JP4722512B2 - Screening method for inhibitors of γ-glutamylcysteine synthetase - Google Patents

Screening method for inhibitors of γ-glutamylcysteine synthetase Download PDF

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Description

本発明は、γ−グルタミルシステイン合成酵素の阻害剤のスクリーニング方法に関する。なお、本出願は、国の委託に係る成果の出願である。   The present invention relates to a screening method for inhibitors of γ-glutamylcysteine synthetase. In addition, this application is an application of the result which concerns on national commission.

グルタチオンによるホメオスタシスは、細胞内の酸化還元バランスの維持、及び、酸化ストレスや化学的ストレスに対する防御の維持において重要な役割を果たす。その一方、グルタチオンのレベルの制御は、薬理学的に注目されている。なぜなら、グルタチオンは、ある種の寄生虫やガン細胞における多剤耐性獲得機構に関与するからである。抗ガン剤又は抗寄生虫剤がガン細胞や寄生虫細胞内に侵入すると、これらの薬剤とグルタチオンとが結合してGSH包接化合物が形成され、このGSH包接化合物が、例えば、MDR輸送体等により、細胞外に排出される。このような機構により、寄生虫やガン細胞は、薬剤耐性を獲得する。   Homeostasis by glutathione plays an important role in maintaining intracellular redox balance and maintaining defense against oxidative stress and chemical stress. On the other hand, control of glutathione levels has attracted pharmacological attention. This is because glutathione is involved in the mechanism of acquiring multidrug resistance in certain parasites and cancer cells. When an anticancer agent or an antiparasitic agent invades cancer cells or parasite cells, these agents and glutathione are combined to form a GSH inclusion compound, and this GSH inclusion compound is, for example, an MDR transporter. It is discharged out of the cell by etc. By such a mechanism, parasites and cancer cells acquire drug resistance.

γ−グルタミルシステイン合成酵素(グルタミン酸-システインリガーゼ:EC 6.3.2.2、以下、γGCSと呼ぶ。)は、グルタチオンの生合成の最初のステップを触媒する酵素である。グルタチオンの生合成系を、図3に示す。図3に示すように、γGCSは、Mg2+、ATP存在下で、L-グルタミン酸とL-システインから、γ−グルタミルシステインが合成される反応を触媒する。そして、γGCSが触媒するこの反応は、グルタチオン生合成の律速段階である。また、γGCSの活性は、生体内では、グルタチオンによるノンアロステリックなフィードバック阻害、細胞内L-システインの欠乏、ならびに、さまざまな生理学的条件下における転写及び転写後の発現制御によって、正確に制御されている。 γ-Glutamylcysteine synthetase (glutamate-cysteine ligase: EC 6.3.2.2, hereinafter referred to as γGCS) is an enzyme that catalyzes the first step of glutathione biosynthesis. The glutathione biosynthesis system is shown in FIG. As shown in FIG. 3, GanmaGCS is, Mg 2+, in the presence ATP, from L- glutamic acid and L- cysteine, catalyzes a reaction γ- Guru Tamil cysteine is synthesized. This reaction catalyzed by γGCS is the rate-limiting step of glutathione biosynthesis. In addition, the activity of γGCS is precisely regulated in vivo by non-allosteric feedback inhibition by glutathione, lack of intracellular L-cysteine, and transcriptional and post-transcriptional expression control under various physiological conditions. Yes.

グルタチオンの多剤耐性獲得機構への関与等の理由により、γGCSは、創薬ターゲットとして注目されている。伝統的なγGCSの阻害剤としては、例えば、L-ブチオニンスルホキシイミン(BSO)があげられる。前記BSOは、ヒトのアフリカ眠り病を引き起こす寄生原虫トリパノゾーマ・ブルース(Trypanosoma brucei)に感染したマウスを延命できること(非特許文献1参照)、及び、熱帯熱マラリア原虫(Plasmodium falciparum)の成長を阻害できること(非特許文献2参照)が示されている。さらに、前記BSOで、ガン細胞を前処理すると、前記ガン細胞において、MRP輸送体による薬剤耐性を取り除くことができることも報告されている(例えば、非特許文献3及び4参照)。   ΓGCS is attracting attention as a drug discovery target for reasons such as glutathione's involvement in the mechanism of acquiring multidrug resistance. An example of a traditional γGCS inhibitor is L-butionine sulfoximine (BSO). BSO can prolong the life of mice infected with Trypanosoma brucei, a parasite parasite that causes human sleep sickness (see Non-Patent Document 1), and can inhibit the growth of Plasmodium falciparum. (See Non-Patent Document 2). Furthermore, it has been reported that pretreatment of cancer cells with the BSO can remove drug resistance due to MRP transporters in the cancer cells (see, for example, Non-Patent Documents 3 and 4).

その他のγGCS阻害剤としては、前記BSOと同様にスルホキシイミン構造を有する化合物であって、γ-グルタミルリン酸とL-システインとの予測される遷移状態のアナログからなる阻害剤があげられる(非特許文献5参照)。
B. A. Arrick, O. W. Griffith, A. Cerami, J. Exp. Med. 153, 720 (1981). K. Luersen, R. D. Walter, S. Muller, Biochem. J. 346, 545 (2000). G. Rappa et al., Eur. J. Cancer 39, 120 (2003). T. Fojo, S. Bates, Oncogene 22, 7512 (2003). J. Hiratake, T. Irie, N. Tokutake, J. Oda, Biosci. Biotechnol. Biochem. 66, 1500 (1998).
Other γGCS inhibitors include compounds having a sulfoxyimine structure as in the case of BSO, and consisting of an analog of a predicted transition state of γ-glutamyl phosphate and L-cysteine (non-patent) Reference 5).
BA Arrick, OW Griffith, A. Cerami, J. Exp. Med. 153, 720 (1981). K. Luersen, RD Walter, S. Muller, Biochem. J. 346, 545 (2000). G. Rappa et al., Eur. J. Cancer 39, 120 (2003). T. Fojo, S. Bates, Oncogene 22, 7512 (2003). J. Hiratake, T. Irie, N. Tokutake, J. Oda, Biosci. Biotechnol. Biochem. 66, 1500 (1998).

しかしながら、γGCSの阻害剤として、例えば、前記寄生虫を含むヒト以外の生物のγGCSに特異的に作用する阻害剤の存在は知られておらず、そのような阻害剤をスクリーニングできる方法が望まれている。   However, as an inhibitor of γGCS, for example, there is no known inhibitor that specifically acts on γGCS of non-human organisms including the parasites, and a method capable of screening for such inhibitors is desired. ing.

そこで、本発明は、寄生虫を含むヒト以外の生物に特異的なγGCSの阻害剤のスクリーニング方法の提供を目的とする。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a screening method for inhibitors of γGCS specific to non-human organisms including parasites.

前記目的を達成するために、本発明のスクリーニング方法は、γ−グルタミルシステイン合成酵素(γGCS)の阻害剤のスクリーニング方法であって、下記(A)のヒト型γGCSと、下記(B)の非ヒト型γGCSとを準備し、予め準備した薬剤候補化合物を、前記ヒト型及び非ヒト型γGCSのそれぞれと接触させて、前記化合物の前記両γGCSへの結合の強さをそれぞれ評価し、前記ヒト型γGCSよりも前記非ヒト型γGCSにより強く結合する前記薬剤候補化合物を選択する工程を含むことを特徴とする。
(A)ヒト型γGCS:γGCSのL-システイン結合部位に位置するアミノ酸残基であって、配列番号1のアミノ酸配列とアライメントした場合に前記アミノ酸配列の第132番目に相当するアミノ酸残基が、アルギニンであるγGCS。
(B)非ヒト型γGCS:γGCSのL-システイン結合部位に位置するアミノ酸残基であって、配列番号1のアミノ酸配列とアライメントした場合に前記アミノ酸配列の第132番目に相当するアミノ酸残基が、アルギニン以外のアミノ酸残基であるγGCS。
In order to achieve the above object, the screening method of the present invention is a method for screening an inhibitor of γ-glutamylcysteine synthetase (γGCS), which is a human type γGCS shown in (A) below and a non-screening agent shown in (B) below. Preparing a human-type γGCS, bringing a drug candidate compound prepared in advance into contact with each of the human-type and non-human-type γGCS, and evaluating the strength of binding of the compound to both γGCS, The method includes a step of selecting the drug candidate compound that binds more strongly to the non-human γGCS than to the type γGCS.
(A) Human-type γGCS: an amino acid residue located at the L-cysteine binding site of γGCS, the amino acid residue corresponding to position 132 of the amino acid sequence when aligned with the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1, ΓGCS, which is arginine.
(B) Non-human γGCS: an amino acid residue located at the L-cysteine binding site of γGCS, and when aligned with the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1, the amino acid residue corresponding to position 132 of the amino acid sequence is ΓGCS, which is an amino acid residue other than arginine.

本発明者らは、γGCSに結合する化合物であって、γGCSの反応中間体であるγ-グルタミルリン酸とL-システインとの遷移状態のアナログであるスルホキシイミン構造を有する化合物において、L-システインのカルボキシル基と側鎖に相当する部分が、前記化合物とγGCSとの結合の強さに影響することに着目して、鋭意研究を重ねた。本発明者らは、まず、大腸菌γGCS(AC No.P06980:配列番号1)と下記構造式(1)で表される化合物との共結晶であって、空間群が、P21である結晶を作製し、その結晶解析を行い、γGCSのタンパク質立体構造を世界で初めて明らかにした。次に、本発明者らは、前記構造解析により明らかにされたγGCSのL-システイン結合部位に寄与するアミノ酸残基の一つが、ヒトを含む多くのγGCSで保存されているにも関わらず、ある種の寄生虫において置換されていることに着目し、前記アミノ酸残基の置換によりもたらされる構造の差異に基づけば、前記寄生虫のγGCSに特異的な阻害剤となる化合物を設計できることを見出した。さらに、本発明者らは、前記アミノ酸残基を置換した組換えγGCSを用いれば、設計した薬剤候補化合物をスクリーニングできることを見出し、本発明に到達した。 The present inventors are compounds that bind to γGCS and have a sulfoxyimine structure that is an analog of a transition state between γ-glutamyl phosphate, which is a reaction intermediate of γGCS, and L-cysteine. Focusing on the fact that the portion corresponding to the carboxyl group and the side chain affects the strength of the bond between the compound and γGCS, intensive research was repeated. The present inventors first, E. coli GanmaGCS: A (AC No.P06980 SEQ ID NO: 1) and co-crystals of the compound represented by the following structural formula (1), the crystalline space group is P2 1 The crystal structure of the γGCS was clarified for the first time in the world. Next, the present inventors have found that although one of the amino acid residues contributing to the L-cysteine binding site of γGCS revealed by the structural analysis is conserved in many γGCSs including humans, Focusing on the substitution in certain types of parasites, it has been found that based on the structural differences caused by the substitution of the amino acid residues, compounds can be designed that are specific inhibitors of the parasite γGCS. It was. Furthermore, the present inventors have found that the designed drug candidate compound can be screened by using the recombinant γGCS substituted with the amino acid residue, and have reached the present invention.

Figure 0004722512
Figure 0004722512

本発明のスクリーニング方法によれば、例えば、トリパノゾーマ・ブルース(Trypanosoma brucei)や、熱帯熱マラリア原虫(Plasmodium falciparum)等の寄生虫のγGCSを含む非ヒト型γGCSに特異的な阻害剤をスクリーニングできる。前記阻害剤は、前記寄生虫の薬剤耐性獲得を抑制できるから、例えば、新たな寄生虫感染症の治療・予防薬や、治療・予防方法に利用できる。   According to the screening method of the present invention, for example, inhibitors specific to non-human γGCS including γGCS of parasites such as Trypanosoma brucei and Plasmodium falciparum can be screened. Since the inhibitor can suppress the acquisition of drug resistance by the parasite, it can be used, for example, for a new therapeutic / prophylactic drug for a parasitic infection or a therapeutic / preventive method.

