Transcript プロスタグランジン - In Silico Science

分子の立体構造と生命講義 9回目
3-Dimensional Molecular Structure for
the Life Science
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北里大学薬学部3年前期選択 2008年4月-7月 12回
担当者 梅山秀明、竹田-志鷹真由子、寺師玄記、加納和彦
毎週月曜日4時限 2：30-3：45 港区白金キャンパス1501教室
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Hideaki Umeyama, Ph.D., Professor
School of Pharmacy, Kitasato University
5-9-1 Shirokane, Minato-ku, Tokyo 108-8641, Japan
phone : +81-3-5791-6330 fax : +81-3-3446-9553
e-mail:[email protected]
港区白金５－９－１
北里大学薬学部教授
（理化学研究所客員主管研究員、東北大学未来研客員教授）
梅山秀明
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http://famshelp.gsc.riken.jp/famsbase/index.html
http://www.pd-fams.com/index_ja.html
http://www.pharm.kitasato-u.ac.jp/bmd/files/achievement.html
http://www.pharm.kitasato-u.ac.jp/bmd/
http://h20pharm.kitasato-u.websyllabus.jp/content/versionview/235/29
プロスタグランジン
プロスタグランジン - Wikipedia
• プロスタグランジン (prostaglandin, PG) とは、
生理活性物質の一種でありアラキドン酸から
生合成される。エイコサノイド（プロスタグラン
ジン、トロンボキサン、ロイコトリエン）の1つで
あり、様々な強い生理活性を持つ。また、プロ
スタグランジンとトロンボキサンを合わせてプ
ロスタノイドという。
• プロスタグランジンは、1933年にGoldblattが
ヒトの精漿内に、1934年にウルフ・スファン
テ・フォン・オイラーが羊の精嚢腺に平滑筋を
収縮させる生理活性物質が含まれていること
を発見し、1936年に初めて精液中から分離さ
れたことによる。当時は前立腺 (prostate
gland) 由来であると考えられたために
prostaglandin と名付けられた。
• プロスタグランジンは人間の様々な組織や器
官で認められる。まず、ホスホリパーゼA2に
よって細胞質内にアラキドン酸が遊離される。
アラキドン酸にシクロオキシゲナーゼ (COX)
が作用すると、アラキドン酸カスケードに入り
プロスタグランジンG2 (PGG2) が合成され、
その後プロスタグランジン又はトロンボキサン
族が合成される。アラキドン酸にリポキシゲ
ナーゼが作用するとロイコトリエン合成系に
入り、ロイコトリエンが合成される。
• PGG2からは、プロスタグランジンまたはトロ
ンボキサンが合成される。 1969年にコーリー
がプロスタグランジン類の全合成を完了した。
• NSAIDsはシクロオキシゲナーゼ活性を阻害
し、アラキドン酸からのPGH2合成を阻害し、
プロスタグランジンとトロンボキサン合成を抑
制する。
プロスタグランジンの種類と作用の一
部
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PGA：血圧低下作用のみ
PGB：血圧低下作用のみ
PGC：血圧低下作用のみ
PGD2：血小板凝集作用 。睡眠誘発作用。
PGE1：動脈管を開存させる働きがある。
PGE2：局所の血流増加作用。炎症時に放出される。
PGF2：黄体退行及び子宮収縮作用。畜産業界では繁殖関連で重宝す
る。
PGG：血圧低下作用、血小板凝集作用
PGH：血小板凝集作用
PGI2（プロスタサイクリン）：血管拡張作用、血小板合成阻害作用。
PGJ：抗腫瘍作用のみ
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[隠す] 表・話・編・歴内分泌器：ホルモン（ペプチドホルモン、ステロイドホルモン）
視床下部-脳下垂体視床下部：TRH - CRH - GnRH - GHRH - ソマトスタチン ドーパミン - 脳下垂体後葉：バソプレッシン - オキシトシン - 脳下垂体前葉：αサブ
ユニット糖タンパク質ホルモン（FSH - LH - TSH） - GH - PRL - POMC（ACTH MSH - エンドルフィン - リポトロピン）
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副腎副腎髄質：副腎髄質ホルモン（アドレナリン - ノルアドレナリン） - 副腎皮質：
副腎皮質ホルモン（アルドステロン - コルチゾール - DHEA）
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甲状腺甲状腺：T3 - T4 - カルシトニン - 副甲状腺：PTH
