CRISPR-Cas9 技術により、胚の遺伝的欠陥が初めて修正される

科学者チームは、ゲノム編集のおかげで、ヒト胎児の重篤な心臓病理に関連する突然変異を修正しました。米国でCRISPR-Cas9技術がヒト胚の改変に使用されたのはこれが初めてである。本日Natureに掲載された結果は暫定的なものではあるが、この研究は遺伝性疾患の予防におけるゲノム編集の可能性を実証する重要な進歩である。

研究者らは、100個以上の受精卵（卵子と卵子の結合によって生じる単一細胞の胚相）のMYBPC3遺伝子のエラーを修正することを目的として、DNAを正確かつ効率的に改変するツールであるCRISPR-Cas9を使用した。精子。この変異は、世界中で500人に1人が罹患し、若者の突然死を引き起こす可能性がある重篤な心臓病である肥大型心筋症の発症に関連しています。

Technology Reviewが独占的に実施したこの研究の出版は、今日のスペインでは違法となる実験の詳細をすべて提供している。その理由は、ラ・マンチャ出身のフアン・カルロス・イズピスーア氏も参加しているシュフラト・ミタリポフ氏率いるグループが、ヒト胚を実験し、CRISPR-Cas9技術が遺伝的欠陥を修正するのに効果的であることを証明することだけを目的としてヒト胚を作成したためである。このアプローチは、米国が加入していないオビエド条約や生物医学研究法などの国際条約によって禁止されています。

ヒトの胚はどのように改変されたのでしょうか?

「幹細胞技術とゲノム編集の進歩のおかげで、私たちはついに、何百万もの人々に影響を与える可能性がある病気の原因となる突然変異に取り組み始めています」と、カリフォルニア州ソーク研究所の教授であり、この論文の著者の一人でもあるイズピスア氏は言う。しかし、専門家は、 「この予備的な取り組みは安全で効果的であることが証明されていますが、この技術はまだ初期段階にあります。そのため、倫理的配慮に最大限の注意を払い、最大限の注意を払いながら前進し続けることが不可欠です。」と警告しています。国立バイオテクノロジーセンター（CNB-CSIC）の研究者でCRISPR-Cas9の専門家であるルイス・モントリウ氏は、この研究には参加していないが、電話でニューロストリームに「これは今年の科学論文だ」と語った。

ヒト胚のゲノムを改変するために中国で行われた研究とは異なり、米国の科学者はまったく異なるアプローチを使用しました。他の種では行われていた、卵子と精子の受精後にいわゆる「分子メス」を適用する代わりに、シューフラト・ミタリポフ率いる研究チームは、遺伝的欠陥を修正するための独創的な実験を考案した。研究者らは、配偶子間の結合が起こるのと同時にCRISPRを微量注入した。これは、DNAのエラーの標的修復とヒト胚のゲノムの不可逆的な改変を可能にするアプローチである。

CRISPR-Cas9 技術は、2 本の DNA 鎖を切断できる一種のメスのように機能します。次に、カットを修正するには 2 つのメカニズムが考えられます。 1つ目は非相同末端結合で、これによって私たち自身の細胞が切断片を「接着」する可能性があります。遺伝子の挿入または欠失が発生する可能性があるため、この経路はあたかも傷であるかのように、DNA に「傷跡」を引き起こします。 2番目の選択肢は相同組換えです。これは、研究者が傷をふさぐための「絆創膏」であるかのようにDNA配列を導入し、以前に切断されたDNA断片の代わりにゲノムにその配列が組み込まれるようにするものです。想定される遺伝子治療としてのCRISPR-Cas9の可能性をテストするために行われた実験では、これまでに2番目のメカニズムが使用されていました。その目的は、DNAの欠損領域を切断して遺伝子配列に「絆創膏」を貼り付けることでした。それは突然変異を修正しました。

ミタリポフ氏のアプローチは、重度の心臓病を引き起こすMYBPC3遺伝子の欠陥に対処するために、標的を絞ったDNA修復も適用した。彼らの実験では、さまざまな健康な女性の卵子と遺伝的エラーを持った男性の精子との受精が行われ、実験目的で合計142個のヒト胚が生成された。この男性はこの突然変異に関してヘテロ接合性である。つまり、彼の DNA の 2 つのコピーのうち 1 つは欠陥があり、もう 1 つは正しい。これにより、実際には、この人が遺伝的欠陥を持たない女性と子孫を持ちたい場合、体外受精と着床前診断を受けて、 MYBPC3遺伝子の健康なコピーを2つ持つ胚を選択することが可能になる。父親と母親の一人。しかし科学者らは、臨床現場では遺伝性病理の原因となる突然変異を回避する別のアプローチがあったにもかかわらず、自分たちのアプローチが機能したことを証明したいと考えていた。

