「ヘアピンペプチド提示法」によるアデノ随伴ウイルスの改変と感染トロピズムの拡張

• 研究課題/領域番号: 18K19298
• 研究種目: 挑戦的研究(萌芽)
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 中区分43:分子レベルから細胞レベルの生物学およびその関連分野
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 高木 淳一 大阪大学, 蛋白質研究所, 教授 (90212000)
• 研究期間 (年度): 2018-06-29 – 2020-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2019年度)
• 配分額: 6,240千円 (直接経費: 4,800千円、間接経費: 1,440千円); 2019年度: 3,120千円 (直接経費: 2,400千円、間接経費: 720千円); 2018年度: 3,120千円 (直接経費: 2,400千円、間接経費: 720千円)
• キーワード: アデノ随伴ウイルス / 環状ペプチド / ターゲッティング / 遺伝子治療 / ペプチドタグ / 構造生物学 / 遺伝子導入

研究成果の概要

本研究では、遺伝子治療のベクターとして期待されるアデノ随伴ウイルス（AAV）のキャプシド蛋白質にヘアピンペプチドを埋め込むことにより、AAVの遺伝子導入効率増大とトロピズムの拡張を目指した。まずAAV2キャプシド上でペプチド挿入を許容する部位を2カ所同定し、これらに特定の受容体に対する親和性を有する環状ペプチドの内部配列を埋め込んだ変異型ウイルスを作成した。さらにこの受容体を安定発現する細胞を用い、デザインした変異型AAV2が通常の細胞への感染能を失うと同時に、ペプチドと同じ受容体指向性を獲得することを示した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

遺伝子治療は、先天性遺伝子疾患をゲノムレベルで「治療」してしまう夢の技術であるが、様々な課題のためにまだ実現に至っていない。アデノ随伴ウイルス（AAV）は遺伝子治療における最も有望なベクターだが、そのトロピズム（細胞指向性）を随意にコントロールすることが出来ていない。本研究によって、AAVのキャプシドに標的結合能をもつヘアピンペプチドを提示させることによって、特定の受容体を発現する細胞だけに感染し遺伝子発現を誘導できることを示した。つまり、筋肉、肝臓、網膜、などの臓器だけに目的の遺伝子を届ける道が開けたと言える。

