核酸医薬シーズとしての
微生物ゲノム由来オリゴDNA
信州大学 農学部 農学生命科学科
助教 高谷 智英
2021年8月3日

次世代創薬としての核酸医薬品
アンチセンス核酸- 標的の塩基配列と相補的に結合して作用- スプライシング阻害 (筋ジストロフィー治療)- mRNA 分解・miRNA 阻害
免疫型核酸- TLR リガンドとして、自然免疫を活性化・炎症応答を抑制- アジュバント (免疫賦活剤)
核酸アプタマー- 立体構造依存的に特定の分子と特異的に結合- 別名「核酸抗体」- 次世代医薬品として注目！
- 抗体との違いは？

抗体医薬
特異性が高い（抗原抗体反応）
価格も高い...
- PD-1抗体 (オプジーボ、ニボルマブ)- 2014年：72万9849円/100 mg- 2019年：17万2025円/100 mg- 実験用の抗体：数万円/100 ug
安定性は低い...
- タンパク質なので...
- 小分子化合物や核酸と比べて不利
オーダーメイド可能- 全ての分子に対する抗体を作成可能- 価格...
Antibody - Wikipedia

核酸アプタマー
特異性が高い- 塩基配列依存的- 立体構造依存的
価格は安い！
- 抗体と違い、化学合成が可能安定性が高い！
- 熱安定性、化学物質耐性- 修飾することで生体内での分化も抑制可課題- これまでに承認されたアプタマーは1件のみ
抗VEGFアプタマー (Macugen®, 2004)- なぜ開発が進まないのか...
Ruigrok, Int J Mol Sci, 2012;13: 10837. PDB (1HUT)

従来法：SELEX法によるアプタマー開発
ランダムな塩基配列の中から標的に結合する配列を探索する
リバース・スクリーニング

標的 (膜タンパク質が多い) を事前に調整する必要がある
細胞レベル以上での作用は実験して確認する必要がある

Hays, Int J Mol Sci, 2017; 18: 2576

新技術：微生物オリゴDNA
乳酸菌などの有用な微生物のゲノム配列に由来するオリゴDNAに着目
TLRリガンドとしての免疫作用が研究されてきたが、アプタマーとしても働くことを発見

ゲノムDNA微生物

AGATTAGGGTGAGGGTGA

オリゴDNA

立体構造を形成しアプタマー機能を獲得！

高谷, 化学と生物, 2021; 59: 284

ロコモティブ・シンドローム (運動器症候群)

その他
28%

運動器の障害
25%
認知症
18%

高齢による衰弱
13%

脳血管疾患
17%

筋肉・骨・関節超高齢社会において健康寿命を阻害する最大の要因
患者数は予備軍も含めて4000万人以上

有効な治療薬はない

厚生労働省, 平成28年国民生活基礎調査

加齢疾患

健康萎縮

↓ 日常生活動作 (ADL) ・ 生活の質 (QOL) ・ 生命予後

筋芽細胞

筋細胞増殖

加齢疾患

融合

筋形成活性化分化

筋管

骨格筋幹細胞

筋線維

05101520253035

筋形成型オリゴDNA:

myoDN

404550

筋分化率 (%)

