ミトコンドリア病根治薬を目指した塩基配列選択的ＤＮＡ結合能をもつ化合物の開発

• 研究課題/領域番号: 18J21755
• 研究種目: 特別研究員奨励費
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 国内
• 研究分野: ケミカルバイオロジー
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 日高 拓也 京都大学, 理学研究科, 特別研究員(DC1)
• 研究期間 (年度): 2018-04-25 – 2021-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2020年度)
• 配分額: 2,800千円 (直接経費: 2,800千円); 2020年度: 900千円 (直接経費: 900千円); 2019年度: 900千円 (直接経費: 900千円); 2018年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
• キーワード: ピロールイミダゾールポリアミド / ミトコンドリア病 / ミトコンドリアDNA / DNA複製阻害 / DNA変異 / DNAアルキル化剤

研究実績の概要

本研究では、ミトコンドリア病治療薬としての応用を見据えた変異ミトコンドリアDNA選択的な複製阻害を目指している。これを達成するため、塩基配列選択的DNA結合能を有するピロールイミダゾールポリアミド(PIP)にミトコンドリア透過ペプチドを導入したmtPIPに、DNAアルキル化剤であるクロランブシル (Chb)を導入した化合物”mtPIP-Chb”を開発した。
HeLa S3細胞に含まれる点変異を標的とし、キャピラリー電気泳動を用いたin vitroアルキル化評価を行った。クロランブシルが標的アデニンに接近するよう設計したところ、変異アデニンが選択的にアルキル化された。またHeLa S3細胞を20日間処理し正常型に対する変異型ミトコンドリアDNAの相対量を算出したところ、未処理サンプルに対して250 nMで約40%の減少が見られた。以上の結果は国際学術誌に投稿し、リビジョン中である。
ミトコンドリア病治療には核DNAも重要な標的である。そこでPIPの細胞取込を促進するトリアルギニンベクターを同定した。SOX2阻害PIP（SOX2i）にこのベクターを導入したSOX2i-R3を合成し、フローサイトメトリーによりHeLa細胞への取り込み効率を評価したところ、SOX2i-R3はSOX2iよりも効率よく取り込まれ、さらに蛍光観察では核への顕著な蓄積が認められた。またiPS細胞にてSOX2のRNA発現を評価したところ、SOX2iは2 uMで約60%抑制した一方、SOX2i-R3では100 nMで同等の転写抑制が見られ、1 uM以上では発現がほぼ完全に阻害された。これはトリアルギニンベクターの導入がPIPの機能強化にとても有効であることを示唆している。以上の結果は英国の学術誌であるChemical Communicationに掲載された。

現在までの達成度 (段落)

