別刷

実験医学（毎月1回1日発行）
第36巻第19号 2018年12月１日発行
1985年12月25日第三種郵便物認可 ISSN 0288-5514

生命を科学する 明日の医療を切り拓く

2018
﹇特集﹈

122018Vol.36 No.19

12が修飾される！
RNA！
される修飾RNA
Experimental Medicine

特集がエピトランスクリプトームによる生命機能と疾患の制御

2018年[ 生理学・医学賞 ]▶深水昭吉，五十嵐和彦

RNA修飾の変動と生命現象▶鈴木

RNA修飾の解析方法▶櫻井雅之，

長谷川拓巳，中山宏紀

RNAメチル化によるSAM代謝制御▶島 弘季，五十嵐和彦

勉

ほか，物理学賞・化学賞も解説！

RNAのメチル 化による概日リズム制御 ▶F u s t i n
RNAメチル化によるシナプスでの遺伝子機能Jean‒Michel，
柏﨑安男

分画 ▶飯田 慶，王 丹
るRNA修飾制御

がん細胞におけるALKBHファミリーによ▶上田裕子，辻川和丈

tRNA conference in Strasbourg
よるリボソームと寿命の制御

世界最前線レポート〜27th▶堀弘幸

rRNAメチル化に▶宮田真衣，大徳浩照，深水昭吉

飾機構を利用したRNA編集技術の開発

RNA修

▶福田将虎

Vol.36 No.19 (P.3200-3347)
連載

解説レビュー

本庶先生とアリソン先生の功績を綴る▶企画／五十嵐和彦，深水昭吉
概論−RNA修飾研究の新展開

ノーベル賞

生物発光イメージング ー AkaBLI

細胞レベルで老い払え！ ー ICSA 2018 レポート

ブレークスルー
バイオテクノロジー

編／東京大学先端科学技術研究センター 谷内江研究室

NGS，ゲノム編集，シングルセル…今の生命科学には，かつてないペースで新技術が登場しています．本連載
では，組合わせのアイデアで，さらなるシナジーをよび起こす先端バイオテクノロジーをご紹介いただきます．

第2回

DNA バーコードとゲノム編集で個体発生を追跡する
増山七海

いかなる動物の発生も 1 つの受精卵からスタートし，細胞の分化と分裂をくり返しながらさまざまな器官を形成し，個体をつくり上げる．この過程において生み出される細胞の機能は複雑に交差し，協奏する無数の細胞が生物個体を形成する．この神秘的なダイナミクスに迫ろうとする研究は生物学の歴史の少なくない部分を占めてきた．しかしながら，哺乳動物でいえば，その詳細な細胞系譜は受精卵から胚盤胞に至る程度までのごく初期のものしか理解されていない．もし細胞がどのように分裂をくり返し，どの器官に到達するかという完全な系譜を得ることができれば，それは体系的に生物学研究を進める強力なバックボーンになり，ゲノム情報よりも大きなインパクトを生命科学研究に与えるかもしれない．現在，D N A バーコードとゲノム編集を使ってこのような細胞系譜情報を得ようとする研究分野が黎明期にある．

細胞が経時的に蓄える変異情報を利用する織から得た 32 の切片を解析したところ，この LINE1

超並列 DNA シークエンシングの登場以降，DNA のLINE1 が組織形成の過程で転移を起こしていることが配列情報を利用して細胞系譜を解析しようというアプ示された．さらに，その LINE1 のもつポリ（A）マイローチが発展してきた．例えば，ボストン小児病院のクロサテライトの長さの違いによって LINE1 転移後のChristopher Walsh のグループは脳の発生過程におい細胞系譜も大まかに推測できることも示された．