5’3’
AAAAGATTAGGGTGAGGGAAAGATTAGGGTGAGGGTAAGATTAGGGTGAGGGTG
AAGTTAGGGTGAGGGTGAGATTAGGGTGAGGGTGAGATTAGGGTGAGGGTGAGTTTAGGGTGAGGGTGAGTT
AGTTCAACATTAGGGTGAGTTCAACATTAGGGTGAATTCAACATTAGGGTGAAATCAACATTAGGGTGAAAACAACATTAGGGTGAAAATAACATTAGGGTGAAAATG
ACATTAGGGTGAAAATGACATTAGGGTGAAAATGAATAAAGCATTAGGGTGATGAAAGCATTAGGGTGATGAAAGCATTAGGGTGATGAAAGCATTAGGGTGATGAAAGCATTAGGGTGATGAAATCATTAGGGTGATGAAATCATTAGGGTGATGAAATCC
TTAGGGTGATGAAATCCA
ATCAGGCTCAAGCTTGAGTCAGGCTCAAGCTTGAGTCAGGCTCAAGCTTGAGTT
AGGCTCAAGCTTGAGTTC
GGCTCAAGCTTGAGTTCTGCTCAAGCTTGAGTTGTG
CTCAAGCTTGAGTTCTGA
TCATTCCTAAGCTTGAGGCATTCCTAAGCTTGAGGCATTCCTAAGCTTGAGGCC
TTCCTAAGCTTGAGGCCTTCCTAAGCTTGAGGCCTACCTAAGCTTGAGGCCTATCTAAGCTTGAGGCCTATGTAAGCTTGAGGCCTATGG
AAGCTTGAGGCCTATGGG
GGAACGATCCTCAAGCTTGAACGATCCTCAAGCTTAAACGATCCTCAAGCTTAG
ACGATCCTCAAGCTTAGGCGATCCTCAAGCTTAGGTGATCCTCAAGCTTAGGTC
TCCTCAAGCTTAGGTCCGCCTCAAGCTTAGGTCCGC
AAATAGCTTTAGGGTTAGAATAGCTTTAGGGTTAGC
ATAGCTTTAGGGTTAGCCCtrliSN01iSN02iSN03iSN04'iSN05iSN06iSN07iSN08iSN09iSN10iSN11iSN12iSN13iSN14iSN15iSN16iSN17iSN18iSN19iSN20iSN21iSN22iSN23iSN24iSN25iSN26iSN27iSN28iSN29iSN30iSN31iSN32iSN33iSN34iSN35iSN36iSN37iSN38iSN39iSN40iSN41iSN42iSN43iSN44iSN45iSN46iSN47iSN48iSN49iSN50Shinji, Front Cell Dev Biol, 2021; 8: 616706筋分化を促進する筋形成型オリゴDNA
iSN04

AGATTAGGGTGAGGGTGA
iSN04

MHC：分化した骨格筋

対照群

Shinji, Front Cell Dev Biol, 2021; 8: 616706

iSN04の立体構造 (シミュレーション)
5’-AGATTAGGGTGAGGGTGA-3’Shinji, Front Cell Dev Biol, 2021; 8: 616706

iSN04はヌクレオリンアプタマーとして働く
iSN04
p53 mRNAp53 タンパク質
ヌクレオリン

筋分化

翻訳解除

p53 シグナル
p53 mRNA

ヌクレオリン翻訳阻害

Shinji, Front Cell Dev Biol, 2021; 8: 616706

iSN04は糖尿病患者の筋分化を改善する
1型糖尿病

2型糖尿病

iSN04

対照群

健常者

Nakamura, Front Physiol, 2021; 12: 679152

iSN04はがんモデルの筋分化を改善する
正常細胞分泌物

がん分泌物iSN04

対照群

(-)

二橋, 第21回応用薬理シンポジウム, 2019

iSN04はiPS細胞の心筋分化を促進する
対照群

iSN04

特願2018-142473; 石岡, 日本核酸医薬学会第5回年会, 2019

iSN04は血管平滑筋の分化を促進する
iSN04

SMA：分化した平滑筋

対照群

三好, 第21回日本抗加齢医学会, 2021

iSN04は脂肪細胞の分化を抑制する
iSN04

Oil Red：細胞内の脂肪滴対照群

特願2020-125833; 森岡, 第21回日本抗加齢医学会, 2021

筋形成型オリゴDNAの用途
筋萎縮の予防・治療- 加齢性 (サルコペニア)- 疾患性 (がん・糖尿病・心不全・慢性腎疾患など)
心臓再生医療・心疾患の研究- 医療：ES/iPS 細胞から移植用の心筋作出- 研究：心臓病患者 iPS 細胞からの心筋作出
動脈硬化症の予防・治療- 血管平滑筋の分化促進、および増殖・石灰化の抑制
肥満の予防・治療- 脂肪細胞の分化・成熟の抑制

