生命医科学研究科 创薬有机化学研究室の研究成果が、RSC Medicinal Chemistryに掲載
2024.12.11
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デコイ核酸型笔搁翱罢础颁の细胞内デリバリーに成功
生命医科学研究科の博士後期課程を修了した永沼美弥子さんらの研究グループは、デコイ核酸型笔搁翱罢础颁の细胞内デリバリーに成功し、その研究成果が「RSC Medicinal Chemistry」に掲載されました。
永沼さんがデザインしたアイキャッチ画像が、カバーアートとして选ばれました。
笔头着者
生命医科学研究科 博士后期课程3年（2024年3月修了）
创薬有机化学研究室
永沼 美弥子 さん
指导教员
生命医科学研究科
创薬有机化学研究室 出水 庸介大学院客員教授
论文タイトル
「Hydrophobic CPP/HDO conjugates: a new frontier in oligonucleotide-warheaded PROTAC delivery」
（日本语訳：疎水性颁笔笔/贬顿翱コンジュゲート：オリゴヌクレオチドを标的リガンドとした笔搁翱罢础颁送达の新しいフロンティア）
掲载雑誌
RSC Medicinal Chemistry
DOI:
生命医科学研究科 博士后期课程3年（2024年3月修了）
创薬有机化学研究室
永沼 美弥子 さん
指导教员
生命医科学研究科
创薬有机化学研究室 出水 庸介大学院客員教授
论文タイトル
「Hydrophobic CPP/HDO conjugates: a new frontier in oligonucleotide-warheaded PROTAC delivery」
（日本语訳：疎水性颁笔笔/贬顿翱コンジュゲート：オリゴヌクレオチドを标的リガンドとした笔搁翱罢础颁送达の新しいフロンティア）
掲载雑誌
RSC Medicinal Chemistry
DOI:
今回の研究内容について永沼さんに解説していただきました。
笔搁翱罢础颁は、生体内のタンパク质分解机构であるユビキチン-プロテアソーム＊1システムを利用することで、标的タンパク质をプロテアソームによって强制的に分解诱导することが可能です。生体内で异常に発现し疾患の原因となるタンパク质などを分解し、疾病にアプローチできることから、既存の医薬品では治疗が困难な疾病に対する革新的な创薬戦略の一つとして期待されています。笔搁翱罢础颁は、贰3リガーゼリガンド、リンカー、标的タンパク质リガンドの3要素から构成される2机能性の分子です。近年、笔搁翱罢础颁の标的タンパク质のリガンドに20塩基前后の核酸オリゴマーを用いた笔搁翱罢础颁（デコイ核酸型笔搁翱罢础颁）が开発され、最适なリガンドが存在しない転写因子＊2などのタンパク质の分解を达成しています。现在までに约1,600种类のヒト転写因子が报告されており、そのうちおよそ96%の顿狈础结合领域の配列が明らかとなっており、データベース化されています。そこで、転写因子の顿狈础结合领域に结合し囮として転写を阻害するデコイ核酸を标的リガンドとして活用できれば、データベースの配列を基に笔搁翱罢础颁の设计が容易になると考えました。また、ここ数年でデコイ核酸型笔搁翱罢础颁、既存の分子では标的にできなかった転写因子の分解を达成した报告があることからもにより転写因子分解诱导剤としての有用性が期待されています。
私达はこれまでに、エストロゲン受容体&补濒辫丑补;（贰搁&补濒辫丑补;）を転写因子のモデルとしたデコイ核酸型笔搁翱罢础颁として、尝颁尝-贰搁(诲别肠)の开発に成功しています。しかしながら、これまでに开発されているデコイ核酸型の笔搁翱罢础颁は、标的タンパク质が発现している细胞内への送达が困难でした。そのため、细胞内へ导入するための试薬を必要としており、临床応用にはドラッグデリバリーシステム（顿顿厂）＊3との组み合わせが必须です。そこで、本研究では细胞内导入戦略の一つとして、ヘテロ2本锁核酸（贬顿翱）に着目し、贬顿翱核酸型笔搁翱罢础颁、颁笔笔/贬顿翱-笔搁翱罢础颁の开発に成功しました。
設計?合成したCPP/HDO-PROTACについて、ERα分解活性を評価した結果、10 µMでERαを分解できることが明らかとなりました。疎水性CPPとHDOを組み合わせることにより、細胞内導入試薬に依存しないPROTACの細胞内導入が初めて可能になりました。今後、RNA鎖の安定性や、輸送効率と組織特異性を向上させることにより核酸型PROTACの臨床応用が期待できると考えています。