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生殖腺精巣：テストステロン - AMH - インヒビン - 卵巣：エストラジオール - プロゲ
ステロン - インヒビン/アクチビン - リラキシン（妊娠時）
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その他の内分泌器膵臓：グルカゴン - インスリン - ソマトスタチン - 松果体：メラト
ニン
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内分泌器でない器官胎盤：hCG - HPL - エストロゲン - プロゲステロン - 腎臓：レ
ニン - EPO - カルシトリオール - プロスタグランジン - 心臓：ANP - 胃：ガストリン
- グレリン - 十二指腸：CCK - GIP - セクレチン - モチリン - VIP - 回腸：エンテロ
グルカゴン - 脂肪組織：レプチン - アディポネクチン - レジスチン - 胸腺：チモシン
- チモポイエチン - 肝臓：IGFs（IGF-1 - IGF-2）
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誘導タンパク質NGF - BDNF - NT-3
非ステロイド性抗炎症薬 Wikipedia
• 非ステロイド性抗炎症薬（ひステロイドせいこ
うえんしょうやく、NSAIDs:Non-Steroidal
Anti-Inflammatory Drugs）とは、抗炎症作用、
鎮痛作用、解熱作用を有する薬剤の総称。
• ステロイドではない抗炎症薬すべてを含む。疼痛、発熱、炎症の治療に
用いられる。NSAIAs（非ステロイド消炎物質）とも呼ばれる。非ステロイド
性抗炎症薬には選択性のものと非選択性のものがある。非選択性の
NSAIDsの例としては、アスピリンなどのサリチル酸、ジクロフェナク（ボ
ルタレン®）、インドメタシン（インダシン®）、イブプロフェン、ケトプロフェン、
ナプロキセン、ピロキシカムなどである。
• 様々なNSAIDsの医学的作用は大差が無く、違うのは用量、服用方法で
ある。NSAIDsの最も成功した胃粘膜保護に関する試みは、アセチル化
とpHの調整、また、胃粘膜保護作用を持つ薬剤との併用である。胃酸分
泌抑制効果のあるH2ブロッカー（例：ラフチジン（プロテカジン®）、ラニチ
ジン（ザンタック®）や、ミソプロストール（サイトテック®）が、最も成功した
薬剤である（アメリカでは）。例えば、ジクロフェナクとミソプロストールを合
剤にしたオルソテックなどもある。これは非常に効果的であるが、高価で
ある。日本では、バファリン®等の合剤がある。
作用機序
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最も一般的な非ステロイド性抗炎症薬の多くは、全てのシクロオキシゲナーゼ
(COX-1、COX-2) 活性を可逆的に競合阻害する。アラキドン酸が結合するシクロ
オキシゲナーゼの疎水性チャネルを封鎖することでアラキドン酸が酵素活性部位
に結合することを防いでいる。例外は、アスピリンで、これはシクロオキシゲナー
ゼ（COX-1,2両方とも）をアセチル化することで阻害する。これは不可逆的な反応
であり、核を持たず蛋白合成ができない血小板にとっては不可逆的な作用をもつ。
この特性からアスピリンは冠動脈疾患や脳梗塞の既往のある者に対して投与さ
れる抗血小板薬として用いられる。アスピリンの抗血小板作用は退薬後、血小板
の寿命である約10日間持続する。シクロオキシゲナーゼ1 (COX-1) は恒常的に
発現しており、胃壁の防御作用に関与している。胃壁が自ら分泌する酸（塩酸）に
より溶かされないよう防ぐのに必要である。COX-1が阻害されると、胃潰瘍や消
化管出血の原因となる。一方COX-2は炎症時に誘導されるプロスタグランジン合
成酵素であり、NSAIDの抗炎症作用はCOX-2阻害に基づくと近年考えられ、
COX-2を選択的に阻害する新しいNSAIDが創製されている。特に酸性NSAIDs
は強いシクロオキシゲナーゼ活性阻害を有しており、COXによりアラキドン酸か
らプロスタグランジンが合成されるのを阻害する。 （最近では、COX-1、COX-2共
に抑制された場合のみ消化管障害が発現し、いずれかが阻害されずに残ってい
る場合には消化管障害は起きにくいことがCOX-1あるいはCOX-2、もしくは
COX-1とCOX-2を遺伝的に欠損させたマウスの実験から明らかとなっている。）
プロスタグランジン
• プロスタグランジンには、炎症、発熱作用があるた
め結果的にNSAIDsは抗炎症作用、鎮痛作用、解
熱作用を持つ。パラセタモール（アセトアミノフェン）
もシクロオキシゲナーゼ活性阻害作用を持つため、
NSAIDに分類される事があるが、明らかな抗炎症
作用は持たず、真の意味でのNSAIDsではない。近
年まではっきり解明されていなかったがこの抗炎症
作用の欠落は、アセトアミノフェンのシクロオキシゲ
ナーゼ阻害作用が中枢神経系に主に作用するから
と考えられている。この中枢神経に存在するシクロ
オキシゲナーゼは、COX-3と呼ばれる。
別冊「医学のあゆみ」 7回膜貫通型受容体研究の新展開 ポストゲノム時代の受容
体研究のゆくえ
2002年
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II．7回膜貫通型受容体と疾患・創薬研究
