化学を基盤としたmRNAの分子設計・製造法の革新とワクチンへの展開
研究課題情報
- 課題管理番号
- 25gm0010008h0005
- 統合プロジェクト（三期）
シーズ開発・基礎研究プロジェクト
- 統合プロジェクト（二期）
シーズ開発・研究基盤プロジェクト<第二期>
- 事業名
革新的先端研究開発支援事業
- タグ（2025）
研究開発目的： 治療に関する研究
研究の性格： 医薬品開発<新規化合物>
研究モダリティ： 高分子医薬品－核酸<DNA/mRNA>
開発フェーズ： 基礎
ICD-10大分類： その他
対象疾患領域： がん , 感染症
補足確認： 予防・保健 , 治療 , 予後・生活の質<QOL>
- タグ（2024）
研究開発目的： 治療に関する研究
研究の性格： 医薬品開発<新規化合物>
研究モダリティ： 高分子医薬品－核酸<DNA/mRNA>
開発フェーズ： 基礎
ICD-10大分類： その他
対象疾患領域： がん , 感染症
補足確認： 予防・保健 , 治療 , 予後・生活の質<QOL>
- タグ（2023）
研究開発目的： 治療に関する研究
研究の性格： 医薬品開発<新規化合物>
研究モダリティ： 高分子医薬品－核酸<DNA/mRNA>
開発フェーズ： 基礎
ICD-10大分類： その他
対象疾患領域： がん , 感染症
補足確認： 予防・保健 , 治療 , 予後・生活の質<QOL>
- タグ（2022）
研究の性格： 研究基盤及び創薬基盤の整備研究<創薬技術・ICT基盤・プラットフォーム関係含む>
開発フェーズ： 応用
承認上の分類： 医薬品
対象疾患： その他
疾患領域： がん , 生活習慣病 , 感染症
開発目的： 予防・健康 , 治療
- タグ（2021）
研究の性格： 研究基盤及び創薬基盤の整備研究<創薬技術・ICT基盤・プラットフォーム関係含む>
開発フェーズ： 基礎的
承認上の分類： 医薬品
対象疾患： その他
疾患領域： がん , 感染症
開発目的： 予防・健康 , 治療
- 代表研究機関
- 国立大学法人東海国立大学機構
- 研究代表者
(2025) 阿部洋, 国立大学法人東海国立大学機構, 名古屋大学 大学院理学研究科 理学専攻化学・教授
(2024) 阿部洋, 国立大学法人東海国立大学機構, 名古屋大学大学院理学研究科理学専攻化学・教授
(2023) 阿部洋, 国立大学法人東海国立大学機構, 名古屋大学 大学院理学研究科 教授
(2022) 阿部洋, 国立大学法人東海国立大学機構, 名古屋大学 大学院理学研究科 教授
(2021) 阿部洋, 国立大学法人東海国立大学機構, 名古屋大学 大学院理学研究科 物質理学専攻(化学系) 教授
- 研究期間
- 2021年度 - 2025年度
- 課題への総配分額
- 2,307,997 千円
- 研究概要（2025）
- 本課題では、申請者独自の核酸化学を基盤として、高純度の化学修飾mRNAを低コストで製造する手法を構築する。さらにワクチンに必要な全ての要素を、動態制御が容易で生体適合性に優れた化学修飾mRNA分子に集約させ、キャリアフリー投与を可能とし安全性を向上させることで、現状のmRNAワクチンが抱える種々の課題の解決を目指す.今年度はmRNAプロダクトの品質管理基準の確立、Capと非天然核酸を導入したmRNAの大量合成の検討、また新規非天然核酸導入のmRNA合成の最適化、多断片連結反応の条件検討、長鎖mRNAの高効率連結合成の手法を確立などに取り組む。
- 研究概要（2024）
- 本課題では、申請者独自の核酸化学を基盤として、高純度の化学修飾mRNAを低コストで製造する手法を構築する。さらにワクチンに必要な全ての要素を、動態制御が容易で生体適合性に優れた化学修飾mRNA分子に集約させ、キャリアフリー投与を可能とし安全性を向上させることで、現状のmRNAワクチンが抱える種々の課題の解決を目指す。今年度は、mRNAの品質評価基準の確立、修飾mRNA合成法の開拓、RNA鎖の化学的・酵素的連結法の最適化、環状化mRNAの機能向上などに取り組む。
- 研究概要（2023）
