【発明の詳細な説明】
シトシンデアミナーゼ(CD)遺伝子に基づく
二機能性選択融合遺伝子背景
本発明は、広く、選択表現型を発現する遺伝子に関する。より特定すれば、本
発明は、優性のポジティブ選択表現型とネガティブ選択表現型とを共に発現し得
る遺伝子に関する。
選択表現型を発現する遺伝子は、遺伝子を導入された宿主細胞を同定および単
離するための手段として組換えDNA技術において広く用いられている。典型的に
は、選択表現型を発現する遺伝子は、組換え発現ベクターの一部として宿主細胞
に導入される。ポジティブ選択遺伝子は、導入された遺伝子を安定した形態で保
持している細胞を同定および/または単離するための手段を提供する。そして、
この能力によって、これら遺伝子は、遺伝子導入および遺伝子機能の解析を助長
する。その一方で、ネガティブ選択遺伝子は、導入された遺伝子を保持する細胞
を排除するための手段を提供する。
動物細胞において選択表現型を与える数多くの遺伝子が入手可能である。細菌
のネオマイシンホスホトランスフェラーゼ遺伝子(neo)(Colbere-Garapinら、J
.Mol.Biol.150:1,1981)、ハイグロマイシンホスホトランスフェラーゼ遺伝
子(hph)(Santerreら、Gene 30:147,1984)、およびキサンチン−グアニンホス
ホリボシルトランスフェラーゼ(gpt)遺伝子
(MulliganおよびBerg、Proc.Natl.Acad.Sci.USA 78:2072,1981)は、広く、
優性のポジティブ選択遺伝子として使用される。Herpes simplexウイルスI型の
チミジンキナーゼ(HSV-I TK)遺伝子(Wiglerら、Cell 11:223,1977);細胞由
来のアデニンホスホリボシルトランスフェラーゼ(APRT)遺伝子(Wiglerら、Proc
.Natl.Acad.Sci.USA 76:1373,1979);およびヒポキサンチンホスホリボシ
ルトランスフェラーゼ(HPRT)遺伝子(Jollyら、Proc.Natl.Acad.Sci.USA 80
:477,1983)は、一般に、劣性のポジティブ選択遺伝子として使用される。概し
て、優性の選択遺伝子は、劣性遺伝子よりも、より用途が広い。なぜなら、劣性
遺伝子の使用は、選択可能な機能において不完全な変異細胞に限定される一方で
、優性遺伝子は野生型細胞で使用され得るからである。
いくつかの遺伝子は、ネガティブ選択表現型およびポジティブ選択表現型を与
える。これらには、HSV-I TK、HPRT、APRT、およびgpt遺伝子が包含される。こ
れら遺伝子は、ヌクレオシドまたはプリンアナログの細胞毒性中間体への変換を
触媒する酵素をコードしている。ヌクレオシドアナログのガンシクロビル(ganci
clovir; GCV)は、HSV-I TKの効果的な基質であるが、細胞由来のTKに関しては不
十分な基質である。従って、これは、野生型細胞におけるHSV-I TK遺伝子に対し
てのネガティブ選択に使用され得る(St.Clairら、Antimicrob.Agents Chemot
her.31:844,1987)。しかしながら、HSV-I TK遺伝子は、細胞由来のTK活性を
欠いている変異細胞にお
いては、ポジティブ選択にのみ効果的に使用され得る。同様に、上記HPRTおよび
APRT遺伝子のポジティブ選択またはネガティブ選択のいずれかへの使用は、それ
ぞれHPRT-細胞またはAPRT-細胞に限定される(Fenwick、「HGPRTシステム」、33
3-373頁、M.Gottesman(編)、Molecular Cell Genetics、John Wiley and Son
s、New York、1985;Taylorら、「APRTシステム」、311-332頁、M.Gottesman(
編)、Molecular Cell Genetics、John Wiley and Sons、New York、1985)。一
方、gpt遺伝子は、野生型細胞において、ポジティブ選択およびネガティブ選択
のいずれにも使用され得る。野生型細胞におけるgpt遺伝子に対するネガティブ
選択は、6-チオキサンチンを用いて可能である。これは、細菌gpt酵素によって
、細胞毒性ヌクレオチドアナログに効果的に変換されるが、細胞由来のHPRT酵素
によっては変換されない(Besnardら、Mol.Cell.Biol.7:4139,1987)。
別のネガティブ選択遺伝子が、最近、Mullenら(Proc.Natl.Acad.Sci.USA
89:33,1992)によって報告された。細菌のシトシンデアミナーゼ(CD)遺伝子は
、5-フルオロシトシン(5-FC)を5-フルオロウラシル(5-FU)に変換する。5-FUは、
さらに細胞内で、5-フルオロ-ウリジン-5'-トリホスフェートおよび5-フルオロ-
2'-デオキシ-ウリジン-5'-モノホスフェートに代謝される。これらは、RNAおよ
びDNA合成を阻害し、細胞死を引き起こす。従って、5-FCは、CD遺伝子を保有し
発現する細胞を効果的に除去し得る。CD遺伝子は、正常細胞にお
いてポジティブに選択可能ではない。
さらに最近、ヒトの遺伝子療法(gene therapy)に用いるために設計された遺伝
子導入ベクター中に組み込まれ得る選択遺伝子に関心が向けられている。遺伝子
療法は、例えば、細胞活性または細胞表現型を改変し、あるいは代わりに病気の
治療に必要な薬剤を発現させ得る異種遺伝子を導入することによって、正常な細