核酸医薬品 ・ サプリメントとして服用、 研究試薬としての利用前骨芽細胞

分化成熟増殖骨粗鬆症
間葉系幹細胞

骨組織骨細胞

骨芽細胞

骨形成型オリゴDNAの同定
Ctrl

iSN11iSN17iSN23iSN29iSN35iSN41iSN47AAiSN12iSN18iSN24iSN30iSN36iSN42iSN48iSN04

iSN13iSN19iSN25iSN31iSN37iSN43iSN49iSN08

iSN14iSN20iSN26iSN32iSN38iSN44iSN50iSN09

iSN15iSN21iSN27iSN33iSN39iSN45CpG

iSN10iSN16iSN22iSN28iSN34iSN40iSN46Tel

特願2020-126866; 二橋, 日本農芸化学会中部支部第187回支部例会, 2020

骨分化 (ALP活性)04080120CtrlosteoDN★

AA5’3’AGATTAGGGTGAGGGTGA iSN04
AGTTCAACATTAGGGTGA iSN08GTTCAACATTAGGGTGAA iSN09
TTCAACATTAGGGTGAAA iSN10TCAACATTAGGGTGAAAA iSN11CAACATTAGGGTGAAAAT iSN12AACATTAGGGTGAAAATG iSN13ACATTAGGGTGAAAATGA iSN14CATTAGGGTGAAAATGAA iSN15TAAAGCATTAGGGTGATG iSN16AAAGCATTAGGGTGATGA iSN17AAGCATTAGGGTGATGAA iSN18AGCATTAGGGTGATGAAA iSN19GCATTAGGGTGATGAAAT iSN20CATTAGGGTGATGAAATC iSN21ATTAGGGTGATGAAATCC iSN22TTAGGGTGATGAAATCCA iSN23
ATCAGGCTCAAGCTTGAG iSN24
TCAGGCTCAAGCTTGAGT iSN25
CAGGCTCAAGCTTGAGTT iSN26
AGGCTCAAGCTTGAGTTC iSN27
GGCTCAAGCTTGAGTTCT iSN28GCTCAAGCTTGAGTTGTG iSN29
CTCAAGCTTGAGTTCTGA iSN30
TCATTCCTAAGCTTGAGG iSN31
CATTCCTAAGCTTGAGGC iSN32
ATTCCTAAGCTTGAGGCC iSN33
TTCCTAAGCTTGAGGCCT iSN34
TCCTAAGCTTGAGGCCTA iSN35CCTAAGCTTGAGGCCTAT iSN36CTAAGCTTGAGGCCTATG iSN37TAAGCTTGAGGCCTATGG iSN38
AAGCTTGAGGCCTATGGG iSN39GGAACGATCCTCAAGCTT iSN40GAACGATCCTCAAGCTTA iSN41
AACGATCCTCAAGCTTAG iSN42ACGATCCTCAAGCTTAGG iSN43
CGATCCTCAAGCTTAGGT iSN44GATCCTCAAGCTTAGGTC iSN45
TCCTCAAGCTTAGGTCCG iSN46CCTCAAGCTTAGGTCCGC iSN47
AAATAGCTTTAGGGTTAG iSN48
AATAGCTTTAGGGTTAGC iSN49
ATAGCTTTAGGGTTAGCC iSN50
TCGTCGTTTTGTCGTTTTGTCGTT CpG-ODN
TTAGGGTTAGGGTTAGGGTTAGGG Tel-ODN二橋, 日本農芸化学会中部支部第187回支部例会, 2020

骨形成型オリゴDNAによる石灰化の促進
AA 50 μg/ml

対照群

AA 15 μg/ml

iSN40

アリザリン：石灰化した骨細胞

AA 5 μg/ml

特願2020-126866; 二橋, 日本農芸化学会中部支部第187回支部例会, 2020

iSN40の立体構造 (シミュレーション)
5’-GGAACGATCCTCAAGCTT-3’

