生細胞内における抗がん剤の生物的全合成

2019 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 19K22291
• 研究機関: 静岡県立大学
• 研究代表者: 渡辺 賢二 静岡県立大学, 薬学部, 教授 (50360938)
• 研究期間 (年度): 2019-06-28 – 2022-03-31
• キーワード: 自己抗生物質 / 天然物 / 異種発現 / 生合成遺伝子 / 生物活性

研究実績の概要

(１)活用する天然物、天然物生合成遺伝子種の検討
(２)標的とする疾患、評価に用いる細胞種の検討
(３)導入するベクターの検討、(４)遺伝子発現条件の検討を現段階にて行った。
発現させる生合成遺伝子をフマギロール生合成遺伝子とした。これは血管新生阻害剤として第三相の臨床試験まで進行したTNP-470の構造類縁体であり、予備検討の結果、生物活性に重要であるエポキシドを有した類縁体も細胞死誘導活性を示した。
本研究の目的である生細胞での天然物生合成が達成できれば、天然物生合成遺伝子を医療へ応用した初めての例として学術・産業に大きなインパクトを与える。一方で、多数の遺伝子により生合成される天然物の生合成を達成するためには、少数の遺伝子で合成できる天然物と比べて、多くの時間と費用をかけて遺伝子の発現条件を検討しなければならない。複数種類の天然物を同時に生合成させる場合も同様に、その条件検討に多くの時間を要することが予想される。しかし技術的な問題を克服し、多数の遺伝子を用いてヒトの細胞内で天然物を生合成できるシステムを構築することができれば、本法は極めて汎用性の高い技術となり、基礎・臨床を問わず様々な分野に大きな波及効果をもたらすことが期待される。また本法が広く普及することで、医療における天然物生合成遺伝子の重要性が高まり、天然物化学と合成生物学の更なる発展に大きく貢献できる。

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

現在までのところ、哺乳細胞を発現宿主とするフマギロール生合成遺伝子発現ベクターの構築を完了したため。

今後の研究の推進方策

当初の予定通り研究計画書に従い、形質転換さらには哺乳細胞宿主系にて生物活性天然物の生合成を確認する。
宿主とする細胞は子宮頸癌由来細胞Helaのような増殖が早く、かつ遺伝子導入効率が高いヒト培養細胞を用いる。また、細胞内で生合成させる天然物は、①細胞死誘導効果を示す、②少数の遺伝子から生合成されるものを候補とする。その候補であるAspergillus fumigatusが産生するフマギロールの前駆体には細胞死誘導活性があり、またファルネシル二リン酸 (FPP)を基にテルペン環酵素とシトクロムP450の２つの酵素によって合成されるため[Watanabe, K., Tang, Y., et al., JACS, 136, 4426-4436 (2014)]、他の複数個の生合成遺伝子を必要とする天然物と比べると、遺伝子発現のための条件検討が非常に容易である。また、受入研究室では酵母でのフマギロール生合成遺伝子発現系が既に構築されているため、発現系構築に要する時間の大幅な短縮が見込まれる。その他の候補天然物としては生合成遺伝子数が２個のコルジセピン [Cell chemical biology, 24, 1479-1489 (2017)]や、４個のアフィジコリン [Biosci. Biotechnol. Biochem, 75, 1813-1817 (2011)]などが挙げられる。

次年度使用額が生じた理由

新型コロナウイルスの影響により、年度末に予定されていた国内、国際学会が全て中止となったため。