JP2012019768A - Jmjd3 gene-modified non-human mammal, jmjd3 gene-modified bone marrow chimera non-human mammal, and utilization thereof - Google Patents
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Abstract
【課題】M2マクロファージへの分化を制御する物質のスクリーニング、寄生虫感染応答、創傷治癒、アレルギー、癌、動脈硬化等のM2マクロファージ関連疾患の治療薬のスクリーニング等に有用な、Jmjd3遺伝子改変非ヒト哺乳動物、Jmjd3遺伝子改変骨髄キメラ非ヒト哺乳動物、及びこれらの動物由来のJmjd3遺伝子改変骨髄細胞、Jmjd3遺伝子改変マクロファージ、並びにM2マクロファージの分化を制御する物質のスクリーニング方法を提供する。
【解決手段】ゲノム中のJmjd3遺伝子が改変されているJmjd3遺伝子改変非ヒト哺乳動物。
【選択図】なしJmjd3 gene-modified non-human useful for screening for substances that control differentiation into M2 macrophages, screening for therapeutic agents for M2 macrophage-related diseases such as response to parasitic infection, wound healing, allergy, cancer, arteriosclerosis, etc. Provided are screening methods for mammals, Jmjd3 gene-modified bone marrow chimeric non-human mammals, and substances that control differentiation of Jmjd3 gene-modified bone marrow cells, Jmjd3 gene-modified macrophages, and M2 macrophages derived from these animals.
A Jmjd3 gene-modified non-human mammal in which a Jmjd3 gene in the genome is modified.
[Selection figure] None
Description
本発明は、Jmjd3遺伝子が改変された非ヒト哺乳動物、Jmjd3遺伝子が改変された骨髄キメラ非ヒト哺乳動物、及びその利用に関する。 The present invention relates to a non-human mammal having a modified Jmjd3 gene, a bone marrow chimeric non-human mammal having a modified Jmjd3 gene, and use thereof.
自然免疫は、細菌、ウイルス、寄生虫等の感染病原体の初期認識及びその後の炎症反応の惹起、並びに獲得免疫の誘導に重要な役割を果たしている生体防御メカニズムである。近年、自然免疫は、動脈硬化、抗腫瘍免疫等においても重要であることが明らかとなってきている。自然免疫の中核を担う細胞であるマクロファージは、病原体固有に存在する構造(PAMPs)を認識するパターン認識受容体(PRRs)を発現しており、このPRRsを介して活性化シグナルが伝達される。トール様受容体(TLR)ファミリーは、様々な病原体のPAMPs(リポ多糖、リポ蛋白、核酸など)を認識するPRRsとして機能しており、PRPsファミリーの中で、最もよく調べられているものの1つである。TLRは、炎症性サイトカイン、ケモカイン、インターフェロン等を含む炎症性メディエーターの生成をもたらす様々な病原体による感染に対する自然応答の惹起において重要な役割を果たす。 Innate immunity is a biological defense mechanism that plays an important role in the initial recognition of infectious pathogens such as bacteria, viruses, and parasites, the subsequent induction of inflammatory responses, and the induction of acquired immunity. In recent years, it has become clear that innate immunity is also important in arteriosclerosis, antitumor immunity and the like. Macrophages, which are the cells responsible for the core of innate immunity, express pattern recognition receptors (PRRs) that recognize structures (PAMPs) unique to pathogens, and activation signals are transmitted through these PRRs. The Toll-like receptor (TLR) family functions as PRRs that recognize PAMPs (lipopolysaccharides, lipoproteins, nucleic acids, etc.) of various pathogens, and is one of the most well-studied members of the PRPs family It is. TLRs play an important role in eliciting natural responses to infection by various pathogens that result in the production of inflammatory mediators including inflammatory cytokines, chemokines, interferons and the like.
マクロファージの形成には、感染や自己免疫疾患において炎症性サイトカインが産生されることが病態形成に重要であることが分かっている。また、微生物等の感染に対する応答において、マクロファージがM1マクロファージ及びM2マクロファージに機能的に分化することが知られている。 In the formation of macrophages, it has been found that the production of inflammatory cytokines in infection and autoimmune diseases is important for pathogenesis. In addition, it is known that macrophages functionally differentiate into M1 macrophages and M2 macrophages in response to infection with microorganisms and the like.
M1マクロファージは、細菌及びウイルス感染応答に重要である。M2マクロファージは、選択的活性化マクロファージとも呼ばれるマクロファージであり、寄生虫感染応答、創傷治癒、癌や動脈硬化の進展に関与する。M2マクロファージは、選択的活性化のマーカーであるアルギナーゼ1(Arg1)、キチナーゼ様Ym1(Chi313)、炎症帯1におけるfound(Fizzl、Retnlaとしても知られる)、マンノース受容体(MR、CD206としても知られる)、CCL17等1のケモカインの高発現によって特徴付けられる。 M1 macrophages are important for bacterial and viral infection responses. M2 macrophages are macrophages also called selectively activated macrophages and are involved in the development of parasitic infection responses, wound healing, cancer and arteriosclerosis. M2 macrophages are selective activation markers arginase 1 (Arg1), chitinase-like Ym1 (Chi313), found in inflammation zone 1 (also known as Fizzl, Retnla), mannose receptor (also known as MR, CD206) Is characterized by high expression of chemokines such as CCL17.
M2マクロファージは、上述したように、寄生虫感染応答、創傷治癒、並びに癌及び動脈硬化の進展に関与することから、M2マクロファージの分化を調節できれば、M2マクロファージが関与する疾患又は症状の予防、改善又は治療に有効であると考えられる。マクロファージをインターロイキン4(IL4)又はインターロイキン13(IL13)で刺激すると、M2マクロファージが誘導されることが報告されている(非特許文献1及び2)。しかしながら、M2マクロファージへの分化のメカニズムは、未だ明らかにされていない。このため、マクロファージM2への分化を調節する物質のスクリーニング方法等の評価系も、未だ開発されていない。 As described above, M2 macrophages are involved in the parasitic infection response, wound healing, and progression of cancer and arteriosclerosis. Therefore, if M2 macrophage differentiation can be regulated, prevention or improvement of diseases or symptoms involving M2 macrophages is possible. Alternatively, it is considered effective for treatment. It has been reported that M2 macrophages are induced when macrophages are stimulated with interleukin 4 (IL4) or interleukin 13 (IL13) (Non-patent Documents 1 and 2). However, the mechanism of differentiation into M2 macrophages has not yet been clarified. For this reason, an evaluation system such as a screening method for substances that regulate differentiation into macrophages M2 has not yet been developed.
本発明は、上記課題に鑑み、M2マクロファージへの分化を制御する物質のスクリーニング、寄生虫感染応答、創傷治癒、アレルギー、癌、動脈硬化等のM2マクロファージ関連疾患の治療薬のスクリーニング等に有用な、Jmjd3遺伝子改変非ヒト哺乳動物、Jmjd3遺伝子改変骨髄キメラ非ヒト哺乳動物、及びこれらの動物由来のJmjd3遺伝子改変骨髄細胞、Jmjd3遺伝子改変マクロファージ、並びにM2マクロファージの分化を制御する物質のスクリーニング方法等を提供することを課題とする。 In view of the above problems, the present invention is useful for screening for substances that control differentiation into M2 macrophages, screening for therapeutic agents for M2 macrophage-related diseases such as parasitic infection response, wound healing, allergy, cancer, arteriosclerosis, and the like. Jmjd3 gene-modified non-human mammals, Jmjd3 gene-modified bone marrow chimeric non-human mammals, Jmjd3 gene-modified bone marrow cells derived from these animals, Jmjd3 gene-modified macrophages, screening methods for substances that control differentiation of M2 macrophages, etc. The issue is to provide.
本発明者らは、上記課題を解決するために研究を重ね、Jmjd3遺伝子改変マウス及びJmjd3遺伝子改変骨髄キメラマウスを作製し、これらのマウスを解析することにより、以下の知見を得た。本発明者らが作製したJmjd3遺伝子ホモ改変マウス(ホモノックアウトマウス:Jmjd3-/-マウス)は、肺の障害のため生後すぐに死亡したが、該ホモ改変マウス胎児の肝細胞を採取して胎児肝細胞移植を行ない、Jmjd3遺伝子ホモ改変骨髄細胞を有する骨髄キメラマウスを作製して、Jmjd3遺伝子ホモ改変骨髄由来細胞(Jmjd3遺伝子ホモ改変マクロファージ)を得た。得られたJmjd3遺伝子ホモ改変マクロファージ(Jmjd3欠損マクロファージ)におけるJmjd3タンパク質の役割を調べたところ、以下の知見が得られた。なお、本明細書中、Jmjd3遺伝子にコードされるタンパク質を、Jmjd3タンパク質ともいう。
(i) Jmjd3欠損マクロファージは、M1マクロファージへの分化、抗細菌応答には異常が認められなかった。
(ii) Jmjd3欠損マクロファージは、寄生虫であるNippostrongylus brasiliensis及び寄生虫構成成分であるキチン刺激に対するM2マクロファージへの分化に顕著な障害が認められた。また、Jmjd3遺伝子ホモ改変骨髄由来のマクロファージのM2マクロファージへの分化も障害されており、これは、Jmjd3タンパク質の酵素活性をもつヒストン脱メチル化酵素領域をマクロファージに発現させることにより回復した。
(iii)ChIP-Seq解析の結果、Jmjd3タンパク質は、IRF4遺伝子のプロモーター領域のヒストン脱メチル化を制御していることが明らかとなった。
(iv) IRF4欠損マウスも、Jmjd3欠損マウスと同様にM2マクロファージへの分化が障害されていた。
(v) 上記結果より、Jmjd3タンパク質が、M2マクロファージへの分化、抗寄生虫応答に必須の分子であることが明らかとなった。また、Jmjd3タンパク質は、ヒストンH3の27残基目のリジン(H3K27)を脱メチル化する酵素領域をもつ(アミノ酸残基1141−1641番目)が、この酵素活性がM2マクロファージへの分化に重要であることが明らかとなった。また、Jmjd3タンパク質がIFN調節因子4(IRF4)の遺伝子発現を調節し、IRF4の発現がM2マクロファージへの分化に重要であることも明らかとなった。
(vi) M2マクロファージは、寄生虫感染応答、創傷治癒、癌の進展、動脈硬化、メタボリックシンドローム等の様々な疾患と関わっていることが知られている。従って、Jmjd3遺伝子改変非ヒト哺乳動物、Jmjd3遺伝子改変骨髄キメラ非ヒト哺乳動物及びJmjd3遺伝子改変マクロファージは、M2マクロファージ関連疾患研究における有用なモデルとなる。
例えば、Jmjd3タンパク質又はJmjd3タンパク質標的分子をより活性化する物質を、Jmjd3遺伝子改変動物を用いてスクリーニングする(M2マクロファージ関連分子発現をモニターする)ことにより、寄生虫感染応答、アレルギー応答、創傷治癒促進等に有益な治療薬の開発が可能となる。また、Jmjd3タンパク質の脱メチル化酵素活性を抑制する薬剤は、M2マクロファージへの分化を抑制し、癌の転移の抑制、動脈硬化等の治療に有用である。
The inventors of the present invention have made extensive studies to solve the above-mentioned problems, prepared Jmjd3 gene-modified mice and Jmjd3 gene-modified bone marrow chimeric mice, and obtained these findings by analyzing these mice. The Jmjd3 gene homo-modified mouse prepared by the present inventors (homock-out mouse: Jmjd3 − / − mouse) died immediately after birth due to a lung injury. Hepatocyte transplantation was performed to prepare a bone marrow chimeric mouse having Jmjd3 gene homo-modified bone marrow cells, and Jmjd3 gene homo-modified bone marrow-derived cells (Jmjd3 gene homo-modified macrophages) were obtained. When the role of Jmjd3 protein in the obtained Jmjd3 gene homo-modified macrophage (Jmjd3-deficient macrophage) was examined, the following findings were obtained. In the present specification, a protein encoded by the Jmjd3 gene is also referred to as a Jmjd3 protein.
(i) No abnormalities were observed in Jmjd3-deficient macrophages in differentiation into M1 macrophages and antibacterial response.
(ii) Jmjd3-deficient macrophages were found to have significant obstacles to differentiation into parasite Nippostrongylus brasiliensis and parasite component chitin stimulation to M2 macrophages. In addition, the differentiation of macrophages derived from Jmjd3 gene homo-modified bone marrow into M2 macrophages was also impaired, and this was recovered by expressing the histone demethylase region having the enzyme activity of Jmjd3 protein in macrophages.
(iii) As a result of ChIP-Seq analysis, it was revealed that Jmjd3 protein controls histone demethylation in the promoter region of IRF4 gene.
(iv) IRF4-deficient mice were also impaired in differentiation into M2 macrophages, similar to Jmjd3-deficient mice.
(v) From the above results, it was revealed that Jmjd3 protein is an essential molecule for differentiation into M2 macrophages and antiparasitic response. Jmjd3 protein has an enzyme region that demethylates 27th lysine (H3K27) of histone H3 (amino acid residues 1141-1164). This enzyme activity is important for differentiation into M2 macrophages. It became clear that there was. It was also revealed that Jmjd3 protein regulates gene expression of IFN regulatory factor 4 (IRF4), and that expression of IRF4 is important for differentiation into M2 macrophages.
(vi) M2 macrophages are known to be involved in various diseases such as parasite infection response, wound healing, cancer progression, arteriosclerosis, and metabolic syndrome. Therefore, Jmjd3 gene-modified non-human mammal, Jmjd3 gene-modified bone marrow chimeric non-human mammal and Jmjd3 gene-modified macrophage are useful models in M2 macrophage-related disease research.
For example, screening for substances that activate Jmjd3 protein or Jmjd3 protein target molecule using Jmjd3 gene-modified animals (monitoring the expression of M2 macrophage-related molecules), parasitic infection response, allergic response, promotion of wound healing It is possible to develop therapeutic drugs that are useful for In addition, a drug that suppresses demethylase activity of Jmjd3 protein suppresses differentiation into M2 macrophages, and is useful for suppression of cancer metastasis, arteriosclerosis, and the like.
本発明は、上記知見に基づき完成されたものであり、以下の発明を提供する。
項1. ゲノム中のJmjd3遺伝子が改変されていることを特徴とするJmjd3遺伝子改変非ヒト哺乳動物。
項2. Jmjd3遺伝子における対立遺伝子の双方が不活化された、Jmjd3遺伝子ホモ改変動物である項1に記載の非ヒト哺乳動物。
項3. 骨髄中に、項2に記載の非ヒト哺乳動物由来のJmjd3遺伝子ホモ改変骨髄細胞を有することを特徴とするJmjd3遺伝子改変骨髄キメラ非ヒト哺乳動物。
項4. 非ヒト哺乳動物が、マウス又はラットである項1〜3のいずれか一項に記載の非ヒト哺乳動物。
項5. 非ヒト哺乳動物が、マウスである項1〜4のいずれか一項に記載の非ヒト哺乳動物。
項6. 項1〜5のいずれか一項に記載の非ヒト哺乳動物に由来するJmjd3遺伝子改変骨髄細胞。
項7. 項1〜5のいずれか一項に記載の非ヒト哺乳動物又は項6に記載の骨髄細胞由来のJmjd3遺伝子改変マクロファージ。
項8. (I)項1〜5のいずれか一項に記載の非ヒト哺乳動物に候補物質を投与する工程、(II)(a)該非ヒト哺乳動物におけるM2マクロファージ及び/又はM2マクロファージのマーカーの発現、又は(b)Jmjd3タンパク質及び/又はJmjd3タンパク質標的分子の活性をモニターする工程、及び(III)候補物質を投与しない場合と比較して、工程(II)において(a)M2マクロファージ及び/又はM2マクロファージのマーカーの発現の上昇が検出された、又は(b)Jmjd3タンパク質及び/又はJmjd3タンパク質標的分子の活性上昇が検出された候補物質を選択する工程を含むことを特徴とするM2マクロファージへの分化促進剤のスクリーニング方法。
項9. (I)項7に記載のJmjd3遺伝子改変マクロファージに候補物質を接触させる工程、(II)(a)Jmjd3遺伝子改変マクロファージのM2マクロファージへの分化、(b)M2マクロファージのマーカーの発現、又は(c)Jmjd3遺伝子改変マクロファージにおけるJmjd3タンパク質及び/又はJmjd3タンパク質標的分子の活性をモニターする工程、及び(III)候補物質を接触させない場合と比較して、工程(II)において(a)M2マクロファージへの分化が誘導された、(b)M2マクロファージのマーカーの発現の上昇が検出された、又は(c)Jmjd3タンパク質及び/又はJmjd3タンパク質標的分子の活性上昇が検出された候補物質を選択する工程を含むことを特徴とするM2マクロファージへの分化促進剤のスクリーニング方法。
項10. (I)in vitro又は非ヒト哺乳動物中でJmjd3遺伝子及び/又はJmjd3タンパク質に候補物質を接触させる工程、(II)Jmjd3遺伝子発現及び/又はJmjd3タンパク質の脱メチル化酵素活性の変化をモニターする工程、及び(III)候補物質を接触させない場合と比較して、工程(II)においてJmjd3遺伝子発現及び/又は脱メチル化酵素活性の変化が検出された候補物質を選択する工程を含むことを特徴とするM2マクロファージの分化を制御する物質のスクリーニング方法。
The present invention has been completed based on the above findings, and provides the following inventions.
Item 1. A Jmjd3 gene-modified non-human mammal, wherein the Jmjd3 gene in the genome is modified.
Item 2. Item 2. The non-human mammal according to Item 1, which is a Jmjd3 gene homo-modified animal in which both alleles in the Jmjd3 gene are inactivated.
Item 3. A Jmjd3 gene-modified bone marrow chimeric non-human mammal having the Jmjd3 gene homo-modified bone marrow cells derived from the non-human mammal of Item 2 in the bone marrow.
Item 4. Item 4. The non-human mammal according to any one of Items 1 to 3, wherein the non-human mammal is a mouse or a rat.
Item 5. Item 5. The non-human mammal according to any one of Items 1 to 4, wherein the non-human mammal is a mouse.
Item 6. Item 6. A Jmjd3 gene-modified bone marrow cell derived from the non-human mammal according to any one of Items 1 to 5.
Item 7. Item 7. A non-human mammal according to any one of Items 1 to 5 or a bone marrow cell-derived Jmjd3 gene-modified macrophage according to Item 6.
Item 8. (I) a step of administering a candidate substance to the non-human mammal according to any one of Items 1 to 5, (II) (a) expression of M2 macrophages and / or markers of M2 macrophages in the non-human mammals, Or (b) monitoring the activity of the Jmjd3 protein and / or Jmjd3 protein target molecule, and (III) (a) M2 macrophages and / or M2 macrophages in step (II) as compared to the case where no candidate substance is administered Or (b) selecting a candidate substance in which increased activity of the Jmjd3 protein and / or Jmjd3 protein target molecule is detected, and promoting the differentiation into M2 macrophages Agent screening method.
Item 9. (I) a step of bringing a candidate substance into contact with the Jmjd3 gene-modified macrophage according to Item 7, (II) (a) differentiation of the Jmjd3 gene-modified macrophage into M2 macrophage, (b) expression of a marker of M2 macrophage, or (c ) Monitoring the activity of the Jmjd3 protein and / or Jmjd3 protein target molecule in Jmjd3 gene-modified macrophages, and (III) differentiation into M2 macrophages in step (II) compared to the case where no candidate substance is contacted And (b) selecting a candidate substance in which increased expression of a marker of M2 macrophage is detected, or (c) increased activity of a target molecule of Jmjd3 protein and / or Jmjd3 protein is selected. A screening method for an agent for promoting differentiation into M2 macrophages.
Item 10. (I) a step of bringing a candidate substance into contact with the Jmjd3 gene and / or Jmjd3 protein in vitro or in a non-human mammal, and (II) a step of monitoring changes in Jmjd3 gene expression and / or demethylase activity of the Jmjd3 protein. And (III) selecting a candidate substance in which a change in Jmjd3 gene expression and / or demethylase activity is detected in step (II) as compared with the case where the candidate substance is not contacted, A screening method for a substance that controls differentiation of M2 macrophages.
本発明によれば、M2マクロファージ関連疾患研究における有用なモデル動物等が提供される。本発明によれば、M2マクロファージの制御に関わる物質をスクリーニングすることができるため、寄生虫感染応答、創傷治癒、アレルギー、癌、動脈硬化、メタボリックシンドローム等のM2マクロファージが関わる疾患又は症状の予防、改善又は治療に有効な医薬等を開発することができる。 According to the present invention, a useful model animal or the like in M2 macrophage-related disease research is provided. According to the present invention, since a substance involved in the control of M2 macrophages can be screened, prevention of diseases or symptoms involving M2 macrophages such as parasitic infection response, wound healing, allergy, cancer, arteriosclerosis, metabolic syndrome, Drugs and the like effective for improvement or treatment can be developed.
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明のJmjd3遺伝子改変非ヒト哺乳動物は、ゲノム中のJmjd3遺伝子が改変されている非ヒト哺乳動物である。
Jmjd3遺伝子は、ヒト、イヌ、ラット、マウス等の哺乳類に広く存在する遺伝子であり、ヒストンH3リジン27残基(H3K27)を脱メチル化する酵素領域を有するタンパク質(Jmjd3タンパク質)コードしていることが知られている。例えば、マウスのJmjd3遺伝子については、NCBIに、ID番号NM_001017426で登録されている。ラットのJmjd3遺伝子については、NCBIに、ID番号NM_001108829で登録されている。また、ヒトのJmjd3遺伝子については、NCBIに、ID番号NM_001080424で登録されている。マウスのJmjd3タンパク質のアミノ酸配列は、NCBIに、ID番号NP_001017426で登録されている。
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
The Jmjd3 gene modified non-human mammal of the present invention is a non-human mammal in which the Jmjd3 gene in the genome is modified.
The Jmjd3 gene is a gene widely present in mammals such as humans, dogs, rats, and mice, and encodes a protein having an enzyme region (Jmjd3 protein) that demethylates histone H3 lysine 27 residue (H3K27). It has been known. For example, the mouse Jmjd3 gene is registered with NCBI under the ID number NM_001017426. The rat Jmjd3 gene is registered with NCBI under ID number NM_001108829. The human Jmjd3 gene is registered with NCBI under the ID number NM_001080424. The amino acid sequence of mouse Jmjd3 protein is registered with NCBI under ID number NP_001017426.
「Jmjd3遺伝子が改変されている」とは、Jmjd3遺伝子のDNA領域の一部又は全部が改変されていることを意味する。Jmjd3遺伝子のDNA領域の一部又は全部が改変されているとは、Jmjd3遺伝子のゲノムDNAの一部に塩基が付加されていること、Jmjd3遺伝子のゲノムDNAの一部又は全部が削除又は置換されていること、又は、特定の範囲の領域に逆位を生じさせていること等をいう。Jmjd3遺伝子の改変は、Jmjd3遺伝子が不活性化又は欠損されていればよい。Jmjd3遺伝子を不活性化するために、Jmjd3遺伝子に対して、付加、削除又は置換のうち2つ以上の方法を用いてもよい。「不活性化」とは、改変したJmjd3遺伝子の発現産物が機能しないか又は存在しないようにすることをいう。 “Jmjd3 gene has been modified” means that part or all of the DNA region of Jmjd3 gene has been modified. A part or all of the DNA region of the Jmjd3 gene is modified means that a base has been added to a part of the genomic DNA of the Jmjd3 gene, or part or all of the genomic DNA of the Jmjd3 gene has been deleted or replaced. Or inversion in a specific range region. The Jmjd3 gene may be modified as long as the Jmjd3 gene is inactivated or deleted. In order to inactivate the Jmjd3 gene, two or more methods of addition, deletion or substitution may be used for the Jmjd3 gene. “Inactivation” means that the modified expression product of Jmjd3 gene does not function or does not exist.
