科研費 - 阿部 洋
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研究課題/研究課題番号：24K22095 2024年6月 - 2026年3月
日本学術振興会 科学研究費助成事業 挑戦的研究(萌芽)
佐橋 健太郎, 阿部 洋, 浅沼 浩之, 勝野 雅央, 蛭薙 智紀, 阿部 洋, 浅沼 浩之, 勝野 雅央, 蛭薙 智紀
担当区分：研究分担者
神経難病の核酸医薬が開発されているが、ターゲットエンゲージメントと作用持続性の改良が求められている。そこで、超早期治療やN-of-1試験も視野に入れ、薬効薬理の向上と高い忍容性を確保した、究極的には単回治療が可能な、核酸プロトタイプの確立が重要と考えた。本研究では修飾化学の先端技術を、研究代表者らがこれまでに開発した核酸に応用し、疾患モデル細胞・動物を用い、AI解析も活用する、核酸候補の効能検証を行う。神経変性疾患に対し、症状の改善・進行停止さらに発症予防という理想を掲げ、発症前の治療介入も含め、少量・低頻度投与で効率的な長期効果継続と負担軽減を発揮する核酸治療のPOC確立を目標とする。
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研究課題/研究課題番号：24H00737 2024年4月 - 2028年3月
日本学術振興会 科学研究費助成事業 基盤研究(A)
浅井 潔, 佐藤 健吾, 上田 宏生, 阿部 洋, 佐藤 健吾, 上田 宏生, 阿部 洋
担当区分：研究分担者
mRNAの翻訳量・安定性を最適化するための配列設計は、mRNAの工学・医学応用に重要な課題である。しかしながら、mRNA配列の設計自由度を最大限に活かした配列設計は実現していない。また、RNAの修飾はその構造・機能に影響を与えることが知られているが、mRNAの修飾と翻訳量との関係は、未だ解明が不十分である。本研究では、化学修飾を含むmRNAを合成して翻訳量・安定性を測定し、シークエンサによるRNA修飾検出技術を用いた情報解析によって、化学修飾を含むmRNAの性能予測技術と、深層生成モデル用いたmRNAの設計技術の開発を行う。
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送達担体を用いないmRNAの新規体内送達技術による革新的疾患治療
研究課題/研究課題番号：24K03250 2024年4月 - 2027年3月
科学研究費助成事業 基盤研究(B)
小暮 健太朗, 阿部 洋
担当区分：研究分担者
本研究の目的は、新規モダリティーであるmRNAを、副作用・副反応が懸念される脂質ナノ粒子等の送達担体を使わずに標的組織・臓器内に直接送達する新規技術の確立による革新的な疾患治療法の開発である。本研究では、サルコペニア・糖尿病を対象疾患として、①マイオスタチン阻害ペプチドコードmRNAの骨格筋ItPによるサルコペニア治療、②インスリンコードmRNAの体内臓器（肝臓／膵臓）ItPによる1型糖尿病治療、③mRNA/ItPの安全性、を検討しmRNA/ItPによる革新的疾患治療法の開発を目指す。
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mRNA工学を基盤とした中分子mRNA医薬の創製とその治療応用
研究課題/研究課題番号：21H04962 2021年4月 - 2025年3月
日本学術振興会 科学研究費助成事業 基盤研究(A) 基盤研究(A)
内田 智士, 阿部 洋, 弓場 英司, 阿部 洋, 弓場 英司
担当区分：研究分担者 資金種別：競争的資金
COVID-19に対するmRNAワクチンの成功を受け、mRNAのワクチン、医薬の開発が世界中で盛んである。しかし、mRNAは生物学的な調製が行われているため、副生成物が問題となるほか、その送達に必要なキャリアが毒性を示す。mRNA合成に化学的手法を用いること、さらにできるだけ短鎖のmRNAを治療に用いることにより、中分子核酸医薬と同様に、副生成物が少なく、かつキャリアフリーで投与できるmRNAワクチン、医薬を創製することが本研究の目的である。
初年度、化学合成した短鎖mRNAの機能を培養細胞で評価することで、翻訳活性を担保しながら、高い酵素耐性を示す設計を見出している。その他に、設計の異なるmRNAにおける翻訳活性の違いに関する分子生物学的な解析を行い、mRNA翻訳に重要な分子を見出している。さらに、生理活性をもつペプチドを発現する短鎖のmRNAを複数調製し、その機能を培養細胞にて確認している。このmRNAを次年度以降、生体内投与に用いる。
