遺伝子の「設計図」に生じる特定の違いが、私たちの体にさまざまな影響をもたらすことがあります。その一つに、「ダウン症」があります。 このたび、最新の遺伝子編集技術であるCRISPRを使って、このダウン症の原因となる余分な染色体を細胞から取り除くことに成功したという、画期的な研究結果が報告されました。これは、未来の医療に大きな希望をもたらす、非常に重要な一歩と言えるでしょう。
この記事では、この画期的な研究について詳しく解説しています。 CRISPR used to remove extra chromosomes in Down syndrome and restore cell function - Earth.com
ダウン症とは？余分な染色体がもたらす影響
まず、ダウン症について簡単に説明しましょう。ダウン症は、私たちの体をつくる細胞の「設計図」である染色体に違いがあることで起こる状態です。具体的には、通常2本であるはずの21番染色体が、3本存在することによって引き起こされます。この状態は21トリソミーとも呼ばれ、アメリカではおよそ700人に1人の赤ちゃんがダウン症を持って生まれると言われています。
染色体は、私たちの体のあらゆる機能や特徴を決める大切な情報がたくさん詰まったものです。それが一本多くあると、細胞は余分な情報を処理しようとして「働きすぎ」の状態になってしまいます。これは、必要以上に多くの設計図を持っていることで、体のあちこちでバランスが崩れてしまうようなものです。その結果、学習面での発達の遅れや、特徴的な顔つき、特定の健康上の問題などが現れることがあります。
これまでの医療では、ダウン症による症状を和らげるためのサポートはありましたが、その根本原因である余分な染色体そのものを取り除く方法はありませんでした。
画期的なCRISPR-Cas9技術の活用
今回、三重大学の橋詰令太郎氏らの研究グループが注目したのは、CRISPR-Cas9という最新の遺伝子編集技術です。CRISPR-Cas9は、まるで「遺伝子のハサミ」のように、DNAと呼ばれる遺伝子の鎖を正確に狙って切断できる画期的な技術です。
この研究では、CRISPR-Cas9を非常に精密に使いこなすアレル特異的編集という方法が使われました。これは、ダウン症の細胞にある3本の21番染色体のうち、余分な1本だけを狙って切断するという、極めて精密な技術です。まるで、たくさんの本の中から、誤って余分に混ざってしまった1冊だけを正確に見つけて取り除くようなものです。
橋詰令太郎氏らの研究グループは、この方法で余分な21番染色体を取り除くことに成功しました。その結果、細胞の遺伝子の働き（遺伝子発現）が正常な状態に近づき、タンパク質（体をつくるのに必要な物質）の作られ方も改善されることが確認されました。さらに、処理された細胞は、健康な細胞と同じようによく成長し、細胞が倍に増える時間も短くなるなど、細胞の健康状態が向上することが示されました。
遺伝子発現の変化と脳関連遺伝子
研究チームは、余分な染色体を取り除いた後、遺伝子の働きがどのように変化するかを詳しく調べました。
その結果、神経系の発達に関わる遺伝子の働きが活発になる一方で、代謝に関連する遺伝子の働きが抑えられることが明らかになりました。
この遺伝子発現の変化は、染色体のバランスを修正することが、細胞全体の挙動にどのように影響するかを説明するのに役立つと考えられます。また、21番染色体の余分なコピーが、胎児の初期の脳の発達を阻害するという以前の発見も裏付けるものです。
研究の対象と成果：幹細胞から皮膚細胞まで
この研究の素晴らしい点は、実験が様々な種類の細胞で行われたことです。研究者たちは、体のどんな細胞にもなれる幹細胞だけでなく、ダウン症の方の皮膚から取った皮膚線維芽細胞という、すでに役割が決まっている成熟した細胞でも、余分な染色体を取り除くことに成功しました。
皮膚線維芽細胞は、コラーゲンなどを作る私たちの皮膚に多く存在する細胞です。体が成熟した後、ほとんど分裂しない（増えない）細胞でも効果が見られたということは、将来的に脳や他の体の組織の細胞にも応用できる可能性を示しています。
余分な染色体が取り除かれた細胞では、活性酸素種という、細胞にダメージを与えたり老化を早めたりする有害な物質の量が減ることも分かりました。これは、細胞内のエネルギー工場であるミトコンドリアの働きが改善され、細胞全体の健康状態が向上したことを意味します。まるで、余分な荷物を下ろして、体が軽くなったような状態です。
今後の課題とCRISPR技術の新たな可能性
しかし、この技術が実際に人の治療に使われるようになるには、まだ多くの課題があります。
一つは、安全性です。CRISPR-Cas9のハサミが、誤って健康な染色体まで切ってしまうオフターゲット効果のリスクを最小限に抑える必要があります。研究者たちは、このハサミを誘導する「ガイド分子」をさらに精密にする努力を続けています。
もう一つは、細胞の修復機能です。私たちの体には、傷ついたDNAを修復する素晴らしい機能がありますが、これが意図した遺伝子編集を元に戻してしまったり、逆に間違った形で修復してしまったりする可能性もあります。これをどうコントロールするかも、今後の課題です。
また、実験室での成功が、そのまま生体内で安全に、かつ効率的に機能するとは限りません。治療として確立するには、長期にわたる安全性と有効性の確認が必要です。例えば、編集された細胞が体内でどのような挙動を示すか、それが長期間にわたって安定しているかなどを慎重に調べる必要があります。
しかし、この研究はCRISPR技術の新たな可能性を示しました。これまでの遺伝子編集が、特定の遺伝子のごく一部を修正するものであったのに対し、今回は染色体一本まるごと取り除くという、非常に大規模な「編集」に成功したのです。これは、遺伝子の異常が原因で起こる様々な病気に対する、未来の治療法開発に大きく道を拓く成果と言えるでしょう。
未来への希望と、私たちが注目すべきこと
この画期的な研究は、日本の三重大学の研究チームによって進められました。日本の研究が世界の医療の進歩に貢献していることを示す重要な成果です。ダウン症の根本原因にアプローチするこの技術は、将来、日本を含む世界中のダウン症を持つ方々やそのご家族の生活の質の向上に大きく貢献する可能性を秘めています。
今回の研究は、ダウン症という遺伝子の根本的な違いに対して、CRISPR-Cas9という遺伝子編集技術でアプローチできる可能性を示しました。これは、まだ臨床応用には至っていませんが、将来的に再生医療などと組み合わせることで、治療の選択肢を大きく広げるかもしれません。
もし、この技術がさらに進化し、安全性が確立されれば、ダウン症を持つ方々が抱える体の機能的な課題を改善し、より健やかな生活を送れるようになるための大きな助けとなるでしょう。
私たちは、三重大学をはじめとする日本の研究者たちが、この分野でどのような新たな発見をしていくのか、そしてこの画期的な技術が、どのように私たちの社会に貢献していくのか、引き続き注目していく必要があります。生命科学の進歩がもたらす希望に満ちた未来に期待しましょう。
今回の研究成果は、学術誌『PNAS Nexus』に掲載されています。
