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2013 年度 実績報告書

核酸化学と情報科学の融合による革新的アンチセンス医薬創製基盤の構築

研究課題

研究課題/領域番号 24249007
研究機関大阪大学

研究代表者

小比賀 聡  大阪大学, 薬学研究科(研究院), 教授 (80243252)

研究分担者 兒玉 哲也  名古屋大学, 創薬科学研究科, 准教授 (00432443)
研究期間 (年度) 2012-05-31 – 2016-03-31
キーワード核酸医薬 / ゲノム創薬 / アンチセンス核酸
研究概要

アンチセンス医薬における課題解決のため、平成25年度は以下の項目を実施した。
・ニューラルネットワークのひとつである多層パーセプトロンを用いて、特定配列のアンチセンス分子(AON)が高活性か低活性かを予測するモデルプログラムの構築を検討した。出力値には、標的RNA発現量のデータ112個のうち、発現量を50%以下に抑制した高活性群26個と低活性群26個(86個から無作為抽出)に分類したものを用い、入力値には、AONやmRNAの配列から分類した属性(113属性から選出)を用いた。その結果、ACC:76%、SN:63%、SP:89%、MCC:54%という高い予測性能が得られるモデルの構築に成功した。このモデルは特にSP(低活性AONの予測精度)が高いことから、低活性のAONを実験対象から事前に除外することで実験の効率化に寄与できるものと考えられる。
・効率的なAONの人工核酸修飾を達成するため、系統的な報告例のないAON合成の縮合過程にあたえる反応温度の影響を検討した。現行のDNA合成機には反応温度を制御する機能がないため手動合成を実施した結果、反応温度の上昇がオリゴDNAの純度低下につながり、天然DNA合成での加温は望ましくない事が示唆された。
・SeLNAのアデノシン類縁体合成を検討した。また、チミン塩基を持つSeLNAの機能性を評価し、LNAと同等もしくはそれ以上の二重鎖核酸安定化能を示す事を明らかとした。さらに、架橋型ピラノシド核酸の合成を達成し、そのRNAを標的とした二重鎖安定化能がリン酸ジエステル結合の結合位置(3'-6'/4'-6')の違いで1塩基あたり11℃程度の差が生じる事を明らかとした。
・オリゴ核酸の体内動態の制御を目的として、ヘモグロビン機能調節低分子化合物とオリゴ核酸との複合体化するため、ヘモグロビン機能調節低分子化合物とアミノリンカーを結合した誘導体を約500mg合成した。

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

本研究では、アンチセンス医薬に焦点を絞り、その問題点を洗い出すとともに解決に向けて4つの課題を遂行する事で、海外に遅れを とっている核酸創薬の大きな全身を目指すものであるが、本年度は以下の項目について検討した。
配列探索プログラムの開発については、計画通りヒト肝細胞で実施したアンチセンス分子による網羅的な脂質代謝関連遺伝子のmRNA発現抑制効果の結果を利用し、ニューラルネットワークのひとつである多層パーセプトロンを用いたアンチセンス活性予測プログラムのモデル構築を行った。高い予測性能が得られるモデルを構築する事に成功しており、本項目は予定通り進展していると考えられる。
オリゴ核酸合成の効率化については、系統的な報告例のない縮合反応の反応温度を検討した。手動合成であることで実験結果の再現性に課題は残るものの、反応温度の上昇がオリゴDNAの純度低下につながる傾向があることを見いだした。この結果は今後の検討方針を決める上での重要な知見であり、概ね計画通りの成果といえる。
さらに、人工核酸素材として開発を進めているSeLNAの機能性を評価し、LNAと同等もしくはそれ以上の二重鎖核酸安定化能を示す事を明らかとした他、セレン原子の酸化還元にともないオリゴ核酸の性質が変化することを見いだし、レドックス応答プローブの合成に利用できる事を示した。さらに、架橋型ピラノシド核酸の合成も達成し、そのRNAを標的とした二重鎖安定化能を精査した。本項目は、当初の計画以上に進展していると考えている。
加えて、今年度から開始した低分子化合物をAONと複合体化では、特定部位での薬効等が確認されている低分子としてヘモグロビン機能調節化合物を選択し、オリゴ核酸との複合体化に必要なリンカーを結合した誘導体を約500mg合成した。
以上のように、本研究は全体的に順調に進展していると考えている。

