エピゲノム編集技術によるレット症候群の新規治療方法の開発

• 研究課題/領域番号: 22K06896
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分48040:医化学関連
• 研究機関: 金沢大学
• 研究代表者: 堀家 慎一 金沢大学, 疾患モデル総合研究センター, 准教授 (40448311)
• 研究期間 (年度): 2022-04-01 – 2025-03-31
• 研究課題ステータス: 交付 (2023年度)
• 配分額: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円); 2024年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円); 2023年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円); 2022年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
• キーワード: エピゲノム編集 / レット症候群 / MeCP2重複症候群 / DNAメチル化 / エピジェネティクス

研究開始時の研究の概要

レット症候群（RTT)は，主に女児に発症するX連鎖性顕性遺伝病で，乳児期から重度の進行性発達障害をきたし，生涯を通じて治療と療育が必要であり医療ニーズが高いが，未だ有効な治療法がない。そこで本研究では，「X染色体不活化」により不活性化されてはいるが正常な患者の遺伝子を活用するという新たな発想によるRTT治療法の確立を目指す。エピゲノム編集技術を用い，不活性化されている正常なMeCP2遺伝子のエピゲノムを改変し，活性化することで，生理的な遺伝子量に近づける事が可能となる。これにより，RTTに革新的治療をもたらすだけでなく，エピゲノム機構が関連する他の疾患治療への応用を提供することができる。

研究実績の概要

レット症候群（RTT）は，主に女児に発症するX連鎖性顕性遺伝病で，乳児期から重度の進行性発達障害をきたし，生涯を通じて治療と療育が必要であり医療ニーズが高いが，未だ有効な治療法がない。MeCP2が原因遺伝子であり，これらの遺伝子産物の機能的喪失により発症する。いずれの遺伝子もX染色体上にあり，「X染色体不活化」の影響を受け臨床症状の軽重に影響する。また，これら遺伝子のゲノムコピー数の増加はMeCP2重複症候群という重篤な疾患を引き起こすことから，近年発展が目覚ましい遺伝子治療の実現には至っていない。そこで本研究では，「X染色体不活化」により不活性化されてはいるが正常な患者の遺伝子を活用するという新たな発想によるRTT治療法の確立を目指す。本年度は，複数のgRNAの組み合わせによって最大の脱メチル化効果をもたらすものを見出した。また，MeCP2遺伝子の発現に寄与する最小脱メチル化領域を絞り込み，治療に最適なgRNAの組み合わせを決定した。一方，ターゲットとする領域は，ヘテロクロマチン化した不活性化X染色体であり，dCas9-TETのアクセスの効率が悪いことも影響し，期待した脱メチル化率を誘導できなかった。そこで，最近，Cas9のアクセスビリティを向上させるTFDP1遺伝子のノックダウンを併せてエピゲノム編集を行う方法を模索している。また，TFDP1遺伝子以外にもヘテロクロマチンを緩める分子が複数同定されており，それらも含めて不活性化X染色体のアクセスビリティを向上させる方策を検討する。

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

複数のgRNAの組み合わせによって最大の脱メチル化効果をもたらすものを見出したことや，また，MeCP2遺伝子の発現に寄与する最小脱メチル化領域を絞り込み，治療に最適なgRNAの組み合わせを決定したことなどから概ね順調に進展していると考える。

今後の研究の推進方策

これまでのin vitroの系で確立したMeCP2遺伝子の脱メチル化による再活性化をRTTモデルマウスとして，Mecp2遺伝子欠損雌マウスを用いて検証する。また，RTTのiPS細胞のドーパミンニューロンへの分化系において，MeCP2タンパク質/CDKL5タンパク質の発現回復，及びRTT由来iPS細胞のドーパミンニューロンへの分化が正常型に戻るかを検討する。

