JP7823919B2 - Compositions for use in producing parental lines of epigenome-modified animals and plants and uses thereof - Google Patents
Compositions for use in producing parental lines of epigenome-modified animals and plants and uses thereofInfo
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Description
本発明は、エピゲノムが改変された動植物の親系統の製造に用いるための組成物およびその用途に関する。 The present invention relates to compositions and uses for producing parental lines of animals and plants with modified epigenomes.
動植物の遺伝子発現は、エピジェネティックに修飾されている。前記エピジェネティック修飾としては、ゲノムDNAのメチル化および脱メチル化;ヒストンのアセチル化、脱アセチル化、リン酸化、脱リン酸化、ユビキチン化、およびSUMO化;等が知られており、各修飾により、遺伝子発現に対して異なる制御が行なわれていることが明らかとなっている(非特許文献1)。Gene expression in animals and plants is epigenetically modified. Examples of known epigenetic modifications include methylation and demethylation of genomic DNA; acetylation, deacetylation, phosphorylation, dephosphorylation, ubiquitination, and sumoylation of histones; and it has been shown that each modification exerts different controls on gene expression (Non-Patent Document 1).
近年、様々な疾患において、遺伝子改変技術を用い、遺伝子改変マウスを作製することにより、原因遺伝子が特定されている。他方、前記エピジェネティック修飾の変化が、疾患の原因となることも示唆されている。In recent years, causative genes for various diseases have been identified by using genetic engineering techniques to generate genetically modified mice. Meanwhile, it has also been suggested that changes in epigenetic modifications may be the cause of the disease.
本発明者らは、各種疾患におけるエピジェネティック修飾の役割を検討するため、以下の方法により、ゲノムDNAのエピジェネティック修飾が改変されたマウス、すなわち、エピゲノムが改変されたマウスを作製した。具体的には、CRISPR/Cas9法で用いられるCas9タンパク質のヌクレアーゼ活性を不活化したdCas9を用いて、脱メチル化酵素であるTET(ten-eleven translocation)1(TET1)を、標的領域に標的化し、前記標的領域のエピゲノムの改変を行なった。しかしながら、一般的な遺伝子改変マウスと同様に、ゲノムDNAにdCas9およびTET1をコードする核酸を導入し、全身性にdCas9およびTET1の発現を誘導させたところ、前記標的領域のエピゲノムが改変されたマウスは得られたものの、前記標的領域によっては、得られたエピゲノムマウス改変マウスの成長不良、性成熟前の死亡等により、繁殖による維持が困難になるという問題が生じた。To investigate the role of epigenetic modifications in various diseases, the inventors used the following method to generate mice with epigenetic modifications of genomic DNA, i.e., mice with modified epigenomes. Specifically, using dCas9, a form of the Cas9 protein used in the CRISPR/Cas9 method in which the nuclease activity was inactivated, the demethylase TET (ten-eleven translocation) 1 (TET1) was targeted to a target region, thereby modifying the epigenome of the target region. However, as with conventional genetically modified mice, when nucleic acids encoding dCas9 and TET1 were introduced into genomic DNA and systemic expression of dCas9 and TET1 was induced, mice with modified epigenomes in the target region were obtained. However, depending on the target region, problems arose in that the resulting epigenome-modified mice exhibited poor growth and died before sexual maturity, making them difficult to maintain through breeding.
そこで、本発明は、エピゲノムが改変された動植物の製造および維持が可能な親系統の動植物を製造するための組成物の提供を目的とする。 Therefore, the present invention aims to provide a composition for producing parent lineage animals and plants that can be used to produce and maintain animals and plants with modified epigenomes.
前記目的を達成するため、本発明の組成物は、エピゲノムが改変された動植物の製造または維持用親系統の動植物の製造に用いるための組成物であって、
前記組成物は、核酸を含み、
前記核酸は、
ゲノムDNAにおいてエピゲノムを改変する標的領域の核酸配列に特異的に結合する核酸配列認識モジュールと、
前記核酸配列認識モジュールと複合体を形成可能であり、かつエピゲノムを改変可能なエピゲノム改変酵素と、
をコードする核酸を含み、
前記核酸は、配偶子形成において活性化する配偶子形成特異的なプロモーターに機能的に連結されることにより、前記配列認識モジュールおよび前記エピゲノム改変酵素が、前記配偶子形成において発現誘導されるように構成され、
前記配偶子形成において、発現誘導された前記核酸配列認識モジュールと、前記エピゲノム改変酵素とは、複合体を形成し、形成中の配偶子のゲノムDNAにおける標的領域のエピゲノムを改変する。
In order to achieve the above object, the composition of the present invention is a composition for use in producing an epigenome-modified animal or plant or a parent line for maintaining the epigenome, comprising:
the composition comprises a nucleic acid;
The nucleic acid is
a nucleic acid sequence recognition module that specifically binds to a nucleic acid sequence in a target region of genomic DNA for modifying the epigenome;
an epigenome modification enzyme capable of forming a complex with the nucleic acid sequence recognition module and modifying the epigenome;
and a nucleic acid encoding
the nucleic acid is operably linked to a gametogenesis-specific promoter that is activated during gametogenesis, thereby configuring the sequence recognition module and the epigenome modification enzyme to be expressed and induced during gametogenesis;
During gamete formation, the nucleic acid sequence recognition module whose expression is induced and the epigenome modification enzyme form a complex and modify the epigenome of the target region in the genomic DNA of the gamete being formed.
本発明の製造方法(以下、「第1の製造方法」ともいう)は、エピゲノムが改変された動植物の親系統の製造方法であって、
対象の動植物に、前記本発明の組成物を導入する工程を含む。
The production method of the present invention (hereinafter also referred to as "first production method") is a method for producing parent lines of epigenome-modified animals and plants, comprising the steps of:
The method includes the step of introducing the composition of the present invention into a target animal or plant.
本発明の親系統の動植物(以下、「親系統」ともいう)は、エピゲノムが改変された動植物の製造または維持に用いる親系統の動植物であって、
前記動植物は、外来性の核酸を含み、
前記核酸は、
ゲノムDNAにおいてエピゲノムを改変する標的領域の核酸配列に特異的に結合する核酸配列認識モジュールと、
前記核酸配列認識モジュールと複合体を形成可能であり、かつエピゲノムを改変可能なエピゲノム改変酵素と、
をコードする核酸を含み、
前記核酸は、配偶子形成において活性化する配偶子形成特異的なプロモーターに機能的に連結されることにより、前記配列認識モジュールおよび前記エピゲノム改変酵素が、前記配偶子形成において発現誘導されるように構成され、
前記配偶子形成において、発現誘導された前記核酸配列認識モジュールと、前記エピゲノム改変酵素とは、複合体を形成し、形成中の配偶子のゲノムDNAにおける標的領域のエピゲノムを改変する。
The parent strain of animals and plants of the present invention (hereinafter also referred to as "parent strain") is a parent strain of animals and plants used for producing or maintaining epigenome-modified animals and plants,
The animal or plant contains an exogenous nucleic acid,
The nucleic acid is
a nucleic acid sequence recognition module that specifically binds to a nucleic acid sequence in a target region of genomic DNA for modifying the epigenome;
an epigenome modification enzyme capable of forming a complex with the nucleic acid sequence recognition module and modifying the epigenome;
and a nucleic acid encoding
the nucleic acid is operably linked to a gametogenesis-specific promoter that is activated during gametogenesis, thereby configuring the sequence recognition module and the epigenome modification enzyme to be expressed and induced during gametogenesis;
During gamete formation, the induced expression of the nucleic acid sequence recognition module and the epigenome modification enzyme form a complex and modify the epigenome of the target region in the genomic DNA of the gamete being formed.
本発明の配偶子は、エピゲノムが改変された動植物の製造または維持に用いる親系統の動植物の製造に用いる配偶子であって、
前記本発明の親系統の動植物から単離されている。
The gametes of the present invention are gametes used to produce parental lineage animals or plants used in producing or maintaining epigenome-modified animals or plants,
It has been isolated from the parental line of the present invention.
本発明の製造方法(以下、「第2の製造方法」ともいう)は、標的領域のエピゲノムが改変された動植物の製造方法であって、
第1の親と、第2の親とを交雑し、得られた後代個体からエピゲノムが改変された個体を得る工程を含み、
前記第1の親および/または前記第2の親は、前記本発明の親系統の動植物である。
The production method of the present invention (hereinafter also referred to as "second production method") is a method for producing an animal or plant in which the epigenome of a target region is modified, comprising the steps of:
The method comprises a step of crossbreeding the first parent with the second parent and obtaining an individual having a modified epigenome from the resulting progeny individual,
The first parent and/or the second parent are plants or animals of the parental lineage of the present invention.
本発明の動植物(以下、「第1の動植物」ともいう)は、標的領域のエピゲノムが改変された動植物であって、
前記動植物は、
前記標的領域として、前記本発明の配偶子に由来するエピゲノムが改変された標的領域を含み、
前記外来性の核酸を含まない。
The animal or plant of the present invention (hereinafter also referred to as "first animal or plant") is an animal or plant in which the epigenome of a target region has been modified,
The animals and plants are
The target region includes a target region in which the epigenome derived from the gamete of the present invention has been modified,
It does not contain the exogenous nucleic acid.
本発明の動植物(以下、「第2の動植物」ともいう)は、標的領域のエピゲノムが改変された動植物であって、
前記動植物は、外来性の核酸を含み、
前記核酸は、
ゲノムDNAにおいてエピゲノムを改変する標的領域の核酸配列に特異的に結合する核酸配列認識モジュールと、
前記核酸配列認識モジュールと複合体を形成可能であり、かつエピゲノムを改変可能なエピゲノム改変酵素と、
をコードする核酸を含み、
前記核酸は、配偶子形成において活性化する配偶子形成特異的なプロモーターに機能的に連結されることにより、前記配列認識モジュールおよび前記エピゲノム改変酵素が、前記配偶子形成において発現誘導されるように構成され、
前記動植物は、前記標的領域として、前記配偶子形成において発現誘導された前記核酸配列認識モジュールと前記エピゲノム改変酵素とが複合体を形成し、前記標的領域のエピゲノムが改変された配偶子に由来する標的領域を含む。
The animal or plant of the present invention (hereinafter also referred to as "second animal or plant") is an animal or plant in which the epigenome of a target region has been modified,
The animal or plant contains an exogenous nucleic acid,
The nucleic acid is
a nucleic acid sequence recognition module that specifically binds to a nucleic acid sequence in a target region of genomic DNA for modifying the epigenome;
an epigenome modification enzyme capable of forming a complex with the nucleic acid sequence recognition module and modifying the epigenome;
and a nucleic acid encoding
the nucleic acid is operably linked to a gametogenesis-specific promoter that is activated during gametogenesis, thereby configuring the sequence recognition module and the epigenome modification enzyme to be expressed and induced during gametogenesis;
The animal or plant includes, as the target region, a target region derived from a gamete in which the epigenome of the target region is modified by forming a complex between the nucleic acid sequence recognition module whose expression is induced during gametogenesis and the epigenome modification enzyme.
本発明の組成物によれば、エピゲノムが改変された動植物の製造および維持が可能な親系統の動植物の製造ができる。 The composition of the present invention makes it possible to produce parental lines of animals and plants that can be used to produce and maintain animals and plants with modified epigenomes.
<定義>
本明細書において、「エピゲノム」は、核酸配列(塩基配列)の変化を伴わない、ゲノムにおけるDNAおよび/またはヒストンタンパク質の化学的修飾の状態を意味する。前記エピゲノムは、例えば、エピジェネティック修飾またはゲノム修飾ということもできる。
<Definition>
As used herein, the term "epigenome" refers to the state of chemical modifications of DNA and/or histone proteins in the genome without changes in the nucleic acid sequence (base sequence). The epigenome can also be referred to as, for example, epigenetic modification or genomic modification.
本明細書において、「エピゲノムの改変」または「エピゲノム改変」は、ゲノムにおけるDNAおよび/またはヒストンタンパク質の化学的修飾を変化させることを意味する。前記修飾の変化は、核酸配列(塩基配列)の変化を伴わない変化であることが好ましい。前記改変は、例えば、修飾の付加もしくは除去、修飾の種類の変更、修飾の頻度の増加もしくは減少等があげられる。前記「エピゲノムの改変」または「エピゲノム改変」は、例えば、「エピジェネティック修飾の改変」または「ゲノム修飾の改変」ということもできる。 As used herein, "epigenome modification" or "epigenome modification" refers to changing the chemical modifications of DNA and/or histone proteins in the genome. The change in modification preferably does not involve a change in the nucleic acid sequence (base sequence). Examples of the modification include adding or removing a modification, changing the type of modification, or increasing or decreasing the frequency of a modification. The "epigenome modification" or "epigenome modification" can also be referred to as, for example, "modification of epigenetic modifications" or "modification of genome modifications."
本明細書において、「エピゲノム改変酵素」は、ゲノムにおけるDNAおよび/またはヒストンタンパク質の化学的修飾を変化させるタンパク質を意味する。 As used herein, "epigenome-modifying enzyme" means a protein that alters chemical modifications of DNA and/or histone proteins in the genome.
本明細書において、「ゲノムDNA」は、真核細胞の細胞核内のゲノムDNAを意味する。 As used herein, "genomic DNA" refers to the genomic DNA within the nucleus of a eukaryotic cell.
本明細書において、「核酸」は、デオキシリボヌクレオチド(DNA)、リボヌクレオチド(RNA)、および/または改変ヌクレオチドのポリマーを意味する。前記核酸は、一本鎖核酸でもよいし、二本鎖核酸でもよい。前記核酸は、例えば、「核酸分子」ということもできる。As used herein, "nucleic acid" refers to a polymer of deoxyribonucleotides (DNA), ribonucleotides (RNA), and/or modified nucleotides. The nucleic acid may be a single-stranded nucleic acid or a double-stranded nucleic acid. The nucleic acid may also be referred to as, for example, a "nucleic acid molecule."
本明細書において、「ハイブリダイズ」は、ヌクレオチドの相補性、具体的には、ヌクレオチドにおける塩基の相補性により生じる相補的ポリヌクレオチドとのアニーリングを意味する、すなわち、2つのポリヌクレオチドが水素結合を介して非共有結合的に対を形成可能であることを意味する。 As used herein, "hybridize" means annealing with a complementary polynucleotide that occurs due to nucleotide complementarity, specifically, base complementarity in nucleotides, i.e., the two polynucleotides can form a non-covalent pair via hydrogen bonds.
本明細書において、「相補性」または「相補的」は、あるポリヌクレオチドと、別のポリヌクレオチドとの間で、ヌクレオチド対、すなわち、塩基対を形成可能であることを意味する。 As used herein, "complementary" or "complementary" means the ability to form nucleotide pairs, i.e., base pairs, between one polynucleotide and another polynucleotide.
本明細書において、「タンパク質」または「ペプチド」は、未修飾アミノ酸(天然のアミノ酸)、修飾アミノ酸、および/または人工アミノ酸から構成されるポリマーを意味する。 As used herein, "protein" or "peptide" refers to a polymer composed of unmodified amino acids (naturally occurring amino acids), modified amino acids, and/or artificial amino acids.
本明細書において、「ポリペプチド」は、未修飾アミノ酸(天然のアミノ酸)、修飾アミノ酸、および/または人工アミノ酸から構成されるポリマーを意味する。前記ポリペプチドは、10アミノ酸以上の長さを有するペプチドである。As used herein, "polypeptide" refers to a polymer composed of unmodified (naturally occurring), modified, and/or artificial amino acids. A polypeptide is a peptide having a length of 10 or more amino acids.
本明細書において、「ドメイン」は、タンパク質、ポリペプチド、および/またはペプチドにおいて、立体構造または機能的にまとまった領域を意味する。 As used herein, "domain" refers to a structurally or functionally organized region in a protein, polypeptide, and/or peptide.
本明細書において、「抗体」は、免疫グロブリン遺伝子または免疫グロブリン遺伝子の断片により実質的または部分的にコードされる、1または複数のポリペプチドを含むタンパク質を意味する。免疫グロブリン遺伝子は、例えば、κ、λ、α(α1、α2を含む)、γ(γ1、γ2、γ3、γ4を含む)、δ、εおよびμ等の定常領域をコードする遺伝子と、V領域、D領域、J領域等の無数の免疫グロブリン可変領域をコードしうる遺伝子とを含む。前記抗体は、例えば、重鎖および軽鎖を含む。前記軽鎖は、κおよびλを含み、それぞれ、κ鎖およびλ鎖を構成する。前記重鎖は、γ、μ、α、δ、またはεを含み、それぞれ、免疫グロブリンのクラスであるIgG、IgM、IgA、IgDおよびIgEを構成する。前記抗体は、四量体から構成される典型的な免疫グロブリン(抗体)の構造単位であってもよい。この場合、前記抗体は、2つの同一のポリペプチド鎖の対から構成され、各対は、1つの軽鎖(約25kDa)と1つの重鎖(約50~70kDa)とから構成される。また、各鎖のN末端は、主に抗原認識に関与する約100~110個またはそれ以上のアミノ酸から構成される可変領域を規定する。前記抗体は、全長の免疫グロブリンでもよいし、その抗原結合断片でもよい。As used herein, "antibody" refers to a protein comprising one or more polypeptides substantially or partially encoded by immunoglobulin genes or fragments of immunoglobulin genes. Immunoglobulin genes include genes encoding constant regions such as κ, λ, α (including α1 and α2), γ (including γ1, γ2, γ3, and γ4), δ, ε, and μ, as well as genes capable of encoding numerous immunoglobulin variable regions such as V, D, and J regions. The antibody comprises, for example, a heavy chain and a light chain. The light chain comprises κ and λ, constituting the κ chain and λ chain, respectively. The heavy chain comprises γ, μ, α, δ, or ε, constituting the immunoglobulin classes IgG, IgM, IgA, IgD, and IgE, respectively. The antibody may be a typical immunoglobulin (antibody) structural unit composed of a tetramer. In this case, the antibody is composed of two identical pairs of polypeptide chains, each pair consisting of one light chain (about 25 kDa) and one heavy chain (about 50-70 kDa). The N-terminus of each chain defines a variable region of about 100-110 or more amino acids primarily responsible for antigen recognition. The antibody may be a full-length immunoglobulin or an antigen-binding fragment thereof.
本明細書において、「抗原結合断片」は、抗体の一部を含むポリペプチドであり、より具体的には、前記可変領域を含むポリペプチドである。前記抗原結合断片は、例えば、前記全長の免疫グロブリンに対して、様々なペプチダーゼによる消化によって産生することができる。前記抗原結合断片は、例えば、F(ab')2、Fab'、Fab、Fv(variable fragment of antibody)、ジスルフィド結合Fv、一本鎖抗体(scFv)、およびこれらの重合体等があげられる。 As used herein, an "antigen-binding fragment" refers to a polypeptide comprising a portion of an antibody, more specifically, a polypeptide comprising the variable region. The antigen-binding fragment can be produced, for example, by digesting the full-length immunoglobulin with various peptidases. Examples of the antigen-binding fragment include F(ab') 2 , Fab', Fab, Fv (variable fragment of antibody), disulfide-linked Fv, single-chain antibody (scFv), and polymers thereof.
本明細書において、「配偶子」は、生殖細胞であり、接合または受精により新たな個体を発生できる細胞を意味する。前記配偶子は、例えば、「配子」または「生殖体」ということもできる。前記配偶子は、例えば、異形配偶子であり、具体例として、動物における精子および卵子、植物における花粉および胚嚢があげられる。As used herein, "gamete" refers to a reproductive cell that can generate a new individual through union or fertilization. The gamete can also be referred to as, for example, a "gamete" or a "gametome." Specific examples of the gamete include heterogametes, such as sperm and eggs in animals, and pollen and embryo sacs in plants.
本明細書において、「インプリンティング遺伝子」は、ゲノムインプリンティングにより、その遺伝子発現が制御されている遺伝子を意味する。 As used herein, "imprinted gene" refers to a gene whose expression is controlled by genomic imprinting.
本明細書において、「制御領域」は、ゲノムDNAにおいて遺伝子発現を制御する領域を意味する。前記インプリンティング遺伝子の制御領域は、一般的に、メチル化により制御される。このため、前記インプリンティング遺伝子の制御領域は、DMR(differentially methylated region)またはICR(imprinting control region)ともいう。As used herein, "control region" refers to a region in genomic DNA that controls gene expression. The control region of an imprinted gene is generally regulated by methylation. For this reason, the control region of an imprinted gene is also called a differentially methylated region (DMR) or an imprinting control region (ICR).
本明細書において、「プロモーター」または「プロモーター領域」は、遺伝子またはポリヌクレオチドをコードするDNA領域の上流に存在し、転写因子が結合する核酸配列(塩基配列)を含む領域であり、前記遺伝子または前記ポリヌクレオチドの転写量を調節する領域を意味する。前記「プロモーター」または「プロモーター領域」は、例えば、「転写調節領域」ということもできる。As used herein, the term "promoter" or "promoter region" refers to a region that is located upstream of a DNA region encoding a gene or polynucleotide, contains a nucleic acid sequence (base sequence) to which a transcription factor binds, and regulates the amount of transcription of the gene or polynucleotide. The "promoter" or "promoter region" can also be referred to as, for example, a "transcriptional regulatory region."
本明細書において、「発現ベクター」または「ベクター」は、in vitroまたはin vivoにおいて、宿主細胞に送達される核酸を含む組換えプラスミド、ウイルス、またはウイルス様粒子(Virus-like particle: VLP)を意味する。 As used herein, "expression vector" or "vector" refers to a recombinant plasmid, virus, or virus-like particle (VLP) containing a nucleic acid to be delivered to a host cell, either in vitro or in vivo .
本明細書において、「動植物」は、分類学上の動物および植物を意味する。前記動植物は、配偶子を形成する、任意の動物および植物を含む。前記動物は、例えば、ヒトおよび非ヒト動物を意味する。前記非ヒト動物は、例えば、マウス、ラット、ウサギ、イヌ、ネコ、ウシ、ウマ、ブタ、サル、イルカ、アシカ等の哺乳類動物があげられる。前記植物は、例えば、被子植物等があげられる。 As used herein, "animals and plants" refers to taxonomic animals and plants. The term "animals and plants" includes any animals and plants that form gametes. Examples of animals include humans and non-human animals. Examples of non-human animals include mammals such as mice, rats, rabbits, dogs, cats, cows, horses, pigs, monkeys, dolphins, and sea lions. Examples of plants include angiosperms.
本明細書において、「外来性」は、動植物を構成する細胞外から細胞内に導入されたことを意味する。 As used herein, "exogenous" means introduced into a cell from outside the cells that make up an animal or plant.
本明細書において、「単離」は、同定され、かつ分離された状態、および/または自然状態での成分から回収された状態を意味する。前記「単離」は、例えば、少なくとも1つの精製工程を得ることにより実施できる。As used herein, "isolated" means identified and separated and/or recovered from components in their natural state. The "isolation" can be achieved, for example, by at least one purification step.
本明細書において、「標的領域」は、ゲノムDNAにおいて、所望の効果を誘導することを目的とする領域を意味する。前記所望の効果は、例えば、前記エピゲノムの改変である。As used herein, "target region" refers to a region in genomic DNA intended to induce a desired effect, such as modification of the epigenome.
本明細書において、「標的化」は、標的領域に結合または集積し、所望の効果を誘導することを意味する。前記所望の効果は、例えば、前記エピゲノムの改変である。As used herein, "targeting" means binding to or accumulating in a target region and inducing a desired effect, such as modification of the epigenome.
以下、本発明について例をあげて説明するが、本発明は以下の例等に限定されるものではなく、任意に変更して実施できる。また、本発明における各説明は、特に言及がない限り、互いに援用可能である。なお、本明細書において、「~」という表現を用いた場合、その前後の数値または物理値を含む意味で用いる。また、本明細書において、「Aおよび/またはB」という表現には、「Aのみ」、「Bのみ」、「AおよびBの双方」が含まれる。 The present invention will be described below using examples, but the present invention is not limited to the following examples and can be practiced with any modifications. Furthermore, all descriptions in this invention are mutually applicable unless otherwise specified. In this specification, the expression "~" is used to include the numerical or physical values before and after it. In this specification, the expression "A and/or B" includes "A only," "B only," and "both A and B."
<親系統の動植物の製造に用いる核酸または組成物>
ある態様において、本発明は、エピゲノムが改変された動植物の製造および/または維持に利用できる親系統の動植物の製造に用いる核酸または前記核酸を含む組成物を提供する。本発明は、エピゲノムが改変された動植物の製造または維持用親系統の動植物の製造に用いるための核酸または組成物であって、前記組成物は、核酸を含み、前記核酸は、ゲノムDNAにおいてエピゲノムを改変する標的領域の核酸配列に特異的に結合する核酸配列認識モジュールと、前記核酸配列認識モジュールと複合体を形成可能であり、かつエピゲノムを改変可能なエピゲノム改変酵素と、をコードする核酸を含み、前記核酸は、前記配列認識モジュールおよび前記エピゲノム改変酵素が、前記配偶子形成において発現誘導されるように構成され、前記配偶子形成において、発現誘導された前記核酸配列認識モジュールと、前記エピゲノム改変酵素とは、複合体を形成し、形成中の配偶子のゲノムDNAにおける標的領域のエピゲノムを改変する。
<Nucleic acids or compositions used to produce parental lineage animals and plants>
In one aspect, the present invention provides a nucleic acid or a composition comprising the nucleic acid for use in producing a parent line of animals or plants that can be used in producing and/or maintaining animals or plants with modified epigenomes. The present invention provides a nucleic acid or composition for use in producing a parent line of animals or plants for producing or maintaining animals or plants with modified epigenomes, the composition comprising a nucleic acid, the nucleic acid encoding a nucleic acid sequence recognition module that specifically binds to a nucleic acid sequence in a target region in genomic DNA for epigenome modification, and an epigenome modification enzyme that is capable of forming a complex with the nucleic acid sequence recognition module and modifying the epigenome, the nucleic acid being configured such that the sequence recognition module and the epigenome modification enzyme are induced to be expressed during gametogenesis, and during gametogenesis, the induced nucleic acid sequence recognition module and the epigenome modification enzyme form a complex and modify the epigenome of the target region in the genomic DNA of the gamete being formed.