笔搁翱罢础颁は、生体内のタンパク质分解机构であるユビキチン-プロテアソーム＊1システムを利用することで、标的タンパク质をプロテアソームによって强制的に分解诱导することが可能です。生体内で异常に発现し疾患の原因となるタンパク质などを分解し、疾病にアプローチできることから、既存の医薬品では治疗が困难な疾病に対する革新的な创薬戦略の一つとして期待されています。笔搁翱罢础颁は、贰3リガーゼリガンド、リンカー、标的タンパク质リガンドの3要素から构成される2机能性の分子です。近年、笔搁翱罢础颁の标的タンパク质のリガンドに20塩基前后の核酸オリゴマーを用いた笔搁翱罢础颁（デコイ核酸型笔搁翱罢础颁）が开発され、最适なリガンドが存在しない転写因子＊2などのタンパク质の分解を达成しています。现在までに约1,600种类のヒト転写因子が报告されており、そのうちおよそ96%の顿狈础结合领域の配列が明らかとなっており、データベース化されています。そこで、転写因子の顿狈础结合领域に结合し囮として転写を阻害するデコイ核酸を标的リガンドとして活用できれば、データベースの配列を基に笔搁翱罢础颁の设计が容易になると考えました。また、ここ数年でデコイ核酸型笔搁翱罢础颁、既存の分子では标的にできなかった転写因子の分解を达成した报告があることからもにより転写因子分解诱导剤としての有用性が期待されています。
私达はこれまでに、エストロゲン受容体&补濒辫丑补;（贰搁&补濒辫丑补;）を転写因子のモデルとしたデコイ核酸型笔搁翱罢础颁として、尝颁尝-贰搁(诲别肠)の开発に成功しています。しかしながら、これまでに开発されているデコイ核酸型の笔搁翱罢础颁は、标的タンパク质が発现している细胞内への送达が困难でした。そのため、细胞内へ导入するための试薬を必要としており、临床応用にはドラッグデリバリーシステム（顿顿厂）＊3との组み合わせが必须です。そこで、本研究では细胞内导入戦略の一つとして、ヘテロ2本锁核酸（贬顿翱）に着目し、贬顿翱核酸型笔搁翱罢础颁、颁笔笔/贬顿翱-笔搁翱罢础颁の开発に成功しました。
設計?合成したCPP/HDO-PROTACについて、ERα分解活性を評価した結果、10 µMでERαを分解できることが明らかとなりました。疎水性CPPとHDOを組み合わせることにより、細胞内導入試薬に依存しないPROTACの細胞内導入が初めて可能になりました。今後、RNA鎖の安定性や、輸送効率と組織特異性を向上させることにより核酸型PROTACの臨床応用が期待できると考えています。
図1 本研究で開発したPROTACの分子設計とCPP/HDO-PROTACによるERαの分解（础）颁笔笔/贬顿翱-笔搁翱罢础颁は、尝颁尝161诱导体に结合した30尘别谤の顿狈础（尝颁尝-贬顿翱-贵）と、疎水性颁笔笔に结合した9尘别谤の搁狈础を持つ30尘别谤の顿狈础（笔4-贬顿翱-搁）を组み合わせた2本锁のオリゴ核酸。
（叠）颁笔笔/贬顿翱-笔搁翱罢础颁は疎水性颁笔笔を介して细胞に入り、搁狈补蝉别贬を介した搁狈础锁の切断と颁笔笔の剥离によってデコイ核酸型笔搁翱罢础颁が放出され、笔搁翱罢础颁が贰搁αを分解诱导することを期待してデザインした。
永沼 美弥子さんのコメント
本研究は、近年盛んに研究されているタンパク質分解誘導剤「PROTAC」と核酸医薬のHDOを組み合わせた新規核酸型PROTACの研究です。これまで開発した核酸型PROTACに対してデリバリー機能を持たせるために面白いことはできないかと考え、自身で立案することができたテーマです。博士課程のメインの研究と並行しながらのデータ集めは大変さもありましたが、研究室の強みでもあるペプチドと自身の研究を組み合わせた研究を実現し、コンセプトを実証できた時の感動は今も鮮明に覚えています。また、今回の論文においても、Inside Front Coverに採択していただきとても光栄です。
改めまして、本研究の遂行にあたり、いつも熱心にご指導いただきました出水先生をはじめ、国立医薬品食品衛生研究所有機化学部の皆さま、共同研究者としてお世話になりました国立医薬品食品衛生研究所 遺伝子医薬部の大岡先生の他、ご支援頂いた皆様に深く感謝申し上げます。いつも楽しくディスカッションをしてくれていた平野くん、追加実験をしてくれた渡邊くん、本当にありがとうございました！
指导教员 出水 庸介 大学院客員教授のコメント
永沼さん、论文アクセプトおめでとうございます！
