細胞内作用場の制御による遺伝子変異修復技術開発

• 研究課題/領域番号: 15H05581
• 研究種目: 若手研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: ゲノム医科学
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 堀田 秋津 京都大学, iPS細胞研究所, 特定拠点講師 (50578002)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2018-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2017年度)
• 配分額: 15,730千円 (直接経費: 12,100千円、間接経費: 3,630千円); 2017年度: 5,070千円 (直接経費: 3,900千円、間接経費: 1,170千円); 2016年度: 5,200千円 (直接経費: 4,000千円、間接経費: 1,200千円); 2015年度: 5,460千円 (直接経費: 4,200千円、間接経費: 1,260千円)
• キーワード: ゲノム編集 / iPS細胞 / CRISPR / 相同組換え / 一塩基修復 / 一塩基変異 / 一塩基置換 / CRISPR-Cas9 / 遺伝子治療

研究成果の概要

ヒトの疾患原因となる遺伝子変異の約半数は一塩基変異である。近年のCRISPR-Cas9を始めとするゲノム編集技術を用いることで、NHEJ(非相同末端結合)を介した欠失は比較的簡便に誘導可能であるが、HDR(相同組換え)を利用したノックインの効率は1％以下と極めて効率が悪かった。そこで我々は、細胞の中にあらかじめCRISPR-Cas9とガイドRNAをpiggyBacトランスポゾンベクターで組み込んでおき、二種類の薬剤でCas9の活性を誘導可能なCRONUSシステムを開発した。これにより、これまでの効率(<1%)を大幅に上回る、20%から30%もの効率で狙った一塩基改変が誘導可能となった。

