JP2023011613A - 血管新生および/またはリンパ脈管新生関連の疾病の処置のためのsox18タンパク質活性の阻害剤 - Google Patents
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Abstract
Description
初期の成果は、小分子により標的可能なリガンド結合ドメインを含む核受容体に限定されていた。
これらの知見は、ホルモン依存性癌の治療的用途へ翻訳される(translated)(PerissiおよびRosenfeld、2005)。
現在の課題は、核受容体を越えて、小分子薬物の結合ポケットを欠く、より広い範囲の転写因子に到達することである。
この課題は、多くのTFが決まった三次元構造、特にそれらのタンパク質-タンパク質結合ドメイン、の不足(lack)、TFを、組換えにより発現することの困難さ、およびそれらの作用機序を研究するためのアッセイ技術の不足(lack)により困難である(Fontaineら、2015)。
TF活性の調節は、一般に、核内でのそれらの遺伝子発現レベルまたは濃度を変化させることにより、またはDNA若しくはパートナータンパク質のいずれかに対するそれらの結合能力を変化させることにより達成され、後者はTF選択性を達成するより有望な戦略である。
パートナータンパク質のTF採用(recruitment)を邪魔する(disrupting)小分子に関するいくつかの出版物は、この手法の可能性を証明するものである(Miyoshiら、2011、Vassilevら、2004、Filippakopoulosら、2010、Voglerら、2009、Liuら、2014)。
発達因子(developmental factors)の1つのクラス、SOX(SRY関連のHMG-ボックス)TFは、最近、幹細胞プログラミングの重要なレギュレーター、および癌関連状態における分子スイッチであることが明らかとなった(SarkarおよびHochedlinger、2013、Niwaら、2009)。
SOXタンパク質を標的とする以前の試みでは、主として、様々な癌における潜在的な癌遺伝子(Bassら、2009)である、SOX2(Narasimhanら、2011)、および、血管発達のための重要な分子スイッチである(Cermenatiら、2008、Francoisら、2008、Pennisiら、2000)、SOX18(Klausら、2016)、に焦点を当てていた。
Dawsonポリオキソメタレートは、SOX2のDNA結合を阻害することが示されているが、様々なTFファミリーに対して低い選択性のみを示し、そして、インビトロまたはインビボでの機能的アッセイのいずれでも全く試験されなかった(Narasimhanら、2014、Narasimhanら、2011)。
より最近になって、SOXのDNAデコイ(SOX DNA decoys)が、SOX18 のDNA結合およびSOX18-依存性転写促進の選択的阻害剤として使用されている。
これらのデコイは、非SOXのTFよりも高い選択性を示すが、それ自体では細胞膜を通して拡散することができず、それらの適用範囲は限定されている(Klausら、2016)。
SOXのTFの薬理学的調節の、研究されていない態様は、これらのタンパク質がどのようにそれらのパートナーを採用(recruit)し、そして、その結果、様々なタンパク質-タンパク質相互作用(PPI)の範囲を介して転写を調節するかに関する。
おそらく、合成ライブラリーは、標的PPIに必要な構造的多様性を有さない(HopkinsおよびGroom、2002、FeherおよびSchmidt、2003)。
SoxF遺伝子の突然変異または欠失は、動静脈特定化(arteriovenous specification)、血管完全性およびリンパ脈管新生を損ない、癌の動物モデルにおいて腫瘍成長および転移を阻害する(Duongら、2012、Yangら、2013、Zhangら、2009、Youngら、2006)。
より最近になって、高いレベルのSOX18が、ヒト患者における癌の不十分な予後に関連付けられた(Eomら、2012、Pulaら、2013、Jethonら、2015)。
したがって、SOX18タンパク質機能の薬理学的阻害は、癌における血管応答の管理、および血管癌における潜在的な治療的標的のための潜在的な手段を提示する。
その延長線上で、これらの化合物は、更に、癌転移および血管癌等の血管新生および/またはリンパ脈管新生関連の疾病、疾患または状態の処置に有効であることが示される。
R1は、OHおよびOR6からなる群から選択され、
R6はC1~C4アルキルであり;
R2は、H、COOR7およびC(O)NR8R9からなる群から選択され、
R7、R8およびR9は、独立してHおよびC1~C4アルキルから選択され;
R3は、L-Aであり、
Lは、C2~C8アルキル、C2~C8アルケニルおよびC2~C8アルコキシアルキルから選択されるリンカーであり、そして、
Aは、所望により置換されたフェニルおよび所望により置換されたナフチル(napthyl)から選択され;
R4は、H、OR10、ハロおよびC1~C4アルキルからなる群から選択され、
R10は、HおよびC1~C4アルキルから選択され;そして、
R5は、H、OR11、ハロおよびC1~C4アルキルからなる群から選択され、
R11は、HおよびC1~C4アルキルから選択され、
前記化合物は、SOX18活性の阻害に使用されるためのものである。
好ましくは、タンパク質は、SOX7、RBPJ、XRCC5、SOX18、ILF3、DDX17およびそれらの任意の組み合わせからなるリストから選択される。
好ましくは、眼科疾病、疾患または状態は、加齢黄斑変性、糖尿病性網膜症、虚血性網膜症、未熟児の網膜症、血管新生緑内障、虹彩血管新生(iritis rubeosis)、角膜血管新生、毛様体炎、鎌状細胞網膜症、翼状片、角膜損傷中の血管応答およびそれらの任意の組み合わせからなる群から選択される。
好ましくは、癌は、前立腺癌、肺癌、乳癌、膀胱癌、腎癌、結腸癌、胃癌、膵臓癌、卵巣癌、黒色腫、肝細胞腫、肝細胞癌腫、肉腫、白血病、急性T細胞リンパ腫、血管新生物およびそれらの任意の組み合わせからなる群から選択される。
特定の実施形態では、第1の態様の化合物または第2の態様の医薬組成物は、前記癌の転移を予防および/または阻害する。
好ましくは、腎疾病、疾患または状態は、慢性腎移植片機能不全、原発性腎線維化疾患(primary renal fibrotic disorder)、蛋白尿、糖尿病性腎症、腎炎症およびそれらの任意の組み合わせからなる群から選択される。
好ましくは、タンパク質は、SOX7、RBPJ、XRCC5、SOX18、ILF3、DDX17およびそれらの任意の組み合わせからなるリストから選択される。
本特許明細書では、用語「含む(comprise)」、「含んでいる(comprising)」、「含む(includes)」、「含んでいる(including)」、または同様の用語は、非排他的な包含を意味することが意図され、したがって、要素のリストを含む方法または組成物は、それらの要素のみを含むものではなく、列挙されていない他の要素も含み得る。
そのような置換基の例は、メチル、エチル、プロピル、イソプロピル、n-ブチル、sec-ブチル、イソブチル、tert-ブチル、ペンチル、イソアミル、2-メチルブチル、3-メチルブチル、ヘキシル、ヘプチル、2-メチルペンチル、3-メチルペンチル、4-メチルペンチル、2-エチルブチル、3-エチルブチル、オクチル、ノニル、デシル、ウンデシル、ドデシル等からなる群から選択され得る。
参照される炭素数は炭素骨格および炭素分枝に関するが、任意の置換基に属する炭素原子、たとえば、主炭素鎖から分岐するアルキルまたはアルコキシ置換基の炭素原子を含まない。
適切な場合、アルケニル基は、特定数の炭素原子、たとえば、C2~C6アルケニルを含み得、これは直鎖状または分枝状配置における、2、3、4、5または6個の炭素原子を有するアルケニル基を含む。
参照される炭素数は、炭素骨格および炭素分枝に関するが、任意の置換基に属する炭素原子を含まない。
そのような置換基の例は、エテニル、プロペニル、イソプロペニル、ブテニル、s-およびt-ブテニル、ペンテニル、ヘキセニル、ヘプタ-1,3-ジエン、ヘキサ-1,3-ジエン、ノナ-1,3,5-トリエン等からなる群から選択され得る。
特定の実施形態において、アルコキシアルキルは、1~8個の炭素原子(「C1~8アルコキシアルキル」)を含む、酸素結合基を指す。
更なる実施形態において、アルコキシアルキルは、2~8個の炭素原子(「C2~8アルコキシアルキル」)、2~6個の炭素原子(「C2~6アルコキシアルキル」)、2~4個の炭素原子(「C2~4アルコキシアルキル」)または2~3個の炭素原子(「C2~3アルコキシアルキル」)を含む酸素架橋基を指す。
列挙した炭素原子数は、アルコキシアルキル/エーテル鎖全体におけるものを指す。
R1は、OHおよびOR6からなる群から選択され、
R6はC1~C4アルキルであり;
R2は、H、COOR7およびC(O)NR8R9からなる群から選択され、
R7、R8およびR9は、独立してHおよびC1~C4アルキルから選択され;
R3は、L-Aであり、
Lは、C2~C8アルキル、C2~C8アルケニルおよびC2~C8アルコキシアルキルから選択されるリンカーであり、そして、
Aは、所望により置換されたフェニルおよび所望により置換されたナフチル(napthyl)から選択され;
R4は、H、OR10、ハロおよびC1~C4アルキルからなる群から選択され、
R10は、HおよびC1~C4アルキルから選択され;そして、
R5は、H、OR11、ハロおよびC1~C4アルキルからなる群から選択され、
R11は、HおよびC1~C4アルキルから選択され、
化合物は、SOX18活性の阻害における使用のためのものである。
R4は、H、OH、OMe、ClおよびMeからなる群から選択される。
これらの転写因子は、典型的には、胚発達の調節および細胞運命の決定に関与する。
特に、SOX18タンパク質は、他のタンパク質とタンパク質複合体を形成した後、転写レギュレーターとして機能し得る。
SOX18は毛髪、血管、およびリンパ管発達に役割を果たすことが示されている。
SASH1の別名としては、SRY-ボックス18、HLTSおよびHLTRSを挙げることができる。
ヒトにおけるSOX18遺伝子のヌクレオチド配列、またはそのコードされたタンパク質を参照する受入番号の非限定的な例は、当該技術分野で十分理解されているように、NG_008095.1、NM_018419.2およびNP_060889.1を含む。
本明細書で一般的に使用される「SOX18」は、特に明記しない限り、SOX18核酸またはコードされたタンパク質を指し得る。
この関連で、第1の態様の化合物は、SOX18 DNA結合および/またはタンパク質-タンパク質相互作用の阻害を含むがこれに限定されない、血管新生および/またはリンパ脈管新生関連の疾病、疾患または状態の、根底にある細胞シグナル伝達経路の1つ以上に対する効果を有し得る。
更に、SOX18タンパク質は、1つ以上のタンパク質とタンパク質複合体を形成した後、転写レギュレーターとして機能することができる。
DNAは、ゲノムDNAおよびcDNAを含む。
RNAは、mRNA、RNA、RNAi、siRNA、cRNAおよび自己触媒RNAを含む。
核酸は、DNA-RNAハイブリッドでもあり得る。
核酸は、A、G、C、TまたはU塩基を含むヌクレオチドを一般に含むヌクレオチド配列を含む。
しかしながら、ヌクレオチド配列は、非限定的に、イノシン、メチルシトシン(methylycytosine)、メチルイノシン、メチルアデノシンおよび/またはチオウリジン等の他の塩基を含むことができる。
当業者が認識するように、用語「タンパク質」は、その範囲内に、タンパク質のリン酸化形態(即ち、リン酸化タンパク質)および/またはタンパク質のグリコシル化形態(即ち、糖タンパク質)も含む。
「ペプチド」は、50以下のアミノ酸を有するタンパク質である。
「ポリペプチド」は、50を超えるアミノ酸を有するタンパク質である。
好ましくは、タンパク質変異体は、本明細書に開示したまたは当該技術分野で既知のSOX18のアミノ酸配列と、少なくとも70%若しくは75%、好ましくは少なくとも80%若しくは85%、またはより好ましくは少なくとも90%、91%、92%、93%、94%、95%、96%、97%、98%若しくは99%の配列同一性を共有する。
これは通常、水素結合等の非共有化学結合の形成を含む。
PPlは、2成分(2つのタンパク質結合パートナー;二量体)または3成分(3つ以上のタンパク質結合パートナー、たとえば、三量体)であり得る。
PPI内のタンパク質(即ち、結合パートナー)は、同じタンパク質(ホモ二量体またはホモ三量体等)または異なるタンパク質(ヘテロ二量体またはヘテロ三量体等)であり得る。
好ましくは、タンパク質相互作用は、好適な条件下で、タンパク質またはタンパク質サブユニットからのSOX18の解離が起こり得るように、可逆的である。
好ましくは、そのような力は弱く、たとえば、μM範囲内のKd’sを有し、したがって、本発明の化合物は、SOX18とタンパク質との間の相互作用を邪魔(disrupt)することができる。
立体異性体は、エナンチオマー、ジアステレオマー、ラセミ混合物、およびそれらの組み合わせを含み得るが、これらに限定されない。そのような立体異性体は、従来の技術を用いて、エナンチオマー出発物質を反応させることにより、または本発明の化合物およびプロドラッグの異性体を分離することにより調製および分離することができる。
異性体は、幾何異性体を含むことができる。幾何異性体の例としては、二重結合において、trans異性体またはcis異性体(E/Z)が挙げられるが、これらに限定されない。
本発明の化合物の中で他の異性体が想定される。
異性体は、純粋な形態、または本明細書に記載する化合物の他の異性体との混合物のいずれかで使用することができる。
i)個々のエナンチオマーの巨視的結晶を手動で分離する、結晶の物理的分離。この技術は、特に、別々のエナンチオマーの結晶が存在する(即ち、材料は集合体である)、および結晶が視覚的に区別される場合に使用することができる;
ii)個々のエナンチオマーがラセミ体の溶液から別々に結晶化される同時晶析。ラセミ体が固体状態の集合体である場合のみ可能である;
iii)エナンチオマーと酵素との反応速度の違いによる、ラセミ体の部分的または完全な分離である酵素的分離;
iv)合成の少なくとも1つのステップが、所望のエナンチオマーのエナンチオマー的に純粋なまたは富んだ合成前駆体を得るために酵素反応を用いる合成技術である酵素不斉合成;
v)キラル触媒またはキラル補助剤を使用して達成され得る、生成物に不斉(即ち、キラリティー)をもたらす条件下で、所望のエナンチオマーがアキラルな前駆体から合成される化学不斉合成;
vi)個々のエナンチオマーをジアステレオマーに変換する、エナンチオマー的に純粋な試薬(キラル補助剤)とラセミ化合物を反応させるジアステレオマー分離。次いで、得られたジアステレオマーを、それらの現時点ではより異なる構造的差異により、クロマトグラフィーまたは結晶化により分離し、キラル補助剤を後に除去して所望のエナンチオマーを得る;
vii)ラセミ体からのジアステレオマーを平衡化して、所望のエナンチオマーからのジアステレオマーを溶液中で優勢にし、または所望のエナンチオマーからのジアステレオマーの優位な結晶化が平衡を攪乱(perturbs )し、それにより最終的に、原則として全ての材料が所望のエナンチオマーからの結晶ジアステレオマーに変換される、第1および第2種不斉転換。
次いで、ジアステレオマーから所望のエナンチオマーが解放される;
viii)速度論的条件下でのキラル、非ラセミ試薬または触媒とのエナンチオマーの相異なる反応速度による、ラセミ体の部分または完全分割(または、部分的に分割された化合物の更なる分割)を含む速度論的分割;