本発明の組成物によれば、以下のように、エピゲノムが改変された動植物の製造および/または維持に利用できる親系統の動植物を作製できる。具体例として、前記動植物がマウスであり、エピゲノム改変が生じる配偶子が雄親系統の配偶子、すなわち、精子であり、前記マウスのゲノムDNAにおいて、一方の染色体(ゲノムDNA)に前記核酸が導入されている場合、すなわち、前記核酸がトランスジーンである場合を例として、図1を用いて説明する。なお、本発明は、以下の説明により、何ら制限されない。まず、雄親系統について説明する。前記雄親系統では、前記核酸を含む染色体(TG1)と、前記核酸を含まない染色体(WT1)とを有する。前記雄親系統の精巣では、始原生殖細胞から精子が形成される。前記精子形成では、前記核酸中の前記配列認識モジュールおよび前記エピゲノム改変酵素の発現が誘導されるため、これらが複合体を形成し、前記ゲノムDNAにおける標的領域に標的化される。そして、前記複合体における前記標的領域のエピゲノムが改変されるため、エピゲノムが改変され、前記核酸を含む染色体(TG2)またはエピゲノムが改変され、前記核酸を含まない染色体(WT2)を含む精子が形成される。前記エピゲノム改変された精子と、エピゲノム改変されていない卵子とを受精させると、一方の染色体がエピゲノム改変された染色体であり、他方がエピゲノム改変されていない染色体である、エピゲノム改変マウスを作製できる。なお、エピゲノム改変された精子と、エピゲノム改変された卵子と組合わせることにより、両染色体がエピゲノム改変された染色体であるエピゲノム改変マウスを取得することも可能である。 The composition of the present invention can be used to create parental strains of animals and plants that can be used to produce and/or maintain epigenome-modified animals and plants, as follows. As a specific example, a case will be described using Figure 1 in which the animal or plant is a mouse, the gamete in which the epigenome modification occurs is a gamete of the male parent strain, i.e., sperm, and the nucleic acid is introduced into one chromosome (genomic DNA) of the mouse's genomic DNA, i.e., the nucleic acid is a transgene. Note that the present invention is not limited in any way by the following explanation. First, the male parent strain will be described. The male parent strain has a chromosome (TG1) that contains the nucleic acid and a chromosome (WT1) that does not contain the nucleic acid. In the testes of the male parent strain, sperm are formed from primordial germ cells. During spermatogenesis, expression of the sequence recognition module and the epigenome modification enzyme in the nucleic acid is induced, forming a complex that is targeted to the target region in the genomic DNA. Then, because the epigenome of the target region in the complex is modified, sperm containing a chromosome (TG2) in which the epigenome is modified and contains the nucleic acid, or a chromosome (WT2) in which the epigenome is modified and does not contain the nucleic acid, is formed. Fertilizing the epigenome-modified sperm with an unmodified egg produces an epigenome-modified mouse in which one chromosome is epigenome-modified and the other is unmodified. Furthermore, by combining epigenome-modified sperm with an epigenome-modified egg, it is also possible to obtain an epigenome-modified mouse in which both chromosomes are epigenome-modified.
つぎに、雌親系統について説明する。前記雌親系統では、前記核酸を含む染色体(TG1)と、前記核酸を含まない染色体(WT1)とを有する。前記雌親系統の卵巣では、始原生殖細胞から卵子が形成される。前記卵子形成では、前記核酸中の精子形成において発現誘導される前記配列認識モジュールおよび前記エピゲノム改変酵素の発現は誘導されない。このため、前記核酸を含む染色体(TG1)と、前記核酸を含まない染色体(WT1)の標的領域は、エピゲノム改変されておらず、前記核酸を含む染色体(TG1)またはエピゲノム改変されておらず、前記核酸を含まない染色体(WT1)を含む卵子が形成される。そして、前記エピゲノム改変されていない卵子と、エピゲノム改変されていない精子とを受精させると、前記核酸を含む染色体(TG1)と前記核酸を含まない染色体(WT1)とを含むマウスと、2つの核酸を含まない染色体(WT1)とを作製できる。前者のマウスは、前記雄親系統および前記雌親系統と同様のゲノムDNAを有するため、系統維持に用いるマウスとして使用できる。したがって、本発明の組成物によれば、エピゲノムが改変された動植物の製造および/または維持に利用できる親系統の動植物を作製できる。また、図1および図2に示すように、本発明の組成物を用いれば、前記標的領域のエピゲノムが改変され、前記核酸を含まない染色体(WT2)と、前記エピゲノム改変されておらず、前記核酸を含まない染色体(WT1)とを含むエピゲノムマウスを作製できる。前記エピゲノム改変マウスは、前記標的領域のエピゲノムが改変された以外は、エピゲノムが改変されておらず、前記核酸を含まない染色体を2セット含むマウスと同じであるため、外来性の核酸の影響が除外され、前記エピゲノム改変の影響のみを検討可能なエピゲノム改変マウスを作製できる。なお、エピゲノム改変が生じる配偶子が精子である場合を例にあげて説明したが、図2に示すように、エピゲノム改変が生じる配偶子が雌親系統の配偶子、すなわち、卵子である場合も、同様に、エピゲノムが改変された動植物の製造および/または維持に利用できる親系統の動植物を作製できる。また、前記動植物として、動物のマウスを用いたが、配偶子(例えば、花粉および胚嚢)を形成する植物においても同様に適用できる。Next, the female parent strain will be described. The female parent strain has a chromosome (TG1) containing the nucleic acid and a chromosome (WT1) not containing the nucleic acid. In the ovaries of the female parent strain, eggs are formed from primordial germ cells. During egg formation, the expression of the sequence recognition module and the epigenome modification enzyme in the nucleic acid, which are induced during spermatogenesis, is not induced. Therefore, the target regions of the chromosome (TG1) containing the nucleic acid and the chromosome (WT1) not containing the nucleic acid are not epigenome-modified, and eggs are formed containing the chromosome (TG1) containing the nucleic acid or the chromosome (WT1) not containing the nucleic acid that is not epigenome-modified. Then, by fertilizing the non-epigenome-modified egg with non-epigenome-modified sperm, mice containing the chromosome (TG1) containing the nucleic acid and the chromosome (WT1) not containing the nucleic acid, and two chromosomes (WT1) not containing the nucleic acid can be produced. The former mouse has genomic DNA similar to that of the male and female parent strains, and therefore can be used to maintain the lineage. Therefore, the composition of the present invention can produce parent strains of animals and plants that can be used to produce and/or maintain epigenome-modified animals and plants. Furthermore, as shown in Figures 1 and 2, the composition of the present invention can be used to produce epigenome mice in which the epigenome of the target region has been modified and which contain a chromosome (WT2) that does not contain the nucleic acid, and a chromosome (WT1) that has not been epigenome-modified and does not contain the nucleic acid. The epigenome-modified mouse is identical to a mouse whose epigenome has not been modified and contains two sets of chromosomes that do not contain the nucleic acid, except for the modification of the epigenome of the target region. Therefore, the influence of exogenous nucleic acids can be eliminated, and epigenome-modified mice can be produced that allow for the examination of the influence of the epigenome modification alone. Although the above description has been given taking the example of a case where the gamete in which the epigenome modification occurs is a sperm, as shown in Figure 2, even when the gamete in which the epigenome modification occurs is a gamete of a female parent lineage, i.e., an egg, it is possible to similarly produce a parent lineage animal or plant that can be used to produce and/or maintain an epigenome-modified animal or plant. Furthermore, although mice were used as the animal or plant, the same can be applied to plants that form gametes (e.g., pollen and embryo sacs).
前記標的領域は、ゲノムDNAにおける任意の領域であり、目的に応じて適宜設定できる。前記標的領域は、例えば、インプリンティング遺伝子の制御領域またはプロモーター領域等があげられる。前記インプリンティング遺伝子は、例えば、IMPRINTED GENE DATABASES(https://www.geneimprint.com/site/home)に記載の遺伝子を参照できる。具体例として、前記動植物がマウスの場合、前記非典型的なインプリンティング遺伝子は、例えば、Igf2遺伝子、Gab1(GRB2-associated-binding protein 1)遺伝子、Gm32885遺伝子、Jade1/Phf17(Plant Homeo-domain-17)遺伝子、Platr20遺伝子、Sfmbt2(Scm-like with four MBT domains protein 2)遺伝子、Slc38a4遺伝子、Smoc1遺伝子、Xist遺伝子等があげられる。前記インプリンティング遺伝子がIgf2遺伝子の場合、前記制御領域は、例えば、H19-DMRがあげられる。The target region can be any region in genomic DNA and can be appropriately set depending on the purpose. Examples of the target region include the regulatory region or promoter region of an imprinted gene. For example, the genes listed in the IMPRINTED GENE DATABASES (https://www.geneimprint.com/site/home) can be referenced as examples of imprinted genes. Specific examples of atypical imprinted genes when the animal or plant is a mouse include the Igf2 gene, Gab1 (GRB2-associated-binding protein 1) gene, Gm32885 gene, Jade1/Phf17 (Plant Homeo-domain-17) gene, Platr20 gene, Sfmbt2 (Scm-like with four MBT domains protein 2) gene, Slc38a4 gene, Smoc1 gene, and Xist gene. When the imprinted gene is the Igf2 gene, the regulatory region can be, for example, H19-DMR.
前記標的領域の長さは、特に制限されず、例えば、エピゲノムの改変の目的に応じて適宜設定できる。 The length of the target region is not particularly limited and can be set appropriately depending on, for example, the purpose of epigenome modification.
前記核酸配列認識モジュールは、ゲノムDNAにおいてエピゲノムを改変する標的領域の核酸配列に特異的に結合する分子である。前記核酸配列認識モジュールは、前記エピゲノム改変酵素と複合体を形成できる。このため、前記核酸配列認識モジュールが、前記標的領域の核酸配列に結合することにより、前記標的領域に前記エピゲノム改変酵素をリクルート(集積)できる。これにより、前記エピゲノム改変酵素が前記標的領域のゲノムのエピジェネティック修飾を改変し、エピゲノムが改変される。また、前記核酸配列認識モジュールは、前記エピゲノム改変酵素を標的領域にリクルートできるため、エピゲノムに対して実施する改変の種類に応じた前記エピゲノム改変酵素と組合せることにより、前記標的領域に対して所望のエピゲノムの改変を実施できる。 The nucleic acid sequence recognition module is a molecule that specifically binds to the nucleic acid sequence of the target region in genomic DNA where the epigenome is to be modified. The nucleic acid sequence recognition module can form a complex with the epigenome modification enzyme. Therefore, by binding to the nucleic acid sequence of the target region, the nucleic acid sequence recognition module can recruit (accumulate) the epigenome modification enzyme to the target region. As a result, the epigenome modification enzyme modifies the epigenetic modifications of the genome in the target region, thereby modifying the epigenome. Furthermore, because the nucleic acid sequence recognition module can recruit the epigenome modification enzyme to the target region, by combining it with the epigenome modification enzyme appropriate for the type of modification to be performed on the epigenome, the desired epigenome modification can be performed on the target region.
前記核酸配列認識モジュールは、例えば、DNAの核酸配列を認識するタンパク質、またはタンパク質および核酸の複合体等があげられる。具体例として、前記核酸配列認識モジュールは、例えば、CRISPR(Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats)-Casシステム、Zincフィンガーモチーフ、転写アクチベーター様(TAL)エフェクター、PRR(Pentatricopeptide repeat)モチーフ、制限酵素、転写因子、RNAポリメラーゼ、DNAポリメラーゼ等のDNAと特異的に結合するタンパク質またはそのDNA結合ドメイン等があげられ、好ましくは、CRISPR-Casシステム、Zincフィンガーモチーフ、TALエフェクター、またはPRRモチーフ、またはそのDNA結合ドメインである。前記核酸配列認識モジュールは、例えば、ゲノムの核酸配列の変化の発生を抑制するため、二本鎖DNAの両方の鎖を切断しないことが好ましく、二本鎖DNAに対するヌクレアーゼ活性が不活性化されていることがより好ましい。 The nucleic acid sequence recognition module may be, for example, a protein that recognizes a nucleic acid sequence in DNA, or a complex of a protein and a nucleic acid. Specific examples of the nucleic acid sequence recognition module include proteins that specifically bind to DNA, such as the CRISPR (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats)-Cas system, zinc finger motif, transcription activator-like (TAL) effector, PRR (Pentatricopeptide repeat) motif, restriction enzyme, transcription factor, RNA polymerase, and DNA polymerase, or DNA-binding domains thereof. Preferably, the nucleic acid sequence recognition module is a CRISPR-Cas system, zinc finger motif, TAL effector, or PRR motif, or a DNA-binding domain thereof. To suppress changes in the nucleic acid sequence of the genome, for example, the nucleic acid sequence recognition module preferably does not cleave both strands of double-stranded DNA, and more preferably has inactivated nuclease activity against double-stranded DNA.
前記CRISPR-Casシステムは、ヌクレアーゼ活性を有するCasタンパク質と、前記Casタンパク質と複合体を形成し、標的の核酸配列とハイブリダイズするガイド鎖(ガイドRNA)とから構成される。前記Casタンパク質は、特に制限されず、例えば、タイプI~VのCasタンパク質があげられる。具体例として、前記Casタンパク質は、例えば、Cas1、Cas1B、Cas2、Cas3、Cas4、Cas5、Cas6、Cas7、Cas8、Cas9、Cas10、Cas12、Cas14、Csy1、Csy2、Csy3、Cse1、Cse2、Csc1、Csc2、Csa5、Csn2、Csm2、Csm3、Csm4、Csm5、Csm6、Cmr1、Cmr3、Cmr4、Cmr5、Cmr6、Csb1、Csb2、Csb3、Csx17、Csx14、Csx10、Csx16、CsaX、Csx3、Csx1、Csx15、Csf1、Csf2、Csf3、Csf4等があげられる。 The CRISPR-Cas system is composed of a Cas protein with nuclease activity and a guide strand (guide RNA) that forms a complex with the Cas protein and hybridizes with a target nucleic acid sequence. The Cas protein is not particularly limited, and examples include Cas proteins of types I to V. Specific examples of the Cas protein include Cas1, Cas1B, Cas2, Cas3, Cas4, Cas5, Cas6, Cas7, Cas8, Cas9, Cas10, Cas12, Cas14, Csy1, Csy2, Csy3, Cse1, Cse2, Csc1, Csc2, Csa5, Csn2, Examples include Csm2, Csm3, Csm4, Csm5, Csm6, Cmr1, Cmr3, Cmr4, Cmr5, Cmr6, Csb1, Csb2, Csb3, Csx17, Csx14, Csx10, Csx16, CsaX, Csx3, Csx1, Csx15, Csf1, Csf2, Csf3, and Csf4.
前記Casタンパク質の由来は、特に制限されない。前記Casタンパク質としてCas9を用いる場合、前記Cas9タンパク質は、例えば、黄色ブドウ球菌(Staphylococcus aureus)由来のCas9(SaCas9)、化膿レンサ球菌(Streptococcus pyogenes)由来のCas9(SpCas9)、ストレプトコッカス・サーモフィルス(Streptococcus thermophilus)由来のCas9(StCas9)等があげられる。 The origin of the Cas protein is not particularly limited. When Cas9 is used as the Cas protein, examples of the Cas9 protein include Cas9 (SaCas9) derived from Staphylococcus aureus , Cas9 (SpCas9) derived from Streptococcus pyogenes , and Cas9 (StCas9) derived from Streptococcus thermophilus .
前記Casタンパク質は、Casタンパク質のDNA切断ドメイン(切断部位)のうち、少なくとも1つのドメインのヌクレアーゼ活性(DNA切断能)が不活性化されていることが好ましい。具体例として、Cas9タンパク質は、DNA切断ドメインとして、HNHドメインおよびRuvCドメインを有する。このため、前記Cas9タンパク質は、HNHドメインおよびRuvCドメインの少なくとも一方が不活性化されていることが好ましく、両者が不活性化されていることがより好ましい。前記ヌクレアーゼ活性の不活性化は、例えば、前記Casタンパク質をコードするDNAにおいて、前記DNA切断ドメインをコードする核酸配列に対して、アミノ酸置換を導入することにより実施できる。具体例として、前記Cas9タンパク質がSpCas9の場合、前記SpCas9のHNHドメインは、例えば、836番目のアスパラギン(Asn)および/または840番目のヒスチジン残基(His)をアラニン残基(Ala)に置換することにより不活性化できる、すなわち、ガイドRNAとの相補鎖の切断能を不活性化できる。また、前記SpCas9のRuvCドメインは、例えば、10番目のアスパラギン酸残基(Asp)をアラニン残基(Ala)に置換することにより不活性化できる、すなわち、ガイドRNAとの相補鎖の反対側の鎖(逆相補鎖)の切断能を不活性化できる。前記SpCas9タンパク質は、例えば、840番目のヒスチジン残基(His)がアラニン残基(Ala)に置換され、10番目のアスパラギン酸残基(Asp)をアラニン残基(Ala)に置換されることにより、ヌクレアーゼ活性が不活性化する(dCas9タンパク質)。また、前記SpCas9タンパク質は、例えば、836番目のアスパラギン(Asn)がアラニン残基(Ala)に置換され、10番目のアスパラギン酸残基(Asp)をアラニン残基(Ala)に置換されることにより、ヌクレアーゼ活性が不活性化する(dCas9タンパク質)。Preferably, the nuclease activity (DNA cleavage ability) of at least one of the Cas protein's DNA cleavage domains (cleavage sites) is inactivated. Specifically, the Cas9 protein has an HNH domain and a RuvC domain as DNA cleavage domains. Therefore, it is preferable that at least one of the HNH domain and the RuvC domain of the Cas9 protein is inactivated, and more preferably, both domains are inactivated. The nuclease activity can be inactivated, for example, by introducing an amino acid substitution into the nucleic acid sequence encoding the DNA cleavage domain in the DNA encoding the Cas protein. Specifically, when the Cas9 protein is SpCas9, the HNH domain of SpCas9 can be inactivated by, for example, substituting the asparagine (Asn) at position 836 and/or the histidine residue (His) at position 840 with an alanine residue (Ala), thereby inactivating the ability to cleave the strand complementary to the guide RNA. Furthermore, the RuvC domain of the SpCas9 can be inactivated, for example, by substituting the 10th aspartic acid residue (Asp) with an alanine residue (Ala), i.e., the ability to cleave the strand opposite the complementary strand to the guide RNA (reverse complementary strand) can be inactivated. The SpCas9 protein, for example, has its nuclease activity inactivated by substituting the 840th histidine residue (His) with an alanine residue (Ala) and the 10th aspartic acid residue (Asp) with an alanine residue (Ala) (dCas9 protein). The SpCas9 protein also has its nuclease activity inactivated by substituting the 836th asparagine (Asn) with an alanine residue (Ala) and the 10th aspartic acid residue (Asp) with an alanine residue (Ala) (dCas9 protein).
前記ガイドRNAは、前記標的領域または前記標的領域近傍に存在する標的の核酸配列に対して相補的な核酸配列を有するポリヌクレオチドを含み、前記ポリヌクレオチドにより、標的の核酸配列とハイブリダイズ可能なRNAである。前記核酸配列認識モジュールとして前記CRISPR-Casシステムを用いる場合、前記ガイドRNAは、例えば、前記標的領域の核酸配列に特異的に結合する核酸配列を含むRNA分子、すなわち、前記標的領域の核酸配列と相補的なポリヌクレオチドを含むRNA分子である。 The guide RNA comprises a polynucleotide having a nucleic acid sequence complementary to a target nucleic acid sequence present in or near the target region, and is RNA that can hybridize with the target nucleic acid sequence via the polynucleotide. When the CRISPR-Cas system is used as the nucleic acid sequence recognition module, the guide RNA is, for example, an RNA molecule comprising a nucleic acid sequence that specifically binds to the nucleic acid sequence in the target region, i.e., an RNA molecule comprising a polynucleotide complementary to the nucleic acid sequence in the target region.
前記ガイドRNAは、前記Casタンパク質の種類に応じて適宜設定できる。前記ガイドRNAは、crRNA(CRISPR RNA)のみを含んでもよいし、crRNA(CRISPR RNA)およびtracrRNA(trans-activating CRISPR RNA)を含んでもよい。前記Casタンパク質がCas9タンパク質の場合、前記ガイドRNAは、二本のRNAから構成されてもよいし、一本のRNA(sgRNA)から構成されてもよい。前者の場合、ガイドRNAは、crRNAおよびtracrRNAから構成され、crRNAとtracrRNAとが相補的なポリヌクレオチドでハイブリダイズすることにより複合体を形成し、ガイドRNAとして機能する。また、後者の場合、sgRNAは、crRNAおよびtracrRNA、またはこれらがリンカーを介して連結されている。 The guide RNA can be appropriately designed depending on the type of Cas protein. The guide RNA may contain only crRNA (CRISPR RNA), or may contain crRNA (CRISPR RNA) and tracrRNA (trans-activating CRISPR RNA). When the Cas protein is Cas9 protein, the guide RNA may be composed of two RNAs or a single RNA (sgRNA). In the former case, the guide RNA is composed of crRNA and tracrRNA, and the crRNA and tracrRNA hybridize with complementary polynucleotides to form a complex that functions as the guide RNA. In the latter case, the sgRNA is composed of crRNA and tracrRNA, or these are linked via a linker.
前記crRNAは、例えば、5’末端に、前記標的の核酸配列に対して相補的なポリヌクレオチドを含むことが好ましい。前記標的の核酸配列を、前記標的領域における核酸配列とすることにより、前記crRNAは、前記標的領域の核酸配列に、前記Casタンパク質をリクルート(集積)でき、これにより、前記標的領域の核酸配列に、前記エピゲノム改変酵素をリクルート(集積)できる。前記相補的なポリヌクレオチドの長さは、例えば、15~25塩基長、18~22塩基長である。 The crRNA preferably includes, for example, at its 5' end, a polynucleotide complementary to the target nucleic acid sequence. By using the target nucleic acid sequence as a nucleic acid sequence in the target region, the crRNA can recruit (accumulate) the Cas protein to the nucleic acid sequence in the target region, thereby recruiting (accumulating) the epigenome modification enzyme to the nucleic acid sequence in the target region. The length of the complementary polynucleotide is, for example, 15 to 25 bases long or 18 to 22 bases long.
前記ガイドRNAの長さは、例えば、前記標的の核酸配列の長さに応じて適宜設定できる。 The length of the guide RNA can be set appropriately, for example, depending on the length of the target nucleic acid sequence.
前記ガイドRNAが標的とする核酸配列は、1種類でもよいし、2種類以上でもよい。前記ガイドRNAの種類数は、例えば、前記標的領域の長さに応じて設定できる。具体例として、前記標的領域が相対的に長い領域の場合、本発明の核酸は、前記エピゲノム改変酵素の改変可能な領域の長さに基づき、前記標的領域において異なる部位の核酸配列と特異的に結合する複数種類のガイドRNAをコードすることにより、前記標的領域全体のエピゲノムを改変できる。前記標的領域の近傍は、例えば、前記エピゲノム改変酵素の改変可能な領域の長さに応じて設定でき、具体例として、前記標的領域の末端の核酸残基を基準として、3kbp以内、2kbp以内、または1kbp以内であり、好ましくは、1kbp以内である。The guide RNA may target one or more nucleic acid sequences. The number of types of guide RNAs can be set, for example, depending on the length of the target region. Specifically, when the target region is relatively long, the nucleic acid of the present invention can encode multiple types of guide RNAs that specifically bind to nucleic acid sequences at different sites in the target region based on the length of the region modifiable by the epigenome modification enzyme, thereby modifying the epigenome of the entire target region. The vicinity of the target region can be set, for example, depending on the length of the region modifiable by the epigenome modification enzyme. Specifically, the vicinity of the target region can be set within 3 kbp, 2 kbp, or 1 kbp, preferably within 1 kbp, of the terminal nucleic acid residue of the target region.
前記Zincフィンガーモチーフは、C2H2(Cys2His2)型の異なるZincフィンガーユニットを複数連結させたものである。1つのZincフィンガーユニットは、約3塩基の核酸配列を認識する。前記複数個は、前記標的領域の核酸配列に応じて適宜設定できるが、一般的には、3~6個である。この場合、前記Zincフィンガーモチーフは、例えば、約9~18塩基の核酸配列を認識できる。前記Zincフィンガーモチーフは、例えば、Modular assembly法(Nat Biotechnol (2002) 20: 135-141)、OPEN法(Mol Cell (2008) 31: 294-301)、CoDA法(Nat Methods (2011) 8: 67-69)、大腸菌one-hybrid法(Nat Biotechnol (2008) 26:695-701)等の公知の手法により作製することができる。前記Zincフィンガーモチーフは、例えば、国際公開第03/087341号公報に記載の方法により作製できる。 The zinc finger motif is formed by linking multiple zinc finger units of different C 2 H 2 (Cys 2 His 2 ) types. One zinc finger unit recognizes a nucleic acid sequence of about 3 bases. The number of zinc finger units can be appropriately determined depending on the nucleic acid sequence of the target region, but is generally 3 to 6. In this case, the zinc finger motif can recognize, for example, a nucleic acid sequence of about 9 to 18 bases. The zinc finger motif can be prepared by known methods such as the modular assembly method (Nat Biotechnol (2002) 20: 135-141), the OPEN method (Mol Cell (2008) 31: 294-301), the CoDA method (Nat Methods (2011) 8: 67-69), or the Escherichia coli one-hybrid method (Nat Biotechnol (2008) 26: 695-701). The zinc finger motif can be prepared by the method described in WO 03/087341, for example.
TALエフェクターは、約34アミノ酸を単位としたモジュールの繰り返し構造を有しており、1つのモジュールの12および13番目のアミノ酸残基(repeat variable diresidues :RVD)によって、結合安定性と核酸(塩基)特異性が決定される。各モジュールの独立性は高く、モジュールを連続して配置することにより、標的の核酸配列に特異的なTALエフェクターを作製することが可能である。前記標的の核酸配列に対するTALエフェクターは、例えば、REAL法(Curr Protoc Mol Biol (2012) Chapter 12: Unit 12.15)、FLASH法(Nat Biotechnol (2012) 30: 460-465)、Golden Gate法(Nucleic Acids Res (2011) 39: e82)等のオープンリソースを利用して設計できる。前記TALエフェクターは、例えば、国際公開第2011/072246号公報に記載の方法により作製できる。TAL effectors have a repeating structure of modules consisting of approximately 34 amino acids. The 12th and 13th amino acid residues (repeat variable diresidues: RVD) of each module determine binding stability and nucleic acid (base) specificity. Each module is highly independent, and by arranging modules consecutively, it is possible to create TAL effectors specific to target nucleic acid sequences. TAL effectors specific to target nucleic acid sequences can be designed using open resources such as the REAL method (Curr Protoc Mol Biol (2012) Chapter 12: Unit 12.15), the FLASH method (Nat Biotechnol (2012) 30: 460-465), and the Golden Gate method (Nucleic Acids Res (2011) 39: e82). TAL effectors can be produced, for example, by the method described in International Publication No. 2011/072246.
