南の猫の里帰り雑記

29年ぶりに帰国して3年日本にいたけどNZに里帰り

クリスパー:ゲノム編集とその行方

f:id:minami-no-neko:20171109220640p:plain

クリスパー・キャスナイン・システムとは

f:id:minami-no-neko:20171109220654p:plain

f:id:minami-no-neko:20171109220710p:plain

特定された標的位置でDNAを切断するツールです。

f:id:minami-no-neko:20171109220737p:plain

すでにゲノム編集に革命をもたらした技術ですが、

f:id:minami-no-neko:20171109220753p:plain

科学者たちは常に

f:id:minami-no-neko:20171109220803p:plain

さらなる可能性を探求しています。

f:id:minami-no-neko:20171109220833p:plain

さて、クリスパーで他に何ができるのでしょう。

f:id:minami-no-neko:20171109220853p:plain

クリスパー:ゲノム編集とその行方

f:id:minami-no-neko:20171109220912p:plain

バクテリアの免疫システムとして発見されて以来、

f:id:minami-no-neko:20171109220928p:plain

クリスパー・キャスナインは

f:id:minami-no-neko:20171110123507p:plain

ゲノム研究の有力なツールとして改変されてきました。

f:id:minami-no-neko:20171109220956p:plain

このシステムは二つの構成要素があります。f:id:minami-no-neko:20171109221032p:plain

DNAを切断するタンパク質、キャスナインと、

f:id:minami-no-neko:20171109221114p:plain

ガイドRNAとして知られるRNA分子です。

f:id:minami-no-neko:20171109221130p:plain

この二つの要素が結合して

f:id:minami-no-neko:20171109221144p:plain

DNAを特異的に正確に切断できる複合体を形成します。

f:id:minami-no-neko:20171110123647p:plain

まず、キャスナインが見つけて結合しなければならないのが、

f:id:minami-no-neko:20171109221208p:plain

 PAMと呼ばれるゲノムの共通配列です。

f:id:minami-no-neko:20171110123835p:plain

PAMと結合すると、

f:id:minami-no-neko:20171109221229p:plain

ガイドRNAが二重螺旋の一部を解きます。

f:id:minami-no-neko:20171109221305p:plain

このRNA

f:id:minami-no-neko:20171109221329p:plain

特定されたDNAの配列と対応して結合する仕組みになっています。

f:id:minami-no-neko:20171109221346p:plain

適合する配列を見つけると、

f:id:minami-no-neko:20171109221403p:plain

キャスナインがDNAを切断します。

f:id:minami-no-neko:20171109221425p:plain

二つのヌクレアーゼドメインにそれぞれ切り込みを入れ、

f:id:minami-no-neko:20171109221446p:plain

二重螺旋を切断します。

f:id:minami-no-neko:20171109221507p:plain

細胞は切断箇所を修復しようとしますが、

f:id:minami-no-neko:20171109221528p:plain

修復過程においてよくエラーが起こります。

f:id:minami-no-neko:20171109221551p:plain

そして思わぬ突然変異を導入することが度々あり、

f:id:minami-no-neko:20171109221605p:plain

その遺伝子を無力化します。

f:id:minami-no-neko:20171109221626p:plain

クリスパーは

f:id:minami-no-neko:20171109221641p:plain

特定の遺伝子をノックアウトできる卓越したツールとなりました。

f:id:minami-no-neko:20171109221654p:plain

f:id:minami-no-neko:20171109221714p:plain

でもクリスパーができるのは二重螺旋切断だけではありません。

f:id:minami-no-neko:20171109221727p:plain

研究者たちの中には、

f:id:minami-no-neko:20171109221742p:plain

キャスナインの一つあるいは両方の切断ドメインを非活性化し、

f:id:minami-no-neko:20171109221757p:plain

そのタンパク質に新たな酵素を融合した者もいます。

f:id:minami-no-neko:20171109221817p:plain

キャスナインはその酵素

f:id:minami-no-neko:20171109221840p:plain

特定のDNA配列の位置まで輸送できます。

