ゲノム編集と未来

概要
DNA の発見以来、より良い農業および産業用途のために生物を遺伝子操作するためのいくつかの技術が進化してきました。次世代シーケンス技術により、DNA 内のさまざまな遺伝子や変異の同定が容易になりました。現在、かなりの期間にわたって使用されている GMO とクローン技術は、この分野の進歩の直接の結果です。これらのクローン作成技術は、過去数十年にわたり、医療、農業、産業、研究の幅広い用途に活用されてきました。しかし、あらゆる開発と進歩にもかかわらず、正確でより高度な遺伝子編集技術が常に必要とされています。遺伝子組み換えのためのプログラム可能なヌクレアーゼの使用は、さまざまな遺伝性疾患やがんを治療できる可能性があるため、過去 9 年間で増加しました。過去 9 年間で、プログラム可能なヌクレアーゼの XNUMX つの主要なクラスが明らかになりました。ジンクフィンガーヌクレアーゼ (ZFN)、転写活性化因子様エフェクターヌクレアーゼ (TALEN)、およびクラスター化された規則的に間隔をあけられた短い回文反復配列 (CRISPR)、関連 CasXNUMX (CRISPR/CasXNUMX) です。 。

ジンクフィンガーヌクレアーゼ (ZFN)
ZFN は、より高い精度で遺伝子内容を変更できる最も初期に開発されたゲノム編集ツールです。 ZFN は 18 つのドメイン、つまり DNA 結合ドメインが FokI 制限エンドヌクレアーゼの非特異的 DNA 切断ドメインに融合された繰り返しジンクフィンガータンパク質 (ZFP) で構成されています。 ZFN は二量体として機能し、各単量体単位はジンクフィンガー DNA 結合ドメインを介して DNA の XNUMX ～ XNUMX 塩基対 (bps) を認識する能力を持っています。異なる DNA トリプレットを認識するジンクフィンガードメインは広範囲に渡ります。これらを結合して、考えられる広範囲の DNA 配列を標的とすることができる多指族ジンクフィンガータンパク質を生成することができます。しかし、オフターゲット編集/突然変異は、ZFN ベースの遺伝子編集に関連する主な懸念事項です。したがって、このプロセスの効率を向上させる余地は十分にあります。

転写活性化因子様エフェクターヌクレアーゼ (TALEN)
TALEN は、ZFN に代わるゲノム編集用として登場しました。 ZFN と同様に、TALEN は FokI エンドヌクレアーゼ ドメインに融合された 33 つのプログラム可能な DNA 結合ドメインを含み、二本鎖切断 (DSB) を導入することによって機能します。転写活性化因子様エフェクター (TALE) は、ザントモナス属の種によって自然に分泌されます。宿主生物の DNA に結合する細菌。 TALE DNA 結合ドメインは 35 ～ 12 個のアミノ酸を有する複数のリピートであり、各リピートは単一のヌクレオチドを認識します。 TALE DNA 結合ドメインの特異性は、各ドメインの 13 および XNUMX アミノ酸位置に存在する超可変領域の存在によるものです。したがって、配列特異的な TALEN は、超可変領域のこれらのアミノ酸残基を修飾し、異なる TALE リピートを結合することによって生成できます。

クラスター化された規則的に間隔をあけられた短い回文リピート (CRISPR) - 関連する Cas9 (CRISPR/Cas9)
ZFN と TALEN に加えて、CRISPR/Cas9 も急速に出現している遺伝子編集ツールです。これは、細菌性適応免疫の構成要素として機能する、天然に存在する細菌系です。 Cas タンパク質による RNA 誘導 DNA 切断を介して、ウイルスやプラスミドの侵入から細菌を保護します。 CRISPR/Cas9 システムには、CRISPR RNA (crRNA)、トランス活性化 crRNA (tracrRNA)、および Cas9 酵素という 9 つの主要なコンポーネントがあります。 crRNA は侵入システムから転写され、プロトスペーサー配列として知られ、tracrRNA とハイブリダイズし、Cas20 ヌクレアーゼの DNA 切断部位への結合を引き起こし、その結合の塩基として機能します。異なる認識タンパク質を使用して特定のゲノム配列内の特定の配列を認識する ZFN および TALEN システムとは異なり、CRISPR/Cas システムは、標的ゲノム配列に相補的な RNA 配列を使用します。部位特異的切断における RNA ハイブリダイゼーションの利点は、crRNA と tracrRNA を融合させることによって作成される、ゲノム編集のためのキメラ「ガイド」RNA (gRNA) の使用を引き起こします。 gRNA には、特定の DNA 配列に結合するように設計された 9 個のヌクレオチド ガイド配列が含まれています。したがって、gRNA と Cas9 は適切な部位をスキャンして結合し、部位特異的な二本鎖切断 (DSB) を作成できます。したがって、CRISPR/CasXNUMX システムは、以前の技術と比較して比較的正確な遺伝子編集技術を提供し、幅広い用途に使用できます。

まとめ
これまでのところ、現在の遺伝子編集メカニズムはより正確であり、倫理的および生理学的に大きな影響を与えることなく、幅広い用途を備えていることは明らかです。したがって、この分野における財務上の利点と継続的な改善は避けられません。また、合理的な研究開発、適切な標的の特定、および知的財産の保護は、次世代の治療薬、生物学的製品およびプロセスの開発にとって非常に重要です。