本発明のスクリーニング方法は、一態様として、トリパノゾーマ・ブルース(Trypanosoma brucei)のγGCSの阻害剤をスクリーニング対象とし、前記非ヒト型γGCSとして、前記第132番目に相当するアミノ酸残基がアスパラギンである非ヒト型γGCSを使用する方法である。   In one aspect, the screening method of the present invention uses a γGCS inhibitor of Trypanosoma brucei as a screening target, and as the non-human γGCS, the amino acid residue corresponding to the 132nd position is asparagine. This is a method using human γGCS.

本発明のスクリーニング方法は、その他の態様として、熱帯熱マラリア原虫(Plasmodium falciparum)のγGCSの阻害剤をスクリーニング対象とし、前記第132番目に相当するアミノ酸残基がグルタミンである非ヒト型γGCSを使用する方法である。   The screening method of the present invention uses, as another aspect, a non-human γGCS in which an inhibitor of γGCS of Plasmodium falciparum is a screening target and the amino acid residue corresponding to the 132nd amino acid is glutamine. It is a method to do.

本発明のスクリーニング方法において、前記薬剤候補化合物は、大腸菌γGCSと前記構造式(1)で表される化合物との共結晶の結晶構造解析データから設計される化合物を使用することができる。その中でも、前記薬剤候補化合物としては、下記一般式(2)の化学構造を有する化合物を用いることが好ましい。   In the screening method of the present invention, as the drug candidate compound, a compound designed from crystal structure analysis data of a co-crystal of E. coli γGCS and the compound represented by the structural formula (1) can be used. Among these, as the drug candidate compound, it is preferable to use a compound having a chemical structure represented by the following general formula (2).

Figure 0004722512
Figure 0004722512

上記式(2)において、Xは、−H、−CH3、−CH2CH3、−CH2OH、−CH2SH、−CH2NH2、−CH2NHCH3、−CH2N(CH32、−CF3、−CH2Br、−CH2Cl、−CHCl2、−CN、−NC、−CH2CN、−CH2NC、−CH2CH2CH3、−CH2CH2OH、−CH2CH2SH、−CH2CH2Cl、−CH2CH2Br、−CH2CF3、−COOH、−CH2COOH、−COCH3、−COCH3、−PO3H、−CH2PO3H、−P(CH3)O2H、−SO3H、−SO2H、−NO2、−C≡CH、−CH=CH2、−CONH2、−CH2COCNH2、及び、−CH2CH2NH2からなる群から選択される置換基であり、Yは、−H、−OH、−COOH、−NH2、−COOCH3、−CONH2、−CN、−SO3H、及び、−NO2からなる群から選択される置換基である。 In the above formula (2), X represents —H, —CH 3 , —CH 2 CH 3 , —CH 2 OH, —CH 2 SH, —CH 2 NH 2 , —CH 2 NHCH 3 , —CH 2 N ( CH 3) 2, -CF 3, -CH 2 Br, -CH 2 Cl, -CHCl 2, -CN, -NC, -CH 2 CN, -CH 2 NC, -CH 2 CH 2 CH 3, -CH 2 CH 2 OH, -CH 2 CH 2 SH, -CH 2 CH 2 Cl, -CH 2 CH 2 Br, -CH 2 CF 3, -COOH, -CH 2 COOH, -COCH 3, -COCH 3, -PO 3 H, —CH 2 PO 3 H, —P (CH 3 ) O 2 H, —SO 3 H, —SO 2 H, —NO 2 , —C≡CH, —CH═CH 2 , —CONH 2 , —CH 2 COCNH 2, and a substituent selected from the group consisting of -CH 2 CH 2 NH 2, Y is, -H, -OH, -COOH, NH 2, -COOCH 3, -CONH 2 , -CN, -SO 3 H and, a substituent selected from the group consisting of -NO 2.

本発明のスクリーニング方法において、γGCSと前記薬剤候補化合物の結合の強さは、例えば、スローバインディングキネティクス(slow-binding kinetics)に基づくアッセイ法で評価することができる。   In the screening method of the present invention, the strength of binding between γGCS and the drug candidate compound can be evaluated by, for example, an assay method based on slow-binding kinetics.

本発明の非ヒト型組換えγGCSは、γGCSのL-システイン結合部位に位置するアミノ酸残基であって、配列番号1のアミノ酸配列とアライメントした場合に前記アミノ酸配列の第132番目に相当するアミノ酸残基がアルギニン以外のアミノ酸残基である組換えγGCSである。本発明の非ヒト型組換えγGCSは、例えば、本発明のスクリーニング方法に使用可能である。   The non-human recombinant γGCS of the present invention is an amino acid residue located at the L-cysteine binding site of γGCS and corresponds to the 132nd amino acid sequence when aligned with the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1. Recombinant γGCS where the residue is an amino acid residue other than arginine. The non-human recombinant γGCS of the present invention can be used, for example, in the screening method of the present invention.

本発明の非ヒト型組換えγGCSは、下記(i)又は(ii)に記載の非ヒト型組換えγGCSであることが好ましい。
(i) 大腸菌γGCSアミノ酸配列(AC No.P06980:配列番号1)の第132番目のアルギニンが、アスパラギン又はグルタミンに置換されたアミノ酸配列、
コレラ菌γGCSアミノ酸配列(AC No.AAF93724:配列番号2)の第131番目のアルギニンが、アスパラギン又はグルタミンに置換されたアミノ酸配列、
緑膿菌γGCSアミノ酸配列(AC No.NP 253890:配列番号3)の第134番目のアルギニンが、アスパラギン又はグルタミンに置換されたアミノ酸配列、
サルモネラ菌γGCSアミノ酸配列(AC No.NP 457216:配列番号4)の第132番目のアルギニンが、アスパラギン又はグルタミンに置換されたアミノ酸配列、
ブフネラγGCSアミノ酸配列(AC No.NP 777980:配列番号5)の第132番目のアルギニンが、アスパラギン又はグルタミンに置換されたアミノ酸配列、
ヒトγGCSアミノ酸配列(AC No.NP 001489:配列番号6)の第191番目のアルギニンが、アスパラギン又はグルタミンに置換されたアミノ酸配列、
ラットγGCSアミノ酸配列(AC No.P97494:配列番号7)の第191番目のアルギニンが、アスパラギン又はグルタミンに置換されたアミノ酸配列、
マウスγGCSアミノ酸配列(AC No.O09172:配列番号8)の第191番目のアルギニンが、アスパラギン又はグルタミンに置換されたアミノ酸配列、
マイコプラズマγGCSアミノ酸配列(AC No.NP 857368:配列番号9)の第112番目のアルギニンが、アスパラギン又はグルタミンに置換されたアミノ酸配列、及び
トリパノゾーマ・グルージγGCSアミノ酸配列(AC No.AAC80009:配列番号10)の第185番目のアルギニンが、アスパラギン又はグルタミンに置換されたアミノ酸配列からなる群から選択されるアミノ酸配列からなる非ヒト型組換えγGCS。
(ii) 前記(i)のアミノ酸配列におけるアスパラギン又はグルタミンに置換されたアミノ酸残基以外のアミノ酸残基において、1もしくは数個のアミノ酸残基が、欠失、置換もしくは付加されたアミノ酸配列からなり、かつ、γ−グルタミルシステイン合成酵素活性を有する非ヒト型組換えγGCS。
The non-human recombinant γGCS of the present invention is preferably the non-human recombinant γGCS described in (i) or (ii) below.
(I) an amino acid sequence in which the 132nd arginine of E. coli γGCS amino acid sequence (AC No. P06980: SEQ ID NO: 1) is substituted with asparagine or glutamine;
An amino acid sequence in which the 131st arginine of Vibrio cholerae γGCS amino acid sequence (AC No. AAF93724: SEQ ID NO: 2) is substituted with asparagine or glutamine;
Pseudomonas aeruginosa γGCS amino acid sequence (AC No.NP 253890: an amino acid sequence in which the 134th arginine of SEQ ID NO: 3) is substituted with asparagine or glutamine,
Salmonella γGCS amino acid sequence (AC No.NP 457216: an amino acid sequence in which the 132nd arginine of SEQ ID NO: 4) is substituted with asparagine or glutamine,
Bufnella γGCS amino acid sequence (AC No.NP 777980: an amino acid sequence in which the 132nd arginine of SEQ ID NO: 5) is substituted with asparagine or glutamine,
Human γGCS amino acid sequence (AC No.NP 001489: amino acid sequence in which the 191st arginine of SEQ ID NO: 6) is substituted with asparagine or glutamine,
An amino acid sequence in which the 191st arginine of the rat γGCS amino acid sequence (AC No. P97494: SEQ ID NO: 7) is substituted with asparagine or glutamine;
An amino acid sequence in which the 191st arginine of the mouse γGCS amino acid sequence (AC No. O09172: SEQ ID NO: 8) is substituted with asparagine or glutamine;
Mycoplasma γGCS amino acid sequence (AC No.NP 857368: The amino acid sequence in which the 112th arginine of SEQ ID NO: 9) is substituted with asparagine or glutamine, and the 185th arginine of the trypanosoma glue γGCS amino acid sequence (AC No. AAC80009: SEQ ID NO: 10) is asparagine. Or a non-human recombinant γGCS comprising an amino acid sequence selected from the group consisting of amino acid sequences substituted with glutamine.
(Ii) In the amino acid residue other than the amino acid residue substituted with asparagine or glutamine in the amino acid sequence of (i) above, one or several amino acid residues consist of an amino acid sequence deleted, substituted or added. And a non-human recombinant γGCS having γ-glutamylcysteine synthetase activity.

本発明のヒト型組換えγGCSは、γGCSのL-システイン結合部位に位置するアミノ酸残基であって、配列番号1のアミノ酸配列とアライメントした場合に前記アミノ酸配列の第132番目に相当するアミノ酸残基がアルギニンである組換えγGCSである。本発明のヒト型組換えγGCSは、例えば、本発明のスクリーニング方法に使用可能である。本発明のヒト型組換えγGCSとしては、下記(iii)又は(iv)に記載のヒト型組換えγGCSが好ましい。
(iii) トリパノゾーマ・ブルースγGCS(AC No.AAC47195:配列番号11)の第185番目のアスパラギンがアルギニンに置換されたアミノ酸配列、又は、
熱帯熱マラリア原虫γGCS(AC No.T18400:配列番号12)の第473番目のグルタミンがアルギニンに置換されたアミノ酸配列からなるヒト型組換えγGCS。
(iv) 前記(iii)のアミノ酸配列におけるアルギニンに置換されたアミノ酸残基以外のアミノ酸残基において、1もしくは数個のアミノ酸残基が、欠失、置換もしくは付加されたアミノ酸配列からなり、かつ、γ−グルタミルシステイン合成酵素活性を有する非ヒト型組換えγGCS。
The human recombinant γGCS of the present invention is an amino acid residue located at the L-cysteine binding site of γGCS, and when aligned with the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1, the amino acid residue corresponding to position 132 of the amino acid sequence is the amino acid residue. It is a recombinant γGCS whose group is arginine. The human recombinant γGCS of the present invention can be used, for example, in the screening method of the present invention. As the human recombinant γGCS of the present invention, the human recombinant γGCS described in the following (iii) or (iv) is preferable.
(Iii) an amino acid sequence in which the 185th asparagine of trypanosoma blues γGCS (AC No. AAC47195: SEQ ID NO: 11) is substituted with arginine, or
A human-type recombinant γGCS comprising an amino acid sequence in which the 473rd glutamine of P. falciparum γGCS (AC No. T18400: SEQ ID NO: 12) is substituted with arginine.
(Iv) an amino acid residue other than the amino acid residue substituted with arginine in the amino acid sequence of (iii) above, wherein one or several amino acid residues are deleted, substituted or added, and , A non-human recombinant γGCS having γ-glutamylcysteine synthetase activity.

本発明のポリヌクレオチドは、前記(i)から(iv)のいずれかの組換えγGCSをコードするポリヌクレオチドであり、本発明のベクターは、本発明のポリヌクレオチドを含むベクターである。そして、本発明の形質転換生物又はその細胞は、本発明のベクターにより形質転換された生物又はその細胞である。   The polynucleotide of the present invention is a polynucleotide encoding the recombinant γGCS of any one of (i) to (iv) above, and the vector of the present invention is a vector containing the polynucleotide of the present invention. The transformed organism or cell thereof of the present invention is an organism or cell thereof transformed by the vector of the present invention.

