倉田奨励金研究報告書｜2017 年度（第 49 回）助成■受領№1350

生体内ゲノム編集技術を用いた難治性遺伝病に対するテーラーメイド医療技術の開発

代表研究者

鈴木 啓一郎大阪大学大学院基礎工学研究科教授

1．研究⽬的

多くの細胞が分裂を⽌めた⾮分裂細胞状態にある主としてある⼀つの遺伝⼦ (単⼀遺伝⼦) に⽣

⽣体内で有効な遺伝⼦ノックイン技術は存在してじた変異が原因となり発症する疾患を遺伝⼦疾患おらず、次世代技術としてその開発が期待されてと呼び、ヒトでは10,000以上の遺伝⼦疾患が存在いた。

すると推測されている。多くの場合、疾患変異がこういった背景の中、研究代表者が2016年に発表

次世代の⼦や孫に遺伝する遺伝性の疾患であり、した⾮相同末端結合 (NHEJ) 機構と呼ばれる別⾃覚症状のない重症度の低いものを含めると、100のDNA修復経路とCRISPR-Cas9を利⽤した⽣体⼈に1⼈の割合で先天的に遺伝⼦疾患を持つと考内⾮分裂細胞への遺伝⼦ノックイン技術えられている。しかしながら、ほとんどの遺伝⼦「 Homology-Independent Targeted Integration

疾患に対しては、変異を起こした遺伝⼦の機能を(HITI)」は、これまで困難であった⽣きたマウス補完しない限り、症状を改善・根治することは不の脳・筋⾁など⾮分裂細胞にて標的ゲノム配列を可能であり、現状では有効な治療法は存在してい⾃由に改変する世界初の技術であった。本技術のない。

登場により、⽣体内の病変部位で疾患変異を直接近年、CRISPR-Cas9に代表されるゲノムの標的修復することが可能となり、実際に遺伝性疾患で配列のみを特異的に切断・改変するタンパク質『⼈ある網膜⾊素変性症モデルラットの視覚機能障害

⼯DNA切断酵素』が登場し、標的遺伝⼦の破壊（遺の 治 療 効 果 が 得 ら れ た (Suzuki et al, Nature

伝⼦ノックアウト）や、外からの遺伝⼦挿⼊（遺2016)。

伝⼦ノックイン）など、様々な細胞種・⽣物種でしかしながら、HITI法による遺伝⼦ノックイン

ゲノム配列をデザイン・改変する『ゲノム編集』

は、現時点では適応となる組織・器官は限定的でが可能となった。特に遺伝⼦ノックイン技術は標あり、ゲノム編集効率が低いこと、また安全性の的配列を⾃由⾃在に改変することができる汎⽤性検討も⼗分になされてない事が課題であった。本の⾼い技術であり、遺伝⼦変異を体内で直接修復研究では、研究代表者が開発したHITI技術を安全する治療への応⽤も期待されるようになった。し性と⾃由度に特化し評価・改良することで、将来かしながら、『相同組換え』と呼ばれる細胞が持つ的に医療応⽤可能なテーラーメイド型のゲノム編DNA修復経路を利⽤した既存の遺伝⼦ノックイ集治療法の確⽴を⽬指す。

ン技術は、⾼い細胞分裂活性が必要であるため、⽣理的に細胞分裂を⾏っていないほとんどの⽣体内の細胞への応⽤は⾮常に困難であった。つまり、

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2．研究内容本研究課題では、具体的に以下の 2 点に焦点をGong, J., Yuan, Y., Gu, Y, Liu, G.H.,
López-Otín, C., Wu, J., Zhang, K. and Izpisua

絞り研究を進めた。

Belmonte, J.C. Precise in vivo genome editing

2.1. 研究⽬標 1: 効率的な HITI 技術の開発

via single homology arm donor mediated

これまでに報告されたHITI法を⽤いた遺伝病

intron-targeting gene integration for genetic

モデル動物の治療対象組織は網膜のみであった。

disease correction. Cell Res in press

本研究では、対象とする標的を様々な組織とする#Corresponding author

ため、病的に⽼化が促進する早⽼症マウス対してアデノ随伴ウイルス (AAV)ベクターを経静脈的しHITI法を⽤いた全⾝性の治療を試みた。結果として、全⾝性で⽼化の表現型の緩和、短縮した寿命を延⻑することができることを確認した(Suzuki et al, Cell Res In press)。
2.2. 研究⽬標 2: HITI 技術の安全性の検討
上記のHITI法により治療した早⽼症マウス対【招待講演】(1). Suzuki, K., Tsunekawa, Y., Yamamoto, M.,
Hernandez-Benitez, M., Wu, J., Matsuzaki, F.
and Izpisua Belmonte, J.C. Development oftargeted

gene

knock-inmethodinnon-dividing cells. 22nd Biennial Meeting ofthe International Society of Developmental
Neuroscience (Nara, Japan, 2018 May)

して、標的配列以外に外来遺伝⼦が組み込まれる予期せぬ変異 (オフターゲット作⽤)を調べた。そ(2). Suzuki, K., Tsunekawa, Y., Yamamoto, M.,の結果、肝臓と⼼臓において発現量の多い遺伝⼦

Hernandez-Benitez, M., Wu, J. and Izpisua

座に外来遺伝⼦が組み込まれている可能性が⽰唆

Belmonte, J.C. Genome-editing therapy via

されたが、その効率は⾮常に低く、腫瘍形成などHITI異常な症状は観察されなかった(Suzuki et al, CellIntegration) method. Stem Cell Symposium

Res In press)。

Regenerative medicine at a glance (Singapore,(Homology-IndependentTargeting2018 May)
以上の結果より、HITI法を⽤いることによって局所性、全⾝性の遺伝性疾患の症状を緩和するこ(3). Suzuki, K., Tsunekawa, Y., Yamamoto, M.,とが明らかになった。今後更なる遺伝⼦修復効

Hernandez-Benitez, M., Wu, J. and Izpisua

率・安全性の改善を⽬指すことで、より根治性のBelmonte, J.C. Genome-editing therapy via

⾼いテーラーメイド型の難治性遺伝病治療法の開HITI発を⾏っていきたいと考えている。

Integration) method. 24th Annual Meeting of(Homology-IndependentTargeting

JSGCT 2018 (Tokyo, Japan, 2018 July)

３．発表（研究成果の発表）(4). Suzuki, K. Therapeutic application of in vivo

【論文】
(1)Suzuki, K. Yamamoto, M., Hernandez-Benitez,

genome editing method “HITI”. KAISTR., Li, Z., Wei, C., Soligalla, R.D., Aizawa, E.,

Symposium : Cutting Edge in Life Science,Hatanaka, F., Kurita, M., Reddy, P., Ocampo,(Daejoen, Korea, 2018 November)#A., Hishida, T., Sakurai, M., Nemeth, A.N.,
Nuñez Delicado , E., Campistol, J.M.,
Magistretti, P., Guillen, P., Esteban, C.R.,