iモチーフ構造を用いたI型インターフェロン誘導核酸の構築

• 研究課題/領域番号: 21K19057
• 研究種目: 挑戦的研究(萌芽)
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 中区分37:生体分子化学およびその関連分野
• 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, 高分子・バイオ材料研究センター, 主幹研究員 (50419264)
• 研究期間 (年度): 2021-07-09 – 2024-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2023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); 2022年度: 3,510千円 (直接経費: 2,700千円、間接経費: 810千円); 2021年度: 2,730千円 (直接経費: 2,100千円、間接経費: 630千円)
• キーワード: iモチーフ / I型インターフェロン / トール様受容体９ / 円二色性偏光 / アジュバント / グアニン四重鎖構造 / CpG ODN / iモチーフ構造 / インターロイキン / インターフェロン / アイモチーフ / DNA高次構造

研究開始時の研究の概要

ウィルス増殖を抑制するI型インターフェロンの産出を誘導する核酸分子を構築する。人工的に合成したCG配列を有する非メチル化一本鎖核酸(CpG ODN)はトール様受容体(TLR)９のリガンド分子として機能するが、I型インターフェロンに加えて、炎症性サイトカインも誘導するため、感染症悪化が懸念される。本研究では、pHにより構造を変化させる核酸であるiモチーフ構造に着目し、CpG ODNとTLR9との相互作用を細胞内環境に応じて変化させることにより、I型インターフェロンのみを誘導する分子を開発する。

研究成果の概要

シトシン同士が pH5.0以下の酸性条件において3位窒素プロトン化を介して塩基対をつくることで形成される構造であるiモチーフに人工的に合成したCG配列を有する非メチル化一本鎖核酸(CpG ODN)を導入することで、免疫細胞にI型インターフェロンを誘導させることを目指した。その結果、iモチーフのループ領域にCpG配列を導入した核酸(i-CpG ODN)は単独ではIL-6は誘導したものの、IFN-αは誘導しないこと、またカチオン性リポソームに静電的相互作用で結合させることでIFN-αは誘導される結果が得られた。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究では、ウィルス増殖を抑制するI型インターフェロンの産出を誘導する核酸分子を構築した。I型インターフェロンは抗ウィルス活性の役割を担っていることから、ウィルス感染の予防や感染後の感染細胞を除去することができる。本研究の成果は、感染症の予防や治療に応用が見込まれ、人々のQOL(クオリティ オブ ライフ)を高めることに貢献する。

