DE10016523A1 - Cloning system for the construction of homologous recombination vectors - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein neues Klonierungssystem, bestehend aus einem Vektor- und Adaptersystem, das die Konstruktion von homologen Rekombinationsvektoren zur Mutagenese von Genen in lebenden eukaryontischen Zellen erheblich vereinfacht. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung homologer Rekombinationsvektoren. Darüber hinaus betrifft die Erfindung die Verwendung des Klonierungssystems, um in eukaryontischen Zellen, insbesondere embryonalen Stammzellen, das Genom an definierten Loci zu verändern.The invention relates to a new cloning system consisting of a vector and Adapter system for the construction of homologous recombination vectors Mutagenesis of genes in living eukaryotic cells considerably simplified. Farther The invention relates to a method for producing homologous recombination vectors. In addition, the invention relates to the use of the cloning system to in eukaryotic cells, especially embryonic stem cells, defined the genome Change loci.
In der Literatur sind zahlreiche Verfahren beschrieben, wie anhand chromosomaler Veränderungen an Genen deren Expression bzw. Struktur verändert werden kann. (Capechi, M.R. (1989), Altering the genome by homologous recombination, Science 244: 1288-1292; Bradley, A., Hasty, P., Davis, A. and Ramirez-Solis, R. (1992), Modifying the mouse: design and desire, Bio/Technology 10: 534-539.)Numerous methods are described in the literature, such as using chromosomal methods Changes in genes whose expression or structure can be changed. (Capechi, M.R. (1989), Altering the genome by homologous recombination, Science 244: 1288-1292; Bradley, A., Hasty, P., Davis, A. and Ramirez-Solis, R. (1992), Modifying the mouse: design and desire, Bio / Technology 10: 534-539.)
Die gezielte Mutagenese wird mit dem Verfahren der homologen Rekombination durchgeführt. Dabei rekombiniert ein in eine Zelle eingebrachter synthetischer Vektor, der Teile des zu verändernden chromosomalen Lokus enthält, mit der genomischen DNA der Zelle. (Clarke, A.R. (1994), Murine genetic models for human diseases, Curr. Opin. Genet. Dev. 4: 453-460; Melton, D.W. (1994), Gene targeting in the mouse, Bioassays 16: 633-638.)Targeted mutagenesis is achieved using the homologous recombination method carried out. A synthetic vector, which is introduced into a cell, recombines Contains parts of the chromosomal locus to be modified, with the genomic DNA of the Cell. (Clarke, A.R. (1994), Murine genetic models for human diseases, Curr. Opin. Genet. Dev. 4: 453-460; Melton, D.W. (1994), Gene targeting in the mouse, Bioassays 16: 633-638.)
Die Isolierung der Zellen, in die die Vektor-DNA chromosomal integriert hat, aus dem Pool nicht-rekombinierter Zellen wird durch eine positive Selektionskassette im Vektor ermöglicht, die von der chromosomalen Vektor-DNA flankiert wird. Jede stabile Integration der Vektor- DNA führt zur dauerhaften Resistenz gegen ein zytotoxisches pharmakologisches Agens, welches von einem spezifischen Resistenzgen exprimiert wird. Beispiele dafür sind die Resistenz gegen Geniticin (G418) durch das integrierte Neomycingen oder die Resistenz gegen Hygromycin durch die Integration des Hygromycingens.The isolation of the cells into which the vector DNA has been integrated chromosomally from the pool non-recombined cells are made possible by a positive selection cassette in the vector, which is flanked by the chromosomal vector DNA. Any stable integration of the vector DNA leads to permanent resistance to a cytotoxic pharmacological agent, which is expressed by a specific resistance gene. Examples are the Resistance to geniticin (G418) through the integrated neomycin gene or resistance against hygromycin through the integration of hygromycin gene.
Die eingebrachte positive Selektionskassette kann durch die Wahl der Insertion in der chromosomalen Vektor-DNA zu einer Mutation des Gens im Sinne eines klassischen Knock outs, das heißt Inaktivierung der Genfunktion, führen. Inaktivierung bzw. Modifikation eines die Genexpression beeinflussenden regulativ wirkenden genetischen Elements bzw. funktionellen Teilbereichs des transkribierten/translatierten Genprodukts kann sowohl positiven, negativen, als auch modifizierenden Einfluß auf die Genfunktion haben. (Bradley, A., Hasty, P., Davis, A. and Ramirez-Solis, R. (1992), Modifying the mouse: design and desire, Bio/Technology 10: 534-539; Van der Neut, R. (1997), Targeted gene disruption: Applications in Neurobiology J. Neurosci. Methods 71: 19-27.)The inserted positive selection cassette can be selected by the choice of the insertion in the chromosomal vector DNA to a mutation of the gene in the sense of a classic knock outs, that is, inactivation of gene function. Deactivation or modification of a regulating genetic element influencing gene expression or functional part of the transcribed / translated gene product can both have positive, negative, as well as modifying influence on the gene function. (Bradley, A., Hasty, P., Davis, A. and Ramirez-Solis, R. (1992), Modifying the mouse: design and desire, Bio / Technology 10: 534-539; Van der Neut, R. (1997), Targeted gene disruption: Applications in Neurobiology J. Neurosci. Methods 71: 19-27.)
