JP6364484B2 - 神経保護剤としてのEphA4阻害剤 - Google Patents
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Description
本出願は、2013年7月17日に出願された米国仮特許出願第61/847,432号に対する優先権を主張し、その内容は、あらゆる目的で参照によりその全体が組み込まれる。
Lが結合である場合、R3が、水素、アリール、アリールアルキル、ヘテロアリールアルキル、アシル、及びアシルアルキルからなる群から選択され、Xが−O−、−S−、または−N(R4)−である場合、R3が、水素、アルキル、アルケニル、アルキニル、アリール、アリールアルキル、ヘテロアリールアルキル、アロイルメチル、アシル、アシルアルキル、及び(R4)2N−アルキレンからなる群から選択され、かつ各R4が、独立して、水素、アルキル、アルケニル、アリール、アリールアルキル、ヘテロアリールアルキル、アシル、及びアシルメチルからなる群から選択される。一般に、そのようなRhy誘導体は、それ自体がRhyではなく、その塩でもない。これらのRhy誘導体の例示の化合物は、表1〜3に提供される。過剰活性化EphA4シグナル伝達に関わる疾患及び状態を治療する目的に有用なRhyの化学誘導体は、EphA4シグナル伝達に対するそれらの阻害活性及びアルツハイマー病等の状態を治療する際の治療効果を検証するために、典型的に最初に合成され、次に関連する研究分野において既知であるか、または本明細書に記載される1つ以上の機能アッセイ(例えば、エフリン−A1誘発性EphA4クラスタアッセイ、EphA4依存性成長円錐崩壊アッセイ、またはさらにはAPP/PS1及びAPP変異マウスモデルにおいて)で試験される。
[本発明1001]
式Iの化合物
[化1]
、またはその薬学的に許容される塩であって、式中、
各R 1 が、独立して、水素及びアルキルからなる群から選択されるメンバーであり、
各R 2 が、独立して、水素及びアシルからなる群から選択されるメンバーであり、
各R q が、独立して、電子対、低級アルキル、アリル、及びアリールメチルからなる群から選択されるメンバーであり、
Lが、結合、アルキレン、及びアリールアルキレンからなる群から選択されるリンカーであり、
Xが、結合、−O−、−S−、及び−N(R 4 )−からなる群から選択され、Lが結合である場合、Xも結合であり、
R 3 が、水素、ハロ、アルキル、アルケニル、アルキニル、アリール、アリールアルキル、ヘテロアリールアルキル、アロイルメチル、アシル、アシルアルキル、(R 4 ) 2 N−アルキレン、及び
[化2]
からなる群から選択され、
Lが結合である場合、R 3 は、水素、アリール、アリールアルキル、ヘテロアリールアルキル、アシル、及びアシルアルキルからなる群から選択され、
Xが−O−、−S−、または−N(R 4 )−である場合、R 3 は、水素、アルキル、アルケニル、アルキニル、アリール、アリールアルキル、ヘテロアリールアルキル、アロイルメチル、アシル、アシルアルキル、及び(R 4 ) 2 N−アルキレンからなる群から選択され、かつ
各R 4 が、独立して、水素、アルキル、アルケニル、アリール、アリールアルキル、ヘテロアリールアルキル、アシル、及びアシルメチルからなる群から選択され、
但し、(1)前記化合物は、リンコフィリンまたはその塩ではなく、かつ(2)前記化合物は、EphA4阻害剤である、前記化合物、またはその薬学的に許容される塩。
[本発明1002]
R 1 が、メチルである、本発明1001の化合物。
[本発明1003]
R 2 が、水素またはビオチニルである、本発明1001または1002の化合物。
[本発明1004]
R q が、メチルまたは電子対である、本発明1001〜1003のいずれかの化合物。
[本発明1005]
Lが、アルキレン基である、本発明1001〜1004のいずれかの化合物。
[本発明1006]
Lが、式−(CH 2 ) n のアルキレン基であり、式中、nが、3〜12の整数である、本発明1005の化合物。
[本発明1007]
nが、5〜10、5〜9、6〜10、または6〜8の整数である、本発明1006の化合物。
[本発明1008]
Lが、式−CH 2 (1,4−C 6 H 4 )CH 2 −のアリールアルキレン基である、本発明1001〜1004のいずれかの化合物。
[本発明1009]
Lが、結合である、本発明1001〜1004のいずれかの化合物。
[本発明1010]
Xが、結合である、本発明1001〜1008のいずれかの化合物。
[本発明1011]
Xが、−O−である、本発明1001〜1008のいずれかの化合物。
[本発明1012]
Xが、−NH−である、本発明1001〜1008のいずれかの化合物。
[本発明1013]
R 3 が、水素でない、本発明1001〜1012のいずれかの化合物。
[本発明1014]
R 3 が、ハロである、本発明1001〜1013のいずれかの化合物。
[本発明1015]
R 3 が、クロロまたはブロモである、本発明1014の化合物。
[本発明1016]
R 3 が、メチル、ヘテロシクリルアルキル、またはヘテロアリールアルキルである、本発明1001〜1013のいずれかの化合物。
[本発明1017]
R 3 が、ピリジン−2−イルメチル、ピリジン−3−イルメチル、ピリジン−4−イルメチル、または(3−キノキサリン−2(1H)−オニル)メチルである、本発明1016の化合物。
[本発明1018]
R 3 が、アリールである、本発明1001〜1013のいずれかの化合物。
[本発明1019]
R 3 が、フェニル、4−ベンジルオキシフェニル、4−ヒドロキシフェニル、または3,4−ジメトキシフェニルである、本発明1018の化合物。
[本発明1020]
Xが、−O−であり、R 3 が、4−ヒドロキシフェニル、4−ベンジルオキシフェニル、または3,4−ジメトキシフェニルである、本発明1019の化合物。
[本発明1021]
R 3 が、アリールアルキルである、本発明1001〜1013のいずれかの化合物。
[本発明1022]
R 3 が、ベンジル、2−フェニルベンジル、3−クロロベンジル、3−メトキシベンジル、4−ベンゾイルベンジル、4−ブロモベンジル、4−tert−ブチルベンジル、4−メチルベンジル、4−メトキシベンジル、または2,6−ジクロロベンジルである、本発明1021の化合物。
[本発明1023]
R 3 が、アシルである、本発明1001〜1013のいずれかの化合物。
[本発明1024]
R 3 が、ベンゾイル、2−ヨードベンゾイル、2−ヨード−4−ブロモベンゾイル、3,4−ジメトキシベンゾイル、5−メトキシ−2−ニトロベンゾイル、ビオチニル、または3−フェニルアクリロイルである、本発明1023の化合物。
[本発明1025]
R 3 が、3,4−ジメトキシベンゾイルまたは5−メトキシ−2−ニトロベンゾイルである、本発明1024の化合物。
[本発明1026]
R 3 が、(4−メトキシベンゾイル)メチル、アリル、シンナミル、6−アミノヘキシル、2−ピロリジン−1−イルエチル、または3−イミダゾール−1−イルプロピル、または(R 4 )NH−アルキレンである、本発明1001〜1013のいずれかの化合物。
[本発明1027]
R 4 が、水素またはビオチニルである、本発明1001〜1013及び1026のいずれかの化合物。
[本発明1028]
EphA4シグナル伝達に対する阻害剤の有効量を、EphA4シグナル伝達に関わる疾患を患う対象に投与することを含む、前記対象を治療するための方法。
[本発明1029]
前記阻害剤が、Rhyまたはその機能的誘導体である、本発明1028の方法。
[本発明1030]
前記阻害剤が、本発明1001〜1015のいずれかの化合物である、本発明1028の方法。
[本発明1031]
前記阻害剤が、KYLペプチド、Cpd1、コリリン、デンドロビン、化合物6、化合物14、または化合物21である、本発明1028の方法。
[本発明1032]
前記阻害剤が、薬学的に許容される賦形剤と一緒に、薬学的組成物中に存在する、本発明1028の方法。
[本発明1033]
前記阻害剤が、コリリンであり、フルクタス・プソラリエ(Fructus Psoraleae)の抽出物中に存在するか、または前記阻害剤が、デンドロビンであり、デンドロビウム(Dendrobium)種の抽出物中に存在する、本発明1028の方法。
[本発明1034]
前記疾患が、アミロイドβ関連神経変性障害である、本発明1028の方法。
[本発明1035]
前記アミロイドβ関連神経変性障害が、アルツハイマー病である、本発明1034の方法。
[本発明1036]
前記疾患が、外傷性脳損傷、脳卒中、パーキンソン病、筋萎縮性側索硬化症(ALS)、多発性硬化症(MS)、脊髄損傷、癌、炎症、鬱病、または不安症である、本発明1028の方法。
[本発明1037]
活性化EphA4シグナル伝達に関わる疾患を治療するために有用な治療薬を特定するための方法であって、
(i)候補化合物をEphA4及びEphA4のリガンドと、EphA4と前記リガンドとの間の結合を許容する条件下で接触させるステップと、
(ii)前記候補化合物の存在下でのEphA4と前記リガンドとの結合レベルを決定するステップと、
