JP2005034008A - New method for inhibiting expression of gene and utilization thereof - Google Patents

New method for inhibiting expression of gene and utilization thereof Download PDF

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JP2005034008A
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Fumihiko Sato
文彦 佐藤
Akio Kobayashi
昭雄 小林
Eiichiro Fukuzaki
英一郎 福崎
Chuichi Yasu
忠一 安
Aki Sawada
亜紀 澤田
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a new method for inhibiting the expression of a gene by which operation is simple and the inhibitory efficiency of the gene expression is high, and to provide a method for utilization thereof. <P>SOLUTION: The method for inhibiting the gene expression is to transfer a genetic fragment composed of a partial sequence of a target gene or the genetic fragment and an RNA polymerase into a host cell to thereby inhibit the expression of the target gene. Since construction of a vector as in conventional RNA interference is not required according to this method, functional analysis of the gene can simply be carried out in a short time. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、新規遺伝子発現抑制法およびその利用に関し、より詳細には、標的遺伝子の部分配列からなる遺伝子断片の宿主細胞内への導入によって、その標的遺伝子の発現を抑制する新規遺伝子発現抑制法、および、その利用に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
アンチセンスRNAとは、DNAより転写されるmRNA(センスRNA)に対し、その遺伝情報が裏返しとなった転写物のことを意味する。このアンチセンスRNAは、標的遺伝子からつくられるmRNAと構造的に相補性を有しているので、両者は互いに結合してRNA二重鎖(二本鎖RNA、dsRNAとも称する)を形成する。このように、言わば“フタ”をかぶされたmRNAは、特異的RNA分解酵素によって分解され、タンパク質合成の場への移行ができなくなり、本来の遺伝子の機能が抑制される。
【0003】
また、アンチセンスRNAのみならず、アンチセンスRNAとセンスRNAとが互いに結合して形成された上述のdsRNAも、細胞内へ導入することによって、当該dsRNAと相同な配列を持つmRNAが分解され、遺伝子の発現を抑制するという現象を引き起こす。このdsRNAの導入によって遺伝子の発現が抑制される現象は、RNA干渉(或いは、RNAi、RNAinterference)と呼ばれる(例えば、非特許文献1〜4)。
【0004】
このような、2本鎖RNA(dsRNA)の細胞内への導入によって、dsRNAと相同な配列を持つ遺伝子の発現が抑制される現象であるRNA干渉は、1998年に線虫(Caenorhabditis elegans)で初めて発見された。そして、RNA干渉は、極めて高い配列特異性を持つことから、近年、逆遺伝学の有効な手法として、線虫を中心に広く利用されている。また、それにとどまらず、上記dsRNAは、RNAを標的とした医薬品、農薬品、品種改良、微生物工業、バイオリアクターの開発などに幅広く利用できる可能性を有している。
【0005】
【非特許文献1】
Fire, A., Xu, S., Montgomery, M.K., Kostas, S.A., Driver, S.E. and Mello,C.C. (1998) Nature, 391, 806−811.
【0006】
【非特許文献2】
Elbashir, S.M., Harborth, J., Lendeckel, W., Yalcin, A., Weber, K. andTuschl, T. (2001) Nature, 411, 494−498.
【0007】
【非特許文献3】
Brummelkamp, T.R., Bernards, R. and Agami, R. (2002) Science, 296,550−553.
【0008】
【非特許文献4】
Paddison, P.J., Caudy, A.A., Bernstein, E., Hannon, G.J. and Conklin, D.S.(2002) Genes Dev, 16, 948−958.
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
上記dsRNAの細胞内への導入方法として、線虫などではマイクロインジェクションによる直接注入方法が頻繁に用いられている。一方、植物では、セルロースやペクチン質からなる強固な細胞壁が存在するため、dsRNAを細胞内へ直接導入することが極めて難しい。そのため、植物では転写後にdsRNAが形成されることを期待した逆方向反復塩基配列(inverted repeat sequence)の構造を持つベクターで形質転換する方法が専ら利用されている(非特許文献3、4など)。
【0010】
しかしながら、このようなベクターの構築は困難であるため、ベクターの作製にはかなりの時間を要し、その上、必ずしも遺伝子発現抑制効率が高くないという問題点を有している。その上、従来の遺伝子発現抑制法は、逆遺伝学の研究で要求されるハイスループットスクリーニングには不適であった。
【0011】
このように、ベクターの作製は煩雑であるため、逆遺伝学の研究で要求されるハイスループットスクリーニングに適した遺伝子発現抑制法は、未だ開発されていないのが現状である。
【0012】
そこで、本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、簡便で、しかも効率的に標的遺伝子の発現を抑制する、新規遺伝子発現抑制法およびその利用方法を提供することにある。
【0013】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記の課題を解決するために、操作が簡便で、しかも高い遺伝子発現抑制効率を示す遺伝子発現抑制法について、鋭意に検討した。その結果、従来のRNA干渉法のように、dsRNAまたはそれを発現するベクターではなく、標的遺伝子の部分配列からなる遺伝子断片を、宿主に導入することによって、RNA干渉と略同等の抑制効率を示すことを見出し、本発明を完成させるに至った。
【0014】
すなわち、本発明の遺伝子発現抑制法は、標的遺伝子の部分配列からなる遺伝子断片を、宿主に導入することによって、標的遺伝子の発現を抑制することを特徴としている。
【0015】
また、本発明の別の遺伝子発現抑制法は、標的遺伝子の部分配列からなる遺伝子断片と、RNAポリメラーゼとを、宿主に導入することによって、標的遺伝子の発現を抑制することを特徴としている。
【0016】
本発明の遺伝子発現抑制法において、上記遺伝子断片は、5’末端にプロモーター配列を有するものであってもよい。また、上記遺伝子断片は、2本鎖であることが好ましい。上記遺伝子断片は、DNAであることが好ましい。上記遺伝子断片は、少なくとも21塩基または塩基対からなるものであってもよい。
【0017】
上記の発明によれば、標的遺伝子の部分配列からなる遺伝子断片、またはその遺伝子断片とRNAポリメラーゼとを、宿主に導入するだけで、標的遺伝子の発現を抑制できる。つまり、従来のRNA干渉法には必要不可欠であり、多大な時間を要していた、dsRNA発現ベクターの構築や、in vitroでのdsRNA作製が不要となる。しかも、本発明の遺伝子発現抑制法は、dsRNAによる従来のRNA干渉と略同程度の抑制効率を示す。したがって、従来よりも飛躍的に操作が簡便であり、しかも、大幅な時間短縮が可能であり、さらに、RNA干渉法に匹敵する遺伝子発現抑制効果を得ることが可能となる。
【0018】
さらに、上記の発明によれば、上記遺伝子断片を作製するのみの実験系であるので、大量のサンプルを、短時間で網羅的に解析することが可能となる。すなわち、本発明の遺伝子発現抑制法は、ハイスループットスクリーニングに適用可能である。
【0019】
本発明の形質転換体は、上記遺伝子発現抑制法を用いて作製された、標的遺伝子の発現が抑制された形質転換体である。この形質転換体は、標的遺伝子の発現が抑制されているので、その遺伝子の機能の一部(または全て)を欠失した疾患モデル動物や、品種改良された植物として利用できる。
【0020】
本発明の遺伝子の機能解析法は、上記いずれかの遺伝子発現抑制法を用い、標的遺伝子の機能を解析する方法であり、好ましくは、上記標的遺伝子は、既知の塩基配列からなる機能未知遺伝子であり、標的遺伝子の部分配列からなる遺伝子断片を宿主に導入する工程と、当該遺伝子断片の導入前後の宿主の機能を比較する工程とを含む方法である。
【0021】
言い換えると、本発明の遺伝子の機能解析法は、塩基配列が明らかな機能未知遺伝子の部分配列からなる遺伝子断片を、宿主に導入することによって、機能未知遺伝子の機能を抑制し、機能未知遺伝子の機能を解析することが好ましい。
【0022】
上記の発明によれば、標的遺伝子(好ましくは機能未知遺伝子)の部分配列からなる遺伝子断片を、宿主に導入することによって、その遺伝子の機能が抑制される。そして、その遺伝子断片を導入した前後の、宿主の機能を解析することによって、標的遺伝子(好ましくは機能未知遺伝子)の機能を明らかにすることができる。すなわち、機能未知遺伝子は、その遺伝子の発現を抑制することによって、抑制された機能を有していると同定できる。
【0023】
このようにして、機能未知遺伝子の機能(生理的役割)が、明らかとなれば、その遺伝子は、医薬品、農薬品、品種改良、微生物工業、バイオリアクターに応用できる。
【0024】
前述のように、本発明の遺伝子発現抑制法は、ベクターの構築が不要であるため、簡便で、しかも短時間で行うことが可能である。本発明の遺伝子の機能解析法においても、遺伝子断片を増幅するのみの実験系であるので、大量の機能未知遺伝子サンプルを、短時間で網羅的に解析することが可能となる。つまり、本発明の遺伝子の機能解析法は、大量の機能未知遺伝子の機能を解明し、その遺伝子から目的とする機能を有する遺伝子を選抜するハイスループットスクリーニングに好適である。
【0025】
本発明の遺伝子発現抑制剤は、標的遺伝子の部分配列からなる遺伝子断片を含み、標的遺伝子の発現を抑制するものである。また、本発明の遺伝子疾患治療薬は、上記遺伝子の機能解析法によって機能が明らかとなった遺伝子、または上記遺伝子発現抑制剤を有効成分とするものである。これにより、標的遺伝子の発現を抑制することが可能な、新規遺伝子発現抑制剤および遺伝子疾患治療薬を提供することができる。
【0026】
本発明のキットは、上記いずれかの遺伝子発現抑制法、または、上記遺伝子の機能解析法に用いるキットであって、標的遺伝子の部分配列からなる遺伝子断片、上記遺伝子発現抑制剤、または、上記遺伝子疾患治療薬のいずれかを含むものである。これにより、本発明の遺伝子発現抑制法および遺伝子の解析法を、より簡便に行うことができ、本発明の汎用性を向上できる。
