Development of skin-permeable cancer therapeutics targeting mitochondria DNA

2021 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 21K14756
• Research Institution: Chiba Cancer Center (Research Institute)
• Principal Investigator: 山本 清義 千葉県がんセンター(研究所), がん治療開発グループ がん遺伝創薬研究室, 研究員 (80783521)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: DNA副溝結合化合物 / ピロールイミダゾールポリアミド / ミトコンドリアDNA / ミトコンドリア標的化合物 / ミトコンドリア / 皮膚透過

Outline of Annual Research Achievements

ミトコンドリアは細胞のエネルギー工場であるが、その機能不全は細胞老化やがん化を引き起こす原因となっている。皮膚透過可能なミトコンドリア機能制御化合物の合成を達成できれば、新たな形態のがん治療薬候補の重大な知見を得ることができ、その開発に大きく貢献するものとなる。そこで本研究課題では、疾患治療薬・診断薬として今後様々な発展が見込まれるDNA副溝結合化合物ピロールイミダゾールポリアミド(PIP)を基として、ミトコンドリアDNAに作用しミトコンドリア機能をコントロールする塗布型がん治療薬の開発を目的とし、PIP候補化合物のライブラリ構築とその効果について検討を行った。一般的なPIPは巨大なゲノムDNAを標的としているため、長いDNA配列を認識可能な中分子（分子量2500程度）である。しかし一般的に皮膚透過性を持つ医薬品には適度な分子量と適度な脂溶性の２つの要素を持つことが必要であることから、小さいミトコンドリアゲノムを標的とすることは低分子量PIP(分子量1000程度)でも塩基配列特異的となることが期待された。そのためmtDNA指向性を持ちつつ、皮膚透過性を示すよう分子量を抑えたPIPとしてトリフェリルホスフィン（TPP）部位を持つ16種類のPIPを、既にPIP合成手法として確立されているFmoc法にしたがって合成し、HPLC-MSによって確認した。合成した各PIPはHeLa細胞、HDF細胞を用いてWSTアッセイによる検討より、10~20マイクロM程度の濃度で顕著に細胞死を誘導するPIPを発見した。また、非常に興味深いことに1~10マイクロMで細胞の増殖を促進する性質を示すPIPを発見できた。細胞死を誘導するPIP、細胞増殖を誘導するPIPにはそれぞれ共通する認識配列があることから、今後ミトコンドリア活性やミトコンドリア関連タンパク質の検討を行っていく予定である

Current Status of Research Progress

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

Reason

当初の予定通りミトコンドリアを標的とし、皮膚透過性を示すことが期待されるPIPのライブラリ構築が完了し、それらの化合物の評価が完了している。その結果、細胞死を誘導するPIP化合物のみならず逆の効果を持つ新たなPIPをも発見することができた。効果のみられたPIP化合物については十分量合成できており、さらなる機能評価が可能であり、目的を達成することが期待できる。

Strategy for Future Research Activity

効果を示したPIP群について投与した細胞のミトコンドリア活性や細胞死に関係するタンパク質の発現に関する検討、及び細胞外フラックスアナライザーを用いたミトコンドリア活性測定からPIPがどのようにして細胞死または細胞増殖の促進を誘導したのかについて検討を行う。またマウス皮膚に対する塗布を行い、免疫染色による皮膚透過、細胞内局在について検討を行う予定である。

Causes of Carryover

コロナ禍のため研究に必要な試薬の生産が滞っており、入手できたのが年度後半であり、また合成が予定通りに進行しなかった場合に備えて、十分な予備量を購入する予定であったが、それも必要最低限の量しか購入できなかったため。