JPWO2008102903A1 - RNA splicing detection system - Google Patents
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Abstract
本発明は、選択的スプライシングの対象となるあるタンパク質を規定する遺伝子のエクソンが、細胞中でどのようにして選択的スプライシング制御されているかを明らかにすることができる、DNAフラグメントまたはそれを含む発現ベクターなどのDNA構築物を提供することを課題とする。本発明の発明者らは、リポータータンパク質のcDNAを分断する様に、選択的スプライシングの対象となるあるタンパク質を規定する遺伝子のエクソンを挿入することができるクローニング部位を含む介在フラグメントを挿入することにより、上記課題を解決することができることを明らかにした。The present invention relates to a DNA fragment or an expression comprising the same, which can reveal how an exon of a gene defining a protein subject to alternative splicing is selectively spliced in a cell. It is an object to provide a DNA construct such as a vector. The inventors of the present invention insert an intervening fragment containing a cloning site into which an exon of a gene defining a certain protein to be subjected to alternative splicing can be inserted so as to cleave the reporter protein cDNA. Clarified that the above problems can be solved.
Description
本発明は、RNAスプライシング(選択的スプライシング)を検出するための新しいシステムを提供することを目的とする。より具体的には、本発明は、選択的スプライシングをin situにて定量的に検出するための新しいシステムを提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a new system for detecting RNA splicing (alternative splicing). More specifically, the present invention aims to provide a new system for quantitatively detecting alternative splicing in situ.
哺乳動物においては、選択的スプライシングが、タンパク質の多様性に多大な役割を果たしていると考えられており、ヒトでは全遺伝子の少なくとも74%が、選択的スプライシングを起こしていると報告されている(非特許文献1)。遺伝病として知られる疾患の中にも、選択的スプライシングの異常が原因となっているものや、選択的スプライシングに異常を来す変異が原因となっているものが知られている。
このような状況の下、生体内での選択的スプライシング機構の詳細が解明されることが望まれているが、これまでのところ、選択的スプライシングの制御機構の解明は十分には進んでいない。
in vivoにおける選択的スプライシング制御機構を明らかにする目的で、線虫(C.elegans)を用いて、蛍光タンパク質をレポーターとして細胞と後の選択的スプライシングを可視化するトランスジェニック動物の作製方法が開発された(非特許文献2)。しかしながら、この方法では、文献中で開示された特定の遺伝子のスプライシング現象を特定することしかできず、他の遺伝子についての選択的スプライシングの制御機構を解析する際にも利用できるような一般的な解析ツールとしては、使用することができないという欠点があった。
Under such circumstances, it is desired to elucidate the details of the alternative splicing mechanism in vivo, but so far, the elucidation of the control mechanism of alternative splicing has not progressed sufficiently.
For the purpose of clarifying the alternative splicing control mechanism in vivo, a method for producing a transgenic animal using C. elegans to visualize cells and subsequent alternative splicing using a fluorescent protein as a reporter has been developed. (Non-Patent Document 2). However, this method can only identify the splicing phenomenon of a specific gene disclosed in the literature, and can also be used for analyzing the control mechanism of alternative splicing for other genes. As an analysis tool, there was a drawback that it could not be used.
本発明は、選択的スプライシングの対象となるあるタンパク質を規定する遺伝子のエクソンが、細胞中でどのようにして選択的スプライシング制御されているかを明らかにすることができる、DNAフラグメントまたはそれを含む発現ベクターなどのDNA構築物を提供することを課題とする。 The present invention relates to a DNA fragment or an expression comprising the same, which can reveal how an exon of a gene defining a protein subject to alternative splicing is selectively spliced in a cell. It is an object to provide a DNA construct such as a vector.
本発明の発明者らは、リポータータンパク質のcDNAを分断する様に、選択的スプライシングの対象となる介在フラグメントを挿入することにより、上記課題を解決することができることを明らかにした。この介在フラグメントには、あるタンパク質を規定する遺伝子のエクソンを挿入することができるクローニング部位が含まれる。
本発明の具体的な一態様において、本発明の発明者らは、リポータータンパク質をコードするDNAのコード領域の第一のフラグメントおよび第二のフラグメント;前記第一のフラグメントおよび第二のフラグメントとの間に位置する介在フラグメントであって、スプライシングモチーフを有し、そしてクローニング部位を含む介在フラグメント;前記クローニング部位に挿入された外来性の選択的スプライシングカセット;を含む、DNAフラグメントを提供する。
この態様において、本発明は、上述したDNAフラグメント;および、いずれかの真核細胞発現ベクター;を含む、所望の外来性エクソンの選択的スプライシングを検出するためのキットもまた、提供することができる。
本発明の別の態様において、本発明の発明者らは、リポータータンパク質をコードするDNAのコード領域の第一のフラグメントおよび第二のフラグメント;前記第一のフラグメントおよび第二のフラグメントとの間に位置する介在フラグメントであって、スプライシングモチーフを有し、そしてクローニング部位を含む介在フラグメント;前記クローニング部位に挿入された外来性の選択的スプライシングカセット;を含む、DNAフラグメントを、タンパク質発現用ベクターのクローニング部位に挿入することにより作製された、真核細胞発現ベクターを提供する。
この態様において、本発明は、上述したタンパク質発現用ベクターを含む、所望の外来性エクソンの選択的スプライシングを検出するためのキットもまた、提供することができる。
本発明のさらに別の態様において、本発明の発明者らは、リポータータンパク質をコードするDNAのコード領域の第一のフラグメントおよび第二のフラグメント;前記第一のフラグメントおよび第二のフラグメントとの間に位置する介在フラグメントであって、スプライシングモチーフを有し、そしてクローニング部位を含む介在フラグメント;前記クローニング部位に挿入された外来性の選択的スプライシングカセット;を含む、DNAフラグメントを、タンパク質発現用ベクターのクローニング部位に挿入することにより作製された、真核細胞発現ベクターを、真核細胞にトランスフェクトさせ;当該トランスフェクトされた真核細胞を培養し;細胞内において発現ベクター中に挿入されたDNAフラグメントを発現させ;そして、選択的スプライシングの結果リポータータンパク質をコードするDNAのコード領域の第一のフラグメントと第二のフラグメントとが直接連結することにより生成される機能的なリポータータンパク質をin situにてモニタリングすること;を含む、真核細胞内での選択的スプライシングをin situでモニタリングする方法を提供する。The inventors of the present invention have clarified that the above problem can be solved by inserting an intervening fragment to be subjected to alternative splicing so as to cleave the reporter protein cDNA. This intervening fragment contains a cloning site into which an exon of a gene defining a protein can be inserted.
In one specific aspect of the present invention, the inventors of the present invention provide a first fragment and a second fragment of the coding region of DNA encoding a reporter protein; the first fragment and the second fragment An intervening fragment located between, having a splicing motif and comprising a cloning site; an exogenous alternative splicing cassette inserted into said cloning site; is provided.
In this aspect, the present invention can also provide a kit for detecting alternative splicing of a desired exogenous exon comprising the DNA fragment described above; and any eukaryotic expression vector. .
In another aspect of the invention, the inventors of the present invention provide a first fragment and a second fragment of a coding region of DNA encoding a reporter protein; between the first fragment and the second fragment. Cloning of a vector for protein expression comprising a DNA fragment comprising a located intervening fragment having a splicing motif and comprising a cloning site; an exogenous alternative splicing cassette inserted in said cloning site; Provided is a eukaryotic expression vector produced by insertion into a site.
In this aspect, the present invention can also provide a kit for detecting alternative splicing of a desired exogen exon comprising the above-described protein expression vector.
In yet another aspect of the invention, the inventors of the present invention provide a first fragment and a second fragment of the coding region of DNA encoding a reporter protein; between the first fragment and the second fragment. An intervening fragment having a splicing motif and comprising a cloning site; an exogenous alternative splicing cassette inserted into said cloning site; A eukaryotic cell expression vector produced by insertion into a cloning site is transfected into a eukaryotic cell; the transfected eukaryotic cell is cultured; a DNA fragment inserted into the expression vector in the cell And then select Monitoring in situ the functional reporter protein produced by direct ligation of the first and second fragments of the coding region of the DNA encoding the reporter protein as a result of alternative splicing; A method for in situ monitoring of alternative splicing in eukaryotic cells is provided.
発現ベクター中に挿入した上述した配列構造を有するDNAフラグメントを利用して真核細胞をトランスフェクトし、DNAフラグメントを発現させることにより、細胞内で目的とするエクソンにおいて選択的スプライシングが生じるか否かを、in situでリアルタイムモニタリングすることができる。このモニタリング系は、ベクターを変更することにより、あらゆる生物について適用することができ、in vivoでの実験およびin vitroでの実験のいずれにおいても利用することができる。また、リポーター遺伝子の発現は、従来の検出方法のいずれを用いても検出することができるため、新たな装置を用意することなく、選択的スプライシングが生じるか否かを、in situでリアルタイムモニタリングすることができる。 Whether or not alternative splicing occurs in the target exon within the cell by transfecting a eukaryotic cell using the DNA fragment having the above-described sequence structure inserted into an expression vector and expressing the DNA fragment Can be monitored in real time in situ. This monitoring system can be applied to any organism by changing the vector, and can be used for both in vivo experiments and in vitro experiments. In addition, since reporter gene expression can be detected using any of the conventional detection methods, it is possible to monitor in situ whether alternative splicing occurs without preparing a new device. be able to.
DNAフラグメントの構造
現在までに考えられている、一般的なスプライシングの機序の一例を、リポーター遺伝子を例にして、図1に示す。この図において、リポーター遺伝子の第一のフラグメントと第二のフラグメントとの間には、介在フラグメント(イントロン)が挿入されている。この介在フラグメントがスプライシングにより除去されるためには、介在フラグメント中、5’末端側にGUという配列(1)、3’末端側にAGという配列(2)、そして介在フラグメント内部にYYRAYという配列が含まれていることが必要であることが知られており、このような配列の組合せをスプライシングモチーフと呼ぶ(図1に示すスプライシングモチーフは、現在知られているスプライシングモチーフのうちの一例である)。
このスプライシングモチーフは、5’末端側のGU配列(1)と介在フラグメント内部のYYRAY配列との間で物理的にループ構造を形成し、その結果、5’末端側のGU配列(1)と3’末端側のAG配列(2)で介在フラグメントが切断され、そしてmRNAから除去されることにより、リポーター遺伝子の第一のフラグメントと第二のフラグメントとが直接連結されることにより、成熟mRNAが形成されると考えられる。このような成熟mRNAが形成されると、目的とするリポータータンパク質が機能的なリポータータンパク質として発現され、リポーターとしての役割を果たす。
本発明は、このようなスプライシングの制御機構を利用するものである。まず、本発明においては、リポータータンパク質をコードするDNAのコード領域の第一のフラグメントおよび第二のフラグメント;前記第一のフラグメントおよび第二のフラグメントとの間に位置する介在フラグメントであって、スプライシングモチーフを有し、そしてクローニング部位を含む介在フラグメント;前記クローニング部位に挿入された外来性の選択的スプライシングカセット;を含む、DNAフラグメントを作製する。このDNAフラグメントの具体的な構造および作用機構を、図2に示す。
リポータータンパク質
本発明のDNAフラグメントにおけるリポータータンパク質は、リポーターとしての機能を果たすことが知られているタンパク質であればどのようなものであってもよく、例えば、蛍光タンパク質、色素タンパク質、酵素タンパク質などを利用することができる。本発明においては、スプライシングをリアルタイムにモニタリングすることができることが好ましいため、蛍光タンパク質または色素タンパク質をリポータータンパク質として使用することが好ましい。さらに具体的には、リポータータンパク質として、緑色蛍光タンパク質(GFP)、赤色蛍光タンパク質(RFP)、ルシフェラーゼ(LF)、DsRedなどの蛍光タンパク質、またはフィトクローム、青色光吸収タンパク質(NPL1)(Kagawa T.,et al.,Science,2001,291,2138−2141)などの色素タンパク質を使用することが好ましい。
リポータータンパク質として蛍光タンパク質または色素タンパク質を利用する場合、細胞を生きたままで、発生される蛍光または発色若しくは蛍光の消光または光の吸収などをリアルタイムにモニタリングすることができる。その様な生細胞のリアルタイムモニタリングに利用することができる装置としては、蛍光タンパク質を利用する場合には、蛍光顕微鏡、共焦点顕微鏡、CCDカメラなどを例として、色素タンパク質を利用する場合には、顕微鏡、CCDカメラなどを例として、それぞれ挙げることができるが、蛍光または色素などの変化を測定できるものであればこれらのものに限定されない。
介在フラグメント
上述したDNAフラグメント中に存在する介在フラグメントは、上述したようなスプライシングモチーフを有する限りにおいてどのような配列のものであってもよい。本発明においては例えば、リポーター遺伝子中のゲノムDNA配列中に含まれる天然のイントロン配列を介在フラグメントとして利用することができる。例えば、あるリポータータンパク質をコードする遺伝子領域のゲノムDNAの塩基配列が、エクソン1とイントロン1とエクソン2からなる配列構造を有する場合、そのゲノムDNA領域をそのままDNAフラグメントとして利用することができる。あるいは、3つ以上のエクソンを有するリポータータンパク質の場合、いずれかのイントロンを介在フラグメントとして利用することができ、その場合、当該イントロンとその両側のエクソンの部分はゲノムDNAの塩基配列に由来し、その他の部分についてはcDNAの塩基配列に由来する、キメラ構造のDNAフラグメントとすることができる。
本発明においてはまた、他の遺伝子におけるイントロン配列を介在フラグメントとして利用することもできる。この場合、リポータータンパク質をコードする遺伝子のcDNAの塩基配列中に、他の遺伝子に由来するイントロン配列を介在フラグメントとして挿入することにより、本発明のDNAフラグメントとすることができる。本発明においてはまた、人工イントロンを介在フラグメントとして利用することもできる。人工イントロンを利用してスプライシングを生じさせた事例は、UmekageおよびKikuchiの文献(Nucleic Acids Sympo.Ser,(50):323−324(2006))などにおいて報告されているほか、スプライシングを利用したクローニングベクターpDNR−Dual(clontech)に利用されている。したがって、このような人工イントロンを、リポータータンパク質をコードする遺伝子のcDNAの塩基配列中に、介在フラグメントとして挿入することにより、本発明のDNAフラグメントとすることができる。
本発明のDNAフラグメントの介在フラグメント中に存在するクローニング部位は、1つであっても複数が存在してもよい。このようなクローニング部位は、例えば介在フラグメントとしてイントロンを利用する場合にもともとイントロン中に存在する制限酵素部位を利用してもよく、または当該技術分野において利用されているクローニングベクターのマルチクローニング部位の核酸配列を切り出して転用してもよい。
選択的スプライシング現象
上述したDNAフラグメントを利用するため、まずDNAフラグメントのクローニング部位に対して、外来性の選択的スプライシングカセットを挿入する。この外来性の選択的スプライシングカセットには、あるタンパク質を規定する遺伝子のうち選択的スプライシングの対象となるエクソンを、そのエクソンの上流および下流のイントロン部分の配列と共に含むことを特徴とする(図2中段)。
本発明において、選択的スプライシングカセットとしてDNAフラグメントのクローニング部位に挿入される、あるタンパク質を規定する遺伝子の選択的スプライシングの対象となるエクソンは、選択的スプライシングを起こすことが既に知られているエクソンであっても、または選択的スプライシングを起こすことが予想されているエクソンであっても利用することができる。選択的スプライシングを起こすことが既に知られているエクソンを挿入してそのスプライシング現象をモニターすれば、細胞中でのスプライシングの動向を検出することができる。
本発明においては例えば、選択的スプライシングを起こすことが知られているエクソンとして、tau遺伝子のエクソン10を利用することができる。具体的には、tau遺伝子のエクソン10およびその上流および下流のイントロン部分から構成されるDNA領域を、選択的スプライシングカセットとして利用することができる。tau遺伝子のエクソン10が選択的スプライシングを受けることにより、エクソン10を含まない配列からなる構造(すなわち、〜エクソン9〜エクソン11〜)を有する3Rtau、またはエクソン10を含む配列からなる構造(すなわち、〜エクソン9〜エクソン10〜エクソン11〜)を有する4Rtauが産生される。ヒト3Rtauとヒト4Rtauは、アルツハイマー病の病態に関連するタンパク質である。ヒトにおいては、アルツハイマー病、第17番染色体に連鎖するパーキンソン症候群を伴った前頭側頭型痴呆(FTDP−17)、ピック病、進行性核上性麻痺(PSP)、および大脳皮質基底核変性症(CBD)など、変性神経細胞内におけるtau遺伝子産物の異常蓄積を特徴とする、痴呆を伴う疾患が知られている。3Rtauおよび4Rtauは、いずれも変性神経細胞内に異常に蓄積した構造物の主要な構成成分として認められるが、3Rtauおよび4Rtauいずれが蓄積するかは、各疾患によって異なっている。例えば、アルツハイマー病においては3Rtauと4Rtauが両方とも蓄積するのに対して、ピック病については3Rtauのみが蓄積し、一方FTDP−17のうち家族性の突然変異、PSP、およびCBDにおいては4Rtauのみが蓄積することが知られている。このため、3Rtauが産生されるのか、または4Rtauが産生されるのかは、tau遺伝子が関与する疾患の病態と強く関連している。したがって、選択的スプライシングの対象となるエクソンとして、tau遺伝子のエクソン10およびその上流および下流のイントロン部分から構成されるDNA領域を利用して選択的スプライシングをモニタリングすると、細胞がどのような異常を有し、どのような疾患を生じうるかを予測することができる。
また、選択的スプライシングを起こすことが予想されているエクソンを挿入してそのスプライシング現象をモニターすれば、細胞中で対象となるエクソンが実際に選択的スプライシングに関与しているか否かを特定することができる。
このような選択的スプライシングカセットをクローニング部位に挿入することにより、DNAフラグメント中にもともと存在していた、リポーターの第一フラグメントの3’末端に存在するスプライシングモチーフ(1)および第二フラグメントの5’末端に存在するモチーフ(2)に加えて、外来性選択的スプライシングカセット由来のスプライシングモチーフ(3)および(4)が挿入されることになる(図2中段)。
このような構造を有するDNAフラグメントを発現ベクター中に組み込んで細胞にトランスフェクトすると、細胞内では、(1)−(2)でのスプライシングが生じるか、または(1)−(3)および(4)−(2)での2箇所のスプライシングが生じるか、のいずれかが生じることになり、選択的スプライシングの機能を模倣することができる(図2下段)。
細胞内において(1)−(2)でのスプライシングが生じた場合、リポータータンパク質をコードするDNAのコード領域の第一のフラグメントおよび第二のフラグメントが直接連結されることになり、その結果形成された成熟mRNAにより、機能的なリポータータンパク質が生成され、リポーター機能(例えば、蛍光の発生や色素の発現など)が生じることとなる(図2下段左)。
一方、細胞内において(1)−(3)および(4)−(2)での2箇所のスプライシングが生じた場合、リポータータンパク質をコードするDNAのコード領域の第一のフラグメントと第二のフラグメントとの間に選択的スプライシングカセット由来のエクソンが挿入されたDNAにより規定される融合タンパク質が生成される。この融合タンパク質は、リポータータンパク質としての機能を有さないこととなり、このような細胞ではリポーター機能は生じないこととなる(図2下段右)。
発現ベクター
本発明の別の態様において、上述したリポータータンパク質をコードするDNAのコード領域の第一のフラグメントおよび第二のフラグメント;前記第一のフラグメントおよび第二のフラグメントとの間に位置する介在フラグメントであって、スプライシングモチーフを有し、そしてクローニング部位を含む介在フラグメント;前記クローニング部位に挿入された外来性の選択的スプライシングカセット;を含む、DNAフラグメントを、選択的スプライシングを生じさせる細胞内において発現させることを目的として、当該DNAフラグメントをタンパク質発現用ベクターのクローニング部位に挿入することにより作製された、真核細胞発現ベクターを提供する。本発明においてモニタリングする「選択的スプライシング」現象は、真核細胞に特有の現象であることから、本発明において使用することができるタンパク質発現用ベクターは、真核細胞発現ベクターに限定される。
本発明のDNAフラグメントを挿入するベクターとしては、当該技術分野において既知の真核細胞発現用ベクターであって、DNAフラグメントを挿入した発現ベクターをトランスフェクトする細胞と適合するものあればどのようなものであってもよい。例えば、発現ベクターをトランスフェクトする細胞が昆虫の細胞(例えば、Sf9細胞、Sf21細胞など)である場合、pIExベクター、バキュロウィルスベクターなどを例として挙げることができ、発現ベクターをトランスフェクトする細胞がマウスの細胞(例えば、CHO細胞、HN2細胞、Neuro2a細胞、マウスES細胞など)である場合、pCI−neoベクター、アデノウィルスベクターなどを例として挙げることができ、発現ベクターをトランスフェクトする細胞がヒトの細胞(例えば、HEK293細胞、SH−SY5Y細胞、HeLa細胞など)である場合、pCI−neoベクター、アデノウィルスベクターなどを例として挙げることができる。
ベクター中へのDNAフラグメントの挿入は、当該技術分野において公知または周知のいずれの方法を用いて行ってもよく、例えばSambrookとRussel(Molecular Cloning:A Laboratory Manual,3rd edition(2001))、村松正實(ラボマニュアル遺伝子工学、第3版、丸善)などに記載されている周知の方法を使用することができる。具体的には、ベクター中のクローニング部位の一つを制限酵素を用いて開裂し、一方DNAフラグメントの両端を前記の制限酵素で開裂したクローニング部位の末端と結合可能な塩基配列に整え、クローニング部位に、DNAフラグメントをライゲーションすることにより、挿入することができる。
このようにして作製した発現ベクターを真核細胞にトランスフェクトさせて発現させた場合に、選択的細胞内で選択的スプライシングが生じた結果、前記第一のフラグメントと第二のフラグメントとが直接連結されたDNAにより規定される、機能的なリポータータンパク質が生成されるか、または前記第一のフラグメントと選択的スプライシングカセット中のエクソンと第二のフラグメントとから形成されるDNAにより規定される、リポータータンパク質としての機能を有さない融合タンパク質が生成されるか、のいずれかの発現様式をとる(図2下段)。
発現ベクターを利用した選択的スプライシングのin situモニタリング
