神経変性疾患の治療標的HSP90 16のHSP90阻害剤

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ヒートショックプロテイン HSP90

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ヒートショックプロテイン(分子シャペロン)

シャペロン介在性オートファジー(CMA)と神経変性疾患

HSP70の抗アルツハイマー病作用 30の活性方法

神経変性疾患の治療標的HSP90 16のHSP90阻害剤

ミトコンドリア熱ショックタンパク質 HSP60

低分子量HSP(スモールヒートショックプロテイン)

概要

熱ショックタンパク質(HSP)は、タンパク質のミスフォールディングと凝集の防止に重要な役割を果たすタンパク質。

Hsp90は、熱ショック応答のマスターレギュレーターである転写因子熱ショック因子1(HSF-1)の活性を調節する役割をもつ。

 

Hsp90は、Hsp60およびHsp70と同様に、アルツハイマー病の病因に潜在的に関与している分子シャペロンと見なされている。

Hsp90を阻害する薬剤は、HSF-1の活性化、Hsp70などの誘導により、アルツハイマー病での異常タンパク質凝集を減少させ保護する可能性があることから、治療研究が行われている。

Heat shock protein 90 in Alzheimer's disease. - PubMed - NCBI
Biomed Res Int. 2014;2014:796869. doi: 10.1155/2014/796869. Epub 2014 Oct 13. Research Support, Non-U.S. Gov't; Review
HSP90アイソフォーム

ヒトHsp90では少なくとも5種類のアイソフォームがあることがわかっている。

・サイトゾル HSP90A

・小胞体 HSP90alpha、HSP90beta、HSP90B(またはGrp94)

・ミトコンドリア TRAP

 

Hsp90は、他の分子シャペロンと同様に、ほとんどの細胞区画(サイトゾル、小胞体、ミトコンドリア、葉緑体)に存在する。

Heat shock protein 90 in Alzheimer's disease. - PubMed - NCBI
Biomed Res Int. 2014;2014:796869. doi: 10.1155/2014/796869. Epub 2014 Oct 13. Research Support, Non-U.S. Gov't; Review
アルツハイマー病患者の低いHsp90

MCI、若年性アルツハイマー病、老年性アルツハイマー病患者では、健常者と比較して有意に血清Hsp90が低い。

BDNF, TNFα, HSP90, CFH, and IL-10 serum levels in patients with early or late onset Alzheimer's disease or mild cognitive impairment. - PubMed - NCBI
J Alzheimers Dis. 2013;37(1):185-95. doi: 10.3233/JAD-130497. Research Support, Non-U.S. Gov't

筋萎縮性側索硬化症(ALS)患者の高い血清Hsp90、Hsp70

Elevation of serum heat-shock protein levels in amyotrophic lateral sclerosis. - PubMed - NCBI
Neurol Sci. 2016 Aug;37(8):1277-81. doi: 10.1007/s10072-016-2582-1. Epub 2016 Apr 25.

Hsp90阻害の神経変性保護経路

アルツハイマー病治療におけるHsp90阻害作用には、さまざまなメカニズムが存在する。

Hsp90シャペロンネットワークは、多くのタンパク質神経変性疾患を促進すると思われる。

Hsp70発現を増大化させHsp90を阻害する組み合わせ作用が、治療効果を最大化させることを示唆する。(Hsp70は熱ショックによる応答によって大きく増加)

Hsp阻害剤はHSF-1活性および、Hsp70の誘発から生じる間接的保護効果

Chaperone-dependent Neurodegeneration: A Molecular Perspective on Therapeutic Intervention
Maintenance of cellular homeostasis is regulated by the molecular chaperones. Under pathogenic conditions, aberrant proteins are triaged by the chaperone networ...

