授賞対象分野「物質・材料、生産」
分野
授賞業績

mRNAワクチン開発への先駆的研究
カタリン・カリコー 博士

1955 年 1 月 17 日生まれ（67 歳）
ビオンテック 上級副社長
ペンシルべニア大学脳神経外科 特任教授

ドリュー・ワイスマン 博士

1959 年 9 月 7 日生まれ（62 歳）
ペンシルべニア大学医学大学院 教授

セゲド大学 教授

ペンシルべニア RNA イノベーション研究所 所長

新型コロナウイルスワクチンの作用

タンパク質合成におけるmRNAの役割
ワクチンは、ウイルスや細菌などの外部の病原体に対する新型コロナウイルスワクチンが、ウイルスの感染や病状の免疫（抵抗力）を獲得するために、弱めた病原体や病原体特有の重症化を防ぐメカニズムは、どうなっているのでしょうか。

タンパク質を免疫系に攻撃するように覚えさせる医薬品です。

ま ず、ワ ク チ ン 接 種 に よ っ て、ス パ イ ク タ ン パ ク 質 の新型コロナウイルスはヒトの細胞に感染する際に、スパmRNA が体内に入ります。mRNA は体内のタンパク質合成

イクタンパク質（図 1 の新型コロナウイルス表面にある赤い機能を利用して、スパイクタンパク質を合成します。このタ突起）を足場にします。過去のコロナウイルス研究によっンパク質は非自己と認識されるので、免疫系が活性化して抗て、このスパイクタンパク質の断片が抗原として働き、抗体が産生されます（図 2 左）。実際に新型コロナウイルスが体体が産生されることが知られています。

内に侵入した際に、産生された抗体はスパイクタンパク質にスパイクタンパク質をワクチンとして使うには、これを結合し、感染を防ぎます（図 2 右）。また、免疫系がスパイクどのようにして体内に入れるかが問題です。従来のワクチタンパク質を一度記憶すると、ウイルスの侵入の際に、免疫ンのようにタンパク質を直接体内に投与することも考えら系が活性化し、重症化を防ぐと考えられています。

れますが、mRNA ワクチンでは、スパイクタンパク質を従来のワクチンは、病原性を弱めた病原体や、病原体の一細胞が合成するための設計図である mRNA を人工的に合部が用いられていたため、病気を発症しないという安全性の成して体内に投与します。

保証や、実際に免疫を獲得するという有効性の確認のため生体がどのようなタンパク質をつくるかは、設計図であに、時間を要しました。一方、スパイクタンパク質を体内でる遺伝子（DNA）に書かれています。DNA のタンパク質のつくらせるという方法は、実際のウイルスを使わないので感合成に必要な部分の情報は mRNA に写し取られ、それを染の心配がない上に、スパイクタンパク質を抗原として効率細胞小器官のリボソームが読み取ってタンパク質を合成しよく提示できるため、高い有効性を得ることができます。

ます。この生体の機能を利用して、スパイクタンパク質を働く基本的なメカニズムです。

体内で効率よく産生するのです。
図 1：タンパク質合成におけるmRNA の役割

ウイルスの遺伝子（設計図）の情報

これは、ｍRNA を用いる新型コロナウイルスワクチンが図 2：新型コロナウイルスワクチンの作用の模式図
特殊な小さなカプセルに mRNAを内包し、注射薬として投与

スパイクタンパク質

新型コロナウイルス

新型コロナウイルスmRNA

mRNA を合成

リボソームでタンパク質をつくり出す（細胞内）
リボソームできたタンパク質が折りたたまれてスパイクタンパク質になる

スパイクタンパク質

01

スパイクタンパク質抗体スパイクタンパク質だけでは病気にならない

mRNAはすぐに分解され体内に蓄積されない

スパイクタンパク質によるウイルスに対する抗体産生産生した抗体が発症、重症化を予防

発見は、体外から mRNA を投与することを可能にした点が

図 3：mRNA 医薬品の道を拓いたシュードウリジン
修飾ウリジンのシュードウリジン
m1Ψ m1Ψ m1Ψ m1Ψ m1Ψ m1Ψ m1Ψ m1Ψ m1Ψ m1Ψ m1Ψ m1Ψ m1Ψ m1Ψ

5’5’-cap 5’-UTR

Spike/RBD
スパイクタンパク質の遺伝情報

O

3’-UTR poly(A)tail3’O
NH

NriboseU
ウリジン

HNNHOOriboseΨ
シュードウリジン

スパイクタンパク質を産生するための mRNA は、スパイクタンパク質の遺伝情報以外に、mRNAを分解されにくくする5’-cap や poly(A)tailなどから構成されている。スパイクタンパク質の遺伝情報のウリジンをシュードウリジンに置き換えることで、免疫による炎症反応が抑えられた。