(iii)ステップ(ii)で得られた前記結合レベルを、前記候補化合物が不在であることを除いて同じ条件下で決定されたEphA4と前記リガンドとの対照結合レベルと比較するステップであって、前記対照結合レベルと比較した場合のステップ(ii)で得られた前記結合レベルの減少が、前記候補化合物を、EphA4シグナル伝達に関わる疾患を治療するために有用な治療薬として示す、ステップ
を含む、前記方法。
[本発明1038]
ステップ(iii)において候補化合物が治療薬として示されたら、前記化合物の神経保護活性を確認するために、細胞ベースのアッセイまたは動物モデルにおいて前記候補化合物を試験するステップ(iv)をさらに含む、本発明1037の方法。
[本発明1039]
EphA4シグナル伝達に対する阻害剤を含む、EphA4シグナル伝達に関わる疾患を治療するためのキット。
[本発明1040]
1日投与量の前記阻害剤を含有する複数の容器を含む、本発明1039のキット。
[本発明1041]
前記阻害剤が、Rhyもしくはその機能的誘導体、KYLペプチド、Cpd1、コリリン、デンドロビン、化合物6、化合物14、または化合物21である、本発明1039のキット。
[本発明1042]
前記阻害剤が、本発明1001〜1015のいずれかの前記化合物である、本発明1039のキット。
[本発明1043]
前記阻害剤が、薬学的に許容される賦形剤と一緒に、薬学的組成物中に存在する、本発明1026のキット。
[本発明1044]
前記薬学的組成物が、経口投与のために製剤化される、本発明1043のキット。
[本発明1045]
前記阻害剤が、コリリンであり、フルクタス・プソラリエの抽出物中に存在するか、または前記阻害剤が、デンドロビンであり、デンドロビウム種の抽出物中に存在する、本発明1039のキット。
[本発明1046]
指示マニュアルをさらに含む、本発明1039のキット。
本出願の実施例は、例証としてのみ提供されており、限定するものではない。当業者であれば、種々の重要でないパラメータが、本質的に同じまたは類似の結果を生じるように変更または修正され得ることを容易に認識するであろう。
アルツハイマー病(AD)は、認知症の最も一般的な形態であり、脳内のアミロイド斑及び神経原線維変化の蓄積に関わる。ADの早期発現として見なされる認知障害は、シナプス機能の崩壊に起因すると考えられる。シナプス喪失及び変化の程度は、ADにおける記憶欠損の重症度と相関する1。アミロイド前駆体タンパク質(APP)のタンパク質分解的切断によって生成される可溶性アミロイド−βペプチドオリゴマー(Aβ)は、AD進行中のシナプス障害の主な原因物質であると考えられる2、3。したがって、Aβ誘発性シナプス欠損の逆転は、AD4における認知障害を治療するための有望な治療手法であると考えられる。
本出願において初めてEphA4阻害剤として特定された周知の化合物の他に、本発明者らは、EphA4の新規阻害剤、例えば、Rhyの新規化学誘導体も提供した。そのような誘導体の例示的一覧は、表1〜3に提示される。
各R1が、独立して、水素及びアルキルからなる群から選択されるメンバーであり、
各R2が、独立して、水素及びアシルからなる群から選択されるメンバーであり、
各Rqが、独立して、電子対、低級アルキル、アリル、及びアリールメチルからなる群から選択されるメンバーであり、
Lが、結合、アルキレン、及びアリールアルキレンからなる群から選択されるリンカーであり、
Xが、結合、−O−、−S−、及び−N(R4)−からなる群から選択され、Lが結合である場合、Xも結合であり、
R3が、水素、ハロ、アルキル、アルケニル、アルキニル、アリール、アリールアルキル、ヘテロアリールアルキル、アシル、アシルアルキル、(R4)2N−アルキレン、及び
Lが結合である場合、R3は、水素、アリール、アリールアルキル、ヘテロアリールアルキル、アシル、及びアシルアルキルからなる群から選択され、
Xが−O−、−S−、または−N(R4)−である場合、R3は、水素、アルキル、アルケニル、アルキニル、アリール、アリールアルキル、ヘテロアリールアルキル、アロイルメチル、アシル、アシルアルキル、及び(R4)2N−アルキレンからなる群から選択され、
各R4は、独立して、水素、アルキル、アルケニル、アリール、アリールアルキル、ヘテロアリールアルキル、アシル、及びアシルメチルからなる群から選択される。「誘導体」の定義に従って、誘導体は、典型的にリンコフィリンまたはその塩ではない。
本出願に記載されるEphA4阻害剤は、過剰活性化EphA4シグナル伝達に関わる神経変性障害を含む種々の疾患及び状態、例えば、アルツハイマー病、脊髄損傷、パーキンソン病、頭部損傷(例えば、外傷性脳損傷)、末梢神経再生、筋萎縮性側索硬化症(ALS)、脳卒中、聴覚障害、多発性硬化症、気分障害、及び癌等のアミロイドβ誘発性神経障害を治療するために有用である。具体的に、それらは、脳卒中、ALS、脊髄損傷、及び癌の治療のために、それを必要とする患者に有効量で投与される場合に有用である。「有効量」という用語は、本明細書で使用される場合、物質が投与される治療効果をもたらす量を指す。これらの効果は、任意の検出可能な程度の疾患/状態の症状及び関連合併症の進行の防止、訂正、または阻害を含む。正確な量は、治療薬の性質、投与の方法、及び治療の目的に依存し、既知の技法を使用して当業者によって確認可能である(例えば、Lieberman,Pharmaceutical Dosage Forms(vols.1−3,1992)、Lloyd,The Art,Science and Technology of Pharmaceutical Compounding(1999)、及びPickar,Dosage Calculations(1999)を参照)。
本発明は、EphA4媒介性シグナル伝達を阻害する有効量の化合物を含む、薬学的組成物または生理学的組成物も提供し、したがって、予防的用途及び治療的用途の両方で意図された利益を提供する。そのような薬学的または生理学的組成物は、1つ以上の薬学的または生理学的に許容される賦形剤または担体も含む。本発明の薬学的組成物は、多様な薬物送達系における使用に適している。本発明における使用に適した製剤は、Remington′s Pharmaceutical Sciences,Mack Publishing Company,Philadelphia,PA,17th ed.(1985)において見出される。薬物送達のための方法に関する簡単なレビューは、Langer,Science 249:1527−1533(1990)を参照されたい。
本発明は、本発明の方法に従い、EphA4シグナル伝達を阻害し、それ故に癌を治療するためのキットも提供する。該キットは、典型的に、(1)EphA4媒介性シグナル伝達の阻害剤の有効量を有する薬学的組成物(例えば、表1〜3において特定される化合物)、及び(2)治療され得る患者のタイプ(例えば、アルツハイマー病、ALS、脳卒中、または過剰EphA4シグナル伝達に関わる種々の癌)、スケジュール(例えば、用量及び頻度)、ならびに投与経路等についての説明を含む、薬学的組成物を分注する方法に関する指示を含む情報試料を含む容器を含む。
実施例1:EphA4媒介性シグナル伝達を遮断することは、Aβ誘発性障害を軽減する
結果
Aβは、ニューロン内のEphA4活性化を刺激する
EphA4がAD進行時のシナプス機能不全に関わるかどうかを調査するための最初のステップとして、発明者らは、ADマウスモデルの海馬におけるEphA4タンパク質及びその活性の調節を調べた。EphA4は、マウス海馬シナプトソーム画分において顕著に検出され、その発現は、発達及び加齢時に比較的未変化のままであり(図1a、図7)、これは、EphA4が齧歯類海馬内で高度に発現するという以前の報告と一致する27、29。受容体の自己リン酸化を反映する、602でのEphA4のチロシンリン酸化(P−Tyr602 EphA4)は、6〜11ヶ月時点でマウス海馬のシナプトソーム画分において上方調節された(図7)。興味深いことに、P−Tyr602 EphA4レベルは、変異ヒトプレセニリン1及びヒト化APP(APPswePS1de9、以降APP/PS1と指定される)を、3ヶ月という早さで(野生型[WT]より約1.5倍早く)発現するADトランスジェニックマウスモデルの海馬シナプトソーム画分において上昇した(図1a及びb)。シナプス可塑性の欠陥は、約6ヶ月時点でADマウスモデルにおいて最初に観察され30、31、これがアミロイド斑の沈着を進行させる。3月齢のAPP/PS1マウスの海馬におけるEphA4活性の増加は、したがって、EphA4がADのシナプス機能不全に貢献する潜在的標的であるという見解と一致する。次に、ニューロン内のEphA4シグナル伝達が、ADにおいてシナプス機能不全を引き起こす主要物質であると考えられるAβによって活性化されるかどうかを調べた。チロシンリン酸化及びEphA4のクラスタ化の両方は、受容体の最大活性化に必要である16、26。Aβは、用量依存的に急性ラット海馬スライス中のEphA4のチロシンリン酸化を増加させたことが見出され(図1c〜f)、この増加は、早くも1時間時点で観察され、2時間時点でピークに達した(図1e及びf)。Aβは、培養した海馬ニューロン内のEphA4クラスタ化も強化した(図1g及びh)。一方、シナプス後タンパク質PSD−95の斑点の数は、Aβによる短期処置時にわずかに低減した(図1g及びh)5。Aβ刺激は、EphA4の下流標的であるサイクリン依存性キナーゼ5の活性化も強化した(図8)。まとめると、これらの結果は、Aβが、海馬ニューロン内のEphA4活性化及びEphA4の下流シグナル伝達を急速に誘発することを示唆する。
