JP3725405B2

JP3725405B2 - テロメアなどに結合し得る分子、それを用いた方法

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Publication number: JP3725405B2
Application number: JP2000216376A
Authority: JP
Inventors: 烈齋藤; 和彦中谷; 信介山東
Original assignee: Japan Science and Technology Agency; National Institute of Japan Science and Technology Agency
Current assignee: Japan Science and Technology Agency; National Institute of Japan Science and Technology Agency
Priority date: 2000-07-17
Filing date: 2000-07-17
Publication date: 2005-12-14
Anticipated expiration: 2020-07-17
Also published as: US20040170980A1; KR100904598B1; EP1302472A1; JP2002030094A; EP1302472A4; US7351531B2; WO2002006282A1; KR20030025272A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、次の一般式（Ｉ）、
Ａ−Ｌ−Ｂ（Ｉ）
（式中、Ａは正常な塩基対を形成することができない塩基の対の片方の塩基と対を形成し得る化学構造部分、Ｂは正常な塩基対を形成することができない塩基の対のもう一方の塩基と対を形成し得る化学構造部分、Ｌは化学構造部分Ａ及びＢを結合するリンカー構造を示す。）
で表される塩基対のミスマッチ認識分子化合物を用いて、１本鎖のオリゴヌクレオチド鎖における相互の塩基の対において、正常な塩基対を形成することができない塩基の対（ミスマッチの塩基対）に擬似的な塩基対を形成させて当該１本鎖のオリゴヌクレオチド鎖にヘアピン構造のような自己結合的な構造を形成させる方法、当該方法により１本鎖のオリゴヌクレオチド鎖におけるヘアピン構造や４本鎖構造などのような自己結合的な構造を安定化させる方法、そのための安定化剤、前記方法により１本鎖のオリゴヌクレオチド鎖におけるヘアピン構造のような自己結合的な構造を形成させて当該１本鎖のオリゴヌクレオチド鎖の相補鎖を合成する酵素の活性を阻害する方法、その酵素活性阻害剤、及び前記一般式（Ｉ）で表される化合物からなる医薬組成物に関する。
より具体的には、染色体の３’末端における１本鎖ＤＮＡの部分に本発明の一般式（Ｉ）で表される塩基対のミスマッチ認識分子を作用させて、当該１本鎖ＤＮＡの部分に安定なヘアピン構造のような自己結合的な構造を形成させて、テロメラーゼによるテロメアの伸長反応を阻害することからなるガン細胞における細胞分裂を抑制する方法、及びそのための医薬組成物に関する。
【０００２】
【従来の技術】
テロメアは染色体の末端に存在するＤＮＡの部分で、ヒト染色体遺伝子の場合にはＴＴＡＧＧＧの繰り返し配列が続く初期の状態では約１０ｋｂほどの長さのＤＮＡである。テロメアには種々の結合蛋白質が結合して、ＤＮＡの末端同士が結合して環状のＤＮＡになることを抑制したり、核膜との結合などの働きをしている。このうちの大部分は２本鎖であるが、最末端の数十塩基は３’末端側が１本鎖で突出している。
細胞分裂の場合にはＤＮＡが複製されるが、この複製機構において複製のたびに、複製の際のＲＮＡプライマー部分がＤＮＡに置換されないために、５’末端側のテロメアが短縮する。そして同時に複製の鋳型になった親ＤＮＡも含めて５’末端が修正される結果、ＤＮＡの複製後は親ＤＮＡも子ＤＮＡもテロメア部分の短縮が起こることになる。このことは理論的には１９７２年に報告されていたが、１９８９年になってＤＮＡが複製されるたびに約５０〜１５０塩基程度のテロメア部分が短縮されることがわかってきた。そして、テロメア部分の長さが約５ｋｂ程度になると細胞は分裂寿命を迎え（Ｍ１期）、細胞の分裂を停止する。正常細胞においてはテロメアの２本鎖部分にテロメア結合蛋白質の１種であるＴＲＦ１が結合して、テロメアの延長を抑制しており、分裂寿命を迎えた細胞は、テロメアＤＮＡが次第に不安定となり、遂に染色体の安定性を保つことができなくなり、そして自然死（アポトシス）（Ｍ２期）する。
【０００３】
一方、ガン細胞では、テロメア配列を伸張させる酵素「テロメラーゼ」が存在し、細胞分裂により短くなったテロメア配列を長くするために、無限に細胞増殖を繰り返すことができるとされている。これが、ガン細胞が正常細胞とは異なり、前記したＭ１期やＭ２期を迎えることなく異常に増殖を繰り返すことができる理由だと考えられている。このことから、ガン細胞に特有のテロメラーゼによるテロメア配列の伸長反応を阻害する化合物が、次世代の抗ガン剤として注目されてきている。
テロメラーゼは、テロメアＤＮＡの１本鎖部分を延長する逆転写酵素であり、ＴＴＡＧＧＧの１．５回分に相当する相補鎖の鋳型ＲＮＡを内在しており、これをプライマーとして伸長反応を行う。
【０００４】
テロメア配列は、４本のＤＮＡが集まり四重鎖（クアドラプレックス）を形成することが知られており、このクアドラプレックス構造を安定化できれば、テロメラーゼによるテロメア配列の伸張を阻害できると考え世界で多くの研究グループがこの方面での研究を進めている。