本発明においては、このような発現ベクターに基づく発現の結果生じる選択的スプライシングを、当該技術分野において周知の方法により、細胞中でin situでモニタリングすることができる。具体的には、真核細胞内での選択的スプライシングのin situモニタリングは:真核細胞に前述した発現ベクターをトランスフェクトさせ;当該トランスフェクトされた真核細胞を培養し;細胞内において発現ベクター中に挿入されたDNAフラグメントを発現させ;選択的スプライシングの結果リポータータンパク質をコードするDNAのコード領域の第一のフラグメントと第二のフラグメントとが直接連結することにより生成されたDNAにより規定される機能的なリポータータンパク質をin situにてモニタリングすること;により行うことができる。このようなin situでのモニタリングは、リポーターを選択することにより、リアルタイムに行うことも可能である。
その他の態様
本発明においては、上述したDNAフラグメントといずれかの真核細胞発現ベクター;を含む、所望の外来性エクソンの選択的スプライシングを検出するためのキット、または上述したDNAフラグメントを挿入したタンパク質発現用ベクターを含む、所望の外来性エクソンの選択的スプライシングを検出するためのキット、もまた、提供することができる。 Structure of DNA fragment An example of a general splicing mechanism that has been considered to date is shown in FIG. 1, taking a reporter gene as an example. In this figure, an intervening fragment (intron) is inserted between the first fragment and the second fragment of the reporter gene. In order for this intervening fragment to be removed by splicing, a sequence of GU (1) at the 5 ′ end side, a sequence of AG (2) at the 3 ′ end side, and a sequence of YYRAY inside the intervening fragment are included. This combination of sequences is known as a splicing motif (the splicing motif shown in FIG. 1 is an example of currently known splicing motifs). .
This splicing motif physically forms a loop structure between the GU sequence (1) on the 5 ′ end side and the YYRAY sequence inside the intervening fragment. As a result, the GU sequence (1) and 3 on the 5 ′ end side are formed. The intervening fragment is cleaved at the terminal AG sequence (2) and removed from the mRNA, whereby the first and second fragments of the reporter gene are directly ligated to form mature mRNA. It is thought that it is done. When such mature mRNA is formed, the target reporter protein is expressed as a functional reporter protein and plays a role as a reporter.
The present invention utilizes such a splicing control mechanism. First, in the present invention, a first fragment and a second fragment of a coding region of DNA encoding a reporter protein; an intervening fragment located between the first fragment and the second fragment, and splicing A DNA fragment is generated comprising an intervening fragment having a motif and comprising a cloning site; an exogenous alternative splicing cassette inserted into said cloning site. The specific structure and action mechanism of this DNA fragment is shown in FIG.
Reporter protein The reporter protein in the DNA fragment of the present invention may be any protein that is known to function as a reporter. For example, fluorescent protein, chromoprotein, enzyme protein, etc. Can be used. In the present invention, since it is preferable that splicing can be monitored in real time, it is preferable to use a fluorescent protein or a chromoprotein as a reporter protein. More specifically, as a reporter protein, a fluorescent protein such as green fluorescent protein (GFP), red fluorescent protein (RFP), luciferase (LF), DsRed, or phytochrome, blue light absorbing protein (NPL1) (Kagawa T. et al.). , Et al., Science, 2001, 291, 2138-2141).
When a fluorescent protein or a chromoprotein is used as a reporter protein, the generated fluorescence or color development or fluorescence quenching or light absorption can be monitored in real time while the cells remain alive. As an apparatus that can be used for real-time monitoring of such living cells, when using fluorescent protein, for example, fluorescent microscope, confocal microscope, CCD camera, etc., when using chromoprotein, A microscope, a CCD camera, and the like can be mentioned as examples, but the invention is not limited to these as long as changes in fluorescence or dye can be measured.
Intervening Fragment The intervening fragment present in the DNA fragment described above may be of any sequence as long as it has a splicing motif as described above. In the present invention, for example, a natural intron sequence contained in a genomic DNA sequence in a reporter gene can be used as an intervening fragment. For example, when the base sequence of the genomic DNA of a gene region encoding a reporter protein has a sequence structure consisting of exon 1, intron 1 and exon 2, the genomic DNA region can be used as a DNA fragment as it is. Alternatively, in the case of a reporter protein having three or more exons, any intron can be used as an intervening fragment, in which case the intron and the exons on both sides thereof are derived from the base sequence of genomic DNA, The other part can be a DNA fragment having a chimeric structure derived from the base sequence of cDNA.
In the present invention, intron sequences in other genes can also be used as intervening fragments. In this case, the DNA fragment of the present invention can be obtained by inserting an intron sequence derived from another gene into the nucleotide sequence of the gene encoding the reporter protein as an intervening fragment. In the present invention, an artificial intron can also be used as an intervening fragment. Examples of splicing using artificial introns have been reported in Umekage and Kikuchi (Nucleic Acids Sympo. Ser, (50): 323-324 (2006)), etc., and cloning using splicing It is used for the vector pDNR-Dual (clontech). Therefore, by inserting such an artificial intron as an intervening fragment into the cDNA base sequence of a gene encoding a reporter protein, the DNA fragment of the present invention can be obtained.
There may be one or more cloning sites present in the intervening fragment of the DNA fragment of the present invention. Such a cloning site may use, for example, a restriction enzyme site originally present in an intron when an intron is used as an intervening fragment, or a nucleic acid of a multiple cloning site of a cloning vector used in the art. The sequence may be cut out and diverted.
Alternative splicing phenomenon In order to utilize the above-described DNA fragment, an exogenous alternative splicing cassette is first inserted into the cloning site of the DNA fragment. This exogenous alternative splicing cassette is characterized in that it contains exons to be alternatively spliced among genes defining a protein together with sequences of intron portions upstream and downstream of the exons (FIG. 2). Middle).
In the present invention, an exon that is the target of alternative splicing of a gene that defines a certain protein that is inserted into the cloning site of a DNA fragment as an alternative splicing cassette is an exon that is already known to cause alternative splicing. Even exons that are expected to undergo alternative splicing can be used. By inserting an exon that is already known to cause alternative splicing and monitoring the splicing phenomenon, it is possible to detect the trend of splicing in the cell.
In the present invention, for example, exon 10 of the tau gene can be used as an exon known to cause alternative splicing. Specifically, a DNA region composed of exon 10 of the tau gene and intron portions upstream and downstream thereof can be used as an alternative splicing cassette. When exon 10 of the tau gene is alternatively spliced, 3Rtau having a structure consisting of a sequence not containing exon 10 (ie, exon 9 to exon 11), or a structure consisting of a sequence containing exon 10 (ie, exon 10) 4Rtau with ~ exon 9 ~ exon 10 ~ exon 11 ~) is produced. Human 3Rtau and human 4Rtau are proteins related to the pathology of Alzheimer's disease. In humans, Alzheimer's disease, frontotemporal dementia with Parkinson's syndrome linked to chromosome 17 (FTDP-17), Pick's disease, progressive supranuclear palsy (PSP), and cortical basal ganglia degeneration Diseases associated with dementia, such as (CBD), characterized by abnormal accumulation of tau gene products in degenerative neurons are known. Both 3Rtau and 4Rtau are recognized as main components of structures abnormally accumulated in degenerative neurons, but which of 3Rtau and 4Rtau accumulates differs depending on each disease. For example, both 3Rtau and 4Rtau accumulate in Alzheimer's disease, whereas only 3Rtau accumulates in Pick's disease, whereas only 4Rtau in FTDP-17 is a familial mutation, PSP, and CBD. It is known to accumulate. For this reason, whether 3Rtau or 4Rtau is produced is strongly related to the pathology of a disease involving the tau gene. Therefore, when the alternative splicing is monitored using the DNA region composed of exon 10 of the tau gene and the intron part upstream and downstream of the exon as the target of alternative splicing, what kind of abnormality does the cell have? Thus, it is possible to predict what kind of disease can occur.
In addition, by inserting an exon that is expected to cause alternative splicing and monitoring the splicing phenomenon, it is possible to identify whether the target exon is actually involved in alternative splicing in the cell. Can do.
By inserting such an alternative splicing cassette into the cloning site, the splicing motif (1) present at the 3 ′ end of the first fragment of the reporter and the 5 ′ of the second fragment were originally present in the DNA fragment. In addition to the motif (2) present at the end, splicing motifs (3) and (4) derived from the exogenous alternative splicing cassette will be inserted (middle in FIG. 2).
When a DNA fragment having such a structure is incorporated into an expression vector and transfected into a cell, splicing in (1)-(2) occurs in the cell, or (1)-(3) and (4) )-(2), splicing occurs at two locations, and the function of alternative splicing can be mimicked (lower part of FIG. 2).
When splicing at (1)-(2) occurs in the cell, the first and second fragments of the coding region of the DNA encoding the reporter protein will be directly ligated and formed as a result. A mature reporter mRNA generates a functional reporter protein, and a reporter function (for example, generation of fluorescence, expression of pigment, etc.) occurs (lower left in FIG. 2).
On the other hand, when splicing at two locations (1)-(3) and (4)-(2) occurs in the cell, the first fragment and the second fragment of the coding region of the DNA encoding the reporter protein A fusion protein defined by DNA into which an exon from an alternative splicing cassette is inserted is generated. This fusion protein does not have a function as a reporter protein, and the reporter function does not occur in such cells (lower right in FIG. 2).
Expression vector In another embodiment of the present invention, a first fragment and a second fragment of the coding region of DNA encoding the above-mentioned reporter protein; an intervening fragment located between the first fragment and the second fragment A DNA fragment comprising an intervening fragment having a splicing motif and comprising a cloning site; an exogenous alternative splicing cassette inserted into said cloning site; For this purpose, a eukaryotic expression vector prepared by inserting the DNA fragment into a cloning site of a protein expression vector is provided. Since the “alternative splicing” phenomenon monitored in the present invention is a phenomenon peculiar to eukaryotic cells, the protein expression vectors that can be used in the present invention are limited to eukaryotic expression vectors.
The vector into which the DNA fragment of the present invention is inserted may be any eukaryotic expression vector known in the art as long as it is compatible with the cell into which the expression vector into which the DNA fragment has been inserted is transfected. It may be. For example, when the cell into which the expression vector is transfected is an insect cell (eg, Sf9 cell, Sf21 cell, etc.), pIEx vector, baculovirus vector, etc. can be mentioned as examples. In the case of mouse cells (for example, CHO cells, HN2 cells, Neuro2a cells, mouse ES cells, etc.), pCI-neo vectors, adenovirus vectors, etc. can be mentioned as examples, and cells transfected with expression vectors are human. When it is a cell (for example, HEK293 cell, SH-SY5Y cell, HeLa cell, etc.), a pCI-neo vector, an adenovirus vector, etc. can be mentioned as an example.
The DNA fragment may be inserted into the vector by any method known or well known in the art. For example, Sambrook and Russel (Molecular Cloning: A Laboratory Manual, 3rd edition (2001)), Masaaki Muramatsu A well-known method described in (Lab Manual Genetic Engineering, 3rd edition, Maruzen) can be used. Specifically, one of the cloning sites in the vector is cleaved with a restriction enzyme, while both ends of the DNA fragment are arranged in a base sequence that can be combined with the end of the cloning site cleaved with the above restriction enzyme, In addition, the DNA fragment can be inserted by ligation.
When the expression vector thus prepared is transfected into eukaryotic cells and expressed, selective splicing occurs in the selective cells, resulting in direct ligation of the first fragment and the second fragment. A functional reporter protein defined by the generated DNA, or a reporter defined by the DNA formed from the first fragment and the exon in the alternative splicing cassette and the second fragment Either expression mode is used to indicate whether a fusion protein that does not have a function as a protein is produced (lower part of FIG. 2).
In situ monitoring of alternative splicing using expression vectors In the present invention, alternative splicing resulting from expression based on such expression vectors is monitored in situ in cells by methods well known in the art. be able to. Specifically, in situ monitoring of alternative splicing in eukaryotic cells includes: transfecting a eukaryotic cell with the expression vector described above; culturing the transfected eukaryotic cell; Expressed by the DNA produced by direct ligation of the first and second fragments of the coding region of the DNA encoding the reporter protein as a result of alternative splicing Monitoring functional reporter protein in situ. Such in-situ monitoring can be performed in real time by selecting a reporter.
Other Embodiments In the present invention, a kit for detecting alternative splicing of a desired exogenous exon comprising the above-described DNA fragment and any eukaryotic expression vector, or a protein into which the above-described DNA fragment is inserted A kit for detecting alternative splicing of a desired exogenous exon comprising an expression vector can also be provided.
