Single-cell level analysis of genome editing outcomes for medical applications
| Project/Area Number |
20K21409
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Medium-sized Section 43:Biology at molecular to cellular levels, and related fields
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| Research Institution | Tokyo Metropolitan Institute of Medical Science |
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Principal Investigator |
MIYAOKA Yuichiro 公益財団法人東京都医学総合研究所, 疾患制御研究分野, プロジェクトリーダー (20549521)
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| Project Period (FY) |
2020-07-30 – 2022-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2021)
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| Budget Amount *help |
¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000)
Fiscal Year 2021: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000)
Fiscal Year 2020: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000)
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| Keywords | ゲノム編集 / HDR / NHEJ / Cas9 / HypaCas9 / １細胞 / SPiS / HR |
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| Outline of Research at the Start |
人を含むあらゆる生物種の遺伝情報の改変を可能にするゲノム編集は、医療への応用が期待されている。しかし実際には、例えばある遺伝子異常を修正するゲノム編集を試みても、その遺伝子を破壊してしまう副産物としての編集も起きてしまう。ゲノム編集の医療応用には、こうした複数の種類のゲノム編集が、どのような組み合わせと頻度で個々の細胞に起きるかの把握が必要不可欠である。そこで我々は、ゲノム編集を行った細胞集団から１細胞由来のクローンを多数単離し、解析することで、ゲノム編集結果の１細胞レベルの解明を目指す。
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| Outline of Final Research Achievements |
Genome editing by CRISPR-Cas has already revolutionized science, medicine, agriculture, and other fields. However, genome editing outcomes have only been analyzed in cell populations but not in single cells. An understanding of editing outcomes in single cells would lead to precise estimation of the effects of genome editing, and enhance its applications.
For this purpose, we developed an efficient method to isolate genome edited cultured human cell clones using a specialized device for single cell dispensation. This allowed us to analyze more than 2,600 clones. We found strong binarity in the induction of genome editing (i.e., individual cells tend to undergo either full editing in all target alleles, or no editing at all even when the CRISPR components were expressed). Moreover, the induction of homologous recombination also tends to be binary to produce cells fully edited by recombination.
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| Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
あらゆる細胞の遺伝情報の改変を可能にするゲノム編集は、様々な分野に革命をもたらしている。しかし、これまでのゲノム編集結果解析手法は、細胞を集団として扱うことしかできず、細胞１つ１つに何が起きたかを知ることは難しかった。そこで我々は、細胞１つ１つを単離し、そこから増えてきた細胞を解析し、各細胞に起きたゲノム編集結果を明らかにした。その結果、全くゲノム編集が起こらない細胞が多く観察された。一方で、編集が起きた細胞では編集されうる遺伝子が全て編集されている場合が多かった。このように、ゲノム編集が全く起こらないか、起きるのであれば全ての標的遺伝子が編集される、という二者択一性を初めて明らかにした。
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Report
(3 results)
Research Products
(21 results)
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[Journal Article] Gain-of-function cardiomyopathic mutations in RBM20 rewire splicing regulation and re-distribute ribonucleoprotein granules within processing bodies2021
Author(s)
Fenix AM, Miyaoka Y, Bertero A, Blue SM, Spindler MJ, Tan KKB, Perez-Bermejo JA, Chan AH, Mayerl SJ, Nguyen TD, Russell CR, Lizarraga PP, Truong A, So PL, Kulkarni A, Chetal K, Sathe S, Sniadecki NJ, Yeo GW, Murry CE, Conklin BR, Salomonis N.
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Journal Title
Nature Communications
Volume: 12
Issue: 1
Pages: 6324-6324
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Presentation] Retinoids rescue ceruloplasmin secretion and alleviate oxidative stress in steatosis models of Wilson’s disease-specific hepatocytes.2021
Author(s)
Dan Song, Gou Takahashi, Yun-Wen Zheng, Mami Matsuo-Takasaki, Jingyue Li, Miho Takami, Yuri An, Yasuko Hemmi, Natsumi Miharada, Tsuyoshi Fujioka, Michiya Noguchi, Takashi Nakajima, Megumu K Saito, Yukio Nakamura, Tatsuya Oda, Yuichiro Miyaoka, Yohei Hayashi
Organizer
Cold Spring Harbor-Asia, Liver Development, Metabolism, Disease & Cancer Meeting
Related Report
Int'l Joint Research
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