ヒト人工染色体

ヒト人工染色体（HAC）は、ヒト細胞集団において新たな染色体として機能する微小染色体です。つまり、細胞は46本の染色体ではなく47本の染色体を持つことになります。そのうち47本目の染色体は非常に小さく、天然染色体の50～250メガベース（Mb）ではなく、約6～10メガベース（ Mb）です。そして、ヒト研究者によって導入された新たな遺伝子を運ぶことができます。理想的には、研究者は疾患防御を含む様々な機能を果たす様々な遺伝子を組み込むことができるでしょう。   

酵母人工染色体や細菌人工染色体などの代替的な遺伝子導入法は、予測不可能な問題を引き起こす可能性があります。これらのベクターによって導入された遺伝物質は、発現レベルの違いをもたらすだけでなく、挿入によって元のゲノムが破壊される可能性があります。[1] HACはこの点で異なり、完全に独立した染色体です。既存の遺伝物質から分離されているため、挿入変異は発生しません。[2]この安定性と精度により、HACはウイルスベクター、YAC、BACなどの他の方法よりも優れています。 [3] HACは、ウイルスベクターよりも多くのDNA（プロモーターやコピー数変異 を含む）を送達できます。[4]

酵母人工染色体と細菌人工染色体は、 1997年に初めて開発されたヒト人工染色体よりも前に作られました。HACは、遺伝子導入 ベクターとして発現研究、ヒト染色体機能解明のためのツール、そしてヒトゲノムの能動的アノテーション手法として有用です。[5]

歴史

HACは1997年に初めてヒトHT1080細胞のテロメアDNAとゲノムDNAにαサテライトDNAを付加することで、新たに構築されました。この結果、目的のDNAに加え、テロメア配列やセントロメア配列といった構造的および有糸分裂的に安定な要素を含む全く新しいミクロ染色体が得られました。 [6] HACの新規形成は困難であったため、この手法はほぼ放棄されています。

建設方法

現在、ヒト人工染色体ベクターの作製には2つのモデルが認められている。1つ目は、天然のヒト染色体を改変して小型のミニ染色体を作成する方法である。これは、天然染色体を切断し、 Cre-Lox組換えシステムを介して固有の遺伝物質を導入することによって実現される。2つ目の方法は、文字通り新規染色体をde novo で作製する方法である。[7] de novo HAC形成に関する進歩は限られており、多くの大きなゲノム断片がde novoベクターにうまく組み込まれないからである。[5] de novoベクター形成を制限するもう1つの要因は、構築に必要な要素、特にセントロメア配列に関する知識が限られていることである。[2]セントロメア配列に関する課題は克服されつつある。[8]

アプリケーション

2009年の研究では、HACのさらなる利点、すなわち極めて大きなゲノム断片を安定的に保持できることが示されました。研究者らは、デュシェンヌ型筋ジストロフィー の重要な原因因子である変異を持つ2.4Mbのジストロフィン遺伝子をHACに組み込みました。得られたHACは有糸分裂的に安定しており、キメラマウスにおいてジストロフィンを正しく発現しました。ジストロフィンを正しく発現させるこれまでの試みは失敗に終わりました。その巨大なサイズのため、ベクターへの組み込みに成功した例はありませんでした。[9]

2010年、21HACと呼ばれる改良されたヒト人工染色体が報告されました。21HACはヒト21番染色体の切断コピーに基づいており、 長さ5Mbの染色体を生成します。21番染色体の切断により、有糸分裂的に安定したヒト人工染色体が得られました。21HACは、様々な種（マウス、ニワトリ、ヒト）の細胞に導入することもできました。21HACを用いて、研究者たちは単純ヘルペスウイルスのチミジンキナーゼをコードする遺伝子を腫瘍細胞に挿入することに成功しました。この「自殺遺伝子」は、多くの抗ウイルス薬の活性化に必要です。これらの標的腫瘍細胞は、健康な細胞を含む集団において、抗ウイルス薬ガンシクロビルによって選択的に死滅させることに成功しました。この研究は、遺伝子治療におけるHACの利用の可能性を広げるものです。[10]

2011年、研究者らは14番染色体を切断することでヒト人工染色体を構築しました。その後、Cre-Lox組換えシステムを用いて遺伝物質を導入しました。この研究は、既存のゲノムDNAの一部を残すことによる発現レベルの変化に焦点を当てていました。既存のテロメア配列およびサブテロメア配列を残すことで、研究者らはエリスロポエチン産生をコードする遺伝子の発現レベルを1000倍以上に増幅することができました。エリスロポエチンは赤血球の形成を制御するため、この研究は遺伝子治療にも大きな意義を持っています。[11]

HACは、ヒトの疾患の動物モデルとして、また治療薬の製造のために遺伝子組み換え動物を作成するために使用されてきた。 [4]