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◇アミン・アミノ酸受容体
2．Α1アドレナリン受容体におけるインバースアゴニズム 谷口隆信 村松郁延
Inverse agonism at alpha-1 adrenoceptor
3．ドパミン受容体の構造と機能 井上敦子 仲田義啓
Structure and function of dopamine receptors
4．セロトニン受容体 吉岡充弘
Serotonin Receptors
5．ヒスタミン受容体機能の分子レベルの研究 福井裕行
Studies of histamine receptor functions at the molecular level
◇エイコサノイド受容体
34．プロスタノイド受容体と気管支喘息 永井博弌
Prostanoids receptors and bronchial asthma
35．プロスタグランジンE受容体と緑内障治療薬としての眼圧降下剤 高松倫也
Prostaglandin E receptor and ocular hypotensive agents as glaucoma
drug―New trends in seven-transmembrane-domain receptor research-Scope
for receptor research in post-genome era
36．プロスタグランジンE2受容体サブタイプ選択的作動薬・拮抗薬の開発―選択的化合
物を用いた検討から明らかになったこと 丸山隆幸
Selective agonists and antagonists for E type prostanoid receptor
subtypes
Dinoprostone
Prostarmon E
Prostaglandin E2
Prostin E2
Prostaglandin E(2)
(-)-Prostaglandin E2
Prostaglandin E2.alpha.
PGE2
(15S)-Prostaglandin E2
NSC165560
IUPAC Name: 7-[3-hydroxy-2-(3-hydroxyoct-1-enyl)-5oxocyclopentyl]hept-5-enoic acid
Canonical SMILES:
CCCCCC(C=CC1C(CC(=O)C1CC=CCCCC(=O)O)O)O
CID: 158
プロスタグランジンE受容体全４種（EP1, EP2, EP3, EP4）
J Biol Chem. 2007 Apr 20;282(16):11613-7. Epub 2007 Feb 28
Sugimoto Y, Narumiya S.
Mouse
• Homology modeling of human EP1 to
EP4 receptors.
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P34995 EP1 R271/
P43116 EP2 R294/
P43115 EP3 R321/
P35408 EP4 R266/
EP1 receptor
Homo Sapiens
TM7 Arg
Conserved
CRYSTAL STRUCTURE OF BOVINE RHODOPSIN with
RETINAL AT 2.2 ANGSTROMS
Homology modeling of human EP1 to EP4 receptors.
P34995 EP1 R271/ P43116 EP2 R294/ P43115 EP3 R321/ P35408 EP4 R266/
Conserved Arg residues in EP1 to EP4 receptors
Retinal
Human
Mouse
J Biol Chem. 2007 Apr 20;282(16):11613-7. Epub 2007 Feb 28: sequence alignments for mouse
Conserved Arg
Conserved Arg residues
in Mouse EP1 to EP4 receptors
Mouse
Mouse
Naturally occurring form of
prostaglandin E2 (PGE2)
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Prepidil® Gel
dinoprostone cervical gel
DRUG DESCRIPTION
PREPIDIL Gel contains dinoprostone as the
naturally occurring form of prostaglandin E2
(PGE2) and is designated chemically as (5Z,
11a, 13E, 15S) - 11,15 -Dihydroxy-9-oxoprosta-5, 13-dien-1-oic acid. The molecular
formula is C20H32O5 and the molecular
weight is 352.5. Dinoprostone occurs as a
white to off-white crystalline powder with a
melting point within the range of 65º to 69ºC.