本発明の結晶は、薬剤候補化合物の設計に使用される共結晶であって、配列番号1のアミノ酸配列からなるγGCSと前記構造式(1)で表される化合物との共結晶であり、空間群が、P21である。 The crystal of the present invention is a co-crystal used for designing a drug candidate compound, which is a co-crystal of γGCS comprising the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 and the compound represented by the structural formula (1), The group is P2 1 .

本発明の寄生虫感染症の予防・治療薬の製造方法は、薬剤候補化合物を準備する工程と、前記薬剤候化合物を本発明のスクリーニング方法により非ヒト型γGCSを特異的に阻害する化合物を選択する工程と、選択された前記化合物を有効量含む寄生虫感染症の予防・治療薬を製造する工程とを含む製造方法である。   The method for producing a prophylactic / therapeutic agent for parasitic infection according to the present invention comprises a step of preparing a drug candidate compound, and a compound that specifically inhibits non-human γGCS by the screening method of the present invention using the drug candidate compound. And a process for producing a prophylactic / therapeutic agent for parasitic infections containing an effective amount of the selected compound.

まず、本発明のスクリーニング方法に使用するγGCSについて説明する。本発明において、ヒト型γGCSは、γGCSのL-システイン結合部位に位置するアミノ酸残基であって、配列番号1のアミノ酸配列とアライメントした場合に前記アミノ酸配列の第132番目に相当するアミノ酸残基が、アルギニンであるγGCSを指す。ヒト、ラットをはじめ、細菌まで、多くの生物が、ヒト型のγGCSを有している。下記表1に、ヒト型のγGCSを有する生物と、それぞれのγGCS配列のデータベース登録番号及び前記第132番目のアルギニンに相当するアミノ酸残基の位置を示す。   First, γGCS used in the screening method of the present invention will be described. In the present invention, human-type γGCS is an amino acid residue located at the L-cysteine binding site of γGCS and corresponds to the 132nd amino acid residue of the amino acid sequence when aligned with the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1. Refers to γGCS, which is arginine. Many organisms including humans, rats, and bacteria have human-type γGCS. Table 1 below shows organisms having human type γGCS, database registration numbers of the respective γGCS sequences, and positions of amino acid residues corresponding to the 132nd arginine.

(表1)
生物 登録番号 配列位置 配列番号
大腸菌 (Escherichia coli) P06980 132 1
コレラ菌 (Vibrio cholerae) AAF93724 131 2
緑膿菌 (Pseudomonas aeruginosa) NP 253890 134 3
サルモネラ菌(Salmonella enterica) NP 457216 132 4
ブフネラ (Buchnera aphidicola) NP 777980 132 5
ヒト NP 001489 191 6
ラット P97494 191 7
マウス O09172 191 8
マイコプラズマ(Mycobacterium bovis AF2122/97)NP 857368 112 9
トリパノゾーマ・クルージ (Trypanosoma cruzi) AAC80009 185 10
(Table 1)
Organism Registration number Sequence position Sequence number <br/> Escherichia coli P06980 132 1
Vibrio cholerae AAF93724 131 2
Pseudomonas aeruginosa NP 253890 134 3
Salmonella enterica NP 457216 132 4
Buchnera aphidicola NP 777980 132 5
Human NP 001489 191 6
Rat P97494 191 7
Mouse O09172 191 8
Mycoplasma (Mycobacterium bovis AF2122 / 97) NP 857368 112 9
Trypanosoma cruzi AAC80009 185 10

本発明のスクリーニング方法において、非ヒト型γGCSは、γGCSのL-システイン結合部位に位置するアミノ酸残基であって、配列番号1のアミノ酸配列とアライメントした場合に前記アミノ酸配列の第132番目に相当するアミノ酸残基が、アルギニン以外のアミノ酸残基であるγGCSを指す。非ヒト型のγGCSを生来的に有する生物としては、下記表2の生物があげられる。下記表2には、生物名と、配列データベース登録番号と、前記第132番目に相当するアミノ酸残基とその位置を示す。   In the screening method of the present invention, the non-human γGCS is an amino acid residue located at the L-cysteine binding site of γGCS and corresponds to the 132nd amino acid sequence when aligned with the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1. Refers to γGCS, in which the amino acid residue is an amino acid residue other than arginine. The organisms inherently having non-human γGCS include those shown in Table 2 below. Table 2 below shows organism names, sequence database registration numbers, amino acid residues corresponding to the 132nd position, and their positions.

(表2)
生物 登録番号 対応アミノ酸残基 配列位置 配列番号
トリパノゾーマ・ブルース
(Trypanosoma brucei) AAC47195 アスパラギン 185 11
熱帯熱マラリア原虫
(Plasmodium falciparum) T18400 グルタミン 473 12
(Table 2)
Organism registration number Corresponding amino acid residue Sequence position SEQ ID NO <br/> Trypanosoma blues
(Trypanosoma brucei) AAC47195 Asparagine 185 11
Plasmodium falciparum
(Plasmodium falciparum) T18400 Glutamine 473 12

本発明者らは、大腸菌γGCSの立体構造解析を行い、図1A及び図1Bにそれぞれ示すγGCSの3次元及び2次元構造を世界で初めて明らかにした。さらに、本発明者らは、前記立体構造解析の結果に基づき、種々のγGCSとのマルチプルアライメントを行い、γGCSにおけるL-システインの結合部位を構成するN末端バリアブルアーム(配列番号1の第105番目〜第145番目)と中央バリアブルアーム(配列番号1の第238番目〜第311番目)のアライメントに成功した。そのアライメントの一例を図2に示す。図2は、大腸菌(Ec)、コレラ菌(Vc)、緑膿菌(Pa)、ブルネラ(Ba)、ヒト(Hu)、ラット(Ra)、トリパノゾーマ・クルージ(Tc)、トリパノゾーマ・ブルース(Tb)、及び、熱帯熱マラリア原虫(Pf)についてのアライメントである。立体構造解析からL−システインの側鎖の認識に関わるアミノ酸残基であることが明らかにされた大腸菌(Ec)の第132番目のアルギニン(R)は、図2に示すとおり、トリパノゾーマ・ブルース(Tb)、及び、熱帯熱マラリア原虫 (Pf)以外で保存されている。前記第132番目のアルギニン(R)は、トリパノゾーマ・ブルースでは、アスパラギン(N)に置換され、熱帯熱マラリア原虫では、グルタミン(Q)に置換されている。   The present inventors conducted three-dimensional structure analysis of Escherichia coli γGCS and revealed for the first time in the world the three-dimensional and two-dimensional structures of γGCS shown in FIGS. 1A and 1B, respectively. Furthermore, the present inventors performed multiple alignment with various γGCSs based on the results of the above three-dimensional structure analysis, and formed an N-terminal variable arm (105th position of SEQ ID NO: 1) that constitutes the L-cysteine binding site in γGCS. ˜145th) and the central variable arm (the 238th to 311th of SEQ ID NO: 1) were successfully aligned. An example of the alignment is shown in FIG. FIG. 2 shows Escherichia coli (Ec), Vibrio cholerae (Vc), Pseudomonas aeruginosa (Pa), Brunella (Ba), human (Hu), rat (Ra), trypanosoma cruzi (Tc), trypanosome blues (Tb) , And alignment for P. falciparum (Pf). As shown in FIG. 2, the 132nd arginine (R) of Escherichia coli (Ec), which was revealed to be an amino acid residue involved in the recognition of the side chain of L-cysteine from the three-dimensional structure analysis, was trypanosome blues ( It is preserved except for Tb) and P. falciparum (Pf). The 132nd arginine (R) is replaced with asparagine (N) in trypanosoma blues, and with glutamine (Q) in P. falciparum.

したがって、非ヒト型γGCSとして、前記トリパノゾーマ・ブルースのγGCS、又は、前記ヒト型γGCSにおいて前記第132番目のアミノ酸残基に相当するアルギニン(R)がアスパラギン(N)に置換された非ヒト型組換えγGCSを用いれば、トリパノゾーマ・ブルースに特異的なγGCS阻害剤をスクリーニングできる。   Therefore, as the non-human γGCS, the trypanosoma blues γGCS or the non-human group in which arginine (R) corresponding to the 132nd amino acid residue in the human γGCS is substituted with asparagine (N) If the modified γGCS is used, a γGCS inhibitor specific to trypanosome blues can be screened.

また、非ヒト型γGCSとして、前記熱帯熱マラリア原虫のγGCS、又は、前記ヒト型γGCSにおいて前記第132番目のアミノ酸残基に相当するアルギニン(R)がグルタミン(Q)に置換された非ヒト型組換えγGCSを用いれば、熱帯熱マラリア原虫にに特異的なγGCS阻害剤をスクリーニングできる。   In addition, as non-human γGCS, γGCS of P. falciparum or non-human arginine (R) corresponding to the 132nd amino acid residue in human γGCS is replaced with glutamine (Q). If recombinant γGCS is used, a γGCS inhibitor specific to P. falciparum can be screened.

なお、本発明のスクリーニング方法のスクリーニング対象は、前記トリパノゾーマ・ブルース又は熱帯熱マラリア原虫のγGCS阻害剤に限られず、γGCSが生来的に非ヒト型であれば、その生物に特異的なγGCS阻害剤をスクリーニングできる。ある生物のγGCSがヒト型か非ヒト型かは、例えば、図2を参照して、マルチプルアライメントを行い、配列番号1の第132番目に相当するアミノ酸残基がアルギニンであるか否かにより判定できる。   The screening target of the screening method of the present invention is not limited to the trypanosoma blues or plasmodium falciparum γGCS inhibitor, and if the γGCS is naturally non-human, it is a γGCS inhibitor specific to that organism. Can be screened. Whether γGCS of a given organism is human or non-human is determined by, for example, referring to FIG. 2 and performing multiple alignment and determining whether the amino acid residue corresponding to position 132 of SEQ ID NO: 1 is arginine it can.

本発明のスクリーニング方法に用いる薬剤候補化合物としては、特に制限されず、あらゆる化学物質を候補化合物として使用できる。その中でも、前記薬剤候補化合物は、本発明の結晶の結晶解析データから得られるγGCSの立体構造情報に基づき設計されたものが好ましい。立体構造情報に基づく薬剤候補化合物の設計は、例えば、低分子化合物ライブラリーから酵素の活性中心に適合する化合物の検索を下記のソフトウェアを用いたドッキングシュミレーション法等により行うことができる。その一態様は、例えば、スルホキシイミン型阻害剤のリード化合物とした薬剤候補化合物等と組み合せることで、ファーマコフォアモデルを構築していく方法である。前記ソフトウェアとしては、例えば、DOCK、AUTODOCK、3D-Dock、FlexX(以上、フリーウェア)、商品名:C2.Ludi(富士通、Accelrys Inc.製)、商品名:AS DOCK((株)菱化システム社製)等があげられる。また、γGCSの立体構造情報は、後述の実施例に記載の方法にしたがって、本発明の前記γGCS結晶を作製し、この結晶をX線解析することにより得ることができる。 The drug candidate compound used in the screening method of the present invention is not particularly limited, and any chemical substance can be used as a candidate compound. Among them, the drug candidate compound is preferably designed based on the γGCS three-dimensional structure information obtained from the crystal analysis data of the crystal of the present invention. The design of drug candidate compounds based on the three-dimensional structure information can be performed, for example, by searching for a compound that matches the active center of the enzyme from a low molecular compound library by a docking simulation method using the following software. One aspect thereof is a method of constructing a pharmacophore model by combining with, for example, a drug candidate compound as a lead compound of a sulfoximine type inhibitor. Examples of the software include DOCK, AUTODOCK, 3D-Dock, FlexX (above, freeware), trade name: C2.Ludi (Fujitsu, Accelrys Inc.), trade name: AS DOCK (manufactured by Ryoka System Co., Ltd.) and the like. Further, the three-dimensional structure information of γGCS can be obtained by preparing the γGCS crystal of the present invention and analyzing the crystal by X-ray analysis according to the method described in Examples described later.