【0027】
【発明の実施の形態】
本発明について、以下により詳細に説明するが、本発明はこの記載に限定されるものではない。
【0028】
(1)本発明の遺伝子発現抑制法
本発明の遺伝子発現抑制法は、以下の(a)または(b)に示す方法である。
(a)標的遺伝子の部分配列からなる遺伝子断片を、宿主に導入することによって、標的遺伝子の発現を抑制する方法。
(b)標的遺伝子の部分配列からなる遺伝子断片と、RNAポリメラーゼとを、宿主に導入することによって、標的遺伝子の発現を抑制する方法。
【0029】
すなわち、上記(a)は、宿主細胞に、標的遺伝子の部分配列からなる遺伝子断片のみを導入する方法である。また、上記(b)は、宿主細胞に、標的遺伝子の部分配列からなる遺伝子断片に加えて、RNAポリメラーゼも導入する方法である。
【0030】
本発明において、上記「標的遺伝子」とは、その遺伝子の機能を抑制すべき遺伝子のことを示し、DNAおよびRNAが含まれる。DNAには、例えばクローニングや化学合成技術又はそれらの組み合わせで得られるようなcDNAやゲノムDNAなども含まれる。DNAは二本鎖でも一本鎖でもよく、一本鎖DNAは、センス鎖となるコードDNAであっても、アンチセンス鎖となるアンチコード鎖であってもよい。さらに、上記「標的遺伝子」は、非翻訳領域(UTR)の配列を含むものであってもよい。また、上記標的遺伝子は、機能が未知のもの、あるいは既知のもの、他生物の個体や細胞、または細胞においての機能は既知であるが、導入する細胞においては未知であるもの、また複数種が組合わさった機能が未知のもの等が挙げられる。また、細胞内在性のもの、外来性のもの、あるいは染色体性、非染色体性のもの等いずれのものでもよく、その由来は特に限定されるものではない。
【0031】
また、上記「遺伝子断片」は、上記標的遺伝子の部分配列を少なくとも含むポリヌクレオチドであり、標的遺伝子の部分配列を少なくとも含んでいても、標的遺伝子の全てを含んでいてもよい。言い換えると、上記遺伝子断片は、標的遺伝子のうち少なくとも一部の領域の塩基配列が連続してなるものであれば特に限定されるものではない。なお、遺伝子断片の詳細については、後述する。
【0032】
上記「宿主」は、上記遺伝子断片が導入される生物(個体)または細胞である。上記宿主は、例えば、単細胞、多細胞、植物、動物などを挙げることができ、後述の形質転換体と同様に、上記遺伝子断片を導入することができれば、特に限定されるものではない。
【0033】
上記「標的遺伝子の発現を抑制」とは、上記遺伝子断片の導入によって、少なくとも一部の標的遺伝子の機能レベルの減少を示し、標的遺伝子の機能が欠失するものであってもよい。具体的には、例えば、標的遺伝子に由来するタンパク質及び/又はmRNAの消失、標的遺伝子からmRNAの転写阻害、又はそれらのレベルの減少を示す。
【0034】
本発明の遺伝子発現抑制法の1つのメカニズムを、宿主として植物細胞を用いた図1を参照して説明する。すなわち、図1に示すメカニズムは、植物細胞に、遺伝子断片を導入することによって、標的遺伝子の発現を、転写後段階で抑制するものである。
【0035】
具体的には、まず、抑制したい標的遺伝子の部分配列を含むDNA断片を鋳型とし、T7プロモーターを付加したプライマーを用いたPCR法によって、標的遺伝子の部分配列を含む2本鎖DNA断片を増幅する。これにより、T7プロモーター配列を両端に有する2本鎖DNA断片が調製される。そして、このDNA断片を、T7RNAポリメラーゼとともに、植物細胞に導入すると、ポリメラーゼが作用して、植物細胞内で、導入されたDNA断片の配列に対応した2本鎖RNAが形成される。その結果、この2本鎖RNAが、RNA干渉を誘導することよって、標的遺伝子の発現を抑制する。
【0036】
このように、図1のメカニズムは、T7プロモーター配列を有する2本鎖DNA断片を、T7RNAポリメラーゼとともに、植物細胞に導入することにより、植物細胞内で、RNA干渉を引き起こすものである。
【0037】
ただし、後述の実施例にも示すように、2本鎖DNA断片のみを、宿主細胞に導入した場合も、同様に、標的遺伝子の発現を抑制することから、上記以外のメカニズムも考えられる。例えば、DNA断片自体が標的遺伝子の発現を抑制するというメカニズムも否定できず、メカニズムの詳細は、今のところ明らかではない。
【0038】
しかしながら、少なくとも標的遺伝子の部分配列からなる遺伝子断片を、宿主細胞に導入することによって、標的遺伝子の発現は、確実に抑制される。本発明の遺伝子発現抑制法は、これまでのRNA干渉のように、ベクターの構築、または、in vitroでのdsRNAの作製などの煩雑な操作が不要である。それゆえ、従来のRNA干渉法よりも、極めて簡便で、しかも大幅な時間短縮が可能であり、しかも従来のRNA干渉法に匹敵するほどの遺伝子抑制効率で、標的遺伝子の発現を抑制できる、遺伝子発現抑制法を提供できる。
【0039】
本発明の遺伝子発現抑制法では、上記遺伝子断片の5’末端にプロモーター配列を連結してもよい。これにより、後述する実施例に示すように、標的遺伝子の抑制効率を高くすることができる。
【0040】
また、上記遺伝子断片がプロモーター配列を有していれば、上記遺伝子断片のRNAへの転写効率の向上が可能である。そのため、前述した図1のメカニズムのように、上記遺伝子断片から転写されたdsRNAが、標的遺伝子の発現を抑制するのであれば、プロモーター配列を有さない場合よりも、短時間で、標的遺伝子の発現を抑制できる。
【0041】
本発明の遺伝子発現抑制法では、上記遺伝子断片は、1本鎖でも2本鎖でもよい。通常のRNA干渉と同様に、標的遺伝子の発現を効率的に抑制するためには、上記遺伝子断片が2本鎖であることが好ましい。また、上記遺伝子断片が2本鎖であれば、1本鎖の場合よりも低濃度で、標的遺伝子の発現を抑制できる。さらに、上記遺伝子断片が2本鎖であることは、1本鎖の場合よりも細胞内のヌクレアーゼに対する分解を抑制できるため好ましい。
【0042】
本発明の遺伝子発現抑制法では、上記遺伝子断片は、標的遺伝子の部分配列からなるものである。本発明において、標的遺伝子と遺伝子断片との核酸の種類は、必ずしも同じである必要はなく、異なっていてもよい。例えば、標的遺伝子がDNAの場合、遺伝子断片はDNA断片でもRNA断片でもよい。すなわち、「標的遺伝子の部分配列からなる遺伝子断片」とは、少なくとも、標的遺伝子の部分配列からなるDNA断片、または、その部分配列に対応するRNA断片を示すこととなる。上記遺伝子断片の安定性を考慮すると、上記遺伝子断片は、DNAであることが好ましい。これにより、標的遺伝子の発現を持続的に抑制することが可能となる。
【0043】
上記遺伝子断片となる標的遺伝子の部分配列は、特に限定されるものではない。例えば、塩基配列が非常に類似した遺伝子ファミリー中のある特定の遺伝子のみを標的遺伝子としたい場合、上記遺伝子断片は、その標的遺伝子の部分配列として、3’−UTRなどの非翻訳領域を含むことすることが好ましい。この領域は、遺伝子ファミリー間であっても、配列の相同性が低いので、上記遺伝子ファミリーの中から、標的遺伝子のみの発現を特異的に抑制することができる。
【0044】
なお、本発明の遺伝子発現抑制法のメカニズムが、dsRNAの形成を必要とするとすれば、上記遺伝子断片は、標的遺伝子の部分配列として、エクソン部分を含むことが好ましく、ORF部分を含むことがより好ましい。標的遺伝子のエクソン部分を含む遺伝子断片から転写されたdsRNA断片は、標的遺伝子から転写された標的mRNAと相同であるため、dsRNAがdicerによって分解されて生じるsiRNA(small−interfering RNA)は、標的mRNAにハイブリダイズする。その結果、標的mRNAが分解されるので、標的遺伝子の発現を抑制できる。
【0045】
上記遺伝子断片は、標的遺伝子の部分配列からなり、かつ、宿主に導入することによって標的遺伝子の発現を抑制できれば、その塩基配列の長さ(数)は、特に限定されるものではない。一般に、RNA干渉で用いられるdsRNAの長さは、200塩基程度のポリヌクレオチドである。したがって、上記遺伝子断片も、200塩基程度のポリヌクレオチドであってもよい。
【0046】
また、RNA干渉では、200塩基程度のdsRNAから分解された20〜30塩基程度の短鎖RNA(siRNA)が、標的遺伝子の発現を抑制するとされている。
【0047】
したがって、上記遺伝子断片は、標的遺伝子のうち少なくとも21塩基の部分配列からなるものであればよい。これにより、効率的に標的遺伝子の発現を抑制できる。
【0048】
なお、上記遺伝子断片は、標的遺伝子の発現を抑制する限り、1またはそれ以上の塩基が置換、欠失、挿入、及び/又は付加されるように改変を加えた改変体であってもよい。ただし、本発明において、上記遺伝子断片と標的遺伝子との相同性は、非常に重要な要素となる。このため、上記遺伝子断片として上記改変体を用いた場合、標的遺伝子の発現抑制効率が低下することもある。
【0049】
このような改変体は、例えば、部位特異的突然変異誘発法、PCR法を利用して塩基配列に点変異を導入する方法などを用いて、上記標的遺伝子の塩基配列において、1またはそれ以上の塩基が置換、欠失、挿入、及び/又は付加されるように改変を加えることによって作製することができる。
【0050】
また、上記遺伝子断片は、標的遺伝子の発現抑制を容易に確認するために、標識化するなど、化学的に修飾されていてもよい。ただし、上記遺伝子断片を化学修飾する場合には、注意が必要となる。なぜなら、従来のRNAiの場合、dsRNAのアンチセンス鎖側の3’末端への化学修飾は、遺伝子発現抑制効果に影響を及ぼさないのに対して、dsRNAのアンチセンス鎖側の5’末端を化学修飾すると、遺伝子発現抑制効果を失う場合があるからである。なお、dsRNAのセンス鎖側の化学修飾は、5’、3’ともに、遺伝子発現抑制効果に影響を及ぼさない。
【0051】
本発明に係る遺伝子断片を取得する方法は、特に限定されるものではなく、標的遺伝子の配列情報等に基づいて種々の方法により、標的遺伝子の部分配列からなる遺伝子断片を取得することができる。
【0052】
例えば、上記遺伝子断片は、標的遺伝子の部分配列をプライマーとしたPCR法(またはその改変法)によって、容易に合成できる。例えば、標的遺伝子の塩基配列のうち、5’側および3’側の配列の中からそれぞれプライマーを調製し、これらのプライマーを用いて、増幅すべき標的遺伝子の部分配列を含む遺伝子(例えば、標的遺伝子を有するゲノムDNA(またはcDNA)、またはその断片)等を鋳型にしてPCR等を行い、両プライマー間に挟まれるDNA領域を増幅することによって、本発明に係る遺伝子断片を大量に取得できる。
【0053】
言い換えると、上記遺伝子断片を取得するための出発原料は、標的遺伝子の部分配列を含むDNAまたはRNAであれば、必ずしも2本鎖である必要はなく、1本鎖であってもよい。その理由は、この1本鎖または2本鎖のDNAまたはRNAを鋳型として、2本鎖DNA(遺伝子断片)を増幅することができるためである。なお、鋳型がRNAの場合、DNAに逆転写した後、PCRを行えばよい(いわゆるRT−PCR)。
【0054】
なお、上記プライマーの5’末端に、プロモーター配列を連結することによって、5’末端にプロモーター配列を有する遺伝子断片を取得できる。後述する実施例のように、上記遺伝子断片がプロモーター配列を有する場合、上記遺伝子断片とともに、RNAポリメラーゼを、宿主に導入することによって、標的遺伝子の抑制効率の向上が可能である。ここで、「RNAポリメラーゼ」は、特に限定されるものではなく、後述する実施例で用いたT7RNAポリメラーゼをはじめ、種々のポリメラーゼを利用できる。
【0055】
なお、上記遺伝子断片は、PCRによって化学的に合成して取得する以外にも、生物の細胞や組織から精製したゲノムDNA、またはcDNAを酵素処理によって断片化しても取得できる。
【0056】
上記遺伝子断片を、宿主細胞に導入する方法は、特に限定されるものではなく、公知の遺伝子工学的手法(遺伝子操作技術)により、宿主細胞内に導入することができる。具体的には、例えば、RNA干渉法に用いられる、リポソーム法、電子穿孔法(エレクトロポレーション法)、マイクロインジェクション、パーティクルガン、アグロバクテリウムなどによって行うことができる。
