担当区分：研究代表者 

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

配分額：17420000円 （ 直接経費：13400000円 、 間接経費：4020000円 ）

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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担当区分：研究代表者 

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

配分額：19240000円 （ 直接経費：14800000円 、 間接経費：4440000円 ）

核酸-タンパク質複合体形成に最適化した化学修飾の開発により、RNaseH依存型アンチセンス核酸のオフターゲット効果を抑制する方法論の構築を行った。X線結晶構造解析で見られた構造を初期構造に分子動力学計算によって複合体形成における構造的特徴を抽出し、複合体形成に適した構造に固定化する化学修飾を設計、合成した。再構成系でRNaseHの複合体形成位置を確認したところ、予期した通り、複合体形成の制御に成功した。またトランスクリプトーム解析より、オフターゲット遺伝子の数の抑制を確認、細胞生存率の向上がみられた。本成果により、安全性の高い核酸医薬品の開発に新たな方法論を提唱することができた。

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配分額：4030000円 （ 直接経費：3100000円 、 間接経費：930000円 ）

核酸医薬は、遺伝性疾患・難治性疾患に対し有効な医薬品の開発が可能である。しかし、現在のところ、多様な課題があり汎用されるに至っていない。本研究では、核酸医薬の課題の一つである転写産物への親和性について、化学修飾の合理的な分子設計手法の開発を通して解決を目指した。合理的な分子設計法として、分子動力学計算を用いた手法の開発を行った。核酸塩基対のゆらぎを評価することで化学修飾基導入による二重鎖構造の安定性への影響を評価可能であることを明らかにした。また、リン酸骨格へのゆらぎの影響が二重鎖構造の安定性に大きく寄与していることを明らかにした。以上述べたように、核酸医薬の新たな分子設計法を確立した。

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