mRNAの高次構造形成誘導を利用した核酸医薬の開発

• 研究課題/領域番号: 21J11197
• 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
• 審査区分: 小区分37010:生体関連化学
• 研究機関: 熊本大学
• 研究代表者: 嘉村 匠人 熊本大学, 自然科学教育部, 特別研究員(DC2)
• 研究期間 (年度): 2021-04-28 – 2023-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2022年度)
• 配分額: 1,500千円 (直接経費: 1,500千円); 2022年度: 700千円 (直接経費: 700千円); 2021年度: 800千円 (直接経費: 800千円)
• キーワード: Staple核酸 / RNA高次構造 / 遺伝子発現抑制 / 人工核酸 / 核酸医薬 / RNA G-quadruplex

研究開始時の研究の概要

アンチセンス法やRNAiを利用した核酸医薬では投与する核酸の生体内安定性向上などを目的として人工核酸を利用する必要があるが、その場合RNase H認識やRISC複合体形成効率が低下し、結果として遺伝子発現抑制効果が低下する可能性がある。本研究では、採用者らが開発した「酵素反応を利用しないことから人工核酸を自由に選択可能な新規遺伝子発現制御技術（Staple核酸技術）」を臨床応用に資する技術へと発展させ、アンチセンス核酸医薬やsiRNA医薬に並ぶ新しい遺伝子発現抑制型核酸医薬の確立を目指す。

研究実績の概要

RNAiなどを利用した核酸医薬は、投与する核酸の生体内安定性の向上などのために人工核酸を利用する必要がある。しかし、人工核酸を利用する場合RISC複合体形成などに対する配慮が必要なため、その使用は制限される。このような背景から、申請者らは「酵素反応を必要としないため人工核酸を自由に利用可能な遺伝子発現制御技術（Staple核酸技術）」を開発した。本技術はStaple核酸と名付けた短い核酸を用いて標的mRNA上にRNA高次構造を構築し、本構造を利用して遺伝子発現を抑制する。本研究では、疾患モデルマウス（心肥大モデルマウス）を用いたフェノタイプ解析やマイクロアレイ解析、プロテオーム解析などを行い、Staple核酸の医薬品としての可能性を評価する。
令和3年度において、Staple RNAを発現するアデノ随伴ウイルスを心肥大モデルマウスに投与し、心肥大関連遺伝子の発現を抑制することで心機能の低下および心臓線維化の進行を抑制することに成功した。そこで、令和4年度はマイクロアレイ解析およびRT-qPCRを行い、心肥大マーカーおよび線維化関連遺伝子のmRNA発現量を定量した。その結果、Staple RNA発現下において各mRNA発現量は減少しており、分子レベルで心肥大の進行を抑制できていることが示された。さらに、Staple RNAの非特異的結合に起因する狭義のオフターゲット効果を評価するためにプロテオーム解析を行った結果、顕著なオフターゲット効果は確認されなかった。また、予備検討においてin vivo用トランスフェクション試薬により人工核酸を利用して設計したStaple核酸（人工核酸Staple）を心肥大モデルマウスに投与し、心機能の低下および心臓線維化の進行を抑制することに成功した。
以上の結果より、Staple核酸の医薬品としての可能性が示された。

現在までの達成度 (段落)