胞機能を増強する手段として使用され得る。遺伝子療法はまた、1つもしくは複
数の遺伝子の欠陥もしくは欠損に起因する先天性遺伝病の治療に用いられ得る。
これらの疾患は、集合的に重大な病状および死を招く。このような遺伝病の事例
には、血友病AおよびB(それぞれ、血液凝固第VIII因子および第IX因子の欠乏
によって引き起こされる)、α1アンチトリプシン欠損症、およびアデノシンデ
アミナーゼ欠損症が包含される。これら特定のケースの各々においては、欠けて
いる遺伝子は同定されており、その相補DNA(cDNA)は、分子としてクローンされ
ている(Woodら、Nature 312:330,1984;Ansonら、Nature 315:683,1984;お
よびLongら、Biochemistry 23:4828,1984;Daddonaら、J.Biol.Chem.259:12
101,1984)。待期療法が、これら遺伝病のいくつかについて適用される(通常
、血液製剤の投与または輸血の形態で)一方で、このような遺伝病治療の1つの
方法は、欠損または失われている遺伝子の代替を患者の体細胞へ導入することで
ある。このプロセスは、「遺伝子療法」と呼ばれる(Anderson,Science 226:40
1,1984)。
遺伝子療法のプロセスは、典型的には、(1)患者から体(非生殖)細胞を取り
出す工程、(2)エクスビボ(ex vivo)において、治療または代替(replacement)遺
伝子を、治療または代替遺伝子を発現し得る適切なベクターを介して細胞に導入
する工程、および(3)これら細胞をもとの患者に移植または注入(transfuse)する
工程(ここで、該治療または代替遺伝子は発現し、ある種の治療上の恩恵をもた
らす)を含む。ヒトの遺伝子療法に関する体細胞への遺伝子導入は、現在、エク
スビボにおいて達成され(Kasidら、Proc.Natl.Acad.Sci.USA 87:473,1990
;Rosenbergら、N.Engl.J.Med.323:570,1990)、そしてこの比較的効率の
悪いプロセスは、代替遺伝子が導入された細胞を(それらを患者へ戻す前に)同
定および単離するための、優性のポジティブ選択遺伝子の使用によって、促進さ
れるであろう。例えば、上記neo遺伝子は、ヒト遺伝子療法において用いられる
遺伝的に改変された細胞の同定に用いられている。
しかしながら、いくつかの事例では、遺伝的に改変された細胞の導入が実際に
患者の健康を危険にさらす可能性がある。遺伝的に改変された細胞をインビボ(i
n vivo)において選択的に除去する能力は、その手法を逆に戻すことを許容する
ことにより、遺伝子療法を受ける患者に安全という付加マージンを与える。この
ことは、(野生型細胞において機能し得る)ネガティブ選択(すなわち、「自殺
」)遺伝子をベクターに組み込むことによって達成され得る。優性のポジティブ
選択
表現型とネガティブ選択表現型とを与え得る遺伝子の組み込みは、ポジティブ選
択表現型およびネガティブ選択表現型の共発現(co-expression)および共調節(co
-regulation)を確実にし、そしてベクターのサイズを最小化し得る。しかしなが
ら、いくつかの事例におけるgpt遺伝子に関するポジティブ選択には、測定する
ことが困難となり得る精密な選択条件が要求される。その理由は、gpt遺伝子を
用いているというよりはむしろ、優性のポジティブ選択表現型とネガティブ選択
表現型との共発現が、2つの異なる遺伝子(これらは、他の優性のポジティブに
およびネガティブに選択可能な機能を別々にコードしている)の共発現によって
一般的に達成されることにある。
異なる遺伝子によってコードされる、優性のポジティブ選択表現型およびネガ
ティブ選択表現型を共発現させるための現存するストラテジーには、通常、複雑
な難題を与える。もっとも広く使用される技法は、2つの表現型を別々にコード
する2つのプラスミドを共にトランスフェクト(co-transfect)することである(
Wiglerら、Cell 16:777,1979)。しかしながら、共導入(co-transfer)の効率
は、めったに100%とならず、そして2つの遺伝子は、独立して遺伝学的または
発生機構学的調節を受け得る。第2のストラテジーは、2つの遺伝子を、単一プ
ラスミド上で連結させるかまたはウイルスベクター中に2つの独立した転写ユニ
ットとして配置することである。この方法もまた、これら遺伝子が独立して調節
され
得るという不都合を欠点としてもつ。レトロウイルスベクターの場合、一方また
は他方の独立した転写ユニットのサプレッションが、起こり得る(Emermanおよ
びTemin、Mol.Cell.Biol.6:792,1986)。さらに、機能的な多くのプロモー
ターを有するレトロウイルスベクターが首尾よく作成されているにもかかわらず
、ある状況下では、ウイルスベクター中に2つの機能的な転写ユニットを収容し
得る十分なスペースがないことがあり得る(Overellら、Mol.Cell.Biol.8:18
03,1988)。第3のストラテジーは、2つの遺伝子を1つの2シストロンmRNAと
して、単一のプロモーターを用いて発現させることである。しかしながら、この
方法によれば、遠位のオープンリーディングフレームは、しばしば、一定しない
効率で(そして通常は減縮されて)翻訳され(Kaufmanら、EMBOJ.6:187,1987
