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平成２７年（２０１５年）１１月１７日
国立大学法人広岛大学
学校法人近畿大学
ゲノム编集技术と発生工学を组み合わせた効率の良い遗伝子改変动物の作出方法を开発
～个体レベルでの迅速な遗伝子机能解析を可能に～
近畿大学生物理工学部（和歌山県紀の川市）遺伝子工学科講師 宮本圭と広島大学大学院理学研究科/ゲノム編集研究拠点（広島県東広島市）特任准教授 鈴木賢一は、ケンブリッジ大学ガードン研究所の研究者との共同研究により、ゲノム編集技術（※１）と発生工学を組み合わせ、効率良く遺伝子改変動物を作出する手法の開発に成功しました。
本研究成果は、平成27年（2015年）11月19日（木）午前4時（日本時間）、米国Public Library of Scienceの科学雑誌「PLOS ONE」のオンライン版に掲載されます。
本件のポイント
- 未受精卵のもととなる卵母细胞の试験管内成熟と精子核移植という二つの発生工学的手法とゲノム编集技术を组み合わせた新しい技术の开発に成功
- これまでより迅速な遗伝子改変动物の作出が可能に
- ヒトの遗伝子疾患にかかったモデル动物の作出や、基础生物学?畜产?创薬研究の発展につながる
本件の概要
研究グループは、未受精卵の前段階で ある卵母細胞にあらかじめ人工DNA切断酵素（※２）を注入し、培養した後に精子核移植することで、遺伝子を発生の早い段階で効率よく破壊し、モザイク性 （※３）の低い胚を得ることに成功しました。実験で使用したカエルについては、遺伝子改変動物を作出する期間として、最大1年間短縮できることがわかりま した。
本研究成果を他の生物种へ応用することにより、ヒトがかかる疾患のモデルとなる动物を作出することや、基础生物学?畜产?创薬研究などの発展に寄与することが期待されます。
実験で使用したツメガエル
※メラニン色素合成遗伝子が破壊されているため白色
なお、この発表についての报道解禁は平成27年（2015年）11月19日（木）午前4时（日本时间）とさせて顶きますので、それまでは各社ご协力の程、よろしくお愿いいたします。
＜本資料配布先＞ 大阪科学?大学記者クラブ、東大阪市政記者クラブ、文部科学記者会、科学記者会、広島大学関係報道機関
本件の背景
近年、人工顿狈础切断酵素を用いたゲノム编集技术により、様々な动物种において遗伝子の改変が可能となりました。しかしながら、発生途中に遗伝子を改変するとモザイク性が问题となります。また性成熟が长い（※４）动物などにおいては、当世代で効率よく遗伝子を改変できる新しい技术を开発することが、遗伝子改変动物を用いた研究をさらに进めるために必要とされていました。
研究手法と成果
宫本らは、未受精卵の前段阶である卵母细胞にあらかじめ人工顿狈础切断酵素を注入すれば、発生の早い段阶で遗伝子が改変され、问题であるモザイク性を低减させることができるのではと考えました。ガードン教授の研究室で培われたツメガエルの卵母细胞操作や核移植のノウハウと、ゲノム编集技术を组み合わせたユニークな手法を考案することにより、新たな技术の开発に取り组みました。标的遗伝子に対する人工顿狈础切断酵素尘搁狈础をツメガエルの卵母细胞に注入し、プロゲステロン（※５）存在下で一晩培养し未受精卵へと成熟させます（滨痴惭法）（※６）。この间に人工顿狈础切断酵素を尘搁狈础からタンパク质に翻訳させます。この未受精卵に精子核移植（滨颁厂滨法）（※７）すると、すでに用意されていた人工顿狈础切断酵素が标的遗伝子を発生の早い段阶で効率よく破壊し、モザイク性の低い胚が発生します。この方法を用いてメラニン色素合成遗伝子を破壊すると、期待通りに全身が白いカエルを得ることが出来ました。また、眼や脳の形成に重要な遗伝子を発生の早い段阶で破壊することにも成功しました。加えて、复数遗伝子の同时破壊や染色体上の一部分を抜き取ることにも成功しました。
滨痴惭-滨颁厂滨の概略図
研究手法と成果
现在の生命科学においては、モデル动物とよばれる性成熟の短い小型鱼类やげっ歯类を用いた研究が主流です。しかしながら、本技术によって性成熟が长い动物や受精卵が得にくい动物においても、个体レベルでの迅速な遗伝子改変が期待できます。様々な动物种で迅速な遗伝子改変を行えることは、生命现象を比较研究する上で学术的に重要な意味があります。加えて、创薬开発を目的とした様々な动物での疾患モデルの作出や家畜の品种改良などにも応用が期待できます。
掲载誌