今後の研究の推進方策

今後の研究の推進方策は原則としてこれまでと同様の方策に準ずるが、昨年度開始したAONの低分子化合物との複合体化とその細胞へ取り込みの変化について検討を深める。すなわち、核酸医薬の配列決定法の開発を目指し、これまで検討を進めてきたニューラルネットワークによる特定遺伝子に対する活性予測を、他の網羅的な遺伝子発現抑制実験結果にも適用することで必要なパラメータなどの精査を行い、予測精度を高める。この項目はこれまで通り、バイオインフォマティクスの専門家である大阪大学薬学研究科高木達也教授と連携して進める。オリゴ人工核酸合成の効率化に関しても、引き続き加熱やマイクロ波照射を利用する事で、縮合時間の短縮の可能性を検討する。昨年度は手動合成のため加温により内圧の上昇や溶媒の蒸発がもたらす影響は考える必要はなかったが、自動合成機への応用を想定しこの点に注意を払う。人工核酸素材合成に関しては、昨年度興味深い知見が得られたピラノシド核酸の機能性評価とともに誘導体合成も進める。これら新たな人工核酸については、各種分光学的解析を含めて様々な視点から性質を明らかにする。さらに昨年度から開始した項目として、特定臓器への集積または特定部位での薬効等が確認されている低分子化合物とAONとの複合体化を実施し、由来の異なる細胞への取り込みの違いを評価し、AONの機能強化に関する情報を収集する。これら項目についても昨年度と同様に、核酸合成の専門家として医薬基盤研究所森廣邦彦特任研究員と連携して進める。

  • 研究成果

    (23件)

すべて 2014 2013 その他

すべて 雑誌論文 (11件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (12件)

  • [雑誌論文] Photoinduced Changes in Hydrogen Bonding Patterns of 8-Thiopurine Nucleobase Analogues in a DNA Strand.2014

    • 著者名/発表者名
      K. Morihiro, T. Kodama, S. Mori, S. Obika
    • 雑誌名

      Org. Biomol. Chem.

      巻: 12 ページ: 2468-2473

    • DOI

      DOI: 10.1039/ c3ob42427h

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Guanidine Bridged Nucleic Acid (GuNA): An Effect of Cationic Bridged Nucleic Acid on DNA Binding Affinity2014

    • 著者名/発表者名
      A. R. Shrestha, Y. Kotobuki, Y. Hari, S. Obika
    • 雑誌名

      Chem. Commun.

      巻: 50 ページ: 575-577

    • DOI

      DOI: 10.1039/C3CC46017G

  • [雑誌論文] Light-triggered Strand Exchange Reaction Using the Change in the Hydrogen Bonding Pattern of the Nucleobase Analog2014

    • 著者名/発表者名
      K. Morihiro, T. Kodama, R. Waki, S. Obika
    • 雑誌名

      Chem. Sci.

