JP2004524002A - Transgenic mice containing targeted gene disruption - Google Patents
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Abstract
本発明は、トランスジェニック動物ならびに遺伝子機能の特徴付けに関する方組成物および法に関する。具体的には、本発明は、標的遺伝子における破壊を含むトランスジェニック細胞を提供する。本発明のトランスジェニック細胞は、相同組換えを行い得る任意の細胞を含む。好ましくは、本発明の細胞は、幹細胞であり、そしてより好ましくは、胚性幹(ES)細胞、そして最も好ましくは、マウスES細胞である。1つの実施形態に従って、トランスジェニック細胞は、幹細胞中に標的化構築物を導入し、標的遺伝子の突然変異をもたらす相同組換え体を生成することにより産生される。別の実施形態では、トランスジェニック細胞は、以下に記載するトランスジェニック動物由来である。トランスジェニック動物由来の細胞は、組織または器官、および任意の細胞系列またはその任意の子孫から単離されるか、あるいはそれらに存在する細胞を含む。The present invention relates to transgenic animals and methods and methods for characterizing gene function. Specifically, the present invention provides a transgenic cell comprising a disruption in a target gene. The transgenic cells of the present invention include any cells capable of performing homologous recombination. Preferably, the cells of the invention are stem cells, and more preferably, embryonic stem (ES) cells, and most preferably, mouse ES cells. According to one embodiment, transgenic cells are produced by introducing a targeting construct into a stem cell and generating a homologous recombinant that results in a mutation in the target gene. In another embodiment, the transgenic cells are from a transgenic animal described below. Cells from a transgenic animal include cells isolated from or present in tissues or organs, and any cell line or any progeny thereof.
Description
【0001】
(発明の分野)
本発明は、遺伝子機能の特徴付けに関連するトランスジェニック動物、組成物、および方法に関する。
【0002】
(発明の背景)
実験動物モデルは、遺伝子の役割を理解するための重要な手段である。より詳細には、変更または不活性化された特定遺伝子を有する動物を開発する能力は、遺伝子機能の研究にとって計り知れないほど貴重であり、そしてヒトにおける同様な発現を有する疾患の原因となる遺伝子および/または機構の予期せぬ発見につながっている。これらの遺伝的に操作された動物はまた、種々の疾患および障害のための治療的処置を同定および試験するためにも有用である。
【0003】
多くの遺伝子の機能を同定することは、疾患におけるこれらの遺伝子の役割を確認することおいて有用である。ヒトとマウスとの間の高レベルな相同性のため、例えば、動物の選択された遺伝子の標的生殖系列変異を行うことによって、個々のヒト遺伝子の機能を明確にすることが可能である。結果として得られる変異動物の表現型は、ヒトにおける表現型を定義するのに役立てるために用いられ得る。
【0004】
Gタンパク質共役レセプター(GPCR)、コルディン(chordin)、核ホルモンレセプター、骨形態形成タンパク質およびアクアポリン(aquaporin)タンパク質をコードする種々のファミリーに属する、いくつかの興味ある遺伝子が最近、発見されている。これらの遺伝子およびその発現産物の役割を確認することは、疾患経路の決定ならびに診断上および治療上で有用な標的の同定を可能とし得る。
【0005】
GPCRは、7種の推定膜貫通ドメイン(TM1、TM2、TM3、TM4、TM5、TM6およびTM7と称する)を有するとして特性化されている。これらは、細胞外または細胞質ループによって連結された膜貫通α−へリックスを表すと考えられている。ほとんどのG−タンパク質共役レセプターは、機能的タンパク質構造を安定化すると考えられているジスルフィド結合を形成する最初の2つの細胞外ループのそれぞれに1つの保存システイン残基を有する。G−タンパク質共役レセプターは、ヘテロ三量体G−タンパク質によって細胞内で種々の細胞内酵素、イオンチャネルおよび輸送体に結合され得る。異なったG−タンパク質α−サブユニットは、優先的に特定のエフェクターを刺激して、細胞内で種々の生物学的機能を調節する。
【0006】
アナフィラトキシン、特に、C3aおよびC5aは、炎症反応の媒介因子としての役割を示唆する種々の生物学的活性を有する:これらは、平滑筋の収縮、ヒスタミン放出、毛細血管透過性の増大、血管内皮に対する白血球の接着、白血球の走化性ならびに血小板および白血球の凝集を引き起こす(Vogt、Complement 3:177−88(1986)を参照のこと)。これらの効果のほとんどは、アナフィラトキシン刺激細胞(例えば、白血球および内皮)によって産生され得る他の媒介因子、特にアラキドン酸誘導体の協力によって支持される。補体ペプチドのインビボの効果は、これらの産生部位に大いに依存する:体循環における血管内放出は、主に白血球の活性化、凝集および肺血管中のそれらの蓄積に起因する、成体の呼吸窮迫症候群およびショック肺のような有害な症状を引き起こす。血管内放出は、特定の薬物によって、およびバイパス装置または透析装置の表面との血液の接触によって、誘導され得る。補体系の活性化は、種々の炎症性障害およびCNSの神経変性プロセスにおいて報告されている。最近の証拠は、補体タンパク質およびレセプターが、グリア細胞および驚くべきことにニューロン上で、またはこれらによって合成されることを示す。これらのタンパク質の中で、補体の炎症機能の最も可能性のある媒介因子であるものは、走化性ペプチドおよびアナフィラキシーペプチドである、C3aおよびC5aに対するレセプターである。グリア細胞のC3aレセプターおよびC5aレセプター(C3aRおよびC5aR)の機能は、免疫細胞のC3aRおよびC5aRに類似のようである。しかし、これらのレセプターがニューロン上で有する役割については、ほとんど知られていない(Natafら、Trends.Neurosci.22:397−402(1999)を参照のこと)。
【0007】
最近、cDNA(クローンAZ3B)が、N−ホルミルペプチドレセプター遺伝子に由来するプローブを用いて、分化したHL−60細胞のcDNAライブラリーから単離された(Roglicら、Biochem.Biophys.Acta.1305(1−2):39−43(1996);登録番号U28488;GI:1199577)。1.97kbのcDNAは、482アミノ酸を有する推定Gタンパク質共役レセプターをコードした。全てのGPCRに共通する推定7回膜貫通ドメインに加えて、このタンパク質は、4番目の膜貫通ドメインと5番目の膜貫通ドメインとの間に、約172アミノ酸の大きい細胞外ループ(これは、今日までに同定された数百のGPCRの中で、独自の特徴である)を含んだ。高い配列相同性は、アミノ末端の170残基およびカルボキシル末端の150残基においてこのタンパク質と多くの化学誘引物質レセプター(例えば、ヒトC3aアナフィラトキシンレセプター(C3AR)(Crassら、Eur.J.Immunol.26(8):1944−50(1996))およびマウス補体C3AR遺伝子(登録番号AF053757;GI:3170513))との間に存在した。ノーザン分析およびフローサイトメトリー分析は、メッセージおよびタンパク質が、いくつかの分化した造血細胞株において、肺、胎盤、心臓および内皮細胞において広く発現されることを示唆した。Roglicらは、このタンパク質が、GPCRスーパーファミリー内の別個のグループのレセプターを規定すると仮定した。Tornettaらは、477アミノ酸のオープンリーディングフレームをコードする3.3kbの全長C3a cDNAを報告した(J.Immunol.158:5277−82(1997);登録番号U77461;GI:2130534)。推定アミノ酸は、4つの推定N結合グリコシル化部位を含み、そしてヒトC3aレセプターのコード領域を含む482アミノ酸に対して65%同一であった。
【0008】
GPCRの1つの重要なサブファミリーは、セロトニン神経伝達物質レセプターGPCRである。セロトニン(aka 5−HT)は、重要な神経調節物質かつCNSおよび腸の局所ホルモンであり、複数のレセプターを活性化することによって、広範な生理学的機能および病態生理学的経路を媒介する。体内の約90%のセロトニンは、腸壁中のクロム親和細胞に存在し、少量が筋層間神経叢に存在する。セロトニンはまた、血小板が高濃度で存在する血液においても見出される。CNSにおいて、セロトニンニューロンは、脳幹の縫線核に主に起源し、そして脳のほとんどの領域に突き出す。セロトニンは、5−ヒドロキシトリプトファンを介して、アミノ酸トリプトファンから合成される。末梢において、5−HTは、大きい血管、腸および子宮を含む多くの平滑筋に接触し、そしてまた、NOの形成を介した内皮依存性の血管拡張を誘導する。セロトニンは、感覚神経の末端を刺激し、かつ蠕動の媒介因子であり、そして血小板凝集および止血に関与し得る。これはまた、炎症媒介因子および微小血管制御への関与を有し得る。CNSにおいて、セロトニンは、広範な機能(食欲、気分、不安、幻覚、睡眠、嘔吐および疼痛認知の制御を含む)に関与すると考えられる。セロトニンレセプターリガンドは、うつ病、片頭痛および手術後の嘔吐の処置における臨床的用途を見出し、そして他の状態におけるその使用についての強力な可能性が存在する。
【0009】
分子生物学的研究および薬理学的研究は、5−HTレセプターの多数のサブタイプの存在を明らかにした。1つのセロトニンレセプターは、5−HT−5レセプターである。CNSにおいて、この5−HT−5レセプターmRNAは、小脳皮質、海馬、小帯、嗅球および小脳顆粒層において見出される。5−HT5(Aサブタイプ)レセプターをコードするcDNA(1686bp)は、マウス脳ライブラリーから単離された(EMBO J.11(13)、4779−86(1992))。この配列は、GenBankに提出されている(GIまたはNID番号:49758;登録番号:Z18278)。アミノ酸配列の比較は、5−HT5Aレセプターが、以前に同定された全ての5−HTレセプターの遠い類縁であることを明らかにした。その薬理学的プロフィールは、5−HT−1Dレセプターの薬理学的プロフィールに類似し、5−HT−1Dは、アデニル化シクラーゼを阻害することが示され、そして脳幹神経節において優勢に発現される、5−HTレセプターのサブタイプである。しかし、5−HT−1Dレセプターとは異なり、この5−HT5Aレセプターは、アデニル化シクラーゼを阻害せず、そしてそのmRNAは、脳幹神経節において見出されなかった。5−HT5A遺伝子のコード配列は、塩基509〜1582を含むと考えられる。
【0010】
過去15年にわたり、7回膜貫通レセプターを標的化するほぼ350種の治療的薬剤が、市場に首尾よく導入されてきた。これらのレセプターは、治療的標的としての、確立された、証明された来歴を有するが、機能不全または疾患を予防、回復または矯正する際に役割を果たし得るGPCRの同定および特徴づけに対する、明らかな必要性が存在する。
【0011】
一般に、増殖因子は、細胞表面上のレセプターに結合し、細胞の増殖および/または分化を活性化する主な結果を有するタンパク質である。多くの増殖因子は、非常に用途が広く、多くの異なる細胞型で細胞分裂を刺激する;一方、その他は、特定の細胞型に特異的である。より詳細には、増殖因子は、ポリペプチドホルモンのような物質であり、インビボまたはインビトロで規定された動物細胞集団の増殖に影響するが、栄養物質ではない。組織の増殖および分化に関与するタンパク質は、増殖を促進または阻害し得、そして分化を促進または阻害し得、従って、一般的な用語「増殖因子」は、サイトカイン、栄養因子およびこれらのインヒビターを含む。増殖因子または栄養因子のうち、現在公知であるものは、トランスフォーミング増殖因子(TGF−α、TGF−β、TGF−γ)である。トランスフォーミング増殖因子−βは、多くの異なる細胞型で種々の応答を引き起こすようである。
【0012】
TGF−βのメンバーの中には、骨形態形成タンパク質(BMP)がある。BMPは、創傷治癒、組織修復において有用であり、そして軟骨および/または骨の増殖を誘導することが示されている。BMPは、胚発生の間に強力な効果を有する。1つの特定のメンバーであるBMP−4は、Xenopus胚において強力な腹側化効果を有することが示されており、血液および間葉の分化を生じ、脊索、筋肉および神経系のような背側組織の形成を阻害する。(例えば、Jonesら、Development 115:639−647(1991)を参照のこと)。BMP−4は、Xenopus胚において腹側で発現される。BMP−4の発現は、紫外線光による照射のような腹側化処理によって、増大される。腹側化BMPのインヒビターは、組織分化に対して背側化効果を有すると考えられる。1つのこのような増殖因子インヒビターは、コルディンである。
【0013】
コルディン(CHRD)は、腹側化TGF−β様BMPに結合し、そしてそれらを潜伏性の複合体に抑えることによって、初期脊椎動物胚組織を背側化する、重要な発生の増殖因子インヒビターである。具体的には、CHDRは、分泌型のBMPアンタゴニストである。哺乳動物コルディン配列の配列データベースが検索され、ヒトCHRDおよびマウスCHRDのC末端領域をコードするESTが同定された。マウスCHRDの全長cDNA配列が、4つの内部システインリッチリピートおよび4つの潜在的なNグリコシル化部位を含む、948アミノ酸のタンパク質を予測することが決定された。(例えば、Pappanoら、(Genomics 52:236−239(1998)を参照のこと)。ノーザンブロット分析は、交尾後7日のマウス胚における、高レベルの3.7kbのCHRD転写物を検出した。CHDR転写物のレベルは、後期発生段階および成体組織において減少し、このことは、哺乳動物胚における原腸形成期の間のコルディンの主要な役割を示す。さらに、マウスコルディン遺伝子およびヒトコルディン遺伝子の両方が、いくつかの胎仔および成体の組織、特に肝臓および小脳において容易に検出可能なレベルで発現されることが示され、このことは、組織形成および恒常性におけるさらなる役割を示唆する。ヒト成体組織およびヒト胎仔組織におけるmRNA発現のドットブロット分析は、CHRDが肝臓で高レベルで発現されることを示した。部分的ヒトCHRD cDNA配列は、GenBankに寄託された(GIまたはNID番号:3822217;登録番号AF076612)。
【0014】
マウスタンパク質と86%の配列同一性を有する954アミノ酸のタンパク質をコードするヒトCHRD cDNAは、クローニングされ、そして配列決定された。(Smithら、Hum.Genet.105:104−111(1999))。このCHRD遺伝子が、11.5kbにわたって23個のエキソンを有することもまた、決定された。このヒトCHRD遺伝子は、放射線ハイブリッドマッピングによって3q27に局在し、そしてマウスCHRD遺伝子は、種間バッククロスを使用して、第16染色体の近傍に局在した。(Pappanoら、前出を参照のこと)。ヒトコルディン遺伝子の遺伝子編成は、決定され、そしてTHPO(トロンボポエチン)、CLCN2(電圧ゲートの(voltage^gated)塩素イオンチャネル遺伝子)およびEIF4G1(真核生物翻訳開始因子γ遺伝子)を含む3q27の遺伝子クラスター内にマップされることが示された。(Smithら、前出を参照のこと)。CHRD遺伝子およびTHPO遺伝子は、非常に密に隣接する(単一のコスミドクローン内)。これら2つの遺伝子は、合計22kbを占め、そして2kb未満離れたプロモーターを使用して、反対の鎖から転写される。このCHRD遺伝子およびコルディン調節GSC(グースコイド(goosecoid)遺伝子は、3qにマップされる発生奇形症候群であるコルネリア・ド・ランゲ症候群(CDLS)の潜在的な候補遺伝子であることが見出された。この症候群は、精神的なハンディキャップ、成長遅滞、独特の顔面特徴および四肢の縮小欠損(limb−reduction defect)によって主に特徴付けられる。CDLS患者は、代表的には、散発性の症例として生じるが、いくつかの報告は、優性遺伝であることを示唆している。CHRD遺伝子およびGSC遺伝子の候補は、以下を含むいくつかの系列の証拠によって支持される:3q26.3〜q27でのCDLS遺伝子についての以前の証拠;CDLSと血小板減少症との間の有意な関連を示唆する報告;CDLSにおける疑わしい遺伝的異質性;新規の平衡転座を有するCDLS患者において検出される、14q32切断点に密に近接するGSC遺伝子の位置;グースコイドによる、コルディン発現の公知の調節;およびマウスGSC遺伝子の胚性発現パターン。しかし、変異スクリーニングは、CHRDまたはGSCにおける、CDLS患者特有の変異を同定できなかった。
【0015】
マウスCHRD mRNAは、最初に、原始線条前方で発現され、次いで、これに由来する節および軸の中内胚葉において発現され、このことは、CHRDが、初期胚のパターン形成において役割を果たし得ることを示唆する。CHRDの標的化された不活化は、正常な初期発生および神経誘導を有するが、内耳および外耳の発生における後期の欠損ならびに咽頭および心臓血管の組織化における異常を示す死産動物を生じた。
【0016】
原腸中期において、ノギン(noggin)の発現が、CHRDの発現と重なることが実証された。(例えば、Bachillerら(Nature 403:658−661(2000)を参照のこと)。ノギン変異体は、正常な原腸形成および前方中枢神経系のパターン形成を経るが、後期段階においては、多くの異常が後方脊髄および体節において観察された。ノギンおよびコルディンの変異についてヘテロ接合体であるマウス間の交雑は、新生仔において二重ホモ接合体の変異体を生成しなかった。2つのノギン/コルディン二重ヌル胚は、出産間近に解剖された動物において見出された。両方とも、再吸収を受けていたが、明らかに全前脳症、単一の鼻窩、単眼および無顎症を有した。いずれかそれ自体の変異においては観察されないこれらの奇形は、ソニックヘッジホッグ(sonic hedgehog)(shh)を欠く胚に類似した。12.5日の胚において、二重変異胚は、アプロセンセファリー(aprosencephaly)に類似したより重篤な表現型を有して回収された。8.5日胚で解剖された二重変異胚において、前脳の縮小が明らかに明白であった。このデータは、コルディンおよびノギンが、前方内臓内胚葉の確立には必要でないが、前方パターンのその後の仕上げには必要であることを実証した。中胚葉発生もまた影響され、shhの欠如によって示された。これは、BMPアンタゴニストのコルディンおよびノギンが、初期マウス発生の間において互いに補い合うことを示唆した。両方の遺伝子産物が除去された場合、前方−後方、背側−腹側、および左−右のパターン形成が、全て影響された。
【0017】
最近、マウスCHRD cDNAの3254bpの配列が報告された(GenBank登録番号AF096276;GI 4406185)。このコード領域は、ヌクレオチド1〜2847にわたり、948アミノ酸のポリペプチドをコードすると考えられた。増殖因子インヒビターの重要性に鑑み、機能不全または疾患を予防、回復または矯正する際に役割を果たし得る増殖因子インヒビターの同定および特徴づけに対する、明らかな必要性が存在する。
【0018】
核レセプタースーパーファミリーは、共通のモジュール構造を共有するリガンド活性化転写因子の多様なグループを構成する。このスーパーファミリーとしては、ステロイドホルモン、甲状腺ホルモン、レチノイドおよびビタミンDのレセプター、ならびにリガンドが同定されていない嗅覚レセプターのような、多くのレセプターが挙げられる。このスーパーファミリーは、各々がいくつかの密接に関連した遺伝子を含む、多くのサブファミリーに分けられ得る。RORαおよびRORβに加えて、RORサブファミリーの第三のメンバーであるRORγが、クローニングされた(Hiroseら、Biochem.Biophys.Res.Commun.205:1976−1983(1994);Medvedevら、Gene 181:199−206(1996);Medvedevら、Genomics、46:93−102(1997))。RORγのアミノ酸配列は、種間で高度に保存されている;マウスRORγとヒトRORγとの間のアミノ酸配列は、88%の同一性を示す(Hiroseら、(1994);Medvedevら、(1996);Medvedevら、(1997))。
【0019】
ほとんどの核レセプターは、5つの主なドメインを含む:アミノ末端のA/Bドメイン、2つのジンクフィンガードメインを含む高度に保存されたDNA結合(C)ドメイン、ヒンジ領域(D)、リガンド結合ドメイン(E)、およびカルボキシル末端のFドメイン。この核レセプターは、1以上のヌクレオチドによって分離されるコアモチーフのコンセンサス配列PuGGTCAまたは直列反復、パリンドローム反復もしくは逆方向反復を含む、単一のコアモチーフから構成される応答エレメントに対して、単量体またはホモ二量体もしくはヘテロ二量体として結合する。核レセプターの役割は、胚発生、細胞増殖および分化の制御において実証されている。さらに、これらのレセプターの発現および構造における遺伝的変更は、種々の疾患プロセスに関連している(Hughesら、Science 242:1702−1705(1988);DeLucas、FASEB J.5:2924−2933(1991);Chomienneら、Leukemia 4:802−807(1991))。
【0020】
最近、cDNA(mRORγオーファン核レセプター)mRNAが、マウス筋肉cDNAライブラリーから単離された(Medvedevら、Gene 181 199−206(1996);登録番号U4350;GI:1155340)。2066bpのcDNAは、ヒトの560アミノ酸のRORに類似した、516アミノ酸残基のタンパク質をコードした(Hiroseら、Biochem.Biophys.Res.Commun.205:1976−83(1994)を参照のこと)。さらに、このタンパク質とヒトRORγの間に、88%の全体的同一性で、高い配列相同性が存在した。インビトロで合成されたRORγを使用するRORγ応答エレメントの分析は、これが、6bpのATリッチ配列が先行する単一のコアモチーフGGTCAから構成される応答エレメントに対して、単量体として結合することを明らかにした。異なる組織由来のRNAを使用したノーザンブロット分析は、mRORγが、骨格筋、肝臓および腎臓において高度に発現されることが見出されたことを示した。
【0021】
従って、重要な調節機能が、RORサブファミリーのメンバーについて一般的に示唆されてきた(Austinら、Cell Growth&Differentiation、9:267−276(1998))が、発生および分化においてRORγによって果たされる特定の役割は、いまだ解明されなければならない。
【0022】
TGF−βのメンバーの中には、骨形態形成タンパク質(BMP)がある。BMPは、創傷治癒、組織修復において有用であり、そして軟骨および/または骨の増殖を誘導することが示されている。BMPは、胚発生の間に強力な効果を有する。1つの特定のメンバーであるBMP−4は、Xenopus胚において強力な腹側化効果を有することが示されており、血液および間葉の分化を生じ、脊索、筋肉および神経系のような背側組織の形成を阻害する(例えば、Jonesら、Development 115:639−647(1991)を参照のこと)。BMP−4は、Xenopus胚において腹側で発現される。BMP−4の発現は、紫外線光による照射のような腹側化処理によって、増大される。
【0023】
動物の発生の間、細胞は、それらの隣の細胞とシグナルを交換し、このシグナルは、細胞の特定の群に、組織化された分化した構造(例えば、四肢、節または他の体の部分)を生成させる。これらのプロセスを理解することは、損傷を受けた体の部分を再生し、または出生異常を診断するために細胞を操作することを可能にし得る。ねじれた原腸形成タンパク質(twisted gastrulation protein)(TSG)は、初期Drosophila胚の背側部分のパターン形成に必要な5つの公知な分泌タンパク質の1つである。胚の背側半分全体のパターン形成に必要なデカペンタプレジック(decapentaplegic)(DPP)タンパク質とは異なり、TSGは、背側正中線の細胞の発生運命決定にのみ必要である。腹側の縞の細胞で発現される場合、TSGタンパク質は、背側のほとんどの細胞に拡散し得、そしてtsg変異胚において背側正中線細胞をレスキューし得る。DPP活性のピークレベル後に背側正中線に沿って細胞の発生運命を決定する、支持的であるよりむしろ許容的な役割におけるTSGの機能は、TSGに応答するように細胞を「準備(prime)」させる。
【0024】
セリンプロテアーゼは、小胞体を通過する未成熟タンパク質を輸送するために働き、次いで切断されるN末端のシグナルペプチドを含む、分泌タンパク質である(von Heijne、Nutl.Acid.Res.14:5683−90(1986))。これらのシグナル配列における差異は、個々の酵素を識別する1つの手段を提供する。いくつかのセリンプロテアーゼ、特に消化酵素は、不活性な前駆体またはプレプロ酵素として存在し、そしてシグナルペプチドの3’側に、リーダーペプチド配列または活性化ペプチド配列を含む。種々のセリンプロテアーゼを識別する他の特徴は、膜アンカーを提供するN結合グリコシル化部位の存在または非存在、セリンプロテアーゼの二次構造を決定するシステイン残基の数および分布、ならびにS’のような基質結合部位の配列である。このS’基質結合領域は、N末端I(+1)に対して、およそ+17〜+29にわたる残基によって規定される。分子のこの領域における差異は、酵素の基質特異性を決定すると考えられる。
【0025】
プロテアーゼは、種々の発生プロセスおよび代謝プロセスに関与する(Stroud、Sci.Am.231:74−88(1974);Neurath,Science 224:350−357(1984))。酵素機能を変更する分子欠損は、しばしば、重篤なヒト疾患(例えば、出血、血栓症およびアテローム硬化症)を生じる。ヘプシン(hepsin)は、トリプシンファミリーの新規のセリンプロテアーゼであり、アミノ末端近傍に1つの膜貫通ドメインを含む(Kurachiら、Methods in Enzymology、244:100−114(1994))。この構造的特徴は、ほとんどの他のセリンプロテアーゼからヘプシンを区別する。血液凝集に加えて、ヘプシンは、細胞増殖に重要であることが報告される。破壊されたヘプシン遺伝子を有するトランスジェニックマウスは、上昇した血清アルカリホスファターゼレベルを示す(米国特許第5,981,830号;Wuら、J.Clin.Invest.101:321−326(1998))。組織学的試験において、ヘパシン−/−マウスの主要な器官中に、明らかな異常は見出されなかった。この結果は、ヘプシンが、胚発生および正常な止血に必須ではないことを示した。
【0026】
ショウジョウバエDrosophila meranogasterにおいて、別の膜貫通セリンプロテアーゼ、Stubble−stubbloidは、ヘプシンの構造的特徴と類似の構造的特徴を有することが報告されている。Stubble−stubbloidタンパク質は、Drosophilaにおける上皮形態形成および発生において、重要な役割を果たす。Stubble−stubbloid遺伝子における欠損は、脚、羽および剛毛の奇形を生じる(Appleら、Proc.Natl.Acad.Sci.USA 90:4937−4941(1993))。
【0027】
気道トリプシン様プロテアーゼは、慢性気道疾患を有する患者の痰から単離された酵素である(Yamaokaら、J.Biol.Chem.273(19):11895−901(1998);登録番号NP 004253;GI:4758508)。418アミノ酸残基のポリペプチドをコードするオープンリーディングフレームを有する、完全な1517塩基対のcDNA配列を得た。このポリペプチドは、HN2末端の近傍に疎水性の推定膜貫通ドメインを有し、232残基の触媒領域および186残基の比触媒領域からなる。このポリペプチドは、COOH末端の触媒領域が細胞外にある、II型の膜貫通タンパク質であることが示唆される。このタンパク質は、膜結合型前駆体として合成され、そして限定されたタンパク質分解によって、可溶性かつ活性なプロテアーゼに成熟すると考えられた。これは、ヒトヘプシン、エンテロペプチダーゼ、アクロシンおよび肥満細胞トリプターゼ(tryptase)に対して、触媒領域の配列における29〜38%の同一性を示した。非触媒領域は、他の既知のタンパク質にほとんど類似性を有さなかった。ノーザンブロット分析において、1.9キロベースの転写物は、試験された17種のヒト組織の中で、気管において最も突出して検出可能であった。最近、ヒト気道トリプシン様プロテアーゼおよびヒトヘプシンに対する配列類似性を有するマウスESTが、Knowles Solter胚cDNAライブラリーから同定された(登録番号AA415658;GI:2075923)。
【0028】
アクアポリンファミリーは、選択的水チャネルのグループであり、主要内因性膜タンパク質(MIP)のより大きいファミリーの一部である。今日まで、8つの異なるアクアポリンが、クローニングされている。アクアポリン−1〜アクアポリン−4は、腎臓内で同定され、そしてネフロンに沿った糸球体濾過の水再吸収において役割を果たす。アクアポリン0は、眼の水晶体繊維細胞の、主要な(60%)内因性タンパク質である。この遺伝子における変異は、マウスの白内障形成に関連する。アクアポリン1は、CHIP−28とも呼ばれ、ホモ四量体として膜に存在し、そして赤血球、脈絡叢、腎臓のヘンレわなの近位細管および下行性の肢、ならびに多くの他の部位に存在する(Heymannら、JSB 121(2)、191−206(1998))。驚くべきことに、機能的なAQP4遺伝子を欠く患者において、いかなる病理学的結果も知られていない。アクアポリン2は、WCH−CDとも呼ばれ、皮質および髄質の集合管(collencting duct)の主要な細胞の水チャネルであり、シナプトブレビンまたは小胞結合膜タンパク質2(VAMP2)によって膜の先端に転位された場合にアルギニンバソプレシンが作用しない限り、細胞質小胞に局在する。機能的AQP2タンパク質の欠如は、腎原性尿崩症の稀な形成を生じる。AQP3およびAQP4は、集合管の主要な細胞の基底外側膜に局在し、AQP3は、皮質または髄質外側に優勢に局在し、一方、AQP4は、内部髄質集合管において優勢である。腎水保存における、これら2つの水チャネルの臨床的重要性は、いまだ決定されていない。最近、AQP4を欠損したトランスジェニックマウスが、作製された(Maら、J.Clin.Invest.100:957−962(1997))。興味深いことに、表現型の異常は非常に微妙で、最大の尿濃縮における小さい欠損を有し、IMCDの低い部分におけるAQP4の優勢な局在に一致する。アクアポリン−5は、明らかに、外分泌組織における液体分泌に関連する。アクアポリン−6の正確な機能は、その不確かな局在に起因して知られていないが、腎臓における限定された存在は、水輸送における潜在的な役割を示唆し得る。アクアポリン−7は、精子の冷凍保存において役割を果たすようであるが、アクアポリン−8は、膵液の分泌を担うと考えられる(Dibasら、Proc.Soc.Exp.Biol.Med.219:183−99(1998)において再検討される)。一般に、ラットを除くと、これらのタンパク質の個体発生を試験した研究はほとんどなく、妊娠、または母体もしくは胎仔における液体バランスの任意の障害におけるこれらの遺伝子の発現については、実質的に何も知られていない。
【0029】
最近、マウスアクアポリン−8水チャネルcDNAが単離された(登録番号AF018952;GI:2353796)。1447bpのcDNA(AQP8と称される)は、783bpのオープンリーディングフレームを有することが見出された。コードされた261アミノ酸の疎水性タンパク質は、MIPファミリーメンバーに見出される保存されたNPAモチーフを含む(Maら、Biochem.Biophys.Res.Commun.240:324−8(1997))。
【0030】
(発明の要旨)
本発明は、一般的にトランスジェニック動物、ならびに遺伝子機能の特徴づけに関する組成物および方法に関する。
【0031】
本発明は、標的遺伝子における破壊を含むトランスジェニック細胞を提供する。本発明のトランスジェニック細胞は、相同組換えを行い得る任意の細胞を含む。好ましくは、本発明の細胞は、幹細胞であり、そしてより好ましくは、胚性幹(ES)細胞、そして最も好ましくは、マウスES細胞である。1つの実施形態に従って、トランスジェニック細胞は、幹細胞中に標的化構築物を導入し、標的遺伝子の突然変異をもたらす相同組換え体を生成することにより産生される。別の実施形態では、トランスジェニック細胞は、以下に記載するトランスジェニック動物由来である。トランスジェニック動物由来の細胞は、組織または器官、および任意の細胞系列またはその任意の子孫から単離されるか、あるいはそれらに存在する細胞を含む。
【0032】
本発明はまた、標的化構築物、および幹細胞中に導入される場合、相同組換え体を産生する標的化構築物を産生する方法を提供する。1つの実施形態では、本発明の標的化構築物は、標的遺伝子に相同である第1および第2のポリヌクレオチド配列を含む。標的化構築物はまた、構築物中で2つの異なった相同ポリヌクレオチド配列間に位置することが好ましい選択可能マーカーをコードするポリヌクレオチド配列も含む。標的化構築物は、相同組換えを強化し得る他の調節エレメントをも含み得る。
【0033】
本発明はさらに、非ヒトトランスジェニック動物、および標的遺伝子に破壊を含むこのような非ヒトトランスジェニック動物を産生する方法を提供する。本発明のトランスジェニック動物は、標的遺伝子中の変異に対してヘテロ接合性およびホモ接合性であるトランスジェニック動物を含む。1つの局面では、本発明のトランスジェニック動物は、標的遺伝子の機能を欠損している。別の局面では、本発明のトランスジェニック動物は、標的遺伝子に変異を有することに関連した表現型を含む。
【0034】
本発明はまた、トランスジェニック動物中の標的遺伝子の破壊と関連する表現型に影響を及ぼし得る薬剤を同定する方法も提供する。例えば、推定薬剤がトランスジェニック動物へ投与され、そして推定薬剤に対するトランスジェニック動物の応答が測定され、そして「正常」または野生型マウスの応答と比較されるか、あるいはトランスジェニック動物コントロール(薬剤投与されない)と比較される。本発明は、このような方法に従って同定された薬剤をさらに提供する。本発明はまた、標的遺伝子の破壊に関連した状態を処置するための治療薬剤として有用な薬剤を同定する方法を提供する。
【0035】
本発明はさらに、標的遺伝子の発現または機能に対して効果を有する薬剤を同定する方法を提供する。この方法は、トランスジェニック動物、好ましくはマウスに有効量の薬剤を投与する工程を包含する。この方法は、例えば薬剤に対するトランスジェニック動物の応答を測定する工程、およびコントロール動物(これは、例えば野生型動物あるいはトランスジェニック動物コントロールであり得る)とトランスジェニック動物の反応を比較する工程を包含する。標的遺伝子の発現または機能に対してある効果を有し得る化合物はまた、例えば、このような化合物を同定するために、細胞ベースアッセイで細胞に対してスクリーニングされ得る。
【0036】
本発明はまた、標的遺伝子の核酸配列を含む細胞系列を提供する。このような細胞系列は、細胞系中で機能するプロモーターへの作動可能な連結によって、このような配列を発現することが可能であり得る。好ましくは、標的遺伝子配列の発現は、誘導性プロモーターの制御下にある。標的遺伝子または標的タンパク質を薬剤と接触させる工程および薬剤/標的遺伝子複合体または薬剤/標的タンパク質複合体を検出する工程を包含する、標的遺伝子に相互作用する薬剤を同定する方法も提供される。このような複合体は、例えば、作動可能に連結された検出可能なマーカーの発現を測定して検出され得る。
【0037】
本発明はさらに、標的遺伝子における破壊、より詳細には標的遺伝子または標的遺伝子によってコードされる標的タンパク質の発現または機能における破壊に関連した疾患または状態を処置する方法を提供する。好ましい実施形態では、本発明の方法は、必要とする患者へ標的遺伝子または標的タンパク質の発現または機能をもたらす治療薬剤を投与する工程を包含する、標的遺伝子の発現または機能中の破壊に関連した疾患または状態を処置する工程を包含する。この実施形態に従って、この方法は、治療上、有効な量の天然、合成、半合成、または組換え標的遺伝子、標的遺伝子産物またはそのフラグメント、ならびに天然、合成、半合成または組換え類似体の投与を含む。
【0038】
本発明はさらに、破壊された標的遺伝子の発現または機能に関連した疾患または状態を処置する方法を提供し、この方法は、変異された標的遺伝子を検出し、かつ遺伝子治療によってこれを置換する工程を包含する。
【0039】
(定義)
用語「遺伝子」とは、(a)本明細書に開示されるDNA配列の少なくとも1つを含む遺伝子;(b)本明細書中に開示されるDNA配列によってコードされるアミノ酸配列をコードする任意のDNA配列、および/または;(c)本明細書中に開示されるコード配列の相補鎖にハイブリダイズする任意のDNA配列をいう。好ましくは、この用語は、コード領域ならびに非コード領域を含み、そして好ましくはプロモーター、エンハンサーおよび他の調節配列を含む正常な遺伝子発現に必要である全ての配列を含む。
【0040】
用語「ポリヌクレオチド」および「核酸分子」は、任意の長さを有するヌクレオチドのポリマー形態を呼ぶために互換可能に使用される。ポリヌクレオチドは、デオキシリボヌクレオチド、リボヌクレオチドおよび/またはそのアナログを含み得る。ヌクレオチドは、任意の3次元構造を有し得、そして既知または未知である任意の機能を発揮し得る。用語「ポリヌクレオチド」は、1本鎖、2本鎖および3重ヘリックス分子を含む。
【0041】
「オリゴヌクレオチド」とは、5〜約100ヌクレオチドの1本鎖または2本鎖DNAのポリヌクレオチドをいう。オリゴヌクレオチドはまた、オリゴマーまたはオリゴとして公知であり、そして遺伝子から単離され得るか、あるいは当該技術分野で公知である方法によって化学的に合成され得る。「プライマー」とは、酵素媒介核酸合成の開始に3’−ヒドロキシ末端を提供する、通常、1本鎖であるオリゴヌクレオチドをいう。以下は、ポリヌクレオチドの非限定的実施形態である:遺伝子または遺伝子フラグメント、エキソン、イントロン、mRNA、tRNA、rRNA、リボザイム、cDNA、組換えポリヌクレオチド、分枝ポリヌクレオチド、プラスミド、ベクター、任意の配列の単離DNA、任意の配列の単離RNA、核酸プローブおよびプライマー。核酸分子はまた、メチル化核酸分子および核酸分子アナログのような改変核酸分子を含み得る。プリンおよびピリミジンのアナログは、当該技術分野で公知であり、アジリジニルシトシン(aziridinycytosine)、4−アセチルシトシン、5−フルオロウラシル、5−ブロモウラシル、5−カルボキシメチルアミノメチル−2−チオウラシル、5−カルボキシメチル−アミノメチルウラシル、イノシン、N6−イソペンテニルアデニン、1−メチルアデニン、1−メチルプソイドウラシル、1−メチルグアニン、1−メチルイノシン、2,2−ジメチルグアニン、2−メチルアデニン、2−メチルグアニン、3−メチルシトシン、5−メチルシトシン、プソイドウラシル、5−ペンチルニルウラシルおよび2,6−ジアミノプリンが挙げられるが、これらに限定されない。デオキシリボ核酸におけるチミンの代替としてのウラシルの使用はまた、ピリミジンのアナログ形態と考えられる。
【0042】
ポリヌクレオチドの「フラグメント」は、コード配列または非コード配列の少なくとも9個の連続したヌクレオチド、好ましくは少なくとも15個の連続したヌクレオチド、そしてより好ましくは少なくとも45個のヌクレオチドを含むポリヌクレオチドである。
【0043】
用語「遺伝子標的化」は、ゲノムDNAのフラグメントが哺乳動物細胞に導入される場合に生じ、そしてそのフラグメントが内因性相同配列に位置し、組換えを起こす1つの型の相同的組換えをいう。
【0044】
用語「相同組換え」とは、相同ヌクレオチド配列の部位での2つのDNA分子間または染色分体間のDNAフラグメントの交換をいう。本明細書中で使用される場合、用語「相同」は、参照配列と比べて、少なくとも約70%の配列同一性、典型的には、少なくとも約85%の配列同一性、好ましくは少なくとも約95%の配列同一性、そしてより好ましくは約98%の配列同一性、そして最も好ましくは参照配列に比べて約100%の配列同一性を有するDNA配列の特性を示す。相同性は、「BLASTN」アルゴリズムを使用して決定され得る。相同配列は、ヌクレオチド配列中に挿入、欠失および置換を有し得ることが理解される。したがって、ヌクレオチドの直線的な配列は、たとえヌクレオチド残基のいくつかが正確に対応しないか、または整列しなくても、本質的に同一であり得る。参照配列とは、遺伝子または隣接配列の一部、または染色体の反復部分のようなより大きな配列のサブセットであり得る。
【0045】
用語「標的遺伝子」(あるいは、「標的遺伝子配列」または「標的DNA配列」あるいは「標的配列」と称される)とは、相同組換えによって改変される任意の核酸分子、または任意の遺伝子のポリヌクレオチドをいう。この標的配列としては、インタクトな遺伝子、エキソンもしくはイントロン、調節配列または遺伝子間の任意の領域が挙げられる。この標的遺伝子は、個々のゲノムDNA中の特定の遺伝子または遺伝子座の一部分を含む。本明細書中で提供される場合、本発明の標的遺伝子は、アナフィラトキシンC3aレセプター遺伝子、5−HT5A遺伝子、RORγ遺伝子、BMP遺伝子、気道トリプシン様プロテアーゼ遺伝子、またはアクアポリン8遺伝子である。
【0046】
「アナフィラトキシンC3aレセプター遺伝子」は、配列番号1を含む配列またはGenebankにおいて登録番号U77461;GI2130534で同定される配列を含む配列をいう。1つの局面において、アナフィラトキシンC3aレセプター遺伝子のコード配列は、配列番号1またはGenebankにおいて登録番号U77461;GI2130534で同定される遺伝子を含む。
【0047】
「5−HT5A遺伝子」は、配列番号5を含む配列またはGenebankにおいて登録番号Z18278;GINO:49758で同定される配列を含む配列をいう。1つの局面において、5−HT5A遺伝子のコード配列は、配列番号5またはGenebankにおいて登録番号Z18278;GINO:49758で同定される遺伝子を含む。
【0048】
「コルディン遺伝子」は、配列番号9を含む配列またはGenebankにおいて登録番号AF096276;GI4406185で同定される配列を含む配列をいう。1つの局面において、コルディン遺伝子のコード配列は、配列番号9またはGenebankにおいて登録番号AF096276;GI4406185で同定される遺伝子を含む。
【0049】
「RORγ遺伝子」は、配列番号13を含む配列またはGenebankにおいて登録番号U4350;GINO:1155340で同定される配列を含む配列をいう。1つの局面において、RORγ遺伝子のコード配列は、配列番号13またはGenebankにおいて登録番号U4350;GINO:1155340で同定される遺伝子を含む。
【0050】
「BMP遺伝子」は、配列番号17を含む配列またはGenebankにおいて登録番号AF292033;GINO:9837569で同定される配列を含む配列をいう。1つの局面において、BMP遺伝子のコード配列は、配列番号17またはGenebankにおいて登録番号AF292033;GINO:9837569で同定される遺伝子を含む。
【0051】
「気道トリプシン様プロテアーゼ遺伝子」は、配列番号21を含む配列またはGenebankにおいて登録番号AA415658;GINO:2075923で同定される配列を含む配列をいう。1つの局面において、気道トリプシン様プロテアーゼ遺伝子のコード配列は、配列番号21またはGenebankにおいて登録番号AA415658;GINO:2075923で同定される気道トリプシン様プロテアーゼ遺伝子を含む。
【0052】
「アクアポリン8遺伝子」は、配列番号25を含む配列またはGenebankにおいて登録番号AF018952;GINO:2353796で同定される配列を含む配列をいう。1つの局面において、アクアポリン8遺伝子のコード配列は、配列番号25またはGenebankにおいて登録番号AF018952;GINO:2353796で同定されるアクアポリン8遺伝子を含む。
