JP7852838B2 - Mice with a mutant ALK2 gene - Google Patents
Mice with a mutant ALK2 geneInfo
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Description
本発明は、齧歯類変異型ALK2遺伝子を有する齧歯類に関する。 This invention relates to rodents possessing a rodent variant of the ALK2 gene.
骨形成タンパク質(Bone Morphogenetic Protein、BMP)は、トランスフォーミング増殖因子β(Transforming growth factor-β、TGF-β)ファミリーに分類される成長因子の一群である。BMPはBMP15までが同定されており、それらがホモ又はヘテロ二量体として、骨や軟骨、筋肉などの運動器の発生や維持、肝臓における鉄代謝など、多彩な生理活性を発揮する。 Bone morphogenetic proteins (BMPs) are a group of growth factors classified under the Transforming Growth Factor-β (TGF-β) family. BMPs up to BMP15 have been identified, and these, as homodimers or heterodimers, exert diverse physiological activities, including the development and maintenance of musculoskeletal systems such as bone, cartilage, and muscle, and iron metabolism in the liver.
BMPを含むTGF-βファミリーの活性は、標的細胞が細胞膜上に発現するアクチビン様キナーゼ(Activin Like Kinase、ALK)1~ALK7と呼ばれる7種類のI型に分類される膜貫通型セリン・スレオニンキナーゼ受容体によって伝達される。しかし、TGF-βファミリーの活性は、別の膜貫通型セリン・スレオニンキナーゼであるII型受容体や、さまざまな因子によって修飾されており、生体内での生理作用には未だ不明な点が多い。 The activity of the TGF-β family, including BMPs, is transmitted by seven transmembrane serine/threonine kinase receptors, classified as type I, called activin-like kinases (ALKs) 1 to ALK7, which are expressed on the cell membrane of target cells. However, the activity of the TGF-β family is modified by type II receptors, which are other transmembrane serine/threonine kinases, and by various other factors, and many aspects of their physiological effects in vivo remain unclear.
ALK2は、BMPの骨誘導活性を伝達する膜貫通型セリン・スレオニンキナーゼ受容体である。ALK2は、遺伝子変異で発症する難病との関連が報告されている。前記遺伝子変異で発症する疾患としては、例えば、全身で異所性骨化が起こる進行性骨化性線維異形成症(Fibrodysplasia ossificans progressiva、FOP)、腱や靭帯が骨化するびまん性特発性骨増殖症(Diffuse idiopathic skeletal hyperostosis、DISH)、小児の脳腫瘍であるびまん性橋膠腫(Diffuse Intrinsic Pontine Glioma、DIPG)、先天性心疾患(Congenital heart diseases、CHDs)などがある。 ALK2 is a transmembrane serine/threonine kinase receptor that transmits the bone-inducing activity of BMP. ALK2 has been reported to be associated with intractable diseases caused by gene mutations. Examples of diseases caused by such gene mutations include fibrodysplasia ossificans progressive (FOP), in which ectopic ossification occurs throughout the body; diffuse idiopathic skeletal hyperostosis (DISH), in which tendons and ligaments ossify; diffuse intrinsic pontine glioma (DIPG), a type of brain tumor in children; and congenital heart diseases (CHDs).
BMPやTGF-βファミリーの活性の生理的役割や、関連疾患の発症機序、治療薬の開発などは、主にマウスをモデルとして研究されている。しかし、FOP症例の変異をマウスALK2に導入しても、マウスは出生直後に死亡してしまい、ラインとして病態モデルを樹立できないのが現状である(例えば、非特許文献1参照)。 The physiological roles of BMP and TGF-β family activity, the pathogenesis of related diseases, and the development of therapeutic drugs are primarily studied using mice as a model. However, even when mutations from FOP cases are introduced into mouse ALK2, the mice die immediately after birth, making it impossible to establish a disease model as a clinical line (see, for example, Non-Patent Document 1).
したがって、ヒトのALK2を介したBMPシグナル伝達を反映できるマウスモデルの確立が強く望まれている。 Therefore, there is a strong need to establish a mouse model that can reflect human ALK2-mediated BMP signaling.
本発明は、前記従来における諸問題を解決し、以下の目的を達成することを課題とする。即ち、本発明は、ヒトなどの霊長類におけるALK2を介したBMPシグナル伝達を反映した動物モデルとして利用可能な齧歯類を提供することを目的とする。 This invention aims to solve the aforementioned problems of the prior art and achieve the following objective: Specifically, it aims to provide a rodent that can be used as an animal model reflecting ALK2-mediated BMP signaling in primates such as humans.
本発明者らは、前記目的を達成するべく鋭意検討を行った結果、ALK1~ALK7と呼ばれる7種類のI型に分類される膜貫通型セリン・スレオニンキナーゼ受容体の中で、ALK2だけは、マウスとヒトで活性に差があること、マウスALK2はヒトALK2よりも活性が高いこと、この主たる原因は細胞内のキナーゼ領域に位置する330番の1アミノ酸残基の違いによることを知見した。 The inventors, through diligent research to achieve the above objective, discovered that among the seven type I transmembrane serine/threonine kinase receptors called ALK1 to ALK7, only ALK2 exhibits a difference in activity between mice and humans. They found that mouse ALK2 has higher activity than human ALK2, and that the main reason for this difference is a single amino acid residue at position 330 in the intracellular kinase domain.
前記課題を解決するための手段としては、以下の通りである。即ち、
<1> ALK2タンパク質の330番目のアミノ酸をコードする位置に変異を有する齧歯類変異型ALK2遺伝子を有し、
前記齧歯類変異型ALK2遺伝子は、齧歯類野生型ALK2タンパク質における330番目のセリンが、プロリン、アスパラギン、システイン、イソロイシン、ロイシン、リシン、メチオニン、フェニルアラニン、スレオニン、トリプトファン、チロシン、及びバリンからなる群から選択されるアミノ酸となる変異を含むことを特徴とする齧歯類である。
The means to solve the aforementioned problem are as follows:
<1> Possesses a rodent mutant ALK2 gene with a mutation at the position encoding the 330th amino acid of the ALK2 protein,
The aforementioned rodent mutant ALK2 gene is a rodent characterized by a mutation in which the 330th serine in the rodent wild-type ALK2 protein becomes an amino acid selected from the group consisting of proline, asparagine, cysteine, isoleucine, leucine, lysine, methionine, phenylalanine, threonine, tryptophan, tyrosine, and valine.
本発明によると、従来における前記諸問題を解決することができ、ヒトなどの霊長類におけるALK2を介したBMPシグナル伝達を反映した動物モデルとして利用可能な齧歯類を提供することができる。 According to the present invention, the aforementioned problems of the conventional approach can be solved, and a rodent can be provided that can be used as an animal model reflecting ALK2-mediated BMP signaling in primates such as humans.
