外来遺伝子（DNA）の生細胞への効率的な導入方法を開発 ～ガンなど治療のための遺伝子治療に貢献～

2016年7月6日

国立研究開発法人情報通信研究機構（NICT） リンク
国立大学法人大阪大学

外来遺伝子（DNA）の生細胞への効率的な導入方法の開発に成功 ～遺伝子治療に貢献～

【ポイント】
■p62タンパク質の量を減少させることで、細胞内に導入したDNAの分解を抑制し、導入効率の上昇に成功
■導入したDNAの大部分がオートファジーによって分解されてしまうというこれまでの問題を解決
■細菌・ウイルス感染のメカニズムの解明や、ガンや高血圧、糖尿病など特定の遺伝子治療法の開発に貢献

　国立研究開発法人情報通信研究機構（NICT、理事長: 坂内 正夫） リンクは、国立大学法人大阪大学（大阪大学、総長: 西尾 章治郎）大学院生命機能研究科 小川 英知特任准教授、平岡 泰教授らと共同で、外来DNAを生きた細胞に効率よく導入するために、p62と呼ばれるタンパク質の量を減少させることで、DNAの導入効率を上昇させることに成功しました。
　これまでは、オートファジーと呼ばれる細胞に侵入した外敵を分解するシステムによって、導入されたDNAの大部分が核に運ばれる前に分解されてしまうという問題がありました。今回、オートファジーシステムの一員であり、DNAの分解に貢献するp62を除去することにより、細胞内のオートファジー機能が弱まりDNAが壊されなくなるため、遺伝子導入効率が飛躍的に上昇することが証明されました。
　本成果は、分子細胞生物学分野の基盤技術として大きなブレークスルーとなると考えられます。また、ES細胞を使った基礎医学分野及びガンや高血圧、糖尿病など特定の遺伝病を治療するための遺伝子治療に貢献できると期待されます。
　なお、本研究成果は2016年6月18日に国際的科学誌「FEBS Letters」のオンライン速報版で公開されています（リンク）。

【背景】
　分子細胞生物学分野において、外来遺伝子を効率よく生細胞に導入する必要があります。これまで、細胞にDNAを導入する場合、その導入効率が低いことが問題になっていました。また、細菌感染やウイルス感染などの感染症の治療分野では、感染した細菌やウイルスのDNAが細胞内でどのように処理されるかが、長年にわたって不明のままとなっています。さらに、遺伝子治療の分野では、安全で高効率なDNAの細胞核導入技術の開発が待ち望まれている状況にありました。
　生細胞への外来DNAの導入効率が低い原因は、細胞内にオートファジーと呼ばれる細胞に侵入した外敵を分解するシステムがあり、そのシステムにより導入されたDNAの大部分が核に運ばれる前に分解されてしまうことです。NICT未来ICT研究所においては、微小なビーズを生細胞に導入する技術を既に開発しており、この技術を用いて、大阪大学と共同で様々な動物細胞でオートファジー過程を蛍光顕微鏡で追跡することにより、生細胞への遺伝子導入効率の評価を進めてきました。

【今回の成果】
　本研究では、情報媒体であるDNAを生きた細胞に効率よく導入するために、p62と呼ばれるタンパク質の細胞内量を減少させることにより、DNAの導入効率を上昇させることに成功しました。これまで、マウスのES（胚性幹）細胞では、DNAを導入しようとしても、その導入効率が悪いことが問題になっていました。それは、細胞にはオートファジーと呼ばれる、細胞に侵入した外敵を分解するシステムがあり、そのシステムによって導入されたDNAの大部分が分解されるからです。p62は、その分解システムの一員でDNAを分解することに貢献します。p62を除去すると、そのオートファジーの機能が弱まり、DNAが壊されなくなります。その結果、遺伝子導入効率が上昇することを証明しました。
　なお、本成果は2016年6月18日付けで、国際誌FEBS Lettersにオンライン公開されております。また、本成果は、NICT未来ICT研究所と大阪大学生命機能研究科との共同研究の一環として得られました。

【今後の展望】
　今後、p62による外来DNAの分解機構の詳細を明らかにし、ES細胞と同様に多分化能を持ち再生医療に必要なiPS細胞の樹立に応用するとともに、生体における核酸医薬及びガンや高血圧、糖尿病など特定の遺伝病を治療するための遺伝子治療への応用を目指します。