高活性・低毒性を両立する立体制御ボラノホスフェート核酸医薬の開発

• 研究課題/領域番号: 23K21353
• 補助金の研究課題番号: 21H02610 (2021-2023)
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 基金 (2024); 補助金 (2021-2023)
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分47010:薬系化学および創薬科学関連
• 研究機関: 東京理科大学
• 研究代表者: 和田 猛 東京理科大学, 薬学部生命創薬科学科, 教授 (90240548)
• 研究期間 (年度): 2021-04-01 – 2025-03-31
• 研究課題ステータス: 交付 (2024年度)
• 配分額: 17,160千円 (直接経費: 13,200千円、間接経費: 3,960千円); 2024年度: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円); 2023年度: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円); 2022年度: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円); 2021年度: 4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)
• キーワード: 核酸医薬 / ボラノホスフェート核酸 / アンチセンス核酸 / 立体選択的合成 / リン原子修飾核酸 / 立体制御 / 不斉合成

研究開始時の研究の概要

本研究では、リン原子の立体化学が制御されたPB-DNAの合成法を開発する。PB-DNAの合成では、天然型のDNAやホスホロチオエートDNA合成で用いられるアシル型の塩基部保護基を用いることができない。塩基部アミノ基をアシル基で保護すると、合成中間体の亜リン酸誘導体をボラノ化する際にアミドが非可逆的に還元されてアルキルアミノ基に変換されてしまうからである。そこで本研究では、塩基部無保護のオキサザホスホリジンモノマーの構造を最適化し、リン原子の立体化学が厳密に制御されたPB-DNAを合成し、その性質を明らかにする。

研究実績の概要

本研究の目的は、従来のホスホロチオエート核酸医薬を凌駕し、高い標的遺伝子発現制御活性と低毒性を両立する、リン原子の立体化学が制御されたボラノホスフェート核酸医薬を創製することである。ボラノホスフェート核酸の合成では、天然型核酸やホスホロチオエート核酸の合成で用いられるアシル型の塩基部保護基を用いることができない。塩基部アミノ基をアシル基で保護すると、合成中間体の亜リン酸誘導体をボラノ化する際にアミドが非可逆的に還元されてアルキルアミノ基に変換されてしまうからである。そこで、本研究では、塩基性条件下除去される不斉補助基を有する塩基部無保護のオキサザホスホリジン誘導体をモノマーユニットとして用いる新規合成法の開発を行うこととした。塩基部無保護のモノマーは、有機溶媒に対する溶解度が低いことが問題である。
前年度に見出した最適構造である、脂溶性官能基Xを窒素原子に導入したリン原子の立体が制御されたオキサザホスホリジン誘導体を合成し、固相法による縮合反応を試みたところ、若干ではあるがモノマーユニットのエピマー化が起こり、得られた2量体の立体化学純度が低下した。そこで、さらなるモノマーの構造の探索を行ったところ、オキサザホスホリジン骨格のフェニル基に脂溶性置換基Yを導入すると、モノマーユニットの縮合反応溶媒に対する溶解度を向上させる効果があることを見出した。そこで、この構造を有するリン原子の立体化学が制御された4種類の核酸塩基を有するオキサザホスホリジンモノマーをそれぞれ合成し、高い立体化学純度で目的物を得ることができた。これらの立体化学的に純粋なモノマーユニットを用いて2量体の固相合成を試みたところ、いずれのモノマーを用いても立体選択的な縮合反応を行うことができ、目的とするリン原子の立体化学が制御されたボラノホスフェートDNA2量体を高収率で得ることができた。

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

前年度の検討をさらに進展させ、より有効な構造を有するモノマーの開発に成功した。さらに、新規な骨格を有する４種類の核酸塩基を有するリン原子の立体化学が制御されたモノマーの合成を達成し、それらを用いた固相法による縮合反応と立体選択性の評価を行うことができ、十分な性能を発揮することが確かめられた。

今後の研究の推進方策

研究目的を達成するために有効な新規な構造を有するモノマーの合成に成功したので、これらを用いてリン原子の立体化学が制御された誘導体の合成を行い、縮合反応効率、立体選択性、長鎖オリゴマーの合成を検討する。

