遺伝子改変モデル動物の現在と展望

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遺伝子改変モデル動物の現在と展望

2025年3月28日

東京大学大学院農学生命科学研究科獣医学専攻実験動物学研究室
藤井渉

遺伝子改変モデル動物

　実験動物は、ヒトの疾患の発症メカニズムの解明やその予防・治療法の開発に極めて重要な役割を果たしています。ヒト疾患の再現を目的として、様々な疾患モデル動物の開発が続けられており、基礎研究だけでなく応用研究や創薬開発など幅広い分野で利用されています。
　疾患モデル動物の中でも、遺伝子改変モデル動物は、疾患の発症メカニズムや遺伝的背景を解明するうえで欠かすことのできないツールです。遺伝子改変モデル動物とは、遺伝子改変技術を用いてゲノム配列情報を意図的に改変した動物を指します。遺伝子改変モデル動物には、外来遺伝子を挿入することで新たな性質を持たせる「トランスジェニック動物」、特定の遺伝子を削除することでその機能を失わせる「ノックアウト動物」、または特定の遺伝子領域を目的に応じて改変する「ノックイン動物」など、様々なタイプがあります。特に遺伝子ノックアウトは、その動物内で通常は機能している遺伝子を人為的に破壊してしまうことで、その遺伝子が体の中でどのような生理的役割を果たしているか、また疾患とはどのように関与しているか、などを調べるうえで非常に重要な手法です。例えば、ヒトのある疾患で機能不全が示唆されるような遺伝子をモデル動物で破壊することで、その遺伝子と疾患との因果関係を示すことができ、さらには、そのような動物を用いて、新たな治療法の開発を進めることができます。
　かつて、遺伝子ノックアウト動物を作製するためには「ジーンターゲティング法」と呼ばれる方法が一般的に使用されていました。この方法では、増殖可能でかつ個体発生も可能な多能性幹細胞などを用いて遺伝子を改変するというプロセスが必要でしたが、この改変効率は非常に低いものでした。さらには、改変された幹細胞から動物個体を作出し、交配を繰り返すことで全身に遺伝子改変が反映された動物を得ますが、このプロセスにも非常に多くの時間、労力、コストを要し、研究者にとって大きな負担となっていました。また、作製に必要となる動物の個体数が多いことも課題でした。

ゲノム編集技術の登場

　このような背景の中で革新的なブレイクスルーがもたらされました。それが「ゲノム編集技術」の登場です。この技術は、細胞が持つ自然なDNA損傷修復機構を巧妙に利用したものです。我々の体内では、紫外線、化学物質、ストレスなどの環境要因によってDNA損傷が日常的に発生していますが、細胞にはこの損傷を迅速に修復する仕組みが備わっています。ゲノム編集技術は、この修復過程を利用してゲノムDNAを改変する技術です（図1）。具体的には、特定の場所でDNAを切断する酵素を用います。この酵素がゲノム中の標的部位を認識し、切断を行うと、細胞はその損傷を修復しようとします。しかし、修復過程でエラーが生じることがあり、その結果として目的の座位のDNA配列に欠失や挿入などの変異が起こり、もとの配列から変化してしまう、という仕組みを利用します。ゲノム編集を遺伝子がコードされている場所に利用すれば、変異によって遺伝子を壊すことができるため、特定の遺伝子の高効率なノックアウトが可能となりました。