研究成果

• [国際共同研究] Lund university(スウェーデン)
• [国際共同研究] Vietnam National University(ベトナム)
• [国際共同研究] Lund university(スウェーデン)
• [国際共同研究] Vietnam National University(ベトナム)
• [国際共同研究] Lund university(スウェーデン)
• [国際共同研究] Vietnam National University(ベトナム)
• [雑誌論文] Influence of the Charge Ratio of Guanine-Quadruplex Structure-Based CpG Oligodeoxynucleotides and Cationic DOTAP Liposomes on Cytokine Induction Profiles (2023)
  • 著者名/発表者名: Le Nguyen Bui Thao、Tu Anh Thi Tram、Zhao Dandan、Yoshikawa Chiaki、Kawakami Kohsaku、Kaizuka Yoshihisa、Yamazaki Tomohiko
  • 雑誌名: Biomolecules 巻: 13 号: 11 ページ: 1639-1639
  • DOI: 10.3390/biom13111639
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Influence of loop permutation on immunostimulatory activities of CpG oligodeoxynucleotides forming monomeric guanine-quadruplex structures (2022)
  • 著者名/発表者名: Tu Anh Thi Tram、Hoshi Kazuaki、Yamazaki Tomohiko
  • 雑誌名: Biomedical Research and Therapy 巻: 9 号: 11 ページ: 5410-5417
  • DOI: 10.15419/bmrat.v9i11.780
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Effects of G-Quadruplex Ligands on the Topology, Stability, and Immunostimulatory Properties of G-Quadruplex-Based CpG Oligodeoxynucleotides (2022)
  • 著者名/発表者名: Anh Thi Tram Tu, Kazuaki Hoshi, Yue Ma, Taiji Oyama, Satoko Suzuki, Kaori Tsukakoshi, Kazuo Nagasawa, Kazunori Ikebukuro, Tomohiko Yamazaki
  • 雑誌名: ACS Chem Biol 巻: 17 (7) 号: 7 ページ: 1703-1713
  • DOI: 10.1021/acschembio.1c00904
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Non-Modified CpG Oligodeoxynucleotide Forming Guanine-Quadruplex Structure Complexes with ε-Poly-L-Lysine Induce Antibody Production as Vaccine Adjuvants (2022)
  • 著者名/発表者名: Zhao Dandan、Tu Anh Thi Tram、Shobo Miwako、Le Nguyen Bui Thao、Yoshikawa Chiaki、Sugai Kazuhisa、Hakamata Yoji、Yamazaki Tomohiko
  • 雑誌名: Biomolecules 巻: 12 号: 12 ページ: 1868-1868
  • DOI: 10.3390/biom12121868
  • 査読あり / オープンアクセス
• [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] 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
• [学会発表] Gold nanoparticle-delivered guanine-quadruplex-based CpG oligodeoxynucleotides promote IFN-α secretion by size-dependent (2024)
  • 著者名/発表者名: Le Nguyen, 山崎 智彦
  • 学会等名: つくば医工連携フォーラム2024
• [学会発表] Regulation of bifurcated cytokine induction by CpG oligodeoxynucleotides/cationic liposome ratio in immune cells (2023)
  • 著者名/発表者名: LE, Bui Thao Nguyen, YAMAZAKI, Tomohiko
  • 学会等名: つくば医工連携フォーラム
• [学会発表] Parallel guanine-quadruplex structure improves the immunostimulatory effects of phosphodiester-based CpG oligodeoxynucleotides (2023)
  • 著者名/発表者名: Soumitra Pathak, Tomohiko Yamazaki
  • 学会等名: つくば医工連携フォーラム
• [学会発表] 逆平行グアニン四重鎖構造をスキャフォールドとして用いた未修飾CpGオリゴデオキシヌクレオチドの免疫活性化効果 (2022)
  • 著者名/発表者名: 山崎 智彦, Fika Ayu Safitri, TU Thi Tram Anh,, LE Bui Thao Nguyen, PATHAK Soumitra, 塚越かおり, 池袋一典
  • 学会等名: 第16回バイオ関連化学シンポジウム
• [学会発表] Influence of CpG oligodeoxynucleotides/cationic liposome ratio on cytokine induction in immune cells. (2022)
  • 著者名/発表者名: LE, Bui Thao Nguyen, YAMAZAKI, Tomohiko
  • 学会等名: 8TH INTERNATIONAL LIFE-SCIENCE SYMPOSIUM
  • 国際学会
• [学会発表] Parallel guanine-quadruplex structure improves the immunostimulatory effects of phosphodiester-based CpG oligodeoxynucleotides (2022)
  • 著者名/発表者名: Soumitra Pathak, Tomohiko Yamazaki
  • 学会等名: 8TH INTERNATIONAL LIFE-SCIENCE SYMPOSIUM
  • 国際学会
• [学会発表] CpGオリゴデオキシヌクレオチドをループに導入したグアニン四重鎖構造形成核酸の構築とその免疫活性化効果 (2022)
  • 著者名/発表者名: 山崎智彦, TU Thi Tram Anh, LE Bui Thao Nguyen, PATHAK Soumitra, 塚越かおり, 池袋一典
  • 学会等名: 第17回ナノ・バイオメディカル学会大会
• [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, ツ チ トラム アン, 星 和明, サフィトリ フィーカ アユ, 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
• [備考] 研究者総覧SAMURAI
  • 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] フロンティア生命材料科学研究室
  • URL: https://www.nims.go.jp/group/frontierbiomaterials/index.html
• [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