PLOS ONE（米国Public Library of Science）
※インパクトファクター（2014年）：3.234
原着论文情报
“The Expression of TALEN before Fertilization Provides a Rapid Knock-out Phenotype
in Xenopus laevis Founder Embryos(受精前のカエル胚における人工DNA切断酵素
罢础尝贰狈の発现は、当世代での迅速な遗伝子ノックアウト个体の作出を可能にする)”
Kei Miyamoto*, Ken-ichi T Suzuki*, Miyuki Suzuki, Yuto Sakane, Tetsushi Sakuma,
Sarah Herberg, Angela Simeone, David Simpson, Jerome Jullien, Takashi Yamamoto,
and J B Gurdon *共同筆頭著者及び責任著者
doi:10.1371/journal.pone.0142946
【宮本圭 プロフィール】
所属：近畿大学生物理工学部 遺伝子工学科
学位：农学博士
専门分野：発生生物学、分子生物学
主な研究テーマ：生殖细胞における细胞核のリプログラミング、机构解明
【鈴木賢一 プロフィール】
所属：広岛大学大学院理学研究科/ゲノム编集研究拠点
学位：博士（理学）
専门分野：発生生物学
主な研究テーマ：両生类の発生?変态?再生研究及びゲノム编集技术の开発
ケンブリッジ大学ガードン研究所とは
平成元年（1989年）、ケンブリッジ大学の生物科学学部の一部として、発生生物学およびがん生物学の領域における研究を推進する目的で、前身となる「ウェルカムトラスト／英国がん研究所」が設立されました。平成16年（2004年）、研究所設立者の一人でもあるジョン?ガードン博士にちなんで「ウェルカムトラスト／英国がん研究基金 ガードン研究所」と改名されました。
ガードン博士は、イギリスの生物学者でケンブリッジ大学の名誉教授を务めており、平成24年（2012年）には、京都大学の山中伸弥教授とノーベル生理学?医学赏を共同受赏しています。
用语説明
（※１）ゲノム编集技术
人工顿狈础切断酵素によってゲノム顿狈础に顿狈础二本锁切断を诱导し、その修復过程において、标的遗伝子への欠失や挿入変异を导入したり、ドナー构筑を用いた相同组换えによって遗伝子を改変したりする技术。本研究では标的遗伝子の欠失を诱导した。
（※２）人工顿狈础切断酵素
DNAに結合する部分とDNAを切断する部分を人工的に融合させたタンパク質(Transcription Activator-like Effector Nuclease, TALEN)や標的配列に結合するガイドRNAを認識してDNAを切断するタンパク質(Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats/ CRISPR associated protein, CRISPR/Cas)がある。どちらも、ゲノム中の特定の遺伝子配列のみを切断することが可能である。
（※３）モザイク性
动物の体は数亿から数兆个の细胞から构成されているが、最初は一个の受精卵（细胞）から作られる。受精卵で遗伝子が改変されれば、全ての细胞が同じ変异を持つ。しかし、発生途中に遗伝子が改変されれば、様々な种类の変异を持つ体细胞が生じる。これをモザイク性と呼ぶ。
（※４）性成熟が长い
动物が生殖可能な状态になること。実験动物として用いられるマウスの场合は约２か月以内に生殖可能な状态となるが、ウシ?ブタ?カエルのように１年近く性成熟に要する动物もある。
（※５）プロゲステロン
黄体ホルモン。カエルにおいて卵成熟の引き金となり、卵母细胞を受精可能な卵子へと成熟させる。
（※６）卵母细胞と试験管内成熟法(滨痴惭法)
卵巣内にある雌性生殖细胞。第一减数分裂前期の状态で停止していた卵母细胞がプロゲステロンにより刺激され、成熟した状态（第二减数分裂中期）が卵（卵子）である。本研究では、试験管内で卵母细胞を成熟させる、滨痴惭法を用いている。
（※７）卵细胞质内精子核移植法(滨颁厂滨法)
核移植技术の一つであり、卵（卵子）に精子核を移植し接合体（胚）を得る方法。顕微镜下で、微小なガラス针を用いて精子核を注入する。鱼から家畜まで、生命科学研究や畜产分野において用いられている重要な発生工学技术である。
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