オンデマンドゲノム編集技術の開発と実験動物学への応用

2020 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 17H01394
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 伊川 正人 大阪大学, 微生物病研究所, 教授 (20304066)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2021-03-31
• キーワード: 実験動物 / ゲノム編集 / ウイルスベクター / CRISPR/cas9 / ES細胞

研究実績の概要

本研究は、オンデマンドゲノム編集システムの開発と、その応用である生殖不全マウスの重点解析を2つの大きな柱にして研究を進めている。さらにサブテーマを設けて目標を明確にし、連携研究者を担当者に配置することで、問題点の早期発見・解決および効率的に研究を推進している。
令和２年度もCRISPR/Cas9 システムゲノム編集システムの改良を進めた。前年度までに、標的20塩基直下のPAM配列として (NGG) ではなく、(NGN) を認識するNGN型Cas9を用いる場合、受精卵ゲノム編集は難しいものの、ES細胞では比較的効率的にゲノム編集できること示していた。令和２年度は、NGN型Cas9が優位性を発揮できる部分として、CAGリピートを対象としたゲノム編集への応用を試みた。ハンチントン病の原因となる140-150近いACGリピートを有するヒト患者由来のHtt遺伝子を有するトランスジェニックマウス系統R6/2の受精卵およびES細胞を樹立して、Cas9-NGを用いたCAG配列の切断と短縮を検討した。その結果、受精卵でCAG短縮は難しいものの、ES細胞ではin frameでCAGリピートが10程度にまで効率よく短縮できることを確認した。さらに、処理ES細胞からキメラマウスを作製した場合には、脳でのハンチンチン凝縮が殆どみられないことを確認した。さらに次世代ではハンチントン病の症状が全くみられなかった。これらの成果を纏め、Cas9-NGを使うことで、CAGリピート病の治療の可能性を示す論文を投稿した（Minor revision）。
また、精巣特異的に発現する遺伝子を多数、KOし、精巣由来で精巣上体の分化制御に働くNELL2や、卵との融合に必須な精子因子を新たに4つ同定し、それぞれ論文発表した。

現在までの達成度 (段落)