【0057】
なお、例えば、宿主が線虫であれば、餌に上記遺伝子断片を混ぜたり、上記遺伝子断片を含む溶液に線虫を浸したりすることによっても、上記遺伝子断片を導入することができる。
【0058】
上記遺伝子断片を導入することによって、標的遺伝子の発現抑制を確認する方法は、特に限定されるものではない。例えば、後述する実施例に示すように、化学発光(ルシフェラーゼ)に関与する遺伝子を抑制する場合には、上記遺伝子断片の導入前後のルシフェラーゼ活性を比較することによって、確認できる。その他にも、例えば、宿主細胞の形態、細胞体内物質量、細胞が分泌する物質量、細胞体内物質の動態、細胞間接着、細胞運動、あるいは細胞寿命等の細胞行動等によっても確認することが可能である。なお、標的遺伝子の機能が他細胞において既知の場合は、その機能に関連する形質について、行うことが好ましい。形質の変化を解析する方法としては、例えば、細胞の形質の変化を解析する場合には、顕微鏡、あるいは肉眼的に検出する方法を用いることができる。また、確認する物質が、遺伝子の場合には、Northern Blot解析やPCR、あるいはIn situ hybridization等によって確認することができ、タンパク質の場合には、抗体との反応性や酵素活性を測定する方法等が挙げられる。
【0059】
以上のように、本発明の遺伝子発現抑制法は、標的遺伝子の部分配列からなる遺伝子断片、または、その遺伝子断片とRNAポリメラーゼとを、宿主細胞に導入するものである。
【0060】
これに対し、従来のRNA干渉は、2本鎖RNAを導入またはベクターを導入し宿主細胞内で2本鎖RNAを発現させることによって、そのRNA配列に相同なmRNAが分解され、標的遺伝子の発現を抑制するものである。すなわち、従来のRNA干渉は、標的遺伝子から転写されるmRNAに相同な、2本鎖RNAを、宿主細胞に導入またはベクターから発現させるものである。
【0061】
したがって、本発明の遺伝子発現抑制法は、標的遺伝子の部分配列からなる遺伝子断片を用いる点で、従来のRNA干渉法とは全く異なる。本発明の遺伝子発現抑制法は、ベクターの構築が不要であるので、従来のRNA干渉法に代わる極めて簡便な遺伝子発現抑制法である。
【0062】
(2)本発明の遺伝子発現法の利用
▲1▼本発明の形質転換体
本発明の形質転換体は、上記遺伝子発現抑制法によって、標的遺伝子の発現が抑制された形質転換体である。すなわち、本発明の遺伝子発現抑制法は、本発明の形質転換体の作製方法ということもできる。本発明の形質転換体は、本発明にかかる遺伝子断片が導入されることによって、標的遺伝子の機能の少なくとも一部が抑制されている。
【0063】
ここで、上記「形質転換体」とは、上記遺伝子断片が導入された細胞・組織・器官のみならず、動物・植物個体を含む意味である。対象となる動物は、特に限定されるものではないが、ウシ、ブタ、ヒツジ、ヤギ、ウサギ、イヌ、ネコ、モルモット、ハムスター、マウス、ラットなどのヒトを含む哺乳動物が例示される。また、上記個体には、その子孫およびクローン、ならびに、その子孫およびクローンの繁殖材料が含まれる。
【0064】
特に、ヒトを形質転換の対象とすれば、遺伝子の過剰発現や、遺伝子中の変異など、遺伝子の異常が原因となる各種疾患患者に対して、その遺伝子を標的遺伝子とした遺伝子断片を投与することによって、それらの疾患の治療が可能となる。より具体的には、上記遺伝子断片は、標的遺伝子(特定の遺伝子)のみの発現を抑制できるので、例えば、ウイルスの増殖阻害、持続感染しているウイルス治療、遺伝子の点変異で生じた疾患(例えば、ガン抑制遺伝子の異常)の治療、などの医療応用も可能である。
【0065】
また、ヒト以外の動物を対象とすれば、標的遺伝子の発現が抑制された、実験動物・病態動物を作製できる。マウスやラット等の齧歯目動物は、実験動物・病態モデル動物として広く用いられ、なかでも近交系が多数作出されており、受精卵の培養、体外受精等の技術が整っているマウスが実験動物・病態モデル動物として好ましく、ノックアウトマウス等は、標的遺伝子やそのホモログの更なる機能解析、これらの標的遺伝子が関与する病気の診断方法の開発や、その治療方法の開発などに有用である。
【0066】
なお、後述する実施例では、シロイヌナズナの葉肉細胞のプロトプラストを宿主として、ポリエチレングリコール法によって上記遺伝子断片を導入した形質転換体を作製している。上記形質転換体に導入される遺伝子断片は、ターゲット配列としてホタル由来のルシフェラーゼ遺伝子の部分配列である(配列番号1に示すホタルルシフェラーゼのORFにおける93番目〜597番目(開始コドンの下流93〜597番目の505bp))。そして、上記形質転換体は、上記遺伝子断片とともに、T7RNAポリメラーゼ、ホタルルシフェラーゼの全長遺伝子の発現ベクターが導入されており、コントロールと比較してルシフェラーゼの活性が有意に高効率に抑制されることが確認されている。この結果は、上記遺伝子断片が導入された上記形質転換体は、標的遺伝子の発現を高効率に抑制できることを示している。
【0067】
なお、上記植物の範疇には、完全な植物のみならず、その一部、例えば、葉、種子、塊茎、挿木等も含まれるものとする。さらに、上記植物には、予め形質転換された遺伝子組み換え植物やその子孫を起源とする植物組織、プロトプラスト、細胞、カルス、器官、植物種子、胚芽、花粉、卵細胞、接合子などの増殖可能な植物材料;花、茎、実、葉、根などを含む植物の一部;懸濁培養細胞;等も含まれるものとする。
【0068】
ゲノム内に上記遺伝子断片が導入された形質転換植物がいったん得られれば、その形質転換植物から有性生殖または無性生殖により子孫を得ることができる。また、形質転換植物やその子孫あるいはクローンから繁殖材料(例えば、種子、果実、切穂、塊茎、塊根、株、カルス、プロトプラストなど)を得て、それらを基に形質転換植物を量産することも可能である。
【0069】
このようにして、野生型植物体と比較して、標的遺伝子の発現が顕著に抑制された形質転換植物体を作出することができる。
【0070】
なお、上記形質転換体を作製する手法については、前述の遺伝子断片を導入する方法に示したように、従来公知の種々の形質転換法を用いることができる。例えば、リポソーム法、ポリエチレングリコール法、電子穿孔法(エレクトロポレーション法)、マイクロインジェクション、パーティクルガン、アグロバクテリウムを介した方法、弾道粒子加速法、およびプロトプラスト形質転換/再生法、などが利用できる。これらの形質転換方法は、宿主の種類に応じて適宜選択することが好ましい。
【0071】
なお、上記形質転換体は、標的遺伝子の発現が抑制され、かつ、標的遺伝子の部分配列からなる遺伝子断片を含有している。これに対し、従来のRNA干渉法によって作製される形質転換体には、上記遺伝子断片は存在しない。したがって、それぞれの形質転換体は、上記遺伝子断片の有無を確認することによって、区別できる。
【0072】
▲2▼本発明の遺伝子発現抑制剤および遺伝子疾患治療薬
前述のように、本発明の遺伝子発現抑制法は、標的遺伝子の発現を抑制させた形質転換体の作製に利用できる。言い換えれば、標的遺伝子の部分配列からなる遺伝子断片は、標的遺伝子の発現を抑制するための遺伝子発現抑制剤である。この遺伝子発現抑制剤は、少なくとも上記遺伝子断片を含んでいればよい。
【0073】
上記遺伝子発現抑制剤を、ヒト・マウス・ラットの細胞、組織、および個体に投与して、それらを形質転換させれば、標的遺伝子の関与する疾患の診断や治療法の開発に有効である。
【0074】
また、上記遺伝子発現抑制剤を有効成分とする薬剤は、遺伝子疾患治療薬として利用できる。上記▲1▼で説明したように、遺伝子異常を生じた患者に対して、この遺伝子疾患治療薬を投与すれば、その遺伝子の発現を抑制できる。例えば、環境要因に対して高い感受性を示す遺伝子や、変異の生じたガン抑制遺伝子の発現を抑制することができる。それゆえ、アレルギー性疾患やガンなど、遺伝子異常による疾患の新規治療薬(医薬品)として、有効である。なお、医薬品として利用する場合の投与方法は、経口、静注など、特に限定されるものではない。
【0075】
▲3▼本発明の遺伝子の機能解析法
本発明の遺伝子の機能解析法は、前述した本発明の遺伝子発現抑制法を利用して、標的遺伝子の機能を解析する方法である。
【0076】
生体高分子であるタンパク質とRNAとはともにDNAの最終産物として生命活動における様々な機能を担っている。ゲノム解析によってヒトの遺伝子は、約4万種類存在すると言われているものの、機能が明らかとなっているのは、そのうちの半分にも満たず、多数の遺伝子が機能未知遺伝子である。
【0077】
したがって、このような機能未知遺伝子の機能を明らかにすることは、生命活動の原理を理解するためにも、その遺伝子と疾患との関係を解明するためにも、重要である。
【0078】
前述のように、上記遺伝子断片を細胞内に導入すれば、標的遺伝子の発現が抑制される。それゆえ、標的遺伝子として、塩基配列が既知であるが、その機能が未知の遺伝子を用いて遺伝子断片の作製を行い、それを適当な宿主細胞に導入すれば、その遺伝子の発現のみが人為的に抑制された形質転換体を作製することができる。これにより、機能未知遺伝子の機能の同定が可能となる。
【0079】
すなわち、本発明の遺伝子の機能解析法は、特に、このような機能未知遺伝子の機能解析を行うために有効である。本発明の遺伝子の機能解析法は、本発明の遺伝子発現抑制法を用いているので、簡便、かつ短時間で行うことができる。このため、機能未知遺伝子を、迅速、かつ網羅的に解析するハイスループットスクリーニングにも適している。それゆえ、本発明の遺伝子の機能解析法は、生命を理解する上での効果的なアプローチとなる。
【0080】
以下、塩基配列が既知である機能未知遺伝子の機能解析法を例に挙げて、本発明の遺伝子の機能解析法について説明する。
【0081】
本発明の遺伝子の機能解析法は、機能未知遺伝子の部分配列からなる遺伝子断片を宿主に導入する工程(遺伝子断片導入工程)と、当該遺伝子断片の導入前後の宿主の機能を比較する工程(比較工程)とを含んでいる。
【0082】
上記遺伝子断片導入工程は、前述と同様にして、宿主に、遺伝子断片を導入する工程である。これにより、宿主は、機能未知遺伝子の機能が抑制される。遺伝子断片導入工程では、機能未知遺伝子の機能をできる限り抑制することが好ましく、その機能を完全に欠失させることがより好ましい。例えば、上記遺伝子断片としては、これにより、後続する比較工程における、機能未知遺伝子の機能の推定が容易となる。
【0083】
続いて、上記比較工程は、上記遺伝子断片を、宿主に導入する前後の標的遺伝子の発現抑制の程度を比較する工程である。すなわち、比較工程は、機能未知遺伝子の機能を同定する工程である。
【0084】
上記遺伝子断片導入工程にて、上記遺伝子断片が導入されると、宿主における機能未知遺伝子の機能は抑制される。したがって、上記遺伝子断片導入工程後、前述の本発明の遺伝発現抑制法における、標的遺伝子の発現抑制を確認する方法と同様にして、分子生物学的または生化学的手法により機能未知遺伝子の発現抑制を確認することによって、機能未知遺伝子の機能を同定することができる。すなわち、機能未知遺伝子の遺伝子断片が導入された宿主にのみ現れる形質は、機能未知遺伝子(標的遺伝子)の発現抑制に付随することから、標的遺伝子の機能を同定することができる。
【0085】
本発明の遺伝子解析法を、塩基配列のみが決定された機能未知遺伝子のライブラリー、例えば、ゲノムDNAに含まれるORFを持つエクソン断片からなるライブラリー、特定組織由来のcDNAライブラリー、またはそれらの混合物に適用することによって、そのような機能未知遺伝子の全てを網羅的に解析するハイスループットスクリーニングを行うことができる。これにより、多数の機能未知遺伝子から、目的とする機能を有する遺伝子を選抜することができる。さらに、機能未知遺伝子の機能を、同定することもできる。
【0086】