(齧歯類)
本発明の齧歯類(以下、「ALK2 S330置換齧歯類」、「ALK2 S330変異齧歯類」、「ALK2 S330P齧歯類」、「ALK2 S330P変異齧歯類」と称することがある。)は、ALK2タンパク質の330番目のアミノ酸をコードする位置に変異を有する齧歯類変異型ALK2遺伝子を有し、前記齧歯類変異型ALK2遺伝子は、齧歯類野生型ALK2タンパク質における330番目のセリンが、プロリン、アスパラギン、システイン、イソロイシン、ロイシン、リシン、メチオニン、フェニルアラニン、スレオニン、トリプトファン、チロシン、及びバリンからなる群から選択されるアミノ酸となる変異を少なくとも含み、必要に応じて更にその他の変異を含む。
(rodent)
The rodents of the present invention (hereinafter sometimes referred to as "ALK2 S330 substituted rodents,""ALK2 S330 mutant rodents,""ALK2 S330P rodents," or "ALK2 S330P mutant rodents") have a rodent mutant ALK2 gene having a mutation at the position encoding the 330th amino acid of the ALK2 protein, and the rodent mutant ALK2 gene includes at least a mutation in which the 330th serine in the rodent wild-type ALK2 protein becomes an amino acid selected from the group consisting of proline, asparagine, cysteine, isoleucine, leucine, lysine, methionine, phenylalanine, threonine, tryptophan, tyrosine, and valine, and may include other mutations as needed.
<ALK2>
前記ALK2は、BMPの骨誘導活性を伝達する膜貫通型セリン・スレオニンキナーゼ受容体である。前記ALK2は、FOP、DISH、DIPG、CHDsなどの遺伝子変異で発症する難病との関連が報告されている。
<ALK2>
ALK2 is a transmembrane serine/threonine kinase receptor that transmits the bone-inducing activity of BMP. ALK2 has been reported to be associated with intractable diseases caused by gene mutations such as FOP, DISH, DIPG, and CHDs.
前記ALK2のアミノ酸配列情報は、公知のデータベースから入手することができる。
例えば、データベース「National Center for Biotechnology Information (NCBI)」では、ヒトALK2はNP_001096、サルALK2はNP_001247690.1、マウスALK2はNP_001103675.1(配列番号3)、ラットALK2はNP_077812.1のアクセッション番号で入手することができる。
The amino acid sequence information for ALK2 can be obtained from publicly known databases.
For example, in the database "National Center for Biotechnology Information (NCBI)," human ALK2 can be obtained under the accession numbers NP_001096, monkey ALK2 under NP_001247690.1, mouse ALK2 under NP_001103675.1 (Sequence ID 3) , and rat ALK2 under NP_077812.1.
前記ALK2のアミノ酸配列における330番目のアミノ酸は、齧歯類ではセリンであるのに対し、霊長類ではプロリンであり、両者は異なっている。
後述する〔実施例〕の項目に示したように、7種のI型受容体の中で、ALK2は霊長類のヒトより齧歯類のマウスの方が、活性が高い。
In the ALK2 amino acid sequence, the 330th amino acid is serine in rodents, while it is proline in primates; the two are different.
As shown in the section [Examples] below, among the seven type I receptors, ALK2 is more active in rodents (mice) than in primates (humans).
本発明の齧歯類は、ALK2タンパク質の330番目のアミノ酸をコードする位置に変異を有する齧歯類変異型ALK2遺伝子を有する。
前記齧歯類変異型ALK2遺伝子は、齧歯類野生型ALK2タンパク質における330番目のセリンが、プロリン、アスパラギン、システイン、イソロイシン、ロイシン、リシン、メチオニン、フェニルアラニン、スレオニン、トリプトファン、チロシン、及びバリンからなる群から選択されるアミノ酸となる変異を少なくとも含む。
The rodents of the present invention possess a rodent mutant ALK2 gene having a mutation at the position encoding the 330th amino acid of the ALK2 protein.
The rodent mutant ALK2 gene contains at least one mutation in which the 330th serine in the rodent wild-type ALK2 protein becomes an amino acid selected from the group consisting of proline, asparagine, cysteine, isoleucine, leucine, lysine, methionine, phenylalanine, threonine, tryptophan, tyrosine, and valine.
上記したように、ALK2タンパク質の330番目に位置するアミノ酸は、齧歯類と霊長類とで異なっている。
また、後述する〔実施例〕の項目に示したように、霊長類のヒトのALK2における330番目のプロリンを齧歯類のマウス型のセリンに変えるとBMP活性が上昇し、齧歯類のマウスのALK2における330番目のセリンを霊長類のヒト型のプロリンや、アスパラギン、システイン、イソロイシン、ロイシン、リシン、メチオニン、フェニルアラニン、スレオニン、トリプトファン、チロシン、バリンに変えるとBMP活性が低下する。そのため、ALK2タンパク質の330番目に位置するアミノ酸が、活性を制御していると考えられる。
本発明の齧歯類では、齧歯類野生型ALK2タンパク質における330番目のセリンが、プロリン、アスパラギン、システイン、イソロイシン、ロイシン、リシン、メチオニン、フェニルアラニン、スレオニン、トリプトファン、チロシン、及びバリンからなる群から選択されるアミノ酸となる変異を有することで、霊長類におけるALK2を介したBMPシグナル伝達を反映することができる。前記変異の中でも、齧歯類野生型ALK2タンパク質における330番目のセリンをプロリンとする変異が好ましい。
As mentioned above, the amino acid at position 330 of the ALK2 protein differs between rodents and primates.
Furthermore, as shown in the [Examples] section below, replacing the 330th proline in human ALK2 with serine from rodents (mouse) increases BMP activity, while replacing the 330th serine in mouse ALK2 with human proline, asparagine, cysteine, isoleucine, leucine, lysine, methionine, phenylalanine, threonine, tryptophan, tyrosine, or valine decreases BMP activity. Therefore, it is thought that the amino acid located at the 330th position of the ALK2 protein controls its activity.
In the rodents of the present invention, the 330th serine in the rodent wild-type ALK2 protein is replaced by an amino acid selected from the group consisting of proline, asparagine, cysteine, isoleucine, leucine, lysine, methionine, phenylalanine, threonine, tryptophan, tyrosine, and valine, thereby reflecting ALK2-mediated BMP signaling in primates. Among these mutations, the mutation in which the 330th serine in the rodent wild-type ALK2 protein is replaced by proline is preferred.
前記齧歯類は、前記齧歯類変異型ALK2遺伝子のヘテロ接合型であってもよいし、ホモ接合型であってもよいが、ホモ接合型であることが好ましい。 The aforementioned rodents may be heterozygous or homozygous for the rodent variant ALK2 gene, but homozygous is preferred.
前記齧歯類は、霊長類におけるALK2を介したBMPシグナル伝達を反映したモデルとして好適に用いることができる。霊長類におけるALK2を介したBMPシグナル伝達を反映するとは、齧歯類において、霊長類におけるALK2と、そのリガンドであるBMPとの作用を反映することをいう。
前記BMPの種類としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
The aforementioned rodents can be suitably used as a model that reflects ALK2-mediated BMP signaling in primates. Reflecting ALK2-mediated BMP signaling in primates means that rodents reflect the interaction between ALK2 and its ligand, BMP, in primates.