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [国際共同研究] Baylor College of Medecine/University of Hawai(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: Baylor College of Medecine/University of Hawai
• [国際共同研究] Seoul National University(韓国)
  • 国名: 韓国
  • 外国機関名: Seoul National University
• [国際共同研究] Institute of Molecular and Cell Biology(シンガポール)
  • 国名: シンガポール
  • 外国機関名: Institute of Molecular and Cell Biology
• [雑誌論文] ARMC12 regulates spatiotemporal mitochondrial dynamics during spermiogenesis and is required for male fertility. (2021)
  • 著者名/発表者名: Shimada K, Park S, Miyata H, Yu Z, Morohoshi A, Oura S, Matzuk MM, Ikawa M.
  • 雑誌名: Proc Natl Acad Sci U S A. 巻: 118 ページ: e2018355118
  • DOI: 10.1073/pnas.2018355118.
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] NAIL: an evolutionarily conserved lncRNA essential for licensing coordinated activation of p38 and NFκB in colitis. (2020)
  • 著者名/発表者名: Akinciar SC, Wu L, Ng QF, Chua JYH, Unal B, Noda T, Chor WHJ, Ikawa M, Tergaonkar V.
  • 雑誌名: Gut. 巻: gutjnl-2020 ページ: 322980
  • DOI: 10.1136/gutjnl-2020-322980.
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] CRISPR/CAS9-mediated amino acid substitution reveals phosphorylation residues of RSPH6A are not essential for male fertility in mice. (2020)
  • 著者名/発表者名: Miyata H, Abbasi F, Visconti PE, Ikawa M.
  • 雑誌名: Biol Reprod. 巻: 103 ページ: 912-914
  • DOI: 10.1093/biolre/ioaa161.
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Knockout of family with sequence similarity 170 member A (Fam170a) causes male subfertility, while Fam170b is dispensable in mice. (2020)
  • 著者名/発表者名: Devlin DJ, Nozawa K, Ikawa M, Matzuk MM.
  • 雑誌名: Biol Reprod. 巻: 103 ページ: 205-222
  • DOI: 10.1093/biolre/ioaa082.
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] CRISPR/Cas9-mediated genome-edited mice reveal 10 testis-enriched genes are dispensable for male fecundity. (2020)
  • 著者名/発表者名: Park S, Shimada K, Fujihara Y, Xu Z, Shimada K, Larasati T, Pratiwi P, Matzuk RM, Devlin DJ, Yu Z, Garcia TX, Matzuk MM, Ikawa M.
  • 雑誌名: Biol Reprod. 巻: 103 ページ: 195-204
  • DOI: 10.1093/biolre/ioaa084.
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] CRISPR/Cas9-based genome editing in mice uncovers 13 testis- or epididymis-enriched genes individually dispensable for male reproduction. (2020)
  • 著者名/発表者名: Sun J, Lu Y, Nozawa K, Xu Z, Morohoshi A, Castaneda JM, Noda T, Miyata H, Abbasi F, Shawki HH, Takahashi S, Devlin DJ, Yu Z, Matzuk RM, Garcia TX, Martin MM, Ikawa M.
  • 雑誌名: Biol Reprod. 巻: 103 ページ: 183-194
  • DOI: 10.1093/biolre/ioaa083.
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] CIB4 Is Essential for the Haploid Phase of Spermatogenesis in Mice. (2020)
  • 著者名/発表者名: Xu Z, Miyata H, Kaneda Y, Castaneda JM, Lu Y, Morohoshi A, Yu Z, Matzuk MM, Ikawa M.
  • 雑誌名: Biol Reprod. 巻: 103 ページ: 235-243
  • DOI: 10.1093/biolre/ioaa059.
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Tmprss12 is required for sperm motility and uterotubal junction migration in mice. (2020)
  • 著者名/発表者名: Larasati T, Noda T, Fujihara Y, Shimada K, Tobita T, Yu Z, Matzuk MM, Ikawa M.
  • 雑誌名: Biol Reprod. 巻: 103 ページ: 254-263
  • DOI: 10.1093/biolre/ioaa060.
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Prss55 but Not Prss51 Is Required for Male Fertility in Mice. (2020)
  • 著者名/発表者名: Kobayashi K, Endo T, Matsumura T, Lu Y, Yu Z, Matzuk MM, Ikawa M.
  • 雑誌名: Biol Reprod. 巻: 103 ページ: 223-234
  • DOI: 10.1093/biolre/ioaa041.
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Knockout of serine-rich single-pass membrane protein 1 (Ssmem1) causes globozoospermia and sterility in male mice. (2020)
  • 著者名/発表者名: Nozawa K, Zhang Q, Miyata H, Devlin DJ, Yu Z, Oura S, Koyano T, Matsuyama M, Ikawa M, Matzuk MM.
  • 雑誌名: Biol Reprod. 巻: 103 ページ: 244-253
  • DOI: 10.1093/biolre/ioaa040.
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] NELL2-mediated lumicrine signaling through OVCH2 is required for male fertility. (2020)
  • 著者名/発表者名: Kiyozumi D, Noda T, Yamaguchi R, Tobita T, Matsumura T, Shimada K, Kodani M, Kohda T, Fujihara Y, Ozawa M, Yu Z, Miklossy G, Bohren MK, Horie M, Okabe M, Matzuk MM, Ikawa M.
  • 雑誌名: Science. 巻: 368 ページ: 1132-1135
  • DOI: 10.1126/science.aay5134.
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Sperm proteins SOF1, TMEM95, and SPACA6 are required for sperm-oocyte fusion in mice. (2020)
  • 著者名/発表者名: Noda T, Lu Y, Fujihara Y, Oura S, Koyano T, Kobayashi S, Matzuk MM, Ikawa M.
  • 雑誌名: Proc Natl Acad Sci U S A. 巻: 117 ページ: 11493-11502
  • DOI: 10.1073/pnas.1922650117
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Spermatozoa Lacking Fertilization Influencing Membrane Protein (FIMP) Fail to Fuse With Oocytes in Mice. (2020)
  • 著者名/発表者名: Fujihara Y, Lu Y, Noda T, Oji A, Larasati T, Kojima-Kita K, Yu Z, Matzuk RM, Matzuk MM, Ikawa M.
  • 雑誌名: PNAS. 巻: 117 ページ: 9393-9400
  • DOI: 10.1073/pnas.1917060117
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Testis-enriched kinesin KIF9 is important for progressive motility in mouse spermatozoa. (2020)
  • 著者名/発表者名: Miyata H, Shimada K, Morohoshi A, Oura S, Matsumura T, Xu Z, Oyama Y, Ikawa M.
  • 雑誌名: FASEB J. 巻: 34 ページ: 5389-5400
  • DOI: 10.1096/fj.201902755R.
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] TESMIN, METALLOTHIONEIN-LIKE 5, is required for spermatogenesis in mice. (2020)
  • 著者名/発表者名: Oji A, Isotani A, Fujihara Y, Castaneda JM, Oura S, Ikawa M.
  • 雑誌名: Biol Reprod. 巻: 102 ページ: 975-983
  • DOI: 10.1093/biolre/ioaa002.
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Mouse T-complex protein 11 is important for progressive motility in sperm. (2020)
  • 著者名/発表者名: Castaneda JM, Miyata H, Archambeault DR, Satouh Y, Yu Z, Ikawa M, Matzuk MM.
  • 雑誌名: Biol Reprod. 巻: 102 ページ: 852-862
  • DOI: 10.1093/biolre/ioz226.
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Analysis of the Sperm Flagellar Axoneme Using Gene-Modified Mice. (2020)
  • 著者名/発表者名: Miyata H, Morohoshi A, Ikawa M.
  • 雑誌名: Exp Anim. 巻: 69 ページ: 374-381
  • DOI: 10.1538/expanim.20-0064.
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] ゲノム編集と受精研究への応用 (2021)
  • 著者名/発表者名: 伊川正人
  • 学会等名: 第17回熊本大学生命資源・研究センターシンポジウム
  • 招待講演
• [学会発表] CRISPR/Cas9 Mediated Genome Editing and Its Application for the Study of Fertilization in Mice (2020)
  • 著者名/発表者名: Masahito Ikawa
  • 学会等名: The University of Kansas Medical Center seminar
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] ゲノム編集マウスが切り開く受精研究の最前線 (2020)
  • 著者名/発表者名: 伊川正人
  • 学会等名: 第38回日本受精着床学会総会・学術講演会
  • 招待講演
• [学会発表] 精子カルシニューリン（PPP3cc/PPP3r2）と精子受精能力 (2020)
  • 著者名/発表者名: 伊川正人
  • 学会等名: 第93回日本生化学会大会シンポジウム
  • 招待講演
• [学会発表] 最新の方法と将来の展望 ①ゲノム編集技術と遺伝子改変動物の作成 (2020)
  • 著者名/発表者名: 伊川正人
  • 学会等名: 第84回日本循環器学会学術集会
  • 招待講演
• [学会発表] ゲノム編集を利用した遺伝子治療および最先端ゲノム編集技術とその安全性 (2020)
  • 著者名/発表者名: 伊川正人
  • 学会等名: 第47回日本毒性学会学術年会
  • 招待講演
• [備考] 研究室ホームページ
  • URL: https://egr.biken.osaka-u.ac.jp/