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# 生物学# 発生生物学

ゼブラフィッシュにおけるCre/loxシステムを用いた遺伝子操作の進展

研究者たちがゼブラフィッシュで正確な遺伝子制御を行うための新しいCreドライバーを開発した。

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目次

CRE/loxシステムは、主にマウスやゼブラフィッシュのような生物で遺伝子を操作するために科学者が使う強力なツールだよ。このシステムを使うことで、研究者は特定の時間や特定の細胞で遺伝子をオンまたはオフにできるんだ。遺伝子が組織の発達や機能にどう影響するかを研究するのに特に便利なんだ。

Cre/loxシステムの構成要素

Cre/loxシステムは主に二つの部分から構成されてる。一つ目はCreっていうタンパク質で、loxPサイトとして知られる特別なDNA配列を認識できるんだ。二つ目は、科学者が制御したいDNAに挿入するloxPサイトだよ。Creタンパク質が存在すると、loxPサイトに作用してDNAに変化を与える。例えば、DNAの一部を取り除いたり、ひっくり返したりすることができる。これによって、特定の遺伝子を失った時の影響を観察できるんだ。

モデル生物としてのゼブラフィッシュ

ゼブラフィッシュは小さくて繁殖が簡単で、初期発達中は透明だから遺伝学の研究にしばしば使われる。この透明さのおかげで、研究者は細胞や組織がどう発達し、遺伝的な変化にどう反応するかが見れるんだ。多くの科学者がCreを発現させるゼブラフィッシュ系統を作成して、タモキシフェンという化学物質で活性化できる様々なCreの形を持ってる。この系統は細胞系統を追跡したり、遺伝子機能を研究したりするのに役立つんだ。

改良されたCreドライバーの必要性

Creタンパク質を発現するゼブラフィッシュ系統はたくさんあるけど、しばしば制限があるんだ。一部の系統は特定の発達段階以降、Creの作用をうまく引き起こせなくなったり、大人のゼブラフィッシュではあまり効果がないこともある。科学者たちは、生涯を通じて遺伝子を効率的に制御できるより良いCreドライバーを作ろうとしてるんだ。

新しいCreドライバー系統の開発

研究者たちは、ゼブラフィッシュの発達の全ステージでうまく機能する新しいCreドライバー系統を作ろうとしてる。遺伝子の発現を制御するDNAセグメントであるプロモーターを使って作業して、さまざまなプロモーターの組み合わせをテストして、Creの発現を引き起こす最も効果的なものを特定しようとしたんだ。

プロモーターバリアントの比較

実験で、科学者たちはphiC31インテグラーゼという方法を使って同じゲノム位置に三つの異なるプロモーターバリアントを統合した。特に効果的だったのは、ゼブラフィッシュのユビキチンプロモーターの修正版で、ubbRって名前なんだ。このバリアントは、従来のゼブラフィッシュユビキチンプロモーターや他の一般的なプロモーターよりもはるかに良い結果を出した。

再結合効率の向上

新しいドライバーが効率よく機能するように、チームは構成に使ったDNAの不要な部分、ベクターバックボーンを取り除いた。この取り除きによって、特に若いゼブラフィッシュや大人のゼブラフィッシュの心臓で、さらに高い活性が得られたんだ。新しいCreドライバー系統、vln2Tgって呼ばれるやつは、遺伝子機能のより正確な制御を可能にしたんだ。

新しいドライバーのテスト

科学者たちは、vln2Tgドライバーを使って特定の遺伝子をCreシステムで制御できるように修正したゼブラフィッシュの変異体にテストを行った。tbx20っていう心臓の発達に重要な役割を果たす遺伝子を使ったテストもあったんだ。早い段階でCreの作用を活性化させたとき、心臓の発達にかなりの欠陥が見られた。これでドライバーの効果が確認できたよ。

大人のゼブラフィッシュでの性能

新しいzCreドライバーが大人のゼブラフィッシュでも機能するかを確認するのが目標の一つだった。チームは大人の魚にタモキシフェンを与えて遺伝子発現に変化があるかを調べた。新しいドライバーは、大人のゼブラフィッシュの心臓でも遺伝的変化を効果的に引き起こせることが分かって、広い用途があることが示されたよ。

トランスジーン発現の変動

新しいドライバーの成功にもかかわらず、研究者たちは遺伝子が統合されるゲノムの場所によって遺伝子発現に変動が起こる可能性があることを認めた。だから、遺伝子を適切な場所に挿入してこうした影響を最小限に抑えることが重要だって強調したんだ。

最終的な結論と今後の方向性

この研究は、新たに開発されたubbR:CreERT2*ドライバー系統が、ゼブラフィッシュのさまざまな発生段階で遺伝子活性を操作したい研究者にとって非常に価値のあるツールであることを結論づけた。これによって遺伝子機能をもっと詳細に研究できる方法が提供されるから、遺伝的な病気や発達についての理解が深まるかもしれない。

要するに、研究者たちの革新的なアプローチは、ゼブラフィッシュや他の生物で特定の遺伝子の役割を調べる未来の研究への道を開いてる。この研究で開発されたツールや方法論は、遺伝学研究を進める新しい手段を提供してるんだ。

オリジナルソース

タイトル: Highly efficient tamoxifen-inducible Cre recombination in embryonic, larval and adult zebrafish

概要: We have generated transgenic lines containing zebrafish-optimized CreERT2 recombinase under the control of a recombinant ubbR promoter consisting of the zebrafish ubiquitin promoter supplemented with an intronic enhancer from the carp beta-actin2 gene. These lines enable highly efficient tamoxifen-inducible recombination in embryonic, larval and adult zebrafish. AbstractThe ability to inactivate gene function in an adult organism is essential for studies of biological processes such as regeneration and behavior. This is best achieved by engineering an allele which could be conditionally inactivated using Cre recombinase and subsequently inactivating gene function using a drug-inducible Cre recombinase. Several recent studies clearly demonstrate feasibility of engineering such conditional alleles in zebrafish. Meanwhile, achieving sufficient degree of recombination to induce complete loss of function has remained a major limitation. Herein we address this limitation by engineering a recombinant ubiquitin promoter ubbR consisting of the zebrafish ubiquitin promoter supplemented with an intronic enhancer from the carp beta-actin2 gene. Using phiC31-mediated targeted integration, we demonstrate that ubbR clearly outperforms both parental promoters as well as currently available ubiquitous CreERT2 driver lines at all embryonic and larval stages tested. Furthermore, the ubbR:CreERT2driver line we generated enables near-complete inactivation of floxed alleles in adult zebrafish hearts. Finally, we demonstrate that our ubbRpromoter retains high activity when integrated at other genomic loci, making it uniquely suitable for robust expression of transgenes at all stages of zebrafish ontogenesis. HighlightsO_LIUsed targeted integration to directly compare different CreERT2 drivers C_LIO_LIGenerated a ubiquitous ubbR:CreERT2 driver line capable of near-complete inactivation of floxed genes in adult zebrafish hearts C_LIO_LIDemonstrated that the recombinant ubbR promoter is suitable for robust transgene expression when integrated at different genomic loci C_LI

著者: Darius Balciunas, E. Bakunaite, E. Gecaite, J. Lazutka

最終更新: 2024-03-25 00:00:00

言語: English

ソースURL: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.03.21.586128

ソースPDF: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.03.21.586128.full.pdf

ライセンス: https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/

変更点: この要約はAIの助けを借りて作成されており、不正確な場合があります。正確な情報については、ここにリンクされている元のソース文書を参照してください。

オープンアクセスの相互運用性を利用させていただいた biorxiv に感謝します。

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