医療応用を目指すゲノム編集結果の１細胞解析

• 研究課題/領域番号: 20K21409
• 研究種目: 挑戦的研究(萌芽)
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 中区分43:分子レベルから細胞レベルの生物学およびその関連分野
• 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)
• 研究期間 (年度): 2020-07-30 – 2022-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2021年度)
• 配分額: 6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円); 2021年度: 3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円); 2020年度: 3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円)
• キーワード: ゲノム編集 / HDR / NHEJ / Cas9 / HypaCas9 / １細胞 / SPiS / HR

研究開始時の研究の概要

人を含むあらゆる生物種の遺伝情報の改変を可能にするゲノム編集は、医療への応用が期待されている。しかし実際には、例えばある遺伝子異常を修正するゲノム編集を試みても、その遺伝子を破壊してしまう副産物としての編集も起きてしまう。ゲノム編集の医療応用には、こうした複数の種類のゲノム編集が、どのような組み合わせと頻度で個々の細胞に起きるかの把握が必要不可欠である。そこで我々は、ゲノム編集を行った細胞集団から１細胞由来のクローンを多数単離し、解析することで、ゲノム編集結果の１細胞レベルの解明を目指す。

研究成果の概要

CRISPR-Casによるゲノム編集は、科学、医学、農業などの分野に革命をもたらした。しかし、ゲノム編集結果は細胞集団でしか解析されておらず、１細胞中での解析が正確なゲノム編集の影響の評価に重要である。
そのため、我々はヒト細胞のクローンを効率的に単離する手法を開発し、合計で2,600個以上のクローンに起きたゲノム編集結果を解析した。その結果、各細胞においてゲノム編集は全く起こらないか、もしくは全ての標的配列に起きるかの二者択一性を持つことが明らかとなった。挿入・欠失の誘導だけではなく、組換えによるゲノム編集でも同様の二者択一性が認められた。

研究成果の学術的意義や社会的意義

あらゆる細胞の遺伝情報の改変を可能にするゲノム編集は、様々な分野に革命をもたらしている。しかし、これまでのゲノム編集結果解析手法は、細胞を集団として扱うことしかできず、細胞１つ１つに何が起きたかを知ることは難しかった。そこで我々は、細胞１つ１つを単離し、そこから増えてきた細胞を解析し、各細胞に起きたゲノム編集結果を明らかにした。その結果、全くゲノム編集が起こらない細胞が多く観察された。一方で、編集が起きた細胞では編集されうる遺伝子が全て編集されている場合が多かった。このように、ゲノム編集が全く起こらないか、起きるのであれば全ての標的遺伝子が編集される、という二者択一性を初めて明らかにした。

研究成果

• [国際共同研究] Gladstone Institutes/University of Washington/Cincinnati Children's Hospital(米国)
• [国際共同研究] Gladstone Insitutes(米国)
• [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] 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/