相同組換え

相同組み換え:ヒト疾患研究のためのヒト化モデル、ノックインモデル、およびコンディショナル ノックアウトモデルに向けた、堅牢かつ効率的な遺伝子ターゲティング技術。

ヒト化モデル、ノックインモデル、およびコンディショナル ノックアウトモデル向けの遺伝子ターゲティング技術

相同組換えとは、2つの類似または同一のDNA分子間でヌクレオチド配列が交換される遺伝的組換えのことである。

この手法は、マウスの遺伝学研究で広く用いられています。「遺伝子ターゲティング」とも呼ばれるこの手法を用いると、元の遺伝子とは異なる遺伝子を組み込むことで、特定の遺伝子のコピーを特異的に置換することができます。

治療上の観点から注目されているのは、胚性幹細胞を用いて人工的な遺伝物質を導入し、標的となるマウスの遺伝子を不活性化させるノックアウトマウスの作製である。

さらに、この技術により、特定の変異、レポーター、あるいはヒト遺伝子配列を内因性遺伝子座に堅牢かつ効率的にノックインすることが可能となり、正確で生理学的により関連性の高いヒト疾患モデルの構築につながります。

こうしたモデルは、ターゲットの検証からADMET試験に至るまでの活動にわたり、研究実験や創薬プログラムに大きな影響を与えています。

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相同組換えを用いた代表的なマウスモデルの作製

化合物試験用ヒト化細胞膜受容体

GPCR、サイトカイン受容体、Ig受容体(FcR)、リガンド依存性陰イオンチャネル、電圧依存性ナトリウムチャネルなどの細胞膜受容体は、重要な創薬ターゲットです。マウスのタンパク質をヒトのホモログに置き換えることで、有効性を確保できるほか、予測可能性と精度を高めて親和性試験を実施することが可能になります。
genOwayは、受容体のヒューマナイズ化において豊富な実績(100以上のモデルを成功裏に作成)を有しており、転写、翻訳、発現が効率的かつヒトの状況を忠実に再現されることを保証しています。
細胞膜受容体用のヒューマナイズドマウスモデルは、創薬プログラムに対するその価値を実証しており、「ヒューマナイズ化およびノックイン技術」は、その目標を達成するための鍵となる技術です。

事例研究:細胞膜受容体CCR2(CD192とも呼ばれる)のヒト化による in vivo 低分子化合物の特異性および有効性の評価。

Prosserら(DDR 2002)を基に改変。「げっ歯類のCCR2をヒトのオルソログであるCCR2Bで標的的に置換: In Vivo ヒトの標的選択的小分子MCP-1受容体拮抗薬の解析のためのマウスモデル。

ヒト化マウスにおけるCCR2の発現

ヒトのCCR2は機能を有している

ヒトのCCR2遺伝子は、ヒト化動物において発現し、機能しており、不活性化されたマウス由来のCCR2に取って代わっている。

mRNAを用いた発現解析を行った(データ未掲載)。
機能性:チオグリコール酸の腹腔内投与に対して、正常な炎症反応が認められた(データ未掲載)。

CCR2ヒト化ノックインマウスにおけるケモカイン誘導性走化性

ヒト化CCR2モデルは、極めて有用なスクリーニングツールである

ヒト選択的CCR2拮抗薬の活性は、野生型モデルよりもヒト化CCR2モデルにおいて、より正確に予測・再現される。

CCR2ノックインマウスの腹腔細胞における日本脳炎ウイルス(JE)刺激による走化性を阻害するSB-399721の効力は(IC50 = 820 ± 83 nM)、同腹の野生型マウスの腹腔細胞における効力(IC50 = 5,500 ± 900 nM)に比べて約7倍高かった。

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抗体およびバイオ医薬品の in vivo 抗体およびバイオ医薬品の評価

