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広島大学大学院统合生命科学研究科 特任教授 坊農秀雅
罢别濒：082-424-4013
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(注: ＊は半角@に置き換えてください)
本研究成果のポイント
- ゲノム编集の安全性を简易的にチェックするソフトウェアを新规开発しました。
- ゲノム编集が及ぼす予想外の影响リスクを数値的に初めて评価しました。
- 既存手法とは异なり高精度なゲノム配列情报を必要としないため、さまざまな品种改良やゲノム医疗の现场で简易的な安全性証明が可能になると期待されます。
概要
広島大学ゲノム編集イノベーションセンター中前和恭共同研究講座助教(プラチナバイオ株式会社主任研究員)、同大大学院统合生命科学研究科坊農秀雅特任教授は、ゲノム編集の簡易的安全性評価ソフトウェア『DANGER analysis』を開発しました。
ゲノム编集は生物の任意の遗伝情报(ゲノム)にアクセスし、书き换えを行うことが可能な技术として広く利用されています。しかしその一方で、実験设计によっては意図しないゲノムの书き换え(オフターゲット作用)を起こすことも知られています。
本ソフトウェアでは、オフターゲット作用の中でも生物机能へ影响を与えうる作用に着目し、その影响リスクの数値的评価を初めて実现しました。
本研究成果は、イギリスの出版社であるオックスフォード大学出版局と国際計算生物学会(International Society for Computational Biology)が発行するBioinformatics Advances誌に2023年8月23日に掲載されました。
论文情报
- 着者
Kazuki Nakamae*1,2), Hidemasa Bono*3)
* Corresponding author(責任着者)
1)ゲノム编集イノベーションセンター?共同研究讲座助教
2)プラチナバイオ株式会社(PtBio Inc.)?主任研究員
3)大学院统合生命科学研究科?特任教授 - 论文题目
DANGER analysis: risk-averse on/off-target assessment for CRISPR editing without a reference genome - 掲载雑誌
Bioinformatics Advances
DOI:
背景
すべての生物の細胞には体の設計図として『ゲノムDNA』という化学物質が含まれています。そしてそのゲノムDNAは、アデニン(A)、グアニン(G)、シトシン(C)、チミン(T) という4つの成分、いわゆる『塩基配列』から構成されています。
ゲノム编集は、ゲノム顿狈础の任意の塩基配列に『ゲノム编集ツール』と呼ばれる生体分子を作用させて塩基配列の変化を诱导できる技术です。この技术を使ったより安全かつ効率的な品种改良法や、遗伝病の治疗方法などが世界中で研究されています。しかし、ゲノム编集には『オフターゲット作用』という问题もあります。これはゲノム编集をしたい塩基配列とは异なる塩基配列へ意図しない変化が起きてしまう现象です。
これまで世界中でオフターゲット作用を検出するさまざまな手法が开発されてきました。その一方で、オフターゲット作用が引き起こす有害な作用を测定する定量的评価手法はまだ开発途上でした(问题1)。また、オフターゲット作用の解析には精度の高いゲノム配列情报が必要ですが、高精度ゲノム配列情报の获得には高いコストが伴うため、その解析の利用范囲は限定的でした(问题2)。
研究成果の内容
本研究では、簡易的安全性評価ソフトウェア『DANGER analysis』を開発し、オフターゲット作用の中でも形質(1)に影響を与えうる発現(2)領域上で発生したものに着目し、オフターゲット作用の有害性を数値的に推定する手法を確立しました。
DANGER analysisでは、遺伝子発現実験データであるRNA(3)シーケンスデータからde novoトランスクリプトームアセンブリ(4)と呼ばれる手法で発现领域の塩基配列を解読し、オフターゲット作用の推定ならびに発现解析を行います。そして、影响を受けていると推定される遗伝情报に対して公共バイオデータベースにアクセスし、生物机能情报を取得することで、オフターゲット作用がどのような生体现象に影响を与えている可能性があるか推定します(図1)。
実际に他机関が一般公开したゲノム编集データを本法で解析し、発现领域上の数十から数千のオフターゲット作用が影响を及ぼしている可能性が明らかになりました。
本ソフトウェアは商用利用问わず谁でも无偿利用できるコードとして骋颈迟贬耻产上に公开されています()。
今后の展开
本ソフトウェアによって、ゲノム编集においてオフターゲット作用が及ぼす影响を定量的に推定することが可能になります(问题1の解决)。さらにde novoトランスクリプトームアセンブリを利用しているため、高精度なゲノム配列情报なしで简易的なオフターゲット作用解析が可能です。このため商品作物や患者の细胞でもゲノム编集でのオフターゲット作用の多寡と影响度を発现领域の范囲内で简単に评価できます(问题2の解决)。また、本ソフトウェアによる解析を予备调査に利用し、高精度ゲノム配列情报を用いた既存のオフターゲット解析法による精査につなげることもできると考えられます。本成果は、世界中の品种改良やゲノム医疗の安全性証明法として利用が期待されます。
参考资料
図1 本ソフトウェア『DANGER analysis』による安全性評価の流れ
オフターゲット作用領域がゲノム編集ツールの作用を受けると予想外のRNA発現が発生する。DANGER analysisでは、①de novoトランスクリプトームアセンブリの构筑、②発现低下领域の取得、③オフターゲット作用の推定、④2と3に基づく有害なオフターゲット作用の领域推定、⑤推定された有害なオフターゲット作用领域が属する生物机能情报を特定、⑥生物机能ごとに生体现象に対する影响リスクを数値化、という流れで解析して安全性评価を実施する。
研究资金
本研究は、日本学術振興会が助成する科学研究費若手研究?パーソナルゲノム治療にむけたPrime Editingゲノム編集データベース構築?(21K17855)、科学技術振興機構(JST)が助成する共創の場形成支援プログラム(COI-NEXT)?Bio-Digital Transformation(バイオDX)産学共創拠点?(JPMJPF2010)によって実施されました。
语句説明
(1) 形質：生物のもつ性質や特徴のこと全般を指す。遺伝によって子孫に伝えられる形質を特に遺伝形質と呼び、本稿ではこの意味で用語を使用する。
(2) 発現：ゲノムDNA内の遺伝情報が細胞における構造および機能に反映されるプロセスを指す。具体的には、ゲノムDNAの塩基配列に基づいてRNAおよびタンパク質が合成されるプロセスを指す。
(3) RNA：正式名称は?リボ核酸(Ribonucleic acid)』。リボヌクレオチドという物質が一本鎖状に重合した物質。アデニン(A)、グアニン(G)、シトシン(C)、ウラシル(U) という4つの?塩基?から構成されている。細胞内ではゲノムDNAの情報を外部に伝える媒体として合成され、タンパク質はRNAに基づいて合成される。このような利用形態下にあるRNAを特にメッセンジャーRNA(mRNA)と呼称し、本稿ではmRNAと同義の意味でこの用語を使用する。
(4) de novoトランスクリプトームアセンブリ：de novo(デ?ノヴォ)とはラテン语で?初めから?を意味する。既知のゲノム情报を使わず、顿狈础シーケンサーから出力された配列情报に基づいて発现している领域の塩基配列情报を復元する手法、およびその復元物全体を指す。一般的に生体内に存在する搁狈础は长く、现在広く使われている顿狈础シーケンサーでは一度に全体を読むことができないため、解読した塩基配列情报をコンピュータ上でつなげて発现している领域の塩基配列を復元する。
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