長時間作用型PTHアナログ（LA-PTH）を導出するためのPTH/PTHrPハイブリッドペプチドの最適化

Optimization of PTH/PTHrP Hybrid Peptides to Derive a Long-Acting PTH Analog (LA-PTH).

• Hiroshi Noda
• Makoto Okazaki
• Eri Joyashiki
• Tatsuya Tamura
• Yoshiki Kawabe
• Ashok Khatri
• Harald Jueppner
• John T Potts
• Thomas J Gardella
• Masaru Shimizu

抄録

副甲状腺ホルモン受容体 1（PTHR1）におけるシグナル伝達の延長は、リガンドが G タンパク質に依存しない受容体コンフォメーション（R）に結合する能力と相関している。長時間作用型PTH（LA-PTH）リガンドは甲状腺機能低下症（HP）の治療薬として注目されているため、我々は、安定なR結合と長時間のcAMPシグナル伝達を可能にするリガンドの構造的基盤を探った。PTH/PTHrPハイブリッドアナログを合成し、in vitro及びin vivoでの作用試験を行った。その中で、[Ala,Gln,Arg,Trp]-PTH(1-14)/PTHrP(15-36)（M-PTH/PTHrP）はRと高親和性で結合し、UMR106ラット骨芽細胞由来細胞においてcAMP応答の延長を誘導し、正常ラットにおいて血清カルシウム（sCa）の上昇を最も延長させた。HPモデルである甲状腺副甲状腺摘出ラットにM-PTH/PTHrPを毎日s.c.注射したところ、尿中のCaは上昇せずにsCaは正常化した。一方、HPの治療薬として広く用いられているアルファカルシドールを経口投与した場合、sCaは正常化したが、率直な高カルシウム尿を誘発した。M-PTH/PTHrPは中性pHの水溶液では溶解性が低いが、Leu18, Phe22, His26を疎水性の低いAla, Ala, Lysで置換することで、生理活性を維持したまま溶解性が著しく改善された。実際、我々は最近、結果として得られたアナログ[Ala,Lys]-M-PTH/PTHrPまたはLA-PTHが、TPTXラットにおけるsCaを効果的に正常化し、サルにおける作用の延長を媒介することを示した。これらの研究は、治療法開発のためにPTHおよびPTHrPリガンドアナログを最適化するための有用な情報を提供します。

Prolonged signaling at the parathyroid hormone receptor 1 (PTHR1) correlates with the capacity of a ligand to bind to a G protein-independent receptor conformation (R). As long-acting PTH (LA-PTH) ligands hold interest as potential treatments for hypoparathyroidism (HP), we explored the structural basis in the ligand for stable R binding and prolonged cAMP signaling. A series of PTH/PTHrP hybrid analogs were synthesized and tested for actions in vitro and in vivo. Of the series, [Ala,Gln,Arg,Trp]-PTH(1-14)/PTHrP(15-36) (M-PTH/PTHrP) bound with high affinity to R, induced prolonged cAMP responses in UMR106 rat osteoblast-derived cells, and induced the most prolonged increases in serum calcium (sCa) in normal rats. Daily s.c. injection of M-PTH/PTHrP into thyroparathyroidectomized (TPTX) rats, a model of HP, normalized sCa without raising urine Ca. In contrast, oral alfacalcidol, a widely used treatment for HP, normalized sCa, but induced frank hypercalciuria. M-PTH/PTHrP exhibited low solubility in aqueous solutions of neutral pH; however, replacement of Leu18, Phe22, and His26 with the less hydrophobic residues, Ala, Ala, and Lys, at those respective positions markedly improved solubility while maintaining bioactivity. Indeed, we recently showed that the resultant analog [Ala,Lys]-M-PTH/PTHrP or LA-PTH, effectively normalizes sCa in TPTX rats and mediates prolonged actions in monkeys. These studies provide useful information for optimizing PTH and PTHrP ligand analogs for therapeutic development. © 2020 The Authors. published by Wiley Periodicals, Inc. on behalf of American Society for Bone and Mineral Research.

© 2020 The Authors. JBMR Plus published by Wiley Periodicals, Inc. on behalf of American Society for Bone and Mineral Research.