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<font size="+1">[https://researchmap.jp/hirokazuhirai 平井宏和]</font><br> | <font size="+1">[https://researchmap.jp/hirokazuhirai 平井宏和]</font><br> | ||
''群馬大学 医学系研究科''<br> | ''群馬大学 医学系研究科''<br> | ||
DOI：<selfdoi /> | DOI：<selfdoi /> 原稿受付日：2018年3月27日 原稿完成日：2018年6月28日<br> | ||
担当編集委員：[https://researchmap.jp/ | 担当編集委員：[https://researchmap.jp/read0080380 上口裕之]（理化学研究所 脳科学総合研究センター）<br> | ||
</div> | </div> | ||
英語名：transgenesis | 英語名：transgenesis | ||
{{box|text= | {{box|text= 遺伝子を培養細胞に導入し、細胞機能を変化させる研究は半世紀以上前から行われているが、近年、ウイルスベクターの開発が進み、極めて効率的な遺伝子導入が生体動物においても可能になった。またCRISPR/Cas9技術の発見は、遺伝子導入によるゲノム編集を可能にし、遺伝子導入を用いた研究の幅が大きく広がりつつある。}} | ||
==遺伝子導入とは== | |||
物理化学的、あるいは生物学的手法を用いて[[遺伝子]]を細胞の外から中へ入れること。細胞の中に入った遺伝子が[[RNA]]の場合は[[細胞質]]で[[タンパク質]]へ翻訳されたり、[[mRNA]]と相補的に結合して翻訳を阻害したりして、細胞機能に影響を及ぼす。導入された遺伝子が[[DNA]]の場合は核内へと移行し、そのまま、あるいは細胞の染色体に組み込まれたのちmRNAへと転写される。 | |||
==目的== | ==目的== | ||
===過剰発現=== | ===過剰発現=== | ||
1980年代から90年代にかけて、多くの遺伝子がクローニングされた。神経科学領域では[[電位依存性イオンチャネル]]、[[アセチルコリン受容体]]、[[グルタミン酸受容体]]、[[GABA受容体]]、[[グリシン受容体]]など、重要な[[膜タンパク質]][[イオンチャネル]] | 1980年代から90年代にかけて、多くの遺伝子がクローニングされた。神経科学領域では[[電位依存性イオンチャネル]]、[[アセチルコリン受容体]]、[[グルタミン酸受容体]]、[[GABA受容体]]、[[グリシン受容体]]など、重要な[[膜タンパク質]][[イオンチャネル]]や[[神経伝達物質]][[受容体]]の[[遺伝子クローニング]]の報告が相次いだ。これら膜タンパク質のmRNAやcDNAを、それぞれ[[アフリカツメガエル]]やHEK293細胞などの[[培養細胞]]に導入すると、[[転写]][[翻訳]]されてタンパク質が発現する。遺伝子が導入されていない細胞をコントロールとして、遺伝子導入した細胞を様々なアプローチで解析することにより、発現タンパク質の性質や機能が解析された。 | ||
野生型のcDNAを導入することに加えて、様々な場所に[[変異]]を導入した遺伝子を導入し、発現したミュータントを野生型と比較することで、変異部位が果たす役割を解析することができる。また疾患の原因遺伝子に見られる変異を導入したミュータントを発現・解析することで、その変異と疾患の関連を調べることが可能となる。 | 野生型のcDNAを導入することに加えて、様々な場所に[[変異]]を導入した遺伝子を導入し、発現したミュータントを野生型と比較することで、変異部位が果たす役割を解析することができる。また疾患の原因遺伝子に見られる変異を導入したミュータントを発現・解析することで、その変異と疾患の関連を調べることが可能となる。 | ||
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=== 電気穿孔法 === | === 電気穿孔法 === | ||
エレクトロポレーション | [[エレクトロポレーション]] | ||
細胞と[[プラスミドDNA]]の懸濁液に電気パルスをかけることで[[細胞膜]]に微小な穴を一過性にあけ、DNAを細胞内部に送り込む方法。浮遊細胞や接着細胞だけでなく、[[子宮]]内胎仔脳への遺伝子導入にも用いられる。遺伝子導入効率は高く、他の遺伝子導入法に比べて簡単であるが、専用の器械を必要とする。 | 細胞と[[プラスミドDNA]]の懸濁液に電気パルスをかけることで[[細胞膜]]に微小な穴を一過性にあけ、DNAを細胞内部に送り込む方法。浮遊細胞や接着細胞だけでなく、[[子宮]]内胎仔脳への遺伝子導入にも用いられる。遺伝子導入効率は高く、他の遺伝子導入法に比べて簡単であるが、専用の器械を必要とする。 | ||