は空間的に近接している特定の切片間でのみ観察され，てレトロトランスポゾンが染色体上を移動することとレトロトランスポゾンだけでなく，個体が発生する脳組織の細胞系譜との関係を調べた ．はじめに ，ヒ過程では複製エラーによって細胞の染色体のさまざまト臨床検体の脳組織から単離した 16 の細胞について 1な箇所に体細胞変異が蓄積されていく ．したがって ，細胞ゲノムシークエンシングを行ったところ，LINE1多様な生物種のゲノム配列から進化系統樹を再構築すは細胞間で異なる染色体の位置に観察されやすいことるように ，体細胞それぞれから 1 細胞ゲノム情報を手を見つけた．次に，16 の細胞のうち 2 つの細胞で同じに入れることができれば，それらの細胞系譜が再構築染色体座位にあった LINE1 について注目し，同じ脳組できる（図 1A）．一方で，現在の 1 細胞のゲノムシー

1）

実験医学

Vol. 36

No. 19（12 月号）2018

このPDFは，（株）羊土社により，著者による再配布を許可したものとなりますPowered by TCPDF (www.tcpdf.org)

3315

A

B

染色体DNAバーコード

細胞分裂変異変異情報から細胞系譜の演繹

図 1 DNA 配列を用いた細胞系譜追跡A）体細胞変異を利用した細胞系譜追跡．細胞分裂の際に獲得される体細胞変異は次々と世代を経て受け継がれる．したがって，体細胞それぞれの 1 細胞ゲノム情報を得ることができれば，それらの細胞がどのような細胞系譜を経たのか演繹的に予測することができる．これは多様な生物のゲノム情報から進化系統樹が描けるのと同じことである．B）動的に変化する D N A バーコードによる細胞系譜追跡．細胞分裂とともに短い人工 DNA に集中的かつ高頻度に変異が蓄積されるしくみがあれば，この領域のみをシークエンシングするだけで細胞系譜が再構築できる．

クエンシング技術では，微量サンプルに対する感度が解読できる技術があればその完全な細胞系譜を得られ十分に高くないせいでゲノムに生じる体細胞変異を精るかもしれないが，少なくとも現在はこれを可能にす

確 に同 定 することができない ． サンガー 研 究 所 のる技術がない．

Michael Stratton の研究チームはこの点を鑑みて，オ一方，近年の生物学では実験の並列化を目的としてルガノイドをつくることのできる体細胞であれば，オ共通の PCR プライマー配列で挟まれた短い人工 DNA

ルガノイドから得られる十分なゲノム D N A を解読す

を，異なる分子や細胞を標識する「バーコード」としることで ，それに由来する 1 細胞の精確なゲノム情報て用いるアプローチが増えている．例えば，遺伝子破を得られることに注目した．1 匹のマウスの胃，小腸，壊などさまざまな遺伝的改変が施された細胞株の生育

大腸などから細胞を採取し，十数のオルガノイドを樹を一斉に調べたい場合は，それぞれの細胞に特異的な立，それぞれのゲノムにおける体細胞変異パターンかDNA バーコードを導入，細胞を混合し，細胞プールをら採取した細胞の系譜が推定できることを示した ．し競争的環境下において培養する．培養の前後あるいはかしながら，この解析が消化器官に限られているよう時系列ごとに DNA バーコードを PCR で増幅，超並列に，全ての組織を構成する細胞がオルガノイドを形成

DNA シークエンシングで解析すると，それぞれの細胞できるわけではないし，ゲノムシークエンシングのコ株について一斉にその生育を見積ることができる．本

ストも安価ではない．

連載でも今後見ていくように，DNA バーコードという

2）

これらの研究は特に新しい知見をもたらしたわけで概念と超並列 DNA シークエンシングによって非常に多はないが ，共通して内包しているよいアイディアは ，様な生物学実験をスケールアップできるようになった．

発生において蓄積されていくゲノム上の体細胞変異を，こういった DN A バーコードの概念を発展させ ，細「経時的なメモリーシステム」として考えたことであ胞に導入した短い D NA バーコードが時間経過とともる．（DNA の複製エラーレートから計算すると）ほぼに高頻度で変異を獲得し，動的にその配列を変えてい全ての細胞分裂において娘細胞には新たな体細胞変異くようなしくみがあれば，効率的に細胞系譜情報を得が獲得されていく．したがって，究極的には動物個体られると考えた研究者が多くいた．異なる染色体あるを形成する全ての 1 細胞についてゲノム情報を精確にいは染色体の遠い位置に散発的に生じる体細胞変異の

