分子内/分子間Gカルテット構造形成による免疫活性化CpG ODNの機能制御

• 研究課題/領域番号: 18K04858
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分27040:バイオ機能応用およびバイオプロセス工学関連
• 研究機関: 国立研究開発法人物質・材料研究機構
• 研究代表者: 山崎 智彦 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 機能性材料研究拠点, 主幹研究員 (50419264)
• 研究分担者: 池袋 一典 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 卓越教授 (70251494)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2022-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2021年度)
• 配分額: 4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円); 2020年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2019年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円); 2018年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
• キーワード: トール様受容体9 / CpGオリゴデオキシヌクレオチド / グアニン四重鎖構造 / アジュバント / I型インターロイキン / オリゴ / 免疫細胞 / 抗体産出 / CpG ODN / Gカルテット構造 / 免疫活性化 / I型インターフェロン / インターロイキン / ワクチン / アジュバンド / NFカッパ B

研究成果の概要

免疫細胞を活性化することができる核酸分子であるCpGオリゴデオキシヌクレオチドについて、核酸分子が形成する立体構造を改変することで、免疫活性化機能を改変することを達成した。申請者は細胞核内に存在するテロメアで形成する核酸の立体構造であるグアニン四重鎖構造に着目し、グアニン四重鎖構造配列にCpGオリゴデオキシヌクレオチド配列を導入することで、CpGオリゴデオキシヌクレオチドの安定性と細胞への取込を改善し、従来の分子よりも高い免疫活性化能持たせることを達成した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究では、ワクチンに添加されている免疫賦活化剤（アジュバント）として利用することができる分子の開発を進めた。アジュバントはワクチンの効果を高める機能を持つ。CpGオリゴデオキシヌクレオチドは現在までにアジュバントとして使用されている水酸化アルミニウムと比較して、安全性が高く副作用が低いと考えられているが、安定性と機能が劣っていた。本研究では、核酸の立体構造を制御することにより天然核酸由来のCpGオリゴデオキシヌクレオチドの安定性と機能を向上させることを達成しており、成果は安全かつ効果の高いワクチンアジュバントの実用化に寄与する。

