結晶構造に基づいたβ-ラクタム剤分解酵素メタロ-β-ラクタマーゼ阻害剤の分子設計

基于晶体结构的β-内酰胺药物降解酶金属-β-内酰胺酶抑制剂的分子设计

• 批准号: 21K06500
• 负责人: 黒崎 博雅
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: Kinjo Gakuin University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K06500/
• 关键词: 感染症; β-ラクタム剤; 阻害剤; 加水分解酵素; βーラクタム剤; 亜鉛酵素; ラクタム剤

抗生物質が効かない薬剤耐性菌の問題が深刻化している。薬剤耐性の原因の一つには、細菌内で産生しているβ-ラクタマーゼによるβ-ラタム剤の分解と不活化によるものである。β-ラクタマーゼは大きく２つに分類され、その一つは活性中心にセリン残基をもつセリン-β-ラクタマーゼと、もう一つは活性中心に１個または２個の亜鉛(II)イオンを持つメタロ-β-ラクタマーゼである。セリン-β-ラクタマーゼに対しては臨床で有効な阻害剤が開発され臨床使用されているが、一方のメタロ-β-ラクタマーゼに対する阻害剤については現状では臨床的に有効なものがない。本研究ではメタロ-β-ラクタマーゼを研究対象に、様々なメタロ-β-ラクタマーゼのX線結晶解析から得られた原子座標を基にドッキング実験を併用しながらメタロ-β-ラクタマーゼ阻害剤を開発することを目的としている。本年度は、２種類のIMP型メタロ-β-ラクタマーゼ(IMP-1とIMP-6)に対する10種類のチオール基を有する化合物の阻害活性を評価した。評価した10種類ω-メルカプトカルボン酸を含む化合物の場合、炭素の伸長により抑制効果が増大した。メルカプト酢酸の50%阻害濃度(IC50)は約２から４１０μMの範囲内にあることがわかった。メチルまたはエチルエステル化は、抑制効果と選択性はω-メルカプトカルボン酸を有する化合物よりも低いことがわかった。メルカプト酢酸とエチル3-メルカプトプロピオン酸によるIMP-1および IMP-6の阻害様式を明らかにするためにLineweaver-Burkプロットによる解析を行なった。メルカプト酢酸では、両方の酵素を競合的に阻害した。一方、エチル3-メルカプトプロピオン酸ではIMP-1を競合的に阻害したが、IMP-6は非競合的に阻害することが明らかになった。

抗生素无效的耐药细菌问题变得越来越严重。耐药性的原因之一是细菌中产生的β-拉塔酶的降解和失活。 β-内酰胺酶广泛分为两类：一种是活性中心的丝氨酸-β-内酰胺酶，另一个是丝氨酸残基，另一个是丝氨酸-β-内酰胺酶，在活性中心具有丝氨酸残基或丝氨酸残基。已经开发并用于临床上的丝氨酸-β-内酰胺酶临床有效抑制剂，但是目前，金属β-内酰胺酶的抑制剂在临床上均不有效。这项研究旨在使用基于从各种金属β-内酰胺酶的X射线晶体学获得的原子坐标实验来开发金属-β-内酰胺酶抑制剂。今年，评估了具有10种硫醇基的化合物对两种类型的IMP型金属β-内酰胺酶（IMP-1和IMP-6）的抑制活性。对于评估的10种类型的化合物，含有ω-甲基羧酸，由于碳扩展而增加了抑制作用。发现50％抑制浓度（IC50）的胃乙酸在约2至410μm的范围内。已经发现甲基或乙基酯化酯的抑制作用和选择性低于ω-甲基羧酸的化合物。分析是通过LineWeaver-Burk图进行的，以阐明通过辅助乙酸和乙基3-甲基丙酸乙酸对IMP-1和IMP-6的抑制模式。胃乙酸有竞争力抑制这两种酶。另一方面，乙基3-甲基丙酸竞争性抑制了IMP-1，但据显示，IMP-6非竞争性抑制。

项目成果

Crystal Structure of Bis{1,3-bis[bis(pyridin-2-ylmethyl)amino]propan-​2-olato-dizinc(II)}orthophosphate Tris(perchlorate) Octahydrate, [(Phos-tag)₂-PO₄³⁻][ClO₄⁻]₃·8H₂O

双{1,3-双[双(吡啶-2-基甲基)氨基]丙-​2-olato-二锌(II)}正磷酸三(高氯酸盐)八水合物的晶体结构，[(Phos-tag)₂-PO₄³⁻][ClO₄⁻]<sub>3</sub >·8H₂O

• DOI: 10.2116/xraystruct.37.87
• 发表时间: 2021
• 期刊: X-ray Structure Analysis Online
• 影响因子: 0.2
• 作者: Ichimaru Yoshimi;Kato Koichi;Jin Wanchun;Sugiura Kirara;Kinoshita-Kikuta Emiko;KINOSHITA Eiji;Kurosaki Hiromasa;Koike Tohru
• 通讯作者: Koike Tohru

Artificial helix supramolecule by doubly p-xylyl bridged bis(ZnII-cyclen) (cyclen = 1,4,7,10-tetraazacyclododecane)

双对二甲苯桥双(ZnII-cyclen)人工螺旋超分子(cyclen = 1,4,7,10-四氮杂环十二烷)

• DOI: 10.1016/j.inoche.2023.110782
• 发表时间: 2023
• 期刊: Inorganic Chemistry Communications
• 影响因子: 3.8
• 作者: Ichimaru Yoshimi;Kato Koichi;Sugiura Kirara;Isomura Risa;Fujioka Haruto;Koike Tohru;Fujii-Kishida Sayuri;Kurihara Masaaki;Yamaguchi Yoshihiro;Jin Wanchun;Imai Masanori;Kurosaki Hiromasa
• 通讯作者: Kurosaki Hiromasa

Characterization of the binding of adenosine-5’-monophosphate to a mu-type alkoxide-linked dinuclear zinc(II) complex in crystal and solution state.

5’-单磷酸腺苷与 mu 型醇盐连接的双核锌 (II) 复合物在晶体和溶液状态下的结合表征。

• DOI: 10.1246/bcsj.20210280
• 发表时间: 2021
• 期刊: Bull. Chem. Soc. Jpn.
• 作者: Kinoshita-Kikuta;E.;Ichimaru;Y.;Yamano;Y.;Kato;K.;Kurosaki;H. Eiji Kinoshita;Koike;T.
• 通讯作者: T.

Difference in the Inhibitory Effect of Thiol Compounds and Demetallation Rates from the Zn(II) Active Site of Metallo-β-lactamases (IMP-1 and IMP-6) Associated with a Single Amino Acid Substitution

与单一氨基酸取代相关的硫醇化合物的抑制效果和金属-β-内酰胺酶（IMP-1 和 IMP-6）Zn(II) 活性位点的脱金属率的差异

• DOI: 10.1021/acsinfecdis.2c00395
• 发表时间: 2022
• 期刊: ACS Infectious Diseases
• 影响因子: 5.3
• 作者: Yamaguchi Yoshihiro;Kato Koichi;Ichimaru Yoshimi;Uenosono Yuya;Tawara Sakiko;Ito Rio;Matsuse Natsuki;Wachino Jun-ichi;Toma-Fukai Sachiko;Jin Wanchun;Arakawa Yoshichika;Otsuka Masami;Fujita Mikako;Fukuishi Nobuyuki;Sugiura Kirara;Imai Masanori;Kurosaki Hir
• 通讯作者: Kurosaki Hir