主な違い – クローニングベクターと発現ベクター

クローニングベクターと発現ベクターは、組換えDNA技術において、外来DNAを標的細胞に運び込むために用いられる2種類のベクターです。

クローニングベクターも発現ベクターも、そのベクター配列中に複製起点、特異的制限部位、選択マーカー遺伝子が含まれています。

クローニングベクターも発現ベクターも複製起点が存在するため、自己複製が可能である。

クローニングベクターには、プラスミド、コスミド、バクテリオファージがあります。

クローニングベクターと発現ベクターの主な違いは、クローニングベクターが外来DNAセグメントを宿主細胞に運ぶために用いられるのに対し、発現ベクターはクローニングベクターの一種であり、遺伝子を最大限に発現させるのに適した発現シグナルを含んでいる点である。

クローンベクターとは

クローニングベクターは、DNAの運搬役となる分子です。

すべてのクローニングベクターは、4つの特別な機能を持っています。

• ベクターは、運ぶ外来 DNA セグメントとともに自己複製を行います。
• ベクター内に一度だけ存在する制限部位を含んでいる。
• 宿主ゲノムに存在しない抗生物質耐性遺伝子の形で、選択可能なマーカーを持つ。
• 宿主細胞からの回収が比較的容易です。

クローニングベクターには、プラスミド、ファージ、コスミドなど、目的に応じて様々な種類があります。

クローニングベクターは、挿入物の大きさや用途によって選択する。

プラスミド

プラスミドは、自然界に存在する染色体外の二本鎖DNA分子であり、細菌細胞内で自律的に複製することができる。

プラスミドに挿入できるサイズは10kbが限界です。

プラスミドは、サブクローニングや下流操作、cDNAクローニング、発現アッセイなどのクローニングベクターとして使用される。

pBR322は組換えDNA技術に使用するために遺伝子工学的に設計された最初のプラスミドの一つです。

図1にpBR322プラスミドを示す。

図1: pBR322

ファージ

ファージは、バクテリオファージ・ラムダのcos部位がファージヘッドにパッケージされるようにしたもので、バクテリオファージ・ラムダから派生した。

宿主細胞内でベクターDNAが複製されると、最終的に細胞溶解を引き起こす。

ファージベクターに挿入可能な挿入物のサイズは5-12kbである。

ファージベクターは、ゲノムDNAクローニング、cDNAクローニング、発現ライブラリーなどに使用される。

コスミド

コスミドは、バクテリオファージ・ラムダのcos部位を含むプラスミドの一種である。

バクテリオファージ・ラムダのcos部位は、ファージヘッドにパッケージされることを可能にする。

プラスミドでありながら、宿主細胞内でのコスミドの複製は、ファージベクターのように細胞を溶かさない可能性がある。

コスミドベクターにクローニングできる挿入物の大きさは35-45kbです。

ゲノムライブラリーの構築には、コスミドベクターが使用される。

哺乳類の遺伝子は100kb以上の大きさであることが多いため、従来のクローニングベクターでは遺伝子配列の完全なクローニングは不可能であった。

この問題を回避するために、宿主細胞の染色体の性質をベクターに模倣することが行われている。

このようなベクターを人工染色体ベクターと呼ぶ。

BAC（細菌人工染色体ベクター）、YAC（酵母人工染色体ベクター）、MAC（哺乳類人工染色体ベクター）などが人工染色体ベクターの一種である。

BAC

大腸菌のFファクタープラスミドをベースにした人工染色体ベクターです。

BACベクターにクローニングできるインサートサイズは75-300kbです。

BACベクターは、大規模なゲノムの解析に用いられる。

YACs

酵母人工染色体ベクターは、Saccharomyces cerevisiae のセントロメア、テロメア、その他の自律複製配列をベースにしたものです。

YACベクターにクローニングできるインサートサイズは、100-1Mbです。

YACベクターは大規模ゲノムの解析に利用されている。

MAC

哺乳類人工染色体ベクターは、哺乳類のセントロメア、テロメア、複製起点を基にしている。

MACの挿入サイズは100kbから1Mbです。

MACはアニマルバイオテクノロジーやヒトの遺伝子治療に使用されている。

Expression Vector とは

発現ベクターとは、発現コンストラクトとも呼ばれ、プラスミドの一種である。

発現ベクターによって宿主細胞内に特殊な遺伝子を導入し、細胞内の転写および翻訳機構を利用して、形質転換された遺伝子の発現を促進させる。

発現ベクターは、エンハンサーやプロモーターなどの制御配列から構成され、効率的な遺伝子発現を可能にする。

インスリンのような特定のタンパク質を宿主細胞内で発現させた後、その産物を宿主細胞内のタンパク質から精製する必要があります。

そのため、導入したタンパク質にヒスチジンタグ（Hisタグ）を付けるか、他のタンパク質を導入します。

導入した遺伝子を宿主細胞内で効率よく発現させるためには、発現ベクターに以下のような発現シグナルを導入する必要がある。

• 強力なプロモーターを挿入する。
• 強力な終止コドンを挿入する。
• プロモーター領域とクローニングされた遺伝子との間に十分な距離があること。
• 転写開始配列が挿入されていること。
• 翻訳開始配列が挿入されている。

クローニングベクターと発現ベクターの類似性

• クローニングベクターと発現ベクターは、どちらも宿主細胞という標的細胞に外来DNAを導入するために使用されます。

• クローニングベクターと発現ベクターは、複製起点、ユニークな制限部位、選択マーカー遺伝子などの共通の特徴をベクター配列中に持っています。

• クローニングベクターも発現ベクターも、宿主細胞内で独立して複製することが可能である。

クローニングベクターと発現ベクターの違い

定義

クローニングベクター。

クローニングベクターとは、宿主細胞内で安定的に維持できる小さなDNAの断片のことである。

細胞内に遺伝子を導入し、挿入物のコピーを多数取得するために使用される。

発現ベクター。

発現ベクターとは、特定の遺伝子を標的細胞に導入し、その遺伝子産物を生産するために細胞の仕組みを利用するプラスミドです。

役割

クローニングベクター。

クローニングベクターは、挿入されたDNAセグメントの多数のコピーを得るために使用される。

発現ベクター。

挿入されたDNAセグメントの遺伝子産物（タンパク質またはRNA）を得るための発現ベクターです。

タイプ

クローニングベクター。

クローニングベクターには、プラスミド、コスミド、ファージ、BACs、YACs、MACsがあります。

発現ベクター。

発現ベクターはプラスミドベクターです。

ベクターの特徴

クローニングベクター。

クローニングベクター：複製起点、ユニークな制限部位、選択マーカーから構成されています。

発現ベクター。

発現ベクター：クローニングベクターの特徴であるエンハンサー、プロモーター領域、終止コドン、転写開始配列、翻訳開始配列がベクター内に存在する。

結論

クローニングベクターや発現ベクターは、外来 DNA を標的細胞に導入するための組換え DNA 技術に容易に利用することができる。

クローニングベクターと発現ベクターは、どちらも宿主細胞内で自己複製する能力を持つ。

クローニングベクターは、通常、導入した遺伝子のコピーを多数得ながら、外来遺伝子を標的細胞に導入するために使用されます。

発現ベクターは、導入した遺伝子のタンパク質やRNAなどの遺伝子産物を宿主細胞内で得るために使用されます。

インスリンのような組換えタンパク質の多くは、発現ベクターを用いて生産されている。

クローニングベクターと発現ベクターの主な違いは、組換えDNA技術におけるそれぞれのベクターの用途です。