また、ある程度鎖長の長いmRNAに対して、化学的手法を用いることで副生成物を大幅に減少させることや、キャリアフリーで送達させることにも併せて取り組んでいる。実際に、mRNAに含まれる副生成物を減少させたところ、培養細胞および生体内投与において、mRNAの導入効率が飛躍的に向上することを見出した。この結果は、副生成物がただ機能しないだけでなく、mRNAの機能を阻害していることを示し、本研究のコンセプトである中分子化の重要性を示している。また、生体への送達手法を工夫することで、送達キャリアを用いることなく、高いワクチン効果を得るシステムの構築にも成功しつつある。すなわち、mRNAを短鎖化させることなく、中分子核酸医薬の利点を得ることにも成功している。 -
研究課題/研究課題番号：21H04912 2021年4月 - 2024年3月
日本学術振興会 科学研究費助成事業 基盤研究(A) 基盤研究(A)
浅井 潔, 阿部 洋, 櫻庭 俊, 阿部 洋, 櫻庭 俊
担当区分：研究分担者
既に開発した様々なRNA２次構造情報解析ソフトウェアを基盤として、修飾塩基のエネルギーパラメー
タを組み込むことで、修飾塩基を含むRNAの２次構造情報解析を実現するソフトウェアを開
発する。さらに、機械学習を取り入れたエネルギーパラメータ推定法を開発する。また、RNA配列中の修
飾の種類・位置を同定するため、１分子シークエンサの測定信号から修飾塩基を含む塩基配
列を同定する手法を開発する。これらの技術の有用性を実証するため、塩基修飾がmRNAの
翻訳効率に及ぼす影響を予測する手法の開発を行う。
生体内に存在する膨大な種類のRNAは、転写後に様々な修飾を受けることで機能・活性が変化している。しかしながら、修飾を含むRNAの構造を予測するための情報基盤は確立していない。
本研究では、修飾塩基の含むRNAの２次構造エネルギーパラメータの同定とそのソフトウェアへの組み込み、修飾塩基検出技術の開発、およびmRNAの修飾塩基による翻訳効率変化の予測を行うことにより、全転写産物規模でのRNA修飾（エピトランスクリプトーム）に対応したRNAの情報解析基盤を構築することを目指している。
研究代表者らの開発した様々なRNA２次構造情報解析ソフトウェアを基盤として、修飾塩基のエネルギーパラメータを組み、修飾塩基を含むRNAの２次構造情報解析を実現するソフトウェアを開発している。すでに、２種類程度の修飾塩基のエネルギーパラメータを新たに同定するとともに、機械学習を取り入れたエネルギーパラメータ推定法を開発した。具体的には、修飾を含むRNAの２次構造予測の手法を開発するため、塩基対確率のエネルギーパラメータによる微分を用いたパラメータ推定手法を開発した。機能的に重要なRNA2次構造を抽出する有力な方法の１つは、多数の相同RNA配列の構造アラインメントから共通構造を探索することである。RNA 2次構造は細胞の中で揺らぎ、確率的な振る舞いをする。そこで、修飾塩基を含むRNA分子の相互作用をモデル化し、２次構造の確率的揺らぎを考慮して相互作用に寄与する２次構造要素を検出する手法を開発した。
McCaskillアルゴリズムの自動微分を用いた最急降下法による塩基対確率からのエネルギーパラメータ推定は、計算時間がかかりすぎることが判明したため、McCaskillアルゴリズムの漸化式の微分を直接実装する必要が生じたため。
McCaskillアルゴリズムの漸化式の微分を直接実装し、修飾塩基を含むエネルギーパラメータの推定を行う。 -
高分子RNA医薬の中分子化戦略
2018年4月 - 2020年3月
科学研究費補助金 新学術領域研究
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高分子RNA医薬の中分子化戦略
研究課題/研究課題番号：18H04398 2018年4月 - 2020年3月
新学術領域研究(研究領域提案型)
阿部 洋
担当区分：研究代表者
配分額：5200000円 （ 直接経費：4000000円 、 間接経費：1200000円 ）
