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。