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2016 年度 実施状況報告書

細胞表面での強・弱リガンド複合化による高選択的ターゲティング法

研究課題

研究課題/領域番号 16K13104
研究機関国立研究開発法人理化学研究所

研究代表者

田中 克典  国立研究開発法人理化学研究所, 田中生体機能合成化学研究室, 准主任研究員 (00403098)

研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2018-03-31
キーワード生体分子 / 糖鎖 / 細胞 / 認識 / 有機化学
研究実績の概要

医療診断分野において、生体内に多数存在する細胞群から、特定の細胞だけを高度に見分ける新手法の開発は重要である。これまで、見分けようとする細胞表面に発現する1種類の受容体に「強く」相互作用するリガンド分子(抗体やペプチドなど)が用いられてきた。しかし、「強く」相互作用するリガンド分子を用いると、標的細胞以外のあらゆる細胞や器官にも吸着し、検出の選択性の低下に繋がっていた。そこで報告者は、細胞表面の受容体に対するペプチド分子の「強い」相互作用と糖鎖の「弱い」相互作用を同時に働かせ、さらに両リガンド分子同士を細胞表面で官能基選択的に化学結合させることにより、標的の細胞を高感度かつ選択的に実現する手法を草案した。
まず、本戦略の妥当性を検証するため、HUVEC細胞(ヒト臍帯静脈内皮細胞)表面上の受容体、aVb3インテグリンに対して「強く」結合するRGDペプチドを結合させた。次に、別の受容体であるPECAMレクチンに対して「弱く」結合するa(2,6)-シアリル化糖鎖を蛍光標識して作用させ、細胞表面で2つのリガンド同士を化学反応させた。その結果、aVb3インテグリンしか持たないHeLa細胞比較して、2つの受容体を持つHUVEC細胞のみを高い精度で選択的に可視化することに成功し、本法の有効性を実証した。
一方、多くのがん細胞にはαVβ3インテグリンが高発現している。さらに様々な糖鎖を認識するレクチン(弱い相互作用)が特異的に発現しているため、「強い」認識としてRGDペプチド、および「弱い」認識として糖鎖リガンドの両者を活用してがんを選択的に区別することを検討した。すなわち、これらリガンドを順に作用させた後、表面で共有結合させることで、細胞選択性を得るためのコンビネーションをいくつか見出し、数種類のがん細胞を見分けることに成功した。

現在までの達成度 (区分)
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

まず初年度では、「強い」相互作用と「弱い」相互作用の両者を使った細胞選択的な認識法を開発し、これをこれまでは見分けられなかった細胞を区別することに成功した。本法の優位性を明確に示すことができた。さらに本法により、数種のがん細胞から特定のがん細胞を見分けることにも成功した。当初予定していた多数のがん細胞の選択的認識、動物実験までは完成させることができなかったが、既にがん細胞の用意と数種のがん細胞をマウスの特定部位に播種したモデルを作成している。現在、多種のがん細胞に対応できる糖鎖の供給と活用、ならびに動物実験での検証を進めており、これらの成果から、研究はおおむね順調に進展していると評価する。

今後の研究の推進方策

平成28年度に続けて、さらに11種類のがん細胞を用いて、これらに選択的な「弱い」糖鎖構造をシステマティックに検討し、それぞれのがん細胞を選択的に区別する。さらに細胞選択性の結果をもとに、数種のがんをマウスの足、および首付近にそれぞれ播種した動物モデルに対して、インビボで適応可能かどうかを検討する。すなわち、「強い」相互作用を起こすRGDペプチドをまず静脈注射によって生体内でプレターゲティングし、その後、細胞実験で見つかった「弱い」相互作用を持つ標識糖鎖を続けて静脈注射する。マウスの標的がんの部分で官能基選択的反応を起こし、望むがん部位を選択的にイメージングできるかどうか検討する。
一方、肝臓を構成する非実質肝細胞の1つである星細胞(伊藤細胞とも呼ばれる)は、肝臓の繊維化や肝硬変を引き起こす鍵の細胞である。従って、この活性化された細胞を高度に認識し、速やかに排除することは、現在の診断(イメージング)・治療分野における最も重要課題の1つである。しかし現状では、星細胞のレチノイン酸受容体を標的とした方法以外に有効なものがほとんどない。この細胞を認識することは現在の分子認識研究の中で難しいテーマの1つである。
一方、星細胞にもaVb3インテグリンが高発現しており、最近、さらに東工大のグループおよび報告者は、星細胞が活性化すると細胞骨格を構築するデスミンやビメンチンが細胞表面に露出し、弱いながらもGlcNAcを選択的に認識するレクチンとして機能することを見出した。そこで、「強い」相互作用としてRGDペプチド、ならびに「弱い」相互作用としてGlcNAを末端に持つ天然N-型糖鎖を併用して星細胞表面でその共同相互作用を働かせ、活性化星細胞を選択的に認識する。さらに、四塩化炭素で誘起した肝硬変モデルマウスを用いて、インビボで本手法を用いた選択的イメージングを初めて実現する。