研究成果

• [雑誌論文] The constitutive high affinity Met binding site in the kringle domain is dispensable for the signaling activity of hepatocyte growth factor. (2020)
  • 著者名/発表者名: Umitsu M, Sakai K, Tamura-Kawakami K, Matsumoto K, Takagi J.
  • 雑誌名: JOURNAL OF BIOCHEMISTRY 巻: - 号: 6 ページ: 577-586
  • DOI: 10.1093/jb/mvaa006
  • NAID: 40022260383
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] ラミニン3量体の立体構造解析とインテグリンとの相互作用 (2019)
  • 著者名/発表者名: 瀧沢 士、有森貴夫、谿口征雅、高木淳一、関口清俊
  • 雑誌名: 生物物理 巻: 59(2) ページ: 91-93
  • NAID: 130007620402
  • 査読あり
• [雑誌論文] Advances in domain and subunit localization technology for electron microscopy. (2019)
  • 著者名/発表者名: Brown ZP, Takagi J
  • 雑誌名: Biophysical reviews 巻: 11(2) 号: 2 ページ: 149-155
  • DOI: 10.1007/s12551-019-00513-6
  • オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Structural basis of sarco/endoplasmic reticulum Ca2+-ATPase 2b regulation via transmembrane helix interplay (2019)
  • 著者名/発表者名: Michio Inoue, Nanami Sakuta, Satoshi Watanabe, Yuxia Zhang, Kunihito Yoshikaie, Yoshiki Tanaka, Ryo Ushioda, Yukinari Kato, Junichi Takagi, Tomoya Tsukazaki, Kazuhiro Nagata, Kenji Inaba
  • 雑誌名: Cell Reports 巻: 27 号: 4 ページ: 1221-1230
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2019.03.106
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Structural basis for oligomerization of the prokaryotic peptide transporter PepTSo2 (2019)
  • 著者名/発表者名: Nagamura Reina、Fukuda Masahiro、Kawamoto Akihiro、Matoba Kyoko、Dohmae Naoshi、Ishitani Ryuichiro、Takagi Junichi、Nureki Osamu
  • 雑誌名: Acta Crystallographica Section F Structural Biology Communications 巻: 75 号: 5 ページ: 348-358
  • DOI: 10.1107/s2053230x19003546
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Crystal structure of a mammalian Wnt-frizzled complex. (2019)
  • 著者名/発表者名: Hirai H, Matoba K, Mihara E, Arimori T, Takagi J
  • 雑誌名: Nature structural & molecular biology 巻: 26(5) 号: 5 ページ: 372-379
  • DOI: 10.1038/s41594-019-0216-z
  • 査読あり
• [雑誌論文] Macrocyclic peptide-based inhibition and imaging of hepatocyte growth factor. (2019)
  • 著者名/発表者名: Sakai K, Passioura T, Sato H, Ito K, Furuhashi H, Umitsu M, Takagi J, Kato Y, Mukai H, Warashina S, Zouda M, Watanabe Y, Yano S, Shibata M, Suga H, Matsumoto K
  • 雑誌名: Nature Chemical Biology 巻: 15 号: 6 ページ: 598-606
  • DOI: 10.1038/s41589-019-0285-7
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Distinct Localization of Mature HGF from its Precursor Form in Developing and Repairing the Stomach. (2019)
  • 著者名/発表者名: Jangphattananont N, Sato H, Imamura R, Sakai K, Terakado Y, Murakami K, Barker N, Oshima H, Oshima M, Takagi J, Kato Y, Yano S, Matsumoto K
  • 雑誌名: International Journal of Molecular Sciences 巻: 12 号: 12 ページ: 2955-2955
  • DOI: 10.3390/ijms20122955
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Impaired ligand-dependent MET activation caused by an extracellular SEMA domain missense mutation in lung cancer. (2019)
  • 著者名/発表者名: Miao W, Sakai K, Sato H, Imamura R, Jangphattananont N, Takagi J, Nishita M, Minami Y, Matsumoto K
  • 雑誌名: Cancer Science 巻: 110 号: 10 ページ: 3340-3349
  • DOI: 10.1111/cas.14142
  • NAID: 120006733132
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Cellular signaling and gene expression profiles evoked by a bivalent macrocyclic peptide that serves as an artificial MET receptor agonist (2018)
  • 著者名/発表者名: Miao Wenyu、Sakai Katsuya、Ozawa Naoya、Nishiuchi Takumi、Suzuki Yoshinori、Ito Kenichiro、Morioka Tomomi、Umitsu Masataka、Takagi Junichi、Suga Hiroaki、Matsumoto Kunio
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 8 号: 1 ページ: 16492-16492
  • DOI: 10.1038/s41598-018-34835-4
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Off-axis rotor in Enterococcus hirae V-ATPase visualized by Zernike phase plate single-particle cryo-electron microscopy (2018)
  • 著者名/発表者名: Tsunoda Jun、Song Chihong、Imai Fabiana Lica、Takagi Junichi、Ueno Hiroshi、Murata Takeshi、Iino Ryota、Murata Kazuyoshi
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 8 号: 1 ページ: 15632-15632
  • DOI: 10.1038/s41598-018-33977-9
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Structure and mechanism of cancer-associated N-acetylglucosaminyltransferase-V (2018)
  • 著者名/発表者名: Nagae Masamichi、Kizuka Yasuhiko、Mihara Emiko、Kitago Yu、Hanashima Shinya、Ito Yukishige、Takagi Junichi、Taniguchi Naoyuki、Yamaguchi Yoshiki