- 本課題では、申請者独自の核酸化学を基盤として、高純度の化学修飾mRNAを低コストで製造する手法を構築する。さらにワクチンに必要な全ての要素を、動態制御が容易で生体適合性に優れた化学修飾mRNA分子に集約させ、キャリアフリー投与を可能とし安全性を向上させることで、現状のmRNAワクチンが抱える種々の課題の解決を目指す。今年度は、高純度cap化mRNAを与えるタグ構造の最適化および精製条件の最適化、mRNAの品質評価法の確立、修飾導入mRNA合成のための改変酵素の開発、RNA鎖の化学的・酵素的連結法の開発、環状化mRNAの機能創発などに取り組む。
- 研究概要（2022）
- 細胞内のmRNAが持つ5'Cap構造とpoly Aテール領域の正確な調製は困難であることが報告されている。よって令和4年度は前年度に引き続き、正確な5’Cap構造の調製技術を開発する。また化学修飾DNAオリゴを用いることでpoly Aテール領域の正確な調製も試みる。医薬応用では品質管理も重要であるため、調製したRNAの品質管理技術も必要となる。よってカラムの検討により最適な精製手法および次世代シーケンサーを用いたRNA末端の正確性を分析する技術の確立を目指す。酵素法では転写効率が高く化学修飾ヌクレオチドを利用できる変異型RNA合成酵素の開発に取り組む。これらを組み合わせて任意の位置に化学修飾を含むmRNAを用意し、翻訳効率の高いmRNAをスクリーニングする。得られたRNAの大規模データ解析から、翻訳効率を向上する化学修飾導入位置の知見を得る。
- 研究概要（2021）
- 本課題では、申請者独自の核酸化学を基盤として、高純度の化学修飾mRNAを低コストで製造する手法を構築する。さらにワクチンに必要な全ての要素を、動態制御が容易で生体適合性に優れた化学修飾mRNA分子に集約させ、キャリアフリー投与を可能とし安全性を向上させることで、現状のmRNAワクチンが抱える種々の課題の解決を目指す。今年度は、高純度cap化mRNAの合成法に必要なタグ試薬の構造最適化、修飾導入mRNA調製のためのRNAポリメラーゼの調製、化学的・酵素的合成法の開発、環状化mRNAの検討などに取り組む。
研究成果情報
2024
2023
2022
2021
成果の概要
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本年度は化学合成mRNAの高純度精製および品質管理から構造化mRNAの機能評価に至るまで、一貫して技術の高度化に取り組んだ。脂溶性タグ付きキャップ化試薬を用いる新規手法を開発し、長さ異なる副生成物を除去するためイオン交換HPLCと逆相HPLCを組み合わせた二段階精製法を確立、標的mRNAを高純度で得ることに成功した。さらに、Cap₂型PureCap法に適合するようT7RNAポリメラーゼを改変し、修飾キャップ導入効率を従来比2～3倍に向上させ、小スケール合成系を確立した。定量的連結反応に必要な5′リン酸化RNAは脂溶性ホスホロアミダイト体を用い>99％純度で調製（Nucleic Acid Research誌にアクセプト）し、3′末端成形法と組み合わせて三断片連結をほぼ定量的に達成し、翻訳評価に適したmRNAを取得した。加えて、cap導入型環状RNAのin vivo評価ではIRES型環状RNA比200倍以上の翻訳効率向上および直鎖型mRNAを上回る発現持続性をマウスモデルで実証（Nature Biotechnology誌にアクセプト）し、ワクチンを含む多様な医薬応用への展開可能性を示した。
学会誌・雑誌等における論文一覧
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1. Nomura, K.; Onda, K.; Murase, H.; Hashiya, F.; Ono, Y.; Terai, G.; Oka, N.; Asai, K.; Suzuki, D.; Takahashi, N.; Hiraoka, H.; Inagaki, M.; Kimura, Y.; Shimizu, Y.; Abe, N.; Abe, H. Development of PCR Primers Enabling the Design of Flexible Sticky Ends for Efficient Concatenation of Long DNA Fragments. RSC Chem. Biol. 2024, 5 (4), 360–371.
