水との相互作用の解明により、腫瘍の増殖を抑制する新しいクラスの可逆的USP7阻害剤が発見された

概要

『Journal of Medicinal Chemistry』誌は最近、以下の論文を掲載した。 「生体内抗腫瘍活性を有する、強力かつ選択的で経口投与可能なUSP7阻害剤の発見」。本論文は、RAPT Therapeuticsの研究者らが執筆したもので、Schrödingerのアプリケーションサイエンス部門グループのシニアディレクターであるクリストファー・ヒッグス氏が協力した。同氏は、FEP+ を活用し、RAPTの化学研究を導く一助となった。

USP7は、その阻害によりがん遺伝子の機能が低下し、腫瘍抑制機能が向上し、免疫機能が強化されると期待されるため、がん治療において有望なターゲットです。本論文では、構造に基づく創薬戦略を用いて、生化学的および細胞学的アッセイにおいて高い活性を示し、他のデユビキチン化酵素（DUBs）に対してUSP7に極めて選択的な、新規の可逆的USP7阻害剤クラスを発見しました。この研究により、化合物 41（表1）が発見された。これは、高活性かつ選択性が高く、経口投与可能なUSP7阻害剤であり、p53野生型およびp53変異型のがん細胞株の両方で腫瘍増殖の抑制を示した。これにより、USP7阻害剤が複数の異なる経路を通じて腫瘍増殖を抑制し得ることが明らかになった。

化合物 41の腫瘍増殖抑制能は、マウスを用いた異種移植モデルで評価された。化合物 41を50 mg/kgの用量で1日2回経口投与したところ、腫瘍の増殖がほぼ完全に抑制されることが確認された（図2）。

**図2.**MM.1S腫瘍を移植したNOD-SCIDマウスを用いた異種移植実験

ヒッグス博士は、この論文の主な発見について次のように説明している：

この論文が何を意味するのか説明してください。なぜこれほど注目されているのでしょうか？

さまざまな種類のがんに関与するタンパク質の多くが、USP7の結合パートナーまたは基質であると考えられています。このことから、USP7は、卵巣がん、結腸がん、神経芽細胞腫など、いくつかのがんに対する新規治療法の有望なターゲットとなっています。ハイスループットスクリーニングによって同定された、あるいは文献で報告されている出発化合物から導出されたヒット化合物をUSP7と共結晶化させたところ、これらが「パーム」ドメインにあるアロステリックポケットに結合することが判明しました。このポケットへの結合により、USP7の不活性な立体構造が安定化し、USP7の触媒活性が阻害されると考えられている。このデータに基づき、WaterMapやFEP+ を含む当社の構造を基盤とした手法を用いて、化合物の選定と優先順位付けを行い、これらの化合物シリーズのさらなる最適化を図った。

本論文では、創薬支援のための「Schrödinger 」プラットフォームの活用例が紹介されています。この研究において、「Schrödinger 」ソフトウェアがどのように活用されたのか、ご説明いただけますか？

モデリングのために、USP7と複合体を形成した化合物 7の共結晶構造（図3）を、 Maestro。SchrödingerのWaterMap機能により、結合ポケット内の水和部位を3Dで可視化することが可能であり、これにより各部位のエントロピー、エンタルピー、自由エネルギーを把握できる。その結果、異なる化合物が結合ポケット内の水分子とどのように相互作用するかを解明し、それらの相対的な安定性を予測することが可能となる。この手法を FEP+、Schrödinger の科学者たちは、どの化合物が強力な結合体となる可能性が高いかを判断するのに役立つ重要な情報を提供することができました。

**図3.**ユビキチン（青）に結合したUSP7の触媒ドメイン（オレンジ）の模式図。パーム領域（紫の破線の下）、トンネル領域（赤枠）、および触媒部位（緑の円）が強調表示されている。黄色の矢印は、右側の構造図で強調表示されている化合物結合領域を示している。（右）4-ヒドロキシピペリジン系阻害剤1とピリジルベンゾフラン系化合物 7の共結晶構造の比較。両阻害剤はUSP7の同一のアロステリック部位に結合し、USP7の選択的阻害剤である。USP7に結合した1のPDBコードは6VN4である。USP7に結合した7のPDBコードは6VN5である。

このプロセスは、最適な分子特性を持つ化合物を設計する上で、どのように役立つのでしょうか？

WaterMapを用いた初期の研究により、アミノピリジンに隣接する好ましくない水和部位の小さなクラスターが特定された。このクラスターは、適切な官能基グループを導入することで置換が可能であり、それによってさらなる活性が得られることが示された（図4）。 RAPTの優秀な医薬品化学者チームは、このポケット領域を活用しようと化合物を設計し、FEP+ を用いて合成の優先順位付けを行いました。このアプローチにより、DMTA（設計・合成・試験・分析）サイクルを削減しつつ、より多くの化合物空間を探索することが可能になりました。さらに、FEP+ を用いて、本論文では取り上げられていない分子の他の部分を探索し、活性およびPKの改善も実現しました。

**図4.**USP7の結合ポケットのWaterMap解析。水和部位は、予測された自由エネルギー（G）に応じて色分けされた球体として示されている。緑色の球体は自由エネルギーGが有利であることを示し、赤色の球体はGが不利であることを示す。（A）リガンド（化合物 7）を除去して計算された水和部位。化合物 7を重ね合わせると、拡大表示された球体は化合物 7によって変位すると予測される一方、その他の（小さい）球体は変位しないと予測されることが示されている。 (B)化合物 7が存在する水和部位。7の2-アミノピリジル頭部基付近にある3つの好ましくない水和部位（赤／オレンジ）は、この阻害剤の活性をさらに改善できる可能性を示唆している。化合物 7とUSP7の共結晶構造（PDBコード6VN5）に基づくWaterMap解析。

この出版物はがん研究にとって重要なものですよね？

USP7は、多くの相互作用を媒介しているようであることから、がん治療の新たな手段として非常に有望なターゲットです。しかし、これらのシグナル伝達経路におけるUSP7の役割を完全に解明するには、さらなる研究が必要です。本論文は、その取り組みの一助となることを目的としています。

**図5.**エーテル23とUSP7のX線共結晶構造構造。結合ポケットとの主要な相互作用が強調表示されている。USP7に結合した23のPDBコードは6VN3である。

RAPT TherapeuticsとSchrödinger とのこの提携は、どのようにして実現したのでしょうか？

Schrödinger’s Applications Science（グループ）は、世界中のソフトウェアユーザーと緊密に連携し、ベストプラクティスに関する専門的な指導や、Schrödingerの計算プラットフォームの新機能に関するトレーニングを提供しています。グループは、モデリングサービス契約に基づき、特に新しい応用分野の開拓や、実社会における当社のプラットフォームの価値を実証する場合などに、時折、探索プロジェクトに積極的に関与しています。

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