Development of Adverse Events-free Local Anesthetics in Cryo-EM Structural Determination of Sodium Channels

局所麻酔薬は鎮痛作用以外にも，痺れ，感覚低下，さらに運動麻痺を伴うため，リハビリテーションの妨げや患者の医療に対する満足度を下げてしまう．さらにけいれんや循環虚脱を特徴とする局所麻酔薬中毒は重篤な合併症である．現在臨床で使用されている局所麻酔薬は脂質親和性が高いため，すべてのニューロンに入り込み，Naチャネルを無差別に遮断する．一方，過去の基礎研究から電位依存性Naチャネル(Navチャネル)のうち，疼痛伝達に関与するのはNav1.7，Nav1.8，Nav1.9の3種であることが判っている．しかしこれら3つのNavチャネルを選択的に阻害する分子はまだ同定されていない．本研究の目的は9つのNavチャネルのクライオ電子顕微鏡を用いた構造情報と，計算科学を基盤とした分子動力学シミュレーションで，Nav1.7，Nav1.8，Nav1.9の3つのチャネルだけに選択的に結合する分子を探索することで，新しい局所麻酔薬の創薬に繋げることである．2021年7月からプロジェクトは開始となった．まずわれわれはNav1.8に着目し，コードする遺伝子SCN10Aを人工合成し，クローニングを行った．また対照としてNav1.3をコードするSCN3AとSCN3Bもクローニングすることにした．しかし研究遂行上，大腸菌を用いた可溶性タンパクの発現精製系を用いず，ヒト細胞由来のHEK293培養細胞を用いたNavチャネルの発現精製を行うことが必要となった．そこでわれわれはHEK293培養細胞を用いたクライオ電顕試料作成に秀でた東北大学多元物質科学研究所の渡部聡を新たに研究分担者に迎え，研究計画を修正することにした．2022年度は電顕サンプル調製を具体化するために，実験の試行錯誤の繰り返しであったため，報告すべき実績は得られなかった．

局所麻酔薬は鎮痛作用以外にも，痺れ，感覚低下，さらに運動麻痺を伴うため，リハビリテーションの妨げや患者の医療に対する満足度を下げてしまう．さらにけいれんや循環虚脱を特徴とする局所麻酔薬中毒は重篤な合併症である．現在臨床で使用されている局所麻酔薬は脂質親和性が高いため，すべてのニューロンに入り込み，Naチャネルを無差別に遮断する．一方，過去の基礎研究から電位依存性Naチャネル(Navチャネル)のうち，疼痛伝達に関与するのはNav1.7，Nav1.8，Nav1.9の3種であることが判っている．しかしこれら3つのNavチャネルを選択的に阻害する分子はまだ同定されていない．本研究の目的は9つのNavチャネルのクライオ電子顕微鏡を用いた構造情報と，計算科学を基盤とした分子動力学シミュレーションで，Nav1.7，Nav1.8，Nav1.9の3つのチャネルだけに選択的に結合する分子を探索することで，新しい局所麻酔薬の創薬に繋げることである．2021年7月からプロジェクトは開始となった．まずわれわれはNav1.8に着目し，コードする遺伝子SCN10Aを人工合成し，クローニングを行った．また対照としてNav1.3をコードするSCN3AとSCN3Bもクローニングすることにした．しかし研究遂行上，大腸菌を用いた可溶性タンパクの発現精製系を用いず，ヒト細胞由来のHEK293培養細胞を用いたNavチャネルの発現精製を行うことが必要となった．そこでわれわれはHEK293培養細胞を用いたクライオ電顕試料作成に秀でた東北大学多元物質科学研究所の渡部聡を新たに研究分担者に迎え，研究計画を修正することにした．2022年度は電顕サンプル調製を具体化するために，実験の試行錯誤の繰り返しであったため，報告すべき実績は得られなかった．