JP2003304882A - リボソームの構造およびタンパク質合成インヒビター - Google Patents

リボソームの構造およびタンパク質合成インヒビター

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Poul Nissen
ニッセン ポール
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ハンセン ジェフリー
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【課題】単独または蛋白質合成インヒビターと組み合わ
せた大リボソームサブユニットの3次元構造を解明する
ための方法及び組成物を提供する。 【解決手段】リボソームおよびリボソームサブユニット
の高分解能の結晶を生成するための方法、及び生成され
た結晶、単独又は蛋白質合成インヒビターと組み合わせ
てのリボソームサブユニットの高分解能の構造、ならび
に、リボソーム関連リガンド及び蛋白質合成インヒビタ
ーとして作用し得るリガンドを設計するための方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】(関連出願)本出願は、2001年8月3
日に出願された同時継続中の米国特許出願番号09/9
22,251の一部継続出願である、2002年2月8
日に出願された同時継続中の米国出願番号10/07
2,634の一部継続出願、ならびに(i)2002年
1月14日に出願された米国仮出願番号60/348,
731、(ii)2002年1月25日に出願された米
国仮出願番号60/352,024の利益を主張する。
前述の開示の各々は、本明細書中で参考として援用され
る。
【0002】(政府のライセンス権利)本明細書中で記
載された特定の研究は、米国国立衛生研究所によって授
与された連邦政府助成金番号NIH−GM22778お
よびNIH−GM54216によって、一部支援され
た。政府は、本発明において特定の権利を有し得る。
【0003】(発明の分野)本発明は、一般的には、タ
ンパク質生合成の分野およびタンパク質生合成のモジュ
レーター(例えば、インヒビター)に関する。より特
に、本発明は、単独またはタンパク質合成インヒビター
と組み合わせた大リボソームサブユニットの3次元構造
を解明するための方法および組成物;単独またはタンパ
ク質合成インヒビターと組み合わせた大リボソームサブ
ユニットの3次元構造;このような構造の、新規のタン
パク質合成インヒビターの設計および試験における使
用;ならびに、新規のタンパク質合成インヒビター、に
関する。
【0004】(背景) (I.リボソーム:構造、機能および組成)リボソーム
は、原核生物および真核生物の両方において存在するリ
ボ核タンパク質である。リボソームは、約3分の2のR
NA、そして3分の1のタンパク質からなる。リボソー
ムは、タンパク質合成を担う細胞小器官である。遺伝子
発現の間、リボソームは、メッセンジャーRNAにコー
ドされた遺伝情報を、タンパク質に翻訳する(Garr
ettら(2000)「The Ribosome:S
tructure,Function,Antibio
tics and Cellular Interac
tions,」American Society f
or Microbiology,Washingto
n,D.C.)。
【0005】リボソームは、2つの等価ではないリボ核
タンパク質サブユニットを構成する。大きい方のサブユ
ニット(「大リボソームサブユニット」としても公知で
ある)は、小さい方のサブユニット(「小リボソームサ
ブユニット」としても公知である)の大きさの約2倍で
ある。小リボソームサブユニットは、メッセンジャーR
NA(mRNA)を結合し、そして翻訳の忠実度が依存
するmRNAとトランスファーRNA(tRNA)のア
ンチコドンとの間の相互作用を媒介する。大リボソーム
サブユニットは、ペプチド結合形成を触媒し(タンパク
質合成のペプチジルトランスフェラーゼ反応)、そして
(少なくとも)2つの異なるtRNA結合部位を含む:
入来するアミノアシルtRNA(成長するペプチド鎖に
アミノ酸を与える)を適応させるA部位、およびペプチ
ジルtRNA複合体(すなわち、ペプチド鎖に付加され
るまではすべてのアミノ酸に連結されるtRNA)を適
応させるP部位。大リボソームサブユニットはまた、タ
ンパク質合成の開始期、伸長期および終結期において援
助するGタンパク質因子の1つ以上の結合部位を含む。
大リボソームサブユニットおよび小リボソームサブユニ
ットは、タンパク質合成の開始期の間に独立してふるま
う;しかし、これらのサブユニットは、今にも伸長が開
始されようとしているときに、完全なリボソームへと集
合する。
【0006】原核生物のリボソームの分子量は、約2.
6×10ダルトンである。原核生物において、小リボ
ソームサブユニットは、約5.0×10ダルトンの分
子量を有する16S(Svedberg単位)リボソー
ムRNA(rRNA)を含む。大リボソームサブユニッ
トは、約1.0×10ダルトンの分子量を有する23
S rRNA、および約4.0×10ダルトンの分子
量を有する5S rRNAを含む。原核生物の小サブユ
ニットは、約20の異なるタンパク質を含み、そしてそ
の大サブユニットは、約35のタンパク質を含む。大リ
ボソームサブユニットおよび小リボソームサブユニット
は、原核生物において、一緒に70Sリボソームを構成
する。
【0007】真核生物のリボソームは、一般的に、その
原核生物の対応物よりも大きい。真核生物において、大
リボソームサブユニットおよび小サブユニットは、一緒
に80Sリボソームを構成する。真核生物のリボソーム
の小サブユニットは、単一の18S rRNAを含む
が、一方、大サブユニットは、5S rRNA、5.8
S rRNAおよび28S rRNAを含む。5.8S
rRNAは、構造的に、原核生物の23S rRNA
の5’末端に関連し、そして28S rRNAは、構造
的に、原核生物の23S rRNAの残りに関連する
(Moore(1998)Annu.Rev.Biop
hys.27:35−58)。真核生物のリボソームタ
ンパク質は、性質上原核生物のリボソームタンパク質に
類似する;しかし、真核生物のタンパク質はより大き
く、そしてより多数からなる(Moore(1998)
前出)。
【0008】(II.大リボソームサブユニットの構造
保存)大リボソームサブユニットの化学組成は、種間に
よって異なるが、この成分の配列は、これらが3次元構
造において類似し、類似の様式で機能し、そして進化的
に関連するという明白な証拠を提供する。入手可能なr
RNA配列データの進化的に密接な関係は、Ribos
omal RNA.Structure,Evolut
ion,Processing and Functi
on in Protein Biosynthesi
s,(ZimmermannおよびDahlberg、
編)、(CRC Press,Boca Raton,
FL,1996)の第II章におけるWoeseなどの
論文において総説される。同じ巻の第IV章におけるG
arretおよびRodriguez−Fonseca
による論文では、大リボソームサブユニットのペプチジ
ルトランスフェラーゼ領域において観察される、著しく
高レベルの配列保存が議論される。Haloarcul
a marismortuiのような古細菌(arch
eal)種のリボソームは、E.coliのような真正
細菌種から得られたリボソームに大きさおよび複雑さが
似ている。しかし、H.marismortuiリボソ
ームにおけるタンパク質は、真核生物において見出され
たリボソームタンパク質により密接に関連する(Woo
lら(1995)Biochem.Cell Bio
l.73:933−947)。
【0009】(III.リボソームの構造の決定)リボ
ソームの構造について公知の事柄の多くは、比較的低分
解能の情報を生成する物理学的方法および化学的方法か
ら導かれる。電子顕微鏡(EM)は、リボソームが発見
されて以来ずっと、リボソーム構造の理解に寄与してき
た。1970年代に、低分解能のEMによって、リボソ
ームの形状および4要素からなる構成が明らかにされ
た。1980年代末までに、E.coliの小サブユニ
ットにおけるすべてのタンパク質、ならびに大サブユニ
ットにおける多くのタンパク質の表面エピトープの位置
が、免疫電子顕微鏡法技術を使用して、マッピングされ
た(Oakesら(1986)、Structure,
Function and Genetics of
Ribosomes,(Hardesty,B.および
Kramer,G.、編)Springer−Verl
ag,New York,NY,47−67頁;Sto
efflerら(1986),Structure,F
unction and Genetics of R
ibosomes,(Hardesty,B.およびK
ramer,G.、編)Springer−Verla
g,New York,NY,28−46頁)。最近数
年間に、単一粒子の凍結EMおよび画像再構築における
利点が、15Åと25Åとの間の分解能までのE.co
liの70SリボソームならびにtRNAおよび伸長因
子とのその複合体の3次元再構築を導いた(Stark
ら(1995)Structure 3:815−82
1;Starkら(1997)Nature3898:
403−406;Agrawalら(1996)Sci
ence 271:1000−1002;Starkら
(1997)Cell 28:19−28)。さらに、
リボソームの3次元EM画像が、十分に高い分解能で生
成され、その結果、タンパク質合成において援助するタ
ンパク質および核酸の多くが、リボソームに結合して可
視化され得る。大サブユニットにおけるRNA構造の近
似モデルが、E.coli由来の50Sサブユニットの
7.5Å分解能の電子顕微鏡地図、および入手可能な生
化学的データに適合するように構築された(Muell
erら(2000)J.Mol.Biol.298:3
5−59)。
【0010】EMによって提供された洞察が有用である
一方、リボソーム構造の完全な理解はX線結晶学のみか
ら導かれると長い間認識されていた。1979年に、Y
onathおよびWittmanは、リボソームおよび
リボソームサブユニットの最初の潜在的に有用な結晶を
得た(Yonathら(1980)Biochem.I
nternat.1:428−435)。1980年代
中頃までに、科学者らは、X線結晶学のためのリボソー
ムの結晶を調製していた(Maskowskiら(19
87)J.Mol.Biol.193:818−82
2)。H.marismortui由来の50Sリボソ
ームサブユニットの最初の結晶は、1987年に得られ
た。1991年には、H.marismortuiの5
0Sリボソームサブユニットの結晶から得られ得る回折
データの分解能における改良が報告された(van B
ohlen,K.(1991)J.Mol.Biol.
222:11)。
【0011】1995年には、好塩菌供給源および好熱
性細菌供給源由来の大リボソームサブユニットおよび小
リボソームサブユニットの低分解能電子密度地図が報告
された(Schlunzenら(1995)Bioch
em.Cell Biol.73:739−749)。
しかし、これらの低分解能電子密度地図は、偽であるこ
とが証明された(Banら(1998)Cell 9
3:1105−1115)。
【0012】二重鎖RNAとして認識できる特徴を示し
たリボソームの最初の電子密度地図は、Haloarc
ula marismortui由来の大サブユニット
の9Åの分解能のX線結晶学的地図であった(Banら
(1998)前出)。5Åの分解能までのこの地図のフ
ェイジング(phasing)の拡大は、いくつかのタ
ンパク質および核酸配列の位置決定を可能にし、これら
の構造は独立に決定された(Banら(1999)Na
ture 400:841−847)。
【0013】ほぼ同時に、同様の結晶学的ストラテジー
を使用して、tRNA分子のA部位、P部位およびE部
位(タンパク質の出口部位)に結合したtRNA分子の
位置を示す完全なThermus thermophi
lusのリボソームの7.8Åの分解能の地図が生成さ
れ(Cateら(1999)Science 285:
2095−2104)、そして、解かれたタンパク質の
構造およびそのRNAの特徴のいくつかの解釈の適合を
可能にするT.thermophilus由来の30S
サブユニットの5.5Åの分解能の地図が得られた(C
lemons,Jr.ら(1999)Nature 4
00:833−840)。引き続いて、T.therm
ophilusの30Sサブユニットの4.5Åの分解
能の地図が公表され、この地図は、6Åの分解能の実験
地図を使用して得られたサブユニットの質量の28%に
対応するモデルから計算された位相に、一部基づいた
(Tociljら(1999)Proc.Natl.A
cad.Sci.USA 96:14252−1425
7)。
【0014】(IV.大リボソームサブユニットにおけ
るペプチジルトランスフェラーゼ部位の位置)約35年
間、メッセンジャーRNA指向性タンパク質合成の間に
起こるペプチド結合形成を担うペプチジルトランスフェ
ラーゼ活性が、大リボソームサブユニットに内因性であ
ることが公知であり(Trautら(1964)J.M
ol.Biol.10:63;Rychlik(196
6)Biochem.Biophys.Acta 11
4:425;Monro(1967)J.Mol.Bi
ol.26:147−151;Mandenら(196
8)J.Mol.Biol.35:333−345)、
そしてリボソームが、タンパク質ならびにRNAを含む
ことが、いっそう長い間理解されていた。例えば、細菌
の特定の種では、大リボソームサブユニットは、約35
の異なるタンパク質および2つのRNAを含む(Nol
ler(1984)Ann.Rev.Biochem.
53:119−162;Wittmann−Liebo
ldら(1990)The Ribosome:Str
ucture,Function,and Evolu
tion,(W.E.Hillら、編)America
n Society forMicrobiolog
y,Washington,D.C.(1990),5
98−616頁)。これらの知見は、3つの関連した質
問を提起した。どの大リボソームサブユニットの約40
の高分子成分が、そのペプチジルトランスフェラーゼ部
位に寄与するのか、どこが、大サブユニットに位置する
ペプチジルトランスフェラーゼ部位なのか、そしてどの
ようにして働くのか。
【0015】1980年までに、リボソームのペプチジ
ルトランスフェラーゼの一部分であり得る成分のリスト
が、約6つのタンパク質および23S rRNAに減少
された(Cooperman(1980)Riboso
mes:Structure,Function an
d Genetics,(G.Chamblissら、
編)University Park Press,B
altimore,MD(1980),531−55
4)を参照のこと)。その後、触媒RNAが発見され
(Guerrier−Takadaら(1983)Ce
ll 35:849−857;Krungerら(19
82)Cell 31:147−157)、23S r
RNAが、その唯一の成分であると仮定され、これは、
支持を得る数年前に提唱された。1984年には、No
llerおよび同僚が、U2619およびU2620
(E.coliでは、U2584、U2585)が、P
部位に結合したtRNAのCCA末端に隣接することを
示したアフィニティー標識の結果を公表した(Bart
aら(1984)Proc.Nat.Acad.Sc
i.USA 81:3607−3611;Vester
ら(1988)EMBO J.7:3577−358
7)。これらのヌクレオチドは、23S rRNAのV
ドメインの中央の高度に保存された内部ループの一部分
のようである。このループが、ペプチジルトランスフェ
ラーゼ活性に密接に関与するという仮説は、ループにお
ける変異が、細胞をペプチジルトランスフェラーゼの多
くのインヒビターに対して耐性にするという観察によっ
て支持され、そしてこの活性に関係している証拠が、マ
ウントに寄与した(Noller(1991)Ann.
Rev.Biochem.60:191−227;Ga
rrettら(1996)Ribosomal RN
A:Structure,Evolution,Pro
cessing and Function in P
rotein Biosynthesis,(R.A.
ZimmermanおよびA.E.Dahlberg、
編)CRC Press,Boca Raton,FL
(1996),327−355頁を参照のこと)。
【0016】しかし、Vドメインの中央のループが、ペ
プチジルトランスフェラーゼ活性に関与するリボソーム
の唯一の成分であるという決定的な証拠は、分かりにく
いものであった。大リボソームサブユニットのますます
強力な脱タンパク質化(deproteinizati
on)によって、ペプチジルトランスフェラーゼ活性を
保持した粒子を調製することが可能であったが、完全に
タンパク質を含まない活性な粒子を生成することは可能
ではなかったという研究が示された。にもかかわらず、
初期の再構成の結果(Franceschiら(199
0)J.Biol.Chem.265:6676−66
82)と相まって、この研究は、関与し得るタンパク質
の数を、ただ2つ:L2およびL3に限定した(Gre
enら(1997)Annu.Rev.Bioche
m.66:679−716)。より最近には、Wata
nabeおよび共同研究者が、インビトロで合成された
タンパク質を含まない23S rRNA由来のペプチジ
ルトランスフェラーゼ活性の誘発における成功を報告し
た(Nittaら(1998)RNA 4:257−2
67)。しかし、これらの観察は、さらなる精査に耐え
られないようである。従って、問題がなお残った:リボ
ソームはリボザイムか、またはリボソームはリボザイム
ではないのか。
【0017】数年にわたり、リボソームにおけるペプチ
ジルトランスフェラーゼ部位の位置は、電子顕微鏡によ
ってほとんど独占的に近づいた。1980年代中頃に
は、大リボソームサブユニットのサブユニット界面側の
中央から、その後ろまで、大リボソームサブユニットを
通って走るトンネルが存在するという証拠(Milli
ganら(1986)Nature 319:693−
695;Yonathら(1987)Science
236:813−816)が蓄積され始め、そしてポリ
ペプチドが合成されるときに、ポリペプチドがトンネル
を通過すると考えられる強い根拠が存在している(Be
rnabeuら(1982)Proc.Nat.Aca
d.Sci.USA 79:3111−3115;Ry
abovaら(1988)FEBS Letters
226:255−260;Beckmannら(199
7)Science 278:2123−2126)。
より最近には、凍結EM研究(Frankら(199
5)Nature 376:441−444;Fran
kら(1995)Biochem.Cell Bio
l.73:757−765;Starkら(1995)
前出)が、トンネルの存在を確認し、そしてA部位およ
びP部位に結合した、リボソーム結合tRNAのCCA
末端が、トンネルのサブユニットの界面の末端で見出さ
れたことが示された。結果として、ペプチジルトランス
フェラーゼ部位は、同じ位置に配置されるはずであり、
この位置は、大サブユニットのサブユニットの界面の表
面の中央の深い裂け目の底、すなわちその中央の隆起の
直下である。
【0018】大サブユニットのペプチジルトランスフェ
ラーゼ部位で触媒される反応の基質は、アミノアシルt
RNA(aa−tRNA)およびペプチジルtRNAで
ある。アミノアシルtRNAは、リボソームのA部位で
結合し、そしてペプチジルtRNAは、そのP部位で結
合する。aa−tRNAのαアミノ基は、ペプチジルt
RNAの3’ヒドロキシル基をアシル化するカルボニル
の炭素を攻撃し、そして四面体の中間体が、カルボニル
炭素で形成される。四面体の中間体は、tRNAを結合
したA部位にエステル化された1つのアミノ酸、および
P部位の脱アシル化tRNAによって伸長されたペプチ
ドを生じることを解明する。
【0019】この反応スキームは、ホスホルアミド(p
hosphoramide)基を介して、プロマイシン
に配列CCdAを有するオリゴヌクレオチドを結合させ
ることによって、四面体の中間体のアナログを合成した
Yarusおよび同僚の知見によって支持される(We
lchら(1995)Biochemistry 3
4:385−390)。すべてのtRNAの3’末端配
列である配列CCAは、単独で大サブユニットに結合
し、これは、tRNAと大サブユニットとの間の相互作
用が、それらのCCA配列に主として依存することを示
す生化学的データと矛盾しない(Moazedら(19
91)Proc.Natl.Acad.Sci.USA
88:3725−3728)。プロマイシンは、リボ
ソームのA部位と相互作用するaa−tRNAアナログ
であり、そして化合物のホスホルアミド基は、四面体の
炭素中間体を模倣する。この遷移状態のアナログ(CC
dA−リン酸−プロマイシン(CCdA−p−Pur
o)は、リボソームに堅固に結合し、そしてそのペプチ
ジルトランスフェラーゼ活性を阻害する(Welchら
(1995)前出)。
【0020】(V.X線結晶学を使用した高分子の構造
決定)リボソームの構造を決定するために行われる試み
をより良く記載するために、X線結晶学の一般的な概要
を以下に提供する。
【0021】結晶中の各々の原子は、すべての方向にX
線を散乱するが、結晶性回折は、結晶がX線ビームに対
して方向付けられ、その結果、原子散乱が構成的に干渉
する場合のみに、観察される。回折を導く配向は、使用
されるX線の波長ならびに結晶の単位格子の対称および
寸法が既知である場合に、計算され得る(Blunde
llら(1976)Protein Crystall
ography(Molecular Biology
Series),Academic Press,L
ondon)。結果は、検出器が、適切な波長の単色X
線で照射される結晶の背面に位置する場合、記録された
回折パターンはスポットからなり、各々のスポットは、
構成的な干渉を生じる配向のうちの一つを示す。
【0022】記録はされているが、このようなパターン
の各々のスポットは、(i)強度(しばしば、スポット
の黒さともいわれる);(ii)回折の配向についての
情報をコードする位置;および(iii)位相、によっ
て特徴付けられる。これらの事柄のすべてが、結晶回折
パターンの各々のスポットについて既知であれば、結晶
の単位格子における電子分布は、フーリエ変換によって
計算され得(Blundellら(1976)前出)、
そしてこの分布または電子密度地図から、原子の位置が
決定され得る。
【0023】残念ながら、電子分布の計算に必須の位相
情報は、回折パターンから直接測定できない。高分子
(例えば、タンパク質および核酸)の位相を決定するた
めに慣用的に用いられる方法の一つは、多重同形置換法
(MIR)と呼ばれ、この方法は、結晶の単位格子への
X線散乱の導入に関与する。代表的には、これらの添加
は重原子であり、これは、回折パターンに有意に寄与す
る。添加は、これらの位置が位置付けされ得るような十
分に少ない数であることが重要であり、そしてこれらの
位置は、分子または結晶の構造を、変更されていない格
子のままにしておく(すなわち、結晶が同形であるべき
である)ことが重要である。同形置換は、通常、異なる
重金属複合体を、あらかじめ形成されたタンパク質結晶
のチャネルに拡散させることによって行われる。高分子
は、重金属を結合し得るこれらの溶媒チャネルにおける
側鎖(例えば、SH基)を露出する。金属タンパク質に
おける内因性の軽金属を、より重い金属で置換すること
(例えば、水銀で銅を置換、またはサマリウムでカルシ
ウムを置換)もまた可能である。あるいは、同形の誘導
体は、溶液中で重金属を高分子に共有結合的に付着させ
ることによって得られ得、次いで、これを結晶化状態に
供する。
【0024】慣用的に同形置換のために使用される重金
属原子としては、水銀、ウラン、白金、金、鉛およびセ
レンが挙げられるが、これらに限定されない。特定の例
としては、塩化水銀、リン酸エチル水銀およびペンタミ
ン(pentamine)オスミウム、ペンタミンイリ
ジウムが挙げられる。このような重金属は、タンパク質
の軽い原子(H、N、C、OおよびS)よりも多くの電
子を含むので、重金属は、より強力にX線を散乱する。
従って、すべての回折されたビームは、すべての干渉が
正であった場合、重金属置での換後に強度が増加する。
しかし、実際に、いくつかの干渉が負である;結果とし
て、重金属での置換後に、いくつかのスポットの強度が
増加し、他のスポットの強度は減少し、そして多くは、
検出可能な差を示さない。
【0025】回折されたスポット間の位相の差は、重金
属での置換後の強度の変化から決定され得る。第一に、
強度の差は、結晶の単位格子における重原子の位置を推
定するために使用される。これらの強度差のフーリエ加
法は、重原子間のベクトルの地図(いわゆるパターソン
地図)を与える。これらのベクトル地図から、重原子の
原子配列が推定される。単位格子における重金属の位置
から、重金属を含むタンパク質結晶の回折されたビーム
への寄与の振幅および位相が計算される。
【0026】次いで、この情報は、重金属原子の存在し
ないタンパク質からの寄与の位相を見出すために使用さ
れる。重金属の位相および振幅、ならびにタンパク質単
独の振幅の両方が公知である場合、ならびにタンパク質
および重金属(すなわち、タンパク質−重金属複合体)
の振幅が公知である場合、一つの位相および三つの振幅
が公知である。これより、重金属およびタンパク質によ
って散乱されるX線の干渉は、干渉が構成的または破壊
的である場合に、決定するために使用され得る。重金属
の位相の情報を有する正の干渉または負の干渉の程度
が、タンパク質の位相の評価を与える。2つの異なる位
相の角度が決定され、そしてこの2つの異なる位相の角
度は、等しく良好な解釈であるので、2つの可能な位相
角度もまた与える第二の重金属複合体が用いられ得る。
これらのうちの一つのみが、2つの以前の位相角度のう
ちの一つと同じ値を有する;従って、これは、正確な位
相角度を表す。実際には、2つ以上の異なる重金属複合
体が、通常、すべての反射についての位相の合理的に良
好な評価を与えるために作製される。各々の個々の位相
の評価は、測定された振幅における誤差から生じた実験
誤差を含む。さらに、多くの反射について、強度差は、
小さすぎてある特定の同形置換後に測定できず、そして
他の同形置換が試みられ得る。
【0027】タンパク質結晶からの回折データの振幅お
よび位相は、結晶の繰り返し単位の電子密度地図を計算
するために使用される。次いで、この地図は、目的の分
子の残基を適応させるように解釈される。この解釈は、
データにおけるいくつかの限定によってより複雑になさ
れる。第一に、地図自体は、主に、位相角度における誤
差に起因した誤差を含む。さらに、地図の質は、回折デ
ータの分解能に依存し、次には、どのくらい結晶が順序
よく配置されているかに依存する。これは、生成され得
る地図の質に直接影響する。分解能は、オングストロー
ム単位(Å)で測定される;この数が小さい程、分解能
は高くなり、従って、観察され得る細部の量がより多く
なる。
【0028】初期モデルの形成は、試行錯誤のプロセス
である。第一に、どのように、ポリペプチド鎖または核
酸が、電子密度地図を通って縫うように進むかを決定し
なければならない。得られた鎖のトレースは、ポリペプ
チドまたは核酸の既知の配列に、側鎖の密度を整合させ
ようとする仮説を構成する。無理のない鎖のトレースが
最終的に得られると、分子の原子を電子密度に整合する
初期モデルが形成される。コンピュータグラフィック
が、鎖のトレースおよびモデル形成の両方のために使用
され、データおよび操作されたモデルを示す。
【0029】初期モデルは、いくつかの誤差を含む。結
晶が、十分に高い分解能まで(例えば、3.5Åより良
好に)回折するならば、ほとんどすべての誤差または実
質的にすべての誤差は、コンピュータアルゴリズムを使
用して、モデルの結晶学的精密化によって取り除かれ
る。このプロセスにおいて、モデルは、実験的に観察さ
れた回折振幅とモデルを含む推測に基づく結晶(実際の
分子の代わりに)について計算された回折振幅との間の
差を最小にするために変化される。この差は、R因子
(説明がつかない不一致)として表され、R因子は、正
確に一致すると0.0であり、そして合計の不一致は約
0.59である。
【0030】一般的に、首尾良く決定された高分子構造
のR因子は、好ましくは、0.15と0.35との間で
ある(例えば、約0.24〜0.28未満)。残りの差
は、データにおける誤差および不完全の結果である。こ
れらは、種々の源(タンパク質分子の立体配座のわずか
な変異、ならびに溶媒の存在および結晶が生成される微
結晶の配向における差の両方の不正確な補正を含む)に
由来する。これは、最終モデルが、立体配座および配向
の両方においてわずかに異なる分子の平均を示す。
【0031】高分解能での精密化された構造において、
タンパク質または核酸の配列が既知であれば、個々の残
基の配向における重大な誤差は通常存在せず、そして原
子位置における見積もられた誤差は、通常約0.1〜
0.2Åである。目的分子の内部の水素結合および結合
したリガンドへの水素結合の両方は、高度の信頼性で同
定され得る。
【0032】代表的には、分解能が3.5Åよりも良好
であれば、X線構造は決定され得る。電子密度地図は、
既知のアミノ酸配列および/または核酸配列を電子密度
の領域に整合させることによって解釈される。
【0033】(VI.50Sリボソームサブユニットの
より高い分解能のための必要性)本技術は、50Sリボ
ソームサブユニットの結晶ならびに50Sリボソーム構
造の9Åおよび5Åの分解能のX線結晶学的地図を提供
するが、先行技術の結晶およびX線回折データは、50
Sリボソームサブユニットの31個のタンパク質および
3,043個のヌクレオチドすべての3次元構造を確立
するに十分ではない。従って、先行技術の結晶および地
図は、活性薬剤(例えば、除草剤、薬物、殺虫剤および
動物毒)の、構造に基づいた設計に不十分である。
【0034】より詳細には、より高分解能のX線結晶学
的地図が、リボソームおよびリボソームサブユニット
(特に、50Sリボソームサブユニット)におけるタン
パク質およびヌクレオチドの、位置および3次元構造を
決定するために必要である。50Sリボソームサブユニ
ットの正確な分子構造は、タンパク質合成の機構のさら
なる研究および理解を可能にするだけではなく、タンパ
ク質合成を調節する(例えば、誘導するかまたは阻害す
る)効果的な治療剤および薬物の開発もまた可能にす
る。
【0035】(発明の要旨) (項1)コンピュータシステムであって、以下: (a)少なくとも約4.5Åの分解能を有し、そしてリ
ボソームの大サブユニットのリボファンクショナル位置
を規定する電子密度地図から誘導される原子座標を示
す、メモリ内に保存されたデータを有するメモリ;およ
び(b)前記メモリと電気的に連通しているプロセッサ
であって、前記プロセッサが、前記リボファンクショナ
ル位置を表わす3次元モデルを生成するためのプログラ
ムを備える、プロセッサ、を備える、コンピュータシス
テム。 (項2)項1に記載のコンピュータシステムであって、
前記コンピュータシステムが、前記モデルの視覚表示を
提供するためのデバイスをさらに備える、コンピュータ
システム。 (項3)項1に記載のコンピュータシステムであって、
前記原子座標が、Protein Data Bank
に、PDB ID:1FFK、1FFZ、1FG0、I
JJ2、1K73、1KC8、1K8A、1KD1、ま
たは1K9Mの登録番号の下で登録された原子座標の少
なくとも一部分を含む、コンピュータシステム。 (項4)項1に記載のコンピュータシステムであって、
前記原子座標が、リボファンクショナル位置と関連して
タンパク質合成インヒビターの少なくとも一部分をさら
に規定する、コンピュータシステム。 (項5)前記タンパク質合成インヒビターが抗生物質で
ある、項4に記載のコンピュータシステム。 (項6)前記タンパク質合成インヒビターが、アニソマ
イシン、ブラスチシジン、カルボマイシンA、スパルソ
マイシン、スピラマイシン、チロシン、ヴァージニアマ
イシンM、アジスロマイシン、リネゾリド、またはエリ
スロマイシンである、項5に記載のコンピュータシステ
ム。 (項7)項5に記載のコンピュータシステムであって、
前記原子座標が、ディスク番号1に、ファイル名ani
somycin.pdb、blasticidin.p
db、carbomycin.pdb、sparsom
ycin.pdb、spiramycin.pdb、t
ylosin.pdb、virginiamycin.
pdb、ANISOMYC.PDB、BLASTIC
I.PDB、CARBOMYC.PDB、SPARSO
MY.PDB、SPIRAMYC.PDB、TYLOS
IN.PDB、VIRGINIA.PDB、AZITH
ROM.PDB、LINEZOLI.PDB、azit
hromycin.pdb、linezolid.pd
b、またはerythromycin.pdbの下で記
録された原子座標の少なくとも一部分を含む、コンピュ
ータシステム。 (項8)前記リボファンクショナル位置が、前記リボソ
ームサブユニットにおける活性部位の少なくとも一部分
を含む、項1に記載のコンピュータシステム。 (項9)前記活性部位が、ペプチジルトランスフェラー
ゼ部位の少なくとも一部分を含む、項8に記載のコンピ
ュータシステム。 (項10)前記ペプチジルトランスフェラーゼ部位が、
表5Aまたは表5Bに示される複数の残基によって規定
される、項9に記載のコンピュータシステム。 (項11)前記リボファンクショナル位置が、A部位の
少なくとも一部分を含む、項1に記載のコンピュータシ
ステム。 (項12)前記A部位が、表6Aまたは表6Bに示され
る複数の残基によって規定される、項11に記載のコン
ピュータシステム。 (項13)前記リボファンクショナル位置が、P部位の
少なくとも一部分を含む、項1または11に記載のコン
ピュータシステム。 (項14)前記P部位が、表7Aまたは表7Bに示され
る複数の残基によって規定される、項13に記載のコン
ピュータシステム。 (項15)前記リボファンクショナル位置が、ポリペプ
チド出口トンネルの少なくとも一部分を含む、項1また
は11に記載のコンピュータシステム。 (項16)前記出口トンネルが、表8A、表8B、表9
または表10に示される複数の残基によって規定され
る、項15に記載のコンピュータシステム。 (項17)前記リボファンクショナル位置が、ポリペプ
チド出口トンネルの少なくとも一部分を含む、項13に
記載のコンピュータシステム。 (項18)前記出口トンネルが、表8A、表8B、表9
または表10に示される複数の残基によって規定され
る、項17に記載のコンピュータシステム。 (項19)前記リボファンクショナル位置が、表11
A、表11B、表12A、表12B、表13A、表13
B、表14A、表14B、表15A、表15B、表16
A、表16B、表17A、表17B、表18A、表18
B、表19A、表19B、表20Aまたは表20Bに示
される複数の残基によって規定される、項1に記載のコ
ンピュータシステム。 (項20)前記原子座標が、分子モデリングによって生
成される、項1に記載のコンピュータシステム。 (項21)項1または20に記載のコンピュータシステ
ムであって、前記原子座標が、Protein Dat
a Bankに、PDB ID:1FFK、1FFZ、
1FG0、1JJ2、1K73、1KC8、1K8A、
1KD1、または1K9Mの登録番号の下で登録された
原子座標の少なくとも一部分を使用して、相同性モデリ
ングによって生成される、コンピュータシステム。 (項22)項1または20に記載のコンピュータシステ
ムであって、前記原子座標が、Protein Dat
a Bankに、PDB ID:1FFK、1FFZ、
1FG0、1JJ2、1K73、1KC8、1K8A、
1KD1、または1K9Mの登録番号の下で登録された
原子座標の少なくとも一部分を使用して、分子置換によ
って生成される、コンピュータシステム。 (項23)前記リボファンクショナル位置が、リボソー
ムRNAの原子によって規定される、項1に記載のコン
ピュータシステム。 (項24)前記リボファンクショナル位置が、リボソー
ムタンパク質の原子によって規定される、項1または2
3に記載のコンピュータシステム。 (項25)前記原子座標が、病原体のリボソームに存在
するが、宿主生物のリボソームには存在しない残基を規
定する、項1に記載のコンピュータシステム。 (項26)前記宿主生物が、哺乳動物である、項25に
記載のコンピュータシステム。 (項27)前記哺乳動物が、ヒトである、項26に記載
のコンピュータシステム。 (項28)前記原子座標が、1つ以上の病原体または疾
患状態の間で保存された残基を規定する、項1に記載の
コンピュータシステム。 (項29)前記原子座標が、原核生物のリボソームには
存在するが、真核生物のリボソームまたは真核生物ミト
コンドリアのリボソームには存在しない残基を規定す
る、項1に記載のコンピュータシステム。 (項30)前記真核生物のリボソームが、哺乳動物のリ
ボソームである、項29に記載のコンピュータシステ
ム。 (項31)項1に記載のコンピュータシステムであっ
て、前記コンピュータシステムが、薬物設計を行うため
のプログラムをさらに備える、コンピュータシステム。 (項32)項1に記載のコンピュータシステムによって
生成された、分子モデル。 (項33)候補分子を同定する方法であって、以下の工
程: (a)リボソームの大サブユニットのリボファンクショ
ナル位置の分子モデルを提供する工程であって、ここ
で、前記分子モデルが、少なくとも約4.5Åの分解能
を有する電子密度地図から誘導された原子により規定さ
れる、工程;および(b)前記モデルを使用して、前記
リボファンクショナル位置に相補的な表面を有する候補
分子を同定する、工程、を包含する、方法。 (項34)前記候補分子が、前記リボソームの大サブユ
ニットのリボファンクショナル位置に結合する、項33
に記載の方法。 (項35)項33に記載の方法であって、前記方法が、
工程(b)において同定された候補分子を生成するさら
なる工程を包含する、方法。 (項36)項33または35に記載の方法であって、前
記方法が、前記候補分子が、リボソーム活性を調節する
か否かを決定するさらなる工程を包含する、方法。 (項37)項36に記載の方法であって、前記方法が、
改変された分子を同定するさらなる工程を包含する、方
法。 (項38)項37に記載の方法であって、前記方法が、
前記改変された分子を生成するさらなる工程を包含す
る、方法。 (項39)項38に記載の方法であって、前記方法が、
前記改変された分子が、リボソーム活性を調節するか否
かを決定するさらなる工程を包含する、方法。 (項40)項39に記載の方法であって、前記方法が、
前記改変された分子を生成するさらなる工程を包含す
る、方法。 (項41)前記候補分子が、抗生物質または抗生物質の
アナログである、項33に記載の方法。 (項42)前記改変された分子が、抗生物質または抗生
物質のアナログである、項37に記載の方法。 (項43)前記抗生物質または抗生物質のアナログが、
マクロライドである、項41に記載の方法。 (項44)前記リボファンクショナル位置が、活性部位
の少なくとも一部分を含む、項33に記載の方法。 (項45)前記活性部位が、ペプチジルトランスフェラ
ーゼ部位の少なくとも一部分を含む、項44に記載の方
法。 (項46)前記ペプチジルトランスフェラーゼ部位が、
表5Aまたは表5Bに示される複数の残基によって規定
される、項44に記載の方法。 (項47)前記リボファンクショナル位置が、A部位の
少なくとも一部分を含む、項33に記載の方法。 (項48)前記A部位が、表6Aまたは表6Bに示され
る複数の残基によって規定される、項47に記載の方
法。 (項49)前記リボファンクショナル位置が、P部位の
少なくとも一部分を含む、項33または47に記載の方
法。 (項50)前記P部位が、表7Aまたは表7Bに示され
る複数の残基によって規定される、項49に記載の方
法。 (項51)前記リボファンクショナル位置が、ポリペプ
チド出口トンネルの少なくとも一部分を含む、項33ま
たは47に記載の方法。 (項52)前記出口トンネルが、表8A、表8B、表9
または表10に示される複数の残基によって規定され
る、項51に記載の方法。 (項53)前記リボファンクショナル位置が、ポリペプ
チド出口トンネルの少なくとも一部分を含む、項49に
記載の方法。 (項54)前記出口トンネルが、表8A、表8B、表9
または表10に示される複数の残基によって規定され
る、項53に記載の方法。 (項55)前記リボファンクショナル位置が、表11
A、表11B、表12A、表12B、表13A、表13
B、表14A、表14B、表15A、表15B、表16
A、表16B、表17A、表17B、表18A、表18
B、表19A、表19B、表20A、または表20Bに
示される複数の残基によって規定される、項33に記載
の方法。 (項56)前記分子モデルが電子形態である、項33に
記載の方法。 (項57)前記分子モデルが、分子モデリングによって
生成された原子座標から生成される、項33に記載の方
法。 (項58)項33または57に記載の方法であって、前
記分子モデルが、Protein Data Bank
に、PDB ID:1FFK、1FFZ、1FG0、1
JJ2、1K73、1KC8、1K8A、1KD1、ま
たは1K9Mの登録番号の下で登録された原子座標の少
なくとも一部分を使用して、相同性モデリングによって
生成された原子座標から生成される、方法。 (項59)項33または57に記載の方法であって、前
記分子モデルが、Protein Data Bank
に、PDB ID:1FFK、1FFZ、1FG0、1
JJ2、1K73、1KC8、1K8A、1KD1、ま
たは1K9Mの登録番号の下で登録された原子座標の少
なくとも一部分を使用して、分子置換によって生成され
た原子座標から生成される、方法。 (項60)前記分子モデルが、1つ以上の原核生物間で
保存される残基を含む、項33に記載の方法。 (項61)前記分子モデルが、原核生物のリボソームに
おいて存在するが、真核生物のリボソームまたは真核生
物ミトコンドリアのリボソームにおいては存在しない残
基を含む、項33に記載の方法。 (項62)前記真核生物のリボソームが、哺乳動物のリ
ボソームである、項61に記載の方法。 (項63)コンピュータシステムであって、以下: (a)タンパク質合成インヒビターが、リボソームの大
サブユニットのリボファンクショナル位置と相互作用す
る場合に、前記タンパク質合成インヒビターの少なくと
も一部分を規定する電子密度地図から誘導される原子座
標を示す、メモリ内に保存されたデータを有するメモ
リ;および(b)前記メモリと電気的に連通しているプ
ロセッサであって、前記プロセッサが、前記タンパク質
合成インヒビターの少なくとも一部分を表わす3次元モ
デルを生成するためのプログラムを備える、プロセッ
サ、を備える、コンピュータシステム。 (項64)項63に記載のコンピュータシステムであっ
て、前記コンピュータシステムが、前記モデルの視覚表
示を提供するためのデバイスをさらに備える、コンピュ
ータシステム。 (項65)前記タンパク質合成インヒビターが抗生物質
である、項63に記載のコンピュータシステム。 (項66)前記タンパク質合成インヒビターが、アニソ
マイシン、ブラスチシジン、カルボマイシンA、スパル
ソマイシン、スピラマイシン、チロシン、ヴァージニア
マイシンM、アジスロマイシン、リネゾリド、またはエ
リスロマイシンである、項65に記載のコンピュータシ
ステム。 (項67)項66に記載のコンピュータシステムであっ
て、前記原子座標が、ディスク番号1に、ファイル名a
nisomycin.pdb、blasticidi
n.pdb、carbomycin.pdb、spar
somycin.pdb、spiramycin.pd
b、tylosin.pdb、virginiamyc
in.pdb、ANISOMYC.PDB、BLAST
ICI.PDB、CARBOMYC.PDB、SPAR
SOMY.PDB、SPIRAMYC.PDB、TYL
OSIN.PDB、VIRGINIA.PDB、AZI
THROM.PDB、LINEZOLI.PDB、az
ithromycin.pdb、linezolid.
pdb、またはerythromycin.pdbの下
で記録された原子座標の少なくとも一部分を含む、コン
ピュータシステム。 (項68)前記リボファンクショナル位置が、活性部位
の少なくとも一部分を含む、項63に記載のコンピュー
タシステム。 (項69)前記活性部位が、ペプチジルトランスフェラ
ーゼ部位の少なくとも一部分を含む、項68に記載のコ
ンピュータシステム。 (項70)前記リボファンクショナル位置が、A部位の
少なくとも一部分を含む、項68に記載のコンピュータ
システム。 (項71)前記リボファンクショナル位置が、P部位の
少なくとも一部分を含む、項68または70に記載のコ
ンピュータシステム。 (項72)前記リボファンクショナル位置が、ポリペプ
チド出口トンネルの少なくとも一部分を含む、項68ま
たは70に記載のコンピュータシステム。 (項73)前記リボファンクショナル位置が、ポリペプ
チド出口トンネルの少なくとも一部分を含む、項71に
記載のコンピュータシステム。 (項74)リード候補を同定する方法であって、以下: (a)タンパク質合成インヒビターが、リボソームの大
サブユニットのリボファンクショナル位置と相互作用す
る場合に、前記タンパク質合成インヒビターの少なくと
も一部分の分子モデルを提供する工程;および(b)前
記モデルを使用して、前記リード候補を同定する工程、
を包含する、方法。 (項75)前記リード候補が、前記リボファンクショナ
ル位置と相互作用し得る、項74に記載の方法。 (項76)前記リード候補が、前記リボファンクショナ
ル位置に結合し得る、項74に記載の方法。 (項77)工程(b)において同定された前記リード候
補を生成するさらなる工程を包含する、項74に記載の
方法。 (項78)前記リード候補が、リボソーム活性を調節す
るか否かを決定するさらなる工程を包含する、項74ま
たは項77に記載の方法。 (項79)前記リード候補を改変するさらなる工程を包
含する、項78に記載の方法。 (項80)前記改変されたリード候補を生成するさらな
る工程を包含する、項79に記載の方法。 (項81)前記改変されたリード候補が、リボソーム活
性を調節するか否かを決定するさらなる工程を包含す
る、項80に記載の方法。 (項82)前記改変されたリード候補を生成するさらな
る工程を包含する、項81に記載の方法。 (項83)前記リード候補が、抗生物質または抗生物質
のアナログである、項74に記載の方法。 (項84)前記リード候補が、ハイブリッド抗生物質で
ある、項74に記載の方法。 (項85)前記リード候補が、第一の抗生物質の少なく
とも一部分および第二の異なる抗生物質の少なくとも一
部分を含む、項84に記載の方法。 (項86)前記改変されたリード候補が、抗生物質また
は抗生物質のアナログである、項82に記載の方法。 (項87)前記抗生物質または抗生物質のアナログが、
マクロライドである、項86に記載の方法。 (項88)前記タンパク質合成インヒビターが抗生物質
である、項74に記載の方法。 (項89)前記抗生物質が、アニソマイシン、ブラスチ
シジン、カルボマイシンA、スパルソマイシン、スピラ
マイシン、チロシン、ヴァージニアマイシンM、アジス
ロマイシン、リネゾリド、またはエリスロマイシンであ
る、項88に記載の方法。 (項90)項89に記載の方法であって、前記分子モデ
ルが、ディスク番号1に、ファイル名anisomyc
in.pdb、blasticidin.pdb、ca
rbomycin.pdb、sparsomycin.
pdb、spiramycin.pdb、tylosi
n.pdb、virginiamycin.pdb、A
NISOMYC.PDB、BLASTICI.PDB、
CARBOMYC.PDB、SPARSOMY.PD
B、SPIRAMYC.PDB、TYLOSIN.PD
B、VIRGINIA.PDB、AZITHROM.P
DB、LINEZOLI.PDB、azithromy
cin.pdb、linezolid.pdb、または
erythromycin.pdbの下で記録された原
子座標の少なくとも一部分により規定される、方法 (項91)前記リボファンクショナル位置が、活性部位
の少なくとも一部分を含む、項74に記載の方法。 (項92)前記活性部位が、ペプチジルトランスフェラ
ーゼ部位の少なくとも一部分を含む、項91に記載の方
法。 (項93)前記リボファンクショナル位置が、A部位の
少なくとも一部分を含む、項91に記載の方法。 (項94)前記リボファンクショナル位置が、P部位の
少なくとも一部分を含む、項74または93に記載の方
法。 (項95)前記リボファンクショナル位置が、ポリペプ
チド出口トンネルの少なくとも一部分を含む、項74ま
たは93に記載の方法。 (項96)前記リボファンクショナル位置が、ポリペプ
チド出口トンネルの少なくとも一部分を含む、項94に
記載の方法。 (項97)前記分子モデルが電子形態である、項74に
記載の方法。 (項98)前記分子モデルが、分子モデリングにより生
成される原子座標から生成される、項74に記載の方
法。 (項99)タンパク質合成インヒビターであって、以
下:大リボソームサブユニットにおける第一の接触部位
と結合する既知の第一の分子の表面を模倣するか、また
は前記表面を複製する表面を有する、第一の結合ドメイ
ン;および前記リボソームサブユニットにおける第二の
接触部位と結合する既知の第二の分子の表面を模倣する
か、または前記表面を複製する表面を有する、第二の結
合ドメイン、を含み、ここで、前記第一のドメインは、
前記第一のドメインおよび前記第二のドメインの両方
が、そのそれぞれの接触部位と結合することを可能にす
るように、前記第二のドメインに付着され、それによっ
て、リボソームサブユニットにおけるタンパク質合成を
中断すし、ここで、前記タンパク質合成インヒビター
が、約1,500未満の分子量を有し、約50μM未満
のIC50を有する、タンパク質合成インヒビター。 (項100)前記第一の分子が、第一の抗生物質であ
る、項99に記載のインヒビター。 (項101)前記第一の抗生物質が、リボファンクショ
ナル位置の少なくとも一部分に結合する、項100に記
載のインヒビター。 (項102)前記第一の抗生物質が、スパルソマイシン
である、項100に記載のインヒビター。 (項103)前記第二の分子が、第二の抗生物質であ
る、項99または100に記載のインヒビター。 (項104)前記第二の抗生物質が、リボファンクショ
ナル位置の少なくとも一部分に結合する、項103に記
載のインヒビター。 (項105)前記第二の抗生物質が、アニソマイシンま
たはクロラムフェニコールである、項103に記載のイ
ンヒビター。 (項106)前記インヒビターが、約250〜約150
0の範囲の分子量を有する、項99に記載のインヒビタ
ー。 (項107)前記インヒビターが、約0.001〜約
μMのIC50を有する、項99に記載のインヒビタ
ー。 (項108)操作された合成のタンパク質合成インヒビ
ターであって、以下:リボソームサブユニットにおける
接触部位と結合する既知の分子の表面を模倣するか、ま
たは前記表面を複製する表面を有する結合ドメイン;お
よび前記接触部位との前記結合ドメインの結合に際し
て、前記リボソームサブユニットの内部または隣接する
空間を占有し、それによって、前記リボソームサブユニ
ットにおけるタンパク質合成を中断する、前記結合ドメ
インに付着されたエフェクタードメイン、を含み、ここ
で、前記タンパク質合成インヒビターが、1,500未
満の分子量を有し、約50μM未満のIC50を有す
る、インヒビター。 (項109)前記結合ドメインの表面が、前記接触部位
に結合する既知の抗生物質の表面を模倣するか、または
前記表面を複製する、項108に記載のインヒビター。 (項110)タンパク質合成インヒビターであって、以
下:大リボソームサブユニットのアニソマイシン結合ポ
ケットを共に規定する、表11Aにおける少なくとも3
個であるが13個未満である残基と接触し得る、分子;
大リボソームサブユニットのブラスチシジン結合ポケッ
トを共に規定する、表12Aにおける少なくとも3個で
あるが20個未満である残基と接触し得る、分子;大リ
ボソームサブユニットのカルボマイシンA結合ポケット
を共に規定する、表13Aにおける少なくとも3個であ
るが16個未満である残基と接触し得る、分子;大リボ
ソームサブユニットのチロシン結合ポケットを共に規定
する、表14Aにおける少なくとも3個であるが20個
未満である残基と接触し得る、分子;大リボソームサブ
ユニットのスパルソマイシン結合ポケットを共に規定す
る、表15Aにおける少なくとも3個であるが9個未満
である残基と接触し得る、分子;大リボソームサブユニ
ットのヴァージニアマイシンM結合ポケットを共に規定
する、表16Aにおける少なくとも3個であるが13個
未満である残基と接触し得る、分子;大リボソームサブ
ユニットのスピラマイシン結合ポケットを共に規定す
る、表17Aにおける少なくとも3個であるが15個未
満である残基と接触し得る、分子;大リボソームサブユ
ニットのエリスロマイシン結合ポケットを共に規定す
る、表18Aにおける少なくとも3個であるが13個未
満である残基と接触し得る、分子;大リボソームサブユ
ニットのアジスロマイシン結合ポケットを共に規定す
る、表19Aにおける少なくとも3個であるが11個未
満である残基と接触し得る、分子;または大リボソーム
サブユニットのリネゾリド結合ポケットを共に規定す
る、表20Aにおける少なくとも3個であるが15個未
満である残基と接触し得る、分子;を含む、タンパク質
合成インヒビター。
【0036】本発明は、部分的に、リボソームサブユニ
ット、より特に、リボソームの大サブユニットの高分解
能の原子構造の決定に基づく。さらに本発明は、一部、
特定のタンパク質合成インヒビター(すなわち、抗生物
質)が、リボソームの大サブユニットと相互作用する際
のそれらの高分解能の原子構造の決定に基づく。
【0037】本発明は、生物Haloarcula m
arismortuiから単離されたリボソームの大サ
ブユニットの構造を提供する。しかし、異なる界の生物
のリボソーム間における高レベルの配列相同性および高
レベルの構造相同性を考慮して、本明細書中で開示され
る構造情報は、慣用的な技術を使用して、目的の任意の
生物についての大リボソームサブユニットの高分解能の
構造モデルを生成するために使用され得る。
【0038】異なる生物のリボソーム間(例えば、ヒト
のリボソームと特定のヒト病原体のリボソームとの間)
において有意な相同性が存在するが、治療的に利用され
得る差異は、依然として存在する。例えば、多くの臨床
的および産業的に有意なタンパク質合成インヒビター
(例えば、ストレプトマイシン、テトラサイクリン、ク
ロラムフェニコールおよびエリトロマイシンのような抗
生物質)は、リボソームを選択的に標的化し、そして細
菌のタンパク質合成を中断するが、同時に、ヒトのリボ
ソーム機能を標的化しないか、そうでなければ有意にそ
の機能に影響を及ぼさない。結果として、長年にわたっ
て、抗生物質は、ヒトにおける微生物感染の処置におい
て非常に貴重であることが証明されていた。しかし、新
規のタンパク質合成インヒビターについての進行中の必
要性が依然として存在する。なぜなら、特に、既知の抗
生物質に対して耐性の病原体の菌株が発生するからであ
る。本明細書中で提供される情報は、新規のタンパク質
合成インヒビターの設計への洞察を提供する。
【0039】本発明は、リボソーム、より特には大リボ
ソームサブユニットの3次元構造の少なくとも一部分を
規定する原子座標を含むコンピュータシステムを提供す
る。さらに、本発明は、原子座標を使用する方法を提供
し、選択的にリボソームに結合し得、そして、好ましく
は、タンパク質合成の選択的インヒビターとして作用す
る新規の分子を同定する。さらに、本発明は、特定の抗
生物質が大リボソームサブユニットのそれらの結合部位
と相互作用する際にそれらの少なくとも一部分を規定す
る原子座標を含むコンピュータシステムを提供する。さ
らに、本発明は、抗生物質の原子座標を使用して、リボ
ソームに選択的に結合する(好ましくは、タンパク質合
成の選択的インヒビターとして作用する)新規の分子を
同定する方法を提供する。さらに、本発明は、タンパク
質合成インヒビターの新規のファミリーを提供する。本
発明のこれらの局面の各々を、以下により詳細に議論す
る。
【0040】1つの局面において、本発明は、(a)少
なくとも約4.5Å、より好ましくは、少なくとも約
3.0Å、そして最も好ましくは、約2.4Åまでの分
解能を有し、そしてリボソームの大サブユニットのリボ
ファンクショナル位置を決定する電子密度地図から誘導
される原子座標を示す、メモリ内に保存されたデータを
有するメモリ;および(b)メモリを有する電気通信に
おけるプロセッサであって、このプロセッサが、このリ
ボファンクショナル位置を表わす3次元モデルを生成す
るためのプログラムを含むプロセッサ、を含むコンピュ
ータシステムを提供する。好ましい実施形態において
は、このコンピュータシステムは、デバイス(例えば、
分子モデルの視覚表示を提供するためのコンピュータモ
ニターまたはターミナル)をさらに含む。別の好ましい
実施形態において、このプロセッサは、合理的な薬物設
計を容易にするための1つ以上のプログラムをさらに含
む。
【0041】好ましい実施形態において、このコンピュ
ータシステムは、ProteinData Bank
に、PDB ID:1FFK(大リボソームサブユニッ
ト)、1FFZ(CCdA−p−Puroと複合体化し
た大リボソームサブユニット)、1FG0(アミノアシ
ルtRNAの小ヘリックスアナログと複合体化した大リ
ボソームサブユニット)、1JJ2(大リボソーム構
造)、1K73(アニソマイシンと複合体化した大リボ
ソームサブユニット)、1KC8(ブラスチシジンと複
合体化した大リボソームサブユニット)、1K8A(カ
ルボマイシンと複合体化した大リボソームサブユニッ
ト)、1KD1(スピラマイシンと複合体化した大リボ
ソームサブユニット);または1K9M(チロシンと複
合体化した大リボソームサブユニット)の登録番号の下
で登録された原子座標またはコンパクトディスク(ディ
スク番号1の1)に記録された原子座標の少なくとも一
部分をさらに含む。
【0042】1つの好ましい実施形態において、この原
子座標は、タンパク質合成インヒビター(例えば、抗生
物質、より詳細には、リボファンクショナル位置と複合
体化した、アニソマイシン、ブラスチシジン、カルボマ
イシンA、スパルソマイシン、スピラマイシン、チロシ
ン、ヴァージニアマイシンM、アジスロマイシン、リネ
ゾリド、クロラムフェニコール、およびエリスロマイシ
ンからなる群より選択される抗生物質)の少なくとも一
部分をさらに規定する。より詳細には、本発明は、大リ
ボソームサブユニットの原子座標と共に、大リボソーム
サブユニットと相互作用する抗生物質の原子座標を提供
する。これらの原子座標は、コンパクトディスク(ディ
スク番号1)に記録されており、そして以下のように対
応する:アニソマイシンと複合体化した大リボソームサ
ブユニット(ファイル名:anisomysin.pd
bまたはANISOMYC.PDB);ブラスチシジン
と複合体化した大リボソームサブユニット(ファイル
名:blasticidin.pdbまたはBLAST
ICI.PDB);カルボマイシンと複合体化した大リ
ボソームサブユニット(ファイル名:carbomyc
in.pdbまたはCARBOMYC.PDB);チロ
シンと複合体化した大リボソームサブユニット(ファイ
ル名:tylosin.pdbまたはTYLOSIN.
PDB);スパルソマイシンと複合体化した大リボソー
ムサブユニット(ファイル名:sparsomyci
n.pdbまたはSPARSOMY.PDB);ヴァー
ジニアマイシンMと複合体化した大リボソームサブユニ
ット(ファイル名:virginiamycin.pd
bまたはVIRGINIA.PDB);スピラマイシン
と複合体化した大リボソームサブユニット(ファイル
名:spiramycin.pdbまたはSPIRAM
YC.PDB);アジスロマイシンと複合体化した大リ
ボソームサブユニット(ファイル名:AZITHRO
M.PDBまたはazithromycin.pd
b);またはリネゾリドと複合体化した大リボソームサ
ブユニット(ファイル名:LINEZOLI.PDBま
たはlinezolid.pdb);もしくはエリスロ
マイシンと複合体化した大リボソームサブユニット(フ
ァイル名:erythromycin.pdb)。
【0043】好ましい実施形態において、このリボファ
ンクショナル位置は、リボソームサブユニットにおける
活性部位の少なくとも一部分(例えば、1つ以上の以
下:ペプチジルトランスフェラーゼ部位(表5Aまたは
表5Bに示される複数の残基によって規定され得る部
分);A部位(表6Aまたは表6Bに示される複数の残
基によって規定され得る部分);P部位(表7Aまたは
表7Bに示される複数の残基によって規定され得る部
分);ポリペプチド出口トンネル(表8Aまたは表8
B、表9または表10に示される複数の残基によって規
定され得る部分);あるいは抗生物質結合ドメイン(表
11Aまたは表11B、表12Aまたは表12B、表1
3Aまたは表13B、表14Aまたは表14B、表15
Aまたは表15B、表16Aまたは表16B、表17A
または表17B、表18Aまたは表18B、表19Aま
たは表19B、もしくは表20Aまたは表20Bに示さ
れる複数の残基によって規定され得る部分)の少なくと
も一部分)を含む。複数の残基は、少なくとも3残基、
好ましくは、少なくとも5残基、そしてより好ましく
は、少なくとも10残基を含むように考慮されるべきで
ある。リボファンクショナル位置は、リボソームRNA
の原子、1つ以上のリボソームタンパク質の原子、また
はリボソームRNAおよび1つ以上のリボソームタンパ
ク質との組み合わせの原子によって規定され得る。
【0044】別の好ましい実施形態において、原子座標
は、分子モデリングによって生成される。本明細書中で
提供される原子座標を使用して、当業者は、従来技術
(例えば、従来の相同性モデリング、および分子置換技
術)を使用して、目的の任意のリボソームのモデルを生
成し得る。別の実施形態において、原子座標は、Pro
tein Data Bankに、PDB ID:1F
FK、1FFZ、1FGO、1JJ2、1K73、1K
C8、1K8A、1KD1、または1K9Mの登録番号
の下で登録された原子座標、あるいはディスク番号1の
コンパクトディスクに含まれる原子座標いずれかの少な
くとも一部分を使用した相同性モデリングによって生成
される。別の実施形態において、原子座標は、Prot
ein Data Bankに、PDB ID:1FF
K、1FFZ、1FGO、1JJ2、1K73、1KC
8、1K8A、1KD1、または1K9Mの登録番号の
下で登録された原子座標、あるいはディスク番号1のコ
ンパクトディスクに含まれる原子座標のいずれかの少な
くとも一部分を使用した分子置換によって生成される。
【0045】好ましい実施形態において、原子座標は、
病原体(例えば、原核生物)のリボソームまたはリボソ
ームサブユニット間で保存される残基、そして必要に応
じて、しかしより好ましくは、宿主生物(例えば、ヒ
ト)のリボソームまたはリボソームサブユニットにはま
た存在しない残基を規定する。別の好ましい実施形態に
おいて、原子座標は、原核生物(例えば、細菌)のリボ
ソームまたはリボソームサブユニット間で保存される残
基、そして必要に応じて、しかしより好ましくは、真核
生物(例えば、哺乳動物、より好ましくは、ヒト)のリ
ボソームサブユニットにはまた存在しない残基を規定す
る。この情報は、例えば、1つ以上の分子モデルの使用
を介して使用され、新規の分子(例えば、病原体(例え
ば、細菌)におけるタンパク質合成を中断するが、宿主
細胞(例えば、ヒト)におけるタンパク質合成を中断し
ないか、またはそうでなければ、この合成に実質的に影
響を及ぼさないタンパク質合成インヒビター)を開発す
るために利用され得る合理的な薬物設計の標的を同定し
得る。
【0046】別の局面において、本発明は、合理的な薬
物設計を介した、新規の分子の設計、試験および精密化
のための種々の方法を提供する。例えば、本発明は、
(a)リボソームの大リボソームサブユニットのリボフ
ァンクショナル位置を有するモデル(例えば、分子モデ
ル)を提供する工程であって、ここで、このモデルが、
少なくとも約4.5Å、より好ましくは、少なくとも約
3.0Å、そしてより好ましくは、約2.4Åまでの分
解能を有する電子密度地図から誘導される原子の空間配
置によって規定される工程;および(b)このモデルを
使用して、リボファンクショナル位置に相補的な表面を
有する候補分子を同定する工程を包含する方法を提供す
る。好ましくは、この候補分子は、リボソームの大サブ
ユニットのリボファンクショナル位置を立体化学的に内
部適合させ(interfit)、そしてより好ましく
は、この位置に結合する。
【0047】好ましい実施形態において、この方法は、
1つ以上のさらなる以下の工程:このような方法におい
て同定された候補分子を生成する工程;生成された場
合、この候補分子が、リボソーム活性を調節(例えば、
誘導または減少)するか否かを決定する工程;改変され
た分子を同定する工程;この改変された分子を生成する
工程;生成された場合、この改変された分子が、リボソ
ーム活性を調節するか否かを決定する工程;および、単
独または薬学的に受容可能なキャリアと組み合わせての
いずれかの使用のために、改変された分子を生成する工
程を包含する。この候補分子および/または改変された
分子は、抗生物質または抗生物質のアナログ(例えば、
マクロライド抗生物質またはマクロライドアナログ)で
あり得る。
【0048】好ましい実施形態において、このような方
法において使用されるリボファンクショナル位置は、リ
ボソームサブユニットにおいて、活性部位の少なくとも
一部分を含む。別の好ましい実施形態において、このリ
ボファンクショナル位置は、1つ以上の以下:ペプチジ
ルトランスフェラーゼ部位(表5Aまたは表5Bにおい
て示される複数の残基によって規定され得る部分);A
部位(表6Aまたは表6Bにおいて示される複数の残基
によって規定され得る部分);P部位(表7Aまたは表
7Bにおいて示される複数の残基によって規定され得る
部分);ポリペプチド出口トンネル(表8A、表8B、
表9、表10において示される複数の残基によって規定
され得る部分);あるいは抗生物質結合ドメイン(表1
1A、表11B、表12A、表12B、表13A、表1
3B、表14A、表14B、表15A、表15B、表1
6A、表16B、表17A、表17B、表18A、表1
8B、表19A、表19B、表20Aまたは表20Bに
おいて示される複数の残基によって規定され得る部分)
の少なくとも一部分によって規定される。このリボファ
ンクショナル位置は、リボソームRNAの原子、1つ以
上のリボソームタンパク質の原子、またはリボソームR
NAおよび1つ以上のリボソームタンパク質との組み合
わせの原子によって規定され得る。
【0049】別の好ましい実施形態において、原子座標
は、電子形態における分子モデルを生成するために使用
される。原子座標は、好ましくは、分子モデリングによ
って生成される。別の実施形態において、原子座標は、
Protein DataBankに、PDB ID:
1FFK、1FFZ、1FG0、1JJ2、1K73、
1KC8、1K8A、1KD、または1K9Mの登録番
号の下で登録された原子座標、あるいはディスク番号1
のコンパクトディスクに記録された原子座標の少なくと
も一部分を使用した相同性モデリングによって生成され
る。別の実施形態において、原子座標は、Protei
n Data Bankに、PDBID:1FFK、1
FFZ、1FG0、1JJ2、1K73、1KC8、1
K8A、1KD1、または1K9Mの登録番号の下で登
録された原子座標、あるいはディスク番号1のコンパク
トディスクに含まれる原子座標の少なくとも一部分を使
用した分子置換によって生成される。
【0050】好ましい実施形態において、原子座標は、
病原体(例えば、原核生物)のリボソームまたはリボソ
ームサブユニットの間で保存される残基、あるいは宿主
生物(例えば、ヒト)のリボソームまたはリボソームサ
ブユニットにはまた存在しない残基を規定し得る。別の
好ましい実施形態において、原子座標は、原核生物(例
えば、細菌)のリボソームまたはリボソームサブユニッ
トの間で保存される残基、あるいは、必要に応じて、真
核生物(例えば、哺乳動物、より好ましくは、ヒト)の
リボソームまたはリボソームサブユニットにはまた存在
しない残基を規定し得る。この情報は、例えば、1つ以
上の分子モデルの使用を介して使用され、新規の分子
(例えば、病原体(例えば、細菌)においてはタンパク
質合成を中断するが、宿主生物(例えば、ヒト)におい
てはタンパク質合成を中断しないか、またはそうでなけ
れば、実質的にタンパク質合成に影響を及ぼさないタン
パク質合成インヒビター)を開発するために利用され得
る合理的な薬物設計のための標的を同定し得る。
【0051】好ましい実施形態において、このコンピュ
ータシステムは、ProteinData Bankに
以下の登録番号PDB IDの下で登録された原子座
標、またはディスク番号1のコンパクトディスクに記録
された原子座標の少なくとも一部分をさらに含む:1F
FK(大リボソームサブユニット)、1FFZ(CCd
A−p−Puroと複合体化した大リボソームサブユニ
ット)、1FG0(アミノアシルtRNAの小ヘリック
スアナログと複合体化した大リボソームサブユニッ
ト)、1JJ2(大リボソームサブユニット)、1K7
3(アニソマイシンと複合体化した大リボソームサブユ
ニット)、1KC8(ブラスチシジンと複合体化した大
リボソームサブユニット)、1K8A(カルボマイシン
と複合体化した大リボソームサブユニット)、1KD1
(スピラマイシンと複合体化した大リボソームサブユニ
ット);または1K9M(チロシンと複合体化した大リ
ボソームサブユニット)。
【0052】別の局面において、本発明は、以下を備え
るコンピュータシステムを提供する:(a)タンパク質
合成インヒビターが、リボソームの大サブユニットのリ
ボファンクショナル位置と相互作用する場合に、このタ
ンパク質合成インヒビターの少なくとも一部分を規定す
る電子密度地図から誘導される原子座標を示す、メモリ
内に保存されたデータを有するメモリ;および(b)こ
のメモリと電気的に連通しているプロセッサであって、
このタンパク質合成インヒビターの少なくとも一部分を
表わす3次元モデルを生成するためのプログラムを備え
る、プロセッサ。好ましい局面において、このコンピュ
ータシステムは、この分子モデルの視覚表示を提供する
ためのデバイス(例えば、コンピュータモニタまたはタ
ーミナル)をさらに備える。別の好ましい実施形態にお
いて、このプロセッサは、合理的な薬物設計を容易にす
るための1つ以上のプログラムをさらに供える。
【0053】好ましい実施形態において、この原子座標
は、タンパク質合成インヒビター(例えば、抗生物質、
より詳細には、リボファンクショナル位置と複合体化し
た、アニソマイシン、ブラスチシジン、カルボマイシン
A、スパルソマイシン、スピラマイシン、チロシン、ヴ
ァージニアマイシンM、アジスロマイシン、リネゾリ
ド、およびエリスロマイシンからなる群より選択される
抗生物質)の少なくとも一部分をさらに規定する。好ま
しい実施形態において、このリボファンクショナル位置
は、リボソームの活性部位の少なくとも一部分(例え
ば、(i)ペプチジルトランスフェラーゼ部位、(i
i)A部位、(iii)P部位、(iv)ポリペプチド
出口トンネルの1つ以上の少なくとも一部分)を含む。
【0054】より詳細には、本発明は、大リボソームサ
ブユニットと相互作用する抗生物質の原子座標を提供す
る。これらの原子座標は、ディスク番号1のコンパクト
ディスクに記録されており、そして以下のように対応す
る:アニソマイシンと複合体化した大リボソームサブユ
ニット(ファイル名:anisomysin.pdbま
たはANISOMYC.PDB);ブラスチシジンと複
合体化した大リボソームサブユニット(ファイル名:b
lasticidin.pdbまたはBLASTIC
I.PDB);カルボマイシンと複合体化した大リボソ
ームサブユニット(ファイル名:carbomyci
n.pdbまたはCARBOMYC.PDB);チロシ
ンと複合体化した大リボソームサブユニット(ファイル
名:tylosin.pdbまたはTYLOSIN.P
DB);スパルソマイシンと複合体化した大リボソーム
サブユニット(ファイル名:sparsomycin.
pdbまたはSPARSOMY.PDB);ヴァージニ
アマイシンMと複合体化した大リボソームサブユニット
(ファイル名:virginiamycin.pdbま
たはVIRGINIA.PDB);スピラマイシンと複
合体化した大リボソームサブユニット(ファイル名:s
piramycin.pdbまたはSPIRAMYC.
