ショウジョウバエ・メラノガスターは遺伝学および発生生物学で最も広く使われているモデル生物の一つであり続けています。短いライフサイクル、急速な繁殖、確立された遺伝子操作ツール、そして完全に注釈されたゲノム2,3が特徴です。この種は遺伝子機能、代謝調節、環境適応性の研究に広く応用されています 4,5。ヌクレオシドおよびATPなどの誘導体はショウジョウバエにおける細胞エネルギー生成、核酸合成、シグナル伝達の中心であり、多生動物間で保存された代謝調節を反映しています6。ショウジョウバエにおけるピリネ作動性シグナル伝達経路は、細胞外アデノシンおよびヌクレオシド輸送機構に依存しており、膜を越えたヌクレオシド移動がエネルギーとシグナル伝達応答の調整に機能的に果たすことを強調しています。これらの過程の中で、細胞質膜を越えたヌクレオシドの輸送は主に平衡ヌクレオシドトランスポーター(ENTファミリー)によって媒介されており、DmENT2はショウジョウバエ8で機能的な輸送活動を示します。
ENTファミリーは複数のサブタイプから成り立ち、その中でもENT2は広く研究されている膜貫通ヌクレオシドトランスポーター9です。これは様々なプリンおよびピリミジンヌクレオシドのエネルギーに依存しない膜貫通輸送を促進します10,11。哺乳類において、ENT2はプリンおよびピリミジンのヌクレオシドおよびヌクレオ塩基の細胞取り込みを促進する、遍在する双方向トランスポーターです。この輸送活動はヌクレオチドの回収に寄与し、細胞の代謝恒常性維持を助けます12。ENT2はまた、さまざまなヌクレオシド由来薬剤の輸送を媒介し、その機能的関連性を内因性ヌクレオシド移動を超えて拡大し、その広範な生理学的および臨床的重要性を強調しています13。さらに、ENT2はヒトにおける神経障害14、腫瘍代謝15、血管機能障害16、細胞エネルギー代謝17に関与しています。しかし、ショウジョウバエにおけるEnt2の生物レベルでの役割に関する研究は依然として限られています。
ENT2が成長と発達、エネルギー代謝、運動能力、異なる温度条件下での抗酸化能力に果たす役割はまだ十分に解明されていません。温度はショウジョウバエの基礎代謝率と寿命に大きく影響し、育成温度が高いと一般的に代謝活動が増加し寿命が短くなります19。これらの温度依存的な遺伝子発現の変化は生理学的経路に影響を与え、特定の遺伝子変異の表現型効果を変化させる可能性があります20。
クラスター規則間間短回文リピート/CRISPR関連タンパク質9(CRISPR/Cas9)は、ショウジョウバエにおいて、部位特異的なノックアウト、欠失、置換、タグ導入など様々なゲノム修飾操作に広く応用されており、その効率性と信頼性が示されています 21,22,23。最新の進展では、CRISPR由来の塩基エディタはショウジョウバエのより細かいサイト特異的塩基修飾にも利用可能であり、点変異や正確な表現型制御のための新しいツールを提供することが示されています。化学的・放射線変異誘発やトランスポゾン媒介スクリーニングを含む従来の変異誘発法は、遺伝的変異を引き起こすことがあります25。これらの手法は、変異イベントの効率が低くランダム性が高いため、しばしば制限されます。そのため、研究者は特定の関心のある対立遺伝子を単離するために多数の個体をスクリーニングする必要があります。CRISPR/Cas9は、指定されたDNA配列でプログラムされたガイドRNA(gRNA)指向の切断を可能にします。その結果生じた二本鎖切断は非相同末端結合や相同指向修復によって修復され、明確で遺伝可能な突然変異を生じ、表現型解析を混乱させる可能性のある背景変異を著しく減少させます27,28。CRISPR/Cas9によって生成された変異対立遺伝子は、Curly O (CyO)29のようなバランサー染色体との連結によってヘテロ接合状態を維持できます。この戦略はショウジョウバエ遺伝学におけるホモ接合型の致死的対立遺伝子の喪失を効果的に防ぐことが示されています。その結果、さまざまな温度や環境条件下での機能的研究を含む、長期的かつ体系的な表現型評価を支えています29,30。CRISPR/Cas9の単純な設計と高効率は、ストレイン構築サイクルを大幅に短縮し、遺伝的背景の安定性を高めました。これは、温度反応や発生恒常性といった長期的な環境要因の研究において特に重要です。
この基盤の上に、ショウジョウバエのEnt2遺伝子はCRISPR/Cas9システムでノックアウトされ、安定的に遺伝するEnt2*/CyOヘテロ接合型変異株が確立されました。抗酸化酵素SODおよびCATの発生サイクル、体重、運動能力、活性を体系的に評価しました。w1118の多次元表現型と変異型バエを異なる温度条件下で比較することで、本研究はCRISPR由来の変異株系統の生成と維持のための再現性のある戦略を提示し、得られる表現型の記述的特徴付けを提供することを目指します。この研究は、代謝や環境応答に関与する遺伝子を調査する将来の研究において、方法論的枠組みと有用な遺伝的資源を提供します。