DNA塩基配列を正確に読み取るテーラーメード抗がん剤の開発

• Project/Area Number: 13218046
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Biological Sciences
• Research Institution: Kyoto University (2003-2004); Tokyo Medical and Dental University (2001-2002)
• Principal Investigator: 杉山 弘 京都大学, 大学院・理学研究科, 教授 (50183843)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 坂東 俊和 (板東 俊和) 京都大学, 助手 (20345284)
• Project Period (FY): 2001 – 2004
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2004)
• Budget Amount: ¥60,900,000 (Direct Cost: ¥60,900,000); Fiscal Year 2004: ¥15,800,000 (Direct Cost: ¥15,800,000); Fiscal Year 2003: ¥15,800,000 (Direct Cost: ¥15,800,000); Fiscal Year 2002: ¥14,000,000 (Direct Cost: ¥14,000,000); Fiscal Year 2001: ¥15,300,000 (Direct Cost: ¥15,300,000)
• Keywords: ピロール-イミダゾールポリアミド / 配列特異的DNAアルキル化 / 塩基配列認識 / テーラーメード抗がん剤 / 遺伝子発現制御 / DNAチップ / ピロールイミダゾールポリアミド / DNA塩基配列 / コンビナトリアル合成

Research Abstract

今年度、配列特異的アルキル化能を有したヘアピン型ピロール(Py)-イミダゾール(Im)ポリアミドの分子設計を確立し、Fmoc固相合成法と組み合わせることによって生物実験への供給経路を確立した。中でも、合成したアルキル化ポリアミドを用いて、標的配列特異的なアルキル化を行い、遺伝子機能発現に与える効果や細胞増殖阻害活性との相関性の評価を進めた。
その結果、標的とする塩基配列をタンパク質の遺伝情報が集約されているコーディング領域に設定し、その標的配列に対する特異的アルキル化によるタンパクの発現制御をヒト細胞実験によって確認した。また、ヒトがん細胞に対する遺伝子発現に対する効果を、ヘアピン型Py-Imポリアミドを用いて、DNAチップによって解析した結果、配列認識能の違いによる遺伝子発現の抑制や活性化に変化が現れることを確認した。加えて、39種類のヒトがん細胞スクリーニングパネル評価をすすめることによって、分子量が1しか違わない非常に構造の類似した2種の異なる配列特異性をもつアルキル化ポリアミド間に、配列特異性の差異に由来する細胞増殖阻害活性の差が観察された。
ラットを使ったポリアミド分子の細胞および核への透過性や臓器移行性の確認も進み、アルキル化ポリアミドを用いたゼノクラフトマウス実験による抗癌活性の評価も始めている。将来的には、薬剤としての最適化を進めながら、得られた生物活性情報を総合的に判断し、特定がんに対して特異的に作用するテーラーメード抗がん剤を実現する。