シナプス伝達及び可塑性におけるEphA4の負の調節的役割を考慮すると24、27、29、EphA4を活性化するAβの能力は、ADにおいて観察されたシナプス機能不全に貢献し得る。この仮説を検証するために、発明者らは、Aβ誘発性樹状突起棘の喪失に対するKYLペプチドの効果を調べた。24時間のAβ処置後、成熟海馬ニューロン内で突起棘密度の低減が観察されたが(図2a及びb、Aβにおける0.46±0.21/μm対対照における0.66±0.1/μm)、KYLペプチドとの共処置は、樹状突起棘のAβ誘起性低減を廃止した(Aβ及びKYLペプチドの共処置における0.61±0.18/μm対KYLペプチド単独における0.55±0.13/μm、図2a及びb)。樹状突起棘の数を低減させることに加えて34、AMPAR媒介性微小興奮性シナプス後電流(mEPSC)の頻度の減少によって証明されるように、Aβは、培養した海馬ニューロン内の神経伝達も低減する8。Aβによるニューロンの処置は、事象間間隔を著しく増加させ、これは頻度に反比例し、培養した海馬ニューロン内のmEPSCの増幅のわずかな低減を伴う8(図2c〜e、データ図示せず)。EphA4活性化がAβ媒介性神経伝達に必要とされるかどうかを検証するために、代替手法を使用し、内因性エフリンリガンドと相互作用し、したがってEphA4の活性化を防止する、EphA4の非クラスタ化細胞外ドメイン(すなわち、EphA4−Fc融合タンパク質)を追加することによってEphA4シグナル伝達を遮断した24。非クラスタ化EphA4−Fcは同様に、Aβ誘発性シナプス抑制をレスキューし、mEPSCの事象間間隔のAβ誘発性増加を遮断した(図2c〜e)。Aβ刺激性シナプス機能不全のEphA4の重要性は、EphA4−/−ニューロン内でさらに確認される。Aβは、WTマウス(EphA4+/+)から調製されたニューロン内で、mEPSC頻度を約40%低減したが、この現象は、Fc条件のものと同様に、EphA4−/−マウスから培養した海馬ニューロン内で廃止された(図2c〜e、図9)。興味深いことに、それぞれ[2,5−ジメチルピロリル安息香酸(Cpd1)]35または[ロスコビチン(Ros)]24によるEphA4またはCdk5の遮断は、mEPSCの事象間間隔のAβ誘発性増加の低減によって反映されるように、神経伝達におけるAβ刺激性低減も減衰した(図2f〜h)。まとめると、これらの観察は、EphA4/Cdk5シグナル伝達の遮断が、神経伝達のAβ誘発性抑制をレスキューすることを示す。
シナプス可塑性におけるAβ誘発性障害のEphA4シグナル伝達を遮断する効果を評価するために、発明者らは、EphA4阻害剤(すなわち、非クラスタ化EphA4−Fcタンパク質またはKYLペプチド)の存在下、Aβ処置時に海馬スライス内の海馬シェファー側枝(SC)経路中のLTPを測定した。高頻度刺激(HFS)は、SC−CA1 LTPの程度の著しい増加を誘起したが、LTPは、Aβで処置したスライスにおいて阻害された3、36(図3a〜d)。非クラスタ化EphA4−Fc(10μg/mL)(図3a及びb)またはKYLペプチド(30μM)(図3c及びd)のいずれかで30分間スライスを前処置することは、LTPのAβ誘発性抑制を防止した。EphA4−FcまたはKYLペプチド単独による処置は、HFS誘発性LTPに著しく影響しなかった(図3a〜d)。まとめると、本発見は、EphA4媒介性シグナル伝達を遮断することが、興奮性シナプス伝達及びシナプス可塑性におけるAβ誘発性障害を軽減することを実証する。
EphA4−リガンド錯体の詳細な構造分析は32、37、38、EphA4−リガンド相互作用を調節する小分子の仮想スクリーニングに対して有望な基礎を提供する。具体的に、EphA4の外部ドメイン内のリガンド結合ポケットの固有性は、受容体を小分子スクリーニングにとって理想的な標的にする37、39。したがって、発明者らは、分子ドッキングを通じて、EphA4阻害剤の社内漢方薬データベースの仮想スクリーニングを行った。分子ドッキングは、EphA4の細胞外ドメインと、高スループットスクリーニングによって以前に特定された市販のEphA4阻害剤、Cpd135と一緒に225化合物を含む社内漢方薬データベースとの間で行った。小分子Rhyは、最低ドッキングエネルギーでEphA4に結合する上位3化合物のうちの1つとして特定された。Rhyは、中枢神経系疾患を標的とする処方で一般的に使用される漢方薬カギカズラ(Miq)ジャック(UR)の主要なアルカロイド成分である40。それにもかかわらず、AD等の神経変性疾患におけるRhyの臨床適用は、調査されていない。さらに、この小分子は、神経保護活性を呈することが報告されているが、その基礎にある機序は、主に未知である40。ドッキング分析において、Rhyは、以前に特定されたEphA4阻害剤Cpd1(−6.5kcal/mol)よりも著しく低いドッキングエネルギー(−9.0kcal/mol)を付与する。これは、Cpd1のものよりも高いEphA4との結合能力を呈した(約67倍高いEphA4との結合親和性、図4a)39。Rhyのこの強力な結合親和性は、ヒトEphA4のリガンド結合ドメインとのその大きな相互作用界面に起因し得る(図4a)。明らかに、Rhyは、EphA4のリガンド結合チャネル上の複数の疎水性残基との広範な接触を形成する(図4a)。プルダウン分析は、ビオチン化Rhy(Bio−Rhy)が、EphB2のものではなく、EphA4の細胞外ドメインに特異的に結合したことを明らかにした(図4b)。Rhyが、細胞状況においてEphA4に結合するためにエフリン−Aと競合するかどうかを実証するために、Rhyによる前処置が、EphA4を発現する細胞系であるHT−22細胞上の外因性エフリン−A1の結合を低減したかどうかを調べた41。KYLペプチドによる前処置と同様に、Rhy前処置は、HT−22細胞に対するエフリン−A1の結合を低減し(図4c、図10)、Rhyが細胞表面上の受容体結合のためにエフリン−A1と競合することを示唆している。EphA4阻害剤としてのRhyの有効性は、EphA4依存性シグナル伝達及び機能に拮抗するその能力によってさらに確認された。エフリン−A1刺激は、培養した海馬ニューロン内のEphA4チロシンリン酸化、EphA4クラスタの数、及びEphA4依存性成長円錐崩壊を増加させたが、Rhyによる前処置は、EphA4の特異的リン酸化(図4d及びe)及びクラスタ化(図4f、図11)、ならびに成長円錐崩壊(図4g)を用量依存的に低減した。
EphA4シグナル伝達の遮断がAD進行中に神経伝達及びシナプス可塑性を強化することを考慮して、Aβ誘発性シナプス欠陥に対するRhyの効果をさらに調べた。重要なことに、培養した海馬ニューロンのRhyによる前処置は、mEPSC及びLTPのAβ誘発性障害をレスキューした。Aβは、mEPSCの頻度を低減した(すなわち、事象間間隔を増加させた)が、Rhyは、mEPSC頻度のAβ誘発性低減をレスキューした(図5a〜c)。さらに、培養した海馬ニューロンのRhyによる前処置は、AβがLTPを抑制するのを防止したが、Rhy単独での処置は、海馬LTPに影響しなかった(図5d及びe)。重要なことに、3〜4週間の約5月齢APP/PS1マウスへのRhyの経口投与(50mg・kg−1・日−1)は、シナプス可塑性の障害を軽減した(図5f及びg)。WTマウスと比較して、APP/PS1マウス(Tg)は、HFSに反応してLTPの減少を呈した。Rhy投与は、APP/PS1マウスにおけるLTPの低減を完全にレスキューした。Rhyは、高レベルのヒトAPPのスウェーデン変異形態を発現する、別のADマウスモデル、Tg2576マウスにおいて、用量依存的にLTP阻害に対する類似のレスキュー効果を呈した(図12)。
新たに出現した証拠は、ADにおいて神経ネットワーク障害及び認知低下に関わるシナプス喪失及び機能不全が、早期AD発症の主因を表し得ることを明らかにした。したがって、シナプス機能不全の軽減は、ADにおける認知低下の治療のための有望な治療手法である。本発見は、EphA4が、ADにおけるシナプス機能不全を媒介する際に重要な役割を果たし、ADの新たな治療標的であることを実証する。ペプチド及び小分子を含む、複数の手法を使用するEphA4−リガンド相互作用の遮断は、疾患の進行時に障害されたシナプス可塑性をレスキューすることができる。EphA4−リガンド相互作用を標的とする小分子阻害剤の開発は、ADの有効な疾患修飾性治療であることが判明し得る。