Die gewünschte homologe Rekombination, die über die positive Selektionskassette verläuft, muß gegen die unerwünschte nicht-homologe Rekombination, die über die Vektorenden verläuft, selektioniert werden. Dazu werden die Vektorenden mit negativen Selektionskassetten ausgestattet, die dann häufig bei der nicht-homologen Rekombination ins Genom integriert werden (Mansour, S. L., Thomas, K. R. and Capechi, M.R. (1988), Disruption of the proto-oncogene int-2 in mouse embryo derived stem cells: a general strategy for targeting mutations to non-selectable genes, Nature 336: 348-352). Ein normalerweise nicht zytotoxisches Agens wird bei stabiler Expression der negativen Selektionskassetten zytotoxisch. Beispiel hierfür ist die aktivierte Zytotoxizität von Gancyclovir durch das Herpes simplex Virus Thymidinkinase-Gen (HSV-tk) (Mansour, S.L., Thomas, K.R. and Capechi, M.R. (1988), Disruption of the proto-oncogene int-2 in mouse embryo derived stem cells: a general strategy for targeting mutations to non- selectable genes, Nature 336: 348-352).The desired homologous recombination, which runs over the positive selection cassette, must counteract the unwanted non-homologous recombination that ends over the vector runs, be selected. To do this, the vector ends with negative Selection cassettes equipped, which then often in the non-homologous recombination ins Genome to be integrated (Mansour, S.L., Thomas, K.R. and Capechi, M.R. (1988), Disruption of the proto-oncogene int-2 in mouse embryo derived stem cells: a general strategy for targeting mutations to non-selectable genes, Nature 336: 348-352). One usually non-cytotoxic agent becomes stable expression of the negative selection cassettes cytotoxic. An example of this is the activated cytotoxicity of gancyclovir by the herpes simplex virus thymidine kinase gene (HSV-tk) (Mansour, S.L., Thomas, K.R. and Capechi, M.R. (1988), Disruption of the proto-oncogene int-2 in mouse embryo derived stem cells: a general strategy for targeting mutations to non- selectable genes, Nature 336: 348-352).
Die Wahrscheinlichkeit einer homologen Rekombination ist abhängig von deren Isogenie mit der genomischen DNA der Zielzelle (te Riele, H., Maandag, E.R. and Berns, A. (1992), Highly efficient gene targeting in embryonic stem cells through homologous recombination with isogenic DNA constructs, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 89: 5128-5132.)The probability of a homologous recombination depends on its isogeny with the genomic DNA of the target cell (te Riele, H., Maandag, E.R. and Berns, A. (1992), Highly efficient gene targeting in embryonic stem cells through homologous recombination with isogenic DNA constructs, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 89: 5128-5132.)
Die Klonierung von chromosomalen DNA-Abschnitten des zu verändernden Lokus, der molekularbiologische Zusammenbau eines bakteriellen Plasmid-Vektors mit der entsprechenden chromosomalen DNA, die gezielte Integration der positiven Selektionskassette und das Ausstatten beider homologer Fragmente mit negativen Selektionskassetten ergeben zwangsläufig, dass die Konstruktion eines homologen Rekombinations-Vektors meist zu einem langwierigen und technisch aufwendigen Unterfangen wird. Zeitlimitierend erweist sich dabei die Notwendigkeit, für das Einbringen der positiven Selektionskassette in die Ziel-DNA auf einzigartige Restriktionsenzymerkennungssequenzen (Restriktionsschnittstellen) angewiesen zu sein. Daraus ergeben sich aufwendige, zeit- und arbeitsintensive Klonierungen. Bei der gezielten Mutagenese eines eukaryontischen Genoms mittels homologer Rekombination stellt die Konstruktion des Rekombinationsvektors daher oft den zeitlimitierenden Schritt dar. Bei den bisher bekannten Systemen, die auf der Nutzung homologer Rekombination in Hefe oder in Bakterien beruhen, sind zur Konstruktion des Rekombinationsvektors mehrere Wochen erforderlich. Es existiert bisher kein experimentelles System, welches die Fertigstellung eines Vektors für die homologe Rekombination in kurzer Zeit ermöglicht.The cloning of chromosomal DNA sections of the locus to be modified, the molecular biological assembly of a bacterial plasmid vector with the corresponding chromosomal DNA, the targeted integration of the positive selection cassette and equipping both homologous fragments with negative selection cassettes inevitably that the construction of a homologous recombination vector mostly increases a lengthy and technically complex undertaking. It proves to be time-limited thereby the need for inserting the positive selection cassette into the target DNA for unique restriction enzyme recognition sequences (restriction interfaces) to be instructed. This results in complex, time-consuming and labor-intensive cloning. In the targeted mutagenesis of a eukaryotic genome using homologous Recombination therefore often represents the construction of the recombination vector time-limiting step. In the previously known systems that are based on use homologous recombination in yeast or in bacteria are used to construct the Recombination vector required for several weeks. So far there is no experimental System that completes a vector for homologous recombination in short Time allows.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein System bereitzustellen, welches die Konstruktion eines für die homologe Rekombination geeigneten Vektors ohne aufwendige Klonierungsschritte ermöglicht.The invention is therefore based on the object to provide a system which Construction of a vector suitable for homologous recombination without complex Cloning steps enabled.
Der Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, ein Klonierungssystem bereitzustellen, welches für das Einbringen der positiven Selektionskassette nicht auf einzigartige Restriktionsenzymerkennungssequenzen angewiesen ist.Another object of the invention is to provide a cloning system, which is not unique for inserting the positive selection cassette Restriction enzyme recognition sequences is instructed.
Die Aufgabe wird gelöst durch den Gegenstand der Patentansprüche.The object is achieved by the subject matter of the claims.
