JP6856919B2 - Vector system, gene expression method, target gene knockout method, target gene knockdown method, target gene editing method, and gene expression kit - Google Patents
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Description
本発明は、ベクターシステム、遺伝子発現方法、標的遺伝子ノックアウト方法、標的遺伝子ノックダウン方法、標的遺伝子編集方法、及び遺伝子発現キットに関する。 The present invention relates to a vector system, a gene expression method, a target gene knockout method, a target gene knockdown method, a target gene editing method, and a gene expression kit.
哺乳類の脳は、複雑な組織であり、密集した神経細胞からなり、相互接続されており、高度な脳の機能を担う複雑な神経回路を形成する。神経回路の発生と機能の詳細な分子細胞学的メカニズムを理解するためには、個々の細胞の接続の影響を排除した1個の細胞の解析とこれらの細胞における分子機構の解析が不可欠である。
このように、細胞密度の高い組織で疎らに細胞内の遺伝子操作をするシステムの必要性、特に細胞密度の高い組織で疎らに細胞を標識するシステムの必要性は高く、世界中で様々な方法が開発されている。
The mammalian brain is a complex tissue consisting of dense nerve cells that are interconnected and form complex neural circuits that are responsible for advanced brain functions. In order to understand the detailed molecular cytological mechanism of neural circuit development and function, it is essential to analyze one cell excluding the influence of individual cell connections and the molecular mechanism in these cells. ..
In this way, there is a high need for a system that sparsely manipulates intracellular genes in tissues with high cell density, especially a system that sparsely labels cells in tissues with high cell density, and various methods are used all over the world. Has been developed.
係るシステムとして、MADM (mosaic analysis with double markers) システムやSLICK(Single−neuron Labeling with Inducible Cre−mediated Knockout)システムという、2つのトランスジェニック/ノックインマウスをベースとした遺伝子系が報告され、有望なツールとして注目を集めている(例えば、非特許文献1〜2参照。)。
As such a system, two transgenic / knock-in mice based on two transgenic / knock-in mice, a MADM (masic analysis with double markers) system and a SLICK (Single-neuron Labeling with Inducible Cre-mediated Knockout) system, which are two transgenic / knock-in mouse-based systems. (See, for example, Non-Patent
非特許文献1〜2に記載のMADMシステムやSLICKシステムといったマウス遺伝学のみに基づいたシステムは、マウスのブリーディングの為の多大なコスト、場所、時間を必要とするため、これらのシステムの活用が妨げられている。
Systems based only on mouse genetics, such as the MADM system and SLICK system described in
具体的には、非特許文献1に記載のMADMシステムを用いるためには、4種類のトランスジェニックマウスを準備する必要があり、所望のマウスを手に入れるまでは、大量の交配を行う必要があり、非常に手間である。
Specifically, in order to use the MADM system described in
また、非特許文献2に記載のSLICKシステムは、用いるプロモーターの性質から脳の一部でしか使うことができない。汎用性の観点から改良の余地がある。
Further, the SLICK system described in Non-Patent
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、密集した細胞群において、個々の細胞特異的な遺伝子操作を容易に行なうことができるベクターシステムの提供を課題とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a vector system capable of easily performing individual cell-specific gene manipulation in a dense cell group.
本発明者らは、テトラサイクリン制御性トランス活性化因子(tTA)非依存的なテトラサイクリン応答因子(TRE)の漏れに注目し、tTA/TREの正のフィードバックシステムと部位特異的組み換えシステムを組み合わせることにより、密集した細胞群において、個々の細胞特異的な遺伝子操作を可能とすることを見出し、本発明を完成させた。
すなわち、本発明は以下のとおりである。
We focused on the leakage of tetracycline-regulated transactivator (tTA) -independent tetracycline-responsive factor (TRE), and by combining a positive feedback system of tTA / TRE with a site-specific recombination system. The present invention has been completed by finding that individual cell-specific genetic manipulation is possible in a dense cell group.
That is, the present invention is as follows.
(1)少なくとも一種のベクターを含むベクターシステムであって、テトラサイクリン応答因子(TRE)と、前記TREの制御下にある部位特異的組み換え酵素をコードする遺伝子と、を含む第一の制御因子と、外来性発現プロモーター、前記部位特異的組み換え酵素認識配列、転写終結配列、及び前記部位特異的組み換え酵素認識配列を5’側からこの順で含むカセットと、前記カセットの下流に位置し、前記外来性発現プロモーターの制御下にある、第一の目的遺伝子及びテトラサイクリン制御性トランス活性化因子(tTA)をコードする遺伝子と、を含む第二の制御因子と、を含むことを特徴とするベクターシステム。
(2)前記第一の制御因子を含む第一のベクターと、前記第二の制御因子を含む第二のベクターと、を含む前記(1)に記載のベクターシステム。
(3)前記外来性発現プロモーターは、CAGプロモーター、CMVプロモーター、及びEF1αプロモーターからなる群から選択される少なくとも一種である前記(1)又は(2)に記載のベクターシステム。
(4)更に、前記カセットと、前記カセットの下流に位置し、前記外来性発現プロモーターの制御下にある、第二の目的遺伝子と、を含む第三の制御因子を含む前記(1)〜(3)のいずれか一つに記載のベクターシステム。
(5)前記第三の制御因子は、更に前記外来性発現プロモーターの制御下にあるtTAをコードする遺伝子を含む前記(4)に記載のベクターシステム。
(6)前記第三の制御因子を含む第三のベクターを含む前記(4)又は(5)に記載のベクターシステム。
(7)更に、前記カセットと、前記カセットの下流に位置し、前記外来性発現プロモーターの制御下にある、第三の目的遺伝子と、を含む第四の制御因子を含む前記(4)〜(6)のいずれか一つに記載のベクターシステム
(8)前記第四の制御因子を含む第四のベクターを含む前記(7)に記載のベクターシステム。
(9)前記第二の目的遺伝子は、Cas9タンパク質をコードする遺伝子であり、前記第三の制御因子は、更に、ガイドRNAを含む一種以上の遺伝子が作動可能に連結された第五の制御因子を含む前記(4)〜(8)のいずれか一つに記載のベクターシステム。
(10)前記第二の目的遺伝子は、TALEN leftであり、前記第三の目的遺伝子は、TALEN rightである前記(4)〜(8)のいずれか一つに記載のベクターシステム。
(11)前記第二の目的遺伝子は、RNAi誘導性核酸である前記(4)〜(8)のいずれか一項に記載のベクターシステム。
(12)前記ベクターは、ウイルスベクターである前記(1)〜(11)のいずれか一つに記載のベクターシステム。
(13)密集した細胞群において、個々の細胞特異的に目的遺伝子を発現させる方法であって、前記(1)〜(12)のいずれか一つに記載のベクターシステムを用いることを特徴とする遺伝子発現方法。
(14)密集した細胞群において、個々の細胞特異的に目的遺伝子を発現させる方法であって、テトラサイクリン応答因子(TRE)と、前記TREの制御下にある部位特異的組み換え酵素をコードする遺伝子と、を含む第一の制御因子を含む第一のベクターと、外来性発現プロモーター、前記部位特異的組み換え酵素認識配列、転写終結配列、及び前記部位特異的組み換え酵素認識配列を5’側からこの順で含むカセットと、前記カセットの下流に位置し、前記外来性発現プロモーターの制御下にある、第一の目的遺伝子及びテトラサイクリン制御性トランス活性化因子(tTA)をコードする遺伝子と、を含む第二の制御因子を含む第二のベクターと、を細胞に導入し、前記第一のベクターの導入量を調節することにより、第一の目的遺伝子が発現する細胞数を調節することを特徴とする遺伝子発現方法。
(15)密集した細胞群において、個々の細胞特異的に目的遺伝子を発現させる方法であって、テトラサイクリン応答因子(TRE)と、前記TREの制御下にある第一の部位特異的組み換え酵素をコードする遺伝子と、を含む第一の制御因子を含む第一のベクターと、外来性発現プロモーター、前記第一の部位特異的組み換え酵素認識配列、転写終結配列、及び前記第一の部位特異的組み換え酵素認識配列を5’側からこの順で含む第一のカセットと、前記第一のカセットの下流に位置し、前記外来性発現プロモーターの制御下にある、第一の目的遺伝子及びテトラサイクリン制御性トランス活性化因子(tTA)をコードする遺伝子と、を含む第二の制御因子を含む第二のベクターと、外来性発現プロモーター、第二の部位特異的組み換え酵素認識配列、転写終結配列、及び前記第二の部位特異的組み換え酵素認識配列を5’側からこの順で含む第二のカセットと、前記第二のカセットの下流に位置し、前記外来性発現プロモーターの制御下にある、第二の目的遺伝子と、を含む第三の制御因子を含む第三のベクターと、を第二の部位特異的組み換え酵素発現細胞に導入することを特徴とする遺伝子発現方法。
(16)密集した細胞群において、個々の細胞特異的に標的遺伝子をノックアウトする方法であって、テトラサイクリン応答因子(TRE)と、前記TREの制御下にある部位特異的組み換え酵素をコードする遺伝子と、を含む第一の制御因子を含む第一のベクターと、 外来性発現プロモーター、前記部位特異的組み換え酵素認識配列、転写終結配列、及び前記部位特異的組み換え酵素認識配列を5’側からこの順で含むカセットと、前記カセットの下流に位置し、前記外来性発現プロモーターの制御下にある、蛍光タンパク質をコードする遺伝子及びテトラサイクリン制御性トランス活性化因子(tTA)をコードする遺伝子と、を含む第二の制御因子を含む第二のベクターと、を前記部位特異的組み換え酵素認識配列、標的遺伝子、及び前記部位特異的組み換え酵素認識配列を5’側からこの順で含む染色体を有する細胞に導入することを特徴とする標的遺伝子ノックアウト方法。
(17)密集した細胞群において、個々の細胞特異的に標的遺伝子をノックダウンする方法であって、テトラサイクリン応答因子(TRE)と、前記TREの制御下にある第一の部位特異的組み換え酵素をコードする遺伝子と、を含む第一の制御因子を含む第一のベクターと、外来性発現プロモーター、前記第一の部位特異的組み換え酵素認識配列、転写終結配列、及び前記第一の部位特異的組み換え酵素認識配列を5’側からこの順で含む第一のカセットと、前記第一のカセットの下流に位置し、前記外来性発現プロモーターの制御下にある、蛍光タンパク質をコードする遺伝子及びテトラサイクリン制御性トランス活性化因子(tTA)をコードする遺伝子と、を含む第二の制御因子を含む第二のベクターと、外来性発現プロモーター、第二の部位特異的組み換え酵素認識配列、転写終結配列、及び前記第二の部位特異的組み換え酵素認識配列を5’側からこの順で含む第二のカセットと、前記第二のカセットの下流に位置し、前記外来性発現プロモーターの制御下にある、RNAi誘導性核酸と、を含む第三の制御因子を含む第三のベクターと、を第二の部位特異的組み換え酵素発現細胞に導入することを特徴とする標的遺伝子ノックダウン方法。
(18)密集した細胞群において、個々の細胞特異的に標的遺伝子を編集する方法であって、テトラサイクリン応答因子(TRE)と、前記TREの制御下にある部位特異的組み換え酵素をコードする遺伝子と、を含む第一の制御因子を含む第一のベクターと、外来性発現プロモーター、前記部位特異的組み換え酵素認識配列、転写終結配列、及び前記部位特異的組み換え酵素認識配列を5’側からこの順で含むカセットと、前記カセットの下流に位置し、前記外来性発現プロモーターの制御下にある、蛍光タンパク質をコードする遺伝子及びテトラサイクリン制御性トランス活性化因子(tTA)をコードする遺伝子と、を含む第二の制御因子を含む第二のベクターと、前記カセットと、前記カセットの下流に位置し、前記外来性発現プロモーターの制御下にある、Cas9タンパク質をコードする遺伝子と、ガイドRNAを含む一種以上の遺伝子が作動可能に連結された第五の制御因子を含む第三のベクターと、を細胞に導入することを特徴とする標的遺伝子編集方法。
(19)密集した細胞群において、個々の細胞特異的に目的遺伝子を発現させるためのキットであって、テトラサイクリン応答因子(TRE)と、前記TREの制御下にある部位特異的組み換え酵素をコードする遺伝子と、を含む第一の制御因子を含む第一のベクターと、外来性発現プロモーター、前記部位特異的組み換え酵素認識配列、転写終結配列、及び前記部位特異的組み換え酵素認識配列を5’側からこの順で含むカセットと、前記カセットの下流に位置し、前記外来性発現プロモーターの制御下にある、第一の目的遺伝子及びテトラサイクリン制御性トランス活性化因子(tTA)をコードする遺伝子と、を含む第二の制御因子を含む第二のベクターと、を含むことを特徴とする遺伝子発現キット。
(1) A vector system containing at least one vector, a first regulator containing a tetracycline response factor (TRE) and a gene encoding a site-specific recombinant enzyme under the control of the TRE. A cassette containing the exogenous expression promoter, the site-specific recombinant enzyme recognition sequence, the transcription termination sequence, and the site-specific recombinant enzyme recognition sequence in this order from the 5'side, and a cassette located downstream of the cassette, said exogenous. A vector system comprising a second regulator, including a first gene of interest and a gene encoding a tetracycline-regulated transactivator (tTA), under the control of an expression promoter.
(2) The vector system according to (1) above, which comprises a first vector containing the first regulator and a second vector containing the second regulator.
(3) The vector system according to (1) or (2) above, wherein the exogenous expression promoter is at least one selected from the group consisting of a CAG promoter, a CMV promoter, and an EF1α promoter.
(4) Further, the above (1) to (1) to include the cassette and a third regulator containing the cassette and the second target gene located downstream of the cassette and under the control of the exogenous expression promoter. The vector system according to any one of 3).
(5) The vector system according to (4) above, wherein the third regulator further comprises a gene encoding tTA under the control of the exogenous expression promoter.
(6) The vector system according to (4) or (5) above, which comprises a third vector containing the third regulator.
(7) Further, the above (4) to (4) to include the cassette and a fourth regulator containing the cassette and a third target gene located downstream of the cassette and under the control of the exogenous expression promoter. The vector system according to any one of 6) (8) The vector system according to (7) above, which comprises a fourth vector containing the fourth regulator.
(9) The second target gene is a gene encoding a Cas9 protein, and the third regulator is a fifth regulator to which one or more genes including a guide RNA are operably linked. The vector system according to any one of (4) to (8) above.
(10) The vector system according to any one of (4) to (8) above, wherein the second target gene is TALEN left, and the third target gene is TALEN right.
(11) The vector system according to any one of (4) to (8) above, wherein the second target gene is an RNAi-inducible nucleic acid.
(12) The vector system according to any one of (1) to (11) above, wherein the vector is a viral vector.
(13) A method for expressing a target gene specifically for each cell in a dense cell group, which comprises using the vector system according to any one of (1) to (12) above. Gene expression method.
(14) A method for expressing a target gene in a dense cell group in a cell-specific manner, which comprises a tetracycline response factor (TRE) and a gene encoding a site-specific recombinant enzyme under the control of the TRE. The first vector containing the first regulator, including, and the exogenous expression promoter, the site-specific recombinant enzyme recognition sequence, the transcription termination sequence, and the site-specific recombinant enzyme recognition sequence are arranged in this order from the 5'side. A second gene containing a first gene of interest and a gene encoding a tetracycline-regulated transactivator (tTA) located downstream of the cassette and under the control of the exogenous expression promoter. A gene characterized in that the number of cells in which the first target gene is expressed is regulated by introducing a second vector containing the regulatory factor of the above into cells and adjusting the amount of the first vector introduced. Expression method.
(15) A method for expressing a target gene in a dense cell group in a cell-specific manner, encoding a tetracycline response factor (TRE) and a first site-specific recombinant enzyme under the control of the TRE. A first vector containing a first regulator containing the gene, an exogenous expression promoter, the first site-specific recombinant enzyme recognition sequence, a transcription termination sequence, and the first site-specific recombinant enzyme. The first cassette containing the recognition sequence from the 5'side in this order, and the first target gene and tetracycline-regulated trans-activity located downstream of the first cassette and under the control of the exogenous expression promoter. A second vector containing a gene encoding a chemogenetic factor (tTA) and a second regulator, an exogenous expression promoter, a second site-specific recombinant enzyme recognition sequence, a transcription termination sequence, and the second A second cassette containing the site-specific recombinant enzyme recognition sequence of the above in this order from the 5'side, and a second target gene located downstream of the second cassette and under the control of the exogenous expression promoter. A method for expressing a gene, which comprises introducing a third vector containing a third regulator containing, and a second site-specific recombinant enzyme-expressing cell into a second site-specific recombinant enzyme-expressing cell.
(16) A method of knocking out a target gene in a dense cell group in a cell-specific manner, which comprises a tetracycline response factor (TRE) and a gene encoding a site-specific recombinant enzyme under the control of the TRE. The first vector containing the first regulator including, and the exogenous expression promoter, the site-specific recombinant enzyme recognition sequence, the transcription termination sequence, and the site-specific recombinant enzyme recognition sequence are arranged in this order from the 5'side. A gene containing a gene encoding a fluorescent protein and a gene encoding a tetracycline-regulated transactivator (tTA) located downstream of the cassette and under the control of the exogenous expression promoter. A second vector containing the two regulators is introduced into a cell having a chromosome containing the site-specific recombinant enzyme recognition sequence, the target gene, and the site-specific recombinant enzyme recognition sequence from the 5'side in this order. A target gene knockout method characterized by that.
(17) A method of knocking down a target gene in a dense cell group in a cell-specific manner, in which a tetracycline response factor (TRE) and a first site-specific recombinant enzyme under the control of the TRE are used. A first vector containing a gene encoding, a first regulator, an exogenous expression promoter, the first site-specific recombinant enzyme recognition sequence, a transcription termination sequence, and the first site-specific recombination. The first cassette containing the enzyme recognition sequence from the 5'side in this order, and the gene encoding the fluorescent protein and tetracycline control, which are located downstream of the first cassette and are under the control of the exogenous expression promoter. A second vector containing a gene encoding a trans-activator (tTA) and a second regulator, an exogenous expression promoter, a second site-specific recombinant enzyme recognition sequence, a transcription termination sequence, and the above. A second cassette containing the second site-specific recombinant enzyme recognition sequence in this order from the 5'side, and an RNAi-inducible RNAi-inducible located downstream of the second cassette and under the control of the exogenous expression promoter. A target gene knockdown method comprising introducing a nucleic acid and a third vector containing a third regulatory factor into a second site-specific recombinant enzyme-expressing cell.
(18) A method for editing a target gene in a dense cell group in a cell-specific manner, which comprises a tetracycline response factor (TRE) and a gene encoding a site-specific recombinant enzyme under the control of the TRE. The first vector containing the first regulator including, and the exogenous expression promoter, the site-specific recombinant enzyme recognition sequence, the transcription termination sequence, and the site-specific recombinant enzyme recognition sequence are arranged in this order from the 5'side. A gene containing a gene encoding a fluorescent protein and a gene encoding a tetracycline-regulated transactivator (tTA) located downstream of the cassette and under the control of the exogenous expression promoter. A second vector containing the two regulators, the cassette, and one or more of the genes encoding the Cas9 protein located downstream of the cassette and under the control of the exogenous expression promoter, and a guide RNA. A method for editing a target gene, which comprises introducing into a cell a third vector containing a fifth regulator to which the gene is operably linked.
(19) A kit for expressing a target gene in a dense cell group in a cell-specific manner, encoding a tetracycline response factor (TRE) and a site-specific recombinant enzyme under the control of the TRE. A first vector containing a gene and a first regulator, an exogenous expression promoter, the site-specific recombinant enzyme recognition sequence, a transcription termination sequence, and the site-specific recombinant enzyme recognition sequence from the 5'side. It contains a cassette contained in this order, and a gene encoding a first target gene and a tetracycline-regulated trans activator (tTA) located downstream of the cassette and under the control of the exogenous expression promoter. A gene expression kit comprising a second vector comprising a second regulator.
本発明によれば、密集した細胞群において、個々の細胞特異的な遺伝子操作を容易に行なうことができる。 According to the present invention, individual cell-specific genetic manipulations can be easily performed in a dense cell group.