TLR4経路(アミロイドβ)

これまでの多くの証拠からHsp90がアミロイド凝集を阻害することが実証されている。

Hsp90とHsp70、Hsp40の複合体はアミロイドβ形成を阻害できる。

Hsp90 directly interacts, in vitro, with amyloid structures and modulates their assembly and disassembly. - PubMed - NCBI
Biochim Biophys Acta. 2016 Nov;1860(11 Pt A):2598-2609. doi: 10.1016/j.bbagen.2016.07.033. Epub 2016 Aug 3. Research Support, Non-U.S. Gov't

神経系では、細胞外Hsp90が、Toll様受容体4(TLR4)経路の活性化によりアミロイドβ分解を促進するミクログリア食作用の活性化を決定する。

Microglial activation and amyloid-beta clearance induced by exogenous heat-shock proteins. - PubMed - NCBI
FASEB J. 2002 Apr;16(6):601-3.

HSF-1活性(シャペロン活性、クリアランス)

熱ショック応答の転写調節を行うHSF-1の活性化は、Hsp70などのHSPを誘導する。

HSF-1の転写活性により誘導されるHSPには、Hsp27、Hsp40、Hsp70、Hsp90が含まれる。

これらのシャペロン活性により、ストレスに対する細胞の緩衝能力を拡大し、タンパク質の恒常性を回復する可能性がある。

 

HSF-1は、Hsp90によって厳密に制御されており、ストレスによって解離する。解離したHSF-1は、三量体を形成して核に侵入し熱ショック応答を調節する要素に結合する。

Hsp90 modulation for the treatment of Alzheimer's disease. - PubMed - NCBI
Adv Pharmacol. 2012;64:1-25. doi: 10.1016/B978-0-12-394816-8.00001-5. Review
HSF1

HSF1は長寿因子として特定されている因子のひとつ。食事制限は、HSF1のメカニズムによって長寿を促進する可能性がある。HSF1を不活性化すると線虫C. elegansの寿命を短かくすることが示されている。

Dietary restriction suppresses proteotoxicity and enhances longevity by an hsf‐1‐dependent mechanism in Caenorhabditis elegans
Dietary restriction increases lifespan and slows the onset of age‐associated disease in organisms from yeast to mammals. In humans, several age‐related diseases...

HSP合成の調節の主な経路には転写因子HSF1が関与するため、この因子の調節不全が各疾患の発症に決定的な役割を果たす可能性があることが示唆されている。

mTORはHSF1を活性することができる。

Molecular Chaperone Accumulation in Cancer and Decrease in Alzheimer's Disease: The Potential Roles of HSF1
Molecular chaperones are required to maintain the proteome in a folded and functional state. When challenges to intracellular folding occur, the heat shock resp...

アミノ酸欠乏は、HSF1活性を制限する。

Heat shock factor 1 is inactivated by amino acid deprivation. - PubMed - NCBI
Cell Stress Chaperones. 2012 Nov;17(6):743-55. doi: 10.1007/s12192-012-0347-1. Epub 2012 Jul 14. Research Support, Non-U.S. Gov't
CHIP活性(タウタンパク質)

CHIPはHsp70とHsp90のコシャペロンであるタウユビキチンリガーゼ。

HSF1の三量体化は、CHIPによって媒介する。ミスフォールディングされたタンパク質の分解が完了すると、CHIPはHsp70を分解し始める。

 

Aktは主要な細胞キナーゼであり、CHIPによってユビキチン化や分解を行う。これは主にCHIP/Hsp90複合体に依存する。

Hsp90によって適切な形状に折りたたむことができないタンパク質は、CHIPによってユビキチン化され、プロテアソームで分解される。

Hsp90の(ATPase)阻害によるCHIPの活性化は、タンパク質の過剰リン酸化と凝集を改善する可能性がある。

Hsp90 activator Aha1 drives production of pathological tau aggregates
The accumulation of toxic tau protein, as in Alzheimer’s disease, is regulated by the 90-kDa heat shock protein (Hsp90) chaperone system. Inhibition of Hsp90 ha...

AktとCHIPは相互作用によりタウの分解を調整する。タウとクライアントタンパク質として競合することにより、CHIPによるタウのユビキチン化そしてその後の分解を妨げてしまう。

Akt and CHIP coregulate tau degradation through coordinated interactions. - PubMed - NCBI
Proc Natl Acad Sci U S A. 2008 Mar 4;105(9):3622-7. doi: 10.1073/pnas.0709180105. Epub 2008 Feb 21. Research Support, N.I.H., Extramural; Research Support, Non...