ix)非キラル出発物質から所望のエナンチオマーが得られ、そして、立体化学的完全性は、合成の過程に亘って損なわれずまたは最小限にのみ損なわれる、非ラセミ前駆体からのエナンチオ特異的合成;
x)ラセミ体のエナンチオマーが、固定相とのそれらの異なる相互作用により液体移動相中に分離される、キラル液体クロマトグラフィー。
固定相は、キラル材料から作製されてもよく、または移動相は、異なる相互作用を引き起こすために追加のキラル材料を含んでもよい;
xi)ラセミ体が揮発し、気体移動相中での固定非ラセミキラル吸着剤相を含むカラムとのそれらの異なる相互作用によりエナンチオマーが分離される、キラルガスクロマトグラフィー;
xii)特定のキラル溶媒への1つのエナンチオマーの優先的な溶解によりエナンチオマーが分離される、キラル溶媒を用いた抽出;並びに
xiii)ラセミ体が薄膜バリアと接触して置かれる、キラル膜を通した輸送。バリアは一般に、一方がラセミ体を含む2つの混和性流体を分離し、濃度差または圧力差等の推進力により膜バリアを通した優先的な輸送が起きる。ラセミ体の一方のエナンチオマーのみを通過させる、膜の非ラセミキラル特性の結果として、分離が生じる。
たとえば、化合物は、薬学的に許容できる塩として提供されてもよい。
使用される場合、薬物化合物の塩は、薬理学的におよび薬学的に許容できる必要があるが、薬学的に許容できない塩は、遊離活性化合物またはその薬学的に許容できる塩の調製に都合よく使用することができ、本発明の範囲から除外されるものではない。
そのような薬理学的におよび薬学的に許容できる塩は、文献に詳細されている標準的な方法を用いて、有機または無機酸との薬物の反応により調製することができる。
しかしながら、薬学的に許容できない酸の塩も、たとえば、化合物の調製および精製に有用であり得る。
本発明による好適な酸付加塩としては、有機および無機酸が挙げられる。
好ましい塩は、塩酸、臭化水素酸、硫酸、リン酸、クエン酸、酒石酸、乳酸、ピルビン酸、酢酸、コハク酸、フマル酸、マレイン酸、オキサロ酢酸、メタンスルホン酸、エタンスルホン酸、p-トルエンスルホン酸、ベンゼンスルホン酸、およびイセチオン酸から形成されるものを含む。
他の有用な酸付加塩は、プロピオン酸、グリコール酸、シュウ酸、リンゴ酸、マロン酸、安息香酸、ケイ皮酸、マンデル酸、サリチル酸等を含む。
薬学的に許容できる塩の特定の例としては、硫酸塩、ピロ亜硫酸塩、重硫酸塩、亜硫酸塩、亜硫酸水素塩、リン酸塩、リン酸一水素塩、リン酸二水素塩、メタリン酸塩、ピロリン酸塩、塩化物、臭化物、ヨウ化物、酢酸塩、プロピオン酸塩、デカン酸塩、カプリル酸塩、アクリル酸塩、ギ酸塩、イソ酪酸塩、カプロン酸塩、ヘプタン酸塩、プロピオール酸塩、シュウ酸塩、マロン酸塩、コハク酸塩、スベリン酸塩、セバシン酸塩、フマル酸塩、マレイン酸塩、ブチン-1,4-二酸塩、ヘキシン-1,6-二酸塩、安息香酸塩、クロロ安息香酸塩、メチル安息香酸塩、ジニトロ安息香酸塩、ヒドロキシ安息香酸塩、メトキシ安息香酸塩(methoxyenzoates)、フタル酸塩、スルホン酸塩、キシレンスルホン酸塩、フェニル酢酸塩、フェニルプロピオン酸塩、フェニル酪酸塩、クエン酸塩、乳酸塩、γ-ヒドロキシ酪酸塩、グリコール酸塩、酒石酸塩、メタンスルホン酸塩、プロパンスルホン酸塩、ナフタレン-1-スルホン酸塩、ナフタレン-2-スルホン酸塩、およびマンデル酸塩が挙げられるが、これらに限定されない。
アミドおよびプロドラッグも当該技術分野で既知の技術を用いて調製することができる。
たとえば、アミドは、好適なアミン反応関与体を用いてエステルから調製することができ、またはアンモニア若しくは低級アルキルアミンとの反応により無水物または酸塩化物から調製することができる。
更に、本発明の化合物のエステルおよびアミドは、好適な有機溶媒(たとえば、テトラヒドロフラン、アセトン、メタノール、ピリジン、N,N-ジメチルホルムアミド)中にて0℃~60℃の温度でカルボニル化剤(たとえば、ギ酸エチル、無水酢酸、塩化メトキシアセチル、塩化ベンゾイル、イソシアン酸メチル、クロロギ酸エチル、塩化メタンスルホニル)および好適な塩基(たとえば、4-ジメチルアミノピリジン、ピリジン、トリエチルアミン、炭酸カリウム)と反応させることにより作製することができる。
結合剤は、ポビドン、澱粉、ステアリン酸、ガム、ヒドロキシプロピルメチルセルロース等の1つ以上を含み得る。
錠剤崩壊剤は、澱粉、クロスカルメロースナトリウム、クロスポビドン、澱粉グリコール酸ナトリウム等の1つ以上を含み得る。
溶媒は、エタノール、メタノール、イソプロパノール、クロロホルム、アセトン、メチルエチルケトン、塩化メチレン、水等の1つ以上を含み得る。
滑沢剤は、ステアリン酸マグネシウム、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸カルシウム、ステアリン酸、ステアリルフマル酸ナトリウム、水素化植物油、ベヘン酸グリセリル(ベヘネート)等の1つ以上を含み得る。
流動促進剤は、コロイド状二酸化ケイ素、タルクまたはコーンスターチ等の1つ以上を含み得る。
緩衝液は、リン酸緩衝液、ホウ酸緩衝液および炭酸緩衝液を含み得るが、それらに限定されない。
充填剤は、ゼラチン、澱粉および合成ポリマーゲルを含む1つ以上のゲルを含み得るが、それらに限定されない。
コーティングは、フィルム形成剤、溶媒、可塑剤等の1つ以上を含み得る。好適なフィルム形成剤は、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、メチルヒドロキシエチルセルロース、エチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、ポビドン、カルボキシメチルセルロースナトリウム、ポリエチレングリコール、アクリレート等の1つ以上であり得る。
好適な溶媒は、水、エタノール、メタノール、イソプロパノール、クロロホルム、アセトン、メチルエチルケトン、塩化メチレン等の1つ以上であり得る。
可塑剤は、プロピレングリコール、ヒマシ油、グリセリン、ポリエチレングリコール、ポリソルベート等の1つ以上を含み得る。
単なる例として、組成物は、錠剤、カプセル剤、カプレット、散剤、注射用液体、坐薬、遅延放出製剤、浸透圧ポンプ製剤の形態、または投与に有効かつ安全な任意の他の形態であり得る。
好ましくは、医薬組成物は、哺乳動物における血管新生および/またはリンパ脈管新生関連の疾病、疾患または状態の処置または予防のためのものである。
投与の経路は、局所、非経口および経腸を含むことができ、経腸は、経口、頬側、舌下、経鼻、肛門、胃腸、皮下、筋内および皮内投与経路を含むが、それらに限定されない。
血管新生および/またはリンパ脈管新生関連の疾病、疾患または状態に関連した用語「回復させる」は、処置の任意の観察可能な有益な効果を指す。
処置は、対象に対して絶対的な有益である必要はない。
有益な効果は、当業者に既知の任意の標準的な方法を用いて決定することができる。
そのような予防は、対象に対して絶対的な有益である必要はないと理解するべきである。
「予防的」処置は、血管新生および/またはリンパ脈管新生関連の疾病、疾患または状態の症状、態様または特徴を発生する危険性を低減する目的で、血管新生および/若しくはリンパ脈管新生関連の疾病、疾患若しくは状態の徴候を示さない、または初期徴候のみを示す対象に投与される処置である。
有効量は、患者の年齢、性別、体重等によって、当業者が理解するように変動するであろう。適切な投与量または投与計画は、日常的な治験を介して確認され得る。
好適な脊椎動物としては、霊長類、鳥類、家畜動物(たとえば、羊、雌牛、馬、ロバ、豚)、研究室試験動物(たとえば、兎、マウス、ラット、モルモット、ハムスター)、伴侶動物(たとえば、猫、犬)および捕獲された野生動物(たとえば、キツネ、シカ、ディンゴ)が挙げられるが、これらに制限されない。
好ましい対象は、本明細書に記載した血管新生および/またはリンパ脈管新生関連の疾病、疾患または状態の処置を必要とするヒトである。
しかしながら、前述した用語は、症状が必ず存在することを暗示するものではないことが理解されるであろう。
血管新生の制御は、特定の疾病、疾患または状態において変更されていることが理解されるであろう。
そのような疾病の多くは、病理学的血管新生(即ち、不適当な、過剰なまたは望ましくない血管形成)を含み、病理学的血管新生は疾病状態を支持し、多くの場合、そのような疾病に関連した細胞および組織損傷に寄与する。
血管新生関連の疾病、疾患または状態(即ち、病理学的血管新生を含むもの)は、多数および様々であり得、たとえば、様々なタイプの癌、慢性炎症性疾病、および血管新生疾病を含み得る。
慢性炎症性疾病、疾患または状態の例としては、クローン病および潰瘍性大腸炎等の炎症性疾患、関節リウマチ、ループス、乾癬、アテローム性動脈硬化症および糖尿病が挙げられるが、これらに限定されない。
リンパ脈管新生は、成長因子、サイトカインおよびケモカインの複雑なネットワークにより最終的に制御され、癌成長および転移、炎症並びに移植片拒絶を含むがこれらに限定されない多数の病理学的条件下で起こり得る(たとえば、El-Chemaly、Ann N Y Acad Sci(2008);Patel、Seminars Ophtalmol(2009);El-Chemaly、Lymphatic Res Biol(2009);Pepper、Clin Cancer Res(2001)参照)。
転移に関連して、癌細胞は、リンパ管を介してリンパ節および遠隔器官に転移し得、これは多くの場合、原発癌を越える癌細胞の伝播の最初ステップである。
これを目的として、血管新生および/またはリンパ脈管新生は、加齢黄斑変性、糖尿病性網膜症、虚血性網膜症、未熟児の網膜症、血管新生緑内障、虹彩血管新生(iritis rubeosis)、角膜血管新生、毛様体炎、鎌状細胞網膜症、角膜損傷中の血管応答および翼状片等の眼科疾病、疾患または状態の発生に中心的な役割を果たし得る。これらの眼科疾病、疾患または状態が進行するにつれて、眼の血管は過剰に増殖し得るだけでなく、新しい血管は弱く、漏れやすく、出血する傾向もあり得る。そのため、新たな異常な血管は、出血し、続いて対象に失明をもたらす場合がある。
これらは、
乳癌、肺腺癌を含む肺癌、
卵巣癌、頸部癌、子宮癌および前立腺癌を含む生殖器系の癌、
脳および神経系の癌、頭部および頸部癌、
結腸癌、結腸直腸癌および胃癌を含む胃腸癌、
肝癌、腎臓癌、黒色腫および皮膚癌腫等の皮膚癌、
リンパ系癌および骨髄単球性癌を含む血液細胞癌、
膵臓癌および下垂体癌等の内分泌系の癌、
骨および軟組織癌を含む筋骨格癌、
血管腫、血管腫および血管肉腫等の血管癌または新生物を含み得るが、それらに限定されない。
「転移」は、転移の結果として形成された二次腫瘍またはコロニーを指し、そして、微小転移と、局所および遠隔転移とを包含する。
これを目的として、原発癌における血管の形成は、癌細胞を血流に進入させ、身体全体に循環させるだけでなく、一次部位から転移した癌細胞により播種された転移性癌の形成および成長を支持する。
好ましくは、腎疾病、疾患または状態は、慢性腎移植片機能不全、原発性腎線維化疾患、蛋白尿、糖尿病性腎症、腎炎症およびそれらの任意の組み合わせからなる群から選択される。
これを目的として、アテローム性動脈硬化症における病理学的変化は、少なくとも部分的に、慢性炎症および血管新生に起因し得ることを、当業者は認識するであろう。
更に、NF-kB依存性アテローム生成的炎症性応答と、SOX18調節との間の関連性が示されており、SOX18はアテローム性動脈硬化症の発生に役割を果たし得ることが示唆される(Garcia-Ramirezら、2005)。
Sox18は、動脈硬化巣において過剰発現していることも示されており、そして、したがって、疾病病因論の主要な構成要素であり得る(Brownら、2014)。
この関連で、乏毛症・リンパ水腫・毛細血管拡張症症候群(Hypotrichosis-Lymphedema-Telangiectasia Syndrome)は、SOX18遺伝子における突然変異に関連することが認識されるであろう。
その結果として、1つの節に詳細に記述された特徴は、他の節に詳細に記述された特徴と適宜組み合わせることができる。
本発明は、本発明の化合物のある特定の実施形態およびそれらの有効性を、本発明を少しも限定することなく説明するものである。
材料および方法
化合物の調製
海産物抽出物ライブラリー
オーストラリアおよび南極に亘って収集した海産物ライブラリーから生成したn-ブタノール画分のライブラリーをスクリーニングに使用した。
活性画分を純粋な化合物に分画し、これを元の画分と同じ方法で再アッセイした。
EtOH抽出物をデカントし、濃縮し、そして、n-BuOHおよびH2O相に分配した後、深い96ウェルプレートに移動し、>10倍濃度の小分子とした一方、塩を除去した。
n-BuOH画分(乾燥残留物の25mg/mL w/v)を、10-および100倍希釈(2.5および0.25mg/mL)の後にスクリーニングに使用した。
活性画分をヘキサン、CH2Cl2およびMeOH中で粉砕し、そして、HPLCにより純粋な化合物に分画した。
全化合物を画分として同じ方法でアッセイした。
褐藻カウロシスティス・セファロルニトス(Caulocystis cephalornithos)(CMB-01671)のサンプルの水性EtOH抽出物を、真空下で濃縮し(4.8g)、そして、n-BuOH(0.80g)およびH2O(4.0g)可溶性材料に分配した。
n-BuOH可溶性分配物のアリコート(40mg)を、HPLC分画(Agilent Zorbax SB C18 5μM、250×9.4mmカラム、60%のMeOH/H2O~100%のMeOHで10分間、次いで100%のMeOHで10分間の4mL/分の勾配溶出、アイソクラティック(isocratic)組成0.01%のTFA修飾剤を含む)に供して、6-ウンデシルサリチル酸(Sm1、5.9mg、RT 12.8分)および6-トリデシルサリチル酸(Sm2、11mg、RT 13.7分)を得た。
合成類似体を、EndoTherm GmbH(Germany)およびPrinceton BioMolecular Research(USA)から購入し、HP-LC/MSにより純度に関して分析した。
SARライブラリーを設計して、サリチル酸骨格の親油性テールの役割および可能な置換基を研究した。
下記に概略した6ステップの合成は、置換安息香酸から開始し、ウィッティヒ(Wittig)オレフィン化反応を用いて親油性テールを導入した。
部分的に保護された中間体もSARライブラリーに含まれていた。
全ての化合物は、HPLCにより精製された(純度>90%、UV/ELSD/MS)。
試薬および無水溶媒(THF、ジクロロメタンおよびアセトニトリル)を受け取ったままで使用した。
反応の進行を、UV検出を有するMerckシリカゲル60 F-254を使用したTLCにより監視した。
シリカゲル60(Merck 40~63μm)をカラムクロマトグラフィーに使用した。
以下の染色溶液を、UV光に加えて、蛍光TLCプレートと共に使用した:リンモリブデン酸、アニスアルデヒド/EtOH。
無水条件を必要とする反応は、窒素下で行った。
Varian Unity 400MHzまたはBruker Avance 600MHz分光計上で、d4-MeOHまたはCDCl3中で、298KでNMRデータを収集および較正した。
G1316A UV-Vis検出器、1200 Series ELSDおよび6110四重極ESI-MSを装着したAgilent Technologies 1200 Series機器上で、HPLCおよび所定の質量スペクトルを得た。
高分解能質量分析法(HRMS)は、Bruker MicroTOF質量分析計で行った。
各々の置換安息香酸から置換N,N-ジエチルベンズアミドを調製した。
酸(5g、32.9mmol)を、塩化水素の放出が停止するまで、過剰の塩化チオニル(50mL)と共に還流した。