PDB);アジスロマイシンと複合体化した大リボソー
ムサブユニット(ファイル名:AZITHROM.PD
Bまたはazithromycin.pdb);または
リネゾリドと複合体化した大リボソームサブユニット
(ファイル名:LINEZOLI.PDBまたはlin
ezolid.pdb);もしくはエリスロマイシンと
複合体化した大リボソームサブユニット(ファイル名:
erythromycin.pdb)。
【0055】別の局面において、本発明は、新規のタン
パク質合成インヒビターのためのリード候補を同定する
方法を提供する。この方法は、以下の工程を包含する
(a)タンパク質合成インヒビターが、リボソームの大
サブユニットのリボファンクショナル位置と相互作用す
る場合に、このタンパク質合成インヒビターの少なくと
も一部分の分子モデルを提供する工程;および(b)こ
のモデルを使用して、リード候補を同定する工程。
【0056】別の好ましい実施形態において、この方法
は、リード候補を生成するさらなる工程を包含する。合
成後、リード候補は、生物活性(例えば、インビトロア
ッセイにおけるリボソーム活性の調節または目的の微生
物の増殖阻害)について試験され得る。このような研究
結果に基づき、構造−活性の関係を決定することが可能
であり、次いでこれは、目的の特定の性質を改善するた
めのリード候補のさらなる改変を設計するために用いら
れる。次いで、改変されたリード化合物は、これまでと
同様に生成され、そして生物学的活性についてアッセイ
され得る。一旦、目的の化合物が設計され、合成され、
そして活性について試験されると、次いで、これは、薬
品としての使用のために商業的に適した量で製造され得
る。
【0057】好ましい実施形態において、出発分子(す
なわち、タンパク質合成インヒビター)、リード化合
物、および最後から2番目の化合物(penultim
atecompound)は、抗生物質または抗生物質
のアナログである。別の実施形態において、リード化合
物および最後から2番目の化合物はまた、ハイブリッド
抗生物質(すなわち、第一の抗生物質の一部分および第
二の異なる抗生物質の一部分を含む抗生物質)である。
【0058】別の好ましい実施形態において、本発明の
実施に用いられる分子モデルは、アニソマイシン、ブラ
スチシジン、カルボマイシンA、スパルソマイシン、ス
ピラマイシン、チロシン、ヴァージニアマイシンM、ア
ジスロマイシン、リネゾリド、またはエリスロマイシン
からなる群より選択される抗生物質のモデルである。こ
のモデルは好ましくは、ディスク番号1のコンパクトデ
ィスクに以下のファイル名で記録されている原子座標の
一部分を含む:anisomycin.pdb、bla
sticidin.pdb、carbomycin.p
db、sparsomycin.pdb、spiram
ycin.pdb、tylosin.pdb、virg
iniamycin.pdb、ANISOMYC.PD
B、BLASTICI.PDB、CARBOMYC.P
DB、SPARSOMY.PDB、SPIRAMYC.
PDB、TYLOSIN.PDB、VIRGINIA.
PDB、AZITHROM.PDB、LINEZOL
I.PDB、azithromycin.pdb、li
nezolid.pdb、またはerythromyc
in.pdb。別の好ましい実施形態において、最後か
ら2番目の化合物は、アニソマイシン、ブラスチシジ
ン、カルボマイシンA、スパルソマイシン、スピラマイ
シン、チロシン、ヴァージニアマイシンM、アジスロマ
イシン、リネゾリド、またはエリスロマイシンからなる
群より選択される抗生物質のアナログである。
【0059】好ましい実施形態において、リボファンク
ショナル位置は、リボソームの活性部位の少なくとも一
部分(例えば、(i)ペプチジルトランスフェラーゼ部
位、(ii)A部位、(iii)P部位、(iv)ポリ
ペプチド出口トンネルの1つ以上の少なくとも一部分)
を含む。別の実施形態において、本発明の実施に用いら
れる分子モデルは、電子形態にあり、この場合、この分
子モデルは好ましくは分子モデリングにより生成され
る。
【0060】別の局面において、本発明は、標的リボソ
ームの機能を断つ新規のタンパク質合成インヒビターを
提供する。これらのインヒビターは、本明細書中で開示
されるように、容易に設計され、そして試験され得る。
【0061】本発明のタンパク質合成インヒビターの1
つの型は、以下:表面(例えば、既知の第一の分子(例
えば、大リボソームサブユニット内または大リボソーム
サブユニット上の第一の接触部位(例えば、第一のリボ
ファンクショナル位置)に結合する第一の抗生物質)の
表面を模倣するか複製する、溶媒に近づきやすい表面)
を有する第一の結合ドメイン;および表面(例えば、既
知の第二の分子(例えば、リボソームサブユニット内ま
たはリボソームサブユニット上の第二の接触部位(例え
ば、第二のリボファンクショナル位置)に結合する第二
の抗生物質)の表面を模倣するか複製する、溶媒に近づ
きやすい表面)を有する第二の結合ドメインを含む。第
一のドメインが第二のドメインに結合し、その結果、第
一のドメインおよび第二のドメインの両方が、リボソー
ムサブユニットの内部またはリボソームサブユニット上
のそれぞれの接触部位に同時に結合することを可能に
し、その結果、リボソームサブユニットにおけるタンパ
ク質合成を中断する。好ましい実施形態において、この
タンパク質合成インヒビターは、約1,500未満の分
子量、および約50μM未満、より好ましくは約10μ
M未満のIC50を有する。
【0062】タンパク質合成インヒビターの別の型は、
以下:(i)表面(例えば、既知の分子(例えば、リボ
ソームサブユニット内またはリボソームサブユニット上
の接触部位(例えば、リボファンクショナル位置)に結
合する第一の既知の抗生物質)の表面を模倣するか複製
する、溶媒に近づきやすい表面)を有する第一の結合ド
メイン;および(ii)接触部位との結合ドメインの結
合に際して、リボソームサブユニットの内部またはリボ
ソームサブユニットに隣接した空間を占有し、それによ
って、リボソームサブユニットにおけるタンパク質合成
を中断する、結合ドメインに結合した新規のエフェクタ
ードメイン、を含む、合成され、操作された分子であ
る。好ましい実施形態において、このタンパク質合成イ
ンヒビターは、約1,500未満の分子量、および約5
0μM未満、より好ましくは約10μM未満のIC50
を有する。
【0063】別の局面において、本発明は、新規のタン
パク質合成インヒビター、例えば以下の分子を提供す
る:大リボソームサブユニットのアニソマイシン結合ポ
ケットを共に規定する、表11Aにおける少なくとも3
個であるが13個未満である残基と接触し得る分子、大
リボソームサブユニットのブラスチシジン結合ポケット
を共に規定する、表12Aにおける少なくとも3個であ
るが10個未満である接触残基と接触し得る分子、大リ
ボソームサブユニットのカルボマイシンA結合ポケット
を共に規定する、表13Aにおける少なくとも3個であ
るが16個未満である接触残基と接触し得る分子、大リ
ボソームサブユニットのチロシン結合ポケットを共に規
定する、表14Aにおける少なくとも3個であるが20
個未満である残基と接触し得る分子、大リボソームサブ
ユニットのスパルソマイシン結合ポケットを共に規定す
る、表15Aにおける少なくとも3個であるが9個未満
である残基と接触し得る分子、大リボソームサブユニッ
トのヴァージニアマイシンM結合ポケットを共に規定す
る、表16Aにおける少なくとも3個であるが13個未
満である残基と接触し得る分子、大リボソームサブユニ
ットのスピラマイシン結合ポケットを共に規定する、表
17Aにおける少なくとも3個であるが15個未満であ
る残基と接触し得る分子、大リボソームサブユニットの
エリスロマイシン結合ポケットを共に規定する、表18
Aにおける少なくとも3個であるが13個未満である残
基と接触し得る分子、大リボソームサブユニットのアジ
スロマイシン結合ポケットを共に規定する、表19Aに
おける少なくとも3個であるが11個未満である残基と
接触し得る分子、または大リボソームサブユニットのリ
ネゾリド結合ポケットを共に規定する、表20Aにおけ
る少なくとも3個であるが15個未満である残基と接触
し得る分子。この接触残基は、目的の抗生物質とファン
デルワールス接触している大リボソームサブユニット中
の残基である。
【0064】なお別の局面において、本発明は、タンパ
ク質合成インヒビター、例えば、以下の分子を提供す
る:大リボソームサブユニットのアニソマイシン結合ポ
ケットを共に規定するが、アニソマイシン分子中に存在
する1つ以上の原子を欠く、表11Aにおける複数の残
基と接触し得る分子(その原子座標は、ディスク番号1
にファイル名ANISOMYC.PDBの下で記録され
ている);大リボソームサブユニットのブラスチシジン
結合ポケットを共に規定するが、ブラスチシジン分子中
に存在する1つ以上の原子を欠く、表12Aにおける複
数の残基と接触し得る分子(その原子座標は、ディスク
番号1にファイル名BLASTICI.PDBの下で記
録されている);大リボソームサブユニットのカルボマ
イシンA結合ポケットを共に規定するが、カルボマイシ
ンA中に存在する1つ以上の原子を欠く、表13Aにお
ける複数の残基と接触し得る分子(その原子座標は、デ
ィスク番号1にファイル名CARBOMYC.PDBの
下で記録されている);大リボソームサブユニットのチ
ロシン結合ポケットを共に規定するが、チロシン中に存
在する1つ以上の原子を欠く、表14Aにおける複数の
残基と接触し得る分子(その原子座標は、ディスク番号
1にファイル名TYLOSIN.PDBの下で記録され
ている);大リボソームサブユニットのスパルソマイシ
ン結合ポケットを共に規定するが、スパルソマイシン中
に存在する1つ以上の原子を欠く、表15Aにおける複
数の残基と接触し得る分子(その原子座標は、ディスク
番号1にファイル名SPARSOMY.PDBの下で記
録されている);大リボソームサブユニットのヴァージ
ニアマイシンM結合ポケットを共に規定するが、ヴァー
ジニアマイシンM中に存在する1つ以上の原子を欠く、
表16Aにおける複数の残基と接触し得る分子(その原
子座標は、ディスク番号1にファイル名VIRGINI
A.PDBの下で記録されている);大リボソームサブ
ユニットのスピラマイシン結合ポケットを共に規定する
が、スピラマイシン中に存在する1つ以上の原子を欠
く、表17Aにおける複数の残基と接触し得る分子(そ
の原子座標は、ディスク番号1にファイル名SPIRA
MYC.PDBの下で記録されている);大リボソーム
サブユニットのエリスロマイシン結合ポケットを共に規
定するが、エリスロマイシン中に存在する1つ以上の原
子を欠く、表18Aにおける複数の残基と接触し得る分
子(その原子座標は、ディスク番号1にファイル名er
ythromycin.pdbの下で記録されてい
る);大リボソームサブユニットのアジスロマイシン結
合ポケットを共に規定するが、アジスロマイシン中に存
在する1つ以上の原子を欠く、表19Aにおける複数の
残基と接触し得る分子(その原子座標は、ディスク番号
1にファイル名azithromycin.pdbの下
で記録されている);または大リボソームサブユニット
のリネゾリド結合ポケットを共に規定するが、リネゾリ
ド中に存在する1つ以上の原子を欠く、表20Aにおけ
る複数の残基と接触し得る分子(その原子座標は、ディ
スク番号1にファイル名linezolid.pdbの
下で記録されている)。
【0065】本発明の前述の局面および実施形態は、以
下の図、詳細な説明および特許請求の範囲を参照して、
より完全に理解され得る。さらなる利点は、図面から明
白である。
【0066】(発明の詳細な説明) (I.定義)本明細書中で使用されるように、用語「活
性部位」は、タンパク質合成に直接関与するリボソーム
またはリボソームサブユニット上の領域(例えば、ペプ
チジルトランスフェラーゼ部位、A部位、P部位、ポリ
ペプチド出口トンネル、伸長因子結合部位および他の類
似の部位)をいう。
【0067】本明細書中で使用されるように、用語「因
子」、「リガンド」、および「リード候補」は、同義で
使用され、そしてリボソーム、リボソームサブユニット
またはリボソームフラグメントと結合または相互作用す
る任意の原子、分子または化学基をいう。従って、リガ
ンドとしては、一つの重原子、抗生物質もしくはそれら
のアナログまたは誘導体、tRNA、ペプチジルtRN
A、アミノアシルtRNAまたはシグナル認識粒子
(「SRP」)が挙げられるが、これらに限定されな
い。
【0068】本明細書中で使用されるように、「始原細
菌」は、メタンプロデューサー、硫黄依存種、および非
常に塩基性の環境または高温の環境に耐性のある多くの
種を含むモネラ界をいう。
【0069】本明細書中で使用されるように、用語「A
部位」は、ペプチド結合形成反応への関与の直前に、ア
ミノアシルtRNA分子によって占有される位置をい
う。
【0070】本明細書中で使用されるように、用語「非
対称単位」は、結晶の対称操作によって操作される場合
に、完全な結晶を再生する原子座標の最小のセットをい
う。
【0071】本明細書中で使用されるように、「少なく
とも〜の一部分」または「少なくとも〜の3次元構造の
一部分」は、リボソームまたはリボソームサブユニット
の3次元構造の一部分を意味し、このリボソームまたは
リボソームサブユニットは、少なくとも3、より好まし
くは少なくとも3〜10、そして最も好ましくは、少な
くとも10の、リボソームまたはリボソームサブユニッ
トのアミノ酸および/またはヌクレオチド残基によって
形成される荷電分布および親水性/疎水性特徴を含む。
このような部分を形成する残基は、例えば、リボソーム
RNAまたはリボソームタンパク質の一次配列の隣接す
る部分を形成する残基、すなわちリボソームまたはリボ
ソームサブユニットあるいはその組み合わせの3次元構
造の隣接する部分を形成する残基であり得る。本明細書
中で使用されるように、リボソームまたはリボソームサ
ブユニット「の3次元構造の一部分」を形成する残基
は、隣接する3次元形状を形成し、この形状の一部分を
形成する各々の原子または官能基は、40Å未満、好ま
しくは、20Å未満、より好ましくは、5〜10Å未
満、そして最も好ましくは、1〜5Å未満まで、この形
状の一部分を形成する最も近接した原子または官能基か
ら分離される。
【0072】本明細書中で使用されるように、用語「原
子座標」または「構造座標」は、リボソームまたはリボ
ソームサブユニットの結晶における原子の位置を記載す
る数学的座標(「X」値、「Y」値および「Z」値とし
て表される)をいう。結晶から得られた回折データは、
結晶の繰り返し単位の電子密度地図を計算するために使
用される。電子密度地図は、一つのリボソームサブユニ
ット内の個々の原子の位置を確立するために使用され
る。当業者は、X線結晶学によって決定された一組の構
造座標が、標準誤差を有することを理解する。本発明の
目的のために、2つのリボソーム、リボソームサブユニ
ット、またはそれらの一部分の構造は、それらが以下の
2つの試験の1つを満たす場合に同一であるとみなされ
る。第1の試験においては、任意の供給源由来のリボソ
ームまたはリボソームサブユニットについての構造座標
のセットが、Research Collaborat
ory for Structural Bioinf
ormatics(RCSB)Protein Dat
a Bank(PDB)(Bermanら(2000)
Nucleic Acids Research 2
8,235−242;http://www.rcs
b.org/pdb/)に、登録番号PDB ID:1
FFK;PDB ID:1FFZ;PDB ID:1F
G0;PDB ID:1JJ2;PDB ID:1K7
3;PDB ID:1KC8;PDB ID:1K8
A;PDB ID:1KD1;またはPDB ID:1
K9Mで登録された原子座標、またはディスク1の1に
含まれる原子座標の非水素原子位置上に重ね合わせた場
合、約2.0Å未満(またはより好ましくは約0.75
Å未満)の非水素原子の根二乗平均偏差を有する場合
に、構造は同一であるとみなされる。前述の各々の開示
は、本明細書中でその全体において参考として援用され
る。第2の試験においては、試験化構造中の原子のセッ
トと参照構造中の原子の対応するセットとの間のr.
m.s.偏差が、2.0Å未満である場合に、構造は同
一であるとみなされる。この試験の目的のために、参照
構造中の原子のセットは、PDBにPDB ID:1J
J2の登録番号の下に登録された構造、またはディスク
1の1にファイル名1jj2.rtfとして含まれる構
造の631−633、835−841、844−84
6、882−885、1836−1839、2095−
2105、2474−2478、2485−2490、
2528−2530、2532−2543、2607−
2612、2614−2623、2642−2648と
して以下に列挙される一連の23S rRNA残基の中
の少なくとも5つを含む。試験構造中の上記で列挙され
る残基に対応する残基は、プログラムLasergen
e v.5.0(DNA Star,Inc.,Mad
ison,WI)をデフォルト設定で使用する、配列ア
ラインメントにより同定される。具体的には、このコン
ピュータプログラムは、Haloarculamari
smortui 23S rRNA配列中の上記で列挙
された残基と、試験生物のrRNA中の残基とを整列さ
せるために用いられる。一旦、整列されると、試験生物
のrRNA中の対応する残基が同定される。試験構造中
の原子の骨格原子の原子座標(P、C5’、05’、C
4’、C3’、03’)は、プログラムMIDAS P
lus(Ferrin et al.(1998)J.
Mol.Graphics 6:13−27および36
−37)を用いて、参照構造の対応する骨格原子(P、
C5’、05’、C4’、C3’、03’)上に重ね合
わせられる。MIDAS Plusにより決定される場
合、重ね合わせ後のこれら2つの原子間のr.m.s.
偏差が、2.0Å未満である場合に、試験構造および参
照構造は同一であるとみなされる。
【0073】RCSB Protein Data B
ankに登録された原子座標またはコンパクトディスク
に記録されたファイルのように本明細書中に含まれる原
子座標のリストにおいて、用語「原子座標」または構造
座標は、各々X、Y、ZおよびBを含むProtein
Data Bank(PDB)フォーマットにおける
構造中の原子の測定された位置をいう。用語「原子型」
は、座標が測定されたエレメントをいう。縦列の最初の
文字は、エレメントを規定する。用語「X」、「Y」、
「Z」は、選択された結晶学的原点に関して測定された
エレメントの結晶学的に規定された原子位置をいう。用
語「B」は、平均位置に関して、原子の位置の平均変化
を測定する温度因子をいう。
【0074】本明細書とともに含まれ、そしてコンパク
トディスク(1つのオリジナルのコンパクトディスクお
よびオリジナルのコンパクトディスクの複製コピーを含
む合計2つのコンパクトディスク)で提出される原子座
標および関連する表に対する参照がなされる。ディスク
番号1は、39個のファイルを含む。ディスク番号1
は、大リボソームサブユニットを規定する原子座標のフ
ァイルを示すPDB1FFK.DOCおよびPDB1F
FK.ENTとして同定されるファイルを含み;大リボ
ソームサブユニット−CCdA−p−Puro複合体を
規定する原子座標のファイルを示すPDB1FFZ.D
OCおよびPDB1FFZ.ENTとして同定されるフ
ァイルを含み;そして大リボソームサブユニット−aa
−tRNA−アナログ複合体を規定する原子座標のファ
イルを示すPDB1FGO.DOCおよびPDB1FG
O.ENT;完全に精密化された大リボソームサブユニ
ットを規定する原子座標のファイルを示す1JJ2.R
TFおよび1JJ2.TXT;それぞれ、アニソマイシ
ン、ブラスチシジン、カルボマイシン、スパルソマイシ
ン、スピラマイシン、チロシンおよびヴァージニアマイ
シンに結合した大リボソームサブユニットを規定する原
子座標のファイルを示すanisomycin.pd
b、blasticidin.pdb、carbomy
cin.pdb、sparsomycin.pdb、s
piramycin.pdb、tylosin.pdb
およびvirginiamycin.pdbとして同定
されるファイル;3つのフォルダ(FOLDERAは、
1JJ2PDB(これは、大リボソームサブユニットを
規定する、より高度に精密化された座標のファイルを示
す)として同定されるファイルを含み、FOLDERB
は、ANISOMYC.PDB、BLASTICI.P
DB、CARBOMYC.PDB、SPARSOMY.
PDB、SPIRAMYC.PDB、TYLOSIN.
PDB、およびVIRGINIA.PDB(これらは、
それぞれ、アニソマイシン、ブラスチシジン、カルボマ
イシン、スパルソマイシン、スピラマイシン、チロシ
ン、およびヴァージニアマイシンに結合する大リボソー
ムサブユニットを規定する、精密化された座標のファイ
ルを示す)として同定されるファイルを含み、FOLD
ERCは、AZITHROM.PDBおよびLINEZ
OLI.PDB(これらは、それぞれ、アジスロマイシ
ンおよびリネゾリドに結合する大リボソームサブユニッ
トを規定する、精密化された座標のファイルを示す)と
して同定されるファイルを含む);erythromy
cin.pdb(これは、エリスロマイシンに結合する
大リボソームサブユニットを規定する座標のファイルを
示す)、ならびにazithromycin.pdbお
よびlinezolid.pdb(これは、それぞれア
ジスロマイシンおよびリネゾリドに結合する大リボソー
ムサブユニットを規定する座標のファイルを示す)とし
て同定されファイルを含む。
【0075】当業者に明らかなように、本明細書中で示
される原子構造は、その配向に関係なく、そして本明細
書中で同定された原子座標が、単に特定の大リボソーム
サブユニットの1つの可能な配向を表す。従って、本明
細書中で同定された原子座標は、それぞれの構造の相対
的な原子の位置または特徴を変化せずに、数学的に回転
され得るか、並進され得るか、率に応じて定められ得る
か、またはそれを組み合わせられ得ることが明らかであ
る。このような数学的操作は、本明細書中で採用される
ことが意図される。
【0076】本明細書中で使用されるように、用語「〜
誘導された原子座標」および「〜誘導された原子」は、
電子密度地図から直接的または間接的のいずれかで誘導
された原子座標または原子をいう。電子密度地図から
「直接的に」誘導された原子座標または原子は、従来の
結晶学的技術および/または分子モデル技術を使用する
ことによって、電子密度地図から同定されるか、および
/または電子密度地図に適合される原子座標または原子
をいい、従って、一次的な原子座標または原子であると
みなされ得ることが理解される。電子密度地図から「間
接的に」誘導された原子座標または原子は、一次的な原
子座標または原子から誘導される原子座標あるいは一次
的な原子座標または原子から誘導される原子をいい、従
って、一次的な原子座標または原子の誘導体あるいは一
次的な原子座標または原子の変形体であり、従って、二
次的な原子座標または原子であるとみなされ得ることが
理解される。二次的な原子座標または原子は、従来の分
子モデリング技術を使用することによって、一次的な原
子座標または原子から生成され得る。非限定的な例示の
目的で、以下に記載される通り、H.marismor
tuiの大リボソームサブユニットについての原子座標
は、一次的な座標であるとみなされ、一方、分子モデリ
ング(例えば、相同性モデリングおよび/または分子置
換を含む)によって、H.marismortuiの原
子座標から誘導され得る哺乳動物の大リボソームサブユ
ニットの原子座標は、二次的な座標であるとみなされ得
る。原子座標および原子の両方の型は、本発明によって
採用されるとみなされる。
【0077】本明細書中で使用されるように、用語「結
合する(bind)」、「結合(している)(bind
ing)」、「結合した(bound)」、「結合(b
ond)」または「結合した(される、された)(bo
nded)」は、原子、分子または化学基の会合に関し
て使用される場合、2つ以上の原子、分子または化学基
の任意の物理的な接触または会合をいう(例えば、リボ
ソームサブユニットとのリガンドの結合は、リガンドと
リボソームサブユニットとの間の物理的な接触をい
う)。このような接触および会合としては、相互作用の
共有結合型および非共有結合型が挙げられる。
【0078】本明細書中で使用されるように、用語「複
合体」または「複合体化した」は、より高い次数(or
der)の構造(例えば、リガンドに結合した50Sリ
ボソームサブユニット)を得るための2つ以上の分子の
集合をいう。
【0079】本明細書中で使用されるように、用語「計
算機化学」は、分子の物理的性質おおよび化学的性質の
計算をいう。
【0080】本明細書中で使用されるように、用語「結
合した系」は、電子が、系の全体に完全に非局在化する
ように、空間的に配置された2を超える二重結合をい
う。芳香族残基は、結合した二重結合系を含む。
【0081】本明細書中で使用されるように、用語「共
有結合」または「原子価結合」は、結合した原子によっ
て、通常2つ一組での電子の共有によって生成された分
子における2つの原子間の化学結合をいう。
【0082】本明細書中で使用されるように、用語「結
晶」は、X線を回折する分子の任意の3次元に整列した
アレイをいう。
【0083】本明細書中で使用されるように、「結晶学
的起点」は、結晶学的な対称操作に関して、単位格子に
おける基準点をいう。
【0084】本明細書中で使用されるように、用語「伸
長因子結合ドメイン」は、伸長因子(例えば、伸長因
子、EF−TuおよびEF−Gを含む)と直接相互作用
するリボソームの領域をいう。
【0085】本明細書中で使用されるように、用語「E
部位」は、ペプチド結合形成に関与した後にリボソーム
を離れる脱アシル化tRNAによって占有される位置を
いう。
【0086】本明細書中で使用されるように、用語「重
原子誘導体化」は、リボソームおよびリボソームサブユ
ニットならびにその複合体の結晶の「重原子誘導体」と
しても公知である、化学的に改変された形態を生成する
方法をいう。実際には、結晶を、結晶を通って拡散し
得、そしてリボソームまたはリボソームサブユニットに
結合し得る重金属原子塩または有機金属化合物(例え
ば、塩化水銀、リン酸エチル水銀、ペンタミン(pen
tamine)オスミウムまたはペンタミンイリジウ
ム)を含む溶液に浸漬する。結合した重金属原子の位置
は、浸漬された結晶のX線回折分析によって決定され得
る。この情報は、順に、複合体の3次元構造を構築する
ために使用される位相情報を生成するために使用される
(Blundellら(1976)前出)。
【0087】本明細書中で使用されるように、用語「ホ
モログ」は、以下の任意の1つまたは組み合わせ:
(i)リボソームまたはリボソームサブユニットから単
離されたかまたは単離され得る任意のタンパク質(すな
わち、リボソームタンパク質)、(ii)リボソームま
たはリボソームサブユニットから単離されたかまたは単
離され得る任意の核酸(すなわち、リボソームRN
A)、(iii)すべてのデフォルトパラメータを実行
するコンピュータプログラム「BLAST」2.1.1
版を使用して決定される通り、E.coliまたはRa
ttus norvegicusから単離されたリボソ
ームタンパク質に、少なくとも25%の配列同一性を有
する任意のタンパク質、あるいは(iv) すべてのデ
フォルトパラメータを実行するコンピュータプログラム
「BLAST」2.1.1版を使用して決定される通
り、E.coliまたはRattus norvegi
cusから単離されたリボソームタンパク質に、少なく
とも30%の配列同一性を有する任意のタンパク質、を
意味することが理解される。「BLAST」2.1.1
版は、http://www/ncbi.nlm.ni
h.gov/BLAST/のワールドワイドウェブを介
して入手可能であり、そして利用可能であるか、または
独立型のコンピュータ上で、完全に実行できるプログラ
ムとして局部的に作動され得る。
【0088】本明細書中で使用されるように、用語「相
同性モデリング」は、ホモログについて既存の3次元構
造から、高分子の3次元構造についてのモデルを誘導す
る実行をいう。相同性モデルは、目的の分子の配列が、
公知の構造の分子の配列と同一ではない位置で、残基の
同一性の変更を可能にするコンピュータシステムを使用
して得られる。
【0089】本明細書中で使用されるように、用語「水
素結合」は、2つの負に帯電した原子(OまたはNのい
ずれか)をいい、これらの原子は、一方と相互作用しな
がら、ただ1つの原子に共有結合する水素を共有する。
【0090】本明細書中で使用されるように、用語「疎
水性相互作用」は、2つの疎水性残基によって形成され
る相互作用をいう。
【0091】本明細書中で使用されるように、用語「I
50」または「阻害濃度50」は、目的の生物学的プ
ロセスの活性(細胞生存性および/またはタンパク質翻
訳活性を含むがこれらに限定されない)の50%を阻害
する分子の濃度を意味すると理解される。
【0092】本明細書中で使用されるように、リボソー
ムタンパク質は、「LX」または「SX」と示され、こ
こで、Lは、「大サブユニット」を表し;Sは、「小サ
ブユニット」を表し;そしてどちらの場合にもXは整数
である。
【0093】本明細書中で使用されるように、用語「M
IR」は、多重同形置換をいい、これは、重原子化合物
で処理した結晶から、位相情報を誘導するために使用さ
れる技術である。
【0094】本明細書中で使用されるように、用語「分
子グラフィック(ス)」は、原子の3次元表示(好まし
くは、コンピュータスクリーン上での)をいう。
【0095】本明細書中で使用されるように、用語「分
子モデル」または「分子構造」は、特定の物体内部の原
子の3次元配置(例えば、リボソームまたはリボソーム
サブユニットを含む原子の3次元構造、およびリボソー
ムまたはリボソームサブユニットと相互作用するリガン
ド、特に、大リボソームサブユニットと相互作用するリ
ガンド、より特に、50Sリボソームサブユニットと相
互作用するリガンドを含む原子の3次元構造)をいう。
【0096】本明細書中で使用されるように、用語「分
子モデリング」は、1つ以上のモデルを作成するため
に、そして必要に応じて、リガンドの構造活性関係につ
いての予測を立てるために、コンピュータを用いるかま
たは用いずに実行され得る方法または手順をいう。分子
モデリングにおいて使用される方法は、分子グラフィッ
クから計算機化学に及ぶ。
【0097】本明細書中で使用されるように、用語「分
子置換」は、未知の結晶の観察された回折パターンを最
良に説明するために、未知のリボソームの結晶の単位格
子において、本発明に記載された原子座標を修正し、そ
して配置することによって、原子座標が既知ではないリ
ボソームまたはリボソームサブユニットのモデルの作成
に関わる方法をいう。次いで、このモデルから位相が計
算され得、そして観察された振幅と組み合わされ得、未
知のリボソームまたはリボソームサブユニットの原子座
標を与える。この型の方法は、例えば、The Mol
ecularReplacement Method
(Rossmann,M.G.、編)、Gordon&
Breach,New York,(1972)に記載
される。
【0098】本明細書中で使用されるように、「非共有
結合」は、原子および/または分子間の共有結合の形成
に関与しない原子および/または分子間の相互作用をい
う。
【0099】本明細書中で使用されるように、用語「ペ
プチジルトランスフェラーゼ部位」は、ペプチド結合が
合成される大サブユニットの位置をいう。
【0100】本明細書中で使用されるように、用語「ポ
リペプチド出口トンネル」は、ペプチジルトランスフェ
ラーゼ部位からリボソームの外部へ、大リボソームサブ
ユニットを通過するチャネルをいい、新規に合成された
ペプチドが通過する。
【0101】本明細書中で使用されるように、用語「タ
ンパク質合成インヒビター」は、リボソームにおいて、
タンパク質合成またはポリペプチド合成を減じ得るか、
阻害し得るか、またはそうでなければ中断し得る任意の
分子をいう。
【0102】本明細書中で使用されるように、用語「P
部位」は、ペプチド結合形成反応に関与するときに、ペ
プチジルtRNAによって占有される位置をいう。
【0103】本明細書中で使用されるように、用語「リ
ボファンクショナル位置」は、リボソームもしくはリボ
ソームサブユニットの内部でのタンパク質合成もしくは
ポリペプチド合成、および/あるいはリボソーム外のタ
ンパク質もしくはポリペプチドの輸送またはリボソーム
外のタンパク質もしくはポリペプチドの移動に、能動的
または受動的のいずれかで関与するリボソームまたはリ
ボソームサブユニットの領域をいう。リボファンクショ
ナル位置としては、例えば、ペプチジルトランスフェラ
ーゼ部位、A部位、P部位、E部位、伸長因子結合ドメ
イン、ポリペプチド出口トンネルおよびシグナル認識粒
子(SRP)結合ドメインが挙げられる。リボファンク
ショナル位置が、特定のトポロジーのみならず、原子
(例えば、水素結合に関与し(例えば、プロトンドナー
および/またはアクセプター)、特定の静電的特性およ
び/または親水性特徴もしくは疎水性特徴を有する原
子)によって規定された粒子の表面化学もまた有するこ
とが理解される。
【0104】本明細書中で使用されるように、用語「リ
ボソームサブユニット」は、タンパク質合成の初期段階
の間に、独立して機能し得るリボソームの2つのサブユ
ニットのうちの1つをいうが、両方が一緒にリボソーム
を構築する。例えば、原核生物リボソームは、50Sサ
ブユニット(大サブユニット)および30Sサブユニッ
ト(小サブユニット)を含む。
【0105】本明細書中で使用されるように、用語「リ
ボソーム」は、大リボソームサブユニットおよび小リボ
ソームサブユニットを含む複合体をいう。
【0106】本明細書中で使用されるように、用語「シ
グナル認識粒子結合ドメイン」は、シグナル認識粒子と
直接相互作用するリボソームの位置をいう。
【0107】本明細書中で使用されるように、用語「空
間群」は、結晶の対称エレメントの配置をいう。
【0108】本明細書中で使用されるように、用語「対
称操作」は、別の非対称単位の対応する原子上に、非対
称単位の原子を配置する所定の空間群における操作をい
う。
【0109】本明細書中で使用されるように、用語「双
晶である」は、すべての回折パターンを重ね合わせると
いった方法で、有意に配向が異なる同じ対称の微小なド
メインを含む、単一の巨視的な結晶をいう。双晶の結晶
において、モザイク塊またはドメインは、いくつかはあ
る方向に向いており、そして他のものは、第二の明確に
区別される方向に向いているように配向され、そしてこ
れらの方向は、塊の1つの群によって生成される回折パ
ターンが、他の群の回折パターンのちょうど上に来るよ
うな方向である。
【0110】本明細書中で使用されるように、用語「双
晶ではない」は、ドメインが整列した結晶格子をいう。
このドメインはまた、「モザイク塊」としても公知であ
る。大半の結晶は、モザイク塊の集合であるかのように
回折する。これは、より大きな結晶(これは、全体的に
は、あまり良好には整列していない)の内部の小さい、
完全に整列された領域であると考えられ得、。各々の塊
は、他のすべてと同じ対称および単位格子充填を有す
る。
【0111】本明細書中で使用されるように、用語「単
位格子」は、基本的な平行六面体形状の塊をいう。結晶
の全体の大きな塊は、このような塊の規則正しい集合に
よって構築され得る。各々の単位格子は、パターンの単
位の完全な表示、すなわち、結晶を築き上げる反復を含
む。
【0112】(II.大リボソームサブユニットの構造
および使用) (A.2.4Åの分解能、初期精密化での大リボソーム
サブユニットの原子構造)本発明は、リボソームの結晶
を調製するための新規の方法の開発に一部基づく。新規
の方法は、以前に入手された結晶よりもさらに厚く、そ
して約2.4Åの分解能までX先を回折し得る50Sリ
ボソームサブユニットの結晶を提供する。この方法は、
長年H.marismortui由来の50Sリボソー
ムサブユニットの結晶構造の決定の進歩を妨げた双晶の
結晶を排除する。50Sリボソームサブユニットの結晶
を調製する方法を、以下に議論する。
【0113】本発明はまた、重原子誘導体を使用して実
験的に位相を等しくした2.4Åの分解能の電子密度地
図から誘導された、H.marismortui由来の
50Sリボソームサブユニットの結晶の原子構造に一部
基づく。大リボソームサブユニットを規定する原子座標
は、2000年7月10日に、Research Co
llaboratory for Structura
l Bioinformatics(RCSB)Pro
tein Data Bank(PDB)(Berma
nら(2000)Nucleic Acid Rese
arch 28,235−242;http://ww
w.rcsb.org/pdb/)に、登録番号PDB
ID:1FFKの下で登録された。
【0114】さらに、本発明は、この節で簡単に要約さ
れ、そして本明細書の以下の節で詳細に議論される以下
のモデルの原子座標からの派生物に一部基づく。このモ
デルは、23S rRNAの2,923個のヌクレオチ
ドのうちの2,811個、その5S rRNAのすべて
の122個のヌクレオチド、およびサブユニット中で良
好に整列した27個のタンパク質についての構造を含
む。
【0115】5S rRNAおよび23S rRNAの
両方の二次構造は、系統発生的比較によって、その二次
構造について推論された二次構造に著しく近い。23S
rRNAの二次構造は、6つの大きなドメインに分け
られ、その各々は、非常に非対称な3次構造を有する。
これらの形状の変則にもかかわらず、ドメインは、連動
の様式でともに適合し、ほぼ等軸であるRNAの密集し
た塊を得る。タンパク質は、構造の至るところに分散
し、その表面上に主として密集するが、タンパク質合成
に対して本来機能的に重要であるサブユニットの領域
(30Sサブユニット表面、tRNAの結合領域および
ペプチジルトランスフェラーゼ活性部位)になおさら豊
富ではない。これらのタンパク質の多くの最も驚くべき
特徴は、これらのループおよび末端の伸長した不規則な
構造であり、これは、RNAヘリックスの間を貫く。サ
ブユニットにおける大半のタンパク質の主な役割は、そ
のrRNAの3次元構造の安定化のようである。
【0116】(1.50Sリボソームサブユニットの結
晶の調製および構造決定)いくつかの実験的アプローチ
は、H.marismortuiの50Sリボソームサ
ブユニットの電子密度地図の分解能を、5Åから2.4
Åに広げるために使用された(結晶の改良を含む)。逆
抽出手順は、以前に入手可能であった結晶よりも厚く、
そして2.2Åの分解能まで回折し得る再現可能に成長
する結晶のために開発された(実施例1を参照のこ
と)。手短に言えば、結晶を、沈殿したサブユニットか
ら逆抽出された結晶種を入れた溶液から、蒸気拡散によ
るハンギングドロップで、室温で成長させた。得られた
結晶は、0.5×0.5×0.2mmの最大の大きさを
有し、そして3週間後に収集した。長年進歩を妨げた双
晶の結晶(Banら(1999)前出)を、結晶の安定
化条件を調整することによって排除した(実施例1を参
照のこと)。結晶は、12% PEG6000、22%
エチレングリコール、1.7M NaCl、0.5M
NHCl、100mM 酢酸カリウム、30mM
MgClおよび1mM CdCl、pH6.2を含
む溶液への漸進的移行によって安定化され、そして液体
プロパンでフラッシュ凍結した。塩濃度を1.7M N
aCl未満に減少することによって、双晶になる結晶の
傾向が増加した。1.2Mと同程度まで低い塩濃度で
は、ほぼすべての結晶が双晶となった。
【0117】高分解能のフェージング(phasin
g)のために使用されたすべてのX線データを、Adv
anced Photon Source at Ar
gonneで収集した2つのネイティブデータセットを
使用した以外は、Brookhaven Nation
al Synchrotron Light Sour
ceで収集した(実施例2を参照のこと)(表1)。ペ
ンタミンオスミウム(132部位)誘導体およびヘキサ
ミン(hexamine)イリジウム(84部位)誘導
体が、3.2Åの分解能までの同形置換の位相情報およ
び異常分散の位相情報の両方を生成する点において最も
有効であることが証明された(実施例2を参照のこ
と)。より低い分解能で有意に寄与した結晶内部の密度
の平均化は、約5Åを超えて有用ではなかった。電子密
度地図は、CNSの溶媒フリッピング(flippin
g)手順を使用して、劇的に改良され、そしてその分解
能はついに2.4Åまで広がった(Abrahamsら
(1996)Acta Crystollogr.D
52:30;Bruengerら(1998)Acta
Crystallogr.D Biol.Crysta
llogr.54:905−921)。
【0118】
【表1】
【0119】
【表2】
【0120】ё、波長;Redun.、重複性;(
最終分解能シェル。Riso:Σ|FPH−F|/Σ
、ここでFPHおよびFは、それぞれ誘導体およ
びネイティブ構造因子の振幅である。Rsym:ΣΣ
|I(h)−I(h)i|/ΣΣ:I(h)i、ここで
(h)は反射後の強度を意味する。位相力:閉鎖の
r.m.s残余欠乏(r.m.s residual
lackof closure)により除算されたr.
m.s同形の差違。Rcull is:Σ(||FPH
|−|FH(calc)||)/Σ|FPH−F
|、ここでFPHは、誘導体の構造因子であり、そして
は、ネイティブデータの構造因子である。合計は、
中心反射(centric reflection)に
ついてのみ妥当である。FOM(figure of
merit)は、位相角度における誤差のコサインの値
を意味する。略語:MIRAS:複数の同系の置換、異
常な散乱;SD:単一波長の異常な回折;FOM:図の
真価。ディスオーダーによる不明確な領域を除いて、実
験的にフェイジングされた2.4Åの分解能の電子密度
地図は十分な質であり、その結果、タンパク質および核
酸の配列誤差の両方が、同定されそして補正され得た。
各々のヌクレオチドは、個々に適合され得、そしてAと
Gとの間の差は、プリンとピリミジンとの間の距離であ
るように、化学的配列を参照せずに、通常明らかであっ
た(図1)。
【0121】実験的電子密度地図からの原子モデルの減
算は、水およびイオンを除いて、有意な密度を残さず、
これは、このモデルが、すべての高分子の密度の説明と
なることを示す。モデルの初期精密化は、プログラムC
NSにおいて、混合された標的を使用して達成された
(Bruengerら(1998)前出)。このモデル
を、プログラムTNTを使用して、2.4Åの電子密度
地図に対する実空間においてさらに精密化した(Tro
nrud(1997)、Macromolecular
Crystallography,Part B,M
ethods In Enzymology)。そし
て、この得られたモデルは、0.33のフリーR因子を
有した。CNSを使用して、原子位置およびB因子の両
方の混合された標的の精密化の1つのさらなる繰り返し
が、以下に記載される構造を導いた。このフリーR因子
は、0.27である(表1)。
【0122】(2.配列整合(fitting)および
タンパク質の同定)23S rRNAの配列を、サルシ
ン/リシン(sarcin/ricin)ループ配列
(A2691〜A2702)から開始するヌクレオチド
によって、電子密度地図のヌクレオチドに整合させた
(E.coli番号A2654〜A2665)。この位
置は、5Åの分解能で決定された(Banら(199
9)前出)。23S rRNAの二次構造についての入
手可能な情報によって導かれるように(Gutell,
R.R.(1996),「Comparatice S
equence Analysis and the
Structure of16S and 23S r
RNA,」Ribosomal RNA.Struct
ure,Evolution,Processing,
and Function in Protein B
iosynthesis,(Dahlberg A.お
よびZimmerman B.編)、CRC Pres
s.BocaRaton,FL.111−128頁)、
残りのRNAの電子密度は、5SrRNAの配列を適切
に適応させた。タンパク質に対応するタンパク質の電子
密度の解釈は、より複雑である。なぜなら、各々のタン
パク質領域が、適切な配列がこの電子密度に整合され得
る前に化学的に同定されたが、約4,000個のアミノ
酸残基が、電子密度に整合されたからである。
【0123】H.marismortuiの50Sサブ
ユニットは、31個のタンパク質を含むようであり、そ
してSwiss−Protデータバンクには、最初は小
リボソームサブユニットと割り当てられた1つ(HMS
6またはL7ae)を含むこの31個のタンパク質のう
ちの28個のタンパク質の配列が存在する(Whitt
mann−Lieboldら(1990)前出)。3つ
の残りのタンパク質を、規準として、真核生物および他
の始原種(archeal species)由来のリ
ボソームタンパク質の配列を使用して同定した。配列デ
ータベースLXにおいて、H.marismortui
の大リボソームサブユニットタンパク質のうちの1つの
電子密度は、見出されなかった。大サブユニットに対す
るLXの割当てが誤っているか、またはLXが、サブユ
ニットののディスオーダーした領域に関連するか、ある
いはLXが、全体で試験されたサブユニットに存在しな
いかのいずれかである。
【0124】2.4Åの分解能の電子密度地図は、タン
パク質L1、L10、L11およびL12の明確な電子
密度を欠失する。これらのタンパク質の位置は、初期の
低分解能のX線研究および/または電子顕微鏡研究から
公知である。これらのタンパク質は、サブユニットの2
つの側面の隆起の成分であり、このタンパク質は両方と
も、結晶中で不完全に整列する。L1は、これらのうち
の1つの唯一のタンパク質成分であり(Oakes,
M.ら(1986),Structure,Funct
ion and Genetics of Ribos
omes,(Hardesty,B.およびKrame
r,G.編)Springer−Verlag,New
York,NY,47−67)、そしてサブユニット
の9Åの分解能の密度地図において明らかである(Ba
nら(1998)前出)が、より高い分解能の密度地図
においては明らかではない。L10、L11およびL1
2は、他の隆起の成分であり、これは、しばしばL7/
L12「茎上部(stalk)」といわれる(Oake
sら(1986)前出)。結合するL11およびRNA
は、この複合体の独立に決定された結晶構造を使用して
(Conn GLら(1999)Science 28
4:1171−1174;Wimberlyら(199
9)Cell 97:491−502)、H.mari
smortuiの大サブユニットの5Åの分解能の電子
密度地図に配置された(Banら(1999)前出)。
L11複合体を支持するRNA軸と会合するタンパク質
フラグメント(約100残基)は、2.4Åの分解能地
図において見られ得る。位置に基づいて、これは、L1
0の一部分のはずである。任意の分解能で観察されるL
12に対応する電子密度は存在しないが、L12テトラ
マーは、L10を通してリボソームに結合することが公
知であり、そしてL10/L12の会合は、いくつかの
環境下で可撓性であることが公知であり(Moller
ら(1986)Structure,Functio
n,and Genetics of Ribosom
es、前出、309−325頁)、これは、ここでのそ
の不可視性を説明し得る。
【0125】タンパク質L2、L4、L6、L14およ
びL22のユーバクテリアのホモログの構造は、以前
に、全部または一部が決定された(表2を参照のこ
と)。L2、L6およびL14は、5Åの分解能の地図
に最初は位置していた(Banら(1999)前出)。
L4およびL22が、同様に現在同定され、そして位置
決定された。残りのタンパク質の大半に対応する電子密
度は、電子密度地図から推定された鎖長および配列モチ
ーフを、既知の配列長と比較することによって割り当て
られ、これは、相対的なタンパク質の位置についての入
手可能な情報(Walleczekら(1988)EM
BO J.7:3571−3576)および23S r
RNAと5S rRNAとのタンパク質相互作用につい
ての入手可能な情報(Ostergaardら(199
8)J.Mol.Biol.284:227−240)
によって導かれた。このように同定されたタンパク質の
電子密度領域の各々は、そのアミノ酸配列によってよく
説明される。
【0126】配列類似性によって同定されるタンパク質
の一番の興味は、L7aeであり、これは、最初はL3
0eであるように見えた。L30eの同定は、もっとも
であるように見えた。なぜなら、酵母のL30の構造
は、L7aeの電子密度に整然と重ね合わされ、そして
L7aeが結合するRNAの構造が、酵母のL30に結
合するRNAの構造に類似するからである(Mao,
H.ら(1999)Nat.Struct.Biol.
6:1139−1147)。それにもかかわらず、配列
類似性からL7aeタンパク質ファミリーのメンバーで
あるHMS6の配列は、電子密度に良好に整合する。配
列類似性によって同定された他のタンパク質のうちの4
つ(L24e、L37e、L37aeおよびL44e)
は、ジンクフィンガーモチーフを含む。L37eおよび
L37aeのラットのホモログは、配列に基づいて、ジ
ンクフィンガータンパク質であると予測され(Wool
ら(1995)前出)、そしてこの予測は、H.mar
ismortuiにおけるそのホモログであるという同
定を助けた。
【0127】
【表3】
【0128】
【表4】
【0129】1番目のブロックのタンパク質は、同名の
真正細菌ホモログを有することで公知の全てのタンパク
質を含む。2番目のブロックは、真核生物ホモログのみ
を有するH.marismortui大リボソームサブ
ユニットにおいて見出されるタンパク質を列挙する(W
ittmann−Liebold et al.(19
90)前出)。それらの名前は、後に文字「e」が続
き、そうでなければ同名を有する真生細菌タンパク質と
それらと、を区別する。3番目のブロックは、H.ma
rismortui配列がまだ存在しない大サブユニッ
トタンパク質である。それらは、標準的なL名を用いて
配列相同性により同定される。以下のタンパク質のホ
モログの全てまたは一部の構造は、以前に決定されてい
る:L1(Nevskaya et al.(200
0)Struct.Fold.Des.8:363)、
L2(Nakagawa,A.et al.(199
9)EMBO J.18:1459−1467)、L4
(Wahl et al.(2000)EMBO J.
19:807−818)、L6(Goldenet a
l.(1993)EMBO J.12:4901−49
08)、L11(Conn et al.(1999)
前出;Wimberly et al.(1999)前
出;Markus et al.(1997)Natu
reStruct.Biol.4:70−77)、L1
2(Leijonmarck,M. et al.(1
980)Nature286:824−827)、L1
4(Davies et al.(1996)Stru
cture 4:55−66)、L22(Unge e
t al.(1998)Structure6:157
7−1586)、L30(Wilson et al.
