日本薬理学雑誌
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126 巻 , 5 号
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特集:イオンチャネル創薬―着眼点と新技術―
  • 金子 周司
    2005 年 126 巻 5 号 p. 306-310
    発行日: 2005年
    公開日: 2006/01/01
    ジャーナル フリー
    イオンチャネル分子を標的とする薬物はその数こそ少ないが,これまでも優れた薬物が創出されている.しかしそれらは薬理作用の研究で作用点がたまたまイオンチャネルであることが分かってきたに過ぎず,先にイオンチャネルを標的と定めて薬物を創出してきた例は数少ない.イオンチャネルをコードする遺伝子の数の予測は,多数の薬物標的となりうるチャネル分子の存在を示唆しているが,ゲノム創薬的な手法が創薬の潮流を占めている現在においても,イオンチャネルを創薬標的とする機運は盛り上がらない.この原因として,内在性リガンドが存在しないことによる薬物設計の困難さ,細胞を用いた薬効評価が必要なためにスループットが高い評価系の開発が遅れたこと,さらに基礎研究においてイオンチャネルの機能解明が遅れてきたことを指摘することができる.しかし一方,イオンチャネルに対する薬効を詳細に検討すると,ヘテロマーやバリアントを含めた遺伝子表現型の多様性,アロステリック調節部位や細胞内調節ドメインの多様性,細胞の状態に依存した薬効強度の変化など,病態特異的に作用し,かつ多様な化学構造の薬物を設計するのに好都合な材料も見つけることができる.さらに,生細胞を用いたハイスループット評価系の中には,機能評価精度の高い電気生理学的な手法を応用する例が生まれてきており,ようやくイオンチャネル創薬を実行に移すためのインフラが整備されてきた.一例として神経薬理学領域で新しい薬理作用に基づく創薬が期待されている難治性疼痛や神経変性疾患を対象に考えてみると,最近では非常に多くの新しいイオンチャネルが創薬対象として十分な可能性を持っていることがわかってきた.薬理学研究者のもつ優れた研究手法によってイオンチャネルの創薬標的としてのバリデーションを推進する一方,製薬企業によって生み出される新しい低分子リガンドの発見によって,近い将来にイオンチャネルを標的とした多数の新薬の創出を期待したい. (注)NMDA受容体やP2X受容体のような明らかに内在性リガンドの存在するイオンチャネル共役型受容体は,ここではイオンチャネルに含めず受容体に含めているが,薬物作用点としてはチャネルポアも考えられるので各論においては含めている.また,イオンチャネルとトランスポータを合わせて膜輸送タンパク質と称しているが,イオンチャネルとトランスポータの境界も必ずしも明確でないので,ここではイオンチャネルという名称を象徴的に用いることにする.
  • 倉智 嘉久, 山田 充彦
    2005 年 126 巻 5 号 p. 311-316
    発行日: 2005年
    公開日: 2006/01/01
    ジャーナル フリー
    ATP感受性K+チャネル(KATPチャネル)は,細胞内の代謝状態と細胞膜の興奮性を結びつけている内向き整流性K+チャネルである.KATPチャネルは,ABCタンパクファミリーに属するスルフォニルウレア受容体(SUR)と膜2回貫通型のKir6.xからなる,異種八量体(hetero-octamer)構造をとっている.KATPチャネルは,種々のK+チャネル開口薬,阻害薬,あるいは細胞内のヌクレオチドにより,その活性が制御される.これらは全てSURサブユニットに作用点をもっており,SURのサブタイプにより反応が異なる.最近,種々のイオンチャネルやABCトランスポーターの三次元分子構造が明らかにされてきた.これらを基礎として,KATPチャネル制御の構造的機能モデルを我々は提案した.本稿ではこのモデルを中心として種々の薬物やヌクレオチドによるKATPチャネルの活性制御について考察する.