≪ベクターシステム≫
本発明のベクターシステム(以下、Supernovaともいう。)は、少なくとも一種のベクターを含むベクターシステムであって、テトラサイクリン応答因子(TRE)と、前記TREの制御下にある部位特異的組み換え酵素をコードする遺伝子と、を含む第一の制御因子と、外来性発現プロモーター、前記部位特異的組み換え酵素認識配列、転写終結配列、及び前記部位特異的組み換え酵素認識配列を5’側からこの順で含むカセットと、前記カセットの下流に位置し、前記外来性発現プロモーターの制御下にある、第一の目的遺伝子及びテトラサイクリン制御性トランス活性化因子(tTA)をコードする遺伝子と、を含む第二の制御因子と、を含む。
≪Vector system≫
The vector system of the present invention (hereinafter, also referred to as Supernova) is a vector system containing at least one vector, and encodes a tetracycline response factor (TRE) and a site-specific recombinant enzyme under the control of the TRE. A cassette containing a gene, a first regulator containing the gene, an exogenous expression promoter, the site-specific recombinant enzyme recognition sequence, a transcription termination sequence, and the site-specific recombinant enzyme recognition sequence in this order from the 5'side. A second regulator, including a first gene of interest and a gene encoding a tetracycline-regulated trans-activator (tTA), located downstream of the cassette and under the control of the exogenous expression promoter. ,including.
本発明のベクターシステムは、第一の制御因子と第二の制御因子を含む一種のベクターを含むものでもよいが、発現効率の観点から、第一の制御因子を含む第一のベクターと、前記第二の制御因子を含む第二のベクターと、を含むものが好ましい。
ベクターとしては、特に限定されず、プラスミドベクター、ウイルスベクター等、従来公知のものを用いることができる。後述する遺伝子導入法として、好ましく挙げられるin utero electroporationは、胎仔の脳に電気パルスを与えることによって遺伝子導入する。遺伝子導入から2日ほどで強い遺伝子発現が得られるため、発達期の脳の解析に最適である。一方、遺伝子発現は長く維持されるので、成体動物の解析に用いることもできるが、遺伝子導入から解析までの時間が長くなるので実験遂行上不便である。また、in utero electroporationは、大脳皮質の上層や海馬への遺伝子導入には最適であるが、脳の部位によっては遺伝子導入ができない、あるいは困難な個所もあるという不便がある。一方、後述するAAVウイルスベクターは成体の神経細胞に直接遺伝子導入することによって、すべての脳の領域に用いることができる。一方、遺伝子導入から遺伝子発現まで1週間以上必要となるため、変化の速い発達期の解析には不適切なことが多い。
The vector system of the present invention may include a kind of vector containing a first regulator and a second regulator, but from the viewpoint of expression efficiency, the first vector containing the first regulator and the above-mentioned Those containing a second vector containing the second regulator are preferred.
The vector is not particularly limited, and conventionally known vectors such as a plasmid vector and a virus vector can be used. In utero electroporation, which is preferably mentioned as a gene transfer method described later, gene transfer is performed by applying an electric pulse to the fetal brain. Since strong gene expression can be obtained in about 2 days after gene transfer, it is ideal for analysis of the developing brain. On the other hand, since gene expression is maintained for a long time, it can be used for analysis of adult animals, but it is inconvenient to carry out experiments because the time from gene transfer to analysis is long. In utero electroporation is optimal for gene transfer into the upper layers of the cerebral cortex and the hippocampus, but there is the inconvenience that gene transfer is not possible or difficult depending on the part of the brain. On the other hand, the AAV virus vector described later can be used in all brain regions by directly introducing a gene into an adult nerve cell. On the other hand, since it takes more than one week from gene transfer to gene expression, it is often inappropriate for analysis of the rapidly changing developmental stage.
ウイルスベクターとしては、例えば、レトロウイルス(レンチウイルスを含む)ベクター、アデノウイルスベクター、アデノ随伴(AAV)ウイルスベクター、ヘルペスウイルスベクター、シンドビスウイルスベクター、等が挙げられ、毒性が少ないという観点から、アデノ随伴(AAV)ウイルスベクターが好ましい。
以下、本発明の好ましい実施形態について図を参照しながら説明する。
Examples of the viral vector include a retrovirus (including lentivirus) vector, an adenovirus vector, an adeno-associated (AAV) virus vector, a herpesvirus vector, a Sindbis virus vector, and the like, from the viewpoint of low toxicity. Adeno-associated (AAV) viral vectors are preferred.
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[第一実施形態]
本実施形態のベクターシステムは、TREと、前記TREの制御下にある部位特異的組み換え酵素をコードする遺伝子(SSR)と、を含む第一の制御因子を含む第一のベクターと、外来性発現プロモーター、前記部位特異的組み換え酵素認識配列(RT)、転写終結配列(stop)、及び前記部位特異的組み換え酵素認識配列(RT)を5’側からこの順で含むカセットと、前記カセットの下流に位置し、前記外来性発現プロモーターの制御下にある、第一の目的遺伝子及びtTAをコードする遺伝子と、を含む第二の制御因子を含む第二のベクターと、を含む。
[First Embodiment]
The vector system of the present embodiment comprises a TRE, a first vector containing a first regulator comprising a gene encoding a site-specific recombinant enzyme under the control of the TRE (SSR), and exogenous expression. A cassette containing the promoter, the site-specific recombinant enzyme recognition sequence (RT), the transcription termination sequence (stop), and the site-specific recombinant enzyme recognition sequence (RT) in this order from the 5'side, and downstream of the cassette. Includes a second vector containing a second regulator, including a first gene of interest and a gene encoding tTA, located and under the control of said exogenous expression promoter.
外来性プロモーターとしては、CAGプロモーター、CMVプロモーター、及びEF1αプロモーターからなる群から選択される少なくとも一種が好ましく、より強力に下流の遺伝子の発現を駆動する観点から、CAGプロモーターがより好ましい。このように、用いる外来性プロモーターに何らの制限がないため、本実施形態のベクターシステムは、神経細胞だけでなく、全ての細胞種に適用可能である。
また、転写終結配列としては、ポリA付加シグナル配列が挙げられる。
As the exogenous promoter, at least one selected from the group consisting of the CAG promoter, the CMV promoter, and the EF1α promoter is preferable, and the CAG promoter is more preferable from the viewpoint of more strongly driving the expression of downstream genes. As described above, since there are no restrictions on the exogenous promoter used, the vector system of the present embodiment can be applied not only to nerve cells but also to all cell types.
Moreover, as a transcription termination sequence, a poly A addition signal sequence can be mentioned.
部位特異的組み換え酵素としては、Cre、Flpe、Dre等が挙げられる。密集した細胞群において、より疎らに、個々の細胞特異的な遺伝子操作を行うという観点からは、Flpeが好ましい。部位特異的組み換え酵素としてCreに限定して用いる必要がないため、本実施形態のベクターシステムをCre発現マウスと組み合わせて用いることができる。また、本実施形態のベクターシステムCreに依存しないシステムなので、Floxマウスを使わなくても遺伝子発現制御ができる。
部位特異的組み換え酵素が認識する部位特異的酵素認識配列としては、loxP、FRT 、roxが挙げられる。
Examples of the site-specific recombinant enzyme include Cre, Flpe, Dre and the like. Flpe is preferable from the viewpoint of performing individual cell-specific genetic manipulation more sparsely in a dense cell group. Since it is not necessary to use only Cre as a site-specific recombinant enzyme, the vector system of this embodiment can be used in combination with Cre-expressing mice. Moreover, since the system does not depend on the vector system Cre of the present embodiment, gene expression can be controlled without using a Flox mouse.
Examples of the site-specific enzyme recognition sequence recognized by the site-specific recombinant enzyme include loxP, FRT, and rox.
第一の目的遺伝子は、特に限定されないが、蛍光タンパク質をコードする遺伝子を用いる場合には、密集した細胞群において、1個の細胞レベルにおいて、蛍光標識を疎らに行うことができる。これにより、細胞の形態分析等を容易かつ正確に行なえるようになる。 The first target gene is not particularly limited, but when a gene encoding a fluorescent protein is used, fluorescent labeling can be sparsely performed at the level of one cell in a dense cell group. This makes it possible to easily and accurately perform morphological analysis of cells and the like.
図1(A)は、本実施形態のベクターシステムに用いられるベクターセットの一例を示す模式図である。図1(A)に示されるように、本実施形態のベクターシステムは、一例として、TRE−SSR−WPRE−pA(TRE−SSR)とCAG−RT−stop−RT−XFP−ires−tTA−WPRE−pA (CAG−RT−stop−RT−XFP−tTA)を含む。
ここで、TREは、tetracycline response elementを示し、SSRは、site specific recombinaseを示し、WPREは、WHP post−trascriptional response elementを示し、RTは、recombination target siteを示し、XFPは、fluorescent proteinsを示し、iresは、 internal ribosome entry siteを示し、tTAは、tetracycline transactivatorを示す。
本実施形態のベクターシステムは、哺乳類の脳における疎らで明るい細胞標識と標識された細胞特異的な遺伝子操作を可能とする。
FIG. 1A is a schematic diagram showing an example of a vector set used in the vector system of the present embodiment. As shown in FIG. 1 (A), the vector system of the present embodiment is, for example, TRE-SSR-WPRE-pA (TRE-SSR) and CAG-RT-stop-RT-XFP-ires-tTA-WPRE. -PA (CAG-RT-stop-RT-XFP-tTA) is included.
Here, TRE indicates a tetracycline response element, SSR indicates a site specific recombination, WPRE indicates a WHP post-trascombination ribosome, RT indicates a recovery, and RT indicates a recompression. ires indicates an internal ribosome entry site, and tTA indicates a tetracycline transactivator.
The vector system of this embodiment enables sparse and bright cell labeling and labeled cell-specific genetic manipulation in the mammalian brain.
XFP(蛍光タンパク質)としては、TurboGFP、AcGFP、TagGFP、Azami−Green、ZsGreen、EmGFP、EGFP、GFP2、HyPer等の緑色蛍光タンパク質(Green Fluorescent Protein, GFP);EBFP等の青色蛍光タンパク質(Blue Fluorescent Proten, BFP ); ECFP、TagCFP、AmCyan、MidoriishiCyan等のシアン蛍光タンパク質(Cyan Fluorescent Protein, CFP);TurboRFP、DsRed−Express、DsRed2、TagRFP、DsRed−Monomer、AsRed2、mStrawberry等赤色蛍光タンパク質(Red Fluorescent Protein, RFP);TagYFP、EYFP、Venus、PhiYFP、PhiYFP−m、TurboYFP、ZsYellow、mBanana等の黄色蛍光タンパク質(Yellow Fluorescent Protein, YFP)、KusabiraOrange、mOrange等の橙色蛍光タンパク質、TurboFP602、mRFP1、JRed、KillerRed、mCherry、HcRed、KeimaRed mRasberry、mPlum等の赤外光の蛍光を発する蛍光タンパク質が挙げられる。 Examples of XFP (fluorescent protein) include green fluorescent proteins (Green Fluorescent Protein, GFP) such as TurboGFP, AcGFP, TagGFP, Azami-Green, ZsGreen, EmGFP, EGFP, GFP2, and HyPer; and blue fluorescent proteins (GFP) such as EBFP. , BFP); Cyan Fluorescent Protein (CFP) such as ECFP, TagCFP, AmCyan, MidoriishiCyan; TurboRFP, DsRed-Express, DsRed2, TagRFP, DsRed RFP); Yellow fluorescent protein (Yellou Fluorescent Protein, YFP) such as TagYFP, EYFP, Venus, PhiYFP, PhiYFP-m, TurboYFP, ZsYellow, mbannana, KusabiraOrange, Morrange, Orange Examples thereof include fluorescent proteins that emit infrared light such as mCherry, HcRed, KeimaRed mRasbury, and mPlum.
図1(B)は、本実施形態のベクターシステムがどのように動くかを示した模式図である。第一に、TRE−SSR及びCAG−RT−stop−RT−XFP−tTAを導入された多くの細胞のうち、ごく少数の細胞において、TREの漏れが非常に弱い部位特異的組み換え酵素(以下、SSRともいう。)の発現を駆動する。第二に、この低レベルのSSRが、数コピーのCAG−RT−stop−RT−XFP−tTAベクターにおいて、RT−stop−RTカセットを切り出し、若干ではあるが、XFP(以下、蛍光タンパク質ともいう。)とtTAの転写を開始している。第三に、TREとの結合を介して、tTAは、SSRの発現を促進する。第四に、多くのコピー数のCAG−RT−stop−RT−XFP−tTAベクターからRT−stop−RTカセットが切り出され、XFPとtTAの発現が増加する。この正のtTA/TREループの促進が、初期の閾値を超えたTREの漏れを有する少数の細胞においてのみ、SSRとXFPの非常に高レベルの発現を誘導する。 FIG. 1B is a schematic diagram showing how the vector system of the present embodiment works. First, of the many cells into which TRE-SSR and CAG-RT-stop-RT-XFP-tTA have been introduced, only a small number of cells have very weak TRE leakage site-specific recombinant enzymes (hereinafter referred to as “)”. It also drives the expression of SSR). Second, this low level SSR cuts out an RT-stop-RT cassette in several copies of the CAG-RT-stop-RT-XFP-tTA vector, to a lesser extent, XFP (also referred to as fluorescent protein). .) And tTA have started to be transferred. Third, through binding to TRE, tTA promotes SSR expression. Fourth, the RT-stop-RT cassette is excised from the CAG-RT-stop-RT-XFP-tTA vector with a large copy number, and the expression of XFP and tTA is increased. Promotion of this positive tTA / TRE loop induces very high levels of expression of SSR and XFP only in a small number of cells with TRE leaks above the initial threshold.
[第二実施形態]
本実施形態のベクターシステムは、上述した第一のベクターと、上述した第二のベクターと、外来性発現プロモーター、RT、stop、及びRTを5’側からこの順で含むカセットと、前記カセットの下流に位置し、前記外来性発現プロモーターの制御下にある第二の目的遺伝子及びtTAをコードする遺伝子と、を含む第三の制御因子を含む第三のベクターと、を含む。
[Second Embodiment]
The vector system of the present embodiment includes the above-mentioned first vector, the above-mentioned second vector, a cassette containing an exogenous expression promoter, RT, stop, and RT in this order from the 5'side, and the cassette. It contains a second vector located downstream and containing a second gene of interest and a gene encoding tTA under the control of the exogenous expression promoter, and a third vector containing a third regulator.
本実施形態において、第二のベクターと第三のベクターは、外来性発現プロモーターの制御下にある目的遺伝子が異なるのみで、他の構成は同じである。第二の目的遺伝子は、特に限定されない。第一の目的遺伝子及び第二の目的遺伝子をそれぞれ異なる蛍光タンパク質をコードする遺伝子を用いる場合には、密集した細胞群において、1個の細胞レベルにおいて、多重蛍光標識を疎らに行うことができる。
例えば、第一のベクターとして、TRE−Flpeを用い、第二のベクターとして、CAG−FRT−stop−FRT−GFP−tTAを用い、第三のベクターとして、CAG−FRT−stop−FRT−RFP−tTAを用いた場合、密集した細胞群において、1個の細胞レベルにおいて、GFPとRFPの多重標識を疎らに行うことができる。
In the present embodiment, the second vector and the third vector differ only in the target gene under the control of the exogenous expression promoter, and have the same other configurations. The second target gene is not particularly limited. When genes encoding different fluorescent proteins are used for the first target gene and the second target gene, multiple fluorescent labels can be sparsely applied at the level of one cell in a dense cell group.
For example, TRE-Flppe is used as the first vector, CAG-FRT-stop-FRT-GFP-tTA is used as the second vector, and CAG-FRT-stop-FRT-RFP- is used as the third vector. When tTA is used, GFP and RFP multiple labeling can be sparsely performed at the single cell level in a dense cell population.
[第三実施形態]
本実施形態のベクターシステムは、上述した第一のベクターと、上述した第二のベクターと、外来性発現プロモーター、RT、stop、及びRTを5’側からこの順で含むカセットと、前記カセットの下流に位置し、前記外来性発現プロモーターの制御下にある、第二Aの目的遺伝子と、を含む第三Aの制御因子を含む第三Aのベクターと、を含む。
[Third Embodiment]
The vector system of the present embodiment includes the above-mentioned first vector, the above-mentioned second vector, a cassette containing an exogenous expression promoter, RT, stop, and RT in this order from the 5'side, and the cassette. It contains a third A vector containing a third A regulator, including a second A target gene, located downstream and under the control of the exogenous expression promoter.
本実施形態において、第三Aのベクターは、tTAを有しない以外は、第二のベクターと同じである。例えば、第一のベクターとして、TRE−Creを用い、第二のベクターとして、CAG−loxP−stop−loxP−GFP−tTAを用い、第三Aのベクターとして、CAG−loxP−stop−loxP−第二Aの目的遺伝子を用いた場合、密集した細胞群において、1個の細胞レベルにおいて、GFP標識を疎らに行うことができ、GFP発現細胞内でのみ、第二Aの目的遺伝子の発現を確認することができる。 In this embodiment, the vector of the third A is the same as the second vector except that it does not have tTA. For example, TRE-Cre is used as the first vector, CAG-loxP-stop-loxP-GFP-tTA is used as the second vector, and CAG-loxP-stop-loxP-th is used as the third A vector. When the target gene of 2A is used, GFP labeling can be sparsely performed at the level of one cell in a dense cell group, and the expression of the target gene of 2A can be confirmed only in GFP-expressing cells. can do.
第二Aの目的遺伝子としては、特に限定されず、例えば、ゲノム編集に関する因子をコードする遺伝子であってもよい。係る場合、密集した細胞群において、1個の細胞レベルにおいて、蛍光標識を疎らに行うことができ、蛍光標識された細胞内でのみ、ゲノム編集されたことによる表現型の解析をすることができる。 The target gene of the second A is not particularly limited, and may be, for example, a gene encoding a factor related to genome editing. In such a case, in a dense cell group, fluorescent labeling can be performed sparsely at the level of one cell, and phenotype analysis by genome editing can be performed only in the fluorescently labeled cells. ..
ゲノム編集法としては、例えばTALENシステム、Znフィンガーヌクレアーゼシステム、CRISPR−Cas9システムが使用できる。このうちCRISPR−Cas9システムを用いるのがより好ましい。 As the genome editing method, for example, a TALEN system, a Zn finger nuclease system, and a CRISPR-Cas9 system can be used. Of these, it is more preferable to use the CRISPR-Cas9 system.
TALENシステムは、Transcription activator−like effector nuclease(TALEN)を用いるシステムであり、TALENはカスタム化されたDNA結合ドメインと非特異的なFokIヌクレアーゼドメインとを融合させたものである。DNA結合ドメインは、キサントモナスのプロテオバクテリアが分泌し、宿主植物の遺伝子転写を変えさせるタンパク質であるtranscription activator−like effectors(TALE)由来の保存されたリピートからなっている。
TALENシステムにより、遺伝子をノックインするには、ゲノム中の挿入部位に対するTALENを作製し、挿入部位周辺に相同性をもつドナーベクターを作製する。これらを共導入することにより、目的部位が切断され、それに引き続きドナーベクターを利用した相同組み換え修復により、目的外来DNAが導入される。
TALENシステムにより、遺伝子をノックアウトするには、ドナーベクターを共導入しなければよい。
The TALEN system is a system using a transcript activator-like effector nucleoase (TALEN), which is a fusion of a customized DNA binding domain and a non-specific FokI nuclease domain. The DNA-binding domain consists of conserved repeats derived from transcrition activator-like effects (TALE), a protein secreted by Xanthomonas proteobacteria that alters gene transcription in host plants.
To knock in a gene by the TALEN system, TALEN is prepared for the insertion site in the genome, and a donor vector having homology around the insertion site is prepared. By co-introducing these, the target site is cleaved, and then the target foreign DNA is introduced by homologous recombination repair using a donor vector.
To knock out a gene with the TALEN system, the donor vector need not be co-introduced.
