がんの進化の力を白日のもとに
～がん細胞の環状の染色体外DNAを標的にしたゲノム編集技術の開発に成功～

　名古屋大学大学院医学系研究科分子腫瘍学の杉本陽平 大学院生、鈴木洋 教授らの研究グループは、がん細胞に多数存在する環状の染色体外DNA（extrachromosomal DNA, ecDNA）を対象に、CRISPR-Cas9を用いて効率的にゲノム編集できる技術の開発に成功しました。
近年、がんの進化・不均一性・治療抵抗性の重要なメカニズムとしてecDNAが注目されています。ecDNAは、がんの増殖を強く促す遺伝子などを含む特殊な環状DNAで、多くのがん細胞に存在し、１つの細胞内に数十コピーが存在することが知られています。細胞分裂のたびに不均等に分配されるため、結果としてその数が細胞ごとに不均一になります。このため、がんの悪性度が増し、がんが治療に抵抗性を獲得したり再発したりする原因になると考えられています。そのためecDNAの働きを調べることは、ecDNAを持つがんの本質を理解する上で欠かせません。
　ecDNAの機能や挙動を詳しく理解するためには、CRISPR-Cas9などを用いてecDNAの配列を改変し、ecDNAの可視化や機能の解析などを実施することが重要です。しかし、がん細胞内におけるecDNAの機能や動態については不明な点が多く、この理由の１つとしてecDNAを人工的に改変する技術が確立されていないことが挙げられます。
　本研究では、従来型のCRISPR-Cas9と、研究グループがこれまでに開発してきたCRISPR-Cas9の切断活性を任意に調節できるセーフガードgRNAを比較することにより、最適なecDNAのゲノム編集技術の開発に取り組みました。
　興味深いことに、従来型のCRISPR-Cas9をecDNAに適用したところ、ecDNAが編集される効率が低いだけでなく、細胞死やecDNAの減少が顕著に生じることが明らかになりました。これらの現象は、１つの細胞内に多数存在するecDNAにDNA切断が過剰に生じることで、細胞に強いストレスが加わった結果である可能性が示唆されました。このため、多くの分野で広く使われている従来型のCRISPR-Cas9が、ecDNAのゲノム編集にはそもそも不向きであることが浮き彫りになりました。
　この問題を解決するために、セーフガードgRNAを利用して切断活性を適度に抑えると、ecDNAの減少を回避しつつ、ecDNAに高効率でゲノム編集を行うことが可能になりました。さらに、実験結果とコンピューターシミュレーションを組み合わせた解析から、短い時間にecDNAのDNA切断がどれだけ集中するかが、細胞の生存やecDNAの維持、ecDNA編集の可否を左右する重要な要因であることを見出しました。
　本研究の成果により、これまでゲノム編集が難しかったecDNAを効率よく編集することが可能になります。これにより、ecDNAがどのように振る舞い、がんの悪性化や治療抵抗性にどのように関与しているのかを、より詳しく調べることができるようになることが期待されます。
　本研究成果は、2026年1月14日に国際学術誌『Nucleic Acids Research』のオンライン版に掲載されました。また、2026年1月27日付発行の印刷版に掲載予定です。

【研究成果のポイント】

・ 近年、がんの進化・不均一性・治療抵抗性の重要なメカニズムとして環状の染色体外DNA（extrachromosomal DNA, ecDNA）が注目されています。一方で、がん細胞内におけるecDNAの機能や動態については不明な点が多く、この理由の１つとしてecDNAを人工的に改変する技術が確立されていないことが挙げられます。

・CRISPR-Cas9 によるゲノム編集で用いるガイドRNAを最適化することにより（「セーフガードgRNA」を使用）、ecDNAの効率的なゲノム編集技術を世界で初めて確立しました。

・従来型のCRISPR-Cas9では、ecDNAの過剰なDNA切断が生じ、細胞死やecDNAの喪失が誘導されること、「セーフガードgRNA」を用いると、細胞毒性を抑えつつ効率的なゲノム編集が可能になることを体系的に明らかにしました。

・コンピューターシミュレーションを用いることにより、ecDNAにDNA切断が起きた時の細胞の応答を体系的に理解することに成功しました。

・今回確立したecDNAのゲノム編集技術は、がんの悪性化や薬剤耐性に深く関与するecDNAの機能解析・動態解明を可能にする基盤技術であり、将来的にはecDNAを標的とした新しいがん研究や治療戦略の発展に大きく貢献することが期待されます。

詳しい研究成果（和文）はこちら

詳しい研究成果（英文）はこちら