ヒト多能性幹細胞におけるオフターゲット効果の少ない効率的なゲノム編集技術の開発

• 研究課題/領域番号: 15K06924
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: システムゲノム科学
• 研究機関: 慶應義塾大学
• 研究代表者: 曽根 岳史 慶應義塾大学, 医学部(信濃町), 訪問研究員 (00379091)
• 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: 4,940千円 (直接経費: 3,800千円、間接経費: 1,140千円); 2017年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円); 2016年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円); 2015年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
• キーワード: ゲノム編集 / iPS細胞 / CRISPR / ノックイン / TALEN / 遺伝子治療 / 相同組換え / 疾患研究 / ウイルスベクター

研究成果の概要

ゲノム編集技術の登場によりゲノム上の遺伝子のノックアウトは比較的容易に達成できるようになったが、ノックインは未だ困難である。本研究では、薬剤選抜を利用した標的組換えベクターの簡便構築方法を考案、TALEN発現ベクターおよびCRISPR発現ベクターと共導入することで、様々な疾患患者由来のiPS細胞で原因遺伝子の修復や、正常なiPS細胞に変異導入に成功した。特にCRISPRについては、複数個所をオフターゲット切断のリスク低く切断可能なall-in-oneベクターの簡便構築法を考案し、これと2種の薬剤選抜可能な標的組換えベクターを共導入することで、確実にホモノックイン株を樹立可能な系を完成させた。

研究成果

• [国際共同研究] Johns Hopkins University(米国)
• [雑誌論文] Generation of D1-1 TALEN isogenic control cell line from Dravet syndrome patient iPSCs using TALEN-mediated editing of the SCN1A gene (2018)
  • 著者名/発表者名: Tanaka Yasuyoshi、Sone Takefumi、Higurashi Norimichi、Sakuma Tetsushi、Suzuki Sadafumi、Ishikawa Mitsuru、Yamamoto Takashi、Mitsui Jun、Tsuji Hitomi、Okano Hideyuki、Hirose Shinichi
  • 雑誌名: Stem Cell Research 巻: 28 ページ: 100-104
  • DOI: 10.1016/j.scr.2018.01.036
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Down-regulation of ghrelin receptors on dopaminergic neurons in the substantia nigra contributes to Parkinson's disease-like motor dysfunction. (2018)
  • 著者名/発表者名: Suda Y, Kuzumaki N, Sone T, Narita M, Tanaka K, Hamada Y, Iwasawa C, Shibasaki M, Maekawa A, Matsuo M, Akamatsu W, Hattori N, Okano H, Narita M.
  • 雑誌名: Mol Brain. 巻: 11 号: 1 ページ: 6-6
  • DOI: 10.1186/s13041-018-0349-8
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Efficient induction of dopaminergic neuron differentiation from induced pluripotent stem cells reveals impaired mitophagy in PARK2 neurons. (2017)
  • 著者名/発表者名: Suzuki S, Akamatsu W, Kisa F, Sone T, Ishikawa KI, Kuzumaki N, Katayama H, Miyawaki A, Hattori N, Okano H.
