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Development of small molecule drugs for fragile X syndrome based on ligands that cooperatively accumulate on the CGG repeats.

Research Project

Project/Area Number 23K21354
Project/Area Number (Other) 21H02612 (2021-2023)
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

Allocation TypeMulti-year Fund (2024)
Single-year Grants (2021-2023)
Section一般
Review Section Basic Section 47010:Pharmaceutical chemistry and drug development sciences-related
Research InstitutionNagasaki International University

Principal Investigator

佐々木 茂貴  長崎国際大学, 薬学部, 教授 (10170672)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 塩田 倫史  熊本大学, 発生医学研究所, 教授 (00374950)
村瀬 裕貴  崇城大学, 薬学部, 助教 (10814486)
Project Period (FY) 2021-04-01 – 2025-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2024)
Budget Amount *help
¥17,160,000 (Direct Cost: ¥13,200,000、Indirect Cost: ¥3,960,000)
Fiscal Year 2024: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2023: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2022: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2021: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
Keywords脆弱X症候群 / リピート病 / FMR1遺伝子 / CGGリピート / 低分子創薬 / 転写活性化 / 翻訳活性化 / CGGリピー / 低分子リガンド / 分子集積薬 / 遺伝子発現促進 / FMR1
Outline of Research at the Start

本研究では、DNA中のCGGリピート配列に協奏的に自己集積する低分子を基盤に、リピート数増加に伴い発症する脆弱X症候群(FXS)に対する低分子創薬を目指している。CGGリピート領域のシトシン5位メチル化の阻害が、FMR1遺伝子転写を活性化し、症状を軽減させることがわかり、新しい創薬戦略として注目されている。本研究で我々はCGGリピート配列に自己集積する低分子を基盤に、細胞内でリピート数402の疾患モデル細胞のFMR1遺伝子の転写を活性化する分子GW283を見出した。しかし、翻訳は活性化しなかったため、翻訳の障害となっているRNAグアニン4本鎖を解離させる分子の配発を検討する。

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、DNA中のCGGリピート配列に協奏的に自己集積する低分子を基盤に、リピート数増加に伴い発症する脆弱X症候群(FXS)に対する低分子創薬を目指す。FXSの原因遺伝子であるFMR1遺伝子にはCGGリピート領域があり、このリピート数が55以下では正常であるのに対し、200以上では遺伝子が転写されず、発症する。近年、CGGリピート領域のシトシン5位メチル化の阻害が、FMR1遺伝子転写を活性化し、症状を軽減させることがわかり、新しい創薬戦略として注目されている。本研究では我々が開発したCGGリピート配列に自己集積する低分子を基盤に、疾患モデル細胞のFMR1遺伝子の転写を活性化、さらには、翻訳活性化を検証し、FXSに対する新しい創薬を目指す。
2022年度までに、FMR1遺伝子のCGGリピートが伸長したヒトX染色体を微小核融合した細胞株を用いてCGGリピート作用薬のスクリーニングを行い、FMR1 mRNA発現を上昇させるGW283を同定した。FMR1 mRNA発現が全く認められないFXS由来線維芽細胞においてDNA脱メチル化剤5-aza-2-deoxycytidineとGW283を混合処置することで、FMR1 mRNA発現を上昇させることができた。しかし、FXS由来線維芽細胞でFMRPタンパク質発現解析を行ったところ、タンパク質発現の上昇は見られなかった。
このことは、転写合成されたFMR1 mRNA の核外移行が阻害されているか、あるいはFMR1 mRNAの翻訳が阻害されている可能性が考えられた。その原因として、長大なリピート部位におけるグアニン4本鎖などのRNA高次構造を想定し、モデルオリゴ核酸を用いて低分子触媒によるグアノシン酸化を検討した。有効な酸化触媒は見いだされていないが、次年度も高次構造変換や酸化を誘起する低分子の検索を継続する。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

本研究の目的は、FXSの原因遺伝子であるFMR1遺伝子中にある膨大な繰り返し
CGGリピートを標的にした低分子化合物を探索し、FMR1遺伝子がコードする脆弱X精神遅滞タンパク質(FMRP)の産生を促し、創薬に展開しようとするものである。まず、FMR1 mRNA発現が全く認められないFXS由来線維芽細胞において、mRNA発現を活性化する低分子化合物の決定が重要である。この点では、DNA脱メチル化剤5-aza-2-deoxycytidineとの共存によって、高リピート配列選択的にmRNA発現を活性化する低分子GW283を見出したことは、重要な展開である。さらに、GW283がCGGリピートのメチル化阻害能を持つこと明らかにした。このことから、5-aza-2-deoxycytidineの作用により脱メチル化されたCGGリピートの再メチル化が阻害されることでFMR1 mRNA発現が促進されたことが示唆された。しかしながら、タンパク質発現量は上昇しないことも明らかになった。2023年度は、mRNAに含まれるRNAのCGGリピート部分がグアニン4本鎖などの高次構造を形成し、核外移行の阻害や翻訳阻害の原因になっている可能性を考え、グアニン4本鎖構造に結合し、構造遷移を誘起させる低分子や、グアニンを酸化してG4構造を不安定化する酸化触媒の検討を行った。しかし、構造遷移を誘起させる低分子でも翻訳は促進されず、グアニンを酸化する触媒も決定することはできなかった。このことから、本研究は当初の計画からやや遅れて進行している。