3316

実験医学

Vol. 36

No. 19（12 月号）2018

このPDFは，（株）羊土社により，著者による再配布を許可したものとなりますPowered by TCPDF (www.tcpdf.org)

ブレークスルー

バイオテクノロジー

組合わせ情報を細胞系譜の再構築のために必要とするて ，ある時点において D N A バーコード領域に欠失が場合は ， 1 細胞に由来する全ゲノム配列を別々に決定起こると，それまでにその領域に変異として蓄積されしなくてはならない（図 1A）．一方で，超並列 D N Aた細胞系譜の情報は一気に脱落してしまう．また Cas9

シークエンシングでも解析できるような短い DNA バーにはターゲット配列の特定の箇所を切断しやすいとい

コードが集中的に細胞分裂とともにランダムに変異をう特性があり，完全にランダムな配列変化を引き起こ蓄積していく場合は，細胞集団をすり潰し，PCR で変すことができない．実際に成体のゼブラフィッシュで異の入った D NA バーコードを増幅してシークエンシ観察された D N A バーコードの編集パターンは特定のングすると細胞系譜全体が一斉に再構築できる （図パターンに偏り，再構築された細胞系譜の解像度は高1B）というのである！そして，前回紹介したゲノム編

くはなかった．さらに，GESTALT 法では Cas9 と DNA

集技術の登場によって，2016 年以降このアイディアのバーコードのもつターゲット配列群を狙う gRNA はイコンセプトモデルが実現されはじめた．動的に配列をンジェクションによって導入されているため，ゼブラ変える D NA バーコードが発生生物学の風景をガラリフィッシュの発生を通してシステムが安定に動作してと変えるかもしれない．

いた保障がなく，再構築された細胞系譜が実際の発生過程をどれだけ反映しているかについては今後検証がゲノム編集による動的な DNA バーコード必要である．

ゲノム編集によって動的な D NA バーコードを実現

Scratchpad 法など細胞系譜追跡のための基礎的なゲノし，動物の細胞系譜をトレーシングするという研究がム編集手法とその応用デモンストレーションが相次い世界中ではじまり，そのなかで一番乗りを遂げたのがで発表され，世界中で多くの研究グループがゲノム編

ワシントン大学の Jay Shendure らのグループである．

集の誕生を契機にこの重要なゲームに飛び付いていたShendure らは，野生型 Cas9 によって編集されるさまということが明らかになった．それらのなかでも，MITざまなターゲット配列をタンデムに並べた D N A バーの Timothy Lu のグループや，Shendure の元メンター

コード （図 2A）によって細胞系譜を演繹的に再構成であり，前回紹介した gRNA による動物細胞のゲノムする GESTALT（genome editing of synthetic target

編集を発表した George Church のグループは「gRNAarray for linage tracing）法を開発し，ゼブラフィッがそれ自身をコードする D N A を編集する」システム

シュの発生における細胞系譜を予測した ．DNA バーを細胞系譜追跡のために開発した．前回述べたように，コードを保持する遺伝子改変ゼブラフィッシュを作成

本来 CRISPR システムは，ターゲット配列に隣接する後，この1 細胞期胚にCas9 タンパク質およびDNA バー

PAM 配列を認識し，ターゲット配列と同じスペーサーコードを編集ターゲットとするガイド RNA（gRNA）配列をもつ gRNA のコード配列は切断されないように群をインジェクションした（図 2B）．その後，生まれなっている．これは天然の CRISPR システムが宿主のたゼブラフィッシュのさまざまな発生ステージの異なDNA と侵入者の DNA を認識するためのしくみである．

