JP2004105049A - Non-human model animal - Google Patents

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JP2004105049A
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model animal
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mutation
codon
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Tadahiro Shiomi
塩見 忠博
Naoko Shiomi
塩見 尚子
Yasushi Kito
鬼頭 靖司
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National Institute of Radiological Sciences
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National Institute of Radiological Sciences
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide XPG-mutated mice which have different critical degrees and are useful for clarifying the molecular condition of a genetic disease caused by the mutation of a G group xeroderma pigmentosum (XPG), and analyzing the relation of XPG to an expression type at an individual level. <P>SOLUTION: This non-human model animal has an XPG-mutated gene in which one or more codons corresponding to codons specifying the amino acids of 1 to 100 or 760 to 860 in a mouse of XPG have been subjected to a missense mutation or a nonsense mutation. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、XPG変異遺伝子をもつ非ヒトモデル動物およびその作製方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
色素性乾皮症(xeroderma pigmentosum:XP)は、常染色体劣性遺伝様式をとる遺伝性疾患であり、日光に過敏性を示す。XP患者は、出生時には一見正常に見えるが、乳児期には日光に短時間さらされるだけで急性の皮膚炎症状を呈するので、異常に気がつくことになる。そして、幼児期になると、急性の皮膚炎症状はないが、日光露出部位の皮膚は乾燥、角化し色素が沈着する。さらに、これらの部位に正常人の数千倍の高頻度で皮膚がんを発症し、神経精神症状等の多面的な臨床症状を示す。
【0003】
XP患者が日光過敏性を示すことに対応して、患者由来細胞(XP細胞)は紫外線に高感受性を示し、DNAの損傷を修復する能力に欠損がある。DNA修復はすべての生物において認められる生体防御機能であり、いくつかの機構が知られている。XPはこのうちの特にヌクレオチド除去修復機構の初期過程に欠損を示す。すなわち、DNA損傷を認識し、損傷部位の両側(5’および3’側)にニック(切れ目)を入れ、さらに損傷部位を含むDNA断片を取除く過程に欠損を示す。このように、XPではDNA損傷が修復されないために、何らかの機構により突然変異および細胞死を誘発し、高発がん性の原因となっていると考えられる。
【0004】
XPのDNA修復欠損には、全く修復できない重い欠損から、正常よりやや低下した軽い欠損までその程度に差異があり、それが臨床症状の重篤度と対応することがわかってきた。異なったXP患者由来の細胞同士を融合させ雑種細胞を形成させると、両者が互いの欠損を補完しあって正常な修復能を示すことがある。これは、両者で欠損している遺伝子が異なるために、雑種細胞において、一方の細胞由来の正常な遺伝子が他方の欠損した遺伝子の働きを補うためと考えられ、この2種の細胞は異なった相補性群に属するといわれる。そして、多くのXP細胞について相補性テストが行なわれ、A〜G群、およびバリアントと呼ばれる合計8つの遺伝的相補性群の存在が確認されており、少なくとも8つの異なる遺伝子がXPに関係し、ヌクレオチド除去修復の初期過程には多くの遺伝子が関与していることが明らかとなっている。
【0005】
以上のように、XP細胞は、紫外線により生じたDNA損傷を回復する機構、除去修復機構の初期過程に欠損があることが示されており、これらのXP原因遺伝子はヌクレオチド除去修復の初期過程において重要な働きをするタンパクをコードしていることが明らかにされてきた。このなかでXPGタンパクは、ヌクレオチド除去修復において損傷部位の3’側でニックを入れてDNA鎖を切断する構造特異的エンドヌクレアーゼとして機能していることがわかってきた。そしてさらに、XPGは塩基除去修復もしくは転写の伸長においても重要な役割を果たしており、この機能の欠損が成長阻害や早期老化・死亡を特徴とするコケイン症候群(CS)の併発の原因であるとの説が出された。本発明者は先に第3もしくは15エクソンにneo遺伝子を挿入したXPG遺伝子をもつマウスを作製した(たとえば、非特許文献1および2参照)。
【0006】
【非特許文献1】
Mol. Cell. Biol. 2366−2372(1999)
【非特許文献2】
Mutat. Res. 433, 69−87(1999)
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、この検討の一環として、上記のような症状を示す遺伝性疾患の分子病態を解明し、XPGと個体レベルでの表現型との関係を詳細に解析するために有用な、重篤度の異なるXPG変異マウスを提供する。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明の要旨は、G群色素性乾皮症原因遺伝子(XPG)のマウスにおける1〜100もしくは760〜860番目のアミノ酸を指定するコドンに相当するコドンの1つ以上が、ミスセンス変異もしくはナンセンス変異されたXPG変異遺伝子をもつ非ヒトモデル動物;ならびに
