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遺伝子いでんしターゲティング

出典しゅってん: フリー百科ひゃっか事典じてん『ウィキペディア（Wikipedia）』
毛色けいろを決きめるagouti遺伝子いでんしに遺伝子いでんしターゲティングによる改変かいへんが行おこなわれたキメラ マウスとその子こ

遺伝子いでんしターゲティング（いでんしターゲティング、ジーンターゲティング、gene targeting；また相あい同どう組くみ換かえによる塩基えんき置換ちかん戦略せんりゃく）は、内在ないざい性せいの遺伝子いでんしの改変かいへんに相あい同どう組くみ換かえを用もちいる遺伝子いでんし工学こうがく的てき手法しゅほうである。この方法ほうほうは遺伝子いでんしの削除さくじょ、エキソンの除去じょきょ、遺伝子いでんしの導入どうにゅう、点てん変異へんいの導入どうにゅうなどに用もちいることができる。遺伝子いでんしターゲティングの効果こうかには恒久こうきゅう的てきなものと、限定げんてい的てきなものとがあり得える。限定げんてい的てきな効果こうかとは、標的ひょうてきとなる生物せいぶつの特定とくていの成長せいちょう段階だんかいや生涯しょうがいの中なかの特定とくてい時期じき、また特定とくていの組織そしきにおける効果こうかなどを指さす。遺伝子いでんしターゲティングでは対象たいしょうとなる遺伝子いでんしに応おうじて個別こべつにベクターを作成さくせいする必要ひつようがある一方いっぽうで、転写てんしゃ活性かっせいや遺伝子いでんしサイズに関かかわらずどんな遺伝子いでんしにも応用おうよう可能かのうである。

方法ほうほう

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遺伝子いでんしターゲティングの手法しゅほうはいくつかのモデル生物せいぶつに対たいして確立かくりつされており、対象たいしょうとなる種しゅによって異ことなる場合ばあいもある。一般いっぱん的てきにターゲティングコンストラクトは細菌さいきんの中なかで作つくられ、多おおくは標的ひょうてき遺伝子いでんしの一部いちぶ、レポーター遺伝子いでんし、そして（優性ゆうせいの）選択せんたくマーカーを含ふくむ。

マウスの遺伝子いでんしを標的ひょうてきとする場合ばあい、コンストラクトは培養ばいよう下かのマウス幹みき細胞さいぼうに導入どうにゅうされる。コンストラクトが正ただしく挿入そうにゅうされた細胞さいぼうを選えらんで胚はいに注入ちゅうにゅうし、その一部いちぶとして発生はっせいさせる。最後さいごに、改変かいへん細胞さいぼうが生殖せいしょく器官きかんを形成けいせいしたキメラ個体こたいを交配こうはいによって選抜せんばつする。この後代こうだいは、全身ぜんしんが最初さいしょに選抜せんばつした幹みき細胞さいぼう由来ゆらいになっている。

ヒメツリガネゴケに用もちいる場合ばあいは、採とりたてのプロトプラストとコンストラクトを、ポリエチレングリコールの存在そんざい下かで混合こんごうする。コケの配偶はいぐう体たいは半数はんすう体たいであることから、プロトプラストから発生はっせいさせた原はら糸いと体たいは抗生こうせい物質ぶっしつまたはPCRによって直接ちょくせつスクリーニングにかけることができる。コケは植物しょくぶつの中なかでは例外れいがい的てきに、遺伝子いでんしターゲティングによる逆ぎゃく遺伝いでん学がく的てき手法しゅほうを高こう効率こうりつで使つかうことができる。手法しゅほうに改変かいへんが加くわえられ、遺伝子いでんしターゲティングは牛うし、羊ひつじ、豚ぶたや多おおくの菌類きんるいでも成功せいこうしている。

