遺伝子改変動物の作製には専門的な知識と技術が必要であり、またその利用は国際的な法の規制を受けるため、専用の施設を有する大学などの研究機関や企業でのみ作製・維持されている。

遺伝子改変動物

遺伝子治療と動物実験と遺伝子改変動物

遺伝子(いでんし)は生物の遺伝情報を担う主要因子であると考えられている。全ての生物でDNAを媒体として、その塩基配列にコードされている。ただし、RNAウイルスではRNA配列にコードされている。 遺伝子疾患(いでんししっかん、英: Genetic disorder)は、遺伝子の異常が原因になって起きる疾患の総称。 狭義に遺伝病とも称されるが、現在では次世代に遺伝しない場合も含めた概念となっている。

目次 1 種類 2 概要 3 遺伝子疾患の一覧 3.1 先天性代謝異常症 3.2 先天性内分泌疾患 3.3 原発性免疫不全症候群 3.4 先天性皮膚疾患 3.5 多発性腫瘍 3.6 奇形症候群 4 加齢の遺伝子への影響

 

遺伝子改変動物分野の研究テーマ

(1) 糖転移酵素遺伝子ノックアウトマウスを用いた細胞間相互作用の研究
 
(2) 遺伝子トラップ法による新規発生制御遺伝子の単離と機能解析
 
(3)アスパラギンエンドペプチダーゼ(AEP)KOマウスを用いた免疫系の解析
 

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もっとも狭義の遺伝子はタンパク質の情報に対応する転写産物(mRNA)の情報が書き込まれている核酸分子上のある長さをもった特定の領域=構造遺伝子(シストロン)のことをさす。転移RNA(tRNA)やリボソームRNA(rRNA)などの転写産物そのものが機能を持つノンコーディングRNAの情報が書き込まれている部分や、それ自体は転写はされないが転写因子の認識部位となり、転写産物の転写時期と生産量を制御するプロモーターやエンハンサーなどの調節領域を含める場合もある(→オペロン)。ちなみに、語感が似る調節遺伝子とは上記の転写因子のタンパク質をコードしたれっきとした構造遺伝子である。通常、遺伝子といった場合は構造遺伝子とノンコーディングRNAに対応する領域を指すことが多い。 ある生物種・病原・細胞小器官などにおけるジャンクDNA等も含む広義の遺伝子の総和はゲノムと呼ばれる。ゲノム上の遺伝子の位置を示したものを遺伝子地図や染色体地図と呼ぶ。ただし、ゲノムは真核生物においては=一組の染色体の塩基配列の全てであり、通常、葉緑体やミトコンドリアなどの細胞小器官は別ゲノムとしてあつかう(例えば「ヒトのゲノム」といった場合は、「ヒトミトコンドリアのゲノム」は含まない)。 古典的には遺伝子は、ゲノムもしくは染色体の特定の位置に占める遺伝の単位(→遺伝子座)であり、その位置は変わらず、構造も変化しないと考えらていた。しかしトランスポゾン(可動性遺伝子)が発見され、抗体産生細胞で多種の抗体を作り出すために遺伝子を再編成していることが明らかにされている。他にも遺伝子増幅、染色体削減といったダイナミックな変化や、二つの遺伝子の転写産物がつなぎあわされるトランススプライシングのように遺伝子の概念を広げる現象もある。 集団遺伝学や進化ゲーム理論で用いられる遺伝子概念は自然選択あるいは遺伝的浮動の対象として集団中で頻度を変化させる理論的な存在である。表現型に算術平均的に影響を与えると仮定されている一種の情報であり、これは古典的な遺伝子の概念に近い。文化進化の文脈で用いられるミームは集団遺伝学における遺伝子のアナロジーである。 遺伝子という言葉は、「遺伝する因子」としての本来の意味を超えて遺伝子産物の機能までを含んで用いられる場合があり、混乱を誘発している。後者の典型例としては、遺伝しない遺伝子を使った遺伝子治療などがあげられる。さらに遺伝子やDNAという言葉は、科学的・神秘的といったイメージが先行し、一般社会において生物学的定義から離れた用いられ方がされていることが多い。それらの大半は通俗的な遺伝観を言い換えたものに過ぎない。また一般雑誌などでは疑似科学的な用法もしばしば見受けられる。

 

機能
DNA複製 遺伝子はDNAが複製されることによって次世代へと受け継がれる。複製はDNAの二重らせんが解かれて、それぞれの分子鎖に相補的な鎖が新生されることで行われる。 本質的には情報でしかない遺伝子が機能するためには発現される必要がある。発現は、一般に転写と翻訳の過程を経て、遺伝情報(= DNAの塩基配列)がタンパク質などに変換される過程である。こうしてできたタンパク質が、ある場合は直接特定の生体内化学反応に寄与して化学平衡などに変化をもたらすようになり、またある場合は他の遺伝子の発現に影響を与え、その結果形質が表現型として現われてくる。転写はDNAからRNA(mRNAやrRNAなど)に情報が写し取られる現象であり、翻訳はmRNAの情報を基にタンパク質が合成される過程である。この過程はセントラルドグマとも呼ばれる。