図1．ゲノム編集

ゲノム編集技術は、ジンクフィンガーヌクレアーゼ（Zinc Finger Nuclease, ZFN）と呼ばれるDNA切断酵素の開発によって注目されるようになりました。この酵素は、DNAを認識するタンパク質ドメインのジンクフィンガーとDNAを切断する酵素を融合させたもので、ジンクフィンガー部分を特定の配列に結合するよう設計することで、ゲノムDNAの狙った部位を切断し、変異を導入できるようになりました。同様に、DNA結合タンパク質であるTALエフェクターとDNA切断酵素を組み合わせたTALEN（Transcription Activator-Like Effector Nuclease）も開発され、広く利用されてきました。一方、2013年には新たなゲノム編集ツールとしてCRISPR/Cas9システムが発表されました。このシステムでは、DNAを認識する部分が、ZFNやTALENのようなタンパク質ではなく、ガイドRNA（gRNA）と呼ばれる短いRNA分子によって構成されています。そのため、標的配列に合わせた設計が容易で、従来の方法に比べて手間をかけずに利用できるようになりました。ゲノム編集技術の研究は急速に進展しており、遺伝子改変動物の作製プロセスは劇的に効率化されました。従来のジーンターゲティング法で必要とされた幹細胞は使わずに、受精卵内で直接遺伝子改変を行えるようになり、個体化に必要なステップや動物の個体数を大幅に削減できるようになりました。3R（Replacement, Reduction, Refinement）の原則の理念にも適合する方法としても注目されています。マウスモデルでは、限られた機器と技術で遺伝子改変個体を作出できる方法も報告されており、これまで遺伝子改変研究に参入してこなかった研究者にも門戸が開かれつつあります。

東京大学大学院農学生命科学研究科獣医学専攻実験動物学研究室　藤井渉

2023年6月25日

私観・日本実験動物医学会史（第1回）　

第一回実験動物医学の創成期

（このコラムはJALAMニュースレターNo.39/2012.8に掲載された特集を転載しています）

　先頃、本会情報・編集委員会委員矢野一男君から私の会長辞任を機に、任期中の事柄について、何か一文を書くように仰せつかった。考えてみると、本学会は 1993 年(平成 5 年)4 月 1 日に「実験動物医学研究会」として発足し、明年 4 月 1 日で創立 20 周年を迎えることになる。また、発足当時尽力した人々は私も含め第一線から退く時代となり、創成期の出来事を残しておきたいと言う年寄りの懐古趣味から、私観・実験動物医学会史なるものを書いてみることとした。これから 2~3 回に分けて書いてみたい。「私観」と冠した実験動物医学会史はあくまでも私から見た学会の歴史であり、この文を私が実験動物の世界に入った頃から始めたい。

実験動物界へのデビュー

　1985 年(昭和 60 年)4 月16 日付けで、私は北海道大学医学部附属動物実験施設に配置替えになったが、この時が、私が本格的に実験動物界へ足を踏み入れた時である。この後に日本獣医学会や日本実験動物学会に参加し始め、そこで前島一淑先生や波岡茂郎先生、黒澤努君(あえて君つけする)に出会うこととなった。そして皆さんと実験動物や動物実験と獣医師の役割について熱心に議論した。その中で、日本の獣医師は実験動物界ではあまり重視されていないこと、さらには実験動物に携わる獣医師が集い議論する場がないことが明らかになった。　　

　1988 年(昭和 63 年)春の日本獣医学会の折りに都市会館の一室に光岡知足先生(東大)、波岡先生(北大)、前島先生(慶大)、黒澤君(大阪大)、伊藤勇夫先生(千葉大)と私が集まり、昼食を共にして獣医学会の中に実験動物分科会の設立の可能性について議論した。これが、日本実験動物医学会発足への活動の始まりであると、私は認識している。

　翌年、1989 年(平成元年)11 月には私たちは前島先生を通して日本獣医学会に「実験動物分科会設立に関する要望書」を提出した。

　そして私は 1990 年(平成 2 年)と 1991 年(平成 3 年)の 2 回にわたって米国の実験動物や動物実験の事情を視察する機会をえた。この 2 回の米国訪問はその後の私の本会活動に大きな影響を与えた。

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JALAM会員寄稿 JALAM JCLAM

2023年6月26日

私観・日本実験動物医学会史（第2回）

第二回実験動物懇話会と実験動物研究会の設立

（このコラムはJALAMニュースレターNo.40/2013.2に掲載されている特集を転載しています）

実験動物懇話会の設立

　1991 年(平成 3 年)4 月に「実験動物懇話会」が慶応大学前島一淑教授を始め 10 名の呼びかけで日本獣医畜産大学にて設立会が開催された。この時の講演会では「実験動物界における欧米諸国の獣医師の役割」のタイトルで、黒澤努先生のイギリスとフランスの状況、前島先生からアメリカの状況が紹介された。