FKBP51の阻害(タウオリゴマー)

若年者と比較して、高齢者では内分泌ストレス応答の重要な調節因子であるFKBP51が海馬、嗅内皮質で3~4倍発現している。

Chaperone-dependent Neurodegeneration: A Molecular Perspective on Therapeutic Intervention. - PubMed - NCBI
J Alzheimers Dis Parkinsonism. 2013 Apr;2013(Suppl 10). pii: 007.

Hsp90はタウ原線維形成を悪化させることが示されている。

Accelerated neurodegeneration through chaperone-mediated oligomerization of tau. - PubMed - NCBI
J Clin Invest. 2013 Oct;123(10):4158-69. doi: 10.1172/JCI69003. Epub 2013 Sep 3. Research Support, N.I.H., Extramural; Research Support, Non-U.S. Gov't

Hsp90とFKBP51は組み合わさることで、タウタンパク質を毒性の高い可溶性タウオリゴマーに変える可能性がある。FKBP51遺伝子を欠損させたマウスは健康状態を維持する。

FKBP51阻害剤またはHsp90とFKBP51との相互作用を弱めるアルツハイマー病の治療戦略が考えられる。

シャペロンはタウを救い、毒性のオリゴマーに変える - 介護時々放射能
アルツハイマーの母の介護が終わりました(最近やっと気持ちの整理がついてきました)。 主にアルツハイマー薬について書こうと思っています。 福島在住なので時々放射能のことも書く予定です。
Chaperone-dependent Neurodegeneration: A Molecular Perspective on Therapeutic Intervention. - PubMed - NCBI
J Alzheimers Dis Parkinsonism. 2013 Apr;2013(Suppl 10). pii: 007.

STI1

The Hsp70/Hsp90 Chaperone Machinery in Neurodegenerative Diseases
The accumulation of misfolded proteins in the human brain is one of the critical features of many neurodegenerative diseases, including Alzheimer's disease (AD)...

HSP90阻害作用

Hsp90阻害による異常タンパク質の阻害作用

試験管モデル
  • タウタンパク質(アルツハイマー病、CBD、PSP、FTDP-17)
  • αシヌクレイン(パーキンソン病、レビー小体、多系統萎縮症)
  • LRRK2(パーキンソン病原因分子)
  • SOD1(筋萎縮性側索硬化症)
  • TDP-43(筋萎縮性側索硬化症、前頭側頭葉変性症)
  • ハンチントン(ハンチントン病)
  • アンドロゲン受容体(球脊髄性筋萎縮症)
動物研究
  • タウタンパク質(アルツハイマー病、CBD、PSP、FTDP-17)
  • αシヌクレイン(パーキンソン病、レビー小体、多系統萎縮症)
  • TDP-43(筋萎縮性側索硬化症、前頭側頭葉変性症)
  • ハンチントン(ハンチントン病)
  • アンドロゲン受容体(球脊髄性筋萎縮症)
Chaperone-dependent Neurodegeneration: A Molecular Perspective on Therapeutic Intervention. - PubMed - NCBI
J Alzheimers Dis Parkinsonism. 2013 Apr;2013(Suppl 10). pii: 007.

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Chaperone-dependent Neurodegeneration: A Molecular Perspective on Therapeutic Intervention. - PubMed - NCBI
J Alzheimers Dis Parkinsonism. 2013 Apr;2013(Suppl 10). pii: 007.
神経細胞の成長の促進

Hsp90阻害剤は、突然変異によって起きるニューロンの軸索成長の遅延を回復させる。パーキンソン病治療薬の潜在的な可能性

The chaperone activity of heat shock protein 90 is critical for maintaining the stability of leucine-rich repeat kinase 2. - PubMed - NCBI
J Neurosci. 2008 Mar 26;28(13):3384-91. doi: 10.1523/JNEUROSCI.0185-08.2008. Research Support, N.I.H., Extramural; Research Support, N.I.H., Intramural
エキソソーム

