2016 Fiscal Year Research-status Report
Multi functionalization of proteins by sterically bulky caging
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15K06575
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
山口 哲志 東京大学, 先端科学技術研究センター, 講師 (80398106)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | タンパク質 / ケージド化合物 / タンパク質性医薬品 / コールドチェーン問題 / タンパク質の安定化 / PEGylation |
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| Outline of Annual Research Achievements |
タンパク質表面に、刺激分解性リンカーを介して嵩高い保護基を修飾し、多機能性の刺激応答性タンパク質（ケージドタンパク質）を創生する研究を行っている。本年度は、嵩高いケージング技術によるタンパク質の安定性向上について検討を行った。その結果、分子量5000程度のポリエチレングリコール（PEG）鎖を嵩高い保護基として用いると、タンパク質水溶液の熱安定性が飛躍的に向上することが濁度測定や遠心沈降測定によって確認された。嵩高いPEG鎖で表面が遮蔽されることによって、タンパク質間の疎水性相互作用が抑制され、加熱変性によって生じるタンパク質の凝集が妨げられたと考えられる。一方で、表面が遮蔽されたこの状態ではタンパク質の活性も完全に阻害される。しかし、光照射によって嵩高いPEG鎖を切断すると、活性が大幅に回復することも確認された。この成果は、タンパク質性医薬品を保管・運搬する際の安定化技術として有望であり、ベッドサイドまでのコールドチェーン問題（バイオ医薬品の冷蔵保管・運搬のコスト問題）を解決できると期待された。そこで、ベッドサイドで簡便にPEG鎖を光除去する実用化技術の開発にも着手し、PEG鎖の末端に回収用のタグを導入した。これにより、光照射によってタンパク質表面から分解除去されたPEG鎖は、タグを使って簡単・迅速にフィルターや樹脂といった固相に捕捉されるようになり、光活性化された薬用タンパク質と一緒に体内に注射される危険性がなくなる。実際に、光照射後に、取り外されたタグ付きのPEG鎖が樹脂に結合してタンパク質水溶液から除去されることも確認し、これらの一連の成果を国内外に特許出願した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当初の計画通り、細胞表層および細胞内で嵩高いケージドタンパク質が機能することを確認することができた。また、計画通りに、細胞質に自発的にケージドタンパク質を導入できるシステムの開発にも成功した。さらに、還元環境下で切断されるリンカーの合成と、リンカーを介した嵩高いポリマーの修飾方法も確立できた。また、今年度は、タンパク質の活性の外部制御技術としての検討だけでなく、計画通りに、タンパク質性医薬品の安定化技術としての検討も行い、コールドチェーン問題を解決する新しい技術として特許出願することもできた。さらに、現在、この技術が、モデルタンパク質だけでなく、幅広い実用的な薬用タンパク質にも適用できるかどうかの検討を開始している。これより、おおむね順調に進行していると判断した。
さらに、本研究の実施中に、嵩高い保護基を介したタンパク質の集合体形成を発見し、光溶解性のタンパク質ナノ凝集体を簡便に作成する技術へと応用した。この新たな成果を基に、タンパク質デリバリーの全く新しいアプローチとして、計画を超えた検討も開始している。
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| Strategy for Future Research Activity |
当初の計画通り、H29年度は、実験動物を用いた機能評価を実施する。H28年度に新たに開発した光溶解性タンパク質凝集体については、担癌マウスを用いた体内動態実験も予備実験ながら計画を前倒しして実施しており、同様に、嵩高いケージドタンパク質に対しても体内動態実験から開始し、腫瘍への治療効果について検討する。また、H28年度に確立したタンパク質の安定化技術についても、注射剤への実用化のための検討を行う。注射器の中のケージドタンパク質水溶液に対して光照射を施し、PEG鎖を回収するためのフィルターを介して注入されたタンパク質水溶液の薬効についての評価も実施したい。
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