研究成果

• [雑誌論文] Development of a new synthetic method for oligodeoxynucleotides using 3′-<i>H</i>-phosphonamidate derivatives (2023)
  • 著者名/発表者名: Tsurusaki Taiki、Sato Kazuki、Wada Takeshi
  • 雑誌名: Organic & Biomolecular Chemistry 巻: 21 号: 12 ページ: 2486-2492
  • DOI: 10.1039/d2ob02292c
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Properties of artificial cationic oligodiaminosaccharides and oligopeptides that bind to A-type oligonucleotide duplexes (2023)
  • 著者名/発表者名: Shiraishi Tomomi、Sato Kazuki、Hara Rintaro Iwata、Wada Takeshi
  • 雑誌名: Nucleosides, Nucleotides, Nucleic Acids 巻: - 号: 8 ページ: 1-18
  • DOI: 10.1080/15257770.2023.2182444
  • 査読あり
• [雑誌論文] Solid-phase synthesis and properties of stereocontrolled boranophosphate/phosphate and phosphorothioate/phosphate chimeric oligouridylates (2023)
  • 著者名/発表者名: Sato Kazuki、Nukaga Yohei、Wada Takeshi
  • 雑誌名: Royal Society Open Science 巻: 10 号: 4
  • DOI: 10.1098/rsos.230095
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Fucosylated heparan sulfate from the midgut gland of Patinopecten yessoensis (2023)
  • 著者名/発表者名: Onishi Shoichi、Shionoya Kento、Sato Kazuki、Mubuchi Ayumu、Maruyama Shiori、Nakajima Tadaaki、Komeno Masahiro、Miyata Shinji、Yoshizawa Kazumi、Wada Takeshi、Linhardt Robert J.、Toida Toshihiko、Higashi Kyohei
  • 雑誌名: Carbohydrate Polymers 巻: 313 ページ: 120847-120847
  • DOI: 10.1016/j.carbpol.2023.120847
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Solid-phase synthesis of N-trichloroacetyl mannosamine 1-phosphate repeating units mimicking capsular polysaccharide derived from Neisseria meningitidis serotype A (2022)
  • 著者名/発表者名: Sato Kazuki、Chiba Akie、Shiraishi Tomomi、Ogawa Yuki、Hara Rintaro Iwata、Wada Takeshi
  • 雑誌名: Carbohydrate Research 巻: 518 ページ: 108585-108585
  • DOI: 10.1016/j.carres.2022.108585
  • 査読あり
• [雑誌論文] Identification and Quantitative Analysis of 2-Fluoromethamphetamine and Its Metabolites in Human Urine (2022)
  • 著者名/発表者名: Ishii Ayumu、Sato Kazuki、Kusakabe Kosuke、Kato Noriyuki、Wada Takeshi
  • 雑誌名: Journal of Analytical Toxicology 巻: 47 号: 1 ページ: 59-65
  • DOI: 10.1093/jat/bkac026
  • 査読あり
• [雑誌論文] Synthesis and properties of oligodiaminogalactoses that bind to A-type oligonucleotide duplexes (2022)
  • 著者名/発表者名: Shiraishi Tomomi、Sato Kazuki、Hara Rintaro Iwata、Wada Takeshi
  • 雑誌名: Organic & Biomolecular Chemistry 巻: 20 号: 42 ページ: 8243-8258
  • DOI: 10.1039/d2ob01575g
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] New Molecular Technologies for Oligonucleotide Therapeutics-1: Properties and Synthesis of Boranophosphate DNAs (2022)