また、本発明のスクリーニング方法に用いる薬剤候補化合物であって、トリパノゾーマ・ブルース又は熱帯熱マラリア原虫に特異的なγGCS阻害剤の薬物候補化合物は、L−システイン側鎖の認識部位を形成すると考えられる配列番号1の第132番目に相当するアスパラギンやグルタミンと水素結合が形成可能な官能基を含むように分子設計することが好ましい。   The drug candidate compound used in the screening method of the present invention, which is a γGCS inhibitor drug candidate compound specific for Trypanosoma blues or Plasmodium falciparum, is considered to form a recognition site for the L-cysteine side chain. It is preferable to design the molecule so as to include a functional group capable of forming a hydrogen bond with asparagine or glutamine corresponding to the 132nd position of SEQ ID NO: 1.

本発明のスクリーニング方法に用いる薬剤候補化合物の具体例として、下記一般式(2)の化学構造を有するmechanism-based inhibitorとして機能する阻害剤の薬剤候補化合物があげられる。   Specific examples of drug candidate compounds used in the screening method of the present invention include drug candidate compounds for inhibitors that function as a mechanism-based inhibitor having the chemical structure of the following general formula (2).

Figure 0004722512
Figure 0004722512

上記式(2)において、Xは、−H、−CH3、−CH2CH3、−CH2OH、−CH2SH、−CH2NH2、−CH2NHCH3、−CH2N(CH32、−CF3、−CH2Br、−CH2Cl、−CHCl2、−CN、−NC、−CH2CN、−CH2NC、−CH2CH2CH3、−CH2CH2OH、−CH2CH2SH、−CH2CH2Cl、−CH2CH2Br、−CH2CF3、−COOH、−CH2COOH、−COCH3、−COCH3、−PO3H、−CH2PO3H、−P(CH3)O2H、−SO3H、−SO2H、−NO2、−C≡CH、−CH=CH2、−CONH2、−CH2COCNH2、及び、−CH2CH2NH2からなる群から選択される置換基であって、−CH2CH3、−CH2OH、−CH2SH、−CH2NH2、−CH2NHCH3、−CH2CN、−CF3、−CH2CF3、又は、−CNが好ましく、より好ましくは、−CH2CH3、又はCH2OHである。また、Yは、−H、−OH、−COOH、−NH2、−COOCH3、−CONH2、−CN、−SO3H、及び、−NO2からなる群から選択される置換基であって、−H、−OH、又は、−COOHが好ましく、より好ましくは、−H、又は、−COOHである。 In the above formula (2), X represents —H, —CH 3 , —CH 2 CH 3 , —CH 2 OH, —CH 2 SH, —CH 2 NH 2 , —CH 2 NHCH 3 , —CH 2 N ( CH 3) 2, -CF 3, -CH 2 Br, -CH 2 Cl, -CHCl 2, -CN, -NC, -CH 2 CN, -CH 2 NC, -CH 2 CH 2 CH 3, -CH 2 CH 2 OH, -CH 2 CH 2 SH, -CH 2 CH 2 Cl, -CH 2 CH 2 Br, -CH 2 CF 3, -COOH, -CH 2 COOH, -COCH 3, -COCH 3, -PO 3 H, -CH 2 PO 3 H, -P (CH 3) O 2 H, -SO 3 H, -SO 2 H, -NO 2, -C≡CH, -CH = CH 2, -CONH 2, -CH 2 COCNH 2, and, a substituent selected from the group consisting of -CH 2 CH 2 NH 2, -CH 2 CH 3, -CH 2 OH, CH 2 SH, -CH 2 NH 2 , -CH 2 NHCH 3, -CH 2 CN, -CF 3, -CH 2 CF 3, or, preferably -CN, more preferably, -CH 2 CH 3, or CH 2 OH. Y is a substituent selected from the group consisting of —H, —OH, —COOH, —NH 2 , —COOCH 3 , —CONH 2 , —CN, —SO 3 H, and —NO 2. -H, -OH, or -COOH is preferred, and -H or -COOH is more preferred.

前記一般式(2)の化学構造を有する化合物が、mechanism-based inhibitorとして機能する場合、γGCSとの結合した後、下記一般式(3)のようにリン酸化されてγGCSと強く結合するように変換され、阻害剤として機能することとなる。   When the compound having the chemical structure of the general formula (2) functions as a mechanism-based inhibitor, after binding to γGCS, it is phosphorylated as in the following general formula (3) and strongly bound to γGCS. It will be converted and will function as an inhibitor.

Figure 0004722512
Figure 0004722512

前記ヒト型γGCS又は非ヒト型γGCSと、前記薬剤候補化合物とを接触させる方法は、特に制限されず、インビトロの方法であってもよく、インビボの方法であってもよい。   The method for bringing the human type γGCS or non-human type γGCS into contact with the drug candidate compound is not particularly limited, and may be an in vitro method or an in vivo method.

前記インビトロの方法としては、特に制限されないが、例えば、精製した前記ヒト型又は非ヒト型γGCSと、L-グルタミン酸と、L-システインもしくはL-2-アミノ酪酸と、ATPと、マグネシウムとを含む反応液に、前記薬剤候補化合物を加えて、インキュベーションする方法があげられる。この場合、前記薬剤候補化合物とγGCSとの結合の強さは、γGCSの酵素活性が受ける阻害の程度で測定できる。前記mechanism-based inhibitorとして機能する阻害剤の薬剤候補化合物を用いた場合、例えば、スローバインディングキネティクス(slow-binding kinetics)に基づくアッセイ方法(例えば、非特許文献5参照)等により、前記阻害剤の阻害作用の強さを定量することができる。   The in vitro method is not particularly limited, and includes, for example, the purified human type or non-human type γGCS, L-glutamic acid, L-cysteine or L-2-aminobutyric acid, ATP, and magnesium. An example is a method in which the drug candidate compound is added to the reaction solution and incubated. In this case, the strength of the binding between the drug candidate compound and γGCS can be measured by the degree of inhibition received by the enzyme activity of γGCS. When a drug candidate compound of an inhibitor that functions as the mechanism-based inhibitor is used, for example, an assay method based on slow-binding kinetics (see, for example, Non-Patent Document 5) etc. The strength of the inhibitory action can be quantified.

具体的には、例えば、γGCS(E)、基質(グルタミン酸:S)、生成物(ADP:P)及び、阻害剤(I)との反応を下記式(4)で表し、生成物であるADPを測定して下記式(5)〜(7)から「EI→EI*」の速度定数kon[I]又は阻害定数Kiを求め、前記konの大きさ又は前記Kiをその阻害剤の阻害作用の強さとして定量する方法があげられる。なお、下記式において、Kmは、γGCSの「E+S ⇔ ES」の反応についてのKm値を表す。
E+S ⇔ ES→E+P
↑↓ ・・・(4)
EI→EI*
[P]=[P]max ・ [1−exp(−kt)] ・・・(5)
k = kon[I]/(1+[S]/Km) ・・・(6)
Ki= [E]・[I]/[EI*] ・・・(7)
Specifically, for example, the reaction with γGCS (E), substrate (glutamic acid: S), product (ADP: P), and inhibitor (I) is represented by the following formula (4), and the product ADP And the rate constant kon [I] or inhibition constant Ki of “EI → EI *” is determined from the following formulas (5) to (7), and the magnitude of the kon or the Ki is determined as the inhibitory action of the inhibitor. There is a method of quantifying the strength. In the following formula, Km represents the Km value for the reaction of “E + S⇔ES” of γGCS.
E + S ES ES → E + P
↑ ↓ (4)
EI → EI *
[P] = [P] max · [1-exp (−kt)] (5)
k = kon [I] / (1+ [S] / Km) (6)
Ki = [E] · [I] / [EI *] (7)

前記インビボの方法としては、特に制限されないが、例えば、非ヒト型γGCSを有する前記寄生虫に直接、薬剤候補化合物を作用させる方法や、遺伝子組換え技術等により、ヒト型及び非ヒト型のγGCSどちらか一方のみを有するモデル実験生物又は細胞を作製し、前記生物又は細胞に薬剤候補化合物を作用させ、細胞内部でγGCSと接触させる方法があげられる。前記薬剤候補化合物とγGCSとの結合の強さを評価する方法としては、例えば、γGCSが阻害されることによりグルタチオンが欠乏するから、例えば、グルタチオンの欠乏により誘導される遺伝子のプロモーターの下流にレポーター遺伝子を配置し、前記レポーター遺伝子の発現を指標として評価する方法があげられる。   The in vivo method is not particularly limited. For example, human and non-human γGCS can be obtained by a method in which a drug candidate compound is allowed to act directly on the parasite having non-human γGCS, a gene recombination technique, or the like. Examples include a method of producing a model experimental organism or cell having only one of them, allowing a drug candidate compound to act on the organism or cell, and bringing it into contact with γGCS inside the cell. As a method for evaluating the strength of binding between the drug candidate compound and γGCS, for example, since glutathione is deficient due to inhibition of γGCS, for example, a reporter is provided downstream of the promoter of a gene induced by glutathione deficiency. An example is a method in which a gene is placed and evaluated using the expression of the reporter gene as an index.

本発明のスクリーニング方法に用いるヒト型γGCS及び非ヒト型γGCSは、由来が同じであることが好ましい。結合の強さの判定が容易となるからである。その場合、前記由来となる生物は、特に制限されないが、例えば、大腸菌、酵母、昆虫細胞、動物細胞等のヒト型γGCSである実験動物があげられ、前記ヒト型γGCSに対応する非ヒト型γGCSとしては、前記ヒト型γGCSの前記第132番目に相当するアルギニンを置換した本発明の組換えγGCSがあげられる。これらのγGCSの発現及び精製方法は、特に制限されず、従来公知の方法で行うことができる。   The human γGCS and non-human γGCS used in the screening method of the present invention preferably have the same origin. This is because it becomes easy to determine the strength of the bond. In that case, the organism to be derived is not particularly limited, and examples thereof include experimental animals that are human γGCS such as Escherichia coli, yeast, insect cells, animal cells, etc., and non-human γGCS corresponding to the human γGCS. The recombinant γGCS of the present invention in which the arginine corresponding to the 132nd position of the human γGCS is substituted. The expression and purification method of these γGCS is not particularly limited, and can be performed by a conventionally known method.

本発明の非ヒト型組換えγGCSは、上記表1に示したヒト型γGCSを有する生物のγGCSのアミノ酸配列における同表に示した配列位置のアルギニンを、異なるアミノ酸に置換した組換えγGCSを含む。置換アミノ酸としては、特に制限されないが、アスパラギン又はグルタミンが好ましい。また、本発明の非ヒト型組換えγGCSは、さらに、上記置換アミノ酸以外のアミノ酸配列において、1もしくは数個のアミノ酸残基が、欠失、置換もしくは付加されたアミノ酸配列からなり、かつ、γ−グルタミルシステイン合成酵素活性を有する非ヒト型組換えγGCSを含む。このような非ヒト型組換えγGCSにおいて、欠失、置換もしくは付加されるアミノ酸残基数は、γ-グルタミルシステイン合成酵素活性が阻害されなければ、特に制限されないが、例えば、1〜20であり、好ましくは、1〜10であり、より好ましくは、1〜5であり、さらに好ましくは、1〜2である。また、本発明の非ヒト型組換えγGCSは、精製の手順の簡略化・低廉化や、安定性の向上・可溶化等を目的として、酵素活性を阻害しない範囲で、各種のタンパク質もしくはペプチドタグと融合させてもよい。   The non-human recombinant γGCS of the present invention includes a recombinant γGCS in which arginine at the sequence position shown in the same table in the amino acid sequence of γGCS of an organism having a human γGCS shown in Table 1 above is substituted with a different amino acid. . Although it does not restrict | limit especially as a substituted amino acid, Asparagine or glutamine is preferable. The non-human recombinant γGCS of the present invention further comprises an amino acid sequence in which one or several amino acid residues are deleted, substituted or added in the amino acid sequence other than the substituted amino acid, and γ -Includes non-human recombinant γGCS having glutamylcysteine synthetase activity. In such a non-human recombinant γGCS, the number of amino acid residues to be deleted, substituted or added is not particularly limited as long as γ-glutamylcysteine synthetase activity is not inhibited, but is, for example, 1 to 20 Preferably, it is 1-10, More preferably, it is 1-5, More preferably, it is 1-2. In addition, the non-human recombinant γGCS of the present invention can be used for various protein or peptide tags within a range that does not inhibit enzyme activity for the purpose of simplifying and reducing the purification procedure, improving stability, and solubilizing. And may be fused.