【0053】
標的遺伝子の「破壊」は、ゲノムDNAのフラグメントが内因性相同配列の位置に位置し、組換えが起こる場合に生じる。これらの配列の破壊または改変としては、DNA配列の、挿入、ミスセンス、フレームシフト、欠失、または置換(substitution)もしくは置き換え(replacement)、あるいはそれらの任意の組み合わせが挙げられ得る。挿入としては、動物起源、植物起源、原核生物起源、またはウイルス起源の遺伝子であり得る遺伝子全体の挿入が挙げられる。破壊は、例えば、標的遺伝子の、プロモーター、エンハンサー、またはスプライス部位を変更し得るか、または置換し得、そして、正常遺伝子産物の産生を部分的にもしくは完全に阻害することによってか、または正常遺伝子産物の活性を増強することによって、正常遺伝子産物を変更し得る。
【0054】
用語「トランスジェニック細胞」とは、遺伝子標的化の方法によって完全または部分的に、破壊されたか、改変されたか、変更されたか、または置換された、標的遺伝子を、そのゲノムの中に含む細胞をいう。
【0055】
用語「トランスジェニック動物」とは、遺伝子標的化の方法によって破壊された特定の遺伝子を、そのゲノムの中に含む動物をいう。このトランスジェニック動物は、ヘテロ接合動物(すなわち、1つの欠損対立遺伝子および1つの野生型対立遺伝子)およびホモ接合動物(すなわち、2つの欠損対立遺伝子)の両方を含む。
【0056】
本明細書中で使用される場合、用語「選択マーカー」または「正選択マーカー」とは、特定の条件下で、この遺伝子を保有する細胞のみが生存および/または増殖することを可能にする産物をコードする遺伝子をいう。例えば、導入されたネオマイシン耐性(Neor)遺伝子を発現する、植物細胞および動物細胞は、化合物G418に対して耐性である。このNeor遺伝子マーカーを保有しない細胞は、G418によって殺傷される。他の正選択マーカーは、当業者に公知である。
【0057】
「宿主細胞」は、ベクターについて、または核酸分子および/もしくはタンパク質の取り込みについて、レシピエントであり得るかまたはレシピエントであった、個々の細胞または細胞培養物を含む。宿主細胞は、単一宿主細胞の子孫を含み、そしてこの子孫は、天然の変異、偶然の変異、または意図的な変異に起因して(形態または全DNA相補体において)本来の親に必ずしも完全に同一である必要はない。宿主細胞は、本発明の構築物でトランスフェクトされた細胞を含む。
【0058】
用語「調節する」とは、本明細書中で使用される場合、標的遺伝子または標的タンパク質の、機能、発現、活性、あるいは標的遺伝子中の破壊に関連する表現型の、阻害、低減、増加、または増強をいう。
【0059】
用語「改善する」とは、標的遺伝子中の破壊に関連する異常または症状を含む、状態、疾患、障害または表現型の、減少(decreasing)、低減(reducing)または除去をいう。
【0060】
用語「異常」とは、標的遺伝子の破壊が関係する任意の疾患、障害、状態または表現型(病理学的状態を含む)をいう。
【0061】
(発明の詳細な説明)
本発明は、遺伝子および遺伝子発現産物、主に、標的遺伝子に関連する遺伝子および遺伝子発現産物の、発現および機能の評価に部分的に基づく。特に、本発明は、疾患経路の規定ならびに診断的および治療的に有用な標的の同定を可能にする。例えば、疾患状態で変異しているかまたはダウンレギュレートされている遺伝子は、疾患状態を引き起こすことまたはこれを悪化させることに関連し得る。このような遺伝子の活性をアップレギュレートさせることに関する処置、または代替的な経路に関連する処置は、この疾患状態を改善し得る。
【0062】
(標的化構築物の生成)
本発明の標的化構築物は、当該分野で公知の標準的な方法を用いて生成され得る(例えば、Sambrookら、1989,Molecular Cloning:A Laboratory Manual,第2版,Cold Spring Harbor Laboratory Press,Cold Spring Harbor,New York;E.N.Glover編,1985,DNA Cloning:A Practical Approach,第I巻および第II巻;M.J.Gait編,1984,Oligonucleotide Synthesis;B.D.HamesおよびS.J.Higgins編,1985,Nucleic Acid Hybridization;B.D.HamesおよびS.J.Higgins編,1984,Transcription and Translation;R.I.Freshney編,1986,Animal Cell Culture;Immobilized Cells and Enzymes,IRL Press,1986;B.Perbal,1984,A Practical Guide To Molecular Cloning;F.M.Ausubelら,1994,Current Protocols in Molecular Biology,John Wiley&Sons,Inc.を参照のこと)。例えば、標的化構築物は、従来の方法に従って調製され得、ここで、配列は、合成されてもよく、天然供給源から単離されてもよく、操作されてもよく、クローン化されてもよく、連結されてもよく、インビトロ変異誘発、プライマー修復などに供されてもよい。種々の段階において、この連結された配列は、クローン化され得、そして制限分析、配列決定などによって分析され得る。
【0063】
標的化DNAは、当該分野で周知の技術を使用して構築され得る。例えば、標的化DNAは、オリゴヌクレオチドの化学合成、二本鎖DNAテンプレートのニックトランスレーション、配列のポリメラーゼ連鎖反応増幅(またはリガーゼ連鎖反応増幅)、目的配列(例えば、クローン化されたcDNAもしくはゲノムDNA、合成DNA、または上述したものの任意の組み合わせ)を保有する、原核生物ベクターまたは標的クローニングベクター(例えば、プラスミド、ファージミド、YAC、コスミド、バクテリオファージDNA、他のウイルスDNAもしくは複製中間体、またはそれらの精製された制限フラグメント)の精製、ならびに所望のヌクレオチド配列を有する一本鎖ポリヌクレオチドおよび二本鎖ポリヌクレオチドの他の供給源によって生成され得る。さらに、相同性の長さは、当該分野で公知の方法を使用して選択され得る。例えば、選択は、予め決定した内因性標的DNA配列の配列組成および配列の複雑性に依存し得る。
【0064】
本発明の標的化構築物は、代表的に、標的遺伝子の部分または領域に相同な第1の配列、およびこの標的遺伝子の第2の部分または領域に相同な第2の配列を含む。標的化構築物は、正選択マーカーをさらに含み、この選択マーカーは、好ましくは、この標的DNA配列の一部分または領域に対して相同な、第1のDNA配列と第2のDNA配列との間に配置される。この正選択マーカーは、プロモーターおよびポリアデニル化シグナルに作動可能に連結され得る。
【0065】
当該分野で公知の他の調節配列も、標的化構築物中に組み込まれ得、特定の細胞型の特定遺伝子の発現を破壊し得るかまたは制御し得る。さらに、この標的化構築物はまた、スクリーニングマーカー(例えば、緑色蛍光タンパク質(GFP)、または別の改変された蛍光タンパク質)をコードする配列を含み得る。
【0066】
相同配列のサイズは重要ではなく、わずか50塩基対から100kb程度の多さの範囲にあり得るが、好ましくは、各フラグメントは、約1kb長より長く、より好ましくは、約1kbと約10kbとの間であり、そしてさらにより好ましくは、約1kbと約5kbとの間である。当業者は、より長いフラグメントは、ES細胞中での相同組換え事象の数を増加させ得るが、より長いフラグメントはまたクローン化がより困難であることを認識する。
【0067】
本発明の好ましい実施形態において、標的化構築物は、係属中の米国特許出願第08/971,310号(1997年11月17日出願)(この開示は本明細書中で全体が参考として援用される)に記載された方法を用いて、プラスミドゲノムライブラリーから直接調製される。一般に、目的の配列は、例えば、ロングレンジPCRを使用して1工程で、プラスミドライブラリーから同定および単離される。この配列の単離後、標的配列を破壊する第2のポリヌクレオチドが、目的の配列をコードする2つの領域の間に容易に挿入され得る。この局面に従って、この構築物は、以下の2工程で生成される:(1)標的配列に相同な配列を、(例えば、ロングレンジPCRを使用して)増幅する工程、および(2)別のポリヌクレオチドがこの上記の相同配列に隣接されるように、この別のポリヌクレオチド(例えば、選択マーカー)を、このPCR産物に挿入する工程。代表的には、このベクターは、プラスミドゲノムライブラリー由来のプラスミドである。完成した構築物はまた、代表的には環状プラスミドである。
【0068】
別の実施形態において、この標的化構築物は、米国出願番号60/232,957号(2000年9月15日出願)(この開示は、本明細書中でその全体が援用される)に記載された、調節された正選択法に従って設計される。この標的構築物は、2つのlacO部位を有し、PGKプロモーター下に位置する、PGK−neo融合遺伝子、およびSV40 T抗原由来のNLSをコードする配列に融合されたlacリプレッサーを含むNLS−lacI遺伝子を含むように設計される。
【0069】
別の実施形態において、この標的化構築物は、1より多くの選択マーカー遺伝子(負選択マーカー(例えば、単純疱疹ウイルスtk(HSV−tk)遺伝子)を含む)を含み得る。この負選択マーカーは、プロモーターおよびポリアデニル化シグナルに作動可能に連結され得る(例えば、米国特許第5,464,764号;米国特許第5,487,992号;米国特許第5,627,059号;および米国特許第5,631,153号を参照のこと)。
【0070】
(細胞の生成および相同組換え事象の確認)
一旦、適切な標的化構築物が調製されると、この標的化構築物は、当該分野で公知である任意の方法を使用して、適切な宿主細胞に導入され得る。種々の技術が本発明において使用され得、この技術としては、例えば、前核マイクロインジェクション;生殖系列へのレトロウイルス媒介遺伝子移入;胚性幹細胞における遺伝子標的化;胚のエレクトロポレーション;精子媒介遺伝子移入;およびリン酸カルシウム/DNA共沈殿、核へのDNAのマイクロインジェクション、インタクトな細胞との細菌性プロトプラスト融合、トランスフェクション、ポリカチオン(例えば、ポリブレン、ポリオルニチンなど)などが挙げられる(例えば、米国特許第4,873,191号;Van der Puttenら、1985,Proc.Natl.Acad.Sci.,USA 82:6148−6152;Thompsonら、1989,Cell 56:313−321;Lo,1983,Mol Cell.Biol.3:1803−1814;Lavitranoら、1989,Cell,57:717−723を参照のこと)。哺乳動物細胞を形質転換するための種々の技術が、当該分野で公知である(例えば、Gordon,1989,Intl.Rev.Cytol.,115:171−229;Keownら,1989,Methods in Enzymology;Keownら,1990,Methods and Enzymology,第185巻,527−537頁;Mansourら,1988,Nature,336:348−352を参照のこと)。
【0071】
本発明の好ましい局面において、この標的化構築物は、エレクトロポレーションによって、宿主細胞に導入される。このプロセスにおいて、高電場強度(high field strength)の電気衝撃は、生体膜を可逆的に透過性にし、この構築物の導入を可能にする。エレクトロポレーションの間に生成される細孔は、高分子(例えば、DNA)の取り込みを可能にする(例えば、Potter,H.ら、1984,Proc.Nat’l.Acad.Sci.U.S.A.81:7161−7165を参照のこと)。
【0072】
相同組換えが可能な任意の細胞型が、本発明の実施において使用され得る。このような標的細胞の例としては、ヒト、ウシ種、ヒツジ種、マウス種、サル種、のような哺乳動物を含む脊椎動物、ならびに糸状菌および高等多細胞生物(例えば、植物)のような他の真核生物(ether eucaryotic organisms)に由来する細胞が挙げられる。
【0073】
好ましい細胞型としては、胚性幹(ES)細胞が挙げられ、これは代表的には、インビトロで培養される着床前の胚から得られる(例えば、Evans,M.J.ら、1981,Nature 292:154−156;Bradley,M.O.ら、1984,Nature 309:255−258;Gosslerら,1986,Proc.Natl.Acad.Sci.USA 83:9065−9069;ならびにRobertsonら、1986,Nature 322:445−448を参照のこと)。ES細胞は、当業者に周知の方法を使用して、標的化構築物の導入のために、培養および調製される(例えば、Robertson,E.J.編「Teratocarcinomas and Embryonic Stem Cells,a Practical Approach」,IRL Press,Washington D.C.,1987;Bradleyら,1986,Current Topics in Devel.Biol.20:357−371;Hoganらによる「Manipulating the Mouse Embryo」:A Laboratory Manual,Cold Spring Harbor Laboratory Press,Cold Spring Harbor N.Y.,1986;Thomasら,1987,Cell 51:503;Kollerら,1991,Proc.Natl.Acad.Sci.USA,88:10730;Dorinら,1992,Transgenic Res.1:101;ならびにVeisら,1993,Cell 75:229を参照のこと)。標的化構築物が挿入されるES細胞は、標的化構築物が導入される発生胚(developing embryo)と同種の胚または胚盤胞に由来する。ES細胞は、代表的には、発生の胚盤胞段階の胚である哺乳動物に導入される際の内細胞塊に一体化しそして個体の生殖系列に寄与する、これらの能力について選択される。従って、この能力を有する任意のES細胞系は、本発明の実施における用途に適切である。
【0074】
本発明はまた、他の細胞型(例えば、幹細胞)の遺伝子をノックアウトするために使用され得る。例としては、幹細胞は、骨髄、リンパまたは神経前駆細胞(progenitor cell)および前駆細胞(precursor cell)であり得る。遺伝子の破壊またはノックアウトを含むこれらの細胞は、個体発生経路における標的遺伝子機能の研究において特に有用であり得る。幹細胞は、任意の脊椎動物種(例えば、マウス、ラット、イヌ、ネコ、ブタ、ウサギ、ヒト、非ヒト霊長類など)に由来し得る。
【0075】
標的化構築物が細胞に導入された後に、首尾良く遺伝子標的化が生じた細胞が同定される。標的化された遺伝子に対する標的化構築物の挿入は、代表的には、マーカー遺伝子の発現について細胞を同定することによって検出される。好ましい実施形態において、本発明の標的化構築物で形質転換される細胞は、選択マーカーを発現しない細胞を選択する適切な薬剤を用いる処置に供される。選択マーカー遺伝子を発現する細胞のみが、特定の条件下で生存および/または増殖する。例えば、導入されたネオマイシン耐性遺伝子を発現する細胞は、化合物G418に対して耐性であるが、このneo遺伝子マーカーを発現しない細胞は、G418で殺傷される。この標的化構築物はまた、スクリーニングマーカー(例えば、GFP)を含む場合、相同組換えは、蛍光灯の下での細胞コロニーのスクリーニングを通して同定され得る。相同組換えを受けた細胞は、GFP遺伝子を欠失しており、そして蛍光を発しない。
【0076】
調節された正の選択方法が相同組換え事象の同定において使用される場合、無作為な取り込み後では選択マーカー遺伝子の発現が阻害されるが、その相同組換え後ではその発現が許容(脱抑制)されるような様式で、選択マーカー遺伝子の発現が調節されるように、この標的化構築物が設計される。より具体的には、トランスフェクトされた細胞が、neo遺伝子の発現についてスクリーニングされ、これは、(1)この細胞が首尾良くエレクトロポレートされ、そして、(2)neoの転写のlacリプレッサー阻害が相同組換えによって取り除かれることを必要とする。この方法は、トランスフェクトされた細胞および相同組換え体の同定が、単一の薬物を添加することによる1工程でおこなわれることを可能にする。
【0077】
あるいは、正負の選択技術が、相同組換え体を選択するために使用され得る。この技術は、トランスフェクトされた細胞の増殖について選択する(すなわち、正選択)ために第1の薬物(例えば、ネオマイシン様薬物)が細胞集団に添加されるプロセスを含む。第2の薬物(例えば、FIAU)が、その後、負選択マーカーを発現する細胞を殺傷する(すなわち、負選択)ために添加される。負選択マーカーを含み、そしてそれを発現する細胞は、選択薬剤によって殺傷されるが、負選択マーカーを含まない細胞およびそれを発現しない細胞は、生き残る。例えば、この構築物が非相同的に挿入された細胞は、HSVチミジンキナーゼを発現し、それゆえ、疱疹薬物(例えば、ガンシクロビル(gancyclovir)(GANC)またはFIAU(1−(2−デオキシ−2−フルオロ−B−D−アラビノフラノシル)−5−ヨードウラシル;1−(2−deoxy 2−fluoro−B−D−arabinofluranosyl)−5−iodouracil)に対して感受性である(例えば、Mansourら、Nature 336:348−352:(1988);Capecchi,Science 244:1288−1292,(1989);Capecchi,Trends in Genet 5:70−76(1989)を参照のこと)。
【0078】
成功した組換えは、選択される細胞のDNAを分析することによって同定されて、相同組換えを確認し得る。当該分野で公知の種々の技術(例えば、PCRおよび/またはサザン分析)を使用して、相同組換え事象を確認し得る。
【0079】
相同組換えはまた、幹細胞、および全能性胚性幹細胞ではない他の細胞型の中の、遺伝子を破壊するために使用され得る。例としては、幹細胞は、骨髄、リンパまたは神経前駆細胞(progenitor cell)および前駆細胞(precursor cell)であり得る。このようなトランスジェニック細胞は、個体発生経路における遺伝子機能の研究において特に有用である。幹細胞は、任意の脊椎動物種(例えば、マウス、ラット、イヌ、ネコ、ブタ、ウサギ、ヒト、非ヒト霊長類など)に由来し得る。
【0080】
全能性ではない細胞において、当該分野で公知の方法を使用して、標的の両方のコピーをノックアウトすることが所望され得る。例えば、標的遺伝子座で相同組換えを含む細胞(正選択マーカー(例えば、Neor)の発現について選択され、非無作為組み込みについてスクリーニングされた)は、さらに、上昇したレベルの選択薬剤(例えば、G418)に対する曝露によって複数のコピーの選択マーカー遺伝子について選択され得る。次いで、この細胞は、標的遺伝子座におけるホモ接合性について分析される。あるいは、第2の構築物は、2つの相同配列の間に挿入された異なる正選択マーカーを用いて生成され得る。この2つの構築物は、連続または同時のいずれかで、この細胞に導入され得、その後、各々の正マーカー遺伝子について、適切な選択が行われ得る。この最終的な細胞は、標的の両方の対立遺伝子の相同組換えについてスクリーニングされる。
【0081】
(トランスジェニック動物の作製)
次いで、選択された細胞は、動物(例えば、マウス)の胚盤胞(または、生存可能な動物を生成する目的について適切な他の発生段階(例えば、桑実胚))に注入され、キメラが形成される(例えば、Bradley,A.、Teratocarcinomas and Embryonic Stem Cells:A Practical Approach,E.J.Robertson編,IRL,Oxford,113−152頁(1987)を参照のこと)。あるいは、選択されたES細胞を、解離されたマウス胚細胞と凝集されて、凝集キメラを形成し得る。次いで、キメラ胚は、適切な偽妊娠雌性フォスター動物に移植され得、そしてこの胚を出産させ得る。生殖細胞中に相同組換えされたDNAを保有するキメラである子孫は、この動物の全ての細胞が相同組換えされたDNAを含む動物を繁殖させるために使用され得る。1つの実施形態において、キメラである子孫マウスを使用して、遺伝子の中でヘテロ接合性破壊を有するマウスを生成する。次いで、ヘテロ接合トランスジェニックマウスを、交尾させ得る。代表的にこのような交尾による子孫の1/4が、この標的遺伝子の中にホモ接合性破壊を有することは当該分野で周知である。
【0082】
次いで、ヘテロ接合およびホモ接合のトランスジェニックマウスは、標的遺伝子の破壊が表現型の変化、特に病理学的変化を引き起こすかどうかを決定するために、正常な野生型マウスと比較され得る。例えば、ヘテロ接合およびホモ接合マウスは、理学的検査、剖検、組織像、臨床化学、全血球算定、体重、器官重量、および骨髄の細胞学的評価によって表現型変化について評価され得る。
【0083】
1つの実施形態において、標的遺伝子の破壊に関連する表現型(または表現型の変化)は、データベースに入力されるか、または保存される。好ましくは、このデータベースは、(i)遺伝子型データ(例えば、破壊された遺伝子の同定)および(ii)遺伝子型データに関連する表現型データ(例えば、遺伝子破壊から生じる表現型)を含む。このデータベースは好ましくは、電子データベースである。さらに、このデータベースは好ましくは、このデータベースが検索可能であるように探索ツールと組み合わされる。
【0084】
(条件的トランスジェニック動物)
本発明はさらに、組換え方法を用いて産生された条件的トランスジェニック動物またはノックアウト動物などの条件的トランスジェニック動物またはノックアウト動物を意図する。酵母プラスミドに由来するバクテリオファージP1 Creリコンビナーゼおよびflpリコンビナーゼは、部位特異的なDNAリコンビナーゼ酵素の2つの非制限的な例であり、これらの酵素は、特異的標的部位(creリコンビナーゼではlox P部位、そしてflpリコンビナーゼではfrt部位)でDNAを切断し、そして第二の切断部位へのこのDNAの連結を触媒する。多数の適切な別の部位特異的リコンビナーゼが記載されており、それらの遺伝子は、本発明の方法に従って使用され得る。このようなリコンビナーゼとしては、バクテリオファージλのIntリコンビナーゼ(Xisを有するかまたは有さない)(Weisberg、R.ら、Lambda II、(Hendrix、R.ら、編)、Cold Spring Harbor Press、Cold Spring Harbor、NY、211−50頁(1983)(本明細書中に参考として援用される));TpnIおよびβ−ラクタマーゼトランスポゾン(Mercierら、J.Bacteriol.、172:3745−57(1990));Tn3レソルバーゼ(Flanagan & Fennewald、J.Molec.Biol.、206:295−304(1989);Starkら、Cell、58:779−90(1989));酵母リコンビナーゼ(Matsuzakiら、J.Bacteriol.、172:610−18(1990));B.subtilis SpoIVCリコンビナーゼ(Satoら、J.Bacteriol.172:1092−98(1990));Flpリコンビナーゼ(Schwartz & Sadowski、J.Molec.Biol.、205:647−658(1989);Parsonsら、J.Biol.Chem.、265:4527−33(1990);Golic & Lindquist、Cell、59:499−509(1989);Aminら、J.Molec.Biol.、214:55−72(1990));Hinリコンビナーゼ(Glasgowら、J.Biol.Chem.、264:10072−82(1989));免疫グロブリンリコンビナーゼ(Malynnら、Cell、54:453−460(1988));およびCinリコンビナーゼ(Haffter & Bickle、EMBO J.、7:3991−3996(1988);Hubnerら、J.Molec.Biol.、205:493−500(1989))(全ては参考として本明細書中に援用される)が挙げられる。このようなシステムは、:Echols(J.Biol.Chem.265:14697−14700(1990));de Villartay(Nature、335:170−74(1988));Craig、(Ann.Rev.Genet.、22:77−105(1988));Poyart−Salmeronら、(EMBO J.8:2425−33(1989));Hunger−Bertlingら、(Mol Cell.Biochem.、92:107−16(1990));およびCregg & Madden(Mol.Gen.Genet.、219:320−23(1989))(全ては参考として本明細書中に援用される)によって議論されている。
【0085】
Creは、均質になるまで精製され、そしてloxP部位との反応は、広く特徴付けられている(Abremski & Hess J.Mol.Biol.259:1509−14(1984)、参考として本明細書中に援用される)。Creタンパク質は、35,000の分子量を有し、そしてNew England Nuclear/DuPontから商業的に入手可能である。このcre遺伝子(Creタンパク質をコードする)はクローン化され、そして発現されている(Abremskiら、Cell 32:1301−11(1983)、参考として本明細書中に援用される)。このCreタンパク質は、同じDNA分子または異なるDNA分子に存在し得る2つのloxP配列間の組換えを仲介する(Sternbergら、Cold Spring Harbor Symp.Quant.Biol.45:297−309(1981))。loxP部位の内部スペーサー配列は非対称性であるので、2つのloxP部位は互いに対して方向性を呈し得る(Hoess & Abremski、Proc.Natl.Acad.Sci.U.S.A.81:1026−29(1984))。従って、同じDNA分子上の2つの部位が、直接的に繰り返された方向にある場合、Creはその部位間のDNAを切り出す(Abremskiら、Cell 32:1301−11(1983))。しかしながら、この部位が互いに関して反転している場合、それらの間のDNAは組換え後に切り出されるのではなく、単に反転される。したがって、直接方向に2つのloxP部位を有する環状DNA分子が組換えられて、2つのより小さな環を生産する。これに対して、反転した方向に2つのloxP部位を有する環状分子は、loxP部位が隣接するDNA配列を単に反転する。さらに、リコンビナーゼ作用は、標的が別個のDNA分子上に存在する場合、標的部位の遠位にある領域の相互交換を生じ得る。
【0086】
リコンビナーゼは、ノックアウトモデルにおいて遺伝子機能を特徴付けるために重要な適用を有する。本明細書中に記載される構築物が標的遺伝子を破壊するために使用される場合、正の選択マーカーの挿入が標的遺伝子の翻訳開始部位の下流(3’)に生じるとき融合転写物が生産され得る。融合転写物は未知の結果を伴うあるレベルのタンパク質発現を生じ得る。正の選択マーカー遺伝子の挿入がすぐ近くの遺伝子の発現に影響を与え得ることが示唆されている。所与の表現型が遺伝子の不活性化に関連しているか、またはすぐ近くの遺伝子の転写に関連しているかを識別し得ないので、これらの効果はノックアウト事象後に遺伝子機能を決定することを難しくする場合がある。両方の潜在的問題は、リコンビナーゼ活性を利用することによって解決される。正の選択マーカーに同じ方向のリコンビナーゼ部位が隣接する場合、対応するリコンビナーゼを加えると、正の選択マーカーが除去される。このようにして、正の選択マーカーまたは融合転写物の発現により生じる影響は避けられる。
【0087】
1つの実施形態では、精製されたリコンビナーゼ酵素は、直接マイクロインジェクションによって細胞へもたらされる。別の実施形態では、リコンビナーゼは、リコンビナーゼ遺伝子が機能的プロモーターに作動可能に連結される同時トランスフェクトされた構築物またはベクターから発現される。この実施形態のさらなる局面は、いつおよびどこで組換えが生じるかを選択することが可能である組織特異的または誘導性リコンビナーゼ構築物の使用である。誘導性形態のリコンビナーゼ媒介組換えを実行するための1つの方法は、誘導性または組織特異的なプロモーターまたは他の遺伝子調節エレメントを使用して所望のリコンビナーゼ活性を発現するベクターの使用を含む。誘導性発現エレメントは好ましくは、所望のリコンビナーゼ活性の発現の誘導性制御または誘導性活性化を可能とするように作動的に配置される。このような誘導性プロモーターまたは他の遺伝子調節エレメントの例としては、テトラサイクリン、メタロチオネイン、エクジソン、および他のステロイド応答性プロモーター、ラパマイシン応答性プロモーターなどが挙げられるが、これらに限定されない(Noら、Proc.Natl.Acd.Sci.USA、93:3346−51(1996);Furthら、Proc.Natl.Acad.Sci.USA、91:9302−6(1994))。使用することができるさらなる制御エレメントとしては、ウイルス性プロモーターなどの特異的転写因子を必要とするプロモーターが挙げられる。このようなプロモーターを組み込んだベクターは、必要な転写因子を発現する細胞中でリコンビナーゼ活性のみを発現する。
【0088】
(疾患のモデル)
本明細書中に記載される細胞および動物に基づいた系は、疾患のモデルとして使用され得る。マウス、ラット、ウサギ、モルモット、ブタ、マイクロピッグ(micro−pig)、ヤギおよび非ヒト霊長類、例えば、ヒヒ、サル、およびチンパンジーを含むがこれらに限定されないあらゆる種の動物が、疾患動物モデルを生み出すために使用され得る。さらに、ヒトから得た細胞が使用され得る。これらの系は種々の用途において使用され得る。このようなアッセイは、薬剤(例えば、疾患症状を回復させることが可能である化合物)を同定するように設計されたスクリーニング戦略の一部として使用され得る。したがって、動物系および細胞に基づく系モデルは、疾患治療に有効であり得る薬物、医薬、治療および介入を同定するために使用され得る。
細胞に基づいた系は、疾患症状を回復させるように作用し得る化合物を同定するために使用され得る。例えば、このような細胞系は、疾患症状を回復させる能力を示すと推定される化合物に曝露され得る。これは、曝露された細胞中で疾患症状のこのような回復を誘導するに充分な濃度で、かつ充分な時間で行う。曝露された後、細胞は1つ以上の疾患細胞性表現型が、より正常な、あるいはより野生型の非疾患表現型に似ているように変化されているか否かを決定するために試験される。
さらに、本明細書中に記載されるものなどの動物に基づいた疾患系は、疾患症状を回復させることができる化合物を同定するために使用され得る。このような動物モデルは、疾患または動物の他の表現型特徴を処置することにおいて有効であり得る薬物、医薬、治療および介入を同定するための試験基質として使用され得る。例えば、動物モデルは、疾患症状を回復させる能力を示すと推定される化合物または薬剤に曝露され得る。これは、曝露された動物の疾患症状のこのような回復を誘導するのに充分な濃度および充分な時間で行う。曝露に対する動物の反応は、疾患に関連する障害の逆転(reversal)を評価してモニターされ得る。曝露は、本明細書中に記載されるモデル動物の妊娠中に母動物を処置し、それによって疾患または表現型を阻止または回復させ得る化合物または薬剤に胚または胎児を曝露することを含み得る。新生児、若年および成体の動物もまた曝露され得る。
【0089】
より具体的には、本発明の動物モデル(具体的には、トランスジェニックマウス)を使用して、薬剤(化合物を含む)を同定する方法が、好ましくは、標的遺伝子中の破壊に関連する少なくとも1つの表現型に影響を与える能力に基づいて提供される。1つの実施形態では、本発明は、標的遺伝子または代替的に標的タンパク質の発現または機能に影響を有する薬剤を同定する方法を提供する。この方法は、例えば、薬剤に対する動物の生理学的応答を測定する工程、およびコントロール動物に対してそのような動物の生理学的応答を比較する工程を包含し、ここで、コントロール動物と比較した、標的遺伝子中に破壊を含む動物の生理学的応答が、この薬剤の特異性を示す。「生理学的応答」とは、測定され得る動物のあらゆる生物学的または物理的パラメーターである。生理学的応答を評価するために、分子アッセイ(例えば、遺伝子転写、タンパク質産生および分解速度)、物理的パラメーター(例えば、運動生理学的試験、呼吸の種々のパラメーターの測定、心拍数または血圧の測定、出血時間の測定、PTT.T、またはTT)および細胞アッセイ(例えば、細胞表面マーカーの免疫組織化学アッセイ、または凝集または増殖する細胞の能力)が使用され得る。本発明のトランスジェニック動物および細胞は、標的遺伝子の破壊に関係する表現型に関連する疾患、障害または状態のためのモデルとして使用され得る。
【0090】
本発明は、行動表現型に関係する新規な処置を試験および開発するための特殊な動物モデルを提供する。行動表現型の分析は、例えば、神経学的、神経心理学的、または精神病性疾病などのヒトの遺伝性疾患のために提案される遺伝的および薬理学的治療の有効性を試験するために有用な動物モデルの開発を可能とする。
【0091】
測定された種々の挙動の統計的分析は、当業者にとって慣用的に使用される任意の従来の統計プログラム(例えば、「分散分析」またはANOVAなど)を使用して実施され得る。約0.05以下の「p」値が一般的に統計的に有意であると考えられるが、わずかに高いp値は統計的に有意な差をなおも示し得る。異常な挙動を統計的に分析するために、トランスジェニック動物(またはその群)の挙動と野生型マウス(またはその群)の挙動との間での比較を、典型的にはある定められた条件下にて行う。本明細書中に使用されるように、「異常な挙動」とは、標的遺伝子に破壊を有しない動物(例えば野生型マウス)と異なる、標的遺伝子に破壊を有する動物(例えばトランスジェニック動物)によって示される挙動を指す。異常な挙動は、客観的に測定(または観察)および比較され得る任意数の標準的挙動からなる。比較する場合、ノックアウト動物と野生型コントロール動物との間に意義ある挙動の差が本当に存在することを確認するためには、その変化が統計的に有意であることが好ましい。測定または観察され得る挙動の例としては、運動失調、急速四肢運動、眼球運動、呼吸、運動活動性、認識、情緒的挙動、社会的挙動、機能亢進、過敏症、不安、学習障害、異常報酬挙動および攻撃性などの異常社会的相互作用が挙げられるが、これらに限定されない。
【0092】
一連の試験は、異常な挙動を同定するための神経学的および神経心理学的試験を含む、本発明の動物モデルの挙動的表現型を測定するために使用され得る。これらの試験は例えば、学習および記憶、食事、疼痛、攻撃性、有性生殖、不安、抑うつ、精神分裂病、および薬物乱用に関する異常な挙動を測定するために使用され得る(例えば、CrawleyおよびPaylor,Hormones and Behavior 31:197−211(1997)を参照のこと)。
【0093】
社会的相互作用試験は種々の設定において他の動物へマウスを曝露することを含む。動物の社会的挙動(例えば、接触、登上、匂いかぎおよび交尾)が続いて評価される。次いで、挙動における差異は統計的に解析され、比較され得る(例えば、S.E.Fileら,Pharmacol.Bioch.Behav.22:941−944(1985);R.R.Holson,Phys.Behav.37:239−247(1986)参照)。挙動試験の例としては下記のものが挙げられる。
【0094】
マウス驚愕反応試験は、代表的には、動物を感覚(代表的には、聴覚性)刺激に曝露し、動物の驚愕反応を測定することを含む(例えば、M.A.Geyerら,Brain Res.Bull.25:485−498(1990);PaylorおよびCrawley,Psychopharmacology 132:169−180(1997)参照)。(正常な驚愕反応からの)抑制パーセントが、驚愕パルスに先立つ短い低度の前パルスを使用して、まず動物に「合図を与える(cueing)」ことによって測定される前パルス抑制試験もまた、使用され得る。
【0095】
電気ショック試験は、通常、電気を流した表面への曝露および例えば、運動活性、学習、社会的挙動など、その後の挙動の測定を含む。挙動は測定され、標準的な統計試験を使用して統計的に解析される(例えば、G.J.Kantら、Pharm.Bioch.Behav.20:793−797(1984);N.J.Leidenheimerら、Pharmacol.Bioch.Behav.30:351−355(1988)参照)。
【0096】
テイルピンチまたは固定化試験は、動物の尾部に圧力を加え、かつ/または動物の運動を制限することを含む。運動活動性、社会的挙動および認識挙動が、測定される領域の例である(例えば、M.Bertolucci D’Angicら、Neurochem.55:1208−1214(1990)参照)。
【0097】
新規の試験は、通常、新規な環境および/または新規な対象への曝露を含む。新規な環境中および/または新規な対象の周囲での動物の運動挙動が測定され、統計的に解析される(例えば、D.K.Reinsteinら、Pharm.Bioch.Behav.17:193−202(1982);B.Poucet,Behav.Neurosci.103:1009−10016(1989);R.R.Holsonら、Phys.Behav.37:231−238(1986)を参照のこと)。この試験は、視覚処理の欠乏または欠損を検出するために使用され得る。
【0098】
学習された無力(helplessness)試験は、動物の挙動によって影響をされ得ないストレス、例えば有害刺激への曝露を含む。動物の挙動は、種々の標準的統計試験を使用して統計的に解析され得る(例えば、A.Leshnerら、Behav.Neural Biol.26:497−501(1979)参照)。
【0099】
あるいは、テイルによって「逆さまに」宙吊りされたときに、マウスの「不動」時間を測定するテイル宙吊り試験が使用され得る。これは、動物がもがくか否かの目安、すなわち抑うつの指標である。ヒトでは、抑うつはその生活または状況の制御欠如の感情から生じると考えられている。抑うつ状態は、動物が制御できない逆況に繰り返し付されることによって、動物に誘発され得ると考えられている。遂には「学習された無力」の状況が達成され、そこでは動物が、その環境を変えようとすることをやめ、そして単にその宿命を受け入れる。より早くもがきをやめる動物は、より抑うつ傾向にあると考えられる。試験に先だってある種の抗うつ剤を投与すると動物があきらめる前にもがく時間を増加させることが、研究によって示されている。
【0100】
モーリス水迷路試験(Morris water−maze test)は、水中での空間方向性を学習し、続いて、例えば、不正確な選択の数を計算することなどによって動物の挙動を測定することを含む。測定された挙動は、標準的統計試験を使用して統計的に解析される(例えば、E.M.Spruijtら、Brain Res.527:192−197(1990)を参照のこと)。
【0101】
あるいは、Y字型迷路が使用され得る(例えば、McFarland,D.J.,Pharmacology,Biochemistry and Behavior 32:723−726(1989);Dellu,F.ら、Neurobiology of Learning and Memory 73:31−48(2000)を参照のこと)。Y迷路は、一般的に認識能力の試験であると考えられている。Y迷路の各アームの大きさは、他の大きさも使用され得るけれども、例えば、約40cm×8cm×20cmであり得る。各アームはまた、例えばアーム内の運動を自動的に検出するために、等しく間隔をあけた16のフォトビームを有することができる。少なくとも2種の異なった試験がこのようなY迷路を使用して実施され得る。連続Y迷路パラダイムでは、マウスに例えば約10分間、Y迷路の3つのアーム全てを探索させる。動物は、フォトビーム検出グリッドを使用して連続的に追跡され、そのデータは自発的交替およびポジティブな偏り挙動を測定するために使用され得る。自発的交替とは、迷路の最も馴染みのないアームを訪れる「正常な」動物の自然な傾向を呼ぶ。交替は、動物が2回、連続して同じ方向に回転を行うときに記録され、したがって、最低頻度で入った迷路のアームへの連続した訪問を表す。位置の偏りは、一方の方向での回転を他方の方向よりも好む動物の傾向を測定して、自己中心的(egocentrically)に定義された反応を決定する。したがって、この試験は他人中心性または自己中心性機構に基づいて進む動物の能力の差異を検出し得る。2つの試験的Y迷路記憶試験は、自由選択探索パラダイムに基づく新規性および空間記憶に対する反応を測定する。第1の試験(取得)中、動物は、例えば約15分間、自由にY迷路の2つのアームを訪問し得る。第3のアームはこの試験中、遮蔽されている。第2の試験(回復)は例えば約2時間の試験間間隔をおいてから実施される。回復試験中、遮蔽されたアームは開放され、動物は例えば、約5分間、3つのアーム全てに近づき得る。データは回復試験中に集められ、各アームへの訪問回数および時間について解析される。迷路の3つのアームはほとんど同一であるから、新規性と精通さとの間の区別は各アームの位置に関連する部屋周囲の「環境的」空間的手掛かり(cue)に依存している。トランスジェニック動物モデルのアームへの入場および新規のアームで過ごす持続時間における変化は、新規性および認識過程を媒介することにおけるその遺伝子の役割を示し得る。
【0102】
消極的回避またはシャトルボックス試験は、一般的には、2つ以上の環境への曝露を含み、そのうちの1つは有害であって、動物により学習される選択をもたらす。行動測定は、例えば、反応の潜伏時間、正確な反応の回数および反応一貫性を含む(例えば、R.Aderら、Psychon.Sci.26:125−128(1972);R.R.Holson,Phys.Behav.37:221−230(1986)を参照のこと)。あるいは、ゼロ迷路が使用され得る。ゼロ迷路では、動物を、例えば、2つの開放四分円および2つの閉塞四分円を有する高架環状プラットホームのうちの閉鎖四分円中に置き、約5分間、探索させる。このパラダイムは、げっ歯類の正常な探索活動と解放空間への嫌悪との間の接近−回避葛藤を利用する。この試験は不安のレベルを測定し、抗不安剤の有効性を評価するために使用され得る。閉鎖四分円に対して開放四分円で過ごす時間は、例えば、各移行場所にフォトビームを配置して、自動的に記録され得る。
【0103】
食物回避試験は、新しい食物への曝露、および、例えば、食物摂取および摂取の潜伏時間を客観的に測定することを含む。測定された行動は、標準的統計試験を使用して統計的に解析される(例えば、B.A.Campbellら、J.Comp.Physiol.Psychol.67:15−22(1969)を参照のこと)。
【0104】
高架式プラス迷路試験は、プラットホーム上で側部のない迷路に曝露することを含み、動物の行動は、迷路侵入および迷路学習の回数をカウントして客観的に測定される。この行動は、標準的統計試験を使用して統計的に解析される(例えば、H.A.Baldwinら、Brain Res.Bull,20:603−606(1988)を参照のこと)。
【0105】
刺激誘導機能亢進試験は、刺激薬物(例えば、アンフェタミン、コカイン、PCPなど)の注射、および、例えば、運動活動、社会的相互作用、認識行動を客観的に測定することを含む。動物の行動は、標準的統計試験を使用して統計的に解析される(例えば、P.B.S.Clarkeら、Psychopharmacology 96:511−520(1988);P.Kuczenskiら、J.Neuroscience 11:2703−2712(1991)を参照のこと)。
【0106】
自己刺激試験は、一般的には、マウス自体の脳への電気的刺激および/または化学的刺激を調節する機会をマウスに与えることを含む。行動は、自己刺激の頻度およびパターンによって測定される。このような行動は、標準的統計試験によって統計的に解析される(例えば、S.Nassifら、Brain Res.,332:247−257(1985);W.L.Isaacら、Behav.Neurosci.103:345−355(1989)を参照のこと)。
【0107】
報酬試験は、種々の行動(例えば、運動行動、認識行動および社会的行動)を具体化し、例えば、行動変化の速度および信頼度を測定し、そして測定された行動を統計的に解析することを含む(例えば、L.E.Jarrardら、Exp.Brain Res.61:519−530(1986)を参照のこと)。
【0108】
DRL(低反応率差次的強化(differential reinforcement to low rates of responding))実施試験は、間欠的報酬パラダイムに曝露し、適切な反応(例えば、レバー押し)の回数を測定することを含む。このような行動は、標準的統計試験を使用して統計的に解析される(例えば、J.D.Sindenら、Behav.Neurosci.100:320−329(1986);V.Nalwaら、Behav.Brain Res.17:73−76(1985);およびA.J.Nonnemanら、J.Comp.Physiol.Psych.95:588−602(1981)を参照のこと)。
【0109】