また、テロメラーゼは、結果として前記したようにテロメアＤＮＡの１本鎖部分を延長するものであるから、テロメアＤＮＡの１本鎖部分をヘアピン構造などにより２本鎖として安定化させることによりテロメラーゼの作用を阻害することができるのではないかと本発明者らは考えた。このような考え方は前記したクアドラプレックス構造の安定化とは根本的に異なる新規な発想である。
【０００５】
しかし、１本鎖のテロメア配列において、ヘアピン構造を形成するのに必要な相補的な配列はＴＡの部分しかなく、次に示すようにこの「ＴＡ」の部分において相補鎖を形成してもその前後においてＧ−Ｇミスマッチなどの塩基のミスマッチが生じることになる。
５’−・・・ＴＴＡＧＧＧＴＴＡＧＧＧ・・・・・
｜｜｜｜
３’−・・・ＧＡＴＴＧＧＧＡＴＴＧＧＧＡＴＴ・・・
前記した配列は、テロメアの３’末端側の１本鎖の部分がヘアピン構造を形成した場合を模式的に示したものであり、上図の右側はヘアピン構造のループ部分で全体としては１本鎖である。この１本鎖のテロメア末端の５’側が２本鎖ＤＮＡになっており、３’側はテロメアの末端、即ち染色体の末端である。上図の縦線は相補的な配列であることを示すが、その余はミスマッチの配列となっていることを示す。
【０００６】
このように、テロメアの１本鎖部分において安定なヘアピン構造を形成させることは通常は困難であり、ガン細胞においてはここにテロメラーゼが作用してテロメアの伸長反応が生起することになる。しかしながら、テロメアの１本鎖部分におけるＧ−Ｇミスマッチなどの塩基のミスマッチを解消することができれば、テロメアの１本鎖部分において安定なヘアピン構造を形成させることができ、テロメラーゼの作用を阻害することができる。
【０００７】
ところで、本発明者らは、２本鎖ＤＮＡ中に生成する不対塩基（バルジ塩基）を持つＤＮＡ（バルジＤＮＡ）に特異的に結合し、安定化する分子であるバルジＤＮＡ認識分子を開発してきた（特願平１１−２６２２０５号）。このバルジ認識分子は、不対塩基と水素結合をするだけでなく、バルジ塩基の存在により生じてくる空間に、芳香環とバルジ近傍の塩基とのスタッキング相互作用を利用してインターカーレーションし、安定化されているものである。
さらに、本発明者らは、このような周辺の塩基の存在によるスタッキング効果を利用した不対塩基に対する作用についてさらに研究を行ってきたところ、塩基対のミスマッチが生じている箇所においても、塩基と対を形成し得る分子種を２個有する化合物がこのようなスタッキング効果により比較的安定に取り込まれる得ることを見出し、ミスマッチの塩基配列を検出、同定できる試薬を提供してきた（特願平１１−３３６６２０号）。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような塩基対のミスマッチを検出、同定し得る試薬を用いてミスマッチの配列を有する１本鎖のＤＮＡやＲＮＡなどの核酸類に安定なヘアピン構造や４本鎖構造などを形成させる方法を提供するものである。
また、本発明は、１本鎖のテロメア配列に安定なヘアピン構造や４本鎖構造などを形成させてテロメラーゼの活性を阻害する方法、そしてガン細胞の増殖を抑制する方法及びガン増殖抑制剤を提供するものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、テロメアＤＮＡの１本鎖部分をヘアピン構造などにより２本鎖として安定化させることによりテロメラーゼの作用を阻害することができるのではないかとの新規な発想に基づいて、テロメアＤＮＡの１本鎖部分がヘアピン構造や４本鎖構造などをとった場合の塩基のミスマッチ、特にＧ−Ｇミスマッチの安定化に着目し、先に報告したＧ−Ｇなどの塩基のミスマッチ認識分子がテロメア配列に高い親和力で結合するのではないかと考え実験した。その結果、Ｇ−Ｇミスマッチ認識分子であるナフチリジン二重対は予想通りテロメア配列に高い結合を示すと同時に、テロメア配列の構造が大きく変化することを見いだした。
【００１０】
本発明は、次の一般式（Ｉ）、
Ａ−Ｌ−Ｂ（Ｉ）
（式中、Ａは正常な塩基対を形成することができない塩基の対の片方の塩基と対を形成し得る化学構造部分、Ｂは正常な塩基対を形成することができない塩基の対のもう一方の塩基と対を形成し得る化学構造部分、Ｌは化学構造部分Ａ及びＢを結合するリンカー構造を示す。）
で表される、その各々の塩基と対を形成し得る化学構造部分Ａ及び化学構造部分Ｂ、並びに当該化学構造部分Ａ及びＢを結合するリンカー部分Ｌを有する化合物を用いて、１本鎖のオリゴヌクレオチド鎖における相互の塩基の対において、正常な塩基対を形成することができない塩基の対に擬似的に塩基対を形成させる方法に関する。さらに、本発明は、１本鎖のオリゴヌクレオチド鎖に前記した擬似的な塩基対を形成させることにより正常な塩基対を形成することができない不安定な塩基の対を安定化させる方法、及び当該化合物からなる正常な塩基対を形成することができない不安定な塩基の対を安定化させる安定化剤に関する。
【００１１】
また、本発明は、１本鎖のオリゴヌクレオチド鎖における相互の塩基の対において、正常な塩基対を形成することができない塩基の対に擬似的な塩基対を形成させ得る、次の一般式（Ｉ）、
Ａ−Ｌ−Ｂ（Ｉ）
（式中、Ａは正常な塩基対を形成することができない塩基の対の片方の塩基と対を形成し得る化学構造部分、Ｂは正常な塩基対を形成することができない塩基の対のもう一方の塩基と対を形成し得る化学構造部分、Ｌは化学構造部分Ａ及びＢを結合するリンカー構造を示す。）