(1986)Proc.Nat.Acad.Sci.U
SA 83:7251−7255)。全ての他の構造
(10を除く)は、この研究において新たに決定され
た。Ratホモログ。H.marismortuiに
対するラットの等価物は、(Mao et al.(1
999)前出)に由来する。 配列の鎖長。 コンフォメーション:glb=球状:ext=伸長。 このタンパク質と、523S rRNA、5S rRN
A、および他のタンパク質の6つのドメインとの相互作
用が特定された。(+)は、相互作用が実質的であるこ
とを意味する。(Å)は、弱い、接線の相互作用を意味
する。タンパク質名は、括弧内に示され、相互作用が弱
いか;そうでなければ相互作用が実質的であることを意
味する。 このように示される全てのエントリーは、本明細書に
記載される電子密度地図において完全に表わされていな
いタンパク質を記載する。提供される要約情報は、文献
の供給源に由来し、そして完全性のためだけに本明細書
中に含まれる。†単離においてこのタンパク質について
利用可能な構造は、本明細書で報告される伸長を含まな
い。
【0130】(3.サブユニットの総体的外観)頂部図
(crown view)において(図2を参照のこ
と)、直径約250Åである大リボソームサブユニット
には、読み手に対して、強調された表面から四方に広が
る3つの突起を有する小サブユニットと相互作用する表
面が存在する。L1を含む隆起は、2.4Åの分解能の
電子密度地図では認識できないが、独立して決定された
(Nikonovら(1996)EMBO J.15:
1350−1359)L1の構造は、より低い分解能の
地図においてほぼ位置決定され、そして読み手に向くよ
うにここに含まれる。この2つの側面の隆起を除いて、
大リボソームサブユニットが、モノリシックであること
が明らかである。トポロジー的に(topologic
ally)独立したドメインへの構造の分割の疑いはな
い。さらに、幾分、明らかなドメインのサブ構造を欠失
するが、また非常に大きいため、全体として見ることを
理解するのは不可能である。読み手に、どのようにして
組み合わせられたかの観念を伝えるために、サブユニッ
トを、その化学的成分に解体しなければならない。
【0131】(4.RNAの二次構造)少なくとも2つ
の水素結合によって安定化されたH.marismor
tuiの23S rRNAにおけるすべての塩基対は、
3.2Å未満で分離された水素結合のドナーおよびアク
セプターについての構造を検索するコンピュータプログ
ラムを使用して同定された。少なくとも2つのこのよう
な結合によって結合した塩基を、標準間の角度が45°
未満であり、そして結合と塩基標準間角度がまた、45
°未満である場合に、結合したとみなす。この分析の結
果に基づいて、二次構造の図を、23S/28S rR
NAについてのフォーマット標準で調製した(図3を参
照のこと)。系統発生的比較によってこの分子について
予測された二次構造は、非常に正確であるが、3次元対
形成のすべてを見出さず、そして保存塩基を含む相互作
用を同定できなかった。ほぼすべての型の塩基対に加え
て、RNAは、周知の二次構造モチーフ(例えば、塩基
トリプレット、テトラループおよび交差鎖のプリンスタ
ック(cross−strand purine st
ack))の多数の例を含むが、劇的な新規の二次構造
のモチーフは、これまで同定されなかった。
【0132】この23S rRNAの二次構造は、末端
のステムによって閉ざされる中央のループからなり、1
1以上の入り組んだステム−ループが四方に広がる。6
つのドメインからなるような分子を記載すること、およ
び5’末端から連続して開始されるヘリックスの軸に番
号を付すことは慣例である(図4を参照のこと)(Le
ffersら(1987)前出)。図4に示されるドメ
インへの分子の分割は、ヘリックス25に関して、標準
的な実行から逸脱し、通常、ドメインIの一部としてみ
なされる。ドメインIIに配置される。なぜなら、ドメ
インIの他のエレメントとよりも、ドメインIIとより
強力に相互作用するからである。
【0133】23S rRNA中に、10個のヌクレオ
チドよりも長い5つの配列が存在し、この23S rR
NAの構造は、ディスオーダーに起因して、2.4Åの
分解能地図から決定できない。要するに、最終モデルか
らはずされる232個のヌクレオチドのうち207の説
明となる。ディスオーダーの領域は:(1)ヘリックス
1のすべて、(2)ヘリックス38の遠位端、(3)リ
ボソームタンパク質L11が結合するヘリックス43/
44、(4)ステム−ループ69のループ末端、および
(5)L1が結合するRNA構造であるヘリックス76
/77/78である。完全性のために、これらの領域
は、系統発生的に決定された二次構造を用いて、図3
(灰色で)に含まれる。
【0134】(5.rRNAの全体構造)23S rR
NAおよび5S rRNAの6つのドメインは、それに
もかかわらず一緒に整合する、複雑で入り組んだ形状を
すべて有し、密集したモノリシックなRNAの塊を生成
する(図4(A)および4(B)を参照のこと)。従っ
て、二次構造レベルでのそのRNAの構成にもかかわら
ず、3次元においては、大サブユニットは単一の巨大な
ドメインである。この点で、小サブユニットとはまった
く異なり、この小サブユニットは、モノリシックでない
平坦な物体である。低い分解能の電子顕微鏡写真におい
てさえも、小サブユニットは、3つのドメインからな
り、これらの各々は、そのRNAの3つの二次構造ドメ
インのうちの一つを含むことが判明する(Noller
ら(1990)The Ribosome:Struc
ture,Function,and Evoluti
on、前出、73−92頁)。2つのサブユニット間の
性質の相違は、小サブユニットのより大きな構造可撓性
の必要性を反映し得る。
【0135】マッシュルームのように見えるドメインI
(図4(E)を参照のこと)は、粒子の裏、すなわちL
1領域の後ろおよび下に位置する。ドメインの細い部分
は、ドメインVIの付近に始まり、これは、第一の残基
および最後の残基が位置する場所である。ヘリックス1
および25は、裏側で粒子にわたり、次いで、ドメイン
は、L1領域の下および後ろで、より大きくより球状の
構造に伸長する。
【0136】粒子の裏面の大半を占める、6つの23S
rRNAのドメインの最も大きなドメインであるドメ
インIIは、粒子のサブユニットの界面に達する3つの
隆起を有する(図4(F)を参照のこと)。これらのう
ちの一つ(ヘリックス42〜44)は、L7/L12茎
上部のRNA部分であり、これは、伸長因子と相互作用
することが公知であり、これらの結晶中でよく整列して
いない。第二のドメインIIの隆起は、ヘリックス38
であり、これは、粒子において最も長く、分枝していな
い軸である。これは、粒子の裏側で始まり、約90°曲
がり、そしてドメインVと5S rRNAとの間の小サ
ブユニットに突出する。第三の領域でああるヘリックス
32〜35.1は、小サブユニットおよびその末端に向
かって直接向き、ステム−ループ34のループは、小リ
ボソームサブユニットと直接相互作用する(Culve
rら(1999)Science 285:2133−
2135)。このループは、ドメインIIIとIVとの
間のサブユニットの界面で現れる。
【0137】ドメインIIIは、頂部図において、サブ
ユニットの左下の領域を占有する密集した球状ドメイン
である(図4(G)を参照のこと)。ドメイン(ステム
−ループ48)の起点、ならびに点を形成するステム−
ループ52、57および58を有する4つの先の尖った
星のように見える。ドメインIIIの最も広範な接触
は、ドメインIIとの接触であるが、ドメインI、IV
およびVIともまた相互作用する。すべての他のドメイ
ンと異なり、ドメインIIIは、ドメインVとほとんど
まったく相互作用しない;唯一の接触は、各々のドメイ
ン由来の単一の塩基を含む単一のファンデルワールス接
触である。
【0138】ドメインIVは、30Sサブユニットと接
触する50Sサブユニットの界面表面の大半を占める
(図4(H)を参照のこと)。サブユニット側に、平坦
な表面の大きな斜方向の断片を形成し、そして粒子の裏
面で、ドメインIIIおよびVと接触する。ヘリックス
67〜71は、ドメインIVの最も顕著な特徴であり、
そして活性部位のクレフトの前端を形成する。これは、
低分解能で明らかに認識できる(図2を参照のこと)。
これは、リボソームタンパク質によって広範に安定化さ
れない23S rRNAのいくつかの領域のうちの一つ
である。この隆起の中央のヘリックス69は、小リボソ
ームサブユニットにおける16S rRNAの、長い終
わりから2番目の軸と相互作用し、そしてtRNAを結
合したP部位からtRNAを結合したA部位を分離する
仕切りとして見られ得る。
【0139】サブユニットの中央で、ドメインIVとI
Iとの間に挟まれるドメインVは、リボソームのペプチ
ジルトランスフェラーゼ活性に深く関与することが公知
である。構造的に、ドメインは、3つの領域に分けられ
得る(図4(I)および4(J)を参照のこと)。第一
の領域は、ヘリックス75から始まり、そして最後にタ
ンパク質L1の結合部位を形成する。ヘリックス80〜
88からなる第二の領域は、中央の隆起領域の大半を形
成し、そして5S rRNAおよびドメインIIによっ
て裏面で支持される。ヘリックス89〜93を含む第三
の領域は、ドメインVIに伸長し、そしてリボソームの
伸長因子結合領域の安定化を助ける。
【0140】23S rRNAにおける最も小さなドメ
イン(L7/L12軸の直下のサブユニットの表面の大
きな部分を形成する)は、底に鉄棒を有する文字Xのよ
うに見える(図4(K)を参照のこと)。このドメイン
の興味深い領域は、サルシン−リシンループ(SRL)
であり(ステム−ループ95)、この構造は、単離して
広範に研究された(Szewczakら(1995)
J.Mol.Biol.247:81−98)。SRL
は、因子の結合に不可欠であり、そしてリボソームは、
このループにおける一つの共有結合の切断によって不活
化され得る(Woolら(1992)TIBS 17:
266−269)。ヌクレオチド保護データによって示
唆されるように、このループの大きい方の溝は、溶媒に
曝露され(Moazedら(1988)Nature
334:362−364)、そしてこの立体配座は、タ
ンパク質によって安定化され、そして小さい方の溝側で
2つの塩基を含むドメインVとの相互作用を介して安定
化される。含まれるヌクレオチドは、ドメインVIのA
2699およびG2700、ならびにドメインVのA2
566およびG2567である。
【0141】サブユニットにおける実際上第七のRNA
ドメインである5SリボソームRNAは、ループAと呼
ばれる共通の接合点から四方に広がる3つの軸からなる
(図4(D)を参照のこと)。E.coliの5S r
RNA由来のフラグメント1の結晶構造において見られ
るものと対照的に(Correllら(1997)Ce
ll 91:705−712)、この分子のヘリックス
2/3腕は、そのヘリックス4/5腕上に積み重なる
が、ヘリックス1には積み重ならない(図4(L)を参
照のこと)。この配置は、2つの積み重なった塩基トリ
プレットを含むループA残基のゆがんだ立体配座に起因
する。実際に、二次構造の観点から、5SrRNAのル
ープA−ヘリックス2,3腕は、非常に注目すべきであ
る。サブユニットのどこにも、異常な対形成および入り
組んだRNAの二次構造のより高い集中が存在しない。
【0142】(6.23S rRNAにおける配列保存
および相互作用)23S/28S rRNAは、多くの
保存配列を含むが、この配列はまた、実質的に鎖長が異
なる。より短い23S/28S rRNAは、全体のス
テム−ループの切断によって、または全体のステム−ル
ープの除去までもによってそのより長いホモログと識別
され、そして配列の比較によって、すべてによって共有
される最小限の構造を同定し得る(Gerbi(199
5)RibosomalRNA:Structure,
Evolution,Processing and
Function in Protein Biosy
nthesis、前出、77−88頁)。H.mari
smortuiの23S rRNAにおける伸長配列
(すなわち、最小のものよりも大きい配列を含む)を、
図5に緑色で示す。これらは、粒子のサブユニット界面
の表面に豊富に存在しないが、活性部位から遠いその裏
面の表面に豊富に存在する。これは、低分解能の電子顕
微鏡での知見と矛盾しない。この知見は、構造が最も保
存される大サブユニットの領域が、小サブユニットと相
互作用する表面であることを示唆する(Dubeら(1
998)Structure 6:389−399)。
【0143】23S rRNAには、2つのクラスの保
存配列が存在する。一方は、大サブユニットの活性部位
領域に集中する残基を含む。第二のクラスは、粒子の全
体に渡って散乱するより短い配列からなる(図5:赤色
の配列)。ドメインVIのSRL配列およびペプチジル
トランスフェラーゼのクレフトの底に位置するドメイン
Vに属する保存残基のクラスターは、第一のクラスのメ
ンバーである。これらは保存されている。なぜなら、こ
れらは、基質結合、因子結合および触媒活性に不可欠で
あるからである。保存残基の第二のクラスにおける残基
の大半は、23S rRNAの3次構造を安定化するド
メイン間(inter−domain)相互作用および
ドメイン内(intra−domain)相互作用に関
与する。アデノシンは、このクラスにおいて不釣り合い
に表示される。rRNAにおける保存残基間のAの優占
は、過去に指摘されていた(Wareら(1983)N
ucl.Acids.Res.22:7795−781
7)。
【0144】A依存性モチーフに対する信頼性に加え
て、23S rRNAのドメインの3次元構造およびそ
れらの相対的位置は、RNAジッパーおよびテトラルー
プ/テトラループレセプターモチーフのような類似する
3次元構造エレメントによって安定化され(Moor
e,P.B.(1999)Annu.Rev.Bioc
hem.68:287−300)、そして多くの位置
で、塩基対形成および塩基三重形成(triple)
が、23S rRNAの二次構造の異なる成分に属する
配列の相互作用を安定化する。
【0145】興味深いことに、5S rRNAおよび2
3S rRNAは、互いに広範に相互作用しない。存在
するいくつかのRNA/RNA相互作用は、5S rR
NAのヘリックス4/5腕の骨格および23S rRN
Aのヘリックス38の骨格を含む。大リボソームサブユ
ニットに結合する5S rRNAの大半の自由エネルギ
ーおよびこの5S rRNAのすべての特異性は、リボ
ソームの残りに張り付けるモデリング粘土として作用す
るタンパク質との広範な相互作用に依存するようであ
る。
【0146】(7.50Sリボソームサブユニットにお
けるタンパク質)H.marismortuiの大リボ
ソームサブユニットにおいてみいだされた27個のタン
パク質の構造(表2)が決定された。これらのタンパク
質構造のうちの21個が、任意のホモログについて以前
に確立され、そして既知の構造のホモログを有する5つ
の構造が、H.marismortui配列を使用し
て、電子密度地図に再構築された。さらに、H.mar
ismortuiL1、L11およびL12のホモログ
に使用可能な構造が存在し、これは、2.4Åの分解能
の電子密度地図では見ることができなかった。L10の
構造のみが、存在することが公知である31個のタンパ
ク質の間で、いまだ未知である。
【0147】これらの構造のすべてが完全ではない。例
えば、L5の全体のドメインは、電子密度から落とされ
ており、これは、おそらくディスオーダーのためであ
る。L32eはまた、この点で注目すべきである。N末
端から約20残基が、電子密度地図において観察され
ず、そしてこの電子密度地図は、C末端残基が、認識で
きる残基の最もN末端側に共有結合することを示唆す
る。
【0148】構造が既知である30個の大サブユニット
のリボソームタンパク質のうちの17個が、球状タンパ
ク質であり、構造がProtein Data Ban
kに存在する多数の構造と特徴が類似する(表2)。残
りの13個のタンパク質は、このタンパク質から突出す
る伸長を有する球状体を有するか(「glb+ex
t」)、または完全に伸長しているか(「ext」)の
いずれかである。これらの伸長は、しばしば、明らかな
3次元構造を欠失し、そして多くの領域において、同様
に二次構造を欠失する(図6を参照のこと)。これらの
伸長は、多くのリボソームタンパク質が、単離されて結
晶化に耐える理由を説明し得る。通則を証明する例外
は、L2およびL4であり、これらの両方は、「glb
+ext」クラスに属するタンパク質である。タンパク
質L2は、結晶化され、そしてリボソームに伸長するL
4の2つの領域のうちの1つは、インタクトなL4の結
晶構造中でディスオーダーする(Wahlら(200
0)前出)。
【0149】2つの側面の隆起の先端を形成するタンパ
ク質L1、L7、L10およびL11を除いて、50S
サブユニットのタンパク質は、RNAによって規定され
たエンベロープを超えて有意に伸長しない(図7を参照
のこと)。これらの球状ドメインは、粒子の外部上に主
として見出され、しばしばRNAのフォールディングに
よって形成されたギャップおよび裂け目に横たわる。従
って、球状ウイルスにおけるタンパク質と異なって、大
リボソームサブユニットのタンパク質は、会合する核酸
の周囲のシェルを形成せず、そしてヌクレオソームにお
けるタンパク質と異なって、このタンパク質はまた、核
酸によって囲まれない。代わりに、タンパク質は、「R
NAブリック」間のギャップおよび裂け目を充填するモ
ルタルのように作用する。
【0150】サブユニット表面上のタンパク質の分布
は、活性部位のクレフトおよび30Sサブユニットと相
互作用する平坦な表面を除いて、ほぼ均一である。頂部
図において、タンパク質は、サブユニットの末梢周辺に
横たわる(図7(A)を参照のこと)が、30Sサブユ
ニットの結合部位と反対側から見ると(「裏側」)、タ
ンパク質は、その全体の表面にわたってほぼ均一な格子
を形成するようである(図7(B)を参照のこと)。同
様に、ポリペプチドトンネルの出口を含むサブユニット
の底の表面は、タンパク質をちりばめてある(図7
(C)を参照のこと)。実際に、トンネル出口を囲む5
つのタンパク質は、タンパク質分泌の役割を果たしてい
る。なぜなら、膜タンパク質および分泌タンパク質が合
成される場合に、膜およびトランスロコン(trans
locon)に面する表面の一部であるからである。
【0151】図7は、リボソーム内部に姿を消すタンパ
ク質鎖を示すが、タンパク質が粒子の本体を貫通する程
度は、RNAが剥ぎ取られる場合にのみ、完全に認識さ
れる。粒子の内部は、タンパク質を含まないものではな
いが、粒子の表面に比較して、タンパク質が乏しい。ポ
リペプチドの伸長した触手(この触手の多くは、表面上
の球状ドメインから放射する)は、RNAの二次構造の
近隣のエレメント間のギャップを充填する内部へ放射す
る(図8(E)を参照のこと)。これらの伸長の奇異な
構造は、RNAとの相互作用によって説明される。
【0152】伸長した非球状の構造が、タンパク質デー
タベースで珍しいが、この構造は、未知なわけではな
い。伸長したタンパク質の末端は、しばしばタンパク質
間接触(例えば、ウイルスキャプシドにおいて)を形成
し、これはおそらく、キャプシド形成に際してのみ、固
定された構造を採用する。ヒストンの塩基性の「テイ
ル」は、ヌクレオソームが形成される場合に、同様にふ
るまい得る。キャプシドタンパク質のN末端配列は、し
ばしば正に荷電し、そしてウイルスの結晶構造において
は、これらの配列の電子密度は、しばしば、これらの配
列が、非対称的に整列した核酸とおそらく相互作用する
ウイルスの内部に姿を消す。リボソームにおいて観察さ
れた相互作用は、これらのウイルス相互作用のモデルに
有用であり得る。
【0153】大サブユニットにおける伸長したポリペプ
チドおよびRNAの相互作用(塊状の核酸構造を安定化
する)は、サブユニットの中央において、RNAおよび
タンパク質のもつれを生じる(図8(A)および8
(B)を参照のこと)。高度に整列した様式以外に有効
な成分から会合するような物体を想像するのは難しい。
シャペロンは、これらのタンパク質の伸長した領域の集
合を妨げるためにおそらく必要であり得、これは、rR
NAによって提供された状況の外部でディスオーダーす
るようであり、そしてrRNAのフォールディングを統
御するようである。
【0154】(8.タンパク質およびRNAの相互作
用)タンパク質は、驚くべき程度で大サブユニットに浸
透するので、タンパク質とまったく相互作用しない23
S rRNAのいくつかのセグメントのみしか存在しな
い。23S rRNAにおいて2923個のヌクレオチ
ドのうちの1157個のヌクレオチドが、タンパク質と
少なくともファンデルワールス接触を形成する(図8
(D)を参照のこと)。そして、20個のヌクレオチド
よりも長い10個の配列しか存在せず、ヌクレオチドは
タンパク質と接触しない。このような最も長い配列は、
47個のヌクレオチドを含み、そして活性部位のクレフ
トの隆起を形成するドメインIVの一部である。
【0155】大サブユニットが会合する場合に生じる、
RNAとタンパク質との間の相互作用の程度は、定量的
に評価され得る。接近可能な表面領域を計算するため
に、Richardsアルゴリズム(Lee,B.ら
(1971)J.Mol.Biol.55:379−4
00)、および1.7Åの半径のプローブを使用して、
サブユニットが、単離されたが完全に構築された成分か
ら形成される場合に、180,000Åの表面が埋め
られるようになることが示され得る。これは、総表面領
域の約半分である。平均は、タンパク質当たり役6,0
00Åである。大半のタンパク質オリゴマーを形成す
る場合、埋められた表面と比較して、これは莫大な量で
あるが、リボソームアセンブリが、大半のタンパク質が
オリゴマー形成する場合に生じない構造エントロピーの
大きな損失によって付随されるはずであることが認識さ
れるべきである。リボソームタンパク質の伸長したタン
パク質末端およびループは、単離されてほぼ間違いなく
可撓性であり、そしてタンパク質が存在しない場合、R
NAは、同様におそらくかなり可撓性である。従って、
表面領域の大量の埋没は、これらの分子の構造の固定に
必要なエネルギーを提供するために必要とされ得る。
【0156】L12を除いて、粒子におけるすべてのタ
ンパク質は、RNAと直接相互作用し、そして残りの3
0個のタンパク質のうちの7個を除くすべては、2つ以
上のrRNAと相互作用する(表2)。この点におい
て、「シャペロン」はL22であり、これは、23S
rRNAのすべての6つのドメインに属するRNA配列
と相互作用するタンパク質のみである(図8(C)を参
照のこと)。5S rRNAと23S rRNAとの間
のタンパク質媒介性相互作用は、特に広範である。タン
パク質L18は、5S rRNAのヘリックス1および
ヘリックス2/3を、23S rRNAのヘリックス8
7に結合する。タンパク質L31eは、5S rRNA
の同一部分とドメインIIおよびVとの間の相互作用を
媒介する。ループCは、タンパク質L5によってドメイ
ンVに結合し、そしてループDは、タンパク質L10e
によってドメインIIおよびVに結合する。どんなこと
が起こり得ようとも、これらのタンパク質の重要な機能
は、隣接するRNAドメインの相対的配向の安定化であ
ることが明らかである。いくつかはまた、相互作用する
ドメインの3次元構造の固定を助ける。
【0157】大半のリボソームタンパク質が、多くのR
NA配列と相互作用し、そしてタンパク質の数が、RN
Aドメインの数を大いに超えるので、あらゆるrRNA
ドメインが複数のタンパク質と相互作用することは、意
外な結果ではあり得ない(表2)。例えば、ドメインV
は、13個のタンパク質と、いくつかは密接に、そして
いくつかはついでに相互作用する。
【0158】長い間、リボソームタンパク質のRNA結
合性質についての情報に依存したオリゴヌクレオチド結
合実験は、RNAとの相互作用についての可能性を過小
評価したことが明らかである。このような実験によって
タンパク質について同定された高親和性のRNA結合部
位は、実際に、リボソームアセンブリに重要であり得る
が、他の配列とのその多くのより弱い相互作用は、避け
られるようであり、そしてこの相互作用はまた、リボソ
ーム構造にきわめて重大であり得る。大半のリボソーム
タンパク質は、RNAと架橋し、そして架橋は、複数の
相互作用なしでは不可能である。類似の考察は、スライ
セオソーム(sliceosome)のような他のリボ
核タンパク質の成分であるタンパク質に適用し得る。
【0159】ただ1つのドメインと相互作用する7個の
タンパク質のうちの3つ(L1、L10,L11)は、
タンパク質合成プロセスに直接関係する。RNAが適切
な構造を採用することを保証するために、リボソームに
含まれるというよりは、正確な配置を確実にするために
構築されたように、RNAを眺めるにより適切であるよ
うに見える。別の3つ(L24、L29、L18e)
は、結合し、そしておそらくこのドメインの三次構造を
安定化するように機能するドメインの内部で、いくつか
の二次構造エレメントと相互作用する。一つのRNAド
メインタンパク質の最後であるL7aeは、難解であ
る。一方、RNA安定化タンパク質として機能すること
はできない。なぜなら、これは、ドメインIの一つの短
い配列とのみ相互作用し、そして一方、サブユニット、
ペプチジルトランスフェラーゼ部位および因子結合部位
における重要な機能的部位にはほど遠いからである。し
かし、E部位機能に重要であるようであり(Agraw
alら(1999)J.Biol.Chem.274:
8723−8729)、そしておそらくこの活性に関与
するL1にかなり近い。
【0160】多くのリボソームタンパク質が、主として
RNAと相互作用するが、いくつかは、他のタンパク質
と有意に相互作用する。タンパク質−タンパク質相互作
用によって生成された最も著しい構造は、因子結合部位
に近接することが見出されたL3、L6、L14、L1
9およびL24eから構成されるタンパク質クラスター
である。これらが提供するタンパク質表面は、因子相互
作用に重要であり得る。
【0161】上記で示された構造は、単離された成分の
構造決定に依存する複合体の集合への接近の強度および
弱さの両方を解明する。H.marismortui由
来の大リボソームサブユニットのタンパク質のホモログ
の球状ドメインの構造は、インタクトのサブユニットに
おける対応するドメインの構造と主として同一である
が、ドメインの位置の補正が、時折必要である。結果と
して、これらの構造は、タンパク質の位置決定および低
分解能の電子密度地図の解釈に非常に有用であった。し
かし、明らかな理由のために、リボソームタンパク質の
伸長したテイルおよびループは、構造を与えるRNAが
ない場合は決定されることができず、そしてこのような
タンパク質の構造を固定するために必要なすべてのRN
A接触を有する低分子量のRNA−タンパク質複合体の
生成に依存するストラテジーの可能性は、ありそうもな
いように見える。RNAはまた問題である。サルシン/
リシンループは、リボソームと同様に、単離されてほぼ
同じ構造を有するが、単離された5S rRNAの構造
は、リボソームにおいて見られたものとどこか異なり、
そして単離されたPループの構造は(Puglisiら
(1997)Nat.Struct.Biol.4:7
75−778)、リボソームのPループの構造にまった
く類似しない。明らかに、すべてのタンパク質およびす
べての可能なrRNAフラグメントの構造決定を必要と
するリボソームへの「構造ゲノム」アプローチは、うま
くいっていない。他の高分子アセンブリもまた、成功し
ないかもしれない。
【0162】(B.ペプチド結合合成におけるリボソー
ム活性の構造基礎)同様に精密化された種々のアナログ
と複合体化したリボソームサブユニットのさらなる原子
座標とともに、上記の第IIA章で議論された原子座標
の分析は、リボソーム機能の分析を可能にする。従っ
て、本発明はまた、Yarus遷移状態アナログである
CCdA−p−PuroまたはアミノアシルtRNAの
ミニヘリックスアナログのいずれかと複合体化したHa
loarcula marismortuiの50Sリ
ボソームサブユニットの結晶に基づく。本発明は、両方
の複合体の構造を提供する。両方の複合体の構造の原子
座標は、2000年7月26日に、Research
Collaboratory for Structu
ral Bioinformatics(RCSB)P
rotein Data Bank(PDB)に、登録
番号PDB ID:1FFZ(50Sリボソーム/CC
dA−p−Puro複合体)およびPDB ID:1F
GO(50Sリボソーム/aa−tRNAアナログ)の
下で登録された(Bermanら(2000)Nucl
eic Acid Research 28:235−
242;http://www.rcsb.org/p
db/)。
【0163】以下で議論するように、2つの基質アナロ
グを有する大リボソームサブユニットおよびその複合体
の完全な原子構造は、リボソームはリボザイムであるこ
とを示す。完全な原子構造はまた、そのすべてのRNA
の活性部位の触媒性質に関して情報を提供する。基質ア
ナログの両方は、23S rRNAのドメインV由来の
保存されたrRNA残基によって独占的に接触する;合
成されたペプチド結合に、約18Åよりも近いタンパク
質側鎖は存在しない。ペプチド結合合成の機構は、セリ
ンプロテアーゼにおける脱アシル化工程の逆に類似する
ようであり、E.coliのA2486(A2451)
の塩基は、キモトリプシンにおけるHis57と同じ一
般的な塩基の役割を果たす。A2486が所有し、この
機能を遂行するはずである異常なpKaは、触媒に必要
とされる2つの塩基の異常な互変体を安定化し得る埋没
したリン酸基(phosphate)と相互作用するG
2482(G2447)に結合するその水素に由来す
る。ポリペプチド出口トンネルは、主にRNAによって
形成されるが、タンパク質L22、L39およびL4か
らの有意な寄与を有し、そしてその出口は、タンパク質
L19、L22、L23a、L24およびL29によっ
て豊富になる。
【0164】Yarusアナログ由来のCCdAは、い
わゆるPループに結合し、そしてそれ故、P部位にある
はずである。aa−tRNAアナログの末端のCCAの
みが認識されるが、それは適切にAループと相互作用す
るため(Kimら(1999)Molec.Cell
4:859−864)、A部位にあるはずである。プロ
マイシンの群は、両方の構造において同じ位置を占有
し、そしてこの部位に近接するタンパク質は存在しな
い。それ故、活性部位の触媒活性は、完全にRNAに依
存するはずである。A2486のN3(E.coliの
A2451)は、合成されたペプチド結合に最も近い滴
定可能な群であり、そして一般的な塩基として機能し、
A部位基質のαアミノ基による求核攻撃を容易にするよ
うである。この能力で機能するために、この塩基のpK
aは、通常よりも約5ユニット高いはずである。
【0165】(1.基質アナログ複合体の構造)基質
が、大サブユニットのA部位およびP部位でどのように
相互作用するかを確立するために、2つの基質アナログ
を使用した。アナログのうちの一つ(aa−tRNAの
アクセプター軸を模倣し、そしてA部位に結合するよう
に設計された)は、3’末端に、アミノアシル化された
4つのヌクレオチド伸長を有する12個の塩基対のRN
Aヘアピンであった(図9を参照のこと)。使用された
配列は、tRNA tyrアクセプター軸の配列であ
り、そしてプロマイシンで終了し、これ自身は、チロシ
ル(tyrosyl)−A76のアナログである。使用
された第二のアナログは、Yarus遷移状態アナログ
であるCCdA−p−プロマイシンであった。A部位基
質アナログの場合のように、Yarusインヒビターの
プロマイシンは、A部位で結合することが予期される
が、このCCdA部分は、P部位で結合するはずであ
る。
【0166】YarusインヒビターおよびtRNAア
クセプター軸アナログの位置は、これらの分子を、H.
marismortui 50Sリボソームサブユニッ
トの結晶に浸漬することによって決定され、3.2Åの
分解能まで回折データを測定し、そして差電子密度地図
を計算した(Welchら(1997)Biochem
istry 36:6614−6623)。複合体の地
図はまた、係数として2F0(複合体化)−F0(非複
合体化)を使用して計算し、これらのアナログが結合し
た場合に(図10(B)および表3を参照のこと)生じ
るリボソーム残基の位置における変化を試験した。
【0167】
【表5】
【0168】括弧内の統計は、地図計算に用いられる高
分解能binについて算出され、これはときどき、示さ
れるように、データ縮小において使用される高分解能よ
りも低い分解能である。†Rmerge:ΣΣ|I
(h)−I(h)i|IΣΣI h)i’、ここで、I
(h)は、反射後の平均強度である。‡Riso:Σ|
PH−F|ΣFPH_、ここで、FPHおよびF
は、それぞれ、浸漬された結晶構造因子の振幅およびネ
イティブの結晶構造因子の振幅全体のYarusインヒ
ビターのモデルは、差密度に適合され得(図10(A)
を参照のこと)、そして複合体の電子密度地図は、ホス
ホルアミドの非架橋酸素の水素結合距離内に、A248
6(2451)のN3を示す(図10(B)を参照のこ
と)。ペプチジルtRNAのC74およびC75に対応
する、インヒビターの2つのCは、それぞれ、Pループ
におけるG2285(2252)およびG2284(2
251)とのワトソン−クリック塩基対形成をする(図
11(A)を参照のこと)。C74−G2285(22
52)相互作用は、Nollerらの結果によって推測
された(Nollerら(1992)Science
256:1416−1419)。P部位のtRNAのA
76に対応するdAは、塩基対形成していないが、A2
486のリボースに、むしろ積み重なり、そしてヌクレ
オチドA2485の2’OHに水素結合する(図12
(B)を参照のこと)。
【0169】ミニヘリックスのアクセプター軸アナログ
のCC−プロマイシン部分のみが、差電子密度地図にお
いて整列した電子密度を示した(図10(C)を参照の
こと)。アクセプター軸CCAのC75は、Aループの
G2588(2553)とワトソン−クリック塩基対形
成し、一方、C74は、よりディスオーダーしており、
そして塩基対形成していないが、リボソーム塩基に積み
重なっているようである。A部位のインヒビターである
プロマイシンのジメチルAは、Yarusインヒビター
のジメチルAに等しく位置する。さらに、プロマイシン
のジメチルA(A部位のtRNAのA76等価物であ
る)は、P部位のCCA由来のA76が、Pループと相
互作用する様式とほぼ同じ様式で、Aループと相互作用
する(図11(B)を参照のこと)。
【0170】遷移状態アナログの結合によって誘導され
る、リボソームにおけるいくつかの構造変化の最も顕著
なものは、塩基A2637(2602)の整列であり、
これは、リガンドを含まない酵素ではディスオーダーす
る(図11(B)を参照のこと)。この塩基は、A部位
で結合したCCAとP部位で結合したCCAとの間に位
置するようになる。U2620(2585)の塩基はま
た移動し、その結果、A部位のA76のリボースの2’
ヒドロキシルと水素結合を形成し得、そしてU2619
およびG2618の位置が変化し、A76の位置決定を
可能にする。位置におけるより小さい位置変化は、A2
486の位置において観察され、A2486のN3は、
リン酸基の非架橋酸素および相互作用するG残基のうち
の一つであるG2102(2482)に近接する。
【0171】(2.ペプチジルトランスフェラーゼ部位
の位置および化学組成)インヒビターは、近くにタンパ
ク質を有さない23S rRNAから完全に形成された
部位に結合し、リボソームはリボザイムであることを証
明する。Yarusインヒビターおよびaa−tRNA
のA部位アナログは、サブユニットの裏を走る100Å
長のポリペプチド出口トンネルの入り口の大きくそして
深いクレフトの底で、大サブユニットと結合する(図1
2を参照のこと)。この部位は、23S rRNAのド
メインVの中央のループ(「ペプチジルトランスフェラ
ーゼループ」)に属するヌクレオチドによって囲まれ
る。このループの一つの鎖の位置由来のヌクレオチド
は、四面体炭素中間体を模倣するリン酸基への最も近接
した接近を形成する。一般的に、23S rRNAの2
次構造図において、ペプチジルトランスフェラーゼルー
プから伸長するヘリックスはまた、3次構造において、
活性部位から離れて伸長する(図13を参照のこと)。
ドメインVと相互作用する13個のタンパク質が存在す
るが(図14(A)を参照のこと)、インヒビターの付
近には球状タンパク質は存在しない。最も近接したポリ
ペプチドは、ドメインVに深く貫通し、そして活性部位
に接近するいくつかのタンパク質(L2、L3、L4、
L10e)の非球状伸長である(図14(B)を参照の
こと)。これらの伸長は、ドメインVのRNAヘリック
ス間の多くの空隙を充填し、リン酸基の骨格の電荷を中
和し、そしておそらく、ドメインの構造および他のRN
Aとの会合を安定化する。しかし、これらの側鎖の原子
のいずれも、ペプチド結合を形成する部位を特徴付ける
インヒビターのリン酸基のリンに約18Åよりも近接し
ていない。さらに、基質アナログは、rRNAキャビテ
ィに完全に囲まれる。このキャビティは、非常にきつく
パッキングされるので、同定されていないペプチドが、
近くに潜み得る可能性は存在しない(図15を参照のこ
と)。従って、リボソームの触媒の本質はRNAのはず
である。
【0172】ドメインVのrRNA骨格を貫通する長い
末端またはループを有するタンパク質のうちの2つは、
ペプチジルトランスフェラーゼ反応L2およびL3の関
与から以前に除外されなかったタンパク質である(No
ller(1991)Ann.Rev.Bioche
m.60:191−227)。Nollerら(Nol
lerら(1992)前出)は、RNA変性を防ぐ条件
下で、プロテアーゼでのThermus thermo
philus 50Sサブユニットの広範な消化、その
後のフェノールおよびタンパク質−RNA相互作用を分
裂する他の薬剤での抽出が、分子量10,000未満で
あるサブユニットから、いくつかのペプチドを取り除か
ないことを見出した。この構造は、これらのタンパク質
フラグメントは、特に、プロテアーゼ処理に耐性である
理由を明らかにする。プロテアーゼ処理は、大サブユニ
ットの表面上の球状タンパク質ドメインを消化し得る
が、23S rRNAに深く貫通する長い末端およびル
ープを取り除くことはできなかった。なぜなら、これら
は、rRNAの内部に封鎖され、従って、球状ドメイン
に関係なく切断から保護されるからである。
【0173】(3.ペプチジルトランスフェラーゼ活性
部位)基質アナログを囲むRNAは、きつくパッキング
され、タンパク質酵素の活性部位領域のようであり、そ
してインヒビターと接触するヌクレオチドは、すべての
3つの生物界において95%を超えて保存される(図1
5を参照のこと)。従って、リボソームがリボザイムで
あることは明らかであるが、RNAに触媒力を与えるも
のは何であろうか。
【0174】理論に束縛されることを望まずに、おそら
く一般的な塩基として、最も触媒に関与するらしい残基
は、A2486である。A2486のN3は、発生期の
ペプチド結合のカルボニル酸素のアナログであるYar
usインヒビターのホスホルアミド酸素から約3Åであ
り、そして合成されたペプチド結合のアミド窒素に対応
するアミドから約4Åである。通常、アデノシン一リン
酸のN1のpKaは、約3.5であり、そしてそのN3
のpKaは、おそらく2pHユニット低く(Saeng
er(1984)Principles of Nuc
leic Acid Structure,(C.R.
Cantor、編)、SpringerAdvance
d Texts in Chemistry,Spri
nger−Verlage,New York,N
Y)、そして一般的な塩基としてA2486が機能する
ために、このpKaは、7以上に上昇されるはずであ
る。それ自身の結晶構造は、実際に、そのpKaがかな
り異常であることを示唆する。A2486のN3は、観
察されるように、N3(または、そのリン酸基の酸素
(phosphate oxygen))がプロトン化
される場合に、リン酸基の酸素にのみ水素結合し得る。
これらの2つの原子間の距離は約3Åであり、水素結合
が、実際にこれらの間に存在することを示す。結晶は、
pH5.8であるので、これは、N3のpKaが6を超
えることを意味する。MuthおよびStrobel
は、pHの機能として硫酸ジメチル反応性を試験するこ
とによって、E.coli 23S RNAにおいて対
応するAのpKaを測定し、そしてこのpKaが7.6
であると結論付けた。しかし、測定したpKaが、N3
のものかN1のものであるかは、この実験から確かでは
なかった(Muthら(2000)Science 2
89:947−950)。発生期のペプチド結合に約7
Åより近接する滴定可能なRNA官能基の他に利用でき
るものはなかったので、一般的な塩基として機能するよ
うな利用可能な他の基は存在しない。
【0175】pKaに影響を及ぼし得るA2486(2
451)の環境のいくつかの特徴が存在する。A248
6(2451)のN3のpKaは、セリンプロテアーゼ
の活性部位で生じる機構に類似する電荷リレー機構によ
って一部有意に増加し得、A2485(2450)の埋
没したリン酸基は、キモトリプシンのAsp102の埋
没したカルボキシル基と類似の機能を果たす。実験的な
2.4Åの電子密度地図は、明白に、活性部位のこの最
も重大な領域での水素結合相互作用を確立する(図16
(A)を参照のこと)。A2486のN6は、G248
2(2447)およびG2102(2061)のO6原
子と相互作用する(図16(B)を参照のこと)。G2
482のN2はまた、2.4Åの分解能の地図において
任意の中和対イオンが見られない大リボソームサブユニ
ットにおける3つの最も溶媒に接近不可能なリン酸基
(826、1497および2485)の間にあるA24
85(2450)のリン酸基の非架橋水素と相互作用す
る。水分子に対応し得る弱い密度は、他の非架橋酸素に
結合した水素である。中和対イオンは、この構造におい
ては明白ではない。A2485の埋没したリン酸基は、
エネルギー的に不利な埋没した負の電荷を中和するため
に、G2482の環外N2からプロトンを引き抜き得
る。これは、順に、この塩基の他の点では珍しいイミノ
四面体を安定化する。同様に、A2486とのG248
2のイミノの相互作用は、プロトン化されていなけれ
ば、そのN3上で負の電荷を生じるA2486のイミノ
四面体を安定化し得る(図16(C)を参照のこと)。
このようにして、A2485の埋没したリン酸基上に生
ずる負の静電電荷のいくつかは、A2486のN3に中
継され得、それによって、そのpKaを増加する。
【0176】安定性、四面体状態および静電電荷分布に
影響を及ぼし得る触媒部位の環境の第二の特徴は、結合
した一価の陽イオンである。カリウムイオンまたはナト
リウムイオンは、G2482およびG2102のO6な
らびに3つの他の塩基と相互作用する。カリウムイオン
としてのその同一性は、観察された継続によって確立さ
れ、そしてルビジウムイオンがこの状態に結合し得るこ
とを示す独立した実験によって確立される。一価のイオ
ンはまた、非標準的四面体を安定化し得るが、A248
6のpKaへの予期された影響は、あまり明らかではな
い。初期の生化学的実験は、ペプチジルトランスフェラ
ーゼ活性に対するカリウムの重要性を示し(Monro
(1967)前出;Madenら(1968)前出)、
そしてこの結合部位は、この影響の原因であり得る。
【0177】埋没されたリン酸基によるイミノ四面体の
安定化は、デルタ肝炎ウイルスリボザイムの活性部位の
触媒シトシンの予期されたより高いpKaを説明する
(Ferre−D’Amareら(1998)Natu
re 395:567−574;Naharoら(20
00)Science 287:1493−149
7)。この場合、溶媒への接近可能性がリボソームのA
2485と類似するリン酸基骨格は、CのN4およびC
がリン酸基を中和するイミノ四面体のプロトン化形態と
水素結合することが観察され、一般的な酸としてのN3
の機能を促進する(Naharoら(2000)前
出)。
【0178】(4.ペプチド結合形成の触媒機構)合成
されたペプチド結合へのA2486(2451)の近接
および触媒された反応の性質は、ペプチド加水分解の間
のセリンプロテアーゼにおいて見られる脱アシル化工程
の逆に類似するペプチド合成の化学的機構を示唆する
(Blowら(1989)Nature 221:33
7−340;Steitzら(1982)Ann.Re
v.Biophys.Bioeng.11:419−4
44)。この機構において、His57の塩基形態は、
アシル−Ser195を攻撃するように、ペプチド産物
のαアミノ基からプロトンを引き抜く。四面体カルボニ
ル炭素中間体の形成は、アミド骨格で形成されるオキシ
アニオンの相互作用によって安定化される(「オキシア
ニオン孔」);His57は、四面体中間体が破壊され
る場合、α−NHからSer195へ必要とされるプ
ロトンを往復輸送する。
【0179】残基A2486(2451)は、キモトリ
プシンにおいてHis57に類似するようであり、そし
てペプチジルtRNAは、アシル−Ser−195に類
似する。従って、非常に上昇したpKaを有するA24
86のN3は、アミノアシル−tRNAを結合したA部
位のαアミノ基からプロトンを引き抜き、P部位におい
てtRNAの3’OHをアシル化するカルボニル炭素上
のアミノ基の求核攻撃を容易にする(図17(A)を参
照のこと)。しかし、セリンプロテアーゼと対照的に、
四面体中間体のオキシアニオンは、分離したオキシアニ
オン結合部位に近位ではなく、A2486(A245
1)のプロトン化されたN3に近接する。従って、A2
486のプロトン化されたN3は、Yarusインヒビ
ター複合体において観察されるように、このN3への水
素結合によるオキシアニオンの形成を安定化し得る(図
17(B)を参照のこと)。次いで引き続いて、A24
86のN3は、tRNAを結合したP部位の3’ヒドロ
キシルにプロトンを移動し得、ペプチドは、tRNAを
結合したA部位に位置を変える場合に遊離される(図1
7(C)を参照のこと)。
【0180】さらなる問題は、P部位におけるペプチジ
ルtRNAの触媒された加水分解が、次の適切なaa−
tRNAをA部位へ送達する前に、どのように妨げられ
るかである。この複合体から、A部位が空いている場
合、水が、P部位のtRNAへのペプチジル結合の接近
から除外されるようである。類似の問題は、1960年
代に、Koshlandによって議論された(Kosh
land,Jr.(1963)Cold Spring
Harbor Symp.Quant.Biol.2
8:473−489)。Koshlandは、水がグル
コースの6ヒドロキシルによって使用される結合部位に
完全に良好に結合するはずであるので、ヘキソキナーゼ
が、グルコースの非存在下でATPを加水分解しない理
由を理論づけた。提唱された回答は、整合を誘導され
た。すなわち、ヘキソキナーゼは、グルコースが結合
し、そして最適に基質および触媒基を配向する構造変化
を生成するまで、触媒反応能を有さない。これは、実際
にこの場合であるようである(Bennett,Jr.
ら(1978)Proc.Natl.Acad.Sc
i.USA 75:4848−4852)。同様に、触
媒A2486および/またはペプチジル基質が、適切に
配向しないか、またはα−NH基の結合部位が、A部
位におけるaa−tRHAの非存在下において、再配向
したリボソーム塩基によってブロックされる可能性があ
る。U2620の塩基は、リガンドを含まない構造にお
いてA2486に近接しているようであり、そしてペプ
チジルtRNAの自発的な加水分解を妨げる適切なプラ
グとして役立ち得る。
【0181】従って、このRNA酵素は、タンパク質酵
素と同じ触媒原理を使用するようである。第一に、大き
な触媒の増強が、2つの反応物(A部位のアミノアシル
tRNA由来のαNHおよびP部位のペプチジルtR
NA由来のカルボニル炭素)を正確に配向することによ
って達成される。これは部分的に、それぞれ、Aループ
およびPループとのA部位およびP部位のtRNAのC
CA末端の相互作用によって果たされ得る。第二に、酸
塩基触媒および遷移状態の安定化が、化学的性質が、活
性部位の環境によって適切に変更される酵素の官能基
(この場合、A2486(2451))によって達成さ
れる。第三に、類似の化学的原理が、RNAおよびタン
パク質酵素によって使用され、官能基のpKaを変更し
得る。His57を介して作用するAsp102の埋没
したカルボキシレート(carboxylate)は、
キモトリプシンのSer195の求核性を変更する(B
lowら(1969)前出)。リボソームにおいて、溶
媒に接近不可能なリン酸基は、G2482(2447)
を介して作用し得、A2486(2451)のN3の求
核性を変更する。RNA分子が、タンパク質分子が触媒
の化学的原理を使用する前に、有意に触媒の化学的原理
を使用する方法を「学習した」可能性がある。
【0182】(5.tRNA結合)立体配置に関する理
由のために、これらの結晶中で、A部位またはP部位の
いずれかへのtRNA分子の結合は不可能であるが、C
ateらが、Thermus aquaticus 7
0Sリボソームの結晶学的研究において観察した同じ相
対的配向で、大リボソームサブユニット上のP部位のt
RNA分子およびE部位のtRNA分子を配置すること
は可能である。70Sリボソームにおいて見られる相対
的配置における3つのtRNA分子の原子座標は、立体
衝突を避け、そして本発明者らがAループおよびPルー
プに結合したことを観察したCCAの位置の近くのA部
位のtRNAおよびP部位のtRNAのアクセプター軸
を配置する様式で、Haloarcula maris
mortuiの大リボソームサブユニット上にドッキン
グされ得る(図18を参照のこと)。ヌクレオチドC7
4およびC75が7.8Åのリボソーム地図においてこ
となる立体配座でモデル化されたが、A部位およびP部
位の両方におけるCCA由来のC74残基が、モデル化
された残基73を通してドッキングされたA部位のtR
NAおよびP部位のtRNAの残基72に接続され得、
そしてtRNA分子は、サブユニットの表面上に良好に
整合するようである。予想外に、このモデリングは、3
つのリボソームタンパク質に極めて近接して、tRNA
分子を結合したE部位、P部位およびA部位を配置す
る。タンパク質L5およびL10eは、P部位およびA
部位においてtRNAに近接する。これらのタンパク質
の両方はまた、5S rRNAと相互作用するので、こ
の知見は、5S rRNAおよびこの会合したタンパク
質のいくつかが、tRNAを結合したリボソームの位置
決定の安定化を助け得る可能性を引き上げ、そして5S
rRNAが、リボソーム活性を増強する事実に矛盾し
ないが、この活性に完全に不可欠なわけではない(Mo
ore,Ribosomal RNA&Structu
re,Evolution,Processing a
nd Function in Protein Bi
osynthesis(1996)、前出、199−2
36頁)。タンパク質L44eは、E部位のtRNAと
相互作用するようであり、そしてE部位活性に寄与し得
る。このドッキング実験に従って、A部位のtRNA
は、高度に保存されたステム−ループ2502−251
8(2467−2483)と相互作用し、このステム−
ループは、L10eとともに、T軸上でtRNAと接触
する大きな凹状表面を形成し、EF−Tuによって利用
される全く同じ結合部位を利用する(Gutellら
(2000)前出)。
【0183】A部位およびP部位に結合したCCAと、
結合したtRNAとの間の関係ならびにその相互作用に
ついての試験はまた、移動へのいくつかの洞察を導く。
新規のペプチド結合の形成およびP部位のtRNAの脱
アシル化の直後に、P部位のtRNAのアクセプター末
端がE部位へ移動し、そしてA部位のtRNAのアクセ
プター末端がP部位へ移動することが公知である(Bl
obelら(1970)J.Cell.Biol.4
5:130−145)。大サブユニット上の3つのtR
NA分子の近似モデリングは、このプロセスへのいくつ
かの可能な寄与を示唆する。第一に、P部位のtRNA
とPループとの間に2つの塩基対が存在し、そしてA部
位とAループとの間に1つの塩基対のみが存在する。A
部位からP部位への移動が、塩基対形成を増加するが、
脱アシル化されたP部位のtRNAのE部位への同時に
生ずる誘引であるはずである。さらに、CCAは、18
0°回転によって関連づけられ、一方、結合するtRN
Aは、関連づけられない。従って、アクセプター軸への
CCAの関係は、両方の部位において同一であり得ず、
そして等しく安定ではないかもしれない。A部位のtR
NAの立体配座が、より安定でない場合、次いで、A部
位からP部位へのtRNAの移動は、エネルギー的に有
利であり得る。
【0184】(6.ポリペプチド出口トンネル)構造か
ら、すべての発生期のポリペプチドが、リボソームから
出る前に、ポリペプチド出口トンネルを通過するようで
ある。なぜなら、他に出口がないようであるからであ
る。本発明者らは、現在、ポリペプチド出口トンネルの
機能についての2つの重要な問題を扱い得る:(1)な
ぜ、発生期のタンパク質は、その壁に付着しないのか。
テフロン(登録商標)は、変性した卵タンパク質に付着
しない驚くべき性質を有する。では、リボソームは、ト
ンネルを通過しなければならない変性したタンパク質の
類似の付着しない表面をどのように獲得したのか。
(2)タンパク質は、トンネル内で任意の程度に折り畳
まれ、リボソームにシャペロン様機能を与えるのか。
【0185】ペプチド合成部位からその出口までのトン
ネルの長さは、約100Åであり、リボソームによるタ
ンパク質分解性切断から保護される発生期のポリペプチ
ドの長さ(Moazedら(1989)Nature
342:142)および出口での抗体認識に必要な最小
限の長さ(Pickingら(1992)Bioche
mistry 31:2368−2375)に大まかに
は矛盾しない。トンネルは、ペプチジルトランスフェラ
ーゼの中央部からの20〜35Åの屈曲を除いて、主と
して一直線である(図19を参照のこと)。この直径
は、最初期および約15Åの平均直径を有する出口トン
ネルから28Åの位置でで、最も広い点での約20Åか
ら狭い点での約10Åに変化する。ポリペプチド産物が
通過しなければならない最も小さな穴は、αヘリックス
の直径にかろうじて適応するので、αヘリックスの構造
を超えた有意なタンパク質の折り畳みが、リボソームに
おいて生じることは不可能であるようである。
【0186】トンネル表面の大半は、23S rRNA
のドメインI〜Vによって形成されるが、有意な寄与は
また、RNA骨格においていくつかの空隙を充填するだ
けでなく、トンネル壁の有意な部分を形成する、タンパ
ク質L22、L4およびL39の非球状領域によってな
される(図19を参照のこと)。トンネルの表面への最
も大きなタンパク質の誘因は、L22であり、L22の
長いαヘアピンループは、ドメインIからドメインIV
のRNAセグメントの間に横たわり、そしてトンネルの
軸にほぼ平行である。他のトンネルタンパク質と異な
り、タンパク質L39は、粒子の表面で球状ドメインを
有さず、そしてタンパク質L23の下のドメインIおよ
びIIIにほぼ完全に埋没される。興味深いことに、ト
ンネル壁を形成する23S rRNAのヌクレオチド
は、主に23S rRNAの二次構造におけるループ由
来である(図19を参照のこと)。活性部位からトンネ
ルへ進行するように、発生期のポリペプチドは、ドメイ
ンIIおよびドメインIVならびにタンパク質L4およ
びタンパク質L22に沿って20Å続くドメインVに最
初に出会う。トンネルの最後の半分は、ドメインIおよ
びIIIならびにタンパク質L39eによって形成され
る。
【0187】トンネルの最も狭い部分は、トンネルの反
対側からトンネルに接近するタンパク質L22およびL
4によって形成され、門を備えられた開口部のようなも
のを形成する(図19Cを参照のこと)。この緊縮の機
能は、たとえあったにしても、明らかではない。発生期
の鎖の性質が検知され、そして情報が、おそらくL22
またはL4を介して粒子の表面に伝達される場所であり
得る。この穴の部位のL22のαヘアピンおよびこれと
相互作用する23S rRNAは、高度に保存されてい
る;この球状部分は、タンパク質分泌の間にトランスロ
コンに面するはずである表面上の出口トンネルに近接し
て位置する(図19を参照のこと)。
【0188】トンネル壁の「付着しない」特徴は、遭遇
する任意のタンパク質配列または構造への構造相補性お
よび極性相補性の欠失を反映するはずである。トンネル
表面は、主として親水性であり、そして塩基、リン酸基
骨格および極性タンパク質側鎖由来の露出した水素結合
基を含む(図19を参照のこと)。同様に、トンネルに
面する多くの疎水性基(糖、塩基、タンパク質側鎖)が
存在するが、発生期のポリペプチドにおける疎水性配列
のための有意な結合部位を形成するに十分大きな疎水性
表面の断片は存在しない。トンネルは、直径約20Åで
あり、そして水で満たされ、そして新たに合成されたポ
リペプチドが、おそらく自由に可動するため、トンネル
壁へのペプチドの結合は、700Åを超える大きな相補
的相互作用表面によって補われるべきエントロピーの大
損失を生じる(Chothiaら(1975)Natu
re 256:705−708)。同様に、発生期のペ
プチド由来のArgおよびLys側鎖が、実際に、トン
ネルに露出されたリン酸基と相互作用し得るが、結合し
た対イオンを置換した後に得られる構造相補性および正
味の結合エネルギーの程度は、ペプチド結合に起因する
固定の不利なエントロピーを克服するには小さすぎるは
ずである。従って、リボソームトンネルは主としてRN
Aから形成されるが、その表面の性質は、非結合立体配
座でのシャペロニン(GroEL)の内部表面を連想さ
せる(Xuら(1998)J.Struct.Bio
l.124:129−141)。大きな疎水性表面を露
出する立体配座においてのみ、GroELは変性したタ
ンパク質を結合する。
【0189】トンネルからの出口に位置する6つのタン
パク質(L19、L22、L23、L24、L29およ
びL31e)が存在し、タンパク質分泌の間に、リボソ
ームとドッキングするトランスロコンに面する。プロテ
アーゼによるタンパク質の広範な消化の後でさえ、リボ
ソームがトランスロコンを結合する証拠が存在し、これ
は、トランスロコンとリボソームとの間の相互作用が、
RNAによって媒介されることを意味する。しかし、ト
ランスロコンへのこれらのタンパク質の近接は、たとえ
あるにしても、タンパク質分泌プロセスにおける役割を
果たし得るという役割について疑問を抱かせる。Dob
berstein研究室からの最近のデータは、SRP
54のN末端ドメイン(シグナルペプチド結合に関与す
るシグナル認識粒子由来のGタンパク質)が、リボソー
ムタンパク質L23およびL29と架橋し得ることを示
す。これらの2つのタンパク質は、互いに近接し、そし
てトンネル出口に位置する(図19を参照のこと)。
【0190】(7.進化)RNAオリゴヌクレオチドの
インビトロ進化は、Yarusインヒビターのような分
子を効果的に結合し得るか、またはペプチド転移反応を
触媒し得る小RNA分子を生成した(Zhaugら(1
998)Chem.Biol.5:539−553;W
elchら(1997)前出)。これらの分泌RNAの
配列および二次構造は、23S rRNAのドメインV
におけるペプチジルトランスフェラーゼループを連想さ
せる(Zhaugら(1998)前出)。最も著しい類
似性は、触媒A2486、G2482およびA2485
の埋没したリン酸基を含むドメインVの配列に同一の5
つのヌクレオチド配列である。著しく、リボソームにお
けるA2486の活性化についての提唱された電荷リレ
ー系に関与するすべての基は、インビトロで選択された
リボザイムに存在する。従って、周囲の構造状況は異な
るようであるが、この人工的に進化したリボザイムが、
アデニンのpKaを変換するためのリボソームおよびペ
プチド合成のための塩基と同じ機構を使用することは、
もっともであるようである。第二のRNA(Welch
ら(1997)前出)は、ペプチジルトランスフェラー
ゼループの同一の領域に見出された9つの塩基配列を含
む12のヌクレオチドループを含む。
【0191】リボソームのペプチジルトランスフェラー
ゼ活性部位に見出された重要な触媒エレメントを含む配
列と、ペプチジルトランスフェラーゼを触媒し得る小R
NAドメインの出現を明らかにする関連した活性を有す
るインビトロで選択されたRNAの配列との間の類似性
は、リボソームでのタンパク質合成の進化のもっともら
しい第一の工程であった。この始源的なペプチド合成酵
素によって構成される第一のペプチドは、ランダムポリ
マーまたはコポリマーであり得、そしてアミノアシル化
CCAと同じくらい単純な基質とともに機能し得る。2
3S rRNAとともに折り畳まれる非球状伸長を形成
することが観察された型の基本的なペプチドは、機能的
に有用である合成された第一のペプチドの中にある。こ
のようなペプチドは、今日のリボソームのより複雑化さ
れたペプチドが、プロトリボソームおよび他の初期のリ
ボソームの安定性を増大し得るように、プロトリボソー
ム(protoribosome)および他の初期のリ
ボソームの安定性を増大し得る。
【0192】(C.2.4Åの分解能、完全な精密化で
の大リボソームサブユニットの原子構造)Haloar
cula marismortui由来の大リボソーム
サブユニットの3次元構造が、現在、2.4Åの分解能
で完全に精密化された。モデルは、2876個のRNA
ヌクレオチド、28個のリボソームタンパク質由来の3
701個のアミノ酸、117個のマグネシウムイオン、
88個の一価の陽イオンおよび7898個の水分子を含
む。このタンパク質の多くは、表面に露出した球状ドメ
インおよびrRNAに埋没された1つ以上の塩基性の非
球状伸長からなる。これらのうちの半分は、非リボソー
ムタンパク質に共通のモチーフ(例えば、RRMドメイ
ン、SH3様バレルおよびジンクフィンガーを含む)を
含む。有意な配列類似性および構造類似性を有するタン
パク質(例えば、L15およびL18e)は、rRNA
との本質的に同一の相互作用を形成する。
【0193】より特に、H.marismortuiの
50Sサブユニットが、CNSを使用してグラジエント
エネルギー最小化およびB因子の継続によって完全に再
形成され、そして精密化された(Bruengerら
(1998)前出)。リボソームタンパク質およびrR
NAは、溶媒および金属イオンのモデリングの前に、2
−F電子密度地図を用いて、ソフトウェアプログ
ラム「O」を使用して、完全に再形成された(Jone
s,T.A.ら(1991)Acta Crystal
logr.A46:110−119)。タンパク質にお
けるモデリング誤差は、PROCHECKを使用して同
定され(Laskowskiら(1993)J.App
l.Cryst.26:283−291)、そしてFo
−Fc地図の点検によって同定された。差地図はまた、
rRNAにおける誤差の同定を助け、最も頻繁に、糖の
縮み(pucker)に関連する。このプロセスにおい
て、アミノ酸の立体配座、配列登録(registe
r)および配列それ自体のいくつかの補正が行われた。
行われた配列変化は、直接配列決定されないH.mar
ismortui由来の唯一の3つのタンパク質である
L10e、L15eおよびL37Aeに主として限定さ
れた。さらに、51個のアミノ酸が、IIA節に記載さ
れたモデルに追加され、これらのうちの44個は、L7
/L12茎状部およびL39eの塩基のL10に由来
し、ポリペプチド出口トンネルの壁の一部分に並べられ
る。rRNA構造に対する補正はほとんど行わなかっ
た。49個の新規のヌクレオチドが、主に23S rR
NAのドメインIIのヘリックス43および44におい
てモデル化され、そして精密化された。さらに、糖の縮
みまたはグリコシド結合の立体配座は、いくつかのヌク
レオチドに近接した。精密化プロセスは、モデルならび
にR/Rfree値に由来する位相を使用して計算され
た電子密度地図の質によってモニターされた。完全に精
密化されたモデルは、現在、2876個のRNAヌクレ
オチド、3701個のアミノ酸、210個の金属イオン
および7898個の水分子を含む。このモデルは、R/
free値を18.9%/22.3%まで精密化し、
そして優れたジオメトリを有する(表4)。
【0194】溶媒のモデリングは、CNSを使用した自
動ピーク選択によって得られる可能なマグネシウムイオ
ンのリストの生成から始めた。N原子またはO原子から
のマグネシウムの球内(innner−sphere)
座標距離が1.9〜2.1Å内で配置されるF−F
地図において、3.5σを超えるピークが選択された。
得られたリストを手動で調べ、そして明らかに八面体の
座標ジオメトリを示すピークのみを、マグネシウムとし
て選択した。
【0195】一価の陽イオンを、H.marismor
tui50Sサブユニットのルビジウム浸漬結晶とH.
marismortui50Sサブユニットのネイティ
ブ結晶との間の同形性の差異に基づいて同定した。ネイ
ティブ結晶は、1.6M NaClの存在下で安定なの
で、これらの部位は、Na+1として最初にモデル化さ
れ、そして精密化された。K+1としてのこれらの部位
の精密化は、ほぼ常に、異常に高い温度因子を生じ、本
発明者らがK+1をモデル化した場合に2つの例外を伴
った。50Sサブユニットの大半の一価の部位は、本発
明者らの結晶中で、Na+1によって占有されるようで
あるが、これらの部位は、インビボではK+1によって
占有されるようである。
【0196】水は、F−F電子密度地図において、
3.5σを超え、そしてO原子またはN原子の2.5Å
と3.3Åとの間のピークとして選択された。個々のB
因子値は、水分子の割当てを評価するために使用され
た。多くの水が、周囲のRNAおよびタンパク質原子よ
りも有意に低いB因子まで精密化された。多くの場合、
これらのピークは、金属イオンまたは塩化イオンである
ことが見出された。少数の低いB因子の水分子が、最終
モデルにおいて保持された。なぜなら、これらの水分子
は、他の種のように明白に割当てられないからである。
添加した金属イオンおよび水分子の結果として、最終モ
デルは、現在98,547個の非水素原子を含む。大リ
ボソームサブユニットの精密化およびモデル統計を、表
4に要約する。
【0197】
【表6】
【0198】
【表7】
【0199】精密化はまた、23S rRNAのL1
0、L39eおよびL11結合部位のさらなるモデリン
グを可能にした。さらに、特定のモチーフ(例えば、R
RMトポロジー、SH3様バレルおよびジンクフィンガ
ー)が、50Sタンパク質に共通であり、そして各々
は、多くの異なる様式で、rRNAを認識することが発
見された。しかし、有意な3次元相同性(例えば、L1
5およびL18e、ならびにL18およびS11)を有
するタンパク質は、rRNAとの本質的に同一の相互作
用を形成する。50Sタンパク質と非リボソームタンパ
ク質との間のさらなる構造相同性もまた、明らかであ
る。これらの球状タンパク質ドメインの溶媒に露出した
表面は、アスパラギン酸残基およびグルタミン酸残基に
富むが、不規則なタンパク質伸長は、リボソームのRN
Aのコアを貫通する。これらの伸長は、頻繁に高度に保
存され、そしてアルギニン、リシンおよびグリシン残基
がこれらの伸長に豊富であることは、この伸長の機能に
重要である。集合的に、結果は、多くのリボソームタン
パク質間の進化的関連を示し、そして高度に特異的であ
るが、リボソームにおけるタンパク質−RNA相互作用
がいくつかの共通の原理を共有することを説明する。
【0200】(D.抗生物質結合部位)前述の構造研究
に加えて、9つの異なる抗生物質の各々と複合体化した
H.marismortuiの大リボソームサブユニッ
トの構造が決定された。より特に、H.marismo
rtuiの大リボソームサブユニットの結晶を、以下の
抗生物質のうちの一つに浸漬した:アニソマイシン、ブ
ラスチシジン、カルボマイシンA、チロシン、スパルソ
マイシン、ヴァージニアマイシンM、スピラマイシン、
アジスロマイシン、リネゾリド、またはエリスロマイシ
ン。次いで、各々の抗生物質と複合体化した大リボソー
ムサブユニットの構造は、各々の結晶について生成され
たX線回折データに基づいて解明された。
【0201】手短に言えば、少量の濃縮された抗生物質
溶液を、安定化溶液中で懸濁された大サブユニットの結
晶に添加し、そして数時間インキュベートした。通常、
実験使用のためのこのような結晶を調製するために使用
される凍結手順およびその他の手順の後に、X線回折デ
ータは、結晶を含む抗生物質から収集された。結晶は、
上記の構造に由来する結晶に同形なので、ネイティブ結
晶について得られた位相は、抗生物質に浸漬された結晶
から得られた回折強度と組み合わされ、抗生物質に浸漬
された結晶構造を得る。結晶中の結合した抗生物質の位
置は、差電子密度地図において最も明瞭に示され、この
差電子密度地図は、抗生物質を含む結晶の振幅(適切に
スケーリングされた)から、抗生物質を含む結晶の振幅
を減ずることによって得られる振幅とまさにいわれる位
相を使用して計算された電子密度地図である。上述の方
法を使用することによって、大リボソームサブユニット
内の特定の抗生物質と結合部位との間の空間的関係を示
す原子座標を決定することが可能であった。類似の方法
が、大リボソームサブユニットと複合体化した他の抗生
物質の構造を解明するために使用され得ることが意図さ
れる。
【0202】アニソマイシンと複合体化した大リボソー
ムサブユニットの原子座標を、ファイル名anisom
ycin.pdbの下でコンパクトディスクのディスク
番号1に表で列挙される(より精密化されたセットが、
コンパクトディスクのディスク番号1にファイル名AN
ISOMYC.PDBの下に表で示されており、そして
これは、RCSB Protein Data Ban
kに登録番号PDBID:1K73の下で登録されてい
る)。さらに、図20は、抗生物質アニソマイシンと大
リボソームサブユニットとの間の空間的関係を示す。
【0203】ブラスチシジンと複合体化した大リボソー
ムサブユニットの原子座標を、ファイル名blastc
idin.pdbの下でコンパクトディスクのディスク
番号1に表で列挙される(より精密化されたセットが、
コンパクトディスクのディスク番号1にファイル名BL
ASTICI.PDBの下に表で示されており、そして
これは、RCSB Protein Data Ban
kに登録番号PDBID:1KC8の下で登録されてい
る)。図21は、抗生物質ブラスチシジンと大リボソー
ムサブユニットとの間の空間的関係を示す。配向につい
ては、図21はまた、P部位の基質を含む。
【0204】カルボマイシンAと複合体化した大リボソ
ームサブユニットの原子座標を、ファイル名carbo
mycin.pdbの下でコンパクトディスクのディス
ク番号1に表で列挙される(より精密化されたセット
が、コンパクトディスクのディスク番号1にファイル名
CARBOMYC.PDBの下に表で示されており、そ
してこれは、RCSB Protein Data B
ankに登録番号PDBID:1K8Aの下で登録され
ている)。図22は、抗生物質カルボマイシンAと大リ
ボソームサブユニットとの間の空間的関係を示す。図2
2はまた、ポリペプチド出口トンネルの一部分を示す。
【0205】チロシンと複合体化した大リボソームサブ
ユニットの原子座標を、ファイル名tylosin.p
dbの下でコンパクトディスクのディスク番号1に表で
列挙される(より精密化されたセットが、コンパクトデ
ィスクのディスク番号1にファイル名TYLOSIN.
PDBの下に表で示されており、そしてこれは、RCS
B Protein Data Bankに登録番号P
DB ID:1K9Mの下で登録されている)。図22
は、抗生物質チロシンと大リボソームサブユニットとの
間の空間的関係を示す。図22はまた、ポリペプチド出
口トンネルの一部分を示す。
【0206】スパルソマイシンと複合体化した大リボソ
ームサブユニットの原子座標を、ファイル名spars
omycin.pdbの下でコンパクトディスクのディ
スク番号1に表で列挙される(より精密化されたセット
が、コンパクトディスクのディスク番号1にファイル名
SPARSOMY.PDBの下に表で示されている)。
図23は、抗生物質スパルソマイシンと大リボソームサ
ブユニットとの間の空間的関係を示す。配向について
は、図23はまた、P部位の基質を示す。
【0207】ヴァージニアマイシンMと複合体化した大
リボソームサブユニットの原子座標を、ファイル名vi
rginiamycin.pdbの下でコンパクトディ
スクのディスク番号1に表で列挙される(より精密化さ
れたセットが、コンパクトディスクのディスク番号1に
ファイル名VIRGINIA.PDBの下に表で示され
ている)。図24は、抗生物質ヴァージニアマイシンM
ならびにカルボマイシンAと大リボソームサブユニット
との間の空間的関係を示す。
【0208】スピラマイシンと複合体化した大リボソー
ムサブユニットの原子座標を、ファイル名spiram
ycin.pdbの下でコンパクトディスクのディスク
番号1に表で列挙される(より精密化されたセットが、
コンパクトディスクのディスク番号1にファイル名SP
IRAMYC.PDBの下に表で示されており、そして
これは、RCSB Protein Data Ban
kに登録番号PDBID:1KD1の下で登録されてい
る)。図25は、抗生物質スピラマイシンと大リボソー
ムサブユニットとの間の空間的関係を示す。
【0209】アジスロマイシンと複合体化した大リボソ
ームサブユニットの原子座標を、ファイル名AZITH
ROM.PDBの下でコンパクトディスクのディスク番
号1に表で列挙される(より精密化されたセットが、コ
ンパクトディスクのディスク番号1にファイル名azi
thromycin.pdbの下に表で示されてい
る)。図26は、抗生物質アジスロマイシンと大リボソ
ームサブユニットとの間の空間的関係を示す。
【0210】リネゾリドと複合体化した大リボソームサ
ブユニットの原子座標を、ファイル名LINEZOL
I.PDBの下でコンパクトディスクのディスク番号1
に表で列挙される(より精密化されたセットが、コンパ
クトディスクのディスク番号1にファイル名linez
olid.pdbの下に表で示されている)。図27
は、抗生物質リネゾリドと大リボソームサブユニットと
の間の空間的関係を示す。
【0211】エリスロマイシンと複合体化した大リボソ
ームサブユニットの原子座標を、ファイル名eryth
romycin.pdbの下でコンパクトディスクのデ
ィスク番号1に表で列挙される。図28は、抗生物質エ
リスロマイシンと大リボソームサブユニットとの間の空
間的関係を示す。
【0212】図29は、いくつかの抗生物質(すなわ
ち、ブラスチシジン、アニソマイシン、ヴァージニアマ
イシンMおよびカルボマイシンA)が、大リボソームサ
ブユニットの内部のそれぞれの抗生物質結合部位に結合
する通り、いくつかの抗生物質(すなわち、ブラスチシ
ジン、アニソマイシン、ヴァージニアマイシンMおよび
カルボマイシンA)の空間的配向を示す。読み手を向か
せる目的のために、P部位、A部位、およびポリペプチ
ド出口トンネルの位置を図29に示す。明らかにされる
ように、これらの抗生物質は、大リボソームサブユニッ
トの内部で、特異的な位置に結合するかまたは接触し、
タンパク質生合成を中断する。例えば、ブラスチシジン
は、P部位の付近に大リボソームサブユニットを結合す
るようであり:アニソマイシンおよびヴァージニアマイ
シンは、A部位の付近に大リボソームサブユニットを結
合し:そしてカルボマイシン、スピラマイシン、チロシ
ン、アジスロマイシン、およびエリスロマイシン(マク
ロライド5)は全て、ペプチジルトランスフェラーゼ部
位に近接したポリペプチド出口トンネルの付近に大リボ
ソームサブユニットを結合する。
【0213】図29から、当業者が、大リボソームサブ
ユニットにおける領域と接触する各々の抗生物質の特定
の部分を同定し得ることが明らかである。これらの空間
的関係について、丁寧に互いに知ることによって、当業
者は、第一の鋳型抗生物質の一部分および第二の異なる
鋳型抗生物質の一部分を含むハイブリッド抗生物質分子
を生成し得る。2つの部分は、他の部分に関して一つの
部分の空間的配向を維持するために、化学的リンカーに
よって連結され得る。結果として、このハイブリッド抗
生物質は、各々の鋳型抗生物質によって代表的に結合さ
れるリボソームサブユニットの各々の領域を同時に結合
し得る。このような分子の設計および試験を、以下によ
り詳細に議論する。
【0214】図30(A)は、ポリペプチド出口トンネ
ル内で結合されたチロシン分子を示す。図30(A)
は、ペプチジルトランスフェラーゼ部位に近接するポリ
ペプチド出口トンネルの先端で抗生物質チロシンが結合
された、大リボソームサブユニットの拡大部分を示す。
図30(B)および30(C)は、ポリペプチド出口ト
ンネルに沿って切断された大リボソームサブユニットの
各半分を示す表示であり、そして全体として大リボソー
ムサブユニットに対するチロシン結合部位を示すように
読み手を向かせるように提供される。図30(A)はま
た、ポリペプチド出口トンネルの壁により規定される2
つのキャビティを示し、「キャビティ1」および「キャ
ビティ2」と表示される。さらに、図30(A)はま
た、二糖結合ポケットを示す。新規に合成されたポリペ
プチド鎖がポリペプチド出口トンネルを通ってリボソー
ムを出る方向が、矢印により表示される。
【0215】(E.X線回折データを活用する実験技
術)結晶性固体における分子または原子の集合から得ら
れるX線回折パターンに基づいて、この固体の電子密度
は、結晶学およびX線回折技術の分野の当業者に周知の
手段を使用して再構成され得る。次いで、回折データお
よび入手可能な公開された文献から引き出されるか、な
らびに/または追加の実験から引き出されるかのいずれ
かのさらなる位相情報を使用して、再構築を完成する。
【0216】電子密度の構築のためのX線回折データの
収集、分析および利用の基本的な概念および手順につい
ては、例えば、Campbellら(1984)Bio
logical Spectroscopy,The
Benjamin/Cummings Publish
ing Co.,Inc.,(Menlo Park,
CA);Cantorら(1980)Biophys
ical Chemistry,Part II:Te
chniques for the study of
biological structure and
function,W.H.Freeman and
Co.,San Francisco,CA;A.
T.Bruenger(1993)X−PLOR 3.
1版:Asystem for X−ray crys
tallography andNMR,Yale U
niv.Pr.,(New Haven,CT);M.