Ephは、シナプス機能及び可塑性の調節に関係しているが、EphファミリーのメンバーがシナプスにおけるAβの細胞標的である可能性は、最近になって調査されたに過ぎない15、26。EphB2は、ADにおいて下方調節され、Aβ依存性シナプス機能不全を媒介するが15、本研究は、EphA4が、ADにおいて過剰活性化され、シナプス機能不全をもたらすことを明らかにした。最近のゲノムワイド関連分析(GWAS)は、単一ヌクレオチドポリ多型が、EPHA4の近位に位置することを特定し43、EPHA1遺伝子は、後期発症ADと関連する44。EPHA4の変異または多型を特定することを目的とするさらなる研究は、EPHA4がADと関連するかどうかを解明するように保証される。さらに、Ephファミリーの異なるメンバーがどのように関わるか、及びこれらのシグナル伝達経路が、AD進行の間にクロストークするかどうかを調べることが重要である。
EphA4は、成体海馬内のシナプス構造及び機能の重要な調節因子である24、27、29。EphA4とそのリガンドエフリン−A3との間の相互作用は、双方向(すなわち、順方向及び逆方向)シグナルを産生し、それらの両方は、海馬機能の調節に重要である。星状細胞エフリンAによるシナプス後EphA4の活性化は、成体齧歯類海馬内のEphA4順方向シグナル伝達の活性化を可能にし、突起棘の喪失ならびに表面AMPA受容体の除去をもたらす27、29。EphA4は、恐らくアクチン細胞骨格の再組織化を通じて、Cdk5−RhoA依存的に24、PLCγ1−コフィリン依存的に48、または接着受容体の調節によって23、樹状突起棘の後退を引き起こす。EphA4は、培養した海馬ニューロン内のAMPA受容体の分解をプロテアソーム依存的に誘起し、最終的にシナプスからのそれらの除去を誘起する27。樹状突起棘低減及びAMPA受容体除去の両方は、AD進行中のシナプス喪失及び機能不全に貢献する重要な因子である10、34。EphA4の別の興味深い特徴は、受容体が、エフリン−A3を通じて星状細胞中の逆シグナル伝達を誘起すること、及びグリア細胞中のグルタミン酸輸送体を低下させることによってグルタミン酸の取込みを調節することができるということである46。EphA4−またはエフリン−A3−ノックアウトマウスは、グリアグルタミン酸輸送体(例えば、GLAST及びGLT1)の発現の増加を呈するが、星状細胞内のエフリン−A3過剰発現は、これらのタンパク質のレベルを低減する。したがって、EphA4−エフリンA3逆シグナル伝達は、シナプス間隙におけるグルタミン酸蓄積を強化する。ADマウスは、異常なグルタミン酸取込みを呈するが49、EphA4逆シグナル伝達が、グルタミン酸取込みの異常調節によってADにおけるシナプス機能不全に関わるかどうかを調べることは興味深いであろう。さらに、EphA4は近年、脊髄損傷における炎症関連遺伝子の発現の調節に関与していた50。EphA4が炎症等のAD病理に貢献する他の経路を調節するかどうかは、依然として未知である。
シナプス機能不全を逆転させることは、ADにおける認知低下に対する潜在的な治療戦略である。本研究におけるADの細胞標的としてのEphA4の特定及びEphA4−リガンド相互作用の詳細な構造特徴は32、37、38、ADの治療のためのEphA4阻害剤を開発することに対して大きな期待をもたらす。実際に、EphA4及びエフリンを標的とするための種々の戦略(例えば、抗体のFc領域に融合されたEphA4の組換え細胞外ドメイン、ならびにEphA4に結合する特定のペプチド及び小分子)51が開発された。本研究で特定された小分子、Rhy、及びリガンド結合ドメインにおいてEphA4に結合し、エフリン結合を阻害するペプチドKYL52は、ADトランスジェニックマウスモデルにおいて、Aβ誘発性シナプス機能不全及びシナプス可塑性の欠陥を効果的に軽減する。追加の研究は、リガンド結合ドメインにおいてAβがEphA4に結合する可能性、及びこれらのEphA4阻害剤がEphA4−Aβ相互作用を直接遮断する可能性を除外する必要があるが、EphA4とエフリンとの間の内因性相互作用が、Aβ誘起性シナプス欠陥及び機能不全を媒介すると推測することは興味深い。したがって、EphA4−リガンド相互作用を標的とする介入の開発は、ADのための有望な治療戦略であり得る。ADに加えて、EphA4阻害剤は、筋萎縮性側索硬化症53及び脊髄損傷54を含むがこれらに限定されない、EphA4が関わる種々の疾患の治療のための治療薬として使用することができる。
化学物質、抗体、及びウイルス
使用される抗体は、抗EphA4及び抗体Cdk5抗体(Santa Cruz Biotechnology)、抗PSD−95(BioAffinity Reagents)、抗β−アミロイド(Aβ8−17に対する6F/3D、Dako)、抗Iba−1(Wako Pure Chemical Industries)、ホスホチロシン抗体(4G10)及び抗Tau−1抗体(Millipore)、抗アクチン(Sigma)、ホスホ−Tyr 602(p−Y602 EphA4)(ECM Biosciences)、ならびにヒトFcに対するFc及びヤギ抗体(Jackson ImmunoResearch)を含む。ヒストンH1組換えタンパク質及びロスコビチンはMilliporeから、[2,5−ジメチルピロリル安息香酸(Cpd1)]はMatrix Scientificから、及びRhyはBaoji Herbest Bio−Techから購入した。エフリン−A1、EphA4−Fc、EphB2−Fc、ビオチン化エフリン−A1−Fc、及びビオチン化EphA4−Fc組換えタンパク質は、R&D Systemsから、KYLペプチドはBio−synthesisから、及びAβモノマーはrPeptideから購入した。EphA4 shRNAを発現するレンチウイルスは、前述のように構築された24、58。ウイルスは、アイオワ大学の遺伝子導入ベクターコアによって包装された。
Bio−Rhyの合成は、RhyのN1とtert−ブチル(6−ブロモヘキシル)カルバメートとの間の求核置換反応を用いた。産生物のtert−ブチルオキシカルボニル基が分離され、1−ヘキサンアミン置換Rhyを産出した。次にBio−Rhyは、カップリング試薬の存在下で置換Rhyをビオチンと反応させることによって得られた。
AutoDock 4.0を用いて、EphA4(PDBコード2WO2)及び225化学化合物を含む当社内漢方薬データベースとの間のドッキングを行った63、64。ラマルク説の遺伝的アルゴリズムを、次のパラメータと共に使用した:集団内の個体数200、エネルギー評価の最大数5,000,000、世代の最大数、27,000、遺伝的アルゴリズムの実行回数20。
一次皮質及び海馬ニューロンを、前述のように胎生期18〜19日ラット胚から調製した24。簡単に言うと、皮質ニューロン(1プレート当たり6×106)を、ポリ−D−リシン(12.5μg/mL、Sigma)でコーティングされた100mm培養皿上に置いた。ラット海馬ニューロンを、ポリ−D−リシン(50μg/mL)でコーティングされた18mmカバースリップ上に、免疫細胞化学的分析の場合は0.5×105/18mmカバースリップ、成長円錐崩壊アッセイの場合は0.1×105/18mmカバースリップ、またはmEPSC記録の場合は1.5×105もしくは1.5×105/18mmカバースリップの密度で播種した。2% B27(Invitrogen)を補充したNeurobasal培地(Invitrogen)にニューロンを供給した。急性脳スライスを、P15−P17 Spraque−Dawleyラットから調製した。簡単に言うと、ラットを速やかに断頭し、それらの脳を氷冷人工脳髄液(ACSF)に浸漬した。海馬を切除し、ビブラトーム(Lieca)を使用して300μm厚のスライスを調製した。次にスライスを、95%O2+5%CO2で平衡化された循環ACSFを含むインキュベート室に移し、実験前に回復のために少なくとも2時間室温で保持した65。
APP/PS1二重トランスジェニックマウスを、Jackson Laboratoryから入手した(B6C3−Tg[APPswe,PSEN1dE9]85Dbo/J)66。これらのマウスは、スウェーデン二重変異及びエクソン−9−欠失PSEN1変異を担持するヒト/マウスAPP構築体(APPswe+PSEN1/dE9)を組み込むことによって生成された。ヒトAβPPの二重変異(Lys670→Asn670、Met671→Leu671)を発現するAPPトランスジェニックマウス(Tg2576)も使用した31。実験には両性を使用し、この研究で使用された全てのマウスは、香港科技大学の動物ケア施設によって産生された。遺伝子型は、尾部生検のポリメラーゼ連鎖反応分析によって確認した。同性の4〜5匹のマウスを、12時間の明/暗周期で適宜食餌及び水と共にケージに収容した。
海馬シナプトソームを、前述のように調製した67。P15−P17ラットからの急性海馬スライスを、放射性免疫沈降アッセイ(RIPA)緩衝液(1% Triton X−100、1%デオキシコール酸ナトリウム、0.1% SDS、150mM NaCl、10mMリン酸ナトリウム、2mM EDTA、及び0.2%バナジウム酸ナトリウム)中に種々のプロテアーゼ阻害剤と共に溶解した。Cdk5キナーゼアッセイの場合、培養した皮質ニューロン[16日インビトロ(DIV)]を、溶解緩衝液A(20mMトリス[pH7.6]、150mM NaCl、1mM EDTA、1mM EGTA、1mM NaF、及び0.5% Nonidet P−40)中に種々のプロテアーゼ阻害剤と共に溶解した。ウェスタンブロット分析を、前述のように行った24。