このようにして、機能を同定した機能未知遺伝子は、新規遺伝子であり、前述の遺伝子発現抑制剤や遺伝子疾患治療薬として、利用できる可能性がある。本発明には、本発明の機能解析法によって、新たに機能が明らかとなった、遺伝子も含まれる。機能が明らかとなった遺伝子は、その遺伝子の関与する疾病の診断や治療に有効である。
【0087】
▲4▼本発明のキット
本発明のキットは、上記(1)あるいは(2)の▲1▼または▲3▼に記載した方法を行うためのキットであり、少なくとも、標的遺伝子の部分配列からなる遺伝子断片、上記遺伝子発現抑制剤、または上記遺伝子疾患治療薬のいずれか、またはこれらの混合物を含んでいればよい。このようなキットは、遺伝子発現抑制法、遺伝子疾患の診断、遺伝子疾患治療薬の治療効果の予測などを簡便に行うために利用することができる。それゆえ、キット化することによって、本発明の汎用性が向上する。
【0088】
なお、上記キットには、さらに、培養細胞、培地、酵素、プライマー、バッファー等の試薬類、形質転換のための試薬類、選択薬剤、及び細胞から導入した核酸を回収し塩基配列を決定するためのプライマーや試薬等を含んでいてもよい。
【0089】
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【0090】
【実施例】
以下の実施例は、2本鎖DNA断片を用いて、標的遺伝子の発現を効果的に抑制する方法の一例として、ホタルルシフェラーゼ遺伝子、または、sGFP(S65T)遺伝子の部分配列をPCRにより増幅し、ホタルルシフェラーゼ発現ベクター(レポーター)、ウミシイタケルシフェラーゼ(内部標準)、およびT7RNAポリメラーゼを、宿主であるシロイヌナズナの葉肉細胞プロトプラストに、PEG法により導入し、Dual luciferase assayにより、遺伝子発現抑制効果を観測したものである。なお、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。
【0091】
1.植物材料
シロイヌナズナ(Arabidopsis thaliana ecotype Columbia)(ハイトカルチャ株式会社から購入)を22℃、湿度60%の人工気象器(明期12時間,暗期12時間)で栽培したものを用いた。
【0092】
2.DNA断片の調製
約500 bpの標的配列を含むDNA断片は,5’末端にT7プロモーターを付加したプライマーを用いたPCRにより調製した.使用したプライマーを下記に示す(下線部:T7プロモーター).
ターゲット:ホタルルシフェラーゼ(配列番号1に示すホタルルシフェラーゼのORFの塩基配列中の、開始コドンの下流93〜597: 505 bp)
フォワードプライマー:5’−TAATACGACTCACTATAGGGAGATACGCCCTGGTTC−3’(配列番号3)
リバースプライマー:5’−TAATACGACTCACTATAGGGAGAGGAGTTCATGATCAGTG−3’(配列番号4)
ターゲット:sGFP(S65T)(配列番号2に示すsGFP(S65T)のORFの塩基配列中の、開始コドンの下流113〜614: 502 bp)
フォワードプライマー:5’−TAATACGACTCACTATAGGGCCACCTACGGCAAGCTGAC−3’(配列番号5)
リバースプライマー:5’−TAATACGACTCACTATAGGGTGGGTGCTCAGGTAGTGGTT−3’(配列番号6)
配列番号3〜6に示すプライマー配列において、5’末端のT(チミンから)20番目のG(グアニン)までが、T7プロモーター配列に相当する。
【0093】
PCRの条件は、94°Cで1 min,52°Cで1 min,72°Cで1 minを1サイクルとして、30サイクル行った。次に、1.5%アガロースゲル電気泳動でPCR産物の長さを確認したのち、フェノールとクロロホルムを用いて精製した。
【0094】
3.dsRNAの調製
上記DNA断片を鋳型として,in vitro transcriptionによりdsRNAを調製した。in vitro transcriptionは、RiboMAX Large Scale RNA Production Systems−T7 (Promega)、またはT7 RiboMAX Express Large Scale RNA Production System (Promega) を用いてマニュアルの指示に従って行った。in vitro transcriptionによって得られたRNAはフェノールとクロロホルムを用いて精製したのち、1.5%アガロースゲル電気泳動で長さを確認した。
【0095】
4.葉肉細胞プロトプラストの調製
葉肉細胞プロトプラストの調製は,Sheenが開発した方法[Sheen, 2002 #511]に従って行った。すなわち、発芽3−4週間後のArabidopsisのロゼット葉(1−2 cm: 10〜20枚)を0.5〜1 mmぐらいの幅にメスの刃で切り刻み、10 mlの酵素液(1.5% Cellulase Onozuka R10, 0.4% Macerozyme R10, 0.4 M Mannitol, 20 mM KCl, 10 mM CaCl, 0.1% BSA, 20 mM MES, pH 5.7)を加えた。デシケーター内で15分間減圧脱気を行ったのち、23°C、 50 rpmで90分間ゆるやかに振とうした。顕微鏡でプロトプラストが出来ていることを確認したのち、ナイロンメッシュでプロトプラスト溶液をろ過し、ろ液を50 mlの遠心チューブに回収した。100×g、室温で3 分間遠心し、上清を除いた。氷冷W5溶液(154 mM NaCl, 125 mM CaCl, 5 mM KCl, 2 mM MES, pH 5.7)を10 ml加えて緩やかに混合したのち、再度上記条件で遠心し上清を除いた。適量の氷冷W5溶液を加えて緩やかに混合したのち、血球計算版で細胞密度を算出し、2×10 cells/mlになるように氷冷W5溶液で希釈した.このプロトプラスト溶液を氷中で30分間インキュベーションしたのち,100×g,室温で3 分間遠心した.上清を除いたのち,細胞密度が2×10 cells/mlになるように氷冷MMg溶液(0.4 M Mannitol, 15 mM MgCl, 4 mM MES, pH 5.7)に懸濁した。
【0096】
5.PEG(ポリエチレングリコール)を用いた葉肉細胞プロトプラストへの遺伝子導入
PEGを用いた葉肉細胞プロトプラストへの遺伝子の導入は、Sheenが開発した方法[Sheen, 2002 #511]に従って行った。まず、0.5 μgのホタルルシフェラーゼ発現ベクター(レポーター)(配列番号7)および0.5μgのウミシイタケルシフェラーゼ発現ベクター(内部標準)(配列番号8)を1.5 mlの微量遠心チューブに加えた。続いて5μgのdsRNA,または5μgのDNA断片を加えた.DNA断片を加えたサンプルは2つ用意し、片方にはさらに100ユニットのT7 RNA polymerase (Promega) を加えた。これらのチューブにプロトプラスト溶液を200 μLづつ加え、さらにPEG溶液(40% PEG4000, 0.2 M Mannitol, 100 mM CaCl)を220μL加え、緩やかなピペッティングでよく混合した。23°Cで30分間インキュベーションしたのち、W5溶液を800 μL加え、ゆるやかに転倒混合した。100×g、室温で3分間遠心したのち、上清を除いた。100 μLのW5溶液を加えて緩やかなピペッティングでよく混合したのち,あらかじめ1 mlのW5溶液を分注しておいた24穴プレートに移し、緩やかに混合した。アルミホイルで包み、22°Cで12〜15時間インキュベーションした。
【0097】
なお、配列番号7に示すホタルルシフェラーゼ発現ベクター配列において、2433〜2878番目がCaMVプロモーター、2914〜4566番目がホタルルシフェラーゼ、4656〜4930番目がNOSターミネーター、2401〜2406番目がHindIII、2427〜2432がBamH I、2879〜2884番目がSal I、4637〜4644番目がNot I、4931〜4936番目がEcoR Iの配列に相当する。
【0098】
また、配列番号8に示すウミシイタケルシフェラーゼ発現ベクターにおいて、2433〜2878番目がCaMVプロモーター、2896〜3831番目がウミシイタケルシフェラーゼ、3858〜4132番目がNOSターミネーター、2401〜2406番目がHindIII、2427〜2432がBamH I、2879〜2884番目がSal I、3839〜3846番目がNot I、4133〜4138番目がEcoR Iの配列に相当する。
【0099】
6.Dual luciferase assay
プロトプラスト溶液を1.5 ml微量遠心チューブに移し、100×g、室温で3分間遠心した。上清を除いたのち、1×Passive Lysis buffer (Promega) を100 ml加えた。緩やかなボルテックスにより細胞を溶解させ、そのまま室温で5分間放置した。この細胞溶解液10 mlをルミノメーター(Turner Designs TD−20/20 Luminometer)にセットし、ホタルおよびウミシイタケの各ルシフェラーゼ活性を測定した。各アッセイにおけるプラスミドの導入効率は、ホタルルシフェラーゼの活性値をウミシイタケルシフェラーゼの活性値で割ることで標準化した。
【0100】
7.実験結果
まず、本アッセイ系でRNAiが観測できることを確認するために、約500 bpのdsRNAを導入した。その結果、80%以上の発現抑制効果が見られた(図2)。この結果から、本アッセイ系はRNAiの観測に適用可能であることが示された。
【0101】
次に、PCRにより増幅したDNA断片とT7 RNAポリメラーゼを同時に導入したところ、約80%の発現抑制効果が見られた(図3)。
【0102】
一方、DNA断片のみ(T7 RNAポリメラーゼ無し)の場合においても約70%の抑制効果が見られた(図4)。これらの結果から、 T7 RNAポリメラーゼのサイレンシングへの寄与率は、約10%と、当初の期待よりもかなり小さいことが判明したが、一方でDNA断片のみで標的遺伝子の発現を大幅に(約70%)抑制できることが示された。
【0103】
【発明の効果】
以上のように、本発明の遺伝子発現抑制法は、標的遺伝子の部分配列からなる遺伝子断片のみ、または、その遺伝子断片とRNAポリメラーゼとを、宿主細胞に導入することによって、従来のRNA干渉法に匹敵する遺伝子発現抑制効果を示すことを特徴とするものである。
【0104】
本方法は、操作の簡便さと高い抑制効率から、従来の方法に代わる逆遺伝学の手法として、例えば、機能未知遺伝子のハイスループットスクリーニングなどに応用可能であり、実用上極めて有用な方法である。
【0105】
【配列表】

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【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の遺伝子発現抑制法のメカニズムの一例を示す模式図である。
【図2】本発明の実施例において、dsRNAをプロトプラストに導入した場合の遺伝子発現抑制効果を示すグラフである。
【図3】本発明の実施例において、DNA断片とT7RNAポリメラーゼとを同時にプロトプラストに導入した場合の遺伝子発現抑制効果を示すグラフである。
【図4】本発明の実施例において、DNA断片のみをプロトプラストに導入した場合のルシフェラーゼ活性の測定結果を示すグラフである。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a novel gene expression suppression method and use thereof, and more specifically, a novel gene expression suppression method that suppresses expression of a target gene by introducing a gene fragment consisting of a partial sequence of the target gene into a host cell. , And its use.