Die Erfindung betrifft daher ein Klonierungssystem zur homologen Rekombination in eukaryontischen Zellen, bestehend aus einem Vektor-Adaptersystem, umfassend einen Lambda-Vektor mit mindestens zwei negativen Selektionskassetten, mindestens zwei in gleicher Orientierung vorliegenden loxP-Stellen, einen zwischen den loxP-Stellen befindlichen Replikationsursprung, einen Resistenzmarker für Bakterien und ein genomisches Stuffer- Fragment, flankiert von je einem 5' und 3' Restriktionsschnittstellenlinker und vier verschiedene Adapteroligonukleotide A, B, C und D, wobei die 5'-Nukleotidsequenz der Adapteroligonukleotide A, B, C und D ein zum Restriktionsenzym Sfi kompatibles Ende enthält und die 3'-Nukleotidsequenz der Adapteroligonukleotide A, B, C, und D zum jeweiligen Zielgen homolog ist.The invention therefore relates to a cloning system for homologous recombination in eukaryotic cells, consisting of a vector adapter system, comprising a Lambda vector with at least two negative selection cassettes, at least two in loxP sites with the same orientation, one between the loxP sites Origin of replication, a resistance marker for bacteria and a genomic stuffer Fragment flanked by a 5 'and 3' restriction interface linker and four different adapter oligonucleotides A, B, C and D, the 5 'nucleotide sequence of the Adapter oligonucleotides A, B, C and D have an end compatible with the restriction enzyme Sfi contains and the 3 'nucleotide sequence of the adapter oligonucleotides A, B, C, and D to target gene is homologous.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst der 5'-Restriktionsschnittstellenlinker die Restriktionsschnittstellen 5'-BamHI-Sfi-C, SalI, Sfi-A, BamHI und der 3'- Restriktionsschnittstellenlinker die Restriktionsschnittstellen 3'-BamHI, Sfi-B, SalI, Sfi-D, BamHI.In a preferred embodiment, the 5 'restriction interface linker comprises the Restriction sites 5'-BamHI-Sfi-C, SalI, Sfi-A, BamHI and the 3'- Restriction sites linker the restriction sites 3'-BamHI, Sfi-B, SalI, Sfi-D, BamHI.
Besonders bevorzugt ist ein Klonierungssystem, wobei die 5'-Nukleotidsequenz der Adapteroligonukleotide A und C die Restriktionsschnittstellen SfiA und SfiC und die 5'- Nukleotidsequenz der Adapteroligonukleotide B und D die Restriktionsschnittstellen SfiB und SfiD umfasst.A cloning system is particularly preferred, the 5 'nucleotide sequence of the Adapter oligonucleotides A and C the restriction sites SfiA and SfiC and the 5'- Nucleotide sequence of the adapter oligonucleotides B and D, the restriction sites SfiB and SfiD includes.
Überraschenderweise wird durch das erfindungsgemäße Klonierungssystem die Konstruktion eines positiven/negativen Rekombinationsvektors stark verkürzt und vereinfacht. Bei Verwendung des erfindungsgemäßen Klonierungssystems wird die Klonierungszeit auf drei Tage verkürzt und die Bearbeitung mehrerer Projekte in einer Zeiteinheit ermöglicht. Ein bisher aufwendiges Verfahren wird somit erheblich verkürzt und kostengünstiger.Surprisingly, the construction is achieved by the cloning system according to the invention of a positive / negative recombination vector is greatly shortened and simplified. At Using the cloning system according to the invention, the cloning time is three Shortened days and enabled the processing of several projects in one time unit. On Previously complex process is thus significantly shortened and cheaper.
Das erfindungsgemäße Klonierungssystem bestehend aus einem Vektor-Adaptersystem erlaubt es, jede beliebige DNA durch einen einzigen Klonierungsschritt in einen vollständigen Rekombinationsvektor mit flankierenden negativen Selektionskassetten umzuwandeln.The cloning system according to the invention consists of a vector adapter system allows any DNA to be completed by a single cloning step Convert recombination vector with flanking negative selection cassettes.
Ein bevorzugtes erfindungsgemäßes Klonierungssystem umfasst einen neu konstruierten Lambda-Vektor (Lambda-KO-Sfi), wie in Abb. 1 dargestellt.A preferred cloning system according to the invention comprises a newly constructed lambda vector (Lambda-KO-Sfi), as shown in Fig. 1.
Die im erfindungsgemäßen Klonierungssystem eingesetzten Adapteroligonukleotide ermöglichen die effiziente Amplifikation der zu mutierenden genomischen Sequenz (nachfolgend auch als rechter und linker Homologiearm bezeichnet).The adapter oligonucleotides used in the cloning system according to the invention enable the efficient amplification of the genomic sequence to be mutated (hereinafter also referred to as the right and left homology arm).
Die Adapteroligonukleotide sind so aufgebaut, dass 15-50, vorzugsweise 20-25 Basenpaare (bp) der 3'-Nukleotidsequenz zum jeweiligen Zielgen homolog sind und die 5'- Nukleotidsequenz ein zum Restriktionsenzym Sfi kompatibles Ende enthält. Das Restriktionsenzym Sfi ermöglicht die Konstruktion von mehreren unabhängigen Schnittstellen aufgrund der frei wählbaren mittleren drei Basenpaare seiner Restriktionserkennungssequenz.The adapter oligonucleotides are designed so that 15-50, preferably 20-25 base pairs (bp) the 3 'nucleotide sequence is homologous to the respective target gene and the 5' Nucleotide sequence contains an end compatible with the restriction enzyme Sfi. The Restriction enzyme Sfi enables the construction of several independent interfaces due to the freely selectable middle three base pairs of its restriction recognition sequence.
