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#特定の遺伝子の破壊や過剰発現により、その遺伝子の機能を調べる。 | #特定の遺伝子の破壊や過剰発現により、その遺伝子の機能を調べる。 | ||
#特定の[[ニューロン]] | #特定の[[ニューロン]]に機能プローブを発現させて、そのニューロンの形態や活動パターン、生理的機能などを調べる。 | ||
#ヒトの[[wikipedia:ja:遺伝性疾患|遺伝性疾患]]と同じ[[wikipedia:ja:突然変異|突然変異]]の導入などにより、疾患モデルを確立する。 | #ヒトの[[wikipedia:ja:遺伝性疾患|遺伝性疾患]]と同じ[[wikipedia:ja:突然変異|突然変異]]の導入などにより、疾患モデルを確立する。 | ||
外来遺伝子を[[wikipedia:ja:ゲノム|ゲノム]]上のランダムな位置に挿入する場合と、ゲノム上の特定の部分に挿入する場合（[[標的遺伝子組換え]]；gene | 外来遺伝子を[[wikipedia:ja:ゲノム|ゲノム]]上のランダムな位置に挿入する場合と、ゲノム上の特定の部分に挿入する場合（[[標的遺伝子組換え]]；gene targeting）がある。後者は、特定の遺伝子を破壊するノックアウトの際に特に有用な技法となる。 | ||
==トランスジェニック動物とは== | |||
外部から特定の遺伝子を人為的に導入した動物をいう。 | |||
（背景、歴史、意義等イントロを御願い致します。） | |||
なお、トランスジェニック動物というと、通常は外来遺伝子が[[wikipedia:ja:生殖細胞|生殖細胞]]系にも導入され、次世代に受け継がれる場合を指すことが多い。ただし、外来遺伝子が一部の組織や細胞に局所的に導入され、次世代に受け継がれない場合も広義にはトランスジェニック動物に含まれ、[[wikipedia:ja:遺伝子組換え生物|遺伝子組換え生物]]の拡散などを規制する[[wikipedia:ja:カルタヘナ法|カルタヘナ法]]においても規制の対象となる。 | |||
== 外来遺伝子をゲノム上のランダムな位置に挿入する場合 == | == 外来遺伝子をゲノム上のランダムな位置に挿入する場合 == | ||
特定の遺伝子を含むDNAを生殖細胞や[[wikipedia:ja:受精卵|受精卵]]などに注入すると、一定の確率でDNAはゲノム上のランダムな位置に挿入され、その細胞が生殖可能な成体へと成長した際には次世代へと受け継がれるようになる。注入するDNAは、目的の遺伝子に[[プロモーター]]や[[エンハンサー]]、[[wikipedia:ja:イントロン|イントロン]]や[[wikipedia:ja: | 特定の遺伝子を含むDNAを生殖細胞や[[wikipedia:ja:受精卵|受精卵]]などに注入すると、一定の確率でDNAはゲノム上のランダムな位置に挿入され、その細胞が生殖可能な成体へと成長した際には次世代へと受け継がれるようになる。注入するDNAは、目的の遺伝子に[[プロモーター]]や[[エンハンサー]]、[[wikipedia:ja:イントロン|イントロン]]や[[wikipedia:ja:ポリアデニル化|ポリA付加シグナル]]なども加えることで、特定の組織や細胞種で効率よく発現させることが可能である。ただし実際には、導入遺伝子の発現は挿入されたゲノム上の位置の影響（位置効果；position effect）や挿入された導入遺伝子の数（コピー数；copy number）の影響も受けるため、予想した発現パターンと異なることも多い。また動物種によっては、外来遺伝子が挿入された個体と挿入されなかった個体の識別を容易にするために、何らかのマーカー遺伝子（marker gene）も同時に注入することがある。後述の標的遺伝子組換えと比べると手順の煩雑さが少なく、現在では[[マウス]]、[[ショウジョウバエ]]、[[線虫]]、[[ゼブラフィッシュ]]などの古典的な[[モデル動物]]以外の様々な動物種でも方法が確立されている。 | ||
=== マウスの場合 === | === マウスの場合 === | ||
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=== トランスポゾンなどを利用した遺伝子導入 === | === トランスポゾンなどを利用した遺伝子導入 === | ||
多くの動物種では、単にDNAを注入しただけではゲノム中に取り込まれる確率が非常に低い。しかしこうした動物でも、[[wikipedia:ja:トランスポゾン|トランスポゾン]]や[[wikipedia:ja: | 多くの動物種では、単にDNAを注入しただけではゲノム中に取り込まれる確率が非常に低い。しかしこうした動物でも、[[wikipedia:ja:トランスポゾン|トランスポゾン]]や[[wikipedia:ja:ウイルス|ウイルス]]、[[wikipedia:ja:DNAエンドヌクレアーゼ|DNAエンドヌクレアーゼ]]などを利用することで、トランスジェニック動物の作製が可能となることがある。 | ||
