主な研究内容

このグループでの得意技は、生き物の遺伝子を操作することです。ゲノム編集技術や遺伝子導入技術を駆使して、基礎研究から創薬事業や養殖業などの応用研究まで、メダカからマダイ、トラフグまで幅広い研究を行っています。
現在、下記の研究を中心に行っています。

1)遺伝子操作技術の開発

主にメダカを用いて、ゲノムを自由に操作できる技術の開発を目指しています。この技術は、遺伝子機能の解析、ヒト疾患モデルメダカの作出、養殖魚育種のスピード化に応用します。

2)遺伝子機能解析

メダカの実験動物としての特性を生かし、遺伝子の機能を個体レベルで解析しています。また、カクレクマノミを用いて魚の体表模様の形成に関する遺伝子の探索を行っています。

3)養殖魚品種改良のスピード化

魚類では、作物や家畜のように品種化が進んでいません。旧来の育種方法では、多くの労力・費用・時間を要します。そこで、狙った遺伝子を効率的に変化させるゲノム編集技術を用いてマダイ、トラフグなどのスピード育種を行っています。

学生・研究員の研究内容

以下は学生・研究員が自らが研究している内容を解説しています。

1.養殖魚品種改良期間の短縮を実現する早期精子形成技術の開発(十河)

メダカでは生殖細胞の性決定遺伝子(foxl3)の改変によって、早期精子形成が起こることが分かっています。マダイやトラフグなどの養殖魚においても、相同な機能を持つ遺伝子をゲノム編集によって改変することによって、早期精子形成が起こる可能性が考えられます。
そこで、早期に形成された精巣組織・精子を効率的に発見するために、マダイ・トラフグ生殖巣内の生殖幹細胞の局在部位を明らかにすること、精巣・精子マーカー遺伝子の単離とfoxl3破壊個体での同マーカーの発現時期・発現部位を明らかにすることを目的として研究を行っています。

2.海産養殖魚でのゲノム編集技術の確立(岸本)

ゲノム編集技術を用いることによって、従来の育種法と比較して正確かつ短期間に狙った育種が可能になります。まず、筋肉抑制因子ミオスタチンに注目しました。この遺伝子に変異を有すウシは骨格筋が肥大し、脂身が少ないヘルシーな肉牛として欧米や日本において商品化されています。マダイやトラフグにおいても、ゲノム編集技術を用いることにより、骨格筋肥大を呈すミオスタチン変異体を作出することに成功しました。現在はこれらの科学的観点からの解析や、技術基盤の向上を目指し研究を行っています。
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↑上:ミオスタチン変異体マダイ、下:対象魚

3.CRISPR/Cas9によるノックインの最適化(村上)

ノックインとは、ゲノムの特定の位置に外来遺伝子を挿入することであり、それによって、外来遺伝子の発現機構、あるいは内在遺伝子の詳細な機能を知ることができます。近年、CRISPR/Cas9 Systemを代表とするゲノム編集技術の登場により、メダカでも、ゲノム上の狙った位置に非常に正確なノックインを行うことが容易になってきました。しかしながら、外来遺伝子の導入効率や、次世代への伝達効率にはまだまだ改善の余地があり、これらの効率を向上させる技術を確立しようとしています。

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↑脳で発現する遺伝子に、緑色蛍光タンパク質の遺伝子を挿入したメダカ

4.メダカを用いたゲノム編集におけるBait配列の検討(米村)

ゲノム編集とは、染色体上の任意の塩基配列を特異的に認識し、DNAを切断する人工制限酵素を用い遺伝子破壊や相同組換えなどを可能にする技術です。しかしながら、条件検討が不十分で、広く普及していません。そこで、効率的な相同組換えのために必要とされる、相同配列両端の切断を促す配列(Bait配列)の検討を行っています。

Bait配列の検討はゲノム編集においてコツのようなものです。コツが分かればより様々な分野でゲノム編集技術が用いられることになると考えられます。
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↑実際メダカに導入している遺伝子の模式図↑蛍光タンパク質により相同組換えが確認されたメダカ

5.ヒト疾患MIRAGE症候群モデルメダカの作成(玉川)

MIRAGE症候群は、幼児の成長阻害などを引き起こす病気です。致死率が高いにも関わらず、発症する仕組みは解明されていませんが、発症した人は、SAMD9という遺伝子に異常がみられることが分かっています。
異常型SAMD9遺伝子が導入されたメダカを作成し、発症メカニズムを検証・実験することを研究の目的としています。この病気は致死性が高いため、そのまま遺伝子を導入されたメダカは死んでしまう可能性があります。そのため、普段は遺伝子を眠らせておき、任意のタイミングで遺伝子が起こす(発現させる)「Cre/loxPシステム」を使用し、モデルメダカを作成しています。

6.カクレクマノミを用いたゲノム編集のための基盤的技術の確立(岡田)

カクレクマノミには多くの模様変異体が存在しており、ゲノム編集技術を用いてその原因遺伝子を解明することにより模様形成機構を明らかにしようとしています。ゲノム編集技術を用いるためには、カクレクマノミの受精卵にマイクロインジェクション、人工培養、人工孵化などの技術を施す必要があり、それら基盤的技術の確立を目指しています。
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↑カクレクマノミの様々な模様変異体 ↑基盤的技術のイメージ図