''詳細は[[電気穿孔法]]の項目参照。'' | |||
=== マイクロインジェクション法 === | === マイクロインジェクション法 === | ||
微小ガラスキャピラリーを用いて DNAやRNAを細胞に注入する方法。DNAやRNAを注入したマイクロ[[マニピュレータ]]を、顕微鏡下で操作して細胞に差し込み微量注入する。不均一な細胞集団でも特定の細胞を選別しながら、一つ一つ確実に注入することができ，発現効率も良いが、一度に多数の細胞に対しては行えず、また専用の機器と、ある程度の練習が必要である。 | 微小ガラスキャピラリーを用いて DNAやRNAを細胞に注入する方法。DNAやRNAを注入したマイクロ[[マニピュレータ]]を、顕微鏡下で操作して細胞に差し込み微量注入する。不均一な細胞集団でも特定の細胞を選別しながら、一つ一つ確実に注入することができ，発現効率も良いが、一度に多数の細胞に対しては行えず、また専用の機器と、ある程度の練習が必要である。 | ||
=== | === 遺伝子銃法 === | ||
[[パーティクル・ガン法]] | |||
[[wj:タングステン|タングステン]]や[[wj:金|金]]などの金属微粒子にDNAをコーティングし、[[wj:ヘリウム|ヘリウム]]などの高圧ガスを用いて高速で細胞内にDNAを導入する方法<ref><pubmed> 1422046</pubmed></ref>。ガス圧や射出口と試料の距離を変えることで、金属微粒子の射出強度を調節することができ、培養細胞、[[スライス培養]]標本や動植物個体へ打ち込むことが可能である。簡便な方法であるが、機材が高価でランニングコストもかかるという欠点がある。 | [[wj:タングステン|タングステン]]や[[wj:金|金]]などの金属微粒子にDNAをコーティングし、[[wj:ヘリウム|ヘリウム]]などの高圧ガスを用いて高速で細胞内にDNAを導入する方法<ref><pubmed> 1422046</pubmed></ref>。ガス圧や射出口と試料の距離を変えることで、金属微粒子の射出強度を調節することができ、培養細胞、[[スライス培養]]標本や動植物個体へ打ち込むことが可能である。簡便な方法であるが、機材が高価でランニングコストもかかるという欠点がある。 | ||
=== 超音波遺伝子導入法=== | === 超音波遺伝子導入法=== | ||
ソノポレーション | [[ソノポレーション]] | ||
すでに臨床で使用されている直径 1 – 10μmの超音波造影剤（マイクロバブル）へ超音波を照射することでバブルの圧壊（キャビテーション）が誘導される。そのときに生じるジェット流が一過性に開ける細胞の小孔から、外来遺伝子を細胞内に導入する方法<ref>'''谷山 | すでに臨床で使用されている直径 1 – 10μmの超音波造影剤（マイクロバブル）へ超音波を照射することでバブルの圧壊（キャビテーション）が誘導される。そのときに生じるジェット流が一過性に開ける細胞の小孔から、外来遺伝子を細胞内に導入する方法<ref>'''谷山 義明、森下 竜一'''<br>超音波を用いた核酸導入法の開発<br> Yakugaku zasshi : Journal of the Pharmaceutical Society of Japan: 126:1039-45：2006.</ref>。標的部位を正確に制御することが可能で、[[電気穿孔法]]よりも組織へのダメージが少ない。まだ完全に確立された手法はなく、試行錯誤が必要である。 | ||
=== ウイルスベクター === | === ウイルスベクター === | ||
細胞に吸着して自らのゲノムを細胞内に送り込むウイルスの性質を利用した遺伝子導入法。複製に関与する遺伝子領域および、カプシドなどの構造タンパク質のコード領域はもたず、代わりに目的とする外来遺伝子が組み込まれている。細胞に吸着して外来遺伝子を細胞内に送り込むが、ウイルス粒子の複製・増殖能はない（癌の遺伝子治療においては、複製・増殖能を保持したまま弱毒化したウイルスも使われている）。[[アデノウイルスベクター|アデノウイルス]]、[[レトロウイルスベクター|レトロウイルス]]、[[レンチウイルスベクター|レンチウイルス]]、[[狂犬病ウイルスベクター|狂犬病ウイルス]]、[[センダイウイルスベクター|センダイウイルス]]、[[アデノ随伴ウイルスベクター|アデノ随伴ウイルス]]など様々なウイルス由来のベクターが開発されている。 | |||
''詳細は[[ウイルスベクター]]の項目参照。'' | |||
== 関連項目 == | == 関連項目 == | ||
* [[ | * [[ウイルスベクター]] | ||
* [[ | * [[電気穿孔法]] | ||
* [[ゲノム編集]] | |||
== 参考文献 == | == 参考文献 == | ||
<references/> | <references/> | ||