例えばショウジョウバエでは、[[wikipedia:ja:P因子|P因子]]（P element）と呼ばれるトランスポゾンを利用する。このトランスポゾンは、トランスポゼースをコードする遺伝子と、トランスポゼースの認識配列からなる。導入したい遺伝子の前後に認識配列を付加し、トランスポゼースをコードする遺伝子も同時に胚に注入することで、トランスポゾンがゲノムに挿入されるのと同じ原理で目的の遺伝子が挿入される。現在では様々な[[wikipedia:ja:脊椎動物|脊椎動物]]・[[wikipedia:ja:無脊椎動物|無脊椎動物]]において、各動物種への遺伝子導入に適したトランスポゾンが同定されている<ref><pubmed> 18047686</pubmed></ref><ref><pubmed> 19478801 </pubmed></ref>。 | |||
なお線虫の場合は、生殖細胞に注入されたDNAがゲノムに挿入されることは滅多にないが、それでも細胞分裂の際に[[wikipedia:ja:染色体|染色体]]とは独立に複製、分配される<ref><pubmed> 3837845 </pubmed></ref>。これは、線虫の染色体がセントロメアに特化した部位を要さない性質（holocentric）と関係すると考えられる<ref><pubmed> 22018540 </pubmed></ref>。 | なお線虫の場合は、生殖細胞に注入されたDNAがゲノムに挿入されることは滅多にないが、それでも細胞分裂の際に[[wikipedia:ja:染色体|染色体]]とは独立に複製、分配される<ref><pubmed> 3837845 </pubmed></ref>。これは、線虫の染色体がセントロメアに特化した部位を要さない性質（holocentric）と関係すると考えられる<ref><pubmed> 22018540 </pubmed></ref>。 | ||
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標的遺伝子組換えが最も一般的な技術となっているマウスでは、まず培養した[[胚性幹細胞]]（embryonic stem cell；ES cell）に外来遺伝子を導入する<ref name="ref1" />。その中から相同組換えが確認されたES細胞を選び、発生初期の[[wikipedia:ja:胚盤胞期胚|胚盤胞期胚]]（blastocyst-stage embryo）に注入する。すると、全身の一部の細胞が注入したES細胞に由来するキメラマウス（chimera mouse）が得られる。このキメラマウスの次世代で、全身の全ての細胞が外来遺伝子を含むマウスを得ることができる。 | 標的遺伝子組換えが最も一般的な技術となっているマウスでは、まず培養した[[胚性幹細胞]]（embryonic stem cell；ES cell）に外来遺伝子を導入する<ref name="ref1" />。その中から相同組換えが確認されたES細胞を選び、発生初期の[[wikipedia:ja:胚盤胞期胚|胚盤胞期胚]]（blastocyst-stage embryo）に注入する。すると、全身の一部の細胞が注入したES細胞に由来するキメラマウス（chimera mouse）が得られる。このキメラマウスの次世代で、全身の全ての細胞が外来遺伝子を含むマウスを得ることができる。 | ||
マウスでは上記のノックアウトやノックインに加え、特定の遺伝子の前後に[[loxP]]配列を挿入することもしばしば行われる（このようなマウスは「floxed mouse」と呼ばれる）。loxPとは、[[DNA組換え]]酵素[[Cre]]が認識する34塩基からなるDNA配列である。Creは2つのloxP配列を認識すると、両者の間で高効率に相同組換えを起こす。従って特定の遺伝子の前後にloxPを挿入した場合、Cre存在下でその遺伝子は切り出されて破壊されることとなる。Floxed mouseと、特定の細胞種や時期にCreを発現するトランスジェニックマウスとを掛け合わせることで、細胞種や時期特異的な遺伝子の破壊（[[コンディショナルノックアウト]]）が可能となる。脳科学の研究においては、ニューロンを構成する因子の多くが発生過程と成体の双方で重要な役割を担い、また、様々な脳部位で発現するため、コンディショナルノックアウトは有用な技術となっている。 | マウスでは上記のノックアウトやノックインに加え、特定の遺伝子の前後に[[Cre-loxシステム|loxP]]配列を挿入することもしばしば行われる（このようなマウスは「floxed mouse」と呼ばれる）。loxPとは、[[DNA組換え]]酵素[[Cre/loxPシステム#Cre.E3.83.AC.E3.82.B3.E3.83.B3.E3.83.93.E3.83.8A.E3.83.BC.E3.82.BC|Cre]]が認識する34塩基からなるDNA配列である。Creは2つのloxP配列を認識すると、両者の間で高効率に相同組換えを起こす。従って特定の遺伝子の前後にloxPを挿入した場合、Cre存在下でその遺伝子は切り出されて破壊されることとなる。Floxed mouseと、特定の細胞種や時期にCreを発現するトランスジェニックマウスとを掛け合わせることで、細胞種や時期特異的な遺伝子の破壊（[[コンディショナルノックアウト]]）が可能となる。脳科学の研究においては、ニューロンを構成する因子の多くが発生過程と成体の双方で重要な役割を担い、また、様々な脳部位で発現するため、コンディショナルノックアウトは有用な技術となっている。 | ||
=== マウス以外の動物種での標的遺伝子組換えの現状 === | === マウス以外の動物種での標的遺伝子組換えの現状 === | ||