N1-メチルシュードウリジン（m1Ψ）とは？mRNAでの役割

mRNAを細胞に導入すると、細胞はそれを「外から来たRNA」として警戒します。ウイルスのRNAを見張るためのセンサーが働き、炎症性のシグナルが立ち上がると、目的タンパク質の翻訳はむしろ抑え込まれる。せっかく設計した配列が読まれず、狙った量のタンパク質が得られない——製造現場でも実際に起こり得る話です。

m1Ψへの置換は、この「自然免疫による警戒」を弱め、翻訳される量を引き上げる手立てとして知られています。ただし効き方は条件に左右され、製造工程で混入する二本鎖RNA(dsRNA)不純物の管理とも切り離せない。改変ヌクレオシド天然の塩基に化学的な手を加えたヌクレオシドで、自然免疫センサーによる認識を弱める。が治療用mRNAの標準になっていった背景には、この複数の事情が重なっています。

なぜ天然のウリジンだと具合が悪いのか

まず、置き換える前の状態を押さえます。ウリジンをそのまま使った(未修飾の)IVT(in vitro転写鋳型から試験管内でmRNAを合成する反応で、副生成物として二本鎖RNAが生じる。)mRNAを細胞に導入すると、複数の自然免疫センサー外から来たRNAなどを異物として感知し、炎症性のシグナルを立ち上げる細胞側のセンサー群。がこれを異物として認識する。関わる主なセンサーは次のとおりです。

• TLR(Toll様受容体エンドソーム内でRNAを見張るToll様受容体群で、TLR3・7・8がRNAに反応する。)：エンドソーム細胞が外部から取り込んだ物質を包む小胞。内部が酸性化し、抗体はここでFcRnに結合する。内でRNAを見張るセンサー群で、TLR3二本鎖RNAを認識する自然免疫の受容体(Toll様受容体の一種)。dsRNAを引き金に炎症性の応答を起こします。・TLR7・TLR8が一本鎖・二本鎖のRNAに反応します。
• RIG-I細胞質でウイルス由来の二本鎖RNAを感知する自然免疫センサーで、MDA5とともに働く。 / MDA5⁠：細胞質細胞内部の区画。大腸菌では還元的で、そのままではジスルフィド結合ができにくい。でウイルス由来RNA、とくに二本鎖の構造を感知するセンサーです。
• PKR二本鎖RNAに結合して活性化し、eIF2αをリン酸化して翻訳開始を止める酵素のこと。⁠：二本鎖RNAIVTの副生成物などで生じるRNAで、自然免疫を強く刺激するため低減と定量が求められる。に結合して活性化し、翻訳開始因子eIF2α翻訳開始に関わる因子で、リン酸化されるとmRNAの読み取りが止まり発現が落ちる。をリン酸化する酵素です。

これらが働くと、I型インターフェロン自然免疫の活性化で誘導される、抗ウイルス応答や炎症を担うサイトカインのこと。や炎症性サイトカインの産生が誘導され、細胞は「防御モード」に入ります。とくにPKRが活性化してeIF2αがリン酸化されると、翻訳開始が止まり、mRNA全体の読み取りが落ちる。Karikó氏とWeissman氏らの研究は、細胞のRNAセンサーが自己RNAと外来RNAを見分ける鍵の一つが、RNAに含まれる修飾ヌクレオシド天然の塩基に化学的な手を加えたヌクレオシドで、自然免疫センサーによる認識を弱める。の有無であることを示しました。天然の自己RNAは修飾を多く含み、センサーに引っかかりにくいという事実が出発点です。未修飾mRNAは自然免疫病原体を素早く感知して働く生体防御の仕組み。dsRNAをウイルスの痕跡とみなし炎症反応を起こします。センサーに認識され、炎症と翻訳抑制の両方を招きやすい状態にあります。

m1Ψが果たす二つの役割：免疫回避と翻訳量

シュードウリジンウリジンの異性体にあたる天然の修飾ヌクレオシドで、m1Ψの母体となる塩基。(Ψ)は、ウリジンの異性体にあたる天然の修飾ヌクレオシドです。ウリジンをΨに置き換えると、TLR3・TLR7・TLR8などの活性化T細胞を抗原刺激や人工的な刺激試薬で活性化し、増殖・機能発揮できる状態に誘導する操作。が抑えられ、RNAが自然免疫センサーに見つかりにくくなる。結果として炎症が下がり、翻訳される量が大きく伸びることが報告されています。N1-メチルシュードウリジン(m1Ψ)は、そのΨにメチル基が付いた誘導体です。

複数の比較研究では、m1Ψを使ったmRNAが、Ψを使ったものよりもタンパク質発現が高く、免疫原性薬そのものが患者の免疫応答を誘発しやすい性質。凝集体や不純物、投与経路、患者背景などが要因になる。がさらに低い傾向が示されています。この性質から、治療用mRNAではm1Ψへの全置換が広く採られるようになった。新型コロナウイルス向けの主要なmRNAワクチンでも、配列中のウリジンをすべてm1Ψに置換した設計が用いられています。

m1Ψの効きどころは、大きく二つに整理できます。

この二つは独立ではなく、つながっています。免疫が立ち上がると翻訳が抑えられるため、免疫を回避できること自体が翻訳量の底上げにつながる。m1Ψは免疫回避中和抗体などの宿主免疫系による認識・排除を逃れるようウイルスや製剤を設計・改変すること。と翻訳量向上を同時に担う修飾です。

二本鎖RNA(dsRNA)不純物との関係

見落とせないのは、修飾ヌクレオシドだけで話が完結しない点です。IVTでmRNAを合成する過程では、副生成物として二本鎖RNA(dsRNA)が生じます。dsRNAはTLR3やRIG-I、MDA5、PKRといったセンサーの強力なリガンド担体ビーズ表面に結合させた官能基やタンパク質で、目的物や不純物と相互作用して分離を担う部分。で、微量でも自然免疫を刺激する。