過剰の塩化チオニルを減圧下で除去し、そして、トルエン(3×15mL)と共に共蒸留した。酸塩化物を、乾燥CH2Cl2(100mL)に溶解し、ジエチルアミン(13.6mL、131.5mmol)を0℃で滴加し、そして、室温で一晩撹拌した。
反応混合物を、CH2Cl2(100mL)で希釈し、水(50mL)、ブライン溶液で洗浄し、無水MgSO4上で乾燥した。
有機層を、ロータリーエバポレーター上で除去して粗化合物を得た。
この粗化合物を、フラッシュカラムクロマトグラフィーにより精製して、純粋なジエチルベンズアミドを得た。
TMEDA(0.55mL、3.7mmol)の乾燥THF(10mL)溶液に、s-BuLi(2.6mL、3.7mmol、シクロヘキサン中1.5M)を-78℃で加え、そして、15分間撹拌した後、THF(5mL)中の1-メトキシ-N,N-ジエチルベンズアミド(0.35g、1.7mmol)を加えた。
同温で、2時間撹拌した後、無水DMF(0.52mL、6.8mmol)をゆっくり加えた。
反応混合物を、室温まで放置して温め、そして、30分間撹拌した。
6NのHCl水溶液(10mL)を加えることにより、反応をクエンチし、そして、酢酸エチル(3×15mL)で抽出した。
合わせた有機層を、ブライン(10mL)で洗浄し、そして、MgSO4上で乾燥した。
真空下で溶媒を除去した後、残留物をフラッシュカラムクロマトグラフィー(n-ヘキサン/酢酸エチル、1/2)により精製して生成物を得た。
N,N-ジエチルベンズアミド(1.3mmol)を、氷酢酸(3mL)に溶解し、10%HCl水溶液(3mL)を加え、そして、混合物を12時間還流した。
室温に冷却した後、酢酸を減圧下で除去し、水で希釈し、そして、EtOAc(30mL)で抽出した。
有機層をブラインで洗浄し、分離し、そして、無水MgSO4上で乾燥した。
溶媒を減圧下で除去して生成物を得た。
ウィッティヒ塩(1.0mmol)のTHF(10mL)中の懸濁液に、t-BuOK(2.0mmol)またはNaH(2.0mmol)を、0℃で加え、そして、30分間撹拌した。
THFに溶解したアルデヒド(0.8mmol)をゆっくり加え、そして、室温で一晩撹拌した(反応は、NaH、エントリー2、4、5、6を使用して、50℃で行った)。
反応を、水でクエンチし、そして、EtOAc(30mL)中に抽出した。
有機層をブライン(20mL)で洗浄し、MgSO4上で乾燥し、濾過し、真空下で濃縮して粗化合物を得た。
この粗化合物をフラッシュカラムクロマトグラフィーにより精製して純粋な生成物を得た。
方法A(BBr 3 を使用する)5
化合物(74mg、0.192mmol)の塩化メチレン(70mL)溶液を、-78℃で、BBr3(塩化メチレン中、1.0M、0.576mL、0.576mmol)で処理した。
この混合物を、-78℃で、2時間撹拌した後、そして、次いで、飽和NH4Cl水溶液(10mL)でクエンチした。
混合物を放置して、室温にし、そして、塩化メチレン(30mL)で希釈した。
有機層をブライン(10mL)で洗浄し、MgSO4上で乾燥し、濾過し、真空下で濃縮した。
方法B(HBrを使用する)6
化合物(100mg、0.192mmol)の48%HBr水溶液(3.0mL)を、3時間加熱還流した。
反応の完了後、放置して室温に戻し、そして、減圧下で蒸発させて粗残留物を得た。
この粗化合物をEtOAc(30mL)で抽出し、水(20mL)で洗浄した。
有機層を分離し、乾燥し(MgSO4)、そして、濃縮して生成物を得た。
オレフィンの1:1(EtOAc:MeOH)溶液に、10%のPd/C(10mol%)を加え、そして、水素雰囲気下で、室温で、2時間撹拌した。
反応の完了後、セライトベッドで濾過した。
濾液を減圧下で除去して、生成物を得た。
マウスSOX HMG断片
マウスSOX2(グループB)、SOX11(グループC)、SOX6(グループD)、SOX9(グループE)、SOX18(グループF)およびSOX15(グループG)のHMGドメインを、cDNA鋳型(IMAGE cDNAクローンID:Sox18:3967084;Sox9:5354229;Sox4:6822618)から、pDONRTM221 pENTRYベクターにBPクローニングし、配列決定し、Gateway(登録商標)LR Technology(Ngら、2012)を用いて、pETG20AまたはpHisMBP発現プラスミドに組み入れた。
このコンストラクト(Constructs)を大腸菌(Escherichia coli)BL21(DE3)細胞(Luria-Bertani、100μg/mlアンピシリン)内に形質転換した。
N-末端タグ化マウスHIS-GST-SOX18を、Sf9細胞内で組換え的に発現させ、GST樹脂(GE Healthcare Life Sciences、Sweden)上で精製し、そして、Tris緩衝液(50mMのTris、500mMのNaCl、10mMの還元グルタチオン、pH8.0)中で溶出した。
マウスSox18のcDNAクローンをPCR増幅し、そして、pOPIN-GSTベクターにクローニングして、N-末端タグ化HIS-GST-SOX18を生成した。
配列を確認したコンストラクトを、フラッシュBACULTRA(flashBACULTRA)(Oxford Expression Technologies、Oxford、United Kingdom)のバキュロウイルスDNA(baculovirus DNA)と共にツマジロクサヨトウ(Spodoptera frugiperda)Sf9細胞に共トランスフェクトして、組換え的に発現されたHIS-GST-SOX18を得た。
Sf-900(商標)II血清フリー培地中のHigh Five細胞(BTI-TN-5B1-4)を、1.5×106細胞/mLの細胞密度で、5PFU/細胞の感染多重度(MOI)で感染させ、そして、21℃で144時間インキュベートした後回収した。
100mLの発現培地からの細胞ペレットを、30mLのリン酸溶解緩衝液(50mMのリン酸ナトリウム、500mMの塩化ナトリウム、1%のTriton X-100、2mMの塩化マグネシウム、1錠の完全プロテアーゼ阻害剤カクテル(cOmplete Protease Inhibitor Cocktail)、pH7.5)に再懸濁し、そして、氷上で20秒間超音波処理した。
細胞溶解物を、17,000×g、4℃で、40分間遠心分離した。
上清を、DNA分解のために、Benzonase Nuclease(Merck Millipore)と共に、室温で、1時間インキュベートした後、500μLのGST樹脂(GE Healthcare Life Sciences、Sweden)と共に混合し、回転輪上で、室温で、1時間インキュベートした。
サンプルを、500×gで、1分間、遠心分離して、上清中の非結合タンパク質を除去した。
樹脂を、更に、50樹脂体積(RV)の洗浄緩衝液(50mMのリン酸ナトリウム、500mMのNaCl、pH7.5)で洗浄し、非結合タンパク質を上記のように遠心分離により除去した。
結合したタンパク質を、3×1 RV溶離緩衝液(50mMのTris、500mMのNaCl、10mMの還元グルタチオン、pH8.0)を用いて、樹脂から溶離し、上清を、上記のように遠心分離により収集した。
DNA結合競合アッセイを、黒色384ウェルプレート内で、マウス完全長SOX18、またはSOX-HMG断片を用いて行った。
全ての実験は、蛍光標識Prox1-DNAエレメントを使用して行った。
コントロールは、フリー標識DNA(低FPミリ-分極指数、mP)、タンパク質の存在下の標識DNA(ネガティブコントロール、高mP)、並びに競合する過剰の非標識DNAの存在下の標識DNAおよびタンパク質(ポジティブコントロール、低mP)からなっていた。
全ての実験は、5’フルオレセインアミダイト(FAM)標識(Sigma ProligoまたはInVitrogen)を有する、40bp二本鎖Prox1-DNAエレメントを使用して行った。
最適結合レベルは、5nMの標識DNAの存在下、200nMのマウス完全長SOX18および60nMのSOX-HMG断片で得られた。
コントロールは、フリー標識DNA(低FPミリ-分極指数、mP)、タンパク質の存在下の標識DNA(ネガティブコントロール、高mP)、並びに400倍競合過剰の非標識DNAの存在下の標識DNAおよびタンパク質(ポジティブコントロール、低mP)からなっていた。
化合物に応じて、最終DMSO濃度は2~3.33% v/vの範囲であった。
タンパク質、DNAプローブおよび化合物を混合した後、プレートを密閉し、そして、暗所内にて、室温で、5分間、37℃で10分間、および室温で30分間、素早くかき混ぜた後、蛍光分極をTecan M1000Pro(λexc=485nm、λem=525nm)上で読み取った。全ての実験は、3回行った。
猿腎臓線維芽細胞様細胞(COS-7)を、FBS、ピルビン酸ナトリウム、L-グルタミン、ペニシリン、ストレプトマイシン、非必須アミノ酸およびHEPESを有するDMEM(Life technologies、11995)中で、37℃、5%のCO2で培養した。
細胞を、96ウェルプレート内で、80%のコンフルエンシーまで増殖させ、そして、X-tremeGENE 9 DNAトランスフェクション試薬(Roche、06365787001)を使用して、マウスプラスミドpGL2 Vcam 1プロモーターコンストラクト(VC1889)およびpSG5 Sox18をトランスフェクトした(Hoskingら、2004、Duongら、2014)。
4~6時間のトランスフェクション後、溶解およびルシフェラーゼアッセイ(Perkin Elmer、6016711)の前に、細胞を、0.5%のFBS培地中の化合物と共に、更に24時間インキュベートした。
プラスミドの調製および細胞フリー発現
全てのタンパク質を、増強GFP(GFP)、mCherryおよびcMyc(myc)タグで、遺伝子にコードし、そして、細胞フリー発現ベクターにクローニングした(Gagoskiら、2015、Siereckiら、2013)。
翻訳コンピテントのリーシュマニア・タレントラエ抽出物(Translation competent Leishmania tarentolae extract)(LTE)を以前記載されたように調製して、タンパク質対を共発現させた(Kovtunら、2011、Mureevら、2009)。
N-末端GFPタグ化(pCellFree_G03)、
N-末端Cherry-cMyc(pCellFree_G07)および、
C-末端Cherry-cMycタグ化(pCellFree_G08)(Gagoskiら、2015)。
ヒトRBPJ(BC020780)およびMEF2C(BC026341)オープンリーディングフレーム(ORF)を、以前記載されたように、ヒトORFeomeコレクション、バージョン1.1および5.1、並びにヒトOrfeome collaboration OCAAコレクション(Open Biosystems)から調達し(Siereckiら、2013)、そして、ARVEC施設、UQ Diamantina Instituteにてクローニングした。
エントリークローンpDONOR223またはpENTR201ベクターを、LR組換えにより、発現プラスミド内のccdB遺伝子と交換した(Life Technologies、オーストラリア)。
完全長ヒトSOX18遺伝子を合成し、そして、ベクターへの移動は、Gateway PCRクローニングを用いて実現した。
翻訳コンピテントのリーシュマニア・タレントラエ(Leishmania tarentolae)抽出物(LTE)を以前記載されたように調製した(Kovtunら、2011、Mureevら、2009)。
30nMのGFP鋳型プラスミドおよび60nMのCherry鋳型プラスミドをLTEに加え、27℃で3時間インキュベートすることにより、タンパク質対を共発現させた。
タンパク質-タンパク質相互作用(IC50)の邪魔(disruption)に関するアッセイを、LTE中でタンパク質対を発現させ、そして、緩衝液B中の希釈範囲の試験化合物(0.3~300μM)またはDMSO(0.7% DMSO最終)と共に1時間インキュベートすることにより行った。相互作用の百分率は、3回の独立の実験から次のように計算した:
(I_cpd/I_DMSO)×100。
関心対象のタンパク質を共発現しているLTE溶解物を、緩衝液A(25mMのHEPES、50mMのNaCl)中で希釈した。
アッセイのために、緩衝液B(25mMのHEPES、50mMのNaCl、0.001%のNP40、0.001%カゼイン)中の12.5μL(0.4μg)の抗cMyc被覆アクセプタービーズを各ウェル内に等分した。続いて、異なる濃度の2μLの希釈サンプル、および緩衝液A中の2μLのビオチン標識GFP-Nanotrapを加えた。
プレートを、室温で、45分間インキュベートした後、緩衝液A中で希釈した2μL(0.4μg)のストレプトアビジン被覆ドナービーズを加え、そして、暗所内で、室温、45分間、インキュベートした。
ALPHAScreenシグナルを、Envision Plate Reader(PerkinElmer)上で、製造業者の推奨設定(λexc=680/30nmで0.18秒、37ms後にλem=570/100nm)にしたがって、測定した。
得られた鐘形曲線は正の相互作用を示す一方、平坦な線は、タンパク質間の相互作用の欠如を反映する。
各タンパク質対の測定は、3回繰り返した。
シグナルを、最強の相互作用に関して得られたIrefシグナルに対して正規化した。
タンパク質-タンパク質相互作用(IC50)の邪魔(disrupt)に関するアッセイは、LTE中でタンパク質対を発現させ、そして、緩衝液B中の希釈範囲若しくは単一濃度の試験化合物(0.3~300μMまたは50μM)またはDMSO(0.7% DMSO最終)と共に1時間インキュベートすることにより行われた。
相互作用の百分率は:
3回の独立した実験からのデータを、GraphPad Prismバージョン6.0において、3-パラメーター非線形回帰を用いて適合させた。
共免疫沈降を、以前記載されたように行った(Siereckiら、2014)。
手短には、SOX18-Cherry-cMycを、リーシュマニア・タレントラエ(Leishmania tarentolae)細胞フリーのタンパク質発現システム内で、ネガティブコントロールベイトとしてのGFP-RBPJ、GFP-MEF2CまたはGFPコンストラクトと共に共発現させた。
NaClを発現タンパク質(200mM)に加え、そして、サンプルを10μLのGFP-ナノトラップ被覆ビーズ(MBP-GFP-Nanotrapと結合したNHS活性化セファロース)と共に、回転による穏やかな混合を用いて、4℃で、30分間、インキュベートした。
続いて、ビーズを200μLの洗浄緩衝液(0.1%のTriton X-100および200mMのNaClを有するPBS)で6回洗浄した。
15μLの2xNuPAGE LDS負荷緩衝液中で、72℃で、3分間加熱することにより、タンパク質をビーズから解放し、そして、NuPage Novex 4~12%ゲル(Life Technologies、オーストラリア)上で分離した。
ChemiDoc MP System(Bio-Rad、オーストラリア)を使用して、ゲルを、GFPおよびCherry蛍光に関して走査した。
ミセルへの蛍光剤、1,6-ジフェニル-1,3,5-ヘキサトリエン(DPH)の組み入れに基づいて、臨界ミセル濃度を決定した(ChattopadhyayおよびLondon、1984)。
小分子およびポジティブコントロール(中性洗剤Triton X100および陰イオン性洗剤SDS)を低結合96ウェルプレート内で、1000μMから0.1μMへカスケード希釈した。
希釈は、200mMのNaClまたはFP緩衝液中で行った。DPHは、5μMで、黒色384ウェルプレート内に補充した。
室温で30分間のインキュベーション後に、蛍光強度(λexc=360nm、λem=430nm)を測定して、CMC推移をグラフにより概算した。
