ゲノム創薬・創発フォーラム 第 3 回シンポジウム

主要テーマ︓RNA 関連の基礎研究とその創薬応⽤

⽇時︓2020 年 2 ⽉ 3 ⽇ (⽉) 13:00 – 18:00
会場︓東京⼤学医科学研究所附属病院 A 棟 8 階 トミーホール

開催趣旨
本ゲノム創薬・創発フォーラムは、1998 年に発⾜したゲノム創薬フォーラム､2013 年より網羅的なゲノム解析による横の広がりと疾患の治療（医療）という縦の広がりを加えたゲノム創薬・医療フォーラムを引継ぎ、2019 年より創薬だけでなく様々な医療分野への展開を考慮して発⾜しました。この創発という⾔葉は、異なる分野の専⾨家が議論することにより、新たなイノベーションが誘発されることを意味します。
本フォーラムで⾏った今まで 2 回のシンポジウムでは、産学の各 6 名の幹事役員が、「ゲノム情報等のビッグデータから、如何に病気の原因を探り、創薬標的を⾒つけ、薬を世に出していくか」の専⾨性に応じた発表をし、懇親会でも活発な意⾒交換がなされ、正に「創発」を実感しました。
「創薬標的の枯渇」という⾔葉を聞きますが、これから未開の地を開拓すること＝科学の進歩によって、新しい治療⼿段を提供できると信じます。そこで、この第３回フォーラムでは、近年の RNA 研究について、進歩が著しい以下の点に着⽬しました。
・機能が分からなかったノンコーディング RNA が疾患に関わること・RNA のエピ修飾や相分離という新たな biology と疾患との関係が少しずつ解明されてきたこと・RNA の機能の多様性がわかり、その機能を活⽤/制御する創薬⼿法から成果が出つつあること
そこで、先端の RNA 研究の成果を 4 名のアカデミアの先⽣に、独⾃性の⾼い RNA 創薬プラットフォームをベンチャー社⻑に、臨床検体を⽤いた疾患解明の試みを企業研究者に、それぞれご発表いただく運びとなりました。
本フォーラムで RNA に着⽬した創薬、および、「従来の」coding タンパクを超えた創薬標的のご発表に触れ、みなさんに「創発」を体感していただけたら、企画したものとしてこれ以上の喜びはありません。みなさまの積極的なご参加・意⾒交換を⼼よりお待ちしています。
オーガナイザー︓東京⼤学先端科学技術研究センター教授 油⾕ 浩幸
アステラス製薬研究本部専任理事 ⼩泉 智信

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第 3 回シンポジウムプログラム•

⽇時︓2020 年 2 ⽉ 3 ⽇（⽉）13-18 時（＋懇親会）•

場所︓東京⼤学医科学研究所附属病院 A 棟 8 階 トミーホール•

主要テーマ︓RNA 関連の基礎研究とその創薬応⽤

13:00-13:10 東京⼤学先端科学技術研究センター 油⾕ 浩幸 先⽣
アステラス製薬研究本部 ⼩泉 智信 先⽣「開催趣旨」
13:10-13:50 東京⼤学⼤学院⼯学系研究科化学⽣命⼯学専攻 鈴⽊ 勉 先⽣
「RNA 修飾によるエピトランスクリプトーム制御と疾患」
13:50-14:30 北海道⼤学遺伝⼦病制御研究所 RNA ⽣体機能分野 廣瀬 哲郎 先⽣「⾮コード RNA による細胞内相分離誘導」
14:30-15:10 京都⼤学 iPS 細胞研究所未来⽣命科学開拓部⾨ ⿑藤 博英 先⽣「RNA 分⼦デザインによる細胞の識別と運命制御」
15:10-15:30 コーヒーブレイク
15:30-16:10 早稲⽥⼤学理⼯学術院先進理⼯学部電気・情報⽣命⼯学科 浜⽥ 道昭 先⽣「⻑鎖ノンコーディング RNA の機能の解明に向けたバイオインフォマティクス」
16:10-16:50 株式会社 Veritas In Silico 中村 慎吾 先⽣「mRNA 標的中低分⼦創薬︓あらゆる疾患に適⽤できる古くて新しい分⼦標的創薬プラットフォーム技術」
16:50-17:30 第⼀三共 RD ノバーレトランスレーショナル研究部 久保⽥ ⼀⽯ 先⽣「第⼀三共 RD ノバーレの臨床研究への挑戦〜Decipher Disease, DeliverDrugs」
17:30-17:50 総合討論

