【わかりやすく解説】ダウン症の原因染色体を除去できる事が判明。どんな技術いつできる？

CRISPR-Cas9の原理

1. CRISPR-Cas9 システムの構成要素

CRISPR-Cas9 システムは、以下の2つの主要な要素で構成されています。

• ガイドRNA (gRNA)：標的とするDNA配列を認識し、Cas9 酵素をその場所に誘導する役割を果たします。gRNA は、標的DNA配列と相補的な配列を持つ約20塩基のRNA部分と、Cas9 酵素と結合するための構造を持つRNA部分から構成されています。
• Cas9 酵素：DNAを切断する役割を持つ酵素です。Cas9 は、gRNA に誘導されて標的DNA配列に結合し、二本鎖DNAを切断します。

2. CRISPR-Cas9 システムの作用機序

CRISPR-Cas9 システムは、以下のステップで作用します。

1. 標的DNAの選択: 研究者は、編集したいDNA配列 (標的配列) に対応する配列を持つ gRNA を設計します。
2. gRNA と Cas9 の複合体形成: 設計した gRNA と Cas9 酵素を細胞内に導入し、複合体を形成させます。
3. 標的DNAへの結合: gRNA の相補的な配列が標的DNAに結合することで、Cas9 酵素が標的DNAに誘導されます。
4. DNAの切断: Cas9 酵素は、標的DNAの二本鎖を切断します。
5. DNA修復: 細胞は、切断されたDNAを修復しようとします。この修復過程には、以下の2つの経路があります。
   • 非相同末端結合 (NHEJ)：DNAの切断末端を直接つなぎ合わせる修復経路です。NHEJ は、修復の際に小さな欠失や挿入が起こりやすく、遺伝子を不活性化 (ノックアウト) することができます。
   • 相同組換え (HR)：相同なDNA配列 (テンプレートDNA) を用いてDNAを修復する経路です。HR を利用すると、テンプレートDNAの配列を標的DNAに組み込むことができます (ノックイン)。

iPS細胞の原理

1. iPS細胞の作製原理

iPS細胞の作製には、以下のステップが含まれます。

1. 体細胞の採取: 皮膚、血液などの体細胞を採取します。
2. 初期化遺伝子の導入: Oct3/4、Sox2、c-Myc、Klf4 などの特定の遺伝子 (初期化遺伝子) をウイルスベクターなどを用いて体細胞に導入します。これらの遺伝子は、細胞の運命を決定する様々な遺伝子の発現を制御する転写因子として働きます。
3. 細胞の培養: 初期化遺伝子が導入された細胞を特殊な培地で培養します。
4. iPS細胞の選別: iPS細胞は、ES細胞 (胚性幹細胞) と同様の性質を持つため、ES細胞マーカーの発現などを指標に選別されます。

2. iPS細胞の多能性

iPS細胞は、以下の2つの能力を持つことから、多能性幹細胞と呼ばれます。

• 自己複製能: iPS細胞は、自分自身と全く同じ細胞を無限に増殖することができます。
• 分化多能性: iPS細胞は、体の様々な組織や臓器を構成する細胞 (神経細胞、筋肉細胞、肝臓細胞など) に分化することができます。