Aβ処置したニューロン内のEphA4及びPSD−95の細胞内局在を調べるために、ニューロンをメタノールで20分間、−20℃で固定した24。免疫染色を、前述のように行った68。簡単に言うと、ニューロンを、GDB緩衝液中の抗PSD−95抗体(1:500)及び抗EphA4抗体(1:1000)で終夜4℃でインキュベートし、リン酸緩衝液で洗浄して、対応する二次抗体で1時間、室温でインキュベートした。画像取得の場合、細胞を、ProLong褪色防止試薬(Invitrogen)中に載置し、z−スタック取得モードを使用する63倍油浸対物レンズを持つ、Zeissレーザー走査共焦点顕微鏡(LSM7 DUO)を使用して画像を取得した。
Cdk5/p35キナーゼアッセイは、1〜2μCi[γ−32P]ATP及び8μgヒストン−H1タンパク質を含有するキナーゼ緩衝液(20mM MOPS[pH7.4]、15mM MgCl2、及び100μM ATP)中で30分間30℃で行った24。次に15% SDS−PAGEを使用してリン酸化ヒストン−H1タンパク質を分離し、オートラジオグラフィーによって可視化した。
プルダウン分析の場合、Bio−Rhyをストレプトアビジン磁気ビーズに1時間結合し、次にこれらのビーズを、0.5% BSAの存在下で1時間、組換えEphA4−FcまたはEphB2−Fcでインキュベートした。インキュベーション後、ビーズをDPBSで4回洗浄し、錯体中のEphの存在をウェスタンブロット分析によって決定した。
3DIVにおけるニューロンを、異なる濃度のRhyまたはKYLで対照として15分間、前クラスタ化エフリン−A1でさらに15分間前処置し、4%パラホルムアルデヒドで固定した61。EphA4クラスタ化の場合、ニューロンを抗EphA4及び抗Tau−1抗体で染色した。成長円錐崩壊アッセイの場合、フィラメントアクチンについてはAlexa Fluor 555共役ファロイジン(Molecular Probes)、軸索については抗Tau−1抗体によってニューロンを染色した。崩壊した成長円錐を二重盲検的に採点した。実験を少なくとも3回繰り返し、各実験に対して50個を超えるニューロンを分析した。データは、平均±標準誤差として提示される。
培養したラット海馬ニューロンを、14〜16DIVにおいてGFPプラスミドでトランスフェクトし、30μMのKYLペプチドによる処置後、24〜28DIVにおいて24時間Aβに露出した。ニューロンを4%パラホルムアルデヒドで固定し、前述のように63倍対物レンズを使用する共焦点顕微鏡を使用して調べた24。
小型EPSC記録の場合、約25〜28DIVにおいて、試験試薬と一緒に500nMのAβを用いるか、または用いずに海馬ニューロンを24時間共処置した。110 NaCl、5KCl、2CaCl2、0.8MgCl2、10HEPES、及び10D−グルコース(pH7.4)を(mMで)含有する外部溶液、ならびに135CsCl2、10 HEPES、2MgCl2、4NaATP、0.4NaGTP、及び0.5EGTA(pH7.2)を(mMで)含有する内部溶液を用いて、全細胞パッチクランプ記録を室温で作成した24、27。0.5μM TTXと共にGABA作動性IPSCを遮断して作用電位誘発性EPSCを防止するために、ピクロトキシン(200μm)を外部溶液に含めた。小型EPSC記録の場合、細胞を−70mVで保持した。これらの実験に対するピペット抵抗は、典型的に3〜5MΩであったが、直列抵抗は、15〜20MΩであった。各細胞からのミニを、各条件で1分間記録した。mEPSCの測定は、AMPA受容体EPSCを測定するためのミニ分析プログラム(Synaptosoft Inc.)に記載されるものに従った。直列及び入力抵抗が10%未満変化した記録時期のみを分析した。データは、少なくとも3つの実験の平均±SEMとして提示される。
小分子EphA4阻害剤をスクリーニングするために、発明者らは、小分子ライブラリーを使用して分子ドッキング分析を行った。Rhyに加えて、2つの小分子(1つのTCMデータベースからスクリーニングされた)もEphA4阻害活性を呈する。培養した海馬ニューロンを使用してEphA4依存性成長円錐崩壊を阻害するEphA4を阻害することにおけるそれらの能力を遂行した。ラット海馬ニューロンが、図13に示される濃度で小分子(コリリン、デンドロビン)により処置され、かつエフリン−A1で処置された場合、化合物は、エフリン−A1刺激性成長円錐崩壊を阻害した。
Noberiniら(上記)に記載されるように、Cpd1は、化学名2−ヒドロキシ−4−(2,5−ジメチル−1−ピロリル)安息香酸を有し、次の化学式を有する。
RHY−26:
THF(2mL)中のRHY(100mg)の溶液に、NaH(50mg)、続いて1,8−ジクロロオクタン(0.20mL)を添加した。混合物を50℃に加熱し、20時間撹拌した後、反応液を水(10mL)で急冷し、DCM(3×15mL)で抽出し、飽和NaHCO3水性液(20mL)で洗浄した。複合有機層をNa2SO4上で乾燥させて濾過し、溶媒を真空で除去した。残渣をカラムクロマトグラフィー(シリカゲル、MeOH/DCM=1:20)によって精製し、ZJ−4−172−1(70mg)を黄色油として得た。
DMF(1mL)中のZJ−4−172−1(70mg)の溶液に、NaH(20mg)、続いて3,4−ジメトキシフェノール(56mg)を添加した。混合物を50℃に加熱し、20時間撹拌した後、反応液を水(5mL)で急冷し、DCM(3×5mL)で抽出し、飽和NaHCO3水性液(10mL)で洗浄した。複合有機層をNa2SO4上で乾燥させて濾過し、溶媒を真空で除去した。残渣をカラムクロマトグラフィー(シリカゲル、MeOH/DCM=1:33)によって精製し、RHY−37(20mg)を黄色油として得た。
THF(2mL)中のRHY(100mg)の溶液に、NaH(50mg)、続いて1,8−ジブロモオクタン(0.20mL)を添加し、混合物を50℃まで加熱し、20時間撹拌した後、反応液を水(10mL)で急冷し、DCM(3×15mL)で抽出し、飽和NaHCO3水性液(20mL)で洗浄した。複合有機層をNa2SO4上で乾燥させて濾過し、溶媒を真空で除去した。残渣をカラムクロマトグラフィー(シリカゲル、MeOH/DCM=1:20)によって精製し、ZJ−4−172−1(70mg)を黄色油として得た。
DMF(1mL)中のZJ−4−172−1(40mg)の溶液に、K2CO3(38mg)、続いて3,4−ジメトキシ安息香酸(38mg)を添加し、混合物を50℃まで加熱し、20時間撹拌した後、反応液を水(5mL)で急冷し、DCM(3×5mL)で抽出し、飽和NaHC3水性液(10mL)で洗浄した。複合有機層をNa2SO4上で乾燥させて濾過し、溶媒を真空で除去した。残渣をカラムクロマトグラフィー(シリカゲル、MeOH/DCM=1:33)によって精製し、RHY−36(10mg)を黄色油として得た。
THF(10mL)中のRHY(300mg)の溶液に、NaH(150mg)、続いて1,6−ジブロモヘキサン(0.5mL)を添加し、混合物を50℃まで加熱し、20時間撹拌した後、反応液を水(20mL)で急冷し、DCM(3×30mL)で抽出し、飽和NaHCO3水性液(30mL)で洗浄した。複合有機層をNa2SO4上で乾燥させて濾過し、溶媒を真空で除去した。残渣をカラムクロマトグラフィー(シリカゲル、MeOH/DCM=1:30)によって精製し、ZJ−4−178(200mg)を黄色油として得た。
DMF(3mL)中のZJ−4−178(90mg)の溶液に、K2CO3(68mg)、続いて4−(ベンジルオキシ)フェノール(100mg)を添加し、混合物を50℃まで加熱し、20時間撹拌した後、反応液を水(10mL)で急冷し、DCM(3×10mL)で抽出し、飽和NaHC3水性液(20mL)で洗浄した。複合有機層をNa2SO4上で乾燥させて濾過し、溶媒を真空で除去した。残渣をカラムクロマトグラフィー(シリカゲル、MeOH/DCM=1:30)によって精製し、RHY−42(50mg)を黄色油として得た。
THF(10mL)中のRHY(300mg)の溶液に、NaH(150mg)、続いて1,7−ジブロモヘプタン(0.53mL)を添加し、混合物を50℃まで加熱し、20時間撹拌した後、反応液を水(20mL)で急冷し、DCM(3×30mL)で抽出し、飽和NaHCO3水性液(30mL)で洗浄した。複合有機層をNa2SO4上で乾燥させて濾過し、溶媒を真空で除去した。残渣をカラムクロマトグラフィー(シリカゲル、MeOH/DCM=1:30)によって精製し、ZJ−4−183(220mg)を黄色油として得た。
DMF(2mL)中のZJ−4−183(60mg)の溶液に、K2CO3(50mg)、続いて5−メトキシ−2−ニトロ安息香酸(64mg)を添加し、混合物を50℃まで加熱し、20時間撹拌した後、反応液を水(10mL)で急冷し、DCM(3×10mL)で抽出し、飽和NaHC3水性液(20mL)で洗浄した。複合有機層をNa2SO4上で乾燥させて濾過し、溶媒を真空で除去した。残渣をカラムクロマトグラフィー(シリカゲル、MeOH/DCM=1:30)によって精製し、RHY−45(20mg)を黄色油として得た。
