個別化医療に向けた
オリゴ核酸の可能性
Potential of Oligonucleic Acids for Personalized Medicine

間 世田 英明
HIDEAKI MASEDA

国立研究開発法人 産業技術総合研究所バイオメディカル部門（上級主任研究員）
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST)
Biomedical Research Institute (Chief Senior Researcher)

オリゴ核酸

個別化医療

ゲノム編集薬01

ンを促進するためのプラットフォーム。これには、テレヘルス

個別化医療とは、同じ疾患の患者に対して一律に同じ治療を行■ セキュリティプラットフォーム：個人情報の保護や、医療データうのではなく、患者の遺伝子、ライフスタイル、環境などの多様の安全な共有に関するプラットフォーム。これには、データ暗な要因を評価し、それに基づいて個々に適した治療法を選択す号化やアクセス制御の仕組みが含まれる。

個別化医療とはやモバイルアプリケーション、オンラインプラットフォームが含まれる。

る医療のことを指す。疾患の診断を早期且つ精密に行うことができ、副作用のリスクを最小限に抑えながら、より効果的な治療が可能となるため、将来の医療の基盤になるものと考えられている。また、個別化医療によって得られる情報を活用することで、新個別化医療に必要な技術と治療薬しい治療法の開発や医療費の削減に繋がることも期待されてい02る。

個別化医療の実現・実施に必要な技術革新とはどのようなもの

個別化医療では、ゲノム・遺伝子の解析技術がいままで以上にがあるであろうか？

重要な役割を果たすことになる。解析技術の拡充はもとより、ゲノムに紐付けられた様々な技術革新、思いつくだけでも4つのプラットフォームの構築（データプラットフォーム、アルゴリズムプラットフォーム、コミュニケーションプラットフォーム、セキュリティプラットフォーム）、規制および法律などの取り決め、核酸を基本■ 次世代シーケンサーのデータを用いて患者の遺伝子情報を解析する技術。
■ 個人の生体情報をプロファイリングするために必要な血液中のタンパク質、代謝物、ホルモンなどを測定する技術。とする薬の安全性の評価法の拡充とそれに関わるガイドライン■ 大 量の生体情報データを処理するためのバイオインフォマの作成など、種々の枠組みの構築が必要となる。当然、そこに携ティクス技術。遺伝子変異の解析やバリアントコール、生体情わる医療従事者・研究者などの拡充・教育も合わせて必要と予想報プロファイルの構築などが行われる。

されることから、産学官のより親密な連携が求められる。

■ 大量の遺伝・生体情報データを総合的に分析する技術。個人の遺伝・生体情報プロファイルから最適な治療方針の推論が■ データプラットフォーム：患者の健康データを収集、管理、分析可能になる。

するためのプラットフォーム。これには、電子カルテや遺伝子■ 遺伝・生体情報プロファイルから、疾患の発症や進行に関わる解析のデータなど、患者の健康に関連するデータを収集する生物学的プロセスを解明する技術。個人に合った精度の高いためのシステムが含まれる。

疾病発症予防・疾病進行制御も可能になる。

■ アルゴリズムプラットフォーム：データを分析し、適切な診断や治療法を提案するためのアルゴリズムを開発提供するプラッ

これらの技術の進歩と組み合わせによって個別化医療の精度トフォーム。これには、機械学習や人工知能の技術を利用しや効果が向上し、患者の遺伝子情報や生体情報プロファイルをて、個々の患者の状態に応じた最適な治療法を提供するシス

基にした、より効果的な治療が実施されていくものと期待される。

テムが含まれる。

治療の実施に当たっては、個別化医療に対応可能な特に以下に■ コミュニケーションプラットフォーム：医療従事者、患者、家族、およびケアコーディネーターなどの間でのコミュニケーショ

14

分類される薬の開発と技術の拡充を進める必要がある。

THE CHEMICAL TIMES■ 核 酸医薬品：DNAやRNAを標的として、遺伝子の発現を制特にCRISPR-Cas9（clustered regularly interspaced