Research Products

• [Journal Article] C-H to N Substitution Dramatically Alters the Sequence-Specific DNA Alkylation, Cytotoxicity, and Expression of Human Cancer Cell Lines (2004)
  • Author(s): Bando, T., Sugiyama H.
  • Journal Title: J.Am.Chem.Soc. 126・11 Pages: 3406-3407
• [Journal Article] Sequence-Specific Gene Silencing in Mammalian Cells by Alkylating Pyrrole-imidazole Polyamides (2004)
  • Author(s): Bando, T., Sugiyama H.
  • Journal Title: J.Am.Chem.Soc. 126・16 Pages: 5113-5118
• [Journal Article] Enantioselective DNA Alkylation by a Pyrrole-Imidazole S-CBI Conjugate (2004)
  • Author(s): Bando, T., Sugiyama H.
  • Journal Title: J.Am.Chem.Soc. 126・29 Pages: 8948-8955
• [Journal Article] Binding of Distamycin A to UV-damaged DNA (2004)
  • Author(s): Iwai S., Sugiyama, H.
  • Journal Title: J.Am.Chem.Soc. 126・35 Pages: 11017-11023
• [Journal Article] Highly Efficient Photochemical 2'-Deoxyribonolactone Formation at the Diagonal Loop of a 5-Iodouracil-Containing Antiparallel G-Quartet (2004)
  • Author(s): Xu, Y., Sugiyama, H.
  • Journal Title: J.Am.Chem.Soc. 126・20 Pages: 6274-6279
• [Journal Article] (P)-Helicene Displays Chiral Selection in Binding to Z-DNA (2004)
  • Author(s): Xu, Y., Sugiyama, H.
  • Journal Title: J.Am.Chem.Soc. 126・21 Pages: 6566-6567
• [Publications] Oyoshi, T., Sugiyama H.: "Efficient C2'α-Hydroxylation of Deoxyribose in Protein-Induced Z-Form DNA"J.Am.Chem.Soc.. 125・6. 1526-1531 (2003)
• [Publications] Bando, T., Sugiyama, H.: "Highly Efficient Sequence-Specific DNA Interstrand Cross-linking by Pyrrole-Imidazole CPI Conjugates"J.Am.Chem.Soc.. 125・12. 3471-3485 (2003)
• [Publications] Oyoshi, T., Sugiyama, H.: "Inhibition of Transcription at a Coding Sequence by Alkylating Polyamide"J.Am.Chem.Soc.. 125・16. 4752-4753 (2003)
• [Publications] Xu, Y., Sugiyama, H.: "8-Methylguanosine : A Powerful Z-DNA Stabilizer"J.Am.Chem.Soc.. 125・44. 13519-13524 (2003)
• [Publications] Tashiro, R.Sugiyama, H.: "Unique Charge Transfer Properties of the Four-base π-Stacks in Z-DNA"J.Am.Chem.Soc.. 125・50. 15282-15283 (2003)
• [Publications] Bando, T., Sugiyama, H.: "Sequence Specificity, Reactivity, and Antitumor Activity of DNA-Alkylating Pyrrole-Imidazole Diamides"Chem.Biol.. 10・8. 751-758 (2003)
• [Publications] Fujimoto, K., Iida, H., Bando, T., Tao, Z.-F., Sugiyama, H.: "Sequence-Specific Protection of Plasmid DNA Against Restriction Endonuclease Hydrolysis by Pyrrole-Imidazole CPI Conjugates"Nucleic Acids Res. 30(17). 3748-3753 (2002)
• [Publications] Bando, T., Narita, A., Saito, I., Sugiyama, H.: "Molecular Design of Pyrrole-Imidazole Hairpin Polyamide for Effective DNA Alkylation"Chem. Eur. J.. 8,(20). 4781-4790 (2002)
• [Publications] Xu, Y., Kino, K., Sugiyamaa, H.: "The Conformation Study of Two Carbocyclic Nucleosides ; Why Carbocycleic Nucleic Acids (CarNAs) Form More Stable Duplexes with RNA than DNA Does"J. Biomolecular Structure & Dynamics. (20). 437-446 (2002)
• [Publications] Oyoshi T, Kawai K, Sugiyama H: "Efficient C2' α-Hydroxylation of Deoxyribose in Protein-Induced Z-Form DNA"J. Am. Chem. Soc.. 125. 1526-1531 (2003)
• [Publications] Bando T, Narita A, Saito I, Sugiyama H: "Highly Efficient Sequence-Specific DNA Interstrand Cross-Linking by Pyrrole-Imidazole CPI Conjuaates"J. Am. Chem. Soc. 125(In press). (2003)
• [Publications] Bando, T., Iida, H., Saito, I., Sugiyama, H.: "Sequence-specific DNA lnterstrand cross-linking by imidazole-pyrrole CPI conjugate"J. Am. Chem. Soc.. 123. 5158-5159 (2001)
• [Publications] Baraldi, G., Balbone, G., Pabani, M.G., Spalluto, G., Clercq, E., Baizarini, J., Bando, T., Sugiyama, H., Romagnoli, R.: "Design, Synthesis, DNA Binding and Biological Evaluation of Water-Soluble Hybrid Molecules Containing Two Pyrazole Analogues of the Alkylating Cyclopropylpyrroloindole (CPI) Subunit of the Antitumor Agent CC-1065 and Polypyrrole Minor Groove Binders"J. Med. Chem.. 44. 2536-2543 (2001)
• [Publications] Tsuyoshi Fujiwara, Michiko Kimoto, Hiroshi Sugiyama, Ichiro Hirao, Shigeyuki Yokoyama: "Synthesis of 6-(2-Thienyl)purine Nucleoside Derivatives That Form Unnatural Base Pairs with Pyridin-2-one Nucleosides"Bioorg. Med. Chem. Lett. 11. 2221-2223 (2001)
• [Publications] Takanori Oyoshi, Andrew H.-J.Wang, Hiroshi Sugiyama: "Photoreactivity of 5-iodouracil-Containing DNA-Sso7d Complex in Solution : The Protein-indicated DNA Kinik Causes Interstrand Hydrogen Abstraction from the 5-Methyl of Thymine at the 5' Side"J. Am. Chem. Soc.. 124(in press). (2002)
• [Publications] 杉山 弘: "遺伝子認識化合物「生命化学のニューセントラルドグマ」"化学同人. 35-43 (2002)