分子内/分子間Gカルテット構造形成による免疫活性化CpG ODNの機能制御

2021 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 18K04858
• 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, 機能性材料研究拠点, 主幹研究員 (50419264)
• 研究分担者: 池袋 一典 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 卓越教授 (70251494)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2022-03-31
• キーワード: トール様受容体9 / CpG ODN / Gカルテット構造 / 免疫活性化 / アジュバント / I型インターフェロン / インターロイキン

研究実績の概要

自然免疫受容体トール様受容体9（TLR9）のリガンド分子である一本鎖オリゴデオキシヌクレオチド(CpG ODN)には、パリンドローム配列とポリG配列を持ち複雑な高次構造を形成してナノ粒子化するクラスAと直鎖構造のクラスBの2種類が存在し、両方ともTLR9に結合するにもかかわらず、誘導する因子がそれぞれI型インターフェロンもしくはIL-12/IL-6と異なることが報告されている。本研究では、DNAが細胞核内部で形成している高次構造の1つであるグアニン四重鎖（Ｇ４）構造に着目し、分子内G4構造もしくは分子間G4構造を形成させるようにCpG ODNの配列を設計することで、CpG ODNの立体構造を形成させ、免疫活性機能を改変することを目的として研究を進めている。
今までの研究でG4構造のループ部分に導入するCpG配列を含む核酸の長さや配列を改変することにより、誘導するサイトカイン類の発現量を制御が可能であること。また、カチオン性リポソームとG4-CpG ODNを混合することにより、ループ領域に導入した配列の鎖長により誘導する因子のスイッチングが起こることを明らかとした。
2022年度は、G4構造のループ領域に導入する配列に依存して免疫細胞から誘導される因子が異なる現象のメカニズムの解明を進めた。その結果、カチオン性リポソーム/G4 CpG ODNの量比を代えることで、同様の誘導因子のスイッチングが起こることを明らかとした。また、カチオン性リポソーム/G4 CpG ODNの量比による複合体の大きさと表面電荷についても解析し、複合体の物性が免疫誘導因子の発現のスイッチングに関与していることを明らかとした。

研究成果

• [国際共同研究] Lund大学(スウェーデン)
  • 国名: スウェーデン
  • 外国機関名: Lund大学
• [国際共同研究] The University of North Carolina/North Carolina State University(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: The University of North Carolina/North Carolina State University
• [国際共同研究] Vietnam National University(ベトナム)
  • 国名: ベトナム
  • 外国機関名: Vietnam National University
• [国際共同研究] Institut Teknologi Bandung (ITB)(インドネシア)
  • 国名: インドネシア
  • 外国機関名: Institut Teknologi Bandung (ITB)
• [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
• [雑誌論文] Enhancement of the Immunostimulatory Effect of Phosphodiester CpG Oligodeoxynucleotides by an Antiparallel Guanine-Quadruplex Structural Scaffold (2021)
  • 著者名/発表者名: Safitri Fika Ayu、Tu Anh Thi Tram、Hoshi Kazuaki、Shobo Miwako、Zhao Dandan、Witarto Arief Budi、Sumarsono Sony Heru、Giri-Rachman Ernawati Arifin、Tsukakoshi Kaori、Ikebukuro Kazunori、Yamazaki Tomohiko
  • 雑誌名: Biomolecules 巻: 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
• [雑誌論文] Structural analysis of guanine quadruplex-forming oligonucleotides and their application to oligonucleotide therapeutics (2021)
  • 著者名/発表者名: Yamazaki Tomohiko、TU Anh Ti Tram
  • 雑誌名: Drug Delivery System 巻: 36 ページ: 360～368
  • DOI: 10.2745/dds.36.360
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] ε-Poly-L-Lysine / Guanine-Quadruplexes CpG Oligodeoxynucleotide Complexes for Vaccine Adjuvant Applications (2022)
  • 著者名/発表者名: ZHAO Dandan, TU Thi Tram Anh, YOSHIKAWA, Chiaki, YAMAZAKI, Tomohiko.
  • 学会等名: つくば医工連携フォーラム2022, つくばバイオマテリアル医工学研究会
• [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, TU Thi Tram Anh, 星 和明, Safitri Fika Ayu, 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
• [学会発表] Development of functional oligonucleotides forming G-quadruplex structure by using topological structure evaluation based on CD spectrum analysis combined with principal component analysis (2021)
  • 著者名/発表者名: 塚越かおり, 鈴木仁子, 大山泰史, 佐藤星, TU Thi Tram Anh, 堀口靖夫, 永森浩司, 山崎 智彦, 池袋一典.
  • 学会等名: 日本核酸医薬学会第6回年会
• [備考] 物質・材料研究機構 研究者紹介
  • 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