2020 Fiscal Year Annual Research Report
Development of integrated animal cell engineering system for biopharmaceutical production
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20H00322
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
上平 正道 九州大学, 工学研究院, 教授 (40202022)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
西島 謙一 名古屋大学, 生命農学研究科, 教授 (10262891)
中村 崇裕 九州大学, 農学研究院, 教授 (10464398)
河邉 佳典 九州大学, 工学研究院, 准教授 (30448401)
花井 泰三 九州大学, 農学研究院, 教授 (60283397)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | バイオテクノロジー / バイオ医薬品 / 動物細胞 / セルエンジニアリング |
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| Outline of Annual Research Achievements |
動物細胞を対象としたセル・エンジニアリング技術をベースとして、トータルシステムとして体系化することで、セル・エンジニアリングサイクル（細胞デザイン、遺伝子回路の設計・作製、細胞加工、細胞選別・増幅、機能評価、評価結果に基づいた改良サイクルへのフィードバック）を構築する。先進的な技術を取り入れながら、セル・エンジニアリングにおける新しい要素技術の開発を行い、それらの技術を応用したバイオ医薬品や細胞医薬品の生産について検討することを目的としている。セル・エンジニアリングサイクルを確立することで、動物細胞の機能改変をシステム化するとともに、近年のバイオ医薬品のモダリティの多様化に対応した汎用かつロバストな技術とするために、いくつかの応用例について実証した。具体的には、これまでに開発に成功している、肝特異的転写因子遺伝子群を薬剤添加によって誘導することにより高肝機能を発現できるように改変したヘパトーマ細胞において、新たな遺伝子回路を付加することで、一過的な熱刺激により高肝機能を持続的に発揮できるような細胞に作り替えることに成功した。また、組織構築技術をミニチュア化した筋組織作製に応用し、ハイスループットな薬剤スクリーニングシステムとして応用可能なことを示すことができた。これらの成果は、国際学術誌に掲載された。さらに、新たなセル・エンジニアリング技術として、デザインされたホスト細胞の開発、人工遺伝子発現制御システムの開発、人工染色体を使ったトランスジェニックニワトリ作製、トランスジェニックニワトリ作製のための初期胚操作技術の開発について取り組んでおり、これらを応用したバイオ医薬品生産に向けた技術開発を引き続き行っている。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
動物細胞のセル・エンジニアリング技術を統合サイクルとして確立するための、新しい要素技術として以下の４項目の研究開発を行っている。
１．デザインされた新規ホスト細胞の開発 申請者が樹立したCHK-Q細胞をバイオ医薬品生産ホストとして機能化を図るために、効率的な高発現システムの開発を行っている。CHK-Q細胞は、低分子ホルモン添加によって増殖が抑制されることがわかっており、ホルモン添加によって目的遺伝子を高発現できる遺伝子発現システムの構築に成功した。このシステムを使ったモデル抗体の生産について検討している。
２．人工遺伝子発現制御システムの開発 あらかじめ設定された細胞状況によって高発現を誘導可能な発現システムを新規に開発する。細胞内の特異的なmRNAをセンシングして目的遺伝子発現を誘導できるシステムの構築を行っている。RNAの特異的な構造に結合するタンパク質ドンメインを利用して、特異的なmRNAの発現によって目的遺伝子発現を誘導する人工プロモーター-トランスアクチベーターシステムの構築を行い、原理証明に成功した。
３．人工染色体ベクターを使ったTGニワトリ作製 ニワトリ始原生殖細胞（PGC）に人工染色体ベクターを導入する技術を確立し、人工染色体を有したPGCからニワトリを作出する新たなTGニワトリ作製法を開発している。人工染色体として利用する候補染色体をニワトリ染色体から３つ選び、そこにCRISPR/Cas9によってCre-loxPシステムが利用できるように改変するためのドナーベクターの構築を行った。
４．TGニワトリ作製のための初期胚操作技術の開発 放卵後のニワトリ初期胚への遺伝子導入法としてエレクトロポレーション法を用いて、胚細胞へのダメージが少なく胚全体に遺伝子導入できる方法を確立している。レポーター遺伝子を胚細胞に導入することによって、本法の有効性を評価した。
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| Strategy for Future Research Activity |
１．デザインされた新規ホスト細胞の開発 CHK-Q細胞をバイオ医薬品生産ホストとして利用するために、申請者が開発したAGISによる遺伝子導入法を適用するための技術開発を行う。
２．人工遺伝子発現制御システムの開発 あらかじめ設定された細胞内状況や外部刺激によって高発現を誘導可能な発現システムを新規に開発する。汎用的なシステムとするために、細胞内の特異的なmRNAをセンシングして目的遺伝子発現を誘導できるシステムの構築を行っている。RNA配列認識をガイドRNAによって行うことができるCas13を利用した技術開発に取り組む。
３．人工染色体ベクターを使ったTGニワトリ作製 前年度に人工染色体への遺伝子の導入にCre-loxPシステムを利用するためのドナーベクターを構築した。本年度は、ニワトリ特定染色体にCRISPR/Cas9システムにドナーベクターを導入し、人工染色体とするための基盤となる人工改変染色体をニワトリ細胞株やPGCで構築する。
４．TGニワトリ作製のための初期胚操作技術の開発 放卵後のニワトリ初期胚への遺伝子導入法としてエレクトロポレーション法を用いて、胚細胞へのダメージが少なく胚全体に遺伝子導入できる方法を確立している。前年度に引き続き、オボアルブミンの遺伝子座に目的タンパク質の遺伝子を導入するための技術開発を行う。
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