研究成果

• [国際共同研究] UC Davis(米国)
• [国際共同研究] UC DAVIS(米国)
• [雑誌論文] Epigenetic alterations of 11beta-hydroxysteroid dehydrogenase 1 gene in the adipose tissue of patients with primary aldosteronism (2024)
  • 著者名/発表者名: Takeda Y, Demura M, Kometani M, Karashima S, Aono D, Konishi S, Horike SI, Meguro-Horike M, Yoneda T, Takeda Y.
  • 雑誌名: Endocrine Journal 巻: 71 号: 3 ページ: 245-252
  • DOI: 10.1507/endocrj.EJ23-0103
  • ISSN: 0918-8959, 1348-4540
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Early parental deprivation during primate infancy has a lifelong impact on gene expression in the male marmoset brain (2024)
  • 著者名/発表者名: Shinohara Haruka、Meguro-Horike Makiko、Inoue Takashi、Shimazu Miyuki、Hattori Machiko、Hibino Hitoshi、Fukasawa Kazumasa、Sasaki Erika、Horike Shin-ichi
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 14 号: 1 ページ: 330-330
  • DOI: 10.1038/s41598-023-51025-z
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Identification of two de novo variants causing inherited antithrombin deficiency by quantitative analysis of variant alleles (2024)
  • 著者名/発表者名: Togashi Tomoki、Nagaya Satomi、Meguro-Horike Makiko、Matsumoto Haruto、Imai Yuta、Yamaguchi Koichi、Fujii Yoshinari、Moriya Haruka、Kikuchi Yuika、Yasuda Ibuki、Horike Shin-ichi、Morishita Eriko
  • 雑誌名: Thrombosis Research 巻: 233 ページ: 37-40
  • DOI: 10.1016/j.thromres.2023.11.016
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Targeting cis-regulatory elements of FOXO family is a novel therapeutic strategy for induction of leukemia cell differentiation (2023)
  • 著者名/発表者名: Kurayoshi K, Takase Y, Ueno M, Ohta K, Fuse K, Ikeda S, Watanabe T, Nishida Y, Horike SI, Hosomichi K, Ishikawa Y, Tadokoro Y, Kobayashi M, Kasahara A, Jing Y, Shoulkamy MI, Meguro-Horike M, Kojima K, Kiyoi H, Sugiyama H, Nagase H, Tajima A, Hirao A.
  • 雑誌名: Cell Death Disease 巻: 14 号: 9 ページ: 642-642
  • DOI: 10.1038/s41419-023-06168-2
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Protein S deficiency caused by cryptic splicing due to the novel intron variant c.346+5G>C in PROS1 (2023)
  • 著者名/発表者名: Nagaya Satomi、Togashi Tomoki、Akiyama Masaharu、Imai Yuta、Matsumoto Haruto、Moriya Haruka、Meguro-Horike Makiko、Yasuda Ibuki、Kikuchi Yuika、Kuwajima Yamato、Horike Shin-ichi、Watanabe Atsushi、Morishita Eriko
  • 雑誌名: Thrombosis Research 巻: 229 ページ: 26-30
  • DOI: 10.1016/j.thromres.2023.06.020
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] In vivo recording of suprachiasmatic nucleus dynamics reveals a dominant role of arginine vasopressin neurons in circadian pacesetting (2023)
  • 著者名/発表者名: Tsuno Yusuke、Peng Yubo、Horike Shin-ichi、Wang Mohan、Matsui Ayako、Yamagata Kanato、Sugiyama Mizuki、Nakamura Takahiro J.、Daikoku Takiko、Maejima Takashi、Mieda Michihiro
  • 雑誌名: PLOS Biology 巻: 21 号: 8 ページ: e3002281-e3002281
  • DOI: 10.1371/journal.pbio.3002281
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Nuclear transport surveillance of p53 by nuclear pores in glioblastoma (2023)
  • 著者名/発表者名: Ikliptikawati Dini Kurnia、Hirai Nozomi、Makiyama Kei、Sabit Hemragul、Kinoshita Masashi、Matsumoto Koki、Lim Keesiang、Meguro-Horike Makiko、Horike Shin-ichi、Hazawa Masaharu、Nakada Mitsutoshi、Wong Richard W.
  • 雑誌名: Cell Reports 巻: 42 号: 8 ページ: 112882-112882