本明細書の以下において、例示的な配列を利用して、本発明をより詳細に説明する。しかしながら、以下の実施例は本発明をこの態様に限定することを目的としたものではない。
実施例1:DNAフラグメントおよび発現ベクターの構築(1)
本実施例においては、リポーター遺伝子として緑色蛍光タンパク質(Enhanced Green Fluorescent Protein:EGFP,Clontech)およびオワンクラゲ(Aequorea victoria)のGFPのキメラタンパク質を使用し、オワンクラゲ(Aequorea victoria)のGFP(GenBank Acc# M62654)の開始コドンを含むエクソン2に相当する配列(SEQ ID NO:1)を第一のフラグメントとして、エクソン3およびエクソン4の一部(5’末端から終始コドンまで)を結合させた配列に相当する配列(SEQ ID NO:2)を第二のフラグメントとしてそれぞれ使用し、オワンクラゲ(Aequorea victoria)のGFP(GenBank Acc# M62654)のイントロン2と相同なヌクレオチド配列を有するAequorea victoriaゲノム由来領域(531bp、SEQ ID NO:3)を介在フラグメントとして使用し、そして選択的スプライシングを起こすことが知られているエクソンとして、ヒトtau遺伝子のエクソン10(SEQ ID NO:4)およびその上流イントロン部分(SEQ ID NO:5)および下流イントロン部分(SEQ ID NO:6)から構成されるDNA領域を利用して、DNAフラグメントを構築した。
本発明のレポーター遺伝子(第一のフラグメントおよび第二のフラグメント)および介在フラグメントに含まれるEGFPの配列は、Clontechから入手した。また、これらに含まれるオワンクラゲ(Aequorea victoria)のGFPおよびイントロンの配列は、オワンクラゲ(Aequorea victoria)から抽出したゲノムDNAから入手した(SEQ ID NO:1、SEQ ID NO:2およびSEQ ID NO:3)。
具体的には以下の様に行った。まず、EGFP発現ベクターであるpEGFP−N3ベクター(GenBank Acc#:U57609、Clontech)からEGFPのcDNA領域を含むEcoRI−NotI制限酵素断片を、真核細胞発現ベクターであるpCI−neo Mammalian Expression Vector(GenBank Acc#:U47120、Promega)のマルチクローニング部位EcoRI−NotI部位にライゲーションして挿入することにより構築したEGFP発現ベクターpCI−GFPベクターを鋳型として、プライマーセット(pCI−neoベクター由来の配列にハイブリダイズするPCIFプライマー(tttctctccacaggtgtccac;SEQ ID NO:7)およびEGFP cDNAにハイブリダイズするEGFPE1Rプライマー(tgcatcaccttcaccctcgccggacac;SEQ ID NO:10))を用いて、PCRによりフラグメントAを調製した(図3)。このフラグメントAは、5’側から順番に、pCI−GFPベクター由来の86bp、EGFPの5’非翻訳領域46bp、EGFP cDNAのヌクレオチド番号1〜97の97bp、およびEGFPE1Rプライマー(SEQ ID NO:10)の3’側17bpから構成される246bpの長さを有する核酸である(図3、SEQ ID NO:13)。
次に、pCI−GFPベクターを鋳型として、プライマーセット(pCI−neoベクター由来の配列にハイブリダイズするPCIRプライマー(ctagttgtggtttgtccaaactc;SEQ ID NO:8)およびEGFP cDNAにハイブリダイズするEGFPE2Fプライマー(agtgccatgcccgaaggttatgtccag;SEQ ID NO:9))を用いて、PCRによりフラグメントBを調製した(図4)。このフラグメントBは、5’側から順番に、EGFPE2Fプライマー(SEQ ID NO:9)の5’側21bp、EGFP cDNAのヌクレオチド番号280〜720の441bp、EGFPの3’非翻訳領域9bp、およびpCI−GFPベクター由来の75bpから構成される546bpの長さを有する核酸である(図4、SEQ ID NO:14)。
オワンクラゲ(Aequorea victoria)から抽出したゲノムDNAを鋳型として、プライマーセット(GFP遺伝子のエクソン2にハイブリダイズするGFPI1Fプライマー(tgtccggcgagggtgaaggtgatgcaacatacgg;SEQ ID NO:11)およびGFP遺伝子のエクソン3にハイブリダイズするGFPI1Rプライマー(ctggacataaccttcgggcatggcactcttg;SEQ ID NO:12))を用いて、PCRによりフラグメントCを調製した(図5)。このフラグメントCは、5’側から順番に、GFPI1Fプライマー(SEQ ID NO:11)の5’側9bp、GFP遺伝子エクソン2に由来するGFP cDNAのヌクレオチド番号95〜206に相同なオワンクラゲ・ゲノムDNA領域112bp、GFP遺伝子イントロン2に相同なオワンクラゲ・ゲノムDNA領域(531bp)、GFP遺伝子エクソン3に由来するGFP cDNAのヌクレオチド番号207〜276に相同なオワンクラゲ・ゲノムDNA領域70bp、およびGFPI1Rプライマー(SEQ ID NO:12)由来の6bpから構成される728bpの長さを有する核酸である(図5、SEQ ID NO:15)。
このようにして調製したフラグメントA、BおよびCの3つのフラグメントの混合溶液から、プライマーセット(PCIF(SEQ ID NO:7)およびPCIR(SEQ ID NO:8))を用いてPCRを行うことにより(図6上段)、フラグメントA、BおよびCを含むDNAフラグメントを調製した(図6中段、SEQ ID NO:16)。このDNAフラグメントは5’末端側に制限酵素EcoRI部位、3’末端側に制限酵素NotI部位を持つ。
このDNAフラグメントを、制限酵素EcoRIおよびNotIを用いて消化することにより調製したDNAフラグメントの具体的な塩基配列は、SEQ ID NO:16のヌクレオチド番号87〜1392からなる配列を有し、SEQ ID NO:1、SEQ ID NO:3およびSEQ ID NO:2をこの順番に並べたものを内部に含む。このSEQ ID NO:16のヌクレオチト番号87〜1392からなる配列を有するDNAフラグメントを、本明細書の以下においてGFPint1と呼ぶ(図6下段)。
発現ベクターの構築のために利用する親ベクターとして、pCI−neo Mammalian Expression Vector(Promega)を使用して、pCI−neoベクター中のマルチクローニング部位にあるEcoRI部位およびNotI部位の間に、制限酵素EcoRIおよびNotIにより切断処理したDNAフラグメント、GFPint1、をライゲーションして挿入して、pCI−GFPint1ベクターを作製した(図6下段)。
これに対して、tau遺伝子のエクソン10を含む選択的スプライシングカセットとしては、tau遺伝子のエクソン10(SEQ ID NO:4)およびその上流イントロン部分(SEQ ID NO:5)および下流イントロン部分(SEQ ID NO:6)を、SEQ ID NO:5、SEQ ID NO:4およびSEQ ID NO:6の順番に並べた配列から構成されるDNA領域を利用する。tau遺伝子の所望の配列(SEQ ID NOs:4〜6)は、ヒト血液からWizard(登録商標)Genomic DNA Purification Kitを用いて単離精製したゲノムDNAから入手した。
次いで、発現ベクターpCI−GFPint1ベクター中に挿入したDNAフラグメントGFPint1の介在フラグメント中のクローニング部位PmaCI部位に、上述したtau遺伝子のエクソン10(SEQ ID NO:4)およびその上流および下流イントロン部分(それぞれSEQ ID NO:5およびSEQ ID NO:6)からなる選択的スプライシングカセットを挿入して、pCI−GFPint1−TE10ベクターを作製した。発現ベクター中に挿入したDNAフラグメント中の介在フラグメントであるイントロン2と相同な配列(SEQ ID NO:3)には、その358〜363番ヌクレオチドに制限酵素PmaCI部位(CACGTG)が存在し、この制限酵素部位を酵素で切断すると平滑末端を形成する。本発明においては、この制限酵素部位を、クローニング部位として利用して、上述したtau遺伝子のエクソン10を含む選択的スプライシングカセットを挿入した。
具体的には、50ngのベクターpCI−GFPint1ベクターおよび60ngの上述の選択的スプライシングカセットを、それぞれPmaCIにて37℃にて17時間処理し、平滑末端を作製した。この処理により解裂したベクターをCIAPにて脱リン酸化した。このサンプルをあわせ、ライゲーションキット(TaKaRa ligation kit ver 2.1)を用い、16℃にて17時間反応させることにより発現ベクターpCI−GFPint1ベクター中に上述の選択的スプライシングカセットを挿入したDNAフラグメントを組み込んだ。
ライゲーション反応液により形質転換した大腸菌JM109より抽出した発現ベクターpCI−GFPint1−TE10ベクターを鋳型としてプライマーセット(PCIFプライマー(SEQ ID NO:7)およびPCIRプライマー(SEQ ID NO:8))を用いて行ったPCRおよびプライマーPCIFプライマー(SEQ ID NO:7)あるいはPCIRプライマー(SEQ ID NO:8)を用いて行ったBigDye(登録商標)Terminater v3.1 Cycle Sequencing Kit(Applied biosystems)によるジデオキシ法により確認したところ、図2の中段に示す様な構造を有するDNAフラグメントが、発現ベクターpCI−GFPint1−TE10ベクター中に発現可能に挿入されていることが示され、目的とする真核細胞発現ベクターが構築されたことが示された。
実施例2:タウ遺伝子エクソン10についての選択的スプライシング
本実施例においては、実施例1において作製した発現ベクターpCI−GFPint1−TE10ベクターを使用して真核細胞にトランスフェクトし、タウ遺伝子エクソン10について実際に選択的スプライシングが生じるか否かを確認することを目的として行った。
本実施例においては、実施例1で作製した発現ベクター、pCI−GFPint1−TE10ベクターをトランスフェクトするために、HEK293細胞およびSH−SY5Y細胞(共に理研から入手した)を使用した。この、HEK293細胞およびSH−SY5Y細胞は、馬胎児血清を終濃度10%になるように添加したDMEM培地(GIBCO)中で継代培養することができる。このようにして継代培養した、2×104個のHEK293細胞および5×104個のSH−SY5Y細胞に対して、実施例1において作製した発現ベクターpCI−GFPint1−TE10ベクター、0.8μgを、カチオン性脂質(Lipofectamine2000、Invitrogen)1μlを用いてトランスフェクトした。発現ベクターによりトランスフェクトしたHEK293細胞およびSH−SY5Y細胞は、目的とする選択的スプライシングカセットが挿入されたDNAフラグメントから合成されたRNAのスプライシングによりが機能可能な緑色蛍光タンパク質が発現しているかどうかを、蛍光顕微鏡(Nikon)を用いた観察に基づいて確認した(図7および図8)。
比較対照として、親ベクターであり本発明のDNAフラグメントを全く含まないベクターであるpCI−neoベクター、pCI−neoベクターにEGFPのcDNAを組み込んだが、イントロンは含まないベクターであるpCI−GFPベクター、または本発明のDNAフラグメントGFPint1を組み込んだが選択的スプライシングカセットを含まないpCI−GFPint1ベクターのいずれかによりトランスフェクトしたHEK293細胞およびSH−SY5Y細胞を使用した(図7および図8)。
この結果、HEK293細胞およびSH−SY5Y細胞の両方において、pCI−GFPint1ベクターによりトランスフェクトした場合およびpCI−GFPint1−TE10ベクターによりトランスフェクトした場合に、共に一部の細胞において緑色の蛍光を発生していることが明らかになった。この結果は、pCI−GFPint1ベクターによりトランスフェクトした細胞内において介在フラグメント(イントロンに相当)が除去されるスプライシング現象が生じていること、そして、pCI−GFPint1−TE10ベクターによりトランスフェクトした細胞内においてtau遺伝子のエクソン10を含まないように介在フラグメント(イントロンに相当)が除去されるスプライシング現象が生じていることを示す。
一方、pCI−GFPint1ベクターによりトランスフェクトした場合と比較して、pCI−GFPint1−TE10ベクターによりトランスフェクトした場合には緑色蛍光を発生する細胞数が減少していることが明らかになった。この現象は、pCI−GFPint1−TE10ベクターによりトランスフェクトした場合に、本発明の緑色蛍光タンパク質(EGFP−GFPキメラタンパク質)をコードする配列からなるmRNAが生成されるスプライシングと、本発明の緑色蛍光タンパク質(EGFP−GFPキメラタンパク質)の第一のフラグメントと第二のフラグメントの間にtau遺伝子のエクソン10が挿入された配列からなるmRNAが生成されるスプライシングとが、両方とも生じていることが原因と考えられた。このことはすなわち、pCI−GFPint1−TE10ベクターによりトランスフェクトした細胞内において、選択的スプライシングが行われていることを示す。
次に、このようにして細胞内においてそれぞれの発現ベクターを発現させた各4種類のHEK293細胞およびSH−SY5Y細胞を、上述した培養液中で、37℃、湿潤条件下にて2日間培養した後、細胞を回収し、RNeasy Mini Kit(QIAGEN)を用いて、細胞内から発現されたtotal RNAを回収した。回収した50ngのtotal RNAを鋳型として、OneStep RT−PCR kit(QIAGEN)を使用したRT−PCRを行った。RT−PCR反応溶液中(total volume 25μl)には、本発明の緑色蛍光タンパク質(EGFP−GFPキメラタンパク質)の第一のフラグメント(SEQ ID NO:1)上の配列にハイブリダイズするEGFP−F−65プライマー(acgtaaacgg ccacaagttc ag;SEQ ID NO:17)および本発明の緑色蛍光タンパク質(EGFP−GFPキメラタンパク質)の第二のフラグメント上の配列にハイブリダイズするEGFP−R−391プライマー(gcgggtcttg tagttgcc;SEQ ID NO:18)(各10pmol)プライマーセットが含有された。このプライマーセットは、細胞内において本発明の緑色蛍光タンパク質(EGFP−GFPキメラタンパク質)をコードするmRNAが形成される場合(すなわち介在配列がエクソンとともに完全にスプライスアウトされる場合)には266bpのPCR産物を生成し、細胞内において本発明の緑色蛍光タンパク質(EGFP−GFPキメラタンパク質)の第一のフラグメントと第二のフラグメントの間にtau遺伝子のエクソン10が挿入された配列からなるmRNAが生成される場合には、359bpのPCR産物を生成する。このRT−PCR反応溶液を50℃にて30分(逆転写反応)、95℃にて15分に続くPCR(94℃にて30秒−59.6℃にて30秒−72℃にて1分、30サイクル)、さらに72℃にて5分で反応させた(図9)。
上記とは別に、プライマーセットとしてヒトtau遺伝子のエクソン10にハイブリダイズするTEX10−Fプライマー(gtgcagataa ttaataagaa gct;SEQ ID NO:19)およびTEX10−Rプライマー(actgccgcct cccggg;SEQ ID NO:20)を加えたRT−PCR反応溶液を50℃にて30分(逆転写反応)、95℃にて15分に続くPCR(94℃にて30秒−52.3℃にて30秒−72℃にて30秒、30サイクル)、さらに72℃にて1分で反応させた(図9)。
pCI−neoベクター、pCI−GFPベクター、pCI−GFPint1ベクター、またはpCI−GFPint1−TE10ベクターのいずれかによりトランスフェクトしたHEK293細胞から得たtotal RNAサンプルについて、EGFP−F−65プライマー(SEQ ID NO:17)とEGFP−R−391プライマー(SEQ ID NO:18)のプライマーセットによりPCRを行ったサンプルおよびTEX10−Fプライマー(SEQ ID NO:19)とTEX10−Rプライマー(SEQ ID NO:20)のプライマーセットによりPCRを行ったサンプルについて、電気泳動を行った結果を図10(A)および(B)としてそれぞれ示す。この図において、レーン1はpCI−neoベクター、レーン2はpCI−GFPベクター、レーン3はpCI−GFPint1ベクター、そしてレーン4はpCI−GFPint1−TE10ベクターにより、それぞれトランスフェクトしたHEK293細胞から採取したtotal RNAをサンプルとして用いた。
RT−PCRを行った結果、pCI−GFPint1−TE10ベクターを用いてトランスフェクトした細胞からは、359bpと266bpの2本のmRNAが産生されていることが明らかになった。RT−PCR法で調製した増幅断片を鋳型としてBigDye(登録商標)Terminater v3.1 Cycle Sequencing Kit(Applied biosystems)を用いたジデオキシ法により塩基配列を確認したところ、長いmRNAは、選択的スプライシングの結果tau遺伝子のエクソン10が取り込まれた359bpのDNA、すなわち、GFPのエクソン2に相当する配列からなる第一のフラグメント(SEQ ID NO:1)、tau遺伝子のエクソン10(SEQ ID NO:4)、およびGFPのエクソン3および4の一部を結合させた配列に相当する配列からなる第二のフラグメント(SEQ ID NO:2)が連結された、非機能的融合タンパク質をコードする核酸配列であることが明らかになり、一方短いmRNAは、選択的スプライシングの結果tau遺伝子のエクソン10が取り除かれた266bpのDNA、すなわち、GFPのエクソン2に相当する配列からなる第一のフラグメント(SEQ ID NO:1)とGFPのエクソン3および4の一部を結合させた配列に相当する配列からなる第二のフラグメント(SEQ ID NO:2)とが直接連結され機能的リポータータンパク質としてのGFPを規定する核酸配列であることが明らかになった(図10(A)、レーン4)。また、2本のバンドが増幅されたレーン4のサンプルでは、TEX10−Fプライマー(SEQ ID NO:19)とTEX10−Rプライマー(SEQ ID NO:20)のプライマーセットによりPCRにより、tau遺伝子のエクソン10の93bpが増幅されていることが明らかになった(図10(B))。
一方、pCI−GFPベクターおよびpCI−GFP int1ベクターをそれぞれトランスフェクトした場合には、266bpのフラグメントのみが特異的に増幅されたことから、これらの細胞中では、それぞれEGFP、本発明の緑色蛍光タンパク質(EGFP−GFPキメラタンパク質)のmRNAが発現したことが示された(それぞれ、図10(A)、レーン2および3)。これらの増幅産物について配列解析を行った結果、レーン2および3の両方とも、増幅された配列は266bpの本発明の緑色蛍光タンパク質(EGFP−GFPキメラタンパク質)の部分であることが確認された。
実施例3:DNAフラグメントおよび発現ベクターの構築(2)
本実施例においては、実施例1において作製したpCI−GFPint1ベクターを使用し、そして選択的スプライシングを起こすことが知られているエクソンとして、ヒトtau遺伝子のエクソン2およびその上流イントロン部分および下流イントロン部分から構成されるDNA領域を利用して、DNAフラグメントを構築した。
tau遺伝子のエクソン2を含む選択的スプライシングカセットとしては、tau遺伝子のエクソン2(SEQ ID NO:21)およびその上流イントロン部分(SEQ ID NO:22)および下流イントロン部分(SEQ ID NO:23)を、SEQ ID NO:22、SEQ ID NO:21およびSEQ ID NO:23の順番に並べた配列から構成されるDNA領域を利用する。tau遺伝子の所望の配列(SEQ ID NOs:21〜23)は、ヒト血液からWizard(登録商標)Genomic DNA Purification Kitを用いて単離精製したゲノムDNAから入手した。