で表される化合物からなる、オリゴヌクレオチド鎖の相補鎖を合成する酵素の活性阻害剤、及び当該酵素阻害剤を用いた酵素活性を阻害する方法に関する。
【００１２】
さらに、本発明は、１本鎖のオリゴヌクレオチド鎖における相互の塩基の対において、正常な塩基対を形成することができない塩基の対に擬似的な塩基対を形成させ得る、次の一般式（Ｉ）、
Ａ−Ｌ−Ｂ（Ｉ）
（式中、Ａは正常な塩基対を形成することができない塩基の対の片方の塩基と対を形成し得る化学構造部分、Ｂは正常な塩基対を形成することができない塩基の対のもう一方の塩基と対を形成し得る化学構造部分、Ｌは化学構造部分Ａ及びＢを結合するリンカー構造を示す。）
で表される化合物、及び薬学的に許容される担体とからなる医薬組成物、好ましくはオリゴヌクレオチド鎖の相補鎖を合成する酵素の活性を阻害することにより治療、予防又は処置することができる疾患を治療、予防又は処置するための医薬組成物に関する。
なお、以下の説明においては、前記した「正常な塩基対を形成することができない塩基の対の片方の塩基と対を形成し得る化学構造部分（一般式（Ｉ）におけるＡ及び／又はＢの部分）」のことを単に「塩基認識部位」ということもある。
【００１３】
本発明者らは、２本鎖ＤＮＡ中に生成する不対塩基（バルジ塩基）を持つＤＮＡ（バルジＤＮＡ）に特異的に結合し、安定化する分子であるバルジＤＮＡ認識分子を開発してきた（特願平１１−２６２２０５号）。このバルジ認識分子は、バルジ塩基の存在により生じてくる空間に、芳香環とバルジ近傍の塩基とのスタッキング相互作用を利用してインターカーレーションし、安定化されているものであるが、本発明者らはこのようなバルジ認識分子を２分子、リンカーのような結合鎖で結合させることにより各々のバルジ認識分子が、塩基対のミスマッチ部分においてバルジ塩基と同様な塩基対を形成し、しかもこれらのバルジ認識分子の両者が２本鎖を形成しているＤＮＡやＲＮＡの鎖の中に比較的安定に取り込まれることを見出し、この特性を利用することにより、ハイブリダイズしている核酸の中で塩基対がミスマッチを生じている箇所を簡便に特定し得るミスマッチ認識分子を開発してきた（特願平１１−３３６６２０号）。
【００１４】
本発明は、本発明者らが開発してきたこのミスマッチ認識分子の応用に関するものであり、本発明は当該ミスマッチ認識分子を用いて１本鎖のオリゴヌクレオチド鎖において、正常な塩基対を形成することができない塩基の対が存在するために安定なヘアピン構造のような２本鎖構造をとることができない１本鎖のオリゴヌクレオチド鎖の正常な塩基対を形成することができない塩基の対（ミスマッチの塩基対）を安定化させて安定な擬似的な塩基対を形成させる方法を提供するものである。さらに、このような擬似的な塩基対を形成させて比較的安定なヘアピン構造のような２本鎖構造を形成させることにより、当該１本鎖のオリゴヌクレオチド鎖の相補的なオリゴヌクレオチド鎖を合成する酵素の活性を阻害する方法を提供するものである。そして、当該相補的なオリゴヌクレオチド鎖を合成する酵素の活性を阻害することにより、それに関連する各種の疾患を治療、予防、処置するための医薬組成物を提供するものである。
【００１５】
次に、本発明の方法を説明するが、その前にミスマッチ認識分子について説明しておく。
例えば、本発明者らはグアニンと水素結合を形成し、かつ周囲の塩基とスタッキング効果により安定化され得る１，８−ナフチリジン誘導体を用いて、これをリンカーにより結合させた次式（III）で示される二量体を合成した。
【００１６】
【化２】

【００１７】
この化合物は、１，８−ナフチリジン部分においてグアニンと対を形成する。グアニンがバルジ塩基となっている場合には、当該グアニンと１，８−ナフチリジン誘導体とが対を形成するための空間が充分にあるので、この１，８−ナフチリジン誘導体とバルジ塩基との対の形成は両者の安定性を検討すれば足りるのであるが、ミスマッチの場合には、対を形成するための場所に他の塩基が既に存在していることから空間的な余裕が充分ではなく、塩基と隣接する塩基との僅かな空間にこのような比較的大きな分子種が安定に入り込めるか否かが大きな問題となる。
したがって、核酸の２本鎖中においてグアニン−グアニンのミスマッチが存在している場合において、このような１，８−ナフチリジン部分を２個有する化合物がミスマッチしている各々のグアニンと対を形成して核酸の鎖の中に取り込まれるか否かを検討した。
【００１８】
２本鎖のＤＮＡ中にＧＣ塩基対、ＧＡミスマッチ塩基対、及びＧＧミスマッチ塩基対を有する５’−^３２Ｐでラベルした５２メル（mer）の２本鎖ＤＮＡを調製した。その該当する部分の部分配列を次に示す。

上記の２本鎖ＤＮＡにおいて、＊１で示した部分は正常なＧ−Ｃの塩基対であり、＊２で示した部分はＧ−Ａのミスマッチ部分であり、＊３の部分はＧ−Ｇのミスマッチの部分である。
【００１９】
この２本鎖のＤＮＡを用いて、種々の濃度における式（III）の化合物の存在下における、ＤＮａｓｅＩ（ＤＮＡ加水分解酵素）フットプリンティング滴定により、ＤＮａｓｅＩによるＤＮＡの切断の阻害場所を調べた。
この結果を図１に示す。図１は、電気泳動の結果を示す図面に代わる写真である。
図１の左から右に行くに従って、式（III）の化合物の濃度が０から５００μＭまで徐々に高くなっている。ＤＮａｓｅＩ（ＤＮＡ加水分解酵素）によって切断された場合には黒く示され、ＤＮａｓｅＩによる切断が阻害されたところが白くなって見えている。
【００２０】
例えば、Ｇ−Ｃの正常な塩基対である場合には、式（III）の化合物の濃度を高くしていっても黒いまま、即ちＤＮａｓｅＩによって切断が生じていることが示される。ところが、Ｇ−Ｇのようなミスマッチのサイトでは、式（III）のナフチリジン誘導体の濃度を高くしていった場合には、次第に白く、即ちその切断が阻害されてきていることがわかる。このような変化は、Ｇ−Ａミスマッチのサイトにおいても高濃度の部分において生じてきていることもわかる。
