| Project/Area Number |
23K23365
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| Project/Area Number (Other) |
22H02097 (2022-2023)
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Multi-year Fund (2024)
Single-year Grants (2022-2023) |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 34010:Inorganic/coordination chemistry-related
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| Research Institution | Doshisha University |
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Principal Investigator |
小寺 政人 同志社大学, 理工学部, 教授 (00183806)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
北岸 宏亮 同志社大学, 理工学部, 教授 (60448090)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥17,550,000 (Direct Cost: ¥13,500,000、Indirect Cost: ¥4,050,000)
Fiscal Year 2024: ¥390,000 (Direct Cost: ¥300,000、Indirect Cost: ¥90,000)
Fiscal Year 2023: ¥8,710,000 (Direct Cost: ¥6,700,000、Indirect Cost: ¥2,010,000)
Fiscal Year 2022: ¥8,450,000 (Direct Cost: ¥6,500,000、Indirect Cost: ¥1,950,000)
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| Keywords | 二核銅錯体 / がん細胞選択的毒性 / DNA標的 / DNA二本鎖切断 / 細胞内挙動 / ミトコンドリア損傷 / アポトーシス / がん細胞特異的なミクロ環境 / DNA酸化切断 / 四核銅錯体 / 細胞内小器官標的 / DNA標的を持つ金属錯体 / 酸素分子の還元的活性化 / 過酸化水素の活性化 / 細胞内小器官の標的 / 二核銅錯体による酸素活性化 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では、全ての細胞に共通に存在する細胞内小器官を標的し、がん細胞の特異環境を利用して選択的にがん細胞をアポトーシスに導く新たな抗がん剤の開発を目指す。具体的には細胞内小器官（核、ミトコンドリア、小胞体、ゴルジ体）を標的する金属錯体を開発し、これらを用い、がん細胞の特異環境を利用して核やミトコンドリアのDNAの酸化切断や小胞体・ゴルジ体のストレス応答を通してがん細胞を選択的にアポトーシスに導く。
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| Outline of Annual Research Achievements |
昨年までの研究でDNA酸化切断能力を持つamide-tether-cyclen配位子にDNA target としてフェナントレンを導入した新規のconjugate配位子の二核銅錯体を合成した。この配位子の二核銅錯体は、DNA標的を持たないamide-tether-cyclenの錯体に比べてがん細胞選択的細胞毒性が向上した。この結果を受けて2023年度の研究では、DNA targetの役割を明確化するため、DNA targetの種類と鎖長を様々に変えた新たなamide-tether-cyclen/DNA target conjugate配位子を合成し、その二核銅錯体を合成した。これらを用いてPEG鎖の鎖長が短いほどDNA切断活性と細胞毒性が向上すること、標的部位のDNA結合能が高いほどがん細胞選択的細胞毒性が向上することなどを見出した。この成果は第17回バイオ関連化学シンポジウムで発表し、ACS Omegaに論文が掲載された。さらに、amide-tether-dpa配位子のピリジル基の4位に電子求引性のCl基または電子供与性のMeO基を導入したamide-tether-dpa配位子の二核銅錯体を合成し、Ｘ線結晶構造、還元剤存在下のROS生成、細胞毒性、細胞内挙動などを測定した。その結果、これらの錯体が置換基の疎水性でERとGolgi体に集積してROS生成で細胞死を誘導することで細胞毒性が大きく向上することを見出した。MeO基を有する錯体は、がん細胞中でのみROSを生成し、がん細胞選択的毒性を示したが、Cl基を有する錯体は、がん細胞と正常細胞の両者でROS生成し、正常細胞選択的毒性を示した。この成果をInorg. Chem.に投稿し、現在revision中である。また、これらの結果について、２０２３年にシンガポールで開催されたQSCC6で招待講演を行なった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究計画では、がん細胞選択的毒性を示す金属錯体の開発を目指している。がん細胞は正常細胞と異なり、ミトコンドリア損傷を起こしている。このために、がん細胞中では過酸化水素などの活性酸素種(ROS)の濃度が高い、ROS濃度が高いと細胞死につながるのでROSを除去する必要がある。このために、がん細胞はアスコルビン酸やグルタチオンなどのantioxidant濃度が高い。従って、がん細胞中に比較的高濃度で存在するROSやantioxidantを利用してDNAを酸化切断できる金属錯体を開発すれば、正常細胞に比べてがん細胞に対して高い細胞毒性を示すがん細胞選択的な抗がん剤の開発につながると考えた。そこで、phenolの2,6位に環状アミンとしてcyclenやtacnをアミド結合で導入し、4位にDNA標的を導入したamide-tether-cyclen (tacn)/DNA target conjugate配位子を合成した。この配位子ではDNA標的部位として長さの異なるエチレングリコール鎖をリンカーとして、その末端にフェナントレンを導入した。これらの配位子の二核銅錯体を用いてDNA酸化切断や幾つかのがん細胞と正常細胞に対する細部毒性を測定した結果、エチレングリコール鎖の鎖長が短いほどDNA切断活性と細胞毒性が向上すること、またフェナントレンのような高いDNA結合脳を持つ標的部位の導入で、がん細胞選択的細胞毒性が向上することを見出した。実際に１つのエチレングリコールでフェナントレンを結合した最も短いリンカーを持つ錯体は膵臓の癌細胞に対するMTTアッセイのIC50値が11 μMであり、臨床利用されている最も優れた抗がん剤であるシスプラチンの2 μMに近い値である。これは本申請における２年目の研究計画として提案した内容を満足するものであり、ほぼ順調に研究計画が進展していると言える。
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| Strategy for Future Research Activity |
最も短いエチレングリコール鎖をリンカーとして持つamide-tether-cyclen/DNA target conjugate配位子の二核銅錯体はシスプラチンに匹敵する高い細胞毒性を示すとともに、がん細胞選択的毒性が正常細胞に比べて10倍以上高い選択性を示した。そこで、この高いがん細胞選択的毒性をさらに向上するために、当初の研究計画では、この錯体の配位子に葉酸を化学結合で導入することを計画した。しかし、葉酸は溶解度が低く反応制御が困難であった。そこで、がん細胞が正常細胞よりも多くインテグリンレセプターを持つことに注目し、これを利用して錯体の細胞取込を向上させることを検討する。これを実現するためにamide-tether-cyclen/DNA target conjugate配位子にインテグリンレセプターと特異的に結合するcyclic RGDペプチドを導入する。そこで、本年度はcyclic RGDペプチドを合成し、配位子への導入を検討する。従来はエチレングリコール鎖をリンカーとして二核銅部位とDNA標的を繋いだが、今回は新たにcyclic RGDペプチドを導入するためにその接続部位としてアミノ酸側鎖を利用する。具体的は、cyclic RGDペプチドにマレイミドを導入し、側鎖にアミンやチオール基を持つアミノ酸を予めリンカー部位に導入しておき、両者をマイケル付加によるクリックケミストリーで結合させる。この様にcyclic RGDペプチドを導入した二核銅錯体は、がん細胞に対する細胞取込が促進されるために正常細胞よりもがん細胞選択的に取り込まれると考えられる。さらにリンカー部位にカチオン性アミノ酸を導入し、フェナントレンなどのインターカレーターと共同してDNA親和性を向上させる。これにより、シスプラチンよりも高い細胞毒性を発現させるとともに高いがん細胞選択的毒性を発現を目指す。
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