M.Woolfson(1997)An Introd
uction to X−ray Crystallo
graphy,Cambridge Univ.P
r.,(Cambridge,UK);J.Drent
h(1999)Principles of Prot
ein X−ray Crystallography
(Springer Advanced Texts
in Chemistry),Springer Ve
rlag;Berlin;Tsirelsonら(19
96)Electron Density and B
onding in Crystals:Princi
ples,Theory andX−ray Diff
raction Experiments in So
lid State Physics and Che
mistry,Inst.of Physics Pu
b.;米国特許第5,942,428号;米国特許第
6,037,117号;米国特許第5,200,910
号、および米国特許第5,365,456号(「Met
hod for Modeling theElect
ron Density of a Crysta
l」)を参照のこと。
【0217】次いで、分子モデルは、実験的電子密度情
報を使用して、前進的に形成され得、そしてX線回折デ
ータに対してさらに精密化され得、固体の正確な分子構
造に帰着する。
【0218】(F.他の大リボソームサブユニットの構
造決定)当業者が、第一の高分子の原子座標とともに提
供された場合、この情報を使用して、異なるけれども構
造的に関連する高分子の3次元構造を迅速かつ容易に決
定し得ることが理解される。例えば、H.marism
ortui由来の大リボソームサブユニットを規定する
原子座標が使用され、小サブユニットと複合体化した単
離されたサブユニットとしてか、または機能的に重要な
以下のリガンドと複合体化したサブユニットのいずれか
の他の種由来の大リボソームサブユニットの構造を決定
し得る:例えば、アミノアシルtRNA;種々のタンパ
ク質合成因子(例えば、伸長因子G、伸長因子Tu、終
結因子または再生(recycling)因子)(これ
らの両方とも、GTPおよびGDP立体配座状態であ
る);およびタンパク質合成インヒビター(例えば、抗
生物質)。さらに、H.marismortuiサブユ
ニットの座標がまた使用され、タンパク質分泌機構(例
えば、シグナル認識粒子およびトランスロコン)の成分
とのリボソーム複合体の構造を解き得る。
【0219】調べられた結晶が、未知の構造の高分子を
含み、そしてさらなる情報が入手不可能である場合、さ
らなる実験が、高分子の適切な位相の決定のために時折
必要とされ得る。これらの研究はしばしば、時間の浪費
であり得、そして成功するかも不確かであり得る(Bl
undellら(1976)前出)。しかし、さらなる
情報(例えば、構造および/または結晶学的情報)が目
的の高分子にある点で関連する分子に利用できる場合、
目的の分子の構造を解明するプロセスは、興味深くな
く、そして時間浪費の仕事である。
【0220】従って、当業者は、以前に解明された構造
から収集された情報を使用して、目的の新規の分子の3
次元モデルを開発し得る。さらに、当業者は、種々のア
プローチを使用して、新規の分子の3次元構造を解明し
得る。このアプローチは、目的の分子の結晶が入手可能
であるか否か、および/または目的の分子が、構造がす
でに決定されたホモログを有するか否かに依存し得る。
【0221】一つのアプローチでは、目的の分子が、同
形(すなわち、構造が決定されている関連分子と同じ単
位格子寸法および空間群を有する)の結晶を形成する場
合、関連分子の位相および/または原子座標が、新規に
観察された振幅と直接組み合わされ、電子密度地図を獲
得し得、従って、目的の分子の原子座標を獲得し得る。
次いで、得られた地図および/または原子座標は、当該
分野で公知の標準的な精密化手順を使用して精密化され
得る。別のアプローチでは、目的の分子が、既知の3次
元構造の別の分子に関連するが、異なる対称を有する異
なる単位格子で結晶化する場合、当業者は、分子置換と
して公知の技術を使用して、構造が既知の分子の座標か
ら有用な位相を獲得し得る(Blundellら 19
76前出)。報告によるとこのアプローチは、Dein
ococcus radioduransの50Sサブ
ユニットの構造決定に用いられた(Harms J.
et al.,Cell 107(5):679−8
8;Schlunzen F.et al.,(200
1)Nature 413(6858):814−2
1)。次いで、これらの位相が使用され、目的の分子の
電子密度地図および/または原子座標が生成され得る。
別のアプローチでは、結晶が、目的の分子について入手
不可能であるが、3次元構造が既知の別の分子と相同で
ある場合、当業者は、相同性モデリングとして公知のプ
ロセスを使用して、目的の分子の3次元構造を生成し得
る。他のアプローチは、目的の分子の3次元モデルの誘
導に有用であり得ることが意図される。従って、一つの
分子の結晶および/または座標に関する情報は、関連分
子の構造の決定を非常に容易にし得る。
【0222】1960年代にRossmannおよびB
lowによって最初に開発された分子置換法は、現在慣
用的に使用され、相同分子、または異なる連結状態の相
同分子の構造を使用して、未知の構造の高分子の結晶構
造を確立する(M.G.Rossmann編、「The
Molecular Replacement Me
thods,」Int.Sci.Rev.J.No.1
3,Gordon &Breach,New Yor
k,NY(1972);Eaton Lattman,
「Use of Rotation and Tran
slationFunctions,」H.W.Wyc
koff,C.H.W.Hist.(S.N.Tima
sheff編)Methods in Enzymol
ogy,115:55−77(1985))。分子置換
の適用の例としては、例えば、Rice,P.A.&
Steitz,T.A.(1994)EMBO J.1
3:1514−24を参照のこと。
【0223】分子置換において、既知の分子の3次元構
造は、観察された回折振幅と位置決定されたサブユニッ
トの座標から計算された振幅との間の最良な一致を提供
する配向および位置を見出すことによって、新規の結晶
の単位格子内で位置決定される。このモデリングから、
未知の結晶についての近似の位相が誘導され得る。未知
であるが、関連する構造の単位格子において、既知の構
造を位置決定するために、単位格子の原点と相対的な3
つの回転角および3つの並進が決定された。回転検索
は、検索する構造と相対的な配向の関数としての標的構
造のパターソン関数との間の一致を探すことによって行
われる(回転関数)。X−PLOR(Bruenger
ら(1987)Science 235:458−46
0;CNS(Crystallography & N
MR System,Bruengerら(1998)
Acta Cryst.Sect.D 54:905−
921)およびAMORE:an Automatic
Package forMolecular Rep
lacement(Navaza,J.(1994)A
cta Cryst.Sect.A,50:157−1
63)は、回転関数検索および並進関数検索を実行し得
るコンピュータプログラムである。一旦、試験分子の配
向が公知になると、分子の位置は、並進検索を使用して
見出されるはずである。一旦、既知の構造が、未知の分
子の単位格子に位置決定されると、観察された回折デー
タの位相が、既知の分子の構造的に関連する原子の原子
座標から計算され得る。未知の分子についての計算され
た位相およびX線回折データを使用することによって、
当業者は、目的の分子の電子密度地図および/または原
子座標を生成し得る。
【0224】例えば、H.marismortui由来
以外のリボソームサブユニットの3次元モデルは、分子
置換を介して生成され得ることが意図される。この方法
において、H.marismortuiのサブユニット
構造は、観察された回折振幅と、位置決定されたサブユ
ニットの座標から計算された振幅との間の最良の一致を
提供する配向および位置を見出すことによって、新規の
結晶の単位格子内に位置決定される。出発(start
ing)電子密度地図は、2Fhkl(観測値)−F
hkl(計算値)(ここで、F(観測値)は、未知の構
造の結晶から測定された回折振幅であり、そしてF(計
算値)は、位置決定されたH.marismortui
のサブユニット構造から計算された回折振幅である)を
使用して計算された。初期モデルの精密化は、高分子の
結晶学の分野で標準的なように行われ得る。
【0225】H.marismortuiの50S構造
はまた、さもなければ低すぎて解釈できない分解能で計
算された電子密度地図の70Sリボソームまたは50S
リボソームの構造を確立するために使用され得る。一
方、5Åの分解能の地図は、新規の原子限界点(ter
m)で解釈され得ず、もっともらしい原子モデルが、よ
り低い分解能地図(例えば、4.5Å〜8Å)まで、
H.marismortuiの50S構造を精密化する
ことによって構築され得る。この再適合は、相同性モデ
リングと組み合わされ、異なる種由来のリボソームまた
はリボソームサブユニットの3次元モデルを獲得し得
る。類似の手順が使用され、真核生物の60Sサブユニ
ットおよび/または真核生物のリボソームの構造を決定
し得ることが意図される。
【0226】一般に、構造を解くための分子置換の成功
は、関連構造の断片およびその同一性の程度に依存す
る。例えば、約50%以上の構造が、約2Å以下の範囲
で対応する原子間のr.m.s.差を示す場合、既知の
構造が首尾良く使用され、未知の構造を解明し得る。
【0227】比較モデリング(comparative
modeling)または経験に基づくモデリング
(knowledge−based modelin
g)としてもまた公知の相同性モデリングを使用し、ホ
モログの既知の構造に基づく分子の3次元モデルを生成
し得る。一般に、手順は、1つ以上の以下の工程を包含
し得る:構造が以前に決定された分子のアミノ酸または
核酸配列に対して、未知の分子のアミノ酸または核酸配
列を整列させる工程;構造的に保存された領域および構
造的に変化しやすい領域を同定する工程;公知の構造の
コア残基から未知の構造のコア(構造的に保存された)
残基についての原子座標を生成する工程;未知の構造に
おける他の(構造的に変化しやすい)残基についての立
体配座を生成する工程;側鎖の立体配座を形成する工
程;ならびに未知の構造の精密化および/または評価す
る工程。
【0228】例えば、すべての既知の50Sサブユニッ
トのrRNAのヌクレオチド配列が、互いに、ならびに
H.marismortuiの23S rRNAおよび
5SrRNAに関して整列され得るので、H.mari
smortuiの構造を使用して、他の50S リボソ
ームrRNA(特に、トンネルおよび活性部位の領域に
おいて)の構造モデルを構築することが可能である。同
様に、相同なタンパク質はまた、類似の方法論を使用し
てモデル化され得る。比較RNA配列分析に有用な方法
は当該分野で公知であり、そして視覚方法および数のパ
ターン(number pattern)方法、ならび
にχ統計、系統発生アルゴリズムまたは経験的アルゴ
リズムを利用する方法を含む。上述の方法のいくつかの
記載については、例えば、http://www.rn
a.icmb.utexas.edu/;Gutell
(1996),「Comparative Seque
nce Analysis and the Stru
cture of 16S and 23S rRN
A,」Ribosomal RNA.Structur
e,Evolution,Processing,an
d Function in Protein Bio
synthesis,(DahlbergA.およびZ
immerman B.編)CRC Press.Bo
ca Raton,111−128頁;Guttell
ら(1993)Nucl.AcidRes.21:30
55−3074;Schnareら(1996)J.M
ol.Biol.256:701−719で入手可能で
ある。特に有用な視覚点検方法としては、E.coli
の二次構造図に対する類似の位置に位置する残基との
H.marismortuiの二次構造図における特定
の位置の比較が挙げられる。相同性モデリングに特に有
用なソフトウェアプログラムとしては、XALIGN
(Wishart,D.ら(1994)Cabios
10:687−88)が挙げられる。米国特許第5,8
84,230号もまた、参照のこと。
【0229】新規の種のrRNAをモデリングするため
に、コンピュータグラフィックプログラム(例えば、
「O」(Jonesら(1991)Acta Crys
t.Sect.A,47:110−119))を使用し
て、相同のrRNAの塩基(これらの塩基は異なる)で
H.marismortuiのrRNAの塩基を置換し
得る。そうでなければ多くのたいていの場合、塩基の同
じ配向が適切である。挿入および欠失は、より難しくそ
して不確かであり得るが、ペプチジルトランスフェラー
ゼ部位を形成するrRNAおよびこの部位に最も近接す
るトンネルの一部分は、本質的に挿入および欠失と非常
に高度に保存されない。自動化のウェブに基づく相同性
モデリングは、例えば、Glaxo Wellcome
Experimental Research in
Geneva,Switzerland,から入手可
能なSWISS−MODELコンピュータプログラムお
よびEMBLサーバから入手可能なWHATIFプログ
ラムを使用して行われ得る。
【0230】相同性モデリングの他の記載については、
例えば、Gutell R.R.(1996),前出;
Gutell R.R.ら(1993)Nucleic
Acids Res.21:3055−3074;S
chnareら(1996)J.Mol.Biol.,
256:701−719;Blundellら(198
7)Nature 326:347−352;Fetr
owおよびBryant(1993)Bio/Tech
nology 11:479−484;Greer(1
991)Methods in Enzymology
202:239−252;ならびにJohnsonら
(1994)Crit.Rev.Biochem.Mo
l.Biol.29:1−68を参照のこと。相同性モ
デリングの例は、例えば、Szklarz G.D(1
997)Life Sci.61:2507−2520
に見出され得る。
【0231】以前に議論したように、原核生物および真
核生物ならびに真核生物ミトコンドリア由来の大リボソ
ームサブユニットは、構造的に保存される。原核生物お
よび真核生物由来の大リボソームサブユニットのアミノ
酸配列は、基質および触媒部位の結合部位の3次元構
造、性質および形状に重要なアミノ酸残基の同一性の進
化的保存に起因して整列され得る。相同な大リボソーム
サブユニットのアミノ酸配列における類似性により、相
同性モデリングを介して、結晶構造が解かれていない分
子のモデルの構築が可能になる。
【0232】次いで、H.marismortuiの結
晶および/または原子座標を使用して決定された新規の
リボソームまたは大リボソームサブユニットの構造は、
本明細書の以下に記載の1つ以上のアプローチを使用し
て、構造に基づく薬物設計に使用され得る。次いで、こ
の情報が使用され、比較的感化されていない宿主のリボ
ソームを残しながら、選択的に結合し、そして病原体の
リボソームにおけるタンパク質合成を中断する分子を設
計する。
【0233】(G.合理的な薬物設計) (1.序論)1つ以上のX線結晶学、分子モデリング、
相同性モデリングまたは分子置換から誘導された目的の
大リボソームサブユニットを規定する原子座標が、合理
的な薬物設計(RDD)に使用され、目的の新規の分子
(例えば、リボソーム機能の新規のモジュレーター(例
えば、インデューサー、ミメティックまたはインヒビタ
ー)を設計し得ることが意図される。さらに、本明細書
中で開示される原理を使用して、当業者は、目的の生物
または種におけるリボソーム機能を減少、中断、または
そうでなければ阻害するように特に操作された新規のタ
ンパク質合成インヒビターを設計、作製、試験、精密化
および使用し得ることが意図される。例えば、本明細書
中で議論された原理を使用して、当業者は、宿主(例え
ば、真核生物(特に、哺乳動物、そしてより特に、ヒ
ト))におけるリボソーム機能を保護しながら、病原体
(例えば、特定の原核生物)におけるリボソーム機能を
特に標的化しかつ阻害する新規の分子を操作し得る。結
果として、本明細書中で提供されかつ議論された原子座
標により、当業者が、意図されたレシピエント(例え
ば、ヒト)においてはほとんど毒性を有さないか、また
はまったく有さないまま、特定の病原体を殺傷し得る新
規の抗生物質を設計することを可能にする。
【0234】大リボソームサブユニットの原子座標を使
用したRDDが、当該分野で公知でありかつ使用される
従来のコンピュータハードウェアおよびソフトウェアを
使用したコンピュータ支援薬物設計(CADD)を通じ
て、最も直ちに容易にされ得ることが意図される。候補
分子は、従来の方法論を使用して、新規に設計され得る
か、またはすでに既存の分子(例えば、現存の抗生物
質)の改変版として設計され得る。一旦設計されると、
候補分子は、当該分野で公知でありかつ使用される標準
的な方法論を使用して合成され得る。合成後、候補分子
は、例えば、リボソーム機能を減少させるかまたは阻害
する能力、リボソームまたはリボソームサブユニットと
相互作用するか、あるいはリボソームまたはリボソーム
サブユニットを結合する能力によって、生物活性につい
てスクリーニングされ得る。一部これらの結果に基づい
て、候補分子は、1つ以上の前述の工程を繰り返し使用
して精密化され、所望の生物学的活性を有するより望ま
しい分子を生成し得る。得られた分子は、標的生物の生
物学的活性の処置、阻害または予防に有用であり得、そ
れによって生物を殺傷するか、またはその増殖を妨げ
る。あるいは、得られた分子は、任意の生物(特に、動
物、より特に、ヒト)における微生物感染の処置、阻害
または予防に有用であり得る。
【0235】要約すれば、本発明によって提供される手
段および方法論が使用され、望ましい様式で、リボソー
ムおよびリボソームサブユニットを結合および/または
リボソームおよびリボソームサブユニットと相互作用す
る目的の分子を同定および/または設計し得る。本質的
に、手順は、繰り返しのプロセスを利用し、それによっ
て、分子を合成し、試験し、そして特徴付ける。新規の
分子は、最初の分子の試験および特徴付けにおいて得ら
れた情報に基づいて設計され得、次いで、このような新
規に同定された分子は、それ自身試験され得、そして特
徴づけられ得る。この一連のプロセスは、望ましい結合
性質および/または生物学的活性を有する分子を得るに
必要とされる回数反復され得る。候補分子の同定のため
の方法を、以下により詳細に議論する。
【0236】(2.候補分子の同定)目的の候補分子の
設計が、従来のボール&スティック型モデリング手順に
よって容易にされ得ることが意図される。しかし、大リ
ボソームサブユニットの大きさおよび複雑さを考慮し
て、候補分子を設計する能力が、コンピュータに基づく
モデリングおよび設計プロトコルを使用して、有意に増
大され得ることが意図される。
【0237】(a.分子モデリング)本明細書中の以下
で詳細に議論される通り、候補分子の設計が、例えば、
IBM OS/2オペレーティングシステム上のUNI
X(登録商標)ベースのWindows(登録商標)
NTを作動し、そして分子モデリングおよび合理的な薬
物設計のための従来のコンピュータプログラムを作動し
得る、例えば、Silicon Graphics I
nc.およびSun Microsystemsから市
販されている従来のコンピュータまたはワークステーシ
ョンを使用して容易にされ得ることが意図される。
【0238】図31に示される包括的な特徴を有する任
意のコンピュータシステムが、本発明の実施に有用であ
り得ることが理解される。より具体的には、図31は、
例えば、内部バスまたは外部ネットワーク、セントラル
プロセシングユニット(101)、ランダムアクセス記
憶装置(RAM)(102)、読出し専用メモリ(RO
M)、モニタまたはターミナル(104)および必要に
応じて外部保存デバイス(例えば、ディスケット、CD
ROMまたは磁気テープ(105))を介して、互い
に電気通信(100)される代表的なコンピュータワー
クステーションの略図である。
【0239】本発明のコンピュータに基づくシステム
は、好ましくは、本発明のリボソームまたはリボソーム
サブユニットあるいはフラグメント配列および/または
原子座標/X線回折データが保存されたデータ保存手
段、ならびに分析手段を支持し、そして実行する必要な
ハードウェアおよびソフトウェア手段を含む。本明細書
中で使用されるように、「コンピュータシステム」また
は「コンピュータに基づくシステム」は、本発明の配
列、X線回折データおよび/または原子座標を分析する
ために使用される、ハードウェア手段、ソフトウェア手
段およびデータ保存手段をいう。本明細書中で使用され
るように、用語「データ保存手段」は、配列データ、原
子座標および/またはX線回折データあるいは本発明の
原子座標を記録された製品にアクセスし得るメモリアク
セス手段を保存し得る任意のメモリをいう。
【0240】一つの実施形態において、本発明のリボソ
ームまたはリボソームサブユニット、あるいはその少な
くとも一つのサブドメイン、アミノ酸および核酸配列、
X線回折データおよび/または原子座標が、コンピュー
タ読取り可能媒体に記録される。本明細書中で使用され
るように、用語「コンピュータ読取り可能媒体」は、コ
ンピュータによって直接読まれ、そしてアクセスされ得
る任意の媒体を意味することが理解される。このような
媒体としては以下が挙げられるが、これらに限定されな
い:磁気記録媒体(例えば、フロッピー(登録商標)デ
ィスク、ハードディスク記録媒体および磁気テープ);
光学記録媒体(例えば、光学ディスクまたはCD−RO
M);電気記録媒体(例えば、RAMおよびROM);
ならびにこれらのカテゴリの混成物(例えば、磁気/光
学記録媒体)。当業者は、現在公知のコンピュータ読取
り可能媒体のいずれかを使用し、どのように本発明のア
ミノ酸および/またはヌクレオチド配列、X線回折デー
タおよび/または原子座標を記録されたコンピュータ読
取り可能媒体を含む製品を創造し得るかを容易に認識す
る。
【0241】本明細書中で使用されるように、用語「記
録された」は、コンピュータ読取り可能媒体上に情報を
保存する任意のプロセスを意味することが理解される。
当業者は、コンピュータ読取り可能媒体上に情報を記録
するための現在公知の方法のいずれかを容易に採用し、
本発明のアミノ酸またはヌクレオチド配列、原子座標お
よび/またはX線回折データを含む製品を生成し得る。
【0242】本発明のアミノ酸および/またはヌクレオ
チド配列、原子座標および/またはX線回折データを記
録されたコンピュータ読取り可能媒体を創造するための
種々のデータ保存構造は、当業者に入手可能である。デ
ータ保存構造の選択は、一般に、保存された情報にアク
セスするように選択された手段に基づく。さらに、種々
のデータプロセッサおよびフォーマットが使用され、コ
ンピュータ読取り可能媒体上に、本発明の配列情報、X
線データおよび/または原子座標が保存され得る。上述
の情報、データおよび座標は、市販のソフトウェア(例
えば、WordPerfectおよびMICROSOF
T Word)でフォーマット(例えば、テキストファ
イルまたはデータベース)されたワードプロセッサテキ
ストファイル、またはデータベースアプリケーション
(例えば、DB2、Sybase、Oracleなど)
に保存されたASCIIファイルの形態で表され得る。
当業者は、本発明の情報を記録したコンピュータ読取り
可能媒体を得るために、任意の数のデータプロセッサ構
造化(structuring)フォーマットを容易に
適用し得る。
【0243】リボソームまたはリボソームサブユニット
の配列および/または原子座標を保存されたコンピュー
タ読取り可能媒体を提供することによって、当業者は、
配列および/または原子座標に慣用的にアクセスし得、
リボソームもしくはリボソームサブユニット、そのサブ
ドメイン、そのミメティックまたはリガンドをモデリン
グし得る。当業者が、コンピュータ読取り可能媒体にお
いて提供されるこのデータにアクセスし、そして分子モ
デリングおよび/またはRDDについて分析することを
可能にするコンピュータアルゴリズムは、公的に入手可
能であり、そして市販されている。例えば、Biote
chnology SoftwareDirector
y,MaryAnn Liebert Publ.,N
ewYork,NY(1995)を参照のこと。
【0244】コンピュータは必要とされないが、分子モ
デリングは、リボソーム、リボソームサブユニットまた
はその一部分の現実的なモデルを作成するためにコンピ
ュータを使用することによって、最も直ちに容易にされ
得る。分子モデリングはまた、リボソーム、リボソーム
サブユニットまたはその中の一部分に結合し得る新規の
より小さい分子(例えば、リガンド、薬剤および他の分
子)のモデリングを可能にする。分子モデリングに利用
される方法は、分子グラフィック(すなわち、3次元表
示から計算機化学(すなわち、物理学的性質および化学
的性質の計算)に及び、より小さい分子の結合またはそ
の活性についての予測を行い;そして化学合成のための
リガンド(例えば、薬物)を含む新規の分子を予測す
る。
【0245】分子モデリングについての基本的な情報に
ついては、例えば、M.Schlecht,Molec
ular Modeling on the PC(1
998)John Wiley & Sons;Gan
sら,Fundamental Principals
of Molecular Modeling(19
96)Plenum Pub.Corp.;N.C.C
ohen編,Guidebook on Molecu
lar Modeling in DrugDesig
n(1996)Academic Press;および
W.B.Smith,Introduction to
Theoretical Organic Chem
istry and Molecular Model
ing(1996)を参照のこと。分子モデリングにつ
いての詳細な情報を提供する米国特許としては、例え
ば、米国特許第6,093,573号;同第6,08
0,576号;同第6,075,014号;同第6,0
75,123号;同第6,071,700号;同第5,
994,503号;同第5,884,230号;同第
5,612,894号;同第5,583,973号;同
第5,030,103号;同第4,906,122号;
および同第4,812,12号が挙げられる。
【0246】3次元モデリングは、以下を含み得るがこ
れらに限定されない:構造の3次元表示を作製する工
程、構造の図を描く工程、構造の物理的モデルを形成す
る工程、ならびに、既知の座標を使用して、関連するリ
ボソーム、リボソームサブユニット、ならびにリボソー
ム/リガンド複合体およびリボソームサブユニット/リ
ガンド複合体を決定する工程。適切な座標は、当該分野
で公知の通り、分子モデリングの1つ以上のコンピュー
タプログラムに入れられる。例えば、3次元構造を見る
か、または操作するために有用なコンピュータプログラ
ムのリストとしては、以下が挙げられる:Midas
(University of Californi
a,San Francisco);MidasPlu
s(University of Californi
a,San Francisco);MOIL(Uni
versity of Illinois);Yumm
ie(Yale University);Sybyl
(Tripos,Inc.);Insight/Dis
cover(Biosym Technologie
s);MacroModel(Columbia Un
iversity);Quanta(Molecula
r Simulations,Inc.);Ceriu
s(Molecular Simulations,I
nc.);Alchemy(Tripos,In
c.);LabVision(Tripos,In
c.);Rasmol(Glaxo Research
and Development);Ribbon
(University of Alabama);N
AOMI(Oxford University);E
xplorer Eyechem(Silicon G
raphics,Inc.);Univision(C
ray Research);Molscript(U
ppsalaUniversity);Chem−3D
(Cambridge Scientific);Ch
ain(Baylor College of Med
icine);O(Uppsala Universi
ty);GRASP(Columbia Univer
sity);X−Plor(Molecular Si
mulations,Inc.;Yale Unive
rsity);Spartan(Wavefuncti
on,Inc.);Catalyst(Molecul
ar Simulations,Inc.);Molc
add(Tripos,Inc.);VMD(Univ
ersity of Illinois/Beckma
n Institute);Sculpt(Inter
active Simulations,Inc.);
Procheck(Brookhaven Natio
nal Library);DGEOM(QCPE);
RE_VIEW(Brunell Universit
y);Modeller(Birbeck Colle
ge,University of London);
Xmol(Minnesota Supercompu
ting Center);Protein Expe
rt(Cambridge Scientific);
HyperChem(Hypercube);MD D
isplay(University of Wash
ington);PKB(National Cent
er for Biotechnology Info
rmation,NIH);ChemX(Chemic
al Design,Ltd.);Cameleon
(Oxford Molecular,Inc.);お
よびIditis(Oxford Molecula
r,Inc.)。
【0247】RDDへの一つのアプローチは、目的の部
位に結合し得る既知の分子構造を検索することである。
分子モデリングを使用して、RDDプログラムは、目的
の部位に適合し得る異なる分子構造の範囲で眺め得、そ
してそしてコンピュータスクリーン上に移動するか、ま
たは計算を介することによって、どの構造が、実際に良
好に部位に適合するかを決定し得る(William
Bains(1998)Biotechnology
from A to Z,第2版,Oxford Un
iversity Press,259頁)。
【0248】代替ではあるが関連するアプローチは、小
さい分子リガンドとの複合体の既知の構造、およびリボ
ソームまたはリボソームサブユニットとのさらなる有利
な相互作用を形成するためのこの小さい分子のモデル改
変から開始される。
【0249】本発明は、分子モデリング技術およびコン
ピュータモデリング技術を使用することによって、リボ
ソームおよびリボソームサブユニットと相互作用する新
規の分子(例えば、抗生物質または他の治療剤)の設計
および選択を可能にする。このような抗生物質および治
療剤の他の型としては、抗真菌薬、抗ウイルス物質、抗
菌薬、殺虫薬、除草薬、ダニ駆除剤、齧歯類駆除剤(r
odentcides)などが挙げられるがこれらに限
定されない。
【0250】分子モデリングおよび/またはRDDを容
易にするために、当業者は、RCSB Protein
Data Bankに登録番号PDB ID:1FF
K、1JJ2、1FFZ、IFG0、1K73、1KC
8、1K8A、1KD1、または1K9Mで登録された
原子座標のいくつかまたはすべて、および/あるいはデ
ィスク番号1に含まれる原子座標のいくつかまたはすべ
てを使用し得る。さらに、当業者は、上述の原子座標を
使用して、目的の別の種由来のリボソームのモデルの少
なくとも一部分をともに規定する、例えば、分子モデリ
ングを介して、例えば、相同性モデリングおよび/また
は分子置換技術を使用して、さらなる原子座標を生成し
得る。上述の原子座標を使用することによって、当業者
は、1つ以上の種由来のリボソームに対して有効である
ようにぴったり合うことが可能であるが、他の種のリボ
ソームに対する効果がほとんどないか、またはまったく
ないタンパク質合成インヒビターを設計し得る。このよ
うなインヒビターは、拮抗的インヒビターであり得る。
本明細書中で使用されるように、用語「拮抗的インヒビ
ター」は、リボソームまたはリボソームサブユニットの
活性化形態に、その基質またはtRNAと同じ部位で結
合するインヒビターをいい、従って、直接基質またはt
RNAと競争する。用語リボソームまたはリボソームの
「活性化形態」は、タンパク質合成を可能にし得る状態
におけるリボソームまたはリボソームサブユニットをい
う。拮抗阻害は、基質濃度またはtRNA濃度を増加す
ることによって、完全に逆転され得る。
【0251】本発明はまた、タンパク質合成の非拮抗的
インヒビターとして作用する分子の設計を可能にする。
本明細書中で使用されるように、用語「非拮抗的インヒ
ビター」は、基質またはtRNAに結合するよりも、リ
ボソームまたはリボソームサブユニットの異なる部位に
結合することによって、リボソームまたはリボソームサ
ブユニットの機能的活性を阻害する分子をいう。このよ
うなインヒビターは、しばしば、基質またはtRNAを
伴うリボソームまたはリボソームサブユニットに結合し
得、そしてリボソームまたはリボソームサブユニットそ
れ自身には結合しない。非拮抗阻害は、基質濃度を増加
させることによって完全に逆転することができない。こ
れらのインヒビターは、基質にすでに結合した大リボソ
ームサブユニットの活性部位または他の領域のすべて、
またはその大リボソームサブユニットの活性部位または
他の領域の一部分に結合し得、そして大リボソームサブ
ユニットの活性部位に競合するか、または大リボソーム
サブユニットへの結合に競合する既知の拮抗的インヒビ
ターよりも強力かつ非特異的であり得る。
【0252】同様に、別の化学的実体への結合の有無を
問わず、タンパク質合成に結合し、そして阻害する非拮
抗的インヒビターは、大リボソームサブユニットまたは
本発明の大リボソームサブユニットを含む複合体の原子
座標を使用して設計され得る。本明細書中で使用される
ように、用語「非拮抗的インヒビター」は、リボソーム
またはリボソームサブユニットの遊離形態、またはリボ
ソームまたはリボソームサブユニットの基質結合形態、
あるいはリボソームまたはリボソームサブユニットのt
RNA結合形態のいずれかに結合し得るインヒビターを
いう。
【0253】当業者は、Segel,I.H.,(19
75)Enzyme Kinetics:Behavi
our and Analysis of Rapid
Equilibrium and Steady−S
tate Enzyme Systems,(Wile
y Classics Library)に従った標準
的な式を使用したコンピュータフィッティング酵素動力
学データによって、インヒビターを拮抗的、非拮抗的
(uncompetitive)または非拮抗的(no
ncompetitive)と同定し得る。本発明に従
った非拮抗的(uncompetitive)インヒビ
ターまたは非拮抗的(noncompetitive)
インヒビターが、同じ結合部位または異なる結合部位に
結合し得ることがまた、理解されるべきである。
【0254】あるいは、本発明によって提供される原子
座標は、既知のタンパク質合成インヒビターの改良され
たアナログを設計するのに有用であるか、または50S
リボソームサブユニット/CCdA−p−Puro複合
体および50Sリボソームサブユニット/aa−tRN
Aアナログ複合体の結晶の原子構造および座標に基づく
インヒビターの新規のクラスの設計に有用である。これ
は、高い特異性、安定性および他の薬物様品質の両方
で、タンパク質合成インヒビターの設計のための新規の
経路を提供する(Lipinskiら(1997)Ad
v.Drug Deliv.Rev.23:3)。
【0255】本発明の原子座標はまた、リボソームまた
はリボソームサブユニットあるいは種々の異なる化学的
特徴からなる分子を有するその一部分の3次元構造を突
き止めることを可能にし、候補インヒビターおよび/ま
たはアクチベーターとリボソームまたはリボソームサブ
ユニットとの間の相互作用のための最適な部位を決定す
る。例えば、溶媒に浸された結晶から収集されたX腺回
折データに基づく高分解能の原子座標により、各々の型
の溶媒分子の付着の位置の決定が可能になる。次いで、
これらの部位に結合する小分子が設計され得、合成され
得、そして阻害活性について試験され得る(Travi
s,J.(1993)Science262:137
4)。さらに、任意の公知の抗生物質、インヒビターま
たはH.marismortui大サブユニットに結合
する他の小分子が、H.marismortui大サブ
ユニットの結晶に浸漬され得、そして結合の正確な様式
が、差電子密度地図から決定され得る。これらの分子
は、より良い薬物様化合物が合成され得る先導する化合
物を表し得る。
【0256】(b.標的部位の同定)本発明の原子座標
により、当業者が、合理的な薬物設計における開始地点
として役立ち得るリボソームまたは大リボソームサブユ
ニットにおける標的位置を同定することを可能にする。
閾値問題として、本発明の原子座標により、当業者が、
リボソームを離れてタンパク質合成および/またはタン
パク質分泌に関与するリボソームまたはリボソームサブ
ユニット内の特異的な領域を同定することを可能にす
る。さらに、本発明の原子座標により、当業者が、異な
る生物間で保存されるかまたは保存されないこれらの領
域の一部分をさらに同定することを可能にする。例え
ば、特定の病原体(例えば、特定の原核生物)の間で保
存されるが、宿主生物(例えば、真核生物、より好まし
くは、哺乳動物)においては保存されないこれらの領域
の一部分を同定することによって、当業者は、病原体の
リボソームのタンパク質合成活性を選択的に阻害または
中断するが、宿主のリボソームのタンパク質合成活性を
選択的に阻害または中断しない分子を設計し得る。さら
に、特定の病原体の間で保存されるかまたは保存されな
いのいずれかである領域を分析することによって、特定
の必要性が生じる場合に、広い範囲または狭い範囲のタ
ンパク質合成インヒビター(例えば、抗生物質)を設計
することが可能になり得る。
【0257】図32は、リボソーム内でのタンパク質合
成および/またはリボソーム外で新たに合成されたタン
パク質の輸送または移動に関与するらしい種々の典型的
な標的部位を同定する大リボソームサブユニットの概略
図である。標的部位としては、例えば、P部位(20
0)、A部位(201)、ペプチジルトランスフェラー
ゼ中央部(202)、ペプチジルトランスフェラーゼ部
位(203)(少なくともP部位およびA部位の一部
分、因子結合ドメイン(204)(例えば、EF−Tu
結合ドメインおよびEF−G結合ドメインを含む)、ポ
リペプチド出口トンネル(205)(出口トンネルの壁
によって規定されるキャビティを含む)、シグナル認識
粒子結合ドメイン(206)を含む)が挙げられる。
【0258】例えば、H.marismortui 5
0Sリボソームサブユニットの原子座標の点検は、新規
のタンパク質合成インヒビターまたは改変されたタンパ
ク質合成インヒビターの合理的な薬物設計のための基本
の役割を果たし得る種々の標的領域を同定する。標的領
域としては、ペプチジルトランスフェラーゼ部位、A部
位、P部位、ポリペプチド出口トンネル、ポリペプチド
出口トンネルの壁に配置された特定のキャビティ(例え
ば、キャビティ1およびキャビティ2)、および特定の
抗生物質結合ポケットが挙げられる。上述の領域の各々
の少なくとも一部分をともに規定する残基を、以下の表
に同定する。しかし、同一または類似の標的部位が、本
明細書中で記載される原理を使用して、目的のリボソー
ムまたはリボソームユニットにおいて同定され得ること
が意図される。さらに、これらの原理は、本明細書中で
提供される原子座標の初期のセットのいずれか、または
任意のさらなる原子座標のセット(例えば、目的の任意
のリボソームまたはリボソームサブユニットの分子モデ
リングによって生成され得る二次的な原子座標のセッ
ト)を使用して、利用され得る。
【0259】表5Aは、リボソームのペプチジルトラン
スフェラーゼ部位の少なくとも一部分をともに規定す
る、H.marismortui 50Sリボソームサ
ブユニットにおける残基を同定する(5.8Åシェ
ル)。さらに、表5Aは、E.coli、Rattu
s、ヒト、およびヒトミトコンドリアの大サブユニット
におけるリボソームペプチジルトランスフェラーゼの少
なくとも一部分を規定する対応する残基を同定する。表
5Bは、リボソームペプチジルトランスフェラーゼ部位
のより広範な部分を共に規定するH.marismor
tui 50Sリボソームサブユニットにおける残基を
同定する(5.8Å−12.6Åシェル)。保存されな
い残基は、他の生物由来の整列された相同な23S r
RNAかまたはリボソームタンパク質のいずれかをコー
ドするゲノムDNAの対応する配列と、上記の部位を形
成するH.marismortui 23S rRNA
の構造またはリボソームタンパク質由来の配列とを比較
することによって同定された。
【0260】
【表8】
【0261】
【表9】
【0262】ペプチジルトランスフェラーゼ部位(5.
8Åシェル)を共に規定する残基を、プログラムMID
ASを用いて、CC−プロマイシンA部位リガンドの
原子とCCdA−p−プロマイシン遷移状態インヒビタ
ー(それぞれPDB登録コード:1fg0および1ff
z)のCCdA−PO部分の原子の5.8Å内にあ
る、50Sリボソームサブユニット中の残基であると決
定した。23S rRNAにおける保存された残基を、
H.marismortui 23S rRNA 由来
の配列と、相同な23S rRNAをコードするゲノム
DNA(E.coli、Rattus norveg
icus、ヒト、またはヒトミトコンドリア)と
の比較により決定した。配列アラインメントを、プログ
ラムMegAlign(DNASTAR、Madiso
n、Wisconsin、USA)によりデフォルトパ
ラメータを用いて決定した。 a.T.E.Ferrin、C.C.Huang、L.
E.Jarvis、およびR.Langridge(1
988)「The MIDAS DisplaySys
tem」J.Mol.Graphics、6(1):1
3−27、36−37 b)GenBank登録 AF034619 c)GenBank登録 J01695 d)GenBank登録 2624399 e)GenBank登録 M11167 f)GenBank登録 13683
【0263】
【表10】
【0264】
【表11】
【0265】
【表12】
【0266】ペプチジルトランスフェラーゼ部位(5.
8Å〜12.6Åシェル)を共に規定する残基を、プロ
グラムMIDASを用いて、CC−プロマイシンA部
位リガンドの原子とCCdA−p−プロマイシン遷移状
態インヒビター(それぞれPDB登録コード:1fg0
および1ffz)のCCdA−PO部分の原子の5.
8〜12.6Å内にある、50Sリボソームサブユニッ
ト中の残基であると決定した。23S rRNAにおけ
る保存された残基を、H.marismortui 2
3S rRNA由来の配列と、相同な23S rRN
Aをコードする整列されたゲノムDNA(E.coli
、Rattus norvegicus、ヒト
またはヒトミトコンドリア)の対応する配列との比較
により決定した。リボソームタンパク質の場合、H.m
arismortuiの構造タンパク質配列とE.c
oli、Rattus norvegicus、ヒ
、またはヒトミトコンドリアにおける相同なタン
パク質をコードする整列されたタンパク質配列の対応す
る配列との間でも比較がなされた。配列アラインメント
を、プログラムMegAlign(DNASTAR、M
adison、Wisconsin、USA)によりデ
フォルトパラメータを用いて決定した。NPは、相同
な残基が同定されなかったことを意味する。**XX
は、その種において、相同なタンパク質が同定されなか
ったことを意味する。 a)a.T.E.Ferrin、C.C.Huang、
L.E.Jarvis、およびR.Langridge
(1988)「The MIDAS Display
System」J.Mol.Graphics、6
(1):13−27、36−37 b)GenBank登録 AF034619 c)GenBank登録 J01695 d)GenBank登録 2624399 e)GenBank登録 M11167 f)GenBank登録 13683 g)タンパク質L3についてのGenBank登録 A
AA86859;タンパク質L10EについてのGen
Bank登録 15825950 i)タンパク質L3についてのGenBank登録 C
AA26460 j)タンパク質L3についてのGenBank登録 P
21531;タンパク質L10EについてのGenBa
nk登録 NP_112362 k)タンパク質L3についてのGenBank登録 N
P_000958;タンパク質L10EについてのGe
nBank accession NP_006004 l)タンパク質L3についてのGenBank登録 P
09001表6Aは、リボソームのA部位の少なくとも
一部分をともに規定するH.marismortui
50Sリボソームサブユニットにおける残基を同定する
(5.8Å)。さらに、表6Aは、Ecoli、Rat
tus、ヒトおよびヒトミトコンドリア大サブユニット
におけるリボソームA部位の少なくとも一部を規定する
対応する残基を同定する。表6Bは、リボソームA部位
の広範な部分を共に規定するH.marismortu
i 50Sリボソームサブユニットにおける残基を同定
する(5.8Å〜12.6Åシェル)。保存されない残
基は、表5Aおよび表5Bに関して以前に記載されたよ
うに同定した。
【0267】
【表13】
【0268】A部位(5.8Åシェル)を共に規定する
残基を、プログラムMIDASを用いて、CC−プロ
マイシンA部位リガンド(PDB登録コード1fg0)
の原子の5.8Å内にある、50Sリボソームサブユニ
ット中の残基であると決定した。23S rRNAにお
ける保存された残基を、H.marismortui2
3S rRNAの構造由来の配列と、相同な23S
rRNAをコードする整列されたゲノムDNA(E.c
oli、Rattus norvegicus、ヒ
、またはヒトミトコンドリア)の対応する配列と
の比較により決定した。配列アラインメントを、プログ
ラムMegAlign(DNASTAR、Madiso
n、Wisconsin、USA)によりデフォルトパ
ラメータを用いて決定した。 a)T.E.Ferrin、C.C.Huang、L.
E.Jarvis、およびR.Langridge(1
988)「The MIDAS DisplaySys
tem」J.Mol.Graphics、6(1):1
3−27、36−37 b)GenBank登録 AF034619 c)GenBank登録 J01695 d)GenBank登録 2624399 e)GenBank登録 M11167 f)GenBank登録 13683
【0269】
【表14】
【0270】
【表15】
【0271】A部位(5.8Å〜12.6Åシェル)を
規定する残基を、プログラムMIDASを用いて、C
C−プロマイシンA部位リガンドの原子(PDB登録コ
ード1fg0)の5.8〜12.6Å内にある、50S
リボソームサブユニット中の残基であると決定した。2
3S rRNAにおける保存された残基を、H.mar
ismortui 23S rRNAの構造由来の配
列と、相同な23SrRNAをコードする整列されたゲ
ノムDNA(E.coli、Rattusnorve
gicus、ヒト、またはヒトミトコンドリア
の対応する配列との比較により決定した。リボソームタ
ンパク質の場合、H.marismortuiの構造タ
ンパク質配列とE.coli、Rattus no
rvegicus、ヒト、またはヒトミトコンドリ
における相同なタンパク質をコードする整列された
タンパク質配列の対応する配列との間でも比較がなされ
た。配列アラインメントを、プログラムMegAlig
n(DNASTAR、Madison、Wiscons
in、USA)によりデフォルトパラメータを用いて決
定した。NPは、相同な残基が同定されなかったこと
を意味する。 a)a.T.E.Ferrin、C.C.Huang、
L.E.Jarvis、およびR.Langridge
(1988)「The MIDAS Display
System」J.Mol.Graphics、6
(1):13−27、36−37 b)GenBank登録 AF034619 c)GenBank登録 J01695 d)GenBank登録 2624399 e)GenBank登録 M11167 f)GenBank登録 13683 g)タンパク質L3についてのGenBank登録 A
AA86859 i)タンパク質L3についてのGenBank登録 C
AA26460 j)タンパク質L3についてのGenBank登録 P
21531 k)タンパク質L3についてのGenBank登録 N
P_000958 l)タンパク質L3についてのGenBank登録 P
09001 表7Aは、リボソームのP部位の少なくとも一部分をと
もに規定するH.marismortui 50Sリボ
ソームサブユニットにおける残基を同定する(5.8
Å)。さらに、表7Aは、Ecoli、Rattus、
ヒトおよびヒトミトコンドリア大サブユニットにおける
リボソームP部位の少なくとも一部を規定する対応する
残基を同定する。表7Bは、リボソームP部位の広範な
部分を共に規定するH.marismortui 50
Sリボソームサブユニットにおける残基を同定する
(5.8Å〜12.6Åシェル)。保存されない残基
は、表5Aおよび表5Bに関して以前に記載されたよう
に同定した。
【0272】
【表16】
【0273】P部位(5.8Åシェル)を共に規定する
残基を、プログラムMIDASを用いて、CCdA−
p−プロマイシン遷移状態インヒビター(図10a)
(PDB登録コード1ffz)のCCdA−PO部分
の原子の5.8Å内にある、50Sリボソームサブユニ
ット中の残基であると決定した。23S rRNAにお
ける保存された残基を、H.marismortui
23S rRNAの構造由来の配列と、相同な23S
rRNAをコードする整列されたゲノムDNA(E.
coli、Rattus norvegicus
ヒト、またはヒトミトコンドリア)の対応する配列
との比較により決定した。配列アラインメントを、プロ
グラムMegAlign(DNASTAR、Madis
on、Wisconsin、USA)によりデフォルト
パラメータを用いて決定した。 a)T.E.Ferrin、C.C.Huang、L.
E.Jarvis、およびR.Langridge(1
988)「The MIDAS DisplaySys
tem」J.Mol.Graphics、6(1):1
3−27、36−37 b)GenBank登録 AF034619 c)GenBank登録 J01695 d)GenBank登録 2624399 e)GenBank登録 M11167 f)GenBank登録 13683
【0274】
【表17】
【0275】
【表18】
【0276】P部位(5.8Å〜12.6Åシェル)を
共に規定する残基を、プログラムMIDASを用い
て、CCdA−p−プロマイシン遷移状態インヒビター
(図10a)(PDB登録コード1ffz)のCCdA
−PO部分の原子内にある、50Sリボソームサブユ
ニット中の残基であると決定した。23S rRNAに
おける保存された残基を、H.marismortui
23S rRNAの構造由来の配列と、相同な23
S rRNAをコードする整列されたゲノムDNA
(E.coli、Rattus norvegicu
、ヒト、またはヒトミトコンドリア)の対応す
る配列との比較により決定した。リボソームタンパク質
の場合、H.marismortuiの構造タンパク質
配列とE.coli、Rattus norveg
icus、ヒト、またはヒトミトコンドリアにお
ける相同なタンパク質をコードする整列されたタンパク
質配列の対応する配列との間でも比較がなされた。配列
アラインメントを、プログラムMegAlign(DN
ASTAR、Madison、Wisconsin、U
SA)によりデフォルトパラメータを用いて決定した。
NPは、相同な残基が同定されなかったことを意味す
る。**XXは、その種において、相同なタンパク質が
同定されなかったことを意味する。 a)a.T.E.Ferrin、C.C.Huang、
L.E.Jarvis、およびR.Langridge
(1988)「The MIDAS Display
System」J.Mol.Graphics、6
(1):13−27、36−37 b)GenBank登録 AF034619 c)GenBank登録 J01695 d)GenBank登録 2624399 e)GenBank登録 M11167 f)GenBank登録 13683 g)タンパク質L10EについてのGenBank登録
15825950 i)タンパク質L10EについてのGenBank登録
番号なし j)タンパク質L10EについてのGenBank登録
NP_112362 k)タンパク質L10EについてのGenBank登録
NP_006004 l)タンパク質L10EについてのGenBank登録
番号なし 表8Aは、リボソーム出口トンネル内の仮説の新生のポ
リペプチドの10Å内にある、H.marismort
ui 50Sリボソームサブユニットにおける残基を同
定する(10Åシェル)。さらに、表8Aは、E.co
li、Rattus、ヒト、およびヒトミトコンドリア
大サブユニットにおけるリボソームのポリペプチド出口
トンネルの少なくとも一部分を規定する対応する残基を
同定する。さらに、表8Bは、リボソーム出口トンネル
内の仮説の新生のポリペプチドの10〜15Å間に存在
する、H.marismortui 50Sリボソーム
サブユニットにおける残基を同定する(10Å〜15Å
シェル)。保存されない残基は、表5Aおよび表5Bに
関して以前に記載されたように同定した。
【0277】
【表19】
【0278】
【表20】
【0279】
【表21】
【0280】
【表22】
【0281】10Åシェルにおける残基を、プログラム
MIDASを用いて、出口トンネルの中央に位置する
新規に合成されたペプチドのモデルの原子の10Å内に
ある、50Sリボソームサブユニット中の残基であると
決定した。23S rRNAにおける保存された残基
を、H.marismortui 23S rRNA
の構造由来の配列と、相同な23S rRNAをコード
する整列されたゲノムDNA(E.coli、Rat
tus norvegicus、ヒト、またはヒト
ミトコンドリア)の対応する配列との比較により決定
した。リボソームタンパク質の場合、H.marism
ortuiの構造タンパク質配列とE.coli
Rattus norvegicus、ヒト、また
はヒトミトコンドリアにおける相同なタンパク質をコ
ードする整列されたタンパク質配列の対応する配列との
間でも比較がなされた。配列アラインメントを、プログ
ラムMegAlign(DNASTAR、Madiso
n、Wisconsin、USA)によりデフォルトパ
ラメータを用いて決定した。NPは、相同な残基が同
定されなかったことを意味する。**XXは、その種に
おいて、相同なタンパク質が同定されなかったことを意
味する。 a)a.T.E.Ferrin、C.C.Huang、
L.E.Jarvis、およびR.Langridge
(1988)「The MIDAS Display
System」J.Mol.Graphics、6
(1):13−27、36−37 b)GenBank登録 AF034619 c)GenBank登録 J01695 d)GenBank登録 2624399 e)GenBank登録 M11167 f)GenBank登録 13683 g)タンパク質L4についてのGenBank登録 P
12735;タンパク質L22についてのGenBan
k登録 R5HS22;タンパク質L39Eについての
GenBank登録 P22452 i)タンパク質L4についてのGenBank登録 C
AA26461;タンパク質L22についてのGenB
ank登録 CAA26465;タンパク質L39Eに
ついてのGenBank登録なし j)タンパク質L4についてのGenBank登録 J
C4277;タンパク質L22についてのGenBan
k登録 P24049;タンパク質L39Eについての
GenBank登録 CAA57900 k)タンパク質L4についてのGenBank登録 P
36578、NP_00959、S39803、および
T09551;タンパク質L22についてのGenBa
nk登録 XP_057521;タンパク質L39Eに
ついてのGenBank登録 NP_000991 l)タンパク質L4についてのGenBank登録 X
P_049502;タンパク質L22についてのGen
Bank登録 XP_051279;タンパク質L39
EについてのGenBank登録 NP_059142
およびNP_542984
【0282】
【表23】
【0283】
【表24】
【0284】
【表25】
【0285】
【表26】
【0286】10〜15Åシェルにおける残基を、プロ
グラムMIDASを用いて、出口トンネルの中央に位
置する新規に合成されたペプチドのモデルの原子の10
〜15Å内にある、50Sリボソームサブユニット中の
残基であると決定した。23S rRNAにおける保存
された残基を、H.marismortui 23Sr
RNAの構造由来の配列と、相同な23S rRNA
をコードする整列されたゲノムDNA(E.col
、Rattus norvegicus、ヒ
、またはヒトミトコンドリア)の対応する配列と
の比較により決定した。リボソームタンパク質の場合、
H.marismortuiの構造タンパク質配列
E.coli、Rattus norvegicus
、ヒト、またはヒトミトコンドリアにおける相同
なタンパク質をコードする整列されたタンパク質配列の
対応する配列との間でも比較がなされた。配列アライン
メントを、プログラムMegAlign(DNASTA
R、Madison、Wisconsin、USA)に
よりデフォルトパラメータを用いて決定した。NP
は、相同な残基が同定されなかったことを意味する。
**XXは、その種において、相同なタンパク質が同定
されなかったことを意味する。 a)a.T.E.Ferrin、C.C.Huang、
L.E.Jarvis、およびR.Langridge
(1988)「The MIDAS Display
System」J.Mol.Graphics、6
(1):13−27、36−37 b)GenBank登録 AF034619 c)GenBank登録 J01695 d)GenBank登録 2624399 e)GenBank登録 M11167 f)GenBank登録 13683 g)タンパク質L4についてのGenBank登録 P
12735;タンパク質L22についてのGenBan
k登録 R5HS22;タンパク質L24についてのG
enBank登録 R5HS22;タンパク質L29に
ついてのGenBank登録 R5HS29;タンパク
質L37EについてのGenBank登録P3241
0;タンパク質L39EについてのGenBank登録
P22452 i)タンパク質L4についてのGenBank登録 C
AA26461;タンパク質L22についてのGenB
ank登録 CAA26465;タンパク質L24につ
いてのGenBank登録 R5EC24;タンパク質
L29についてのGenBank登録 R5EC29;
タンパク質L37EについてのGenBank登録な
し;タンパク質L39EについてのGenBank登録
なし j)タンパク質L4についてのGenBank登録 J
C4277;タンパク質L22についてのGenBan
k登録 P24049;タンパク質L24についてのG
enBank登録 P12749;タンパク質L29に
ついてのGenBank登録 R5RT35;タンパク
質L37EについてのGenBank登録CAA470
12;タンパク質L39EについてのGenBank登
録 CAA57900 k)タンパク質L4についてのGenBank登録 P
36578、NP_00959、S39803およびT
09551;タンパク質L22についてのGenBan
k登録 XP_057521;タンパク質L24につい
てのGenBank登録 AAA60279およびNP
_000978;タンパク質L29についてのGenB
ank登録 AAA51648;タンパク質L37Eに
ついてのGenBank登録 NP_000988;タ
ンパク質L39EについてのGenBank登録 NP
_000991 l)タンパク質L4についてのGenBank登録 X
P_049502;タンパク質L22についてのGen
Bank登録 XP_051279;タンパク質L24
についてのGenBank登録 XP_056380;
タンパク質L29についてのGenBank登録なし;
タンパク質L37EについてのGenBank登録な
し;タンパク質L39EについてのGenBank登録
NP_059142およびNP_542984 n)R63は、GenBank配列 T09551およ
びS39803に存在し、S63は、GenBank配
列 P36578およびNP_000959に存在す
る。
【0287】図30は、抗生物質が結合する大リボソー
ムサブユニットの領域を示す。図30(A)は、大リボ
ソームサブユニットの拡大部分を示し、ペプチジルトラ
ンスフェラーゼ部位に近接するポリペプチド出口トンネ
ルの先端で抗生物質チロシンが結合する。図30(B)
および30(C)は、ポリペプチド出口トンネルに沿っ
て切断された大リボソームサブユニットの各半分を示す
表示であり、そして読み手を向かせるために、全体的な
大リボソームサブユニットに対するチロシン結合部位を
示す。図30(A)はまた、ポリペプチド出口トンネル
の壁により規定される2つのキャビティを示し、「キャ
ビティ1」および「キャビティ2」と表示される。さら
に、図30(A)はまた、二糖結合ポケットを示す。ポ
リペプチド出口トンネルを通るリボソームに存在する新
規に合成されたポリペプチド鎖の方向は、矢印により表
示される。
【0288】表9は、ポリペプチド出口トンネルの壁の
内側の第一のキャビティ(キャビティ1)を共に規定す
る、H.marismortui 50Sリボソームサ
ブユニットにおける残基を同定する。さらに、表9は、
E.coli、Rattus、ヒト、およびヒトミトコ
ンドリアにおけるキャビティ1由来の対応する残基を規
定するそれらの残基を同定する。保存されない残基は、
表5Aおよび表5Bに関して以前に記載されたように同
定した。
【0289】
【表27】
【0290】
【表28】
【0291】キャビティ残基を、プログラムMIDAS
を用いて同定した。23S rRNAにおける保存さ
れた残基を、H.marismortui 23S r
RNAの構造由来の配列と、相同な23S rRNA
をコードする整列されたゲノムDNA(E.col
、Rattus norvegicus、ヒ
、またはヒトミトコンドリア)の対応する配列と
の比較により決定した。リボソームタンパク質の場合、
H.marismortuiの構造タンパク質配列
E.coli、Rattus norvegicus
、ヒト、またはヒトミトコンドリアにおける相同
なタンパク質をコードする整列されたタンパク質配列の
対応する配列との間でも比較がなされた。配列アライン
メントを、プログラムMegAlign(DNASTA
R、Madison、Wisconsin、USA)に
よりデフォルトパラメータを用いて決定した。NP
は、相同な残基が同定されなかったことを意味する。 a)T.E.Ferrin、C.C.Huang、L.
E.Jarvis、およびR.Langridge(1
988)「The MIDAS DisplaySys
tem」J.Mol.Graphics、6(1):1
3−27、36−37 b)GenBank登録 AF034619 c)GenBank登録 J01695 d)GenBank登録 2624399 e)GenBank登録 M11167 f)GenBank登録 13683 g)タンパク質L4についてのGenBank登録 P
12735 i)タンパク質L4についてのGenBank登録 C
AA26461 j)タンパク質L4についてのGenBank登録 J
C4277 k)タンパク質L4についてのGenBank登録 P
36578、NP_00959、S39803、および
T09551 l)タンパク質L4についてのGenBank登録 X
P_049502 n)R63は、GenBank配列 T09551およ
びS39803に存在し、S63は、GenBank配
列 P36578およびNP_000959に存在す
る。
【0292】表10は、ポリペプチド出口トンネルの壁
の内部の第二のキャビティをともに規定するH.mar
ismortui 50Sリボソームサブユニットにお
ける残基を同定する。さらに、表10は、E.col
i、Rattus、ヒト、およびヒトミトコンドリアに
おけるキャビティ2由来の対応する残基を規定するそれ
らの残基を同定する。保存されない残基は、表5Aおよ
び表5Bに関して以前に記載されたように同定した。
【0293】
【表29】
【0294】
【表30】
【0295】キャビティ残基を、プログラムMIDAS
を用いて同定した。23S rRNAにおける保存さ
れた残基を、H.marismortui 23S r
RNAの構造由来の配列と、相同な23S rRNA
をコードする整列されたゲノムDNA(E.col
、Rattus norvegicus、ヒ
、またはヒトミトコンドリア)の対応する配列と
の比較により決定した。配列アラインメントを、プログ
ラムMegAlign(DNASTAR、Madiso
n、Wisconsin、USA)によりデフォルトパ
ラメータを用いて決定した。NPは、相同な残基が同
定されなかったことを意味する。 a)T.E.Ferrin、C.C.Huang、L.
E.Jarvis、およびR.Langridge(1
988)「The MIDAS DisplaySys
tem」J.Mol.Graphics、6(1):1
3−27、36−37 b)GenBank登録 AF034619 c)GenBank登録 J01695 d)GenBank登録 2624399 e)GenBank登録 M11167 f)GenBank登録 13683 しかし、表9および10は、ポリペプチド出口トンネル
の壁の内部に配置された多くのキャビティの中の2つを
規定するのみである。しかし、本明細書中に記載される
原子座標および分子モデリング方法論を使用することに
よって、当業者は、ポリペプチド出口トンネルの壁の内
部の他のキャビティをともに規定する残基(アミノ酸、
ヌクレオチドまたは両方の組み合わせによって寄与され
る)を同定し得る。
【0296】さらに、本明細書中に記載される原子座標
を使用することによって、当業者は、目的の任意の抗生
物質の抗生物質結合部位を同定し得る。この情報はま
た、抗生物質と、リボソームまたはリボソームサブユニ
ットにおける残基との間の接触部位を提供し、これは、
新規のタンパク質合成インヒビターまたは改変されたタ
ンパク質合成インヒビターの設計に利益を与えるために
使用され得る。種々の抗生物質のための結合部位または
接触部位は、以下でより詳細に議論される。
【0297】表11Aは、アニソマイシン結合ポケット
の少なくとも一部分をともに規定するH.marism
ortui 50Sリボソームサブユニットにおける残
基を同定する(5.8Åシェル)。さらに、表11A
は、Ecoli、Rattus、ヒトおよびヒトミトコ
ンドリア大サブユニットにおけるアニソマイシン結合ポ
ケットの少なくとも一部を規定する対応する残基を同定
する。表11Bは、アニソマイシン結合ポケットの広範
な部分を共に規定するH.marismortui 5
0Sリボソームサブユニットにおける残基を同定する
(5.8Å〜12.6Åシェル)。保存されない残基
は、表5Aおよび表5Bに関して以前に記載されたよう
に同定した。
【0298】
【表31】
【0299】結合ポケット(5.8Åシェル)を規定す
る残基を、プログラムMIDASを用いて、アニソマ
イシンの原子の5.8Å内に位置する、50Sリボソー
ムサブユニットにおけるそれらの残基として決定した。
23S rRNAにおける保存された残基を、H.ma
rismortui 23S rRNAの構造由来の
配列と、相同な23S rRNAをコードする整列され
たゲノムDNA(E.coli、Rattus no
rvegicus、ヒト、またはヒトミトコンドリ
)の対応する配列との比較により決定した。配列ア
ラインメントを、プログラムMegAlign(DNA
STAR、Madison、Wisconsin、US
A)によりデフォルトパラメータを用いて決定した。 a)T.E.Ferrin、C.C.Huang、L.
E.Jarvis、およびR.Langridge(1
988)「The MIDAS DisplaySys
tem」J.Mol.Graphics、6(1):1
3−27、36−37 b)GenBank登録 AF034619 c)GenBank登録 J01695 d)GenBank登録 2624399 e)GenBank登録 M11167 f)GenBank登録 13683 h)リガンドの水素結合(3.5Å)内にある、残基を
示す:例えば、Jorgensen、WL、Nguye
n、TB、J.Comput.Chem(1993)1
4:195−205を参照のこと。 v)抗生物質とファンデルワールス接触している残基
を、抗生物質における任意の原子のrmin内のそれら
の残基として規定した(ここで、rmin=21/6s
であり、Lennard−Jones対力価における最
小である(Computer Simulation
of Liquids;Allen、M.P.およびT
ildesley、D.J.;Oxford Univ
ersityPress:New York、199
2、11を参照のこと))。Lennard−Jone
s ssは、OPLS−AA力場から獲得される(Jo
rgensen、W.L.;Maxwell、D.S.
およびTirado−Rives、J.J.Am.Ch
em.Soc.、1996、118、11225−11
236およびJorgensen、W.L.BOSS、
Version 4.3;Yale Universi
ty:New Haven、CT、2002を参照のこ
と)。
【0300】
【表32】
【0301】
【表33】
【0302】結合ポケット(5.8Å〜12.6Åシェ
ル)を規定する残基を、プログラムMIDASを用い
て、アニソマイシンの原子の5.8〜12.6Å内に位
置する、50Sリボソームサブユニットにおけるそれら
の残基として決定した。23S rRNAにおける保存
された残基を、H.marismortui 23Sr
RNAの構造由来の配列と、相同な23S rRNA
をコードする整列されたゲノムDNA(E.col
、Rattus norvegicus、ヒ
、またはヒトミトコンドリア)の対応する配列と
の比較により決定した。配列アラインメントを、プログ
ラムMegAlign(DNASTAR、Madiso
n、Wisconsin、USA)によりデフォルトパ
ラメータを用いて決定した。NPは、相同な残基が同
定されなかったことを意味する。 a)T.E.Ferrin、C.C.Huang、L.
E.Jarvis、およびR.Langridge(1
988)「The MIDAS DisplaySys
tem」J.Mol.Graphics、6(1):1
3−27、36−37 b)GenBank登録 AF034619 c)GenBank登録 J01695 d)GenBank登録 2624399 e)GenBank登録 M11167 f)GenBank登録 13683 g)タンパク質L3についてのGenBank登録 A
AA86859 i)タンパク質L3についてのGenBank登録 C
AA26460 j)タンパク質L3についてのGenBank登録 P
21531 k)タンパク質L3についてのGenBank登録 N
P_000964 l)タンパク質L3についてのGenBank登録 P
09001 表12Aは、ブラスチシジン結合ポケットの少なくとも
一部分をともに規定するH.marismortui
50Sリボソームサブユニットにおける残基を同定する
(5.8Åシェル)。さらに、表12Aは、Ecol
i、Rattus、ヒトおよびヒトミトコンドリア大サ
ブユニットにおけるブラスチシジン結合ポケットの少な
くとも一部を規定する対応する残基を同定する。表12
Bは、ブラスチシジン結合ポケットの広範な部分を共に
規定するH.marismortui 50Sリボソー
ムサブユニットにおける残基を同定する(5.8Å〜1
2.6Åシェル)。保存されない残基は、表5Aおよび
表5Bに関して以前に記載されたように同定した。
【0303】
【表34】
【0304】結合ポケット(5.8Åシェル)を規定す
る残基を、プログラムMIDASを用いて、ブラスチ
シジンの原子の5.8Å内に位置する、50Sリボソー
ムサブユニットにおけるそれらの残基として決定した。
23S rRNAにおける保存された残基を、H.ma
rismortui 23S rRNAの構造由来の
配列と、相同な23S rRNAをコードする整列され
たゲノムDNA(E.coli、Rattus no
rvegicus、ヒト、またはヒトミトコンドリ
)の対応する配列との比較により決定した。配列ア
ラインメントを、プログラムMegAlign(DNA
STAR、Madison、Wisconsin、US
A)によりデフォルトパラメータを用いて決定した。 a)T.E.Ferrin、C.C.Huang、L.
E.Jarvis、およびR.Langridge(1
988)「The MIDAS DisplaySys
tem」J.Mol.Graphics、6(1):1
3−27、36−37 b)GenBank登録 AF034619 c)GenBank登録 J01695 d)GenBank登録 2624399 e)GenBank登録 M11167 f)GenBank登録 13683 h)リガンドの水素結合(3.5Å)内にある、残基を
示す:例えば、Jorgensen、WL、Nguye
n、TB、J.Comput.Chem(1993)1
4:195−205を参照のこと。 v)抗生物質とファンデルワールス接触している残基
を、抗生物質における任意の原子のrmin内のそれら
の残基として規定した(ここで、rmin=21/6s
であり、Lennard−Jones対力価における最
小である(Computer Simulation
of Liquids;Allen、M.P.およびT
ildesley、D.J.;Oxford Univ
ersityPress:New York、199
2、11を参照のこと))。Lennard−Jone
s ssは、OPLS−AA力場から獲得される(Jo
rgensen、W.L.;Maxwell、D.S.
およびTirado−Rives、J.J.Am.Ch
em.Soc.、1996、118、11225−11
236およびJorgensen、W.L.BOSS、
Version 4.3;Yale Universi
ty:New Haven、CT、2002を参照のこ
と)。
【0305】
【表35】
【0306】
【表36】
【0307】結合ポケット(5.8Å〜12.6Åシェ
ル)を規定する残基を、プログラムMIDASを用い
て、ブラスチシジンの原子の5.8〜12.6Å内に位
置する、50Sリボソームサブユニットにおけるそれら
の残基として決定した。23S rRNAにおける保存
された残基を、H.marismortui 23Sr
RNAの構造由来の配列と、相同な23S rRNA
をコードする整列されたゲノムDNA(E.col
、Rattus norvegicus、ヒ
、またはヒトミトコンドリア)の対応する配列と
の比較により決定した。リボソームタンパク質の場合、
H.marismortuiの構造タンパク質配列
E.coli、Rattus norvegicus
、ヒト、またはヒトミトコンドリアにおける相同
なタンパク質をコードする整列されたタンパク質配列の
対応する配列との間でも比較がなされた。配列アライン
メントを、プログラムMegAlign(DNASTA
R、Madison、Wisconsin、USA)に
よりデフォルトパラメータを用いて決定した。NP
は、相同な残基が同定されなかったことを意味する。
**XXは、その種において、相同なタンパク質が同定
されなかったことを意味する。 a)T.E.Ferrin、C.C.Huang、L.
E.Jarvis、およびR.Langridge(1
988)「The MIDAS DisplaySys
tem」J.Mol.Graphics、6(1):1
3−27、36−37 b)GenBank登録 AF034619 c)GenBank登録 J01695 d)GenBank登録 2624399 e)GenBank登録 M11167 f)GenBank登録 13683 g)タンパク質L2についてのGenBank登録 R
5HS2L;タンパク質L10EについてのGenBa
nk登録 15825950 i)タンパク質L2についてのGenBank登録 C
AA26463;タンパク質L10EについてのGen
Bank登録なし j)タンパク質L2についてのGenBank登録 R
5RTL8;タンパク質L10EについてのGenBa
nk登録 NP_112362 k)タンパク質L2についてのGenBank登録 N
P_000964;タンパク質L10EについてのGe
nBank登録 NP_006004 l)タンパク質L2についてのGenBank登録 X
P_004140;タンパク質L10EについてのGe
nBank登録なし 表13Aは、カルボマイシンA結合ポケットの少なくと
も一部分をともに規定するH.marismortui
50Sリボソームサブユニットにおける残基を同定す
る(5.8Åシェル)。さらに、表13Aは、Ecol
i、Rattus、ヒトおよびヒトミトコンドリア大サ
ブユニットにおけるカルボマイシンA結合ポケットの少
なくとも一部を規定する対応する残基を同定する。表1
3Bは、カルボマイシンA結合ポケットの広範な部分を
共に規定するH.marismortui 50Sリボ
ソームサブユニットにおける残基を同定する(5.8Å
〜12.6Åシェル)。保存されない残基は、表5Aお
よび表5Bに関して以前に記載されたように同定した。
【0308】
【表37】
【0309】結合ポケット(5.8Åシェル)を規定す
る残基を、プログラムMIDASを用いて、カルボマ
イシンAの原子の5.8Å内に位置する、50Sリボソ
ームサブユニットにおけるそれらの残基として決定し
た。23S rRNAにおける保存された残基を、H.
marismortui 23S rRNAの構造由
来の配列と、相同な23S rRNAをコードする整列
されたゲノムDNA(E.coli、Rattus
norvegicus、ヒト、またはヒトミトコン
ドリア)の対応する配列との比較により決定した。リ
ボソームタンパク質の場合、H.marismortu
iの構造タンパク質配列とE.coli 、Ratt
us norvegicus、ヒト、またはヒトミ
トコンドリアにおける相同なタンパク質をコードする
整列されたタンパク質配列の対応する配列との間でも比
較がなされた。配列アラインメントを、プログラムMe
gAlign(DNASTAR、Madison、Wi
sconsin、USA)によりデフォルトパラメータ
を用いて決定した。NPは、相同な残基が同定されな
かったことを意味する。 a)T.E.Ferrin、C.C.Huang、L.
E.Jarvis、およびR.Langridge(1
988)「The MIDAS DisplaySys
tem」J.Mol.Graphics、6(1):1
3−27、36−37 b)GenBank登録 AF034619 c)GenBank登録 J01695 d)GenBank登録 2624399 e)GenBank登録 M11167 f)GenBank登録 13683 g)タンパク質L22についてのGenBank登録
R5HS22 h)リガンドの水素結合(3.5Å)内にある、残基を
示す:例えば、Jorgensen、WL、Nguye
n、TB、J.Comput.Chem(1993)1
4:195−205を参照のこと。 i)タンパク質L22についてのGenBank登録
CAA26465 j)タンパク質L22についてのGenBank登録
P24049 k)タンパク質L22についてのGenBank登録
XP_057521 l)タンパク質L22についてのGenBank登録
XP_051279 v)抗生物質とファンデルワールス接触している残基
を、抗生物質における任意の原子のrmin内のそれら
の残基として規定した(ここで、rmin=21/6s
であり、Lennard−Jones対力価における最
小である(Computer Simulation
of Liquids;Allen、M.P.およびT
ildesley、D.J.;Oxford Univ
ersityPress:New York、199
2、11を参照のこと))。Lennard−Jone
s ssは、OPLS−AA力場から獲得される(Jo
rgensen、W.L.;Maxwell、D.S.
