細胞種特異的な輸送効率を遺伝子編集技術で解析する

//Disussion to realize CTSDS(*)//
(*)CTSDS:Cell-type-specific delivery system
薬剤が本当に狙いの細胞種まで輸送されているかどうかの
痕跡を調べる事は少なくとも一定の意義があると思います。
特に細胞種特異的輸送系統では
「効率的に薬剤を輸送して、副作用を抑える。」
このことがコンセプトの幹の部分です。
癌の患者さんにおいても痛みのない治療を目指すためには
少なくとも効率的に薬剤を輸送して、
用量を劇的に少なくすることが求められます。
新型コロナウィルスのワクチンでも用量を減らせば
副反応が小さくなります。
もし標的化技術が組み込まれて用量が1/10になって
同じ効力があれば、より副反応は小さくなります。
こういったことが薬剤全般に当てはまると考えるからです。
ー
確かに"Cell-type-specific"な表面タンパク質を見つけて
それに結合性の高いタンパク質を装飾したナノ粒子を
体内に導入すれば、
そして、それが技術的に可能であれば、
おそらく輸送効率は高まるであろうと考えられます。
しかし、それは推測でしかありません。
体内でどんなことが起こるかはわかりません。
仮に、マウスや人に投与した時に
思ったような結果にならなかったとします。
そうした場合、諦めるのでしょうか？
仮に、思い通り良い結果が出たとしても
薬剤が本当に頭の中で描いているような薬理機序を
有しているか物理的に確かめる必要があります。
ー
そうした時に一つ候補となるのが、
Sevahn K. Vorperian(敬称略)ら医療研究グループが
示した"Cell-type-specific"な遊離RNA(cfRNA)の存在です。
報告(1)を拝見すると、
腎臓の疾患において組織が萎縮すると
その細胞から出てくるcfRNA量が少なくなるので
それを血液から検出することで、
腎臓の病気であることを細胞レベルで詳しく診断できる
ということが示されています(Fig.2b)。
癌でも癌細胞は細胞レベルで特異的ですから
それに応じたcfRNAを見つけることで
血液検査によって癌種を特定できるということです(2)。
このcfRNAは
定期的に生じる細胞死などによって
細胞内から体外に放出され、やがて循環します(3)。
従って、cfRNAの細胞種特異性を掴んでいる状態では
細胞種がどれだけあるか？
あるいは細胞死の状態などを
比較の中で相対的に分析する事ができます。
ー
このcfRNAを遺伝子編集技術によって
細胞内「のみ」で任意に編集します。
たとえば、Crisprであれば
Casタンパク質が細胞内に多く存在するので
細胞外ではcfRNAの編集が起こりにくいでしょうか？
RNAの編集技術の報告もあります(4)。
DNAに比べて、回転率が速いので
身体への悪影響が少ないかもしれないといわれています。
ー
この構想を例を挙げて紹介します。
小児特異的な神経膠腫(グリア細胞)において
この細胞特異的なcfRNAの遺伝子配列はわかっています。
その遺伝子配列の中でより安全な部分の配列を編集する
gRNAをナノ粒子の中に薬剤と共に封入します。
ナノ粒子はグリア細胞が特異的に持つ表面タンパク質に
結合親和性の高い表面タンパク質を持っています。
そうして輸送され、薬剤が作用したら
同時にgRNAと「グリア細胞内にある」Casタンパク質によって
cfRNAが狙い通り編集されます。
それを血液や脳脊髄液から検出します。
その「編集された」グリア細胞特異的cfRNAの量を
ナノ粒子の表面タンパク質装飾因子有無によって比較します。
それで輸送効率が高まっているかどうかを比較評価します。
これは違う細胞に輸送されているか(オフターゲット)
どうかも確かめることができます。
そのような使い方もできます。
もし、Casタンパク質が多く遊離していて
細胞外でもRNA編集が多くの割合で生じてしまうと
このシステムは破綻してしまいますが、
「細胞内の物質を有効に使った」遺伝子編集技術によって
薬剤輸送時に「マーキング」する手法は
特にナノ粒子を使った薬剤の輸送効率を解析する上で
1つの視点となると考えられます。

(参考文献)
(1)
Sevahn K. Vorperian, Mira N. Moufarrej, Robert C. Jones, Jim Karkanias, Mark Krasnow, Angela Oliveira Pisco, Stephen R. Quake, Julia Salzman & Nir Yosef Bryan Bulthaup, Phillip Brown, William Harper, Marisa Hemenez, Ravikumar Ponnusamy, Ahmad Salehi, Bhavani A. Sanagavarapu & Eileen Spallino Ksenia A. Aaron, Waldo Concepcion, James M. Gardner, Burnett Kelly, Nikole Neidlinger & Zifa Wang  Sheela Crasta, Saroja Kolluru, Maurizio Morri, Angela Oliveira Pisco, Serena Y. Tan, Kyle J. Travaglini & Chenling Xu Marcela Alcántara-Hernández, Nicole Almanzar, Jane Antony, Benjamin Beyersdorf, Deviana Burhan, Kruti Calcuttawala, Matthew M. Carter, Charles K. F. Chan, Charles A. Chang, Stephen Chang, Alex Colville, Sheela Crasta, Rebecca N. Culver, Ivana Cvijović, Gaetano D’Amato, Camille Ezran, Francisco X. Galdos, Astrid