拡張型TREEシステムを用いた新規エピゲノム編集技術の開発とがん研究への応用

• 研究課題/領域番号: 19K16111
• 研究種目: 若手研究
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 小区分43060:システムゲノム科学関連
• 研究機関: 広島大学
• 研究代表者: 佐久間 哲史 広島大学, 統合生命科学研究科(理), 准教授 (90711143)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2021-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2020年度)
• 配分額: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円); 2020年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円); 2019年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円)
• キーワード: CRISPR-Cas9 / エピゲノム編集 / がん

研究開始時の研究の概要

ゲノム編集の発展技術であるエピゲノム編集は、ゲノム配列を改変することなく遺伝子の機能を制御できること、また従来不可能であった部位特異的なエピジェネティック改変を可能にすることから、ゲノム編集に劣らぬ画期的技術として注目されている。本研究では、未だ部位特異的改変が実現していないエピゲノムの編集技術を、研究代表者らが有するエフェクター集積システム“TREE”を応用することで確立する。更に、関連性が示唆されつつもメカニズムがほとんど明らかにされていない難編集性エピゲノム修飾とがんとの関連性を、確立したシステムを用いて解明する。

研究成果の概要

本研究では、2018年度に発表した独自の転写活性化システムであるTREEを拡張し、最適なシステムを細胞株や遺伝子座に依存して選択できる包括的なプラットフォーム「EARTHコレクション」を確立した。その過程で、遺伝子座によって最適なシステムが異なるにもかかわらず、同一遺伝子内であれば標的領域が異なっていても近しい転写活性化の傾向を示すことを明らかにすると共に、複数の細胞株を用いて、複数の遺伝子座での転写活性化効果を従来型システムと比較検討した結果、全ての事例において、EARTHコレクションのシステム群のうち少なくとも一つが、従来型システムの効果を有意に上回ることを実証した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

研究成果の概要欄に記載したように、各細胞株・各遺伝子座における転写活性化の最適システムは一様ではなく、あらゆるケースで最大限の効果を得るためには、多様なシステム群を整備しつつオーダーメイドでシステムを選択する必要があることが明らかとなった。本研究において確立したEARTHコレクションは、従来の択一的システムと異なり、オーダーメイド型プラットフォームとして世界でも類を見ないものである。更に本システムは、転写活性化のみならず、転写の抑制、エピゲノム編集、塩基編集、ライブイメージングなどさまざまな用途への応用が見込まれ、高活性かつ高汎用性技術として世界中で広く利用されることが期待される。

