新しいCRISPRシステムが発見され、遺伝子編集の精度が向上

私たちをユニークにするものは何でしょうか？ほとんどと違い、しかしいくつかとは似ている？私たちの身体的、行動的、さらには精神的な構成を形作るものは何か？答えは遺伝子にあります。

親から子へ受け継がれる遺伝子は、身体的および生物学的特性を指定する情報を含んでいます。

しかしそれだけではありません。遺伝子は疾患の原因でもあります。欠陥のある遺伝子は、先天性欠損、慢性疾患、または発達障害として現れるさまざまな問題を引き起こす可能性があります。

これに取り組む高度に先進的な方法は、遺伝子またはゲノム編集であり、科学者がDNAに正確な変更を加えることを可能にします。遺伝子編集は、特定の位置で遺伝物質を追加、除去、または変更することを含みます。

DNAへのこのような特定かつ標的を絞った変更は、身体的特性や疾患リスクの変化につながる可能性があります。

この技術は、欠陥遺伝子を修正して遺伝性疾患を治療するだけでなく、新しい治療法の開発や遺伝子機能の深い理解にも利用されています。さらに、作物のDNAに正確な変更を加えることで作物を改良することも可能です。よく知られ、広く使用されている遺伝子編集技術はCRISPR-Cas9で、自然に存在する細菌の防御システムに基づいています。
CRISPR-Cas9はCRISPR（Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats）から派生したもので、細菌がウイルス感染に対抗するためにウイルスDNAを認識し破壊する細菌免疫システムです。

このシステムでは、CRISPRが遺伝的ホーミング装置として機能し、タンパク質であるCas9は分子『はさみ』として特定の部位でDNAを切断します。 以前の遺伝子編集技術よりもシンプルで、コストが低く、精度が高いです。 

CRISPR-Cas9技術に基づくゲノム編集手法は、実際に2020年に化学部門でノーベル賞を受賞しました。これは、ノーベル賞が女性二人に授与された史上初のケースです。

CRISPR: 遺伝子編集で現代生物学を変革

CRISPRは数十年前に初めて確認されました。 1987年、石野善澄と大阪大学のチームは（大腸菌）細菌ゲノム中でそれを観察しました。しかし、CRISPRが細菌免疫としての役割を持つことが明らかになったのは2000年代初頭になってからです。

ここ数年で、この技術は大幅に進歩し、現代生物学を変革しています。

その一例として、CRISPR‑Cas9を用いてヒト胚細胞を改変し、遺伝的変化を次世代に受け継がせることが挙げられます。これは広く非難されており、遺伝子の遺伝的改変を禁止すべきとの声が上がっています。

これに加えて、CRISPR‑Cas9および関連技術は、致命的な疾患の治療にも成功裏に利用されています。

今年の最初の3か月間だけで、複数の研究者がCRISPRを用いていくつかの画期的な成果を達成しました。

Earlier this month, a team of scientists at Colossal Biosciences created ‘wooly mice’—mice with long fur similar to the extinct woolly mammoth. They did this by simultaneously editing seven genes linked to hair growth, color, and texture.

チームは、タスマニアオオカミやドードーなど、いくつかの絶滅復元プロジェクトに取り組んでおり、マンモスが主力プロジェクトです。これらのプロジェクトは、絶滅種に近い種から幹細胞を採取し、死亡した種のゲノムに基づいて変更を編集することを含みます。そのため、研究者はCRISPR/Cas9およびCRISPR/Casシステムのバリエーションを使用しました。

先月、MITのMcGovern脳研究所とMIT・ハーバードのBroad Instituteの科学者たちが発見¹ 古代のRNAガイドシステムを見つけました。このシステムはゲノム編集ツールボックスを拡張し、遺伝子編集治療のデリバリーを簡素化できます。

これらのシステムはTIGR（Tandem Interspaced Guide RNA）と呼ばれ、任意のDNA配列を標的に再プログラム可能です。また、標的DNAに作用する独自の機能モジュールを持ちます。モジュラー性に加えて、TIGRは非常にコンパクトです。

According to Feng Zhang, a Professor of Neuroscience at MIT, whose team previously adapted bacterial CRISPR systems into gene editing tools and found various programmable proteins:

