4．ナノマテリアル等の安全対策や規制に関する他 …...274 4．ナノマテリアル等の安全対策や規制に関する他国の法令とその仮訳 以下の法令及び関連文書の全文あるいは一部を対訳形式で仮訳した。
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DNAナノマテリアル・ナノメディシンの Structure-Based Design 上智大学 理工学部 物質生命理工学科 准教授 近藤 次郎 1
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DNAナノマテリアル・ナノメディシンのStructure-Based Design
上智大学 理工学部 物質生命理工学科准教授 近藤次郎
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DNA で「ものづくり」をしています• すべての生物が遺伝情報として持っている物質
生体適合性 高化学的・生化学的安定性 高環境負荷 低
• 合成が簡単な高分子化合物（ポリマー）化学的合成 ⇒ DNA自動合成機生化学的合成 ⇒ 酵素合成法
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• 比較的単純な生体高分子である
ＤＮＡ・ 4種類（A, T, G, C）の塩基で構成タンパク質・ 20種類のアミノ酸で構成
⇒ ＤＮＡはデザインすることができる＊タンパク質工学も試みられているが難しい
DNA で「ものづくり」をしています
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Structure-Base Designのアプローチをとります
• 医薬品開発に用いられている手法 （1990年台～）
• Ｘ線結晶解析によって得られる立体構造情報を利用して、新しい医薬品をデザインする
• 旧来の帰納的な手法（ハイスループットスクリーニングなど）に比べて合理的で、短期間・低コストでの医薬品開発が可能である
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Structure-Base Designのアプローチをとります
• Structure-Based Designの手法を、ナノマテリアル・ナノメディシンの開発に応用
• ブロックを組み立てるように分子をデザイン
Jaeger & Chworos, 2006 Curr. Opin. Struct. Biol.
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• 新規のDNAナノマテリアル・ナノメディシンを
ゼロからデザイン• 既存のDNAナノマテリアル・ナノメディシンを
立体構造を見て改良ナノスケールのDNAを
実際に目で見ながらデザインできる
⇒ 確実性・安心感を提供
Structure-Base Designで実現できること
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Structure-Base Designを可能にする技術
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当研究室の構造解析の実績
• Protein Data Bankに登録されている立体構造（2016年７月末現在）
タンパク質 100,906件（93.5%）タンパク質-核酸複合体 5,277件（ 4.9%）ＤＮＡ 993件（ 0.9%）ＲＮＡ 671件（ 0.6%）
• DNAとRNA（核酸）の構造研究は、タンパク質の構造研究に比べて著しく遅れている
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当研究室の構造解析の実績
• 当研究室で解析した立体構造（2016年７月末現在）
・ Protein Data Bank登録済ＤＮＡ 993件中 26件 （2.6%）ＲＮＡ 671件中 42件 （6.3%）
・ Protein Data Bank未登録ＤＮＡ 約10件ＲＮＡ 約30件
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当研究室の構造解析の実績
• DNAとRNA（核酸）に特化したＸ線結晶解析を行っているのは、国内では当研究室のみ
DNA 八重らせん構造 DNA 非らせん構造
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DNA の結晶化技術• DNA結晶化スクリーニングキットを独自に開発
・ タンパク質結晶化キットとは異なる配合・ 96条件を基本としたスクリーニング条件・極めて高いヒット率
• 結晶化に適した DNA配列の設計方法
• 最適化された DNAの精製プロトコル
Ｘ線結晶解析の可否を決定づける
DNA 試料の高純度精製の方法として活用できる
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DNA の構造解析技術• DNA構造決定法を独自に開発
（Kondo et al., 2008 Acta Crystallogr.）
• 新しい DNA構造決定法を開発中・高エネルギー加速器研究機構
Photon Factoryと共同開発中（AMED 創薬等支援技術基盤プラットフォーム採択課題）
• 従来の構造決定法（分子置換法・重原子法）の最適化
Ｘ線結晶解析の成功率を向上させる
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• DNAに対する一般的な認識・ 二重らせん構造をとる・ A-T、G-Cが塩基対をつくる
DNA のデザインのノウハウ
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• DNAに対する我々の認識・ 複雑な立体構造をとる
DNA のデザインのノウハウ
複雑な形のDNAをデザイン
