16.9: CRISPR

ゲノム編集技術は、ゲノム上の特定の場所にある遺伝物質を追加、削除、または再配置することで、生物のDNAを修正できる技術です。このような技術は、血友病や鎌状赤血球貧血などの遺伝性疾患の治療に利用できる可能性があります。遺伝性疾患の安全で効果的な治療法につながる可能性のあるDNA編集研究ツールとして、CRISPR-Cas9システムが広く普及しています。CRISPR-Cas9とは、「Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats」と「CRISPR-associated protein 9」の略です。基本的なCRISPR-Cas9システムは、Cas9エンドヌクレアーゼと、Cas9をターゲットDNAに導く低分子RNAから構成されています。

起源

CRISPR-Cas9テクノロジーの利用

CRISPR-Cas9は、DNAを除去して新しいDNA配列を挿入するために実験室でよく使われます。これを実現するために、研究者はまず、ゲノムDNA上の特定の標的配列に結合するガイド配列と呼ばれる短い配列を持つ、ガイドRNAと呼ばれる小さなRNAの断片を作成しなければなりません。また、ガイドRNAは、Cas9（またはCpf1などの他のエンドヌクレアーゼ）と結合できます。ガイドRNAとCas9タンパク質を目的の細胞に投与すると、ガイドRNAが標的DNA配列を特定し、Cas9がそれを切断します。

その後、細胞の機械がランダムなヌクレオチドを挿入または削除することで切断された鎖を修復し、標的遺伝子を不活性化します。また、ガイドRNAやCas9と一緒にカスタマイズしたDNA配列を細胞内に導入し、それを修復機構のテンプレートとして使用して、切り取られた配列を置き換えることもできます。この方法は、研究者が遺伝子をノックアウトしてその影響を調べたり、変異した遺伝子を正常なものに置き換えて病気を治したりするのに非常に効果的な方法です。

CRISPR-Cas9システムには大きな遺伝子改変能力があるため、その使用については、特に胚の編集に関して大きな議論があります。最近、中国の科学者が、CRISPR技術を使ってHIV感染に関わる遺伝子を無効化し、ゲノム編集された赤ちゃんを作ったと主張しました。これを受けて、倫理面や安全面での配慮を懸念する科学者たちが世界中で反発しました。多くの科学者がこの動きを時期尚早だとし、また他の科学者からはターゲット外のゲノムへの影響を懸念する声が上がっています。CRISPR-Cas9システムのバイオテクノロジーへの応用の可能性は数多くありますが、その使用によって生じる可能性のある将来的な課題を考慮することが重要です。

CRISPR-Cas9システムはDNA編集ツールで 等間隔にスペーサーが入った 短い回文型のリピート配列および CRISPR関連タンパク質9を表わします 最初に細菌で観察されたCRISPR-Cas9は ウイルスに対する防御の手段です 外来ウイルスDNAが細菌に侵入すると より小さな断片に処理され CRISPR遺伝子座と呼ばれる 細菌ゲノムの領域に挿入されます この領域が転写されると 生成物はtracrRNAと呼ばれる 小さなRNAと結合し Cas9タンパク質とRNAseの両方を 分子に向けるのに役立ち 後者は転写産物を切断します 最終的に幾つかの複合体となり それぞれ遺伝子座のDNAに由来する Cas9タンパク質(tracrRNA)およびCRISPR-RNAからなっています これらの構造のCRISPR-RNAは Cas9を認識してウイルスDNAに導き ウイルスDNAは次に 切断されて破壊されます 科学者たちは 関心のある遺伝子を標的とする tracrRNAおよびcrRNAを模倣する 個々のRNA分子を合成して CRISPR-Cas9を利用します 例えば そのようなガイドRNA2つが Cas9のある細胞に導入され 両方が同じ遺伝子を標的とする場合 配列が切除されます この標的領域が除去されると 切断端は再結合され 細胞への影響が観察されます このようにCRISPR-Cas9システムは 細菌のメカニズムから改良されて 数々の遺伝子編集技術に使用されます