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ゲノム編集



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がんゲノム医療の流れ
@ がん細胞を採取
A 次世代シークエンサーで遺伝子を解析
B 遺伝子変異を特定
C 最適な治療を提案
従来の抗ガン
  • 臓器に応じた抗ガン剤を使用
がんゲノム医療
  • ・臓器ではなく、遺伝子の変異に応じた抗ガン剤を使用。
  • ・国立がん研究センター中央病院が「先進医療」に申請。
  • ・2019年保険適用を目指す。
  • ・再発や病状の進行などで標準治療を受けられない患者が対象。
  • ・生まれつき持つ遺伝性の変異から、がん予防のため乳房と卵巣を切除した米女優がいる。



短期間で効率的に改変する技術・・・「ゲノム編集」
遺伝子改変技術
  • 2014年、遺伝子の改変を従来より効率的にできる「ゲノム編集」という新しい技術で、広島大学は遺伝子改変マウスを最大100%の効率で作製することに成功した、
  • ゲノム編集では特定のDNAの塩基配列に結合するタンパク質と、DNAを切断するヌクレアーゼという酵素からなる。

タンパク質と酵素はくっついており、人工ヌクレアーゼとも呼ばれる、
  • 人工ヌクレアーゼ
    1. 1996年、「ZEF」
    2. 2010年、「TALEN」
    3. 2013年、「クリスパー/Cas9」
  • 広島大学の山本タク教授らはほ乳類の遺伝子を効率的に改変する人工ヌクレアーゼを開発した。

「プラチナTALEN」と名付け、TALENを改良した。
  1. 作製にかかる期間・・・半年〜数ヶ月
  2. 組み替え効率・・・・高い
  3. 特定の動物以外にも応用できる。





組み換え技術を使わないで遺伝子を操作
2014年、名古屋大学の水多陽子研究員と東山哲也教授らは、遺伝子組み換え技術を使わないで植物の遺伝子を操作する手法を開発した。
  • 高価な試薬を使わずに、簡単に遺伝子の働きを操作できる。
  • 新技術は細胞内で特定の遺伝子を抑える「S化オリゴ」という人工DNAを活用。
  • この物質と花粉を一緒に入れ、温度などを一定にして培養すると、花粉がS化オリゴを吸収する、

  • 実験植物シロイヌナズナを使い、受粉後に伸びる花粉管に関わる3つの遺伝子の働きを抑えた。
    1. 「Ca1S5」(遺伝子)
      • の働きを抑えると、花粉管は長く伸びることができなかった
    2. 「ROP1」(遺伝子)
      • を抑えると、まっすぐに伸びず蛇行した。
    抑える遺伝子の種類は自由に決められるという。

  • これまでは、遺伝子の働きを調べる際は、組み換え技術を使うのが一般的。
  • 遺伝子を組み換えた植物は、タネが外部に飛ばないように大がかりな施設が必要だった。
  • S化オリゴを使うアイデアもあったが、高価で毒性のある薬品が必要だった。





ゲノム編集・・・難病を容易に再現できる
  • 遺伝子を目的の場所で効率よく改変するのがゲノム編集技術。
  • 発症に関わる遺伝子を容易に改変できるため、病気を再現するモデル動物や、病気の遺伝子を修復する実験がスピードアップする。
  • 狙った遺伝子を改変できるゲノム編集技術は、iPS細胞を使った難病研究にも有用。



クリスパー/キャス9
B型肝炎を根治
  • B肝炎ウイルス(HBV)は肝細胞に感染すると核の中に入り込む特徴がある。
  • 体内から完全にウイルスを除去できないため。細胞の核の中に残ったウイルスのDNAが再発の引き金となる。
  • 東京慈恵会医科大学の鐘ヶ江裕美准教授と東京大学は共同で、ゲノム編集をつかい、このDNAを肝細胞から除去する研究を進める。
  • 「クリスパー/キャス9」という技術を応用。
  • 目印となる「ガイドRNA」がくっついた特定のDNA配列をキャス9と呼ぶタンパク質がハサミのように切断する。
  • 培養した人の肝細胞で9割を取り除くことに成功した。






「受精卵エレクトロポレーション法」
(GEEF法)

ブタ遺伝子を簡単に操作
  • 2016年、徳島大を中心とする研究チームが、ブタの遺伝情報を短時間で容易に操作する手法を世界で初めて確立した。
  • 新しい手法は
  • 「受精卵エレクトロポレーション法」(GEEF法)
  • 人工授精させたブタの受精卵を溶液に混ぜ、細胞の膜に電気で一時的に開けた穴から、遺伝子を切断する場所を決めるRNA(リボ核酸)を入れる。
  • これまで主流だった「体細胞クローン法」では高度な技術と時間が必要だった。
  • 新しい手法では特殊な機材や技術は必要なく、15分ほどでできる。




ゲノム1文字ずつ編集
(塩基編集技術)

現在のゲノム編集技術は5年前に発表された「クリスパー・キャス9」。
簡単に使えてどんな生物にも適用できる。
しかし、ゲノムの編集過程でDNAを切断しなければならない。

塩基編集技術では、DNAを切断しないで、遺伝子の総体であるゲノムを構成する4種類の塩基を1つずつ自在に変換できる。

新技術は、米ハーバード大学と米ブロード研究所のグループが発表。
  • 1 まず、
    クリスパー・キャス9のDNAを切断するハサミの役目となる酵素を不活性化する。
    2 次ぐに、
    アミノ酸などにくっついているアミノ基と呼ぶ化学構造を取り除く脱アミド酵素と融合させる。
    3 そして、編集したい配列の位置を決める「ガイドRNA」と呼ぶ合成したRNAと一緒に細胞内に導入する。
    4 反応はまず、
    ガイドRNAとクリスパー・キャス9が複合体になり、DNAの2本の鎖をほどきながら滑り込み、ガイドRNAとペアになる配列に結合する。
    5 ここで、
    脱アミド酵素が働き、結合した部位から5塩基ほど離れたところにある目的の塩基を変換。
    6 化学的に変換された塩基は細胞分裂する際にDNA複製酵素によって別の塩基と認識され、それえお鋳型にDNAが合成される結果、一塩基編集が完成する。

人間のゲノムを構成するDNAは、A(アデニン)、T(チミン)、G(グァニン)、C(シトシン)の4種類の塩基が30億個結合している。
それぞれの塩基はAとT、CとGが対になっており、これによってDNAの二重らせんが構成される。

長いDNA鎖のたった1つの塩基対が入れ替わったり、削除されたりすることで様々な遺伝子疾患を引き起こす。
3万以上の一塩基多型(SNP)が報告されている。

SNP(スニップ)が引き起こす疾患のうち、「CとG」の塩基対が「AとT」に変換されることで引き起こされるのが48%あるとされる。





関連情報 形質転換

遺伝子組み換え











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