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Functional optimization and establishment of comprehensive evaluation of membrane-permeable aptamers for drug development using AI technology

Research Project

Project/Area Number 23K24178
Project/Area Number (Other) 22H02917 (2022-2023)
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

Allocation TypeMulti-year Fund (2024)
Single-year Grants (2022-2023)
Section一般
Review Section Basic Section 50020:Tumor diagnostics and therapeutics-related
Research InstitutionNiigata University

Principal Investigator

中馬 吉郎  新潟大学, 自然科学系, 研究教授 (40372263)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 村松 正吾  新潟大学, 自然科学系, 教授 (30295472)
寺尾 豊  新潟大学, 医歯学系, 教授 (50397717)
東元 祐一郎  久留米大学, 医学部, 教授 (40352124)
梨本 正之  新潟薬科大学, 医療技術学部, 教授 (30228069)
Project Period (FY) 2022-04-01 – 2025-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2024)
Budget Amount *help
¥17,550,000 (Direct Cost: ¥13,500,000、Indirect Cost: ¥4,050,000)
Fiscal Year 2024: ¥4,940,000 (Direct Cost: ¥3,800,000、Indirect Cost: ¥1,140,000)
Fiscal Year 2023: ¥5,070,000 (Direct Cost: ¥3,900,000、Indirect Cost: ¥1,170,000)
Fiscal Year 2022: ¥7,540,000 (Direct Cost: ¥5,800,000、Indirect Cost: ¥1,740,000)
Keywordsアプタマー / AI / がん / ホスファターゼ / 核酸医薬 / DNAアプタマー / 抗がん剤 / プロテインホスファターゼ / 分子標的薬
Outline of Research at the Start

抗体医薬は,臨床の現場で隆盛を極める一方,細胞膜を透過できず標的が細胞外に限定されていることから抗体に替わる新規創薬プラットホームの開発が望まれている.本研究では,独自創薬プラットホームであるIRDAptamer分子をがん幹細胞やがんの悪性化に関与する上皮間葉系転換(EMT)関連タンパク質の阻害剤探索に拡張し,AI技術を用いたIRDAptamerの配列の最適化と細胞応答解析法を構築することを目指す.本研究は,理・工・医歯薬学の分野横断型研究として展開することにより,IRDAptamer創薬を細胞内外問わず多様な疾患に適用可能な新規創薬モダリティとして展開するための分子基盤確立を目的とする.

Outline of Annual Research Achievements

これまでに我々はイオン刺激により特徴的な四重鎖を形成し,特定の標的分子に結合するDNAアプタマー(Ion-Responsive DNA Aptamer, IRDAptamer)を開発 し,このIRDAptamerが細胞膜透過能を有することを明らかにしている.今年度は,細胞内発がんタンパク質であるPPM1Dを標的としたIRDAptamerを用い,本分子の細胞内導入画像を用いてAI技術による細胞内導入評価を実施した.細胞膜を透過し,細胞内に局在化したIRDAptamerの細胞画像,ならびに細胞内に導入されていない細胞画像を用いてAIの深層学習による画像評価を実施し,AIによる細胞内導入効率を評価できる系を確認した.一方,IRDAptamerを新規創薬モダリティとして展開するためには,多様な疾患原因タンパク質に対して,個々に結合可能なIRDAptamer分子を同定することが必須である.そこで,新規疾患原因タンパク質として,がんの悪性化の原因でもある上皮間葉系転換(EMT)や神経疾患への関与が示唆されている細胞内タンパク質Scp1を標的としたIRDAptamerの探索を実施した.我々が独自にデザインしたIRDAptamerライブラリを用いて,ヒトScp1に対するSELEXを実施し,スクリーニングを8サイクル実施することにより,複数の収束配列を得た.得られたScp1結合IRDAptamer候補の塩基配列のビオチン標識体を化学合成し,Scp1組み換えタンパク質に対するELISA結合試験を実施することにより,EMT関連酵素Scp1を認識するScp1結合IRDAptamerを同定することに成功した.

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

本年度の当初計画として,実験1IRDAptamerの膜透過性,細胞増殖抑制効果,AI画像評価による検証,ならに実験2.EMT関連タンパク質を標的としたIRDAptamer 汎用性の確認を計画してた.今年度IRDAptamerのAI画像解析による細胞内導入評価が可能であることを実証できたこと,また,EMT関連タンパク質であるScp1を標的とした新規IRDAptamerの同定に成功したことから,研究計画がおおむね順調に進展していると判断した.

Strategy for Future Research Activity

今後の研究推進方策として,2022年度の研究成果をもとに同定したEMT関連タンパク質Scp1結合IRDAptamerのin vitro機能評価,ならびに細胞膜透過性・薬効評価を中心に研究を実施する.Scp1結合IRDAptamer分子について,Scp1の部分配列欠損体に加え,類似のSer/Thrプロテインホスファターゼの組み換えタンパク質を用いたELISA解析によりScp1結合部位と酵素特異性を明らかにする.また,Blitzシステムを用いたバイオレイヤー干渉により同定IRDAptamerの解離定数を求める.加えて,本分子の3’末端に蛍光分子を付加したIRDAptamer分子を複数のがん細胞に添加し,細胞膜透過能,ならびに細胞毒性を評価する.

