成果報告書詳細
管理番号20100000001118
タイトル平成17年度~平成21年度成果報告書 モデル細胞を用いた遺伝子機能等解析技術開発 細胞アレイ等による遺伝子機能の解析技術開発
公開日2011/4/20
報告書年度2005 - 2009
委託先名(独)産業技術総合研究所 (財)バイオインダストリー協会 (財)癌研究会 協和発酵キリン株式会社 (株)カネボウ化粧品
プロジェクト番号P05009
部署名バイオテクノロジー・医療技術開発部
和文要約これまでのゲノム創薬においてはハイスループットスクリーニング(HTS)による効率化が検討されてきた。しかし、現在のゲノム創薬の状態をみると、欧米のメガファーマにおいても巨費を投じたにも関わらず、上市された薬剤は未だ少数に留まり、その開発の難しさはさらに増している状況である。HTSを用いた疾患に決定的な遺伝子の同定により新薬を開発することだけでは創薬効率の向上は期待し難い可能性がある。また、単剤の限界を考慮する必要がある。遺伝子は疾病の重要な要因の一つだが、単一遺伝子が原因となる場合以外に遺伝子群および、その時間的な流れ(パスウェイ)全体が要因となる可能性が示唆されている。パスウェイを構成する遺伝子、薬剤によるパスウェイの変化の明瞭化がゲノム創薬の基盤確立に極めて重要な要素となる方向性が示されていると思われる。この観測には精緻な計測技術と遺伝子・細胞の制御を必要とする。また、細胞操作として再現性のある物理的・機械的な手法を用い、細胞種によらず細胞状態の再現が重要である。更に細胞状態を変化させる操作(生理活性物質や刺激等)を用いない計測方法が望まれる。パスウェイを重視する方法は創薬の効率的な探索に新たな方法を開くものであり、波及効果として、既存薬の標的パスウェイに対して別の既存薬の併用による薬効の強化にも利用可能と考えられる。
本プロジェクトの研究開発目的は、パスウェイ解析のための時系列解析技術の開発、パスウェイ解析の評価方法を確立することおよびそれを元にパスウェイに干渉する標的を調べる方法を確立することである。当該方法は欧米との競合可能な領域と考えられ、経産省/NEDOプロジェクトとして意味があると考えられる。本プロジェクトでは上記問題を解決する要素技術の開発により、既存創薬に新たな領域を創出することを試みた。要素技術として既存細胞株と臨床分離組織由来の培養細胞を比較し適切性を評価する技術を開発し、乳がんに対する抗がん剤の候補遺伝子を見いだした。次に細胞操作技術として、低侵襲で細胞に物理的かつ確実に遺伝子を導入するデバイス(電界集束型エレクトロポレーション)を開発した。パスウェイの評価技術として、経時的に撮像した細胞の微弱蛍光を捕え細胞を識別、数値化し、得られた数値を用いて遺伝子の相互作用の強さおよびその安定性等を評価する技術を開発した。即ちソフトウェア「超微蛍光レポータ遺伝子画像解析システム」・「主要パス高精度同定システム」を開発した。細胞を測定するために時系列局所細胞モニタリング装置を製作し、データの運用では200TBのストレージを含むデータ処理システムを構築し解析を行った。細胞の制御方法として遺伝子を時間的に制御する方法および遺伝子発現の位相を揃える技術を開発した。また、実際の創薬への応用を目指し、よく用いられる抗がん剤(パクリタキセル)を例として、パスウェイ全体の制御による新薬探索のための方法開発を進めた。パスウェイ解析によりテーラーメード医療を実現するための患者の分類をより精密に行なうことが可能となった。症状の分類のために新規細胞株を樹立した。医薬品以外の分野への応用として、機能性化粧品の開発を行い、本技術の有用性を示した。解析対象を遺伝子発現の時間変化だけでなく、細胞の浸潤転移の測定のために浸潤転移計測セルアレイを開発した。これらの要素技術開発が成功裏に行われたことで、既存の創薬領域とは異なる新たな創薬領域が創出されるものと思われる。今後、継続して汎用化、応用化の研究が続けられることを期待する。
英文要約Title: Development of analysis technology for gene functions with cell array (FY2005-FY2009) Final Report
Exploring disease genes by using high through-put screening (HTS) is main-stream of drug discovery. However, even in the western mega-pharmaceutical company assigned adequate appropriation, the efficiency of the development of drug gradually decreased. It is assumed that each disease was brought by one gene and HTS tried to find that as disease gene, however, in fact, disease was evoked by several genes changing their amount time dependently. This fact means drug was required to bring the changing pathways in the cell to achieve their objective. Because it is difficult to change them by single drug, the multiple drugs were applied to change the pathways. This fact means that it is difficult to find the candidate of the drug as the cancer specific target. In other words, it means the limitation of HTS and also means the difficulty of increasing the efficiency of the drug discovery. To improve the efficiency of the method of drug discovery, it is necessary to develop the technology that can elucidate the component genes of the pathway and can measure their time dependency. This technology has spin-off effect that it is possible to evaluate the combination of proved drugs. The objective of our project is to develop the method to analyze the time-course data to elucidate the pathway, and is to develop the evaluation method of the combination of proved drugs. Because Western do not have been developed this technology, we can get an advantage and it is meaning full to conduct the project as METI/NEDO. However, the pathways have many bypasses and the proteins of component of the pathways interacts each other, it is difficult to analyze their time-dependent behavior by analyzing specific time point. Therefore understanding of changing the pathways is necessary to observe both mainstream of pathways and bypasses of the time course of their behavior. Furthermore, to evaluate the pathways it is necessary to select appropriate cells and to give the minimum stimuli to cells. Our project made validation for our concept by developing the technologies mentioned above. At first, we had developed the evaluation method of cells by comparing the chromosome of cell line with CGH array and the chromosome of primary cells of tissue of patient. This method had given us the novel disease-candidate-gene of breast cancer. Secondly, we had developed the manipulating method of cells with less invasiveness and also developed the manipulating method of arranging and the regulating the gene expression. Thirdly, our developed software can recognize the very weak fluorescent signal from cell and digitizing it. By using it as the time course data, we evaluate the strength and stability of interaction of the pathway. These methods made it possible to evaluate the dynamics of gene expression with minimum influence of cell. Furthermore, we successfully expanded our method to non-adherent cell and we also successfully expanded our method to evaluate the motility and invasiveness of cell. As an application, our method can evaluate not only single drug response but also evaluate the multi-drug response and our result also shows the possibility to apply our method to the cosmetic field. These methods were thought to make it possible to lead the new field of drug discovery. We expected to continue the developing the technologies as the generalization and the application.
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