次年度使用額が生じた理由

平成28年度では、当初、多数のがん細胞を選択的に認識し、さらにモデル動物を使用してがん組織を選択的にイメージングすることを予定していた。しかし、多数のがん細胞の用意と数種のがんモデルマウスの準備、ならびにその実験施設の設置の対応で研究を完成させることができなかった。そこで、これらの研究で使用を予定していた研究費を次年度に繰り越して使用する。

次年度使用額の使用計画

既に平成28年度で確立したがん細胞株を用いて、それぞれを選択的に認識する。また、作成したがんモデルマウスを用いて、特定のがんの選択的な分子イメージングを行うために使用する。

  • 研究成果

    (28件)

すべて 2017 2016 その他

すべて 雑誌論文 (4件) (うち国際共著 4件、 査読あり 4件、 オープンアクセス 3件、 謝辞記載あり 4件) 学会発表 (22件) (うち国際学会 7件、 招待講演 9件) 備考 (2件)

  • [雑誌論文] Highly reactive “RIKEN click” probe for glycoconjugation on lysines2017

    • 著者名/発表者名
      R. Sibgatullina, K. Fujiki, T. Murase, T. Yamamoto, T. Shimoda, A. Kurbangalieva, K. Tanaka
    • 雑誌名

      Tetrahedron Lett.

      巻: - ページ: -

    • DOI

      10.1016/j.tetlet.2017.03.081

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] In vivo gold complex catalysis within live mice2017

    • 著者名/発表者名
      K. Tsubokura, K. K. H. Vong, A. R. Pradipta, A. Ogura, S. Urano, T. Tahara, S. Nozaki, H. Onoe, Y. Nakao, R. Sibgatullina, A. Kurbangalieva, Y. Watanabe, K. Tanaka
    • 雑誌名

      Angew. Chem. Int. Ed.

      巻: 56 ページ: 3579-3584

    • DOI

      10.1002/anie.201610273

    • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Sequential double “clicks” toward structurally well-defined heterogeneous N-glycoclusters: The importance of cluster heterogeneity on pattern recognition in vivo2017

    • 著者名/発表者名
      L. Latypova, R. Sibgatullina, A. Ogura, K. Fujiki, A. Khabibrakhmanova, T. Tahara, S. Nozaki, S. Urano, K, Tsubokura, H. Onoe, Y. Watanabe, A. Kurbangalieva, K. Tanaka
    • 雑誌名

      Adv. Sci.

      巻: 4 ページ: 1600394

    • DOI

      10.1002/advs.201600394

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Chemically synthesized glycoconjugates on proteins: Effects of multivalency and glycoform in vivo2016

    • 著者名/発表者名
      K. Tanaka
    • 雑誌名

      Org. Biomol. Chem.

      巻: 14 ページ: 7610-7621

    • DOI

      10.1039/C6OB00788K

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [学会発表] 糖鎖パターン認識による革新的DDSと生体内合成化学治療:検診、診断、そして治療へ2017

    • 著者名/発表者名
      田中克典
    • 学会等名
      高分子同友会勉強会
    • 発表場所
      (社)高分子学会・高分子同友会事務局(東京都中央区)
    • 年月日
      2017-03-28 – 2017-03-28
    • 招待講演
  • [学会発表] ペプチド・糖鎖の共同相互作用を利用したがん細胞認識2017