空間学習試験は、複雑で新規の環境に曝露し、空間学習の速度および範囲を測定し、そして測定された行動を統計的に解析することを含む(例えば、N.Pitsikasら、Pharm.Bioch.Behav.38:931−934(1991);B.Poucetら,Brain Res.37:269−280(1990);D.Christieら,Brain Res.37:263−268(1990);およびF.Van Haarenら、Behav.Neurosci.102:481−488(1988)を参照のこと)。あるいは、所与の時間に動く、より大きな距離が、動物の活動レベルおよび不安の目安であるオープンフィールド(of)試験が使用され得る。オープンフィールドが新規な環境である場合、このオープンフィールドは、動物が探索する欲動と自身を守る欲動との間で「板ばさみ」となる接近−回避状況を作り出すと考えられる。部屋が明るくされ、隅以外に隠れる場所がないために、「正常な」マウスは、隠れる場所のない中心よりも隅および周辺でより長い時間を費やすであろうと予測される。しかしながら、「正常な」マウスは、部屋をますます探索するにつれて中心領域へ出て行く。次いで、特に心配性のマウスは、中心領域の探索を比較的わずかにしかしないか、または全くせずに、隅でその時間のほとんどを費やす一方、大胆な(すなわち心配性でない)マウスは、大きな距離を動き、中心領域に対して周辺をそれほど好まないことを示すことが推定され得る。
【0110】
視覚、体性感覚および聴覚失認試験は、一般的には感覚的刺激に曝露し、例えば環境に適応する(orientating)反応を客観的に測定し、そして測定された行動を統計的に解析することを含む(例えば、J.M.Vargoら、Exp.Neurol.102:199−209(1988)を参照のこと)。
【0111】
完了行動試験は、一般的には、餌と飲み物を与えること、および消費量を客観的に測定することを含む。測定された行動は、標準的統計試験を使用して統計的に解析される(例えば、P.J.Fletcherら、Psychopharmacol.102:301−308(1990);M.G.Cordaら、Proc.Nat’l.Acad.Sci.USA 80:2072−2076(1983)を参照のこと)。
【0112】
視覚識別試験もまた、動物の視覚処理を評価するために使用され得る。1つまたは2つの類似の対象物がオープンフィールドに置かれ、動物は約5〜10分間、探索させられる。各対象物を探索するために費やされた時間(対象物への接近、すなわち、例えば約3〜5cm以内での動きが対象物の探索とみなされる)が記録される。次いで、動物はオープンフィールドから取り出され、そして対象物が類似の対象物および新奇な対象物に取り替えられる。動物はオープンフィールドへ戻され、古い対象物に対して新奇な対象物を探索することに費やす時間の割合が、(再び、約5〜10分間の時間をかけて)測定される。「正常な」動物は、代表的には、古い対象物よりもむしろ新奇な対象物を探索することにより高い割合の時間を費やす。サンプリングと試験との間に遅れが課せられる場合、記憶作業は、より海馬依存性になる。遅れが課せられない場合、作業は単純な視覚識別により大きく基づく。この試験はまた、対象物(好ましくは単純なブロック)がスプレーされ得るか、さもなければ匂いを保持するために処理される、嗅覚識別のためにも使用され得る。この試験はまた、動物が味覚識別できるか否かを決定するためにも使用され得、新奇な食物ではなく先に食べた食物にもどる動物は、味覚新奇恐怖症(neophobia)を示す。
【0113】
ホットプレート痛覚脱失試験(hot plate analgesia test)は、熱または痛みによる刺激に対する動物の感受性を評価するために使用され得る。例えば、マウスは約55℃のホットプレート上に置かれ得、そしてマウスの応答潜伏時間(例えば、後足を持ち上げて後足をなめるまでの時間)が記録され得る。これらの反応は反射的でなく、むしろ皮質の関与を必要とする「高等な」応答である。この試験は、侵害受容障害を評価するために使用され得る。
【0114】
加速ロータロッド試験は、マウスの協調および平衡を測定するために使用され得る。動物は、例えば、回転トレッドミル(または回転丸太)のように作動するロッド上に置かれ得る。ロータロッドは、最初はゆっくりと回転し、次いで、例えば、約60rpmの速度に達するまで次第に速く回転するようにすることができる。マウスは、落下を避けるために連続して自分自身の位置を変えなければない。動物は、好ましくは、最低20分間あけて少なくとも3回、試験される。最も長くロッド上に留まることができるマウスは、より良好な協調および平衡を有すると考えられる。
【0115】
メトラゾール投与試験は、発作または類似の事象に対する感受性を変化させるための動物のスクリーニングのために使用され得る。例えば、メタゾール5mg/ml溶液は、例えば、約0.375ml/分の速度でマウスの尾静脈から注入され得る。この注入は、マウス全てに発作を経験させ、続いて致死を引き起こす。最も早く発作段階に入ったマウスは、発作をおこす傾向がより高いと考えられる。4つの異なる生理学的段階が記録され得る:注入開始後、速やかに、マウスは著しい「痙攣」、続いて一連の発作を示し、「強直性伸展(tonic extension)」として公知である体の最終緊張となり、続いて死に至る。
【0116】
(標的遺伝子産物)
本発明はさらに、標的遺伝子産物を生産するための標的遺伝子配列の使用を意図する。標的遺伝子産物は、機能的に等価な遺伝子産物を示すタンパク質を含み得る。このような等価遺伝子産物は、本明細書中に記載される遺伝子配列によってコードされるアミノ酸配列内のアミノ酸残基の欠失、付加または置換を含み得るが、これはサイレント変化を生じ、従って、機能的に等価な標的遺伝子産物を生産する。アミノ酸置換は、関与する残基の極性、電荷、溶解性、疎水性、親水性および/または両親媒性の性質の類似性に基づいてなされ得る。
【0117】
例えば、非極性(疎水性)アミノ酸としては、アラニン、ロイシン、イソロイシン、バリン、プロリン、フェニルアラニン、トリプトファン、およびメチオニンが挙げられ;極性の中性アミノ酸としては、グリシン、セリン、スレオニン、システイン、チロシン、アスパラギン、およびグルタミンが挙げられ;正に荷電した(塩基性)アミノ酸としては、アルギニン、リジンおよびヒスチジンが挙げられ;そして負に荷電した(酸性)アミノ酸としては、アスパラギン酸およびグルタミン酸が挙げられる。本明細書中に使用される場合、「機能的に等価である」とは、標的遺伝子配列によってコードされる内因性遺伝子産物と実質的に類似のインビボ活性を示すことができるタンパク質をいう。あるいは、アッセイの一部として使用される場合、「機能的に等価である」とは、内因性遺伝子産物の対応する部分が行う様式と実質的に類似の様式で他の細胞内分子または細胞外分子と相互作用することができるペプチドをいう。
【0118】
本発明の方法に従って有用である他のタンパク質産物は、組換え手段または合成手段により生産された標的遺伝子由来であるか、あるいはこれに基づくペプチド(誘導ペプチド)である。
【0119】
標的遺伝子産物は、当該技術分野で周知である技術を使用した、組換えDNA技術によって生産され得る。従って、遺伝子配列をコードする核酸を発現することによって本発明の遺伝子ポリペプチドおよびペプチドを調製するための方法が、本明細書中に記載される。当業者に周知である方法は、タンパク質コード遺伝子配列および適切な転写/翻訳制御シグナルを含む発現ベクターを構築するために使用され得る。これらの方法としては、例えば、インビトロ組換えDNA技術、合成技術およびインビボ組換え/遺伝子組換えが挙げられる(例えば、Sambrookら、1989(上述)およびAusubelら、1989(上述)を参照のこと)。あるいは、タンパク質の遺伝子配列をコードすることができるRNAは、例えば、自動合成器(例えば、Oligonucleotide Synthesis:A Practical Approach,Gait,M.J.編、IRL Press,Oxford(1984)を参照のこと)を使用して化学的に合成され得る。
【0120】
種々の宿主発現ベクター系が、本発明の遺伝子コード配列を発現するために使用され得る。このような宿主発現系は、目的のコード配列を生産し、続いて精製し得るビヒクルを示すが、適切なヌクレオチドコード配列で形質転換またはトランスフェクトされた場合、インサイチュで本発明の遺伝子のタンパク質を示し得る細胞も示す。これらとしては、タンパク質コード遺伝子配列を含む組換えバクテリオファージDNA、プラスミドDNAまたはコスミドDNA発現ベクターで形質転換された細菌(例えば、E.coli、B.subtilis)のような微生物;タンパク質コード遺伝子配列を含む組換え酵母発現ベクターで形質転換された酵母(例えば、Saccharomyces、Pichia);タンパク質コード遺伝子配列を含む組換えウイルス発現ベクター(例えば、バキュロウイルス)で感染された昆虫細胞系;組換えウイルス発現ベクター(例えば、カリフラワーモザイクウイルス、CaMV;タバコモザイクウイルス、TMV)で感染されたか、またはタンパク質コード遺伝子配列を含む組換えプラスミド発現ベクター(例えば、Tiプラスミド)で形質転換された植物細胞系;あるいは哺乳動物細胞のゲノム由来のプロモーター(例えば、メタロチオネインプロモーター)または哺乳動物ウイルス由来のプロモーター(例えば、アデノウイルス後期プロモーター;ワクシニアウイルス7.5Kプロモーター)を含む組換え発現構築物を有する哺乳動物細胞系(例えば、COS、CHO、BHK、293、3T3)が挙げられるが、これらに限定されない。
【0121】
細菌系において、多くの発現ベクターは、発現される遺伝子のタンパク質について意図される用途に依存して有利に選択され得る。例えば、多量のこのようなタンパク質が生産されるべき場合には、抗体の生成またはペプチドライブラリーのスクリーニングのために、例えば、容易に精製される高レベルの融合タンパク質産物の発現を指向するベクターが望ましくあり得る。このようなベクターとしては、E.coli発現ベクターpUR278(このベクターにおいて、タンパク質コード遺伝子配列は、融合タンパク質が生産されるように、lacZコード領域とインフレームでベクター中に個々に連結され得る)(Rutherら、EMBO J.,2:1791−94(1983));pINベクター(Inouye & Inouye,Nucleic Acids Res.,13:3101−09(1985);Van Heekeら、J.Biol.Chem.,264:5503−9(1989))などが挙げられるが、これらに限定されない。pGEXベクターはまた、グルタチオンS−トランスフェラーゼ(GST)を用いて外来ポリペプチドを融合タンパク質として発現するために使用され得る。一般的には、このような融合タンパク質は可溶性であり、グルタチオンアガロースビーズへの吸着と、これに続く遊離グルタチオンの存在下での溶出とによって溶解細胞から容易に精製され得る。pGEXベクターは、トロンビンまたはXa因子プロテアーゼ切断部位を含むように設計され、結果として、クローン化された標的遺伝子タンパク質がGST部分から放出され得る。
【0122】
好ましい実施形態において、全長cDNA配列が、標準的PCR方法論(Innisら(編)、PCR Protocols:A Guide to Methods and Applications,Academic Press,San Diego(1990))を使用して、アミノ末端でインフレームBamHI部位に、そしてカルボキシル末端でインフレームEco RI部位に付加され、pGEX−2TKベクター(Pharmacia,Uppsala,Sweden)中に連結される。得られたcDNA構築物は、放射性標識のためにアミノ末端にキナーゼ認識部位を、そして親和性精製のためにカルボキシ末端にグルタチオンS−トランスフェラーゼ配列を含む(Nilssonら、EMBO J.,4:1075−80(1985);Zabeauら、EMBO J.,1:1217−24(1982))。
【0123】
昆虫系において、Autographa californica核多角体ウイルス(AcNPV)が、外来遺伝子を発現するためのベクターとして使用される。このウイルスは、Spodoptera frugiperda細胞中で増殖する。遺伝子コード配列は、ウイルスの非必須領域(例えば、ポリヘドリン遺伝子)中に個々にクローン化され、AcNPVプロモーター(例えば、ポリヘドリンプロモーター)の制御下に置かれ得る。遺伝子コード配列の首尾のよい挿入は、ポリヘドリン遺伝子の不活性化および非閉鎖性組換えウイルス(すなわち、ポリヘドリン遺伝子によりコードされるタンパク性被覆を欠くウイルス)の産生を生じる。次いで、これらの組換えウイルスは、挿入された遺伝子が発現されるSpodoptera frugiperda細胞を感染するために使用される(例えば、Smithら、J.Virol.46:584−93(1983);米国特許第4,745,051号を参照のこと)。
【0124】
哺乳動物宿主細胞において、多数のウイルスに基づく発現系が、使用され得る。アデノウイルスが発現ベクターとして使用される場合において、目的の配列をコードする遺伝子は、アデノウイルスの転写/翻訳制御複合体(例えば、後期プロモーターおよび三部分リーダー配列)に連結し得る。次いで、このキメラ遺伝子は、インビトロ組換えまたはインビボ組換えによってアデノウイルスゲノムに挿入され得る。ウイルスゲノムの非必須領域(例えば、領域E1または領域E3)における挿入は、組換えウイルスを生じ、この組換えウイルスは、感染した宿主において生存し得、かつ遺伝子タンパク質を発現し得る(例えば、Loganら、Proc.Natl.Acad.Sci.USA、81:3655〜59(1984)を参照のこと)。特定の開始シグナルはまた、挿入された遺伝子のコード配列の効率的な翻訳のために必要であり得る。これらのシグナルとしては、ATG開始コドンおよび隣接配列が挙げられる。全遺伝子(それ自身の開始コドンおよび隣接配列を含む)が、適切な発現ベクターに挿入される場合、さらなる翻訳制御シグナルが必要とされなくてもよい。しかし、遺伝子コード配列の一部のみが挿入される場合、外因性の翻訳制御シグナル(おそらく、ATG開始コドンを含む)が、提供されなければならない。さらに、開始コドンは、全挿入物の翻訳を確実にするために所望されるコード配列のリーディングフレームと、同じ位相でなければならない。これらの外因性翻訳制御シグナルおよび開始コドンは、種々の起源(天然および合成の両方)のものであり得る。発現の効率は、適切な転写エンハンサーエレメント、転写ターミネーターなどの封入によって増大され得る(Bitterら、Methods in Enzymol.、153:516〜44(1987))。
【0125】
さらに、挿入された配列の発現を調節するか、または特定の所望される様式の遺伝子産物を改変およびプロセシングする宿主細胞種が、選択され得る。タンパク質産物のこのような改変(例えば、グリコシル化)およびプロセシング(例えば、切断)は、タンパク質の機能のために重要であり得る。異なる宿主細胞は、タンパク質の翻訳後プロセシングおよび改変について、特徴的な機構および特定の機構を有する。適切な細胞株または宿主系が、発現される外来タンパク質の正確な改変およびプロセシングを確実にするために、選択され得る。この目的のために、一次転写物の適切なプロセシング、遺伝子産物のグリコシル化、および遺伝子産物のリン酸化のための細胞機構(machinery)を有する真核生物宿主細胞が使用され得る。このような哺乳動物宿主細胞としては、CHO、VERO、BHK、HeLa、COS、MDCK、293、3T3、WI38などが挙げられるが、これらに限定されない。
【0126】
長期にわたって高収率な組換えタンパク質の生成、安定な発現が好ましい。例えば、遺伝子タンパク質を安定に発現する細胞株が、操作され得る。宿主細胞は、ウイルスの複製起点を含む発現ベクターを使用するよりもむしろ、適切な発現制御エレメント(例えば、プロモーター配列、エンハンサー配列、転写ターミネーター、ポリアデニル化部位など)によって制御されたDNA、および選択マーカーを用いて形質転換され得る。外来DNAの導入に続いて、操作された細胞を、富化培地中で1〜2日間増殖させ得、次いで富化培地を選択培地に入れ替える。組換えプラスミドの選択マーカーは、選択に対する耐性を与え、細胞がその染色体にプラスミドを安定に組み込み、そして増殖し、病巣を形成することを可能にする。次いでこの病巣は、クローニングされ、そして細胞株に拡大され得る。この方法は、遺伝子タンパク質を発現する細胞を操作するために有利に使用され得る。このような操作された細胞株は、遺伝子タンパク質の内因性の活性を生じる化合物をスクリーニングおよび評価するために特に有用であり得る。
【0127】
好ましい実施形態において、組換えタンパク質の発現のタイミングおよび/または量の制御は、誘導発現構築物を使用して制御され得る。組換えタンパク質の誘導的発現のための、誘導構築物および誘導的な系は、当業者に周知である。このような誘導プロモーターまたは他の遺伝子調節エレメントの例としては、テトラサイクリン、メタロチオニン、エクジソン、および他のステロイド応答性プロモーター、ラパマイシン応答性プロモーターなど、が挙げられるが、これらに限定されない(Noら、Proc.Natl.Acad.Sci.USA、93:3346〜51(1996);Furthら、Proc.Natl.Acad.Sci.USA、91:9302〜6(1994))。使用され得るさらなる制御エレメントとしては、ウイルスプロモーター、特定のHIVプロモーターなどの特定の転写因子に必要なプロモーターが挙げられる。1つの実施形態において、Tet誘導遺伝子発現系が使用される(Gossenら、Proc.Natl.Acad.Sci.USA、89:5547〜51(1992);Gossenら、Science、268:1766〜69(1995))。Tet発現系は、E.coli Tn10トランスポゾンのテトラサイクリン耐性オペロン由来の2つの調節エレメント(テトラサイクリンリプレッサータンパク質(TetR)、およびTetRに結合するテトラサイクリンオペレーター配列(tetO))に基づいている。このような系を使用して、組換えタンパク質の発現がtetOオペレーター配列の制御下に置かれ、そして宿主細胞にトランスフェクトされるか、または形質転換される。TetR(これは、宿主細胞中に同時にトランスフェクトされる)の存在下、TetRタンパク質のtetO調節エレメントへの結合に起因して、組換えタンパク質の発現が抑制される。次に、調節された遺伝子の高レベルの発現が、TetRへの結合についてtetOエレメントと競合する、テトラサイクリン(Tc)またはTc誘導体(例えば、デオキシサイクリン(Dox))の濃度変化に応答して誘導され得る。tet誘導遺伝子の発現のための構築物および材料は、CLONTECH Laboratories,Inc.,Palo Alto,CAから市販されている。
【0128】
アッセイ系の成分として使用される場合、遺伝子タンパク質は、直接的にかまたは間接的にかのいずれかで標識され、遺伝子タンパク質と試験物質との間に形成される複合体の検出を容易にし得る。任意の種々の適切な標識系が使用され得、これらとしては、125Iなどのラジオアイソトープ;物質に曝露されたときに検出可能な熱量測定シグナルまたは光を発生する酵素標識系;ならびに蛍光標識、が挙げられるが、これらに限定されない。組換えDNA技術を使用して、このようなアッセイ系のための遺伝子タンパク質を生成する場合、標識化、固定化、および/または検出を容易にし得る融合たんぱく質を操作することが有利であり得る。
【0129】
間接的な標識は、遺伝子産物に特異的に結合するタンパク質(例えば、標識された抗体)の使用を含む。このような抗体としては、ポリクローナル、モノクローナル、キメラ、単鎖、FabフラグメントおよびFab発現ライブラリーによって生成されるフラグメントが挙げられるが、これらに限定されない。
【0130】
(抗体の生成)
1以上のエピトープを特異的に認識し得る抗体の生成のための方法が、本明細書中に記載される。このような抗体としては、ポリクローナル抗体、モノクローナル抗体(mAb)、ヒト化抗体またはキメラ抗体、単鎖抗体、Fabフラグメント、F(ab’)2フラグメント、Fab発現ライブラリーによって生成されるフラグメント、抗イディオタイプ(抗Id)抗体、および上記いずれかのエピトープ結合フラグメントが挙げられ得るが、これらに限定されない。このような抗体は、例えば、生物学的サンプル中の標的遺伝子の検出において、または異常な標的遺伝子活性を阻害するための方法として、使用され得る。従って、このような抗体は、疾患の処置方法の一部として使用され得、そして/または診断的技術の一部として使用されることによって、患者は、標的遺伝子タンパク質の異常なレベル、もしくはこのようなタンパク質の異常な形態の存在について試験され得る。
【0131】
抗体の生成のために、種々の宿主動物は、標的遺伝子、その発現産物、またはその一部を注入することによって免疫され得る。このような宿主動物としては、2、3の例を挙げると、ウサギ、マウス、およびラットが挙げられ得るが、これらに限定されない。種々のアジュバントを使用して、宿主の種に依存する免疫学的応答を増大させ得る。このようなアジュバントとして、フロイントアジュバント(完全および不完全)、水酸化アルミニウムなどのミネラルゲル(mineral gel)、リゾレシチンなどの界面活性剤、プルロニックポリオール、ポリアニオン、ペプチド、油性エマルジョン、キーホールリンペットヘモシアニン、ジニトロフェノール、および潜在的に有用なヒトアジュバント(例えば、BCG(bacille Calmette−Guerin)およびCorynebacterium parvum)が挙げられるが、これらに限定されない。
【0132】
ポリクローナル抗体は、抗原(例えば、標的遺伝子産物またはその抗原性官能基の誘導体抗原)で免疫された動物の血清由来の抗体分子の異種集団である。ポリクローナル抗体の生成のために、上記のような宿主動物は、アジュバンド(これも上記)を補充された遺伝子産物を注入することによって免疫され得る。
【0133】
モノクローナル抗体(これは、特定の抗原に対する抗体の均一な集団である)は、連続的な培養細胞株による抗体分子の生成を提供する任意の技術によって獲得され得る。これらの技術としては、ハイブリドーマ技術(KohlerおよびMilstein、Nature、256:495〜7(1975);および米国特許第4,376,110号)、ヒトB細胞ハイブリドーマ技術(Kosberら、Immunology Today、4:72(1983);Coteら、Proc.Natl.Acad.Sci.USA、80:2026〜30(1983))、ならびにEBVハイブリドーマ技術(Coleら、Monoclonal Antibodies And Cancer Therapy、Alan R.Liss,Inc.、New York、77〜96頁(1985))が挙げられるがこれらに限定されない。このような抗体は、IgG、IgM、IgE、IgA、IgDを含む任意の免疫グロブリンのクラス、およびその任意のサブクラスであり得る。本発明のmAbを生成するハイブリドーマは、インビトロまたはインビボにおいて培養され得る。インビボにおいて高力価なmAbの生成が、現在のところ好ましい生成方法である。
【0134】
さらに、「キメラ抗体」の生成(適切な抗原特異性を有するマウス抗体分子由来の遺伝子を適切な生物学的活性を有するヒト抗体分子由来の遺伝子と共にスプライシングすることによる)のために開発された方法(Morrisonら、Proc.Natl.Acad.Sci.、81:6851〜6855(1984);Takedaら、Nature、314:452〜54(1985))が、使用され得る。キメラ抗体は、異なる部分が異なる動物種由来である(例えば、マウスmAb由来の可変領域およびヒト免疫グロブリン定常領域を有する)分子である。
【0135】
あるいは、単鎖抗体の生成のために記載された技術(米国特許第4,946,778号;Bird、Science 242:423〜26(1988);Hustonら、Proc.Natl.Acad.Sci.USA、85:5879〜83(1988);およびWardら、Nature、334:544〜46(1989)は、遺伝子−単鎖抗体を生成するために適用され得る。単鎖抗体は、アミノ酸の架橋を介してFv領域の重鎖フラグメントおよび軽鎖フラグメントを連結することによって形成され、単鎖ポリペプチドを生じる。
【0136】
特定のエピトープを認識する抗体フラグメントは、公知の技術によって生成され得る。例えば、このようなフラグメントとしては、抗体分子のペプシン消化によって生成され得るF(ab’)2フラグメント、およびF(ab’)2フラグメントのジスルフィド架橋を還元することによって生じ得るFabフラグメントが挙げられるが、これらに限定されない。あるいは、Fab発現ライブラリーが構築され(Huseら、Science、246:1275〜81(1989))、所望の特異性を有するモノクローナルFabフラグメントの迅速かつ容易な同定を可能にし得る。
【0137】
(スクリーニング方法)
本発明は、アゴニスト(すなわち、標的遺伝子ポリペプチドに結合して、活性化する因子)またはアンタゴニスト(すなわち、標的遺伝子ポリペプチドの活性または標的遺伝子ポリペプチドのリガンドとの相互作用を阻害する)のような因子をスクリーニングするためのプロセスにおいて使用され得る。従って、本発明のポリペプチドはまた、低分子の物質および、例えば、細胞、無細胞調製物、キメラライブラリー、および当該分野で公知の天然の産物の混合物中のリガンドの結合を評価するために使用され得る。レセプターを調節し得る因子を同定およびスクリーニングするために慣用的に使用される任意の方法が、本発明によって使用され得る。
【0138】
本発明は、標的遺伝子の発現または機能を調節する因子を同定およびスクリーニングするための方法を提供する。より詳細には、標的遺伝子配列を含有かつ発現する細胞を使用して、治療的因子をスクリーニングし得る。このような細胞としては、非組換え単球細胞株(例えば、U937(ATCC#CRL−1593)、THP−1(ATCC#TIB−202)、およびP388D1(ATCC#TIB−63));内皮細胞(例えば、HUVEC’sおよびウシ大動脈内皮細胞(BAEC’s));ならびに一般的な哺乳動物細胞株(例えば、HeLa細胞およびCOS細胞(例えば、COS−7(ATCC#CRL−1651)))が挙げられ得る。さらに、このような細胞として、組換え細胞株、トランスジェニック細胞株が挙げられ得る。例えば、本発明のトランスジェニックマウスを使用して、疾患に関連する1以上の細胞型を含む細胞株を生成し得、この細胞株は、この障害のための細胞培養モデルとして使用され得る。本発明の疾患トランスジェニック動物由来の細胞、組織、および初代培養物が使用され得るが、連続細胞株の生成が好ましい。トランスジェニック動物由来の連続細胞株の誘導に使用され得る技術の例については、Smallら、Mol.Cell.Biol.、5:642〜48(1985)を参照のこと。
【0139】
標的遺伝子配列は、目的の細胞のゲノムに導入され得、そのゲノム中で過剰発現され得る。標的遺伝子配列を過剰発現するために、標的遺伝子配列のコード部分は、目的の細胞型において遺伝子発現を駆動し得る調節配列に連結され得る。このような調節領域は、当業者に周知であり、そして過度の実験なしに使用され得る。標的遺伝子配列はまた、破壊されても、過少発現されてもよい。標的遺伝子の破壊または過少発現された標的遺伝子配列を有する細胞を使用して、例えば、この破壊または過少発現に起因する任意の機能欠損を補う代替的な経路を生じ得る因子をスクリーニングし得る。
【0140】
インビトロ系は、標的遺伝子産物に結合し得る化合物を同定するために設計され得る。このような化合物としては、D−および/またはL−立体配置のアミノ酸からなるペプチド(例えば、ランダムペプチドライブラリーの形態で(例えば、Lamら、Nature、354:82〜4(1991)を参照のこと))、リンペプチド(例えば、ランダムまたは部分縮重特異的リンペプチドライブラリー;例えば、Songyangら、Cell、72:767〜78(1993)を参照のこと)、抗体、ならびに有機低分子または無機低分子が挙げられるが、これらに限定されない。同定された化合物は、例えば、標的遺伝子タンパク質(好ましくは標的遺伝子タンパク質変異体)の活性の調節;標的遺伝子タンパク質の生物学的機能の生成;または正常な標的遺伝子の相互作用を破壊するか、もしくはこのような相互作用を破壊する化合物のスクリーニングにおいて有用であり得る。
【0141】
標的遺伝子タンパク質に結合する化合物を同定するために使用されるアッセイの原理は、標的遺伝子タンパク質および試験化合物の反応混合物を、条件下で調製し、十分な時間この2つの化合物を相互作用させて結合し、これによって反応混合物中で除去および/または検出され得る複合体を形成することを含む。これらのアッセイは、種々の方法で実施され得る。例えば、このようなアッセイを実施するための1つの方法は、標的遺伝子タンパク質または試験物質を固相にアンカーする工程、および反応の最後に固相にアンカーされた標的タンパク質/試験物質複合体を検出する工程を包含する。このような方法の1つの実施形態において、標的遺伝子タンパク質は、固体表面にアンカーされ得、アンカーされていない試験化合物は、直接的にかまたは間接的にかのいずれかで、標識され得る。
【0142】
実際には、マイクロタイタープレートが簡便に使用される。アンカーされた成分は、非共有結合または共有結合によって固定化され得る。非共有結合は、タンパク質の溶液で固体表面をコーティングし、乾燥することによって簡単に達成され得る。あるいは、このタンパク質に特異的な固定化された抗体(好ましくは、モノクローナル抗体)を使用して、このタンパク質を固体表面にアンカーし得る。この表面は、前もって調製され得、そして保存され得る。
【0143】
アッセイを実施するために、固定化されていない成分が、付着された成分を含む被覆表面に添加される。反応が完了した後、未反応成分は、形成された全ての複合体が固体表面上に固定化されたまま残るような条件下に除去(例えば、洗浄)される。固体表面上に付着された複合体の検出は多くの方法で達成され得る。以前の固定化されていない成分が前もって標識されている場合には、表面上に固定化された標識の検出は複合体が形成されたことを示す。以前の固体化されていない成分が予め標識されていない場合には、間接的標識が、表面上に付着された複合体を検出するために使用され得る;例えば、以前の固定化されていない成分に特異的な標識抗体(次ぎにこのような抗体が、標識された抗Ig抗体で直接的に標識されるか、または間接的に標識され得る)を使用する。
【0144】
あるいは、反応は液相中で実施され得、反応生成物は未反応成分から分離され、複合体は、例えば、標的遺伝子産物または試験化合物に特異的な、溶液中に形成された任意の複合体を付着するための、固定化抗体、および付着された複合体を検出するための可能性ある複合体の他の成分に特異的な標識抗体を使用して検出される。
【0145】
上記された方法の1つによって特定の標識遺伝子産物に結合することが示される化合物は、さらに標的遺伝子タンパク質から生化学的応答を惹起するその能力について試験され得る。発現産物のアゴニスト、アンタゴニストおよび/またはインヒビターは、当該分野で周知であるアッセイを使用して同定され得る。
【0146】
(アンチセンス、リボザイム、および抗体)
治療剤として使用され得る他の薬剤としては、標的遺伝子、その発現産物およびその機能的フラグメントが挙げられる。さらに、変異標的遺伝子活性を低下または阻害する薬剤は、疾患症状を回復させるために使用され得る。このような薬剤としては、アンチセンス、リボザイムおよび三重螺旋分子が挙げられる。このような分子の生成および使用のための技術は当業者には周知である。
【0147】
アンチセンスRNAおよびDNA分子は、標的mRNAにハイブリダイズし、かつタンパク質翻訳を阻害することにより、mRNAの翻訳を直接的にブロックするように作用する。アンチセンスDNAに関して、翻訳開始部位、例えば、目的の標的遺伝子ヌクレオチド配列の−10領域と+10領域との間に由来するオリゴデオキシリボヌクレオチドが好ましい。
【0148】
リボザイムはRNAの特異的切断を触媒することが可能な酵素的RNA分子である。リボザイム作用の機構は、相補的標的RNAへのリボザイム分子の配列特異的ハイブリダイゼーション、それに続くエンドヌクレオチド切断(endonucleolytic cleavage)を含む。リボザイム分子の組成は、標的遺伝子mRNAに対して相補的な1以上の配列を含まなければならず、そしてmRNA切断の原因である周知の触媒配列を含まなければならない。この配列としては、米国特許第5,093,246号を参照のこと(その全体が本明細書中に参考として援用される)。標的遺伝子タンパク質をコードするRNA配列のエンドヌクレオチド切断を特異的かつ有効に触媒する操作されたハンマーヘッド型モチーフリボザイム分子はそれ自体で本発明の範囲内である。
【0149】
任意の潜在的RNA標的内の特異的リボザイム切断部位は最初、以下の配列、GUA、GUUおよびGUCを含むリボザイム切断部位について目的の分子をスキャニングすることにより同定される。一旦、同定されると、切断部位を含む標的遺伝子の領域に対応する15〜20の間のリボヌクレオチドの短いRNA配列は、オリゴヌクレオチド配列を適切なものでなくし得る、二次構造などの予想される構造的特徴について評価され得る。候補配列の適合性はまた、リボヌクレアーゼ保護アッセイを使用して、相補的オリゴヌクレオチドとのハイブリダイゼーションのためのそれらの接触可能性を試験することにより評価され得る。
【0150】
転写の阻害のための三重螺旋形成に使用される核酸分子は1本鎖であり、デオキシリボヌクレオチドから構成されるべきである。これらのオリゴヌクレオチドの塩基組成は、Hoogsteen型塩基対の法則によって三重螺旋形成を促進するように設計されなければならない。これは、一般的には二重鎖のうちの一方の鎖に存在するプリンまたはピリミジンのいずれかのかなり大きな伸長(stretch)を必要とする。ヌクレオチド配列は、得られた三重螺旋の3本の関連した鎖にわたってTATおよびCGCトリプレットを生じるピリミジンベースであり得る。ピリミジンに富む分子は、その鎖に平行に配向した二重鎖のうちの一本鎖のプリンに富む領域に相補的である塩基を提供する。さらに、例えばG残基の伸長を含む、プリンに富む核酸分子が選択され得る。これらの分子は、GC対に富むDNA二重鎖とともに三重螺旋を形成する。そこでは、大多数のプリン残基は、標的二重鎖のうちの一本鎖上に配置され、三重鎖の3本鎖にわたりGGCトリプレットを生じる。
【0151】
あるいは、三重螺旋形成のために標的化することができる潜在的配列は、いわゆる「スイッチバック」核酸分子を作製することによって増加され得る。スイッチバック分子は、二重鎖のうち、最初に一方の鎖、次いで他方の鎖と塩基対を形成し、二重鎖のうちの一方の鎖に存在するプリンまたはピリミジンのいずれかのかなり大きな伸長の必要性を排除するように、交互5’−3’、3’−5’様式で合成される。
【0152】
本明細書に記載されるアンチセンス、リボザイムおよび/または三重螺旋分子は、正常および変異標的遺伝子対立遺伝子の両者によって生産されるmRNAの転写(三重螺旋)および/または翻訳(アンチセンス、リボザイム)を低減あるいは阻止し得ることが可能である。標的遺伝子活性の十分に正常な程度が維持されることを確証するために、正常な活性を示す標的遺伝子ポリペプチドをコードおよび発現する核酸分子は、使用されるいなかなるアンチセンス、リボザイム、または三重螺旋処理にも感受性を有する配列を含まない細胞中へ導入され得る。また、細胞または組織の標的遺伝子活性の必須の程度を維持するために、細胞または組織中に正常な標的遺伝子タンパク質を共投与することが好ましい場合もある。
【0153】
本発明のアンチセンスRNAおよびDNA、リボザイム、および三重螺旋分子はDNAおよびRNA分子の合成に関する当該分野で公知である任意の方法によって調製され得る。これらは、例えば固相ホスホロアミデート(phosphoramidite)化学合成法など、当該技術分野で周知であるオリゴデオシキリボヌクレオチドおよびオリゴリボヌクレオチドを化学的に合成する技術を含む。あるいは、RNA分子はアンチセンスRNA分子をコードするDNA配列のインビトロおよびインビボ転写によって生成され得る。このようなDNA配列はT7またはSP6ポリメラーゼプロモーターなどの適切なRNAポリメラーゼプロモーターを組み込む広範囲に多様なベクター中に導入され得る。また、使用されるプロモーターに応じて、構成的にまたは誘導可能にアンチセンスRNAを合成するアンチセンスcDNA構築物が、細胞株中に安定して導入され得る。
【0154】
DNA分子の種々の周知である修飾は、細胞内安定性および半減期を増加させる手段として導入され得る。可能性ある修飾としては、分子の5’および/または3’末端にリボヌクレオチドまたはデオキシリボヌクレオチドの隣接配列を付加すること、またはオリゴデオキシリボヌクレオチドの主鎖内のホスホジエステラーゼ連結よりもむしろホスホロチオエートまたは2’O−メチルを使用することが挙げられるが、これらに限定されない。
【0155】
標的遺伝子タンパク質、および特に変異遺伝子タンパク質の両方に特異的であり、かつその活性を妨害する抗体は、変異標的遺伝子機能を阻止するために使用され得る。このような抗体は、当該技術分野で公知であり、また本明細書中に記載されるような標準的技術を使用して、タンパク質自身に対して、またはタンパク質の一部分に対応するペプチドに対して生成され得る。このような抗体としては、ポリクローナル抗体、モノクローナル抗体、Fabフラグメント、単鎖抗体、キメラ抗体などが挙げられるが、これらに限定されない。
【0156】
標的遺伝子タンパク質が細胞内にありかつ抗体全体が使用される例では、抗体を内在化させることが好ましい場合がある。しかしながら、リポフェクチンリポソームは、細胞中へ標的遺伝子エピトープに結合する抗体またはFab領域のフラグメントを送達するために使用され得る。抗体のフラグメントが使用される場合、標的または広がった標的タンパク質の結合ドメインに結合する最小の阻害フラグメントが好ましい。例えば、標的遺伝子タンパク質に結合する抗体の可変領域のドメインに対応するアミノ酸配列を有するペプチドが使用され得る。このようなペプチドは当該技術分野で周知である方法を使用して、化学的に合成され得るか、あるいは組換えDNA技術により生産され得る(例えば、Creighton、Proteins:Structures and Molecular Principles(1984)W.H.Freeman、New York 1983、前出;およびSambrookら、1989、前出を参照のこと)。また、細胞内標的遺伝子エピトープに結合する単鎖中和抗体も投与され得る。このような単鎖抗体は、例えばMarascoら、Proc.Natl.Acad.Sci.USA、90:7889−93(1993)に記載される技術などを使用することにより、例えば、標的細胞集団内の単鎖抗体をコードするヌクレオチド配列を発現することで投与され得る。
【0157】
標的遺伝子タンパク質をコードするRNA配列は、疾患症状が改善されるような、ある程度の標的遺伝子タンパク質の生産に十分である濃度で、疾患症状を示す患者に直接に投与され得る。患者は遺伝子置換治療法で治療されてもよい。正常な標的遺伝子の1以上の複製物、または標的遺伝子機能を有する正常な標的遺伝子タンパク質の生産を指向する遺伝子の一部分は、ベクターを使用して細胞内へ挿入され得る。ベクターとしては、リポソームなどの細胞中にDNAを導入する他の粒子のほかに、アデノウイルス、アデノ随伴ウイルス、およびレトロウイルスベクターが挙げられるが、これらに限定されない。さらに、上記したような技術が、ヒト細胞中へ正常な標的遺伝子配列を導入するために使用され得る。
【0158】
次いで、正常な標的遺伝子を発現する遺伝子配列を含む細胞、好ましくは自己細胞は、疾患症状の改善を可能とする位置で、患者の中に導入されるかあるいは再導入され得る。
【0159】
(薬学的組成物、有効投薬量、および投与経路)
標的変異体遺伝子の発現、合成および/または活性を阻害する同定された化合物は、疾患を処置または改善するために治療的に有効な用量で患者に投与され得る。治療的に有効な用量とは、疾患の症状の改善をもたらすのに十分な化合物の量をいう。
【0160】
このような化合物の毒性および治療的有効性は、例えば、LD50(集団の50%の致死量)およびED50(集団の50%の治療的有効量)を測定するための、細胞培養物または実験動物の標準的な薬学的方法により決定され得る。毒性と治療的効果との用量割合は、治療指数であり、LD50/ED50の比として表現され得る。大きな治療指数を示す化合物が好ましい。毒性副作用を示す化合物が使用され得る間は、未感染細胞への潜在的損傷を最小限にし、それによって副作用を減少させるために、病気に冒された組織の部位をこのような化合物の標的とする送達系を設計するように注意すべきである。
【0161】
細胞培養アッセイおよび動物研究から得られたデータは、ヒトにおける使用のための投薬量範囲を処方することに使用され得る。このような化合物の投薬量は、好ましくは、毒性がほとんどないかあるいは全くないED50を含む循環濃度範囲内にある。この投薬量は使用される投薬形態および使用される投与経路に応じて、この範囲内で変化し得る。本発明の方法に使用されるいかなる化合物についても、治療的に有効な用量が細胞培養アッセイから最初に推定され得る。用量は細胞培養で決定されたようなIC50(すなわち、症状の最大抑制の半分を達成する試験化合物の濃度)を含む循環血漿濃度範囲を達成するように動物モデルで処方され得る。このような情報は、ヒトにおける有用な用量をより正確に決定するために使用され得る。このような情報を使用して、より正確にヒトにおいて有用な用量を決定し得る。血漿中のレベルは、例えば高速液体クロマトグラフィーにより測定され得る。
【0162】
本発明により使用するための薬学的組成物は、1つ以上の生理学的に受容可能なキャリアまたは賦形剤を使用して従来の方法で処方され得る。したがって、この化合物およびその生理学的に受容可能な塩および溶媒和物は、吸入または通気(口または鼻のいずれかから)、または経口、頬側、非経口、局所、皮下、腹膜内、静脈内、胸膜内、眼球内、動脈内、または直腸投与による投与のために処方され得る。また、薬学的組成物が化合物の活性を増強する他の生成物とともに投与され得、必要に応じて他の治療成分を含み得ることも考えられる。
【0163】
経口投与の場合、薬学的組成物は、例えば、結合剤(例えば、前糊化(pregelatinised)トウモロコシデンブン、ポリビニルピロリドンまたはヒドロキシプロピルメチルセルロース);充填剤(例えば、ラクトース、微結晶セルロースまたはリン酸水素カルシウム);滑沢剤(例えば、ステアリン酸マグネシウム、タルクまたはシリカ);崩壊剤(例えば、ジャガイモデンプンまたはグリコール酸ナトリウムスターチ(sodium starch glycolate));または湿潤剤(例えば、ラウリル硫酸ナトリウム)などの薬学的に受容可能な賦形剤を使用する従来の手段によって調製される形態(例えば錠剤またはカプセル)をとり得る。錠剤は当該技術分野で周知である方法で被覆され得る。経口投与のための液体調製物は、例えば、溶液、シロップまたは懸濁液の形態をとり得るか、あるいは使用前に水または他の適したビヒクルを用いて構成する乾燥製品として存在してもよい。このような液体調製物は懸濁剤(例えば、ソルビトールシロップ、セルロース誘導体または水素化可食性脂肪);乳化剤(例えば、レシチンまたはアカシア);非水性ビヒクル(例えば、アーモンドオイル、油性エステル、エチルアルコールまたは分留植物油);および保存剤(例えば、メチルまたはp−ヒドロキシ安息香酸プロピルまたはソルビン酸)などの薬学的に受容可能な添加剤を使用する従来の手段によって調製され得る。この調製物はまた、適切に緩衝塩、香味剤、着色剤および甘味剤も含み得る。
【0164】
経口投与の場合の調製物は、活性化合物を制御して放出させるように適切に処方され得る。
【0165】
頬側投与の場合には、この組成物は従来の方法で処方された錠剤またはトローチ剤の形態をとり得る。
【0166】
吸入による投与の場合には、本発明による使用のための化合物は、適した噴霧剤、例えばジクロロジフルオロメタン、トリクロロフルオロメタン、ジクロロテトラフルオロエタン、二酸化炭素または他の適したガスを使用する加圧パックまたは噴霧器からのエアゾールスプレー形態で便宜的に送達される。加圧エアゾールの場合には、投薬量単位は、一定量を送達するバルブを備えることによって決定され得る。吸入器または通気器に使用するための、例えばゼラチンからなるカプセルまたはカートリッジが、化合物とラクトースまたはデンプンなどの適した粉末基材との粉末状混合物を含むように処方され得る。
【0167】
この化合物は注射、例えば、ボーラス量注入(bolus injection)または連続注入による非経口投与のために処方され得る。注射のための処方剤は、単位投薬形態、例えば添加された保存剤とともにアンプルまたは多用量容器に入れられ得る。この組成物は油性または水性ビヒクル中の懸濁液、溶液、または乳化液のような形態をとることができ、懸濁剤、安定化剤および/または分散剤などの処方剤を含んでいてもよい。また、活性成分は使用前に適切なビヒクル、例えば発熱物質を含まない無菌水を用いて構成するための粉末形態であってもよい。
【0168】
この化合物はまた、例えば、ココア脂または他のグリセリドなどのような従来の座薬基剤を含む座薬または保持性浣腸(retention enemas)などの直腸用組成物として処方され得る。経口摂取はおそらく、いなかる投薬の中でも最も容易な方法である。このような投与経路は一般的に単純で簡単であり、しばしば、患者の視点からみて不便さまたは不快さが最も少ない投与経路である。しかしながら、これはタンパク質および他の生物学的活性組成物を含む多くの物質には好ましくない環境である胃に物質を通すことを伴う。胃の酸性、加水分解性およびタンパク質分解性である環境が、続く同化作用のためにタンパク性物質をアミノ酸およびオリゴペプチドへ消化することを効率的に進めるので、単に経口的に摂取した場合、広範囲に多様な生物学的活性タンパク性物質のうち、ほんのわずかのものが胃を通過して生き残り、小腸で体内に吸収されることは驚くべきことではない。その結果、多くのタンパク性薬剤はしばしば皮下、筋肉内または静脈内注射による非経口などの他の方法で摂取されなければならない。