エキソソームは、後期エンドソームと細胞膜の融合後に細胞外空間に放出される。

初期のエンドソームは多胞体(MVB)の一部となり、小胞(管腔内小胞(ILV))のタンパク質組成を徐々に変化させる成熟プロセスを経る。

この成熟過程で、MVBに蓄積された小胞はリソソームと融合し、タンパク質含有量の低下を引き起こす可能性がある。

Hsp90は、細胞外環境で遊離するか、エキソソームと結合することができる。

Exosomal Heat Shock Proteins as New Players in Tumour Cell-to-Cell Communication - Claudia Campanella, Celeste Caruso Bavisotto, Antonella Marino Gammazza, Dragana Nikolic, Francesca Rappa, Sabrina David, Francesco Cappello, Fabio Bucchieri, Stefano Fais, 2014
Exosomes have recently been proposed as novel elements in the study of intercellular communication in normal and pathological conditions. The biomolecular compo...
プリオン

Hsp90とSTI1の相互作用はPrP C依存性STI1神経保護を低下させる。

Domains of STIP1 responsible for regulating PrPC-dependent amyloid-β oligomer toxicity. - PubMed - NCBI
Biochem J. 2016 Jul 15;473(14):2119-30. doi: 10.1042/BCJ20160087. Epub 2016 May 17. Research Support, Non-U.S. Gov't

分泌されたHsp90がSTI1とPrP Cとの相互作用を妨害する可能性があることを示唆する。

The Hsp70/90 cochaperone, Sti1, suppresses proteotoxicity by regulating spatial quality control of amyloid-like proteins. - PubMed - NCBI
Mol Biol Cell. 2013 Dec;24(23):3588-602. doi: 10.1091/mbc.E13-06-0315. Epub 2013 Oct 9. Research Support, N.I.H., Extramural
がん治療

がん細胞では、Hsp90が過剰発現しており、膀胱がん、乳がん、肺がんなどいくつかの腫瘍の悪性形質転換や進行、白血病と関連する。

Comparative analysis of Hsp10 and Hsp90 expression in healthy mucosa and adenocarcinoma of the large bowel. - PubMed - NCBI
Anticancer Res. 2014 Aug;34(8):4153-9. Comparative Study

Hsp90の阻害は、多発性骨髄腫など特定の腫瘍で臨床的な効果を示す治療標的となっている。

Hsp90の阻害は、UPS経路を介してタンパク質の分解を引き起こし、細胞の生存の延長と腫瘍の発達をダウンレギュレーションの両方を同時に誘導するメカニズムにより抗腫瘍効果をもたらすことができる。

Inhibition of HSP90 molecular chaperones: moving into the clinic. - PubMed - NCBI
Lancet Oncol. 2013 Aug;14(9):e358-69. doi: 10.1016/S1470-2045(13)70169-4. Review

HSP90の活性

有害金属

ニワトリ胚の水銀、カドミウム、亜ヒ酸塩への曝露は、Hsp24とHsp90のレベルの増加を示す。

金属曝露後のHsp発現の増加が、発生毒性に対する生物の保護メカニズムと相関している可能性があることを示唆する。

Mercury, cadmium, and arsenite enhance heat shock protein synthesis in chick embryos prior to embryotoxicity. - PubMed - NCBI
Birth Defects Res B Dev Reprod Toxicol. 2003 Dec;68(6):456-64.
揮発性有機化合物

ベンゼン、エチルベンゼン、トルエン、キシレン、塩素化誘導体などの揮発性有機化合物によって培養ヒト細胞で過剰発現する。

Volatile organic compounds cytotoxicity and expression of HSP72, HSP90 and GRP78 stress proteins in cultured human cells. - PubMed - NCBI
Biochim Biophys Acta. 2002 Aug 19;1591(1-3):147-155. Research Support, Non-U.S. Gov't
ダイオキシン

Hsp90は、アリール炭化水素受容体(AHR)の結合のリガンドとして機能するシャペロン

Dioxin: a review of its environmental effects and its aryl hydrocarbon receptor biology. - PubMed - NCBI
J Comp Physiol B. 2005 May;175(4):221-30. Epub 2005 Apr 8. Review
Induction of Heat Shock Proteins and Antioxidant Enzymes in 2,3,7,8-TCDD-Induced Hepatotoxicity in Rats
2,3,7,8-Tetrachlorodibenzo-p-dioxin (2,3,7,8-TCDD) is an environmental toxicant with a polyhalogenated aromatic hydrocarbon structure and is one of the most tox...

