挿入変異

分子生物学において、挿入変異とは、 1 つ以上の塩基対を追加することで DNA に変異を生じさせることです。このような挿入変異は、ウイルスやトランスポゾンを介して自然に発生することもあれば、研究目的で実験室で人工的に生成されることもあります。

署名タグ付き突然変異誘発

これは遺伝子の機能の研究に用いられる技術である。キイロショウジョウバエのP因子などのトランスポゾンを、研究対象生物のゲノム内のランダムな位置に組み込む。この方法で生成された変異体は、異常な表現型がないか検査される。異常な表現型が見つかった場合、挿入によって通常の表現型に関連する遺伝子が不活性化されたと推定できる。トランスポゾンの配列は既知であるため、ゲノム全体を配列決定して配列を検索するか、ポリメラーゼ連鎖反応を使用してその遺伝子を特異的に増幅することで、遺伝子を特定することができる。

ウイルス挿入変異

多くのウイルスは複製するために自身のゲノムを宿主細胞のゲノムに組み込むため、ウイルス感染による突然変異は比較的よく起こります。ただし、すべての組み込みウイルスが挿入突然変異を引き起こすわけではありません。

DNA挿入によっては、目立った変異をもたらさないものもあります。歴史的に、レンチウイルスベクターには、挿入変異、つまり遺伝子の機能に影響を与える核DNAの変異という副作用のある強力なウイルスプロモーターが含まれていました。^{[1]これらの強力なウイルスプロモーターは、}癌形成の主な原因であることが示されました。^[1]その結果、ウイルスプロモーターは細胞プロモーターと調節配列に置き換えられました。^{[1]遺伝的に不利な場所にDNAを組み込む傾向がある}ガンマレトロウイルスなどのウイルスの場合、結果として生じる変異の重症度は、ウイルスDNAが挿入される宿主ゲノム内の場所に完全に依存します。DNAが必須遺伝子の真ん中に挿入された場合、細胞への影響は劇的なものになります。さらに、遺伝子のプロモーター領域への挿入も同様に劇的な影響を与える可能性があります。同様に、ウイルス DNA がリプレッサーに挿入されると、プロモーターの対応する遺伝子が過剰発現し、その産物が過剰になり、細胞の活動が変化する可能性があります。DNA が遺伝子のエンハンサー領域に挿入されると、遺伝子が過少発現し、その産物が相対的に欠如し、細胞の活動が著しく妨げられる可能性があります。

さまざまな遺伝子の改変は、細胞にさまざまな影響を及ぼします。すべての変異が細胞の増殖に重大な影響を与えるわけではありません。ただし、挿入が必須遺伝子または細胞複製やプログラム細胞死に関与する遺伝子で発生した場合、挿入によって細胞の生存能力が損なわれたり、細胞が際限なく複製され、腫瘍の形成につながり、癌化する可能性があります。

挿入変異は、ウイルスが遺伝子治療で一般的に使用される自己不活性化型であるか、複製能力があるかに関係なく発生する可能性があります。ウイルスは、通常、細胞の myc (c-myc) 遺伝子の近くに遺伝子 (ウイルス性癌遺伝子と呼ばれる) を挿入します。c -myc遺伝子は通常、細胞内でオフになっていますが、オンになると、細胞を細胞周期のG1 期に押し込み、細胞の複製を開始させ、無制限の細胞増殖を引き起こし、ウイルス遺伝子の複製を可能にします。ウイルス遺伝子が潜伏状態にある多くの複製の後、腫瘍が成長し始めます。これらの腫瘍は通常、1 つの変異/形質転換細胞 (クローン起源) に由来します。鳥類白血病ウイルスは、挿入変異によって病気を引き起こすウイルスの例です。鳥類白血病ウイルスに感染した孵化したばかりのヒナは、腫瘍を形成し始め、ファブリキウス嚢(人間の胸腺のように)に現れ始めます。このウイルス遺伝子挿入は、c-myc遺伝子の発現を促進するため、プロモーター挿入としても知られています。ヒトゲノムのレトロトランスポゾンによって引き起こされる挿入変異の例があり、福山型筋ジストロフィーを引き起こします。 ^[2]

