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Single-cell level analysis of genome editing outcomes for medical applications

Research Project

Project/Area Number 20K21409
Research Category

Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)

Allocation TypeMulti-year Fund
Review Section Medium-sized Section 43:Biology at molecular to cellular levels, and related fields
Research InstitutionTokyo Metropolitan Institute of Medical Science

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)

Project Period (FY) 2020-07-30 – 2022-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2021)
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)
Keywordsゲノム編集 / HDR / NHEJ / Cas9 / HypaCas9 / 1細胞 / SPiS / HR
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。

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.

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。

Report

(3 results)
  • 2021 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2020 Research-status Report
  • Research Products

    (21 results)

All 2022 2021 2020 Other

All Int'l Joint Research (2 results) Journal Article (4 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Open Access: 3 results,  Peer Reviewed: 2 results) Presentation (13 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Invited: 2 results) Book (1 results) Remarks (1 results)

  • [Int'l Joint Research] Gladstone Institutes/University of Washington/Cincinnati Children's Hospital(米国)

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  • [Int'l Joint Research] Gladstone Insitutes(米国)

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  • [Journal Article] Genome Editing Is Induced in a Binary Manner in Single Human Cells2022

    • Author(s)
      Takahashi Gou、Kondo Daiki、Maeda Minato、Morishita Yuji、Miyaoka Yuichiro
    • Journal Title

      bioRxiv

      Volume: -

    • DOI

      10.1101/2022.03.04.482947

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    • Open Access
  • [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.
    • Journal Title

      Nature Communications

      Volume: 12 Issue: 1 Pages: 6324-6324

    • DOI

      10.1038/s41467-021-26623-y

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      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] CRISPR-Cas9とその医療応用2021

    • Author(s)
      中島 一徹、宮岡 佑一郎
    • Journal Title

      臨床免疫・アレルギー科

      Volume: 76 Pages: 437-442

    • NAID

      40022718383

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  • [Journal Article] Rapid, precise quantification of large DNA excisions and inversions by ddPCR2020

    • Author(s)
      Watry Hannah L.、Feliciano Carissa M.、Gjoni Ketrin、Takahashi Gou、Miyaoka Yuichiro、Conklin Bruce R.、Judge Luke M.
    • Journal Title

      Scientific Reports

      Volume: 10 Issue: 1 Pages: 14896-14896

    • DOI

      10.1038/s41598-020-71742-z

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    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Presentation] iPS細胞でのゲノム編集技術応用2022

    • Author(s)
      宮岡 佑一郎
    • Organizer
      第21回日本再生医療学会総会
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      2021 Annual Research Report
    • Invited
  • [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
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      2021 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] On-chip SPiSによる1細胞レベルゲノム編集結果解析2021

    • Author(s)
      近藤 大輝、高橋 剛、森下 祐至、宮岡 佑一郎
    • Organizer
      日本ゲノム編集学会第6回大会
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      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] CRISPR-Cas9によるゲノム編集結果の1細胞レベル解析2021

    • Author(s)
      近藤 大輝、高橋 剛、森下 祐至、前田 湊、宮岡 佑一郎
    • Organizer
      第44回日本分子生物学会年会
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      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] CRISPR-Cas9システムを基盤とした相同組換えによる修復(HDR)亢進因子の新規探索2021

    • Author(s)
      加藤 朋子、高橋 剛、宮岡 佑一郎
    • Organizer
      第44回日本分子生物学会年会
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      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] Immunodeficient Mouse Model of Fabry Disease for Development of New Cell Therapy2021

    • Author(s)
      中島 一徹、月村 考宏、兎川 忠靖、櫻庭 均、宮岡 佑一郎
    • Organizer
      日本ゲノム編集学会第6回大会
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      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] Profiling of deletion mutagenesis by CRISPR-Cas12a dual cleavage2021

    • Author(s)
      高橋 剛、森 秀人、石黒 宗、谷内江 望、宮岡 佑一郎
    • Organizer
      日本ゲノム編集学会第6回大会
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      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] 一細胞内で生じるCRISPR-Cas9によるゲノム編集結果の解析2021

    • Author(s)
      近藤 大輝、高橋 剛、森下 祐至、宮岡 佑一郎
    • Organizer
      日本ゲノム編集学会第6回大会
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      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] 雄優勢的長毛形質におけるFgf5の変異アレル効果2021

    • Author(s)
      高橋 諒、高橋 剛、下井 岳、亀山 祐一、佐藤 正宏、大塚 正人、和田 健太
    • Organizer
      第68回日本実験動物学会総会
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      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] Adsマウスの優性白斑における責任遺伝子の同定2021

    • Author(s)
      落合 弘光、高橋 剛、張 了了、福村 啓文、下井 岳、亀山 祐一、松島 芳文、和田 健太
    • Organizer
      第68回日本実験動物学会総会
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      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] ゲノム編集 -基礎から応用まで-2020

    • Author(s)
      宮岡 佑一郎
    • Organizer
      第47回 日本小児栄養消化器肝臓学会学術集会
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      2020 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] Genome editing outcomes induced by CRISPR/Cas9 in single cells2020

    • Author(s)
      近藤 大輝、高橋 剛、森下 祐至、宮岡 佑一郎
    • Organizer
      第43回 日本分子生物学会年会
    • Related Report
      2020 Research-status Report
  • [Presentation] Immunodeficient Mouse Model of Fabry Disease for Development of New Cell Therapy2020

    • Author(s)
      中島 一徹、宮岡 佑一郎
    • Organizer
      第43回 日本分子生物学会年会
    • Related Report
      2020 Research-status Report
  • [Book] ゲノム編集技術を応用した製品開発とその実用化2021

    • Author(s)
      執筆者:96名(分担執筆者:宮岡 佑一郎)、技術情報協会
    • Total Pages
      602
    • Publisher
      技術情報協会
    • ISBN
      9784861048272
    • Related Report
      2020 Research-status Report
  • [Remarks] 公益財団法人東京都医学総合研究所 再生医療プロジェクト ウェブサイト

    • URL

      https://www.igakuken-regmed.com/

    • Related Report
      2021 Annual Research Report 2020 Research-status Report

URL: 

Published: 2020-08-03   Modified: 2023-01-30  

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