ミトコンドリア病根治薬を目指した塩基配列選択的ＤＮＡ結合能をもつ化合物の開発

• Project/Area Number: 18J21755
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Chemical biology
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 日高 拓也 京都大学, 理学研究科, 特別研究員(DC1)
• Project Period (FY): 2018-04-25 – 2021-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2020)
• Budget Amount: ¥2,800,000 (Direct Cost: ¥2,800,000); Fiscal Year 2020: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000); Fiscal Year 2019: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000); Fiscal Year 2018: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
• Keywords: ピロールイミダゾールポリアミド / ミトコンドリア病 / ミトコンドリアDNA / DNA複製阻害 / DNA変異 / DNAアルキル化剤

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、ミトコンドリア病治療薬としての応用を見据えた変異ミトコンドリアDNA選択的な複製阻害を目指している。これを達成するため、塩基配列選択的DNA結合能を有するピロールイミダゾールポリアミド(PIP)にミトコンドリア透過ペプチドを導入したmtPIPに、DNAアルキル化剤であるクロランブシル (Chb)を導入した化合物”mtPIP-Chb”を開発した。
HeLa S3細胞に含まれる点変異を標的とし、キャピラリー電気泳動を用いたin vitroアルキル化評価を行った。クロランブシルが標的アデニンに接近するよう設計したところ、変異アデニンが選択的にアルキル化された。またHeLa S3細胞を20日間処理し正常型に対する変異型ミトコンドリアDNAの相対量を算出したところ、未処理サンプルに対して250 nMで約40%の減少が見られた。以上の結果は国際学術誌に投稿し、リビジョン中である。
ミトコンドリア病治療には核DNAも重要な標的である。そこでPIPの細胞取込を促進するトリアルギニンベクターを同定した。SOX2阻害PIP（SOX2i）にこのベクターを導入したSOX2i-R3を合成し、フローサイトメトリーによりHeLa細胞への取り込み効率を評価したところ、SOX2i-R3はSOX2iよりも効率よく取り込まれ、さらに蛍光観察では核への顕著な蓄積が認められた。またiPS細胞にてSOX2のRNA発現を評価したところ、SOX2iは2 uMで約60%抑制した一方、SOX2i-R3では100 nMで同等の転写抑制が見られ、1 uM以上では発現がほぼ完全に阻害された。これはトリアルギニンベクターの導入がPIPの機能強化にとても有効であることを示唆している。以上の結果は英国の学術誌であるChemical Communicationに掲載された。

