• ゲノム編集^(※1)によって改変したい遺伝子以外の場所で変異が導入されるオフターゲット作用^(※2)が抑制される(安全性が向上)
• 相同組換え^(※3)が優位に起こることで正確なゲノム編集配列が生成する割合が大幅に向上される(正確性が向上)
• 細胞の活動(細胞周期^(※4))に任せるだけで自律的に2つのメリットを同時に発揮する仕組みが構築された

広島大学大学院医系科学研究科 松本 大亮助教、野村 渉教授、東京医科歯科大学生体材料工学研究所 玉村 啓和教授の研究グループは、細胞周期を利用した正確で安全なCRISPR-Cas9^(※5)によるゲノム編集を実現する技術を開発しました。

細胞周期に依存して発現量が増減するタンパク質をゲノム編集に利用することで、自律的に遺伝子の切断が制御され、CRISPR-Cas9酵素単独でゲノム編集を行う場合と比較して正確な配列編集の効率向上と、類似配列での誤った編集の低減が同時に行える技術になります(図)。

CRISPR-Cas9活性が自律的に制御できるため、細胞への毒性やin vivoでの動物実験などへの適用の難しさが懸念される化合物や光刺激を利用したタンパク質機能の制御方法と比較してより幅広い応用が期待できます。

本研究成果は、「Communications Biology」オンライン版に掲載されました。

(※1) ゲノム編集
細胞核内にある染色体ゲノム上に存在する遺伝子配列のうち、標的とする配列に対してヌクレアーゼ(DNA切断酵素)を作用させることで切断された遺伝子が改変されることを指す。CRISPR-Casなどがゲノム編集を行うためのツールとなる。

(※2) オフターゲット作用
ターゲット(標的)とは異なる部位に作用することを指す。遺伝子を対象とする場合は、標的とする遺伝子と似た配列に作用する現象のことを指す。

(※3) 相同組換え
ゲノムDNA上での二本鎖切断の修復で起こる経路の1つであり、非相同組換え経路が切断を接続するだけなのに対して、修復対象の配列に相同なDNA(一部だけ変換したい配列になっている)を鋳型としておくことで外来配列が染色体に組み込まれる。

(※4) 細胞周期
細胞が二つの娘細胞を生み出す過程で起こる一連の現象。ゲノムDNAの複製と分配、それに引き続く細胞質分裂がある。細胞周期には4つの決まった順番の期が存在する｡これらをG1期，S期，G2期，M期と呼ぶ｡

(※5) CRISPR-Cas9
クリスパーキャスと呼ぶ。元々は原核生物における獲得免疫の一つであり、外来遺伝子を切断する機能を持つ。これを応用することで真核生物の遺伝子を切断し、ゲノム編集を行うシステムができた。

• 掲載誌: Communications Biology
• 論文タイトル: A cell cycle-dependent CRISPR-Cas9 activation system based on an anti-CRISPR protein shows improved genome editing accuracy
• 著者名: 松本 大亮^1,2,3、玉村 啓和¹、野村 渉³
  1．東京医科歯科大学 生体材料工学研究所
  2．スクリプス研究所
  3．広島大学大学院医系科学研究科 創薬標的分子科学研究室
• DOI: 10.1038/s42003-020-01340-2

この研究成果は科研費、NEDO“スマートセルプロジェクト”などの支援を受けて研究を行い、得られたものです。