Zur Amplifikation der Homologiearme werden für den rechten Arm die Adapteroligonukleotide mit den Restriktionsschnittstellen SfiB und SfiD und für den linken Arm Adapteroligonukleotide mit den Restriktionsschnittstellen SfiA und SfiC definiert. Demgemäß werden der rechte Homologiearm mit den Adapteroligos B und D und der linke Homologiearm mit den Adapteroligonukleotiden A und C amplifiziert. Die Amplifikation erfolgt dabei unter Verwendung einer Polymerase mit 3'-5' Exonuklease-Aktivität, so dass die Wahrscheinlichkeit falsch eingebauter Basen minimiert wird.To amplify the homology arms for the right arm Adapter oligonucleotides with the restriction sites SfiB and SfiD and for the left Arm adapter oligonucleotides with the restriction sites SfiA and SfiC defined. Accordingly, the right homology arm with the adapter oligos B and D and the left Low homology amplified with adapter oligonucleotides A and C. The amplification is carried out using a polymerase with 3'-5 'exonuclease activity, so that the Probability of incorrectly installed bases is minimized.
Die Größe der PCR-Produkte und damit die Länge der Homologie ist frei wählbar. Die beiden PCR-Produkte werden in einem Ligationsansatz mit der positiven Selektionskassette, die die Restriktionsschnittstellen SfiA und SfiB besitzt, sowie mit dem Lambda-KO-Sfi-Gerüst, das die Restriktionsschnittstellen SfiC und SfiD enthält, ligiert. Es sind somit mittels nur einem Restriktionsenzym vier nicht kompatible Restriktionsschnittstellen konstruiert worden, wodurch die Ligation der vier Fragmente nur in einer Weise erfolgen kann und die Klonierung ohne falsche Ligationsprodukte verläuft, die ansonsten zu background führen. Darüberhinaus macht sich die Erfindung die hohe Klonierungskapazität von Lambdaphagen zunutze.The size of the PCR products and thus the length of the homology can be freely selected. The two PCR products are used in a ligation approach with the positive selection cassette, which is the Restriction interfaces SfiA and SfiB owns, as well as with the Lambda-KO-Sfi framework that which contains restriction sites SfiC and SfiD. So there are only one Restriction enzyme four incompatible restriction sites were constructed, whereby the ligation of the four fragments can only be done in one way and the cloning runs without false ligation products that otherwise lead to background. Furthermore the invention takes advantage of the high cloning capacity of lambda phage.
Die PCR-Produkte der Homologiearme sind auch dann klonierbar, wenn nur geringste Mengen synthetisiert worden sind. Damit wird ein aufwendiges Austesten von Idealbedingungen für PCR-Reaktionen mit Proof-Reading-Polymerasen vermieden. Die Klonierung des Rekombinationsvektors ist unabhängig von in der genomischen DNA vorhandenen Restriktionsschnittstellen, dies erlaubt die positive Selektionskassette an jede beliebige Position im Genom zu plazieren und auch größere Deletionen zu setzen. Nach Erhalt der Adapteroligonukleotide ist der Rekombinationsvektor in drei Tagen fertig gestellt.The PCR products of the homology arms can be cloned even if only the smallest Amounts have been synthesized. This is a complex test of Ideal conditions for PCR reactions with proof reading polymerases avoided. The Cloning of the recombination vector is independent of that in the genomic DNA existing restriction interfaces, this allows the positive selection cassette to each to place anywhere in the genome and also to set larger deletions. After receiving the adapter oligonucleotide, the recombination vector is completed in three days.
Der Lambdavektor KO-Sfi (siehe Fig. 1) ist von dem Lambdavektor KO (Nehls et al. (1994), Biotechniques 17, 4: 770-775) abgeleitet. Der Lambdavektor KO beruht auf dem Vektor Lambda 2001 (Ausubel et al., (1994), Current Protocols in Molecular Biology, John Wiley & Sons, New York). Jedes in den Vektor inserierte genomische Fragment ist automatisch von zwei negativen Selektionskassetten, zum Beispiel HSV-tk, flankiert. Der Vektor enthält weiterhin zwei in gleicher Orientierung gerichtete loxP-Stellen mit der Nukleotidsequenz ATAACTTCGTATAGCATACATTATACGAAGTTAT. Diese loxP-Stellen ermöglichen nach Infektion des Phagen mit einem cre-Rekombinase exprimierenden Bakterienstamm (wie z. B. BNN132) die Konvertierung des Phagen in ein Plasmid. Die Propagation des Plasmids wird durch einen innerhalb der loxP-Stellen befindlichen Replikationsursprung und Resistenzmarker für Bakterien ermöglicht, wie zum Beispiel pBluescript (Stratagene, Bestellnummer #211201).The lambda vector KO-Sfi (see FIG. 1) is derived from the lambda vector KO (Nehls et al. (1994), Biotechniques 17, 4: 770-775). The lambda vector KO is based on the vector Lambda 2001 (Ausubel et al., (1994), Current Protocols in Molecular Biology, John Wiley & Sons, New York). Each genomic fragment inserted into the vector is automatically flanked by two negative selection cassettes, for example HSV-tk. The vector also contains two loxP sites with the nucleotide sequence ATAACTTCGTATAGCATACATTATACGAAGTTAT oriented in the same orientation. After infection of the phage with a bacterial strain expressing cre recombinase (such as BNN132), these loxP sites enable the phage to be converted into a plasmid. Propagation of the plasmid is made possible by an origin of replication and resistance markers for bacteria located within the loxP sites, such as pBluescript (Stratagene, order number # 211201).
Bei der Konstruktion des Lambdavektors wurde zwischen die beiden Thymidinkinasegene
(HSV-tk) ein genomisches Fragment des Phagen, vorzugsweise von ca. 5 Kb, (hier auch als
Stuffer-Fragment bezeichnet) plaziert, um die Propagation des Phagen zu gewährleisten.
