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2017 年度 実施状況報告書

マウス歯根形成端周囲組織への直接的遺伝子導入法(GTPT)の開発と応用

研究課題

研究課題/領域番号 16K11810
研究機関鹿児島大学

研究代表者

窪田 直子  鹿児島大学, 医歯学域歯学系, 助教 (40569810)

研究分担者 佐藤 正宏  鹿児島大学, 医用ミニブタ・先端医療研究開発センター, 教授 (30287099)
稲田 絵美  鹿児島大学, 医歯学域附属病院, 助教 (30448568)
野口 洋文  琉球大学, 医学(系)研究科(研究院), 教授 (50378733)
齊藤 一誠  新潟大学, 医歯学系, 准教授 (90404540)
研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2019-03-31
キーワード生体内遺伝子導入 / PiggyBacシステム / CRISPR/Cas9
研究実績の概要

本研究では、ヒトの歯根形成に関わる遺伝子の探索、その機能解明を最終目標として、独自に開発した方法を用いて幼若マウスの歯根形成端周囲組織に遺伝子(DNA)を直接注入することで、歯根形成に重要とされるFGF-10やIGF-Iの機能をin vivoで模索する。また、トランスポゾンを用いた導入遺伝子の宿主染色体への挿入による遺伝子発現の定着化、最近開発された次世代型KO技術による標的遺伝子のKOの可能性を探る。
具体的には、幼若(生後15日頃)B6C3F1メスマウスの歯根形成端周囲組織に遺伝子(DNA)を注入し、直ちに注入部位周辺を電極で囲み、電気穿孔をかける方法(gene transfer to peripheral tissues surrounding tooth、 GTPTと呼ぶ)を用いる。in vivoにおける歯根形成端周囲組織での持続的遺伝子発現法を確立するため、外来遺伝子を10~100倍の効率で宿主細胞ゲノムに組み込ませることが可能なpiggyBac(PB)トランスポゾンシステムを用いて、導入遺伝子を導入部位で長く存在させ、持続的な発現を実現させることを目指す。一方、ゲノム編集法の一つCRISPR/Cas9系の核酸を導入し、生体内で標的遺伝子のKOが可能かを明らかにする。
平成28年度にはPBシステムによる遺伝子の長期持続発現に関する検討を行い、初代乳歯歯髄細胞に蛍光遺伝子(EGFP cDNA)内蔵のトランスポゾンと transposase発現ベクターをNeon electroporation system(Invitrogen社)を用い共遺伝子導入を行った。その結果、効率的な遺伝子導入安定株の取得、導入遺伝子の長期発現が認められ、PBシステムの有効性が確認された。

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

平成29年度は、前年度のPBシステムによる遺伝子導入実験を継続し、in vivoにおける歯根形成端周囲組織での持続的遺伝子(EGFP cDNA)発現を検討した。その結果、遺伝子導入後1週間、1.5ヶ月を経過しても遺伝子発現の程度は導入後1日目に較べると格段に低下するが、持続的なEGFP発現を認めた。更に、導入遺伝子の存在も歯根形成端周囲組織から抽出したゲノムDNAを用いたPCRで確認した。一方、標的遺伝子を破壊するためのCRISPR/Cas9系の作動性もヒトやブタの培養細胞を用いて検討した。標的遺伝子には、dentin形成に重要とされるdentin sialophosphoprotein(Dspp)遺伝子を選んだ。Cas9とgRNA(Dspp遺伝子を標的としたguide RNA)を同時に発現するベクターpCGSap1-Dsppを構築し、これと hygromycin B耐性遺伝子発現ベクター + EGFP発現ベクターをヒト乳歯歯髄細胞に共遺伝子導入した。その後、細胞をhygromycin Bで選別。薬剤耐性株を取得した。この中には、pCGSap1-Dsppも導入され、宿主細胞ゲノム内のDspp遺伝子が破壊されることを期待し、ゲノム解析を行ったが、Dspp遺伝子に変異は認められなかった。おそらく、用いたgRNAがうまく機能しなかったと推定される。しかし、ブタ細胞では他のgRNAを用いて標的遺伝子破壊に成功している(Sato et al., Int. J. Mol. Sci. 2017, 18, 2610)。故に、CRISPR/Cas9系を稼働させるための条件設定もその作動性も経験し、本番たるGTPTを用いたin vivoゲノム編集に十分準備が整った。

今後の研究の推進方策

H30年度は、Cas9、gRNA(FGF-10やIGF-I 遺伝子を標的としたguide RNA)、ZsGreen蛍光遺伝子を同時に発現するベクター(pCas9/ZsGreen/FGF10 or pCas9/ZsGreen/IGF1)を構築し、幼若B6C3F1メスマウスにGTPT法にて導入する。遺伝子導入1週目にて注入組織を採取し、目的遺伝子の変異の有無、その発現の有無を分子生物学的、免疫組織化学的に調べる。一方、GTPTにて導入された PB系ベクターの歯根形成端周囲組織における発現を組織学的に検討する、PB系ベクターが当該組織ゲノムにPBのAATT認識配列を介してintegrationされているかをSplinkerette-PCRにて確認する。

次年度使用額が生じた理由

平成30年度以降は分子生物学的解析や組織標本作製を行う機会が増える見込みである。そのため、次年度使用額として翌年度分に助成金を請求した。
平成30年度の研究費使用計画は以下の通りである。
物品費:細胞培養用試薬、分子生物学用酵素、大腸菌培養用試薬等の消耗品、旅費:日本小児歯科学会、歯科基礎医学会学術大会の参加と研究打ち合わせ、謝金:研究補助の謝金、その他、論文校正料、投稿料を計上した。