[0002]
[Prior art]
Antisense RNA means a transcript whose genetic information is reversed with respect to mRNA (sense RNA) transcribed from DNA. Since this antisense RNA is structurally complementary to the mRNA produced from the target gene, they bind to each other to form an RNA duplex (also referred to as double-stranded RNA or dsRNA). In this manner, mRNA covered with a “lid” is degraded by a specific RNase and cannot be transferred to the field of protein synthesis, and the function of the original gene is suppressed.
[0003]
Further, not only the antisense RNA but also the above-mentioned dsRNA formed by combining the antisense RNA and the sense RNA into each other, the mRNA having a sequence homologous to the dsRNA is degraded, It causes the phenomenon of suppressing gene expression. The phenomenon in which gene expression is suppressed by the introduction of dsRNA is called RNA interference (or RNAi, RNA interference) (for example, Non-Patent Documents 1 to 4).
[0004]
RNA interference, which is a phenomenon in which the expression of a gene having a sequence homologous to dsRNA is suppressed by introduction of double-stranded RNA (dsRNA) into a cell, was reported in 1998 by Caenorhabditis elegans. It was discovered for the first time. And since RNA interference has extremely high sequence specificity, in recent years, it has been widely used as an effective method of reverse genetics, mainly nematodes. In addition, the dsRNA has the potential to be widely used for RNA-targeted pharmaceuticals, agricultural chemicals, breed improvement, microbial industry, bioreactor development, and the like.
[0005]
[Non-Patent Document 1]
Fire, A.M. Xu, S .; Montgomery, M .; K. , Kostas, S .; A. , Driver, S.M. E. and Mello, C.I. C. (1998) Nature, 391, 806-811.
[0006]
[Non-Patent Document 2]
Elbashir, S .; M.M. Harborth, J .; Lendeckel, W.M. Yalcin, A .; Weber, K .; and Tuschl, T .; (2001) Nature, 411, 494-498.
[0007]
[Non-Patent Document 3]
Brummelkamp, T .; R. Bernards, R .; and Agami, R.A. (2002) Science, 296, 550-553.
[0008]
[Non-Patent Document 4]
Paddison, P.M. J. et al. , Caudy, A .; A. Bernstein, E .; Hannon, G .; J. et al. and Conklin, D.C. S. (2002) Genes Dev, 16, 948-958.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
As a method for introducing the dsRNA into the cell, a direct injection method by microinjection is frequently used in nematodes and the like. On the other hand, in plants, since there is a strong cell wall made of cellulose or pectin, it is extremely difficult to directly introduce dsRNA into cells. Therefore, in plants, a method of transforming with a vector having an inverted repeat sequence structure that is expected to form dsRNA after transcription is exclusively used (Non-patent Documents 3 and 4). .
[0010]
However, since it is difficult to construct such a vector, it takes a considerable amount of time to produce the vector, and furthermore, it has a problem that the gene expression suppression efficiency is not necessarily high. In addition, conventional gene expression suppression methods are unsuitable for high-throughput screening required in reverse genetics research.
[0011]
As described above, since the preparation of the vector is complicated, a gene expression suppression method suitable for high-throughput screening required in reverse genetics research has not yet been developed.
[0012]
Therefore, the present invention has been made in view of the above-described conventional problems, and an object of the present invention is to provide a novel gene expression suppression method and a method for using the same that can easily and efficiently suppress the expression of a target gene. There is to do.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problems, the present inventor has intensively studied a gene expression suppression method that is simple in operation and exhibits high gene expression suppression efficiency. As a result, as in the conventional RNA interference method, the gene fragment consisting of a partial sequence of the target gene is introduced into the host instead of dsRNA or a vector that expresses it, thereby exhibiting suppression efficiency substantially equivalent to RNA interference. As a result, the present invention has been completed.
[0014]
That is, the gene expression suppression method of the present invention is characterized by suppressing the expression of a target gene by introducing a gene fragment consisting of a partial sequence of the target gene into a host.
[0015]
Another gene expression suppression method of the present invention is characterized by suppressing the expression of a target gene by introducing a gene fragment consisting of a partial sequence of the target gene and RNA polymerase into a host.
[0016]
In the gene expression suppression method of the present invention, the gene fragment may have a promoter sequence at the 5 ′ end. The gene fragment is preferably double-stranded. The gene fragment is preferably DNA. The gene fragment may be composed of at least 21 bases or base pairs.
[0017]
According to the above invention, the expression of the target gene can be suppressed only by introducing a gene fragment consisting of a partial sequence of the target gene, or the gene fragment and RNA polymerase into the host. That is, the construction of a dsRNA expression vector and the production of dsRNA in vitro, which are indispensable for the conventional RNA interference method and require a lot of time, are not required. Moreover, the gene expression suppression method of the present invention shows suppression efficiency substantially the same as conventional RNA interference by dsRNA. Therefore, the operation is dramatically simpler than in the past, and the time can be greatly shortened. Furthermore, it is possible to obtain a gene expression suppression effect comparable to that of RNA interference.
[0018]
Furthermore, according to the above invention, since it is an experimental system that only produces the gene fragment, a large amount of samples can be comprehensively analyzed in a short time. That is, the gene expression suppression method of the present invention can be applied to high-throughput screening.
[0019]
The transformant of the present invention is a transformant produced by using the above gene expression suppression method, in which the expression of the target gene is suppressed. Since the expression of the target gene is suppressed, this transformant can be used as a disease model animal lacking a part (or all) of the function of the gene or a plant with improved breed.
[0020]
The gene function analysis method of the present invention is a method for analyzing the function of a target gene using any one of the above gene expression suppression methods. Preferably, the target gene is a function-unknown gene comprising a known base sequence. The method includes a step of introducing a gene fragment composed of a partial sequence of a target gene into a host and a step of comparing the functions of the host before and after the introduction of the gene fragment.
[0021]
In other words, the gene functional analysis method of the present invention suppresses the function of a function unknown gene by introducing a gene fragment consisting of a partial sequence of a function unknown gene with a clear base sequence into a host. It is preferable to analyze the function.
[0022]
According to said invention, the function of the gene is suppressed by introduce | transducing into a host the gene fragment which consists of a partial sequence of a target gene (preferably function unknown gene). Then, by analyzing the function of the host before and after the introduction of the gene fragment, the function of the target gene (preferably a function unknown gene) can be clarified. That is, a function-unknown gene can be identified as having a suppressed function by suppressing the expression of the gene.
[0023]
Thus, if the function (physiological role) of a function-unknown gene becomes clear, the gene can be applied to pharmaceuticals, agricultural chemicals, breed improvement, microbial industry, and bioreactors.
[0024]
As described above, the gene expression suppression method of the present invention does not require the construction of a vector, and is simple and can be performed in a short time. Since the gene function analysis method of the present invention is also an experimental system that only amplifies gene fragments, a large amount of function unknown gene samples can be comprehensively analyzed in a short time. That is, the gene function analysis method of the present invention is suitable for high-throughput screening for elucidating the functions of a large number of function-unknown genes and selecting genes having the desired functions from the genes.
[0025]
The gene expression inhibitor of the present invention contains a gene fragment consisting of a partial sequence of a target gene and suppresses the expression of the target gene. The therapeutic agent for a genetic disease of the present invention comprises a gene whose function has been clarified by the functional analysis method for the above gene or the above gene expression inhibitor as an active ingredient. Thereby, the novel gene expression inhibitor and gene disease therapeutic agent which can suppress the expression of a target gene can be provided.
[0026]
The kit of the present invention is a kit used for any of the above gene expression suppression methods or the above-mentioned gene functional analysis method, and comprises a gene fragment consisting of a partial sequence of a target gene, the above gene expression inhibitor, or the above gene Including any of the therapeutic drugs. Thereby, the gene expression suppression method and gene analysis method of the present invention can be performed more simply, and the versatility of the present invention can be improved.
[0027]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The present invention will be described in more detail below, but the present invention is not limited to this description.
[0028]
(1) Gene expression suppression method of the present invention
The gene expression suppression method of the present invention is a method shown in the following (a) or (b).
(A) A method for suppressing the expression of a target gene by introducing a gene fragment comprising a partial sequence of the target gene into a host.
(B) A method for suppressing the expression of a target gene by introducing a gene fragment comprising a partial sequence of the target gene and RNA polymerase into a host.
[0029]
That is, the above (a) is a method of introducing only a gene fragment consisting of a partial sequence of a target gene into a host cell. The above (b) is a method of introducing RNA polymerase into the host cell in addition to the gene fragment consisting of the partial sequence of the target gene.
[0030]
In the present invention, the “target gene” refers to a gene whose function should be suppressed, and includes DNA and RNA. DNA includes, for example, cDNA and genomic DNA obtained by cloning, chemical synthesis techniques, or a combination thereof. The DNA may be double-stranded or single-stranded, and the single-stranded DNA may be a coding DNA serving as a sense strand or an anti-coding strand serving as an antisense strand. Further, the “target gene” may include an untranslated region (UTR) sequence. In addition, the target gene has an unknown or known function, an individual or a cell of another organism, or a function in a cell, but is unknown in a cell to be introduced, or a plurality of types. Those whose functions are unknown are listed. In addition, any of those endogenous to the cell, exogenous, chromosomal, non-chromosomal, etc. may be used, and its origin is not particularly limited.
[0031]
The “gene fragment” is a polynucleotide including at least a partial sequence of the target gene, and may include at least a partial sequence of the target gene or all of the target gene. In other words, the gene fragment is not particularly limited as long as the base sequence of at least a partial region of the target gene is continuous. Details of the gene fragment will be described later.
