トランスジェニックマウス ― 医薬品開発を加速できる遺伝子研究モデル
目次
01 トランスジェニックマウスとは？ 02 トランスジェニックマウスの応用 03 トランスジェニックマウスの製造方法 04 PiggyBac遺伝子組み換えサービスのメリットトランスジェニックマウスは、科学者が遺伝病と人間の病気を研究する重要なツールである。研究者がトランスジェニックマウスモデルをよりよく理解できるように、本文では、トランスジェニックマウス研究の概要、応用実例及びトランスジェニックマウスモデルの開発プロセスに関して顧みることにする。
トランスジェニックマウスとは？
広義的にいう遺伝子組み換え動物とは、実験的手段を駆使して新しい遺伝子物質を動物胚細胞へ導入して安定した遺伝子を持ち、そこから得られた動物を遺伝子組み換え動物と称する。マウスは最良の実験動物モデルとして、遺伝子組み換え動物研究の分野でも広く検証されている。
トランスジェニックマウスの応用
トランスジェニックマウスモデルは、人間の病気の研究、医薬品開発の加速、および潜在的治療法の検証に広く使用されている。発展しつつある遺伝子編集技術により、ヒト遺伝子をマウスの体内に導入することが可能となり、トランスジェニックマウスモデルが得られる。このモデルは、ヒトの疾患の体内研究で広く使用されている。たとえば、科学者はヒト化ACE2（hACE2）トランスジェニックマウスを使用してSARS-CoV-2中和抗体を研究し、COVID-19に効果的なワクチンを開発できる。
トランスジェニックマウスの製造方法
マウスは最良の実験動物モデルとして、遺伝子組み換え動物研究の分野でも広く検証されている。トランスジェニックマウスの製造技術には、DNA原核生物のマイクロインジェクションと胚性幹細胞の胚盤胞のマイクロインジェクションの2つの主要な種類がある。
DNA原核のマイクロインジェクション
外来遺伝子をマイクロマニピュレーターを介して受精卵に直接注入し、外来遺伝子はDNAに組み込まれ、遺伝子組み換え動物になる。この方法は、遺伝子組み換え動物を作る最も典型的な方法であり、現在最も広く使用されている方法でもある。遺伝子組み換え動物に関する研究のほとんどは、Palmiterなど方法に基づいて改良されて行われている。この方法で製造された動物種は、遺伝子組み換え動物の狭義的なカテゴリーに属する。
この方法で製造されたトランスジェニックマウスへ挿入する標的遺伝子の形式は、通常、複数コピーのエンドツーエンド形式であるが、ゲノムへの組み込みの具体的なメカニズムはまだ十分に研究されていない。
胚性幹細胞の胚盤胞マイクロインジェクション
当方法は、体外で胚性幹細胞に外来遺伝子を導入する方法である。次に、遺伝子組み換え胚性幹細胞をマイクロマニピュレーターを介して動物の胚盤胞に注入し、この胚性幹細胞は宿主胚の形成に関与してキメラを形成し、生殖細胞系のキメラ化を形成する。胚性幹細胞は、体外培養時に未分化状態を保ち、胚盤胞腔に注入後には性腺を含む様々な組織キメラの形成に関与するため、胚性幹細胞に外来DNAを導入することで遺伝子導入を実現できる。生まれた動物の生殖器系は外来遺伝子を組み込んでいる可能性があり、交雑育種を通してホモ接合性の標的遺伝子を持つ個体、すなわち遺伝子組み換え動物を得ることができる。現在、胚性幹細胞介入法は、マウスの応用では比較的成熟しているが、大型動物での応用はまだ遅れている。このような方法は、cKOとキャプチャーで一般的に使用されている。
図 1: PiggyBacシステムによる遺伝子組み換えの模式図
PiggyBac遺伝子組み換えサービスのメリット
PiggyBac（PB）システムは、PBトランスポゾン特有の「カットアンドペースト」メカニズムを使用して、ベクターとゲノム間でDNAフラグメントの「自由な」転送を可能にし、それによって外来DNAフラグメントのゲノムへの統合を効果的にサポートできる。転位の際にトランスポザーゼは特定のトランスポゾン配列（ITRs）を効果的に認識し、トランスポゾンの末端と結合して短期間のアピン構造を形成し、「切断」後に分離し、ゲノムのTTAA部位に「付着」する。 Cyagenの実験データによると、PiggyBacシステムでの遺伝子発現の陽性率は従来のプラスミドDNAのマイクロインジェクションの2倍以上である。
PiggyBac（PB）システムの五大メリット
- より高い統合効率
- より高い標的遺伝子発現確率
- より大きなターゲットフラグメントの挿入
- より「正確」なコピー数の挿入
- インサートフラグメントを自由に取り除く
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