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2023.112882
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Renal Pharmacokinetic Adaptation to Cholestasis Causes Increased Nephrotoxic Drug Accumulation by Mrp6 Downregulation in Mice (2023)
  • 著者名/発表者名: Arakawa Hiroshi、Kawanishi Takumi、Shengyu Dai、Nishiuchi Takumi、Meguro-Horike Makiko、Horike Shin-ichi、Sugimoto Masahiro、Kato Yukio
  • 雑誌名: Journal of Pharmaceutical Sciences 巻: 112 号: 12 ページ: 3209-3215
  • DOI: 10.1016/j.xphs.2023.08.008
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] ASH2L, a COMPASS core subunit, is involved in the cell invasion and migration of triple-negative breast cancer cells through the epigenetic control of histone H3 lysine 4 methylation (2023)
  • 著者名/発表者名: Batbayar Gerelsuren、Ishimura Akihiko、Lyu Hanbing、Wanna-udom Sasithorn、Meguro-Horike Makiko、Terashima Minoru、Horike Shin-ichi、Takino Takahisa、Suzuki Takeshi
  • 雑誌名: Biochemical and Biophysical Research Communications 巻: 669 ページ: 19-29
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2023.05.061
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Functional analysis of two abnormal antithrombin proteins with different intracellular kinetics (2023)
  • 著者名/発表者名: Imai Yuta、Nagaya Satomi、Araiso Yuhei、Meguro-Horike Makiko、Togashi Tomoki、Horike Shin-ichi、Kawasaki Hiroshi、Morishita Eriko
  • 雑誌名: Thrombosis Research 巻: 230 ページ: 18-26
  • DOI: 10.1016/j.thromres.2023.08.010
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Potential therapeutic target secretogranin II might cooperate with hypoxia‐inducible factor 1α in sunitinib‐resistant renal cell carcinoma (2023)
  • 著者名/発表者名: Fukumoto Wataru、Yoshino Hirofumi、Horike Shin‐Ichi、Kawakami Issei、Tamai Motoki、Arima Junya、Kawahara Ichiro、Mitsuke Akihiko、Sakaguchi Takashi、Inoguchi Satoru、Meguro‐Horike Makiko、Tatarano Shuichi、Enokida Hideki
  • 雑誌名: Cancer Science 巻: 114 号: 10 ページ: 3946-3956
  • DOI: 10.1111/cas.15914
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] マーモセットの乳仔期における親子分離が脳の遺伝子発現へ与える影響 (2024)
  • 著者名/発表者名: 堀家 慎一
  • 学会等名: 第5回金沢大学子どものこころサミット
• [学会発表] 人工哺育マーモセットの海馬における遺伝子発現解析 (2024)
  • 著者名/発表者名: 篠原晴香，目黒牧子，井上貴史，島津美幸，服部真智子，日比野仁士，深澤一正，佐々木えりか，堀家慎一
  • 学会等名: 第13回 日本マーモセット研究会大会
• [学会発表] 霊長類の乳幼児期における親子分離が脳の遺伝子発現に与える影響 (2024)
  • 著者名/発表者名: 堀家 慎一
  • 学会等名: 第17回自閉症学研究会
• [学会発表] ヒト15q11-13領域のクロマチン脱凝集を司る分子基盤の解明 (2023)
  • 著者名/発表者名: 堀家 慎一，島津 美幸，岡田 源作，Janine M. LaSalle，目黒 牧子
  • 学会等名: 第46回日本分子生物学会年会
• [学会発表] ヒト15q11-13領域のクロマチン脱凝集を司る分子基盤の解明 (2023)
  • 著者名/発表者名: 目黒 牧子，島津 美幸，岡田 源作，Janine M. LaSalle，堀家 慎一
  • 学会等名: 第7回北陸エピジェネティクス研究会
• [学会発表] マウス，ウサギではなくフェレットとヒトで父性発現を呈するNHP2L1遺伝子の同定 (2023)
  • 著者名/発表者名: 目黒 牧子，島津 美幸，岡田 源作，齋藤 健吾，新明 洋平，西野 光一郎，河崎 洋志，堀家 慎一
  • 学会等名: 日本遺伝学会第95回大会
• [学会発表] 高次脳機能・脳構造の構築に関わるゲノム刷り込み遺伝子の探索 (2023)
  • 著者名/発表者名: 目黒 牧子，島津 美幸，岡田 源作，齋藤 健吾，新明 洋平，西野 光一郎，河崎 洋志，堀家 慎一
  • 学会等名: 第16回日本エピジェネティクス研究会年会
• [学会発表] ヒト15q11-13領域のクロマチン脱凝集を司る分子基盤の解明 (2023)
  • 著者名/発表者名: 堀家 慎一，島津 美幸，岡田 源作，Janine M. LaSalle，目黒 牧子
  • 学会等名: 日本生化学会北陸支部 第41回大会
• [学会発表] エピゲノム編集技術を用いたレット症候群の新規治療法の開発 (2022)
  • 著者名/発表者名: 目黒 牧子, 富田 清良, 岡田 源作, 島津 美幸, 堀家 慎一
  • 学会等名: 第45回日本分子生物学会年会
• [備考] 金沢大学疾患モデル総合研究センター疾患オミクス分野堀家研究室
  • URL: https://chromosome.w3.kanazawa-u.ac.jp/horike/index.html