【0169】
薬学的組成物はまた、薬剤活性を安定化するために、種々の緩衝剤(例えば、トリス、酢酸塩、リン酸塩)、可溶化剤(例えば、Tween、ポリソルベート)、ヒト血清アルブミンなどのキャリア、保存剤(チメロサール、ベンジルアルコール)およびアスコルビン酸などの抗酸化剤を含み得る。安定化剤はTween−20、Tween−80、NP−40またはTritonX−100などの界面活性剤であり得る。EBPはまた、長期間にわたり、制御された送達を患者に行うための高分子化合物の微粒子調製物中に導入され得る。薬学的組成物中の成分のより大規模な検索は、Remington’s Pharmaceutical Sciences、18th(版)、A.R.Gennaro(編)、 Mack Publishing、Easton、Pa.(1990)に見られる。
【0170】
先に記載した処方物に加えて、化合物はまたデポー調製物として処方され得る。このような長期作用処方剤は移植(例えば、皮下または筋肉内)または筋肉内注射により投与されてもよい。したがって、例えば、化合物は適切な高分子または疎水性物質(例えば、受容可能な油中の乳化剤として)またはイオン交換樹脂とともに処方され得るか、または難溶解性誘導体として(例えば、難溶解性塩として)処方され得る。
【0171】
組成物は、所望であれば、活性成分を含む1つ以上の単位投薬形態を含み得るパックまたはディスペンサーデバイスに入れられていてもよい。このパックは、例えばブリスターパックなどの金属またはプラスチックの箔を含んでもよい。このパックまたはディスペンサーデバイスに投与のための指示書が添付されていてもよい。
【0172】
(診断薬)
標的遺伝子に関連した疾患症状を診断するために、種々の方法が使用され得る。具体的に、試薬が、例えば標的遺伝子変異の存在を検出するために、あるいは標的遺伝子mRNAの過剰発現(over expression)または過少な発現(under expression)のいずれかを検出するために使用され得る。
【0173】
本発明の診断および予後判定の方法によれば、野生型標的遺伝子座の変化が検出される。さらに、この方法は、野生型標的遺伝子座を検出し、疾病素因または新形成の欠如を確認することによって実施され得る。「野生型遺伝子の変化」はコードおよび非コード領域における欠失、挿入および点変異を含む変異のすべての形態を包含する。欠失は全遺伝子または遺伝子の一部だけであってもよい。点変異は停止コドン、フレームシフト変異またはアミノ酸置換をもたらし得る。体細胞性変異はある組織(例えば腫瘍組織)にだけ生じるものであり、生殖系列に遺伝されない。生殖系列変異は、体組織のいずれにも見出され、遺伝され得る。ただ1つの対立遺伝子が体細胞で変異されると、初期新形成状態が示される。しかし、両方の対立遺伝子が変異される場合、後期新形成状態が示され得る。したがって、遺伝子変異の発見は診断および予後の両方の情報を提供する。欠失されない標的遺伝子対立遺伝子(例えば、標的遺伝子欠失を有する染色体に対する姉妹染色体に見られる)は、挿入、小欠失および点変異などの他の変異のためにスクリーニングされ得る。腫瘍組織に見られる変異は、標的遺伝子産物の減少した発現に関連し得る。しかしながら、非機能的遺伝子産物をもたらす変異はまた、癌状態にも関連し得る。点変異事象は、mRNAの発現の損失または減少をもたらす遺伝子のプロモーター中などの調節領域中で生じ得る。点変異はまた、標的遺伝子産物の発現の損失をもたらすか、あるいはmRNAの安定性または翻訳効率の減少をもたらす適切なRNAプロセッシングを無効とし得る。
【0174】
候補遺伝子座中の変異を検出するために使用可能な1つの試験は、癌患者から得たゲノム標的配列をコントロール集団から得たものと直接に比較することである。また、例えばPCRによっての増幅後、メッセンジャーRNAを配列決定し、それによって候補遺伝子のエキソン構造を決定する必要性を排除することができる。標的遺伝子のコード領域の外側に起こる(fall)癌患者の変異は、標的遺伝子の近くまたはその中のイントロンおよび調節配列などの非コード領域を試験することにより検出され得る。非コード領域中の変異が重要であるとの初期指標は、コントロール個体と比較して癌患者での異常な大きさのまたは多量のメッセンジャーRNA分子を明らかにするノーザンブロット実験から判明し得る。
【0175】
本明細書中に記載される方法は、例えば、本明細書に記載される少なくとも1つの特異的遺伝子核酸または抗遺伝子抗体試薬を含むプレパッケージングされた診断キットを使用して実施され得る。これは、例えば、疾患症状を示すか、あるいは疾患が進展する危険性のある患者を診断する臨床設定において便宜的に使用され得る。
【0176】
遺伝子が発現されるいかなる細胞型または組織、好ましくは単球、内皮細胞または平滑筋細胞も、以下に記載される診断において使用され得る。
【0177】
分析される細胞型または組織から得たDNAまたはRNAは、当該技術分野で周知である方法を使用して容易に単離され得る。診断手法はまた、核酸精製が必要でないように、生検または切除から得た患者組織の組織切片(固定および/または凍結されている)上で、直接にインサイチュにて実施され得る。核酸試薬は、このようなインサイチュ手法のためのプローブおよび/またはプライマーとして使用され得る(例えば、Nuovo、PCR In Situ Hybridization:Protocols and Applications、Raven Press、N.Y.(1992)を参照のこと)。
【0178】
遺伝子ヌクレオチド配列、RNAまたはDNAのいずれかは、例えば、疾患関連遺伝子構造および発現を検出するために生物学的サンプルのハイブリダイゼーションまたは増幅アッセイに使用され得る。このようなアッセイとしては、サザンまたはノーザン分析、制限フラグメント長多型アッセイ、1本鎖コンホメーション多型分析、インサイチューハイブリダイゼーションアッセイ、およびポリメラーゼ連鎖反応分析が挙げられ得るが、これらに限定されない。このような分析は、遺伝子の発現パターンの定量的局面、ならびに遺伝子発現および/または遺伝子組成の定性的局面の両方を明らかにし得る。すなわち、このような局面としては、例えば、点変異、挿入、欠失、染色体再配置、および/または遺伝子発現の活性化または不活性化が挙げられ得る。
【0179】
遺伝子特異的核酸分子の検出のための好ましい診断方法は、例えば、1つ以上の標識核酸試薬と、分析される細胞型または組織から獲得された核酸を、目的の核酸分子内の相補的配列への、これらの試薬の特異的なアニーリングに好ましい条件下で、接触およびインキュベートする工程を含み得る。好ましくは、これらの核酸試薬の長さは少なくとも9〜30ヌクレオチドである。インキュベーション後、全てのアニールしない核酸は、核酸:フィンガープリント分子のハイブリッドから除去される。次いで、このような分子が存在する場合に、ハイブリダイズしたフィンガープリント組織由来の核酸の存在が検出される。このような検出スキームを使用して、目的の組織または細胞型由来の核酸は、例えば、固相支持体(例えば、膜)、またはプラスチック表面(例えば、マイクロタイタープレートまたはポリスチレンビーズ上の表面)に固定化され得る。この場合、インキュベーション後、アニールしない標識核酸試薬は容易に除去される。残りのアニールした標識核酸試薬の検出は、当業者に周知である標準的技術を使用して達成される。
【0180】
遺伝子特異的核酸分子の検出のための代替の診断方法は、例えばPCR(Mullis米国特許第4,683,202号(1987)に記載の実験的実施形態)、リガーゼ連鎖反応(Barany,Proc.Natl.Acad.Sci.USA,88:189−93(1991))、自己配列複製(self sustained sequence replication)(Guatelliら、Proc.Natl.Acad.Sci.USA,87:1874−78(1990))、転写増幅系(Kwohら、Proc.Natl.Acad.Sci.USA,86:1173−77(1989))、Qβレプリカーゼ(Lizardiら、Bio/Technology,6:1197(1988))、または任意の他の核酸増幅方法によるそれらの増幅、続く、当業者に周知の技術を使用する増幅された分子の検出を含み得る。これらの検出スキームは、このような分子が非常に少数で存在する場合の、核酸分子の検出のために特に有用である。
【0181】
このような検出スキームの1つの実施形態において、cDNA分子が目的のRNA分子から(例えば、cDNAへのRNA分子の逆転写によって)得られる。このようなRNAが単離され得る細胞型または組織は、野生型フィンガープリント遺伝子が発現されることが公知であるいかなる組織も含み、単球、内皮細胞、および/または平滑筋が挙げられるが、これらに限定されない。次いで、cDNA内の配列が、PCR増幅反応などのような核酸増幅反応のための鋳型として使用される。この方法の逆転写および核酸増幅工程で合成開始試薬(例えば、プライマー)として使用される核酸試薬は、本明細書中に記載される遺伝子核酸試薬の中から選択され得る。このような核酸試薬の好ましい長さは少なくとも15〜30ヌクレオチドである。増幅産物の検出のために、核酸増幅は、放射標識または非放射標識したヌクレオチドを使用して実施され得る。あるいは、充分に増幅された産物が生成され得、その結果、この産物は、標準的エチジウムブロマイド染色によって、または任意の他の適した核酸染色方法を使用することにより可視化され得る。
【0182】
野生型または変異遺伝子ペプチドに対する抗体がまた、疾患診断薬および予後判定薬としても使用され得る。このような診断方法は、遺伝子タンパク質発現のレベルにおける異常、またはフィンガープリント遺伝子タンパク質の構造および/または組織、細胞内、もしくは細胞下の位置における異常を検出するために使用され得る。構造的差異としては、例えば、正常なフィンガープリント遺伝子タンパク質に対する変異体フィンガープリント遺伝子タンパク質の大きさ、電気陰性度、または抗原性の差異が挙げられ得る。
【0183】
分析される組織または細胞型から得たタンパク質は、当業者に周知の技術(ウエスタンブロット分析を含むがこれに限定されない)を使用して容易に検出または単離され得る。ウエスタンブロット分析を実施するための方法の詳細な説明については、例えば、Sambrookら、(1989)前出、18章を参照のこと。本明細書で使用されるタンパク質の検出および単離方法はまた、例えば、HarlowおよびLane(Antibodies:A Laboratory Manual,Cold Spring Harbor Laboratory Press,Cold Spring Harbor,New York(1988))に記載されるような方法であり得る。
【0184】
野生型または変異体遺伝子ペプチド分子の検出のための好ましい診断方法は、例えば、フィンガープリント遺伝子ペプチドが抗フィンガープリント遺伝子特異的ペプチド抗体との相互作用によって検出されるイムノアッセイを含み得る。
【0185】
例えば、本発明において有用な抗体、または抗体のフラグメントは、野生型または変異体遺伝子ペプチドの存在を定量的または定性的に検出するために使用され得る。これは、例えば光学顕微鏡検出、フローサイトメトリー検出、または蛍光検出と組み合わせて蛍光標識抗体(以下を参照)を使用する免疫蛍光技術によって達成され得る。このような技術は、フィンガープリント遺伝子ペプチドが細胞表面上で発現される場合に、特に好ましい。
【0186】
本発明において有用な抗体(またはそのフラグメント)はさらに、フィンガープリント遺伝子ペプチドのインサイチュ検出のための免疫蛍光法または免疫電子顕微鏡法におけるように、組織学的に使用され得る。インサイチュ検出は、患者から組織学的検体を取り出し、そしてその検体に本発明の標識抗体を適用することによって達成され得る。抗体(またはフラグメント)は、好ましくは生物学的サンプルの上に標識抗体(またはフラグメント)を重ねることにより適用される。このような手順の使用を通じて、フィンガープリント遺伝子ペプチドの存在だけでなく、試験された組織における分布をも決定することが可能である。本発明を使用して、当業者は、広範囲の組織学的方法(例えば、染色手順)のいずれかが、このようなインサイチュ検出を達成するために改変され得ることを容易に理解する。
【0187】
野生型、変異体または伸長したフィンガープリント遺伝子ペプチドのためのイムノアッセイは、代表的に、フィンガープリント遺伝子ペプチドを同定し得る検出可能に標識された抗体の存在下で、生物学的流体、組織抽出物、新たに収集した細胞、または組織培養物中でインキュベートされた細胞のような生物学的サンプルをインキュベートする工程、および当該技術分野で周知の多くの技術のいずれかによって、結合した抗体を検出する工程を含む。
【0188】
生物学的サンプルは、ニトロセルロースなどの固相支持体もしくはキャリア、または細胞、細胞粒子もしくは可溶性タンパク質を固定し得る他の固相支持体と接触され、そしてその上に固定化され得る。次いで、この支持体は、適切な緩衝液で洗浄され、続いて、検出可能に標識された遺伝子特異的抗体を使用して処理され得る。次いで、固相支持体は、緩衝液で2回目の洗浄をされ、未結合抗体を除去し得る。次いで、固相支持体上の結合標識の量が、従来の手段により検出され得る。
【0189】
用語「固相支持体またはキャリア」は、抗原または抗体に結合し得る任意の支持体を含むことを意図する。周知の支持体またはキャリアとしては、ガラス、ポリスチレン、ポリプロピレン、ポリエチレン、デキストラン、ナイロン、アミラーゼ、天然または改変されたセルロース、ポリアクリルアミド、斑糲岩、磁鉄鉱が挙げられる。キャリアの性質は、本発明の目的のために、ある程度可溶性であるか不溶性のいずれかであり得る。支持体材料は、結合した分子が抗原または抗体に結合し得る限り、実質的に任意の可能性のある構造的配置を有し得る。したがって、支持体の配置は、ビーズのような球状、または試験管の内側表面または棒状体の外表面のような円筒状であり得る。あるいは、表面は、シート、試験片などのように平らであり得る。好ましい支持体としては、ポリスチレンビーズが挙げられる。当業者は、抗体または抗原を結合するための多くの他の適切なキャリアを知っているか、または、慣用的な実験を使用することにより適切なキャリアを確証し得る。
【0190】
所定の組の(a given lot of)抗野生型または抗変異体のフィンガープリント遺伝子ペプチド抗体の結合活性は、周知の方法に従って決定され得る。当業者は、慣用的な実験を使用することにより、各々の決定のための操作的および最適なアッセイ条件を決定し得る。
【0191】
遺伝子ペプチド特異的抗体が検出可能に標識され得る方法の1つは、酵素に当該抗体を連結し、そして酵素イムノアッセイ(EIA)にこれを使用することによる(Voller,Ric Clin Lab,8:289−98(1978)[“The Enzyme Linked Immunosorbent Assay(ELISA)”,Diagnostic Horizons 2:1−7,1978,Microbiological Associates Quarterly Publication,Walkersville,Md.];Vollerら、J.Clin.Pathol.,31:507−20(1978);Butler,Meth.Enzymol.,73:482−523(1981);Maggio(編),Enzyme Immunoassay,CRC Press,Boca Raton,Fla.(1980);Ishikawaら(編),Enzyme Immunoassay,Igaku−Shoin,Tokyo(1981))。抗体に結合される酵素は、例えば、分光光度定量法、蛍光定量法によるか、あるいは可視的手段によって検出され得る化学部分を生成するような様式で、適切な基質(好ましくは、発色基質)と反応する。抗体を検出可能に標識するために使用され得る酵素としては、リンゴ酸デヒドロゲナーゼ、スタフィロコッカルヌクレアーゼ、デルタ−5−ステロイドイソメラーゼ、酵母アルコールデヒドロゲナーゼ、α−グリセロリン酸、デヒドロゲナーゼ、トリオースリン酸イソメラーゼ、西洋ワサビペルオキシダーゼ、アルカリホスファターゼ、アスパラギナーゼ、グルコースオキシダーゼ、β−ガラクトシダーゼ、リボヌクレアーゼ、ウレアーゼ、カタラーゼ、グルコース−6−リン酸デヒドロゲナーゼ、グルコアミラーゼおよびアセチルコリンエステラーゼが挙げられるが、これらに限定されない。検出は酵素の発色基質を使用する比色方法によって達成され得る。検出はまた、同様に調製された標準に対する基質の酵素反応の程度を可視的に比較することにより達成され得る。
【0192】
検出はまた、任意の種々の他のイムノアッセイを使用して達成され得る。例えば、抗体または抗体フラグメントを放射標識することにより、ラジオイムノアッセイ(RIA)の使用を通して、フィンガープリント遺伝子の野生型、変異体、または伸長したペプチドを検出することが可能である(例えば、Weintraub,B.,Principles of Radioimmunoassays,Seventh Training Course on Radioligand Assay Techniques,The Endocrine Society,March,1986を参照のこと)。放射性同位元素はガンマカウンターまたはシンチレーションカウンターの使用のような手段、またはオートラジオグラフィーによって検出され得る。
【0193】
蛍光化合物で抗体を標識することも可能である。蛍光標識された抗体は、適切な波長の光に暴露される場合、その存在が、蛍光によって検出され得る。最も一般的に使用される蛍光標識化合物の中には、フルオレセインイソチオシアネート、ローダミン、フィコエリスリン、フィコシアニン、アロフィコシアニン、o−フタルアルデヒドおよびフルオレスカミンがある。
【0194】
抗体はまた、152Euのような蛍光発光金属、またはランタニド系列の他のものを使用して検出可能に標識され得る。これらの金属は、ジエチレントリアミンペンタ酢酸(DTPA)またはエチレンジアミンテトラ酢酸(EDTA)のような金属キレート基を使用して抗体に結合され得る。
【0195】
抗体はまた、化学発光化合物に結合することにより検出可能に標識され得る。次いで、化学発光でタグ化された抗体の存在が、化学反応の過程の間に発生する発光の存在を検出することにより決定される。特に有用な化学発光標識化合物の例は、ルミノール、イソルミノール、テロマティック(theromatic)アクリジニウムエステル、イミダゾール、アクリジニウム塩および蓚酸エステルである。
【0196】
同様に、生物発光化合物が、本発明の抗体を標識するために使用され得る。生物発光は、触媒性タンパク質が化学発光反応の効率を増加する生物学系において見出された化学発光の型である。生物発光タンパク質の存在は、発光の存在を検出することにより決定される。標識目的のために重要な生物発光化合物は、ルシフェリン、ルシフェラーゼおよびエクオリンである。
【0197】
本願中、種々の刊行物、特許および公開特許出願は、確認のための引例として参照される。本願で参照されるこれらの刊行物、特許および公開特許明細書の開示は、ここで、本発明が関連する分野の状況をより完全に記載するために、本開示中に参考として援用される。
【0198】
以下の実施例は、本発明を説明することのみを意図され、本発明を限定するように解釈されるべきでない。
【0199】
(実施例)
(実施例1:アナフィラトキシンC3aレセプター遺伝子破壊を含むマウスの作製および分析)
アナフィラトキシンC3aレセプターの役割を調査するために、アナフィラトキシンC3aレセプター遺伝子中の破壊を、相同組換えにより作製した。詳細には、アナフィラトキシンC3aレセプター遺伝子中に破壊を含むトランスジェニックマウスを作製した。より詳細には、図2A〜図2Bに示されるように、アナフィラトキシンC3aレセプター遺伝子(詳細には、配列番号1を含む)を破壊または改変する能力を有するアナフィラトキシンC3aレセプター特異的標的化構築物を、本明細書中で配列番号3または配列番号4と同定されるオリゴヌクレオチド配列を、この構築物において標的化アーム(相同配列)として使用して作製した。
【0200】
この標的化構築物を、129/Sv−+P+Mgf−SLJ/Jマウス亜系に由来するES細胞に導入し、キメラマウスを作製した。F1マウスを、C57BL/6の雌と交配することによって作製し、そしてF2ホモ接合変異マウスを、F1ヘテロ接合体の雄と雌を異種交配することによって作製した。
【0201】
アナフィラトキシンC3aレセプター遺伝子中に破壊を含むトランスジェニックマウスを、表現型の変化および発現パターンについて分析した。核レセプター遺伝子中の破壊に関連する表現型を決定した。ホモ接合マウスは、以下の表現型の少なくとも1つを示した:
胸腺。野生型マウスと比較して減少したサイズおよび減少した重量の胸腺を含む、変異マウスの胸腺における異常。詳細には、ホモ接合マウスは、図3および以下の表1に示されるように、野生型マウスと比較して、剖検における小さい胸腺、ならびに減少した胸腺重量および減少した胸腺対体重比を有することが報告された:
【0202】
【表1】
発現。総RNAを、成体C57B1/6野生型マウス由来の器官または組織から単離した。RNAをDNaseI処理し、そしてランダムプライマーを使用して逆転写した。得られたcDNAを、転写されないゲノムマウスDNAに特異的なプライマーを使用して、ゲノムの混入の非存在について調べた。cDNAを、HPRTプライマーを使用して濃度について平均化した。RNA転写物は、大脳、皮質、皮質下領域、小脳、脳幹、嗅球、脊髄、眼、ハルダー腺、心臓、肺、肝臓、膵臓、腎臓、脾臓、胸腺、リンパ節、骨髄、皮膚、膀胱、下垂体、副腎、唾液腺、骨格筋、舌、胃、小腸、大腸、盲腸、精巣、精巣上体、精嚢、凝固腺(coagulating gland)、前立腺、卵巣、子宮および脂肪組織(white fat)において検出可能であった。RNA転写物は、胆嚢において検出可能ではなかった。
【0203】
(挙動)
挙動研究について、ホモ接合マウスを以下の通りに作製した:
上記の標的化構築物を、129/SvEvマウス亜系由来のES細胞に導入して、キメラマウスを作製する。F1N0マウスを、C57BL/6の雌と交配することによって作製した。F2N0ホモ接合変異マウスを、F1ヘテロ接合体の雄と雌を異種交配することによって作製した。F1N0ヘテロ接合体を、C57BL/6マウスに戻し交配して、F1N1ヘテロ接合体を作製した。F2N1ホモ接合マウスを、F1N1ヘテロ接合体の雄と雌を異種交配することによって作製した。
【0204】
ホモ接合マウスは、以下の挙動表現型を示した:
ホモ接合マウスは、特徴的な発作様応答(発作に対して増加した感受性を示す)を誘発するために、有意により少ない用量のメトラゾール(metrazol)を必要とした。ホモ接合変異体はまた、90dBの前パルスを有する有意に減少したPPI(分裂病患者において観察されるのと同様な刺激処理欠損を示す)を示した。
【0205】
(実施例2:5−HT5A遺伝子破壊を含むマウスの作製および分析)
5−HT5A遺伝子の役割を調査するために、5−HT5A遺伝子中の破壊を、相同組換えによって生成した。詳細には、5−HT5A遺伝子中に破壊を含むトランスジェニックマウスを作製した。より詳細には、図5A〜図5Bに示されるように、5−HT5A遺伝子(詳細には、配列番号5を含む)を破壊または改変する能力を有する5−HT5A特異的標的化構築物を、本明細書中で配列番号7または配列番号8と同定されるオリゴヌクレオチド配列を、この構築物において標的化アーム(相同配列)として使用して作製した。
【0206】
この標的化構築物を、129/Sv−+P+Mgf−SLJ/Jマウス亜系に由来するES細胞に導入し、キメラマウスを作製した。F1マウスを、C57BL/6の雌と交配することによって作製し、そしてF2ホモ接合変異マウスを、F1ヘテロ接合体の雄と雌を異種交配することによって作製した。
【0207】
5−HT5A遺伝子中に破壊を含むトランスジェニックマウスを、表現型変化および発現パターンについて分析した。
【0208】
発現。LacZ(β−ガラクトシダーゼ)発現は、脳および食道において検出可能であった。脳において、染色は、プルキンエ細胞を有する小脳および発現を示す顆粒層の核に限定された。ホールマウント(wholemount)染色において、lacZ発現は、小脳のみで検出可能であった。小脳の冠状切片は、X−Galシグナルが、プルキンエ細胞層に限定されたことを明らかにした。さらに、プルキンエ細胞に隣接した別の核は、染色を示した。強いX−galシグナルがまた、扁平上皮細胞に存在した。
【0209】
(実施例3:コーディン(chordin)遺伝子破壊を含むマウスの作製および分析)
コーディンの役割を調査するために、コーディン遺伝子中の破壊を、相同組換えにより作製した。詳細には、コーディン遺伝子中に破壊を含むトランスジェニックマウスを作製した。より詳細には、図5A〜図5Bに示されるように、コーディン遺伝子(詳細には、配列番号9を含む)を破壊または改変する能力を有するコーディン特異的標的化構築物を、本明細書中で配列番号11または配列番号12と同定されるオリゴヌクレオチド配列を、この構築物において標的化アーム(相同配列)として使用して作製した。
【0210】
この標的化構築物を、129/Sv−+P+Mgf−SLJ/Jマウス亜系に由来するES細胞に導入し、キメラマウスを作製した。F1マウスを、C57BL/6の雌と交配することによって作製し、そしてF2ホモ接合変異マウスを、F1ヘテロ接合体の雄と雌を異種交配することによって作製した。
【0211】
コーディン遺伝子中に破壊を含むトランスジェニックマウスを、表現型の変化および発現パターンについて分析した。コーディン遺伝子中の破壊に関連する表現型を決定した。ホモ接合マウスは、以下の表現型の少なくとも1つを示した:異常な痛覚、疼痛および不安に対する減少した応答。
【0212】
発現。総RNAを、成体C57B1/6野生型マウス由来の器官または組織から単離した。RNAをDNaseI処理し、そしてランダムプライマーを使用して逆転写した。得られたcDNAを、転写されないゲノムマウスDNAに特異的なプライマーを使用して、ゲノムの混入の非存在について調べた。cDNAを、HPRTプライマーを使用して濃度について平均化した。RNA転写物は、大脳、皮質、皮質下領域、小脳、脳幹、眼、心臓、肺、肝臓、膵臓、腎臓、皮膚、胆嚢、膀胱、下垂体、副腎、唾液腺、舌、胃、大腸、盲腸、精巣、精巣上体、精嚢、凝固腺、前立腺、卵巣、および子宮において検出可能であった。
【0213】
(挙動)
挙動研究について、ホモ接合マウスを以下の通りに作製した:
上記の標的化構築物を、129/SvEvマウス亜系由来のES細胞に導入して、キメラマウスを作製した。F1N0マウスを、C57BL/6の雌と交配することによって作製した。F2N0ホモ接合変異マウスを、F1ヘテロ接合体の雄と雌を異種交配することによって作製した。F1N0ヘテロ接合体を、C57BL/6マウスに戻し交配して、F1N1ヘテロ接合体を作製した。F2N1ホモ接合マウスを、F1N1ヘテロ接合体の雄と雌を異種交配することによって作製した。
【0214】
ホモ接合マウスは、以下の挙動表現型を示した:
F2N0ホモ接合変異マウスは、ホットプレート試験に対するそれらの応答潜伏時間において、野生型動物と比較して、統計的に有意な増加を示した。ホモ接合マウスは、F2N0野生型マウスと比較して、55℃のホットプレート上に配置される場合に、その後足をなめるまでの時間量において、統計学的に有意な増加を示した。しかし、N1世代の動物は、いずれの差異も示さなかった。この試験を使用して、侵害障害(すなわち、減少した疼痛応答)を示した。
【0215】
N0およびN1世代の両方由来のホモ接合変異動物は、オープンフィールド試験チャンバーの中央領域においてより多くの時間を過ごす傾向を示した。この試験は、不安障害を示し得る。
【0216】
(実施例4:RORγ遺伝子破壊を含むマウスの作製および分析)
RORγの役割を調査するために、RORγ遺伝子中の破壊を、相同組換えにより作製した。詳細には、RORγ遺伝子中に破壊を含むトランスジェニックマウスを作製した。より詳細には、図9A〜図9Bに示されるように、RORγ遺伝子(詳細には、配列番号13を含む)を破壊または改変する能力を有するRORγ特異的標的化構築物を、本明細書中で配列番号15または配列番号16と同定されるオリゴヌクレオチド配列を、この構築物において標的化アーム(相同配列)として使用して作製した。
【0217】
この標的化構築物を、129/Sv−+P+Mgf−SLJ/Jマウス亜系に由来するES細胞に導入し、キメラマウスを作製した。F1マウスを、C57BL/6の雌と交配することによって作製し、そしてF2ホモ接合変異マウスを、F1ヘテロ接合体の雄と雌を異種交配することによって作製した。
【0218】
RORγ遺伝子中に破壊を含むトランスジェニックマウスを、表現型の変化および発現パターンについて分析した。核レセプター遺伝子中の破壊に関連する表現型を決定した。ホモ接合マウスは、以下の表現型の少なくとも1つを示した:
リンパ節。リンパ節は、全ての雌のホモ接合マウスにおいて存在しなかった。さらに、消化管関連リンパ系組織(GALT)は、全てのホモ接合変異体由来の腸の慣用的な切片において存在しなかった。
【0219】
リンパ球。野生型マウスと比較して、最小から中程度のリンパ球の蓄積が、変異マウスにおける種々の組織(肝臓、肺、膵臓、唾液腺および甲状腺)において存在した。ホモ接合変異マウスは、リンパ腫と一致したリンパ様浸潤を有する多数の器官を有した。この浸潤は、中程度から重篤まで変化し、そして任意の器官系を含み得る。これらの細胞は、増加した有糸分裂速度および頻繁なアポトーシスを有した。併発は、脾臓および胸腺において最も重篤である傾向がある。関与する他の器官としては、以下が挙げられる:肝臓、胆嚢、肺、腎臓、膀胱、心臓、大動脈、骨、骨髄、下垂体、副腎、胸腺、脳および脊髄(髄膜)、膵臓、胃、小腸および大腸、喉頭、気管、食道、舌、骨格筋、精巣、精巣上体、膀胱、精嚢、眼およびハルダー腺。
【0220】
2匹の臨床的に病気のホモ接合体の雌(20774および20299)ならびに2匹の臨床的に病気のホモ接合体の雄(19922および20294)は、リンパ球が優勢である非常に上昇した総白血球数を有した。1つの白血病の雌20774において、リンパ球は、未成熟であった(芽細胞性)。これは、リンパ腫の白血病期と一致する。罹患したマウスホモ接合体は、乏しい毛づくろいおよび機能低下を含む病気の徴候を示した。このマウスは、増大した胸部および腹部の寸法、肝脾腫大、拡大した胸腺、および腹水を有した;これらは、弱く、斜視のようであり、背が丸く、悪液性、嗜眠性であり、そして呼吸に障害があった。
【0221】
脾臓。以下の表2および図10において示されるように、全てのホモ接合変異体において、野生型マウスと比較して増加した体重および増加した脾臓:体重の比を含む脾臓における異常が検出された。これらは、平均して、ホモ接合体の雌の0.61パーセントに対して野生型コントロールの雌の0.4パーセント、およびホモ接合変異体の雄の0.52パーセントに対して野生型コントロールの雄の0.26パーセントであった。68〜189日における脾臓重量および脾臓:体重比は、野生型マウスにおけるよりも約5倍大きかった。
【0222】
脾臓リンパ様小胞は、胚中心の増加した数のリンパ球(過形成)によって拡大され、そしておよびホモ接合マウス中の小胞の縁領域で拡大された。
【0223】
【表2】
肝臓。変異体マウスにおいて、野生型マウスと比較して増加したサイズ、体重、および変色を含む肝臓における異常が検出された。肝臓重量および肝臓:体重比は、野生型コントロールマウスにおけるよりも約2倍大きかった(表2および図11)。
【0224】
腎臓。変異体マウスにおいて、野生型マウスと比較して増加したサイズ、体重、および変色を含む腎臓における異常が検出された。腎臓:体重比は、野生型コントロールマウスにおけるよりも約1.5倍大きかった(表2および図12)。
【0225】
胸腺。胸腺における異常が検出された。胸腺重量および胸腺:体重比は、野生型コントロールマウスにおけるよりも約10〜30倍大きかった(表1および図13)。皮質内側の特徴の減少を有する中程度の胸腺萎縮症が存在した。さらに、胸腺皮質拡大(過形成)および関連した延髄減少(萎縮症)が、全てのホモ接合マウスにおいて観察された。胸腺皮質リンパ球は、増加した有糸分裂活性およびアポトーシスを有する過形成性であった。
【0226】
骨および骨髄。骨および骨髄における異常が、68〜189日において検出された。骨髄は、蒼白であり、そして骨は、白い塊が付着し脆性であった。
【0227】
体重。雄のホモ接合マウスの体重は、野生型コントロールマウスの体重の約60%であった。野生型コントロールマウス対雌のホモ接合変異マウスの体重における差異は、存在しなかった。全体の観察は、いくつかのマウスについて不完全であった。
【0228】
血清化学。臨床的に病気のホモ接合マウスは、野生型マウスと比較した場合、種々の分析物の上昇を有した。以下を含む複数の肝臓関連分析物を評価した:全4匹の雄および3匹の雌のうちの2匹におけるアラニンアミノトランスフェラーゼ(ALP);2匹の雄におけるビリルビン;ならびに1匹の雄におけるアルカリホスファターゼ(ALP)。アスパラギン酸アミノトランスフェラーゼ、別の肝臓関連分析物は、4匹の雄および2匹の雌において上昇した。これらの種々の上昇は、肝臓の腫瘍細胞浸潤と一致している。心臓の腫瘍細胞浸潤もまた、ALT上昇に寄与し得た。腎臓関連分析物もまた、上昇した。3匹の雄が、上昇した血液尿素窒素(BUN)およびリン酸レベルを有した。これは、おそらく、腎臓および/または腎盤の腫瘍細胞浸潤に関係している。
【0229】
発現。総RNAを、成体C57B1/6野生型マウス由来の器官または組織から単離した。RNAをDNaseI処理し、そしてランダムプライマーを使用して逆転写した。得られたcDNAを、転写されないゲノムマウスDNAに特異的なプライマーを使用して、ゲノムの混入の非存在について調べた。cDNAを、HPRTプライマーを使用して濃度について平均化した。RNA転写物は、小脳、嗅球、眼、心臓、肺、肝臓、膵臓、腎臓、胸腺、リンパ節、皮膚、胆嚢、膀胱、下垂体、副腎、唾液腺、骨格筋、舌、胃、小腸、大腸、盲腸、精巣、精巣上体、精嚢、凝固腺、前立腺、卵巣、および子宮において検出可能であった。
【0230】
(実施例5:BMP遺伝子破壊を含むマウスの作製および分析)
BMPの役割を調査するために、BMP遺伝子中の破壊を、相同組換えにより作製した。詳細には、BMP遺伝子中に破壊を含むトランスジェニックマウスを作製した。より詳細には、図15A〜図15Bに示されるように、BMP遺伝子(詳細には、配列番号17を含む)を破壊または改変する能力を有するBMP特異的標的化構築物を、本明細書中で配列番号19または配列番号20と同定されるオリゴヌクレオチド配列を、この構築物において標的化アーム(相同配列)として使用して作製した。
【0231】
この標的化構築物を、129/Sv−+P+Mgf−SLJ/Jマウス亜系に由来するES細胞に導入し、キメラマウスを作製した。F1マウスを、C57BL/6の雌と交配することによって作製し、そしてF2ホモ接合変異マウスを、F1ヘテロ接合体の雄と雌を異種交配することによって作製した。
【0232】
BMP遺伝子中に破壊を含むトランスジェニックマウスを、表現型の変化について分析した。核レセプター遺伝子中の破壊に関連する表現型を決定した。ホモ接合マウスは、以下の表現型の少なくとも1つを示した:
1)異常な尾:
49日目に、年齢および性が一致した野生型コントロールマウスと比較した場合、調査した9匹のホモ接合マウスのうち5匹(2匹の雌(10796、10799)および3匹の雄(10829、19478、19479))が異常な尾を有した。
【0233】
300日目(実際303〜450日齢)に、年齢および性が一致した野生型コントロールマウスと比較した場合、9匹のホモ接合変異マウスのうち1匹の雄(10827)が異常な尾を有した。
【0234】
2)体重:
49、90、180、および300日齢で、低い体重の傾向のホモ接合変異体の雄および雌。
【0235】
49、90、180、および300日齢で、低い体重/体長比の傾向のホモ接合変異体の雄および雌。
【0236】
3)短い体長:
49、90、180、および300日齢のホモ接合変異体の雄および雌。
【0237】
より詳細には、年齢(49、90、180、および300日齢)および性の一致した野生型コントロールマウスと比較した場合、ホモ接合変異マウスは、全ての時点において、3つ全てのパラメーター(体重、体長、および体重/体長比)について低い値を有した。一般的に、ホモ接合変異体と一致した野生型コントロールマウスとの間の差異は、雌についてよりも雄について大きかった。体重および体重/体長比は、180日齢後のホモ接合変異体の雄について減少した。各々の3つのパラメーターについて、野生型コントロールの雄とホモ接合変異体の雄との間の差異の大きさは、300日齢で最大であった。
【0238】
(実施例6:気道トリプシン様プロテアーゼ遺伝子破壊を含むマウスの作製および分析)
気道トリプシン様プロテアーゼの役割を調査するために、気道トリプシン様プロテアーゼ遺伝子中の破壊を、相同組換えにより作製した。詳細には、気道トリプシン様プロテアーゼ遺伝子中に破壊を含むトランスジェニックマウスを作製した。より詳細には、図17A〜図17Bに示されるように、気道トリプシン様プロテアーゼ遺伝子(詳細には、配列番号21を含む)を破壊または改変する能力を有する気道トリプシン様プロテアーゼ特異的標的化構築物を、本明細書中で配列番号22または配列番号24と同定されるオリゴヌクレオチド配列を、この構築物において標的化アーム(相同配列)として使用して作製した。
【0239】
この標的化構築物を、129/Sv−+P+Mgf−SLJ/Jマウス亜系に由来するES細胞に導入し、キメラマウスを作製した。F1マウスを、C57BL/6の雌と交配することによって作製し、そしてF2ホモ接合変異マウスを、F1ヘテロ接合体の雄と雌を異種交配することによって作製した。気道トリプシン様プロテアーゼ遺伝子中に破壊を含むトランスジェニックマウスを、表現型の変化について分析した。
【0240】
(実施例7:アクアポリン−8遺伝子破壊を含むマウスの作製および分析)
アクアポリン−8遺伝子の役割を調査するために、アクアポリン−8遺伝子中の破壊を、相同組換えにより作製した。詳細には、アクアポリン−8遺伝子中に破壊を含むトランスジェニックマウスを作製した。より詳細には、図19A〜図19Bに示されるように、アクアポリン−8遺伝子(詳細には、配列番号25を含む)を破壊または改変する能力を有するアクアポリン−8特異的標的化構築物を、本明細書中で配列番号27または配列番号28と同定されるオリゴヌクレオチド配列を、この構築物において標的化アーム(相同配列)として使用して作製した。
【0241】
この標的化構築物を、129/Sv−+P+Mgf−SLJ/Jマウス亜系に由来するES細胞に導入し、キメラマウスを作製した。F1マウスを、C57BL/6の雌と交配することによって作製し、そしてF2ホモ接合変異マウスを、F1ヘテロ接合体の雄と雌を異種交配することによって作製した。
【0242】
アクアポリン−8遺伝子中に破壊を含むトランスジェニックマウスを、表現型の変化および発現パターンについて分析した。核レセプター遺伝子中の破壊に関連する表現型を決定した。ホモ接合マウスは、以下の表現型の少なくとも1つを示した:
体重。ホモ接合変異体の雄は、90日齢後の野生型コントロールマウスよりもより体重が重い傾向を有する。
【0243】
発現。総RNAを、成体C57B1/6野生型マウス由来の器官または組織から単離した。RNAをDNaseI処理し、そしてランダムプライマーを使用して逆転写した。得られたcDNAを、転写されないゲノムマウスDNAに特異的なプライマーを使用して、ゲノムの混入の非存在について調べた。cDNAを、HPRTプライマーを使用して濃度について平均化した。RNA転写物は、眼、肝臓、膵臓、胸腺、胆嚢、胃、大腸、盲腸、精巣、精嚢、卵巣、および子宮において検出可能であった。
【0244】
当業者に明らかなように、上の実施形態の種々の改変が、本発明の精神および範囲から逸脱することなく行なわれ得る。これらの改変およびバリエーションは、本発明の範囲内である。
【図面の簡単な説明】
【図1】
図1は、オーファンアナフィラトキシンC3aレセプターのポリヌクレオチド配列(配列番号1)を示す。図1はまた、アナフィラトキシンC3aレセプターのアミノ酸配列(配列番号2)を示す。
【図2A】
図2Aは、アナフィラトキシンC3aレセプター遺伝子を破壊するために用いられる標的化構築物の設計を示す。
【図2B】
図2Bは、アナフィラトキシンC3aレセプター遺伝子を破壊するために用いられる標的化構築物の設計を示す。図2Bはまた、アナフィラトキシンC3aレセプター標的化構築物において標的化アーム(相同配列)として用いられた、配列番号3および配列番号4として同定される配列を示す。
【図3】
図3は、野生型マウスならびにアナフィラトキシンC3aレセプター遺伝子における破壊を有するヘテロ接合マウスおよびホモ接合マウスの胸腺重量および体重の比に関するグラフを示す。
【図4】
図4は、5−HT5A遺伝子のポリヌクレオチド配列(配列番号5)を示す。図4はまた、5−HT5A遺伝子についてのアミノ酸配列(配列番号6)を示す。
【図5A】
図5Aは、5−HT5A遺伝子を破壊するために用いられる標的化構築物の設計を示す。
【図5B】
図5Bは、5−HT5A遺伝子を破壊するために用いられる標的化構築物の設計を示す。図5Bはまた、5−HT5A標的化構築物において標的化アーム(相同配列)として用いられた、配列番号7および配列番号8として同定される配列を示す。
【図6】
図6は、オーファンコルディンのポリヌクレオチド配列(配列番号9)を示す。図6はまた、コルディンポリペプチドのアミノ酸配列(配列番号10)を示す。
【図7A】
図7Aは、コルディン遺伝子を破壊するために用いられる標的化構築物の設計を示す。
【図7B】
図7Bは、コルディン遺伝子を破壊するために用いられる標的化構築物の設計を示す。図7Bはまた、コルディン標的化構築物において標的化アーム(相同配列)として用いられた、配列番号11および配列番号12として同定される配列を示す。
【図8】
図8は、オーファンRORγのポリヌクレオチド配列(配列番号13)を示す。図8はまた、RORγのアミノ酸配列(配列番号14)を示す。
【図9A】
図9Aは、RORγ遺伝子を破壊するために用いられる標的化構築物の設計を示す。
【図9B】
図9Bは、RORγ遺伝子を破壊するために用いられる標的化構築物の設計を示す。図9Bはまた、RORγ標的化構築物において標的化アーム(相同配列)として用いられた、配列番号15および配列番号16として同定される配列を示す。
【図10】
図10は、野生型マウスならびにRORγ遺伝子における破壊を有するヘテロ接合マウスおよびホモ接合マウスの脾臓重量および体重の比に関するグラフを示す。
【図11】
図11は、野生型マウスならびに破壊を有するヘテロ接合マウスおよびホモ接合マウスの肝臓重量および体重の比に関するグラフを示す。
【図12】
図12は、野生型マウスならびにRORγ遺伝子における破壊を有するヘテロ接合マウスおよびホモ接合マウスの腎臓重量および体重の比に関するグラフを示す。
【図13】
図13は、野生型マウスならびにRORγ遺伝子における破壊を有するヘテロ接合マウスおよびホモ接合マウスの胸腺重量および体重の比に関するグラフを示す。
【図14】
図14は、BMP遺伝子のポリヌクレオチド配列(配列番号17)を示す。図14はまた、BMPポリペプチドのアミノ酸配列(配列番号18)を示す。
【図15A】
図15Aは、BMP遺伝子を破壊するために用いられる標的化構築物の設計を示す。
【図15B】
図15Bは、BMP遺伝子を破壊するために用いられる標的化構築物の設計を示す。図15Bはまた、BMP標的化構築物において標的化アーム(相同配列)として用いられた、配列番号19および配列番号20として同定される配列を示す。
【図16】
図16は、オーファン気道トリプシン様プロテアーゼのポリヌクレオチド配列(配列番号21)を示す。図16はまた、この気道トリプシン様プロテアーゼのアミノ酸配列(配列番号22)を示す。
【図17A】
図17Aは、気道トリプシン様プロテアーゼ遺伝子を破壊するために用いられる標的化構築物の設計を示す。
【図17B】
図17Bは、気道トリプシン様プロテアーゼ遺伝子を破壊するために用いられる標的化構築物の設計を示す。図17Bはまた、気道トリプシン様プロテアーゼ標的化構築物において標的化アーム(相同配列)として用いられた、配列番号23および配列番号24として同定される配列を示す。
【図18】
図18は、アクアポリン8のポリヌクレオチド配列(配列番号25)を示す。図18はまた、アクアポリン8のアミノ酸配列(配列番号26)を示す。
【図19A】
図19Aは、アクアポリン8遺伝子を破壊するために用いられる標的化構築物の設計を示す。
【図19B】
図19Bは、アクアポリン8遺伝子を破壊するために用いられる標的化構築物の設計を示す。図19Bはまた、アクアポリン8標的化構築物において標的化アーム(相同配列)として用いられた、配列番号27および配列番号28として同定される配列を示す。[0001]
(Field of the Invention)
The present invention relates to transgenic animals, compositions, and methods related to characterizing gene function.