XPG cDNAに部位特異的変異を導入して、XPGのマウスにおける1〜100もしくは760〜860番目のアミノ酸を指定するコドンに相当するコドンの1つ以上を、ミスセンス変異もしくはナンセンス変異させ、得られた部位特異的変異導入XPG cDNAを用いてターゲティングベクターを構築し、ついでこのベクターを胚幹(ES)細胞に導入し、この変異ES細胞から非ヒト動物個体を作製することを特徴とするXPG変異遺伝子をもつ非ヒトモデル動物の作製方法、にある。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
【0010】
本発明における非ヒトモデル動物は、G群色素性乾皮症原因遺伝子(XPG)のマウスにおける1〜100もしくは760〜860番目のアミノ酸を指定するコドンに相当するコドンの1つ以上が、ミスセンス変異もしくはナンセンス変異されたXPG変異遺伝子をもち、紫外線に高感受性を有する。非ヒトモデル動物としては、マウス、ラット、モルモット等の齧歯目動物が挙げられるが、これらに限定されるものではない。上記のコドンとしては、XPGのマウスにおける77、790もしくは811番目のアミノ酸を指定するコドンに相当するコドンが最も好ましい。
【0011】
ミスセンス変異は、変化したコドンが化学的な性質の異なる別のアミノ酸を指定する非保存的置換を伴い、たとえば、もとのマウスの77、790もしくは811番目のアミノ酸であるアスパラギン酸(Asp)、グルタミン酸(Glu)もしくはアスパラギン酸(Asp)の場合には、アラニン(Ala)に置換するのが好適である。
【0012】
一方、ナンセンス変異は、アミノ酸を指定するコドンをストップコドンに置換するものである。
【0013】
本発明の非ヒトモデル動物の作製方法は上記のXPG変異遺伝子をもつ非ヒトモデル動物を作製し得るものであれば特に制限されない。以下、マウスの場合について説明すると、たとえば、好適にはXPG cDNAに部位特異的変異を導入して、XPGの1〜100もしくは760〜860番目のアミノ酸を指定するコドンに相当するコドンの1つ以上を、ミスセンス変異もしくはナンセンス変異させ、得られた部位特異的変異導入XPG cDNAを用いてターゲティングベクターを構築し、ついでこのベクターをマウス胚幹(ES)細胞に導入し、この変異ES細胞からマウス個体を作製する方法が挙げられる。このES細胞への導入はたとえばエレクトロポレーション法等により行われ、相同的組換えを起こしたES細胞クローンが選択される。この選択されたES細胞が目的とする組替え体かどうかはサザンブロッティング法等により確認しうる。
【0014】
このES細胞クローンを用いて生殖系列キメラマウスを作成し、野生型マウスと交配させヘテロ接合体マウスを得る。ついで、このヘテロ接合体マウス同士を交配させ、メンデルの法則により産生する目的とするマウスおよび野生型マウスが作製される。
【0015】
たとえば、XPGの811番目のアミノ酸を指定するコドンを、部位特異的突然変異によりミスセンス変異もしくはナンセンス変異させ、これらの変異を導入したマウスが以下のステップで作製される。
1.XPG cDNAへの部位特異的突然変異の導入
XPGの811番目のアミノ酸(アスパラギン酸)をアラニンあるいはストップコドンに置き換えるためにStratagene社のキットを使用して、試験管内突然変異導入法によりXPG cDNAの2431番目から2433番目の塩基をGATからGCC(アラニン)あるいはTAA(ストップ)に部位特異的に置き換える。この変異部位はエクソン11に存在する。
2.部位特異的変異を導入したcDNAを用いた遺伝子ターゲティングベクターの構築
マウスXPGゲノムDNAからエクソン8の一部を含むHindIII (H)−PvuII(P)断片(H−P断片)と部位特異的突然変異を含む(コントロールとして正常XPG)cDNAのP−B(BamHI)断片を結合し、さらにその下流にポジティブ選択マーカーのネオマイシン耐性遺伝子(neo)およびXPGゲノムDNA(Spe−Sca)断片、さらにネガティブ選択マーカーのヘルペスシンプレックスウイルスのTK遺伝子を結合させた3種類のターゲティングベクターを構築する(図1中段ターゲティングベクター参照)。
3.マウスES細胞のXPG遺伝子への部位特異的変異の導入
このターゲティングベクターそれぞれをマウスの胚幹(ES)細胞にエレクトロポレーション法を用いて導入する。薬剤G418入りの培地中でES細胞を培養し、ネオマイシン遺伝子が導入されてG418に耐性になった細胞クローンを選び出した。ターゲティングベクターDNAが相同組換えによって細胞のXPGDNAと置き換わったクローンを選び出すため3’側の相同組み換えをPCR(ポリメラーゼ連鎖反応)法で,5’側の相同組み換えをサザンブロッティング法で確認する(図1下段の突然変異体対立遺伝子参照)。
4.XPG遺伝子に部位特異的変異を導入したマウスの作製
XPG遺伝子を個体レベルでの表現型を確認するため、これら3種類のES細胞を定法にしたがってマウス初期胚に微量注入し、さらにこれらの初期胚を偽妊娠させた仮親マウスに移植し生殖系列キメラマウスを得る。さらにそれぞれの変異をヘテロに持つ個体を掛け合わせて、それぞれの変異をホモに持つ胎児細胞を得る。これらの変異遺伝子が生体内で機能しているか否かを判定するため、それぞれの変異をホモに持つ細胞の紫外線感受性を調べる。XPG遺伝子の一部を正常XPG cDNA断片で置き換えた細胞は、正常細胞と同程度に紫外線抵抗性になることから、cDNA断片で置き換えたXPG遺伝子は正常に機能することがわかる。D811ストップコドン変異をホモに持つ細胞は紫外線に対して高感受性を示す。D811アラニン変異をホモに持つ細胞も、D811ストップコドン変異ほどではないが紫外線に対し高感受性を示す(図2参照)。このことからそれぞれの変異が細胞内で表現されていることが確認される。
5.上述の方法においては、XPG cDNAへの部位特異的突然変異の導入による方法を例示したが、cDNAの代わりにゲノムDNAに部位特異的突然変異を導入する常法によることもできる。
【0016】
XPGタンパクは上述のように、ヌクレオチド除去修復においてDNA損傷の3’側にニックを入れる構造特異的ヌクレア−ゼとして機能している。D811ストップコドン変異を持つXPGでは、損傷の3’側および5’ともにニックが入らない。そしてD811アラニン変異では、損傷の3’側にはニックは入らないが、5’にはニックが入る。すなわち、D811アラニン変異ではそれ自身の3’ヌクレア−ゼ活性は失っているが、5’ヌクレア−ゼのERCC(除去修復種間相補遺伝子)1/XPFタンパク複合体が働いて損傷部位の5’側にニックを入れるのをサポートできる。一方、D811ストップコドン変異では811番目のアミノ酸以後を欠失したために構造的に5’ヌクレア−ゼをサポートできず、5’ニッキング活性も失われると考えられる。