)、そしてこのような発現ストラテジーが1次細胞においていかに有効なのか定
かではない。
本発明は、異なる遺伝子によってコードされる、優性のポジティブ選択表現型
とネガティブ選択表現型とをさらに効果的にかつ確実に共発現するための方法を
提供する。
発明の要旨
本発明は、ネガティブ選択遺伝子と共にリーディングフレームにあり、かつネ
ガティブ選択遺伝子に融合した優性のポジティブ選択遺伝子を含む選択融合遺伝
子(selectable fusion gene)を提供する。本選択融合遺伝子は、単一の二機能性
融合タンパク質をコードする。このタンパク質は、宿主細胞に、優性のポジティ
ブ選択表現型とネガティブ選択表現型とを与え得る。本発明の選択融合遺伝子は
、ネガティブ選択のための細菌シトシンデアミナーゼ(CD)遺伝子由来のヌクレオ
チド配列を含有する。
好ましい実施態様において、本選択融合遺伝子は、neo遺伝子由来のヌクレオ
チド配列に融合した細菌CD遺伝子由来のヌクレオチド配列を含有する。この遺伝
子は、本明細書においてCD-neo選択融合遺伝子(配列番号1)と呼ばれる。この
CD-neo選択融合遺伝子は、優性のポジティブ選択に関するG-418耐性(G-418r)と
ネガティブ選択に関する5-フルオロシトシン感受性(5-FCs)とを与える。
本発明はまた、本選択融合遺伝子を含有する組換え発現ベクター(例えばレト
ロウイルス)、および該組換え発現ベクターを導入された細胞を提供する。
本発明の選択融合遺伝子は、単一の遺伝子体として発現および調節されるので
、高効率の共調節および共発現を可能とする。
図面の簡単な説明
図1は、プラスミドtgCMV/hygro/LTR、tgCMV/neo、tgCMV/hygro-CD、tgCMV/CD
-hygro、tgCMV/neo-CDおよびtgCMV/CD-neoに含まれる発現カセットの図解を示す
。水平方向の矢印は、転写開始部位および転写方向を示す。LTRとラベル表示さ
れた
白抜き枠は、レトロウイルスの長末端反復である。CMVとラベル表示された白抜
き枠は、サイトメガロウイルスのプロモーターである。
図2は、NIH/3T3細胞のトランスフェクトされたもののプールから調製された
抽出物に関するシトシンデアミナーゼアッセイの結果を示す。この抽出物は、シ
トシンからウラシルへの変換を測定することによりアッセイされた。
図3は、本発明において使用されるレトロウイルスベクターtgLS(+)neoおよ
びtgLS(+)CD-neoのプロウイルスの構造の図解を示す。
図4は、非感染NIH/3T3(レーン1)、tgLS(+)neo感染NIH/3T3(レーン2)、お
よびtgLS(+)CD-neo感染NIH/3T3(レーン3)細胞プールに関するシトシンデアミ
ナーゼアッセイの結果を示す。この結果は、tgLS(+)CD-neoに感染した細胞が、
高レベルのシトシンデアミナーゼ活性を発現することを示す。
図5は、非感染NIH/3T3細胞(プレートa、bおよびc)ならびにtgLS(+)neo(
プレートdおよびe)またはtgLS(+)CD-neo(プレートfおよびg)レトロウイルス
に感染したNIH/3T3細胞の染色されたコロニーの写真を示す。細胞は、長期増殖
アッセイにおいて、培地単独(プレートa)あるいはG-418(プレートb、dおよび
f)またはG-418+5-FC(プレートc、eおよびg)を補充された培地中で増殖させ
られた。データは、非感染NIH/3T3細胞がG-418に感受性であり、そして5-FCに耐
性であり、tgLS(+)neoに感染したNIH/3T3細胞がG-418および5-FCの
両方に耐性であり、そしてtgLS(+)CD-neoに感染したNIH/3T3細胞がG-418に耐性
であり、そして5-FCに感受性であったことを示す。
発明の詳細な説明
配列番号1および配列番号2(請求の範囲の直前に示している)は、本発明のCD
-neo選択融合遺伝子のヌクレオチド配列および対応するアミノ酸配列の特定の実
施態様を示す。配列表に示されたCD-neo選択融合遺伝子は、neo遺伝子(ヌクレオ
チド1282位〜2073位)由来の配列に連結したCD遺伝子(ヌクレオチド4位〜1281位
)由来の配列を含む。定義
本明細書中で使用されるように、用語「選択融合遺伝子」とは、ネガティブ選
択遺伝子に融合され、かつネガティブ選択遺伝子と共にリーディングフレーム中
にある優性ポジティブ選択遺伝子を含むヌクレオチド配列のことを言い、そして
それは、細胞宿主に優性ポジティブ選択表現型およびネガティブ選択表現型を与
え得る単一の二機能性融合タンパク質をコードする。「優性ポジティブ選択遺伝
子」とは、細胞宿主に優性ポジティブ選択表現型を与えるタンパク質をコードす
るヌクレオチド配列のことを言い、そして以下にさらに詳細に議論および例示さ
れる。「ネガティブ選択遺伝子」とは、細胞宿主にネガティブ選択表現型を与え
るタンパク質をコー
ドするヌクレオチド配列のことを言い、そしてまた以下にさらに詳細に議論およ
び例示する。「選択遺伝子」とは、一般に、優性ポジティブ選択遺伝子およびネ
ガティブ選択遺伝子のことを言う。
選択遺伝子の発現産物(すなわち、選択遺伝子によりコードされるタンパク質)
がペプチド結合により融合され、そして2種のタンパク質の各々の生物学的活性
の少なくとも一部分が保持されている場合には、選択遺伝子は、別の選択遺伝子
「に融合され、そして別の選択遺伝子と共にリーディングフレーム中にある」。