      巻: 5 ページ: 744-750

    • DOI

      DOI: 10.1039/C3SC51987B

  • [雑誌論文] Quantitative Evaluation of the Improvement in the Pharmacokinetics of a Nucleic Acid Drug Delivery System by Dynamic PET Imaging with 18F-incorporated Oligodeoxynucleotides2014

    • 著者名/発表者名
      H. Mukai, D. Ozaki, Y. Cui, T. Kuboyama, H. Yamato-Nagata, K. Onoe, M. Takahashi, Y. Wada, T. Imanishi, T. Kodama, S. Obika,* M Suzuki, H. Doi, Y. Watanabe
    • 雑誌名

      J. Controlled Release

      巻: 180 ページ: 92-99

    • DOI

      DOI: 10.1016/j.jconrel.2014.02.014

  • [雑誌論文] Locked Nucleic Acid Antisense Inhibitor Trageing Apolipoprotein C-III Efficiently and Preferentially Removes Tryglyceride from Large Very Low-density Lipoprotein Particles in Murine Plasma2014

    • 著者名/発表者名
      T. Yamamoto, S. Obika, M. Nakatani, H. Yasuhara, F. Wada, E. Shibata, M. Shibata, M. Shiba
    • 雑誌名

      Eur. J. Pharmacol.

      巻: 723 ページ: 353-359

    • DOI

      doi: 10.1016/j.ejphar.2013.11.004

  • [雑誌論文] Synthesis and Properties of Thymidines with Six-membered Amide Bridge2013

    • 著者名/発表者名
      Y. Hari, T. Osawa, Y. Kotobuki, A. Yahara, A. R. Shrestha, S. Obika
    • 雑誌名

      Bioorg. Med. Chem.

      巻: 21 ページ: 4405-4412

    • DOI

      doi: 10.1016/j.bmc.2013.04.049.

  • [雑誌論文] Selenomethylene-Locked Nucleic Acid Enables Reversible Hybridization in Response to Redox Changes2013

    • 著者名/発表者名
      K. Morihiro, T. Kodama, Kentefu, Y. Moai, R. N. Veedu, S. Obika
    • 雑誌名

      Angew. Chem. Int. Ed.

      巻: 52 ページ: 5074-5078

    • DOI

      DOI: 10.1002/anie.201300555

  • [雑誌論文] PCSK9 (proprotein convertase subtilisin/kexin type9) 阻害による高コレステロール血症の治療2013

    • 著者名/発表者名
      斯波 真理子、山本 剛史、小比賀 聡
    • 雑誌名

      内分泌・糖尿病・代謝内科

      巻: 37 ページ: 441-447

  • [雑誌論文] 高機能性アンチセンス分子の局所徐放化による難治性高コレステロール血症治療法の開発2013

    • 著者名/発表者名
      小比賀 聡
    • 雑誌名

      大阪医薬品協会会報

      巻: 774 ページ: 67-84

  • [雑誌論文] PCSK9遺伝子変異による高コレステロール血症(ADH)2013

    • 著者名/発表者名
      斯波 真理子、山本 剛史、小比賀 聡
    • 雑誌名

      日本臨牀

      巻: 71 ページ: 203-206

  • [雑誌論文] PCSK9阻害薬2013

    • 著者名/発表者名
      山本 剛史、小比賀 聡、斯波 真理子
    • 雑誌名

      日本臨牀

      巻: 71 ページ: 603-607

  • [学会発表] 肝臓内取り込みの上昇を目的としたコレステロール修飾型アンチセンス核酸の体内及び、肝臓内動態解析2014

    • 著者名/発表者名
      和田 郁人、山本 剛史、斯波 真理子、小比賀 聡
    • 学会等名
      日本薬学会第134年会
    • 発表場所
      熊本大学(熊本)
    • 年月日
      20140327-20140330
  • [学会発表] スピロシクロプロパン導入型2',4'-BNA/LNAの合成と特性評価2014

    • 著者名/発表者名
      堀場 昌彦、山口 卓男、小比賀 聡
    • 学会等名
      日本薬学会第134年会(熊本)
    • 発表場所
      熊本大学(熊本)
    • 年月日
      20140327-20140330
  • [学会発表] さまざまな置換基を施したアミド架橋型人工核酸の in vitro 機能評価2013

