コムギ無細胞タンパク質合成法を活用したマラリアワクチン候補抗原の網羅的探索技術の開発に関する研究

文献情報

• 文献番号: 201103004A
• 報告書区分: 総括
• 研究課題名: コムギ無細胞タンパク質合成法を活用したマラリアワクチン候補抗原の網羅的探索技術の開発に関する研究
• 課題番号: H21-地球規模・一般-005
• 研究年度: 平成23(2011)年度
• 研究代表者(所属機関): 坪井 敬文(国立大学法人 愛媛大学 無細胞生命科学工学研究センター)

研究分担者(所属機関)

• 遠藤　弥重太(国立大学法人　愛媛大学　無細胞生命科学工学研究センター)
• 澤崎　達也(国立大学法人　愛媛大学　無細胞生命科学工学研究センター)
• 竹尾　暁(国立大学法人　愛媛大学　無細胞生命科学工学研究センター)
• 鳥居　本美(国立大学法人　愛媛大学大学院　医学系研究科)
• 石野　智子(国立大学法人　愛媛大学大学院　医学系研究科)
• 橘　真由美(国立大学法人　愛媛大学大学院　医学系研究科)

• 研究区分: 厚生労働科学研究費補助金 行政政策研究分野 地球規模保健課題推進研究（地球規模保健課題推進研究）
• 研究開始年度: 平成21(2009)年度
• 研究終了予定年度: 平成23(2011)年度
• 研究費: 37,777,000円
• 研究者交替、所属機関変更: -

研究報告書（概要版）

研究目的

マラリアワクチン開発は最重要世界保健課題の一つである。その実用化のためには、既知のワクチン候補のみの研究では限界に達しており、新たなワクチン候補分子の探索が緊急の課題となっている。本申請では、コムギ胚芽無細胞タンパク質合成系を基盤とするハイスループットなマラリアワクチン候補抗原探索系の技術開発を目的とした。本研究において新規のワクチン候補抗原が同定できれば、国際的なマラリアワクチン研究開発を先導することが期待できる。

研究方法

以下に列挙する。１）機能的ビオチン化プロテオリポソーム膜蛋白質との抗原抗体反応検出系の構築。２）熱帯熱マラリア原虫メロゾイト期組換えタンパク質の合成及び特異抗体の作製。３）FACSを応用したマラリア原虫増殖阻害活性測定系によるワクチン候補抗原の探索。４）ネズミマラリア原虫モデルを用いたマラリア伝搬阻止ワクチン候補抗原の探索。

結果と考察

リポソームで内包された膜蛋白質を基質にした抗原抗体反応を検出できる実験系の構築を行い、マラリアワクチン候補となりうる新規膜タンパク質抗原のスクリーニングをゲノムワイドに可能とする技術基盤の構築を行った。また、分子の機能に依拠したワクチン候補探索技術の有用性も検証した。赤血球侵入時に機能している可能性のある原虫分子77種に対する抗体を作製し、FACSを応用したマラリア原虫増殖阻害活性測定系を用いてワクチン活性を検証した。その結果、４種の既知のワクチン候補抗原及び３種の新規ワクチン候補抗原、計７種類に対する抗体が熱帯熱マラリア原虫の増殖を阻害した。また、上記の内GAMAと呼ばれる原虫タンパク質に対する抗体は伝搬阻止活性を有することが、ネズミマラリアin vivo評価系を用いて確認された。したがって、GAMAは一つの抗原で赤血球期及び伝搬阻止ワクチンとなりうる多価ワクチン候補であることが示唆された。

結論

以上より、新規マラリアワクチン候補抗原のゲノムワイドな探索が可能となる技術基盤が確立したと考えられた。

公開日・更新日

• 公開日: 2012-06-19
• 更新日: -

文献情報

• 文献番号: 201103004B
• 報告書区分: 総合
• 研究課題名: コムギ無細胞タンパク質合成法を活用したマラリアワクチン候補抗原の網羅的探索技術の開発に関する研究
• 課題番号: H21-地球規模・一般-005
• 研究年度: 平成23(2011)年度
• 研究代表者(所属機関): 坪井 敬文(国立大学法人 愛媛大学 無細胞生命科学工学研究センター)

研究分担者(所属機関)

• 遠藤　弥重太(国立大学法人　愛媛大学　無細胞生命科学工学研究センター )
• 澤崎　達也(国立大学法人　愛媛大学　無細胞生命科学工学研究センター )
• 竹尾　暁(国立大学法人　愛媛大学　無細胞生命科学工学研究センター )
• 鳥居　本美(国立大学法人　愛媛大学大学院　医学系研究科)
• 石野　智子(国立大学法人　愛媛大学大学院　医学系研究科)
• 橘　真由美(国立大学法人　愛媛大学大学院　医学系研究科)
• 大槻　均(国立大学法人　愛媛大学大学院　医学系研究科)