【0017】
【実施例】
実施例1
(1)ターゲティングベクター構築のためのマウス XPG(Xpg) 遺伝子の単離
マウスXpg cDNA (Genomics 28, 59−65, 1995)をプローブとして用いてマウスES細胞D3ゲノムライブラリー(Mol. Cell. Biol. 19, 2366−2372, 1999)をスクリーニングし、12個のポジティブクローンを得た。Xpg遺伝子は15のエクソンからなるがこれらのクローンはエクソン3からエクソン15下流の及びエクソン15の領域をカバーしていた。
(2)Xpg cDNA への部位特異的突然変異の導入
STARATAGENE社のExSite PCR−Based Site−Directed Mutagenesis Kitを用いて部位特異的突然変異を導入した。変異を導入するため次のプライマーを用いた。
D811A変異プライマー:gccatctggctgtttagggccc(リン酸化)(配列番号1)
D811stop変異プライマー:taaatctggctgtttagggccc(リン酸化)(配列番号2)
リバースプライマー:actatcgtcagtaatcgttccaga (配列番号3)
1)D811A変異Xpgの作製
pSV2Xpg (1μg/μl)        2 μl
dNTPs (25 mM)           1 μl
D811A変異プライマー(75 ng/μl) 2 μl
リバースプライマー (75 ng/μl)  2 μl
dH2O              14.5 μl
10 x 変異誘発バッファー     2.5 μl
Exsite DNAポリメラーゼ (5 U/μl)   1 μl を混合し、以下のPCR反応を行った。
PCR 94℃ 4 分、50℃ 2 分、 72℃ 2 分 1サイクル、
94℃ 1 分、56℃ 2 分、 72℃ 2 分 9サイクル
72℃ 5分  1サイクル。
PCR終了後、制限酵素Dpn 1を加え37℃で1時間インキュベートして、元のテンプレートDNA (pSV2Xpg)を分解した。
PCR産物1μl をアガロースゲル電気泳動にかけ、目的の変異を含む約7kbのバンドが有ることを確認して次のステップに進んだ。
Pfu DNAポリメラーゼ (2.5 U/μl)を0.5 μl加え、37℃で20分インキュベートし、PCR産物の3’末端を平滑化した。72℃で30分インキュベートしてポリメラーゼを失活させた後、100 μlの dH2O, 10 μl の10 x 変異誘発バッファー , 5 μl の10mM ATP, 10 μlの T4 DNA リガーゼ(4 U/μl)を加え、37℃で1時間インキュベートしてPCR産物の連結・閉環を行った。3 μlのDNA溶液を用いて大腸菌株XL1−Blueコンピテント細胞を形質転換し、50 μg/mlのアンピシリンを含むLB寒天培地上で、37℃一夜培養した。形成されたコロニー60個からそれぞれプラスミドDNAを抽出し、制限酵素EcoRV消化により突然変異を確認した。オリジナルの配列は、EcoRVで消化されるが、突然変異が導入されるとEcoRV部位が消失するので消化されなくなる。1/10のコロニー由来のプラスミドに突然変異が導入されていた。突然変異部位を含むVspI−ApaI 0.27 kbの塩基配列を決定し二次的変異が導入されていないのを確認後、オリジナルのXpg cDNAのVspI−ApaIを取り除き、変異を有するVspI−ApaI断片と入れ替え、一カ所にのみ望みの変異を導入したXpg cDNAを得た。
【0018】
2)D811stop変異Xpgの作製
変異プライマーとしてD811stop変異プライマーを用い、D811A変異Xpgの作製と同様にして、D811stop変異Xpg cDNAを得た。
(3)位置特異的変異を導入した Xpg cDNA 断片を用いたターゲティングベクターの構築
ターゲティングベクターの構築を図1を用いて以下に説明する。
5’側の相同領域としてHindIII(H)−PstI(P)断片約3.8 kbのXpgゲノムDNAを用いた。5’相同領域の下流に変異を含むXpg cDNAのPstI(P)−BamHI(B)断片2.5 kbを連結し、さらにその下流にloxPで挟まれたPGK−1プロモーターとneo遺伝子(大阪大学、岡部勝博士より入手)をつなぎ、ポジティブセレクションマーカーとした。3’側の相同領域として、Xpg遺伝子のエクソン15の下流のSpeI−ScaI断片約1.9kbをneoの下流に連結した。3’相同領域の下流にはネガティブセレクションマーカーとして、ヘルペスシンプレックスウイルスのTK遺伝子(Mol. Cell. Biol.19, 2366−2372, 1999)をつなぎターゲティングベクターとした。D811A, D811stop及び正常Xpg cDNA断片を含む3種類のターゲティングベクターを得た。
(4)R1 細胞へのターゲティングベクターのエレクトロポレーション
R1細胞は129系マウス胚盤胞から樹立された胚性幹細胞(ES細胞)である(トロント、マウントサイナイ病院のA. Nagy博士より入手)。R1細胞はC57BL/6胎児由来線維芽細胞をフィーダーにし(5 x 10細胞/35mm培養皿)、ヒトLIFを添加(10ユニット/ml)し、20 %牛胎児血清、ヌクレオシド、非必須アミノ酸、2−メルカプトエタノールを含むダルベッコ改変培地で培養した。R1細胞 (10個)を100μlのPBS(+)に浮遊させ、HindIIIで線状化したターゲティングベクターを添加(50μg/mlとなるように)し、島津のソマティックハイブリダイザーSSH−10を用いてエレクトロポレーションした(Mol. Cell. Biol. 19, 2366−2372, 1999)。エレクトロポレーション後、24時間上記培養条件で培養し、その後200μg/mlのG418を含む培地と交換した。毎日G418培地を交換し、約7日間培養を続けた。
(5)相同組み換え体の同定