令和4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4年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] RNA Aptamer-based Approach to Inhibiting Split-GPT Reconstruction and the Loss of Inhibitory Activity Using Complementary RNA (2023)
  • 著者名/発表者名: T. Kamura, Y. Katsuda, Y. Fuchigami, Y. Itsuki, Y. Kitamura, T. Sakurai, T. Ozawa, T. Ihara
  • 雑誌名: Bull. Chem. Soc. J. 巻: 96 号: 3 ページ: 241-246
  • DOI: 10.1246/bcsj.20220331
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Small molecule-based detection of non-canonical RNA G-quadruplex structures that modulate protein translation (2022)
  • 著者名/発表者名: Yousuke Katsuda, Shin-ichi Sato, Maimi Inoue, Hisashi Tsugawa, Takuto Kamura, Tomoki Kida, Rio Matsumoto, Sefan Asamitsu, Norifumi Shioda, Shuhei Shiroto, Yoshiki Oosawatsu, Kenji Yatsuzuka, Yusuke Kitamura, Masaki Hagihara, Toshihiro Ihara and Motonari Uesugi
  • 雑誌名: Nucleic Acids Research 巻: 50 号: 14 ページ: 8143-8153
  • DOI: 10.1093/nar/gkac580
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] A nucleic acid medicine that suppresses target gene expression based on RNA structure hacking (2023)
  • 著者名/発表者名: Takuto Kamura, Yousuke Katsuda, Taishi Nakamura, Kenichi Tsujita, Yusuke Kitamura, Masaki Hagihara, Shin-ichi Sato, Toshihiro Ihara
  • 学会等名: 日本化学会第103春季年会
• [学会発表] 次世代型核酸医薬を志向したRNA hacking技術によるin vivo遺伝子発現抑制 -心肥大モデルマウスを利用したフェノタイプ解析- (2022)
  • 著者名/発表者名: 嘉村匠人、勝田陽介、中村太志、辻田賢一、北村裕介、萩原正規、佐藤慎一、井原敏博
  • 学会等名: 第16回バイオ関連シンポジウム
• [学会発表] RNA特殊構造構築技術を基盤とした肺動脈性肺高血圧症治療薬の開発 (2022)
  • 著者名/発表者名: 嘉村匠人、勝田陽介、北村裕介、萩原正規、佐藤慎一、井原敏博
  • 学会等名: 日本核酸医薬学会第7回年会
• [学会発表] A therapeutic strategy for pulmonary arterial hypertension based on the construction of RNA G-quadruplex structure (2022)
  • 著者名/発表者名: Takuto Kamura, Yousuke Katsuda, Tomoki Kida, Taishi Nakamura, Kenichi Tsujita, Yusuke Kitamura, Masaki Hagihara, Shin-ichi Sato, Toshihiro Ihara
  • 学会等名: 第23回日本RNA学会年会
• [学会発表] Staple核酸技術を基盤とした肺動脈性肺高血圧症治療薬の開発 (2022)
  • 著者名/発表者名: 嘉村匠人、勝田陽介、北村裕介、萩原正規、佐藤慎一、井原敏博
  • 学会等名: 日本化学会生体機能関連化学部会若手の会第33回サマースクール
• [学会発表] Staple oligomer hijacks protein translation machinery based on the conformational changes of mRNA structure (2022)
  • 著者名/発表者名: Takuto Kamura、Yousuke Katsuda、Taishi Nakamura、Kenichi Tsujita、Yusuke Kitamura、Masaki Hagihara、Shin-ichi Sato、Toshihiro Ihara
  • 学会等名: 日本化学会第102春季年会
• [学会発表] Development of a nucleic acid medicine based on the formation of RNA G-quadruplex structure (2021)
  • 著者名/発表者名: Takuto Kamura、Yousuke Katsuda、Taishi Nakamura、Kenichi Tsujita、Yusuke Kitamura、Masaki Hagihara、Shin-ichi Sato、Toshihiro Ihara
  • 学会等名: 日本核酸医薬会学会第６回年会
• [学会発表] RNA高次構造の形成誘導に基づく新規遺伝子発現制御法の開発 (2021)
  • 著者名/発表者名: 嘉村匠人、勝田陽介、中村太志、辻田賢一、北村 裕介、萩原 正規、佐藤 慎一、井原 敏博
  • 学会等名: 生体機能関連化学部会 若手の会 第32回サマースクール
• [学会発表] RNA高次構造の形成誘導を利用した細胞内短鎖ncRNA検出法の開発 (2021)
  • 著者名/発表者名: 嘉村匠人
  • 学会等名: 第34回若手研究講演会および第39回夏季セミナー
  • 招待講演
• [学会発表] Development of a method for gene suppression based on RNA G-quadruplex structure formation (2021)
  • 著者名/発表者名: Takuto Kamura、Yousuke Katsuda、Taishi Nakamura、Kenichi Tsujita、Yusuke Kitamura、Masaki Hagihara、Shin-ichi Sato、Toshihiro Ihara
  • 学会等名: 2021 International Chemical Congress of Pacific Basin Societies
  • 国際学会
• [産業財産権] 新規Staple核酸 (2022)
  • 発明者名: 勝田陽介、井原敏博、北村裕介、嘉村匠人、下竹克典、五木結愛
  • 権利者名: 勝田陽介、井原敏博、北村裕介、嘉村匠人、下竹克典、五木結愛
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2022-081914
  • 出願年月日: 2022