2021 Fiscal Year Annual Research Report
Development of a nano device for mitochondrial gene editing
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20H04523
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
山田 勇磨 北海道大学, 薬学研究院, 准教授 (60451431)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 薬物送達システム / ミトコンドリア / ゲノム編集 / 遺伝子治療 / ナノカプセル |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ミトコンドリアのゲノム変異と種々の疾患との関連が報告されており、本オルガネラを標的とした遺伝子治療が期待されている。本申請研究では、ミトコンドリア標的型ナノカプセル (MITO-Porter)を用いて標的ミトコンドリアへゲノム編集装置を運搬し、ミトコンドリア機能を遺伝子レベルで治療する事を目的とする。2021年度は、1. ゲノム編集の検証および2. ミトコンドリア機能の評価について、下記に記載した計画で研究を進めた。
1. ゲノム編集の検証： 疾患細胞が保有するtRNA領域のmtDNA変異をゲノム編集可能な装置をパッケージングしたMITO-Porterを調製し、疾患細胞ミトコンドリア内部にゲノム編集装置を導入した。単離したミトコンドリアを用いて、定量的PCR法を利用してミトコンドリア内部のmtDNA変異の切断効率を測定し、ゲノム編集装置搭載MITO-Porterが変異mtDNAを効率的に切断することを確認した。さらに、疾患細胞での評価を行い、キャリアの最適化を図った。
2. ミトコンドリア機能の評価： 実験に用いる疾患細胞は、ミトコンドリア呼吸活性複合体の活性低下が観察されている。そのため、治療効果の指標としてミトコンドリア呼吸活性 （細胞外フラックスアナライザー）を評価する。2022年は、疾患細胞のミトコンドリア呼吸活性を測定する手法を確立した。現在、ゲノム編集装置搭載MITO-Porter投与時の疾患細胞ミトコンドリア呼吸活性を測定し、投与プロトコルの最適化を図っている。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
『ゲノム編集装置搭載MITO-Porterが変異mtDNAを効率的に切断する事』を示し、『疾患細胞ミトコンドリア呼吸活性を測定する手法』も確立した。ここまでに示した内容は2021年度に計画した全ての研究内容が網羅されており、研究の目的を達成する多くの成果を得ることができた。
以上より、現在までの達成度は『おおむね順調に進展している』と判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
2022年度は、『疾患動物における遺伝子治療戦略の検証』を中心に1. モデル疾患動物細胞を用いたゲノム編集の検証および2. 疾患動物を用いた評価について、下記に記載した計画で研究を進める予定である。
1. モデル疾患動物細胞を用いたゲノム編集の検証
モデル細胞が保有するmtDNA変異をゲノム編集可能な装置をパッケージングしたMITO-Porterを調製し、モデル細胞ミトコンドリア内部にゲノム編集装置を導入する。細胞実験に移行する前に、単離したミトコンドリアでゲノム切断・編集の効率を評価する。これらの評価には、定量的PCR法を利用してミトコンドリア内部のmtDNA変異の切断・編集効率を測定する。
2. 疾患動物を用いた評価
モデル疾患マウスを用いた治療効果を評価するために、病態回復の評価（心機能評価、肝機能、など）、細胞機能、ミトコンドリア機能の評価方法を確立する。MITO-Porter投与後に、治療効果を検証する。
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