本発明において、ゲノムDNAへの塩基の「付加」とは、Jmjd3遺伝子のゲノムDNA配列中に1又はそれ以上の塩基を挿入し、当該Jmjd3遺伝子以外のDNAを挿入したJmjd3遺伝子の発現産物が機能しないか又は存在しないようにすることをいう。ゲノムDNAの「削除」とは、Jmjd3遺伝子のゲノムの一部又は全部を欠失させることにより、Jmjd3遺伝子の発現産物が機能しないか又は存在しないようにすることをいう。ゲノムDNAの「置換」とは、Jmjd3遺伝子遺伝子のゲノムの一部又は全部をJmjd3遺伝子とは関連しない別個の配列により置換し、Jmjd3遺伝子の発現産物が機能しないか又は存在しないようにすることをいう。 In the present invention, “addition” of a base to genomic DNA is a function of an expression product of Jmjd3 gene in which one or more bases are inserted into the genomic DNA sequence of Jmjd3 gene and DNA other than the Jmjd3 gene is inserted. It means not to exist or not to exist. “Deletion” of genomic DNA means that the expression product of Jmjd3 gene does not function or does not exist by deleting part or all of the genome of Jmjd3 gene. `` Replacement '' of genomic DNA means that part or all of the genome of the Jmjd3 gene gene is replaced with a separate sequence that is not related to the Jmjd3 gene so that the expression product of the Jmjd3 gene does not function or does not exist. Say.
本発明の非ヒト哺乳動物は、Jmjd3遺伝子における対立遺伝子の片方が不活化されたJmjd3遺伝子ヘテロ改変動物であってもよく、Jmjd3遺伝子における対立遺伝子の双方が不活化されたJmjd3遺伝子ホモ改変動物であってもよい。好ましくは、Jmjd3遺伝子における対立遺伝子の双方が不活化されたJmjd3遺伝子ホモ改変動物である。後述するように、Jmjd3遺伝子ヘテロ改変動物を1又は2世代以上交配することにより、ホモ型遺伝子改変動物を得ることができる。 The non-human mammal of the present invention may be a Jmjd3 gene hetero-modified animal in which one of the alleles in the Jmjd3 gene is inactivated, or a Jmjd3 gene homo-modified animal in which both alleles in the Jmjd3 gene are inactivated. There may be. Preferably, it is a Jmjd3 gene homo-modified animal in which both alleles in the Jmjd3 gene are inactivated. As described later, homozygous genetically modified animals can be obtained by crossing one or more generations of Jmjd3 gene heteromodified animals.
本発明の非ヒト哺乳動物の種類としては特に限定されず、例えば、マウス、ラット、ウサギ、モルモット、イヌ、ブタ、ヒツジ、ヤギ等が挙げられる。これらの中でも、取扱いが容易で繁殖しやすいことかららマウス又はラットが好ましく、マウスが特に好ましい。 The kind of the non-human mammal of the present invention is not particularly limited, and examples thereof include mouse, rat, rabbit, guinea pig, dog, pig, sheep, goat and the like. Among these, a mouse or a rat is preferable because it is easy to handle and easy to reproduce, and a mouse is particularly preferable.
本発明のJmjd3遺伝子改変非ヒト哺乳動物を作製する方法は特に限定されず、胚性幹(ES)細胞を用いる公知のノックアウト動物の製造方法等により作製することができる。例えば、ターゲティングベクターを用いてES細胞に遺伝子を導入してJmjd3遺伝子を改変する工程、該ES細胞由来のJmjd3遺伝子ヘテロ改変動物を作製する工程、及び、該Jmjd3遺伝子ヘテロ改変動物を1世代以上交配することにより、Jmjd3遺伝子における対立遺伝子の双方が不活化されたJmjd3遺伝子ホモ改変動物を得る工程を含む方法が挙げられる。なお、この方法は、本発明のJmjd3遺伝子改変非ヒト哺乳動物の作製方法の一例であり、本発明の非ヒト哺乳動物の作製方法は以下の方法に限定されるものではない。また、必要に応じて以下に示す方法に適宜修飾及び/又は変更を加えることもできる。 The method for producing the Jmjd3 gene-modified non-human mammal of the present invention is not particularly limited, and can be produced by a known method for producing knockout animals using embryonic stem (ES) cells. For example, a step of introducing a gene into an ES cell using a targeting vector to modify the Jmjd3 gene, a step of producing a Jmjd3 gene hetero-modified animal derived from the ES cell, and mating the Jmjd3 gene hetero-modified animal for one generation or more Thus, there is a method including a step of obtaining a Jmjd3 gene homo-modified animal in which both alleles in the Jmjd3 gene are inactivated. This method is an example of the method for producing the Jmjd3 gene-modified non-human mammal of the present invention, and the method for producing the non-human mammal of the present invention is not limited to the following method. Moreover, a modification and / or a change can be appropriately added to the method shown below as necessary.
前記ES細胞を用いる方法においては、まず遺伝子組換え技術を用いて、in vitroでターゲティングベクターを作製し、そのベクターをES細胞に遺伝子導入することによりJmjd3遺伝子を破壊する。遺伝子導入されたES細胞のうち、Jmjd3遺伝子が破壊されたものをサザンブロット等の方法により選択する。次にJmjd3遺伝子が破壊されたES細胞を正常非ヒト哺乳動物由来の胚盤胞に移入し、得られたキメラ動物を正常動物と交配することにより、ES細胞由来の非ヒト哺乳動物を作製することができる。このES細胞由来の非ヒト哺乳動物は、Jmjd3遺伝子における対立遺伝子の片方が不活化されているJmjd3遺伝子ヘテロ改変動物である。次いで、このJmjd3遺伝子ヘテロ改変動物を1世代以上交配することにより、一対の染色体の両方のJmjd3遺伝子が改変されたJmjd3遺伝子ホモ改変非ヒト哺乳動物を得ることができる。 In the method using ES cells, first, a targeting vector is prepared in vitro using gene recombination technology, and the Jmjd3 gene is destroyed by introducing the vector into ES cells. Among the ES cells into which the gene has been introduced, those in which the Jmjd3 gene has been disrupted are selected by a method such as Southern blotting. Next, the ES cell from which the Jmjd3 gene is disrupted is transferred into a blastocyst derived from a normal non-human mammal, and the resulting chimeric animal is mated with a normal animal to produce an ES cell-derived non-human mammal. be able to. This ES cell-derived non-human mammal is a Jmjd3 gene hetero-modified animal in which one of the alleles in the Jmjd3 gene is inactivated. Then, by crossing one or more generations of this Jmjd3 gene hetero-modified animal, a Jmjd3 gene homo-modified non-human mammal in which both Jmjd3 genes of a pair of chromosomes are modified can be obtained.
上記方法により本発明のJmjd3遺伝子改変非ヒト哺乳動物を作製する方法について、以下に具体的に示す。
(1)ターゲッティングベクターの作製
まず、DNAライブラリーから、作製しようとする変異動物のJmjd3遺伝子中の変異させる部位を含むDNA断片を得る。DNA断片は、ES細胞の相同組換えを行うためのターゲッティングベクターを構築するために使用する。このDNA断片は、相同組換えを行うときにより効率よく組換えが生じるよう、作製しようとするES細胞と同一の配列を有するDNAを単離して使用することが好ましい。例えば、変異を導入する動物としてマウスを用いる場合には、ES細胞由来のジェノミックDNAライブラリーから、Jmjd3遺伝子を削除し得るようなマウスのDNA断片を調製する。
A method for producing the Jmjd3 gene-modified non-human mammal of the present invention by the above method is specifically described below.
(1) Preparation of targeting vector First, a DNA fragment containing a site to be mutated in the Jmjd3 gene of a mutant animal to be prepared is obtained from a DNA library. The DNA fragment is used to construct a targeting vector for homologous recombination of ES cells. For this DNA fragment, it is preferable to isolate and use DNA having the same sequence as the ES cell to be prepared so that recombination occurs more efficiently when homologous recombination is performed. For example, when a mouse is used as an animal into which mutations are introduced, a mouse DNA fragment capable of deleting the Jmjd3 gene is prepared from an ES cell-derived genomic DNA library.
Jmjd3遺伝子を改変する方法としては、通常の部位特異的遺伝子変異導入法を利用することができる。例えば、BAC recombineering(Lee, E.C. et al. Genomics, vol. 73, p. 56-65 (2001) を参照)等の方法を用いて目的の変異を導入することができる。 As a method for modifying the Jmjd3 gene, a normal site-specific gene mutation introduction method can be used. For example, the target mutation can be introduced using a method such as BAC recombineering (see Lee, E.C. et al. Genomics, vol. 73, p. 56-65 (2001)).
改変したJmjd3遺伝子を含むDNA断片をベクター中に挿入することにより、ターゲティングベクターを作製する。ターゲッティングベクターは、変異を導入した染色体DNA断片、選択マーカーをコードするDNA断片、これの転写を制御するためのプロモーター、及びターミネーターを含む選択マーカー発現ユニットを必須要素として含んでいることが好ましい。変異を導入した染色体DNA断片は、ES細胞内で相同組換えを起こすために必要な部分であり、変異を導入した箇所を挟んで前後の染色体DNA断片が必要である。すなわち、ターゲッティングベクターは、変異させた塩基のみが本来の染色体DNAとは異なるDNA断片を持っている。 A targeting vector is prepared by inserting a DNA fragment containing the modified Jmjd3 gene into the vector. The targeting vector preferably contains, as essential elements, a chromosomal DNA fragment into which a mutation has been introduced, a DNA fragment encoding a selection marker, a promoter for controlling transcription thereof, and a selection marker expression unit including a terminator. The chromosomal DNA fragment into which the mutation is introduced is a part necessary for causing homologous recombination in the ES cell, and the chromosomal DNA fragments before and after the part into which the mutation has been introduced are necessary. That is, the targeting vector has a DNA fragment different from the original chromosomal DNA only in the mutated base.
選択マーカーをコードするDNA断片としては、薬剤耐性遺伝子、レポーター遺伝子等が好適である。薬剤耐性遺伝子としては、例えばネオマイシンホスホトランスフェラーゼII(nptII)遺伝子(ネオマイシン耐性遺伝子)、ハイグロマイシンホスホトランスフェラーゼ(hpt)遺伝子等が挙げられ、レポーター遺伝子としては、例えば、緑色蛍光タンパク質(GFP)遺伝子、β−ガラクトシダーゼ(lacZ)遺伝子、クロラムフェニコールアセチルトランスフェラーゼ(cat)遺伝子等が挙げられる。また、単純ヘルペスウイルスチミジンキナーゼ等も、選択マーカーとして好適に使用される。
プロモーターとしては、CAGプロモーター、ホスホグリセリン酸キナーゼ−1(PGK−1)プロモーター、伸長因子2(EF−2)プロモーター、MC−1プロモーター等を使用することができる。
As the DNA fragment encoding the selectable marker, a drug resistance gene, a reporter gene and the like are preferable. Examples of drug resistance genes include neomycin phosphotransferase II (nptII) gene (neomycin resistance gene), hygromycin phosphotransferase (hpt) gene and the like, and reporter genes include, for example, green fluorescent protein (GFP) gene, β -Galactosidase (lacZ) gene, chloramphenicol acetyltransferase (cat) gene, etc. are mentioned. Herpes simplex virus thymidine kinase and the like are also preferably used as a selection marker.
As the promoter, CAG promoter, phosphoglycerate kinase-1 (PGK-1) promoter, elongation factor 2 (EF-2) promoter, MC-1 promoter and the like can be used.
改変したJmjd3遺伝子を含むDNA断片が導入されるターゲティングベクターの基本骨格となるベクターとしては特に限定されず、形質転換を行う細胞(例えば、DH5a)中で自己複製可能なものであればよい。例えば、市販のpBluscript(Stratagene社製)、pZErO 1.1(Invitrogen社)、pGEM−1(Promega社)等を使用することができる。 The vector serving as the basic skeleton of the targeting vector into which the DNA fragment containing the modified Jmjd3 gene is introduced is not particularly limited as long as it can self-replicate in a cell to be transformed (for example, DH5a). For example, commercially available pBluescript (manufactured by Stratagene), pZErO 1.1 (Invitrogen), pGEM-1 (Promega) and the like can be used.
(2)ES細胞へのベクターの導入と遺伝子導入されたES細胞の選択
作製したターゲッティングベクターをES細胞に導入した後、ES細胞を培養し、出現してくるコロニーを採取する。ES細胞としては、既に樹立された細胞株及び新しく樹立した細胞株のいずれをも使用することができる。ES細胞への遺伝子導入は、リン酸カルシウム共沈殿法、エレクトロポレーション法、リポフェクション法、レトロウイルス感染法、凝集法、マイクロインジェクション法、パーティクルガン法等の方法を採用することができるが、簡便に多数の細胞を処理できる点でエレクトロポレーション法が好ましい。
(2) Introduction of vector into ES cells and selection of gene-introduced ES cells After introducing the prepared targeting vector into ES cells, the ES cells are cultured, and the appearing colonies are collected. As the ES cell, any of already established cell lines and newly established cell lines can be used. For gene introduction into ES cells, methods such as calcium phosphate coprecipitation method, electroporation method, lipofection method, retrovirus infection method, aggregation method, microinjection method, and particle gun method can be adopted. The electroporation method is preferable in that the cells can be treated.
導入遺伝子が組み込まれたES細胞は、通常、単一細胞をフィーダー細胞上で培養して得られるコロニーから分離抽出した染色体DNAをサザンハイブリダイゼーション又はPCR法によりスクリーニングすることによって、Jmjd3遺伝子が破壊されたものを選択することができる。あるいは、上述したような薬剤耐性遺伝子等の選択マーカーを含むベクターを用いることによってセレクションを行ってもよい。 In ES cells into which a transgene has been incorporated, the Jmjd3 gene is usually destroyed by screening chromosomal DNA isolated from colonies obtained by culturing single cells on feeder cells by Southern hybridization or PCR. You can choose what you want. Alternatively, selection may be performed by using a vector containing a selection marker such as a drug resistance gene as described above.
(3)トランスジェニック非ヒト哺乳動物の作製
Jmjd3遺伝子の破壊が確認されたES細胞を同種の非ヒト哺乳動物由来の胚盤胞に移入することにより、該ES細胞が宿主胚の細胞塊に組み込まれてキメラ胚が形成される。このキメラ胚を仮親に移植して発生及び生育させることにより、キメラトランスジェニック動物が得られる。例えば、マウスを用いる場合には、別途、妊娠マウスから胚盤胞を取り出し、選択されたES細胞を移入した後、偽妊娠させたメスマウスの子宮に導入する。そして、仮親から生まれた子のうちキメラ動物を選ぶ。キメラ動物は、例えば、ターゲティングベクターが導入されたES細胞(組換えES細胞)を、ES細胞が由来する系統とはコートカラーが明らかな相違を有する別な系統由来の胚盤胞に導入した場合、毛色によって選択することができる。例えば、マウスであれば、アグーチ色の毛色を有する129系由来のES細胞に対しては、黒色の毛色を有し、マーカーとして利用できる各種遺伝子座が129系マウスとは異なっているC57BL/6マウス等の胚盤胞を用いることが好ましい。これにより、キメラマウスはその毛色によって、キメラ率を判断することができる。キメラ動物を正常な動物と交配し、生まれてきた仔の尾等からゲノムDNAを抽出し、PCR法によって変異の導入されたものを選択することにより、Jmjd3遺伝子が改変されたヘテロ型動物を得ることができる。
(3) Production of transgenic non-human mammal
By transferring the ES cell in which the destruction of the Jmjd3 gene is confirmed into a blastocyst derived from the same kind of non-human mammal, the ES cell is incorporated into the cell mass of the host embryo to form a chimeric embryo. A chimeric transgenic animal can be obtained by transplanting this chimeric embryo to a foster parent and generating and growing it. For example, when a mouse is used, a blastocyst is separately taken out from a pregnant mouse, and the selected ES cell is transferred, and then introduced into the uterus of a female mouse subjected to pseudopregnancy. Then, choose a chimera from among the children born from temporary parents. In the case of a chimeric animal, for example, when an ES cell (recombinant ES cell) into which a targeting vector has been introduced is introduced into a blastocyst derived from another strain that has a distinct coat color from the strain from which the ES cell is derived Can be selected by hair color. For example, in the case of mice, C57BL / 6 is different from 129 mice in that various loci that have black hair color and can be used as markers for ES cells derived from 129 strains having agouti coat color. It is preferable to use a blastocyst such as a mouse. Thereby, the chimera mouse can judge the chimera rate from the hair color. A heterozygous animal with a modified Jmjd3 gene is obtained by mating a chimeric animal with a normal animal, extracting genomic DNA from the tail of a born pup, etc., and selecting a mutation introduced by the PCR method be able to.
具体的な選択方法としては、得られる仔の尾の一部を採取し、染色体DNAを抽出する。抽出した染色体DNAを基質として、Jmjd3遺伝子の突然変異部位を挟むように設計した塩基配列を持つ二本のオリゴデオキシヌクレオチドをプライマーとしたPCRを行う。PCR産物のアガロースゲル電気泳動を行い、バンドの有無、バンドのゲル上での移動度、変異部位を含む塩基配列を持つオリゴデオキシヌクレオチドを用いたハイブリダーゼーションによる変異を含むバンドの確認等により、抽出した染色体DNAに、改変されたJmjd3遺伝子が含まれているかどうかを調べることができる。PCRのプライマーに使用するオリゴヌクレオチドの塩基配列は、改変Jmjd3遺伝子を検出できるものであればいかなるものでもよい。PCRの結果に基づいて、改変Jmjd3遺伝子を持つ動物を選抜することにより、改変Jmjd3遺伝子をヘテロで持つ動物を得ることができる。 As a specific selection method, a part of the tail of the resulting pup is collected and chromosomal DNA is extracted. Using the extracted chromosomal DNA as a substrate, PCR is performed using two oligodeoxynucleotides having primers designed to sandwich the mutation site of the Jmjd3 gene as primers. Perform agarose gel electrophoresis of the PCR product, confirm the band containing mutations by hybridization using oligodeoxynucleotides with the presence or absence of bands, mobility of the bands on the gel, and base sequences containing mutation sites, etc. Whether or not the extracted chromosomal DNA contains the modified Jmjd3 gene can be examined. The nucleotide sequence of the oligonucleotide used for the PCR primer may be any as long as it can detect the modified Jmjd3 gene. By selecting an animal having the modified Jmjd3 gene based on the PCR result, an animal having the modified Jmjd3 gene heterozygously can be obtained.
Jmjd3遺伝子ヘテロ改変動物を2世代以上交配(インタークロス)することにより、Jmjd3遺伝子における対立遺伝子の双方が不活化されたJmjd3遺伝子ホモ改変非ヒト哺乳動物を得ることができる。 By crossing two or more generations of Jmjd3 gene hetero-modified animals, a Jmjd3 gene homo-modified non-human mammal in which both alleles in the Jmjd3 gene are inactivated can be obtained.
Jmjd3遺伝子をホモで欠損すると、致死的であるが、胚又は胎児の段階のJmjd3遺伝子ホモ改変非ヒト哺乳動物から採取した細胞又は組織を他の非ヒト哺乳動物に生体移植することにより、正常細胞又は組織の一部又は全部がJmjd3遺伝子ホモ改変細胞で置換されたJmjd3遺伝子改変キメラ非ヒト哺乳動物を作製することができる。例えば、胚又は胎児の段階のJmjd3遺伝子ホモ改変非ヒト哺乳動物から採取した肝細胞を、他の非ヒト哺乳動物に生体移植することにより、骨髄細胞の一部又は全部が、Jmjd3遺伝子ホモ改変非ヒト哺乳動物由来の骨髄細胞で置換されているJmjd3遺伝子改変骨髄キメラ非ヒト哺乳動物を作製することができる。 When the Jmjd3 gene is deficient in homology, it is lethal, but normal cells can be obtained by transplanting cells or tissues collected from Jmjd3 gene homo-modified non-human mammals at the embryo or fetal stage into other non-human mammals. Alternatively, a Jmjd3 gene-modified chimeric non-human mammal in which part or all of the tissue is replaced with Jmjd3 gene homo-modified cells can be produced. For example, liver cells collected from Jmjd3 gene homo-modified non-human mammals at the embryonic or fetal stage are transplanted into other non-human mammals in vivo, so that some or all of the bone marrow cells are non-Jmjd3 gene homo-modified. A Jmjd3 gene-modified bone marrow chimeric non-human mammal substituted with bone marrow cells derived from a human mammal can be produced.
骨髄中に、前記非ヒト哺乳動物由来のJmjd3遺伝子ホモ改変骨髄細胞を有するJmjd3遺伝子改変骨髄キメラ非ヒト哺乳動物も、本発明の1つである。このような骨髄キメラ非ヒト哺乳動物は、骨髄中にJmjd3遺伝子ホモ改変骨髄細胞(Jmjd3遺伝子が欠損した骨髄細胞)を有する。
非ヒト哺乳動物としては、上述したマウス、ラット、ウサギ、モルモット、イヌ、ブタ、ヒツジ、ヤギ等が挙げられる。これらの中でも、マウス又はラットが好ましく、マウスが最も好ましい。
A Jmjd3 gene-modified bone marrow chimeric non-human mammal having a Jmjd3 gene homo-modified bone marrow cell derived from the non-human mammal in the bone marrow is also one aspect of the present invention. Such a bone marrow chimeric non-human mammal has Jmjd3 gene homo-modified bone marrow cells (bone marrow cells lacking the Jmjd3 gene) in the bone marrow.
Examples of non-human mammals include mice, rats, rabbits, guinea pigs, dogs, pigs, sheep, and goats described above. Among these, a mouse or a rat is preferable, and a mouse is most preferable.
Jmjd3遺伝子改変骨髄キメラ非ヒト哺乳動物は、胚又は胎児の段階のJmjd3遺伝子ホモ改変非ヒト哺乳動物から採取した肝細胞を用いて、胎児肝細胞移植を行なうことにより作製することができる。胎児肝細胞移植は、例えば、IkappaB kinase alpha is essential for mature B cell development and function., Kaisho T, Takeda K, Tsujimura T, Kawai T, Nomura F, Terada N, Akira S., J Exp Med. 2001 Feb 19;193(4):417-26.に記載されている方法に従って行うことができる。 A Jmjd3 gene-modified bone marrow chimeric non-human mammal can be prepared by performing fetal hepatocyte transplantation using hepatocytes collected from a Jmjd3 gene homo-modified non-human mammal at the embryonic or fetal stage. For example, IkappaB kinase alpha is essential for mature B cell development and function., Kaisho T, Takeda K, Tsujimura T, Kawai T, Nomura F, Terada N, Akira S., J Exp Med. 2001 Feb 19; 193 (4): 417-26.