HSP90阻害剤

ハーブ・天然化合物

エピガロカテキンガレート(EGCG)

緑茶のポリフェノール抽出物

HSP90、HSP70両方の発現を阻害する。

Epigallocatechin-3-gallate suppresses the expression of HSP70 and HSP90 and exhibits anti-tumor activity in vitro and in vivo
Epigallocatechin-3-gallate (EGCG), one of the major catechins in green tea, is a potential chemopreventive agent for various cancers. The aim of this study was ...

EGCGは、Hsp90に直接結合し、Hsp90複合体を安定化させることができる。

パーキンソン病におけるミクログリア媒介性のドーパミン作動性ニューロン損傷を緩和として使用可能。

Epigallocatechin gallate inhibits aryl hydrocarbon receptor gene transcription through an indirect mechanism involving binding to a 90 kDa heat sho... - PubMed - NCBI
Biochemistry. 2005 Apr 5;44(13):5041-52. Research Support, Non-U.S. Gov't; Research Support, U.S. Gov't, P.H.S.
Hsp90 inhibitor - Wikipedia
Natural Product Inhibitors of Hsp90: Potential Leads for Drug Discovery
Heat shock protein 90 has emerged as a promising target for the treatment of cancer and neurodegenerative diseases. This review summarizes recent advancements t...
ファルカリノール/Panaxynol(田七人参)

伝統的な漢方薬、田七人参に含まれるサポニンの一種、BBBを通過

Hsp70発現は誘導しない。

セラストロール Celastroltripterine

中国の植物Tripterygium wilfordii Hook F(TWHF)中国名・雷公籐/lei gong teng/Demethylzeylasteralから単離されたキノンメチドトリテルペンニシキギ科植物のファミリーに属するキノンメチド。

Tripterygium wilfordii - Wikipedia

抗リウマチ薬として使用されてきた。

ATP結合を阻害することなくHsp90 ATPアーゼ活性を阻害する。

セラスロトールはHsp70発現を誘導する。

Characterization of Celastrol to Inhibit Hsp90 and Cdc37 Interaction
The molecular chaperone heat shock protein 90 (Hsp90) is required for the stabilization and conformational maturation of various oncogenic proteins in cancer. T...
Effects of celastrol on Tau hyperphosphorylation and expression of HSF-1 and HSP70 in SH-SY5Y neuroblastoma cells induced by amyloid-β peptides. - PubMed - NCBI
Biotechnol Appl Biochem. 2018 May;65(3):390-396. doi: 10.1002/bab.1633. Epub 2018 Jan 16.
A novel Hsp90 inhibitor to disrupt Hsp90/Cdc37 complex against pancreatic cancer cells. - PubMed - NCBI
Mol Cancer Ther. 2008 Jan;7(1):162-70. doi: 10.1158/1535-7163.MCT-07-0484.

セラスロトールはプロテアソーム活性を阻害

Celastrol can inhibit proteasome activity and upregulate the expression of heat shock protein genes, hsp30 and hsp70, in Xenopus laevis A6 cells. - PubMed - NCBI
Comp Biochem Physiol A Mol Integr Physiol. 2010 Jun;156(2):285-93. doi: 10.1016/j.cbpa.2010.02.015. Epub 2010 Feb 24. Research Support, Non-U.S. Gov't

セラストロールはインビボで、NF-κB活性化を強力に抑制、BACE-1発現を阻害、アミロイドβの阻害作用、慢性的な投与によりアミロイドβ班の負荷を緩和しミクログリア活性化が低下した。

Hsp90阻害はAPPプロセシングBACE1発現には影響しない。

セラスロトールはHsp90ではなくcdc37と直接相互作用し、複合体の形成防止によりNF-κB活性化を阻害 > BACE1発現の調整 > アミロイドβ産生の阻害

Reduction of β-amyloid pathology by celastrol in a transgenic mouse model of Alzheimer's disease
Aβ deposits represent a neuropathological hallmark of Alzheimer's disease (AD). Both soluble and insoluble Aβ species are considered to be responsible for initi...
Reduction of β-amyloid pathology by celastrol in a transgenic mouse model of Alzheimer's disease
Aβ deposits represent a neuropathological hallmark of Alzheimer's disease (AD). Both soluble and insoluble Aβ species are considered to be responsible for initi...