There are no particular restrictions on the type of BMP mentioned above; it can be selected as appropriate depending on the purpose.
前記齧歯類の種としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、マウス、ラット、スナネズミ、オキナワハツカネズミ、シッキムハツカネズミ、チャイニーズハムスター、などが挙げられる。これらの中でも、実験動物として有用である点で、マウス及びラットのいずれかが好ましい。 There are no particular restrictions on the species of rodent mentioned above; they can be appropriately selected depending on the purpose. Examples include mice, rats, gerbils, Okinawa mice, Sikkim mice, and Chinese hamsters. Among these, mice and rats are preferred due to their usefulness as experimental animals.
前記霊長類としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ヒト、サルなどが挙げられる。これらの中でも、ヒトが好ましい。 There are no particular restrictions on the primates used; they can be appropriately selected depending on the purpose. Examples include humans and monkeys. Among these, humans are preferred.
本発明の齧歯類は、後述する〔実施例〕の項目に示したように、野生型ALK2遺伝子を有する齧歯類と比べて、異所性骨化が抑制される。また、野生型ALK2遺伝子を有する齧歯類と異なり、肝においてリンパ球の浸潤が認められる。 As shown in the [Examples] section below, the rodents of the present invention exhibit suppressed ectopic ossification compared to rodents possessing the wild-type ALK2 gene. Furthermore, unlike rodents with the wild-type ALK2 gene, lymphocyte infiltration is observed in the liver.
前記齧歯類変異型ALK2遺伝子におけるその他の変異としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、FOP、DISH、DIPG、CHDsなどの遺伝子変異で発症する疾患における遺伝子変異などが挙げられる。
本発明の齧歯類は、ヒトなどの霊長類におけるALK2を介したBMPシグナル伝達を反映できるため、ヒトなどの霊長類の遺伝性疾患の変異を更に導入することで、前記遺伝性疾患を反映したモデルとすることができる。
Other mutations in the aforementioned rodent variant ALK2 gene are not particularly limited and can be appropriately selected depending on the purpose. Examples include gene mutations in diseases caused by gene mutations such as FOP, DISH, DIPG, and CHDs.
Since the rodents of the present invention can reflect ALK2-mediated BMP signaling in primates such as humans, by further introducing mutations of hereditary diseases in primates such as humans, they can be used as models that reflect said hereditary diseases.
本発明の齧歯類は、ALK2の330番目のアミノ酸を霊長類型にしているため、齧歯類野生型ALK2よりも活性が低くなり、霊長類におけるALK2を介したBMPシグナル伝達を反映できる。そのため、従来マウスで樹立することができなかった遺伝性疾患の病態モデルを樹立し得る。 The rodents of this invention have a primate-type ALK2 molecule at amino acid position 330, resulting in lower activity compared to wild-type rodent ALK2. This allows them to reflect ALK2-mediated BMP signaling in primates. Therefore, it is possible to establish disease models for genetic diseases that could not be established using conventional mice.
本発明の齧歯類の製造方法としては、特に制限はなく、公知の方法を適宜選択することができる。例えば、Cas9タンパク、ガイドRNA(齧歯類ALK2遺伝子内配列)及び、ドナーオリゴDNA(齧歯類ALK2遺伝子配列由来)を用いたゲノム編集技術による変異導入により製造する方法などが挙げられる。 The method for producing rodents according to the present invention is not particularly limited, and known methods can be appropriately selected. For example, one method involves introducing mutations using genome editing technology with Cas9 protein, guide RNA (a sequence within the rodent ALK2 gene), and donor oligo DNA (derived from the rodent ALK2 gene sequence).
例えば、前記齧歯類としてマウスを用いる場合は、前記ガイドRNAとして、例えば、配列番号1で表される配列を標的配列とするものを用い、前記ドナーオリゴDNAとして、配列番号2で表される配列のものを用いる方法などが挙げられる。この例の場合、chr2: 58,462,951-58,462,959の座位(ALK2遺伝子の第8エクソン上)に合計4塩基の変異が導入される。なお、331番目及び332番目のアミノ酸配列は同義置換のためAla-Ileのままであり、330番目のSerがProに置換される。
<ガイドRNAの標的配列>
5’-CAGATCTCGATGGGCAATGGcgg-3’(配列番号1:chr2: 58,462,936-58,462,958)
配列番号1中の小文字部分(cgg)はPAM配列を示す。
<ドナーオリゴDNA(ssDNA)>
5’-GGTTAGCTGCCTTCGGATTGTACTGTCCATAGCCAGCGGCCTTGCCCATTTGCACATAGAGATATTTGGGACCCAAGGGAAGCCTGCTATCGCCCATCGAGATCTGAAGAGCAAAAACATCCTGGTGAAGAAGA-3’(配列番号2)
配列番号2中の下線部は、変異箇所を示す。
For example, when using mice as the rodents, a method can be used in which the guide RNA is, for example, one whose target sequence is the sequence represented by Sequence ID No. 1, and the donor oligo DNA is the sequence represented by Sequence ID No. 2. In this example, a total of four base mutations are introduced at the chr2: 58,462,951-58,462,959 locus (on the 8th exon of the ALK2 gene). The amino acid sequences at positions 331 and 332 remain Ala-Ile due to synonymous substitution, and Ser at position 330 is replaced with Pro.
<Target sequences of guide RNA>
5'-CAGATCTCGATTGGGCAATTGGcgg-3' (Sequence ID 1: chr2: 58,462,936-58,462,958)
The lowercase part (cgg) in sequence number 1 indicates the PAM sequence.
<Donor OligoDNA (ssDNA)>
5'-GGTTAGCTGCCTTCGGATTGTACTGTCCATAGCCAGCGGCCTTGCCCATTTGCACATAGAGATATTTGGGACCCAAGGGAAG C C T GC T AT C GCCCATCGAGATCTGAAGAGGCAAAAAACATCCTGGTGAAGAAGA-3' (SEQ ID NO: 2)
The underlined portion in Sequence ID No. 2 indicates the location of the mutation.
本発明の齧歯類は、霊長類におけるALK2を介したBMPシグナル伝達の運動器や肝臓などにおける生理的役割を齧歯類で解析することを可能にすると共に、ALK2の遺伝子変異で起こるさまざまな疾患の発症機序の解明や、前記疾患や骨折などの治療薬・予防薬等の開発に応用が期待できる。また、ALK2の遺伝的変異に起因するFOP、DISH等による異所性骨化やDIPGの病態モデルや、ALK2のシグナルを解析するための実験用動物としても利用可能である。 The rodents of this invention enable the analysis of the physiological roles of ALK2-mediated BMP signaling in primates, particularly in the musculoskeletal system and liver. Furthermore, they are expected to contribute to elucidating the pathogenesis of various diseases caused by ALK2 gene mutations, and to the development of therapeutic and preventive drugs for these diseases and fractures. They can also be used as experimental animals for pathological models of ectopic ossification and DIPG caused by ALK2 genetic mutations, such as FOP and DISH, and for analyzing ALK2 signaling.