発現ベクターpCI−GFPint1ベクター中に挿入したDNAフラグメントGFPint1の介在フラグメント中のクローニング部位に、上述したtau遺伝子のエクソン2(SEQ ID NO:21)およびその上流および下流イントロン部分(それぞれSEQ ID NO:22およびSEQ ID NO:23)からなる選択的スプライシングカセットを挿入して、pCI−GFPint1−TE2ベクターを作製した。発現ベクター中に挿入したDNAフラグメント中の介在フラグメントであるイントロン2と相同な配列(SEQ ID NO:3)には、その358〜363番ヌクレオチドに制限酵素PmaCI部位(CACGTG)が存在し、この制限酵素部位を酵素で切断すると平滑末端を形成する。本発明においては、この制限酵素部位を、クローニング部位として利用して、上述したtau遺伝子のエクソン2を含む選択的スプライシングカセットを挿入した。
具体的には、50ngの発現ベクターpCI−GFPint1ベクターおよび60ngの上述の選択的スプライシングカセットを、それぞれPmaCIにて37℃にて17時間処理し、平滑末端を作製した。この処理により解裂したベクターをCIAPにて脱リン酸化した。このサンプルをあわせ、ライゲーションキット(TaKaRa ligation kit ver 2.1)を用い、16℃にて17時間反応させることにより発現ベクターpCI−GFPint1ベクター中に上述の選択的スプライシングカセットを挿入したDNAフラグメントを組み込んだ。
ライゲーション反応液により形質転換した大腸菌JM109より抽出した発現ベクターpCI−GFPint1−TE2ベクターを鋳型としてプライマーセット(PCIF(SEQ ID NO:7)およびPCIR(SEQ ID NO:8))を用いて行ったPCRおよびプライマーPCIF(SEQ ID NO:7)あるいはPCIR(SEQ ID NO:8)を用いて行ったBigDye(登録商標)Terminater v3.1 Cycle Sequencing Kit(Applied biosystems)によるジデオキシ法により確認したところ、図2の中段に示す様な構造を有するDNAフラグメントが、発現ベクターpCI−GFPint1−TE2ベクター中に発現可能に挿入されていることが示され、目的とする真核細胞発現ベクターが構築されたことが示された。
実施例4:タウ遺伝子エクソン2についての選択的スプライシング
本実施例においては、実施例3において作製した発現ベクターpCI−GFPint1−TE2ベクターおよび実施例1において作製した発現ベクターpCI−GFPint1−TE10ベクターを使用して真核細胞にトランスフェクトし、tau遺伝子エクソン2について実際に選択的スプライシングが生じるか否かを確認することを目的として行った。
本実施例においては、実施例3で作製した発現ベクター、pCI−GFPint1−TE2ベクターおよび実施例1において作製した発現ベクター、pCI−GFPint1−TE10ベクターをトランスフェクトするために、SH−SY5Y細胞およびCOS1細胞(理研)を使用した。この、SH−SY5Y細胞およびCOS1細胞(理研)は、馬胎児血清を終濃度10%になるように添加したDMEM培地中で継代培養することができる。このようにして継代培養した、5×104個のSH−SY5Y細胞および1×104個個のCOS1細胞に対して、実施例3で作製した発現ベクターpCI−GFPint1−TE2ベクターまたは実施例1において作製した発現ベクターpCI−GFPint1−TE10ベクター0.8μgを、カチオン性脂質(Lipofectamine2000、Invitrogen)1μlを混合した溶液を用いてトランスフェクトした。発現ベクターによりトランスフェクトしたSH−SY5Y細胞およびCOS1細胞は、目的とする選択的スプライシングカセットが挿入されたDNAフラグメントから合成されたRNAのスプライシングにより機能可能な緑色蛍光タンパク質が発現しているかどうかを、蛍光顕微鏡(Nikon)を用いた観察に基づいて確認した(図11および図12)。
比較対照として、EGFPのcDNAを組み込むがイントロンは含まないベクターであるpCI−GFPベクター、または本発明のDNAフラグメントGFPint1を組み込んだが選択的スプライシングカセットを含まないpCI−GFPint1ベクターのいずれかによりトランスフェクトしたSH−SY5Y細胞およびCOS1細胞を使用した(図11および図12)。
この結果、SH−SY5Y細胞およびCOS1細胞の両方において、pCI−GFPint1ベクターによりトランスフェクトした場合およびpCI−GFPint1−TE10ベクターによりトランスフェクトした場合に、共に一部の細胞において緑色の蛍光を発生していることが明らかになった。この結果は、pCI−GFPint1ベクターによりトランスフェクトした細胞内において介在フラグメント(イントロンに相当)が除去されるスプライシング現象が生じていること、そして、pCI−GFPint1−TE10ベクターによりトランスフェクトした細胞内においてtau遺伝子のエクソン10を含まないように介在フラグメント(イントロンに相当)が除去されるスプライシング現象が生じていることを示す(図11および図12)。
これに対してpCI−GFPint1−TE2ベクターによりトランスフェクトした場合には、pCI−GFPint1−TE10ベクターの場合と比較して、緑色の蛍光を発生する細胞数が有意に少ないことが明らかになった。この結果は、pCI−GFPint1−TE2ベクターによりトランスフェクトした細胞内では、主としてtau遺伝子エクソン2の両端2箇所ともでスプライシングが生じた結果、エクソン2を2つのリポーターフラグメント間に残存させるようにエクソン2の両側の介在フラグメント(イントロンに相当)が除去されるスプライシング現象が多く生じていることを示す(図11および図12)。 次に、このようにして細胞内において発現ベクターpCI−GFPint1−TE2ベクターおよびpCI−GFPint1−TE10ベクターを発現させたSH−SY5Y細胞およびCOS1細胞を、上述した培養液中で、37℃、湿潤条件下にて2日間培養した後、細胞を回収し、RNeasy Mini Kit(QIAGEN)を用いて、細胞内から発現されたtotal RNAを回収した。回収した50ngのtotal RNAを鋳型として、OneStep RT−PCR kit(QIAGEN)を使用したRT−PCRを行った。RT−PCR反応溶液中(total volume 25μl)には、本発明の緑色蛍光タンパク質(EGFP−GFPキメラタンパク質)の第一のフラグメント(SEQ ID NO:1)上の配列にハイブリダイズするEGFP−F−65プライマー(acgtaaacgg ccacaagttc ag;SEQ ID NO:17)および本発明の緑色蛍光タンパク質(EGFP−GFPキメラタンパク質)の第二のフラグメント上の配列にハイブリダイズするEGFP−R−391プライマー(gcgggtcttg tagttgcc;SEQ ID NO:18m)(各10pmol)プライマーセットが含有された。このプライマーセットは、細胞内において本発明の緑色蛍光タンパク質(EGFP−GFPキメラタンパク質)をコードするmRNAが形成される場合(すなわち介在配列がエクソンとともに完全にスプライスアウトされる場合)には266bpのPCR産物を生成し、細胞内において本発明の緑色蛍光タンパク質(EGFP−GFPキメラタンパク質)の第一のフラグメントと第二のフラグメントの間にtau遺伝子のエクソン2またはエクソン10が挿入された配列からなるmRNAが生成される場合には、それぞれ353bpまたは359bpのPCR産物を生成する。このRT−PCR反応溶液を50℃にて30分(逆転写反応)、95℃にて15分に続くPCR(94℃にて30秒−59.6℃にて30秒−72℃にて1分、30サイクル)、さらに72℃にて5分で反応させた(図13)。
上記とは別に、プライマーセットとしてヒトtau遺伝子のエクソン2にハイブリダイズするTEX2−Fプライマー(aatctcccctgcaga;SEQ ID NO:24)およびTEX2−Rプライマー(cttccgctgttggagtgct;SEQ ID NO:25)を加えたRT−PCR反応溶液を50℃にて30分(逆転写反応)、95℃にて15分に続くPCR(94℃にて30秒−52.3℃にて30秒−72℃にて30秒、30サイクル)、さらに72℃にて1分で反応させた(図13)。細胞内において本発明の緑色蛍光タンパク質(EGFP−GFPキメラタンパク質)の第一のフラグメントと第二のフラグメントの間にtau遺伝子のエクソン2が挿入された配列からなるmRNAが生成される場合には、TEX2−Fプライマー(SEQ ID NO:24)およびTEX2−Rプライマー(SEQ ID NO:25)のプライマーセットにより、61bpのPCR産物を生成する(図13)。
pCI−neoベクター、pCI−GFPベクター、pCI−GFPint1ベクター、pCI−GFPint1−TE2ベクターまたはpCI−GFPint1−TE10ベクターのいずれかによりトランスフェクトしたCOS1細胞から得たtotal RNAサンプルについて、EGFP−F−65プライマー(SEQ ID NO:17)とEGFP−R−391プライマー(SEQ ID NO:18)のプライマーセットによりPCRを行ったサンプルについて、電気泳動を行った結果を図14として示す。この図において、レーン1はpCI−GFPint1ベクター、レーン2はpCI−GFPint1−TE2ベクター、レーン3はpCI−GFPint1−TE10ベクター、レーン4はpCI−GFPベクター、そしてレーン5はpCI−neoベクターにより、それぞれトランスフェクトしたCOS1細胞から採取したtotal RNAをサンプルとして用いた。
RT−PCRを行った結果、359bpと266bpの2本のmRNAが産生されていたpCI−GFPint1−TE10ベクターを用いてトランスフェクトした細胞(図14、レーン3)とは対照的に、pCI−GFPint1−TE2ベクターを用いてトランスフェクトした細胞では、266bpのmRNA発現が非常に微弱であることが明らかになった(図14、レーン2)。
pCI−GFPint1−TE2ベクターを用いてトランスフェクトした細胞のmRNAに基づいてRT−PCR法で増幅・調製した増幅断片を鋳型としてBigDye(登録商標)Terminater v3.1Cycle Sequencing Kit(Applied biosystems)を用いたジデオキシ法により塩基配列を確認したところ、選択的スプライシングの結果tau遺伝子のエクソン2が取り込まれた353bpのDNA、すなわち、GFPのエクソン2に相当する配列からなる第一のフラグメント(SEQ ID NO:1)、tau遺伝子のエクソン2(SEQ ID NO:21)、およびGFPのエクソン3および4の一部を結合させた配列に相当する配列からなる第二のフラグメント(SEQ ID NO:2)が連結された、非機能的融合タンパク質をコードする核酸配列が、主として生成されていることが明らかになり、一方、わずかに増幅が確認されたmRNA生成物は、選択的スプライシングの結果tau遺伝子のエクソン2が取り除かれた266bpのDNA、すなわち、GFPのエクソン2に相当する配列からなる第一のフラグメント(SEQ ID NO:1)とGFPのエクソン3および4の一部を結合させた配列に相当する配列からなる第二のフラグメント(SEQ ID NO:2)とが直接連結され機能的リポータータンパク質としてのGFPを規定する核酸配列であることが明らかになった(図14、レーン2)。
また、レーン2における主として増幅されたDNAは、TEX2−Fプライマー(SEQ ID NO:24)とTEX2−Rプライマー(SEQ ID NO:25)のプライマーセットによりPCRにより、tau遺伝子のエクソン10の93bpが増幅されていることが明らかになった(データは示さず)。
一方、pCI−GFPint1−TE10ベクターを用いた場合には、選択的スプライシングの結果tau遺伝子のエクソン10が取り除かれ、266bpのDNAが発現されることが明らかになった(図14、レーン3)。
なお、レーン2および3において450bp付近に非特異的増幅によるバンドが現れたが、これらの配列は、本発明の緑色蛍光タンパク質(EGFP−GFPキメラタンパク質)をコードする配列とは全く関係がない配列であることを確認した(データは示さない)。
実施例5:DNAフラグメントおよび発現ベクターの構築(3)
本実施例においては、リポーター遺伝子として発光タンパク質ホタルルシフェラーゼ(pGL3−control:GenBank Acc# U47296、Clontech)を使用し、Photinus pyralis(ホタル)ルシフェラーゼ(GenBank Acc# M15077)のエクソン1〜3を結合させた配列(668塩基対)に相当する配列をもつ核酸(668塩基対、SEQ ID NO:26)を第一のフラグメントとして、エクソン4〜6およびエクソン7にある終始コドンまでを結合させた配列(985塩基対)に相当する配列を結合させた核酸(985塩基対、SEQ ID NO:27)を第二のフラグメントとしてそれぞれ使用し、オワンクラゲ(Aequorea victoria)のGFP(GenBank Acc# M62654)のイントロン2と相同なヌクレオチド配列を有するAequoreavictoriaゲノム由来領域(SEQ ID NO:3)の5’末端6塩基および3’末端6塩基をそれぞれPhotinus pyralis(ホタル)ルシフェラーゼ(GenBank Acc# M15077)のエクソン3および4に挟まれたイントロンC(48塩基対)の5’末端6塩基(gtatgt)および3’末端6塩基(ttgtag)と置換した配列を持つ核酸(531塩基対、SEQ ID NO:28)を介在フラグメントとして使用し、スプライシングカセットを挿入するためのDNAフラグメント、GL3int1、を構築した。
本発明のluciferase遺伝子のエクソン1〜3およびエクソン4〜6および7は、それぞれ、Clontechから入手した(それぞれSEQ ID NO:26、SEQ ID NO:27)。また、イントロンCの配列は、GenBank(GenBank Acc# M15077)から入手した。
Luciferase発現ベクターであるpGL3−controlベクター(GenBank Acc#:U47296、Clontech)を鋳型として、プライマーセット(PGL3−387Fプライマー(gcagcctaccgtggtgttcg tttcc;SEQ ID NO:29)およびPGL3−int5Rプライマー(gagtataaagtgcacatacc tggcatgcga gaatc;SEQ ID NO:34))を用いて、PCRによりフラグメントDを調製した。このフラグメントDは、5’側から順番に、pGL3−controlのルシフェラーゼcDNAのヌクレオチド番号363〜668由来の306bp、PGL3−int5Rプライマーの3’側19bpから構成される、325bpの長さを有する核酸である(図15、SEQ ID NO:35)。このうち、PGL3−int5Rプライマー(SEQ ID NO:34)の5’側13bpはpCI−GFPint1ベクターの介在フラグメント(SEQ ID NO:3)の5’末端(ヌクレオチド番号7〜19)に由来し、そしてその隣の6bpはホタルルシフェラーゼ(GenBank Acc# M15077)のイントロンCに由来する配列(gtatgt)である。
一方、Luciferase発現ベクターであるpGL3−controlベクター(GenBank Acc#:U47296、Clontech)を鋳型として、プライマーセット(PGL3−int3Fプライマー(ggaattacgttgtctcttgt agagatccta tttttggcaa tc;SEQ ID NO:31)およびPGL3−1249Rプライマー(cccagtaagc tatgtctcca gaatgtagcc a;SEQ ID NO:30))を用いて、PCRによりフラグメントEを調製した。このフラグメントEは、5’側から順番に、PGL3−int3Fプライマーの5’側22bp、pGL3−controlのルシフェラーゼcDNAのヌクレオチド番号669〜1279由来の611bpから構成される633bpの長さを有する核酸である(図15、SEQ ID NO:36)。このうち、PGL3−int3Fプライマー(SEQ ID NO:31)の5’側16bpはpCI−GFPint1ベクターの介在フラグメント(SEQ ID NO:3)の3’末端(ヌクレオチド番号510〜525)に由来し、そしてその隣の6bpはホタルルシフェラーゼ(GenBank Acc# M15077)のイントロンCに由来する配列(ttgtag)である。
実施例1で作製したpCI−GFPint1ベクターを鋳型としてプライマーセット(PGL3−int5Fプライマー(gattctcgca tgccaggtat gtgcacttta tactc;SEQ ID NO:33)およびPGL3−int3Rプライマー(gattgccaaa aataggatct ctacaagaga caacgtaatt cc;SEQ ID NO:32))を用いて、PCRにより567bpの長さを有するフラグメントFを調製した(図16、SEQ ID NO:37)。
フラグメントDおよびFの混合溶液から、プライマーセット(PGL3−387Fプライマー(SEQ ID NO:29)およびPGL3−int3Rプライマー(SEQ ID NO:32))を用いて、PCRによりフラグメントD、Fを含む857bpの長さを有するフラグメントG(SEQ ID NO:38)を調製した(図17上から2段目を参照)。次に、フラグメントGおよびEの混合溶液から、プライマーセット(PGL3−387Fプライマー(SEQ ID NO:29)およびPGL3−1249Rプライマー(SEQ ID NO:30))を用いて、PCRにより1448bpの長さを有するフラグメントH(SEQ ID NO:39)を調製した(図17上から3段目を参照)。
この様にして調製したフラグメントHの具体的な塩基配列はSEQ ID NO:39に示す通りであり、5’末端側に制限酵素BsrGI部位、3’末端側に制限酵素PpuMI部位を持つ。
発現ベクターの構築のために利用する親ベクターとして、pGL3−controlベクター(Clontech)を使用した。pGL3−controlベクターのルシフェラーゼcDNA中にあるBsrGI部位(TGTACA:491〜497番ヌクレオチド)およびPpuMI部位(AGGTCCT:1179〜1185番ヌクレオチド)の間に、制限酵素BsrGIおよびPpuMIにより切断処理したフラグメントHをライゲーションして挿入して、発現ベクターpGL3int1ベクターを構築した。この発現ベクターpGL3int1ベクターには、SEQ ID NO:26、SEQ ID NO:28およびSEQ ID NO:27をこの順番に並べたDNAフラグメントを内部に含む。このDNAフラグメントを本明細書の以下においてGL3int1と呼ぶ(図17、最下段)。
発現ベクターpGL3int1ベクター中に挿入したDNAフラグメントGL3int1中の介在フラグメント(SEQ ID NO:28)には、その358〜363番ヌクレオチドに制限酵素PmaCI部位(CACGTG)が存在し、この制限酵素部位を酵素で切断すると平滑末端を形成する。本発明においては、この制限酵素部位を、クローニング部位として利用して、上述したtau遺伝子のエクソン10を含む選択的スプライシングカセットを挿入した。
ライゲーション反応液により形質転換した大腸菌JM109より抽出した発現ベクターを鋳型としてプライマーセット(PGL3−387Fプライマー(SEQ ID NO:29)およびPGL3−1249Rプライマー(SEQ ID NO:30))を用いて行ったPCR、およびプライマーPGL3−387Fプライマー(SEQ ID NO:29)、PGL3−1249Rプライマー(SEQ ID NO:30)およびPGL3−int5Fプライマー(SEQ ID NO:33)を用いて行ったBigDye(登録商標)Terminater v3.1 Cycle Sequencing Kit(Applied biosystems)によるジデオキシ法により確認したところ、図2の上段に示す様な構造を有するDNAフラグメントが、ベクター中に発現可能に挿入されていることが示され、目的とする真核細胞発現ベクターが構築されたことが示された。
実施例6:ルシフェラーゼを利用した発現ベクターにおけるスプライシング
本実施例においては、実施例5において作製した発現ベクターを使用して真核細胞にトランスフェクトし、介在フラグメントが挿入されたルシフェラーゼ遺伝子において実際にスプライシングが生じるか否かを確認することを目的として行った。