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• DNAに対する我々の認識・ 約150種類の塩基対をつくる
DNA のデザインのノウハウ
• 塩基対の分類法およびデータベースの開発（Nucleic Acid Databaseと共同研究）
A-A 塩基対 A-C塩基対
様々な塩基対を組み合わせてDNAをデザイン
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• DNAに対する我々の認識・ 各種リガンドと擬塩基対をつくる
DNA のデザインのノウハウ
塩基と糖の擬塩基対塩基とアミノ酸の擬塩基対
• 擬塩基対の分類法およびデータベースの開発（Nucleic Acid Databaseと共同研究）
タンパク質や糖などに結合できるDNAをデザイン
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DNAナノマテリアルStructure-Base Designの実例
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DNA-銀ハイブリッドナノワイヤー（特許出願済）
• DNA二重らせん中に銀が縦列したワイヤー
• ナノワイヤーの直径は 2ナノメートル
• ナノワイヤーの長さは現状、1マイクロメートル（半無限長に延伸することは可能）
• 世界最細、世界最大レベルのアスペクト比
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• 銀介在塩基対によって銀が結合
• 銀はDNAのらせん軸上に１個ずつ縦列
DNA-銀ハイブリッドナノワイヤー（特許出願済）
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• DNAと硝酸銀を「混ぜるだけ」で合成可能5'-GGACTCGACTCC-3'
GGCTCGCTCC
GGCTCGCTCC
AA
AA
GGCTCGCTCC
GGCTCGCTCC
AA
AA
GGCTCGCTCC
GGCTCGCTCC
AA
AA
GG--
GG--
のりしろ
のりしろ
Ag(I)
--C
--C
DNA-銀ハイブリッドナノワイヤー（特許出願済）
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• DNAの塩基配列・長さを変更可能
• 銀を、金・銅・水銀に置き換え可能
DNA-銀ハイブリッドナノワイヤー（特許出願済）
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DNA-銀ハイブリッドナノワイヤー－想定される用途－
• 透明導電フィルム＊既存の銀ナノワイヤーの一般的な用途
（大日本印刷、東レ、日立化成など）
• DNAインク＊特殊な塩基対を含むDNAの用途
（大日本印刷・タグシクスバイオ）
• 微細電子回路 ＊将来的な用途
• ナノスケールの抗菌繊維＊銀の抗菌性とDNAの生体適合性を利用した素材
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DNA-銀ハイブリッドナノワイヤー－実用化に向けた課題－
• 導電性についての検証類似の錯体化合物の導電性は報告されている
• 導電性以外の様々な物性について検証高い熱安定性、電磁波耐性は確認済
• ナノワイヤー合成のスケールアップ現状、数マイクロリットルの反応溶液での合成
• より効率的なナノワイヤー合成方法の確立結晶化させると安定的に合成できる
⇒ 溶液中でも安定的に合成可能な方法を確立したい
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DNAナノメディシンStructure-Base Designの実例
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核酸医薬品
• Structure-Based Designに利用可能なアンチセンス核酸医薬品の立体構造情報を報告
（Kondo et al., 2015 Chem. Commun.）
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核酸医薬品
• 核酸医薬品の世界最大手IONIS Pharmaceuticals社（旧ISIS社）とアカデミックレベルでの共同研究を展開中
• 当研究室で、既存の核酸医薬品とは異なる性質をもつDNAシーズ化合物を最近取得
＊ IONIS社（旧ISIS社）が有する特許を回避できる可能性あり
⇒ 特許出願を計画中
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核酸医薬品－実用化への課題－
• 薬理効果、副作用などのデータを得たい＊当研究室では、in vitro、in vivoレベルでの実験を行う環境が整っていない
• 第３世代の医薬品として核酸医薬品の開発を日本主導で進めていくためには、産学連携が不可欠である。
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企業への期待
• DNA-重金属ハイブリッドナノワイヤーの実用化に向けた共同研究
• 核酸医薬品のStructure-Based Designによる共同開発
• 「DNA Structure-Based Designプラットフォーム」を上智大学に確立させるための設備面等でのご支援
単結晶Ｘ線回折装置・結晶化ロボット・DNA自動合成機などの共用施設として上智大学を利用（都心の立地を活用）
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本技術に関する知的財産
• 発明の名称：DNA-銀ハイブリッドナノワイヤー
およびその製造方法
• 出願番号： 特願2016-062547
• 出願人： 学校法人 上智学院
• 発明者： 近藤次郎、多田能成