本明細書中に開示されるCD-neo選択融合遺伝子に関して、CDタンパク質およびne
oタンパク質がペプチド結合により融合され、そして単一の二機能性融合タンパ
ク質として発現される場合には、CD遺伝子(シトシンデアミナーゼをコードし、5
-フルオロシトシン感受性、すなわち5-FCsのネガティブ選択表現型を与える)は
、neo遺伝子(ネオマイシンホスホトランスフェラーゼをコードし、G-418耐性、
すなわちG-418rの優性ポジティブ選択表現型を与える)に融合され、そしてneo遺
伝子と共にリーディングフレーム中にある。
本発明の構成成分の選択遺伝子配列は、好ましくは、隣接している;しかし、
構成成分の選択遺伝子配列が、イントロンのような内部非翻訳ヌクレオチド配列
で分けられている選択融合遺伝子を構築することは可能である。本発明の目的の
ために、選択融合遺伝子の発現は、構成成分の選択遺伝子配列の発現産物がペプ
チド結合により融合されている単一の二
機能性融合タンパク質を生じる場合には、このような非隣接選択遺伝子配列は融
合されると考えられる。
「ヌクレオチド配列」とは、DNAまたはRNA配列のようなデオキシリボヌクレオ
チドまたはリボヌクレオチドのヘテロポリマーのことを言う。ヌクレオチド配列
は、別個のフラグメントの形態であるか、またはより大きな構築物の成分として
存在する。好ましくは、ヌクレオチド配列は、標準的な生化学的方法により、例
えば、クローニングベクターを使用して、配列の同定、操作、および回収を可能
にする量または濃度である。組換えヌクレオチド配列は、クローニング、制限酵
素分解、および連結反応の工程の種々の組み合わせの産物である。この工程は、
自然系において見出される相同な配列と区別可能な構造コード配列を有する構築
物を生じる。一般に、構造コード配列、例えば、本発明の選択融合遺伝子をコー
ドするヌクレオチド配列は、ヌクレオチドフラグメントおよび短いオリゴヌクレ
オチドリンカーから、または一連のオリゴヌクレオチドから組み立てられて、組
換え転写単位において発現され得る合成遺伝子を提供し得る。このような配列は
、好ましくは、真核生物の遺伝子中に典型的に存在する内部非翻訳配列、すなわ
ちイントロンにより中断されていないオープンリーディングフレームの形態で提
供される。関連の選択遺伝子配列を含むゲノムDNAは、好ましくは、選択遺伝子
をコードする適切なヌクレオチド配列を得るために使用される;しかし、cDNAフ
ラグメントもまた使用され得る。このような
配列がコード領域の操作または発現を妨げない場合には、非翻訳DNAの配列は、
オープンリーディングフレームから5'側または3'側に存在し得るか、あるいはオ
ープンリーディングフレーム内に存在し得る。しかし、いくつかの遺伝子は、あ
る宿主における適切な発現に必要であるイントロンを含み得る。例えば、HPRT選
択遺伝子は、胚性幹(ES)細胞における発現に必要であるイントロンを含む。上記
で示唆したように、本発明のヌクレオチド配列はまた、RNA配列を含み得る。例
えば、そこでは、そのヌクレオチド配列は細胞宿主を感染させるためのレトロウ
イルス中にRNAとしてパッケージされる。レトロウイルス発現ベクターの使用は
、下記にさらに詳しく議論される。
用語「組換え発現ベクター」とは、トランスフェクションまたはウイルス感染
により標的細胞中に形質導入され得、そして選択融合遺伝子の発現をコードする
形態のDNAまたはRNAの複製可能な単位のことを言う。この選択融合遺伝子は、遺
伝子発現において調節の役割を有する1つまたは複数の遺伝的要素、例えば、転
写開始配列および転写終止配列ならびに翻訳開始配列および翻訳終止配列の制御
下で、mRNAへ転写され、そしてタンパク質に翻訳される。本発明の組換え発現ベ
クターは、細菌細胞において複製され、かつ例えば、カルシウムホスフェート沈
澱、エレクトロポレーションまたは他の物理的な導入方法により標的細胞中に直
接トランスフェクトされるDNA構築物の形態を取り得る。RNA構築物の形態を取る
組換え発現ベクターは、例えば、プロウイルスDNAベクターを用いて予めトラン
スフェクトされ、そしてプロウイルスDNAのRNA転写物を含むレトロウイルスを生
じる適切な「パッケージング」細胞株によりパッケージされる感染性レトロウイ
ルスの形態であり得る。宿主細胞は、レトロウイルスで感染させられ、そしてレ
トロウイルスRNAは、宿主細胞の染色体DNA中に安定に組み込まれてプロウイルス
を形成する2本鎖DNA中間体への逆転写により複製される。次いで、プロウイル
スDNAは、宿主細胞中で発現されて、DNAによってコードされるポリペプチドを生
成する。従って、本発明の組換え発現ベクターは、感染性レトロウイルス内に存
在するRNA構築物だけでなく、適切な宿主細胞内の染色体DNA中に安定に組み込ま
れたレトロウイルスRNAゲノムのDNA逆転写物、またはそのクローン化コピーを包
含するプロウイルスDNAのコピー、もしくはレトロウイルスDNAの組み込まれてい
ない中間体形態のクローン化コピーも含む。プロウイルスDNAは、プロウイルス
配列が感染された宿主細胞において発現される場合、mRNAに転写されそしてタン
パク質に翻訳される選択された構造DNA配列に独立して作動可能に関連する転写
因子を含む。直接的トランスフェクションに使用される組換え発現ベクターは、
細菌宿主細胞においてベクターの複製を可能にするDNA配列を含む。本発明にお
ける使用に適する種々の組換え発現ベクターを、以下に記載する。
