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2024-07-12 22:55:15
COVID-19ワクチンによってRNAベースの薬が多くの人に導入される一方、RNAオリゴヌクレオチドはデュシェンヌ型筋ジストロフィーやアミロイドーシスなどの病気の治療薬として何年も前から市場に出回っている。RNA療法は、細胞内のほぼあらゆる遺伝子成分を標的にできることや、CRISPRなどの遺伝子編集ツールを標的に直接当てられることなど、従来の低分子薬に比べていくつかの利点がある。
しかし、RNA の潜在力は、世界的に急速に増加する需要が業界の生産能力を上回っているという事実によって、現在制限されています。RNA を化学合成する標準的な方法は 1980 年代に発見されましたが、特殊な装置が必要で、労働集約的なプロセスです。化学合成法では、RNA 分子に組み込むことができるヌクレオチド構成要素の範囲も限られており、環境に害を及ぼし、製造能力を制限する大量の有毒な化学副産物が生成されます。これらの問題は、需要に応じて RNA の生産が増加するにつれて増大します。
ハーバード大学ワイス研究所とハーバード大学医学大学院 (HMS) の科学者チームが、この問題の解決策を考案しました。それは、RNA 治療薬の設計空間を拡大し、化学合成を迅速にスケールアップできるようにする新しい RNA 合成プロセスです。彼らの革新的な方法は、現在の製造を悩ませている有毒な溶媒や爆発性の触媒ではなく、水と酵素を使用して、現在の業界標準に匹敵する効率と純度で RNA を生成できます。また、現在の RNA 薬に見られる一般的な分子修飾をすべて組み込むことができ、新しいタイプの治療薬のために新しい RNA 化学を組み合わせる可能性があります。この成果は、本日発表された論文で概説されています。 天然バイオテクノロジー、
共同筆頭著者のジョナサン・リッティチャー博士は、「RNA 医薬品の需要が高まり、より多くの製品が市場に投入されるにつれて、化学的 RNA 合成法で使用される有機溶媒であるアセトニトリルの現在の世界供給量を上回ることになります」と述べています。リッティチャー博士は HMS の副博士研究員であり、元博士研究員です。彼と共同筆頭著者で元副研究科学者のダニエル・ウィーガンド博士、副コア教員のジョージ・チャーチ博士、その他は、技術を商業化するために EnplusOne Biosciences を設立しました。「この規模で RNA 医薬品を世界に届けるには、再生可能な水合成へのパラダイムシフトが必要ですが、私たちの酵素技術がそのシフトを可能にすると信じています。」
より良く、より環境に優しい方法
チャーチ、リッティヒャー、ヴィーガンド、そして共著者のエルキン・クル博士の研究室では、製薬業界は RNA 革命の真っただ中にあります。研究室は以前、酵素を使って DNA を合成する方法を発見しており、RNA でも同じことができると予想していました。
科学者たちは酵母の一種から酵素を取り出し、 シゾサッカロミセス・ポンベこれはヌクレオチド分子を結合させてRNA鎖を形成することで知られています。研究者らは、この酵素をより効率的にし、非標準ヌクレオチドをRNAに組み込めるように改良しました。これは、FDA承認のRNA医薬品にはすべて、体内での安定性を高めたり、新しい機能を持たせたりするために、本来の形から改変されたヌクレオチドが含まれているため、有用な医薬品開発プラットフォームを作成する上で非常に重要です。
彼は次にヌクレオチドそのものに注目した。標準的な化学的RNA合成では、
ヌクレオチドには、追加の「保護基」が付着しています。これは、過酷な反応条件下で分子を損傷から保護する一種の化学的な気泡緩衝材です。RNA が機能するには、合成後にこれらの保護基を除去する必要があり、このプロセスでは、RNA の形成中に RNA に損傷を与える可能性のある一連の追加の化学反応が必要になります。EnPlusOne の穏やかな合成条件により、重い気泡緩衝材が不要になり、最終的に収量が向上します。
