CETSA®ベースのセレクトビティ・プロファイリングによるSAR最適化の迅速化

SAR（構造活性相関）最適化において、キナーゼ阻害剤プログラムは「設計・合成・試験」のサイクルを繰り返しながら進展します。ポテンシー（活性）データは迅速に得られ、ADMEデータがそれに続きます。しかし、セレクトビティ（選択性）データの取得はより困難であり、そこに含まれる情報はしばしばより微細で複雑なニュアンスを含んでいます。

従来の生化学的キナーゼパネルは、広範な組換えタンパク質キナーゼに対する阻害剤の活性と選択性を評価する上で有用です。しかし、それらは細胞内の「内因性タンパク質環境」を完全には再現していません。タンパク質の存在量、複合体形成、翻訳後修飾（PTM）、局在化、そして細胞特有のコンテキストのすべてが、化合物の挙動に影響を及ぼす可能性があります。

Pelago BioscienceのCETSAベースのセレクトビティ・プロファイリングは、このプロセスに新たな層の情報をもたらします。

核心となる問いは、極めてシンプルです。
「内因性の生物学的環境において、化合物はどのタンパク質に影響を与えるのか？」

Pelago Bioscienceの標準的なセレクトビティ・プロファイリングのワークフローは、SARチームに対し、K562細胞ライセート内での化合物の挙動をプロテオームワイドなリードアウトとして提供します。各化合物は約5,000種類の内因性タンパク質に対してプロファイリングされ、生物学的に関連性の高い環境下で、意図したターゲットエンゲージメントと潜在的なオフターゲット効果の両方を特定することを可能にします。

これは、わずかな化学構造の変化がターゲットエンゲージメントとオフターゲット挙動の両方を変化させ得る、キナーゼ阻害剤のSARにおいて特に重要です。

従来のキナーゼパネルとの違い

Pelagoのセレクトビティ・プロファイリングが解明するのは、「生物学的に関連性の高いマトリックスにおいて、化合物の結合によって熱安定性シフト（Thermal stability shift）を示す内因性タンパク質はどれか？」という点です。

この違いは決定意図を持ちます。CETSAは、DMSOコントロールと比較した熱安定性の変化を検出します。これは、本来の環境下にあるタンパク質と化合物とのエンゲージメントを示す指標となります。CETSAは、ネイティブな複合体形成、翻訳後修飾、細胞内局在を含む、ライブセル内の細胞内タンパク質とリガンドの相互作用を検出できます。（※相互作用の内容によっては、検出可能な熱安定性シフトが生じない場合もあります）

特に酵素タンパク質の場合、熱安定性の変化は通常大きく現れるため、CETSAによる検出には非常に適しています。

SAR最適化における誘導体比較の実際

SAR最適化では、構造的に類似していても生物学的な挙動が異なる化合物を比較する必要があります。

Pelago Bioscienceが行ったCDK9フラグメントの比較では、構造的に類似した2つの化合物が、共にCDK9およびGSK3α/GSK3βへの結合を示しました。しかし、より広範なキナーゼプロテオームで見ると、両者には明確な差が生じました。一方のフラグメントはもう一方よりも広範なキナーゼエンゲージメントを示しており、次回のSARサイクルに入る前に選択性の違いが可視化されました。

また、CDK選択性データは、プロファイルが「広範（Broad）」か「クリーン（Cleaner）」かを識別するのにも役立ちます。これは多くのSARチームにとって、極めて実務的な問いです。

「その化合物のプロミスカス度（Promiscuity）はどの程度か？」

ある化合物は魅力的なポテンシーを持ちながら、好ましくないオフターゲットプロファイルを持つかもしれません。別の化合物は、ポテンシーはわずかに劣るものの、生物学的にはよりクリーンである可能性があります。SARの過程において、この識別ができるかどうかが、次の合成ラウンドに進めるべき誘導体（Analogue）を決定する鍵となります。

キナーゼSARのための実用的ワークフロー

キナーゼSARチームにとって、ワークフローは非常に明快です。

次回のケミストリーの意思決定において選択性が重要となる化合物を、Pelagoへお送りください。これには、近似の誘導体、ポテンシーは同等だが懸念点（Liability）が異なる化合物、あるいは活性の向上が望まないオフターゲット結合を伴っていないかを確認したい候補化合物などが含まれます。

Pelagoは、K562ライセートを用いた標準的なセレクトビティ・プロファイリングを実施し、各化合物を3つの濃度で約5,000種類の内因性タンパク質に対してプロファイリングします。ワークフローは確立・ロボット化されており、定期的に運用されているため、通常、検体受領から10営業日以内にフルレポートを提供します。

このレポートにより、メディシナルケミストは、意図したターゲットエンゲージメントと潜在的なオフターゲット効果を含む、化合物誘発性の熱安定性シフトをプロテオームワイドな視点から把握できます。これにより、ポテンシーだけでなく、生物学的な選択性に基づいて誘導体を比較することが可能になります。

「クリーンな」化合物は次回のSARサイクルで優先順位を高め、広範な結合や予期せぬ挙動を示した化合物は、優先順位を下げる、あるいは再設計するといった判断が可能になります。

迅速なプロファイリングから、より優れたケミストリーへ

セレクトビティ・プロファイリングの科学的価値は、既存のすべてのキナーゼアッセイを代替することではなく、ケミストリーの意思決定が行われている最中に、「生物学的に豊かなフィードバックループ」を追加することにあります。

SARチームにとって、これは以下のような問いに答える一助となります。

内因性タンパク質環境において、よりクリーンな誘導体はどれか？
ポテンシーを改善する一方で、意図しないオフターゲット結合を増加させていないか？
この化合物を進展させるべきか、それとも次回の合成サイクルでまず選択性の課題を解決すべきか？

CETSAベースのセレクトビティ・プロファイリングは、ポテンシー、選択性、そして生物学的コンテキストをより早期に、かつ統合的に検討することを可能にし、SAR最適化をより洗練されたものへと進化させます。

キナーゼプログラムにおいて、これによりケミストリーサイクルはより迅速で、情報量が多く、そして生物学的根拠に基づいたものとなるでしょう。

低分子創薬における投資判断を検討されているチームの皆様へ。Pelagoは、セレクトビティ・インサイト（選択性に関する洞察）をSARの意思決定ポイントにより近い段階で提供し、プロジェクトの加速を支援いたします。

私たちは日本の湘南アイパークに拠点を構え、皆様のプログラムをサポートする準備を整えております。詳細については、日本カントリーマネージャーのステファン・サンドストローム（stefan.sandstrom@pelagobio.com）まで、どうぞお気軽にお問い合わせください。