このようなＤＮＡ加水分解酵素に対するＤＮＡの切断阻害作用は、式（III）の化合物の存在（濃度を含めて）に依存しており、式（III）の化合物による特異的な作用であると考えられる。
【００２１】
図１における切断バンドの強度と加えたナフチリジンの濃度との関係をグラフにしたものが図２である。図２の縦軸は切断バンドの強度から得られた切断の阻害比であり、０．０はほぼ完全に切断されている状況であり、１．０はほぼ完全に切断が阻害されている状況を示している。図２の横軸は加えられた式（III）の化合物の濃度（Ｍ）を示している。図２のグラフ中の黒丸印（●）はＧ−Ｇのミスマッチサイトのものであり、黒三角印（▲）はＧ−Ａのミスマッチサイトのものである。
この図２のグラフからも明らかなように、式（III）の化合物によるＧ−Ｇのミスマッチサイトに対する切断阻害作用は比較的低濃度から生じ、約１０^−５Ｍの濃度以上でほぼ完全にＧ−Ｇミスマッチに対する切断が阻害されていることがわかる。また、Ｇ−Ａミスマッチサイトにおいても、約１０^−６Ｍの濃度付近から切断の阻害作用が始まり、５×１０^−３Ｍ（５００μＭ）付近では約９０％の切断阻害が生じていることがわかる。
【００２２】
この結果、式（III）の化合物のＧ−Ｇのミスマッチへの結合常数（Ｋａ（ＧＧｍｉｓ））は、１．１３×１０^７Ｍ^−１と求められ、同様にＧ−Ａのミスマッチへの結合常数（Ｋａ（ＧＡｍｉｓ））は、１．６３×１０^４Ｍ^−１と求められた。
両者の結合常数の比（（Ｋａ（ＧＧｍｉｓ））／（Ｋａ（ＧＡｍｉｓ）））は、６９６であり、式（III）がＧ−Ｇミスマッチに対して特異的に作用していることがわかる。また、式（III）の化合物のＧ−Ｇミスマッチ塩基対に対する結合常数が１０^７のオーダーと比較的大きいということは、式（III）の化合物が想像以上に安定にＧ−Ｇミスマッチ塩基対部分に取り込まれていることを示している。
そして、ＤＮＡの２本鎖に取り込まれた本発明のミスマッチ塩基認識分子は、比較的安定な対を形成し、このような対の形成により天然の酵素が認識することができない塩基の配列を新たに形成していると考えられる。
【００２３】
本発明の一般式（Ｉ）で示される化合物（ミスマッチ認識分子）が比較的安定に塩基のミスマッチ部分に取り込まれる様子を模式的に示したものが図３である。
図３の左側は、２本鎖のＤＮＡにおいてＧ−Ａのミスマッチがある部分を示している。他の箇所では正常な塩基対が形成されており、Ｇ−Ａの部分においてミスマッチがあるにもかかわらず全体としてはハイブリダイズしているＤＮＡである。これに、Ｎ_Ａ−Ｎ_Ｇで示される本発明のミスマッチ認識分子が加えられると、図３の右側のような状態になるものと考えられる。即ち、ミスマッチしている塩基のグアニン（Ｇ）はミスマッチ認識分子のグアニン認識部位（Ｎ_Ｇ）と対を形成し、ミスマッチしている他方の塩基のアデニン（Ａ）はミスマッチ認識分子のアデニン認識部位（Ｎ_Ａ）と対を形成し、そしてミスマッチ認識分子のグアニン認識部位（Ｎ_Ｇ）とアデニン認識部位（Ｎ_Ａ）とは、適当な長さでかつ適当な自由度のあるリンカー（−）で結合されており、２本鎖のＤＮＡの鎖の中にほぼ他の正常な塩基対と同様な形で取り込まれていると考えられる（図３の右側参照）。
【００２４】
そして、本発明のミスマッチ認識分子が２本鎖のＤＮＡの鎖の中に比較的安定に取り込まれるもうひとつの大きな理由は、ミスマッチ認識分子の塩基認識部位（例えば、先程の例におけるグアニン認識部位（Ｎ_Ｇ）やアデニン認識部位（Ｎ_Ａ））が、前後の塩基によるスタッキング効果（塩基同士間の分子間力のようなもの）により安定化されているということである。図３の右側における点線はこのような塩基によるスタッキング効果を示している。このようなスタッキング効果が生じる要因のひとつとして、π電子系の相互作用（パイスタッキング効果）が考えられることから、前後の塩基の種類によりスタッキングの効果には程度の差が生じることもあるが、本発明の分子とミスマッチサイトの結合を極端に低下させることはない。
したがって、本発明のミスマッチ認識分子の塩基認識部位（一般式（Ｉ）におけるＡ及びＢの化学構造部分）は、単に目的の塩基と水素結合ができるということのみではなく、前後又は周囲の塩基によるスタッキング効果が得られる化学構造であることが必要である。
【００２５】
このように、本発明の一般式（Ｉ）で表される化合物は、２個の塩基認識部位を適当な長さでかつ適当な自由度を有するリンカーで結合させた化合物であり、前記で例示したＧ−Ｇミスマッチに限定されるものではない。
前記した例では、グアニン（Ｇ）−グアニン（Ｇ）のミスマッチを例に取り、グアニン塩基と安全な水素結合を形成する１，８−ナフチリジン誘導体を塩基認識部位に用いたミスマッチ認識分子を示したが、ミスマッチの認識はＧ−Ｇミスマッチに限定されるものではない。本発明にミスマッチ認識分子における塩基認識部位は、ミスマッチの塩基の片方を認識し当該塩基とワトソン−クリック（Watson-Crick）型の塩基対を形成することができ、周囲の塩基によるスタッキング効果を得られる分子種を選択することにより、例示したグアニンに限らず、各種の塩基と塩基対を形成し得るものであればよい。
例えば、ミスマッチの塩基がシトシンの場合には、塩基認識部位として２−アミノナフチリジン−４−オン又はその誘導体などが、ミスマッチの塩基がアデニンの場合には、２−キノロン誘導体、例えば３−（２−アミノエチル）−２−キノロン又はその誘導体などが、また、ミスマッチの塩基がチミンの場合には、２−アミノナフチリジン−７−オン又はその誘導体などが用いられる。
