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遺伝子除去は、遺伝子の相同遺伝子組み換えによって遺伝子が「ヌル」とみなされるときに発生します。これは、特定の細胞株または細胞タイプの選択的抑制に利用されます。この遺伝子工学技術は、成長抑制を個々の遺伝子の活動だけに限定しません。[1]特定の細胞除去により、細胞の生体内活動を調べることができます。この方法の実際の例は、ノックアウトマウスの作成で見ることができます。これは、1つまたは複数のトランスジーンを受精したマウスの卵母細胞の前核に投与することによって達成されます。その後、ホストマザーに再移植され、トランスジェニックマウスが生まれます。トランスジェニックマウスは、数百のうち1つのトランスジーンのコピーを持っています3。これらのマウスから、繁殖によってホモ接合コロニーを作成できます。[2]
歴史的発展
1990 年当時、遺伝子ノックアウト技術は開発途上であった。脊椎動物の胚の発達過程において起こる初期イベントに関する情報が不足していた。より深く理解するためには、人や生物の DNA セット全体を作成するための指示を解析し、このプロセスに関与する遺伝子を特定する必要がある。胚の発達に関する指示は、多くの遺伝子の発現パターンに見られる空間の不足と何らかの相関関係がある可能性がある。特定の遺伝子の機能を評価するために使用される技術は、その遺伝子を不活性化または除去することである。特定の遺伝子を根絶することにより、胚の発現パターンの発達におけるその役割を観察できる可能性がある。[3]
臨床的意義
アブレーションによって細胞を選択的に除去する能力は、真核生物学の発達研究において記念碑的なものであり、細胞の起源、運命、または機能の研究に大きく貢献しています。遺伝子アブレーションは、細胞特異的エンハンサー（遺伝学）によって指示される毒素または死を誘発する遺伝子の送達を介して、またはGAL4 / UASシステムを使用することによって行われます。既知のエンハンサーの配列により、毒素と死の遺伝子は、選択されたほぼすべての細胞に結合でき、細胞タイプ特異性が可能になります。遺伝子アブレーションを通じて、胚内の特定の種類のすべての細胞を除去した影響を観察できます。さらに、個体だけでなく、集団全体を研究できます。[4]
利点
細胞タイプ特異性は、遺伝子除去の大きな利点です。毒素や死の遺伝子は基本的に任意の細胞を標的にできるため、存在する多数のエンハンサーがこの特異性を可能にします。この細胞特異性により、胚のすべての部分で選択されたすべての細胞タイプが除去されます。組織内で除去される類似細胞の数は、除去の表現型効果に影響を与えるため、これは利点です。さらに、遺伝子除去は遺伝子交配を組織するだけでよいため、技術的に簡単で、相当規模の個体群を同時に検査できます。サンプル数が多いと、結論を出すためのデータが増え、結果の信頼性が高まります。また、場合によっては、除去は細胞自律的であるため、隣接する細胞を危険にさらす恐れがありません。これは、リシン-A 鎖やジフテリア-A 鎖、および死を誘発する遺伝子に見られます。[4]
デメリット
アブレーションに対する遺伝学的アプローチには、欠点もあります。エンハンサーによって駆動される発現には不規則性が見られます。これらの不規則性は、選択されたエンハンサーが選択された細胞タイプに制限されないこと、または胚内の特定の種類のすべての細胞が含まれないことによって観察される可能性があります。さらに、発現細胞は、発現レベルが低いために死滅する可能性があります。タイミングを選択できないことも欠点となる可能性があります。これは、エフェクター遺伝子の発現が GAL4 またはエンハンサーに依存する場合に発生します。毒素をコードする遺伝子が、関連する発達段階で、胚内の特定の細胞でのみ発現されることを確認することが重要です。これは、モザイク発現を使用することで回避できます。[4]
技術的影響
遺伝子発現と除去の時間的制御は、遺伝子組み換え技術と遺伝子治療技術の進化によるものです。これらの技術は、組織特異的な遺伝子転写に影響を与えるメカニズムを理解することで強化されます。遺伝子除去により、対象となる生物に導入された化合物によって遺伝子を除去することができます。[5]
トランスジェニックマウスにおける遺伝子除去
遺伝子除去技術は、生殖細胞系列に存在するほぼすべての遺伝子に変異を持つマウスを作れる可能性がある。この技術はまだ完成していないが、胚の成長に関する分子生物学や細胞生物学に関する疑問を解明する能力を持っている。さらに、脱髄、小人症、免疫不全などの人間の病気への影響を示すガイドとなる動物の作成にも役立つ可能性がある。[6]
植物の発達における遺伝子の除去
遺伝子除去は、哺乳類の細胞系統の研究において注目すべき要素です。この既知の特性は、植物の発達過程を解剖するさらなる研究を促します。遺伝子組み換え植物を生産する能力とともに、さまざまな細胞タイプで特異的に示されるプロモーターの使用による意図的な細胞死を通じて、発達段階の包括的な概要が観察されます。キメラ植物の生産に使用されるより特殊な技術とレーザー除去を組み合わせることで、遺伝子除去は植物細胞の発達を理解するための主要なメカニズムとして機能します。[7]
参考文献
- ^ Crommelin, DJA; Sindelar, RD (1997).製薬バイオテクノロジー：基礎と応用。フィラデルフィア、ペンシルバニア州：Taylor and Francis。
- ^ Seidman, JG (2009). 「 マウスゲノムの操作」.分子生物学の最新プロトコル. 85. doi :10.1002/0471142727.mb2300s85. S2CID 221604198.
- ^ Lumsden, Andrew; Wilkinson, David (1990). 「遺伝子除去の可能性」. Nature . 347 (6291): 335–336. doi : 10.1038/347335a0 . ISSN 1476-4687. PMID 2215645. S2CID 4282392.
- ^ abc Sweeney, Sean T.; Hidalgo, Alicia; de Belle, J. Steven; Keshishian, Haig (2012年9月1日). 「ショウジョウバエの機能的細胞アブレーションのための遺伝子システム」Cold Spring Harbor Protocols . 2012 (9): 950–956. doi :10.1101/pdb.top068361. PMID 22949708.
- ^ DeMayo, Francesco J.; Tsai, Sophia Y. (2001-10-01). 「標的遺伝子制御と遺伝子アブレーション」. Trends in Endocrinology & Metabolism . 12 (8): 348–353. doi :10.1016/S1043-2760(01)00462-3. ISSN 1043-2760. PMID 11551808. S2CID 29376975.
- ^ Bernstein, A.; Breitman, M. (1989). 「トランスジェニックマウスにおける遺伝子除去」.分子生物学と医学. 6 (6): 523–530. ISSN 0735-1313. PMID 2699511.
- ^ Nasrallah, JB; Nishio, T; Nasrallah, ME (1991 年 6 月)。「アブラナ科植物の自家不和合性遺伝子: 花組織の遺伝子除去における発現と利用」。植物生理学および植物分子生物学年次レビュー。42 : 393–422。doi : 10.1146/annurev.pp.42.060191.002141 。