[0002]
(Background of the Invention)
Laboratory animal models are an important tool for understanding the role of genes. More specifically, the ability to develop animals with specific genes that have been altered or inactivated is invaluable for the study of gene function and is responsible for disease-causing genes with similar expression in humans. And / or unexpected discovery of the mechanism. These genetically engineered animals are also useful for identifying and testing therapeutic treatments for various diseases and disorders.
[0003]
Identifying the functions of many genes is useful in identifying the role of these genes in disease. Due to the high level of homology between humans and mice, it is possible to define the function of individual human genes, for example, by making targeted germline mutations of selected genes in animals. The resulting mutant animal phenotype can be used to help define the phenotype in humans.
[0004]
Several interesting genes have recently been discovered that belong to various families encoding G protein-coupled receptors (GPCRs), chordins, nuclear hormone receptors, bone morphogenetic proteins and aquaporin proteins. Identifying the role of these genes and their expression products may allow the determination of disease pathways and the identification of diagnostically and therapeutically useful targets.
[0005]
GPCRs have been characterized as having seven putative transmembrane domains (designated TM1, TM2, TM3, TM4, TM5, TM6 and TM7). These are thought to represent transmembrane α-helices connected by extracellular or cytoplasmic loops. Most G-protein coupled receptors have one conserved cysteine residue in each of the first two extracellular loops that form disulfide bonds, which are believed to stabilize functional protein structure. G-protein coupled receptors can be bound intracellularly to various intracellular enzymes, ion channels and transporters by heterotrimeric G-proteins. Different G-protein α-subunits preferentially stimulate specific effectors to regulate various biological functions within cells.
[0006]
Anaphylatoxins, especially C3a and C5a, have a variety of biological activities that suggest a role as mediators of the inflammatory response: they include smooth muscle contraction, histamine release, increased capillary permeability, vascular endothelium Causes adherence of leukocytes to leukocytes, chemotaxis of leukocytes and aggregation of platelets and leukocytes (see Vogt, Complement 3: 177-88 (1986)). Most of these effects are supported by the cooperation of other mediators, especially arachidonic acid derivatives, that can be produced by anaphylatoxin-stimulated cells (eg, leukocytes and endothelium). The in vivo effects of complement peptides are largely dependent on their site of production: intravascular release in the systemic circulation, adult respiratory distress, mainly due to activation of leukocytes, aggregation and their accumulation in pulmonary vessels. Causes harmful symptoms such as syndrome and shock lung. Intravascular release can be induced by certain drugs and by blood contact with the surface of the bypass or dialyzer. Activation of the complement system has been reported in various inflammatory disorders and the neurodegenerative processes of the CNS. Recent evidence indicates that complement proteins and receptors are synthesized on or by glial cells and, surprisingly, neurons. Among these proteins, the most likely mediators of the inflammatory function of complement are the receptors for C3a and C5a, chemotactic and anaphylactic peptides. The function of glial cell C3a and C5a receptors (C3aR and C5aR) appears to be similar to C3aR and C5aR in immune cells. However, little is known about the role these receptors have on neurons (see Nataf et al., Trends. Neurosci. 22: 397-402 (1999)).
[0007]
Recently, a cDNA (clone AZ3B) was isolated from a cDNA library of differentiated HL-60 cells using a probe derived from the N-formyl peptide receptor gene (Roglic et al., Biochem. Biophys. Acta. 1305 ( 1-2): 39-43 (1996); accession number U28488; GI: 1977577). The 1.97 kb cDNA encoded a putative G protein-coupled receptor with 482 amino acids. In addition to the putative seven transmembrane domains common to all GPCRs, the protein has a large extracellular loop of approximately 172 amino acids between the fourth and fifth transmembrane domains, (A unique feature of the hundreds of GPCRs identified to date). High sequence homology indicates that this protein and many chemoattractant receptors (eg, the human C3a anaphylatoxin receptor (C3AR) at 170 residues at the amino terminus and 150 residues at the carboxyl terminus (Crass et al., Eur. J. Immunol. 26 (8): 1944-50 (1996)) and the mouse complement C3AR gene (Accession number AF053775; GI: 3170513). Northern and flow cytometric analysis suggested that the message and protein were widely expressed in lung, placenta, heart and endothelial cells in some differentiated hematopoietic cell lines. Have proposed that this protein defines a distinct group of receptors within the GPCR superfamily. Reported a 3.3 kb full-length C3a cDNA encoding an open reading frame of 477 amino acids (J. Immunol. 158: 5277-82 (1997); accession number U77461; GI: 2130534). The putative amino acids contained four putative N-linked glycosylation sites and were 65% identical to the 482 amino acids containing the coding region of the human C3a receptor.
[0008]
One important subfamily of GPCRs is the serotonin neurotransmitter receptor GPCR. Serotonin (aka 5-HT) is an important neuromodulator and a local hormone of the CNS and intestines, mediating a wide range of physiological functions and pathophysiological pathways by activating multiple receptors. Approximately 90% of serotonin in the body is present in chromaffin cells in the intestinal wall, with a small amount present in the myometrial plexus. Serotonin is also found in blood where platelets are present in high concentrations. In the CNS, serotonin neurons originate predominantly in the raphe nuclei of the brainstem and protrude into most regions of the brain. Serotonin is synthesized from the amino acid tryptophan via 5-hydroxytryptophan. In the periphery, 5-HT contacts many smooth muscles, including large blood vessels, the intestine and the uterus, and also induces endothelium-dependent vasodilation via NO formation. Serotonin stimulates sensory nerve endings and is a mediator of peristalsis, and may be involved in platelet aggregation and hemostasis. It may also have implications for inflammatory mediators and microvascular control. In the CNS, serotonin is thought to be involved in a wide range of functions, including control of appetite, mood, anxiety, hallucinations, sleep, vomiting and pain perception. Serotonin receptor ligands find clinical use in the treatment of depression, migraine and post-operative vomiting, and there is strong potential for their use in other conditions.
[0009]
Molecular and pharmacological studies have revealed the existence of multiple subtypes of the 5-HT receptor. One serotonin receptor is the 5-HT-5 receptor. In the CNS, this 5-HT-5 receptor mRNA is found in the cerebellar cortex, hippocampus, zonules, olfactory bulb and cerebellar granular layer. A cDNA (1686 bp) encoding the 5-HT5 (A subtype) receptor was isolated from a mouse brain library (EMBO J. 11 (13), 4779-86 (1992)). This sequence has been submitted to GenBank (GI or NID number: 49758; accession number: Z18278). Comparison of the amino acid sequences revealed that the 5-HT5A receptor is a distant analog of all previously identified 5-HT receptors. Its pharmacological profile is similar to the pharmacological profile of the 5-HT-1D receptor, 5-HT-1D has been shown to inhibit adenylyl cyclase and is predominantly expressed in the basal ganglia , A subtype of the 5-HT receptor. However, unlike the 5-HT-1D receptor, the 5-HT5A receptor did not inhibit adenylation cyclase, and its mRNA was not found in basal ganglia. The coding sequence for the 5-HT5A gene is believed to include bases 509-1582.
[0010]
Over the past 15 years, nearly 350 therapeutic agents targeting seven transmembrane receptors have been successfully introduced to the market. These receptors have an established, proven history as therapeutic targets, but are apparent for the identification and characterization of GPCRs that may play a role in preventing, ameliorating or correcting dysfunction or disease. There is a need.
[0011]
In general, growth factors are proteins that bind to receptors on the cell surface and have the primary consequence of activating cell growth and / or differentiation. Many growth factors are very versatile and stimulate cell division in many different cell types; while others are specific to particular cell types. More specifically, growth factors are substances, such as polypeptide hormones, that affect the growth of a defined animal cell population in vivo or in vitro, but are not nutritional substances. Proteins involved in tissue growth and differentiation can promote or inhibit proliferation and promote or inhibit differentiation, and thus the general term "growth factor" includes cytokines, trophic factors and their inhibitors . Among the growth factors or trophic factors currently known are the transforming growth factors (TGF-α, TGF-β, TGF-γ). Transforming growth factor-β appears to elicit a variety of responses in many different cell types.
[0012]
Among the members of TGF-β are bone morphogenetic proteins (BMPs). BMPs are useful in wound healing, tissue repair, and have been shown to induce cartilage and / or bone growth. BMP has strong effects during embryonic development. One particular member, BMP-4, has been shown to have a strong ventralizing effect in Xenopus embryos, causing blood and mesenchymal differentiation and dorsal aspects such as notochord, muscle and nervous systems. Inhibits tissue formation. (See, for example, Jones et al., Development 115: 639-647 (1991)). BMP-4 is expressed ventrally in Xenopus embryos. BMP-4 expression is increased by ventralization treatment such as irradiation with ultraviolet light. Inhibitors of ventralized BMP are thought to have a dorsalizing effect on tissue differentiation. One such growth factor inhibitor is cordin.
[0013]
Cordin (CHRD) is an important developmental growth factor inhibitor that binds ventralized TGF-β-like BMPs and dorsotypes early vertebrate embryonic tissues by suppressing them to a latent complex. is there. Specifically, CHDR is a secreted BMP antagonist. A sequence database of mammalian cordin sequences was searched to identify ESTs encoding the C-terminal regions of human and mouse CHRD. The full-length cDNA sequence of mouse CHRD was determined to predict a 948 amino acid protein containing four internal cysteine-rich repeats and four potential N-glycosylation sites. (See, eg, Pappano et al., (Genomics 52: 236-239 (1998).) Northern blot analysis detected high levels of the 3.7 kb CHRD transcript in mouse embryos 7 days after mating. The levels of CHDR transcripts are reduced in late developmental and adult tissues, indicating a major role for cordin during gastrulation in mammalian embryos. Both have been shown to be expressed at readily detectable levels in some fetal and adult tissues, especially the liver and cerebellum, suggesting an additional role in tissue formation and homeostasis. Dot blot analysis of mRNA expression in tissue and human fetal tissue showed that CHRD was The partial human CHRD cDNA sequence has been deposited with GenBank (GI or NID: 3822217; accession number AF076612).
[0014]
A human CHRD cDNA encoding a 954 amino acid protein with 86% sequence identity to the mouse protein was cloned and sequenced. (Smith et al., Hum. Genet. 105: 104-111 (1999)). The CHRD gene was also determined to have 23 exons over 11.5 kb. The human CHRD gene was localized to 3q27 by radiation hybrid mapping, and the mouse CHRD gene was localized near
[0015]
Murine CHRD mRNA is first expressed in the anterior primordial striatum and then in the mesendoderm from the nodal and axial stems from which CHRD may play a role in early embryo patterning Suggest that. Targeted inactivation of CHRD resulted in stillborn animals with normal early development and neural induction, but with late defects in inner and outer ear development and abnormalities in pharyngeal and cardiovascular organization.
[0016]
In midgut, it was demonstrated that noggin expression overlaps with CHRD expression. (See, e.g., Bachiller et al., Nature 403: 658-661 (2000).) Noggin mutants undergo normal gastrulation and anterior central nervous system patterning, but in late stages, many Abnormalities were observed in the posterior spinal cord and somites.A cross between mice heterozygous for the noggin and cordin mutations did not generate double homozygous mutants in neonates. Cordin double-null embryos were found in animals dissected shortly after birth, both reabsorbed, but with apparent panforencephaly, single nasal fossa, monocular and jaw disorders. These malformations, not observed in any of the mutations themselves, were found in embryos lacking sonic hedgehog (shh). In 12.5 day embryos, double mutant embryos were harvested with a more severe phenotype similar to aprosencephaly, and dissected at 8.5 day embryos. Forebrain shrinkage was clearly evident in heavy mutant embryos, indicating that cordin and noggin are not required for the establishment of anterior visceral endoderm but for subsequent finishing of the anterior pattern Mesodermal development was also affected, indicated by the lack of shh, suggesting that the BMP antagonists cordin and noggin complement each other during early mouse development. When done, anterior-posterior, dorsal-ventral, and left-right patterning were all affected.
[0017]
Recently, a 3254 bp sequence of the mouse CHRD cDNA was reported (GenBank accession number AF0976276; GI 4406185). This coding region spanned nucleotides 1-2847 and was thought to encode a 948 amino acid polypeptide. In view of the importance of growth factor inhibitors, there is a clear need for the identification and characterization of growth factor inhibitors that can play a role in preventing, ameliorating or correcting dysfunction or disease.
[0018]
The nuclear receptor superfamily comprises a diverse group of ligand-activated transcription factors that share a common modular structure. This superfamily includes a number of receptors, such as steroid hormone, thyroid hormone, retinoid and vitamin D receptors, and olfactory receptors for which no ligand has been identified. This superfamily can be divided into a number of subfamilies, each containing several closely related genes. In addition to RORα and RORβ, a third member of the ROR subfamily, RORγ, has been cloned (Hirose et al., Biochem. Biophys. Res. Commun. 205: 1976-1983 (1994); Medvedev et al., Gene 181: 199-206 (1996); Medvedev et al., Genomics, 46: 93-102 (1997)). The amino acid sequence of RORγ is highly conserved among species; the amino acid sequence between mouse RORγ and human RORγ shows 88% identity (Hirose et al., (1994); Medvedev et al., (1996). Medvedev et al., (1997)).
[0019]
Most nuclear receptors contain five major domains: the amino-terminal A / B domain, a highly conserved DNA binding (C) domain containing two zinc finger domains, a hinge region (D), and a ligand binding domain. (E) and the carboxyl-terminal F domain. The nuclear receptor is monomeric with respect to the consensus sequence PuGGTCA of the core motif separated by one or more nucleotides or a response element composed of a single core motif, including tandem, palindromic or inverted repeats. Binds as a dimer or homodimer or heterodimer. The role of nuclear receptors has been demonstrated in the control of embryonic development, cell proliferation and differentiation. In addition, genetic alterations in the expression and structure of these receptors have been implicated in various disease processes (Hughes et al., Science 242: 1702-1705 (1988); DeLucas, FASEB J. 5: 2924-2933 (1991). ); Chomienne et al., Leukemia 4: 802-807 (1991)).
[0020]
Recently, cDNA (mRORγ orphan nuclear receptor) mRNA has been isolated from a mouse muscle cDNA library (Medvedev et al., Gene 181 199-206 (1996); accession number U4350; GI: 1155340). The 2066 bp cDNA encoded a 516 amino acid residue protein similar to the human 560 amino acid ROR (see Hirose et al., Biochem. Biophys. Res. Commun. 205: 1976-83 (1994)). In addition, there was high sequence homology between this protein and human RORγ with an overall identity of 88%. Analysis of the RORγ response element using RORγ synthesized in vitro shows that it binds as a monomer to a response element composed of a single core motif GGTCA preceded by a 6 bp AT-rich sequence. Revealed. Northern blot analysis using RNA from different tissues showed that mRORγ was found to be highly expressed in skeletal muscle, liver and kidney.
[0021]
Thus, important regulatory functions have been generally suggested for members of the ROR subfamily (Austin et al., Cell Growth & Differentiation, 9: 267-276 (1998)), but the specific role played by RORγ in development and differentiation. Still needs to be elucidated.
[0022]
Among the members of TGF-β are bone morphogenetic proteins (BMPs). BMPs are useful in wound healing, tissue repair, and have been shown to induce cartilage and / or bone growth. BMP has strong effects during embryonic development. One particular member, BMP-4, has been shown to have a strong ventralizing effect in Xenopus embryos, causing blood and mesenchymal differentiation and dorsal aspects such as notochord, muscle and nervous systems. Inhibits tissue formation (see, for example, Jones et al., Development 115: 639-647 (1991)). BMP-4 is expressed ventrally in Xenopus embryos. BMP-4 expression is increased by ventralization treatment such as irradiation with ultraviolet light.
[0023]
During animal development, cells exchange signals with cells next to them, which signals specific groups of cells to organize differentiated structures (eg, limbs, nodes or other parts of the body). ) Is generated. Understanding these processes may allow to regenerate damaged body parts or manipulate cells to diagnose birth defects. Twisted gastrulation protein (TSG) is one of five known secreted proteins required for patterning the dorsal part of early Drosophila embryos. Unlike the decapentaplegic (DPP) protein, which is required for patterning the entire dorsal half of the embryo, TSG is only required for determining the developmental fate of cells in the dorsal midline. When expressed in ventral striped cells, the TSG protein can spread to most dorsal cells and rescue dorsal midline cells in tsg mutant embryos. The function of TSGs in a permissive rather than supportive role, which determines the developmental fate of cells along the dorsal midline after peak levels of DPP activity, "primes" cells to respond to TSGs "
[0024]
Serine proteases are secreted proteins that contain an N-terminal signal peptide that serves to transport the immature protein through the endoplasmic reticulum and is then cleaved (von Heijne, Nutl. Acid. Res. 14: 5683-90). (1986)). Differences in these signal sequences provide one means of identifying individual enzymes. Some serine proteases, especially digestive enzymes, exist as inactive precursors or preproenzymes, and contain a leader or activation peptide sequence 3 'to the signal peptide. Other features that distinguish the various serine proteases include the presence or absence of N-linked glycosylation sites that provide a membrane anchor, the number and distribution of cysteine residues that determine the secondary structure of the serine protease, and S ′. Sequence of the substrate binding site. This S 'substrate binding region is defined by residues ranging from approximately +17 to +29 relative to the N-terminal I (+1). Differences in this region of the molecule are thought to determine the substrate specificity of the enzyme.
[0025]
Proteases are involved in various developmental and metabolic processes (Strood, Sci. Am. 231: 74-88 (1974); Neuroth, Science 224: 350-357 (1984)). Molecular deficiencies that alter enzyme function often result in severe human disease, such as bleeding, thrombosis, and atherosclerosis. Hepsin is a novel serine protease of the trypsin family and contains one transmembrane domain near the amino terminus (Kurachi et al., Methods in Enzymology, 244: 100-114 (1994)). This structural feature distinguishes hepsin from most other serine proteases. In addition to hemagglutination, hepsin is reported to be important for cell proliferation. Transgenic mice with a disrupted hepsin gene show elevated serum alkaline phosphatase levels (US Pat. No. 5,981,830; Wu et al., J. Clin. Invest. 101: 321-326 (1998)). On histological examination, no obvious abnormalities were found in the major organs of the hepasin − / − mice. This result indicated that hepsin was not essential for embryonic development and normal hemostasis.
[0026]
In the Drosophila Drosophila meranogaster, another transmembrane serine protease, Stable-stubbloid, has been reported to have structural features similar to those of hepsin. Stable-stubbleid proteins play an important role in epithelial morphogenesis and development in Drosophila. Defects in the Stable-stubbloid gene result in leg, wing and bristle malformations (Apple et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA 90: 4937-4941 (1993)).
[0027]
Airway trypsin-like protease is an enzyme isolated from the sputum of patients with chronic airway disease (Yamaoka et al., J. Biol. Chem. 273 (19): 11895-901 (1998); accession number NP 004253; GI : 4758508). The complete 1517 base pair cDNA sequence was obtained with an open reading frame encoding a polypeptide of 418 amino acid residues. This polypeptide has a putative hydrophobic transmembrane domain near the HN2 terminus and consists of a catalytic region of 232 residues and a specific catalytic region of 186 residues. This polypeptide is suggested to be a type II transmembrane protein with a COOH-terminal catalytic region extracellular. This protein was synthesized as a membrane-bound precursor and was thought to mature by limited proteolysis into a soluble and active protease. It showed 29-38% identity in the sequence of the catalytic domain to human hepsin, enteropeptidase, acrosin and mast cell tryptase. The non-catalytic region had little similarity to other known proteins. In Northern blot analysis, the 1.9 kilobase transcript was the most prominent detectable in the trachea among the 17 human tissues tested. Recently, a mouse EST with sequence similarity to human airway trypsin-like protease and human hepsin was identified from the Knowles Solter embryo cDNA library (Accession number AA415658; GI: 2075952).
[0028]
The aquaporin family is a group of selective water channels and is part of a larger family of major integral membrane proteins (MIPs). To date, eight different aquaporins have been cloned. Aquaporin-1 through aquaporin-4 have been identified in the kidney and play a role in the water reabsorption of glomerular filtration along nephrons. Aquaporin 0 is the major (60%) endogenous protein of the lens fiber cells of the eye. Mutations in this gene are associated with cataract formation in mice.
[0029]
Recently, a mouse aquaporin-8 water channel cDNA has been isolated (accession number AF018952; GI: 2353796). The 1447 bp cDNA (designated AQP8) was found to have a 783 bp open reading frame. The encoded 261 amino acid hydrophobic protein contains a conserved NPA motif found in MIP family members (Ma et al., Biochem. Biophys. Res. Commun. 240: 324-8 (1997)).
[0030]
(Summary of the Invention)
The present invention relates generally to transgenic animals, as well as compositions and methods for characterizing gene function.
[0031]
The invention provides a transgenic cell that contains a disruption in a target gene. The transgenic cells of the present invention include any cells capable of performing homologous recombination. Preferably, the cells of the invention are stem cells, and more preferably, embryonic stem (ES) cells, and most preferably, mouse ES cells. According to one embodiment, transgenic cells are produced by introducing a targeting construct into a stem cell and generating a homologous recombinant that results in a mutation in the target gene. In another embodiment, the transgenic cells are from a transgenic animal described below. Cells from a transgenic animal include cells isolated from or present in tissues or organs, and any cell line or any progeny thereof.
[0032]
The invention also provides targeting constructs and methods of producing targeted constructs that, when introduced into a stem cell, produce a homologous recombinant. In one embodiment, a targeting construct of the invention comprises first and second polynucleotide sequences that are homologous to a target gene. The targeting construct also includes a polynucleotide sequence encoding a selectable marker that is preferably located between two different homologous polynucleotide sequences in the construct. The targeting construct can also include other regulatory elements that can enhance homologous recombination.
[0033]
The invention further provides non-human transgenic animals and methods of producing such non-human transgenic animals that contain a disruption in the target gene. The transgenic animals of the present invention include transgenic animals that are heterozygous and homozygous for a mutation in the target gene. In one aspect, the transgenic animal of the present invention lacks the function of the target gene. In another aspect, the transgenic animals of the invention include a phenotype associated with having a mutation in a target gene.
[0034]
The invention also provides a method of identifying an agent that can affect a phenotype associated with disruption of a target gene in a transgenic animal. For example, a putative drug is administered to a transgenic animal, and the transgenic animal's response to the putative drug is measured and compared to the response of a "normal" or wild-type mouse, or a transgenic animal control (no drug treatment). ). The present invention further provides an agent identified according to such a method. The present invention also provides a method of identifying an agent useful as a therapeutic agent for treating a condition associated with disruption of a target gene.
[0035]
The present invention further provides a method for identifying an agent having an effect on the expression or function of a target gene. The method involves administering to the transgenic animal, preferably a mouse, an effective amount of the drug. The method includes, for example, measuring the response of the transgenic animal to the drug, and comparing the response of the transgenic animal to a control animal (which can be, for example, a wild-type animal or a transgenic animal control). . Compounds that may have some effect on target gene expression or function can also be screened against cells in a cell-based assay, for example, to identify such compounds.
[0036]
The invention also provides a cell line comprising the nucleic acid sequence of the target gene. Such cell lines may be capable of expressing such sequences by operable linkage to a promoter that functions in the cell line. Preferably, the expression of the target gene sequence is under the control of an inducible promoter. Also provided is a method of identifying an agent that interacts with a target gene, comprising the steps of contacting a target gene or target protein with an agent and detecting the agent / target gene complex or agent / target protein complex. Such a complex can be detected, for example, by measuring the expression of an operably linked detectable marker.
[0037]
The present invention further provides a method of treating a disease or condition associated with a disruption in a target gene, more particularly a disruption in the expression or function of a target gene or a target protein encoded by the target gene. In a preferred embodiment, the method of the invention comprises administering to a patient in need thereof a therapeutic agent that results in expression or function of the target gene or protein, a disease associated with disruption in the expression or function of the target gene. Or treating the condition. According to this embodiment, the method comprises administering a therapeutically effective amount of a natural, synthetic, semi-synthetic, or recombinant target gene, target gene product or fragment thereof, and a natural, synthetic, semi-synthetic or recombinant analog. including.
[0038]
The invention further provides a method of treating a disease or condition associated with the expression or function of a disrupted target gene, comprising detecting the mutated target gene and replacing it by gene therapy. Is included.
[0039]
(Definition)
The term "gene" refers to (a) a gene comprising at least one of the DNA sequences disclosed herein; (b) any encoding the amino acid sequence encoded by the DNA sequences disclosed herein. And / or (c) any DNA sequence that hybridizes to the complement of the coding sequence disclosed herein. Preferably, the term includes all sequences necessary for normal gene expression, including coding and non-coding regions, and preferably including promoters, enhancers and other regulatory sequences.
[0040]
The terms "polynucleotide" and "nucleic acid molecule" are used interchangeably to refer to a polymeric form of nucleotides of any length. A polynucleotide may include deoxyribonucleotides, ribonucleotides and / or analogs thereof. Nucleotides can have any three-dimensional structure and can perform any function, known or unknown. The term "polynucleotide" includes single-stranded, double-stranded and triple-helical molecules.
[0041]
“Oligonucleotide” refers to a single-stranded or double-stranded DNA polynucleotide of 5 to about 100 nucleotides. Oligonucleotides are also known as oligomers or oligos, and can be isolated from a gene or chemically synthesized by methods known in the art. "Primer" refers to an oligonucleotide, usually single-stranded, that provides a 3'-hydroxy terminus for initiation of enzyme-mediated nucleic acid synthesis. The following are non-limiting embodiments of polynucleotides: gene or gene fragment, exon, intron, mRNA, tRNA, rRNA, ribozyme, cDNA, recombinant polynucleotide, branched polynucleotide, plasmid, vector, any sequence DNA, RNA of any sequence, nucleic acid probe and primer. Nucleic acid molecules can also include modified nucleic acid molecules such as methylated nucleic acid molecules and nucleic acid molecule analogs. Purine and pyrimidine analogs are known in the art and include aziridinyl cytosine, 4-acetylcytosine, 5-fluorouracil, 5-bromouracil, 5-carboxymethylaminomethyl-2-thiouracil, 5- Carboxymethyl-aminomethyluracil, inosine, N6-isopentenyladenine, 1-methyladenine, 1-methylpseudouracil, 1-methylguanine, 1-methylinosine, 2,2-dimethylguanine, 2-methyladenine, -Methylguanine, 3-methylcytosine, 5-methylcytosine, pseudouracil, 5-pentylnyluuracil and 2,6-diaminopurine. The use of uracil as an alternative to thymine in deoxyribonucleic acids is also considered an analog form of pyrimidine.
[0042]
A "fragment" of a polynucleotide is a polynucleotide comprising at least 9 contiguous nucleotides of a coding or non-coding sequence, preferably at least 15 contiguous nucleotides, and more preferably at least 45 nucleotides.
[0043]
The term "gene targeting" occurs when a fragment of genomic DNA is introduced into a mammalian cell, and refers to one type of homologous recombination in which the fragment is located at an endogenous homologous sequence and undergoes recombination. .
[0044]
The term "homologous recombination" refers to the exchange of a DNA fragment between two DNA molecules or between chromatids at the site of a homologous nucleotide sequence. As used herein, the term "homology" refers to at least about 70% sequence identity, typically at least about 85% sequence identity, preferably at least about 95%, relative to a reference sequence. %, And more preferably about 98% sequence identity, and most preferably about 100% sequence identity compared to a reference sequence. Homology may be determined using the "BLASTN" algorithm. It is understood that homologous sequences can have insertions, deletions and substitutions in the nucleotide sequence. Thus, the linear sequence of nucleotides can be essentially identical, even if some of the nucleotide residues do not correspond exactly or are not aligned. A reference sequence can be a portion of a gene or flanking sequence, or a subset of a larger sequence, such as a repeated portion of a chromosome.
[0045]
The term "target gene" (or alternatively referred to as "target gene sequence" or "target DNA sequence" or "target sequence") refers to any nucleic acid molecule or homologous gene that is modified by homologous recombination. Refers to nucleotides. The target sequence may be an intact gene, exon or intron, regulatory sequence or any region between the genes. The target gene comprises a particular gene or a portion of a locus in individual genomic DNA. As provided herein, a target gene of the present invention is an anaphylatoxin C3a receptor gene, a 5-HT5A gene, a RORγ gene, a BMP gene, an airway trypsin-like protease gene, or an aquaporin 8 gene.
[0046]
"Anaphylatoxin C3a receptor gene" refers to a sequence comprising SEQ ID NO: 1 or a sequence comprising the sequence identified in Genebank with accession numbers U77461; GI2130534. In one aspect, the coding sequence for the anaphylatoxin C3a receptor gene comprises SEQ ID NO: 1 or the gene identified in Genebank with accession numbers U77461; GI2130534.
[0047]
"5-HT5A gene" refers to a sequence comprising SEQ ID NO: 5 or a sequence comprising the sequence identified in Genebank with accession number Z18278; GINO: 49758. In one aspect, the coding sequence for the 5-HT5A gene comprises SEQ ID NO: 5 or the gene identified in Genebank with accession number Z18278; GINO: 49758.
[0048]
"Cordin gene" refers to a sequence comprising SEQ ID NO: 9 or a sequence comprising the sequence identified in Genebank with accession numbers AF0976276; GI4406185. In one aspect, the coding sequence of the cordin gene comprises SEQ ID NO: 9 or the gene identified in Genebank with accession numbers AF096276; GI4406185.
[0049]
"RORγ gene" refers to a sequence comprising SEQ ID NO: 13 or a sequence comprising the sequence identified in Genebank with accession number U4350; GINO: 1155340. In one aspect, the coding sequence of the RORγ gene comprises SEQ ID NO: 13 or the gene identified in Genebank with accession number U4350; GINO: 1155340.
[0050]
"BMP gene" refers to a sequence comprising SEQ ID NO: 17 or a sequence comprising the sequence identified in Genebank with accession numbers AF292033; GINO: 9837569. In one aspect, the coding sequence of the BMP gene comprises SEQ ID NO: 17 or the gene identified in Genebank with accession numbers AF292203; GINO: 9837569.
[0051]
“Airway trypsin-like protease gene” refers to a sequence comprising SEQ ID NO: 21 or a sequence comprising the sequence identified in Genebank with accession numbers AA415658; GINO: 2075952. In one aspect, the coding sequence of the airway trypsin-like protease gene comprises the airway trypsin-like protease gene identified in SEQ ID NO: 21 or Genebank with accession numbers AA415658; GINO: 20759923.
[0052]
"Aquaporin 8 gene" refers to a sequence comprising SEQ ID NO: 25 or a sequence comprising the sequence identified in Genebank with accession numbers AF0188952; GINO: 2353796. In one aspect, the coding sequence for the aquaporin 8 gene comprises the aquaporin 8 gene identified in SEQ ID NO: 25 or Genebank with accession numbers AF0188952; GINO: 2353796.
[0053]
"Disruption" of the target gene occurs when a fragment of genomic DNA is located at an endogenous homologous sequence and recombination occurs. Disruptions or modifications of these sequences can include insertions, missenses, frameshifts, deletions, or substitutions or replacements of the DNA sequence, or any combination thereof. Insertions include insertions of entire genes, which can be of animal, plant, prokaryotic, or viral origin. Disruption can, for example, alter or replace the promoter, enhancer, or splice site of the target gene and partially or completely inhibit the production of the normal gene product, or By enhancing the activity of the product, the normal gene product can be altered.
[0054]
The term "transgenic cell" refers to a cell that contains, in its genome, a target gene that has been completely, partially, disrupted, modified, altered, or replaced by a method of gene targeting. Say.
[0055]
The term "transgenic animal" refers to an animal whose genome contains a particular gene that has been disrupted by a method of gene targeting. The transgenic animals include both heterozygous animals (ie, one defective allele and one wild-type allele) and homozygous animals (ie, two defective alleles).
[0056]
As used herein, the term "selectable marker" or "positive selectable marker" refers to a product that, under certain conditions, allows only cells carrying this gene to survive and / or proliferate. Refers to the gene that encodes For example, introduced neomycin resistance (Neomycin) r )) Plant and animal cells that express the gene are resistant to compound G418. This Neo r Cells that do not carry the genetic marker are killed by G418. Other positive selectable markers are known to those of skill in the art.
[0057]
"Host cell" includes an individual cell or cell culture that may be or has been the recipient for vectors or for uptake of nucleic acid molecules and / or proteins. A host cell contains the progeny of a single host cell, and the progeny will not necessarily be completely (in morphology or in the entire DNA complement) due to natural, accidental, or deliberate mutations in the original parent. Need not be the same. Host cells include cells transfected with a construct of the present invention.
[0058]
The term "modulate," as used herein, refers to inhibiting, reducing, increasing, reducing the function, expression, activity, or phenotype of a target gene or protein associated with disruption in the target gene. Or refers to enhancement.
[0059]
The term "ameliorate" refers to the deceasing, reducing or eliminating of a condition, disease, disorder or phenotype, including abnormalities or symptoms associated with a disruption in a target gene.
[0060]
The term “abnormal” refers to any disease, disorder, condition or phenotype (including pathological conditions) that involves disruption of a target gene.
[0061]
(Detailed description of the invention)
The present invention is based, in part, on the evaluation of the expression and function of genes and gene expression products, primarily those genes and gene expression products associated with a target gene. In particular, the invention allows the definition of disease pathways and the identification of diagnostically and therapeutically useful targets. For example, a gene that is mutated or down-regulated in a disease state may be associated with causing or exacerbating the disease state. Treatments involving up-regulating the activity of such genes, or involving alternative pathways, may ameliorate the disease state.