Report

(1 results)
  • 2022 Annual Research Report
  • Research Products

    (17 results)

All 2023 2022

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 3 results,  Open Access: 1 results) Presentation (14 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Invited: 5 results)

  • [Journal Article] Development of Antibody-like Proteins Targeting the Oncogenic Ser/Thr Protein Phosphatase PPM1D2022

    • Author(s)
      Ikeura, M., Tashiro, H., Yamagata, Y., Saito, H., Kobayashi, T., Mizunuma, M., Yamazaki, K., Baba, K. Furukawa, K. and Chuman, Y.
    • Journal Title

      Processes

      Volume: 10(8) Issue: 8 Pages: 1501-1501

    • DOI

      10.3390/pr10081501

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Identification of Inhibitors for Disease related Phosphatase Scp1 Using Antibody like Adnectin.2022

    • Author(s)
      Shinada, J., Yamazaki, K., Ikeura, M., Furukawa, K., and Chuman, Y. Identification of Inhibitors for Disease related Phosphatase Scp1 Using Antibody like Adnectin
    • Journal Title

      Peptide Sci.

      Volume: 2021 Pages: 97-98

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Development of Antibody-mimetic Small Proteins Targeting Tumor-associated Phosphatase PPM1D2022

    • Author(s)
      Ikeura, M., Tashiro, H., Shinada, J., Furukawa, K., and Chuman, Y.
    • Journal Title

      Peptide Sci.

      Volume: 2021 Pages: 79-81

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 細胞内を標的可能な新規創薬プラットホームの開発2023

    • Author(s)
      中馬吉郎
    • Organizer
      みちのくGAPファンド DemoDay
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 抗体模倣分子のloop置換体を用いた疾患関連酵素Scp1阻害剤の開発2023

    • Author(s)
      小林 環,品田純輝,鈴木未来,山形優香,古川和広,中馬吉郎
    • Organizer
      第13回 UGCE シンポジウム
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 疾患関連タンパク質Scp1に対する特異的IRDAptamerの機能解析2023

    • Author(s)
      菅原諒太,水沼正昂,鈴木未来,山形優香,古川和広,中馬吉郎
    • Organizer
      第13回 UGCE シンポジウム
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] Development of SARS-CoV-2 Spike Protein-Binding Molecules Using G4-Based DNA Aptamer: IRDAptamer2023

    • Author(s)
      Masataka Mizunuma, Yuka Yamagata, Mirai Suzuki, Shingo Tanaka, Kazuhiro Furukawa, and Yoshiro Chuman
    • Organizer
      日本化学会第103春季年会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] Development of a Method to Control the Function of G4-based DNA Aptamer; IRDAptamer2023

    • Author(s)
      Mirai Suzuki, Yuka Yamagata, Masataka Mizunuma, Kazuhiro Furukawa, Yoshiro Chuman
    • Organizer
      日本化学会第103春季年会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 発がん関連タンパク質PPM1Dにおける特異的loopの機能解析2023

    • Author(s)
      原 侑希1・齊藤 輝1・古賀 信康2・古川 和広1・中馬 吉郎
    • Organizer
      日本化学会第103春季年会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 新規創薬モダリティ:IRDAptamerの開発と応用2023

    • Author(s)
      中馬吉郎
    • Organizer
      医療・診断の化学シンポジウム
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 新規創薬モダリティIRDAptamer の機能制御法の開発2022

    • Author(s)
      鈴木未来, 山形優香,古川和広, 中馬吉郎
    • Organizer
      第61回新潟生化学懇話会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] グアニン四重鎖IRDAptamerに対する高感度検出ツールの開発2022

    • Author(s)
      田中智貴, 坂野彰則, 山形優香, 古川和広2, 中馬吉郎
    • Organizer
      第61回新潟生化学懇話会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] Image Classification of Cancer Cells Treated with IRDAptermer2022

    • Author(s)
      Rahman Rawnak Mim, Yuuka YAMAGATA, Yoshiro CHUMAN, and Shogo MURAMATSU
    • Organizer
      映像情報メディア学会 ITE Technical Group Submission System
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 細胞内を標的可能な新規創薬モダリティの開発2022

    • Author(s)
      中馬吉郎
    • Organizer
      第3回BVA創薬研究会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 膜透過性DNA アプタマー: IRDAptamer を用いた創薬モダリティの開発2022

    • Author(s)
      山形 優香、金子 敦巳、坂野 彰則、水沼 正昂、古川 和広、○中馬 吉郎
    • Organizer
      第95回 日本生化学会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 細胞内を標的可能な新規創薬モダリティ:IRDAptamerの開発2022

    • Author(s)
      中馬吉郎
    • Organizer
      第4回 BVAバイオインターフェース
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] DEVELOPMENT OF MEMBRANE-PERMEABLE DNA APTAMERS TARGETING ONCOGENIC SER/THR PROTEIN PHOSPHATASE PPM1D2022

    • Author(s)
      Yoshiro Chuman, Yuuka Yamagata, Atsushi Kaneko, Akinori Bannno, Masataka Mizunuma, Kazuhiro Furukawa
    • Organizer
      The Protein phosphatase conference jointed by FASEB and JAPPR
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited

URL: 

Published: 2022-04-19   Modified: 2024-08-08  

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