「(形質)導入する」とは、選択融合遺伝子を含む組換え発
現ベクターの細胞中への導入を意味する。形質導入法は、本質的に物理的であり
得(すなわち、トランスフェクション)、すなわちそれらの方法は、RNAに転写
され、感染性ウイルス粒子中にパッケージされ、そして標的細胞を感染させるた
めに使用され、それによって所望の遺伝材料を送達し(すなわち、感染)得るDNA
をコードする組換えウイルスベクター(レトロウイルスなど)の使用に頼り得る
。多くに異なるタイプの哺乳動物の遺伝子導入および組換え発現ベクターが開発
されてきた(例えば、MillerおよびCalos編「Gene Transfer Vectors for Mammal
lan Cells」Current Comm.Mol.Biol.、(Cold Spring Harbor Laboratory、New
York、1987)を参照のこと)。裸のDNAは、カルシウムホスフェートトランスフェ
クション(Bermanら、Proc.Natl.Acad.Sci.USA 84 81:7176、1984)、DEAE-デ
キストラントランスフェクション(McCutchanら、J.Natl.Cancer Inst.41:351
、1986;Luthmanら、Nucl.Acids Res.11:1295、1983)、プロトプラスト融合(D
eansら、Proc.Natl.Acad.Sci.USA 84 81:1292、1984)、エレクトロポレーシ
ョン(Potterら、Proc.Natl.Acad.Sci.USA 84 81:7161、1984)、リポフェク
ション(Felgnerら、Proc.Natl.Acad.Sci.USA 84:7413、1987)、ポリブレン
ヘキサジメスリンブロミドトランスフェクション(Polybrene hexadimethrine br
omide transfection)(KawaiおよびNishizawa、Mol.Cell.Biol.4:1172、1984)
および細胞膜のレーザーマイクロ穿刺による直接遺伝子導入(Taoら、Proc.Natl
.Acad.Sci.U
SA 84:4180、1987)を包含する(しかし、限定されない)多くの技法のうちいずれ
か1つを用いてトランスフェクションにより哺乳動物の細胞中に物理的に導入さ
れ得る。組換え感染性ウイルス粒子を遺伝子送達に利用する種々の感染技法が開
発されてきた。これは、本発明への好ましいアプローチを表す。この方法におい
て使用されてきたウイルスベクターは、シミアンウイルス40(SV40;Karlssonら
、Proc.Natl.Acad.Sci.USA 84 82:158、1985)、アデノウイルス(Karlssonら
、EMBOJ.5:2377、1986)、アデノ関連ウイルス(LaFaceら、Virology 162:483、1
988)およびレトロウイルス(Coffin、1985、17〜71頁、Weissら編、RNA Tumor Vi
ruses、第2版 Vol.2、Cold Spring Harbor Laboratory、New York)由来のウイ
ルスベクターを包含する。従って、遺伝子導入および発現の方法は、数多く存在
するが、哺乳動物細胞において遺伝子材料を導入および発現するように本質的に
機能する。上記の技法のいくつかは、造血細胞またはリンパ細胞を形質導入する
ために使用されてきたが、これらは、カルシウムホスフェートトランスフェクシ
ョン(Bermanら、上記、1984)、プロトプラスト融合(Deansら、上記、1984)、エ
レクトロポレーション(Cannら、Oncogene 3:123、1988)、ならびに組換えアデノ
ウイルス(Karlssonら、上記;Reutherら、Mol.Cell.Biol.6:123、1986)、ア
デノ関連ウイルス(LaFaceら、上記)およびレトロウイルスベクター(Overellら、
Oncogene 4:1425、1989)による感染を包含する。1次性Tリンパ球は、エレクト
ロポレーション
(Cannら、上記、1988)およびレトロウイルス感染(Nishiharaら、Cancer Res.48
:4730、1988;Kasidら、上記、1990)により首尾良く形質導入されてきた。選択融合遺伝子の構築
本発明の選択融合遺伝子は、ネガティブ選択遺伝子と融合された優性ポジティ
ブ選択遺伝子を包含する。選択遺伝子は、一般的に、例えば、抗生物質耐性表現
型を与え得、または(優性ポジティブ選択に対して)独立栄養要求を供給し得、も
しくは(ネガティブ選択に対して)毒性代謝物を活性化し得るタンパク質をコード
する遺伝子を包含する。二機能性融合タンパク質をコードするDNA配列は、組換
えDNA技法を使用して構築され、優性ポジティブ選択性遺伝子およびネガティブ
選択遺伝子をコードする個々のDNAフラグメントを適切な発現ベクターに組み立
てる。ある選択遺伝子の3'末端は、他の選択遺伝子の5'末端に連結され、フレー
ム内の配列のリーディングフレームにより、mRNA配列を単一の生物学的に活性な
二機能性融合タンパク質に翻訳することが可能になる。選択融合遺伝子は、単一
のプロモーターの制御の下で発現される。
優性ポジティブ選択遺伝子は、宿主細胞中に形質導入される際に、安定な形質
導入体のポジティブ選択を可能にする優性表現型を発現する遺伝子である。本発
明の優性ポジティブ選択遺伝子は、好ましくは、抗生物質G418に対する耐性をコ
