鎌状赤血球貧血症に対する造血幹細胞遺伝子付加・遺伝子修復治療の開発研究

遺伝子付加治療は造血幹細胞ドナーが必要なく、ほぼ全ての患者に適応可能です。SCDの遺伝子付加治療の治療効果を高めるためには導入遺伝子コピー数が重要だと考えられています。最初の研究では、短縮型エリスロポエチン受容体（thEpoR）を治療遺伝子と赤血球特異的に共発現することで、選択的に赤血球系細胞の遺伝子導入率を高め、造血幹細胞遺伝子付加治療の効果を増強することを可能としました。エリスロポエチンは、赤血球の増殖と分化（赤血球造血）に重要なサイトカインです。家族性赤血球増加症の原因として様々な短縮型エリスロポエチン受容体（thEpoR）による機能亢進が報告されているため、C末端から40アミノ酸を削除することにより活性型thEpoRを設計し、レンチウイルスベクターで遺伝子導入することで、エリスロポエチン存在下の赤血球増殖・分化が選択的に増強されることを示しました。次に、thEpoRとγグロビン誘導配列(BCL11A-targeting microRNA-adapted short hairpin RNA: shmiR-BCL11A)の両方を赤血球特異的に発現する治療用レンチウイルスベクターと、shmiR-BCL11Aのみを発現するコントロールベクターを作成し、遺伝子導入したCD34+造血幹細胞を移植しました。2つの移植モデル（ヒト化マウスとアカゲザル）で、shmiR-BCL11Aのみによるγグロビン誘導は強力であるが一過性であったのに対し、thEpoRがshmiR-BCL11Aによるγグロビン誘導を増強し、アカゲザルにおいて20-25％のγグロビン誘導を約1年間継続しました。これにより、thEpoRが赤血球系細胞の挿入遺伝子コピー数を高め、持続的にγグロビンを誘導することを可能とすることが示されました。thEpoRによる治療効果増強が、SCDに対する実践的な遺伝子治療法となりえることが示唆されました。
 

次の研究では、ゲノム編集の技術を使ってSCDに対する遺伝子修復治療の研究開発を行い、遺伝子修復した造血幹細胞の生着能を評価しました。従来の遺伝子付加治療と違って、ゲノム編集技術は造血幹細胞における病因点遺伝子変異を修正し、正常βグロビンを発現可能すると同時に病的SCDグロビンを除去することができます。SCD点遺伝子変異に特異的なガイドRNA、Cas9エンドヌクレアーゼ、および正常βグロビン遺伝子をコードする一本鎖ドナーDNAを電気穿孔法（エレクトロポレーション）にてSCD患者由来CD34+造血幹細胞へ導入することで、ウイルスベクターを使用せずに完全な正常遺伝子配列に戻すことが可能となり、治療レベル以上の高効率な遺伝子修復法を開発しました（DNAで約30％、タンパク質で約80％の遺伝子修復）。更に、遺伝子編集したCD34+造血幹細胞の生着能を、動物モデルに移植して評価しました。遺伝子編集したSCD患者CD34+細胞をヒト化マウスモデルに移植6か月後、遺伝子修復された患者血液細胞を検出しました。相同性の高いδグロビン遺伝子におけるオフターゲット遺伝子編集は認められませんでした。さらに、アカゲザルの正常βグロビン遺伝子からSCDグロビンへ遺伝子変換するモデルを開発し、遺伝子編集したアカゲザルCD34+造血幹細胞を自家移植したところ、10-12か月後に遺伝子編集された血液細胞を認めました。これにより、遺伝子編集されたCD34+造血幹細胞は、ヒト化移植マウスおよびアカゲザルに移植可能であることが示されました。

日本では鎌状赤血球貧血症と同様のβグロビン異常症であるサラセミアの存在が報告されており、また最近の国際化により日本人の遺伝子疾患も多様化し、βグロビン異常症の疾病率が増加することも予想され、遺伝子付加治療や遺伝子修復治療の開発が期待されます。X連鎖重症複合免疫不全症、アデノシンデアミナーゼ欠損症、ウィスコット・アルドリッチ症候群、X連鎖性慢性肉芽腫症、ムコ多糖症、白血球粘着不全症、シスチン症、大脳型副腎白質ジストロフィー、ファブリー病、ファンコーニ貧血など、様々な疾患で造血幹細胞遺伝子治療の効果が期待されています。これまでの造血幹細胞遺伝子付加治療、遺伝子修復治療の開発研究の経験を活かし、造血幹細胞を遺伝子レベルで修復する新しい治療を開発してきたいと考えています。