骨髄キメラ非ヒト哺乳動物が得られたことは、例えば、レシピエント(移植される側の動物)として、ドナー(胎児肝細胞を採取する動物)の血液細胞表面に発現している表面マーカーと、異なる表面マーカーを発現する動物を使用することにより、容易に確認することができる。例えば、胎児肝細胞移植(骨髄移植)完了後、レシピエントから採取した血液中のレシピエント由来表面マーカーとドナー由来表面マーカーの発現の割合をそれぞれのマーカーに対する特異的抗体を用いて染色し、フローサイトメトリーを用いて解析することにより、レシピエント由来かドナー由来の細胞を区別することが出来る。ドナー由来の血液細胞が検出されたことにより、骨髄キメラ非ヒト哺乳動物が得られたことが確認できる。 The bone marrow chimeric non-human mammal was obtained, for example, as a recipient (animal to be transplanted), a surface marker expressed on the blood cell surface of a donor (animal collecting fetal liver cells), This can be easily confirmed by using animals that express different surface markers. For example, after the completion of fetal hepatocyte transplantation (bone marrow transplantation), the expression rate of the recipient-derived surface marker and the donor-derived surface marker in the blood collected from the recipient is stained with a specific antibody for each marker, and the flow By analyzing using cytometry, cells derived from recipients or donors can be distinguished. It can be confirmed that a bone marrow chimeric non-human mammal was obtained by detecting donor-derived blood cells.
例えば、マウスであれば、胎児肝細胞移植(骨髄移植)を行う際、レシピエントには血液細胞の表面マーカーとしてCD45.1を発現するマウスを使用し、ドナー(胎児肝細胞を採取するマウス)には表面マーカーとしてCD45.2を発現するマウスを使用することが好ましい。この場合、胎児肝細胞移植(骨髄移植)完了後、血液中のCD45.1とCD45.2の発現の割合をそれぞれのマーカーに対する特異的抗体を用いて染色しフローサイトメトリーを用いて解析することによりレシピエント由来かドナー由来の細胞を区別することが出来る。実際上は、10Gyのガンマ線をレシピエントに照射することにより、ほぼ完全に骨髄由来細胞をドナー由来に置き換えることが出来る。 For example, in the case of a mouse, when performing fetal hepatocyte transplantation (bone marrow transplantation), the recipient uses a mouse that expresses CD45.1 as a surface marker for blood cells, and a donor (a mouse that collects fetal hepatocytes) It is preferable to use a mouse expressing CD45.2 as a surface marker. In this case, after completion of fetal hepatocyte transplantation (bone marrow transplantation), the ratio of CD45.1 and CD45.2 expression in blood is stained with specific antibodies for each marker and analyzed using flow cytometry. Can distinguish recipient-derived or donor-derived cells. In practice, bone marrow-derived cells can be almost completely replaced by donors by irradiating the recipient with 10 Gy of gamma rays.
本発明のJmjd3遺伝子改変非ヒト哺乳動物は、M2マクロファージへの分化に必須の分子であるJmjd3遺伝子を欠損している。また、本発明のJmjd3遺伝子改変骨髄キメラ非ヒト哺乳動物は、Jmjd3遺伝子改変骨髄細胞を有することから、Jmjd3遺伝子が改変されたマクロファージ(Jmjd3遺伝子改変マクロファージ)等のJmjd3遺伝子改変血液細胞を産生する。このためこれらの非ヒト哺乳動物は、M2マクロファージへの分化における個体レベルでのJmjd3タンパク質の機能、その作用メカニズム等の解明、M2マクロファージが関連する症状又は疾患の研究等に有用なモデル動物である。 The Jmjd3 gene-modified non-human mammal of the present invention is defective in the Jmjd3 gene, which is a molecule essential for differentiation into M2 macrophages. Moreover, since the Jmjd3 gene-modified bone marrow chimeric non-human mammal of the present invention has Jmjd3 gene-modified bone marrow cells, it produces Jmjd3 gene-modified blood cells such as macrophages (Jmjd3 gene-modified macrophages) in which the Jmjd3 gene has been modified. For this reason, these non-human mammals are useful model animals for elucidating the function of Jmjd3 protein at the individual level in differentiation into M2 macrophages, the mechanism of action thereof, and the study of symptoms or diseases associated with M2 macrophages. .
例えば、本発明のJmjd3遺伝子改変非ヒト哺乳動物又はJmjd3遺伝子改変骨髄キメラ非ヒト哺乳動物に種々の候補物質を投与し、非投与群の動物又は対照物質投与動物におけるM2マクロファージ及び/又はM2マクロファージのマーカーの発現、又はJmjd3タンパク質及び/又はJmjd3タンパク質標的分子の活性の変化を比較することにより、M2マクロファージの制御に有用な物質を評価することができる。評価の代表例として候補物質のスクリーニングを挙げることができる。このような、(I)本発明の非ヒト哺乳動物に候補物質を投与する工程、(II)(a)該非ヒト哺乳動物におけるM2マクロファージ及び/又はM2マクロファージのマーカーの発現、又は(b)Jmjd3タンパク質及び/又はJmjd3タンパク質標的分子の活性をモニターする工程、及び(III)候補物質を投与しない場合と比較して、工程(II)において(a)M2マクロファージ及び/又はM2マクロファージのマーカーの発現の上昇が検出された、又は(b)Jmjd3タンパク質若及び/又はJmjd3タンパク質標的分子の活性上昇が検出された候補物質を選択する工程を含むスクリーニング方法も、本発明の1つである。 For example, various candidate substances are administered to the Jmjd3 gene-modified non-human mammal or Jmjd3 gene-modified bone marrow chimeric non-human mammal of the present invention, and M2 macrophages and / or M2 macrophages in the non-administered group animals or the control substance-administered animals. By comparing the expression of the marker or the change in activity of the Jmjd3 protein and / or Jmjd3 protein target molecule, a substance useful for the control of M2 macrophages can be evaluated. As a representative example of evaluation, screening of candidate substances can be mentioned. Such (I) the step of administering a candidate substance to the non-human mammal of the present invention, (II) (a) expression of M2 macrophage and / or M2 macrophage marker in the non-human mammal, or (b) Jmjd3 Monitoring the activity of the protein and / or Jmjd3 protein target molecule, and (III) the expression of M2 macrophages and / or markers of M2 macrophages in step (II) as compared to when no candidate substance is administered A screening method comprising the step of selecting a candidate substance in which an increase is detected or (b) an activity increase in a Jmjd3 protein target molecule and / or a Jmjd3 protein target molecule is detected is also one aspect of the present invention.
M2マクロファージの発現は、通常、マンノース受容体の細胞表面における発現により確認することができる。また、M2マクロファージの発現、つまりマクロファージのM2マクロファージへの分化は、通常、定量PCRやフローサイトメトリーにより検出できる。M2マクロファージのマーカーとしては、例えば、M2マクロファージの発現において高発現することが知られているマーカー分子、例えば、アルギナーゼ1、キチナーゼ様Ym1(Chi313)、炎症帯1におけるfound(Fizzl、Retnlaとしても知られる)、マンノース受容体(MR、CD206としても知られる)、誘導性NOシンターゼ(iNOS)、インターロイキン4(IL4)、インターロイキン13(IL13)、エオタキシン2等の1種又は2種以上が好適である。マーカーの発現は、これらのマーカーの遺伝子、例えばmRNA等の発現量を調べればよい。遺伝子の発現の測定方法は特に限定されない。例えば、定量PCRにより行うことができる。また、これらの遺伝子発現を測定するためのPCRプライマーやキットが市販されており、該市販品を使用して遺伝子発現を測定することもできる。 The expression of M2 macrophages can usually be confirmed by the expression of mannose receptor on the cell surface. Moreover, the expression of M2 macrophages, that is, the differentiation of macrophages into M2 macrophages can usually be detected by quantitative PCR or flow cytometry. Markers for M2 macrophages include, for example, marker molecules known to be highly expressed in the expression of M2 macrophages, such as arginase 1, chitinase-like Ym1 (Chi313), also known as found (Fizzl, Retnla in inflammation zone 1 One or more of mannose receptor (also known as MR, CD206), inducible NO synthase (iNOS), interleukin 4 (IL4), interleukin 13 (IL13), eotaxin 2, etc. It is. The expression of the marker may be determined by examining the expression level of the gene of these markers, such as mRNA. The method for measuring gene expression is not particularly limited. For example, it can be performed by quantitative PCR. PCR primers and kits for measuring these gene expressions are commercially available, and gene expression can also be measured using the commercially available products.
Jmjd3タンパク質の活性としては、ヒストン3の27残基目のリジン(H3K27)の脱メチル化酵素活性が挙げられる。Jmjd3タンパク質の脱メチル化酵素活性は、通常、トリメチルH3K27の細胞内量を測定することにより確認することができる。トリメチルH3K27の細胞内量は、例えば、実施例に記載されているようにクロマチンの免疫沈降−シークエンシング(ChIP-seq)及びそのデータの解析により測定することができる。また、前記スクリーニング方法においては、Jmjd3タンパク質の活性として、Jmjd3遺伝子の発現量(例えばJmjd3遺伝子のmRNA等の発現量)を測定することもできる。遺伝子の発現量の測定は、公知の方法、例えば、定量PCRにより行うことができる。 Examples of the activity of the Jmjd3 protein include the demethylase activity of the 27th lysine of histone 3 (H3K27). The demethylase activity of Jmjd3 protein can usually be confirmed by measuring the intracellular level of trimethyl H3K27. The intracellular amount of trimethyl H3K27 can be measured, for example, by chromatin immunoprecipitation-sequencing (ChIP-seq) and analysis of the data as described in the Examples. In the screening method, the expression level of the Jmjd3 gene (for example, the expression level of mRNA of the Jmjd3 gene) can also be measured as the activity of the Jmjd3 protein. The expression level of the gene can be measured by a known method, for example, quantitative PCR.
Jmjd3タンパク質標的分子としては、Jmjd3タンパク質により活性化又は不活化される遺伝子、タンパク質等が挙げられる。Jmjd3タンパク質標的分子は、好ましくは、IFN調節因子4(IRF4)の遺伝子、C/ebpb(CCAAT/エンハンサー結合タンパク質β)遺伝子等である。
例えば、IFN調節因子4(IRF4)の遺伝子等の活性は、該遺伝子(mRNA等)の発現量又は該遺伝子にコードされるタンパク質の活性を測定することにより確認することができる。遺伝子の発現量の測定は、公知の方法、例えば、定量PCRにより行うことができる。IFN調節因子4(IRF4)やC/ebpbの活性は、DNAプローブとの結合測定などにより測定できる。
Examples of the Jmjd3 protein target molecule include genes and proteins that are activated or inactivated by the Jmjd3 protein. The Jmjd3 protein target molecule is preferably a gene of IFN regulatory factor 4 (IRF4), a C / ebpb (CCAAT / enhancer binding protein β) gene, or the like.
For example, the activity of the gene of IFN regulatory factor 4 (IRF4) can be confirmed by measuring the expression level of the gene (mRNA or the like) or the activity of the protein encoded by the gene. The expression level of the gene can be measured by a known method, for example, quantitative PCR. The activity of IFN regulatory factor 4 (IRF4) and C / ebpb can be measured by measuring the binding with a DNA probe.
前記スクリーニング方法は、M2マクロファージの分化促進剤のスクリーニング方法として好適に使用される。例えば、ある候補物質を投与した場合に、該候補物質を投与しない場合に比べて、(a)M2マクロファージ及び/又はM2マクロファージのマーカーの発現の上昇、及び(b)Jmjd3タンパク質及び/又はJmjd3タンパク質標的分子の活性上昇の(a)及び(b)のいずれか又は両方が検出される場合には、用いた候補物質をM2マクロファージへの分化促進剤として選択することができる。 The screening method is suitably used as a screening method for an agent for promoting differentiation of M2 macrophages. For example, when a certain candidate substance is administered, compared to the case where the candidate substance is not administered, (a) increased expression of M2 macrophage and / or M2 macrophage marker, and (b) Jmjd3 protein and / or Jmjd3 protein When either or both of (a) and (b) of increased activity of the target molecule are detected, the candidate substance used can be selected as an agent for promoting differentiation into M2 macrophages.
M2マクロファージは、寄生虫感染への抵抗性、創傷治癒促進、動脈硬化、抗アレルギー、腫瘍形成等に関与する。M2マクロファージへの分化を促進する物質は、寄生虫感染応答促進、創傷治癒促進、アレルギーの予防又は治療等に有用である。これに対し、M2マクロファージ分化を抑制する物質は、抗腫瘍効果を持つ可能性がある。このため、前記スクリーニング方法は、寄生虫感染、創傷治癒、アレルギー等のための医薬のスクリーニング方法等として好適に使用される。 M2 macrophages are involved in resistance to parasitic infection, promotion of wound healing, arteriosclerosis, antiallergy, tumor formation and the like. Substances that promote differentiation into M2 macrophages are useful for promoting parasitic infection response, promoting wound healing, preventing or treating allergies, and the like. In contrast, substances that inhibit M2 macrophage differentiation may have an antitumor effect. Therefore, the screening method is preferably used as a pharmaceutical screening method for parasitic infection, wound healing, allergy, and the like.
本発明における候補物質としては、例えば、核酸、ペプチド、タンパク、非ペプチド性化合物、合成化合物、発酵生産物、細胞抽出液、細胞培養上清、植物抽出液、哺乳動物(例えば、マウス、ラット、ブタ、ウシ、ヒツジ、サル、ヒト等)の組織抽出液、血漿等が挙げられる。候補物質は、新規な物質であってもよいし、公知の物質であってもよい。これら候補物質は塩を形成していてもよく、候補物質の塩としては、生理学的に許容される酸や塩基との塩が用いられる。 Examples of candidate substances in the present invention include nucleic acids, peptides, proteins, non-peptidic compounds, synthetic compounds, fermentation products, cell extracts, cell culture supernatants, plant extracts, mammals (eg, mice, rats, Pig, cow, sheep, monkey, human etc.) tissue extract, plasma and the like. The candidate substance may be a novel substance or a known substance. These candidate substances may form salts, and as salts of candidate substances, salts with physiologically acceptable acids and bases are used.
非ヒト哺乳動物に候補物質を投与する方法としては、例えば、経口投与、静脈注射、塗布、皮下投与、皮内投与、腹腔投与等が用いられ、候補物質の性質等にあわせて適宜選択することができる。また、候補物質の投与量は、投与方法、候補物質の性質等にあわせて適宜選択することができる。 As a method for administering a candidate substance to a non-human mammal, for example, oral administration, intravenous injection, application, subcutaneous administration, intradermal administration, intraperitoneal administration, etc. are used, and the method is appropriately selected according to the properties of the candidate substance. Can do. The dosage of the candidate substance can be appropriately selected according to the administration method, the nature of the candidate substance, and the like.
Jmjd3遺伝子改変非ヒト哺乳動物及びJmjd3遺伝子改変骨髄キメラ非ヒト哺乳動物由来の細胞は、Jmjd3遺伝子が改変されている細胞であり、例えば、脾臓細胞、骨髄細胞、及び該骨髄細胞又は脾臓細胞由来の血液細胞等は、M2マクロファージ関連疾患の研究に好適に用いられるものである。
このような、前記非ヒト哺乳動物由来し、Jmjd3遺伝子が改変されている骨髄細胞も、本発明の1つである。
A cell derived from a Jmjd3 gene-modified non-human mammal and a Jmjd3 gene-modified bone marrow chimeric non-human mammal is a cell in which the Jmjd3 gene is modified, such as spleen cells, bone marrow cells, and bone marrow cells or spleen cells Blood cells and the like are suitably used for research on M2 macrophage-related diseases.
Such a bone marrow cell derived from the non-human mammal and having a modified Jmjd3 gene is also one aspect of the present invention.
Jmjd3遺伝子改変非ヒト哺乳動物由来の骨髄細胞は、例えば、前記Jmjd3遺伝子改変骨髄キメラ非ヒト哺乳動物から骨髄細胞を採取することにより、Jmjd3遺伝子ホモ改変骨髄細胞を得ることができる。Jmjd3遺伝子改変骨髄キメラ非ヒト哺乳動物から骨髄細胞を採取する方法は特に限定されず、通常の方法により該非哺乳動物から骨髄液を採取することにより行うことができる。採取したJmjd3遺伝子改変骨髄細胞を適当な培地で培養することにより、前記骨髄細胞からJmjd3遺伝子改変マクロファージを誘導することができる。このような骨髄細胞由来のJmjd3遺伝子改変マクロファージも、本発明に包含される。Jmjd3遺伝子改変マクロファージは、好ましくは、Jmjd3遺伝子ホモ改変マクロファージである。マクロファージにおいてJmjd3遺伝子が改変されていることは、公知の方法、例えば、マクロファージから抽出した遺伝子を用いて、PCRを行なうことにより容易に確認できる。 Bone marrow cells derived from a Jmjd3 gene-modified non-human mammal can be obtained, for example, by collecting bone marrow cells from the Jmjd3 gene-modified bone marrow chimeric non-human mammal. The method of collecting bone marrow cells from a Jmjd3 gene-modified bone marrow chimeric non-human mammal is not particularly limited, and can be performed by collecting bone marrow fluid from the non-mammal by a conventional method. By culturing the collected Jmjd3 gene-modified bone marrow cells in an appropriate medium, Jmjd3 gene-modified macrophages can be induced from the bone marrow cells. Such bone marrow cell-derived Jmjd3 gene-modified macrophages are also encompassed by the present invention. The Jmjd3 gene-modified macrophage is preferably a Jmjd3 gene homo-modified macrophage. The modification of the Jmjd3 gene in macrophages can be easily confirmed by performing PCR using a known method, for example, a gene extracted from macrophages.
In vitroで骨髄細胞からJmjd3遺伝子改変マクロファージを誘導する方法は特に限定されないが、通常、Sequential control of Toll-like receptor-dependent responses by IRAK1 and IRAK2., Kawagoe T, Sato S, Matsushita K, Kato H, Matsui K, Kumagai Y, Saitoh T, Kawai T, Takeuchi O, Akira S., Nat Immunol. 2008 Jun;9(6):684-91.に記載の方法に従って行うことができる。 The method of inducing Jmjd3 gene-modified macrophages from bone marrow cells in vitro is not particularly limited, but is usually Sequential control of Toll-like receptor-dependent responses by IRAK1 and IRAK2., Kawagoe T, Sato S, Matsushita K, Kato H, Matsui K, Kumagai Y, Saitoh T, Kawai T, Takeuchi O, Akira S., Nat Immunol. 2008 Jun; 9 (6): 684-91.
Jmjd3遺伝子改変マクロファージは、前記Jmjd3遺伝子改変非ヒト哺乳動物及びJmjd3遺伝子改変骨髄キメラ非ヒト哺乳動物から直接取得することもできる。
Jmjd3遺伝子改変非ヒト哺乳動物及びJmjd3遺伝子改変骨髄キメラ非ヒト哺乳動物から該マクロファージを採取する場合には、通常、腹腔洗浄や脾細胞から容易に採取することができる。Jmjd3遺伝子改変骨髄キメラ非ヒト哺乳動物、又はJmjd3遺伝子改変非ヒト哺乳動物由来のJmjd3遺伝子改変マクロファージも、本発明の1つである。
Jmjd3 gene-modified macrophages can also be obtained directly from the above-mentioned Jmjd3 gene-modified non-human mammal and Jmjd3 gene-modified bone marrow chimeric non-human mammal.
When the macrophages are collected from Jmjd3 gene-modified non-human mammals and Jmjd3 gene-modified bone marrow chimeric non-human mammals, they can usually be easily collected from peritoneal lavage or spleen cells. A Jmjd3 gene-modified bone marrow chimeric non-human mammal or a Jmjd3 gene-modified macrophage derived from a Jmjd3 gene-modified non-human mammal is also one aspect of the present invention.
例えば、Jmjd3遺伝子改変骨髄キメラ非ヒト哺乳動物、又は胚又は胎児の段階のJmjd3遺伝子ホモ改変非ヒト哺乳動物から採取した脾臓細胞を適当な条件で培養することにより、Jmjd3遺伝子改変マクロファージを誘導することができる。脾臓細胞からマクロファージへの誘導は、例えば、脾臓細胞をM-CSF存在下に5日間培養することによりマクロファージを誘導することが出来る。 For example, inducing Jmjd3 gene-modified macrophages by culturing spleen cells collected from Jmjd3 gene-modified bone marrow chimeric non-human mammals or Jmjd3 gene homo-modified non-human mammals at the embryonic or fetal stage under appropriate conditions Can do. Induction of spleen cells into macrophages can be induced, for example, by culturing spleen cells in the presence of M-CSF for 5 days.
前記Jmjd3遺伝子改変マクロファージ等の細胞も、M2マクロファージへの分化におけるJmjd3タンパク質の機能、その作用メカニズム等の解明、M2マクロファージが関連する症状又は疾患に関する種々の研究、スクリーニング系等に有用である。 Cells such as the above-mentioned Jmjd3 gene-modified macrophages are also useful for elucidation of the function of Jmjd3 protein in differentiation into M2 macrophages, its action mechanism, etc., various studies relating to symptoms or diseases associated with M2 macrophages, screening systems, and the like.
例えば、ある候補物質をJmjd3遺伝子改変マクロファージに接触させた場合に、該候補物質を接触させない場合に比べて、該Jmjd3遺伝子改変マクロファージのM2マクロファージへの分化、M2マクロファージのマーカーの発現、又はJmjd3遺伝子改変マクロファージにおけるJmjd3タンパク質若しくはJmjd3タンパク質標的分子の活性のいずれか1つ又は2以上が上昇する場合には、用いた候補物質をM2マクロファージへの分化促進剤として選択することができる。このような、(I)Jmjd3遺伝子改変マクロファージに候補物質を接触させる工程、(II)(a)Jmjd3遺伝子改変マクロファージのM2マクロファージへの分化、(b)M2マクロファージのマーカーの発現、又は(c)Jmjd3遺伝子改変マクロファージにおけるJmjd3タンパク質及び/又はJmjd3タンパク質標的分子の活性をモニターする工程、及び(III)候補物質を接触させない場合と比較して、工程(II)において(a)M2マクロファージへの分化が誘導された、(b)M2マクロファージのマーカーの発現の上昇が検出された、又は(c)Jmjd3タンパク質及び/又はJmjd3タンパク質標的分子の活性上昇が検出された候補物質を選択する工程を含むM2マクロファージの分化促進剤のスクリーニング方法も、本発明の1つである。このようなスクリーニング方法により、寄生虫感染、創傷、アレルギー等の治療剤等として有用なM2マクロファージの分化促進剤をスクリーニングすることができる。 For example, when a candidate substance is brought into contact with a Jmjd3 gene-modified macrophage, differentiation of the Jmjd3 gene-modified macrophage into M2 macrophage, expression of a marker of M2 macrophage, or Jmjd3 gene, compared to a case where the candidate substance is not contacted When one or more of the activities of the Jmjd3 protein or the Jmjd3 protein target molecule in the modified macrophage is increased, the candidate substance used can be selected as an agent for promoting differentiation into M2 macrophages. (I) a step of bringing a candidate substance into contact with Jmjd3 gene-modified macrophages, (II) (a) differentiation of Jmjd3 gene-modified macrophages into M2 macrophages, (b) expression of markers of M2 macrophages, or (c) The step of monitoring the activity of the Jmjd3 protein and / or Jmjd3 protein target molecule in the Jmjd3 gene-modified macrophages, and (III) compared with the case where the candidate substance is not contacted, M2 macrophages comprising the step of: (b) selecting a candidate substance in which increased expression of a marker of M2 macrophage is detected or (c) increased activity of a target molecule of Jmjd3 protein and / or Jmjd3 protein is detected Another method for screening for a differentiation promoting agent is one of the present invention. By such a screening method, a differentiation promoting agent for M2 macrophages useful as a therapeutic agent for parasitic infection, wound, allergy, etc. can be screened.