しかし、その酵素が 1 つの問題を解決した一方で、研究チームの酵素は別の問題を引き起こしました。その酵素の自然な活動は、ヌクレオチドを制御不能に結合させ、間違った RNA 配列を生成するのです。この問題を解決するために、研究チームは、酵素を止めて一度に 1 つのヌクレオチドしか追加できないようにする化学物質の一種である「阻害剤」でヌクレオチドを改変しました。目的のヌクレオチドが追加されると、阻害剤が除去されて、配列内の次のヌクレオチドが結合できるようになります。その結果、通常の 4 段階の化学合成法よりも簡単で迅速な 2 段階のプロセスが実現しました。
研究者らは、新しいプロセスが化学合成に匹敵する 95% の効率でヌクレオチドを合成できることを示した。研究チームは次に、酵素による RNA 合成サイクルを繰り返し、10 ヌクレオチド長の分子を生成した。現在、研究チームは 23 ヌクレオチド長の分子を日常的に生成できるようになり、これは多くの成功した RNA 療法と同等のサイズである。
分子から薬へ
RNA を有用な薬に変える鍵は、天然のヌクレオチドを改変することです。研究チームはまた、酵素合成法によって、天然のヌクレオチドと同様の効率で、さまざまな改変ヌクレオチドを含む RNA 鎖をうまく生成できることを示しました。「天然の RNA は A、U、C、G の 4 つの文字で構成されていますが、合成生物学によってこの単純なアルファベットを拡張することができます」と、HMS の博士研究員である Kuru 氏は述べています。「私たちのプロセスは、基本的に「RNA タイプライター」のキーの数を増やし、新しい機能と特性を持つ RNA を書くために使用できるより豊富なアルファベットを作成します。」
この研究は、2019 年と 2020 年に Wyss 研究所で行われた検証プロジェクトの基礎となり、プロジェクトのリスクが軽減され、商業化の準備が整いました。また、2020 年には、このプロジェクトは Wyss 研究所と Northpond Labs のパートナーシップを通じてサポートされた最初のプロジェクトとなりました。 を通して バイオテクノロジー研究イノベーションラボは、大きな影響を与える可能性に基づいています。EnPlusOne Biosciences は、斬新なアプローチを商品化し、酵素による RNA 合成を世界にもたらすために 2022 年に設立されました。資金調達は Northpond Ventures が主導し、Breakout Ventures と Coatue が参加しました。
「酵素によるヌクレオチド合成技術は、化学ベースの方法の代替として多くの利点があります。このプラットフォームは、特に高品質のガイドRNA分子を生成できるハイスループットCRISPR/Cas遺伝子編集において、RNA治療の大きな可能性を持続可能な方法で解き放つのに役立つ可能性があります」と、HMSのロバート・ウィンスロップ遺伝学教授でもある共同責任著者のチャーチ氏は述べました。
EnPlusOne はまた、そのプラットフォームを使用して、さまざまな疾患の治療に使用できる低分子干渉 RNA (siRNA) を実験室規模で生産しています。
「RNA 医薬品は、さまざまな疾患に対する強力な新しい治療法を提供します。しかし、これらの医薬品を製造する現在の方法は、製造できる化学物質の多様性、妥当なコストで製造できる物質の量、および物質の入手のしやすさの点で制限があります。NPlusOne の優れた生物にヒントを得た酵素合成オプションは、これらすべての制限を克服する方法を提供し、RNA 治療薬業界の急成長に貢献する可能性があります」と、Vice の創設ディレクターである医学博士、PH の Don Ingber 氏は述べています。D. Ingbar 氏も同席していました。 血管生物学教授 イェフダ・フォルクマン HMSとボストン小児病院で、そして ハンスイェルク・ヴィス バイオインスピレーション工学教授 ハーバード大学ジョン・A・ポールソン工学応用科学大学院（SEAS）にて。
筆者はさらに 天然バイオテクノロジー この論文には、エラ・マイヤー、ヘウォン・リー、ニコラス・J・コンウェイ、ダニエル・アールステッド、ゼイネップ・ユルトセバー、ドミニク・レノンが取り上げられています。リーとアールステッドは、EnplusOne の共同設立者でもあります。この研究は、米国エネルギー省およびハーバード大学ワイス研究所の助成金 DE-FG02-02ER63445 により支援されました。
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