカ合衆国84109ユタ州ソルト・レイ ク・シティ、イースト・ストリンガム・ア ベニュー2629番、アパートメント・ナンバ ー・ビー−216 (72)発明者 ドジュ・ヨシカミ アメリカ合衆国84102ユタ州ソルト・レイ ク・シティ、イースト・600・サウス1074 番 Fターム(参考) 4B024 AA01 AA12 BA63 CA04 DA02 GA18 HA01 4H045 AA10 BA17 DA50 EA28 EA50 FA74 5B049 BB00 EE08 5B075 ND20 QM08 UU19 UU26 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of front page (81) Designated country EP (AT, BE, CH, CY, DE, DK, ES, FI, FR, GB, GR, IE, IT, LU, MC, NL, PT, SE ), OA (BF, BJ, CF, CG, CI, CM, GA, GN, GW, ML, MR, NE, SN, TD, TG), AP (GH, GM, KE, LS, MW, SD, SZ, UG, ZW), EA (AM, AZ, BY, KG, KZ, MD, RU, TJ, TM), AL, AM, AT, AU, AZ, BA, BB, BG, BR, BY, CA, CH, CN, CU, CZ, DE, DK, EE, ES, FI, GB, GE, GH, GM, HR, HU, ID, IL, IS, JP, KE, KG, KP , KR, KZ, LC, LK, LR, LS, LT, LU, LV, MD, MG, MK, MN, MW, MX, NO, NZ, PL, PT, RO, RU, SD, SE, SG, SI, SK, SL, TJ, TM, TR, TT, UA, UG, UZ, VN, YU, ZW (71) Applicant Salk Institute North Holland, North Holland Pines Law, La Hora, California 92037 USA No. 10010 (71) Applicant Cognitives Inc.84108 U.S.A., Salt Lake City, Utah, No. 421, Suite 201 (72) Inventor Key June, United States 44120 Sheikh Heights, Ohio No. 3136, Huntington Road (72) Inventor Bardello Eme Olivera, Salt Lake City, Utah 84108 U.S.A. Ian Avenue 1370 (72) Inventor Jean E. Revier 9637 Black Gold Road, La Hora, California 92037 United States 9274 Inventor Stephen Sea Cober, United States 921024 Nerd Road, Encinitas, California 92024 No. (72) Inventor Gregory S. Shen, United States 84109 Salt Lake City, Utah, Lakeline Circle 2218 No. (72) Inventor Jay Michael Macintosh United States 84108 Utah, Salt Lake City, South・ 2000 East 1151 (72) Inventor G. Edward Cartier United States 84109 Utah Salt Lake City, East Stringham Avenue 2629, Apartment Number B-216 (72) Inventor Doju・ Yoshikami America Country 84102 Utah Salt Ray click City, East 600 South 1074 No. F-term (reference) 4B024 AA01 AA12 BA63 CA04 DA02 GA18 HA01 4H045 AA10 BA17 DA50 EA28 EA50 FA74 5B049 BB00 EE08 5B075 ND20 QM08 UU19 UU26

Claims (32)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 一般式: 【化1】 Xaa-Cys-Cys-Xaa-Xaa1-Xaa2-Xaa-Cys-Xaa3-Xaa-Xaa4-Xaa5-Xaa-Xaa-Xaa-Cys
[式中、Xaa、Xaa1、Xaa2、Xaa3およびXaa4の各々は、天然、修飾または非天然 アミノ酸よりなる群から選択されるアミノ酸であって、Xaa5はHisまたはAsnであ
る]を有する実質的に純粋なペプチド。
(Claim 1) Xaa-Cys-Cys-Xaa-Xaa 1 -Xaa 2 -Xaa-Cys-Xaa 3 -Xaa-Xaa 4 -Xaa 5 -Xaa-Xaa-Xaa-Cys
Wherein, Xaa, each of Xaa 1, Xaa 2, Xaa 3 and Xaa 4 are, naturally, be an amino acid selected from the group consisting of modified or unnatural amino acids, Xaa 5 is His or Asn] a A substantially pure peptide having.
【請求項2】 該C‐末端がアミド化されている請求項1記載のペプチド。2. The peptide according to claim 1, wherein the C-terminal is amidated. 【請求項3】 Xaa1がAsnまたはHisである請求項1記載のペプチド。3. The peptide according to claim 1, wherein Xaa 1 is Asn or His. 【請求項4】 Xaa2がProまたはヒドロキシ-Proである請求項1記載のペプ チド。4. A peptide according to claim 1, wherein wherein Xaa 2 is Pro or hydroxy -Pro. 【請求項5】 Xaa3がHisである請求項1記載のペプチド。5. The peptide according to claim 1, wherein Xaa 3 is His. 【請求項6】 Xaa4がGluである請求項1記載のペプチド。6. The peptide according to claim 1, wherein Xaa 4 is Glu. 【請求項7】 Xaa1がAsnまたはHisであって、Xaa2がProまたはヒドロキシ-
Proである請求項1記載のペプチド。
7. Xaa 1 is Asn or His and Xaa 2 is Pro or hydroxy-
The peptide according to claim 1, which is Pro.