• 研究区分: 厚生労働科学研究費補助金 行政政策研究分野 地球規模保健課題推進研究（地球規模保健課題推進研究）
• 研究開始年度: 平成21(2009)年度
• 研究終了予定年度: 平成23(2011)年度
• 研究者交替、所属機関変更: -

研究報告書（概要版）

研究目的

マラリアワクチン開発は最重要世界保健課題の一つである。その実用化のためには、既知のワクチン候補のみの研究では限界に達しており、新たなワクチン候補分子の探索が緊急の課題となっている。本申請では、コムギ胚芽無細胞タンパク質合成系を基盤とするハイスループットなマラリアワクチン候補抗原探索系の技術開発を目的とした。本研究において新規のワクチン候補抗原が同定できれば、国際的なマラリアワクチン研究開発を先導することが期待できる。

研究方法

以下に列挙する。１）コムギ無細胞系を用いたマラリア原虫タンパク質ライブラリーの作製。２）抗原抗体反応を検出するための高速免疫スクリーニングシステムの確立および流行地ヒト血清を用いた予備的探索。３）マラリア原虫増殖阻害率のin vitroワクチン評価系の作製。４）ネズミマラリア原虫をモデルとした、in vivoワクチン効果判定系の作製。５）膜タンパク質を用いた抗原抗体反応検出系の構築。６）上記in vitroワクチン評価系によるワクチン候補抗原の探索。７）上記in vivoワクチン評価系によるワクチン候補抗原の探索。

結果と考察

コムギ胚芽無細胞タンパク質合成系を用いて、熱帯熱マラリア原虫の組換えタンパク質を1699種類合成し、抗原抗体反応の高速スクリーニングシステムを確立した。次にマラリア流行地ヒト血清試料を用いて抗原タンパク質を絞り込み、今後のスクリーニングに有用であると考えられる384種のタンパク質を選択できた。また、赤血球侵入時に機能している可能性のある原虫分子77種に対する抗体を作製し、FACSを応用したin vitroワクチン評価系を用いて検証した。その結果、３種の新規抗原に対する抗体が熱帯熱マラリア原虫の増殖を阻害した。またその内、GAMAと呼ばれる原虫タンパク質に対する抗体は伝搬阻止活性を有することが、ネズミマラリアin vivo評価系を用いて確認された。したがって、GAMAは一つの抗原で赤血球期及び蚊のステージで効果を有する伝搬阻止ワクチンとなりうる多価ワクチン候補であることが示唆された。

結論

以上より、新規マラリアワクチン候補抗原のゲノムワイドな探索が可能となる技術基盤が確立したと考えられた。

公開日・更新日

• 公開日: 2012-06-19
• 更新日: -

行政効果報告

• 文献番号: 201103004C

成果

• 専門的・学術的観点からの成果: コムギ胚芽無細胞タンパク質合成法を用いて熱帯熱マラリア原虫のプロテインアレイを作製し、新規マラリアワクチン候補抗原の高速スクリーニングシステムを確立した。その結果、GAMAと呼ばれる原虫タンパク質が新規赤血球期ワクチン候補であることが判明した。この成果は米国微生物学会誌に掲載され、これまで難渋していた新規マラリアワクチン候補探索に活路を開く成果として、大きな反響があった。
• 臨床的観点からの成果: 新たなマラリアワクチン候補タンパク質の同定は最重要世界保健課題となっている。そこで、我が国発の新技術、コムギ胚芽無細胞タンパク質合成法を用いて新規マラリアワクチン候補抗原を探索した。その結果、新規のワクチン候補抗原GAMAが同定できた。このようなワクチンシーズをもとに、今後の臨床医薬開発を展望する基盤技術が確立したと言える。
• ガイドライン等の開発: 該当事項なし。
• その他行政的観点からの成果: 同定された新規マラリアワクチン候補タンパク質が実用化されれば、乳幼児や妊産婦死亡の減少のみならず、医療費、労働力の損失等、発展途上国における経済的負担を軽減するという国際的最優先課題について、我が国のプレゼンスを高めることにつながる。
• その他のインパクト: 厚生労働省主催、平成21 年度 地球規模保健課題推進研究事業シンポジウム（東京、3/30、2010）において、研究代表者の坪井が「マラリアワクチン研究の最前線-我が国発の技術による国際貢献」と題して講演し、研究成果の普及に努めた。

発表件数

• 原著論文（和文）: 0件
• 原著論文（英文等）: 65件
• その他論文(和文): 0件
• その他論文(英文等): 0件
• 学会発表(国内学会): 119件
• 学会発表(国際学会等): 64件
• その他成果(特許の出願): 0件 ; 「出願」「取得」計0件
• その他成果(特許の取得): 0件
• その他成果(施策への反映): 0件
• その他成果(普及・啓発活動): 1件 ; 平成21 年度 地球規模保健課題推進研究事業シンポジウムにおいて、「マラリアワクチン研究の最前線-我が国発の技術による国際貢献」と題して講演し、研究成果の普及に努めた。