Jmjd3遺伝子改変マクロファージのM2マクロファージへの分化は、通常、定量PCRやフローサイトメトリーにより検出できる。M2マクロファージのマーカー及びJmjd3タンパク質標的分子は、前記と同様である。 Differentiation of Jmjd3 gene-modified macrophages into M2 macrophages can usually be detected by quantitative PCR or flow cytometry. M2 macrophage markers and Jmjd3 protein target molecules are the same as described above.
候補物質をJmjd3遺伝子改変マクロファージに接触させる方法として、前記非ヒト哺乳動物に候補物質を投与する方法、in vitroでJmjd3遺伝子改変マクロファージに候補物質を添加する方法等が挙げられる。上記スクリーニング方法においては、候補物質の接触により、候補物質を接触させない場合と比較して、(a)M2マクロファージへの分化誘導、(b)M2マクロファージのマーカーの発現の上昇、及び(c)Jmjd3遺伝子改変マクロファージにおけるJmjd3タンパク質及び/又はJmjd3タンパク質標的分子の活性上昇のいずれか1つ又は2以上が検出された候補物質を、M2マクロファージの分化促進剤として選択すればよい。候補物質は特に限定されず、上述した候補物質等を使用できる。 Examples of the method of bringing the candidate substance into contact with the Jmjd3 gene-modified macrophage include a method of administering the candidate substance to the non-human mammal, a method of adding the candidate substance to the Jmjd3 gene-modified macrophage in vitro, and the like. In the screening method described above, (a) differentiation induction into M2 macrophages, (b) increased expression of markers of M2 macrophages, and (c) Jmjd3 compared to the case where the candidate substances are not contacted by contact with the candidate substances A candidate substance in which any one or more of the increased activity of the Jmjd3 protein and / or Jmjd3 protein target molecule in the genetically modified macrophage is detected may be selected as a differentiation promoting agent for M2 macrophage. A candidate substance is not specifically limited, The candidate substance etc. which were mentioned above can be used.
Jmjd3タンパク質は、M2マクロファージの分化に必須の分子であることから、Jmjd3タンパク質又はJmjd3遺伝子を用いても、M2マクロファージへの分化を制御する物質をスクリーニングすることができる。
(I)in vitro又は非ヒト哺乳動物中でJmjd3遺伝子及び/又はJmjd3タンパク質に候補物質を接触させる工程、(II)Jmjd3遺伝子発現及び/又はJmjd3タンパク質の脱メチル化酵素活性の変化をモニターする工程、及び(III)候補物質を接触させない場合と比較して、工程(II)においてJmjd3遺伝子発現及び/又は脱メチル化酵素活性の変化が検出された候補物質を選択する工程を含むM2マクロファージの分化を制御する物質のスクリーニング方法も、本発明の1つである。
Since Jmjd3 protein is an essential molecule for differentiation of M2 macrophages, a substance that controls differentiation into M2 macrophages can be screened using Jmjd3 protein or Jmjd3 gene.
(I) a step of bringing a candidate substance into contact with the Jmjd3 gene and / or Jmjd3 protein in vitro or in a non-human mammal, and (II) a step of monitoring changes in Jmjd3 gene expression and / or demethylase activity of the Jmjd3 protein. And (III) differentiation of M2 macrophages comprising the step of selecting a candidate substance in which a change in Jmjd3 gene expression and / or demethylase activity is detected in step (II) as compared with the case where no candidate substance is contacted A method for screening a substance that regulates is also one aspect of the present invention.
例えば、ある候補物質をJmjd3遺伝子及び/又はJmjd3タンパク質に接触させた場合に、該候補物質を接触させない場合と比較して、該Jmjd3遺伝子発現及びJmjd3タンパク質の脱メチル化酵素活性のいずれか又は両方が抑制される場合には、用いた候補物質をM2マクロファージへの分化抑制剤として選択することができる。
M2マクロファージの分化を抑制する作用を有する物質は、癌の転移抑制や、動脈硬化、メタボリックシンドローム等の疾患又は症状の予防、改善又は治療に有用である。
For example, when a candidate substance is brought into contact with the Jmjd3 gene and / or Jmjd3 protein, either or both of the expression of the Jmjd3 gene and the demethylase activity of the Jmjd3 protein are compared with the case where the candidate substance is not contacted. Can be selected, the candidate substance used can be selected as an inhibitor of differentiation into M2 macrophages.
A substance having an action of suppressing differentiation of M2 macrophages is useful for suppression of cancer metastasis, prevention, improvement or treatment of diseases or symptoms such as arteriosclerosis and metabolic syndrome.
また、ある候補物質をJmjd3遺伝子発現及び/又はJmjd3タンパク質に接触させた場合に、該候補物質を接触させない場合と比較して、該Jmjd3遺伝子発現及びJmjd3タンパク質の脱メチル化酵素活性のいずれか又は両方が上昇する場合には、用いた候補物質をM2マクロファージへの分化促進剤として選択することができる。 Further, when a certain candidate substance is brought into contact with Jmjd3 gene expression and / or Jmjd3 protein, compared with the case where the candidate substance is not brought into contact, either of the Jmjd3 gene expression and demethylase activity of Jmjd3 protein or When both are elevated, the candidate substance used can be selected as an agent for promoting differentiation into M2 macrophages.
候補物質をJmjd3遺伝子又はJmjd3タンパク質に接触させる方法として、非ヒト哺乳動物に候補物質を投与する方法、in vitroでJmjd3遺伝子及び/又はJmjd3タンパク質に候補物質を添加する方法等が挙げられる。 Examples of the method of bringing the candidate substance into contact with the Jmjd3 gene or Jmjd3 protein include a method of administering the candidate substance to a non-human mammal, a method of adding the candidate substance to the Jmjd3 gene and / or Jmjd3 protein in vitro, and the like.
前記Jmjd3タンパク質又はJmjd3遺伝子を用いるスクリーニング方法において用いられる非ヒト哺乳動物は、Jmjd3遺伝子及び/又はJmjd3タンパク質を有する非ヒト哺乳動物が好ましく、正常非ヒト哺乳動物を用いることができる。好ましくは、ラット又はマウスであり、より好ましくはマウスである。 The non-human mammal used in the screening method using the Jmjd3 protein or Jmjd3 gene is preferably a non-human mammal having the Jmjd3 gene and / or Jmjd3 protein, and a normal non-human mammal can be used. Preferably, it is a rat or a mouse, more preferably a mouse.
In vitroの方法において用いられるJmjd3タンパク質は、哺乳動物から単離・精製することにより得られる。また、Zc3h12a is an RNase essential for controlling immune responses by regulating mRNA decay., Matsushita K, Takeuchi O, Standley DM, Kumagai Y, Kawagoe T, Miyake T, Satoh T, Kato H, Tsujimura T, Nakamura H, Akira S., Nature. 2009 Apr 30;458(7242):1185-90.に記載の方法に従って、ベクターに導入したJmjd3遺伝子を宿主細胞に導入して発現させることによりJmjd3タンパク質を有する細胞を得ることができる。Jmjd3タンパク質の精製は、公知の方法により行うことができる。
Jmjd3タンパク質の発現を測定する方法は特に限定されず、例えば、ウェスタンブロットの方法により測定することができる。
The Jmjd3 protein used in the in vitro method can be obtained by isolation and purification from a mammal. Zc3h12a is an RNase essential for controlling immune responses by regulating mRNA decay., Matsushita K, Takeuchi O, Standley DM, Kumagai Y, Kawagoe T, Miyake T, Satoh T, Kato H, Tsujimura T, Nakamura H, Akira S. , Nature. 2009 Apr 30; 458 (7242): 1185-90. A cell having a Jmjd3 protein can be obtained by introducing the Jmjd3 gene introduced into the vector into a host cell and expressing it. Purification of the Jmjd3 protein can be performed by a known method.
The method for measuring the expression of Jmjd3 protein is not particularly limited, and for example, it can be measured by a Western blot method.
本発明の非ヒト哺乳動物、該非ヒト哺乳動物由来のJmjd3遺伝子改変マクロファージ、及びスクリーニング方法等を使用することにより、M2マクロファージへの分化を制御する物質を選択することができる。M2マクロファージへの分化を促進する物質は、寄生虫感染応答、創傷治癒促進、アレルギーの予防又は治療等に有用である。Jmjd3遺伝子発現及び/又はJmjd3タンパク質の脱メチル化酵素活性を抑制してM2マクロファージの分化を抑制する物質は、癌(例えば、大腸癌、肺癌等)の転移の抑制、動脈硬化等の治療に有用である。
スクリーニング方法により選択された物質は、他の成分と混合等して医薬等とすることができる。
By using the non-human mammal of the present invention, the Jmjd3 gene-modified macrophage derived from the non-human mammal, a screening method, and the like, a substance that controls differentiation into M2 macrophages can be selected. Substances that promote differentiation into M2 macrophages are useful for parasitic infection response, wound healing promotion, allergy prevention or treatment, and the like. Substances that suppress Jmjd3 gene expression and / or demethylase activity of Jmjd3 protein to suppress M2 macrophage differentiation are useful for suppressing metastasis of cancer (eg, colon cancer, lung cancer, etc.), and for treating arteriosclerosis, etc. It is.
The substance selected by the screening method can be mixed with other components to obtain a medicine or the like.
I. 実験方法
(i) Jmjd3-/-マウス(Jmjd3遺伝子ホモ改変マウス)の作製
jmjd3遺伝子は、ポリメラーゼ連鎖反応(PCR)によって、ES細胞(GSI-I)より抽出されたゲノムDNAから単離された。ターゲティングベクターはネオマイシン耐性遺伝子カセット(neo)を用いて、Jmjd3のORF(JmjC 領域コードするエクソンを含むエクソン14-21)をコードする4kbフラグメントを置換することにより構築し、PGKプロモーターによって誘導される単純ヘルペスウイルスチミジンキナーゼは、ネガティブセレクションのためにゲノム断片に挿入された。
I. experimental method
(i) Preparation of Jmjd3 -/- mice (Jmjd3 gene homo-modified mice)
The jmjd3 gene was isolated from genomic DNA extracted from ES cells (GSI-I) by polymerase chain reaction (PCR). The targeting vector is constructed by replacing the 4 kb fragment encoding the ORF of Jmjd3 (exon 14-21 including the exon encoding JmjC region) using the neomycin resistance gene cassette (neo), and is simply derived from the PGK promoter. Herpesvirus thymidine kinase was inserted into the genomic fragment for negative selection.
ターゲティングベクターをES細胞にトランフェクトした後、G418とガンシクロビルの両耐性コロニーをポリメラーゼ連鎖反応(PCR)によって選択し、スクリーニングした。さらに遺伝子組み換えはサザンブロット法によって確かめられた。これらの相同組み換えクローンは、C57BL/6マウスから生成された胚盤胞に、個別にマイクロインジェクトされ、偽妊娠した雌に移殖された。雄のキメラマウスをC57BL/6の雌のマウスへ交配することで、生殖細胞系列へ変異対立遺伝子を伝達した。そして、作製したJmjd3+/-マウスを異系交配(インタークロス)させ、Jmjd3-/-マウスを作製した。これらの動物実験は全て、微生物病研究所の動物実験委員会の許可を得て行われた。なお、実施例中のJmjd3遺伝子は、すべてマウスJmjd3遺伝子である。 After transfecting the targeting vector into ES cells, both G418 and ganciclovir resistant colonies were selected and screened by polymerase chain reaction (PCR). Furthermore, genetic recombination was confirmed by Southern blotting. These homologous recombination clones were individually microinjected into blastocysts generated from C57BL / 6 mice and transferred to pseudopregnant females. Male chimeric mice were bred to C57BL / 6 female mice to transfer the mutant allele to the germline. Then, the prepared Jmjd3 +/− mice were cross-crossed to produce Jmjd3 − / − mice. All of these animal experiments were conducted with the permission of the Animal Experiment Committee of the Institute for Microbial Diseases. In addition, all the Jmjd3 genes in the examples are mouse Jmjd3 genes.
(ii) マウス、細胞及び試薬
Irf4-/-マウスは先行研究に記述されている方法で作製した(Honma, K. et al. Proc Natl Acad Sci U S A 102, 16001-16006 (2005))。BM(骨髄細胞)誘導マクロファージは、10%のFCS、50μMの2‐メルカプトエタノール及び10ng/ml のGM-CSF (ペプロテック社)又は10ng/ml M‐CSF (ペプロテック社)を含むRPMI1640培地で生成された。Pam3CSK4とR‐848は以前記載した方法(Pam はTakeuchi O et al., J Immunol. 2002 Jul 1;169(1):10-4、R-848はHemmi H et al., Nat Immunol. 2002 Feb;3(2):196-200)で作製された。LPS (Salmonella minnesota Re595)は、シグマ社から購入した。CpG‐DNA(ODN1668)はインビトロジェン社にて合成された。
(ii) mice, cells and reagents
Irf4 − / − mice were generated by the method described in previous studies (Honma, K. et al. Proc Natl Acad Sci USA 102, 16001-16006 (2005)). BM-induced macrophages are generated in RPMI1640 medium containing 10% FCS, 50 μM 2-mercaptoethanol and 10 ng / ml GM-CSF (Peprotech) or 10 ng / ml M-CSF (Peprotech). It was. Pam 3 CSK 4 and R-848 were previously described (Pam was Takeuchi O et al., J Immunol. 2002 Jul 1; 169 (1): 10-4, R-848 was Hemmi H et al., Nat Immunol 2002 Feb; 3 (2): 196-200). LPS (Salmonella minnesota Re595) was purchased from Sigma. CpG-DNA (ODN1668) was synthesized by Invitrogen.
(iii) BM(骨髄細胞)キメラマウスの作製
胎児肝細胞移植を行ない、BMキメラマウスを作製した。胎児肝移植を行う際、レシピエント(移植される側)には血液細胞の表面マーカーとしてCD45.1を発現するマウスを使用し、ドナー(肝細胞を採取するマウス)には表面マーカーとしてCD45.2を発現するマウスを使用した。
胎児肝細胞は、野生型及びJmjd3-/-胚(e15.5)より調製した。調製した細胞懸濁液は、致死量の放射線(10Gyのガンマ線)を浴びたCD45.1 C57BL/6マウスの静脈内に注射された。得られたキメラマウスはネオマイシンとアンピシリンを含んだ飲料水を4週間与えられた。マウスは、再構成後、少なくとも8週間の間、検査された。
キメラマウスの骨髄細胞がJmjd3-/-胚由来のJmjd3-/-骨髄細胞で置換されたことは、胎児肝細胞移植完了後、血液中のCD45.1とCD45.2の発現の割合をそれぞれのマーカーに対する特異的抗体を用いて染色し、フローサイトメトリーを用いて解析することによりレシピエント由来かドナー由来の細胞を区別した。なお、実際上は、10Gyのガンマ線をレシピエントに照射後、胎児肝細胞移植を行うことにより、ほぼ完全に骨髄由来細胞をドナー由来に置き換えることが出来た。結果、キメラマウス由来の脾細胞は90%以上CD45.2陽性であった。
(iii) Preparation of BM (bone marrow cell) chimeric mouse Fetal hepatocyte transplantation was performed to prepare a BM chimeric mouse. When performing fetal liver transplantation, the recipient (transplanted side) uses a mouse that expresses CD45.1 as a surface marker for blood cells, and the donor (the mouse from which hepatocytes are collected) uses CD45. Mice expressing 2 were used.
Fetal hepatocytes were prepared from wild type and Jmjd3 − / − embryos (e15.5). The prepared cell suspension was injected intravenously into CD45.1 C57BL / 6 mice that received a lethal dose of radiation (10 Gy gamma radiation). The resulting chimeric mice were given drinking water containing neomycin and ampicillin for 4 weeks. Mice were examined for at least 8 weeks after reconstitution.
The replacement of the marrow cells of the chimeric mouse with Jmjd3 -/- embryonic Jmjd3 -/- bone marrow cells indicates the proportion of CD45.1 and CD45.2 expression in the blood after the completion of fetal hepatocyte transplantation. Cells from recipients or donors were distinguished by staining with specific antibodies to the markers and analysis using flow cytometry. In practice, bone marrow-derived cells could be almost completely replaced with donor-derived cells by transplanting fetal liver cells after irradiating the recipient with 10 Gy of gamma rays. As a result, spleen cells derived from chimeric mice were 90% or more CD45.2 positive.
(iv) 定量的なPCR分析
全RNAはTRIzol (インビトロジェン社)を用いて単離され、逆転写は使用説明書に従い、ReverTra Ace (東洋紡社)を用いて行なわれた。定量的なPCRのためには、cDNA断片は、リアルタイムPCRマスターミックス(東洋紡社)によって増幅され、それぞれのサイトカインに対するタックマンプローブ由来の蛍光は、7500リアルタイムPCRシステムで検出された。様々な刺激に応答したサイトカインのmRNAの相対的な誘導を決定するため、それぞれの遺伝子のmRNA発現レベルは、18sRNAの発現レベルに対して標準化した。実験は少なくとも2回繰り返して行った。
(iv) Quantitative PCR analysis Total RNA was isolated using TRIzol (Invitrogen), and reverse transcription was performed using ReverTra Ace (Toyobo) according to the instruction manual. For quantitative PCR, the cDNA fragments were amplified with a real-time PCR master mix (Toyobo), and fluorescence from the Taqman probe for each cytokine was detected with a 7500 real-time PCR system. In order to determine the relative induction of cytokine mRNA in response to various stimuli, the mRNA expression level of each gene was normalized to the expression level of 18sRNA. The experiment was repeated at least twice.
(v) 免疫プロット分析
M‐BMM(マウス骨髄細胞由来マクロファージ)は、M−CSF(プロテック社)を用いず、培地中で4時間培養され、回収され、再度プレートに移された。M‐BMMは、一定時間M‐CSFで刺激され、コンプリートミニ(ロシュ社)を含んだLysis 緩衝液(20mM Tris-HCL(pH7.5),150mM NaCl, 1mM EDTA and 1% NP40)を用いて溶解された。細胞溶解物は、標準的なSDS‐PAGEで分離され、免疫ブロット法で分析された。以下のタンパクに対する抗体を使用した。
細胞シグナル伝達/リン酸化ERK(♯9101)、リン酸化ATK(#9271)、リン酸化p38(#9211)、及びAKT(#9272)、サンタクルズ/p38(#C-20)、ERK(#K-23)、及びβ−アクチン(#C-11)
(v) Immunoplot analysis
M-BMM (mouse bone marrow cell-derived macrophages) was cultured in a medium for 4 hours without using M-CSF (Protech), recovered, and transferred to a plate again. M-BMM was stimulated with M-CSF for a certain period of time, using Lysis buffer (20 mM Tris-HCL (pH 7.5), 150 mM NaCl, 1 mM EDTA and 1% NP40) containing complete mini (Roche). Dissolved. Cell lysates were separated by standard SDS-PAGE and analyzed by immunoblotting. Antibodies against the following proteins were used.
Cell signaling / phosphorylated ERK (# 9101), phosphorylated ATK (# 9271), phosphorylated p38 (# 9211), and AKT (# 9272), Santa Cruz / p38 (# C-20), ERK (# K- 23), and β-actin (# C-11)
(vi) フローサイトメトリー
フローサイトメトリーのための抗体は、BD社とイーバイオサイエンス(eBioscience)社から購入した。細胞懸濁液は、篩過し、穏やかに軽くピペットで採取することにより、調製された。細胞は、氷冷FACS緩衝液(2%FCS,2mM EDTA in PBS)を用いて洗浄され、次いでそれぞれの抗体と共に15分間インキュベートされ、FACS緩衝液で2回洗浄された。細胞内のサイトカインは使用説明書に従い、Cytofix/CytopermとFixation/Permeabilizationを用いて染色された。データは、FACS Caliburフローサイトメーター(BD社)を使用して取得し、FlowJo(スリースター社)を用いて解析した。
(vi) Flow cytometry Antibodies for flow cytometry were purchased from BD and eBioscience. The cell suspension was prepared by sieving and gently and gently pipetting. Cells were washed with ice-cold FACS buffer (2% FCS, 2 mM EDTA in PBS), then incubated with each antibody for 15 minutes and washed twice with FACS buffer. Intracellular cytokines were stained using Cytofix / Cytoperm and Fixation / Permeabilization according to the instructions for use. Data was acquired using a FACS Calibur flow cytometer (BD) and analyzed using FlowJo (Three Star).
(vii) Jmjd3の発現プラスミドの生成
Jmjd3 cDNA(aa1141-1641に相当する)は、PCRによって、マウスのcDNAライブラリーから得られ、そして、JmjCドメインにおいてA1388H変換をもたらす点変異を、部位特異的突然変異誘発法(ストタラジーンStratagene社)により導入した。全長又は変異したJmjd3 cDNAは、レトロウイルス産生のためのpMRX-irespuroベクターにクローニングされた(Saitoh, T. et al. J Biol Chem 278, 36005-36012 (2003))。
(vii) Generation of expression plasmid for Jmjd3
Jmjd3 cDNA (corresponding to aa1141-1641) was obtained from a mouse cDNA library by PCR, and a point mutation resulting in A1388H conversion in the JmjC domain was performed by site-directed mutagenesis (Stratagene Stratagene). Introduced. Full length or mutated Jmjd3 cDNA was cloned into the pMRX-irespuro vector for retrovirus production (Saitoh, T. et al. J Biol Chem 278, 36005-36012 (2003)).
(viii) レトロウイルス形質導入
BM(骨髄)細胞は、5mgの5‐フルオロウラシル(ナカライテスク社)を4日前に腹腔内に注射された Jmjd3-/-マウスから単離された。細胞は、幹細胞培地(15%FCS、10 mMピルビン酸ナトリウム、2μML-グルタミン、50μM β‐メルカプトエタノール、100U/mlペニシリン、100g/mlストレプトマイシン、100 ng/ml 幹細胞因子、10 ng/ml IL-6及び10 ng/ml IL‐3が添加されたRPMI)で培養した。そして48時間後に、2連日で、これらの細胞は、レトロウイルスの上清(幹細胞因子、IL-6、 IL-3、及び10 ng/mlポリブレンを付加)で形質導入された。ウイルスは、さまざまなプラスミドでトランスフェクトしたPlatEパッケージ細胞を使用して作製された。2回目の形質導入の後、細胞は、洗浄され、マクロファージ成長培地(10%FCS、50μM β‐メルカプトエタノール、100U/mlペニシリン、100g/mlストレプトマイシン、及び20 ng/ml M‐CSFが添加されたRPMI 1640培地)に再懸濁された。3.5日の培養の後、細胞を、もう一度洗浄し、2.5μg/mlプロマイシン(インビトロジェン社)入りのマクロファージ成長培地を加えた。培地を変えてから細胞を2日培養し、分析に供した。
(viii) Retroviral transduction BM (bone marrow) cells were isolated from Jmjd3 − / − mice injected intraperitoneally with 5 mg of 5-fluorouracil (Nacalai Tesque) 4 days ago. Cells were treated with stem cell medium (15% FCS, 10 mM sodium pyruvate, 2 μML-glutamine, 50 μM β-mercaptoethanol, 100 U / ml penicillin, 100 g / ml streptomycin, 100 ng / ml stem cell factor, 10 ng / ml IL-6 And RPMI supplemented with 10 ng / ml IL-3). And 48 hours later, two days later, these cells were transduced with retroviral supernatant (added with stem cell factor, IL-6, IL-3, and 10 ng / ml polybrene). Viruses were generated using PlatE packaged cells transfected with various plasmids. After the second transduction, the cells were washed and macrophage growth medium (10% FCS, 50 μM β-mercaptoethanol, 100 U / ml penicillin, 100 g / ml streptomycin, and 20 ng / ml M-CSF was added. RPMI 1640 medium). After 3.5 days of culture, the cells were washed once more and macrophage growth medium with 2.5 μg / ml puromycin (Invitrogen) was added. After changing the medium, the cells were cultured for 2 days and subjected to analysis.