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [国際共同研究] ラトガース大学(米国)
• [国際共同研究] AO research institute(スイス)
• [国際共同研究] AO research institute(スイス)
• [国際共同研究] ラトガース大学(米国)
• [国際共同研究] ラトガース大学(米国)
• [雑誌論文] Sequence-Specific Control of Mitochondrial Gene Transcription using Programmable Synthetic Gene Switches called MITO-PIPs (2021)
  • 著者名/発表者名: Hidaka Takuya、Sugiyama Hiroshi、Pandian Ganesh N.
  • 雑誌名: Methods Mol. Biol. 巻: -
• [雑誌論文] Enhanced nuclear accumulation of pyrrole imidazole polyamides by incorporation of the tri-arginine vector (2020)
  • 著者名/発表者名: Hidaka Takuya、Tsubono Yutaro、Hashiya Kaori、Bando Toshikazu、Pandian Ganesh N.、Sugiyama Hiroshi
  • 雑誌名: Chemical Communications 巻: 56 号: 82 ページ: 12371-12374
  • DOI: 10.1039/d0cc05158f
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] A Near-Infrared Fluorogenic Pyrrole Imidazole Polyamide Probe for Live-Cell Imaging of Telomeres (2020)
  • 著者名/発表者名: Tsubono Yutaro、Kawamoto Yusuke、Hidaka Takuya、Pandian Ganesh N.、Hashiya Kaori、Bando Toshikazu、Sugiyama Hiroshi
  • 雑誌名: Journal of the American Chemical Society 巻: 142 号: 41 ページ: 17356-17363
  • DOI: 10.1021/jacs.0c04955
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Chemical Approaches to the Development of Artificial Transcription Factors Based on Pyrrole‐Imidazole Polyamides (2020)
  • 著者名/発表者名: Hidaka Takuya、Sugiyama Hiroshi
  • 雑誌名: The Chemical Record 巻: - 号: 6 ページ: 1374-1384
  • DOI: 10.1002/tcr.202000158
  • 査読あり
• [雑誌論文] Targeted suppression of metastasis regulatory transcription factor SOX2 in various cancer cell lines using a sequence-specific designer pyrrole-imidazole polyamide (2019)
  • 著者名/発表者名: Madhu Malinee, Alok Kumar, Takuya Hidaka, Masanobu Horie, Kouichi Hasegawa, Ganesh N Pandian, Hiroshi Sugiyama
  • 雑誌名: Bioorganic & Medicinal Chemistry 巻: 28 号: 3 ページ: 115248-115248
  • DOI: 10.1016/j.bmc.2019.115248
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Therapeutic gene regulation using pyrrole?imidazole polyamides (2019)
  • 著者名/発表者名: Yu Zutao、Pandian Ganesh N.、Hidaka Takuya、Sugiyama Hiroshi
  • 雑誌名: Advanced Drug Delivery Reviews 巻: 印刷中 ページ: 66-85
  • DOI: 10.1016/j.addr.2019.02.001
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Biomimetic Artificial Epigenetic Code for Targeted Acetylation of Histones (2018)
  • 著者名/発表者名: Taniguchi, J.; Feng, Y.; Pandian, G.; Hashiya, F.; Hidaka, T.; Hashiya, K.; Park, S.; Bando, T.; Ito, S.; Sugiyama, H.
  • 雑誌名: Journal of American chemical society 巻: 140 号: 23 ページ: 7108-7108
  • DOI: 10.1021/jacs.8b01518
  • NAID: 120006715542
  • 査読あり
• [学会発表] 塩基配列選択的DNA結合性化合物を用いたミトコンドリアDNAの転写・複製制御 (2021)
  • 著者名/発表者名: 日高拓也; Pandian Ganesh N.; 板東俊和; 杉山弘
  • 学会等名: 日本化学会第101春季年会
• [学会発表] ピロールイミダゾールポリアミドを用いた塩基配列選択的なミトコンドリアDNA制御 (2019)
  • 著者名/発表者名: 日高拓也、Ganesh N. Pandian、板東俊和、杉山弘
  • 学会等名: 第42回分子生物学会年会
• [学会発表] Sequence-Specific Control of Mitochondrial DNA by Pyrrole-Imidazole Polyamides (2019)
  • 著者名/発表者名: Hidaka, Takuya; Pandian Ganesh N.; Bando Toshikazu; Sugiyama Hiroshi
  • 学会等名: 10th World Congress on Targeting Mitochondria 2019
  • 国際学会
• [学会発表] Control of mitochondrial DNA by sequence-specific DNA-binding molecules (2019)
  • 著者名/発表者名: 日高拓也; Namasivayam Ganesh Pandian; 板東俊和; 杉山弘
  • 学会等名: 日本化学会第99春季年会
• [学会発表] Development of synthetic DNA-binding molecule for mitochondrial DNA sequence recognition (2018)
  • 著者名/発表者名: Takuya Hidaka; Namasivayam Ganesh Pandian; Toshikazu Bando; Hiroshi Sugiyama
  • 学会等名: The 1st International Mitochondria Meeting for Young Scientists
  • 国際学会
• [学会発表] Synthetic Ligand for Mitochondrial DNA Sequence Recognition and Promoter-Specific Transcription Suppression (2018)
  • 著者名/発表者名: Takuya Hidaka; Namasivayam Ganesh Pandian; Toshikazu Bando; Hiroshi Sugiyama
  • 学会等名: XXIII International roundtable on nucleosides, nucleotides and nucleic acids
  • 国際学会
• [備考] Takuya Hidaka website
  • URL: http://medachem.main.jp/main/
• [備考] Chemical Biology Sugiyama Lab
  • URL: http://kuchem.kyoto-u.ac.jp/chembio/
• [備考] Takuya Hidaka Website
  • URL: http://medachem.main.jp/main/