以下に本発明の試験例を説明するが、本発明はこれらの試験例に何ら限定されるものではない。 The following describes examples of tests conducted using the present invention, but the present invention is not limited to these examples.
(試験例1:7種のI型受容体の中でALK2はヒトよりマウスの活性が高い)
BMP特異的なルシフェラーゼ・レポーターを用いて、7種のI型受容体を介した細胞内シグナルの活性を測定した。
具体的には、HEK293A細胞を、1×104細胞/穴となるように、ルシフェラーゼ・アッセイ用96穴白色プレート(グライナー社製)に播種し、10% FBSを含むDMEM培地中で、37℃、5% CO2の条件下で一晩培養した。翌日、pcDEF3/ヒ卜ALK1(WT)-V5-His(ヒト野生型、「ALK1」と称することがある。)、pcDEF3/ヒ卜ALK2(WT)-V5-His(ヒト野生型、「ALK2」と称することがある。)、pcDEF3/ヒ卜ALK3(WT)-V5-His(ヒト野生型、「ALK3」と称することがある。)、pcDEF3/ヒ卜ALK4(WT)-V5-His(ヒト野生型、「ALK4」と称することがある。)、pcDEF3/ヒ卜ALK5(WT)-V5-His(ヒト野生型、「ALK5」と称することがある。)、pcDEF3/ヒ卜ALK6(WT)-V5-His(ヒト野生型、「ALK6」と称することがある。)、pcDEF3/ヒ卜ALK7(WT)-V5-His(ヒト野生型、「ALK7」と称することがある。)、又はpcDEF3(プラスミドのトータル量を一定量に合わせるために使用。「モック」と称することがある。)と、pGL4.26/IdlWT4F-luc(Genes Cells,7,949 (2002); Biochem Biophys Res Commun, 407, 213 (2011))と、phRL-SV40(Promega社製)とを、Lipofectamine 2000(Thermo Fisher Scientific社製)を用いて導入した。2.5時間後、それぞれ、0.5ng/mLのBMP9(Peprotech社製、「B9」と称することがある。)、10ng/mLのBMP7(Miltenyi Biotec社製、「B7」と称することがある。)、10ng/mLのBMP2(Corefront社製、「B2」と称することがある。)、10ng/mLのActivin A(Peprotech社製、「ActA」と称することがある。)、1ng/mLのTGF-β1(Peprotech社製、「Tb1」と称することがある。)、10ng/mLのGDF5(Peprotech社製、「GDF5」と称することがある。)、又は10ng/mLのActivin B(Peprotech社製、「ActB」と称することがある。)を含むOPTI-MEM I(Thermo Fisher Scientific社製)に交換し、さらに一晩培養した。翌日、Dual-Glo Luciferase Assay System(Promega社製)を用いて、ファイアフライ(Firefly)及びレニラ(Renilla)のルシフェラーゼ活性をプレートリーダー GENios(TECAN社製)で測定した。
(Example 1 of the experiment: Among the seven types of type I receptors, ALK2 shows higher activity in mice than in humans.)
We measured the activity of intracellular signaling mediated by seven type I receptors using a BMP-specific luciferase reporter.
Specifically, HEK293A cells were seeded in a 96-well white plate for luciferase assays (Greiner) at a density of 1 × 10⁴ cells/well, and cultured overnight in DMEM medium containing 10% FBS at 37°C and 5% CO₂ . The following day, pcDEF3/HitALK1(WT)-V5-His (human wild type, sometimes referred to as "ALK1"), pcDEF3/HitALK2(WT)-V5-His (human wild type, sometimes referred to as "ALK2"), pcDEF3/HitALK3(WT)-V5-His (human wild type, sometimes referred to as "ALK3"), pcDEF3/HitALK4(WT)-V5-His (human wild type, sometimes referred to as "ALK4"), pcDEF3/HitALK5 (WT)-V5-His (human wild type, sometimes referred to as "ALK5"), pcDEF3/hitoALK6(WT)-V5-His (human wild type, sometimes referred to as "ALK6"), pcDEF3/hitoALK7(WT)-V5-His (human wild type, sometimes referred to as "ALK7"), or pcDEF3 (used to adjust the total amount of plasmids to a certain level; sometimes referred to as "mock") and pGL4.26/IdlWT4F-luc(Genes Cells, 7, 949 (2002); Biochem Biophysis Res Commun, 407, 213 (2011)) and phRL-SV40 (Promega) were installed using Lipofectamine 2000 (Thermo Fisher Scientific). After 2.5 hours, the following were administered: 0.5 ng/mL of BMP9 (manufactured by Peprotech, sometimes referred to as "B9"), 10 ng/mL of BMP7 (manufactured by Milltenyi Biotec, sometimes referred to as "B7"), 10 ng/mL of BMP2 (manufactured by Corefront, sometimes referred to as "B2"), 10 ng/mL of Activin A (manufactured by Peprotech, sometimes referred to as "ActA"), 1 ng/mL of TGF-β1 (manufactured by Peprotech, sometimes referred to as "Tb1"), 10 ng/mL of GDF5 (manufactured by Peprotech, sometimes referred to as "GDF5"), or 10 ng/mL of Activin The cells were replaced with OPTI-MEM I (Thermo Fisher Scientific) containing B (Peprotech, sometimes referred to as "ActB") and incubated overnight. The following day, the luciferase activity of Firefly and Renilla was measured using a Dual-Glo Luciferase Assay System (Promega) and a plate reader GENios (TECAN).
骨誘導性シグナル(Smad1/5/9)の活性を測定した結果を図1Aに、非骨誘導性シグナル(Smad2/3)の活性を測定した結果を図1Bに示す。図1A及び1B中の横軸の項目はモック又は各I型受容体を表し、各項目における棒グラフは左から順にモック、ヒト、マウスの場合の結果を表す。
図1A及び1Bに示したように、骨誘導性シグナルの伝達に関与するALK2では、ヒトよりもマウスの方が、活性が数倍高いことが確認された。
Figure 1A shows the results of measuring the activity of bone-inducible signals (Smad1/5/9), and Figure 1B shows the results of measuring the activity of non-bone-inducible signals (Smad2/3). In Figures 1A and 1B, the items on the horizontal axis represent mocks or each type I receptor, and the bar graphs for each item show the results for mocks, humans, and mice, respectively, from left to right.
As shown in Figures 1A and 1B, ALK2, which is involved in the transmission of bone-inducible signals, was found to be several times more active in mice than in humans.