PPRモチーフは、35アミノ酸からなり1つの核酸(塩基)を認識するPPRモチーフの連続して配置することにより、特定の核酸配列を認識するように構成される。前記PPRモチーフでは、各モチーフの1、4、および各モチーフのC末端から2番目(ii(-2)番目)のアミノ酸で標的核酸(塩基)を認識する。また、各モチーフの構成に依存性はなく、C末端側またはN末端側のPRRモチーフからの干渉が生じないため、PPRモチーフを連続して配置することにより、標的の核酸配列に特異的なPPRタンパク質を作製できる。前記PPRモチーフは、例えば、国際公開第2014/175284号公報に記載の方法により作製できる。PPR motifs are composed of 35 amino acids and are configured to recognize a specific nucleic acid sequence by arranging them consecutively, each recognizing a single nucleic acid (base). The PPR motifs recognize the target nucleic acid (base) at the first, fourth, and second amino acids from the C-terminus (ii(-2)) of each motif. Furthermore, the structure of each motif is independent, and there is no interference from PPR motifs on the C- or N-terminal side. Therefore, by arranging PPR motifs consecutively, a PPR protein specific to a target nucleic acid sequence can be produced. The PPR motifs can be produced, for example, by the method described in International Publication No. WO 2014/175284.
前記制限酵素、前記転写因子、前記RNAポリメラーゼ、または前記DNAポリメラーゼのDNA結合ドメインを用いる場合、これらのタンパク質のDNA結合ドメインは、公知であり、前記DNA結合ドメインを、前記核酸配列認識モジュールとして利用できる。 When using the DNA binding domain of the restriction enzyme, transcription factor, RNA polymerase, or DNA polymerase, the DNA binding domains of these proteins are publicly known, and the DNA binding domain can be used as the nucleic acid sequence recognition module.
前記核酸配列認識モジュールは、例えば、1種類でもよいし、2種類以上でもよい。前記標的領域が長い領域の場合、本発明の核酸は、前記標的領域において異なる部位の核酸配列に特異的に結合する複数種類の核酸配列認識モジュールをコードすることにより、前記標的領域全体のエピゲノムを改変できる。 The nucleic acid sequence recognition module may be, for example, one type, or two or more types. When the target region is long, the nucleic acid of the present invention can encode multiple types of nucleic acid sequence recognition modules that specifically bind to nucleic acid sequences at different sites in the target region, thereby modifying the epigenome of the entire target region.
前記エピゲノム改変酵素の改変対象は、ゲノムDNAの化学的修飾でもよいし、ヒストンタンパク質の化学的修飾でもよい。前記エピゲノム改変酵素は、例えば、メチル化酵素、脱メチル化酵素、アセチル化酵素、脱アセチル化酵素、リン酸化酵素、脱リン酸化酵素、ユビキチン化酵素、SUMO化酵素等があげられる。The target of modification by the epigenome-modifying enzyme may be the chemical modification of genomic DNA or the chemical modification of histone proteins. Examples of the epigenome-modifying enzyme include methylases, demethylases, acetylases, deacetylases, kinases, dephosphorylating enzymes, ubiquitinases, and sumoylases.
前記改変対象がゲノムDNAの化学的修飾の場合、前記エピゲノム改変酵素は、例えば、メチル化酵素または脱メチル化酵素があげられる。前記動植物が動物である場合、前記メチル化酵素は、例えば、前記ゲノムDNAにおけるCpG部位のシトシンヌクレオチドをメチル化する。この場合、前記メチル化酵素は、例えば、DNMT(DNA Methyltransferase)3A、DNMT3B、およびDNMT3Lがあげられる。前記エピゲノム改変酵素として、DNMT3AまたはDNMT3Bを用いる場合、これらのメチル化酵素は、DNMT3Lと組合わせて用いることが好ましい。前記動植物が植物である場合、前記メチル化酵素は、例えば、前記ゲノムDNAにおけるCpG、CpHpG、またはCpHpH部位(Hは、グアニン以外のヌクレオチド)のシトシンヌクレオチドをメチル化する。この場合、前記メチル化酵素は、例えば、DRMa(DRM-type cytosine DNA-methyltransferase)、DRM2、CMT(chromomethylase)2等があげられる。 When the modification target is a chemical modification of genomic DNA, the epigenome modification enzyme can be, for example, a methylation enzyme or a demethylation enzyme. When the animal or plant is an animal, the methylation enzyme can methylate, for example, cytosine nucleotides at CpG sites in the genomic DNA. In this case, the methylation enzyme can be, for example, DNMT (DNA methyltransferase) 3A, DNMT3B, or DNMT3L. When DNMT3A or DNMT3B is used as the epigenome modification enzyme, it is preferable to use these methylation enzymes in combination with DNMT3L. When the animal or plant is a plant, the methylation enzyme can methylate, for example, cytosine nucleotides at CpG, CpHpG, or CpHpH sites (where H is a nucleotide other than guanine) in the genomic DNA. In this case, examples of the methylation enzyme include DRMa (DRM-type cytosine DNA-methyltransferase), DRM2, and CMT (chromomethylase) 2.
前記動植物が動物である場合、前記脱メチル化酵素は、例えば、前記ゲノムDNAにおけるCpG部位のシトシンヌクレオチドのメチル基を脱メチル化する。この場合、前記脱メチル化酵素は、例えば、TET(ten-eleven translocation)1、TET2、およびTET3があげられる。前記動植物が植物である場合、前記脱メチル化酵素は、例えば、前記ゲノムDNAにおけるCpG、CpHpG、またはCpHpH部位(Hは、グアニン以外のヌクレオチド)のシトシンヌクレオチドのメチル基を脱メチル化する。この場合、前記脱メチル化酵素は、例えば、DME(DEMETER)、ROS(SILENCING)1等があげられる。 When the animal or plant is an animal, the demethylase demethylates, for example, the methyl group of a cytosine nucleotide at a CpG site in the genomic DNA. In this case, examples of the demethylase include TET (ten-eleven translocation) 1, TET2, and TET3. When the animal or plant is a plant, the demethylase demethylates, for example, the methyl group of a cytosine nucleotide at a CpG, CpHpG, or CpHpH site (where H is a nucleotide other than guanine) in the genomic DNA. In this case, examples of the demethylase include DME (DEMETER), ROS (SILENCING) 1, etc.
前記改変対象がヒストンタンパク質の化学的修飾の場合、前記エピゲノム改変酵素は、例えば、メチル化酵素、脱メチル化酵素、アセチル化酵素、脱アセチル化酵素、リン酸化酵素、脱リン酸化酵素、ユビキチン化酵素、SUMO化酵素等があげられる。 When the target of modification is a chemical modification of a histone protein, examples of the epigenome-modifying enzyme include methylases, demethylases, acetylases, deacetylases, kinases, dephosphorylation enzymes, ubiquitination enzymes, and sumoylation enzymes.
前記メチル化酵素は、例えば、前記ヒストンタンパク質におけるリジン残基および/またはアルギニン残基をメチル化する。前記メチル化酵素は、例えば、PRC2に分類されるEZH2(enhancer of zeste homolog 2)、G9、SUV39H1等があげられる。前記脱メチル化酵素は、例えば、前記ヒストンタンパク質におけるリジン残基および/またはアルギニン残基のメチル基を脱メチル化する。前記脱メチル化酵素は、例えば、LSD1(Lysine-specific demethylase 1)、KDM4D(Lysine-specific demethylase 4D)、KDM6B(Lysine Demethylase 6B)等があげられる。前記アセチル化酵素は、例えば、前記ヒストンタンパク質におけるリジン残基をアセチル化する。この場合、前記アセチル化酵素は、例えば、Gcn5、P300/CBP(CREB-binding protein)等があげられる。前記脱アセチル化酵素は、例えば、前記ヒストンタンパク質におけるリジン残基のアセチル基を脱アセチル化する。前記脱アセチル化酵素は、例えば、ヒストン脱アセチル化酵素(HDAC)、SIRT(Sirtuin)1、SIRT2等があげられる。前記リン酸化酵素は、例えば、前記ヒストンタンパク質におけるセリン残基および/またはスレオニン残基をリン酸化する。この場合、前記リン酸化酵素は、例えば、Haspin(GSG2)、Aurora B、ChK1(Checkpoint kinase 1)等があげられる。前記脱リン酸化酵素は、例えば、前記ヒストンタンパク質におけるセリン残基および/またはスレオニン残基のリン酸基を脱リン酸化する。前記脱リン酸化酵素は、例えば、PP1γ(Protein phosphatase 1γ)、PP4C(Protein Phosphatase 4 Catalytic Subunit)、DUSP1(Dual specificity protein phosphatase 1)等があげられる。前記ユビキチン化酵素は、例えば、前記ヒストンタンパク質におけるリジン残基をユビキチン化する。この場合、前記ユビキチン化酵素は、例えば、Ring1、RNF8、UBC13、UHRF1等があげられる。前記SUMO化酵素は、例えば、前記ヒストンタンパク質におけるリジン残基をSUMO化する。この場合、前記SUMO化酵素は、例えば、UBC9等があげられる。 The methylation enzyme, for example, methylates lysine and/or arginine residues in the histone protein. Examples of the methylation enzyme include EZH2 (enhancer of zeste homolog 2), G9, SUV39H1, and the like, which are classified as PRC2. The demethylation enzyme, for example, demethylates the methyl groups of lysine and/or arginine residues in the histone protein. Examples of the demethylation enzyme include LSD1 (lysine-specific demethylase 1), KDM4D (lysine-specific demethylase 4D), and KDM6B (lysine demethylase 6B). The acetylation enzyme, for example, acetylates lysine residues in the histone protein. In this case, examples of the acetylation enzyme include Gcn5 and P300/CBP (CREB-binding protein). The deacetylase, for example, deacetylates the acetyl group of a lysine residue in the histone protein. Examples of the deacetylase include histone deacetylase (HDAC), SIRT (Sirtuin) 1, SIRT2, etc. The kinase, for example, phosphorylates a serine residue and/or a threonine residue in the histone protein. In this case, examples of the kinase include Haspin (GSG2), Aurora B, ChK1 (Checkpoint kinase 1), etc. The dephosphatase, for example, dephosphorylates a phosphate group of a serine residue and/or a threonine residue in the histone protein. Examples of the dephosphatase include PP1γ (Protein phosphatase 1γ), PP4C (Protein Phosphatase 4 Catalytic Subunit), DUSP1 (Dual specificity protein phosphatase 1), etc. The ubiquitinating enzyme, for example, ubiquitinates a lysine residue in the histone protein. In this case, examples of the ubiquitinating enzyme include Ring1, RNF8, UBC13, and UHRF1. The sumoylating enzyme, for example, sumoylates a lysine residue in the histone protein. In this case, examples of the sumoylating enzyme include UBC9.
前記エピゲノム改変酵素の由来は、本発明の組成物を使用する動植物と、同じ、すなわち、同種でもよいし、異なる、すなわち、異種でもよい。 The origin of the epigenome-modifying enzyme may be the same, i.e., the same species, as the animal or plant in which the composition of the present invention is used, or may be different, i.e., heterologous.
前記エピゲノム改変酵素は、酵素タンパク質の全部であってもよいし、その一部であってもよい。前記エピゲノム改変酵素が酵素タンパク質の一部の場合、前記エピゲノム改変酵素は、前記酵素タンパク質の酵素活性が保持されていればよく、具合例として、酵素触媒部位(触媒部位)が使用できる。 The epigenome-modifying enzyme may be the entire enzyme protein or a portion thereof. When the epigenome-modifying enzyme is a portion of an enzyme protein, the epigenome-modifying enzyme needs only to retain the enzymatic activity of the enzyme protein; for example, an enzyme catalytic site (catalytic site) can be used.
前記核酸配列認識モジュールと、前記エピゲノム改変酵素とは、複合体を形成可能である。前記複合体の形成は、共有結合を介した連結による複合体の形成でもよいし、分子間の相互作用を利用した複合体の形成でもよい。 The nucleic acid sequence recognition module and the epigenome modification enzyme can form a complex. The formation of the complex may be by linkage via a covalent bond, or may be by formation of a complex utilizing intermolecular interactions.
前記複合体の形成が、共有結合を介した連結による複合体の形成である場合、前記核酸配列認識モジュールと前記エピゲノム改変酵素とは、直接または間接的に連結されること、すなわち、融合タンパク質とすることにより、複合体を形成してもよい。 When the formation of the complex is by linkage via a covalent bond, the nucleic acid sequence recognition module and the epigenome modification enzyme may be linked directly or indirectly, i.e., formed into a fusion protein, to form the complex.
前記核酸配列認識モジュールは、1つのエピゲノム改変酵素と複合体を形成してもよいし、複数のエピゲノム改変酵素と複合体を形成してもよい。また、前記エピゲノム改変酵素は、1つの核酸配列認識モジュールと複合体を形成してもよいし、複数の核酸配列認識モジュールと複合体を形成してもよい。1つの核酸配列認識モジュールが複数のエピゲノム改変酵素と複合体を形成すると、得られた複合体は、1つのエピゲノム改変酵素と形成された複合体と比較して、エピゲノム改変をより効率よく実施でき、かつ前記標的領域内の標的の核酸配列からより遠い位置のエピゲノムも改変できる。1つの核酸配列認識モジュールと複合体を形成するエピゲノム改変酵素の数は、1以上であり、好ましくは、2以上(複数)、3~10、3~7、または3~5である。また、前記核酸配列認識モジュールが複数のエピゲノム改変酵素と複合体を形成する場合、前記エピゲノム改変酵素は、1種類でもよいし、複数種類でもよい。前記エピゲノム改変酵素を複数種類とすることにより、前記複合体は、例えば、前記標的領域において、複数種類のエピゲノムの改変を実施できる。The nucleic acid sequence recognition module may form a complex with one epigenome modification enzyme or multiple epigenome modification enzymes. Furthermore, the epigenome modification enzyme may form a complex with one nucleic acid sequence recognition module or multiple nucleic acid sequence recognition modules. When one nucleic acid sequence recognition module forms a complex with multiple epigenome modification enzymes, the resulting complex can more efficiently modify the epigenome and modify epigenomes located farther from the target nucleic acid sequence within the target region than a complex formed with a single epigenome modification enzyme. The number of epigenome modification enzymes forming a complex with one nucleic acid sequence recognition module is one or more, preferably two or more (multiple), 3 to 10, 3 to 7, or 3 to 5. Furthermore, when the nucleic acid sequence recognition module forms a complex with multiple epigenome modification enzymes, the epigenome modification enzymes may be of one type or multiple types. By using multiple types of epigenome modification enzymes, the complex can, for example, modify multiple types of epigenomes in the target region.
前記核酸配列認識モジュールと前記エピゲノム改変酵素とが直接的に連結している場合、前記核酸配列認識モジュールにおけるタンパク質のN末端またはC末端のアミノ酸が、前記エピゲノム改変酵素におけるC末端またはN末端のアミノ酸と共有結合を形成している。前記核酸配列認識モジュールおよび前記エピゲノム改変酵素の順序は、特に制限されず、任意の順序とでき、例えば、N末端側から、前記核酸配列認識モジュールおよび前記エピゲノム改変酵素がこの順序で配置されてもよいし、前記エピゲノム改変酵素および前記核酸配列認識モジュールがこの順序で配置されてもよい。前記核酸配列認識モジュールと前記複数のエピゲノム改変酵素との順序は、特に制限されないが、前記エピゲノム改変酵素は、連続して配置されていることが好ましい。前記核酸配列認識モジュールと前記エピゲノム改変酵素とが直接的に連結している場合、前記核酸は、前記核酸配列認識モジュールおよび前記エピゲノム改変酵素のアミノ酸配列が一体化した融合タンパク質をコードする核酸である。 When the nucleic acid sequence recognition module and the epigenome modification enzyme are directly linked, the N- or C-terminal amino acid of the protein in the nucleic acid sequence recognition module forms a covalent bond with the C- or N-terminal amino acid in the epigenome modification enzyme. The order of the nucleic acid sequence recognition module and the epigenome modification enzyme is not particularly limited and can be any order. For example, from the N-terminus, the nucleic acid sequence recognition module and the epigenome modification enzyme may be arranged in this order, or the epigenome modification enzyme and the nucleic acid sequence recognition module may be arranged in this order. The order of the nucleic acid sequence recognition module and the multiple epigenome modification enzymes is not particularly limited, but it is preferable that the epigenome modification enzymes are arranged consecutively. When the nucleic acid sequence recognition module and the epigenome modification enzyme are directly linked, the nucleic acid is a nucleic acid encoding a fusion protein in which the amino acid sequences of the nucleic acid sequence recognition module and the epigenome modification enzyme are integrated.
前記核酸配列認識モジュールと前記エピゲノム改変酵素とが間接的に連結している場合、前記核酸配列認識モジュールにおけるタンパク質のN末端またはC末端のアミノ酸が、リンカーを介して前記エピゲノム改変酵素におけるC末端またはN末端のアミノ酸と結合している。前記核酸配列認識モジュールが複数のエピゲノム改変酵素と間接的に連結している場合、前記核酸配列認識モジュールと前記エピゲノム改変酵素との間のみが、前記リンカーを介して連結し、前記エピゲノム改変酵素間は、直接的に連結してもよいし、前記核酸配列認識モジュールと前記エピゲノム改変酵素との間および前記エピゲノム改変酵素間の両者が前記リンカーを介して連結してもよい。前記核酸配列認識モジュールと前記複数のエピゲノム改変酵素との順序は、特に制限されないが、前記エピゲノム改変酵素は、連続して配置されていることが好ましい。前記核酸配列認識モジュールと前記エピゲノム改変酵素とが間接的に連結している場合、前記核酸は、前記核酸配列認識モジュールおよび前記エピゲノム改変酵素のアミノ酸配列が一体化した融合タンパク質をコードする核酸である。When the nucleic acid sequence recognition module and the epigenome modification enzyme are indirectly linked, the N- or C-terminal amino acid of the protein in the nucleic acid sequence recognition module is bound to the C- or N-terminal amino acid of the epigenome modification enzyme via a linker. When the nucleic acid sequence recognition module is indirectly linked to multiple epigenome modification enzymes, only the nucleic acid sequence recognition module and the epigenome modification enzyme may be linked via the linker, and the epigenome modification enzymes may be linked directly to each other, or both the nucleic acid sequence recognition module and the epigenome modification enzyme and the epigenome modification enzymes may be linked via the linker. The order of the nucleic acid sequence recognition module and the multiple epigenome modification enzymes is not particularly limited, but it is preferable that the epigenome modification enzymes are arranged consecutively. When the nucleic acid sequence recognition module and the epigenome modification enzyme are indirectly linked, the nucleic acid is a nucleic acid encoding a fusion protein in which the amino acid sequences of the nucleic acid sequence recognition module and the epigenome modification enzymes are integrated.
前記リンカーは、前記核酸配列認識モジュールおよび前記エピゲノム改変酵素の機能を妨げないものであれば、任意の配列を選択できる。前記リンカーは、例えば、グリシンとセリンとの繰り返し配列があげられる。前記リンカーの長さは、例えば、5~100アミノ酸、5~50アミノ酸、10~50アミノ酸、15~50アミノ酸、15~40アミノ酸、17~30アミノ酸、または22アミノ酸である。前記リンカーの長さを相対的に長くすると、得られた複合体は、例えば、前記標的領域内の標的の核酸配列からより遠い位置のエピゲノムも改変できる。前記リンカーは、例えば、GSGSG(配列番号1)、GSGGS(配列番号2)、SGSGS(配列番号3)、もしくはGGGGS(配列番号4)、またはこれらの2~3回繰り返し配列;GSGSGGSGSGSGGSGSGGSGSG(配列番号5);GSGSGGSGSGGSGSGGSGSGGSGGSGSGGSGSGGSGSGGSGSG(配列番号6);等があげられる。Any sequence can be selected for the linker as long as it does not interfere with the function of the nucleic acid sequence recognition module and the epigenome modification enzyme. Examples of the linker include a repeat sequence of glycine and serine. The length of the linker is, for example, 5 to 100 amino acids, 5 to 50 amino acids, 10 to 50 amino acids, 15 to 50 amino acids, 15 to 40 amino acids, 17 to 30 amino acids, or 22 amino acids. By increasing the length of the linker relatively, the resulting complex can also modify the epigenome at a position farther from the target nucleic acid sequence within the target region. Examples of the linker include GSGSG (SEQ ID NO: 1), GSGGS (SEQ ID NO: 2), SGSGS (SEQ ID NO: 3), or GGGGS (SEQ ID NO: 4), or a sequence consisting of two or three repeats thereof; GSGSGGSGSGSGSGGSGGSGSGSGSGSGSG (SEQ ID NO: 5); GSGSGGSGSGGSGGSGSGGSGGGSGSGGSGSGGSGSGGSGSGSGSGSGSGSGSGSGSGSGSGSGSGSGSGSGSGSGSGSG (SEQ ID NO: 6); and the like.
前記複合体の形成が分子間の相互作用を利用した複合体の形成である場合、前記核酸配列認識モジュールと、前記エピゲノム改変酵素とは、タグドメインと、前記タグドメインに結合可能なタグドメインの結合パートナーとを用い、前記タグドメインと、前記結合パートナーとの相互作用を介して、複合体を形成してもよい。この場合、前記核酸配列認識モジュールは、前記タグドメインと連結され、前記エピゲノム改変酵素は、前記結合パートナーとが連結されてもよいし、前記核酸配列認識モジュールは、前記結合パートナーと連結され、前記エピゲノム改変酵素は、前記タグドメインとが連結されてもよい。なお、以下の説明において、前記核酸配列認識モジュールは、前記タグドメインと連結され、前記エピゲノム改変酵素は、前記結合パートナーとが連結されている場合を例にあげて説明するが、前記核酸配列認識モジュールは、前記結合パートナーと連結され、前記エピゲノム改変酵素は、前記タグドメインとが連結されている場合は、前記「タグドメイン」と前記「結合パートナー」とを相互に読み替えてその説明を援用できる。When the complex is formed using an intermolecular interaction, the nucleic acid sequence recognition module and the epigenome modification enzyme may form a complex using a tag domain and a binding partner of the tag domain that can bind to the tag domain through the interaction between the tag domain and the binding partner. In this case, the nucleic acid sequence recognition module may be linked to the tag domain and the epigenome modification enzyme may be linked to the binding partner, or the nucleic acid sequence recognition module may be linked to the binding partner and the epigenome modification enzyme may be linked to the tag domain. Note that in the following description, an example is given in which the nucleic acid sequence recognition module is linked to the tag domain and the epigenome modification enzyme is linked to the binding partner. However, when the nucleic acid sequence recognition module is linked to the binding partner and the epigenome modification enzyme is linked to the tag domain, the "tag domain" and the "binding partner" can be used interchangeably.
前記核酸配列認識モジュールと前記エピゲノム改変酵素とが、前記タグドメインと前記結合パートナーとの相互作用を介して、複合体を形成する場合、前記核酸配列認識モジュールと前記タグドメインとは、例えば、直接または間接的に連結されている、すなわち、融合タンパク質を形成している。また、前記エピゲノム改変酵素と前記結合パートナーとは、例えば、直接または間接的に連結されている、すなわち、融合タンパク質を形成している。 When the nucleic acid sequence recognition module and the epigenome modification enzyme form a complex through the interaction between the tag domain and the binding partner, the nucleic acid sequence recognition module and the tag domain are, for example, directly or indirectly linked, i.e., form a fusion protein. Furthermore, the epigenome modification enzyme and the binding partner are, for example, directly or indirectly linked, i.e., form a fusion protein.
前記核酸配列認識モジュールは、1つのタグドメインと連結されてもよいし、複数のタグドメインと連結されてもよい。また、前記タグドメインは、1つの核酸配列認識モジュールと連結されてもよいし、複数の核酸配列認識モジュールと連結されてもよい。1つの核酸配列認識モジュールが複数のタグドメインと連結されると、得られた複合体は、1つのタグドメインを有する核酸配列認識モジュールと形成された複合体と比較して、エピゲノム改変をより効率よく実施でき、かつ前記標的領域内の標的の核酸配列からより遠い位置のエピゲノムも改変できる。1つの核酸配列認識モジュールに連結されるタグドメインの数は、1以上であり、好ましくは、2以上(複数)、3~10、3~7、または3~5である。 The nucleic acid sequence recognition module may be linked to one tag domain or multiple tag domains. Furthermore, the tag domain may be linked to one nucleic acid sequence recognition module or multiple nucleic acid sequence recognition modules. When one nucleic acid sequence recognition module is linked to multiple tag domains, the resulting complex can more efficiently modify the epigenome and can also modify epigenomes located farther from the target nucleic acid sequence within the target region than a complex formed with a nucleic acid sequence recognition module having one tag domain. The number of tag domains linked to one nucleic acid sequence recognition module is one or more, preferably two or more (multiple), 3 to 10, 3 to 7, or 3 to 5.
前記エピゲノム改変酵素は、1つの結合パートナーと連結されてもよいし、複数の結合パートナーと連結されてもよい。また、前記結合パートナーは、1つのエピゲノム改変酵素と連結されてもよいし、複数のエピゲノム改変酵素と連結されてもよい。1つの結合パートナーが複数のエピゲノム改変酵素と連結されると、得られた複合体は、1つのエピゲノム改変酵素を有する結合パートナーを含む複合体と比較して、エピゲノム改変をより効率よく実施でき、かつ前記標的領域内の標的の核酸配列からより遠い位置のエピゲノムも改変できる。1つの結合パートナーに連結されるエピゲノム改変酵素の数は、1以上であり、好ましくは、2以上(複数)、3~10、3~7、または3~5である。 The epigenome modification enzyme may be linked to one binding partner or to multiple binding partners. Furthermore, the binding partner may be linked to one epigenome modification enzyme or to multiple epigenome modification enzymes. When one binding partner is linked to multiple epigenome modification enzymes, the resulting complex can more efficiently modify the epigenome and can also modify epigenomes at locations farther from the target nucleic acid sequence within the target region than a complex containing a binding partner with one epigenome modification enzyme. The number of epigenome modification enzymes linked to one binding partner is one or more, preferably two or more (multiple), 3 to 10, 3 to 7, or 3 to 5.
前記核酸配列認識モジュールと前記エピゲノム改変酵素とは、1つの核酸配列認識モジュールと複数のエピゲノム改変酵素とが複合体を形成するように構成することにより、1つの核酸配列認識モジュールと1つのエピゲノム改変酵素とが複合体を形成する場合と比較して、エピゲノム改変をより効率よく実施でき、かつ前記標的領域内の標的の核酸配列からより遠い位置のエピゲノムも改変できる。このため、本発明において、前記核酸配列認識モジュールは、例えば、複数のタグドメインと連結され、かつ1つの結合パートナーは、複数のエピゲノム改変酵素と連結されてもよい。 By configuring the nucleic acid sequence recognition module and the epigenome modification enzyme so that one nucleic acid sequence recognition module and multiple epigenome modification enzymes form a complex, epigenome modification can be performed more efficiently and epigenomes located farther from the target nucleic acid sequence within the target region can also be modified compared to when one nucleic acid sequence recognition module and one epigenome modification enzyme form a complex. Therefore, in the present invention, the nucleic acid sequence recognition module may, for example, be linked to multiple tag domains, and one binding partner may be linked to multiple epigenome modification enzymes.
