化学合成糖鎖で筋ジストロフィーを治す

鳥取大学

農学部教授

生命環境農学科
田村純一
令和３年３月２日

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従来技術とその問題点• 筋ジストロフィー症（指定難病113）の原因は遺伝子異常。
• 有病率：10万人あたり２０人前後• 進行を遅らせる薬剤はあるが、根本的治療薬はない。
• 遺伝子治療による治療は全ての患者に適応できるとは限らない（不適合の場合がある）。
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糖鎖異常による筋ジストロフィー発症のメカニズム

αDG（ジストログリカン）の糖鎖異常が原因の疾患群＝ αジストログリカノパチー

糖鎖が発症の要因に深くかかわっている

細胞骨格
基底膜
筋細胞膜

糖鎖合成の研究によって疾患の解明につなげる3

αDGに結合する糖鎖の構造

マトリグリカン

α-Xyl

GlcA

β-Xyl

Rbo

Rbo

GalNAcGlcNAcMan

α-キシロース

グルクロン酸

β-キシロース

リボース

リボース

N-アセチル
ガラクトサミン

N-アセチル
グルコサミンマンノース

Xyl-GlcA繰返し糖鎖（XGリピート）・非還元側末端部分はXyl-GlcAからなる繰返し二糖構造1)
・LARGEと呼ばれる糖転移酵素により形成2)✓Xyl-GlcA繰返し糖鎖がラミニンとの結合に必要である3)
1) Kanagawa, M. et al., Cell Rep., 14, 2209-2223 (2016).
2) Inamori, K. et al., Science 335, 93 (2012) .
3) Goddeeris, M. M. et al., Nature 503, 136-140 (2013) .

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発明の背景（従来技術）とその問題点• 筋ジストロフィー症（筋ジス）の多くは糖鎖伸長遺伝子の異常が原因である。
• 筋肉の糖鎖部分（マトリグリカン）の構造は最近発見・報告されたもので、その糖鎖合成は我々以外から報告されていない。
Kanagawa, M. et al., Cell Rep., 14, 2209-2223 (2016)• バイパス糖鎖を構成する「繰返し二糖」やその類似糖鎖、プライマー糖鎖の合成は未だなさなれていなかった（糖鎖合成という点では類似性のある合成法は当然存在する）。
• 酵素（large）で糖ヌクレオチドを使っ て作るより、化学合成の方が大量にでき、安価。一般的にアノマー制御は酵素法が確
実だが，今回の発明はそれを克服できた。
• Xyl-GlcA糖鎖がないとがん転移が起こりやすい。 Xyl-GlcA糖鎖はがん抑制効果が期待できる。
• 筋ジスの遺伝子治療は、本発明とは全く異なる概念である。
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60

Carbohydrates

Figure 3

ラミニンとマトリグリカンの相互作用
10 disaccharide units = 78 Å
10 disaccharide units = 78 Å

ラミニンと相互作用を持つ
マトリグリカン鎖長は長くても10糖程度（合成の範囲内）

Current Opinion
Opinion ininStructuralBiology
Current
StructuralBiology

Relative dimensions of LG domains and the matriglycan polysaccharide. The matriglycan chain was modelled by repeating the tetrasaccharide

imensionsof LG domains and the matriglycan polysaccharide.
The matriglycan chain was modelled by repeating the tetrasacchariobserved in the crystal structure with laminin a2 LG4-5[43!!]. This procedure gives a helix with a rotation of 107" and a translation of 7.8 Å per!!
in GlcA-Xyl
the crystal
structure with laminin a2 LG4-5 [43 ]. This procedure gives a helix with a rotation of 107" and a translation of 7.8 Å
disaccharide.
disaccharide.

