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トランスフェクション・遺伝子編集

トランスフェクションとは、真核細胞に核酸を導入する過程のことです。細胞ゲノム内にDNAを挿入させる安定トランスフェクションと、一時的にタンパク質を発現させる一過性トランスフェクションがあります。化学的、物理的および生物学的な方法を用いて細胞にトランスフェクションすることで、細胞環境内での遺伝子の機能および発現の研究が可能となります。応用には、遺伝子治療、人工多能性幹細胞（iPSC）の生成、RNA干渉（RNAi）による遺伝子サイレンシング、そして治療用の抗体およびタンパク質の生産が含まれます。

一般的なトランスフェクション法

脂質およびリポソーム：カチオン性脂質は導入するDNAまたはRNAを包み込むリポソームを形成します。これらのリポソームは細胞膜と融合して、核酸を細胞内に放出します。
リン酸カルシウム：リン酸カルシウムはDNAの細胞表面への結合を促進し、遺伝物質はエンドサイトーシスによって細胞内に侵入できます。
カチオン性ポリマー：ポリマーベースのトランスフェクションでは、外来性DNAはポリエチレンイミン（PEI）などのカチオン性ポリマーと複合体を形成し、エンドサイトーシスによって宿主細胞内に侵入します。
レンチウイルスの形質導入：改変したレンチウイルスベクターを細胞に感染させます。このベクターは、宿主ゲノムに移送し挿入させるために、ウイルスRNAが二本鎖DNAに変換されています。
マイクロインジェクション：まず、顕微鏡下で標的細胞に位置を合わせます。次に、ガラス製の細いキャピラリーニードルを使って、核酸を細胞質又は核に直接注入します。
エレクトロポレーション：細胞膜を不安定化させる高強度の電流に細胞を曝露し、遺伝子導入のために透過性を高めます。

トランスフェクションは、複雑な生物学的プロセスの解明や、遺伝子治療の可能性のため、遺伝子編集およびサイレンシングに日常的に用いられています。

CRISPR-Casシステムは、CRISPR（クリスパー：反復クラスター座位であるClustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeatsの略）をCas（CRISPR -associated ）エンドヌクレアーゼと共に用いる細菌の防御機構を利用したシステムで、in vivoでゲノムDNAの狙った位置を切断し、さらに遺伝子を除去または置換します。
遺伝子操作で作成されたジンクフィンガーヌクレアーゼ（ZFN）は、DNA結合ドメインとエンドヌクレアーゼで構成され、遺伝子編集する標的部位でDNAを切断します。
ショートヘアピンRNA（shRNA）や低分子干渉RNA（siRNA）などのRNA干渉（RNAi）試薬は、遺伝子サイレンシングにおいて、転写を抑制する、もしくは配列特異的なRNA分解過程を活性化することで、遺伝子の転写レベルを抑制します。

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