16.2: 遺伝子スクリーニング

遺伝子スクリーニングは、目的の表現型の原因となる遺伝子と変異を特定するために使用されるツールです。 遺伝子スクリーニングは、遺伝性疾患を発症するリスクのある個人または人々のグループを特定するのに役立ち、早期介入、標的療法、および生殖オプションに役立ちます。

順方向遺伝子スクリーニング

順方向または「古典的」遺伝子スクリーニングには、放射線、突然変異誘発剤、または追加の塩基の挿入を使用して生物のDNAにランダムな突然変異を作成することが含まれ、これにより表現型に目に見える変化が生じます。突然変異体は、その突然変異に関してホモ接合性である子孫を得るために近交配される。突然変異とそれに関連する表現型が特定され、染色体上の遺伝子座がマッピングされます。

逆遺伝学的スクリーニング

逆遺伝学的スクリーニングには、既知の遺伝子の破壊と、その後のこれらの操作から生じる突然変異表現型のスクリーニングが含まれます。発現スクリーニングは、生物または環境サンプルのゲノムから抽出されたさまざまな遺伝子のタンパク質コード配列を含むベクターライブラリーを含む逆遺伝学的スクリーニングの一種です。これらのスクリーニングは、新規タンパク質の同定に役立ちます。たとえば、ゼブラフィッシュでは、逆遺伝学的スクリーニングを使用して、初期発生に関与する遺伝子が同定されます。

アプリケーション

遺伝子スクリーニングには、タンパク質相互作用の特定、遺伝子と薬物の相互作用の特徴付け、病気の原因の理解など、いくつかの用途があります。たとえば、トランスポゾン挿入による大規模ランダム突然変異誘発を使用して生成された突然変異酵母ライブラリーは、薬物の存在下で増殖できます。 各変異体に対する薬剤の効果は、PCRに続いてマイクロアレイまたは配列分析を使用して分析できます。 同様に、人間の病気で破壊された遺伝子や分子ネットワークの分析にもスクリーニングを使用できます。 例えば、神経変性疾患に関与する遺伝子は、RNAをコードするウイルスの存在下でニューロンを培養して、さまざまな標的遺伝子の発現をノックダウンすることによって同定できます。その後、細胞を免疫染色して分析し、物理的異常を検出し、原因遺伝子を特定します。

遺伝子スクリーニングは、生物の遺伝子型と表現型との相関関係を研究するための分析ツールです。それらは、前方遺伝的スクリーニングと逆遺伝的スクリーニングに大きく分類されます。

フォワードスクリーニングでは、花びらの色など、観察された特性の原因となる遺伝子を特定し、既知の表現型を使用して未知の遺伝子型を研究します。

これらのスクリーニングでは、通常、生物のゲノムがランダムに変異して表現型の変化を誘発します。次に、遺伝子がホモ接合になるまで変異生物を育種し、劣性表現型の発現を確実にします。次に、生物は関心のある形質についてスクリーニングされます。

例えば、ゼブラフィッシュの胚の形態学的欠損の原因となる遺伝子を同定するために、成体の雄の精子細胞を化学物質であるエチルニトロソ尿素で変異させ、野生型の雌と交配させます。

得られたF1雄は、野生型の雌と再び交配され、F2子孫で観察された優性変異が見つかる。次に、F2個体を近交系して、F3個体の劣性遺伝子変異体を同定します。

表現型の変化に関与する遺伝子は、さまざまな方法で決定できます。1つの手法では、複数の突然変異型および野生型生物のゲノムが配列決定されます。野生型ではなく、すべての変異体で類似している領域は、変異した遺伝子を見つけるのに役立ちます。

さらに、フォワードジェネティックスクリーニングを使用して、生物の表現型の重症度を増強または抑制する突然変異を同定できます。これらは修飾子画面と呼ばれます。

これに対し、リバースジェネティックスクリーニングでは、遺伝子型から表現型へと進み、機能不明の特定の遺伝子を変異させた結果として生じる表現型を調べます。

例えば、ショウジョウバエの分子シャペロンの遺伝子を考えてみましょう。分子シャペロンは、生物のさまざまな部分で他のタンパク質を折りたたむために不可欠なタンパク質です。ショウジョウバエの眼のさまざまなシャペロン遺伝子の標的ノックダウンは、観察可能な形態学的欠陥をもたらす可能性があり、したがって、これらのシャペロンのどれが眼の発達に不可欠であるかを特定するのに役立ちます。

あるいは、発現スクリーニングは別の逆遺伝学の方法です。ここでは、機能不明の遺伝子を別の生物で発現させ、宿主で表現型の変化を観察して遺伝子の機能を決定します。