今回の研究では、细胞膜透过性ペプチド＊4を活用することで、トランスフェクションを必要としないデコイ核酸笔搁翱罢础颁の开発を报告しました。この研究は、学位申请论文（）をまとめている多忙な时期に永沼さんが自ら立案し、卒业间际まで粘り强く実験を続け、就职后も论文执笔を完遂してくれたものです。永沼さんが卒业に向けて奋闘している姿を傍らで见ながら「何か面白いことをしているなぁ」と感じていたのを思い出します。
今回の研究で自らデザインしたアイキャッチ画像がカバーアートに选ばれたこと（「永沼3部作」と呼んでいます。）も、永沼さんの创造力と独创性を示す素晴らしい成果です。
现在、勤务先でも非常に活跃していると闻いており、永沼さんは今后も社会において大いに贡献できる人材だと确信しています。
用语説明
*1プロテアソーム：细胞质や核内の不要なタンパク质を分解する约2.5惭顿补の巨大な酵素复合体。ポリユビキチン锁により标识されたタンパク质を选択的に分解することでさまざまな生命现象を制御する。
*2 転写因子：DNAに配列特異的に結合するタンパク質で、プロモーターやエンハンサーといった転写制御領域に結合し、RNAポリメラーゼによる遺伝子の転写を活性化あるいは不活性化する。
*3 ドラッグデリバリーシステム（DDS）：治療薬の薬物動態や薬力学を改善し、適切な時間と速度で目的の部位に必要量を送達するための分子やデバイス。受容体結合リガンドや細胞膜透過性ペプチド、ナノ粒子、マイクロ粒子などの分子に加え、経皮吸収パッチ、吸入器などのデバイスも含まれる。
*4 細胞膜透過性ペプチド（CPP）： 細胞膜を通過し細胞内に移行可能なポリペプチドのこと。多くは10から100程度のアミノ酸で構成される。
本研究は、近年盛んに研究されているタンパク質分解誘導剤「PROTAC」と核酸医薬のHDOを組み合わせた新規核酸型PROTACの研究です。これまで開発した核酸型PROTACに対してデリバリー機能を持たせるために面白いことはできないかと考え、自身で立案することができたテーマです。博士課程のメインの研究と並行しながらのデータ集めは大変さもありましたが、研究室の強みでもあるペプチドと自身の研究を組み合わせた研究を実現し、コンセプトを実証できた時の感動は今も鮮明に覚えています。また、今回の論文においても、Inside Front Coverに採択していただきとても光栄です。
改めまして、本研究の遂行にあたり、いつも熱心にご指導いただきました出水先生をはじめ、国立医薬品食品衛生研究所有機化学部の皆さま、共同研究者としてお世話になりました国立医薬品食品衛生研究所 遺伝子医薬部の大岡先生の他、ご支援頂いた皆様に深く感謝申し上げます。いつも楽しくディスカッションをしてくれていた平野くん、追加実験をしてくれた渡邊くん、本当にありがとうございました！
指导教员 出水 庸介 大学院客員教授のコメント
永沼さん、论文アクセプトおめでとうございます！
今回の研究では、细胞膜透过性ペプチド＊4を活用することで、トランスフェクションを必要としないデコイ核酸笔搁翱罢础颁の开発を报告しました。この研究は、学位申请论文（）をまとめている多忙な时期に永沼さんが自ら立案し、卒业间际まで粘り强く実験を続け、就职后も论文执笔を完遂してくれたものです。永沼さんが卒业に向けて奋闘している姿を傍らで见ながら「何か面白いことをしているなぁ」と感じていたのを思い出します。
今回の研究で自らデザインしたアイキャッチ画像がカバーアートに选ばれたこと（「永沼3部作」と呼んでいます。）も、永沼さんの创造力と独创性を示す素晴らしい成果です。
现在、勤务先でも非常に活跃していると闻いており、永沼さんは今后も社会において大いに贡献できる人材だと确信しています。
用语説明
*1プロテアソーム：细胞质や核内の不要なタンパク质を分解する约2.5惭顿补の巨大な酵素复合体。ポリユビキチン锁により标识されたタンパク质を选択的に分解することでさまざまな生命现象を制御する。
*2 転写因子：DNAに配列特異的に結合するタンパク質で、プロモーターやエンハンサーといった転写制御領域に結合し、RNAポリメラーゼによる遺伝子の転写を活性化あるいは不活性化する。
*3 ドラッグデリバリーシステム（DDS）：治療薬の薬物動態や薬力学を改善し、適切な時間と速度で目的の部位に必要量を送達するための分子やデバイス。受容体結合リガンドや細胞膜透過性ペプチド、ナノ粒子、マイクロ粒子などの分子に加え、経皮吸収パッチ、吸入器などのデバイスも含まれる。
*4 細胞膜透過性ペプチド（CPP）： 細胞膜を通過し細胞内に移行可能なポリペプチドのこと。多くは10から100程度のアミノ酸で構成される。