  • 著者名/発表者名: Sato Kazuki、Wada Takeshi
  • 雑誌名: Springer 巻: - ページ: 1-20
  • DOI: 10.1007/978-981-16-1313-5_73-1
  • ISBN: 9789811613135
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] New Molecular Technologies for Oligonucleotide Therapeutics-2: A-Type Nucleic Acid Duplex-Specific Binding Oligocationic Molecules for Oligonucleotide Therapeutics (2022)
  • 著者名/発表者名: Hara Rintaro Iwata、Wada Takeshi
  • 雑誌名: Springer 巻: - ページ: 1-13
  • DOI: 10.1007/978-981-16-1313-5_103-1
  • ISBN: 9789811613135
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] Synthesis of thioamides from thiocarboxylic acids using phosphonium-type condensing reagents (2021)
  • 著者名/発表者名: Suzuki Ayaka, Takagi Kazunori, Sato Kazuki, Wada Takeshi
  • 雑誌名: Tetrahedron Lett. 巻: 75 ページ: 153179-153179
  • DOI: 10.1016/j.tetlet.2021.153179
  • 査読あり
• [雑誌論文] Inhibition of off-target cleavage by RNase H using an artificial cationic oligosaccharide (2021)
  • 著者名/発表者名: Rintaro Iwata Hara, Takeshi Wada
  • 雑誌名: Organic & Biomolecular Chemistry 巻: 19 号: 31 ページ: 6865-6870
  • DOI: 10.1039/d1ob00983d
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Solid-Phase Stereocontrolled Synthesis of Oligomeric P-Modified Glycosyl Phosphate Derivatives Using the Oxazaphospholidine Method (2021)
  • 著者名/発表者名: Sato Kazuki, Hagio Tomoya, Sano Michi, Muramoto Kazumasa, Yaoita Aya, Noro Mihoko, Hara Rintaro Iwata, Wada Takeshi
  • 雑誌名: ACS Omega 巻: 6 号: 30 ページ: 20026-20041
  • DOI: 10.1021/acsomega.1c03058
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Cholesterol-functionalized DNA/RNA heteroduplexes cross the blood-brain barrier and knock down genes in the rodent CNS. (2021)
  • 著者名/発表者名: Nagata T, Dwyer CA, Yoshida-Tanaka K, Ihara K, Ohyagi M, Kaburagi H, Miyata H, Ebihara S, Yoshioka K, Ishii T, Miyata K, Miyata K, Powers B, Igari T, Yamamoto S, Arimura N, Hirabayashi H, Uchihara T, Hara RI, Wada T, Bennett CF, Seth PP, Rigo F, Yokota T
  • 雑誌名: Nat Biotechnol 巻: 39 号: 12 ページ: 1529-1536
  • DOI: 10.1038/s41587-021-00972-x
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Solution-phase synthesis of oligodeoxyribonucleotides using the H-phosphonate method with N-unprotected 5′-phosphite monomers (2021)
  • 著者名/発表者名: Matsuda Hiromasa, Yoshida Erina, Shinoda Takaaki, Sato Kazuki, Hara Rintaro Iwata, Wada Takeshi
  • 雑誌名: RSC Adv. 巻: 11 号: 60 ページ: 38094-38107
  • DOI: 10.1039/d1ra06619f
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Solid-phase synthesis of oligouridine boranophosphates using the H-boranophosphonate method with 2′-O-(2-cyanoethoxymethyl) protection (2021)