(ix) キチン投与
キチン(シグマ社)は、PBS中で3回洗浄され、次いでUR-20P(トミー社)を用い氷上で30分間、超音波をかけられた。100μMの細胞濾過機で濾過した後、キチンは、50ml PBSで薄められた。約800ngのキチン溶液は、腹腔内に注入され、投与2日後、PECが集められた。
(ix) Chitin administration Chitin (Sigma) was washed 3 times in PBS and then sonicated with UR-20P (Tomy) for 30 minutes on ice. After filtration through a 100 μM cell filter, chitin was diluted with 50 ml PBS. Approximately 800 ng of chitin solution was injected intraperitoneally and PEC was collected 2 days after administration.
(x) ブラジル鉤虫(N.brasiliensis)感染への応答実験
胎児肝臓転移後8週間で、野生型(WT)とJmjd3-/-胎児肝臓キメラマウスは、300 third-stage larvae N. brasiliensis (Nb)を皮下に植菌された。感染5日後、Nbを植菌したマウスは、屠殺され、PBSで環流され、肺からの全RNAが抽出された。RNAは特定の遺伝子の発現の解析のため、定量的PCRに供された。感染9日後、肺門リンパ節が採取され、単細胞懸濁液が作製され、細胞数が数えられた。リンパ節細胞はCD3及びCD28抗体で刺激された。これらはCD4で染色され、cytofix(BD)で処理され、抗IL-4及びIFN-γ抗体で染色された。そして、細胞はフローサイメトリーで分析された。BALは、Nb感染後5日及び13日に行われ、マクロファージと好酸球を、Diff-quik(バクスターヘルスケア社)で染色したサイトスピンスメア上で数えた。
(x) Response experiment to Brazilian worm (N. brasiliensis) infection 8 weeks after fetal liver metastasis, wild type (WT) and Jmjd3 -/- fetal liver chimeric mice were 300 third-stage larvae N. brasiliensis (Nb) Was inoculated subcutaneously. Five days after infection, mice inoculated with Nb were sacrificed, perfused with PBS, and total RNA from the lung was extracted. RNA was subjected to quantitative PCR for analysis of specific gene expression. Nine days after infection, hilar lymph nodes were collected, single cell suspensions were made, and the number of cells was counted. Lymph node cells were stimulated with CD3 and CD28 antibodies. These were stained with CD4, treated with cytofix (BD), and stained with anti-IL-4 and IFN-γ antibodies. The cells were then analyzed by flow cytometry. BAL was performed 5 and 13 days after Nb infection, and macrophages and eosinophils were counted on cytospin smears stained with Diff-quik (Baxter Healthcare).
(xi) マイクロアレイ分析
TRLzol RNA分離キット(インビトロジェン社)を用いて、野生型及びJmjd3-/- M-BMMから全RNAを単離し、更にRNeasyキット(キアゲンQiagen社)を用いて精製した。ビオチニル化したcDNAは、製作者プロトコールに従って、オベイションビオチンRNA増幅及びラベリングシステム(ヌジェンNugen社)を用いて、100ngの全RNAから合成された。その生産物は、DyeEx2.0スピンキット(キアゲンQIAGEN社)を用いて精製され、断片化され、製作者プロトコール(アフィメトリックス社)に従って、アフィメトリックスマウス発現アレイA430. 2.0マイクロアレーチップにハイブリダイズされた。アフィメトリックスマウスゲノム 430 2.0マイクロアレーチップの染色、洗浄、及びスキャンは、使用説明書に従って行なわれた。ロバストマルチチップ平均(RMA)発現値は、R及びバイオコンダクターアフィパッケージを使い計算された。それぞれのプローブとして、野生型及びJmjd3-/-サンプルの間の発現の変化は、野生型及びJmjd3-/- M-BMMに対するlog2値の差異と定義された。遺伝子は、それらの対応するプローブの値を割り当てられた。遺伝子が、多くのプローブと会合している場合、平均的値が採用された。
(xi) Microarray analysis
Total RNA was isolated from wild-type and Jmjd3 − / − M-BMM using TRLzol RNA isolation kit (Invitrogen), and further purified using RNeasy kit (Qiagen Qiagen). Biotinylated cDNA was synthesized from 100 ng of total RNA using the Ovation Biotin RNA amplification and labeling system (Nugen Nugen) according to the manufacturer's protocol. The product was purified using the DyeEx 2.0 spin kit (Qiagen QIAGEN), fragmented and hybridized to the Affymetrix mouse expression array A430. 2.0 microarray chip according to the manufacturer's protocol (Affymetrix). It was. The Affymetrix mouse genome 430 2.0 microarray chip was stained, washed and scanned according to the instructions for use. Robust multichip average (RMA) expression values were calculated using R and Bioconductor Affi packages. For each probe, the change in expression between the wild type and Jmjd3 − / − samples was defined as the difference in log2 values relative to the wild type and Jmjd3 − / − M-BMM. Genes were assigned values for their corresponding probes. If the gene is associated with many probes, an average value was taken.
(xii) クロマチンの免疫沈降−シークエンシング(ChIP-seq)
M-BMM(マウス骨髄細胞由来マクロファージ)が作製され、DNAに直接クロスリンクするヒストンのため、5×106マクロファージを、10%ホルムアルデヒドで固定した。細胞は、コンプリートミニを含んだ氷冷PBSで2回洗浄され、溶解緩衝液(1%SDS、10mM EDTA、50mM Tris-HCl(PH=8.1))が加えられた。コニカルチューブに細胞を採取した後、DNA断片を得るため、超音波(トミー社 UR-20P)をかけた。断片長は150から300bpsの間にピークがあった。ヒストンH3K27me3(ミリポア社07-449)に対する抗体を、PBS/BSA 0.5%中で、80μlのダイナビーズ(ベリタス社)に一晩、予備結合させた。そして、ビーズを溶解液に添加し、一晩インキュベートした。ビーズは、1回、高塩分免疫複合体洗浄緩衝液(ミリポア社)と低塩分免疫複合体洗浄緩衝液(ミリポア社)で、7回LiCl免疫複合体洗浄緩衝液(ミリポア社)を使って、そして1回50mM NaClを含んだTEを使って洗浄された。DNAは溶出緩衝液(1%SDS 10mM EDTA, 50mM Tris-HCl(pH=8.1))を用いて溶出され、65℃で終夜インキュベートすることによって架橋を切断した。DNAは、RNase A及びProteinase K処理の後、Etachinmate(ニッポンジーン社)を用いて、エタノール沈殿によって精製された。収率は、〜100ng/5x106マクロファージであった。DNAの200 ngを、フラグメントライブラリーに使用した。P1及びP2アダプターライゲーション反応、及び、それに続く全ての手順は、SOLiD3プラスシステムフラグメントライブラリー作製プロトコールに従って行われた。各ライブラリーのためのテンプレートビーズの生成は、SOLiD 3プラスシステムテンプレートビーズ作製ガイドフルスケールのプロトコールに従って行われた。各試料は、160‐200Kビーズ/パネルのターゲットビーズ密度で、スライドの6ヶ所に置かれた。ハイスループットシークエンシングは、SOLiD 3 プラスシステムを使って行われ、50bp readsの分析が行われた。
(xii) Chromatin immunoprecipitation-sequencing (ChIP-seq)
M-BMM (mouse bone marrow cell-derived macrophages) was generated and 5 × 10 6 macrophages were fixed with 10% formaldehyde for histones that directly cross-linked to DNA. Cells were washed twice with ice-cold PBS containing complete mini and lysis buffer (1% SDS, 10 mM EDTA, 50 mM Tris-HCl (PH = 8.1)) was added. After collecting the cells in a conical tube, ultrasonic waves (Tomy UR-20P) were applied to obtain a DNA fragment. The fragment length had a peak between 150 and 300 bps. Antibody against histone H3K27me3 (Millipore 07-449) was pre-bound overnight in 80 μl Dynabeads (Veritas) in PBS / BSA 0.5%. The beads were then added to the lysate and incubated overnight. Beads are once with high salt immune complex wash buffer (Millipore) and low salt immune complex wash buffer (Millipore), 7 times with LiCl immune complex wash buffer (Millipore), Then, it was washed once with TE containing 50 mM NaCl. DNA was eluted using elution buffer (1% SDS 10 mM EDTA, 50 mM Tris-HCl (pH = 8.1)) and cross-linked by incubating at 65 ° C. overnight. DNA was purified by ethanol precipitation using Etachinmate (Nippon Gene) after treatment with RNase A and Proteinase K. The yield was ˜100 ng / 5 × 10 6 macrophages. 200 ng of DNA was used for the fragment library. P1 and P2 adapter ligation reactions and all subsequent procedures were performed according to the SOLiD3 plus system fragment library construction protocol. Template bead generation for each library was performed according to the full scale protocol of the SOLiD 3 Plus system template bead production guide. Each sample was placed in six places on the slide with a target bead density of 160-200K beads / panel. High-throughput sequencing was performed using the SOLiD 3 Plus system and analyzed for 50 bp reads.
(xiii) クロマチン免疫沈降-シークエンシング(ChIP-Seq)データの分析
各ChIP-Seqデータセットのため、最大4つまでの不一致を有する特異的にマップされたChIP標識(タグ)が、更なる分析のため考案された。タグの場所は、それぞれのタグに対応する元のDNA断片の中心を反映させるため、それらの5’末端から+100bps単位で移動させた。
(xiii) Analysis of chromatin immunoprecipitation-sequencing (ChIP-Seq) data For each ChIP-Seq dataset, specifically mapped ChIP tags (tags) with up to 4 mismatches are further analyzed Invented for. The tag locations were moved in units of +100 bps from their 5 ′ ends to reflect the center of the original DNA fragment corresponding to each tag.
1.M-BMM内の遺伝子の異なる領域における全体のH3K27メチル化
H3K27me3分布の全体図を得るため、転写した領域(UCSC のデータベース(Rhead, B. et al., Nucleic Acids Res 38, D613-619 (2010))、http://genome.ucsc.edu/における、genomic-wide 2007年7月mm9 RefSeq マウス遺伝子注解に基づいて)、並びに上流及び下流領域(それぞれ30kb)に対してマップされたタグを収集した。上流及び下流をそれぞれ1kbにつき30binで分け、転写領域は、同じサイズの50binに分けられた。各binに対してマップされたChIP-Seqタグを、野生型及びJmjd3-/- M-BMMの両方で数えた。試料と抗免疫沈降しなかったコントロールデータにおけるタグのカウントの比を、各binに対して計算した。
1. Global H3K27 methylation in different regions of genes within M-BMM
To obtain an overall view of the H3K27me3 distribution, the transcribed region (UCSC database (Rhead, B. et al., Nucleic Acids Res 38, D613-619 (2010)), http://genome.ucsc.edu/ Genomic-wide July 2007 mm9 RefSeq (based on mouse gene annotation), and tags mapped to upstream and downstream regions (30 kb each) were collected. The upstream and downstream were each divided into 30 bins per kb, and the transcription region was divided into 50 bins of the same size. The ChIP-Seq tags mapped for each bin were counted in both wild type and Jmjd3 − / − M-BMM. The ratio of tag counts in the control data that did not anti-immunoprecipitate with the sample was calculated for each bin.
2.ChIP-Seqデータと遺伝子発現データの相関
各遺伝子Xに対して、転写された領域内でマップされたタグの数を、ChIP-Seq実験試料及びコントロール試料それぞれ(Cmod(x)とCcontrol(x))について数えた。
ヒストンの修飾の強度は次のように計算される。
2. Correlation between ChIP-Seq data and gene expression data For each gene X, the number of tags mapped within the transcribed region was determined for each of the ChIP-Seq experimental sample and the control sample (Cmod (x) and Ccontrol (x) ).
The intensity of histone modification is calculated as follows.
上記式において、Nmod及びNcontrol、はマウスゲノムにおいて特異的にマップされたタグの総カウント数である。ヒストンの修飾と遺伝子発現の相関関係は、ピアソンの相関関係で評価した。 In the above formula, Nmod and Ncontrol are the total counts of tags specifically mapped in the mouse genome. The correlation between histone modification and gene expression was evaluated by Pearson's correlation.
なお、16,090 RefSeq遺伝子は、それらの発現の変化によって遺伝子を分類することにより、20binsにクラス分けされた。修飾の平均強度は、それぞれのbinで計算された。 The 16,090 RefSeq genes were classified into 20 bins by classifying the genes according to their expression changes. The average intensity of modification was calculated for each bin.
3.個別の遺伝子におけるH3K27me3状態の評価
重要なタグのピークは、1e-6の評価された偽検出率(false discovery rate、FDR)に基づいたタグカウントの閾値を使って定義された。FDRは次の方法に従って、別々にそれぞれのデータセットに対して決定された。遺伝子配列は500bpsのステップで 1kbのサイズのbinに分けられた。bin毎の実際のタグカウントの分布は、それぞれのデータセットで得られ、ランダムタグカウントの分布は、全体の遺伝子に関する実際のデータにおけるのと同じ数をランダムマッピングすることによって評価された。
3. Assessment of H3K27me3 status in individual genes Key tag peaks were defined using tag count thresholds based on the estimated false discovery rate (FDR) of 1e-6. FDR was determined for each data set separately according to the following method. The gene sequence was divided into bins of 1 kb size in steps of 500 bps. The distribution of actual tag counts per bin was obtained with each data set, and the distribution of random tag counts was evaluated by random mapping the same number as in the actual data for the entire gene.
これらの二つの分布から、それぞれのタグカウントpに対してFDRは、次のように計算される。
FDRp = Rp / Op
ここで、Rpは、≧Pタグを有するランダムピークの割合を表し、Opは、≧Pタグを有する観察された(実際の)ピークの割合を表す。有意なタグのピークの閾値は、FDRが≦1e-6である最低のタグカウントとして設定された。これは、野生型及びJmjd3-/- M-BMM H3K27me3に対しては、閾値のタグカウントは18という結果になった。これらの閾地と同等又はより高いタグカウントを有するどんなbinも、有意であるとみなされた。
From these two distributions, the FDR is calculated for each tag count p as follows:
FDRp = Rp / Op
Here, Rp represents the proportion of random peaks with ≧ P tags, and Op represents the proportion of observed (actual) peaks with ≧ P tags. The threshold for significant tag peaks was set as the lowest tag count with an FDR ≦ 1e-6. This resulted in a threshold tag count of 18 for wild type and Jmjd3 − / − M-BMM H3K27me3. Any bin with a tag count equal to or higher than these thresholds was considered significant.
遺伝子は、それらの転写開始位置の周辺領域で、野生型及びJmjd3-/- M-BMMにおけるH3K27me3に対する有意なタグピークの有無を基にクラス分けされた。各RefSeq遺伝子に対して、TSSの場所は、UCSCデータベースから取得でき、-5kbから1kb領域は、500bpsのステップで1kbのサイズのbinに分けられた。それぞれのbinに対するタグカウントが数えられた。遺伝子を、次のような3クラスに分けた。
クラス1遺伝子は、1つ又はそれ以上の有意なピークを野生型に有する。
クラス2遺伝子は、野生型及びJmjd3-/-両方に有意なピークが無い。
クラス3遺伝子は、1つ又はそれ以上の有意なピークをJmjd3-/-に有するが、野生型には有さない。
Genes were classified based on the presence or absence of a significant tag peak for H3K27me3 in wild-type and Jmjd3 − / − M-BMM in the region around their transcription start positions. For each RefSeq gene, the location of the TSS could be obtained from the UCSC database, and the -5 kb to 1 kb region was divided into 1 kb bins in steps of 500 bps. The tag count for each bin was counted. The genes were divided into the following three classes.
Class 1 genes have one or more significant peaks in the wild type.
Class 2 genes have no significant peaks in both wild type and Jmjd3 − / − .
Class 3 genes have one or more significant peaks in Jmjd3 − / − but not in the wild type.
(xiv) 統計
統計的有意性は、ステューデントのt-検定(両側)で計算された。
(xiv) Statistics Statistical significance was calculated by Student's t-test (two-sided).
II. 結果
(i) Jmjd3-/- マウスの作製
免疫応答におけるJMJD3(Jmjd3タンパク質)の機能的な役割を研究するため、Jmjd3-/- マウスを作製した(図1及び図2a)。図1は、マウスJmjd3遺伝子、ターゲティングベクター、及び標的対立遺伝子の概略図である。ターゲティングベクターは、図1に示されるように、exon14からJmjC H3K27脱メチル化酵素ドメインを含むexon21を、ネオマイシン耐性遺伝子B.BglIIで置き換えるために設計された。図2aは、ヘテロ接合体の異系交配から得られた仔のサザンブロット解析の結果を示す図である。ゲノムのDNAは、MEFsから抽出し、Bgl IIで切断し、電気泳動で分離し、図1に示された放射性同位元素で標識したプローブでハイブリダイズさせた。サザンブロットで野生型(+/+)では7.0kbバンドが、ホモ接合体(-/-)では5.2kbバンドが、そしてヘテロ接合体(+/‐)マウスでは両方のバンドが検出された。逆転写(RT)-PCR分析は、Jmjd3の発現が、Jmjd3-/-マウスの胎児線維芽細胞では無くなっていることを示した(図2b)。図2bは、一定時間におけるLPS(1μg/ml)で刺激した野生型(WT) 及びJmjd3-/-MEFs由来のRNAのRT−PCR解析結果を示す図である。RNAは、Jmjd3 mRNAの発現を調べるためにRT-PCR分析に供された。β−アクチン遺伝子の発現は、同じRNAを使って分析された。Jmjd3-/-マウスは、周産期死亡を示し、成熟Jmjd3-/-マウスは得られなかった(表1)。表1に、ヘテロ接合体の異系交配から得られた生存新生児の遺伝子型解析を示す。
II. Results
(i) Jmjd3 - / - to study the functional role of JMJD3 (Jmjd3 protein) in the preparation immune response in mice, Jmjd3 - / - mice were prepared (FIGS. 1 and 2a). FIG. 1 is a schematic diagram of the mouse Jmjd3 gene, targeting vector, and target allele. The targeting vector was designed to replace exon21 containing the exon14 to JmjC H3K27 demethylase domain with the neomycin resistance gene B.BglII, as shown in FIG. FIG. 2a shows the results of Southern blot analysis of offspring obtained from outbred heterozygotes. Genomic DNA was extracted from MEFs, cleaved with Bgl II, separated by electrophoresis, and hybridized with a probe labeled with the radioisotope shown in FIG. Southern blots detected a 7.0 kb band in wild type (+ / +), a 5.2 kb band in homozygous (-/-), and both bands in heterozygous (+/-) mice. Reverse transcription (RT) -PCR analysis showed that Jmjd3 expression was lost in fetal fibroblasts of Jmjd3 − / − mice (FIG. 2b). FIG. 2b is a diagram showing RT-PCR analysis results of RNA derived from wild type (WT) and Jmjd3 − / − MEFs stimulated with LPS (1 μg / ml) for a certain period of time. The RNA was subjected to RT-PCR analysis to examine the expression of Jmjd3 mRNA. The expression of the β-actin gene was analyzed using the same RNA. Jmjd3 − / − mice showed perinatal death and no mature Jmjd3 − / − mice were obtained (Table 1). Table 1 shows the genotyping of surviving newborns obtained from outbred heterozygotes.
組織学的検査から、肺胞細胞壁が組織で厚くなり、気腔がJmjd3-/-の新生肺ではほとんど観察されないことが明らかになり (図3(b))、これはJmjd3-/-マウスが、肺組織の早期発達のために出生後致死表現型を示すことを示唆していた。図3(a)及び(b)はそれぞれ、野生型 (WT)及びJmjd3-/-マウスの肺部分のH&E染色を示す図である。データは、3個体のマウスの肺のうちの典型例である。造血細胞中のJmjd3-/-の役割を分析するために、Jmjd3-/- e15.5胚から胎児肝細胞を入手し、BMキメラマウス(以下、Jmjd3-/-キメラ又はJmjd3-/-BMキメラともいう)を確立した。フローサイトメトリーによる分析では、脾臓で、T 細胞、B 細胞、標準樹状細胞(DCs)、形質細胞様樹状細胞、ナチュラルキラー細胞、好中球、F4/80+CD11b+ マクロファージ及びLy6chighCD11b+炎症性単球の割合は、野生型とJmjd3-/-キメラの間で同程度であることが明らかとなった。マイトジェン及び抗原受容体刺激に対する脾臓のT及びB細胞の増殖反応もまた変化した。さらに、Th1 及びTh2条件下培養した脾臓のT細胞は、T細胞受容体(TCR)刺激に応答して、IFN-γ及び IL-4をそれぞれ同程度に産生した。これらの結果は、Jmjd3欠損T細胞は、サイトカインに応答してTh1 及びTh2細胞に分化する能力を持っていることを示すものである。 Histological examination reveals that the alveolar cell wall is thickened in the tissue and that the airspace is hardly observed in the new lung with Jmjd3 -/- (Fig. 3 (b)), which is observed in Jmjd3 -/- mice. This suggested that a postnatal lethal phenotype might be present due to early development of lung tissue. 3 (a) and 3 (b) are diagrams showing H & E staining of lung parts of wild type (WT) and Jmjd3 − / − mice, respectively. Data are typical of the lungs of 3 mice. To analyze the role of Jmjd3 − / − in hematopoietic cells, fetal hepatocytes were obtained from Jmjd3 − / − e15.5 embryos, and BM chimeric mice (hereinafter referred to as Jmjd3 − / − chimera or Jmjd3 − / − BM chimera). Also called). Analysis by flow cytometry revealed that in the spleen, T cells, B cells, standard dendritic cells (DCs), plasmacytoid dendritic cells, natural killer cells, neutrophils, F4 / 80 + CD11b + macrophages and Ly6c high CD11b + The proportion of inflammatory monocytes was found to be comparable between wild type and Jmjd3 − / − chimeras. The proliferative response of splenic T and B cells to mitogen and antigen receptor stimulation was also altered. Further, splenic T cells cultured under Th1 and Th2 conditions produced IFN-γ and IL-4 to the same extent in response to T cell receptor (TCR) stimulation. These results indicate that Jmjd3-deficient T cells have the ability to differentiate into Th1 and Th2 cells in response to cytokines.