(試験例2:ALK2の330番アミノ酸が活性を制御する)
BMP特異的なルシフェラーゼ・レポーターを用いて、ALK2を介した細胞内シグナルの活性を測定した。
具体的には、HEK293A細胞を、1×104細胞/穴となるように、ルシフェラーゼ・アッセイ用96穴白色プレート(グライナー社製)に播種し、10% FBSを含むDMEM培地中で、37℃、5% CO2の条件下で一晩培養した。翌日、pcDEF3/ヒ卜ALK2(WT)-V5-His(ヒト野生型、「ヒト」と称することがある。)、pcDEF3/ヒ卜ALK2(P330S)-V5-His(ヒト野生型における330番目のプロリンをセリンに置換し、マウス型に改変、「hP330S」と称することがある。)、pcDEF3/マウスALK2(WT)-V5-His(マウス野生型、「マウス」と称することがある。)、pcDEF3/マウスALK2(S330P)-V5-His(マウス野生型における330番目のセリンをプロリンに置換し、ヒト型に改変、「mS330P」と称することがある。)、又はpcDEF3(プラスミドのトータル量を一定量に合わせるために使用。「モック」と称することがある。)と、pGL4.26/IdlWT4F-luc(Genes Cells,7,949 (2002); Biochem Biophys Res Commun, 407, 213 (2011))と、phRL-SV40(Promega社製)とを、Lipofectamine 2000(Thermo Fisher Scientific社製)を用いて導入した。2.5時間後、10ng/mLのBMP7(Miltenyi Biotec社製)若しくは、0.5ng/mLのBMP9(Peprotech社製)を含むOPTI-MEM I(Thermo Fisher Scientific社製)に交換し、さらに一晩培養した。翌日、Dual-Glo Luciferase Assay System(Promega社製)を用いて、ファイアフライ(Firefly)及びレニラ(Renilla)のルシフェラーゼ活性をプレートリーダー GENios(TECAN社製)で測定した。
(Test example 2: Amino acid 330 of ALK2 controls its activity)
We measured the activity of intracellular signaling mediated by ALK2 using a BMP-specific luciferase reporter.
Specifically, HEK293A cells were seeded in a 96-well white plate for luciferase assays (Greiner) at a density of 1 × 10⁴ cells/well, and cultured overnight in DMEM medium containing 10% FBS at 37°C and 5% CO₂ . The following day, pcDEF3/hitoALK2(WT)-V5-His (human wild type, sometimes referred to as "human"), pcDEF3/hitoALK2(P330S)-V5-His (human wild type modified to mouse type by substituting proline at position 330 with serine, sometimes referred to as "hP330S"), and pcDEF3/mouseALK2(WT)-V5-His (mouse wild type, sometimes referred to as "mouse") were cultured. It may be called, ), pcDEF3/mouseALK2(S330P)-V5-His (modified to human form by substituting serine at position 330 with proline in the mouse wild type, sometimes referred to as "mS330P"), or pcDEF3 (used to adjust the total amount of plasmid to a certain level, sometimes referred to as "mock"), and pGL4.26/IdlWT4F-luc (Genes Cells, 7, 949 (2002); Biochem Biophys Res Commun, 407, 213 (2011)) and phRL-SV40 (Promega) were introduced using Lipofectamine 2000 (Thermo Fisher Scientific). After 2.5 hours, the culture was changed to OPTI-MEM I (Thermo Fisher Scientific) containing 10 ng/mL BMP7 (Miltenyi Biotec) or 0.5 ng/mL BMP9 (Peprotech), and cultured overnight. The following day, the luciferase activity of Firefly and Renilla was measured using a Dual-Glo Luciferase Assay System (Promega) and a GENios plate reader (TECAN).
BMP7を用いた場合の結果を図2Aに、BMP9を用いた場合の結果を図2Bに示す。図2A及び2B中、横軸の項目は使用した発現ベクターを表し、各項目における棒グラフは左側から順に、コントロール、BMP7又はBMP9を用いた場合の結果を示す。
図2A及び2Bに示したように、ヒトのALK2における330番目のプロリンをマウス型のセリンに変えるとBMP活性が上昇し、マウスのALK2における330番目のセリンをヒト型のプロリンに変えるとBMP活性が低下することが確認された。
Figure 2A shows the results when using BMP7, and Figure 2B shows the results when using BMP9. In Figures 2A and 2B, the horizontal axis items represent the expression vectors used, and the bar graphs for each item show the results when using control, BMP7, or BMP9, from left to right.
As shown in Figures 2A and 2B, it was confirmed that replacing the 330th proline in human ALK2 with a mouse-type serine increased BMP activity, while replacing the 330th serine in mouse ALK2 with a human-type proline decreased BMP activity.
(試験例3:ALK2 330番アミノ酸がリガンド依存的活性を制御する)
BMP特異的なルシフェラーゼ・レポーターを用いて、ALK2を介したリガンド依存的活性を測定した。
具体的には、HEK293A細胞を、1×104細胞/穴となるように、ルシフェラーゼ・アッセイ用96穴白色プレート(グライナー社製)に播種し、10% FBSを含むDMEM培地中で、37℃、5% C02の条件下で一晩培養した。翌日、pcDEF3/ヒ卜ALK2(WT)-V5-His(ヒト野生型、「hA2WT」と称することがある。)、pcDEF3/ヒ卜ALK2(P330S)-V5-His(ヒト野生型における330番目のプロリンをセリンに置換し、マウス型に改変、「hA2(P330S)」と称することがある。)、又はpcDEF3(プラスミドのトータル量を一定量に合わせるために使用。「モック」と称することがある。)と、pGL4.26/IdlWT4F-luc(Genes Cells,7,949 (2002); Biochem Biophys Res Commun, 407, 213 (2011))と、phRL-SV40(Promega社製)とを、Lipofectamine 2000(Thermo Fisher Scientific社製)を用いて導入した。2.5時間後、1ng/mL、10ng/mL、又は100ng/mLのBMP2(Corefront社製)、BMP4(R&D社製)、BMP5(Peprotech社製)、BMP6(Peprotech社製)、BMP7(Mi1tenyi Biotec社製)、BMP9(Peprotech社製)、BMP10(Mi1tenyi Biotec社製)、GDF5(Peprotech社製)、又はActivin B(Peprotech社製)を含むOPTI-MEM I(Thermo Fisher Scientific社製)に交換し、さらに一晩培養した。翌日、Dual-Glo Luciferase Assay System(Promega社製)を用いて、ファイアフライ(Firefly)及びレニラ(Renilla)のルシフェラーゼ活性をプレートリーダー GENios(TECAN社製)で測定した。
(Test example 3: ALK2 amino acid 330 regulates ligand-dependent activity)
We measured ligand-dependent activity mediated by ALK2 using a BMP-specific luciferase reporter.
