治療設計における遺伝子増幅とノックダウンの比較

基礎紹介 - ゲノム治療とは

ゲノム治療は、病変細胞に改変された遺伝子を導入することで、遺伝性疾患を治療する手法です。導入される新しい遺伝子は、疾患を引き起こす突然変異の影響を是正する機能性遺伝子を含んでおり、その原因は先天的または後天的である場合があります。過去数十年間、ゲノム治療は遺伝性疾患の治療において顕著な進展を遂げてきました。実際、研究者たちはゲノム解析およびプロテオミクス手法を用いて疾患原因遺伝子を同定し、その後、in vitroおよびin vivo実験によってターゲット遺伝子を検証しています。このアプローチにより、多くの高インパクト論文が発表されています。

過去10年間、Cyagenはゲノム治療応用を目的とした数百の遺伝子改変動物モデルおよびウイルスパッケージングサービスを研究者に提供してきました。2020年末時点で、Cyagenの製品およびサービスはNature、Cell、Scienceなど、世界的に評価の高い査読付き学術誌で4,750件以上に引用されています。当社の専門知識を活かし、ゲノム治療研究向けに保証された遺伝子改変動物モデルおよびウイルスパッケージングサービスを提供しています。こうしたモデルの利用は、ゲノム治療の臨床応用を促進することが知られています。

稀少疾患モデル開発のための協働プログラムに参加をご希望の研究者の方は、ぜひご参加ください。また、稀少疾患に関する最新情報、助成金機会などに関するニュースレターの配信にご登録も可能です。

ゲノム治療研究に適した動物モデルの選定についてご質問がある場合は、無料でサポート、相談、プロジェクト戦略設計を提供いたします。お気軽にお問い合わせください。

ゲノム治療戦略

ゲノム治療は、核酸を病変細胞に導入して直接疾患を治療する強力な研究ツールであり、さまざまな応用分野で人間臨床試験も進行中です。新たなゲノム治療戦略やプロジェクトを成功裏に開発するためには、現在利用可能なゲノム治療法の理解が不可欠です。ここでは、4つの主要なゲノム治療戦略について紹介します。すなわち、遺伝子補完、遺伝子サイレンシング／阻害、ゲノム編集、および遺伝子サーカイド（遺伝子死誘導）です。ただし、後者の2つ（ゲノム編集および遺伝子サーカイド）は、病変細胞を標的的に死滅させる目的で用いられます。遺伝子サーカイドは主に溶細胞性ウイルスを用いた腫瘍細胞の破壊に利用されるため、本稿では詳細には触れません。

遺伝子補完

遺伝子補完療法は、機能喪失型突然変異によって遺伝子が機能する産物を生成できなくなる疾患の治療に用いられます。この治療法では、欠損した機能性遺伝子の正常バージョンを含むDNAを細胞に導入し、元来欠乏していたタンパク質が十分なレベルで再生成されることを目指します。

遺伝子補完療法は、脊髄性筋萎縮症（SMA）の治療で最も広く用いられています。SMAは運動ニューロンに存在するSMN1タンパク質の欠乏が原因であり、ゲノム治療の基本的なアプローチは、正常なSMN1遺伝子を病変細胞に導入することです。特に、AAV9ベクターはSMN1遺伝子のcDNAを細胞に効率的に運搬可能です。SMAに対する最初のゲノム治療薬は2019年に米国食品医薬品局（FDA）から承認されました。この治療法はSMAの進行を抑制し、生存率を向上させる効果が認められていますが、費用が高額である点が課題です。現在、遺伝子補完療法で一般的に用いられている戦略には、新たなタンパク質コード遺伝子の導入、成長因子およびサイトカインの発現増強、病変タンパク質の細胞内活性化（自己食作用の誘導など）が含まれます。

遺伝子サイレンシング

機能性遺伝子の導入が疾患表現型を改善できない場合には、異常な遺伝子の発現を遮断（サイレンシング）する遺伝子サイレンシング療法が用いられます。優性遺伝性疾患では、1つの異常アレルが疾患表現型を示すことが多く、細胞や臓器の機能障害を引き起こします。代表的な例として、腫瘍細胞におけるオノコーゲンの恒常的発現があり、これを抑制するためのゲノム治療が求められます。RNA干渉（RNAi）療法は、ハンチントン病（HD）や小脳性共鳴不全症（SCA）など、ポリグルタミン（PolyQ）関連疾患の研究において広く応用されており、毒性タンパク質の発現を低下させることを目的としています。単鎖ASOも遺伝子サイレンシングを可能にしますが、小分子／短鎖siRNA、短いヘアピンRNA（shRNA）、およびマイクロRNA（miRNA）療法は、より強力な阻害効果と持続性を示すことが知られています。

遺伝子サイレンシングによって治療が可能なポリグルタミン関連疾患

ゲノム編集

ゲノム治療において、ゲノム編集技術の利用はターゲット遺伝子編集-Cas9技術の発展と密接に結びついています。この技術により、生物におけるゲノム編集が格段に容易かつ低コストで可能となりました。特に、ターゲット遺伝子編集-Cas9技術は、遺伝子治療分野で広く採用され、従来の制約（劣性・優性疾患の制限、遺伝子長の制限、in vitro／in vivoモデル開発の難しさなど）を克服する画期的なアプローチとなりました。以下に、ゲノム編集を基盤とするゲノム治療の4つの主要な戦略を示します。

(1) 突然変異遺伝子の発現を直接阻害し、優性疾患の治療に用いる；

(2) 単一塩基編集や直接ノックアウト（KO）により、異常遺伝子を修正する；

(3) 同源再結合効率の向上を活かした同源断片修復戦略；

(4) 安全なゲノム部位に正常遺伝子を同源再結合によって導入する。これは遺伝子補完と類似する。

稀少疾患研究におけるゲノム編集の応用

80％以上の稀少疾患は遺伝的要因によって引き起こされています。稀少疾患に対するゲノム治療が開発されれば、現在治療法のない多くの稀少疾患に対して「1回の治療で持続的な効果」が得られる可能性が広がります。

現在、ドゥシェンヌ型筋ジストロフィー（DMD）、先天性免疫不全、B型肝炎、血友病、嚢胞性線維症など、いくつかの稀少疾患について、ゲノム編集を基盤とする治療開発パイプラインが進行中です。

Cyagenの専門的なゲノム編集プラットフォームにより、正確な遺伝子改変疾患モデルを提供し、研究者が稀少疾患の病態メカニズムや治療戦略の可能性を解明する支援をしています。モデルサービスはカスタマイズ可能で、遺伝子同定・検証から臨床前安全性・有効性評価へのスムーズな移行を、薬剤開発プログラムの効率化に貢献します。

ゲノム治療におけるカスタマーケーススタディ

上海生命科学研究院・細胞生物学研究所の周彬博士および上海交通大学国際平和産婦人科病院の黄和峰博士らの共同研究グループは、「In Vivo AAV-Targeted Gene Editing/Cas9-mediated Gene Editing Ameliorates Atherosclerosis in Familial Hypercholesterolemia」という題名の論文を、Circulation誌に掲載しました。

本研究では、アデノ随伴ウイルス（AAV）を用いてターゲット遺伝子編集/Cas9を導入し、Cyagenが提供したLdlr欠損マウスにおいてLdlr遺伝子の修復が実現されたことが確認されました。その結果、LDLRの発現が部分的に回復し、動脈硬化の病態が顕著に改善されました。LdlrE208Xマウスは、家族性高コレステロール血症に関連するヌクレオチド置換突然変異を有しており、本研究は稀少疾患患者に対する治療的アプローチの可能性を示すものです。

研究の概要図