遺伝子治療でウイルスが使用されるのはなぜですか

遺伝子治療とは、異常な遺伝子を補ったり、有益なタンパク質を合成したりするために、外来の遺伝物質を体細胞に導入することです。遺伝物質の標的細胞への効率的な移動は、望ましい治療効果を達成するために不可欠です。遺伝子導入を容易にするために、ウイルスベースまたは非ウイルスベースのベクターを送達システムとして使用することができます。ウイルスは、外来DNAを細胞に移すために広く使用されているベクターの一種です。遺伝子導入に使用される最も一般的なタイプのウイルスベクターは、レトロウイルス、アデノウイルス、およびアデノ随伴ウイルスです。ウイルスが細胞に感染する能力は、ウイルスを遺伝子治療のベクターとして使用できるようにする重要な機能です。

対象となる主要分野

1.遺伝子治療とは –定義、メソッド、ベクトル 2.なぜウイルスが遺伝子治療に使われるのか –遺伝子治療用のウイルスベクター

重要な用語：遺伝子発現の変化、機能遺伝子、相同組換え、感染性ライフサイクル、遺伝子治療、ウイルス、ベクター

遺伝子治療とは

遺伝子治療とは、遺伝子の欠陥を修正するために、正常なDNAを細胞に直接挿入することです。遺伝子治療への2つの主なアプローチは、機能性タンパク質をコードする遺伝子を導入するか、ゲノム内の遺伝子の発現を変化させるエンティティを転送することです。

機能遺伝子のゲノムへの導入中に、比較的大きな遺伝子片（> 1kb）が、遺伝子発現を開始するプロモーター配列とともに細胞に導入されます。 RNAプロセッシングを指示するシグナル伝達配列もタンパク質コード領域とともに導入する必要があります。
ゲノム内の内因性遺伝子の遺伝子発現を変化させるために、欠陥遺伝子のmRNAに相補的な遺伝物質の比較的短い部分（20〜50 bp）が導入されます。遺伝子発現の変化は、mRNAのプロセシング、翻訳の開始をブロックするか、mRNAの破壊をもたらすことによって達成できます。

ベクターなどの効率的な送達方法は、遺伝子治療中の細胞への遺伝子導入を容易にします。遺伝子治療では、ウイルスベクターと非ウイルスベクターの2種類のベクターが使用されます。非ウイルスベースの送達システムは、プラスミドまたは化学的に合成されたオリゴヌクレオチドであり得る。最適なベクトルの選択は、いくつかのパラメーターに基づいています。

標的細胞の種類とその特徴
必要な表現の寿命
転送された遺伝物質のサイズ

遺伝子治療でウイルスが使用されるのはなぜですか

感染性のライフサイクルのため、ウイルスは遺伝子治療中の遺伝子導入に広く使用されています。一般に、ウイルスは宿主細胞に感染し、ウイルスDNAを宿主のゲノムに組み込むことによって宿主細胞内で複製します。したがって、目的のDNAフラグメントは、ウイルス粒子内にパックすることで細胞に導入できます。遺伝子治療で使用されるウイルスベクターの3つの主要なタイプは、レトロウイルス、アデノウイルス、およびアデノ随伴ウイルス（AAV）です。さらに、単純ヘルペスウイルス-1（HSV-1）、バキュロウイルス、ワクチンウイルスもベクターとして使用されます。遺伝子治療におけるアデノウイルスの使用を図1に示します。

図1：遺伝子治療におけるアデノウイルス

遺伝子治療中にウイルスをベクターとして使用するために、その毒性のある遺伝子が目的の遺伝子に置き換えられます。残りのウイルスゲノムは同じままです。感染したウイルス要素は、改変されたウイルスゲノムの宿主ゲノムへの相同組換えを支配します。相同組換えの位置は、組換え要素の配列によって決定することができます。導入されたDNAは、ゲノムに組み込まれると安定して発現し、宿主のゲノムとともに複製されます。

結論

遺伝子治療は、新しいDNAを導入することにより、ゲノム内の欠陥遺伝子を治療する技術です。ウイルスと非ウイルスの両方のDNAデリバリーシステムは、細胞への新しいDNAの転送を容易にします。ウイルス送達システムは、感染中に新しいDNAを宿主細胞に導入します。新しいDNAは、相同組換えによって宿主のゲノムに安定して組み込まれ、ゲノムとともに発現および複製されます。