遺伝子修復治療を可能にする正確なゲノム編集技術の開発

• 研究課題/領域番号: 17H04993
• 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: 公益財団法人東京都医学総合研究所
• 研究代表者: 宮岡 佑一郎 公益財団法人東京都医学総合研究所, 生体分子先端研究分野, プロジェクトリーダー (20549521)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2020-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2019年度)
• 配分額: 23,660千円 (直接経費: 18,200千円、間接経費: 5,460千円); 2019年度: 5,980千円 (直接経費: 4,600千円、間接経費: 1,380千円); 2018年度: 8,450千円 (直接経費: 6,500千円、間接経費: 1,950千円); 2017年度: 9,230千円 (直接経費: 7,100千円、間接経費: 2,130千円)
• キーワード: ゲノム編集 / HDR / NHEJ / iPS細胞 / 再生医療 / 遺伝子修復 / Cas9改変体 / ノックイン / 相同組換え / 非相同末端結合 / CRISPR/Cas9

研究成果の概要

CRISPR/Cas9によるゲノム編集は、標的配列特異的なgRNAがヌクレアーゼであるCas9を誘導し、標的DNAが切断されることで達成される。切断されたDNAの修復反応には、HDRとNHEJがある。このうち、組換えを介して鋳型DNAの配列通りに編集が起きるHDRは、正確なゲノム編集に特に有益であるが、その頻度はNHEJに比べて低い場合が多い。
本研究で我々は、Cas9やgRNAの改変によって、Cas9-gRNA複合体がDNAに結合する様式を変化させることで、HDR誘導活性が亢進することを明らかにした。この傾向は、HEK293T細胞、HeLa細胞、ヒトiPS細胞の全てで観察することができた。

研究成果の学術的意義や社会的意義

細胞の持つ遺伝情報を書き換えるゲノム編集技術は、医療や農業への応用が期待されるが、その実現には、正確に遺伝情報の編集を行う必要がある。CRISPR/Cas9と呼ばれるゲノム編集に用いられるツールは、本来細菌や古細菌の免疫機構であり、必ずしも哺乳類細胞のゲノム編集のために最適化されていない。本研究では、CRISPR/Cas9の標的DNAへの結合の仕方を調整することで、編集の正確さを高められることを見出した。今後のゲノム編集技術の応用につながることが期待される。