主な原著論文20編（論文に厚生労働科学研究費の補助を受けたことが明記された論文に限る）

• 原著論文1: Takeo S, Arumugam TU, Torii M, et al.; Wheat germ cell-free technology for accelerating the malaria vaccine research; Expert Opinion on Drug Discovery , 4 , 1191-1199 (2009)
• 原著論文2: Tsuboi T, Takeo S, Arumugam TU, et al.; The wheat germ cell-free protein synthesis system: a key tool for novel malaria vaccine candidate discovery. ; Acta Tropica , 114 , 171-176 (2010)
• 原著論文3: Chen JH, Jung JW, Wang Y, et al.; Immunoproteomics profiling of blood stage Plasmodium vivax infection by high-throughput screening assays.; Journal of Proteome Research , 9 , 6479-6489 (2010)
• 原著論文4: Ito D, Han ET, Takeo S, et al.; Plasmodial ortholog of Toxoplasma gondii rhoptry neck protein 3 is localized to the rhoptry body; Parasitology International , 60 , 132-138 (2011)
• 原著論文5: Chen JH, Wang Y, Ha KS, et al.; Measurement of naturally acquired humoral immune responses against the C-terminal region of the Plasmodium vivax MSP1 protein using protein arrays; Parasitology Research , 109 , 1259-1266 (2011)
• 原著論文6: Doi M, Tanabe K, Tachibana S, et al.; Worldwide sequence conservation of transmission-blocking vaccine candidate Pvs230 in Plasmodium vivax; Vaccine , 29 , 4308-4315 (2011)
• 原著論文7: Tachibana M, Wu Y, Iriko H, et al.; N-terminal prodomain of Pfs230 synthesized using a cell-free system is sufficient to induce complement-dependent malaria transmission-blocking activity; Clinical and Vaccine Immunology , 18 , 1343-1350 (2011)
• 原著論文8: Rui E, Fernandez-Becerra C, Takeo S, et al.; Plasmodium vivax: comparison of immunogenicity among proteins expressed in the cell-free systems of Escherichia coli and wheat germ by suspension array assays; Malaria Journal , 10 , 192- (2011)
• 原著論文9: Arumugam TU, Takeo S, Yamasaki T, et al.; Discovery of GAMA, a Plasmodium falciparum merozoite micronemal protein, as a novel blood-stage vaccine candidate antigen; Infection and Immunity , 79 , 4523-4532 (2011)
• 原著論文10: Tachibana M, Sato C, Otsuki H, et al.; Plasmodium vivax gametocyte protein Pvs230 is a transmission-blocking vaccine candidate; Vaccine , 30 , 1807-1812 (2012)
• 原著論文11: Sakamoto H, Takeo S, Maier AG, et al.; Antibodies against a Plasmodium falciparum antigen PfMSPDBL1 inhibit merozoite invasion into human erythrocytes; Vaccine , 30 , 1972-1980 (2012)
• 原著論文12: Li J, Ito D, Chen JH, et al.; Pv12, a 6-Cys antigen of Plasmodium vivax, is localized to the merozoite rhoptry.; Parasitology International , 61 , 443-449 (2012)
• 原著論文13: Cheng Y, Wang Y, Ito D, et al.; PvMSP1P, merozoite surface protein 1 paralog, is a novel erythrocyte-binding ligand of Plasmodium vivax.; Infection and Immunity , 81 , 1585-1595 (2013)
• 原著論文14: Ito D, Hasegawa T, Miura K, et al.; RALP1 is a rhoptry-neck erythrocyte-binding protein of Plasmodium falciparum merozoite and a potential blood-stage vaccine candidate antigen.; Infection and Immunity , 81 , 4290-4298 (2013)
• 原著論文15: Cheng Y, Ito D, Sattabongkot J, et al.; Serological responses to a soluble recombinant chimeric Plasmodium vivax circumsporozoite protein in VK210 and VK247 population.; Malaria Journal , 12 , 323- (2013)
• 原著論文16: Lu F, Li J, Wang B, et al.; Profiling the humoral immune responses to Plasmodium vivax infection and identification of candidate immunogenic rhoptry-associated membrane antigen (RAMA); Journal of Proteomics , 102 , 66-82 (2014)
• 原著論文17: Otsuki H, Yokouchi Y, Iyoku N, et al.; Rodent malaria lactate dehydrogenase assay provides a high throughput solution for in vivo vaccine studies; Parasitology International , 64 , 60-63 (2015)

公開日・更新日

• 公開日: 2016-05-24
• 更新日: -

収支報告書

• 文献番号: 201103004Z