新型コロナウイルス感染症の研究におけるマウスモデルの応用

ヒトウイルス感染疾患の研究においてマウスモデルを使用する利点

3種類のhCoV（SARS-CoV、SARS-CoV-2およびMERS-CoV）によって引き起こされる疾患の臨床症状はすべて重症の急性呼吸器疾患を示します。この種の疾患を効果的に研究するために、マウスモデルは最初の感染後に、ヒトと同様の病理学的変化を示し、加えて重症の呼吸器疾患を示す可能性がある必要があります。

他の研究モデル動物と比較して、マウスには低コスト、容易な繁殖、より速い繁殖、およびより多くの同腹子という利点があります。 短期間で数世代の継承ができ、時間に限りのある研究に理想的です。ただし、マウスとヒトとの間の種の違いにより、ヒトに感染する一部のウイルスは直接にマウスに感染できない。またはin vivoでのウイルス複製後でも明らかな症状がマウスに現れないといった、ウイルス病理に影響がでてしまう。しかしながら、近交系マウスの遺伝的背景が一貫していることを考えると、マウス遺伝子を編集することで、野生型マウスの欠点をある程度に克服することができます。このような遺伝子工学的アプローチは、ウイルス病因における宿主の特定の遺伝子の役割解明に役立ち、予備的な遺伝子標的の調査から、ワクチンや薬の安全性と有効性の評価まで、さまざまなアプリケーションにおける研究のメカニズムを提供します。

SARS-CoV感染の病原性を評価するために使用されるマウスモデルの構築方法

① ヒト感受性SARS-CoV直接感染を施した高齢の近交配系マウス

高齢者におけるSARS-CoVの感染のシミュレーションにより適したマウスモデルを探索するために、BALB / c、C57BL / 6、および129S6近交交配系の齢12〜14カ月の野生型（WT）マウスを採用します。これらの研究により、異なる宿主の遺伝的特徴と年齢特性がSARS-CoV感染の病原性に大きく影響する可能性が与えられるということが初めて明らかになりました。

② 遺伝子編集技術を適用したマウス：関連遺伝子をノックアウトするか、ヒト宿主細胞ウイルス結合受容体（ACE2など）を導入する

hACE2ヒト化マウスモデルの構築に関して、研究者は現在、ランダムに挿入されたトランスジェニックマウスモデルを得るため、hACE2遺伝子によって構築された異なる（組織特異的または広く発現された）プロモーターおよび発義ベクターを使用した原核生物のマイクロインジェクションを行っています。ACE2ヒト化マウスモデルを使用したこのような研究の結果は、hACE2発現のレベルが疾患の重症度に直接関係していることを示しています。これらのマウスモデルはすべて、SARS-CoVへの曝露による呼吸上皮細胞感染を示しましたが、マウスは脳炎で死亡することが判明しました。

③ 野生型SARS-CoVをマウスへ繰り返し曝露し、よりマウスに適応したウイルスの病因を取得することで確立する臨床表現型ウイルス感染マウスモデル

研究者らは、野生型マウスに明らかな臨床症状（体重減少など）が生じるまで、BALB / cマウス（6週齢）の鼻腔にSARS-CoV臨床株を15回繰り返し接種しました。異なる世代から得られた適応致死ウイルス株を比較することにより、ウイルスと、そのタンパク質の特定の変異によって誘発される重度の呼吸器感染症の相関関係を分析することが可能です。このアプローチは、ウイルスとホスト間の特定のSARS-CoVタンパク質相互作用における適応変異の役割に関するさらなる研究を容易にします。

SARS-CoV-2によって引き起こされる新型コロナウイルス（COVID-19）を研究するためのマウスモデルの使用方法

核酸配列とアミノ酸配列の両方を比較すると、SARS-CoV-2とSARS-CoVの間に、それぞれ約80％と76％の高い類似性があることが確認されています。さらに、SARS-CoV-2は、細胞表面のヒトACE2受容体を介してホストと相互作用して感染し、SARS-CoV感染に類似した臨床症状を引き起こしていることが確認された。このような類似性より、SARS-CoVの研究は、SARS-CoV-2研究において重要な意味を持つ可能性があります。遺伝子編集技術によって構築されたSARS-CoV感染マウスモデルはすべて、対応するプロモーターとともにhACE2遺伝子をランダムに導入することで実現できた。このマウス製作方法が、深刻な神経学的損傷など、死に繋がる原因不明の新しい症状に関連している可能性があります。しかしながら、SARS-CoVに感染した患者が死亡する主な理由は、重度の呼吸不全です。さらに、深刻なサイトカインストーム（IL-6の大幅な増加など）により引き起こされる多臓器不全も、人間のCOVID-19の主な死因であると現在では考えられています。これらの理由により、人間の病原性ウイルスとその関連疾患の臨床的特徴をよりよく反映できる適切なマウスモデル構築戦略を選択することが重要です。

サイヤジェン株式会社は、遺伝子組み換え動物モデルサービスのグローバルプロバイダーとして、SARS-CoV-2感染症の研究ニーズに応える、より適切な、改良されたhACE2ヒト化モデルの開発に注力しております。ワクチンと抗ウイルス薬の開発促進の一助となれるよう、SARS-CoV-2感染の病原性メカニズムを研究するための理想的なマウスモデルを提供していきたいと考えています。

図1: コロナウイルス研究の人気マウスモデル

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新型コロナウイルスに関する参考文献：

• 新型コロナウイルス（SARS-CoV-2）のこれまでの経緯について
• コロナウイルス特集まとめ：コロナウイルスについて、ここで知っておきたいことまとめてみました
• コロナウイルス標的ACE2機能の全解析
• 新型コロナウイルスの研究において、ACE2以外に注目すべき標的
• 新型コロナウイルスの感染と免疫の仕組みにつき査読
• 弊社での研究開発への取り組み：新型コロナウイルスの研究に関連する動物モデルの開発に全力を尽くす

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2020年3月11日、世界保健機関（WHO）はCOVID-19を世界的なパンデミックとして再分類することを発表されました。急速に拡大するこの疾患と世界中の国々との戦いが始まりました。臨床治療、ワクチン、および抗ウイルス薬の開発に向け、ヒトコロナウイルス（hCoV）と宿主分子の間の相互作用メカニズムを研究し、ウイルスの病原性プロセスを調査することが非常に重要になります。それにつき当社の技術部長Dr. Steve Yu 氏は日本の研究.comのインタビューを受けました。

Dr. Steve Xiao Feng Yu 副社長兼技術部長

Dr. Steve Yu 氏 は、有名なモデル動物と細胞生物学の専門家で、イェール大学医学部、iTL遺伝子標的会社、ニューヨーク大学医学部、米国ASCバイオ技術会社などを経て、遺伝修飾モデル動物分野で20年以上の研究開発経験を持っている。Dr. Steve Yu 氏は現在、サイヤジェン株式会社の科学家兼技術部長を務め、その研究成果はNature Immunology、Molecular and Cellular Biologyなどの専門性の高い雑誌に何度も発表されている。

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。