モノクローナル抗体やバイオ医薬品の飛躍的な発展は、革新的な治療法への道を開きました。 In vivo モノクローナル抗体の評価には、新しいタイプの動物モデルが必要となります。モノクローナル抗体は特異性が高いため、マウスのタンパク質では適切に評価することができません。評価は、抗体がヒト抗原に結合するヒト化動物モデルにおいてのみ行われます。多くの場合、ヒト化後もシグナル伝達経路が機能し続けることが求められ、つまりヒト抗原がマウスのホモログを機能的に代替できる必要があります。 ヒト化モデルの利用は、モノクローナル抗体やバイオ医薬品の評価において不可欠なステップとなっている。ヒト化モデルに関する豊富な経験(250以上のモデルを成功裏に作成)に基づき、genOwayはバイオ医薬品試験用ヒト化モデルの開発における卓越性で高い評価を得ている。

事例研究:CTLA-4(細胞傷害性Tリンパ球抗原)のヒト化による in vivo モノクローナル抗体の特異性および有効性の評価。

CD80およびCD86に対する高親和性受容体であるCTLA-4は、T細胞の活性化を抑制することができる。CTLA-4を阻害すると、抗腫瘍免疫が促進されることが示されている。

Luteら(Blood 2005)を基に作成。ヒトCTLA-4ノックインマウスにより、抗CTLA-4抗体によって誘導される腫瘍免疫と自己免疫との間の定量的関連性が解明された。

ヒト化マウスにおけるCTLA-4によるT細胞活性化の抑制

ヒトのCTLA-4遺伝子が発現している

ヒトのCTLA-4遺伝子は、不活性化されたマウス由来のCTLA-4遺伝子に取って代わり、ヒト化動物において発現する。

発現解析は、刺激を受けていないCD4陽性脾細胞を対象に、FACSを用いて行った。

CTLA-4ヒト化マウスにおけるリンパ系細胞の分化

ヒトのCTLA-4遺伝子は機能している

ヒトのCTLA-4遺伝子は、マウス由来のCTLA-4遺伝子の機能的代替となる。

ヒト化CTLA-4マウスにおけるリンパ系器官の正常な発達。

ヒト化CTLA-4マウスにおける抗体の選定

ヒト化CTLA-4モデルは、極めて有用なスクリーニングツールである

ヒト化CTLA-4マウスにおいて、親和性および標識同位体が同一の抗CTLA-4抗体間の治療効果を確実に区別すること。

抗体3を投与した群では、9匹のマウスのうち2匹で腫瘍の完全消失が認められたほか、腫瘍の増殖が遅延することも確認された(データ未掲載)。

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ヒト化可溶性分子(免疫グロブリン、輸送タンパク質、インターロイキン、およびホルモン)

分泌型タンパク質は、生物医学研究において重要なターゲットおよびバイオマーカーです。これらの可溶性分子をヒト化することで、非常に価値のある研究モデルが得られます。例えば、以下のようなヒト化が挙げられます:

  • キメラ抗体および完全ヒト抗体の in vivo キメラ抗体および完全ヒト抗体の開発。
  • アルブミンなどの輸送タンパク質を用いて、血液による輸送が化合物の半減期や活性に及ぼす影響を調べる。
  • NCEまたはこれらの可溶性分子を標的とする抗体に関する in vivo NCEの研究、あるいはこれらの可溶性分子を標的とする抗体に関する研究。

ヒト化モデルは、特定のヒト抗体アイソタイプに対して耐性を持つモデルを生成し、マウスでの試験において治療用抗体に対するマウスの免疫反応を回避するためにも利用できます。

事例研究: in vivo 治療用ヒト化IgG1の有効性および毒性の評価。


ジェノウェイではマウス系統を取り扱っております。詳細については、弊社までお問い合わせください。
ヒト化IgG1

IgG1免疫グロブリンの軽鎖および重鎖の両方の定常領域は、ヒト化されていた(赤枠部分)。

可変領域はマウス由来である。

マウスにおけるヒト化IgG1の発現

ヒト化IgG1モデルは、抗体の開発および試験において完全に機能する

刺激を受けると、ヒト化IgG1マウスはヒトIgG1を産生し、マウスIgG1は産生しない。その他のアイソタイプの発現には変化がない。これらのマウスはヒトIgG1に対して耐性を示す。

