2023/01/24 11:59
研究成果、科学出版物
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主要なゲノム編集プロセスの最適化中に、ハイデルベルク大学の生物研究センターの研究者は、CRISPR/Cas9 などの分子遺伝学的手法の効率を高め、その適用分野を拡大することに成功しました。 他の分野の同僚と共同で開発されたツールは、特定の遺伝子変異をモデル化するための効率的な遺伝子スクリーニングを可能にします。 さらに、以前はアクセスできなかった DNA 配列を変更できるようになりました。
プレスリリース
ハイデルベルク、2023 年 1 月 24 日
最適化されたゲノム編集プロセス
ハイデルベルグの科学者は、CRISPR/Cas9 および関連する方法の効率を高め、以前はアクセスできなかった DNA 配列を変更することに成功しました
主要なゲノム編集方法の最適化の一環として、ハイデルベルク大学の生物研究センターの発生生物学/発生生理学部門の研究者は、CRISPR/Cas9 および関連システムなどの分子遺伝学的方法の効率を大幅に高めることに成功し、アプリケーションの領域を拡大します。 生物科学者が他の分野の同僚と協力して開発したツールは、とりわけ、特定の遺伝子変異をモデル化するための効率的な遺伝子スクリーニングを可能にします。 さらに、以前はアクセスできなかった DNA 配列を変更できるようになりました。 博士によると、これにより、ヨアヒム・ウィットブロットの基礎研究と潜在的な治療への応用において、広範囲にわたる新しい研究分野が開かれます。
分子遺伝学的手法を使用した DNA の標的修飾は、ゲノム編集と呼ばれます。 植物や動物の繁殖だけでなく、基礎医学や生物学の研究にも使用されています。 最も一般的な方法には、CRISPR/Cas9 の「遺伝子はさみ」と、ベース エディターと呼ばれるその亜種が含まれます。 どちらの場合も、酵素は標的細胞の核に輸送されなければなりません。 そこに到達すると、CRISPR/Cas9 システムが特定の選択されたポイントで DNA を切断し、二本鎖が切断されます。 その後、DNA の新しいセクションを挿入できます。 ベース エディターは同様の分子機構を使用しますが、DNA の 2 本鎖を切断しません。 代わりに、Cas9 タンパク質共役酵素が、ゲノムの個々の基本構成要素であるヌクレオチドを標的に合わせて交換します。 3 つの連続した研究で、Wittbrodt 教授のチームは、これらの方法の有効性と範囲を大幅に拡大することに成功しました。
CRISPR/Cas9 を使用する際の課題は、必要な Cas9 酵素を細胞核に効率的に導入することです。 「セルには洗練された「バウンサー」メカニズムがあります。 核に入ることを許可されたタンパク質と、細胞質にとどまらなければならないタンパク質を区別します」と Wittbrodt 教授のチームの Dr. Tinatini Tavhelidse-Suck は説明します。 「入場券」として機能するいくつかのアミノ酸で構成された付録は、それにアクセスすることを可能にします. 科学者たちは、それを備えた酵素が非常に迅速に核に通過できるようにする、一種の一般的に有効な「VIPチケット」を発見しました. 「高利回りの日」または略して「へいの日」と名付けられました。 「細胞核に入る必要のある他のタンパク質も、『hei-tag』を使用することでより成功します」と、同じく生物研究センター (COS) の研究者である Thomas Thumberger 博士は結論付けています。 研究チームは、ハイデルベルク大学の薬理学者と協力して、「hei-tag チケット」に接続された Cas9 がメダカ モデル生物である日本のメダカ (Oryzias latipes) だけでなく、哺乳類やマウス胚の細胞培養では、ゲノムの標的化された改変がそれを可能にしました。
別の研究では、ハイデルベルグの科学者は、塩基編集者が生体内で高い効率で機能し、遺伝子スクリーニングにも適していることを実証しました. メダカを使った実験で、彼らは、個々の DNA ビルディング ブロックのこれらの局所的に限定された標的化された修飾が、修飾された遺伝物質を持つ生物の比較的複雑な選択によってのみ達成できる効果を持つことを示すことができました。 COS 研究チームは、ハイデルベルク大学病院の小児心臓専門医である Jakob Gieren 博士と協力して、特定の遺伝子変異を調べました。 これらの変異は、ヒトに先天性心疾患を引き起こす疑いがありました。 モデル生物の対応する遺伝子の個々のDNAビルディングブロックを変更することにより、科学者は、説明された心臓の欠陥を持つ魚の胚を模倣して研究することができました. 対象を絞った介入により、初期胚段階の魚の心臓に目に見える変化がすでに生じていることが、博士課程の学生である Bettina Welz と Dr. Alex Cornean によって示されました。 これにより、研究者は最初の疑いを確認し、遺伝子改変と臨床像との間の因果関係を確立することができました.