[0062]
(Generation of targeting construct)
The targeting constructs of the invention can be produced using standard methods known in the art (eg, Sambrook et al., 1989, Molecular Cloning: A Laboratory Manual, 2nd edition, Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring). Harbor, New York; Ed., EN Glover, 1985, DNA Cloning: A Practical Approach, Volumes I and II; Ed., MJ. Gait, 1984, Oligonucleotide Synthesis; BD Hames and S. J. Higgins eds., 1985, Nucleic Acid Hybridization; BD Hames and SJ Higgins. Ed., 1984, Transcription and Translation; RI Freshney, ed., 1986, Animal Cell Culture; Immobilized Cells and Enzymes, IRL Press, 1986; , 1994, Current Protocols in Molecular Biology, John Wiley & Sons, Inc.). For example, targeting constructs can be prepared according to conventional methods, wherein the sequences can be synthesized, isolated from natural sources, engineered, cloned And may be subjected to in vitro mutagenesis, primer repair and the like. At various stages, the ligated sequences can be cloned and analyzed by restriction analysis, sequencing, and the like.
[0063]
Targeting DNA can be constructed using techniques well known in the art. For example, targeted DNA can be chemically synthesized oligonucleotides, nicked translation of a double-stranded DNA template, polymerase chain reaction amplification (or ligase chain reaction amplification) of a sequence, a sequence of interest (eg, cloned cDNA or genomic DNA). Prokaryotic or targeted cloning vectors (e.g., plasmids, phagemids, YACs, cosmids, bacteriophage DNA, other viral DNAs or replication intermediates, or synthetic DNA, or any combination of the foregoing). Purification of purified restriction fragments) and other sources of single- and double-stranded polynucleotides having the desired nucleotide sequence. Further, the length of homology can be selected using methods known in the art. For example, the choice may depend on the sequence composition and sequence complexity of the predetermined endogenous target DNA sequence.
[0064]
The targeting construct of the present invention typically comprises a first sequence homologous to a portion or region of a target gene, and a second sequence homologous to a second portion or region of the target gene. The targeting construct further comprises a positive selectable marker, preferably located between the first and second DNA sequences homologous to a portion or region of the target DNA sequence. Is done. The positive selectable marker can be operably linked to a promoter and a polyadenylation signal.
[0065]
Other regulatory sequences known in the art can also be incorporated into the targeting construct and disrupt or control the expression of a particular gene in a particular cell type. Additionally, the targeting construct may also include a sequence encoding a screening marker, such as green fluorescent protein (GFP), or another modified fluorescent protein.
[0066]
The size of the homologous sequence is not critical and can range from as little as 50 base pairs to as much as 100 kb, but preferably each fragment is longer than about 1 kb, more preferably between about 1 kb and about 10 kb. And even more preferably between about 1 kb and about 5 kb. One skilled in the art will recognize that longer fragments may increase the number of homologous recombination events in ES cells, but longer fragments are also more difficult to clone.
[0067]
In a preferred embodiment of the present invention, the targeting construct is identified in pending US patent application Ser. No. 08 / 971,310, filed Nov. 17, 1997, the disclosure of which is hereby incorporated by reference in its entirety. Prepared directly from a plasmid genomic library using the method described in Generally, the sequence of interest is identified and isolated from a plasmid library in one step using, for example, long range PCR. After isolation of this sequence, a second polynucleotide that disrupts the target sequence can be readily inserted between the two regions encoding the sequence of interest. In accordance with this aspect, the construct is generated in two steps: (1) amplifying a sequence homologous to the target sequence (eg, using long range PCR); Inserting the additional polynucleotide (eg, a selectable marker) into the PCR product such that nucleotides are flanked by the homologous sequence. Typically, this vector is a plasmid from a plasmid genomic library. The completed construct is also typically a circular plasmid.
[0068]
In another embodiment, the targeting construct is described in US application Ser. No. 60 / 232,957, filed Sep. 15, 2000, the disclosure of which is incorporated herein in its entirety. It is designed according to the adjusted positive selection method. This targeting construct has two lacO sites and is located under the PGK promoter, a PGK-neo fusion gene, and an NLS-lacI gene containing a lac repressor fused to a sequence encoding NLS from the SV40 T antigen. It is designed to include
[0069]
In another embodiment, the targeting construct may include more than one selectable marker gene, including a negative selectable marker, such as the herpes simplex virus tk (HSV-tk) gene. The negative selectable marker can be operably linked to a promoter and a polyadenylation signal (eg, US Pat. No. 5,464,764; US Pat. No. 5,487,992; US Pat. No. 5,627,059). And U.S. Patent No. 5,631,153).
[0070]
(Confirmation of cell generation and homologous recombination events)
Once a suitable targeting construct has been prepared, the targeting construct can be introduced into a suitable host cell using any method known in the art. A variety of techniques can be used in the present invention, including, for example, pronuclear microinjection; retroviral-mediated gene transfer into the germline; gene targeting in embryonic stem cells; electroporation of the embryo; And calcium phosphate / DNA co-precipitation, microinjection of DNA into the nucleus, bacterial protoplast fusion with intact cells, transfection, polycations (eg, polybrene, polyornithine, etc.) and the like (eg, US Patent Van der Putten et al., 1985, Proc. Natl. Acad. Sci., USA 82: 6148-6152; Thompson et al., 1989, Cell 56: 313-321; Lo, 1983, Mo. 1 Cell.Biol. 3: 1803-1814; See Lavitrano et al., 1989, Cell, 57: 717-723). Various techniques for transforming mammalian cells are known in the art (eg, Gordon, 1989, Intl. Rev. Cytol., 115: 171-229; Keown et al., 1989, Methods in Enzymology; Keown). Et al., 1990, Methods and Enzymology, 185, 527-537; Mansour et al., 1988, Nature, 336: 348-352).
[0071]
In a preferred aspect of the invention, the targeting construct is introduced into a host cell by electroporation. In this process, a high field strength electric shock renders the biological membrane reversibly permeable, allowing the introduction of this construct. The pores created during electroporation allow for uptake of macromolecules (eg, DNA) (eg, Potter, H. et al., 1984, Proc. Nat'l. Acad. Sci. US). A. 81: 7161-7165).
[0072]
Any cell type capable of homologous recombination can be used in the practice of the present invention. Examples of such target cells include vertebrates, including mammals such as humans, bovine species, sheep species, mouse species, monkey species, and filamentous fungi and higher multicellular organisms (eg, plants). Examples include cells derived from other eukaryotic organisms.
[0073]
Preferred cell types include embryonic stem (ES) cells, which are typically obtained from pre-implantation embryos cultured in vitro (eg, Evans, MJ et al., 1981, Nature 292: 154-156; Bradley, MO et al., 1984, Nature 309: 255-258; Gossler et al., 1986, Proc. Natl.Acad.Sci.USA 83: 9065-9069; and Robertson et al., 1986, Nature 322: 445-448). ES cells are cultured and prepared for introduction of the targeting construct using methods well known to those of skill in the art (eg, Robertson, EJ, ed. “Teratocarcinomas and Embronic Stem Cells, a Practical Approach”). , IRL Press, Washington DC, 1987; Bradley et al., 1986, Current Topics in Devel. Biol. 20: 357-371; Hogan et al., "Manipulating the Mouser Carrying Embryo": A.R. Cold Spring Harbor NY, 1986; Thomas et al. 1987, Cell 51: 503; Koller et al., 1991, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 88: 10730; Dorin et al., 1992, Transgenic Res. 1: 101; and Veis et al., 1993, Cell 75: 229. That). ES cells into which the targeting construct is inserted are derived from an embryo or blastocyst of the same species as the developing embry into which the targeting construct is introduced. ES cells are typically selected for their ability to integrate into the inner cell mass and to contribute to the individual's germ line when introduced into a mammal, an embryo at the blastocyst stage of development. Thus, any ES cell line having this capability is suitable for use in practicing the present invention.
[0074]
The present invention can also be used to knock out genes from other cell types (eg, stem cells). By way of example, the stem cells can be bone marrow, lymphatic or neural progenitor cells and precursor cells. These cells containing gene disruptions or knockouts may be particularly useful in studying target gene function in ontogenetic pathways. Stem cells can be derived from any vertebrate species (eg, mouse, rat, dog, cat, pig, rabbit, human, non-human primate, etc.).
[0075]
After the targeting construct has been introduced into the cells, cells in which successful gene targeting has occurred are identified. Insertion of the targeting construct for the targeted gene is typically detected by identifying cells for expression of the marker gene. In a preferred embodiment, cells transformed with the targeting constructs of the present invention are subjected to treatment with a suitable agent that selects for cells that do not express the selectable marker. Only cells that express the selectable marker gene will survive and / or proliferate under certain conditions. For example, cells that express the introduced neomycin resistance gene are resistant to compound G418, but cells that do not express this neo gene marker are killed by G418. If the targeting construct also contains a screening marker (eg, GFP), homologous recombination can be identified through screening of cell colonies under fluorescent light. Cells that have undergone homologous recombination are deficient in the GFP gene and do not fluoresce.
[0076]
When a regulated positive selection method is used in the identification of homologous recombination events, expression of the selectable marker gene is inhibited after random incorporation, but its expression is permissive (dissuppression) after homologous recombination. This targeting construct is designed such that the expression of the selectable marker gene is regulated in such a way. More specifically, transfected cells are screened for expression of the neo gene, which (1) successfully electroporates the cells and (2) inhibits lac repressor inhibition of neo transcription. It needs to be removed by homologous recombination. This method allows the identification of transfected cells and homologous recombinants to be performed in one step by adding a single drug.
[0077]
Alternatively, positive and negative selection techniques can be used to select for homologous recombinants. This technique involves a process in which a first drug (eg, a neomycin-like drug) is added to a cell population to select for growth of transfected cells (ie, positive selection). A second drug (eg, FIAU) is then added to kill cells expressing the negative selection marker (ie, negative selection). Cells that contain and express the negative selectable marker are killed by the selection agent, whereas cells that do not contain and do not express the negative selectable marker survive. For example, cells into which this construct has been inserted heterologously express HSV thymidine kinase, and are therefore expressed in the form of a herpes drug such as ganciclovir (GANC) or FIAU (1- (2-deoxy-2-fluoro). -BD-arabinofuranosyl) -5-iodouracil; 1- (2-deoxy 2-fluoro-BD-arabinofluranosyl) -5-iodouracyl) (e.g. Mansour et al., Nature). 336: 348-352: (1988); Capecchi, Science 244: 1288-1292 (1989); Capecchi, Trends in Genet 5: 70-76 (1989)).
[0078]
Successful recombination can be identified by analyzing the DNA of the selected cells to confirm homologous recombination. Various techniques known in the art (eg, PCR and / or Southern analysis) can be used to confirm a homologous recombination event.
[0079]
Homologous recombination can also be used to disrupt genes in stem cells and other cell types that are not totipotent embryonic stem cells. By way of example, the stem cells can be bone marrow, lymphatic or neural progenitor cells and precursor cells. Such transgenic cells are particularly useful in studying gene function in ontogenetic pathways. Stem cells can be derived from any vertebrate species (eg, mouse, rat, dog, cat, pig, rabbit, human, non-human primate, etc.).
[0080]
In cells that are not totipotent, it may be desirable to knock out both copies of the target using methods known in the art. For example, cells containing homologous recombination at the target locus (positive selectable markers (eg, Neo r ) Selected for expression and screened for non-random integration) can further be selected for multiple copies of the selectable marker gene by exposure to elevated levels of a selection agent (eg, G418). The cells are then analyzed for homozygosity at the target locus. Alternatively, a second construct can be generated with a different positive selectable marker inserted between the two homologous sequences. The two constructs can be introduced into the cells, either sequentially or simultaneously, after which appropriate selection can be made for each positive marker gene. The final cells are screened for homologous recombination of both alleles of the target.
[0081]
(Production of transgenic animals)
The selected cells are then injected into the blastocyst of an animal (eg, a mouse) (or other developmental stage appropriate for the purpose of producing a viable animal (eg, a morula)) and the chimera is (See, e.g., Bradley, A., Teratocarcinomas and Embronic Stem Cells: A Practical Approach, Ed. JJ Robertson, IRL, Oxford, pp. 113-152 (1987)). Alternatively, the selected ES cells can be aggregated with dissociated mouse embryo cells to form an aggregation chimera. The chimeric embryo can then be implanted into a suitable pseudopregnant female Foster animal and the embryo can be born. Chimeric progeny that carry the homologously recombined DNA in germ cells can be used to breed animals in which all cells of the animal contain the homologously recombined DNA. In one embodiment, chimeric progeny mice are used to generate mice with heterozygous disruptions in the gene. The heterozygous transgenic mice can then be mated. It is well known in the art that typically one quarter of the offspring of such matings have a homozygous disruption in the target gene.
[0082]
Heterozygous and homozygous transgenic mice can then be compared to normal wild-type mice to determine if disruption of the target gene causes a phenotypic change, particularly a pathological change. For example, heterozygous and homozygous mice can be evaluated for phenotypic changes by physical examination, necropsy, histology, clinical chemistry, complete blood count, body weight, organ weight, and cytological evaluation of bone marrow.
[0083]
In one embodiment, the phenotype (or phenotypic change) associated with the disruption of the target gene is entered or stored in a database. Preferably, the database includes (i) genotype data (eg, identification of a disrupted gene) and (ii) phenotypic data associated with the genotype data (eg, a phenotype resulting from gene disruption). This database is preferably an electronic database. Further, the database is preferably combined with a search tool such that the database is searchable.
[0084]
(Conditional transgenic animal)
The present invention further contemplates conditional transgenic or knockout animals, such as conditional transgenic or knockout animals produced using recombinant methods. Bacteriophage P1 Cre recombinase and flp recombinase from yeast plasmids are two non-limiting examples of site-specific DNA recombinase enzymes, which are specific target sites (the lox P site for cre recombinase, The DNA is then cleaved at the flt site (in a flp recombinase) and catalyzes ligation of this DNA to a second cleavage site. A number of other suitable site-specific recombinases have been described, and their genes can be used in accordance with the methods of the present invention. Such recombinases include Int recombinase of bacteriophage lambda (with or without Xis) (Weisberg, R. et al., Lambda II, (Hendrix, R. et al., Eds.), Cold Spring Harbor Press, Cold Spring. Harbor, NY, 211-50 (1983), which is incorporated herein by reference); TpnI and β-lactamase transposon (Mercier et al., J. Bacteriol., 172: 3745-57 (1990)); Tn3 resolvase (Flanagan & Fennewald, J. Molec. Biol., 206: 295-304 (1989); Stark et al., Cell, 58: 779-90 (1989)); (Matsuzaki et al., J.Bacteriol, 172:. 610-18 (1990)); B. subtilis SpoIVC recombinase (Sato et al., J. Bacteriol. 172: 1092-98 (1990)); Flp recombinase (Schwartz & Sadowski, J. Molec. Biol. 205: 647-658 (1989); Parsonol et al. Chem., 265: 4527-33 (1990); Golic & Lindquist, Cell, 59: 499-509 (1989); Amin et al., J. Molec. Biol., 214: 55-72 (1990)); (Glasgow et al., J. Biol. Chem., 264: 10072-82 (1989)); immunoglobulin recombinase (Malynn et al., Cell, 54: 453-460 (1988). ); And Cin recombinase (Haffter & Bickle, EMBO J., 7: 3991-3996 (1988); Hubner et al., J. Molec. Biol., 205: 493-500 (1989)), all herein incorporated by reference. Which is incorporated therein). Such systems include: Echols (J. Biol. Chem. 265: 14697-14700 (1990)); de Villartay (Nature, 335: 170-74 (1988)); Craig, (Ann. Rev. Genet., 22: 77-105 (1988)); Poyart-Salmeron et al., (EMBO J. 8: 2425-33 (1989)); Hunger-Bertling et al., (Mol Cell. Biochem., 92: 107-16 (1990)). And Cregg & Madden (Mol. Gen. Genet., 219: 320-23 (1989)), all of which are incorporated herein by reference.
[0085]
Cre was purified to homogeneity and the reaction with the loxP site has been extensively characterized (Abremski & Hess J. Mol. Biol. 259: 1509-14 (1984), incorporated herein by reference). Incorporated). Cre protein has a molecular weight of 35,000 and is commercially available from New England Nuclear / DuPont. The cre gene, which encodes the Cre protein, has been cloned and expressed (Abremski et al., Cell 32: 1301-111 (1983), incorporated herein by reference). This Cre protein mediates recombination between two loxP sequences which may be on the same or different DNA molecules (Sternberg et al., Cold Spring Harbor Sym. Quant. Biol. 45: 297-309 (1981)). Since the internal spacer sequence of the loxP site is asymmetric, the two loxP sites may be directional with respect to each other (Hoess & Abremski, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 81: 1026-29). (1984)). Thus, if two sites on the same DNA molecule are in a directly repeated orientation, Cre will cut out the DNA between the sites (Abremski et al., Cell 32: 1301-11-1 (1983)). However, if the sites are inverted with respect to each other, the DNA between them is not cut out after recombination, but simply inverted. Thus, a circular DNA molecule having two loxP sites in the direct direction is recombined to produce two smaller circles. In contrast, a circular molecule having two loxP sites in the inverted direction simply reverses the DNA sequence adjacent to the loxP site. In addition, recombinase action can result in the interchange of regions distal to the target site when the target is on a separate DNA molecule.
[0086]
Recombinases have important applications for characterizing gene function in knockout models. When the constructs described herein are used to disrupt a target gene, a fusion transcript is produced when the insertion of the positive selectable marker occurs downstream (3 ') of the translation start site of the target gene. obtain. Fusion transcripts can produce some level of protein expression with unknown results. It has been suggested that insertion of a positive selectable marker gene can affect the expression of nearby genes. Since it is not possible to distinguish whether a given phenotype is associated with gene inactivation or transcription of a nearby gene, these effects indicate that gene function is determined after a knockout event. It can be difficult. Both potential problems are solved by utilizing recombinase activity. If the recombinase site in the same direction is adjacent to the positive selectable marker, the addition of the corresponding recombinase will remove the positive selectable marker. In this way, the effects caused by the expression of the positive selectable marker or the fusion transcript are avoided.
[0087]
In one embodiment, the purified recombinase enzyme is provided to the cells by direct microinjection. In another embodiment, the recombinase is expressed from a co-transfected construct or vector in which the recombinase gene is operably linked to a functional promoter. A further aspect of this embodiment is the use of a tissue-specific or inducible recombinase construct that allows one to select when and where recombination occurs. One method for performing inducible forms of recombinase-mediated recombination involves the use of a vector that expresses the desired recombinase activity using an inducible or tissue-specific promoter or other gene regulatory element. The inducible expression element is preferably operatively arranged to allow for inducible control or activation of expression of the desired recombinase activity. Examples of such inducible promoters or other gene regulatory elements include, but are not limited to, tetracycline, metallothionein, ecdysone, and other steroid responsive promoters, rapamycin responsive promoter, and the like (No et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 93: 3346-51 (1996); Furth et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 91: 9302-6 (1994)). Additional control elements that can be used include promoters that require specific transcription factors, such as viral promoters. A vector incorporating such a promoter expresses only recombinase activity in a cell that expresses a necessary transcription factor.
[0088]
(Disease model)
The cell and animal based systems described herein can be used as models for disease. Any species of animal, including but not limited to mice, rats, rabbits, guinea pigs, pigs, micro-pigs, goats and non-human primates, such as baboons, monkeys, and chimpanzees, can be used as animal models for disease. Can be used to create. In addition, cells obtained from humans can be used. These systems can be used in various applications. Such assays can be used as part of a screening strategy designed to identify agents, such as compounds capable of ameliorating disease symptoms. Thus, animal systems and cell-based system models can be used to identify drugs, medicaments, treatments and interventions that may be effective in treating disease.
Cell-based systems can be used to identify compounds that can act to ameliorate disease symptoms. For example, such cell lines can be exposed to compounds suspected of exhibiting the ability to ameliorate disease symptoms. This is done at a concentration and for a time sufficient to induce such recovery of disease symptoms in the exposed cells. After exposure, the cells are tested to determine whether one or more diseased cellular phenotypes have been altered to resemble a more normal or wild-type non-disease phenotype. You.
In addition, animal-based disease systems such as those described herein can be used to identify compounds that can ameliorate disease symptoms. Such animal models can be used as test substrates to identify drugs, medicaments, treatments and interventions that may be effective in treating the disease or other phenotypic features of the animal. For example, an animal model can be exposed to a compound or agent suspected of exhibiting the ability to ameliorate disease symptoms. This is done at a concentration and for a time sufficient to induce such recovery of disease symptoms in the exposed animal. The response of the animal to the exposure can be monitored by assessing the reversal of the disorder associated with the disease. Exposure can include treating the mother animal during pregnancy of the model animals described herein, thereby exposing the embryo or fetus to a compound or agent that can prevent or ameliorate the disease or phenotype. Newborn, young and adult animals can also be exposed.
[0089]
More specifically, a method of identifying an agent (including a compound) using the animal model of the present invention (specifically, a transgenic mouse) preferably comprises at least a method associated with disruption in a target gene. Provided based on the ability to affect one phenotype. In one embodiment, the invention provides a method of identifying an agent that has an effect on the expression or function of a target gene or, alternatively, a target protein. The method includes, for example, measuring the physiological response of an animal to a drug, and comparing the physiological response of such an animal to a control animal, wherein the target is compared to a control animal. The physiological response of the animal, including the disruption in the gene, indicates the specificity of the drug. "Physiological response" is any biological or physical parameter of an animal that can be measured. To assess physiological responses, molecular assays (eg, gene transcription, protein production and degradation rates), physical parameters (eg, exercise physiology tests, measurement of various parameters of respiration, measurement of heart rate or blood pressure, Measurement of bleeding time, PTT.T, or TT) and cell assays (eg, immunohistochemical assays for cell surface markers, or the ability of cells to aggregate or proliferate) can be used. The transgenic animals and cells of the invention can be used as a model for a disease, disorder or condition associated with a phenotype associated with disruption of a target gene.
[0090]
The present invention provides specialized animal models for testing and developing novel treatments associated with behavioral phenotypes. Behavioral phenotypic analysis can be used, for example, to test the effectiveness of proposed genetic and pharmacological treatments for genetic disorders in humans, such as neurological, neuropsychological, or psychotic disorders. Enables the development of useful animal models.
[0091]
Statistical analysis of the various behaviors measured can be performed using any conventional statistical program routinely used by those skilled in the art, such as "Analysis of Variance" or ANOVA. Although "p" values of about 0.05 or less are generally considered to be statistically significant, slightly higher p values may still indicate a statistically significant difference. To statistically analyze abnormal behavior, a comparison between the behavior of a transgenic animal (or group) and that of a wild-type mouse (or group) is typically performed under certain defined conditions. Performed below. As used herein, “abnormal behavior” refers to an animal having a disruption in a target gene (eg, a transgenic animal) that is different from an animal having no disruption in the target gene (eg, a wild-type mouse). Refers to the behavior shown. Anomalous behavior consists of any number of standard behaviors that can be objectively measured (or observed) and compared. In comparison, it is preferred that the change is statistically significant to confirm that there is really a significant difference in behavior between the knockout animal and the wild-type control animal. Examples of behavior that can be measured or observed include ataxia, rapid limb movement, eye movement, respiration, motor activity, cognition, emotional behavior, social behavior, hyperactivity, irritability, anxiety, learning disability, abnormal rewards Includes, but is not limited to, abnormal social interactions such as behavior and aggression.
[0092]
A series of tests can be used to measure the behavioral phenotype of the animal models of the present invention, including neurological and neuropsychological tests to identify abnormal behavior. These tests can be used, for example, to measure abnormal behaviors related to learning and memory, diet, pain, aggression, sexual reproduction, anxiety, depression, schizophrenia, and substance abuse (eg, Crawley and Paylor) , Hormones and Behavior 31: 197-211 (1997)).
[0093]
Social interaction testing involves exposing mice to other animals in various settings. The animal's social behavior (eg, contact, climbing, smelling and copulation) is subsequently assessed. Differences in behavior can then be analyzed statistically and compared (eg, SE File et al., Pharmacol. Bioch. Behav. 22: 941-944 (1985); RR Holson, Phys. Behav. 37: 239-247 (1986)). The following are examples of the behavior test.
[0094]
The mouse startle response test typically involves exposing the animal to a sensory (typically auditory) stimulus and measuring the animal's startle response (eg, MA Geyer et al., Brain Res). Bull.25: 485-498 (1990); Paylor and Crawley, Psychopharmacology 132: 169-180 (1997)). The pre-pulse suppression test, where percent inhibition (from a normal startle response) is measured by first "cueing" the animal using a short, mild pre-pulse preceding the startle pulse, Can be used.
[0095]
The electric shock test usually involves exposure to a live surface and subsequent measurement of behavior, such as, for example, motor activity, learning, social behavior, and the like. Behavior is measured and analyzed statistically using standard statistical tests (eg, GJ Kant et al., Pharm. Bioch. Behav. 20: 793-797 (1984); NJ Leidenheimer). Et al., Pharmacol. Bioch. Behav. 30: 351-355 (1988)).
[0096]
A tail pinch or immobilization test involves applying pressure to the animal's tail and / or restricting the animal's movement. Motor activity, social behavior, and cognitive behavior are examples of areas that are measured (see, for example, M. Bertolucci D'Angic et al., Neurochem. 55: 1208-1214 (1990)).
[0097]
New tests usually involve exposure to new environments and / or new subjects. The motor behavior of the animal in the new environment and / or around the new subject is measured and analyzed statistically (for example, DK Reinstein et al., Pharm. Bioch. Behav. 17: 193-202 ( 1982); B. Poucet, Behav.Neurosci. 103: 1009-10016 (1989); RR Holson et al., Phys. Behav.37: 231-238 (1986)). This test can be used to detect deficiencies or deficiencies in visual processing.
[0098]
Learned helplessness tests include exposure to stress, such as noxious stimuli, that cannot be affected by animal behavior. Animal behavior can be analyzed statistically using a variety of standard statistical tests (see, for example, A. Leshner et al., Behav. Neural Biol. 26: 497-501 (1979)).
[0099]
Alternatively, a tail suspension test that measures the "immobile" time of a mouse when suspended "upside down" by the tail may be used. This is a measure of whether an animal struggles or not, that is, an indicator of depression. In humans, depression is thought to arise from feelings of lack of control of its life or situation. It is believed that depression can be induced in an animal by repeatedly subjecting the animal to an uncontrolled reversal. Eventually, a "learned helpless" situation is achieved, in which the animal ceases to change its environment and simply accepts its fate. Animals that stop writting earlier are likely to be more depressed. Studies have shown that the administration of certain antidepressants prior to testing increases the time it takes for animals to give up before giving up.
[0100]
The Morris water-maze test involves learning spatial orientation in water and subsequently measuring animal behavior, such as by calculating the number of incorrect choices. The measured behavior is analyzed statistically using standard statistical tests (see, for example, EM Spruijt et al., Brain Res. 527: 192-197 (1990)).
[0101]
Alternatively, a Y-shaped maze can be used (e.g., McFarland, DJ, Pharmacology, Biochemistry and Behavior 32: 723-726 (1989); Dellu, F. et al., Neurobiology of Long-earning: 31-year-old long-moring: (2000)). The Y maze is generally considered a test of cognitive ability. The size of each arm of the Y-maze can be, for example, about 40 cm x 8 cm x 20 cm, although other sizes can be used. Each arm can also have 16 equally spaced photo beams, for example, to automatically detect movement within the arm. At least two different tests can be performed using such a Y maze. In the continuous Y maze paradigm, a mouse is made to search all three arms of the Y maze, for example, for about 10 minutes. Animals are tracked continuously using a photobeam detection grid and the data can be used to measure spontaneous alternation and positive biasing behavior. Spontaneous alternation refers to the natural tendency of "normal" animals to visit the least familiar arm of the maze. Alternations are recorded when the animal makes two consecutive rotations in the same direction, and thus represent successive visits to the maze arm that entered the least frequently. Positional bias measures the tendency of an animal to favor rotation in one direction over the other to determine an eccentrically defined response. Thus, this test may detect differences in an animal's ability to proceed based on an allocentric or egocentric mechanism. Two experimental Y-maze memory tests measure response to novelty and spatial memory based on the free choice search paradigm. During the first test (acquisition), the animal is free to visit the two arms of the Y-maze, for example for about 15 minutes. The third arm is shielded during this test. The second test (recovery) is performed after a test interval of, for example, about 2 hours. During the recovery test, the shielded arm is released and the animal can approach all three arms, for example, for about 5 minutes. Data is collected during recovery studies and analyzed for the number and time of visits to each arm. Since the three arms of the maze are nearly identical, the distinction between novelty and familiarity depends on the "environmental" spatial cues around the room associated with the location of each arm. Changes in admission to a transgenic animal model arm and the duration spent in the new arm can indicate novelty and the role of that gene in mediating the cognitive process.
[0102]
Passive avoidance or shuttle box tests generally involve exposure to more than one environment, one of which is harmful and results in an animal-learned choice. Behavioral measures include, for example, response latency, exact number of responses, and response consistency (eg, R. Ader et al., Psychon. Sci. 26: 125-128 (1972); RR Holson, Phys. Behav. 37: 221-230 (1986)). Alternatively, a zero maze may be used. In the zero maze, the animal is placed, for example, in a closed quadrant of an elevated annular platform having two open quadrants and two closed quadrants and allowed to explore for approximately 5 minutes. This paradigm exploits the approach-avoidance conflict between normal rodent exploratory activity and aversion to open space. This test measures the level of anxiety and can be used to evaluate the effectiveness of anxiolytics. The amount of time spent in the open quadrant versus the closed quadrant can be automatically recorded, for example, by placing a photobeam at each transition location.
[0103]
Food avoidance tests include exposure to fresh food and, for example, objective measurement of food intake and the latency of ingestion. Measured behavior is analyzed statistically using standard statistical tests (see, eg, BA Campbell et al., J. Comp. Physiol. Psychol. 67: 15-22 (1969)). ).
[0104]
The elevated plus maze test involves exposing a sideless maze on the platform, and the behavior of the animal is objectively measured by counting the number of maze intrusions and maze learning. This behavior is analyzed statistically using standard statistical tests (see, for example, HA Baldwin et al., Brain Res. Bull, 20: 603-606 (1988)).
[0105]
The stimulus-induced hyperactivity test involves injection of a stimulant drug (eg, amphetamine, cocaine, PCP, etc.) and objectively measuring, for example, motor activity, social interaction, cognitive behavior. Animal behavior is analyzed statistically using standard statistical tests (eg, PBS Clarke et al., Psychopharmacology 96: 511-520 (1988); P. Kuczenski et al., J. Neuroscience 11). : 2703-2712 (1991)).
[0106]
Self-stimulation tests generally involve giving mice the opportunity to modulate electrical and / or chemical stimulation of the mouse's own brain. Behavior is measured by the frequency and pattern of self-stimulation. Such behavior is statistically analyzed by standard statistical tests (eg, S. Nassif et al., Brain Res., 332: 247-257 (1985); WL Isaac et al., Behav. Neurosci. 103). : 345-355 (1989)).
[0107]
Reward tests embody a variety of behaviors (e.g., motor, cognitive, and social behaviors), e.g., measure the rate and reliability of behavioral changes, and statistically analyze the measured behavior. (See, for example, LE Jarrard et al., Exp. Brain Res. 61: 519-530 (1986)).
[0108]
DRL (differential reinforcement to low rates of response) performance testing involves exposing to an intermittent reward paradigm and measuring the number of appropriate responses (eg, lever presses). Such behavior is analyzed statistically using standard statistical tests (eg, JD Sinden et al., Behav. Neurosci. 100: 320-329 (1986); V. Nalwa et al., Behav. Brain Res. 17: 73-76 (1985); and AJ Nonneman et al., J. Comp. Physiol. Psych. 95: 588-602 (1981)).
[0109]
Spatial learning tests involve exposing to a complex and novel environment, measuring the speed and extent of spatial learning, and statistically analyzing the measured behavior (see, eg, N. Pitsikas et al., Pharm. Bioch. 38: 931-934 (1991); B. Poucet et al., Brain Res. 37: 269-280 (1990); D. Christie et al., Brain Res. 37: 263-268 (1990); and F. Van Haaren. Et al., Behav. Neurosci. 102: 481-488 (1988)). Alternatively, an open field (of) test, where a greater distance moving at a given time is a measure of the animal's activity level and anxiety, may be used. If the open field is a novel environment, it is believed that this open field creates an approach-avoidance situation that becomes a "scissors" between the desire for the animal to seek and the desire to protect itself. It is anticipated that the "normal" mouse will spend more time in the corners and perimeters than in the center, where there is no hiding place, because the room is lightened and there is no hiding place outside the corner. However, "normal" mice go out into the central area as they increasingly explore the room. Then, particularly anxious mice spend most of their time in the corner with relatively little or no exploration of the central area, while bold (ie, non-anxious) mice It can be inferred that the distance moves, indicating that the periphery is less preferred for the central region.
[0110]
Visual, somatosensory and auditory agnosia tests generally expose to sensory stimuli, objectively measure, for example, orientating responses to the environment, and statistically analyze the measured behavior. (See, for example, JM Vargo et al., Exp. Neurol. 102: 199-209 (1988)).
[0111]
Completion behavior testing generally involves feeding and drinking and objectively measuring consumption. Measured behavior is analyzed statistically using standard statistical tests (eg, PJ Fletcher et al., Psychopharmacol. 102: 301-308 (1990); MG Corda et al., Proc. Nat'l.Acad.Sci.USA 80: 2072-2076 (1983)).
[0112]
Visual discrimination tests can also be used to assess visual processing in animals. One or two similar objects are placed in the open field and the animals are allowed to explore for about 5-10 minutes. The time spent searching for each object is recorded (approach to the object, i.e., movement within, for example, about 3-5 cm is considered an object search). The animal is then removed from the open field and the objects are replaced with similar and novel objects. The animal is returned to the open field and the percentage of time spent searching for a novel object versus an old object is measured (again, over a time period of about 5-10 minutes). "Normal" animals typically spend a high percentage of their time searching for novel objects rather than old objects. If a delay is imposed between sampling and testing, the memory task becomes more hippocampal dependent. If no delay is imposed, the task is largely based on simple visual identification. This test can also be used for olfactory discrimination, where objects (preferably simple blocks) can be sprayed or otherwise processed to retain odor. This test can also be used to determine whether an animal is taste discriminable, and animals that return to previously eaten food instead of novel food exhibit taste neophobia.
[0113]
A hot plate analgesia test can be used to assess the sensitivity of an animal to heat or painful stimuli. For example, the mouse can be placed on a hot plate at about 55 ° C., and the response latency of the mouse (eg, the time between lifting the hind paws and licking the hind paws) can be recorded. These responses are not reflexes, but rather "advanced" responses that require cortical involvement. This test can be used to assess nociceptive disorders.
[0114]
The accelerated rotarod test can be used to measure mouse coordination and balance. The animal can be placed on a rod that operates, for example, as a rotating treadmill (or rotating log). The rotarod may rotate slowly at first, and then progressively faster until a speed of, for example, about 60 rpm is reached. The mouse must continuously change its position to avoid falling. Animals are preferably tested at least three times with a minimum of 20 minutes. Mice that can stay on the rod the longest are considered to have better coordination and balance.
[0115]
The metrazole dosing test can be used for screening animals to change their susceptibility to seizures or similar events. For example, a 5 mg / ml solution of methazole can be infused through the tail vein of a mouse, for example, at a rate of about 0.375 ml / min. This injection causes all mice to undergo seizures and subsequently causes lethality. Mice that enter the seizure phase earliest are more likely to have seizures. Four different physiological stages can be recorded: shortly after the start of the infusion, the mice show a marked “convulsion”, followed by a series of seizures, the final tone of the body, known as “tonic extension”. And then death.
[0116]
(Target gene product)
The present invention further contemplates the use of the target gene sequence to produce a target gene product. Target gene products may include proteins that exhibit functionally equivalent gene products. Such equivalent gene products may include deletions, additions or substitutions of amino acid residues within the amino acid sequence encoded by the gene sequences described herein, but which result in silent changes and, thus, Produce a functionally equivalent target gene product. Amino acid substitutions can be made based on the similarity in polarity, charge, solubility, hydrophobicity, hydrophilicity, and / or amphipathic nature of the residues involved.
[0117]
For example, non-polar (hydrophobic) amino acids include alanine, leucine, isoleucine, valine, proline, phenylalanine, tryptophan, and methionine; polar neutral amino acids include glycine, serine, threonine, cysteine, tyrosine, Positively charged (basic) amino acids include arginine, lysine and histidine; and negatively charged (acidic) amino acids include aspartic acid and glutamic acid. As used herein, "functionally equivalent" refers to a protein that can exhibit an activity in vivo substantially similar to the endogenous gene product encoded by the target gene sequence. Alternatively, when used as part of an assay, "functionally equivalent" refers to other intracellular molecules or extracellular molecules in a manner substantially similar to that performed by the corresponding portion of the endogenous gene product. A peptide capable of interacting with a molecule.
[0118]
Other protein products useful according to the method of the invention are peptides derived from or based on target genes produced by recombinant or synthetic means (derived peptides).
[0119]
The target gene product may be produced by recombinant DNA technology, using techniques well known in the art. Accordingly, methods for preparing the gene polypeptides and peptides of the invention by expressing a nucleic acid encoding a gene sequence are described herein. Methods well known to those skilled in the art can be used to construct expression vectors containing the protein-coding gene sequence and appropriate transcription / translation control signals. These methods include, for example, in vitro recombinant DNA techniques, synthetic techniques, and in vivo recombination / genetic recombination (see, eg, Sambrook et al., 1989 (supra) and Ausubel et al., 1989 (supra)). . Alternatively, RNA that can encode the gene sequence of a protein is, for example, an automatic synthesizer (see, for example, Oligonucleotide Synthesis: A Practical Approach, edited by Gait, MJ, IRL Press, Oxford (1984)). Can be chemically synthesized.
[0120]
Various host expression vector systems can be used to express the gene coding sequences of the present invention. Such host expression systems show vehicles that produce the coding sequence of interest and can be subsequently purified, but which, when transformed or transfected with the appropriate nucleotide coding sequence, allow the protein of the gene of the invention to be transformed in situ. The cells that can be shown are also shown. These include microorganisms such as bacteria (eg, E. coli, B. subtilis) transformed with recombinant bacteriophage DNA, plasmid DNA or cosmid DNA expression vectors containing the protein coding gene sequence; Yeast (eg, Saccharomyces, Pichia) transformed with a recombinant yeast expression vector containing; an insect cell line infected with a recombinant virus expression vector (eg, baculovirus) containing a protein coding gene sequence; a recombinant virus expression vector (Eg, cauliflower mosaic virus, CaMV; tobacco mosaic virus, TMV) or with a recombinant plasmid expression vector (eg, a Ti plasmid) containing a protein-encoding gene sequence. Transgenic plant cell lines; or recombinant expression comprising a promoter derived from the genome of a mammalian cell (eg, a metallothionein promoter) or a promoter derived from a mammalian virus (eg, an adenovirus late promoter; vaccinia virus 7.5K promoter). Mammalian cell lines with the construct (eg, COS, CHO, BHK, 293, 3T3) include, but are not limited to.
[0121]
In bacterial systems, many expression vectors may be advantageously selected depending on the use intended for the protein of the gene to be expressed. For example, if large quantities of such proteins are to be produced, vectors that direct the expression of high levels of fusion protein products that are readily purified, e.g., for the production of antibodies or screening of peptide libraries, may be used. It may be desirable. Such vectors include E. coli. coli expression vector pUR278, in which the protein-coding gene sequence can be individually ligated in frame with the lacZ coding region to produce a fusion protein (Ruther et al., EMBO J., 2: 1791-94 (1983)); pIN vector (Inouye & Inouye, Nucleic Acids Res., 13: 3101-09 (1985); Van Heake et al., J. Biol. Chem., 264: 5503-9 (1989)) and the like. But not limited thereto. The pGEX vector can also be used to express a foreign polypeptide as a fusion protein using glutathione S-transferase (GST). Generally, such fusion proteins are soluble and can be readily purified from lysed cells by adsorption to glutathione agarose beads followed by elution in the presence of free glutathione. The pGEX vector is designed to include a thrombin or factor Xa protease cleavage site, so that the cloned target gene protein can be released from the GST moiety.
[0122]
In a preferred embodiment, the full-length cDNA sequence is in-frame at the amino terminus using standard PCR methodology (Innis et al. (Eds.), PCR Protocols: A Guide to Methods and Applications, Academic Press, San Diego (1990)). A BamHI site and an in-frame EcoRI site at the carboxyl terminus are added and ligated into the pGEX-2TK vector (Pharmacia, Uppsala, Sweden). The resulting cDNA construct contains a kinase recognition site at the amino terminus for radiolabeling and a glutathione S-transferase sequence at the carboxy terminus for affinity purification (Nilsson et al., EMBO J., 4: 1075-80). (1985); Zabeau et al., EMBO J., 1: 1217-24 (1982)).
[0123]
In an insect system, Autographa californica nuclear polyhedrosis virus (AcNPV) is used as a vector for expressing foreign genes. This virus grows in Spodoptera frugiperda cells. Gene coding sequences can be cloned individually into non-essential regions of the virus (eg, the polyhedrin gene) and placed under the control of an AcNPV promoter (eg, the polyhedrin promoter). Successful insertion of the genetic coding sequence results in inactivation of the polyhedrin gene and production of a non-closing recombinant virus (ie, a virus that lacks the proteinaceous coat encoded by the polyhedrin gene). These recombinant viruses are then used to infect Spodoptera frugiperda cells in which the inserted gene is expressed (eg, Smith et al., J. Virol. 46: 584-93 (1983); U.S. Pat. 4,745,051).
