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2015 年度 実績報告書

ゲノム編集技術を駆使した疾患モデル両生類作製法の確立

研究課題

研究課題/領域番号 15J05833
研究機関広島大学

研究代表者

坂根 祐人  広島大学, 理学研究科, 特別研究員(DC1)

研究期間 (年度) 2015-04-24 – 2018-03-31
キーワードゲノム編集 / CRISPR-Cas9 / ネッタイツメガエル / 疾患モデル
研究実績の概要

近年、ヒト疾患メカニズムの解明や創薬開発に両生類であるツメガエルの有用性が期待されている。本研究では、ゲノム編集技術を用いた高度な遺伝子改変により、ヒト疾患研究の新しいモデルとなる遺伝子改変ツメガエルの作製技術確立を目的としている。
当該年度は2倍体であり、遺伝学的アプローチの利用できるネッタイツメガエルにおいて、ゲノム編集法を用いた遺伝子改変(ノックアウト・ノックイン)技術の確立を行った。高効率な遺伝子改変を目指し、当生物種におけるゲノム編集実験プロトコールの最適化を行った。まず初めに、色素合成に関する遺伝子のノックアウトをモデル実験系としてCRISPR-Cas9システムの有効性を検討した。表現型解析および次世代シークエンサーを用いた遺伝子型解析の結果、Cas9 mRNAおよびタンパク質インジェクションにより、非常に高い標的遺伝子への変異導入に成功した。Cas9 mRNAやguide RNAの合成、および変異導入効率やオフターゲット解析法を検討し、当世代(F0)胚による簡便かつ高効率な遺伝子ノックアウトプロトコールを確立した。続いて、疾患モデルツメガエルの作製に向けてノックイン技術の開発を行った。様々な条件検討の中で、マイクロホモロジー媒介末端連結を利用したノックイン法がネッタイツメガエルにおいて有効であることが示唆された。そこで、このストラテジーのもと、CRISPR-Cas9とドナーベクターをネッタイツメガエル受精卵に導入し、変異型疾患遺伝子 cDNAを標的遺伝子のイントロンにノックインする実験を行った。標的領域への疾患型遺伝子cDNAのノックインが確認された個体に関しては性成熟させ、次世代を得る予定である。

現在までの達成度 (区分)
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

本研究遂行に必須の技術であるCRISPR-Cas9システムのネッタイツメガエルにおける条件検討が十分にできた。特にノックアウトに関する研究結果は、予想外の良い成果が得られ、国際学術誌Genes to Cells誌に発表した。また、マイクロホモロジー媒介末端連結を利用したノックイン法の有効性がネッタイツメガエルでも示され、疾患モデル開発にもおおよそのめどがついたと考える。

今後の研究の推進方策

疾患モデル作製のためのノックイン手法において、当初予定していた一本鎖オリゴヌクレオチドを用いた相同組換えによる方法は非常に困難であることがわかった。これはツメガエル初期胚においては相同組換え活性が低いことが原因と考える。これに代わる手法としてドナーベクターを用いたマイクロホモロジー媒介末端連結依存的なノックインストラテジーが有効であることが示唆されたため、今後はこの方法を主として研究を展開していく。また、ゲノム編集ツールを導入した当世代ではモザイク性の問題があるため、疾患モデルとしての解析には次世代個体を産出することが必要であるため、得られたF0個体の飼育が重要となる。

  • 研究成果

    (8件)

すべて 2016 2015 その他

すべて 雑誌論文 (3件) (うち国際共著 1件、 査読あり 3件、 オープンアクセス 3件、 謝辞記載あり 1件) 学会発表 (3件) 図書 (1件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] In vivo tracking of histone H3 lysine 9 acetylation in Xenopus laevis during tail regeneration.2016

    • 著者名/発表者名
      Suzuki M, Takagi C, Miura S, Sakane Y, Suzuki M, Sakuma T, Sakamoto N, Endo T, Kamei Y, Sato Y, Kimura H, Yamamoto T, Ueno N, Suzuki KT.
    • 雑誌名

      Genes to Cells

      巻: 21(4) ページ: 358-369

    • DOI

      DOI: 10.1111/gtc.12349

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Rapid and efficient analysis of gene function using CRISPR-Cas9 in Xenopus tropicalis founders2016

    • 著者名/発表者名
      Shigeta, Mitsuki; Sakane, Yuto; Iida, Midori; Suzuki, Miyuki; Kashiwagi, Keiko; Kashiwagi, Akihiko; Fujii, Satoshi; Yamamoto, Takashi; Suzuki, Ken-ichi
    • 雑誌名

      Genes to Cells

      巻: in press ページ: in press

    • DOI

      DOI: 10.1111/gtc.12379

    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] The Expression of TALEN before Fertilization Provides a Rapid Knock-Out Phenotype in Xenopus laevis Founder Embryos2015

    • 著者名/発表者名
      Miyamoto K, Suzuki KT, Suzuki M, Sakane Y, Sakuma T, Herberg S, Simeone A, Simpson D, Jullien J, Yamamoto T, Gurdon JB.
    • 雑誌名

      PLOS ONE

      巻: 10(11) ページ: e0142946

    • DOI

      DOI:10.1371/journal.pone.0142946

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] 両生類研究におけるゲノム編集技術の現状と今後2015

    • 著者名/発表者名
      坂根祐人・山本卓・鈴木賢一
    • 学会等名
      第9回日本ツメガエル研究集会
    • 発表場所
      秋田県秋田市
    • 年月日
      2015-09-13 – 2015-09-15
  • [学会発表] Genome editing reveals a novel function of keratin in fin formation in Xenopus2015

    • 著者名/発表者名
      Yuto Sakane, Tetsushi Sakuma, Keiko Kashiwagi, Yukiko Isoyama, Akihiko Kashiwagi, Makoto Mochii, Takashi Yamamoto, Ken-ichi Suzuki
    • 学会等名
      第一回次世代両生類研究会
    • 発表場所
      愛知県岡崎市
    • 年月日
      2015-08-24 – 2015-08-25
  • [学会発表] 両生類研究におけるゲノム編集技術の現状と今後2015

    • 著者名/発表者名
      坂根祐人・山本卓・鈴木賢一
    • 学会等名
      中四国再生生物学シンポジウム『次世代型器官再生生物学の発展』
    • 発表場所
      岡山県岡山市
    • 年月日
      2015-08-05 – 2015-08-05
  • [図書] 進化するゲノム編集 第2編 第2章 第2節 ツメガエルにおける編集2015

    • 著者名/発表者名
      坂根祐人・山本卓・鈴木賢一
    • 総ページ数
      179-189
    • 出版者
      (株)エヌ・ティー・エス
  • [備考] ゲノム編集技術と発生工学を組み合わせた 効率の良い遺伝子改変動物の作出方法を開発

    • URL

      http://www.hiroshima-u.ac.jp/top/koho_press/press/h2701-12/p_0aki0u.html

URL: 

公開日: 2016-12-27  

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