KLHによる刺激後、ELISA法を用いて体液性免疫応答を評価した。マウスIgG1免疫グロブリンは発現していない。ヒトIgG1は標準的なレベルで検出された。

このモデルでは、IgM、IgD、IgG3、Ig2a、Ig2b、IgE、IgAを含む、その他のすべてのマウス同位体を産生している(データは示されていない)。

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バイオマーカーの発現モニタリング

バイオマーカーは、生理学的研究において重要なツールとなっています。それにより、以下のことが可能になります:

  • 応答カスケードにおける初期事象の検出。
  • 生理的反応の定量化。

ノックインモデルは、バイオマーカーの発現をモニタリングするための有用なツールを提供することを目的として設計することができます。このアプローチでは、バイオマーカーと同時にレポーターマーカーが発現します。バイオマーカーの生物学的活性への干渉を避けるため、genOway社は自社のIRES技術とヒューマナイゼーション・ノックイン技術を組み合わせ、バイシストロン発現を実現しています。これにより、レポーターの発現によってバイオマーカーの発現が影響を受けることがありません。

これにより、その機能ネットワークに干渉することなく、バイオマーカーの発現を効率的かつ容易にモニタリングすることが可能となる。このアプローチは、正常な生理的条件下だけでなく、さらに興味深いことに、病態下、特別な食事療法下、ストレス状態下などにおいても、より信頼性が高く価値のある情報を提供してくれる。

こうしたモデルは、免疫応答を誘導する化合物の評価、防御免疫応答の検出、およびエフェクター機能(細胞傷害性、抗腫瘍性、ヘルパー細胞、抑制細胞)の検出を目的として開発されてきた。

事例研究:IL-4の発現モニタリング。


ジェノウェイではマウス系統を取り扱っております。詳細については、弊社までお問い合わせください。

Mohrs ら(『Immunity』2001年)を基に作成。バイシストロン型IL4レポーターを用いた2型免疫の解析in vivo 。

IL-4は、ナイーブTh細胞のTh2細胞への分化を誘導し、免疫応答を体液性エフェクター応答へと誘導する。IL-4は、依然としてTh2細胞の代表的なマーカーである。

レポーター遺伝子およびIL-4の発現

レポーター遺伝子の発現は、IL4の発現に干渉しない。

IL-4遺伝子の発現モニタリングは、レポーター遺伝子を3'UTRに挿入することで行われます(IRES技術を用いたバイシストロニック発現)。レポーターの発現量は、IL-4遺伝子の発現量に比例します。

IL-4の発現モニタリング

IL-4発現の信頼性が高く高感度のモニタリング

このレポーターはIL4を発現する細胞でのみ検出されるため、IL4の発現を確実に検出・モニタリングすることが可能となる。

GFPの発現はIL-4の発現と相関しており、第2型エフェクター免疫の初期段階の動態をモニタリングすることを可能にする。これは、活性化された脾細胞に対するFACS解析によって確認された。
あらゆる培養条件で細胞分裂(活性化)が誘導されるものの、GFP陽性細胞はTh2分極を誘導する培養条件下でのみ検出される。 さらに、GFPは培養開始後わずか36時間という早い段階から、また細胞分裂(40~45時間)の前に検出される。

IL-4の生物学的機能およびエフェクター機能をモニタリングするためのGFP発現

未修飾IL-4活性を用いたモニタリング

GFPレポーターマウスでは、IL-4の生物学的機能およびエフェクター機能が維持されている。GFPの発現により、IL-4の応答を確実にモニタリングすることができる。

さまざまな臓器から分離したばかりの細胞に対するFACS解析。

Nocardia brasiliensis に対する防御反応は Th2 によって媒介される。効率的な Th2 プライミングが行われると、10 日以内に寄生虫が排出される。肺、腸間膜リンパ節(MLN)、末梢リンパ節(PLN)、および脾細胞における CD4 陽性細胞のプライミングを解析した。IL-4 産生細胞の出現は寄生虫の移動と一致しており、GFP の存在が防御的な Th2 免疫に影響を与えないことを示している。

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オフターゲット効果のモニタリング

異物(ゼノバイオティクス)は、標的遺伝子の発現や機能を直接的または間接的に調節する可能性があります。こうした非特異的活性を特定し、定量化することは、ADMET試験(例:SXRによるCYP450 3Aファミリーの調節)と同様に、ほとんどの創薬プログラムにおいて重要なステップとなります。