  • 雑誌名: Biochem Biophys Res Commun. 巻: 489 号: 1 ページ: 88-93
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2016.12.188
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Cochlear Cell Modeling Using Disease-Specific iPSCs Unveils a Degenerative Phenotype and Suggests Treatments for Congenital Progressive Hearing Loss (2017)
  • 著者名/発表者名: Makoto Hosoya, Masato Fujioka, Takefumi Sone, Satoshi Okamoto, Wado Akamatsu, Hideki Ukai, Hiroki R. Ueda, Kaoru Ogawa, Tatsuo Matsunaga, Hideyuki Okano
  • 雑誌名: Cell Reports 巻: 18 号: 1 ページ: 68-81
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2016.12.020
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] 2. iPS細胞技術とゲノム編集技術を駆使した筋萎縮性側索硬化症病態モデルの創成と治療への展望 (2016)
  • 著者名/発表者名: 曽根岳史、一柳直希、藤森康希、岡野栄之
  • 雑誌名: 実験医学(増刊) 巻: 34 ページ: 146-157
• [雑誌論文] Establishment of in vitro FUS-associated familial amyotrophic lateral sclerosis model using human induced pluripotent stem cells. (2016)
  • 著者名/発表者名: Naoki Ichiyanagi, Koki Fujimori, Masato Yano, Chikako Ishihara-Fujisaki, Takefumi Sone, Tetsuya Akiyama, Yohei Okada, Wado Akamatsu, Takuya Matsumoto, Mitsuru Ishikawa, Yoshinori Nishimoto, Yasuharu Ishihara, Tetsushi Sakuma, Takashi Yamamoto, Hitomi Tsuiji, Naoki Suzuki, Hitoshi Warita, Masashi Aoki, Hideyuki Okano
  • 雑誌名: Stem Cell Reports 巻: 6 号: 4 ページ: 496-510
  • DOI: 10.1016/j.stemcr.2016.02.011
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Controlling the regional identity of hPSC-derived neurons to uncover neuronal subtype specificity of neurological disease phenotypes. (2015)
  • 著者名/発表者名: Kent Imaizumi, Takefumi Sone, Keiji Ibata, Koki Fujimori, Michisuke Yuzaki, Wado Akamatsu, Hideyuki Okano
  • 雑誌名: Stem Cell Reports 巻: 5 号: 6 ページ: 1010-1022
  • DOI: 10.1016/j.stemcr.2015.10.005
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] iPS細胞におけるAngelman症候群原因遺伝子UBE3Aノックアウトの作製と神経細胞の表現型探索 (2017)
  • 著者名/発表者名: 大河内 遼太郎, 曽根 岳史, 石川 充, 奥野 博庸, 中武 悠樹, 洪 実, 小崎 健次郎, 岡野 栄之
  • 学会等名: 第16回日本再生医療学会総会
  • 発表場所: 仙台国際センター, 仙台
  • 年月日: 2017-03-07
• [学会発表] 遺伝性パーキンソン病患者由来iPS細胞におけるゲノム編集iPS細胞の樹立 (2017)
  • 著者名/発表者名: 太田 悦朗, 曽根 岳史, 大日方 友理, 鵜飼 英樹, 久松 知子, 北川 季子, 石川 充, 駒野 肇, 上田泰己, 小幡 文弥, 岡野 栄之
  • 学会等名: 第16回日本再生医療学会総会
  • 発表場所: 仙台国際センター, 仙台
  • 年月日: 2017-03-07
• [学会発表] Functional analysis of synaptic gene expression and morphologies in Angelman syndrome patient-derived neurons (2017)
  • 著者名/発表者名: Mitsuru Ishikawa, Ryotaro Okochi, Hironobu Okuno, Shoma Tanaka, Takefumi Sone
  • 学会等名: CDB Symposium 2017