本発明の非ヒト型組換えγGCSの具体例として、上記(i)又は(ii)に記載の非ヒト型組換えγGCSが挙げられる。また、図2に示すとおり、トリパノゾーマ・ブルース及び熱帯熱マラリア原虫において、配列番号1の第131番目に相当するアミノ酸残基は、トレオニン(T)であるから、例えば、大腸菌、コレラ菌、緑膿菌、サルモネラ菌及びブフネラ等の非ヒト型組換えγGCSにおいては、配列番号1の第131番目に相当するチロシン(Y)をトレオニン(T)に置換した非ヒト型組換えγGCSとすることも好ましい。   Specific examples of the non-human recombinant γGCS of the present invention include the non-human recombinant γGCS described in (i) or (ii) above. Further, as shown in FIG. 2, in Trypanosoma blues and Plasmodium falciparum, the 131st amino acid residue of SEQ ID NO: 1 is threonine (T), and thus, for example, Escherichia coli, Vibrio cholerae, Pseudomonas aeruginosa, etc. In non-human recombinant γGCS such as fungus, Salmonella and Buchnera, a non-human recombinant γGCS in which the tyrosine (Y) corresponding to the 131st position of SEQ ID NO: 1 is replaced with threonine (T) is also preferable.

本発明の非ヒト型組換えγGCSは、例えば、まず、前記表1のヒト型γGCSのコード配列(CDS)をクローニングし、次に、前記CDSに前記表1の配列位置のアルギニンを、アスパラギン又はグルタミンに置換する変異を導入して非ヒト型組換えγGCSのCDSからなるポリヌクレオチドを得て、そして、前記CDSを適当な発現ベクターに組み込み、適当な宿主に導入して発現させ、必要に応じて精製することで、製造することができる。前記表1に記載の各種生物のγGCSのコード配列(CDS)のクローニング及び前記置換変異導入は、当業者であれば、容易に行うことができる。下記表3に、前記表1に記載の各種生物のγGCSのCDSのデータバンク登録番号及び非ヒト型組換えγGCSの製造のために置換変異を導入すべき配列位置を示す。   In the non-human recombinant γGCS of the present invention, for example, the human γGCS coding sequence (CDS) of Table 1 is first cloned, and then arginine at the sequence position of Table 1 is added to the CDS asparagine or A polynucleotide comprising a non-human recombinant γGCS CDS is obtained by introducing a mutation substituting for glutamine, and the CDS is incorporated into an appropriate expression vector and introduced into an appropriate host for expression, and if necessary It can be manufactured by purifying. Those skilled in the art can easily clone the γGCS coding sequence (CDS) of various organisms listed in Table 1 and introduce the substitution mutation. Table 3 below shows the data bank registration numbers of γGCS CDS of various organisms listed in Table 1 and the sequence positions where substitution mutations should be introduced for the production of non-human recombinant γGCS.

(表3)
生物 登録番号 配列位置 配列番号
大腸菌 U00096 394-396 13
コレラ菌 AE004141 391-393 14
緑膿菌 NC 002516 400-402 15
サルモネラ菌 NC 003198 394-396 16
ブフネラ NC 004545 394-396 17
ヒト NM 001498 571-573 18
ラット NM 010295 571-573 19
マウス NM 008129 571-573 20
マイコプラズマ NC 002945 334-336 21
トリパノゾーマ・クルージ AF095637 552-555 22
(Table 3)
Organism Registration number Sequence position Sequence number E. coli U00096 394-396 13
Vibrio cholerae AE004141 391-393 14
Pseudomonas aeruginosa NC 002516 400-402 15
Salmonella NC 003198 394-396 16
Bufnera NC 004545 394-396 17
Human NM 001498 571-573 18
Rat NM 010295 571-573 19
Mouse NM 008129 571-573 20
Mycoplasma NC 002945 334-336 21
Trypanosome Cluj AF095637 552-555 22

前記本発明の非ヒト型組換えγGCSをコードする本発明のポリヌクレオチドは、例えば、上述したように、ヒト型γGCSのCDSからなるポリヌクレオチドを入手し、配列番号1のアミノ酸配列とアライメントした場合に前記アミノ酸配列の第132番目に相当するアルギニン残基の部分に変異を導入することで製造することができる。CDSの増幅方法やクローニング方法、及び、部位特異的変異導入方法は、従来公知の方法を適用できる。本発明のポリヌクレオチドの具体例として、配列番号1のアミノ酸配列をコードする塩基配列(配列番号13:大腸菌γGCS遺伝子)において、第132番目のアルギニン残基をコードする第394番目〜第396番目の「cgt」の塩基配列を、「aac」「aat」「caa」又は「cag」に置換した塩基配列からなるポリヌクレオチドが挙げられる。   The polynucleotide of the present invention encoding the non-human recombinant γGCS of the present invention is obtained, for example, as described above, when a polynucleotide comprising human γGCS CDS is obtained and aligned with the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1. Can be produced by introducing a mutation into the arginine residue corresponding to position 132 of the amino acid sequence. Conventionally known methods can be applied to the CDS amplification method, cloning method, and site-directed mutagenesis method. As a specific example of the polynucleotide of the present invention, in the base sequence encoding the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 (SEQ ID NO: 13: E. coli γGCS gene), the 394th to 396th encoding the 132nd arginine residue. Examples include polynucleotides having a base sequence in which the base sequence of “cgt” is replaced with “aac”, “aat”, “caa”, or “cag”.

本発明のヒト型組換えγGCSは、配列番号1のアミノ酸配列とアライメントした場合に前記アミノ酸配列の第132番目に相当するアミノ酸残基がアルギニン以外のアミノ酸残基である非ヒト型γGCSの前記アミノ酸残基をアルギニンにしたものであり、前記(iii)及び(iv)の組換えγGCSを含む。また、前記(iv)のヒト型組換えγGCSにおいて、欠失、置換もしくは付加されるアミノ酸残基数は、γ-グルタミルシステイン合成酵素活性が阻害されなければ、特に制限されないが、例えば、1〜20であり、好ましくは、1〜10であり、より好ましくは、1〜5であり、さらに好ましくは、1〜2である。また、本発明の非ヒト型組換えγGCSは、精製の手順の簡略化・低廉化や、安定性の向上・可溶化等を目的として、酵素活性を阻害しない範囲で、各種のタンパク質もしくはペプチドタグと融合させてもよい。   The human recombinant γGCS of the present invention is the amino acid of the non-human γGCS in which the amino acid residue corresponding to the 132nd amino acid sequence is an amino acid residue other than arginine when aligned with the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1. The residue is an arginine and includes the recombinant γGCS of (iii) and (iv) above. In the human recombinant γGCS (iv), the number of amino acid residues to be deleted, substituted or added is not particularly limited as long as the γ-glutamylcysteine synthetase activity is not inhibited. It is 20, Preferably it is 1-10, More preferably, it is 1-5, More preferably, it is 1-2. In addition, the non-human recombinant γGCS of the present invention can be used for various protein or peptide tags within a range that does not inhibit enzyme activity for the purpose of simplifying and reducing the purification procedure, improving stability, and solubilizing. And may be fused.

本発明のヒト型組換えγGCSは、例えば、まず、前記表2の非ヒト型γGCSのコード配列(CDS)をクローニングし、次に、前記CDSに前記表2の配列位置のアスパラギン又はグルタミンを、アルギニンに置換する変異を導入してヒト型組換えγGCSのCDSからなるポリヌクレオチドを得て、そして、前記CDSを適当な発現ベクターに組み込み、適当な宿主に導入して発現させ、必要に応じて精製することで、製造することができる。前記表2に記載の各種生物のγGCSのコード配列(CDS)のクローニング及び前記置換変異導入は、当業者であれば、容易に行うことができる。下記表4に、前記表2の非ヒト型γGCSのCDSのデータバンク登録番号及びヒト型組換えγGCSの製造のために置換変異を導入する配列位置を示す。   In the human recombinant γGCS of the present invention, for example, the coding sequence (CDS) of the non-human γGCS shown in Table 2 is first cloned, and then asparagine or glutamine at the sequence position shown in Table 2 is added to the CDS. A polynucleotide comprising a human recombinant γGCS CDS is obtained by introducing a mutation that substitutes for arginine, and the CDS is incorporated into an appropriate expression vector and introduced into an appropriate host for expression, and if necessary It can manufacture by refine | purifying. Those skilled in the art can easily clone the γGCS coding sequences (CDS) of various organisms listed in Table 2 and introduce the substitution mutation. Table 4 below shows the data bank registration number of the non-human γGCS CDS in Table 2 and the sequence positions for introducing substitution mutations for the production of human recombinant γGCS.

(表4)
生物 登録番号 配列位置 配列番号
トリパノゾーマ・ブルース U56818 552-555 23
熱帯熱マラリア原虫 NC 004330 1417-1419 24
(Table 4)
Organism Registration number Sequence position SEQ ID NO: Trypanosome Blues U56818 552-555 23
P. falciparum NC 004330 1417-1419 24

本発明のヒト型組換えγGCSをコードする本発明のポリヌクレオチドは、上述した本発明の非ヒト型γGCSをコードするポリヌクレオチドの製造方法と同様にして製造できる。   The polynucleotide of the present invention encoding the human recombinant γGCS of the present invention can be produced in the same manner as the above-described method for producing the polynucleotide encoding the non-human γGCS of the present invention.

本発明のポリヌクレオチドは、例えば、従来公知の発現ベクターや組換えベクターに組込むことで、本発明のベクターとすることができる。本発明のベクターは、例えば、本発明の非ヒト型組換えγGCSを製造するため、又は、インビボのスクリーニング方法に使用するための形質転換生物やその細胞の製造等に使用できる。したがって、本発明のベクターは、導入する宿主において本発明の非ヒト型組換えγGCSを発現可能な発現ベクターであることが好ましい。本発明の形質転換生物又はその細胞は、本発明のベクターにより形質転換された生物又はその細胞である。前記生物は、特に制限されず、例えば、微生物、動物又は植物等に由来するものを使用できる。また、これらの生物又はその細胞の製造は、特に制限されず、従来公知の遺伝子導入技術を適用して行うことができる。前記遺伝子導入方法としては、特に制限されず、例えば、ファージやウイルスを利用する方法、リポフェクション法、エレクトロポレーション法、マイクロインジェクション法、細胞融合法、DEAEデキストラン法、リン酸カルシウム法等が挙げられる。本発明の形質転換生物又はその細胞は、例えば、本発明のスクリーニング方法において、薬剤候補化合物のγGCSへの結合の強さをインビボで評価する場合に使用できる。   The polynucleotide of the present invention can be made into the vector of the present invention by, for example, incorporating it into a conventionally known expression vector or recombinant vector. The vector of the present invention can be used, for example, for producing a non-human recombinant γGCS of the present invention or for producing a transformed organism or its cells for use in an in vivo screening method. Therefore, the vector of the present invention is preferably an expression vector capable of expressing the non-human recombinant γGCS of the present invention in the host to be introduced. The transformed organism or cell thereof of the present invention is an organism or cell thereof transformed by the vector of the present invention. The organism is not particularly limited, and for example, those derived from microorganisms, animals or plants can be used. The production of these organisms or cells thereof is not particularly limited, and can be performed by applying a conventionally known gene transfer technique. The gene introduction method is not particularly limited, and examples thereof include a method using a phage or virus, a lipofection method, an electroporation method, a microinjection method, a cell fusion method, a DEAE dextran method, and a calcium phosphate method. The transformed organism or cell thereof of the present invention can be used, for example, in the screening method of the present invention when evaluating the strength of binding of a drug candidate compound to γGCS in vivo.

本発明の結晶は、薬剤候補化合物の設計に使用される共結晶であって、配列番号1のアミノ酸配列からなる大腸菌γGCSと前記構造式(1)で表される化合物との共結晶であり、空間群が、P21である結晶である。 The crystal of the present invention is a co-crystal used for designing a drug candidate compound, and is a co-crystal of E. coli γGCS consisting of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 and the compound represented by the structural formula (1), A crystal whose space group is P2 1 .