　また、前号にも述べた様に私はこの年の 10 月 5 日から 11 月 4 日まで米国のミシガン大学等六つの大学研究機関の動物実験施設を訪問したが、この時の経験を基に帰国早々の11 月に「実験動物(動物実験)専門獣医師制度の確立に向けて―私見—」という文章を公表した。そこには当時の状況下で実現可能と思われるシミュレーションを示したものである。そこでは実験動物専門獣医師制度及び専門医育成制度の早急な確立に向けて、第一にこれらの制度によって立つべき組織として、日本獣医学会や日本獣医師会、日本実験動物学会等を上げ、第二に教育制度として2 つの制度、すなわちレジデント制度と講習会制度を提案した。もちろん前者は ACLAM の制度を模してわが国に適用した場合、後者は現状をにらんで可能な方法を示した。そして最後に当時私が在籍していた北海道大学を例として上記制度の設立の可能性をシミュレートしたものであった。

　翌年の 1992 年(平成4年)4 月には実験動物懇話会の小シンポジウムとして私が「実験動物医学に関する卒後教育」のタイトルで前回紹介した ACLAM の制度を紹介した。そして 1992 年(平成 4 年)9 月には北海道大学学術交流会館で前島先生をはじめ鍵山先生や私により周到な企画立案と準備を行ない、「実験動物医学の専門教育に期待するもの」とのタイトルで、午後の 4 時間をかけて懇話会として最大のシンポジウムを開催した。そこでは私を始め、高橋和明、浦野徹、高頭廸明、山本博、前出吉光、鍵山直子の各博士がそれぞれの立場から意見を述べ、議論した。

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JALAM会員の寄稿 JALAM JCLAM

2023年6月26日

私観・日本実験動物医学会史（第3回）

第三回日本実験動物医学会認定獣医師制度の設立

（このコラムはJALAMニュースレターNo.41/2013.8に掲載された特集を転載しています）

教育セミナーのスタート

　実験動物医学会は専門獣医師の育成をめざして発足したため、学会開催毎に教育セミナーを開催することが大きな事業であった。前回にも記載した様に第一回教育セミナーは 1994 年(平成 6 年)3 月 31 日の実験動物医学研究会第一回総会とともに開催した。そしてほぼ同時に、同セミナー参加者の登録を開始し、参加証の発行を行なった。また、このセミナーを効果的に行ない、実験動物医学の基礎を網羅するために基本方針を決めた。そこでは、実験動物の遺伝と育種、実験動物の特性、実験動物の疾病、動物実験技術、動物実験管理学の 5 項目をあげ、これをもとにして講演テーマを決めることとした。

　私もいくつかのセミナーを企画したが、その中で印象的なものを紹介すると、第 122 回日本獣医学会(1996 年・平成 8 年、帯広畜産大学)では東大農学部実験動物学教室の板垣慎一助教授とともに「実験動物の麻酔について考える」を企画した。この時は板垣先生と大阪大学医学部助教授黒澤努先生の司会で、私がイントロダクションを行ない、東北大学医学部麻酔科学講座加藤正人助教授の「ヒトの麻酔科学:最近の話題」、東大農学部外科学研究室西村亮平助教授の「犬および猫の臨床麻酔」というタイトルで講演をいただいた。ヒトの先進的な麻酔学を紹介していただき、現在の獣医麻酔の先端を紹介してもらう狙いであった。このセミナー会場は実験動物分科会 (日本実験動物医学会)メンバーのみならず他分科会のメンバーも大勢集まり、聴衆で満員になった。このときまで私は、実験動物分科会は獣医学会では後発のマイナーな分科会であると思っていたが、獣医学会会員の実験動物医学に対する感心の大きさがわかり、企画がよければ多くの聴衆が集まることを認識した。以後の獣医学会でも我々の分科会の企画には多くの聴衆が集まることはご存知の通りであり、企画者の努力の結果であろう。