G418抵抗性のクローンを選択し、増殖させ、一部を凍結保存し、残りの細胞からDNAを抽出した。DNAをEcoRIで消化し、アガロースゲル電気泳動にかけ、5’側報道領域の外側にあるEcoRI(E)−HindIII(H) 0.9kb断片をプローブにして、サザンハイブリダイゼーションを行った。野生型の対立遺伝子では、8.3kbのバンドが認められ相同組み換え体では、8.3kbと5.5kbのバンドが認められた。このことから、対立遺伝子の一方がターゲティングベクターと5’相同領域で相同組み換えを起こしていることが確認された。Neo遺伝子領域にフォワードのプライマー(5’−gcgaaggggccaccaaagaacgg−3’) (配列番号4)を設定し、3’相同領域のScaIの下流でリバースのプライマー(5’−cagtcctggttgtagacacagtacc−3’) (配列番号5)を設定した。PCR条件、94℃ 2分 1サイクル、96℃ 25秒 64℃ 30秒 72℃ 5分 30サイクルで3’側相同領域での相同組み換え体では、約2.3kbのPCR産物が増幅され、ターゲティングベクターと対立遺伝子が3’側相同領域で相同組み換えを起こしていることが確認された。5’側及び3’側の両方で相同組み換えを起こしているクローンを選び出して、以後のキメラマウス作製に用いた。
(6)キメラマウス及び D811A,D811stop 変異導入 Xpg 変異マウスの作製
上記のような相同組み換え体R1細胞をC57BL/6系マウス(放射線医学総合研究所にて生産)胚盤胞に10−15個注入し、仮親子宮に移植した。D811A変異については、20個の胚を、D811stop変異については、60個の胚を、コントロールのXpg cDNAについては42個の胚を計6匹の仮親に移植して、それぞれ9, 18, 20匹の仔を得た。毛色から、それぞれ2匹, 7匹, 5匹がキメラマウスであった。キメラマウスの雄とC57BL/6雌とを交配し生殖系列のキメラが確認され、それぞれの変異の導入されたヘテロ接合体マウスを得た。ヘテロ接合体マウスの雄と雌を交配してそれぞれの変異をホモに持つホモ接合体マウスを得た。
(7)ホモ接合体マウス細胞の紫外線感受性
それぞれの変異をヘテロに持つヘテロ接合体の雄と雌を交配し、それぞれの変異をホモに持つ胎児細胞を得た(Mol. Cell. Biol. 19, 2366−2372, 1999)。これらの変異遺伝子が生体内で機能しているか否かを判定するため、それぞれの変異をホモに持つ細胞の紫外線感受性を調べた。Xpg遺伝子の一部を正常Xpg cDNA断片で置き換えた細胞は、正常細胞と同程度に紫外線抵抗性になることから、cDNA断片で置き換えたXpg遺伝子は正常に機能することがわかった。D811stop変異をホモに持つ細胞は紫外線に対して高感受性を示した。D811A変異をホモに持つ細胞も、D811stopほどではないが紫外線に対し高感受性を示した(図2)。このことからそれぞれの変異が細胞内で表現されていることが確認された。
【0019】
【発明の効果】
G群色素性乾皮症原因遺伝子(XPG)の変異による遺伝性疾患の分子病態を解明し、XPGと個体レベルでの表現型との関係を詳細に解析するために有用な、重篤度の異なるXPG変異マウスを提供しうる。
【0020】
【配列表】

Figure 2004105049
Figure 2004105049

【図面の簡単な説明】
【図1】本発明で使用される3種類のターゲティングベクターならびに得られる突然変異体対立遺伝子の例を示す。
【図2】紫外線感受性を示す図。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a non-human model animal having an XPG mutant gene and a method for producing the same.
[0002]
[Prior art]
Xeroderma pigmentosum (XP) is a hereditary disease that adopts an autosomal recessive manner of inheritance and is hypersensitive to sunlight. XP patients may appear normal at birth, but may become abnormally noticeable during infancy, as they exhibit acute skin irritations upon brief exposure to sunlight. Then, in childhood, there is no acute skin irritation, but the skin at the sun-exposed site is dried, keratinized, and pigmented. In addition, skin cancers occur thousands of times more frequently in these sites than normal individuals, and exhibit multifaceted clinical symptoms such as neuropsychiatric symptoms.
[0003]
Corresponding to the fact that XP patients are hypersensitive to sunlight, patient-derived cells (XP cells) are hypersensitive to ultraviolet light and have a defect in their ability to repair DNA damage. DNA repair is a host defense function found in all living organisms, and several mechanisms are known. XP shows a deficiency especially in the early stage of the nucleotide excision repair mechanism. That is, a defect is shown in the process of recognizing DNA damage, making nicks (cuts) on both sides (5 'and 3' sides) of the damaged site, and removing the DNA fragment containing the damaged site. As described above, since DNA damage is not repaired by XP, mutation and cell death are induced by some mechanism, which is considered to be a cause of high carcinogenicity.