【００２６】
特定のミスマッチの塩基に特異的に認識される本発明のミスマッチ認識分子における塩基認識部位は、水素結合を形成するための水素結合部位と、近傍の塩基にスタッキングされるための平面構造を有している複素環式芳香族基を有するものが好ましいが、さらに、塩基に対する選択性を増強するためにある程度の立体障害を有する置換基を有する複素環式芳香族基が好ましい。
このような置換基としては、例えば、炭素数１〜１５、好ましくは１〜１０より好ましくは１〜７の直鎖状又は分枝状のアルキル基、炭素数１〜１５、好ましくは１〜１０より好ましくは１〜７の直鎖状又は分枝状のアルキル基からなるアルコキシ基、炭素数１〜１５、好ましくは１〜１０より好ましくは１〜７の直鎖状又は分枝状のアルキル基でモノ又はジ置換されているモノ若しくはジアルキルアミノ基などが挙げられる。
これらのアルキル基、アルコキシ基又はモノ若しくはジアルキルアミノ基における１個又はそれ以上の炭素原子は、酸素原子又は窒素原子で置換されていてもよい。
【００２７】
また、本発明の一般式（Ｉ）で表される化合物におけるリンカー部Ｌとしては、２個の塩基認識部位を適当な長さで適当な自由度を与えるものであれば特に制限されるものではないが、例えば、炭素数１〜２０、好ましくは１〜１５、より好ましくは１〜１２の直鎖状又は分枝状の飽和又は不飽和のアルキレン基であって、当該アルキレン基中の１個又はそれ以上の炭素原子が酸素原子、窒素原子又はカルボニル基で置換されてもよいアルキレン基が挙げられる。好ましいリンカーとしては、前記した式（III）の化合物のように両端がアミド結合の部分を有し、中央部に窒素原子を有するものが挙げられる。
このリンカー部分は、２個の塩基認識部位を結合させるだけでなく、このリンカー部分から担体に固定化するための枝を結合させることもできる。例えば、リンカー中央部付近の窒素原子の箇所からさらに末端に担体と結合するための官能基などを有するアルキレン基のような枝を延ばして、必要に応じて担体に固定化することもできる。
【００２８】
本発明の一般式（Ｉ）における塩基認識部位Ａ又はＢとリンカー部Ｌとの結合は、炭素−炭素結合であってもよいが合成の簡便さから官能基による結合が好ましい。官能基による結合としては、エーテル結合、エステル結合、アミド結合、リン酸による結合など種々のタイプのものを選択することができるが、アミド結合が好ましい。
本発明のミスマッチ塩基認識分子における、Ｇ−Ｇミスマッチに対する好ましい一般式（Ｉ）の化合物として、次の一般式（II）、
【００２９】
【化３】

【００３０】
（式中、Ｒ、Ｒ_１は、水素原子、炭素数１〜１５のアルキル基であって当該アルキル基中の１個又はそれ以上の炭素原子が酸素原子又は窒素原子で置換されてもよいアルキル基、炭素数１〜１５のアルコキシ基であって当該アルコキシ基中の１個又はそれ以上の炭素原子が酸素原子又は窒素原子で置換されてもよいアルコキシ基、又は、炭素数１〜１５のモノ若しくはジアルキルアミノ基であって当該アルキルアミノ基中の１個又はそれ以上の炭素原子が酸素原子又は窒素原子で置換されてもよいモノ若しくはジアルキルアミノ基を示し、
Ｒ_２は、炭素数１〜２０のアルキレン基であって当該アルキレン基中の１個又はそれ以上の炭素原子が酸素原子、窒素原子又はカルボニル基で置換されてもよいアルキレン基を示す。）
で表される化合物又はその固定化物が挙げられる。ここにおける「固定化物」とは、前記した化合物が担体に固定化されている状態のもの又は固定化され得るように前記した「枝」をのばした状態の化合物をいう。
なお、Ｒ_２におけるアルキレン基は、一般式（II）に示されているように２価のアルキレン基である。
【００３１】
また、本発明のミスマッチ塩基認識分子はこれを単独で使用することもできるが、分子中の適当な位置に、例えばリンカー部分やリンカーから固定化のためなどのための延ばされた枝などに、放射性元素を導入したり、化学発光又は蛍光を発する分子種を導入するなどして、標識化して使用することもできる。なお、測定手段としての標識化は、検出対象のＤＮＡやＲＮＡなどの核酸部分の標識化によることもできる。
さらに、本発明のミスマッチ塩基認識分子の適当な位置においてポリスチレンなどの高分子材料と直接又はアルキレン基などを用いて結合させて、これを固定化して使用することもできる。
【００３２】
本発明のミスマッチ塩基認識分子は低分子有機化合物であり、通常の有機合成法により適宜製造することができる。例えば、前記した１，８−ナフチリジン誘導体は、２−アミノ−１，８−ナフチリジン又は２−アミノ−７−メチル−１，８−ナフチリジンをＮ−保護−４−アミノ−酪酸の反応性誘導体、例えば酸塩化物を反応させて、２位のアミノ基をアシル化した後、アミノ基を保護基を脱保護して製造することができる。この際の保護基としては、塩酸塩やアシル基やアルコキシカルボニル基などのペプチド合成において使用されるアミノ保護基を使用することができる。
このようにして得られた塩基認識部位を、両末端にカルボキシル基又はその反応性誘導体基を有するリンカー用の化合物と反応させることにより目的のミスマッチ塩基認識分子を得ることができる。この際に、リンカー用化合物の分子中に窒素原子などの反応性の基が存在している場合には、前記した保護基などで適宜保護して使用することができる。
【００３３】
