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2020 Fiscal Year Annual Research Report

Development of a nano device for mitochondrial gene editing

Research Project

Project/Area Number 20H04523
Research InstitutionHokkaido University

Principal Investigator

山田 勇磨  北海道大学, 薬学研究院, 准教授 (60451431)

Project Period (FY) 2020-04-01 – 2023-03-31
Keywords薬物送達システム / ミトコンドリア / ゲノム編集 / 遺伝子治療 / ナノカプセル
Outline of Annual Research Achievements

ミトコンドリアのゲノム変異と種々の疾患との関連が報告されており、本オルガネラを標的とした遺伝子治療が期待されている。本申請研究では、ミトコンドリア標的型ナノカプセル (MITO-Porter)を用いて標的ミトコンドリアへゲノム編集装置を運搬し、ミトコンドリア機能を遺伝子レベルで治療する事を目的とする。2020年度は、『疾患細胞ミトコンドリア標的型ナノカプセルの構築』および『ゲノム編集装置のパッケージング』を中心に下記に記載した計画で研究を進める予定である。
①疾患細胞ミトコンドリア標的型ナノカプセルの構築: ミトコンドリア病由来・皮膚細胞を提供頂き、本疾患細胞を用いたナノカプセルの細胞内動態を観察した。細胞導入能の評価 (フローサイトメトリーの利用)、細胞内動態観察 (共焦点レーザースキャン顕微鏡の利用)を行い、ナノカプセルのミトコンドリアへの移行を確認した。
② ゲノム編集装置のパッケージング: 本研究では、疾患細胞が保有するtRNA領域のmtDNA変異をゲノム編集可能な装置を設計・構築した。試験管内で本ゲノム編集装置が標的配列を認識可能である事を確認した。さらに、ゲノム編集装置をパッケージングしたナノカプセルを調製し、粒子物性(粒子径・ゼータ電位)を測定し、物性を最適化した。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

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

Reason

『疾患細胞ミトコンドリア標的型ナノカプセルの構築』に成功し、『ゲノム編集装置のパッケージング』も行った。ここまでに示した内容は2020年度に計画した全ての研究内容が網羅されており、研究の目的を達成する多くの成果を得ることができた。
以上より、現在までの達成度は『おおむね順調に進展している』と判断した。

Strategy for Future Research Activity

2021年度は、『疾患細胞における遺伝子治療戦略の検証』を中心に1. ゲノム編集の検証および2. ミトコンドリア機能の評価について、下記に記載した計画で研究を進める予定である。

1. ゲノム編集の検証: 疾患細胞が保有するtRNA領域のmtDNA変異をゲノム編集可能な装置をパッケージングしたMITO-Porterを調製し、疾患細胞ミトコンドリア内部にゲノム編集装置を導入する。細胞実験に移行する前に、単離したミトコンドリアでゲノム切断・編集の効率を評価する。これらの評価には、定量的PCR法を利用してミトコンドリア内部のmtDNA変異の切断・編集効率を測定する。その後、疾患細胞での評価を行い、キャリアの最適化を図る。

2. ミトコンドリア機能の評価: 実験に用いる疾患細胞は、ミトコンドリア呼吸活性複合体の活性低下が観察されている。そのため、治療効果の指標としてミトコンドリア呼吸活性(細胞外フラックスアナライザー)を評価する予定である。

  • Research Products

    (11 results)

All 2021 2020 Other

All Journal Article (4 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 4 results,  Open Access: 2 results) Presentation (4 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Invited: 4 results) Remarks (2 results) Patent(Industrial Property Rights) (1 results)

  • [Journal Article] Validation of gene therapy for mutant mitochondria by delivering mitochondrial RNA using a MITO-Porter, a liposome-based nano device.2020

    • Author(s)
      Kawamura E, Maruyama M, Abe J, Sudo A, Takeda A, Takada S, Yokota T, Kinugawa S, Harashima H, Yamada Y
    • Journal Title

      Mol. Ther. - Nuceic Acids.

      Volume: 20 Pages: 687-698

    • DOI

      10.1016/j.omtn.2020.04.004.

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Validation of a mitochondrial RNA therapeutic strategy using fibroblasts from a Leigh syndrome patient with a mutation in the mitochondrial ND3 gene.2020

    • Author(s)
      Yamada Y, Somiya K, Miyauchi A, Osaka H, Harashima H
    • Journal Title

      Sci. Rep.

      Volume: 10 Pages: 7511

    • DOI

      10.1038/s41598-020-64322-8.

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] The use of a MITO-Porter to deliver exogenous therapeutic RNA to a mitochondrial disease’s cell with a A1555G mutation in the mitochondrial 12S rRNA gene results in an increase in mitochondrial respiratory activity2020

    • Author(s)
      Yamada Y, Maruyama M, Kita T, Usami S, Kitajiri S, Harashima H
    • Journal Title

      Mitochondrion

      Volume: 55 Pages: 134-144

    • DOI

      10.1016/j.mito.2020.09.008.

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Power of mitochondrial drug delivery systems to produce innovative nanomedicines.2020

    • Author(s)
      Yamada Y, Satrialdi, Hibino M, Sasaki D, Jiro A, Harashima H
    • Journal Title

      Adv. Drug. Deliv. Rev.

      Volume: 154-155 Pages: 187-209

    • DOI

      10.1016/j.addr.2020.09.010.

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Presentation] 希少疾患の未来について考える 患者とともに挑むイノベーション2021

    • Author(s)
      山田 勇磨
    • Organizer
      iPark Frontier Talk
    • Invited
  • [Presentation] Mito-porter, A Mitochondrial Dds Towards An Innovative Therapy.2020

    • Author(s)
      Yamada Y, Harashima H
    • Organizer
      2020 Annual Meeting & Exposition of the Controlled Release Society.
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] MITO-Porter, a cutting-edge mitochondrial DDS.2020

    • Author(s)
      Yamada Y, Harashima H
    • Organizer
      Pharmaceutical Society of Korea 2020.
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] ミトコンドリア標的型ナノ医薬品の創製を目指して2020

    • Author(s)
      山田 勇磨
    • Organizer
      第35回日本小児神経学会北海道地方会
    • Invited
  • [Remarks] 北海道大学 大学院薬学研究院 薬剤分子設計学研究室HP

    • URL

      https://www.pharm.hokudai.ac.jp/yakusetu/

  • [Remarks] 北海道大学 大学院薬学研究院 HP

    • URL

      https://www.pharm.hokudai.ac.jp/

  • [Patent(Industrial Property Rights)] ミトコンドリアDNAの3243位のアデニンからグアニンへの変異による変異tRNA Leuを検出する方法2020

    • Inventor(s)
      山田勇磨、原島秀吉
    • Industrial Property Rights Holder
      北海道大学
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      特願2020-73420

URL: 

Published: 2024-12-25  

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