[0004]
DNA repair deficiencies of XP vary in severity from severe irreparable defects to mild defects that are slightly lower than normal, and have been shown to correspond to the severity of clinical symptoms. When cells derived from different XP patients are fused with each other to form a hybrid cell, the two complement each other's defects and may exhibit normal repair ability. This is thought to be due to the fact that, in the hybrid cells, the normal gene derived from one of the cells complements the function of the other defective gene in the hybrid cell, since the two genes are different. It is said to belong to the complementation group. Complementation tests have been performed on many XP cells, confirming the presence of groups A to G and a total of eight genetic complementation groups called variants, wherein at least eight different genes are involved in XP, It has been revealed that many genes are involved in the initial process of nucleotide excision repair.
[0005]
As described above, it has been shown that XP cells have a defect in the mechanism of recovering DNA damage caused by ultraviolet rays and in the initial process of the excision repair mechanism. These XP causative genes are defective in the initial process of nucleotide excision repair. It has been revealed that it encodes a protein that plays an important role. Among them, it has been found that XPG protein functions as a structure-specific endonuclease that cuts a DNA strand by nicking at the 3 ′ side of a damaged site in nucleotide excision repair. Furthermore, XPG also plays an important role in base excision repair or transcription elongation, and it is said that this deficiency is responsible for the co-occurrence of cocaine syndrome (CS) characterized by growth inhibition and premature aging and death. The theory was put out. The present inventor previously produced a mouse having an XPG gene in which the neo gene was inserted into the third or 15 exons (for example, see Non-Patent Documents 1 and 2).
[0006]
[Non-patent document 1]
Mol. Cell. Biol. 2366-2372 (1999)
[Non-patent document 2]
Mutat. Res. 433, 69-87 (1999)
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
As a part of this study, the present invention is useful for elucidating the molecular pathology of a hereditary disease exhibiting the above-mentioned symptoms and useful for analyzing in detail the relationship between XPG and a phenotype at an individual level. XPG mutant mice of different degrees are provided.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The gist of the present invention is that one or more of the codons corresponding to the codons specifying the amino acids 1 to 100 or 760 to 860 in the mouse of the group G xeroderma pigmentosum cause gene (XPG) have a missense mutation or a nonsense mutation. A non-human model animal having a modified XPG mutant gene; and one of codons corresponding to codons specifying amino acids 1 to 100 or 760 to 860 in mice of XPG by introducing a site-specific mutation into XPG cDNA. Above, a missense mutation or a nonsense mutation was carried out, a targeting vector was constructed using the obtained site-directed mutagenized XPG cDNA, and then this vector was introduced into embryonic stem (ES) cells. A non-human mouse having an XPG mutant gene characterized by producing an animal individual A manufacturing method of Le animals, in.
[0009]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
[0010]
In the non-human model animal of the present invention, one or more of the codons corresponding to the codons specifying amino acids 1 to 100 or 760 to 860 in the mouse of the G-group xeroderma pigmentosum gene (XPG) has a missense mutation. Alternatively, it has a nonsense-mutated XPG mutant gene and is highly sensitive to ultraviolet light. Non-human model animals include, but are not limited to, rodents such as mice, rats, and guinea pigs. The above codon is most preferably a codon corresponding to the codon specifying the 77th, 790th, or 811th amino acid in XPG mice.
[0011]
Missense mutations involve non-conservative substitutions in which the changed codon designates another amino acid of different chemical properties, such as aspartic acid (Asp), which is amino acid 77, 790 or 811 of the original mouse. In the case of glutamic acid (Glu) or aspartic acid (Asp), substitution with alanine (Ala) is preferred.
[0012]
On the other hand, a nonsense mutation substitutes a codon designating an amino acid with a stop codon.
[0013]
The method for producing a non-human model animal of the present invention is not particularly limited as long as it can produce a non-human model animal having the above-described XPG mutant gene. Hereinafter, the case of mice will be described. For example, preferably, a site-specific mutation is introduced into XPG cDNA, and one or more codons corresponding to codons specifying amino acids 1 to 100 or 760 to 860 of XPG are obtained. Is subjected to a missense or nonsense mutation, a targeting vector is constructed using the obtained site-directed mutagenized XPG cDNA, and then the vector is introduced into mouse embryonic stem (ES) cells. Is produced. The introduction into the ES cells is performed by, for example, an electroporation method or the like, and an ES cell clone that has undergone homologous recombination is selected. Whether the selected ES cells are the desired recombinants can be confirmed by Southern blotting or the like.
[0014]
A germline chimeric mouse is prepared using this ES cell clone, and is mated with a wild-type mouse to obtain a heterozygous mouse. Next, the heterozygous mice are bred with each other to produce a target mouse and a wild-type mouse which are produced according to Mendel's law.
[0015]
For example, a codon designating the 811th amino acid of XPG is subjected to a missense mutation or a nonsense mutation by site-specific mutation, and a mouse having these mutations introduced is prepared in the following steps.
1. Introduction of Site-Specific Mutation into XPG cDNA To replace amino acid 811 (aspartic acid) of XPG with alanine or a stop codon, 2431 of XPG cDNA was introduced by an in vitro mutagenesis method using a Stratagene kit. The 2nd to 2433rd bases are replaced site-specifically from GAT to GCC (alanine) or TAA (stop). This mutation site is in exon 11.
