ノックアウトマウスは、遺伝子機能を正しく理解し、人間が病気になるメカニズムを研究し、医薬品開発を促進するためにとても重要です。それ以外に、さまざまな研究分野における生物医学の発展においても重要な役割を果たしています。遺伝子編集技術の発展に伴い、遺伝子ノックアウト（KO）マウスはグローバルな研究者からますます注目を集めています。この文章では、私たちが遺伝子ノックアウトマウスの研究に関する基本情報、応用事例、および遺伝子ノックアウトマウスカスタマイズモデルの構築戦略を纏めました。

1. ノックアウトマウスとは何ですか？

ノックアウト（KO）マウスは1つ以上の遺伝子を欠損させた遺伝子工学動物モデルであり、マウスのすべての組織細胞において標的遺伝子のいくつかの重要なエクソンまたは機能ドメイン、さらにはすべてのエクソンを欠損されると、標的遺伝子の発現が欠失します。遺伝子ノックアウトマウスの特徴を研究することは、研究者が遺伝子機能をより良く理解し、人間疾患の研究を促進するのに役立ちます。

2. ノックアウトマウスの役割は何ですか？

人間とマウスは種全体で同じ遺伝子の約99％を共有しており、マウスモデルの構築サイクルが短く、交配プロセスが比較的簡単であるため、したがって、ノックアウトマウスは、人間の疾患を研究し、新薬や治療法を評価し、遺伝子機能（例えば、遺伝子の物理的、生化学的、行動的役割を明らかにすること）を発見するための理想的なツールです。

以下は、いくつかの代表的な遺伝子ノックアウト応用例です。

（1）遺伝子機能研究

ノックアウト（KO）マウスは、遺伝学者が胚発生、生理学的恒常性、代謝プロセス、または疾患の進行中における遺伝対立遺伝子（および/またはコード化されたタンパク質）の生物学的役割を明らかにするための貴重なツールになっています。マウスと人間の遺伝子の類似性により、マウスの遺伝子機能に関する研究は、人間の遺伝子と疾患の研究に似るようにすることができます。 

一例を挙げますが、中国科学院の専門家は、研究において、SWI/SNF複合体の重要な構成因子であるArid1aが肝細胞のリプログラミングを特異的に調節できることを発見しました。肝細胞においてArid1a遺伝子を特異的にノックアウトすると、肝門脈損傷によって誘発される肝細胞の脱分化が阻害され、それによって肝臓損傷の修復に欠陥が生じます^[1]。

（2）人間の疾患の研究

遺伝子編集技術を利用してマウスにおいて人間の疾患をシミュレートすることは、通常、インビボでの疾患の病因を研究するための理想的な方法です。人間の遺伝病研究の理想的な動物モデルとして、ノックアウト（KO）マウスでの突然変異がタンパク質の破壊につながる可能性があるため、対応するノックアウトマウスを使用して潜在的な疾患の病理学および生理学的研究をしたり、治療法を開発したりすることができます。 

たとえば、オステオプロテゲリン遺伝子Tnfrsf11b（Opg）ノックアウトマウスのマウスモデルは、代表的な骨粗鬆症と動脈石灰化の表現型（「骨粗鬆症マウス」と呼ばれる）を持ち、「人間骨粗鬆症」治療薬のスクリーニングや評価、骨粗鬆症遺伝子治療、破骨細胞と骨芽細胞の相互作用メカニズムなどの研究のための理想的な動物モデルと新しい研究方法を提供することができ、重要な理論的意義と応用価値を持っています。

（3）医薬品開発と薬効評価

ノックアウト（KO）マウスモデルは、医薬品開発に不可欠なツールです。人間疾患の研究（例えば、発達障害や希少疾患の研究）では、新しい診断および治療法の研究開発をより良く促進するために、通常、ヘテロ接合とホモ接合のKO系を組み合わせて使用​​しています。インビボでの初期タンパク質阻害の程度を評価するために、製薬会社は、ノックアウト（KO）マウスの表現型の特徴の変化を定期的に観察することで、特定の医薬品開発方法の潜在的な影響を理解しています。 

