mRNAの完全化学合成を指向した新規化学的キャップ化法とRNA鎖連結法の確立

• Project/Area Number: 21J15693
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Review Section: Basic Section 37010:Bio-related chemistry
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: 坂野 文香 (2021) 名古屋大学, 理学研究科, 特別研究員(DC2)
• Research Fellow: 坂野 文香 (2022) 名古屋大学, 理学研究科, 特別研究員(DC2)
• Project Period (FY): 2021-04-28 – 2023-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥1,500,000 (Direct Cost: ¥1,500,000); Fiscal Year 2022: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000); Fiscal Year 2021: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
• Keywords: mRNA / mRNA医薬 / 完全化学合成 / 核酸医薬 / キャップ構造 / ライゲーション

Outline of Research at the Start

翻訳可能なmRNAの完全化学合成を目指す。mRNAの完全化学合成法を達成するために、mRNAのキャップ構造を化学反応で直接導入する「化学的キャップ化法」、および修飾核酸の精密導入を実現するための「RNA鎖の連結技術」を確立する。
これまでに達成されていないmRNAの完全化学合成法が開発できれば、修飾核酸を適切な位置に導入したmRNAの精密合成が可能になり、近年注目を集めているmRNA医薬等への応用にきわめて大きな貢献ができると期待される。

Outline of Annual Research Achievements

これまでに翻訳可能なmRNAの完全化学合成は達成されていない。しかしながら、完全化学合成の方法論が開発できれば、修飾核酸を適切な位置に導入したmRNAの精密合成が可能になり、近年注目を集めているmRNA医薬等への応用にきわめて大きな貢献ができると期待される。
mRNAの化学合成法を達成するために、mRNAのキャップ構造を化学反応で直接導入する「化学的キャップ化法」の確立を目指した。これまでキャップ構造の導入では、酵素反応法が用いられてきた。これはRNA化学合成における最終ステップの塩基性脱保護条件でキャップ構造が分解してしまうためである。そこで、RNA鎖の化学合成後にキャップ構造をポスト導入するために、容易に調製できる5’モノリン酸RNAに対して、7-メチルグアノシンジリン酸活性化体（以下、キャップ化剤）を用いることを考案した。実際にキャップ化剤を合成し、適切な脱離基や金属塩などの条件検討を行うことで、高収率な新規キャップ化反応を確立した。
またキャップ化剤に、簡便な精製とキャップ化効率の定量化を目的とした精製タグ分子を修飾した。合成した精製タグ修飾キャップ化剤を用いて、5’モノリン酸化RNAとのキャップ化反応を行った。キャップ化反応では、反応温度、反応時間、活性化剤などの検討を行い、高効率な反応条件を決定した。また精製タグを利用して、逆相HPLCにて分取精製後、光照射することでキャップ化RNAを高純度で得ることに成功した。
本研究で確立された「化学的キャップ化法」を基盤として、「RNA鎖の連結技術」と組み合わせることで、mRNAの完全化学合成が可能になると期待される。

Research Progress Status

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Cap analogs with a hydrophobic photocleavable tag enable facile purification of fully capped mRNA with various cap structures (2023)
  • Author(s): Masahito Inagaki, Naoko Abe, Zhenmin Li, Yuko Nakashima, Susit Acharyya, Kazuya Ogawa, Daisuke Kawaguchi, Haruka Hiraoka, Ayaka Banno, Zheyu Meng, Mizuki Tada, Tatsuma Ishida, Pingxue Lyu, Kengo Kokubo, Hirotaka Murase, Fumitaka Hashiya, Yasuaki Kimura, Satoshi Uchida & Hiroshi Abe
  • Journal Title: nature communications Volume: 14 Issue: 1 Pages: 2657-2657
  • DOI: 10.1038/s41467-023-38244-8
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research