参照

参考文献

  1. ^ 加藤雅史、綾部富裕、則兼晋、岡田哲也、増本博、堀家秀、白吉裕、押村雅史 (2004年8月)。 「遺伝子送達のための新規ヒト人工染色体ベクターの構築」。生化学および生物物理学研究コミュニケーション。321 (2): 280–90。ビブコード:2004BBRC..321..280K。土井：10.1016/j.bbrc.2004.06.145。PMID  15358173。
  2. ^ ab Grimes BR, Rhoades AA, Willard HF (2002年6月). 「アルファサテライトDNAとベクター組成はヒト人工染色体形成速度に影響を与える」. Molecular Therapy . 5 (6): 798– 805. doi : 10.1006/mthe.2002.0612 . PMID  12027565.
  3. ^ Mejía JE, Willmott A, Levy E, Earnshaw WC, Larin Z (2001年8月). 「ヒト人工染色体による遺伝的欠損の機能補完」. American Journal of Human Genetics . 69 (2): 315–26 . doi :10.1086/321977. PMC 1235305. PMID 11452360  . 
  4. ^ ab Kouprina N, Earnshaw WC, Masumoto H, Larionov V (2013年4月). 「機能ゲノミクスと遺伝子治療のための新世代ヒト人工染色体」. Cellular and Molecular Life Sciences . 70 (7): 1135–48 . doi :10.1007/s00018-012-1113-3. PMC 3522797. PMID 22907415  . 
  5. ^ ab Basu J, Compitello G, Stromberg G, Willard HF, Van Bokkelen G (2005年7月). 「大規模ゲノム座位からのde novoヒト人工染色体の効率的な構築」BMC Biotechnology 5 21. doi : 10.1186 /1472-6750-5-21 . PMC 1182356. PMID  15998466 . 
  6. ^ Harrington JJ, Van Bokkelen G, Mays RW, Gustashaw K, Willard HF (1997年4月). 「de novoセントロメアの形成と第一世代ヒト人工ミクロ染色体の構築」. Nature Genetics . 15 (4): 345–55 . doi :10.1038/ng0497-345. PMID  9090378. S2CID  9150827.
  7. ^ 掛田正人、平塚正人、永田和人、黒岩裕也、柿谷正人、加藤正人、押村正人、富塚正人 (2005年5月)。 「ヒト人工染色体（HAC）ベクターは、正常なヒト初代線維芽細胞において長期にわたる治療用導入遺伝子発現を提供します。」遺伝子治療。12 (10): 852–6 .土井: 10.1038/sj.gt.3302483。PMID  15750614。
  8. ^ Logsdon, Glennis A.; Gambogi, Craig W.; Liskovykh, Mikhail A.; Barrey, Evelyne J.; Larionov, Vladimir; Miga, Karen H .; Heun, Patrick; Black, Ben E. (2019-07-25). 「セントロメアDNAをバイパスするヒト人工染色体」. Cell . 178 (3): 624–639.e19. doi :10.1016/j.cell.2019.06.006. ISSN  0092-8674. PMC 6657561. PMID 31348889  . 
  9. ^ Hoshiya H, Kazuki Y, Abe S, Takiguchi M, Kajitani N, Watanabe Y, Yoshino T, Shirayoshi Y, Higaki K, Messina G, Cossu G, Oshimura M (2009年2月). 「2.4 Mbのヒトジストロフィン遺伝子全体を含む、高度に安定で非統合型のヒト人工染色体（HAC）」. Molecular Therapy . 17 (2): 309–17 . doi :10.1038/mt.2008.253. PMC 2835068. PMID 19034264  . 
  10. ^ 和樹 Y、星谷 H、滝口 M、阿部 S、飯田 Y、大崎 M、加藤 M、平塚 M、白吉 Y、平松 K、上野 E、梶谷 N、吉野 T、和樹 K、石原 C、竹原 S、辻 S、江島 F、豊田 A、榊 Y、ラリオノフ V、クプリナ N、押村 M (2011 年 4 月)。 「遺伝子治療および動物遺伝子導入のための洗練されたヒト人工染色体ベクター」。遺伝子治療。18 (4): 384–93 .土井:10.1038/gt.2010.147。PMC 3125098。PMID  21085194。 
  11. ^ 掛田正史、永田和樹、大沢和久、松野秀夫、平塚正史、佐野A、岡崎A、設楽S、西川S、桝谷A、畑T、和光S、大崎M、和樹Y、押村正人、富塚K (2011年11月)。 「ヒト初代細胞における効率的な導入遺伝子発現のための、新しい 14 番染色体ベースのヒト人工染色体 (HAC) ベクター システム」。生化学および生物物理学研究コミュニケーション。415 (3): 439–44。書誌コード:2011BBRC..415..439K。土井：10.1016/j.bbrc.2011.10.088。PMID  22051050。
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