image: This image illustrates the molecular mechanism how double-stranded HDO-antimiR silences the targeted microRNA within cells in comparison with the original single-stranded antimiR. These findings provide new insights into the biology of miRNA silencing and support the potential of this new class of molecules for use in treating miRNA-related diseases, such as cancer and cardiovascular disease. "HDO-antimiR appears to have different mechanisms of action compared with the parent antimiR," states first-author Yoshioka. "Thus, given its heightened intracellular miRNA-silencing potency, HDO-antimiR and the techniques that we used to construct it represent a new direction for miRNA regulation research." view more
Credit: Department of Neurology and Neurological Science, TMDU
東京医科歯科大学大学院医歯学総合研究科脳神経病態学分野（神経内科）の横田隆徳教授、吉岡耕太郎特任助教らの研究グループは、大阪大学大学院薬学研究科生物有機化学分野などとの共同で、マイクロRNAを標的とした従来の核酸医薬の効果を飛躍的に向上する新技術の開発に成功しました。この研究は科学技術振興機構（ＪＳＴ） 戦略的創造研究推進事業（ＣＲＥＳＴ）「新機能創出を目指した分子技術の構築」研究領域（研究総括：山本尚教授）における研究課題名「画期的な新規核酸医薬の分子技術の創出」（研究代表者：横田 隆徳）などの支援のもとでおこなわれたもので、その研究成果は、国際科学誌Nucleic Acids Researchに、2019年6月19日0時5分(UTC時間) にオンライン版で発表されます。
【研究の背景】
２２塩基長前後の短いRNA種の一つであるマイクロRNAは、１マイクロRNAあたり１００種以上のメッセンジャーRNAを抑制することで、様々な生命現象を調節しています。そして、マイクロRNAの発現や機能の異常は、癌や神経難病といった様々な疾患と関連していることが近年報告されています。そのため、癌を中心とした疾患の診断のためのバイオマーカーとしてのマイクロＲＮＡは既に臨床応用されているばかりでなく、治療標的分子として特に重要視されてきています。そのマイクロRNAを制御する最も有望な手法の一つが、マイクロRNAに特異的に結合し機能を抑制する核酸医薬（アンチミア）です。アンチミアは、DNAやRNAといった天然の核酸分子に加えて、化学修飾をした非天然核酸分子を用いることでマイクロRNAへの認識や安定性を向上させることができ、次々と臨床試験が行われています。しかしながら、その一方で、課題として生体内での有効性が不十分である点があり、毒性も十分には解決されておらず、医療品としての承認認可にいたっておりません。
本研究グループは従来のメッセンジャーRNAを標的とした1本鎖核酸医薬の効果を大幅に向上できるDNA/RNAヘテロ２本鎖核酸を開発（2015 年 8 月 11 日にプレスリリース）し、東京医科歯科大学発のバイオベンチャーである「レナセラピューティクス株式会社（レナ社）」が設立されました。最近、レナ社から日米の大手製薬企業に次々とヘテロ２本鎖核酸技術がライセンス（2018年12月26日プレスリリース）されています。そこで、研究グループはこれまでのメッセンジャーRNAを標的とした核酸医薬の経験を生かし、新しい種類のRNAであるマイクロRNAの制御能の向上を試みました。
【研究成果の概要】
Ｃ型肝炎を対象に臨床試験が行われたアンチミア（ミラベルセンⓇ）と全く同一の1本鎖DNA核酸に対して、相補的なRNA鎖を結合したヘテロ２本鎖核酸(HDOアンチミア)を考案・合成しマウスに静脈注射したところ、HDOアンチミアは従来の１本鎖アンチミアの１０倍以上の肝臓内マイクロRNA抑制効果を有することが判明しました。このマイクロＲＮＡ制御能の向上は、肝臓ばかりでなく腎臓・脾臓などの多くの臓器でも確認されました。加えて、１本鎖アンチミアで見られる腎臓の毒性が、HDOアンチミアでは回避されました。
このHDOアンチミアによるマイクロRNA制御のメカニズムを詳しく解析すると、細胞内での効果は大きく向上していることが明らかになりました。さらに興味深いことに、HDOアンチミアは従来の1本鎖アンチミアと異なるマイクロRNA制御メカニズムを有していました。つまり、１本鎖アンチミアは標的のマイクロＲＮＡに直接結合し１対１で機能抑制をするだけであるのに対して、HDOアンチミアは結合するだけでなく、治療標的であるマイクロＲＮＡを分解・消失させる作用も有していました(図)。
【研究成果の意義】
マイクロＲＮＡは重要な治療標的分子である一方で、実際の臨床応用への大きな課題の一つとして生体内で十分に制御が可能な技術は乏しいことがありました。今回のヘテロ２本鎖核酸技術により、生体内での非常に高効率なマイクロＲＮＡ制御が可能になり、製造コスト削減につながります。さらに、投与量を減らすことで副作用の回避も可能です。その結果、マイクロＲＮＡ制御核酸医薬の臨床開発が加速され、乳がん・大腸がんなどの多くの癌やアルツハイマー病などの神経難病の画期的な治療につながる可能性を秘めており、さらに心不全の症状改善や脳梗塞の後遺症軽減などの広い臨床応用が期待できます。
【用語の説明】
＊１マイクロRNA
21～25塩基長のRNA（リボ核酸）。特定の遺伝子のメッセンジャーRNA（タンパク質をコードするRNA）を標的とし、その発現や翻訳(タンパク質合成)を阻害することによって遺伝子の発現を抑制することができる。
＊2核酸医薬（アンチミア）
核酸医薬は天然または非天然の核酸（オリゴヌクレオチド）を基本骨格として利用する医薬品であり、化学合成により製造された核酸分子が直接標的分子に作用する。既存の低分子医薬・抗体医薬では困難であった細胞内RNA分子を標的にすることが可能であり、次世代医薬品として注目されている。その核酸医薬の中でも、マイクロRNAの機能抑制を目的としたものを、特にアンチミアと呼ぶ。
＊3ヘテロ２本鎖核酸（HDO）
核酸医薬としての活性を有するDNA核酸分子（DNA鎖）に対して相補的なＲＮＡ鎖を結合させたDNA/RNAヘテロ２本鎖構造を有する、新規構造の核酸医薬技術。当研究グループが独自に開発し、一般的に核酸医薬の主流であるsiRNA( small interfering RNA）、アンチセンス核酸に続く、第3の核酸医薬技術として注目されている。
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Journal
Nucleic Acids Research