Development of gene-based therapeutic approach for Down syndrome using novel genome editing technology

2024 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 21K19448
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 北畠 康司 大阪大学, 大学院医学系研究科, 教授 (80506494)
• Project Period (FY): 2021-07-09 – 2025-03-31
• Keywords: ダウン症候群 / iPS細胞 / ゲノム編集

Outline of Annual Research Achievements

ダウン症候群では、21番染色体トリソミーにより重篤な知的障害と認知障害が起こる。我々はダウン症候群のアストロサイトではNLRP3インフラマソームの活性が亢進し、神経細胞に強い変性細胞死をもたらし、かつその原因遺伝子がDYRK1Aであることを明らかにした。本研究ではそのコピー数を正確に修正するために、新規のゲノム編集技術CRISPR-Cas3に注目し、アレル特異的SNPを用いてDYRK1Aのアレル選択的コピー数修正を行うことを目指している。昨年度までの研究により、DYRK1Aの3つのアレルのうち1つだけに存在するSNPを見出し、このアレル特異的SNPを含んだguide RNAを作製してCRISPR-Cas3を作用させてみたところ、iPS細胞およびiPS細胞から分化誘導したアストロサイトにおいて正確なゲノム量減少を確認することができた。このDYRK1Aの遺伝子量が補正されたアストロサイトではDYRK1Aの発現量が低下し、アストロサイトの異常な増殖亢進作用の正常化、NLRP3の発現量低下とNLRP3インフラマソームがもたらす炎症応答の減弱を確認することができた。そしてアストロサイトと共培養した神経細胞において、そのアポトーシスも抑制されることが分かった。この技術を生体に応用するためにドラッグデリバリー技術の開発が必要であり、CRISPR-Cas3を送達可能な技術として脂質ナノ粒子（LNP）の開発を行った。神経系へ送達可能なLNPを合成し、マウス胎児脳室内へ投与したところ、GFPの発現を確認することができた。