CRISPR−Cas9システムは、細菌や古細菌が有する、外部から侵入した核酸(ウイルスDNA、ウイルスRNA、プラスミドDNA)に対する一種の獲得免疫として機能する座位を利用したシステムである。CRISPR−Cas9システムにより、遺伝子をノックインするには、ゲノム中の挿入部位を切断するためのCRISPR−Cas9ベクター作製を行う。第二Aの目的遺伝子として、Cas9タンパク質をコードする遺伝子を用いる場合、第三Aの制御因子は、目的部位にCas9を誘導するガイドRNAを含む一種以上の遺伝子が作動可能に連結された第五の制御因子が必要である。第五の制御因子は、例えば、第三Aのベクター内に、Cas9タンパク質をコードする遺伝子と共に組み込まれていてもよいし(図6(A)参照。)、別個のベクターに組み込まれていてもよい。これらベクターをドナーベクターと共導入することにより、目的部位が切断され、それに引き続きドナーベクターを利用した相同組み換え修復により、目的外来DNAが導入される。
CRISPR−Cas9システムにより、遺伝子をノックアウトするには、ドナーベクターを共導入しなければよい。
The CRISPR-Cas9 system is a system that utilizes a locus of bacteria and archaea that functions as a kind of acquired immunity against nucleic acids (viral DNA, viral RNA, plasmid DNA) that have invaded from the outside. To knock in a gene with the CRISPR-Cas9 system, a CRISPR-Cas9 vector is prepared to cleave the insertion site in the genome. When a gene encoding the Cas9 protein is used as the target gene of the second A, the regulator of the third A is a fifth gene in which one or more genes including a guide RNA that induces Cas9 at the target site are operably linked. Control factors are needed. The fifth regulator may, for example, be integrated into the vector of third A with the gene encoding the Cas9 protein (see FIG. 6 (A)) or in a separate vector. Good. By co-introducing these vectors with the donor vector, the target site is cleaved, and then the target foreign DNA is introduced by homologous recombination repair using the donor vector.
To knock out a gene with the CRISPR-Cas9 system, the donor vector need not be co-introduced.
Znフィンガーヌクレアーゼ(ZFN)システムは、ZnフィンガードメインとDNA切断ドメインからなる人工制限酵素を用いたゲノム編集である。一つのZnフィンガードメインは3塩基を認識するが、3〜5つのZnフィンガードメインを連結させることで、特定の9〜15塩基配列を認識するDNA結合タンパク質を設計できる。このDNA結合タンパク質に、FokIヌクレアーゼドメインを融合させることで、目的部位を切断する人工ヌクレアーゼZFNを設計する。
ZFNシステムにより、遺伝子をノックインするには、ゲノム中の挿入部位に対するZFNを作製し、挿入部位周辺に相同性をもつドナーベクターを作製する。これらを共導入することにより、目的部位が切断され、それに引き続きドナーベクターを利用したH相同組み換え修復により、目的外来DNAが導入される。
ZFNシステムにより、遺伝子をノックアウトするには、ドナーベクターを共導入しなければよい。
The Zn finger nuclease (ZFN) system is a genome editing using an artificial restriction enzyme consisting of a Zn finger domain and a DNA cleavage domain. One Zn finger domain recognizes 3 bases, but by linking 3 to 5 Zn finger domains, a DNA-binding protein that recognizes a specific 9 to 15 base sequence can be designed. By fusing the FokI nuclease domain with this DNA-binding protein, an artificial nuclease ZFN that cleaves the target site is designed.
To knock in a gene by the ZFN system, a ZFN is prepared for the insertion site in the genome, and a donor vector having homology around the insertion site is prepared. By co-introducing these, the target site is cleaved, and subsequently, the target foreign DNA is introduced by H homologous recombination repair using a donor vector.
Donor vectors need not be co-introduced to knock out genes by the ZFN system.
また、第二Aの目的遺伝子としては、RNAi誘導性核酸であってもよい。RNAi誘導性核酸とは、細胞内に導入されることにより、RNA干渉を誘導し得る核酸を意味する。RNA干渉とは、mRNA(又はその部分配列)に相補する塩基配列を含むRNAが、当該mRNAの発現を抑制する効果をいう。
RNAi誘導性核酸が標的とするmRNAは、コーディング領域であっても、ノンコーディング領域であってもよい。また、RNAi誘導性核酸としては、例えばsiRNAやmiRNAが挙げられる。細胞内に導入され、siRNA と同様にRNAiを引き起こすベクターとしては、shRNA(short hairpin RNA/small hairpin RNA)発現ベクターが挙げられる。
係る場合、密集した細胞群において、1個の細胞レベルにおいて、蛍光標識を疎らに行うことができ、蛍光標識された細胞内でのみ、RNA干渉を受けたことによる表現型の解析をすることができる。
Further, the target gene of the second A may be an RNAi-inducible nucleic acid. RNAi-inducible nucleic acid means a nucleic acid capable of inducing RNA interference by being introduced into a cell. RNA interference refers to the effect that RNA containing a base sequence complementary to mRNA (or a partial sequence thereof) suppresses the expression of the mRNA.
The mRNA targeted by the RNAi-inducible nucleic acid may be a coding region or a non-coding region. Examples of RNAi-inducible nucleic acids include siRNA and miRNA. An example of a vector that is introduced into a cell and causes RNAi in the same manner as siRNA is a shRNA (short hairpin RNA / small hairpin RNA) expression vector.
In such cases, fluorescent labeling can be sparsely performed at the single cell level in a dense cell population, and phenotypic analysis due to RNA interference can be performed only within fluorescently labeled cells. it can.
[第四実施形態]
本実施形態のベクターシステムは、上述した第一のベクターと、上述した第二のベクターと、上述した第三Aのベクターと、外来性発現プロモーター、RT、stop、及びRTを5’側からこの順で含むカセットと、前記カセットの下流に位置し、前記外来性発現プロモーターの制御下にある、第三の目的遺伝子と、を含む第四の制御因子を含む第四のベクターと、を含む。
[Fourth Embodiment]
The vector system of the present embodiment comprises the above-mentioned first vector, the above-mentioned second vector, the above-mentioned third A vector, and the exogenous expression promoter, RT, stop, and RT from the 5'side. It comprises a cassette containing in order, a third vector located downstream of the cassette and under the control of the exogenous expression promoter, and a fourth vector containing a fourth regulator, including a third gene of interest.
本実施形態において、第三Aのベクターと第四のベクターは、外来性発現プロモーターの制御下にある目的遺伝子が異なるのみで、他の構成は同じである。第三の目的遺伝子は、特に限定されない。第一の目的遺伝子として、蛍光タンパク質をコードする遺伝子を用い、第二Aの目的遺伝子及び第三の目的遺伝子として、それぞれ異なるタンパク質をコードする遺伝子を用いる場合には、密集した細胞群において、1個の細胞レベルにおいて、蛍光標識を疎らに行うことができ、蛍光標識された細胞内でのみ、二種類の異なる遺伝子を発現させたことによる表現型の解析をすることができる。
また、上述したTALENは、TALEN leftとTALEN rightのペアとして、標的DNAの反対鎖にそれぞれ結合する必要がある。例えば、第一のベクターとして、TRE−Flpeを用い、第二のベクターとして、CAG−FRT−stop−FRT−RFP−tTAを用い、第三Aのベクターとして、CAG−FRT−stop−FRT−TALEN leftを用い、第四のベクターとして、CAG−FRT−stop−FRT−TALENrightを用いた場合、密集した細胞群において、蛍光標識を疎らに行うことができ、蛍光標識された細胞内でのみ、ゲノム編集を受けたことによる表現型の解析をすることができる。
In the present embodiment, the vector of the third A and the vector of the fourth A differ only in the target gene under the control of the exogenous expression promoter, and have the same other configurations. The third target gene is not particularly limited. When a gene encoding a fluorescent protein is used as the first target gene and a gene encoding a different protein is used as the second A target gene and the third target gene, in a dense cell group, 1 At the individual cell level, fluorescent labeling can be performed sparsely, and phenotypic analysis can be performed by expressing two different genes only in fluorescently labeled cells.
Further, the above-mentioned TALEN needs to bind to the opposite strand of the target DNA as a pair of TALEN left and TALEN light. For example, TRE-Flpe is used as the first vector, CAG-FRT-stop-FRT-RFP-tTA is used as the second vector, and CAG-FRT-stop-FRT-TALEN is used as the third A vector. When left is used and CAG-FRT-stop-FRT-TALENlight is used as the fourth vector, fluorescent labeling can be performed sparsely in a dense cell group, and the genome can be administered only in fluorescently labeled cells. It is possible to analyze the phenotype by receiving the editing.
≪組成物又は遺伝子発現キット≫
また、本発明は、ベクターシステムの[第一実施形態]で説明した第一のベクターと第二のベクターを含む組成物又は遺伝子発現キットを提供する。
≪Composition or gene expression kit≫
The present invention also provides a composition or gene expression kit containing the first vector and the second vector described in [First Embodiment] of the vector system.
≪遺伝子発現方法≫
本発明の遺伝子発現方法は、上述したベクターシステムを用いて密集した細胞群において、個々の細胞特異的に目的遺伝子を発現させる方法である。
遺伝子導入方法としては、特に限定されず、例えば、リン酸カルシウム法、リポフェクション法、エレクトロポレーション法、マイクロインジェクション法等が挙げられる。遺伝子導入対象を培養細胞のみならず、非ヒト動物とする場合には、in vivo electroporationが好ましく、遺伝子導入対象をマウスとする場合には、in utero electroporation(以下、IUEともいう。)が好ましい。in utero electroporationは、子宮の外からDNAなどを注入し、子宮の外側を電極で挟むことで電気穿孔する方法であり、マウス胎仔の生体内電気穿孔法として一般的である。IUEをベースとした方法は、実験上の進展が早い。IUEは、多くの脳領域と全ての神経細胞に応用可能である。故に、IUEをベースとしたアプローチは、純粋なマウス遺伝学的アプローチに対して多くの利点を有している。IUEは一般的に遺伝子導入した脳領域において非常に密に標識しすぎるが、本発明の遺伝位発現方法により1個の細胞の遺伝子発現を可能とする。
≪Gene expression method≫
The gene expression method of the present invention is a method for expressing a target gene specifically for each individual cell in a dense cell group using the above-mentioned vector system.
The gene transfer method is not particularly limited, and examples thereof include a calcium phosphate method, a lipofection method, an electroporation method, and a microinjection method. In vivo electroporation is preferable when the gene transfer target is not only cultured cells but also non-human animals, and in utero electroporation (hereinafter, also referred to as IUE) is preferable when the gene transfer target is a mouse. In utero electroporation is a method of injecting DNA or the like from the outside of the uterus and sandwiching the outside of the uterus with electrodes to perform electroporation, which is generally used as an in vivo electroporation method for mouse embryos. The IUE-based method has made rapid experimental progress. IUE is applicable to many brain regions and all nerve cells. Therefore, the IUE-based approach has many advantages over the pure mouse genetic approach. Although IUEs are generally too tightly labeled in the transgenic brain region, the genetic position expression method of the present invention allows gene expression in a single cell.
遺伝子導入対象としては、培養細胞や非ヒト動物等、特に限定されない。非ヒト動物としては、ヒト以外の動物であれば特に制限されないが、哺乳類であることが好ましく、げっ歯類(Rodentia)であることがより好ましい。哺乳類に分類される動物としては、ヤギ、ブタ、イヌ、ネコ、マウス、ラット、モルモット、ハムスター、ウサギ等が挙げられる。げっ歯類に分類される動物としては、マウス、ラット、モルモット、ハムスター等が挙げられる。
本発明の遺伝子発現方法は、密集した細胞群において、個々の細胞特異的に目的遺伝子を発現させることができることから、神経細胞の形態解析に好適に用いられる。
The target for gene transfer is not particularly limited to cultured cells, non-human animals, and the like. The non-human animal is not particularly limited as long as it is a non-human animal, but is preferably a mammal, and more preferably a rodentia. Examples of animals classified as mammals include goats, pigs, dogs, cats, mice, rats, guinea pigs, hamsters, and rabbits. Examples of animals classified as rodents include mice, rats, guinea pigs, hamsters and the like.
The gene expression method of the present invention is suitably used for morphological analysis of nerve cells because the target gene can be expressed specifically for each individual cell in a dense cell group.
また、本発明の遺伝子発現方法は、密集した細胞群において、個々の細胞特異的に目的遺伝子を発現させる方法であって、テトラサイクリン応答因子(TRE)と、前記TREの制御下にある部位特異的組み換え酵素をコードする遺伝子と、を含む第一の制御因子を含む第一のベクターと、外来性発現プロモーター、前記部位特異的組み換え酵素認識配列、転写終結配列、及び前記部位特異的組み換え酵素認識配列を5’側からこの順で含むカセットと、前記カセットの下流に位置し、前記外来性発現プロモーターの制御下にある、第一の目的遺伝子及びテトラサイクリン制御性トランス活性化因子(tTA)をコードする遺伝子と、を含む第二の制御因子を含む第二のベクターと、を細胞に導入し、前記第一のベクターの導入量を調節することにより、第一の目的遺伝子が発現する細胞数を調節する方法である。 In addition, the gene expression method of the present invention is a method for expressing a target gene in an individual cell-specific manner in a dense cell group, and is specific to a tetracycline response factor (TRE) and a site-specific control of the TRE. A first vector containing a gene encoding a recombinant enzyme, a first regulator containing, an exogenous expression promoter, the site-specific recombinant enzyme recognition sequence, a transcription termination sequence, and the site-specific recombinant enzyme recognition sequence. The first gene of interest and the tetracycline-regulated trans activator (tTA), which are located downstream of the cassette and are under the control of the exogenous expression promoter, are encoded. By introducing a gene and a second vector containing a second regulator containing the gene into cells and adjusting the amount of the first vector introduced, the number of cells expressing the first target gene is regulated. How to do it.
実施例において後述するように、本発明によれば、導入するベクターの量を調節することにより、密集した細胞群において、目的遺伝子を発現する細胞の疎ら度を調節することができる。 According to the present invention, as will be described later in Examples, the degree of sparseness of cells expressing the target gene can be adjusted in a dense cell group by adjusting the amount of the vector to be introduced.
また、本発明の遺伝子発現方法は、密集した細胞群において、個々の細胞特異的に目的遺伝子を発現させる方法であって、テトラサイクリン応答因子(TRE)と、前記TREの制御下にある第一の部位特異的組み換え酵素をコードする遺伝子と、を含む第一の制御因子を含む第一のベクターと、外来性発現プロモーター、前記第一の部位特異的組み換え酵素認識配列、転写終結配列、及び前記第一の部位特異的組み換え酵素認識配列を5’側からこの順で含む第一のカセットと、前記第一のカセットの下流に位置し、前記外来性発現プロモーターの制御下にある、第一の目的遺伝子及びテトラサイクリン制御性トランス活性化因子(tTA)をコードする遺伝子と、を含む第二の制御因子を含む第二のベクターと、外来性発現プロモーター、第二の部位特異的組み換え酵素認識配列、転写終結配列、及び前記第二の部位特異的組み換え酵素認識配列を5’側からこの順で含む第二のカセットと、前記第二のカセットの下流に位置し、前記外来性発現プロモーターの制御下にある、第二の目的遺伝子と、を含む第三の制御因子を含む第三のベクターと、を第二の部位特異的組み換え酵素発現細胞に導入する方法である。 In addition, the gene expression method of the present invention is a method for expressing a target gene in a dense cell group in a cell-specific manner, and is a tetracycline response factor (TRE) and a first method under the control of the TRE. A first vector containing a gene encoding a site-specific recombinant enzyme, a first regulator containing, an exogenous expression promoter, the first site-specific recombinant enzyme recognition sequence, a transcription termination sequence, and the first. A first cassette containing a site-specific recombinant enzyme recognition sequence in this order from the 5'side, and a first objective located downstream of the first cassette and under the control of the exogenous expression promoter. A second vector containing a gene and a gene encoding a tetracycline-regulated trans-activator (tTA), and a second regulator, an exogenous expression promoter, a second site-specific recombinant enzyme recognition sequence, transcription. A second cassette containing the termination sequence and the second site-specific recombinant enzyme recognition sequence in this order from the 5'side, and located downstream of the second cassette, under the control of the exogenous expression promoter. It is a method of introducing a second target gene and a third vector containing a third regulator containing the second target gene into a second site-specific recombinant enzyme-expressing cell.
例えば、Cre発現Tgマウスに、CAG−loxP−stop−loxP−RFPベクター、TRE−Flpeベクター、及びCAG−FRT−stop−GFP−FRT−GFP−tTAを導入することにより、密集した細胞すべてにRFPを発現させる一方で、GFPを疎らに発現させることができる。 For example, by introducing the CAG-loxP-stop-loxP-RFP vector, TRE-Flpe vector, and CAG-FRT-stop-GFP-FRT-GFP-tTA into Cre-expressing Tg mice, RFP was introduced into all the dense cells. GFP can be sparsely expressed while GFP is expressed.
≪標的遺伝子ノックアウト方法≫
本発明の標的遺伝子ノックアウト方法は、密集した細胞群において、個々の細胞特異的に標的遺伝子をノックアウトする方法であって、テトラサイクリン応答因子(TRE)と、前記TREの制御下にある部位特異的組み換え酵素をコードする遺伝子と、を含む第一の制御因子を含む第一のベクターと、外来性発現プロモーター、前記部位特異的組み換え酵素認識配列、転写終結配列、及び前記部位特異的組み換え酵素認識配列を5’側からこの順で含むカセットと、前記カセットの下流に位置し、前記外来性発現プロモーターの制御下にある、蛍光タンパク質をコードする遺伝子及びテトラサイクリン制御性トランス活性化因子(tTA)をコードする遺伝子と、を含む第二の制御因子を含む第二のベクターと、を前記部位特異的組み換え酵素認識配列、標的遺伝子、及び前記部位特異的組み換え酵素認識配列を5’側からこの順で含む染色体を有する細胞に導入する方法である。
≪Target gene knockout method≫
The target gene knockout method of the present invention is a method of knocking out a target gene in a dense cell group in a cell-specific manner, and is a tetracycline response factor (TRE) and a site-specific recombination under the control of the TRE. A first vector containing a gene encoding an enzyme, a first regulator containing, an exogenous expression promoter, the site-specific recombinant enzyme recognition sequence, a transcription termination sequence, and the site-specific recombinant enzyme recognition sequence. It encodes a cassette containing in this order from the 5'side, a gene encoding a fluorescent protein and a tetracycline-regulated transactivator (tTA) located downstream of the cassette and under the control of the exogenous expression promoter. A gene containing a gene and a second vector containing a second regulator, and a chromosome containing the site-specific recombinant enzyme recognition sequence, a target gene, and the site-specific recombinant enzyme recognition sequence in this order from the 5'side. It is a method of introducing into a cell having.
例えば、loxPで挟まれた標的遺伝子を含む染色体を有するマウスに、CAG−loxP−stop−loxP−RFP−tTAベクター、及びTRE−Creベクターを導入することにより、RFPを疎らに発現させた細胞中においてのみ標的遺伝子をノックアウトすることができる。 For example, in cells in which RFP is sparsely expressed by introducing the CAG-loxP-stop-loxP-RFP-tTA vector and the TRE-Cre vector into a mouse having a chromosome containing a target gene sandwiched between loxP. The target gene can be knocked out only in.
≪標的遺伝子編集方法≫
本発明の標的遺伝子編集方法は、密集した細胞群において、個々の細胞特異的に標的遺伝子を編集する方法であって、テトラサイクリン応答因子(TRE)と、前記TREの制御下にある部位特異的組み換え酵素をコードする遺伝子と、を含む第一の制御因子を含む第一のベクターと、外来性発現プロモーター、前記部位特異的組み換え酵素認識配列、転写終結配列、及び前記部位特異的組み換え酵素認識配列を5’側からこの順で含むカセットと、前記カセットの下流に位置し、前記外来性発現プロモーターの制御下にある、蛍光タンパク質をコードする遺伝子及びテトラサイクリン制御性トランス活性化因子(tTA)をコードする遺伝子と、を含む第二の制御因子を含む第二のベクターと、前記カセットと、前記カセットの下流に位置し、前記外来性発現プロモーターの制御下にある、Cas9タンパク質をコードする遺伝子と、ガイドRNAを含む一種以上の遺伝子が作動可能に連結された第五の制御因子を含む第三のベクターと、を細胞に導入する方法である。
≪Target gene editing method≫
The target gene editing method of the present invention is a method for editing a target gene in a dense cell group in a cell-specific manner, and is a tetracycline response factor (TRE) and a site-specific recombination under the control of the TRE. A first vector containing a gene encoding an enzyme, a first regulator containing, an exogenous expression promoter, the site-specific recombinant enzyme recognition sequence, a transcription termination sequence, and the site-specific recombinant enzyme recognition sequence. It encodes a cassette containing in this order from the 5'side, a gene encoding a fluorescent protein and a tetracycline-regulated transactivator (tTA) located downstream of the cassette and under the control of the exogenous expression promoter. A guide with a second vector containing the gene and a second regulator, the cassette, and a gene encoding the Cas9 protein located downstream of the cassette and under the control of the exogenous expression promoter. A method of introducing into a cell a third vector containing a fifth regulator in which one or more genes including RNA are operably linked.
