硫黄原子を導入した人工mRNAで高効率たんぱく質合成~mRNA医薬品や新たなたんぱく質生産法の開発へ~

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2020-07-07 科学技術振興機構,名古屋大学

ポイント
  • 医薬品などに応用するためには天然型mRNAのたんぱく質の生産能力が十分ではなく、高生産能力を持つmRNA分子の開発が求められていた。
  • mRNAのリン酸部位の酸素原子を硫黄原子に置換することで、翻訳開始が加速されたんぱく質の合成能力が20倍以上も向上した。
  • mRNA医薬品や新たなたんぱく質生産法の開発が期待される。

JST 戦略的創造研究推進事業において、名古屋大学 大学院理学研究科の阿部 洋 教授(糖鎖生命コア研究拠点((iGCORE)PI 兼任)、阿部 奈保子 特任助教、川口 大輔 大学院生らは、たんぱく質を高効率で合成できる人工メッセンジャーRNA(mRNA)を開発しました。

mRNAは生体内でたんぱく質を合成する機能を持つため、たんぱく質合成法やmRNA医薬品としての利用が望まれています。特にmRNA医薬品は、コロナウイルスのワクチン療法への適用などが期待され開発が進められています。しかし、医薬品などに応用するためには天然型mRNAではたんぱく質の生産能力が十分ではなく、高生産能力を持つmRNA分子の開発が求められていました。

生体内ではリボソームがmRNAを鋳型として3つの段階を繰り返すことでたんぱく質を合成します(翻訳反応)。①開始段階:リボソームがmRNAに結合し翻訳開始複合体を形成する、②伸長段階:リボソームがmRNA上を移動しアミノ酸をつないでたんぱく質を合成する、③終結段階:たんぱく質合成が終了しリボソームが解離する、という翻訳反応サイクルの中で、最も時間がかかるのは①開始段階です。

今回本研究グループは、天然型mRNAのリン酸部の酸素原子を硫黄原子に置き換えた人工mRNAを合成しました。そして、この人工mRNAが翻訳反応の開始段階を加速させることで、天然型mRNAと比較し、たんぱく質合成効率を20倍以上向上させることを発見しました。

今回発見した人工mRNAは、新たなたんぱく質の大量生産技術やmRNA医薬品への利用が期待されます。

本研究は、理化学研究所の清水 義宏 チームリーダーと共同で行いました。

本研究成果は、2020年7月5日(英国時間)にドイツ科学誌「Angewandte Chemie International Edition」のオンライン版で公開されました。

本成果は、以下の事業・研究領域・研究課題によって得られました。

戦略的創造研究推進事業 チーム型研究(CREST)

研究領域:「ゲノムスケールのDNA設計・合成による細胞制御技術の創出」
(研究総括:塩見 春彦 慶應義塾大学 教授)

研究課題名:「化学を基盤とするゲノムスケールDNA合成技術の開発」

研究代表者:阿部 洋(名古屋大学 大学院理学研究科 教授)

研究期間:平成30年10月~令和5年3月

詳しい資料は≫

“Phosphorothioate Modification of mRNA Accelerates Rate of Translation Initiation Providing More Efficient Protein Synthesis”
(ホスホロチオエート修飾mRNAは翻訳開始を促進し、たんぱく質合成を効率化する)
DOI:10.1002/anie.202007111

阿部 洋(アベ ヒロシ)
名古屋大学 大学院理学研究科 物質理学専攻(化学系) 教授

保田 睦子(ヤスダ ムツコ)
科学技術振興機構 戦略研究推進部 ライフイノベーショングループ

科学技術振興機構 広報課

名古屋大学 管理部 総務課 広報室

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