動物一個体の細胞内で数十の遺伝子改変を同時に達成する新手法：疾患研究の大幅な高速化を約束

この手法はCRISPR-Cas遺伝子はさみを使用して、動物一個体の細胞内で数十の遺伝子変更を同時に行います。各細胞で1つの遺伝子が変更されるだけでありながら、臓器内のさまざまな細胞は異なる方法で変更されます。この結果、個々の細胞を正確に分析することができます。これにより、研究者は一度の実験で多数の異なる遺伝子変更の影響を調査することができます。

成体の動物で初めて

ETH Zurichの研究者らは、2023年9月20日に「Nature」に報告したところによると、このアプローチを生きている動物、特に成体のマウスに初めて成功させました。オープンアクセスの「Nature」論文は「Transcriptional Linkage Analysis with in vivo AAV-Perturb-seq（in vivo AAV-Perturb-seqを用いた転写連鎖解析）」と題されています。他の研究者らは、培養細胞や動物の胚で似たようなアプローチを以前に開発していました。

マウスの細胞にCRISPR-Cas遺伝子はさみがどの遺伝子を破壊すべきかを「知らせる」ために、研究者らはアデノ関連ウイルス（AAV）という配送戦略を使用しました。この戦略は任意の臓器を対象とすることができます。彼らは、各ウイルス粒子が特定の遺伝子を破壊する情報を携帯するようにウイルスを準備し、次に遺伝子破壊の異なる指示を持つウイルスの混合物でマウスを感染させました。この方法により、彼らは1つの臓器の細胞内で異なる遺伝子をオフにすることができました。この研究のために、彼らは脳を選びました。

新しい病原性遺伝子が発見される

この方法を使用して、ETH Zurichの研究者らは、ジュネーブ大学の同僚とともに、22q11.2削除症候群として知られる人間の希少な遺伝的障害に関して新しい手がかりを得ました。この疾患に影響を受ける患者は、多くの異なる症状を示し、通常、統合失調症や自閉症スペクトラム障害として診断されます。これまでに、この疾患が原因であることがわかっている染色体領域には106の遺伝子が含まれていることが知られていました。また、疾患は複数の遺伝子と関連していることも知られていましたが、どの遺伝子が疾患の主要な原因であるかは明確ではありませんでした。

これを調査するため、研究者らはマウスの脳の細胞で、これらの106の遺伝子のうち29を選びました。彼らは、これらの29の遺伝子の1つを変更し、次にそれらの脳細胞のRNAプロファイルを分析しました。研究者らは、これらの遺伝子の3つが脳細胞の機能不全の主な原因であることを示すことができました。さらに、彼らはマウスの細胞内で統合失調症や自閉症スペクトラム障害を連想させるパターンを見つけました。この3つの遺伝子のうち、1つは既知でしたが、他の2つはこれまで科学的注目の焦点となることはほとんどありませんでした。

「疾患の中で異常な活動を示す遺伝子がどれであるかを知っていれば、その異常性を補償する薬を開発しようとすることができます」と、プラット博士のグループでの博士課程の学生であるアントニオ・サンティーニャ氏（António Santinha）は述べています。

特許申請中

この方法は他の遺伝的障害の研究にも適しています。「先天的な疾患の多くで、1つではなく複数の遺伝子が役割を果たしています」と、サンティーニャは言います。「これは、統合失調症などの精神疾患の場合も同様です。私たちの技術は、成熟した動物で直接これらの疾患やその遺伝的原因を調査することを今や可能にしています。」1回の実験あたりの変更された遺伝子の数は、現在の29から数百の遺伝子に増加することができます。

「生きている生物体の中でこれらの分析を行うことができるというのは大きな利点です。なぜなら、細胞は培養中と生物体の一部としての振る舞いが異なるからです」とサンティーニャは言います。別の利点は、研究者が動物の血流にAAVを単純に注射することができることです。異なる機能的特性を持つさまざまなAAVがあります。この研究では、研究者は動物の脳に入るウイルスを使用しました。「ただし、調査しようとしているものに応じて、他の臓器を対象とするAAVも使用できます」とサンティーニャ氏は言います。

ETH Zurichはこの技術に関する特許を申請しています。研究者らは、設立予定のスピンオフの一部としてそれを使用することを望んでいます。

画像：新しい手法により、動物の各臓器の細胞をモザイクのように遺伝子改変することが可能に（Midjourneyで生成されたシンボルイメージ）(Credit: ETH Zurich)

[News release] [Nature article]