前記核酸配列認識モジュールと前記タグドメインとが直接的に連結している場合、前記核酸配列認識モジュールにおけるタンパク質のN末端またはC末端のアミノ酸が、前記タグドメインにおけるC末端またはN末端のアミノ酸と共有結合を形成している。前記核酸配列認識モジュールおよび前記タグドメインの順序は、特に制限されず、任意の順序とでき、例えば、N末端側から、前記核酸配列認識モジュールおよび前記タグドメインがこの順序で配置されてもよいし、前記タグドメインおよび前記核酸配列認識モジュールがこの順序で配置されてもよい。前記核酸配列認識モジュールと前記複数のタグドメインとの順序は、特に制限されないが、前記タグドメインは、連続して配置されていることが好ましい。前記核酸配列認識モジュールと前記タグドメインとが直接的に連結している場合、前記核酸は、前記核酸配列認識モジュールおよび前記タグドメインのアミノ酸配列が一体化した融合タンパク質をコードする第1の核酸を構成する。 When the nucleic acid sequence recognition module and the tag domain are directly linked, the N- or C-terminal amino acid of the protein in the nucleic acid sequence recognition module forms a covalent bond with the C- or N-terminal amino acid in the tag domain. The order of the nucleic acid sequence recognition module and the tag domain is not particularly limited and can be any order. For example, from the N-terminus, the nucleic acid sequence recognition module and the tag domain may be arranged in this order, or the tag domain and the nucleic acid sequence recognition module may be arranged in this order. The order of the nucleic acid sequence recognition module and the multiple tag domains is not particularly limited, but it is preferable that the tag domains are arranged contiguously. When the nucleic acid sequence recognition module and the tag domain are directly linked, the nucleic acid constitutes a first nucleic acid encoding a fusion protein in which the amino acid sequences of the nucleic acid sequence recognition module and the tag domain are integrated.
前記核酸配列認識モジュールと前記タグドメインとが間接的に連結している場合、前記核酸配列認識モジュールにおけるタンパク質のN末端またはC末端のアミノ酸が、リンカーを介して前記タグドメインにおけるC末端またはN末端のアミノ酸と結合している。前記核酸配列認識モジュールが複数のタグドメインと間接的に連結している場合、前記核酸配列認識モジュールと前記タグドメインとの間のみが、前記リンカーを介して連結し、前記タグドメイン間は、直接的に連結してもよいし、前記核酸配列認識モジュールと前記タグドメインとの間および前記タグドメイン間の両者が前記リンカーを介して連結してもよい。前記核酸配列認識モジュールと前記複数のタグドメインとの順序は、特に制限されないが、前記タグドメインは、連続して配置されていることが好ましい。前記核酸配列認識モジュールと前記タグドメインとが間接的に連結している場合、前記核酸は、前記核酸配列認識モジュールおよび前記タグドメインのアミノ酸配列が一体化した融合タンパク質をコードする第1の核酸を構成する。前記リンカーは、前記核酸配列認識モジュールおよび前記エピゲノム改変酵素との間のリンカーの説明を援用できる。前記リンカーは、前記核酸配列認識モジュールおよび前記エピゲノム改変酵素との間のリンカーの説明を援用できる。前記タグドメインとして、後述のGCN4ペプチドエピトープを用い、前記結合パートナーとして、前記GCN4ペプチドエピトープ抗体を用いる場合、前記リンカーの長さは、好ましくは、17~30アミノ酸、または22アミノ酸である。When the nucleic acid sequence recognition module and the tag domain are indirectly linked, the N- or C-terminal amino acid of the protein in the nucleic acid sequence recognition module is bound to the N- or C-terminal amino acid of the tag domain via a linker. When the nucleic acid sequence recognition module is indirectly linked to multiple tag domains, only the nucleic acid sequence recognition module and the tag domain may be linked via the linker, and the tag domains may be directly linked, or both the nucleic acid sequence recognition module and the tag domain and the tag domains may be linked via the linker. The order of the nucleic acid sequence recognition module and the multiple tag domains is not particularly limited, but it is preferable that the tag domains are arranged contiguously. When the nucleic acid sequence recognition module and the tag domain are indirectly linked, the nucleic acid constitutes a first nucleic acid encoding a fusion protein in which the amino acid sequences of the nucleic acid sequence recognition module and the tag domain are integrated. The linker can be similar to the description of the linker between the nucleic acid sequence recognition module and the epigenome modification enzyme. The linker may be the same as the linker between the nucleic acid sequence recognition module and the epigenome modification enzyme. When the GCN4 peptide epitope described below is used as the tag domain and the GCN4 peptide epitope antibody is used as the binding partner, the length of the linker is preferably 17 to 30 amino acids, or 22 amino acids.
前記エピゲノム改変酵素と前記結合パートナーとが直接的に連結している場合、前記エピゲノム改変酵素におけるタンパク質のN末端またはC末端のアミノ酸が、前記結合パートナーにおけるC末端またはN末端のアミノ酸と共有結合を形成している。前記エピゲノム改変酵素および前記結合パートナーの順序は、特に制限されず、任意の順序とでき、例えば、N末端側から、前記エピゲノム改変酵素および前記結合パートナーがこの順序で配置されてもよいし、前記結合パートナーおよび前記エピゲノム改変酵素がこの順序で配置されてもよい。前記エピゲノム改変酵素と前記複数の結合パートナーとの順序は、特に制限されないが、前記結合パートナーは、連続して配置されていることが好ましい。前記エピゲノム改変酵素と前記結合パートナーとが直接的に連結している場合、前記核酸は、前記エピゲノム改変酵素および前記結合パートナーのアミノ酸配列が一体化した融合タンパク質をコードする第2の核酸を構成する。 When the epigenome modification enzyme and the binding partner are directly linked, the N- or C-terminal amino acid of the epigenome modification enzyme protein forms a covalent bond with the C- or N-terminal amino acid of the binding partner. The order of the epigenome modification enzyme and the binding partner is not particularly limited and can be any order. For example, from the N-terminus, the epigenome modification enzyme and the binding partner may be arranged in this order, or the binding partner and the epigenome modification enzyme may be arranged in this order. The order of the epigenome modification enzyme and the multiple binding partners is not particularly limited, but it is preferable that the binding partners are arranged consecutively. When the epigenome modification enzyme and the binding partner are directly linked, the nucleic acid constitutes a second nucleic acid encoding a fusion protein in which the amino acid sequences of the epigenome modification enzyme and the binding partner are integrated.
前記エピゲノム改変酵素と前記結合パートナーとが間接的に連結している場合、前記エピゲノム改変酵素におけるタンパク質のN末端またはC末端のアミノ酸が、リンカーを介して前記結合パートナーにおけるC末端またはN末端のアミノ酸と結合している。前記結合パートナーが複数のエピゲノム改変酵素と間接的に連結している場合、前記エピゲノム改変酵素と前記結合パートナーとの間のみが、前記リンカーを介して連結し、前記結合パートナー間は、直接的に連結してもよいし、前記エピゲノム改変酵素と前記結合パートナーとの間および前記エピゲノム改変酵素間の両者が前記リンカーを介して連結してもよい。前記結合パートナーと前記複数のエピゲノム改変酵素との順序は、特に制限されないが、前記エピゲノム改変酵素は、連続して配置されていることが好ましい。前記エピゲノム改変酵素と前記結合パートナーとが間接的に連結している場合、前記核酸は、前記エピゲノム改変酵素および前記結合パートナーのアミノ酸配列が一体化した融合タンパク質をコードする第2の核酸を構成する。前記リンカーは、前記核酸配列認識モジュールおよび前記エピゲノム改変酵素との間のリンカーの説明を援用できる。前記タグドメインとして、後述のGCN4ペプチドエピトープを用い、前記結合パートナーとして、前記GCN4ペプチドエピトープ抗体を用いる場合、前記リンカーの長さは、好ましくは、17~30アミノ酸、または22アミノ酸である。When the epigenome modification enzyme and the binding partner are indirectly linked, the N- or C-terminal amino acid of the epigenome modification enzyme protein is bound to the N- or C-terminal amino acid of the binding partner via a linker. When the binding partner is indirectly linked to multiple epigenome modification enzymes, only the epigenome modification enzyme and the binding partner may be linked via the linker, and the binding partners may be linked directly to each other, or both the epigenome modification enzyme and the binding partner and the epigenome modification enzymes may be linked via the linker. The order of the binding partner and the multiple epigenome modification enzymes is not particularly limited, but it is preferable that the epigenome modification enzymes are arranged consecutively. When the epigenome modification enzyme and the binding partner are indirectly linked, the nucleic acid constitutes a second nucleic acid encoding a fusion protein in which the amino acid sequences of the epigenome modification enzyme and the binding partner are integrated. The linker can be described in the same manner as for the linker between the nucleic acid sequence recognition module and the epigenome modification enzyme. When the GCN4 peptide epitope described below is used as the tag domain and the GCN4 peptide epitope antibody is used as the binding partner, the length of the linker is preferably 17 to 30 amino acids, or 22 amino acids.
前記核酸配列認識モジュールと前記エピゲノム改変酵素とが前記タグドメインと、前記結合パートナーとの相互作用を介して、複合体を形成する場合、前記タグドメインと、前記結合パートナーとは、互いに特異的に結合する組み合わせであれば任意の組み合わせを利用することができる。前記タグドメインと、前記結合パートナーとの組合せとしては、例えば、ペプチドエピトープとそれを認識する抗体またはアプタマーとの組合せ、自己組織化能を有するスプリットタンパク質のスモールフラグメントとラージフラグメントの組み合わせ等があげられる。前記タグドメインがペプチドから構成される場合、前記タグドメインは、ペプチドタグということもできる。 When the nucleic acid sequence recognition module and the epigenome modification enzyme form a complex through interaction between the tag domain and the binding partner, any combination of the tag domain and the binding partner can be used as long as they specifically bind to each other. Examples of combinations of the tag domain and the binding partner include a combination of a peptide epitope and an antibody or aptamer that recognizes it, and a combination of a small fragment and a large fragment of a split protein with self-assembly ability. When the tag domain is composed of a peptide, the tag domain can also be referred to as a peptide tag.
前記ペプチドエピトープとそれを認識する抗体の組合せとしては、例えば、GCN(General Control Non-derepressible)4ペプチドエピトープと、抗GCN4ペプチドエピトープ抗体;Hisタグと抗Hisタグ抗体;EEヘキサペプチドと抗EEヘキサペプチド抗体;c-Mycタグと抗c-Mycタグ抗体;HAタグと抗HAタグ抗体;Sタグと抗Sタグ抗体;FLAGタグと抗FLAGタグ抗体;等があげられる(Protein Engineering, Design & Selection; vol.24 (5):pp.419-428 (2011))。前記GCN4ペプチドは、GCN4に含まれるエピトープであればよく、具体例として、ELLSKNYHLENEVARLKK(配列番号7)で表されるアミノ酸配列があげられる。 Examples of combinations of peptide epitopes and antibodies that recognize them include: a GCN (General Control Non-derepressible) 4 peptide epitope and an anti-GCN4 peptide epitope antibody; a His tag and an anti-His tag antibody; an EE hexapeptide and an anti-EE hexapeptide antibody; a c-Myc tag and an anti-c-Myc tag antibody; an HA tag and an anti-HA tag antibody; an S tag and an anti-S tag antibody; a FLAG tag and an anti-FLAG tag antibody; and the like (Protein Engineering, Design &Selection; vol. 24 (5): pp. 419-428 (2011)). The GCN4 peptide may be any epitope contained in GCN4, and a specific example is the amino acid sequence represented by ELLSKNYHLENEVARLKK (SEQ ID NO: 7).
自己組織化能を有するスプリットタンパク質は、あるタンパク質を2分したときに、分れた2つのタンパク質断片が再組織化して元のタンパク質と同じ構造を形成可能なタンパク質である。この場合、元のタンパク質を2分して得られる短いペプチド(スモールフラグメント)をタグドメイン(ペプチドタグ)として用い、長いペプチド(ラージフラグメント)を前記結合パートナーとして用いてもよいし、その逆の組合せで用いてもよい(Current Opinion in Chemical Biology(2011)15: pp. 789-797、国際公開第2005/074436号公報)。前記自己組織化能を有するスプリットタンパク質は、例えば、GFP(Green Fluorescent Protein)があげられ、GPFのスモールフラグメントをタグドメインとして用い、GFPのラージフラグメントを前記結合パートナーとして用いることができる。A self-assembling split protein is a protein that, when divided into two, can reassemble to form the same structure as the original protein. In this case, a short peptide (small fragment) obtained by dividing the original protein into two can be used as a tag domain (peptide tag) and a long peptide (large fragment) can be used as the binding partner, or the reverse combination can be used (Current Opinion in Chemical Biology (2011) 15: pp. 789-797, WO 2005/074436). An example of a self-assembling split protein is GFP (Green Fluorescent Protein), where a small fragment of GFP can be used as the tag domain and a large fragment of GFP can be used as the binding partner.
前記タグドメインと前記結合パートナーとしては、例えば、ペプチドと前記ペプチドに結合するタンパク質ドメインとの組合せを用いてもよい。前記ペプチドと前記タンパク質ドメインとの組合せは、例えば、データベース(PepBDB:http://huanglab.phys.hust.edu.cn/pepbdb/、PiSITE:https://pisite.sb.ecei.tohoku.ac.jp/cgi-bin/top.cgi、STRING:https://string-db.org/)を参照できる。具体例として、PDZ Alpha-Syntrophin PDZ protein interaction domainは、GVKESLV(配列番号8)と結合できる。このため、前記タグドメインとして、GVKESLVを用い、PDZ domainを前記結合パートナーとして用いることができる。The tag domain and binding partner may be, for example, a combination of a peptide and a protein domain that binds to the peptide. Combinations of peptides and protein domains can be found in databases such as PepBDB: http://huanglab.phys.hust.edu.cn/pepbdb/, PiSITE: https://pisite.sb.ecei.tohoku.ac.jp/cgi-bin/top.cgi, and STRING: https://string-db.org/. As a specific example, the PDZ Alpha-Syntrophin PDZ protein interaction domain can bind to GVKESLV (SEQ ID NO: 8). Therefore, GVKESLV can be used as the tag domain, and a PDZ domain can be used as the binding partner.
前記タグドメインおよび前記結合パートナーとして、前記ペプチドと、前記ペプチドに結合するタンパク質ドメインとの組合せを用いる場合、前記ペプチドと前記タンパク質ドメインとのペアの結合力は、別の不活性なドメインを、リンカー介して結合させ、進化工学で改良することにより強くしてもよい。前記タグドメインおよび前記結合パートナーとして、前記改良で得られたペアを用いれば、さらに効率よくエピゲノム改変を制御できる(Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 2008, vol. 105 no. 18, 6578-6583)。 When a combination of the peptide and a protein domain that binds to the peptide is used as the tag domain and the binding partner, the binding strength of the peptide-protein domain pair can be strengthened by linking another inactive domain via a linker and improving the pair through evolutionary engineering. Using the pair obtained through this improvement as the tag domain and the binding partner allows for more efficient control of epigenome modification (Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 2008, vol. 105 no. 18, 6578-6583).
前記核酸配列認識モジュールがCRISPR-Casシステムであり、前記核酸配列認識モジュールと前記エピゲノム改変酵素とが、前記タグドメインおよび前記結合パートナーとを介して複合体を形成する場合、前記核酸配列認識モジュールにおけるCasタンパク質が、前記タグドメインと連結されていることが好ましい。 When the nucleic acid sequence recognition module is a CRISPR-Cas system and the nucleic acid sequence recognition module and the epigenome modification enzyme form a complex via the tag domain and the binding partner, it is preferable that the Cas protein in the nucleic acid sequence recognition module is linked to the tag domain.
本明細書に記載のタンパク質、融合タンパク質、またはそれをコードする核酸(例えば、DNAまたはRNA)の配列情報は、Protein Data Bank、UniPort、またはGenBank等から入手可能である。また、RNAの核酸配列は、適宜配列変換ソフト等を用い、対応するDNAの核酸配列からも入手可能である。本明細書に記載の核酸配列認識モジュールをコードするDNAおよびエピゲノム改変酵素をコードするDNAは、分子生物学的方法により、mRNAからクローニングすることにより取得してもよいし、前記配列情報に基づき、化学的にDNAを合成することにより、取得してもよい。また、前記DNAの取得に当たっては、前記核酸を導入する動植物(宿主)にあわせて、コドン最適化を実施してもよい。これにより、前記核酸は、例えば、宿主におけるタンパク質発現量の増大が期待できる。使用する宿主におけるコドン使用頻度のデータは、例えば、(公財)かずさDNA研究所のホームページに公開されている遺伝暗号使用頻度データベース(http://www.kazusa.or.jp/codon/index.html)を用いてもよいし、各宿主におけるコドン使用頻度を記した文献を参照してもよい。Sequence information for the proteins, fusion proteins, or nucleic acids (e.g., DNA or RNA) encoding them described herein is available from Protein Data Bank, UniPort, GenBank, or other sources. RNA nucleic acid sequences can also be obtained from the corresponding DNA nucleic acid sequences using appropriate sequence conversion software. DNA encoding the nucleic acid sequence recognition modules and epigenome modification enzymes described herein may be obtained by cloning from mRNA using molecular biology methods, or by chemically synthesizing DNA based on the sequence information. Furthermore, when obtaining the DNA, codon optimization may be performed to match the animal or plant (host) into which the nucleic acid will be introduced. This can be expected to increase the amount of protein expressed in the host, for example. Data on codon usage in the host may be obtained from, for example, the genetic code usage database published on the website of the Kazusa DNA Research Institute (http://www.kazusa.or.jp/codon/index.html), or references listing codon usage in each host may be referenced.
前記核酸配列認識モジュールおよび前記エピゲノム改変酵素をコードする核酸は、前記核酸配列認識モジュールおよび前記エピゲノム改変酵素が、前記配偶子形成において発現誘導されるように構成されている。これにより、前述のように、前記核酸配列認識モジュールおよび前記エピゲノム改変酵素は、複合体を形成し、形成中の配偶子のゲノムDNAにおける標的領域の核酸配列に結合して、前記標的領域のエピゲノムを改変できる。このため、前記核酸は、前記配偶子形成において、前記核酸配列認識モジュールの発現誘導時期と、および前記エピゲノム改変酵素の発現誘導時期とが重複するように構成されることが好ましい。具体例として、前記核酸は、前記核酸配列認識モジュールおよび前記エピゲノム改変酵素の両者が、前記配偶子形成において発現時期が重複するように発現するように構成されてもよい。また、前記核酸は、前記核酸配列認識モジュールおよび前記エピゲノム改変酵素の一方が、前記配偶子形成および前記配偶子形成以外の時期に発現するように構成され、他方が、前記配偶子形成において発現するように構成されてもよい。また、前記核酸配列認識モジュールおよび前記エピゲノム改変酵素をコードする核酸は、恒常的に発現し、前記配偶子形成以外の時期に、前記核酸配列認識モジュールおよび/または前記エピゲノム改変酵素の発現を抑制する分子(例えば、siRNA、miRNA、shRNA等)の発現が誘導されることにより、前記配偶子形成において発現誘導されるように構成されていてもよい。 The nucleic acid encoding the nucleic acid sequence recognition module and the epigenome modification enzyme is configured so that the expression of the nucleic acid sequence recognition module and the epigenome modification enzyme is induced during gametogenesis. As described above, the nucleic acid sequence recognition module and the epigenome modification enzyme form a complex, bind to a nucleic acid sequence in a target region in the genomic DNA of the gamete being formed, and modify the epigenome of the target region. Therefore, the nucleic acid is preferably configured so that the induction period for expression of the nucleic acid sequence recognition module and the induction period for expression of the epigenome modification enzyme overlap during gametogenesis. Specifically, the nucleic acid may be configured so that both the nucleic acid sequence recognition module and the epigenome modification enzyme are expressed during gametogenesis such that their expression periods overlap during gametogenesis. Furthermore, the nucleic acid may be configured so that one of the nucleic acid sequence recognition module and the epigenome modification enzyme is expressed during gametogenesis or at a time other than gametogenesis, and the other is expressed during gametogenesis. Furthermore, the nucleic acids encoding the nucleic acid sequence recognition module and the epigenome modification enzyme may be configured to be constitutively expressed, and to be induced to express during gamete formation by inducing the expression of a molecule (e.g., siRNA, miRNA, shRNA, etc.) that suppresses the expression of the nucleic acid sequence recognition module and/or the epigenome modification enzyme at a time other than gamete formation.
前記配偶子形成における発現誘導の時期は、例えば、前記配偶子の前駆細胞が配偶子に分化するまでの任意の時期とできる。具体例として、前記配偶子が精子の場合、前記配偶子形成における発現誘導の時期は、例えば、始原生殖細胞から精原細胞、精母細胞を経て、精子に分化するまでの時期である。前記配偶子が卵子の場合、前記配偶子形成における発現誘導の時期は、例えば、始原生殖細胞から卵原細胞、卵母細胞を経て、卵子に分化するまでの時期である。前記配偶子が花粉の場合、前記配偶子形成における発現誘導の時期は、例えば、花粉卵母細胞から花粉に分化するまでの時期である。前記配偶子が胚嚢の場合、前記配偶子形成における発現誘導の時期は、例えば、胚嚢卵母細胞から胚嚢に分化するまでの時期である。 The period during which expression is induced in gametogenesis can be, for example, any period until the precursor cells of the gametes differentiate into gametes. Specific examples of periods during which expression is induced in gametogenesis include, for example, the period from primordial germ cells to spermatogonia and spermatocytes until differentiation into spermatozoa. When the gametes are eggs, the period during which expression is induced in gametogenesis can be, for example, the period from primordial germ cells to oogonia and oocytes until differentiation into eggs. When the gametes are pollen, the period during which expression is induced in gametogenesis can be, for example, the period from pollen oocytes to pollen. When the gametes are embryo sacs, the period during which expression is induced in gametogenesis can be, for example, the period from embryo sac oocytes to embryo sacs.
前記核酸配列認識モジュールおよび前記エピゲノム改変酵素の発現時期の制御は、例えば、これらをコードする核酸に、時期特異的なプロモーターを機能的に連結することにより実施できる。具体的には、前記配偶子形成において、前記核酸配列認識モジュールおよび前記エピゲノム改変酵素の発現を誘導する場合、前記発現時期の制御は、配偶子形成において活性化する配偶子形成特異的なプロモーターを用いて実施できる。前記配偶子形成特異的なプロモーターは、例えば、精子形成特異的プロモーター、卵子形成特異的プロモーター、花粉形成特異的プロモーター、胚嚢形成特異的プロモーター等があげられる。前記配偶子形成特異的プロモーターとしては、精子形成特異的プロモーターがあげられ、具体例として、STRA8プロモーター、Pgk2プロモーター、Dazlプロモーター、Gsg2プロモーター等があげられる。各プロモーターは、各遺伝子のプロモーター配列を意味し、具体例として、STRA8プロモーターは、STRA8遺伝子のプロモーターである。前記配偶子形成特異的プロモーターとしては、卵子形成特異的プロモーターがあげられ、具体例として、Gdf-9プロモーター、Zp3プロモーター、Msx2プロモーター等があげられる。The expression timing of the nucleic acid sequence recognition module and the epigenome modification enzyme can be controlled, for example, by functionally linking a timing-specific promoter to the nucleic acid encoding them. Specifically, when inducing expression of the nucleic acid sequence recognition module and the epigenome modification enzyme during gametogenesis, the expression timing can be controlled using a gametogenesis-specific promoter that is activated during gametogenesis. Examples of gametogenesis-specific promoters include spermatogenesis-specific promoters, oogenesis-specific promoters, pollen formation-specific promoters, and embryo sac formation-specific promoters. Examples of gametogenesis-specific promoters include spermatogenesis-specific promoters, specific examples of which include the STRA8 promoter, Pgk2 promoter, Dazl promoter, and Gsg2 promoter. Each promoter refers to the promoter sequence of the respective gene, and as a specific example, the STRA8 promoter is the promoter of the STRA8 gene. The gametogenesis-specific promoter includes an oogenesis-specific promoter, and specific examples thereof include Gdf-9 promoter, Zp3 promoter, and Msx2 promoter.
・精子特異的プロモーター
Stra8:Patricia I Sadate-Ngatchou et.al., “Cre recombinase activity specific to postnatal, premeiotic male germ cells in transgenic mice”, Genesis, 2008 Dec;46(12):738-42
Pgk2:Tatsuo Kido et.al., “The testicular fatty acid binding protein PERF15 regulates the fate of germ cells in PERF15 transgenic mice”, Dev Growth Differ, 2005 Jan;47(1):15-24.
Dazl:Cory R Nicholas et.al., “Characterization of a Dazl-GFP germ cell-specific reporter”, Genesis, 2009 Feb;47(2):74-84
GSG2(haspin):Keizo Tokuhiro et.al., “The 193-base pair Gsg2 (haspin) promoter region regulates germ cell-specific expression bidirectionally and synchronously”, Biol Reprod, 2007 Mar;76(3):407-14
・卵子特異的プロモーター
Gdf-9:Zi-Jian Lan et.al., “Differential oocyte-specific expression of Cre recombinase activity in GDF-9-iCre, Zp3cre, and Msx2Cre transgenic mice”, Biol Reprod, 2004 Nov;71(5):1469-74
Zp3:M Lewandoski et.al., “Zp3-cre, a transgenic mouse line for the activation or inactivation of loxP-flanked target genes specifically in the female germ line”, Curr Biol, 1997 Feb 1;7(2):148-51
Msx2:Zi-Jian Lan et.al., “Differential oocyte-specific expression of Cre recombinase activity in GDF-9-iCre, Zp3cre, and Msx2Cre transgenic mice”, Biol Reprod, 2004 Nov;71(5):1469-74
・Sperm-specific promoter
Stra8: Patricia I Sadate-Ngatchou et.al., “Cre recombinase activity specific to postnatal, premeiotic male germ cells in transgenic mice”, Genesis, 2008 Dec;46(12):738-42
Pgk2: Tatsuo Kido et.al., “The testicular fatty acid binding protein PERF15 regulates the fate of germ cells in PERF15 transgenic mice”, Dev Growth Differ, 2005 Jan;47(1):15-24.
