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マウスiPS細胞を用いた遺伝性疾患の治療モデル-多発性嚢胞腎(ADPKD)モデルマウスの治療-

2012年2月10日


多田准教授

 多田高 再生医科学研究所准教授の研究チームは、常染色体優性多発性嚢胞腎(ADPKD)のモデルマウス、Pkd1 遺伝子ノックアウトマウスからiPS細胞を樹立し、遺伝異常が自然に修復されたiPS細胞を選別、キメラマウスでのADPKD発症抑制を確認した。ヒトiPS細胞の安全な遺伝子修復が可能な技術を確立した。

 この成果は、Cheng Li-Tao (武田科学振興財団・留学研究者)、長田翔伍(京都大学大学院医学研究科博士課程4年)、平野邦生(同博士課程4年)、山口新平(現在、米国ノースカロライナ大学チャペルヒル校・ポスドク)、堀江重郎(帝京大学医学部附属病院 泌尿器科・教授)、Justin Ainscough(英国リーズ大学LIGHT研究所・講師)各氏との共同研究によって得られ、2012年2月9日14時00分(米国東部時間)に米国科学雑誌「PLoS ONE」にオンライン発表されました。

研究の背景

 iPS細胞は個々人の体細胞から作製でき、強力な自己複製増殖能と多分化能をもつ多能性幹細胞である。患者本人のiPS細胞の分化誘導により作り出される細胞は、医療応用に対する倫理的問題点が少なく、かつ移植による免疫拒絶反応を引き起こさないことから、再生医療実現化に向けた切り札と考えられている。iPS細胞は体細胞の記憶を多能性幹細胞記憶に書き換えることにより作製されるが、体細胞の持つDNA情報の書き換えは行われない。このため、遺伝性疾患等の原因となる遺伝的異常は、iPS細胞でも保持されたままであり再生医療応用の障壁と考えられている。DNA配列異常の修復には、正常DNAとの相同組み換えが必須である。相同組み換えの効率化を目的に、狙ったDNA配列部位を切断するZFNやTALENシステムが報告されている。本研究では、体細胞分裂で自然に発生するDNA切断を修復する細胞本来の能力に着目し、遺伝的に異常なiPS細胞集団から正常iPS細胞を選別することに成功した。

研究の概要

 本研究は、遺伝性疾患患者への再生医療応用をめざし、遺伝的異常を持つ患者iPS細胞から正常iPS細胞を安全に選別することが可能な事を遺伝性疾患モデルマウスで示すことを目的としている。

 モデル疾患として発生率が約1/1,000~2,000人(うち約5%で腎臓移植)と高頻度な常染色体優性多発性嚢胞腎(ADPKD)を対象とした。ADPKDはその約85%がPolycystic kidney disease1 (Pkd1) 遺伝子の、残り15%がPkd2遺伝子のDNA配列異常に起因する。共同研究者である帝京大学医学部附属病院 泌尿器科の堀江重郎教授が報告したPkd1遺伝子のヘテロノックアウトマウスからiPS細胞株を樹立し、1個のiPS細胞に由来する細胞クローンを10,000個以上遺伝子解析した。その結果、1個のクローンで体細胞分裂相同組み換え(正常な遺伝子座を鋳型に異常な遺伝子座が正常化された)により遺伝子型が正常化されたクローンが見つかった。両遺伝子座の正常化は、サザンハイブリダイゼーションやDNA FISH解析により確認された。Pkd1異常iPS細胞を用いたキメラマウスの腎臓では嚢胞腎の症状が確認されたが、正常化iPS細胞のキメラマウスの腎臓は正常であった。遺伝的正常化iPS細胞の生体での機能的正常化が確認された。

 ヒト遺伝性疾患において、遺伝的異常が片親に由来する場合(または遺伝的異常が片親由来に留まっている組織細胞)、正常な片親の遺伝情報を鋳型にした体細胞分裂相同組み換えにより異常が修復された正常化iPS細胞を選別することが可能であることを示した。樹立されたヒトiPS細胞に外部からの遺伝子操作なく遺伝的に正常化できる技術は、安全なiPS細胞の医療応用を推進する発見である。

参考図

   

論文情報

  • 論文は以下に掲載されております。
    http://dx.doi.org/10.1371/journal.pone.0032018
    http://hdl.handle.net/2433/152547 (京都大学学術情報リポジトリ(KURENAI))
    【書誌情報】
    「Cure of ADPKD by selection for spontaneous genetic repair events in Pkd1-mutated iPS cells」
    Li-Tao Cheng, Shogo Nagata, Kunio Hirano, Shinpei Yamaguchi, Shigeo Horie, Justin Ainscough and Takashi Tada
    PLoS ONE 7(2): e32018. doi:10.1371/journal.pone.0032018

 

  • 朝日新聞(2月10日夕刊 11面)、京都新聞(2月10日夕刊 1面)、産経新聞(2月10日夕刊 10面)、中日新聞(2月14日 3面)、日本経済新聞(2月10日夕刊 16面)、毎日新聞(2月10日夕刊 1面)、読売新聞(2月11日 35面)および科学新聞(3月2日 2面)に掲載されました。