ードするTn5由来のアミノグリコシドホスホトランスフェラー
ゼ遺伝子(neoまたはaph)(Colbere-Garapinら、J.Mol.Biol.150:1、1981;Sou
thernおよびBerg、J.Mol.Appl.Genet.1:327、1982);および、ハイグロマイ
シン耐性(Hmr)の選択表現型を与えるハイグロマイシン-Bホスホトランスフェラ
ーゼ遺伝子(hphまたは「hygro」)(Santerreら、Gene 30:147、1984;Sugdenら、
Mol.Cell.Biol.5:410、1985;ATCC受託番号39820として、プラスミドpHEBol
から入手可能)から成る群より選択される。ハイグロマイシンBは、転位を妨害
して誤翻訳を促進することによりタンパク質合成を阻害するアミノグリコシド抗
生物質である。hph遺伝子は、抗生物質ハイグロマイシンBをリン酸化して無毒
化することにより、hph遺伝子で形質導入された細胞にHmrを与える。他の受容可
能な優性ポジティブ選択遺伝子は、以下を包含する:ネオマイシンホスホトラン
スフェラーゼをコードする細菌neo遺伝子(Beckら、Gene 19:327、1982);ミコフ
ェノール酸に対する耐性をコードする大腸菌由来のキサンチン-グアニンホスホ
リボシルトランスフェラーゼ遺伝子(gpt)(MulliganおよびBerg、Proc.Natl.Ac
ad.Sci.USA 78:2072、1981);プリンの生合成に必要であり、かつ増加したレ
ベルのDHFRを構成的に発現する細胞を選択するために薬物メトトレキセート(MTX
)により競合的に阻害され得るネズミ細胞または大腸菌由来のジヒドロ葉酸レダ
クターゼ(DHFR)遺伝子(SimonsenおよびLevinson、Proc.Natl.Acad.Sci.USA
80:2495、1983;Simonsenら、Nucl.Acids Res.16:2235、1988);S.typhimuri
umヒスチジノール
デヒドロゲナーゼ(hisD)遺伝子(Hartmanら、Proc.Natl.Acad.Sci.USA 85:80
47、1988);大腸菌トリプトファンシンターゼβサブユニット(trpB)遺伝子(Hart
manら、上記);ピューロマイシン-N-アセチルトランスフェラーゼ(pac)遺伝子(
Varaら、Nucl.Acids Res.14:4117、1986);アデノシンデアミナーゼ(ADA)遺伝
子(Daddonaら、J.Biol.Chem.259:12101、1984);多重薬剤耐性(MDR)遺伝子(K
aneら、Gene 84:439、1989);マウスオルニチンデカルボキシラーゼ(OCD)遺伝子
(GupbaおよびCoffino、J.Biol.Chem.160:2941、1985);大腸菌アスパラギン
酸トランスカルバミラーゼ触媒サブユニット(pyrB)遺伝子(RuizおよびWahl、Mol
.Cell.Biol.6:3050、1986);およびアスパラギンシンテターゼをコードする
大腸菌asnA遺伝子(Cartierら、Mol.Cell.Biol.7:1623、1987)。
ネガティブ選択遺伝子は、宿主細胞中に形質導入される際に、安定な形質導入
体のネガティブ選択(すなわち、脱離)を可能にする表現型を発現する遺伝子であ
る。本発明の好ましいネガティブ選択遺伝子は、5-フルオロシトシン感受性を与
えるシトシンデアミナーゼをコードする細菌CD遺伝子(Genbank受託番号X63656)
である。
ネガティブ選択に適切な他の酵素は、ホスフェート含有プロドラッグ(エトポ
シド-ホスフェート、ドキソルビシン-ホスフェート、ミトマイシンホスフェート
など)を毒性脱リン酸化代謝物に変換するのに有用なアルカリホスファターゼ;
スルフェート含有プロドラッグをフリードラッグに変換するのに
有用なアリールスルファターゼ;ペプチド含有プロドラッグをフリードラッグに
変換するのに有用なプロテアーゼ、例えば、セラチアプロテアーゼ、サーモリシ
ン、ズブチリシン、カルボキシペプチダーゼおよびカテプシン(カテプシンBおよ
びLなど);D-アミノ酸置換基を含有するプロドラッグを変換するのに有用なD-ア
ラニルカルボキシペプチダーゼ;グリコシル化プロドラッグをフリードラッグに
変換するのに有用な炭水化物開裂酵素(β-ガラクトシダーゼおよびノイラミニダ
ーゼなど);β-ラクタムを用いて誘導される薬物をフリードラッグに変換するの
に有用なβ-ラクタマーゼ;およびフェノキシアセチル基またはフェニルアセチ
ル基をそれぞれ用いて、窒素原子のところで誘導された薬物をフリードラッグに
変換するのに有用なペニシリンアミダーゼ(ペニシリンVアミダーゼまたはペニシ
リンGアミダーゼなど)を包含するが、これらに限定されない。
他の酵素プロドラッグの組み合わせは、パラ-N-ビス(2-クロロエチル)アミノ
ベンゾイルグルタミン酸を伴う細菌(例えば、シュードモナス由来)酵素カルボキ
シペプチダーゼG2を包含する。この化合物由来のグルタミン酸部分の開裂は、毒
性安息香酸マスタードを放出する。ペニシリン-Vアミダーゼは、ドキソルビシン
およびメルファランのフェノキシアセトアミド誘導体を毒性代謝物に変換する。
遺伝子コードの縮重のために、同一アミノ酸配列をコードするヌクレオチド配
列においてかなりの変異があり得る;例
示的なDNAの実施態様は、配列表の配列番号1においてヌクレオチド配列に対応
する実施態様である。このような変異体は、1種またはそれ以上の置換、欠失、