Dazl: Cory R Nicholas et.al., “Characterization of a Dazl-GFP germ cell-specific reporter”, Genesis, 2009 Feb;47(2):74-84
GSG2(haspin): Keizo Tokuhiro et.al., “The 193-base pair Gsg2 (haspin) promoter region regulates germ cell-specific expression bidirectionally and synchronously”, Biol Reprod, 2007 Mar;76(3):407-14
・Egg-specific promoter
Gdf-9: Zi-Jian Lan et.al., “Differential oocyte-specific expression of Cre recombinase activity in GDF-9-iCre, Zp3cre, and Msx2Cre transgenic mice”, Biol Reprod, 2004 Nov;71(5):1469-74
Zp3: M Lewandoski et.al., “Zp3-cre, a transgenic mouse line for the activation or inactivation of loxP-flanked target genes specifically in the female germ line”, Curr Biol, 1997 Feb 1;7(2):148-51
Msx2: Zi-Jian Lan et.al., “Differential oocyte-specific expression of Cre recombinase activity in GDF-9-iCre, Zp3cre, and Msx2Cre transgenic mice”, Biol Reprod, 2004 Nov;71(5):1469-74
前記配偶子形成および前記配偶子形成以外の時期に発現を誘導する場合、前記発現時期の制御は、例えば、恒常的に発現が誘導されるプロモーター等を用いて実施できる。具体例として、前記プロモーターは、例えば、CAGプロモーター、SRαプロモーター、SV50プロモーター、LTRプロモーター、CMV(サイトメガロウイルス)プロモーター、RSV(ラウス肉腫ウイルス)プロモーター、MoMuLV(モロニーマウス白血病ウイルス)プロモーター、HSV-TK(単純ヘルペスウイルスチミジンキナーゼ)プロモーター等あげられる。 When expression is induced during gametogenesis or at a time other than gametogenesis, the expression timing can be controlled using, for example, a promoter that constitutively induces expression. Specific examples of the promoter include the CAG promoter, SRα promoter, SV50 promoter, LTR promoter, CMV (cytomegalovirus) promoter, RSV (Rous sarcoma virus) promoter, MoMuLV (Moloney murine leukemia virus) promoter, and HSV-TK (herpes simplex virus thymidine kinase) promoter.
本発明において、前記核酸は、発現ベクターに挿入されていることが好ましい。この場合、前記核酸配列認識モジュールをコードする核酸と、前記エピゲノム改変酵素をコードする核酸とは、それぞれ、前記核酸配列認識モジュールおよび前記エピゲノム改変酵素が発現可能に、前記発現ベクターに連結されている。前記発現ベクターは、例えば、骨格となるベクター(以下、「基本ベクター」ともいう)に、前記核酸配列認識モジュールをコードする核酸および/または前記エピゲノム改変酵素をコードする核酸を挿入することで作製できる。In the present invention, the nucleic acid is preferably inserted into an expression vector. In this case, the nucleic acid encoding the nucleic acid sequence recognition module and the nucleic acid encoding the epigenome modification enzyme are linked to the expression vector so that the nucleic acid sequence recognition module and the epigenome modification enzyme can be expressed, respectively. The expression vector can be prepared, for example, by inserting the nucleic acid encoding the nucleic acid sequence recognition module and/or the nucleic acid encoding the epigenome modification enzyme into a backbone vector (hereinafter also referred to as a "basic vector").
前記核酸配列認識モジュールをコードする核酸と、前記エピゲノム改変酵素をコードする核酸とは、同じ発現ベクターに連結してもよいし、異なるベクターに連結してもよい。前記核酸配列認識モジュールをコードする核酸(第1の核酸)と、前記エピゲノム改変酵素をコードする核酸(第2の核酸)とを異なるベクターに連結する場合、前記発現ベクターは、第1の発現ベクターと第2の発現ベクターとを含み、前記第1の発現ベクターは、前記核酸配列認識モジュールが発現可能なように、前記第1の核酸が機能的に連結され、前記第2の発現ベクターは、前記エピゲノム改変酵素が発現可能なように、前記第2の核酸が機能的に連結されている。また、前記核酸配列認識モジュールが複数の要素から構成される場合、例えば、CRISPR-Casシステムを用いる場合、各要素の一部または全部を、異なる発現ベクターに連結してもよい。 The nucleic acid encoding the nucleic acid sequence recognition module and the nucleic acid encoding the epigenome modification enzyme may be linked to the same expression vector or to different vectors. When the nucleic acid encoding the nucleic acid sequence recognition module (first nucleic acid) and the nucleic acid encoding the epigenome modification enzyme (second nucleic acid) are linked to different vectors, the expression vectors include a first expression vector and a second expression vector, and the first nucleic acid is operably linked to the first expression vector so as to enable expression of the nucleic acid sequence recognition module, and the second nucleic acid is operably linked to the second expression vector so as to enable expression of the epigenome modification enzyme. Furthermore, when the nucleic acid sequence recognition module is composed of multiple elements, for example, when a CRISPR-Cas system is used, some or all of the elements may be ligated to different expression vectors.
前記基本ベクターは、本発明の組成物を使用する動植物、すなわち、宿主に応じて適宜選択できる。前記発現ベクターは、例えば、プラスミドベクター等の非ウイルスベクターまたはウイルスベクターがあげられる。前記動物に対するプラスミドベクターとしては、例えば、pCDM8、pMT2PC、pA1-11、pXT1、pRc/CMV、pRc/RSV、pcDNAI/Neo等があげられる。前記植物に対するプラスミドベクターとしては、T-DNAを含むベクターがあげられ、具体例として、pGEM-T等があげられる。前記ウイルスベクターは、例えば、レトロウイルス、ワクシニアウイルス、アデノウイルス等のウイルスベクターがあげられる。 The basic vector can be selected appropriately depending on the animal or plant in which the composition of the present invention will be used, i.e., the host. Examples of the expression vector include non-viral vectors such as plasmid vectors, or viral vectors. Examples of plasmid vectors for animals include pCDM8, pMT2PC, pA1-11, pXT1, pRc/CMV, pRc/RSV, and pcDNAI/Neo. Examples of plasmid vectors for plants include vectors containing T-DNA, such as pGEM-T. Examples of viral vectors include retroviruses, vaccinia viruses, and adenoviruses.
前記発現ベクターは、前記核酸配列認識モジュールおよび前記エピゲノム改変酵素の発現を調節する、調節配列を有することが好ましい。前記調節配列は、例えば、プロモーター、ターミネーター、エンハンサー、ポリアデニル化シグナル配列、複製起点配列(ori)等があげられる。前記発現ベクターにおける前記調節配列の配置は、特に制限されず、前記核酸配列認識モジュールおよび/または前記エピゲノム改変酵素の発現を機能的に調節できるように配置されていればよく、公知の方法に基づいて配置できる。前記調節配列は、例えば、前記基本ベクターが予め備える配列を利用してもよいし、前記基本ベクターに、さらに、前記調節配列を挿入してもよいし、前記基本ベクターが備える調節配列を、他の調節配列に置き換えてもよい。 The expression vector preferably has a regulatory sequence that regulates the expression of the nucleic acid sequence recognition module and the epigenome modification enzyme. Examples of the regulatory sequence include a promoter, terminator, enhancer, polyadenylation signal sequence, and origin of replication (ori). The location of the regulatory sequence in the expression vector is not particularly limited, as long as it is located so as to functionally regulate the expression of the nucleic acid sequence recognition module and/or the epigenome modification enzyme, and can be located based on known methods. For example, the regulatory sequence may utilize a sequence already contained in the basic vector, or the regulatory sequence may be further inserted into the basic vector, or the regulatory sequence contained in the basic vector may be replaced with another regulatory sequence.
前記発現ベクターは、例えば、さらに、選択マーカーのコード配列を有してもよい。前記選択マーカーは、例えば、薬剤耐性マーカー、蛍光タンパク質マーカー、酵素マーカー、細胞表面レセプターマーカー等があげられる。 The expression vector may further include, for example, a coding sequence for a selectable marker. Examples of the selectable marker include a drug resistance marker, a fluorescent protein marker, an enzyme marker, and a cell surface receptor marker.
前記発現ベクターへの、核酸(DNA)の挿入、前記調節配列の挿入、および/または前記選択マーカーのコード配列の挿入は、例えば、制限酵素およびリガーゼを用いた方法で実施してもよいし、市販のキット等を用いてもよい。 The insertion of nucleic acid (DNA), the insertion of the regulatory sequence, and/or the insertion of the coding sequence of the selection marker into the expression vector may be carried out, for example, using a method using restriction enzymes and ligase, or using a commercially available kit, etc.
本発明の組成物が、複数の発現ベクターを含む場合、本発明の組成物は、例えば、核酸キット、発現ベクターキットということもできる。この場合、前記キットは、例えば、さらに、取扱説明書等を含んでもよい。 When the composition of the present invention contains multiple expression vectors, the composition of the present invention can also be referred to as, for example, a nucleic acid kit or an expression vector kit. In this case, the kit may further include, for example, an instruction manual, etc.
<エピゲノムが改変された動植物の製造または維持用親系統の動植物の製造方法>
別の態様において、本発明は、エピゲノムが改変された動植物の製造および/または維持に利用できる親系統の動植物の製造方法を提供する。本発明の製造方法は、エピゲノムが改変された動植物の親系統の製造方法であって、対象の動植物に、本発明の組成物を導入する工程(導入工程)を含む。本発明の第1の製造方法によれば、エピゲノムが改変された動植物の製造および/または維持に利用できる親系統の動植物を製造できる。
<Method for producing parental lines of animals and plants for producing or maintaining epigenome-modified animals and plants>
In another aspect, the present invention provides a method for producing a parent line of an animal or plant that can be used to produce and/or maintain an epigenome-modified animal or plant. The production method of the present invention is a method for producing a parent line of an epigenome-modified animal or plant, and includes a step of introducing the composition of the present invention into a target animal or plant (introduction step). According to the first production method of the present invention, it is possible to produce a parent line of an animal or plant that can be used to produce and/or maintain an epigenome-modified animal or plant.
前記導入工程では、前記対象の動植物への本発明の組成物、すなわち、前記核酸またはそれを含む発現ベクターを導入することにより、例えば、本発明の組成物における核酸、すなわち、前記核酸配列認識モジュールをコードする核酸および前記エピゲノム改変酵素をコードする核酸を含む親系統の動植物を作製する工程である。 The introduction step is a step of introducing the composition of the present invention, i.e., the nucleic acid or an expression vector containing the same, into the target animal or plant, thereby producing, for example, a parent lineage animal or plant containing the nucleic acids in the composition of the present invention, i.e., the nucleic acid encoding the nucleic acid sequence recognition module and the nucleic acid encoding the epigenome modification enzyme.
前記対象の動植物は、例えば、カルス等を形成しており、植物個体へと発生しうる植物細胞;受精卵、動物胚(胚、胚盤胞)等の動物個体へと発生しうる動物細胞;等があげられる。前記動植物は、例えば、ヒトを除く。 The target plants and animals include, for example, plant cells that form callus and can develop into individual plants; animal cells that can develop into individual animals such as fertilized eggs and animal embryos (embryos, blastocysts); etc. The plants and animals mentioned above exclude, for example, humans.
前記導入工程における導入方法は、例えば、形質転換体または遺伝子組換え動植物を製造するための公知の方法により実施できる。具体例として、前記対象の動植物として、植物のカルス等の植物細胞;ES細胞、受精卵、動物胚(胚、胚盤胞)等の動物細胞;等の細胞に導入する場合、前記導入方法は、例えば、パーティクルガン等の遺伝子銃による導入法、リン酸カルシウム法、ポリエチレングリコール法、リポソームを用いるリポフェクション法、エレクトロポレーション法、超音波核酸導入法、DEAE-デキストラン法、微小ガラス管等を用いた直接注入法、マイクロインジェクション法、ハイドロダイナミック法、カチオニックリポソーム法、導入補助剤を用いる方法、アグロバクテリウムを介する方法等があげられる。前記リポソームは、例えば、リポフェクタミンおよびカチオニックリポソーム等があげられ、前記導入補助剤は、例えば、アテロコラーゲン、ナノ粒子およびポリマー等があげられる。前記対象の動植物が植物細胞の場合、前記本発明の組成物は、アグロバクテリウム法を用いて、前記植物に導入してもよい。The introduction method in the introduction step can be carried out, for example, by known methods for producing transformants or genetically modified animals and plants. Specific examples of the introduction method for the target animal or plant include plant cells such as plant callus; animal cells such as ES cells, fertilized eggs, and animal embryos (embryos and blastocysts); and other cells. Examples of the introduction method include gene gun-based introduction using a particle gun or other gene gun, calcium phosphate method, polyethylene glycol method, lipofection using liposomes, electroporation, ultrasonic nucleic acid transfer, DEAE-dextran method, direct injection using glass microtubes, microinjection, hydrodynamic method, cationic liposome method, methods using introduction adjuvants, and Agrobacterium-mediated methods. Examples of liposomes include lipofectamine and cationic liposomes, and examples of introduction adjuvants include atelocollagen, nanoparticles, and polymers. When the target animal or plant is a plant cell, the composition of the present invention may be introduced into the plant using the Agrobacterium method.
前記導入工程では、前記本発明の組成物における核酸が、前記対象の動植物のゲノムDNAに組込まれる導入方法により実施されることが好ましい。この場合、前記導入工程では、対象の動植物に、本発明の組成物を導入することにより、前記対象の動植物のゲノムDNAに前記本発明の組成物の核酸を導入(挿入)し、より具体的には、前記核酸配列認識モジュールをコードする核酸および前記エピゲノム改変酵素をコードする核酸を導入(挿入)する。前記ゲノムDNAに組込まれる導入方法としては、前述の細胞への導入方法に、相同組換えを用いる方法またはゲノム編集技術を用いる方法を組合わせた方法が利用できる。 The introduction step is preferably carried out by an introduction method in which the nucleic acid in the composition of the present invention is integrated into the genomic DNA of the target animal or plant. In this case, the introduction step involves introducing the composition of the present invention into the target animal or plant, thereby introducing (inserting) the nucleic acid of the composition of the present invention into the genomic DNA of the target animal or plant; more specifically, introducing (inserting) the nucleic acid encoding the nucleic acid sequence recognition module and the nucleic acid encoding the epigenome modification enzyme. The introduction method for integration into the genomic DNA can be a combination of the above-mentioned method for introduction into cells with a method using homologous recombination or a method using genome editing technology.
前記相同組換えを用いた遺伝子組み換え動物の作製方法としては、例えば、Hogan,et al.,Manipulating the Mouse Embryo:A Laboratory Manual,Cold Spring Harbor Laboratory,1986等を参照できる。また、前記導入方法としては、本発明の組成物を生殖細胞に導入することにより実施してもよい。この場合、前記導入方法としては、例えば、哺乳類動物の生殖細胞に、外来DNAを導入する方法が利用できる(例えば、Gordon,et al.,PNAS,77:7380-84(1980);Gordon and Ruddle,Science,214:1244-46(1981);Palmiter and Brinster,Cell,41:343-45(1985);Brinster,et al.,PNAS,82:4438-42(1985)等)。 For methods of producing genetically modified animals using homologous recombination, see, for example, Hogan, et al., Manipulating the Mouse Embryo: A Laboratory Manual, Cold Spring Harbor Laboratory, 1986. The introduction method may also be carried out by introducing the composition of the present invention into germ cells. In this case, the introduction method may be, for example, a method of introducing foreign DNA into the germ cells of a mammalian animal (e.g., Gordon, et al., PNAS, 77:7380-84 (1980); Gordon and Ruddle, Science, 214:1244-46 (1981); Palmiter and Brinster, Cell, 41:343-45 (1985); Brinster, et al., PNAS, 82:4438-42 (1985)).
前記ゲノム編集を用いた組換え動植物の作製方法としては、外来DNAと一緒に、Cas9 RNA等のCasタンパク質をコードするRNAまたはCas9タンパク質等のCasタンパク質と、ガイドRNAとを生殖細胞に導入することができる(例えば、Yang et al., Cell, 154:1370-9 (2013);Quadros et al., Genome Biol, 18:92 (2018)等)。 In a method for producing recombinant plants or animals using genome editing, RNA encoding a Cas protein, such as Cas9 RNA, or a Cas protein, such as Cas9 protein, and a guide RNA can be introduced into germ cells together with foreign DNA (e.g., Yang et al., Cell, 154:1370-9 (2013); Quadros et al., Genome Biol, 18:92 (2018)).
前記対象の動植物として、植物個体へと発生しうる植物細胞または動物個体へと発生しうる動物細胞を用いる場合、本発明の第1の製造方法は、前記導入工程後、前記植物細胞または前記動物細胞から、植物個体または動物個体を発生させる工程を含むことが好ましい。前記植物個体の発生方法は、例えば、カルスからシュートを形成させ、植物個体を再生させる公知の方法により実施できる。また、前記動物個体の発生方法は、例えば、前記動物細胞を偽妊娠母体に移植して発生および出産させることより、産仔として動物の個体を得ることができる。 When plant cells capable of developing into individual plants or animal cells capable of developing into individual animals are used as the target plant or plant, the first production method of the present invention preferably includes, after the introduction step, a step of generating individual plants or individual animals from the plant cells or the animal cells. The method for generating individual plants can be carried out, for example, by known methods of forming shoots from callus and regenerating individual plants. Furthermore, the method for generating individual animals can be carried out, for example, by transplanting the animal cells into a pseudopregnant mother and allowing them to develop and give birth, thereby obtaining individual animals as offspring.
本発明の第1の製造方法は、前記導入工程後に、前記核酸配列認識モジュールをコードする核酸および前記エピゲノム改変酵素をコードする核酸が、ゲノムDNAに組込まれた動植物を選抜する工程を含んでもよい。前記選抜は、例えば、前記導入工程後の動植物のゲノムDNAを解読し、前記核酸配列認識モジュールをコードする核酸および前記エピゲノム改変酵素をコードする核酸が含まれているかを検討して、選抜してもよいし、前記導入工程後の動植物のゲノムDNAについて、前記核酸配列認識モジュールをコードする核酸および前記エピゲノム改変酵素をコードする核酸に対するプライマーおよび/またはプローブ等により検出して、選抜してもよいし、選択マーカーを用いて選抜してもよい。The first manufacturing method of the present invention may include a step of selecting, after the introduction step, animals or plants in which the nucleic acid encoding the nucleic acid sequence recognition module and the nucleic acid encoding the epigenome modification enzyme have been integrated into their genomic DNA. The selection may be performed, for example, by decoding the genomic DNA of the animals or plants after the introduction step and examining whether the nucleic acid encoding the nucleic acid sequence recognition module and the nucleic acid encoding the epigenome modification enzyme are contained, or by detecting the genomic DNA of the animals or plants after the introduction step using primers and/or probes for the nucleic acid encoding the nucleic acid sequence recognition module and the nucleic acid encoding the epigenome modification enzyme, or by using a selectable marker.
<エピゲノムが改変された動植物の製造または維持用親系統の動植物>
別の態様において、本発明は、エピゲノムが改変された動植物の製造および/または維持に利用できる親系統の動植物を提供する。本発明の親系統の動植物は、エピゲノムが改変された動植物の製造または維持用親系統の動植物であって、前記動植物は、外来性の核酸を含み、前記核酸は、ゲノムDNAにおいてエピゲノムを改変する標的領域の核酸配列に特異的に結合する核酸配列認識モジュールと、前記核酸配列認識モジュールと複合体を形成可能であり、かつエピゲノムを改変可能なエピゲノム改変酵素と、をコードする核酸を含み、前前記核酸は、前記配列認識モジュールおよび前記エピゲノム改変酵素が、前記配偶子形成において発現誘導されるように構成され、前記配偶子形成において、発現誘導された前記核酸配列認識モジュールと、前記エピゲノム改変酵素とは、複合体を形成し、形成中の配偶子のゲノムDNAにおける標的領域のエピゲノムを改変する。本発明の親系統の動植物によれば、エピゲノムが改変された動植物の製造と、エピゲノムが改変された動植物の維持とを実施できる。
<Parent strains of animals and plants for producing or maintaining epigenome-modified animals and plants>
In another aspect, the present invention provides parental lines of animals and plants that can be used to produce and/or maintain epigenome-modified animals and plants. The parental lines of animals and plants of the present invention are parental lines for producing or maintaining epigenome-modified animals and plants, wherein the animals and plants contain exogenous nucleic acid, the nucleic acid comprising a nucleic acid encoding a nucleic acid sequence recognition module that specifically binds to a nucleic acid sequence in a target region in genomic DNA for epigenome modification, and an epigenome modification enzyme that is capable of forming a complex with the nucleic acid sequence recognition module and modifying the epigenome, the nucleic acid being configured such that the sequence recognition module and the epigenome modification enzyme are induced to express during gametogenesis, and during gametogenesis, the induced nucleic acid sequence recognition module and the epigenome modification enzyme form a complex to modify the epigenome of the target region in the genomic DNA of the gamete being formed. The parental lines of animals and plants of the present invention enable the production of epigenome-modified animals and plants and the maintenance of epigenome-modified animals and plants.
本発明の親系統の動植物では、前述のように、エピゲノムが改変される配偶子の種類に応じて、前記標的領域のエピゲノムが改変された動植物の製造に用いる親系統と、前記標的領域のエピゲノムが改変された動植物の親系統として維持に用いる親系統とを生産できる。前記外来性の核酸は、例えば、前記本発明の組成物の核酸に由来する。前記外来性の核酸は、前記親系統を安定的に維持できることから、前記親系統のゲノムDNAに挿入されていることが好ましい。 As described above, with regard to the parental lineages of animals and plants of the present invention, depending on the type of gamete in which the epigenome is modified, it is possible to produce parental lines used to produce animals and plants in which the epigenome of the target region has been modified, and parental lines used to maintain the parental lineages of animals and plants in which the epigenome of the target region has been modified. The exogenous nucleic acid is derived, for example, from the nucleic acid of the composition of the present invention. It is preferable that the exogenous nucleic acid be inserted into the genomic DNA of the parental lineage, as this allows for stable maintenance of the parental lineage.
前記エピゲノムが改変される配偶子が精子の場合、前記雄親系統の精子形成において、前記標的領域のエピゲノムの改変が生じる。このため、前記エピゲノムが改変される配偶子が精子の場合、前記エピゲノムが改変された動植物の製造に用いる親系統は、雄親系統であり、前記親系統の動植物としての維持に用いる系統は、雌親系統である。また、前記雄親系統では、始原生殖細胞から精子までの分化段階の細胞において、前記標的領域のエピゲノムが改変されているが、前記雄親系統を構成する、前記始原生殖細胞から精子までの分化段階の細胞以外の細胞において、前記標的領域のエピゲノムが改変されない。他方、前記雌親系統では、前記雌親系統を構成する細胞は、前記標的領域のエピゲノムが改変されていない。前記エピゲノムが改変される配偶子が精子の場合、前記外来性の核酸は、精子形成特異的プロモーターに機能的に連結されていることが好ましい。 When the gamete in which the epigenome is modified is sperm, modification of the epigenome in the target region occurs during spermatogenesis in the male parent line. Therefore, when the gamete in which the epigenome is modified is sperm, the parent line used to produce an animal or plant with the epigenome modified is a male parent line, and the line used to maintain the parent line as an animal or plant is a female parent line. Furthermore, in the male parent line, the epigenome in the target region is modified in cells at the differentiation stage from primordial germ cells to sperm, but the epigenome in the target region is not modified in cells other than the cells at the differentiation stage from primordial germ cells to sperm that constitute the male parent line. On the other hand, in the female parent line, the epigenome in the target region is not modified in cells that constitute the female parent line. When the gamete in which the epigenome is modified is sperm, it is preferable that the exogenous nucleic acid be operably linked to a spermatogenesis-specific promoter.
前記エピゲノムが改変される配偶子が卵子の場合、前記雌親系統の卵子形成において、前記標的領域のエピゲノムの改変が生じる。このため、前記エピゲノムが改変される配偶子が卵子の場合、前記エピゲノムが改変された動植物の製造に用いる親系統は、雌親系統であり、前記親系統の動植物としての維持に用いる系統は、雄親系統である。また、前記雌親系統では、例えば、始原生殖細胞から卵子までの分化段階の細胞において、前記標的領域のエピゲノムが改変されているが、前記雌親系統を構成する、前記始原生殖細胞から卵子までの分化段階の細胞以外の細胞において、前記標的領域のエピゲノムが改変されない。他方、前記雄親系統では、前記雄親系統を構成する細胞は、前記標的領域のエピゲノムが改変されない。前記エピゲノムが改変される配偶子が精子の場合、前記外来性の核酸は、精子形成特異的プロモーターに機能的に連結されていることが好ましい。 When the gamete in which the epigenome is modified is an egg, modification of the epigenome in the target region occurs during egg formation in the female parent line. Therefore, when the gamete in which the epigenome is modified is an egg, the parent line used to produce an animal or plant with the epigenome modified is a female parent line, and the line used to maintain the parent line as an animal or plant is a male parent line. Furthermore, in the female parent line, for example, the epigenome in the target region is modified in cells at the differentiation stage from primordial germ cells to eggs, but the epigenome in the target region is not modified in cells other than the cells at the differentiation stage from primordial germ cells to eggs that constitute the female parent line. On the other hand, in the male parent line, the epigenome in the target region is not modified in cells that constitute the male parent line. When the gamete in which the epigenome is modified is sperm, it is preferable that the exogenous nucleic acid be operably linked to a spermatogenesis-specific promoter.
前記親系統の動植物において、前記外来性の核酸がゲノムDNAに組込まれている場合、前記親系統の動植物は、前記外来性の核酸が組込まれた染色体と、前記外来性の核酸が組込まれていない野生型の染色体とを有することが好ましい。 If the exogenous nucleic acid is integrated into the genomic DNA of the parent lineage of an animal or plant, it is preferable that the parent lineage of an animal or plant has a chromosome into which the exogenous nucleic acid has been integrated and a wild-type chromosome into which the exogenous nucleic acid has not been integrated.
<エピゲノムが改変された動植物の製造または維持用親系統の動植物>
別の態様において、本発明は、エピゲノムが改変された動植物の製造および/または維持用親系統の製造に利用可能な配偶子を提供する。本発明の配偶子は、前記本発明の親系統の動植物から単離された配偶子である。本発明の配偶子によれば、前記標的領域のエピゲノムが改変された動植物、およびエピゲノムが改変された動植物の製造または維持用親系統の動植物を製造できる。
<Parent strains of animals and plants for producing or maintaining epigenome-modified animals and plants>
In another aspect, the present invention provides gametes that can be used to produce and/or maintain parent lines for epigenome-modified animals and plants. The gametes of the present invention are gametes isolated from the parent line of the present invention. Using the gametes of the present invention, animals and plants in which the epigenome of the target region has been modified, and parent lines for producing or maintaining animals and plants in which the epigenome has been modified, can be produced.
