CRISPR-Cas9

CRISPR-Cas9とは、細菌や古細菌が持つ獲得免疫システムを応用して開発された、標的とする特定のDNA配列を効率的に切断または改変することが可能なゲノム編集技術である。¹

このシステムは、標的配列を認識して結合するガイドRNA（gRNA）と、DNAを切断するヌクレアーゼであるCas9タンパク質の2つの主要な構成要素から成り立っている。²

元来、微生物の免疫機構においては、バクテリオファージなどの外来ウイルスが侵入した際に、そのDNAの一部を宿主のゲノム内のCRISPRアレイと呼ばれる領域に組み込むことで記憶する。³

その記憶された配列を基にして小分子のRNAが転写され、これがCas9タンパク質と複合体を形成して、再び侵入してきた外来ウイルスの相補的なDNA配列を特異的に認識して不活化する仕組みとなっている。²

人工知能や遺伝子工学の研究において、この天然の防御機構が持つ仕組みが、任意のDNA配列を標的にできる強力なツールとして利用できることが発見された。³

実験室的には、ガイドRNAの塩基配列を任意にデザインし変更することによって、ゲノム上の数ある配列の中から目的とする特定の遺伝子領域だけを極めて正確に狙い撃つことが可能となる。¹

標的とされたDNA上でガイドRNAが塩基対を形成して結合すると、Cas9タンパク質が持つヌクレアーゼ活性によってDNA鎖が切断される。²

このDNA切断によって生じた切断端を修復する際、細胞内のDNA修復機構である非姉妹染色分体間組換えや非特異的末端結合を利用して、遺伝子の機能を不活化したり、特定の塩基配列を挿入・置換したりすることができる。³

従来の遺伝子工学技術と比較して、CRISPR-Cas9は設計が容易であり、標的特異性が高く、コストを抑えて迅速に実験を進められるという画期的な利点を持っている。¹

そのため、基礎生物学や医学研究において、遺伝子の機能を解析するためのノックアウト細胞や動物モデルの作製に広く利用されている。²

さらに、単ogenicな遺伝性疾患に対する根本的な治療薬の開発や、がんなどの難治性疾患に対する遺伝子治療の臨床応用を目指した研究が世界中で進められている。³

その一方で、オフターゲット効果と呼ばれる標的以外の意図しないDNA配列を切断してしまうリスクや、受精卵への適用に伴う生命倫理的な課題についても活発な議論が続けられている。¹

この技術の発展と貢献により、開発に寄与した研究者らがノーベル化学賞を受賞するなど、現代のライフサイエンス分野における最も重要な発見の一つとして位置づけられている。²