mRNAの完全化学合成を指向した新規化学的キャップ化法とRNA鎖連結法の確立

• 研究課題/領域番号: 21J15693
• 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: 名古屋大学
• 研究代表者: 坂野 文香 (2021) 名古屋大学, 理学研究科, 特別研究員(DC2)
• 特別研究員: 坂野 文香 (2022) 名古屋大学, 理学研究科, 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: mRNA / mRNA医薬 / 完全化学合成 / 核酸医薬 / キャップ構造 / ライゲーション

研究開始時の研究の概要

翻訳可能なmRNAの完全化学合成を目指す。mRNAの完全化学合成法を達成するために、mRNAのキャップ構造を化学反応で直接導入する「化学的キャップ化法」、および修飾核酸の精密導入を実現するための「RNA鎖の連結技術」を確立する。
これまでに達成されていないmRNAの完全化学合成法が開発できれば、修飾核酸を適切な位置に導入したmRNAの精密合成が可能になり、近年注目を集めているmRNA医薬等への応用にきわめて大きな貢献ができると期待される。

研究実績の概要

これまでに翻訳可能なmRNAの完全化学合成は達成されていない。しかしながら、完全化学合成の方法論が開発できれば、修飾核酸を適切な位置に導入したmRNAの精密合成が可能になり、近年注目を集めているmRNA医薬等への応用にきわめて大きな貢献ができると期待される。
mRNAの化学合成法を達成するために、mRNAのキャップ構造を化学反応で直接導入する「化学的キャップ化法」の確立を目指した。これまでキャップ構造の導入では、酵素反応法が用いられてきた。これはRNA化学合成における最終ステップの塩基性脱保護条件でキャップ構造が分解してしまうためである。そこで、RNA鎖の化学合成後にキャップ構造をポスト導入するために、容易に調製できる5’モノリン酸RNAに対して、7-メチルグアノシンジリン酸活性化体（以下、キャップ化剤）を用いることを考案した。実際にキャップ化剤を合成し、適切な脱離基や金属塩などの条件検討を行うことで、高収率な新規キャップ化反応を確立した。
またキャップ化剤に、簡便な精製とキャップ化効率の定量化を目的とした精製タグ分子を修飾した。合成した精製タグ修飾キャップ化剤を用いて、5’モノリン酸化RNAとのキャップ化反応を行った。キャップ化反応では、反応温度、反応時間、活性化剤などの検討を行い、高効率な反応条件を決定した。また精製タグを利用して、逆相HPLCにて分取精製後、光照射することでキャップ化RNAを高純度で得ることに成功した。
本研究で確立された「化学的キャップ化法」を基盤として、「RNA鎖の連結技術」と組み合わせることで、mRNAの完全化学合成が可能になると期待される。

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] Cap analogs with a hydrophobic photocleavable tag enable facile purification of fully capped mRNA with various cap structures (2023)
  • 著者名/発表者名: Masahito Inagaki, Naoko Abe, Zhenmin Li, Yuko Nakashima, Susit Acharyya, Kazuya Ogawa, Daisuke Kawaguchi, Haruka Hiraoka, Ayaka Banno, Zheyu Meng, Mizuki Tada, Tatsuma Ishida, Pingxue Lyu, Kengo Kokubo, Hirotaka Murase, Fumitaka Hashiya, Yasuaki Kimura, Satoshi Uchida & Hiroshi Abe
  • 雑誌名: nature communications 巻: 14 号: 1 ページ: 2657-2657
  • DOI: 10.1038/s41467-023-38244-8
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著