Dabei wurde ein Restriktionsschnittstellenlinker mit folgenden Aufbau eingesetzt (siehe auch
Fig. 1):
5'-BamHI, Sfi-C, SalI, Sfi-A, BamHI
3'-BamHI, Sfi-B, SalI, Sfi-D, BamHIIn the construction of the lambda vector, a genomic fragment of the phage, preferably of approximately 5 Kb (also referred to here as a stuffer fragment) was placed between the two thymidine kinase genes (HSV-tk) in order to ensure the propagation of the phage. A restriction interface linker with the following structure was used (see also FIG. 1):
5'-BamHI, Sfi-C, SalI, Sfi-A, BamHI
3'-BamHI, Sfi-B, SalI, Sfi-D, BamHI
Die Sfi-Schnittstellen besitzen die folgenden Sequenzen:
Sfi A: ggcentagnggcc
Sfi B: ggccngcgnggcc
Sfi C: ggccnctgnggcc
Sfi D: ggccncagnggccThe Sfi interfaces have the following sequences:
Sfi A: ggcentagnggcc
Sfi B: ggccngcgnggcc
Sfi C: ggccnctgnggcc
Sfi D: ggccncagnggcc
Aus den vorstehend genannten neu eingebrachten Linkersequenzen wurden zudem zwei, für
die jeweiligen Enden spezifischen Sequenzierprimer abgeleitet:
MM-D 5'-gacggatcctcggccactg
MM-C 5'-ctcgaggatccggccactgIn addition, two sequencing primers specific to the respective ends were derived from the above-mentioned newly introduced linker sequences:
MM-D 5'-gacggatcctcggccactg
MM-C 5'-ctcgaggatccggccactg
Zur Verwendung als Klonierungsvektor wird die Lambdaphagen-DNA zunächst mit Sfi hydrolytisch gespalten. Die erhaltenen Fragmente werden gereinigt und in einem zweiten Verdau mit dem Restriktionsenzym SalI geschnitten. Damit sollte jedes Ende dreimal geschnitten sein und Religationsprodukte bei der Klonierung vermieden werden. Die Lambda- Arme werden dann durch Sucrosegradientenzentrifugation gereinigt und auf diese Weise von dem Stuffer-Fragment getrennt. Die Ligation der PCR-Produkte erfolgt unter Standardbedingungen und die in vitro Verpackung erfolgt unter Verwendung eines von Stratagene hergestellten Verpackungsextraktes (Gigapack plus).For use as a cloning vector, the Lambdaphagen DNA is first with Sfi hydrolytically split. The fragments obtained are purified and in a second Cut digestion with the restriction enzyme SalI. That should end each three times be cut and religation products avoided during cloning. The Lambda Arms are then cleaned by sucrose gradient centrifugation and, in this way, by the stuffer fragment. The PCR products are ligated at Standard conditions and in vitro packaging are done using one of Stratagene manufactured packaging extract (Gigapack plus).
Die Adapteroligonukleotide dienen zur Amplifikation der Homologiearme (0.8-12 kb) der zu mutierenden genomischen Sequenz und zum Einbau dieser amplifizierten Sequenzen in den Klonierungsvektor Lambda-KO-Sfi.The adapter oligonucleotides are used to amplify the homology arms (0.8-12 kb) mutating genomic sequence and to incorporate these amplified sequences in the Cloning vector Lambda-KO-Sfi.
Die 5'-Enden der Adapteroligonukleotide A, B, C und D definieren jeweils die vier
verschiedenen Sfi-Schnittstellen. Nach Amplifikation der genomischen Sequenzen, d. h. des
rechten und linken Homologiearmes, und Aufreinigung der beiden PCR-Produkte werden
diese mit Sfi hydrolytisch gespalten. Um eine vollständige Spaltung zu gewährleisten, wurden
an den 5'-Enden der Adapteroligonukleotide zusätzlich drei Nukleotide plaziert (in
nachfolgender Aufstellung unterstrichen dargestellt). Am 3'-Ende der Adapteroligonukleotide
befindet sich eine zur Nukleotidsequenz des jeweiligen Kandidatengens homologe
Nukleotidsequenz (in nachfolgender Aufstellung als (Ngenomisch)25 dargestellt).
Sfi-A: cga ggc cgc tat ggc c(Ngenomisch)25
Sfi-B: gac ggc cag cga ggc c(Ngenomisch)25
Sfi-C: cag ggc cac tgc ggc c(Ngenomisch)25
Sfi-D: cag ggc cac tgc ggc c(Ngenomisch)25The 5 'ends of the adapter oligonucleotides A, B, C and D each define the four different Sfi interfaces. After amplification of the genomic sequences, ie the right and left homology arms, and purification of the two PCR products, these are hydrolytically cleaved with Sfi. In order to ensure complete cleavage, an additional three nucleotides were placed at the 5 'ends of the adapter oligonucleotides (underlined in the table below). At the 3 'end of the adapter oligonucleotides there is a nucleotide sequence homologous to the nucleotide sequence of the respective candidate gene (shown in the following list as (N genomic ) 25).
