日本学術振興会特別研究員、理化学研究所訪問研究員、iCeMS客員研究員(谷口グループ)
※本研究を行なっていた当時は博士後期課程学生(杉山グループ・ナマシバヤムグループ)

日髙 拓也

Takuya Hidaka

 アイセムス杉山グループおよびナマシバヤムグループでは、狙ったDNA配列に結合できる化合物“ピロールイミダゾールポリアミド”を用いて、疾病に関わる遺伝子の発現制御や変異したDNAの複製制御を目指したケミカルバイオロジー研究を行っています。日髙拓也さんは博士課程在学中、細胞内の変異ミトコンドリアDNAを減らすことができる新たな化合物を開発しました。

今回の論文の中で、最も伝えたかったこと(達成できたこと、インパクト、ユニークな点など)を教えてください。

 私たちの細胞の中には、細胞活動に必要なエネルギーを産生するミトコンドリアという細胞内小器官があります。ミトコンドリアは核のDNAとは別に独自のDNA(ミトコンドリアDNA)を持っており、その変異はミトコンドリアの機能異常を伴う ”ミトコンドリア病” を引き起こすことがあります。ミトコンドリア病の根本的治療には、変異したミトコンドリアDNAを細胞から取り除くアプローチが求められますが、これまではDNA鎖を切断するような酵素を利用した遺伝子工学的なアプローチが中心であり、ウイルスベクターのような外来のDNAを細胞に導入する必要がありました。

 今回私たちはピロールイミダゾールポリアミドにミトコンドリア透過ペプチドとDNAアルキル化剤(クロラムブシル)を組み合わせることで、ミトコンドリアDNAの変異塩基を狙ってアルキル化できる分子を開発しました。DNAがアルキル化されると、細胞内の作用により分解される傾向があります。この分子を細胞に処理することで変異ミトコンドリアDNAの割合を減らすことに成功し、”化合物による遺伝子治療“ という新しいアプローチを提案しました。

今回の研究で、一番嬉しかった、もしくは感動した瞬間を教えてください。

 化合物処理後の変異ミトコンドリアDNA量を調べるため、細胞から抽出したミトコンドリアDNAをひたすら定量PCR法により解析していました。しかし何回やってもデータのばらつきが大きく、統計的な解析ができるデータが得られずに困っていたところ、アルキル化されたミトコンドリアDNAがPCR中の加熱により断片化されていることに気づきました。そこで、定量PCR解析を行う前にアルキル化を元に戻す回復培養を行ったところ、変異ミトコンドリアDNAの減少が統計的に有意な形で現れるようになりました。1つの小さな気づきと工夫で数か月も悩まされていたハードルを越え、論文の最後のピースとなるデータが得られた瞬間はとても嬉しかったです。

今回の研究における最大のチャレンジ、困難は何でしたか?それをどうやって乗り越えましたか?

 生きた細胞で狙った効果を示す化合物を開発することは、それ自体が大きなチャレンジでした。細胞は複雑な構造を持つため、失敗の1つをとっても化合物が細胞やミトコンドリアに入っていないのではないか、標的以外のDNAやタンパク質と反応しているのではないか、化合物が細胞の中で分解してしまっているのではないか、などさまざまな可能性が考えられます。そのなかでも特に影響がありそうなものを優先して検討を行い、最終的にはアルキル化剤の反応性と化合物に対する変異塩基の位置が重要であることを見出しました。しかしこれには長い時間を要し、この研究のベースとなる2017年の報告 (J. Am. Chem. Soc 2017, 139, 8444-8447) から3年以上かかってしまいました。実は学位申請のこともあり “次の実験がうまくいかなかったらこの研究はあきらめる” というところまで来ていたのですが、幸い別のサブテーマを論文にできたため、この研究もそれに縛られずに最後までやりきることができました。長いスパンのメインテーマと短いスパンのサブテーマを並行して行っていたことは、メインテーマへのモチベーションを保つためにも大変役立ったと思います。

今回の研究で学んだことは、あなたの研究人生、研究の方向性のターニングポイントになったと思いますか?もしそうならば、どの様に変わったのかを教えてください。

 今回の研究は進展のない期間が長く、このテーマを続けるか悩むことも多かったです。しかし時折立ち止まりながら進退について考えをめぐらせ、可能性が0でない限りは続けようと小さなステップを粘り強く重ねていきました。この経験とその過程で得られた学術的知見は、自分を研究者として大きく成長させ、これからの研究人生の大きな支えになってくれると思います。

現在のあなたのポジション、仕事環境を教えてください。iCeMSでの研究を通して得た、知識や経験などはキャリア形成にどのような影響を与えましたか?

 私は2021年3月に学位を取得し、現在は理化学研究所の日本学術振興会特別研究員、兼iCeMS谷口グループの客員研究員としてiCeMSでも引き続き研究しています。在学中のケミカルバイオロジー研究とは一変して顕微鏡技術やマイクロ流体技術を駆使した新たな分子・細胞生物学的解析手法の開発を行っており、これほど異なる分野の研究を同じ研究所内で経験できるのはアイセムスの学際的な研究環境ならではだと実感しています。まだまだキャリア形成をスタートしたばかりの立場ではありますが、この環境を活かして研究分野にとらわれない自らのサイエンスを醸成し、今後のキャリア形成につなげていきたいと思います。

※研究者の所属などは、取材当時のものです。

論文情報

Targeted Elimination of Mutated Mitochondrial DNA by a Multi-functional Conjugate Capable of Sequence-specific Adenine Alkylation

Takuya Hidaka, Kaori Hashiya, Toshikazu Bando, Ganesh N. Pandian, and Hiroshi Sugiyama

Cell Chemical Biology

Published: August 2021

DOI: 10.1016/j.chembiol.2021.08.003