Gillich, William R. Goodyer, Yan Hang, Alyssa Hayashi, Sahar Houshdaran, Xianxi Huang, Juan C. Irwin, SoRi Jang, Julia Vallve Juanico, Aaron M. Kershner, Soochi Kim, Bernhard Kiss, Saroja Kolluru, William Kong, Maya E. Kumar, Angera H. Kuo, Rebecca Leylek, Baoxiang Li, Gabriel B. Loeb, Wan-Jin Lu, Sruthi Mantri, Maxim Markovic, Patrick L. McAlpine, Antoine de Morree, Maurizio Morri, Karim Mrouj, Shravani Mukherjee, Tyler Muser, Patrick Neuhöfer, Thi D. Nguyen, Kimberly Perez, Ragini Phansalkar, Angela Oliveira Pisco, Nazan Puluca, Zhen Qi, Poorvi Rao, Hayley Raquer-McKay, Nicholas Schaum, Bronwyn Scott, Bobak Seddighzadeh, Joe Segal, Sushmita Sen, Shaheen Sikandar, Sean P. Spencer, Lea Steffes, Varun R. Subramaniam, Aditi Swarup, Michael Swift, Kyle J. Travaglini, Will Van Treuren, Emily Trimm, Stefan Veizades, Sivakamasundari Vijayakumar, Kim Chi Vo, Sevahn K. Vorperian, Wanxin Wang, Hannah N. W. Weinstein, Juliane Winkler, Timothy T. H. Wu, Jamie Xie, Andrea R. Yung & Yue Zhang Angela M. Detweiler, Honey Mekonen, Norma F. Neff, Rene V. Sit, Michelle Tan & Jia Yan Gregory R. Bean, Vivek Charu, Erna Forgó, Brock A. Martin, Michael G. Ozawa, Oscar Silva, Serena Y. Tan, Angus Toland & Venkata N. P. Vemuri Shaked Afik, Kyle Awayan, Rob Bierman, Olga Borisovna Botvinnik, Ashley Byrne, Michelle Chen, Roozbeh Dehghannasiri, Angela M. Detweiler, Adam Gayoso, Alejandro A. Granados, Qiqing Li, Gita Mahmoudabadi, Aaron McGeever, Antoine de Morree, Julia Eve Olivieri, Madeline Park, Angela Oliveira Pisco, Neha Ravikumar, Julia Salzman, Geoff Stanley, Michael Swift, Michelle Tan, Weilun Tan, Alexander J. Tarashansky, Rohan Vanheusden, Sevahn K. Vorperian, Peter Wang, Sheng Wang, Galen Xing, Chenling Xu & Nir Yosef Marcela Alcántara-Hernández, Jane Antony, Charles K. F. Chan, Charles A. Chang, Alex Colville, Sheela Crasta, Rebecca Culver, Les Dethlefsen, Camille Ezran, Astrid Gillich, Yan Hang, Po-Yi Ho, Juan C. Irwin, SoRi Jang, Aaron M. Kershner, William Kong, Maya E. Kumar, Angera H. Kuo, Rebecca Leylek, Shixuan Liu, Gabriel B. Loeb, Wan-Jin Lu, Jonathan S. Maltzman, Ross J. Metzger, Antoine de Morree, Patrick Neuhöfer, Kimberly Perez, Ragini Phansalkar, Zhen Qi, Poorvi Rao, Hayley Raquer-McKay, Koki Sasagawa, Bronwyn Scott, Rahul Sinha, Hanbing Song, Sean P. Spencer, Aditi Swarup, Michael Swift, Kyle J. Travaglini, Emily Trimm, Stefan Veizades, Sivakamasundari Vijayakumar, Bruce Wang, Wanxin Wang, Juliane Winkler, Jamie Xie & Andrea R. Yung Steven E. Artandi, Philip A. Beachy, Michael F. Clarke, Linda C. Giudice, Franklin W. Huang, Kerwyn Casey Huang, Juliana Idoyaga, Seung K. Kim, Mark Krasnow, Christin S. Kuo, Patricia Nguyen, Stephen R. Quake, Thomas A. Rando, Kristy Red-Horse, Jeremy Reiter, David A. Relman, Justin L. Sonnenburg, Bruce Wang, Albert Wu, Sean M. Wu & Tony Wyss-Coray & Stephen R. Quake
