ジョンズ・ホプキンス・メディスンの研究者らは、細胞が自然にタンパク質を作る過程を利用して、遺伝子の指示を細胞に“スライド”させ、その細胞から欠落している重要なタンパク質を作り出すことに成功したと発表した。今後、さらに研究が進み、今回の成果が実証されれば、遺伝子治療が可能なさまざまな疾患に対して、特定の細胞を標的とする新しい方法が確立されるかもしれない。このような疾患には、アルツハイマー病などの脳を侵す神経変性疾患、失明、一部の癌などが含まれている。
ジョンズ・ホプキンス大学医学部Sol Snyder 神経科学科教授で細胞工学研究所のセス・ブラックショー博士（写真）は、「細胞が特定のタンパク質を欠く疾患の治療法を開発しようとする場合、脳などの構造ごとに疾患を引き起こす細胞を正確に標的として、特定の遺伝子のタンパク質生成プロセスを安全に開始させることが重要だ」と語る。「病気の細胞を正確に狙わない治療法は、他の健康な細胞にも意図しない影響を及ぼす可能性がある」と彼は付け加えている。
現在、タンパク質を作るパッケージを細胞に送り込むために使われている2つの方法は、動物モデルでも人でも、その効果に大きな差がある。「我々は、前臨床モデルと臨床モデルの両方で広く使える遺伝子発現デリバリーツールを開発したかった」とブラックショー博士は言う。
生化学的パッケージを送る現在の方法のひとつに、いわゆる「ミニプロモーター」があり、これは特定のDNAストレッチの発現、つまりタンパク質を作るプロセスを指示するものだ。ブラックショー博士によれば、この方法では正しい細胞種で遺伝子を発現させることができないことが多いとのことである。
もう一つの方法は、血清型を介した遺伝子発現と呼ばれるもので、ある種の細胞の表面に付着するタンパク質に付着させる道具を送り込むというものである。しかし、ブラックショー博士によれば、このような方法は、ある種の細胞だけを特異的に狙うという点で、当たり外れがあり、動物モデルで実験して成功しても、ヒトには効かないことが多いという。
今回の原理検証研究は、2022年10月1日にNature Communicationsに記載されたジョンズ・ホプキンス大学病理学助教授のジョナサン・リン博士による以前の研究がルーツとなっている。リン博士は、さまざまな種類の細胞が、DNAの親戚にあたるメッセンジャーRNAの代替スプライシングを用いて、細胞内で常に変化する一連のタンパク質を生み出す遺伝子テンプレートを構築する方法を描いた「地図」を発表している。この変化は、細胞の種類と場所によって異なる。細胞は通常、代替スプライシングを利用して、細胞が作ることのできるタンパク質の種類を変化させている。このNature Communications誌の論文は「スプライシング依存フレームシフトを用いた細胞特異的遺伝子発現制御（Cell-Specific Regulation of Gene Expression Using Splicing-Dependent Frameshifting）」と題されている。
リン博士のマップは、細胞がメッセンジャーRNAのイントロン（余分な部分）を切り取り、実際にタンパク質を発現する遺伝物質の情報部分（エクソン）だけを残すパターンを示している。
しかし、イントロンは通常非常に大きく、時には数百万塩基対の長さがあり、現在市販されている遺伝子発現デリバリーシステムでパッケージングするには大きすぎるのである。リン博士は、代替スプライシングパターンの約20%に、ブラックショー博士が試したいと考えていた遺伝子発現デリバリーシステムに組み込めるほど小さなイントロンDNAの部分があることを見いだした。
幸いなことに、マウスとヒトのDNAには共通するスプライシングパターンがあり、前臨床研究と臨床応用の両方に応用できる可能性があった。
ブラックショー博士とリン博士は、当時博士研究員だったアレクセイ・バグレイブ博士（現タフツ大学助教授）と共に、代替スプライシングされたメッセンジャーRNAのパッケージを作り、良性のウイルスで細胞内に投与することに成功した。彼らはこのパッケージを、スプライシングに関連した発現設計を意味するSLEDと名づけた。
このパッケージは、細胞の中に滑り込ませると、そこで開封される。SLEDシステムはもともとゲノムに組み込まれていないため、研究チームは、パッケージ化されたSLED製品からタンパク質を生産するきっかけとなる遺伝子“プロモーター”を追加した。
ジョンズ・ホプキンス・メディスンの研究者らは、実験室で培養した興奮性ニューロンと光受容体にSLEDシステムを構築し、約半分の時間でこれらの細胞タイプに限定してタンパク質を生産することができた。現在のミニプロモーターシステムでは、タンパク質を正しい位置に配置できる確率は通常5%程度である。
さらに研究チームは、PRPH2遺伝子が機能していない網膜の光受容体を持つマウスにSLEDパッケージを注入した。このマウスは、機能しないと網膜色素変性症を引き起こす。その結果、SLEDパッケージが、処理したマウスの視細胞でPRPH2タンパク質の生成を助けるという証拠が得られた。
実験室で培養したヒトの眼球メラノーマで、SF3B1遺伝子を持たないメラノーマ細胞だけにSLEDパッケージを投与した。SLEDパッケージはRNAを産生するタンパク質を放出し、メラノーマ細胞を死滅させることができた。
ブラックショー博士は、SLEDシステムの最も優れた可能性は、他の遺伝子導入システムと組み合わせることかもしれないと述べており、彼の研究室では、より大きなサイズのイントロンをSLEDシステムに収容するためにイントロンを小型化する方法を研究しているという。
ブラックショー博士とリン博士は、SLED技術に関連する特許を申請中だ。