Specifically, HEK293A cells were seeded in a 96-well white plate for luciferase assays (Greiner) at a density of 1 × 10⁴ cells/well, and cultured overnight in DMEM medium containing 10% FBS at 37 °C and 5% CO₂. The following day, pcDEF3/hitoALK2(WT)-V5-His (human wild type, sometimes referred to as "hA2WT"), pcDEF3/hitoALK2(P330S)-V5-His (modified to the mouse type by substituting proline at position 330 of the human wild type with serine, sometimes referred to as "hA2(P330S)"), or pcDEF3 (used to adjust the total amount of plasmid to a certain level, sometimes referred to as "mock") and pGL4.26/IdlWT4F-luc (Genes Cells, 7, 949 (2002); Biochem Biophys Res Commun, 407, 213) (2011)) and phRL-SV40 (manufactured by Promega) were installed using Lipofectamine 2000 (manufactured by Thermo Fisher Scientific). After 2.5 hours, the culture was replaced with OPTI-MEM I (Thermo Fisher Scientific) containing 1 ng/mL, 10 ng/mL, or 100 ng/mL of BMP2 (Corefront), BMP4 (R&D), BMP5 (Peprotech), BMP6 (Peprotech), BMP7 (Mitenyi Biotec), BMP9 (Peprotech), BMP10 (Mitenyi Biotec), GDF5 (Peprotech), or Activin B (Peprotech), and the culture was incubated for another night. The following day, the luciferase activity of Firefly and Renilla was measured using a Dual-Glo Luciferase Assay System (Promega) and a GENios plate reader (TECAN).
結果を図3に示す。図3中、横軸の項目は使用した各種BMP、GDF5、Activin B(Act B)を表し、各項目中の「1、10、100」は各種BMP、GDF5、Activin B(Act B)の使用量を表し、各使用量における棒グラフは左側から順に、モック、hA2WT、hA2(P330S)を用いた場合の結果を示す。
図3に示したように、BMP2、4、及び10では、野生型(hA2WT)も変異型(hA2(P330S))も発現させると活性が低下した。一方、BMP5、6、7、及び9では、変異型にすると活性が上がった。Activin Bは、野生型は反応しないが、変異型にすると反応していた。
これらの結果から、マウスALK2は、ヒトALK2の活性を正確に反映しないと考えられる。そのため、従来のヒト遺伝性疾患の変異を導入したマウスのモデルは、おそらくヒトの遺伝性疾患を反映したモデルにはなっていないと考えられる。
The results are shown in Figure 3. In Figure 3, the horizontal axis items represent the various BMPs, GDF5, and Activin B (Act B) used, and "1, 10, 100" within each item represent the amount of each BMP, GDF5, and Activin B (Act B) used. The bar graphs for each amount of use show the results when using Mock, hA2WT, and hA2 (P330S), in order from left to right.
As shown in Figure 3, in BMP2, 4, and 10, both the wild type (hA2WT) and the mutant type (hA2(P330S)) showed decreased activity. On the other hand, in BMP5, 6, 7, and 9, the mutant type increased activity. In the case of Activin B, the wild type did not respond, but the mutant type did.
These results suggest that mouse ALK2 does not accurately reflect the activity of human ALK2. Therefore, conventional mouse models that incorporate mutations for human genetic diseases are likely not accurate models of human genetic diseases.
骨誘導因子として発見され、臨床応用の開発が進められたBMP7は、ALK2を受容体として生物活性を発揮するBMPの1つと考えられる。以前から、BMPは齧歯類では強力な骨誘導活性を示すのに対し、ヒトを含む霊長類では骨誘導活性が弱いことが知られてきたが、その機序は解明されていない。上記の結果から、ALK2の330番残基の違いが、BMP7などのBMPの骨誘導活性に影響している可能性が考えられた。 BMP7, discovered as a bone-inducing factor and whose clinical application is being developed, is thought to be one of the BMPs that exerts its biological activity using ALK2 as a receptor. It has long been known that BMPs exhibit strong bone-inducing activity in rodents, while their activity is weak in primates, including humans, but the mechanism remains unclear. Based on the above results, it is possible that a difference in residue 330 of ALK2 influences the bone-inducing activity of BMPs such as BMP7.
(試験例4:遺伝子改変によるALK2 S330Pマウスの樹立)
Cas9タンパク、ガイドRNA(マウスALK2遺伝子内配列)及び、ドナーオリゴDNA(マウスALK2遺伝子配列由来)を用いたゲノム編集技術(CRISPAR/Cas9)による変異導入により、ALK2 S330P変異マウス(マウスALK2における330番目のSerをヒト型のProに変えたマウス)を樹立した。ALK2 S330Pマウスでは、chr2: 58,462,951-58,462,959の座位(ALK2遺伝子の第8エクソン上)に合計4塩基の変異を導入した。その結果ALK2タンパクの330番目のSerがProに置換された(331番目及び332番目のアミノ酸配列は同義置換のためAla-Ileのまま)。
樹立したマウスは、肉眼的な異常を認めず、通常の交配維持が可能であった。
<ガイドRNAの標的配列>
5’-CAGATCTCGATGGGCAATGGcgg-3’(配列番号1:chr2: 58,462,936-58,462,958)
配列番号1中の小文字部分(cgg)はPAM配列を示す。
<ドナーオリゴDNA(ssDNA)>
5’-GGTTAGCTGCCTTCGGATTGTACTGTCCATAGCCAGCGGCCTTGCCCATTTGCACATAGAGATATTTGGGACCCAAGGGAAGCCTGCTATCGCCCATCGAGATCTGAAGAGCAAAAACATCCTGGTGAAGAAGA-3’(配列番号2)
配列番号2中の下線部は、変異箇所を示す。
(Example 4: Establishment of ALK2 S330P mice through genetic modification)
We established the ALK2 S330P mutant mouse (a mouse in which the 330th Ser in the mouse ALK2 gene is replaced with a human-type Pro) by introducing mutations using genome editing technology (CRISPAR/Cas9) with Cas9 protein, guide RNA (mouse ALK2 gene sequence), and donor oligo DNA (derived from the mouse ALK2 gene sequence). In the ALK2 S330P mouse, a total of 4 base pairs were introduced at the chr2: 58,462,951–58,462,959 locus (on exon 8 of the ALK2 gene). As a result, the 330th Ser in the ALK2 protein was replaced with Pro (the amino acid sequences at positions 331 and 332 remained Ala-Ile due to synonymous substitution).
The established mice showed no macroscopic abnormalities and were able to maintain normal breeding practices.
<Target sequences of guide RNA>
5'-CAGATCTCGATTGGGCAATTGGcgg-3' (Sequence ID 1: chr2: 58,462,936-58,462,958)
The lowercase part (cgg) in sequence number 1 indicates the PAM sequence.
<Donor OligoDNA (ssDNA)>
5'-GGTTAGCTGCCTTCGGATTGTACTGTCCATAGCCAGCGGCCTTGCCCATTTGCACATAGAGATATTTGGGACCCAAGGGAAG C C T GC T AT C GCCCATCGAGATCTGAAGAGGCAAAAAACATCCTGGTGAAGAAGA-3' (SEQ ID NO: 2)
The underlined portion in Sequence ID No. 2 indicates the location of the mutation.
