2015 Fiscal Year Research-status Report
ナンセンス変異型遺伝性疾患への抗生物質の薬理メカニズムの解明と新規治療薬の開発
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26860025
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| Research Institution | Sophia University |
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Principal Investigator |
近藤 次郎 上智大学, 理工学部, 准教授 (10546576)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | ナンセンス変異型遺伝性疾患 / 抗生物質 / リボソーム / Ｘ線結晶解析 / ドラッグデザイン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、細菌感染症に処方されるアミノグリコシドの人体への副作用を逆手にとって、ナンセンス変異型遺伝性疾患治療薬として利用するための構造基盤を得ること、そして薬理活性が高く副作用の低い新規薬剤を設計・開発することを目的とする。
アミノグリコシドは細菌リボソームの活性部位に存在するRNA分子スイッチをON状態に固定させ、コドンの読み取りにエラーを生じさせることで高い殺菌効果を示す。一方、この薬剤がヒトの分子スイッチに間違って作用してしまうと副作用を引き起こす。しかし、これを逆手にとって意図的にコドンの読み取りにエラーを生じさせ、ナンセンス変異によって生じた中途終止コドンをリードスルーさせることができれば遺伝性疾患の治療が可能になる。
我々は前年度に、フッ素修飾を施した新規アミノグリコシドが極めて高い殺菌作用を示しつつ人体への副作用が低いことを見出し、その構造基盤をX線結晶解析で明らかにした（原著論文２報）。そこで本年度は、フッ素の導入位置を変えた３種類のフッ素化アミノグリコシドを化学合成し、これが細菌（野生型１種類・薬剤耐性型２種類）・原虫・ヒトの合計５種類のRNA分子スイッチに対してどのように作用するのかを分子レベルで明らかにすることを目指した。その結果、２種類のフッ素化アミノグリコシドの細菌（野生型）分子スイッチへの結合様式の解明に成功した（原著論文を投稿準備中）。また、もう１種類のフッ素化アミノグリコシドについても、上述の５種類のRNA分子スイッチとの複合体の結晶化に成功しており、現在はX線回折実験と構造解析を進めている。今後、特にフッ素化アミノグリコシドとヒトのRNA分子スイッチの結合様式が解明できれば、リードスルーを引き起こす遺伝性疾患治療薬の設計・開発に結び付くと期待できる。
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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
前年度は、殺菌作用が高く人体への副作用が低い新規フッ素化アミノグリコシドの薬理メカニズムの構造基盤をX線結晶解析で明らかにした（原著論文２報）。そこで平成27年度は、前年度に得られた立体構造情報に基づいて設計・化学合成した新規アミノグリコシドと、種々のRNA分子スイッチの複合体の結晶化・X線回折実験・構造解析を計画した。
化学合成した３種類のフッ素化アミノグリコシドのうち、２種類については細菌（野生型）の分子スイッチとの複合体の結晶化に成功し、Photon FactoryでX線回折データを測定し、構造解析にも成功した。この成果については国内のシンポジウムでポスター発表２件として報告した。また、この実験で用いた結晶化プロトコルについては分担執筆著書１件で公開し、新規アミノグリコシドの設計戦略の基盤技術については国内のシンポジウムでポスター発表２件として報告した。さらに、この成果を含めた研究紹介記事を２件執筆した。
もう１種類のフッ素化アミノグリコシドについては、細菌（野生型１種類・薬剤耐性型２種類）・原虫・ヒトの合計５種類の分子スイッチとの複合体の結晶化に成功しており、現在はX線回折実験と構造解析を進めている。これについては今年度中に構造解析が完了する見込みであり、順次、国際学術誌論文や国際・国内学会で報告していく予定である。
以上を総合すると、本研究はおおむね順調に進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成28年度は、現在進めている１種類のフッ素化アミノグリコシドと５種類のRNA分子スイッチとの複合体の構造解析を進める。すでに５種類すべての組み合わせの複合体について結晶化に成功しており、そのうち３種類についてはX線回折データも得られており、今年度前半には構造解析が完了できる見込みである。
また、前年度に化学合成が完了した５種類の新規アミノグリコシド（パロモマイシン誘導体）についても、ヒトおよび原虫のRNA分子スイッチとの複合体の結晶化・構造解析を進める予定である。現在のところ、原虫の分子スイッチと２種類のアミノグリコシドの複合体については微小ではあるものの良質な単結晶を得ることに成功しており、今年度前半にX線回折実験を計画している。
以上の計画を順調に遂行できれば、リードスルー活性が高く副作用の低い薬剤の設計・開発という本研究課題の最終目標を達成できる。さらには、本研究課題の副産物として、新規の抗菌薬・抗原虫薬も開発できる。
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| Causes of Carryover |
平成27年度は、研究費を主に化学合成RNAと結晶化用試薬・器具の購入、およびX線回折実験を行うための放射光施設（高エネルギー加速器研究機構Photon Factory）への出張旅費に充てた。しかし、想定していた以上に順調に結晶化実験に成功したため、化学合成RNA（１サンプル約100,000円）の購入を必要十分な量に抑えることとし、次年度使用額として183,518円が生じた。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
平成28年度は、すでに化学合成が完了している５種類の新規アミノグリコシド（パロモマイシン誘導体）について、ヒトおよび原虫のリボソームRNA分子スイッチとの共結晶化を行う。そのためには大規模な結晶化条件のスクリーニングおよび最適化実験が必要になるため、次年度使用額として生じた183,518円は主に化学合成RNA（RNA分子スイッチのモデル分子）の購入に充てる予定である。
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