　この時のエクスカーションは大雪山の麓の「トムラウシ温泉東大雪荘」であり、今は亡き国立感染研究所の内貴正治獣医科学部長と酒を酌み交わしたのは楽しい思い出である。

　また、板垣先生は本会の理事はもとより学術集会委員会委員長や認定制度検討委員会委員もしていただき、本学会の中心メンバーとして今後の活躍を大いに期待されていたが、1997年・平成 9 年 8 月 8 日に早世された。30 代半ばの一番脂ののった時期であり、大変惜しまれた。

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JALAM会員の寄稿 JALAM JCLAM

2023年6月26日

私観・日本実験動物医学会史（第4回）

第四回創立認定獣医師と本学会の課題

（このコラムはJALAMニュースレターNo.42/2014.4に掲載された特集を転載しています）

　この特集も 4 回目を迎えた。第一回で「発足当時尽力した人々は私も含め第一線から退く時代となり、創成期の出来事を残しておきたい・・」と言う初めの目的は、前回の「・・・初めての認定獣医師が誕生した」というところまでを描いたので、達成したと考え、今回は書き残した若干の事柄を記載して、「私観・日本実験動物医学会史」を終えたい。

創立認定獣医師

　暫定制度ながら、1999 年 3 月 25 日に初めての認定獣医師 32 名が誕生した。この後 2 回、合計 3 回で認定された獣医師は暫定制度のもと、筆記試験を経ずに資格認定試験のみで認定獣医師と認定された。

　認定制度を確立するためのプロセスとして、次のようなステップをとることとした。まず暫定制度を制定し、この制度の下で厳しい基準の資格審査により「創立認定獣医師」を認定すること。つぎに本制度を制定し、創立認定獣医師により試験問題を作成し、筆記試験と若干緩められた基準による資格審査により認定獣医師を認定する。暫定制度は施行後 3 年以内に廃止し、本制度に移行する、というものである。

　暫定制度により認定された創立認定獣医師は 3 年間で 58 名誕生した。筆記試験を課さずに認定した「創立認定獣医師」に批判もあろうかと思うが、この制度を少しでも早く社会に認知されるためには、早急に一定の数の認定獣医師を作る必要があるという判断があった。また、すでに各研究教育機関等で責任ある立場で活躍している獣医師は、それなりの評価を既にそれぞれの所属する研究機関等や実験動物界から受けており、厳しい資格審査でその事を評価する事で、十分に認定獣医師の認定を受けるにふさわしいという判断もあった。結果として制度設立への長い助走の時期や設立後もほとんど社会に認知されていない時期に頑張っていただいた認定獣医師はまさに創立認定獣医師(Founder)という称号を受領するにふさわしいと思う。創立認定獣医師は、2013 年 3 月 25 日現在の名簿では 33 名に減っており、すでに 25 名 43%の方々が専門医をリタイヤされた。今後も多くの専門医の方々が第一線から引退されるが、実験動物医学会から専門医制度を引き継いだ日本実験動物医学専門医協会は、創立認定獣医師のみならず専門医をリタイヤされた方々のお名前を何らかの形で永久に名簿に残していただきたいものである。この場をお借りして特に創設認定獣医師の方々に対して心から敬意と感謝の意を表したい。

　本制度は 2001 年にスタートしたが、暫定制度が当時第一線で活躍しているベテランの獣医師を認定して、この制度の基礎を築く性格が大きかったのに対し、本制度はこれから活躍する若手の専門獣医師を育て認定することが目的となった。2002 年 3 月に初めての資格審査と筆記試験による認定獣医師が3名誕生した。未知の新制度に果敢に挑戦して初認定された阿部敏男氏(認定第 59 号) 、梶原典子氏(認定第 60 号)、中井伸子氏(認定第 61 号)にも敬意を表したい。

　難しい筆記試験が加わった理由からか、その後も受験者の数は少なく、6-7 年間はわずか 2-4 名の認定がつづいた。受験者がゼロの年もあり、さすが制度そのものの可否、さらには存続を懸念することもあったが、我慢我慢の時期である。しかし近年は多くの会員非会員が本会主催の教育セミナーやウェットハンド研修に参加し、また受験者も増え、2013 年 3 月に認定された専門医は 2 桁となり、当時を知るものとして、さらにはこの制度の設立に関わったものとしては、考え深いものがある。