2020 Fiscal Year Annual Research Report
核酸高次構造上で活性化する新規反応素子の開発と高選択的阻害剤への展開
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19H02845
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
鬼塚 和光 東北大学, 多元物質科学研究所, 准教授 (00707961)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | RNA / DNA / 高次構造 / G-四重鎖 / 誘起反応性 / 核酸化学修飾 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題では標的と選択的に反応する反応素子の創製を目指し、標的誘起反応性を有する新しい核酸修飾素子の開発に取り組んでいる。新規反応素子の開発と核酸高次構造に対する強力な阻害剤開発を目指し、4つの目標（①: 標的誘起反応性のための最適脱離基の探索、②: 標的構造選択性の付与、③: 化学修飾RNA探索法の開発、④: 細胞での機能評価および機能探索）を設定し、本年度は①－④の研究を進め、下記の成果が得られた。
①: 標的誘起反応性のための最適脱離基を探索するため、新規反応素子安定前駆体の脱離基を種々検討した結果、２級アミンが最も適した脱離基であることを見出した。従来より反応速度は2倍程度向上し、従来型より安定性も高いため、より実用的な反応分子創製への基盤反応素子になる。
②: 標的構造選択性を付与するため、四重鎖構造（G4）に対して選択的に結合するユニット（テロメスタチン誘導体、ベルベリン）を反応性基にコンジュゲートした。合成したリガンドを蛍光標識したG4DNA、RNA、一本鎖、二本鎖構造に対する反応性評価をゲルシフトアッセイにて行ったところ、テロメスタチン誘導体はパラレルG4構造選択的な反応、ベルベリンはどのG4構造とも反応することを見出した。
③: 化学修飾RNA探索法の開発では、RNA-リガンドマイクロアレイ法を用いて反応性の大規模解析を行った。1824種の配列の反応性ランク化を実施し、そのうちの12配列を選び実際の反応性を検証することで妥当性を実証した。ランク上位の配列には疾患に関与する配列も含まれており、極めて重要な知見が得られた。
④：分子プロファイリング支援活動を利用していくつかの化合物の細胞株パネル（さまざまな臓器がん由来の細胞株計39種）を用いた化合物の作用機作を調査中である。来年度初期には最初の結果がまとまる予定である。
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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
新規反応素子の開発と核酸高次構造に対する強力な阻害剤開発を目指し、4つの目標（①: 標的誘起反応性のための最適脱離基の探索、②: 標的構造選択性の付与、③: 化学修飾RNA探索法の開発、④: 細胞での機能評価および機能探索）を設定し、本年度は①－④の研究を進め、それぞれおおむね計画通り、一部予想以上の結果が得られており、総合的にはおおむね順調に進展していると考えている。
①: 標的誘起反応性のための最適脱離基を探索するため、新規反応素子安定前駆体の脱離基を種々検討した結果、２級アミンが最も適した脱離基であることを見出した。従来より反応速度は2倍程度向上し、従来型より安定性も高いため、より実用的な反応分子創製への基盤反応素子になる。この知見は予想以上の結果であった。
②: 標的構造選択性を付与するため、四重鎖構造（G4）に対して選択的に結合するユニット（テロメスタチン誘導体、ベルベリン）を反応性基にコンジュゲートした。合成したリガンドの選択性を評価したところ、テロメスタチン誘導体はパラレルG4構造選択的な反応、ベルベリンはどのG4構造とも反応することを見出した。リガンドにより、一部期待以上に選択性をコントロールすることに成功した。特に、パラレルG4構造選択的な反応はRNAの機能制御、機能探索に極めて重要な技術である。
③: 化学修飾RNA探索法の開発では、RNA-リガンドマイクロアレイ法を用いて反応性の大規模解析を行った。1824種の配列の反応性ランク化を実施し、そのうちの12配列を選び実際の反応性を検証することで妥当性を実証でき順調に進展している。ランク上位の配列には疾患に大きく関与する配列も含まれており、極めて重要な知見も得られた。
④：いくつかの化合物の細胞株パネル（さまざまな臓器がん由来の細胞株計39種）を用いた化合物の作用機作を調査中である。
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| Strategy for Future Research Activity |
4つの目標（①: 標的誘起反応性のための最適脱離基の探索、②: 標的構造選択性の付与、③: 化学修飾RNA探索法の開発、④: 細胞での機能評価および機能探索）に関して今後は以下のように計画している。
①: 新たに見出したアミン型脱離基の詳細な反応メカニズムを考察する。さらに構造活性相関を見ることで更なる最適化を目指す。
②: 様々なコンジュゲート体の合成をさらに進め、新たな高次構造修飾分子の開発を引き続き行う。
③: 化学修飾RNA探索法の開発では、RNA-リガンドマイクロアレイ法を用いて様々な分子の反応性情報を取得する。得られた情報をもとに、さらに分子を再設計し、RNA修飾の適用範囲拡張を目指す。
④: 引き続き、細胞での機能を評価する。反応素子の有無で生物活性にどのように変化を与えるか、化学修飾による影響を詳細に調査する。反応素子により阻害活性は増強するか？新たな生物活性が生まれるか？それぞれの標的に合ったアッセイ系を確立し、機能を調査する。
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