御することで疾患の治療を目指す医薬品。具体的には、アshort palindromic repeats / CRISPR associated

ンチセンスオリゴヌクレオチドやsiRNA（small interferingproteins）やTALEN（transcription activator-likeRNA）、miRNA（micro RNA）などが挙げられる（図１）。

effector nuclease）
といったゲノム編集技術を用いてゲノ■ 遺 伝子治療薬(ゲノム編集薬を含む)：遺伝子を操作することによって疾患を治療する治療薬。一般的に、疾患の原因とムに直接変更を加えるゲノム編集薬もこの一部として考えられる（図１、2）。

なる異常な遺伝子の修正、削除、置換、あるいは正常遺伝子■ ファーマコゲノミクス薬：患者の遺伝子情報を基に、薬の代謝を補うことによって治療効果を発揮する。修正においては、能力や副作用リスクを予測し、最適な用量（投与量や投与頻度など）を決定し投与する薬。
■ 免疫療法薬：患者の免疫細胞を活性化させる薬。例えばがん細胞を攻撃する治療薬など。免疫チェックポイント阻害剤など、免疫システムを活性化させてがん細胞を攻撃する薬剤もこの分類に含まれる。

核酸薬の種類と作用機序

03

多くの核酸医薬品と遺伝子治療薬（特にゲノム編集薬）は、DNAやRNAのオリゴ核酸から構成される核酸薬である。その標的は患者のDNAやRNAであり、ゲノム情報を活用することで
図1 核酸医薬品と遺伝子治療薬

個々の患者に応じてカスタマイズすることができる。即ち、患者のゲノム配列を解析し、変異や異常が認められた特定の遺伝子を修正するための核酸薬が個別に設計されるのである。このアプローチのメリットは非常に大きく、患者のゲノム情報に基づいているため、副作用のリスクを低く抑えながら治療薬の効果を最大限発揮させることができ、より効果的な治療を行うことが可能となる。さらに、一般的な医薬品とは異なり本体が核酸であることから、原料や合成プロセスを画一化することができ、その物性に由来する副作用は極めて画一的でバリエーションが少ない。臨
床試験や安全性試験のコストが大幅に軽減されるため、一般的な医薬品と比べて核酸薬はその開発コストを低く抑えることができる。このような観点からも、核酸薬はまさに個別化医療の要となる治療薬と言える。
核酸医薬品とゲノム編集薬は核酸薬である点において共通であるが、適応範囲、作用機序、安全性においては大きな相違がある。
■ 適用範囲: 核酸医薬品は、DNAやRNAを利用して、がんやウイルス感染症などの様々な疾患の治療に用いられる。一方、ゲノム編集薬は、CRISPR-Cas9などの技術を利用して、先天性疾患など遺伝子異常に起因する疾患の治療に主に利用される。
■ 作用機序: 核酸医薬品の多くは、遺伝子の発現を制御することで治療効果を発揮する。一方、ゲノム編集薬は、遺伝子の塩基配列を直接修正することで疾患を根本的に治療する。
核酸医薬品は永続的に投与を続ける必要があることがほと

図2 CRISPR-Cas９法とST法んどであるが、ゲノム編集薬は治療効果が確認されればそれ以降投与の必要はない。

15

特集

核酸医薬

■ 安全性: 核酸医薬品には、副作用として免疫反応や炎症が起一読していただきたい。COVID-19以前から利用され、すでに17こることがある。一方、ゲノム編集薬にはオフターゲットや不種の核酸医薬品が承認されていることがわかる。ヒト一人の全ゲ完全な遺伝子修復による予期しない影響が懸念される。

ノム配列決定に対する費用がすでに10万円程度、しかも一日で決定できる時代になっている昨今、遺伝子解析技術が進み、遺伝このように核酸医薬品とゲノム編集薬は、どちらも最先端の医子変異と疾病の原因が紐付けされていき、DDS（Drug Delivery

薬品技術であり、遺伝子を操作して疾患を治療することを目的System）などの開発が進めば、多くの核酸医薬品が実治療に利用としているが、それぞれ明確に異なる位置付けの治療薬である。

されていくことは疑いようがない。医療改革、特に個別化医療が進繰り返しになるが核酸医薬品は、DNAやRNAなどの核酸分子をんでいくことは揺るぎないものである。そして、今回のパンデミッ用いた医薬品であり、遺伝子を直接的に修正することはしない。