前記配偶子は、例えば、前記親系統の動植物から単離できる。前記単離方法は、例えば、前記配偶子の種類により適宜設定できる。前記配偶子は、例えば、前記親系統の動植物からの単離後、保存してもよい。前記保存は、前記配偶子の種類に応じて適宜選択でき、例えば、液体窒素下での保存等があげられる。 The gametes can be isolated, for example, from the parent lineage of animals or plants. The isolation method can be appropriately selected, for example, depending on the type of gamete. The gametes may be preserved, for example, after isolation from the parent lineage of animals or plants. The preservation method can be appropriately selected depending on the type of gamete, and examples include preservation under liquid nitrogen.
前記配偶子は、前記標的領域のエピゲノムが改変されていることが好ましい。この場合、前記配偶子は、前記配偶子形成において、発現誘導された前記核酸配列認識モジュールと、前記エピゲノム改変酵素とが複合体を形成し、形成中の配偶子のゲノムDNAにおける標的領域のエピゲノムを改変された、親系統の動植物から単離できる。 It is preferable that the epigenome of the target region of the gamete has been modified. In this case, the gamete can be isolated from a parental lineage animal or plant in which the epigenome of the target region in the genomic DNA of the gamete being formed has been modified by forming a complex between the induced expression of the nucleic acid sequence recognition module and the epigenome modification enzyme during gamete formation.
前記配偶子を前記標的領域のエピゲノムが改変された動植物の製造に用いる場合、前記配偶子は、前記外来性の核酸を含んでも、含まなくてもよいが、含まないことが好ましい。また、前記配偶子を前記エピゲノムが改変された動植物の製造または維持用親系統の動植物の製造に用いる場合、前記配偶子は、前記外来性の核酸を含む。 When the gametes are used to produce animals or plants in which the epigenome of the target region has been modified, the gametes may or may not contain the exogenous nucleic acid, but preferably do not. Furthermore, when the gametes are used to produce animals or plants in which the epigenome has been modified, or to produce parent lines of animals or plants for maintenance, the gametes contain the exogenous nucleic acid.
<エピゲノムが改変された動植物の製造方法>
別の態様において、本発明は、標的領域のエピゲノムが改変された動植物の製造方法を提供する。本発明の製造方法は、標的領域のエピゲノムが改変された動植物の製造方法であって、第1の親と、第2の親とを交雑し、得られた後代個体からエピゲノムが改変された個体を得る工程(交雑工程)を含み、前記第1の親および/または前記第2の親は、前記本発明の親系統の動植物である。本発明の第2の製造方法によれば、前記標的領域のエピゲノムが改変された動植物を製造できる。
<Method for producing epigenome-modified animals and plants>
In another aspect, the present invention provides a method for producing an animal or plant in which the epigenome of a target region has been modified. The production method of the present invention is a method for producing an animal or plant in which the epigenome of a target region has been modified, and includes a step (hybridization step) of crossbreeding a first parent with a second parent and obtaining an individual in which the epigenome has been modified from the resulting progeny individuals, wherein the first parent and/or the second parent are animals or plants of the parent lineage of the present invention. According to the second production method of the present invention, animals or plants in which the epigenome of the target region has been modified can be produced.
前記交雑工程において、前記第1の親および前記第2の親の一方を、前記本発明の親系統の動植物としてもよいし、両者を、前記本発明の親系統の動植物としてもよい。前記一方の親を前記本発明の親系統の動植物とすることにより、本発明の第2の製造方法では、前記ゲノムDNAにおいて、1セットの染色体のうち、一方の染色体における標的領域のエピゲノムが改変された動植物、または1つの染色体(例えば、Y染色体)の標的領域のエピゲノムが改変された動植物を得ることができる。他方、前記両方の親を前記本発明の親系統の動植物とすることにより、本発明の第2の製造方法では、前記ゲノムDNAにおいて、1セットの染色体の両染色体における標的領域のエピゲノムが改変された動植物を得ることができる。In the hybridization step, one of the first parent and the second parent may be an animal or plant of the parent lineage of the present invention, or both may be an animal or plant of the parent lineage of the present invention. By using an animal or plant of the parent lineage of the present invention as one parent, the second production method of the present invention can obtain an animal or plant in which the epigenome of a target region in one chromosome of a set of chromosomes is modified, or an animal or plant in which the epigenome of a target region in one chromosome (e.g., the Y chromosome) is modified in the genomic DNA. On the other hand, by using an animal or plant of the parent lineage of the present invention as both parents, the second production method of the present invention can obtain an animal or plant in which the epigenome of a target region in both chromosomes of a set of chromosomes is modified in the genomic DNA.
前記交雑工程においては、前記第1の親および/または前記第2の親として、前記動植物の個体に代えて、前記第1の親および/または前記第2の親の配偶子を用いてもよい。 In the hybridization process, gametes of the first parent and/or the second parent may be used instead of the individual animal or plant as the first parent and/or the second parent.
前記交雑工程において、前記第1の親と前記第2の親との交雑は、公知の方法により実施できる。 In the hybridization process, hybridization between the first parent and the second parent can be carried out using known methods.
本発明の第2の製造方法は、前記後代個体から前記外来性の核酸を含まない個体を選抜してもよい。これにより、本発明の第2の製造方法は、前記標的領域のエピゲノムが改変された以外は、前記標的領域のエピゲノムが改変されておらず、前記外来性の核酸を有さない動植物と同様の個体を得ることができる。前記外来性の核酸は、例えば、前記核酸配列認識モジュールをコードする核酸および/または前記エピゲノム改変酵素をコードする核酸を検出することにより実施できる。 The second production method of the present invention may select from the progeny individuals those individuals that do not contain the exogenous nucleic acid. In this way, the second production method of the present invention can obtain individuals that are similar to animals or plants in which the epigenome of the target region has not been modified and that do not contain the exogenous nucleic acid, except for the modification of the epigenome of the target region. The exogenous nucleic acid can be detected, for example, by detecting a nucleic acid encoding the nucleic acid sequence recognition module and/or a nucleic acid encoding the epigenome modification enzyme.
<エピゲノムが改変された動植物>
別の態様において、本発明は、標的領域のエピゲノムが改変された動植物を提供する。本発明の第1の動植物は、標的領域のエピゲノムが改変された動植物であって、前記動植物は、前記標的領域として、前記本発明の配偶子に由来するエピゲノムが改変された標的領域を含み、前記外来性の核酸を含まない。本発明の第1の動植物は、前記標的領域のエピゲノムが改変された以外は、前記標的領域のエピゲノムが改変されておらず、前記外来性の核酸を有さない動植物(野生型の動植物)と同様の個体である。このため、本発明の第1の動植物によれば、例えば、前記野生型の動植物と比較することにより、前記標的領域におけるエピゲノムの機能解析に好適に利用できる。
<Animals and plants with modified epigenomes>
In another aspect, the present invention provides animals and plants in which the epigenome of a target region has been modified. The first animal or plant of the present invention is an animal or plant in which the epigenome of a target region has been modified, wherein the animal or plant includes, as the target region, a target region in which the epigenome derived from the gamete of the present invention has been modified, and does not contain the exogenous nucleic acid. The first animal or plant of the present invention is an individual that is similar to an animal or plant in which the epigenome of the target region has not been modified and does not contain the exogenous nucleic acid (wild-type animal or plant), except for the modification of the epigenome of the target region. Therefore, the first animal or plant of the present invention can be suitably used for functional analysis of the epigenome in the target region, for example, by comparing it with the wild-type animal or plant.
前記標的領域がインプリンティング遺伝子の制御領域および/またはプロモーター領域の場合、本発明の第1の動植物は、前記第1の動植物を構成する細胞における標的領域のエピゲノムが、野生型の動植物のエピゲノムと異なる。 When the target region is the control region and/or promoter region of an imprinted gene, the epigenome of the target region in the cells constituting the first animal or plant of the present invention is different from the epigenome of a wild-type animal or plant.
本発明の第2の動植物は、標的領域のエピゲノムが改変された動植物であって、前記動植物は、外来性の核酸を含み、前記核酸は、ゲノムDNAにおいてエピゲノムを改変する標的領域の核酸配列に特異的に結合する核酸配列認識モジュールと、前記核酸配列認識モジュールと複合体を形成可能であり、かつエピゲノムを改変可能なエピゲノム改変酵素と、をコードする核酸を含み、前記核酸は、配偶子形成において活性化する配偶子形成特異的なプロモーターに機能的に連結されることにより、前記配列認識モジュールおよび前記エピゲノム改変酵素が、前記配偶子形成において発現誘導されるように構成され、前記動植物は、前記標的領域として、前記配偶子形成において発現誘導された前記核酸配列認識モジュールと前記エピゲノム改変酵素とが複合体を形成し、前記標的領域のエピゲノムが改変された配偶子に由来する標的領域を含む。本発明の第2の動植物は、前記標的領域のエピゲノムが改変された以外は、前記標的領域のエピゲノムが改変されておらず、前記外来性の核酸を有する動植物と同様の個体である。このため、本発明の第2の動植物によれば、例えば、前記維持にもちいる親系統の動植物と比較することにより、前記標的領域におけるエピゲノムの機能解析に好適に利用できる。 A second animal or plant of the present invention is an animal or plant whose epigenome in a target region has been modified, the animal or plant comprising an exogenous nucleic acid, the nucleic acid comprising a nucleic acid encoding a nucleic acid sequence recognition module that specifically binds to a nucleic acid sequence in a target region in genomic DNA that modifies the epigenome, and an epigenome modification enzyme capable of forming a complex with the nucleic acid sequence recognition module and capable of modifying the epigenome, the nucleic acid being configured to be operably linked to a gametogenesis-specific promoter that is activated during gametogenesis, such that the sequence recognition module and the epigenome modification enzyme are expressed and induced during gametogenesis, and the animal or plant comprises, as the target region, a target region derived from a gamete in which the epigenome in the target region has been modified, where the nucleic acid sequence recognition module and the epigenome modification enzyme, whose expression has been induced during gametogenesis, form a complex. The second animal or plant of the present invention is an individual whose epigenome in the target region has not been modified, except for the modification of the epigenome in the target region, and is the same as an animal or plant having the exogenous nucleic acid. Therefore, the second animal or plant of the present invention can be suitably used for functional analysis of the epigenome in the target region, for example, by comparing it with the parent line of animals or plants used for the maintenance.
以下、実施例を用いて本発明を詳細に説明するが、本発明は実施例に記載された態様に限定されるものではない。なお、特に示さない限り、市販の試薬およびキット等は、そのプロトコルに従い使用した。 The present invention will be described in detail below using examples, but the present invention is not limited to the embodiments described in the examples. Unless otherwise specified, commercially available reagents and kits were used according to their protocols.
[実施例1]
本発明の組成物を用いて、エピゲノムが改変された動植物の製造および維持に利用できる親系統の動植物の製造ができ、前記親系統から標的領域のエピゲノムが改変された子系統が得られることを確認した。
[Example 1]
It has been confirmed that the composition of the present invention can be used to produce parental lines of animals and plants that can be used to produce and maintain epigenome-modified animals and plants, and that offspring lines with modified epigenomes in the target region can be obtained from the parental lines.
(1)標的領域
Igf2遺伝子は、インプリンティング遺伝子であり、雄親由来の染色体においては、Igf2遺伝子のDMR領域(H19-DMR)がメチル化されているのに対して、雌親由来の染色体においては、Igf2遺伝子のDMR領域(H19-DMR)がメチル化されていない。また、本発明者らは、全身性にH19-DMRを脱メチル化することにより、マウスのIgf2遺伝子のDMR領域のメチル化の異常を生じさせると、すなわち、雄親由来の染色体において、H19-DMRが脱メチル化すると、前記マウスは、シルバーラッセル(Silver-Russell)症候群の症状である成育障害を示し、繁殖できなくなることを、別途確認している。そこで、前記標的領域のモデルとして、Igf2遺伝子のDMR領域を選定した。
(1) Target Region The Igf2 gene is an imprinted gene, and in chromosomes derived from male parents, the DMR region (H19-DMR) of the Igf2 gene is methylated, whereas in chromosomes derived from female parents, the DMR region (H19-DMR) of the Igf2 gene is unmethylated. Furthermore, the inventors have separately confirmed that when systemic demethylation of the H19-DMR causes abnormal methylation of the DMR region of the Igf2 gene in mice, i.e., when the H19-DMR is demethylated in chromosomes derived from male parents, the mice exhibit growth disorders, a symptom of Silver-Russell syndrome, and become unable to reproduce. Therefore, the DMR region of the Igf2 gene was selected as a model for the target region.
(2)ベクター構築
実施例1で用いる発現ベクターは、下記参考文献1のオールインワンエピゲノム編集ベクター(pPlatTET-gRNA2-H19DMRx9)から構築した。下記参考文献1のエピゲノム編集ベクターでは、5コピーのGCN4ペプチド(ELLSKNYHLENEVARLKK(配列番号9))が、各ペプチド間で22アミノ酸リンカー(GSGSGGSGSGSGGSGSGGSGSG:配列番号10)を介して連結されてタグドメイン(SunTag)を形成し、前記タグドメインがdCas9と連結し、融合タンパク質を形成している。また、参考文献1のエピゲノム編集ベクターには、抗GCN4 一本鎖抗体(scFv)がsfGFP(superfolder green fluorescent protein)を介して、TET1タンパク質の触媒部位(TET1CD)と連結し、融合タンパク質を形成している。さらに、参考文献1のエピゲノム編集ベクターには、図3(A)および下記表1に示す、H19-DMRにおける9箇所の核酸配列(標的の核酸配列)に対してハイブリダイズ可能なsgRNAが搭載されている。前記エピゲノム編集ベクターでは、図3(B)に示すように、これら融合タンパク質をコードする核酸およびsgRNAをコードする核酸が、CAGプロモーターの下流に連続して配置されている。そこで、実施例1では、前記CAGプロモーターを、精子形成中に特異的に発現するStra8遺伝子のプロモーターに置換し、実施例のエピゲノム編集ベクター(pStrPlATTET-gRNA2-H19DMRx9)として用いた。なお、前記実施例のエピゲノム編集ベクターは、後述のマイクロインジェクションの前に、制限酵素(ApaLI)により線形化して用いた。
参考文献1:Horii T et.al., “Successful generation of epigenetic disease model mice by targeted demethylation of the epigenome.”. Genome Biol., 2020 Apr 1;21(1):77.
(2) Vector Construction The expression vector used in Example 1 was constructed from the all-in-one epigenome editing vector (pPlatTET-gRNA2-H19DMRx9) described in Reference 1 below. In the epigenome editing vector described in Reference 1 below, five copies of the GCN4 peptide (ELLSKNYHLENEVARLKK (SEQ ID NO: 9)) are linked via a 22-amino acid linker (GSGSGGGSGSGSGGSGSGSG: SEQ ID NO: 10) between each peptide to form a tag domain (SunTag), which is then linked to dCas9 to form a fusion protein. Furthermore, in the epigenome editing vector described in Reference 1, an anti-GCN4 single-chain antibody (scFv) is linked to the catalytic domain of the TET1 protein (TET1CD) via sfGFP (superfold green fluorescent protein) to form a fusion protein. Furthermore, the epigenome editing vector of Reference 1 is equipped with an sgRNA capable of hybridizing to nine nucleic acid sequences (target nucleic acid sequences) in the H19-DMR, as shown in Figure 3 (A) and Table 1 below. In the epigenome editing vector, as shown in Figure 3 (B), the nucleic acids encoding these fusion proteins and the nucleic acid encoding the sgRNA are arranged consecutively downstream of the CAG promoter. Therefore, in Example 1, the CAG promoter was replaced with the promoter of the Stra8 gene, which is specifically expressed during spermatogenesis, and used as the epigenome editing vector of the example (pStrPlATTET-gRNA2-H19DMRx9). Note that the epigenome editing vector of the example was linearized with a restriction enzyme (ApaLI) before microinjection, as described below.
Reference 1: Horii T et.al., “Successful generation of epigenetic disease model mice by targeted demethylation of the epigenome.” Genome Biol., 2020 Apr 1;21(1):77.
(3)胚の調製
B6D2F1雌マウス(8~10週齢、日本クレア社から購入)は、7.5ユニットの排卵誘導剤(SEROTROPIN、ASKA Pharmaceutical社製)を投与し、さらに48時間後に7.5ユニットのヒト絨毛性ゴナドトロピン(hCG; GONATROPIN、ASKA Pharmaceutical社製)を投与することにより、過排卵を誘導した。前記hCGの投与後、B6D2F1雄マウスと交配した。そして、前記交配後21時間において、前記雌マウスの卵管から接合体(zygotes)を回収した。前記回収した接合体は、0.1%ヒアルロニダーゼ(Sigma-Aldrich社製)含有M2培地(Sigma-Aldrich社製)で数分間処理し、ついで、得られた受精卵を前記M2培地で洗浄した。前記洗浄後の受精卵を、37℃のペニシリンおよびストレプトマイシン含有M16培地(Sigma-Aldrich社製)の滴内に移動した。
(3) Preparation of embryos
B6D2F1 female mice (8-10 weeks old, purchased from CLEA Japan) were administered 7.5 units of an ovulation inducer (SEROTROPIN, ASKA Pharmaceuticals) and, 48 hours later, 7.5 units of human chorionic gonadotropin (hCG; GONATROPIN, ASKA Pharmaceuticals) to induce superovulation. After hCG administration, the mice were mated with B6D2F1 male mice. 21 hours after mating, zygotes were collected from the oviducts of the female mice. The collected zygotes were treated for several minutes with M2 medium (Sigma-Aldrich) containing 0.1% hyaluronidase (Sigma-Aldrich), and the resulting fertilized eggs were then washed with the M2 medium. After washing, the fertilized eggs were transferred into a drop of M16 medium (Sigma-Aldrich) containing penicillin and streptomycin at 37°C.
(4)マイクロインジェクション
前記hCG処理後24~72時間に、線形化した実施例のエピゲノム編集ベクターを前記受精卵に導入した。具体的には、マイクロインジェクションにより、前記実施例1(2)の線形化した実施例のエピゲノム編集ベクター(35ng/μl)を、前記実施例1(3)のM16培地内の受精卵の前核に注入した。前記注入後の胚は、M16培地を用い、37℃、5%CO2の条件下、空気中で培養した。翌日、2細胞段階に発達した胚を、疑似妊娠させた雌のICRマウス(日本クレア社から購入)の卵管の膨大部に移植した。前記胚の移植数は、1つの卵管あたり、20~25個とした。前記ICRマウスから得られたマウスへの実施例のエピゲノム編集ベクターの挿入は、ゲノムDNAを調べることにより実施した。具体的には、前記マウスの尾の先端からゲノムDNA抽出キット(DirectPCR Lysis Reagent, Mouse Tail、 Viagenbiotech社製)を用いて、ゲノムDNAを抽出した。得られたゲノムDNAについて、下記表2のプライマーセットを用いてPCRを実施し、前記実施例のエピゲノム編集ベクター由来の増幅断片が得られるかを検討した。その結果、41個体の内、9個体において、前記実施例のエピゲノム編集ベクターがゲノムDNAに挿入されていることを確認した。前記実施例のエピゲノム編集ベクターの挿入が確認されたマウスをB6マウスに戻し交雑することにより、3系統の繁殖可能な組換えマウス系統(441-2、445-7、445-14)およびそのサブラインを樹立した。各サブラインの新生児マウスの体重を測定した。また、前記サブラインのマウス由来の精子を回収し、DNAの抽出まで-80℃で凍結保存した。
(4) Microinjection: 24 to 72 hours after the hCG treatment, the linearized epigenome editing vector of the Example was introduced into the fertilized eggs. Specifically, the linearized epigenome editing vector of the Example (35 ng/μl) of Example 1(2) was microinjected into the pronuclei of the fertilized eggs in the M16 medium of Example 1(3). The injected embryos were cultured in M16 medium at 37°C and 5% CO2 in air. The following day, embryos that had developed to the two-cell stage were transplanted into the ampulla of the oviduct of pseudopregnant female ICR mice (purchased from CLEA Japan). The number of transplanted embryos was 20 to 25 per oviduct. Insertion of the epigenome editing vector of the Example into mice derived from the ICR mice was confirmed by examining genomic DNA. Specifically, genomic DNA was extracted from the tip of the mouse's tail using a genomic DNA extraction kit (Direct PCR Lysis Reagent, Mouse Tail, Viagenbiotech). PCR was performed on the obtained genomic DNA using the primer set in Table 2 below to determine whether an amplified fragment derived from the epigenome editing vector of the example was obtained. As a result, it was confirmed that the epigenome editing vector of the example was inserted into the genomic DNA of 9 out of 41 individuals. Mice in which the insertion of the epigenome editing vector of the example was confirmed were backcrossed with B6 mice to establish three fertile recombinant mouse strains (441-2, 445-7, 445-14) and their sublines. The weight of newborn mice from each subline was measured. Sperm from the subline mice was collected and frozen at -80°C until DNA extraction.
(5)メチル化の分析
前記凍結した精子のペレットを、ドデシル硫酸ナトリウム(終濃度2%)および2-メルカプトエタノール(終濃度2%)およびProteinase K(終濃度1mg/ml)を含むRSB液を用いて懸濁した。RSB液の組成は、10mmol/l NaCl、10mmol/l Tris(pH7.5)、および25mmol/l EDTAとした。前記懸濁後、56℃で終夜(約8時間)インキュベートし、フェノール/クロロホルム抽出後、エタノール沈殿させることにより、DNAを単離した。
(5) Methylation Analysis The frozen sperm pellet was suspended in RSB solution containing sodium dodecyl sulfate (final concentration 2%), 2-mercaptoethanol (final concentration 2%), and proteinase K (final concentration 1 mg/ml). The RSB solution contained 10 mmol/l NaCl, 10 mmol/l Tris (pH 7.5), and 25 mmol/l EDTA. After suspension, the suspension was incubated overnight (approximately 8 hours) at 56°C, extracted with phenol/chloroform, and then precipitated with ethanol to isolate DNA.
前記単離されたDNAについては、バイサルファイト処理キット(Epitect Plus DNA Bisulfite Kit、QIAGEN社製)を用いて処理した。そして、処理後のDNAについて、下記表3のプライマーセットを用いて、PCRにより増幅した。CpG部位の脱メチル化の割合は、combined bisulfite restriction analysis(COBRA)により行なった。具体的には、PCRで得られた増幅断片を、下記表3に示す制限酵素で切断した。なお、下記表3に、各制限酵素が認識する部位(CpG部位)を示している。前記PCRの増幅断片の分離および定量は、キャピラリーマイクロチップ電気泳動装置(MCE-202 MultiNA、島津製作所社製)を用いて実施した。メチル化率は、下記式(1)により算出した。コントロールは、野生型のB6マウスを用いた以外は同様にして実施した。これらの結果を図4に示す。
M=Dd/Dt×100(%) ・・・(1)
M:メチル化率
Dd:制限酵素により切断されたDNAの量(mV・μm)
Dt:総DNAの量(mV・μm)
The isolated DNA was treated with a bisulfite treatment kit (Epitect Plus DNA Bisulfite Kit, manufactured by QIAGEN). The treated DNA was then amplified by PCR using the primer set listed in Table 3 below. The demethylation rate of CpG sites was determined by combined bisulfite restriction analysis (COBRA). Specifically, the PCR-amplified fragments were cleaved with the restriction enzymes listed in Table 3 below. Table 3 also lists the sites (CpG sites) recognized by each restriction enzyme. The PCR-amplified fragments were separated and quantified using a capillary microchip electrophoresis system (MCE-202 MultiNA, manufactured by Shimadzu Corporation). The methylation rate was calculated using the following formula (1). The same procedure was followed except that wild-type B6 mice were used as controls. These results are shown in Figure 4.
M=Dd/Dt×100(%)...(1)
M: methylation rate Dd: amount of DNA cleaved by restriction enzyme (mV μm)
Dt: total amount of DNA (mV μm)
図4は、前記サブラインのマウス由来の精子におけるメチル化率を示すグラフである。図4において、横軸は、マウスの系統を示し、縦軸は、メチル化率を示す。図4に示すように、精子特異的にエピゲノムが改変されたマウスでは、野生型マウスと比較して、精子におけるメチル化が顕著に低減していた。このため、本発明の組成物を導入することにより、配偶子特異的に、標的領域のエピゲノムの改変ができることが確認された。 Figure 4 is a graph showing the methylation rate in sperm derived from mice of the subline. In Figure 4, the horizontal axis represents the mouse strain, and the vertical axis represents the methylation rate. As shown in Figure 4, mice with sperm-specific epigenome modification had significantly reduced methylation in sperm compared to wild-type mice. This confirmed that the introduction of the composition of the present invention enables gamete-specific modification of the epigenome in the target region.
(6)エピゲノム改変マウスの解析
前記サブラインの雄マウスについて、雄親系統とし、野生型のB6マウスと交配し、F1後代個体を得た。また、前記サブラインの雌マウスについて、雌親系統とし、野生型のB6マウスと交配し、F1後代個体を得た。前記F1後代の各個体について、前記表2に示すプライマーを用いてPCRにより、エピゲノム編集ベクターがゲノムDNAに挿入されていることを確認した。
(6) Analysis of epigenome-modified mice Male mice from the subline were used as male parent strains and mated with wild-type B6 mice to obtain F1 progeny. Female mice from the subline were used as female parent strains and mated with wild-type B6 mice to obtain F1 progeny. The insertion of the epigenome editing vector into the genomic DNA of each F1 progeny was confirmed by PCR using the primers shown in Table 2.
つぎに、前記F1後代個体の新生児について、体重を測定後、前記F1後代個体の新生児のマウスおよびDNA抽出キット(AllPrep DNA/RNA Mini Kit、QIAGEN社製)を用いて、ゲノムDNAを抽出した。 Next, the weight of the newborn F1 progeny individuals was measured, and genomic DNA was extracted from the newborn F1 progeny mice using a DNA extraction kit (AllPrep DNA/RNA Mini Kit, manufactured by QIAGEN).
前記単離したDNAに代えて、前記ゲノムDNAを用いた以外は、前記実施例1(5)と同様にして、メチル化率を測定した。これらの結果を図5~図8に示す。 The methylation rate was measured in the same manner as in Example 1(5) above, except that the genomic DNA was used instead of the isolated DNA. The results are shown in Figures 5 to 8.
図5は、前記雄親系統由来のF1後代個体の体重を示すグラフである。図5において、横軸は、マウスの系統を示し、縦軸は、体重を示す。図5に示すように、精子特異的にエピゲノムが改変されたマウスの後代個体では、野生型マウスと比較して、体重が減少していた。すなわち、前記エピゲノムの改変により、シルバーラッセル症候群と同様に、発育遅延が生じていると推定された。 Figure 5 is a graph showing the body weight of F1 progeny individuals derived from the male parent line. In Figure 5, the horizontal axis represents the mouse lineage, and the vertical axis represents body weight. As shown in Figure 5, the progeny of mice whose epigenomes were modified in a sperm-specific manner had reduced body weight compared to wild-type mice. In other words, it was presumed that the modification of the epigenome caused growth retardation, similar to Silver-Russell syndrome.
