東京大学の二本垣裕太大学院生・佐藤守俊准教授らの研究グループは、「ゲノム編集」と呼ばれる遺伝子の改変操作を、自由自在に光で制御する技術を開発することに成功した。

ゲノム編集技術は、ゲノム上の狙った遺伝子の機能を非常に簡単に破壊すること（ノックアウト）や、別の塩基配列で置き換えること（ノックイン）を可能にする。このゲノム編集を行うためには、Cas9タンパク質を用いて塩基配列を切断する必要があるが、従来の技術ではCas9タンパク質のDNA切断活性を制御できなかった。

今回の研究では、Cas9の制御を実現するために、まずこのタンパク質を二分割し、活性を失ったCas9のN末端側断片（N-Cas9）とC末端側断片（C-Cas9）に小さな光スイッチタンパク質（pMag,nMag）を連結した。pMagとnMagは青色の光に応答して互いに結合するタンパク質で、この実験ではpMagとnMagの結合に伴って、N-Cas9とC-Cas9も互いに結合する。

そして、このツールを使うと狙ったゲノム遺伝子の塩基配列を改変して機能を破壊できること、狙ったゲノム遺伝子の塩基配列を別の塩基配列に置換できることを明らかにした。

また、光照射のパターンを制御することによって、ゲノム編集を空間的に制御できることも実証した。さらに、paCas9に変異を加えてDNA切断活性を欠失させることによって、ゲノム上の狙った遺伝子に結合してその遺伝子の発現を光で可逆的に抑制する技術も開発した。

paCas9を使えばDNA切断活性の持続時間を非常に短く制御できるため、既存の技術が抱える目的としない塩基配列のDNA切断という問題を低減できると期待される。また、例えば脳の神経細胞のように、組織の中で狙った細胞単位でのゲノム編集も実現すると期待される。

なお、この内容は「Nature Biotechnology」に掲載された。論文タイトルは、「Photoactivatable CRISPR-Cas9 for optogenetic genome editing」。