研究成果

• [雑誌論文] Pou5f3.3 is involved in establishment and maintenance of hematopoietic cells during Xenopus development (2021)
  • 著者名/発表者名: Ezawa Minami、Kouno Fumika、Kubo Hideo、Sakuma Tetsushi、Yamamoto Takashi、Kinoshita Tsutomu
  • 雑誌名: Tissue and Cell 巻: 72 ページ: 101531～101531
  • DOI: 10.1016/j.tice.2021.101531
  • 査読あり
• [雑誌論文] Murine neonatal ketogenesis preserves mitochondrial energetics by preventing protein hyperacetylation (2021)
  • 著者名/発表者名: Arima Yuichiro、Nakagawa Yoshiko、Takeo Toru、Ishida Toshifumi、Yamada Toshihiro、Hino Shinjiro、Nakao Mitsuyoshi、Hanada Sanshiro、Umemoto Terumasa、Suda Toshio、Sakuma Tetsushi、Yamamoto Takashi、Watanabe Takehisa、Nagaoka Katsuya、Tanaka Yasuhito、Kawamura Yumiko K.、Tonami Kazuo、Kurihara Hiroki、他12名
  • 雑誌名: Nature Metabolism 巻: 3 ページ: 196～210
  • DOI: 10.1038/s42255-021-00342-6
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] CRISPR-Cas9 editing of non-coding genomic loci as a means of controlling gene expression in the sea urchin (2021)
  • 著者名/発表者名: Pieplow Alice、Dastaw Meseret、Sakuma Tetsushi、Sakamoto Naoaki、Yamamoto Takashi、Yajima Mamiko、Oulhen Nathalie、Wessel Gary M.
  • 雑誌名: Developmental Biology 巻: 472 ページ: 85～97
  • DOI: 10.1016/j.ydbio.2021.01.003
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Improvement of fatty acid productivity of thraustochytrid, Aurantiochytrium sp. by genome editing (2021)
  • 著者名/発表者名: Watanabe Kenshi、Perez Charose Marie Ting、Kitahori Tomoki、Hata Kosuke、Aoi Masato、Takahashi Hirokazu、Sakuma Tetsushi、Okamura Yoshiko、Nakashimada Yutaka、Yamamoto Takashi、Matsuyama Keisuke、Mayuzumi Shinzo、Aki Tsunehiro
  • 雑誌名: Journal of Bioscience and Bioengineering 巻: 131 ページ: 373～380
  • DOI: 10.1016/j.jbiosc.2020.11.013
  • 査読あり
• [雑誌論文] TALEN‐mediated generation of Nkx3.1 knockout rat model (2020)
  • 著者名/発表者名: Lee Ji Min、Kim Ukjin、Yang Hyokyung、Ryu Bokyeong、Kim Jin、Sakuma Tetsushi、Yamamoto Takashi、Park Jae‐Hak
  • 雑誌名: The Prostate 巻: 81 ページ: 182～193
  • DOI: 10.1002/pros.24095
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Efficient and multiplexable genome editing using Platinum TALENs in oleaginous microalga, Nannochloropsis oceanica NIES‐2145 (2020)
  • 著者名/発表者名: Kurita Tomokazu、Moroi Keishi、Iwai Masako、Okazaki Kumiko、Shimizu Shinsuke、Nomura Seiji、Saito Fumihiko、Maeda Shinichiro、Takami Akihide、Sakamoto Atsushi、Ohta Hiroyuki、Sakuma Tetsushi、Yamamoto Takashi
  • 雑誌名: Genes to Cells 巻: 25 ページ: 695～702
  • DOI: 10.1111/gtc.12805
  • 査読あり
• [雑誌論文] ARHGAP10, which encodes Rho GTPase-activating protein 10, is a novel gene for schizophrenia risk (2020)
  • 著者名/発表者名: Sekiguchi Mariko、Sobue Akira、Kushima Itaru、Wang Chenyao、Arioka Yuko、Kato Hidekazu、Kodama Akiko、Kubo Hisako、Ito Norimichi、Sawahata Masahito、他5名、Yoshimi Akira、Ishizuka Kanako、Takasaki Yuto、Kimura Hiroki、Xing Jingrui、Yu Yanjie、Yamamoto Maeri、Okada Takashi、Shishido Emiko、他7名、Sakuma Tetsushi、他13名
  • 雑誌名: Translational Psychiatry 巻: 10 ページ: 247
  • DOI: 10.1038/s41398-020-00917-z
  • 査読あり
• [雑誌論文] Various strategies of effector accumulation to improve the efficiency of genome editing and derivative methodologies (2020)
  • 著者名/発表者名: Kunii Atsushi、Yamamoto Takashi、Sakuma Tetsushi
  • 雑誌名: In Vitro Cellular & Developmental Biology - Animal 巻: 56 ページ: 359～366
  • DOI: 10.1007/s11626-020-00469-y
  • 査読あり
• [雑誌論文] Down syndrome-related transient abnormal myelopoiesis is attributed to a specific erythro-megakaryocytic subpopulation with GATA1 mutation (2020)