18:00- 懇親会（事前申込制）

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RNA 修飾によるエピトランスクリプトーム制御と疾患
東京⼤学⼤学院⼯学系研究科
化学⽣命⼯学専攻教授
鈴⽊ 勉
RNA は転写後に様々な修飾を受けることが知られており、もはやゲノム配列から知りうる情報だけでRNA の機能は語れない状況にある。実際、これまでに約 150 種類の RNA 修飾が、様々な⽣物種から⾒つかっている。RNA 修飾は mRNA, tRNA, rRNA をはじめ、あらゆる non-coding RNA にも普遍的に存在し、RNA が機能する上でこれらの修飾は重要な質的情報である。RNA 修飾の担う役割としては、細胞内局在の決定、⽴体構造の安定化、RNA 結合タンパク質との相互作⽤、遺伝情報の修飾と解読などが知られているが、その機能と⽣合成過程には未解明な部分が多く残されている。近年の次世代シーケンスを⽤いた⼤規模なトランスクリプトーム解析によって、イノシン(I)や N6 メチルアデノシン(m6A)をはじめとする数種類の修飾が、mRNA や non-coding RNA から⼤量に⾒つかり、RNA 修飾の研究は、最近はエピトランスクリプトミクスと呼ばれ、転写後段階における新しい遺伝⼦発現制御機構として、⽣命科学における⼤きな潮流を⽣み出している(1)。
⼀般に m6A は mRNA の内部に存在しているが、脊椎動物では、mRNA の 5′末端の 7-メチルグアノシン（m7G）キャップ構造に続く 1 塩基⽬にも N6,2′-O-ジメチルアデノシン（m6Am）として存在する。この m6Am 修飾の⽣合成や機能はほとんどわかっておらず、その解明のためには m6Am 修飾の N6メチル基を導⼊する酵素の発⾒が必要であった。私たちは、様々な⽣物種から、微量な RNA を単離精製し、質量分析法（RNA-MS）を駆使することで、新しい RNA 修飾やその修飾酵素を探索している。
最近、⽐較ゲノム解析による候補遺伝⼦の絞り込みと RNA-MS を組み合わせることにより、m6Am 修
飾の N6-メチル化酵素を発⾒し、Cap-specific adenosine methyltransferase (CAPAM)と命名した(2)。CAPAM は RNA ポリメレース II の転写初期の複合体に結合し、キャップ構造依存的に m6Am修飾を導⼊することが判明した。リボソームプロファイリングによる解析の結果、m6Am 修飾は翻訳を促進する役割があることが判明した。現在、その分⼦メカニズムの研究を⾏っている。
私たちは、ミトコンドリア脳筋症の代表病型である MELAS や MERRF の主要な原因が tRNA の修飾⽋損であることを⾒出し、RNA 修飾の⽋損が疾患の原因となる、RNA 修飾病(RNA modopathy)という疾患の新しい概念を提唱した(3)。実際に、疾患と関連したエキソーム解析により、RNA 修飾遺伝⼦上に様々な疾患の原因変異が⾒つかっており、RNA 修飾病はヒトの疾患における⼀つのカテゴリーを形成しつつある。
(1) Frye et al., Nature Rev Genet., 17, 365-372 (2016)(2) Akichika, Hirano et al., Science, 363, eaav0080 (2019)(3) Suzuki et al., Annu Rev Genet., 45, 299-329 (2011)3⾮コード RNA による細胞内相分離誘導

