Drug Derivery to Cancer Cells Utilizing Active Trasport of Diphtheria Toxin Protein

• Project/Area Number: 17K14520
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Research Field: Bio-related chemistry
• Research Institution: Tokushima Bunri University
• Principal Investigator: 服部 良一 徳島文理大学, 薬学部, 助教 (60778140)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2021-03-31
• Project Status: Discontinued (Fiscal Year 2020)
• Budget Amount: ¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000); Fiscal Year 2019: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2018: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000); Fiscal Year 2017: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
• Keywords: 生体分子化学 / タンパク質工学 / ドラッグデリバリー / ケミカルバイオロジー / NMR / 生体機能化学 / 物理系薬学

Outline of Annual Research Achievements

近年、細胞内因子を標的とした薬剤開発の重要性が高まっている。しかしタンパク質や核酸など高極性の分子は、細胞膜透過性が低く、細胞内への送達がボトルネックとなる。本研究では細胞内送達のツールとして、細菌外毒素であるジフテリア毒素に着目した。ジフテリア毒素はA-B型毒素としてしられ、Bフラグメント中のドメインと受容体の結合を介したエンドサイトーシスにより、細胞内に侵入する。その後、酵素活性を有するAフラグメントがエンドソームから細胞質に移行し、細胞毒性を示す。本研究では、ジフテリア毒素の無毒変異体CRM197を用いる、または酵素活性部位を遺伝子的に除去することによって無毒化する。そして、これらと化学的に連結した化合物、あるいは遺伝子的に融合したタンパク質の細胞内送達および細胞質移行技術を開発する。
CRM197について、ヨードアセトアミド基を介したAフラグメントにあるHis21への部位選択的な化学修飾反応により、蛍光分子フルオレセインを連結させた。この修飾体と培養細胞を処理すると、処理量に依存した細胞内送達、およびAフラグメントの細胞質への移行が観察された。つぎに、ジフテリア毒素の酵素活性部位の遺伝子をGFP遺伝子に置換したプラスミドを構築し、大腸菌組換え発現で融合タンパク質を調製した。培養細胞に処理した結果、GFPが細胞質に移行した状態で観察された。すなわち、ジフテリア毒素へ部位選択的に係留した低分子化合物ならびに遺伝子的に融合したタンパク質の細胞内送達および細胞質移行に成功した。

Research Products

• [Presentation] 遺伝子治療薬の構造学的分子設計 (2019)
  • Author(s): ◯服部良一，竹原正也，小原一朗，蛭子翔太，後藤真希，山根滉生，中島勝幸，山口健太郎，永浜政博，田中好幸
  • Organizer: 第19回 日本蛋白質科学会年会
• [Presentation] N-グリコシド結合切断反応における 8-オキソグアニン DNA グリコシラーゼ 1 (OGG1) Lys249 の触媒的役割 (2019)
  • Author(s): ◯福田万里子，眞野遥佳，市原尚弥，岡田卓也，海野昌喜，Vladimir Sychrovsky，服部良一，田中好幸
  • Organizer: 第19回 日本蛋白質科学会年会
• [Presentation] ヒトDNA修復酵素hOGG1のX線結晶構造解析 (2019)
  • Author(s): ◯小室智稀，服部良一，田中好幸，海野昌喜
  • Organizer: 第92回 日本生化学会大会
• [Presentation] ジフテリア毒素無毒変異体 CRM197 を用いた薬剤の細胞質送達技術の開発 (2019)
  • Author(s): ○服部良一，竹原正也，小原一朗，蛭子翔太，後藤真希，山根滉生，中島勝幸，山口健太郎，永浜政博，田中好幸
  • Organizer: 日本薬学会第139年会（2019年3月・千葉）