(ii) Jmjd3は生体内におけるM1マクロファージの活性化及び動員に必須ではない。
Jmjd3は、マクロファージにおけるTLR誘導遺伝子であるため、まず、リポペプチド(Pam3CSK4; 活性化TLR2)、リポ多糖類(LPS; TLR4)、イミダゾキノリン類縁体(R-848; TLR7)及びCpGモチーフを有するオリゴヌクレオチド(CpG-DNA; TLR9)を含むTLR リガンドに対する、内在性及びチオグリコール酸誘発腹腔滲出細胞(PEC)のサイトカイン産生を調べた。TLRリガンドに応答してTNF 及びIL-6の産生は、野生型並びに内在性及びチオグリコール酸誘発腹腔滲出細胞(PEC)の間で変化しなかった(図4a及び図4b)。野生型及びJmjd3-/-キメラからペプトン処理によって誘発された腹腔滲出細胞(PEC)もまた、TLRリガンド刺激によってTNF 及びIL-6を同程度に産生した。図4a〜図4d中、「med」は、TLRリガンドを添加しなかったコントロールであり、「N.D.」は、サイトカインの産生が検出されなかったことを意味する。また、黒はWTであり、白はJmjd3-/-である。
(ii) Jmjd3 is not essential for M1 macrophage activation and mobilization in vivo.
Since Jmjd3 is a TLR-inducible gene in macrophages, first, lipopeptide (Pam 3 CSK 4 ; activated TLR2), lipopolysaccharide (LPS; TLR4), imidazoquinoline analog (R-848; TLR7) and CpG motif Endogenous and thioglycolic acid-induced peritoneal exudate cells (PECs) produced cytokines against TLR ligands containing oligonucleotides with CpG-DNA (TLR9). TNF and IL-6 production in response to TLR ligands did not change between wild-type and endogenous and thioglycolic acid-induced peritoneal exudate cells (PEC) (FIGS. 4a and 4b). Peritoneal exudate cells (PEC) induced by peptone treatment from wild-type and Jmjd3 − / − chimeras also produced TNF and IL-6 to the same extent upon TLR ligand stimulation. In FIGS. 4a to 4d, “med” is a control to which no TLR ligand was added, and “ND” means that no cytokine production was detected. Moreover, black is WT and white is Jmjd3 − / − .
フローサイトメトリーで、内在性及びチオグリコール酸誘発腹腔滲出細胞(PEC)におけるCD11b+F4/80+Gr1-マクロファージの比率は、野生型及びJmjd3-/-キメラの間で変化がないことが明らかとなった(図4c)。常在(内在)性のマクロファージ、チオグリコール酸誘発マクロファージ及びペプトン誘発マクロファージの総数は、Jmjd3-/-キメラで変化がなかった(図4c)。 Flow cytometry reveals that the ratio of CD11b + F4 / 80 + Gr1 - macrophages in endogenous and thioglycolic acid-induced peritoneal exudate cells (PEC) does not change between wild type and Jmjd3 -/- chimeras (Fig. 4c). The total number of resident (endogenous) macrophages, thioglycolic acid-induced macrophages and peptone-induced macrophages was unchanged with Jmjd3 − / − chimeras (FIG. 4c).
そこで、リステリア菌(Listeria monocytogenes)感染への応答におけるM1マクロファージへの分化におけるJMJD3の役割を調べた。リステリア菌が腹腔内に接種された場合、血清中の炎症反応を促進するサイトカイン、TNF、IL-6、IFN-γ 及びIL-12p40の産生は、野生型及びJmjd3-/-キメラで同程度であった(図7(a)〜(d))。図7(a)〜(d)は、WT及びJmjd3-/- キメラにリステリア菌を感染させ、一定時間後血清中のTNF、IL-6、IFN-γ 及びIL-12p40 濃度を ELISAで決定した結果である。図7(a)は、TNF、図7(b)は、IFN-γ、図7(c)は、IL-6、図7(d)は、IL-12である。図7(a)〜図7(d)において、黒四角はWTであり、白丸はJmjd3-/-キメラである。 Thus, the role of JMJD3 in differentiation into M1 macrophages in response to Listeria monocytogenes infection was examined. When Listeria monocytogenes is inoculated intraperitoneally, the production of cytokines, TNF, IL-6, IFN-γ and IL-12p40, which promote inflammatory responses in serum, is similar in wild-type and Jmjd3 − / − chimeras (FIGS. 7 (a) to (d)). FIGS. 7 (a) to (d) show that WT and Jmjd3 − / − chimeras were infected with Listeria monocytogenes, and TNF, IL-6, IFN-γ and IL-12p40 concentrations in serum were determined by ELISA after a certain period of time. It is a result. FIG. 7 (a) shows TNF, FIG. 7 (b) shows IFN-γ, FIG. 7 (c) shows IL-6, and FIG. 7 (d) shows IL-12. In FIG. 7 (a) to FIG. 7 (d), the black square is WT, and the white circle is Jmjd3 − / − chimera.
F4/80+CD11b+Gr1+マクロファージ、F4/80intCD11b+Gr1high好中球並びにF4/80-CD11bintB220+ 及びF4/80-CD11b-B220+ B細胞が、リステリア菌感染マウスから調製された腹腔滲出細胞(PEC)内に観測された。腹腔に動員されたマクロファージの数は、野生型及びJmjd3-/-キメラで同程度であった(図5(a)〜(c)及び図6(a)〜(d))。図5は、刺激なし(図5(a))、チオグリコール酸(図5(b))又はリステリア菌(図5(c))で処理した3日後にWT及びJmjd3-/- キメラからPECを採取し、次いで細胞を抗-CD11b及び F4/80抗体で染色し、フローサイトメトリーで分析した結果を示す図である。図5(a)は、常在マクロファージ、図5(b)はチオグリコール酸誘導マクロファージ、図5(c)は、リステリア菌感染後24時間におけるマクロファージ、図5(d)は、リステリア菌感染後48時間におけるマクロファージである。
図6(a)〜(d)は、刺激なし(図6(a))、チオグリコール酸(図6(b))又はリステリア菌(図6(c)及び6(d))で処理した3日にWT及びJmjd3-/- キメラから採取されたPEC 中のF4/80+CD11b+ マクロファージ の数を調べた結果を示す図である。図6(a)は、常在マクロファージであり、図6(b)は、チオグリコール酸誘導マクロファージであり、図6(c)は、リステリア菌感染24時間後のマクロファージ、図6(d)は、リステリア菌感染48時間後のマクロファージである。
F4 / 80 + CD11b + Gr1 + macrophages, F4 / 80 int CD11b + Gr1 high neutrophils and F4 / 80 - CD11b int B220 + and F4 / 80 - CD11b - B220 + B cells were prepared from Listeria-infected mice Observed in peritoneal exudate cells (PEC). The number of macrophages recruited to the abdominal cavity was similar in the wild type and Jmjd3 − / − chimeras (FIGS. 5 (a) to (c) and FIGS. 6 (a) to (d)). FIG. 5 shows PEC from WT and Jmjd3 − / − chimeras 3 days after treatment with no stimulation (FIG. 5 (a)), thioglycolic acid (FIG. 5 (b)) or Listeria monocytogenes (FIG. 5 (c)). It is a figure which shows the result of having extract | collected and then dye | staining a cell with anti- CD11b and F4 / 80 antibody, and analyzing by flow cytometry. 5 (a) shows resident macrophages, FIG. 5 (b) shows thioglycolic acid-induced macrophages, FIG. 5 (c) shows macrophages 24 hours after infection with Listeria monocytogenes, and FIG. 5 (d) shows after infection with Listeria monocytogenes. Macrophages at 48 hours.
Figures 6 (a)-(d) show no stimulation (Figure 6 (a)), treated with thioglycolic acid (Figure 6 (b)) or Listeria (Figures 6 (c) and 6 (d)) 3 It is a figure which shows the result of having investigated the number of F4 / 80 + CD11b + macrophage in PEC extract | collected from WT and Jmjd3 − / − chimera every day. 6 (a) is a resident macrophage, FIG. 6 (b) is a thioglycolic acid-induced macrophage, FIG. 6 (c) is a macrophage 24 hours after Listeria monocytogenes infection, and FIG. 6 (d) is Macrophages 48 hours after infection with Listeria monocytogenes.
さらに、腹腔滲出細胞(PEC)内でTNF、IL6、IL12p40及びiNOS(誘導性NOシンターゼ)遺伝子をコードしている遺伝子の発現は、同等に亢進されていた(図8(a)〜(d))。図8(a)〜(d)は、リステリア菌を感染させたマウスのPECにおけるTnf、Il6、Il12b及びNos2の発現を調べた結果をQ-PCR 分析で調べた結果を示す図である。図8(a)は、TNF、図8(b)は、iNOS、図8(c)は、IL-6、図8(d)は、IL-12p40である。
これらの図4〜図8の結果をまとめると、これらのデータは、JMJD3(Jmjd3タンパク質)は、炎症剤や生体内での細菌感染への応答におけるM1マクロファージの生成及び動員には関与していないことを示唆するものである。なお、図4a、図4b、図7〜8における結果は、2つの独立した試験の代表例であり、図4c、図4d、図5〜6における結果は、4つの独立した試験の代表例である。図4(a)〜(d)及び図6〜8中のエラーバーは、標準偏差である。
Furthermore, the expression of genes encoding TNF, IL6, IL12p40 and iNOS (inducible NO synthase) genes in peritoneal exudate cells (PEC) was equally enhanced (FIGS. 8 (a) to (d)). ). FIGS. 8A to 8D are diagrams showing the results of examining the results of examining the expression of Tnf, Il6, Il12b, and Nos2 in PEC of mice infected with Listeria monocytogenes by Q-PCR analysis. 8A shows TNF, FIG. 8B shows iNOS, FIG. 8C shows IL-6, and FIG. 8D shows IL-12p40.
To summarize the results of FIGS. 4-8, these data indicate that JMJD3 (Jmjd3 protein) is not involved in the generation and mobilization of M1 macrophages in response to inflammatory agents and bacterial infections in vivo. It suggests that. The results in FIGS. 4a, 4b, and 7-8 are representative examples of two independent tests, and the results in FIGS. 4c, 4d, and 5-6 are representative examples of four independent tests. is there. Error bars in FIGS. 4A to 4D and FIGS. 6 to 8 are standard deviations.
(iii) 生体内キチン投与に応答したM2への分化におけるJmjd3の主要な役割
キチンは重合した糖であり、寄生虫、節足動物及びカビの構成成分である(Bowman, S.M. & Free, S.J., Bioessays 28, 799-808 (2006))。キチン投与は、投与部位にM2の性質を有するマクロファージを呼び寄せることが示されており、このことは、それに続く好酸球の動員にも重要である(Reese, T.A. et al., Nature 447, 92-96 (2007) 及びKreider, T. et al., Curr Opin Immunol 19, 448-453 (2007))。実際、キチンの腹腔内投与は、F4/80+CD11b+マクロファージ(図9(a)及び図9(b))、Siglec-F+CCR3+CD4-好酸球及びCD11bintB220+ B細胞を野生型マウスでは48時間後に腹腔に動員した(図9(c)及び図9(d))。それに対し、好酸球及びB細胞の動員は、Jmjd3-/-キメラでは、大きく損なわれていた(図9(c)、図9(d)及び図10b)。キチン誘発F4/80+CD11b+マクロファージの数は、同程度であったが(図10a)、MR(マンノース受容体。CD206としても知られる)の発現は、Jmjd3-/-キメラでは、大きく損なわれていた(図12)。キチン誘発マクロファージは、好酸球又はB細胞ではそうではないのであるが、M2マクロファージの特徴であるアルギナーゼ−1(Arginase-1)、Ym1(キチナーゼ様Ym1(Chi313))、Fizz1(炎症帯1におけるfound。Retnlaとしても知られる))及び MRをコードしているmRNAを高レベルで発現していた。アルギナーゼ−1、Ym1、Fizz1 及び MRをコードしている遺伝子の発現は、Jmjd3-/-キメラから得られたキチン誘発腹腔滲出細胞(PEC)では、野生型対照に比べて有意に低いが、一方で、iNOSをコードしている遺伝子の発現は、変化していなかった(図13(a)〜(e))。注目すべきは、血液中を循環している好酸球は、野生型及びJmjd3-/-キメラマウスで同程度観察されたことで、好酸球の成長はJmjd3-/-の不足によっては、大きくは損なわれないことを示唆している(データは示さず)。これらを基に考えると、Jmjd3は、キチン投与に対する応答において、M2マクロファージへの分化に重要である。
(iii) The main role of Jmjd3 in differentiation to M2 in response to in vivo chitin administration Chitin is a polymerized sugar and a constituent of parasites, arthropods and molds (Bowman, SM & Free, SJ, Bioessays 28, 799-808 (2006)). Chitin administration has been shown to attract macrophages with M2 properties at the site of administration, which is also important for subsequent eosinophil recruitment (Reese, TA et al., Nature 447, 92 -96 (2007) and Kreider, T. et al., Curr Opin Immunol 19, 448-453 (2007)). Indeed, intraperitoneal administration of chitin wilded F4 / 80 + CD11b + macrophages (Figures 9 (a) and 9 (b)), Siglec-F + CCR3 + CD4 - eosinophils and CD11b int B220 + B cells. Type mice were mobilized 48 hours later (FIGS. 9 (c) and 9 (d)). In contrast, the recruitment of eosinophils and B cells was greatly impaired in the Jmjd3 − / − chimera (FIGS. 9 (c), 9 (d) and 10b). Although the number of chitin-induced F4 / 80 + CD11b + macrophages was similar (Figure 10a), MR (mannose receptor, also known as CD206) expression is greatly impaired in Jmjd3 -/- chimeras (Figure 12). Chitin-induced macrophages, although not eosinophils or B cells, are characteristic of M2 macrophages: Arginase-1 (Arginase-1), Ym1 (chitinase-like Ym1 (Chi313)), Fizz1 (in inflammation zone 1) found, also known as Retnla)) and expressed high levels of mRNA encoding MR. Expression of genes encoding arginase-1, Ym1, Fizz1 and MR is significantly lower in chitin-induced peritoneal exudate cells (PEC) obtained from Jmjd3 − / − chimeras compared to wild type controls, whereas Thus, the expression of the gene encoding iNOS was not changed (FIGS. 13 (a) to (e)). It should be noted that eosinophils circulating in the blood were observed to the same extent in wild-type and Jmjd3 − / − chimeric mice, and the growth of eosinophils depends on the lack of Jmjd3 − / − Suggests that it is not significantly impaired (data not shown). Based on these, Jmjd3 is important for differentiation into M2 macrophages in response to chitin administration.
図9は、キチンを腹膜に注入した2日後のWT及びJmjd3-/- キメラマウスから採取したPECをCD11b及びF4/80(図9(a) 及び図9(b))、又はCD11b及び Siglec-F(図9(c)及び図9(d))で染色し、フローサイトメトリーにより分析した結果を示す図である。図9(a)及び図9(c)は野生型(WT)であり、図9(b)及び図9(d)は、Jmjd3-/-である。
図13において、*p < 0.05及び **p < 0.01 (two-tailed Student's t-test)である。図9〜13に示される結果は、5 (図9〜10)、2(図11) 又は3(図12及び13) の独立した試験の代表例である。図10a、図10b及び図13(a)〜(e) 中のエラーバーは、標準偏差である。
FIG. 9 shows CD11b and F4 / 80 (FIG. 9 (a) and FIG. 9 (b)) or CD11b and Siglec− PEC collected from WT and Jmjd3 − / − chimeric mice two days after injection of chitin into the peritoneum. FIG. 10 shows the results of staining with F (FIG. 9 (c) and FIG. 9 (d)) and analysis by flow cytometry. 9 (a) and 9 (c) are wild type (WT), and FIG. 9 (b) and FIG. 9 (d) are Jmjd3 − / − .
In FIG. 13, * p <0.05 and ** p <0.01 (two-tailed Student's t-test). The results shown in FIGS. 9-13 are representative of 5 (FIGS. 9-10), 2 (FIG. 11) or 3 (FIGS. 12 and 13) independent studies. Error bars in FIG. 10a, FIG. 10b and FIGS. 13 (a) to (e) are standard deviations.
(iv)マウスにおけるブラジル鉤虫(Nippostrongylus brasiliensis)感染に応答した肺病理学に関するJmjd3の主要な役割
次に、JMJD3 が生体内での寄生虫感染に対する応答の一因であるかどうかを調べた。ブラジル鉤虫(N. brasiliensis (Nb))感染モデルを用いたが、これは、肺において強い2型免疫応答を誘導するものである。感染後5日又は13日での気管支肺胞洗浄(BAL)染色は、マクロファージが野生型とJmjd3-/-BMキメラにおいて、同程度肺へ動員されていることを明らかにした(図14(a):野生型マウス、図14(b):Jmjd3-/-キメラマウス)。図14(a)及び図14(b)は、Nb感染13日後にWT 及びJmjd3-/-キメラマウスから BAL液を抽出し、マクロファージ及び好酸球をDiff-quik で染色されたサイトスピンスメル上で計測した結果を示す図である(図14(a):野生型(WT)、図14(b):Jmjd3-/-キメラマウス)。しかしながら、好酸球の動員は、Jmjd3-/-キメラマウスでは大きく損なわれていた(図15(a)〜(b))。図15(a)〜(b)において、黒はWTであり、白はJmjd3-/-キメラである。
(iv) Major role of Jmjd3 in pulmonary pathology in response to Nippostrongylus brasiliensis infection in mice Next, we investigated whether JMJD3 contributes to the response to parasitic infections in vivo. A N. brasiliensis (Nb) infection model was used, which induces a strong type 2 immune response in the lungs. Bronchoalveolar lavage (BAL) staining 5 or 13 days after infection revealed that macrophages were recruited to the lung to a similar extent in wild type and Jmjd3 − / − BM chimeras (FIG. 14 (a ): Wild type mouse, FIG. 14 (b): Jmjd3 − / − chimeric mouse). Fig. 14 (a) and Fig. 14 (b) show BAL fluid extracted from WT and Jmjd3 -/- chimeric mice 13 days after Nb infection, and on cytospin smell stained with macrophages and eosinophils with Diff-quik. FIG. 14 (a): Wild type (WT), FIG. 14 (b): Jmjd3 − / − chimeric mouse). However, eosinophil recruitment was greatly impaired in Jmjd3 − / − chimeric mice (FIGS. 15 (a)-(b)). In FIGS. 15 (a) to 15 (b), black is WT and white is Jmjd3 − / − chimera.
動員されたマクロファージの性質を調べるため、Nb感染後5日の肺組織からRNAを抽出した。アルギナーゼ−1、 Ym1、Fizz1、及びMRなどのM2マーカーの発現は、Jmjd3-/-キメラではほとんど誘導されなかった(図16(a)〜(h))。図16中、四角はコントロール(黒は野生型(WT)、白はJmjd3-/-キメラ)であり、丸はNB感染マウス(黒は野生型(WT)、白はJmjd3-/-キメラ)である。さらに、Th2を誘導するサイトカイン、IL-4及びIL-13と同様に、好酸球を動員するケモカイン、エオタキシン2をコードする遺伝子の誘導は、Jmjd3-/-キメラマウスでは大きく損なわれていた(図16)。図16(a)−(h)は、Nb 植菌5日後、感染及び非感染WT、並びに感染及び非感染Jmjd3-/-キメラそれぞれから調製された全RNA中の、特定のタンパク質をコードする mRNAの発現レベルを示す図である。図16(a)はアルギナーゼ1、図16(b)はYm1、図16(c)はFizz1、図16(d)はMR、図16(e)はiNOS、図16(f)はIL-4、図16(g)はIL-13、図16(h)はエオタキシンを、それぞれコードするmRNAの発現レベルである。
図14及び図15は、1群あたり4匹のマウスを用いた2回の試験の代表的な結果であり、図16は、1群あたり7匹のマウスを用いた1回の試験の結果である。図15中のエラーバーは、標準偏差である。
To examine the nature of the recruited macrophages, RNA was extracted from lung tissue 5 days after Nb infection. Expression of M2 markers such as arginase-1, Ym1, Fizz1, and MR was hardly induced in the Jmjd3 − / − chimera (FIGS. 16 (a) to (h)). In FIG. 16, the square is the control (black is the wild type (WT), white is the Jmjd3 -/- chimera), the circle is the NB-infected mouse (black is the wild type (WT), white is the Jmjd3 -/- chimera) is there. Furthermore, induction of genes encoding chemokines that recruit eosinophils and eotaxin 2 as well as cytokines that induce Th2, IL-4 and IL-13 were greatly impaired in Jmjd3 − / − chimeric mice ( FIG. 16). FIG. 16 (a)-(h) shows mRNA encoding a specific protein in total RNA prepared from infected and non-infected WT and infected and non-infected Jmjd3 − / − chimeras 5 days after Nb inoculation. It is a figure which shows the expression level of. Figure 16 (a) is arginase 1, Figure 16 (b) is Ym1, Figure 16 (c) is Fizz1, Figure 16 (d) is MR, Figure 16 (e) is iNOS, Figure 16 (f) is IL-4 FIG. 16 (g) shows the expression level of mRNA encoding IL-13, and FIG. 16 (h) shows the expression level of mRNA encoding eotaxin.
14 and 15 are representative results of two tests using 4 mice per group, and FIG. 16 is a result of one test using 7 mice per group. is there. Error bars in FIG. 15 are standard deviations.
Nb感染後9日の肺リンパ節におけるT細胞の活性化を調べた。Nb感染9日後、WT 及びJmjd3-/- キメラから採取した肺門リンパ節細胞をCD3及び CD28で4時間刺激し、抗-CD4、 CD8、IL-4及びIFN-γで染色した。T 細胞における細胞内IL-4及びIFN-γ染色の代表的な結果を図17に示す。また、Nb 感染9日後の肺門におけるIL-4産生細胞の数を、図18に示す(*p < 0.05及び**p < 0.01 (two-tailed Student's t-test))。野生型肺リンパ節から調製されたCD4+ T細胞は、IL-4を発現していたが、IFN-γは発現しておらず、IL-4を産生する CD4+ T細胞の頻度は、Jmjd3-/-キメラマウスから調製された肺のT細胞では大きく損なわれており、このことは、Jmjd3が媒介するM2マクロファージの活性化が、肺においてTh2応答を誘導するNbに重要であることを示唆していた(図17及び図18)。しかしながら、腸における組織学的変化は、Jmjd3-/-キメラマウスで、大きく損なわれてはいない(データは示さず)。
図17及び図18は、5匹のマウスを用いた1回の試験の結果である。図18中のエラーバーは、標準偏差である。
図14〜18の結果から、Jmjd3が小腸ではなく、肺において、M2マクロファージへの分化を指揮することによって寄生虫感染への免疫応答の開始に必須であることが明確に示された。
T cell activation in the pulmonary lymph nodes 9 days after Nb infection was examined. Nine days after Nb infection, hilar lymph node cells collected from WT and Jmjd3 − / − chimeras were stimulated with CD3 and CD28 for 4 hours and stained with anti-CD4, CD8, IL-4 and IFN-γ. FIG. 17 shows representative results of intracellular IL-4 and IFN-γ staining in T cells. The number of IL-4 producing cells in the hilar 9 days after Nb infection is shown in FIG. 18 (* p <0.05 and ** p <0.01 (two-tailed Student's t-test)). CD4 + T cells prepared from wild type lung lymph nodes expressed IL-4, but not IFN-γ, and the frequency of CD4 + T cells producing IL-4 was Jmjd3 -/- It is greatly impaired in lung T cells prepared from chimeric mice, suggesting that Jmjd3-mediated activation of M2 macrophages is important for Nb inducing Th2 responses in the lung (FIGS. 17 and 18). However, histological changes in the intestine are not significantly impaired in Jmjd3 − / − chimeric mice (data not shown).