北海道⼤学遺伝⼦病制御研究所所
RNA ⽣体機能分野教授
廣瀬 哲郎

哺乳類の細胞内には数多くの⾮膜性構造体が存在する。これらの構造体には、特定のタンパク質やRNA 分⼦群が集約され、様々な⽣理条件や疾患においてその消⻑が⼤きく変化することが知られている。近年、⾮膜性構造体は相分離した液滴の性状を持つことが⽰され、その相分離空間は、特異的⽣化学反応の場、制御因⼦の隔離の場、クロマチン 3D 構造ハブといった多彩な機能を果たすことが提唱されている。講演者は、ヒトゲノムから産⽣される数万種類もの⻑鎖ノンコーディング RNA の中から、相分離を誘導して⾮膜性構造体の⾻格として働く RNA を発⾒し、architectural RNA(arcRNA)と命名した。arcRNA は、独⾃のモジュラーな機能ドメイン構造を有し、そこに天然変性領域を持つ RNA 結合タンパク質（RBP）を多数集約させることによって、細胞内で局所的な相分離を誘発し、巨⼤な⾮膜性構造体を形成する (1)。また相分離構造体の物性や内部構造も arcRNA の機能ドメインによって細かく規定されていることも明らかになってきた。⼀⽅で、温度ストレス誘導性の arcRNA によって形成される⾮膜性構造体は、温度変化を感知して特異的プロテインキナーゼを相分離構造体内に取り込み、そこに選択的に集約されていた RBP をリン酸化して、標的遺伝⼦群の発現制御を⾏っていることが明らかになり、⽣化学反応の「るつぼ」としての⾮膜性構造体の働きが⽰された(2)。さらに arcRNA は、他の細胞内 RNA とは異なるユニークな⽣化学的性質を⽰すことを発⾒し、その性質を利⽤した次世代シーケンス解析によって、新規 arcRNA 候補を多数取得することにも成功した(3)。こうして、arcRNA 機能の⼀般性が⽰唆された。つまりゲノムの様々な座位から周囲の環境に応じて転写された arcRNA は、その周囲に⼀過的な相分離環境である⾮膜性構造体を形成し、核内遺伝⼦発現を統御している可能性が浮上してきた。相分離誘導を担う arcRNA に結合する RBP の多くは、神経変性疾患タンパク質として知られており、相分離現象と神経変性疾患との関係性も注⽬されている。本講演では、arcRNA が先導する相分離誘導を介した⾮膜性構造体の形成機構と機能についての最新知⾒を紹介し、今後の研究の⽅向性を展望したい。
(1) Yamazaki et al. Mol Cell. 70:1038-1053 (2018).
(2) Ninomiya et al. EMBO J. in press (2019).
(3) Chujo et al. EMBO J. 36:1447-1462 (2017).

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RNA 分⼦デザインによる細胞の識別と運命制御

京都⼤学 iPS 細胞研究所
未来⽣命科学開拓部⾨教授
⿑藤 博英

⽬的の細胞を選別したり、不要な細胞を除去する技術の開発は、細胞を活⽤した医療にとって重要である。本講演では、京都⼤学 iPS 細胞研究所における最新の話題とともに、講演者の研究室で開発した「RNA スイッチ」技術を⽤いた、細胞の運命を制御する研究について紹介する。
iPS 細胞は様々な細胞を創り出せるが、課題も存在する。特に重要なことは、iPS 細胞から⽬的の細胞を安全かつ簡便に選別することである。これまで⽬的の⽣細胞を⾼純度で得るためには、細胞表⾯の抗原を識別して細胞を選別するという操作が⾏われることが⼀般的であった。しかし最適な表⾯抗原が同定されていない細胞種も多く、そのような細胞を選別することは時に困難を伴う。私たちは、⽣命⼯学の技術を iPS 細胞技術と組み合わせることで、この課題を解決することを⽬指している。RNA スイッチとは、標的細胞で働く特定の因⼦に応答し、外来遺伝⼦（⾃殺遺伝⼦など）の発現を⾃由にオン・オフ制御できる合成 mRNA のことである。我々は、細胞の種類に応じて発現が異なるマイクロ RNA(miRNA)を検知することで、iPS 細胞から分化した標的細胞の選別が実現できると着想し、miRNA に結合するアンチセンス配列を導⼊した合成 mRNA (miRNA スイッチ)を作製した。このスイッチは、miRNA の発現に応じて、mRNA にコードされた外来遺伝⼦の発現を調節できる。この miRNA スイッ
チを細胞に導⼊した結果、⼼筋細胞や神経細胞、インスリン産⽣細胞などを⾼効率で選別することに成功した。また、⾃殺遺伝⼦の発現を制御することで、⼼筋細胞をセルソータを⽤いずに⾃動的に純化できた。さらに、分化誘導の過程で残存する未分化 iPS 細胞や、分化が不完全な細胞を選択的に除去することもできる。合成 mRNA を細胞に直接作⽤させるこの⽅法は、核内のゲノムを損傷する可能性が極めて低い。また作⽤させる RNA の半減期が短く⾃然に除去されることが利点であり、再⽣医療を想定した臨床においても活⽤できる安全性の⾼い細胞を創出できる可能性が⾼い。この RNA スイッチ技術や、それらを組み合わせた「RNA ⼈⼯回路」による細胞の精密な運命制御研究の展望について議論したい。

