公募研究
哺乳類進化にとって重要なステップである胎盤進化は、遺伝子発現制御機構進化のモデル系として非常に興味深い研究対象である。本研究はゲノム編集技術の技術改良を進め、その応用により胎盤発生およびその進化に大変重要な役割を果たしているHoxA13遺伝子、およびDlx3-4遺伝子の胎盤エンハンサーの胎盤独自の機能とその進化を明らかにすることを目的とする。各胎盤エンハンサー領域およびその関連領域を、私たち独自の改良型TALENおよびCRISPR/Cas9システムにより、欠失あるいはコア配列の書換えを行うことで胎盤でのエンハンサー機能が獲得された進化過程を明らかにすることを目指す。本年度は主にゲノム編集技術の改良に焦点を絞り、非コード領域の転写調節領域の欠失や書き換えを行うには既存の技術では時間と手間がかかりすぎるという問題点を克服するため、効率や特異性を高めて交配無しにＦ０世代での解析を可能にすることを目指した研究を行った。哺乳類での使用により適した性能を持つSuper-active TALENを開発し、これを用いて標準的な実験系統であるC57BL/6Nマウスで３０％以上のホモノックアウト個体を細胞質へのmRNA微量注入法により得ることができた。また、CRISPR/Cas9を用いた新しい実験系を確立し、ほぼ１００％のホモノックアウト個体をコンスタントに得ることに成功した（論文投稿中）。CRISPR/Cas9は標的配列選定の自由度が低く、ピンポイントにゲノム編集を行うにはTALENが向いていることから、今後さらにSuper-active TALENの改良を進め効率を上げる努力を行う。この技術を用いて、来年度は実際にHoxA13遺伝子およびDlx3-4遺伝子の非コード領域のゲノム編集を行い機能解析する予定である。
2: おおむね順調に進展している
各胎盤エンハンサー領域およびその関連領域を独自の改良型TALENおよびCRISPR/Cas9システムにより欠失あるいはコア配列の書換えを行うことにより機能解析することを目指す。今年度は特に技術改良により哺乳類での使用により適した性能を持つSuper-active TALENを開発し、これを用いて標準的な実験系統であるC57BL/6NマウスでＦ０世代で、細胞質へのmRNA微量注入法により３０％以上のホモノックアウト個体を得ることができた。また、CRISPR/Cas9を用いた新しい実験系を確立し、ほぼ１００％のホモノックアウト個体をコンスタントに得ることに成功した。初期の目的を達成し、この点で順調に研究は進展している。反面、研究室所在地移転の時期と重なったこともあり、本来のターゲットへの応用実験がまだ進んでおらず、今後応用に集中して実験を進める予定である。
今後はゲノム編集技術の技術改良の成果を用いて、胎盤発生およびその進化に大変重要な役割を果たしているHoxA13遺伝子、およびDlx3-4遺伝子の胎盤エンハンサーの胎盤独自の機能とその進化を明らかにすることを目的として、ゲノム編集による各胎盤エンハンサー領域およびその関連領域の欠失あるいはコア配列の書換えにより実験を進める。私たち独自の改良型TALENおよびCRISPR/Cas9システム両方を使い分けながら実験を進めるが、改良型TALENは効率の点ではCRISPR/Cas9に一歩譲るものの、任意にピンポイントでターゲットをデザインできる点と、効き方の違い（注入後非常に速く効き、その後速やかに失活する）において優れており、この長所を活かして実験のデザインを行っていく。また単純なノックアウトではほぼ１００％の効率を実現できているCRISPR/Cas9システムを活用し機能解析を進め、ゲノム転写調節領域がどのような変化を経て胎盤でのエンハンサー機能を獲得進化したのかを解析していく予定である。
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Genome Biology and Evolution
巻: 6 ページ: 2527-2542
doi: 10.1093/gbe/evu188
The Journal of Experimental Medicine
巻: 211 ページ: 1123-1136
doi: 10.1084/jem.20132112