THF(10mL)中のRHY(300mg)の溶液に、NaH(150mg)、続いて1,7−ジブロモヘプタン(0.53mL)を添加し、混合物を50℃まで加熱し、20時間撹拌した後、反応液を水(20mL)で急冷し、DCM(3×30mL)で抽出し、飽和NaHCO3水性液(30mL)で洗浄した。複合有機層をNa2SO4上で乾燥させて濾過し、溶媒を真空で除去した。残渣をカラムクロマトグラフィー(シリカゲル、MeOH/DCM=1:30)によって精製し、ZJ−4−183(220mg)を黄色油として得た。
DMF(2mL)中のZJ−4−183(60mg)の溶液に、K2CO3(45mg)、続いて4−(ベンジルオキシ)フェノール(50mg)を添加し、混合物を50℃まで加熱し、20時間撹拌した後、反応液を水(10mL)で急冷し、DCM(3×10mL)で抽出し、飽和NaHC3水性液(20mL)で洗浄した。複合有機層をNa2SO4上で乾燥させて濾過し、溶媒を真空で除去した。残渣をカラムクロマトグラフィー(シリカゲル、MeOH/DCM=1:30)によって精製し、ZJ−4−185−1(30mg)を黄色油として得た。
MeOH(2mL)中のZJ−4−185−1(20mg)の溶液に、10% Pd/C(10mg)を添加し、混合物を20時間、H2中で撹拌した後、混合物をセライト(MeOH溶離液)のパッド上で濾過し、溶媒を真空で蒸発させた。粗産物をカラムクロマトグラフィー(シリカゲル、MeOH/DCM=1:30)によって精製し、RHY−48(10mg)を黄色油として得た。
THF(15mL)中のRHY(300mg)の溶液に、NaH(150mg)、続いて1,8−ジブロモオクタン(0.58mL)を添加し、混合物を50℃まで加熱し、20時間撹拌した後、反応液を水(20mL)で急冷し、DCM(3×30mL)で抽出し、飽和NaHCO3水性液(30mL)で洗浄した。複合有機層をNa2SO4上で乾燥させて濾過し、溶媒を真空で除去した。残渣をカラムクロマトグラフィー(シリカゲル、MeOH/DCM=1:30)によって精製し、ZJ−4−189(200mg)を黄色油として得た。
DMF(2mL)中のZJ−4−189(60mg)の溶液に、K2CO3(60mg)、続いて5−メトキシ−2−ニトロ安息香酸(50mg)を添加し、混合物を50℃まで加熱し、20時間撹拌した後、反応液を水(10mL)で急冷し、DCM(3×10mL)で抽出し、飽和NaHC3水性液(20mL)で洗浄した。複合有機層をNa2SO4上で乾燥させて濾過し、溶媒を真空で除去した。残渣をカラムクロマトグラフィー(シリカゲル、MeOH/DCM=1:30)によって精製し、RHY−50(20mg)を黄色油として得た。
THF(10mL)中のRHY(300mg)の溶液に、NaH(150mg)、続いて1,7−ジブロモヘプタン(0.53mL)を添加し、混合物を50℃まで加熱し、20時間撹拌した後、反応液を水(20mL)で急冷し、DCM(3×30mL)で抽出し、飽和NaHCO3水性液(30mL)で洗浄した。複合有機層をNa2SO4上で乾燥させて濾過し、溶媒を真空で除去した。残渣をカラムクロマトグラフィー(シリカゲル、MeOH/DCM=1:30)によって精製し、ZJ−4−183(220mg)を黄色油として得た。
DMF(1mL)中のZJ−4−183(70mg)の溶液に、2−(ピロリジン−1−イル)エタンアミン(90μL)を添加し、混合物を80℃まで加熱し、20時間撹拌した後、反応液を飽和NaHCO3水性液(10mL)で急冷し、DCM(3×10mL)で抽出し、飽和H2O(20mL)で洗浄した。複合有機層をNa2SO4上で乾燥させて濾過し、溶媒を真空で除去した。残渣をカラムクロマトグラフィー(シリカゲル、MeOH/DCM/NH3.H2O=6:100:1)によって精製し、RHY−46(10mg)を黄色油として得た。
THF(10mL)中のRHY(300mg)の溶液に、NaH(150mg)、続いて1,7−ジブロモヘプタン(0.53mL)を添加し、混合物を50℃まで加熱し、20時間撹拌した後、反応液を水(20mL)で急冷し、DCM(3×30mL)で抽出し、飽和NaHCO3水性液(30mL)で洗浄した。複合有機層をNa2SO4上で乾燥させて濾過し、溶媒を真空で除去した。残渣をカラムクロマトグラフィー(シリカゲル、MeOH/DCM=1:30)によって精製し、ZJ−4−183(220mg)を黄色油として得た。
DMF(1mL)中のZJ−4−183(70mg)の溶液に、3−(1H−イミダゾール−1−イル)プロパン−1−アミン(90μL)を添加し、混合物を80℃まで加熱し、20時間撹拌した後、反応液を飽和NaHCO3水性液(10mL)で急冷し、DCM(3×10mL)で抽出し、飽和H2O(20mL)で洗浄した。複合有機層をNa2SO4上で乾燥させて濾過し、溶媒を真空で除去した。残渣をカラムクロマトグラフィー(シリカゲル、MeOH/DCM/NH3.H2O=6:100:1)によって精製し、RHY−47(15mg)を黄色油として得た。
エフリン−A1誘発性EphA4クラスタアッセイ
EphA4シグナル伝達を阻害することにおけるRhy誘導体の能力を、EphA4クラスタ化アッセイにおいて調べた。ラット海馬ニューロンを、ポリ−D−リシン(50μg/mL)でコーティングした48ウェルプレート上に、1ウェル当たり6000細胞で播種した。2% B27(Invitrogen)を補充したNeurobasal培地(Invitrogen)でニューロンをインキュベートした。3DIVにおけるニューロンを、RhyまたはRhy誘導体で20分間、続いて前クラスタ化エフリン−A1(0.25μg/mL)リガンドでさらに40分間前処置し、4%パラホルムアルデヒドで固定した。次にニューロンを、抗EphA4及び抗Tau−1抗体で免疫染色した。EphA4クラスタの細胞撮像及び定量化を、IN細胞アナライザー6000ハイコンテントアッセイシステム(GE Healthcare)を使用して行った。EphA4クラスタを、Tau正面積に対する軸索上のEphA4クラスタの総面積の比率を計算することによって定量化した。一元配置分散分析後のニューマン−ケウルス多重比較検定(Prism 5 GraphPadソフトウェア)を用いて統計分析を行った。
Rhyの識別及び量を、ターボVソース及びエレクトロスプレイイオン化(ESI)プローブ(UPLC−MS/MS)を備えるAB SCIEX 4500 QTRAPシステムに連結されたWaters Acquity UPLCシステムを使用して分析した。アセトニトリル(ACN)中のRhyを、水及びACN中の0.1%ギ酸からなる移動相を持つC18カラム(BEH C18、50×2.1mm、1.7μm、40℃)上で分離した。5マイクロリットルの試料を注入し、次のプログラムによって0.6mL/分の流量で溶離した(0〜4.0分、10〜35% ACN、4.0〜4.1分、100% ACN;7.0〜7.1分、100〜10% ACN、7.1〜10分、10% ACN)。Rhyの検出は、正イオン化モードで実行した。ESI条件は次のとおりであった:脱クラスタ化電位120V、入口電位10V、衝突セル出口電位12V、衝突エネルギー38V、カーテンガス50(任意単位)、衝突ガス10(任意単位)、イオンスプレイ電圧4500kV、ソース温度500℃、イオン源ガス1:45(任意単位)、イオン源ガス2:60(任意単位)。多重反応モニタリング(MRM)を使用し、3対の親/娘イオンによってm/z 385.1→353.1、385.1→269.1、385.1→160.1Rhyを決定し、測定した。この条件下、Rhyの保持時間は2.56分である。
アセトニトリル(ACN)中3μMのRhyを、C57BI/6マウスから調製された血清に添加し、混合物を種々の時間間隔でインキュベートした。インキュベーションは、ACNの添加によって終了させた。混合物をスピンダウンし、上清の半分を空気乾燥させた。残渣をACNに再溶解し、UPLC−MS/MSシステムに注入した。
雄C57BI/6マウス(16週齢)を、香港技科大学(HKUST)動物ケア施設から入手し、研究の1週間前に研究室に順応させた。Rhy(5mg/mL)を水に溶解し、10mL/kgの体積で50mg/kgを経口付与した。この研究における手順は、HKUST動物倫理委員会によって承認され、実施基準及び実験目的の動物使用に従って行った。
リンコフィリン(Rhy)及びコリリン(Cory)がEphA4阻害剤であることが実証された。EphA4媒介性細胞機能を阻害することに対するRhy及びCoryの効果を、エフリン−A1誘発性EphA4クラスタアッセイを使用して調べた。RhyまたはCoryで20分間、続いて前クラスタ化エフリン−A1でさらに40分間、ニューロンを前処置した。EphA4及びTau−1抗体に対してニューロンを染色した。EphA4クラスタを、Tau正面積に対する軸索上のEphA4クラスタの総面積の比率を計算することによって定量化した。図16に示されるように、Rhy及びCoryは、培養した海馬ニューロン内のエフリン−A1誘発性EphA4クラスタ化を低減した。