2. Construction of Gene Targeting Vector Using cDNA Introduced with Site-Specific Mutation HindIII (H) -PvuII (P) Fragment (HP Fragment) Containing Part of Exon 8 from Mouse XPG Genomic DNA and Site-Specific Mutation (Normal XPG as a control) and a PB (BamHI) fragment of cDNA, and further downstream thereof, a neomycin resistance gene (neo) as a positive selection marker and an XPG genomic DNA (Spe-Sca) fragment, and a negative selection marker (See the middle targeting vector in FIG. 1).
3. Introduction of site-specific mutation into XPG gene of mouse ES cells Each of the targeting vectors is introduced into mouse embryonic stem (ES) cells by electroporation. ES cells were cultured in a medium containing the drug G418, and a cell clone into which the neomycin gene had been introduced and became resistant to G418 was selected. In order to select a clone in which the targeting vector DNA has replaced the XPG DNA of the cell by homologous recombination, the 3 ′ homologous recombination is confirmed by PCR (polymerase chain reaction) and the 5 ′ homologous recombination is confirmed by Southern blotting (FIG. 1). (See lower mutant allele).
4. Production of mice in which site-specific mutations were introduced into the XPG gene In order to confirm the phenotype of the XPG gene at the individual level, these three types of ES cells were microinjected into mouse early embryos according to a standard method, and then these early embryos were further injected. Is transplanted into pseudo-pregnant foster mother mice to obtain germ-line chimeric mice. Further, individuals having each mutation heterozygously are multiplied to obtain fetal cells having each mutation homozygously. In order to determine whether or not these mutant genes are functioning in vivo, cells having homozygous mutations are examined for ultraviolet sensitivity. Cells in which a part of the XPG gene has been replaced with a normal XPG cDNA fragment become as resistant to ultraviolet light as normal cells, indicating that the XPG gene replaced with the cDNA fragment functions normally. Cells homozygous for the D811 stop codon mutation are highly sensitive to ultraviolet light. Cells homozygous for the D811 alanine mutation also show a high sensitivity to UV light, although not as much as the D811 stop codon mutation (see FIG. 2). This confirms that each mutation is expressed in the cell.
5. In the above-mentioned method, a method by introducing a site-specific mutation into XPG cDNA has been exemplified. However, a conventional method of introducing a site-specific mutation into genomic DNA instead of cDNA may be employed.
[0016]
As described above, XPG protein functions as a structure-specific nuclease that nicks the 3 'end of DNA damage in nucleotide excision repair. XPG with the D811 stop codon mutation does not nick both 3 'and 5' of the lesion. In the D811 alanine mutation, a nick does not enter on the 3 'side of the injury, but a nick enters on the 5' side. That is, the D811 alanine mutation has lost its own 3 'nuclease activity, but the 5' nuclease ERCC (removable repair species complement gene) 1 / XPF protein complex acts and 5 'of the damaged site. I can help put a nick on the side. On the other hand, it is considered that the D811 stop codon mutation structurally cannot support 5 'nuclease and loses 5' nicking activity due to the deletion of the 8th and subsequent amino acids.
[0017]
【Example】
Example 1
(1) Isolation of mouse XPG (Xpg) gene for construction of targeting vector Mouse ES cell D3 genomic library (Mol. 1) using mouse Xpg cDNA (Genomics 28, 59-65, 1995) as a probe. Cell. Biol. 19, 2366-2372, 1999), and obtained 12 positive clones. The Xpg gene consists of 15 exons, but these clones covered the region of exon 3 downstream of exon 15 and the exon 15 region.
(2) Introduction of site-specific mutation into Xpg cDNA A site-specific mutation was introduced using an ExSite PCR-Based Site-Directed Mutagenesis Kit from STARTAGENE. The following primers were used to introduce the mutation.
D811A mutant primer: gccatctggctgttttagggccc (phosphorylation) (SEQ ID NO: 1)
D811stop mutant primer: taaattctggctgttttagggccc (phosphorylation) (SEQ ID NO: 2)
Reverse primer: actatcgtcagtaatcgttccaga (SEQ ID NO: 3)
1) Preparation of D811A mutant Xpg pSV2Xpg (1 μg / μl) 2 μl
1 μl of dNTPs (25 mM)
D811A mutant primer (75 ng / μl) 2 μl
Reverse primer (75 ng / μl) 2 μl
dH2O 14.5 μl
2.5 μl of 10 × mutagenesis buffer
1 μl of Exsite DNA polymerase (5 U / μl) was mixed, and the following PCR reaction was performed.
PCR 94 ° C 4 minutes, 50 ° C 2 minutes, 72 ° C 2 minutes 1 cycle,
94 ° C for 1 minute, 56 ° C for 2 minutes, 72 ° C for 2 minutes 9 cycles 72 ° C for 5 minutes 1 cycle
After completion of the PCR, the restriction enzyme Dpn1 was added and incubated at 37 ° C. for 1 hour to decompose the original template DNA (pSV2Xpg).
1 μl of the PCR product was subjected to agarose gel electrophoresis, and after confirming that there was a band of about 7 kb containing the target mutation, the process proceeded to the next step.