    • 著者名/発表者名
      脇 玲子、山本 剛史、矢原 愛子、安原 秀典、斯波 真理子、田原 早織、 川上 純司、小比賀 聡
    • 学会等名
      第23回アンチセンスシンポジウム
    • 発表場所
      徳島大学(徳島)
    • 年月日
      20131128-20131129
  • [学会発表] 架橋型シクロヘキセニル核酸の合成と評価2013

    • 著者名/発表者名
      百相義大、廣明秀一、小比賀聡、兒玉哲也
    • 学会等名
      第23回アンチセンスシンポジウム
    • 発表場所
      徳島大学(徳島)
    • 年月日
      20131128-20131129
  • [学会発表] 架橋型アンチセンス核酸の体内動態に関する定量的評価2013

    • 著者名/発表者名
      安原 秀典、山本 剛史、斯波 真理子、小比賀 聡
    • 学会等名
      第23回アンチセンスシンポジウム
    • 発表場所
      徳島大学(徳島)
    • 年月日
      20131128-20131129
  • [学会発表] Syntheses and properties of nucleic acids having constrained pyranose as the sugar moiety2013

    • 著者名/発表者名
      Kazuto Mori, Tetsuya Kodama, Satoshi Obika
    • 学会等名
      The 40th International Symposium on Nucleic Acids Chemistry 2013
    • 発表場所
      神奈川大学(神奈川)
    • 年月日
      20131113-20131115
  • [学会発表] Selenomethylene Locked Nucleic Acid (SeLNA) Bearing a Purine Base2013

    • 著者名/発表者名
      Yoshihiro Moai, Tetsuya Kodama, Kunihiko Morihiro, Hidekazu Hiroaki, Satoshi Obika
    • 学会等名
      The 40th International Symposium on Nucleic Acids Chemistry 2013
    • 発表場所
      神奈川大学(神奈川)
    • 年月日
      20131113-20131115
  • [学会発表] Antisense Oligonucleotide with Adequate Affinity Hopscotches Across Target RNAs in RNase H-mediated Mechanism2013

    • 著者名/発表者名
      Tsuyoshi Yamamoto, Naoko Fujii, Naoya Shigesada, Satoshi Obika
    • 学会等名
      The 9th Annual Meeting of the Oligonucleotide Therapeutic Society
    • 発表場所
      Royal Continental Hotel (Napoli, Italy)
    • 年月日
      20131006-20131008
  • [学会発表] Effect of various substituent groups on amido-bridged nucleic acids (AmNAs) modified antisense oligonucleotides on pharmaceutical benefits and accumulation in liver2013

    • 著者名/発表者名
      Reiko Waki, Tsuyoshi Yamamoto, Aiko Yahara, Hidenori Yasuhara, Mariko Harada-Shiba, Satoshi Obika
    • 学会等名
      The 9th Annual Meeting of the Oligonucleotide Therapeutic Society
    • 発表場所
      Royal Continental Hotel (Napoli, Italy)
    • 年月日
      20131006-20131008
  • [学会発表] 架橋型人工核酸(BNA)の核酸医薬への応用

    • 著者名/発表者名
      兒玉哲也
    • 学会等名
      名古屋大学 予防早期医療創成センター 第4回ワークショップ
    • 発表場所
      名古屋大学(愛知)
  • [学会発表] 舟型ピラノース核酸類の合成とその標的結合能

    • 著者名/発表者名
      森 和土、兒玉 哲也、小比賀 聡
    • 学会等名
      第39回反応と合成の進歩シンポジウム
    • 発表場所
      九州大学(福岡)
  • [学会発表] 2',4'-BNAを搭載した高活性なApolipoprotein C-III標的型アンチセンス核酸の開発

    • 著者名/発表者名
      和田 郁人、山本 剛史、和田 俊輔、安原 秀典、小比賀 聡、斯波 真理子
    • 学会等名
      遺伝子・デリバリー研究会第13回シンポジウム
    • 発表場所
      帝京大学(千葉)

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公開日: 2015-05-28  

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