f:id:minami-no-neko:20171109221855p:plain

例の一つとして、キャスナインと

f:id:minami-no-neko:20171109221910p:plain

特定のDNA塩基を突然変異させる脱アミノ酵素と融合させ、

f:id:minami-no-neko:20171109221939p:plain

シチジンをチミジンに置換することができました。

f:id:minami-no-neko:20171109222003p:plain

このような正確なゲノム編集によって

f:id:minami-no-neko:20171109222018p:plain

病気を引き起こす突然変異が

f:id:minami-no-neko:20171109222035p:plain

健康なゲノムに置換できるようになりました。

f:id:minami-no-neko:20171109222103p:plain

あるいは特定の位置で終止コドンを導入することも。

f:id:minami-no-neko:20171109222122p:plain

しかし、ゲノム編集が全てではありません。

f:id:minami-no-neko:20171109222136p:plain

f:id:minami-no-neko:20171109222156p:plain

遺伝子転写促進にクリスパーが使用できないかと、実験している研究所もあります。

f:id:minami-no-neko:20171109222215p:plain

まず、キャスナインを完全に非活性化します。

f:id:minami-no-neko:20171109222239p:plain

二重螺旋を切断できないようにするのです。

f:id:minami-no-neko:20171109222256p:plain

代わりに転写活性化因子が添加されます。

f:id:minami-no-neko:20171109222317p:plain

直接融合するか、ペプチドの鎖を使って。

f:id:minami-no-neko:20171109222344p:plain

あるいは、活性化因子が

f:id:minami-no-neko:20171109222404p:plain

ガイドRNAの代わりに組み込まれることもあります。

f:id:minami-no-neko:20171109222421p:plain

添加された活性化因子は

f:id:minami-no-neko:20171109222440p:plain

細胞の転写装置を組み込みます。

f:id:minami-no-neko:20171109222506p:plain

RNAポリメラーゼや他の因子を

f:id:minami-no-neko:20171109222521p:plain

標的位置に引き入れて、そのゲノムの転写量を増加します。

f:id:minami-no-neko:20171109222540p:plain

同じ原理が遺伝子抑制にも応用できます。

f:id:minami-no-neko:20171109222601p:plain

キャスナインと融合したKRABドメイン

f:id:minami-no-neko:20171109222618p:plain

因子を組み込んで転写を非活性化させます。

f:id:minami-no-neko:20171109222641p:plain

因子が実際の障害物となって遺伝子を遮断するのです。

f:id:minami-no-neko:20171109222704p:plain

もっと独創的なクリスパーの使用法として

f:id:minami-no-neko:20171109222724p:plain

この複合体に蛍光生タンパク質を添付するというものがあります。

f:id:minami-no-neko:20171109222740p:plain

特定のDNA配列が

f:id:minami-no-neko:20171109222758p:plain

細胞内のどの位置にあるか見えるようにするのです。

f:id:minami-no-neko:20171109222820p:plain

f:id:minami-no-neko:20171109222840p:plain

これはゲノムの三次元構成の視覚化に役立ちます。

f:id:minami-no-neko:20171109222856p:plain

あるいは染色体全体に添付させ、

f:id:minami-no-neko:20171109222914p:plain

細胞核の中での位置を追跡したり。

f:id:minami-no-neko:20171109222932p:plain

クリスパーはすでにこの分野の研究に大変化をもたらしています。

f:id:minami-no-neko:20171109222953p:plain

しかしこうした新しい発想は

f:id:minami-no-neko:20171109223008p:plain

今までに達成されてきた革新が

f:id:minami-no-neko:20171110124258p:plain

氷山の一角でしかないことを示しています。

f:id:minami-no-neko:20171109223030p:plain

クリスパーの可能性は無限です。

f:id:minami-no-neko:20171109223052p:plain

次にはどんな応用法が生み出されるのか、

f:id:minami-no-neko:20171109223110p:plain

クリスパー革命はまだまだ続くようです。

CRISPR: Gene editing and beyond - YouTube

和訳:南の猫