[0032]
The “host” is an organism (individual) or cell into which the gene fragment is introduced. Examples of the host include single cells, multicells, plants, animals, and the like, and are not particularly limited as long as the gene fragment can be introduced in the same manner as the transformant described later.
[0033]
The above-mentioned “suppression of target gene expression” indicates a decrease in the functional level of at least a part of the target gene by introduction of the gene fragment, and the target gene function may be lost. Specifically, for example, loss of protein and / or mRNA derived from the target gene, inhibition of transcription of mRNA from the target gene, or reduction in the level thereof is shown.
[0034]
One mechanism of the gene expression suppression method of the present invention will be described with reference to FIG. 1 using plant cells as hosts. That is, the mechanism shown in FIG. 1 suppresses the expression of a target gene at a post-transcriptional stage by introducing a gene fragment into a plant cell.
[0035]
Specifically, first, a double-stranded DNA fragment containing a target gene partial sequence is amplified by a PCR method using a DNA fragment containing a partial sequence of the target gene to be suppressed as a template and a primer to which a T7 promoter is added. . As a result, a double-stranded DNA fragment having a T7 promoter sequence at both ends is prepared. When this DNA fragment is introduced into a plant cell together with T7 RNA polymerase, the polymerase acts to form double-stranded RNA corresponding to the sequence of the introduced DNA fragment in the plant cell. As a result, this double-stranded RNA suppresses the expression of the target gene by inducing RNA interference.
[0036]
As described above, the mechanism of FIG. 1 causes RNA interference in a plant cell by introducing a double-stranded DNA fragment having a T7 promoter sequence into the plant cell together with T7 RNA polymerase.
[0037]
However, as shown also in the examples described later, even when only a double-stranded DNA fragment is introduced into a host cell, the mechanism other than the above is also conceivable because the expression of the target gene is similarly suppressed. For example, the mechanism that the DNA fragment itself suppresses the expression of the target gene cannot be denied, and the details of the mechanism are not clear so far.
[0038]
However, by introducing a gene fragment consisting of at least a partial sequence of the target gene into the host cell, the expression of the target gene is reliably suppressed. The gene expression suppression method of the present invention does not require complicated operations such as construction of a vector or production of dsRNA in vitro, as in conventional RNA interference. Therefore, it is extremely simpler than the conventional RNA interference method, and can greatly reduce the time, and can suppress the expression of the target gene with a gene suppression efficiency comparable to that of the conventional RNA interference method. An expression suppression method can be provided.
[0039]
In the gene expression suppression method of the present invention, a promoter sequence may be linked to the 5 ′ end of the gene fragment. Thereby, as shown in the Example mentioned later, the suppression efficiency of a target gene can be made high.
[0040]
Further, if the gene fragment has a promoter sequence, the efficiency of transcription of the gene fragment into RNA can be improved. Therefore, as in the mechanism of FIG. 1 described above, if the dsRNA transcribed from the gene fragment suppresses the expression of the target gene, the target gene can be recovered in a shorter time than when it does not have a promoter sequence. Expression can be suppressed.
[0041]
In the gene expression suppression method of the present invention, the gene fragment may be single-stranded or double-stranded. Similar to normal RNA interference, in order to efficiently suppress the expression of the target gene, the gene fragment is preferably double-stranded. Moreover, if the gene fragment is double-stranded, the expression of the target gene can be suppressed at a lower concentration than in the case of single-stranded. Furthermore, it is preferable that the gene fragment is double-stranded because degradation of intracellular nuclease can be suppressed as compared with a single-stranded case.
[0042]
In the gene expression suppression method of the present invention, the gene fragment consists of a partial sequence of the target gene. In the present invention, the types of nucleic acids of the target gene and gene fragment are not necessarily the same, and may be different. For example, when the target gene is DNA, the gene fragment may be a DNA fragment or an RNA fragment. That is, “a gene fragment consisting of a partial sequence of a target gene” means at least a DNA fragment consisting of a partial sequence of the target gene or an RNA fragment corresponding to the partial sequence. Considering the stability of the gene fragment, the gene fragment is preferably DNA. Thereby, it becomes possible to continuously suppress the expression of the target gene.
[0043]
The partial sequence of the target gene serving as the gene fragment is not particularly limited. For example, when only a specific gene in a gene family having very similar base sequences is desired as a target gene, the gene fragment includes an untranslated region such as 3′-UTR as a partial sequence of the target gene. It is preferable to do. Since this region has low sequence homology even between gene families, the expression of only the target gene can be specifically suppressed from the gene families.
[0044]
If the mechanism of the gene expression suppression method of the present invention requires the formation of dsRNA, the gene fragment preferably contains an exon part, more preferably an ORF part, as a partial sequence of the target gene. preferable. Since the dsRNA fragment transcribed from the gene fragment containing the exon portion of the target gene is homologous to the target mRNA transcribed from the target gene, siRNA (small-interfering RNA) generated by the degradation of dsRNA by dicer is the target mRNA. Hybridize to. As a result, the target mRNA is degraded, so that the expression of the target gene can be suppressed.
[0045]
The length (number) of the base sequence is not particularly limited as long as the gene fragment consists of a partial sequence of the target gene and the expression of the target gene can be suppressed by introduction into the host. In general, the length of dsRNA used for RNA interference is a polynucleotide of about 200 bases. Therefore, the gene fragment may also be a polynucleotide of about 200 bases.
[0046]
In addition, in RNA interference, a short-chain RNA (siRNA) of about 20 to 30 bases decomposed from a dsRNA of about 200 bases is said to suppress the expression of the target gene.
[0047]
Therefore, the gene fragment only needs to be a partial sequence of at least 21 bases in the target gene. Thereby, the expression of a target gene can be suppressed efficiently.
[0048]
The gene fragment may be a modified form in which modification is performed so that one or more bases are substituted, deleted, inserted, and / or added as long as the expression of the target gene is suppressed. However, in the present invention, the homology between the gene fragment and the target gene is a very important factor. For this reason, when the said modification is used as said gene fragment, the expression suppression efficiency of a target gene may fall.
[0049]
Such a variant can be obtained by, for example, using a site-directed mutagenesis method, a method of introducing a point mutation into a base sequence using a PCR method, or the like in the base sequence of the target gene. It can be made by making modifications such that a base is substituted, deleted, inserted, and / or added.
[0050]
Further, the gene fragment may be chemically modified, for example, by labeling in order to easily confirm the suppression of expression of the target gene. However, care must be taken when chemically modifying the above gene fragment. This is because, in the case of conventional RNAi, chemical modification to the 3 ′ end on the antisense strand side of dsRNA does not affect the gene expression suppression effect, whereas the 5 ′ end on the antisense strand side of dsRNA is chemically modified. This is because, if modified, the gene expression suppression effect may be lost. It should be noted that chemical modification on the sense strand side of dsRNA does not affect the gene expression suppressing effect for both 5 ′ and 3 ′.
[0051]
The method for obtaining the gene fragment according to the present invention is not particularly limited, and a gene fragment comprising a partial sequence of the target gene can be obtained by various methods based on the sequence information of the target gene.
[0052]
For example, the gene fragment can be easily synthesized by the PCR method (or its modification method) using a partial sequence of the target gene as a primer. For example, in the base sequence of the target gene, primers are prepared from the 5 ′ side and 3 ′ side sequences, and using these primers, a gene containing a partial sequence of the target gene to be amplified (for example, target A large amount of the gene fragment according to the present invention can be obtained by performing PCR or the like using genomic DNA (or cDNA) having a gene or a fragment thereof as a template and amplifying a DNA region sandwiched between both primers.
[0053]
In other words, the starting material for obtaining the gene fragment is not necessarily double-stranded as long as it is DNA or RNA containing a partial sequence of the target gene, and may be single-stranded. This is because a double-stranded DNA (gene fragment) can be amplified using the single-stranded or double-stranded DNA or RNA as a template. If the template is RNA, PCR may be performed after reverse transcription to DNA (so-called RT-PCR).
[0054]
A gene fragment having a promoter sequence at the 5 ′ end can be obtained by ligating a promoter sequence to the 5 ′ end of the primer. When the gene fragment has a promoter sequence as in the examples described later, the efficiency of suppression of the target gene can be improved by introducing RNA polymerase into the host together with the gene fragment. Here, the “RNA polymerase” is not particularly limited, and various polymerases such as T7 RNA polymerase used in Examples described later can be used.
[0055]
The gene fragment can be obtained not only by chemically synthesizing by PCR but also by fragmenting genomic DNA or cDNA purified from cells or tissues of an organism by enzymatic treatment.
[0056]
The method for introducing the gene fragment into the host cell is not particularly limited, and can be introduced into the host cell by a known genetic engineering technique (gene manipulation technique). Specifically, it can be performed by, for example, a liposome method, an electroporation method (electroporation method), microinjection, particle gun, Agrobacterium, etc. used for RNA interference method.
[0057]
For example, if the host is a nematode, the gene fragment can also be introduced by mixing the gene fragment with food or immersing the nematode in a solution containing the gene fragment.
[0058]
The method for confirming suppression of expression of the target gene by introducing the gene fragment is not particularly limited. For example, as shown in the Examples described later, when a gene involved in chemiluminescence (luciferase) is suppressed, it can be confirmed by comparing the luciferase activity before and after the introduction of the gene fragment. In addition, for example, confirmation can also be made by the form of host cells, the amount of intracellular substances, the amount of substances secreted by cells, the dynamics of intracellular substances, cell-cell adhesion, cell movement, or cell behavior such as cell life. Is possible. In addition, when the function of the target gene is known in other cells, it is preferable to perform the trait related to the function. As a method for analyzing a change in a character, for example, when analyzing a change in a character of a cell, a method of detecting with a microscope or macroscopically can be used. In addition, when the substance to be confirmed is a gene, it can be confirmed by Northern Blot analysis, PCR, or in situ hybridization, and in the case of a protein, a method for measuring reactivity with an antibody or enzyme activity, etc. Is mentioned.
[0059]
As described above, the gene expression suppression method of the present invention introduces a gene fragment consisting of a partial sequence of a target gene, or the gene fragment and RNA polymerase into a host cell.
[0060]
In contrast, in the conventional RNA interference, by introducing double-stranded RNA or introducing a vector and expressing double-stranded RNA in the host cell, mRNA homologous to the RNA sequence is degraded, and the target gene is expressed. It suppresses. In other words, conventional RNA interference is one in which a double-stranded RNA homologous to mRNA transcribed from a target gene is introduced into a host cell or expressed from a vector.
[0061]
Therefore, the gene expression suppression method of the present invention is completely different from the conventional RNA interference method in that a gene fragment consisting of a partial sequence of a target gene is used. Since the gene expression suppression method of the present invention does not require the construction of a vector, it is a very simple gene expression suppression method that replaces the conventional RNA interference method.
[0062]
(2) Use of the gene expression method of the present invention
(1) Transformant of the present invention
The transformant of the present invention is a transformant in which the expression of a target gene is suppressed by the above gene expression suppression method. That is, the gene expression suppression method of the present invention can also be referred to as a method for producing the transformant of the present invention. In the transformant of the present invention, at least a part of the function of the target gene is suppressed by introducing the gene fragment according to the present invention.