「これは非常に多用途なRNAガイドシステムで、多様な機能を備えています。」 

最新の研究で、チームはCRISPR‑Cas9タンパク質の酵素RNAガイドに結合する構造的特徴に注目しました。彼らは20,000以上の異なるTasタンパク質を発見し、数十種を実験し、一部がヒト細胞のDNAに対して標的切断をプログラムできることを示しました。現在、TIGR‑Tasシステムをプログラム可能なツールへと開発する計画です。

科学者は細胞レベルでのトリソミー修正にも遺伝子編集を検討しています。最近、CRISPR‑Cas9を用いてダウン症候群の細胞系で余分な21番染色体を除去し、正常な遺伝子発現を回復させることに成功しました。

ダウン症候群は21番染色体が余分に1本あることで発生します。この状態は出生約700人に1人の割合で見られ、早期に診断は容易ですが、現在のところ治療法はありません。

しかし、最新のブレークスルーは培養細胞で実現され、トリソミー21の細胞系から余分な染色体を除去しました。これらの細胞系は多能性幹細胞と皮膚線維芽細胞の両方から作られ、各親からの1本ずつのコピーだけが残り、同一の2本はなくなります。

生体での使用はまだ準備ができていませんが、神経細胞やグリア細胞への応用可能性を示唆しています。

別の例として、中国の科学者はデング熱などの致死性ウイルスを利用した、より安全な遺伝子編集システムを構築し、効率と安全性を向上させました。このシステムはmRNAを使用し、外来DNAが残って不要な変異を引き起こすリスクを回避します。

研究チームによれば、最適化されたmRNAデリバリーシステムは「植物におけるトランスジーンフリーゲノム編集の柔軟性と適用性を高める」そうです。

このように、遺伝子編集技術は、植物DNAを改変して高収量などの望ましい形質を強化することで、人間の生物学だけでなく農業も革命的に変えました。

今月だけで、ジョンズ・ホプキンス大学とコールド・スプリング・ハーバー研究所の科学者は、果実サイズを決定する重要な遺伝子を発見しました。これらの遺伝子はCRISPRで制御でき、より大きく風味豊かな作物への道を開きます。

この研究は、ジャガイモ、ナス、トマトなど22種のナス科作物の全ゲノムをマッピングし、遺伝的形質を理解・強化する広範なイニシアチブの一環です。

「遺伝子編集が完了すれば、たった1粒の種子で革命が始まります。」

– 共同第一著者 マイケル・シャッツ、ジョンズ・ホプキンス大学の遺伝学者

これらすべての進展は技術がどれほど進んだかを示していますが、まだ始まりに過ぎません。デューク大学とノースカロライナ州立大学の研究者は、既存の遺伝子編集技術の能力をさらに高める新しいCRISPR‑Casシステムを発見しました。
CRISPR‑Cas9のすべてを学ぶにはここをクリックしてください。 

Advancing CRISPR: 新システムが遺伝子編集の精度を向上

CRISPR‑Casシステムが細菌で最初に発見されて以来、数多くのオーソログが同定されています。オーソログとは、種分化イベントを通じて共通の祖先遺伝子から進化した遺伝子で、異なる種に存在し、同様の機能を保持している可能性があります。

少なくとも6つのタイプと33のサブタイプのオーソログが特徴付けられていますが、にもかかわらず、タイプIIシステムがバイオテクノロジーと生物医学研究で最も広く使用されています。これらのタイプIIシステムはCas9を用いてDNAを切断します。

Cas9の標的部位を再プログラムする容易さがその人気を高め、潜在的なゲノム編集治療の波をもたらしました。

しかし、細菌由来のCRISPR‑Cas9システムは豊富であるものの、人間の細胞で有効なものは少なく、CRISPR技術の全体的な可能性を制限しています。

これにより、標的可能なDNA配列の範囲を拡大するために追加のCas9オーソログが必要となります。また、デリバリーサイズの制限を克服し、CRISPR‑Cas9遺伝子編集の特異性と効率を向上させるのに役立ちます。

そこで、デューク大学とNC州立大学の研究者は数千の細菌ゲノムを調査し、新しいCRISPR‑Casシステムを発見し、遺伝子編集ツールボックスに追加できるものを見つけました。

この研究は、今月Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS)² に掲載され、技術の研究、医療、バイオテクノロジーへの影響を効果的に拡大しています。

