内在性DNA損傷修復活性を利用した新規ミトコンドリアゲノム編集技術の開発

2020 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 19K22391
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 鈴木 啓一郎 大阪大学, 基礎工学研究科, 教授 (70433654)
• Project Period (FY): 2019-06-28 – 2021-03-31
• Keywords: ゲノム編集 / ミトコンドリア

Outline of Annual Research Achievements

エネルギー産生の場であり細胞の生存や恒常性の維持にとって必要不可欠な細胞小器官「ミトコンドリア」内には独自のゲノムDNAが存在し、「ミトコンドリアDNA (mtDNA)」と呼ばれる。mtDNA内に生じた突然変異はミトコンドリアの機能障害を誘発し、老化・がん・疾患など生命活動の維持にとって多大な悪影響をもたらす事が知られている。しかしながら、既存の遺伝子操作法『ゲノム編集技術』は、細胞核内に存在する核ゲノムを操作するために特化した技術であり、mtDNA配列を自由自在に改変する遺伝子操作技術は未だ開発されていない。
本研究課題では、これまでの様々な核ゲノム改変技術の開発から得られた研究代表者の知見を生かし、mtDNAを容易に改変できる全く新しい『ミトコンドリアゲノム編集技術』の創出を目指すといった挑戦的な研究目標を設定した。
昨年度は、mtDNAを人工ヌクレアーゼであるmitoTALENで部位特異的に切断し、ヒト培養神経細胞内で相同組換え方法を用い、mtDNAの遺伝子改変に成功した。
本年度は開発した技術を更に汎用性、安全性の高い技術とすることを目標とした。ゲノム編集の責任因子であるDNA修復活性 (相同組換え・非相同末端結合・マイクロホモロジー媒介末端結合)を利用した遺伝子組み込み法を複数検討するため、外来ドナーDNAを複数作製し、複数細胞種でmtDNA編集効率を比較した。その結果、人工ヌクレアーゼ非存在化でもヒト神経由来細胞でmtDNAの標的遺伝子を置換することに成功した。