例えば、TRE−Creベクター、CAG−loxP−stop−loxP−GFP−tTAベクター、及びU6−sgRNA−CAG−loxP−stop−loxP−Cas9を細胞に導入することにより、GFPを疎らに発現させた細胞中においてのみ標的遺伝子を編集することができる。 For example, cells in which GFP was sparsely expressed by introducing TRE-Cre vector, CAG-loxP-stop-loxP-GFP-tTA vector, and U6-sgRNA-CAG-loxP-stop-loxP-Cas9 into cells. The target gene can only be edited inside.
次に実施例を示して本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。 Next, the present invention will be described in more detail with reference to Examples, but the present invention is not limited to the following Examples.
[実施例1]
Supernovaシステムの幅広い活用を可能とするために、発明者らは、体系的かつ包括的にSupernovaによる標識の性質を評価した。Supernovaによる標識の疎ら具合と明度を見積もるため、発明者らは、第2/3層(L2/3)の皮質ニューロンに、Flpe/FRTベースのSupernova GFP(Flpe−SnGFP)ベクターセット(TRE−FlpeとCAG−FRT−stop−FRT−GFP−tTA)を胎生期15.5(E15.5)に、in utero electroporation(以下、IUEともいう。)により導入した(図1(A)参照。)。出生後日数22(P22)のマウスの脳から冠状切片を作製し、蛍光観察を行った。図2(A)上段は、低倍率の蛍光画像を示す。遺伝子導入した神経細胞のうち、疎らな小集団がGFP陽性であった(1.2%±0.2%、n=5マウスを用いた。)。図2(B)上段は、図2(A)上段における四角dの高拡大の蛍光画像を示す。図2(A)下段のScale barは、50μmを示す。図2(B)下段のScale barは、100μmを示す。図2(C)及び図2(D)は、図2(B)上段における長方形e、fの高拡大の蛍光画像を示す。図2(C)のScale barは、10μmを示す。図2(D)上段のScale barは、50μmを示す。図2(D)下段のScale barは、10μmを示す。
図2(B)に示される標識されたL2/3錐体神経細胞(樹状突起棘(図2(C)参照。)、軸索枝(図2(D)上段参照。)、軸索ボタン(図2(D)下段参照。)を含む。)の形態を十分視覚化できるほど、Supernovaによる標識は、明るいことが確認された。
また、Flpe−SnGFPとともに導入されたCAG−RFPは、密集した多くの細胞内で発現が確認される一方、Flpe−SnGFPは、1個の細胞レベルで疎らな発現が確認された。
[Example 1]
To enable widespread use of the Supernova system, the inventors systematically and comprehensively evaluated the properties of Supernova labeling. To estimate the sparseness and lightness of Supernova labeling, we found Flpe / FRT-based Supernova GFP (Flpe-SnGFP) vector sets (TRE-Flpe) in cortical neurons of
Labeled L2 / 3 pyramidal neurons shown in FIG. 2 (B) (dendritic spines (see FIG. 2 (C)), axon branches (see upper row of FIG. 2 (D)), axon buttons. It was confirmed that the label by Supernova was bright enough to sufficiently visualize the morphology (including (see the lower part of FIG. 2D)).
In addition, CAG-RFP introduced together with Flpe-SnGFP was confirmed to be expressed in many dense cells, while Flpe-SnGFP was confirmed to be sparsely expressed at the single cell level.
[実施例2]
発明者らは異なる発生段階及び成体期において、Flpe−SnGFPとCAG−RFPを共に遺伝子導入することにより、Supernovaによる標識の疎らさを定量的に評価した。全ての遺伝子導入細胞を標識するため、CAG−RFPを、TRE−Flpeベクターと共に導入した。P8、P22、2か月齢(2M)、4Mのマウスの脳から冠状切片を作製し、蛍光観察を行い、Flpe−SnGFP陽性神経細胞とRFP陽性神経細胞との比率を評価した。図3(A)は、Flpe−SnGFPで標識された、L2/3の皮質ニューロンの蛍光画像を示す。導入に用いたTRE−Flpeベクターの終濃度は、5ng/μLだった。蛍光画像の下の数字は、各月齢でのFlpe−SnGFPラべリングの疎ら度を示す(P8、P22、2Mのマウスにおいては、n=5で算出した。4Mのマウスにおいては、n=3で算出した。)。疎ら度は、Flpe−SnGFP陽性細胞数の遺伝子導入細胞であるRFP陽性細胞数に対する比として算出された。図3(B)は、各月齢のマウスにおける疎ら度を示したグラフである。各菱形は、一個体を示す。バーは、平均値を示す。Supernovaラべリングの疎らさと明るさは、初期の出生後段階から成人期にかけて一定であることが確認された。図3のScale barは、100μmを示す。
[Example 2]
The inventors quantitatively evaluated the sparseness of labeling by Supernova by transfecting both Flpe-SnGFP and CAG-RFP at different developmental and adult stages. CAG-RFP was introduced with the TRE-Flpe vector to label all transgenic cells. Coronal sections were prepared from the brains of P8, P22, 2-month-old (2M), and 4M mice, and fluorescence observation was performed to evaluate the ratio of Flpe-SnGFP-positive neurons to RFP-positive neurons. FIG. 3 (A) shows a fluorescence image of L2 / 3 cortical neurons labeled with Flpe-SnGFP. The final concentration of the TRE-Flpe vector used for the introduction was 5 ng / μL. The number below the fluorescence image indicates the sparseness of Flpe-SnGFP labeling at each age (calculated at n = 5 in P8, P22, 2M mice, n = 3 in 4M mice). Calculated in.). The degree of sparseness was calculated as the ratio of the number of Flpe-SnGFP positive cells to the number of RFP positive cells which are transgenic cells. FIG. 3B is a graph showing the degree of sparseness in mice of each age. Each rhombus represents an individual. The bar shows the average value. It was confirmed that the sparseness and brightness of Supernova labeling were constant from the early postnatal stage to adulthood. The Scale bar in FIG. 3 indicates 100 μm.
Supernovaベクター組成物におけるTRE−SSRベクターの濃度を変えることにより、標識の疎らさを調節できる可能性がある。この可能性を確かめるため、異なる濃度のTRE−Flpeベクター(5、50、500ng/μL)を含むFlpe−SnGFPベクター組成物を用意し、各組成物をE15.5にIUEを用いて、L2/3の皮質ニューロンに導入した。CAG−RFPは、遺伝子導入した神経細胞を標識するために、共導入した。図4(A)は、Flpe−SnGFPで標識された、L2/3の皮質ニューロンの蛍光画像を示す。導入したTRE−Flpeベクターの終濃度は、それぞれ5ng/μL(図4(A)左)、50ng/μL(図4(A)中央)、500ng/μL(図4(A)右)であった。P8のマウスの脳から冠状切片を作製した。図4(B)は、導入したTRE−Flpeベクターの終濃度における疎ら度を示したグラフである(各グループのマウスにおいて、n=5で算出した。)。各菱形は、一個体を示す。バーは、平均値を示す。5ng/μLのTRE−Flpeベクターを用いたとき、非常に少ないRFP陽性神経細胞がSnGFPで標識された(1.4±0.1%、n=5のマウスを用いた。)。50ng/μLのTRE−Flpeベクターを用いたとき、およそ半分のRFP陽性神経細胞がSnGFPで標識された(48.0±5.4%、n=5のマウスを用いた。)。500ng/μLのTRE−Flpeベクターを用いたとき、ほぼ全てのRFP陽性神経細胞がSnGFPで標識された(98.7±2.5%、n=5のマウスを用いた。)。
これらのデータから、TRE−SSRベクターの濃度を変えることにより、Supernovaにより標識された神経細胞の疎らさを調節可能であることが確認された。図4のScale barは、100μmを示す。
By varying the concentration of the TRE-SSR vector in the Supernova vector composition, it may be possible to control the sparseness of the label. To confirm this possibility, Flpe-SnGFP vector compositions containing different concentrations of TRE-Flpe vectors (5, 50, 500 ng / μL) were prepared and each composition was L2 / using IUE at E15.5. It was introduced into 3 cortical neurons. CAG-RFP was co-introduced to label the transgenic neurons. FIG. 4 (A) shows a fluorescence image of L2 / 3 cortical neurons labeled with Flpe-SnGFP. The final concentrations of the introduced TRE-Flpe vector were 5 ng / μL (left in FIG. 4 (A)), 50 ng / μL (center in FIG. 4 (A)), and 500 ng / μL (right in FIG. 4 (A)), respectively. .. Coronary sections were prepared from the brains of P8 mice. FIG. 4B is a graph showing the degree of sparseness at the final concentration of the introduced TRE-Flpe vector (calculated at n = 5 in each group of mice). Each rhombus represents an individual. The bar shows the average value. Very few RFP-positive neurons were labeled with SnGFP when a 5 ng / μL TRE-Flpe vector was used (1.4 ± 0.1%, n = 5 mice were used). When a 50 ng / μL TRE-Flpe vector was used, approximately half of the RFP-positive neurons were labeled with SnGFP (48.0 ± 5.4%, n = 5 mice were used). When a 500 ng / μL TRE-Flpe vector was used, almost all RFP-positive neurons were labeled with SnGFP (98.7 ± 2.5%, n = 5 mice were used).
From these data, it was confirmed that the sparseness of nerve cells labeled by Supernova can be adjusted by changing the concentration of the TRE-SSR vector. The Scale bar in FIG. 4 indicates 100 μm.
[実施例3]
今日、多くのCre発現マウス系統が報告され、領域特異的又は細胞種特異的なノックアウトマウスを作製することにより、脳の理解に貢献している。Supernovaが、Cre発現脳領域に適用可能かどうかを調べるため、Flpe−SnGFPベクターをEmx1Cre knock−in(KI)マウスの皮質に導入した。組み換えを示すものとして、CAG−loxP−stop−loxP−RFP−pA(CAG−LSL−RFP)ベクターを、Emx1Cre knock−in(KI)マウスの皮質に共導入したところ、神経細胞は、密に標識されることが確認された。一方、Flpe−SnGFPベクターをCAG−LSL−RFPと共に導入したところ、少数の皮質ニューロンのみがGFPで標識され、SnGFP標識神経細胞の樹状突起の形態が鮮明に可視化されたことが確認された(図5(A)参照。)。DreをベースとしたSupernova GFP(Dre−SnGFP)ベクターセット(TRE−Dre及びCAG−rox−stop−rox−tTA)においても同様の結果を示した。IUEは、E14.5で行われ、P8で脳を解体し、冠状切片を作製した。図5(B)は、Flpe−SnGFPベクター及びCAG−LSL−RFPで標識した神経細胞における標識メカニズムを示した図である。Flpe/FTR及びDre/RoxをベースとしたSupernovaシステムにおいては、Cre発現マウスにおける神経細胞の疎らな標識が可能であることが確認された。図5のScale barは、100μmを示す。
[Example 3]
Many Cre-expressing mouse strains have been reported today and contribute to brain comprehension by producing region-specific or cell-type-specific knockout mice. To investigate whether Supernova is applicable to Cre-expressing brain regions, the Flpe-SnGFP vector was introduced into the cortex of Emx1 Cre knock-in (KI) mice. When the CAG-loxP-stop-loxP-RFP-pA (CAG-LSL-RFP) vector was co-introduced into the cortex of Emx1 Cre knock-in (KI) mice as an indicator of recombination, the neurons were densely labeled. It was confirmed that it would be done. On the other hand, when the Flpe-SnGFP vector was introduced together with CAG-LSL-RFP, it was confirmed that only a small number of cortical neurons were labeled with GFP and the morphology of the dendrites of SnGFP-labeled neurons was clearly visualized ( See FIG. 5 (A).). Similar results were shown with the Dre-based Supernova GFP (Dre-SnGFP) vector set (TRE-Dre and CAG-rox-stop-rox-tTA). IUE was performed at E14.5 and the brain was disassembled at P8 to produce coronary sections. FIG. 5B is a diagram showing a labeling mechanism in neurons labeled with Flpe-SnGFP vector and CAG-LSL-RFP. It was confirmed that the Supernova system based on Flpe / FTR and Dre / Rox is capable of sparse labeling of nerve cells in Cre-expressing mice. The Scale bar in FIG. 5 indicates 100 μm.
[実施例4]
疎らな細胞集団における遺伝子の同時多重発現が可能かどうかを確かめるため、FlpeをベースとしたSupernovaを用いて、RFP及びGFPを高い共発現効率で発現させることにより、神経細胞を疎らに標識した。具体的には、SnGFP及びSnRFPを、E15.5に、IUEを用いて皮質ニューロンに共に導入した(TRE−Flpe、CAG−FSF−GFP−tTA、及びCAG−FSF−RFP−tTA)。P8で脳を解体し、冠状切片を作製し、蛍光観察を行った(図6(A)参照)。P8で、ほとんどの標識された神経細胞はGFP及びRFPの両方を発現することが確認された(RFP/GFP=51/53細胞、GFP/RFP=51/51細胞。n=5のマウスを用いた。)。
CreをベースとしたSupernovaシステムを用いて、核移行シグナルを融合させたRFP(SnnlsRFP)、及びGFP(SnGFP)を、皮質ニューロンに、疎らに共発現させた。P4で脳を解体し、冠状切片を作製し、蛍光観察を行った(図6(B)参照。)。
また、CreをベースとしたSupernovaシステムを用いて、E14.5にSnRFP及びSupernova PSD(シナプス後肥厚部タンパク質)95−GFP(SnPSD95−GFP)をIUEによりP16体性感覚皮質に遺伝子挿入し、接線方向の切片を作製し、蛍光観察を行った。図6(C)上は、低倍率の蛍光像を示し、図6(C)下は、図6(C)上の四角形の高倍率拡大像を示す。樹状突起棘は、RFP及びPSD95−GFPで共標識された。図6(A)及び(B)のScale barは、100μmを示し、図6(C)のScale barは、25μmを示す。
実施例4によれば、Supernovaを用いることにより、複数の蛍光タンパク質による1個の細胞の多重染色が可能であることが確認された。
[Example 4]
To see if co-multiple expression of genes is possible in a sparse cell population, neurons were sparsely labeled by expressing RFP and GFP with high co-expression efficiency using Flpe-based Supernova. Specifically, SnGFP and SnRFP were both introduced into cortical neurons at E15.5 using IUE (TRE-Flpe, CAG-FSF-GFP-tTA, and CAG-FSF-RFP-tTA). The brain was disassembled at P8, coronal sections were prepared, and fluorescence observation was performed (see FIG. 6 (A)). At P8, most labeled neurons were found to express both GFP and RFP (RFP / GFP = 51/53 cells, GFP / RFP = 51/51 cells, n = 5 mice). There was.).
Using the Cre-based Supernova system, RFPs (SnnlsRFPs) and GFPs (SnGFPs) fused with nuclear localization signals were sparsely co-expressed in cortical neurons. The brain was disassembled at P4, coronal sections were prepared, and fluorescence observation was performed (see FIG. 6 (B)).
In addition, using the Cre-based Supernova system, SnRFP and Supernova PSD (postsynaptic thickening protein) 95-GFP (SnPSD95-GFP) were gene-inserted into the P16 somatosensory cortex by IUE and tangent to E14.5. Sections in the direction were prepared and fluorescence observation was performed. The upper part of FIG. 6C shows a low-magnification fluorescence image, and the lower part of FIG. 6C shows a high-magnification magnified image of a quadrangle on FIG. 6C. Dendritic spines were co-labeled with RFP and PSD95-GFP. The Scale bar of FIGS. 6A and 6B shows 100 μm, and the Scale bar of FIG. 6C shows 25 μm.
According to Example 4, it was confirmed that the use of Supernova enables multiple staining of one cell with a plurality of fluorescent proteins.
[実施例5]
発明者らは、系統的かつ定量的に、マウスにおけるloxPが導入された内在性遺伝子のノックアウトにおける、CreをベースとしたSupernovaの効率及び特異性を分析した。loxPが導入されたマウスを用いて、CreをベースとしたSupernovaを介して、標識した細胞特異的に遺伝子をノックアウトした。図7(A)は、Supernovaを介した遺伝子ノックアウトの模式図を示す。
SnRFPで標識した海馬CA1神経細胞における1個の細胞において、loxPに挟まれたα2−Chimaerin(以下、α2−Chnともいう。)のノックアウトを行った(図7(B)参照。)。E14.5にCre−SnRFPベクターセットを、IUEによりα2−Chnflox/floxマウスの海馬CA1領域に導入した。P14で脳を解体し、冠状切片を作製し、α2−Chnの免疫組織学的解析とDAPI染色を行い、蛍光観察を行った。図7(B)上段は、α2−Chnflox/floxマウスの海馬を示す。拡大した蛍光像を図7(B)中段に示す。矢印は、Cre−SnRFP標識CA1神経細胞を示す。図7(B)上段のScale barは、500μmを示し、下段のScale barは、100μmを示す。
次いで、Supernova依存的α2−Chnノックアウト効率を定量化した。図8(A)は、α2−Chnを発現する細胞のDAPI染色細胞の対する割合を示す。α2−Chnの発現は、ほぼ全てのSnRFP陰性CA1海馬細胞において検出された(97.7%±0.1%、n=3マウス)。一方、SnRFP陽性CA1海馬細胞における割合は、5.9%±3.0%(n=3マウス)であった。全ての値を、平均±標準誤差で示した。(**)は、ウエルチのt検定により0.001<P<0.01を示す。
次いで、RFP陽性細胞におけるα2−Chnのシグナル強度、及びRFP陰性細胞におけるα2−Chnのシグナル強度を測定した(図8(B)参照。)(n=14細胞。各群において3マウスを用いた。)。バーは平均値を示す。(***)は、ウエルチのt検定によりP<0.001を示す。SnRFPで標識したα2−Chn陽性神経細胞においても、α2−Chnの発現量は、RFP陰性細胞と比較して非常に低かった。
これらのことから、Supernovaによって誘導される遺伝子ノックアウトの特異性及び効率は極めて高く、Supernovaは、loxPが導入されたマウスを用いたコンディショナルな遺伝子ノックアウトに最適であることが確認された。
[Example 5]
The inventors systematically and quantitatively analyzed the efficiency and specificity of Cre-based Supernova in knockout of loxP-introduced endogenous genes in mice. In mice into which loxP was introduced, genes were knocked out in a labeled cell-specific manner via Cre-based Supernova. FIG. 7 (A) shows a schematic diagram of gene knockout via Supernova.
In one of the SnRFP-labeled hippocampal CA1 neurons, α2-Chimaerin (hereinafter, also referred to as α2-Chn) sandwiched between loxP was knocked out (see FIG. 7 (B)). The Cre-SnRFP vector set was introduced into the hippocampal CA1 region of α2-Chnflox / flox mice by IUE at E14.5. The brain was disassembled at P14, coronal sections were prepared, immunohistological analysis of α2-Chn and DAPI staining were performed, and fluorescence observation was performed. The upper part of FIG. 7B shows the hippocampus of α2-Chnflox / flox mice. The enlarged fluorescence image is shown in the middle of FIG. 7 (B). Arrows indicate Cre-SnRFP labeled CA1 neurons. FIG. 7B, the upper Scale bar indicates 500 μm, and the lower Scale bar indicates 100 μm.
The Supernova-dependent α2-Chn knockout efficiency was then quantified. FIG. 8 (A) shows the ratio of cells expressing α2-Chn to DAPI-stained cells. Expression of α2-Chn was detected in almost all SnRFP-negative CA1 hippocampal cells (97.7% ± 0.1%, n = 3 mice). On the other hand, the proportion in SnRFP-positive CA1 hippocampal cells was 5.9% ± 3.0% (n = 3 mice). All values are shown as mean ± standard error. ( ** ) indicates 0.001 <P <0.01 by Welch's t-test.
Next, the signal intensity of α2-Chn in RFP-positive cells and the signal intensity of α2-Chn in RFP-negative cells were measured (see FIG. 8 (B)) (n = 14 cells. 3 mice were used in each group. .). The bar shows the average value. ( *** ) indicates P <0.001 by Welch's t-test. The expression level of α2-Chn was also very low in the α2-Chn-positive neurons labeled with SnRFP as compared with the RFP-negative cells.
From these facts, it was confirmed that the specificity and efficiency of gene knockout induced by Supernova is extremely high, and that Supernova is optimal for conditional gene knockout using mice into which loxP has been introduced.