「実際に驚くべきことは、ヒト細胞で最初に使用されたCRISPR‑Casシステムが今でも最も効果的であることです。私たちは、よりマイナーな環境で見つかる細菌を徹底的に調査し、異なる能力を持つ可能性のあるCRISPRシステムを探しました。」

– デューク大学生体医工学教授 チャーリー・ガースバッハ

新たに発見された細菌ゲノムの中で、乳牛に一般的に存在する細菌由来の特定のシステムが、人間の健康に有望であることが示されています。

このオーソゴナルエフェクターは、次世代ゲノム編集のために多様な遺伝子配列を補完的かつ柔軟に標的化することを可能にします。

このシステムは、広く使用されているStreptococcus pyogenes CRISPR‑Cas9と同等の高効率でもあります。Streptococcus pyogenesは、CRISPR‑Cas9およびその後のCRISPR研究の基盤となる細菌種です。

NC州立大学の食品・バイオプロセッシング・栄養科学教授、Rodolphe Barrangou氏によると:

「自然界には人々が認識している以上に多くのCRISPR‑Casシステムの多様性があり、機能的な分子機械としての潜在能力を持つ多様なエフェクターを探索することは非常に有用です。」

技術に関する論文がノーベル賞を受賞する数年前、Barrangou氏は乳製品スターターカルチャーで使用される細菌の防御システムとしてCRISPRを特徴付け、以降、彼の研究室はプロバイオティクス、食品製造、樹木ゲノム編集、木材特性の変更などのためにその多様性を探求しています。

Barrangou氏は最新の研究について次のように述べています:

「SpyCas9のような既存のエフェクターはすでに臨床で大きな可能性を示していますが、次世代のゲノム、トランスクリプトーム、エピゲノム操作のためにCRISPRツールボックスを拡大する必要があります。」 

彼は「CRISPRdisco」というプログラムを開発し、細菌ゲノムの大規模データベース内でCRISPR‑Casシステムを特定します。このプログラムは研究者が1,000以上の未探索CRISPRシステムを特定するのに役立ちました。

研究者はそれらのシステムを絞り込み、Gersbach研究室がエンジニアリングできるように50の候補に限定しました。

これらのCRISPRシステムをヒト細胞で遺伝子活性化因子、抑制因子、遺伝子・エピジェネティックエディタとしてテストした結果、4つのシステムが個別の成功で際立ちました。

そのうちの1つ（SubCas9）は多用途性で特に注目に値しました。この有望なCRISPR成分は、乳牛に一般的に存在し、一部のヒト用プロバイオティクス製品にも使用されているStreptococcus uberisに見られます。

研究者はさまざまな理由でSubCas9に期待しています。 まず第一に、新システムのサイズが小さく—従来使用されるCas9 DNA分子メスよりも小さい—ヒト細胞へのデリバリーが容易になります。

さらに、元の対応物を含む他のシステムではアクセスできないユニークな遺伝子配列を標的にできます。

一般的に使用されるCas9はDNA配列‘GG’に隣接するゲノム標的で機能し、これは「比較的一般的なDNA配列」です。しかし、GGが近くにない場合、代替が必要であり、新システムは“AATA”または“AGTA”パターンに隣接する部位で機能することでそれを提供します。

「このシステムは、研究者が標的部位の選択を非常に正確に行う必要がある場合に、異なるCas9を使用する柔軟性を提供します。」

– Gabe Butterfield、Gersbachラボのポスドク研究員

さらに、S. uberisは通常ヒトに存在しないため、ヒト免疫系に認識されにくいです。これは、より一般的なCas9タンパク質を分離するために使用される細菌種とは異なります。

したがって、治療用途で使用された場合、ほとんどの人の免疫系は自然曝露からのSubCas9を認識しないでしょう。

「治療応用の可能性に加えて、さまざまな環境に適応した細菌は、さまざまな宿主に適したエフェクターを保持しており、植物、家畜、環境応用に適したシステムの発見に大きな可能性があります。」

– バラングー

In the next step, the researchers will look into SubCas9’s ability to bypass preexisting immunity as they expect. They are also testing incorporating it into a number of cell and gene therapies. The researchers may also get back to the massive bacterial metagenomic databases to find more CRISPR systems for investigation.