遺伝子改変動物モデルは、非特異的な影響の予測や測定に役立つ:

  • 動物モデルにおいてこれらの標的遺伝子をヒト化することで、非特異的活性をより予測可能に検出できるようになる。
  • バイオマーカーの遺伝子座にレポーターを挿入することで、バイオマーカーの発現誘導や抑制を測定することができる。

事例研究:ヒト化CAR(構成型アンドロスタン受容体)マウスを用いることで、野生型(WT)マウスよりも予測性の高いDMPK研究が可能となる。

Scheerら(J Clin Invest 2008)を基に作成。薬剤反応におけるヒトプレグナンX受容体および構成型アンドロスタン受容体の役割を評価するための新規マウスモデル群。

CARは、薬物代謝の転写調節に関与している。

ヒト化CARモデルは、DMPK研究においてより有用なツールである

CITCOによるヒト化CARの活性化

CITCOは、ヒト化マウスにおいてhuCARを活性化する、種特異的なCAR誘導剤である。

これは、マウスを用いた環境において、ヒトのみに見られる反応を再現したものです。

ヒト化CARマウスにおける薬物動態

CITCO処理を受けた野生型(WT)およびhuCARマウスにおけるミダゾラムおよびブプロピオンの薬物動態。

ヒト化マウスにおける薬剤のクリアランスの増加。

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細胞輸送のマーキング

この「Knockin」技術は、任意の細胞特異的遺伝子にレポーターを挿入することを目的としており、これによりレポーターの発現を厳密に制御し、結果として信頼性の高い細胞標識を実現します。

遺伝子組み換えモデルは、以下の目的で開発されてきた:

  • 対象とする細胞系統に特異的な1つのバイオマーカーを用いて、その細胞系統を標識する。
  • 特定のバイオマーカーの発現によって定義される、単一細胞系統の1つのサブ集団、すなわち活性化細胞にラベルを付ける。

事例研究 1:Sox9-eGFP ノックインモデルを用いることで、発育中の精巣におけるセルトリ細胞・生殖細胞塊の発生段階ごとの変化を追跡することができる。

Nel-Themaat ら(Dev Dyn 2009)の論文「Sox9-EGFPマウスにおける精索形成の形態計測学的解析」を基に作成。

標識された細胞により、物質輸送の研究が可能になる

E11.5からE12.5にかけて、精巣の厚みが増し、分化の最初の兆候が現れる。

セルトリ細胞・生殖細胞塊の小さな突起の形成。

組織塊内に、はっきりと区別できる非蛍光領域が認められる。

事例研究 2:ヘマグルチニン(HA)エピトープタグが付加されたドーパミン輸送体(DAT)を発現するノックインマウスを用いることで、内因性輸送体の輸送経路を研究することができる。

Raoら(FASEB J 2012)を改変。エピトープタグ付きドーパミン輸送体ノックインマウスにより、ドーパミン作動性軸索における同輸送体の急速なエンドサイトーシスによる輸送およびフィロポディアへの局在が明らかになった。

ノックインマウスにおける内因性物質輸送のモニタリング

標識された小胞による輸送研究

ドーパミン(DA)ニューロンの軸索におけるDATの局在。軸索突起の一部。

細胞内のHA-DAT小胞は、急速な双方向の移動を示した。赤い矢印は逆行方向に移動する小胞を示し、緑色の矢印は順行方向に移動する小胞を示している。時間(秒)が示されている。

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トランスレーショナル・メディシンにおけるモデル:ヒトの疾患を模倣する――自殺遺伝子を用いた細胞除去

細胞除去技術を用いることで、生物から対象とする特定の細胞種を必要に応じて除去することが可能になります。細胞除去は強力な研究ツールであり、主に以下の2つの用途があります:

  • 人間の疾患や薬物の副作用を模倣すること。特定の細胞集団を減少させることで in vivo は、そのような生理病理学的状態(肝炎、神経変性疾患など)を確実に再現することができる。
  • 異種移植の効率向上。また、移植先の臓器/生物から内因性細胞を部分的または完全に除去することも有用である可能性がある。