  • 著者名/発表者名: Matsuda Hiromasa, Ito Hiroaki, Nukaga Yohei, Uehara Sho, Sato Kazuki, Hara Rintaro Iwata, Wada Takeshi
  • 雑誌名: Tetrahedron Lett. 巻: 87 ページ: 153526-153526
  • DOI: 10.1016/j.tetlet.2021.153526
  • 査読あり
• [学会発表] リガンド結合型カチオン性ペプチドによるsiRNAのDDS技術 (2023)
  • 著者名/発表者名: 和田猛
  • 学会等名: 柏の葉ライフサイエンス協議会発足記念「交流の葉」コウリュウノハ
  • 招待講演
• [学会発表] 核酸医薬の有効性と安全性を向上させる新規分子技術 (2022)
  • 著者名/発表者名: 和田猛
  • 学会等名: 第9回筑波大学・東京理科大学合同リトリート
  • 招待講演
• [学会発表] 核酸医薬の安定化・毒性軽減・デリバリーに有効な新規分子技術 (2022)
  • 著者名/発表者名: 和田猛
  • 学会等名: 第 38 回日本 DDS 学会学術集会
  • 招待講演
• [学会発表] 核酸医薬の安定化とデリバリーに有効な新規分子技術 (2022)
  • 著者名/発表者名: 和田猛
  • 学会等名: 大隅ライフサイエンス研究会シンポジウム
  • 招待講演
• [学会発表] 核酸医薬の有効性と安全性を向上させる新規分子技術 (2022)
  • 著者名/発表者名: 和田猛
  • 学会等名: 第28回日本遺伝子細胞治療学会学術集会
  • 招待講演
• [学会発表] A brief history of stereopure oligonucleotide therapeutics: chemical synthesis and applications (2022)
  • 著者名/発表者名: 和田猛
  • 学会等名: 日本核酸医薬学会第7回年会
  • 招待講演
• [学会発表] 核酸医薬の安定性・有効性・安全性を向上させるカチオン性人工分子の開発 (2022)
  • 著者名/発表者名: 和田猛
  • 学会等名: データサイエンス医療研究部門・核酸創薬研究部門合同シンポジウム
  • 招待講演
• [学会発表] 日本発の新規モダリティを継続的に生み出すためには何が必要か？ (2021)
  • 著者名/発表者名: 和田猛
  • 学会等名: BioJapan2021
  • 招待講演
• [学会発表] 革新的次世代医薬への期待 (2021)
  • 著者名/発表者名: 和田猛
  • 学会等名: TUSフォーラム2021
  • 招待講演
• [学会発表] 核酸医薬の有効性と安全性を向上させる新規分子技術 (2021)
  • 著者名/発表者名: 和田猛
  • 学会等名: 第23回ケムステバーチャルシンポジウム
  • 招待講演
• [学会発表] 核酸医薬の展望～新たな合成技術が拓く未来 (2021)
  • 著者名/発表者名: 和田猛
  • 学会等名: CPhI Japan 2021
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 究極の核酸合成反応を目指して (2021)
  • 著者名/発表者名: 和田猛
  • 学会等名: The 48th International Symposium on Nucleic Acids Chemistry 2021 (ISNAC2021)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Development of new molecular technologies for oligonucleotide therapeutics (2021)
  • 著者名/発表者名: Takeshi Wada
  • 学会等名: The International Chemical Congress of Pacific Basin Societies 2021
  • 国際学会 / 招待講演
• [図書] 核酸医薬の創製と応用展開《普及版》 (2022)
  • 著者名/発表者名: 和田猛
  • 総ページ数: 278
  • 出版者: シーエムシー出版
  • ISBN: 9784781316406
• [図書] 進化を続ける核酸化学 (2021)
  • 著者名/発表者名: 日本化学会
  • 総ページ数: 228
  • 出版者: 化学同人
  • ISBN: 9784759814019
• [図書] 核酸医薬 本領を発揮する創薬モダリティ (2021)
  • 著者名/発表者名: 横田 隆徳
  • 総ページ数: 204
  • 出版者: 羊土社
  • ISBN: 9784758103985
• [産業財産権] Ｈ－ホスホネート法を用いたモルフォリノ核酸の製造方法 (2022)
  • 発明者名: 和田猛、鶴﨑大樹、佐藤一樹、高橋大輔、鳥居高好
  • 権利者名: 和田猛、鶴﨑大樹、佐藤一樹、高橋大輔、鳥居高好
  • 産業財産権種類: 特許
  • 出願年月日: 2022
• [産業財産権] ホスホロチオエート及びボラノホスフェートを含むキメラ型核酸オリゴマー、及びその製造方法 (2022)
  • 発明者名: 和田猛、高橋裕平、佐藤一樹
  • 権利者名: 和田猛、高橋裕平、佐藤一樹
  • 産業財産権種類: 特許
  • 出願年月日: 2022
  • 外国
• [産業財産権] ホスホロチオエート及びボラノホスフェートを含むキメラ型核酸オリゴマー、及びその製造方法 (2021)
  • 発明者名: 5.和田猛、佐藤一樹、髙橋裕平
  • 権利者名: 5.和田猛、佐藤一樹、髙橋裕平
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2021-092873
  • 出願年月日: 2021