アラマーブルーを使用して、細胞毒性を、以前記載されたように決定した(McMillianら、2002)。
COS-7細胞を、黒色壁透明底96ウェルプレート内で、10%のFBSを有するDMEM培地(Life Technologies オーストラリア)中に、ウェル当たり、7000細胞として播種した。
ATCCのHepG2およびHEK293細胞株を、黒色壁透明底384ウェル細胞培養プレート内で、1%FBSを有するDMEM中、1ウェル当たり5000細胞として播種した。
これらの細胞を、37℃、5%CO2で24時間培養した。
段階希釈の化合物を加え、最終DMSO濃度を0.5%v/vに調整した。
細胞を更に24時間インキュベートした。1%のTriton X-100をネガティブコントロールとして使用し、そして、0.5%のDMSOをポジティブコントロールとして使用した。37℃で、2時間のインキュベーション後、5μMアラマーブルーを各ウェルに加え、そして、蛍光を測定した(λexc=560nm、λem=590nm)。
データをPrismソフトウエアを使用して分析した。
化合物を、HBS-EP緩衝液(10mMのHEPES、150mMのNaCl、3mMのEDTA、0.005%のv/vポリソルベート20、pH7.4)中の1%v/vのDMSOにて試験した。1% v/vのDMSOで補充した同じ緩衝液を、移動相として使用した。
DNA小溝バインダーである、DAPI(4’,6-ジアミジノ-2-フェニルインドール)、DNAインターカレターおよび小溝バインダーである、アクチノマイシンD、およびDNAインターカレターである、臭化エチジウムを、ポジティブコントロールとして使用した。
ビオチン化(プローブ当たり1つのタグ)二本鎖DNAプローブを、Geneworksから購入した単鎖逆平行DNAプローブの標準的なアニーリングルーチン(100℃で5分間、室温で一晩、および20℃で保存)を用いて調製し、そして、製造業者の推奨にしたがって、CM5-SAストレプトアビジンチップ上に固定化した。
流れる緩衝液の流速を25μL/分に設定し、サイクルは、化合物およびアクチノマイシンDの場合、4分間の会合、4分間の解離、その後の再生のための10秒間の、10mMのGly-HCl、pH2.5のパルス、および1分間の安定化からなっていた。
DAPIはいずれの再生も必要としなかったが、臭化エチジウムの場合、安定化の前に、0.5% v/vのSDSの25μL/分で、40秒間のパルスを再生のために必要とした。
全てのサンプルおよびコントロールサイクルを、3回行った。
DMSO較正を製造業者の推奨にしたがって、行った。
各注入後、50% v/vのDMSOを用いてフローシステムの追加の洗浄を行って、キャリーオーバーを回避した。
実験は、Biacore T200(GE Healthcare、USA)上で行い、1つのフローセルを参照として保った。
差分静的光散乱研究を、Harbinger Biotech StarGazer上で、Prox1-DNAまたは推定小分子リガンドのいずれかの存在および非存在下で、マウスSOX18-HMG(109aa)を使用して行った。
凝集温度の変化がもはや濃度に依存しない、化合物の濃度を評価するために初期実験を行った。
使用した最終濃度は、DMSOの濃度を3%までに制限する必要性に応じて、500μM(Sm4およびSm14)~1.5mM(Sm5)の範囲であった。
17bp Prox1-DNAオリゴヌクレオチドを、最終濃度10μMで使用した。
結合を3回行い、そして、リガンドの存在下、Tagg(凝集温度)の>2℃の増大により検出した。
Taggは、同じタンパク質バッチを用いて、1回、測定した。
反応を、3% v/vのDMSOを有するTris-NaCl緩衝液(10mMのTris-HCl、150mMのNaCl、pH8)中で、最終反応容積45μLで、154μMのマウスSOX18-HMG濃度で行った。
これらは、測定前に室温で1時間インキュベートした。タンパク質を1℃/分の速度で25℃から80℃に加熱した。
総強度を各サンプルに関して温度に対してプロットし、そして、非線形回帰によりボルツマン方程式に適合させた。
リガンド-タンパク質ドッキング
SOX18/DNA複合体内へのSm4のインシリコドッキングを、LeadIT/FlexX(BioSolveIT、Germany)を使用して行った。
ドッキングは、SOX18-HMG/Prox1-DNA(pdb:4Y60)の構造から全水分子を除去し、そして、タンパク質/複合体全体を可能な結合部位と規定することにより行った。
Sm4の最良の20ドッキングポーズを分析し、そして、4つのクラスターに分類した。
SOX18/DNAは従来の結合ポケットを含まないため、各ポーズクラスターを更に200ns長MDシミュレーションにより検証した。
MDシミュレーションは、その異なる結合ポーズにおいて、完全SOX18/DNA構造を、Sm4と使用して行った。
MDシミュレーションの分析により、ポーズの3つが不安定であり、Sm4を用いると、最初の3~14nsのシミュレーションで、タンパク質とのその相互作用を破壊、シミュレーションの残りの間、水溶媒中に残留することが明らかとなった。
MDシミュレーションが生成したポーズの1つのみが、全200nsのシミュレーション中にSm4の安定な結合ポーズを生成した。
同様に、Sm4、およびDNAを有さないSOX18を用いて、ドッキングおよびMDシミュレーションを行った。
しかしながら、4-ポーズクラスターのいずれも、MDシミュレーション中に安定な結合配向を生成しなかった。
比較のために、Sm4を有さない、SOX18/DNAおよびDNAを有さないSOX18に関してMDシミュレーションを行い、Sm4リガンドを有する構造と同様の立体構造および動的挙動を生成した。
Notch1転写複合体とSOX18との間のタンパク質-タンパク質ドッキングを、ClusProオンラインサーバーバージョン(cluspro.bu.edu)を用いて、
Notch1転写複合体およびSOX18-HMGの構造に関して、それぞれpdb:3V79およびpdb:4Y60を使用して行った。
DNA分子を、ClusProがそれらを処理できないため、ドッキング前に除去し、そして、ドッキング後に再建した。
クラッシュするDNA分子を有するドッキングソリューションは拒絶された。
得られたトップドッキングポーズを出発立体構造として、50ns長MDシミュレーションにて使用して、ドッキングポーズを最適化し、そして、多タンパク質複合体の安定性を検証した。
AMBER MDソフトウエア「pmemd」を使用して、タンパク質およびDNAにff99SB力場を使用し、潜在的な水にTIP3を使用し、そして、周期的境界条件(NTP)、長距離静電気相互作用に関して粒子メッシュエバルト(PME)法、温度カップリングに関して等方圧力カップリング(isotropic pressure coupling)およびランジュバンサーモスタット(gamma_ln=1/ps)を適用して、任意のMDシミュレーションを行った。
2fsステップサイズを用いてシミュレーションを行い、SHAKEアルゴリズムを用いて水素に関与する結合を制約した。
Sm4を用いたMDシミュレーションの場合、AMBERパッケージのAntechamberを使用して、リガンドに関する力場パラメーターを計算した。
全てのMDシミュレーションは、構造を最小化し、そして、位置拘束をゆっくり5nsに亘って低下させることによりそれらを平衡化して行った。
各シミュレーションは、初期速度の割当てに異なる乱数を使用して3回行った。
Cayman Chemical Company製のCOX1およびCOX2阻害剤スクリーニングアッセイキット(Ref# 701090および701080)を使用して、COX阻害活性を測定した。
全ての化合物を、2%v/vの最終DMSO中の、単一の200μM濃度で、4回試験した。
化合物を、ヒツジCOX1またはヒトCOX2と共に37℃で10分間プレインキュベートした後、COX基質アラキドン酸と共に更に3分間インキュベートした。
濃塩酸を添加することにより反応を停止した。
プロスタノイド標準曲線を準備し、そして、酵素イムノアッセイを製造業者の説明の通りに行った。
DMSOコントロール、熱不活性化COX酵素を有する100%阻害コントロール、および200μMメクロフェナム酸ポジティブコントロール(強力な非選択的COX1/2阻害剤)を参照のため含めた。
プロスタノイド標準値を、ロジット(B/B0)対log濃度としてプロットし、そして、GraphPad Prismバージョン6.0を使用して、直線回帰に適合させた。
標準曲線線形適合を用いて各サンプル濃度を計算した。
図24Bは、Chenら(Cell 156、1274-1285;2014)に概略されるような、分子軌跡の二次元追跡と、MATLABを使用する分析とを含む、実験的ワークフローを示す。
本発明者らは、不動のDNA結合部分(%、円グラフに示す)は、1つの同じDNAの位置における滞在時間に応じて、特異的および非特異的の2つのタイプがあることに注目する;滞在時間が短時間(平均1秒未満)の場合、これは非特異的結合(即ち、ランダムDNA部位への一過性結合)と見なされ、そして、長時間(平均5~6秒を超える)の場合、これは特異的結合(即ち、転写効果を有する標的DNA部位へのより長い結合)と見なされる。
不動のDNA結合部分の滞在時間(棒グラフで示す)も、特異的および非特異的の2つのタイプがある:SOX18分子がDNAに非特異的に(平均1秒未満)または特異的に(平均5~6秒を超える)結合する、秒での時間長。
単分子追跡は、Hela細胞をSOX18-Halotagレポーターコンストラクトでトランスフェクトした後に行われる。
この発現ベクターにより、本発明者らは、Halotagシステムによる酵素処理後に、蛍光性となるリガンドの添加後、SOX18タンパク質の単一分子を検出することができる。
リアルタイムイメージングは、ZEISS ELYRA超分解能顕微鏡を使用したTIRF顕微鏡法(HiLo)の修正バージョンを用いて行われる。
SOX18-DNA結合の阻害のための天然産物のスクリーニング
海産物抽出物ライブラリーを、蛍光分極に基づくアッセイ(FP)を用いて、DNAに対するSOX18タンパク質(完全長ハツカネズミ)の結合の阻害剤に関してスクリーニングした。
本発明者らは、Prox1遺伝子の第1のイントロンに見出される、コンセンサスSOXモチーフを持つ蛍光標識オリゴヌクレオチドである、SOX18直接標的を選択した(Francoisら、2008)(図1A)。
ライブラリーは、50,000以上の構造を含む、2,000の精製代謝物および2,688の海産物抽出物を含む。
この一次スクリーニングは、様々な門から収集した、16の活性な抽出物、即ち、海綿(10)、藻類(5)および尾索類(1)を特定した(ヒット率0.6%、一次スクリーニングZ’値=0.62)(Zhangら、1999)。
続く抽出物解析は、生物学的に活性な分子の効力および存在量に基づいて優先順位をつけられ、最も活性な抽出物は、2つの活性化合物:6-ウンデシルサリチル酸(Sm1)、および6-トリデシルサリチル酸(Sm2)を生成する褐藻カウロシスティス・セファロルニトス(Caulocystis cephalornithos)に由来した(図1B)。
Sm1およびSm2の両方に関する用量応答スクリーニングは、高いマイクロモル範囲にて阻害効果(IC50)をもたらした(図1C)。
両方の活性化合物は、大きい脂肪族基を有するサリチル酸骨格を含む。
次のステップにおいて、本発明者らは、類似体の小ライブラリーを設計して、サリチル酸(ヒドロキシル安息香酸)活性骨格を検証し、その構造-活性関連性プロファイルを研究した。
図2Aに示した選択は、類似するレゾルシノール骨格(カルボキシル酸を更なるヒドロキシルで置き換えている)を有する化合物、並びに類似するサリチル酸またはアントラニル酸骨格(ヒドロキシルをアミンで置き換えている)を含む多数の承認されたNSAIDも含んでいた。
ライブラリーを購入し、FPアッセイを用いて、SOX18-DNA結合の阻害に関してスクリーニングした。
このアッセイでは、高親和性タンパク質-DNA相互作用の邪魔(disruption)には、特に両親媒性および高logP分子の場合、凝集が起こり得る高いマイクロモル範囲の阻害剤濃度を必要とした(Irwinら、2015)。
したがって、化合物を臨界ミセル濃度(CMC)に関して、対抗スクリーニングして、凝集体またはミセル形成化合物を偽陽性として除外した(表1、列2および5、並びに図2B)。
その他は、1000μMまでミセル形成を示さず、そして、SOX18-DNA結合アッセイに含めた。
Sm1およびSm2のCMCは、化合物の供給不足のため決定することができなかった。
SOX18-DNA結合アッセイは、1000μM未満のIC50値を有する7つの化合物を特定し、Sm4およびSm14の2つは、元のヒットSm1およびSm2(約350μMのIC50)と比較して、改善された約100μMのIC50値を示した(表1、列1;図2C)。
興味深いことに、3つのアントラニル酸類似体、メクロフェナム酸、ニフルミン酸およびフルフェナミン酸の全ても、100~400μM範囲のIC50値の活性を示す(表1、列1;図2C)。
SOX TFのDNA結合ドメインは、79アミノ酸長の高移動度(High Mobility Group)(HMG)ボックスからなる。
109アミノ酸長のSOX18断片(SOX18[109])は、残基69-177(マウスSOX18によるナンバリング)に対応し、これはHMGボックス(残基78-149)並びに各々9および28アミノ酸のN-およびC-末端隣接配列を含む。
SOX18[109]断片を用いたFPアッセイは、完全長SOX18(データは示さず)とほぼ同一のIC50値を示し、小分子は、タンパク質のこの109aa部分と相互作用することが示唆された。
分子の観点から、SOX18-DNA結合の阻害剤は、DNA若しくはタンパク質と直接相互作用するか、またはタンパク質とDNAの界面で相互作用することにより作用し得る。
DNAへの小分子の直接の結合は、他のTFに関して報告されてはいるが(Leungら、2013)、非特異的DNA結合の可能性があり、これは、遺伝毒性、変異原性または発癌性をもたらす可能性がある。
そのために、本発明者らは、直接結合アッセイを開発して、活性化合物がDNAまたはタンパク質と直接相互作用するか否かを決定した。
表面プラズモン共鳴ベースの方法を開発して、ストレプトアビジンチップの表面上に固定化されたビオチン化二本鎖DNAに対する小分子の結合を分析した。
この方法は、結合速度(kon)、解離速度(koff)および結合定数(KD)を測定し、そして、2つの異なるDNA配列:SOX結合部位コンセンサスDNA、およびスクランブルDNAに対する結合の測定に使用された。
インターカレーター剤である、臭化エチジウムおよびアクチノマイシンD、並びに小溝バインダーである、4’,6-ジアミノ-2-フェニルインドール(DAPI)を、非選択的DNA結合に関するポジティブコントロールとして使用した。
全てのポジティブコントロールは、DNA配列に無関係のKDを示し、そして、文献と一致した。
この分析は、SOX18阻害剤のいずれも、コンセンサスまたはスクランブルDNAに対する結合を示さないことを示した(図3Aおよび3B)。
これを目的として、本発明者らは、タンパク質-阻害剤複合体凝集の読み取りとして静的光散乱を用いた(Mittalら、2014、Senisterra ら、2006、Senisterraら、2008、SenisterraおよびFinerty、2009、Senisterraら、2012)。
HMGのみのSOX18[109]断片、およびSOXモチーフで装飾したDNAプローブをポジティブコントロールとして使用して熱安定性を測定した。
Sm4、Sm5およびSm14を、全てのSOX18の潜在的な結合部位を飽和する濃度、各々、Sm4およびSm14では500μM、およびSm5では1.5mMで試験した。