クがもたらしたmRNAワクチンの緊急使用承認・利用のように、薬代表的な核酸医薬品としてはmRNAワクチンやRNAi医薬品なや技術の利用と需要は社会情勢の予想できない変化とともに突どが挙げられる。mRNAワクチンは、遺伝子情報を含むmRNA然にやってくる。その恩恵を患者が遺憾なく享受し、現状の素晴らを生体内に接種し、生体内の免疫システムを利用して抗原（免疫しい医療システムを維持していくためには、核酸医薬品の原料の源）を産生する。RNAi医薬品は、RNA干渉によって遺伝子の発製造および管理・輸送システムの構築や、核酸医薬品の各種グレー現を抑制し、がんや遺伝性疾患などの治療に応用されている。一

ド評価と用途に合わせた品質管理、当該技術分野の開発者・研究方、ゲノム編集薬は、治療において非常に革新的な方法であり、者・医師の教育と確保を早急に行うことが必要である。

多くの研究が進んでいるが、まだ臨床応用は限定的であり、安全性や倫理的問題が議論されている段階である。核酸医薬品もゲノム編集薬も革新的な技術であり、今後の医薬品開発の進展が切望されている。以下に、この二つの医薬品の現状についてさらに詳細に記載する。

もう一つの核酸薬：ゲノム編集薬

05

核酸医薬品は上記のように生命の設計図を書き換えるものでないことから、安全性を担保しやすいという利点がある。一方で、核酸医薬品の現状と実用性

04原因となる遺伝子をダイレクトに書き換えるわけではないため、基本的に投与を続ける必要があり、対処薬としての性質が強いと言える。
しかし、2020年ノーベル化学賞の受賞対象になった

COVID-19のパンデミックは、大きな医療革命を起こした。核

CRISPR-Cas9（図2）をはじめとするゲノム編集の技術は、問題と酸医薬品の一つであるmRNAワクチンの緊急使用承認・許可なる遺伝子を直接改変する治療法であることから、根本治療のが行われ、欧米をはじめ多くの人々に迅速に投与された結果、要素が高く、治療回数の観点では患者への負担が比較的少ない

COVID-19が引き起こす重篤化を極めて効果的に抑制すること治療であると言える。CRISPR-Cas9をはじめとするゲノム編集に成功した。同時に、人種を超え、核酸医薬品の安全性はもとよ法については優れた総説・書籍・解説 3）がいくつも存在しているり、利便性・迅速性についても広く認知されるに至った。周知のよので、それを参照していただきたい。核酸医薬品に続いて間違いうに、今回ワクチンとして真っ先に開発された核酸医薬品は、新型なく必要とされる次世代の技術である。
しかし、核酸医薬品と同コロナウイルスの構造タンパク質をコードするmRNAを生体内に様に実治療に利用するためにはいくつかの問題点をクリアーす接種し、体内で抗原となる異種タンパク質を産生させ、新型コロナる必要がある。まず、最も大きい問題は目的以外の箇所を改変しウイルスの感染前に体内に抗体を予め産生させておくものであってしまうオフターゲットである。ゲノム編集法の代表的立場にあた。
この成功はワクチンとしてのmRNAの利用を加速度的に促進

るCRISPR-Cas9法を例にあげると、その構成要素は、細菌由来した。国立医薬品食品衛生研究所のホームページには、感染予防のCas9タンパク質とターゲットを認識するためのgRNA（guide用のmRNAワクチンとがん治療用として開発されているmRNARNA）である（実際には核内で遺伝子編集を行う必要があるた

感染予防用72種・がワクチンがまとめられている 。驚いたことに、め、Cas9タンパク質にはその生物で機能する核移行シグナルがん治療用12種と、従来の開発ペースをはるかに超えてmRNAワ多くの場合付与されている）。それらを細胞あるいは個体に導入

1)

