先端酵素学研究所 初期発生研究分野 助教 竹本龍也
「遗伝情报を操作したブタを迅速?高効率で作成する手法」
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- 先端酵素学研究所 初期発生研究分野 助教 竹本龍也
- 大学院生物資源産業学研究部 生物資源生産科学分野 教授 音井威重
- 大学院生物資源産業学研究部 生物資源生産科学分野 特任助教 谷原史倫
【研究の背景】
ブタは生理学的、病理学的、解剖学的にヒトに近いことから、医学分野で注目を集めている动物です。また、その体の大きさもヒトに近いことから、医师の手术手技トレーニングのために活用されています。したがって、ヒトの病态モデルとなるようなブタを遗伝子操作によって作製できれば、治疗方法の研究や、创薬研究、また、手术トレーニングに活用することができ、医学研究の大幅な発展が期待されます(図1)。しかしながら、遗伝子改変ブタの作成には高度な技术と时间を必要とし、また、作製効率も着しく低いという问题点がありました。
今日まで遗伝子改変ブタは、体细胞に遗伝子改変を行った后、体细胞クローン技术を用いて遗伝子改変クローン胚を作製し、それらを受胚ブタへ移植することで作製されてきました。しかしながら、标的となる遗伝子を改変した体细胞作製率は非常に低く、また、クローン胚作製には高度な手技を必要とし、たとえ熟练者であっても一度の移植に必要な约200个のクローン胚を作製するには长时间を必要としていました(図2)。さらに、体细胞クローン技术における决定的な欠点は、正常な产子の作製効率が非常に低いことで、遗伝子改変ブタの作製は难易度が高いのが现状でした。
近年になって、ゲノム编集技术が确立され、その技术を活用して様々な动物种で遗伝子改変が可能になりました。ゲノム编集动物を作製するためには、受精卵の段阶で、ゲノム编集を引き起こす分子(颁补蝉9およびガイド搁狈础)を受精卵内に导入する必要があります。このために、ガラスキャピラリーを用いて受精卵に分子を直接导入する方法(インジェクション法)がマウスや鱼类など多くの动物で行われています。しかしながら、ブタの受精卵は、マウスなどほかの动物种の受精卵と比べると、多量の脂肪を含むためインジェクション法を用いてゲノム编集を行うことは技术的に困难でした。
【研究の成果】
本研究では、ゲノム編集されたブタを簡便に作成できる方法「GEEP法(Genome Editing by Electroporation of Cas9 Protein)」を確立しました。この手法は、電気によって受精卵細胞を囲む膜に一時的に穴をあけ、ゲノム編集を引き起こす分子をブタ受精卵に導入します(図3)。この手法を用いて、筋肉の増殖や肥大を抑制している遺伝子(マイオスタチン遺伝子)を破壊したブタを作製しました。マイオスタチン遺伝子が破壊されたブタは、通常のブタより筋肉が過剰に作られていました(図4)。本手法の確立により、さまざまな遺伝子を操作したブタをこれまでよりも短期間で作製できるようになることが期待されます。作製した遺伝子操作ブタを活用することにより、医学研究の発展に寄与できると考えています。
本技术は医学研究への応用だけでなく、畜产?农学分野での研究にも寄与できると考えています。ブタは家畜の中でも特に病気(伝染病)に弱いといわれており、一昨年には仔豚にかかる伝染病の流行により多くの仔豚が死に、莫大な経済的损失が生まれました。本技术により様々な病気に强いブタを简単かつ高効率で作製できるようになれば、畜产?农学分野の発展に大きく贡献することができると考えています。
Fuminori Tanihara, Tatsuya Takemoto, Eri Kitagawa, Shengbin Rao, Lanh Thi Kim Do, Akira Onishi, Yukiko Yamashita, Chisato Kosugi, Hitomi Suzuki, Shoichiro Sembon, Shunichi Suzuki, Michiko Nakai, Masakazu Hashimoto, Akihiro Yasue, Munehide Matsuhisa, Sumihare Noji, Tatsuya Fujimura, Dai-ichiro Fuchimoto, Takeshige Otoi
Somatic cell reprogramming–free generation of genetically modified pigs
Science Advances 2 (9): e1600803 (2016). doi: 10.1126/sciadv.1600803