る組織から細胞を回収，PCR と超並列シークエンシン両グループは同時期に ，二次構造を保持させたまま

グにより DNA バーコードの変異パターンを同定し，細gRNA が PAM 配列をスペーサー配列の隣に持つように胞系譜を再構築した ．これが実質的に D N A バーコー

すると，gRNA がそれ自体をコードする DNA 領域を編ドとゲノム編集を組合わせて全細胞系譜追跡を行った集することを見出した（図 3）．Lu らが self-targeting

最初の美しいデモンストレーションとなった．

gRNA（stgRNA）4）と名付け，Church らが homing

ほぼ同 時 期 に， 連 載 の後 半 でも取 り上 げる

3）

これが讃えられるべき成果である一方で，さまざまgRNA（hgRNA）5）と名付けたこのシステムでは，スな新しい課題も明らかになった．例えば，GESTALT

ペーサー配列をコードする領域が編集されると，直ち法では野生型 Cas9 による編集が DNA バーコードに引にそこから発現する g R N A がまた自身をコードする

き起こされる際 ，複数箇所に D N A の二重鎖切断が起DNA の編集をくり返すので，自己編集されていくDNA

こるため配列の大規模な欠失が頻繁に起こる．したがっ

配列が細胞系譜追跡のための動的な DN A バーコード

実験医学Vol. 36

No. 19（12 月号）2018

このPDFは，（株）羊土社により，著者による再配布を許可したものとなりますPowered by TCPDF (www.tcpdf.org)

3317

A

B

タンデムに並んだCRISPRター
ゲットからなるDNAバーコード

DNAバーコードをもつ
トランスジェニックゼブラフィッシュ

Cas9タンパク質とgRNAのインジェクション

Cas9/gRNA複合体

1細胞期胚
右目脳

左目
心臓

編集されたDNAバーコード

腸管 後腸

血液欠失挿入解離させた心筋細胞
心臓組織

心臓

FACS

心筋組織

非心筋組織

図 2 GESTALT 法によるセブラフィッシュ発生系譜の追跡

A）GESTALT 法における動的な DNA バーコードのデザイン．CRISPR/Cas9 によって DNA バーコード配列が時間発展とともに徐々に編集される．B）ゼブラフィッシュの細胞系譜トレーシング．DNA バーコードを染色体上にもつトランスジェニックゼブ
ラフィッシュの胚に Cas9 と gRNA 群がインジェクションされ，生体のゼブラフィッシュのさまざまな組織の DNA バーコードの編集パターンが解析された．

として利用できるというアイディアであった．一方で， （mouse for actively recording cells）と名付けられたDNA の二本鎖切断が引き起こす塩基の欠失が PAM 配マウスと Cas9 を発現するマウスを交配させ，その受精列や発現プロモーターに及んだ場合は当然システムが卵において hgRNA システムが作動するようにした．妊停止してしまう．また，細胞系譜追跡のためには比較

娠後，さまざまな日齢における胎盤，卵黄嚢，マウス的長い時間に渡って gRNA の自己編集が起こる必要が胎仔の頭部，尾部，心臓，四肢，脳の各部位などからある．発現プロモーターと PA M 配列の間の配列を 75

D N A サンプルを回収 ，それぞれのサンプルについて塩基程度までに延長することで編集活性を低下させ ，hgRNA の変異パターンを解析した．サンプル間におけ長期間作動するような h g R N A システムも考案された

る hgRNA 変異プロファイルの差を比較したところ，そが，PAM 配列が編集されてしまったときにシステムがれらが実際の発生過程に照らして理に適っているもの停止する課題についてはまだ有効な回避策が見出されであることが示された．また成体 MARC1 マウスの各ていない．

脳領域の hgRNA を調べたところ，脳の左右の神経細胞

それでも，すばやく活動していた Church らのグルーにおける変異プロファイルが類似していることが明ら

プは 2018 年に入って，hgRNA をもちいてマウスの発かになり，マウスの脳発生は前後軸形成からはじまり，6）生初期における細胞系譜追跡を実施したと発表した ．