クチンの開発が進んでいることがわかる。核酸医薬品の用途はワすることで、ターゲットサイトの改変・編集を行う。ターゲットサイクチンとしての利用がその最たるものとなった。COVID-19が流トの認識には80 merからなるgRNAを利用することが多いが、行する以前には、mRNAワクチンは核酸医薬品開発においてマイその80 merの内、20 merがターゲット認識を担い、残りの60ナーな部類に入っていた。COVID-19以前に開発が進められていmerがCas9との複合体形成に使われる。種々の研究結果からた核酸医薬品の多くは、投与核酸の配列とターゲットとなるDNA示されているように、この認識に関わる20 merがターゲットサやRNAの配列の相補性を利用して、問題となる遺伝子由来のタンイトと配列が似ているゲノム上の別の箇所に結合すると、不幸にパク質の発現を制御しようとするものがほとんどであった。mRNAして意図しない編集が起こってしまう。これがオフターゲットでワクチン同様に、国立医薬品食品衛生研究所のホームページ のある。オフターゲットが起こった細胞を治療では除く必要があり、中に日米欧で承認された核酸医薬品がまとめられている。ぜひ

配列の決定に伴うクローン化やなんらかの形態変化をセルソー

2)

16

THE CHEMICAL TIMES
ターなどで検出して分離する。また、治療にあたっては、仮にオントな状態にあり、MexAB-OprMを含めてレギュレーター遺伝フターゲットを生じさせない革新的技術が構築されたとしても、子の変異により高発現化し、種々高度多剤耐性化を果たす。そのCas9タンパク質が細菌由来であることから、当然個体への投与中の一つにMexEF-OprNを高発現するnfxC 変異株がある。こにおいては異種タンパク質と認識され、抗体産生が促（in vivo ）の株は、臨床でしばしば現れる変異株であるが、この耐性獲得機され、免疫学的問題が生じてしまう。現時点ではゲノム編集薬を構が非常にユニークである。著者らが解析を続け見出した自己哺乳類の個体に直接利用することは不可能に近く、細胞治療・細ゲノム編集機構により、ゲノム中の遺伝子が存在しない領域に正に限定されている。
ex vivo 治療
胞移植などでの利用（ex vivo ）のレギュレーターmexT 遺伝子を作り出すことで、通常サイレンが不可能な疾患に対してin vivo 治療を行うためには、革新的なトなMexEF-OprN異物薬物排出トランスポーターの高発現を技術開発（オフターゲットが限りなく少なく、異種由来のタンパク促し、本菌を多剤耐性株へと誘導する。その後の解析から、この質を利用しないゲノム編集法）が求められ、開発が進んでいる。

自己ゲノム編集機構はある特徴的な構造を形成する遺伝子配列

次章では、著者らが取り組み、最近マウス個体内でのin vivo ゲノが自ら特殊な核酸を作り出し、その核酸を介してターゲットサイム編集に成功した、核酸のみによるゲノム編集法（Sense-strandト（遺伝子領域）を書き換え、遺伝子を作りだしたり壊したりしてTechnology：ST）について概説する。

環境に適応するようゲノムを意図的に変化させていることがわかった。その後、解析をさらに続け、この核酸を人工的にデザインしてゲノム編集を人為的に起こさせることに成功した。すなわ

06をデザイン通りに編集できることを明らかにし、本手法をST法とST法とは、オリゴ核酸のみを導入してゲノム編集をする方法で本法の特徴は100 mer程度の核酸を導入するだけでターゲッある。緑膿菌の抗生物質耐性獲得機構の解析から見出された、トサイトのゲノム編集を行える点にあり、タンパク質成分を導入ほぼ全ての生物が有すると考えられる自己ゲノム編集機構を応する必要がない。本機構に必要なタンパク質因子はほぼ全ての用した技術であり、上記システムをmimicした100 mer程度の生物が有していると考えられ、実際、ST法は細菌でもマウスでも一本鎖オリゴ核酸を編集したいターゲットサイト用に調製し、細ヒト細胞でも起こすことが可能であった。少々機構が異なるよう胞に導入することによって行われる（図2）。まだまだ解析すべきであるが、オリゴ核酸のみで編集が可能な方法としてオリゴヌク

オリゴ核酸のみを利用するゲノム編集法：ST法など

ち、100 mer程度のオリゴ核酸を細胞に導入するだけで遺伝子名付けて基本の知財の獲得を果たした9-12）。繰り返しになるが、点は残されているものの、現時点ではオフターゲットがほぼ観察