本研究では、非活性な中分子RNAを細胞内に導入することで活性のある高分子siRNAを作り出す、細胞内ビルドアップ法を開発することを目指した。このように巧みにsiRNA前駆体を設計することにより、RNA干渉で問題となるsiRNA分子の膜透過性や免疫応答の問題を回避できると期待した。前年度までに、光切断ユニットあるいはジスルフィド構造を組み込んだ環状RNAを前駆体として用いることで、細胞膜透過性を向上させる結果が得られている。前者のsiRNA前駆体では光照射依存的に、後者は細胞内GSHによって直鎖siRNAに変換されるメカニズムを想定した。 今年度は詳細なメカニズム解析により、設計した細胞内ビルドアップメカニズムが作用しているかについて検証を行った。また、本手法の優位性を実証するデータの取得を行った。メカニズム解析では、環状siRNA前駆体作用後に生じる切断産物の解析により、細胞内で活性なsiRNAが形成されることを実証した。また、本手法はルシフェラーゼなどの人工的な系だけでなく、ApoBなどの複数の内在性遺伝子を標的とした場合にも優位性が確認された。また、導入した環境応答性リンカーに免疫原性がないことも確認した。これにより作用メカニズムの妥当性と、従来法に対する優位性の普遍性を実証できた。以上の成果をChemical Communications誌に報告した。
令和元年度が最終年度であるため、記入しない。
令和元年度が最終年度であるため、記入しない。 -
高分子RNA医薬の中分子化戦略
2018年4月 - 2020年3月
阿部 洋
担当区分：研究代表者 資金種別：競争的資金
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2018年 - 2023年
科学技術振興機構 戦略的な研究開発の推進 戦略的創造研究推進事業 CREST
阿部 洋
担当区分：研究代表者
1正確性の高いPCR法、2新規DNAアセンブリ技術、3反復配列を構築可能なケミカルライゲーション、4合成効率・正確性が高いアミダイト化学、5本技術を利用するためのDNA配列設計アルゴリズム開発。以上の要素技術を開発することで、正確でかつ自動化可能なゲノムスケールでのDNA合成技術を確立します。
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核酸鋳型化学反応の遷移状態制御に基づく触媒回転数の向上
2016年7月 - 2019年3月
科学研究費補助金 基盤研究(B)
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核酸鋳型化学反応の遷移状態制御に基づく触媒回転数の向上
研究課題/研究課題番号：16KT0052 2016年7月 - 2019年3月
阿部 洋
担当区分：研究代表者
配分額：18590000円 （ 直接経費：14300000円 、 間接経費：4290000円 ）
核酸鋳型反応に基づく発蛍光反応は、RNA検出プローブの最も基本的な作用原理の一つである。この方法では、反応性官能基を持つ核酸プローブと、保護基で蛍光を抑えた蛍光前駆体を持つ核酸プローブが、標的RNA上で会合し、保護基除去反応が進行することで蛍光を発する。この発蛍光反応は、標的RNA存在下で特異的に起こるため、RNA検出プローブの作用原理となる。本研究では高感度な細胞内RNA検出を目指し、①核酸鋳型反応の高速化、②リポフェクションを用いない核酸プローブの細胞内投与法の開発に取り組んだ。①では反応の求核剤を適切に選択することで、②では核酸のリン酸部をチオ化することで、有望な結果が得られた。
RNA検出法は、病気の診断、ウイルスの検出、細胞現象の解明など、様々な分野で重要な技術である。RNA検出では、いかに微量な標的RNAを検出できるか、すなわち検出感度の高感度化が重要な課題である。核酸検出プローブの作用原理である核酸鋳型反応の高速化により、高感度化が可能になるが、本研究ではその反応の高速化の指針を見出すことに成功した。また、核酸プローブの細胞投与において、既存の手法では望みでない蛍光シグナルを発してしまう問題があるが、本研究で開発した新たな投与法により、その問題を回避することが可能になった。両成果は、細胞内で微量なRNAの検出を可能にする技術の開発において重要な結果である。 -
核酸鋳型化学反応の遷移状態制御に基づく触媒回転数の向上
2016年7月 - 2019年3月
阿部 洋
担当区分：研究代表者 資金種別：競争的資金
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環状RNAを用いたタンパク質合成法
2016年4月 - 2019年3月
科学研究費補助金 基盤研究(B)
担当区分：研究代表者
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エピトランスクリプトーム解析のためのRNAインフォマティクス基盤技術