17 and 18 show the results of one test using 5 mice. The error bars in FIG. 18 are standard deviations.
The results of FIGS. 14-18 clearly showed that Jmjd3 is essential for the initiation of an immune response to parasitic infection by directing differentiation into M2 macrophages in the lung rather than in the small intestine.
(v)BM細胞でのM-CSFへの応答におけるM2マクロファージ生成に関するJmjd3の役割
GM-CSF 及びM-CSFが、BM細胞から、それぞれM1 及びM2マクロファージを誘導することが多数報告されている(Verreck, F.A. et al., Proc Natl Acad Sci U S A 101, 4560-4565 (2004)、Martinez, F.O. et al., J Immunol 177, 7303-7311 (2006)、Fleetwood, A.J. et al., J Immunol 178, 5245-5252 (2007)、Fleetwood, A.J. et al., J Leukoc Biol 86, 411-421 (2009))。GM-CSFが、マクロファージを生成するのに使われる場合、接着性のCD11b+マクロファージ(GM-BMM) に由来するTLRリガンドへの応答におけるTNF及びIL-6の産生は、野生型及びJmjd3-/-キメラマウスの間で同程度であった(図19a及び図19b)。一方、TLRリガンド 刺激に対するIL-6(TNFではない)の産生はM-CSF (M-BMM)の存在下で培養されたJmjd3-/- BMMにおいて部分的に損なわれていた(図19c及び図19d)。図19a〜dにおいて、黒はWTであり、白はJmjd3-/-キメラである。さらに、アルギナーゼ−1、Ym1、Fizz1、MR 及びIL-13をコードする遺伝子の発現は、Jmjd3-/-キメラ由来のB-BMMにおいて大きく損なわれていたが(図20(a)〜(d))、このことは、Jmjd3がM-BMMにおいてM2マーカーの遺伝子発現に対して重要であることを示している。JMJD3がIL-4刺激に対するマクロファージの応答に関与していることを示す報告がある(Ishii, M. et al., Blood 114, 3244-3254 (2009))。それにもかかわらず、アルギナーゼ−1 及びFizz1遺伝子発現は、野生型及びJmjd3-/- M-BMMの間でIL-4刺激に関して同程度であった(図 21(a):アルギナーゼ1、図21(b):Fizz1)。図21(a)〜(b)において、黒はWTであり、白はJmjd3-/-キメラである。
(v) Role of Jmjd3 on M2 macrophage production in response to M-CSF in BM cells
It has been reported that GM-CSF and M-CSF induce M1 and M2 macrophages from BM cells, respectively (Verreck, FA et al., Proc Natl Acad Sci USA 101, 4560-4565 (2004), Martinez, FO et al., J Immunol 177, 7303-7311 (2006), Fleetwood, AJ et al., J Immunol 178, 5245-5252 (2007), Fleetwood, AJ et al., J Leukoc Biol 86, 411- 421 (2009)). When GM-CSF is used to generate macrophages, the production of TNF and IL-6 in response to TLR ligands derived from adherent CD11b + macrophages (GM-BMM) is wild-type and Jmjd3 − / - it was comparable between the chimeric mice (Fig. 19a and FIG. 19b). On the other hand, IL-6 (not TNF) production in response to TLR ligand stimulation was partially impaired in Jmjd3 − / − BMM cultured in the presence of M-CSF (M-BMM) (FIG. 19c and FIG. 19). 19d). 19a-d, black is WT and white is Jmjd3 − / − chimera. Furthermore, the expression of genes encoding arginase-1, Ym1, Fizz1, MR and IL-13 was greatly impaired in Bm-BMM derived from Jmjd3 − / − chimera (FIGS. 20 (a) to (d)). This indicates that Jmjd3 is important for gene expression of M2 marker in M-BMM. There is a report showing that JMJD3 is involved in the response of macrophages to IL-4 stimulation (Ishii, M. et al., Blood 114, 3244-3254 (2009)). Nevertheless, arginase-1 and Fizz1 gene expression was comparable for IL-4 stimulation between wild-type and Jmjd3 − / − M-BMM (FIG. 21 (a): arginase 1, FIG. 21 ( b): Fizz1). In FIGS. 21 (a) to 21 (b), black is WT and white is Jmjd3 − / − chimera.
このことは、IL-4への応答が、Jmjd3-/- M-BMMにおいて損なわれていないことを示唆する。そこで、LPS刺激の有無による野生型及びJmjd3-/- M-BMMにおける遺伝子発現のプロファイルをマイクロアレイ分析で調べた。1371個の遺伝子の発現が、野生型と比べて非刺激Jmjd3-/- M-BMMで2倍より多く減少していた。Arg1、Chi3l3及びRetnlaに加えて、Ccl1、Ccl17、Ccl22及びCcl24のようなケモカイン遺伝子、並びに、Il2、IL3、Il4、IL5及びIl13などのサイトカイン遺伝子の発現が、Jmjd3-/- M-BMMで大きく損なわれていた。2188の誘導された遺伝子の発現が、LPS刺激への応答において野生型BMMで2倍より多く増加しており、LPS刺激Jmjd3-/- M-BMMにおいては436遺伝子について2倍より多く減少していた。例えば、Il6及びIl12bの発現は、Jmjd3-/- M-BMMにおいて部分的に損なわれており、このことは、以前の報告と一致していた。したがって、Jmjd3は一連の遺伝子の発現を誘導するのに重要であり、Jmjd3の存在によって制御される遺伝子の中にはM-BMMにおけるM2マクロファージへの分化に関連するものがある。 This suggests that the response to IL-4 is not impaired in Jmjd3 − / − M-BMM. Therefore, the profile of gene expression in wild type and Jmjd3 − / − M-BMM with and without LPS stimulation was examined by microarray analysis. The expression of 1371 genes was decreased more than 2-fold in unstimulated Jmjd3 − / − M-BMM compared to wild type. In addition to Arg1, Chi3l3 and Retla, chemokine genes such as Ccl1, Ccl17, Ccl22 and Ccl24, and cytokine genes such as Il2, IL3, Il4, IL5 and Il13 are greatly expressed in Jmjd3 − / − M-BMM. It was damaged. 2188-induced gene expression increased more than 2-fold in wild-type BMM in response to LPS stimulation and more than 2-fold decrease in 436 genes in LPS-stimulated Jmjd3 -/- M-BMM It was. For example, Il6 and Il12b expression was partially impaired in Jmjd3 − / − M-BMM, which was consistent with previous reports. Thus, Jmjd3 is important in inducing the expression of a series of genes, and some genes that are controlled by the presence of Jmjd3 are related to differentiation into M2 macrophages in M-BMM.
JMJD3は、JmjCドメインに加えて、N末端にテトラトリコペプチド反復と推定されるドメインを含んでいる。JmjCドメイン(aa 1141-1641)を含むJMJD3のC末端部分又はその鉄結合欠損変異体(A1388H)をレトロウイルスによってJmjd3-/- BM細胞で発現させ、M-BMMを誘導した(図22)。図22における空ベクターは、コントロールである。A1388H突然変異体(ΔFe2+結合欠損変異体)はJMJD3のH3K27脱メチル化酵素活性を失うことが示されている(De Santa, F. et al., Cell 130, 1083-1094 (2007))。野生型JMJD3 (aa 1141-1641)又はその鉄結合欠損変異体(ΔFe2+結合欠損変異体)を発現するレトロウイルスを感染させたBM から生成したJmjd3-/- M-BMMから全RNAを調製してマーカー遺伝子(アルギナーゼ1、Ym1及びMR)の発現を調べた。結果を図23(a)〜(c)に示す。図23(a)は、アルギナーゼ1であり、図23(b)は、Ym1であり、図23(c)は、MRである。JMJD3のC末端部分の発現は、例えばアルギナーゼ1、 Ym1 及びFizz1などのM2マーカーを亢進すると共に、観察されたM-BMMの数を増加させるのに十分であった(図23(a)〜(c))。一方で、JMJD3 (A1388H)の発現は、M-BMMの数又はM2マーカー遺伝子の発現を増加させなかったが、このことは、JMJD3 のH3K27me3脱メチル化酵素活性が、M-BMMにおけるM2マーカー遺伝子の発現に重要かつ十分であることを示していた。
図19〜23に示される結果は、4 (図19(a)-(d))、4 (図20及び図21) 又は2(図22及び図23) の独立した実験の代表的な結果である。図19〜21中のエラーバーは、標準偏差である。
JMJD3 contains a domain presumed to be a tetratricopeptide repeat at the N-terminus in addition to the JmjC domain. The C-terminal part of JMJD3 containing the JmjC domain (aa 1141-1641) or its iron-binding defective mutant (A1388H) was expressed in Jmjd3 − / − BM cells by retrovirus to induce M-BMM (FIG. 22). The empty vector in FIG. 22 is a control. A1388H mutant (ΔFe 2+ binding-deficient mutant) has been shown to lose H3K27 demethylase activity of JMJD3 (De Santa, F. et al., Cell 130, 1083-1094 (2007)) . Preparation of total RNA from Jmjd3 -/- M-BMM generated from BM infected with retrovirus expressing wild-type JMJD3 (aa 1141-1641) or its iron-binding mutant (ΔFe 2 + -binding mutant) Then, the expression of marker genes (arginase 1, Ym1 and MR) was examined. The results are shown in FIGS. 23 (a) to (c). FIG. 23 (a) is arginase 1, FIG. 23 (b) is Ym1, and FIG. 23 (c) is MR. Expression of the C-terminal part of JMJD3 was sufficient to enhance M2 markers such as arginase 1, Ym1 and Fizz1, and to increase the number of observed M-BMMs (FIGS. 23 (a)-( c)). On the other hand, the expression of JMJD3 (A1388H) did not increase the number of M-BMM or the expression of the M2 marker gene. This indicates that the H3K27me3 demethylase activity of JMJD3 is the M2 marker gene in M-BMM. It was shown to be important and sufficient for the expression of
The results shown in FIGS. 19-23 are representative of 4 (FIGS. 19 (a)-(d)), 4 (FIGS. 20 and 21) or 2 (FIGS. 22 and 23) independent experiments. is there. Error bars in FIGS. 19-21 are standard deviations.
(vi)M-BMMでの細胞周期進行におけるJmjd3の必要性
GM-BMMの細胞数は変わらなかったが、M2マーカーの発現の障害に加えて、Jmjd3-/- キメラにおけるM-BMMの総数は、M-CSFで培養後5又は7日において、野生型にくらべて有意に低かった。チミジンの類縁体である5−ブロモ−2−デオキシウリジン(BrdU)の取り込みは、野生型の細胞に比べてJmjd3-/- M-BMMにおいて大きく損なわれていたが、一方、野生型及びJmjd3-/- GM-BMMは、BrdUを同程度に取り込んだ。これらの結果は、JMJD3がM-CSF刺激への応答における細胞周期進行を制御するために重要であることを示していた。細胞周期調節タンパクをコードしているmRNAの発現を測定したところ、c-Myc、c-Myb、cyclin D1 及びcyclin D2 mRNAの発現が、Jmjd3-/- M-BMMにおいてM-CSF培養5日で、損なわれていた。M-CSF受容体(CSF-1R)の表面発現は、Jmjd3-/- M-BMMにおいて損なわれてはいなかった(図5d)。さらに、Jmjd3欠損は、細胞内のシグナル伝達分子であるERK、p38 又はAKTの活性化には影響しなかったが、このことは、M-BMMにおけるリン酸化反応によって示された。これは、Jmjd3-/- M-BMMにおいて、細胞増殖欠損がMAPキナーゼ又はAKTの活性化が低かったためではないことを暗示していた。M-BMMにおけるJmjd3の発現は、GM-BMMにおけるそれよりもはるかに高く、このことは、M-BMM 及びGM-BMMにおけるJmjd3の発現の違いが、Jmjd3のそれらの増殖に対する貢献を決定していることを示唆していた。これらの結果から、これらのデータは、Jmjd3がCSF-1Rシグナル伝達の下流で細胞増殖を制御することによりGM-BMMではなく、M-BMMを生成するために重要であることを示している。
(vi) Necessity of Jmjd3 for cell cycle progression in M-BMM
Although the number of GM-BMM cells did not change, in addition to impaired expression of the M2 marker, the total number of M-BMM in the Jmjd3 − / − chimera became wild type 5 or 7 days after culturing with M-CSF. Compared to significantly lower. Uptake of 5-bromo-2-deoxyuridine (BrdU), an analog of thymidine, was greatly impaired in Jmjd3 − / − M-BMM compared to wild type cells, whereas wild type and Jmjd3 − / -GM-BMM imported BrdU to the same extent. These results indicated that JMJD3 is important for controlling cell cycle progression in response to M-CSF stimulation. When mRNA expression of cell cycle regulatory protein was measured, c-Myc, c-Myb, cyclin D1 and cyclin D2 mRNA were found to be expressed in Jmjd3 -/- M-BMM in 5 days of M-CSF culture. It was damaged. Surface expression of the M-CSF receptor (CSF-1R) was not impaired in Jmjd3 − / − M-BMM (FIG. 5d). Furthermore, Jmjd3 deficiency did not affect the activation of intracellular signaling molecules ERK, p38 or AKT, as indicated by phosphorylation in M-BMM. This suggested that in Jmjd3 − / − M-BMM, cell growth defects were not due to low activation of MAP kinase or AKT. The expression of Jmjd3 in M-BMM is much higher than that in GM-BMM, indicating that the difference in Jmjd3 expression in M-BMM and GM-BMM determines the contribution of Jmjd3 to their proliferation I suggested. From these results, these data indicate that Jmjd3 is important for generating M-BMM but not GM-BMM by controlling cell proliferation downstream of CSF-1R signaling.
(vii)M-BMMにおける JMJD3 により制御される H3K27トリメチル化のゲノム全体での解析
次に、クロマチン免疫沈降-シークエンシング(ChIP-Seq)分析によって、野生型及びJmjd3-/- M-BMMにおけるH3K27me3のゲノム全体での分布を解析した。(UCSCデータベースで、ゲノムレベルのRefSeqマウス遺伝子注解に基づいて)転写領域、並びにそれらの上流及び下流領域(それぞれ30kbずつ)におけるH3K27me3分布の全体図を得た。H3K27me3タグの高いレベルが、野生型及びJmjd3-/- キメラ由来のM-BMM でTSSs周辺に検出された。一方、H3K27me3レベルは、上流及び下流領域に比べて、ゲノムの転写座では低かった。注目すべきことに、プロモーター領域及び下流領域でのH3K27me3信号は、野生型細胞に比べて、Jmjd3-/- M-BMMにおいてより高かった。
(vii) Genome-wide analysis of H3K27 trimethylation controlled by JMJD3 in M-BMM Next, by chromatin immunoprecipitation-sequencing (ChIP-Seq) analysis, H3K27me3 in wild-type and Jmjd3 -/- M-BMM The distribution of the whole genome was analyzed. An overall view of the H3K27me3 distribution in the transcription regions and their upstream and downstream regions (30 kb each) was obtained (based on genome level RefSeq mouse gene annotation in the UCSC database). High levels of H3K27me3 tag were detected around TSSs in M-BMM from wild type and Jmjd3 − / − chimeras. On the other hand, H3K27me3 levels were lower in the genomic transcription locus than in the upstream and downstream regions. Of note, the H3K27me3 signal in the promoter region and downstream region was higher in Jmjd3 − / − M-BMM than in wild type cells.
そこで、マイクロアレイ実験によって得られた遺伝子発現データとH3K27メチル化の状況を比較した。全体で、TSS(-5〜 +1 kb)に近い領域では、H3K27me3のレベルは、M-BMMでの遺伝子発現レベルと負に相関していた(相関係数-0.441)。そして、野生型及びJmjd3-/- M-BMMの間の発現比を基にして遺伝子を並べ替え、H3K27me3のレベルを調べた。しかしながら、野生型及びJmjd3-/- M-BMMの間の遺伝子発現レベルの差とH3K27me3の状況の間に明白な関係は見いだせなかった。これらのデータは、ほんの少しの数の遺伝子だけがJmjd3の欠損に影響されており、たいていの遺伝子座は、重複してUTX 及び/又は JMJD3によって調節されていることを示している。 Therefore, we compared the gene expression data obtained by microarray experiments with the status of H3K27 methylation. Overall, in the region close to TSS (-5 to +1 kb), the level of H3K27me3 was negatively correlated with the gene expression level in M-BMM (correlation coefficient -0.441). Then, the genes were rearranged based on the expression ratio between the wild type and Jmjd3 − / − M-BMM, and the level of H3K27me3 was examined. However, no clear relationship was found between the difference in gene expression level between wild type and Jmjd3 − / − M-BMM and the situation of H3K27me3. These data indicate that only a few genes are affected by Jmjd3 deficiency, and most loci are duplicated and regulated by UTX and / or JMJD3.
TSSの近位にある領域に対するH3K27me3タグの嗜好、及び、発現の変化とタグ数の間の全体の相関の欠如から判断して、H3K27me3のピークを示す個々の遺伝子のプロモーター領域に焦点をあてた。野生型及びJmjd3-/- M-BMMの試料中におけるピークの存在によって遺伝子を分類し、ゲノム全体の遺伝子のセットをH3K27me3の状況に応じて3つの異なるクラスに分けた。クラス1の遺伝子は、野生型M-BMMでH3K27me3のピークを保有していた。クラス2の遺伝子は、野生型にもJmjd3-/- M-BMMにもどちらにもH3K27me3のピークを有さなかった。Irf4 及びTm7sf4などのクラス3の遺伝子は、Jmjd3-/- M-BMMにH3K27me3ピークが存在するが、野生型M-BMMにはピークが存在しないことによって特徴づけられた。マイクロアレイデータから、H3K27脱メチル化の状況及び遺伝子発現を比較して、野生型及びJmjd3-/- M-BMMで発現している500の遺伝子の表を作成した(データは示さず)。 Focused on the H3K27me3 tag preference for the region proximal to TSS and the promoter region of the individual gene showing the peak of H3K27me3, as judged by the lack of overall correlation between expression changes and tag number . Genes were classified by the presence of peaks in wild-type and Jmjd3 − / − M-BMM samples, and the genome-wide set of genes was divided into three different classes depending on the status of H3K27me3. The class 1 gene was wild-type M-BMM and had a peak of H3K27me3. The class 2 gene had no H3K27me3 peak in either the wild type or Jmjd3 − / − M-BMM. Class 3 genes such as Irf4 and Tm7sf4 were characterized by the presence of the H3K27me3 peak in Jmjd3 − / − M-BMM, but no peak in wild type M-BMM. From the microarray data, the status of H3K27 demethylation and gene expression were compared, and a table of 500 genes expressed in wild type and Jmjd3 − / − M-BMM was generated (data not shown).
Hox遺伝子、例えばHoxa7、Hoxa9 及びHox11並びにBmp2は、JMJD3によって調節されることが報告されているが(De Santa, F. et al., Cell 130, 1083-1094 (2007))、それらの遺伝子座のH3K27は、Jmjd3存在及び非存在の両方でM-BMMにおいて高度にトリメチル化されており、このため、これらは、クラス1に分類された。さらに、Hox 及びBmp2の遺伝子発現レベルは、Jmjd3-/- M-BMMでは減少しなかったが、このことは、これらの遺伝子が、M-BMMでJMJD3によって決定的に調節されてはいないことを示している。さらに、Arg1 、Chi3l3、Rentla 及びMrc1等のM2マーカーは、すべてクラス2に見られたが、このことは、これらの発現が、JMJD3によって直接的には調節されていないことを示すものである。したがって、JMJD3が媒介する脱メチル化により直接調節される転写因子は、マクロファージの分化を担っていると仮説を立てた。クラス3に分類される遺伝子を調べた際、Irf4 及びCebpbがこのクラスにいることを見出した。特に、Irf4 のTss近傍のプロモーター領域は、Jmjd3-/-M-BMMで高いH3K27me3タグを示したが、野生型では示さなかった。 Hox genes such as Hoxa7, Hoxa9 and Hox11 and Bmp2 have been reported to be regulated by JMJD3 (De Santa, F. et al., Cell 130, 1083-1094 (2007)), but their loci Of H3K27 are highly trimethylated in M-BMM both in the presence and absence of Jmjd3, and therefore they were classified as class 1. Furthermore, Hox and Bmp2 gene expression levels did not decrease with Jmjd3 -/- M-BMM, indicating that these genes were not critically regulated by JMJD3 with M-BMM. Show. Furthermore, M2 markers such as Arg1, Chi3l3, Rentla, and Mrc1 were all found in class 2, indicating that their expression is not directly regulated by JMJD3. Therefore, we hypothesized that transcription factors directly regulated by JMJD3-mediated demethylation are responsible for macrophage differentiation. When examining genes classified into class 3, we found that Irf4 and Cebpb were in this class. In particular, the promoter region near Tss of Irf4 showed a high H3K27me3 tag in Jmjd3 − / − M-BMM, but not in the wild type.
(viii)M2マクロファージへの分化に重要なJMJD3標的分子としてのIRF4(IFN調節因子4)の同定
WT 及びJmjd3-/- BMM 由来のクロマチン溶液を、抗H3K27me3抗体を使用するChIP分析に供し、得られたDNA を、Irf4のプロモーター領域を増幅するPCRプライマー対で分析した(図24(a):WT、図24(b):Jmjd3-/- BMM)。ChIP分析によって、野生型及びJmjd3-/-マクロファージにおいてIrf4遺伝子のプロモーター領域でH3K27のメチル化が異なることを確認した(図24(a)及び図24(b))。さらに、Jmjd3-/-マクロファージで、JMJD3のC末端領域又はその変異体をレトロウイルスで発現させたとき、Irf4の発現は、脱メチル化活性依存的に増加していた(図25)。図25は、野生型 JMJD3 (aa 1141-1641) 又はその鉄結合欠損変異体を有するレトロウイルスで再構成した Jmjd3-/- M-BMM から全RNAを抽出し、Irf4 の発現レベルをQ-PCR分析で決定した結果を示す図である。コントロールは、空ベクターを導入したレトロウイルスで再構成したJmjd3-/- M-BMMである。
(viii) Identification of IRF4 (IFN regulator 4) as a JMJD3 target molecule important for differentiation into M2 macrophages
The chromatin solution derived from WT and Jmjd3 − / − BMM was subjected to ChIP analysis using an anti-H3K27me3 antibody, and the resulting DNA was analyzed with a PCR primer pair that amplifies the promoter region of Irf4 (FIG. 24 (a): WT, FIG. 24 (b): Jmjd3 − / − BMM). ChIP analysis confirmed that H3K27 methylation was different in the promoter region of Irf4 gene in wild-type and Jmjd3 − / − macrophages (FIGS. 24 (a) and 24 (b)). Furthermore, when the C-terminal region of JMJD3 or a mutant thereof was expressed in Jmjd3 − / − macrophages by retrovirus, the expression of Irf4 increased depending on the demethylation activity (FIG. 25). Figure 25 shows the extraction of total RNA from Jmjd3 -/- M-BMM reconstituted with wild-type JMJD3 (aa 1141-1641) or its iron-binding mutant, and the level of Irf4 expression in Q-PCR. It is a figure which shows the result determined by analysis. The control is Jmjd3 − / − M-BMM reconstituted with a retrovirus introduced with an empty vector.