EphA4媒介性細胞機能を阻害することに対するRhy及びその誘導性の効果を、エフリン−A1誘発性EphA4クラスタアッセイを使用して調べた。RhyまたはRhy誘導体で20分間、続いて前クラスタ化エフリン−A1でさらに40分間、ニューロンを前処置した。EphA4及びTau−1抗体に対してニューロンを染色した。EphA4クラスタを、Tau正面積に対する軸索上のEphA4クラスタの総面積の比率を計算することによって定量化した。図17に示されるように、Rhy及びその誘導体は、培養した海馬ニューロン内のエフリン−A1誘発性EphA4クラスタ化を用量依存的に著しく低減した。新規誘導体、RHY−26及びRHY−37のEphA4クラスタに対する阻害効果は、Rhyと比較して、それぞれ5倍及び12倍優れていた。
化合物群は、メチレンによって接続されたクロロ基で置換されたN1部位を持つRhyから修飾された。EphA4媒介性細胞機能を阻害することに対するRhy、RHY−22(5−メチレンリンカー)、及びRHY−26(8−メチレンリンカー)の効果を、エフリン−A1誘発性EphA4クラスタアッセイを使用して調べた。RhyまたはRhy誘導体(30μM)で20分間、次に前クラスタ化エフリン−A1でさらに40分間、ニューロンを前処置した。EphA4及びTau−1抗体に対してニューロンを染色した。図18に示されるように、クロロ置換を持つ誘導体は、Rhyと比較した場合、培養した海馬ニューロン内のエフリン−A1誘発性EphA4クラスタ化を約40〜80%低減し、メチレンによってRhyのN1部位に結合されたクロロ基の付加が、EphA4阻害に対する能力を増加させることを示した。RHY−61(3−メチレンリンカー)、RHY−62(9−メチレンリンカー)、RHY−63(6−メチレンリンカー)、RHY−64(7−メチレンリンカー)、RHY−65(10メチレンリンカー)、RHY−66(11−メチレンリンカー)、及びRHY−67(12−メチレンリンカー)のEphA4阻害剤としての能力も、同じアッセイシステムにおいて試験され、検証される。
化合物群は、メチレンによって接続された3,4−ジメトキシ−フェノキシ基で置換されたN1部位を持つRhyから修飾された。EphA4媒介性細胞機能を阻害することに対するRhy、RHY−39(6−メチレンリンカー)、RHY−43(7−メチレンリンカー)、及びRHY−37(8−メチレンリンカー)の効果を、エフリン−A1誘発性EphA4クラスタアッセイを使用して調べた。RhyまたはRhy誘導体(30μM)で20分間、次に前クラスタ化エフリン−A1でさらに40分間、ニューロンを前処置した。EphA4及びTau−1抗体に対してニューロンを染色した。図19に示されるように、RHY−39、RHY−43、ならびにRHY−37及びRHY−56は、Rhyと比較した場合、培養した海馬ニューロン内のエフリン−A1誘発性EphA4クラスタ化を約70〜80%著しく低減し、RhyのN1部位における6〜9メチレン結合3,4−ジメトキシ−フェノキシ基の付加が、EphA4阻害に対する能力を増加させることを示した。
化合物群は、メチレンによって接続されたジメトキシベンゾエートで置換されたN1部位を持つRhyから修飾された。EphA4媒介性細胞機能を阻害することに対するRhy、RHY−33(6−メチレンリンカー)、RHY−38(7−メチレンリンカー)、RHY−36(8−メチレンリンカー)、及びRHY−57(9−メチレンリンカー)の効果を、エフリン−A1誘発性EphA4クラスタアッセイを使用して調べた。RhyまたはRhy誘導体(50μM)で20分間、次に前クラスタ化エフリン−A1でさらに40分間、ニューロンを前処置した。EphA4及びTau−1抗体に対してニューロンを染色した。図20に示されるように、この修飾を持つ全ての化合物は、培養した海馬ニューロン内のエフリン−A1誘発性EphA4クラスタ化を約20〜80%低減した。RHY−38、RHY−36、及びRHY−57は、Rhyよりも強力な活性を呈し、RHY−33は、Rhyと同等の能力を示し、6〜9メチレン結合ジメトキシベンゾエートの付加が、EphA4阻害に対する能力を維持または増加させることを示す。
化合物群は、メチレンによって接続されたジメトキシベンゾエートで置換されたN1部位を持つRhyから修飾された。EphA4媒介性細胞機能を阻害することに対するRhy、RHY−48(7−メチレンリンカー)、RHY−54(8−メチレンリンカー)、及びRHY−60(9−メチレンリンカー)の効果を、エフリン−A1誘発性EphA4クラスタアッセイを使用して調べた。Rhyまたは誘導体(30μM)で20分間、次に前クラスタ化エフリン−A1でさらに40分間、ニューロンを前処置した。EphA4及びTau−1抗体に対してニューロンを染色した。図21に示されるように、この修飾群を持つ化合物は、RHY−54及びRHY−60を用いた場合、エフリン−A1誘発性EphA4クラスタ化に対してRhyよりも著しく強力な阻害効果を示し、Rhy−48は、Rhyと同等の能力を示し、RhyのN1におけるメチレン結合ヒドロキシル−フェノキシ基の付加が、EphA4阻害に対する能力を維持または増加させることを示す。
化合物群は、メチレンによって接続されたメトキシ−ニトロベンゾエートまたはメトキシ−フェニルアクリル酸で置換されたN1部位を持つRhyから修飾された。EphA4媒介性細胞機能を阻害することに対するRhy、RHY−40(6−メチレンリンカー)、RHY−45(7−メチレンリンカー)、RHY−50(8−メチレンリンカー)、RHY−58、及びRHY−59(9−メチレンリンカー)の効果を、エフリン−A1誘発性EphA4クラスタアッセイを使用して調べた。RhyまたはRhy誘導体(30μM)で20分間、次に前クラスタ化エフリン−A1でさらに40分間、ニューロンを前処置した。EphA4及びTau−1抗体に対してニューロンを染色した。図22に示されるように、全ての化合物は、培養した海馬ニューロン内のエフリン−A1誘発性EphA4クラスタ化を約30〜60%低減した。RHYと比較した場合、RHY−40、RHY−45、RHY−50、及びRHY−59は、より強力であり、RhyのN1部位におけるメチレン結合メトキシ−ニトロベンゾエートまたはメトキシ−フェニルアクリル酸の付加が、EphA4阻害に対する能力を増加させることを示す。
化合物群は、メチレンによって接続されたベンジルオキシ−フェノキシ基で置換されたN1部位を持つRhyから修飾された。EphA4媒介性細胞機能を阻害することに対するRhy、RHY−42(6−メチレンリンカー)、RHY−44(7−メチレンリンカー)、RHY−49(8−メチレンリンカー)、及びRHY−55(9−メチレンリンカー)の効果を、エフリン−A1誘発性EphA4クラスタアッセイを使用して調べた。RhyまたはRhy誘導体(30μM)で20分間、次に前クラスタ化エフリン−A1でさらに40分間、ニューロンを前処置した。EphA4及びTau−1抗体に対してニューロンを染色した。図23に示されるように、この修飾を持つ化合物は、培養した海馬ニューロン内のエフリン−A1誘発性EphA4クラスタ化を約40〜60%低減し、メチレン結合ベンジルオキシ−フェノキシ基の付加が、EphA4阻害に対する能力を増加させることを示した。
化合物群は、メチレンによって接続されたブロモ基で置換されたN1部位を持つRhyから修飾された。EphA4媒介性細胞機能を阻害することに対するRhy、RHY−23(5−メチレンリンカー)、RHY−27(6−メチレンリンカー)、RHY−35(7−メチレンリンカー)、RHY−34(8−メチレンリンカー)、及びRHY−31(9−メチレンリンカー)の効果を、エフリン−A1誘発性EphA4クラスタアッセイを使用して調べた。RhyまたはRhy誘導体(30μM)で20分間、次に前クラスタ化エフリン−A1でさらに40分間、ニューロンを前処置した。EphA4及びTau−1抗体に対してニューロンを染色した。図24に示されるように、RhyのN1部位にブロモ基を持つ修飾は、Rhyと比較した場合、培養した海馬ニューロン内のエフリン−A1誘発性EphA4クラスタ化を約50〜70%低減し、N1部位における5〜9メチレン結合ブロモ基の付加が、EphA4阻害に対する能力を増加させることを示した。
化合物群は、メチレンによって接続されたピロリジン−1−イル−エチルアミノまたはイミダゾール−1−イル−プロピルアミノ基で置換されたN1部位を持つRhyから修飾された。EphA4媒介性細胞機能を阻害することに対するRhy、RHY−41(6−メチレンリンカー)、RHY−46(7−メチレンリンカー)、RHY−53(8−メチレンリンカー)、及びRHY−47(7−メチレンリンカー)の効果を、エフリン−A1誘発性EphA4クラスタアッセイを使用して調べた。RhyまたはRhy誘導体(50μM)で20分間、次に前クラスタ化エフリン−A1でさらに40分間、ニューロンを前処置した。EphA4及びTau−1抗体に対してニューロンを染色した。図25に示されるように、RhyのN1部位にピロリジン−1−イル−エチルアミノまたはイミダゾール−1−イル−プロピルアミノ基を持つ修飾は、培養した海馬ニューロン内のエフリン−A1誘発性EphA4クラスタ化を約40〜50%低減し、5〜9メチレンと結合した部分のこれらの基の付加が、EphA4阻害に対する能力を増加させることを示した。RHY−53(8−メチレンリンカー)のEphA4阻害剤としての能力も、同じアッセイシステムにおいて試験され、検証される。