(試験例5:ALK2 S330Pマウスでは異所性骨化が抑制される)
ALK2 S330Pの異所性骨化に対する影響をBMP移植による異所性骨化モデルにて解析した。直径4mmの円形状に切り取り取ったCollaTape(Zimmer Dental社製)に、2.5μgのBMP7(Milteney社製)を染み込ませ凍結乾燥し、BMP7ペレットを作製した。ALK2 WT/WTマウス(野生型)、ALK2 S330P/WTマウス(ヘテロ接合体)、ALK2 S330P/S330Pマウス(ホモ接合体)を、2%イソフルラン吸引麻酔下で、大腿を切開し、BMP7ペレットを骨格筋内に移植した。移植3週間後に、マイクロCT(CosmoScanGX社製)にて異所性骨を解析した。
(Test example 5: Ectopic ossification is suppressed in ALK2 S330P mice)
The effect of ALK2 S330P on ectopic ossification was analyzed using an ectopic ossification model induced by BMP transplantation. BMP7 pellets were prepared by impregnating 2.5 μg of BMP7 (Milteney) into a 4 mm diameter circular piece of CollaTape (Zimmer Dental) and freeze-drying it. ALK2 WT/WT mice (wild-type), ALK2 S330P/WT mice (heterozygous), and ALK2 S330P/S330P mice (homozygous) were subjected to a 2% isoflurane inhalation anesthesia, and the thigh was incised, with the BMP7 pellets transplanted into the skeletal muscle. Three weeks after transplantation, ectopic bone was analyzed using micro-CT (CosmoScanGX).
結果を図4に示す。図4中、上段(WT/WT)は野生型の3個体の結果を示し、中段(S330P/WT)はヘテロ接合体の3個体の結果を示し、下段はホモ接合体の3個体の結果を示す。図4中、白抜きの矢印は、異所性骨を示す。
図4に示したように、ヘテロ接合体及びホモ接合体では、野生型と比べて、異所性骨の大きさが小さいことが確認された。この結果は、上記したインビトロで見られた、マウスALK2における330番目のセリンをプロリンとした際に活性が低くなることを反映した結果であると考えられる。
The results are shown in Figure 4. In Figure 4, the top row (WT/WT) shows the results for three wild-type individuals, the middle row (S330P/WT) shows the results for three heterozygous individuals, and the bottom row shows the results for three homozygous individuals. In Figure 4, the white arrows indicate ectopic bone.
As shown in Figure 4, heterozygotes and homozygotes were found to have smaller ectopic bone size compared to the wild type. This result is thought to reflect the decrease in activity observed in the in vitro study described above when serine at position 330 in mouse ALK2 was replaced with proline.
(試験例6:ALK2 S330Pマウスの肝における表現形質)
ALK2 WT/WTマウス(野生型)、ALK2 S330P/WTマウス(ヘテロ接合体)、ALK2 S330P/S330Pマウス(ホモ接合体)から、採取した肝臓を4%パラホルムアルデヒド・リン酸緩衝液(ナカライテスク社製)で2日間固定後、エタノール脱水後に、キシレンへ置換し、パラフィンで包埋した。回転式ミクロトーム(Leica社製)を用いて、パラフィン切片を作製した後、定法に従い、ヘマトキシリン・エオジン染色を施し、カバーガラスで封入し組織標本を作製した。組織標本は、BZ-9000(Keyence社製)により観察した。
(Test Example 6: Phenotypes in the liver of ALK2 S330P mice)
Liver tissue samples were collected from ALK2 WT/WT mice (wild-type), ALK2 S330P/WT mice (heterozygous), and ALK2 S330P/S330P mice (homozygous). These samples were fixed in 4% paraformaldehyde phosphate buffer (Nacalai Tesque) for two days, dehydrated with ethanol, replaced with xylene, and embedded in paraffin. Paraffin sections were prepared using a rotary microtome (Leica), stained with hematoxylin and eosin according to standard procedures, and mounted with coverslips to prepare tissue specimens. The tissue specimens were observed using a BZ-9000 (Keyence).
結果を図5に示す。図5中、上段(WT/WT)は野生型の3個体の結果を示し、中段(S330P/WT)はヘテロ接合体の3個体の結果を示し、下段はホモ接合体の3個体の結果を示す。
図5に示したように、ヘテロ接合体及びホモ接合体では、肝にリンパ球の浸潤が認められた。
The results are shown in Figure 5. In Figure 5, the top row (WT/WT) shows the results for three wild-type individuals, the middle row (S330P/WT) shows the results for three heterozygous individuals, and the bottom row shows the results for three homozygous individuals.
As shown in Figure 5, lymphocyte infiltration was observed in the liver in both heterozygous and homozygous individuals.
試験例5及び6の結果は、ALK2がBMP7による骨誘導活性に重要な受容体であることを示唆すると共に、肝などの組織でALK2が未知の生理作用を持つ可能性を示唆する。 The results of Test Examples 5 and 6 suggest that ALK2 is an important receptor for BMP7-mediated bone induction activity, and also suggest that ALK2 may have unknown physiological effects in tissues such as the liver.
(試験例7:マウスALK2の330番アミノ酸の置換)
マウス野生型ALK2における330番目アミノ酸(セリン)を下記のアミノ酸に置換し、試験例2と同様にして、BMP特異的なルシフェラーゼ・レポーターを用いて、ALK2を介した細胞内シグナルの活性を測定した。また、マウス野生型ALK2における330番目アミノ酸を置換していない場合についても、同様にして試験した。
<置換したアミノ酸>
(1) Pro
(2) Ala
(3) Arg
(4) Asn
(5) Asp
(6) Cys
(7) Gln
(8) Glu
(9) Gly
(10) His
(11) Ile
(12) Leu
(13) Lys
(14) Met
(15) Phe
(16) Thr
(17) Trp
(18) Tyr
(19) Val
(Test example 7: Substitution of amino acid 330 in mouse ALK2)
The 330th amino acid (serine) in mouse wild-type ALK2 was substituted with the following amino acid, and the activity of intracellular signaling mediated by ALK2 was measured using a BMP-specific luciferase reporter in the same manner as in Test Example 2. The same test was also performed for mouse wild-type ALK2 without the substitution of the 330th amino acid.