本発明は、当該ミスマッチ認識分子を用いて１本鎖のオリゴヌクレオチド鎖において、正常な塩基対を形成することができない塩基の対が存在するために安定なヘアピン構造のような２本鎖構造をとることができない１本鎖のオリゴヌクレオチド鎖の正常な塩基対を形成することができない塩基の対（ミスマッチの塩基対）を安定化させて安定な擬似的な塩基対を形成させる方法を提供するものである。当該１本鎖のオリゴヌクレオチド鎖としては、ｍＲＮＡやｒＲＮＡなどの全体が１本鎖のものであってもよいし、その一部においてヘアピン構造のような２本鎖部分を有するものであってもよいし、末端が平滑端でない２本鎖ＤＮＡの末端部分の１本鎖のオリゴヌクレオチド鎖であってもよい。
【００３４】
例えば、真核細胞における染色体の末端部分であるテロメア領域においては、その末端の数十塩基が１本鎖の状態にあり、この部分を本発明における１本鎖のオリゴヌクレオチド鎖として使用することができる。
この１本鎖のテロメア配列において、ヘアピン構造を形成するのに必要な相補的な配列はＴＡの部分しかなく、次に示すようにこの「ＴＡ」の部分において相補鎖を形成してもその前後においてＧ−Ｇミスマッチなどの塩基のミスマッチが生じることになる。

前記した配列は、テロメアの３’末端側の１本鎖の部分がヘアピン構造を形成した場合を模式的に示したものであり、上図の右側はヘアピン構造のループ部分で全体としては１本鎖である。この１本鎖のテロメア末端の５’側が２本鎖ＤＮＡになっており、３’側はテロメアの末端、即ち染色体の末端である。上図の縦線は相補的な配列であることを示すが、その余はミスマッチの配列となっていることを示す。
【００３５】
このテロメア配列の１本鎖部分において、ミスマッチとなっているＧ−Ｇミスマッチ及び／又はＧ−Ｔミスマッチにおいて前記したミスマッチ認識分子を用いて擬似的な塩基対を形成させることができれば、このテロメア配列の１本鎖部分において安定なヘアピン構造を形成させることが可能となると本発明者らは考えた。そこで、ヒトテロメアを用いて、前記式（III）のミスマッチ認識分子をによる実験を行った。
【００３６】
１本鎖のヒトテロメア配列のＤＮＡを用いて、種々の濃度における式（III）の化合物（以下、ナフチリジン二量体又は単にＮＤの存在下における、ＤＮａｓｅＩ（ＤＮＡ加水分解酵素）フットプリンティング滴定により、ＤＮａｓｅＩによるＤＮＡの切断の阻害場所を調べた。
この結果を図４に示す。図４は図２と同様な実験の結果を示すものであり、図４の縦軸は切断バンドの強度から得られた切断の阻害比であり、０．０はほぼ完全に切断されている状況であり、１．０はほぼ完全に切断が阻害されて状況を示している。図２の横軸は加えられた式（III）の化合物の濃度（Ｍ）とＧ−Ｇミスマッチの濃度の比（［ＧＧ］／［ＮＤ］）（ＮＤは式（III）の化合物を示す。）を示している。
この図４のグラフからも明らかなように、式（III）の化合物によるＧ−Ｇのミスマッチサイトに対する切断阻害作用は比較的低濃度（［ＧＧ］／［ＮＤ］＝０．５）から生じ、濃度比［ＧＧ］／［ＮＤ］が約３以上でほぼ完全にＧ−Ｇミスマッチに対する切断が阻害されていることがわかる。
【００３７】
この結果、式（III）の化合物のＧ−Ｇのミスマッチへの結合常数（Ｋａ（ＧＧｍｉｓ））は、４．２×１０^５Ｍ^−１と求められた。
そして、この結果は、式（III）の化合物が想像以上に安定にＧ−Ｇミスマッチ塩基対部分に取り込まれていることを示し、１本鎖のテロメアにおいてＧ−Ｇミスマッチ部分において比較的安定な対を形成し、このような対の形成により天然の酵素が認識することができない塩基の対を形成したことがわかった。
【００３８】
次にＣＤスペクトルにより、式（III）の化合物（ナフチリジン二量体）の添加によるテロメアの構造変化を測定した。結果を図５に示す。図５に１はヒトテロメア単独の場合のＣＤスペクトルであり、２はヒトテロメアにナフチリジン二量体を添加した場合のＣＤスペクトルである。縦軸は角度θ（度・ｃｍ^２・ｄｍｏｌ^−１）であり、横軸は波長（ｎｍ）である。
図５に示されるようにヒトテロメアにナフチリジン二量体を添加することによりＣＤスペクトルが大きく変化し、これはナフチリジン二量体の添加によりテロメアの構造が大きく変化したことをしめすものである。
【００３９】
ヒトテロメアの構造、特に１本鎖の部分が通常はどのような構造となっているのかということは充分には解析されてきていないが、ヘアピン構造のような形態や四重鎖構造（クアドプレックス）のような形態をしていると考えられている。しかし、このような構造においても、このような構造を安定に保つために必要な充分な塩基対を形成することはできず、テロメラーゼなどの作用により簡単に１本鎖構造に戻ることができ、テロメラーゼにより末端のテロメアの伸長反応が進行することになる。
前述してきたようにテロメアの末端部分に、本発明のミスマッチ認識分子を添加することにより通常はミスマッチである塩基対においても（例えば、Ｇ−Ｇミスマッチ）、擬似的に塩基対を形成させることができ、一部の塩基対により形成されているヘアピン構造や四重鎖構造（クアドプレックス）を当該擬似的な塩基対の形成により酵素が作用できない程度に安定な構造にすることができる。そして、その結果としてテロメラーゼによるテロメア末端の伸長反応を阻害することができ、テロメアの伸長が行われない細胞はやがて増殖の寿命が尽きることになる。その結果ガン細胞も通常細胞と同様に増殖が停止して死滅することになる。
【００４０】
以上の説明では、本発明におけるミスマッチ認識分子としてＧ−Ｇミスマッチの場合を具体的に説明してきたが、一般式（Ｉ）で表されるミスマッチ認識分子のＡ及びＢの部分を他の塩基と対を形成できるものに代えることにより、Ｔ−Ｇミスマッチについても同様な手法により行うことができる。