これらの最大リガンド結合状態においては、温度依存性タンパク質凝集はもはや結合部位占有により制限されず、そして、プラトーに到達するまで測定された。
各阻害剤は、3℃を超えるTaggの増大を示し、これはタンパク質に対する阻害剤の直接的な相互作用と一致する(図3C)。
両方の結合試験をまとめると、結果は小分子阻害剤がDNAと直接相互作用することなく、SOX18タンパク質と相互作用することを示す。
加えて、FPアッセイおよび熱安定性アッセイのデータの組み合わせは、阻害剤-タンパク質相互作用部位が、SOX18-HMGボックス内またはこのボックスの直近に位置することを示唆する。
全てのSOXタンパク質のDNA結合ドメインは高度に保存され、哺乳動物精巣-決定因子SRYのHMGドメインと46%配列同一性を共有するが(Bowlesら、2000、Gubbayら、1990)、HMGドメインに隣接するSOX TFの残りのドメインは、低いレベルの類似性を示す。
SOX18阻害剤の選択性を研究するために、異なるSOXタンパク質からのHMGのみのタンパク質断片を、既知のSOXモチーフ、5’AACAAT3’を持つ、蛍光標識オリゴヌクレオチドを使用するDNA結合FPベースアッセイに使用した。
異なるSOX TFは:SOX2(グループB)、SOX11(グループC)、SOX6(グループD)、SOX9(グループE)、SOX18(グループF)およびSOX15(グループG)を含む。
最も活性な阻害剤Sm4を全ての異なるSOX TFに対して評価し、全てのケースでDNA結合阻害を示し(IC50は、約200~300μM)、SOX18およびSOX15に関して僅かな優先度を有し(IC50は、他の270~310μMに対して約200~220μM)、DNA結合における邪魔(disruption)に関しては、阻害剤はSOX TFに対して非選択的であることが示唆された(図3D)。
COX阻害
サリチレートは、プロ炎症性プロスタグランジンのシクロオキシゲナーゼ(COX)依存的産生の直接または非直接的抑制を介して作用するNSAIDの重要なクラスである(Pillingerら、1998)。
この研究では、本発明者らは、COX阻害剤に構造的類似性を有するSOX18阻害剤を特定し、NSAIDおよび新規なSOX18阻害剤の間の任意の機能的重複を研究するために、本発明者らは、構造的に類似したNSAIDをSOX18研究に含めた。
同様に、本発明者らは、新規なSOX18阻害剤がCOX1/2酵素活性を阻害するか否かを研究した。Sm4、Sm5、Sm8、Sm11、Sm12、Sm13およびSm14のCOX-1およびCOX-2阻害効果を、商業的なCOX-1/2 ELISAアッセイを用いて、メクロフェナム酸をポジティブコントロールとして使用して評価した。
SOX18阻害剤のいずれも、濃度200μMまでCOX-1またはCOX-2阻害活性を示さなかった(図S1A、S1B)。
本発明者らは、更に、本発明者らのリードのSm4の潜在的なSOX18-非依存性効果を、広範囲の潜在的なオフターゲット効果に関与する(表4)、G-タンパク質共役受容体(GPCR)、イオンチャネル、膜受容体、キナーゼおよび非キナーゼ酵素、並びに核受容体を含む様々な受容体、酵素および輸送体に対する放射性リガンド結合アッセイのEurofins-CEREP/Panlabsパネルを用いて、調査した。
一連の組換え-酵素蛍光定量アッセイを用いて、多数の後生的修飾因子も試験した。
有意な阻害(>50%)は10μMで観察されず、Sm4選択性と、更なる薬物開発の可能性が示された。
SOX転写因子の高度に保存されたHMGドメインは、タンパク質-DNAおよびタンパク質-タンパク質相互作用の両方に関与することが報告されている(AgrestiおよびBianchi、2003、Prokopら、2012、Huangら、2015)。
したがって、HMGドメインに直接、またはこのドメインの直近に結合する化合物は、直接、またはSOX18タンパク質の立体構造に対するアロステリック変化のいずれかにより、SOX18-DNAおよびSOX18-タンパク質相互作用の両方を調節する可能性を有する。
本発明者らの小分子が、SOX18-タンパク質相互作用を調節する可能性を研究するために、本発明者らは、内皮細胞の転写調節に関与することが既知の2つのSOX18 PPIを選択した:
MEF2Cは、GSTプルダウンアッセイにおいてSOX18に結合することが報告され(Hoskingら、2001)、および、
RBPJは、SOX18と遺伝子的に相互作用することが報告されているが、直接結合は未だ特定されていない(Sacilottoら、2013)。
加えて、XRCC6(ATP依存性DNAヘリカーゼII)を、ネガティブコントロールとして、非結合パートナーとして選択した。
この手法によって、SOX18とその既知のパートナーMEF2Cとの間の直接的なペアワイズ相互作用が確認され、そして、SOX18とRBPJとの間の直接PPIが明らかとなった(図4A、左パネル)。
直接的な物理的相互作用を、標準的な共免疫沈降を用いて更に検証した(図4A、右パネル)。
次に、本発明者らは、本発明者らの最も強力な小化合物、Sm4、並びにメクロフェナム酸、ニフルミン酸およびフルフェナミン酸が、SOX18-MEF2CまたはSOX18-RBPJ相互作用を邪魔(disrupt)する能力を研究した。Sm4は、42.3μMのIC50で、SOX18-RBPJ相互作用を邪魔(disrupt)するが、しかし、SOX18-MEF2C相互作用には効果を有さなかった(図4B、左上および右上パネル)。
逆に、フルフェナム酸は、SOX18-MEF2C相互作用を邪魔(disrupt)する一方(29.1μMのIC50)、SOX18-RBPJ相互作用は僅かに邪魔(disrupt)するのみであった(~444μMのIC50)(図4B、左上および右下パネル)。
他のNSAIDは、PPIのいずれに対しても、殆どまたは全く効果を示さなかった。
SOX18-DNA結合およびSOX18/RBPJのPPIのサリチル酸タイプの阻害剤の構造-活性関連性(SAR)を、類似体の別個のライブラリーを用いてより詳細に研究した。
このライブラリーは、以下を含む、Sm4のいくつかおよび他のサリチレートの特有の特徴の有意性をクエリーするよう設計された:
サリチレート芳香族環の電子密度、
β―ヒドロキシルカルボン酸モチーフの2つの酸の水素の有意性、
親油性テールを有する、飽和-またはエチレン結合、並びに
親油性テールの構造および親油性。
本発明者らは、30の類似体、Sm15~Sm44を合成し(図5)、これをHMGのみのSOX18[109]断片に対するDNA結合の阻害、およびSOX18-RBPJ相互作用の邪魔(disruption)に関してスクリーニングした(上および下パネル)。
加えて、多数のこれらの類似体(即ち、Sm4、Sm17~Sm24、Sm26、Sm31、Sm34、Sm37およびSm40~Sm42)も、前述したALPHAScreenアッセイを用いて、SOX18-SOX18ホモ二量体化の相互作用の邪魔(disruption)に関して試験した。
図5に示すように、Sm4、Sm17~Sm23、Sm26、Sm31、Sm34、Sm37、Sm40およびSm41は、濃度5uMで、SOX18-SOX18ホモ二量体化に関連した幾分かの阻害活性を示した。
このライブラリーを、2つの細胞株、HEK293およびHepG2に対する一般的細胞毒性に関してもスクリーニングして、それらの開発可能性を評価した(表3)。
合計で3つのみの化合物が、PAINS部分でフラグ(flagged)された(Sm14、Sm40およびSm44)。
Sm14は、メチレン-チアゾロンモチーフ、または反応性α,β-不飽和カルボニル基を含む一方、Sm40およびSm44の両方は、酸化的で不安定なカテコール基を含む(表2)。
Sm40およびSm44はFPアッセイで活性ではなかった一方、Sm14は結合アッセイを越えて追及しなかった。
加えて、新たなライブラリーを「Aggregator Advisor」データベースを使用して、潜在的なアグリゲーターに関して分析したが、いずれも既知のアグリゲーターに対する類似性を示さず、そして、全て中程度の親油性を示し、logP値は5.8未満であった(表3)。
活性データは、SOX18-DNA結合阻害に関する幾分かの明らかなSARを示し、β―ヒドロキシルまたはカルボン酸の両方またはいずれか1つの任意のエーテル化、エステル化またはアミド化による活性の低下または消失があった。
興味深いことに、ヒドロキシルによるカルボン酸の置き換えは、化合物の阻害活性を低減するにも関わらず許容される。
同様に、小電子供与基でパラ置換されたサリチル酸は、同様の活性を示し許容される;しかしながら、酸性の低下は、細胞毒性を増大させると思われる。
芳香族テールの場合、ナフチルをフェニル(Sm22)で置き換えると、全ての活性が完全に消失した。
この小ライブラリーから、Sm4の不飽和類似体である、Sm20のみが、Sm4と同様に、SOX18-DNA結合阻害活性および低い細胞毒性を示した(図5)。
類似体を最初に50μMで試験した。
次いで、50%を超える阻害を示す化合物を、より低い5μMで再試験した。
同様に両方の濃度で試験したリード化合物Sm4を有するまたは有さない、ビヒクル溶媒の存在下、活性を、SOX18-RBPJのコントロールレベルと比較する。
図4Bに示すIC50プロット(右上パネル)から予想されるように、50μMのSm4による阻害は、ほぼ完全であり(11.9±5.6%、図5、下パネル)、そして、5μMで僅か(marginal)である。
50μMの高濃度では、全ての試験化合物の半分は、強い活性を示したが、Sm18、Sm19、Sm26、Sm34およびSm40のみは、5μMで依然として高い活性を有し、Sm26は中程度に活性のままであった。
興味深いことに、これら5つの強力なPPI阻害剤のいずれも、タンパク質-DNA結合は阻害しなかった。
ビニルナフタレンを含む化合物の数個は、PPI阻害において活性であるが;活性はリンカーの剛性の増大によるものか、またはMichaelアクセプターとしてのビニル-芳香族基の活性によるものかは明らかではない。
このライブラリーの明確な特徴は、ジエチルアミドまたはポリヒドロキシル/メトキシ含有化合物は、50μMでPPI阻害を示すため、遊離カルボキシレートはPPI活性に必要ではないが、DNA結合の阻害は示さないことである。
最後に、DNAおよびPPIの両方を阻害するSm4およびSm20を除き、PPIおよびDNA結合阻害の間には殆ど重複はない。
SOXモチーフを持つDNAに結合したマウスSOX18-HMGドメインの三次元構造が、X線結晶構造解析により最近決定され(Klausら、2016)、他のHMGドメインと高い類似性を示している。
しかしながら、Sm4の存在下でDNAに結合したSOX18 HMGドメインを共結晶化する試みでは、阻害剤の電子密度が検出できなかったため、阻害剤の結合ポケットを特定できなかった。
このことは、Sm4のタンパク質/DNA邪魔(disruption)特性に起因する可能性があった。
Sm4の可能な結合部位を評価するために、本発明者らは、SOX18/DNA結晶構造を使用して、インシリコドッキングおよび分子動力学計算を用いた。
SOX18-HMGドメイン内の規定された結合ポケットの非存在下で、インシリコドッキングは、数個の可能な結合ポーズを生成し、これらを分子動力学(MD)シミュレーションにより更に検証した。
これらのシミュレーションは、200nsの全シミュレーション時間の間、安定なままであった1つの結合ポーズを特定した。
比較して、他の全てのポーズにおいて、阻害剤は3~14ns後にそのタンパク質相互作用を破壊し、タンパク質接触を有さずに周囲の溶媒中に残留した。
同様に、DNAを有さないSOX18-HMG構造を使用して、Sm4の安定な結合ポーズは見出されなかった。
Sm4の主な極性相互作用は、Arg136およびLys147とであり、これは、その相互作用をdG15と交換し、そして、いくつかは、His143への立体構造の変化を誘導し、その側鎖をSm4に向かって回転させる(図6A、B)。
しかしながら、Sm4のDNA結合阻害モードを直接説明する、他の主な立体構造変化は観察できなかった。
RBPJの場合、本発明者らは、2012に解明された、ヒトNotch転写複合体の部分のX線結晶構造を使用した(Choiら、2012)。
この部分は、共活性化因子MAML1に結合した、アンキリン(ANK)反復ドメイン、Notch細胞内ドメインのRBPJ-J関連分子(RAM)ドメイン、およびそのコンセンサスDNAに結合した転写因子RBPJを含む。
このNotch転写複合体の構造内へのSOX18/DNA構造のドッキングと、続く最適化のためのMDシミュレーションとにより、図6Cに示す複合体モデルが得られた。
このモデルは、RBPJ/SOX18複合体がHMGドメインにより仲介され得、そして、両DNA分子により妨害されずにタンパク質複合体を形成できることを示す。
実際に、RBPJおよびSOX18からの両DNA鎖は、ヌクレオソームに対するDNA配向と同様、互いにほぼ平行して配向される。
加えて、HMGドメインのCおよびN-末端テールの両方は、溶媒に向かって配向され、RBPJ複合体を直接妨害することなく、欠損したSOX18ドメインの追加を可能にする。
それにより、このタンパク質-タンパク質界面は、その領域のDNA結合界面と反対である。
RBPJ/SOX18複合体に対する、Sm4の推定結合部位のマッピングは、その主タンパク質-タンパク質界面と反対の、ヘリックス-3およびC末端テールのSOX18 DNA結合領域内に阻害剤をぴったりと位置付け、Sm4の結合が、タンパク質-タンパク質およびタンパク質-DNA相互作用の両方を攪乱し得る可能性を示唆する。
SOX18阻害剤の機能的効果を更に評価するために、本発明者らは、SOX18転写活性の読み取りとして、インビトロでの細胞ベースのレポーターシステムを使用した。
ルシフェラーゼレポーター遺伝子に融合したVcam-1プロモーター断片を含むコンストラクトおよびSOX18発現ベクターでCOS-7細胞をトランスフェクトした。
Sm4、PPI邪魔(disruption)特異性の意味で、本発明者らのリード化合物を、メクロフェナム酸、ニフルミン酸およびフルフェナミン酸と共に、この細胞ベースのアッセイで試験した。
これらの4つの小分子のうち、Sm4は、SOX18転写活性の最も有効な阻害を示し、IC50値は5.2μMであった(図6D)。
任意の濃度依存性SOX18阻害が観察され得る前に、メクロフェナム酸およびフルフェナミン酸の細胞毒性に達した。
全ての他の試験化合物は、より低い効力を示した(20μM<IC50<50μM、表1、列3)。
本発明者らは、SMT技術によって、クロマチン上のその標的遺伝子に対するSOX18タンパク質のサーチパターンを、単一分子の解像度(resolution)で、生細胞核においてリアルタイムで視覚化することができる。
SOX18クロマチン結合動態に対する、SM4の撹乱を視覚化することが可能であるという事実は、SM4オンターゲット関与を明白に示す。
この効果は、任意の細胞毒性を欠いた濃度で観察される。
SM4の効果により、SOX18はクロマチン上の特定の部位により長く滞在し、このタンパク質動態の変化は、SM4により損なわれたSOX18タンパク質-タンパク質相互作用の変化の結果である可能性がある(ALPHAScreenアッセイにより以前に示されたように)。
転写因子の作用様式は、遺伝子標的選択性を指示するタンパク質-タンパク質相互作用のコードにより推進される。
このコードが変更された場合、転写因子活性は無効となる。
転写因子は、DNA結合ドメイン、多数のタンパク質パートナー、および、いくつかの場合では、内因性リガンドさえも有するタンパク質である。
TFの活性がこのタイプの相互作用に依存しているという概念は、たとえば、タンパク質-DNAまたはタンパク質-タンパク質相互作用阻害剤のスクリーニング等の、その機能を調節する分子を発見するための異なる手段を開くものである。
