RNA分子デザインによる細胞の識別と運命制御

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RNA分子デザインによる細胞の識別と運命制御
京都大学iPS細胞研究所
未来生命科学開拓部門教授
齊藤 博英

目的の細胞を選別したり、不要な細胞を除去する技術の開発は、細胞を活用した医療にとって重要である。本講演では、京都大学 iPS 細胞研究所における最新の話題とともに、講演者の研究室で開発した「RNAスイッチ」技術を用いた、細胞の運命を制御する研究について紹介する。

iPS細胞は様々な細胞を創り出せるが、課題も存在する。特に重要なことは、iPS細胞から目的の細胞を安全かつ簡便に選別することである。これまで目的の生細胞を高純度で得るためには、細胞表面の抗原を識別して細胞を選別するという操作が行われることが一般的であった。

しかし最適な表面抗原が同定されていない細胞種も多く、そのような細胞を選別することは時に困難を伴う。私たちは、生命工学の技術をiPS細胞技術と組み合わせることで、この課題を解決することを目指している。RNAスイッチとは、標的細胞で働く特定の因子に応答し、外来遺伝子(自殺遺伝子など)の発現を自由にオン・オフ制御できる合成mRNAのことである。

我々は、細胞の種類に応じて発現が異なるマイクロRNA (miRNA)を検知することで、iPS細胞から分化した標的細胞の選別が実現できると着想し、miRNAに結合するアンチセンス配列を導入した合成mRNA (miRNAスイッチ)を作製した。このスイッチは、miRNAの発現に応じて、mRNAにコードされた外来遺伝子の発現を調節できる。

このmiRNAスイッチを細胞に導入した結果、心筋細胞や神経細胞、インスリン産生細胞などを高効率で選別することに成功した。また、自殺遺伝子の発現を制御することで、心筋細胞をセルソータを用いずに自動的に純化できた。さらに、分化誘導の過程で残存する未分化iPS細胞や、分化が不完全な細胞を選択的に除去することもできる。

合成mRNAを細胞に直接作用させるこの方法は、核内のゲノムを損傷する可能性が極めて低い。また作用させるRNAの半減期が短く自然に除去されることが利点であり、再生医療を想定した臨床においても活用できる安全性の高い細胞を創出できる可能性が高い。このRNAスイッチ技術や、それらを組み合わせた「RNA人工回路」による細胞の精密な運命制御研究の展望について議論したい。

[1] Miki K et al; Cell Stem Cell, 2015, 16(6):699-711
[2] Hirosawa M al; Nucleic Acids Res., 2017, 45(13):e118
[3] Matsuura S et al; Nature Communications, 2018, 9(1):4847
[4] Endo K et al; Science Advances, 2019, 5(8):eaax0835

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