挿入不活性化

挿入不活性化は、組換えDNA工学においてプラスミド（ pBR322など）^[3]を使用して遺伝子の発現を無効にする技術である。 ^[4]

DNA の断片をコード配列の中央に挿入して遺伝子を不活性化すること。不活性化された遺伝子から将来的に生成されるものは、コードが追加されたために機能しなくなります。例としては、アンピシリンとテトラサイクリン抗生物質に対する耐性を付与するポリペプチドをそれぞれコードする遺伝子を持つ pBR322 の使用があります。したがって、pBR322 の組み込みによって遺伝子領域が中断されると、遺伝子機能は失われますが、新しい遺伝子機能 (特定の抗生物質に対する耐性) が得られます。

挿入変異誘発の代替戦略は、がんを引き起こす遺伝子を見つけるために脊椎動物で使用されています。この場合、トランスポゾン（例：Sleeping Beauty）は、遺伝子を中断して最大限の遺伝的混乱を引き起こすように設計されています。具体的には、トランスポゾンには、挿入部位で中断された遺伝子の発現を切断し、次に2番目の切断された遺伝子の発現を再開するシグナルが含まれています。この方法は、がん遺伝子の特定に使用されています。^[5]^[6]

参照

参考文献

^ abc Poletti, Valentina; Mavilio, Fulvio (2021). 「遺伝性疾患の遺伝子治療のためのレンチウイルスベクターの設計」.ウイルス. 13 (8): 5. doi : 10.3390/v13081526 . ISSN 1999-4915. PMC 8402868 . PMID 34452394.{{cite journal}}: CS1 メンテナンス: 日付と年 (リンク)
^ 「レトロウイルス」。2015年5月4日時点のオリジナルよりアーカイブ。
^ 「組換えDNA」。2012年8月5日時点のオリジナルよりアーカイブ。2010年4月11日閲覧。
^ 「挿入不活性化」。2009年2月18日時点のオリジナルよりアーカイブ。2010年4月11日閲覧。
^ Carlson CM、 Largaespada DA （2005年7月）。「マウスにおける挿入変異：新たな視点とツール」Nat. Rev. Genet . 6 （ 7）：568–80。doi ：10.1038/nrg1638。PMID 15995698。S2CID 3194633。
^ Ivics Z、Izsvák Z (2004)。「脊椎動物におけるトランスジェネシスと挿入変異誘発のための転移因子：実験戦略の最新レビュー」。モバイル遺伝因子。Methods Mol. Biol. Vol. 260. pp. 255–76. doi :10.1385/1-59259-755-6:255. ISBN 1-59259-755-6. PMID 15020812。

外部リンク

米国国立医学図書館の医学件名標目(MeSH)における挿入+突然変異誘発
gene-technology-online.com の図

[:1-1] Poletti, Valentina; Mavilio, Fulvio (2021). 「遺伝性疾患の遺伝子治療のためのレンチウイルスベクターの設計」.ウイルス. 13 (8): 5. doi : 10.3390/v13081526 . ISSN 1999-4915. PMC 8402868 . PMID 34452394.{{cite journal}}: CS1 メンテナンス: 日付と年 (リンク)

[2] 「レトロウイルス」。2015年5月4日時点のオリジナルよりアーカイブ。

[3] 「組換えDNA」。2012年8月5日時点のオリジナルよりアーカイブ。2010年4月11日閲覧。

[4] 「挿入不活性化」。2009年2月18日時点のオリジナルよりアーカイブ。2010年4月11日閲覧。

[5] ^ Carlson CM、 Largaespada DA （2005年7月）。「マウスにおける挿入変異：新たな視点とツール」Nat. Rev. Genet . 6 （ 7）：568–80。doi ：10.1038/nrg1638。PMID 15995698。S2CID 3194633。

[6] Ivics Z、Izsvák Z (2004)。「脊椎動物におけるトランスジェネシスと挿入変異誘発のための転移因子：実験戦略の最新レビュー」。モバイル遺伝因子。Methods Mol. Biol. Vol. 260. pp. 255–76. doi :10.1385/1-59259-755-6:255. ISBN 1-59259-755-6. PMID 15020812。