京大,遺伝子を光と薬剤で制御する技術を開発

京都大学の研究グループは,哺乳類細胞において「青色光」により遺伝子のスイッチ(遺伝子発現)を効率良くオン/オフできる新しいテトラサイクリン誘導系(Tet)システム「PA-Tetシステム」を世界で初めて開発した(ニュースリリース)。

これまで酵母細胞などでは,光もしくは薬剤を用いて遺伝子発現を制御する技術は知られていたが,哺乳類細胞ではその効率が必ずしも満足いくものではなかった。

そこで研究グループは,シロイヌナズナ由来の光受容体に着目し,それを薬剤により遺伝子表現を制御するTetシステムと組み合わせることにより,遺伝子発現のオン/オフを「青色光」と「薬剤」で制御できる新しい技術を開発した。

この研究では,これまでに報告されていて光依存的に二量体の形成が誘導されるさまざまな2種類のタンパク質とTetシステムを組み合わせることを検討し,シロイヌナズナ由来の光受容体であるCry2と,その結合パートナーであるCIB1を最適化。最も効率良く機能するものを,PA-Tet(Photo-activatable-Tet)システムと名付けた。

この新たに開発したPA-Tetシステムは,従来の光感受性Gai4/UASシステムと比較して,暗所における遺伝子発現誘導が起きにくく,かつ,光に応答して誘導される遺伝子発現レベルは大幅に増加した。また,従来のTetシステムと同じく,低分子化合物Doxによって活性制御できる性質も保持されていた。

このシステムでは,光照射の間隔やTRE配列の下流で発現する遺伝子の安定性を変化させることにより,人工的にさまざまな発現パターンを誘導することができた。また,光が持つ空間分解能の良さを利用して,単一細胞レベルで光照射を行なったところ,標的とした細胞の遺伝子発現のみを制御することにも成功した。

さらに培養細胞だけではなく,動物の生体内でもPA-Tetシステムは作動することが分かり,PA-Tetシステムを持つ細胞をマウスの皮膚に移殖した場合でも,「光」により遺伝子発現を制御することに成功した。この研究で開発したPA-Tetシステムを使用すれば,さまざまな遺伝子発現パターンを創生あるいは操作できることが明らかとなった。

研究グループはこのシステムを用いることによって,幹細胞の細胞増殖や細胞分化に関与する遺伝子のダイナミックな発現パターンを「光」と「薬剤」によって人工的に操作することが可能となり,脳損傷や神経変性疾患に対する再生医療など,発生・幹細胞・神経科学研究への貢献が期待できるとしている。

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