  • 著者名/発表者名: Yoko Nishinaka-Arai、Akira Niwa、Shiori Matsuo、Yasuhiro Kazuki、Yuwna Yakura、Takehiko Hiroma、Tsutomu Toki、Tetsushi Sakuma、Takashi Yamamoto、Etsuro Ito、Mitsuo Oshimura、Tatsutoshi Nakahata、Megumu K. Saito
  • 雑誌名: Haematologica 巻: 106 ページ: 635～640
  • DOI: 10.3324/haematol.2019.242693
  • 査読あり
• [雑誌論文] Six1 is required for signaling center formation and labial‐lingual asymmetry in developing lower incisors (2020)
  • 著者名/発表者名: Takahashi Masanori、Ikeda Keiko、Ohmuraya Masaki、Nakagawa Yoshiko、Sakuma Tetsushi、Yamamoto Takashi、Kawakami Kiyoshi
  • 雑誌名: Developmental Dynamics 巻: 249 ページ: 1098～1116
  • DOI: 10.1002/dvdy.174
  • 査読あり
• [雑誌論文] GABA-Induced GnRH Release Triggers Chordate Metamorphosis (2020)
  • 著者名/発表者名: Hozumi Akiko、Matsunobu Shohei、Mita Kaoru、Treen Nicholas、Sugihara Takaho、Horie Takeo、Sakuma Tetsushi、Yamamoto Takashi、Shiraishi Akira、Hamada Mayuko、Satoh Noriyuki、Sakurai Keisuke、Satake Honoo、Sasakura Yasunori
  • 雑誌名: Current Biology 巻: 30 ページ: 1555～1561.e4
  • DOI: 10.1016/j.cub.2020.02.003
  • 査読あり
• [雑誌論文] Pathological characteristics of Ccdc85c knockout rats: a rat model of genetic hydrocephalus (2020)
  • 著者名/発表者名: Konishi S, Tanaka N, Mashimo T, Yamamoto T, Sakuma T, Kaneko T, Tanaka M, Izawa T, Yamate J, Kuwamura M
  • 雑誌名: Experimental Animals 巻: 69 ページ: 26-33
  • DOI: 10.1538/expanim.19-0005
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Hox13 is essential for formation of a sensory organ at the terminal end of the sperm duct in Ciona (2020)
  • 著者名/発表者名: Tajima Y, Hozumi A, Yoshida K, Treen N, Sakuma T, Yamamoto T, Sasakura Y
  • 雑誌名: Developmental Biology 巻: 458 ページ: 120-131
  • DOI: 10.1016/j.ydbio.2019.10.028
  • 査読あり
• [雑誌論文] Reinvestigation of Disulfide-bonded Oligomeric Forms of the Unfolded Protein Response Transducer ATF6 (2020)
  • 著者名/発表者名: Koba H, Jin S, Imada N, Ishikawa T, Ninagawa S, Okada T, Sakuma T, Yamamoto T, Mori K
  • 雑誌名: Cell Structure and Function 巻: 45 ページ: 9-21
  • DOI: 10.1247/csf.19030
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Development of a protein-based system for transient epigenetic repression of immune checkpoint molecule and enhancement of antitumour activity of natural killer cells (2020)
  • 著者名/発表者名: Teratake Y, Takashina T, Iijima K, Sakuma T, Yamamoto T, Ishizaka Y
  • 雑誌名: British Journal of Cancer 巻: 122 ページ: 823-834
  • DOI: 10.1038/s41416-019-0708-y
  • 査読あり
• [雑誌論文] Three multi-allelic gene pairs are responsible for self-sterility in the ascidian Ciona intestinalis (2020)
  • 著者名/発表者名: Sawada H, Yamamoto K, Yamaguchi A, Yamada L, Higuchi A, Nukaya H, Fukuoka M, Sakuma T, Yamamoto T, Sasakura Y, Shirae-Kurabayashi M
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 10 ページ: 2514
  • DOI: 10.1038/s41598-020-59147-4
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] EDEM2 stably disulfide-bonded to TXNDC11 catalyzes the first mannose trimming step in mammalian glycoprotein ERAD (2020)
  • 著者名/発表者名: George G, Ninagawa S, Yagi H, Saito T, Ishikawa T, Sakuma T, Yamamoto T, Imami K, Ishihama Y, Kato K, Okada T, Mori K
  • 雑誌名: eLife 巻: 9 ページ: e53455
  • DOI: 10.7554/eLife.53455
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Regenerating islet-derived protein (Reg)3β plays a crucial role in attenuation of ileitis and colitis in mice (2020)
  • 著者名/発表者名: Shindo R, Katagiri T, Komazawa-Sakon S, Ohmuraya M, Takeda W, Nakagawa Y, Nakagata N, Sakuma T, Yamamoto T, Nishiyama C, Nishina T, Yamazaki S, Kameda H, Nakano H
  • 雑誌名: Biochemistry and Biophysics Reports 巻: 21 ページ: 100738
  • DOI: 10.1016/j.bbrep.2020.100738
