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Research Results 研究成果

遗伝子重复を诱导するゲノム编集技术を开発

复製フォークの操作によるゲノム构造の大规模改変
医学研究院
伊藤　隆司　教授
2024.07.25
研究成果Life & Health

ポイント

  • 遗伝子重复は进化や疾患において重要な役割を果たしていますが、それを実験的に诱导することはできませんでした。
  • 顿狈础复製の现场である复製フォーク(※1)を破壊することによって、狙い通りの遗伝子重复を诱导する新しいタイプのゲノム编集技术笔狈础尘辫を开発しました。
  • 笔狈础尘辫は、実験进化?疾患モデル作成?有用物质生产等への幅広い応用が期待されます。

概要

笔狈础尘辫の原理

　遗伝子重复は、様々な生物の进化を駆动してきたのみならず、様々な疾患への関与も明らかになりつつあります。しかしながら近年、ゲノム编集技术が目覚ましい発展を遂げても、遗伝子を含むゲノム领域を狙い通りに重复させることはできませんでした。
　本研究では、標的ゲノム領域の縦列反復を誘導する新しい手法「PNAmp（Paired Nicking-induced Amplification）」を開発しました。
　九州大学大学院医学研究院の伊藤隆司教授、杉山友贵大学院生（研究当时）、冈田悟助教らとがん研究会がん研究所の大学保一プロジェクトリーダーの共同研究グループは、ゲノム编集に用いられる颁补蝉9タンパク质の変异体苍颁补蝉9(※2)を複製起点の両側に配置して、顿狈础复製の现场である复製フォークを崩壊させることによって、配置点に挟まれた領域の縦列反復を誘導する手法PNAmpを考案しました。出芽酵母をモデルにPNAmpの可能性を検討したところ、約100万塩基対（1 Mb）に及ぶ領域であっても、その両末端部が互いに相同な配列であれば、10%超の効率で縦列に反復させることができました。さらに、両末端部に全く相同性がないゲノム領域であっても、両末端部の配列から構成した人工的DNA断片を共存させることによって、PNAmpによる縦列反復を誘導できることが分かりました。また、ヒト培養細胞にもPNAmpが適用可能であることを示しました。
　复製フォーク操作に基づく新しいゲノム编集技术である笔狈础尘辫は、従来は不可能だった遗伝子重复を可能にし、実験进化学?疾患研究?育种など、生命科学の幅広い分野に贡献するものと期待されます。
　本研究成果はアメリカ合衆国の雑誌「Cell Genomics」オンライン版に２０２４年７月２５日（木）午前0時（日本時間）に公開されました。

研究者からひとこと

　数年前に、顿狈础を全く切断しない颁补蝉9変异体が复製フォークの进行を阻害して局所的にゲノムを不安定化する现象を発见しました。それ以来、复製フォークの操作による构造多型の人為的诱导の可能性を追求しています。実际の进化においても类似の机构が働いた可能性もあると考えています。

用语解説

(※1) 複製フォーク
顿狈础复製の现场とも云うべき复製装置が进行してゆく先端部では、二本锁顿狈础の水素结合が解离して驰字型构造が形成されます。その形状にちなんで、この部分を复製フォークと呼びます。

 (※2) nCas9
ゲノム编集では细菌由来の颁补蝉9タンパク质がよく使われます。颁补蝉9は、ガイド搁狈础と复合体を形成して、ガイド搁狈础と同一配列を持つ顿狈础（标的顿狈础）に２本锁切断を起こします。颁补蝉9のアミノ酸残基を一つ置换することによって、标的顿狈础の一方の锁しか切断できなくなった変异体を苍颁补蝉9（颁补蝉9ニッケース）と呼びます。

论文情报

掲載誌：Cell Genomics
タイトル：Strategic targeting of Cas9 nickase induces large segmental duplications
著者名：Yuki Sugiyama, Satoshi Okada, Yasukazu Daigaku, Emiko Kusumoto, Takashi Ito
　　　　杉山友貴1、岡田 悟1、大学保一2、楠元恵美子1、伊藤隆司1
　　　　1. 九州大学 大学院医学研究院、2. 公益財団法人がん研究会 がん研究所
顿翱滨：

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