精子を介した遺伝子導入

精子介在遺伝子導入（SMGT）は、精子細胞が外来DNAに自発的に結合して内部化し、受精時に卵母細胞に輸送する能力に基づいて遺伝子を移入し、遺伝子改変動物を生産するトランスジェニック技術です。¹外来DNAとは、生物の外部に由来するDNAを指します。 SMGTを使用してトランスジェニック動物が得られていますが、この技術の効率は低いです。 効率が低い主な理由は、精子による外来DNAの取り込みが低く、トランスフェクトされた精子が卵母細胞を受精する可能性が低くなるためです。² SMGTでトランスジェニック動物をうまく生産するには、精子が頭部に外来DNAを付着させ、これらのトランスフェクトされた精子が卵母細胞を受精する機能を維持する必要があります。² SMGTで生産された遺伝子改変動物は、生物医学、農業、獣医学の研究に有用です。 SMGT は、ヒトの病気のモデルとなる動物を生成したり、ヒトの遺伝子治療に関する将来の発見につながったりするのにも役立つ可能性があります。

SMGT 法では、遺伝物質の天然ベクターである精子細胞を使用して、外来 DNA を輸送します。外来 DNA 分子は、精子細胞の頭部の細胞膜に結合します。この DNA の結合と内部化はランダムなイベントではありません。外来 DNA は、精子細胞の表面にある DNA 結合タンパク質 (DBP) と相互作用します。3精子は^、 哺乳類の精液中に存在する阻害因子によって、外来 DNA 分子の侵入から自然に保護されています。この因子は、阻害因子が存在すると DBP が外来 DNA に結合する能力を失うため、精子細胞と外来 DNA の結合をブロックします。この阻害因子がない場合、精子細胞上の DBP は DNA と相互作用し、DNA を細胞内に転座させることができます。したがって、射精直後に精液を十分に洗浄して精子サンプルから除去する必要があります^。3 DNAが内部化された後、外来 DNA をゲノムに統合する必要があります。 DNA 統合については、卵母細胞活性化時、核脱凝縮時、または前核形成時に DNA を統合するなど、さまざまなメカニズムが示唆されていますが、これらすべてのメカニズムは、精子細胞が卵母細胞に侵入した後に DNA の統合が起こることを示唆しています^。3

精子を介した遺伝子導入は、成功しているにもかかわらず、遺伝子操作の信頼できる形態としてまだ確立されていないため、議論の的となっている。懐疑論は、精子細胞が外来 DNA のベクターとして機能した場合、進化の混乱が生じる可能性があるという仮定に基づいている。4^合理的な仮定によれば、生殖器官には遊離 DNA 分子が含まれているため、精子細胞は外来 DNA 分子を拾うリスクに対して非常に耐性があるはずだ。 SMGT は実験的に実証されており、自然には SMGT に対する障壁があるという仮定に従っている。これらの障壁は常に絶対的なものではなく、SMGT の一貫性のない実験結果を説明することができる。4 ^SMGTに対する自然の障壁がある場合、成功は障壁が機能しなかった異常なケースにすぎない可能性がある。2 つの障壁が特定されている。外来 DNA 分子との結合を防ぐ精液中の阻害因子と、精子細胞と外来 DNA 分子の相互作用によって誘発される精子の内因性ヌクレアーゼ活性である。⁴これらの保護策により、精子と外来遺伝子配列との意図しない相互作用が最小限に抑えられると信じる根拠が生まれます。これらの障壁により、あらゆる受精イベントが潜在的に変異を引き起こす可能性があるという脅威から保護されます^。4

トランスジェニック動物は、精子を介した遺伝子導入などの遺伝子導入技術を使用して、うまく生産されてきました。この生産は成功していますが、プロセスの効率は低いです。トランスジェニック動物の生産における SMGT の効率が低いのは、主に精子細胞による外来 DNA の取り込みが悪く、トランスフェクトされた精子を持つ受精卵母細胞の数が減るためです。5 ¹⁹⁸⁹年から 2004 年にかけて、SMGT を使用して生存可能なトランスジェニック動物を生産したという主張が 30 件以上ありましたが、そのうち F ₀世代を超えてトランス遺伝子が伝達されたのは約 25 % に過ぎませんでした。4^この伝達は、使用可能な動物のトランスジェネシスを主張するために必要です。以前の研究によると、哺乳類、鳥類、昆虫、魚類を含む多数の動物種が SMGT 技術の影響を受けやすいことが判明しており、SMGT がさまざまな後生動物種に広く適用できることが示されています。⁴現在、遺伝子導入の頻度は低いものの、一部の実験では表現型の改変や動物全体の遺伝子導入の頻度が 80 パーセントにも達しています^。4

精子を介した遺伝子移入を胚体細胞遺伝子治療に利用する可能性は、今後の研究の課題である。胚体細胞遺伝子治療は、患者の年齢と遺伝子治療の有効性の間に逆相関関係があると思われるため、有利である。したがって、不可逆的な損傷が発生する前に遺伝子治療を行える可能性が理想的である。4 ^SMGTの成功を報告する実験の大部分は、受精後の遺伝子移入とトランスジェニックの維持の証拠を提供している。6 ^SMGTは、特に別のトランスジェニック技術である前核マイクロインジェクションと比較して、遺伝子治療のシンプルで費用対効果の高い方法であるという潜在的な利点がある。しかし、いくつかの成功と潜在的な有用性にもかかわらず、SMGT はまだ遺伝子改変の信頼できる形式として確立されていない^。6

1. Lavitrano M、Giovannoni R、Cerrito MG。2013。精子を介した遺伝子導入の方法。分子生物学の方法。927:519-529。

2. García-Vázquez FA、Ruiz S、Grullón LA、Ondiz AD、Gutiérrez-Adán A、Gadea J. 2011. ブタの精子媒介遺伝子導入に影響を与える要因。獣医学の研究。 91(3):446-53。

3. Lavitrano M、Busnelli M、Cerrito MG、Giovannoni R、Manzini S、Vargiolu A. 2006. 精子を介した遺伝子導入。生殖、生殖能力および発達。18:19-23。

4. Smith K, Spadafora C. 2005. 精子を介した遺伝子導入：その応用と意義。BioEssays. 27(5):551-562.

5. Collares T, Campos VF, de Leon PM, Moura, Cavalcanti PV, Amaral, MG, et al. 2011. 精漿除去およびジメチルスルホキシドまたはN,N-ジメチルアセトアミド処理した外因性DNAの精子を介した遺伝子導入によるニワトリへの遺伝子導入。Journal of Biosciences. 36(4):613-620.

6. スミスK. 2004.「遺伝子治療：遺伝子導入技術のヒト生殖細胞への潜在的適用可能性」国際医学ジャーナル1(2):76-91。