トランスジェニックマウス-薬物開発を加速する遺伝研究モデル
目次
01 トランスジェニックマウスとは何ですか？ 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はどうやって構築しますか 04 PiggyBacトランスジェニックサービスの利点トランスジェニックマウスは、科学者が遺伝病と人間の疾患を研究するための重要なツールです。この文章では、研究者がトランスジェニックマウスモデルについてより正確に深く把握することに役立つために、トランスジェニックマウス研究に関する基本情報、応用例およびトランスジェニックマウスモデルの開発プロセスを振り返ります。
トランスジェニックマウスとは何ですか？
広い意味でのトランスジェニック動物とは、試験方法で新しい遺伝物質を動物の胚細胞に導入し、安定的に遺伝することが可能であり、これによる動物をトランスジェニック動物と言います。マウスは最も優秀な試験動物モデルとして、トランスジェニック動物の研究分野においても広く検証されています。
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は人間の疾患に対する研究、薬物開発の加速および潜在的な療法の評価に広く応用されています。高度化し続けている遺伝子組換え技術では、人間遺伝子をマウス体内に転換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発生しており、このモデルは人間の疾患に対する体内研究に広く応用されています。例えば、科学者はヒト化ACE2（hACE2）トランスジェニックマウスにより、SARS-CoV-2中和抗体を研究し、COVID-19を有効に対抗できるワクチンを開発します。
トランスジェニックマウスはどうやって構築しますか
マウスは最も優秀な試験動物モデルとして、トランスジェニック動物の研究分野においても広く検証されています。トランスジェニックマウスの作製技術主にはDNA原核を用いたマイクロインジェクション法と胚性幹細胞・胚盤胞を用いたマイクロインジェクション法の二種類に分けています。
（1）DNA原核を用いたマイクロインジェクション法
マイクロ装置により外来遺伝子を直接に受精卵に注入し、外来遺伝子をDNAに整合させ、トランスジェニック動物に成長させます。この方法は、トランスジェニック動物を作製するための最も代表的な方法として、現時点で最も広く応用されている方法でもあり、現在のトランスジェニック動物研究はほぼPalmiter等の方法に基づき発展してきたものです。この方法を用いて作製された動物の品種は、狭い意味でのトランスジェニック動物に属します。
この方法を用いて作製されたトランスジェニックマウスは、通常、目的遺伝子の導入方法としてコピー数多型タンデム式を採用しており、ゲノムへ整合する具体的な機序は現時点でまだ完全に把握されていません。
（2）胚性幹細胞・胚盤胞を用いたマイクロインジェクション法
この方法は、体外で外来遺伝子を胚性幹細胞に導入し、トランスジェニックした胚性幹細胞をマイクロ措置により動物の胚盤胞に注入します。この胚性幹細胞は、種のキメラにになるまで、宿主の胚構成へ関与し、キメラを形成します。胚性幹細胞は体外培養時に未分化の状態を保持し、胚盤胞に注入されてから、生殖腺を含む各組織キメラの形成に関与できるため、外来DNAを胚性幹細胞に導入することにより、遺伝子の転換が可能となります。生まれた動物は、生殖系が外来遺伝子と整合することが可能であり、交雑繁殖によりホモ接合型目的遺伝子を有する個体、即ちトランスジェニック動物が得られます。現時点では、胚性幹細胞の介在法はマウスにおける応用が比較的に熟達しているのに対し、大型動物における応用がまだ始まったばかりです。遺伝子のノックアウトおよび捕獲はこの方法がよく使用されています。
図 1: 三種類のトランスジェニックモデル構築技術の比較
| 整合方式 | 通常トランスジェニック | PiggyBacトランスジェニック | Rosa26領域トランスジェニック |
|---|---|---|---|
| 整合方式 | 無作為、コピー数多により整合します | 導入領域が無作為で、各整合領域は一つのコピーに対応します | Rosa26安全領域を標的にする単コピートランスジェニックです |
| ベクター構築 | トランスジェニックプラスミドまたはBAC | トランスジェニックプラスミドまたはBAC | 標的ベクター＋gRNA |
| 発現モード | 発現一致性が低いです | 発現一致性が比較的に高いです | 発現一致性が最も高いです |
| 内因性影響 | 内因性遺伝子の発現を破壊する可能性が高いです | 内因遺伝子の発現を破壊する可能性が低いです | 安全領域（SHS）は内因性遺伝子の発現を破壊しません |
| Zygosity | ヘミ接合体 | ヘミ接合体 | 選択肢： ヘテロ接合体とヘミ接合体 |
| サイクル | 2-5 ヶ月 | 2-5 ヶ月 | 6-9 ヶ月 (F1) |
| 種 | マウス、マウス胚、ラット | ||
| ドナー背景 | マウス品種：C57BL / 6、FVB ラット品種：Sprague-Dawley（SD）、Long Evans 注意：希望に応じ、その他背景品種の提供が可能です。 |
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PiggyBacトランスジェニックサービスの利点
PiggyBac (PB) システムは、PBトランスポゾンの特別な「カットとペースト」機序を利用し、DNAフラグメントがベクターとゲノムの間に「自由」に転移させることにより、外来DNAフラグメントがゲノムに対する整合を有効に介在します。転移時に、転移酵素は特別なトランスポゾン配列(ITRs)を有効に識別し、トランスポゾン末端と結合し、一時的ヘアピン構成となり、「カット」して離脱し、ゲノムのTTAA領域に「ペースト」します。Cyagenの試験データによると、PiggyBacシステムの遺伝子発現陽性率が、通常プラスミドDNAマイクロインジェクションの2倍以上になっています！
PiggyBac（PB）システムの五つの利点：
- より高い整合効率；
- より高い標的遺伝子発現確率；
- より大きい標的フラグメントの挿入；
- より「正確」なコピー数の挿入；
- フラグメントの自由な取り除きや挿入可能。
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