[1] Miki K et al; Cell Stem Cell, 2015, 16(6):699-711[2] Hirosawa M al; Nucleic Acids Res., 2017, 45(13):e118.
[3] Matsuura S et al; Nature Communications, 2018, 9(1):4847[4] Endo K et al; Science Advances, 2019, 5(8):eaax0835

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⻑鎖ノンコーディング RNA の機能の解明に向けたバイオインフォマティクス

早稲⽥⼤学理⼯学術院教授
先進理⼯学部電気・情報⽣命⼯学科
浜⽥ 道昭

近年，ヒトなどの⾼等⽣物において，タンパク質に翻訳されずに⽣体内で機能を有する「⻑い」ノンコー
ディング RNA（⻑鎖ノンコーディング RNA; lncRNA）が数多く⾒つかってきている．RNA-seq に代表される⼤規模発現解析により，ヒトにおいては mRNA の数より多い lncRNA が存在すると考えられているが，その⼤部分の機能は未知である．lncRNA の多くは，スプライシングをされキャップ構造やポリ A鎖が付加されるなど mRNA と類似した点を有している⼀⽅で，時期や細胞種特異的な発現パターンを⽰すもの，核局在のものが多いことも知られている．また，機能がわかっている lncRNA の中にはがんや神経変性疾患などの重篤な疾患に関連しているものがあることが知られている．そのため，機能未知のlncRNA の機能を解明していくことは，疾患の原因究明や新たな創薬ターゲットの創出などにつながる重要な研究課題である．本講演では，lncRNA の機能の解明に資するバイオインフォマティクス技術や実際の解析例について，当研究室の研究を中⼼に紹介をする．