その後左右軸に発達することが示された ．これは動的

Church らは PiggyBac トランスポゾンを用いて，自己な DNA バーコードを用いて哺乳動物個体の発生を捉え編集スピードの異なる hgRNA 発現カセットをマウス染たはじめての例になった．一方で，得られた結果は依色体上の 60 カ所にランダムに導入した．この hgRNA然としてわれわれがもっている哺乳動物の細胞系譜にシステムを染色体上に点在するように持つ M A R C 1

関する知識を押し上げるようなものではなく ，体細胞

3318

実験医学

Vol. 36

No. 19（12 月号）2018

このPDFは，（株）羊土社により，著者による再配布を許可したものとなりますPowered by TCPDF (www.tcpdf.org)

ブレークスルー発現とプロセッシング
PAM
プロモーター

バイオテクノロジー

バーコードで標識された造血幹細胞のプールを再度マウスに移植することによって造血プロセスを解析する

自己編集型gRNA（図 4）．バーコード化されたという手法を発表した 7）
造血幹細胞をマウスに移植後，時間を置いて，分化しくり返し

Cas9た血液細胞群を骨髄から回収，表面抗原マーカーによる標識とフローサイトメトリーセルソーターによって各種未分化細胞，B 細胞，T 細胞，顆粒球などを分取した ．分取したサンプルごとに D N A バーコードを超並列 D N A シークエンシングで解析し ，異なる D N A＊

バーコードについてそれらの数をプロファイルとして変異得て，サンプル間におけるプロファイルの類似性から

図 3 自己編集型 gRNA システムによる細胞系譜追跡

造血過程における細胞系譜を再構築できることを示した．再構築された細胞系譜はそれまで知られていた造変異によって細胞系譜追跡をする場合と似たような問血過程に照らして妥当なものであると同時に，造血の題を内包していた．つまり，一つの hgRNA では細胞さまざまな段階における未分化細胞の各細胞種への寄系譜再構築のための十分な情報を記録することができ与率が推定された．

ず，複数の hgRNA の編集プロファイルを頼りに系譜動的な DN A バーコードが開発段階にある現在におを推定するしかない．このデモンストレーションでは，

いては ，このように細胞集団レベルで D N A バーコー

1 細胞由来のオルガノイドを構築して hgRNA 変異の組ドの分布プロファイルを解析するアプローチも依然と合せ情報を取得するのではなく，各組織サンプルの平してパワフルである．しかしながら，個別の細胞を別々均的なhgRNA 編集パターンの組合せ情報を取得し，組の DNA バーコードで標識する必要があり，Weissman織間でそのプロファイルを比較するというアプローチ

らの例ではレンチウイルスと造血幹細胞の移植の系をがとられ，それぞれの組織を構成する細胞レベルでの用いることでこれを実現した．このように外部から細詳細な細胞系譜の再構築は犠牲にされた ．もっとも ，胞集団に標識を導入する手法は，動物発生を含めて系賢明な Church らが今回の戦略の欠点に気づいていなの途中での介入が難しい対象には利用できない．また，かったわけはなく，発生トレーシングに向けた次なる造血分化の解析においても，そもそもこのようなレン戦略も考えていないはずがない．本連載を続けていく

チウイルスによる侵襲と移植を組合せた手法から得らなかでも，彼ら（とその競合グループ）が何をやったれる結果が本来の造血プロセスを反映しているのか疑かだけでなく，今後どのような戦略をとってくるだろ問視する考え方もある．
細 胞 集 団 サンプルを後 から標 識 するのではなく ，うかということが見えてくるだろう．

D N A 組換え配列を染色体に仕掛けておくことによっ

複雑な DNA バーコード集団あるいはDNA 組換えによる細胞系譜追跡て，ある細胞から生まれる細胞群を別々に標識しよう

ここで少し歴史を戻してみると，ゲノム編集によるである loxP 配列や FRT 配列などによってさまざまな動的な D N A バーコードというアイディアが実現する