この目的のために、ヒューマナイゼーション・ノックイン技術を用いて自殺遺伝子を標的とし、除去対象となる細胞タイプでのみ発現するようにする。この段階では、自殺遺伝子は細胞に何の影響も及ぼさない。使用された自殺遺伝子に特異的な薬剤が動物に投与されると、自殺遺伝子がその薬剤を代謝して有毒な代謝物を生成し、その結果、自殺遺伝子を発現している細胞が死滅する(ただし、その薬剤に反応しない他の細胞は死滅しない)。

事例研究:ジフテリア毒素による細胞ノックアウト。

Wuら(Development 2006)を改変。運動ニューロンとオリゴデンドロサイトは神経幹細胞から順次生成されるが、共通の系統特異的な前駆細胞を共有しているようには見えないin vivo 。

ジフテリア毒素による細胞ノックアウト

標的細胞集団が死滅する

Olig1+細胞においてジフテリア毒素(DT)を発現するマウス胚(Olig1-DTA)では、運動ニューロンが認められない。

I、J、M、N)野生型マウスの脳切片。運動ニューロンが正常に存在していることが確認できる。

K、L、O、P)DT(Olig1-DTA)を発現するトランスジェニックマウスでは、運動ニューロンが大部分欠如している。

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トランスレーショナル・メディシンにおけるモデル:ヒトの疾患を再現する――疾患原因遺伝子の組織特異的および/または時間特異的な発現

一部の疾患モデルでは、特定の細胞集団(炎症、神経変性疾患など)において、あるいは明確に定義された時間枠内で、疾患の原因となる遺伝子の過剰発現が必要とされます。こうしたマウスモデルにより、科学者は病態の発症過程を研究し、化合物の有効性を評価することが可能になります。

この目的のために、許容性のある遺伝子座(「セーフハーバー」)または標的遺伝子の遺伝子座のいずれかを利用し、ヒューマナイゼーション・ノックイン技術を用いてマウスモデルを作製することが可能である。

事例研究:誘導性疾患原因遺伝子の過剰発現が白血病を引き起こし、マウスの死に至る。

Carofinoら(Dis Model Mech 2013)を基に改変。Prdm14の誘導性過剰発現を特徴とするマウスモデルでは、急速発症かつ浸透率の高いT細胞急性リンパ芽球性白血病(T-ALL)が生じる。

ヒトの疾患を模倣したマウスモデル

モデルが人間の疾患を再現

Prdm14遺伝子を過剰発現するマウスは、ヒトの疾患(急性リンパ性白血病)を効率的に模倣し、ヒトの表現型を再現する。

誘導後、マウスでは胸腺や脾臓(矢印)だけでなく、腎臓、肝臓、リンパ節も肥大していた(データは示されていない)。

マウスにおけるリンパ芽球性白血病の類似症例

導入後、マウスでは急性リンパ性白血病が発症し、極めて急速に死亡に至った。

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トランスレーショナル・メディシンにおけるモデル:ヒトの疾患を再現する――ヒトの変異遺伝子を導入したヒト化

ゲノム研究は、変異の存在と病態(発症、進行、致死性など)との間に統計的な相関関係を示すものの、因果関係を立証する証拠とはならない。野生型マウス遺伝子が(マウスまたはヒト由来の)変異型に置換されたマウスモデルを作成することで、疾患における変異の役割、ひいては疾患の病因および進行メカニズムの解明が可能となる。

事例研究:マウスにおけるヒト疾患の誘導 ― パジェット病様疾患。

Daroszewskaら(Hum Mol Genet 2011)を基に改変。SQSMT1のユビキチン関連ドメインにおける点変異は、マウスにおいてパジェット病様疾患を引き起こすのに十分である。