レオチド誘発突然変異導入技術（Oligonucleotide Directedin vivo での遺伝子治療に利用できる可能性を十されておらず、Mutagenesis：ODM法）がある。これらの方法は、導入したタン分に秘めている。そのメカニズムは、CRISPR-Cas9法に代表されパク質成分に対して抗体が産生されるin vivo 治療や、塩基置換る異種生物由来のヌクレアーゼを導入する従来のゲノム編集法に代表されるゲノム・遺伝子改変に特に有用であると思われ、さと根本的に異なり、導入オリゴ核酸を介した修復により行われてらなる改良が楽しみな技術である。なお、ODM法に関しても、いると推察されている。全てのサイトで高効率に行えるとは言い編集の効率を高めるさまざまな取り組み、投与核酸への修飾や難い（CRISPR-Cas9でも同様）が、ターゲットによっては、ヒト細extra配列の導入によるループ化などの工夫が行われている。

胞を用いた実験において導入から正確な編集までを最高で数％

また、ST法の研究開発を行う中で、本手法では全くゲノム編集程度で行えるところまで改良が進んでいる。

が起こらない領域が存在することも明らかになった。面白いこと

本節冒頭にも触れたように、ST法の開発のきっかけとなったのに、その領域ではゲノム編集を妨げる因子の存在が疑われ、そのは緑膿菌の抗生物質耐性獲得機構の解析にある4-6)。緑膿菌は医因子をタンパク質成分の導入なしに、単純な核酸によって除くこ療現場において極めて注視すべき細菌の一つであり、水があれとにも成功した。その結果、全く編集を起こせない領域においてばどこにでも存在する環境常在菌であるばかりか、免疫力の低も、比較的高頻度で編集を可能にすることにも成功している。さ下した患者に度々感染する日和見感染症の原因菌である。本菌

らに、ST法を基盤技術として近年設立されたベンチャー企業のは元来抗生物質に耐性を示すが、厄介なことに抗生物質に曝露マウス個体に対してST法でゲノム編
Nexuspiral株式会社13)は、されると容易にさらなる耐性化を果たしてしまう。このような急集を行い、効率こそまだ低いもののターゲットサイトの正確な編

激な耐性の獲得は本菌が有する耐性獲得機構の巧みさにある集に成功している。実用化に向けて安全性の確認などを詳細にことがわかっている。この耐性獲得機構は、外膜の透過障壁性とex vivo による遺伝子治療では効検討しているところであるが、様々な薬剤を排出するRND型の異物薬物排出トランスポーター

果・治療が期待できない希少疾患などへの治療に光明を指すもの発現による 。本菌はゲノム中に12種のRND型異物薬物排出のとして大いに期待されている。技術は日進月歩であり、その有７)トランスポーターを有しており、どれか一つでも高発現すれば多効性や優位性から今後ますますゲノム編集法の利用・改良が行剤耐性化を果たす7-8)。野生株ではMexAB-OprMポンプのみをわれ、近い将来、幾つものゲノム編集の手法の中から用途に合わ中程度レベルで発現しており、一般的な細菌よりも抗生物質にせて選択できるようになると期待される。

対して耐性を示す。残りの11種に関しては、（発現の揺らぎや一過的条件で発現することもあるが）通常発現が抑制されサイレ

17

特集

核酸医薬

071.

ゲノム編集法、特にCRISPR-Cas9法はその知財のほぼ全てが国立医薬品食品衛生研究所，感染症予防用 mRNA ワクチンの臨床開発状況，https://www.nihs.go.jp/mtgt/pdf/section3-2.pdf   ( 参照2023-04-03 )2.

国立医薬品食品衛生研究所遺伝子医薬部，https://www.nihs.go.jp/mtgt/index.html ( 参照 2023-04-03)

3.

山本卓 . ゲノム編集の歴史と基礎 https://www.kanto.co.jp/dcms_media/other/CT_251_01.pdf THE CHEMICAL TIMES. 2019, 1,3-6.

4.

H. MASEDA, H. YONEYAMA, and T. NAKAE. Assignment of
the Substrate-Selective Subunits of the MexEF-OprN Multidrug
Efflux Pump of Pseudomonas aeruginosa. Antimicrob. Agents
Chemother. 2000, 44, 3, 658-664.

5.

H. Maseda, K. Saito, A. Nakajima, and T. Nakae. Variation ofthe mexT gene, a regulator of the MexEF-OprN efflux pump
expression in wild-type strains of Pseudomonas aeruginosa.
FEMS Microbiol. Lett. 2000, 192, 1, 107-112.