Strategy for Future Research Activity

これまでに決定したGW283により膨大な繰り返しCGGリピートからFMR1 mRNAの発現増強を確認した。酵素による実験でGW283はCGGリピートのメチル化を阻害したことから、RNAの発現増強はDNA脱メチル化剤5-aza-2-deoxycytidineの作用によって脱メチル化したCGGリピートの再メチル化をGW283が阻害していることによることが示唆された。しかしながら、FMRP蛋白質の産生は増加しなかった。これまでの報告では、長大なCGGリピート繰り返しを持つFMR1 mRNAは核外移行の阻害と、リボゾーム翻訳メカニズムの阻害が報告されている。そこで、2023年度はFMR1 mRNAのRNAリピート部分のグアニン4本鎖に作用し、ヘアピン―ループ構造に変化させる化合物分子による翻訳活性化効果を検証したが、活性化は観測されなかった。また、高次構造の破壊を目的にグアニン4本鎖のグアニンの酸化触媒を検討したが、有効な触媒は見いだされなかった。2024年度はレーザー光を用いた光酸化反応触媒を見出し、GW283との協働により細胞での転写活性化に続き翻訳活性化を検討する。

Report

(3 results)
  • 2023 Annual Research Report
  • 2022 Annual Research Report
  • 2021 Annual Research Report
  • Research Products

    (14 results)

All 2024 2023 2022 2021 Other

All Journal Article (2 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 2 results,  Open Access: 1 results) Presentation (10 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results,  Invited: 1 results) Remarks (2 results)

  • [Journal Article] Discovery of a Novel Lidocaine Metabolite by Human Liver Microsome and Identification of Microbial Species Which Produces the Same Metabolite2024

    • Author(s)
      Hori Sho、Taniguchi Hikari、Yoshimura Sota、Takeda Kanako、Yamashita Ryusei、Kimishima Atsushi、Harada Kazuo
    • Journal Title

      Chemical and Pharmaceutical Bulletin

      Volume: 72 Issue: 4 Pages: 393-398

    • DOI

      10.1248/cpb.c24-00050

    • ISSN
      0009-2363, 1347-5223
    • Year and Date
      2024-04-19
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Inhibition of transcription and antiproliferative effects in a cancer cell line using antigene oligonucleotides containing artificial nucleoside analogues2023

    • Author(s)
      Wang Lei、Notomi Ryotaro、Sasaki Shigeki、Taniguchi Yosuke
    • Journal Title

      RSC Medicinal Chemistry

      Volume: 14 Issue: 8 Pages: 1482-1491

    • DOI

      10.1039/d3md00139c

    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Presentation] CGGリピート配列への低分子集積によるFMR1遺伝子の転写活性化2024

    • Author(s)
      村瀬 裕貴、川久保 厚佑、塩田 倫史、佐々木 茂貴
    • Organizer
      日本薬学会第143回年会
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] CGGリピート関連疾患に対する低分子創薬2024

    • Author(s)
      村瀬 裕貴、塩田 倫史、佐々木 茂貴
    • Organizer
      日本薬学会第143回年会
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 遺伝子発現制御に関与するメチル化シトシンを含む二本鎖DNAに対して三本鎖DNA形成を可能にする人工核酸の開発2023

    • Author(s)
      納富亮大朗、王磊、佐々木茂貴、谷口陽祐
    • Organizer
      日本ケミカルバイオロジー学会第17回年会
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] mRNAの部位特異的分子修飾による未熟終止コドン(PTC)のリードスルー2023

    • Author(s)
      村瀬 裕貴、李 政洙、谷口 陽祐、佐々木 茂貴
    • Organizer
      核酸医薬学会第8回年会
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] Effects of the specific chemical modification of the adenine base of the premature termination codon on the readthrough2023

    • Author(s)
      Shigeki Sasaki
    • Organizer
      The 28th French-Japanese Symposium on Medicinal and Fine Chemistry
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Effects of the specific chemical modification of the adenine base of the premature termination codon on the readthrough2023

    • Author(s)
      Shigeki Sasaki
    • Organizer
      A3RONA 2023
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Development of a new oligonucleotide agent for site-specific RNA acetylation2023

    • Author(s)
      Hirotaka Murase, Jeongsu Lee, Yosuke Taniguchi, Shuhei Imoto, Shigeki Sasaki
    • Organizer
      The 50th International Symposium on Nucleic Acids Chemistry
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Study on read-through of premature termination codon by site-specific chemical modification2023

    • Author(s)
      Jeongsu Lee, Hirotaka Murase, Norihiro Togo, Yosuke Taniguchi, Shigeki Sasaki
    • Organizer
      The 50th International Symposium on Nucleic Acids Chemistry
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] CGGリピートRNAの構造変換を誘起する1,3-diazaphenoxazine誘導体の開発2022

    • Author(s)
      村瀬 裕貴、永次 史、佐々木 茂貴
    • Organizer
      日本薬学会 第142年会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] CGG-リピートRNA に結合する低分子型G-clamp 誘導体の開発2021

    • Author(s)
      村瀬裕貴、永次史、佐々木茂貴
    • Organizer
      日本ケミカルバイオロジー学会 第15回年会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Remarks] 長崎国際大学薬学部薬学科ゲノム標的創薬学研究室

    • URL

      https://sites.google.com/view/niu-genome/

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Remarks] ゲノム標的創薬学研究室

    • URL

      https://www1.niu.ac.jp/course/pharmacy/research/1085/3403.html

    • Related Report
      2021 Annual Research Report

URL: 

Published: 2021-04-28   Modified: 2024-12-25  

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