  • 研究成果

    (14件)

すべて 2017

すべて 雑誌論文 (5件) (うち国際共著 1件、 査読あり 4件、 オープンアクセス 5件) 学会発表 (9件) (うち国際学会 3件)

  • [雑誌論文] Intrapancreatic Parenchymal Injection of Cells as a Useful Tool for Allowing a Small Number of Proliferative Cells to Grow In Vivo.2017

    • 著者名/発表者名
      Sato M, Saitoh I, Murakami T, Kubota N, Nakamura S, Watanabe S, Inada E
    • 雑誌名

      International Journal of Molecular Sciences

      巻: 18 ページ: 1678

    • DOI

      10.3390/ijms18081678

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] In situ genome editing method suitable for routine generation of germline modified animal models.2017

    • 著者名/発表者名
      Ohtsuka M, Miura H, Arifin N, Nakamura S, Wada K, Gurumurthy CB, Sato M
    • 雑誌名

      bioRxiv

      巻: なし ページ: 1-27

    • DOI

      https://doi.org/10.1101/172718

    • オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Efficient generation of somatic cell nuclear transfer-competent porcine cells with mutated alleles at multiple target loci by using CRISPR/Cas9 combined with targeted toxin-based selection system.2017

    • 著者名/発表者名
      Sato M, Miyoshi M, Nakamura S, Ohtsuka M, Sakurai T, Watanabe S, Kawaguchi H, Tanimoto A
    • 雑誌名

      International Journal of Molecular Sciences

      巻: 18 ページ: 2610

    • DOI

      10.3390/ijms18122610

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Isolation and characterization of lymphoid enhancer factor-1-positive deciduous dental pulp stem-like cells after transfection with a piggyBac vector containing LEF1 promoter-driven selection markers.2017

    • 著者名/発表者名
      Murakami T, Saitoh I, Sato M, Inada E, Soda M, Oda M, Domon H, Iwase Y, Sawami T, Matsueda K, Terao Y, Ohshima H, Noguchi H, Hayasaki H
    • 雑誌名

      Archives of Oral Biology

      巻: 81 ページ: 110-120

    • DOI

      10.1016/j.archoralbio

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Noninheritable Maternal Factors Useful for Genetic Manipulation in Mammals. In Oocytes: Maternal Information and Functions.2017

    • 著者名/発表者名
      Sakurai T, Shindo T, Sato M
    • 雑誌名

      Results and Problems in Cell Differentiation

      巻: 63 ページ: 495-510

    • DOI

      10.1007/978-3-319-60855-6_21

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Improved GONAD (i-GONAD) (I) as ex vivo manipulation-free genome-editing system allowing efficient knock-out, large deletion, and knock-in.2017

    • 著者名/発表者名
      Ohtsuka M, Miura H, Gurumurthy CB, Sato M
    • 学会等名
      14th Transgenic Technology Meeting (TT2017)
    • 国際学会
  • [学会発表] Improved GONAD (i-GONAD) (II): usefulness of rhodamine-dextran for monitoring thesuccess of the GONAD and of gonadotrophin-based regulation of the timing for the GONAD.2017

    • 著者名/発表者名
      Sato M, Nakamura S, Gurumurthy CB, Watanabe S, Ohtsuka M
    • 学会等名
      14th Transgenic Technology Meeting (TT2017)
    • 国際学会
  • [学会発表] Development of a mouse model suitable for in vivo genome editing efficiency studies.2017

    • 著者名/発表者名
      Miura H, Inagaki Y, Gurumurthy CB, Sato M, Ohtsuka M
    • 学会等名
      14th Transgenic Technology Meeting (TT2017)
    • 国際学会
  • [学会発表] 卵管内受精卵を標的とした生体内ゲノム編集法(GONAD)習得のための2日間プロトコール2017

    • 著者名/発表者名
      大塚正人、中村伸吾、Channabasavaiah B. Gurumurthy、Naomi Arifin、Md Atiqul Islam、三浦浩美、佐藤正宏
    • 学会等名
      第51回日本実験動物技術者協会総会
  • [学会発表] 少数個の増殖性細胞の体内増殖を可能とする新規マウス膵臓内細胞移植法2017

    • 著者名/発表者名
      佐藤正宏、齋藤一誠、村上智哉、窪田直子、中村伸吾、渡部聡、稲田絵美
    • 学会等名
      第40回日本分子生物学会年会
  • [学会発表] 新たなゲノム編集技術GONAD法を用いた遺伝子改変ラットの作製法2017

    • 著者名/発表者名
      小林朋絵、難波真澄、古家野孝行、佐藤正宏、大塚正人、松山誠
    • 学会等名
      第40回日本分子生物学会年会
  • [学会発表] In vivoゲノム編集効率評価系モデルマウスの開発2017

    • 著者名/発表者名
      三浦浩美、稲垣豊、佐藤正宏、大塚正人
    • 学会等名
      第40回日本分子生物学会年会
  • [学会発表] 簡便なゲノム編集マウス作製法 GONAD 法を用いたアルビノマウスのレスキュー実験2017

    • 著者名/発表者名
      高林秀次、青島拓也、佐藤正宏、大塚正人
    • 学会等名
      第40回日本分子生物学会年会
  • [学会発表] 稲田 絵美, 齊藤 一誠, 窪田 直子, 村上 智哉, 左右田 美樹, 澤味 規, 松枝 一成, 早崎 治明, 山崎 要一, 佐藤 正宏2017

    • 著者名/発表者名
      遺伝子工学的手法による不死化ヒト乳歯歯髄細胞株の樹立と特性解析
    • 学会等名
      第55回日本小児歯科学会大会

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公開日: 2018-12-17  

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