2. Lyu, F.; Hakariya, H.; Hiraoka, H.; Li, Z.; Matsubara, N.; Soo, Y.; Hashiya, F.; Abe, N.; Shu, Z.; Nakamoto, K.; Kimura, Y.; Abe, H. Intracellular Delivery of Antisense Oligonucleotides by Tri‐branched Cyclic Disulfide Units. ChemMedChem 2024, e202400472.
3. Yoshida, Y.; Niimi, Y.; Fushihara, D.; Katakura, H.; Fukui, R.; Murase, H.; Tomoike, F.; Hashiya, F.; Murakami, T.; Kodama, E. N.; Suzuki, T.; Yasukawa, K.; Kimura, Y.; Abe, H. 2′-β-Methylselenyl Nucleos(t)ide Analogs as Reverse Transcriptase Inhibitors against Diverse HIV Mutants. Bioorg. Med. Chem. 2024, 110, 117813.
4. Nomura, K.; An, S.; Kobayashi, Y.; Kondo, J.; Shi, T.; Murase, H.; Nakamoto, K.; Kimura, Y.; Abe, N.; Ui-Tei, K.; Abe, H. Synthesis of 2′-Formamidonucleoside Phosphoramidites for Suppressing the Seed-Based off-Target Effects of siRNAs. Nucleic Acids Res. 2024, gkae741.
5. Yamada, H.; Iwai, H.; Hashiya, F.; Kimura, Y.; Abe, H.; Yamamoto, J. Concise Affinity‐Based Purification of Ligated mRNA for Structure‐Activity Relationship Studies of Nucleosugar Modification Patterns. ChemBioChem 2024, e202400711.
6. Ototake, M.; Inagaki, M.; Kimura, S.; Onda, K.; Tada, M.; Kawaguchi, D.; Murase, H.; Fukuchi, K.; Gao, Y.; Kokubo, K.; Acharyya, S.; Meng, Z.; Ishida, T.; Kawasaki, T.; Abe, N.; Hashiya, F.; Kimura, Y.; Abe, H. Development of Hydrophobic Tag Purifying Monophosphorylated RNA for Chemical Synthesis of Capped mRNA and Enzymatic Synthesis of Circular mRNA. Nucleic Acids Res. 2024, 52 (20), 12141–12157.
7. Fukuchi, K.; Nakashima, Y.; Abe, N.; Kimura, S.; Hashiya, F.; Shichino, Y.; Liu, Y.; Ogisu, R.; Sugiyama, S.; Kawaguchi, D.; Inagaki, M.; Meng, Z.; Kajihara, S.; Tada, M.; Uchida, S.; Li, T.-T.; Maity, R.; Kawasaki, T.; Kimura, Y.; Iwasaki, S.; Abe, H. Internal Cap-Initiated Translation for Efficient Protein Production from Circular mRNA. Nat. Biotechnol. 2025, accepted.