研究成果

• [国際共同研究] Skoltech(ロシア連邦)
• [雑誌論文] Site-specific randomization of the endogenous genome by a regulatable CRISPR-Cas9 piggyBac system in human cells (2018)
  • 著者名/発表者名: Kentaro Ishida, Huaigeng Xu, Noriko Sasakawa, Mandy Siu Yu Lung, Julia Alexandra Kudryashev, Peter Gee & Akitsu Hotta
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: online 号: 1 ページ: 310-310
  • DOI: 10.1038/s41598-017-18568-4
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Pluripotent stem cell models of Blau syndrome reveal an IFN-γ?dependent inflammatory response in macrophages (2018)
  • 著者名/発表者名: Takada Sanami、Kambe Naotomo、Kawasaki Yuri、Niwa Akira、Honda-Ozaki Fumiko、Kobayashi Kazuki、Osawa Mitsujiro、Nagahashi Ayako、Semi Katsunori、Hotta Akitsu、Asaka Isao、Yamada Yasuhiro、Nishikomori Ryuta、Heike Toshio、Matsue Hiroyuki、Nakahata Tatsutoshi、Saito Megumu K.
  • 雑誌名: J ALLERGY CLIN IMMUNOL 巻: 141 号: 1 ページ: 339-349.e11
  • DOI: 10.1016/j.jaci.2017.04.013
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Human AK2 links intracellular bioenergetic redistribution to the fate of hematopoietic progenitors (2018)
  • 著者名/発表者名: Oshima Koichi、Watanabe Akira、Nakahata Tatsutoshi、Saito Megumu K. et al.
  • 雑誌名: Biochemical and Biophysical Research Communications 巻: 497 号: 2 ページ: 719-725
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2018.02.139
  • NAID: 120006466601
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Srf destabilizes cellular identity by suppressing cell-type-specific gene expression programs (2018)
  • 著者名/発表者名: Ikeda T, Hikichi T, Miura H, Shibata H, Mitsunaga K, Yamada Y, Woltjen K, Miyamoto K, Watanabe A, Hiratani I, Yamada Y, Yamamoto T, Hotta A, Okita K, Masui S
  • 雑誌名: Nat Commun. 巻: 9 号: 1 ページ: 1387-1387
  • DOI: 10.1038/s41467-018-03748-1
  • NAID: 120006517799
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Cell-type-specific genome editing with a microRNA-responsive CRISPR?Cas9 switch (2017)
  • 著者名/発表者名: Hirosawa Moe、Fujita Yoshihiko、Parr Callum、Hayashi Karin、Kashida Shunnichi、Hotta Akitsu、Woltjen Knut、Saito Hirohide
  • 雑誌名: Nucleic Acids Research 巻: 45 号: 13 ページ: e118-e118
  • DOI: 10.1093/nar/gkx309
  • NAID: 120006306001
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 筋ジストロフィー治療応用を目指したゲノム編集技術の開発動向 (2017)
  • 著者名/発表者名: 蒔田幸正, 穂積裕幸, 堀田秋津
  • 雑誌名: Clinical Calcium 巻: 27 ページ: 391-399
• [雑誌論文] Duchenne型筋ジストロフィーに対するゲノム編集戦略 (2016)
  • 著者名/発表者名: 徐 淮耕, 堀田秋津
  • 雑誌名: 医学のあゆみ 巻: 259 ページ: 73-79
• [雑誌論文] Genome editing gene therapy for Duchenne muscular dystrophy. (2015)
  • 著者名/発表者名: Hotta A.
  • 雑誌名: J. Neuromuscul. Dis., 巻: 2 号: 4 ページ: 343-355
  • DOI: 10.3233/jnd-150116
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] From genomics to gene therapy: induced pluripotent stem cells meet genome editing. (2015)
  • 著者名/発表者名: Hotta A, and Yamanaka S.
  • 雑誌名: Annu. Rev. Genet., 巻: 49 号: 1 ページ: 47-70
  • DOI: 10.1146/annurev-genet-112414-054926
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Minimizing off-target mutagenesis risks caused by programmable nucleases. (2015)
  • 著者名/発表者名: Ishida K*, Gee P*, and Hotta A. (*: equal contribution)
  • 雑誌名: Int. J. Mol. Sci., 巻: 16 号: 10 ページ: 24751-24771
  • DOI: 10.3390/ijms161024751
  • NAID: 120005689182
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Efficient genomic correction methods in human iPS cells using CRISPR-Cas9 system. (2015)
  • 著者名/発表者名: Li HL, Gee P, Ishida K, and Hotta A.
  • 雑誌名: Methods, 巻: S1046 ページ: 27-35
  • DOI: 10.1016/j.ymeth.2015.10.015
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [学会発表] Genome Editing Applications for iPS Cells and Duchenne Muscular Dystrophy (2017)
