ノックアウトマウスとは?目的や作り方について解説

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ノックアウトマウスとは
ノックアウトマウスとは、特定の遺伝子(標的遺伝子)の機能を意図的に喪失させたマウスのことです。これにより、その遺伝子が持つ特定の機能や病気における役割を研究することが可能になります。そして遺伝子の機能・役割を理解することは、発生過程、病態形成、さらには薬剤反応性などの解明に不可欠な過程です。
ノックアウトマウス作製の目的
ノックアウトマウスの利用目的は多岐にわたります。まず、遺伝子の機能を理解することで、その遺伝子が関与する疾患のメカニズムを明らかにし、将来的な治療法や予防法の開発に大変有用な点が挙げられます。また、薬剤の効果や副作用を評価する際のモデルとしても大変有効な被検体となり得ます。これらの利点から、ノックアウトマウスは現代の医学研究において不可欠なツールの一つとなっています。
ノックアウトマウスの作り方(CRISPR/Cas9)
ノックアウトマウスの作製には通常、CRISPR/Cas9技術などの最先端の遺伝子編集ツール(ゲノム編集)を用いられます。ゲノム編集では特定の遺伝子を標的とするガイドRNAを設計し、胚に導入されたCRISPR/Cas9複合体によってターゲット遺伝子の欠損を行います。従来のジーンターゲティング法とは異なる、このゲノム編集技術の登場により、現在ではノックアウトマウスの作製はより迅速かつ正確に行えるようになっています。
1.遺伝子の選定
研究の目的に基づき、ノックアウトする遺伝子を選定します。この遺伝子は、研究したい疾患や生理的プロセスに関連している必要があります。
2.ガイドRNAの設計
選定した遺伝子を無効化するための設計戦略を立て、この戦略に沿ってガイドRNA (gRNA) を設計します。
3.ガイドRNAとCas9の導入
設計したgRNAとCas9 nucleaseを含むベクターを作製し、マウスの初期胚(通常は受精卵)に導入します。このステップでは、マイクロインジェクションやエレクトロポレーションを使用します。
4.胚の培養と移植
ゲノム編集因子を導入した胚を体外で培養し、分化が適切に進んでいることを確認します。その後、健康な雌のマウス(仮親:レシピエントマウス)に胚を移植します。
5.産仔マウスのスクリーニング
移植胚から生まれたF0産仔マウスよりDNAを抽出し、遺伝子編集が正しく行われたかをPCR、シーケンシングなどの方法で検証します。
6.次世代への伝播確認
F0産仔マウスに導入された目的の遺伝子変異(欠損)が次世代へ伝播するかどうか、所謂、Germline(生殖細胞)に乗っているかどうかを確認するため、F0マウスと野生型マウスを交配させ、次世代F1マウスを作出します。得られたF1産仔からDNAを抽出し、遺伝子編集が正しく行われたかをPCR、シーケンシングなどの方法で検証します。
7.ホモ接合体の作製
F1産仔は通常、編集された遺伝子をヘテロ接合体(一方のアレルが編集されている状態)で保持しています。編集された遺伝子を両方のアレルで保持するホモ接合体のマウスが必要な場合、編集されたF1マウス同士を交配させ、ホモマウスを作出します。
8.フェノタイプの解析
ノックアウトされた遺伝子の影響を調べるために、生まれたマウスのフェノタイプ(見た目や生理的特性)を詳細に解析します。これには、行動テスト、組織学的分析、生化学的分析などが含まれます。
注意点
オフターゲット効果
CRISPR/Cas9を使用した遺伝子編集では、まれに意図しない遺伝子領域が編集される可能性があります。したがって、産仔マウスの遺伝子を検証する際には、オフターゲット効果も検討する必要があります。
倫理的配慮
遺伝子編集技術を使用して生物を改変する際には、科学的な価値だけでなく、倫理的な配慮も重要です。特に、動物実験に関連する研究では、動物の福祉に配慮し、必要最小限の個体数で実験を行うよう努める必要があります。