Sfi-A: cga ggc cgc tat ggc c (N genomic ) 25
Sfi-B: gac ggc cag cga ggc c (N genomic ) 25
Sfi-C: cag ggc cac tgc ggc c (N genomic ) 25
Sfi-D: cag ggc cac tgc ggc c (N genomic ) 25
Um bei einem Knockout eines Gens gleichzeitig die Expression des endogenen Gens überwachen zu können, wurde eine IRES-β-Galaktosidase-MCS-Neomycin-Kassette mit den Sfi Schnittstellen A und B versehen und in den LambdaKO-Sfi-Vektor als Stuffer-Fragment einkloniert. Auf diese Weise kann gleichzeitig die Expression des endogenen Gens überwacht werden. Bei einer Lambda-Phagen-DNA-Präparation fällt daher auch DNA der Selektionskassette im molaren Verhältnis an, die gleichzeitig mitgereinigt werden kann.In order to simultaneously knockout a gene, expression of the endogenous gene To monitor, an IRES-β-galactosidase-MCS-neomycin cassette with the Sfi interfaces A and B provided and in the LambdaKO-Sfi vector as a stuffer fragment cloned in. In this way, the expression of the endogenous gene can be monitored at the same time become. With a lambda phage DNA preparation, DNA also falls Selection cassette in molar ratio, which can be cleaned at the same time.
Die verwendeten Abkürzungen besitzen erfindungsgemäß die folgende Bedeutung.
Außer den im Duden gebräuchlichen Abkürzungen, den üblichen Codes für Aminosäuren und
Nukleotide sowie den gängigen Kürzeln für Restriktionsenzyme, Polymerasen, usw. wurden
folgende Abkürzungen verwendet:
Bp: Basenpaar
ES-Zellen: embryonale Stammzellen
hprt-Gen: Hypoxanthin-Phosphoribosyl-Transferasegen
HSK: Herpes Simplex Virus
MCS: multiple cloning site
µl: Mikroliter
Ng: Nanogramm
Ori: Origin of replication
PCR: Polymerasekettenreaktion
tk-Gen: Thymidin-Kinase-Gen
U: UnitThe abbreviations used have the following meaning according to the invention.
In addition to the abbreviations used in Duden, the usual codes for amino acids and nucleotides as well as the common abbreviations for restriction enzymes, polymerases, etc., the following abbreviations were used:
Bp: base pair
ES cells: embryonic stem cells
hprt gene: hypoxanthine phosphoribosyl transferase gene
HSK: Herpes Simplex Virus
MCS: multiple cloning site
µl: microliter
Ng: nanogram
Ori: Origin of replication PCR: polymerase chain reaction
tk gene: thymidine kinase gene
U: unit
Die Erfindung wird weiter durch die folgende Zeichnung erläutert:The invention is further illustrated by the following drawing:
Fig. 1A zeigt eine graphische Darstellung eines erfindungsgemäßen Klonierungssystems, bestehend aus einem Lambda-Vektor (Lambda-KO-Sfi) und vier Adapteroligonukleotiden A, B, C und D. Fig. 1A is a graphical representation of a cloning system according to the invention, consisting of a lambda vector (Lambda-KO-Sfi) and four Adapteroligonukleotiden A, B, C and D.
Der Lambda KO-Sfi: Der LambdaKo-Sfi Vektor besteht aus dem rechten und linken Arm des Lambda2001 (Ausubel, F.M., Brent, R., Klingston, R.E., Moore, D.D., Seidman, J.G., Smith, J.A. and Struhl, K. (1994), Current Protocols in Molecular Biology, John Wiley & Sons, New York), der von Nehls et al. abgeändert wurde (Nehls et al. (1994), Biotechniques 17, 4: 770-775): angrenzend an die Lambdaarme wurden zwei in gleicher Orientierung gerichtete loxP-Stellen eingebracht. Zwischen die loxP-Stellen wurde in den rechten Lambdaarm das Gen für die β-Lactamase sowie ein Replikationsursprung (ori) inseriert. Ein genomisches Stuffer-Fragment ist beidseits von zwei Kassetten für die negative Selektion flankiert. (Mansour, S.L., Thomas, K.R. and Capechi, M.R. (1988), Disruption of the proto-oncogene int-2 in mouse embryo derived stem cells: a general strategy for targeting mutations to non-selectable genes, Nature 336: 348-352). An das 5'-Ende des Stuffer- Fragmentes wurde folgender Restriktionschnittstellenlinker neu eingebracht: BamHI, Sfi-C, SalI, Sfi-A, BamHI und ein zweiter Restriktionschnittstellenlinker an das 3'-Ende des Stuffer- Fragmentes: BamHI, Sfi-B, SalI, Sfi-D, BamHI. Die Sfi-Schnittstellen sind folgendermaßen definiert: Sfi-A: ggccNTAGNggcc; Sfi-B: ggccNGCGNggcc; Sfi-C: ggccNCTGNggcc; Sfi-D: ggccNCAGNggcc.The Lambda KO-Sfi: The LambdaKo-Sfi vector consists of the right and left arm of the Lambda2001 (Ausubel, F.M., Brent, R., Klingston, R.E., Moore, D.D., Seidman, J.G., Smith, J.A. and Struhl, K. (1994), Current Protocols in Molecular Biology, John Wiley & Sons, New York) by Nehls et al. was changed (Nehls et al. (1994), Biotechniques 17, 4: 770-775): adjacent to the Lambda arms were two in the same Orientation-oriented loxP points introduced. Between the loxP positions in the right arm of the lambda the gene for β-lactamase and an origin of replication (ori) advertises. A genomic stuffer fragment is on both sides of two cassettes for the negative Selection flanked. (Mansour, S.L., Thomas, K.R. and Capechi, M.R. (1988), Disruption of the proto-oncogene int-2 in mouse embryo derived stem cells: a general strategy for targeting mutations to non-selectable genes, Nature 336: 348-352). At the 5 'end of the stuffer The following restriction interface linker was newly introduced: BamHI, Sfi-C, SalI, Sfi-A, BamHI and a second restriction site linker to the 3 'end of the stuffer Fragments: BamHI, Sfi-B, SalI, Sfi-D, BamHI. The Sfi interfaces are as follows defined: Sfi-A: ggccNTAGNggcc; Sfi-B: ggccNGCGNggcc; Sfi-C: ggccNCTGNggcc; Sfi-D: ggccNCAGNggcc.