研究成果

• [雑誌論文] 一塩基置換による疾患モデル細胞作製 (2019)
  • 著者名/発表者名: 宮岡 佑一郎
  • 雑誌名: 月刊「細胞」 巻: 3 ページ: 17-20
• [雑誌論文] Clustered regularly interspaced short palindromic repeats (CRISPR)/CRISPR-associated protein 9 with improved proof-reading enhances homology-directed repair (2018)
  • 著者名/発表者名: Tomoko Kati-Inui, Gou Takahashi, Szuyin Hsu, Yuichiro Miyaoka
  • 雑誌名: Nucleic Acids Research 巻: 1 号: 9 ページ: 4677-4688
  • DOI: 10.1093/nar/gky264
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Detection and Quantification of HDR and NHEJ Induced by Genome Editing at Endogenous Gene Loci Using Droplet Digital PCR (2018)
  • 著者名/発表者名: Miyaoka Yuichiro、Mayerl Steven J.、Chan Amanda H.、Conklin Bruce R.
  • 雑誌名: Methods in Molecular Biology 巻: 1768 ページ: 349-362
  • DOI: 10.1007/978-1-4939-7778-9_20
  • ISBN: 9781493977765, 9781493977789
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] 一塩基置換をもつヒトiPS細胞の単離 (2017)
  • 著者名/発表者名: 宮岡 佑一郎
  • 雑誌名: 実験医学 2017年6月号 巻: 35 ページ: 1487-1493
• [学会発表] Genome Editing in Human iPS Cells to Cure and Study Disease (2019)
  • 著者名/発表者名: Yuichiro Miyaoka
  • 学会等名: The 4th TransMed-VN Conference
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Precise Deletion Mutagenesis by Dual Cas12a DNA Cleavage (2019)
  • 著者名/発表者名: Gou Takahashi, Hideto Mori, Soh Ishiguro, Nozomu Yachie, Yuichiro Miyaoka
  • 学会等名: Frontiers in Genome Engineering 2019
  • 国際学会
• [学会発表] Genome-Edited iPSC and Pig Cardiomyopathy Models Reveal Mutant RBM20 Forms Mislocalized Granules to Dominantly Disrupt Global Splicing (2019)
  • 著者名/発表者名: Yuichiro Miyaoka, Kenneth Tan, Elena Matsa, Steven Mayerl, Amanda Chan, Vanessa Herrera, Aishwarya Kulkarni, Meenakshi Venkatasubramanian, Kashish Chetal, Han Sun, Francesca Briganti, Wu Wei, Saji Oommen, Daniel Carlson, Timothy Nelson, Lars Steinmetz, Jay Schneider, Bruce Conklin, Nathan Salomonis
  • 学会等名: ISSCR 2019 Annual Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] ゲノム編集iPS細胞およびブタを用いたスプライシング因子RBM20の変異による心筋症発症機序の解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 宮岡 佑一郎, Kenneth Tan, Elena Matsa, Steven Mayerl, Amanda Chan, Vanessa Herrera, Aishwarya Kulkarni, Meenakshi Venkatasubramanian, Kashish Chetal, Han Sun, Francesca Briganti Francesca, Wu Wei, Saji Oommen, Daniel Carlson, Timothy Nelson, Lars Steinmetz, Jay Schneider, Bruce Conklin, Nathan Salomonis
  • 学会等名: 第4回 日本ゲノム編集学会年会
• [学会発表] CRISPR/Cas9による相同組換え修復（HDR）を介した正確なゲノム編集を促進する条件の探索 (2018)
  • 著者名/発表者名: 加藤-乾 朋子、高橋 剛、許 絲茵、宮岡 佑一郎
  • 学会等名: 第91回 日本生化学会大会
  • 招待講演
• [学会発表] Modified interactions between Cas9/Cas9 D10A nickase and genomic DNA enhances HDR (2018)
  • 著者名/発表者名: Tomoko Kato, Gou Takahashi, Szuyin Hsu, Yuichiro Miyaoka
  • 学会等名: Cold Spring Harbor Laboratory, Genome Engineering: The CRISPR/Cas Revolution Meeting 2018
  • 国際学会
• [学会発表] Cas9-DNA相互作用の改変によるゲノム編集の正確性向上は同時にHDR誘導活性も高める (2018)
  • 著者名/発表者名: 加藤-乾 朋子、高橋 剛、許 絲茵、宮岡 佑一郎
  • 学会等名: 第3回 日本ゲノム編集学会年会
• [学会発表] Cas9とDNAの結合力が HDRとNHEJの活性を規定する (2017)
  • 著者名/発表者名: 加藤-乾 朋子、高橋 剛、許 絲茵、宮岡 佑一郎
  • 学会等名: 日本ゲノム編集学会 第2回大会
• [学会発表] ゲノム編集 ー基礎から応用までー (2017)
  • 著者名/発表者名: 宮岡 佑一郎
  • 学会等名: 第39回日本生物学的精神医学会・第47回日本神経精神薬理学会 合同年会
  • 招待講演
• [学会発表] Binding Affinity of Cas9 to DNA Determines Its HDR and NHEJ Activities (2017)
  • 著者名/発表者名: Tomoko Kato, Gou Takahashi, Szuyin Hsu, and Yuichiro Miyaoka
  • 学会等名: CSHL Meeting Genome Engineering: The CRISPR-Cas Revolution
  • 国際学会
• [図書] 今日からモノ知りシリーズ トコトンやさしいゲノム編集の本 (2019)
  • 著者名/発表者名: 宮岡 佑一郎
  • 総ページ数: 160
  • 出版者: 日刊工業新聞社
  • ISBN: 4526079642
• [備考] 公益財団法人 東京都医学総合研究所 再生医療プロジェクト 宮岡研究室
  • URL: https://www.igakuken-regmed.com/
• [備考] 未来を話そう！プロジェクト研究の紹介 再生医療プロジェクト
  • URL: http://www.igakuken.or.jp/project/to-tomin/to-pro22.html
• [備考] 公益財団法人 東京都医学総合研究所 再生医療プロジェクト 宮岡研究室
  • URL: https://www.igakuken-regmed.com/
• [備考] 未来を話そう！ プロジェクト研究の紹介 再生医療プロジェクト
  • URL: http://www.igakuken.or.jp/project/to-tomin/to-pro22.html