[実施例6]
効率よく遺伝子の発現抑制を行うため、Supernovaを介したTALENによる野生型マウスにおける標識した細胞特異的な遺伝子編集を行った。図9(A)は、1個の細胞レベルでのα2−Chnの遺伝子編集のためにデザインしたSupernovaベクターセットの模式図を示す。図9(B)は、Supernova α2−Chn TALENベクターセットを用いて遺伝子導入した野生型マウスの海馬の蛍光画像を示す。更にその拡大画像を図10に示す。図9(B)のScale barは、250μmを示す。
P14の海馬のCA1において、ほとんどのRFP陰性神経細胞は、高レベルのα2−Chnを発現している(図10(A)、Example image set1中、Cell3参照。)。一方、ほとんどのRFP陽性神経細胞(Supernova α2−Chn TALEN発現細胞)において、α2−Chnタンパク質の発現は検出されなかった(図10(A)、Example image set1中、Cell1参照。)。しかしながら、極わずかのRFP陽性神経細胞は、非常に低レベルながらもα2−Chnタンパク質の発現を示した(図10(B)、Example image set2中、Cell2参照。)。図10(A)及び(B)のScale barは、20μmを示す。
発明者らは、海馬CA1領域におけるDAPI染色細胞を抗α2−Chn抗体による染色シグナルの強度に応じて、α2−Chnhigh、α2−Chnlow、及びα2−Chnnegativeの3グループに分類した。図11(A)は、RFP陰性細胞及びRFP陽性細胞(Supernova α2−Chn TALEN発現細胞)における、α2−Chnhigh、α2−Chnlow、及びα2−Chnnegativeの割合を示す。SnRFP標識細胞の76.0%±6.0%(n=3マウス。)が、2−Chnnegative細胞であった。α2−Chnhigh細胞は存在せず、残りは、α2−Chnlow細胞であった。一方、RFP陽性細胞において、α2−Chnhigh細胞及びα2−Chnlow細胞は、それぞれ95.1%±0.5%、3.2%±0.1%(n=3マウス。)であった。α2−Chnを標的とするTALEN発現細胞において、α2−Chnタンパク質レベルは、劇的に減少していた。このことから、Supernovaを介したTALENは、野生型マウスのCA1錐体神経細胞において、α2−Chnの発現を首尾よく阻害できることが確認された。
α2−Chnを標的とするTALENを介したゲノム編集を確かめるため、発明者らは、Supernovaを介したα2−ChnTALENベクターを、E14.5にIUEにより導入したP1脳からfluorescence−activated cell sorting(FACS)により蛍光標識した細胞を集めた。次いで、FACSでソーティングした200細胞のプールから標的遺伝子座をPCRにより増幅し、プラスミドに導入しクローニングを行った。13のクローン中、12クローンが変異(3パターン)を有しており、1クローンは野生型の配列であった。実験を繰り返すことにより、合計9個の変異パターンが同定された(図11(B)参照。)。
図11(B)は、マウスα2−Chn遺伝子におけるleft TALEN及びright TALENが標的とする位置を示した模式図である。図11(B)中、破線はスペーサー領域を示す(17bp)。α2−Chn遺伝子座における変異パターンを下部に示す。
これらのデータから、Supernovaを介したTALENによって誘導される、内在性遺伝子のゲノム編集は、非常に効率が良いことが確認された。
[Example 6]
In order to efficiently suppress gene expression, labeled cell-specific gene editing was performed in wild-type mice by TALEN via Supernova. FIG. 9A shows a schematic representation of a Supernova vector set designed for α2-Chn gene editing at the single cell level. FIG. 9B shows a fluorescence image of the hippocampus of a wild-type mouse gene-introduced using the Supernova α2-Chn TALEN vector set. Further, the enlarged image is shown in FIG. The Scale bar in FIG. 9B shows 250 μm.
In hippocampal CA1 on P14, most RFP-negative neurons express high levels of α2-Chn (see
The inventors classified DAPI-stained cells in the hippocampal CA1 region into three groups , α2-Chn high , α2-Chn low , and α2-Chn negative , according to the intensity of the staining signal by the anti-α2-Chn antibody. FIG. 11 (A) shows the proportions of α2-Chn high , α2-Chn low , and α2-Chn negative in RFP-negative cells and RFP-positive cells (Supernova α2-Chn TALEN-expressing cells). 76.0% ± 6.0% (n = 3 mice) of SnRFP-labeled cells were 2-Chn negative cells. There were no α2-Chn high cells, and the rest were α2-Chn low cells. On the other hand, among RFP-positive cells, α2-Chn high cells and α2-Chn low cells were 95.1% ± 0.5% and 3.2% ± 0.1% (n = 3 mice), respectively. .. In TALEN-expressing cells targeting α2-Chn, α2-Chn protein levels were dramatically reduced. From this, it was confirmed that Supernova-mediated TALEN can successfully inhibit the expression of α2-Chn in CA1 pyramidal neurons of wild-type mice.
To confirm TALEN-mediated genome editing targeting α2-Chn, the inventors introduced a Supernova-mediated α2-ChnTALEN vector into E14.5 from a P1 brain introduced by IUE into a fluorosensitive-active cell sorting (FACS). ) Fluorescently labeled cells were collected. Then, the target locus was amplified by PCR from a pool of 200 cells sorted by FACS, introduced into a plasmid, and cloned. Of the 13 clones, 12 had mutations (3 patterns) and 1 clone was a wild-type sequence. By repeating the experiment, a total of 9 mutation patterns were identified (see FIG. 11 (B)).
FIG. 11B is a schematic diagram showing the target positions of left TALEN and light TALEN in the mouse α2-Chn gene. In FIG. 11B, the broken line indicates the spacer region (17bp). The mutation pattern at the α2-Chn locus is shown at the bottom.
From these data, it was confirmed that genome editing of endogenous genes induced by TALEN via Supernova is very efficient.
[実施例7]
次いで、発明者らは、他のゲノム編集技術として、Supernovaを介したCRISPR/Cas9による野生型マウスにおける標識した細胞特異的な遺伝子編集を行った。図12(A)は、1個の細胞レベルでのCreb1の遺伝子操作のためにデザインしたSupernovaベクターセットの模式図を示す。IUEで用いられるベクターの数を減らすため、発明者らは、1個のベクターから、hSpCas9及びsgRNAを発現するpX330ベクターを用いた。Cre依存性を持たせるため、このベクターにLSLカセットを挿入した(図12(A)参照。U6−SgRNA−CAG−LSL−Cas9)。このベクターをTRE−CreとCAG−LSL−GFP−tTAベクターと共に、E14.5にIUEを用いて、海馬CA1錐体神経細胞に導入した。そして、免疫組織学的解析により、P8のマウスの海馬におけるCREBタンパク質の発現を調べた。P8で脳を解体し、冠状切片を作製し、CREBの免疫組織学的解析とDAPI染色を行い、蛍光観察を行った。図13(A)は、GFP標識神経細胞におけるCREB陽性神経細胞とCREB陰性神経細胞の細胞数の割合を示す。
図12(B)は、Supernova−CRISPR/Cas9コントロール(singleguide RNA(sgRNA)を含まない。)を用いて遺伝子導入した野生型マウスの海馬CA1領域を示す。図12(C)は、Supernova−マウスCreb1を標的とするCRISPR/Cas9(SnCRISPR/Cas9−Creb1)を用いて遺伝子導入した野生型マウスの海馬CA1領域を示す。図中、CREBは、Creb1の遺伝子産物を示し、野生型マウスの脳の海馬CA1領域において広範囲に強く発現している。図12(B)に示されるように、CREBの発現は、Supernova−CRISPR/Cas9コントロールを発現する全てのGFP陽性細胞において確認された(111細胞中、111細胞。3マウス使用。図12(B)の矢印参照。)。
一方、図12(C)上段に示されるように、CREBの発現は、SnCRISPR/Cas9−Creb1を発現するほとんどのGFP陽性細胞において特異的に欠損していることが確認された。(85細胞中、83細胞。3マウス使用。図12(C)上段の矢印参照。)。
また、図12(C)下段に示されるように、極わずかな例外も確認された(85細胞中、2細胞。図12(C)下段の矢印参照。)。図12(B)及び(C)のScale barは、50μmを示す。
最後に発明者らは、FACSによりソーティングしたGFP陽性細胞におけるCreb1の編集を、300細胞のプールから標的遺伝子座をPCRにより増幅し、プラスミドに導入しクローニングを行った。シーケンス解析により、12のクローン中、7個の変異パターンが同定された(図13(B)参照。)。野生型のクローンは同定されなかった。
図13(B)は、Creb1遺伝子座において見つけられた代表的な変異を示す。sgRNAの標的位置を太線で示した。PAM配列を陰影で示す。対応する変異パターンを示すクローンの数を右に示す。
これらのデータから、Supernovaを介したCRISPR/Cas9は、in vivoでの1個の細胞特異的な遺伝子のノックアウトを非常に効率よく行えることが確認された。
[Example 7]
The inventors then performed Supernova-mediated labeled cell-specific gene editing in wild-type mice with CRISPR / Cas9 as another genome editing technique. FIG. 12 (A) shows a schematic representation of a Supernova vector set designed for genetic engineering of Creb1 at the single cell level. To reduce the number of vectors used in IUE, the inventors used a pX330 vector expressing hSpCas9 and sgRNA from a single vector. An LSL cassette was inserted into this vector to allow Cre dependence (see FIG. 12 (A); U6-SgRNA-CAG-LSL-Cas9). This vector was introduced into hippocampal CA1 pyramidal neurons using IUE at E14.5 with the TRE-Cre and CAG-LSL-GFP-tTA vectors. Then, the expression of CREB protein in the hippocampus of P8 mice was examined by immunohistological analysis. The brain was disassembled at P8, coronal sections were prepared, CREB immunohistological analysis and DAPI staining were performed, and fluorescence observation was performed. FIG. 13 (A) shows the ratio of the number of CREB-positive neurons to CREB-negative neurons in GFP-labeled neurons.
FIG. 12B shows the hippocampal CA1 region of a wild-type mouse gene-introduced using the Supernova-CRISPR / Cas9 control (not containing singleguide RNA (sgRNA)). FIG. 12C shows the hippocampal CA1 region of wild-type mice gene-transfected with CRISPR / Cas9 (SnCRISPR / Cas9-Creb1) targeting Supernova-mouse Creb1. In the figure, CREB shows the gene product of Creb1 and is widely and strongly expressed in the hippocampal CA1 region of the brain of wild-type mice. As shown in FIG. 12 (B), expression of CREB was confirmed in all GFP-positive cells expressing the Supernova-CRISPR / Cas9 control (111 of 111 cells, 3 mice used. 3 mice used. FIG. 12 (B). ) See the arrow.).
On the other hand, as shown in the upper part of FIG. 12C, it was confirmed that the expression of CREB was specifically deficient in most GFP-positive cells expressing SnCRISPR / Cas9-Cleb1. (83 cells out of 85 cells. 3 mice were used. See the arrow in the upper row of FIG. 12C.).
In addition, as shown in the lower part of FIG. 12C, very few exceptions were confirmed (2 cells out of 85 cells. See the arrow in the lower part of FIG. 12C). The Scale bar in FIGS. 12B and 12C shows 50 μm.
Finally, the inventors performed cloning of Creb1 in GFP-positive cells sorted by FACS by amplifying the target locus by PCR from a pool of 300 cells and introducing it into a plasmid. Sequence analysis identified 7 mutation patterns in 12 clones (see FIG. 13B). No wild-type clones were identified.
FIG. 13 (B) shows the representative mutations found at the Creb1 locus. The target position of sgRNA is shown by a thick line. The PAM sequence is shaded. The number of clones showing the corresponding mutation pattern is shown on the right.
From these data, it was confirmed that CRISPR / Cas9 via Supernova can knock out one cell-specific gene in vivo very efficiently.
[実施例8]
Cre−SnRFPとFlpe−SnRFPの性能を比較するため、E15.5に、終濃度5ng/μLのFlpe−SnRFP及びCre−SnRFPのそれぞれを、IUEにより皮質ニューロンに遺伝子導入した。遺伝子導入細胞を示すために、CAG−GFPを共発現させた。
その結果、図14に示すように、P6にGFP陽性神経細胞の14.8%±3.3%(n=4のマウスを用いた。)がCre−SnRFPによって標識された。一方、Flpe−SnRFPを標識に用いた場合、標識された割合は、1.9%±0.2%(n=4のマウスを用いた。)であった。全ての値を、平均±標準誤差で示した。バーは平均値を示す。(**)は、ウエルチのt検定により0.001<P<0.01を示す。神経細胞の標識においては、Cre−SnRFPと比較して、Flpe−SnRFPは、より良い疎らさを示すことが確認された。
[Example 8]
In order to compare the performance of Cre-SnRFP and Flpe-SnRFP, each of Flpe-SnRFP and Cre-SnRFP having a final concentration of 5 ng / μL was gene-introduced into cortical neurons by IUE at E15.5. CAG-GFP was co-expressed to show transgenic cells.
As a result, as shown in FIG. 14, 14.8% ± 3.3% of GFP-positive neurons (n = 4 mice were used) were labeled on P6 by Cre-SnRFP. On the other hand, when Flpe-SnRFP was used for labeling, the labeled ratio was 1.9% ± 0.2% (n = 4 mice were used). All values are shown as mean ± standard error. The bar shows the average value. ( ** ) indicates 0.001 <P <0.01 by Welch's t-test. It was confirmed that Flpe-SnRFP showed better sparseness in nerve cell labeling compared to Cre-SnRFP.
[実施例9]
loxPを導入したマウスを用いなくとも疎に標識した細胞特異的な遺伝子操作を達成するために、Supernovaを介したRNAiによる野生型マウスにおける標識した細胞特異的な遺伝子のノックダウンを行った。
図15は、1個の細胞における、興味ある遺伝子(GOI)のノックダウンの為のSupernovaベクターセットの模式図を示す。GOIに対するshRNAを、Cre依存的なshRNA発現ベクターであるCAG−LSL−mir30により発現させた。
E14.5に、CAG−LSL−mir30(GFP RNAiのスクランブルの配列;左パネル)又はCAG−LSL−mir30(GFP RNAi;右パネル)をSupernova nlsRFP(Sn−nlsRFP)と共に、IUEにより、CAG−loxP−CAT−loxP−GFPレポーターマウスの皮質に導入した。脳をP8で回収し、切片を作製してGFP抗体を用いて染色した(図16(A)参照。)GFP RNAi発現神経細胞におけるGFPシグナルは、GFP RNAiのスクランブルの配列を発現する細胞におけるシグナルより遥かに低かった(図16(B)参照。)。GFPのノックダウン効率は、nlsRFPによって補正した相対的なGFPの蛍光強度によって決定した。(**)は、ウエルチのt検定により0.001<P<0.01を示す。
また、E14.5に、CAG−LSL−mir30(LacZ RNAiのスクランブルの配列;左パネル)又はCAG−LSL−mir30(LacZ RNAi;右パネル)をSnAmcyanと共に、IUEにより、Rosa−loxP−stop−loxP−nlsLacZ(RNZ)レポーターマウスの皮質に導入した。脳をP8で採取し、切片を作製して抗β−Gal抗体を用いて染色した(図16(C)参照。)。
LacZのノックダウン効率は、抗β−Gal抗体のAmcyanに対する蛍光強度の比として定量した。β−Galの発現レベルは、LacZ RNAiスクランブル配列を共発現させたSnAmcyanで標識した神経細胞と比較して、LacZ RNAiを共発現させたSnAmcyanで標識した神経細胞において顕著に減少していた(図16(D)参照。)。(***)は、ウエルチのt検定によりP<0.001を示す。図16(A)及び(C)のScale barは、50μmを示す。
これらのことから、標識した細胞特異的に遺伝子のノックダウンが可能であることが確認された。
[Example 9]
In order to achieve sparsely labeled cell-specific gene manipulation without the use of loxP-introduced mice, knockdown of labeled cell-specific genes in wild-type mice with RNAi via Supernova was performed.
FIG. 15 shows a schematic representation of a Supernova vector set for knockdown of a gene of interest (GOI) in a single cell. The shRNA for GOI was expressed by CAG-LSL-mir30, which is a Cre-dependent shRNA expression vector.
At E14.5, CAG-LSL-mir30 (scrambled sequence of GFP RNAi; left panel) or CAG-LSL-mir30 (GFP RNAi; right panel), along with Supernova nlsRFP (Sn-nlsRFP), by IUE, CAG-loxP -CAT-loxP-GFP reporter Introduced into the cortex of mice. Brains were harvested at P8, sections were prepared and stained with GFP antibody (see FIG. 16 (A)). GFP signals in GFP RNAi-expressing neurons are signals in cells expressing the scrambled sequence of GFP RNAi. It was much lower (see Figure 16 (B)). The knockdown efficiency of GFP was determined by the relative fluorescence intensity of GFP corrected by nlsRFP. ( ** ) indicates 0.001 <P <0.01 by Welch's t-test.
Also, in E14.5, CAG-LSL-mir30 (scramble sequence of LacZ RNAi; left panel) or CAG-LSL-mir30 (LacZ RNAi; right panel) was added to Rosa-loxP-stop-loxP by IUE together with SnAmcyan. -NlsLacZ (RNZ) was introduced into the cortex of reporter mice. Brains were harvested at P8, sections were prepared and stained with anti-β-Gal antibody (see FIG. 16 (C)).
The knockdown efficiency of LacZ was quantified as the ratio of the fluorescence intensity of the anti-β-Gal antibody to Amcyan. The expression level of β-Gal was significantly reduced in SnAmcyan-labeled neurons co-expressing LacZ RNAi as compared to SnAmcyan-labeled neurons co-expressing the LacZ RNAi scramble sequence (Fig.). 16 (D).). ( *** ) indicates P <0.001 by Welch's t-test. The Scale bar in FIGS. 16A and 16C shows 50 μm.
From these facts, it was confirmed that gene knockdown is possible in a labeled cell-specific manner.
[実施例10]
ウイルスを用いた1個の細胞の標識を可能とするため、アデノ随伴ウイルス(以下、AAVともいう。)をベースとしたSupernovaベクターシステムを構築した。AAVベクターの挿入サイズに制限があるため、蛍光タンパク質発現ベクターのサイズを減らすべく、double−floxed inverted open reading frame(DIO)の戦略(Sohal VS, Zhang F, Yizhar O, Deisseroth K(2009).Parvalbumin neurons and gamma rhythms enhance cortical circuit performance.Nature. Jun 4;459(7247):698−702. )を用いた(図17(A)参照。)。
図17(A)に示す、AAV−TRE−CreとAAV−EF1α−DIO−RFP−tTAの混合物(AAV−Supernova RFP(AAV−SnRFP)ともいう。)をP10〜P13マウスの海馬と大脳皮質深層に注入した。AAV−EF1α−GFP−WPREをコントロールとして共に注入した。感染30日後に皮質切片を作製した。図17(B)〜17(G)に示すように、海馬CA1神経細胞(図17(B)〜17(D))と大脳皮質第5層(L5)錐体神経細胞(図17(E)〜17(G))の鮮明な蛍光像を得ることができた。その蛍光像では、疎に標識され、詳細な細胞の形態を鮮明に見ることができる。
この結果から、AAVをベースとしたSupernovaベクターシステムは、バックグラウンドが小さく、高い蛍光強度で個々の細胞の標識が可能であることが確認された。また、AAVをベースとしたSupernovaベクターシステムは、IUEをベースとしたSupernovaベクターシステムの優れた特長の多くを保持しており、感染10日後での疎ら度と標識の明るさは同等であり、疎らさはAAV−TRE−Creの量を調節するだけで、調節可能で、蛍光強度に顕著な影響を与えないことを確認している。
[Example 10]
A Supernova vector system based on an adeno-associated virus (hereinafter, also referred to as AAV) was constructed in order to enable labeling of one cell using a virus. Due to the limitation of the insertion size of the AAV vector, the double-floxed inverted open reading frame (DIO) strategy (Sohal VS, Zhang F, Yizhar O, Deisseroth K (2009)) to reduce the size of the fluorescent protein expression vector. neurons and gumma rhythms enhance vector performance. Nature. Jun 4; 459 (7247): 698-702.) Was used (see FIG. 17 (A)).