Fig. 1B zeigt einen homologen Rekombinationsvektor zur gezielten Mutagenese von ES- Zellen, der aus den gereinigten, Sfi geschnittenen Lambda KO-Sfi-Armen besteht, in denen die PCR-Produkte (rechter und linker Homologiearm) und die ES-Zell-Selektionskassette in einem Ligationschritt ligiert wurden. Dazu wurde der linke Homologiearm mit den Adapteroligonukleotiden C und A amplifiziert, der rechte Arm mit den Adapteroligonukleotiden B und D. Die Gesamtgröße der beiden PCR-Produkte kann dabei in den Grenzen von 0.8-12 kb frei gewählt werden. FIG. 1B shows a homologous recombination vector for targeted mutagenesis of ES cells, the cut from the purified Sfi lambda KO-Sfi arms consists, in which the PCR products (right and left homology arm) and ES cell selection cassette in were ligated in a ligation step. For this purpose, the left homology arm was amplified with adapter oligonucleotides C and A, the right arm with adapter oligonucleotides B and D. The total size of the two PCR products can be freely selected within the limits of 0.8-12 kb.
Die nachstehenden Beispiele veranschaulichen die Erfindung, sind jedoch nicht begrenzend zu verstehen.The following examples illustrate the invention, but are not limitative understand.
Zur Konstruktion eines homologen Rekombinationsvektors für das Hprt-Gen wurden die folgenden experimentellen Schritte durchgeführt:To construct a homologous recombination vector for the Hprt gene, the carried out the following experimental steps:
Im gewählten Beispiel wird das Exon III des Hprt-Gens deletiert. Diese Mutation führt zum Funktionsverlust von Hprt, wie bereits von Hasty et al. (1991), Mol. Cell. Biol. 11: 5586-5591, beschrieben.In the selected example, exon III of the Hprt gene is deleted. This mutation leads to Loss of function of Hprt, as already described by Hasty et al. (1991) Mol. Cell. Biol. 11: 5586-5591, described.
Der linke Homologiearm von Hprt ist 3639 bp lang und endet mit der 17ten Base des 3ten
Exons. Der rechte Homologiearm, der 950 bp lang ist, beginnt im 3ten Intron mit der 39ten
Base. Die in der nachfolgenden Aufstellung fettgedruckten Basen kennzeichnen die
Adaptersequenzen.
The left homology arm of Hprt is 3639 bp long and ends with the 17th base of the 3rd exon. The right homology arm, which is 950 bp long, begins in the 3rd intron with the 39th base. The bases in bold in the following list identify the adapter sequences.
Die PCR wurde mit den folgenden Reagenzien durchgeführt:
The PCR was carried out with the following reagents:
Die Denaturierung erfolgte für 45 Sekunden bei 94°C, das Anlagern der Oligonukleotide ("Annealing") für 1 Minute bei 56°C, die Synthese für 3 Minuten bei 72°C. Dieser Zyklus wurde 34 mal wiederholt.The denaturation was carried out for 45 seconds at 94 ° C., the oligonucleotides were attached ("Annealing") for 1 minute at 56 ° C, the synthesis for 3 minutes at 72 ° C. This cycle was repeated 34 times.
Die PCR-Produkte wurden unter Verwendung des QIAquick PCR Purification Kit (Bestellnummer #21806) nach den Beschreibungen des Herstellers aufgereinigt. Das Elutionsvolumen betrug 30 µl.The PCR products were prepared using the QIAquick PCR Purification Kit (Order number # 21806) cleaned according to the manufacturer's descriptions. The Elution volume was 30 µl.
Das aufgereinigte PCR-Produkt wurde im 50 µl Ansatz mit 40 U Sfi (Biolabs, Bestellnummer #123L) drei Stunden bei 50°C verdaut und anschließend wiederum unter Verwendung des QIAquick PCR Purification Kit aufgereinigt und in 30 µl von der Säule eluiert.The purified PCR product was mixed with 40 U Sfi (Biolabs, order number # 123L) digested for three hours at 50 ° C and then again using the QIAquick PCR Purification Kit purified and eluted from the column in 30 µl.
Ein typischer Ligationsansatz bestand aus folgenden Mengen in einem 10 µl Ansatz:
50 ng Lambda-KO-Sfi-Arme (Sfi geschnitten)
10 ng Selektionskassette (Sfi geschnitten)
1 ng rechter Homologiearm
1 ng linker Homologiearm
1× Ligationspuffer (Boehringer)
1 U T4-Ligase (Boehringer, Bestellnummer #716354)A typical ligation batch consisted of the following amounts in a 10 µl batch:
50 ng Lambda KO Sfi arms (Sfi cut)
10 ng selection cassette (Sfi cut)
1 ng right homology arm
1 ng left homology arm
1 × ligation buffer (Boehringer)
1 U T4 ligase (Boehringer, order number # 716354)
Die Ligation erfolgte bei Raumtemperatur für zwei Stunden.The ligation was carried out at room temperature for two hours.
2 µl des vorstehend genannten Ligationsansatzes wurden für 1.5 Stunden bei Raumtemperatur mit 10 µl Verpackungsextrakt in vitro verpackt (Stratagene, Gigapack III plus, Bestellnummer #200204).2 ul of the above-mentioned ligation batch were for 1.5 hours at room temperature packed with 10 µl packaging extract in vitro (Stratagene, Gigapack III plus, order number # 200204).