[0063]
Here, the “transformant” is meant to include not only cells / tissues / organs into which the gene fragment has been introduced, but also animals / plant individuals. The target animal is not particularly limited, and examples thereof include mammals including humans such as cows, pigs, sheep, goats, rabbits, dogs, cats, guinea pigs, hamsters, mice and rats. The individual also includes its progeny and clones, as well as propagation material for the progeny and clones.
[0064]
In particular, if humans are to be transformed, gene fragments with the gene as a target gene are administered to patients with various diseases caused by gene abnormalities such as gene overexpression and gene mutations. This makes it possible to treat these diseases. More specifically, since the gene fragment can suppress the expression of only the target gene (specific gene), for example, inhibition of virus growth, treatment of persistently infected virus, disease caused by point mutation of gene ( For example, medical applications such as treatment of cancer suppressor gene abnormality) are possible.
[0065]
If animals other than humans are targeted, experimental animals and pathological animals in which the expression of the target gene is suppressed can be produced. Rodents such as mice and rats are widely used as experimental animals and pathological model animals, and many inbred strains have been created, and mice that have techniques for culturing fertilized eggs, in vitro fertilization, etc. It is preferable as an experimental animal / pathological model animal, and knockout mice and the like are useful for further functional analysis of target genes and their homologues, development of diagnostic methods for diseases involving these target genes, and development of therapeutic methods thereof. .
[0066]
In the examples described below, transformants into which the above gene fragment has been introduced by the polyethylene glycol method are prepared using protoplasts of Arabidopsis mesophyll cells as hosts. The gene fragment introduced into the transformant is a partial sequence of a firefly-derived luciferase gene as a target sequence (positions 93 to 597 in the ORF of the firefly luciferase shown in SEQ ID NO: 1 (positions 93 to 597 downstream of the start codon). 505 bp)). In addition, it was confirmed that the transformant was introduced with an expression vector for the full-length gene of T7 RNA polymerase and firefly luciferase together with the gene fragment, and that the luciferase activity was significantly suppressed as compared with the control. Has been. This result shows that the transformant introduced with the gene fragment can suppress the expression of the target gene with high efficiency.
[0067]
The category of the plant includes not only a complete plant but also a part thereof, for example, a leaf, a seed, a tuber, a cutting, and the like. Furthermore, the above-mentioned plants include plant tissues, protoplasts, cells, calli, organs, plant seeds, germs, pollen, egg cells, zygotes, etc. that originate from genetically modified plants and their progeny that have been transformed beforehand. Materials; parts of plants including flowers, stems, fruits, leaves, roots, etc .; suspended cultured cells;
[0068]
Once a transformed plant having the gene fragment introduced thereinto is obtained, offspring can be obtained from the transformed plant by sexual reproduction or asexual reproduction. It is also possible to obtain propagation materials (eg, seeds, fruits, cuttings, tubers, tuberous roots, strains, callus, protoplasts, etc.) from transformed plants and their descendants or clones, and mass-produce transformed plants based on them. Is possible.
[0069]
In this way, a transformed plant can be produced in which the expression of the target gene is remarkably suppressed as compared with the wild-type plant.
[0070]
In addition, about the method of producing the said transformant, as shown in the method of introduce | transducing the gene fragment mentioned above, conventionally well-known various transformation methods can be used. For example, liposome method, polyethylene glycol method, electroporation method (electroporation method), microinjection, particle gun, Agrobacterium-mediated method, ballistic particle acceleration method, and protoplast transformation / regeneration method can be used. . These transformation methods are preferably selected as appropriate according to the type of host.
[0071]
The transformant contains a gene fragment in which the expression of the target gene is suppressed and the partial sequence of the target gene. On the other hand, the above gene fragment does not exist in the transformant produced by the conventional RNA interference method. Therefore, each transformant can be distinguished by confirming the presence or absence of the gene fragment.
[0072]
(2) Gene expression inhibitor and gene disease therapeutic agent of the present invention
As described above, the gene expression suppression method of the present invention can be used to produce a transformant in which the expression of a target gene is suppressed. In other words, the gene fragment consisting of the partial sequence of the target gene is a gene expression inhibitor for suppressing the expression of the target gene. This gene expression inhibitor only needs to contain at least the above gene fragment.
[0073]
When the gene expression inhibitor is administered to cells, tissues, and individuals of humans, mice, and rats and transformed, it is effective for diagnosis of a disease involving a target gene and development of a therapeutic method.
[0074]
Moreover, the medicine which uses the said gene expression inhibitor as an active ingredient can be utilized as a gene disease therapeutic agent. As described in (1) above, if this gene disease therapeutic agent is administered to a patient who has a genetic abnormality, the expression of the gene can be suppressed. For example, it is possible to suppress the expression of genes that are highly sensitive to environmental factors and cancer suppressor genes that have undergone mutation. Therefore, it is effective as a novel therapeutic agent (medicine) for diseases caused by genetic abnormalities such as allergic diseases and cancer. In addition, the administration method in using as a pharmaceutical is not specifically limited, such as oral and intravenous injection.
[0075]
(3) Functional analysis method of the gene of the present invention
The gene function analysis method of the present invention is a method of analyzing the function of a target gene using the gene expression suppression method of the present invention described above.
[0076]
Both proteins and RNA, which are biopolymers, are responsible for various functions in life activities as end products of DNA. Although it is said that there are about 40,000 human genes by genome analysis, less than half of them are known to function, and many genes are unknown.
[0077]
Therefore, it is important to clarify the function of such a function-unknown gene in order to understand the principle of life activity and to elucidate the relationship between the gene and the disease.
[0078]
As described above, when the gene fragment is introduced into a cell, the expression of the target gene is suppressed. Therefore, if a gene fragment is prepared using a gene whose base sequence is known but whose function is unknown as a target gene and then introduced into an appropriate host cell, only the expression of that gene is artificial. It is possible to produce a transformant that is suppressed in the above manner. As a result, the function of the function unknown gene can be identified.
[0079]
That is, the gene functional analysis method of the present invention is particularly effective for performing functional analysis of such a function-unknown gene. Since the gene function analysis method of the present invention uses the gene expression suppression method of the present invention, it can be carried out simply and in a short time. For this reason, it is also suitable for high-throughput screening for rapidly and comprehensively analyzing unknown genes. Therefore, the gene functional analysis method of the present invention is an effective approach for understanding life.
[0080]
Hereinafter, the method for analyzing the function of the gene of the present invention will be described with reference to an example of a method for analyzing the function of a gene whose function is unknown.
[0081]
The gene functional analysis method of the present invention comprises a step of introducing a gene fragment consisting of a partial sequence of a gene with unknown function (gene fragment introduction step) and a step of comparing the functions of the host before and after introduction of the gene fragment (comparison). Process).
[0082]
The gene fragment introduction step is a step of introducing a gene fragment into a host in the same manner as described above. Thereby, the host suppresses the function of the function unknown gene. In the gene fragment introduction step, it is preferable to suppress the function of the unknown function gene as much as possible, and it is more preferable to completely delete the function. For example, as the gene fragment, this makes it easy to estimate the function of a function-unknown gene in the subsequent comparison step.
[0083]
Subsequently, the comparison step is a step of comparing the degree of suppression of expression of the target gene before and after the gene fragment is introduced into the host. That is, the comparison step is a step of identifying the function of a function unknown gene.
[0084]
When the gene fragment is introduced in the gene fragment introduction step, the function of the unknown function gene in the host is suppressed. Therefore, after the gene fragment introduction step, in the same manner as the method for confirming the suppression of the expression of the target gene in the gene expression suppression method of the present invention described above, the expression of the unknown function gene is suppressed by a molecular biological or biochemical method. By confirming the above, the function of the function-unknown gene can be identified. That is, since a trait that appears only in a host into which a gene fragment of an unknown function gene has been introduced is associated with suppression of expression of the unknown function gene (target gene), the function of the target gene can be identified.
[0085]
The gene analysis method of the present invention is applied to a library of unknown functions whose base sequence is determined, such as a library consisting of exon fragments having ORFs contained in genomic DNA, a cDNA library derived from a specific tissue, or a By applying to a mixture, high-throughput screening that comprehensively analyzes all such function-unknown genes can be performed. Thereby, the gene which has the target function can be selected from many function unknown genes. Furthermore, the function of a function-unknown gene can also be identified.
[0086]
Thus, the function unknown gene whose function has been identified is a novel gene and may be used as the aforementioned gene expression inhibitor or gene disease therapeutic agent. The present invention includes genes whose functions have been newly clarified by the functional analysis method of the present invention. A gene whose function has been clarified is effective for diagnosis and treatment of a disease associated with the gene.
[0087]
(4) Kit of the present invention
The kit of the present invention is a kit for carrying out the method described in (1) or (2) above (1) or (3), and includes at least a gene fragment consisting of a partial sequence of a target gene and the gene expression suppression. Any one of these agents, the above-mentioned gene disease therapeutic agent, or a mixture thereof may be contained. Such a kit can be used for easily performing gene expression suppression methods, diagnosis of genetic diseases, prediction of therapeutic effects of therapeutic agents for genetic diseases, and the like. Therefore, the versatility of the present invention is improved by making a kit.
[0088]
The kit further includes reagents for cultured cells, media, enzymes, primers, buffers, etc., reagents for transformation, selective agents, and nucleic acid introduced from the cells to determine the nucleotide sequence. Primers, reagents and the like may be included.
[0089]
The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications are possible within the scope shown in the claims, and embodiments obtained by appropriately combining technical means disclosed in different embodiments. Is also included in the technical scope of the present invention.
[0090]
【Example】
In the following examples, as an example of a method for effectively suppressing the expression of a target gene using a double-stranded DNA fragment, a partial sequence of a firefly luciferase gene or sGFP (S65T) gene is amplified by PCR, Firefly luciferase expression vector (reporter), Renilla luciferase (internal standard), and T7 RNA polymerase were introduced into the host Arabidopsis mesophyll cell protoplasts by the PEG method, and the gene expression inhibitory effect was observed by Dual luciferase assay It is. The present invention is not limited to the following examples.
[0091]
1. Plant material
Arabidopsis thaliana ecotype Columbia (purchased from Height Culture Co., Ltd.) cultivated at 22 ° C. and 60% humidity meteorological device (light period 12 hours, dark period 12 hours) was used.
[0092]
2. DNA fragment preparation
A DNA fragment containing a target sequence of about 500 bp was prepared by PCR using a primer having a T7 promoter added to the 5 ′ end. The primers used are shown below (underlined: T7 promoter).
Target: firefly luciferase (93 to 597 downstream of the start codon in the base sequence of the ORF of firefly luciferase shown in SEQ ID NO: 1: 505 bp)
Forward primer: 5′-TAATACGACTCACTATAGGGAGATACGCCCCTGGTTC-3 ′ (SEQ ID NO: 3)
Reverse primer: 5′-TAATACGACTCACTATAGGGAGAGGAGTTCATGATCAGTG-3 ′ (SEQ ID NO: 4)
Target: sGFP (S65T) (downstream of start codon 113 to 614 in the base sequence of ORF of sGFP (S65T) shown in SEQ ID NO: 2: 502 bp)
Forward primer: 5′-TAATACGACTCACTATAGGGCCCACCTACGGCAAGCTGAC-3 ′ (SEQ ID NO: 5)
Reverse primer: 5'-TAATACGACTCACTATAGGGGTGGGTGCTCAGGTAGTGTT-3 '(SEQ ID NO: 6)
In the primer sequences shown in SEQ ID NOs: 3 to 6, the 5 'terminal T (from thymine) to the 20th G (guanine) corresponds to the T7 promoter sequence.