A mixture of AAV-TRE-Cre and AAV-EF1α-DIO-RFP-tTA (also referred to as AAV-Supernova RFP (AAV-SnRFP)) shown in FIG. 17 (A) is used in the hippocampus and deep cerebral cortex of P10-P13 mice. Was injected into. AAV-EF1α-GFP-WPRE was injected together as a control. Cortical sections were prepared 30 days after infection. As shown in FIGS. 17 (B) to 17 (G), hippocampal CA1 neurons (FIGS. 17 (B) to 17 (D)) and cerebral cortex layer 5 (L5) pyramidal neurons (FIGS. 17 (E)). A clear fluorescent image of ~ 17 (G)) could be obtained. The fluorescent image is sparsely labeled and allows a clear view of detailed cell morphology.
From this result, it was confirmed that the AAV-based Supernova vector system can label individual cells with a small background and high fluorescence intensity. In addition, AAV-based Supernova vector systems retain many of the superior features of IUE-based Supernova vector systems, with comparable sparseness and
[実施例11]
AAVをベースとしたSupernovaベクターシステムにおいて、疎らに標識された神経細胞においてのみ、Creが染色体のloxP断片の切除を誘導するのに十分なほど、非常に高いレベルで発現している。Creを介した組み換えの効率及び特異性を検討するため、P10のRosa26−loxP−stop−loxP−nlsLacZ(RNZ)レポーターマウスの海馬CA1神経細胞に、AAV−SnRFPを注入した。感染40日後の脳を採取したところ、RFPで標識したほとんどの神経細胞でLacZが発現していることが確認された(76/80細胞、n=3マウス)。また、全てのLacZ陽性細胞は、AAV−SnRFPで標識されていた(76/76細胞、n=3マウス)(図17(H)上段参照。)。同様の結果は、皮層でも確認された(図17(H)下段参照。)。これらのことから、Cre依存的な染色体の組み換えは、AAV−SnRFPに特異的であることが確認された。
次いで、AAVをベースとしたSupernovaベクターシステムにおける、α2−Chnflox/floxマウスを用いた内在遺伝子のノックアウトの効率を検討した。P2のα2−Chnflox/floxマウスの海馬の神経細胞に、AAV−SnRFPを注入した。P18で脳を解剖したところ、海馬CA1における非注入領域では、RFP陰性細胞は、α2−Chnを発現していた(204/210細胞、n=3マウス)。一方、海馬CA1におけるAAV−SnRFP注入領域では、全てのRFP陽性細胞は、α2−Chnを発現していなかった(0/20細胞、n=3マウス)(図17(I)参照。)。これらのことから、AAVをベースとしたSupernovaベクターシステムは、loxPが導入されたマウス(floxマウス)による標識細胞特異的な遺伝子ノックアウトを高い効率で行えることが確認された。
[Example 11]
In AAV-based Supernova vector systems, only in sparsely labeled neurons is Cre expressed at very high levels sufficient to induce excision of the loxP fragment of the chromosome. To examine the efficiency and specificity of Cre-mediated recombination, AAV-SnRFP was injected into hippocampal CA1 neurons of P10 Rosa26-loxP-stop-loxP-nlsLacZ (RNZ) reporter mice. When the brain was collected 40 days after infection, it was confirmed that LacZ was expressed in most RFP-labeled neurons (76/80 cells, n = 3 mice). In addition, all LacZ-positive cells were labeled with AAV-SnRFP (76/76 cells, n = 3 mice) (see the upper part of FIG. 17 (H)). Similar results were confirmed in the cortical layer (see the lower part of FIG. 17 (H)). From these facts, it was confirmed that Cre-dependent chromosomal recombination is specific to AAV-SnRFP.
Next, the efficiency of knockout of endogenous genes using α2-Chnflox / flox mice in an AAV-based Supernova vector system was examined. AAV-SnRFP was injected into hippocampal neurons of P2 α2-Chn flox / flox mice. When the brain was dissected at P18, RFP-negative cells expressed α2-Chn in the non-injected region of hippocampal CA1 (204/210 cells, n = 3 mice). On the other hand, in the AAV-SnRFP infused region of hippocampal CA1, all RFP-positive cells did not express α2-Chn (0/20 cells, n = 3 mice) (see FIG. 17 (I)). From these facts, it was confirmed that the AAV-based Supernova vector system can perform labeled cell-specific gene knockout by loxP-introduced mice (flox mice) with high efficiency.
本実施例で用いられた材料を以下に示す。
[プラスミド構築]
<CreをベースとしたSupernova>
pK031.TRE−Cre及びpK029. CAG−loxP−STOP−loxP−RFP−ires−tTA−WPREについては、Mizuno H., Luo W., Tarusawa E., Saito Y.M., Sato T., Yoshimura Y., Itohara S., Iwasato T.NMDAR−regulated dynamics of layer 4 neuronal dendrites during thalamocortical reorganization in neonates. Neuron. 2014 Apr 16;82(2):365−79.を参照した。
The materials used in this example are shown below.
[Plasid construction]
<Supernova based on Cre>
For pK031.TRE-Cre and pK029. CAG-loxP-STOP-loxP-RFP-ires-tTA-WPRE, see Mizuno H., Luo W., Tarusawa E., Saito Y.M., Sato Y. ., Itohara S., Iwasato T. NMDAR-regulated dynamics of layer 4 neuronal dendrites daring thalamocortical reorgation in neonates.
pK038.CAG−loxP−STOP−loxP−EGFP−ires−tTA−WPRE:EGFP及びires−tTA断片をそれぞれ、pEGFP−N1ベクター(Clontech社製)及びpK029ベクターから、HM050(配列番号5;CGGTCGACGCCACCATGGTGAGCAAGGGCGAGGAGC)/HM055(配列番号6;GGAATCCTTAATTAACTCGATCTAGGATATCTTACTTGTACAGCTCGTCCATGCCGAGA)及びHM054(配列番号7;TCTCGGCATGGACGAGCTGTACAAGTAAGATATCCTAGATCGAGTTAATTAAGGATTCC)/HM035(配列番号8;GGGCGGCCGCTTACTTAGTTACCCGGGGAGCATGTCAAG)を用いて、PCRにより増幅し単離した。得られた2つのPCR産物を結合させて、HM050/HM035を用いて、再度PCRにより増幅させて、EGFP−ires−tTAを作製した。次いで、EGFP−ires−tTAをpK029ベクターのSalI/NotI部位に挿入し、pK038ベクターを得た。 pK038.CAG-loxP-STOP-loxP-EGFP-ires-tTA-WPRE: EGFP and ires-tTA fragments from the pEGFP-N1 vector (manufactured by Clontech) and pK029 vector, respectively, from HM050 (SEQ ID NO: 5; HM055 (SEQ ID NO: 6; GGAATCCTTATAATTAACTCCGATCTAGGAATTACTTACTTGTACAGCTCGTCCATCGCCGAGA) and HM054 (SEQ ID NO: 7; TCTCGGCATCGACGAGCTGTACAAGTAAGATATCTACAGATCCGAGTTAGTACGAGTCAGTGCTACGAGTCAGGTAGGTACGTGAGTCAGGTAGGTAGGTACGACT The two obtained PCR products were combined and amplified again by PCR using HM050 / HM035 to prepare EGFP-ires-tTA. Next, EGFP-ires-tTA was inserted into the SalI / NotI site of the pK029 vector to obtain the pK038 vector.
pK039.CAG−loxP−STOP−loxP−AmCyan−ires−tTA−WPRE:pAmCyan vector(Clontech社製)からAmCyan断片をSalI/StuI消化により切り出し、pK029ベクターのSalI/EcoRV部位に挿入し、pK039ベクターを得た。 pK039.CAG-loxP-STOP-loxP-AmCyan-ires-tTA-WPRE: AmCyan fragment from pAmCyan vector (manufactured by Clontech) was cut out by SalI / StuI digestion, and the SalI / EcoRV site of the pK029 vector was inserted into the SalI / EcoRV site. Obtained.
pK098.CAG−loxP−STOP−loxP−nlstagRFP−ires−tTA−WPRE:核移行シグナル(nls)−tagRFPをpK022TagRFP−N(Evrogen社製)から、HM079(配列番号9;CCGTCGACCATGGGCCCAAAGAAGAAGAGAAAGGTTTCGGTGTCTAAGGGCGAAG)/HM075(配列番号10;CCGATATCTTCAATTAAGTTGTGCCCCAGTTTGCTAGG)を用いて、PCRにより増幅し、増幅産物をpK038ベクターのSalI/EcoRV部位に挿入した。 pK098.CAG-loxP-STOP-loxP-nlstagRFP-ires-tTA-WPRE: Nuclear localization signal (ns) -tagRFP from pK022TagRFP-N (manufactured by EcoRV), HM079 (SEQ ID NO: 9; 10; CCGATATCTTCAATTAAGTTTGTGCCCCAGTTTGCTAGG) was used to amplify by PCR and the amplification product was inserted into the SalI / EcoRV site of the pK038 vector.
pK102.CAG−loxP−STOP−loxP−PSD95eGFP−ires−tTA−WPRE:PSD95eGFPをpCMV−PSD95GFP(東京大学岡部博士から供与された。)からEcoRIとNotIで切り出し、クレノウフラグメントによりブラント化し、EGFPと交換で、pK038ベクターのブラント化したSalI/EcoRVに挿入した。 pK102.CAG-loxP-STOP-loxP-PSD95eGFP-ires-tTA-WPRE: PSD95eGFP was cut out from pCMV-PSD95GFP (provided by Dr. Okabe of the University of Tokyo) with EcoRI and NotI, blunted with Crenow fragment, and EGFP. In exchange, it was inserted into the blunted SalI / EcoRV of the pK038 vector.
<FlpeをベースとしたSupernova>
pK036.TRE−Flpe−WPRE:Flpeのコーディング配列をpK016.CAG−Flpe−ires−Puro (GeneBridge社製)から、AY101(配列番号11;GGAAGGATCCTTGTGCTGTCTCATCATTTTGG)/AY102(配列番号12;TTGCGGCCGCGGGCGGAATTCTTAATTAACTC)を用いて増幅し、増幅産物をpK026.TRE−Tight vector (Clontech社製)のBamHI/NotI部位に挿入した。pK029ベクターから切り出したWPREをpTRE−FlpeベクターのNotI部位に挿入した。
<Supernova based on Flpe>
pK036.TRE-Flpe-WPRE: Flpe coding sequence from pK016.CAG-Flpe-ires-Puro (manufactured by GeneBridge) to AY101 (SEQ ID NO: 11; Then, the amplification product was inserted into the BamHI / NotI site of pK026.TRE-Tight vector (manufactured by Clontech). WPRE excised from the pK029 vector was inserted into the NotI site of the pTRE-Flpe vector.
pK037.CAG−FRT−STOP−FRT−RFP−ires−tTA−WPRE:pK029.のEcoRI/SalI間にあるloxP−STOP−loxP配列をFRT−STOP−FRT配列に置き換えた。FRT−STOP−FRT配列は、pBS302 ベクター (Gibco−BRL社製)から、HM009(配列番号14;CCGTCGACATGAAGTTCCTATTCTCTAGAAAGTATAGGAACTTCTAGGTCCCTCGACCTGCAGCCCAAGCTTA)/HM008(配列番号13;GGGAATTCTAGAAGTTCCTATACTTTCTAGAGAATAGGAACTTCATTAAGGGTTCCGGATCCTCGGGGACACCA)を用いて増幅した。 The loxP-STOP-loxP sequence between EcoRI / SalI of pK037.CAG-FRT-STOP-FRT-RFP-ires-tTA-WPRE: pK029. Was replaced with the FRT-STOP-FRT sequence. FRT-STOP-FRT sequences from pBS302 vector (Gibco-BRL Co.), HM009 (SEQ ID NO: 14; CCGTCGACATGAAGTTCCTATTCTCTAGAAAGTATAGGAACTTCTAGGTCCCTCGACCTGCAGCCCAAGCTTA); was amplified using / HM008 (GGGAATTCTAGAAGTTCCTATACTTTCTAGAGAATAGGAACTTCATTAAGGGTTCCGGATCCTCGGGGACACCA SEQ ID NO: 13).
pK068.CAG−FRT−STOP−FRT−EGFP−ires−tTA−WPRE:pK038ベクターからSalIとNotIでEGFP−ires−tTAを切り出し、pK037ベクターのSalI/NotI部位へ挿入し、pK068ベクターを作製した。 pK068.CAG-FRT-STOP-FRT-EGFP-ires-tTA-WPRE: EGFP-ires-tTA was cut out from the pK038 vector with SalI and NotI and inserted into the SalI / NotI site of the pK037 vector to prepare a pK068 vector.
<DreをベースとしたSupernova>
pK073.TRE−Dre−WPRE:pK055.CAG−Dre−ires−puro.gccベクター(国立遺伝学研究所 森本博士から供与された。)から、WL006(配列番号15;CGAATTCGCC ACCATGGGTG CT)/WL007(配列番号16;TGCGGCCGCT CACACTTTCC TCTT)を用いてPCRでDre配列を増幅した。増幅産物をpK036.TRE−Flpe−WPREのEcoRI/NotI部位に挿入し、pK073ベクターを作製した。
<Supernova based on Dre>
From the pK073.TRE-Dre-WPRE: pK055.CAG-Dre-ires-puro.gcc vector (provided by Dr. Morimoto, National Institute of Genetics), WL006 (SEQ ID NO: 15; CGAATTCGCC ACCATGGGTG CT) / WL007 (SEQ ID NO: The Dre sequence was amplified by PCR using No. 16; TGCGGCCGCT CACACTTTCC TCTT). The amplification product was inserted into the EcoRI / NotI site of pK036.TRE-Flpe-WPRE to prepare a pK073 vector.
pK129.CAG−Rox−STOP−Rox−RFP−ires−tTA−WPRE:pK078.JFRC176−10XUAS−rox−dSTOP−rox−myr::GFP(Gerald Rubinから供与された。)からBglIIとXhoIでRox−STOP−Roxを切り出し、pCAGplayベクター(Niwa,H., Yamamura,K., and MIyazaki,J.(1991). Efficient selection for high−expression transfectants with A novel eukaryotic vector. Gene 108, 193−199. Kawaguchi, S.−y., and Hirano, T. (2006). Integrin α3β1 suppresses long−term potentiation at inhibitory synapses on the cerebellar Purkinje neuron. Molecular and Cellular Neuroscience 31, 416−426.)のBamHI/XhoI部位に挿入した。得られたベクターをEcoRIとXhoIで消化し、pK037ベクターに挿入し、FRT−STOP−FRTをRox−stop−Rox置き換えた。 pK129.CAG-Rox-STOP-Rox-RFP-ires-tTA-WPRE: pK078.JFRC176-10XUAS-rox-dSTOP-rox-myr :: GFP (provided by Gerald Rubin) in BglII and XhoI STOP-Rox was cut out and a pCAGplay vector (Niwa, H., Yamamura, K., and MIyazaki, J. (1991). S.-y., And Hirano, T. (2006). Internal ribosome entry α3β1 suppresses long-term potentiation at inhibitory synapses on the cerebellar Purkinje neur .. The resulting vector was digested with EcoRI and XhoI and inserted into the pK037 vector to replace FRT-STOP-FRT with Rox-stop-Rox.
pK224.CAG−Rox−STOP−Rox−EGFP−ires−tTA−WPRE:pK078からBglIIとXhoIにより、Rox−STOP−Roxを切り出し、pCAGplayベクターのBamHI/XhoI部位に挿入した。pK068ベクターからSalIとNotIにより、EGFP−ires−tTAを切り出し、上記得られたベクターに挿入した。pK046.CAG−loxP−STOP−loxP−RFP−WPREからNotIで切り出されたWPREを、得られたpCAG−Rox−STOP−Rox−EGFP−ires−tTAベクターのNotI部位に挿入した。 pK224.CAG-Rox-STOP-Rox-EGFP-ires-tTA-WPRE: Rox-STOP-Rox was excised from pK078 by BglII and XhoI and inserted into the BamHI / XhoI site of the pCAGplay vector. EGFP-ires-tTA was excised from the pK068 vector by SalI and NotI and inserted into the obtained vector. The WPR excised from pK046.CAG-loxP-STOP-loxP-RFP-WPRE with NotI was inserted into the NotI site of the obtained pCAG-Rox-STOP-Rox-EGFP-ires-tTA vector.
<Supernovaを介したRNAi>
pK177.CAG−loxP−STOP−loxP−mir30(GFP RNAi)及びpK178.CAG−loxP−STOP−loxP−mir30 (GFP RNAi スクランブルコントロール):GFPのコーディング領域(441−461)に対するshRNA及びそのスクランブルコントロールを、HM082(配列番号17;CAGAAGGCTCGAGAAGGTATATTGCTGTTGACAGTGAGCG)/HM083(配列番号18;CTAAAGTAGCCCCTTGAATTCCGAGGCAGTAGGCA)を用いてPCRで増幅した。
GFP shRNAの鋳型オリゴヌクレオチドは、5’−TGCTGTTGACAGTGAGCGAAGCCACAACGTCTATATCATGTAGTGAAGCCACAGATGTACATGATATAGACGTTGTGGCTGTGCCTACTGCCTCGGA−3'(HM084;配列番号1)である。GFP shRNAスクランブルコントロールの鋳型オリゴヌクレオチドは、5’− TGCTGTTGACAGTGAGCGAGCTCATAGAAGCTCTACAATCTAGTGAAGCCACAGATGTAGATTGTAGAGCTTCTATGAGCGTGCCTACTGCCTCGGA−3'(HM085;配列番号2)である。増幅産物をpCAG−loxP−STOP−loxP−mir30ベクターのXhoI/EcoRI部位に挿入した。
<RNAi via Supernova>
pK177.CAG-loxP-STOP-loxP-mir30 (GFP RNAi) and pK178.CAG-loxP-STOP-loxP-mir30 (GFP RNAi scramble control): shRNA and its scramble control for the GFP coding region (441-461). , HM082 (SEQ ID NO: 17; CAGAAGGCTCGAGAAGGTATATTGGCTGTTGACAGTGGGCG) / HM083 (SEQ ID NO: 18; CTAAAGTAGCCCCTCTTGAATTCCGAGGCAGGCAGGCA).
The template oligonucleotide for GFP shRNA is 5'-TGCTGTTGACAGTGGAGCGAAGCCACAAACGTCATCATCATCATCATGTAGTACGAAGCCACAGATACATCATCATGATAGTACGAGCTACGATGGA-3'(HM084; SEQ ID NO: 1). The template oligonucleotide for the GFP shRNA scramble control is 5'-TGCTGTTGACAGGTGAGCGAGCTCATAGAAGCTTACAAATCTAGTTGAAGCCACAGATGGTAGATTGTTAGACTTCTACGGGA-3'(HM085; SEQ ID NO: 2). The amplification product was inserted into the XhoI / EcoRI site of the pCAG-loxP-STOP-loxP-mir30 vector.
pK225.CAG−loxP−STOP−loxP−mir30 (LacZ RNAi)及びpK226.CAG−loxP−STOP−loxP−mir30 (LacZ RNAiスクランブルコントロール):1個の細胞におけるLacZのノックダウンの為に、LacZのコーディング領域(651−671)に対するshRNA及びそのスクランブルコントロールを、HM082/HM083を用いてPCRで増幅した。
LacZshRNAの鋳型オリゴヌクレオチドは、5’− TGCTGTTGACAGTGAGCGAAAATCGCTGATTTGTGTAGTCTAGTGAAGCCACAGATGTAGACTACACAAATCAGCGATTTGTGCCTACTGCCTCGGA−3'(WL090;配列番号3)である。LacZ shRNAスクランブルコントロールの鋳型オリゴヌクレオチドは、5’− TGCTGTTGACAGTGAGCGAGGCAACTTCGGTTAGTATTTATAGTGAAGCCACAGATGTATAAATACTAACCGAAGTTGCCGTGCCTACTGCCTCGGA−3'(WL091;配列番号4)である。増幅産物をpCAG−loxP−STOP−loxP−mir30ベクターのXhoI/EcoRI部位に挿入した。
pK225.CAG-loxP-STOP-loxP-mir30 (LacZ RNAi) and pK226.CAG-loxP-STOP-loxP-mir30 (LacZ RNAi scramble control): Coding of LacZ for knockdown of LacZ in one cell The shRNA for the region (651-671) and its scramble control were amplified by PCR using HM082 / HM083.
