Authorship：Principal investigator 

本研究では、核酸化学合成における微量副生成物を網羅的に定量する新たな手法を開発するとともに、長鎖核酸合成を可能にする新しい化学合成法を開発します。これまでの化学合成研究では、極微量な副生成物を定量できず、更なる最適化が困難でした。本研究では核酸分子の特徴を利用した高感度な定量法を開発し、核酸化学合成で起こっている現象を深く捉え、これまでにない長さの核酸化学合成を実現します。

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J-GLOBAL

Grant amount：\17420000 （ Direct Cost: \13400000 、 Indirect Cost：\4020000 ）

本研究は、核酸-タンパク質複合体形成を化学修飾により制御する方法論を構築するために、特に核酸糖部構造に着目して研究を展開している。モデルの系として、核酸医薬品で汎用されるRNase H依存型アンチセンス核酸に着目し、RNase HとDNA/RNA二重鎖が形成する複合体の制御を行なっている。この系は、再構成系での評価が比較的容易であるという点、および制御することにより核酸医薬品の安全性を向上させることが期待できるという二つの観点から用いている。
これまで複合体の構造の分子動力学計算から推定された糖部構造のゆらぎに着目し、これまでビシクロ[3.2.0]ヘプタンおよびビシクロ[3.3.0]オクタン骨格をもつヌクレオシド誘導体を合成し、それぞれの性質を明らかにした。その結果、複合体形成位置の大部分は、計算で予測される糖部構造の影響を強く受けており、糖部構造の固定化での制御が可能であることが見出された。その一方で、複合体の端にあたる領域では、糖部構造だけでは複合体形成の阻害はできず、立体障害の導入により精密制御が可能になると期待された。これらの知見からビシクロ[3.2.0]ヘプタン骨格を基本とし、置換基を導入する合成経路の検討を行った。ビシクロ[3.2.0]ヘプタン骨格は４員環を含む構造であり、環化反応によるひずみが反応効率に大きく影響する。無置換のシクロ[3.2.0]ヘプタン骨格の合成した経路では、置換基による影響で目的の環化体を得ることができなかったため、新たな合成経路の開拓を行った。その結果、シクロチミジン形成を経由しない合成経路の開発に成功した。この合成経路を用いて、置換基導入されたシクロ[3.2.0]ヘプタン骨格を有するチミジン誘導体を合成し、その効果を評価していく。

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Authorship：Principal investigator 

DNA化学合成ではさまざまな副生成物が生成することが知られています。これらの副生成物は、合成した遺伝子やゲノムの配列の正確性に大きな影響を及ぼします。本プロジェクトでは、ゲノム合成において問題となる副反応を起こさないよう設計した核酸等価体を用い、ホスホロアミダイト法をゲノム合成に特化させることで、現在のゲノム合成の達成している水準を超える新たな基盤技術を開発します。

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J-GLOBAL

Grant amount：\19240000 （ Direct Cost: \14800000 、 Indirect Cost：\4440000 ）

We have proposed a methodology to suppress the off-target effects of RNaseH-dependent antisense oligonucleotides by introducing chemical modifications optimized for nucleic acid-protein complex formation. We performed molecular dynamic simulations to extract structural features upon the RNasaH/DNA/RNA complex. Based on the simulated structures, we designed and synthesized chemical modification that restricts the position of complex formation. We confirmed the position of RNaseH complex formation was restricted upon the incorporation of chemical modifications. In addition, transcriptome analysis showed that the number of off-target genes was suppressed and the cell survival rate was improved. These results will contribute to the development of safer antisense oligonucleotides.

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Grant amount：\4030000 （ Direct Cost: \3100000 、 Indirect Cost：\930000 ）

Nucleic acid drug is a promising candidate for the development of effective treatment for genetic diseases. However, nucleic acid drugs have multiple issues and therefore have not been widely used. In this study, we focused on the affinity of nucleic acid drug with the target transcripts. We used molecular dynamic simulations for the development of rational molecular design method. The effect of chemical modification on duplex stability could be evaluated by calculating the force constants of the fluctuation of base pair step parameters during molecular dynamic simulations. In addition, we revealed that the influence on the fluctuation of phosphate backbone plays a key role on duplex stability. In summary, we developed a new molecular design method to solve the affinity issue of nucleic acid drugs.

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