つまり、免疫原性を下げるには「配列を修飾すること」と「dsRNA不純物を取り除くこと」の両輪が要ります。研究では、次のような関係が報告されています。

• 未修飾ウリジンのmRNAは、精製の巧拙によらず免疫刺激性が残りやすい。
• m1Ψを使い、かつdsRNAを減らす精製工程を組み合わせたものが、免疫指標をもっとも低く抑える。
• クロマトグラフィー固定相と移動相の間での物質の相互作用（分配・吸着・イオン交換など）の差を利用して、混合物中の成分を分離・精製する操作の総称。などでdsRNAを除いても、m1Ψ修飾と未修飾の間に残る免疫原性の差は完全には消えないが、差は小さくなる。

修飾と精製はどちらか一方では足りず、補い合う関係にあります。dsRNAの残存量は品質管理上の重要指標で、製造では定量とその低減が求められます。欧州薬局方欧州医薬品品質局（EDQM）が発行する、医薬品の品質基準を定めた公定書で、署名国・加盟国の規制に法的効力を持つ。は2024年にmRNAワクチンに関する一般テキストを採択しており、dsRNAをはじめとする不純物の管理が品質評価の枠組みに位置づけられつつあります。修飾ヌクレオシドとdsRNA除去は、免疫原性を下げるうえで補完的な手段です。

なお、精製工程の設計はLNP化などの下流と一体で考える必要があります。原薬としてのmRNAをどう仕上げ、脂質ナノ粒子mRNAなどの核酸を封入して細胞へ送達する脂質の微粒子。mRNAワクチンで大規模に実用化された非ウイルス系。に封入するかまでを含めた全体像は、mRNA-LNP製造プロセスで扱っています。

なぜ改変ヌクレオシドが「標準」になったのか

改変ヌクレオシドが治療用mRNAで標準化していった背景を整理すると、次の点に集約できます。

第一に、免疫原性の低減です。ウリジンをΨやm1Ψに置き換えるだけで、自然免疫センサーによる認識が弱まり、炎症反応が下がる。ワクチンでは適度な免疫刺激が求められる場面もありますが、意図しない過剰な自然免疫の立ち上がりは、翻訳抑制と有害事象の両面で不利に働きます。

第二に、発現量細胞が目的のタンパク質を作る量。低いと必要量の確保に手間がかかり、製造コストが上がる。の確保です。免疫が抑えられることに加え、m1Ψそのものが翻訳を後押しする効果が報告されており、同じ配列からより多くのタンパク質を得られます。少ない投与量で必要量のタンパク質を作れることは、治療用途で大きな利点になります。

第三に、安定性への寄与です。修飾レベルはタンパク質発現目的タンパク質をコードする遺伝子を宿主細胞内で転写・翻訳させ、機能的なタンパク質として産生させる工程。・免疫原性だけでなく、mRNAの安定性とも相関することが示されています。

一方で、改変ヌクレオシドは万能ではありません。m1Ψの導入が、リボソームのすべりやすい配列で+1リボソームフレームシフト翻訳中に読み枠が1塩基ずれ、想定外のタンパク質を生みうる現象で、m1Ψで起こり得る。(読み枠が1塩基ずれる現象)を起こし得ることが報告されています。これは想定外のタンパク質産物を生む可能性を示すもので、配列設計や品質評価で意識すべき論点です。修飾は利点だけではなく、翻訳の忠実性という観点からの検証も要る——それが現在の理解です。m1Ψの標準化は免疫回避・発現量・安定性の利点に支えられつつ、翻訳忠実性という留意点も伴います。

mRNAの機能は、修飾ヌクレオシドだけで決まるわけではありません。5'端のキャップ構造mRNAの5'末端に付加される修飾構造で、翻訳開始を促すとともに細胞内のRNA分解酵素から転写物を保護する役割を担う。も、自然免疫の回避と翻訳効率mRNAがリボソームによりタンパク質に翻訳される際の効率を示す指標。の両方に関わる要素です。キャップの役割はmRNAのキャッピングで解説しています。修飾・キャップ・精製・製剤化が組み合わさって、初めて狙った挙動が得られるという前提を外さないことが大切です。

まとめ

治療用mRNAでウリジンをN1-メチルシュードウリジン(m1Ψ)へ全置換する狙いは、自然免疫センサー(TLR7/8、RIG-I/MDA5、PKRなど)による認識を弱めて炎症を抑えることと、それに伴って翻訳される量を引き上げることの両立にあります。Ψと比べてもm1Ψは発現が高く免疫原性が低い傾向があり、この性質が標準化を後押ししました。

ただし、修飾だけでは足りません。IVTで生じるdsRNA不純物は強力な免疫刺激因子で、その除去と修飾は補完的な関係にあります。dsRNAの定量と低減は品質管理の要点で、薬局方や当局の枠組みにも組み込まれつつあります。加えて、+1フレームシフトのように修飾がもたらす翻訳忠実性の論点もあり、修飾は利点と留意点の両面から評価するのが実務的な姿勢です。

参考文献

• European Directorate for the Quality of Medicines & HealthCare (EDQM), European Pharmacopoeia — mRNA vaccines general texts
• European Medicines Agency (EMA), Quality aspects of mRNA vaccines (guideline)
• ICH Q6B, Specifications: Test Procedures and Acceptance Criteria for Biotechnological/Biological Products
• U.S. Food and Drug Administration (FDA), Vaccines and Related Biological Products
• World Health Organization (WHO), Standards and specifications for mRNA vaccines