重要です。さらに両博士は、2008 年には修飾ウリジンのmRNA が生体内で効率よくタンパク質をつくることを示し、2012 年には実際にマウスの体内での高効率のタンパク質産生に成功しています。これらの基盤となる重要な知見は、すべて 2 人の博士の共同研究の成果です。
mRNA の最大の特長は、人工的に設計するので、細胞に思い通りのタンパク質をつくらせることができる点です。この特長を利用すると、他の感染症のワクチンのほか、がん治療に有効な抗体タンパク質を産生させる「がん治療薬」や、心不全などの再生医療への応用が可能とな

mRNA 医薬品利用への道を拓くり、すでに臨床段階に入っています。
両博士の研究成果をもとに mRNA を利用した新しい医薬品の開発・製造が加速化し拡大しており、医療分野にこれまで mRNA が医薬品として利用されなかったのは、体内に入ると分解されやすい上に、特に体外から取り込まれると生体によって異常な mRNA と認識されて、免疫による炎症反応が起きてしまうからでした。その結果、mRNA を導入された細胞が免疫獲得に必要な量のタンパク質をつくる前に死滅してしまったり、体内で高熱が出るといった問題が起こりました。
カリコー博士とワイスマン博士は、ペンシルべニア大学大きな変革をもたらそうとしています。
図 4：mRNAワクチンの開発の経緯
年
1960 年代

1980 年代

1990 年代れない免疫反応が抑えられることを発見しました（図 3）。

られていましたが、それがウリジンを介して結合すること1984 合成 mRNA
1989 カチオニックリポソーム中の mRNA をヒト細胞やカエル胎芽へ投与

1992 mRNA の遺伝病治療薬としての試行（ラット）1995 mRNA のがん治療薬としての試行（マウス）1998 カリコー博士、ワイスマン博士共同研究を開始

当時、体外から取り込まれた mRNA が、細胞膜に存在する Toll 様受容体に結合して、免疫反応を起こすことは知1969 生体から単離した mRNA による実験室でのタンパク質合成

マウスの筋肉に mRNA を注射し、タンパク質合成
1990 （Wolﬀ ら）

能性を拓きたいという思いから共同研究を開始。2005 年、ンを修飾ウリジンであるシュードウリジンに置換し、望ま1961 mRNA の発見

1970 年代 1971 リポソームによる薬物運搬

医学部の同僚であった 1998 年、mRNA の医薬品利用の可mRNA を１つの物質と捉え、その構成要素であるウリジ

事項

mRNA 投与による炎症反応が TLR によるもので2004 あることを見いだす
修飾 mRNA が望まない TLR による免疫反応を抑える
2000 年代 2005 ことを発見＊1はわかっていませんでした。両博士は実験を積み重ねて、修飾 mRNA がタンパク質の発現効率を上げることを2008 発見＊2

シュードウリジン化した mRNA では、この受容体への結2011 mRNA の精製法の開発（Kariko ら）合が起こらなくなることも発見したことになります。

2012 修飾 mRNA による生体内タンパク質生産（マウス）＊3
2010 年代

長年のmRNA 研究と周辺技術開発によって誕生したワクチン
突然登場したように思われがちな mRNA ワクチンですが、最初に mRNA の医療への応用が考えられたのは 30 年１2012 自己増幅 mRNA ワクチン
修飾 mRNA による Zika ウイルスワクチン（マウスと霊2017 長類）の臨床試験開始。修飾 mRNA による HIV-1 用ワクチンの開発（マウス）

23

修飾 mRNA 新型コロナウイルスワクチン
2020 年代 2020 (BioNTech/Pﬁzer, Moderna)●青字：カリコー博士、ワイスマン博士の業績たものの、研究は続けられてきました。そして 2020 年、①1990 年代に mRNA 医療応用の研究があるも、mRNA の不安定性や炎症反応などから困難とされる②mRNA 運搬用の脂質ナノ粒子の基本モデル③mRNA ワクチン研究のリバイバル

新型コロナウイルスのパンデミックに後押しされる形で、

文献：Molecular Therapy, 27(4) (2019) ( 特集号 )；E. Dolgen, Nature , 597,318(2021)も前のことでした。以来、医薬品の開発には至らなかっ

ｍRNA ワクチンが実用化されました（図 4）。
短期間で行われた mRNA ワクチンの開発の裏には、これまでの分子生物学研究の蓄積がありました。特に 2005 年のカリコー博士とワイスマン博士による修飾ウリジン置換の*1 Karikó, Katalin; Buckstein, Michael; Ni, Houping; Weissman, Drew; "Suppression of RNA
recognition by Toll-like receptors: the impact of nucleoside modiﬁcation and the evolutionary origin of RNA". Immunity. 23(2), 165-175 (2005).
*2 Karikó, Katalin; Muramatsu, Hiromi; Welsh, Frank A.; Ludwig, János; Kato, Hiroki; Akira,Shizuo; Weissman, Drew (November 2008)."Incorporation of pseudouridine into mRNA
yields superior nonimmunogenic vector with increased translational capacity and biological stability". Molecular Therapy, 16 (11): 1833-1840.
*3 Kariko, Katalin; Muramatsu, Hiromi; Keller, Jason M.; Weissman, Drew; “Increased Erythropoiesis in Mice Injected With Submicrogram Quantities of Pseudouridine-containing mRNA
Encoding Erythropoietin”, Molecular Therapy, 20(5), 948-953(2012)02