Je 10 und 50 µl der Verpackungsreaktion wurden zur Infektion mit je 300 µl einer wachsenden Kultur von C600-Bakterien (Stratagene, Bestellnummer #200261) verwendet und auf Lambda-Platten (Current Protocol in Molecular Biology) über Nacht inkubiert.10 and 50 µl of the packaging reaction were used for infection with 300 µl of a growing one Culture of C600 bacteria (Stratagene, order number # 200261) and used Lambda plates (Current Protocol in Molecular Biology) incubated overnight.
Einzelplaques wurden in 500 µl SM-Phagenpuffer (Ausubel, F. M. et al., (1994) Current Protocol in Molecular Biology, John Wiley & Sons, New York) aufgenommen. Je 50 µl Phagen in SM-Phagenpuffer wurden mit 100 µl einer wachsenden Kultur BNN 132 infiziert (30 Minuten, 37°C) und dann eine Flüssigkultur TB Medium (Ausubel, F.M. et al., (1994) Current Protocol in Molecular Biology John Wiley & Sons, New York) plus 100 µg Ampicillin/ml (Amersham, Bestellnummer #US11259-25) angeimpft und über Nacht bei 30°C im Bakterienschüttler inkubiert.Individual plaques were placed in 500 ul SM phage buffer (Ausubel, F.M. et al., (1994) Current Protocol in Molecular Biology, John Wiley & Sons, New York). 50 µl each Phages in SM phage buffer were infected with 100 ul of a growing BNN 132 culture (30 minutes, 37 ° C) and then a liquid culture TB medium (Ausubel, F.M. et al., (1994) Current Protocol in Molecular Biology John Wiley & Sons, New York) plus 100 µg Ampicillin / ml (Amersham, order number # US11259-25) inoculated and overnight at 30 ° C incubated in the bacterial shaker.
Die Plasmid-DNA wurde über QIAgen-Säulenchromatografie (Qiagen, Bestellnummer #12143) nach den Angaben des Herstellers gewonnen. The plasmid DNA was analyzed by QIAgen column chromatography (Qiagen, order number # 12143) according to the manufacturer's instructions.
Claims (7)
- a) mindestens zwei negative Selektionskassetten;
- b) mindestens zwei in gleicher Orientierung vorliegende loxP-Stellen;
- c) einen zwischen den loxP-Stellen befindlichen Replikationsursprung;
- d) einen Resistenzmarker für Bakterien; und
- e) ein genomisches Stuffer-Fragment, flankiert von je einem 5' und 3' Restriktionsschnittstellenlinker, enthält;
- a) at least two negative selection cassettes;
- b) at least two loxP sites with the same orientation;
- c) an origin of replication located between the loxP sites;
- d) a resistance marker for bacteria; and
- e) contains a genomic stuffer fragment flanked by a 5 'and 3' restriction site linker;
die 5'-Nukleotidsequenz der Adapteroligonukleotide A die Restriktionsschnittstellen SfiA,
die 5'-Nukleotidsequenz der Adapteroligonukleotide C die Restriktionsschnittstellen SfiC,
die 5'-Nukleotidsequenz der Adapteroligonukleotide B die Restriktionsschnittstellen SfiB, und
die 5'-Nukleotidsequenz der Adapteroligonukleotide D die Restriktionsschnittstellen SfiD umfasst. 3. Cloning system according to claim 1, wherein
the 5 'nucleotide sequence of the adapter oligonucleotides A, the restriction sites SfiA,
the 5 'nucleotide sequence of the adapter oligonucleotides C the restriction sites SfiC,
the 5 'nucleotide sequence of the adapter oligonucleotides B, the restriction sites SfiB, and
the 5'-nucleotide sequence of the adapter oligonucleotides D comprises the restriction sites SfiD.
einem Lambda-Vektor,
mindestens zwei negativen Selektionskassetten,
mindestens einer positiven Selektionskassette und
einem linken und rechten Homologiearm;
umfassend die Schritte:
- a) Auswählen von zum Zielgen homologer Sequenzen (genomischer Oligonukleotide) zur Amplifikation der 5'- und 3'-Homologiearme mittels PCR;
- b) Amplifikation der 5'- und 3'-Homologiearme mittels PCR und Aufreinigung der PCR-Produkte;
- c) Restriktionsverdau der aufgereinigten PCR-Produkte mittels Restriktionsenzym Sfi;
- d) Ligation der Sfi-geschnittenen Fragmente mit einem Sfi-geschnittenen Lambda- Vektor und einer Sfi-geschnittenen positiven Selektionskassette;
- e) in vitro-Verpackung der Ligationsprodukte und Plattierung der Phagenbibliothek; und
- f) Plasmidkonvertierung und Gewinnung der DNA des homologen Rekombinationsvektors.
a lambda vector,
at least two negative selection cassettes,
at least one positive selection cassette and
a left and right homology arm;
comprising the steps:
- a) selecting sequences homologous to the target gene (genomic oligonucleotides) for the amplification of the 5 'and 3' homology arms by means of PCR;
- b) amplification of the 5 'and 3' homology arms by means of PCR and purification of the PCR products;
- c) restriction digestion of the purified PCR products using restriction enzyme Sfi;
- d) ligation of the Sfi-cut fragments with an Sfi-cut lambda vector and an Sfi-cut positive selection cassette;
- e) in vitro packaging of the ligation products and plating of the phage library; and
- f) plasmid conversion and extraction of the DNA of the homologous recombination vector.
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