2021 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、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。当年度では、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、すでに報告されている遺伝子を導入することで肝機能のさらなる向上に成功した。これによって本研究のアプローチによって細胞のグレードアップが可能であることを示した。新たな遺伝子導入技術としてレトロトランスポゾンを用いる方法を提案した。また、筋組織構築技術では、筋組織を誘導できる筋芽細胞に低酸素に応答して血管新生因子を生産する遺伝子発現システムを導入し、組織内の酸素濃度に応じて血管誘導因子を生産できることを示した。さらに、iPS細胞から誘導した筋組織にこれまで開発してきた方法を適用して、人工筋組織の評価法として機能することを示した。これらの成果は、国際学術誌に掲載された。これ以外にも、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技術の開発に取り組んでおり、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 バイオ医薬品生産において繁用されているCHO細胞をホストとした生産細胞技術開発として、多様な外的刺激によって生産誘導可能な遺伝子発現回路を導入した細胞株の樹立を行っている。また、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についても引き続き検討している。
２．人工遺伝子発現制御システムの開発 前年度までに開発しているRNA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に関して、具体的なシステムの応用例を示すための検討を行っている。さらに、翻訳プロセスの増強を行うための人工遺伝子発現システムの開発を開始した。
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にCRISPR/Cas9を使ってCre-loxPシステムが利用できるように改変するための遺伝子配列のノックインに成功した。さらに、同染色体遺伝子座にモデル抗体遺伝子のノックインを行うことができた。
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。トランスポゾンベクターによって胚細胞への遺伝子導入を行い、導入効率を測定した。
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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 CHO細胞や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、２で開発した人工遺伝子発現システムを搭載した細胞の開発を行う。
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。細胞内の特異的なRNA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開発を引き続き行う。翻訳プロセスの向上を目指した新たなシステム開発に取り組む。
３．人工染色体ベクターを使ったTGニワトリ作製 前年度まで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、CRISPR/Cas9システムによって特定染色体遺伝子座へのドナーベクターの遺伝子配列導入を行ったPGCの作製に成功した。次年度は、このPGCからニワトリの作製を試みる。
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。前年度までに、特定遺伝子座への遺伝子導入を試みているが効率の点で困難であった。今後はPGCを用いたTGニワトリ作製に注力する。
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[Journal Article] Contractile activity of myotubes derived from human induced pluripotent stem cells: a model of Duchenne muscular dystrophy2021
Author(s)
Kantaro Yoshioka, Akira Ito, Masanobu Horie, Kazushi Ikeda, Sho Kataoka, Keiichiro Sato, Taichi Yoshigai, Hidetoshi Sakurai, Akitsu Hotta, Yoshinori Kawabe, Masamichi Kamihira
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Journal Title
Cells
Volume: 10
Pages: 2556
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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