遺伝子発現を長期間誘導できるヒットエンドラン型エピゲノム編集法の開発

• 研究課題/領域番号: 23K05727
• 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43050:ゲノム生物学関連
• 研究機関: 群馬大学
• 研究代表者: 森田 純代 群馬大学, 生体調節研究所, 助教 (40589264)
• 研究分担者: 堀居 拓郎 群馬大学, 生体調節研究所, 准教授 (00361387)
• 研究期間 (年度): 2023-04-01 – 2026-03-31
• 研究課題ステータス: 交付 (2023年度)
• 配分額: 4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円); 2025年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円); 2024年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円); 2023年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
• キーワード: エピゲノム編集 / エピジェネティクス

研究開始時の研究の概要

特定の遺伝子の発現を増強させる技術は、基礎研究や疾患治療、および創薬の研究において極めて重要である。エピゲノム編集により特定遺伝子の発現制御が可能となったが、長期維持できないことが問題であった。本研究ではこの問題を克服するために、転写因子、またはDNAメチル化やヒストンを修飾するエピゲノム修飾酵素を組み合わせたエピゲノム編集システムを一過的に働かせることで、標的遺伝子の発現を長期間安定して上昇させるシステム（ヒットエンドラン型エピゲノム編集法）を開発する。さらにこのシステムを脂質ナノ粒子（lipid nano particles, LNP）による導入法でin vivoで応用できることを目指す。

研究実績の概要

これまでに遺伝子発現を増強させるシステムは多数開発されているが、長期にわたって遺伝子発現を維持できるシステムはまだできていない。そこで本研究では、転写因子、DNAメチル化、ヒストン修飾酵素を組み合わせたエピゲノム編集システムを一過的に働かせることで、標的遺伝子の発現を長期間安定して上昇させるシステム（ヒットエンドラン型エピゲノム編集法）を開発することを目的とする。DNAの脱メチル化を誘導するTET1、転写因子であるVP64、活性型のヒストン修飾酵素を組み合わせて、安定して遺伝子が転写できるクロマチンの状態を形成し、標的遺伝子が長期間安定して発現を上昇させることを目指す。本年度は
SunTagシステムにおいて、TET1、VP64と活性型ヒストン修飾酵素の組み合わせにより遺伝子発現に最も効果のある組み合わせを探した。活性型ヒストン修飾酵素として、H3K4me3、H3K79me3を誘導するヒストン修飾酵素を用い、TET1，VP64と組み合わせた。マウス肝細胞株であるTLR3を用い、これらをトランスフェクションにより一過的にシステムを発現させたのち長期継代しても遺伝子発現が維持されるかについて検討を行った。

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

遺伝子発現が活性化するようなさまざまなヒストン修飾酵素について順調に検討が進んでいる。

今後の研究の推進方策

今後も引き続きTET1、VP64とヒストン修飾酵素の組み合わせにより遺伝子発現に最も効果のある組み合わせを探していく。これらが効率よく機能できるように、システムを構築する予定である。SunTagシステムとSAMシステムを組み合わせた改変システムを開発する予定である。さらにこれらをin vivoで応用していく予定である。

研究成果

• [雑誌論文] A Lipid Nanoparticle-Based Method for the Generation of Liver-Specific Knockout Mice (2023)
  • 著者名/発表者名: Morita Sumiyo、Horii Takuro、Kimura Mika、Kobayashi Ryosuke、Tanaka Hiroki、Akita Hidetaka、Hatada Izuho
  • 雑誌名: International Journal of Molecular Sciences 巻: 24 号: 18 ページ: 14299-14299
  • DOI: 10.3390/ijms241814299
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Aberrant activation of estrogen receptor‐α signaling in Mettl14‐deficient uteri impairs embryo implantation (2023)
  • 著者名/発表者名: Kobayashi Ryosuke、Kawabata‐Iwakawa Reika、Terakawa Jumpei、Sugiyama Makoto、Morita Sumiyo、Horii Takuro、Hatada Izuho
  • 雑誌名: The FASEB Journal 巻: 37 号: 8
  • DOI: 10.1096/fj.202300735r
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Crucial role of iron in epigenetic rewriting during adipocyte differentiation mediated by JMJD1A and TET2 activity (2023)
  • 著者名/発表者名: Suzuki T, Komatsu T, Shibata H, Tanioka A, Vargas D, Kawabata-Iwakawa R, Miura F, Masuda S, Hayashi M, Tanimura-Inagaki K, Morita S, Kohmaru J, Adachi K, Tobo M, Obinata H, Hirayama T, Kimura H, Sakai J, Nagasawa H, Itabashi H, Hatada I, Ito T, Inagaki T.
  • 雑誌名: Nucleic Acids Research 巻: 51 号: 12 ページ: 6120-6142
  • DOI: 10.1093/nar/gkad342
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] ｍRNA-Creを封入したLNPによる肝臓特異的ノックアウトマウスの作製法 (2023)
  • 著者名/発表者名: 森田純代、堀居拓郎、小林 良祐、木村美香、畑田出穂
  • 学会等名: 日本エピジェネティクス研究会
• [学会発表] エピゲノム編集の可能性について：世代間伝達のメカニズム解明にむけての応用 (2023)
  • 著者名/発表者名: 森田純代、堀居拓郎、木村美香、畑田出穂
  • 学会等名: 日本分子生物学会
  • 招待講演