ヒト人工染色体

ヒト人工染色体( HAC ) は、ヒト細胞集団内で新しい染色体として機能できる微小染色体です。つまり、細胞は 46 本の染色体の代わりに 47 本を持つことができ、47 本目は非常に小さく、天然染色体の 50～250 メガベース (Mb) ではなく、およそ 6～10 メガベース (Mb) のサイズで、人間の研究者によって導入された新しい遺伝子を運ぶことができます。理想的には、研究者は病気の防御を含むさまざまな機能を実行するさまざまな遺伝子を統合できます。

酵母人工染色体や細菌人工染色体を利用するなどの、トランスジーンを作成するための代替方法は、予測できない問題を引き起こします。これらのベクターによって導入された遺伝物質は、異なる発現レベルをもたらすだけでなく、挿入によって元のゲノムが破壊されます。^[1] HACは、完全に別の染色体であるため、この点が異なります。既存の遺伝物質から分離されているため、挿入変異は発生しません。 ^{[2]この安定性と精度により、HACは}ウイルスベクター、YAC、BACなどの他の方法よりも優れています。 ^{[3] HACを使用すると、ウイルスベクターよりも多くのDNA（}プロモーターやコピー数変異を含む）を送達できます。 ^[4]

酵母人工染色体と細菌人工染色体は、 1997年に初めて開発されたヒト人工染色体よりも前に作られました。HACは、遺伝子導入ベクターとして、ヒト染色体機能の解明ツールとして、そしてヒトゲノムを能動的に注釈する方法として、発現研究に有用です。^[5]

歴史

HACは1997年にヒトHT1080細胞のテロメアDNAとゲノムDNAにアルファサテライトDNAを加えることで初めて新たに構築されました。これにより、目的のDNAと、テロメア配列やセントロメア配列など、構造的および有糸分裂的に安定する要素を含むまったく新しい微小染色体が得られました。 ^{[6] HACの}新規形成は難しいため、この方法はほとんど使用されなくなりました。

建設方法

現在、ヒト人工染色体ベクターの作成には 2 つのモデルが認められています。1 つ目は、天然のヒト染色体を改変して小さなミニ染色体を作成する方法です。これは、天然染色体を切断し、その後Cre-Lox組換えシステムを介して固有の遺伝物質を導入することで実現します。2 つ目の方法は、文字通り新しい染色体をde novo で作成することです。^[7]de novo HAC 形成に関する進歩は限られており、多くの大きなゲノム断片がde novoベクターにうまく統合されないためです。^[5]de novoベクター形成を制限するもう 1 つの要因は、構築に必要な要素、具体的にはセントロメア配列に関する知識が限られていることです。^[2]ただし、セントロメア配列に関する課題は克服され始めています。^[8]

アプリケーション

2009 年の研究では、HAC のさらなる利点、つまり非常に大きなゲノム断片を安定して含む能力が示されました。研究者は、デュシェンヌ型筋ジストロフィーの重要な原因要素である突然変異を含む 2.4 Mb のジストロフィン遺伝子を組み込みました。結果として得られた HAC は有糸分裂的に安定しており、キメラマウスでジストロフィンを正しく発現しました。ジストロフィンを正しく発現する以前の試みは失敗しました。そのサイズが大きいため、これまでベクターにうまく組み込まれたことはありませんでした。^[9]

2010 年に、21HAC と呼ばれる改良されたヒト人工染色体が報告されました。21HAC はヒト染色体 21 のストリップコピーに基づいており、長さ 5 Mb の染色体を生成します。21 番染色体の切断により、有糸分裂的に安定したヒト人工染色体が得られました。21HAC は、さまざまな種 (マウス、ニワトリ、ヒト) の細胞に移植することもできました。21HAC を使用して、研究者は単純ヘルペスウイルスのチミジンキナーゼコード遺伝子を腫瘍細胞に挿入することができました。この「自殺遺伝子」は、多くの抗ウイルス薬を活性化するために必要です。これらの標的腫瘍細胞は、健康な細胞を含む集団で抗ウイルス薬ガンシクロビルによって首尾よく選択的に終了されました。この研究は、遺伝子治療で HAC を使用するさまざまな機会を開きます。^[10]

2011年、研究者らは14番染色体を切断してヒト人工染色体を形成した。その後、Cre-Lox組み換えシステムを使用して遺伝物質を導入した。この特定の研究は、既存のゲノムDNAの一部を残すことによる発現レベルの変化に焦点を当てた。既存のテロメアおよびサブテロメア配列を残すことで、研究者らはエリスロポエチン産生をコードする遺伝子の発現レベルを1000倍以上に増幅することができた。エリスロポエチンは赤血球形成を制御するため、この研究は遺伝子治療にも大きな意味を持つ。^[11]

HACは、ヒトの疾患の動物モデルとして、また治療薬の製造のために遺伝子組み換え動物を作成するために使用されてきました。 ^[4]

参照

参考文献

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