研究内容(ゲノム・染色体工学)

担当:宇野、冨塚

『生命のオペレーティングシステム』ヒト人工染色体(HAC)

 HACはヒト染色体の安定維持・分配に必要なセントロメアやテロメアという配列のみを含むよう操作・改変されたミニ染色体です。HACには、従来の遺伝子工学技術(~十万塩基対が対象)では扱うことが難しかった、百万~一千万塩基対の巨大なDNA断片(アプリケーション)が搭載可能であり、ヒト細胞やマウス個体に様々な機能を付与することができます(下図)。

 

 私達は、これまで鳥取大学(染色体工学研究センター)と共同で開発してきた、我が国独自のHAC技術を用いて以下のような研究開発を行っています。

◆再生医療用ヒト人工染色体ベクター開発
 医療は、難治性疾患に対する画期的な治療法になると期待されていますが、細胞に望みの性質を付与するための遺伝子改変用ベクターには、ウイルスなどゲノム挿入型以外の選択肢が少なく、宿主ゲノムに傷をつけることや発現の安定性という点が課題となっています。正常染色体同様に単一コピーが宿主ゲノムと独立して維持され、導入遺伝子のサイズに制約がないHACを使えば、複数の遺伝子を適切な制御のもと発現させることも可能になります。具体的には、HAC導入iPS細胞から誘導されるCAR-T細胞を用いたガン治療用細胞医薬の開発や、組織再生因子を高産生する細胞医薬の開発、臨床応用可能なHACベクター構築などの研究を行っています。
*科研費 若手研究 (2018–2020、研究代表者 宇野)
動物由来成分を排除可能なヒト人工染色体ベクター構築法の開発
*AMED再生医療実現拠点ネットワークプログラム(疾患・組織別実用化研究拠点(拠点C))(2020-2022、研究分担者 冨塚)
次世代型ヒト人工染色体ベクターによるCAR交換型高機能再生T細胞治療の開発拠点

◆ゲノム合成
 ゲノム研究はいよいよ塩基配列を読む時代から、それを書く時代に変わろうとしています。設計・合成されたDNA配列が実際に細胞の中でどのような機能を発揮するかを解析することは、ゲノムサイズが小さな微生物以外では困難でしたが、これをヒト細胞で可能にするという目的においてもHACは威力を発揮すると期待されています。私たちはHACを活用して、ヒト染色体が正常に機能するために必要な最小領域の特定(ミニマル化)や、他の動物種との比較による、ヒトをヒトたらしめている配列を特定する研究を進めています。
*CREST ゲノム合成 (2018-2023、研究分担者 冨塚)
ヒト/マウス人工染色体を用いたゲノムライティングと応用

◆次世代バイオ医薬創成のための人工進化システム
 無限ともいえる病原体の攻撃から身を守る多様な抗体を作り出す免疫系は、まさに有能な分子進化システムと言えるものですが、この分子進化を人工的に再現し、バイオ医薬品として期待される次世代抗体医薬の候補品を効率的に取得する技術の開発に取り組んでいます。
*科研費 基盤研究(B)(2019-2021、研究代表者 冨塚)
培養細胞における「多様化誘導型」抗体ディスプレイシステムの開発

バイオ医薬を望みの組織に送達する新技術(AccumBody)の開発
 脳、腸、筋肉組織移行性抗体と生理活性分子(抗体、増殖因子・サイトカイン、核酸等)の組み合わせにより、生理活性分子単体では達成し得なかった薬効、動態を実現し、多発性硬化症、炎症性腸疾患、Duchenne 型筋ジストロフィー等に対して画期的な治療効果をもたらす次世代複合バイオ医薬品を創出する研究を進めています。
*AMED先端的バイオ創薬等基盤技術開発事業(2019-2023、研究分担者 冨塚)
「完全ヒト抗体×ファージライブラリによる組織特異的移行性抗体AccumBodyの開発と次世代複合バイオロジクスへの応用」

*染色体とは:遺伝情報を担うDNAと蛋白質 からなる 構造体で、特定の色素で染め出されることが名前の由来です。多数の遺伝子が染色体上に配列していることから、『遺伝子の集合体』という意味でも使われます。ヒトは46本、マウスは40本、チンパンジーは48本の染色体を持っています。

当研究室では、独自の染色体工学技術に加え、下記(*)のような、さまざまな技術を駆使した研究を行います。
*iPS細胞/ES細胞の培養・分化、オルガノイド培養、ゲノム編集(CRIPR-CAS9)、蛋白質工学、ノックアウトマウス、トランスジェニックマウス