およびTirado−Rives、J.J.Am.Ch
em.Soc.、1996、118、11225−11
236およびJorgensen、W.L.BOSS、
Version 4.3;Yale Universi
ty:New Haven、CT、2002を参照のこ
と)。
【0310】
【表38】
【0311】
【表39】
【0312】
【表40】
【0313】結合ポケット(5.8Å〜12.6Åシェ
ル)を規定する残基を、プログラムMIDASを用い
て、カルボマイシンAの原子の5.8〜12.6Å内に
位置する、50Sリボソームサブユニットにおけるそれ
らの残基として決定した。23S rRNAにおける保
存された残基を、H.marismortui 23S
rRNAの構造由来の配列と、相同な23S rR
NAをコードする整列されたゲノムDNA(E.col
、Rattus norvegicus、ヒ
、またはヒトミトコンドリア)の対応する配列と
の比較により決定した。リボソームタンパク質の場合、
H.marismortuiの構造タンパク質配列
E.coli、Rattus norvegicus
、ヒト、またはヒトミトコンドリアにおける相同
なタンパク質をコードする整列されたタンパク質配列の
対応する配列との間でも比較がなされた。配列アライン
メントを、プログラムMegAlign(DNASTA
R、Madison、Wisconsin、USA)に
よりデフォルトパラメータを用いて決定した。NP
は、相同な残基が同定されなかったことを意味する。 a)T.E.Ferrin、C.C.Huang、L.
E.Jarvis、およびR.Langridge(1
988)「The MIDAS DisplaySys
tem」J.Mol.Graphics、6(1):1
3−27、36−37 b)GenBank登録 AF034619 c)GenBank登録 J01695 d)GenBank登録 2624399 e)GenBank登録 M11167 f)GenBank登録 13683 g)タンパク質L3についてのGenBank登録 A
AA86859;タンパク質L4についてのGenBa
nk登録 P12735 i)タンパク質L3についてのGenBank登録 C
AA26460;タンパク質L4についてのGenBa
nk登録 CAA26461 j)タンパク質L3についてのGenBank登録 P
21531;タンパク質L4についてのGenBank
登録 JC4277 k)タンパク質L3についてのGenBank登録 N
P_000958;タンパク質L4についてのGenB
ank登録 P36578、NP_000959、S3
9803、およびT09551 l)タンパク質L3についてのGenBank登録 P
09001;タンパク質L4についてのGenBank
登録 XP_049502 表14Aは、チロシン結合ポケットの少なくとも一部分
をともに規定するH.marismortui 50S
リボソームサブユニットにおける残基を同定する(5.
8Åシェル)。さらに、表14Aは、Ecoli、Ra
ttus、ヒトおよびヒトミトコンドリア大サブユニッ
トにおけるチロシン結合ポケットの少なくとも一部を規
定する対応する残基を同定する。表14Bは、チロシン
結合ポケットの広範な部分を共に規定するH.mari
smortui 50Sリボソームサブユニットにおけ
る残基を同定する(5.8Å〜12.6Åシェル)。保
存されない残基は、表5Aおよび表5Bに関して以前に
記載されたように同定した。
【0314】
【表41】
【0315】結合ポケット(5.8Åシェル)を規定す
る残基を、プログラムMIDASを用いて、チロシン
の原子の5.8Å内に位置する、50Sリボソームサブ
ユニットにおけるそれらの残基として決定した。23S
rRNAにおける保存された残基を、H.maris
mortui 23S rRNAの構造由来の配列
と、相同な23S rRNAをコードする整列されたゲ
ノムDNA(E.coli、Rattus norv
egicus、ヒト、またはヒトミトコンドリ
)の対応する配列との比較により決定した。リボソ
ームタンパク質の場合、H.marismortuiの
構造タンパク質配列とE.coli、Rattus
norvegicus、ヒト、またはヒトミトコ
ンドリアにおける相同なタンパク質をコードする整列
されたタンパク質配列の対応する配列との間でも比較が
なされた。配列アラインメントを、プログラムMegA
lign(DNASTAR、Madison、Wisc
onsin、USA)によりデフォルトパラメータを用
いて決定した。NPは、相同な残基が同定されなかっ
たことを意味する。 a)T.E.Ferrin、C.C.Huang、L.
E.Jarvis、およびR.Langridge(1
988)「The MIDAS DisplaySys
tem」J.Mol.Graphics、6(1):1
3−27、36−37 b)GenBank登録 AF034619 c)GenBank登録 J01695 d)GenBank登録 2624399 e)GenBank登録 M11167 f)GenBank登録 13683 g)タンパク質L22についてのGenBank登録
R5HS22 h)リガンドの水素結合(3.5Å)内にある、残基を
示す:例えば、Jorgensen、WL、Nguye
n、TB、J.Comput.Chem(1993)1
4:195−205を参照のこと。 i)タンパク質L22についてのGenBank登録
CAA26465 j)タンパク質L22についてのGenBank登録
P24049 k)タンパク質L22についてのGenBank登録
XP_057521 l)タンパク質L22についてのGenBank登録
XP_051279 m)この残基は、実際は5.87Åである。 v)抗生物質とファンデルワールス接触している残基
を、抗生物質における任意の原子のrmin内のそれら
の残基として規定した(ここで、rmin=21/6s
であり、Lennard−Jones対力価における最
小である(Computer Simulation
of Liquids;Allen、M.P.およびT
ildesley、D.J.;Oxford Univ
ersityPress:New York、199
2、11を参照のこと))。Lennard−Jone
s ssは、OPLS−AA力場から獲得される(Jo
rgensen、W.L.;Maxwell、D.S.
およびTirado−Rives、J.J.Am.Ch
em.Soc.、1996、118、11225−11
236およびJorgensen、W.L.BOSS、
Version 4.3;Yale Universi
ty:New Haven、CT、2002を参照のこ
と)。
【0316】
【表42】
【0317】
【表43】
【0318】
【表44】
【0319】結合ポケット(5.8Å〜12.6Åシェ
ル)を規定する残基を、プログラムMIDASを用い
て、チロシンの原子の5.8〜12.6Å内に位置す
る、50Sリボソームサブユニットにおけるそれらの残
基として決定した。23S rRNAにおける保存され
た残基を、H.marismortui 23S rR
NAの構造由来の配列と、相同な23S rRNAを
コードする整列されたゲノムDNA(E.coli
Rattus norvegicus、ヒト、また
はヒトミトコンドリア)の対応する配列との比較によ
り決定した。リボソームタンパク質の場合、H.mar
ismortuiの構造タンパク質配列とE.col
、Rattus norvegicus、ヒ
、またはヒトミトコンドリアにおける相同なタン
パク質をコードする整列されたタンパク質配列の対応す
る配列との間でも比較がなされた。配列アラインメント
を、プログラムMegAlign(DNASTAR、M
adison、Wisconsin、USA)によりデ
フォルトパラメータを用いて決定した。NPは、相同
な残基が同定されなかったことを意味する。**XX
は、その種において、相同なタンパク質が同定されなか
ったことを意味する。 a)T.E.Ferrin、C.C.Huang、L.
E.Jarvis、およびR.Langridge(1
988)「The MIDAS DisplaySys
tem」J.Mol.Graphics、6(1):1
3−27、36−37 b)GenBank登録 AF034619 c)GenBank登録 J01695 d)GenBank登録 2624399 e)GenBank登録 M11167 f)GenBank登録 13683 g)タンパク質L3についてのGenBank登録 A
AA86859;タンパク質L4についてのGenBa
nk登録 P12735;タンパク質L22についての
GenBank登録 R5HS24;タンパク質L37
EについてのGenBank登録 P32410 i)タンパク質L3についてのGenBank登録 C
AA26460;タンパク質L4についてのGenBa
nk登録 CAA26461;タンパク質L22につい
てのGenBank登録 CAA26465;タンパク
質L37EについてのGenBank登録なし j)タンパク質L3についてのGenBank登録 P
21531;タンパク質L4についてのGenBank
登録 JC4277;タンパク質L22についてのGe
nBank登録 P24049;タンパク質L37Eに
ついてのGenBank登録 CAA47102 k)タンパク質L3についてのGenBank登録 N
P_000958;タンパク質L4についてのGenB
ank登録 P36578、NP_000959、S3
9803、およびT09551;タンパク質L22につ
いてのGenBank登録 XP_051279;タン
パク質L37EについてのGenBank登録 NP_
000988 l)タンパク質L3についてのGenBank登録 P
09001;タンパク質L4についてのGenBank
登録 XP_049502;タンパク質L22について
のGenBank登録 XP_051279;タンパク
質L37EについてのGenBank登録なし表15A
は、スパルソマイシン結合ポケットの少なくとも一部分
をともに規定するH.marismortui 50S
リボソームサブユニットにおける残基を同定する(5.
8Åシェル)。さらに、表15Aは、Ecoli、Ra
ttus、ヒトおよびヒトミトコンドリア大サブユニッ
トにおけるスパルソマイシン結合ポケットの少なくとも
一部を規定する対応する残基を同定する。表15Bは、
スパルソマイシン結合ポケットの広範な部分を共に規定
するH.marismortui 50Sリボソームサ
ブユニットにおける残基を同定する(5.8Å〜12.
6Åシェル)。保存されない残基は、表5Aおよび表5
Bに関して以前に記載されたように同定した。
【0320】
【表45】
【0321】結合ポケット(5.8Åシェル)を規定す
る残基を、プログラムMIDASを用いて、スパルソ
マイシンの原子の5.8Å内に位置する、50Sリボソ
ームサブユニットにおけるそれらの残基として決定し
た。23S rRNAにおける保存された残基を、H.
marismortui 23S rRNAの構造由
来の配列と、相同な23S rRNAをコードする整列
されたゲノムDNA(E.coli、Rattus
norvegicus、ヒト、またはヒトミトコン
ドリア)の対応する配列との比較により決定した。配
列アラインメントを、プログラムMegAlign(D
NASTAR、Madison、Wisconsin、
USA)によりデフォルトパラメータを用いて決定し
た。 a)T.E.Ferrin、C.C.Huang、L.
E.Jarvis、およびR.Langridge(1
988)「The MIDAS DisplaySys
tem」J.Mol.Graphics、6(1):1
3−27、36−37 b)GenBank登録 AF034619 c)GenBank登録 J01695 d)GenBank登録 2624399 e)GenBank登録 M11167 f)GenBank登録 13683 h)リガンドの水素結合(3.5Å)内にある、残基を
示す:例えば、Jorgensen、WL、Nguye
n、TB、J.Comput.Chem(1993)1
4:195−205を参照のこと。 m)残基A2488は、実際は6.0Åであり;残基G
2540は、実際は5.85Åである。 v)抗生物質とファンデルワールス接触している残基
を、抗生物質における任意の原子のrmin内のそれら
の残基として規定した(ここで、rmin=21/6s
であり、Lennard−Jones対力価における最
小である(Computer Simulation
of Liquids;Allen、M.P.およびT
ildesley、D.J.;Oxford Univ
ersityPress:New York、199
2、11を参照のこと))。Lennard−Jone
s ssは、OPLS−AA力場から獲得される(Jo
rgensen、W.L.;Maxwell、D.S.
およびTirado−Rives、J.J.Am.Ch
em.Soc.、1996、118、11225−11
236およびJorgensen、W.L.BOSS、
Version 4.3;Yale Universi
ty:New Haven、CT、2002を参照のこ
と)。
【0322】
【表46】
【0323】
【表47】
【0324】結合ポケット(5.8Å〜12.6Åシェ
ル)を規定する残基を、プログラムMIDASを用い
て、スパルソマイシンの原子の5.8〜12.6Å内に
位置する、50Sリボソームサブユニットにおけるそれ
らの残基として決定した。23S rRNAにおける保
存された残基を、H.marismortui 23S
rRNAの構造由来の配列と、相同な23S rR
NAをコードする整列されたゲノムDNA(E.col
、Rattus norvegicus、ヒ
、またはヒトミトコンドリア)の対応する配列と
の比較により決定した。リボソームタンパク質の場合、
H.marismortuiの構造タンパク質配列
E.coli、Rattus norvegicus
、ヒト、またはヒトミトコンドリアにおける相同
なタンパク質をコードする整列されたタンパク質配列の
対応する配列との間でも比較がなされた。配列アライン
メントを、プログラムMegAlign(DNASTA
R、Madison、Wisconsin、USA)に
よりデフォルトパラメータを用いて決定した。 a)T.E.Ferrin、C.C.Huang、L.
E.Jarvis、およびR.Langridge(1
988)「The MIDAS DisplaySys
tem」J.Mol.Graphics、6(1):1
3−27、36−37 b)GenBank登録 AF034619 c)GenBank登録 J01695 d)GenBank登録 2624399 e)GenBank登録 M11167 f)GenBank登録 13683 g)タンパク質L3についてのGenBank登録 A
AA86859 i)タンパク質L3についてのGenBank登録 C
AA26460 j)タンパク質L3についてのGenBank登録 P
21531 k)タンパク質L3についてのGenBank登録 N
P_000958 l)タンパク質L3についてのGenBank登録 P
09001 表16Aは、ヴァージニアマイシンM結合ポケットの少
なくとも一部分をともに規定するH.marismor
tui 50Sリボソームサブユニットにおける残基を
同定する(5.8Åシェル)。さらに、表16Aは、E
coli、Rattus、ヒトおよびヒトミトコンドリ
ア大サブユニットにおけるヴァージニアマイシンM結合
ポケットの少なくとも一部を規定する対応する残基を同
定する。表16Bは、スパルソマイシン結合ポケットの
広範な部分を共に規定するH.marismortui
50Sリボソームサブユニットにおける残基を同定す
る(5.8Å〜12.6Åシェル)。保存されない残基
は、表5Aおよび表5Bに関して以前に記載されたよう
に同定した。
【0325】
【表48】
【0326】結合ポケット(5.8Åシェル)を規定す
る残基を、プログラムMIDASを用いて、ヴァージ
ニアマイシンMの原子の5.8Å内に位置する、50S
リボソームサブユニットにおけるそれらの残基として決
定した。23S rRNAにおける保存された残基を、
H.marismortui 23S rRNAの構
造由来の配列と、相同な23S rRNAをコードする
整列されたゲノムDNA(E.coli、Rattu
s norvegicus、ヒト、またはヒトミト
コンドリア)の対応する配列との比較により決定し
た。配列アラインメントを、プログラムMegAlig
n(DNASTAR、Madison、Wiscons
in、USA)によりデフォルトパラメータを用いて決
定した。 a)T.E.Ferrin、C.C.Huang、L.
E.Jarvis、およびR.Langridge(1
988)「The MIDAS DisplaySys
tem」J.Mol.Graphics、6(1):1
3−27、36−37 b)GenBank登録 AF034619 c)GenBank登録 J01695 d)GenBank登録 2624399 e)GenBank登録 M11167 f)GenBank登録 13683 h)リガンドの水素結合(3.5Å)内にある、残基を
示す:例えば、Jorgensen、WL、Nguye
n、TB、J.Comput.Chem(1993)1
4:195−205を参照のこと。 v)抗生物質とファンデルワールス接触している残基
を、抗生物質における任意の原子のrmin内のそれら
の残基として規定した(ここで、rmin=21/6s
であり、Lennard−Jones対力価における最
小である(Computer Simulation
of Liquids;Allen、M.P.およびT
ildesley、D.J.;Oxford Univ
ersityPress:New York、199
2、11を参照のこと))。Lennard−Jone
s ssは、OPLS−AA力場から獲得される(Jo
rgensen、W.L.;Maxwell、D.S.
およびTirado−Rives、J.J.Am.Ch
em.Soc.、1996、118、11225−11
236およびJorgensen、W.L.BOSS、
Version 4.3;Yale Universi
ty:New Haven、CT、2002を参照のこ
と)。
【0327】
【表49】
【0328】
【表50】
【0329】結合ポケット(5.8Å〜12.6Åシェ
ル)を規定する残基を、プログラムMIDASを用い
て、ヴァージニアマイシンMの原子の5.8〜12.6
Å内に位置する、50Sリボソームサブユニットにおけ
るそれらの残基として決定した。23S rRNAにお
ける保存された残基を、H.marismortui2
3S rRNAの構造由来の配列と、相同な23S
rRNAをコードする整列されたゲノムDNA(E.c
oli、Rattus norvegicus、ヒ
、またはヒトミトコンドリア)の対応する配列と
の比較により決定した。リボソームタンパク質の場合、
H.marismortuiの構造タンパク質配列
E.coli、Rattus norvegicus
、ヒト、またはヒトミトコンドリアにおける相同
なタンパク質をコードする整列されたタンパク質配列の
対応する配列との間でも比較がなされた。配列アライン
メントを、プログラムMegAlign(DNASTA
R、Madison、Wisconsin、USA)に
よりデフォルトパラメータを用いて決定した。NP
は、相同な残基が同定されなかったことを意味する。 a)T.E.Ferrin、C.C.Huang、L.
E.Jarvis、およびR.Langridge(1
988)「The MIDAS DisplaySys
tem」J.Mol.Graphics、6(1):1
3−27、36−37 b)GenBank登録 AF034619 c)GenBank登録 J01695 d)GenBank登録 2624399 e)GenBank登録 M11167 f)GenBank登録 13683 g)タンパク質L3についてのGenBank登録 A
AA86859 i)タンパク質L3についてのGenBank登録 C
AA26460 j)タンパク質L3についてのGenBank登録 P
21531 k)タンパク質L3についてのGenBank登録 N
P_000958 l)タンパク質L3についてのGenBank登録 P
09001 表17Aは、スピラマイシン結合ポケットの少なくとも
一部分をともに規定するH.marismortui
50Sリボソームサブユニットにおける残基を同定する
(5.8Åシェル)。さらに、表17Aは、Ecol
i、Rattus、ヒトおよびヒトミトコンドリア大サ
ブユニットにおけるスピラマイシン結合ポケットの少な
くとも一部を規定する対応する残基を同定する。表17
Bは、スピラマイシン結合ポケットの広範な部分を共に
規定するH.marismortui 50Sリボソー
ムサブユニットにおける残基を同定する(5.8Å〜1
2.6Åシェル)。保存されない残基は、表5Aおよび
表5Bに関して以前に記載されたように同定した。
【0330】
【表51】
【0331】結合ポケット(5.8Åシェル)を規定す
る残基を、プログラムMIDASを用いて、スピラマ
イシンの原子の5.8Å内に位置する、50Sリボソー
ムサブユニットにおけるそれらの残基として決定した。
23S rRNAにおける保存された残基を、H.ma
rismortui 23S rRNAの構造由来の
配列と、相同な23S rRNAをコードする整列され
たゲノムDNA(E.coli、Rattus no
rvegicus、ヒト、またはヒトミトコンドリ
)の対応する配列との比較により決定した。配列ア
ラインメントを、プログラムMegAlign(DNA
STAR、Madison、Wisconsin、US
A)によりデフォルトパラメータを用いて決定した。
NPは、相同な残基が同定されなかったことを意味す
る。 a)T.E.Ferrin、C.C.Huang、L.
E.Jarvis、およびR.Langridge(1
988)「The MIDAS DisplaySys
tem」J.Mol.Graphics、6(1):1
3−27、36−37 b)GenBank登録 AF034619 c)GenBank登録 J01695 d)GenBank登録 2624399 e)GenBank登録 M11167 f)GenBank登録 13683 g)タンパク質L22についてのGenBank登録
R5HS22;タンパク質L22についてのGenBa
nk登録 R5HS24 h)リガンドの水素結合(3.5Å)内にある、残基を
示す:例えば、Jorgensen、WL、Nguye
n、TB、J.Comput.Chem(1993)1
4:195−205を参照のこと。 i)タンパク質L22についてのGenBank登録
CAA26465;タンパク質L22についてのGen
Bank登録 CAA26465 j)タンパク質L22についてのGenBank登録
P24049;タンパク質L22についてのGenBa
nk登録P24049 k)タンパク質L22についてのGenBank登録
XP_057521;タンパク質L22についてのGe
nBank登録 XP_051279 l)タンパク質L22についてのGenBank登録
XP_051279 m)残基U2620は、実際は5.83Åであり;M1
30は、実際は5.87Åである。 v)抗生物質とファンデルワールス接触している残基
を、抗生物質における任意の原子のrmin内のそれら
の残基として規定した(ここで、rmin=21/6s
であり、Lennard−Jones対力価における最
小である(Computer Simulation
of Liquids;Allen、M.P.およびT
ildesley、D.J.;Oxford Univ
ersityPress:New York、199
2、11を参照のこと))。Lennard−Jone
s ssは、OPLS−AA力場から獲得される(Jo
rgensen、W.L.;Maxwell、D.S.
およびTirado−Rives、J.J.Am.Ch
em.Soc.、1996、118、11225−11
236およびJorgensen、W.L.BOSS、
Version 4.3;Yale Universi
ty:New Haven、CT、2002を参照のこ
と)。
【0332】
【表52】
【0333】
【表53】
【0334】
【表54】
【0335】結合ポケット(5.8Å〜12.6Åシェ
ル)を規定する残基を、プログラムMIDASを用い
て、スピラマイシンの原子の5.8〜12.6Å内に位
置する、50Sリボソームサブユニットにおけるそれら
の残基として決定した。23S rRNAにおける保存
された残基を、H.marismortui 23Sr
RNAの構造由来の配列と、相同な23S rRNA
をコードする整列されたゲノムDNA(E.col
、Rattus norvegicus、ヒ
、またはヒトミトコンドリア)の対応する配列と
の比較により決定した。リボソームタンパク質の場合、
H.marismortuiの構造タンパク質配列
E.coli、Rattus norvegicus
、ヒト、またはヒトミトコンドリアにおける相同
なタンパク質をコードする整列されたタンパク質配列の
対応する配列との間でも比較がなされた。配列アライン
メントを、プログラムMegAlign(DNASTA
R、Madison、Wisconsin、USA)に
よりデフォルトパラメータを用いて決定した。NP
は、相同な残基が同定されなかったことを意味する。 a)T.E.Ferrin、C.C.Huang、L.
E.Jarvis、およびR.Langridge(1
988)「The MIDAS DisplaySys
tem」J.Mol.Graphics、6(1):1
3−27、36−37 b)GenBank登録 AF034619 c)GenBank登録 J01695 d)GenBank登録 2624399 e)GenBank登録 M11167 f)GenBank登録 13683 g)タンパク質L3についてのGenBank登録 A
AA86859;タンパク質L4についてのGenBa
nk登録 P12735;タンパク質L22についての
GenBank登録 R5HS24 h)リガンドの水素結合(3.5Å)内にある、残基を
示す:例えば、Jorgensen、WL、Nguye
n、TB、J.Comput.Chem(1993)1
4:195−205を参照のこと。 i)タンパク質L3についてのGenBank登録 C
AA26460;タンパク質L4についてのGenBa
nk登録 CAA26461;タンパク質L22につい
てのGenBank登録 CAA26465 j)タンパク質L3についてのGenBank登録 P
21531;タンパク質L4についてのGenBank
登録 JC4277;タンパク質L22についてのGe
nBank登録 P24049 k)タンパク質L3についてのGenBank登録 N
P_000958;タンパク質L4についてのGenB
ank登録 P36578、NP_000959、S3
9803、およびT09551;タンパク質L22につ
いてのGenBank登録 XP_051279 l)タンパク質L3についてのGenBank登録 P
09001;タンパク質L4についてのGenBank
登録 XP_049502;タンパク質L22について
のGenBank登録 XP_051279 v)抗生物質とファンデルワールス接触している残基
を、抗生物質における任意の原子のrmin内のそれら
の残基として規定した(ここで、rmin=21/6s
であり、Lennard−Jones対力価における最
小である(Computer Simulation
of Liquids;Allen、M.P.およびT
ildesley、D.J.;Oxford Univ
ersityPress:New York、199
2、11を参照のこと))。Lennard−Jone
s ssは、OPLS−AA力場から獲得される(Jo
rgensen、W.L.;Maxwell、D.S.
およびTirado−Rives、J.J.Am.Ch
em.Soc.、1996、118、11225−11
236およびJorgensen、W.L.BOSS、
Version 4.3;Yale Universi
ty:New Haven、CT、2002を参照のこ
と)。
【0336】表18Aは、エリスロマイシン結合ポケッ
トの少なくとも一部分をともに規定するH.maris
mortui 50Sリボソームサブユニットにおける
残基を同定する(5.8Åシェル)。さらに、表18A
は、Ecoli、Rattus、ヒトおよびヒトミトコ
ンドリア大サブユニットにおけるエリスロマイシン結合
ポケットの少なくとも一部を規定する対応する残基を同
定する。表18Bは、エリスロマイシン結合ポケットの
広範な部分を共に規定するH.marismortui
50Sリボソームサブユニットにおける残基を同定す
る(5.8Å〜12.6Åシェル)。保存されない残基
は、表5Aおよび表5Bに関して以前に記載されたよう
に同定した。
【0337】
【表55】
【0338】結合ポケット(5.8Åシェル)を規定す
る残基を、プログラムMIDASを用いて、エリスロ
マイシンの原子の5.8Å内に位置する、50Sリボソ
ームサブユニットにおけるそれらの残基として決定し
た。23S rRNAにおける保存された残基を、H.
marismortui 23S rRNAの構造由
来の配列と、相同な23S rRNAをコードする整列
されたゲノムDNA(E.coli、Rattus
norvegicus、ヒト、またはヒトミトコン
ドリア)の対応する配列との比較により決定した。リ
ボソームタンパク質の場合、H.marismortu
iの構造タンパク質配列とE.coli 、Ratt
us norvegicus、ヒト、またはヒトミ
トコンドリアにおける相同なタンパク質をコードする
整列されたタンパク質配列の対応する配列との間でも比
較がなされた。配列アラインメントを、プログラムMe
gAlign(DNASTAR、Madison、Wi
sconsin、USA)によりデフォルトパラメータ
を用いて決定した。NPは、相同な残基が同定されな
かったことを意味する。 a)T.E.Ferrin、C.C.Huang、L.
E.Jarvis、およびR.Langridge(1
988)「The MIDAS DisplaySys
tem」J.Mol.Graphics、6(1):1
3−27、36−37 b)GenBank登録 AF034619 c)GenBank登録 J01695 d)GenBank登録 2624399 e)GenBank登録 M11167 f)GenBank登録 13683 g)タンパク質L4についてのGenBank登録 P
12735;タンパク質L22についてのGenBan
k登録 R5HS24 h)リガンドの水素結合(3.5Å)内にある、残基を
示す:例えば、Jorgensen、WL、Nguye
n、TB、J.Comput.Chem(1993)1
4:195−205を参照のこと。 i)タンパク質L4についてのGenBank登録 C
AA26461;タンパク質L22についてのGenB
ank登録 CAA26465 j)タンパク質L4についてのGenBank登録 J
C4277;タンパク質L22についてのGenBan
k登録 P24049 k)タンパク質L4についてのGenBank登録 P
36578、NP_000959、S39803、およ
びT09551;タンパク質L22についてのGenB
ank登録 XP_051279 l)タンパク質L4についてのGenBank登録 X
P_049502;タンパク質L22についてのGen
Bank登録 XP_051279 m)C2098は、実際は5.99Åであり;M130
は、実際は5.90Åである。 v)抗生物質とファンデルワールス接触している残基
を、抗生物質における任意の原子のrmin内のそれら
の残基として規定した(ここで、rmin=21/6s
であり、Lennard−Jones対力価における最
小である(Computer Simulation
of Liquids;Allen、M.P.およびT
ildesley、D.J.;Oxford Univ
ersityPress:New York、199
2、11を参照のこと))。Lennard−Jone
s ssは、OPLS−AA力場から獲得される(Jo
rgensen、W.L.;Maxwell、D.S.
およびTirado−Rives、J.J.Am.Ch
em.Soc.、1996、118、11225−11
236およびJorgensen、W.L.BOSS、
Version 4.3;Yale Universi
ty:New Haven、CT、2002を参照のこ
と)。
【0339】
【表56】
【0340】
【表57】
【0341】結合ポケット(5.8Å〜12.6Åシェ
ル)を規定する残基を、プログラムMIDASを用い
て、エリスロマイシンの原子の5.8〜12.6Å内に
位置する、50Sリボソームサブユニットにおけるそれ
らの残基として決定した。23S rRNAにおける保
存された残基を、H.marismortui 23S
rRNAの構造由来の配列と、相同な23S rR
NAをコードする整列されたゲノムDNA(E.col
、Rattus norvegicus、ヒ
、またはヒトミトコンドリア)の対応する配列と
の比較により決定した。リボソームタンパク質の場合、
H.marismortuiの構造タンパク質配列
E.coli、Rattus norvegicus
、ヒト、またはヒトミトコンドリアにおける相同
なタンパク質をコードする整列されたタンパク質配列の
対応する配列との間でも比較がなされた。配列アライン
メントを、プログラムMegAlign(DNASTA
R、Madison、Wisconsin、USA)に
よりデフォルトパラメータを用いて決定した。NP
は、相同な残基が同定されなかったことを意味する。 a)T.E.Ferrin、C.C.Huang、L.
E.Jarvis、およびR.Langridge(1
988)「The MIDAS DisplaySys
tem」J.Mol.Graphics、6(1):1
3−27、36−37 b)GenBank登録 AF034619 c)GenBank登録 J01695 d)GenBank登録 2624399 e)GenBank登録 M11167 f)GenBank登録 13683 g)タンパク質L3についてのGenBank登録 A
AA86859;タンパク質L4についてのGenBa
nk登録 P12735;タンパク質L22についての
GenBank登録 R5HS24 h)リガンドの水素結合(3.5Å)内にある、残基を
示す:例えば、Jorgensen、WL、Nguye
n、TB、J.Comput.Chem(1993)1
4:195−205を参照のこと。 i)タンパク質L3についてのGenBank登録 C
AA26460;タンパク質L4についてのGenBa
nk登録 CAA26461;タンパク質L22につい
てのGenBank登録 CAA26465 j)タンパク質L3についてのGenBank登録 P
21531;タンパク質L4についてのGenBank
登録 JC4277;タンパク質L22についてのGe
nBank登録 P24049 k)タンパク質L3についてのGenBank登録 N
P_000958;タンパク質L4についてのGenB
ank登録 P36578、NP_000959、S3
9803、およびT09551;タンパク質L22につ
いてのGenBank登録 XP_051279 l)タンパク質L3についてのGenBank登録 P
09001;タンパク質L4についてのGenBank
登録 XP_049502;タンパク質L22について
のGenBank登録 XP_051279 v)抗生物質とファンデルワールス接触している残基
を、抗生物質における任意の原子のrmin内のそれら
の残基として規定した(ここで、rmin=21/6s
であり、Lennard−Jones対力価における最
小である(Computer Simulation
of Liquids;Allen、M.P.およびT
ildesley、D.J.;Oxford Univ
ersityPress:New York、199
2、11を参照のこと))。Lennard−Jone
s ssは、OPLS−AA力場から獲得される(Jo
rgensen、W.L.;Maxwell、D.S.
およびTirado−Rives、J.J.Am.Ch
em.Soc.、1996、118、11225−11
236およびJorgensen、W.L.BOSS、
Version 4.3;Yale Universi
ty:New Haven、CT、2002を参照のこ
と)。
【0342】表19Aは、アジスロマイシン結合ポケッ
トの少なくとも一部分をともに規定するH.maris
mortui 50Sリボソームサブユニットにおける
残基を同定する(5.8Åシェル)。さらに、表19A
は、Ecoli、Rattus、ヒトおよびヒトミトコ
ンドリア大サブユニットにおけるアジスロマイシン結合
ポケットの少なくとも一部を規定する対応する残基を同
定する。表19Bは、アジスロマイシン結合ポケットの
広範な部分を共に規定するH.marismortui
50Sリボソームサブユニットにおける残基を同定す
る(5.8Å〜12.6Åシェル)。保存されない残基
は、表5Aおよび表5Bに関して以前に記載されたよう
に同定した。
【0343】
【表58】
【0344】結合ポケット(5.8Åシェル)を規定す
る残基を、プログラムMIDASを用いて、アジスロ
マイシンの原子の5.8Å内に位置する、50Sリボソ
ームサブユニットにおけるそれらの残基として決定し
た。23S rRNAにおける保存された残基を、H.
marismortui 23S rRNAの構造由
来の配列と、相同な23S rRNAをコードする整列
されたゲノムDNA(E.coli、Rattus
norvegicus、ヒト、またはヒトミトコン
ドリア)の対応する配列との比較により決定した。リ
ボソームタンパク質の場合、H.marismortu
iの構造タンパク質配列とE.coli 、Ratt
us norvegicus、ヒト、またはヒトミ
トコンドリアにおける相同なタンパク質をコードする
整列されたタンパク質配列の対応する配列との間でも比
較がなされた。配列アラインメントを、プログラムMe
gAlign(DNASTAR、Madison、Wi
sconsin、USA)によりデフォルトパラメータ
を用いて決定した。NPは、相同な残基が同定されな
かったことを意味する。 a)T.E.Ferrin、C.C.Huang、L.
E.Jarvis、およびR.Langridge(1
988)「The MIDAS DisplaySys
tem」J.Mol.Graphics、6(1):1
3−27、36−37 b)GenBank登録 AF034619 c)GenBank登録 J01695 d)GenBank登録 2624399 e)GenBank登録 M11167 f)GenBank登録 13683 g)タンパク質L22についてのGenBank登録
R5HS22 h)リガンドの水素結合(3.5Å)内にある、残基を
示す:例えば、Jorgensen、WL、Nguye
n、TB、J.Comput.Chem(1993)1
4:195−205を参照のこと。 i)タンパク質L22についてのGenBank登録
CAA26465 j)タンパク質L22についてのGenBank登録
P24049 k)タンパク質L22についてのGenBank登録
XP_057521 l)タンパク質L22についてのGenBank登録
XP_051279 m)残基U2541は、実際は5.93Åであり;M1
30は、実際は5.95Åである。 v)抗生物質とファンデルワールス接触している残基
を、抗生物質における任意の原子のrmin内のそれら
の残基として規定した(ここで、rmin=21/6s
であり、Lennard−Jones対力価における最
小である(Computer Simulation
of Liquids;Allen、M.P.およびT
ildesley、D.J.;Oxford Univ
ersityPress:New York、199
2、11を参照のこと))。Lennard−Jone
s ssは、OPLS−AA力場から獲得される(Jo
rgensen、W.L.;Maxwell、D.S.
およびTirado−Rives、J.J.Am.Ch
em.Soc.、1996、118、11225−11
236およびJorgensen、W.L.BOSS、
Version 4.3;Yale Universi
ty:New Haven、CT、2002を参照のこ
と)。
【0345】
【表59】
【0346】
【表60】
【0347】
【表61】
【0348】結合ポケット(5.8Å〜12.6Åシェ
ル)を規定する残基を、プログラムMIDASを用い
て、アジスロマイシンの原子の5.8〜12.6Å内に
位置する、50Sリボソームサブユニットにおけるそれ
らの残基として決定した。23S rRNAにおける保
存された残基を、H.marismortui 23S
rRNAの構造由来の配列と、相同な23S rR
NAをコードする整列されたゲノムDNA(E.col
、Rattus norvegicus、ヒ
、またはヒトミトコンドリア)の対応する配列と
の比較により決定した。リボソームタンパク質の場合、
H.marismortuiの構造タンパク質配列
E.coli、Rattus norvegicus
、ヒト、またはヒトミトコンドリアにおける相同
なタンパク質をコードする整列されたタンパク質配列の
対応する配列との間でも比較がなされた。配列アライン
メントを、プログラムMegAlign(DNASTA
R、Madison、Wisconsin、USA)に
よりデフォルトパラメータを用いて決定した。NP
は、相同な残基が同定されなかったことを意味する。
a)T.E.Ferrin、C.C.Huang、L.
E.Jarvis、およ びR.Langridge(1988)「The MI
DAS DisplaySystem」J.Mol.G
raphics、6(1):13−27、36−37 b)GenBank登録 AF034619 c)GenBank登録 J01695 d)GenBank登録 2624399 e)GenBank登録 M11167 f)GenBank登録 13683 g)タンパク質L3についてのGenBank登録 A
AA86859;タンパク質L4についてのGenBa
nk登録 P12735;タンパク質L22についての
GenBank登録 R5HS24 h)リガンドの水素結合(3.5Å)内にある、残基を
示す:例えば、Jorgensen、WL、Nguye
n、TB、J.Comput.Chem(1993)1
4:195−205を参照のこと。 i)タンパク質L3についてのGenBank登録 C
AA26460;タンパク質L4についてのGenBa
nk登録 CAA26461;タンパク質L22につい
てのGenBank登録 CAA26465 j)タンパク質L3についてのGenBank登録 P
21531;タンパク質L4についてのGenBank
登録 JC4277;タンパク質L22についてのGe
nBank登録 P24049 k)タンパク質L3についてのGenBank登録 N
P_000958;タンパク質L4についてのGenB
ank登録 P36578、NP_000959、S3
9803、およびT09551;タンパク質L22につ
いてのGenBank登録 XP_051279 l)タンパク質L3についてのGenBank登録 P
09001;タンパク質L4についてのGenBank
登録 XP_049502;タンパク質L22について
のGenBank登録 XP_051279 v)抗生物質とファンデルワールス接触している残基
を、抗生物質における任意の原子のrmin内のそれら
の残基として規定した(ここで、rmin=21/6s
であり、Lennard−Jones対力価における最
小である(Computer Simulation
of Liquids;Allen、M.P.およびT
ildesley、D.J.;Oxford Univ
ersityPress:New York、199
2、11を参照のこと))。Lennard−Jone
s ssは、OPLS−AA力場から獲得される(Jo
rgensen、W.L.;Maxwell、D.S.
およびTirado−Rives、J.J.Am.Ch
em.Soc.、1996、118、11225−11
236およびJorgensen、W.L.BOSS、
Version 4.3;Yale Universi
ty:New Haven、CT、2002を参照のこ
と)。
【0349】表20Aは、リネゾリド結合ポケットの少
なくとも一部分をともに規定するH.marismor
tui 50Sリボソームサブユニットにおける残基を
同定する(5.8Åシェル)。さらに、表20Aは、E
coli、Rattus、ヒトおよびヒトミトコンドリ
ア大サブユニットにおけるリネゾリド結合ポケットの少
なくとも一部を規定する対応する残基を同定する。表2
0Bは、リネゾリド結合ポケットの広範な部分を共に規
定するH.marismortui 50Sリボソーム
サブユニットにおける残基を同定する(5.8Å〜1
2.6Åシェル)。保存されない残基は、表5Aおよび
表5Bに関して以前に記載されたように同定した。
【0350】
【表62】
【0351】結合ポケット(5.8Åシェル)を規定す
る残基を、プログラムMIDASを用いて、リネゾリ
ドの原子の5.8Å内に位置する、50Sリボソームサ
ブユニットにおけるそれらの残基として決定した。23
S rRNAにおける保存された残基を、H.mari
smortui 23S rRNAの構造由来の配列
と、相同な23S rRNAをコードする整列されたゲ
ノムDNA(E.coli、Rattus norv
egicus、ヒト、またはヒトミトコンドリ
)の対応する配列との比較により決定した。配列ア
ラインメントを、プログラムMegAlign(DNA
STAR、Madison、Wisconsin、US
A)によりデフォルトパラメータを用いて決定した。
NPは、相同な残基が同定されなかったことを意味す
る。 a)T.E.Ferrin、C.C.Huang、L.
E.Jarvis、およびR.Langridge(1
988)「The MIDAS DisplaySys
tem」J.Mol.Graphics、6(1):1
3−27、36−37 b)GenBank登録 AF034619 c)GenBank登録 J01695 d)GenBank登録 2624399 e)GenBank登録 M11167 f)GenBank登録 13683 h)リガンドの水素結合(3.5Å)内にある、残基を
示す:例えば、Jorgensen、WL、Nguye
n、TB、J.Comput.Chem(1993)1
4:195−205を参照のこと。 v)抗生物質とファンデルワールス接触している残基
を、抗生物質における任意の原子のrmin内のそれら
の残基として規定した(ここで、rmin=21/6s
であり、Lennard−Jones対力価における最
小である(Computer Simulation
of Liquids;Allen、M.P.およびT
ildesley、D.J.;Oxford Univ
ersityPress:New York、199
2、11を参照のこと))。Lennard−Jone
s ssは、OPLS−AA力場から獲得される(Jo
rgensen、W.L.;Maxwell、D.S.
およびTirado−Rives、J.J.Am.Ch
em.Soc.、1996、118、11225−11
236およびJorgensen、W.L.BOSS、
Version 4.3;Yale Universi
ty:New Haven、CT、2002を参照のこ
と)。
【0352】
【表63】
【0353】
【表64】
【0354】結合ポケット(5.8Å〜12.6Åシェ
ル)を規定する残基を、プログラムMIDASを用い
て、リネゾリドの原子の5.8〜12.6Å内に位置す
る、50Sリボソームサブユニットにおけるそれらの残
基として決定した。23SrRNAにおける保存された
残基を、H.marismortui 23S rRN
の構造由来の配列と、相同な23S rRNAをコ
ードする整列されたゲノムDNA(E.coli、R
attus norvegicus、ヒト 、または
ヒトミトコンドリア)の対応する配列との比較により
決定した。リボソームタンパク質の場合、H.mari
smortuiの構造タンパク質配列 とE.coli
、Rattus norvegicus、ヒト
またはヒトミトコンドリアにおける相同なタンパク質
をコードする整列されたタンパク質配列の対応する配列
との間でも比較がなされた。配列アラインメントを、プ
ログラムMegAlign(DNASTAR、Madi
son、Wisconsin、USA)によりデフォル
トパラメータを用いて決定した。NPは、相同な残基
が同定されなかったことを意味する。 a)T.E.Ferrin、C.C.Huang、L.
E.Jarvis、およびR.Langridge(1
988)「The MIDAS DisplaySys
tem」J.Mol.Graphics、6(1):1
3−27、36−37 b)GenBank登録 AF034619 c)GenBank登録 J01695 d)GenBank登録 2624399 e)GenBank登録 M11167 f)GenBank登録 13683 g)タンパク質L3についてのGenBank登録 A
AA86859 i)タンパク質L3についてのGenBank登録 C
AA26460 j)タンパク質L3についてのGenBank登録 P
21531 k)タンパク質L3についてのGenBank登録 N
P_000958 l)タンパク質L3についてのGenBank登録 P
09001 当業者は、上述の例示的な標的部位または他の例示的な
標的部位を所有する場合、合理的な薬物設計のプロセス
を使用して、1つ以上の標的部位に潜在的に結合する分
子および/またはリボソーム活性を阻害する分子を同定
し得る。さらに、標的部位を規定する残基が、病原体の
間で保存されるが、宿主種の間で保存されないことを考
慮することによって、当業者は、新規の種特異的タンパ
ク質合成インヒビターを設計し得る。当業者が、E.c
oliとラットまたはヒトとの間で保存されない領域を
利用して、合理的な薬物設計のための標的領域を提供し
得ることが明らかである。例えば、図33は、E.co
liとラットまたはヒトとの間で保存されるポリペプチ
ド出口トンネルの特定の領域(赤色で示される)および
E.coliとラットまたはヒトとの間で保存されない
ポリペプチド出口トンネルの領域(青色で示される)を
示す。図33(A)および33(B)は、ポリペプチド
出口トンネルにそって半分に切断する場合の、大リボソ
ームサブユニットの拡大図を提供する。図33(C)
は、大リボソームサブユニットに関連して、図33
(A)における図に読み手を向かせるように提供され
る。図33(D)は、大リボソームサブユニットに関連
して、図33(B)における図に読み手を向かせるよう
に提供される。さらに、当業者は、抗生物質活性を予防
または減少する(すなわち、抗生物質耐性に関与する)
変異を有する場合、この情報を使用して、次いで基本と
して合理的な薬物設計を使用して、薬物耐性を克服する
小分子を同定し得る、関連する抗生物質結合産物をモデ
リングし得る。種々のコンピュータモデリング手順(例
えば、相同性モデリングプロトコル)が使用され、ヌク
レオチドおよび/またはアミノ酸の部位特異的変異誘発
を実行し、次いで適切なエネルギー最小化および精密化
プロトコルを使用することによって、薬物耐性の標的部
位のモデルを提供し得ることが意図される。
【0355】(c.候補分子の同定)タンパク質生合成
を阻害する候補分子は、デノボで全体的に設計され得る
か、または予め存在するタンパク質生合成インヒビター
に基づき得ることが、意図される。これらのアプローチ
のいずれかは、リボソームまたはリボソームサブユニッ
ト、より好ましくは大リボソームサブユニット、さらに
より好ましくは50Sリボソームサブユニットに、全体
的にかまたは部分的に結合し得る、化学実体、薬剤、リ
ガンド、または化合物についてのデータベースおよび低
分子のライブラリーを計算によりスクリーニングするこ
とにより容易になり得る。このスクリーニングにおい
て、このような実体または化合物の、結合部位(単数ま
たは複数)にフィットする品質は、形状相補性または推
定された相互作用エネルギーのいずれかにより判定され
得る(Mengら(1992)J.Comp.Che
m.13:505−524)。
【0356】本発明による、リボソームまたはリボソー
ムサブユニットに結合するか、またはこれらの機能的活
性を阻害する分子の設計は、一般に、2つの因子の考慮
を包含する。第一に、この分子は、大リボソームサブユ
ニットと物理的かつ構造的に会合し得なければならな
い。リボソームおよびリボソームサブユニットと分子と
の会合において重要な、非共有結合的な分子相互作用と
しては、水素結合相互作用、ファンデルワールス相互作
用、および疎水性相互作用が挙げられる。第二に、この
分子は、この分子がリボソームまたはリボソームサブユ
ニット、より好ましくは大リボソームサブユニット、さ
らにより好ましくは50Sリボソームサブユニットと会
合することを可能にする立体配座を呈し得なければなら
ない。この分子の特定の部分は、リボソームまたはリボ
ソームサブユニットとのこの会合に直接関与しないかも
しれないが、これらの部分は依然として、この分子の全
体的な立体配座に影響を与え得る。このことは、次に、
結合親和性、治療効力、薬物様品質、および能力に対し
て、有意な影響を有し得る。このような立体配座要件と
しては、リボソームもしくはリボソームサブユニットの
活性部位または他の領域の全体もしくは一部に対する、
化学的実体または分子の全体的な三次元構造および配
向、あるいはリボソームもしくはリボソームサブユニッ
ト(より好ましくは、大リボソームサブユニット、およ
びなおより好ましくは、50Sリボソームサブユニッ
ト)と直接相互作用するいくつかの化学的実体を含む分
子の、官能基間の間隔が挙げられる。
【0357】リボソームおよびリボソームサブユニット
に対する、分子の潜在的な、予測された阻害効果または
結合効果は、その分子の実際の合成、およびコンピュー
タモデル化技術の使用による試験の前に、分析され得
る。所定の分子の理論的な構造が、この分子とリボソー
ムまたはリボソームサブユニットとの間の不十分な相互
作用および会合を示唆する場合には、この分子の合成お
よび試験が取り除かれる。しかし、コンピュータモデル
化が強い相互作用を示す場合には、この分子は、合成さ
れ得、そしてリボソームまたはリボソームサブユニット
と相互作用し、そしてタンパク質合成を阻害する能力に
ついて、試験され得る。この様式で、非作動的な分子の
合成が回避され得る。いくつかの場合において、モデル
化において予測された不活性分子が合成され、次いで試
験されて、リボソームまたはリボソームサブユニット
(より好ましくは、大リボソームサブユニット、そして
なおより好ましくは、50Sリボソームサブユニット)
の特異的領域と相互作用する分子について、SAR(構
造−活性関係)を開発する。本明細書中において使用さ
れる場合に、用語「SAR」は、化合物の活性/特定と
その化学的構造との間の関係に直接関係する、構造−活
性/構造特性関係を集合的に言及するべきである。
【0358】(d.デノボ設計)当業者は、いくつかの
方法のうちの1つを使用して、化学部分もしくは実体、
化合物、または他の薬剤を、それらがリボソームまたは
リボソームサブユニット内の予め選択された標的部位と
会合する能力について、同定し得る。このプロセスは、
例えば、50Sリボソームサブユニットならびに/また
は他のアナログおよび抗生物質(登録番号PDB I
D:1FFK、1JJ2、1FFZ、1FG0、1K7
3、1KC8、1K8A、1KD1、または1K9Mで
RCSB Protein Data Bankに登録
され、そして/またはディスク番号1に含まれる表に列
挙される)とのその複合体の原子座標に基づく、コンピ
ュータスクリーン上の標的部位の目視検査またはコンピ
ュータ補助モデル化により、開始し得る。1つの実施形
態において、化合物設計は、異なる分子がリボソーム、
リボソームサブユニット、またはそのフラグメントの種
々の部位とどのように相互作用するかを計算するコンピ
ュータモデル化プログラムを使用する。次いで、選択さ
れた化学的部分もしくは実体、化合物、または薬剤は、
リボソームまたはリボソームサブユニット、より好まし
くは大リボソームサブユニット、およびなおより好まし
くは50Sリボソームサブユニットの標的部位の少なく
とも一部で、種々の配向に位置決定またはドッキングさ
れ得る。化学構造のデータベースは、例えば、Camb
ridge Crystallographic Da
taCenter(Cambridge、U.K.)お
よびChemical Abstracts Serv
ice(Columbus、OH)から入手可能であ
る。ドッキングは、Cerius、Quanta、また
はSybylのようなソフトウェアを使用し、引き続く
エネルギー最小化および分子力学(OPLS−AA、C
HARMM、またはAMBERのような標準的な分子力
学力場を用いる)により、達成され得る。
【0359】専門化されたコンピュータプログラムはま
た、化学実体を選択するプロセスにおいて補助し得る。
これらとしては、以下が挙げられるが、これらに限定さ
れない: (1)GRID(Goodford,P.J.、「A
Computational Procedure f
or Determining Energetica
lly Favorable Binding Sit
es on Biologically Import
ant Macromolecules」(1985)
J.Med.Chem.28、849−857)。GR
ID(種々の官能基の特徴を有するプローブと、高分子
表面との間の可能な相互作用部位を決定するプログラ
ム)のようなソフトウェアを使用して、類似の阻害タン
パク質または分子の構造を決定するための表面部位を分
析し得る。分子上の適切な阻害基(例えば、プロトン化
された一級アミン)をプローブとして用いるGRID計
算を使用して、適切なエネルギー輪郭レベルにおけるア
クセス可能な位置の周囲の潜在的な熱点を同定する。G
RIDは、Oxford University、Ox
ford、UKから入手可能である。
【0360】(2)MCSS(Miranker、A.
およびM.Karplus(1991)「Functi
onality Maps of Binding S
ites:A Multiple Copy Simu
ltaneous Search Method」、P
roteins:Structure,Functio
n and Genetics 11:29−34)。
MCSSは、Molecular Simulatio
ns、Burlington、MAから入手可能であ
る。
【0361】(3)AUTODOCK(Goodsel
l,D.S.およびA.J.Olsen(1990)
「Automated Docking of Sub
strates to Proteins by Si
mulated Annealing」Protein
s:Structure,Function andG
enetics 8:195−202)。AUTODO
CKは、Scripps Research Inst
itute、La Jolla、CAから入手可能であ
る。
【0362】(4)DOCK(Kunts,I.D.ら
(1982)「A Geometric Approa
ch to Macromolecule−Ligan
dInteractions」J.Mol.Biol.
161:269−288)。プログラムDOCKを使用
して、活性部位またはリガンド結合部位を分析し得、そ
して相補的な立体特性を有するリガンドを示唆し得る。
DOCKは、University of Calif
ornia、San Francisco、CAから入
手可能である。
【0363】(5)ALADDIN(Van Drie
ら(1989)「ALADDIN:An Integr
ated Tool of Computer Ass
isted Molecular Design an
d Pharmacophore Recogniti
on From Geometric,Sterica
nd Substructure Searching
of Three−Dimensional Str
uctures」J.Comp−AidedMol.D
es.3:225)。
【0364】(6)CLIX(DavieおよびLaw
rence(1992)「CLIX:A Search
Algorithm for Funding No
vel Ligands Capable of Bi
nding Proteins of Known T
hree−Dimensional Structur
e」Proteins 12:31−41)。
【0365】(7)GROUPBUILD(Rotst
einおよびMurcko(1993)「GroupB
uild:A Fragment−Based Met
hod for De Novo Drug Desi
gn」J.Med.Chem36:1700)。
【0366】(8)GROW(MoonおよびHowe
(1991)「ComputerDesign of
Bioactive Molecules:A Met
hod for Receptor−Based De
Novo LigandDesign」Protei
ns 11:314)。
【0367】一旦、適切な化学的部分もしくは実体、化
合物、または薬剤が選択されると、これらは単一の分子
に構築され得る。構築の前に、この化学的部分もしくは
実体、化合物、または薬剤の、三次元空間での互いに対
する空間的関係の目視検査および/またはコンピュータ
モデル化およびコンピュータ分析を行い得る。次いで、
これに続いて、QuantaまたはSybylのような
ソフトウェアを用いるモデル構築がなされ得る。
【0368】当業者が個々の化学的実体、化合物、また
は薬剤を接続する際に補助するために有用なプログラム
としては、以下が挙げられるが、これらに限定されな
い: (1)CAVEAT(Bartlett,P.A.ら
(1989)「CAVEAT:A Program t
o Facilitate the Structur
e−Derived Design of Biolo
gicallyActive Molecules」、
Molecular Recognition in
Chemical and Biological P
roblems、Special Pub.、Roya
l Chem.Soc.78:82−196)および
(Baconら(1992)J.Mol.Biol.2
25:849−858)。CAVEATは、既に活性部
位に位置する任意数の化学フラグメントを接続するため
の「スペーサー」として作用し得る、環式化合物のデー
タベースを使用する。これは、当業者が迅速に、きつい
結合のために必要であることが既知であるか、またはそ
の疑いのあるフラグメントを接続するための、何百もの
可能な方法を生成することを可能にする。CAVEAT
は、University of Californi
a、Berkeley、CAから入手可能である。
【0369】(2)MACCS−3Dのような3D D
atabaseシステム(MDLInformatio
n Systems、San Leandro(C
A))。この領域は、Martin,Y.C.、(19
92)「3D Database Searching
in Drug Design」、J.Med.Ch
em.35:2145−2154に概説される。
【0370】(3)HOOK(Molecular S
imulations、Burlington、MAか
ら入手可能)。
【0371】上記のように一度の1つの化学的実体で段
階ごとの様式で、目的の分子を構築することに先行する
代わりに、目的の分子は、空の活性部位かまたは既知の
インヒビター(単数または複数)のいくらかの部分(単
数または複数)を必要に応じて含む部位のいずれかを使
用して、全体として設計され得る。これらの方法を実行
するソフトウェアとしては、以下が挙げられる: (1)LUDI(Bohm,H.−J.(1992)
「The Computer Program LUD
I:A New Method for theDe
Novo Design of Enzyme Inh
ihitors」、J.Comp.Aid.Mole
c.Design 6:61−78)。プログラムLU
DIは、水素結合および疎水性フラグメントの両方を配
置するための相互作用部位の列挙を決定し得る。次い
で、LUDIは、約600のリンカーのライブラリーを
使用して、4つまでの異なる相互作用部位をフラグメン
トに接続する。次いで、小さい方の「架橋」基(例え
ば、−CH−および−COO−)を使用して、これら
のフラグメントを接続する。例えば、酵素DHFRにつ
いては、周知のインヒビターであるメトトレキサートで
の主要な官能基の配置が、LUDIにより再生された。
RotsteinおよびMurcko、(1992)
J.Med.Chem.36:1700−1710もま
た参照のこと。LUDIは、Biosym Techn
ologies、San Diego、CAから入手可
能である。
【0372】(2)LEGEND(Nishibat
a,Y.およびA.Itai(1991)Tetrah
edron 47、8985)。LEGENDは、Mo
lecular Simulations、Burli
ngton、MAから入手可能である。
【0373】(3)LeapFrog(Tripos
Associates、St.Louis、MOから入
手可能)。
【0374】(4)Aladdin(Daylight
Chemical Information Sys
tems、Irvine、CAから入手可能)。
【0375】他の分子モデル化技術もまた、本発明に従
って使用され得る。例えば、Cohen,N.C.ら
(1990)「Molecular Modeling
Software and Methods for
Medicinal Chemistry」、J.M
ed.Chem.33:883−894を参照のこと。
Navia,M.A.およびM.A.Murcko(1
992)「The Use of Structura
l Information in DrugDesi
gn」、Current Opinions in S
tructural Biology 2:202−2
10;およびJorgensen(1998)「BOS
S−Biochemical and Organic
Simulation System」、Encyc
lopedia of Computational
Chemistry(P.V.R.Schleyer
編)Wiley&Sonstra.、Athens、
U.S.A.5:3281−3285もまた参照のこ
と。
【0376】モデル化の間に、目的の分子に、医薬品と
して投与されるべき分子のために有用であり得る化学的
部分を導入することが可能であり得ることが、意図され
る。例えば、分子の標的領域に対する結合に直接影響を
与えないかもしれないが、例えば、薬学的に受容可能な
キャリアにおける分子の全体的な安定性、分子のバイオ
アベイラビリティおよび/または分子の毒性に寄与し得
る、化学的部分を、目的の分子に導入するか、または目
的の分子から省略することが、可能であり得る。目的の
分子の薬理学を最適化するための考慮および方法は、例
えば、「Goodman and Gilman’s
The Pharmacological Basis
of Therapeutics」第8版(Good
manGilman、Rall、Nies、およびTa
ylor(編))、Pergaman Press(1
985);JorgensenおよびDuffy(20
00)Bioorg.Med.Chem.Lett.1
0:1155−1158に見出され得る。
【0377】さらに、コンピュータプログラム「Qik
Prop」を使用して、目的の有機分子の物理的に有
意な説明および薬学的に関連する特性の迅速な予測を提
供し得る。「5の法則」確率スキームを使用して、新た
に合成された化合物の経口的吸収を推定し得る(Lip
inskiら(1997)Adv.Drug Deli
v.Rev.23:3)。
【0378】薬物団(pharmacophore)の
選択および設計のために適したプログラムとしては、以
下が挙げられる: (1)DISCO(Abbot Laboratori
es、Abbot Park、Ill.) (2)Catalyst(Bio−CAD Cor
p.、MountainView、CA) (3)Chem DBS−3D(Chemical D
esign Ltd.Oxford、U.K.)。
【0379】さらに、当業者は、適切な治療的に活性な
化合物および薬学的に有用な化合物をどのように設計す
るかに関する利用可能な情報を使用し得、そして本発明
の新たなタンパク質合成インヒビターの設計において、
この情報を使用し得る。例えば、Lipinskiら
(1997)Ad.Drug Deliv.Revie
ws 23:3−25;Van de Waterbe
emdら(1996)Quantitative St
ructure−Activity Relation
ships 15:480−490:およびCruci
aniら(2000)、Theochem−J.Mo
l.Struct.503:17−30を参照のこと。
【0380】リボソームのタンパク質およびRNA、ま
たはリボソームサブユニットのタンパク質およびRNA
の座標を、上記コンピュータプログラムに入力すること
により、その高分子の最も見込みのある構造(リボソー
ム、リボソームサブユニットまたはそのフラグメントの
全体的な原子座標を含む)が計算される。これらの構造
を組み合わせ、そしてこのようなプログラムを使用する
さらなる計算により洗練して、リボソーム、リボソーム
サブユニットまたはそのフラグメントの、見込みのある
三次元構造または実際の三次元構造(リガンドの潜在的
または実際の活性部位または結合部位を含む)を決定し
得る。
【0381】(e.既存の分子の改変)目的の分子を完
全にデノボで設計する代わりに、予め存在する分子また
はそのタンパク質を、新たな候補の設計のための出発点
として使用し得ることが、意図される。デノボで分子を
設計するために有用なアプローチの多くがまた、既存の
分子を改変するために有用であり得ることが、意図され
る。
【0382】タンパク質生合成インヒビター(例えば、
抗生物質)と、リボソーム内のそのそれぞれの結合部位
との間の空間的関係の知識は、インヒビターが由来する
分子に対してより良好な結合特性(例えば、より高い結
合親和性および/または特異性)を有し得る改変された
インヒビターの設計を可能にすることが、意図される。
あるいは、リボソーム内のインヒビター接触部位の知識
は、例えば、その接触部位に結合する第一の分子(例え
ば、抗生物質もしくはそれらのアナログまたは誘導体)
の部分、およびさらなる官能性に寄与する別の部分を含
む新たな分子の合成を可能にする。
【0383】種々の改変された分子(例えば、改変され
た抗生物質)が、本明細書中に提供される原子座標を使
用して設計され得ることが、意図される。例えば、1つ
以上の抗生物質の、大リボソームサブユニットに対する
空間的関係を知ることにより、新たな抗生物質に基づく
分子を生成することが可能であることが意図される。各
抗生物質の、大リボソームサブユニットに対する原子座
標は、リボソームまたはリボソームサブユニットおよび
その抗生物質のどの部分が互いに接触するかに関する情
報を提供する。従って、この情報から、当業者は、上記
のようなデノボ薬物設計のために使用され得るリボソー
ム内の接触位置を同定し得るのみでなく、リボソーム結
合ドメインとして作用し得る抗生物質の部分をまた同定
し得る。
【0384】本明細書中に提供される情報に基づいて、
当業者は、第一の抗生物質もしくはそれらのアナログま
たは誘導体のリボソーム結合ドメインおよび第二の異な
る抗生物質もしくはそれらのアナログまたは誘導体のリ
ボソーム結合ドメインを含むハイブリッド抗生物質を、
容易に同定および生成し得る。得られるハイブリッド抗
生物質は、好ましくは、リボソームサブユニット内のそ
れぞれの接触位置の各々に、同時に結合する。本明細書
中に提供される原子座標は、当業者がハイブリッドの合
成においてテンプレートとして使用し得る候補抗生物質
を同定することを可能にし、そしてまた、結合化学を生
成するために必要な立体情報を提供し、その結果、各リ
ボソーム結合ドメインが、それぞれの接触部位に対して
適切に配向される。その結果として、当業者が、ハイブ
リッドを生成するために使用される個々のテンプレート
抗生物質のいずれよりも高い親和性でリボソームまたは
リボソームサブユニットと結合し、そして/またはより
高いタンパク質合成阻害活性を有するハイブリッド抗生
物質を生成し得ることが、意図される。あるいは、ハイ
ブリッド抗生物質は、テンプレート抗生物質のいずれか
に対して発達したかもしれない抵抗表現型を克服し得
る。例えば、カルボマイシンの二糖類部分により占有さ
れる部位が、アニソマイシン(anisomycin)
により満たされる部位に近いことは、カルボマイシンと
アニソマイシンの両方の部分を含むハイブリッド化合物
が、タンパク質合成の効果的なインヒビターであり得る
ことを示唆する。
【0385】さらに、本明細書中に提供される原子座標
は、当業者がリボソーム結合ドメインを同定すること、
および他の型のタンパク質合成インヒビターを設計する
ことに関する情報を使用することを可能にする。例え
ば、リボソーム接触領域および周囲の環境を理解して、
当業者は、一部が抗生物質結合領域(結合ドメイン)に
基づき、そして別の部分(エフェクタードメイン)がリ
ボソームにおけるタンパク質生合成またはポリペプチド
出口トンネルを通る分泌を立体的に阻害または破壊する
新規な空間充填ドメインとして設計され得る、新規な分
子を提供し得る。例えば、当業者は、抗生物質であるタ
イロシンもしくはそれらのアナログまたは誘導体(これ
は、ペプチジルトランスフェラーゼ部位に近いポリペプ
チド出口トンネルの片側に結合する)のリボソーム結合
領域を、例えば、今日までに、このポリペプチド出口ト
ンネルをブロックするに十分に嵩高いと同定された抗生
物質に存在しない新規化学的部分と結合させ得る。しか
し、当業者が、本明細書中に開示される多数の抗生物質
接触領域の1つ以上を利用して、新たな結合ドメインお
よびエフェクタードメインを完全に設計し得ることが、
意図される。
【0386】得られたタンパク質合成インヒビターは、
好ましくは、約1,500未満、好ましくは約1,00
0未満、より好ましくは約750未満、そして最も好ま
しくは約500未満の分子量を有する。タンパク質合成
インヒビターは、好ましくは、約250〜約1500、
より好ましくは約500〜約1200の範囲の分子量を
有する。さらに、タンパク質合成インヒビターは、生物
学的アッセイ(例えば、インビトロ翻訳アッセイ(例え
ば、E.coli翻訳アッセイ))における活性の50
%阻害する(IC50)ために、好ましくは50μM未
満、より好ましくは10μM未満、そしてより好ましく
は1μM未満の最小阻害濃度を有する。タンパク質合成
インヒビターは、好ましくは、約0.001μM〜約5
0μMの範囲、または約0.01μM〜約10μMの範
囲、もしくは約0.1μM〜約1μMの範囲のIC50
を有する。
【0387】さらに、本発明は、当業者が、分子(例え
ば、標的生物のリボソーム(例えば、微生物のような病
原体)に対してより強力であり、そして非標的生物のリ
ボソーム(例えば、ヒトのような宿主生物)に対しては
強力ではない(すなわち、毒性が低い)よう作製される
選択的タンパク質合成インヒビター)を設計することを
可能にする。また、本発明は、当業者が、大リボソーム
サブユニットおよびそのタンパク質合成インヒビターと
の複合体の原子座標および構造を使用して、標的リボソ
ーム(例えば、細菌の50Sリボソームサブユニット)
にはよりきつく結合し、そして非標的リボソーム(例え
ば、ヒト60Sリボソームサブユニットまたはヒトミト
コンドリアリボソーム)にはあまりきつく結合しない、
抗生物質のような出発化合物の改変を設計することを可
能にする。
【0388】大リボソームサブユニットと出発化合物
(例えば、タイロシンまたは別のタンパク質合成インヒ
ビター)との間の複合体の構造を使用して、また、その
化合物の改変を、適用可能な工業的および他の用途(例
えば、医薬品、除草剤または殺虫剤として)のための、
他の所望の特性(例えば、化学的安定性、溶解度または
膜透過性)を有する新たな化合物を生成するためにガイ
ドし得る。
【0389】種々の抗生物質は、大リボソームサブユニ
ットを結合し、そしてタンパク質合成を破壊し、そして
以下が挙げられるがこれらに限定されない抗生物質ファ
ミリーのメンバーを含む:クロラムフェニコール、マク
ロライド、リンコサミド(lincosamide)、
ストレプトグラミン(streptogramin)、
アルシノマイシン(althinomycin)、オキ
サゾリノン、ヌクレオチドアナログ、チオストレプトン
(thiostrepton)(ミクロコシン(mic
rococcin)ファミリーを含む)、ペプチド、グ
ルタルイミド、トリコテセン(trichothece
ne)、TAN−1057、プルーロムチリン(ple
uromutilin)、ハイグロマイシン、ベタシン
(betacin)、エバーニノミシン(everni
nomicin)、ボクサゾマイシン(boxazom
ycin)、およびフシダン(fusidan)。
【0390】クロラムフェニコールファミリーのメンバ
ーとしては、例えば、クロラムフェニコールおよびヨー
ドアムフェニコール(Iodoamphenicol)
が挙げられる。マクロライドファミリーのメンバーとし
ては、例えば、ビアキシン(Biaxin)(クラリス
ロマイシン)、ジスロマックス(Zithromax)
(アジスロマイシン;アザリド)、ケテック(Kete
k)(テリスロマイシン(Telithromyci
n);ケトリド(ketolide))、ABT−77
3、タイロシン、スピラマイシンI、スピラマイシンI
I、スピラマイシンIII、エリスロマイシンA、カル
ボマイシンA、テリスロマイシン(Telithrom
ycin)、メチマイシン(Methymycin)、
ナルボマイシン(Narbomycin)、ランカマイ
シン、オレアンドマイシン、メガロマイシン(Mega
lomycin)、カルコマイシン(Chalcomy
cin)、ニッダマイシン(Niddamycin)、
ロイコマイシン(Leucomycin)、アンゴラマ
イシン(Angolamycin)ピクロマイシン(P
icromycin)、およびレロマイシンが挙げられ
る。リンコサミドファミリーのメンバーとしては、例え
ば、クリンダマイシンおよびリンコマイシンが挙げられ
る。ストレプトグラミンファミリーのメンバーとして
は、例えば、ストレプトグラミンA、ストレプトグラミ
ンB、オステオグリシン(Osteogrycin)
G、シネルシド(Synercid)、ヴァージニアマ
イシン(Virginamycin)S1、ヴァージニ
アマイシンS2、ヴァージニアマイシンS3、ヴァージ
ニアマイシンS4、ヴァージニアマイシンB、ベルナマ
イシンC(Vernamycin C)、パトリシン
A、およびパトリシンBが挙げられる。アルシノマイシ
ンファミリーのメンバーとしては、例えば、アルシノマ
イシンが挙げられる。オキサゾリジノンファミリーのメ
ンバーとしては、例えば、リネゾリド(Linezol
id)、エペレゾリド(Eperezolid)、およ
びDuP721が挙げられる。ヌクレオチドアナログの
ファミリーのメンバーとしては、例えば、スパルソマイ
シン、プロマイシン、アニソマイシン、およびブラスチ
シジン(Blasticidin)Sが挙げられる。チ
オストレプトンファミリーのメンバーとしては、例え
ば、チオストレプトン、シオマイシン(Siomyci
n)、スポランジオマイシン(Sporangiomy
cin)、マイクロコシンM1(Micrococci
n M1)、マイクロコシンP、およびチオペプチン
(Thiopeptin)が挙げられる。ペプチドファ
ミリーのメンバーとしては、例えば、バイオマイシン、
カプレオマイシンIA、カプレオマイシンIB、カプレ
オマイシンIIA、およびカプレオマイシンIIBが挙
げられる。グルタルイミドファミリーのメンバーとして
は、例えば、シクロヘキサイミド、ストレプトビタシン
(Streptovitacin)、ストレプトイミド
ン、イナクトン(Inactone)、アクチフェノー
ル(Actiphenol)が挙げられる。トリコテセ
ンファミリーのメンバーとしては、例えば、トリコデル
ミン(Trichodermin)、トリコデルモル
(Trichodermol)、トリコデルモン(Tr
ichodermone)、ボミトキシン(Vomit
oxin)、T−2毒素、トリコテシン(Tricho
thecin)、ニバレノール(Nivaleno
l)、およびベルカリン(Verrucarin)Aが
挙げられる。Tan−1057は、Tan−1057
A、Tan−1057B、Tan−1057C、および
Tan−1057Dを含む。プルーロムチリン(Ple
uromutilin)は、例えば、プルーロムチリン
(Pleuromutilin)、チアムリン(Tia
mulin)、アザミリン(Azamilin)、およ
びバルネムリン(Valnemulin)を含む。ハイ
グロマイシンは、ハイグロマイシンA抗生物質を含む。
ベタシン(Betacin)は、ベタシン天然産物のフ
ァミリーおよびVCR4219を含む。エバーニノミシ
ン(Everninomicin)は、例えば、ジラシ
ン(Ziracin)、アビラマイシン(Avilam
ycin)、エバーニミシン(Evernimici
n)およびキュラミシン(Curamicin)を含
む。ボクサゾマイシン(Boxazomycin)は、
例えば、ボクサゾマイシンAおよびBを含む。フシダン
(Fusidane)は、例えば、フシジン酸および1
7S,20S−ジヒドロフシジン酸ジエチレングリコー
ルヒドレートを含む。
【0391】インヒビターは、実施例4および5に記載
のように、大リボソームサブユニットの安定化された結
晶に拡散または浸漬され、X線回折データを収集するた
めの大リボソームサブユニットとの複合体を形成し得
る。あるいは、インヒビターは、このインヒビターを大
リボソームサブユニットと混合し、その後、高塩により
沈殿させることによって、大リボソームサブユニットと
共結晶化され得る。
【0392】H.marismortui由来のリボソ
ームの構造で出発して、非標的生物由来のリボソーム
(例えば、ヒト60Sリボソームサブユニット)の構造
を、相同性モデル化により(すなわち、目的の標的部位
の残基の構造を非標的リボソームの同じ位置の残基と交
換することにより)構築し得る。このことは、既知の構
造のリボソームから側鎖を除去し、そしてこれらを、立
体的にもっともらしい位置に挿入される未知の構造の側
鎖と置換することにより、計算的に達成され得る。この
様式で、標的リボソームおよび非標的リボソームにおけ
る標的部位の形状がどのように異なるかを理解し得る。
従って、このプロセスは、標的リボソームにきつく特異
的に結合するが同時に非標的リボソームに結合すること
は防止される分子を生成するために、標的部位を結合す
る分子がどのように化学的に変更され得るかに関する情
報を提供する。同様に、溶媒に面する結合分子の部分の
知識は、他の官能基をさらなる薬学的目的で導入するこ
とを可能にする。相同性構造モデル化のプロセスを使用
して、また、変異リボソームが医薬品または農薬(例え
ば、除草剤もしくは殺虫剤)の効果に抵抗性となる機構
を理解し得る。さらに、薬物抵抗性に参加するリボソー
ムサブユニットの部分の知識を用いて、当業者は、薬物
抵抗性の問題を克服する新たな分子を設計し得る。
【0393】非標的リボソームより標的リボソームによ
りきつく結合する分子を設計するために、相同性構造モ
デル化を使用することは、広範にわたる適用可能性を有
する。本明細書中に概説される方法を使用して、標的生
物の大リボソームサブユニットを阻害し、一方で非標的
生物(例えば、宿主)の50Sまたは60Sリボソーム
サブユニットを同程度には阻害しないかまたは全く阻害
しない分子を設計することにより、任意の標的生物(例
えば、病原体)を制御し得る。本発明の方法により同定
または調製される分子を使用して、標的生物を制御し
得、一方で非標的生物には有害な効果をほとんどまたは
全く引き起こさない。従って、本発明の方法を使用して
同定または開発される分子は、これらの投与が標的生物
を殺傷するかまたは標的生物の生物学的機能のいくらか
の局面を阻害し、一方で非標的生物に対しては類似の効
果を有さないように、設計され得る。標的生物に対する
薬剤の有害な効果としては、以下が挙げられ得るが、こ
れらに限定されない:標的生物の死;成長速度の低下;
1つの成長期から別の成長期への継代の遅延または排除
(例えば、幼虫成長段階の延長);再生の遅延または排
除、交配の減少または防止、子の産生の減少または排
除、標的生物の重量増加の制限または排除、供給能力お
よび挙動の減少または排除;ならびに細胞機能、組織機
能および/または器官機能の破壊。
【0394】本発明により意図される新規な薬剤は、特
定の生物を標的にする、除草剤、農薬(例えば、殺虫
剤、殺線形動物剤、殺鼠薬など)、殺ダニ剤、または抗
菌剤(例えば、抗真菌薬、抗細菌剤(antibact
erial)、抗原生動物剤(antiprotozo
al)など)として有用であり得る。例えば、これらの
新規な薬剤は、動物および植物に寄生する線虫、原核生
物(疾患を引き起こす微生物)、ならびに真核多細胞有
害生物を標的にし得る。多細胞有害生物の特定の例とし
ては、昆虫、真菌、細菌、線形動物、ダニおよびマダ
ニ、原生動物病原体、動物に寄生する肝臓吸虫などが挙
げられるが、これらに限定されない。リボソームとの相
互作用によりタンパク質合成を阻害する、除草剤、農
薬、殺ダニ剤、および抗菌剤は、当業者に公知である。
いくつかの例が、以下で考察される。これらの公知の薬
剤は、コンピューターモデリング技術、ならびにリボソ
ームおよびリボソームサブユニットの構造の知識ならび
にリボソーム/薬剤複合体およびリボソームサブユニッ
ト/薬剤複合体の構造の知識を使用することにより、新
規な薬剤を得るために改変され得る。
【0395】ケトライドABT−773は、S.pne
umoniaeにおいてエリスロマイシンよりも強くリ
ボソームに結合し、そして細菌におけるマクロライド耐
性を無効にし得る(Capobiancoら(200
0)Antimicrob Agents Chemo
ther 44(6),1562−1567)。本発明
のツールおよび方法論を使用して、非標的動物のリボソ
ームおよびリボソームサブユニットに結合するよりも強
く、標的細菌のリボソームまたはリボソームサブユニッ
トに結合するエリスロマイシン誘導体を得ることができ
る。この標的細菌は、任意の感染性細菌、詳細にはS.