  • 国際学会
• [学会発表] Generation of gene-corrected iPSC from patient-derived iPSC with familial Parkinson's disease (2017)
  • 著者名/発表者名: Etsuro Ohta, Takefumi Sone, Yuri Obinata, Hideki Ukai, Tomoko Hisamatsu, Tokiko Kitagawa, Mitsuru Ishikawa, Hajime Komano, Hiroki R. Ueda, Fumiya Obata, Hideyuki Okano
  • 学会等名: ISSCR 2017 Annual Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] Multisite Gatewayクローニング技術に立脚した汎用ヒトiPS細胞ゲノム編集ツールボックス (2017)
  • 著者名/発表者名: 曽根 岳史, 吉松 祥, 塩澤 誠司, 大河内 遼太郎, 石川 充, 木下 実結, 藤森 康希, 川嶋 志保子, 大多 茂樹, 鐘ヶ江 裕美, 三好 浩之, 岡野 栄之
  • 学会等名: 日本ゲノム編集学会第2回大会
• [学会発表] Pathophysiological analysis of skeletal muscles in spinal bulbar muscular atrophy (SBMA) by genome editing of CAG repeats. (2017)
  • 著者名/発表者名: Satoshi Tanaka, Takuji Ito, Akinobu Ota, Takefumi Sone, Daisuke Shimojo, Shiro Imagama, Yoshitaka Hosokawa, Manabu Doyu, Hideyuki Okano, Yohei Okada
  • 学会等名: Neuroscience 2017 (SfN’s 47th Annual Meeting)
  • 国際学会
• [学会発表] ゲノム編集によるポリグルタミン病の病態解析と治療開発の可能性 (2016)
  • 著者名/発表者名: 田中 智史, 伊藤 卓治, 太田 明伸, 曽根 岳史, 下門 大祐, 小野寺 一成, 今釜 史郎, 細川 好孝, 道勇 学, 勝野 雅央, 祖父江 元, 岡野 栄之, 岡田 洋平
  • 学会等名: 第39回分子生物学会年会
  • 発表場所: パシフィコ横浜, 横浜
  • 年月日: 2016-11-30
• [学会発表] mt-Keimaを用いたパーキンソン病iPS細胞におけるマイトファジー解析システムの構築 (2016)
  • 著者名/発表者名: 鈴木 禎史*, 赤松 和土, 木佐 文彦, 曽根 岳史, 石川 景一, 服部 信孝, 岡野 栄之
  • 学会等名: 第38回日本生物学的精神医学会・第59回日本神経化学会大会合同年会
  • 発表場所: 福岡国際会議場, 福岡
  • 年月日: 2016-09-08
• [学会発表] ゲノム編集による筋委縮性側索硬化症(ALS)の病態モデル細胞の創成と遺伝子治療 (2016)
  • 著者名/発表者名: 曽根 岳史*, 一柳 直希, 藤森 康希, 岡野 栄之
  • 学会等名: 日本ゲノム編集学会第1回大会
  • 発表場所: 広島国際会議場, 広島
  • 年月日: 2016-09-06
• [学会発表] ゲノム編集によるポリグルタミン病の病態解析と治療開発の可能性 (2016)
  • 著者名/発表者名: 田中 智史, 伊藤 卓治, 太田 明伸, 曽根 岳史, 今釜 史郎, 細川 好孝, 道勇 学, 岡野 栄之, 岡田 洋平
  • 学会等名: 日本ゲノム編集学会第1回大会
  • 発表場所: 広島国際会議場, 広島
  • 年月日: 2016-09-06
• [学会発表] 遺伝性パーキンソン病患者由来iPS細胞におけるゲノム編集iPS細胞の樹立 (2016)
  • 著者名/発表者名: 大日方 友理*, 太田 悦朗, 曽根 岳史, 鵜飼 英樹, 久松 知子, 石川 充, 駒野 肇, 上田 泰己, 小幡 文弥, 岡野 栄之
  • 学会等名: 第11回日本臨床検査教育学会学術大会
  • 発表場所: 神戸常盤大学・神戸国際展示場, 神戸
  • 年月日: 2016-08-31
• [学会発表] 遺伝性パーキンソン病患者由来iPS細胞のゲノム編集および病態解析 (2016)
  • 著者名/発表者名: 太田 悦朗*, 曽根 岳史, 大日方 友理, 鵜飼 英樹, 久松 知子, 北川 季子, 石川 充, 駒野 肇, 上田 泰己, 小幡 文弥, 岡野 栄之
  • 学会等名: 第39回日本神経科学大会
  • 発表場所: パシフィコ横浜, 横浜
  • 年月日: 2016-07-20
• [学会発表] Establishment of in vitro FUS-associated familial amyotrophic lateral sclerosis model using human induced pluripotent stem cells (2016)