[0093]
The PCR conditions were 30 cycles, with 94 ° C for 1 min, 52 ° C for 1 min, and 72 ° C for 1 min for one cycle. Next, the length of the PCR product was confirmed by 1.5% agarose gel electrophoresis, and then purified using phenol and chloroform.
[0094]
3. Preparation of dsRNA
Using the above DNA fragment as a template, dsRNA was prepared by in vitro transcription. In vitro transcription was performed using RiboMAX Large Scale RNA Production Systems-T7 (Promega) or T7 RiboMAX Express Large Scale Production Instruction. The RNA obtained by in vitro transcription was purified using phenol and chloroform, and the length was confirmed by 1.5% agarose gel electrophoresis.
[0095]
4). Preparation of mesophyll cell protoplasts
The mesophyll protoplasts were prepared according to the method developed by Sheen [Shen, 2002 # 511]. That is, Arabidopsis rosette leaves (1-2 cm: 10-20 sheets) 3 to 4 weeks after germination were cut into a width of about 0.5 to 1 mm with a scalpel blade and 10 ml of enzyme solution (1.5 % Cellulase Onozuka R10, 0.4% Macerozyme R10, 0.4 M Mannitol, 20 mM KCl, 10 mM CaCl 2 , 0.1% BSA, 20 mM MES, pH 5.7). After performing deaeration under reduced pressure for 15 minutes in a desiccator, the mixture was gently shaken at 23 ° C. and 50 rpm for 90 minutes. After confirming that the protoplast was formed with a microscope, the protoplast solution was filtered with a nylon mesh, and the filtrate was collected in a 50 ml centrifuge tube. The supernatant was removed by centrifugation at 100 × g for 3 minutes at room temperature. Ice-cold W5 solution (154 mM NaCl, 125 mM CaCl 2 , 5 mM KCl, 2 mM MES, pH 5.7) and gently mixed, and then centrifuged again under the above conditions to remove the supernatant. After adding an appropriate amount of ice-cold W5 solution and mixing gently, the cell density is calculated with a hemocytometer and 2 × 10 5 The cells were diluted with an ice-cold W5 solution so as to be cells / ml. This protoplast solution was incubated in ice for 30 minutes and then centrifuged at 100 × g for 3 minutes at room temperature. After removing the supernatant, the cell density is 2 × 10 5 ice-cold MMg solution (0.4 M Mannitol, 15 mM MgCl) 2 , 4 mM MES, pH 5.7).
[0096]
5. Gene transfer to mesophyll protoplasts using PEG (polyethylene glycol)
Introduction of genes into mesophyll protoplasts using PEG was performed according to a method developed by Sheen [Shen, 2002 # 511]. First, 0.5 μg of firefly luciferase expression vector (reporter) (SEQ ID NO: 7) and 0.5 μg of Renilla luciferase expression vector (internal standard) (SEQ ID NO: 8) were added to a 1.5 ml microcentrifuge tube. . Subsequently, 5 μg of dsRNA or 5 μg of DNA fragment was added. Two samples to which DNA fragments were added were prepared, and 100 units of T7 RNA polymerase (Promega) was further added to one of the samples. To each of these tubes, 200 μL of protoplast solution was added, and PEG solution (40% PEG4000, 0.2 M Mannitol, 100 mM CaCl was added. 2 220 μL) and mixed well by gentle pipetting. After incubating at 23 ° C. for 30 minutes, 800 μL of W5 solution was added and gently mixed by inversion. After centrifugation at 100 × g for 3 minutes at room temperature, the supernatant was removed. After adding 100 μL of W5 solution and mixing well by gentle pipetting, it was transferred to a 24-well plate into which 1 ml of W5 solution had been dispensed in advance and mixed gently. Wrapped in aluminum foil and incubated at 22 ° C for 12-15 hours.
[0097]
In the firefly luciferase expression vector sequence shown in SEQ ID NO: 7, the 2433 to 2878th is the CaMV promoter, the 2914 to 4566th is the firefly luciferase, the 4656 to 4930th is the NOS terminator, the 2401 to 2406th is HindIII, and the 2427 to 2432 are BamH. I, 2879 to 2884th corresponds to Sal I, 4737 to 4644th corresponds to Not I, and 4931 to 4936th corresponds to EcoR I.
[0098]
In the Renilla luciferase expression vector shown in SEQ ID NO: 8, the 2433-2878th is a CaMV promoter, the 2896-3383th is a Renilla luciferase, the 3858-4132th is a NOS terminator, the 2401-2406th is HindIII, and 2427-2432. BamH I, 2879 to 2884th correspond to Sal I, 3839 to 3846th correspond to Not I, and 4133 to 4138th correspond to EcoR I.
[0099]
6). Dual luciferase assay
The protoplast solution was transferred to a 1.5 ml microcentrifuge tube and centrifuged at 100 × g for 3 minutes at room temperature. After removing the supernatant, 100 ml of 1 × Passive Lysis buffer (Promega) was added. Cells were lysed by gentle vortexing and left at room temperature for 5 minutes. 10 ml of this cell lysate was set in a luminometer (Turner Designs TD-20 / 20 Luminometer), and the firefly and Renilla luciferase activities were measured. The efficiency of plasmid introduction in each assay was normalized by dividing the activity value of firefly luciferase by the activity value of Renilla luciferase.
[0100]
7. Experimental result
First, in order to confirm that RNAi can be observed in this assay system, dsRNA of about 500 bp was introduced. As a result, an expression suppression effect of 80% or more was observed (FIG. 2). From this result, it was shown that this assay system is applicable to the observation of RNAi.
[0101]
Next, when a DNA fragment amplified by PCR and T7 RNA polymerase were simultaneously introduced, an expression suppression effect of about 80% was observed (FIG. 3).
[0102]
On the other hand, an inhibitory effect of about 70% was also observed in the case of only the DNA fragment (without T7 RNA polymerase) (FIG. 4). From these results, it was found that the contribution rate of T7 RNA polymerase to silencing was about 10%, which was considerably smaller than the original expectation. On the other hand, the expression of the target gene was significantly increased only with the DNA fragment (about about 70%).
[0103]
【The invention's effect】
As described above, the gene expression suppression method of the present invention is applied to the conventional RNA interference method by introducing only a gene fragment consisting of a partial sequence of a target gene or the gene fragment and RNA polymerase into a host cell. It is characterized by having a comparable gene expression suppression effect.
[0104]
This method can be applied to, for example, high-throughput screening of genes with unknown functions as a method of reverse genetics that replaces the conventional method because of the ease of operation and high suppression efficiency, and is extremely useful in practice.
[0105]
[Sequence Listing]
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[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of the mechanism of the gene expression suppression method of the present invention.
FIG. 2 is a graph showing the gene expression inhibitory effect when dsRNA is introduced into protoplasts in Examples of the present invention.
FIG. 3 is a graph showing the effect of suppressing gene expression when a DNA fragment and T7 RNA polymerase are simultaneously introduced into a protoplast in an example of the present invention.
FIG. 4 is a graph showing measurement results of luciferase activity when only DNA fragments are introduced into protoplasts in Examples of the present invention.

Claims (12)

標的遺伝子の部分配列からなる遺伝子断片を、宿主に導入することによって、標的遺伝子の発現を抑制する遺伝子発現抑制法。A gene expression suppression method for suppressing the expression of a target gene by introducing a gene fragment comprising a partial sequence of the target gene into a host. 標的遺伝子の部分配列からなる遺伝子断片と、RNAポリメラーゼとを、宿主に導入することによって、標的遺伝子の発現を抑制する遺伝子発現抑制法。A gene expression suppression method for suppressing expression of a target gene by introducing a gene fragment comprising a partial sequence of the target gene and RNA polymerase into a host. 上記遺伝子断片は、5’末端にプロモーター配列を有する請求項1または2に記載の遺伝子発現抑制法。The gene expression suppression method according to claim 1 or 2, wherein the gene fragment has a promoter sequence at the 5 'end. 上記遺伝子断片は、2本鎖である請求項1〜3のいずれか1項に記載の遺伝子発現抑制法。The gene expression suppression method according to any one of claims 1 to 3, wherein the gene fragment is a double strand. 上記遺伝子断片は、DNAである請求項1〜4のいずれか1項に記載の遺伝子発現抑制法。The gene expression suppression method according to any one of claims 1 to 4, wherein the gene fragment is DNA. 上記遺伝子断片は、少なくとも21塩基または塩基対からなる請求項1〜5のいずれか1項に記載の遺伝子発現抑制法。The gene expression suppression method according to any one of claims 1 to 5, wherein the gene fragment comprises at least 21 bases or base pairs. 請求項1〜6のいずれか1項に記載の遺伝子発現抑制法を用いて作製された、標的遺伝子の発現が抑制された形質転換体。A transformant in which expression of a target gene is suppressed, produced using the gene expression suppression method according to claim 1. 請求項1〜6のいずれか1項に記載の遺伝子発現抑制法を用い、標的遺伝子の機能を解析する遺伝子の機能解析法。A gene function analysis method for analyzing the function of a target gene using the gene expression suppression method according to any one of claims 1 to 6. 上記標的遺伝子は、既知の塩基配列からなる機能未知遺伝子であり、
標的遺伝子の部分配列からなる遺伝子断片を宿主に導入する工程と、
当該遺伝子断片の導入前後の宿主の機能を比較する工程とを含むことを特徴とする請求項8に記載の遺伝子の機能解析法。
The target gene is a gene with unknown function consisting of a known base sequence,
Introducing a gene fragment consisting of a partial sequence of a target gene into a host;
The method for analyzing the function of a gene according to claim 8, further comprising a step of comparing the functions of the host before and after the introduction of the gene fragment.
標的遺伝子の部分配列からなる遺伝子断片を含み、標的遺伝子の発現を抑制する遺伝子発現抑制剤。A gene expression inhibitor comprising a gene fragment consisting of a partial sequence of a target gene and suppressing the expression of the target gene. 請求項9に記載の遺伝子の機能解析法によって機能が明らかとなった遺伝子、または請求項10に記載の遺伝子発現抑制剤を有効成分とする遺伝子疾患治療薬。The gene disease therapeutic agent which uses the gene by which the function analysis method of the gene of Claim 9 was clarified, or the gene expression inhibitor of Claim 10 as an active ingredient. 請求項1〜6のいずれか1項に記載の遺伝子発現抑制法、または、請求項8または9に記載の遺伝子の機能解析法に用いるキットであって、
標的遺伝子の部分配列からなる遺伝子断片、請求項10に記載の遺伝子発現抑制剤、または、請求項11に記載の遺伝子疾患治療薬のいずれかを含むキット。
A kit used for the gene expression suppression method according to any one of claims 1 to 6, or the gene function analysis method according to claim 8 or 9,
A kit comprising any one of a gene fragment comprising a partial sequence of a target gene, the gene expression inhibitor according to claim 10, or the gene disease therapeutic agent according to claim 11.
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