  • 清中 茂樹, 森 泰生
    2005 年 126 巻 5 号 p. 317-320
    発行日: 2005年
    公開日: 2006/01/01
    ジャーナル フリー
    細胞応答において,カルシウムイオン(Ca2+)はセカンドメッセンジャーとして極めて重要な役割を果たしている.細胞表層の様々な液性因子受容体刺激や物理的刺激により,イノシトール代謝回転を経由して細胞外からカチオン/Ca2+が流入し,増殖・分化などの生理応答が誘導される.このカチオン/Ca2+流入を担うのが受容体活性化カチオンチャネル(receptor activated cation channel:RACC)である.生理的枢要性から,RACCは魅力的な創薬ターゲットとして位置づけられる.また,最近の研究成果から,RACCの分子実体はTRPチャネルであると考えられている.しかし,RACCは分子実体が明らかにされてからまだ日が浅く,活性化経路が複雑なこと,あるいは特異的な薬物リガンドが知られていないことなどの理由から,RACCを標的とした創薬開発は発展途上にあるといえる.また,数種のRACC拮抗薬が報告されてきたが,選択性の低さなどの大きな問題点を抱えてきた.最近になり選択的RACC阻害薬の一つとして,ピラゾール誘導体の開発がようやく報告された.本総説においては,ピラゾール誘導体がTRPCチャネルに直接作用することでRACC活性を阻害していること,およびその誘導体の一つがTRPC3サブタイプを選択的に阻害することを見出したことを中心に,TRP(RACC)を標的とする新規カルシウム拮抗薬の可能性について論じたい.これらの阻害薬は,まだ未解明な部分が多いTRPチャネルの生理機能解明に大きく貢献することが期待される.
  • 澤田 光平, 日原 裕恵, 吉永 貴志
    2005 年 126 巻 5 号 p. 321-327
    発行日: 2005年
    公開日: 2006/01/01
    ジャーナル フリー
    オンチャネルは生理的に重要な機能を有しており,創薬の標的としても非常に魅力がある.しかしイオンチャネル創薬研究は他の分野に比べ未開拓であり,その中でも電位依存性イオンチャネルは研究の難しさから特に遅れている.電位依存性イオンチャネルの創薬研究でも1次スクリーニングには蛍光測定法のような多検体評価の可能な系,2次スクリーニングはより信頼性が高く,生理的条件で情報の得られるパッチクランプ法を用いることが推奨される.しかし,従来のパッチクランプ法では熟練した研究員でも1日に多くて10化合物程度しか評価できず,スループット性は低い.このために電位依存性イオンチャネルの創薬研究の発展は著しく阻害されていた.しかし,最近オートメーションパッチクランプ法が開発され,電位依存性イオンチャネルの創薬研究も新たに活況を呈するようになってきた.hERGチャネルは薬剤によるQT延長,不整脈誘発の危険性に最も深くかかわっており,探索研究初期からそのリスク排除のための検討が必要である.我々は化合物によるhERGチャネル抑制作用検討のため,hERGチャネル安定発現細胞の樹立,高速スクリーニング法として蛍光膜電位測定法,また2次スクリーニング法としてIonWorks HTシステムを用いたオートメーションパッチクランプ法の構築を試みた.蛍光膜電位測定法は非常に高いスループット性を有するが,false negative/positiveの割合も高い.一方IonWorks HTを用いたオートメーションパッチクランプは従来のパッチクランプと比較しても同等の精度で電流の記録が可能であり,化合物のIC50値もよい相関を示した.しかし一部の化合物ではIC50値の乖離も見られ,今後更にシステムの改良も必要である.以上のように電位依存性イオンチャネル創薬技術にはまだ課題もあるが,大きな可能性が開けてきた.
