遺伝子発現プロファイリングによる高効率抗がん剤生産バイオプロセスの開発

2017 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 16K06879
• 研究機関: 崇城大学
• 研究代表者: 山本 進二郎 崇城大学, 生物生命学部, 教授 (40262307)
• 研究分担者: 宮坂 均 崇城大学, 生物生命学部, 教授 (60451283) ; 林 修平 崇城大学, 生物生命学部, 助教 (30389522)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2019-03-31
• キーワード: タキサン類 / パクリタキセル / 細胞培養 / イオン液体 / エリシター

研究実績の概要

パクリタキセルには、10-デアセチルバカチンIIIやバカチンIIIなどの前駆体の代謝産物を通して合成される。「タキサン類の生合成における代謝経路と遺伝子発現の調査」の結果、タキサン類の生合成には酵素の遺伝子発現が重要なので、これらの発現プロファイルの文献調査をさらに進め、培養実験のサンプル中のmRNA分析を行ったが、mRNA量が少量であったため、解析することができなかった。今後は、実験サンプルの分析量をさらに大きくすることによって遺伝子発現を解析することを考えている。
「化学物質添加培養におけるカルスの増殖と遺伝子発現に関する実験的検討」を行った。これに関しては、疎水性のイオン液体を含む培養を行って、細胞増殖やタキサン類生産に及ぼすイオン液体の影響を検討した。昨年度は1-hexyl-3-methylimidazolium hexafluorophosphateのイオン液体を使ったが、本年度はこれよりも疎水的で新規なイオン液体N-Methyl-N-butylpyrrolidinium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide（この市販品名はP14）を利用して細胞培養を行った。イオン液体を含まないコントロール培養と比べてP14を含む培養は増殖速度は同等であり、P14に毒性がないことが認められた。タキサン類生産は、コントロール培養に比べてP14を含む培養で顕著に増加することが見出された。P14は生産されたタキサン類を積極的に回収するため、タキサン類の阻害作用が軽減され、タキサン類の生産量が向上したと考えられる。さらに、エリシターであるジャスモン酸メチル（MJ）をイオン液体―培地の二相系培養に利用したところ、タキサン類の顕著な合成が観察され、MJとイオン液体の併用がタキサン類の培養生産に効果的であることが見出された。

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

1-hexyl-3-methylimidazolium hexafluorophosphateよりも疎水性の高いイオン液体N-Methyl-N-butylpyrrolidinium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide（P14）を細胞培養に利用した結果、タキサン類の生産量は、P14を含まないコントロール培養に比べて高いことが見出された。さらに、エリシターであるジャスモン酸メチル（MJ）をイオン液体―培地の二相系培養に利用したところ、タキサン類の顕著な合成量が観察され、MJとイオン液体の併用がタキサン類の培養生産に有効であることが見出された。これの研究を国際学会で発表した。さらに、論文として専門雑誌に掲載されているため、進捗状況は概ね良好と判断している。
国際学会プロシーディング　S. YAMAMOTO, Y. SONODA, T.KATAOKA, S. HAYASHI, and H. MIYASAKA：Aliphatic Amine-based Ionic Liquids for Effective Production of Paclitaxel and Related Taxanes in Plant Cell Culture、ISEC2017（Miyazaki）、176-180
専門雑誌　S. YAMAMOTO, Y. SONODA, T.KATAOKA, S. HAYASHI, and H. MIYASAKA：Enhanced Productivity of Paclitaxel and Related Taxanes in Plant Cell Culture
Including Aliphatic Ionic Liquids、Solv. Ext. Res. Develop. Jpn., 25（2）, 125-130（2018）

今後の研究の推進方策

タキサン類の増殖阻害に関しては未だ不明確なので、タキサン類濃度が増殖阻害に与える影響を検討する。セミミクロ天秤を使って低濃度のタキサン類の溶液を調製して、実験を行う予定である。
これまでの研究から、有効性が明らかな疎水性イオン液体を使うイオン液体-培地二相系での細胞培養を行い、細胞増殖とタキサン類生産に及ぼすイオン液体の添加量の影響を検討する。イオン液体としては1-hexyl-3-methylimidazolium hexafluorophosphateやN-Methyl-N-butylpyrrolidinium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide（P14）を使うが、より疎水的なイオン液体があればこの利用も試みる。さらに、ジャスモン酸メチル（MJ）や5-アミノレブリン酸（5-ALA）などを添加する培養も行い、最適なイオン液体添加量やMJ濃度、5-ALA濃度を見出す。何れの培養においてもタキサン類の生合成に関与する遺伝子発現の状態も観察する。培地中やイオン液体中へのタキサン類の蓄積が細胞増殖を阻害するが、有機溶媒の交換頻度が細胞増殖やパクリタキセル合成に有効な知見を得ているので、使用済みのイオン液体や培地を適宜新鮮なイオン液体や培地に交換してタキサン類を抽出する培養操作の有用性も検討する。
遺伝子発現プロファイルからタキサン類合成に有効な遺伝子を調べ、有用性のあるカルスの選択も検討する。

研究成果

• [雑誌論文] Enhanced Productivity of Paclitaxel and Related Taxanes in Plant Cell Culture Including Aliphatic Ionic Liquids (2018)
  • 著者名/発表者名: S. YAMAMOTO, Y. SONODA, T.KATAOKA, S. HAYASHI, and H. MIYASAKA
  • 雑誌名: Solv. Ext. Res. Develop. Jpn. 巻: 25 ページ: 125-130
  • DOI: 10.15261/serdj.25.125
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Aliphatic Amine-based Ionic Liquids for Effective Production of Paclitaxel and Related Taxanes in Plant Cell Culture (2017)
  • 著者名/発表者名: S. YAMAMOTO, Y. SONODA, T.KATAOKA, S. HAYASHI, and H. MIYASAKA
  • 雑誌名: ISEC2017 巻: - ページ: 176-180
  • 査読あり
• [学会発表] Aliphatic Amine-based Ionic Liquids for Effective Production of Paclitaxel and Related Taxanes in Plant Cell Culture (2017)
  • 著者名/発表者名: S. YAMAMOTO, Y. SONODA, T.KATAOKA, S. HAYASHI, and H. MIYASAKA
  • 学会等名: ISEC 2017
  • 国際学会
• [学会発表] 疎水性イオン液体を利用するタキサン類培養生産の効率化 (2017)
  • 著者名/発表者名: 山口 竜弥、山本 進二郎、林 修平、宮坂 均
  • 学会等名: 2017年度生物工学若手研究者の集い（若手会）夏のセミナー（福山）