2016年4月 - 2019年3月
科学研究費補助金 基盤研究(A)
担当区分：研究代表者
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エピトランスクリプトーム解析のためのRNAインフォマティクス基盤技術
研究課題/研究課題番号：16H02484 2016年4月 - 2019年3月
浅井 潔
担当区分：研究分担者
重要な修飾塩基であるイノシンとN6メチルアデノシンの２次構造エネルギーパラメタを、熱測定実験と分子シミュレーションの組合せで同定した。推定誤差の構造予測への影響は理論的解析と計算機実験で評価して発表した。同定したイノシンのパラメタを用いて、miRNAによる翻訳抑制効率に対する A-to-I 編集の影響のモデルを共同研究で構築して発表した。
2次構造確率分布の解析ツールRintDを改良し、塩基対確率の分布を計算するRintWおよび最大塩基対制約で計算を高速化したRintCを開発して発表した。その際、フーリエ変換が数値誤差に与える影響を精度保証計算を用いて解析し、大きな確率は信頼できることを示した。
重要な修飾塩基であるイノシン、m6Aの未同定のエネルギーパラメタを熱測定実験と分子シミュレーションによって同定し、イノシン、m6Aを含むRNA分子の２次構造予測が可能となった。
RNAの塩基修飾はRNA２次構造変化をもたらし、他の分子との相互作用の変化はその機能を変化させる。我々の成果により、これまで不可能であったイノシン、m6A修飾の構造・相互作用へ影響の解析が可能となった。イノシンのエネルギーパラメータはmiRNAによる翻訳抑制効率に対する A-to-I 編集の影響のモデルで検証された。 -
環状RNAを用いたタンパク質合成法
研究課題/研究課題番号：16H04178 2016年4月 - 2019年3月
阿部 洋
担当区分：研究代表者
配分額：17810000円 （ 直接経費：13700000円 、 間接経費：4110000円 ）
連続した読み枠を含む環状RNAを鋳型にした翻訳反応系においては、リボソームが何度も回転しながら翻訳反応を行う結果、反復配列をもつタンパク質・ペプチド産物が生成する。タンパク質生合成法における新たな方法論として、この環状RNAを用いたタンパク質合成法の開発を行った。環状RNAを鋳型にした大腸菌無細胞翻訳系の最適化を行った。哺乳動物翻訳系における効率的な機能性タンパク質発現法の開発を実施した。
近年、タンパク質を材料にした医薬品や生体材料の開発が進められている。連続的な読み枠を含む環状RNAを鋳型にしたタンパク質生合成反応を用いると、反復配列からなる長鎖タンパク質・ペプチドを簡便に調製できる。機能性タンパク質には反復配列を含むものが多く存在するため、これらの調製法として、本研究成果を用いることが出来る。 -
環状RNAを用いたタンパク質合成法
2016年4月 - 2019年3月
阿部 洋
担当区分：研究代表者 資金種別：競争的資金
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エピトランスクリプトーム解析のためのRNAインフォマティクス基盤技術
2016年4月 - 2019年3月
浅井潔
資金種別：競争的資金
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iRed/iPedの完全化学合成を基軸とした実践的がん創薬基盤研究
2015年4月 - 2018年3月
科学研究費補助金 基盤研究(B)
担当区分：研究分担者
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iRed/iPedの完全化学合成を基軸とした実践的対がん創薬基盤研究
研究課題/研究課題番号：15H04656 2015年4月 - 2018年3月
日本学術振興会 科学研究費助成事業 基盤研究(B)
南川 典昭, 石田 竜弘, 阿部 洋
担当区分：研究分担者
本課題では、機能性RNAを細胞内で発現可能なDNAデバイス (iRed) の更なる機能強化を目的に研究を行なった。その結果、(1) iRedの安定化を目的とした環状化、(2) iRedの完全化学合成、(3)革新的デリバリー法との組合せによる新規がん治療薬創製の探索、さらに(4) このデバイスを、機能性ペプチドペプチド/プロテインを発現するiPedへと進化させる可能性を実証した。