8. Abbasi, S., Matsui-Masai, M., Yasui, F., Hayashi, A., Tockary, T. A., Mochida, Y., Akinaga, S., Kohara, M., Kataoka, K. & Uchida, S. Carrier-free mRNA vaccine induces robust immunity against SARS-CoV-2 in mice and non-human primates without systemic reactogenicity. Mol. Ther. 2024 32, 1266-1283, doi:https://doi.org/10.1016/j.ymthe.2024.03.022
9. Van Guyse, J. F. R., Abbasi, S., Toh, K., Nagorna, Z., Li, J., Dirisala, A., Quader, S., Uchida, S. & Kataoka, K. Facile Generation of Heterotelechelic Poly(2-Oxazoline)s Towards Accelerated Exploration of Poly(2-Oxazoline)-Based Nanomedicine. Angew. Chem. Int. Ed. 2024 63, e202404972, doi:https://doi.org/10.1002/
10. Zheng, F., Tian, R., Lu, H., Liang, X., Shafiq, M., Uchida, S., Chen, H. & Ma, M. Droplet Microfluidics Powered Hydrogel Microparticles for Stem Cell-Mediated Biomedical Applications. Small 2024 20, 2401400, doi:https://doi.org/10.1002/smll.202401400
学会・シンポジウム等における口頭・ポスター
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1. 配列自由度を向上させるDNA接着末端形成技術 ～用途に応じて３つの技術を選択可能～, 野村浩平, CPHI Japan, 2024/04/17, 国内, ポスター
国内 / ポスター
2. Development of new membrane permeable oligonucleotide for nucleic acid therapeutics, Hayato Yokoe, Fangjie Lyu, Hayase Hakariya, Haruka Hiraoka, Zhenmin Li, Noriaki Matsubara, Yonghao Soo, Fumitaka Hashiya, Naoko Abe, Zhaoma Shu, Kosuke Nakamoto, Yasuaki Kimura, Hiroshi Abe, ISBC2024, 2024/04/24, 国内, ポスター
国内 / ポスター
3. Development and Comparison of 4-Thiouridine to Cytidine Chemical Base Conversion Reaction, Sana Ohashi, Mayu Nakamura, Susit Acharyya, Masahito Inagaki, Naoko Abe, Yasuaki Kimura, Fumitaka Hashiya, Hiroshi Abe, ISBC2024, 2024/04/24, 国内, ポスター
国内 / ポスター
4. Synthesis of cap-2-type mRNA based on PureCap method, Yuko Nakashima, Masahito Inagaki, Naoko Abe, Zhenmin Li, Susit Acharyya, Haruka Hiraoka, Zheyu Meng, Mizuki Tada, Tatsuma Ishida, Pingxue Lyu, Hirotaka Murase, Fumitaka Hashiya, Yasuaki Kimura, Satoshi Uchida, Hiroshi Abe, ISBC2024, 2024/04/24, 国内, ポスター
国内 / ポスター
5. Synthesis and Evaluation of Photolabile Selenium-Modified Nucleic Acid for Intracellular Gene Expression Switching, Yuki Yoshida, Haruka Hiraoka, Hirotaka Murase, Naoko Abe, Fumitaka Hashiya, Hiroshi Abe, ISBC2024, 2024/04/24, 国内, ポスター
国内 / ポスター
6. Synthetic Optimization of PureCap Analogs for High-Purity mRNA Purification and Functional Evaluation, Miki Takaba, Masahito Inagaki, Naoko Abe, Yuko Nakashima, Mizuki Tada, Tatsuma Ishida, Fumitaka Hashiya, Yasuaki Kimura, Satoshi Uchida, Hiroshi Abe, ISBC2024, 2024/04/24, 国内, ポスター
国内 / ポスター
7. Exploring G-Quadruplex-Locked Circular RNA, Alokita Chakraborty, Minami Kato, Naoko Abe, Fumitaka Hashiya, Yasuaki Kimura, Hiroshi Abe, ISBC2024, 2024/04/24, 国内, ポスター
国内 / ポスター
8. Development of Cap Analogs for Reverse-Phase HPLC Purification of Long mRNA, Zheyu Meng, Masahito Inagaki, Yuko Nakashima, Naoko Abe, Fumitaka Hashiya, Yasuaki Kimura, Hiroshi Abe, ISBC2024, 2024/04/24, 国内, ポスター
国内 / ポスター
9. Development of new chemical phosphorylation reagents for 5′-phosphate RNA purification, Mami Ototake, Kaoru Onda, Masahito Inagaki, Naoko Abe, Fumitaka Hashiya, Yasuaki Kimura, Hiroshi Abe, ISBC2024, 2024/04/24, 国内, 口頭
国内 / 口頭
10. Development of Chemically Modified mRNAs based on Chemical Synthesis for Highly Active mRNA Medicines, Yasuaki Kimura, Naoko Abe, Akihiro Imaeda, Masahito Inagaki, Fumitaka Hashiya, Satoshi Uchida, Hiroto Iwai, Masakazu Honma, Junichiro Yamamoto, Hiroshi Abe, ISBC2024, 2024/04/24, 国内, ポスター
国内 / ポスター