    • 著者名/発表者名
      野村昌吾、田中克典
    • 学会等名
      日本化学会第97春季年会
    • 発表場所
      慶應義塾大学日吉キャンパス(神奈川県横浜市)
    • 年月日
      2017-03-17 – 2017-03-17
  • [学会発表] In vivo glycan-protein conjugation via metal catalysis2017

    • 著者名/発表者名
      Yixuan Lin, Kenward Vong, Koji Matsuoka, Katsunori Tanaka
    • 学会等名
      日本化学会第97春季年会
    • 発表場所
      慶應義塾大学日吉キャンパス(神奈川県横浜市)
    • 年月日
      2017-03-17 – 2017-03-17
  • [学会発表] In vivo pattern recognition by heterogeneous N-glycoclusters: Controlling excretion and tumor targetin2017

    • 著者名/発表者名
      Regina Sibgatullina, Liliya Latypova, Katsumasa Fujiki, Akihiro Ogura, Sayaka Urano, Tsuyoshi Tahara, Satoshi Nozaki, Yasuyoshi Watanabe, Almira Kurbangalieva, Katsunori Tanaka
    • 学会等名
      日本化学会第97春季年会
    • 発表場所
      慶應義塾大学日吉キャンパス(神奈川県横浜市)
    • 年月日
      2017-03-17 – 2017-03-17
  • [学会発表] 生体内糖鎖認識の基盤と次世代セラノティクス -生体内パターン認識を駆使した革新的糖鎖複合体の開発 -2016

    • 著者名/発表者名
      田中克典
    • 学会等名
      第14回糖鎖科学コンソーシアムシンポジウム
    • 発表場所
      ソラシティコンフェレンスセンター(東京都文京区)
    • 年月日
      2016-11-01 – 2016-11-01
    • 招待講演
  • [学会発表] Cell surface synthesis of targeting molecules2016

    • 著者名/発表者名
      Shogo Nomura, Katsunori Tanaka
    • 学会等名
      異分野交流の夕べ、理化学研究所主催
    • 発表場所
      理化学研究所(埼玉県和光市)
    • 年月日
      2016-10-06 – 2016-10-06
  • [学会発表] Heterogeneous glycoconjugates2016

    • 著者名/発表者名
      Regina Sibgatullina, Katsunori Tanaka
    • 学会等名
      異分野交流の夕べ、理化学研究所主催
    • 発表場所
      理化学研究所(埼玉県和光市)
    • 年月日
      2016-10-06 – 2016-10-06
  • [学会発表] Cell Surface Synthesis of Targeting Molecules2016

    • 著者名/発表者名
      Katsunori Tanaka
    • 学会等名
      3rd RIKEN - KFU Workshop
    • 発表場所
      Kazan Federal University(Kazan, Russia)
    • 年月日
      2016-09-23 – 2016-09-23
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Homogeneous Glycoconjugates2016

    • 著者名/発表者名
      Katsunori Tanaka
    • 学会等名
      3rd RIKEN - KFU Workshop
    • 発表場所
      Kazan Federal University(Kazan, Russia)
    • 年月日
      2016-09-23 – 2016-09-23
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Post Translational Mimicry of Arginine to Therapeutic Molecules2016

    • 著者名/発表者名
      Katsunori Tanaka
    • 学会等名
      3rd RIKEN - KFU Workshop
    • 発表場所
      Kazan Federal University(Kazan, Russia)
    • 年月日
      2016-09-23 – 2016-09-23
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] In vivo sugar supplying method2016

    • 著者名/発表者名
      Yixuan Lin, Katsunori Tanaka
    • 学会等名
      3rd RIKEN - KFU Workshop
    • 発表場所
      Kazan Federal University(Kazan, Russia)
    • 年月日
      2016-09-23 – 2016-09-23
  • [学会発表] Cell surface synthesis of targeting molecules2016

    • 著者名/発表者名
      Shogo Nomura, Katsunori Tanaka
    • 学会等名
      3rd RIKEN - KFU Workshop
    • 発表場所
      Kazan Federal University(Kazan, Russia)
    • 年月日
      2016-09-23 – 2016-09-23
  • [学会発表] Heterogeneous glycoconjugates2016