本発明の結晶の作製にあたっては、得られる結晶が、単結晶ではなく、双晶や多結晶構造であるものが多く、構造解析には適さないという技術的な問題があった。一般に、X線の回析現象を用いて構造解析を行うためには、単位格子で定義される分子の配列が全体に均一に並んだ結晶(単結晶)が必要となる。しかしながら、結晶の成長過程において、1つの単結晶の特定の成長面が新たな単結晶の成長開始点になり、2つ以上の単結晶が分離できない状態で見かけ上1つの結晶(双晶)となるツイニング(twining)が生じたり、また、単結晶同士が複数付着し合った多結晶構造が生じる場合がある。前記多結晶構造の結晶は、単結晶が分離できれば構造解析が可能となる場合があるが、結晶が小さかったり、物理的に損傷したりするため、一般的に構造解析には適していない。   The production of the crystal of the present invention has a technical problem that the obtained crystal is not a single crystal but has a twin or polycrystalline structure, and is not suitable for structural analysis. In general, in order to perform structural analysis using the X-ray diffraction phenomenon, a crystal (single crystal) in which molecular arrangements defined by a unit cell are uniformly arranged as a whole is required. However, in the crystal growth process, a specific growth surface of one single crystal becomes the growth start point of a new single crystal, and apparently one crystal (twin crystal) and two or more single crystals cannot be separated. In some cases, a twining may occur, or a polycrystalline structure in which a plurality of single crystals adhere to each other may occur. If the single crystal can be separated, structural analysis may be possible for the crystal having a polycrystalline structure. However, since the crystal is small or physically damaged, it is generally not suitable for structural analysis.

通常、前記問題を解決する方法としては、例えば、界面活性剤、ジオキサン等の有機溶媒、もしくは、グリセロール等の糖類の添加を行ったり、又は、タンパク質の分子表面にある残基を改変方法が知られていた。しかしながら、本発明の結晶に関しては、前記界面活性剤や有機溶媒等は、ほとんど効果がなく、単結晶の製造が困難であった。本発明者らは、鋭意研究を重ねた結果、本発明の結晶の単結晶の成長促進には、ジアミン化合物の添加が効果があることを見出し、本発明の結晶を得るに至った。   Usually, as a method for solving the above problems, for example, a surfactant, an organic solvent such as dioxane, or a saccharide such as glycerol is added, or a method for modifying a residue on the surface of a protein molecule is known. It was done. However, with regard to the crystal of the present invention, the surfactant, organic solvent, and the like have little effect and it is difficult to produce a single crystal. As a result of intensive studies, the present inventors have found that the addition of a diamine compound is effective in promoting the growth of a single crystal of the present invention, and have obtained the crystal of the present invention.

前記ジアミン化合物は、結晶化において、通常、タンパク質を安定化するためにキレート剤として利用されることがあるが、双晶や多結晶構造を抑制し、単結晶の成長を促進するためにジアミン化合物が利用できることは、本発明者らが初めて見出したことである。   The diamine compound is usually used as a chelating agent in order to stabilize a protein in crystallization. However, the diamine compound is used to suppress twinning or polycrystalline structure and promote single crystal growth. That the present inventors have found for the first time.

本発明の結晶は、例えば、精製した大腸菌γGCSと下記構造式(8)で表される化合物とを、マグネシウム・ATP存在下でインキュベーションし、ジアミン化合物を添加したγGCS溶液を用いて、シッティングドロップ蒸気拡散法を行うことで結晶化することができる。前記大腸菌γGCSの精製方法は、特に制限されず、従来公知の方法で精製できる。   The crystal of the present invention is prepared by, for example, using a γGCS solution in which purified E. coli γGCS and a compound represented by the following structural formula (8) are incubated in the presence of magnesium / ATP and a diamine compound is added, It can crystallize by performing a diffusion method. The purification method of the E. coli γGCS is not particularly limited, and can be purified by a conventionally known method.

Figure 0004722512
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前記γGCS溶液に添加するジアミン化合物としては、例えば、1,6-ジアミノヘキサンや1,8-ジアミノオクタンがあげられ、その添加濃度は、γGCS溶液の初期濃度として、例えば、0.3〜0.8%(W/V)であり、好ましくは、0.5〜0.7%(W/V)であり、より好ましくは、0.5%(W/V)である。また、前記ジアミン化合物の添加時におけるγGCS溶液のpHは、8.0〜9.5である。pHが9.5を越えると酵素が変性してしまい、また、pHが8.0未満では、結晶が生じない。前記pHは、好ましくは、8.0〜9.0であり、より好ましくは、8.0〜8.5である。   Examples of the diamine compound added to the γGCS solution include 1,6-diaminohexane and 1,8-diaminooctane, and the concentration of the diamine compound added is, for example, 0.3 to 0.3 as the initial concentration of the γGCS solution. It is 8% (W / V), preferably 0.5 to 0.7% (W / V), and more preferably 0.5% (W / V). The pH of the γGCS solution at the time of adding the diamine compound is 8.0 to 9.5. If the pH exceeds 9.5, the enzyme is denatured, and if the pH is less than 8.0, no crystals are formed. The pH is preferably 8.0 to 9.0, and more preferably 8.0 to 8.5.

本発明のスクリーニング方法により薬剤候補化合物から選択された化合物は、人体に対する作用や副作用等に関する薬理学的実験を行い、薬学的に許容できるものである場合には、従来公知の方法で、寄生虫等の感染症に対する治療・予防薬とすることができる。   When the compound selected from the drug candidate compounds by the screening method of the present invention undergoes pharmacological experiments regarding effects on human bodies, side effects, etc., and is pharmaceutically acceptable, parasites can be obtained by a conventionally known method. It can be used as a therapeutic / preventive drug for infectious diseases such as

以下、本発明を実施例により、さらに説明する。   The present invention will be further described below with reference to examples.

(γGCSの結晶化)
γGCSの発現・精製は、以下とおりに行った。まず、大腸菌(JM109)の菌体培養後、超音波破砕法等により細胞膜を破壊して菌体粗抽出液を調製した。得られた前記菌体粗抽出液に硫酸アンモニウムを45−50%飽和となるように加えて硫安沈殿した後、遠心分離をした上清画分を用いて疎水カラムクロマトグラフィー、ATPアガロースアフィニティーカラムクロマトグラフィー、DEAE又はQAE陰イオン交換カラムクロマトグラフィーによる分離をこの順で行い、精製酵素標品を得た。
(Crystallization of γGCS)
The expression / purification of γGCS was performed as follows. First, after culturing cells of Escherichia coli (JM109), the cell membrane was broken by an ultrasonic disruption method or the like to prepare a crude cell extract. Ammonium sulfate is added to the obtained crude cell extract so as to be 45-50% saturated, and ammonium sulfate is precipitated. Then, the supernatant fraction obtained by centrifugation is used for hydrophobic column chromatography and ATP agarose affinity column chromatography. Separation by DEAE or QAE anion exchange column chromatography was performed in this order to obtain a purified enzyme preparation.

次に、精製γGCSと前記構造式(8)で表される化合物とを、マグネシウム・ATP存在下で、25℃で、その活性が完全に止まるまでインキュベーションした。この複合体を、シッティングドロップ蒸気拡散法により、15%(W/V) PEG 2000MMEと、250mM MgCl2を含む20mM Tris-HCl,pH7.5のバッファーに対して、20℃で結晶化した。なお、前記γGCSの溶液には、ツイニングを防止するため、0.5%(W/V)のジアミノオクタンを添加した。得られた結晶を、瞬間的に、25% PEG400を含む凍結防止溶液に浸した後、直接液体窒素中で、データコレクションまで保持した。 Next, the purified γGCS and the compound represented by the structural formula (8) were incubated in the presence of magnesium · ATP at 25 ° C. until the activity was completely stopped. This complex was crystallized at 20 ° C. against a buffer of 20 mM Tris-HCl, pH 7.5 containing 15% (W / V) PEG 2000 MME and 250 mM MgCl 2 by a sitting drop vapor diffusion method. In addition, 0.5% (W / V) diaminooctane was added to the γGCS solution in order to prevent twinning. The obtained crystals were instantaneously immersed in an antifreeze solution containing 25% PEG400 and then held in liquid nitrogen directly until data collection.

(データコレクション)
SPring−8ビームラインBL41XUのMAR CCD検出器を使用して、100Kで、結晶のX線回析データを収集した。強度データは、MOSFLMプログラムとCCP4プログラム(Collaborative Computational Project製)とを組み合せて、又は、商品名:CrystalClearソフトウェア(Rigaku/MSC, Inc.製)を使用して、処理等を行った。その結果を下記表3に示す。下記表3に示すとおり、分解能2.1Åという、従来の結晶よりも、より高分解能で立体構造解析データを得ることができる共結晶を得た。
(Data collection)
X-ray diffraction data of the crystals were collected at 100K using a MAR CCD detector at SPring-8 beamline BL41XU. The intensity data was processed using a combination of the MOSFLM program and the CCP4 program (manufactured by Collaborative Computational Project) or using the product name: CrystalClear software (manufactured by Rigaku / MSC, Inc.). The results are shown in Table 3 below. As shown in Table 3 below, a co-crystal having a resolution of 2.1 mm and capable of obtaining three-dimensional structure analysis data with higher resolution than that of the conventional crystal was obtained.

(表3)
データコレクション統計値
Space group P21
Unit cell parameters a = 70.45 Å, b = 97.36 Å
c= 102.18 Å, β =109.63°
No. of monomers/asymmetric unit 2
Wavelength (Å) 1.0000
Resolution (Å) 48.8 - 2.10 (2.21-2.10)
Total No. of reflections 280,959
No. of unique reflections 73,644
Completeness (%) 97.2 (96.2)
Redundancy 3.8 (3.8)
I/σ 13.3 (3.2)
merge(=ΣhΣi|Ih,I-<Ih>|/ΣhΣi|Ih,i|) 0.080 (0.371)
(Table 3)
Data collection statistics
Space group P2 1
Unit cell parameters a = 70.45 Å, b = 97.36 Å
c = 102.18 mm, β = 109.63 °
No. of monomers / asymmetric unit 2
Wavelength (Å) 1.0000
Resolution (Å) 48.8-2.10 (2.21-2.10)
Total No. of reflections 280,959
No. of unique reflections 73,644
Completeness (%) 97.2 (96.2)
Redundancy 3.8 (3.8)
I / σ 13.3 (3.2)
R merge (= Σ h Σ i | I h, I- <I h > | / Σ h Σ i | I h, i |) 0.080 (0.371)

(γGCSのマルチプルアライメント)
γGCSのシステイン結合部位のマルチプルアライメント(図2)は、以下のようにして行った。
(1)まず、比較的に近縁のγGCSについて通常のマルチプルアライメントを行った。
(2)次に、保存性が高く、判別容易なグルタミン酸結合部位、ヌクレオチド結合部位、及びMg結合部位を特定した。そして、その残りの部分の配列Aにシステイン結合部位が含まれることとした。
(3)実施例1で得た結晶構造の解析を行い、システイン結合部位は、40アミノ酸残基からなるN末端バリアブルアーム、59残基の中央バリアブルアーム、及び、10残基のスイッチループからなるという立体構造情報を得て、これをシステイン結合部位の基本構造とした。そして、前記配列Aにおいて、変異が大きな箇所は、前記バリアブルアームから離れた箇所であり、保存性が高い箇所は前記バリアブルアーム内であるとして前記配列Aを前記基本構造にあてはめた。
(4)その結果、前記配列Aから、40アミノ酸残基からなる領域(N末端バリアブルアームに相当)と73アミノ酸残基からなる領域(中央バリアブルアームとスイッチループに相当)を切り出し、順次アライメントをして、最もホモロジーが高い組み合せを選択することで、図2のアライメントを得た。
(ΓGCS multiple alignment)
Multiple alignment of cysteine binding sites of γGCS (FIG. 2) was performed as follows.
(1) First, normal multiple alignment was performed on relatively closely related γGCS.
(2) Next, a glutamic acid binding site, a nucleotide binding site, and an Mg binding site that are highly conservative and easy to distinguish were identified. Then, the remaining part of the sequence A includes a cysteine-binding site.
(3) The crystal structure obtained in Example 1 was analyzed, and the cysteine binding site was composed of an N-terminal variable arm consisting of 40 amino acid residues, a central variable arm consisting of 59 residues, and a switch loop consisting of 10 residues. The three-dimensional structure information was obtained and used as the basic structure of the cysteine binding site. Then, in the sequence A, the sequence A was applied to the basic structure, assuming that a portion with a large variation was a location away from the variable arm and a location with high storage stability was in the variable arm.
(4) As a result, a region consisting of 40 amino acid residues (corresponding to the N-terminal variable arm) and a region consisting of 73 amino acid residues (corresponding to the central variable arm and the switch loop) are cut out from the sequence A, and sequentially aligned. Then, the alignment shown in FIG. 2 was obtained by selecting the combination having the highest homology.