10~30mg/日? 栽培雷公籐(セラストロール0.4%)

ベルベリン

ベルベリンはHsp70、90を阻害

Novel Effect of Berberine on Thermoregulation in Mice Model Induced by Hot and Cold Environmental Stimulation
The purpose of this study was to assess the effects of berberine (BBR) on thermoregulation in mice exposed to hot (40°C) and cold (4°C) environmental conditions...

http://sphinxsai.com/2015/ch_vol7_no5/1/(2130-2132)V7N5.pdf


ラディシコール Radicicol

Hsp90の最も強力な天然生成物阻害剤

機序的に発がん作用の可能性、インビボでの発がん活性は示されていない。

タキソール
イチイの樹皮から取れる化合物、
紀元前からアメリカ先住民で消毒薬、皮膚癌の治療薬として利用されてきた。

臨床的に20年以上にわたって使用されている。

現在パクリタキセルという抗がん薬として世界各国で使用されている。

ネフェリン
Neferine in the Lotus Plumule Potentiates the Antitumor Effect of Imatinib in Primary Chronic Myeloid Leukemia Cells In Vitro. - PubMed - NCBI
J Food Sci. 2019 Apr;84(4):904-910. doi: 10.1111/1750-3841.14484. Epub 2019 Mar 13.
デラボン Derrubone

インドの樹木(Derris robusta)から単離されたプレニル化イソフラボン

ポコニン Pochonin

ポコニンAおよびDは、Hsp90を直接阻害することが示されている

ゲドニン gedunin

インドのニームの木から単離されたアザデラクタインディカ

hsp70をわずかに誘導

Gedunin inactivates the co-chaperone p23 protein causing cancer cell death by apoptosis. - PubMed - NCBI
J Biol Chem. 2013 Mar 8;288(10):7313-25. doi: 10.1074/jbc.M112.427328. Epub 2013 Jan 25. Research Support, N.I.H., Extramural; Research Support, Non-U.S. Gov't
ガンボゲン酸 Gambogic acid

ガルシニア・ハーベリー(Garcinia harburyi)からの抽出液

Gambogic acid, a natural product inhibitor of Hsp90. - PubMed - NCBI
J Nat Prod. 2011 May 27;74(5):1085-92. doi: 10.1021/np200029q. Epub 2011 Apr 12. Research Support, N.I.H., Extramural; Research Support, Non-U.S. Gov't
天然物kongensin A
Natural Product Kongensin A is a Non-Canonical HSP90 Inhibitor that Blocks RIP3-dependent Necroptosis. - PubMed - NCBI
Cell Chem Biol. 2016 Feb 18;23(2):257-266. doi: 10.1016/j.chembiol.2015.08.018. Epub 2016 Jan 28. Research Support, Non-U.S. Gov't

薬剤

ゲルダナマイシン Geldanamycin

ベンゾキノンアンサマイシン系の抗生物質

強いHsp90阻害作用 しかし高い肝毒性のため臨床応用には適さない。

40mg/m2

17-N-Allylamino-17-demethoxygeldanamycin(17AAG)

ゲルダナマイシンの半合成誘導体、ゲルダナマイシンよりも毒性が低い。

ノボビオシン Novobiocin(albamycin、cathomycin)

抗癌特性もち長年診療所で用いられている抗生物質

ブドウ球菌などのグラム陽性菌および一部のグラム陰性菌に有効

ハービマイシン Herbimycin

除草剤から見つかったベンゾキノンアンサマイシン系の抗生物質

クメルマイシンA1

ノボビオシンと同じくクマリン系抗生物質

 

安息香酸
HSP90 inhibitor DPB induces autophagy and more effectively apoptosis in A549 cells combined with autophagy inhibitors. - PubMed - NCBI
In Vitro Cell Dev Biol Anim. 2019 May;55(5):349-354. doi: 10.1007/s11626-019-00327-6. Epub 2019 Apr 15.
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