TFが関与する遺伝経路に関する大量の情報が存在するが、その分子作用様式、そして、より詳細には、多数のタンパク質パートナーの採用に関しては殆ど報告されていない。
したがって、DNA結合ドメインがTFファミリー内で高度に保存され、そして、選択のための低い可能性を有する領域を構成していても、DNA結合阻害剤のスクリーニングは、最近まで、TFモジュレーターを見出すための主要な選択肢を提供していた。
スクリーニングは、両方ともサリチル酸コアおよび親油性テールを有する、類似した構造の2つの化合物を特定した。
2つの活性化合物の周辺で設計された、フォーカスされたライブラリーは、様々な活性度を有する、より広範な類似化合物を特定し、これらの化合物がSOX18 DNA結合阻害剤のクラスターを形成することを証明した。
本発明者らは、このフォーカスされたライブラリーを用いて、阻害活性がタンパク質に対する小化合物の結合に起因し、そして、DNA自体に対する結合には起因しないことを更に示した。
活性分子は、SOX18タンパク質と相互作用し、結合によりその熱安定性を増大させる。
加えて、SOX18完全長またはHMGボックスのみのタンパク質のいずれかを使用して、本発明者らは、化合物がDNA結合ドメインまたはその直近と直接相互作用することを証明した。
これと一致して、本発明者らのリード化合物、Sm4は、高濃度(200~300μM)で使用された際、様々なSOXタンパク質からの広範なHMG-ボックスのDNA結合活性を邪魔(disrupt)することができた。
SOXタンパク質のHMGボックスは、3つのα-ヘリックスからなり、2つはDNA結合のための主な界面を提供する。
しかしながら、SOX9 HMGボックスは、タンパク質-タンパク質相互作用にも関与することが報告されており(Huangら、2015、AgrestiおよびBianchi、2003、Prokopら、2012)、第3のα-ヘリックスはパートナータンパク質のための主な界面として提案されている。
この研究では、本発明者らは、タンパク質-タンパク質相互作用(PPI)検出のインビトロ方法を適用して、TFタンパク質パートナー採用の邪魔(disruption)を研究した。
転写因子SOX18の直接タンパク質-タンパク質相互作用は、MEF2Cに関してのみ報告されている(Hoskingら、2001)が、RBPJとの遺伝子相互作用は、Dll4遺伝子の転写促進においてのみ示されている(Sacilottoら、2013)。
両方のタンパク質は、細胞フリー/ALPHAScreenおよび共IPアッセイにおいて、SOX18に対する直接結合を示す。
重要なことには、小分子のいくつかは、特定のPPIを異なって、邪魔(disrupt)することである。
それにより、サリチル酸骨格を有するSm4は、SOX18/RBPJ複合体を邪魔する(disrupt)ことにおいて、より選択的である一方、アントラニル酸骨格を有するフルフェナミン酸は、SOX18/MEF2C複合体に関して、より選択的である。
更に、インシリコドッキングは、HMGボックスのC-末端テールに近接した、DNAおよびタンパク質の第3のヘリックスの間に割り込んだ、Sm4に関する推定結合ポケットを提供する。
この位置は、Sm4のような阻害剤が、DNA結合に影響するだけでなく、RBPJ等のタンパク質パートナーとの相互作用表面に影響するように、SOX18タンパク質の立体構造を変更することができることを示唆する。
フルフェナミン酸は、SOX18転写遮断にごく僅かな効果を示す。
このレポーターアッセイは、Sox18およびルシフェラーゼ発現ベクターの両方をトランスフェクトされたCOS-7細胞で行われ、したがって、潜在的なSOX18内因性パートナー採用の邪魔(disruption)の解釈が制限されている。
にもかかわらず、Sm4による、SOX18調節による転写の阻害は、小分子が細胞ベースの環境内で転写因子活性を妨害できることの明らかな指標である。
親油性テールおよびそのリンカーにおいて幾分かの変動が許容されるが、ヒドロキシルまたはカルボン酸基の両方は、任意のエステル、エーテルまたはアミドが活性を消失させるため、それらの水素結合供与能力を保持する必要がある。
パラ置換された電子供与基を有するカルボン酸の変化は、酸をヒドロキシル(レゾルシノール骨格)で置き換えるのと同様、殆ど影響はなく、両方ともSOX18 DNA結合を阻害するそれらの能力を保持する。
アントラニル酸骨格を有する化合物を、NSAID化合物に対するサリチル酸骨格の化学的類似性の延長として選択した。
研究では、SOX18阻害剤がCOX1またはCOX2に対して阻害活性を有さないことを示したが、いくつかのNSAID化合物は、SOX18 DNA結合阻害を示す。
しかしながら、SOX18-タンパク質結合阻害(SOX18-RBPJの代わりに、SOX18-MEF2C阻害)における差異は、異なる結合または作動モードを示唆する。
TFの濃度は、核内でほぼミリモルレベルに達し得るが(Chenら、2014)、化合物濃度は、その細胞および核膜の両方を通した分配の能力に依存する。
創薬の初期段階では、化合物濃度が規定される均一アッセイにおいてIC50を測定することは、より情報価値がある(即ち、SARモデルを構築するために)。
しかしながら、更なる薬物最適化のためには、予測モデル、または化合物の有効な阻害濃度(IC50)を測定する細胞ベースのアッセイのいずれかにより、核内への化合物の浸透も考慮する必要がある。
TF間の相互作用を含む、タンパク質-タンパク質相互作用は、比較的弱い。
たとえば、p32とHDM2の間の相互作用は、低~中のマイクロモル範囲のKDを有する(Dawsonら、2003、Chenら、2013)。
これと比較して、抗体-抗原相互作用または内因性ペプチドリガンドと受容体(たとえば、EGF-EGFR)の間の相互作用は遥かに強く、KDは、低ナノモル~高ピコモル範囲である(Mianら、1991、Laxら、1988)。
同様に、タンパク質とDNAの間の相互作用は、負に帯電したDNAと通常正に帯電したDNA結合ドメインとの間の強い静電気相互作用にほぼ起因して、低ナノモル範囲にある。
Sm4は、SOX18/DNAおよびSOX18/RBPJ相互作用の両方を阻害することができるが、阻害効果は、より弱いPPIに対してより高い。
TFは本質的に無秩序であるとしても(WrightおよびDyson、2015)、これらのタンパク質は、異なるタンパク質-タンパク質界面に関するドメインモジュール性を示す(Reichmannら、2005)。
このことは、いくつかの相互作用が、異なる下流経路を活性化する一方、構造的類似性を共有することを暗示する。
キナーゼ等の他の調節タンパク質および酵素と同様に、TFタンパク質-タンパク質阻害の選択性プロファイルを考慮する必要がある。
全PPIの遮断は望ましくない可能性があるが、最大の有効性は単一のPPI阻害では達成されず、選択されたタンパク質パートナーのサブセットの採用を同時に阻害することにより達成される可能性がある。
タンパク質-DNA結合およびPPIアッセイの両方からの手がかりにしたがって、更なる薬物最適化を行って、選択性および効力を更に洗練させる必要がある。
異なる濃度範囲を、DMSO濃度を0~3.33% v/vの範囲で含む、FPベースのDNA結合競合アッセイにて試験した(0.2~200uM、10~500uM、10uM~3mM)。
実験は、3回の独立反復で行った。
第2の列は、化合物Sm1~14が、生理食塩水(200mMのNaCl)または蛍光分極緩衝液(30mMのHEPES pH7.5、100mMのKCl、40mMのNaCl、10mMのNH4OAc、10mMのグアニジニウム、2mMのMgCl2、0.5mMのEDTA、0.01%のNP-40)中でミセルの形成を開始する閾値濃度をまとめている。
第3および第4の列は、全活性化合物について、COS7線維芽細胞内での細胞ベースのルシフェラーゼSOX18依存性転写促進化の-IC50-と、細胞毒性-CC50-の、50%阻害濃度をまとめている。
最終列において、本発明者らは、「Aggregator Advisor」(Irwinら、2015)を使用して、物理的性質(CLog P>3)および既知のアグリゲーターの強力なライブラリー-12,600化合物に対する類似性に基づいて、アグリゲーターを予測した
*:既知のアグリゲーターに類似した化合物、
#:任意の既知のアグリゲーターに類似していないが、「高い」LogPゆえ高いリスクがある
:予測された凝集のリスクはない)。
化合物の純度を、HPLC(ESI-MS/UV/ELSD)により決定し、そして、それらの分子式を、HighRes MS(ESI microTOF-LC)により決定した。
1Hおよび13C-NMR実験を用いて構造を確認した(付録A参照)。
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転写因子SOX18の薬理学的標的化は、マウスにおける乳癌を遅延させる
材料および方法
実験再現性
この研究における全てのデータおよび統計分析は、別に示さない限り、少なくとも3つの独立した実験から生成した。
バックグラウンドノイズを低減し、技術的例外を検出するために、各実験に技術的反復が含まれていた。
異なる実験条件のサンプルは、無作為化の任意の特定の方法には晒されず、そして、グループは非盲検条件下で評価された。
本明細書で使用した遺伝子にコードされたタグは、増強GFP(GFP)、mCherry(Cherry)およびcMyc(myc)である。
タンパク質を、各々、以下の細胞フリーの発現Gatewayデスティネーションベクター(Gateway destination vectors)にクローニングした:
N―末端GFPタグ化(pCellFree_G03)、
N―末端Cherry-cMyc(pCellFree_G07)および
C―末端Cherry-cMycタグ化(pCellFree_G08)(Gagoskiら、2015)。
ヒトSOX7(BC071947)、SOX17、RBPJ(BC020780)およびMEF2C(BC026341)に対応するオープンリーディングフレーム(ORF)は、以前記載されたように、ヒトORFeomeコレクションバージョン1.1および5.1またはヒトOrfeome collaboration OCAAコレクション(Open Biosystems)から調達され、ARVEC施設である、UQ Diamantina Instituteにてクローニングされた。
エントリークローンpDONOR223またはpENTR201ベクターを、LR組換えにより、発現プラスミド内のccdB遺伝子と交換した(Life Technologies、オーストラリア)。
完全長ヒトSOX18遺伝子を合成し(IDT)、そして、ベクターへの移動は、Gateway PCRクローニングを使用して実現した。
翻訳コンピテントのリーシュマニア・タレントラエ(Leishmania tarentolae)抽出物(translation competent Leishmania tarentolae extract)(LTE)を、以前記載されたように調製した(Mureevら、2009、Kovtunら、2011)。
30nMのGFP鋳型プラスミドおよび60nMのCherry鋳型プラスミドをLTEに加え、そして、27℃で3時間インキュベートすることによりタンパク質対を共発現させた。
ALPHA-Screenアッセイを、cMyc検出キットおよびProxiplate-384 Plusプレート(PerkinElmer)を使用して、以前記載されたように行った(Siereckiら、2014)。
段階希釈の各サンプルを測定した。
関心対象のタンパク質を共発現しているLTE溶解物を、緩衝液A(25mM HEPES、50mMのNaCl)中で希釈した。
アッセイのために、緩衝液B(25mMのHEPES、50mMのNaCl、0.001%のNP40、0.001%のカゼイン)中の12.5μL(0.4μg)の抗cMyc被覆アクセプタービーズを各ウェル内に等分した。
次いで、2μLの希釈サンプルおよび緩衝液A中の2μLのビオチン標識GFP-Nanotrapを加えた。
プレートを、室温で、45分間、インキュベートした。
その後、緩衝液A中で希釈した、2μL(0.4μg)のストレプトアビジン被覆ドナービーズを加え、その後、暗所内で、室温で、45分間、インキュベートした。
Envision Multilabel Plate Reader(PerkinElmer)上で、製造業者の推奨設定を用いて(励起:680/30nmで、0.18秒間、発光:37ms後に、570/100nm)、ALPHA-Screenシグナルを得た。
得られた鐘形曲線は、正の相互作用を示す一方、平坦な線は、タンパク質間の相互作用の欠如を反映する。
各タンパク質対(protein pair)の測定は、別個のプレートを使用して、最低3回繰り返した。
結合指数を次のように計算した:
BI=[(I-I_neg)/(I_ref-I_neg)]×100
シグナルを、SOX18とそれ自体との相互作用に関して得られたIrefシグナルに対して正規化した。
また、100μMのSm4またはDMSOを緩衝液Bに加えた。
PPIの邪魔(disruption)を次のように計算した:
(1-I_Sm4/I_DMSO)×100。
相互作用の百分率は、次のように計算した:
I_Sm4/I_DMSO×100。
少なくとも3回の独立した実験のデータを、GraphPad Prism(RRID:SCR_007370)バージョン6.0において、3-パラメーター非線形回帰を用いて適合させた。
COS-7細胞を、ATCCから購入し(CRL-1651、RRID:CVCL_0224)、FBS、ピルビン酸ナトリウム、L-グルタミン、ペニシリン、ストレプトマイシン、非必須アミノ酸およびHEPES(N-2-ヒドロキシエチルピペラジン-N’-2-エタンスルホン酸)を添加した、DMEM(Life technologies、11995)中で、37℃、5% CO2で培養した。
COS-7細胞を、4~6時間トランスフェクトし、そして、溶解およびルシフェラーゼアッセイ(Perkin Elmer、6016711)の前に、更に24時間インキュベートした。
ヒト臍静脈内皮細胞(HUVEC)をLonzaオーストラリアから購入した(CC-2519A)。
ChIP-MS、ChIP-seqおよびRNA-seq分析のために、HUVECを、7時間トランスフェクションし、そして、更に14時間インキュベートした。
小分子処理中、低血清(0.4% FBS)を含む培地中で細胞を増殖させた。
HUVECを、EGM-2ブレットキット説明書(Lonza、CC-3162)にしたがって、補充したEGM-2培地中で、37℃、5% CO2で培養した。
細胞を、35mm皿内で、80~90%コンフルエンシーまで増殖させ、そして、X-tremegene 9 DNAトランスフェクション試薬(Roche、06365787001)を使用して、製造業者の説明書にしたがって、プラスミド、マウスpSG5 Sox18、プラスミド、pSG5 cMyc-Sox18、またはプラスミド、cMycで、トランスフェクトした。
全ての細胞株(cell lines)は、マイコプラズマ汚染に関して陰性であった。
ChIP実験を、以前記載されたように行った(Schmidtら、2009)。
cMyc-タグ化SOX18を過剰発現しているHUVECに関して、抗cMyc(Cell Signaling、#2276、RRID:AB_2314825)を使用して免疫沈降を行った。
IP後、TruSeq ChIPseqキット(Illumina、IP-202-1012)を使用して、50μLの1×NEBNext High-Fidelity PCR Master Mix(New England Biolabs、M0541)中の、選択のインデックス配列を含む0.5μMの汎用リバースPCRプライマーおよびフォワードPCRプライマーを用いて、DNA増幅を行った。
PCRサイクルの数は、ChIP効率に応じて、13~18の範囲であった。
