遺伝子組み換えマウス

遺伝子組み換えマウス、遺伝子操作マウスモデル（GEMM）^[1]またはトランスジェニックマウスは、遺伝子工学技術の使用によりゲノムが改変されたマウス（Mus musculus）です。遺伝子組み換えマウスは、研究やヒト疾患の動物モデルとしてよく使用され、遺伝子の研究にも使用されます。患者由来異種移植（PDX）とともに、GEMMはがん研究における最も一般的な生体内モデルです。両方のアプローチは補完的であると考えられており、疾患のさまざまな側面を再現するために使用できます。^[2] GEMMは、標的の検証や、反応、耐性、毒性、薬力学の研究を容易にするため、医薬品開発にも大きな関心を集めています。^[3]

1974年、ベアトリス・ミンツとルドルフ・イェーニッシュは、DNAウイルスをマウスの初期胚に挿入し、挿入された遺伝子がすべての細胞に存在することを示して、最初の遺伝子組み換え動物を作成しました。 ^[4]しかし、マウスはトランスジーンを子孫に受け継がなかったため、この実験の影響と適用性は限られていました。1981年、イェール大学のフランク・ラドル^{[5] 、}オックスフォード大学のフランク・コスタンティーニとエリザベス・レイシー、ペンシルベニア大学とワシントン大学のラルフ・L・ブリンスターとリチャード・パルミターの研究室は、1960年代と1970年代にブリンスターが開発した技術を使用して、精製されたDNAを単一細胞マウス胚に注入し、遺伝物質が次の世代に伝達されることを初めて示しました。^{[6] [7] [8]} 1980年代、パルミターとブリンスターは遺伝子組み換えの分野を開発し、主導し、生殖細胞系列の改変方法を改良し、これらの技術を使用して、独自のアプローチ以前には不可能だった方法で遺伝子の活動と機能を解明しました。^[9]

遺伝子組み換えマウスを作製するための基本的な技術的アプローチは2つある。1つ目は、1960年代から1970年代にかけてラルフ・L・ブリンスターが開発し改良した技術である前核注入で、マウス胚の単一細胞に注入すると、その細胞がマウスゲノムにランダムに組み込まれる。 ^[10]この方法ではトランスジェニックマウスが作成され、マウスゲノムに新しい遺伝情報を挿入したり、内因性遺伝子を過剰発現したりするために使用される。オリバー・スミシーズとマリオ・カペッキが開拓した2つ目のアプローチは、標的遺伝子と相同なDNA配列を含むDNA構築物で胚性幹細胞を改変することである。ゲノムDNAと組み換える胚性幹細胞が選択され、マウスの胚盤胞に注入される。^[11]この方法は、単一の遺伝子を操作するために使用され、ほとんどの場合、標的遺伝子を「ノックアウト」しますが、ますます微妙で複雑な遺伝子操作が行われることもあります（たとえば、特定のタンパク質のヒト化、または単一のヌクレオチドのみの変更）。ヒト化マウスは、ヒト遺伝子を直接追加して作成することもでき、それによってマウス型のヒト-動物ハイブリッドが作成されます。たとえば、遺伝子組み換えマウスは、ヒト白血球抗原遺伝子を持って生まれ、免疫システムの反応を研究するためにヒト白血球を導入する際に、より現実的な環境を提供することができます。^[12]そのようなアプリケーションの1つは、 HLAに結合し、ヒトの免疫システムによって認識されるC型肝炎ウイルス（HCV）ペプチドの特定であり、これにより、将来のHCVワクチンのターゲットになる可能性があります。^[13]

遺伝子組み換えマウスは、ヒトの疾患モデルとして研究に広く使用されています。^[14]マウスは組織や臓器がヒトのものと類似しており、ヒトで機能する遺伝子と実質的に同じ遺伝子を全て有しているため、遺伝子操作や研究に有用なモデルです。^[15 ] また、研究に関しては、遺伝的に均質な何百もの系統が利用できる点で、他の哺乳類よりも優れています。^[15]また、サイズが小さいため、大量に飼育して収容することができ、研究や実験のコストを削減できます。^[15]最も一般的なタイプはノックアウトマウスで、これは単一（または場合によっては複数）の遺伝子の活性が除去されています。これらは、肥満、心臓病、糖尿病、関節炎、薬物乱用、不安、老化、温度と痛みの受容、パーキンソン病の研究とモデル化に使用されています。[ ^{16] [17]クローン化された}癌遺伝子を運ぶように生成されたトランスジェニックマウスと、腫瘍抑制遺伝子を欠くノックアウトマウスは、ヒトの癌の優れたモデルとなっています。体のほとんどの臓器に影響を及ぼす広範囲の癌を網羅する何百ものオンコマウスが開発されており、人間の癌をより代表するものとなるよう改良が進められています。 ^[9]これらのマウスモデルに対して、病気の症状や潜在的な薬剤や治療法をテストすることができます。

あるマウスは、分化した筋線維でインスリン様成長因子I（IGF-I）を過剰発現させることによって、筋肉の成長と強度が増加するように遺伝子操作された。^{[18] [19]別のマウスは、}グルコース代謝に関与する遺伝子を改変され、平均的なマウスよりも速く走り、より長く生き、より性的に活発で、太ることなくより多く食べる（代謝スーパーマウスを参照）。^{[20] [21]}別のマウスは、カプサイシンとメントールを含む研究でTRPM8受容体をブロックまたは除去された。^[17] TRPM8受容体が除去されたマウスは、温度の小さな変化とそれに伴う痛みを感知できなかった。^[17]

研究において遺伝子組み換えマウスをどのように使用するかを決定する際には、細心の注意を払う必要があります。^[22]比較に使用する正しい「野生型」対照マウスを選択するなどの基本的な問題さえも見落とされてしまうことがあります。^[23]

• ヒト化マウス

• マウスゲノムインフォマティクス (informatics.jax.org)
• 哺乳類遺伝学ユニット ハーウェル: ヒト疾患のマウスモデル