または付加を有する改変DNAまたは改変アミノ酸配列を有し、その正味の効果は
、生物学的活性を保持し、そしてこのような変異体は、本明細書中で開示される
特定の配列に代わって置換され得る。CDおよびneoを含む選択融合遺伝子の配列
が、CDおよびneoの配列の全てまたは一部分を含み、そして適度な厳しい条件(50
℃、2×SSC)下で配列表の配列番号1のヌクレオチド配列にハイブリダイズする
ことが可能であり、そして生物学的に活性な融合タンパク質を発現する場合、そ
れらは等価である。
「生物学的に活性な」融合タンパク質は、構成成分の選択遺伝子の選択表現型
を与え得るに十分なアミノ酸配列の類似性を、本明細書中に開示される本発明の
特定の実施態様と共有する。
好ましい実施態様において、細菌シトシンデアミナーゼ(CD)遺伝子由来の配列
は、細菌ネオマイシンホスホトランスフェラーゼ(neo)遺伝子由来の配列と融合
される。得られた選択融合遺伝子(CD-neo選択融合遺伝子と呼ばれる)は、G-418r
および5-GCsを与え、かつ優性ポジティブおよびネガティブ選択表現型が単一の
遺伝的実体として発現および調節され得る二機能性融合タンパク質をコードする
。CD-neo選択融合遺伝子は、ガンシクロビルを投与されているらしい患者集団に
おいて特に有利であり得る。組換え発現ベクター
本発明の選択融合遺伝子は、この選択融合遺伝子が導入される宿主細胞を同定
、単離、または除去するために用いられる。この選択融合遺伝子は、宿主細胞内
に、この選択融合遺伝子を含む組換え発現ベクターを形質導入することにより宿
主細胞に導入される。このような宿主細胞には、哺乳動物細胞または昆虫細胞の
ような高等真核生物起源に由来する細胞タイプ、または下等原核生物起源に由来
する細胞タイプが包含される。
上記のように、このような選択融合遺伝子は、好ましくは、この選択融合遺伝
子を細胞内で発現し、そして選択表現型を与え得る組換え発現ベクターの成分と
して特定の細胞内に導入される。このような組換え発現ベクターには、一般に、
適切な転写または翻訳制御配列に作動可能に連結された選択融合遺伝子を含む合
成または天然ヌクレオチド配列、例えば、複製開始点、制御転写に対する任意の
オペレーター配列、発現されるべき遺伝子に連結した適切なプロモーターおよび
エンハンサー、および他の5'または3'フランキング非転写配列、および5'または
3'非翻訳配列(例えば、必要なリボソーム結合部位、ポリアデニル化部位、スプ
ライシングドナーおよびアクセプター部位)、ならびに転写停止配列が包含され
る。このような調節配列は、哺乳動物、ウイルス、微生物、または昆虫の遺伝子
から誘導され得る。ヌクレオチド配列は、そ
れらが機能的に互いに関連している場合、作動可能に連結している。例えば、プ
ロモーターは、それが選択融合遺伝子の転写を制御する場合には、選択融合遺伝
子に作動可能に連結している;または、リボソーム結合部位は、選択融合遺伝子
を単一の二機能性融合タンパク質に翻訳させるようにそれが配置される場合には
、選択融合遺伝子に作動可能に連結している。一般に、作動可能に連結したとは
、隣接していることを意味する。
哺乳動物、細菌、および酵母細胞宿主に用いられる特異的な組換え発現ベクタ
ーは、Pouwelsら、(Cloning Vectors: A Laboratory Manual,Elsevier,New Yo
rk,1985)に記載されており、当該分野で周知である。動物細胞に用いられる組
換え発現ベクターの詳細な説明は、Rigby,J.Gen.Virol.64:255,1983);Eld
erら、Ann.Rev.Genet.15:295,1981;およびSubramaniら、Anal.Biochem.1
35:1.1983に見出され得る。適切な組換え発現ベクターはまた、ウイルスベクタ
ー、特にレトロウイルスを包含し得る(以下に詳細に述べる)。
本発明の選択融合遺伝子は、好ましくは強力なエンハンサーおよびプロモータ
ー発現カセットの転写制御下に置かれる。このような発現カセットの例には、ヒ
トサイトメガロウイルス即時型(HCMV-IE)プロモーター(Boshartら、Cell 41:521
,1985)、β−アクチンプロモーター(Gunningら、Proc.Natl.Acad.Sci.USA
84:5831、1987)、ヒストンH4プロモーター(Guildら、J.Virol.62:3795,1988)
、マウスメタロチオネイ
ンプロモーター(Mclvorら、Mol.Cell.Biol.7:838,1987)、ラット成長ホルモ
ンプロモーター(Millerら、Mol.Cell Biol.5:431,1985)、ヒトアデノシンデ
アミナーゼプロモーター(Hantzapoulosら、Proc.Natl.Acad.Sci.USA 86:351
9,1989)、HSV TKプロモーター(Tabinら、Mol.Cell.Biol.2:426,1982)、α-
1アンチトリプシンエンハンサー(Pengら、Proc.Natl.Acad.Sci.USA 85:8146
,1988)、および免疫グロブリンエンハンサー/プロモーター(Blankensteinら、
Nucleic Acid Res.16:10939,1988)、SV40初期または後期プロモーター、アデ
ノウイルスの2つの主要な後期プロモーター、もしくはポリオーマウイルス、ウ
シパピローマウイルス、あるいは他のレトロウイルスまたはアデノウイルスから