AMPureビーズ(1.8容積)を使用して、PCR産物を精製し、そして、20μLの再懸濁緩衝液(Tris酢酸10mM、pH8)中に溶出した。
ライブラリーを、Illumina配列決定プラットフォーム(KAPA Biosystems、KK4824)のための、KAPAライブラリー定量化キットを使用して定量化し、そして、50bp単一末端読み取りを、HiSeq2500上で製造業者のプロトコルにしたがって、配列決定した。
Illumina fastqファイルを、bowtieを使用して、GRCh37/UCSC hg19ゲノムアセンブリーにマッピングし、そして、MACSバージョン2.1.0を使用して入力を用いてピークを要求した。
cMycエピトープに起因する偽陽性ピーク要求を避けるために、cMycエピトープのみを有するChIP-seqを、SOX18-cMyc ChIP-seqと並行して行い、これらの実験状態において要求されたピークをSOX18-cMyc条件で要求されたピークに減算した。
Genomic Regions Enrichment of Annotations Tool(GREAT、RRID:SCR_005807)を使用して、cis調節領域の機能的有意性を分析した。
ChIP-seqデータは、ArrayExpressデータベース(www.ebi.ac.uk/arrayexpress、RRID:SCR_002964)において受入番号E-MTAB-4480(SOX7)およびE-MTAB-4481(SOX18)で入手可能である。
ChIP-MS実験を、以前に記載したように行った(Mohammedら、2013)。
SOX18-cMycおよびネガティブコントロール(cMycのみ)の間で共通するペプチドを捨て、そして、SOX18-cMycトランスフェクト細胞中で独自に検出されたペプチドのみを分析に関して考慮した。
4連のサンプルを全トランスクリプトーム配列決定のために、TruSeq stranded総RNAライブラリーprepキット(Illumina)を使用して処理した。
読み取りを、STARアライナー(Dobinら、2013)を使用して、hg19参照ヒトゲノムにマッピングし、そして、独特に整列した読み取りのみを考慮した。
転写産物を、htseq_count(HTseqパッケージ)(Anders、PylおよびHuber、2015)を使用して遺伝子に割り当て、差次的発現を、DEseq2(Love、HuberおよびAnders、2014)を使用して計算した。調整されたp値<0.05を有する遺伝子を有意とみなした。
それらの転写開始部位(TSS)の位置を、ENCODEコンソーシアム(RRID:SCR_006793)と、本発明者らがこの研究にて行ったSOX18およびSOX7 ChIP-seq実験とから、入手可能な転写因子結合事象の位置と相関させた。
TSSが非依存性であることを確認するため、TSSは、1 ChIP-seqピークのみに割り当てることが許された。
2倍以上の絶対倍数変化(log2FC≧1または≦-1)を有する転写産物を、TSS分析の距離に含めた。TSSと結合事象の間の距離の中央値を、一組の無作為に選択された遺伝子の予想距離と比較して、中央比(median ratio)を得た。
遺伝子のコントロールセットを、HUVEC内で発現した遺伝子のプールから、それらが同様の発現レベルの分布を有するように選択した。
SOX18および分析した任意の他の転写因子による、遺伝子の潜在的な共調節によりバイアスが導入されないことを確実にするために、本発明者らは、SOX18ピークを有する遺伝子を、他の転写因子の分析から減算した。
逆分析も行い、c-JUNピークを含む遺伝子を、SOX18の分析から減算した。
RNA-seqデータは、ArrayExpressデータベース(www.ebi.ac.uk/arrayexpress)にて受入番号E-MTAB-4511で入手可能である。
RNeasyミニキット(Qiagen、74106)を使用して、製造業者のプロトコルにしたがって、総RNAを抽出し、オンカラムDNA消化を含んだ。
高性能cDNA逆転写キット(Life Technologies、4368813)を使用して、1μgの精製RNAからcDNAを合成した。SYBRグリーン(Life Technologies、4312704)方法を用いて、少なくとも3回の生物学的反復の技術的3連において、標的cDNAの増幅および定量化を行った。
ViiA 7 Real-Time PCRシステムを使用して、反応を384ウェルプレート内で、10μLで行った。
ハウスキーパー遺伝子(tg(Dll4in3:eGFP)の場合はβ-アクチン、tg(-6.5kdrl:eGFP)の場合はef1α、tg(fli1a:eGFP、-6.5kdrl:mCherry)の場合はchd5、HUVECの場合はRPL13およびGAPDH)を、実験条件のセットを通したそれらの発現の安定性に基づいて選択し、またはそれらの血管発現に基づいて選択して、内皮細胞含有量に対して正規化した。プライマー効率をLinRegPCRを使用して計算し、そして、増幅データをViiA7ソフトウエアおよびQ-gene PCR分析テンプレートを使用して分析した。
ゼブラフィッシュを、以前記載されたように維持し(Hoganら、2009)、動物に関与する全手順は、University of Queensland(IMB/030/16/NHMRC/ARC/HF)の動物倫理委員会のガイドラインに適合し、または地元の倫理評価により承認され、およびUK Home Office(PPL 30/2783およびPPL 30/3324)によりライセンス化された。
tg(-6.5kdrl:eGFP)、
tg(fli1a:eGFP、-6.5kdrl:mCherry)および
tg(Dll4in3:GFP)は、以前に記載された(Sacilotto ら、2013、Duongら、2014、LawsonおよびWeinstein、2002)。
ゼブラフィッシュ幼生に、0.01%トリカインを用いて麻酔をかけた。
代表的な幼生を、0.5%低融点アガロース中に包埋し、そして、Zeiss LSM 710共焦点顕微鏡を用いて画像化した。
ゼブラフィッシュ(28および48hpf)のホールマウントインサイチューハイブリダイゼーションを、dab(Songら、2004)およびエフリンB2a(Durbinら、1998)に関するプローブ鋳型を用いて、以前記載されたように行った(ThisseおよびThisse、2008)。
70%グリセロールの添加前にYolk sacを除去した。
横行切片の場合、4%アガロース中に包埋された幼生全体を、Leica VT1000 S振動ミクロトームを使用して、150μmで切片を作製した。
画像化は、Olympus BX-51明視野顕微鏡(ISH)、およびZeiss LSM 510共焦点顕微鏡上で行った。
蛍光画像のために、幼生を包埋前にDAPI染色した。
推定小分子阻害剤、および対応するコントロール条件を用いた全ての処理は、信頼できる均質な溶液を得るために低濃度のDMSO(≦1% v/v)の存在下で行い、そして、10mM DMSOストックから調製した。
細胞培養のために、トランスフェクション後に小分子を新鮮な培地に直接加え、そして、細胞回収の時点まで、この培地中で細胞を増殖させた。
ゼブラフィッシュが関与するインビボ実験のために、培地を置き換えることにより、指定した時点にて、化合物処理を開始し、培地+化合物は、実験の期間中、毎日リフレッシュした。
必要な場合、PTU処理(0.003%)を、小分子と並行して行って、色素形成を遮断した。
以前公表され、検証された、sox7、sox18(Herpersら、2008)およびrbpj(Sacilottoら、2013)に対するモルホリノオリゴマーを、tg(6.5kdrl:eGFP)およびtg(fli1a:eGFP,-6.5kdrl:mCherry)を用いて行った実験では、5ngで、tg(Dll4in3:eGFP)を用いて行った実験では、0.125~0.15pmolの準最適濃度で、単一細胞ゼブラフィッシュ接合体にマイクロ注入した。
BALB/c野生型(WT)をWalter and Eliza Hall Institute for Medical Researchから購入し、そして、6~10週齢の間に使用した。
マウス4T1.2乳癌細胞を、5%のCO2インキュベーター内で、10%のFBSを有する完全RPMI中で培養した。
5×104の4T1.2腫瘍細胞を、前述されているようにBALB/c WTマウスの第4の乳房脂肪体中に接種した(Mittalら、2014)。
手短には、腫瘍移植から3日後、マウスに25mg/kg体重のSm4、アスピリンまたはビヒクルPBSを、毎日、10日間、経口経管栄養した。
デジタルノギスを用いて、腫瘍サイズを2つの垂直直径の積として測定した。
7および12日目にマウスから血漿を収集し、そして、4000 Qtrap LC-MS/MSシステム質量分析計を使用してSm4濃度を分析した。
12日目に、マウスに麻酔をかけて一次腫瘍を外科的に取り除き、または一次腫瘍を切除せずにマウスに手術手順を施し、創傷を外科用クリップで閉鎖した。腫瘍を組織学的検査のためにホルマリン中に収集した。
28日目に肺を回収し、そして、ブアン固定液中で24時間固定し、そして、転移性腫瘍小結節を切開顕微鏡下で計数した。
肺を回収しない実験においてマウスの生存率を監視した。
実験当たり6~14匹のマウスのグループを実験腫瘍アッセイに使用して、生物学的差異の検出の十分な能力を確実にした。
全ての実験は、QIMR Berghofer Medical Research Institute Animal Ethics Committee(P1505)により承認された。
切片をスライドガラス上に収集し、そして、灌流血管の浸透の明視野分析のために画像化した。
続いて、抗マウスエンドムチン(cat# sc-53941、RRID:AB_2100038)、ERG(cat# ab92513、RRID:AB_2630401)、PROX1(AngioBio cat#11-002、RRID:AB_10013720)およびポドプラニン(AngioBio cat#11-033、AB_2631191)抗体を使用して、切片に関する免疫蛍光染色を行った。
Zeiss LSM 710共焦点顕微鏡上の10×対物レンズを使用して、z軸に沿って一連の画像を獲得することによって腫瘍切片全体を画像化した。
続いて、20×対物レンズを使用して、各腫瘍から3~4つの別個の領域に関する高解像度画像を撮影して、腫瘍内の血管密度の不均一性を説明し、バイアスを最小限とした。
同一寸法(1274.87μm×1274.87μm×89.05μm)の未加工画像ファイルを、Imaris(Bitplane、RRID:SCR_007370)にロードし、そして、「spots」関数を使用して、ERGまたはPROX1陽性核および「表面」を計数して、エンドムチンまたはポドプラニン陽性血管の体積または面積を計算した。
各腫瘍に関して(n=6)、多数の領域からの数を平均し、データをGraphpad Prism 6にてプロットした。
マウス4T1.2乳癌細胞を、10%FBSを有する、完全RPMI中で、5%CO2インキュベーター内で培養した。
5×104の4T1.2腫瘍細胞を、以前記載されたように、BALB/c WTマウスの第4の乳腺脂肪体内に接種した(Mittalら、2014)。
手短には、腫瘍移植後の3日目に、マウスに、5mg/kg~50mg/kg体重の範囲の異なる用量のSm4、またはビヒクルPBSを毎日、10日間、経口経管栄養した。
腫瘍サイズを、デジタルノギスを用いて、2つの垂直直径の積として測定した。
12日目、マウスに麻酔をかけて、一次腫瘍を外科的に取り除き、そして、創傷を外科用クリップで閉鎖した。
腫瘍を、組織学的検査のためにホルマリン中に収集した。
マウスの生存を、実験当たり6~12匹のマウスのグループにて監視して、生物学的差異の検出の十分な能力を確実にした。
全ての実験は、QIMR Berghofer Medical Research Institute Animal Ethics Committee(P1505)により承認された。
SOXタンパク質は、特異的相互作用パートナーを採用することにより、個々の標的遺伝子を活性化するが(SarkarおよびHochedlinger 、2013)、SOXFグループ(SOX18-MEF2CおよびSOX17-OCT4)に関する2つのみのタンパク質-タンパク質相互作用が今日まで特定されている(Hoskingら、2001、Jauchら、2011)。
本発明者らは、最初に、不偏プロテオミクス技術の組み合わせを使用して、SOX18インタラクトーム(SOX18相互作用パートナーのネットワーク)をマッピングした。
質量分析と結合したクロマチン免疫沈降(ChIP-MS)は、ヒト臍静脈内皮細胞(HUVEC)内のクロマチン結合SOX18に関連したタンパク質の初回通過スクリーニングを提供し(Mohammedら、2013)、次いで、ALPHA-Screenは、インビトロで翻訳された完全長タンパク質を使用して、SOX18依存性複合体をペアワイズ相互作用に転換した(図9A)(Mureevら、2009、Kovtunら、2011、Siereckiら、2013、Siereckiら、2014、Gambinら、2014)。
ChIP-MS分析は、SOX18に直接または間接的に関連した分子機能の多様な遺伝子オントロジー(GO)クラスを表す、289タンパク質を明らかにした(図9Bおよび10A~C)。
直接相互作用物質を特定する本発明者らの機会を増大させるために、本発明者らは、核酸および/またはタンパク質結合であることが既知のタンパク質に焦点を当てた(図9B、紫色)。
このサブセットから、本発明者らは、8つの既知の転写因子、ヘリカーゼ、コリプレッサー、RNA結合およびDNA修復分子を選択した(図10A、B)。
本発明者らは、ALPHA-Screenを使用して、SOX18がそれ自体と相互作用し、そしてまた、DDX1、DDX17、ILF3、STAT1、TRIM28およびXRCC5ともペアワイズ(pairwise)相互作用を形成することを観察した(図9C、左列「+」、および図10D)。
よく特徴付けられたSOX9ホモ二量体(Bernardら、2003)をポジティブコントロールとして含めてALPHA-Screenシグナルを検証した(図10D)。
SOX18は、試験した全ての内皮転写因子と相互作用することが見出され、任意の閾値を下回る結合親和性を示すSOX17およびCTNNB1は除外される可能性があった(図9C、「-」)。
褐藻カウロシスティス・セファロルニトス(Caulocystis cephalornithos)に見出される天然産物に由来するSm4を、ハイスループットスクリーニングにて、潜在的なSOX18遮断剤に関して特定した(実施例1参照)。
本発明者らは、Sm4が、検証された12のSOX18相互作用のうち6を有意に邪魔(disrupt)することを見出し(図9C、右列)、IC50値は、SOX18-SOX18の3.3μMから、SOX18-RBPJ二量体の65.9μMの範囲であった(図9Dおよび10F)。
異なるSOXFメンバーに対するSm4の差分効果(differential effect)を評価するために、本発明者らは、3つの全SOXFタンパク質と、MEF2C、RBPJおよびOCT4との間の、PPIの更なるセットを探索した(図11)。
SOX18と同様に、SOX7は、その両方の相互作用がSm4により、少なくとも部分的に邪魔(disrupt)される、RBPJおよびSOX18自体と相互作用することができる。
本発明者らは、更に、3つの全SOXFタンパク質が、OCT4とヘテロ二量体を形成できるが、SOX17-OCT4相互作用のみがSm4の影響を受けることを見出した。
重要なことに、SOX7およびSOX17のいずれも、ホモ二量体を形成する能力を有さず、そして、したがって、Sm4作用モードのこの構成成分は、SOX18-SOX18相互作用に非常に特異的である。