Cell types of origin of the cell-free transcriptome
Nature Biotechnology (2022)
(2)
Matthew H. Larson, Wenying Pan, Hyunsung John Kim, Ruth E. Mauntz, Sarah M. Stuart, Monica Pimentel, Yiqi Zhou, Per Knudsgaard, Vasiliki Demas, Alexander M. Aravanis & Arash Jamshidi 
A comprehensive characterization of the cell-free transcriptome reveals tissue- and subtype-specific biomarkers for cancer detection
Nature Communications volume 12, Article number: 2357 
(3)
Joerg Bredno ,Jafi Lipson,Oliver Venn,Alexander M. Aravanis,Arash Jamshidi
Clinical correlates of circulating cell-free DNA tumor fraction
Pros One Published: August 25, 2021
(4)
Meng How Tan, Qin Li, Raghuvaran Shanmugam, Robert Piskol, Jennefer Kohler, Amy N. Young, Kaiwen Ivy Liu, Rui Zhang, Gokul Ramaswami, Kentaro Ariyoshi, Ankita Gupte, Liam P. Keegan, Cyril X. George, Avinash Ramu, Ni Huang, Elizabeth A. Pollina, Dena S. Leeman, Alessandra Rustighi, Y. P. Sharon Goh, François Aguet, Kristin G. Ardlie, Beryl B. Cummings, Ellen T. Gelfand, Gad Getz, Kane Hadley, Robert E. Handsaker, Katherine H. Huang, Seva Kashin, Konrad J. Karczewski, Monkol Lek, Xiao Li, Daniel G. MacArthur, Jared L. Nedzel, Duyen T. Nguyen, Michael S. Noble, Ayellet V. Segrè, Casandra A. Trowbridge & Taru Tukiainen,Nathan S. Abell, Brunilda Balliu, Ruth Barshir, Omer Basha, Alexis Battle, Gireesh K. Bogu, Andrew Brown, Christopher D. Brown, Stephane E. Castel, Lin S. Chen, Colby Chiang, Donald F. Conrad, Nancy J. Cox, Farhan N. Damani, Joe R. Davis, Olivier Delaneau, Emmanouil T. Dermitzakis, Barbara E. Engelhardt, Eleazar Eskin, Pedro G. Ferreira, Laure Frésard, Eric R. Gamazon, Diego Garrido-Martín, Ariel D. H. Gewirtz, Genna Gliner, Michael J. Gloudemans, Roderic Guigo, Ira M. Hall, Buhm Han, Yuan He, Farhad Hormozdiari, Cedric Howald, Hae Kyung Im, Brian Jo, Eun Yong Kang, Yungil Kim, Sarah Kim-Hellmuth, Tuuli Lappalainen, Gen Li, Xin Li, Boxiang Liu, Serghei Mangul, Mark I. McCarthy, Ian C. McDowell, Pejman Mohammadi, Jean Monlong, Stephen B. Montgomery, Manuel Muñoz-Aguirre, Anne W. Ndungu, Dan L. Nicolae, Andrew B. Nobel, Meritxell Oliva, Halit Ongen, John J. Palowitch, Nikolaos Panousis, Panagiotis Papasaikas, YoSon Park, Princy Parsana, Anthony J. Payne, Christine B. Peterson, Jie Quan, Ferran Reverter, Chiara Sabatti, Ashis Saha, Michael Sammeth, Alexandra J. Scott, Andrey A. Shabalin, Reza Sodaei, Matthew Stephens, Barbara E. Stranger, Benjamin J. Strober, Jae Hoon