リガンド 効率が高く、特性が最適化された、新規かつ強力なCDC7阻害剤開発候補化合物の設計

デザイン課題

細胞分裂周期7関連プロテインキナーゼ（CDC7）は、複製ストレス応答において重要な役割を果たす細胞周期キナーゼである。CDC7の阻害は、血液がんや固形がんを標的とするために長年にわたり追求されてきた戦略である。CDC7の低分子阻害剤の開発に焦点を当てた創薬の取り組みは20年以上にわたるが、その多くは臨床開発を成功させるために必要な特性を欠いていたため、初期のPhase IまたはII試験の段階を超えるものはなかった。

CDC7はその天然基質であるATPに対して極めて高い親和性を示すため、最大の課題は、基質競合性を持ちつつ、選択性やその他の薬物としての特性をバランスよく兼ね備えた、高活性の阻害剤（理想的にはピコモル（pM）レベル）を開発することである。全体として、このプログラムの目標は、クラス最高の特性を備えた新しい化学型を発見することにあった。

クラウドソーシングによるアイデア創出と物理ベースのモデリングを通じた、より優れた設計

質の高いアイデアや分析を迅速に反復検討するため、チームは14名のデザイナーを対象に、 LiveDesign、モデリング機能を備えたリアルタイム設計向けの協働型エンタープライズ・インフォマティクス・プラットフォームを活用し、14名のデザイナーからアイデアを広く募りました。既存の豊富な構造データおよび活性データを活用し、 FEP+、自由エネルギー摂動技術を用いた反復的なワークフローを通じて評価された（図1）。分子の相対結合エネルギーを予測するための計算アッセイとしてのFEP+ の精度と有用性は広範に検証されており、予測値は平均して実験値から1.0 kcal/mol以内の誤差に収まっている。1 これにより、チーム全体が真のデジタルアッセイを活用できるようになり、活性 の信頼性の高い予測と、かつてないレベルの処理能力を実現した。

プロジェクト開始から4か月以内に、チームは、生化学アッセイにおいて低ナノモルからピコモル範囲の高親和性を示す、4つの異なる、リガンド 効率に優れた化学系列を特定した。これらのケモタイプは、活性 および薬物動態（PK）特性のさらなる最適化に向けた出発点となった。

次世代モデリング技術による選択性と薬物動態上の課題の克服

ターゲット キナーゼファミリーに内在する構造的類似性を考慮すると、オフターゲット効果を軽減するのに十分な選択性を実現することは、ほとんどのキナーゼ創薬プログラムにおける中核的な課題である。研究チームは、新規かつ有望な化学的出発点を特定することに成功したものの、最初の設計段階を経ても、オフターゲット に起因する毒性の問題は未解決のままであった。 この選択性の問題を解決するため、研究チームは、IFD-MDを用いてオフターゲット結合に関する構造的仮説を構築した。IFD-MDは、Schrödingerが提供する最先端の誘導適合ドッキングエンジンであり、実験構造がなくても高精度なリガンド 結合姿勢を生成することができる。 IFD-MDによって得られた結合姿勢は、FEP+ を用いて評価され、CDC7と比較した際の活性 が確認された。最終的に、この戦略を活用することで、研究チームは、問題のオフ状態のターゲット に対してCDC7が10,000倍の選択性を示す化合物 を特定した。

選択性は向上したものの、生化学的活性 から細胞ベース活性 へのシフトは大きく、ばらつきも見られた。これは主に、膜透過性が最適でなかったことに起因すると考えられる。 受動的膜透過性に関する物理ベースのモデル（Membrane Permeability）により、実験間で観察された不一致が説明され、研究チームは生化学的試験から細胞試験への移行幅活性 が一貫して小さい設計を優先することが可能となった。ターゲット の製品プロファイル（TPP）を満たすために必要なすべての要因を考慮した結果、研究チームはリード化合物シリーズを優先順位から外し、FEP+ によって特定された、安全性を含む特性のバランスに優れた新しいバックアップスキャフォールドを採用した（図2）。

最終的に、チームの取り組みはSGR-2921の発見につながり、SPR法において活性 が約10 pM、リガンド 効率が0.6を超える結合を示しました。SGR-2921は、単剤療法としても、標準治療薬との併用療法としても、複数の急性骨髄性白血病（AML）異種移植モデルにおいて、in vivoで強力な抗腫瘍活性を示しました（図3）。 さらに、SGR-2921は、標準治療薬に耐性を示すAML患者由来の検体においても、強力な抗腫瘍活性を示した。