研究成果

iPS細胞を使った遺伝子修復に成功 -デュシェンヌ型筋ジストロフィーの変異遺伝子を修復-


2014年11月27日


     堀田秋津 iPS細胞研究所(CiRA)助教、李紅梅 同大学院生らの研究グループは、デュシェンヌ型筋ジストロフィーの患者さんから作製したiPS細胞において、TALEN(Transcription activator-like effector nuclease)やCRISPR(Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeat)といった遺伝子改変技術を用いて、病気の原因遺伝子であるジストロフィンを修復することに成功しました。

     本研究内容は、2014年11月26日正午(米国東部時間)に「Stem Cell Reports」で公開される予定です。

    研究者からのコメント

    左から堀田助教、李大学院生

     本研究成果は、デュシェンヌ型筋ジストロフィーの患者さんから作製したiPS細胞において、三つの戦略でジストロフィン遺伝⼦の変異を修復したことを世界で初めて報告しました。これまでのウイルスベクターを用いた遺伝子治療法では、正常遺伝子を導入することができても、変異遺伝子を修復することは不可能でした。今回、私たちはTALENやCRISPRといった新しいゲノム編集技術を用いることで、変異遺伝⼦だけの修復に成功しました。さらに、ヒトゲノム情報から特異的な配列データを抽出することで、予想外の変異導⼊がほとんど無く、狙ったところだけを修復することができました。

     今後、治療に結びつけるためには、修復したiPS細胞からいかに移植に適した細胞を作製するかなど、いくつも課題が残っていますが、今回⽰した⼿法が、今後の遺伝⼦治療の新しい枠組みとなることが期待されます。

    ポイント

    • ヒトゲノムの中で1カ所しかない塩基配列のデータベースを構築した。
    • TALENおよびCRISPRを用いてデュシェンヌ型筋ジストロフィー(DMD)の患者さん由来iPS細胞においてジストロフィン遺伝子を修復した。
    • 遺伝子修復したiPS細胞において、意図しない致命的な遺伝子変異は見られなかった。
    • 筋細胞へ分化させたところ、正常型のジストロフィンタンパク質が検出された。

    概要

     デュシェンヌ型筋ジストロフィーは、ジストロフィンという遺伝子に変異が生じ、筋肉の衰弱が進行していく疾患です。患者さんから得たiPS細胞でジストロフィン遺伝子を修復することが、デュシェンヌ型筋ジストロフィーの新たな遺伝子治療につながると期待できますが、30億塩基で構成される巨大なヒトゲノムの中で、ジストロフィン遺伝子というたった1カ所の変異だけを精密に修復するのは困難でした。

     そこで、本研究グループは、まずゲノム上の配列の中から、予期しない場所でDNA切断が起きないように、ゲノム全体で1箇所しかない配列のデータベースを作成し、その情報を元に遺伝子の切断部位を決めました。ジストロフィンタンパク質の機能を取り戻すために、研究グループは三つの手法(Exon 45 skipping、Reading frame shift、Exon 44 knock-in)を患者さん由来のiPS細胞に用い、Exon 44 knock-in法が最も効果的なアプローチであることを見出しました。さらに核型解析、コピー数多型解析、エクソーム解析により、最も遺伝子変異の少ないクローンを選びました。最後に選び出されたiPS細胞を骨格筋細胞へと分化させたところ、正常型のジストロフィンタンパク質を発現していることを確認しました。

     これらの結果は、将来のiPS細胞技術による遺伝子治療に向けて重要なフレームワークとなることが期待されます。


    図:ジストロフィン遺伝子を修復するための三つの戦略

    44番目のエクソンが欠損すると遺伝子の読み枠が変わり、45番目のエクソンの途中でタンパク質の合成がストップしてしまい、異常なタンパク質となる。そこで読み枠を戻し、タンパク質の合成が最後まで進むようにするために上記三つの戦略を立てた。

    詳しい研究内容について

    iPS細胞を使った遺伝子修復に成功 -デュシェンヌ型筋ジストロフィーの変異遺伝子を修復-

    書誌情報

    [DOI] http://dx.doi.org/10.1016/j.stemcr.2014.10.013

    Hongmei Lisa Li, Naoko Fujimoto, Noriko Sasakawa, Saya Shirai, Tokiko Ohkame, Tetsushi Sakuma, Michihiro Tanaka, Naoki Amano, Akira Watanabe, Hidetoshi Sakurai, Takashi Yamamoto, Shinya Yamanaka, Akitsu Hotta
    "Precise Correction of the Dystrophin Gene in Duchenne Muscular Dystrophy Patient Induced Pluripotent Stem Cells by TALEN and CRISPR-Cas9"
    Stem Cell Reports Vol. 4 Available online 26 November 2014

    掲載情報

    • 朝日新聞(11月27日 3面)、京都新聞(11月27日 30面)、産経新聞(11月27日 1面)、中日新聞(11月27日 1面)、日刊工業新聞(11月27日 26面)、日本経済新聞(11月27日 46面)、毎日新聞(11月27日 3面)および読売新聞(11月27日 36面)に掲載されました。

    iPS細胞を使った遺伝子修復に成功 -デュシェンヌ型筋ジストロフィーの変異遺伝子を修復-
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