真正細菌での遺伝子発現
遺伝子の発現に関する多くの知見は真核生物ではなく真正細菌である大腸菌をモデル生物とした実験から得られてきた。大腸菌の遺伝子発現は基本的に以下のステップに分けられる。 1. 転写 2. 翻訳 3. 遺伝子制御(発現の調節) 調節段階は再び別の遺伝子発現に影響を及ぼしたり、あるいは周囲の栄養条件などによっても調節を受ける。真正細菌の遺伝子発現様式は真核生物とは異なるところが多いものの、一般的な遺伝子発現として理解できる。

真正細菌の転写
転写とは、ゲノムDNAにコードされる遺伝子本体およびその周辺領域(具体的には以下に説明)がRNAポリメラーゼによって相補的なRNA鎖 (mRNA) が合成される過程である。必要な材料としては、 * DNA依存性RNAポリメラーゼ(以降RNAポリメラーゼ) * ゲノムDNA * リボヌクレオチド(RNA分子:AUGC) 以上が基本的な要素である。ポリメラーゼの反応などにはマグネシウムなどを要求する場合があるが、ここでは割愛する。ここで、真核生物と異なるところは、RNAポリメラーゼの構造である。大腸菌のRNAポリメラーゼは5個のサブユニットから構成されており、サブユニット名からα2ββ’σ構造(αサブユニット:2個、β:1個、β':1個、σ:2個)を取っている。 これらのサブユニットの役割は以下のようになっている。 * αサブユニット:プロモーター配列(後述)への結合 * βサブユニット:RNA合成開始前にリボヌクレオチドを先駆的に結合させる * β’サブユニット:DNA配列への結合 * σサブユニット:プロモーター配列の認識 αは無作為にプロモーター配列に結合するが、σサブユニットはその配列を認識して、発現に適当な遺伝子であるかどうか判断する。βおよびβ'はそれぞれが共役してRNAポリメラーゼ活性を発揮する。σサブユニットはプロモーター配列認識の際に必要であり、転写が始まるとRNAポリメラーゼから離れていく。σサブユニットがRNAポリメラーゼに含まれるか否かで名称が異なっており、以下の名前で示される。 * ホロ酵素:α2ββ’σ構造、ゲノムDNAのプロモーター配列認識の際に構成される形状 * コア酵素:α2ββ’構造、転写の最中、および細胞内を遊離している状態の形状 σサブユニットの脱着は、転写反応に深く関係する。 転写反応は以下の段階に分類される。 * 開始 * 伸長(延長) * 終結 これらの反応の詳細については、転写の項で述べる。

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遺伝子改変動物(いでんしかいへんどうぶつ、genetically modified animal)は、遺伝子工学を用いて人為的に個体の遺伝情報を変化させた動物である。その作製法により、外部から特定の遺伝子を導入したトランスジェニック動物、特定の遺伝子を破壊して欠失させたノックアウト動物などの種類がある。生命科学分野では、特定の遺伝子が生体内 (in vivo) でどのように機能しているかを研究するために必須の存在となっており、特に遺伝子改変マウスは、ヒトと近縁の高等哺乳動物で最も早く技術が確立したことから、ヒトの生理現象や疾患を再現できるモデル生物として現在最も多く利用されている。 遺伝子改変動物の作製には専門的な知識と技術が必要であり、またその利用は国際的な法の規制を受けるため、専用の施設を有する大学などの研究機関や企業でのみ作製・維持されている。 人為的に作製された遺伝子改変動物は生態系に影響を与える恐れがあり、2009年現在、生物の多様性に関する条約の一部であるカルタヘナ議定書によって世界的に規制の枠組みが定められている。日本ではこれに対応する国内法としていわゆるカルタヘナ法があり、動物だけでなく植物や細菌・真菌なども含めた遺伝子組換え生物[1]の作製、移動、保管が制限されている。 線虫やショウジョウバエ、ゼブラフィッシュなど小型の動物では、変異原を投与して様々な遺伝子に突然変異を起こすことが広く行われている。このようにして得られた個体も人為的に遺伝情報を変化させてはいるが、極めて可能性は低いものの自然にも起こり得る変化であり、外来の遺伝子を含まないため、カルタヘナ法による規制の対象とならない。このような個体は突然変異体と呼ぶのが一般的である。 トランスジェニックマウスの作製には様々な方法があるが、近年ではマイクロインジェクション法が主流となっている。作製方法はドナー動物から採取した受精卵前核へ倒立顕微鏡下でマイクロキャピラリーを用いてDNA溶液を注入する。DNA溶液は事前に調製しておいたものを使用する。その受精卵をレシピエント動物の卵管内に移植し、自然分娩された出生動物がトランスジェニックとなる。


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