つぎに、図6は、前記雄親系統または雌親系統由来のF1後代個体の体重を示すグラフである。図6において、横軸は、マウスの系統を示し、縦軸は、体重を示す。図6に示すように、雌親系統由来のF1後代個体は、野生型マウスと同程度の体重を示した。これに対して、雄親系統由来のF1後代個体は、野生型マウスおよび雌親系統由来のF1後代個体と比較して、有意に体重が減少していた。すなわち、前記雌親系統では、精子形成特異的なプロモーターが作動せずに、エピゲノムが改変されず、体重減少が生じないのに対して、前記雄親系統では、精子形成特異的なプロモーターが作動し、前記エピゲノムが改変され、シルバーラッセル症候群と同様に、発育遅延が生じていると推定された。Next, Figure 6 is a graph showing the body weight of F1 progeny derived from the male or female parent strain. In Figure 6, the horizontal axis represents the mouse strain, and the vertical axis represents body weight. As shown in Figure 6, F1 progeny derived from the female parent strain exhibited body weights similar to those of wild-type mice. In contrast, F1 progeny derived from the male parent strain exhibited significantly reduced body weight compared to wild-type mice and F1 progeny derived from the female parent strain. That is, in the female parent strain, the spermatogenesis-specific promoter was not activated, the epigenome was not modified, and no weight loss occurred, whereas in the male parent strain, the spermatogenesis-specific promoter was activated, the epigenome was modified, and growth retardation similar to that of Silver-Russell syndrome was observed.
図7は、前記雄親系統または雌親系統由来のF1後代個体の標的領域のメチル化率を示すグラフである。図7において、(A)は、CpGサイト(m2)の結果を示し、(B)は、CpGサイト(m3)の結果を示す。図7(A)および(B)において、横軸は、マウスの系統を示し、縦軸は、メチル化率を示す。図7(A)および(B)に示すように、雌親系統由来のF1後代個体は、野生型マウスと同程度のメチル化率を示した。これに対して、雄親系統由来のF1後代個体は、野生型マウスおよび雌親系統由来のF1後代個体と比較して、有意にメチル化率が減少していた。すなわち、前記雌親系統では、精子形成特異的なプロモーターが作動せずに、エピゲノムが改変されず、メチル化が変化しないのに対して、前記雄親系統では、精子形成特異的なプロモーターが作動し、脱メチル化酵素が誘導後、標的化されることにより、前記標的領域のエピゲノムが改変されていることが確認された。Figure 7 is a graph showing the methylation rates of target regions in F1 progeny derived from the male or female parent line. In Figure 7, (A) shows the results for CpG site (m2), and (B) shows the results for CpG site (m3). In Figures 7(A) and (B), the horizontal axis represents the mouse lineage, and the vertical axis represents the methylation rate. As shown in Figures 7(A) and (B), F1 progeny derived from the female parent line exhibited a methylation rate comparable to that of wild-type mice. In contrast, F1 progeny derived from the male parent line exhibited a significantly reduced methylation rate compared to wild-type mice and F1 progeny derived from the female parent line. In other words, in the female parent line, the spermatogenesis-specific promoter was not activated, resulting in no epigenome modification and no change in methylation. In contrast, in the male parent line, the spermatogenesis-specific promoter was activated, and demethylases were induced and targeted, thereby modifying the epigenome of the target region.
図8は、エピゲノム編集ベクターの挿入の有無におけるメチル化率および体重を示すグラフである。図8において、(A)は、CpGサイト(m3)のメチル化率の結果を示し、(B)は、新生児の体重の結果を示す。図8(A)において、横軸は、マウスの系統またはエピゲノム編集ベクターのゲノムDNAへの挿入の有無を示し、縦軸は、メチル化率を示す。また、図8(B)において、横軸は、マウスの系統またはエピゲノム編集ベクターのゲノムDNAへの挿入の有無を示し、縦軸は、体重を示す。図8(A)に示すように、エピゲノム編集ベクターのゲノムDNAへの挿入の有無に関わらず、前記雄親系統のF1後代系統では、野生型マウスと比較して、メチル化率が低下していた。また、図8(B)に示すように、エピゲノム編集ベクターのゲノムDNAへの挿入の有無に関わらず、前記雄親系統のF1後代系統では、野生型マウスと比較して、体重が減少していた。これらの結果から、配偶子形成時にエピゲノムの改変が生じれば、その後エピゲノム編集ベクターが存在しなくても、すなわち、前記配列認識モジュールであるdCas9およびsgRNAと、前記エピゲノム改変酵素であるTET1CDとが誘導されなくても、エピゲノムの改変が維持されることがわかった。 Figure 8 is a graph showing the methylation rate and body weight in mice with and without the insertion of an epigenome editing vector. In Figure 8, (A) shows the methylation rate at the CpG site (m3), and (B) shows the body weight of newborns. In Figure 8(A), the horizontal axis indicates the mouse strain or the presence or absence of insertion of an epigenome editing vector into the genomic DNA, and the vertical axis indicates the methylation rate. In Figure 8(B), the horizontal axis indicates the mouse strain or the presence or absence of insertion of an epigenome editing vector into the genomic DNA, and the vertical axis indicates body weight. As shown in Figure 8(A), regardless of the presence or absence of insertion of an epigenome editing vector into the genomic DNA, the F1 progeny of the male parent strain had a reduced methylation rate compared to wild-type mice. As shown in Figure 8(B), regardless of the presence or absence of insertion of an epigenome editing vector into the genomic DNA, the F1 progeny of the male parent strain had a reduced body weight compared to wild-type mice. These results indicate that if epigenome modification occurs during gamete formation, the epigenome modification is maintained even in the absence of the epigenome editing vector, i.e., even if the sequence recognition modules dCas9 and sgRNA and the epigenome modification enzyme TET1CD are not induced.
また、前述のように、エピゲノム編集ベクターをB6マウスに戻し交雑することにより継代できることから、前記エピゲノム編集ベクターがゲノムDNAに導入されたマウスは、系統維持用の親系統としても使用できるといえる。 Furthermore, as mentioned above, since the epigenome editing vector can be propagated by backcrossing into B6 mice, mice into whose genomic DNA the epigenome editing vector has been introduced can also be used as parent strains for maintaining the lineage.
以上のことから、本発明の組成物を用いて、エピゲノムが改変された動植物の製造および維持に利用できる親系統の動植物の製造ができ、前記親系統から標的領域のエピゲノムが改変された子系統が得られることがわかった。 From the above, it has been found that the composition of the present invention can be used to produce parent strains of animals and plants that can be used to produce and maintain animals and plants with modified epigenomes, and that offspring strains in which the epigenome of the target region has been modified can be obtained from the parent strains.
以上、実施形態および実施例を参照して本発明を説明したが、本発明は、上記実施形態および実施例に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。 The present invention has been described above with reference to embodiments and examples, but the present invention is not limited to the above embodiments and examples. Various modifications that would be understood by a person skilled in the art can be made to the configuration and details of the present invention within the scope of the present invention.
この出願は、2021年5月20日に出願された日本出願特願2021-85099を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。 This application claims priority based on Japanese Patent Application No. 2021-85099, filed on May 20, 2021, the entire disclosure of which is incorporated herein by reference.
<付記>
上記の実施形態および実施例の一部または全部は、以下の付記のように記載されうるが、以下には限られない。
<核酸>
(付記1)
エピゲノムが改変された動植物の製造または維持用親系統の動植物の製造に用いるための組成物であって、
前記組成物は、核酸を含み、
前記核酸は、
ゲノムDNAにおいてエピゲノムを改変する標的領域の核酸配列に特異的に結合する核酸配列認識モジュールと、
前記核酸配列認識モジュールと複合体を形成可能であり、かつエピゲノムを改変可能なエピゲノム改変酵素と、
をコードする核酸を含み、
前記核酸は、配偶子形成において活性化する配偶子形成特異的なプロモーターに機能的に連結されることにより、前記配列認識モジュールおよび前記エピゲノム改変酵素が、前記配偶子形成において発現誘導されるように構成され、
前記配偶子形成において、発現誘導された前記核酸配列認識モジュールと、前記エピゲノム改変酵素とは、複合体を形成し、形成中の配偶子のゲノムDNAにおける標的領域のエピゲノムを改変する、組成物。
(付記2)
前記核酸は、第1の核酸と、第2の核酸とを含み、
前記第1の核酸は、
ゲノムDNAにおいてエピゲノムを改変する標的領域の核酸配列に特異的に結合する核酸配列認識モジュールと、
前記核酸配列認識モジュールと連結されたタグドメインと、
をコードする核酸を含み、
前記第2の核酸は、
エピゲノムを改変可能なエピゲノム改変酵素と、
前記エピゲノム改変酵素に連結され、前記タグドメインに結合可能なタグドメインの結合パートナーと、
をコードする核酸を含み、
前記第1の核酸および/または前記第2の核酸は、配偶子形成において活性化する配偶子形成特異的なプロモーターに機能的に連結されることにより、前記核酸配列認識モジュールおよび前記エピゲノム改変酵素が、前記配偶子形成において発現誘導されるように構成され、
前記配偶子形成において、発現誘導された前記核酸配列認識モジュールと、前記エピゲノム改変酵素とは、複合体を形成し、形成中の配偶子のゲノムDNAにおける標的領域のエピゲノムを改変する、付記1に記載の組成物。
(付記3)
前記タグドメインを複数含む、付記2に記載の組成物。
(付記4)
前記タグドメインは、ペプチドエピトープであり、
前記結合パートナーは、前記ペプチドエピトープに対する抗体である、付記2または3に記載の組成物。
(付記5)
前記核酸配列認識モジュールは、CRISPR-Casシステムであり、
前記CRISPR-Casシステムは、
前記標的領域の核酸配列に特異的に結合する核酸配列を含むガイド鎖と、
Casタンパク質と、
を含み、
前記Casタンパク質は、前記タグドメインと連結されている、付記2から4のいずれかに記載の組成物。
(付記6)
前記核酸配列認識モジュールは、CRISPR-Casシステムであり、
前記CRISPR-Casシステムは、
前記標的領域の核酸配列に特異的に結合する核酸配列を含むガイド鎖と、
Casタンパク質と、
を含む、付記1から4のいずれかに記載の組成物。
(付記7)
前記核酸配列認識モジュールは、前記ゲノムDNAの二本鎖の両方の鎖を切断しない、付記1から6のいずれかに記載の組成物。
(付記8)
前記標的領域は、インプリンティング遺伝子の制御領域および/またはプロモーター領域である、付記1から7のいずれかに記載の組成物。
(付記9)
前記エピゲノム改変酵素は、塩基修飾酵素である、付記1から8のいずれかに記載の組成物。
(付記10)
前記エピゲノム改変酵素は、メチル化酵素、脱メチル化酵素、アセチル化酵素、脱アセチル化酵素、リン酸化酵素、脱リン酸化酵素、ユビキチン化酵素、および/またはSUMO化酵素である、付記1から9のいずれかに記載の組成物。
(付記11)
前記エピゲノム改変酵素は、TET(ten-eleven translocation)1、TET2、TET3、DNMT(DNA Methyltransferase)1、DNMT3A、および/またはDNMT3Bである、付記1から10のいずれかに記載の組成物。
(付記12)
前記配偶子形成特異的プロモーターは、精子形成特異的プロモーターまたは卵子形成特異的プロモーターである、付記1から11のいずれかに記載の組成物。
(付記13)
前記配偶子形成特異的プロモーターは、STRA8プロモーター、Pgk2プロモーター、Dazlプロモーター、および/またはGsg2プロモーターである、付記1から12のいずれかに記載の組成物。
(付記14)
前記配偶子形成特異的プロモーターは、Gdf-9プロモーター、Zp3プロモーター、および/またはMsx2プロモーターである、付記1から12のいずれかに記載の組成物。
(付記15)
発現ベクターを含み、
前記発現ベクターは、前記核酸配列認識モジュールと、前記エピゲノム改変酵素が発現可能なように、前記核酸が機能的に連結されている、付記1から14のいずれかに記載の組成物。
(付記16)
第1の発現ベクターと、第2の発現ベクターとを含み、
前記第1の発現ベクターは、前記核酸配列認識モジュールが発現可能なように、前記核酸が機能的に連結され、
前記第2の発現ベクターは、前記エピゲノム改変酵素が発現可能なように、前記核酸が機能的に連結されている、付記1から15のいずれかに記載の組成物。
<親系統の製造方法>
(付記17)
エピゲノムが改変された動植物の親系統の製造方法であって、
対象の動植物に、付記1から16のいずれかに記載の組成物を導入する工程を含む、製造方法。
(付記18)
前記動植物は、非ヒト動物である、付記17に記載の製造方法。
<親系統の動植物>
(付記19)
エピゲノムが改変された動植物の製造または維持用親系統の動植物であって、
前記動植物は、外来性の核酸を含み、
前記核酸は、
ゲノムDNAにおいてエピゲノムを改変する標的領域の核酸配列に特異的に結合する核酸配列認識モジュールと、
前記核酸配列認識モジュールと複合体を形成可能であり、エピゲノムを改変可能なエピゲノム改変酵素と、
をコードする核酸を含み、
前記核酸は、配偶子形成において活性化する配偶子形成特異的なプロモーターに機能的に連結されることにより、前記配列認識モジュールおよび前記エピゲノム改変酵素が、前記配偶子形成において発現誘導されるように構成され、
前記配偶子形成において、発現誘導された前記核酸配列認識モジュールと、前記エピゲノム改変酵素とは、複合体を形成し、形成中の配偶子のゲノムDNAにおける標的領域のエピゲノムを改変する、動植物。
(付記20)
前記核酸は、第1の核酸と、第2の核酸とを含み、
前記第1の核酸は、
ゲノムDNAにおいてエピゲノムを改変する標的領域の核酸配列に特異的に結合する核酸配列認識モジュールと、
前記核酸配列認識モジュールと連結されたタグドメインと、
をコードする核酸を含み、
前記第2の核酸は、
エピゲノムを改変可能なエピゲノム改変酵素と、
前記エピゲノム改変酵素に連結され、前記タグドメインに結合可能なタグドメインの結合パートナーと、
をコードする核酸を含み、
前記第1の核酸および/または前記第2の核酸は、配偶子形成において活性化する配偶子形成特異的なプロモーターに機能的に連結されることにより、前記核酸配列認識モジュールおよび前記エピゲノム改変酵素が、前記配偶子形成において発現誘導されるように構成され、
前記配偶子形成において、発現誘導された前記核酸配列認識モジュールと、前記エピゲノム改変酵素とは、複合体を形成し、形成中の配偶子のゲノムDNAにおける標的領域のエピゲノムを改変する、付記19に記載の動植物。
(付記21)
前記タグドメインを複数含む、付記20に記載の動植物。
(付記22)
前記タグドメインは、ペプチドエピトープであり、
前記結合パートナーは、前記ペプチドエピトープに対する抗体である、付記20または21に記載の動植物。
(付記23)
前記核酸配列認識モジュールは、CRISPR-Casシステムであり、
前記CRISPR-Casシステムは、
前記標的領域の核酸配列に特異的に結合する核酸配列を含むガイド鎖と、
Casタンパク質と、
を含み、
前記Casタンパク質は、前記タグドメインと連結されている、付記19から22のいずれかに記載の動植物。
(付記24)
前記核酸配列認識モジュールは、CRISPR-Casシステムであり、
前記CRISPR-Casシステムは、
前記標的領域の核酸配列に特異的に結合する核酸配列を含むガイド鎖と、
Casタンパク質と、
を含む、付記19から23のいずれかに記載の動植物。
(付記25)
前記核酸配列認識モジュールは、前記ゲノムDNAの二本鎖の両方の鎖を切断しない、付記19から24のいずれかに記載の動植物。
(付記26)
前記標的領域は、インプリンティング遺伝子の制御領域および/またはプロモーター領域である、付記19から25のいずれかに記載の動植物。
(付記27)
前記エピゲノム改変酵素は、塩基修飾酵素である、付記19から26のいずれかに記載の動植物。
(付記28)
前記エピゲノム改変酵素は、メチル化酵素、脱メチル化酵素、アセチル化酵素、脱アセチル化酵素、リン酸化酵素、脱リン酸化酵素、ユビキチン化酵素、および/またはSUMO化酵素である、付記19から27のいずれかに記載の動植物。
(付記29)
前記エピゲノム改変酵素は、TET(ten-eleven translocation)1、TET2、TET3、DNMT(DNA Methyltransferase)1、DNMT3A、および/またはDNMT3Bである、付記19から28のいずれかに記載の動植物。
(付記30)
前記配偶子形成特異的プロモーターは、精子形成特異的プロモーターまたは卵子形成特異的プロモーターである、付記19から29のいずれかに記載の動植物。
(付記31)
前記配偶子形成特異的プロモーターは、STRA8プロモーター、Pgk2プロモーター、Dazlプロモーター、および/またはGsg2プロモーターである、付記19から30のいずれかに記載の動植物。
(付記32)
前記配偶子形成特異的プロモーターは、Gdf-9プロモーター、Zp3プロモーター、および/またはMsx2プロモーターである、付記19から30のいずれかに記載の動植物。
(付記33)
発現ベクターを含み、
前記発現ベクターは、前記核酸配列認識モジュールと、前記エピゲノム改変酵素が発現可能なように、前記核酸が機能的に連結されている、付記19から32のいずれかに記載の動植物。
(付記34)
第1の発現ベクターと、第2の発現ベクターとを含み、
前記第1の発現ベクターは、前記核酸配列認識モジュールが発現可能なように、前記核酸が機能的に連結され、
前記第2の発現ベクターは、前記エピゲノム改変酵素が発現可能なように、前記核酸が機能的に連結されている、付記19から33のいずれかに記載の動植物。
(付記35)
前記動物は、非ヒト動物である、付記19から34のいずれかに記載の動植物。
(付記36)
前記核酸は、ゲノムDNAに挿入されている、付記19から35のいずれかに記載の動植物。
(付記37)
前記配偶子形成特異的プロモーターは、精子形成特異的プロモーターであり、
前記製造に用いる親系統は、雄親系統であり、
前記維持に用いる親系統は、雌親系統である、付記19から36のいずれかに記載の動植物。
(付記38)
前記配偶子形成特異的プロモーターは、卵子形成特異的プロモーターであり、
前記製造に用いる親系統は、雌親系統であり、
前記維持に用いる親系統は、雄親系統である、付記19から36のいずれかに記載の動植物。
(付記39)
前記親系統は、前記配偶子以外の細胞において、前記標的領域のエピゲノムが改変されていない、付記19から38のいずれかに記載の動植物。
<配偶子>
(付記40)
エピゲノムが改変された動植物の製造または維持用親系統の動植物の製造に用いる配偶子であって、
付記19から39のいずれかに記載の親系統の動植物から単離された、配偶子。
(付記41)
前記配偶子は、精子および/または卵子である、付記40に記載の配偶子。
(付記42)
前記配偶子形成において発現誘導された前記核酸配列認識モジュールと前記エピゲノム改変酵素とが複合体を形成し、前記標的領域のエピゲノムが改変されている、付記40または41に記載の配偶子。
(付記43)
前記外来性の核酸を含む、付記40から42のいずれかに記載の配偶子。
<エピゲノムが改変された動植物の製造方法>
(付記44)
標的領域のエピゲノムが改変された動植物の製造方法であって、
第1の親と、第2の親とを交雑し、得られた後代個体からエピゲノムが改変された個体を得る工程を含み、
前記第1の親および/または前記第2の親は、付記19から39のいずれかに記載の親系統の動植物である、製造方法。
(付記45)
前記後代個体から、前記核酸を含まない個体を選抜する工程を含む、付記44に記載の製造方法。
<エピゲノムが改変された動植物>
(付記46)
標的領域のエピゲノムが改変された動植物であって、
前記動植物は、
前記標的領域として、付記40から42のいずれかに記載の配偶子に由来するエピゲノムが改変された標的領域を含み、
前記外来性の核酸を含まない、
動植物。
(付記47)
付記44または45に記載の製造方法により得られる、付記46に記載の動植物。
(付記48)
前記動植物は、非ヒト動物である、付記46または47に記載の動植物。
<エピゲノムが改変された動植物>
(付記49)
標的領域のエピゲノムが改変された動植物であって、
前記動植物は、外来性の核酸を含み、
前記核酸は、
ゲノムDNAにおいてエピゲノムを改変する標的領域の核酸配列に特異的に結合する核酸配列認識モジュールと、
前記核酸配列認識モジュールと複合体を形成可能であり、エピゲノムを改変可能なエピゲノム改変酵素と、
をコードする核酸を含み、
前記核酸は、配偶子形成において活性化する配偶子形成特異的なプロモーターに機能的に連結されることにより、前記配列認識モジュールおよび前記エピゲノム改変酵素が、前記配偶子形成において発現誘導されるように構成され、
前記動植物は、前記標的領域として、前記配偶子形成において発現誘導された前記核酸配列認識モジュールと前記エピゲノム改変酵素とが複合体を形成し、前記標的領域のエピゲノムが改変された配偶子に由来する標的領域を含む、動植物。
(付記50)
第1の核酸と、第2の核酸とを含み、
前記第1の核酸は、
ゲノムにおけるエピゲノムを改変する標的領域の核酸配列に特異的に結合する核酸配列認識モジュールと、
前記核酸配列認識モジュールと連結されたタグドメインと、
をコードする核酸を含み、
前記第2の核酸は、
エピゲノムを改変可能なエピゲノム改変酵素と、
前記エピゲノム改変酵素に連結され、前記タグドメインに結合可能なタグドメインの結合パートナーと、
をコードする核酸を含み、
前記第1の核酸および/または前記第2の核酸は、配偶子形成において活性化する配偶子特異的なプロモーターに機能的に連結され、
前記動植物は、前記標的領域として、前記配偶子形成において発現誘導された前記核酸配列認識モジュールと前記エピゲノム改変酵素とが複合体を形成し、前記標的領域のエピゲノムが改変された配偶子に由来する標的領域を含む、付記49に記載の動植物。
(付記51)
前記動植物は、非ヒト動物である、付記49または50に記載の動植物。
<Additional Notes>
Some or all of the above-described embodiments and examples can be described as, but are not limited to, the following supplementary notes.
<Nucleic acid>
(Appendix 1)
A composition for use in producing an epigenome-modified animal or plant or a parent line for maintaining the animal or plant, comprising:
the composition comprises a nucleic acid;
The nucleic acid is
a nucleic acid sequence recognition module that specifically binds to a nucleic acid sequence in a target region of genomic DNA for modifying the epigenome;
an epigenome modification enzyme capable of forming a complex with the nucleic acid sequence recognition module and modifying the epigenome;
and a nucleic acid encoding
the nucleic acid is operably linked to a gametogenesis-specific promoter that is activated during gametogenesis, thereby configuring the sequence recognition module and the epigenome modification enzyme to be expressed and induced during gametogenesis;
A composition in which, during gamete formation, the induced expression of the nucleic acid sequence recognition module and the epigenome modification enzyme form a complex and modify the epigenome of the target region in the genomic DNA of the gamete being formed.
(Appendix 2)
the nucleic acid comprises a first nucleic acid and a second nucleic acid;
The first nucleic acid comprises:
a nucleic acid sequence recognition module that specifically binds to a nucleic acid sequence in a target region of genomic DNA for modifying the epigenome;
a tag domain linked to the nucleic acid sequence recognition module;
comprising a nucleic acid encoding
The second nucleic acid comprises:
an epigenome modification enzyme capable of modifying the epigenome;
A tag domain binding partner linked to the epigenome modification enzyme and capable of binding to the tag domain;
and a nucleic acid encoding
the first nucleic acid and/or the second nucleic acid is operably linked to a gametogenesis-specific promoter that is activated during gametogenesis, thereby causing the nucleic acid sequence recognition module and the epigenome modification enzyme to be induced to express during gametogenesis;
The composition described in Appendix 1, wherein during gamete formation, the induced nucleic acid sequence recognition module and the epigenome modification enzyme form a complex and modify the epigenome of the target region in the genomic DNA of the gamete being formed.
(Appendix 3)
3. The composition of claim 2, comprising a plurality of the tag domains.
(Appendix 4)
the tag domain is a peptide epitope;
4. The composition of claim 2 or 3, wherein the binding partner is an antibody against the peptide epitope.
(Appendix 5)
The nucleic acid sequence recognition module is a CRISPR-Cas system;
The CRISPR-Cas system
a guide strand comprising a nucleic acid sequence that specifically binds to a nucleic acid sequence in the target region;
a Cas protein; and
Including,
5. The composition of any of claims 2 to 4, wherein the Cas protein is linked to the tag domain.
(Appendix 6)
The nucleic acid sequence recognition module is a CRISPR-Cas system;
The CRISPR-Cas system
a guide strand comprising a nucleic acid sequence that specifically binds to a nucleic acid sequence in the target region;
a Cas protein; and
5. The composition of any one of claims 1 to 4, comprising:
(Appendix 7)
7. The composition of any one of claims 1 to 6, wherein the nucleic acid sequence recognition module does not cleave both strands of the double stranded genomic DNA.
(Appendix 8)
8. The composition of any one of claims 1 to 7, wherein the target region is a regulatory and/or promoter region of an imprinted gene.
(Appendix 9)
The composition of any one of Appendices 1 to 8, wherein the epigenome-modifying enzyme is a base-modifying enzyme.
(Appendix 10)
The composition of any one of appendixes 1 to 9, wherein the epigenome-modifying enzyme is a methylase, demethylase, acetylase, deacetylase, kinase, phosphatase, ubiquitinase, and/or sumoylase.
(Appendix 11)
11. The composition of any of appendixes 1 to 10, wherein the epigenome modifying enzyme is TET (ten-eleven translocation) 1, TET2, TET3, DNMT (DNA methyltransferase) 1, DNMT3A, and/or DNMT3B.
(Appendix 12)
12. The composition of any of claims 1 to 11, wherein the gametogenesis-specific promoter is a spermatogenesis-specific promoter or an oogenesis-specific promoter.
(Appendix 13)
13. The composition of any of claims 1 to 12, wherein the gametogenesis-specific promoter is a STRA8 promoter, a Pgk2 promoter, a Dazl promoter, and/or a Gsg2 promoter.
(Appendix 14)
13. The composition of any of claims 1 to 12, wherein the gametogenesis-specific promoter is a Gdf-9 promoter, a Zp3 promoter, and/or an Msx2 promoter.
(Appendix 15)
an expression vector,
A composition described in any of Appendixes 1 to 14, wherein the expression vector operably links the nucleic acid to the nucleic acid sequence recognition module so that the epigenome modification enzyme can be expressed.
(Appendix 16)
a first expression vector and a second expression vector,
The first expression vector has the nucleic acid operably linked thereto so that the nucleic acid sequence recognition module can be expressed;
A composition described in any of Appendices 1 to 15, wherein the second expression vector is operably linked to the nucleic acid so as to enable expression of the epigenome modification enzyme.
