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2024-05-22 08:52:26
ヒトゲノムは約 30 億塩基対で構成されており、ヒトの遺伝子構成はすべて 99.6% 同一です。 このわずか 0.4% が、人と人との違いの原因となります。 これらの塩基対における変異の特定の組み合わせには、心臓病や統合失調症などの神経変性疾患など、複雑な健康問題の原因についての重要な手がかりが含まれています。
生細胞の突然変異をモデル化または修正する現在の方法は、特に多重化、つまりゲノム全体に複数の点突然変異を同時に導入する場合には非効率的です。 カリフォルニア大学サンディエゴ校の研究者らは、複数の点突然変異を一度に導入する多重直交塩基エディター（MOBE）と呼ばれる、新しい効率的なゲノム編集ツールを開発した。 化学・生化学の助教授が率いる彼らの研究 アレクシス・コモルの研究室に登場する ネイチャーバイオテクノロジー。
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コモール氏のチームは、DNA 内の 1 文字の変化で異なるゲノムを比較することに特に興味を持っていました。 これらの文字 – C (シトシン)、T (チミン)、G (グアニン)、A (アデノシン) – は塩基として知られています。 ある人が C 塩基を持っている場合、別の人は T 塩基を持っている可能性があります。 これらは一塩基変異体 (SNV) または単一点変異であり、人は 400 ～ 500 万個の変異体を持っている可能性があります。 一部の亜種は無害です。 有害なものもある。 そして多くの場合、それは病気を引き起こす複数の変異の組み合わせです。
疾患モデリングでゲノムを使用する場合の問題の 1 つは、考えられるバリエーションが膨大にあることです。 科学者がどの遺伝子変異が心臓病の原因であるかを特定しようとしている場合、全員が心臓病を患っているコホートのゲノムを解読することはできますが、2 人の間の変異の数により、どの変異の組み合わせがその病気を引き起こすかを特定することは非常に困難になります。 。
「遺伝子変異の解釈には問題があります。 実際、特定された変異体のほとんどは臨床的に分類されていないため、それらが病原性であるか良性であるかさえわかりません」と最近博士号を取得したクイン・T・コーワン氏は述べた。 同大学の化学生化学学科を卒業し、この論文の筆頭著者。 「私たちの目標は、制御された実験室環境に複数の変異体をインストールし、さらに研究できるようにすることで疾患モデリングに使用できるツールを作成することでした。」
遺伝子編集の進化
MOBE がなぜ作られたのかを理解するには、従来の遺伝子編集ツールである CRISPR-Cas9 の限界を理解する必要があります。CRISPR-Cas9 は、編集したいゲノムの位置に直接向かう GPS 信号のような役割を果たすガイド RNA を使用します。Cas9 は DNA の両鎖を切断して完全に切断する DNA 結合酵素です。
比較的単純ではありますが、二本鎖切断は細胞にとって有毒となる可能性があります。 この種の遺伝子編集は、細胞が完全に自己修復できなくなるインデル（ランダムな挿入と欠失）を引き起こす可能性もあります。 CRISPR-Cas9 の複数の遺伝子を編集すると、リスクが倍増します。
コモール氏の研究室では、CRISPR の代わりに、自らが開発した塩基編集技術を使用している。この技術は DNA に化学変化を起こすが、一度に行える編集は 1 種類だけ (たとえば C から T または A から G) である。つまり、一度に全体を切り取るハサミではなく、塩基編集では 1 文字ずつ消去して置き換える。処理は遅いが、より効率的で、細胞への害も少ない。
2 つ以上の塩基エディターを同時に適用すると (ゲノム内の 1 つの場所で C を T に変更し、別の場所で A を G に変更する)、複数の遺伝子変異が原因で発生する多遺伝子疾患をより適切にモデル化できます。ただし、塩基エディターが望ましくない変更を加えた場合に発生するガイド RNA の「クロストーク」なしでこれを効率的に実行できるテクノロジーは存在しませんでした。
Cowan の MOBE は、アプタマーと呼ばれる RNA 構造（特定のタンパク質に結合する小さな RNA ループ）を使用して塩基修飾酵素を特定のゲノム位置に動員し、高効率でクロストークの発生率を低くしながら複数の部位を同時に編集できるようにします。
このシステムは新規であり、アプタマーを使用して ABE (アデノシン塩基エディター) を CBE (シトシン塩基エディター) と組み合わせて直交パターンでリクルートし、MOBE を作成したのは初めてです。
違いは明らかです。MOBE を使用せずに CBE と ABE を併用すると、最大 30% の確率でクロストークが発生します。 MOBE では、クロストークは 5% 未満でありながら、必要なベース変化の 30% の変換効率を達成します。
この研究は、仮特許を取得したMOBEシステムの実現可能性をテストするための原理実証であった。 さらに詳しく検証するために、研究チームは、まれなホルモン疾患であるカルマン症候群など、実際の病気を対象としたいくつかのケーススタディを実施しました。 彼らの実験により、MOBE システムを使用して、特定の多遺伝子性疾患に関連する細胞株を効率的に編集できることが明らかになりました。
「私たちは、誰でも自由にアクセスできるように、プラスミドを AddGene に公開する準備を進めています。 私たちの希望は、他の研究者がMOBEを使用して遺伝病をモデル化し、それがどのように発現するかを学び、できれば効果的な治療法を開発することです」とコーワン氏は述べた。
参照: Cowan QT、Gu S、Gu W、Ranzau BL、Simonson TS、Komor AC。 多重直交ベースエディター (MOBE) システムの開発。 ナットバイオテクノロジー。 2024.土井: 10.1038/s41587-024-02240-0
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#多重直交ベースエディターは複数の点突然変異を一度にインストールします