本発明における一般式（Ｉ）で表されるミスマッチ認識分子が比較的安定に塩基のミスマッチ部分に取り込まれる様子を模式的に示したものが図３である。
図３の左側は、２本鎖のＤＮＡにおいてＧ−Ａのミスマッチがある部分を示している。他の箇所では正常な塩基対が形成されており、Ｇ−Ａの部分においてミスマッチがあるにもかかわらず全体としてはハイブリダイズしているＤＮＡである。これに、Ｎ_Ａ−Ｎ_Ｇで示される本発明のミスマッチ認識分子が加えられると、図３の右側のような状態になるものと考えられる。即ち、ミスマッチしている塩基のグアニン（Ｇ）はミスマッチ認識分子のグアニン認識部位（Ｎ_Ｇ）と対を形成し、ミスマッチしている他方の塩基のアデニン（Ａ）はミスマッチ認識分子のアデニン認識部位（Ｎ_Ａ）と対を形成し、そしてミスマッチ認識分子のグアニン認識部位（Ｎ_Ｇ）とアデニン認識部位（Ｎ_Ａ）とは、適当な長さでかつ適当な自由度のあるリンカー（−）で結合されており、２本鎖のＤＮＡの鎖の中にほぼ他の正常な塩基対と同様な形で取り込まれていると考えられる（図３の右側参照）。
なお、本明細書において使用している「擬似的な塩基対」というのは、天然に存在する塩基の対とは異なる塩基の対であるという意味であり、塩基対の強度を意味するものではない。また、本明細書において使用される「正常な塩基対」とは天然に存在する塩基の対であって、Ｇ−Ｃ、Ａ−Ｔ、又はＡ−Ｕの塩基対をいう。
【００４１】
本発明は、テロメアの末端のように１本鎖の状態のオリゴヌクレオチド鎖において、通常の状態では生起しない擬似的な塩基対を形成させることにより、１本鎖のオリゴヌクレオチド鎖の相補鎖を合成する酵素の活性を阻害しようという新規な考え方に基づくものである。相補鎖を合成する酵素の活性を阻害できるのであれば、１本鎖のオリゴヌクレオチド鎖のどの部分に擬似的な塩基対を形成させてもよい。例えば、プライマー領域や伸長反応が進行する領域であってもよい。また、相補鎖を合成する酵素としてはＤＮＡポリメラーゼのようなＤＮＡ合成酵素であってもよいし、ＲＮＡポリメラーゼのようなＲＮＡ合成酵素であってもよいし、さらに逆転写酵素であってもよい。
【００４２】
本発明の酵素活性阻害剤としては、前記した一般式（Ｉ）で表される化合物の１種又は２種以上をそのまま使用してもよいし、適当な担体と共に使用することもできる。また、標的細胞に特異的に作用するように、標的細胞に親和性を有する物質で修飾して使用することもできる。さらに、使用状況を計測するために適当なマーカーで修飾して使用することもできる。
また、本発明の医薬組成物としては、前記した一般式（Ｉ）で表される化合物の１種又は２種以上をそのまま使用してもよいし、適当な担体と共に使用することもできる。担体としては薬学的に許容される担体であればよい。本発明の医薬組成物は、経口又は非経口投与される。
【００４３】
本発明は、塩基対のミスマッチにより安定な２本鎖又は４重鎖の構造をとることができない１本鎖のオリゴヌクレオチド鎖において、当該ミスマッチ部分に一般式（Ｉ）で表されるミスマッチ認識分子を用いて「擬似的な塩基対」を形成させて、安定な２本鎖又は４重鎖の構造を形成させて、１本鎖のオリゴヌクレオチド鎖が有する機能、例えばその相補鎖を合成する酵素による相補鎖の合成などを阻害することにより、当該１本鎖のオリゴヌクレオチド鎖の機能に起因する各種の疾患を治療、予防及び／又は処置することができるという新規なコンセプトを提供するものであり、本発明は当該コンセプトを利用する各種の具体的な手法を包含するものであり、本発明は個々の具体的な手法に限定されるものではない。
【００４４】
【実施例】
次に、具体的な試験例により本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらの具体例に限定されるものではない。
【００４５】
実施例１（式（III）の化合物の合成）
次式に示す化学反応に従って標記の化合物を合成した。
【００４６】
【化４】

【００４７】
（式中のＢｏｃは、ｔ−ブトキシカルボニル基を示す。）
Ｎ−Ｂｏｃ化ジカルボン酸のスクシンイミジルエステル（３１３ｍｇ、０．７４ｍｍｏｌ）をクロロホルム（１５ｍＬ）に溶かし、２−アミノ−７−メチル−１，８−ナフチリジン（２９４ｍｇ、１．８５ｍｍｏｌ）を加えた。室温で４８時間反応後、後処理によりＢｏｃ化ジナフチリジンアミドを得た。これを４Ｎの塩酸を含む酢酸エチルに溶解し、室温で２時間反応すると、標記のジナフチリジンアミドが通算収率１３％で得られた。

【００４８】
実施例２
５’端を^３２Ｐでラベルした５２塩基のＤＮＡをＧ−Ｇ及びＧ−Ａのミスマッチが生じるようにハイブリダイズさせて２本鎖ＤＮＡとした（図１の右側参照）。
この２本鎖のＤＮＡに種々の濃度の実施例１で得られた化合物を加えて、ＤＮａｓｅＩフットプリンティング滴定により調べた。
即ち、この２本鎖のＤＮＡ（＜４ｎＭストランド濃度）を、ＮａＣｌ（１００ｍＭ）及びＭｇＣｌ_２（５ｍＭ）を含むトリス塩酸緩衝液（１０ｍＭ，ｐＨ７．６）で種々の濃度に調整した実施例１で得られた化合物と共に、４℃で１２時間インキュベートした。これに、０．２ＵのＤＮａｓｅＩ（ＤＮＡ加水分解酵素）を加え、２５℃で８分間インキュベートした。その後、エタノール沈殿によりＤＮＡを回収し、これを、１２％ポリアクリルアミド及び７Ｍ尿素を含有するゲルを用いて電気泳動した。
この結果を図１に示す。
【００４９】
実施例３
次の塩基配列を有する２２メル（mer）のオリゴヌクレオチド、
５’−ＡＧＧＧＴＴＡＧＧＧＴＴＡＧＧＧＴＴＡＧＧＧ−３’