(非ヒト型組換えγGCSの精製)
非ヒト型γGCSとして、トリパノゾーマ・ブルース型の大腸菌γGCSのR132N変異体(R132N変異型γGCS)をコンストラクトし、宿主大腸菌(JM109)を形質転換し、R132N変異型γGCS産生株を作製した。前記R132N変異型γGCS産生株を培養して菌体を回収し、超音波破砕した後、超遠心分離した。その上清分画を用いて、DEAE−Toyopearl(東ソー株式会社製)によるイオン交換クロマトグラフィーとATPアガロースによるアフィニティーカラムクロマトグラフィーを行い、R132N変異型γGCSの精製酵素標品を得た。
(Purification of non-human recombinant γGCS)
As a non-human γGCS, an R132N mutant (R132N mutant γGCS) of trypanosome-blues E. coli γGCS was constructed, and host E. coli (JM109) was transformed to produce an R132N mutant γGCS-producing strain. The R132N mutant γGCS-producing strain was cultured, and the cells were collected, sonicated, and then ultracentrifuged. Using the supernatant fraction, ion exchange chromatography with DEAE-Toyopearl (manufactured by Tosoh Corporation) and affinity column chromatography with ATP agarose were performed to obtain a purified enzyme preparation of R132N mutant γGCS.

(スルホキシイミン型阻害剤に対する非ヒト型組換えγGCSの感受性)
γGCSは、Mg2+存在下で、ATPを消費して、L−GluとL−Cysからγ−グルタミルシステインを合成する(図3参照)。この際に生成するADP量を測定することで、γGCSの活性を測定できる。また、前記ADP量は、ホスホエノールピルビン酸(PEP)、ピルビン酸キナーゼ(PK)、乳酸脱水素酵素(LDH)及びNADHを共役酵素法(coupled enzyme method) を適用して、NADHの消費量(NAD+の生成量)として測定できる。なお、NADHの波長340nmにおけるモル吸光係数は、ε=6220M-1・cm-1である。
(Sensitivity of non-human recombinant γGCS to sulfoximine type inhibitors)
γGCS synthesizes γ-glutamylcysteine from L-Glu and L-Cys by consuming ATP in the presence of Mg 2+ (see FIG. 3). By measuring the amount of ADP produced at this time, the activity of γGCS can be measured. In addition, the amount of ADP can be determined by applying NADH to phosphoenolpyruvate (PEP), pyruvate kinase (PK), lactate dehydrogenase (LDH) and NADH by applying a coupled enzyme method. NAD + production amount). The molar extinction coefficient of NADH at a wavelength of 340 nm is ε = 6220 M −1 · cm −1 .

上述のγGCS活性測定系を用いて、スルホキシイミン型阻害剤(基質遷移状態アナログ)を様々な濃度で添加した場合のR132N変異型γGCS及び野生型γGCSの活性を測定した。具体的には、スルホキシイミン型阻害剤を含む反応溶液(25mM L−Cys,15mM L−Glu,1mM ATP,10mM MgSO4,0.24mM NADH,1mM PEP,10unit PK,25unit LDH,0.1M KCl,0.1M Tris−HCl pH7.5)に3.0μg/mlの野生型γGCS又は120μg/mlのR132N変異型γGCSを50μl加えて反応を開始し、波長340nmにおける吸光度の経時変化を30分間測定した。なお、酵素1unitとは、37℃において、1μmolの基質を1分間に消費する酵素量を示す。また、スルホキシイミン型阻害剤として、下記式(9)のBSO、及び下記式(10)の阻害剤を使用した。その結果の図4及び表4に示す。 Using the above-mentioned γGCS activity measurement system, the activities of R132N mutant γGCS and wild type γGCS when sulfoximine type inhibitors (substrate transition state analogs) were added at various concentrations were measured. Specifically, a reaction solution containing a sulfoxyimine type inhibitor (25 mM L-Cys, 15 mM L-Glu, 1 mM ATP, 10 mM MgSO 4 , 0.24 mM NADH, 1 mM PEP, 10 unit PK, 25 unit LDH, 0.1 M KCl, The reaction was started by adding 50 μl of 3.0 μg / ml wild-type γGCS or 120 μg / ml R132N mutant γGCS to 0.1 M Tris-HCl pH 7.5), and the change with time in absorbance at a wavelength of 340 nm was measured for 30 minutes. . In addition, enzyme 1 unit shows the amount of enzyme which consumes 1 micromol substrate per minute at 37 degreeC. Moreover, BSO of the following formula (9) and an inhibitor of the following formula (10) were used as the sulfoximine type inhibitors. The results are shown in FIG. 4 and Table 4.

Figure 0004722512
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Figure 0004722512
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上記式(10)において、Rは、−CH2OH、−CH2CH3又は−CH2CH2CH3である。 In the above formula (10), R is —CH 2 OH, —CH 2 CH 3 or —CH 2 CH 2 CH 3 .

(表4)
遷移状態 阻害定数Ki(μM) 速度定数kon(M -1 -1
アナログ 野生型 R132N 野生型 R132N
R=CH2OH 8.9 39 10 1.6
BSO 49 >1000 4.9 <0.001
R=Et 0.099 >1000 1400 <0.001
R=n−Pr 0.59 >1000 220 <0.001
(Table 4)
Transition state inhibition constant Ki (μM) Rate constant kon (M −1 s −1 )
Analog wild type R132N wild type R132N
R = CH 2 OH 8.9 39 10 1.6
BSO 49> 1000 4.9 <0.001
R = Et 0.099> 1000 1400 <0.001
R = n-Pr 0.59> 1000 220 <0.001

図4は、スルホキシイミン型阻害剤として、上記式(9)のBSO及び上記式(10)のR=CH2OHを使用し、野生型γGCS及びR132N変異型γGCSのADP生成量を経時的に測定したグラフである。また、上記表4は、4種類のスルホキシイミン型阻害剤の野生型γGCS及びR132N変異型γGCSに対する速度定数konおよび阻害定数Kiを算出した結果を示す。ここで、阻害定数Kiは、前述のとおり、Ki=[E]・[I]/[EI*]のようにして算出した。 FIG. 4 shows the measurement of ADP production over time for wild-type γGCS and R132N mutant γGCS using BSO of the above formula (9) and R═CH 2 OH of the above formula (10) as sulfoximine type inhibitors. It is a graph. Table 4 shows the results of calculating the rate constant kon and the inhibition constant Ki for the wild-type γGCS and R132N mutant γGCS of the four types of sulfoximine inhibitors. Here, as described above, the inhibition constant Ki was calculated as Ki = [E] · [I] / [EI *].

図4及び表4に示すとおり、R132N変異型γGCSは、従来から阻害剤として用いられてきたBSOや、疎水的な官能基(R=Et、n−Pr)を持つスルホキシイミン型阻害剤に対して、阻害定数Kiが1000μM以上と、非常に弱い感受性しか示さなかった。一方、極性のある官能基(R=CH2OH)を持つ阻害剤は、R132N変異型γGCSに対して、野生型γGCSに対するBSOの阻害よりも強い阻害を示した。また、極性のある官能基(R=CH2OH)を持つ阻害剤は、γGCSに対して、阻害の程度が経時的に大きくなる slow binding inhibition の阻害活性を示した(図4参照)。これらの結果は、R=CH2OHの水酸基とR132N変異型γGCSの132番目のアスパラギン(N)とが、水素結合を形成して酵素・阻害剤複合体を形成した後に、阻害剤がATPによってリン酸化されて、酵素の準不可逆的な失活が起きていることを示唆する。 As shown in FIG. 4 and Table 4, R132N mutant γGCS is used for BSO which has been conventionally used as an inhibitor and sulfoxyimine type inhibitors having a hydrophobic functional group (R = Et, n-Pr). Inhibition constant Ki was only 1000 μM or more, indicating very weak sensitivity. On the other hand, an inhibitor having a polar functional group (R = CH 2 OH) showed stronger inhibition against R132N mutant γGCS than to inhibit BSO against wild-type γGCS. Also, inhibitors having a functional group (R = CH 2 OH) with a polarity relative GanmaGCS, the degree of inhibition exhibited over time larger inhibitory activity of slow binding inhibition of symptoms (see Fig. 4). These results show that after the hydroxyl group of R = CH 2 OH and the 132nd asparagine (N) of the R132N mutant γGCS form a hydrogen bond to form an enzyme / inhibitor complex, the inhibitor is bound by ATP. Phosphorylation suggests that quasi-irreversible inactivation of the enzyme is occurring.

そして、大腸菌のγGCSの132番目のアルギニンに相当するアミノ酸残基が、アスパラギンやグルタミンに置換された非ヒト型γGCSを特異的に選択して阻害するγGCSの阻害剤の分子設計は、L−システイン側鎖の認識部位を形成すると考えられる前記アスパラギンやグルタミンと水素結合が形成可能な官能基を含むように設計することが好ましいことが示唆された。   The molecular design of an inhibitor of γGCS that specifically selects and inhibits non-human γGCS in which the amino acid residue corresponding to the 132nd arginine of γGCS of Escherichia coli is substituted with asparagine or glutamine is L-cysteine. It was suggested that it is preferable to design so as to include a functional group capable of forming a hydrogen bond with the asparagine or glutamine considered to form a side chain recognition site.

以上、説明したとおり、本発明は、例えば、トリパノゾーマ・ブルースや、熱帯熱マラリア原虫等の寄生虫のγGCSを含む非ヒト型γGCSに特異的な阻害剤の開発に有用であり、例えば、アフリカ眠り病や、熱帯熱マラリア等の寄生虫感染症の治療・予防薬及び治療・予防方法の分野で有用である。   As described above, the present invention is useful for developing inhibitors specific to non-human γGCS including γGCS of parasites such as Trypanosoma blues and P. falciparum, for example, African sleep It is useful in the field of treatment / prevention drugs and treatment / prevention methods for diseases and parasitic infections such as falciparum malaria.

図1Aは、大腸菌γGCS、Mg、ADP及び基質遷移状態アナログを含む複合体の3次元構造の一例を示し、図1Bは、大腸菌γGCSの2次元構造の一例を示す。FIG. 1A shows an example of the three-dimensional structure of a complex containing E. coli γGCS, Mg, ADP and a substrate transition state analog, and FIG. 1B shows an example of the two-dimensional structure of E. coli γGCS. 図2は、γGCSのL-システイン結合部位を構成するN末端バリアブルアーム及び中央バリアブルアームをマルチプルアライメントした結果の一例を示す。FIG. 2 shows an example of the result of multiple alignment of the N-terminal variable arm and the central variable arm constituting the L-cysteine binding site of γGCS. 図3は、グルタチオンの生合成系を説明する図である。FIG. 3 is a diagram illustrating a glutathione biosynthesis system. 図4は、野生型及び変異型γGCSのスルホキシイミン型阻害剤に対する感受性を測定した結果の一例を示すグラフである。FIG. 4 is a graph showing an example of the results of measuring the sensitivity of wild type and mutant γGCS to sulfoxyimine type inhibitors.