    • 著者名/発表者名
      Regina Sibgatullina, Katsunori Tanaka
    • 学会等名
      3rd RIKEN - KFU Workshop
    • 発表場所
      Kazan Federal University(Kazan, Russia)
    • 年月日
      2016-09-23 – 2016-09-23
  • [学会発表] Development of organ selective catalytic reaction by utilizing glycocluster2016

    • 著者名/発表者名
      Kazuki Tsubokura, Kenward Vong, Yoichi Nakao, Katsunori Tanaka
    • 学会等名
      Summer School 2016, RIKEN
    • 発表場所
      International Congress Center(Tsukuba, Ibaraki)
    • 年月日
      2016-09-09 – 2016-09-10
  • [学会発表] 糖鎖クラスターを触媒キャリアとした生体内触媒反応2016

    • 著者名/発表者名
      坪倉一輝、Kenward Vong, 中尾洋一, 田中克典
    • 学会等名
      第35回日本糖質学会年会
    • 発表場所
      高知文化プラザかるぽーと(高知県高知市)
    • 年月日
      2016-09-01 – 2016-09-03
  • [学会発表] 不均一糖鎖クラスターの生体内パターン認識による体外排出2016

    • 著者名/発表者名
      Regina Sibgatullina, Liliia Latypova, 藤木勝将、小椋章弘、田原強、野崎聡、浦野清香、尾上浩隆、渡辺恭良、Almira Kurbangalieva, 田中克典
    • 学会等名
      第35回日本糖質学会年会
    • 発表場所
      高知文化プラザかるぽーと(高知県高知市)
    • 年月日
      2016-09-01 – 2016-09-03
  • [学会発表] Pattern Recognition In Vivo: Theranostics Glycoconjugates2016

    • 著者名/発表者名
      Katsunori Tanaka
    • 学会等名
      International Conference in Organic Synthesis 2016
    • 発表場所
      Majestic Hotel(Kuching, Sarawak, Malaysia)
    • 年月日
      2016-08-23 – 2016-08-23
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Pattern Recognition In Vivo: Theranostics Glycoconjugates2016

    • 著者名/発表者名
      Katsunori Tanaka
    • 学会等名
      Third FB3 Meeting
    • 発表場所
      Tianjin University: Science Library(Tianjin, China)
    • 年月日
      2016-07-10 – 2016-07-10
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 糖鎖クラスターを用いた生体内金属触媒反応の開発2016

    • 著者名/発表者名
      坪倉一輝, 中尾洋一, 田中克典
    • 学会等名
      第51回天然物化学談話会
    • 発表場所
      湯沢東映ホテル(新潟県南魚沼郡)
    • 年月日
      2016-07-06 – 2016-07-08
  • [学会発表] 生体内合成化学治療:糖鎖クラスタを利用した生体内触媒反応の開発2016

    • 著者名/発表者名
      坪倉一輝, Kenward Vong, 田中克典
    • 学会等名
      分子システム研究第5回春季研究会
    • 発表場所
      かんぽの宿熱海(神奈川県熱海市)
    • 年月日
      2016-05-13 – 2016-05-14
  • [学会発表] Theranostic Glycoconjugates2016

    • 著者名/発表者名
      Katsunori Tanaka
    • 学会等名
      Glycoscience Japan-Netherlands Joint Seminar 2016
    • 発表場所
      Leiden University Medial Center(Leiden, Netherlands)
    • 年月日
      2016-04-21 – 2016-04-21
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Heterogeneous Glycan-Clustering Leads to Highly Selective Target Recognition2016

    • 著者名/発表者名
      Katsunori Tanaka
    • 学会等名
      RIKEN-Max Planck Joint Research Center 5th Annual Symposium
    • 発表場所
      Tagungshotel der Max-Planck-Gesellschaft(Berlin, Germany)
    • 年月日
      2016-04-19 – 2016-04-19
    • 国際学会 / 招待講演
  • [備考] 糖鎖は不均一であることが重要 -糖鎖特有の分子認識機構をマウスで解明-

    • URL

      http://www.riken.jp/pr/press/2016/20161128_1/

  • [備考] 生体内部を高度に認識できる糖鎖複合体 -糖鎖を用いた創薬や診断分子の開発に大きな手がかり-

    • URL

      http://www.riken.jp/pr/press/2016/20160223_3/

URL: 

公開日: 2018-01-16  

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