研究を実施する際、研究者らはCRISPRを顕微注入しながら卵子に精子を受精させた。 「細胞質精子注入のような強力な手順で胚を生成し、それをCRISPRと組み合わせると、何らかの理由で、相同性によって導かれた『良いルート』による修復が促進され、エラーを引き起こす非相同末端結合が回避される」とモントリュー氏は言う。 。実際、彼らのアプローチにより、ゲノム編集の 2 つの大きな問題を回避することができました。一方で、研究チームは生成された胚からモザイク現象を検出しなかった。モザイク現象とは、遺伝的構成が異なるいくつかの細胞集団の生成に関わる疾患であり、病気の治療にCRISPRを使用することを妨げる疾患である。一方で、科学者らはまた、この技術がエラーのある場所の遺伝的欠陥を修正し、ゲノムの他の部分を変更しなかったため、望ましくない場所での DNA の変化やオフターゲット突然変異も観察しませんでした。 「私たちが生殖系列から病気の原因となる遺伝子を除去したため、その後の各世代には修正が受け継がれることになります。この技術を使用することで、家族、そしておそらくは一般集団における病状の脅威を軽減することが可能です」とミタリポフ氏は言う。 。

予期せぬ物議を醸す発見

「2番目の発見は、最初の発見と同じかそれ以上に興味深いものです。彼らは、変異した遺伝子の修復には正しい配列の導入が必要ないことに気づいています」と電話の向こう側でモントリュー氏が説明する。 『Nature』誌に掲載された研究結果によると、初期段階の胚は、自身の遺伝的欠陥を修復するこれまで知られていないメカニズムを持っている可能性があるという。研究者らは、明らかに胎児は母親の健康なコピーをテンプレートとして使用するため、父親の突然変異が以前に存在した領域の「傷」を閉じるための「絆創膏」として外部配列を挿入する必要がないことを検証した。修理を行います。 CNB-CSICの科学者によると、この結果は「他の遺伝子や病気との裏付けが必要だが、多くの可能性を開くだろう」という。 「私たちの技術は、初期胚に特有のDNA修復反応を利用して、病気の原因となる遺伝子変異を修復することに成功しました」と研究著者の一人であるJun Wu氏は述べています。

モントリュー氏の意見では、この研究の限界の一つは、ゲノム編集が現実のどこに適用できるかを実証するための理想的な研究が実施されていないことである。分析された肥大型心筋症の症例では、科学界と医学界はすでに、体外受精や着床前診断など、子宮に移植される健康な胚を選択するための非侵襲的なツールと手順を持っています。 「フェテン実験」は、神経細胞の変性を引き起こす遺伝性症候群であるハンチントン病の場合のように、他に可能性がない場合にCRISPR-Cas9が機能することが実証される実験となるだろう。モントリュー氏の意見では、研究者らは修正された突然変異を持ったドナーである1人の同意しか得ていなかったため、おそらく他の方法で実験を行うことはできなかったのではないだろうか。米国で行われているこのアプローチは、スペインのような国では違法であるだけでなく、ヒト胚の遺伝子組み換えよりも攻撃的な技術ではないため、倫理的にも受け入れられない。

「この結果は異常で驚くべきもので、なぜそのようなことが起こるのか理解できません」とモントリュー氏は認め、このアプローチを臨床試験で試す前に注意を呼び掛けている。科学者は現在、胚が初期段階で明らかに遺伝子変異を修正するためにどのようなメカニズムを持っているのかを解明することによって、なぜ精子顕微注入とCRISPRの組み合わせが標的DNA修復をもたらすのか、そしてなぜ外部から正しい配列を導入する必要がないのかを理解する必要がある。オレゴン健康科学大学のダニエル・ドーサ副学長は、「この研究は、生殖細胞系列[DNA]矯正療法の安全性と有効性を証明するために必要な手順の理解における大きな進歩を意味する」と述べた。この実験の並外れた倫理的配慮は、この技術に関する重要な点である。なぜなら、社会は、可能な治療法を見つけるために胚を実験するのか、それとも科学的目的のみのために研究室で胚を作成することが受け入れられないのかを議論する必要があるからである。科学はゲノム編集の可能性に関して大きな進歩を続けていますが、議論は依然として未解決です。