全体として、CRISPR‑Cas9遺伝子編集の最新の進展は、遺伝子治療技術を大幅に向上させ、遺伝性疾患、がん、その他の疾患に対してより正確で効率的な治療を可能にする重要なブレークスルーです。

CRISPR研究の急速な進展を考えると、これらの新システムはさらなる検証と規制当局の承認が得られ次第、今後3〜5年以内に臨床応用に統合される可能性があります。

革新的な企業

Editas Medicine, Inc. (EDIT )

Editas Medicineは、CRISPRベースの治療法を開発し、さまざまな重篤な疾患の治療に焦点を当てるリーディングなゲノム編集企業です。

It is a clinical-stage genome editing company developing in vivo-administered gene-editing medicines, where the treatment is injected directly into the patient to edit cells inside their body. CEO Gilmore O’Neill, M.B., M.M.Sc earlier this month, while sharing business updates, said:

「私たちの目標と戦略は、予定より早くin vivo前臨床概念実証を達成し、プラットフォーム技術が遺伝子上方制御、すなわち既存タンパク質の発現を増幅して臨床的に有意なレベルを達成し、単回投与で組織全体に治癒をもたらす可能性を示す前向きな前臨床in vivoデータを共有したことで、第四四半期にin vivo遺伝子編集のリーダーになるという目標と戦略が加速しました。」

執筆時点で、時価総額1億1700万ドルの同社株は1株あたり1.41ドルで取引されており、年初来で11.02%上昇しています。EPS（TTM）は-2.88、P/E（TTM）比率は-0.48です。

今月初め、同社は報告しました2024年第4四半期および通年の財務結果を。純損失は4540万ドル、1株あたり0.55ドルで、2023年第4四半期の1890万ドルに比べ大幅に増加しました。

この期間中、売上高は3060万ドルに減少し、研究開発費は4860万ドルに増加しました。

2024年末時点で、同社は2億6990万ドルの現金、現金同等物、売却可能証券を保有しており、前四半期末と比べやや改善しています。同社の発表によれば、これらの資金とVertex Pharmaceuticalsとのライセンス契約に基づく支払いの未払分を合わせて、2027年第2四半期までの運営費用と資本支出の両方を賄う見込みです。

2024年通年では、純損失は2億3710万ドル、1株あたり2.88ドルで、協業収益は3230万ドルに減少し、研究開発費は1億9920万ドルに増加、一般管理費は7200万ドルに増加、リストラ費用は1220万ドルでした。

同社の最近の成果には、ヒト化マウスと非ヒト霊長類で前臨床概念実証（PoC）を示したことが含まれます。

CTOのLinda C. Burkly博士は、同社が「機能喪失や有害変異によって引き起こされる疾患に対処するために、機能性タンパク質のレベルを上げる遺伝子上方制御を通じてin vivo遺伝子編集を実現する」能力を示すと述べました。さらに、彼女は「plug ‘n play」プログラムを用いた複数組織にわたる遺伝子上方制御戦略の可能性を共有しました。

Editasは、2025年中頃に造血幹細胞と肝細胞向けのin vivo開発候補を発表する予定で、年末までにさらに多くの前臨床in vivo HSCおよび肝データを共有することを目指していると発表しました。

この中で、同社は広範な探索が商業パートナーを得られなかったため、鎌状赤血球症（SCD）治療のreni-celプログラムを終了しました。この措置に伴い、コスト削減策として従業員数を65％、約180人削減することになりました。

Editas Medicine, Inc.の最新情報

結論

過去10年間、CRISPRベースの技術はゲノム編集を可能にすることでバイオテクノロジーに革命をもたらしました。これにより、生物医学研究、治療用ゲノムおよびエピゲノム編集の多様な新機会が創出されました。

しかしながら、現在のアプローチは、単一のCas9エフェクターに偏った効率と限定された標的特異性に焦点を当てているため、制限に直面しています。

新しいCRISPR‑Casシステムの発見は、遺伝子編集における大きな進歩を示しています。現在の技術の精度、効率、汎用性を拡大することで、最新の研究は遺伝性疾患に対するより標的化された治療と農業成果の向上を約束します。研究者がこれらのシステムを洗練させ、実世界で採用されれば、次世代の遺伝子編集は医療とバイオテクノロジーの新たなフロンティアを切り開くでしょう！

投資に適したトップCRISPR企業のリストはこちらをご覧ください。