  • 橋場 周平
    2005 年 126 巻 5 号 p. 329-333
    発行日: 2005年
    公開日: 2006/01/01
    ジャーナル フリー
    ヒトゲノム解読の結果から明らかにされたイオンチャネル遺伝子数は約300~400種あると想定される.イオンチャネルは創薬標的分子の有力候補と考えられ新しいリガンドの発見が期待されている.市場に流通しているイオンチャネルを標的とする薬剤は年間約120億ドル以上の売り上げを誇り,イオンチャネルは有力な創薬標的である事を示している.今までは基盤となるゲノム情報や評価のためのアッセイ系が不足し,さらにHTS装置(例えば96穴以上のウエル数のプレートに対応した装置)が未開発であったため,イオンチャネル創薬はなかなか進展が見られていない.近年HTS化された様々な基盤技術によりイオンチャネル創薬の進め方に変化が見られた.ここでは,イオンチャネル創薬の現状を紹介し,それらの技術を生物学的情報量,スループット,感度,コストなどに着目して紹介したい.イオンチャネルアッセイの標準手法と位置付けられている電気生理法は最も生物学的情報量に富んでいる長所があるが,コストが高くスループットが悪いという短所がある.結合実験法,フラックスアッセイ法,蛍光色素法などは低コストでハイスループットである長所があるが,生物学的情報量が少ない短所がある.大規模リガンド探索を行う場合はコスト,スループットの面で有利な結合実験法,フラックスアッセイ法,蛍光色素法などの一次スクリーニングで絞り込み,生物学的情報量の多い電気生理法で詳細に二次スクリーニングを行うと良い.さらに,アフリカツメガエル卵母細胞発現系と培養細胞発現系の特徴を比較した結果,発現系によって一長一短があるため,1種類の発現系で全ての種類のイオンチャネルアッセイを行うことは得策でなく,相補的な関係で活用する事を提案する.
  • 吉田 卓史, 片山 統裕, 中谷 将也, 小島 正敏, 慈幸 秀保, 森 泰生, 竹谷 誠
    2005 年 126 巻 5 号 p. 335-340
    発行日: 2005年
    公開日: 2006/01/01
    ジャーナル フリー
    イオンチャネルをターゲットとした創薬研究が盛んになってくるにつれてさまざまな企業においてホールセルパッチクランプ法に基づいたハイスループットスクリーニング(High Throughput Screening:HTS)システムの開発が行われてきている.ホールセルパッチ法はチャネル電流の非常に正確な測定を行える一方,測定に時間がかかり短時間での処理能力が求められる創薬一次スクリーニングには向いていない.我々は,ホールセル電流の振幅に加えて,各測定ウェル中の複数個の細胞が発生する電流ノイズを電圧固定法により測定する新しい電気生理プラットフォームの開発を行っている.この方法は,同時測定する細胞数を増やすことにより,シグナル/ノイズ比の増加のみならず,低発現細胞株からのデータ取得率が著しく向上するという特長がある.本稿ではノイズ解析を用いた新しい創薬一次スクリーニング用ハイスループットシステムの原理紹介,またノイズ解析を用いた電流解析の実際のデータを紹介したい.
総説
  • 宮田 桂司
    2005 年 126 巻 5 号 p. 341-345
    発行日: 2005年
    公開日: 2006/01/01
    ジャーナル フリー
    排尿障害の代表的治療薬である塩酸タムスロシンおよび塩酸ソリフェナシンの研究開発を振り返り,いくつかのトピックを紹介する.塩酸タムスロシンは,いわゆる第二世代のα1受容体遮断薬であり,前立腺肥大症に伴う尿排出障害治療薬として1993年に上市された.塩酸タムスロシンは,当初,高血圧治療薬を目指して合成されたが,α1遮断作用が強いわりには降圧作用は弱かった.従って,抗高血圧薬としての開発を断念し,結局,排尿障害治療薬として開発を継続した.その後,受容体クローニング等,α受容体のサブタイプに関する研究が進展し,本剤のα1B受容体に対する親和性は弱く,α1Aおよびα1D受容体に対する選択性が高いことが判明し,尿排出障害治療薬として相応しいプロフィールを有していることが明らかとなった.さらに,標的臓器である下部尿路組織への移行性が高いことにより作用が持続し,加えて,徐放剤として開発することによって起立性低血圧等の副作用発現頻度を低く抑えたことも,成功の要因である.一方,蓄尿障害治療薬としては,比較的古くから抗コリン薬が用いられているが,口渇で代表される副作用の発現により,臨床の場における満足度は必ずしも高くはなかった.抗コリン薬は,主にムスカリンM3受容体を遮断することにより膀胱平滑筋を弛緩させ,蓄尿障害を改善するが,同じくM3受容体を遮断することにより唾液分泌を抑制し,消化管等の平滑筋も弛緩させることから,口渇や便秘を高頻度に発現する.従って,塩酸ソリフェナシンは創薬の初期段階から膀胱選択性の高いM3受容体遮断薬を目指して合成された.その結果,既存の抗コリン薬が膀胱選択性を示さないか,むしろ唾液腺に選択的であったのに対し,本剤は膀胱選択的なプロフィールを有することが判明した.さらに,ヒトにおいては代謝を受けづらいことから血漿中半減期が長く,バイオアベイラビリティも良好であり,優れた薬物動態(PK)プロフィールを有している.以上のように,創薬においては,薬効プロフィールもさることながら,PKプロフィールの重要性が増している.