これらの結果は、Irf4が、M-BMMにおけるJMJD3の標的遺伝子のひとつであることを示している。したがって、IRF4のアルギナーゼ−1、Ym1、Fizz1 及びMRの発現に対する貢献をIrf4-/-マウスを用いることによって調べた。具体的には、WT及び Irf4-/- マウス由来のBM 細胞をM-CSFの存在下で5日間培養した。全 RNA を調製し、特定の M2マーカー及びJMJD3をコードする遺伝子の発現をQ-PCRで調べた。図26(a)は、アルギナーゼ1、図26(b)はYm1、図26(c)はFizz1、図26(d)はMR、図26(e)はIL-13、図26(f)はJMJD3のmRNAの発現量をそれぞれ示す。図26(a)〜(e)に示すように、M2関係遺伝子の誘導は、Irf4-/- M-BMMにおいて大きく損なわれていた。一方、Jmjd3の発現は、野生型及びIrf4-/- M-BMMの間で同程度であった(図26(f))。注目すべきは、M-BMMの細胞数は、Irf4-/-マウスでは、減少してはいないことであった(図27)。 These results indicate that Irf4 is one of the target genes of JMJD3 in M-BMM. Therefore, the contribution of IRF4 to the expression of arginase-1, Ym1, Fizz1 and MR was examined by using Irf4 − / − mice. Specifically, BM cells derived from WT and Irf4 − / − mice were cultured for 5 days in the presence of M-CSF. Total RNA was prepared and the expression of specific M2 marker and gene encoding JMJD3 was examined by Q-PCR. 26 (a) is Arginase 1, FIG. 26 (b) is Ym1, FIG. 26 (c) is Fizz1, FIG. 26 (d) is MR, FIG. 26 (e) is IL-13, and FIG. 26 (f) is The expression levels of JMJD3 mRNA are shown. As shown in FIGS. 26 (a) to (e), the induction of M2-related genes was greatly impaired in Irf4 − / − M-BMM. On the other hand, the expression of Jmjd3 was comparable between the wild type and Irf4 − / − M-BMM (FIG. 26 (f)). Of note, the number of M-BMM cells did not decrease in Irf4 − / − mice (FIG. 27).
図28(a)及び図28(b)は、WT及び Irf4-/- マウスにキチンを腹腔投与し、処置の48時間後にPECを調製し、PECにおけるマクロファージ及び好酸球の動員を分析した結果である(図28(a):WT、図28(b):Irf4-/- マウス)。キチンが腹腔に投与された場合、マクロファージではなく、好酸球の呼び寄せ(動員)が、Irf4-/-マウスでは大きく損なわれていた(図28(a):WT、図28(b): Irf4-/-、及び図29)。キチンで誘発した腹膜マクロファージでMRの発現は、Irf4-/-マウスでは大きく損なわれていた(図30)。加えて、M2マクロファージマーカーであるアルギナーゼ−1、Ym1、Fizz1 及びMRの発現は、Irf4-/-マウス由来のキチン誘発マクロファージで大きく損なわれていた(図31(a)〜(d))。これらの結果は、IRF4が、M-BMMにおいて、及び生体内におけるキチンの投与への応答において、マクロファージのM2への分化に重要であることを示している。そこで、レトロウイルスでIRF4をJmjd3-/- M-BMMに発現させ、M2マーカー遺伝子の発現を調べた(図32(a)〜(f))。コントロールとして、空ベクターをJmjd3-/- M-BMMに発現させた。Jmjd3-/- M-BMMにおいてIRF4を発現させても、Jmjd3 の発現は変化しなかったが、IRF4の発現は、Jmjd3-/- M-BMMにおいてアルギナーゼ−1、Ym1、Fizz1 及びMRをコードしている遺伝子を亢進させた(図32(a)〜(f))。これらの結果は、IRF4が、JMJD3の下流にあるM2マーカーの発現の一因であることを示唆している。 FIG. 28 (a) and FIG. 28 (b) show the results of analysis of the mobilization of macrophages and eosinophils in PECs after 48 hours post-treatment with chitin administered to WT and Irf4 − / − mice. (FIG. 28 (a): WT, FIG. 28 (b): Irf4 − / − mouse). When chitin was administered intraperitoneally, eosinophil recruitment (mobilization) but not macrophages was greatly impaired in Irf4 − / − mice (FIG. 28 (a): WT, FIG. 28 (b): Irf4 -/-And Figure 29). MR expression in chitin-induced peritoneal macrophages was greatly impaired in Irf4 − / − mice (FIG. 30). In addition, the expression of arginase-1, Ym1, Fizz1 and MR, which are M2 macrophage markers, was greatly impaired in chitin-induced macrophages derived from Irf4 − / − mice (FIGS. 31 (a) to (d)). These results indicate that IRF4 is important for differentiation of macrophages into M2 in M-BMM and in response to administration of chitin in vivo. Therefore, IRF4 was expressed in Jmjd3 − / − M-BMM using a retrovirus, and the expression of the M2 marker gene was examined (FIGS. 32 (a) to (f)). As a control, an empty vector was expressed in Jmjd3 − / − M-BMM. Expression of IRF4 in Jmjd3 -/- M-BMM did not change the expression of Jmjd3, but the expression of IRF4 encoded arginase-1, Ym1, Fizz1 and MR in Jmjd3 -/- M-BMM. The gene is increased (FIGS. 32 (a) to (f)). These results suggest that IRF4 contributes to the expression of the M2 marker downstream of JMJD3.
図32(a)〜(f)においては、*p < 0.05及び**p < 0.01 (two-tailed Student's t-test)である。図24〜32に示される結果は、2 (図24)、3 (図26〜図31) 又は2(図25及び図32) の独立した実験の代表的な結果である。図26及び図31中のエラーバーは、標準偏差である。 32 (a) to (f), * p <0.05 and ** p <0.01 (two-tailed Student's t-test). The results shown in FIGS. 24-32 are representative of 2 (FIG. 24), 3 (FIGS. 26-31) or 2 (FIGS. 25 and 32) independent experiments. The error bars in FIGS. 26 and 31 are standard deviations.
III. 考察
本研究では、抗菌及び、抗寄生虫に対する応答を開始するマクロファージにおけるJMJD3の役割に焦点をあてた。JMJD3はM1マクロファージへの分化には重要でなかったのに対し、jmjd3欠損マウスでは寄生虫感染又はキチン投与に対する適切なM2反応が起こらなかった。さらに、M-CSFによって誘導されたBMマクロファージは脱メチル化酵素活性依存的に、M2マクロファージマーカー類を含む様々な遺伝子発現に明らかな欠損を示した。それにも関わらず、遺伝子のサブセットのH3K27me3レベルはJmjd3の有無によって異なった態様で調節されている。これらの遺伝子の中で、Irf4が、JMJD3が媒介する脱メチル化の直接の標的の一つであることを見出した。そして、IRF4がM2マクロファージ応答の誘導に重要な転写因子であることを見出した。
III. Discussion In this study, we focused on the role of JMJD3 in macrophages that initiates antibacterial and antiparasitic responses. JMJD3 was not important for differentiation into M1 macrophages, whereas jmjd3-deficient mice did not have an appropriate M2 response to parasitic infection or chitin administration. Furthermore, BM macrophages induced by M-CSF showed obvious defects in the expression of various genes including M2 macrophage markers depending on the demethylase activity. Nevertheless, H3K27me3 levels of a subset of genes are regulated differently depending on the presence or absence of Jmjd3. Among these genes, Irf4 was found to be one of the direct targets of JMJD3-mediated demethylation. And IRF4 was found to be an important transcription factor for induction of M2 macrophage response.
Jmjd3はTLR誘導遺伝子であるが、Jmjd3-/-マウスはリステリア菌接種対する応答において、強いM1マクロファージの活性化を示した。これらの結果は、Jmjd3は、細菌感染に対するM1マクロファージの生成及び動員に対しては、必要不可欠なものではないということを示唆している。我々のデータは、LPS刺激への応答における遺伝子発現がJmjd3欠損マクロファージにおいて穏やかにしか変化していないこと、JMJD3がこの場合に転写生産を微調整しているということを示した以前の報告とは一致している(De Santa, F. et al., EMBO J 28, 3341-3352 (2009))。TLRシグナル伝達は、炎症の促進だけでなく、停止又は組織再構築に関与する遺伝子を亢進させる。例えば、ATF3とZc3h12aはTLR刺激への応答において急速に誘導され、炎症性サイトカインの産生を抑制する(Charo, I.F., Cell Metab 6, 96-98 (2007)及びMatsushita, K. et al., Nature 458, 1185-1190 (2009))。M2マクロファージはTh2応答の促進と共に、組織再構築を促進させるということが示されている。したがって、Jmjd3の誘導は、TLR刺激により惹起される炎症性の損傷を修復するために作用するフィードバックメカニズムの部分として機能している。 Jmjd3 is a TLR-inducible gene, but Jmjd3 − / − mice showed strong M1 macrophage activation in response to Listeria monocytogenes inoculation. These results suggest that Jmjd3 is not essential for the generation and mobilization of M1 macrophages against bacterial infection. Our data show that gene expression in response to LPS stimulation is only moderately altered in Jmjd3-deficient macrophages and that JMJD3 fine-tunes transcriptional production in this case (De Santa, F. et al., EMBO J 28, 3341-3352 (2009)). TLR signaling not only promotes inflammation, but also enhances genes involved in arrest or tissue remodeling. For example, ATF3 and Zc3h12a are rapidly induced in response to TLR stimulation and suppress the production of inflammatory cytokines (Charo, IF, Cell Metab 6, 96-98 (2007) and Matsushita, K. et al., Nature 458, 1185-1190 (2009)). M2 macrophages have been shown to promote tissue remodeling as well as Th2 responses. Thus, Jmjd3 induction functions as part of a feedback mechanism that acts to repair inflammatory damage caused by TLR stimulation.
キチンは寄生虫、甲殻類、カビに多く含まれる構成成分であり、キチンの投与は、M2マクロファージを強く誘導する。キチンの腹腔内投与は、Jmjd3及びIrf4依存的にM2マクロファージや好酸球を動員した。これらの結果は、JMJD3-IRF4軸が、寄生蠕虫感染に対するM2マクロファージへ分化に重要であることを示している。しかしながら、マクロファージの培養におけるキチンの添加は、M2のマーカー遺伝子発現を亢進する細胞を刺激しなかった。TLR2は、キチンへの応答において急性炎症を媒介すると報告されていたが、他の報告では、キチンに媒介されたM2マクロファージの活性化は、MyD88に無関係であることが報告されていた(Reese, T.A. et al., Nature 447, 92-96 (2007)及びDa Silva et al., J Immunol 181, 4279-4286 (2008))。現在、どのようにキチンがマクロファージを活性化するかというメカニズムは、あまり良く理解されていない。さらには、キチンや寄生虫感染への応答においてJMJD3が、どのようにM2マクロファージの産生に対してユニークな働きをしているのかもまだ明らかではない。キチン受容体の同定は、近い将来、寄生蠕虫感染への応答における自然免疫活性化メカニズムを明らかにするために肝要であろう。 Chitin is a component that is abundant in parasites, crustaceans, and molds, and administration of chitin strongly induces M2 macrophages. Intraperitoneal administration of chitin mobilized M2 macrophages and eosinophils in a Jmjd3 and Irf4-dependent manner. These results indicate that the JMJD3-IRF4 axis is important for differentiation into M2 macrophages against parasitic helminth infections. However, the addition of chitin in macrophage cultures did not stimulate cells that enhanced M2 marker gene expression. TLR2 was reported to mediate acute inflammation in response to chitin, but other reports reported that chitin-mediated activation of M2 macrophages was independent of MyD88 (Reese, TA et al., Nature 447, 92-96 (2007) and Da Silva et al., J Immunol 181, 4279-4286 (2008)). Currently, the mechanism by which chitin activates macrophages is not well understood. Furthermore, it is not yet clear how JMJD3 plays a unique role in the production of M2 macrophages in response to chitin and parasitic infections. Identification of chitin receptors will be vital in the near future to elucidate innate immune activation mechanisms in response to parasitic helminth infections.
Jmjd3-/- マウスは、ブラジル鉤虫(N. brasiliensis) 感染において、M2マクロファージの動員に重大な欠陥があることを示した。ブラジル鉤虫のどの成分が、自然免疫細胞を活性化するかということは分からないが、JMJD3媒介H3K27me3脱メチル化は、この寄生虫へのマクロファージの応答には欠かせないもののようだ。さらなる研究が、ヒトに病原因子となる他の寄生虫による感染を制御するJMJD3の役割を同定することになろう。M2マクロファージは、寄生虫感染に対する応答に加えて、癌細胞の生存又は炎症応答への応答における組織再構築に対して重要であることはよく知られている(Mantovani, A .et al., Curr Opin Immunol (2010))。したがって、マクロファージにおけるどのように非遺伝的な調節が、癌の進行又は創傷治癒に対して重要なのか、このマウスのモデルを使用することにより探求されることは興味深い。 Jmjd3 − / − mice showed a significant defect in the recruitment of M2 macrophages in N. brasiliensis infection. I don't know which components of Brazilian helminths activate innate immune cells, but JMJD3-mediated H3K27me3 demethylation appears to be essential for macrophage response to the parasite. Further studies will identify the role of JMJD3 in controlling infection by other parasites that are pathogenic in humans. It is well known that M2 macrophages are important for tissue remodeling in response to parasitic infections, as well as survival of cancer cells or responses to inflammatory responses (Mantovani, A. et al., Curr Opin Immunol (2010)). It is therefore interesting to explore how non-genetic regulation in macrophages is important for cancer progression or wound healing by using this mouse model.
以前の報告は、Jmjd3の発現はIL-4に対する応答において亢進され、H3K27me3のレベルは、IL-4刺激に応答して減少することを示していた(Ishii, M. et al., Blood 114, 3244-3254 (2009))。M-BMM(マウス骨髄細胞由来マクロファージ)又はキチン誘導腹膜マクロファージは、Jmjd3が存在しない場合、M2マクロファージマーカーの発現に重篤な欠陥を示したが、Jmjd3-/- M-BMMは、IL-4刺激への応答においてM2マクロファージの代表的な遺伝子の発現を亢進できた。これらの知見は、JMJD3媒介H3K27脱メチル化がIL-4の効果に関係なくM2への分化の生成のために重要であることを示唆している。同じ報告で、種々のM2マーカー遺伝子のH3K27me3レベルは、転写を活性化するJMJD3によって直接制御されていることが示されていた。しかしながら、我々のChIP-Seqデータは、例えばArg1(アルギナーゼ1)などのほとんどのM2マーカー遺伝子のH3K27me3レベルは、Jmjd3が存在しない場合でも変わらないことを証明した。さらには、JMJD3 の標的遺伝子の1つであるIrf4の欠損が、キチン投与又はM-CSF培養へのM2応答を欠損させた。したがって、JMJD3は、二次的に一連の転写因子の発現を制御することによってM2マクロファージへの分化を調節している可能性が高い。 Previous reports have shown that Jmjd3 expression is enhanced in response to IL-4 and that H3K27me3 levels decrease in response to IL-4 stimulation (Ishii, M. et al., Blood 114, 3244-3254 (2009)). M-BMM (mouse bone marrow cell-derived macrophages) or chitin-induced peritoneal macrophages showed severe defects in the expression of M2 macrophage markers in the absence of Jmjd3, whereas Jmjd3 − / − M-BMM It was possible to enhance the expression of representative genes of M2 macrophages in response to stimulation. These findings suggest that JMJD3-mediated H3K27 demethylation is important for the generation of differentiation to M2 regardless of the effects of IL-4. The same report showed that the H3K27me3 levels of various M2 marker genes are directly regulated by JMJD3, which activates transcription. However, our ChIP-Seq data demonstrated that the H3K27me3 levels of most M2 marker genes such as Arg1 (Arginase 1) did not change even in the absence of Jmjd3. Furthermore, loss of Irf4, one of the target genes of JMJD3, deficient in M2 response to chitin administration or M-CSF culture. Therefore, JMJD3 is likely to regulate differentiation into M2 macrophages by secondarily controlling the expression of a series of transcription factors.
M2マーカー遺伝子発現に加え、Jmjd3欠損M-BMMは、M-CSF刺激に対する応答において増殖欠損を示した。これは、正常に機能しなくなったM-CSF受容体発現又は初期のシグナル分子の活性化の欠落のせいではない。c-Myc、cyclin D1、cyclin D2などの細胞周期進行に関与する遺伝子の発現が、Jmjd3-/- M-BMMで正常に機能しなくなったが、これらの遺伝子のH3K27me3レベルは、野生型(wild-type) とJmjd3-/- M-BMM の間で変化していない。さらには、Irf4-/- M-BMMは、細胞周期に不具合は示さなかった(データは示さず)。したがって、その他のJMJD3標的遺伝子が、M-BMMの増殖の制御を担っている可能性がある。 In addition to M2 marker gene expression, Jmjd3-deficient M-BMM showed a growth defect in response to M-CSF stimulation. This is not due to the lack of normal functioning of M-CSF receptor expression or early signal molecule activation. Expression of genes involved in cell cycle progression, such as c-Myc, cyclin D1, and cyclin D2, ceased to function normally in Jmjd3 -/- M-BMM, but the H3K27me3 level of these genes is wild type (wild -type) and Jmjd3 -/- M-BMM. Furthermore, Irf4 − / − M-BMM showed no defects in the cell cycle (data not shown). Therefore, other JMJD3 target genes may be responsible for the control of M-BMM proliferation.
ChIP-Seq分析は、概して、遺伝子プロモーター領域における野生型とJmjd3-/- M-BMMの間のH3K27me3レベルの違いが、わずかであることを明らかにした。それにもかかわらず、マイクロアレイ分析によって調べられた遺伝子発現のプロファイルは、野生型とJmjd3-/- M-BMM の間で相当な違いがあり、生体内(in vivo)でのキチン又は寄生虫感染に対する応答には、Jmjd3-/-マウスでは、大きな障害があった。Hoxa とBmp2遺伝子は、JMJD3の潜在的な標的であることが知られているが(De Santa, F. et al., Cell 130, 1083-1094 (2007))、これらの遺伝子の発現レベルは、Jmjd3-/-細胞では減少しておらず、H3K27me3のレベルは、野生型とJmjd3-/- M-BMMの間で同程度であった。これらの結果は、他のH3K27脱メチル化酵素、例えばUTX やUTYが、マクロファージにおけるJmjd3の欠損を補っていることを示唆するものである。一方、我々は、IRF4を直接的なJMJD3特異的標的転写因子の1つとして同定した。IRF4は、血漿細胞の分化やB 細胞におけるクラススイッチ組み換え、及びTh2細胞の分化に関与していることが示されている(Ahyi, A.N. et al., J Immunol 183, 1598-1606 (2009)及びKlein, U. et al., Nat Immunol 7, 773-782 (2006))。IRF4がTh2応答を調節するために制御性T細胞内で機能していることも報告されている(Zheng, Y. et al., Nature 458, 351-356 (2009))。実際、Irf4-/-マウスは、ブラジル鉤虫感染に対するTh2応答に欠陥を示すことが示されている(Honma, K. et al., Proc Natl Acad Sci U S A 105, 15890-15895 (2008))。Irf4-/-マウスにおいて、キチン投与に対するM2マクロファージの誘導がされないとすると、Irf4-/-マウスにおけるマクロファージの欠損もブラジル鉤虫感染への異常な応答の一因であるようである。マクロファージにおいては、IRF4は、MyD88と会合することにより、TLRシグナル伝達の負の調節因子として機能している(Honma, K. et al., Proc Natl Acad Sci U S A 102, 16001-16006 (2005)及びNegishi, H. et al., Proc Natl Acad Sci U S A 102, 15989-15994 (2005))。 ChIP-Seq analysis generally revealed a slight difference in H3K27me3 levels between wild type and Jmjd3 − / − M-BMM in the gene promoter region. Nevertheless, the profile of gene expression examined by microarray analysis is significantly different between wild-type and Jmjd3 -/- M-BMM, and against chitin or parasitic infections in vivo Response was severely impaired in Jmjd3 − / − mice. The Hoxa and Bmp2 genes are known to be potential targets of JMJD3 (De Santa, F. et al., Cell 130, 1083-1094 (2007)), but the expression levels of these genes are There was no decrease in Jmjd3 − / − cells, and the level of H3K27me3 was similar between wild type and Jmjd3 − / − M-BMM. These results suggest that other H3K27 demethylases, such as UTX and UTY, compensate for Jmjd3 deficiency in macrophages. On the other hand, we identified IRF4 as one of the direct JMJD3-specific target transcription factors. IRF4 has been shown to be involved in plasma cell differentiation, class switch recombination in B cells, and Th2 cell differentiation (Ahyi, AN et al., J Immunol 183, 1598-1606 (2009) and Klein, U. et al., Nat Immunol 7, 773-782 (2006)). It has also been reported that IRF4 functions in regulatory T cells to regulate Th2 responses (Zheng, Y. et al., Nature 458, 351-356 (2009)). Indeed, Irf4 − / − mice have been shown to be defective in the Th2 response to Brazilian helminth infections (Honma, K. et al., Proc Natl Acad Sci USA 105, 15890-15895 (2008)). In Irf4 − / − mice, lack of induction of M2 macrophages upon chitin administration, macrophage loss in Irf4 − / − mice appears to contribute to an abnormal response to Brazilian helminth infection. In macrophages, IRF4 functions as a negative regulator of TLR signaling by associating with MyD88 (Honma, K. et al., Proc Natl Acad Sci USA 102, 16001-16006 (2005) and Negishi, H. et al., Proc Natl Acad Sci USA 102, 15989-15994 (2005)).
Jmjd3-/-マウスは、肺組織の発育不全により新生児死亡を示した。JMJD3は、マクロファージのIRF4の発現を直接調節する一方で、Irf4-/-マウスは、発育不全を示さなかった。したがって、JMJD3は、肺組織において正常な組織発育のためのIRF4以外の遺伝子を制御しており、我々は、マクロファージにおけるこの分子の役割だけに焦点をあてた。 Jmjd3 − / − mice showed neonatal death due to poor growth of lung tissue. JMJD3 directly regulates macrophage IRF4 expression, while Irf4 − / − mice did not show stunting. Thus, JMJD3 regulates genes other than IRF4 for normal tissue development in lung tissue and we focused solely on the role of this molecule in macrophages.
非遺伝的な状況におけるこの変化は、マクロファージの分化を決定するのに重要な段階であるようである。JMJD3脱メチル化活性を特異的に調節する手段を将来開発することは、抗寄生虫宿主防衛及び組織修復を獲得するために、マクロファージを操作するために役立つかもしれない。 This change in the non-genetic context appears to be an important step in determining macrophage differentiation. Future development of means to specifically modulate JMJD3 demethylation activity may help to manipulate macrophages to gain antiparasite host defense and tissue repair.
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