  • 著者名/発表者名: 堀田秋津
  • 学会等名: International Conference of the Genetics Society of Korea (ICGSK) 2017
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] iPS細胞での効率的なゲノム編集と筋ジストロフィー治療への応用 (2017)
  • 著者名/発表者名: 堀田秋津
  • 学会等名: ConBio2017
  • 招待講演
• [学会発表] iPS細胞での効率的なゲノム編集を目指したCRISPRツールボックス (2016)
  • 著者名/発表者名: 堀田秋津
  • 学会等名: 第３９回日本分子生物学 会
  • 発表場所: パシフィコ横浜
  • 年月日: 2016-11-30
  • 招待講演
• [学会発表] Gene therapy strategy for Duchenne muscular dystrophy using iPS cells and CRISPR genome editing (2016)
  • 著者名/発表者名: 堀田秋津
  • 学会等名: Center for Data-Intensive Biomedicine and Biotecnology Seminar
  • 発表場所: Skoltech, Russia
  • 年月日: 2016-10-12
  • 招待講演
• [学会発表] iPS細胞での効率的なゲノム編集を目指したCRISPRツールボックス (2016)
  • 著者名/発表者名: 堀田秋津
  • 学会等名: 第68回日本生物工学会大会
  • 発表場所: 富山国際会議場
  • 年月日: 2016-09-28
  • 招待講演
• [学会発表] CRISPRツールボックスによるヒトゲノム編集効率化 (2016)
  • 著者名/発表者名: 堀田秋津
  • 学会等名: 第89回日本生化学会大会
  • 発表場所: 仙台国際センター
  • 年月日: 2016-09-25
  • 招待講演
• [学会発表] CRISPR システムにおける in silico オフターゲット配列予想ツール比較 (2016)
  • 著者名/発表者名: 田中 正視, 井福 正隆, 藤本 直子, 堀田 秋津
  • 学会等名: 第１回日本ゲノム編集学会
  • 発表場所: 広島国際会議場
  • 年月日: 2016-09-06
• [学会発表] Genome editing iPS cells by CRISPR-Cas9 for Duchenne muscular dystrophy gene therapy (2016)
  • 著者名/発表者名: 堀田秋津
  • 学会等名: The 39th Annual Meeting of the Japan Neuroscience Society
  • 発表場所: パシフィコ横浜
  • 年月日: 2016-07-21
  • 招待講演
• [学会発表] デュシェンヌ型筋ジストロフィーiPS細胞を用いたゲノム編集遺伝子治療 (2015)
  • 著者名/発表者名: 堀田秋津
  • 学会等名: 第33回日本神経治療学会総会
  • 発表場所: 名古屋国際会議場
  • 年月日: 2015-11-26
  • 招待講演
• [学会発表] 疾患iPS細胞における新規遺伝子修復戦略 (2015)
  • 著者名/発表者名: 堀田秋津
  • 学会等名: 第39回 阿蘇シンポジウム
  • 発表場所: 阿蘇リゾート グランヴィリオホテル
  • 年月日: 2015-08-01
  • 招待講演
• [学会発表] Efficient gene correction of Duchunne muscular dystrophy mutation in iPS cells by TALENs and CRISPR-Cas9 (2015)
  • 著者名/発表者名: 堀田秋津
  • 学会等名: 第21回日本遺伝子治療学会総会
  • 発表場所: Osaka International Convention Center
  • 年月日: 2015-07-25
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 疾患iPS細胞における病原変異遺伝子のゲノム手術 (2015)
  • 著者名/発表者名: 堀田秋津
  • 学会等名: 第６２回 日本実験動物学会 総会
  • 発表場所: 京都テルサ
  • 年月日: 2015-05-28
  • 招待講演
• [学会発表] Precise control of CRISPR-Cas9 mediated gene editing for correcting mutation of Duchenne muscular dystrophy in iPS Cells (2015)
  • 著者名/発表者名: Hongmei L Li, Norko Sasakawa, Kentaro Ishida, Peter Gee and Akitsu Hotta,
  • 学会等名: American Society of Gene & Cell Therapy (ASGCT) 18th Annual Meeting
  • 発表場所: 米国ニューオリンズ
  • 年月日: 2015-05-13
  • 国際学会
• [図書] 生物の科学 遺伝 Vol.71 (05)「iPS細胞の遺伝子変異をゲノム編集で修復する ー疾患研究と遺伝子治療の最先端」 (2017)
  • 著者名/発表者名: 堀田秋津
  • 出版者: NTS Inc.
• [図書] 実験医学増刊号 "All About ゲノム編集" (2016)
  • 著者名/発表者名: 石田賢太郎, 徐 淮耕, 堀田秋津
  • 総ページ数: 234
  • 出版者: 羊土社
• [図書] "再生医療2015 幹細胞と疾患iPS細胞の研究最前線"「再生医療に向けたゲノム編集技術」 (2015)
  • 著者名/発表者名: 李 紅梅, 佐伯涼太, 堀田秋津 箸・岡野 栄之, 山中 伸弥 編
  • 出版者: 羊土社
• [図書] 医学のあゆみ, 患者由来iPS細胞を用いた神経疾患研究 (2015)
  • 著者名/発表者名: 津下 到, 鈴木茂彦, 内藤素子, 堀田秋津, 井上治久
  • 出版者: 医歯薬出版株式会社
• [図書] 病理と臨床,疾患iPS細胞研究を加速する遺伝子改変技術の進歩 (2015)
  • 著者名/発表者名: 堀田秋津, 石田賢太郎, 佐伯涼太
  • 出版者: 文光堂
• [図書] "論文だけではわからない ゲノム編集成功の秘訣Q&A"「ヒト人工多能性幹細胞(iPS細胞)でのゲノム編集」 (2015)
  • 著者名/発表者名: 李 紅梅, 堀田秋津 箸・山本 卓 編
  • 出版者: 羊土社
• [産業財産権] 遺伝子変異導入方法 (2023)
  • 発明者名: 堀田秋津、石田賢太郎
  • 権利者名: 京都大学
  • 産業財産権種類: 特許
  • 取得年月日: 2023
• [産業財産権] 低抗原性細胞の製造方法 (2018)
  • 発明者名: 堀田秋津、徐 淮耕、金子 新、王 博
  • 権利者名: 堀田秋津、徐 淮耕、金子 新、王 博
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2018-026421
  • 出願年月日: 2018
• [産業財産権] ゲノムDNAに欠失を誘導する方法 (2018)
  • 発明者名: 堀田秋津、奥嵜雄也、徐淮耕
  • 権利者名: 堀田秋津、奥嵜雄也、徐淮耕
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2018-231649
  • 出願年月日: 2018
• [産業財産権] 部位特異的塩基置換法 (2017)
  • 発明者名: 堀田秋津、石田賢太郎
  • 権利者名: 堀田秋津、石田賢太郎
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2017-139268
  • 出願年月日: 2017