The template oligonucleotide for LacZshRNA is 5'-TGCTGTTGACAGTGGAGCGAAAATCGCTGATGCATTGGATACGATACACCAAATCAGCCTGGA-3'(WL090; SEQ ID NO: 3). The template oligonucleotide for the LacZ shRNA scramble control is 5'-TGCTGTTGACAGTGAGGCGAGGCAACTTCGGGTTAGTTATTATAGTGAAGCCACAGATGTATAAAATATACTAACCGAAGTTGGCCGTGCTACTCTGGA-3'(WL091; SEQ ID NO: 4). The amplification product was inserted into the XhoI / EcoRI site of the pCAG-loxP-STOP-loxP-mir30 vector.
<Supernovaを介したTALENベクター>
pK217.CAG−FRT−STOP−FRT−α2Chn TALEN Left 及びpK218.CAG−FRT−STOP−FRT−α2Chn TALEN Right: α2Chn TALENをPlatinum Gate TALEN Kitを用いたtwo−step Golden Gate assembly法により作製した。予想される切断部位は、マウスα2Chnエクソン6の237番目である。pK037からSpeI/SalIにより、FRT−STOP−FRTを切り出し、pK209.CMV−A2Chn TALEN Left 及びpK210.CMV− A2Chn TALEN RightのSpeI/XhoI部位に挿入した。
<TALEN vector via Supernova>
pK217.CAG-FRT-STOP-FRT-α2Chn TALEN Left and pK218.CAG-FRT-STOP-FRT-α2Chn TALEN Right: α2Chn TALEN was prepared by a platinum gate TALEN kit using a platinum gate TALEN kit. The expected cleavage site is mouse α2Chn exon 6 at position 237. FRT-STOP-FRT was cut out from pK037 by Spei / SalI and inserted into the SpI / XhoI site of pK209.CMV-A2Chn TALEN Left and pK210.CMV-A2Chn TALEN Right.
<Supernovaを介したCRISPR/Cas9ベクター>
pK162は、ヒト用にコドンを最適化したSpCas9とキメラのガイドRNA発現プラスミド(pX330)であり、F.Zhangより供与された。
pK237.pU6−Chimeric−CAG−LSL−hspCas9:CAGプロモーターの一部とloxP−STOP−loxPを含む断片を、pK029のSnaBIとAgeIから切り出し、pK162(pX330)の同じ部位に挿入した。pK237は、ガイドオリゴを有していないため、Supernova−CRISPR/Cas9実験におけるコントロールとして用いられる。
pK238.pU6−gRNACreb1−CAG−LSL−hspCas9:Feng Zhangグループによって出版された標的配列クローニングプロトコールに従い、ガイドオリゴWL107(配列番号19;CACCGTTGTCTGCTCCAGATTCCA)/WL108(配列番号20;AAACTGGAATCTGGAGCAGACAAC)をアニールし、pK237のBbsI部位に挿入した。ガイドRNAの標的配列は、F. Zhangグループによって供与されたオンラインツールを用いてデザインした(http://crispr.mit.edu/)。NCBIデータベースからゲノム配列NC_000067.6(18054...18167)をブラストに用いた。
<CRISPR / Cas9 vector via Supernova>
pK162 is a codon-optimized spCas9 and chimeric guide RNA expression plasmid (pX330) for humans. Donated by Zhang.
pK237. A fragment containing a portion of the pU6-Chimeric-CAG-LSL-hspCas9: CAG promoter and loxP-STOP-loxP was excised from SnaBI and AgeI of pK029 and inserted at the same site of pK162 (pX330). Since pK237 does not have a guide oligo, it is used as a control in the Supernova-CRISPR / Cas9 experiment.
pK238. pU6-gRNACrev1-CAG-LSL-hspCas9: Annealed guide oligo WL107 (SEQ ID NO: 19; CACCGTTGTCTGCTCCAGATTCCA) / WL108 (SEQ ID NO: 20; AAACTGGATTGGAGCAGACAAC), according to the target sequence cloning protocol published by the Feng Zhang group. Inserted in. The target sequence of the guide RNA is F.I. Designed using online tools provided by the Zhang group (http://crispr.mit.edu/). Genome sequence NC_0000067.6 (18054 ... 18167) from the NCBI database was used for blasting.
<他の構築ベクター>
pK046.CAG−loxP−STOP−loxP−RFP−WPRE: loxP−STOP−loxP配列をpBS302 vector(Gibco−BRL社製)から、HM010(配列番号21;GGGAATTCTAATAACTTCGTATAGCATACATTATACGAAGTTATATTAAGGGTTCCGGATCCTCGGGGACACC)/HM007(配列番号22;CCGTCGACATATAACTTCGTATAATGTATGCTATACGAAGTTATTAGGTCCCTCGACCTGCAGCCCAAGCTTA)を用いて増幅した。RFP配列をpK023.TurboRFP−N (Evrogen社製) から、HM026(配列番号23;CGAATTCTGCAGTCGACGGTACCGAGGGCC)/HM030(配列番号24;GTCGCGGCCGCATCATCTGTGCCCCAGTTT)を用いて増幅した。WPRE配列をpK021.Lenti−Synapsin−hChR2 (H134R)−EYFP−WPRE ベクターから、HM019(配列番号25;GCGGCCGCTCAACCTCTGGATTACAAAATT)/HM020(配列番号26;GCGGCCGCTGCGGGGAGGCGGCCCAAAGGG)を用いて増幅した(Zhang, F., Wang, L.−P., Brauner, M., Liewald, J.F., Kay, K., Watzke, N., Wood, P.G., Bamberg, E., Nagel, G., Gottschalk, A., et al. (2007). Multimodal fast optical interrogation of neural circuitry. Nature 446, 633−639.) 。得られた三つの増幅産物をpCAGplayベクターのそれぞれEcoRI/SalI、SalI/NotI、及びNotI 部位に挿入した。
<Other construction vectors>
pK046.CAG-loxP-STOP-loxP-RFP-WPRE: a loxP-STOP-loxP sequences from pBS302 vector (Gibco-BRL Co.), HM010 (SEQ ID NO: 21; GGGAATTCTAATAACTTCGTATAGCATACATTATACGAAGTTATATTAAGGGTTCCGGATCCTCGGGGACACC); a / HM007 (CCGTCGACATATAACTTCGTATAATGTATGCTATACGAAGTTATTAGGTCCCTCGACCTGCAGCCCAAGCTTA SEQ ID NO: 22) Amplified using. The RFP sequence was amplified from pK023.TurboRFP-N (manufactured by Evrogen) using HM026 (SEQ ID NO: 23; CGAATTTCTGCAGTCGACGGTGTACCGAGGGCC) / HM030 (SEQ ID NO: 24; GTCGCGCGCCGCATCATCTGTCGCCAGTTT). The WPRE sequence was extracted from the pK021.Lenti-Synapsin-hChR2 (H134R) -EYFP-WPRE vector using HM019 (SEQ ID NO: 25; GCGGCCGCTACTCTGgATTAAAATT) / HM020 (SEQ ID NO: 26; L.-P., Braner, M., Leewald, JF, Kay, K., Watzke, N., Wood, PG, Bamberg, E., Nagal, G., Gottschalk, A. et al. (2007). Multimodal fast optical interrogation of neural array. Nature 446, 633-639.). The three amplification products obtained were inserted into the EcoRI / SalI, SalI / NotI, and NotI sites of the pCAGplay vector, respectively.
<AAVをベースとしたSupernova>
pK168(pAAV−EF1α−DIO−RFP−P2A−tTA−WPRE):tTA配列をpK029(pTet−Off−Advanced ベクター(Gossen M, Bujard H.(1992)Tight control of gene expression in MAMMALIAN cells by tetracycline−responsive promoters.Proc Natl Acad Sci U S A. Jun 15;89(12):5547−51.))から、RY78(配列番号27;TGCTAGCGCCACCATGTCTAGACTGGA)/RY79(配列番号28;TGCTAGCGCCACCATGTCTAGACTGGA)を用いて増幅した。
P2A−tRFP配列をpK025(TurboRFP(Evrogen, Moscow, Russia))から、RY69(配列番号29; AGGATCCGGAAGCGGAGCTACTAACTTCAGCCTGCTGAAGCAGGCTGGAGACGTGGAGGAGAACCCTGGACCTATGAGCGAGCTGATCA)/RY80(配列番号30;AGGCGCGCCTCATCTGTGCCCCAGTTTG)を用いて増幅した。
pK168 (pAAV−EF1α−DIO−tTA−P2A−RFP−WPRE)は、tTAとP2A−tRFPを、pK167(pAAV−EF1α−DIO−EYFP) vector(Addgene: 27056, Cambridge, MA, USA)の、NheI/BamHI部位とBamHI/AscI部位に挿入して作製した。
pK170(pAAV−TRE−Cre−WPRE): Cre配列をpK031(pCAG−nlsCre−WPRE)から増幅した。pK170は、pK169(pAAV−TRE−MCS−WPRE) vector(Dr.Yu Hayashiから供与)のEcoRI/BglII部位にCreを挿入して製造した。
<Supernova based on AAV>
pK168 (pAAV-EF1α-DIO-RFP-P2A-tTA-WPRE): tTA sequence pK029 (pTet-Off-Advanced Vector (Gossen M, Mammal H. (1992) Tetracycline gene expression) From promoters.Proc Natl Acad
P2A-tRFP sequence from pK025 (TurboRFP (Evrogen, Moscow, Russia)) to RY69 (SEQ ID NO: 29; AGGATCCGGAAGCGGAGCTACTAACTTCAGCCCGCTGAAGCAGGCTGGTACGGTACGGACTGAGCTGACTGGACTCGTACGGACTGAGCTGACTGGACTCGACTGGACT
pK168 (pAAV-EF1α-DIO-tTA-P2A-RFP-WPRE) provides tTA and P2A-tRFP with pK167 (pAAV-EF1α-DIO-EYFP) vector (Addgene: 27056, Cambridge, MA, US). It was prepared by inserting it into the / BamHI site and the BamHI / AscI site.
pK170 (pAAV-TRE-Cre-WPRE): The Cre sequence was amplified from pK031 (pCAG-nlsCre-WPRE). The pK170 was produced by inserting Cre into the EcoRI / BglII site of the pK169 (pAAV-TRE-MCS-WPRE) vector (provided by Dr. Yu Hayashi).
<他のAAVベクター>
pK165(pAAV−EF1α−RFP−WPRE)は、Iwata,R.et.al.(2015).Developmental RacGAP α2−Chimaerin Signaling Is A Determinant of the Morphological Features of Dendritic Spines in Adulthood. The Journal of Neuroscience35, 13728−13744.を参照した。
pK229(pAAV−EF1α−EGFP−WPRE):EGFP配列は、pK024(pCAsalEGFP)からWL103(配列番号31; CTGAATTCGCCACCATGGTGAGCAAGGGCGAGGAGC)/WL104(配列番号32;CGGATCCTTACTTGTACAGCTCGTCCATGCCGAGAG)を用いて増幅した。pK229を作製するため、pK165(pAAV−EF1α−RFP−WPRE)中のRFPは、EcoRI/BamHI部位にサブクローニングすることにより、EGFPに置き換えた。
<Other AAV vectors>
pK165 (pAAV-EF1α-RFP-WPRE) is available from Iwata, R.M. et. al. (2015). Developmental RacGAP α2-Chimerin Signaling Is A Signaling of the Morphological Features of Dendritic Spines in Adults in Adult.
pK229 (pAAV-EF1α-EGFP-WPRE): The EGFP sequences were from pK024 (pCAsalEGFP) to WL103 (SEQ ID NO: 31; CTGAATTCGCCACCACTGGGTGAGCAAGGGGCGAGGGAGC) / WL104 (SEQ ID NO: 32; To make pK229, the RFP in pK165 (pAAV-EF1α-RFP-WPRE) was replaced with EGFP by subcloning into the EcoRI / BamHI site.
<動物>
Emx1Cre KI−ΔNeoマウス(Iwasato, T., Datwani, A., Wolf, A.M., Nishiyama, H., Taguchi, Y., Tonegawa, S., Knopfel, T., Erzurumlu, R.S., and Itohara, S. (2000). Cortex−restricted disruption of NMDAR1 impairs neuronal patterns in the barrel cortex. Nature 406, 726−731.;Iwasato, T., Inan, M., Kanki, H., Erzurumlu, R.S., Itohara, S., and Crair, M.C.(2008). Cortical adenylyl cyclase 1 is required for thalamocortical synapse maturation and aspects of layer IV barrel development. The Journal of Neuroscience 28, 5931−5943. ; Iwasato, T., Inan, M., Kanki, H., Erzurumlu, R.S., Itohara, S., and Crair, M.C. (2008). Cortical adenylyl cyclase 1 is required for thalamocortical synapse maturation and aspects of layer IV barrel development. The Journal of Neuroscience 28, 5931−5943.)、CAG−loxP−CAT−loxP−GFP reporterマウス(Kawamoto, S., Niwa, H., Tashiro, F., Sano, S., Kondoh, G., Takeda, J., Tabayashi, K., and Miyazaki, J.−i. (2000). A novel reporter mouse strain that expresses enhanced green fluorescent protein
upon Cre−mediated recombination. FEBS Letters 470, 263−268.)、RNZレポーターマウス(Kobayashi, Y., Sano, Y., Vannoni, E., Goto, H., Ikeda, T., Suzuki, H., Oba, A., Kawasaki, H., Kanba, S., Lipp, H.−P., et al. (2013). Genetic dissection of medial habenula−interpeduncular nucleus pathway function in mice. Frontiers in Behavioral Neuroscience 7.)、α2−Chn floxマウス(Iwata, R., Ohi, K., Kobayashi, Y., Masuda, A., Iwama, M., Yasuda, Y., Yamamori, H., Tanaka, M., Hashimoto, R., Itohara, S., et al. (2014). RacGAP α2−Chimaerin Function in Development Adjusts Cognitive Ability in Adulthood. Cell Reports 8, 1257−1264.)の遺伝型は、PCRにて決定した。
IUE及びウイルス感染の為の胎児は、一晩、雄と雌を交配させて得られた。膣栓が認められた日の正午を胎生期0.5とした。生まれた日は、出生後日数0としてカウントした。
<Animal>
Emx1 Cre KI-ΔNeo Mice (Iwasato, T., Datwani, A., Wolf, AM, Nishiyama, H., Taguchi, Y., Tonegawa, S., Knopfer, S. and Itohara, S. (2000). Cortex-restricted disorder of NMDR1 impairs neuronal patterns in the barrel cortex. Nature 406, 726-731 .; Iwa S., Itohara, S., and Crair, M.C. (2008)
upon Cre-mediated recombination. FEBS Letters 470, 263-268.), RNZ Reporter Mouse (Kobayashi, Y., Sano, Y., Vannoni, E., Goto, H., Ikeda, Tsu Oba, A., Kawasaki, H., Kamba, S., Lipp, H.-P., et al. (2013). , Α2-Chn flox mice (Iwata, R., Ohi, K., Kobayashi, Y., Masada, A., Iwama, M., Yasuda, Y., Yamamori, H., Taka ., Itohara, S., et al. (2014). RacGAP α2-Chimaerin Function in Development in Devosts Cognitive Ability in Adult. Cell Report.
Foets for IUE and viral infections were obtained by mating males and females overnight. Noon on the day when the vaginal plug was observed was defined as the embryonic period of 0.5. The day of birth was counted as 0 days after birth.
<In utero electroporation (IUE)>
IUEは、以前の報告に基づいて行われた(Mizuno, H., Hirano, T., and Tagawa, Y. (2007). Evidence for activity−dependent cortical wiring: formation of interhemispheric connections in neonatal mouse visual cortex requires projection neuron activity. The Journal of Neuroscience 27, 6760−6770.)。簡単には、妊娠したマウスに、生理食塩水に溶解したペントバルビタールナトリウム(50 mg/kg body weight)を用いて麻酔をかけた。
腹部を70%エタノールで洗浄した後、約3cmの正中開腹手術を行い、子宮を取り出した。DNAのマイクロインジェクションの為に、ガラスキャピラリーチューブ(GC150TF−10; Harvard Apparatus)を、マイクロピペットプラー(PC−10; Narishige)を用いて引っ張った。mouth−controlledピペットシステム(Drummond Scientific)を用いて、DNA溶液0.5μL全量を胎児の右側脳室に注入した。ピンセットタイプの電極で保持することにより(CY650P10, Unique Medical Imada, Japan)、胎児に、Square electric pulses (40 V; 50 ms)をエレクトロポレーター(CUY21SC; NepaGene)により、子宮を介して、1Hzの割合で5回伝達した。皮質ニューロンに遺伝子導入するための電極の位置は、以前の報告に基づいて行われた(Saito, T., and Nakatsuji, N. (2001). Efficient gene transfer into the embryonic mouse brain using in vivo electroporation. Developmental biology 240, 237−246.)。エレクトロポレーションの後、子宮を腹腔に戻し、腹壁と皮膚を外科的縫合術により縫合した。
IUEの為のプラスミドをNucleoBond Xtra Midi kit(Macherey−Nagel社製)を用いて精製した。各実験に用いたDNA溶解液組成物を以下にまとめて示す。
<In utero electroporation (IUE)>
IUE was performed based on a previous report (Mizuno, H., Hirano, T., and Tagawa, Y. (2007). Evidence for activity-dependent cerebral cortex wiring: formal cerebral engineering) projection neuron activity. The Journal of Neuroscience 27, 6760-6770.). Briefly, pregnant mice were anesthetized with pentobarbital sodium (50 mg / kg body weight) dissolved in saline.
After washing the abdomen with 70% ethanol, a midline laparotomy of about 3 cm was performed and the uterus was removed. For microinjection of DNA, a glass capillary tube (GC150TF-10; Harvard Apparatus) was pulled using a micropipette puller (PC-10; Narisige). A total 0.5 μL of DNA solution was injected into the right lateral ventricle of the foetation using a mouse-controlled pipette system (Drummond Scientific). By holding with tweezers-type electrodes (CY650P10, Unique Medical Imada, Japan), Square electric pulses (40 V; 50 ms) to the foetation via the electroporator (CUY21SC; NepaGene) via the uterus. It was transmitted 5 times at a rate. The positions of the electrodes for gene transfer into cortical neurons were based on previous reports (Saito, T., and Nakatsuji, N. (2001). Effective gene transfer in vivo. Development 240, 237-246.). After electroporation, the uterus was returned to the abdominal cavity and the abdominal wall and skin were sutured by surgical suture.
The plasmid for IUE was purified using the NucleoBond Xtra MIDI kit (manufactured by Macherey-Nagel). The DNA lysate compositions used in each experiment are summarized below.
CreベースのSupernova標識において、pK031.TRE−Cre (5ng/μL)及びpK029.CAG−loxP−STOP−loxP−RFP−ires−tTA−WPRE (1μg/μL) 又はpK038.CAG−loxP−STOP−loxP−EGFP−ires−tTA−WPRE(1μg/μL) 又は pK039.CAG−loxP−STOP−loxP−AmCyan−ires−tTA−WPRE(1μg/μL) を用いた。 In Cre-based Supernova labeling, pK031.TRE-Cre (5 ng / μL) and pK029.CAG-loxP-STOP-loxP-RFP-ires-tTA-WPRE (1 μg / μL) or pK038.CAG-loxP-STOP-loxP -EGFP-ires-tTA-WPRE (1 μg / μL) or pK039.CAG-loxP-STOP-loxP-AmCyan-ires-tTA-WPRE (1 μg / μL) was used.
皮質ニューロンのFlpeベースのSupernova標識において、pK036.TRE−Flpe−WPRE(5ng/μL)及びpK037.CAG−FRT−STOP−FRT−RFP−ires−tTA−WPRE (1μg/μL) 又はpK068.CAG−FRT−STOP−FRT−EGFP−ires−tTA−WPRE(1μg/μL)を用いた。 In the Flpe-based Supernova label of cortical neurons, pK036.TRE-Flpe-WPRE (5 ng / μL) and pK037.CAG-FRT-STOP-FRT-RFP-ires-tTA-WPRE (1 μg / μL) or pK068.CAG- FRT-STOP-FRT-EGFP-ires-tTA-WPRE (1 μg / μL) was used.
海馬CA1ニューロンのFlpeベースのSupernova標識において、pK036.TRE−Flpe−WPRE(50ng/μL)及びpK037.CAG−FRT−STOP−FRT−RFP−ires−tTA−WPRE (1μg/μL)を用いた。 In the Flpe-based Supernova labeling of hippocampal CA1 neurons, pK036.TRE-Flpe-WPRE (50 ng / μL) and pK037.CAG-FRT-STOP-FRT-RFP-ires-tTA-WPRE (1 μg / μL) were used.
