レポーター遺伝子

分子生物学において、レポーター遺伝子（単にレポーターと呼ばれることが多い）は、細菌、細胞培養、動物、または植物における別の関心遺伝子の調節配列に研究者が付加する遺伝子です。このような遺伝子は、それを発現する生物に与える特性が簡単に識別および測定できるため、または選択マーカーであるため、レポーターと呼ばれます。レポーター遺伝子は、特定の遺伝子が細胞または生物集団に取り込まれたか、または発現したかどうかを示す指標としてよく使用されます。

レポーター遺伝子を生物に導入するには、科学者はレポーター遺伝子と目的の遺伝子を同じDNA 構造に配置し、細胞または生物に挿入します。培養された細菌または原核細胞の場合、これは通常、プラスミドと呼ばれる環状 DNA 分子の形をとります。ウイルスの場合、これはウイルスベクターとして知られています。レポーターの発現は、目的の遺伝子の取り込みが成功したかどうかのマーカーとして使用されるため、研究対象の細胞または生物で本来発現していないレポーター遺伝子を使用することが重要です。^[1]

視覚的に識別可能な特性を誘導する一般的に使用されるレポーター遺伝子には、通常、蛍光タンパク質と発光タンパク質が含まれます。例としては、クラゲの緑色蛍光タンパク質(GFP)をコードする遺伝子 (これを発現する細胞は青色光または紫外線下で緑色に光ります) ^{[2] 、}ルシフェリンとの反応を触媒して光を生成する酵素ルシフェラーゼ、および遺伝子dsRed  [fr]からの赤色蛍光タンパク質などがあります。^{[3] [4] [5] [6] [7]} GUS遺伝子は植物で一般的に使用されていますが、ルシフェラーゼとGFPがより一般的になりつつあります。^{[8] [9]}

細菌における一般的なレポーターは、タンパク質β-ガラクトシダーゼをコードする大腸菌 lacZ遺伝子である。^{[10]この酵素は、}基質類似体X-galを含む培地で増殖させたときに、遺伝子を発現する細菌を青色に見せる。細菌におけるレポーターでもある選択マーカーの例としては、抗生物質クロラムフェニコールに対する耐性を付与するクロラムフェニコールアセチルトランスフェラーゼ（CAT）遺伝子がある。^[11]

トランスフェクションと形質転換の多くの方法（生物内で外来遺伝子または改変遺伝子を発現させる 2 つの方法）は、その技術の対象となった集団のごく一部にしか効果がありません。^{[13] [14]}そのため、遺伝子取り込みに成功した数少ないイベントを識別する方法が必要です。この方法で使用されるレポーター遺伝子は通常、導入された目的遺伝子のプロモーターとは独立して、独自のプロモーター（遺伝子転写を開始する DNA 領域）の下で発現します。レポーター遺伝子は、恒常的に（つまり「常にオン」）発現することも、 β-ガラクトシダーゼ システムへのイソプロピル β-D-1-チオガラクトピラノシド（IPTG）の導入などの外部介入によって誘導的に発現することもできます。 ^[10]その結果、レポーター遺伝子の発現は目的遺伝子の発現とは独立しており、目的遺伝子が特定の条件下でのみ発現する場合やアクセスが困難な組織でのみ発現する場合に有利です。^[1]

CATのような選択マーカーレポーターの場合、トランスフェクトされた細菌集団はクロラムフェニコールを含む基質上で増殖させることができる。CAT遺伝子を含む構造体をうまく取り込んだ細胞だけが、これらの条件下で生存し、増殖する。^[11]

レポーター遺伝子は、通常は定量的に分析することが難しい対象遺伝子の発現を分析するために使用できます。^[1]レポーター遺伝子は、細胞培養または生物にほとんど明白なまたは即時の効果を及ぼさないタンパク質を生成する可能性があります。理想的には、対象遺伝子の発現の結果としてのレポーター遺伝子の発現を分離できるように、ネイティブゲノムには存在しません。^{[1] [15]}

レポーター遺伝子を活性化するには、レポーター遺伝子を恒常的に発現させることができ、その場合、レポーター遺伝子は目的の遺伝子に直接結合して遺伝子融合体を形成する。^{[16]この方法は、}シス作用要素を使用する例であり、2 つの遺伝子が同じプロモーター要素の下にあり、単一のメッセンジャー RNA分子に転写される。次に、mRNAはタンパク質に翻訳される。融合されているにもかかわらず、両方のタンパク質が適切に活性構造に折り畳まれ、基質と相互作用できることが重要だ。DNA 構築物を構築する際には、柔軟なポリペプチド リンカー領域をコードする DNA セグメントが通常含まれるため、レポーターと遺伝子産物は互いに最小限の干渉しか行わない。 ^{[17] [18]レポーター遺伝子は、成長中に}誘導によって発現させることもできる。これらの場合、転写因子などのトランス作用要素を使用してレポーター遺伝子を発現する。^{[19] [20]}

レポーター遺伝子アッセイは、創薬や化学生物学におけるタンパク質標的や経路の小分子阻害剤や活性化剤を同定するためのハイスループットスクリーニング（HTS）でますます使用されている。レポーター酵素自体（例：ホタルルシフェラーゼ）が小分子の直接的な標的となり、HTSデータの解釈を混乱させる可能性があるため、アーティファクト抑制を組み込んだ新しい同時レポーター設計が開発されている。^{[21] [22]}

レポーター遺伝子は、細胞または生物における特定のプロモーターの活性を検査するために使用できます。^[23]この場合、個別の「対象遺伝子」は存在しません。レポーター遺伝子は単にターゲットプロモーターの制御下に置かれ、レポーター遺伝子産物の活性が定量的に測定されます。結果は通常、強力な遺伝子発現を誘導することが知られている「コンセンサス」プロモーター下での活性と比較して報告されます。^[24]

レポーター遺伝子のより複雑な大規模利用法としては、生体内で自然に相互作用するタンパク質を同定することを目的としたツーハイブリッドスクリーニングがある。^[25]

• GUS レポーターシステム

• レポーター遺伝子に関する研究のハイライトと最新情報。
• マウス胚全体のβ-ガラクトシダーゼ（lacZ）活性の染色