蛍光タンパク質遺伝子を挟んでタンデムに並べたもの

以前から D N A バーコード自体は細胞系譜解析に利用を染色体に導入し，これをもつ胚や組織において組換されてきた．例えば，2011 年にスタンフォード大学のえ酵素の発現を誘導，異なる細胞が異なる蛍光タンパ

Irving Weissman らのチームはランダムな配列をもつク質の組合せで標識されることを可能にした．同一のDNA バーコードのプールをレンチウイルスによってマ細胞クローンは同じ蛍光タンパク質群が発現するため，ウスの造血幹細胞に導入し ， 1 細胞ずつ異なる D N Aイメージングと組合わせることで，発生過程における実験医学

Vol. 36というアプローチも登場して久しい．そのなかでも代表的な Brainbow 法 8）は部位特異的 DNA 組換え配列

No. 19（12 月号）2018

このPDFは，（株）羊土社により，著者による再配布を許可したものとなりますPowered by TCPDF (www.tcpdf.org)3319

レンチウィルス
トランスダクション

HSC

BC1…

…

CD8T

BC2

loxP

BC3BC6BC7BC8BC6BC7BC8BC9BC2BC5BC9逆位

BC1…
ＤＮＡバーコード
プロファイルの類似度から細胞系譜の再構築
CD4MPP/
Flk2＋

CLP

CD8B

GMP

Gr
MEP

BC9欠失

Gr

骨髄から得た血液細胞

BC5BC6BC2BC8BC1BC7…

BC9欠失
BC1B

移植

MPP/
Flk2－

BC5…

バーコード化
造血幹細胞（HSC）

HSC

BC4BC6

複雑なDNAバーコードプール

図 5 Polylox 法による細胞のラベリング

Polylox カセットの組換え反応の一例を示す．互いに同方向の loxP 間で組換え反応が起こると DNA バーコードの欠失が生じ，互いに逆方向の loxP 間で組換えが起こるとDNA バーコードの逆位が生じる．

マウスの骨髄から各種血液細胞をサンプリングした．それぞれの細胞種のもつ Polylox の組換えパターンを解析したところ ，造血幹細胞の分化が食細胞 - 赤血球系図 4 DNA バーコード化された造血幹細胞の移植による造血プロセスの観察

列とリンパ球系列へ明確に分かれる一方で ，一部の造血幹細胞は特定の系譜にのみ分化すること ，骨髄系前駆細胞と定義される細胞から分化すると考えられてい細胞クローン群がどのように組織を形成するのか一定た細胞が別の系譜を経て生じることなどが示唆された．の解像度で解析することが可能になった．
ドイツがん研究センターの Hans-Reimer Rodewald
らのグループは，ゲノム編集による細胞系譜追跡技術

人工回路をもつ細胞による生物学が次々と発表されるなか，時を同じくして Brainbow

1983 年に Sulston らによって線虫の全細胞系譜が明法と DNA バーコードを組合せた Polylox 法 9）を発表しらかになってから 35 年が経ち，この数年で次々と発表た．この手法では蛍光タンパク質遺伝子の代わりに複された DNA バーコードとゲノム編集，DNA 組換えを数の DNA バーコードが loxP 配列で挟まれており，Cre利用した細胞系譜トレーシング技術は，高解像度で動組換え酵素によって細胞内でランダムな loxP 配列ペア

物発生をまるごと捉えられる技術に一気に発展する期間において生じる組換えがさまざまな DN A バーコー

待がある．ここで冷静になって留意すべきことは，「細ド配列の組合せをつくり上げる（図 5）．Rodewald ら胞分裂とともに D N A 配列にランダムに蓄積される変は，9 つの異なる DNA バーコードを loxP 配列で挟ん異情報（＝ 動的な D N A バーコード）自体は，観察すで並べ，理論的には Cre による 6 回程度までの組換える娘細胞群を形成した細胞系譜の分枝トポロジー（系で約 60 万に及ぶ DNA バーコードの組合せを生み出せ統樹形）を再構築できるに過ぎない」ということであるような Polylox カセットを準備し，これによって移り，実際に解析する娘細胞がどのような種類の細胞で植を介さない造血幹細胞の分化解析を行った．Polylox