ジンクフィンガーヌクレアーゼ（ZFN）[1]やホーミングエンドヌクレアーゼ[2]、転写てんしゃ活性かっせい化か因子いんし様さまエフェクターヌクレアーゼ（TALEN）[3]などの人工じんこうヌクレアーゼの利用りようにより、遺伝子いでんしターゲティングの効率こうりつを上あげることができる。今日きょうまでに、これらの手法しゅほうはショウジョウバエ[1]、タバコ[4][5]、トウモロコシ[6]、ヒト細胞さいぼう[7]、マウス[8]やラット[8]などで応用おうようされている。

ジーントラップ法ほうとの違ちがい

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遺伝子いでんしターゲティングは特定とくていの遺伝子いでんしを標的ひょうてきにするのに対たいし、ジーントラップ法ほうでは遺伝子いでんしカセットのランダムな挿入そうにゅうを利用りようする。ジーントラップ法ほうではひとつのカセットをさまざまな標的ひょうてき配列はいれつへの挿入そうにゅうに用もちいることができるが、遺伝子いでんしターゲティングは標的ひょうてき配列はいれつとの相あい同性どうせいを利用りようしてDNA配列はいれつを組くみ込こむため、目的もくてきの標的ひょうてき配列はいれつに応おうじて配列はいれつを変かえる必要ひつようがある。このため、ジーントラップ法ほうの方ほうがラージスケールに応用おうようしやすい。一方いっぽうで、遺伝子いでんしターゲティングはトラップスクリーニングでは検出けんしゅつできない低てい発現はつげん量りょうの遺伝子いでんしにも用もちいることができる。また、ジーントラップ法ほうの成功せいこう率りつはイントロンが長ながい方ほうが高たかくなるが、遺伝子いでんしターゲティングではコンパクトな遺伝子いでんしでも簡単かんたんに改変かいへんすることができる。

応用おうよう

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遺伝子いでんしターゲティングは、さまざまなモデルに対たいして遺伝子いでんしを取とり除のぞいたり（ノックアウト）加くわえたり（ノックイン）特定とくていの変異へんいを入いれたりすることで、ヒトの遺伝いでん病びょうの研究けんきゅうに広ひろく使つかわれてきた。かつてはラット細胞さいぼうのモデルの作出さくしゅつに使つかわれていたが、遺伝子いでんしターゲティングの進歩しんぽは同系どうけいヒト疾患しっかんモデルの新あたらしい波なみの到来とうらいを可能かのうにした。このモデルは今いま現在げんざい研究けんきゅう者しゃが利用りよう可能かのうなものの中なかで最もっとも正確せいかくなin vitroのモデルであり、特とくにがん研究けんきゅうの分野ぶんやにおいて、新規しんきの個人こじん用よう治療ちりょう薬やくや診断しんだんの開発かいはつを促進そくしんしている[9]。

作物さくもつ育種いくしゅへの応用おうようの研究けんきゅうも進すすんでいる。目的もくてき遺伝子いでんしがゲノム上じょうのランダムな位置いちに挿入そうにゅうされる従来じゅうらいの遺伝子いでんし組ぐみ換かえ作物さくもつの作出さくしゅつ技術ぎじゅつに対たいして、遺伝子いでんしターゲティングではゲノム上じょうの狙ねらった位置いちに遺伝子いでんしを導入どうにゅうすることができ、位置いち効果こうか（position effect）を避さけることができる[10]。

ノーベル賞しょう

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2007年ねん、「胚はい性せい幹みき細胞さいぼう（ES細胞さいぼう）を用もちいてマウスの特定とくていの遺伝子いでんしを改変かいへんする原理げんりの発見はっけん」に対たいしてマリオ・カペッキ、マーティン・エバンスとオリバー・スミシーズの3名めいがノーベル生理学せいりがく・医学いがく賞しょうを受賞じゅしょうした [11] [12]。