【請求項8】 Xaa1がAsnである請求項7記載のペプチド。8. The peptide of claim 7 wherein Xaa 1 is Asn. 【請求項9】 Xaa4がGluであって、Xaa5がHisである請求項7記載のペプチ
ド。
9. The peptide according to claim 7, wherein Xaa 4 is Glu and Xaa 5 is His.
【請求項10】 Xaa3が であって、Xaa4がGluである請求項7記載のペ プチド。A is is 10. Xaa 3, peptides of claim 7, wherein Xaa 4 is Glu. 【請求項11】 該ペプチドの生物学的活性がα-コノトキシンMIIの生物 学的活性と実質的に同一である請求項1記載のペプチド。11. The peptide according to claim 1, wherein the biological activity of said peptide is substantially the same as the biological activity of α-conotoxin MII. 【請求項12】 該ペプチドの生物学的活性がα-コノトキシンMIIの生物 学的活性と実質的に同一である請求項7記載のペプチド。12. The peptide according to claim 7, wherein the biological activity of said peptide is substantially the same as the biological activity of α-conotoxin MII. 【請求項13】 該ペプチドの生物学的活性がα-コノトキシンMIIの生物 学的活性と実質的に同一である請求項10記載のペプチド。13. The peptide according to claim 10, wherein the biological activity of said peptide is substantially the same as the biological activity of α-conotoxin MII. 【請求項14】 ニューロンニコチン性アセチルコリン受容体(ニューロン
nAChR)の1以上のサブタイプに特異的であるα-コノトキシンMIIのペプ チドアナログ、ペプチドミメティックまたはミメティック。
14. A peptide analog, peptidomimetic or mimetic of α-conotoxin MII that is specific for one or more subtypes of neuronal nicotinic acetylcholine receptor (neuronal nAChR).
【請求項15】 該特異性がニューロンnAChRのα3β2サブタイプに
対するものである請求項14記載のペプチドアナログ、ペプチドミメティックま
たはミメティック。
15. The peptide analog, peptide mimetic or mimetic according to claim 14, wherein said specificity is for the α3β2 subtype of neuronal nAChR.
【請求項16】 該特異性がニューロンnAChRのα3β4サブタイプに
対するものである請求項14記載のペプチドアナログ、ペプチドミメティックま
たはミメティック。
16. The peptide analog, peptide mimetic or mimetic according to claim 14, wherein said specificity is for the α3β4 subtype of neuronal nAChR.
【請求項17】 該特異性がニューロンnAChRのα2β2サブタイプに
対するものである請求項14記載のペプチドアナログ、ペプチドミメティックま
たはミメティック。
17. The peptide analog, peptide mimetic or mimetic according to claim 14, wherein said specificity is for the α2β2 subtype of neuronal nAChR.
【請求項18】 ニューロンニコチン性アセチルコリン(nAChR)受容
体拮抗性活性および受容体サブタイプにつきスクリーンする方法であって、α- コノトキシンMIIおよびスクリーンされるべき化合物のnAChRの様々なサブ
ユニットへの結合に対するオン−アンド−オフ速度を決定し、次いで、該オン−
アンド−オフ速度を比較することを含む該方法。
18. A method for screening for neuronal nicotinic acetylcholine (nAChR) receptor antagonist activity and receptor subtypes, comprising binding of α-conotoxin MII and the compound to be screened to various subunits of nAChR. And determine the on-and-off speed for
The method comprising comparing and-off rates.
【請求項19】 nAChRのサブユニットがα3β2またはα3β4であ
るる請求項18記載の方法。
19. The method of claim 18, wherein the nAChR subunit is α3β2 or α3β4.
【請求項20】 nAChRでの生物学的活性を選択的に調節するα-コノ トキシンMIIの誘導体、ペプチドアナログ、ペプチドミメティックまたはミメテ
ィック。
20. A derivative, peptide analog, peptidomimetic or mimetic of α-conotoxin MII that selectively modulates biological activity at nAChR.