6mRNA 標的中低分⼦創薬︓
あらゆる疾患に適⽤できる古くて新しい分⼦標的創薬プラットフォーム技術株式会社 Veritas In Silico
代表取締役社⻑中村 慎吾
Veritas In Silico(VIS)は、mRNA 上に創薬標的となる部分構造を発⾒する計算技術と、標的を検証し化合物スクリーニングを実現する実験技術の両⽅によって、mRNA を標的とするアンチセンスオリゴ（ASO・中分⼦）と低分⼦創薬を可能とするプラットフォーム技術を提供する。mRNA 標的創薬は、単⼀の技術ではなく複数の必須技術の集合体がシステムとして利⽤されることで達成される。
ASO や siRNA の標的である mRNA は、タンパク質と並んで⾮常に重要な標的⽣体⾼分⼦群である。しかし、低分⼦創薬にあって標的であるタンパク質の⽴体構造が精密に研究されてきたことに⽐べると、
mRNA は創薬標的として構造を研究されることがなかった。その理由は、mRNA がそもそも⼀つの構造をとるように運命づけられていないだけでなく、構造をとるために許されている時間が秒単位であるため実験的⼿法を⽤いても実際の構造を反映した結果が得られる保証がなく、研究が進んでいないことにある。
それでも直近 30 年もの間、rRNA とアミノグリコシド系抗⽣物質、リボスイッチとそのリガンドなど、RNA構造とそれに結合する低分⼦化合物の組み合わせが⾃然界に発⾒されるたび、その RNA 構造に対する低分⼦創薬が想起されてきた。現時点は、こうした事実を踏まえ魅⼒的な創薬標的 RNA である
mRNA について、「mRNA には低分⼦が結合しうる未知の構造がまだまだある」「RNA 構造へ結合する低分⼦化合物がスクリーニングによって⾒つかる」という発想の⼤転換期にあり、⽇⽶をはじめ取り組みが⾒られるようになってきた。つまり、mRNA 上の安定な部分構造に対し、それを安定化する低分⼦化合物を取得できれば、ASO や siRNA 様のノックダウンが引き起こせるはずだからである。mRNA を標的とした創薬は、あらゆる疾患に適⽤できる潜在性を秘めた次世代創薬の本命と期待される。
VIS は、統計熱⼒学をベースとした理論計算によって mRNA 上に存在確率の⾼い安定部分構造を発⾒し、その構造に対して⾼速・⾼感度な低分⼦化合物スクリーニング系を迅速かつ確実に構築することにより mRNA に対する低分⼦創薬を可能とする。パートナーとなる製薬会社⾃⾝の化合物ライブラリー資産をスクリーニングに⽤いることで、扱いなれた⾃社化合物中に全く新しい機能化合物を⾒出すことができる。VIS は⾒出された化合物について、RNA 向けに最適化した 3 次元構造実測と量⼦化学計算を組み合わせ、リード化合物の創出を⽀援する。⼀⽅、本計算によって mRNA に発⾒される存在確率の⾼い不安定部分構造は ASO の標的となり、本質的に副作⽤が少ない⾼活性 ASO を短期間に創出することができる。VIS の mRNA 標的創薬は真の創薬パラダイムシフトとして、⼀般の疾患へは低分⼦、希少疾患向けには ASO を最適解/創薬モダリティーとして、患者様と社会に⼤いに貢献できる。

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第⼀三共 RD ノバーレの臨床研究への挑戦〜Decipher Disease, Deliver Drugs

第⼀三共 RD ノバーレ
トランスレーショナル研究部 主幹研究員
久保⽥ ⼀⽯近年、RNA 創薬に代表されるように新たなモダリティが開発され、これまでの低分⼦、抗体医薬ではdruggable ではないと⾔われていた遺伝⼦・蛋⽩質を制御することが可能になりつつある。そのため、今後来るであろう次世代の創薬において最も重要な要素は、どの分⼦を標的とするかという標的探索である。
新たな標的を探索する上で、同時に問題となっているのは、動物モデルやヒト細胞株などの⾮臨床モデルが存在しない場合が多いことである。特に癌領域では、⾮臨床モデルの外挿性が低く、臨床検体の解析（リバーストランスレーショナル研究）の重要性が良く知られている。
我々は最終的に「疾患から始まる創薬＝Decipher Disease, Deliver Drugs」に挑戦すること、すなわち、患者さんの⾎液や組織（臨床検体）の遺伝⼦や蛋⽩質の解析結果から疾患のメカニズムや薬の反応性に関する仮説を⽴て、その仮説を実験によって裏付けることで、患者さんで効く可能性の⾼い薬剤を開発することを⽬指している。第⼀三共 RD ノバーレは、これまでも第⼀三共グループの創薬テクノロジー拠点として、⾮臨床研究において最先端の研究⽔準を有していたが、今回この挑戦のために、⼀年間で、2018 年度に臨床検体の解析を GCP 基準下で実施する体制を新たに構築した。
第⼀段階として、臨床検体を最先端の技術を⽤いて統合的に解析することにより、創薬の成功確率向上の貢献を⽬指している。すなわち薬剤の作⽤メカニズム解明、薬効バイオマーカー開発、予測バイオマーカー探索、適応症選択、併⽤薬選択等に貢献したい。そしてその先には、第⼆段階として、疾患の真の理解とそれに基づく新規創薬標的の同定を⾏うことを追求したい。
本発表では、2018 年度の我々の試みを紹介すると共に、これからの挑戦について議論したい。

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