0.5 μl of Pfu DNA polymerase (2.5 U / μl) was added and incubated at 37 ° C. for 20 minutes to blunt the 3 ′ end of the PCR product. After incubating at 72 ° C. for 30 minutes to inactivate the polymerase, 100 μl of dH2O, 10 μl of 10 × mutagenesis buffer, 5 μl of 10 mM ATP, and 10 μl of T4 DNA ligase (4 U / μl) were added. After incubation at 37 ° C for 1 hour, the PCR product was ligated and closed. E. coli strain XL1-Blue competent cells were transformed with 3 μl of the DNA solution and cultured overnight at 37 ° C. on LB agar medium containing 50 μg / ml ampicillin. Plasmid DNA was extracted from each of the 60 formed colonies, and the mutation was confirmed by digestion with the restriction enzyme EcoRV. The original sequence is digested with EcoRV, but is not digested when the mutation is introduced because the EcoRV site disappears. Mutations were introduced into plasmids from 1/10 colonies. After determining the base sequence of VspI-ApaI 0.27 kb including the mutation site and confirming that no secondary mutation was introduced, VspI-ApaI of the original Xpg cDNA was removed, and the VspI-ApaI fragment having the mutation was removed. And Xpg cDNA in which the desired mutation was introduced in only one place was obtained.
[0018]
2) Preparation of D811stop mutant Xpg D811stop mutant Xpg cDNA was obtained in the same manner as in the preparation of D811A mutant Xpg, using the D811stop mutant primer as a mutation primer.
(3) Construction of targeting vector using Xpg cDNA fragment into which position-specific mutation has been introduced The construction of the targeting vector will be described below with reference to FIG.
Xpg genomic DNA of about 3.8 kb HindIII (H) -PstI (P) fragment was used as the 5′-side homologous region. A 2.5 kb PstI (P) -BamHI (B) fragment of Xpg cDNA containing a mutation downstream of the 5 ′ homologous region was ligated, and further downstream of the PGK-1 promoter and neo gene (loxP) flanked by loxP (Osaka University , Obtained from Dr. Masaru Okabe) and used as a positive selection marker. As a 3′-side homologous region, a SpeI-ScaI fragment of about 1.9 kb downstream of exon 15 of the Xpg gene was ligated downstream of neo. Downstream of the 3 ′ homology region, a herpes simplex virus TK gene (Mol. Cell. Biol. 19, 2366-2372, 1999) was linked as a negative selection marker to form a targeting vector. Three types of targeting vectors containing D811A, D811stop and a normal Xpg cDNA fragment were obtained.
(4) Electroporation of targeting vector to R1 cells R1 cells are embryonic stem cells (ES cells) established from 129 mouse blastocysts (obtained from Dr. A. Nagy of Mount Sinai Hospital, Toronto). R1 cells were C57BL / 6 embryonic fibroblasts feeder (5 x 10 5 cells / 35 mm culture dish), added the human LIF (10 3 units / ml) and 20% fetal calf serum, nucleoside, nonessential amino acids And modified Dulbecco's medium containing 2-mercaptoethanol. R1 cells (10 6 ) were suspended in 100 μl of PBS (+), a targeting vector linearized with HindIII was added (to a concentration of 50 μg / ml), and the resulting mixture was treated with Shimadzu Somatic Hybridizer SSH-10. Electroporated (Mol. Cell. Biol. 19, 2366-2372, 1999). After electroporation, the cells were cultured under the above culture conditions for 24 hours, and then replaced with a medium containing 200 μg / ml G418. The G418 medium was changed every day, and the culture was continued for about 7 days.
(5) Identification of homologous recombinants G418-resistant clones were selected, expanded, partially frozen and preserved, and DNA was extracted from the remaining cells. The DNA was digested with EcoRI, subjected to agarose gel electrophoresis, and subjected to Southern hybridization using a 0.9 kb fragment of EcoRI (E) -HindIII (H) outside the 5'-side news area as a probe. In the wild type allele, an 8.3 kb band was observed, and in the homologous recombinant, 8.3 kb and 5.5 kb bands were observed. This confirmed that one of the alleles had undergone homologous recombination with the targeting vector in the 5 ′ homologous region. A forward primer (5′-gcgaaggggccaccaccaaaagagg-3 ′) (SEQ ID NO: 4) was set in the Neo gene region, and a reverse primer (5′-cagtcctgtgttgttagacacagactacc-3 ′) downstream of ScaI in the 3 ′ homology region (SEQ ID NO: 5) )It was set. The homologous recombinant in the 3′-side homologous region under the PCR conditions, 94 ° C. for 2 minutes and 1 cycle, 96 ° C. for 25 seconds 64 ° C. for 30 seconds 72 ° C. for 5 minutes and 30 cycles, a PCR product of about 2.3 kb was amplified and the targeting vector And alleles were confirmed to have undergone homologous recombination in the 3′-side homologous region. Clones in which homologous recombination had occurred on both the 5 ′ side and the 3 ′ side were selected and used for the subsequent production of chimeric mice.
(6) Preparation of chimeric mouse and D811A, D811stop mutation-introduced Xpg mutant mouse The homologous recombinant R1 cells as described above were transferred to C57BL / 6 mouse (produced by National Institute of Radiological Sciences) blastocysts. -15 were injected and transplanted into the foster uterus. For the D811A mutation, 20 embryos, for the D811stop mutation, 60 embryos, and for the control Xpg cDNA, 42 embryos were implanted into a total of 6 foster mothers, each of which was 9, 18, and 20 embryos. Pups were obtained. From the coat color, 2, 7, and 5 mice were chimeric mice, respectively. A male chimeric mouse and a C57BL / 6 female were crossed to confirm a germline chimera, and a heterozygous mouse in which each mutation was introduced was obtained. Male and female heterozygous mice were crossed to obtain homozygous mice having each mutation homozygously.
