2026-10-27 国立遺伝学研究所
国立遺伝学研究所の研究チームは、特定の細胞で目的の遺伝子を独立して発現させる新たな遺伝子発現システム「Cro/O\(_R\)3」を開発した。従来広く使われているGal4/UASシステムでは、複数の細胞種をそれぞれ独立に操作することが難しい場合があった。そこで研究チームは、バクテリオファージ由来のDNA結合タンパク質Croと、その結合配列O\(_R\)3を利用し、既存のシステムと干渉せずに働く仕組みを構築した。本システムはゼブラフィッシュとヒト培養細胞で遺伝子発現を誘導でき、Gal4/UASと組み合わせることで、ゼブラフィッシュの神経細胞とアストロサイトを別々に操作することにも成功した。さらに、アストロサイトで発作性失調症6型に関連する変異型Slc1a3bを発現させると、運動ニューロンの配置が乱れることを確認した。この結果は、神経細胞を支えるアストロサイトが、運動ニューロンの正常な配置に重要な役割を果たすことを示している。本技術は、異なる細胞種の相互作用や疾患の発症機構を解明するための新たな研究ツールとして期待される。
本研究で新たに開発されたCro/OR3システム
＜関連情報＞
直交Cro/OR3システムは、アストロサイトが運動ニューロンの位置決めに及ぼす影響を明らかにする
An orthogonal Cro/OR3 system reveals an influence of astrocytes on motor neuron positioning
Haruna Nakajo ∙ Kimiko Saka ∙ Yukiko Yoshida ∙ … ∙ Naoko Mouri ∙ Shoko Kawamoto ∙ Kazuhide Asakawa
iScience Published:October 26, 2026
DOI:https://doi.org/10.1016/j.isci.2026.117967
Highlights
•Cro/OR3 system enables targeted gene expression in zebrafish and human cells
•Combination with other systems enables gene expression control across multiple cell types
•Astrocyte ablation using the Cro/OR3 system induces body curvature in zebrafish
•Perturbed astrocytic glutamate homeostasis causes abnormal motor neuron positioning
Summary
Multiplex and orthogonal control of gene expression is increasingly required to experimentally dissect how multicellular biological systems are organized and function. Here, we introduce a phage-derived Cro/OR3 binary system for transcriptional activation that functions robustly in zebrafish and human cells. A Cro repressor fused to the VP16 activation domain efficiently drives expression of OR3 operator-linked genes, and its activity can be targeted to specific cell populations using enhancer/promoter-controlled zebrafish lines. As a proof of concept, we perturb glutamate transporter Glast/slc1a3b-expressing cells by Cro/OR3-mediated expression of a human ataxia-associated, uptake-deficient Glast/slc1a3b variant, resulting in impaired astrocyte development and central canal malformation, accompanied by uncoordinated locomotion. Concurrent Gal4/UAS-mediated visualization reveals markedly disrupted positioning of motor neurons, suggesting that astrocyte-mediated glutamate homeostasis contributes to their proper positioning during spinal circuit assembly. Together, these results establish the Cro/OR3 system as an orthogonal platform for targeted gene expression, enabling mechanistic dissection of multicellular systems.