<Substituted amino acids>
(1) Pro
(2) Ala
(3) Arg
(4) Asn
(5) Asp
(6) Cys
(7) Gln
(8) Glu
(9) Gly
(10) His
(11) Ile
(12) Leu
(13) Lys
(14) Met
(15) Phe
(16) Thr
(17) Trp
(18) Tyr
(19) Val
具体的には、HEK293A細胞を、1×104細胞/穴となるように、ルシフェラーゼ・アッセイ用96穴白色プレート(グライナー社製)に播種し、10% FBSを含むDMEM培地中で、37℃、5% CO2の条件下で一晩培養した。翌日、pcDEF3/マウスALK2(S330置換)-V5-His(マウス野生型における330番目のセリンを上記したアミノ酸に置換したもの)、pcDEF3/マウスALK2(WT)-V5-His(マウス野生型、330番目がセリン)、又はpcDEF3(プラスミドのトータル量を一定量に合わせるために使用。「モック」と称することがある。)と、pGL4.26/IdlWT4F-luc(Genes Cells,7,949 (2002); Biochem Biophys Res Commun, 407, 213 (2011))と、phRL-SV40(Promega社製)とを、Lipofectamine 2000(Thermo Fisher Scientific社製)を用いて導入した。2.5時間後、10ng/mLのBMP7(Miltenyi Biotec社製)を含むOPTI-MEM I(Thermo Fisher Scientific社製)に交換し、さらに一晩培養した。翌日、Dual-Glo Luciferase Assay System(Promega社製)を用いて、ファイアフライ(Firefly)及びレニラ(Renilla)のルシフェラーゼ活性をプレートリーダー GENios(TECAN社製)で測定した。 Specifically, HEK293A cells were seeded in a 96-well white plate for luciferase assays (Greiner) at a density of 1 × 10⁴ cells/well, and cultured overnight in DMEM medium containing 10% FBS at 37°C and 5% CO₂ . The following day, pcDEF3/mouse ALK2(S330 substitution)-V5-His (mouse wild type with serine at position 330 substituted with the above amino acid), pcDEF3/mouse ALK2(WT)-V5-His (mouse wild type, serine at position 330), or pcDEF3 (used to adjust the total amount of plasmid to a certain level; sometimes referred to as a "mock"), along with pGL4.26/IdlWT4F-luc (Genes Cells, 7, 949 (2002); Biochem Biophys Res Commun, 407, 213 (2011)), and phRL-SV40 (Promega) were mixed with Lipofectamine 2000 (Thermo Luciferase was introduced using a Fisher Scientific instrument. After 2.5 hours, the cells were replaced with OPTI-MEM I (Thermo Fisher Scientific) containing 10 ng/mL of BMP7 (Miltenyi Biotec), and incubated overnight. The following day, the luciferase activity of Firefly and Renilla was measured using a Dual-Glo Luciferase Assay System (Promega) and a GENios plate reader (TECAN).
結果を図6に示す。図6中、横軸の項目は使用した発現ベクターを表す。なお、モック以外はマウスALK2における330番目のアミノ酸で表した。
図6に示したように、マウスのALK2における330番目のセリンを、プロリン、アスパラギン、システイン、イソロイシン、ロイシン、リシン、メチオニン、フェニルアラニン、スレオニン、トリプトファン、チロシン、及びバリンに変えるとBMP活性が低下することが確認された。
The results are shown in Figure 6. In Figure 6, the horizontal axis represents the expression vector used. Except for the mock expression, the values are represented by the 330th amino acid in mouse ALK2.
As shown in Figure 6, it was confirmed that BMP activity decreased when the 330th serine in mouse ALK2 was replaced with proline, asparagine, cysteine, isoleucine, leucine, lysine, methionine, phenylalanine, threonine, tryptophan, tyrosine, and valine.
以上の結果から、齧歯類野生型ALK2タンパク質における330番目のセリンが、プロリン、アスパラギン、システイン、イソロイシン、ロイシン、リシン、メチオニン、フェニルアラニン、スレオニン、トリプトファン、チロシン、及びバリンからなる群から選択されるアミノ酸となる変異を含む本発明の齧歯類は、BMP活性の弱い霊長類ALK2を反映したin vivoモデルとして利用できる可能性が示された。ヒトなどの霊長類におけるBMPシグナルを反映する齧歯類モデルは、霊長類におけるALK2を介したBMPシグナルの運動器や肝臓などにおける生理的役割を齧歯類で解析することを可能にすると共に、ALK2の遺伝子変異で起こるさまざまな疾患の発症機序の解明や、前記疾患や骨折などの治療薬・予防薬等の開発に応用が期待できる。 The results above suggest that the rodent of the present invention, which contains a mutation in the wild-type rodent ALK2 protein in which the 330th serine is an amino acid selected from the group consisting of proline, asparagine, cysteine, isoleucine, leucine, lysine, methionine, phenylalanine, threonine, tryptophan, tyrosine, and valine, has the potential to be used as an in vivo model that reflects primate ALK2 with weak BMP activity. A rodent model that reflects BMP signaling in primates such as humans will enable the analysis of the physiological roles of ALK2-mediated BMP signaling in the musculoskeletal system and liver in rodents, and is expected to have applications in elucidating the pathogenesis of various diseases caused by ALK2 gene mutations, as well as in the development of therapeutic and preventive drugs for these diseases and fractures.
本発明の態様としては、例えば、以下のものなどが挙げられる。
<1> ALK2タンパク質の330番目のアミノ酸をコードする位置に変異を有する齧歯類変異型ALK2遺伝子を有し、
前記齧歯類変異型ALK2遺伝子は、齧歯類野生型ALK2タンパク質における330番目のセリンが、プロリン、アスパラギン、システイン、イソロイシン、ロイシン、リシン、メチオニン、フェニルアラニン、スレオニン、トリプトファン、チロシン、及びバリンからなる群から選択されるアミノ酸となる変異を含むことを特徴とする齧歯類である。
<2> 霊長類におけるALK2を介したBMPシグナル伝達を反映したモデルである前記<1>に記載の齧歯類である。
<3> マウス及びラットのいずれかである前記<1>から<2>のいずれかに記載の齧歯類である。
<4> 異所性骨化が抑制される前記<1>から<3>のいずれかに記載の齧歯類である。
<5> 肝においてリンパ球が浸潤している前記<1>から<4>のいずれかに記載の齧歯類である。
Examples of embodiments of the present invention include the following:
<1> Possesses a rodent mutant ALK2 gene with a mutation at the position encoding the 330th amino acid of the ALK2 protein,
The aforementioned rodent mutant ALK2 gene is a rodent characterized by a mutation in which the 330th serine in the rodent wild-type ALK2 protein becomes an amino acid selected from the group consisting of proline, asparagine, cysteine, isoleucine, leucine, lysine, methionine, phenylalanine, threonine, tryptophan, tyrosine, and valine.
<2> The rodents described in <1> above are a model that reflects ALK2-mediated BMP signaling in primates.
<3> A rodent as described in any of <1> to <2> above, which is either a mouse or a rat.
<4> A rodent according to any of <1> to <3> above, in which heterotopic ossification is suppressed.
<5> A rodent according to any of <1> to <4> above, in which lymphocytes are infiltrated in the liver.
Claims (4)
前記変異型ALK2遺伝子は、前記配列番号3で表される野生型ALK2タンパク質における330番目のセリンが、プロリン、アスパラギン、システイン、イソロイシン、ロイシン、リシン、メチオニン、フェニルアラニン、スレオニン、トリプトファン、チロシン、及びバリンからなる群から選択されるアミノ酸となる変異を含むことを特徴とするマウス。 A mouse having a mutant ALK2 gene with a mutation at the position encoding the 330th amino acid of the wild-type ALK2 protein represented by Sequence ID No. 3 ,
The mutant ALK2 gene is characterized by a mouse in which the 330th serine in the wild-type ALK2 protein represented by Sequence ID No. 3 is replaced with an amino acid selected from the group consisting of proline, asparagine, cysteine, isoleucine, leucine, lysine, methionine, phenylalanine, threonine, tryptophan, tyrosine, and valine.
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| Database Uniprot [online],2020年12月02日,<URL:https://rest.uniprot.org/unisave/I3M4Q3?format=txt&versions=55>,Accession No. I3M4Q3, entry version 55 [retrieved on 04-09-2025] |
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Also Published As
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