[0124]
In mammalian host cells, a number of viral-based expression systems may be used. In cases where an adenovirus is used as an expression vector, the gene encoding the sequence of interest may be ligated to an adenovirus transcription / translation control complex (eg, the late promoter and tripartite leader sequence). This chimeric gene can then be inserted into the adenovirus genome by in vitro or in vivo recombination. Insertion in a non-essential region of the viral genome (eg, region E1 or region E3) results in a recombinant virus that can survive in the infected host and express the genetic protein (eg, Logan). Et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA 81: 3655-59 (1984)). Certain initiation signals may also be required for efficient translation of the inserted gene coding sequence. These signals include the ATG start codon and adjacent sequences. If the entire gene (including its own initiation codon and adjacent sequences) is inserted into the appropriate expression vector, no additional translational control signals may be required. However, if only a portion of the gene coding sequence is inserted, an exogenous translational control signal (possibly including the ATG start codon) must be provided. Furthermore, the start codon must be in phase with the reading frame of the desired coding sequence to ensure translation of the entire insert. These exogenous translational control signals and initiation codons can be of various origins (both natural and synthetic). The efficiency of expression can be increased by inclusion of appropriate transcription enhancer elements, transcription terminators, etc. (Bitter et al., Methods in Enzymol., 153: 516-44 (1987)).
[0125]
In addition, a host cell type may be chosen which modulates the expression of the inserted sequences, or modifies and processes the gene product in the specific fashion desired. Such modifications (eg, glycosylation) and processing (eg, cleavage) of protein products may be important for the function of the protein. Different host cells have characteristic and specific mechanisms for the post-translational processing and modification of proteins. Appropriate cell lines or host systems can be chosen to ensure the correct modification and processing of the foreign protein expressed. For this purpose, eukaryotic host cells that have the machinery for proper processing of the primary transcript, glycosylation of the gene product, and phosphorylation of the gene product can be used. Such mammalian host cells include, but are not limited to, CHO, VERO, BHK, HeLa, COS, MDCK, 293, 3T3, WI38, and the like.
[0126]
It is preferable to produce a recombinant protein with high yield over a long period of time and to stably express the protein. For example, cell lines that stably express the gene protein can be engineered. Rather than using an expression vector that contains the viral origin of replication, the host cell may have DNA controlled by appropriate expression control elements (eg, promoter sequences, enhancer sequences, transcription terminators, polyadenylation sites, etc.), and selectable markers. Can be used for transformation. Following the introduction of the foreign DNA, the engineered cells can be allowed to grow for 1-2 days in an enriched media, and then the enriched media is replaced with a selective media. The selectable marker of the recombinant plasmid confers resistance to selection and allows the cell to stably integrate the plasmid into its chromosome and proliferate and form foci. The lesion can then be cloned and expanded into a cell line. This method can be advantageously used to engineer cells that express the gene protein. Such engineered cell lines can be particularly useful for screening and evaluating compounds that produce the endogenous activity of the genetic protein.
[0127]
In a preferred embodiment, control of the timing and / or amount of expression of the recombinant protein can be controlled using an inducible expression construct. Inducible constructs and systems for inducible expression of recombinant proteins are well known to those skilled in the art. Examples of such inducible promoters or other gene regulatory elements include, but are not limited to, tetracycline, metallothionein, ecdysone, and other steroid responsive promoters, rapamycin responsive promoter, and the like (No et al., Proc. Natl.Acad.Sci.USA, 93: 3346-51 (1996); Furth et al., Proc.Natl.Acad.Sci.USA, 91: 9302-6 (1994)). Additional control elements that can be used include promoters required for certain transcription factors, such as viral promoters, certain HIV promoters, and the like. In one embodiment, a Tet-inducible gene expression system is used (Gossen et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 89: 5547-51 (1992); Gossen et al., Science, 268: 1766-69 (1995). )). The Tet expression system is E. coli. It is based on two regulatory elements from the tetracycline resistance operon of the E. coli Tn10 transposon: a tetracycline repressor protein (TetR) and a tetracycline operator sequence (tetO) that binds to TetR. Using such a system, the expression of the recombinant protein is placed under the control of the tetO operator sequence and is transfected or transformed into a host cell. In the presence of TetR, which is co-transfected into the host cell, expression of the recombinant protein is suppressed due to binding of the TetR protein to the tetO regulatory element. Next, high-level expression of the regulated gene is induced in response to changes in the concentration of tetracycline (Tc) or a Tc derivative (eg, deoxycycline (Dox)) that compete with the tetO element for binding to TetR. obtain. Constructs and materials for expression of the tet-induced gene are available from CLONTECH Laboratories, Inc. , Palo Alto, CA.
[0128]
When used as a component of an assay system, the gene protein may be labeled, either directly or indirectly, to facilitate detection of the complex formed between the gene protein and the test substance. . Any of a variety of suitable labeling systems may be used, including radioisotopes such as 125I; enzyme labeling systems that generate a detectable calorimetric signal or light when exposed to a substance; and fluorescent labels. But not limited thereto. When using recombinant DNA technology to produce a genetic protein for such an assay system, it may be advantageous to engineer the fusion protein, which may facilitate labeling, immobilization, and / or detection.
[0129]
Indirect labeling involves the use of proteins (eg, labeled antibodies) that specifically bind to the gene product. Such antibodies include, but are not limited to, polyclonal, monoclonal, chimeric, single chain, Fab fragments and fragments produced by a Fab expression library.
[0130]
(Generation of antibodies)
Described herein are methods for the generation of antibodies that can specifically recognize one or more epitopes. Such antibodies include polyclonal antibodies, monoclonal antibodies (mAbs), humanized or chimeric antibodies, single chain antibodies, Fab fragments, F (ab ') 2 fragments, fragments generated by Fab expression libraries, anti-idio, Type (anti-Id) antibodies and any of the above epitope binding fragments can be, but are not limited to. Such antibodies can be used, for example, in detecting a target gene in a biological sample or as a method for inhibiting aberrant target gene activity. Thus, such antibodies can be used as part of a method of treating a disease and / or by being used as part of a diagnostic technique, a patient can have abnormal levels of a target gene protein, or such Can be tested for the presence of abnormal forms of any protein.
[0131]
For the production of antibodies, various host animals can be immunized by injecting the target gene, its expression product, or a portion thereof. Such host animals may include, but are not limited to, rabbits, mice, and rats, to name a few. Various adjuvants can be used to increase the immunological response depending on the host species. Such adjuvants include Freund's adjuvant (complete and incomplete), mineral gels such as aluminum hydroxide, surfactants such as lysolecithin, pluronic polyols, polyanions, peptides, oily emulsions, keyhole limpet hemocyanin, Examples include, but are not limited to, dinitrophenol, and potentially useful human adjuvants, such as BCG (bacille Calmette-Guerin) and Corynebacterium parvum.
[0132]
Polyclonal antibodies are heterogeneous populations of antibody molecules derived from the sera of animals immunized with an antigen (eg, a target gene product or a derivative antigenic functional group thereof). For the production of polyclonal antibodies, a host animal as described above can be immunized by injecting a gene product supplemented with an adjuvant (also described above).
[0133]
Monoclonal antibodies, which are homogeneous populations of antibodies to specific antigens, can be obtained by any technique that provides for the production of antibody molecules by continuous cell lines in culture. These techniques include hybridoma technology (Kohler and Milstein, Nature, 256: 495-7 (1975); and U.S. Patent No. 4,376,110), human B cell hybridoma technology (Kosber et al., Immunology Today, 4: 72 (1983); Cote et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 80: 2026-30 (1983)), and EBV hybridoma technology (Cole et al., Monoclonal Antibodies And Cancer Therapy, Alan R. Liss, Inc. New York, pp. 77-96 (1985)). Such antibodies can be of any immunoglobulin class, including IgG, IgM, IgE, IgA, IgD, and any subclass thereof. Hybridomas producing the mAbs of the invention can be cultured in vitro or in vivo. Generation of high titer mAbs in vivo is currently the preferred method of production.
[0134]
Furthermore, a method developed for the generation of "chimeric antibodies" (by splicing genes from mouse antibody molecules with appropriate antigen specificity together with genes from human antibody molecules with appropriate biological activity) (Morrison et al., Proc. Natl. Acad. Sci., 81: 6851-6855 (1984); Takeda et al., Nature, 314: 452-54 (1985)) can be used. A chimeric antibody is a molecule in which different portions are from different animal species (eg, having a variable region derived from a mouse mAb and a human immunoglobulin constant region).
[0135]
Alternatively, techniques described for the production of single chain antibodies (U.S. Patent No. 4,946,778; Bird, Science 242: 423-26 (1988); Huston et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA, And Ward et al., Nature, 334: 544-46 (1989) can be applied to generate gene-single-chain antibodies, which are linked via amino acid cross-linking. Formed by joining the heavy and light chain fragments of the Fv region, resulting in a single chain polypeptide.
[0136]
Antibody fragments that recognize a particular epitope can be generated by known techniques. For example, such fragments include F (ab ') 2 fragments that can be produced by pepsin digestion of antibody molecules, and Fab fragments that can be generated by reducing the disulfide bridges of the F (ab') 2 fragment. However, the present invention is not limited to these. Alternatively, a Fab expression library may be constructed (Huse et al., Science, 246: 127-81 (1989)) to allow for rapid and easy identification of monoclonal Fab fragments with the desired specificity.
[0137]
(Screening method)
The invention may be directed to agonists (ie, factors that bind to and activate the target gene polypeptide) or antagonists (ie, inhibit the activity of the target gene polypeptide or interact with the ligand of the target gene polypeptide). Can be used in the process to screen for important factors. Accordingly, the polypeptides of the present invention may also be used to assess the binding of small molecules and ligands, for example, in cells, cell-free preparations, chimeric libraries, and mixtures of natural products known in the art. Can be used. Any method commonly used to identify and screen for factors that can modulate the receptor can be used according to the present invention.
[0138]
The present invention provides methods for identifying and screening for factors that regulate the expression or function of a target gene. More specifically, cells containing and expressing the target gene sequence can be used to screen for therapeutic agents. Such cells include non-recombinant monocyte cell lines (eg, U937 (ATCC # CRL-1593), THP-1 (ATCC # TIB-202), and P388D1 (ATCC # TIB-63)); endothelial cells (Eg, HUVEC's and bovine aortic endothelial cells (BAEC's)); and common mammalian cell lines (eg, HeLa and COS cells (eg, COS-7 (ATCC # CRL-1651))). May be mentioned. Further, such cells can include recombinant cell lines, transgenic cell lines. For example, the transgenic mice of the invention can be used to generate a cell line containing one or more cell types associated with a disease, which cell line can be used as a cell culture model for the disorder. Although cells, tissues, and primary cultures from the disease transgenic animals of the present invention can be used, generation of continuous cell lines is preferred. For examples of techniques that can be used to derive continuous cell lines from transgenic animals, see Small et al., Mol. Cell. Biol. 5: 642-48 (1985).
[0139]
The target gene sequence can be introduced into the genome of the cell of interest and can be overexpressed in that genome. To overexpress a target gene sequence, the coding portion of the target gene sequence can be linked to a regulatory sequence that can drive gene expression in the cell type of interest. Such regulatory regions are well known to those of skill in the art and can be used without undue experimentation. The target gene sequence may also be disrupted or underexpressed. Cells having a target gene sequence disrupted or underexpressed may be used to screen for factors that may provide, for example, alternative pathways to compensate for any loss of function due to this disruption or underexpression.
[0140]
In vitro systems can be designed to identify compounds that can bind to the target gene product. Such compounds include peptides consisting of amino acids in the D- and / or L-configuration (e.g., in the form of a random peptide library (see e.g., Ram et al., Nature, 354: 82-4 (1991)). )), Phosphopeptides (eg, random or partially degenerate specific phosphopeptide libraries; see, eg, Songyang et al., Cell, 72: 767-78 (1993)), antibodies, and small organic or inorganic molecules. Small molecules include, but are not limited to. The identified compounds may, for example, modulate the activity of a target gene protein, preferably a target gene protein variant; produce a biological function of the target gene protein; or disrupt normal target gene interactions, or It may be useful in screening for compounds that disrupt such interactions.
[0141]
The principle of the assay used to identify compounds that bind to the target gene protein is that a reaction mixture of the target gene protein and the test compound is prepared under conditions and the two compounds are allowed to interact and bind for a sufficient amount of time. And thereby forming complexes that can be removed and / or detected in the reaction mixture. These assays can be performed in various ways. For example, one method for performing such an assay involves anchoring a target gene protein or test substance to a solid phase and detecting the target protein / test substance complex anchored to the solid phase at the end of the reaction. The step of performing In one embodiment of such a method, the target gene protein can be anchored to a solid surface, and the unanchored test compound can be labeled, either directly or indirectly.
[0142]
In practice, microtiter plates are conveniently used. The anchored component may be immobilized by non-covalent or covalent bonds. Non-covalent attachment can be achieved simply by coating the solid surface with a solution of the protein and drying. Alternatively, an immobilized antibody (preferably, a monoclonal antibody) specific for the protein can be used to anchor the protein to a solid surface. This surface can be prepared in advance and stored.
[0143]
To perform the assay, non-immobilized components are added to the coated surface containing the attached components. After the reaction is complete, unreacted components are removed (eg, washed) under conditions such that any complexes formed remain immobilized on the solid surface. Detection of a complex attached on a solid surface can be achieved in a number of ways. If the previous non-immobilized component has been previously labeled, detection of the label immobilized on the surface indicates that a complex has formed. If the previous non-solidified component has not been previously labeled, an indirect label can be used to detect the complex attached on the surface; for example, the previous non-immobilized component (Specifically, such antibodies can be directly labeled with a labeled anti-Ig antibody or indirectly labeled).
[0144]
Alternatively, the reaction can be performed in the liquid phase, the reaction product is separated from unreacted components, and the complex is any complex formed in solution, e.g., specific for the target gene product or test compound. Is detected using a labeled antibody specific for the immobilized antibody for attaching the conjugate, and other components of the complex potentially for detecting the attached conjugate.
[0145]
Compounds that are shown to bind to a particular labeled gene product by one of the methods described above can be further tested for their ability to elicit a biochemical response from the target gene protein. Agonists, antagonists and / or inhibitors of the expression product can be identified using assays well known in the art.
[0146]
(Antisense, ribozyme, and antibody)
Other agents that can be used as therapeutics include target genes, their expression products and functional fragments thereof. In addition, agents that reduce or inhibit mutated target gene activity can be used to ameliorate disease symptoms. Such agents include antisense, ribozymes and triple helix molecules. Techniques for making and using such molecules are well known to those skilled in the art.
[0147]
Antisense RNA and DNA molecules act to hybridize to target mRNA and block protein translation, thereby directly blocking translation of mRNA. For antisense DNA, preferred are translation initiation sites, for example, oligodeoxyribonucleotides derived between the -10 and +10 regions of the target gene nucleotide sequence of interest.
[0148]
Ribozymes are enzymatic RNA molecules that can catalyze the specific cleavage of RNA. The mechanism of ribozyme action involves sequence-specific hybridization of the ribozyme molecule to complementary target RNA, followed by endonucleolytic cleavage. The composition of the ribozyme molecule must include one or more sequences complementary to the target gene mRNA, and must include the well-known catalytic sequence responsible for mRNA cleavage. See US Pat. No. 5,093,246 for this sequence, which is hereby incorporated by reference in its entirety. Engineered hammerhead motif ribozyme molecules that specifically and effectively catalyze endonucleolytic cleavage of an RNA sequence encoding a target gene protein are themselves within the scope of the present invention.
[0149]
Specific ribozyme cleavage sites within any potential RNA target are initially identified by scanning the molecule of interest for ribozyme cleavage sites, including the following sequences, GUA, GUU and GUC. Once identified, a short RNA sequence of between 15 and 20 ribonucleotides corresponding to the region of the target gene containing the cleavage site may make the oligonucleotide sequence unsuitable, such as secondary structure. Can be evaluated for structural features. The suitability of candidate sequences can also be assessed by using a ribonuclease protection assay to test their accessibility for hybridization with complementary oligonucleotides.
[0150]
The nucleic acid molecule used for triple helix formation for inhibition of transcription should be single-stranded and composed of deoxyribonucleotides. The base composition of these oligonucleotides must be designed to promote triple helix formation according to Hoogsteen base pair rules. This generally requires a fairly large stretch of either purines or pyrimidines present on one of the duplexes. The nucleotide sequence can be pyrimidine-based, resulting in TAT and CGC triplets across the three related strands of the resulting triple helix. A pyrimidine-rich molecule provides a base that is complementary to a single-stranded purine-rich region of a duplex oriented parallel to the strand. In addition, purine-rich nucleic acid molecules containing, for example, G residue extensions can be selected. These molecules form a triple helix with the GC pair-rich DNA duplex. There, the majority of the purine residues are located on one of the target duplexes, resulting in a GGC triplet across the triplex of the triplex.
[0151]
Alternatively, the potential sequences that can be targeted for triple helix formation can be increased by making so-called "switchback" nucleic acid molecules. The switchback molecule base pairs with one strand of the duplex first, then the other strand, and a significant extension of either the purine or pyrimidine present on one strand of the duplex. Are synthesized in an alternating 5'-3 ', 3'-5' fashion so as to eliminate the need for
[0152]
The antisense, ribozyme and / or triple helix molecules described herein are capable of transcription (triple helix) and / or translation (antisense, ribozyme) of mRNA produced by both normal and mutant target gene alleles. It is possible to reduce or prevent it. To ensure that a sufficiently normal degree of target gene activity is maintained, the nucleic acid molecule encoding and expressing the target gene polypeptide exhibiting normal activity may comprise any antisense, ribozyme, or triplex used. It can be introduced into cells that do not contain sequences that are also sensitive to helical processing. Also, it may be preferable to co-administer a normal target gene protein into the cell or tissue to maintain an essential degree of target gene activity in the cell or tissue.
[0153]
Antisense RNA and DNA, ribozymes, and triple helix molecules of the invention can be prepared by any method known in the art for the synthesis of DNA and RNA molecules. These include the techniques for chemically synthesizing oligodeoxyribonucleotides and oligoribonucleotides well known in the art, such as, for example, solid phase phosphoramidite chemical synthesis. Alternatively, RNA molecules can be produced by in vitro and in vivo transcription of a DNA sequence encoding an antisense RNA molecule. Such DNA sequences can be introduced into a wide variety of vectors that incorporate a suitable RNA polymerase promoter, such as a T7 or SP6 polymerase promoter. Also, depending on the promoter used, antisense cDNA constructs that synthesize antisense RNA constitutively or inducibly can be stably introduced into cell lines.
[0154]
Various well-known modifications of DNA molecules can be introduced as a means of increasing intracellular stability and half-life. Possible modifications include the addition of flanking sequences of ribonucleotides or deoxyribonucleotides at the 5 'and / or 3' end of the molecule, or phosphorothioate or 2'O rather than phosphodiesterase linkages in the backbone of oligodeoxyribonucleotides. -Methyl, but is not limited thereto.
[0155]
Antibodies that are specific for both the target gene protein, and particularly the mutant gene protein, and that interfere with its activity, can be used to block mutant target gene function. Such antibodies are known to the protein itself or to a peptide corresponding to a portion of the protein, using standard techniques known in the art and as described herein. Can be generated. Such antibodies include, but are not limited to, polyclonal antibodies, monoclonal antibodies, Fab fragments, single chain antibodies, chimeric antibodies, and the like.
[0156]
In instances where the target gene protein is intracellular and whole antibodies are used, it may be preferable to internalize the antibodies. However, lipofectin liposomes can be used to deliver antibodies or fragments of the Fab region that bind to a target gene epitope into cells. If fragments of an antibody are used, the smallest inhibitory fragment that binds to the binding domain of the target or spread target protein is preferred. For example, a peptide having an amino acid sequence corresponding to the domain of the variable region of the antibody that binds to the target gene protein can be used. Such peptides can be chemically synthesized or produced by recombinant DNA technology using methods well known in the art (eg, Creighton, Proteins: Structures and Molecular Principles (1984) W H. Freeman, New York 1983, supra; and Sambrook et al., 1989, supra). Also, a single-chain neutralizing antibody that binds to an intracellular target gene epitope can be administered. Such single chain antibodies are described, for example, in Marasco et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 90: 7889-93 (1993), and the like, for example, by expressing a nucleotide sequence encoding a single-chain antibody in the target cell population.
[0157]
The RNA sequence encoding the target gene protein can be administered directly to a patient exhibiting a disease condition at a concentration that is sufficient for the production of the target gene protein to a degree such that the disease condition is ameliorated. Patients may be treated with gene replacement therapy. One or more copies of a normal target gene, or a portion of a gene that directs the production of a normal target gene protein with target gene function, can be inserted into cells using a vector. Vectors include, but are not limited to, adenovirus, adeno-associated virus, and retroviral vectors, as well as other particles that introduce DNA into cells, such as liposomes. In addition, techniques such as those described above can be used to introduce normal target gene sequences into human cells.
[0158]
The cells containing the gene sequence expressing the normal target gene, preferably autologous cells, can then be introduced or re-introduced into the patient at a location that allows for amelioration of the disease symptoms.
[0159]
(Pharmaceutical composition, effective dosage, and route of administration)
Identified compounds that inhibit the expression, synthesis and / or activity of the target mutant gene can be administered to a patient at a therapeutically effective dose to treat or ameliorate the disease. A therapeutically effective dose refers to that amount of the compound that is sufficient to effect amelioration of the symptoms of the disease.
[0160]
The toxic and therapeutic efficacy of such compounds is e.g. 50 (Lethal dose of 50% of the population) and ED 50 (A therapeutically effective amount of 50% of the population) can be determined by standard pharmaceutical methods of cell cultures or experimental animals. The dose ratio between toxic and therapeutic effects is the therapeutic index and the LD 50 / ED 50 . Compounds that exhibit large therapeutic indices are preferred. While compounds that exhibit toxic side effects can be used, target sites of diseased tissue may be targeted to such compounds in order to minimize potential damage to uninfected cells and thereby reduce side effects. Care should be taken to design a delivery system that does.
[0161]
The data obtained from the cell culture assays and animal studies can be used in formulating a range of dosage for use in humans. The dosage of such compounds is preferably that of the ED with little or no toxicity. 50 Is within the circulating concentration range. This dosage may vary within this range depending on the dosage form employed and the route of administration used. For any compound used in the method of the invention, the therapeutically effective dose can be estimated initially from cell culture assays. Dosage is IC as determined in cell culture 50 (I.e., the concentration of the test compound that achieves half-maximal suppression of symptoms) can be formulated in animal models to achieve a circulating plasma concentration range that includes the compound. Such information can be used to more accurately determine useful doses in humans. Such information can be used to more accurately determine useful doses in humans. Plasma levels can be measured, for example, by high performance liquid chromatography.
[0162]
Pharmaceutical compositions for use according to the invention may be formulated in a conventional manner using one or more physiologically acceptable carriers or excipients. Thus, this compound and its physiologically acceptable salts and solvates may be inhaled or insufflated (either through the mouth or nose) or orally, buccally, parenterally, topically, subcutaneously, intraperitoneally, intravenously. May be formulated for administration by intrapleural, intraocular, intraarterial, or rectal administration. It is also envisioned that the pharmaceutical composition may be administered with other products that enhance the activity of the compound, and may optionally include other therapeutic ingredients.
[0163]
For oral administration, the pharmaceutical composition may comprise, for example, a binder (eg, pregelatinized corn, polyvinylpyrrolidone or hydroxypropylmethylcellulose); a filler (eg, lactose, microcrystalline cellulose or hydrogen phosphate). Pharmaceuticals such as calcium); lubricants (eg, magnesium stearate, talc or silica); disintegrants (eg, potato starch or sodium starch glycolate); or wetting agents (eg, sodium lauryl sulfate). It can take the form of, for example, tablets or capsules prepared by conventional means using commercially acceptable excipients. Tablets may be coated in a manner well known in the art. Liquid preparations for oral administration may take the form of, for example, solutions, syrups or suspensions, or may be presented as a dry product for constitution with water or other suitable vehicle before use. . Such liquid preparations may include suspending agents (eg, sorbitol syrup, cellulose derivatives or hydrogenated edible fats); emulsifiers (eg, lecithin or acacia); non-aqueous vehicles (eg, almond oil, oily esters, ethyl alcohol or Fractionated vegetable oils); and preservatives (eg, methyl or propyl p-hydroxybenzoate or sorbic acid) and may be prepared by conventional means using pharmaceutically acceptable additives. The preparation may also contain buffer salts, flavoring, coloring and sweetening agents as appropriate.
[0164]
Preparations for oral administration may be suitably formulated to give controlled release of the active compound.
[0165]
For buccal administration, the compositions may take the form of tablets or lozenges formulated in conventional manner.
[0166]
In the case of administration by inhalation, the compounds for use according to the invention may be prepared by pressurization using a suitable propellant, for example dichlorodifluoromethane, trichlorofluoromethane, dichlorotetrafluoroethane, carbon dioxide or other suitable gas. It is conveniently delivered in the form of an aerosol spray from a pack or nebulizer. In the case of a pressurized aerosol the dosage unit may be determined by providing a valve to deliver a metered amount. Capsules or cartridges of, for example, gelatin for use in an inhaler or insufflator may be formulated to contain a powder mix of the compound and a suitable powder base such as lactose or starch.
[0167]
The compound may be formulated for parenteral administration by injection, eg, by bolus injection or continuous infusion. Formulations for injection may be presented in unit dosage form, eg, in ampoules or in multi-dose containers, with an added preservative. The compositions may take such forms as suspensions, solutions, or emulsions in oily or aqueous vehicles, and may contain formulatory agents such as suspending, stabilizing and / or dispersing agents. Good. Alternatively, the active ingredient may be in powder form for constitution with a suitable vehicle, eg, sterile pyrogen-free water, before use.
[0168]
The compound can also be formulated in rectal compositions such as suppositories or retention enemas, eg, containing conventional suppository bases such as cocoa butter or other glycerides. Ingestion is probably the easiest method of administration. Such routes of administration are generally simple and straightforward, and often are the least inconvenient or uncomfortable from the patient's point of view. However, this involves passing the substance through the stomach, which is an undesirable environment for many substances, including proteins and other biologically active compositions. The stomach's acidic, hydrolyzable and proteolytic environment effectively promotes the digestion of proteinaceous substances into amino acids and oligopeptides for subsequent assimilation, so that it can be widespread when simply taken orally. It is not surprising that only a few of the diverse biologically active proteinaceous substances survive through the stomach and are absorbed by the body in the small intestine. As a result, many proteinaceous drugs often have to be taken in other ways, such as parenterally by subcutaneous, intramuscular or intravenous injection.
[0169]
Pharmaceutical compositions may also include carriers such as various buffers (eg, Tris, acetate, phosphate), solubilizers (eg, Tween, polysorbate), human serum albumin, etc., to stabilize drug activity. , Preservatives (thimerosal, benzyl alcohol) and antioxidants such as ascorbic acid. The stabilizer can be a surfactant such as Tween-20, Tween-80, NP-40 or Triton X-100. EBP can also be introduced into microparticle preparations of macromolecules for controlled delivery to patients over an extended period of time. A larger search for components in pharmaceutical compositions is available from Remington's Pharmaceutical Sciences, 18th (ed.), R. Gennaro (eds.), Mack Publishing, Easton, Pa. (1990).
[0170]
In addition to the formulations described previously, the compounds may also be formulated as a depot preparation. Such long acting formulations may be administered by implantation (for example subcutaneously or intramuscularly) or by intramuscular injection. Thus, for example, the compounds can be formulated with suitable polymeric or hydrophobic materials (eg, as an emulsifier in an acceptable oil) or ion exchange resins, or as sparingly soluble derivatives (eg, as sparingly soluble salts). ) Can be prescribed.
[0171]
The compositions may, if desired, be presented in a pack or dispenser device which may contain one or more unit dosage forms containing the active ingredient. The pack may for example comprise metal or plastic foil, such as a blister pack. The pack or dispenser device may be accompanied by instructions for administration.
[0172]
(Diagnostics)
Various methods can be used to diagnose disease symptoms associated with the target gene. Specifically, reagents can be used, for example, to detect the presence of a target gene mutation, or to detect either overexpression or underexpression of the target gene mRNA.
[0173]
According to the diagnosis and prognosis method of the present invention, a change in a wild-type target locus is detected. Further, the method can be practiced by detecting a wild-type target locus and identifying a disease predisposition or lack of neoplasia. "Wild-type gene alteration" encompasses all forms of mutation, including deletions, insertions and point mutations in the coding and non-coding regions. Deletions may be of the entire gene or only a portion of the gene. Point mutations can result in stop codons, frameshift mutations or amino acid substitutions. Somatic mutations occur only in certain tissues (eg, tumor tissue) and are not inherited in the germline. Germline mutations can be found and inherited in any of the body tissues. When only one allele is mutated in a somatic cell, an early neoplastic state is indicated. However, if both alleles are mutated, a late neoplastic state may be indicated. Thus, the discovery of genetic mutations provides both diagnostic and prognostic information. Target gene alleles that are not deleted (eg, found on sister chromosomes relative to the chromosome with the target gene deletion) can be screened for other mutations such as insertions, small deletions, and point mutations. Mutations found in tumor tissue may be associated with reduced expression of the target gene product. However, mutations that result in a non-functional gene product may also be associated with a cancer condition. Point mutation events can occur in regulatory regions, such as in the promoter of a gene that results in a loss or decrease in expression of mRNA. Point mutations can also result in loss of expression of the target gene product or abolish proper RNA processing resulting in decreased mRNA stability or translation efficiency.
[0174]
One test that can be used to detect mutations in candidate loci is to directly compare genomic target sequences from cancer patients to those from a control population. Also, messenger RNA can be sequenced, for example, after amplification by PCR, thereby eliminating the need to determine the exon structure of a candidate gene. Mutations in cancer patients that fall outside the coding region of the target gene can be detected by testing non-coding regions, such as introns and regulatory sequences near or in the target gene. An early indication that mutations in non-coding regions are important can be found from Northern blot experiments that reveal abnormally large or large numbers of messenger RNA molecules in cancer patients compared to control individuals.
[0175]
The methods described herein can be performed, for example, using a prepackaged diagnostic kit that includes at least one specific gene nucleic acid or anti-gene antibody reagent described herein. This can be conveniently used, for example, in a clinical setting to diagnose patients who show disease symptoms or are at risk of developing the disease.
[0176]
Any cell type or tissue in which the gene is expressed, preferably monocytes, endothelial cells or smooth muscle cells, can be used in the diagnostics described below.
[0177]
DNA or RNA obtained from the cell type or tissue being analyzed can be readily isolated using methods well known in the art. Diagnostic techniques can also be performed directly in situ on tissue sections (fixed and / or frozen) of patient tissue obtained from biopsy or resection so that nucleic acid purification is not required. Nucleic acid reagents can be used as probes and / or primers for such in situ procedures (see, eg, Nuovo, PCR In Situ Hybridization: Protocols and Applications, Raven Press, NY (1992)). .
[0178]
The gene nucleotide sequence, either RNA or DNA, can be used in, for example, hybridization or amplification assays of biological samples to detect disease-related gene structure and expression. Such assays may include, but are not limited to, Southern or Northern analysis, restriction fragment length polymorphism assays, single stranded conformation polymorphism assays, in situ hybridization assays, and polymerase chain reaction assays. Such an analysis can reveal both quantitative aspects of the expression pattern of a gene, as well as qualitative aspects of gene expression and / or gene composition. That is, such aspects may include, for example, point mutations, insertions, deletions, chromosomal rearrangements, and / or activation or inactivation of gene expression.
[0179]
Preferred diagnostic methods for the detection of gene-specific nucleic acid molecules include, for example, one or more labeled nucleic acid reagents and nucleic acids obtained from the cell type or tissue being analyzed to a complementary sequence within the nucleic acid molecule of interest. Contacting and incubating under conditions favorable for specific annealing of these reagents. Preferably, these nucleic acid reagents are at least 9 to 30 nucleotides in length. After incubation, all unannealed nucleic acid is removed from the nucleic acid: fingerprint molecule hybrid. The presence of nucleic acids from the hybridized fingerprint tissue is then detected when such molecules are present. Using such a detection scheme, nucleic acids from the tissue or cell type of interest can be deposited on, for example, a solid support (eg, a membrane) or a plastic surface (eg, a surface on a microtiter plate or polystyrene beads). Can be immobilized. In this case, after incubation, the non-annealed labeled nucleic acid reagent is easily removed. Detection of the remaining annealed labeled nucleic acid reagent is accomplished using standard techniques well known to those skilled in the art.
[0180]
Alternative diagnostic methods for the detection of gene-specific nucleic acid molecules include, for example, PCR (experimental embodiment described in Mullis US Pat. No. 4,683,202 (1987)), ligase chain reaction (Barany, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 88: 189-93 (1991)), self sustained sequence replication (Guatelli et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 87: 874-78 (1990)), Transcription amplification system (Kwoh et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 86: 1173-77 (1989)), Qβ replicase (Lizardi et al., Bio / Technology, 6: 1197 (1988)), or any other. Increase nucleic acid Their amplification by the method followed, may include the detection of the amplified molecules using techniques well known to those skilled in the art. These detection schemes are particularly useful for the detection of nucleic acid molecules when such molecules are present in very small numbers.
[0181]
In one embodiment of such a detection scheme, a cDNA molecule is obtained from an RNA molecule of interest (eg, by reverse transcription of the RNA molecule into cDNA). Cell types or tissues from which such RNA can be isolated include any tissue in which a wild-type fingerprint gene is known to be expressed, including monocytes, endothelial cells, and / or smooth muscle, It is not limited to these. The sequence in the cDNA is then used as a template for a nucleic acid amplification reaction, such as a PCR amplification reaction. The nucleic acid reagent used as a synthesis initiation reagent (eg, primer) in the reverse transcription and nucleic acid amplification steps of this method can be selected from among the gene nucleic acid reagents described herein. The preferred length of such a nucleic acid reagent is at least 15 to 30 nucleotides. For detection of amplification products, nucleic acid amplification can be performed using radiolabeled or non-radiolabeled nucleotides. Alternatively, a fully amplified product can be produced, so that the product can be visualized by standard ethidium bromide staining or by using any other suitable nucleic acid staining method.
[0182]
Antibodies to wild-type or mutant gene peptides can also be used as disease diagnostics and prognostics. Such diagnostic methods can be used to detect abnormalities in the level of gene protein expression, or in the structure and / or tissue, intracellular, or subcellular location of the fingerprint gene protein. Structural differences can include, for example, differences in the size, electronegativity, or antigenicity of the mutant fingerprint gene protein relative to the normal fingerprint gene protein.
[0183]
Proteins obtained from the tissue or cell type to be analyzed can be readily detected or isolated using techniques well known to those of skill in the art, including but not limited to Western blot analysis. For a detailed description of methods for performing Western blot analysis, see, for example, Sambrook et al., (1989) supra, Chapter 18. Methods for detecting and isolating proteins used herein are also described, for example, in Harlow and Lane (Antibodies: A Laboratory Manual, Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring Harbor, New York (1988)). Method.
[0184]
Preferred diagnostic methods for the detection of wild-type or mutant gene peptide molecules can include, for example, immunoassays in which a fingerprint gene peptide is detected by interaction with an anti-fingerprint gene-specific peptide antibody.
[0185]
For example, an antibody, or antibody fragment, useful in the present invention can be used to quantitatively or qualitatively detect the presence of a wild-type or mutant gene peptide. This can be achieved, for example, by immunofluorescence techniques using fluorescently labeled antibodies (see below) in combination with light microscopy detection, flow cytometry detection, or fluorescence detection. Such a technique is particularly preferred when the fingerprint gene peptide is expressed on the cell surface.
[0186]
Antibodies (or fragments thereof) useful in the present invention can further be used histologically, such as in immunofluorescence or immunoelectron microscopy for in situ detection of fingerprint gene peptides. In situ detection can be accomplished by removing a histological specimen from a patient and applying the labeled antibody of the invention to the specimen. The antibody (or fragment) is preferably applied by overlaying the labeled antibody (or fragment) on a biological sample. Through the use of such a procedure, it is possible to determine not only the presence of the fingerprint gene peptide, but also its distribution in the tissue tested. Using the present invention, those of skill in the art will readily appreciate that any of a wide variety of histological methods (eg, staining procedures) can be modified to achieve such in situ detection.
[0187]
Immunoassays for wild-type, mutant or extended fingerprint gene peptides typically involve the detection of biological fluids, tissue extracts in the presence of a detectably labeled antibody capable of identifying the fingerprint gene peptide. Incubating a biological sample, such as freshly harvested cells or cells incubated in tissue culture, and detecting bound antibody by any of a number of techniques well known in the art. Process.
[0188]
The biological sample can be contacted with and immobilized on a solid support or carrier, such as nitrocellulose, or other solid support capable of immobilizing cells, cell particles or soluble proteins. The support can then be washed with a suitable buffer and subsequently treated using a detectably labeled gene-specific antibody. The solid support may then be washed a second time with a buffer to remove unbound antibody. The amount of bound label on the solid support can then be detected by conventional means.
[0189]
The term "solid support or carrier" is intended to include any support capable of binding an antigen or antibody. Well-known supports or carriers include glass, polystyrene, polypropylene, polyethylene, dextran, nylon, amylase, natural or modified cellulose, polyacrylamide, gabbro, magnetite. The nature of the carrier may be either soluble or insoluble for the purposes of the present invention. The support material can have virtually any possible structural arrangement, so long as the bound molecule can bind to the antigen or antibody. Thus, the arrangement of the supports may be spherical, such as beads, or cylindrical, such as the inner surface of a test tube or the outer surface of a rod. Alternatively, the surface can be flat, such as a sheet, test strip, and the like. Preferred supports include polystyrene beads. One skilled in the art will know many other suitable carriers for binding antibodies or antigens, or will be able to ascertain a suitable carrier using routine experimentation.
[0190]
The binding activity of a given lot of anti-wild-type or anti-mutant fingerprint gene peptide antibodies can be determined according to well-known methods. One of skill in the art can determine the operational and optimal assay conditions for each determination by using routine experimentation.
[0191]
One of the ways in which a gene peptide-specific antibody can be detectably labeled is by linking the antibody to an enzyme and using it in an enzyme immunoassay (EIA) (Voller, Ric Clin Lab, 8: 289-). 98 (1978) [“The Enzyme Linked Immunosorbent Assay (ELISA)”, Diagnostic Horizons 2: 1-7, 1978, Microbiological Associates, Colleges, Inc., Quarterly Publishing. -20 (1978); Butler, Meth. Enzymol., 73: 482-523 (1981); Maggio (eds.). Enzyme Immunoassay, CRC Press, Boca Raton, Fla (1980);. Ishikawa et al. (Eds.), Enzyme Immunoassay, Igaku-Shoin, Tokyo (1981)). The enzyme bound to the antibody can be combined with a suitable substrate (preferably a chromogenic substrate), for example, in a manner that produces a chemical moiety that can be detected by spectrophotometric, fluorometric, or visible means. react. Enzymes that can be used to detectably label the antibody include malate dehydrogenase, staphylococcal nuclease, delta-5-steroid isomerase, yeast alcohol dehydrogenase, α-glycerophosphate, dehydrogenase, triosephosphate isomerase, horseradish Examples include, but are not limited to, peroxidase, alkaline phosphatase, asparaginase, glucose oxidase, β-galactosidase, ribonuclease, urease, catalase, glucose-6-phosphate dehydrogenase, glucoamylase and acetylcholinesterase. Detection can be achieved by a colorimetric method that uses a chromogenic substrate for the enzyme. Detection can also be achieved by visual comparison of the extent of enzymatic reaction of the substrate to similarly prepared standards.
[0192]
Detection can also be achieved using any of a variety of other immunoassays. For example, by radiolabeling an antibody or antibody fragment, it is possible to detect wild type, mutant, or extended peptides of the fingerprint gene through the use of a radioimmunoassay (RIA) (eg, Weintraub, B. , Principles of Radioimmunoassays, Seventh Training Course on Radioligand Assay Technologies, The Endocrine Society, March, 1986). The radioisotope can be detected by such means as the use of a gamma counter or a scintillation counter, or by autoradiography.
[0193]
It is also possible to label the antibody with a fluorescent compound. When a fluorescently labeled antibody is exposed to light of the appropriate wavelength, its presence can be detected by fluorescence. Among the most commonly used fluorescently labeled compounds are fluorescein isothiocyanate, rhodamine, phycoerythrin, phycocyanin, allophycocyanin, o-phthalaldehyde and fluorescamine.
[0194]
Antibodies can also be detectably labeled using a fluorescent metal such as 152Eu, or others of the lanthanide series. These metals can be attached to antibodies using metal chelating groups such as diethylenetriaminepentaacetic acid (DTPA) or ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA).
[0195]
Antibodies can also be detectably labeled by binding to a chemiluminescent compound. The presence of the chemiluminescent-tagged antibody is then determined by detecting the presence of luminescence that occurs during the course of the chemical reaction. Examples of particularly useful chemiluminescent labeling compounds are luminol, isoluminol, theromatic acridinium esters, imidazoles, acridinium salts and oxalates.
[0196]
Similarly, bioluminescent compounds can be used to label the antibodies of the invention. Bioluminescence is a type of chemiluminescence found in biological systems where catalytic proteins increase the efficiency of the chemiluminescent reaction. The presence of a bioluminescent protein is determined by detecting the presence of luminescence. Important bioluminescent compounds for labeling purposes are luciferin, luciferase and aequorin.
[0197]
In this application, various publications, patents and published patent applications are referenced by way of identification. The disclosures of these publications, patents and published patent specifications referred to in this application are hereby incorporated by reference into the present disclosure to more fully describe the state of the art to which this invention pertains.
[0198]
The following examples are intended only to illustrate the invention and should not be construed as limiting the invention.
[0199]
(Example)
Example 1 Generation and Analysis of Mice Containing Anaphylatoxin C3a Receptor Gene Disruption
To investigate the role of the anaphylatoxin C3a receptor, disruptions in the anaphylatoxin C3a receptor gene were created by homologous recombination. Specifically, transgenic mice containing a disruption in the anaphylatoxin C3a receptor gene were generated. More specifically, as shown in FIGS. 2A-2B, an anaphylatoxin C3a receptor-specific targeting construct having the ability to disrupt or modify the anaphylatoxin C3a receptor gene (specifically, including SEQ ID NO: 1) is provided. Oligonucleotide sequences identified herein as SEQ ID NO: 3 or SEQ ID NO: 4 were generated using as targeting arms (homologous sequences) in this construct.
