光制御性ウイルスベクター~ウイルスベクターの遺伝子発現や増殖を自由自在に操れる世界初の技術~

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2019-05-28 東京大学

1. 発表者:

竹田 誠(国立感染症研究所 ウイルス第三部 部長)
田原 舞乃(国立感染症研究所 ウイルス第三部 主任研究官)
佐藤 守俊(東京大学大学院総合文化研究科広域科学専攻広域システム科学系 教授)
谷 憲三朗(東京大学医科学研究所 ALA 先端医療学社会連携研究部門 教授)

2.発表のポイント:
◆青色光を使って、意のままにコントロールできるウイルスベクターを開発した。
◆ウイルスベクターの遺伝子発現と増殖を思いのままにスイッチオン・スイッチオフできる世界初の技術である。
◆ウイルスベクターは、再生医療分野、遺伝子治療分野、癌治療分野において不可欠なツールであり、それらの分野における革新的ツールとなることが期待できる。

3.発表概要:
再生医療、癌治療、そして遺伝子治療などの分野において近年医療は目覚ましい進歩を遂げています。これら全ての分野においてウイルスベクターは、不可欠な役割を果たしています。ウイルスベクターの性能の一つとして期待されつつも困難とされてきた技術の一つが、ウイルスベクターの遺伝子発現や増殖を意のままに操ることでした。この技術があれば、不要になったウイルスベクターは簡単に取り除くことができますし、また必要な場所、必要な時にだけ増殖させることができ、利便性や安全性が飛躍的に向上します。

今回、田原舞乃主任研究官、竹田誠部長(国立感染症研究所)、佐藤守俊教授(東京大学大学院総合文化研究科)、谷憲三朗教授(東京大学医科学研究所)らの共同研究グループは、マグネット(注 1)という光スイッチタンパク質を使って、遺伝子発現や増殖を思いのままにスイッチオン・スイッチオフできる世界初のウイルスベクター(注 2)の開発に成功しました。

同グループは、モノネガウイルス(注 3)の仲間、麻疹ウイルスと狂犬病ウイルスをモデルに用いて実験を行いました。マグネットをウイルスのポリメラーゼ(注 4)に組み込んで、青色光で照射された時にだけポリメラーゼが働いて、ウイルスが遺伝子を発現し、増殖することを確認しました。また動物を用いた実験で、本ベクターを接種して青色光の照射を受けた癌が、著しく縮小することを確認しました。今後、再生医療、遺伝子治療、癌治療などの分野を一層発展されることが期待できます。

4.発表内容:
研究の背景
人工多能性幹(iPS)細胞(注 5)に代表される再生医療分野、CAR-T 細胞療法(注 6)に代表される癌治療分野、そして難病に対する遺伝子治療(注 7)など近年医療は目覚ましい進歩を遂げています。ウイルスは、特定の細胞に感染し、効率良く遺伝子を発現することができ、また、人工的な遺伝子操作が比較的容易であることから、目的の遺伝子を特定の細胞へ送り込むための遺伝子導入ツールとして使われてきました。また、ある種の癌細胞に対して強い腫瘍溶解性(注 8)を示すことが分かっており、その効果と安全性を高めたウイルスベクターを用いた新しい癌治療法の開発が進められています。一般的に、増殖性の強いウイルスベクターほど、癌治療に対する効果は期待できますが、同時に副作用の危険性が高まります。また、再生医療や遺伝子治療においては、ウイルスベクターによる遺伝子発現の当初の目的が達成された段階で、不要になったウイルスベクターを取り除くことが必要です。しかしながら、ウイルスベクターの意図的な取り除き法については、さまざまな努力がなされてきましたが、確実かつ安全で、効果的な方法は開発されていませんでした。

研究内容
今回、田原舞乃主任研究官、竹田誠部長(国立感染症研究所)、佐藤守俊教授(東京大学大学院総合文化研究科)、谷憲三朗教授(東京大学医科学研究所)らの共同研究グループは、ウイルスベクターの遺伝子発現や増殖を、まるで電気をスイッチオン・スイッチオフするかのように操る世界初の画期的な技術の開発に成功しました。

同グループは、再生医療、腫瘍溶解性治療でよく利用されているモノネガウイルスに着目して研究を行いました。モノネガウイルスの代表として麻疹ウイルスと狂犬病ウイルスを用いました。モノネガウイルスは、L タンパクという名前のウイルスポリメラーゼを持っています。 L タンパクは、大きく分けて 5 つの機能ドメイン(注 9)を持っており、それらが適切な配置を取ることによってはじめて、ポリメラーゼの活性が発揮されて、ウイルスゲノムの転写や複製が起こると考えられています。彼ら研究チームは、それら機能ドメインを繋ぎ合わせるループ構造領域(注 10)の一つに、マグネットという光スイッチタンパク質を導入しました。

本研究では、ウイルスの遺伝子発現を視覚的に観察するために、緑色蛍光タンパク質(Green fluorescent protein: GFP)を発現するウイルスベクターが使用されました。L タンパク内部にマグネットを持ったウイルスは、青色光の照射を受けている時にだけ、遺伝子発現が起こり、増殖することできました。ウイルスの遺伝子発現と増殖は、GFPの蛍光で確認できます(図1)。本ウイルスベクターの光依存的な遺伝子発現と増殖をさらに実証すために同グループは、ウイルスベクターを感染させた細胞の培養皿の底をアルファベット型のスリットを入れた黒ビニールテープで覆い、下から青色光を照射してウイルスベクター感染細胞を培養しました。その結果、数日後には、青色光の照射を受けている部分でだけウイルスベクター遺伝子の発現が起こり、アルファベットが GFP 蛍光の文字として浮かびあがりました(図 2)。さらに同グループは、皮下にヒトの癌細胞を移植し、腫瘍を形成させた担癌マウス(注 11)を用いて、本ウイルスベクターの腫瘍に対する効果を解析しました。その結果、本ウイルスベクターを接種して、青色光の照射を受けたマウスでのみ、急激な腫瘍の縮小が確認されました(図 3)。

ウイルスベクターの遺伝子発現や増殖を意図的に操作できれば、その利便性や安全性は飛躍的に向上します。その用途は、少なくとも再生医療分野、癌治療分野、遺伝子治療分野など、さまざまな先端医療分野に広がることが期待できます。また、分子生物学、細胞生物学の研究用ツールとしての応用性は、非常に大きいと考えられます。また、新たなワクチン開発の応用にも期待されるところです。モノネガウイルスの仲間には、ヒトで増殖する病原体も多く含まれていますが、全く病気を起こさないもの、動物で増殖するもの、植物で増殖するものも含まれています。今後、畜産や農業分野においても、光制御性ウイルスベクター技術が活用されることも期待されると思います。

5.発表雑誌:
雑誌名:「Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America」
論文タイトル:Photocontrollable mononegaviruses
著者:Maino Tahara, Yuto Takishima, Shohei Miyamoto, Yuichiro Nakatsu, Kenji Someya, Moritoshi Sato, Kenzaburo Tani, Makoto Takeda*

6.問い合わせ先:
国立感染症研究所 ウイルス第三部
部長 竹田 誠(たけだ まこと)

東京大学大学院総合文化研究科
教授 佐藤 守俊(さとう もりとし)

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