RALY遺伝子を例にとると、人間では、RALY遺伝子はさまざまな疾患に関連しており、かつ、一部のゲノムワイド関連研究では、RALYの変異を心血管代謝特徴と関連付けており、例えば冠状動脈アテローム性硬化症や総コレステロールが含まれています。サイヤジェンは、Raly遺伝子ノックアウトマウス（C57BL /6J-Raly^em1cyagen）を提供でき、最短3ヶ月で納品できます。

3. 遺伝子ノックアウトマウスはどうやって構築しますか？

遺伝子編集技術の継続的な進歩に伴い、研究者はさまざまな種類のトランスジェニック動物モデルをますます入手しやすくなっており、しかし同時に、ノックアウトマウスの構築過程を理解することも研究者にとって非常に重要です。そのため、サイヤジェンは様々な分野の研究者向けに包括的なノックアウトマウスのカスタマイズおよび開発サービスを提供しています。貴方は研究目的に応じて最適な遺伝子編集技術を選択できます。または、プロジェクトについて相談したり、アドバイスを提供して頂くように、お問い合わせ窓口までご連絡ください。

（1）TurboKnockout^®遺伝子ターゲティング技術

従来の遺伝子ターゲティング技術に基づいて構築されたTurboKnockoutは遺伝子ノックアウト技術、技術が成熟し、修飾が正確で、効果が安定しているという従来のESターゲティング技術の長所を持っているだけでなく、従来のESターゲティング技術と比べて2世代の繁殖時間を短縮することができ、生産サイクルがわずか6ヶ月に短縮されます。ヌクレアーゼ技術（TALEN / Cas9）が成熟する前に、TurboKnockout技術が研究者にとって最良の選択となっています。 

TurboKnockout^® の技術的利点：

• 特許リスクなし：医薬品開発プロジェクトに最適な技術
• 成功率：生殖細胞系伝播（GLT）が100％保証されています
• ターンアラウンドタイム：最短6ヶ月
• loxP制限なし：固定領域にサイズ制限がありません
• ノックアウトマウスのジェノタイピング（Genotyping）：有効なジェノタイピングデータを取得できます
• 100％返金保証

図1：TurboKnockout^®遺伝子ターゲティング技術戦略の例

（2）CRISPR/Cas9遺伝子編集技術

CRISPR / Cas9システムは、Cas9タンパク質とガイドRNAを核心として構成されています。Cas9はアミノ末端のRuvCとタンパク質の中部のHNHの2つの活性部位を含み、crRNAの成熟と二本鎖DNAの切断に役割を果たし、DNA二本鎖の断裂を引き起こす可能性があります。DNAが断裂した後、細胞核内に同時に損傷DNAと同源のDNA断片が存在する場合、同源を介した二本鎖DNA修復により、目的部位に外源DNA断片を導入でき、断片のノックイン或いは編集の効果を達成することが可能です。

図2：CRISPR/Cas9遺伝子ノックアウト戦略の例

 
4. ノックアウトモデル構築戦略の比較

引用文献：

Li W, Yang L, He Q, Hu C, et al. A Homeostatic Arid1a-Dependent Permissive Chromatin State Licenses Hepatocyte Responsiveness to Liver-Injury-Associated YAP Signaling. Cell Stem Cell. 2019 Jul 3;25(1):54-68.e5. doi: 10.1016/j.stem.2019.06.008. PMID: 31271748.

サイヤジェン株式会社について

サイヤジェン株式会社は15年間の発展を経て、全世界の数万人の科学研究者にサービスを提供しており、製品と技術は直接にCNS (Cell、Nature、Science)の定期刊を含む5,200余りの学術論文に応用されています。弊社の「ノックアウトマウスライブラリ」は低価格だけでなく、遺伝子名称を入力すれば、ワンクリックで注文まで操作できます。 ノックアウトマウス、ノックインマウス、コンディショナルノックアウトマウス、トランスジェニックマウス、GFPマウス、免疫不全マウス、無菌マウスなどのカスタマイズサービスを提供する以外、専門的な手術疾患モデルチームがあり、多種の複雑な小動物手術疾患モデルも提供できます。