pneumoniae、そしてなおより詳細にはエリス
ロマイシン耐性S.pneumoniaeであり得る。
非標的動物は、任意の動物、詳細には哺乳動物、そして
なおより詳細にはヒトであり得る。
【0396】タンパク質合成のインヒビターである抗生
物質の例としては、プロマイシン、シクロヘキシンイミ
ド、クロラムフェニコール、テトラサイクリン、および
ストレプトマイシン(Heldt(1996)Plan
t Biochemistry and Molecu
lar Biology 21 2:458−464)
が挙げられるが、これらに限定されない。プロマイシン
は、(上記で議論したように)アミノアシル−tRNA
のアナログとしてA部位に結合し、そして発生期のペプ
チド鎖に付加され、そして原核生物および真核生物にお
けるさらなる伸長段階を妨げる。シクロヘキシイミド
は、真核生物リボソームにおいてペプチジルトランスフ
ェラーゼを阻害する。クロランフェニコールは、原核生
物リボソームにおいてペプチジルトランスフェラーゼを
阻害する。テトラサイクリンは、30Sサブユニットに
結合し、そしてアミノアシル−tRNAの、真核生物リ
ボソームへの結合よりもずっと多く原核生物リボソーム
への結合を阻害する。ストレプトマイシンは、30Sリ
ボソームと相互作用し、その相互作用がmRNA配列の
不正確な認識を生じ、そしてそれにより原核生物リボソ
ームにおける開始(initiation)を阻害す
る。米国特許第5,801,153号は、病原体に対す
る抗生物質を開示する。アミノグリコシドは、タンパク
質合成を阻害すると思われる抗菌性抗生物質の例であ
る。しかし、これらの抗生物質の内耳神経毒性特性およ
び腎毒性(nephrotoxic)特性のために、こ
れらの使用には限界がある。硫酸アミカマイシン、硫酸
フラマイセチン、硫酸ゲンタマイシン、硫酸カナマイシ
ン、硫酸ネオマイシン、硫酸ネチルミシン、硫酸パロモ
マイシン、硫酸シソマイシン、トブラマイシン、塩酸バ
ンコマイシン、および硫酸バイオマイシンは、アミノグ
リコシドファミリーのメンバーである。本発明のツール
および方法論を使用して、非標的生物(例えば、ヒト)
のタンパク質合成を阻害するよりも多くの程度まで標的
生物のタンパク質合成を阻害するように選択された任意
の抗生物質の誘導体を得ることができる。
【0397】標的化生物および非標的化生物の例として
は、表21に提供される生物が挙げられるが、これらに
限定されない。
【0398】
【表65】
【0399】本発明のツールおよび方法論を使用して、
Coccinellidae科(例えば、テントウム
シ)およびApis mellifera科(ミツバ
チ)の甲虫のような非標的昆虫のタンパク質合成を阻害
するよりも、オオタバコガの幼虫およびカのような標的
昆虫のタンパク質合成のインヒビターを得ることができ
るということが意図される。他の可能な標的昆虫として
は、Coleoptera目(甲虫)、Diptera
目(ハエ、カ)、Hymenoptera目(スズメバ
チ、アリ、ハバチ)、Lepidoptera目(チョ
ウおよびガ)、Mallophaga目(シラミ)、H
omoptera目(コナジラミ、アリマキ)、Hem
iptera目(ナンキンムシ(bug))、Orth
roptera目(バッタ、ゴキブリ)、Thysan
optera目(アザミウマ)、Dermaptera
目(ハサミムシ)、Isoptera目、Anoplu
ra目、Siphonaptera目およびTrich
optera目(トビケラ)が挙げられるが、これらに
限定されない。
【0400】さらに、本発明のツールおよび方法論を使
用して、標的植物のタンパク質合成のインヒビターが得
られ得、これらのインヒビターは、非標的植物および動
物のタンパク質合成を阻害するよりも、標的植物のタン
パク質合成を阻害する。標的植物は、任意の所望されな
い植物種、詳細には雑草、およびなおより詳細には有害
な雑草であり得る。特定の植物が、雑草とみなされるか
否かは、その植物が生長する状況に依存する。例えば、
Glycine max(ダイズ)畑で生長する所望さ
れないZea mays(トウモロコシ)植物は、所望
されない雑草とみなされる。標的植物であるような雑草
の例としては、以下が挙げられるが、これらに限定され
ない:Allium vinede(野生ニンニク)、
Bromus tectorum(スズメノチャヒキ属
(downy brome))、Triticum c
ylindricum(キシュウスズメノヒエ(joi
nted goatgrass)、Amaranthu
s種(ヒユ・アカザ類の雑草)、Chenopodiu
m album(シロアカザ)、Avena fatu
a(カラスムギ)、B.sealinus(カラスノチ
ャヒキ)、Echinochloa crus−gal
li(イヌビエ)、Alopecurusmyosur
oides(blackgrass)、Staria
faberii(オオムギ(giant foxtai
l))、Xanthium strumarium(一
般的なオナモミ)、Ambrosia artemis
iifolia(一般的なブタクサ)、およびIpom
oea種(アサガオ)。非標的生物は、任意の植物、特
に任意の所望の植物、そしてなおさらに特に任意の農作
物植物であり得る。非標的生物体はまた、任意の動物、
特に哺乳動物、そしてなおさらに特にヒトであり得る。
1つの好ましい実施形態において、本発明のツールおよ
び方法論は、1つ以上の有害な雑草種を殺傷するかまた
は傷つけるが、非標的植物および動物を害しない、タン
パク質合成インヒビターを産生するために使用され得
る。
【0401】目的の標的細菌としては、以下が挙げられ
るが、これらに限定されない:Staphylococ
cus aureus、Streptococcus
pyogenes、Streptococcus ag
alactide、Streptococcus bo
vis、Streptococcus pneumon
iae、Moraxella catarrhali
s、Neisseriagonorrhoeae、Ne
isseria meningitides、Baci
llus anthracis、Corynebact
erium diphtheride、Listeri
a monocytogenes、Erysipelo
thrix rhusiopathiae、Clost
ridium perfringens、Clostr
idium tetani、Clostridium
difficile、Eschericia col
i、Proteus mirabilis、Psued
omonas aeruginosa、Klebsie
lla pneumoniae、Haemophilu
s influenzae、Haemophilus
ducreyi、Yersinia pestis、Y
ersinia enterocolitica、Fr
ancisella tularensis、Past
eurellamultocida、Vibrio c
holerae、Flavobacterium me
ningosepticum、Pseudomonas
mallei、Pseudomonas pseud
omallei、Campylobacter jej
uni、Campylobacter fetus、F
usobacterium nucleatum、Ca
lymmatobacterium granulom
atis、Streptobacillus moni
liformis、Legionella pneum
ophila、Mycobacterium aviu
m−intracellulare、Mycobact
erium tuberculosis、Mycoba
cterium leprae、Treponema
pallidum、Treponema perten
ue、Borrelia burgdorferi、B
orrelia recurrentis、Actin
omyces isrealli、Nocardia
asteroides、Ureaplasma ure
alyticum、Mycoplasma pneum
oniae、Chlamydia psittaci、
Chlamydia trachomatis、Chl
amydia pnemoniae、Pneumocy
stis carinii、Coccidioides
immitis、Histoplasma caps
ulatum、Blastomyces dermat
itidis、Paracoccidioides b
rasiliensis、Sporothrix sc
henckii、Cryptococcus neof
ormans。
【0402】一旦候補分子が、上記の方法により設計さ
れるかまたは選択されると、分子がリボソームまたはリ
ボソームサブユニットに結合し得る親和性が、コンピュ
ータを用いる評価および/または化合物を合成した後の
生物学的活性の試験により、試験および最適化され得
る。候補化合物は、各々が類似した全体の結合エネルギ
ーを有する1つより多くの立体配座で、リボソームまた
はリボソームサブユニットと相互作用し得る。これらの
場合、結合の変形エネルギーは、遊離の分子のエネルギ
ーと、この分子がリボソームまたはリボソームサブユニ
ット(より好ましくは大リボソームサブユニット、そし
てなおより好ましくは50Sリボソームサブユニット)
に結合した場合に観察される立体配座の平均エネルギー
との間の差異とみなされ得る。
【0403】リボソームまたはリボソームサブユニット
に結合するように設計されるかまたは選択された分子
は、その結合状態においてこの分子が、標的領域との反
発静電相互作用がないように、さらにコンピューターを
用いて最適化され得る。このよな非相補的(例えば、静
電的)相互作用は、反発的電荷−電荷相互作用、双極子
−双極子相互作用および電荷−双極子相互作用を含む。
詳細には、インヒビターがリボソームまたはリボソーム
サブユニットに結合した場合の、インヒビターと酵素の
間の全ての静電相互作用の合計は、好ましくは、結合エ
ンタルピーに対して中性または有利に寄与する。弱く結
合する化合物はまた、SARを決定するように、これら
の方法により設計され得る。
【0404】化合物の変形エネルギーおよび静電相互作
用を評価し得る特定のコンピュータープログラムは、当
該分野で入手可能である。適切なプログラムとしては、
以下が挙げられる:Gaussian 92,改訂版C
(M.J.Frisch,Gaussian,In
c.,Pittsburgh,PA.);AMBER,
バージョン4.0(P.A.Kollman,Univ
ersity of California at S
anFrancisco,CA);QUANTA/CH
ARMM(Molecular Simulation
s,Inc.,Burlington,MA);OPL
S−AA(「OPLS Force Fields.」
W.L.Jorgensen.Encyclopedi
a of Computational Chemis
try,Schleyer,Ed.;Wiley:Ne
w York,1998;Vol.3,pp 1986
−1989);およびInsight II/Disc
over(Biosysm Technologies
Inc.,SanDiego,CA)。これらのプロ
グラムは、例えば、Silicon Graphics
ワークステーション,IRIS 4D/35またはI
BM RISC/6000ワークステーションモデル5
50を使用して、実行され得る。他のハードウェアシス
テムおよびソフトウェアパッケージが、当業者に公知で
ある。
【0405】一旦目的の分子が、上記のように選択また
は設計されると、その分子の結合特性を改善または改変
するために、その分子の原子または側基のいくつかにお
いて、置換がなされ得る。一般的に、最初の置換は保存
的である。すなわち、置換される基は、元々の基と、ほ
ぼ同じサイズ、形状、疎水性および電荷である。当然の
ことながら、公知の構成要素の立体配座を変更すること
は、避けられるべきであるということが、理解される。
次いで、このような置換された化学化合物は、上記で詳
細に記載された同じコンピューターの方法により、リボ
ソームまたはリボソームサブユニットへの適合性につい
て分析され得る。
【0406】さらに、実際のリボソーム関連リガンド、
複合体または模倣体(mimetic)が、結晶化され
得、そしてX線回折を用いて分析され得る。回折パター
ン相関は、リガンドと、リボソーム、リボソームサブユ
ニット、または模倣体との三次元相互作用を計算するた
めに同様に使用される。この計算は、リボソームまたは
リボソームサブユニット上の特定の部位、または模倣体
が、リボソーム、リボソームサブユニットまたはそのフ
ラグメントと同じ三次元構造を有する部位に、このリガ
ンドが結合するということ、あるいはこれらの部位の立
体配座を変化するということを確認するために、行われ
る。
【0407】(3.リード化合物の合成)本発明のリー
ド化合物は、脂質、核酸、ペプチド、低有機分子もしく
は低無機分子、化学物質、元素、糖質、同位体、炭水化
物、画像化剤、リポタンパク質、糖タンパク質、酵素、
分析プローブ、および抗体もしくはそのフラグメント、
上記のいずれかの任意の組み合わせ、ならびに上記のい
ずれかの任意の化学的変形または改変体から選択される
少なくとも1つであり得るが、これに限定されない。さ
らに、リード化合物は、必要に応じて検出可能な標識を
含み得る。このような標識としては、以下が挙げられる
が、これらに限定されない:酵素的標識、放射性同位体
または放射性化合物もしくは放射性元素、蛍光性化合物
もしくは蛍光性金属、化学発光化合物および生物発光化
合物。周知の方法が、このような検出可能な標識をリー
ド化合物に結合するために使用され得る。
【0408】リード化合物(例えば、脂質、脂質、核
酸、ペプチド、低有機分子もしくは低無機分子、化学物
質、元素、糖質、同位体、炭水化物、画像化剤、リポタ
ンパク質、糖タンパク質、酵素、分析プローブ、および
抗体もしくは抗体フラグメント)を合成するために有用
な方法は、当該分野で周知である。このような方法は、
このようなリード化合物の1つの合成の伝統的なアプロ
ーチ(例えば、1度に単一の明確なペプチド、ならびに
1つ以上の容器で複数のリード化合物の組み合わせた合
成)を含む。このような複数のリード化合物は、前もっ
て同定されたリード分子の1つ以上の改変体を含み得
る。複数のリード分子の組合せた合成のための方法は、
コンビナトリアルライブラリーを調製する際に特に有用
である。このコンビナトリアルライブラリーは、当該分
野で公知のスクリーニング技術において使用され得る。
【0409】例として、複数のペプチドおよびオリゴヌ
クレオチドが、同時に合成され得るということが周知で
ある。50アミノ酸長までの小さいペプチドであるリー
ド分子は、標準的な固相ペプチド合成手順(例えば、M
errifield(1963)J.Am.Chem.
Soc.,85:2149に記載される手順と同様の手
順)を使用して合成され得る。例えば、合成の間、保護
された側鎖を有するN−α−保護アミノ酸を、不溶性ポ
リマー支持体(例えば、ポリスチレンビーズ)に、C末
端により連結された伸長するポリぺプチド鎖に段階的に
付加する。N−α−脱保護アミノ酸のアミノ基を、N−
α−保護アミノ酸のα−カルボキシ基に連結することに
より、ペプチドを合成し、このカルボキシ末端は、ジシ
クロヘキシルカルボジイミドのような試薬と反応させる
ことにより活性化されている。遊離アミノ基の、活性化
カルボキシルへの連結によりペプチド結合が形成され
る。最も一般的に使用されるN−α−保護基としては、
酸に不安定であるBocおよび塩基に不安定であるFm
ocが挙げられる。
【0410】簡単には、C末端N−α−保護アミノ酸
を、最初にポリスチレンビーズに連結する。次いで、N
−α−保護基を、除去する。この脱保護されたα−アミ
ノ基を、次のN−α−保護アミノ酸の活性化α−カルボ
キシレート基にカップリングする。このプロセスを、所
望のペプチドが合成されるまで繰り返す。生じたペプチ
ドを、不溶性ポリマー支持体から切断し、そしてアミノ
酸側鎖を脱保護する。より長いペプチドは、例えば約5
0アミノ酸長より大きく、代表的には保護されたペプチ
ドフラグメントの縮合により誘導される。適切な化学、
樹脂、保護基、保護されたアミノ酸および試薬の詳細
は、当該分野で周知であるので、本明細書中において詳
細に考察されない。例えば、Athertonら、(1
963)Solid Phase Peptide S
ynthesis:A Practical Appr
oach(IRL Press)、およびBodans
zky(1993)Peptide Chemistr
y,A PracticalTextbook,第2
版、Springer−Verlag、ならびにFie
ldsら、(1990)Int.J.Peptide
Protein Res.35:161−214を参照
のこと。
【0411】生じたペプチドの精製を、分取HPLC
(例えば、ゲル浸透クロマトグラフィー、分配クロマト
グラフィーおよび/またはイオン交換クロマトグラフィ
ー)のような従来の手順を使用して、達成した。適切な
マトリックスおよび緩衝液の選択は、当該分野で周知で
あるので、本明細書中において詳細には記載しない。
【0412】本発明に従った合成ペプチドが、天然に存
在するアミノ酸、非天然のアミノ酸、および/または特
定の特徴を有するアミノ酸(例えば、正に荷電したか、
負に荷電したか、疎水性か、親水性か、または芳香族の
アミノ酸)を含み得る。本明細書中で使用される場合、
用語「天然に存在するアミノ酸」とは、通常タンパク質
中に見出されるアミノ酸のL−異性体をいう。主な天然
に存在するアミノ酸は、グリシン、アラニン、バリン、
ロイシン、イソロイシン、セリン、メチオニン、トレオ
ニン、フェニルアラニン、チロシン、トリプトファン、
システイン、プロリン、ヒスチジン、アスパラギン酸、
アスパラギン、グルタミン酸、グルタミン、アルギニ
ン、およびリシンである。特に示されない限り、全ての
アミノ酸は、本出願においてL−形態である。さらに、
本明細書中で使用される場合、用語「非天然のアミノ
酸」とは、タンパク質中に天然に見出されないアミノ酸
をいう。例えば、セレノメチオニン。
【0413】「正に荷電した」アミノ酸は、通常の生理
学的条件下で正に荷電した側鎖を有する任意のアミノ酸
を含む。正に荷電した天然に存在するアミノ酸の例とし
ては、例えば、アルギニン、リシン、およびヒスチジン
が挙げられる。逆に、「負に荷電した」アミノ酸は、通
常の生理学的条件下で負に荷電した側鎖を有する任意の
アミノ酸を含む。負に荷電した天然に存在するアミノ酸
の例としては、例えば、アスパラギン酸およびグルタミ
ン酸が挙げられる。
【0414】本明細書中で使用される場合、用語「疎水
性アミノ酸」は、荷電していない、非極性側鎖を有す
る、水に比較的不溶の任意のアミノ酸を含む。天然に存
在する疎水性のアミノ酸としては、例えば、アラニン、
ロイシン、イソロイシン、バリン、プロリン、フェニル
アラニン、トリプトファン、およびメチオニンが挙げら
れる。さらに、本明細書中で使用される場合、用語「親
水性アミノ酸」とは、荷電していない極性の側鎖を有す
る、水に比較的可溶な任意のアミノ酸をいう。天然に存
在する親水性アミノ酸としては、例えば、セリン、トレ
オニン、チロシン、アスパラギン、グルタミンおよびシ
ステインが挙げられる。
【0415】最後に、本明細書中で使用される場合、用
語「芳香族」とは、側鎖が非局在化共役系を有するアミ
ノ酸残基をいう。芳香族残基の例としては、例えば、フ
ェニルアラニン、トリプトファン、およびチロシンが挙
げられる。
【0416】本発明においてリガンドとして作用する非
ペプチド低有機分子の生成に関して、これらの分子は、
周知でありかつ特許および他の文献において完全に示さ
れる標準的な有機化学を使用して合成され得る。
【0417】本発明のリードを合成する際に有用な多く
の公知の方法は、自動化され得るか、またはそうでなけ
れば商業的規模で実施され得る。このように、一旦リー
ド化合物が、商業的将来性を有すると同定されれば、大
量のこの化合物が、容易に生産され得る。
【0418】(4.分子の特徴付け)上記の方法により
設計され、選択され、そして/または最適化された分子
は、一旦生成されると、当業者に公知の種々のアッセイ
を使用して、この化合物が生物学的活性を有するか否か
を決定するために特徴付けされ得る。例えば、これらの
分子は、従来のアッセイ(以下の記載されるアッセイを
含むがこれらに限定されない)により、これらが推定さ
れる活性、結合活性、および/または結合特異性を有す
るか否かを決定するために特徴付けされ得る。
【0419】さらに、ハイスループットスクリーニング
を使用して、このようなアッセイを使用する分析をスピ
ードアップし得る。結果として、本発明のツールおよび
方法を使用して、新しい分子のリボソームまたはリボソ
ームサブユニットと相互作用する能力について、新しい
分子を迅速にスクリーニングすることが可能であり得
る。ハイスループットスクリーニングを実行するための
一般的な方法論は、例えば、Delvin,(199
8),High Throughput Screen
ing,Marcel Dekker;および米国特許
第5,763,263号に記載される。ハイスループッ
トアッセイは、1つ以上の異なるアッセイ技術(以下に
記載されるアッセイ技術を含むがこれらに限定されな
い)を使用し得る。
【0420】(1)表面結合研究。種々の結合アッセイ
は、結合活性について新しい分子をスクリーニングする
際に有用であり得る。1つのアプローチとしては、表面
プラズモン共鳴(surface plasmon r
esonance)(SPR)が挙げられ、これは、リ
ボソーム、リボソームサブユニットまたはそれらのフラ
グメントに対する目的の分子の結合特性を評価するため
に使用され得る。
【0421】SPR方法論は、量子力学的表面プラズモ
ンの生成により、実時間で2つ以上の高分子の間の相互
作用を測定する。1つのデバイス(Pharmacia
Biosensor,Piscatawy,N.Jか
らのB1Acore Biosensor RTM)
は、多色光の集束ビームを、金フィルム(使い捨てバイ
オセンサー「チップ」として提供される)とバッファー
区画(使用者により調整され得る)との間のインターフ
ェースに提供する。カルボキシル化デキストランからな
る100nmの厚さの「ヒドロゲル」は、目的の被分析
物の共結合性固定化のためのマトリックスを提供し、こ
れが、金フィルムに装着される。集束光が金フィルムの
自由電子雲と相互作用する場合、プラズモン共鳴が増強
される。生じた反射光は、最適に共鳴した波長において
スペクトル的に減少される。反射多色光を(プリズムの
手段により)その成分に分離し、減少した周波数を決定
することにより、BIAcoreは、発生した表面プラ
ズモン共鳴の挙動を正確に提示する光学インターフェー
スを確立する。上記のように設計される場合、プラズモ
ン共鳴(および減少スペクトル)は、エバネッセント場
における質量(mass)(これは、ヒドロゲルの厚さ
におおよそ対応する)に敏感である。相互作用対の一方
の構成要素が、ヒドロゲルに固定化される場合、および
相互作用パートナーがバッファー区画を介して提供され
る場合、2つの構成要素の間の相互作用は、エバネッセ
ント場における質量の蓄積、および減少スペクトルによ
り測定されるようなプラズモン共鳴の対応する効果に基
づいて、実時間で測定され得る。この系により、いずれ
の構成要素も標識する必要なく、分子相互作用の迅速で
感度の高い実時間測定が可能である。
【0422】((2)免疫診断およびイムノアッセイ)
複合混合物(例えば、生物学的流体)中で通常は低濃
度である特定の生化学的物質の測定に使用され得る一群
の技術が存在し、これは、その補完的抗原に対して適切
に調製および選択された抗体によって示される特異性お
よび高親和性に依存する。測定される物質は、必然的
に、抗原性(免疫原性高分子またはハプテン性低分子の
いずれか)でなければならない。各サンプルに対して、
既知の制限された量の特異的抗体が添加され、そしてそ
の抗体と結合する抗原の画分(しばしば、結合:遊離比
として表される)を、放射性同位体(ラジオイムノアッ
セイ)、蛍光分子(蛍光イムノアッセイ)、安定なフリ
ーラジカル(スピンイムノアッセイ(spin imm
unoassay)、酵素(酵素免疫法)、または他の
容易に識別可能な標識で標識された抗原の形態を指示薬
として使用して推定する。
【0423】抗体を、以下を含む種々の様式で標識し得
る:酵素結合イムノソルベント検定法(ELISA);
ラジオイムノアッセイ(RIA);蛍光イムノアッセイ
(FIA);化学発光イムノアッセイ(CLIA);お
よび金コロイド粒子での抗体の標識(免疫金)。
【0424】一般的なアッセイ様式としては、以下が挙
げられる:サンドイッチアッセイ、競合アッセイまたは
非競合アッセイ、ラテックス凝集アッセイ、均一系アッ
セイ(homogenenous assay)、マイ
クロタイタープレート様式および微小粒子に基づくアッ
セイ。
【0425】((3)酵素結合イムノソルベント検定法
(ELISA)) ELISAは、放射化学薬品の危険
および蛍光検出システムの費用を回避する免疫化学技術
である。代わりに、このアッセイは、指示薬として酵素
を使用する。ELISAは、不溶性キャリア表面に結合
した抗体(または、抗原)の使用に基づいた定量的イム
ノアッセイの形態であり、この表面が、次いで、試験溶
液中の関連の抗原(または、抗体)を「捕捉」するため
に使用される。次いで、抗原−抗体複合体を、抗原(ま
たは、抗体)に予め共有結合されていた適切な酵素の活
性を測定することによって検出する。
【0426】ELISAを実施するための一般的な方法
および組成物は、例えば、Crowther(199
5)ELISA−Theory and Practi
ce(Methods in Molecular B
iology)、HumanaPress;Chall
acombeおよびKemeny(1998)ELIS
A and Other Solid Phase I
mmunoassays−Theoretical a
nd Practical Aspects、John
Wiley;Kemeny(1991)A Prac
tical Guide to ELISA、Perg
amon Press;Ishikawa(1991)
Ultrasensitive and Rapid
Enzyme Immunoassay(Labora
tory Techniquesin Biochem
istry and Molecular Biolo
gy)Elsevierに記載される。
【0427】((4)比色定量アッセイ) 比色定量
は、任意の定量的化学分析の方法であり、ここでは、化
合物の濃度または量を、その化合物の標準および試験量
の両方との試薬の反応によって生成される呈色を比較す
ること(しばしば、比色計を使用する)によって、決定
する。比色計は、視覚的または光電的のいずれかで、呈
色強度または呈色強度における差異を測定するためのデ
バイスである。
【0428】β−ガラクトシダーゼ酵素活性の標準的な
比色定量アッセイは、当業者に周知である(例えば、N
ortonら(1985)Mol.Cell Bio
l.5:281−290を参照のこと)。比色定量アッ
セイは、標準的比色定量β−ガラクトシダーゼアッセイ
では、基質としてO−ニトロフェニル−β−D−ガラク
トピラノシド(ONPG、Sigma)を使用して、細
胞全体の溶解産物において実施され得る(Sambro
okら(1989)Molecular Clonin
g−A Laboratory Manual、Col
d SpringHarbor Laboratory
Press)。自動化された比色定量アッセイもま
た、米国特許第5,733,720号に記載のように、
β−ガラクトシダーゼ活性の検出のために利用可能であ
る。
【0429】((5)免疫蛍光アッセイ) 免疫蛍光検
査または免疫蛍光顕微鏡検査は、抗原または抗体を、蛍
光色素への結合体化によって蛍光性にし、次いで、組織
切片または塗抹標本中の補完的抗体または抗原と反応さ
せる技術である。次いで、その抗原または抗体の位置
を、紫外光の下で顕微鏡法によって蛍光を観察すること
によって決定し得る。
【0430】免疫蛍光技術の一般的説明は、例えば、以
下において見られる:Knappら(1978)Imm
unofluorescence and Relat
edStaining Techniques、Els
evier;Allan(1999)Protein
Localization by Fluoresce
nt Microscopy−A Practical
Approach(The Practical A
pproach Series)Oxford Uni
versity Press;Caul(1993)I
mmunofluorescence Antigen
Detection Techniques in
Diagnostic Microbiology、C
ambridge University Pres
s。本発明に適用可能な免疫蛍光技術の詳細な説明につ
いては、例えば、米国特許第5,912,176号;同
第5,869,264号;同第5,866,319号;
および同第5,861,259号を参照のこと。
【0431】((6)蛍光偏光) 蛍光偏光(FP)
は、2つの分子間の会合反応のIC およびKdを導
き出すために、タンパク質−タンパク質相互作用および
タンパク質−リガンド相互作用に容易に適用され得る測
定技術である。この技術において、目的の分子の1つ
は、発蛍光団に結合体化される。これは、一般的に、こ
の系においてより小さい方の分子である(この場合、目
的の分子)。リガンド−プローブ結合体およびリボソー
ム、そのリボソームサブユニットまたはフラグメントの
両方を含むサンプル混合物を、垂直方向の偏光で励起す
る。光は、プローブ発蛍光団によって吸収され、そして
短時間の後に再放射される。この放射された光の偏光の
程度を測定する。この放射された光の偏光は、いくつか
の因子に依存するが、最も重要には、溶液の粘度および
発蛍光団の見かけの分子量に依存する。適切なコントロ
ールでは、放射された光の偏光の程度における変化は、
発蛍光団の見かけの分子量における変化にのみ依存し、
これは次に、プローブ−リガンド結合体が、溶液中で遊
離であるのか、またはレセプターに結合されているのか
に依存する。FPに基づいた結合アッセイは、多くの重
要な利点を有し、これには、真の均一な平衡条件下での
IC50およびKdの測定、分析の速度および自動化へ
のアメニティー(amenity)、ならびに濁った懸
濁液および着色溶液においてスクリーニングする能力が
挙げられる。
【0432】((7)タンパク質合成) 前述の生化学
的アッセイによる特徴付けに加えて、目的の分子をま
た、リボソームまたはリボソームサブユニットの機能的
活性の調節因子(例えば、タンパク質合成の誘発物質、
またはタンパク質合成のインヒビター)として特徴付け
得ることが意図される。
【0433】タンパク質合成のインヒビターは、細胞レ
ベルでアッセイされ得る。例えば、目的の分子を、生物
体(例えば、微生物)に対する阻害性作用について、そ
の目的の分子を含むかまたは欠いているかのいずれかの
培地において、目的の微生物を増殖させることによって
アッセイし得る。増殖阻害は、その分子が、タンパク質
合成のインヒビターとして作用し得ることを示し得る。
【0434】さらに、より特異的なタンパク質合成イン
ヒビターアッセイは、化合物を、生物体全体、組織、器
官、オルガネラ、細胞、細胞抽出物もしくは亜細胞抽出
物、または精製されたリボソーム調製物に投与するこ
と、そして例えば、タンパク質合成の阻害についてのそ
の阻害定数(IC50)を決定することにより、その薬
理学的特性および阻害特性を観察することによって、実
施され得る。Hロイシンもしくは35Sメチオニンの
取り込み、または類似の実験を実施して、タンパク質合
成活性を調査し得る。
【0435】目的の分子の存在下での細胞におけるタン
パク質合成の量または速度における変化は、その分子
が、タンパク質合成の誘発物質であることを示す。タン
パク質合成の速度または量における減少は、その分子
が、タンパク質合成のインヒビターであることを示す。
【0436】さらに、細菌病原体に対する本発明の化合
物の抗細菌活性は、ヒト病原体の規定された株の増殖を
阻害する化合物の能力により実証され得る。この目的の
ために、種々の標的病原体種(いくつかは、特徴付けら
れた耐性機構を含む)を含むように、細菌株のパネルが
組み立てられ得る。このような生物パネルの使用は、力
価およびスペクトルに関してだけでなく、耐性機構を取
り除くという目的でも構造−活性の関係の決定を可能に
する。このアッセイは、National Commi
ttee for Clinical Laborat
ory Standards(NCCLS)ガイドライ
ン(NCCLS.M7−A5−Method for
Dilution Antimicrobial Su
sceptibility Tests for Ba
cteria That Grow Aerobica
lly;Approved Standard−Fif
th Edition.NCCLS Document
M100−S12/M7(ISBN 1−56238
−394−9))により公開されているような従来の方
法に従い、マイクロタイタートレイ上で実施され得る。
【0437】(H.薬物処方および投与)一旦同定され
ると、本発明の活性分子は、使用前に、任意の適切なキ
ャリアに組み込まれ得ることが意図される。より詳細に
は、活性分子の用量、投与の様式、および適切なキャリ
アの使用は、目的の標的および非標的生物体に依存す
る。
【0438】哺乳動物レシピエントに関しては、目的の
化合物を、当該分野において公知であり、そして/また
は使用されている、任意の従来的なアプローチによって
投与し得ることが意図される。従って、適切なように、
投与は、経口的または非経口的(静脈内投与経路および
腹腔内投与経路を含む)であり得る。さらに、投与は、
周期的なボーラス注射によってであり得るか、または外
部のリザーバー(例えば、静脈内バッグ)からの静脈内
投与または腹腔内投与によって、より連続的になされ得
る。特定の実施形態では、本発明の化合物は、治療的グ
レードであり得る。すなわち、特定の実施形態は、ヒト
への投与のために必要とされる純度および品質の規制の
基準を満たす。獣医学的適用もまた、本明細書中で使用
されるような意図される目的の範囲内である。
【0439】獣医学的な医学的用途およびヒトでの医学
的用途の両方について、本発明に従う薬物の処方物は、
代表的に、従って薬学的に受容可能なキャリア、および
必要に応じて、他の治療的成分(1つまたは複数)と合
わせて、このような薬物を含む。キャリア(1つまたは
複数)は、処方物の他の成分と適合性であり、そしてそ
のレシピエントに対して有害でないという意味で、「受
容可能」であるべきである。これに関して、薬学的に受
容可能なキャリアは、薬学的投与に適合性である、任意
そしてすべての溶媒、分散媒、コーティング、抗菌剤お
よび抗真菌剤、等張剤および吸収遅延剤などを含むこと
が意図される。薬学的に活性な物質に対するこのような
媒体および薬剤の使用は、当該分野において公知であ
る。いかなる従来の媒体または薬剤も、活性化合物と不
適合性である範囲を除いて、組成物におけるその使用が
意図される。補充的な活性化合物(本発明に従って同定
もしくは設計されるか、および/または当該分野におい
て公知である)もまた、組成物に組み込まれ得る。処方
物は、都合よく、投薬単位形態で提示され得、そして薬
学/微生物学の分野において周知の任意の方法によって
調製され得る。一般的には、薬物を、液状キャリアもし
くは微細に分割した固体キャリア、または両方と合わ
せ、次いで、必要に応じて、その生成物を所望の処方物
に成形することによって、いくつかの処方物を調製す
る。
【0440】本発明の薬学的組成物は、その意図される
投与経路と適合性であるように処方されるべきである。
投与経路の例としては、経口投与または非経口投与(例
えば、静脈内投与、皮内投与、吸入投与、経皮投与(局
所的)、経粘膜投与および直腸投与)が挙げられる。非
経口適用、皮内適用または皮下適用のために使用される
溶液または懸濁液は、以下の成分を含み得る:滅菌希釈
剤(例えば、注射水、生理食塩水溶液、不揮発性油、ポ
リエチレングリコール、グリセリン、プロピレングリコ
ール、または他の合成溶媒);抗菌剤(例えば、ベンジ
ルアルコールまたはメチルパラベン);抗酸化剤(例え
ば、アスコルビン酸または亜硫酸水素ナトリウム);キ
レート剤(例えば、エチレンジアミン四酢酸);緩衝液
(例えば、アセテート、シトレート、またはホスフェー
ト)、および張度の調整のための薬剤(例えば、塩化ナ
トリウムまたはデキストロース)。pHは、塩酸または
水酸化ナトリウムのような酸または塩基で調整され得
る。
【0441】経口投与または非経口投与のために有用な
溶液は、例えば、Remington’s Pharm
aceutical Sciences(Gennar
o,A.編)、Mack Pub.(1990)に記載
される、薬学分野で周知の任意の方法によって調製され
得る。非経口投与のための処方物はまた、口腔内投与の
ためにグリココール酸、直腸投与のためにメトキシサリ
チル酸、または膣内投与のためにクエン酸(cutri
c acid)を含み得る。非経口調製物は、ガラスま
たはプラスチック製のアンプル、ディスポーザブルのシ
リンジ、または複数回用量のバイアルに封入され得る。
直腸投与のための坐剤はまた、ココアバター、他のグリ
セリド、または室温で固体であり、そして体温で液体で
ある他の組成物のような非刺激性賦形剤と薬物とを混合
することによって、調製され得る。処方物はまた、例え
ば、ポリアルキレングリコール(例えば、ポリエチレン
グリコール)、植物起源の油、水素化ナフタレンなどを
含み得る。直接の投与のための処方物は、グリセロール
および高粘度の他の組成物を含み得る。これらの薬物の
ための他の潜在的に有用な非経口キャリアとしては、エ
チレン−ビニルアセテートコポリマー粒子、浸透圧ポン
プ、移植可能な注入系、およびリポソームが挙げられ
る。吸入投与のための処方物は、賦形剤として、例え
ば、ラクトースを含み得るか、あるいは例えば、ポリオ
キシエチレン−9−ラウリルエーテル、グリココール酸
およびデオキシコール酸を含む水溶液であり得るか、も
しくは点鼻薬の形態での投与のための油性溶液であり得
るか、または鼻腔内適用されるゲルとしてであり得る。
保持浣腸(retention enema)もまた、
直腸送達のために使用され得る。
【0442】経口投与のために適切な本発明の処方物
は、個別単位の形態(例えば、カプセル、ゼラチンカプ
セル、小袋(sachet)、錠剤、トローチ、または
ロゼンジ)であり得、各々が、粉末もしくは顆粒の形
態;水溶液もしくは非水性液体における溶液もしくは懸
濁液の形態;または、水中油エマルジョンもしくは油中
水エマルジョンの形態で、予め決められた量の薬物を含
む。薬物はまた、ボーラス、舐剤、またはペーストの形
態で投与され得る。錠剤は、必要に応じて1以上の付属
成分を有する薬物を圧縮または成形することによって作
製され得る。圧縮剤は、必要に応じて、結合剤、潤滑
剤、不活性希釈剤、界面活性剤または分散剤により混合
された、自由流動形態(例えば、粉末または顆粒)の薬
物を、適切な機械において圧縮することによって調製さ
れ得る。成形剤は、粉末化薬物および不活性液状希釈剤
で湿らせた適切なキャリアの混合物を、適切な機械にお
いて成形することによって作製され得る。
【0443】経口組成物は、一般的に、不活性希釈剤ま
たは可食性キャリアを含む。経口治療的投与のために、
活性化合物は、賦形剤に組み込まれ得る。うがい薬とし
ての使用のために液状キャリアを使用して調製された経
口組成物は、液状キャリア中の化合物を含み、そして経
口的に適用され、そして水音をたてられ、そして喀出ま
たは嚥下される。薬学的に適合性の結合剤および/また
はアジュバント物質を、組成物の部分として含み得る。
錠剤、丸剤、カプセル、トローチなどは、任意の以下の
成分、または類似の性質の化合物を含み得る:結合剤
(例えば、微結晶性セルロース、トラガカントガム、ま
たはゼラチン);賦形剤(例えば、デンプンまたはラク
トース);崩壊剤(例えば、アルギン酸、Primog
el、またはコーンスターチ);潤滑剤(例えば、ステ
アリン酸マグネシウムまたはSterotes);流動
促進剤(glidant)(例えば、コロイド状二酸化
ケイ素);甘味剤(例えば、ショ糖またはサッカリ
ン);または、香料剤(例えば、ペパーミント、サリチ
ル酸メチル、またはオレンジ香料)。
【0444】注射可能な用途に適切な薬学的組成物とし
ては、滅菌水溶液(ここでは、水溶性)または分散剤、
および滅菌注射可能溶液もしくは分散剤の即時調製物の
ための滅菌粉末が挙げられる。静脈内投与のために、適
切なキャリアとしては、生理学的食塩水、静菌水、Cr
emophor ELTM(BASF、Parsipp
any、NJ)またはリン酸緩衝化生理食塩水(PB
S)が挙げられる。すべての場合において、組成物は無
菌性であるべきであり、そして容易な注入可能性(sy
ringability)が存在する程度に流体である
べきである。それは、製造および貯蔵の条件下で安定で
あるべきであり、そして微生物(例えば、細菌および真
菌)の汚染作用に対して保護されるべきである。キャリ
アは、溶媒または分散媒であり得、これは、例えば、
水、エタノール、ポリオル(例えば、グリセロール、プ
ロピレングリコール、および液状ポリエチレングリコー
ルなど)、およびそれらの適切な混合物を含む。適切な
流動度は、例えば、コーティング(例えば、レシチン)
の使用によって、分散剤の場合には、必要とされる粒子
サイズの維持によって、そして界面活性剤の使用によっ
て、維持され得る。微生物の作用の予防は、種々の抗菌
剤および抗真菌剤(例えば、パラベン、クロロブタノー
ル、フェノール、アスコルビン酸、チメロサールなど)
によって、達成され得る。多くの場合において、組成物
中に等張剤(例えば、糖、多価アルコール(例えば、マ
ンニトール(manitol))、ソルビトール、塩化
ナトリウム)を含むことが好ましい。注射可能組成物の
吸収の延長は、吸収を遅延させる薬剤(例えば、モノス
テアリン酸アルミニウムおよびゼラチン)を、組成物中
に含ませることによってもたらされ得る。
【0445】滅菌注射可能溶液は、上記に列挙された成
分の1つまたは組合せを有する適切な溶媒中に、必要と
される量の活性化合物を組み込むこと、必要に応じて、
次いで濾過滅菌すること、によって調製され得る。一般
的に、分散剤は、塩基性(basic)分散媒および上
記に列挙された成分から必要とされる他の成分を含む滅
菌ビヒクル中に、活性化合物を組み込むことによって調
製される。滅菌注射可能溶液の調製物のための滅菌粉末
の場合、調製方法は、予め濾過滅菌されたその溶液か
ら、活性成分および任意のさらなる所望の成分の粉末を
生じる、真空乾燥および凍結乾燥を含む。
【0446】関節内投与のために適切な処方物は、薬物
の滅菌水性調製物の形態であり得、これは、微晶質形態
(例えば、水性微晶質懸濁液の形態)であり得る。リポ
ソーム処方物または生分解性ポリマー系もまた、関節内
投与または眼内投与の両方のための薬物を提示するため
に使用され得る。
【0447】局所投与(眼の処置を含む)のために適切
な処方物としては、液体調製物もしくは半液体調製物
(例えば、リニメント、ローション剤、ゲル、貼用剤
(applicant)、水中油エマルジョンまたは油
中水エマルジョン(例えば、クリーム)、軟膏またはペ
ースト(past));または、溶液もしくは懸濁液
(例えば、滴剤)が挙げられる。皮膚表面への局所投与
のための処方物は、薬物と、皮膚科学的に受容可能なキ
ャリア(例えば、ローション剤、クリーム、軟膏または
石けん)とを分散させることによって調製され得る。特
に有用なのは、適用を局在化させ、そして除去を阻害す
るために、皮膚にわたって被膜または層を形成し得るキ
ャリアである。内部組織表面への局所投与のために、薬
剤は、組織表面への吸収を増強することが公知の液状組
織接着剤または他の物質中に分散され得る。例えば、ヒ
ドロキシプロピルセルロースまたはフィブリノゲン/ト
ロンビン溶液が、有利に使用され得る。あるいは、組織
コーティング溶液(例えば、ペクチン含有処方物)が、
使用され得る。
【0448】吸入処置のために、スプレー缶、ネブライ
ザまたはアトマイザで投薬された粉末(自己推進型(s
elf−propelling)または噴霧処方物)の
吸入が使用され得る。このような処方物は、粉末吸入デ
バイスまたは自己推進型粉末投薬処方物からの肺投与の
ための微細粉末の形態であり得る。自己推進型溶液およ
び噴霧処方物の場合、効果は、所望される噴霧特徴(す
なわち、所望される粒子サイズを有する噴霧を生成し得
る)を有するバルブの選択によってか、または制御され
た粒子サイズ中に懸濁された粉末として活性成分を組み
込むことによってのいずれかにより達成され得る。吸入
による投与のために、化合物はまた、適切な高圧ガス
(例えば、二酸化炭素のようなガス)またはネブライザ
を含む、加圧容器またはディスペンサーからのエアロゾ
ル噴霧の形態で送達され得る。
【0449】全身投与はまた、経粘膜手段または経皮手
段により得る。経粘膜投与または経皮投与のために、透
過されるべき障壁に適切な浸透剤が処方物中に使用され
る。このような浸透剤は、一般に当該分野において公知
であり、そして例えば、経粘膜投与のためには、界面活
性剤、胆汁酸塩、およびフィルシジン酸誘導体(fil
sidic acid derivative)を含
む。経粘膜投与は、鼻噴霧または坐剤の使用を通して達
成され得る。経皮投与のために、活性化合物は、代表的
に、当該分野において一般的に公知であるような、軟膏
(ointment)、軟膏(salve)、ゲル、ま
たはクリーム中に処方される。
【0450】活性化合物は、身体からの急速な排除に対
して化合物を保護するキャリアを用いて調製され得る
(例えば、制御放出処方物(インプラントおよびマイク
ロカプセル化送達系を含む))。生分解性の生体適合性
ポリマー(例えば、エチレンビニルアセテート、ポリ無
水物、ポリグリコール酸、コラーゲン、ポリオルトエス
テルおよびポリ乳酸)が使用され得る。このような処方
物を調製する方法は、当業者に明らかである。材料はま
た、Alza CorporationおよびNova
Pharmaceuticals,Inc.から商業
的に入手され得る。リポソーム懸濁物もまた、薬学的に
受容可能なキャリアとして使用され得る。これらは、例
えば、米国特許第4,522,811号に記載のよう
な、当業者に公知の方法に従って調製され得る。ミクロ
ソームおよび微小粒子もまた、使用され得る。
【0451】経口または非経口組成物は、投与の容易さ
および投薬の均一性のために、投薬単位形態で処方され
得る。投薬単位形態は、処置される被験体に対する単位
投薬量として適切な、物理的に別個の単位をいい;各単
位が、必要とされる薬学的キャリアと組合せて所望の治
療的効果を生じるように計算された、予め決定された量
の活性化合物を含む。本発明の投薬単位形態についての
特定化は、活性化合物の独特の特徴および達成されるべ
き特定の治療的効果、ならびにこのような化合物を個体
の処置のために調合する分野において固有の制限によっ
て指示され、そしてそれらに直接的に依存する。
【0452】上述したように、本発明に従って同定また
は設計される薬物は、薬学的に受容可能な非毒性の賦形
剤およびキャリアと混合することによって、薬学的組成
物中に処方され得る。このような組成物は、非経口投与
のためには、特に溶液もしくは懸濁液の形態で;経口投
与のためには、特に錠剤もしくはカプセルの形態で;ま
たは鼻腔的には、特に粉末、点鼻薬もしくはエアロゾル
の形態で、調製され得る。組織表面への接着が所望され
る場合、組成物は、フィブリノゲン−トロンビン組成物
または他の生体接着剤中に分散された薬物を含み得る。
次いで、薬物は、所望の組織表面に塗布され得るか、噴
霧され得るか、さもなくば適用され得る。あるいは、薬
物は、例えば、治療的有効量(例えば、所望の効果を誘
導するために十分な時間にわたり、適切な濃度の薬物を
標的組織に提供する量)で、ヒトまたは他の哺乳動物に
非経口投与または経口投与するために処方され得る。
【0453】活性化合物が、移植手順の部分として使用
される場合、これは、ドナーからの組織または器官の取
り出し前に、移植される生組織または器官に提供され得
る。薬物は、ドナー宿主に提供され得る。あるいは、ま
たはさらに、一旦ドナーから取り出されると、器官また
は生組織は、活性化合物を含有する保存溶液中に配置さ
れ得る。すべての場合において、活性化合物は、組織へ
の注射による場合には、所望される組織に直接的に投与
され得るか、または活性化合物は、本明細書中に記載さ
れるか、および/または当該分野において公知である任
意の方法および処方物を使用して、経口投与または非経
口投与のいずれかによって、全身的に提供され得る。
【0454】薬物が組織または器官保存溶液の部分を含
む場合、任意の市販の保存溶液が有利に使用され得る。
例えば、当該分野において公知の有用な溶液としては、
Collins溶液、Wisconsin溶液、Bel
zer溶液、Eurocollins溶液、および乳酸
加リンガー溶液が挙げられる。
【0455】治療的組成物において送達される化合物の
有効濃度は、多くの因子(投与される化合物の最終的に
所望される投薬量および投与経路を含む)に依存して変
動する。投与される好ましい投薬量はまた、処置される
べき疾患または指標の型および程度、特定の患者の全体
的な健康状態、送達される化合物の関連する生物学的効
力、薬物の処方、処方物中における賦形剤の存在および
型、ならびに投与経路のような変数に依存する可能性が
ある。概して、本発明の薬物は、以前に記載された、非
ヒト霊長類およびげっ歯類を使用した哺乳動物研究から
導き出される代表的な用量単位を使用して、個体に提供
され得る。
【0456】活性化合物が核酸分子である場合、核酸は
ベクターに挿入され得、そして遺伝子治療ベクターとし
て使用され得る。遺伝子治療ベクターは、例えば、静脈
内注射、局所投与(米国特許第5,328,470号を
参照のこと)によってか、または定位注射(例えば、C
henら(1994)Proc.Natl.Acad.
Sci.USA 91:3054−3057を参照のこ
と)によって、被験体に送達され得る。遺伝子治療ベク
ターの薬学的調製物は、受容可能な希釈剤中の遺伝子治
療ベクターを含み得るか、または遺伝子送達ビヒクルが
包埋された緩徐放出マトリクスを含み得る。あるいは、
完全な遺伝子送達ベクターが、組換え細胞からインタク
トに産生され得る場合(例えば、レトロウイルスベクタ
ー)、薬学的調製物は、遺伝子送達系を生成する1以上
の細胞を含み得る。
【0457】本発明の活性化合物が、植物宿主への投与
のために意図される場合、本発明は、植物環境に(例え
ば、葉、芽、根、または花の部分の表面に)直接的に、
適用され得る。あるいは、本発明は、種子コーティング
として使用され得る。特定の植物に必要とされるような
本発明の有効量の決定は、当該分野の技術の範囲内であ
り、そして植物種、栽植方法、および土壌型のような因
子に依存する。本発明の薬物を含む組成物は、充填/分
割された粒子状固体、顆粒、ペレット、湿化可能な(w
etable)粉末、ダスト、水性懸濁液、または分散
剤およびエマルジョンの形態の組成物を提供するため
に、アジュバント、希釈剤、キャリアなどを有するこの
ような薬物を処方することによって調製され得ることが
意図される。カプセル化形態のこのような薬物を使用す
ることがさらに意図され、例えば、薬物は、ポリマー内
にカプセル化され得、ゼラチン、液体または他の処方補
助剤(例えば、乳化剤、界面活性剤、湿潤剤、消泡剤、
および不凍剤)は、このような組成物が使用前に任意の
期間保存される場合に特に、このような組成物中に組み
込まれ得る。活性剤として本発明の薬物を含む組成物の
適用は、従来技術によって実施され得る。活性化合物
が、昆虫宿主への投与のために意図される場合、標準的
方法(例えば、空中散布が挙げられるが、これに限定さ
れない)が意図される。
【0458】本発明の方法によって同定または設計され
た活性化合物はまた、活性化合物の前駆体を含む。用語
前駆体は、活性化合物を放出するための生物体におい
て、自然的または酵素的のいずれかでの生体内変化を必
要とする、親分子の薬理学的に不活性(または、部分的
に不活性)な誘導体をいう。前駆体は、代謝条件下で切
断可能な基を有する、本発明の化合物のバリエーション
または誘導体である。前駆体は、それらが生理的条件下
で加溶媒分解を受けるか、または酵素的分解を受ける場
合に、インビボで薬学的に活性な本発明の活性化合物に
なる。前駆体形態は、しばしば、哺乳動物生物体におい
て可溶性、組織適合性、または遅延型放出の利点を提供
する(Bundgard、Design of Pro
drugs、7−9頁、21−24頁、Elsevie
r、Amsterdam(1985);および、Sil
verman、The Organic Chemis
try of Drug Design and Dr
ug Action、352−401頁、Academ
ic Press、San Diego、CA(199
2)を参照のこと)。
【0459】本明細書中で記載される方法によって同定
または設計されるような活性化合物は、障害を処置する
ために(予防的または治療的に)、個体に投与され得
る。このような処置と合わせて、薬理ゲノミクス学(す
なわち、個体の遺伝子型と、外来化合物または薬物に対
するその個体の応答との間の関係の研究)が考慮され得
る。治療剤の代謝における差異は、用量と薬理学的に活
性な薬物の血中濃度との間の関係を変更することによっ
て、重篤な毒性または治療の失敗へと導き得る。従っ
て、医師または臨床家は、薬物を投与するか否かを決定
する際、ならびにその薬物での処置の投薬量および/ま
たは治療レジメンを仕立てる際に、関連の薬理ゲノミク
ス学研究において得られた見識を適用することを考慮し
得る。
【0460】哺乳動物に関して、タンパク質合成の誘発
物質またはインヒビターの有効用量は、単回用量または
複数回用量で投与される場合に、約0.01〜約50m
g/kg体重、好ましくは約0.1〜約10mg/kg
体重の範囲であることが意図される。代表的には、誘発
物質またはインヒビターは、1患者あたり約1〜約20
00mgの1日量の範囲で、処置の必要なヒトレシピエ
ントに投与され得る。
【0461】前述の一般的考察に照らして、以下に提示
される特定の実施例は、単に例示であり、そして本発明
の範囲を制限することを意図しない。他の一般的および
特異的な構成が、当業者に明らかである。
【0462】(III.実施例) (A.実施例1:50Sリボソームサブユニット結晶の
調製)H.marismortui(ATCC 430
49)を、ATCC培養培地1230のわずかな改変版
で、以前に記載された通りに(Banら(1998)前
出)増殖し、この改変版に、1リットル当たり、4.3
gの酵母エキス(yeast extract)、5.
1gのTrisおよび3.4gのグルコースを補充し
た。細菌を、37℃で、OD550nmが1.0と2.