ヒトの点変異を持つマウスは、パジェット病に類似した疾患を呈する

モデルがヒトの疾患を再現する

ヒトの点変異P394Lを有するマウスは、パジェット病に類似した疾患を発症する。

P394L変異マウスおよび野生型(WT)マウスの長管骨に対するマイクロCT解析。変異マウスでは、皮質骨を貫通する複数の限局性骨溶解病変が認められる(矢印)。

破骨細胞性病変を示す点変異マウスモデル

第5腰椎の軸方向マイクロCT画像。

(N) 正常な形態および小柱構造を示すWTマウス。

(O) 椎体の大部分を覆う骨硬化性病変を呈するP394L+/+マウス。

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組織特異的なトランスジーンの発現

トランスジーン(CreまたはFlpリコンビナーゼ、レポーター遺伝子、セーフハーバー、標的遺伝子など)の具体的なパターンおよび発現レベルは、関連するトランスジェニックモデルにおける重要なパラメータである。

トランスジーンの「ノッキングイン」、すなわちゲノムの特定のあらかじめ決められた位置への挿入を標的とすることで、その発現を最適に制御することが可能となる。完全な内因性マウスプロモーター(エンハンサーや、キロ塩基離れた位置にあるリプレッサーを含む、すべての調節要素が存在するもの)が、トランスジーンの発現制御を担うことになる。

このKnockin技術は、トランスジーンの発現パターンとその発現レベルを特定できることから、組織特異的発現におけるゴールドスタンダード技術となっています。これまでに、以下のような多くの種類のモデルが作成されています:

事例研究 1:タモキシフェン誘導性 Cre マウスにおける腸管幹細胞の再増殖動態。

Sangiorgiら(Nat Genet 2008)を基に作成。Bmi1は in vivo 腸管幹細胞において発現している。

タモキシフェン誘導型Creマウスにおける腸管幹細胞の再増殖

対象サブ集団で得られた発現

Bmi1+を発現するCre+細胞は、小腸の陰窩を再構築する。

Bmi1+細胞系において、Cre機能が検出された(lacZ染色)。

再増殖は、タモキシフェン注射の2日目(a)に始まる。最初に完全に標識された陰窩が確認できるのは17日目(i)である。

事例研究 2:ニューロンおよびオリゴデンドロサイトにおける Cre リコンビナーゼ特異的発現。

Battisteら(Development 2007)を改変。Ascl1は、脊髄において順次生成される、特定の系譜に限定された神経前駆細胞およびオリゴデンドロサイト前駆細胞を規定する。

Ascl1によるニューロンおよびオリゴデンドロサイトの分化

標的細胞系で得られた発現

Ascl1を発現するCre+細胞は、ニューロンおよびオリゴデンドロサイトへと分化します。

発達中の交感神経ニューロンにおいて、Cre機能が検出された(lacZ染色)。

E10.5の段階では発現は始まったばかりだが、E11.5になるとはっきりと確認できる。

事例研究3:唾液腺におけるCreリコンビナーゼの特異的発現。

Bullardら(Dev Biol 2008)を基に作成。Ascl3の発現は、マウスの唾液腺における腺房細胞および導管細胞の両方の前駆細胞集団を特徴づけている。

Ascl3を発現するCre細胞

バイオマーカーを発現する細胞で得られた発現

Creリコンビナーゼの発現は、内因性のAscl3の発現を再現する。

矢印は、顎下腺のダクト細胞を示しており、そこではAscl3を発現するCre+細胞が、Creリコンビナーゼに対する抗体を用いて赤色で標識されている。

Ac:腺房細胞;Du:導管細胞。

ターゲットの検証およびノックアウトモデル:遺伝子発現パターンのモニタリング機能を備えた恒常的ノックアウトモデル

このKnockin技術を用いると、導入されたレポーター遺伝子が、対象遺伝子の発現パターンを明らかにします。通常の生理的条件下での発現情報は有用ですが、さらに興味深いことに、このモデルを用いることで、病態下や特別な食事、ストレス下などにおける発現を、確実かつ簡便にモニタリングすることが可能になります。

事例研究:肥満の標的としてのMCT1の検証を目的としたMCT1ノックアウト/LacZノックインモデルの作製。

Lengacherらによる論文『PLoS One 2013, 「モノカルボン酸トランスポーター1のヘテロ欠損マウスにおける食事誘発性肥満および関連する代謝異常に対する抵抗性」』を基に作成。