Sul, Emily K. Tsang, Sarah Urbut, Martijn van de Bunt, Gao Wang, Xiaoquan Wen, Fred A. Wright, Hualin S. Xi, Esti Yeger-Lotem, Zachary Zappala, Judith B. Zaugg & Yi-Hui Zhou Joshua M. Akey, Daniel Bates, Joanne Chan, Lin S. Chen, Melina Claussnitzer, Kathryn Demanelis, Morgan Diegel, Jennifer A. Doherty, Andrew P. Feinberg, Marian S. Fernando, Jessica Halow, Kasper D. Hansen, Eric Haugen, Peter F. Hickey, Lei Hou, Farzana Jasmine, Ruiqi Jian, Lihua Jiang, Audra Johnson, Rajinder Kaul, Manolis Kellis, Muhammad G. Kibriya, Kristen Lee, Jin Billy Li, Qin Li, Xiao Li, Jessica Lin, Shin Lin, Sandra Linder, Caroline Linke, Yaping Liu, Matthew T. Maurano, Benoit Molinie, Stephen B. Montgomery, Jemma Nelson, Fidencio J. Neri, Meritxell Oliva, Yongjin Park, Brandon L. Pierce, Nicola J. Rinaldi, Lindsay F. Rizzardi, Richard Sandstrom, Andrew Skol, Kevin S. Smith, Michael P. Snyder, John Stamatoyannopoulos, Barbara E. Stranger, Hua Tang, Emily K. Tsang, Li Wang, Meng Wang, Nicholas Van Wittenberghe, Fan Wu & Rui Zhang Concepcion R. Nierras Philip A. Branton, Latarsha J. Carithers, Ping Guan, Helen M. Moore, Abhi Rao & Jimmie B. Vaught Sarah E. Gould, Nicole C. Lockart, Casey Martin, Jeffery P. Struewing & Simona Volpi Jason Bridge, Barbara A. Foster, Bryan M. Gillard, Ellen Karasik, Rachna Kumar, Mark Miklos & Michael T. Laura K. Barker, Maghboeba Mosavel, Laura A. Siminoff & Heather M. Paul Flicek, Thomas Juettemann, Magali Ruffier, Dan Sheppard, Kieron Taylor, Stephen J. Trevanion & Daniel R. Brian Craft, Mary Goldman, Maximilian Haeussler, W. James Kent, Christopher M. Lee, Benedict Paten, Kate R. Rosenbloom, John Vivian & Jingchun Zhu Zerbino Traino Anita H. Undale, Anna M. Smith, David E. Tabor, Nancy V. Roche, Jeffrey A. McLean, Negin Vatanian, Karna L. Robinson, Leslie Sobin, Mary E. Barcus, Kimberly M. Valentino, Liqun Qi, Steven Hunter, Pushpa Hariharan, Shilpi Singh, Ki Sung Um, Takunda Matose & Maria M. Tomaszewski  Moser Anjene M. Addington & Susan E. Scott D. Jewell,David A. Davis & Deborah C. Mash  Robert G. Montroy, Daniel C. Rohrer & Dana R. Valley Koester Lori E. Brigham, Richard Hasz, Marcus Hunter, Christopher Johns, Mark Johnson, Gene Kopen, William F. Leinweber, John T. Lonsdale, Alisa McDonald, Bernadette Mestichelli, Kevin Myer, Brian Roe, Michael Salvatore, Saboor Shad, Jeffrey A. Thomas, Gary Walters, Michael Washington & Joseph Wheeler Ajay Chawla, Giannino Del Sal, Gary Peltz, Anne Brunet, Donald F. Conrad, Charles E. Samuel, Mary A. O’Connell, Carl R. Walkley, Kazuko Nishikura & Jin Billy Li
Dynamic landscape and regulation of RNA editing in mammals
Nature volume 550, pages249–254 (2017)