を含むカコジル酸ナトリウムバッファー（１０ｍＭ、ｐＨ７．０、ＮａＣｌ１００ｍＭ）溶液を、７０℃５分加熱して、オリゴマーが４重鎖を組むようにゆっくり冷却した（Structure, 263, 1 (1993)）。この溶液に種々の濃度のナフチリジン二量体の溶液を滴下し、３６０ｎｍの吸光度変化に基づいてナフチリジン二量体の結合量を求めた。
その結果を図４に示す。また、スキャッチャードプロットから結合定数を求めた結果、結合定数が４．２×１０^５Ｍ^−１であることがわかった。
【００５０】
実施例４
次の塩基配列を有する２２メル（mer）のオリゴヌクレオチド、
５’−ＡＧＧＧＴＴＡＧＧＧＴＴＡＧＧＧＴＴＡＧＧＧ−３’
を含むカコジル酸ナトリウムバッファー（１０ｍＭ、ｐＨ７．０、ＮａＣｌ１００ｍＭ）溶液を、７０℃５分加熱して、オリゴマーが４重鎖を組むようにゆっくり冷却した（Structure, 263, 1 (1993)）。この溶液に種々の濃度のナフチリジン二量体の溶液（０〜５０μＭ）を加えた後、７℃で５分間放置して、その温度で円二色性スペクトル（ＣＤスペクトル）を測定した。
結果を図５に示す。得られたスペクトルは、ナフチリジン二量体の添加により図５の矢印の方向に大きく変化することがわかった。このスペクトル変化から、ナフチリジン二量体を添加しない場合に４重鎖構造をとっていたオリゴマーＤＮＡが、ナフチリジン二量体を添加することにより、その構造を大きく変化させることがわかった。
【００５１】
【発明の効果】
本発明の方法により、一般式（Ｉ）で表されるミスマッチ認識分子を用いて、１本鎖のオリゴヌクレオチド鎖に擬似的な塩基対を形成させることにより、当該１本鎖のオリゴヌクレオチド鎖中に比較的安定な２本鎖又は４本鎖の構造を簡便に形成させることができる。１本鎖のオリゴヌクレオチド鎖中にこのような比較的安定な構造を形成させることにより、当該１本鎖のオリゴヌクレオチド鎖が有する機能を阻害することができ、例えば、染色体の末端のテロメア領域の伸長反応を阻害することができ、当該１本鎖のオリゴヌクレオチド鎖が有する機能に起因する各種の疾患、例えばガンなどの治療、予防、処置に有用となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明のミスマッチ認識分子によるミスマッチ部位の、ＤＮａｓｅＩによる切断の阻害効果を示す、図面に代わる写真である。
【図２】図２は、本発明のミスマッチ認識分子を用いた場合のＤＮａｓｅＩによる切断の阻害効果を示すグラフである。
【図３】図３は、本発明のミスマッチ認識分子のミスマッチ部分における作用を模式的に示したものである。
【図４】図４は、テロメア配列を有する１本鎖ＤＮＡを用いて、本発明のミスマッチ認識分子を添加した場合のＤＮａｓｅＩによる切断の阻害効果を示すグラフである。
【図５】図５は、テロメア配列を有する１本鎖ＤＮＡを用いて、種々の濃度の本発明のミスマッチ認識分子を添加した場合及び無添加の場合の、ＣＤスペクトルの変化を示す。図５の１は無添加の場合を、２は添加した場合を示し、矢印は添加した場合のスペクトルの変化する方向を示している。

Claims

１本鎖のオリゴヌクレオチド鎖における相互の塩基の対において、正常な塩基対を形成することが出来ない塩基の対に擬似的な塩基対を形成させ得る、次の一般式（Ｉ）、
Ａ−Ｌ−Ｂ（Ｉ）
（式中、Ａは正常な塩基対を形成することができない塩基の対の片方の塩基と対を形成し得るナフチリジン又はその誘導体からなる化学構造部分、Ｂは正常な塩基対を形成することができない塩基の対のもう一方の塩基と対を形成し得るナフチリジン又はその誘導体からなる化学構造部分、Ｌは化学構造部分Ａ及びＢを結合するリンカー構造を示す。）
で表される化合物からなる、オリゴヌクレオチド鎖の相補鎖を合成する酵素の活性阻害剤。
一般式（Ｉ）で表される化合物における化学構造部分Ａ及びＢとリンカー部分Ｌとの結合が、カルボン酸アミド結合である請求項１に記載の活性阻害剤。
一般式（Ｉ）で表される化合物が次の一般式（ＩＩ）、

（式中、Ｒ、Ｒ_１は、水素原子、炭素数１〜１５のアルキル基であって当該アルキル基中の１個又はそれ以上の炭素原子が酸素原子又は窒素原子で置換されてもよいアルキル基、炭素数１〜１５のアルコキシ基であって当該アルコキシ基中の１個又はそれ以上の炭素原子が酸素原子又は窒素原子で置換されてもよいアルコキシ基、又は、炭素数１〜１５のモノ若しくはジアルキルアミノ基であって当該アルキルアミノ基中の１個又はそれ以上の炭素原子が酸素原子又は窒素原子で置換されてもよいモノ若しくはジアルキルアミノ基を示し、Ｒ_２は、炭素数１〜２０のアルキレン基であって当該アルキレン基中の１個又はそれ以上の炭素原子が酸素原子、窒素原子又はカルボニル基で置換されてもよいアルキレン基を示す。）
で表される化合物である請求項１又は２に記載の活性阻害剤。
擬似的に塩基対を形成させる領域が、オリゴヌクレオチド鎖の相補鎖を合成する酵素におけるプライマー領域である請求項１に記載の活性阻害剤。
オリゴヌクレオチド鎖の相補鎖を合成する酵素が、ＤＮＡの合成酵素である請求項１〜４のいずれかに記載の活性阻害剤。
オリゴヌクレオチド鎖の相補鎖を合成する酵素が、テロメラーゼである請求項１〜５のいずれかに記載の活性阻害剤。
請求項１〜６のいずれかに記載の活性阻害剤、及び薬学的に許容される担体からなる医薬組成物。
オリゴヌクレオチド鎖の相補鎖を合成する酵素の活性化による疾患の治療、処置又は予防のための請求項７に記載の医薬組成物。
オリゴヌクレオチド鎖の相補鎖を合成する酵素が、テロメラーゼである請求項８に記載の医薬組成物。
オリゴヌクレオチド鎖の相補鎖を合成する酵素の活性化による疾患が癌である請求項７〜９のいずれかに記載の医薬組成物。