ヒト21番染色体部分モノソミーiPS 細胞の作製に成功 ～ヒト染色体欠失症やダウン症の機序解明や治療標的発見への応用を期待

ポイント
・CRISPR/Cas9を介したメガベーススケールの染色体欠失により、選択培養なしに１ステップで部分モノソミーヒトiPS細胞パネルを作製する、簡便かつ効率的な方法を開発しました。
・本技術を用いて、ヒト21番染色体長腕（21q）上の全タンパク質コード遺伝子（211個）を含む21qの大部分（約3360万塩基対）の欠失に成功し、世界で初めて21qモノソミーヒトiPS細胞を樹立しました。
・21qモノソミーヒトiPS細胞のトランスクリプトームおよびプロテオーム解析の結果、モノソミー領域内の遺伝子によってコードされるmRNAおよびタンパク質の発現量は、概ね2倍体における発現レベルの半分であることが明らかとなり、転写および翻訳レベルでの遺伝子量補償が起こっていないことが示されました。
・本技術は、これまで困難とされてきた染色体欠失モデル細胞の構築を容易にすることで、染色体欠失症やダウン症などにおける多様な症状の原因遺伝子の解明や治療標的の同定に貢献すると期待されます。




　東京薬科大学生命科学部応用生命科学科 冨塚一磨教授、宇野愛海助教、鳥取大学医学部生命科学科/染色体工学研究センター 香月康宏教授、公益財団法人東京都医学総合研究所幹細胞プロジェクト 鈴木輝彦主席研究員、および東京科学大学生命理工学院 相澤康則准教授らの研究グループは、CRISPR/Cas9によるゲノム編集を用いて、2コピーあるヒト21番染色体のうち1コピーの長腕（21q）ほぼ全長（約3360万塩基対）を欠失した、21qモノソミーiPS細胞の構築に世界で初めて成功しました。
　相同染色体（注1）の一方が部分的に欠失（モノソミー（注2）化）した染色体欠失症（注3）は、さまざまな症状を伴う希少疾患ですが、適切なモデル系がないため研究が進んでいませんでした。既存の方法において、メガベース（100万塩基対）を超えるサイズの染色体欠失の効率は非常に低く、また染色体欠失細胞の単離には煩雑な工程が必要であったため、より高い効率で正確に、特定のヒト染色体領域を欠失させる簡便な技術の開発が求められていました。
　今回、CRISPR/Cas9（注4）を介したメガベーススケールの染色体欠失により、選択培養なしに1ステップで部分モノソミーヒトiPS細胞（注5）（iPSC）パネルを作製する、簡便かつ効率的な方法を開発しました。また本技術を用いて、ヒト21番染色体（注6）長腕（21q）上の全タンパク質コード遺伝子（211個）を含む21qの大部分（約3360万塩基対）の欠失に成功し、世界で初めて21qモノソミーヒトiPS細胞を樹立しました。さらに21qモノソミーヒトiPS細胞のトランスクリプトーム（注7）およびプロテオーム解析（注8）の結果、モノソミー領域内の遺伝子によってコードされるmRNAおよびタンパク質の発現量は、概ね2倍体における発現レベルの半分であることが明らかとなり、転写および翻訳レベルでの遺伝子量補償（注9）が起こっていないことが示されました。本技術は、これまで困難とされてきた染色体欠失モデル細胞の構築を容易にすることで、染色体欠失症やダウン症などにおける多様な症状の原因遺伝子の解明や治療標的の同定に貢献すると期待されます。
　本研究成果は、2024年11月4日に「Genes to Cells」誌のオンライン版で公開されました。