(7) UV sensitivity of homozygous mouse cells Male and female heterozygotes having heterozygous mutations were crossed to obtain fetal cells homozygous for each mutation (Mol. Cell. Biol. 19, 2366-2372, 1999). In order to determine whether or not these mutant genes are functioning in vivo, cells having homozygous mutations were examined for ultraviolet sensitivity. Cells in which a part of the Xpg gene was replaced with a normal Xpg cDNA fragment became as resistant to ultraviolet light as normal cells, indicating that the Xpg gene replaced with the cDNA fragment functions normally. Cells homozygous for the D811stop mutation were highly sensitive to ultraviolet light. Cells homozygous for the D811A mutation also showed high sensitivity to ultraviolet light, although not as much as D811stop (FIG. 2). This confirmed that each mutation was expressed in the cells.
[0019]
【The invention's effect】
It is useful for elucidating the molecular pathology of inherited diseases caused by mutations in the X-group xeroderma pigmentosum causative gene (XPG) and analyzing the relationship between XPG and the phenotype at the individual level in detail. Different XPG mutant mice may be provided.
[0020]
[Sequence list]
Figure 2004105049
Figure 2004105049

[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows examples of three types of targeting vectors used in the present invention and obtained mutant alleles.
FIG. 2 is a diagram showing ultraviolet sensitivity.

Claims (12)

G群色素性乾皮症原因遺伝子(XPG)のマウスにおける1〜100もしくは760〜860番目のアミノ酸を指定するコドンに相当するコドンの1つ以上が、ミスセンス変異もしくはナンセンス変異されたXPG変異遺伝子をもつ非ヒトモデル動物。An XPG mutant gene in which at least one of codons corresponding to codons specifying amino acids 1 to 100 or 760 to 860 in mice of the group G xeroderma pigmentosum causative gene (XPG) has a missense mutation or a nonsense mutation. Non-human model animal. コドンが、XPGのマウスにおける77、790もしくは811番目のアミノ酸を指定するコドンに相当するコドンである請求項1記載の非ヒトモデル動物。The non-human model animal according to claim 1, wherein the codon is a codon corresponding to a codon designating the 77th, 790th, or 811th amino acid in XPG mouse. 非ヒトモデル動物が、齧歯目動物である請求項1もしくは2記載の非ヒトモデル動物。The non-human model animal according to claim 1 or 2, wherein the non-human model animal is a rodent. 齧歯目動物がマウスである請求項1〜3のいずれか記載の非ヒトモデル動物。The non-human model animal according to any one of claims 1 to 3, wherein the rodent is a mouse. ミスセンス変異は、変化したコドンが化学的な性質の異なる別のアミノ酸を指定する非保存的置換を伴う請求項1記載の非ヒトモデル動物。The non-human model animal according to claim 1, wherein the missense mutation involves a non-conservative substitution in which the changed codon designates another amino acid having a different chemical property. ミスセンス変異が、もとのマウスにおける77、790もしくは811番目のアミノ酸であるアスパラギン酸(Asp)、グルタミン酸(Glu)もしくはアスパラギン酸(Asp)を、アラニン(Ala)に置換する請求項2記載の非ヒトモデル動物。The non-sense according to claim 2, wherein the missense mutation substitutes aspartic acid (Asp), glutamic acid (Glu) or aspartic acid (Asp), which is amino acid 77, 790 or 811 in the original mouse, with alanine (Ala). Human model animal. ナンセンス変異は、アミノ酸を指定するコドンをストップコドンに置換する請求項1記載の非ヒトモデル動物。The non-human model animal according to claim 1, wherein the nonsense mutation replaces a codon designating an amino acid with a stop codon. 紫外線に高感受性を有する請求項1〜7のいずれか記載の非ヒトモデル動物。The non-human model animal according to any one of claims 1 to 7, which has high sensitivity to ultraviolet light. XPG cDNAに部位特異的変異を導入して、XPGのマウスにおける1〜100もしくは760〜860番目のアミノ酸を指定するコドンに相当するコドンの1つ以上を、ミスセンス変異もしくはナンセンス変異させ、得られた部位特異的変異導入XPG cDNAを用いてターゲティングベクターを構築し、ついでこのベクターを胚幹(ES)細胞に導入し、この変異ES細胞から非ヒト動物個体を作製することを特徴とするXPG変異遺伝子をもつ非ヒトモデル動物の作製方法。A site-specific mutation was introduced into XPG cDNA, and one or more codons corresponding to codons specifying amino acids 1 to 100 or 760 to 860 in mice of XPG were subjected to missense or nonsense mutation to obtain A targeting vector is constructed using the site-directed mutagenized XPG cDNA, and then the vector is introduced into embryonic stem (ES) cells to produce a non-human animal individual from the mutant ES cells. A method for producing a non-human model animal having コドンが、XPGのマウスにおける77、790もしくは811番目のアミノ酸を指定するコドンに相当するコドンである請求項9記載の非ヒトモデル動物の作製方法。The method for producing a non-human model animal according to claim 9, wherein the codon is a codon corresponding to a codon designating the 77th, 790th or 811th amino acid in XPG mouse. 非ヒトモデル動物が、齧歯目動物である請求項9もしくは10記載の非ヒトモデル動物の作製方法。The method for producing a non-human model animal according to claim 9 or 10, wherein the non-human model animal is a rodent. 齧歯目動物がマウスである請求項9〜11のいずれか記載の非ヒトモデル動物の作製方法。The method for producing a non-human model animal according to any one of claims 9 to 11, wherein the rodent is a mouse.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2009532020A (en) * 2006-03-03 2009-09-10 セ・イ・エ・エメ・ア・テ A mouse model containing transplanted human skin sensitive to ultraviolet light

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