更にこれを実証するように、SOX9ホモ二量体化は、200μMまでSm4により影響を受けなかった(Unperturbed))(図9C―Dおよび10D)。
これらの結果は、Sm4の選択性が、SOX18関連PPIのサブセットに傾くが、SOX7またはSOX17タンパク質パートナー採用を妨害する能力を有することを示す。
Sm4のこの特徴は、SOXFリダンダンシー機構の阻止に利点を有する可能性がある(Hoskingら、2009、Kimら、2016)。
SOX18 ChIP-seqピークから特定された、最も一般的な結合モチーフは、以前報告されたSOXモチーフ5’-AACAAT-3’に対応し(図13A)、そして、このChIP-seqデータセットの有効性を、更にGO term分析と、Prox1およびVcam1等の既知のSOX18標的遺伝子の特定とにより確認した(図13B)(Francoisら、2008、Hoskingら、2004)。
本発明者らは、SOX18過剰発現細胞におけるSm4処理とDMSOコントロールとの全体的な転写効果を比較し(図13C~E)、この差次的発現遺伝子のリストをSOX18 ChIP-seqデータセットに重ね合わせた。
この重ね合わせを使用して、本発明者らは、遺伝子の転写開始部位(TSS)とTF結合事象との間の距離を、直接転写調節の可能性の代理として計算した。
この距離がどのようにSm4により変更されるかの分析を可能にするために、本発明者らはランダム遺伝子セットのTSSとSOX18結合事象との間の参照距離を確立した(図12A)。
並行して、本発明者らは、SOX7(インハウスで生成した)、およびENCODEコンソーシアムから入手可能な7つの全転写レギュレーター(GATA2、c-FOS、c-JUN、CTCF、EZH2、MAX、c-MYC)に関して同じ分析を行った。
それにより、本発明者らは、SOX18を標的とする転写と、他の内皮特異的転写因子に関する潜在的なオフターゲット効果とを区別することができた。
これらの結果は、Sm4が影響を与えた遺伝子が、SOX18転写活性に対する特異的効果により調節不全にされることの間接的な指示である。
この相関は、試験した他の転写因子の7つでは観察されず(図12Bおよび13F)、Sm4がこれらのTF活性にオフターゲット効果を有さないことを示している。
興味深いことに、Sm4下方調節遺伝子のTSSは、c-JUN結合事象に、2.05倍近かった(p値=0.011、添付ファイル1c)。軽度にのみ有意であるが、このことは、Sm4下方調節遺伝子のこのサブセットに対するSOX18およびc-JUNによる可能な共調節を示唆し得る。
実際に、SOX18 ChIP-seqピークにおける既知のモチーフの分析により、c-JUN結合モチーフの過剰提示が明らかとなり(SOX18ピークの3.23%、p値=1e-302)、そして、ALPHA-Screen分析は更に、SOX18およびc-JUNが物理的に相互作用し得ることを確立した(図14)。
本発明者らは、試験した他のTFの発現レベルが、Sm4処理により変更されないことを見出した。
Sm4の存在下で、これらの転写因子に関する転写産物レベルのオフターゲット調節により、バイアスが導入されないことを示しているため、これは重要な観察事項である。
Sm4は、細胞ベースのレポーターアッセイにおいて、任意の試験濃度(≦50μM)で、SOX17またはSOX9タンパク質のいずれの転写活性にも影響を与えなかった(図15)(Robinsonら、2014、Lefebvre ら、1997)。
まとめると、これらの結果は、他の重要な内皮転写因子およびSOXタンパク質と比較して、SOX18介在転写を選択的に標的とすることの強力な証拠を提供する。
本発明者らは、これらの幼生を受精後(hpf)の20時間において処理し、Sm4処置は、モルホリノオリゴヌクレオチド(MO)を使用した、組み合わせsox7/18枯渇の効果と同様に、SOX18依存性egfp転写産物レベルを有意に低下させる(61%)ことを観察した(図16A、B)。
重要なことには、これらのゼブラフィッシュ胚は正常に発達し、そして、本発明者は毒性の証拠を見出さなかった。
このDll4in3エンハンサーの活性は、内因性dll4発現を完全に再現するものではないが(Wytheら、2013、Sacilottoら、2013)(Wytheら、2013およびSacilottoら、2013)、Sox7、Sox18およびNotchエフェクターRbpjの組み合わせ活性を研究する有用なツールを提供する。
sox7、sox18およびrbpjとの組み合わせ遺伝的干渉は、Dll4in3活性化を消失させることが示されているが、単一または二重MOノックダウンは、遥かに軽度の効果を有する(Sacilottoら、2013)。
この軽度の抑圧効果は、Sm4単独を用いた処理により再現された(図16C、D)。
加えて、準最適用量のrbpj MO注射を、Sm4処理と組み合わせた場合、抑圧効果は有意に11.5%増大した(図16C、D)。これらのデータは、Sm4が、Dll4in3エンハンサーのSox7/18およびRbpj協調活性化を妨害することを示す。
インビボでのネガティブコントロールとして、本発明者らは、Sox9依存性tg(col2a1:yfp)レポーターラインを使用し、そして、受精後の2~6日の間の連続Sm4処理は、Sox9の転写活性、または軟骨形成のプロセスを攪乱しないことを観察した(図17)。
まとめると、これは、インビボでの選択的SOX18阻害剤としてのSm4に関する提案された作用機構を支持する。
本発明者らは、関連発達時間中に、16hpfから開始して、動脈/静脈レポーターtg(fli1a:eGFP、-6.5kdrl:mCherry)を持つゼブラフィッシュ幼生を1.5μM Sm4で処理した(図18A)。
これらの幼生は、背側大動脈(DA)を犠牲にして、拡大した後主静脈(PCV)を獲得し(図16E~Gおよび18B)、動静脈シャントおよび不完全な体幹循環を有した(図18C、D)。24および48hpfにおける血管マーカーのqRT-PCR分析により、DMSOと比較して、Sm4処理条件下での動脈および静脈遺伝子、特にefnb2a、hey1およびefnb4aの有意な調節不全が明らかとなった(図16Hおよび18E)。
Sm4の存在下で、本発明者らは、部分的Sox7機能喪失表現型のLDAレミニセント(reminiscent)に対する少々の形成異常を観察した。
しかしながら、頭部内の血液循環は、Sm4処理幼生では影響がなく、短い循環ループは完全には形成されていないことを示す。この表現型は、Sox7活性が小化合物の存在下でのみ部分的に影響を受けるという結論を支持する。
概して、これらの結果は、インビトロで観察されたゲノムワイド阻害効果と一致し、Sm4がインビボでSox18の転写活性およびSoxF仲介血管形成を選択的に妨害することを示す。
BALB/cマウスの乳腺脂肪体内に、高転移性の4T1.2乳癌細胞を接種し、そして、3日間腫瘍を生着させ、その後、25mg/kg/日のSm4、アスピリンまたはビヒクルPBSのいずれかを用いた処置を開始した(図19A)。
アスピリンは、Sm4との構造的類似性によって、ネガティブコントロールとして選択された。
毎日の処置を10日間の間維持し、その後、一次腫瘍を切除し、疾病反応時間(latency)に対する効果を監視した(図19A)。
標的関与の間接的な指標として、本発明者らは、最初に、インサイチューハイブリダイゼーションにより、4T1.2腫瘍脈管構造内のSox18の発現を確認した(図19B)。
本発明者らは、次に、処置の過程中のSm4バイオアベイラビリティの測定に進んだ。
2つの異なる時点で、血漿中のSm4を一貫して検出し、平均濃度は経時的に38.3μg/mLから55.2μg/mLへ増大した(図19C)。
一方、Sm4処置マウスは、全体的な生存が有意に増大し、中央反応時間は44日であった(p値<0.01)。
図20IのSm4用量応答の評価に示すように、Sm4の濃度の増大により、4T1.2接種マウスの全体的な生存の更なる改善がもたらされた。
例として、50mg/kgのSm4によるマウスの処置は、73日間の中央反応時間をもたらし、一方、ビヒクル処置マウスでは40日間の中央反応時間がもたらされた。
一次腫瘍のサイズは、Sm4処置により不変であったが(図19E)、本発明者らは、腫瘍接種後の28日目に、肺転移の平均数における67%の低下を見出した(図19F)。
腫瘍全体を切開し、明視野顕微鏡法により、赤血球の存在により示されるように、血管適用範囲の全体的な低下が明らかとなった(図19G、星形)。
更に、免疫蛍光染色を用いた内皮細胞マーカーERG(核)およびエンドムチン(EMCN、膜性)に関する分析により、Sm4処理マウスの腫瘍において、内皮細胞数(48%、p値<0.05)および血管体積の有意な低下(55%、p値<0.01)が示された(図19H、Iおよび22)。
リンパ特異的マーカーである、PROX1およびポドプラニン(PDPN)を使用して、本発明者らはまた腫瘍誘導リンパ脈管新生応答に対するSm4の効果を評価し、リンパ管に関連した腫瘍の密度、およびリンパ内皮細胞の数(70%、p値<0.001)は、処置状態において、多大に低下することを見出した(65%、p値<0.01)(図23)。
このSm4処置に対するリンパ応答は、固形癌のリンパ伝播中のSOX18機能喪失と一致する(Duongら、2012)。
まとめると、このことは、Sm4が、腫瘍誘導脈管新生およびそれに関連した転移を妨害することにより、誘導された乳癌の予後を改善したことを示す。
標的転写因子に対する従来の手法は、腫瘍細胞変換を促進することが、調整不能になった癌遺伝子を妨害することに焦点を当てていた(Gormally、2014、Illendulaら、2015、Moelleringら、2009、Zhangら、2012)。
本明細書で、本発明者らは、転移性伝播を促進し得る、宿主脈管構造からの発達転写因子の標的化に依存する新規な相補的戦略を検証する。
本発明者らの結果は、Sm4による転写因子SOX18の標的化が、乳癌の前臨床モデルにおける転移性伝播を妨害するための有効な分子戦略であるという概念の証明を提供する。
したがって、本開示を踏まえて、本発明の範囲から逸脱することなく、様々な修正および変更を例示された特定の実施形態に為し得ることが当業者により認識されるであろう。
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Claims (25)
- 式(I):
R1は、OHおよびOR6からなる群から選択され、
R6はC1~C4アルキルであり;
R2は、H、COOR7およびC(O)NR8R9からなる群から選択され、
R7、R8およびR9は、独立してHおよびC1~C4アルキルから選択され;
R3は、L-Aであり、
Lは、C2~C8アルキル、C2~C8アルケニルおよびC2~C8アルコキシアルキルから選択されるリンカーであり、
Aは、所望により置換されたフェニルおよび所望により置換されたナフチルから選択され;
R4は、H、OR10、ハロおよびC1~C4アルキルからなる群から選択され、
R10は、HおよびC1~C4アルキルから選択され;そして、
R5は、HおよびOR11、ハロおよびC1~C4アルキルからなる群から選択され、
R11は、HおよびC1~C4アルキルから選択され、
前記化合物は、SOX18活性の阻害に使用されるためのものである。
の化合物、またはその薬学的に許容できる塩、溶媒和物若しくはプロドラッグ。 - R1が、OHおよびOMeからなる群から選択される、請求項1に記載の化合物。
- R4が、H、OH、OMe、ClおよびMeからなる群から選択される、請求項1~3のいずれか一項に記載の化合物。
- R5が、H、OHおよびOMeからなる群から選択される、請求項1~4のいずれか一項に記載の化合物。
- R4およびR5がHである、請求項1~5のいずれか一項に記載の化合物。
- Lが、C2~C6アルキル、C2~C6アルケニルおよびC2~C6アルコキシアルキルから選択されるリンカーである、請求項1~6のいずれか一項に記載の化合物。
- 前記SOX18活性が、DNA配列および/またはタンパク質に対する接触および/または結合を含む、請求項1~9のいずれか一項に記載の化合物。
- 前記タンパク質が、SOX7、RBPJ、XRCC5、SOX18、ILF3、DDX17およびそれらの任意の組み合わせからなるリストから選択される、請求項10に記載の化合物。
- 請求項1~11のいずれか一項に記載の化合物、またはその薬学的に許容できる塩、溶媒和物若しくはプロドラッグと、薬学的に許容できる担体、希釈剤および/または賦形剤とを含む医薬組成物。
- 対象における血管新生および/またはリンパ脈管新生関連の疾病、疾患または状態の処置または予防方法であって、有効量の請求項1~11のいずれか一項に記載の化合物、若しくはその薬学的に有効な塩、溶媒和物若しくはプロドラッグ、または請求項12に記載の医薬組成物を前記対象に投与することにより、前記血管新生および/またはリンパ脈管新生関連の疾病、疾患または状態を処置または予防するステップを含む、方法。
- 血管新生および/またはリンパ脈管新生関連の疾病、疾患または状態の前記処置または予防のための医薬の製造における、請求項1~11のいずれか一項に記載の化合物、またはその薬学的に有効な塩、溶媒和物若しくはプロドラッグの使用。
- 前記血管新生および/またはリンパ脈管新生関連の疾病、疾患または状態が、眼科疾病、疾患または状態でありまたはそれを含む、請求項13に記載の方法または請求項14に記載の使用。
- 前記眼科疾病、疾患または状態が、加齢黄斑変性、糖尿病性網膜症、虚血性網膜症、未熟児の網膜症、血管新生緑内障、虹彩血管新生、角膜血管新生、毛様体炎、鎌状細胞網膜症、翼状片、角膜損傷中の血管応答およびそれらの任意の組み合わせからなる群から選択される、請求項15に記載の方法または使用。
- 前記血管新生および/またはリンパ脈管新生関連の疾病、疾患または状態が、癌でありまたは癌を含む、請求項13に記載の方法または請求項14に記載の使用。
- 前記癌が、前立腺癌、肺癌、乳癌、膀胱癌、腎癌、結腸癌、胃癌、膵臓癌、卵巣癌、黒色腫、肝細胞腫、肝細胞癌腫、肉腫、白血病、リンパ腫、血管新生物およびそれらの任意の組み合わせからなる群から選択される、請求項17に記載の方法または使用。
- 前記化合物または前記医薬組成物が、前記癌の転移を予防および/または阻害する、請求項17または18に記載の方法または使用。
- 前記血管新生および/またはリンパ脈管新生関連の疾病、疾患または状態が、腎疾病、疾患または状態でありまたはそれを含む、請求項13に記載の方法または請求項14に記載の使用。
- 前記腎疾病、疾患または状態が、慢性腎移植片機能不全、原発性腎線維化疾患、蛋白尿、糖尿病性腎症、腎炎症およびそれらの任意の組み合わせからなる群から選択される、請求項20に記載の方法または使用。
- 対象における癌の転移の阻害または予防方法であって、有効量の請求項1~11のいずれか一項に記載の化合物、若しくはその薬学的に有効な塩、溶媒和物若しくはプロドラッグ、または請求項12に記載の医薬組成物を前記対象に投与することにより、前記癌の転移を阻害または予防するステップを含む、方法。
- 対象におけるSOX18活性の阻害、予防または低減方法であって、有効量の請求項1~11のいずれか一項に記載の化合物、若しくはその薬学的に有効な塩、溶媒和物若しくはプロドラッグ、または請求項12に記載の医薬組成物を前記対象に投与することにより、前記対象における前記SOX18活性を阻害、予防または低減するステップを含む、方法。
- 前記SOX18活性が、DNA配列および/またはタンパク質に対する接触および/または結合を含む、請求項23に記載の方法。
- 前記タンパク質が、SOX7、RBPJ、XRCC5、SOX18、ILF3、DDX17およびそれらの任意の組み合わせからなるリストから選択される、請求項24に記載の方法。
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