あるか，どのような遺伝子発現プロファイルをもつか，カセットをもったマウスとタモキシフェン誘導性 Creあるいは空間的にどのような位置にいるかというアノをもったマウスを交配させ，造血幹細胞が生まれる 9.5

テーション情報とセットで考えなければ意味がない ．

日目胚が形成された段階で，タモキシフェン投与によここで紹介した研究においても，解剖あるいはフローり Polylox の組換えを作動させ，生後 9 ～ 11 カ月の仔

サイトメトリーセルソーティングによって解析対象と

3320

実験医学

Vol. 36

No. 19（12 月号）2018

このPDFは，（株）羊土社により，著者による再配布を許可したものとなりますPowered by TCPDF (www.tcpdf.org)

ブレークスルー

バイオテクノロジー

A

図 6 in situ シークエンシング技術は空間情報をもった生体組織の細胞系譜を可能にするだろう

A）動的な DNA バーコードの 3D in situ シークエンシングができれば細胞の空間情報と細胞系譜を大規模に繋げることができる．
（A は文献 12 より引用）

なる細胞あるいは組織サンプルにはアノテーションがリーシステムとしての人工的な D N A に記録する」と付与されたうえで細胞系譜が解釈されていた．高解像いうアプローチが考えられる．自然科学は，われわれ度の細胞系譜が得られたとしても，その「樹」の解像に目の前に現存する試料しか解析することを許さない．

度に見合った意味付けができなければ意味がない．

われわれはタイムトラベルができないため対象となる

今回は D N A バーコードを利用した次世代の細胞系生物の過去の状態をそのままでは知ることができない．

譜トレーシングの概念を中心に紹介したが，カリフォ細胞をすり潰さないと高解像度の分子プロファイル情

ルニア工科大学の Long Cai らは in situ イメージング

報は得られず，モデル生物を生きたままにして時系列によってゲノム編集状態を捉える Scratchpad 法 10）にで解析すると限られた情報しか得られない．悪性腫瘍

よって細胞の系譜と位置情報を同時に捉えるアプローなどさまざまな生命システムにおいて，それを構成すチを発表した．また，Shendure らも 2018 年には 1 細る不均質な細胞群が時間経過とともにどのように分子胞トランスクリプトームと細胞系譜を同時に捉えられプロファイルを変えながら進展していくのか知ることるように GESTALT 法をさらに発展させた 11）．この他，はきわめて難しい ．このようななかで ，動的な D NA

前回登場したゲノム編集の Feng Zhang を輩出したス

バーコードによる細胞系譜解析は，目の前の試料にあタンフォード大学の Karl Deisseroth らは in situ シー

らかじめ仕掛けておかれたメモリーシステムからそのクエンシングによって脳組織の三次元空間における 1過去のプロセス情報を遡って得ることができる好例で細胞トランスクリプトーム配列を解読する STARmap

ある．

法を発表し，組織，トランスクリプトームと細胞系

この視点に立ち，また発生生物学の興味に沿って考譜を空間的に同時に捉える技術の実現も期待される

えてみると ，娘細胞群の空間情報や 1 細胞トランスク（図 6A）．

リプトームが紐付けられたとしても最近の細胞系譜技12）大きく考えれば ，バイオテクノロジーには超並列術の考え方に大きく足りないものが 2 つある ．一つはDNA シークエンサー，質量分析機，超解像イメージン