2との間になるまで増殖した。細菌を、遠心分離によっ
て収集し、そして使用するまで−80℃で保存した。細
胞を、Frenchプレスを使用して破裂させた。リボ
ソームを、以前に記載されたように、遠心分離によって
溶解物から調製し、そしてサブユニットを、ショ糖勾配
上で単離した(Shevackら(1985)FEBS
Lett.184:68−71)。
【0463】結晶を以下のようにして調製および安定化
させた。
【0464】(1.逆抽出(reverse extr
action)) (1)濃縮された50Sリボソームサブユニットストッ
ク(1.2M KCl、0.5M NH4Cl、20m
M MgCl、Tris 10mM、CdCl
mM、Tris 5mM、pH 7.5中の30mg/
ml)中の1mgのサブユニットを、1/2容の30%
PEG6000(1リットルの30%PEGを作製す
るために、300g PEG、700ml H0;
0.2μmフィルターを通して濾過)と混合する。1〜
2時間、氷上に放置する。
【0465】(2)卓上用遠心分離機を使用して、エッ
ペンドルフチューブ中で約30秒間沈殿物をスピンダウ
ンする。
【0466】(3)上清を取り除き、そして100μl
のRE緩衝液(7% PEG6000、1.2M KC
l、0.5M NHCl、100mM KAc、30
mMMgCl、10mM Tris、10mM ME
S(pH 7.5)および1mM CdCl)を添加
する。
【0467】(4)ペレットを、室温で、50μlに設
定したP200ピペットを用いて混合することによっ
て、再懸濁する。
【0468】(5)エッペンドルフチューブをアルミ箔
で包み、そして平衡のために室温で30〜60分間放置
する。溶液は、50Sリボソームサブユニットで飽和す
る。
【0469】(6)2分間、卓上用遠心分離機で、室温
で沈殿物をスピンダウンし、上清を新しいエッペンドル
フチューブに移す。少量のペレットが、遠心分離に用い
たチューブ内に見出されるはずである。上清を、室温で
保存する。
【0470】(7)シッティングドロップトレイ(Ch
arles−Supper)のサンプルウェルに、8〜
10μlの上清を置く。1時間後、結晶種ストックから
結晶種を筋状に塗りつける(streak)。結晶種ス
トックを、安定化溶液緩衝液A(以下を参照のこと)中
で以前に成長した結晶を置くことによって調製し、次い
で激しくボルテックスする。結晶種を筋状に塗りつける
ために、水およびエタノールで洗浄し、次いで乾燥させ
たヒトの毛髪を、ボルテックスした溶液に通過し、次い
で新たな結晶化ドロップに触れる。ドロップは、曇るよ
うに見えるはずである。シッティングドロップトレイに
おけるリザーバーは、8% PEG6000、1.2M
KCl、0.5M NHCl、100mM KA
c、6.5mM HAc(収率pH 5.8)、30m
M MgClおよび1mM CdClを含む100
0μlの溶液を含む。
【0471】(8)1日後、結晶種入れ(seedin
g)が成功したか否かを調べる。成功したならば、結晶
を3週間成長させる。
【0472】(2.安定化プロトコル)結晶が成長を停
止した時点で(約3週間後)、各々のシッティングドロ
ップチャンバを、ウェルの中央から縁へわずかなシング
ルカット(切り込み)を作成することによって開放す
る。この狭い切り込みを通して、室温で、10μlの緩
衝液A(1.2M KCl、0.5M NHCl、3
0mM MgCl、10% PEG6000、1mM
CdCl、100mM KAc、10mM Tri
s(最終pH 6.1まで滴定した)、30mM ME
S)を、各々のドロップに添加し、そして45μlの緩
衝液(0.667M MES、0.333MTris)
を、各々のリザーバーに添加する。
【0473】トレイを、ふたのあるプラスチック箱に入
れ、そして約1日、16℃のインキュベーターに入れ
る。次いで、さらに1日、インキュベーターの温度を1
2℃に低下させる。次いで、このプラスチック箱を、ふ
たのあるポリスチレン容器に入れ、そしてさらにもう1
日、低温室に置く。結晶は、このように長時間保存し得
るが、任意の使用の前に、緩衝液のさらなる変化を受け
る必要がある。
【0474】緩衝液A(上記を参照のこと)および緩衝
液B(1.7M NaCl、0.5M NHCl、3
0mM MgCl、1mM CdCl、12% P
EG6000、20% EG、100MM KAC(H
ACを用いて、最終pH 5.8まで滴定した)を使用
して、以下の遷移系列を作成し、緩衝液B対緩衝液Aの
最終比:1/16、1/8、1/4、1/2、3/4を
与える。すべての溶液を、低温室温度で維持するべきで
ある。以下のドロップのすべての操作は、狭い切り込み
を通して行う。
【0475】(1)40μlの「1/16」をドロップ
に添加し、15分間放置する。
【0476】(2)40μlの「1/8」をドロップに
添加し、30〜60分間放置する。
【0477】(3)ドロップから40μlを取り出し
(そして、リザーバーに廃棄する)、40μlの「1/
4」を添加し、30〜60分間放置する。
【0478】(4)ドロップから40μlを取り出し
(そして、リザーバーに廃棄する)、40μlの「1/
2」を添加し、15分間放置する。
【0479】(5)ドロップから40μlを取り出し
(そして、リザーバーに廃棄する)、40μlの「3/
4」を添加し、15分間放置する。
【0480】(6)ドロップから40μlを取り出し
(そして、リザーバーに廃棄する)、40μlの緩衝液
Bを添加し、15分間放置する。
【0481】(7)ドロップから60〜80μlを取り
出し(そして、リザーバーに廃棄する)、60〜80μ
lの緩衝液Bを添加し、リザーバーを、500μlの緩
衝液Bで置換する。
【0482】(B.実施例2:初期精密化での50Sリ
ボソームサブユニットの結晶構造の決定)2つのネイテ
ィブデータセットを除くすべてのデータを、ビームライ
ンX12bおよびX25を使用して、100Kで凍結さ
せた結晶から、NationalSynchrotro
n Light Source(Brookhaven
で収集し、そして345mmのMARイメージングプレ
ートを使用して記録した。各々の重原子誘導体につい
て、異常回折データを、異常散乱するピークに対応する
波長で収集した。ビームの大きさは、X25で、大半の
データ収集について100×100μmであり、そして
ビームラインX12bで、200×200μmであっ
た。結晶を、単位格子の長軸(570Å)に沿って向き
を調整し、その結果、1.0の振動を使用して、MA
R検出器の端で、最大2.7Åの分解能の外で反射を収
集し得る。ビームラインX12bでは、結晶から検出器
の距離は、波長、結晶の質およびビーム発散に依存して
450.0mmと550.0mmとの間で変化し、そし
て最大分解能データを、スポットの重複を避けながら収
集し得るように選択した。ビームラインX25では、検
出器は、480mmで、堅い台上に配置され、これは、
異常端で設定された波長を有するイリジウム誘導体およ
びオスミウム誘導体についての3.2Åまでのデータ収
集を可能にする。2.4Åの分解能までのネイティブデ
ータは、CCD検出器を使用して、Advanced
Photon Source(Argonne)の構造
生物学ビームライン19番で収集した。データセット
を、DENZOおよびSCALEPACK(Otwin
owski,(1993)Data Collecti
on and Processing)を使用すること
によって処理した。
【0483】重原子に基づくフェイジングを、一つの誘
導体異常分散(SAD)位相と、2つの異なる同形群の
データ(MIR1およびMIR2、表1)について計算
したMIR位相とを組み合わせることによって、3.2
Åの分解能まで拡張した。最良の2つの誘導体は、ペン
タミンオスミウム(osmium pentamin
e)およびヘキサミンイリジウム(iridium h
examine)であり、これらの各々は、多数の結合
部位を含んだ(表1)。少数の部位を有するいくつかの
他の誘導体は、地図の品質をさらに改良した。すべての
フェイジングを、TaBr12誘導体以外は、CNS
で実行した最尤法によって行った(Bruengerら
(1998)前出)。TaBr12誘導体は、球状に
平均化された電子密度として表されるSHARP(de
La Fortelle,(1997)Meth.E
nzymol.276:472−494)で精密化し
た。位相を改良し、そして溶媒フリッピング(Abra
hamsら(1996)前出)によって、3.3Åから
2.4Åに拡張し、そしてこのデータセットからモデル
を形成した。
【0484】(C.実施例3:50Sリボソームサブユ
ニット/プロマイシン複合体の結晶調製およびX線回折
データの収集)50Sリボソームサブユニットの結晶
を、上記の通りに成長させ、そして安定化した。CCd
A−p−プロマイシン(図9Aを参照のこと)を、Mi
chael Yarus(Welchら(1995)前
出)から、好意により頂いた。アミノ−N−アシル化ミ
ニヘリックス由来のオリゴヌクレオチド(図9Bを参照
のこと)を、Dharmaconによって合成した。脱
保護後、オリゴヌクレオチドを100℃まで手短に加熱
し、そして氷上で急冷し、再アニールした。リボソーム
の50Sサブユニット結晶を安定化し、次いで液体プロ
パンでの冷凍ガラス化状態(cryovitrific
ation)およびX線回折データ収集の前に、100
μM CCdA−p−プロマイシンまたはアミノ−N−
アシル化ミニヘリックスを含む安定化緩衝液中に24時
間浸漬した。位相を、60.0〜3.2Åの振幅のため
に、2F(アナログ)−F(ネイティブ)を使用し
て、最良の実験的位相から開始する密度改変(CNS)
によって計算した。(ネイティブの振幅は、より完全な
ネイティブの2つのデータセットのみに存在する振幅を
除いて、大半の同形のネイティブの1つのデータセット
由来であった。対応する計算された振幅の2倍未満であ
り、そしてF(アナログ)で置換された計算された2
−F振幅。)次いで、地図を、密度改変された振
幅、および2F(アナログ)−F(ネイティブ)の
振幅、またはF(アナログ)−F(ネイティブ)の
振幅からの位相を使用して計算した。
【0485】(D.実施例4:ペプチジルトランスフェ
ラーゼ中央部付近のポリペプチド出口トンネルに位置す
る抗生物質結合部位)電子地図は、3つの抗生物質チロ
シン、カルボマイシンAおよびアニソマイシンと複合体
化したH.marismortui大サブユニットの結
晶性複合体に由来した。これらの抗生物質すべては、Y
arusインヒビター、CCdA−p−プロマイシン、
およびポリペプチド出口トンネルにおいて小さな穴を形
成する点のタンパク質L22およびL4の先端によって
規定されるような、ペプチジルトランスフェラーゼ中央
部の間に横たわる領域において、リボソームに結合す
る。この主要な抗生物質結合部位の一般的な位置を、図
19に示す。チロシンおよびカルボマイシンは、新たに
合成されたポリペプチドの出口をブロックすることによ
って機能するようである。アニソマイシンは、A部位を
ブロックするようである。
【0486】抗生物質とリボソームとの間の非常に大部
分の相互作用は、A部位、およびペプチジルトランスフ
ェラーゼ中央部とタンパク質L22との間のトンネル表
面を規定するrRNAを介する。これらの抗生物質は、
全く同じに結合しないので、小分子化合物が、本発明の
手段および方法論を使用して、この領域に結合するよう
に設計され得る多くのさらなる方法が存在する。例え
ば、重複しない部位に結合する異なる抗生物質の各々の
成分を互いに結合することによって、新規のハイブリッ
ド抗生物質を作成することが可能である(実施例6を参
照のこと)。さらに、これらの抗生物質複合体によって
示される小分子RNA相互作用の新規の原理に基づい
て、リボソームならびに他の可能性のあるRNA標的上
の同一の部位に結合する全く新しい小分子を設計するこ
とが可能である。
【0487】(E.実施例5:ハイブリッド抗生物質の
設計および試験)リボソーム、より特に、大リボソーム
サブユニットを標的化し、そしてタンパク質合成を中断
する多くの抗生物質は、より単純なサブ構造の効果的な
連鎖である複雑な分子であり、このうちの少なくとも1
つは、リボソームの別々の部分と相互作用する。問題の
化合物が、いくつかの相互作用的サブ構造を含む場合、
その結合部位は、事実上、各々のこのようなサブ構造と
接触し、そして引き込むサブサイト(subsite)
の合計である。大リボソームサブユニットを標的化する
多くの抗生物質が、互いに近接する部位で、リボソーム
サブユニットを結合することが見出された。従って、第
一の既知の抗生物質の一つのリボソーム結合部分が、隣
接するサブサイトと相互作用する第二の既知の抗生物質
のリボソーム結合部分に化学的に結合された、新規の抗
生物質を合成する可能性が存在する。従って、生じた新
規の化合物は、由来する2つの抗生物質のキメラまたは
ハイブリッドである。
【0488】キメラ抗生物質は、本明細書中の上記で議
論された抗生物質/リボソーム複合体の構造についての
情報を使用して、設計され得る。これらの構造により、
リボソームにおける抗生物質結合サブサイトの同定、お
よびこのサブサイトと相互作用する化学的実体の特定が
可能になる。このような知識を装備して、有機合成の当
業者は、同時に、目的のサブ構造が、それぞれのサブサ
イトと相互作用し得るべき方法で、目的のサブ構造を互
いに結合する化合物を合成し得る。意図された様式で機
能する方法で発明された任意の化合物は、おそらく細胞
増殖を阻害し、そして実際に阻害する場合、インビトロ
でタンパク質合成をおそらく阻害する。少なくとも、こ
れは、インビトロアッセイ系においてタンパク質合成を
ブロックするはずである。このような化合物のリボソー
ム相互作用についてのさらなる情報は、本明細書中の上
記のD節に記載される方法を使用して、リボソームと形
成する複合体の構造を決定することによって得られ得
る。
【0489】例えば、本明細書中で記載される研究の結
果として、カルボマイシンの二糖部分が、アニソマイシ
ンの一部についての結合部位に近接する部位で、大リボ
ソームサブユニットに結合することが発見された。この
情報および本明細書中の上記に記載されたソフトウェア
パッケージを使用して、当業者は、適切な化学リンカー
によって結合した、カルボマイシンおよびアニソマイシ
ンの関連するリボソーム結合部分を含むハイブリッド抗
生物質を設計し得る。
【0490】図34は、例示的なハイブリッド抗生物質
の設計を示す。この図において、スパルソマイシン抗生
物質の一部分は、クロラムフェニコール抗生物質の一部
分に連結されて、スパルソクロラムフェニコールハイブ
リッド抗生物質を生成する。第1のスパルソクロラムフ
ェニコールハイブリッド抗生物質において、連結領域
(1)においてハイブリッドA、n=1である。第2の
スパルソクロラムフェニコールハイブリッド抗生物質に
おいて、連結領域(2)において、ハイブリッドB、n
=2である。クロラムフェニコール分子の一部分を、S
chlunzenet al.(2001)Natur
e 413:814−821に記載される構造研究の結
果として選択した。再度、このハイブリッド抗生物質
を、ハイブリッド抗生物質の各構成成分が、大リボソー
ムサブユニットにおけるそのそれぞれの結合部位に結合
することを可能にするように設計した。
【0491】図35は、別の例示的なハイブリッド抗生
物質の設計を示す。この図において、スパルソマイシン
抗生物質の一部分は、アニソマイシン抗生物質の一部分
に連結されて、スパルソアニソマイシンハイブリッド抗
生物質を生成する。各抗生物質の一部分は、各抗生物質
がどのように大リボソームサブユニットに結合するかを
示した本明細書中の構造研究の結果として選択された。
このハイブリッド抗生物質を、ハイブリッド抗生物質の
各構成成分が、大リボソームサブユニットにおけるその
それぞれの結合部位に同時に結合することを可能にする
ように設計した。
【0492】これらのハイブリッド分子は、一旦設計さ
れると、従来の合成有機化学および従来の精製スキーム
を用いて合成および精製され得る。一旦、合成および精
製されると、目的のハイブリッド分子は、生物活性につ
いてスクリーニングされ得、そして、例えば、目的の各
分子についてのIC50値を決定するためにスクリーニ
ングされ得る。これらのスクリーンとして、例えば、こ
のハイブリッド分子を補充されたかまたはこの分子を欠
く培地上または培地中で、微生物を培養させることが挙
げられる。このハイブリッド分子の存在下での微生物の
数またはコロニーのサイズにおけるいかなる減少も、生
物活性の指標となる。さらに、このハイブリッド分子
は、無細胞転写/翻訳連結アッセイ(cell−fre
e coupled transcription/t
ranslation assay)においてか、また
は1つ以上の標識アミノ酸の存在下での翻訳系において
か、あるいは非放射性レポーター系を用いて試験され得
る。このハイブリッド分子を欠く無細胞系に対する、こ
のハイブリッド分子を含む無細胞系におけるタンパク質
に組込まれた標識アミノ酸レベルのいずれの減少も、ハ
イブリッド分子が機能的タンパク質合成インヒビターと
して作用することの指標となる。次いで、このハイブリ
ッド分子が、本明細書の上記で議論されるように繰り返
し精製されて、その生物活性および生物利用性を増強し
得ることが理解される。
【0493】(F.実施例6.スパルソクロラムフェニ
コールハイブリッドの合成)スパルソクロラムフェニコ
ールハイブリッド(1および2)の合成を、図36〜図
39に示し、以下のように段階的に記載する。
【0494】(i.酸6の合成)図36における酸6
を、Ottenheijm et al.,J.Or
g.Chem.1981,46,3273−3283に
記載される手順により、化合物4を用いて開始し、そし
て中間体のアルデヒド5を通じて獲得した。
【0495】(iiアミン7の合成)図36におけるア
ミン7を、図37に示されるように合成した。L−シス
テイン(1.00g、5.41mmol)、ジメトキシ
トリチル(DMT)クロリド(2.12g、5.95m
mol)、およびトリエチルアミン(1.20mL、
8.56mmol)を、25mLの80%水性酢酸中で
混合し、室温にて2時間反応させた。溶媒を減圧下(i
n vacuo)でエバポレートし、残渣を60mL
酢酸エチル(EtOAc)に集めた。この溶液を、飽和
水性重炭酸ナトリウム(NaHCO)(3×50m
L)および食塩水(2×50mL)で洗浄した。有機層
を硫酸ナトリウム(NaSO)を用いて乾燥させ、
エバポレートして、次の反応での使用のために適切な純
度のL−システイン10のDMTチオエーテル(2.1
3g、5.03mmol、93%)を獲得した。
【0496】保護されたアミノ酸10(5.41mmo
l)を20mL 無水テトラヒドロフラン(THF)中
に溶解し、ホウ化水素ナトリウム(0.70g、18.
2mmol)を分割して加えた。ホウ素トリフルオリド
エーテル塩(Boron trifluoride e
therate)(3.03mL、23.9mmol)
を滴下して加え、そしてこの混合物を室温にて一晩攪拌
させた。過剰なホウ素トリフルオリドエーテル塩をエタ
ノールで破壊し、そしてこの混合物を濾過した。この濾
液をエバポレートし、そして残渣をクロロホルム(60
mL)中に溶解させ、そして飽和水性NaHCO(4
0mL)で洗浄した。水層をクロロホルム(20mL)
で抽出し、そして混合有機層を食塩水で洗浄し、そして
NaSO上で乾燥させた。溶媒をエバポレートし
て、次の工程での使用のために適切な純度の白色固体と
して、予想したアミノアルコール11(1.75g、8
5%)を獲得した。
【0497】アミノアルコール11(1.70g、4.
15mmol)を5mL アセトニトリルおよび5mL
塩化メチレン中に溶解させ、この溶液を0℃に冷却し
た。Tert−ブチルジメチルシリルクロリド(1M、
5.00mL、5.00mmol)を添加し、次いで、
1、8−ジアザビシクロ[5,4,0]ウンデカ−7−エ
ン(DBU)(0.67mL、4.40mmol)を添
加し、そしてこの混合物を、室温にて一晩攪拌させた。
反応を、飽和水性NaHCOと共に20分攪拌するこ
とにより、クエンチした。さらなる塩化メチレンを加
え、層を分離させた。有機層をNaHCO、水、次い
で食塩水で洗浄した。有機層を乾燥させ(Na
)、そしてエバポレートした。残渣を、0〜2%
メタノール/クロロホルムを用いてシリカゲル上でクロ
マトグラフィーに供し、アミン7(0.100g、5
%)を獲得した。H−NMR(500 MHz,CD
Cl)δ7.41(d,J=2Hz,2H),7.4
1−7.19(m,8H),6.82−6.79(m,
4H),3.79(s,6H),3.44−3.41
(m,1H),3.35−3.32(m,1H),2.
69−2.67(m,1H),2.36−2.33
(m,1H),2.19−2.15(m,1H),0.
85(s,9H),0.05−0.00(m,6H)。
【0498】(iii.アミド8の合成)図36のアミ
ド8を、以下のように合成した。酸6(0.044g、
0.221mmol)、アミン7(0.070g、0.
134mmol)、および1−ヒドロキシベンゾトリア
ゾール(HOBt)(0.030g、0.21mmo
l)を、2mL ジメチルホルムアミド(DMF)中に
溶解させた。1,3−ジシクロ−ヘキシルカルボジイミ
ド(DCC)(0.056g、0.272mmol)を
加え、この混合物を室温にて24時間撹拌した。この混
合物をエバポレートし、0〜4%のメタノール/クロロ
ホルムを用いてシリカゲル上でクロマトグラフィーに供
し、アミド8(0.070g、75%)を獲得した。
H−NMR(500MHz,CDCl)δ7.50−
7.15(m,12H),6.80(d,J=2Hz,
4H),5.91(br d,J=5Hz,1H),
4.20−4.11(m,1H),3.74(s,6
H),3.66−3.63(m,1H),3.52−
3.49(m,1H),2.49−2.44(m,2
H),2.36(s,3H),0.84(s,9H),
0.01(s,3H),−0.01(s,3H)。
【0499】(iv.チオール9の合成)図36のチオ
ール9を、以下のように合成した。アミド8(0.06
0g、0.086mmol)を、0℃にてTHF中に溶
解させた。ホウ素トリフルオリドエーテル塩(0.30
mL、2.37mmol)を滴下して加え、そして20
分間撹拌を続けた。この反応混合物を、エタノール(5
mL、5分間撹拌)を用いてクエンチし、そして溶媒を
エバポレートした。残渣を、クロロホルムを用いて粉砕
し、そして遠心分離により収集された固体を、クロロホ
ルムで洗浄した。この固体を乾燥させて、チオール9
(0.015g、63%)を獲得した。H−NMR
(500MHz,CDCl)δ7.31(d,J=9
Hz,1H),7.11(d,J=9Hz,1H),
3.93−3.90(m,1H),3.59−3.50
(m,3H),3.22−3.20(m,1H),2.
68−2.64(m,1H),2.56−2.53
(m,1H),2.23(s,3H)。
【0500】(v.ブロモアセトアミド13の合成)図
37のブロモアセトアミド13を、以下のように合成し
た。(1R,2R)−クロラムフェニコール12の遊離
塩基を、Orsini et al.、Organic
Preparations and Procedu
res International 1989、2
1、505−508に記載されるようにして、ビスt−
ブチルジメチルシリルエーテル誘導体に変換した。得ら
れた(1R,2R)−クロラムフェニコールのビス−シ
リルエーテル(0.56g、1.30mmol)、ブロ
モ酢酸(0.146g、1.00mmol)およびHO
Bt(0.163g、1.20mmol)を、6mL
THF中に溶解させた。DCC(0.330g、1.6
mmol)を加え、そしてこの混合物を室温にて一晩撹
拌させた。沈殿を濾過し、そして濾液をエバポレートし
た。残渣を、60mL EtOAc中に集め、そして5
%水性NaHCO(30mL)および食塩水(2×4
0mL)を用いて抽出した。有機層をNaSO上で
乾燥させ、そしてエバポレートした。残渣を、1:7
EtOAc/ヘキサン〜1:5 EtOAc/ヘキサン
を溶出液として用いて、シリカ上でクロマトグラフィー
に供し、油状のブロモアセトアミド13(0.480
g、86%)を獲得した。H−NMR(500MH
z,CDCl)δ8.32(d,J=5Hz,2
H),7.62(d,J=5Hz,2H),7.21
(br d,J=5Hz,1H),5.36(s,1
H),4.11−4.06(m,1H),4.01−
3.85(m,4H),3.75−3.68(m,2
H),3.39−3.31(m,1H),1.10
(s,9H),1.05(s,9H),0.24(s,
3H),0.22(s,3H),0.21(s,3
H),0.00(s,3H)。
【0501】(vi.スルフィド14の合成)図38の
スルフィド14を、以下のように合成した。チオール9
(0.090g、0.315mmol)を、3mL T
HF/0.5mL DMF中に懸濁し、そしてDBU
(49μL、0.315mmol)を加えた。2mL
THF中のブロモアセトアミド13(0.16g、0.
284mmol)の溶液を0℃で加え、そして混合物を
室温まで暖め、次いで室温にて12時間撹拌した。反応
物を飽和食塩水(20mL)およびクロロホルム(CH
Cl)(40mL)中に注ぎ、そして層を分離させ
た。有機層を飽和食塩水(2×20mL)で洗浄し、そ
してNaSO上で乾燥させた。溶媒をエバポレート
し、そして残渣を、1:20 メタノール/クロロホル
ム〜1:10 メタノール/クロロホルムの勾配溶出を
用いてシリカ上でクロマトグラフィーに供し(ピペット
カラム)、白色固体のスルフィド14(0.093g、
43%)を獲得した。H−NMR(500MHz,
1:1 クロロホルム−d/メタノール−d(CDC
/CD OD))δ8.15(d,J=6Hz,2
H),7.55(d,J=5Hz,1H),7.53
(s,1H),7.47(d,J=6Hz,2H),
7.37(d,J=9Hz,1H),7.14(d,J
=9Hz,1H),5.20(br s,1H),4.
09−4.02(m,1H),3.98−3.92
(m,1H),3.70−3.53(m,5H),3.
33−3.12(m,4H),2.67−2.61
(m,2H),2.31(s,3H),0.91(s,
9H),0.90(s,9H),0.08(s,3
H),0.06(s,3H),−0.06(s,3
H),−0.14(s,3H)。
【0502】(vii.スルホキシド16の合成)図3
8のスルホキシド16を、以下のように合成した。スル
フィド14(0.060g、0.078mmol)を2
mL THF中に溶解させ、そしてこの混合物を0℃に
冷却した。ジイロプロピルエチルアミン(i−Pr
et)(18μL、0.10mmol)を加え、次いで
クロロメチルメチルエーテル(33.2μL、0.39
mmol)を加え、そして0℃にて1時間撹拌を続け
た。冷却漕を取り除き、そして反応物を室温にて12時
間撹拌させた。この反応を、飽和水性NaHCOを用
いてクエンチし、そしてクロロホルム(40mL)を用
いて分留した。水層をクロロホルム(20mL)を用い
て抽出し、そして混合した有機層をNaSO上で乾
燥させ、そしてエバポレートした。粗物質を0〜4%
メタノール/クロロホルムを溶出液として用いて、シリ
カ上でクロマトグラフィーに供した。2つの画分を獲得
した。画分1(10.8mg)は、R=0.63(1
2% メタノール/クロロホルム)の微量の不純物およ
びR=0.58の主要成分を含んだ。画分2(16m
g)は、R=0.50の1つの化合物のみを含んだ
(出発アルコールは、R=0.36を有した)。これ
らの画分は、目的のヒドロキシル基で完全に保護され、
そして部分的に過剰に保護されていた(この分子のウラ
シル部分におけるMOMエーテル)化合物を含んでいる
ようであった。
【0503】上記の画分2由来の物質(0.016g、
0.020mmol)を、1mL四塩化炭素(CC
)中に溶解した。この溶液に、CCl(1mL)
中のチタン(IV)イソプロポキシド(Ti(Oi−P
r))(0.6μL、0.002mmol)、BIN
AP(0.001g、0.004mmol)、水(0.
72μL、0.02mmol)を含む混合物を加え、そ
して得られた混合物を20℃にて攪拌した(この酸化プ
ロトコルの詳細な説明については、Komatsu e
t al.、J.Org.Chem.1993、58、
4529−4533を参照のこと)。トルエン(1M、
60μL、0.06mmol)中のtert−ブチルヒ
ドロペルオキシドをこの混合物に加え、そして72時間
攪拌を続けた。この時点で、TLC分析は、新規の低R
産物(R=0.39、CHCl /MeOH 8:
1)への約75%の変換を示した。この反応物を、飽和
NaHCO(10mL)とCHCl(20mL)と
の間で分配させた。水層をCHCl(2×10mL)
で洗浄し、そして組合せた有機層をNaSO上で乾
燥させ、そして溶媒をエバポレートした。粗物質をシリ
カゲル上でクロマトグラフィーに供し、CHCl中の
0〜5%メタノール(MeOH)で溶出した。2つの画
分を獲得した:画分1は未反応の出発物質(4.1m
g)を含み、画分2はスルホキシド16(7.7mg、
0.036mmol)を含んだ。
【0504】(viii.スパルソクロラムフェニコー
ルハイブリッドA1の合成)図38のスパルソクロラム
フェニコールハイブリッドA1(図34の完全構造)
を、以下のように合成した。スルホキシド16(0.0
075g、0.0091mmol)をMeOH(2m
L)中の0.1%塩酸(HCl)中に溶解し、そしてD
owex(登録商標)50(H形態)(0.2g)を
加えた。この混合物を50℃にて3時間攪拌し、そして
TLC分析は、単一の低R産物(R=0.25、C
HCl/MeOH 25:3)への完全な変換を示し
た。Dowex(登録商標)50を濾過により除去し、
そして溶媒を減圧下でエバポレートした。粗生成物をT
HF(0.5mL)およびMeOH(0.5mL)中に
溶解し、HSiF(HO中の20wt/vo
l.)(120μL、0.15mmol)の溶液を加
え、この混合物を室温にて3時間攪拌した。TLC分析
は、3時間以内で基準生成物への約50%の変換を示
し、その後、一晩(約20時間)攪拌を続け、その間、
基準生成物の量的な形成がほぼ観察された。この反応物
を、CHCl(1mL)と水(HO)(1.5m
L)との間で分配し、層を分離して、水層をCHCl
/MeOH 2:1(1.5mL)で一度抽出した。T
LC分析(CHCl/MeOH 7:1)は、基準生
成物が、水槽に専ら存在することを示し、TLC(CH
Cl/MeOH/HO 2:1:0.1)は、密に
結合した化合物(Rが0.71および0.67)の存
在を示した。水層を濃縮し、そしてCHCl/MeO
H/HO 2:1:0.1を用いてシリカ(ピペット
カラム)上でクロマトグラフィーに供し、白色固体の1
のジアステレオマー混合物(0.0017g、34%)
を獲得した。H−NMR,partial(500M
Hz,deuterium oxide(DO)/C
OD)δ8.15(app d,J=8.5Hz,
2H),7.57(app d,J=8.5Hz,2
H),{7.42(app d,J=15.5Hz,m
ajor diastereomer),7.39(a
pp d,J=15.5Hz,minor diast
ereomer);1H},{6.99(app d,
J=16Hz,minor diastereome
r),6.96(app d,J=15.5Hz,ma
jor diastereomer);1H},{2.
53(s,major diastereomer),
2.51(s,minor diastereome
r);3H)。HRMS calcd for C22
2710S(M,monodeuterate
d) :555.15.Found:555.15。
【0505】(ix.スルフィド15の合成)実施例3
8のスルフィド15を、以下のように合成した。スルフ
ィド14(0.02g、0.026mmol)を、TH
F(0.3mL)およびMeOH(0.3mL)中に溶
解させ、HSiFの溶液(HO中の20wt/v
ol)(200μL、0.25mmol)を加え、そし
てこの混合物を20℃にて20時間攪拌した。反応物
を、CHCl(1mL)とHO(0.5mL)との
間で分配し、層を分離させた。水層を濃縮し、そしてC
HCl/MeOH/HO 2.5:1:0.1を用
いてシリカ上(ピペットカラム)でクロマトグラフィー
に供し、白色固体の化合物15(0.0097g、70
%)を獲得した。H−NMR(500MHz,D
/CDOD)δ8.21(d,J=9Hz,2H),
7.67(d,J=9Hz,2H),7.44(d,J
=15.5Hz,1H),7.15(d,J=15.5
Hz,1H),5.17(d,J=3Hz,1H),
4.27(m,1H),4.12(m,1H),3.8
5(m,2H),3.65(m,3H),3.20−
3.39(m,4H),2.60(m,2H),2.4
3(s,3H)。HRMS calcd for C
22 27S(M+H):538.16.F
ound:538.12。
【0506】(x.ブロモプロピオンアミド17の合
成)図39のブロモプロピオンアミド17を、ブロモア
セトアミド13の合成について記載されたのと同一のプ
ロトコル(ブロモ酢酸の代わりに3−ブロモプロピオン
酸を用いたことを除く)を用いて作製した。ブロモプロ
ピオンアミド17を1:8 EtOAc/ヘキサン〜
1:4 EtOAc/ヘキサンを溶出液として用いて、
シリカゲルカラム上で精製し、油状形態のブロモプロピ
オンアミド17を獲得した。H−NMR(500MH
z,CDCl)(および30%のアクリルアミド不純
物の混入)δ8.18(app d,J=9Hz,2
H),7.47(app d,J=9,2H),5.2
4(app d,J=4.5Hz,1H),4.04
(m,1H),3.52−3.67(m,4H),2.
69(m,2H),0.95(s,9H),0.92
(s,9H),0.08(s,3H),0.06(s,
3H),−0.05(s,3H),−0.10(s,3
H)。
【0507】(xi.スルフィド18の合成)図39の
スルフィド18を、スルフィド14の合成について記載
されたプロトコルを用いてチオール9およびブロモプロ
ピオンアミド17から作製した。得られた生成物は、シ
リカゲルカラム上で10:1 CHCl/MeOH〜
8:1CHCl/MeOHを用いて溶出して精製し、
白色固体のスルフィド18(7%)を獲得した。
【0508】(xii.スパルソクロラムフェニコール
ハイブリッドB2の合成)図39のスパルソクロラムフ
ェニコールハイブリッドB2(図34の完全構造)を、
以下のようにして合成した。スルフィド18(0.02
g、0.026mmol)を、Ti(Oi−Pr)
(0.77μL、0.0026mmol)、BINA
P(0.0015g、0.0052mmol)、水
(0.92μL、0.026mmol)を含むCCl
(1.28mL)中に溶解し、そしてこの溶液を20℃
にて攪拌した。トルエン中のtert−ブチルヒドロペ
ルオキシド(1M、71.3μL、0.07mmol)
を加え、そして20℃にて72時間攪拌を続けた。この
反応物を飽和NaHCO(10mL)とCHCl
(20mL)との間で分配した。水層をCHCl
(2×10mL)で洗浄し、混合した有機層をNa
SO上で乾燥させ、そして溶媒をエバポレートした。
粗物質をシリカ上でクロマトグラフィーに供し、CHC
中の0〜10%MeOHで溶出した。2つの画分を
獲得した:画分1は未反応のスルフィド18(0.00
55g)を含み、そして画分2は所望のスルホキシド
(0.008g、38%)を含んだ。
【0509】上記の画分2のスルホキシド生成物(0.
008g、0.01mmol)を、THF(0.5m
L)およびMeOH(0.5mL)中に溶解し、H
iFの溶液(HO中に20wt/vol.)(12
0μL、0.15mmol)を加え、そして、混合物を
室温にて一晩(およそ20時間)攪拌し、この間、基準
生成物の量的な形成がほぼ見出された。この反応物を、
CHCl(1mL)とHO(1.5mL)との間で
分配し、層を分離し、そして水層をCHCl/MeO
H 2:1(1.5mL)を用いて一度抽出した。TL
C分析(CHCl /MeOH 7:1)は、基準生成
物が専ら水層に存在することを示し、一方、CHCl
/MeOH/HO 2:1:0.1を用いたTLC
は、密に結合した化合物(Rが0.52および0.4
7)の存在を示した。水層を濃縮し、そしてCHCl
/MeOH/HO 2:1:0.1を用いてシリカ上
でクロマトグラフィーに供し(ピペットカラム)、白色
固体の2のジアステレオマー混合物(0.0036g、
69%)を生成した。H−NMR,partial
(500MHz,DO/CDOD)δ{8.20
(app d,J=8.8Hz),8.13(app
d,J=8.8Hz);2H},{7.58(app
d,J=9Hz),7.54(app d,J=9H
z);2H),{7.34(app d,J=15H
z),7.24(app d,J=15Hz);1
H},{7.01(app d,J=15Hz),7.
00(app d,J=15Hz);1H},2.76
(m,2H),2.34(bs,3H)。HRMS c
alcd for C232910S(M+
H):568.17.Found:568.14。
【0510】(G.実施例7:スパルソアニソマイシン
ハイブリッドの合成)スパルソアニソマイシンハイブリ
ッド3の合成を、図40および図41に示し、そして以
下のように段階的に記載する。
【0511】(i.フェノール21の合成)図40のフ
ェノール21を、以下のように合成した。アニソマイシ
ン19(0.5g、1.88mmol)を、15mLの
アセトニトリル中に懸濁した。9−フルオレニルメチル
スクシンイミド(0.762g、2.26mmol)を
この懸濁物に加えた。添加の際、全ての固体を溶解させ
た。室温にて16時間攪拌した後、水を反応溶液に加
え、そして酢酸エチルを用いて抽出した。有機物を混合
し、そして硫酸ナトリウム上で乾燥させた。濾過および
濃縮後、3:1 ヘキサン:酢酸エチルを移動相として
用いるカラムクロマトグラフィーにより、精製を達成し
た。これにより、量的な収量(0.916g)で泡とし
て9−フルオレニルメチルカルバメート20を獲得し
た。
【0512】化合物20(0.929g、1.90mm
ol)を、1.5mLの乾燥1−メチル−2−ピロリジ
ノン中に溶解した。この溶液に、イミダゾール(0.7
76g、11.4mmol)、次いでtert−ブチル
ジメチルシリルクロリド(0.859g、5.70mm
ol)を加えた。室温にて1.5時間攪拌した後、反応
溶液を、直接シリカカラムにアプライした。カラムを
6:1 ヘキサン:酢酸エチル溶液を用いて溶出し、白
色泡の所望のシリル化(silylated)生成物
(1.04g、91%)を獲得した。
【0513】上記のシリル化生成物(1.04g、1.
73mmol)を、15mLの乾燥塩化メチレン中に溶
解した。この溶液を、−10℃に冷却した。−10℃の
三臭化ホウ素の1.0M溶液(17.3mL)を加え
た。2時間後、4mLの三臭化ホウ素溶液を加えた。さ
らに−10℃にて2時間後、反応溶液を、0℃の重炭酸
ナトリウムの飽和水溶液に注いだ。混合物を30分間激
しく(vigorously)攪拌した。次いでこれを
分離させ、塩化メチレンを用いて抽出した。有機層を混
合し、そして硫酸ナトリウム上で乾燥させた。カラムク
ロマトグラフィーを用いて4:1 ヘキサン/酢酸エチ
ルで溶出し、次いで出発物質をカラムから除いた後に、
2:1 ヘキサン/酢酸エチルで溶出して精製を達成
し、白色泡のフェノール21(0.748g、74%)
を獲得した。H−NMR(300MHz,CDC
)δ7.80(d,J=7.4Hz,1H),7.
74(d,J=7.4Hz,1H),7.63(m,2
H),7.36(m,4H),7.06(d,J=8.
0Hz,1H),6.79(d,J=8.3Hz,1
H),6.74(s,2H),4.84(m,1H),
4.69(d,J=4.9Hz,1H),4.50
(m,2H),4.34(m,2H),4.02(m,
1H),3.90(m,1H),3.35(m,3
H),2.84(m,1H),2.51(m,1H),
2.01(s,3H),0.87および0.83(tw
os,9H),0.06および−0.01(2s,6
H)。
【0514】(ii.メチルチオメチルフェニルエーテ
ル23の合成)図40のメチルチオメチルフェニルエー
テル23を、以下のようにして調製した。フェノール2
1(0.748mg、1.27mmol)を、10mL
のTHF中に溶解し、そして0.2mLのピペリジンを
加えた。室温にて2時間攪拌した後、水を加え、そして
混合物を酢酸エチルを用いて抽出した。有機層を混合
し、そして硫酸ナトリウム上で乾燥させ、そして濾過し
た。濾液を濃縮し、そして真空ポンプを用いて数時間乾
燥させた。次いで、黄色いの粗い泡を、10mLの乾燥
THFに溶解させ、そしてトリエチルアミン(0.35
mL、2.54mmol)を加えた。数分間攪拌した
後、ジ−tert−ブチルカルボネート(1.11g、
5.08mmol)を加えた。反応物を、室温にて20
時間攪拌した。水を加え、そしてこの混合物を、酢酸エ
チルを用いて抽出し、そして有機層を混合して硫酸ナト
リウム上で乾燥させた。4:1 ヘキサン/酢酸エチル
を用いてカラムクロマトグラフィーにより精製を達成し
た。所望のN−BOC保護化合物22を、白色泡として
単離した(0.348g、59%、2工程)。
【0515】N−BOC保護化合物22(0.202
g、0.434mmol)を、アルゴン下で2.0mL
の乾燥THF中に溶解し、そして0℃に冷却した。水素
化ナトリウム(0.018gの60%分散物、0.46
mmol)を加え、そしてこの反応物を0℃にて15分
間攪拌し続けた。ヨウ化ナトリウム(0.071g、
0.48mmol)、ヘキサメチルホスホールアミド
(0.45mL、2.6mmol)、およびクロロメチ
ルチオメチルエーテル(36μL、0.48mmol)
を、この順番で加えた。5分間攪拌した後、氷槽を取り
除き、そして反応物を室温まで暖めた。さらに45分間
攪拌した後、水をこの反応混合物に加え、そして酢酸エ
チルを用いて抽出した。有機物を混合し、そして硫酸ナ
トリウム上で乾燥させた。カラムクロマトグラフィーを
用いて、6:1 ヘキサン/酢酸エチルで溶出して精製
を達成し、油状のメチルチオメチルフェノールエーテル
23(0.203g、89%)を獲得した。H−NM
R(300MHz,CDCl)δ7.07(m,2
H),6.86(d,J=8.5Hz,2H),5.1
1(s,2H),4.84(m,1H),4.33
(m,1H),3.91(m,1H),3.35(m,
3H),2.83(m,1H),2.24(s,3
H),2.06(s,3H),1.48(s,9H),
0.81(s,9H),−0.02(s,6H)。
【0516】(iii.クロロメチルフェニルエーテル
24の合成)図40のクロロメチルフェニルエーテル2
4を、以下のようにして合成した。メチルチオメチルフ
ェニルエーテル23(0.032g、0.061mmo
l)を、0.050gの3分子ふるいを含む1mLの乾
燥塩化メチレン中に溶解し、次いで0℃に冷却した。ジ
イソプロピルエチルアミン(15μL、0.085mm
ol)および塩化スルフリル(6.5μL、0.079
mmol)を、反応混合物に加えた。この反応混合物を
2分間攪拌した後、シクロヘキセン(12μL、0.1
2mmol)を加えた。シクロヘキセンの添加後5分
間、反応混合物を室温まで暖めて、その後20分間攪拌
した。次いで、反応を水でクエンチして、塩化メチレン
を用いて抽出し、そして硫酸ナトリウム上で乾燥させ
た。カラムクロマトグラフィーを用い、6:1 ヘキサ
ン:酢酸エチルで溶出して精製を達成し、油状のクロロ
メチルフェニルエーテル24(0.021g、67%)
を獲得した。H NMR(300MHz,CDC
)δ7.26(m,2H),7.00(d,J=
8.5Hz,2H),5.87(s,2H),4.84
(m,1H),4.35(m,1H),3.92(m,
1H),3.33(m,3H),2.85(m,1
H),2.06(s,3H),1.48(s,9H),
0.81(s,9H),−0.01(s,6H)。
【0517】(iv.スルホキシド25の合成)図41
のスルホキシド25を、以下のように合成した。チオー
ル9(0.022g、0.078mmol)を、THF
(0.5mL)、DMF(0.2mL)、およびDBU
(10.3μL、0.066mmol)中に溶解した。
メチルチオメチルフェニルエーテル23およびクロロメ
チルフェニルエーテル24(24に基づいて0.03
g、0.023mmol)の3:2混合のTHF(0.
5mL)中の溶液を加え、そして得られた混合物を室温
にて一晩攪拌した。反応物を飽和食塩水(10mL)お
よびCHCl(20mL)中に注ぎ、そして2つの層
を分離させた。有機層を飽和食塩水で洗浄し、Na
上で乾燥させた。TLC分析(CHCl/MeO
H 7:1)は、未反応のチオール9の量的な除去を示
した。この溶媒をエバポレートし、そしてCDOD/
CDCl中の残渣のH−NMRは、5.9ppmで
のクロロメチルフェノキシメチレンピークの完全な消失
を明らかにした。
【0518】上記の粗物質をTi(Oi−Pr)
(1.81μL、0.006mmol)、BINAP
(0.0035g、0.012mmol)、水(2.1
7μL、0.06mmol)を含むCCl(3.5m
L)中に溶解し、そしてこの溶液を20℃にて攪拌し
た。トルエン中のtert−ブチルヒドロペルオキソド
(1M、200μL、0.2mmol)を加え、そして
20℃にて72時間攪拌を続けた。この反応物を飽和N
aHCO(10mL)とCHCl(20mL)との
間で分配した。水層をCHCl(2×10mL)で洗
浄し、混合した有機層をNaSO上で乾燥させ、そ
して溶媒をエバポレート除去した。粗生成物をシリカ上
でクロマトグラフィーに供し、CHCl中の0〜7%
MeOHを用いて溶出し、黄色固体のスルホキシド2
5(0.0054g、30%、2工程)を獲得した。
【0519】(v.スパルソアニソマイシン3の合成)
図41のスパルソアニソマイシン3を、以下のように合
成した。スルホキシド25(0.0035g、0.00
45mmol)を、0℃にて無水塩化メチレン(CH
Cl)(0.25mL)中に溶解した。この溶液に、
トリフルオロ酢酸(TFA)(0.25mL)を加え、
そして混合物を室温にて30分間攪拌し、この間に25
の量的な消費が見出された。この溶媒をエバポレート
し、茶色の残渣を獲得した。
【0520】上記の茶色の残渣を、ファルコンチューブ
内で無水THF(0.4mL)およびピリジン(0.2
mL)中に溶解し、0℃にて攪拌を続けた。ピリジンヒ
ドロフルオリド(HF・pyr)(0.1mL)をこの
反応に加え;混合物を20℃に暖めて、一晩攪拌した。
この反応を、水溶性の重炭酸トリエチルアンモニウム
(1M、50μL)を加えることによりクエンチし、そ
してシリカ上でクロマトグラフィーに供し(ピペットカ
ラム)、最初にCHCl/MeOH 3:1〜2:
1、次いでCHCl/MeOH/HO 2:1:
0.1で溶出して、白色固体のスパルソアニソマイシン
3(0.0012g、47%)を生成した。H−NM
R,partial(500MHz,DO/CD
D)δ{7.36(app d,J=15.5Hz),
7.35(app d,J=15.5Hz);1H},
7.25(app d,J=8.6Hz,2H),
{7.10(app d,J=8.6Hz),7.09
(app d,J=8.6Hz);2H},{7.04
(app d,J=15Hz),7.02(app
d,J=15Hz);1H},{2.36(s),2.
35(s); 3H},{2.18,(s),2.17
(s);3H}。HRMS calcd for C
2532S(M+H):565.19.F
ound:565.16。
【0521】(G.実施例8:翻訳阻害活性についての
アッセイ)実施例6および実施例7で生成された抗生物
質ハイブリッドの翻訳阻害活性を、以下のようにE.c
oli 30S抽出物およびウサギ網状赤血球溶解物ア
ッセイにおいて試験した。
【0522】環状DNAについてのE.coli S3
0抽出系(Promega製品番号:L1020)を用
いて、Promega Technical Bull
etin No.092におけるプロトコルの変形に従
い、翻訳阻害を評価した。5μL S30抽出物を、
0.4μg BestLucプラスミドDNA、16ユ
ニットのリボヌクレアーゼインヒビター(Promeg
a製品番号N2115)、1mM ヌクレオチド三リン
酸(NTP)、10mM MgCl、40mMTri
s pH7と共に、37℃にて30分間インキュベート
した。転写を可能にした後、抗生物質(0.1% DM
SOの終濃度で)、7μL Promega’s pr
imix、および0.1mMの終濃度のアミノ酸を20
μLの終容量で加えた。反応を37℃にて20分間イン
キュベートし、そして50μLのルシフェラーゼアッセ
イ試薬(Promega製品番号:E1483)を加え
て反応を停止させた。サンプルの発光を、Victor
V分光光度計(Perkin Elmer)を用いて
読み取った。
【0523】ウサギ網状赤血球溶解物(ヌクレアーゼ処
理)系(Promega製品番号L4960)を真核生
物翻訳の供給源として用い、Promega’s Te
chnical Manual232におけるプロトコ
ルに従った。例えば、10μLの溶解物を、2μLの1
mMアミノ酸および3μLの水に加えた。1%DMSO
中の2μLの抗生物質を加え、次いで0.6μg ルシ
フェラーゼmRNA(Promega製品番号L456
1)および16ユニットのリボヌクレアーゼインヒビタ
ー(Promega製品番号:N2115)を20μL
の終容量で加えた。この反応物を24.5℃にて45分
間インキュベートし、そして40μLのルシフェラーゼ
アッセイ試薬(Promega製品番号:E1483)
を加えて、反応を停止した。サンプルの発光を、Vic
torV分光光度計(Perkin Elmer)を
用いて測定した。
【0524】アニソマイシン、スパルソマイシン、およ
びクロラムフェニコールに対する各ハイブリッド抗生物
質についての得られたIC50のデータを、表22に要
約する。
【0525】
【表66】
【0526】表22のデータは、実施例6および実施例
7において生成された全てのハイブリッド抗生物質が、
2つの異なる翻訳アッセイにおける翻訳を阻害し得るこ
とを示す。さらに、特定のアッセイ条件下で、少なくと
も1つのハイブリッド抗生物質(スパルソアニソマイシ
ン)は、その基礎になったいずれの抗生物質よりも強力
なタンパク質合成インヒビターであった。
【0527】(H.実施例9:大リボソームサブユニッ
トへのマクロライド抗生物質の結合)5つのマクロライ
ド(カルボマイシンA、スピラマイシン、チロシン、ア
ジスロマイシン、およびエリスロマイシン)と複合体化
したH.marismortui大リボソームサブユニ
ットの結晶構造は、これらの抗生物質が、ペプチジルト
ランスフェラーゼ中心に直近のポリペプチド出口トンネ
ル内で結合することを示す。チロシン、カルボマイシン
A、およびスピラマイシンは16員マクロライドであ
る。アジスロマイシン(Azithothromyci
n)は、15員マクロライドである。エリスロマイシン
は、14員マクロライドである。
【0528】これらの個々の結合位置および結合バルク
は、それらがペプチド出口トンネルを通る新生のポリペ
プチドの通路を遮断することによりタンパク質合成を阻
害することを示唆する。ラクトン環の各々のC5位のサ
ッカリドは、ペプチジルトランスフェラーゼ部位の方へ
出口トンネルを延ばしている。カルボマイシンA二糖の
イソブチレート伸長は、A部位基質結合部位と重なる。
23S rRNAにおいて、可逆的な共有結合が、ラク
トン環のC6のエチルアルデヒド置換基とA2103の
N6との間で形成されるようである。
【0529】カルボマイシンA、スピラマイシン、チロ
シン、アジスロマイシン、およびエリスロマイシンが結
合したH.marismortui大リボソームサブユ
ニットを含む結晶を、これらの抗生物質を含む安定化緩
衝液を、前形成(preformed)した、大リボソ
ームサブユニット結晶に加えることにより、獲得した。
これらの結晶と複合体化したこれらの抗生物質の構造
を、3.0Åの分解能(エリスロマイシンについては
3.5Å)で、ネイティブおよび複合体結晶からの観察
された回折振幅を用いて最初に算出された異なるフーリ
エ地図から決定し[F(複合体)−F(ネイティ
ブ)]、次いで複合体全体の原子座標を精密化した。
【0530】以前に記載された(Ban et a
l.,(2000))ようにリボソームを精製し、そし
て結晶化した。H.marismortuiに対するそ
れらの公知の活性(Sanz et al.,(199
3)Can.J.Microbiol.39:311−
317)およびそれらの利用可能性に基づき試験するた
めに、抗生物質を選択した。カルボマイシンAを、Pf
izerから入手した。
【0531】チロシンをSigmaから購入した。スピ
ラマイシンI、II、およびIII(これらは、C3に
結合した部分の大きさのみが異なる)の混合物もまた、
Sigmaから購入した。アジスロマイシンは、Dal
e L.Boger(Department of C
hemistry,the Scripps Rese
arch Institute,La Jolla,C
A)により親切にも提供していただいた。エリスロマイ
シンをSigmaから入手した。
【0532】カルボマイシンA、スピラマイシン、チロ
シン、アジスロマイシン、およびエリスロマイシンと複
合体化したH.marismortui大リボソームサ
ブユニットを含む結晶を、その抗生物質を含む安定化緩
衝液中に予め形成された大サブユニット結晶を浸漬する
ことにより獲得した。抗生物質をジメチルスルホキシド
(DMSO)中に溶解し、次いで標準安定化緩衝液(B
an et al.,(2000)前出)に添加して終
濃度1.0mM(および終DMSO 1〜4%)にし、
次いで液体プロパン中での結晶の低温透化(cryo−
vitrification)の前に、4℃にて24時
間インキュベートした。カルボマイシンA、スピラマイ
シン、およびチロシン抗生物質についての最初期のX線
回折データを、Brookhaven Nationa
l Laboratoryにてビーム線X25、X12
b、またはX12cにて収集した。denzoまたはH
KL2000ソフトウェアを用いてデータを縮小し、そ
してスケールパックを用いて調整した(Otwinow
ski(1997)「Processing ofX−
ray Diffraction Data Coll
ected InOscillation Mod
e」、Method in Enzymology 2
76(A):307−326)。これらのマクロライド
に対応する電子密度を、4.0A分解能でF(抗生物
質)−F(ネイティブ)差分フーリエマップにて最初
に観察した。より高い分解能のデータを、Advanc
edPhoton Source,Argonne N
ational Laboratoryにてビーム線I
D19で収集した。最初のマクロライドモデルおよびそ
れらの位相幾何学ならびにパラメータファイルを、標準
的な立体化学幾何学およびソフトウェアxplo−2d
(Kleywegt et al.(1998)Act
a Cryst,D54:1119−1131)および
O(Joneset al.(1991)Acta C
ryst.A47:110−119)を用いて、種々の
関連する低分子構造由来のラクトン環および糖に連結お
よび改変することにより構築した(Woo et a
l.(1996)Tetrahedron 52(1
1):3857−3872;Jones et al.