特願2020-126866; 二橋, 日本農芸化学会中部支部第187回支部例会, 2020

骨形成型オリゴDNAの用途
骨芽細胞の分化・石灰化の促進
骨粗鬆症の予防・治療- 原発性 (妊娠性、閉経性、加齢性)- 続発性 (疾患合併型、ステロイド性)
骨再生医療・骨疾患の研究- 医療：ES/iPS 細胞からの骨細胞作出- 研究：骨疾患患者 iPS 細胞からの骨細胞作出
核酸医薬品 ・ サプリメントとして服用、 研究試薬としての利用

実用化への課題
筋形成型オリゴDNA- 生体内での作用・安全性の実証 (動物試験)- 投与方法・標的細胞への送達法の検討 (DDS)- 大量合成技術の確立・コストの削減- 塩基配列の短縮を達成 (18塩基 → 12塩基)
骨形成型オリゴDNA- 標的分子の同定・作用機序の解明- 破骨細胞への作用の検討- その後、動物試験へ
微生物オリゴDNAの有用性の確立- 他の幹細胞に作用する新たなオリゴDNAの同定- 創薬シーズとしての信頼性・認知の確立

企業への期待
実験動物への投与方法 (経口が望ましい) の確立を目的とした、オリゴ核酸のDDS技術を持つ企業との共同研究

ロコモティブ・シンドローム (筋萎縮・骨粗鬆症) に有効な核酸医薬品・サプリメントを企画・開発中の企業との、将来的な臨床試験を目指した連携
ES/iPS細胞を含む幹細胞の分化誘導・制御に関する研究試薬を開発・販売する企業との提携
幹細胞を標的としたアプタマーに関する共同研究

発表論文等
Shinji S, Umezawa K, Nihashi Y, Nakamura S, Shimosato T, Takaya T*
Identification of the myogenetic oligodeoxynucleotides (myoDNs) that promote
differentiation of skeletal muscle myoblasts by targeting nucleolin.
Front Cell Dev Biol. 2021; 8: 616706. DOI: 10.3389/fcell.2020.616706

Nakamura S, Yonekura S, Shimosato T, Takaya T*
Myogenetic oligodeoxynucleotide (myoDN) recovers the differentiation ofskeletal muscle myoblasts deteriorated by diabetes mellitus.
Front Physiol. 2021; 12: 679152. DOI: 10.3389/fphys.2021.679152
高谷智英*
乳酸菌オリゴDNAによる幹細胞の運命制御.
化学と生物. 2021; 59: 284-289. https://soar-ir.repo.nii.ac.jp/records/2000241研究室ホームページ
https://t-takaya.net/

本研究に関する知的財産権 ①
筋分化促進剤、筋分化促進方法、筋分化促進オリゴDNA、増強剤及びオリゴDNA
特願2018-568609
出願人：信州大学
発明者：高谷智英、下里剛士、梅澤公二

本研究に関する知的財産権 ②
筋分化促進剤促進剤および筋分化促進方法
および筋分化促進オリゴDNA
特願2019-142724
出願人：信州大学
発明者：梅澤公二、高谷智英

本研究に関する知的財産権 ③
心筋分化促進剤、心筋分化促進方法

特願2018-142473
出願人：信州大学
発明者：高谷智英

本研究に関する知的財産権 ④
脂肪分化抑制剤

特願2020-125833
出願人：信州大学
発明者：高谷智英、三谷塁一

本研究に関する知的財産権 ⑤
骨分化促進オリゴヌクレオチド

特願2020-126866
出願人：信州大学
発明者：高谷智英、二橋佑磨、梅澤公二、下里剛士

お問い合わせ先株式会社 信州TLO
TEL 0268-25-5181
FAX 0268-25-5188
Mail info＠shinshu-tlo.co.jp