実施例5において作製した発現ベクターpGL3int1ベクターが、細胞中でスプライシングを生じるかどうかを検討するため、SH−SY5Y細胞およびHEK293細胞(理研)にpGL3int1ベクターをトランスフェクトし、細胞内でスプライシングが生じるかどうかを化学発光を検出することにより確認した。この、SH−SY5Y細胞およびHEK293細胞(理研)は、馬胎児血清を終濃度10%になるように添加したDMEM培地中で継代培養することができる。このようにして継代培養した、3.1×104個のSH−SY5Y細胞および3.1×104個のHEK293細胞に対して、実施例5において作製した発現ベクターpGL3int1ベクター0.27μgおよびトランスフェクション効率を補正するためのco−reporter vecterpRL−CMVベクター(GenBank Acc# AF025843、Clontech)20ngを、カチオン性脂質(Lipofectamine2000、Invitrogen)0.34μlと混合した溶液を用いてトランスフェクトした。
発現ベクターpGL3int1ベクターによりトランスフェクトしたSH−SY5Y細胞およびHEK293細胞は、介在配列が挿入されたルシフェラーゼ遺伝子を含むDNAフラグメントから合成されたRNAのスプライシングにより機能可能な発光タンパク質が発現しているかどうかを、Dual−Glo luciferase Assay System(Promega)を用いた測定に基づいて確認した。すなわち、このようにして細胞内において発現ベクターを発現させたSH−SY5Y細胞およびHEK293細胞を、上述した培養液中で、37℃、湿潤条件下にて1日間培養した後、培地を除去後Dual−Glo luciferase Assay System(Promega)のluciferase Reagentにて溶解し、ルミネッセンサー(アトー(株))で発光を測定した。Dual−Glo luciferase Assay System(Promega)のLuciferase Reagentで細胞を処理後にホタルルシフェラーゼによる発光を測定し、pRL−CMVにより発現したウミシイタケ・ルシフェラーゼによる発光をStop&Glo Reagentによる処理により測定した。それぞれの発光の積算値を記録し、ウミシイタケ・ルシフェラーゼによる発光量で除することで、トランスフェクション効率の誤差を補正した後、ホタルルシフェラーゼによる発光量を比較した(図18AおよびB)。
陽性対照としてルシフェラーゼ遺伝子のcDNAを含むpGL3−controlベクター、陰性対照としてルシフェラーゼ遺伝子のcDNAを含まないpGL3−basicベクターをそれぞれトランスフェクトしたSH−SY5Y細胞およびHEK293細胞内での化学発光を同様にして検出した。結果を図18AおよびBに示す。
この図においても示されるように、pGL3−basicベクターをトランスフェクトしたSH−SY5Y細胞内では化学発光がほとんど検出されず、一方pGL3−controlベクターをトランスフェクトしたSH−SY5Y細胞内では強い化学発光が検出された。これに対して、pGL3int1ベクターをトランスフェクトしたSH−SY5Y細胞内では、陽性対照よりも弱いが明確な化学発光を生じることが明らかになった。したがって、SH−SY5Y細胞内においては、pGL3int1ベクターは、トランスフェクトした細胞内において介在フラグメント(イントロンに相当)が除去されるスプライシング現象が生じ、機能可能なルシフェラーゼを発現しうることが示された。
一方、pGL3int1ベクターをトランスフェクトしたHEK293細胞内では、実質的にルシフェラーゼ活性しか生じないことが明らかになった。従って、HEK293細胞内において、ルシフェラーゼのエクソン3とエクソン4のあいだでのスプライシングが生じず、結果としてpGL3int1ベクターでは、トランスフェクトした細胞内において介在フラグメント(イントロンに相当)が除去されるスプライシング現象が、生じないことが示された。
次に、このようにして細胞内において発現ベクターを発現させたSH−SY5Y細胞を、上述した培養液中で、37℃、湿潤条件下にて1日間培養した後、細胞を回収し、RNeasy Mini Kit(QIAGEN)を用いて、細胞内から発現されたtotal RNAを回収した。回収した1ngのtotal RNAを鋳型として、OneStep RT−PCR kit(QIAGEN)を使用したRT−PCRを行った。RT−PCR反応溶液中(total volume 10μl)には、プライマーセットEGFP−F−65およびEGFP−R−391(各終濃度0.6μM)が含有された。このRT−PCR反応溶液を50℃にて30分(逆転写反応)、95℃にて15分に続くPCR(94℃にて30秒−50℃にて30秒−72℃にて90秒、35サイクル)、さらに72℃にて10分で反応させた。
上記とは別に、あるいはプライマーセットとしてTEX10−FおよびTEX10−Rを加えたRT−PCR反応溶液を50℃にて30分(逆転写反応)、95℃にて15分に続くPCR(94℃にて30秒−52.3℃にて30秒−72℃にて30秒、30サイクル)、さらに72℃にて1分で反応させた。
RT−PCR法で調製した増幅断片を鋳型としてBigDye(登録商標)Terminater v3.1 Cycle Sequencing Kit(Applied biosystems)を用いたジデオキシ法により塩基配列を確認した。
実施例7:DNAフラグメントおよび発現ベクターの構築(4)
本実施例においては、実施例5において作製したpGL3int1ベクターを使用し、そして選択的スプライシングを起こすことが知られているエクソンとして、ヒトtau遺伝子のエクソン2およびその上流イントロン部分および下流イントロン部分から構成されるDNA領域を利用して、実施例3に記載の方法と実質的に同様な方法により、DNAフラグメントを構築した。
tau遺伝子のエクソン2を含む選択的スプライシングカセットとしては、tau遺伝子のエクソン2(SEQ ID NO:21)およびその上流イントロン部分(SEQ ID NO:22)および下流イントロン部分(SEQ ID NO:23)を、SEQ ID NO:22、SEQ ID NO:21およびSEQ ID NO:23の順番に並べた配列から構成されるDNA領域を利用する。tau遺伝子の所望の配列(SEQ ID NOs:21〜23)は、ヒト血液からWizard(登録商標)Genomic DNA Purification Kitを用いて単離精製したゲノムDNAから入手した。
tau遺伝子のエクソン3を含む選択的スプライシングカセットとしては、tau遺伝子のエクソン3(SEQ ID NO:40)およびその上流イントロン部分(SEQ ID NO:41)および下流イントロン部分(SEQ ID NO:42)を、SEQ ID NO:41、SEQ ID NO:40およびSEQ ID NO:42の順番に並べた配列から構成されるDNA領域を利用する。tau遺伝子の所望の配列(SEQ ID NOs:40〜42)は、ヒト血液からWizard(登録商標)Genomic DNA Purification Kitを用いて単離精製したゲノムDNAから入手した。
tau遺伝子のエクソン10を含む選択的スプライシングカセットとしては、tau遺伝子のエクソン10(SEQ ID NO:4)およびその上流イントロン部分(SEQ ID NO:5)および下流イントロン部分(SEQ ID NO:6)を、SEQ ID NO:5、SEQ ID NO:4およびSEQ ID NO:6の順番に並べた配列から構成されるDNA領域を利用する。tau遺伝子の所望の配列(SEQ ID NOs:4〜6)は、ヒト血液からWizard(登録商標)Genomic DNA Purification Kitを用いて単離精製したゲノムDNAから入手した。
発現ベクターpGL3int1ベクター中に挿入した介在フラグメントGL3int1中のクローニング部位に、上述したtau遺伝子のエクソン2選択的スプライシングカセット、エクソン3選択的スプライシングカセット、またはエクソン10選択的スプライシングカセット、のいずれかを挿入することにより、pGL3int1−TE2ベクター、pGL3int1−TE3ベクター、またはpGL3int1−TE10ベクターを作製した。発現ベクターpGL3int1ベクター中に挿入したDNAフラグメント中の介在フラグメント(SEQ ID NO:28)には、その358〜363番ヌクレオチドに制限酵素PmaCI部位(CACGTG)が存在し、この制限酵素部位を酵素で切断すると平滑末端を形成する。本発明においては、この制限酵素部位を、クローニング部位として利用して、上述したtau遺伝子のいずれかのエクソンを含む選択的スプライシングカセットを挿入した。
具体的には、50ngの発現ベクターpGL3int1ベクターおよび60ngの上述のいずれかの選択的スプライシングカセットを、それぞれPmaCIにて37℃にて17時間処理し、平滑末端を作製した。この処理により解裂したベクターをCIAPにて脱リン酸化した。このサンプルをあわせ、ライゲーションキット(TaKaRa ligation kit ver2.1)を用い、16℃にて17時間反応させることにより発現ベクターpGL3int1ベクター中に上述の選択的スプライシングカセットを挿入したDNAフラグメントを組み込んだ。
ライゲーション反応液により形質転換した大腸菌JM109より抽出した発現ベクターpGL3int1−TE2ベクター、pGL3int1−TE3ベクター、またはpGL3int1−TE10ベクターを鋳型として、それぞれプライマーセット(PCIF(SEQ ID NO:7)およびPCIR(SEQ TD NO:8))を用いて行ったPCRおよびプライマーPCIF(SEQ ID NO:7)あるいはPCIR(SEQ ID NO:8)を用いて行ったBigDye(登録商標)Terminater v3.1 Cycle Sequencing Kit(Applied biosystems)によるジデオキシ法により確認したところ、図2の中段に示す様な構造を有するDNAフラグメントが、発現ベクターpCI−GFPint1−TE2ベクター、pGL3int1−TE3ベクター、またはpGL3int1−TE10ベクターのいずれの中にも、発現可能に挿入されていることが示され、目的とする真核細胞発現ベクターが構築されたことが示された。
実施例8:タウ遺伝子エクソン2、エクソン3、およびエクソン10についての選択的スプライシング
本実施例においては、実施例7において作製した3種の発現ベクターpGL3int1−TE2ベクター、pGL3int1−TE3ベクター、またはpGL3int1−TE10ベクターを使用して真核細胞にトランスフェクトし、tau遺伝子エクソン2、エクソン3、またはエクソン10について実際に選択的スプライシングが生じるか否かを確認することを目的として行った。
本実施例においては、pGL3int1−TE2ベクター、pGL3int1−TE3ベクター、またはpGL3int1−TE10ベクターをトランスフェクトするために、COS1細胞(理研)を使用した。この、COS1細胞(理研)は、馬胎児血清を終濃度10%になるように添加したDMEM培地中で継代培養することができる。このようにして継代培養した、2×103個のCOS1細胞に対して、pGL3int1−TE2ベクター、pGL3int1−TE3ベクター、またはpGL3int1−TE10ベクター0.8μgを、カチオン性脂質(Lipofectamine2000、Invitrogen)1μlを混合した溶液を用いてトランスフェクトした。発現ベクターによりトランスフェクトしたCOS1細胞は、目的とする選択的スプライシングカセットが挿入されたDNAフラグメントから合成されたRNAのスプライシングによりが機能可能な発光タンパク質(Luciferase)が発現しているかどうかを、化学発光測定装置(Ascent fluoroscan CF)を用いた観察に基づいて確認した(図19)。
比較対照として、実施例5において作製した陽性対照ベクターpGL3−control、または本発明のDNAフラグメントGL3int1を組み込んだが選択的スプライシングカセットを含まないpGL3int1ベクター、または陰性対照であるpCI−neoベクター、のいずれかによりトランスフェクトしたCOS1細胞を使用した(図19)。
この実験の詳細な結果を、以下の表1に示す。この実験の結果、COS1細胞において、pGL3int1−TE10ベクターによりトランスフェクトした場合には、pGL3int1ベクターによりトランスフェクトした場合よりもやや低いルシフェラーゼ活性を有すること、そしてpGL3int1−TE3ベクターによりトランスフェクトした場合には顕著に高いルシフェラーゼ活性を有することが示された。これに対して、pGL3int1−TE2ベクターによりCOS1細胞をトランスフェクトした場合には、ルシフェラーゼ活性がほとんど示されなかった(図19)。
pGL3int1ベクターによりトランスフェクトしたCOS1細胞内において介在フラグメント(イントロンに相当)が除去されるスプライシング現象が生じていること;
pGL3int1−TE2ベクターによりトランスフェクトしたCOS1細胞内では、主としてtau遺伝子エクソン2の両端2箇所ともでスプライシングが生じた結果、エクソン2を2つのリポーターフラグメント間に残存させるようにエクソン2の両側の介在フラグメント(イントロンに相当)が除去されるスプライシング現象が多く生じていること;
pCI−GFPint1−TE3ベクターによりトランスフェクトしたCOS1細胞内では、エクソン3を2つのリポーターフラグメント間に残存させるようにエクソン3の両側の介在フラグメント(イントロンに相当)が除去されるスプライシング現象が生じるとともに、tau遺伝子のエクソン3を含まないように介在フラグメント(イントロンに相当)が除去されるスプライシング現象が生じていること;そして
pCI−GFPint1−TE10ベクターによりトランスフェクトしたCOS1細胞内では、エクソン10を2つのリポーターフラグメント間に残存させるようにエクソン10の両側の介在フラグメント(イントロンに相当)が除去されるスプライシング現象が生じるとともに、tau遺伝子のエクソン10を含まないように介在フラグメント(イントロンに相当)が除去されるスプライシング現象も生じていること;
が明らかになった。
次に、このようにして細胞内において発現ベクターpGL3int1−TE2ベクター、pGL3int1−TE3ベクターおよびpGL3int1−TE10ベクターを発現させたCOS1細胞を、上述した培養液中で、37℃、湿潤条件下にて2日間培養した後、細胞を回収し、RNeasy Mini Kit(QIAGEN)を用いて、細胞内から発現されたtotal RNAを回収した。回収した50ngのtotal RNAを鋳型として、OneStep RT−PCR kit(QIAGEN)を使用したRT−PCRを行った。RT−PCR反応溶液中(total volume 25μl)には、本発明のルシフェラーゼタンパク質の第一のフラグメント(SEQ ID NO:26)上の配列にハイブリダイズするPGL3−520Fプライマー(cgtcacatct catctacctc;SEQ ID NO:43)および本発明のルシフェラーゼタンパク質の第二のフラグメント上の配列にハイブリダイズするPGL3−820Rプライマー(taatcctgaa ggctcctcag;SEQ ID NO:44)(各10pmol)プライマーセットが含有された。このプライマーセットは、細胞内において本発明のルシフェラーゼタンパク質をコードするmRNAが形成される場合(すなわち介在配列がエクソンとともに完全にスプライスアウトされる場合)には339bpのPCR産物を生成し、細胞内において本発明のルシフェラーゼタンパク質の第一のフラグメントと第二のフラグメントの間にtau遺伝子のエクソン2、エクソン3、またはエクソン10が挿入された配列からなるmRNAが生成される場合には、それぞれ426bp、426bpまたは432bpのPCR産物を生成する。このRT−PCR反応溶液を50℃にて30分(逆転写反応)、95℃にて15分に続くPCR(94℃にて30秒−59.6℃にて30秒−72℃にて1分、30サイクル)、さらに72℃にて5分で反応させた(図20)。
上記とは別に、プライマーセットとしてヒトtau遺伝子のエクソン2にハイブリダイズするプライマーペア(すなわち、TEX2−Fプライマー(aatctcccctgcaga;SEQ ID NO:24)およびTEX2−Rプライマー(cttccgctgttggagtgct;SEQ ID NO:25))、エクソン3にハイブリダイズするプライマーペア(すなわち、TEX3−Fプライマー(atgtgacagcacccttagt;SEQ ID NO:45)およびTEX3−Rプライマー(ctgtggttcc ttctggga;SEQ ID NO:46))、またはエクソン10にハイブリダイズするプライマーペア(すなわち、TEX10−Fプライマー(gtgcagataa ttaataagaa gct;SEQ ID NO:19)およびTEX10−Rプライマー(actgccgcct cccggg;SEQ ID NO:20))、のいずれかを加えたRT−PCR反応溶液を50℃にて30分(逆転写反応)、95℃にて15分に続くPCR(94℃にて30秒−52.3℃にて30秒−72℃にて30秒、30サイクル)、さらに72℃にて1分で反応させた(図20)。細胞内において本発明のルシフェラーゼタンパク質の第一のフラグメントと第二のフラグメントの間にtau遺伝子のエクソン2が挿入された配列からなるmRNAが生成される場合には、TEX2−Fプライマー(SEQ ID NO:24)およびTEX2−Rプライマー(SEQ ID NO:25)のプライマーセットにより、tau遺伝子のエクソン2の87bpのPCR産物を(図20A);第一のフラグメントと第二のフラグメントの間にtau遺伝子のエクソン3が挿入された配列からなるmRNAが生成される場合には、TEX3−Fプライマー(SEQ ID NO:45)およびTEX3−Rプライマー(SEQ ID NO:46)のプライマーセットにより、tau遺伝子のエクソン3の87bpのPCR産物を(図20B);そして第一のフラグメントと第二のフラグメントの間にtau遺伝子のエクソン10が挿入された配列からなるmRNAが生成される場合には、TEX10−Fプライマー(SEQ ID NO:19)とTEX10−Rプライマー(SEQ ID NO:20)のプライマーセットによりPCRにより、tau遺伝子のエクソン10の93bpのPCR産物を(図20C)、それぞれ生成する。
pCI−neoベクター、pGL3controlベクター、pGL3int1ベクター、pGL3int1−TE2ベクター、pGL3int1−TE3ベクター、またはpGL3int1−TE10ベクターのいずれかによりトランスフェクトしたCOS1細胞から得たtotal RNAサンプルについて、PGL3−520Fプライマー(SEQ ID NO:43)とPGL3−820Rプライマー(SEQ ID NO:44)のプライマーセットによりPCRを行ったサンプルについて、電気泳動を行った結果を図21として示す。この図において、レーン1はpGL3int1ベクター、レーン2はpGL3int1−TE2ベクター、レーン3はpGL3int1−TE3ベクター、レーン4はpGL3int1−TE10ベクター、レーン5はpGL3controlベクター、そしてレーン6はpCI−neoベクターにより、それぞれトランスフェクトしたCOS1細胞から採取したtotal RNAをサンプルとして用いた。
RT−PCRを行った結果、pGL3int1ベクター(レーン1)およびpGL3controlベクター(レーン5)をトランスフェクトした場合には339bpのmRNA生成物のみが得られたが、これに対して、pGL3int1−TE2ベクター(レーン2)では426bpのmRNAのみが、pGL3int1−TE3ベクター(レーン3)では実質的に339bpのmRNAのみが、そして、pGL3int1−TE10ベクター(レーン4)では339bpと432bpの2本のmRNAが、それぞれ産生されていることが確認された(図21)。
In the remainder of the description, the invention will be described in more detail using exemplary sequences. However, the following examples are not intended to limit the invention to this embodiment.
