CRISPR/Cas9ゲノム編集で､生物医学研究の変革が急速に進んでいるが､この新技術はまだ正確さに欠ける｡この技術では､誤ってゲノムの変更をやり過ぎたり､望まない変更をしてしまったりして目的外の変異を起こすことがあるため､治療技術として安全性と有効性に欠ける面がある｡2016年12月8日付Cell誌オンライン版に掲載された新研究論文によると､University of Massachusetts (UMass) Medical SchoolとUniversity of Torontoの研究チームが､初めてCRISPR/Cas9の｢オフスイッチ｣を発見しており､それによってゲノム編集の制御がはるかにやりやすくなる｡
Cell誌に掲載されたこの論文は､｢Naturally Occurring Off-Switches for CRISPR-Cas9 (CRISPR-Cas9に天然のオフスイッチ)｣の表題で発表されている｡
UMass Medical School, RNA Therapeutics Instituteの教授､Erik J. Sontheimer, Ph.D. (写真)､Professor of Molecular GeneticsのAlan Davidson, Ph.D.､University of TorontoのAssistant Professor of Biochemistry､Karen Maxwell, Ph.D.は､Cas9酵素作用を阻害する3種の天然タンパク質を突き止めた｡CRISPR抗体として知られるこの3種のタンパク質は､Cas9ヌクレアーゼによるDNA切断を阻止する能力がある｡Dr. Sontheimerは､｢CRISPR/Cas9そのものは特定の染色体の切断を引き起こすものであり､ゲノム編集に使える有用なものではあるが､染色体の切断は危険でもあり､いいものも過剰になったり､あまり長く続けると危険にもなりえる｡Cas9が一旦細胞に入り込むと､これをターンオフする信頼できる手段はほとんどない｡だから､適正な編集が終わった段階でスイッチオフすることができれば問題は解決する｡この研究論文では私たちが初めて見つけた天然のCas9活動阻害物質について報告している｣と述べている｡
Dr. Davidsonは､｢CRISPRは非常に強力だが､これをターンオフできるようにしなければならない｡これ自体は非常に強力なツールがツールボックスに加わったと言っていいが､安心して遺伝子編集に使えるようにしなければならない｣と述べている｡
CRISPR/Cas9系は､細菌が外来遺伝子物質に対して身を守るために用いる獲得免疫系であり､それは､一つはDNAを効率的に切断することができるが通常は自然状態に収納されている分子メス､もう一つは一致する遺伝子シーケンスが見つかれば､正確に切断する位置を示し､分子メスを引き出すRNAガイド複合体という二つの部分で構成されている｡このRNAガイドは､頭文字を取ってCRISPRと呼ばれる｢クラスター化して規則的な配置の短い回文配列リピート｣のアレーからつくられており､このアレーは､過去のウイルス感染のゲノムの残存物を含んでいる｡このようなウイルスを標的として攻撃し､不活性化する力をCas9ヌクレアーゼに与えることで､CRISPR/Cas9系は細菌細胞に獲得免疫防御を用意するのである｡
研究チームは､CRISPR/Cas9系を人工ガイドRNAでリプログラムし､哺乳動物のゲノムのシーケンスを切断し､細胞に遺伝子情報の新しい断片を正確に挿入できるようにつくり替えることができる｡CRISPR/Cas9は､簡単で効率的なゲノム編集の手法として､これまでより簡単に細胞株の遺伝子の不活性化や編集が可能なため､生物医学研究に変化をもたらしている｡
また､人間の疾患の研究に応用する動物疾患モデルを創り出すことも容易になった｡以前には何か月､何年もかけた作業が今では何週間という期間で終わらせられる｡CRISPR/Cas9系は強力ではあるが､正確さに欠ける｡切断酵素をゲノム内の正しい位置に送り込むために用いているRNAガイドが､同じではないがよく似ているだけの他のシーケンスにも酵素を送り込もうとすることがある｡このようなミスマッチの部位は､ヒト･ゲノムを構成している600万のヌクレオチド全体で100箇所ほどあり､時には実際に切断されて予期せぬ損傷を引き起こす可能性がある｡
現在医薬開発中のものも含め､CRISPR/Cas9応用例の多くは､特定の細胞タイプ､組織､器官を編集対象として標的にしている｡それが疾患の現れる箇所や医薬の効果が現れる箇所だからである｡Dr. Sontheimerは､｢そのような場合にCRISPR/Cas9は狙った細胞に行くかもしれないが､他の付随的な細胞､組織､器官に行くことも大いにあり得る｡そのような付随的な細胞､組織､器官でのCas9の作用は良くしても無益であり､悪くすれば大きなリスクになる｡しかし､狙った組織以外ではCas9の作用を停止するオフスイッチをつくることができれば､組織特異性が向上する｣と述べている｡
Dr. Sontheimerは､この新研究ではそのオフスイッチを突き止めただけでなく､Cas9阻害物質は自然に存在し､利用できることを示した､として､｢様々な細菌が様々な形のCas9を産生しており､異なるCas9がそれぞれゲノム編集で有用な特性を持っている可能性もある｡すでにいくつかのCas9が見つかっており､今後さらにいくつも見つかることが予想される｡私たちの研究は､そのような阻害物質が自然界に存在していることを証明したし､それを発見する方法を一つ提案した｣と述べている｡
原著へのリンクは英語版をご覧ください
Scientists ID Naturally Occurring Off-Switches for CRISPR/Cas9 Editing; Switches Can Provide More Efficient Control of Process
