科学者がDNAを細胞に取り込むための新しい分子を開発

首都大学東京の研究者らは、病気の治療やワクチン接種のために、DNAを生体細胞に運ぶ新しい分子を作成した。既存の選択肢の多くは、有害な炎症を引き起こす可能性がある強い正電荷を持つ分子に依存しています。研究チームは、中性分子とそれにDNAを結合させる新しい方法を使用することでこの問題を克服し、DNAを細胞に送達できるようにした。マウスを使った実験が成功すれば、より効果的な新しい治療法が期待できる。

過去数十年にわたり、科学者たちは遺伝情報を細胞に伝達する新しい治療法を開発してきました。この情報は、DNA および RNA の形で、遺伝子に永久的に組み込むことも (「遺伝子治療」)、細胞のタンパク質製造機構によって一時的に使用して、治療用のタンパク質や分子を生成することもできます。この際の大きな課題は、そもそも DNA または RNA を細胞に取り込むことです。体内に注射されると、細胞膜が侵入に対する物理的な障壁となり、何よりも、それらは無傷で細胞内に到達する必要があります。

ここで、送達媒体が登場します。「裸の」DNA 分子または RNA 分子を使用する代わりに、細胞により容易に取り込まれる複合体にそれらを組み込むことができます。いくつかの遺伝子の生成をコードする DNA の短いセグメントであるプラスミド DNA の場合、一般的な送達方法は正に帯電したポリマーを使用することです。 DNA はマイナスに帯電しているため、長いポリマー上のプラス電荷と結合して複合体を形成し、細胞が飲み込むことができます。ただし、このアプローチにも問題がないわけではありません。たとえば、正に帯電した分子は注射部位で炎症を引き起こす可能性があります。また、周囲にある他のマイナスに帯電した分子を引きつけて凝集体を形成することもあります。筋肉内注射の場合、これには筋肉組織の細胞外マトリックスが含まれます。

この課題を回避するために、首都大学東京の朝山祥一郎教授率いるチームは、DNAの4つの構成要素の1つである「粘着性」チミン塩基が末端に結合した非荷電ポリマーを合成した。彼らが使用したポリマーは、体内でよく知られている「不活性」分子であるポリ (エチレングリコール) (PEG) でした。しかし、チミン塩基は何らかの助けがなければ DNA に結合することができません。ここでチームは「アニーリング」と呼ばれるプロセスを使用しました。プラスミド DNA 分子をわずかに加熱すると、二本鎖が部分的にほどけることがあります。この分子が存在すると、チミン塩基が水素結合によって露出した構造に弱く結合し、チームの新しい分子と DNA の間に複合体が形成されます。

チミン-PEG 鎖の数と DNA の比率を調査することで、チームはレシピを最適化することができました。マウスを使った実験では、その複合体が「裸の」DNA鎖と比較して、マウス細胞へのDNAの取り込みを最大14倍促進することを示すことに成功した。彼らの新しい「単一核酸塩基末端複合体（SNTC）」は電荷を持たない化合物であり、遺伝情報の伝達の成功に依存する治療の範囲を改善し、拡大することが期待されている。

本研究は、日本学術振興会科学研究費補助金（基盤研究（B））（課題番号：21H03820）および文部科学省「物質・ナノテクノロジー先端研究基盤整備事業（ARIM）」（課題番号：JPMXP1224 UT0029）の助成を受けて行われました。

Nakanishi M, Endo-Takahashi Y, Negishi Y, Asayama S.
In Vivo 遺伝子発現のための単一核酸塩基末端複合体を形成するための pDNA のアニーリング。
ACS Appl バイオメーター。 2026 年 2 月 2;9(3):1682-1691。土井： 10.1021/acsabm.5c02207