Example 1: Construction of DNA fragment and expression vector (1)
In this example, a fluorescent protein of green fluorescent protein (Enhanced Green Fluorescent Protein: EGFP, Clontech) and jellyfish (Aequorea victoria) GFP is used as a reporter gene, and Aequorea victoria A26 A sequence corresponding to exon 2 including the start codon (SEQ ID NO: 1) corresponds to a sequence obtained by combining exon 3 and a part of exon 4 (from the 5 ′ end to the stop codon). The sequence (SEQ ID NO: 2) was used as the second fragment, respectively, and GFP (Gen) of Aequorea victoria an Aequorea victoria genome-derived region (531 bp, SEQ ID NO: 3) having a nucleotide sequence homologous to intron 2 of ank Acc # M62654) as an intervening fragment and as an exon known to cause alternative splicing , DNA fragment using exon 10 of human tau gene (SEQ ID NO: 4) and its upstream intron portion (SEQ ID NO: 5) and downstream intron portion (SEQ ID NO: 6) Built.
The sequence of EGFP contained in the reporter gene of the present invention (first fragment and second fragment) and the intervening fragment was obtained from Clontech. The GFP and intron sequences of Aequorea victoria contained therein were obtained from genomic DNA extracted from Aequorea victoria (SEQ ID NO: 1, SEQ ID NO: 2 and SEQ ID NO: 3). ).
Specifically, the procedure was as follows. First, an EcoRI-NotI restriction enzyme fragment containing an EGFP cDNA region from a pEGFP-N3 vector (GenBank Acc #: U57609, Clontech), which is an EGFP expression vector, was converted into a pCI-neo Mammalian Expression Vector (GenBank, an eukaryotic cell expression vector). Acc #: U47120, Promega) multi-cloning site EcoRI-NotI site constructed by ligation and insertion The EGFP expression vector pCI-GFP vector constructed as a template is hybridized to a primer set (sequence derived from pCI-neo vector) PCIF primer (ttttctccacaggtgtccac; SEQ ID NO: 7) and EGFP cDNA Fragment A was prepared by PCR using a hybridizing EGFPE1R primer (tgcatcacctcacccctcgccggacac; SEQ ID NO: 10) (FIG. 3). This fragment A is, in order from the 5 ′ side, 86 bp derived from the pCI-GFP vector, 5 bp untranslated region of EGFP 46 bp, 97 bp of nucleotide numbers 1 to 97 of EGFP cDNA, and EGFPPE1R primer (SEQ ID NO: 10) Is a nucleic acid having a length of 246 bp composed of 3 bp on the 3 ′ side (FIG. 3, SEQ ID NO: 13).
Next, using the pCI-GFP vector as a template, a primer set (PCIR primer (ctagttgtgtgtgtccaactc; SEQ ID NO: 8) that hybridizes to a sequence derived from the pCI-neo vector and EGFPPE2F primer (agtgcccatgcccgagagtggtggtgagtggtggtgagtggtgagtggtggtgagtggtgagtgtag Fragment B was prepared by PCR using NO: 9)) (FIG. 4). This fragment B comprises, in order from the 5 ′ side, 21 bp of the EGFPPE2F primer (SEQ ID NO: 9), 441 bp of nucleotide numbers 280 to 720 of EGFP cDNA, 3 bp of EGFP 3 ′ untranslated region 9 bp, and pCI− It is a nucleic acid having a length of 546 bp composed of 75 bp derived from the GFP vector (FIG. 4, SEQ ID NO: 14).
Using genomic DNA extracted from Aequorea victoria as a template, primer set (GFPI1F primer that hybridizes to exon 2 of the GFP gene (tgtccggggagggtgaaggtgtcacacatacgg; SEQ ID NO: 11) that hybridizes to exon 3 of the GFP gene Fragment C was prepared by PCR using ctggacataactttcggggcatggactctttg; SEQ ID NO: 12)) (FIG. 5). This fragment C is a jellyfish genomic DNA region homologous to nucleotide numbers 95 to 206 of the GFP cDNA derived from the 5 ′ side 9 bp of the GFPPI1F primer (SEQ ID NO: 11) and the GFP gene exon 2 in order from the 5 ′ side. 112 bp, Aequorea genomic DNA region homologous to GFP gene intron 2 (531 bp), Aequorea genus genomic DNA region 70 bp homologous to nucleotide numbers 207 to 276 of GFP cDNA derived from GFP gene exon 3, and GFPI1R primer (SEQ ID NO : 12) is a nucleic acid having a length of 728 bp composed of 6 bp derived from (FIG. 5, SEQ ID NO: 15).
By performing PCR from a mixed solution of the three fragments A, B and C thus prepared, using a primer set (PCIF (SEQ ID NO: 7) and PCIR (SEQ ID NO: 8)) (FIG. 6, upper part), a DNA fragment containing fragments A, B and C was prepared (middle part of FIG. 6, SEQ ID NO: 16). This DNA fragment has a restriction enzyme EcoRI site on the 5 'end side and a restriction enzyme NotI site on the 3' end side.
A specific base sequence of a DNA fragment prepared by digesting this DNA fragment with restriction enzymes EcoRI and NotI has a sequence consisting of nucleotide numbers 87 to 1392 of SEQ ID NO: 16, and SEQ ID NO: : 1, SEQ ID NO: 3 and SEQ ID NO: 2 are included in this order. This DNA fragment having a sequence consisting of nucleotide numbers 87 to 1392 of SEQ ID NO: 16 is referred to as GFPint1 in the following description of the present specification (lower part of FIG. 6).
Using pCI-neo Mammalian Expression Vector (Promega) as a parent vector used for the construction of the expression vector, the restriction enzyme EcoRI is located between the EcoRI site and the NotI site in the multicloning site in the pCI-neo vector. The DNA fragment cleaved with NotI, GFPint1, was ligated and inserted to prepare a pCI-GFPint1 vector (lower panel in FIG. 6).
In contrast, the alternative splicing cassette containing exon 10 of the tau gene includes exon 10 (SEQ ID NO: 4) of the tau gene and its upstream intron (SEQ ID NO: 5) and downstream intron (SEQ ID NO: 5). A DNA region composed of a sequence in which NO: 6) is arranged in the order of SEQ ID NO: 5, SEQ ID NO: 4 and SEQ ID NO: 6 is used. The desired sequence of the tau gene (SEQ ID NOs: 4-6) was obtained from genomic DNA isolated and purified from human blood using the Wizard® Genomic DNA Purification Kit.
Next, exon 10 (SEQ ID NO: 4) of the tau gene described above and its upstream and downstream intron portions (SEQ SEQ ID NO: 4 respectively) were inserted into the cloning site PmaCI site in the intervening fragment of the DNA fragment GFPint1 inserted into the expression vector pCI-GFPint1 vector. An alternative splicing cassette consisting of ID NO: 5 and SEQ ID NO: 6) was inserted to create the pCI-GFPint1-TE10 vector. A restriction enzyme PmaCI site (CACGTG) exists in nucleotides 358 to 363 in the sequence homologous to intron 2 (SEQ ID NO: 3), which is an intervening fragment in the DNA fragment inserted into the expression vector, and this restriction is present. When the enzyme site is cleaved with an enzyme, a blunt end is formed. In the present invention, this restriction enzyme site was used as a cloning site to insert an alternative splicing cassette containing exon 10 of the tau gene described above.
Specifically, 50 ng of the vector pCI-GFPint1 vector and 60 ng of the above-described alternative splicing cassette were each treated with PmaCI at 37 ° C. for 17 hours to prepare blunt ends. The vector cleaved by this treatment was dephosphorylated with CIAP. The samples were combined and reacted at 16 ° C. for 17 hours using a ligation kit (TaKaRa ligation kit ver 2.1) to incorporate the above-described alternative splicing cassette DNA fragment into the expression vector pCI-GFPint1 vector. It is.
Using an expression vector pCI-GFPint1-TE10 vector extracted from E. coli JM109 transformed with the ligation reaction solution as a template, using a primer set (PCIF primer (SEQ ID NO: 7) and PCIR primer (SEQ ID NO: 8)) PCR and primer Confirmed by dideoxy method using BigDye (registered trademark) Terminator v3.1 Cycle Sequencing Kit (Applied biosystems) using PCIF primer (SEQ ID NO: 7) or PCIR primer (SEQ ID NO: 8) However, a DNA fragment having a structure as shown in the middle of FIG. 2 is present in the expression vector pCI-GFPint1-TE10 vector. It is shown that is inserted expressible, a eukaryotic expression vector of interest was shown to have been constructed.
Example 2 Alternative Splicing for Tau Gene Exon 10
In this example, eukaryotic cells are transfected using the expression vector pCI-GFPint1-TE10 vector prepared in Example 1, and it is confirmed whether or not alternative splicing actually occurs for the tau gene exon 10. I went for that purpose.
In this example, HEK293 cells and SH-SY5Y cells (both obtained from RIKEN) were used to transfect the expression vector prepared in Example 1, the pCI-GFPint1-TE10 vector. These HEK293 cells and SH-SY5Y cells can be subcultured in DMEM medium (GIBCO) supplemented with fetal bovine serum to a final concentration of 10%. Subcultured in this way 2 × 104HEK293 cells and 5 × 104Each SH-SY5Y cell was transfected with 0.8 μg of the expression vector pCI-GFPint1-TE10 vector prepared in Example 1 using 1 μl of cationic lipid (Lipofectamine 2000, Invitrogen). HEK293 cells and SH-SY5Y cells transfected with an expression vector express whether or not green fluorescent protein capable of functioning by splicing RNA synthesized from a DNA fragment into which the target alternative splicing cassette has been inserted is expressed. This was confirmed based on observation using a fluorescence microscope (Nikon) (FIGS. 7 and 8).
As a comparative control, a pCI-neo vector which is a parent vector and a vector which does not contain the DNA fragment of the present invention at all, a pCI-GFP vector which is a vector in which EGFP cDNA is incorporated into a pCI-neo vector but does not contain an intron, or HEK293 and SH-SY5Y cells transfected with any of the pCI-GFPint1 vectors incorporating the DNA fragment GFPint1 of the present invention but without an alternative splicing cassette were used (FIGS. 7 and 8).
As a result, both HEK293 cells and SH-SY5Y cells generate green fluorescence in some cells when transfected with the pCI-GFPint1 vector and when transfected with the pCI-GFPint1-TE10 vector. It became clear that This result shows that a splicing phenomenon has occurred in which the intervening fragment (corresponding to an intron) has been removed in cells transfected with the pCI-GFPint1 vector, and that tau in cells transfected with the pCI-GFPint1-TE10 vector. It shows that a splicing phenomenon has occurred in which intervening fragments (corresponding to introns) are removed so as not to include exon 10 of the gene.
On the other hand, it was clarified that the number of cells emitting green fluorescence decreased when transfected with the pCI-GFPint1-TE10 vector, compared with the case where transfected with the pCI-GFPint1 vector. This phenomenon is caused by splicing in which mRNA comprising a sequence encoding the green fluorescent protein of the present invention (EGFP-GFP chimeric protein) is produced when transfected with the pCI-GFPint1-TE10 vector, and the green fluorescent protein of the present invention. The cause is that splicing in which mRNA consisting of a sequence in which exon 10 of the tau gene is inserted between the first fragment and the second fragment of (EGFP-GFP chimeric protein) is generated occurs. it was thought. This indicates that alternative splicing is carried out in cells transfected with the pCI-GFPint1-TE10 vector.
Next, each of the four types of HEK293 cells and SH-SY5Y cells in which the respective expression vectors were expressed in the cells in this manner were cultured in the above-described culture solution for 2 days at 37 ° C. under humid conditions. Thereafter, the cells were collected, and total RNA expressed from the cells was collected using RNeasy Mini Kit (QIAGEN). RT-PCR using OneStep RT-PCR kit (QIAGEN) was performed using the collected 50 ng of total RNA as a template. In the RT-PCR reaction solution (total volume 25 μl), EGFP-F- hybridizes to the sequence on the first fragment (SEQ ID NO: 1) of the green fluorescent protein of the present invention (EGFP-GFP chimeric protein). EGFP-R-391 primer (gcgggtctttg tagttgcc; SEQ) hybridizing to a sequence on the second fragment of the 65 primer (acgtaaacgg cccagattc ag; SEQ ID NO: 17) and the green fluorescent protein of the present invention (EGFP-GFP chimeric protein) ID NO: 18) (each 10 pmol) contained a primer set. This primer set is a 266 bp PCR when mRNA encoding the green fluorescent protein of the present invention (EGFP-GFP chimeric protein) is formed in the cell (ie, when the intervening sequence is completely spliced out with the exon). A product is generated, and mRNA consisting of a sequence in which exon 10 of the tau gene is inserted between the first fragment and the second fragment of the green fluorescent protein of the present invention (EGFP-GFP chimeric protein) is generated in the cell. A 359 bp PCR product is generated. This RT-PCR reaction solution was subjected to PCR at 30 ° C. for 30 minutes (reverse transcription reaction) and at 95 ° C. for 15 minutes, followed by PCR (94 ° C. for 30 seconds to 59.6 ° C. for 30 seconds to 72 ° C. Min, 30 cycles), and further reacted at 72 ° C. for 5 min (FIG. 9).
Separately from the above, TEX10-F primer (gtgcagataata tataataga gct; SEQ ID NO: 19) and TEX10-R primer (actgccgcct cccggg; SEQ ID NO: 20) that hybridize to exon 10 of the human tau gene are added as a primer set. The RT-PCR reaction solution was added at 50 ° C. for 30 minutes (reverse transcription reaction), 95 ° C. for 15 minutes, followed by PCR (94 ° C. for 30 seconds−52.3 ° C. for 30 seconds at −72 ° C. Second, 30 cycles), and further reacted at 72 ° C. in 1 minute (FIG. 9).
For a total RNA sample from HEK293 cells transfected with either pCI-neo vector, pCI-GFP vector, pCI-GFPint1 vector, or pCI-GFPint1-TE10 vector, EGFP-F-65 primer (SEQ ID NO: 17) and a sample subjected to PCR using a primer set of EGFP-R-391 primer (SEQ ID NO: 18) and of TEX10-F primer (SEQ ID NO: 19) and TEX10-R primer (SEQ ID NO: 20). The results of electrophoresis of the samples subjected to PCR using the primer set are shown in FIGS. 10A and 10B, respectively. In this figure, lane 1 is a pCI-neo vector, lane 2 is a pCI-GFP vector, lane 3 is a pCI-GFPint1 vector, and lane 4 is a total collected from HEK293 cells transfected with a pCI-GFPint1-TE10 vector. RNA was used as a sample.
As a result of RT-PCR, it was revealed that two mRNAs of 359 bp and 266 bp were produced from the cells transfected with the pCI-GFPint1-TE10 vector. The base sequence was confirmed by the dideoxy method using the BigDye (registered trademark) Terminator v3.1 Cycle Sequencing Kit (Applied biosystems) using the amplified fragment prepared by RT-PCR as a template. 359 bp DNA incorporating exon 10 of the tau gene, that is, a first fragment consisting of a sequence corresponding to exon 2 of GFP (SEQ ID NO: 1), exon 10 of the tau gene (SEQ ID NO: 4), And a second fragment (SEQ ID NO: 2) consisting of a sequence corresponding to a sequence obtained by binding a part of exons 3 and 4 of GFP and a nucleic acid sequence encoding a non-functional fusion protein Is On the other hand, the short mRNA is a 266 bp DNA from which exon 10 of the tau gene has been removed as a result of alternative splicing, ie, a first fragment consisting of a sequence corresponding to exon 2 of GFP (SEQ ID NO: 1 ) And a second fragment (SEQ ID NO: 2) consisting of a sequence corresponding to a sequence obtained by binding a part of exons 3 and 4 of GFP, and a nucleic acid sequence defining GFP as a functional reporter protein (FIG. 10A, lane 4). In the sample of lane 4 in which two bands were amplified, the tau gene exon was obtained by PCR using a primer set of TEX10-F primer (SEQ ID NO: 19) and TEX10-R primer (SEQ ID NO: 20). It was revealed that 10 93 bp were amplified (FIG. 10B).
On the other hand, when the pCI-GFP vector and the pCI-GFP int1 vector were transfected, only the 266 bp fragment was specifically amplified. Therefore, in these cells, EGFP and the green fluorescent protein of the present invention, respectively, It was shown that mRNA of (EGFP-GFP chimeric protein) was expressed (FIG. 10 (A), lanes 2 and 3 respectively). As a result of sequence analysis of these amplification products, it was confirmed that in both lanes 2 and 3, the amplified sequences were part of the 266 bp green fluorescent protein of the present invention (EGFP-GFP chimeric protein).
Example 3: Construction of DNA fragments and expression vectors (2)
In this example, the exon 2 of the human tau gene and its upstream and downstream intron parts are used as exons that use the pCI-GFPint1 vector prepared in Example 1 and are known to cause alternative splicing. A DNA fragment was constructed using the DNA region composed of
Alternative splicing cassettes containing exon 2 of the tau gene include exon 2 (SEQ ID NO: 21) of the tau gene and its upstream intron part (SEQ ID NO: 22) and downstream intron part (SEQ ID NO: 23). , SEQ ID NO: 22, SEQ ID NO: 21, and SEQ ID NO: 23, and a DNA region composed of a sequence arranged in this order is used. The desired sequence of the tau gene (SEQ ID NOs: 21-23) was obtained from genomic DNA isolated and purified from human blood using the Wizard® Genomic DNA Purification Kit.
In the cloning site in the intervening fragment of the DNA fragment GFPint1 inserted into the expression vector pCI-GFPint1 vector, exon 2 (SEQ ID NO: 21) of the tau gene described above and its upstream and downstream intron parts (SEQ ID NO: 22 respectively) And an alternative splicing cassette consisting of SEQ ID NO: 23) was inserted to create the pCI-GFPint1-TE2 vector. A restriction enzyme PmaCI site (CACGTG) exists in nucleotides 358 to 363 in the sequence homologous to intron 2 (SEQ ID NO: 3), which is an intervening fragment in the DNA fragment inserted into the expression vector, and this restriction is present. When the enzyme site is cleaved with an enzyme, a blunt end is formed. In the present invention, this restriction enzyme site was used as a cloning site to insert an alternative splicing cassette containing exon 2 of the tau gene described above.