Claims (11)

γGCSのL-システイン結合部位に位置するアミノ酸残基であって配列番号1のアミノ酸配列とアライメントした場合に前記アミノ酸配列の第132番目に相当するアミノ酸残基が、アルギニン以外のアミノ酸残基である非ヒト型組換えγGCSであって、下記(i)又は(ii)に記載の非ヒト型組換えγGCS。
(i) 大腸菌γGCSアミノ酸配列(配列番号1)の第132番目のアルギニンが、アスパラギン又はグルタミンに置換されたアミノ酸配列、
コレラ菌γGCSアミノ酸配列(配列番号2)の第131番目のアルギニンが、アスパラギン又はグルタミンに置換されたアミノ酸配列、
緑膿菌γGCSアミノ酸配列(配列番号3)の第134番目のアルギニンが、アスパラギン又はグルタミンに置換されたアミノ酸配列、
サルモネラ菌γGCSアミノ酸配列(配列番号4)の第132番目のアルギニンが、アスパラギン又はグルタミンに置換されたアミノ酸配列、
ブフネラγGCSアミノ酸配列(配列番号5)の第132番目のアルギニンが、アスパラギン又はグルタミンに置換されたアミノ酸配列、
ヒトγGCSアミノ酸配列(配列番号6)の第191番目のアルギニンが、アスパラギン又はグルタミンに置換されたアミノ酸配列、
ラットγGCSアミノ酸配列(配列番号7)の第191番目のアルギニンが、アスパラギン又はグルタミンに置換されたアミノ酸配列、
マウスγGCSアミノ酸配列(配列番号8)の第191番目のアルギニンが、アスパラギン又はグルタミンに置換されたアミノ酸配列、
マイコプラズマγGCSアミノ酸配列(配列番号9)の第112番目のアルギニンが、アスパラギン又はグルタミンに置換されたアミノ酸配列、及び
トリパノゾーマ・グルージγGCSアミノ酸配列(配列番号10)の第185番目のアルギニンが、アスパラギン又はグルタミンに置換されたアミノ酸配列からなる群から選択されるアミノ酸配列からなる非ヒト型組換えγGCS。
(ii) 前記(i)のアミノ酸配列におけるアスパラギン又はグルタミンに置換されたアミノ酸残基以外のアミノ酸残基において、1もしくは数個のアミノ酸残基が、欠失、置換もしくは付加されたアミノ酸配列からなり、かつ、γ−グルタミルシステイン合成酵素活性を有する非ヒト型組換えγGCS。
An amino acid residue located at the L-cysteine binding site of γGCS and corresponding to the amino acid sequence at position 132 when aligned with the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 is an amino acid residue other than arginine A non-human recombinant γGCS as described in (i) or (ii) below.
(I) an amino acid sequence in which the 132nd arginine of E. coli γGCS amino acid sequence (SEQ ID NO: 1) is substituted with asparagine or glutamine;
An amino acid sequence in which the 131st arginine of Vibrio cholerae γGCS amino acid sequence (SEQ ID NO: 2) is substituted with asparagine or glutamine,
An amino acid sequence in which the 134th arginine of Pseudomonas aeruginosa γGCS amino acid sequence (SEQ ID NO: 3) is substituted with asparagine or glutamine;
An amino acid sequence in which the 132rd arginine of Salmonella γGCS amino acid sequence (SEQ ID NO: 4) is substituted with asparagine or glutamine;
An amino acid sequence in which the 132rd arginine of the Bufnella γGCS amino acid sequence (SEQ ID NO: 5) is substituted with asparagine or glutamine;
An amino acid sequence in which the 191st arginine of the human γGCS amino acid sequence (SEQ ID NO: 6) is substituted with asparagine or glutamine;
An amino acid sequence in which the 191st arginine of the rat γGCS amino acid sequence (SEQ ID NO: 7) is substituted with asparagine or glutamine;
An amino acid sequence in which the 191st arginine of the mouse γGCS amino acid sequence (SEQ ID NO: 8) is substituted with asparagine or glutamine;
The amino acid sequence in which the 112th arginine of the mycoplasma γGCS amino acid sequence (SEQ ID NO: 9) is substituted with asparagine or glutamine, and the 185th arginine of the trypanosome glue γGCS amino acid sequence (SEQ ID NO: 10) is asparagine or glutamine. A non-human recombinant γGCS comprising an amino acid sequence selected from the group consisting of amino acid sequences substituted with
(Ii) In the amino acid residue other than the amino acid residue substituted with asparagine or glutamine in the amino acid sequence of (i) above, one or several amino acid residues consist of an amino acid sequence deleted, substituted or added. And a non-human recombinant γGCS having γ-glutamylcysteine synthetase activity.
γGCSのL-システイン結合部位に位置するアミノ酸残基であって配列番号1のアミノ酸配列とアライメントした場合に前記アミノ酸配列の第132番目に相当するアミノ酸残基が、アルギニンであるヒト型組換えγGCSであって、下記(iii)又は(iv)に記載のアミノ酸配列からなるヒト型組換えγGCS。
(iii) トリパノゾーマ・ブルースγGCS(配列番号11)の第185番目のアスパラギンがアルギニンに置換されたアミノ酸配列、又は、
熱帯熱マラリア原虫γGCS(配列番号12)の第473番目のグルタミンが、アルギニンに置換されたアミノ酸配列からなるヒト型組換えγGCS。
(iv) 前記(iii)のアミノ酸配列におけるアルギニンに置換されたアミノ酸残基以外のアミノ酸残基において、1もしくは数個のアミノ酸残基が、欠失、置換もしくは付加されたアミノ酸配列からなり、かつ、γ−グルタミルシステイン合成酵素活性を有するヒト型組換えγGCS。
An amino acid residue located at the L-cysteine binding site of γGCS, wherein the amino acid residue corresponding to position 132 of the amino acid sequence is arginine when aligned with the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1. A human-type recombinant γGCS comprising the amino acid sequence described in (iii) or (iv) below:
(Iii) an amino acid sequence obtained by substituting arginine for the 185th asparagine of trypanosoma blues γGCS (SEQ ID NO: 11), or
A human-type recombinant γGCS consisting of an amino acid sequence in which the 473th glutamine of P. falciparum γGCS (SEQ ID NO: 12) is substituted with arginine.
(Iv) an amino acid residue other than the amino acid residue substituted with arginine in the amino acid sequence of (iii) above, wherein one or several amino acid residues are deleted, substituted or added, and , A human recombinant γGCS having γ-glutamylcysteine synthetase activity.
請求項に記載の非ヒト型組換えγGCS又は請求項に記載のヒト型組換えγGCSをコードするポリヌクレオチド。 Polynucleotide encoding a human recombinant γGCS according to a non-human recombinant γGCS or claim 2 of claim 1. 請求項に記載のポリヌクレオチドを含むベクター。 A vector comprising the polynucleotide according to claim 3 . 請求項に記載のベクターにより形質転換された生物(ヒトを除く)又はその細胞。 An organism transformed with the vector according to claim 4 (excluding humans) or a cell thereof. γ−グルタミルシステイン合成酵素(γGCS)の阻害剤のスクリーニング方法であって、
請求項1に記載の非ヒト型組換えγGCSと、請求項2に記載のヒト型組換えγGCSとを準備し、
予め準備した薬剤候補化合物を、前記ヒト型及び非ヒト型γGCSのそれぞれと接触させて、前記化合物の前記両γGCSへの結合の強さをそれぞれ評価し、
前記ヒト型γGCSよりも前記非ヒト型γGCSにより強く結合する前記薬剤候補化合物を選択する工程を含むことを特徴とするスクリーニング方法
A method for screening an inhibitor of γ-glutamylcysteine synthetase (γGCS),
Preparing the non-human recombinant γGCS according to claim 1 and the human recombinant γGCS according to claim 2 ,
A drug candidate compound prepared in advance is brought into contact with each of the human type and non-human type γGCS, and the strength of the binding of the compound to both γGCSs is evaluated, respectively.
Screening method characterized by comprising the step of selecting the drug candidate compound than the human GanmaGCS binds strongly by the non-human GanmaGCS.
スクリーニング対象の前記阻害剤は、トリパノゾーマ・ブルース(Trypanosoma brucei)のγGCSの阻害剤であり、前記非ヒト型組換えγGCSは、配列番号1のアミノ酸配列とアライメントした場合に前記アミノ酸配列の第132番目に相当するアミノ酸残基がアスパラギンであるγGCSである請求項記載の方法。 The inhibitor to be screened is an inhibitor of Trypanosoma brucei γGCS, and the non-human recombinant γGCS is the 132nd amino acid sequence when aligned with the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1. The method according to claim 6 , wherein the amino acid residue corresponding to is γGCS, which is asparagine. スクリーニング対象の前記阻害剤は、熱帯熱マラリア原虫(Plasmodium falciparum)のγGCSの阻害剤であり、前記非ヒト型組換えγGCSは、前記配列番号1のアミノ酸配列とアライメントした場合に前記アミノ酸配列の第132番目に相当するアミノ酸残基がグルタミンであるγGCSである請求項記載の方法。 The inhibitor to be screened is an inhibitor of Plasmodium falciparum γGCS, and the non-human recombinant γGCS is the first of the amino acid sequence when aligned with the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 . The method according to claim 6 , wherein the amino acid residue corresponding to position 132 is γGCS, which is glutamine. 前記薬剤候補化合物として、下記一般式(2)の化学構造を有する化合物を用いる請求項からのいずれかに記載のスクリーニング方法。
Figure 0004722512
上記式(2)において、Xは、−H、−CH3、−CH2CH3、−CH2OH、−CH2SH、−CH2NH2、−CH2NHCH3、−CH2N(CH32、−CF3、−CH2Br、−CH2Cl、−CHCl2、−CN、−NC、−CH2CN、−CH2NC、−CH2CH2CH3、−CH2CH2OH、−CH2CH2SH、−CH2CH2Cl、−CH2CH2Br、−CH2CF3、−COOH、−CH2COOH、−COCH3、−COCH3、−PO3H、−CH2PO3H、−P(CH3)O2H、−SO3H、−SO2H、−NO2、−C≡CH、−CH=CH2、−CONH2、−CH2COCNH2、及び、−CH2CH2NH2からなる群から選択される置換基であり、Yは、−H、−OH、−COOH、−NH2、−COOCH3、−CONH2、−CN、−SO3H、及び、−NO2からなる群から選択される置換基である。
The screening method according to any one of claims 6 to 8 , wherein a compound having a chemical structure represented by the following general formula (2) is used as the drug candidate compound.
Figure 0004722512
In the above formula (2), X represents —H, —CH 3 , —CH 2 CH 3 , —CH 2 OH, —CH 2 SH, —CH 2 NH 2 , —CH 2 NHCH 3 , —CH 2 N ( CH 3) 2, -CF 3, -CH 2 Br, -CH 2 Cl, -CHCl 2, -CN, -NC, -CH 2 CN, -CH 2 NC, -CH 2 CH 2 CH 3, -CH 2 CH 2 OH, -CH 2 CH 2 SH, -CH 2 CH 2 Cl, -CH 2 CH 2 Br, -CH 2 CF 3, -COOH, -CH 2 COOH, -COCH 3, -COCH 3, -PO 3 H, —CH 2 PO 3 H, —P (CH 3 ) O 2 H, —SO 3 H, —SO 2 H, —NO 2 , —C≡CH, —CH═CH 2 , —CONH 2 , —CH 2 COCNH 2, and a substituent selected from the group consisting of -CH 2 CH 2 NH 2, Y is, -H, -OH, -COOH, NH 2, -COOCH 3, -CONH 2 , -CN, -SO 3 H and, a substituent selected from the group consisting of -NO 2.
前記結合の強さの評価方法が、スローバインディングキネティクス(slow-binding kinetics)に基づくアッセイ法である請求項からのいずれかに記載のスクリーニング方法。 The screening method according to any one of claims 6 to 9 , wherein the method for evaluating the strength of binding is an assay method based on slow-binding kinetics. 請求項から10のいずれかのスクリーニング方法において薬剤候補化合物の設計に使用される結晶であって、配列番号1のアミノ酸配列からなるγGCSと下記構造式で表される化合物との共結晶であり、空間群が、P21であり、単位格子が、a=70.45Å,b=97.36Å,c=102.18Å,β=109.63°であることを特徴とする結晶。
Figure 0004722512
A crystal used for designing a drug candidate compound in the screening method according to any one of claims 6 to 10 , wherein the crystal is a co-crystal of γGCS comprising the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 and a compound represented by the following structural formula: , crystal space group, Ri P2 1 der, the unit cell, a = 70.45Å, b = 97.36Å , c = 102.18Å, characterized beta = 109.63 ° der Rukoto.
Figure 0004722512
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