細胞系譜における末端部分（解析対象となる娘細胞群）

グ技術などの生物試料を観察するための機械工学と ，以外における細胞のアノテーション（遺伝子発現情報生命システムを生物学実験のために拡張する遺伝子工など）を知ることができない．もう一つは，発生段階学や細胞工学がある．これらを横断的に利用した生物の途中でアポトーシスなどによって「消失」する細胞学はますます重要になるが，特に後者ではゲノム編集の系譜は捉えられないということである．これらの情などによって「細胞あるいは細胞内のイベントをメモ報も観察する時点で D N A メモリーから遡って引き出

実験医学Vol. 36

No. 19（12 月号）2018

このPDFは，（株）羊土社により，著者による再配布を許可したものとなりますPowered by TCPDF (www.tcpdf.org)

3321

文献せると理想的だ ．しかしながら ，遺伝子発現状態を

1）Evrony GD, et al：Neuron, 151：483-496, 2015

DNA メモリーに記録していくようなシステムをつくれ2）Behjati S, et al：Nature, 513：422-425, 2014

るだろうか？ 細胞が消失する際は，例えば隣の細胞の3）McKenna A, et al：Science, 353: aaf7907, 2016

4）Perli SD, et al：Science, 353：aag0511, 20165）Kalhor R, et al：Nat Methods, 14：195-200, 2017

DNA メモリーにダイイングメッセージを残すような仕掛けをつくるようなことはできるだろうか？

6）Kalhor R, et al：Science, 361：aat9804, 2018◆7）Lu R, et al：Nat Biotechnol, 29：928-934, 2011

DNA の合成スピードは指数関数的に上がっており，人工染色体技術も徐々に確立しつつある．細胞内に情可能になる新しい生物学は今後ますます広がるだろう．に大容量の情報を記録できる新たなメディアとして注目を集めており，2017 年には 1 g あたり約 200 PB（1PB は 10 MB）の情報集積度を達成できることも示さ9れた 13）．このことは生物学の外においても D N A 合成技術やゲノム編集技術開発を駆動するモチベーションとなっており ，人工 D N A を軸とした生物学と情報科

9）Pei W, et al：Nature, 548：456-460, 201710）Frieda KL, et al：Nature, 541：107-111, 201711）Raj B, et al：Nat, Biotechnol, 36：442-450, 2018

報ストレージとしての D N A を仕掛けることによってまたこの数年，DNA は情報科学においてもコンパクト8）Livet J, et al：Nature, 450：56-62, 200712）Wang X, et al：Science, 361：aat5691, 201813）Erlich Y & Zielinski D：Science, 355：950-954, 2017

著者プロフィール
増山七海 （Nanami Masuyama）
東京大学先端科学技術研究センター
谷内江研究室交流研究生 ．慶應義塾大学大学院政策・メディア研究科修士課

学の歯車が噛み合いはじめた（今後も噛み合っていく

程 1 年 ．学部 1 年生より研究活動をはかはわからないが）．本連載で紹介していくバイオテク

じめ ，現在は細胞系譜追跡のためのゲロジーをより勇敢な視点で捉えられるように，次回は生物学真正面の課題から外れてこのDNA 情報ストレー
ジ技術を最新の研究とともに紹介する．

3322

実験医学

ノム編集技術を開発しており ，哺乳動物の全細胞系譜を明らかにすることを目標としている．
谷内江研究室ウェブサイト：http://yachie-lab.org/

Vol. 36

No. 19（12 月号）2018

このPDFは，（株）羊土社により，著者による再配布を許可したものとなりますPowered by TCPDF (www.tcpdf.org)

本 pdf は，著作者⾃⾝によるサーバーへのアップロード，配布の⽬的にのみご利⽤いただけます．
以下の⾏為はご遠慮ください
・本 pdf の販売など，直接的な利益を得る⽬的での利⽤
・本 pdf の⼀部を抜粋，あるいは改変しての利⽤・本 pdf の第三者による配布

書籍名：実験医学 Vol.36 No.19
使⽤⾴：3315〜3322 ⾴
著者名：増⼭七海
発⾏社：（株）⽺⼟社
発⾏年：2018 年© YODOSHA CO., LTD. 2019