(1982)Journal of Antibiot
ics 35(4):420−5;Stephenso
n et al.(1997)Pharmaceuti
cal Sci.,86:1239)。スピラマイシン
の混合物について、スピラマイシンIのみが、構造決定
に用いられた。最初にこの抗生物質モデルをF −F
差分電子密度地図に当てはめた。これらの結晶と複合体
化した抗生物質の構造を、ネイティブおよび複合体の結
晶からの観察された回折振幅を用いて最初に算出された
差分フーリエマップ[F(複合体)−F(ネイティ
ブ)]から3.0Åの分解能にて決定し、次いで複合体
全体の座標を精密化した。これらの複合体の構造を、抗
生物質を含むネイティブのリボソーム構造全体の剛体の
精密化、エネルギーの最小化、およびB因子の精密化に
ついて、CNS(Brunger et al.(19
98)Acta Cryst.D54:905−92
1)を用いて、および結合した抗生物質の周囲の直近領
域のみの手動の改変により精密化した。抗生物質から離
れた非同形の差を無視した。次いで、精密化プロセス
を、抗生物質含有モデルに対して繰り返した。マクロラ
イドの共有結合性の構造およびA2103に関する立体
配置的な変化は、差分電子密度地図における主要な特徴
を説明した。
【0533】これらの研究に基づき、16員マクロライ
ドの各々のラクトン環のC6位のエチルアルデヒド基
は、A2103のN6と共有結合を形成するようであ
る。A2103のN6およびマクロライドのC6のエチ
ルアルデヒドは並列される(juxtaposed)だ
けでなく、それらは3.0Åの分解能で化学結合を示す
連続的な電子密度により結合される。対照的に、15員
および14員マクロライドの両方(両方ともアルデヒド
基を欠く)について、このような連続的な電子密度は観
察されなかった。観察された電子密度に十分に合致する
マクロライド−リボソーム複合体の唯一のモデルが、A
2103のN6がマクロライドのアルデヒド基の炭素に
共有結合するモデルである。アルデヒドは、一級アミン
と可逆的に反応し、そして生じたカルビノールアミンが
脱水する場合、Schiff塩基を生成する。しかし、
ヌクレオチド塩基の環外のアミンが関係する場合、予期
される生成物はカルビノールアミンであり、Schif
f塩基ではない(McGheeet al.(197
7)Biochem.14(6):1281−130
3)。それゆえ、この領域の平面電子密度から外れて最
も合致するモデルは、カルビノールアミンを介して(S
chiff塩基ではない)それらに連結する。
【0534】これらの研究に基づいて、カルボマイシン
A、スピラマイシン、チロシン、アジスロマイシン、お
よびエリスロマイシンの全ては、ペプチジルトランスフ
ェラーゼ中心に近接する大リボソームサブユニットのペ
プチド出口トンネル内で結合することが見出された。5
つの共同結晶構造(co−crystal struc
ture)を、それらの相対的な結合を客観的に比較す
るために、リボソームRNAのリンにのみ基づいて重ね
合わせた。3つの16員マクロライドは、ほぼ原子ごと
を基礎に重ね合わせる。さらに全ての5つのラクトン環
は、非常に類似する位置を有し、共通のコンフォメーシ
ョンおよび方向性を共有し、そしてリボソームとの類似
の相互作用を形成する。さらに、16員環のミカミノー
ス(mycaminose)のような共有部分(および
対応する他のマクロライドのデソサミン(desosa
mine))は、ほぼ原子ごとに基づき重ね合わせる。
小分子マクロライド構造において観察されたラクトン環
に関して、全ての糖部分は、同一の弛緩した伸長したコ
ンフォメーションを保証する。
【0535】分解された構造に基づき、疎水性相互作用
は、マクロライド結合において重要であるようである。
これらの抗生物質のラクトン環の1つの面は、完全に疎
水性であり、反対の面は特徴においてより親水性であ
る。これらのマクロライドの5つ全ては、出口トンネル
の壁に面したラクトン環の疎水性の面でリボソームに結
合し、そしてそれらのラクトン環の親水性の面は、溶液
に曝される。トンネル壁結合部位として、G2646の
芳香性の面が挙げられ、これは、G2098−G264
6塩基対がヘリックス末端であることが理由で曝され
る。
【0536】さらに、これらの構造は、マクロライドの
毒をはらんだリボソーム(macrolide−poi
soned ribosome)により合成されたオリ
ゴペプチドの長さによって合成する方法が変化する理由
の解明に役立つ。マクロライドインヒビターの存在下で
合成されたオリゴペプチドの長さは、ラクトン環のC5
位の置換基がペプチジルトランスフェラーゼ中心を貫通
する程度により決定される。この位置にのみ単糖を有す
るエリスロマイシンおよびアジスロマイシンは、二糖を
有するチロシンまたはスピラマイシンよりも長いペプチ
ドの合成を可能にするはずである。これらの観察は、生
化学的な研究に由来する観察に一致し、エリスロマイシ
ンがテトラペプチドの形成を可能にし、そしてチロシン
およびスピラマイシンがジペプチドのみの形成を可能に
し、そしてカルボマイシンAが第1のペプチド結合の形
成さえも強く阻害することを示す。
【0537】(参考としての援用)本明細書中で言及さ
れる特許文書、科学論文、原子座標(Research
Collaboratory for Structu
ral Bioinformatics Protei
n Data Bank(PDB)に、登録番号PDB
ID:1FFK;PDB ID:1FF2;PDB
ID:1FGO;PDB ID:1JJ2;PDB I
D:1K73;PDB ID:1KC8;PDB I
D:1K8A;PDB ID:1KD1;およびPDB
ID:1K9Mの下で登録されたセット、および/ま
たはディスク番号1に含まれるセットを含むが、これら
に限定されない)の各々の開示は、本明細書中で参考と
して援用される。
【0538】ディスク番号1のコンパクトディスクで本
明細書と共に提出される全ての材料は、本明細書中で参
考として援用される。ディスク番号1は、2002年2
月6日に作製され、そして以下の30のファイルを含む
と同定されている。
【0539】
【表67】
【0540】
【表68】
【0541】本発明は、リボソームおよびリボソームサ
ブユニットの高分解能の結晶を生成するための方法、な
らびにこのような方法によって生成された結晶を提供す
る。本発明はまた、単独またはタンパク質合成インヒビ
ターと組み合わせてのいずれかのリボソームサブユニッ
トの高分解能の構造を提供する。本発明は、リボソーム
関連リガンドを同定するための方法、および特定のリボ
ソーム結合性質を有するリガンド、ならびにタンパク質
合成インヒビターとして作用し得るリガンドを設計する
ための方法を提供する。従って、本発明の方法および組
成物は、任意の標的生物の増殖を特異的に殺傷するかま
たは阻害するように設計されるリガンドを生成するため
に使用され得る。
【0542】(等価物)本発明は、その趣旨または不可
欠な特徴から逸脱することなく、他の特異的な形態にお
いて体現され得る。従って、上述の実施形態は、あらゆ
る点で、本明細書中に記載される発明を限定するのでは
なく、例示として見なされるべきである。従って、本発
明の範囲は、上述の記載によって示されるのではなく、
添付の特許請求の範囲によって示される。そして、特許
請求の範囲と同等の意義および範囲内で生じるあらゆる
変化が意図され、特許請求の範囲に包含される。
【0543】
【表38】 表38は公開・登録公報長大データCD−ROM「15
(2003)−004(007)」を参照
【0544】
【表39】 表39は公開・登録公報長大データCD−ROM「15
(2003)−004(007)」を参照
【0545】
【表40】 表40は公開・登録公報長大データCD−ROM「15
(2003)−004(007)」を参照
【0546】
【表41】 表41は公開・登録公報長大データCD−ROM「15
(2003)−004(007)」を参照
【0547】
【表42】 表42は公開・登録公報長大データCD−ROM「15
(2003)−004(007)」を参照
【0548】
【表43】 表43は公開・登録公報長大データCD−ROM「15
(2003)−004(007)」を参照
【0549】
【表44】 表44は公開・登録公報長大データCD−ROM「15
(2003)−004(007)」を参照
【0550】
【表45】 表45は公開・登録公報長大データCD−ROM「15
(2003)−004(007)」を参照
【0551】
【表46】 表46は公開・登録公報長大データCD−ROM「15
(2003)−004(007)」を参照
【0552】
【表47】 表47は公開・登録公報長大データCD−ROM「15
(2003)−004(007)」を参照
【0553】
【表48】 表48は公開・登録公報長大データCD−ROM「15
(2003)−004(007)」を参照
【0554】
【表49】 表49は公開・登録公報長大データCD−ROM「15
(2003)−004(007)」を参照
【0555】
【表50】 表50は公開・登録公報長大データCD−ROM「15
(2003)−004(007)」を参照
【0556】
【表51】 表51は公開・登録公報長大データCD−ROM「15
(2003)−004(007)」を参照
【0557】
【表52】 表52は公開・登録公報長大データCD−ROM「15
(2003)−004(007)」を参照
【0558】
【表53】 表53は公開・登録公報長大データCD−ROM「15
(2003)−004(007)」を参照
【0559】
【表54】 表54は公開・登録公報長大データCD−ROM「15
(2003)−004(007)」を参照
【0560】
【表55】 表55は公開・登録公報長大データCD−ROM「15
(2003)−004(007)」を参照
【0561】
【表56】 表56は公開・登録公報長大データCD−ROM「15
(2003)−004(007)」を参照
【0562】
【表57】 表57は公開・登録公報長大データCD−ROM「15
(2003)−004(007)」を参照
【0563】
【表58】 表58は公開・登録公報長大データCD−ROM「15
(2003)−004(007)」を参照
【0564】
【表59】 表59は公開・登録公報長大データCD−ROM「15
(2003)−004(007)」を参照
【0565】
【表60】 表60は公開・登録公報長大データCD−ROM「15
(2003)−004(007)」を参照
【0566】
【表61】 表61は公開・登録公報長大データCD−ROM「15
(2003)−004(007)」を参照
【0567】
【表62】 表62は公開・登録公報長大データCD−ROM「15
(2003)−004(007)」を参照
【0568】
【表63】 表63は公開・登録公報長大データCD−ROM「15
(2003)−004(007)」を参照
【0569】
【表64】 表64は公開・登録公報長大データCD−ROM「15
(2003)−004(007)」を参照
【0570】
【表65】 表65は公開・登録公報長大データCD−ROM「15
(2003)−004(007)」を参照
【0571】本特許書類または出願書類は、カラーで作
成された少なくとも1つの図面を含む。カラー図面を有
する本特許公開または特許出願公開は、請求および必要
な料金の支払いの下で、特許局によって提供される。
【0572】いくつかの以下の図に類似したカラー表現
は、例えば、Banら(2000)Science 2
89:920−930に見出され得る。
【0573】本発明の目的および特徴は、以下に記載の
図面を参照して、より完全に理解され得る。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1(A)〜(E)は、2.4Åの分解能の電
子密度地図からの電子密度を示す。特に、図1(A)
は、23S rRNAドメインII、IIIおよびIV
間の接合部の立体図を示す。図1(B)は、周囲のRN
Aと相互作用するタンパク質L2の伸長したドメインを
示す。図1(C)は、結合したMg2+イオンを有する
L2領域を詳細に示す。図1(D)は、アミノ酸側鎖を
有するL2を詳細に示す。図1(E)は、ドメイン6由
来のヘリックス94〜97を示す。
【図2】図2は、頂部図(crown view)で
H.marismortuiの大リボソームサブユニッ
トを示す。右へのL7/L12軸(stalk)、左へ
のL1軸、および上方への隆起(CP)を有するサブユ
ニットを頂部図で示す。この図において、小リボソーム
サブユニットと相互作用するサブユニットの表面は、読
み手に面する。RNAは、灰色の空間充填表現で示され
る。認識できるタンパク質の骨格を、金色で表現する。
サブユニットのペプチジルトランスフェラーゼ部位に結
合した遷移状態のアナログを、緑色で表現する。粒子
は、直径約250Åである。
【図3A】図3Aは、H.marismortui由来
の23S rRNAの二次構造を示す。この23S r
RNAの二次構造を、標準化したで示す。図3(A)
は、大サブユニットのrRNAの5’の半分を示す。こ
の図は、少なくとも2つの水素結合によって安定化され
た大サブユニットの結晶構造において見られるすべての
塩基対を示す。赤色で示される対形成は、予測されてお
り、そして観察される対形成である。緑色で示される対
形成は、予測されていたが、観察されない対形成であ
る。青色で示される相互作用は、観察されるが、予測さ
れなかった相互作用である。黒色で示される塩基は、対
形成相互作用に関与しないようである。2.4Åの分解
能の電子密度地図では視覚化できない配列は、それらの
配列の予測された二次構造をとともに、灰色で示され
る。
【図3B】図3(B)は、大サブユニットのrRNAの
3’の半分を示す。この図は、少なくとも2つの水素結
合によって安定化された大サブユニットの結晶構造にお
いて見られるすべての塩基対を示す。赤色で示される対
形成は、予測されており、そして観察される対形成であ
る。緑色で示される対形成は、予測されていたが、観察
されない対形成である。青色で示される相互作用は、観
察されるが、予測されなかった相互作用である。黒色で
示される塩基は、対形成相互作用に関与しないようであ
る。2.4Åの分解能の電子密度地図では視覚化できな
い配列は、それらの配列の予測された二次構造をととも
に、灰色で示される。
【図4A】図4(A)〜(L)は、H.marismo
rtuiにおけるRNAの三次構造、全体としてのその
RNA、およびそのRNAの概略図を示す。特に、図4
(A)および4(B)は、全体のサブユニットのRNA
構造を示す。ドメインを、図5(C)の概略図に示され
るように色分けする。図4(A)は、頂部図で粒子を示
す。図4(B)は、像の平面に垂直に走る軸の周りを1
80°回転した図4(A)の像を示す。図4(C)およ
び4(D)は、23S rRNAの概略図および5S
rRNAの二次構造を示す。図4(C)は、Leffe
rsら((1987)J.Mol.Biol.195:
43−61)に従って番号を付されたヘリックスを有す
る図3の23S rRNAの二次構造の概略図を示し、
そして分子のドメインを、色の変化によって示す。図4
(D)は、H.marismortui由来の5S r
RNAの二次構造を示す。塩基を結合する太線は、ワト
ソン−クリック対形成を示す。小文字の「o」によって
結合される塩基は、非ワトソン−クリック対形成を示
す。細線によって結合される塩基は、一つの水素結合を
介して相互作用する。黒色で示される塩基は、対形成し
ていない。赤色で示される塩基は、現在確認されている
(Symanskiら(1998)Nucl.Acid
s.Res.26:156−159)系統発生的に予測
された対形成である。青色で示される対形成は、観察さ
れるが、予測されなかった対形成であり、そして緑色で
示される対形成は、予測されたが、観察されない対形成
である。図4(E)〜図4(L)は、23S rRNA
および5S rRNAにおけるRNAドメインの立体図
を示す。各々のドメインは、その5’末端から3’末端
に色分けされ、見る者の、3次元におけるその軌道の追
跡が容易になる。最も重要な内部ドメインの相互作用が
発生する表面を、立体図の右にモノラルで示す。図4
(E)は、ドメインIを示す;図4(F)は、ドメイン
IIを示す;図4(G)は、ドメインIIIを示す;図
4(H)は、ドメインIVを示す;図4(I)は、ドメ
インVを示す;図4(J)は、ドメインVの背面図を示
す;図4(K)は、ドメインVIを示す;そして図4
(L)は、5S rRNAを示す。
【図4B】図4(A)〜(L)は、H.marismo
rtuiにおけるRNAの三次構造、全体としてのその
RNA、およびそのRNAの概略図を示す。特に、図4
(A)および4(B)は、全体のサブユニットのRNA
構造を示す。ドメインを、図5(C)の概略図に示され
るように色分けする。図4(A)は、頂部図で粒子を示
す。図4(B)は、像の平面に垂直に走る軸の周りを1
80°回転した図4(A)の像を示す。図4(C)およ
び4(D)は、23S rRNAの概略図および5S
rRNAの二次構造を示す。図4(C)は、Leffe
rsら((1987)J.Mol.Biol.195:
43−61)に従って番号を付されたヘリックスを有す
る図3の23S rRNAの二次構造の概略図を示し、
そして分子のドメインを、色の変化によって示す。図4
(D)は、H.marismortui由来の5S r
RNAの二次構造を示す。塩基を結合する太線は、ワト
ソン−クリック対形成を示す。小文字の「o」によって
結合される塩基は、非ワトソン−クリック対形成を示
す。細線によって結合される塩基は、一つの水素結合を
介して相互作用する。黒色で示される塩基は、対形成し
ていない。赤色で示される塩基は、現在確認されている
(Symanskiら(1998)Nucl.Acid
s.Res.26:156−159)系統発生的に予測
された対形成である。青色で示される対形成は、観察さ
れるが、予測されなかった対形成であり、そして緑色で
示される対形成は、予測されたが、観察されない対形成
である。図4(E)〜図4(L)は、23S rRNA
および5S rRNAにおけるRNAドメインの立体図
を示す。各々のドメインは、その5’末端から3’末端
に色分けされ、見る者の、3次元におけるその軌道の追
跡が容易になる。最も重要な内部ドメインの相互作用が
発生する表面を、立体図の右にモノラルで示す。図4
(E)は、ドメインIを示す;図4(F)は、ドメイン
IIを示す;図4(G)は、ドメインIIIを示す;図
4(H)は、ドメインIVを示す;図4(I)は、ドメ
インVを示す;図4(J)は、ドメインVの背面図を示
す;図4(K)は、ドメインVIを示す;そして図4
(L)は、5S rRNAを示す。
【図4C】図4(A)〜(L)は、H.marismo
rtuiにおけるRNAの三次構造、全体としてのその
RNA、およびそのRNAの概略図を示す。特に、図4
(A)および4(B)は、全体のサブユニットのRNA
構造を示す。ドメインを、図5(C)の概略図に示され
るように色分けする。図4(A)は、頂部図で粒子を示
す。図4(B)は、像の平面に垂直に走る軸の周りを1
80°回転した図4(A)の像を示す。図4(C)およ
び4(D)は、23S rRNAの概略図および5S
rRNAの二次構造を示す。図4(C)は、Leffe
rsら((1987)J.Mol.Biol.195:
43−61)に従って番号を付されたヘリックスを有す
る図3の23S rRNAの二次構造の概略図を示し、
そして分子のドメインを、色の変化によって示す。図4
(D)は、H.marismortui由来の5S r
RNAの二次構造を示す。塩基を結合する太線は、ワト
ソン−クリック対形成を示す。小文字の「o」によって
結合される塩基は、非ワトソン−クリック対形成を示
す。細線によって結合される塩基は、一つの水素結合を
介して相互作用する。黒色で示される塩基は、対形成し
ていない。赤色で示される塩基は、現在確認されている
(Symanskiら(1998)Nucl.Acid
s.Res.26:156−159)系統発生的に予測
された対形成である。青色で示される対形成は、観察さ
れるが、予測されなかった対形成であり、そして緑色で
示される対形成は、予測されたが、観察されない対形成
である。図4(E)〜図4(L)は、23S rRNA
および5S rRNAにおけるRNAドメインの立体図
を示す。各々のドメインは、その5’末端から3’末端
に色分けされ、見る者の、3次元におけるその軌道の追
跡が容易になる。最も重要な内部ドメインの相互作用が
発生する表面を、立体図の右にモノラルで示す。図4
(E)は、ドメインIを示す;図4(F)は、ドメイン
IIを示す;図4(G)は、ドメインIIIを示す;図
4(H)は、ドメインIVを示す;図4(I)は、ドメ
インVを示す;図4(J)は、ドメインVの背面図を示
す;図4(K)は、ドメインVIを示す;そして図4
(L)は、5S rRNAを示す。
【図4D】図4(A)〜(L)は、H.marismo
rtuiにおけるRNAの三次構造、全体としてのその
RNA、およびそのRNAの概略図を示す。特に、図4
(A)および4(B)は、全体のサブユニットのRNA
構造を示す。ドメインを、図5(C)の概略図に示され
るように色分けする。図4(A)は、頂部図で粒子を示
す。図4(B)は、像の平面に垂直に走る軸の周りを1
80°回転した図4(A)の像を示す。図4(C)およ
び4(D)は、23S rRNAの概略図および5S
rRNAの二次構造を示す。図4(C)は、Leffe
rsら((1987)J.Mol.Biol.195:
43−61)に従って番号を付されたヘリックスを有す
る図3の23S rRNAの二次構造の概略図を示し、
そして分子のドメインを、色の変化によって示す。図4
(D)は、H.marismortui由来の5S r
RNAの二次構造を示す。塩基を結合する太線は、ワト
ソン−クリック対形成を示す。小文字の「o」によって
結合される塩基は、非ワトソン−クリック対形成を示
す。細線によって結合される塩基は、一つの水素結合を
介して相互作用する。黒色で示される塩基は、対形成し
ていない。赤色で示される塩基は、現在確認されている
(Symanskiら(1998)Nucl.Acid
s.Res.26:156−159)系統発生的に予測
された対形成である。青色で示される対形成は、観察さ
れるが、予測されなかった対形成であり、そして緑色で
示される対形成は、予測されたが、観察されない対形成
である。図4(E)〜図4(L)は、23S rRNA
および5S rRNAにおけるRNAドメインの立体図
を示す。各々のドメインは、その5’末端から3’末端
に色分けされ、見る者の、3次元におけるその軌道の追
跡が容易になる。最も重要な内部ドメインの相互作用が
発生する表面を、立体図の右にモノラルで示す。図4
(E)は、ドメインIを示す;図4(F)は、ドメイン
IIを示す;図4(G)は、ドメインIIIを示す;図
4(H)は、ドメインIVを示す;図4(I)は、ドメ
インVを示す;図4(J)は、ドメインVの背面図を示
す;図4(K)は、ドメインVIを示す;そして図4
(L)は、5S rRNAを示す。
【図4E】図4(A)〜(L)は、H.marismo
rtuiにおけるRNAの三次構造、全体としてのその
RNA、およびそのRNAの概略図を示す。特に、図4
(A)および4(B)は、全体のサブユニットのRNA
構造を示す。ドメインを、図5(C)の概略図に示され
るように色分けする。図4(A)は、頂部図で粒子を示
す。図4(B)は、像の平面に垂直に走る軸の周りを1
80°回転した図4(A)の像を示す。図4(C)およ
び4(D)は、23S rRNAの概略図および5S
rRNAの二次構造を示す。図4(C)は、Leffe
rsら((1987)J.Mol.Biol.195:
43−61)に従って番号を付されたヘリックスを有す
る図3の23S rRNAの二次構造の概略図を示し、
そして分子のドメインを、色の変化によって示す。図4
(D)は、H.marismortui由来の5S r
RNAの二次構造を示す。塩基を結合する太線は、ワト
ソン−クリック対形成を示す。小文字の「o」によって
結合される塩基は、非ワトソン−クリック対形成を示
す。細線によって結合される塩基は、一つの水素結合を
介して相互作用する。黒色で示される塩基は、対形成し
ていない。赤色で示される塩基は、現在確認されている
(Symanskiら(1998)Nucl.Acid
s.Res.26:156−159)系統発生的に予測
された対形成である。青色で示される対形成は、観察さ
れるが、予測されなかった対形成であり、そして緑色で
示される対形成は、予測されたが、観察されない対形成
である。図4(E)〜図4(L)は、23S rRNA
および5S rRNAにおけるRNAドメインの立体図
を示す。各々のドメインは、その5’末端から3’末端
に色分けされ、見る者の、3次元におけるその軌道の追
跡が容易になる。最も重要な内部ドメインの相互作用が
発生する表面を、立体図の右にモノラルで示す。図4
(E)は、ドメインIを示す;図4(F)は、ドメイン
IIを示す;図4(G)は、ドメインIIIを示す;図
4(H)は、ドメインIVを示す;図4(I)は、ドメ
インVを示す;図4(J)は、ドメインVの背面図を示
す;図4(K)は、ドメインVIを示す;そして図4
(L)は、5S rRNAを示す。
【図4F】図4(A)〜(L)は、H.marismo
rtuiにおけるRNAの三次構造、全体としてのその
RNA、およびそのRNAの概略図を示す。特に、図4
(A)および4(B)は、全体のサブユニットのRNA
構造を示す。ドメインを、図5(C)の概略図に示され
るように色分けする。図4(A)は、頂部図で粒子を示
す。図4(B)は、像の平面に垂直に走る軸の周りを1
80°回転した図4(A)の像を示す。図4(C)およ
び4(D)は、23S rRNAの概略図および5S
rRNAの二次構造を示す。図4(C)は、Leffe
rsら((1987)J.Mol.Biol.195:
43−61)に従って番号を付されたヘリックスを有す
る図3の23S rRNAの二次構造の概略図を示し、
そして分子のドメインを、色の変化によって示す。図4
(D)は、H.marismortui由来の5S r
RNAの二次構造を示す。塩基を結合する太線は、ワト
ソン−クリック対形成を示す。小文字の「o」によって
結合される塩基は、非ワトソン−クリック対形成を示
す。細線によって結合される塩基は、一つの水素結合を
介して相互作用する。黒色で示される塩基は、対形成し
ていない。赤色で示される塩基は、現在確認されている
(Symanskiら(1998)Nucl.Acid
s.Res.26:156−159)系統発生的に予測
された対形成である。青色で示される対形成は、観察さ
れるが、予測されなかった対形成であり、そして緑色で
示される対形成は、予測されたが、観察されない対形成
である。図4(E)〜図4(L)は、23S rRNA
および5S rRNAにおけるRNAドメインの立体図
を示す。各々のドメインは、その5’末端から3’末端
に色分けされ、見る者の、3次元におけるその軌道の追
跡が容易になる。最も重要な内部ドメインの相互作用が
発生する表面を、立体図の右にモノラルで示す。図4
(E)は、ドメインIを示す;図4(F)は、ドメイン
IIを示す;図4(G)は、ドメインIIIを示す;図
4(H)は、ドメインIVを示す;図4(I)は、ドメ
インVを示す;図4(J)は、ドメインVの背面図を示
す;図4(K)は、ドメインVIを示す;そして図4
(L)は、5S rRNAを示す。
【図4G】図4(A)〜(L)は、H.marismo
rtuiにおけるRNAの三次構造、全体としてのその
RNA、およびそのRNAの概略図を示す。特に、図4
(A)および4(B)は、全体のサブユニットのRNA
構造を示す。ドメインを、図5(C)の概略図に示され
るように色分けする。図4(A)は、頂部図で粒子を示
す。図4(B)は、像の平面に垂直に走る軸の周りを1
80°回転した図4(A)の像を示す。図4(C)およ
び4(D)は、23S rRNAの概略図および5S
rRNAの二次構造を示す。図4(C)は、Leffe
rsら((1987)J.Mol.Biol.195:
43−61)に従って番号を付されたヘリックスを有す
る図3の23S rRNAの二次構造の概略図を示し、
そして分子のドメインを、色の変化によって示す。図4
(D)は、H.marismortui由来の5S r
RNAの二次構造を示す。塩基を結合する太線は、ワト
ソン−クリック対形成を示す。小文字の「o」によって
結合される塩基は、非ワトソン−クリック対形成を示
す。細線によって結合される塩基は、一つの水素結合を
介して相互作用する。黒色で示される塩基は、対形成し
ていない。赤色で示される塩基は、現在確認されている
(Symanskiら(1998)Nucl.Acid
s.Res.26:156−159)系統発生的に予測
された対形成である。青色で示される対形成は、観察さ
れるが、予測されなかった対形成であり、そして緑色で
示される対形成は、予測されたが、観察されない対形成
である。図4(E)〜図4(L)は、23S rRNA
および5S rRNAにおけるRNAドメインの立体図
を示す。各々のドメインは、その5’末端から3’末端
に色分けされ、見る者の、3次元におけるその軌道の追
跡が容易になる。最も重要な内部ドメインの相互作用が
発生する表面を、立体図の右にモノラルで示す。図4
(E)は、ドメインIを示す;図4(F)は、ドメイン
IIを示す;図4(G)は、ドメインIIIを示す;図
4(H)は、ドメインIVを示す;図4(I)は、ドメ
インVを示す;図4(J)は、ドメインVの背面図を示
す;図4(K)は、ドメインVIを示す;そして図4
(L)は、5S rRNAを示す。
【図4H】図4(A)〜(L)は、H.marismo
rtuiにおけるRNAの三次構造、全体としてのその
RNA、およびそのRNAの概略図を示す。特に、図4
(A)および4(B)は、全体のサブユニットのRNA
構造を示す。ドメインを、図5(C)の概略図に示され
るように色分けする。図4(A)は、頂部図で粒子を示
す。図4(B)は、像の平面に垂直に走る軸の周りを1
80°回転した図4(A)の像を示す。図4(C)およ
び4(D)は、23S rRNAの概略図および5S
rRNAの二次構造を示す。図4(C)は、Leffe
rsら((1987)J.Mol.Biol.195:
43−61)に従って番号を付されたヘリックスを有す
る図3の23S rRNAの二次構造の概略図を示し、
そして分子のドメインを、色の変化によって示す。図4
(D)は、H.marismortui由来の5S r
RNAの二次構造を示す。塩基を結合する太線は、ワト
ソン−クリック対形成を示す。小文字の「o」によって
結合される塩基は、非ワトソン−クリック対形成を示
す。細線によって結合される塩基は、一つの水素結合を
介して相互作用する。黒色で示される塩基は、対形成し
ていない。赤色で示される塩基は、現在確認されている
(Symanskiら(1998)Nucl.Acid
s.Res.26:156−159)系統発生的に予測
された対形成である。青色で示される対形成は、観察さ
れるが、予測されなかった対形成であり、そして緑色で
示される対形成は、予測されたが、観察されない対形成
である。図4(E)〜図4(L)は、23S rRNA
および5S rRNAにおけるRNAドメインの立体図
を示す。各々のドメインは、その5’末端から3’末端
に色分けされ、見る者の、3次元におけるその軌道の追
跡が容易になる。最も重要な内部ドメインの相互作用が
発生する表面を、立体図の右にモノラルで示す。図4
(E)は、ドメインIを示す;図4(F)は、ドメイン
IIを示す;図4(G)は、ドメインIIIを示す;図
4(H)は、ドメインIVを示す;図4(I)は、ドメ
インVを示す;図4(J)は、ドメインVの背面図を示
す;図4(K)は、ドメインVIを示す;そして図4
(L)は、5S rRNAを示す。
【図4I】図4(A)〜(L)は、H.marismo
rtuiにおけるRNAの三次構造、全体としてのその
RNA、およびそのRNAの概略図を示す。特に、図4
(A)および4(B)は、全体のサブユニットのRNA
構造を示す。ドメインを、図5(C)の概略図に示され
るように色分けする。図4(A)は、頂部図で粒子を示
す。図4(B)は、像の平面に垂直に走る軸の周りを1
80°回転した図4(A)の像を示す。図4(C)およ
び4(D)は、23S rRNAの概略図および5S
rRNAの二次構造を示す。図4(C)は、Leffe
rsら((1987)J.Mol.Biol.195:
43−61)に従って番号を付されたヘリックスを有す
る図3の23S rRNAの二次構造の概略図を示し、
そして分子のドメインを、色の変化によって示す。図4
(D)は、H.marismortui由来の5S r
RNAの二次構造を示す。塩基を結合する太線は、ワト
ソン−クリック対形成を示す。小文字の「o」によって
結合される塩基は、非ワトソン−クリック対形成を示
す。細線によって結合される塩基は、一つの水素結合を
介して相互作用する。黒色で示される塩基は、対形成し
ていない。赤色で示される塩基は、現在確認されている
(Symanskiら(1998)Nucl.Acid
s.Res.26:156−159)系統発生的に予測
された対形成である。青色で示される対形成は、観察さ
れるが、予測されなかった対形成であり、そして緑色で
示される対形成は、予測されたが、観察されない対形成
である。図4(E)〜図4(L)は、23S rRNA
および5S rRNAにおけるRNAドメインの立体図
を示す。各々のドメインは、その5’末端から3’末端
に色分けされ、見る者の、3次元におけるその軌道の追
跡が容易になる。最も重要な内部ドメインの相互作用が
発生する表面を、立体図の右にモノラルで示す。図4
(E)は、ドメインIを示す;図4(F)は、ドメイン
IIを示す;図4(G)は、ドメインIIIを示す;図
4(H)は、ドメインIVを示す;図4(I)は、ドメ
インVを示す;図4(J)は、ドメインVの背面図を示
す;図4(K)は、ドメインVIを示す;そして図4
(L)は、5S rRNAを示す。
【図4J】図4(A)〜(L)は、H.marismo
rtuiにおけるRNAの三次構造、全体としてのその
RNA、およびそのRNAの概略図を示す。特に、図4
(A)および4(B)は、全体のサブユニットのRNA
構造を示す。ドメインを、図5(C)の概略図に示され
るように色分けする。図4(A)は、頂部図で粒子を示
す。図4(B)は、像の平面に垂直に走る軸の周りを1
80°回転した図4(A)の像を示す。図4(C)およ
び4(D)は、23S rRNAの概略図および5S
rRNAの二次構造を示す。図4(C)は、Leffe
rsら((1987)J.Mol.Biol.195:
43−61)に従って番号を付されたヘリックスを有す
る図3の23S rRNAの二次構造の概略図を示し、
そして分子のドメインを、色の変化によって示す。図4
(D)は、H.marismortui由来の5S r
RNAの二次構造を示す。塩基を結合する太線は、ワト
ソン−クリック対形成を示す。小文字の「o」によって
結合される塩基は、非ワトソン−クリック対形成を示
す。細線によって結合される塩基は、一つの水素結合を
介して相互作用する。黒色で示される塩基は、対形成し
ていない。赤色で示される塩基は、現在確認されている
(Symanskiら(1998)Nucl.Acid
s.Res.26:156−159)系統発生的に予測
された対形成である。青色で示される対形成は、観察さ
れるが、予測されなかった対形成であり、そして緑色で
示される対形成は、予測されたが、観察されない対形成
である。図4(E)〜図4(L)は、23S rRNA
および5S rRNAにおけるRNAドメインの立体図
を示す。各々のドメインは、その5’末端から3’末端
に色分けされ、見る者の、3次元におけるその軌道の追
跡が容易になる。最も重要な内部ドメインの相互作用が
発生する表面を、立体図の右にモノラルで示す。図4
(E)は、ドメインIを示す;図4(F)は、ドメイン
IIを示す;図4(G)は、ドメインIIIを示す;図
4(H)は、ドメインIVを示す;図4(I)は、ドメ
インVを示す;図4(J)は、ドメインVの背面図を示
す;図4(K)は、ドメインVIを示す;そして図4
(L)は、5S rRNAを示す。
【図4K】図4(A)〜(L)は、H.marismo
rtuiにおけるRNAの三次構造、全体としてのその
RNA、およびそのRNAの概略図を示す。特に、図4
(A)および4(B)は、全体のサブユニットのRNA
構造を示す。ドメインを、図5(C)の概略図に示され
るように色分けする。図4(A)は、頂部図で粒子を示
す。図4(B)は、像の平面に垂直に走る軸の周りを1
80°回転した図4(A)の像を示す。図4(C)およ
び4(D)は、23S rRNAの概略図および5S
rRNAの二次構造を示す。図4(C)は、Leffe
rsら((1987)J.Mol.Biol.195:
43−61)に従って番号を付されたヘリックスを有す
る図3の23S rRNAの二次構造の概略図を示し、
そして分子のドメインを、色の変化によって示す。図4
(D)は、H.marismortui由来の5S r
RNAの二次構造を示す。塩基を結合する太線は、ワト
ソン−クリック対形成を示す。小文字の「o」によって
結合される塩基は、非ワトソン−クリック対形成を示
す。細線によって結合される塩基は、一つの水素結合を
介して相互作用する。黒色で示される塩基は、対形成し
ていない。赤色で示される塩基は、現在確認されている
(Symanskiら(1998)Nucl.Acid
s.Res.26:156−159)系統発生的に予測
された対形成である。青色で示される対形成は、観察さ
れるが、予測されなかった対形成であり、そして緑色で
示される対形成は、予測されたが、観察されない対形成
である。図4(E)〜図4(L)は、23S rRNA
および5S rRNAにおけるRNAドメインの立体図
を示す。各々のドメインは、その5’末端から3’末端
に色分けされ、見る者の、3次元におけるその軌道の追
跡が容易になる。最も重要な内部ドメインの相互作用が
発生する表面を、立体図の右にモノラルで示す。図4
(E)は、ドメインIを示す;図4(F)は、ドメイン
IIを示す;図4(G)は、ドメインIIIを示す;図
4(H)は、ドメインIVを示す;図4(I)は、ドメ
インVを示す;図4(J)は、ドメインVの背面図を示
す;図4(K)は、ドメインVIを示す;そして図4
(L)は、5S rRNAを示す。
【図4L】図4(A)〜(L)は、H.marismo
rtuiにおけるRNAの三次構造、全体としてのその
RNA、およびそのRNAの概略図を示す。特に、図4
(A)および4(B)は、全体のサブユニットのRNA
構造を示す。ドメインを、図5(C)の概略図に示され
るように色分けする。図4(A)は、頂部図で粒子を示
す。図4(B)は、像の平面に垂直に走る軸の周りを1
80°回転した図4(A)の像を示す。図4(C)およ
び4(D)は、23S rRNAの概略図および5S
rRNAの二次構造を示す。図4(C)は、Leffe
rsら((1987)J.Mol.Biol.195:
43−61)に従って番号を付されたヘリックスを有す
る図3の23S rRNAの二次構造の概略図を示し、
そして分子のドメインを、色の変化によって示す。図4
(D)は、H.marismortui由来の5S r
RNAの二次構造を示す。塩基を結合する太線は、ワト
ソン−クリック対形成を示す。小文字の「o」によって
結合される塩基は、非ワトソン−クリック対形成を示
す。細線によって結合される塩基は、一つの水素結合を
介して相互作用する。黒色で示される塩基は、対形成し
ていない。赤色で示される塩基は、現在確認されている
(Symanskiら(1998)Nucl.Acid
s.Res.26:156−159)系統発生的に予測
された対形成である。青色で示される対形成は、観察さ
れるが、予測されなかった対形成であり、そして緑色で
示される対形成は、予測されたが、観察されない対形成
である。図4(E)〜図4(L)は、23S rRNA
および5S rRNAにおけるRNAドメインの立体図
を示す。各々のドメインは、その5’末端から3’末端
に色分けされ、見る者の、3次元におけるその軌道の追
跡が容易になる。最も重要な内部ドメインの相互作用が
発生する表面を、立体図の右にモノラルで示す。図4
(E)は、ドメインIを示す;図4(F)は、ドメイン
IIを示す;図4(G)は、ドメインIIIを示す;図
4(H)は、ドメインIVを示す;図4(I)は、ドメ
インVを示す;図4(J)は、ドメインVの背面図を示
す;図4(K)は、ドメインVIを示す;そして図4
(L)は、5S rRNAを示す。
【図5】図5(A)〜(C)は、H.marismor
tuiの23S rRNAにおける保存および伸長を示
す。これらの像におけるRNAの大部分を灰色で示す。
3つの系統発生界にわたって、95%を超えて保存され
ることが見出された配列を、赤色で示す。基本的な23
S構造における伸長が可能である配列を、緑色で示す
(Gutellら(2000)前出)。特に、図5
(A)は、頂部図に関して回転した粒子を示し、その結
果、活性部位のクレフトが見られ得る。図5(B)は、
頂部図を示す。図5(C)は、粒子の背面図、すなわち
垂直軸の周りを180°回転した頂部図を示す。
【図6】図6(A)〜(I)は、非球状伸長を有するい
くつかの大サブユニットのリボソームタンパク質の構造
を示す。これらのタンパク質の球状ドメインを緑色で示
し、そしてその非球状伸長を赤色で示す。L44eおよ
びL37eにおける亜鉛イオンの位置もまた示す。図6
(A)は、L2を示す;図6(B)は、L3を示す;図
6(C)は、L39を示す;図6(D)は、L4を示
す;図6(E)は、L15を示す;図6(F)は、L2
1eを示す;図6(G)は、L44eを示す;図6
(H)は、L37eを示す;図6(I)は、L19を示
す。
【図7】図7(A)〜(C)は、大リボソームサブユニ
ットの表面上に現れるタンパク質を示す。サブユニット
のRNAは、図2に示されるように、灰色で示し、そし
てタンパク質の骨格を、金色で示す。特に、図7(A)
は、サブユニットの頂部図におけるサブユニットを示
す。図7(B)は、頂部図の配向でのサブユニットの背
面図を示す。図7(C)は、底面図を示す;ペプチドト
ンネルの末端は、この像の中央に現れる。各々の像にお
いて認識できるタンパク質を、図の左隅に、小さい像で
同定する。
【図8】図8(A)〜(F)は、大リボソームサブユニ
ットにおけるタンパク質の分布およびタンパク質−RN
A相互作用を示す。特に、図8(A)は、ペプチドトン
ネルの末端の近傍におけるタンパク質の構造、およびタ
ンパク質が、相互作用するRNA配列にどのように関わ
るかを示す。タンパク質L22は、23S rRNAの
内部に、長いβヘアピン伸長を伸ばす。L24は、類似
する伸長を有するが、タンパク質全体は、粒子の表面上
にある。L39は、サブユニットにおいて、3次元構造
を欠失する唯一のタンパク質であり、一方、L37e
は、NH末端伸長およびCOOH末端伸長の両方を有
する。L19は、RNAを通って縫うように進む伸長配
列によって結合したサブユニットの表面上に、2つの球
状ドメインを有する点で独特である。L39(緑色)の
末端は、実際にはトンネルに入っており、一方、L37
e(赤色)は、完全にRNAに取り囲まれている。図8
(B)は、ペプチジルトランスフェラーゼ部位(CCd
A−p−プロマイシン分子によって特徴付けられる)に
向かって、23S rRNAの塊を通って到達するL2
およびL3の非球状伸長を示す。図8(C)は、23S
rRNAのすべての6つのドメインの一部分と相互作
用するL22を示す。図8(D)は、タンパク質(赤
色)と少なくともファンデルワールス接触を形成する配
列の位置を示す23S rRNAの概略図を示す。図8
(E)は、大リボソームサブユニットのタンパク質の立
体図を示し、すべてのRNAははぎ取られている。タン
パク質は、視覚化のみの目的のために赤色で示す。図8
(F)は、トンネルの出口の領域におけるサブユニット
の断面図を示す。タンパク質L22は、赤色でリボンと
して示し、そしてエリトロマイシン耐性を与える変異の
存在するβヘアピンループを橙色で示す。表面上の原子
を灰色で示し、タンパク質原子を緑色で示し、そしてス
ライスの界面を青色で示す。
【図9】図9(A)〜(C)は、リボソームペプチジル
トランスフェラーゼの基質およびアナログの化学的構造
を示す。特に、図9(A)は、ペプチド結合形成の間に
生成された四面体炭素中間体を示す;この四面体炭素
を、矢印で示す。図9(B)は、リン酸基(CCdA−
p−Puro)を介して、プロマイシンのO−メチルチ
ロシン残基のアミノ基へのCCdAの3’OHの結合に
よって形成される遷移状態のアナログを示す(Welc
hら(1995)前出)。図9(C)は、A部位を標的
化するために構築されたアミノ−N−アシル化ミニヘリ
ックスを示す。オリゴヌクレオチド配列の5’リン酸
(phosphate)CCGGCGGGCUGGUU
CAAACCGGCCCGCCGGACC 3’(配列
番号1)プロマイシンは、12塩基対を形成するはずで
ある。この構築物は、Tyr−tRNAシンセターゼに
よるアミノアシル化に適した基質であるミニヘリックス
に基づいた。C末端の3’OHは、ホスホジエステル結
合によって、プロマイシンのN6−ジメチルA部分の
5’OHに結合する。
【図10】図10(A)〜(C)は、3.2Åの分解能
での、実験的に位相を等しくした(phased)基質
アナログ複合体の電子密度地図を示し、モデルを重ね合
わせる(酸素は赤;リンは紫;窒素は青;ならびにrR
NAの炭素は緑および基質の炭素は黄色)。特に、図1
0(A)は、F(複合体)−F(親)の差電子密度
地図を示し、CCdA−p−Puroの骨格モデルを重
ね合わせる。図10(B)は、活性部位領域のCCdA
−p−Puroの2F(複合体)−F(親)の電子
密度地図を示し、リボソームおよびインヒビターの構造
を重ね合わせ、これは、A2486(2451)のN3
の、リン酸エステル(phosphate)に対する近
似を示し、この複合体において、酸素は架橋されない。
図10(C)は、tRNAアクセプターのステム(st
em)アナログのF(複合体)−F(親)の差電子
密度地図を示し、CCpuroの骨格モデルを重ね合わ
せる。C74のリボースおよびリン酸エステルの密度の
み存在し、そして残りのRNAヘアピンの密度は存在し
ない。
【図11】図11(A)および(B)は、A部位に結合
したミニヘリックスのCCA部分と、A部位およびP部
位に結合したCCdA−p−Puroとを組み合わせた
モデルを示し、図2にのように色分けする。特に、図1
1(A)は、P部位のC74およびC75と、23S
rRNAのPループとの間の塩基対形成相互作用を左に
示し、そして23S rRNAのAループを有するA部
位のC75を右に示す。触媒A2486は、四面体中間
体のオキシアニオン(oxyanion)のアナログで
あるリン酸エステル酸素(phosphate oxy
gen)(P)の近傍である。図11(B)は、N3が
非架橋リン酸エステル酸素に接近する2つのCCAとA
2486(緑)との間に横たわるA2637(すべて
青)を示す。A部位およびP部位のtRNA由来のA7
6塩基のN1原子は、それぞれAループおよびPループ
の両方で、リボースの2’OHとほぼ等しい相互作用を
形成し、そして約2回軸が、これらの残基に関連する。
【図12】図12は、回転した「頂部図」において活性
部位のクレフトを見下ろす23SrRNAおよび5S
rRNA、タンパク質、ならびにCCdA−p−Pur
oインヒビターの空間充填モデルを示す。塩基は白色
で、糖リン酸(phosphate)骨格は黄色であ
る。インヒビターを赤色で示し、そして番号付けされた
タンパク質を青色で示す。より低い分解能で位置確認さ
れたL1およびL11タンパク質は、青色の骨格であ
る。中央の隆起を、CPと標識する。
【図13】図13(A)は、ループAおよびP、ならび
にペプチジルトランスフェラーゼループを含む残基の3
次元分布の立体図を示す。図13(B)は、トンネルの
方向からのドメインVの中央のループの立体図を示す。
残基を、抗生物質耐性を与える変異に基づいて色分けす
る。図13(C)は、ドメインV活性部位を示し、その
中央のループを、二次構造として示す。
【図14】図14(A)および(B)は、Yarusイ
ンヒビター(CCdA−p−Puro)のボール&ステ
ィック(ball and stick)モデルによっ
て特徴付けられたペプチジルトランスフェラーゼ活性部
位へのポリペプチドの最も近接した接近を示す。特に、
図14(A)は、ドメインVのRNA骨格を赤色で、そ
して塩基を灰色で示したコイル表示、および相互作用す
るすべての13のタンパク質のリボン骨格表示を示す。
図14(B)は、活性部位のクローズアップ図を示し、
RNAは取り除く。すべての原子表示において最も近接
した側鎖を有するYarusアナログのリン酸エステル
およびインヒビターに伸長が最も近接するタンパク質を
リボンで示す。最も近接したタンパク質原子と四面体炭
素のリンアナログ(桃色)との間の距離(Å)を、モデ
ル化されたペプチド(桃色)のままで示す。
【図15】図15は、CCdA−p−Puroを結合す
るペプチジルトランスフェラーゼ領域における保存ヌク
レオチドおよび活性部位領域の空間充填表示を示し、Y
arusインヒビターが、活性部位のクレフトを見下ろ
す。すべての3つの界において95%保存される(Gu
tellら(2000)前出)23S rRNAヌクレ
オチドに属するすべての原子は赤色である。そしてすべ
ての他のヌクレオチドは白色である;インヒビターは青
色である。
【図16】図16(A)〜(C)は、ペプチジルトラン
スフェラーゼ活性部位の触媒装置を示す。特に、図16
(A)は、立体での触媒部位の領域における大サブユニ
ットの実験的に2.4Åの分解能の電子密度地図(Ba
nら(2000)Science 289:905−9
20)の立体図を示す。A2486との相互作用に関与
するTRNAの構造を重ね合わせる。残基G2102
(2061)およびG2482(2447)は、近接す
るリン酸基と相互作用するA2486(2451)およ
びG2482のN6に水素結合される。図16(B)
は、骨格表示とともに破線の水素結合を示し、G248
2、G2102、A2486、およびG2482からA
2486のN3への電荷リレーを生じると提唱される埋
められたリン酸を示す。図16(C)は、残基2485
の埋められたリン酸によって安定化されると提唱される
G2482およびA2486の標準的なイミン互変体形
態およびまれなイミン互変体形態を示す。
【図17】図17(A)〜(C)は、リボソームによっ
て触媒されるペプチド合成の提唱されたメカニズムを示
す。特に、図17(A)は、NHが、ペプチジルtR
NAのカルボニル炭素を攻撃する場合の、NH基から
プロトンを抜き取るA2486のN3を示す。図17
(B)は、オキシアニオンへの水素結合によって、四面
体炭素中間体を安定化するプロトン化されたN3を示
す。図17(C)は、新規に形成されたペプチドが脱ア
シル化された場合のN3からペプチジルtRNAの3’
OHへ転移されたプロトンを示す。
【図18】図18(A)および(B)は、A部位および
P部位に結合されたCCA上にドッキングされた(do
cked)Nollerらによる70Sリボソームの構
造において見出される配向と同じ相関的な配向での、5
0Sリボソームサブユニットの空間充填表示と、3つの
tRNA分子を示す。特に、左手側に示された図18
(A)は、回転された頂部図での全体のサブユニットを
示し、rRNAを黄色、タンパク質を桃色そしてtRN
Aを橙色で示す。右手側に示された図18(B)は、ク
ローズアップ図を示し、番号を付されたタンパク質を桃
色、そしてrRNAを青色で示す。A部位、P部位およ
びE部位の骨格のリボン表示を、それぞれ黄色、赤色お
よび白色で示す。
【図19】図19(A)〜(F)は、ポリペプチドの出
口トンネルを示す。特に、図19(A)は、半分に切断
したサブユニット、ほぼ二等分するその中央の隆起、お
よび全体の長さに沿ったそのペプチドトンネルを示す。
2つの半分は、本の頁のように開いている。すべてのリ
ボソーム原子を、CPK表示で示し、溶媒と接触しない
すべてのRNA原子を白色で示し、そして溶媒と接触し
ないすべてのタンパク質原子を緑色で示す。タンパク質
およびRNAの両方の表面の原子を、炭素を黄色、酸素
を赤色、そして窒素を青色で色分けする。トンネルを通
過するポリペプチドの可能な軌道を、白色のリボンで示
す。ペプチジルトランスフェラーゼ部位(PT)もまた
示す。図19(B)は、極性基および非極性基の分布
(原子を図19(A)のように色付けする)、タンパク
質L22およびL4(PTに近接する緑色の断片)によ
って形成されるトンネル内の狭搾、ならびにトンネルの
比較的広い出口とともに、ポリペプチド出口トンネルの
詳細を示す。図19(C)は、ドメインによって色分け
されたRNAの骨格原子を有するトンネル表面を示す:
ドメインI(白色)、II(水色)、III(金色)、
IV(緑色)、V(橙色)、5S(桃色)およびタンパ
ク質(青色)で示す。ペプチジルトランスフェラーゼの
中央部(PTC)を示す。図19(D)は、トンネルの
出口での大サブユニット表面の空間充填表示であり、タ
ンパク質の配置を示し、このうちのいくつかは、タンパ
ク質の分泌における役割を果たし得る。RNAは白色
(塩基)および黄色(骨格)であり、そして数を付され
たタンパク質は、青色である。モデル化されたポリペプ
チドは、赤色でトンネルを出ていく。図19(E)は、
出口トンネルの半分のクローズアップ図を示し、タンパ
ク質L4(黄色)およびL22(青色)とのペプチジル
トランスフェラーゼの中央部(PTC)の関係を示す。
Yarusインヒビターおよびモデル化されたペプチド
は紫色であり、そして23S rRNAは赤色および白
色である。図19(F)は、23S rRNAの概要の
二次構造を示し、トンネルと接触する配列を赤色で同定
する。
【図20】図20は、大リボソームサブユニットに結合
した抗生物質アニソマイシン間の空間的関係を示す図で
ある。
【図21】図21は、大リボソームサブユニットに結合
した抗生物質ブラスチシジン間の空間的関係を示す図で
ある。
【図22】図22は、大リボソームサブユニットに結合
した抗生物質カルボマイシンおよびチロシン間の空間的
関係を示す図である。
【図23】図23は、大リボソームサブユニットに結合
した抗生物質スパルソマイシン間の空間的関係を示す図
である。
【図24】図24は、大リボソームサブユニットに結合
した抗生物質ヴァージニアマイシンM(ストレプトグラ
ミン(streptogramin)A)およびカルボ
マイシンA間の空間的関係を示す図である。
【図25】図25は、大リボソームサブユニットに結合
した抗生物質スピラマイシン間の空間的関係を示す図で
ある。
【図26】図26は、大リボソームサブユニットに結合
した抗生物質アジスロマイシン間の空間的関係を示す図
である。
【図27】図27は、大リボソームサブユニットに結合
した抗生物質間の空間的関係を示す図である。
【図28】図28は、大リボソームサブユニットに結合
した抗生物質エリスロマイシン間の空間的関係を示す図
である。
【図29】図29は、大リボソームサブユニットに結合
した特定の抗生物質、すなわち、アニソマイシン、ブラ
スチシジン、カルボマイシンAおよびヴァージニアマイ
シンMの空間的関係を示す図である。結合した抗生物質
の位置を、リボソームのA部位、P部位およびポリペプ
チド出口トンネルに関して示す。
【図30】図30(A)〜(C)は、大リボソームサブ
ユニット内に配置されたペプチジルトランスフェラーゼ
部位を示す図である。図30(A)は、結合したチロシ
ン分子を示し、そして二糖結合ポケットならびに「キャ
ビティ1」および「キャビティ2」と示された2つのキ
ャビティを同定する。図30(B)および(C)は、読
み手が、大リボソームサブユニットにおけるペプチジル
トランスフェラーゼ部位(PT)およびポリペプチド出
口トンネルの位置に向くように、左手側に提供する。
【図31】図31は、リボソームサブユニットの分子モ
デリングに有用なコンピュータシステムおよび/または
合理的な薬物設計を行うためのコンピュータシステムの
概略図である。
【図32】図32は、大リボソームサブユニットにおけ
る特定の可能性のある薬物標的部位の概略図である。
【図33】図33(A)〜(D)は、E.coliとラ
ットの間で保存された(赤色)か、または保存されてい
ない(青色)ポリペプチド出口トンネルの壁の内部の残
基を示す図である。リボソームサブユニットは、ポリペ
プチド出口トンネルを切り取られ、ポリペプチド出口ト
ンネルの半分を図33(A)に示し、そしてポリペプチ
ド出口トンネルの他の半分を図33(B)に示す。図3
3(C)は、全体としてのリボソームサブユニットに関
して、図33(A)において示されるリボソームサブユ
ニットの一部分の位置を示すように読み手を向かせるた
めに提供する。図33(D)は、全体としてのリボソー
ムサブユニットに関して、図33(B)において示され
るリボソームサブユニットの一部分の位置を示すように
読み手を向かせるために提供する。
【図34】図34は、2つのハイブリッド抗生物質(独
立した抗生物質スパルソマイシンおよびクロラムフェニ
コール由来のスパルソクロラムフェニコールA(化合物
1)およびB(化合物2))の合成を示す概略図であ
る。
【図35】図35は、独立した抗生物質スパルソマイシ
ンおよびアニソマイシン由来のハイブリッド抗生物質ス
パルソアニソマイシン(化合物3)の合成を示す概略図
である。
【図36】図36は、スパルソマイシンフラグメント
(化合物9)の合成を示す概略図である。
【図37】図37は、システイン誘導体(化合物7)お
よびクロラムフェニコールフラグメント(化合物13)
の合成を示す概略図である。
【図38】図38は、スパルソクロラムフェニコールハ
イブリッドA(化合物1)の合成を示す概略図である。
【図39】図39は、スパルソクロラムフェニコールハ
イブリッドB(化合物2)の合成を示す概略図である。
【図40】図40は、アニソマイシンフラグメント(化
合物24)の合成を示す概略図である。
【図41】図41は、スパルソアニソマイシンハイブリ
ッド(化合物3)の合成を示す概略図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (31)優先権主張番号 10/072,634 (32)優先日 平成14年2月8日(2002.2.8) (33)優先権主張国 米国(US) 公開・登録公報長大データCD−ROM 15(2003)−004(007) 15(2003)−005(008) (71)出願人 502427253 リブ−エックス ファーマシューティカル ズ,インコーポレイテッド Rib−X Pharmaceutica ls, Inc. アメリカ合衆国 コネチカット 06511, ニュー ヘイブン, ジョージ ストリ ート 300, スイート 301 New Haven, Connecti cut,U.S.A. (72)発明者 トーマス エイ. ステイツ アメリカ合衆国 コネチカット 06405, ブラン フォード, プロスペクト ヒ ル ロード 45 (72)発明者 ピーター ビー. ムーア アメリカ合衆国 コネチカット 06473, ノース ヘイブン, ケント ドライ ブ 30 (72)発明者 ネナド バン スイス国 ツェーハー−8046 チューリッ ヒ, リ ーデンハルデン シュトラーセ 255 (72)発明者 ポール ニッセン デンマーク国 デーカー−8200 アールハ ス エヌ , ヴァーゲラーデ 6 (72)発明者 ジェフリー ハンセン アメリカ合衆国 コネチカット 06511, ニュー ヘイブン, ウィロウ スト リート 327 (72)発明者 ジョイス エイ. ストクリフ アメリカ合衆国 コネチカット 06413, クリン トン, シルバー バーチ レ ーン 5 (72)発明者 アデグボヤェガ ケイ. オヤェレレ アメリカ合衆国 コネチカット 06511, ニュー ヘイブン, ローレンス ス トリート 253, ア パート メント 1アール (72)発明者 ジョセフ エイ. イポリト アメリカ合衆国 コネチカット 06437, ギルフ ォード, タウナー スワンプ ロード 586 Fターム(参考) 4B024 AA01 AA11 CA11 HA11 4B063 QA01 QA18 QQ54 QR35 QS15 QS31 QS39 QX01 5B046 AA00 5B075 UU18

Claims (110)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 コンピュータシステムであって、該コン
    ピュータシステムが、以下: (a)少なくとも約4.5Åの分解能を有し、そしてリ
    ボソームの大サブユニットのリボファンクショナル位置
    を規定する電子密度地図から誘導される原子座標を示
    す、メモリ内に保存されたデータを有するメモリ;およ
    び(b)該メモリと電気的に連通しているプロセッサで
    あって、該プロセッサが、該リボファンクショナル位置
    を表わす3次元モデルを生成するためのプログラムを備
    える、プロセッサ、を備える、コンピュータシステム。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載のコンピュータシステム
    であって、該コンピュータシステムが、前記モデルの視
    覚表示を提供するためのデバイスをさらに備える、コン
    ピュータシステム。
  3. 【請求項3】 請求項1に記載のコンピュータシステム
    であって、前記原子座標が、Protein Data
    Bankに、PDB ID:1FFK、1FFZ、1
    FG0、IJJ2、1K73、1KC8、1K8A、1
    KD1、または1K9Mの登録番号の下で登録された原
    子座標の少なくとも一部分を含む、コンピュータシステ
    ム。
  4. 【請求項4】 請求項1に記載のコンピュータシステム
    であって、前記原子座標が、リボファンクショナル位置
    と関連してタンパク質合成インヒビターの少なくとも一
    部分をさらに規定する、コンピュータシステム。
  5. 【請求項5】 前記タンパク質合成インヒビターが抗生
    物質である、請求項4に記載のコンピュータシステム。
  6. 【請求項6】 前記タンパク質合成インヒビターが、ア
    ニソマイシン、ブラスチシジン、カルボマイシンA、ス
    パルソマイシン、スピラマイシン、チロシン、ヴァージ
    ニアマイシンM、アジスロマイシン、リネゾリド、また
    はエリスロマイシンである、請求項5に記載のコンピュ
    ータシステム。
  7. 【請求項7】 請求項5に記載のコンピュータシステム
    であって、前記原子座標が、ディスク番号1に、ファイ
    ル名anisomycin.pdb、blastici
    din.pdb、carbomycin.pdb、sp
    arsomycin.pdb、spiramycin.
    pdb、tylosin.pdb、virginiam
    ycin.pdb、ANISOMYC.PDB、BLA
    STICI.PDB、CARBOMYC.PDB、SP
    ARSOMY.PDB、SPIRAMYC.PDB、T
    YLOSIN.PDB、VIRGINIA.PDB、A
    ZITHROM.PDB、LINEZOLI.PDB、
    azithromycin.pdb、linezoli
    d.pdb、またはerythromycin.pdb
    の下で記録された原子座標の少なくとも一部分を含む、
    コンピュータシステム。
  8. 【請求項8】 前記リボファンクショナル位置が、前記
    リボソームサブユニットにおける活性部位の少なくとも
    一部分を含む、請求項1に記載のコンピュータシステ
    ム。
  9. 【請求項9】 前記活性部位が、ペプチジルトランスフ
    ェラーゼ部位の少なくとも一部分を含む、請求項8に記
    載のコンピュータシステム。
  10. 【請求項10】 前記ペプチジルトランスフェラーゼ部
    位が、表5Aまたは表5Bに示される複数の残基によっ
    て規定される、請求項9に記載のコンピュータシステ
    ム。
  11. 【請求項11】 前記リボファンクショナル位置が、A
    部位の少なくとも一部分を含む、請求項1に記載のコン
    ピュータシステム。
  12. 【請求項12】 前記A部位が、表6Aまたは表6Bに
    示される複数の残基によって規定される、請求項11に
    記載のコンピュータシステム。
  13. 【請求項13】 前記リボファンクショナル位置が、P
    部位の少なくとも一部分を含む、請求項1または11に
    記載のコンピュータシステム。
  14. 【請求項14】 前記P部位が、表7Aまたは表7Bに
    示される複数の残基によって規定される、請求項13に
    記載のコンピュータシステム。
  15. 【請求項15】 前記リボファンクショナル位置が、ポ
    リペプチド出口トンネルの少なくとも一部分を含む、請
    求項1または11に記載のコンピュータシステム。
  16. 【請求項16】 前記出口トンネルが、表8A、表8
    B、表9または表10に示される複数の残基によって規
    定される、請求項15に記載のコンピュータシステム。
  17. 【請求項17】 前記リボファンクショナル位置が、ポ
    リペプチド出口トンネルの少なくとも一部分を含む、請
    求項13に記載のコンピュータシステム。
  18. 【請求項18】 前記出口トンネルが、表8A、表8
    B、表9または表10に示される複数の残基によって規
    定される、請求項17に記載のコンピュータシステム。
  19. 【請求項19】 前記リボファンクショナル位置が、表
    11A、表11B、表12A、表12B、表13A、表
    13B、表14A、表14B、表15A、表15B、表
    16A、表16B、表17A、表17B、表18A、表
    18B、表19A、表19B、表20Aまたは表20B
    に示される複数の残基によって規定される、請求項1に
    記載のコンピュータシステム。
  20. 【請求項20】 前記原子座標が、分子モデリングによ
    って生成される、請求項1に記載のコンピュータシステ
    ム。
  21. 【請求項21】 請求項1または20に記載のコンピュ
    ータシステムであって、前記原子座標が、Protei
    n Data Bankに、PDB ID:1FFK、
    1FFZ、1FG0、1JJ2、1K73、1KC8、
    1K8A、1KD1、または1K9Mの登録番号の下で
    登録された原子座標の少なくとも一部分を使用して、相
    同性モデリングによって生成される、コンピュータシス
    テム。
  22. 【請求項22】 請求項1または20に記載のコンピュ
    ータシステムであって、前記原子座標が、Protei
    n Data Bankに、PDB ID:1FFK、
    1FFZ、1FG0、1JJ2、1K73、1KC8、
    1K8A、1KD1、または1K9Mの登録番号の下で
    登録された原子座標の少なくとも一部分を使用して、分
    子置換によって生成される、コンピュータシステム。
  23. 【請求項23】 前記リボファンクショナル位置が、リ
    ボソームRNAの原子によって規定される、請求項1に
    記載のコンピュータシステム。
  24. 【請求項24】 前記リボファンクショナル位置が、リ
    ボソームタンパク質の原子によって規定される、請求項
    1または23に記載のコンピュータシステム。
  25. 【請求項25】 前記原子座標が、病原体のリボソーム
    に存在するが、宿主生物のリボソームには存在しない残
    基を規定する、請求項1に記載のコンピュータシステ
    ム。
  26. 【請求項26】 前記宿主生物が、哺乳動物である、請
    求項25に記載のコンピュータシステム。
  27. 【請求項27】 前記哺乳動物が、ヒトである、請求項
    26に記載のコンピュータシステム。
  28. 【請求項28】 前記原子座標が、1つ以上の病原体ま
    たは疾患状態の間で保存された残基を規定する、請求項
    1に記載のコンピュータシステム。
  29. 【請求項29】 前記原子座標が、原核生物のリボソー
    ムには存在するが、真核生物のリボソームまたは真核生
    物ミトコンドリアのリボソームには存在しない残基を規
    定する、請求項1に記載のコンピュータシステム。
  30. 【請求項30】 前記真核生物のリボソームが、哺乳動
    物のリボソームである、請求項29に記載のコンピュー
    タシステム。
  31. 【請求項31】 請求項1に記載のコンピュータシステ
    ムであって、該コンピュータシステムが、薬物設計を行
    うためのプログラムをさらに備える、コンピュータシス
    テム。
  32. 【請求項32】 請求項1に記載のコンピュータシステ
    ムによって生成された、分子モデル。
  33. 【請求項33】 候補分子を同定する方法であって、該
    方法が、以下の工程: (a)リボソームの大サブユニットのリボファンクショ
    ナル位置の分子モデルを提供する工程であって、ここ
    で、該分子モデルが、少なくとも約4.5Åの分解能を
    有する電子密度地図から誘導された原子により規定され
    る、工程;および(b)該モデルを使用して、該リボフ
    ァンクショナル位置に相補的な表面を有する候補分子を
    同定する、工程、を包含する、方法。
  34. 【請求項34】 前記候補分子が、前記リボソームの大
    サブユニットのリボファンクショナル位置に結合する、
    請求項33に記載の方法。
  35. 【請求項35】 請求項33に記載の方法であって、該
    方法が、工程(b)において同定された候補分子を生成
    するさらなる工程を包含する、方法。
  36. 【請求項36】 請求項33または35に記載の方法で
    あって、該方法が、前記候補分子が、リボソーム活性を
    調節するか否かを決定するさらなる工程を包含する、方
    法。
  37. 【請求項37】 請求項36に記載の方法であって、該
    方法が、改変された分子を同定するさらなる工程を包含
    する、方法。
  38. 【請求項38】 請求項37に記載の方法であって、該
    方法が、前記改変された分子を生成するさらなる工程を
    包含する、方法。
  39. 【請求項39】 請求項38に記載の方法であって、該
    方法が、前記改変された分子が、リボソーム活性を調節
    するか否かを決定するさらなる工程を包含する、方法。
  40. 【請求項40】 請求項39に記載の方法であって、該
    方法が、前記改変された分子を生成するさらなる工程を
    包含する、方法。
  41. 【請求項41】 前記候補分子が、抗生物質または抗生
    物質のアナログである、請求項33に記載の方法。
  42. 【請求項42】 前記改変された分子が、抗生物質また
    は抗生物質のアナログである、請求項37に記載の方
    法。
  43. 【請求項43】 前記抗生物質または抗生物質のアナロ
    グが、マクロライドである、請求項41に記載の方法。
  44. 【請求項44】 前記リボファンクショナル位置が、活
    性部位の少なくとも一部分を含む、請求項33に記載の
    方法。
  45. 【請求項45】 前記活性部位が、ペプチジルトランス
    フェラーゼ部位の少なくとも一部分を含む、請求項44
    に記載の方法。
  46. 【請求項46】 前記ペプチジルトランスフェラーゼ部
    位が、表5Aまたは表5Bに示される複数の残基によっ
    て規定される、請求項44に記載の方法。
  47. 【請求項47】 前記リボファンクショナル位置が、A
    部位の少なくとも一部分を含む、請求項33に記載の方
    法。
  48. 【請求項48】 前記A部位が、表6Aまたは表6Bに
    示される複数の残基によって規定される、請求項47に
    記載の方法。
  49. 【請求項49】 前記リボファンクショナル位置が、P
    部位の少なくとも一部分を含む、請求項33または47
    に記載の方法。
  50. 【請求項50】 前記P部位が、表7Aまたは表7Bに
    示される複数の残基によって規定される、請求項49に
    記載の方法。
  51. 【請求項51】 前記リボファンクショナル位置が、ポ
    リペプチド出口トンネルの少なくとも一部分を含む、請
    求項33または47に記載の方法。
  52. 【請求項52】 前記出口トンネルが、表8A、表8
    B、表9または表10に示される複数の残基によって規
    定される、請求項51に記載の方法。
  53. 【請求項53】 前記リボファンクショナル位置が、ポ
    リペプチド出口トンネルの少なくとも一部分を含む、請
    求項49に記載の方法。
  54. 【請求項54】 前記出口トンネルが、表8A、表8
    B、表9または表10に示される複数の残基によって規
    定される、請求項53に記載の方法。
  55. 【請求項55】 前記リボファンクショナル位置が、表
    11A、表11B、表12A、表12B、表13A、表
    13B、表14A、表14B、表15A、表15B、表
    16A、表16B、表17A、表17B、表18A、表
    18B、表19A、表19B、表20A、または表20
    Bに示される複数の残基によって規定される、請求項3
    3に記載の方法。
  56. 【請求項56】 前記分子モデルが電子形態である、請
    求項33に記載の方法。
  57. 【請求項57】 前記分子モデルが、分子モデリングに
    よって生成された原子座標から生成される、請求項33
    に記載の方法。
  58. 【請求項58】 請求項33または57に記載の方法で
    あって、前記分子モデルが、Protein Data
    Bankに、PDB ID:1FFK、1FFZ、1
    FG0、1JJ2、1K73、1KC8、1K8A、1
    KD1、または1K9Mの登録番号の下で登録された原
    子座標の少なくとも一部分を使用して、相同性モデリン
    グによって生成された原子座標から生成される、方法。
  59. 【請求項59】 請求項33または57に記載の方法で
    あって、前記分子モデルが、Protein Data
    Bankに、PDB ID:1FFK、1FFZ、1
    FG0、1JJ2、1K73、1KC8、1K8A、1
    KD1、または1K9Mの登録番号の下で登録された原
    子座標の少なくとも一部分を使用して、分子置換によっ
    て生成された原子座標から生成される、方法。
  60. 【請求項60】 前記分子モデルが、1つ以上の原核生
    物間で保存される残基を含む、請求項33に記載の方
    法。
  61. 【請求項61】 前記分子モデルが、原核生物のリボソ
    ームにおいて存在するが、真核生物のリボソームまたは
    真核生物ミトコンドリアのリボソームにおいては存在し
    ない残基を含む、請求項33に記載の方法。
  62. 【請求項62】 前記真核生物のリボソームが、哺乳動
    物のリボソームである、請求項61に記載の方法。
  63. 【請求項63】 コンピュータシステムであって、該コ
    ンピュータシステムが、以下: (a)タンパク質合成インヒビターが、リボソームの大
    サブユニットのリボファンクショナル位置と相互作用す
    る場合に、該タンパク質合成インヒビターの少なくとも
    一部分を規定する電子密度地図から誘導される原子座標
    を示す、メモリ内に保存されたデータを有するメモリ;
    および(b)該メモリと電気的に連通しているプロセッ
    サであって、該プロセッサが、該タンパク質合成インヒ
    ビターの少なくとも一部分を表わす3次元モデルを生成
    するためのプログラムを備える、プロセッサ、を備え
    る、コンピュータシステム。
  64. 【請求項64】 請求項63に記載のコンピュータシス
    テムであって、該コンピュータシステムが、前記モデル
    の視覚表示を提供するためのデバイスをさらに備える、
    コンピュータシステム。
  65. 【請求項65】 前記タンパク質合成インヒビターが抗
    生物質である、請求項63に記載のコンピュータシステ
    ム。
  66. 【請求項66】 前記タンパク質合成インヒビターが、
    アニソマイシン、ブラスチシジン、カルボマイシンA、
    スパルソマイシン、スピラマイシン、チロシン、ヴァー
    ジニアマイシンM、アジスロマイシン、リネゾリド、ま
    たはエリスロマイシンである、請求項65に記載のコン
    ピュータシステム。
  67. 【請求項67】 請求項66に記載のコンピュータシス
    テムであって、前記原子座標が、ディスク番号1に、フ
    ァイル名anisomycin.pdb、blasti
    cidin.pdb、carbomycin.pdb、
    sparsomycin.pdb、spiramyci
    n.pdb、tylosin.pdb、virgini
    amycin.pdb、ANISOMYC.PDB、B
    LASTICI.PDB、CARBOMYC.PDB、
    SPARSOMY.PDB、SPIRAMYC.PD
    B、TYLOSIN.PDB、VIRGINIA.PD
    B、AZITHROM.PDB、LINEZOLI.P
    DB、azithromycin.pdb、linez
    olid.pdb、またはerythromycin.
    pdbの下で記録された原子座標の少なくとも一部分を
    含む、コンピュータシステム。
  68. 【請求項68】 前記リボファンクショナル位置が、活
    性部位の少なくとも一部分を含む、請求項63に記載の
    コンピュータシステム。
  69. 【請求項69】 前記活性部位が、ペプチジルトランス
    フェラーゼ部位の少なくとも一部分を含む、請求項68
    に記載のコンピュータシステム。
  70. 【請求項70】 前記リボファンクショナル位置が、A
    部位の少なくとも一部分を含む、請求項68に記載のコ
    ンピュータシステム。
  71. 【請求項71】 前記リボファンクショナル位置が、P
    部位の少なくとも一部分を含む、請求項68または70
    に記載のコンピュータシステム。
  72. 【請求項72】 前記リボファンクショナル位置が、ポ
    リペプチド出口トンネルの少なくとも一部分を含む、請
    求項68または70に記載のコンピュータシステム。
  73. 【請求項73】 前記リボファンクショナル位置が、ポ
    リペプチド出口トンネルの少なくとも一部分を含む、請
    求項71に記載のコンピュータシステム。
  74. 【請求項74】 リード候補を同定する方法であって、
    該方法は、以下: (a)タンパク質合成インヒビターが、リボソームの大
    サブユニットのリボファンクショナル位置と相互作用す
    る場合に、該タンパク質合成インヒビターの少なくとも
    一部分の分子モデルを提供する工程;および(b)該モ
    デルを使用して、該リード候補を同定する工程、を包含
    する、方法。
  75. 【請求項75】 前記リード候補が、前記リボファンク
    ショナル位置と相互作用し得る、請求項74に記載の方
    法。
  76. 【請求項76】 前記リード候補が、前記リボファンク
    ショナル位置に結合し得る、請求項74に記載の方法。
  77. 【請求項77】 工程(b)において同定された前記リ
    ード候補を生成するさらなる工程を包含する、請求項7
    4に記載の方法。
  78. 【請求項78】 前記リード候補が、リボソーム活性を
    調節するか否かを決定するさらなる工程を包含する、請
    求項74または請求項77に記載の方法。
  79. 【請求項79】 前記リード候補を改変するさらなる工
    程を包含する、請求項78に記載の方法。
  80. 【請求項80】 前記改変されたリード候補を生成する
    さらなる工程を包含する、請求項79に記載の方法。
  81. 【請求項81】 前記改変されたリード候補が、リボソ
    ーム活性を調節するか否かを決定するさらなる工程を包
    含する、請求項80に記載の方法。
  82. 【請求項82】 前記改変されたリード候補を生成する
    さらなる工程を包含する、請求項81に記載の方法。
  83. 【請求項83】 前記リード候補が、抗生物質または抗
    生物質のアナログである、請求項74に記載の方法。
  84. 【請求項84】 前記リード候補が、ハイブリッド抗生
    物質である、請求項74に記載の方法。
  85. 【請求項85】 前記リード候補が、第一の抗生物質の
    少なくとも一部分および第二の異なる抗生物質の少なく
    とも一部分を含む、請求項84に記載の方法。
  86. 【請求項86】 前記改変されたリード候補が、抗生物
    質または抗生物質のアナログである、請求項82に記載
    の方法。
  87. 【請求項87】 前記抗生物質または抗生物質のアナロ
    グが、マクロライドである、請求項86に記載の方法。
  88. 【請求項88】 前記タンパク質合成インヒビターが抗
    生物質である、請求項74に記載の方法。
  89. 【請求項89】 前記抗生物質が、アニソマイシン、ブ
    ラスチシジン、カルボマイシンA、スパルソマイシン、
    スピラマイシン、チロシン、ヴァージニアマイシンM、
    アジスロマイシン、リネゾリド、またはエリスロマイシ
    ンである、請求項88に記載の方法。
  90. 【請求項90】 請求項89に記載の方法であって、前
    記分子モデルが、ディスク番号1に、ファイル名ani
    somycin.pdb、blasticidin.p
    db、carbomycin.pdb、sparsom
    ycin.pdb、spiramycin.pdb、t
    ylosin.pdb、virginiamycin.
    pdb、ANISOMYC.PDB、BLASTIC
    I.PDB、CARBOMYC.PDB、SPARSO
    MY.PDB、SPIRAMYC.PDB、TYLOS
    IN.PDB、VIRGINIA.PDB、AZITH
    ROM.PDB、LINEZOLI.PDB、azit
    hromycin.pdb、linezolid.pd
    b、またはerythromycin.pdbの下で記
    録された原子座標の少なくとも一部分により規定され
    る、方法
  91. 【請求項91】 前記リボファンクショナル位置が、活
    性部位の少なくとも一部分を含む、請求項74に記載の
    方法。
  92. 【請求項92】 前記活性部位が、ペプチジルトランス
    フェラーゼ部位の少なくとも一部分を含む、請求項91
    に記載の方法。
  93. 【請求項93】 前記リボファンクショナル位置が、A
    部位の少なくとも一部分を含む、請求項91に記載の方
    法。
  94. 【請求項94】 前記リボファンクショナル位置が、P
    部位の少なくとも一部分を含む、請求項74または93
    に記載の方法。
  95. 【請求項95】 前記リボファンクショナル位置が、ポ
    リペプチド出口トンネルの少なくとも一部分を含む、請
    求項74または93に記載の方法。
  96. 【請求項96】 前記リボファンクショナル位置が、ポ
    リペプチド出口トンネルの少なくとも一部分を含む、請
    求項94に記載の方法。
  97. 【請求項97】 前記分子モデルが電子形態である、請
    求項74に記載の方法。
  98. 【請求項98】 前記分子モデルが、分子モデリングに
    より生成される原子座標から生成される、請求項74に
    記載の方法。
  99. 【請求項99】 タンパク質合成インヒビターであっ
    て、該タンパク質合成インヒビターが、以下:大リボソ
    ームサブユニットにおける第一の接触部位と結合する既
    知の第一の分子の表面を模倣するか、または該表面を複
    製する表面を有する、第一の結合ドメイン;および該リ
    ボソームサブユニットにおける第二の接触部位と結合す
    る既知の第二の分子の表面を模倣するか、または該表面
    を複製する表面を有する、第二の結合ドメイン、を含
    み、ここで、該第一のドメインは、該第一のドメインお
    よび該第二のドメインの両方が、そのそれぞれの接触部
    位と結合することを可能にするように、該第二のドメイ
    ンに付着され、それによって、リボソームサブユニット
    におけるタンパク質合成を中断すし、ここで、該タンパ
    ク質合成インヒビターが、約1,500未満の分子量を
    有し、約50μM未満のIC50を有する、タンパク質
    合成インヒビター。
  100. 【請求項100】 前記第一の分子が、第一の抗生物質
    である、請求項99に記載のインヒビター。
  101. 【請求項101】 前記第一の抗生物質が、リボファン
    クショナル位置の少なくとも一部分に結合する、請求項
    100に記載のインヒビター。
  102. 【請求項102】 前記第一の抗生物質が、スパルソマ
    イシンである、請求項100に記載のインヒビター。
  103. 【請求項103】 前記第二の分子が、第二の抗生物質
    である、請求項99または100に記載のインヒビタ
    ー。
  104. 【請求項104】 前記第二の抗生物質が、リボファン
    クショナル位置の少なくとも一部分に結合する、請求項
    103に記載のインヒビター。
  105. 【請求項105】 前記第二の抗生物質が、アニソマイ
    シンまたはクロラムフェニコールである、請求項103
    に記載のインヒビター。
  106. 【請求項106】 前記インヒビターが、約250〜約
    1500の範囲の分子量を有する、請求項99に記載の
    インヒビター。
  107. 【請求項107】 前記インヒビターが、約0.001
    〜約 μMのIC を有する、請求項99に記載のイ
    ンヒビター。
  108. 【請求項108】 操作された合成のタンパク質合成イ
    ンヒビターであって、該インヒビターが、以下:リボソ
    ームサブユニットにおける接触部位と結合する既知の分
    子の表面を模倣するか、または該表面を複製する表面を
    有する結合ドメイン;および該接触部位との該結合ドメ
    インの結合に際して、該リボソームサブユニットの内部
    または隣接する空間を占有し、それによって、該リボソ
    ームサブユニットにおけるタンパク質合成を中断する、
    該結合ドメインに付着されたエフェクタードメイン、を
    含み、ここで、該タンパク質合成インヒビターが、1,
    500未満の分子量を有し、約50μM未満のIC50
    を有する、インヒビター。
  109. 【請求項109】 前記結合ドメインの表面が、前記接
    触部位に結合する既知の抗生物質の表面を模倣するか、
    または該表面を複製する、請求項108に記載のインヒ
    ビター。
  110. 【請求項110】 タンパク質合成インヒビターであっ
    て、以下:大リボソームサブユニットのアニソマイシン
    結合ポケットを共に規定する、表11Aにおける少なく
    とも3個であるが13個未満である残基と接触し得る、
    分子;大リボソームサブユニットのブラスチシジン結合
    ポケットを共に規定する、表12Aにおける少なくとも
    3個であるが20個未満である残基と接触し得る、分
    子;大リボソームサブユニットのカルボマイシンA結合
    ポケットを共に規定する、表13Aにおける少なくとも
    3個であるが16個未満である残基と接触し得る、分
    子;大リボソームサブユニットのチロシン結合ポケット
    を共に規定する、表14Aにおける少なくとも3個であ
    るが20個未満である残基と接触し得る、分子;大リボ
    ソームサブユニットのスパルソマイシン結合ポケットを
    共に規定する、表15Aにおける少なくとも3個である
    が9個未満である残基と接触し得る、分子;大リボソー
    ムサブユニットのヴァージニアマイシンM結合ポケット
    を共に規定する、表16Aにおける少なくとも3個であ
    るが13個未満である残基と接触し得る、分子;大リボ
    ソームサブユニットのスピラマイシン結合ポケットを共
    に規定する、表17Aにおける少なくとも3個であるが
    15個未満である残基と接触し得る、分子;大リボソー
    ムサブユニットのエリスロマイシン結合ポケットを共に
    規定する、表18Aにおける少なくとも3個であるが1
    3個未満である残基と接触し得る、分子;大リボソーム
    サブユニットのアジスロマイシン結合ポケットを共に規
    定する、表19Aにおける少なくとも3個であるが11
    個未満である残基と接触し得る、分子;または大リボソ
    ームサブユニットのリネゾリド結合ポケットを共に規定
    する、表20Aにおける少なくとも3個であるが15個
    未満である残基と接触し得る、分子;を含む、タンパク
    質合成インヒビター。
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