ノックアウトマウスとは｜定義・作製法・研究利用と歴史（ノーベル賞受賞）

ノックアウトマウスの定義・作製法・研究利用と歴史を分かりやすく解説。ノーベル賞受賞の背景や応用例までを網羅した入門ガイド。

ノックアウトマウスとは、遺伝子ノックアウトによって1つ以上の遺伝子がオフになった遺伝子操作マウスのことです。

ノックアウトマウスは、配列決定はされているが機能がまだわかっていない遺伝子の役割を研究するための重要な動物モデルである。特定の遺伝子をマウスで不活性化させ、通常の行動や状態との違いを観察することで、その機能の可能性を推測することができます。

マウスは現在、ノックアウト法を容易に適用できるヒトと最も近縁の実験動物です。マウスはノックアウト実験、特にヒトの生理学に関連する遺伝学的な問題に広く利用されています。

ラットでの遺伝子ノックアウトははるかに難しく、2003年から可能になったばかりです。

最初のノックアウトマウスは、1989年にマリオ・R・カペッキ、マーティン・エバンス、オリバー・スミスの3人が作成し、2007年にノーベル生理学・医学賞を受賞しています。

ノックアウト（KO）マウスがどのようにして作られるのかについては、2007年ノーベル生理学・医学賞のホームページに詳しい説明があります。

ノックアウトマウスを作製する技術やマウス自体は、各国の民間企業が特許を取得しています。

定義と目的（補足）

ノックアウトマウスは、特定の遺伝子の機能を失わせた（不活性化した）マウスです。遺伝子の欠失によって生じる表現型（形態、行動、生理、生化学的変化など）を解析することで、その遺伝子が担う生物学的役割や疾患との関連を明らかにします。基礎生物学から疾患モデル、創薬標的の検証まで、幅広い応用があります。

主な作製法（従来法と現代の技術）

従来のノックアウト作製法は胚性幹（ES）細胞を用いる遺伝子標的法が標準でした。代表的な流れは次の通りです。

• 遺伝子標的ベクターの設計：目的遺伝子の一部を欠損させるか置換するためのDNA配列（選択マーカー含む）を作る。
• ES細胞への導入と同種組換えの選別：ベクターをES細胞に導入し、ホモロジーに基づく組換えで標的部位が置換された細胞をスクリーニング。
• 胚盤胞への注入とキメラ作製：標的化したES細胞を胚盤胞に注入し、キメラマウスを作成。
• 交配による遺伝子伝達：キメラから生まれたマウスを交配して、目的の変異を系統に固定（ヘテロ接合・ホモ接合）する。

条件付ノックアウト（conditional knockout）では、Cre-loxP系などを用いて組織特異的または時期依存的に遺伝子を除去できます。これにより、全身で欠失すると致死となる遺伝子の機能解析が可能になります。誘導型Cre（例：Tamoxifen依存のCre-ERT2）を使えば、発生段階や成人期における時期的制御も行えます。

CRISPR/Cas9の登場（2010年代以降）はノックアウト作製を大幅に簡便化しました。受精卵（１細胞胚）にCas9とガイドRNAを導入することで、直接的に遺伝子を切断・変異導入でき、従来より短期間でノックアウト動物を得られます。CRISPRはラットや他の種への適用を容易にし、ミスセンス、フレームシフト、欠失など多様な変異を作出できますが、モザイクやオフターゲットといった問題点もあります。

研究利用の具体例

• 遺伝子の機能解析：発生、生理、シグナル伝達経路の解明。
• 疾患モデルの作成：がん、代謝疾患、神経疾患、免疫疾患など、人で見られる病態を模倣するマウス。
• 薬剤標的の検証と創薬支援：遺伝子欠失による薬効・副作用の検証。
• 代償機構や遺伝的相互作用の解析：多遺伝子変異やバックグラウンド遺伝子の影響の解析。

利点と限界

利点：遺伝子の喪失効果を直接観察できるため因果関係の解明に有効で、ヒトに類似した生理を持つマウスはヒト研究のモデルとして有用です。

限界・注意点：

• 遺伝子の冗長性や代償により表現型が現れない場合がある。
• 全身ノックアウトが致死を招く場合、欠失の効果を個体レベルで評価できない（条件付ノックアウトで対処）。
• 系統背景や飼育環境によって表現型が変動することがある。
• CRISPRではオフターゲットやモザイクの問題があり、結果の検証が必要。

歴史と受賞（補足）

最初のノックアウトマウス作製に関する研究は1980年代から進み、1989年にマリオ・R・カペッキ、マーティン・エバンス、オリバー・スミスらの業績によりノックアウト技術が確立されました。これらの功績に対して2007年にノーベル生理学・医学賞を受賞しています。ノーベル賞関連の解説や技術の説明は、同賞のホームページにも詳しく掲載されています。

倫理・法規制・特許

ノックアウトマウスを用いる研究は動物倫理や福祉の遵守が求められます。実験計画は倫理委員会の審査・承認が必要で、3R（Replacement, Reduction, Refinement）の原則に基づいた実験設計が推奨されます。また、ノックアウト技術や特定の系統は各国の企業や研究機関で特許化・商業化されており、配布や利用に際してライセンス契約が必要な場合があります（原文参照：特許に関する記述）。

まとめ（実践上の注意）

ノックアウトマウスは遺伝子機能を直接検証できる強力なツールです。従来のES細胞を用いた遺伝子標的法に加え、CRISPR/Cas9の普及により作製が迅速化しました。一方で技術的・解釈上の限界や倫理的配慮が伴うため、適切な実験設計・対照群・複数系統での再現性確認が重要です。

質問と回答

Q:見事なマウスとは何ですか?

Q:なぜノックアウトマウスが重要なのですか?

Q:ノックアウト実験に使われる動物種は何ですか?

Q:最初のノックアウトマウスは誰が作ったのですか?

Q:KOの技術で特許を取得している部分はあるのでしょうか?

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