化合物群は、メチレンによって接続されたアミノ−ヘキシルアミノ基で置換されたN1部位を持つRhyから修飾された。EphA4媒介性細胞機能を阻害することに対するRhy、RHY−24(5−メチレンリンカー)、及びRHY−32(9−メチレンリンカー)の効果を、エフリン−A1誘発性EphA4クラスタアッセイを使用して調べた。RhyまたはRhy誘導体(50μM)で20分間、次に前クラスタ化エフリン−A1でさらに40分間、ニューロンを前処置した。EphA4及びTau−1抗体に対してニューロンを染色した。図26に示されるように、RhyのN1部位にアミノ−ヘキシルアミノ基を持つ修飾は、培養した海馬ニューロン内のエフリン−A1誘発性EphA4クラスタ化を約20%低減し、5〜9または6〜9メチレン結合アミノ−ヘキシルアミノ基の付加が、EphA4阻害に対する能力を維持または増加させることを示した。
化合物群は、メチレンによって接続されたヨード−ベンゾエートまたはヨード−ブロモ−ベンゾエートで置換されたN1部位を持つRhyから修飾された。EphA4媒介性細胞機能を阻害することに対するRhy、RHY−51(8−メチレンリンカーを持つヨード−ベンゾエート)、及びRHY−52(8−メチレンリンカーを持つヨード−ブロモ−ベンゾエート)の効果を、エフリン−A1誘発性EphA4クラスタアッセイを使用して調べた。RhyまたはRhy誘導体(30μM)で20分間、次に前クラスタ化エフリン−A1でさらに40分間、ニューロンを前処置した。EphA4及びTau−1抗体に対してニューロンを染色した。図27に示されるように、RhyのN1部位におけるこれらの修飾は、培養した海馬ニューロン内のエフリン−A1誘発性EphA4クラスタ化を約20〜70%低減し、メチレンと結合した部分のこれらの基の付加が、EphA4阻害に対する能力を維持または増加させることを示した。
N1部位において、4−ベンゾイル−ベンジル(RHY−21)、3−クロロ−ベンジル(RHY−19)、メチル(RHY−18)、4−メチル−ベンジル(RHY−11)、4−メトキシ−ベンジル(RHY−12)、ビフェニル−2−イルメチル(RHY−10)、2,6−ジクロロ−ベンジル(RHY−8)、4−ブロモ−ベンジル(RHY−5)、ベンゾイル(RHY−30)、(4−メトキシ−フェニル)−エタノン(RHY−28)、アリル(RHY−17)、フェニル−アリル(RHY−9)、ピリジン−2−イルメチル(RHY−15)、ピリジン−3−イルメチル(RHY−14)、またはピリジン−4−イルメチル(RHY−16)で置換されたRhyから修飾された化合物群を、EphA4媒介性細胞機能を阻害するそれらの能力について、エフリン−A1誘発性EphA4クラスタアッセイを使用して調べた。RhyまたはRhy誘導体(50μM)で20分間、次に前クラスタ化エフリン−A1でさらに40分間、ニューロンを前処置した。EphA4及びTau−1抗体に対してニューロンを染色した。図28に示されるように、全ての化合物は、EphA4クラスタ形成に対する阻害効果を示し、RHY−10、RHY−28、RHY−9、RHY−19、RHY−5、RHY−17が最も著しい。
N1部位において、メチル−(RHY−13)、ベンジル−(RHY−6)、メトキシ−ベンジル(RHY−1)、tert−ブチル−ベンジル(RHY−7)、またはビオチニル化−(RHY−25、RHY−2、RHY−3)、二量体−(RHY−29)、C23でのジメチル化(RHY−4)で置換されたRhyから修飾された化合物群を、EphA4媒介性細胞機能を阻害するそれらの能力について、エフリン−A1誘発性EphA4クラスタアッセイを使用して調べた。RhyまたはRhy誘導体(50μM)で20分間、次に前クラスタ化エフリン−A1でさらに40分間、ニューロンを前処置した。EphA4及びTau−1抗体に対してニューロンを染色した。図29に示されるように、全ての化合物は、EphA4クラスタ形成に対する阻害効果を示し、RHY−13、RHY−6、RHY−1、及びRHY−7が最も顕著である。
Rhyの薬学的活性は、全身投与後の脳または血漿においてRhyのアクセス性または安定性の試験を促した。Rhyの安定性を調査するために、異なる時間間隔でマウス血清により化合物をインキュベートした後、残留するRhyの量を最初に測定した。Rhyの濃度を、HPLC−MS/MS分析によって決定した。Rhyは、多重反応モニタリングモードにより、約2.56分の保持時間で3対の前駆産物イオンピークを用いて検出された。血清中のRhy濃度は、最初の60分間比較的未変化のままであり、360分のインキュベーション期間にわたって約20%低減したことが見出された(図30A)。
WT及びAPP/PS1変異(Tg)マウスに、コリリン(水中の10mg/mL)を、1日の強制飼養により、LTP測定前に3〜4週間経口投与した。3連続のHFS(100Hzで1秒間、30秒間隔で送達される)によって誘発されたLTPを、海馬のSC経路のCA1領域内で測定した。LTPの程度を、LTP誘発後60分間隔の間に取られたfEPSP勾配の変化率(10%〜90%)として定量化した。図31に示されるように、障害したLTPを、WTマウス(黒色トレース)と比較して、Tgマウス(緑色トレース)において観察した。50mg/kgまたは100mg/kgでのコリリンの処置は、TgマウスにおいてLTP障害をレスキューし、対照マウスに相当するレベルに回復した。
APP/PS1マウスにRhy(50mg/kg)を、3ヶ月間を超えて経口投与した。マウス脳を分割し、KI67抗体で染色し、分化前駆細胞及び新生ニューロンを除く、細胞周期中の全ての細胞を標識化した。図32に示されるように、Rhy(R1)投与は、対照処置マウスと比較して、APP/PS1マウスの海馬の歯状回中のKi−67+神経前駆細胞の数を増加させた。
Claims (14)
- 式Iの化合物
、またはその薬学的に許容される塩であって、式中、
各R1が、独立して、水素及びアルキルからなる群から選択されるメンバーであり、
各R2が、独立して、水素及びアシルからなる群から選択されるメンバーであり、
各Rqが、独立して、電子対、低級アルキル、アリル、及びアリールメチルからなる群から選択されるメンバーであり、
Lが、アルキレンであり、
Xが、結合、−O−、−S−、及び−N(R4)−からなる群から選択され、
R3が、水素、ハロ、アルキル、アルケニル、アルキニル、アリール、アリールアルキル、ヘテロアリールアルキル、アロイルメチル、アシル、アシルアルキル、(R4)2N−アルキレン、及び
からなる群から選択され、かつ
各R4が、独立して、水素、アルキル、アルケニル、アリール、アリールアルキル、ヘテロアリールアルキル、アシル、及びアシルメチルからなる群から選択され、
但し、前記化合物は、EphA4阻害剤である、前記化合物、またはその薬学的に許容される塩。 - Lが、式−(CH2)nのアルキレン基であり、式中、nが、3〜12の整数である、請求項1に記載の化合物。
- Xが、結合、−O−、または−NH−である、請求項1または2に記載の化合物。
- (i)R3が、水素でないか、
(ii)R3が、ハロであるか、
(iii)R3が、メチルまたはヘテロアリールアルキルであるか、
(iv)R3が、アリールであるか、
(v)R3が、アリールアルキルであるか、
(vi)R3が、アシルであるか、あるいは
(vii)R3が、(4−メトキシベンゾイル)メチル、アリル、シンナミル、6−アミノヘキシル、または3−イミダゾール−1−イルプロピル、または(R4)NH−アルキレンである、請求項1〜3のいずれか1項に記載の化合物。 - Xが、−O−であり、R3が、4−ヒドロキシフェニル、4−ベンジルオキシフェニル、または3,4−ジメトキシフェニルである、請求項1に記載の化合物。
- R4が、水素またはビオチニルである、請求項1〜3のいずれか1項に記載の化合物。
- EphA4シグナル伝達に対する阻害剤の有効量を含む、EphA4シグナル伝達に関わる疾患を患う対象を治療するための治療薬であって、該阻害剤が請求項1〜7のいずれか一項記載の化合物である、治療薬。
- 前記阻害剤が、薬学的に許容される賦形剤と一緒に、薬学的組成物中に存在する、請求項8に記載の治療薬。
- 前記疾患が、
(i)アミロイドβ関連神経変性障害であるか、あるいは
(ii)外傷性脳損傷、脳卒中、パーキンソン病、筋萎縮性側索硬化症(ALS)、多発性硬化症(MS)、脊髄損傷、癌、炎症、鬱病、または不安症である、請求項8に記載の治療薬。 - EphA4シグナル伝達に対する阻害剤を含み、前記阻害剤が、請求項1〜7のいずれか一項記載の化合物である、EphA4シグナル伝達に関わる疾患を治療するためのキット。
- 1日投与量の前記阻害剤を含有する複数の容器を含む、請求項11に記載のキット。
- 前記阻害剤が、薬学的に許容される賦形剤と一緒に、薬学的組成物中に存在する、請求項11に記載のキット。
- 指示マニュアルをさらに含む、請求項11に記載のキット。
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