It is soluble in ethanol, in 25% ethanol in
water, and in water to the extent of
130mg/100mL. The active constituent of
PREPIDIL Gel is dinoprostone 0.5mg/3g
(2.5mL gel); other constituents are colloidal
silicon dioxide NF (240mg/3g) and triacetin
USP (2760mg/3g). Its chemical structure is:
PGE2 molecules
on Human EP1 to EP4 receptors
EP1_ONO_DI-004 agonist (no 6)
EP1_Sulprostone agonist (no 7)
EP1_ONO-8713 antagonist(no 17)
EP2_ONO-AEI-259 agonist (no 1)
EP3_ONO_AE-248 agonist (no 13)
EP3_Sulprostone agonist (no 5,6)
EP4_ONO-AE3-208 antagonist(no 3,6,11,17 )
Manual prediction of Human mPGES
microsomal prostaglandin E2 synthase
Arachidonic acid
COX-2
PGD2
PGH2
PGI2
TXA2
mPGES-1
PGE2
Upon stimulation by a proinflammatory stimulus such as
cytokines, COX-2 reacts with arachadonic acid to produce
PGH2, which in turn induces mPGES-1 to produce PGE2
from PGH2.
Manual prediction of Human mPGES
microsomal prostaglandin E2 synthase (mPGES) which
synthesize PGE2 from PGH2 is a valuable therapeutic
target.
Using FLAG as template
intermediate sequence search (ISS) method
mPGES
SKE-CHIEMRA alignment
homology=21.3%
LTC4
IMPALA alignment
homology=31.9%
FLAP
sequence of LTC4 was used
as “intermediate sequence”
ISS alignment
homology=14.2%
Manual prediction of Human mPGES
microsomal prostaglandin E2 synthase
Using FLAG as template
Because the alignment between mPGES-1 and
FLAP couldn’t be obtained by automatic procedure,
we performed intermediate sequence search (ISS)
method and obtained alignment.
* Takeda-Shitaka M, Terashi G, Takaya D, Kanou K, Iwadate M, Umeyama H., Protein
structure prediction in CASP6 using CHIMERA and FAMS., Proteins. 2005;61 Suppl 7:122-7.
Manual prediction of Human mPGES
Two models are similar, but binding
site of each ligand is different.
orange Cpk : glutathione
magenta Cpk : MK-591 (FLAP inhibitor)
Green : Model (using LTC4 as a template)
Cyan : Model (using FLAG as a template)
We suggest the possibility that MK
binding site of this model is
substrate binding site of mPGES,
and now the in-silico screening for
this binding site is running. Docking
simulation is performed by original
protein-ligand docking program.
MK 0591:inhibitor of FLAP
• Sort: Quiflapon
MK 0591
136668-42-3
1H-Indole-2-propanoic acid, 1-((4chlorophenyl)methyl)-3-((1,1-dimethylethyl)thio)alpha,alpha-dimethyl-5-(2-quinolinylmethoxy)2CS
3-(tert-Butylthio)-1-(p-chlorobenzyl)-alpha,alphadimethyl-5-(2-quinolylmethoxy)indole-2propionic acid
奥の環に重みを付けるため、FPライ
ブラリに奥の環を10個追加
• 2CS_3.mol2
2CS_3_okunokan1.mol2
2CS_3_okunokan2.mol2
2CS_3_okunokan3.mol2
2CS_3_okunokan4.mol2
2CS_3_okunokan5.mol2
3CS_3.mol2
3CS_3_okunokan1.mol2
3CS_3_okunokan2.mol2
3CS_3_okunokan3.mol2
3CS_3_okunokan4.mol2
3CS_3_okunokan5.mol2
in-silico screening の結果
• 使用したバインディングサイト: A鎖とB鎖の間
使用したFPlibrary: 2CS と 3CS
使用した試薬データベース: 2006年の試薬データ
べースの中で、医薬品(cooseLDのスコア上位１００
個)と0.6以上のタニモト係数があるもの(21512個)
• ポケットの奥の環まで届いていないドッキング構造
は除いた。
• （# 一番奥の４つ原子から2A以上離れているリガン
ドを除いた。 ）
Human mPGES
in-silico screening
奥の環に重みを付けた
Quiflapon
MK 0591
2-quinolylmethoxy
分子の立体構造と生命講義 9回目
3-Dimensional Molecular Structure for
the Life Science
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北里大学薬学部3年前期選択 2008年4月-7月 12回
担当者 梅山秀明、竹田-志鷹真由子、寺師玄記、加納和彦
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5-9-1 Shirokane, Minato-ku, Tokyo 108-8641, Japan
phone : +81-3-5791-6330 fax : +81-3-3446-9553
e-mail:[email protected]
港区白金５－９－１
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梅山秀明
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