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 9 号: 1 ページ: 3380-3380
  • DOI: 10.1038/s41467-018-05931-w
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Semaphorin 6D reverse signaling controls macrophage lipid metabolism and anti-inflammatory polarization (2018)
  • 著者名/発表者名: Kang Sujin、Nakanishi Yoshimitsu、Kioi Yoshiyuki、Okuzaki Daisuke、Kimura Tetsuya、Takamatsu Hyota、Koyama Shohei、Nojima Satoshi、Nishide Masayuki、Hayama Yoshitomo、Kinehara Yuhei、Kato Yasuhiro、Nakatani Takeshi、Shimogori Tomomi、Takagi Junichi、Toyofuku Toshihiko、Kumanogoh Atsushi
  • 雑誌名: Nature Immunology 巻: 19 号: 6 ページ: 561-570
  • DOI: 10.1038/s41590-018-0108-0
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Facile Synthesis of Dimeric Thioether-Macrocyclic Peptides with Antibody-like Affinity against Plexin-B1 (2018)
  • 著者名/発表者名: Bashiruddin Nasir K.、Matsunaga Yukiko、Nagano Masanobu、Takagi Junichi、Suga Hiroaki
  • 雑誌名: Bioconjugate Chemistry 巻: 29 号: 6 ページ: 1847-1851
  • DOI: 10.1021/acs.bioconjchem.8b00219
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] A systematic survey of conformational states in β1 and β4 integrins using negative-stain electron microscopy (2018)
  • 著者名/発表者名: Miyazaki Naoyuki、Iwasaki Kenji、Takagi Junichi
  • 雑誌名: Journal of Cell Science 巻: 131 号: 10 ページ: 216754-216754
  • DOI: 10.1242/jcs.216754
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Yeast Inner-Subunit PA-NZ-1 Labeling Strategy for Accurate Subunit Identification in a Macromolecular Complex through Cryo-EM Analysis (2018)
  • 著者名/発表者名: Wang Huping、Han Wenyu、Takagi Junichi、Cong Yao
  • 雑誌名: Journal of Molecular Biology 巻: 430 号: 10 ページ: 1417-1425
  • DOI: 10.1016/j.jmb.2018.03.026
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] Structural Mechanism of Laminin Recognition by Integrins (2019)
  • 著者名/発表者名: 高木 淳一
  • 学会等名: Gordon Research Conference 2019 -Fibronectin, Integrins and Related Molecules-
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Crystal structure of human Wnt3 reveals its signaling mechanism on cell surface (2019)
  • 著者名/発表者名: 高木 淳一
  • 学会等名: Seminar at Universita Cattolica del Sacro Cuore
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] LassoGraft Technology による新規バイオ医薬品モダリティの創成 (2019)
  • 著者名/発表者名: 高木 淳一
  • 学会等名: 第５回蛋白質工学研究会ワークショップ『産業展開と構造生物学』
  • 招待講演
• [学会発表] Crystal structure of human Wnt3 in complex with mouse Frizzled 8 (2019)
  • 著者名/発表者名: 高木 淳一、平井秀憲、的場京子、有森貴夫、三原恵美子
  • 学会等名: 第19回日本蛋白質科学会年会 第71回日本細胞生物学会大会合同年次大会 Joint Symposium “New perspectives on Wnt signaling, unveiled by structural and cell biology”
  • 招待講演
• [学会発表] 抗MAPタグ抗体の結晶構造とMAPタグシステムの新たな応用法 (2019)
  • 著者名/発表者名: 有森貴夫，若狭彩美，金子美華，加藤幸成，高木淳一
  • 学会等名: 第19回日本蛋白質科学会年会 第71回日本細胞生物学会大会合同年次大会
• [学会発表] Screening of compounds modulating the expression profile of Alzheimer's rist factor, SORL1 (2019)
  • 著者名/発表者名: Yu Kitago, Lavoisier Ramos-Espiritu, Rui Wu, Rebecca Cox, J Fraser Glickman, Greg A Petsko, Junichi Takagi
  • 学会等名: 第19回日本蛋白質科学会年会 第71回日本細胞生物学会大会合同年次大会
• [学会発表] ダイナミックな運動性をもつマルチドメイン蛋白質HGFの高難度結晶化の試み (2019)
  • 著者名/発表者名: 中村希、岩佐奈実、川上紗代子、有森貴夫、酒井克也、松本邦夫、高木淳一
  • 学会等名: 第19回日本蛋白質科学会年会 第71回日本細胞生物学会大会合同年次大会
• [学会発表] Redesigning the small antibody fragment “Fv-clasp” by using heterodimeric SARAH domains (2019)
  • 著者名/発表者名: Mercy Egrina Adiniko, Takao Arimori, Junichi Takagi
  • 学会等名: 第19回日本蛋白質科学会年会 第71回日本細胞生物学会大会合同年次大会
• [学会発表] 理学研究者が行うタンパク質工学～アカデミアが目指すべき技術開発とは？ (2019)
  • 著者名/発表者名: 高木 淳一
  • 学会等名: 2019年度生物工学若手研究者の集い 夏のセミナー
  • 招待講演
• [学会発表] X線とクライオ電顕で迫るラミニン結合性インテグリンα6β1の構造 (2019)
  • 著者名/発表者名: 高木 淳一
  • 学会等名: 第二回構造生命科学研究会
  • 招待講演
• [学会発表] LassoGraft Technologyによる新規バイオ医薬品モダリティの創成 (2019)
  • 著者名/発表者名: 高木 淳一
  • 学会等名: 第92回日本生化学会大会シンポジウム「日本発新バイオ医薬品イノベーションを目指す最先端創薬」
  • 招待講演
• [学会発表] Use of small and stable antibody scaffold Fv-clasp to facilitate structural studies of drug-target molecules (2018)
  • 著者名/発表者名: Junichi Takagi
  • 学会等名: The 10th annual PEGS Europe “Protein&Antibody Engineering Summit”
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] プレキシン二量体化による忌避性シグナル伝達の構造的基盤 (2018)
  • 著者名/発表者名: 高木淳一
  • 学会等名: 第89回日本生化学会大会シンポジウム
  • 招待講演
• [学会発表] Plexin crosslinking by divalent artificial binders differentially controls its signaling state. (2018)
  • 著者名/発表者名: Junichi Takagi
  • 学会等名: The EMBO Workship “Molecular Neurobiology”
  • 国際学会 / 招待講演