脚注きゃくちゅう

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  1. ^ a b Bibikova, M. (2003). “Enhancing Gene Targeting with Designed Zinc Finger Nucleases”. Science 300 (5620): 764–764. doi:10.1126/science.1079512. ISSN 00368075. 
  2. ^ Grizot, Sylvestre; Smith, Julianne; Daboussi, Fayza; Prieto, Jesús; Redondo, Pilar; Merino, Nekane; Villate, Maider; Thomas, Séverine et al. (2009). “Efficient targeting of a SCID gene by an engineered single-chain homing endonuclease”. Nucleic Acids Research 37 (16): 5405–5419. doi:10.1093/nar/gkp548. ISSN 1362-4962. 
  3. ^ Miller, Jeffrey C; Tan, Siyuan; Qiao, Guijuan; Barlow, Kyle A; Wang, Jianbin; Xia, Danny F; Meng, Xiangdong; Paschon, David E et al. (2010). “A TALE nuclease architecture for efficient genome editing”. Nature Biotechnology 29 (2): 143–148. doi:10.1038/nbt.1755. ISSN 1087-0156. 
  4. ^ Cai, Charles Q.; Doyon, Yannick; Ainley, W. Michael; Miller, Jeffrey C.; DeKelver, Russell C.; Moehle, Erica A.; Rock, Jeremy M.; Lee, Ya-Li et al. (2008). “Targeted transgene integration in plant cells using designed zinc finger nucleases”. Plant Molecular Biology 69 (6): 699–709. doi:10.1007/s11103-008-9449-7. ISSN 0167-4412. 
  5. ^ Townsend, Jeffrey A.; Wright, David A.; Winfrey, Ronnie J.; Fu, Fengli; Maeder, Morgan L.; Joung, J. Keith; Voytas, Daniel F. (2009). “High-frequency modification of plant genes using engineered zinc-finger nucleases”. Nature 459 (7245): 442–445. doi:10.1038/nature07845. ISSN 0028-0836. 
  6. ^ Shukla, Vipula K.; Doyon, Yannick; Miller, Jeffrey C.; DeKelver, Russell C.; Moehle, Erica A.; Worden, Sarah E.; Mitchell, Jon C.; Arnold, Nicole L. et al. (2009). “Precise genome modification in the crop species Zea mays using zinc-finger nucleases”. Nature 459 (7245): 437–441. doi:10.1038/nature07992. ISSN 0028-0836. 
  7. ^ Urnov, Fyodor D.; Miller, Jeffrey C.; Lee, Ya-Li; Beausejour, Christian M.; Rock, Jeremy M.; Augustus, Sheldon; Jamieson, Andrew C.; Porteus, Matthew H. et al. (2005). “Highly efficient endogenous human gene correction using designed zinc-finger nucleases”. Nature 435 (7042): 646–651. doi:10.1038/nature03556. ISSN 0028-0836. 
  8. ^ a b Cui, Xiaoxia; Ji, Diana; Fisher, Daniel A; Wu, Yumei; Briner, David M; Weinstein, Edward J (2010). “Targeted integration in rat and mouse embryos with zinc-finger nucleases”. Nature Biotechnology 29 (1): 64–67. doi:10.1038/nbt.1731. ISSN 1087-0156. 
  9. ^ A Panel of Isogenic Human Cancer Cells Suggests a Therapeutic Approach for Cancers with Inactivated p53 Proc Natl Acad Sci U S A Printed online at www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.0813333106
  10. ^ M. Lusser, C. Parisi, D. Plan and E. R. Cerezo (2012). “Deployment of new biotechnologies in plant breeding”. Nature Biotechnology 30: 231-239. doi:10.1038/nbt.2142. 
  11. ^ “2007年ねんノーベル医学いがく生理学せいりがく賞しょうに関かんする記事きじ”. 2013年ねん11月がつ10日とおか閲覧えつらん。
  12. ^ “Press Release: The 2007 Nobel Prize in Physiology or Medicine”. 2007年ねん10月がつ8日にち閲覧えつらん。

関連かんれん項目こうもく

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外部がいぶリンク

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