MCT1ヘテロ接合体マウスにおける食事誘発性肥満に対する抵抗性

MCT1+/-マウスは、食事誘発性肥満に対して抵抗性を示す。

通常の飼料を与えた場合、MCT1+/-マウスは MCT1+/+マウスとほとんど見分けがつかない。

高脂肪食を与えられたMCT1+/+マウスは、体重が著しく増加し、肥満となった。

対照的に、同じ餌を与えられたMCT1+/-は痩せた状態を維持した。

LacZノックインマウスにおける遺伝子発現のモニタリング

標的遺伝子の発現の効率的なモニタリング

LacZノックインにより、遺伝子発現のモニタリングが可能となる。

LacZは、内因性のMCT1プロモーターの制御下で発現し、その発現からMCT1の発現パターンに関する知見が得られる。

ターゲットの検証およびノックアウトモデル:コンディショナル 遺伝子欠損の有効性をモニタリングするノックアウトモデル

コンディショナル 組織特異的あるいは誘導可能なノックアウトモデルは、現在、遺伝子機能の研究や標的の検証において日常的に用いられている。コンディショナル 欠失の有効性(対象組織のどの程度の細胞において、両方の対立遺伝子が欠失しているか)は、モデルの品質と信頼性を判断する上で重要なパラメータである。 この有効性をモニタリングし、モデルの信頼性を検証するために、科学者たちは現在、この技術を用いて、欠失が発生した際に発現が誘導されるレポーター遺伝子を標的部位に導入しています。レポーター遺伝子の発現を測定することで、組織レベルまたは細胞レベルで得られた欠失の程度を定量化し、どの細胞がノックアウトされ、どの細胞がノックアウトされていないかを特定することができます。この技術は、コンディショナル のノックアウト有効性を検証する手段を提供することで、標的検証のための信頼性が高く価値あるコンディショナル ノックアウトモデルの構築を可能にします。

事例研究:ノックアウト細胞の追跡 in vivo 適切な抗体が利用できない場合。

Schnütgen ら、Nat Biotechnol 2003、「マウスにおいて細胞レベルで Cre による組換えをモニタリングするための方向性のある戦略」を基に作成。

Creを介した遺伝子欠失のモニタリング

不活性化された遺伝子の効率的なモニタリング

Creを介した対象遺伝子(レチノイン酸受容体γ)の欠失のモニタリング。

誘導前には、染色は認められなかった(上)。

誘導後、Rarγを発現する細胞においてレポーター活性が検出された(下図)。

その他の技術

RMCE:リコンビナーゼを介したカセット交換

リコンビナーゼを介したカセット交換により、ゲノムの広範囲にわたる領域の入れ替えが可能となり、ヒト化モデルの作製に推奨されている。

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FLEx:誘導型点変異のためのリファレンス技術

FLEx技術は、時間的・組織特異的な方法で、キナーゼ不活性化および機能的ノックアウトをもたらす誘導型点変異を実現するゴールドスタンダードです。

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SSR:部位特異的組換え

部位特異的組換えとは、組換え酵素を利用して特定のDNA配列を置換する遺伝子工学の手法(例:Cre-loxシステムやFLP-FRTシステム)である。

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TETシステム:制御された遺伝子発現

テトラサイクリンを用いて、遺伝子発現を可逆的かつ効率的に時空間的に制御する。このオンデマンド型の遺伝子誘導は、疾患の発症と進行を模倣する。

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SMASh:薬剤誘導型タンパク質ターンオーバー制御システム

この薬剤誘導性かつ可逆的なタンパク質分解システムは、前臨床段階における標的タンパク質分解を基盤とする治療アプローチのモデルとして、特に注目されている。

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IRES:リボソーム内部進入部位

IRESは、同一のプロモーターの制御下で複数の遺伝子を共発現させることを可能にし、トランスジーンの共発現における「定番」技術と見なされています。

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CRISPR/Cas9による遺伝子編集

CRISPR/Cas9:構造、作用機序、有効性、オフターゲット活性、遺伝的背景、マルチターゲティング、点変異、および大規模な欠失。

詳細はこちら
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