DreベースのSupernova標識において、pK073.TRE−Dre−WPRE (5ng/μL)及びpK129.CAG−Rox−STOP−Rox−RFP−ires−tTA−WPRE (1μg/μL) 又はpK038.CAG−loxP−STOP−loxP−EGFP−ires−tTA−WPRE(1μg/μL) 又は pK224.CAG−Rox−STOP−Rox−EGFP−ires−tTA−WPRE(1μg/μL) を用いた。 In Dre-based Supernova labeling, pK073.TRE-Dre-WPRE (5 ng / μL) and pK129.CAG-Rox-STOP-Rox-RFP-ires-tTA-WPRE (1 μg / μL) or pK038.CAG-loxP-STOP. -LoxP-EGFP-ires-tTA-WPRE (1 μg / μL) or pK224.CAG-Rox-STOP-Rox-EGFP-ires-tTA-WPRE (1 μg / μL) was used.
Emx1−Cre KIマウスにおける皮質ニューロンのFlpe−SnGFP及び Dre−SnGFP標識において、pK046.CAG−loxP−STOP−loxP−RFP−WPRE(1μg/μL)をコントロールとして共導入した。 In Flpe-SnGFP and Dre-SnGFP labeling of cortical neurons in Emx1-Cre KI mice, pK046.CAG-loxP-STOP-loxP-RFP-WPRE (1 μg / μL) was co-introduced as a control.
共発現実験として、pK031.TRE−Cre(10ng/μL)を、pK038.CAG−loxP−STOP−loxP−EGFP−ires−tTA−WPRE (1μg/μL) 及びpK098.CAG−loxP−STOP−loxP−nlstagRFP−ires−tTA−WPRE(1μg/μL)又はpK029.CAG−loxP−STOP−loxP−RFP−ires−tTA−WPRE(1μg/μL)及び pK102.CAG−loxP−STOP−loxP−PSD95eGFP−ires−tTA−WPRE(1μg/μL)と共に用いた。 As co-expression experiments, pK031.TRE-Cre (10 ng / μL), pK038.CAG-loxP-STOP-loxP-EGFP-ires-tTA-WPRE (1 μg / μL) and pK098.CAG-loxP-STOP-loxP- nlstagRFP-ires-tTA-WPRE (1 μg / μL) or pK029.CAG-loxP-STOP-loxP-RFP-ires-tTA-WPRE (1 μg / μL) and pK102.CAG-loxP-STOP-loxP-PSD95eGFP-re Used with tTA-WPRE (1 μg / μL).
CAG−loxP−CAT−loxP−GFP reporter Tgマウスを用いた、Supernovaを介した疎らな遺伝子ノックダウン実験において、pTRE−Cre (10 ng/μl)、 pK098.CAG−loxP−STOP−loxP−nlstagRFP−ires−tTA−WPRE (1 μg/μl)及びpK177.CAG−loxP−STOP−loxP−mir30 (GFP RNAi) (1 μg/μl) 又は pK178.CAG−loxP−STOP−loxP−mir30 (GFP RNAi スクランブルコントロール)(1μg/μl)を含有するDNA溶解液を用いた。 In a supernova-mediated sparse gene knockdown experiment using CAG-loxP-CAT-loxP-GFP reporter Tg mice, pTRE-Cre (10 ng / μl), pK098.CAG-loxP-STOP-loxP-nlstagRFP- ires-tTA-WPRE (1 μg / μl) and pK177.CAG-loxP-STOP-loxP-mir30 (GFP RNAi) (1 μg / μl) or pK178.CAG-loxP-STOP-loxP-mir30 (GFP RNAi scramble control) ) (1 μg / μl)-containing DNA lysate was used.
RNZマウスを用いたSupernovaを介した疎らな遺伝子ノックダウン実験において、pTRE−Cre(10ng/μl)、pK039: pCAG−loxP−STOP−loxP−AmCyan−ires−tTA−WPRE(1μg/μL)及びpK225:pCAG−loxP−STOP−loxP−mir30(LacZ RNAi) (1 μg/μl)又はpK226:pCAG−loxP−STOP−loxP−mir30(LacZ RNAiスクランブルコントロール)(1μg/μL)を含有するDNA溶解液を用いた。 In a supernova-mediated sparse gene knockdown experiment using RNZ mice, pTRE-Cre (10 ng / μl), pK039: pCAG-loxP-STOP-loxP-AmCyan-ires-tTA-WPRE (1 μg / μL) and pK225 : A DNA lysate containing pCAG-loxP-STOP-loxP-mir30 (LacZ RNAi) (1 μg / μl) or pK226: pCAG-loxP-STOP-loxP-mir30 (LacZ RNAi scramble control) (1 μg / μL). Using.
SupernovaシステムによるTALENを介したα2−Chn遺伝子操作の実験において、pK036.TRE−Flpe−WPRE(50ng/μl)、pK037.CAG−FRT−STOP−FRT−RFP−ires−tTA−WPRE (1μg/μl)、pK217.CAG−FRT−STOP−FRT−α2Chn TALEN Left (1μg/μl)、及びpK218.CAG−FRT−STOP−FRT−α2Chn TALEN Right(1μg/μl)を含有するDNA溶解液を用いた。 In an experiment of α2-Chn gene manipulation via TALEN by the Supernova system, pK036.TRE-Flpe-WPRE (50 ng / μl), pK037.CAG-FRT-STOP-FRT-RFP-ires-tTA-WPRE (1 μg / μl) ), PK217.CAG-FRT-STOP-FRT-α2Chn TALEN Left (1 μg / μl), and pK218.CAG-FRT-STOP-FRT-α2Chn TALEN Right (1 μg / μl).
<ウイルスの調製>
AAVの調製は、AAV−DJ/8 Helper Free Packaging System(Cell Biolabs, San Diego, CA, USA)を用いて行った。pAAV発現ベクターをpAAV−DJ(Agilent Technologies: 240071)及びpHelper(Agilent Technologies: 240071)と、penicillin 及びstreptomycin入りのComplete Medium(DMEM containing 10% heat−inactivated FBS, 1 mM sodium pyruvate solution, 0.075% sodium bicarbonate solution)中のHEK293T又はHEK293FT細胞にトランスフェクションした。トランスフェクション72時間後に、細胞をフラスコから優しく掻き採り、2,500rpmで30分遠心分離した。上清を0.45μmのメンブレンフィルター(Millipore, Bedford, MA, USA)を用いて濾過し、超遠心チューブに移した。ウイルス沈澱物を100μLのcold PBSに懸濁し、−80℃で保存した。各ウイルスの力価は、プライマーセットWL123(配列番号33;GTATGGAGCAAGGGGCAAG)/WL124(配列番号34; AGGCGGAGATTGCAGTGAG)を用いた定量PCRにより決定した。ウイルスサンプルをDNaseIで、37℃30分処理した。DNaseIは、65℃10分インキュベートして不活化した。標準曲線は、EcoRIで消化し、事前に精製したpK165プラスミドの10倍希釈系列(10〜108コピー/μL)を用いて作成した。
<Preparation of virus>
AAV was prepared using an AAV-DJ / 8 Helper Free Packaging System (Cell Biolabs, San Diego, CA, USA). The pAAV expression vector is pAAV-DJ (Agilent Technologies: 240071) and pHelper (Agilent Technologies: 240071), and the complete medium (DMEM product) containing pencillin and streptomycin. HEK293T or HEK293FT cells in sodium bicarbonate solution) were transfected. After 72 hours of transfection, cells were gently scraped from the flask and centrifuged at 2,500 rpm for 30 minutes. The supernatant was filtered through a 0.45 μm membrane filter (Millipore, Bedford, MA, USA) and transferred to an ultracentrifugation tube. The virus precipitate was suspended in 100 μL of cold PBS and stored at -80 ° C. The titer of each virus was determined by quantitative PCR using primer set WL123 (SEQ ID NO: 33; GTATGGAGCAAGGGCAAG) / WL124 (SEQ ID NO: 34; AGGCGGAGATTGCAGTGAG). Virus samples were treated with DNase I at 37 ° C. for 30 minutes. DNase I was inactivated by incubation at 65 ° C. for 10 minutes. Standard curves were prepared using a 10-fold dilution series (10-10 8 copies / μL) of pre-purified pK165 plasmid digested with EcoRI.
<ウイルスの注入>
P10〜P13マウスに、1.7〜2.5%のイソフルランを用いて麻酔をかけた。皮膚の注入箇所を開き、ハンドドリル(MINIMO,Tokyo,Japan)を用いて、頭がい骨に穴をあけた。左海馬か皮層にウイルスを注入した。ウイルス注入の間に、イソフルランの用量を1.5%にまで減らした。海馬CA1領域及び深皮層において、標識神経細胞の注入部位は、矢状縫合の約1mm外側、硬膜表面から−1.5mm〜−0.8mmに位置した。P2マウスのウイルス注入において、注入部位は、人字縫合の1.5mm左、硬膜表面から−1.5mm〜−1.0mmに位置した。ウイルスのデリバリーは、プログラムされた、34ゲージの斜角NanoFil needle (World Precision Instruments, Sarasota, FL, USA)付きのシリンジポンプ(KD Scientific)を用いて、220nL/分の割合で行われた。注入に用いたウイルスベクターを以下に示す。
<Injection of virus>
P10-P13 mice were anesthetized with 1.7-2.5% isoflurane. The injection site of the skin was opened and a hole was made in the skull using a hand drill (MINIMO, Tokyo, Japan). The virus was injected into the left hippocampus or skin layer. During the virus infusion, the dose of isoflurane was reduced to 1.5%. In the hippocampal CA1 region and the deep skin layer, the injection site of labeled neurons was located approximately 1 mm outside the sagittal suture and -1.5 mm to -0.8 mm from the dural surface. In the virus injection of P2 mice, the injection site was located 1.5 mm to the left of the human character suture and -1.5 mm to -1.0 mm from the dural surface. Virus delivery was performed at a rate of 220 nL / min using a programmed 34 gauge oblique angle NanoFil seedle (World Precision Instruments, Sarasota, FL, USA) syringe pump (KD Scientific). The viral vector used for injection is shown below.
AAVによる通常の標識に、AAV−EF1α−RFP−WPRE(5.5x1011ゲノムコピー/mL)をPBSで10〜103倍希釈した。希釈した、又は無希釈のAAV−EF1α−RFP−WPREと、AAV−EF1α−GFP−WPRE(3.5x1011ゲノムコピー/mL)と、PBSを等量ずつ混ぜた。1匹のマウスに、1000nLのウイルス混合物を注入した。
AAV−SnRFPによる標識に、AAV−TRE−Cre−WPRE(2.3x1013ゲノムコピー/mL)をPBSで102〜106倍希釈した。希釈した、又は無希釈のAAV−TRE−Cre−WPREと、AAV−EF1α−DIO−tTA−RFP(1.7x1013ゲノムコピー/mL)と、AAV−EF1α−GFP−WPRE(3.5x1011ゲノムコピー/mL)PBSを等量ずつ混ぜ、注入に用いた。図17(B)〜(G)において、AAV−TRE−Cre−WPREを105倍希釈して用いた。1匹のマウスに、1000nLのウイルス混合物を注入した。
RNZマウスへのAAV−SnRFPの注入において、AAV−TRE−Cre−WPRE(2.3x1013ゲノムコピー/mL)をPBSで105倍希釈し、AAV−EF1α−DIO−tTA−RFP(1.7x1013ゲノムコピー/mL)と等量ずつ混合した。1匹のマウスに、1000nLのウイルス混合物を注入した。α2−Chn floxedマウスへのAAV−SnRFPの注入において、AAV−TRE−Cre−WPRE(2.3x1013ゲノムコピー/mL)をPBSで104倍希釈し、AAV−EF1α−DIO−tTA−RFP(1.7x1013ゲノムコピー/mL)と等量ずつ混合した。1匹のマウスに、300nLのウイルス混合物を注入した。
Normal labeling with AAV, AAV-EF1α-RFP- WPRE the (5.5 × 10 11 genome copies / mL) was diluted 10 to 10 3 times with PBS. Diluted or undiluted AAV-EF1α-RFP-WPRE, AAV-EF1α-GFP-WPRE (3.5x10 11 genome copy / mL) and PBS were mixed in equal amounts. One mouse was injected with 1000 nL of virus mixture.
Labeling with AAV-SnRFP, AAV-TRE-Cre-WPRE (2.3x10 13 genome copy / mL) was diluted 10 2 to 10 6 times with PBS. Diluted or undiluted AAV-TRE-Cre-WPRE, AAV-EF1α-DIO-tTA-RFP (1.7x10 13 genome copy / mL), and AAV-EF1α-GFP-WPRE (3.5x10 11 genome) Copy / mL) PBS was mixed in equal amounts and used for infusion. In FIG. 17 (B) ~ (G) , was used to AAV-TRE-Cre-WPRE was diluted 10 5 fold. One mouse was injected with 1000 nL of virus mixture.
In the injection of AAV-SnRFP to RNZ mouse, AAV-TRE-Cre-WPRE the (2.3 × 10 13 genome copies / mL) was diluted 10 5 times in PBS, AAV-EF1α-DIO- tTA-RFP (1.7x10 Equal amounts were mixed with 13 genome copies / mL). One mouse was injected with 1000 nL of virus mixture. In the injection of AAV-SnRFP to [alpha] 2-Chn floxed mouse, AAV-TRE-Cre-WPRE the (2.3 × 10 13 genome copies / mL) was diluted 10 4 times with PBS, AAV-EF1α-DIO- tTA-RFP ( It was mixed in equal amounts with 1.7x10 13 genome copy / mL). One mouse was injected with 300 nL of virus mixture.
以上で説明した各実施形態における各構成及びそれらの組み合わせ等は一例であり、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、構成の付加、省略、置換、およびその他の変更が可能である。また、本発明は各実施形態によって限定されることはなく、請求項(クレーム)の範囲によってのみ限定される。 The configurations and combinations thereof in each of the embodiments described above are examples, and the configurations can be added, omitted, replaced, and other changes are possible without departing from the spirit of the present invention. Moreover, the present invention is not limited to each embodiment, but is limited only to the scope of claims.
Claims (4)
(1)テトラサイクリン応答因子(TRE)と、前記TREの制御下にある部位特異的組み換え酵素をコードする遺伝子と、を含む第一の制御因子を含む第一のベクターと、
外来性発現プロモーター、前記部位特異的組み換え酵素認識配列、転写終結配列、及び前記部位特異的組み換え酵素認識配列を5’側からこの順で含むカセットと、前記カセットの下流に位置し、前記外来性発現プロモーターの制御下にある、前記蛍光タンパク質をコードする遺伝子及びテトラサイクリン制御性トランス活性化因子(tTA)をコードする遺伝子と、を含む第二の制御因子を含む第二のベクターと、
前記カセットと、前記カセットの下流に位置し、前記外来性発現プロモーターの制御下にある、Cas9タンパク質をコードする遺伝子と、ガイドRNAを含む一種以上の遺伝子が作動可能に連結された第五の制御因子を含む第三のベクター、又は
前記カセットと、前記カセットの下流に位置し、前記外来性発現プロモーターの制御下にある、TALEN leftを含む第三Aの制御因子を含む第三Aのベクター、及び、前記カセットと、前記カセットの下流に位置し、前記外来性発現プロモーターの制御下にある、TALEN rightを含む第四の制御因子を含む第四のベクターとを、細胞に導入し、前記蛍光タンパク質で標識した細胞特異的に前記標的遺伝子を編集する、
(2)テトラサイクリン応答因子(TRE)と、前記TREの制御下にある部位特異的組み換え酵素をコードする遺伝子と、を含む第一の制御因子を含む第一のベクターと、
外来性発現プロモーター、前記部位特異的組み換え酵素認識配列、転写終結配列、及び前記部位特異的組み換え酵素認識配列を5’側からこの順で含むカセットと、前記カセットの下流に位置し、前記外来性発現プロモーターの制御下にある、前記蛍光タンパク質をコードする遺伝子及びテトラサイクリン制御性トランス活性化因子(tTA)をコードする遺伝子と、を含む第二の制御因子を含む第二のベクターと、を、
前記部位特異的組み換え酵素認識配列、標的遺伝子、及び前記部位特異的組み換え酵素認識配列を5’側からこの順で含む染色体を有する細胞に導入し、前記蛍光タンパク質で標識した細胞特異的に前記標的遺伝子をノックアウトする、或いは、
(3)テトラサイクリン応答因子(TRE)と、前記TREの制御下にある部位特異的組み換え酵素をコードする遺伝子と、を含む第一の制御因子を含む第一のベクターと、
外来性発現プロモーター、前記部位特異的組み換え酵素認識配列、転写終結配列、及び前記部位特異的組み換え酵素認識配列を5’側からこの順で含むカセットと、前記カセットの下流に位置し、前記外来性発現プロモーターの制御下にある、前記蛍光タンパク質をコードする遺伝子及びテトラサイクリン制御性トランス活性化因子(tTA)をコードする遺伝子と、を含む第二の制御因子を含む第二のベクターと、
外来性発現プロモーター、前記部位特異的組み換え酵素認識配列、転写終結配列、及び前記部位特異的組み換え酵素認識配列を5’側からこの順で含むカセットと、前記カセットの下流に位置し、前記外来性発現プロモーターの制御下にある、RNAi誘導性核酸と、を含む第三の制御因子を含む第三のベクターを、細胞に導入し、前記蛍光タンパク質で標識した細胞特異的に前記標的遺伝子をノックダウンする、方法。 A method for controlling the expression of a target gene in a dense non-human cell group by expressing and labeling a gene encoding a fluorescent protein specifically for each cell.
(1) A first vector containing a first regulator containing a tetracycline response factor (TRE) and a gene encoding a site-specific recombinant enzyme under the control of the TRE.
A cassette containing the exogenous expression promoter, the site-specific recombinant enzyme recognition sequence, the transcription termination sequence, and the site-specific recombinant enzyme recognition sequence in this order from the 5'side, and a cassette located downstream of the cassette, said exogenous. A second vector containing a second regulator, including a gene encoding the fluorescent protein and a gene encoding a tetracycline-regulated transactivator (tTA), under the control of an expression promoter.
A fifth control in which one or more genes, including a guide RNA, are operably linked to the cassette, a gene encoding the Cas9 protein located downstream of the cassette and under the control of the exogenous expression promoter. A third vector containing the factor, or
The cassette, the vector of the third A containing the regulator of the third A including TALEN left, located downstream of the cassette and under the control of the exogenous expression promoter, and the cassette and the cassette. A fourth vector containing a fourth regulator, including TALEN light, located downstream and under the control of the exogenous expression promoter, was introduced into cells and labeled with the fluorescent protein in a cell-specific manner. Edit the target gene,
(2) A first vector containing a first regulator containing a tetracycline response factor (TRE) and a gene encoding a site-specific recombinant enzyme under the control of the TRE.
A cassette containing the exogenous expression promoter, the site-specific recombinant enzyme recognition sequence, the transcription termination sequence, and the site-specific recombinant enzyme recognition sequence in this order from the 5'side, and a cassette located downstream of the cassette, said exogenous. A second vector containing a second regulator, including a gene encoding the fluorescent protein and a gene encoding a tetracycline-regulated transactivator (tTA), under the control of an expression promoter.
The site-specific recombinant enzyme recognition sequence, the target gene, and the site-specific recombinant enzyme recognition sequence are introduced into cells having chromosomes containing the site-specific recombinant enzyme recognition sequence in this order from the 5'side, and the target is cell-specifically labeled with the fluorescent protein. Knock out a gene or
(3) A first vector containing a first regulator containing a tetracycline response factor (TRE) and a gene encoding a site-specific recombinant enzyme under the control of the TRE.
A cassette containing the exogenous expression promoter, the site-specific recombinant enzyme recognition sequence, the transcription termination sequence, and the site-specific recombinant enzyme recognition sequence in this order from the 5'side, and a cassette located downstream of the cassette, said exogenous. A second vector containing a second regulator, including a gene encoding the fluorescent protein and a gene encoding a tetracycline-regulated transactivator (tTA), under the control of an expression promoter.
A cassette containing the exogenous expression promoter, the site-specific recombinant enzyme recognition sequence, the transcription termination sequence, and the site-specific recombinant enzyme recognition sequence in this order from the 5'side, and a cassette located downstream of the cassette, said exogenous. A third vector containing an RNAi-inducible nucleic acid and a third regulator, which is under the control of an expression promoter, is introduced into cells, and the target gene is knocked down in a cell-specific manner labeled with the fluorescent protein. the, way.
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