【請求項21】 α-コノトキシン、アナログの三次元構造を決定する方法 であって: (a)該ペプチドにつきNMR分光分析データを得; (b)MIIの組成に対する三次元構造座標を供し;次いで (c)分子置換を用いて以前の構造座標を参照して該データを解析することによ
ってアルファ−コノトキシンの三次元構造を決定することを含む該方法。
21. A method for determining the three-dimensional structure of an α-conotoxin, analog, comprising: (a) obtaining NMR spectroscopic data for the peptide; (b) providing three-dimensional structural coordinates for the composition of MII; (C) determining the three-dimensional structure of alpha-conotoxin by analyzing the data with reference to previous structural coordinates using molecular replacement.
【請求項22】 以下の: (a)ニューロンニコチン性アセチルコリン受容体(nAChR)に結合し; (b)ニューロンnAChRへのリガンドの結合を阻害し;および/または (c)nAChRの天然リガンドによって媒介される生物学的機能を阻害するこ
とに対するその能力につきそのように同定された化合物を試験することをさらに
含む請求項21記載の方法。
22. The following: (a) binds to neuronal nicotinic acetylcholine receptor (nAChR); (b) inhibits binding of ligand to neuronal nAChR; and / or (c) is mediated by the natural ligand of nAChR. 22. The method of claim 21, further comprising testing the compound so identified for its ability to inhibit a given biological function.
【請求項23】 ニューロンニコチン性アセチルコリン受容体(nAChR
)に結合できる化合物を選択する方法であって: (a)MIIまたはその一部の三次元構造を規定する座標を供し; (b)1以上の選択された官能基と相互作用する有利性に関して、その三次元構
造と関係付けられた点を特徴付け; (c)1以上のダンディエート化合物のデータベースを供し;次いで (d)該データベースから、該三次元構造と有利に相互作用する点にベストフィ
ットする構造を有するそれらの化合物を同定することを含む該方法。
23. A neuronal nicotinic acetylcholine receptor (nAChR)
A) providing a coordinate defining the three-dimensional structure of MII or a part thereof; (b) with respect to the advantage of interacting with one or more selected functional groups Characterizing the points associated with the three-dimensional structure; (c) providing a database of one or more dandiate compounds; and (d) from the database, the points that best interact with the three-dimensional structure. The method comprising identifying those compounds having a fitting structure.
【請求項24】 以下の: (a)ニューロンnAChRに結合し; (b)それらの天然または非天然リガンドへのMIIの結合を阻害し、それによっ
て;および/または (c)MIIによって媒介される生物学的機能を阻害することに対するその能力に
つきそのように同定された化合物を試験することをさらに含む請求項23記載の
方法。
24. The following: (a) binds to neuron nAChR; (b) inhibits binding of MII to their natural or unnatural ligand, thereby; and / or (c) is mediated by MII 24. The method of claim 23, further comprising testing the compound so identified for its ability to inhibit a biological function.
【請求項25】 機械読み取り可能データ貯蔵媒体であって、該データを用
いるための命令でプログラム化された機械を用いる場合、MIIペプチドまたはそ
の部分を含む分子のグラフィック三次元表記を表示できる機械読み取り可能デー
タで暗号化されたデータ貯蔵材料を含む該貯蔵媒体。
25. A machine readable data storage medium that, when using a machine programmed with instructions for using the data, is capable of displaying a graphic three-dimensional representation of a molecule containing an MII peptide or a portion thereof. The storage medium comprising data storage material encrypted with possible data.
【請求項26】 機械読み取り可能データ貯蔵媒体であって、該データを用
いるための命令でプログラム化された機械を用いる場合、図8の座標に基づくか
、または1.5Å以下の保存されたタンパク質骨格原子に関してそれからの根平
均自乗偏差を有する座標に基づきα-コノトキシンまたはその部分のグラフィッ ク三次元表記を表示できる機械読み取り可能データで暗号化されたデータ貯蔵材
料を含む該貯蔵媒体。
26. A machine-readable data storage medium, wherein the stored protein is based on the coordinates of FIG. 8 or less than 1.5 ° when using a machine programmed with instructions for using the data. The storage medium comprising a data storage material encrypted with machine readable data capable of displaying a graphic three-dimensional representation of α-conotoxin or a portion thereof based on coordinates having root mean square deviation therefrom with respect to the skeletal atoms.