魚の胚のゲノムへの正確な介入は、オンラインで入手できる特別に開発されたソフトウェア ACEofBASEs によって可能になりました。 これにより、標的遺伝子と結果として生じるタンパク質に望ましい変化を非常に効果的にもたらす遺伝子内の部位を特定することが可能になります。 科学者によると、メダカは、それぞれの患者で発生する突然変異をモデル化するための優れた遺伝モデル生物です。 「私たちの方法は効率的なスクリーニング分析を可能にするため、個別化された医療の開発の出発点となる可能性があります」と Jakob Gieren は言います。
Wittbrodt 教授のワーキング グループで作成された 3 つ目の研究は、コア エディターの限界を扱っています。 このようなエディターが標的細胞の DNA に結合できるようにするには、そこに特定の配列モチーフが存在する必要があります。 これは、Protospacer Adjacent Motif、略して PAM と呼ばれます。 「このモチーフが修飾される DNA ブロックの近くにない場合、ヌクレオチドを交換することは不可能です」と Thumbberger 博士は説明します。 彼が率いるチームは、この制限を回避する方法を見つけました。 同じセル内で 2 つの基本的なエディターが交互に使用されます。 最初のステップでは、新しい DNA バインディング モチーフが別のベース エディター用に作成されます。その後、この 2 番目の同時に適用されるエディターは、以前はアクセスできなかった場所を編集できます。 研究の筆頭著者であるカイサ・パカリが説明しているように、このネストされた使用法は非常に効果的であることが証明されています。 このトリックを使用して、ハイデルベルクの科学者は、確立されたベース エディターの可能なスロット数を 65% 増やすことができました。 以前はアクセスできなかった DNA 配列を変更できるようになりました。
「既存のゲノム編集ツールの最適化とその洗練されたアプリケーションは、基礎研究だけでなく潜在的な新しい治療アプローチにも幅広い可能性をもたらします」と Joachim Wittbrodt は強調します。
研究成果は雑誌「eLife」「Development」に掲載されました。 研究成果は、ハイデルベルク大学とカールスルーエ工科大学が共同でサポートする「3D Matter Made to Order」センター オブ エクセレンスに統合されました。 欧州研究評議会、ドイツ研究財団、ドイツ心血管研究センター、ドイツ心臓財団、ヨアヒム ヘルツ財団が研究と関係する科学者に資金を提供しました。
コンタクト：
ハイデルベルク大学
コミュニケーションとマーケティング
プレスサービス、電話 (06221) 54-2311
presse@rektorat.uni-heidelberg.de
科学担当者:
トーマス・サムバーガー博士
生物研究センター
電話 (06221) 54-6254
thomas.thumberger@cos.uni-heidelberg.de
教師。 ヨアヒム・ウィットブロット博士
生物研究センター
電話 (06221) 54-6499
jochen.wittbrodt@cos.uni-heidelberg.de
オリジナルリリース:
Thumberger T、Tavhelidse-Suck T、Gutierrez-Triana JA、Cornean A、Medert R、Welz B、Freichel M、Wittbrodt J. hei タグを使用したターゲットゲノム編集の刺激。 イーライフ（2022年3月25日）、 https://doi.org/10.7554/eLife.70558
Cornean A、Gieren J、Welz B、Mateo JL、Thumberger T、Wittbrodt J: ACEofBASEs ターゲット予測を使用した塩基編集による DNA バリアントの正確な in vivo 機能分析。 イーライフ（2022年4月4日）、 https://doi.org/10.7554/eLife.72124
K Pakari、J Wittbrodt、T Thumberger: コア編集では最初は到達できないターゲット サイトに到達するための de novo PAM 生成。 開発 (2023 年 1 月 23 日)、 https://doi.org/10.1242/dev.201115
さらに詳しい情報 ：
http://www.cos.uni-heidelberg.de/de/Jochen-Wittbrodt – Joachim Wittbrodt のワーキング グループ
http://www.3dmm2o.de – Pole of Excellence「3D Matter Made to Order」
https://aceofbases.cos.uni-heidelberg.de – ACEofBASEs ソフトウェア