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] DJ-1 is indispensable for the S-nitrosylation of Parkin, which maintains function of mitochondria (2020)
  • 著者名/発表者名: Ozawa K, Tsumoto H, Miura Y, Yamaguchi J, Iguchi-Ariga SMM, Sakuma T, Yamamoto T, Uchiyama Y
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 10 ページ: 4377
  • DOI: 10.1038/s41598-020-61287-6
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Anephrogenic phenotype induced by SALL1 gene knockout in pigs (2019)
  • 著者名/発表者名: Watanabe M, Nakano K, Uchikura A, Matsunari H, Yashima S, Umeyama K, Takayanagi S, Sakuma T, Yamamoto T, Morita S, Horii T, Hatada I, Nishinakamura R, Nakauchi H, Nagashima H
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 9 ページ: 8016
  • DOI: 10.1038/s41598-019-44387-w
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Establishment of knockout adult sea urchins by using a CRISPR-Cas9 system (2019)
  • 著者名/発表者名: Liu D, Awazu A, Sakuma T, Yamamoto T, Sakamoto N
  • 雑誌名: Development, Growth & Differentiation 巻: 61 ページ: 378-388
  • DOI: 10.1111/dgd.12624
  • 査読あり
• [雑誌論文] Activin Is Superior to BMP7 for Efficient Maintenance of Human iPSC-Derived Nephron Progenitors (2019)
  • 著者名/発表者名: Tanigawa S, Naganuma H, Kaku Y, Era T, Sakuma T, Yamamoto T, Taguchi A, Nishinakamura R
  • 雑誌名: Stem Cell Reports 巻: 13 ページ: 322-337
  • DOI: 10.1016/j.stemcr.2019.07.003
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] TAp63 represses transcription of MYCN/NCYM gene and its high levels of expression are associated with favorable outcome in neuroblastoma (2019)
  • 著者名/発表者名: Suenaga Y, Yamamoto M, Sakuma T, Sasada M, Fukai F, Ohira M, Yamaguchi Y, Yamamoto T, Ando K, Ozaki T, Nakagawara A
  • 雑誌名: Biochemical and Biophysical Research Communications 巻: 518 ページ: 311-318
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2019.08.052
  • 査読あり
• [雑誌論文] Targeted mutagenesis of the ryanodine receptor by Platinum TALENs causes slow swimming behaviour in Pacific bluefin tuna (Thunnus orientalis) (2019)
  • 著者名/発表者名: Higuchi K, Kazeto Y, Ozaki Y, Yamaguchi T, Shimada Y, Ina Y, Soma S, Sakakura Y, Goto R, Matsubara T, Nishiki I, Iwasaki Y, Yasuike M, Nakamura Y, Matsuura A, Masuma S, Sakuma T, Yamamoto T, Masaoka T, Kobayashi T, Fujiwara A, Gen K
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 9 ページ: 13871
  • DOI: 10.1038/s41598-019-50418-3
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Efficient genome engineering using Platinum TALEN in potato (2019)
  • 著者名/発表者名: Yasumoto S, Umemoto N, Lee HJ, Nakayasu M, Sawai S, Sakuma T, Yamamoto T, Mizutani M, Saito K, Muranaka T
  • 雑誌名: Plant Biotechnology 巻: 36 ページ: 167-173
  • DOI: 10.5511/plantbiotechnology.19.0805a
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] ゲノム編集技術update -2021- (2021)
  • 著者名/発表者名: 佐久間 哲史
  • 学会等名: 日本ゲノム編集学会会員特別セミナー
  • 招待講演
• [学会発表] Development of transcriptional activation platforms of cancer-related genes using Class 1 and Class 2 CRISPR systems (2020)
  • 著者名/発表者名: Tetsushi Sakuma
  • 学会等名: 第79回日本癌学会学術総会
  • 招待講演
• [学会発表] ゲノム編集技術の現状と将来 (2020)
  • 著者名/発表者名: 佐久間 哲史
  • 学会等名: 第79回日本癌学会学術総会
  • 招待講演
• [学会発表] ゲノム編集および関連技術の最新開発動向 (2019)
  • 著者名/発表者名: 佐久間 哲史
  • 学会等名: 第60回日本生化学会 中国・四国支部例会
  • 招待講演
• [学会発表] ゲノム編集および関連技術の最新開発動向 (2019)
  • 著者名/発表者名: 佐久間 哲史
  • 学会等名: 第442回川崎医学会講演会
  • 招待講演
• [学会発表] 最先端バイオテクノロジー “ゲノム編集”の研究開発動向 (2019)
  • 著者名/発表者名: 佐久間 哲史
  • 学会等名: 令和元年度 広島バイオフォーラム
  • 招待講演
• [図書] 完全版 ゲノム編集実験スタンダード (2019)
  • 著者名/発表者名: 山本 卓、佐久間 哲史
  • 総ページ数: 386
  • 出版者: 羊土社
  • ISBN: 475812244X
• [備考] 広島大学 分子遺伝学研究室
  • URL: http://www.mls.sci.hiroshima-u.ac.jp/smg/index.html