医療応用のための非ランダムなゲノム編集技術の開発

• 研究課題/領域番号: 20H03442
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分48040:医化学関連
• 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, 疾患制御研究分野, プロジェクトリーダー (20549521)
• 研究分担者: 加藤 朋子 公益財団法人東京都医学総合研究所, 疾患制御研究分野, 研究員 (10638802) ; 高橋 剛 公益財団法人東京都医学総合研究所, 疾患制御研究分野, 研究員 (70802817)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2023-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2022年度)
• 配分額: 17,680千円 (直接経費: 13,600千円、間接経費: 4,080千円); 2022年度: 5,980千円 (直接経費: 4,600千円、間接経費: 1,380千円); 2021年度: 5,070千円 (直接経費: 3,900千円、間接経費: 1,170千円); 2020年度: 6,630千円 (直接経費: 5,100千円、間接経費: 1,530千円)
• キーワード: ゲノム編集 / Cas9 / Cas12a / HDR / NHEJ / HR / 欠失導入 / DNA組換え

研究開始時の研究の概要

遺伝情報であるDNAを、人を含むあらゆる生物種で操作できるゲノム編集には、医療応用に向けて大きな期待が寄せられている。しかしその実現には、標的配列を常に狙い通りに改変できる、高い再現性が必要である。しかし日進月歩の技術革新をもってしても、未だ目的のDNA配列改変のみが得られるゲノム編集技術は存在しない。そこで私達は、[1] ゲノム中の不要な配列を除去できる欠失と、[2] 望む配列を持つDNAとゲノムDNAを高い効率で組換える技術を開発する。さらに、本研究をゲノム編集の幅広い医療応用への新たな架け橋とするために、患者由来iPS細胞とモデルマウスを用いて、筋ジストロフィー治療を実施する。

研究成果の概要

ゲノム編集の中心的技術であるCRISPR-Casは、guide RNA (gRNA)が標的配列特異的に、Cas nucleaseによるDNA切断を誘導することでゲノムを編集するが、標的DNA配列において、不確定性を排除し、再現性の高い編集を可能にすることが、ゲノム編集技術に残された大きな課題であった。本研究では、Cas12aによるdual cleavage、DNA組換えによるゲノム編集を促進する因子の同定という２つのアプローチによって、それぞれ予測通りの欠失変異の導入、設計した鋳型DNA通りの配列へのDNA組換えによる編集をそれぞれ促進した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

ゲノム編集は、DNA配列の改変という基本的に同一の反応を介して、全ての遺伝性疾患への究極の治療法となる可能性を持つ。しかし、ゲノム中の標的とする部分以外のDNAを不必要に変化させない正確さが重要である。本研究では、標的とするDNA配列において、ゲノム編集によって生じるランダムな改変を抑え、設計通りの編集を起こすためにより優れた条件を同定したため、ゲノム編集の医療応用に貢献する可能性がある。