  • 著者名/発表者名: Naoki Ichiyanagi*, Koki Fujimori, Masato Yano, Chikako Ishihara-Fujisaki, Takefumi Sone, Tetsuya Akiyama, Yohei Okada, Wado Akamatsu, Takuya Matsumoto, Mitsuru Ishikawa, Yoshinori Nishimoto, Yasuharu Ishihara, Tetsushi Sakuma, Takashi Yamamoto, Hitomi Tsuiji, Naoki Suzuki, Hitoshi Warita, Masashi Aoki, Hideyuki Okano
  • 学会等名: ISSCR 2016 Annual Meeting
  • 発表場所: San Francisco, CA
  • 年月日: 2016-06-22
  • 国際学会
• [学会発表] Generation of specific neuronal subtypes from human pluripotent stem cells (2016)
  • 著者名/発表者名: Kent Imaizumi*, Takefumi Sone, Wado Akamatsu, Hideyuki Okano
  • 学会等名: ISSCR 2016 Annual Meeting
  • 発表場所: San Francisco, CA
  • 年月日: 2016-06-22
  • 国際学会
• [学会発表] ゲノム編集した患者由来疾患iPS細胞の全ゲノム解析によって明らかになったこと (2015)
  • 著者名/発表者名: 曽根 岳史*、朴 聖俊、田中 泰圭、太田 悦朗、日暮 憲道、中井 謙太、廣瀬 伸一、岡野 栄之
  • 学会等名: BMB2015 （第38回日本分子生物学会年会、第88回日本生化学会大会 合同大会）
  • 発表場所: 神戸ポートアイランド (兵庫県神戸市)
  • 年月日: 2015-12-01
  • 招待講演
• [学会発表] TALEN-mediated genome editing of patient-derived iPSCs for disease model studies. (2015)
  • 著者名/発表者名: Takefumi Sone*, Yasuyoshi Tanaka, Etsuro Ohta, Makoto Hosoya、Naoki Ichiyanagi, Tetsuya Akiyama, Norimichi Higurashi, Shinichi Hirose, Hideyuki Okano
  • 学会等名: TGE2015: Conference on Transposition and Genome Engineering 2015
  • 発表場所: 奈良春日野国際フォーラム 甍～I・RA・KA～ (奈良県奈良市)
  • 年月日: 2015-11-17
  • 国際学会
• [学会発表] A mutated PENDRIN formed intracellular aggregations in the inner ear cells induced from Pendred syndrome patients-specific iPS cells. (2015)
  • 著者名/発表者名: 細谷 誠*, 藤岡 正人, 渡部 孝太郎, 岡本 理志, 曽根 岳史, 松永 達雄, 赤松 和土, 小川 郁, 岡野 栄之
  • 学会等名: 第38回日本神経科学大会
  • 発表場所: 神戸国際会議場・神戸国際展示場 (兵庫県神戸市)
  • 年月日: 2015-07-28
• [学会発表] PENDRED症候群疾患特異的iPS細胞由来内耳細胞を用いた薬剤スクリーニング (2015)
  • 著者名/発表者名: 細谷 誠*, 藤岡 正人, 岡本 理志, 曽根 岳史, 松永 達雄, 赤松 和土, 小川 郁, 岡野 栄之
  • 学会等名: 第36回日本炎症・再生医学会
  • 発表場所: 虎ノ門ヒルズフォーラム (東京都港区)
  • 年月日: 2015-07-21
• [学会発表] Genome editing of SCN1A in induced pluripotent stem cells to study the pathomechanisms of Dravet syndrome. (2015)
  • 著者名/発表者名: Yasuyoshi Tanaka*, Taku Uchida, Takefumi Sone, Norimichi Higurashi, Mitsuru Ishikawa, Hideyuki Okano, Shinichi Hirose
  • 学会等名: The 13th Asian and Oceanian Congress of Child Neurology
  • 発表場所: 台北 (台湾)
  • 年月日: 2015-05-14
  • 国際学会
• [備考] ドラベ症候群iPS細胞モデルを用いた創薬ハイスループットスクリーニングシステムの確立に向けた基盤研究
  • URL: https://fukuoka-u.repo.nii.ac.jp/?action=repository_uri&item_id=3996&file_id=22&file_no=1
• [備考] iPS 細胞を用いて「内耳変性」という難聴の新たな原因と、 その治療薬候補物質を発見
  • URL: https://www.keio.ac.jp/ja/press-releases/files/2017/1/11/170111-1.pdf
• [備考] iPS 細胞とゲノム編集技術を用いて 筋萎縮性側索硬化症（ALS）の病態モデルを構築
  • URL: http://www.keio.ac.jp/ja/press_release/2015/osa3qr000001g2lb-att/20160318_01.pdf