D.C. Briggs et al., Nat. Chem. Biol., 12, 810-814 (2016).
6基底膜ラミニン
O
HOO

COOH
OH HOO

O
OHO
HOO

COOH
OH HOO

O
OH

マトリグリカンラミニン結合領域（XGリピート）

HOO

O
COOH
OH HOOOO

HO P OOOH

HO

αジストログリカン

O

O
OH

O
HOOH

HO

細胞骨格
ラミニンと親和性の高いオリゴ糖鎖が細胞骨格と基底膜をつなぎ、筋肉組織を形成している
Stereo- and Regioselective Synthesis of O-Mannosyl Glycan Containing Matriglycan and a Part of Tandem Ribitol Phosphate.
Takahiro Tamura, Yuka Omura, and Jun-ichi Tamura, J. Org. Chem., 85, (20) 12935-12946 (2020)7標的化合物の設定

α-Xylβ-GlcA

標的化合物n(n≧2)[- 3Xylα1 - 3GlcAβ1 -] n8

D-Xylose

合成戦略（キシロース）+

D-Glucuronic acid（グルクロン酸）
保護基の装着立体選択的な二糖合成
オリゴマー化コンジュゲートの形成

HOHO

O
HOO

HO

COONa
O
HO

HOO

O
HO
O

HO

COONa
O
HO

HOO

O
HOnO

HO-3)Xyla(1-3)GlcAb(1-COONa
O
O
HO

ラミニンと親和性の高い繰返しオリゴ糖鎖の合成

筋組織の再構築による筋ジストロフィー症の治療
9合成経路（～四糖目的物）
3 steps

2 steps＋

R

R

R
R

R

3 steps

Xyl供与体GlcA受容体

溶媒特異的異性体
分離法の発見R

α 立体選択的R

二糖ユニット2 steps

4 steps
RR
R

R＋RRR
R

R

二糖供与体

二糖受容体

R
R

R

R

R

保護基の除去
R

R

四糖保護体

R
R

J. Org. Chem., 85, (20) 12935-12946 (2020)

四糖目的物
10

合成経路（四糖保護体～）
R
R
R

R

R

R

R

R

保護基の除去

R

四糖保護体

四糖目的物

R
R

R

R
R

二糖供与体

糖鎖長の異なる目的物へと誘導する

R
R

R

R

R
R

R

R

R
R

六糖保護体

R

R
R

保護基の除去六糖目的物
11

新技術の特徴・従来技術との比較• 類似の先行研究は存在しない。

• 今回見出した「溶媒特異的立体異性体分離法」により、高度な立体選択的合成が省略でき、精製コストの顕著な削減が期待される。

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想定される用途• 本技術は、糖鎖製造における立体異性体分離のコスト削減メリットが大きいと考えられる。
• 上記技術をもとに、筋ジストロフィー治療のためのバイパス糖鎖の効率的作成が期待される。
• 達成された糖鎖合成技術に着目すると、筋ジストロフィー治療のみならず，ラッサ熱の治療薬や制がん剤に展開することも可能と思われる。
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実用化に向けた課題• 実用化に向けた課題– 六糖以上のオリゴマーの形成（合成中）– ラミニンと高い親和性を持つオリゴマーの鎖長の最適化– バイパス糖鎖の機能評価• 関連技術の動向– 知る限りでは類似課題を進めるグループは見当たらない• 今後の計画– 実用化に向けた外部資金を申請予定– 科研基盤C（2018年度終了）の成果が基盤。現在、共同研究により、AMED事業(2018~2020)、科研基盤B (2018~2020)と科研基盤S(2019~2023)が進行中。

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企業への期待• 糖鎖の大量合成の実現は、化学系企業の持つ装置や技術により克服できると考えている。
• バイパス糖鎖の臨床応用には製薬企業の協力が必要。
• 糖鎖医薬分野への展開を考えている企業には、本技術の導入が有効と思われる。
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本技術に関する知的財産権• 発明の名称： オリゴ糖合成にかかる繰り返し二糖とそのオリゴマーの製造法• 出願番号： 特願2019-171012• 出願人：
国立大学法人鳥取大学• 発明者：
田村 純一、田村 敬裕• 外国出願： PCT出願済み
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お問い合わせ先
国立大学法人鳥取大学 研究推進機構
TEL: 0857-31-5703
FAX: 0857-31-5571
e-mail: sangakucd@ml.cjrd.tottori-u.ac.jp

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