筋形成型オリゴDNAによる希少性筋疾患治療の基盤研究

2023 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 22K05554
• 研究機関: 信州大学
• 研究代表者: 高谷 智英 信州大学, 学術研究院農学系, 准教授 (00450883)
• 研究期間 (年度): 2022-04-01 – 2025-03-31
• キーワード: 筋形成型オリゴDNA / アプタマー / ヌクレオリン / 横紋筋肉腫 / 肉腫 / 核酸医薬

研究実績の概要

本研究課題は、研究代表者が同定した18塩基の筋形成型オリゴDNA（抗ヌクレオリンアプタマー）について、希少性筋疾患に対する薬理効果を検討し、臨床応用を目指した基礎研究と技術開発を行うものである。本年度は、（１）横紋筋肉腫に対する筋形成型オリゴDNAの薬理効果、（２）筋形成型オリゴDNAの構造活性相関に基づいた塩基配列の短縮化について、以下の研究を行った。
（１）について、ヒト横紋筋肉腫細胞をヌードマウスに皮下移植した動物モデルに対し、筋形成型オリゴDNAを投与して抗横紋筋肉腫作用をin vivoで検討した。筋形成型オリゴDNA投与群では肉腫のサイズおよび重量が著明に減少した。肉腫切片の組織化学的染色では、筋形成型オリゴDNA投与群で肉腫細胞の形態が変化しており、細胞が形質転換していることが示唆された。また、横紋筋肉腫以外の肉腫（子宮平滑筋種や骨肉腫など）の細胞株を用いて筋形成型オリゴDNAの抗肉腫作用を検証し、複数の細胞株において腫瘍増殖抑制効果を認めた。
（２）について、筋形成型オリゴDNAの立体構造の分子シミュレーション結果から、同様の構造を形成すると推測される12塩基の短縮型オリゴDNAを設計した。NMRと分子シミュレーションの解析結果から、短縮型オリゴDNAは2量体を形成することで、筋形成型オリゴDNAと同様にヌクレオリンと直接結合するアプタマーとして機能することを確認した。短縮型オリゴDNAは、合成コストの低減や、分子の安定性向上が期待され、ヌクレオリンアプタマーの社会実装に有用であると考えられる。

現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

筋形成型オリゴDNAの抗炎症作用（Yamamoto et al., Biochemical and Biophysical Research Communications, 2023; 664: 1-8）、および心筋分化促進作用（Ishioka et al., International Journal of Molecular Sciences, 2023; 24: 14380）について、研究代表者が責任著者である原著論文を査読付国際学術誌に発表した。また、短縮型オリゴDNAに関する特許1件（特許7386507号）が成立した。
以上の諸点から、本研究の成果が専門家等から評価されていると判断し、現在までの進捗状況を「当初の計画以上に進展している」とした。

今後の研究の推進方策

動物モデルにおいて筋形成型オリゴDNAが抗横紋筋肉腫作用を示したことから、次年度はさらに、複数の肉腫細胞株を用いて研究を進め、筋形成型オリゴDNAの薬理効果の作用特異性および安全性を検証する。また、社会実装の観点から、既存の抗肉腫治療薬と筋形成型オリゴDNAを併用したときの相乗作用について検証する。
現在、筋形成型オリゴDNAによる中胚葉系細胞の運命制御に基づいた、肉腫以外の希少性難治疾患への応用について予備的な試験を進めているが、これをさらに進め、筋形成型オリゴDNAの適用可能性を探求する。
筋形成型オリゴDNAの立体構造の分子シミュレーションについては、人工知能（AI）を活用したアルゴリズムについて有用性を検討し、新規オリゴDNA配列の探索および解析への応用を進める。
上記の研究成果を元に、2024年度は筋形成型オリゴDNAを含む複数のオリゴDNAについて3本の原著論文を査読付国際学術誌に投稿する計画である。

研究成果

• [雑誌論文] Anti-nucleolin aptamer, iSN04, inhibits the inflammatory responses in C2C12 myoblasts by modulating the β-catenin/NF-κB signaling pathway (2023)
  • 著者名/発表者名: Machi Yamamoto, Mana Miyoshi, Kamino Morioka, Takakazu Mitani, Tomohide Takaya
  • 雑誌名: Biochemical and Biophysical Research Communications 巻: 664 ページ: 1-8
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2023.04.098
  • 査読あり
• [雑誌論文] Myogenetic Oligodeoxynucleotide Induces Myocardial Differentiation of Murine Pluripotent Stem Cells (2023)
  • 著者名/発表者名: Mina Ishioka, Yuma Nihashi, Yoichi Sunagawa, Koji Umezawa, Takeshi Shimosato, Hiroshi Kagami, Tatsuya Morimoto, Tomohide Takaya
  • 雑誌名: International Journal of Molecular Sciences 巻: 24 ページ: 14380
  • DOI: 10.3390/ijms241814380
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] 筋分化促進ホスホロチオエート修飾オリゴ DNA の鏡像異性体に関する計算構造集団解析 (2024)
  • 著者名/発表者名: 榎本湧也, 高谷智英, 下里剛士, 梅澤公二
  • 学会等名: 日本農芸化学会2024年度大会
• [学会発表] 筋形成型オリゴ DNA は BMP2 依存的な骨芽細胞の分化を阻害する (2024)
  • 著者名/発表者名: 松島もも, 木村智勇, 高谷智英
  • 学会等名: 日本農芸化学会2024年度大会
• [学会発表] 筋形成型オリゴ DNA は BMP2 による筋分化の阻害を回復する (2024)
  • 著者名/発表者名: 石田智香, 山本万智, 高谷智英
  • 学会等名: 日本農芸化学会2024年度大会
• [学会発表] 骨細胞、破骨細胞、軟骨細胞分化における骨形成型オリゴ DNA の作用 (2024)
  • 著者名/発表者名: 木村智勇, 高谷智英
  • 学会等名: 日本農芸化学会2024年度大会
• [学会発表] 筋形成型オリゴ DNA の抗子宮平滑筋肉腫作用の検討 (2024)
  • 著者名/発表者名: 平林ゆり, 高谷智英
  • 学会等名: 日本農芸化学会2024年度大会
• [学会発表] Identification of a candidate drug for the treatment of facioscapulohumeral muscular dystrophy (2023)
  • 著者名/発表者名: Takahiro Yoshizawa, Yoshitaka Tomiyama Naoko Shiba, Tomohide Takaya, Daigo Miyazaki, Tsutomu Nakada, Yuji Shiba, Akinori Nakamura, Tomoki Kosho
  • 学会等名: Human Genetics Asia 2023
  • 国際学会
• [学会発表] レスベラトロール誘導体は β 酸化関連遺伝子の発現を誘導し異所性脂肪の蓄積を減少する (2023)
  • 著者名/発表者名: 鈴木真彩, 米本英都, 高谷智英, 三谷塁一
  • 学会等名: 第77回日本栄養・食糧学会
• [学会発表] 骨芽細胞と前破骨細胞の共培養系における骨形成型オリゴ DNA の作用 (2023)
  • 著者名/発表者名: 木村智勇, 高谷智英
  • 学会等名: 第23回日本抗加齢医学会
• [備考] 信州大学農学部分子細胞機能学研究室
  • URL: https://t-takaya.net/
• [備考] DNA Aptamer Finds Novel Application...
  • URL: https://www.shinshu-u.ac.jp/english/topics/2023/10/dna-aptamer-finds-no.html
• [備考] DNA aptamer finds novel application...
  • URL: https://www.eurekalert.org/news-releases/1004080