Specifically, 50 ng of the expression vector pCI-GFPint1 vector and 60 ng of the above-mentioned alternative splicing cassette were each treated with PmaCI at 37 ° C. for 17 hours to prepare blunt ends. The vector cleaved by this treatment was dephosphorylated with CIAP. The samples were combined and reacted at 16 ° C. for 17 hours using a ligation kit (TaKaRa ligation kit ver 2.1) to incorporate the above-described alternative splicing cassette DNA fragment into the expression vector pCI-GFPint1 vector. It is.
PCR performed using primer set (PCIF (SEQ ID NO: 7) and PCIR (SEQ ID NO: 8)) using the expression vector pCI-GFPint1-TE2 vector extracted from E. coli JM109 transformed with the ligation reaction solution as a template 2 and the dideoxy method using BigDye (registered trademark) Terminator v3.1 Cycle Sequencing Kit (Applied biosystems) performed using primer PCIF (SEQ ID NO: 7) or PCIR (SEQ ID NO: 8). It was shown that the DNA fragment having the structure as shown in the middle row of FIG. 2 is inserted into the expression vector pCI-GFPint1-TE2 vector so that it can be expressed. Eukaryotic cell expression vectors have been shown to have been constructed.
Example 4: Alternative Splicing for Tau Gene Exon 2
In this example, eukaryotic cells were transfected using the expression vector pCI-GFPint1-TE2 vector prepared in Example 3 and the expression vector pCI-GFPint1-TE10 vector prepared in Example 1, and a tau gene exon was used. The purpose was to confirm whether alternative splicing actually occurred for 2.
In this example, in order to transfect the expression vector prepared in Example 3, the pCI-GFPint1-TE2 vector and the expression vector prepared in Example 1, the pCI-GFPint1-TE10 vector, SH-SY5Y cells and COS1 Cells (RIKEN) were used. The SH-SY5Y cells and COS1 cells (RIKEN) can be subcultured in DMEM medium supplemented with fetal bovine serum to a final concentration of 10%. Subcultured in this way, 5 × 104SH-SY5Y cells and 1 × 104For each COS1 cell, 0.8 μg of the expression vector pCI-GFPint1-TE2 vector prepared in Example 3 or the expression vector pCI-GFPint1-TE10 vector prepared in Example 1 was added to a cationic lipid (Lipofectamine 2000, Invitrogen). ) Transfected with 1 μl mixed solution. Whether SH-SY5Y cells and COS1 cells transfected with the expression vector express a functional green fluorescent protein by splicing RNA synthesized from a DNA fragment into which an alternative splicing cassette of interest has been inserted. It confirmed based on the observation using a fluorescence microscope (Nikon) (FIG. 11 and FIG. 12).
As a comparative control, transfected with either the pCI-GFP vector, which is a vector that incorporates EGFP cDNA but does not contain introns, or the pCI-GFPint1 vector that incorporates the DNA fragment GFPint1 of the present invention but does not contain an alternative splicing cassette. SH-SY5Y cells and COS1 cells were used (FIGS. 11 and 12).
As a result, both SH-SY5Y cells and COS1 cells generate green fluorescence in some cells when transfected with the pCI-GFPint1 vector and when transfected with the pCI-GFPint1-TE10 vector. It became clear that This result shows that a splicing phenomenon has occurred in which the intervening fragment (corresponding to an intron) has been removed in cells transfected with the pCI-GFPint1 vector, and that tau in cells transfected with the pCI-GFPint1-TE10 vector. It shows that a splicing phenomenon has occurred in which intervening fragments (corresponding to introns) are removed so as not to include exon 10 of the gene (FIGS. 11 and 12).
On the other hand, when transfected with the pCI-GFPint1-TE2 vector, it was revealed that the number of cells emitting green fluorescence was significantly smaller than that of the pCI-GFPint1-TE10 vector. This result shows that, in the cells transfected with the pCI-GFPint1-TE2 vector, splicing occurred mainly at the two ends of the tau gene exon 2, so that exon 2 remains between the two reporter fragments. It is shown that many splicing phenomena in which the intervening fragments (corresponding to introns) on both sides of A are removed (FIGS. 11 and 12). Next, SH-SY5Y cells and COS1 cells in which the expression vectors pCI-GFPint1-TE2 vector and pCI-GFPint1-TE10 vector were expressed in the cells in this manner were cultured in the above-mentioned culture medium at 37 ° C. under humid conditions. After culturing under 2 days, the cells were recovered, and total RNA expressed from within the cells was recovered using RNeasy Mini Kit (QIAGEN). RT-PCR using OneStep RT-PCR kit (QIAGEN) was performed using the collected 50 ng of total RNA as a template. In the RT-PCR reaction solution (total volume 25 μl), EGFP-F- hybridizes to the sequence on the first fragment (SEQ ID NO: 1) of the green fluorescent protein of the present invention (EGFP-GFP chimeric protein). EGFP-R-391 primer (gcgggtctttg tagttgcc; SEQ) hybridizing to a sequence on the second fragment of the 65 primer (acgtaaacgg cccagattc ag; SEQ ID NO: 17) and the green fluorescent protein of the present invention (EGFP-GFP chimeric protein) ID NO: 18m) (10 pmol each) primer set was included. This primer set is a 266 bp PCR when mRNA encoding the green fluorescent protein of the present invention (EGFP-GFP chimeric protein) is formed in the cell (ie, when the intervening sequence is completely spliced out with the exon). MRNA comprising a sequence in which exon 2 or exon 10 of the tau gene is inserted between the first fragment and the second fragment of the green fluorescent protein of the present invention (EGFP-GFP chimeric protein) in the cell Is generated, a 353 bp or 359 bp PCR product is generated, respectively. This RT-PCR reaction solution was subjected to PCR at 30 ° C. for 30 minutes (reverse transcription reaction) and at 95 ° C. for 15 minutes, followed by PCR (94 ° C. for 30 seconds to 59.6 ° C. for 30 seconds to 72 ° C. Min, 30 cycles), and further reacted at 72 ° C. for 5 min (FIG. 13).
Separately from the above, RT- with a TEX2-F primer (aatctccccctgcaga; SEQ ID NO: 24) and a TEX2-R primer (cttccgctgtgtggagtgct; SEQ ID NO: 25) hybridizing to exon 2 of the human tau gene as a primer set PCR reaction solution was 30 minutes at 50 ° C. (reverse transcription reaction), 15 minutes at 95 ° C., followed by PCR (94 ° C. for 30 seconds−52.3 ° C. for 30 seconds−72 ° C. for 30 seconds, 30 Cycle) and further reacted at 72 ° C. for 1 minute (FIG. 13). When mRNA comprising a sequence in which exon 2 of the tau gene is inserted between the first fragment and the second fragment of the green fluorescent protein of the present invention (EGFP-GFP chimeric protein) is generated in the cell, A 61 bp PCR product is generated by the primer set of the TEX2-F primer (SEQ ID NO: 24) and the TEX2-R primer (SEQ ID NO: 25) (FIG. 13).
For total RNA samples obtained from COS1 cells transfected with either pCI-neo vector, pCI-GFP vector, pCI-GFPint1 vector, pCI-GFPint1-TE2 vector or pCI-GFPint1-TE10 vector, EGFP-F-65 FIG. 14 shows the result of electrophoresis performed on a sample subjected to PCR using a primer set of a primer (SEQ ID NO: 17) and an EGFP-R-391 primer (SEQ ID NO: 18). In this figure, lane 1 is a pCI-GFPint1 vector, lane 2 is a pCI-GFPint1-TE2 vector, lane 3 is a pCI-GFPint1-TE10 vector, lane 4 is a pCI-GFP vector, and lane 5 is a pCI-neo vector, Total RNA collected from each transfected COS1 cell was used as a sample.
In contrast to cells transfected with the pCI-GFPint1-TE10 vector in which two mRNAs of 359 bp and 266 bp were produced as a result of RT-PCR (FIG. 14, lane 3), pCI-GFPint1 -266 bp mRNA expression was found to be very weak in cells transfected with the TE2 vector (Figure 14, lane 2).
Using BigDye (registered trademark) Terminator v3.1 Cycle Sequencing Kit (Applied biosystems) with the amplified fragment amplified and prepared by RT-PCR method based on mRNA of cells transfected with pCI-GFPint1-TE2 vector as a template When the base sequence was confirmed by the dideoxy method, as a result of alternative splicing, 353 bp DNA incorporating exon 2 of the tau gene, that is, the first fragment consisting of a sequence corresponding to exon 2 of GFP (SEQ ID NO: 1 ), Exon 2 of the tau gene (SEQ ID NO: 21), and a second fragment consisting of a sequence corresponding to a sequence in which a part of exons 3 and 4 of GFP are combined (SEQ ID N : 2) linked to the non-functional fusion protein-encoding nucleic acid sequence was found to be mainly produced, while the slightly amplified mRNA product was the result of alternative splicing. 266 bp DNA from which exon 2 of the tau gene was removed, that is, the first fragment consisting of a sequence corresponding to exon 2 of GFP (SEQ ID NO: 1) and a part of exons 3 and 4 of GFP were combined. A second fragment (SEQ ID NO: 2) consisting of a sequence corresponding to the sequence was directly ligated to reveal a nucleic acid sequence defining GFP as a functional reporter protein (FIG. 14, lane 2). .
In addition, the DNA amplified mainly in Lane 2 has 93 bp of exon 10 of the tau gene by PCR using a primer set of TEX2-F primer (SEQ ID NO: 24) and TEX2-R primer (SEQ ID NO: 25). Amplification was found (data not shown).
On the other hand, when the pCI-GFPint1-TE10 vector was used, it was revealed that exon 10 of the tau gene was removed as a result of alternative splicing and 266 bp DNA was expressed (FIG. 14, lane 3).
In lanes 2 and 3, a band due to non-specific amplification appeared in the vicinity of 450 bp, but these sequences are completely unrelated to the sequence encoding the green fluorescent protein (EGFP-GFP chimeric protein) of the present invention. (Data not shown).
Example 5: Construction of DNA fragment and expression vector (3)
In this example, a photoprotein firefly luciferase (pGL3-control: GenBank Acc # U47296, Clontech) was used as a reporter gene, and exons 1 to 3 of Phototinus pyralis (firefly) luciferase (GenBank Acc # M15077) were combined. A nucleic acid having a sequence corresponding to the sequence (668 base pairs) (668 base pairs, SEQ ID NO: 26) is used as a first fragment, and the sequence (985) is bound to the codons in exons 4 to 6 and exon 7. A nucleic acid (985 base pairs, SEQ ID NO: 27) to which a sequence corresponding to (base pairs) is bound is used as the second fragment, respectively, and GFP (Ge) of Aequorea victoria Bank Acc # M62654) Aequoreavicoria genome-derived region (SEQ ID NO: 3) having a nucleotide sequence homologous to intron 2 contains 5'-end 6 bases and 3'-end 6 bases, respectively, with Photinus pyralis (firefly) luciferase (GenBank Acc # M15077) a nucleic acid (531 base pairs, SEQ ID) having a sequence substituted with 5 ′ terminal 6 bases (gtatgt) and 3 ′ terminal 6 bases (ttgttag) of intron C (48 base pairs) sandwiched between exons 3 and 4 of M15077) NO: 28) was used as an intervening fragment to construct a DNA fragment, GL3int1, for inserting the splicing cassette.
Exons 1 to 3 and exons 4 to 6 and 7 of the luciferase gene of the present invention were obtained from Clontech (SEQ ID NO: 26 and SEQ ID NO: 27, respectively). Intron C sequence was obtained from GenBank (GenBank Acc # M15077).
Using Luciferase expression vector pGL3-control vector (GenBank Acc #: U47296, Clontech) as a template, primer set (PGL3-387F primer (gcacccctaccgtgggtgtcgtgtgtgtgtcgtgtgtgcc) Fragment D was prepared by PCR using ID NO: 34)). This fragment D is a nucleic acid having a length of 325 bp composed of 306 bp derived from nucleotide numbers 363 to 668 of pGL3-control luciferase cDNA and 19 bp on the 3 ′ side of the PGL3-int5R primer in this order from the 5 ′ side. Yes (FIG. 15, SEQ ID NO: 35). Among these, the 5 ′ side 13 bp of the PGL3-int5R primer (SEQ ID NO: 34) is derived from the 5 ′ end (nucleotide numbers 7 to 19) of the intervening fragment (SEQ ID NO: 3) of the pCI-GFPint1 vector, and The 6 bp next to it is a sequence (gtatgt) derived from intron C of firefly luciferase (GenBank Acc # M15077).
On the other hand, using the Luciferase expression vector pGL3-control vector (GenBank Acc #: U47296, Clontech) as a template, a primer set (PGL3-int3F primer (ggaattacgtttgttgttgtgtgatcctgtcgttcttgtcgttcgttcgttcgttcgttgtcgttcgttcgttgtcgtcgttcgttgtcgttcgtgtt Fragment E was prepared by PCR using tatgtctcca gaatgttagcc a; SEQ ID NO: 30)). This fragment E is a nucleic acid having a length of 633 bp composed of 611 bp derived from nucleotide numbers 669 to 1279 of the 5 ′ side 22 bp of the PGL3-int3F primer and the luciferase cDNA of pGL3-control in order from the 5 ′ side. (FIG. 15, SEQ ID NO: 36). Of these, the 5 ′ 16 bp of the PGL3-int3F primer (SEQ ID NO: 31) is derived from the 3 ′ end (nucleotide numbers 510 to 525) of the intervening fragment (SEQ ID NO: 3) of the pCI-GFPint1 vector, and The 6 bp next to it is a sequence (ttgttag) derived from intron C of firefly luciferase (GenBank Acc # M15077).
Using the pCI-GFPint1 vector prepared in Example 1 as a template, a primer set (PGL3-int5F primer (gattctcgca tgcctagt gtgcacttta tactc; SEQ ID NO: 33) and PGL3-int3catat catatatatc ) Was used to prepare fragment F having a length of 567 bp by PCR (FIG. 16, SEQ ID NO: 37).
Using a primer set (PGL3-387F primer (SEQ ID NO: 29) and PGL3-int3R primer (SEQ ID NO: 32)) from a mixed solution of fragments D and F, 857 bp containing fragments D and F by PCR A fragment G (SEQ ID NO: 38) having a length was prepared (see the second row from the top in FIG. 17). Next, from the mixed solution of fragments G and E, using a primer set (PGL3-387F primer (SEQ ID NO: 29) and PGL3-1249R primer (SEQ ID NO: 30)), a length of 1448 bp was obtained by PCR. Fragment H (SEQ ID NO: 39) was prepared (see the third row from the top in FIG. 17).
The specific base sequence of the fragment H thus prepared is as shown in SEQ ID NO: 39, and has a restriction enzyme BsrGI site on the 5 'end side and a restriction enzyme PpuMI site on the 3' end side.
The pGL3-control vector (Clontech) was used as the parent vector used for the construction of the expression vector. Ligation of fragment H cleaved with restriction enzymes BsrGI and PpuMI between the BsrGI site (TGTACA: 491 to 497 nucleotides) and the PpuMI site (AGGTCCCT: 1179 to 1185 nucleotides) in the luciferase cDNA of the pGL3-control vector To construct an expression vector pGL3int1 vector. This expression vector pGL3int1 vector contains a DNA fragment in which SEQ ID NO: 26, SEQ ID NO: 28, and SEQ ID NO: 27 are arranged in this order. This DNA fragment is referred to as GL3int1 in the rest of this specification (FIG. 17, bottom row).
An intervening fragment (SEQ ID NO: 28) in the DNA fragment GL3int1 inserted into the expression vector pGL3int1 vector has a restriction enzyme PmaCI site (CACGTG) at nucleotides 358 to 363. When cut, a blunt end is formed. In the present invention, this restriction enzyme site was used as a cloning site to insert an alternative splicing cassette containing exon 10 of the tau gene described above.
PCR performed using a primer set (PGL3-387F primer (SEQ ID NO: 29) and PGL3-1249R primer (SEQ ID NO: 30)) using an expression vector extracted from E. coli JM109 transformed with the ligation reaction solution as a template And BigDye® Terminator v3 performed with primer PGL3-387F primer (SEQ ID NO: 29), PGL3-1249R primer (SEQ ID NO: 30) and PGL3-int5F primer (SEQ ID NO: 33) .1 DNA having the structure shown in the upper part of FIG. 2 was confirmed by the dideoxy method using Cycle Sequencing Kit (Applied biosystems). Ragumento is, it is shown that is inserted expressible manner into the vector, a eukaryotic expression vector of interest was shown to have been constructed.
Example 6: Splicing in an expression vector using luciferase
In this example, for the purpose of confirming whether or not splicing actually occurs in the luciferase gene into which the intervening fragment was inserted by transfecting eukaryotic cells using the expression vector prepared in Example 5. went.
In order to examine whether the expression vector pGL3int1 vector prepared in Example 5 causes splicing in cells, is the pGL3int1 vector transfected into SH-SY5Y cells and HEK293 cells (RIKEN) and splicing occurs in the cells? It was confirmed by detecting chemiluminescence. The SH-SY5Y cells and HEK293 cells (RIKEN) can be subcultured in DMEM medium supplemented with fetal bovine serum to a final concentration of 10%. Subcultured in this way, 3.1 × 104SH-SY5Y cells and 3.1 × 104For each HEK293 cell, 0.27 μg of the expression vector pGL3int1 vector prepared in Example 5 and 20 ng of a co-reporter vectorpRL-CMV vector (GenBank Acc # AF025843, Clontech) for correcting transfection efficiency, It was transfected using a solution mixed with 0.34 μl of lipid (Lipofectamine 2000, Invitrogen).