実験技術
  • 岡村 信行, 谷内 一彦
    2005 年 126 巻 5 号 p. 347-352
    発行日: 2005年
    公開日: 2006/01/01
    ジャーナル フリー
    分子イメージング法とは,生体内のタンパク量や酵素活性,遺伝子の発現レベルなどをin vivoで可視化する技術であり,病態解明や臨床検査,薬理評価など様々な分野に応用されている.ヒト個体レベルでの評価においては,生体内分子に特異的に結合する化合物(プローブ)をポジトロン放出核種で標識し,ポジトロン断層撮影法(PET)でその空間分布を体外計測するのが代表的な手法である.PETは3次元画像情報を定量的かつ高感度に入手できることが利点であり,生体組織内のピコモル濃度のプローブの検出を可能とする.その他,核磁気共鳴や近赤外光を用いたイメージング法も提案されているが,その臨床応用には解決すべきいくつかの課題がある.脳イメージングに用いるプローブは,脳血液関門透過性が高く,同時に生体内分子に対する高い結合親和性と特異性をあわせ持つことが求められる.またその臨床応用にあたっては,実験動物レベルでのin vivo評価に加えて,一定の安全基準を満たす必要がある.これまで神経伝達機能の評価に本法が多用され,神経受容体占拠率の測定などに応用されてきた.最近では,アルツハイマー病などの神経疾患の脳内に特異的に蓄積するタンパクの定量化や遺伝子発現量の解析による遺伝子治療の効果判定などにも活用されている.また新規化合物のヒト体内における挙動をin vivoで評価できることから,医薬品開発における新たなツールとして,欧米を中心に創薬分野への導入も進んでいる.
新薬紹介総説
  • 友尾 孝, 鈴木 理之
    2005 年 126 巻 5 号 p. 353-357
    発行日: 2005年
    公開日: 2006/01/01
    ジャーナル フリー
    ゾレドロン酸水和物(ゾメタ®)は,ノバルティスファーマ社で合成・開発された新規のヘテロサイクリックビスホスホネートで,悪性腫瘍による高カルシウム血症(HCM)の治療薬である.ゾレドロン酸は他の窒素含有ビスホスホネートと同様に,破骨細胞におけるメバロン酸経路のファルネシル二リン酸合成酵素を阻害して,GTP結合タンパクのゲラニルゲラニル化を抑制することで破骨細胞に対する作用を示すと考えられる.窒素含有ビスホスホネートは,いずれもファルネシル二リン酸合成酵素の阻害活性と骨吸収抑制作用に相関を示したが,ゾレドロン酸が既存のビスホスホネートの中で最も強力な作用を示した.ゾレドロン酸は,破骨細胞の形成を阻害し,破骨細胞のアポトーシスを誘導した.また,マウス頭蓋冠からのカルシウム遊離抑制作用および1,25-dihydroxyvitamin D3誘発高カルシウム血症モデルラットにおけるカルシウム低下作用を示した.腫瘍誘発骨破壊モデルにおいても,ゾレドロン酸は有意な骨吸収抑制作用を示した.臨床試験において,悪性腫瘍による高カルシウム血症患者に対するゾレドロン酸4 mgの血清補正カルシウム値の正常化率は,国内試験で84%であった.海外試験での正常化率は88.4%で,パミドロネート(90 mg;69.7%)に対して優越性が示された.主な副作用は発熱,低リン酸血症,低カリウム血症等であった.ゾレドロン酸は,投与に要する時間が15分間以上と既存のビスホスホネートと比べて短く,医療現場で使用しやすい薬剤である.
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