[0200]
This targeting construct was introduced into ES cells from the 129 / Sv- + P + Mgf-SLJ / J mouse subline to produce chimeric mice. F1 mice were generated by crossing with C57BL / 6 females, and F2 homozygous mutant mice were generated by crossing male and female F1 heterozygotes.
[0201]
Transgenic mice containing a disruption in the anaphylatoxin C3a receptor gene were analyzed for phenotypic changes and expression patterns. The phenotype associated with the disruption in the nuclear receptor gene was determined. Homozygous mice exhibited at least one of the following phenotypes:
Thymus. Abnormalities in the thymus of mutant mice, including thymus of reduced size and reduced weight compared to wild type mice. In particular, homozygous mice have smaller thymus at necropsy and reduced thymus weight and reduced thymus-to-weight ratio compared to wild-type mice, as shown in FIG. 3 and Table 1 below. Was reported:
[0202]
[Table 1]
Expression. Total RNA was isolated from organs or tissues from adult C57B1 / 6 wild type mice. RNA was DNaseI treated and reverse transcribed using random primers. The resulting cDNA was examined for the absence of genomic contamination using primers specific for non-transcribed genomic mouse DNA. The cDNA was averaged for concentration using HPRT primers. RNA transcripts are found in the cerebrum, cortex, subcortical area, cerebellum, brainstem, olfactory bulb, spinal cord, eye, Halder gland, heart, lung, liver, pancreas, kidney, spleen, thymus, lymph nodes, bone marrow, skin, bladder, and lower Detectable in pituitary, adrenal gland, salivary gland, skeletal muscle, tongue, stomach, small intestine, large intestine, cecum, testis, epididymis, seminal vesicle, coagulating gland, prostate, ovary, uterus and adipose tissue Met. RNA transcripts were not detectable in the gallbladder.
[0203]
(behavior)
For behavioral studies, homozygous mice were generated as follows:
The targeting construct described above is introduced into ES cells from the 129 / SvEv mouse subline to create chimeric mice. F1N0 mice were generated by crossing with C57BL / 6 females. F2N0 homozygous mutant mice were generated by crossing male and female F1 heterozygotes. F1N0 heterozygotes were backcrossed to C57BL / 6 mice to create F1N1 heterozygotes. F2N1 homozygous mice were generated by crossing male and female F1N1 heterozygotes.
[0204]
Homozygous mice exhibited the following behavioral phenotype:
Homozygous mice required significantly lower doses of metrazol to elicit a characteristic seizure-like response (showing increased sensitivity to seizures). Homozygous mutants also showed significantly reduced PPI with a pre-pulse of 90 dB, indicating a stimulatory deficiency similar to that observed in schizophrenic patients.
[0205]
(Example 2: Generation and analysis of mouse containing 5-HT5A gene disruption)
To investigate the role of the 5-HT5A gene, a disruption in the 5-HT5A gene was generated by homologous recombination. Specifically, transgenic mice containing a disruption in the 5-HT5A gene were generated. More specifically, as shown in FIGS. 5A-5B, a 5-HT5A-specific targeting construct capable of disrupting or modifying the 5-HT5A gene (including SEQ ID NO. An oligonucleotide sequence identified herein as SEQ ID NO: 7 or SEQ ID NO: 8 was generated using this targeting arm (homologous sequence) in this construct.
[0206]
This targeting construct was introduced into ES cells from the 129 / Sv- + P + Mgf-SLJ / J mouse subline to produce chimeric mice. F1 mice were generated by crossing with C57BL / 6 females, and F2 homozygous mutant mice were generated by crossing male and female F1 heterozygotes.
[0207]
Transgenic mice containing a disruption in the 5-HT5A gene were analyzed for phenotypic changes and expression patterns.
[0208]
Expression. LacZ (β-galactosidase) expression was detectable in brain and esophagus. In the brain, staining was limited to the cerebellum with Purkinje cells and the nucleus of the granular layer showing expression. In wholemount staining, lacZ expression was detectable only in the cerebellum. Coronal sections of the cerebellum revealed that the X-Gal signal was restricted to the Purkinje cell layer. In addition, another nucleus adjacent to Purkinje cells showed staining. Strong X-gal signals were also present in squamous epithelial cells.
[0209]
Example 3 Generation and Analysis of Mice Containing Chordin Gene Disruption
To investigate the role of cordin, disruptions in the cordin gene were created by homologous recombination. Specifically, transgenic mice containing a disruption in the cordin gene were generated. More specifically, as shown in FIGS. 5A-5B, a cordin-specific targeting construct capable of disrupting or modifying a cordin gene (including SEQ ID NO: 9 in particular) is herein described. An oligonucleotide sequence identified as SEQ ID NO: 11 or SEQ ID NO: 12 was generated using as a targeting arm (homologous sequence) in this construct.
[0210]
This targeting construct was introduced into ES cells from the 129 / Sv- + P + Mgf-SLJ / J mouse subline to produce chimeric mice. F1 mice were generated by crossing with C57BL / 6 females, and F2 homozygous mutant mice were generated by crossing male and female F1 heterozygotes.
[0211]
Transgenic mice containing a disruption in the cordin gene were analyzed for phenotypic changes and expression patterns. The phenotype associated with the disruption in the cordin gene was determined. Homozygous mice exhibited at least one of the following phenotypes: abnormal pain, reduced response to pain and anxiety.
[0212]
Expression. Total RNA was isolated from organs or tissues from adult C57B1 / 6 wild type mice. RNA was DNaseI treated and reverse transcribed using random primers. The resulting cDNA was examined for the absence of genomic contamination using primers specific for non-transcribed genomic mouse DNA. The cDNA was averaged for concentration using HPRT primers. RNA transcripts are found in the cerebrum, cortex, subcortical area, cerebellum, brain stem, eye, heart, lung, liver, pancreas, kidney, skin, gallbladder, bladder, pituitary, adrenal gland, salivary gland, tongue, stomach, colon, cecum, It was detectable in testis, epididymis, seminal vesicles, coagulation gland, prostate, ovary, and uterus.
[0213]
(behavior)
For behavioral studies, homozygous mice were generated as follows:
The targeting construct described above was introduced into ES cells from the 129 / SvEv mouse subline to generate chimeric mice. F1N0 mice were generated by crossing with C57BL / 6 females. F2N0 homozygous mutant mice were generated by crossing male and female F1 heterozygotes. F1N0 heterozygotes were backcrossed to C57BL / 6 mice to create F1N1 heterozygotes. F2N1 homozygous mice were generated by crossing male and female F1N1 heterozygotes.
[0214]
Homozygous mice exhibited the following behavioral phenotype:
F2N0 homozygous mutant mice showed a statistically significant increase in their response latency to the hot plate test compared to wild type animals. Homozygous mice showed a statistically significant increase in the amount of time to hind foot licking when placed on a 55 ° C. hot plate when compared to F2N0 wild type mice. However, N1 generation animals did not show any differences. This test was used to indicate a noxious disorder (ie, a reduced pain response).
[0215]
Homozygous mutant animals from both the N0 and N1 generations tended to spend more time in the central region of the open field test chamber. This test may indicate an anxiety disorder.
[0216]
(Example 4: Generation and analysis of mouse containing RORγ gene disruption)
To investigate the role of RORγ, disruptions in the RORγ gene were created by homologous recombination. Specifically, transgenic mice containing a disruption in the RORγ gene were generated. More specifically, as shown in FIGS. 9A-9B, a RORγ-specific targeting construct capable of disrupting or modifying the RORγ gene (including SEQ ID NO: 13 in particular) is herein described. The oligonucleotide sequence identified as SEQ ID NO: 15 or SEQ ID NO: 16 was generated using the targeting arm (homologous sequence) in this construct.
[0219]
This targeting construct was introduced into ES cells from the 129 / Sv- + P + Mgf-SLJ / J mouse subline to produce chimeric mice. F1 mice were generated by crossing with C57BL / 6 females, and F2 homozygous mutant mice were generated by crossing male and female F1 heterozygotes.
[0218]
Transgenic mice containing a disruption in the RORγ gene were analyzed for phenotypic changes and expression patterns. The phenotype associated with the disruption in the nuclear receptor gene was determined. Homozygous mice exhibited at least one of the following phenotypes:
Lymph nodes. Lymph nodes were absent in all female homozygous mice. In addition, gastrointestinal-associated lymphoid tissue (GALT) was absent in routine sections of intestine from all homozygous mutants.
[0219]
lymphocytes. Compared to wild-type mice, minimal to moderate lymphocyte accumulation was present in various tissues (liver, lung, pancreas, salivary gland and thyroid) in mutant mice. Homozygous mutant mice had multiple organs with lymphoid invasion consistent with lymphoma. This invasion varies from moderate to severe and can involve any organ system. These cells had an increased mitotic rate and frequent apoptosis. Complications tend to be most severe in the spleen and thymus. Other organs involved include: liver, gallbladder, lung, kidney, bladder, heart, aorta, bone, bone marrow, pituitary, adrenal gland, thymus, brain and spinal cord (meninges), pancreas, stomach, Small and large intestine, larynx, trachea, esophagus, tongue, skeletal muscle, testis, epididymis, bladder, seminal vesicles, eyes and Halder glands.
[0220]
Two clinically ill homozygous females (20774 and 20299) and two clinically ill homozygous males (19922 and 20294) had greatly elevated total lymphocyte prevalence. It had a white blood cell count. In one leukemic female 20774, lymphocytes were immature (blastic). This is consistent with the leukemia stage of lymphoma. Affected mouse homozygotes showed signs of the disease, including poor grooming and reduced function. This mouse had increased thoracic and abdominal dimensions, hepatosplenomegaly, enlarged thymus, and ascites; they were weak, strabismus-like, rounded, cachectic, lethargic, And he had trouble breathing.
[0221]
spleen. As shown in Table 2 below and in FIG. 10, abnormalities in the spleen were detected in all homozygous mutants, including increased body weight and increased spleen: body weight ratio compared to wild-type mice. These averaged 0.41% of wild-type control females against 0.61% of homozygous females and 0.52% of wild-type control females against homozygous mutant males. It was 0.26 percent of the male. The spleen weight and spleen: body weight ratio from day 68 to 189 were about 5-fold greater than in wild-type mice.
[0222]
Splenic lymphoid vesicles were expanded by an increased number of lymphocytes (hyperplasia) in the germinal center and at the marginal area of vesicles in homozygous mice.
[0223]
[Table 2]
liver. In the mutant mice, abnormalities in the liver were detected, including increased size, weight, and discoloration compared to wild-type mice. Liver weight and liver: body ratio were about 2-fold greater than in wild-type control mice (Table 2 and FIG. 11).
[0224]
kidney. Abnormalities in the kidney were detected in mutant mice, including increased size, weight, and discoloration compared to wild-type mice. The kidney: body weight ratio was about 1.5 times greater than in wild-type control mice (Table 2 and FIG. 12).
[0225]
Thymus. Abnormalities in the thymus were detected. Thymus weight and thymus: body weight ratio were about 10-30 fold greater than in wild type control mice (Table 1 and FIG. 13). There was moderate thymus atrophy with reduced cortical features. In addition, thymic cortical enlargement (hyperplasia) and associated medullary hypoplasia (atrophy) were observed in all homozygous mice. Thymic cortical lymphocytes were hyperplastic with increased mitotic activity and apoptosis.
[0226]
Bone and bone marrow. Abnormalities in bone and bone marrow were detected between days 68-189. The bone marrow was pale and the bone was brittle with white mass attached.
[0227]
body weight. The weight of male homozygous mice was approximately 60% of the weight of wild-type control mice. There was no difference in body weight between wild type control mice versus female homozygous mutant mice. Overall observations were incomplete for some mice.
[0228]
Serum chemistry. Clinically diseased homozygous mice had elevated levels of various analytes when compared to wild-type mice. A number of liver-related analytes were evaluated, including: alanine aminotransferase (ALP) in all four males and two of the three females; bilirubin in two males; and alkaline in one male Phosphatase (ALP). Aspartate aminotransferase, another liver-related analyte, was elevated in four males and two females. These various elevations are consistent with liver tumor cell infiltration. Cardiac tumor cell infiltration could also contribute to ALT elevation. Kidney-related analytes also rose. Three males had elevated blood urea nitrogen (BUN) and phosphate levels. This is probably related to tumor cell infiltration of the kidney and / or kidney.
[0229]
Expression. Total RNA was isolated from organs or tissues from adult C57B1 / 6 wild type mice. RNA was DNaseI treated and reverse transcribed using random primers. The resulting cDNA was examined for the absence of genomic contamination using primers specific for non-transcribed genomic mouse DNA. The cDNA was averaged for concentration using HPRT primers. RNA transcripts are found in the cerebellum, olfactory bulb, eye, heart, lung, liver, pancreas, kidney, thymus, lymph nodes, skin, gallbladder, bladder, pituitary, adrenal gland, salivary gland, skeletal muscle, tongue, stomach, small intestine, large intestine, It was detectable in the cecum, testis, epididymis, seminal vesicles, coagulation gland, prostate, ovary, and uterus.
[0230]
Example 5 Generation and Analysis of Mice Containing BMP Gene Disruption
To investigate the role of BMP, disruptions in the BMP gene were created by homologous recombination. Specifically, transgenic mice containing a disruption in the BMP gene were generated. More specifically, as shown in FIGS. 15A-15B, a BMP-specific targeting construct capable of disrupting or altering a BMP gene (including SEQ ID NO: 17 in particular) was identified herein as An oligonucleotide sequence identified as SEQ ID NO: 19 or SEQ ID NO: 20 was generated in this construct using as a targeting arm (homologous sequence).
[0231]
This targeting construct was introduced into ES cells from the 129 / Sv- + P + Mgf-SLJ / J mouse subline to produce chimeric mice. F1 mice were generated by crossing with C57BL / 6 females, and F2 homozygous mutant mice were generated by crossing male and female F1 heterozygotes.
[0232]
Transgenic mice containing a disruption in the BMP gene were analyzed for phenotypic changes. The phenotype associated with the disruption in the nuclear receptor gene was determined. Homozygous mice exhibited at least one of the following phenotypes:
1) Unusual tail:
On day 49, 5 (2 females (10796, 10799) and 3 males (10829, 9) of the 9 homozygous mice examined when compared to age- and gender-matched wild-type control mice. 19478, 19479)) had an abnormal tail.
[0233]
On day 300 (actually 303-450 days of age), one male (10827) of the 9 homozygous mutant mice had an abnormal tail when compared to age- and gender-matched wild-type control mice. did.
[0234]
2) Weight:
Males and females at 49, 90, 180, and 300 days of age, homozygous mutants that tend to lose weight.
[0235]
Male and female homozygous mutants at 49, 90, 180, and 300 days of age tending to have a low weight / length ratio.
[0236]
3) Short length:
Male and female homozygous mutants at 49, 90, 180, and 300 days of age.
[0237]
More specifically, when compared to age (49, 90, 180, and 300 days of age) and gender-matched wild-type control mice, homozygous mutant mice at all time points had all three parameters (body weight) , Body length, and weight / body length ratio). In general, the differences between homozygous mutants and matched wild-type control mice were greater for males than for females. Body weight and weight / length ratio decreased for homozygous mutant males after 180 days of age. For each of the three parameters, the magnitude of the difference between the wild-type control male and the homozygous mutant male was greatest at 300 days of age.
[0238]
Example 6 Generation and Analysis of Mice Containing Airway Trypsin-Like Protease Gene Disruption
To investigate the role of airway trypsin-like protease, disruptions in the airway trypsin-like protease gene were created by homologous recombination. Specifically, transgenic mice containing a disruption in the airway trypsin-like protease gene were generated. More specifically, as shown in FIGS. 17A-17B, an airway trypsin-like protease-specific targeting construct that has the ability to disrupt or modify the airway trypsin-like protease gene (including SEQ ID NO: 21 in particular). The oligonucleotide sequence identified herein as SEQ ID NO: 22 or SEQ ID NO: 24 was generated using this targeting arm (homologous sequence) in this construct.
[0239]
This targeting construct was introduced into ES cells from the 129 / Sv- + P + Mgf-SLJ / J mouse subline to produce chimeric mice. F1 mice were generated by crossing with C57BL / 6 females, and F2 homozygous mutant mice were generated by crossing male and female F1 heterozygotes. Transgenic mice containing a disruption in the airway trypsin-like protease gene were analyzed for phenotypic changes.
[0240]
Example 7 Generation and Analysis of Mice Containing Aquaporin-8 Gene Disruption
To investigate the role of the aquaporin-8 gene, disruptions in the aquaporin-8 gene were created by homologous recombination. Specifically, transgenic mice containing a disruption in the aquaporin-8 gene were generated. More specifically, as shown in FIGS. 19A-B, an aquaporin-8 specific targeting construct capable of disrupting or altering the aquaporin-8 gene (specifically, including SEQ ID NO: 25) is described in the present invention. An oligonucleotide sequence identified herein as SEQ ID NO: 27 or SEQ ID NO: 28 was generated using this targeting arm (homologous sequence) in this construct.
[0241]
This targeting construct was introduced into ES cells from the 129 / Sv- + P + Mgf-SLJ / J mouse subline to produce chimeric mice. F1 mice were generated by crossing with C57BL / 6 females, and F2 homozygous mutant mice were generated by crossing male and female F1 heterozygotes.
[0242]
Transgenic mice containing a disruption in the aquaporin-8 gene were analyzed for phenotypic changes and expression patterns. The phenotype associated with the disruption in the nuclear receptor gene was determined. Homozygous mice exhibited at least one of the following phenotypes:
body weight. Homozygous mutant males tend to be heavier than wild-type control mice after 90 days of age.
[0243]
Expression. Total RNA was isolated from organs or tissues from adult C57B1 / 6 wild type mice. RNA was DNaseI treated and reverse transcribed using random primers. The resulting cDNA was examined for the absence of genomic contamination using primers specific for non-transcribed genomic mouse DNA. The cDNA was averaged for concentration using HPRT primers. RNA transcripts were detectable in eyes, liver, pancreas, thymus, gallbladder, stomach, large intestine, cecum, testis, seminal vesicle, ovary, and uterus.
[0244]
As will be apparent to those skilled in the art, various modifications of the above embodiments may be made without departing from the spirit and scope of the invention. These modifications and variations are within the scope of the present invention.
[Brief description of the drawings]
FIG.
FIG. 1 shows the polynucleotide sequence of the orphan anaphylatoxin C3a receptor (SEQ ID NO: 1). FIG. 1 also shows the amino acid sequence of the anaphylatoxin C3a receptor (SEQ ID NO: 2).
FIG. 2A
FIG. 2A shows the design of a targeting construct used to disrupt the anaphylatoxin C3a receptor gene.
FIG. 2B
FIG. 2B shows the design of a targeting construct used to disrupt the anaphylatoxin C3a receptor gene. FIG. 2B also shows the sequences identified as SEQ ID NO: 3 and SEQ ID NO: 4, which were used as targeting arms (homologous sequences) in the anaphylatoxin C3a receptor targeting construct.
FIG. 3
FIG. 3 shows a graph of thymus weight and body weight ratios for wild-type and heterozygous and homozygous mice with disruptions in the anaphylatoxin C3a receptor gene.
FIG. 4
FIG. 4 shows the polynucleotide sequence of the 5-HT5A gene (SEQ ID NO: 5). FIG. 4 also shows the amino acid sequence for the 5-HT5A gene (SEQ ID NO: 6).
FIG. 5A
FIG. 5A shows the design of a targeting construct used to disrupt the 5-HT5A gene.
FIG. 5B
FIG. 5B shows the design of a targeting construct used to disrupt the 5-HT5A gene. FIG. 5B also shows the sequences identified as SEQ ID NO: 7 and SEQ ID NO: 8, which were used as targeting arms (homologous sequences) in the 5-HT5A targeting construct.
FIG. 6
FIG. 6 shows the polynucleotide sequence of orphan cordin (SEQ ID NO: 9). FIG. 6 also shows the amino acid sequence of the cordin polypeptide (SEQ ID NO: 10).
FIG. 7A
FIG. 7A shows the design of a targeting construct used to disrupt the cordin gene.
FIG. 7B
FIG. 7B shows the design of the targeting construct used to disrupt the cordin gene. FIG. 7B also shows the sequences identified as SEQ ID NO: 11 and SEQ ID NO: 12, which were used as targeting arms (homologous sequences) in the cordin targeting construct.
FIG. 8
FIG. 8 shows the polynucleotide sequence of orphan RORγ (SEQ ID NO: 13). FIG. 8 also shows the amino acid sequence of RORγ (SEQ ID NO: 14).
FIG. 9A
FIG. 9A shows the design of a targeting construct used to disrupt the RORγ gene.
FIG. 9B
FIG. 9B shows the design of a targeting construct used to disrupt the RORγ gene. FIG. 9B also shows the sequences identified as SEQ ID NO: 15 and SEQ ID NO: 16, which were used as targeting arms (homologous sequences) in the RORγ targeting construct.
FIG. 10
FIG. 10 shows a graph of spleen weight and body weight ratios for wild-type and heterozygous and homozygous mice with disruptions in the RORγ gene.
FIG. 11
FIG. 11 shows graphs for liver weight and body weight ratios of wild-type mice and heterozygous and homozygous mice with disruption.
FIG.
FIG. 12 shows a graph for the ratio of kidney weight and body weight of wild-type and heterozygous and homozygous mice with a disruption in the RORγ gene.
FIG. 13
FIG. 13 shows a graph of thymus weight and body weight ratios for wild-type and heterozygous and homozygous mice with disruptions in the RORγ gene.
FIG. 14
FIG. 14 shows the polynucleotide sequence of the BMP gene (SEQ ID NO: 17). FIG. 14 also shows the amino acid sequence of the BMP polypeptide (SEQ ID NO: 18).
FIG. 15A
FIG. 15A shows the design of a targeting construct used to disrupt the BMP gene.
FIG. 15B
FIG. 15B shows the design of the targeting construct used to disrupt the BMP gene. FIG. 15B also shows the sequences identified as SEQ ID NO: 19 and SEQ ID NO: 20 that were used as targeting arms (homologous sequences) in the BMP targeting construct.
FIG.
FIG. 16 shows the polynucleotide sequence of the orphan airway trypsin-like protease (SEQ ID NO: 21). FIG. 16 also shows the amino acid sequence of this airway trypsin-like protease (SEQ ID NO: 22).
FIG. 17A
FIG. 17A shows the design of a targeting construct used to disrupt the airway trypsin-like protease gene.
FIG. 17B
FIG. 17B shows the design of a targeting construct used to disrupt the airway trypsin-like protease gene. FIG. 17B also shows the sequences identified as SEQ ID NO: 23 and SEQ ID NO: 24, which were used as targeting arms (homologous sequences) in the airway trypsin-like protease targeting construct.
FIG.
FIG. 18 shows the polynucleotide sequence of Aquaporin 8 (SEQ ID NO: 25). FIG. 18 also shows the amino acid sequence of aquaporin 8 (SEQ ID NO: 26).
FIG. 19A
FIG. 19A shows the design of a targeting construct used to disrupt the aquaporin 8 gene.
FIG. 19B
FIG. 19B shows the design of a targeting construct used to disrupt the aquaporin 8 gene. FIG. 19B also shows the sequences identified as SEQ ID NO: 27 and SEQ ID NO: 28 that were used as targeting arms (homologous sequences) in the Aquaporin 8 targeting construct.
Claims (91)
(a)標的遺伝子に相同な第1のポリヌクレオチド配列;
(b)該標的遺伝子に相同な第2のポリヌクレオチド配列;および
(c)選択可能なマーカー
を含む、標的化構築物。A targeting construct, comprising:
(A) a first polynucleotide sequence homologous to the target gene;
A targeting construct comprising: (b) a second polynucleotide sequence homologous to the target gene; and (c) a selectable marker.
(a)標的遺伝子に相同な第1のポリヌクレオチド配列を得る工程;
(b)該標的遺伝子に相同な第2のポリヌクレオチド配列を得る工程;
(c)選択可能なマーカーを含むベクターを提供する工程;および
(d)該ベクターに該第1の配列および該第2の配列を挿入して、該標的化構築物を産生する工程
を包含する、方法。A method for producing a targeting construct for a target gene, the method comprising:
(A) obtaining a first polynucleotide sequence homologous to the target gene;
(B) obtaining a second polynucleotide sequence homologous to the target gene;
(C) providing a vector comprising a selectable marker; and (d) inserting the first sequence and the second sequence into the vector to produce the targeting construct. Method.
(a)標的遺伝子の第1の領域に相同な第1の配列および標的遺伝子の第2の領域に相同な第2の配列を含むポリヌクレオチドを提供する工程;ならびに
(b)該第1の配列と該第2の配列との間に陽性選択マーカーを挿入して、標的化構築物を形成する工程
を包含する、方法。A method for producing a targeting construct for a target gene, the method comprising:
(A) providing a polynucleotide comprising a first sequence homologous to a first region of the target gene and a second sequence homologous to a second region of the target gene; and (b) the first sequence. Inserting a positive selectable marker between and a second sequence to form a targeting construct.
(a)請求項1に記載の標的化構築物を細胞に導入する工程;
(b)前記細胞を胚盤胞に導入する工程;
(c)前記得られた胚盤胞を偽妊娠マウスに移植する工程であって、該偽妊娠マウスが、キメラマウスを産む、工程;および
(d)該キメラマウスを繁殖させて、トランスジェニックマウスを産生する工程
を包含する、方法。A method for producing a transgenic mouse comprising a disruption in a target gene, comprising:
(A) introducing the targeting construct of claim 1 into a cell;
(B) introducing the cells into blastocysts;
(C) transplanting the obtained blastocyst into a pseudopregnant mouse, wherein the pseudopregnant mouse produces a chimeric mouse; and (d) breeding the chimeric mouse to obtain a transgenic mouse A method comprising producing
(a)該標的遺伝子中に破壊を含む非ヒトトランスジェニック動物を提供する工程;
(b)薬剤を、該非ヒトトランスジェニック動物に投与する工程;および
(c)該非ヒトトランスジェニック動物における該破壊された標的遺伝子の発現が調節されるか否かを決定する工程
を包含する、方法。A method for identifying an agent that modulates expression of a target gene, the method comprising:
(A) providing a non-human transgenic animal containing a disruption in the target gene;
(B) administering an agent to the non-human transgenic animal; and (c) determining whether expression of the disrupted target gene in the non-human transgenic animal is modulated. .
(a)該標的遺伝子中に破壊を含む非ヒトトランスジェニック動物を提供する工程;
(b)薬剤を、非ヒトトランスジェニック動物に投与する工程;および
(c)非ヒトトランスジェニック動物における該破壊された標的遺伝子の機能が調節されるか否かを決定する工程
を包含する、方法。A method for identifying an agent that modulates the function of a target gene, the method comprising:
(A) providing a non-human transgenic animal containing a disruption in the target gene;
(B) administering an agent to the non-human transgenic animal; and (c) determining whether the function of the disrupted target gene in the non-human transgenic animal is modulated. .
(a)標的遺伝子中に破壊を含む細胞を提供する工程;
(b)該細胞を薬剤と接触させる工程;および
(c)該標的遺伝子の発現が調節されるか否かを決定する工程
を包含する、方法。A method for identifying an agent that modulates expression of a target gene, the method comprising:
(A) providing a cell containing a disruption in the target gene;
(B) contacting the cell with an agent; and (c) determining whether the expression of the target gene is modulated.
(a)標的遺伝子中に破壊を含む細胞を提供する工程;
(b)該細胞を薬剤と接触させる工程;および
(c)該標的遺伝子の機能が調節されるか否かを決定する工程
を包含する、方法。A method for identifying an agent that modulates the function of a target gene, the method comprising:
(A) providing a cell containing a disruption in the target gene;
(B) contacting the cell with an agent; and (c) determining whether the function of the target gene is modulated.
(a)アナフィラトキシンC3aレセプター遺伝子標的化構築物を、細胞に導入する工程;
(b)該細胞を胚盤胞に導入する工程;
(c)該得られた胚盤胞を偽妊娠マウスに移植する工程であって、ここで該偽妊娠マウスが、キメラマウスを産む、工程;および
(d)該キメラマウスを繁殖させて、アナフィラトキシンC3aレセプター遺伝子中に破壊を含むトランスジェニックマウスを産生する工程
を包含する、方法。A method for producing a transgenic mouse comprising a disruption in the anaphylatoxin C3a receptor gene, wherein said transgenic mouse has at least the following phenotype: thymic abnormalities, increased susceptibility to seizures, or stimulatory processing defects. Show one, where the method comprises:
(A) introducing an anaphylatoxin C3a receptor gene targeting construct into a cell;
(B) introducing the cells into blastocysts;
(C) transplanting the obtained blastocyst into a pseudopregnant mouse, wherein the pseudopregnant mouse produces a chimeric mouse; and (d) breeding the chimeric mouse to anaphylaxis. Producing a transgenic mouse containing a disruption in the toxin C3a receptor gene.
(a)薬剤をアナフィラトキシンC3aレセプター遺伝子中に破壊を含むトランスジェニックマウスに投与する工程;および
(b)該薬剤が、以下の表現型:胸腺の異常、発作に対する増大した感受性または刺激プロセシング欠損の少なくとも1つを改善するか否かを決定する工程:を包含する、方法。A method for identifying an agent that ameliorates a phenotype associated with a disruption in an anaphylatoxin C3a receptor gene, the method comprising:
(A) administering the drug to a transgenic mouse that contains a disruption in the anaphylatoxin C3a receptor gene; and (b) the drug has the following phenotype: thymic abnormalities, increased susceptibility to seizures, or lack of stimulus processing. Deciding whether to improve at least one.
(a)薬剤をアナフィラトキシンC3aレセプター遺伝子中に破壊を含むトランスジェニックマウスに投与する工程;および
(b)該薬剤が、該トランスジェニックマウスにおけるアナフィラトキシンC3aレセプター発現を調節しているか否かを決定する工程であって、ここで該薬剤が、以下の挙動:発作に対する感受性および刺激プロセシングの少なくとも1つに対する効果を有する、工程
を包含する、方法。A method for identifying an agent that modulates anaphylatoxin C3a receptor expression, comprising:
(A) administering the agent to a transgenic mouse that contains a disruption in the anaphylatoxin C3a receptor gene; and (b) determining whether the agent modulates anaphylatoxin C3a receptor expression in the transgenic mouse. Wherein the agent has an effect on at least one of the following behaviors: susceptibility to stroke and stimulus processing.
(a)薬剤をアナフィラトキシンC3aレセプター遺伝子中に破壊を含むトランスジェニックマウスに投与する工程;および
(b)該薬剤が、以下の挙動:発作に対する感受性および刺激プロセシングの少なくとも1つを調節するか否かを決定する工程:
を包含する、方法。A method for identifying an agent that modulates a behavior associated with disruption in an anaphylatoxin C3a receptor gene, the method comprising:
(A) administering the agent to a transgenic mouse that contains a disruption in the anaphylatoxin C3a receptor gene; and (b) whether the agent modulates at least one of the following behaviors: susceptibility to stroke and stimulus processing. Steps to determine:
A method comprising:
(a)アナフィラトキシンC3aレセプター遺伝子中に破壊を含む細胞を提供する工程;
(b)該細胞を薬剤と接触させる工程;および
(c)該薬剤が、アナフィラトキシンC3aレセプター遺伝子機能を調節する否かを決定する工程であって、ここで該薬剤が、アナフィラトキシンC3aレセプター遺伝子中の破壊に関連する表現型を調節する、工程
を包含する、方法。A method for identifying an agent that modulates anaphylatoxin C3a receptor gene function, comprising:
(A) providing a cell containing a disruption in the anaphylatoxin C3a receptor gene;
(B) contacting the cells with an agent; and (c) determining whether the agent modulates anaphylatoxin C3a receptor gene function, wherein the agent comprises an anaphylatoxin C3a receptor gene. Modulating the phenotype associated with disruption in the method.
(a)コルディン遺伝子標的化構築物を細胞に導入する工程;
(b)該細胞を胚盤胞に導入する工程;
(c)該得られた胚盤胞を偽妊娠マウスに移植する工程であって、ここで該偽妊娠マウスが、キメラマウスを産む、工程;および
(d)該キメラマウスを繁殖させて、コルディン遺伝子中に破壊を含む該トランスジェニックマウスを産生する工程
を包含する、方法。A method for producing a transgenic mouse comprising a disruption in the cordin gene, wherein said transgenic mouse exhibits at least one of the following phenotypes: nociceptive disorder and anxiety disorder, comprising:
(A) introducing the cordin gene targeting construct into cells;
(B) introducing the cells into blastocysts;
(C) transplanting the obtained blastocyst into a pseudopregnant mouse, wherein the pseudopregnant mouse lays a chimeric mouse; and (d) breeding the chimeric mouse, Producing the transgenic mouse containing a disruption in the gene.
(a)薬剤をコルディン遺伝子中に破壊を含むトランスジェニックマウスに投与する工程;および
(b)該薬剤が、以下の表現型:侵害受容障害および不安障害の少なくとも1つを改善するか否かを決定する工程
を包含する、方法。A method for identifying an agent that ameliorates a phenotype associated with a disruption in the cordin gene, comprising:
(A) administering the agent to a transgenic mouse containing a disruption in the cordin gene; and (b) determining whether the agent improves at least one of the following phenotypes: nociceptive disorder and anxiety disorder A method comprising the step of determining.
(a)薬剤を、コルディン遺伝子中に破壊を含むトランスジェニックマウスに投与する工程;および
(b)該薬剤が、トランスジェニックマウスにおけるコルディン発現を調節するか否かを決定する工程であって、ここで該薬剤が、以下の挙動:疼痛および不安への応答の少なくとも1つに対する効果を有する、工程
を包含する、方法。A method for identifying an agent that modulates cordin expression, comprising:
(A) administering the agent to a transgenic mouse containing a disruption in the cordin gene; and (b) determining whether the agent modulates cordin expression in the transgenic mouse, comprising: Wherein the agent has an effect on at least one of the following behaviors: response to pain and anxiety.
(a)薬剤を、コルディン遺伝子中に破壊を含むトランスジェニックマウスに投与する工程;および
(b)該薬剤が、トランスジェニックマウスの共調および平衡を調節するか否かを決定する工程
を包含する、方法。A method for identifying an agent that modulates a behavior associated with a disruption in the cordin gene, comprising:
(A) administering the drug to a transgenic mouse that contains a disruption in the cordin gene; and (b) determining whether the drug modulates coordination and equilibrium in the transgenic mouse. ,Method.
(a)コルディン遺伝子中に破壊を含む細胞を提供する工程;
(b)該細胞を薬剤と接触させる工程;および
(c)該薬剤が、コルディン遺伝子機能を調節するか否かを決定する工程であって、ここで該薬剤が、コルディン遺伝子中の破壊に関連する表現型を調節する、工程
を包含する、方法。A method for identifying an agent that modulates cordin gene function, comprising:
(A) providing a cell containing a disruption in the cordin gene;
(B) contacting the cells with an agent; and (c) determining whether the agent modulates cordin gene function, wherein the agent is associated with a disruption in the cordin gene. Modulating the phenotype of the cells.
(a)RORγ遺伝子標的化構築物を細胞に導入する工程;
(b)該細胞を胚盤胞に導入する工程;
(c)該得られた胚盤胞を偽妊娠マウスに移植する工程であって、ここで該偽妊娠マウスが、キメラマウスを産む、工程;および
(d)キメラマウスを繁殖させて、RORγ遺伝子中に破壊を含むトランスジェニックマウスを産生する工程
を包含する、方法。A method for producing a transgenic mouse containing a disruption in the RORγ gene, wherein the transgenic mouse has the following phenotypes: spleen abnormality, kidney abnormality, spleen abnormality, liver abnormality, thymus abnormality, lymph node At least one of the following: abnormalities in lymphocytes, abnormalities in lymphocytes, abnormalities in bone marrow, or abnormalities in bones.
(A) introducing a RORγ gene targeting construct into a cell;
(B) introducing the cells into blastocysts;
(C) transplanting the obtained blastocyst into a pseudopregnant mouse, wherein the pseudopregnant mouse gives birth to a chimeric mouse; and (d) breeding the chimeric mouse to obtain a RORγ gene. Producing a transgenic mouse containing a disruption therein.
(a)薬剤を、RORγ遺伝子中に破壊を有するトランスジェニックマウスに投与する工程;および
(b)該薬剤が、以下の表現型:脾臓異常、腎臓異常、脾臓異常、肝臓異常、胸腺の異常、リンパ節における異常、リンパ球における異常、骨髄における異常または骨における異常の少なくとも1つを改善するか否かを決定する工程
を包含する、方法。A method for identifying an agent that ameliorates a phenotype associated with a disruption in the RORγ gene, comprising:
(A) administering the drug to a transgenic mouse having a disruption in the RORγ gene; and (b) the drug having the following phenotype: spleen abnormality, kidney abnormality, spleen abnormality, liver abnormality, thymic abnormality, Deciding whether to ameliorate at least one of an abnormality in a lymph node, an abnormality in lymphocytes, an abnormality in bone marrow, or an abnormality in bone.
(a)薬剤を、RORγ遺伝子中に破壊を含むトランスジェニックマウスに投与する工程;および
(b)該薬剤が、以下の表現型:上昇した血清アラニンアミノトランスフェラーゼ、上昇した血清アルカリホスファターゼ、上昇した血清アスパラギン酸トランスフェラーゼ、上昇した血中尿素窒素および上昇した血中リンの少なくとも1つを改善するか否かを決定する工程
を包含する、方法。A method for identifying an agent that ameliorates a phenotype associated with a disruption in the RORγ gene, comprising:
(A) administering the drug to a transgenic mouse containing a disruption in the RORγ gene; and (b) the drug having the following phenotype: increased serum alanine aminotransferase, increased serum alkaline phosphatase, increased serum. Deciding whether to improve at least one of aspartate transferase, elevated blood urea nitrogen and elevated blood phosphorus.
(a)薬剤を、RORγ遺伝子中に破壊を含むトランスジェニックマウスに投与する工程;および
(b)該薬剤が、該トランスジェニックマウスにおけるRORγ発現を調節しているか否かを決定する工程であって、ここで該薬剤は、以下の疾患の症状:不健康な身なり、機能低下、増大した胸囲および増大した腹囲、肝脾腫大症、拡大した胸腺、腹水、衰弱、斜視、猫背、悪液性、嗜眠および呼吸障害の少なくとも1つに対して効果を有する、工程
を包含する、方法。A method for identifying an agent that ameliorates a phenotype associated with a disruption in the RORγ gene, comprising:
(A) administering a drug to a transgenic mouse containing a disruption in the RORγ gene; and (b) determining whether the drug regulates RORγ expression in the transgenic mouse. Where the drug is used for the symptoms of the following diseases: unhealthy dressing, reduced function, increased chest girth and increased abdomen, hepatosplenomegaly, enlarged thymus, ascites, weakness, strabismus, stoop, cachexia, lethargy And having an effect on at least one of respiratory disorders.
(a)RORγ遺伝子中に破壊を含む細胞を提供する工程;
(b)該細胞を薬剤と接触させる工程;および
(c)該薬剤が、RORγ遺伝子機能を調節するか否かを決定する工程
を包含し、ここで該薬剤は、RORγ遺伝子中の破壊に関連する表現型を調節する、方法。A method for identifying an agent that modulates RORγ gene function, comprising:
(A) providing a cell containing a disruption in the RORγ gene;
(B) contacting the cells with an agent; and (c) determining whether the agent modulates RORγ gene function, wherein the agent is associated with a disruption in the RORγ gene. How to control the phenotype you do.
(a)BMP遺伝子標的化構築物を細胞に導入する工程;
(b)該細胞を胚盤胞に導入する工程;
(c)該得られた胚盤胞を偽妊娠マウスに移植する工程、ここで該偽妊娠マウスが、キメラマウスを産む、工程;および
(d)キメラマウスを繁殖させて、BMP遺伝子中に破壊を含むトランスジェニックマウスを産生する工程
を包含する、方法。A method of producing a transgenic mouse comprising a disruption in the BMP gene, wherein said transgenic mouse exhibits at least one of the following phenotypes: abnormal tail, low body weight or short body length, Less than:
(A) introducing a BMP gene targeting construct into a cell;
(B) introducing the cells into blastocysts;
(C) transplanting the obtained blastocyst into a pseudopregnant mouse, wherein the pseudopregnant mouse produces a chimeric mouse; and (d) breeding the chimeric mouse and disrupting it into the BMP gene Producing a transgenic mouse comprising:
(a)薬剤を、BMP遺伝子中に破壊を含むトランスジェニックマウスに投与する工程;および
(b)該薬剤が、以下の表現型:異常尾、低い体重または短い体長の少なくとも1つを改善するか否かを決定する工程
を包含する、方法。A method of identifying an agent that ameliorates a phenotype associated with a disruption in a BMP gene, comprising:
(A) administering the agent to a transgenic mouse comprising a disruption in the BMP gene; and (b) determining whether the agent improves at least one of the following phenotypes: abnormal tail, low body weight or short body length Deciding whether or not they are not.
(a)BMP遺伝子中に破壊を含む細胞を提供する工程;
(b)該細胞を薬剤と接触させる工程;および
(c)該薬剤が、BMP遺伝子機能を調節するか否かを決定する工程であって、ここで該薬剤が、BMP遺伝子中の破壊に関連する表現型を調節する、工程
を包含する、方法。A method for identifying an agent that modulates BMP gene function, comprising:
(A) providing a cell containing a disruption in the BMP gene;
(B) contacting the cells with a drug; and (c) determining whether the drug modulates BMP gene function, wherein the drug is associated with a disruption in the BMP gene. Modulating the phenotype of the cells.
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