SH-SY5Y cells and HEK293 cells transfected with the expression vector pGL3int1 vector indicate whether or not a functional photoprotein is expressed by splicing RNA synthesized from a DNA fragment containing a luciferase gene into which an intervening sequence has been inserted. It confirmed based on the measurement using Dual-Glo luciferase Assay System (Promega). That is, SH-SY5Y cells and HEK293 cells in which the expression vector is expressed in the cells in this way are cultured in the above-mentioned culture solution for 1 day at 37 ° C. under humid conditions, and after the medium is removed, Dual -It melt | dissolved in Luciferase Reagent of Gloluciferase Assay System (Promega), and light emission was measured with the luminescence sensor (Ato Co., Ltd.). After treatment of the cells with Luciferase Reagent of Dual-Glo luciferase Assay System (Promega), luminescence by firefly luciferase was measured, and luminescence by Renilla luciferase expressed by pRL-CMV was measured by Stop & Glo Reagent. The integrated value of each luminescence was recorded and divided by the amount of luminescence by Renilla luciferase to correct the error in transfection efficiency, and then the amount of luminescence by firefly luciferase was compared (FIGS. 18A and B).
Chemiluminescence was similarly detected in SH-SY5Y cells and HEK293 cells transfected with pGL3-control vector containing luciferase gene cDNA as a positive control and pGL3-basic vector without luciferase gene cDNA as a negative control. did. The results are shown in FIGS. 18A and B.
As shown in this figure, almost no chemiluminescence was detected in SH-SY5Y cells transfected with the pGL3-basic vector, whereas strong chemiluminescence was observed in SH-SY5Y cells transfected with the pGL3-control vector. was detected. In contrast, it became clear that SH-SY5Y cells transfected with the pGL3int1 vector produced chemiluminescence that was weaker than the positive control but distinct. Therefore, it was shown that, in SH-SY5Y cells, the pGL3int1 vector caused a splicing phenomenon in which an intervening fragment (corresponding to an intron) was removed in the transfected cells, and could express a functional luciferase.
On the other hand, it was revealed that substantially only luciferase activity occurs in HEK293 cells transfected with the pGL3int1 vector. Therefore, splicing between exon 3 and exon 4 of luciferase does not occur in HEK293 cells, and as a result, pGL3int1 vector has a splicing phenomenon in which intervening fragments (corresponding to introns) are removed in the transfected cells. It was shown not to occur.
Next, the SH-SY5Y cells in which the expression vector is expressed in the cells in this way are cultured in the above-described culture medium for 1 day at 37 ° C. under humid conditions, and then the cells are collected and RNeasy Mini. Using Kit (QIAGEN), total RNA expressed from inside the cells was recovered. RT-PCR using OneStep RT-PCR kit (QIAGEN) was performed using the recovered 1 ng of total RNA as a template. Primer sets EGFP-F-65 and EGFP-R-391 (each final concentration 0.6 μM) were contained in the RT-PCR reaction solution (total volume 10 μl). This RT-PCR reaction solution was subjected to PCR at 30 ° C. for 30 minutes (reverse transcription reaction), 95 ° C. for 15 minutes, followed by PCR (94 ° C. for 30 seconds−50 ° C. for 30 seconds−72 ° C. for 90 seconds, 35 cycles), and further reacted at 72 ° C. for 10 minutes.
Separately from the above, the RT-PCR reaction solution with TEX10-F and TEX10-R added as a primer set for 30 minutes at 50 ° C. (reverse transcription reaction) and 15 minutes at 95 ° C. 30 seconds at 52.3 ° C. for 30 seconds at 72 ° C. for 30 seconds and 30 cycles), and further at 72 ° C. for 1 minute.
The nucleotide sequence was confirmed by the dideoxy method using BigDye (registered trademark) Terminator v3.1 Cycle Sequencing Kit (Applied biosystems) using the amplified fragment prepared by the RT-PCR method as a template.
Example 7: Construction of DNA fragment and expression vector (4)
In this example, the pGL3int1 vector prepared in Example 5 is used, and the exon known to cause alternative splicing is composed of exon 2 of the human tau gene and its upstream and downstream intron parts. A DNA fragment was constructed by a method substantially similar to the method described in Example 3 using the DNA region to be prepared.
Alternative splicing cassettes containing exon 2 of the tau gene include exon 2 (SEQ ID NO: 21) of the tau gene and its upstream intron part (SEQ ID NO: 22) and downstream intron part (SEQ ID NO: 23). , SEQ ID NO: 22, SEQ ID NO: 21, and SEQ ID NO: 23, and a DNA region composed of a sequence arranged in this order is used. The desired sequence of the tau gene (SEQ ID NOs: 21-23) was obtained from genomic DNA isolated and purified from human blood using the Wizard® Genomic DNA Purification Kit.
As an alternative splicing cassette containing exon 3 of the tau gene, exon 3 of the tau gene (SEQ ID NO: 40) and its upstream intron portion (SEQ ID NO: 41) and downstream intron portion (SEQ ID NO: 42) are used. , SEQ ID NO: 41, SEQ ID NO: 40, and SEQ ID NO: 42, a DNA region composed of a sequence arranged in this order is used. The desired sequence of the tau gene (SEQ ID NOs: 40-42) was obtained from genomic DNA isolated and purified from human blood using the Wizard® Genomic DNA Purification Kit.
Alternative splicing cassettes containing exon 10 of the tau gene include exon 10 (SEQ ID NO: 4) of the tau gene and its upstream intron part (SEQ ID NO: 5) and downstream intron part (SEQ ID NO: 6). , SEQ ID NO: 5, SEQ ID NO: 4, and SEQ ID NO: 6 are used to make use of a DNA region composed of sequences arranged in this order. The desired sequence of the tau gene (SEQ ID NOs: 4-6) was obtained from genomic DNA isolated and purified from human blood using the Wizard® Genomic DNA Purification Kit.
Either the exon 2 alternative splicing cassette, the exon 3 alternative splicing cassette or the exon 10 alternative splicing cassette of the tau gene described above is inserted into the cloning site in the intervening fragment GL3int1 inserted into the expression vector pGL3int1 vector. As a result, a pGL3int1-TE2 vector, a pGL3int1-TE3 vector, or a pGL3int1-TE10 vector was prepared. In the intervening fragment (SEQ ID NO: 28) in the DNA fragment inserted into the expression vector pGL3int1 vector, the restriction enzyme PmaCI site (CACGTG) is present at nucleotides 358 to 363, and this restriction enzyme site is cleaved with an enzyme. A blunt end is then formed. In the present invention, using this restriction enzyme site as a cloning site, an alternative splicing cassette containing any exon of the tau gene described above was inserted.
Specifically, 50 ng of expression vector pGL3int1 vector and 60 ng of any of the above-mentioned alternative splicing cassettes were each treated with PmaCI at 37 ° C. for 17 hours to prepare blunt ends. The vector cleaved by this treatment was dephosphorylated with CIAP. The samples were combined and reacted at 16 ° C. for 17 hours using a ligation kit (TaKaRa ligation kit ver2.1) to incorporate a DNA fragment in which the above-described alternative splicing cassette was inserted into the expression vector pGL3int1 vector.
Using an expression vector pGL3int1-TE2 vector, pGL3int1-TE3 vector, or pGL3int1-TE10 vector extracted from E. coli JM109 transformed with the ligation reaction solution as a template, primer sets (PCIF (SEQ ID NO: 7) and PCIR (SEQ TD No. 8)) PCR and primer PCIF (SEQ ID NO: 7) or BigDye® Terminator v3.1 Cycle Sequencing Kit (Applied biosystems) performed using PCIR (SEQ ID NO: 8) or PCIR (SEQ ID NO: 8) ) By the dideoxy method, the DNA fragment having the structure shown in the middle of FIG. -GFPint1-TE2 vector, pGL3int1-TE3 vector, or pGL3int1-TE10 vector is shown to be inserted in an expressible manner, indicating that the desired eukaryotic expression vector has been constructed. It was done.
Example 8: Alternative Splicing for Tau Gene Exon 2, Exon 3, and Exon 10
In this example, eukaryotic cells were transfected using the three expression vectors pGL3int1-TE2 vector, pGL3int1-TE3 vector, or pGL3int1-TE10 vector prepared in Example 7, and tau gene exon 2 and exon were used. The purpose of this study was to confirm whether alternative splicing actually occurs for 3 or exon 10.
In this example, COS1 cells (RIKEN) were used to transfect the pGL3int1-TE2 vector, pGL3int1-TE3 vector, or pGL3int1-TE10 vector. The COS1 cells (RIKEN) can be subcultured in DMEM medium supplemented with fetal bovine serum to a final concentration of 10%. Subcultured in this way 2 × 103Each COS1 cell was transfected with 0.8 μg of pGL3int1-TE2 vector, pGL3int1-TE3 vector, or pGL3int1-TE10 vector using a solution mixed with 1 μl of cationic lipid (Lipofectamine 2000, Invitrogen). The COS1 cells transfected with the expression vector are chemiluminescent whether or not a photoprotein (Luciferase) that can function by splicing RNA synthesized from a DNA fragment into which the target alternative splicing cassette is inserted is expressed. It confirmed based on the observation using a measuring apparatus (Ascent fluoroscan CF) (FIG. 19).
As a comparative control, either the positive control vector pGL3-control produced in Example 5, or the pGL3int1 vector that incorporates the DNA fragment GL3int1 of the present invention but does not contain an alternative splicing cassette, or the negative control pCI-neo vector Transfected COS1 cells (FIG. 19).
The detailed results of this experiment are shown in Table 1 below. As a result of this experiment, COS1 cells have slightly lower luciferase activity when transfected with the pGL3int1-TE10 vector, and when transfected with the pGL3int1-TE3 vector. It was shown to have significantly higher luciferase activity. In contrast, when COS1 cells were transfected with the pGL3int1-TE2 vector, almost no luciferase activity was shown (FIG. 19).
splicing phenomenon in which intervening fragments (corresponding to introns) are removed in COS1 cells transfected with the pGL3int1 vector;
In COS1 cells transfected with the pGL3int1-TE2 vector, splicing occurs mainly at both ends of the tau gene exon 2, so that exon 2 intervening fragments on both sides of exon 2 so as to remain between the two reporter fragments. There are many splicing phenomena that remove (equivalent to introns);
In COS1 cells transfected with the pCI-GFPint1-TE3 vector, a splicing phenomenon occurs in which intervening fragments (corresponding to introns) on both sides of exon 3 are removed so that exon 3 remains between the two reporter fragments, a splicing phenomenon has occurred in which the intervening fragment (corresponding to an intron) is removed so as not to contain exon 3 of the tau gene; and
In COS1 cells transfected with the pCI-GFPint1-TE10 vector, a splicing phenomenon occurs in which intervening fragments (corresponding to introns) on both sides of exon 10 are removed so that exon 10 remains between the two reporter fragments, splicing phenomenon in which intervening fragments (corresponding to introns) are removed so as not to include exon 10 of the tau gene;
Became clear.
Next, COS1 cells in which the expression vectors pGL3int1-TE2 vector, pGL3int1-TE3 vector, and pGL3int1-TE10 vector are expressed in the cells in this manner in the above-described culture medium at 37 ° C. under humid conditions. After culturing for a day, the cells were collected, and total RNA expressed from the cells was collected using RNeasy Mini Kit (QIAGEN). RT-PCR using OneStep RT-PCR kit (QIAGEN) was performed using the collected 50 ng of total RNA as a template. In the RT-PCR reaction solution (total volume 25 μl), PGL3-520F primer (cgtcacatct catactactc; SEQ ID NO :) that hybridizes to the sequence on the first fragment of the luciferase protein of the present invention (SEQ ID NO: 26). 43) and a PGL3-820R primer (taatcctgaa ggctcctcag; SEQ ID NO: 44) (each 10 pmol) primer set that hybridizes to the sequence on the second fragment of the luciferase protein of the present invention. This primer set generates a 339 bp PCR product when the mRNA encoding the luciferase protein of the present invention is formed in the cell (ie, when the intervening sequence is completely spliced out with the exon). When mRNAs having sequences in which exon 2, exon 3, or exon 10 of the tau gene is inserted between the first fragment and the second fragment of the luciferase protein of the present invention are generated, 426 bp and 426 bp, respectively. Alternatively, a 432 bp PCR product is generated. This RT-PCR reaction solution was subjected to PCR at 30 ° C. for 30 minutes (reverse transcription reaction) and at 95 ° C. for 15 minutes, followed by PCR (94 ° C. for 30 seconds to 59.6 ° C. for 30 seconds to 72 ° C. Min, 30 cycles), and further reacted at 72 ° C. for 5 min (FIG. 20).
Separately from the above, a primer pair that hybridizes to exon 2 of the human tau gene as a primer set (ie, TEX2-F primer (aatctcccctgcaga; SEQ ID NO: 24) and TEX2-R primer (cttccgctgtttggagtgct; SEQ ID NO: 25) ), A primer pair that hybridizes to exon 3 (ie, TEX3-F primer (atgtgacaccacccttatag; SEQ ID NO: 45) and TEX3-R primer (ctgtggtttcc tttctgga; SEQ ID NO: 46)) or exon 10 Primer pair (ie, TEX10-F primer (gtgcagataa tataataga g ct; SEQ ID NO: 19) and TEX10-R primer (actgccgcct cccggg; SEQ ID NO: 20)) were added to the RT-PCR reaction solution at 50 ° C. for 30 minutes (reverse transcription reaction), 95 PCR was continued at 15 ° C. for 15 minutes (94 ° C. for 30 seconds−52.3 ° C. for 30 seconds−72 ° C. for 30 seconds, 30 cycles), and further reacted at 72 ° C. for 1 minute (FIG. 20). ). When mRNA comprising a sequence in which exon 2 of the tau gene is inserted between the first fragment and the second fragment of the luciferase protein of the present invention is generated in the cell, the TEX2-F primer (SEQ ID NO. : 24) and a primer set of TEX2-R primer (SEQ ID NO: 25) to generate a 87 bp PCR product of exon 2 of the tau gene (FIG. 20A); the tau gene between the first fragment and the second fragment When an mRNA having a sequence in which exon 3 is inserted is generated, a primer set of a TEX3-F primer (SEQ ID NO: 45) and a TEX3-R primer (SEQ ID NO: 46) is used. The 87 bp PCR product of exon 3 (FIG. 2 0B); and when a mRNA comprising a sequence in which exon 10 of the tau gene is inserted between the first fragment and the second fragment is generated, TEX10-F primer (SEQ ID NO: 19) and TEX10 A 93 bp PCR product of exon 10 of the tau gene is generated by PCR using a primer set of -R primer (SEQ ID NO: 20) (FIG. 20C), respectively.
For a total RNA sample obtained from COS1 cells transfected with any of the pCI-neo vector, pGL3control vector, pGL3int1 vector, pGL3int1-TE2 vector, pGL3int1-TE3 vector, or pGL3int1-TE10 vector, PGL3-520F primer (SEQ ID FIG. 21 shows the result of electrophoresis performed on a sample subjected to PCR using a primer set of NO: 43) and PGL3-820R primer (SEQ ID NO: 44). In this figure, lane 1 is a pGL3int1 vector, lane 2 is a pGL3int1-TE2 vector, lane 3 is a pGL3int1-TE3 vector, lane 4 is a pGL3int1-TE10 vector, lane 5 is a pGL3control vector, and lane 6 is a pCI-neo vector, Total RNA collected from each transfected COS1 cell was used as a sample.
As a result of RT-PCR, when the pGL3int1 vector (lane 1) and the pGL3control vector (lane 5) were transfected, only a 339 bp mRNA product was obtained, whereas the pGL3int1-TE2 vector ( Lane 2) contains only 426 bp mRNA, pGL3int1-TE3 vector (lane 3) essentially only 339 bp mRNA, and pGL3int1-TE10 vector (lane 4) contains two 339 bp and 432 bp mRNAs, respectively. It was confirmed that it was produced (FIG. 21).
発現ベクター中に挿入した上述した配列構造を有するDNAフラグメントを利用して真核細胞をトランスフェクトし、DNAフラグメントを発現させることにより、細胞内で目的とするエクソンにおいて選択的スプライシングが生じるか否かを、in situでリアルタイムモニタリングすることができる。このモニタリング系は、ベクターを変更することにより、あらゆる生物について適用することができ、in vivoでの実験およびin vitroでの実験のいずれにおいても利用することができる。また、リポーター遺伝子の発現は、従来の検出方法のいずれを用いても検出することができるため、新たな装置を用意することなく、選択的スプライシングが生じるか否かを、in situでリアルタイムモニタリングすることができる。
[配列表]
Whether or not alternative splicing occurs in a target exon in a cell by transfecting a eukaryotic cell using a DNA fragment having the above-described sequence structure inserted into an expression vector and expressing the DNA fragment Can be monitored in real time in situ. This monitoring system can be applied to any organism by changing the vector, and can be used for both in vivo experiments and in vitro experiments. In addition, since reporter gene expression can be detected using any of the conventional detection methods, whether or not alternative splicing occurs in real time is monitored in situ without preparing a new device. be able to.
[Sequence Listing]
Claims (13)
前記第一のフラグメントおよび第二のフラグメントとの間に位置する介在フラグメントであって、スプライシングモチーフを有し、そしてクローニング部位を含む介在フラグメント;
前記クローニング部位に挿入された外来性の選択的スプライシングカセット;
を含む、DNAフラグメント。A first fragment and a second fragment of the coding region of the DNA encoding the reporter protein;
An intervening fragment located between the first fragment and the second fragment, having a splicing motif and comprising a cloning site;
An exogenous alternative splicing cassette inserted into the cloning site;
A DNA fragment comprising
当該トランスフェクトされた真核細胞を培養し、
細胞内において発現ベクター中に挿入されたDNAフラグメントを発現させ、
選択的スプライシングの結果リポータータンパク質をコードするDNAのコード領域の第一のフラグメントと第二のフラグメントとが直接連結することにより生成される機能的なリポータータンパク質をin situにてモニタリングすること、
を含む、真核細胞内での選択的スプライシングをin situでモニタリングする方法。A eukaryotic cell is transfected with the expression vector according to any one of claims 8 to 10,
Culturing the transfected eukaryotic cells,
Expressing a DNA fragment inserted into an expression vector in a cell;
Monitoring in situ the functional reporter protein produced by direct ligation of the first and second fragments of the coding region of the DNA encoding the reporter protein as a result of alternative splicing;
A method for monitoring in situ alternative splicing in eukaryotic cells.
いずれかの真核細胞発現ベクター;
を含む、所望の外来性エクソンの選択的スプライシングを検出するためのキット。The DNA fragment according to any one of claims 1 to 7;
Any eukaryotic expression vector;
A kit for detecting alternative splicing of a desired exogenous exon.
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