【請求項27】 機械読み取り可能データ貯蔵媒体であって、機械読み取り
可能データの第1のセットおよび機械読み取り可能データの第2のセットを用い
るための命令でプログラム化された機械を用いて、機械読み取り可能データの第
2の組と組合せる場合、少なくとも機械読み取り可能データの第2のセットに対
応する座標の部分を決定し得る機械読み取り可能データの第1のセットで暗号化
されたデータ貯蔵材料を含む該貯蔵媒体。
27. A machine-readable data storage medium, comprising: a machine programmed with instructions for using a first set of machine-readable data and a second set of machine-readable data. Data storage material encrypted with a first set of machine readable data that, when combined with a second set of readable data, may determine at least a portion of coordinates corresponding to the second set of machine readable data. The storage medium comprising:
【請求項28】 MIIの組成の三次元表記を表示する方法であって、 (a)請求項25記載の機械読み取り可能媒体上に貯蔵されたデータを読み取
ることができ、該データによって規定されるタンパク質またはタンパク質リガン
ド複合体またはそれらの部分のグラフィック三次元表記を表示するのに該データ
を用いるための命令でプログラム化され、請求項25記載の機械読み取り可能貯
蔵媒体を搭載した機械を供し;次いで (b)該機械が該データを読み取り、該三次元表記を表示することを含む該方
法。
28. A method for displaying a three-dimensional representation of the composition of MII, comprising: (a) reading data stored on the machine-readable medium of claim 25, wherein the data is defined by the data. 26. Provide a machine programmed with instructions for using said data to display a graphic three-dimensional representation of a protein or protein-ligand complex or portion thereof, and mounted with a machine-readable storage medium of claim 25; (B) the method comprising the machine reading the data and displaying the three-dimensional representation.
【請求項29】 ニューロンニコチン性アセチルコリン受容体(nAChR
)に結合できる化合物をデザインする方法であって、 (a)MIIまたはその部分の三次元構造を規定する座標に基づく三次元表記を
グラフィック表示し; (b)該タンパク質に結合することが知られているリガンドの部分間の相互作
用を特徴付けて置換のための候補部位を同定し; (c)1以上の候補置換部位の知識ベースを供し;次いで (d)該知識ベースから、該リガンドの1以上の選択された部分を置換するの
に用いることができ、該タンパク質に対するリガンド結合親和性の部分を少なく
とも保持する1以上の置換部位を同定することを含む該方法。
29. The neuronal nicotinic acetylcholine receptor (nAChR)
And (b) graphically displaying a three-dimensional notation based on coordinates defining the three-dimensional structure of MII or a portion thereof; and (b) binding to the protein. (C) providing a knowledge base of one or more candidate replacement sites; and (d) from the knowledge base, The method comprising identifying one or more substitution sites that can be used to replace one or more selected moieties and retain at least a portion of a ligand binding affinity for the protein.
【請求項30】 該化合物を該ニューロンnAChRの活性のその調節活性
につき試験することをさらに含む請求項29記載の方法。
30. The method of claim 29, further comprising testing said compound for its modulatory activity of said neuronal nAChR.
【請求項31】 ニューロンニコチン性アセチルコリン受容体(nAChR
)に結合できる化合物をデザインする方法であって、 (a) MIIまたはその部分の三次元構造を規定する座標を供し; (b) その三次元構造と関連付けられた点を特徴付けて、該タンパク質との
1以上の官能基の相互作用の有利性に関して、好ましい点を同定し; (c) 該特徴付けられた点に近接するタンパク質に結合することが知られて
いるリガンドの1以上の部分を特徴付け; (d) 1以上の分子断片または分子の知識ベースを供し; (e) 該知識ベースから、(b)において同定された好ましい点の該リガン
ドの部分への連結を許容する1以上の断片または分子を同定し;次いで (f) 当該修飾リガンドが該タンパク質に結合することを許容するように選
択された配向および位置において、そのように同定された1以上の断片または分
子のそれへの共有結合によってリガンド構造を修飾することを含む該方法。
31. A neuronal nicotinic acetylcholine receptor (nAChR)
A) providing a coordinate defining the three-dimensional structure of MII or a portion thereof; and (b) characterizing a point associated with the three-dimensional structure, wherein the protein is characterized by: (C) identifying one or more portions of a ligand known to bind to a protein proximate to the characterized point, with respect to the advantage of one or more functional group interactions with (D) providing a knowledge base of one or more molecular fragments or molecules; (e) from the knowledge base one or more that permit linking of the preferred points identified in (b) to a portion of the ligand. Identifying a fragment or molecule; and (f) one or more fragments so identified in an orientation and position selected to allow the modified ligand to bind to the protein. The method others that involves modifying the ligand structure by covalent binding to it of the molecule.
【請求項32】 該化合物を該ニューロンnAChRの活性のその調節活性
につき試験することをさらに含む請求項31記載の方法。
32. The method of claim 31, further comprising testing said compound for its modulatory activity of said neuronal nAChR.
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