6.

H. Maseda, M. Uwate, and T. Nakae. Transcriptional regulationof the mexEF-oprN multidrug efflux pump operon by MexT andan unidentified repressor in nfxC-type mutant of Pseudomonas
aeruginosa. FEMS Microbiol. Lett. 2010, 311, 1, 36–43.

7.

C. K. Stover, X. Q. Pham, A. L. Erwin, S. D. Mizoguchi, P.
Warrener, M. J. Hickey, F. S. L. Brinkman, W. O. Hufnagle, D.
J. Kowalik, M. Lagrou, R. L. Garber, L. Goltry, E. Tolentino, S.
Westbrock-Wadman, Y. Yuan, L. L. Brody, S. N. Coulter, K. R.
Folger, A. Kas, K. Larbig, R. Lim, K. Smith, D. Spencer, G. K.S. Wong, Z. Wu, I. T. Paulsen, J. Reizer, M. H. Saier, R. E. W.
Hancock, S. Lory, and M. V. Olson. Complete genome sequenceof Pseudomonas aeruginosa PAO1, an opportunistic pathogen.
Nature. 2000, 406, 959–964.

8.

Y. Ichise, T. Kosuge, M. Uwate, T. Nakae, and H. Maseda.
Complete Genome Sequence of Pseudomonas aeruginosa
Strain 8380, Isolated from the Human Gut. Genome Announc.
2015, 3, 3, e00520-15.

9.

間世田 英明 , 上手 麻希 , ゲノム編集方法 . 特許 第 6899564 号 , 優
先日 20160812.

おわりに海外のものとなっているが、今回紹介したST法や徳島大学 刑部敬史教授・東京工業大学 刑部祐里子教授らが開発したTiD法14）
は本国オリジナルのゲノム編集技術である。今後の医療の一端をゲノム編集法が担う可能性はとても高いと思われ、安全性が参考文献

担保されればオリゴ核酸のみによる遺伝子治療の実用が進んでいくものと思われる。その実現のためには、安全性の確認はもとより、オリゴ核酸の種々の実用に即した品質評価法の確立が必須であると思われる。そして、核酸医薬品を含めゲノム編集法で利用するオリゴ核酸の需要は拡大の一歩を辿ることは疑いようがなく、国策としての供給体制の充実とそのプラットフォームの確立が急務となる。法整備を含め、産学官の協調・連携を早急に進めていく必要がある。
一方、オリゴ核酸自体は自動合成機と原料さえあればどのような配列であっても自由に合成することができる。上記のガイドラ
インに従ったグレードの核酸を合成できる合成機を開発することで、近い将来より身近に核酸薬による個別化医療などが進んでいくと想像される。その場合、on site
（薬局でなくとも、公民館、コンビニ、はたまた患者の自宅）で自分に合った核酸薬の入手が可能になると信じており、これにより医師のいない地域であっても、ポツンと一軒家であっても、インターネットとのコラボレーションによって安価で患者ファーストな個別化治療が進む未来が訪れることを著者は夢見ている（図3）。高齢化社会が進む特に本国においては、まさに核酸薬の存在は医療システムの維持発展に必須な技術の一つであると思われ、これは世界共通のシステムの構築に向けてまさに本国が先導して進めていく問題であると感じてやまない。

11. 間世田 英明 , 上手 麻希 , ゲノム編集方法 . 特許 第 7029741 号 , 優
先日 20160812.
12. 間世田 英明 , 上手 麻希 , ゲノム編集方法 . 特許 第 7078946 号 , 優
先日 20160812.
13. Nexuspiral 株 式 会 社 https://nexuspiral.co.jp/ ( 参 照03 )2023-04-

14. K. Osakabe, N. Wada, T. Miyaji, E. Murakami, K. Marui, R.
Ueta, R. Hashimoto, C. Abe-Hara, B. Kong, K. Yano, and Y.
Osakabe. Genome editing in plants using CRISPR type I-D
nuclease. Commun. Biol. 2020, 3, 648.

図3 核酸薬が導く将来の医療18

10. 間世田 英明 , 上手 麻希 , ゲノム編集方法 . 特許 第 6952315 号 , 優
先日 20160812.