Research Progress Status

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] ラトガース大学(米国)
• [Int'l Joint Research] AO research institute(スイス)
• [Int'l Joint Research] AO research institute(スイス)
• [Int'l Joint Research] ラトガース大学(米国)
• [Int'l Joint Research] ラトガース大学(米国)
• [Journal Article] Sequence-Specific Control of Mitochondrial Gene Transcription using Programmable Synthetic Gene Switches called MITO-PIPs (2021)
  • Author(s): Hidaka Takuya、Sugiyama Hiroshi、Pandian Ganesh N.
  • Journal Title: Methods Mol. Biol. Volume: -
• [Journal Article] Enhanced nuclear accumulation of pyrrole imidazole polyamides by incorporation of the tri-arginine vector (2020)
  • Author(s): Hidaka Takuya、Tsubono Yutaro、Hashiya Kaori、Bando Toshikazu、Pandian Ganesh N.、Sugiyama Hiroshi
  • Journal Title: Chemical Communications Volume: 56 Issue: 82 Pages: 12371-12374
  • DOI: 10.1039/d0cc05158f
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] A Near-Infrared Fluorogenic Pyrrole Imidazole Polyamide Probe for Live-Cell Imaging of Telomeres (2020)
  • Author(s): Tsubono Yutaro、Kawamoto Yusuke、Hidaka Takuya、Pandian Ganesh N.、Hashiya Kaori、Bando Toshikazu、Sugiyama Hiroshi
  • Journal Title: Journal of the American Chemical Society Volume: 142 Issue: 41 Pages: 17356-17363
  • DOI: 10.1021/jacs.0c04955
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Chemical Approaches to the Development of Artificial Transcription Factors Based on Pyrrole‐Imidazole Polyamides (2020)
  • Author(s): Hidaka Takuya、Sugiyama Hiroshi
  • Journal Title: The Chemical Record Volume: - Issue: 6 Pages: 1374-1384
  • DOI: 10.1002/tcr.202000158
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Targeted suppression of metastasis regulatory transcription factor SOX2 in various cancer cell lines using a sequence-specific designer pyrrole-imidazole polyamide (2019)
  • Author(s): Madhu Malinee, Alok Kumar, Takuya Hidaka, Masanobu Horie, Kouichi Hasegawa, Ganesh N Pandian, Hiroshi Sugiyama
  • Journal Title: Bioorganic & Medicinal Chemistry Volume: 28 Issue: 3 Pages: 115248-115248
  • DOI: 10.1016/j.bmc.2019.115248
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Therapeutic gene regulation using pyrrole?imidazole polyamides (2019)
  • Author(s): Yu Zutao、Pandian Ganesh N.、Hidaka Takuya、Sugiyama Hiroshi
  • Journal Title: Advanced Drug Delivery Reviews Volume: 印刷中 Pages: 66-85
  • DOI: 10.1016/j.addr.2019.02.001
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Biomimetic Artificial Epigenetic Code for Targeted Acetylation of Histones (2018)
  • Author(s): Taniguchi, J.; Feng, Y.; Pandian, G.; Hashiya, F.; Hidaka, T.; Hashiya, K.; Park, S.; Bando, T.; Ito, S.; Sugiyama, H.
  • Journal Title: Journal of American chemical society Volume: 140 Issue: 23 Pages: 7108-7108
  • DOI: 10.1021/jacs.8b01518
  • NAID: 120006715542
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 塩基配列選択的DNA結合性化合物を用いたミトコンドリアDNAの転写・複製制御 (2021)
  • Author(s): 日高拓也; Pandian Ganesh N.; 板東俊和; 杉山弘
  • Organizer: 日本化学会第101春季年会
• [Presentation] ピロールイミダゾールポリアミドを用いた塩基配列選択的なミトコンドリアDNA制御 (2019)
  • Author(s): 日高拓也、Ganesh N. Pandian、板東俊和、杉山弘
  • Organizer: 第42回分子生物学会年会
• [Presentation] Sequence-Specific Control of Mitochondrial DNA by Pyrrole-Imidazole Polyamides (2019)
  • Author(s): Hidaka, Takuya; Pandian Ganesh N.; Bando Toshikazu; Sugiyama Hiroshi
  • Organizer: 10th World Congress on Targeting Mitochondria 2019
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Control of mitochondrial DNA by sequence-specific DNA-binding molecules (2019)
  • Author(s): 日高拓也; Namasivayam Ganesh Pandian; 板東俊和; 杉山弘
  • Organizer: 日本化学会第99春季年会
• [Presentation] Development of synthetic DNA-binding molecule for mitochondrial DNA sequence recognition (2018)
  • Author(s): Takuya Hidaka; Namasivayam Ganesh Pandian; Toshikazu Bando; Hiroshi Sugiyama
  • Organizer: The 1st International Mitochondria Meeting for Young Scientists
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Synthetic Ligand for Mitochondrial DNA Sequence Recognition and Promoter-Specific Transcription Suppression (2018)
  • Author(s): Takuya Hidaka; Namasivayam Ganesh Pandian; Toshikazu Bando; Hiroshi Sugiyama
  • Organizer: XXIII International roundtable on nucleosides, nucleotides and nucleic acids
  • Int'l Joint Research
• [Remarks] Takuya Hidaka website
  • URL: http://medachem.main.jp/main/
• [Remarks] Chemical Biology Sugiyama Lab
  • URL: http://kuchem.kyoto-u.ac.jp/chembio/
• [Remarks] Takuya Hidaka Website
  • URL: http://medachem.main.jp/main/