研究成果

• [国際共同研究] University of California, San Francisco/Harvard University/National Institute of Health(米国)
• [国際共同研究] Gladstone Institutes/University of Washington/Cincinnati Children's Hospital(米国)
• [国際共同研究] Gladstone Institutes(米国)
• [雑誌論文] In Vivo Delivery of Therapeutic Molecules by Transplantation of Genome-Edited Induced Pluripotent Stem Cells (2023)
  • 著者名/発表者名: Nakajima Ittetsu、Tsukimura Takahiro、Ono Terumi、Shiga Tomoko、Shitara Hiroshi、Togawa Tadayasu、Sakuraba Hitoshi、Miyaoka Yuichiro
  • 雑誌名: Cell Transplantation 巻: 32 ページ: 1-11
  • DOI: 10.1177/09636897231173734
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Granulin loss of function in human mature brain organoids implicates astrocytes in TDP-43 pathology (2023)
  • 著者名/発表者名: de Majo Martina、Koontz Mark、Marsan Elise、Salinas Nir、Ramsey Arren、Kuo Yien-Ming、Seo Kyounghee、Li Huinan、Drager Nina、Leng Kun、Gonzales Santiago L.、Kurnellas Michael、Miyaoka Yuichiro、Klim Joseph R.、Kampmann Martin、Ward Michael E.、Huang Eric J.、Ullian Erik M.
  • 雑誌名: Stem Cell Reports 巻: 18 号: 3 ページ: 706-719
  • DOI: 10.1016/j.stemcr.2023.01.012
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Genome editing is induced in a binary manner in single human cells (2022)
  • 著者名/発表者名: Takahashi Gou、Kondo Daiki、Maeda Minato、Morishita Yuji、Miyaoka Yuichiro
  • 雑誌名: iScience 巻: 25 号: 12 ページ: 105619-105619
  • DOI: 10.1016/j.isci.2022.105619
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Retinoids rescue ceruloplasmin secretion and alleviate oxidative stress in Wilson’s disease-specific hepatocytes (2022)
  • 著者名/発表者名: Song Dan、Takahashi Gou、Zheng Yun-Wen、Matsuo-Takasaki Mami、Li Jingyue、Takami Miho、An Yuri、Hemmi Yasuko、Miharada Natsumi、Fujioka Tsuyoshi、Noguchi Michiya、Nakajima Takashi、Saito Megumu K、Nakamura Yukio、Oda Tatsuya、Miyaoka Yuichiro、Hayashi Yohei
  • 雑誌名: Human Molecular Genetics 巻: 31 号: 21 ページ: 3652-3671
  • DOI: 10.1093/hmg/ddac080
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Genome Editing Is Induced in a Binary Manner in Single Human Cells (2022)
  • 著者名/発表者名: Takahashi Gou、Kondo Daiki、Maeda Minato、Morishita Yuji、Miyaoka Yuichiro
  • 雑誌名: bioRxiv 巻: -
  • DOI: 10.1101/2022.03.04.482947
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] Gain-of-function cardiomyopathic mutations in RBM20 rewire splicing regulation and re-distribute ribonucleoprotein granules within processing bodies (2021)
  • 著者名/発表者名: Fenix AM, Miyaoka Y, Bertero A, Blue SM, Spindler MJ, Tan KKB, Perez-Bermejo JA, Chan AH, Mayerl SJ, Nguyen TD, Russell CR, Lizarraga PP, Truong A, So PL, Kulkarni A, Chetal K, Sathe S, Sniadecki NJ, Yeo GW, Murry CE, Conklin BR, Salomonis N.
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 12 号: 1 ページ: 6324-6324
  • DOI: 10.1038/s41467-021-26623-y
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] CRISPR-Cas9とその医療応用 (2021)
  • 著者名/発表者名: 中島 一徹、宮岡 佑一郎
  • 雑誌名: 臨床免疫・アレルギー科 巻: 76 ページ: 437-442
  • NAID: 40022718383
• [雑誌論文] Rapid, precise quantification of large DNA excisions and inversions by ddPCR (2020)
  • 著者名/発表者名: Watry Hannah L.、Feliciano Carissa M.、Gjoni Ketrin、Takahashi Gou、Miyaoka Yuichiro、Conklin Bruce R.、Judge Luke M.
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 10 号: 1 ページ: 14896-14896
  • DOI: 10.1038/s41598-020-71742-z
