染色体異常を伴った疾患特異的iPS細胞を修復する「染色体編集法」の開発

2017 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 17H05063
• Research Institution: University of Tsukuba
• Principal Investigator: 林 洋平 筑波大学, 医学医療系, 助教 (90780130)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2021-03-31
• Keywords: iPS細胞 / 染色体

Outline of Annual Research Achievements

染色体異常は非常に高頻度で見られる遺伝的疾患であるが、染色体異常そのものを修復する根本的な治療法は現在のところ存在しない。申請者らの研究グループは先行研究において、環状染色体という非常に稀な染色体異常の体細胞から誘導性多能性幹（iPS）細胞を作成すると、その染色体異常が片親性ダイソミーとして細胞自律的に修復されることを見出した(Bershteyn*,Hayashi*, et al., Nature, 2014; *はEqually Contributedを示す。) 。本研究においては、この発見を一般的な染色体欠失・転座に応用可能であることを実証（Proof of Concept)し、全く新しい染色体治療のコンセプトである 「染色体編集」法として提唱することを目的として研究を行う。平成29年度は、染色体異常を伴ったヒトiPS細胞に対し、遺伝子組換え技術と各種薬剤耐性遺伝子を工夫して染色体を環状化し、片親性ダイソミーを持つ細胞のみを選抜する効果的なシステムを構築した。その内容としては、
1. 染色体環状化を起こす遺伝子カセット（コンストラクト）の挿入
2. Creリコンビナーゼ処理による環状化染色体作製
3. 自殺遺伝子カセットと対応する抗生物質による片親性ダイソミー細胞の選抜
の内容を検討した。
この研究の完成により、染色体異常を持った患者からiPS 細胞を作成し、培養状態にて染色体を修復したのちに、元の患者で機能が損なわれている臓器、細胞種を分化誘導し、移植するという再生医療が可能であることが示唆できる。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

年度途中で異動が決まったが、実験計画通りに進んでいるため。

Strategy for Future Research Activity

本研究は、人為的に「傷ついた」染色体を修復できる可能性があるとの仮説を検証し、再生医学において応用可能であることを実証（Proof of Concept）することを目的とする。今後、以下のことを研究期間に明らかにする。
1.人為的な染色体改変操作を通じ、欠失・転座といった「傷ついた」染色体を環状化させる。先行研究からの作業仮説として、染色体の環状化に成功すれば、細胞自律的な働きにより、環状染色体が消失し(モノソミー)、正常な染色体を増幅して正常核型である片親性ダイソミーへと修復されると予想される。
2.正常核型(片親性ダイソミー)に修復されたiPS細胞の分化誘導効率、遺伝子発現、エピジェネティック修飾の変化、を元々の染色体異常を持ったiPS細胞と比較しながら検討する。この解析により、作製された片親性ダイソミー細胞株の性状を明らかにする。
3.正常核型(片親性ダイソミー)に修復されたiPS細胞を病態モデルマウスに移植し、再生医療への効果を評価する。