研究 (Research)
最終更新日：
安全な酸化剤を用いた革新的な酸化反応制御技術の開発と応用 (Development and application of innovative oxidation reaction control technology using safe oxidizing agents)
教授 井上 豪、准教授 淺原 時泰 (薬学研究科 創成薬学専攻)、特任教授 難波 啓一（生命機能研究科 日本電子YOKOGUSHI協働研究所） INOUE Tsuyoshi, ASAHARA Haruyasu (Graduate School of Pharmaceutical Science), NAMBA Keiichi (JEOL YOKOGUSHI Research Alliance Laboratories, Graduate School of Frontier Biosciences)
研究の概要
除菌消臭剤に含まれる亜塩素酸イオンから生成する二酸化塩素ラジカ ル の 活 性 化 制 御 技 術 を「MA-T（Matching Transformation System）」として解明。バイオメタンガスの液化や高分子材料の表面酸化など、革新的酸化技術を開発（第6回イノベーション大賞内閣総理大臣賞、令和6年度科学技術分野の文部科学大臣表彰 科学技術賞（研究部門）を受賞）。これをグラフェン膜上にタンパク質を固定化し、クライオ電子顕微鏡を用いた解析を加速化するツール（Epoxidized Graphene Grid; EG-grid®）の開発に応用した。
現在、アンメットメディカルニーズ（UMN）の高い癌に対する抗体医薬品の開発にEG-grid®を活用し、エピトープ情報の解析に役立てている。
研究の背景と結果
新型コロナウイルス（SARS-CoV-2）は2019年12月に中国の武漢で発生し、感染が世界に急拡大し、これまでに7.7億人に感染、700万人以上の死者が出た（2023年 WHO 統計）。ワクチンや抗体の開発を迅速に行う必要があることを改めて認識させられたが、より特異性の高い二重特異性抗体の取得には、個々に得られた抗体のエピトープ情報を迅速に解析する必要がある。
我々は EG-grid® を用いて、SARS-CoV-2のスパイクタンパク質と抗体の複合体を複数種で解析した。P86とP17のVHH抗体については、前者はクライオ電子顕微鏡で（Communications Biology, 2022）、後者は X 線解析で（J. Biochemistry, 2022）、それぞれ複合体の構造を解析したが、クライオ電子顕微鏡を用いた場合、必要なサンプル量はⅩ線解析の2000分の1で済み、解析時間も3日程度で、大幅に短縮できた。また、P559抗体のエピトープも異なることが分かり、P86（R45L）変異体と連結した二重特異性抗体の解析も迅速に解析し、ウイルスの不活化に関する有効性も確認された。通常、抗体はウサギやマウス、アルパカなどに免疫し、複数種類が産生される。エピトープ情報が不明であれば、結合定数の高い二重特異性抗体の開発は不可能である。今回、SARS-CoV-2に対する二重特異性抗体（P559-P86（R45L））を迅速に開発し、BQ1.1や XBB 株に対しても高い中和活性を示すことができた。
本結果は、抗体設計における重要な指針を提供し、新型コロナウイルスの最新株に対する治療戦略の基盤となった（2023年 CROI で発表）。一般に、抗体医薬品の開発においても、エピトープ情報の迅速な解析は必要不可欠であり、EG-grid はその解決に大きく貢献できるものと期待されている。
研究の意義と将来展望
MA-Tの技術は抗癌治療をはじめとした医療、地球温暖化対策、新規化学反応や新材料の開発など、様々な応用化研究が進行中であるが、中でもクライオ電顕によるタンパク質の構造解析を加速するデバイスを開発し、抗体医薬品の開発に必要なエピトープ情報の取得などを迅速化したことは意義深い。
担当研究者
教授 井上 豪、准教授 淺原 時泰 (薬学研究科 創成薬学専攻)、特任教授 難波 啓一（生命機能研究科 日本電子YOKOGUSHI協働研究所）
キーワード
亜塩素酸イオン／革新的酸化技術／クライオ電顕／抗体
応用分野
医療・ヘルスケア、創薬、構造解析（クライオ電子顕微鏡）
参考URL
https://yakubun.jp;
https://matjapan.jp/
https://matjapan.jp/
https://researchmap.jp/read0185256
https://researchmap.jp/pikurin3
https://researchmap.jp/read0096830