<Production method of parent line>
(Appendix 17)
A method for producing parental lines of epigenome-modified animals and plants, comprising:
A method of manufacturing, comprising the step of introducing into a target animal or plant a composition described in any one of appendices 1 to 16.
(Appendix 18)
The method of claim 17, wherein the plant or animal is a non-human animal.
<Parent lineage animals and plants>
(Appendix 19)
A parental line of an animal or plant for producing or maintaining an epigenome-modified animal or plant,
The animal or plant contains an exogenous nucleic acid,
The nucleic acid is
a nucleic acid sequence recognition module that specifically binds to a nucleic acid sequence in a target region of genomic DNA for modifying the epigenome;
an epigenome modification enzyme capable of forming a complex with the nucleic acid sequence recognition module and modifying the epigenome;
and a nucleic acid encoding
the nucleic acid is operably linked to a gametogenesis-specific promoter that is activated during gametogenesis, thereby configuring the sequence recognition module and the epigenome modification enzyme to be expressed and induced during gametogenesis;
In the formation of gametes, the nucleic acid sequence recognition module whose expression is induced and the epigenome modification enzyme form a complex and modify the epigenome of the target region in the genomic DNA of the gamete being formed, in animals and plants.
(Appendix 20)
the nucleic acid comprises a first nucleic acid and a second nucleic acid;
The first nucleic acid comprises:
a nucleic acid sequence recognition module that specifically binds to a nucleic acid sequence in a target region of genomic DNA for modifying the epigenome;
a tag domain linked to the nucleic acid sequence recognition module;
and a nucleic acid encoding
The second nucleic acid comprises:
an epigenome modification enzyme capable of modifying the epigenome;
A tag domain binding partner linked to the epigenome modification enzyme and capable of binding to the tag domain;
and a nucleic acid encoding
the first nucleic acid and/or the second nucleic acid is operably linked to a gametogenesis-specific promoter that is activated during gametogenesis, thereby causing the nucleic acid sequence recognition module and the epigenome modification enzyme to be induced to express during gametogenesis;
The animal or plant described in Appendix 19, wherein during gamete formation, the induced nucleic acid sequence recognition module and the epigenome modification enzyme form a complex and modify the epigenome of the target region in the genomic DNA of the gamete being formed.
(Appendix 21)
21. The plant or animal described in Appendix 20, comprising a plurality of the tag domains.
(Appendix 22)
the tag domain is a peptide epitope;
22. The animal or plant of claim 20 or 21, wherein the binding partner is an antibody against the peptide epitope.
(Appendix 23)
The nucleic acid sequence recognition module is a CRISPR-Cas system;
The CRISPR-Cas system
a guide strand comprising a nucleic acid sequence that specifically binds to a nucleic acid sequence in the target region;
a Cas protein; and
Including,
23. The plant or animal described in any one of appendices 19 to 22, wherein the Cas protein is linked to the tag domain.
(Appendix 24)
The nucleic acid sequence recognition module is a CRISPR-Cas system;
The CRISPR-Cas system
a guide strand comprising a nucleic acid sequence that specifically binds to a nucleic acid sequence in the target region;
a Cas protein; and
24. The plant or animal described in any one of appendices 19 to 23, comprising:
(Appendix 25)
25. The animal or plant described in any one of appendices 19 to 24, wherein the nucleic acid sequence recognition module does not cleave both strands of the double strand of the genomic DNA.
(Appendix 26)
26. The animal or plant described in any one of appendices 19 to 25, wherein the target region is a regulatory region and/or promoter region of an imprinted gene.
(Appendix 27)
27. The animal or plant described in any one of Appendices 19 to 26, wherein the epigenome modification enzyme is a base-modifying enzyme.
(Appendix 28)
28. The animal or plant described in any one of appendix 19 to 27, wherein the epigenome-modifying enzyme is a methylase, demethylase, acetylase, deacetylase, kinase, dephosphorylase, ubiquitinase, and/or sumoylase.
(Appendix 29)
The animal or plant described in any of Appendices 19 to 28, wherein the epigenome modification enzyme is TET (ten-eleven translocation) 1, TET2, TET3, DNMT (DNA methyltransferase) 1, DNMT3A, and/or DNMT3B.
(Appendix 30)
30. The animal or plant described in any one of appendix 19 to 29, wherein the gametogenesis-specific promoter is a spermatogenesis-specific promoter or an oogenesis-specific promoter.
(Appendix 31)
31. The animal or plant according to any one of appendices 19 to 30, wherein the gametogenesis-specific promoter is a STRA8 promoter, a Pgk2 promoter, a Dazl promoter, and/or a Gsg2 promoter.
(Appendix 32)
31. The animal or plant described in any one of appendices 19 to 30, wherein the gametogenesis-specific promoter is a Gdf-9 promoter, a Zp3 promoter, and/or an Msx2 promoter.
(Appendix 33)
an expression vector,
An animal or plant described in any of Appendices 19 to 32, wherein the expression vector functionally links the nucleic acid to the nucleic acid sequence recognition module so that the epigenome modification enzyme can be expressed.
(Appendix 34)
a first expression vector and a second expression vector,
The first expression vector has the nucleic acid operably linked thereto so that the nucleic acid sequence recognition module can be expressed;
An animal or plant described in any of Appendices 19 to 33, wherein the nucleic acid is operably linked to the second expression vector so that the epigenome modification enzyme can be expressed.
(Appendix 35)
35. The plant or animal described in any one of appendices 19 to 34, wherein the animal is a non-human animal.
(Appendix 36)
36. The plant or animal described in any one of appendices 19 to 35, wherein the nucleic acid is inserted into genomic DNA.
(Appendix 37)
the gametogenesis-specific promoter is a spermatogenesis-specific promoter,
The parent line used in the production is a male parent line,
37. The animal or plant described in any one of appendices 19 to 36, wherein the parent line used for the maintenance is a female parent line.
(Appendix 38)
the gametogenesis-specific promoter is an oogenesis-specific promoter;
The parent line used in the production is a female parent line,
37. The animal or plant described in any one of appendices 19 to 36, wherein the parent line used for the maintenance is a male parent line.
(Appendix 39)
39. The animal or plant described in any one of Appendices 19 to 38, wherein the parent line has no modification of the epigenome of the target region in cells other than the gametes.
<Gametes>
(Appendix 40)
A gamete used to produce an epigenome-modified animal or plant or a parent line of an animal or plant for maintenance,
40. Gametes isolated from an animal or plant of the parental lineage described in any one of appendices 19 to 39.
(Appendix 41)
41. The gamete of claim 40, wherein the gamete is a sperm and/or an egg.
(Appendix 42)
A gamete described in Appendix 40 or 41, in which the nucleic acid sequence recognition module induced to express during gametogenesis and the epigenome modification enzyme form a complex, and the epigenome of the target region is modified.
(Appendix 43)
43. A gamete according to any one of claims 40 to 42, comprising the exogenous nucleic acid.
<Method for producing epigenome-modified animals and plants>
(Appendix 44)
A method for producing an animal or plant in which the epigenome of a target region is modified, comprising:
The method comprises a step of crossbreeding the first parent with the second parent and obtaining an individual having a modified epigenome from the resulting progeny individual,
40. The method of claim 19, wherein the first parent and/or the second parent is an animal or plant of a parental lineage described in any one of appendices 19 to 39.
(Appendix 45)
45. The production method according to claim 44, comprising a step of selecting individuals that do not contain the nucleic acid from the progeny individuals.
<Animals and plants with modified epigenomes>
(Appendix 46)
An animal or plant in which the epigenome of a target region has been modified,
The animals and plants are
The target region comprises a target region in which the epigenome derived from a gamete according to any one of Supplementary Notes 40 to 42 has been modified;
does not contain the exogenous nucleic acid,
Animals and plants.
(Appendix 47)
47. The plant or animal according to claim 46, obtained by the production method according to claim 44 or 45.
(Appendix 48)
48. The animal or plant described in Appendix 46 or 47, wherein the animal or plant is a non-human animal.
<Animals and plants with modified epigenomes>
(Appendix 49)
An animal or plant in which the epigenome of a target region has been modified,
The animal or plant contains an exogenous nucleic acid,
The nucleic acid is
a nucleic acid sequence recognition module that specifically binds to a nucleic acid sequence in a target region of genomic DNA for modifying the epigenome;
an epigenome modification enzyme capable of forming a complex with the nucleic acid sequence recognition module and modifying the epigenome;
and a nucleic acid encoding
the nucleic acid is operably linked to a gametogenesis-specific promoter that is activated during gametogenesis, thereby configuring the sequence recognition module and the epigenome modification enzyme to be expressed and induced during gametogenesis;
The animal or plant includes, as the target region, a target region derived from a gamete in which the nucleic acid sequence recognition module whose expression is induced during gametogenesis and the epigenome modification enzyme form a complex, and the epigenome of the target region is modified.
(Appendix 50)
a first nucleic acid and a second nucleic acid,
The first nucleic acid comprises:
a nucleic acid sequence recognition module that specifically binds to a nucleic acid sequence in a target region in a genome for modifying the epigenome;
a tag domain linked to the nucleic acid sequence recognition module;
and a nucleic acid encoding
The second nucleic acid comprises:
an epigenome modification enzyme capable of modifying the epigenome;
A tag domain binding partner linked to the epigenome modification enzyme and capable of binding to the tag domain;
and a nucleic acid encoding
the first nucleic acid and/or the second nucleic acid is operably linked to a gamete-specific promoter that is active in gametogenesis;
The animal or plant is described in Appendix 49, wherein the target region is derived from a gamete in which the nucleic acid sequence recognition module induced to express during gametogenesis and the epigenome modification enzyme form a complex, and the epigenome of the target region is modified.
(Appendix 51)
51. The animal or plant described in Appendix 49 or 50, wherein the animal or plant is a non-human animal.
以上のように、本発明の組成物によれば、エピゲノムが改変された動植物の製造および維持が可能な親系統の動植物の製造できる。このため、本発明によれば、エピゲノムの変化により生じる疾患の解析等に好適に使用できる。このため、本発明は、例えば、生命科学分野および医薬分野等において極めて有用である。As described above, the composition of the present invention makes it possible to produce parent lineage animals and plants that can be used to produce and maintain epigenome-modified animals and plants. Therefore, the present invention can be suitably used for analyzing diseases caused by changes in the epigenome. Therefore, the present invention is extremely useful, for example, in the fields of life science and medicine.
Claims (49)
前記組成物は、核酸を含み、
前記核酸は、
ゲノムDNAにおいてエピゲノムを改変する標的領域の核酸配列に特異的に結合する核酸配列認識モジュールと、
前記核酸配列認識モジュールと複合体を形成可能であり、かつエピゲノムを改変可能なエピゲノム改変酵素と、
をコードする核酸を含み、
前記核酸は、配偶子形成において活性化する配偶子形成特異的プロモーターに機能的に連結されることにより、前記核酸配列認識モジュールおよび前記エピゲノム改変酵素が、前記配偶子形成において発現誘導されるように構成され、
前記配偶子形成において、発現誘導された前記核酸配列認識モジュールと、前記エピゲノム改変酵素とは、複合体を形成し、形成中の配偶子のゲノムDNAにおける標的領域のエピゲノムを改変する、組成物。 A composition for use in producing an epigenome-modified animal or plant or a parent line for maintaining the animal or plant, comprising:
the composition comprises a nucleic acid;
The nucleic acid is
a nucleic acid sequence recognition module that specifically binds to a nucleic acid sequence in a target region of genomic DNA for modifying the epigenome;
an epigenome modification enzyme capable of forming a complex with the nucleic acid sequence recognition module and modifying the epigenome;
and a nucleic acid encoding
the nucleic acid is operably linked to a gametogenesis-specific promoter that is activated during gametogenesis, thereby causing the nucleic acid sequence recognition module and the epigenome modification enzyme to be expressed during gametogenesis;
A composition in which, during gamete formation, the induced expression of the nucleic acid sequence recognition module and the epigenome modification enzyme form a complex and modify the epigenome of the target region in the genomic DNA of the gamete being formed.
前記第1の核酸は、
ゲノムDNAにおいてエピゲノムを改変する標的領域の核酸配列に特異的に結合する核酸配列認識モジュールと、
前記核酸配列認識モジュールと連結されたタグドメインと、
をコードする核酸を含み、
前記第2の核酸は、
エピゲノムを改変可能なエピゲノム改変酵素と、
前記エピゲノム改変酵素に連結され、前記タグドメインに結合可能なタグドメインの結合パートナーと、
をコードする核酸を含み、
前記第1の核酸および/または前記第2の核酸は、配偶子形成において活性化する配偶子形成特異的プロモーターに機能的に連結されることにより、前記核酸配列認識モジュールおよび前記エピゲノム改変酵素が、前記配偶子形成において発現誘導されるように構成され、
前記配偶子形成において、発現誘導された前記核酸配列認識モジュールと、前記エピゲノム改変酵素とは、複合体を形成し、形成中の配偶子のゲノムDNAにおける標的領域のエピゲノムを改変する、請求項1に記載の組成物。 the nucleic acid comprises a first nucleic acid and a second nucleic acid;
The first nucleic acid comprises:
a nucleic acid sequence recognition module that specifically binds to a nucleic acid sequence in a target region of genomic DNA for modifying the epigenome;
a tag domain linked to the nucleic acid sequence recognition module;
and a nucleic acid encoding
The second nucleic acid comprises:
an epigenome modification enzyme capable of modifying the epigenome;
A tag domain binding partner linked to the epigenome modification enzyme and capable of binding to the tag domain;
and a nucleic acid encoding
the first nucleic acid and/or the second nucleic acid is operably linked to a gametogenesis-specific promoter that is activated during gametogenesis, thereby causing the nucleic acid sequence recognition module and the epigenome modification enzyme to be induced to be expressed during gametogenesis;
The composition described in claim 1, wherein during gametogenesis, the induced expression of the nucleic acid sequence recognition module and the epigenome modification enzyme form a complex and modify the epigenome of the target region in the genomic DNA of the gamete being formed.
前記結合パートナーは、前記ペプチドエピトープに対する抗体である、請求項2に記載の組成物。 the tag domain is a peptide epitope;
The composition of claim 2 , wherein the binding partner is an antibody against the peptide epitope.
前記CRISPR-Casシステムは、
前記標的領域の核酸配列に特異的に結合する核酸配列を含むガイド鎖と、
Casタンパク質と、
を含み、
前記Casタンパク質は、前記タグドメインと連結されている、請求項2に記載の組成物。 The nucleic acid sequence recognition module is a CRISPR-Cas system,
The CRISPR-Cas system
a guide strand comprising a nucleic acid sequence that specifically binds to a nucleic acid sequence in the target region;
a Cas protein; and
Including,
3. The composition of claim 2 , wherein the Cas protein is linked to the tag domain.
前記発現ベクターは、前記核酸配列認識モジュールと、前記エピゲノム改変酵素が発現可能なように、前記核酸が機能的に連結されている、請求項1に記載の組成物。 an expression vector,
The composition of claim 1 , wherein the expression vector operably links the nucleic acid to the nucleic acid sequence recognition module so that the epigenome modification enzyme can be expressed.
前記第1の発現ベクターは、前記核酸配列認識モジュールが発現可能なように、前記核酸が機能的に連結され、
前記第2の発現ベクターは、前記エピゲノム改変酵素が発現可能なように、前記核酸が機能的に連結されている、請求項1に記載の組成物。 a first expression vector and a second expression vector,
The first expression vector has the nucleic acid operably linked thereto so that the nucleic acid sequence recognition module can be expressed;
The composition of claim 1 , wherein the second expression vector is operably linked to the nucleic acid so as to enable expression of the epigenome modification enzyme.
対象の動植物(ヒトを除く)に、請求項1から15のいずれか一項に記載の組成物を導入する工程を含む、製造方法。 A method for producing parental lines of epigenome-modified animals and plants (excluding humans) , comprising:
A method of manufacturing, comprising the step of introducing a composition according to any one of claims 1 to 15 into a target animal or plant (excluding humans) .
前記動植物は、外来性の核酸を含み、
前記核酸は、
ゲノムDNAにおいてエピゲノムを改変する標的領域の核酸配列に特異的に結合する核酸配列認識モジュールと、
前記核酸配列認識モジュールと複合体を形成可能であり、かつエピゲノムを改変可能なエピゲノム改変酵素と、
をコードする核酸を含み、
前記核酸は、配偶子形成において活性化する配偶子形成特異的プロモーターに機能的に連結されることにより、前記核酸配列認識モジュールおよび前記エピゲノム改変酵素が、前記配偶子形成において発現誘導されるように構成され、
前記配偶子形成において、発現誘導された前記核酸配列認識モジュールと、前記エピゲノム改変酵素とは、複合体を形成し、形成中の配偶子のゲノムDNAにおける標的領域のエピゲノムを改変する、動植物(ヒトを除く)。 An animal or plant (excluding humans) whose epigenome has been modified, or an animal or plant (excluding humans) whose parent lineage is used for maintenance,
The animal or plant contains an exogenous nucleic acid,
The nucleic acid is
a nucleic acid sequence recognition module that specifically binds to a nucleic acid sequence in a target region of genomic DNA for modifying the epigenome;
an epigenome modification enzyme capable of forming a complex with the nucleic acid sequence recognition module and modifying the epigenome;
and a nucleic acid encoding
the nucleic acid is operably linked to a gametogenesis-specific promoter that is activated during gametogenesis, thereby causing the nucleic acid sequence recognition module and the epigenome modification enzyme to be expressed during gametogenesis;
In the formation of gametes, the induced nucleic acid sequence recognition module and the epigenome modification enzyme form a complex and modify the epigenome of the target region in the genomic DNA of the gamete being formed, in animals and plants (excluding humans) .
前記第1の核酸は、
ゲノムDNAにおいてエピゲノムを改変する標的領域の核酸配列に特異的に結合する核酸配列認識モジュールと、
前記核酸配列認識モジュールと連結されたタグドメインと、
をコードする核酸を含み、
前記第2の核酸は、
エピゲノムを改変可能なエピゲノム改変酵素と、
前記エピゲノム改変酵素に連結され、前記タグドメインに結合可能なタグドメインの結合パートナーと、
をコードする核酸を含み、
前記第1の核酸および/または前記第2の核酸は、配偶子形成において活性化する配偶子形成特異的プロモーターに機能的に連結されることにより、前記核酸配列認識モジュールおよび前記エピゲノム改変酵素が、前記配偶子形成において発現誘導されるように構成され、
前記配偶子形成において、発現誘導された前記核酸配列認識モジュールと、前記エピゲノム改変酵素とは、複合体を形成し、形成中の配偶子のゲノムDNAにおける標的領域のエピゲノムを改変する、請求項18に記載の動植物。 the nucleic acid comprises a first nucleic acid and a second nucleic acid;
The first nucleic acid comprises:
a nucleic acid sequence recognition module that specifically binds to a nucleic acid sequence in a target region of genomic DNA for modifying the epigenome;
a tag domain linked to the nucleic acid sequence recognition module;
and a nucleic acid encoding
The second nucleic acid comprises:
an epigenome modification enzyme capable of modifying the epigenome;
A tag domain binding partner linked to the epigenome modification enzyme and capable of binding to the tag domain;
and a nucleic acid encoding
the first nucleic acid and/or the second nucleic acid is operably linked to a gametogenesis-specific promoter that is activated during gametogenesis, thereby causing the nucleic acid sequence recognition module and the epigenome modification enzyme to be induced to be expressed during gametogenesis;
The animal or plant described in claim 18, wherein during gamete formation, the induced expression of the nucleic acid sequence recognition module and the epigenome modification enzyme form a complex and modify the epigenome of the target region in the genomic DNA of the gamete being formed.
前記結合パートナーは、前記ペプチドエピトープに対する抗体である、請求項19に記載の動植物。 the tag domain is a peptide epitope;
The plant or animal of claim 19 , wherein the binding partner is an antibody against the peptide epitope.
前記CRISPR-Casシステムは、
前記標的領域の核酸配列に特異的に結合する核酸配列を含むガイド鎖と、
Casタンパク質と、
を含み、
前記Casタンパク質は、前記タグドメインと連結されている、請求項19に記載の動植物。 The nucleic acid sequence recognition module is a CRISPR-Cas system,
The CRISPR-Cas system
a guide strand comprising a nucleic acid sequence that specifically binds to a nucleic acid sequence in the target region;
a Cas protein; and
Including,
The animal or plant of claim 19 , wherein the Cas protein is linked to the tag domain.
前記発現ベクターは、前記核酸配列認識モジュールと、前記エピゲノム改変酵素が発現可能なように、前記核酸が機能的に連結されている、請求項18に記載の動植物。 an expression vector,
The animal or plant described in claim 18, wherein the expression vector functionally links the nucleic acid to the nucleic acid sequence recognition module so that the epigenome modification enzyme can be expressed.
前記第1の発現ベクターは、前記核酸配列認識モジュールが発現可能なように、前記核酸が機能的に連結され、
前記第2の発現ベクターは、前記エピゲノム改変酵素が発現可能なように、前記核酸が機能的に連結されている、請求項18に記載の動植物。 a first expression vector and a second expression vector,
The first expression vector has the nucleic acid operably linked thereto so that the nucleic acid sequence recognition module can be expressed;
The animal or plant described in claim 18, wherein the second expression vector is operably linked to the nucleic acid so that the epigenome modification enzyme can be expressed.
前記製造に用いる親系統は、雄親系統であり、
前記維持に用いる親系統は、雌親系統である、請求項18に記載の動植物。 the gametogenesis-specific promoter is a spermatogenesis-specific promoter;
The parent line used in the production is a male parent line,
The plant or animal described in claim 18, wherein the parent line used for the maintenance is a female parent line.
前記製造に用いる親系統は、雌親系統であり、
前記維持に用いる親系統は、雄親系統である、請求項18に記載の動植物。 the gametogenesis-specific promoter is an oogenesis-specific promoter;
The parent line used in the production is a female parent line,
The plant or animal described in claim 18, wherein the parent line used for the maintenance is a male parent line.
請求項18から37のいずれか一項に記載の親系統の動植物から単離された、配偶子。 A gamete used to produce an epigenome-modified animal or plant or a parent line of an animal or plant for maintenance,
38. Gametes isolated from an animal or plant of the parental lineage of any one of claims 18 to 37.
第1の親と、第2の親とを交雑し、得られた後代個体からエピゲノムが改変された個体を得る工程を含み、
前記第1の親および/または前記第2の親は、請求項18から37のいずれか一項に記載の親系統の動植物である、製造方法。 A method for producing an animal or plant in which the epigenome of a target region is modified, comprising:
The method comprises a step of crossbreeding the first parent with the second parent and obtaining an individual having a modified epigenome from the resulting progeny individual,
38. A method of production wherein the first parent and/or the second parent is an animal or plant of the parental lineage described in any one of claims 18 to 37.
前記動植物は、
前記標的領域として、請求項38に記載の配偶子に由来するエピゲノムが改変された標的領域を含み、
前記外来性の核酸を含まない、
動植物(ヒトを除く)。 An animal or plant (excluding humans) in which the epigenome of a target region has been modified,
The animals and plants are
The target region comprises a target region in which the epigenome derived from the gamete according to claim 38 has been modified,
does not contain the exogenous nucleic acid,
Animals and plants (excluding humans) .
前記動植物は、外来性の核酸を含み、
前記核酸は、
ゲノムDNAにおいてエピゲノムを改変する標的領域の核酸配列に特異的に結合する核酸配列認識モジュールと、
前記核酸配列認識モジュールと複合体を形成可能であり、かつエピゲノムを改変可能なエピゲノム改変酵素と、
をコードする核酸を含み、
前記核酸は、配偶子形成において活性化する配偶子形成特異的プロモーターに機能的に連結されることにより、前記核酸配列認識モジュールおよび前記エピゲノム改変酵素が、前記配偶子形成において発現誘導されるように構成され、
前記動植物は、前記標的領域として、前記配偶子形成において発現誘導された前記核酸配列認識モジュールと前記エピゲノム改変酵素とが複合体を形成し、前記標的領域のエピゲノムが改変された配偶子に由来する標的領域を含む、動植物(ヒトを除く)。 An animal or plant (excluding humans) in which the epigenome of a target region has been modified,
The animal or plant contains an exogenous nucleic acid,
The nucleic acid is
a nucleic acid sequence recognition module that specifically binds to a nucleic acid sequence in a target region of genomic DNA for modifying the epigenome;
an epigenome modification enzyme capable of forming a complex with the nucleic acid sequence recognition module and modifying the epigenome;
and a nucleic acid encoding
the nucleic acid is operably linked to a gametogenesis-specific promoter that is activated during gametogenesis, thereby causing the nucleic acid sequence recognition module and the epigenome modification enzyme to be expressed during gametogenesis;
The animal or plant is an animal or plant (excluding humans) that includes, as the target region, a target region derived from a gamete in which the nucleic acid sequence recognition module, whose expression is induced during gametogenesis, and the epigenome modification enzyme form a complex, and the epigenome of the target region is modified.
前記第1の核酸は、
ゲノムにおけるエピゲノムを改変する標的領域の核酸配列に特異的に結合する核酸配列認識モジュールと、
前記核酸配列認識モジュールと連結されたタグドメインと、
をコードする核酸を含み、
前記第2の核酸は、
エピゲノムを改変可能なエピゲノム改変酵素と、
前記エピゲノム改変酵素に連結され、前記タグドメインに結合可能なタグドメインの結合パートナーと、
をコードする核酸を含み、
前記第1の核酸および/または前記第2の核酸は、配偶子形成において活性化する配偶子形成特異的プロモーターに機能的に連結され、
前記動植物は、前記標的領域として、前記配偶子形成において発現誘導された前記核酸配列認識モジュールと前記エピゲノム改変酵素とが複合体を形成し、前記標的領域のエピゲノムが改変された配偶子に由来する標的領域を含む、請求項47に記載の動植物。 a first nucleic acid and a second nucleic acid,
The first nucleic acid comprises:
a nucleic acid sequence recognition module that specifically binds to a nucleic acid sequence in a target region in a genome for modifying the epigenome;
a tag domain linked to the nucleic acid sequence recognition module;
and a nucleic acid encoding
The second nucleic acid comprises:
an epigenome modification enzyme capable of modifying the epigenome;
A tag domain binding partner linked to the epigenome modification enzyme and capable of binding to the tag domain;
and a nucleic acid encoding
the first nucleic acid and/or the second nucleic acid is operably linked to a gametogenesis -specific promoter that is active in gametogenesis;
The animal or plant described in claim 47, wherein the target region is derived from a gamete in which the nucleic acid sequence recognition module induced to express during gametogenesis and the epigenome modification enzyme form a complex, and the epigenome of the target region is modified.
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