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] Genome editing is induced in a binary manner in single human cells. (2022)
  • 著者名/発表者名: Takahashi G, Kondo D, Maeda M, Morishita Y, Miyaoka Y
  • 学会等名: Cold Spring Harbor Laboratory Meeting, GENOME ENGINEERING: CRISPR FRONTIERS
  • 国際学会
• [学会発表] ウィルソン病特異的iPS細胞由来肝細胞におけるセルロプラスミン分泌と酸化ストレスに対するレチノイン酸の効果 (2022)
  • 著者名/発表者名: 林 洋平、宋 丹、高橋 剛、宮岡 佑一郎
  • 学会等名: 日本人類遺伝学会第67回大会
• [学会発表] 高精度改変型Cas9によるHDR亢進因子の探索 (2022)
  • 著者名/発表者名: 小野 輝美、加藤 朋子、宮岡 佑一郎
  • 学会等名: 第45回日本分子生物学会年会
• [学会発表] ヒト１細胞中でゲノム編集は同時多発的に誘導される (2022)
  • 著者名/発表者名: 高橋 剛、近藤 大輝、前田 湊、森下 祐至、宮岡 佑一郎
  • 学会等名: 日本ゲノム編集学会第7回大会
• [学会発表] CRISPR-Cas9による相同組換え修復(HDR)を亢進する因子の探索 (2022)
  • 著者名/発表者名: 加藤 朋子、宮岡 佑一郎
  • 学会等名: 日本ゲノム編集学会第7回大会
• [学会発表] iPS細胞でのゲノム編集技術応用 (2022)
  • 著者名/発表者名: 宮岡 佑一郎
  • 学会等名: 第21回日本再生医療学会総会
  • 招待講演
• [学会発表] Retinoids rescue ceruloplasmin secretion and alleviate oxidative stress in steatosis models of Wilson’s disease-specific hepatocytes. (2021)
  • 著者名/発表者名: Dan Song, Gou Takahashi, Yun-Wen Zheng, Mami Matsuo-Takasaki, Jingyue Li, Miho Takami, Yuri An, Yasuko Hemmi, Natsumi Miharada, Tsuyoshi Fujioka, Michiya Noguchi, Takashi Nakajima, Megumu K Saito, Yukio Nakamura, Tatsuya Oda, Yuichiro Miyaoka, Yohei Hayashi
  • 学会等名: Cold Spring Harbor-Asia, Liver Development, Metabolism, Disease & Cancer Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] On-chip SPiSによる１細胞レベルゲノム編集結果解析 (2021)
  • 著者名/発表者名: 近藤 大輝、高橋 剛、森下 祐至、宮岡 佑一郎
  • 学会等名: 日本ゲノム編集学会第6回大会
• [学会発表] CRISPR-Cas9によるゲノム編集結果の１細胞レベル解析 (2021)
  • 著者名/発表者名: 近藤 大輝、高橋 剛、森下 祐至、前田 湊、宮岡 佑一郎
  • 学会等名: 第44回日本分子生物学会年会
• [学会発表] CRISPR-Cas9システムを基盤とした相同組換えによる修復(HDR)亢進因子の新規探索 (2021)
  • 著者名/発表者名: 加藤 朋子、高橋 剛、宮岡 佑一郎
  • 学会等名: 第44回日本分子生物学会年会
• [学会発表] Immunodeficient Mouse Model of Fabry Disease for Development of New Cell Therapy (2021)
  • 著者名/発表者名: 中島 一徹、月村 考宏、兎川 忠靖、櫻庭 均、宮岡 佑一郎
  • 学会等名: 日本ゲノム編集学会第6回大会
• [学会発表] Profiling of deletion mutagenesis by CRISPR-Cas12a dual cleavage (2021)
  • 著者名/発表者名: 高橋 剛、森 秀人、石黒 宗、谷内江 望、宮岡 佑一郎
  • 学会等名: 日本ゲノム編集学会第6回大会
• [学会発表] 一細胞内で生じるCRISPR-Cas9によるゲノム編集結果の解析 (2021)
  • 著者名/発表者名: 近藤 大輝、高橋 剛、森下 祐至、宮岡 佑一郎
  • 学会等名: 日本ゲノム編集学会第6回大会
• [学会発表] 雄優勢的長毛形質におけるFgf5の変異アレル効果 (2021)
  • 著者名/発表者名: 高橋 諒、高橋 剛、下井 岳、亀山 祐一、佐藤 正宏、大塚 正人、和田 健太
  • 学会等名: 第68回日本実験動物学会総会
• [学会発表] Adsマウスの優性白斑における責任遺伝子の同定 (2021)
  • 著者名/発表者名: 落合 弘光、高橋 剛、張 了了、福村 啓文、下井 岳、亀山 祐一、松島 芳文、和田 健太
  • 学会等名: 第68回日本実験動物学会総会
• [学会発表] ゲノム編集 －基礎から応用まで－ (2020)
  • 著者名/発表者名: 宮岡 佑一郎
  • 学会等名: 第47回 日本小児栄養消化器肝臓学会学術集会
  • 招待講演
• [学会発表] Genome editing outcomes induced by CRISPR/Cas9 in single cells (2020)
  • 著者名/発表者名: 近藤 大輝、高橋 剛、森下 祐至、宮岡 佑一郎
  • 学会等名: 第43回 日本分子生物学会年会
• [学会発表] Immunodeficient Mouse Model of Fabry Disease for Development of New Cell Therapy (2020)
  • 著者名/発表者名: 中島 一徹、宮岡 佑一郎
  • 学会等名: 第43回 日本分子生物学会年会
• [図書] ゲノム編集技術～実験上のポイント／産業利用に向けた研究開発動向と安全性周知 (2023)
  • 著者名/発表者名: 宮岡 佑一郎 他著者40名
  • 総ページ数: 315
  • 出版者: 情報機構
  • ISBN: 9784865022421
• [図書] ゲノム編集技術を応用した製品開発とその実用化 (2021)
  • 著者名/発表者名: 執筆者:96名（分担執筆者：宮岡 佑一郎）、技術情報協会
  • 総ページ数: 602
  • 出版者: 技術情報協会
  • ISBN: 9784861048272
• [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 ウェブサイト
  • URL: https://www.igakuken-regmed.com/
• [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 ウェブサイト
  • URL: https://www.igakuken-regmed.com/