研究成果

• [国際共同研究] Lund大学(スウェーデン)
• [国際共同研究] The University of North Carolina/North Carolina State University(米国)
• [国際共同研究] Vietnam National University(ベトナム)
• [国際共同研究] Institut Teknologi Bandung (ITB)(インドネシア)
• [国際共同研究] Lund大学(スウェーデン)
• [国際共同研究] The University of North Carolina/North Carolina State University(米国)
• [国際共同研究] Lund大学(スウェーデン)
• [国際共同研究] The University of North Carolina/North Carolina State University(米国)
• [国際共同研究] The University of North carolina(米国)
• [国際共同研究] Universitas Indonesia(インドネシア)
• [雑誌論文] G-quadruplex-based CpG oligodeoxynucleotide/DOTAP complex strongly stimulates immunity in CpG motif-specific and loop-length-dependent manners (2022)
  • 著者名/発表者名: Tu Anh Thi Tram、Hoshi Kazuaki、Shobo Miwako、Yamazaki Tomohiko
  • 雑誌名: Nanomedicine: Nanotechnology, Biology and Medicine 巻: 40 ページ: 102508-102508
  • DOI: 10.1016/j.nano.2021.102508
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] グアニン四重鎖構造形成オリゴ核酸の構造評価と核酸医薬品への応用 (2021)
  • 著者名/発表者名: Yamazaki Tomohiko、TU Anh Ti Tram
  • 雑誌名: Ｄｒｕｇ Ｄｅｌｉｖｅｒｙ Ｓｙｓｔｅｍ 巻: 36 号: 5 ページ: 360-368
  • DOI: 10.2745/dds.36.360
  • NAID: 130008163742
  • ISSN: 0913-5006, 1881-2732
  • 年月日: 2021-11-25
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Enhancement of the Immunostimulatory Effect of Phosphodiester CpG Oligodeoxynucleotides by an Antiparal-lel Guanine-Quadruplex Structural Scaffold. (2021)
  • 著者名/発表者名: Safitri, F., Tu, A., Hoshi, K., Shobo, M., Zhao, D., Witarto, A., Sumarsono, S., Giri-Rachman, E., Tsukakoshi, K., Ikebukuro, K., and Yamazaki, T.
  • 雑誌名: Sensors (Basel) 巻: 11(11) 号: 11 ページ: 1617-1617
  • DOI: 10.3390/biom11111617
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Monomeric G-Quadruplex-Based CpG Oligodeoxynucleotides as Potent Toll-Like Receptor 9 Agonists (2020)
  • 著者名/発表者名: Tu Anh Thi Tram、Hoshi Kazuaki、Ikebukuro Kazunori、Hanagata Nobutaka、Yamazaki Tomohiko
  • 雑誌名: Biomacromolecules 巻: 21 号: 9 ページ: 3644-3657
  • DOI: 10.1021/acs.biomac.0c00679
  • 査読あり
• [雑誌論文] G-Quadruplex Structure Improves the Immunostimulatory Effects of CpG Oligonucleotides (2019)
  • 著者名/発表者名: Hoshi, Kazuaki; Yamazaki, Tomohiko; Sugiyama, Yuuki; Tsukakoshi, Kaori; Tsugawa, Wakako; Sode, Koji; Ikebukuro, Kazunori
  • 雑誌名: Nucleic acid therapeutics 巻: 29 (4) 号: 4 ページ: 224-229
  • DOI: 10.1089/nat.2018.0761
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Preparation, characterization, and evaluation of chitosan-based nanoparticles as CpG ODN carriers (2019)
  • 著者名/発表者名: Iswanti Febriana Catur、Nurulita Indah、Djauzi Samsuridjal、Sadikin Mohamad、Witarto Arief Budi、Yamazaki Tomohiko
  • 雑誌名: Biotechnology & Biotechnological Equipment 巻: － 号: 1 ページ: 1-7
  • DOI: 10.1080/13102818.2019.1578690
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] ε-Poly-L-Lysine / Guanine-Quadruplexes CpG Oligodeoxynucleotide Complexes for Vaccine Adjuvant Applications (2022)
  • 著者名/発表者名: ZHAO Dandan, TU Thi Tram Anh, YOSHIKAWA, Chiaki, YAMAZAKI, Tomohiko.
  • 学会等名: つくば医工連携フォーラム2022, つくばバイオマテリアル医工学研究会
• [学会発表] グアニン四重鎖構造を用いたDNAアジュバントの開発 (2021)
  • 著者名/発表者名: 山崎 智彦, TU Thi Tram Anh, 星 和明, Safitri Fika Ayu, 塚越かおり, 池袋一典
  • 学会等名: 日本核酸医薬学会第6回年会
• [学会発表] Development of functional oligonucleotides forming G-quadruplex structure by using topological structure evaluation based on CD spectrum analysis combined with principal component analysis (2021)
  • 著者名/発表者名: 塚越かおり, 鈴木仁子, 大山泰史, 佐藤星, TU Thi Tram Anh, 堀口靖夫, 永森浩司, 山崎 智彦, 池袋一典.
  • 学会等名: 日本核酸医薬学会第6回年会
• [学会発表] Enhanced Immunostimulatory Activity of CpG Oligodeoxynucleotides by Forming Monomeric Guanine-Quadruplex Structure (2020)
  • 著者名/発表者名: Anh Thi Tram TU, Kazuaki Hoshi, Kazunori Ikebukuro, Nobutaka Hanagata, Tomohiko Yamazaki
  • 学会等名: 16th Annual Meeting of the Oligonucleotide Therapeutics Society
  • 国際学会
• [学会発表] Forming Monomeric Guanine-Quadruplex Structure for enhancing CpG oligodeoxynucleotides-mediated immunostimulatory properties. (2020)
  • 著者名/発表者名: ツ チ トラム アン,星 和明, 池袋 一典, 山崎 智彦
  • 学会等名: 第15回ナノ・バイオメディカル学会年会
• [学会発表] Tuning of the immunostimulatory effect of G-quadruplex based CpG Oligodeoxynucleotides (2020)
  • 著者名/発表者名: Anh Thi Tram TU, Kazuaki Hoshi, Kazunori Ikebukuro, Tomohiko Yamazaki
  • 学会等名: MANA International Symposium 2020 jointly with ICYS
• [学会発表] Improvement of the immunostimulatory effects of CpG ODNs by forming G-quadruplex structure (2019)
  • 著者名/発表者名: Kazuaki Hoshi, Anh Thi Tram TU, Kaori Tsukakoshi, Wakako Tsugawa, Koji Sode, Kazunori Ikebukuro, Tomohiko Yamazaki
  • 学会等名: 46th International Symposium on Nucleic Acids Chemistry
• [学会発表] Immunostimulatory properties of CpG ODNs forming G-quadruplex structure (2019)
  • 著者名/発表者名: Anh Thi Tram TU, Kazuaki Hoshi, Kazunori Ikebukuro, Tomohiko Yamazaki
  • 学会等名: 46th International Symposium on Nucleic Acids Chemistry
• [学会発表] Gカルテット構造によるCpG ODNの免疫活性化能の向上 (2019)
  • 著者名/発表者名: 山崎 智彦、星 和明、ツ チ トラム アン、塚越かおり、津川若子、早出広司、池袋一典
  • 学会等名: 第71回日本生物工学会大会
• [学会発表] Development of novel immunostimulators, as potent vaccine adjuvants (2019)
  • 著者名/発表者名: Tomohiko YAMAZAKI
  • 学会等名: CSIRO-NIMS SYMPOSIUM
  • 国際学会 / 招待講演
• [備考] 物質・材料研究機構 研究者紹介
  • URL: https://samurai.nims.go.jp/profiles/yamazaki_tomohiko
• [備考] 北海道大学フロンティア生命材料科学研究室 研究室ホームページ
  • URL: https://life.sci.hokudai.ac.jp/tl/lab/frontier-biomaterials-science
• [備考] 物質・材料研究機構 研究者紹介
  • URL: http://samurai.nims.go.jp/YAMAZAKI_Tomohiko-j.html
• [備考] 研究者総覧「SAMURAI」
  • URL: https://samurai.nims.go.jp/profiles/YAMAZAKI_Tomohiko?locale=ja
• [備考] 物質・材料研究機構 ナノメディシングループ ホームページ
  • URL: https://www.nims.go.jp/group/nanomedicine/
• [備考] 北大生命科学院 フロンティア生命材料科学研究室
  • URL: https://life.sci.hokudai.ac.jp/tl/lab/frontier-biomaterials-science
• [産業財産権] 免疫刺激オリゴヌクレオチド (2020)
  • 発明者名: 山崎智彦
  • 権利者名: 物質・材料研究機構
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2020-143071
  • 出願年月日: 2020