CRISPR/Cas9を用いたゲノム編集について
もう少し詳しく解説します

<CRISPR/Cas9の作用機序>

繰り返しになりますが このシステムは
CRISPRとCas9という
ふたつの役者の働きにより稼働します

@CRISPR

ヒトU6ポリメラーゼIIIプロモーターで発現された
ガイドRNA(gRNA)で

編集の標的とするDNA配列に
相補的なRNAを作製することにより
目的とするDNAに結合できるようにgRNAを設計します

@Cas9ヌクレアーゼ(DNA切断酵素)

目的とするDNAを切断するハサミ役です

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このふたつを共発現させた運び屋(プラスミドDNA)を
細胞や受精卵に導入して
特定の標的DNA配列を切断するのです

切断されたDNAは働かなくなり
特定の遺伝子のノックアウトが簡単にできます

また 切断した場所に別の遺伝子を入れることもできます

導入したいDNAを加えておけば
切断の修復過程で
その遺伝子DNAが取り込まれてつながるのです

つまり 切る 壊すだけでなく 編集ができるのが
このシステムの大きな特徴です

geed40

CRISPR/Cas9が作用したDNAは
切断された部位の修復を繰り返すうちに
修復ミスが生じて数塩基の変化が生じてきます

するとCRISPERは標的DNAの認識ができなくなり
切断が終了します

動物の種類 細胞の種類により
用いられるCRISPR/Cas9が異なります

細胞に入りやすく 細胞内で働きやすくするための
プラスミドの改変等により
日々 新たなバージョンのCRISPR/Cas9が
作製されています

最近では Cas9とは異なる
より小型で細胞内に導入しやすいDNA切断酵素も
開発されています

実際の実験作業は 誰にでも出来るほど簡単で

*目的にあったCRISPR/Cas9プラスミドを
 オンラインで購入し

*狙うDNAに相補的なガイドRNAを合成し

*それをプラスミドに組込んで
 細胞に振りかけ48~72時間培養する

こうした工程だけで 目的とするゲノム編集が簡単にできます


<オフターゲット作用>

CRISPR/Cas9の代表的なリスクが 
フターゲット作用です

CRISPRが認識する標的DNA配列は 
On-target と呼ばれますが
(図で Perfect target と示されている部位)

同じ塩基配列を有するDNA部位は
遺伝子の他の部位にも存在し得ます
(図で ? で示されている部位)

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こうしたDNA部位は Off-target と呼ばれ
染色体のさまざまな部位に存在している可能性があります
(下図の赤で示された部分)

geed42

こうした標的DNAとは異なる部位に存在している
Off-target DNAをも切断してしまう現象が
オフターゲット作用です

オフターゲット作用を避けるには
標的DNAのなかで
他に同じ配列がないユニークな配列を狙って
CRISPRの相補RNAを設計する必要があります

geed43

しかし それでも従来の方法に比べ
はるかに効率よく
狙った遺伝子だけをピンポイントで変えるため
多くの研究者はより安全性が高いと考えています


<ゲノム編集が行われる場面>

CRISPR/Cas9を用いたゲノム編集は
実際にどのような目的で どのような分野で
行われるのでしょう?

@農水畜産物の品種改良

農作物では

*病原菌に耐性のあるイネ

*芽の毒性を低くしたジャガイモ

*腐りにくいトマト

といった
効率的に品種改良を行った作物の作製が試みられています

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また畜産物では

*筋肉量が増えた肉牛

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*身が大きくなった鯛

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などが 実際に作製されています

いずれも
筋肉の過度の成長を抑えるタンパク質である
ミオスタチンの遺伝子をゲノム編集で切断することで
筋肉の量が増えます

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筋肉の細胞数が増えたり
細胞ひとつひとつの大きさが大きくなりますが
せいぜい2倍程度でとどまることが多いようです

それ以外にも

*飼育しやすいように角をなくしたウシ

*ゲップをしない牛 炭酸ガスによる環境汚染が抑制できる

*熱病に強い豚

などの作製も 試みられています


将来的には

*筋肉量だけでなく 味や栄養面での改良

*不飽和脂肪酸の含有量がより多い魚
 ビタミンをたくさん含んだ魚

*おとなしいマグロ

なども 作製の対象にされています

但し
こうしたゲノム編集で品種改良した農水畜産物の安全性の検証は
これからの課題です


@ヒトでの遺伝子治療や再生医療への応用

ひとつの遺伝子の異常で発症する遺伝病は
ゲノム編集により病気の原因となる遺伝子を破壊することで
効率よく発症予防できると考えられます

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また HIV(エイズ)やがん治療への応用も試みられています

HIV感染症では
エイズウイルスの受容体であるCCR5遺伝子の切断により
体内でのHIVの感染増殖を抑制する治療が試みられています

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がん治療では
発がんメカニズムの解析や
がん免疫療法への応用が期待されています

また ゲノム編集とiPS細胞の組合せによる
難病の治療も試みられています

パーキンソン病 筋ジストロフィーな
どの難病患者の
体細胞(皮膚など)からiPS細胞を作り
細胞レベルで病気を再現させ

その細胞にゲノム編集を行い
原因遺伝子を修復するという試みです

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ヒトの体にCRISPR/Cas9を投与する場合は

*注射によりCRISPR/Cas9を組織内に入れる

*定期的に注射を繰り返す

といった手順が想定されています

このように
CRISPR/Cas9用いたゲノム編集の難病治療への応用が
大いに期待されています

 

高橋医院