誘導された他のウイルスのプロモーターが包含される。免疫グロブリン(Ig)遺伝
子のプロモーターおよびエンハンサー要素は、Bリンパ球に対する顕著な特異性
を与える(Banerjiら、Cell 33:729,1983;Gilliesら、Cell 33:717,1983;Mas
onら、Cell 41:479,1985)が、これらの要素は、赤血球細胞でのみ、β-グロブ
リン遺伝子機能の転写を制御する(van Assendelftら、Cell 56:969,1989)。周
知の制限技術および連結(ligation)技術を用いて、適切な転写制御配列は、種々
のDNA供給源から切り出され、そして本発明に従って発現されるべき、非損傷の
選択融合遺伝子と作動可能な関係で統合(integrate)され得る。従って、多くの
転写制御配列は、レトロウイルスベクターにうまく用いられ、感染細胞において
挿入された遺伝
子を発現させ得る。レトロウイルス
レトロウイルスは、真核生物細胞内に本発明の選択融合遺伝子を非常に効率的
に形質導入するために用いられ得、そして一次(primary)細胞内に選択融合遺伝
子を送達するのに好ましい。さらに、レトロウイルスによる組み込みは、制御さ
れた様式で起こり、その結果、細胞毎に新たな遺伝情報の1個または数個のコピ
ーを安定に組み込む。
レトロウイルスは、ゲノムがRNA形態である1つのクラスのウイルスである。
レトロウイルスのゲノムRNAは、以下を包含するウイルス性タンパク質をコード
するトランスに作用する遺伝子配列を含む:ウイルス粒子の核においてRNAと関
連する(gag領域によりコードされる)構造タンパク質;DNA相補物を作製する(po
l領域によりコードされる)逆転写酵素;および粒子のリポタンパク質エンベロ
ープに存在し、そして感染の際、ウイルスを宿主細胞表面に結合させる(env領
域によりコードされる)エンベロープ糖タンパク質。レトロウイルスの複製は、
シスに作用する要素、例えば、プロウイルスDNAおよびウイルスの複製に必要な
他のヌクレオチド配列の転写のためのプロモーターにより調節される。シスに作
用する要素は、レトロウイルスゲノムの5'および3'末端に存在する約600塩基対
の、2個の同一の未翻訳の長い末端繰り返し(LTR)内にあるか、またはそれに隣
接している。レトロウイルスは、ウイル
スにコードされた、RNA指向性(RNA-directed)DNAポリメラーゼ、または逆転写酵
素を用いて、逆転写により二本鎖DNA中間体にそれらのRNAゲノムをコピーするこ
とにより複製する。DNA中間体は、鳥類または哺乳動物の宿主細胞の染色体DNA内
に組み込まれる。組み込まれたレトロウイルスDNAはプロウイルスと呼ばれる。
プロウイルスは、感染性ウイルス粒子の形成のためのRNA鎖合成用テンプレート
として機能する。プロウイルスの前進転写および感染性ウイルス粒子への組立(a
ssembly)は、ウイルスの複製に必要な内因性のトランスに作用する遺伝子を有す
る適切なヘルパーウイルスの存在下で起こる。
レトロウイルスは、レトロウイルスのプロウイルス形態の内因性のトランスに
作用する遺伝子の1つまたはそれ以上を、組換え治療遺伝子、または本発明の場
合には、選択融合遺伝子と置き換え、次いで組換えプロウイルスを細胞内に形質
導入することにより、ベクターとして用いられる。トランスに作用する遺伝子に
は、gag、pol、およびenv遺伝子が包含され、これらは、それぞれ、ウイルスコ
アのタンパク質、酵素である逆転写酵素、およびエンベロープタンパク質の成分
(constituents)をコードする。これらは全て、非損傷ビリオンの産生に必要であ
る。トランスに作用する、gag、pol、およびenv遺伝子の欠失した組換えレトロ
ウイルスは、複製に必須であるタンパク質を合成し得ず、従って、複製欠損(rep
lication-defective)である。このような複製欠損組換えレトロウイルスは、パ
ッケージング細胞株を用いて増殖される。これらの
パッケージング細胞株は、非損傷ビリオンの産生に必要な全てのトランスに作用
する遺伝子配列を与える、組み込まれたレトロウイルスゲノムを含む。このよう
なパッケージング細胞株内に形質導入されたプロウイルスDNA配列は、RNA内に転
写され、そして選択融合遺伝子(および/または治療遺伝子)を含む感染性ビリ
オン内にキャプシド化されるが、トランスに作用する遺伝子産生物であるgag、p
ol、およびenvを欠き、他の細胞に感染するためにRNAを粒子内にキャプシド化す
るために必要なgag、pol、およびenvタンパク質を合成し得ない。従って、得ら
れる感染性レトロウイルスベクターは、他の細胞を感染し得、そして選択融合遺
伝子を宿主細胞の細胞性DNA内に組み込み得る。Mannら(Cell 33:153,1983)は、
例えば、ヘルパーウイルスを含まない組換えレトロウイルスのストックを産生す
るために用いられ得る種々のパッケージング細胞株(例えば、Ψ2)の開発につ
いて記載している。エコトロピック(ecotropic)ウイルスエンベロープ(例えば
、Ψ2)をコードするトランスに作用する要素を有する細胞株におけるキャプシ
ド化により、エコトロピック(限定された宿主範囲)子孫ウイルスが提供される
。あるいは、両種性パッケージング遺伝子を含む細胞株(例えば、PA317、ATCC
CRL 9078;MillerおよびButtimore,Mol.Cell.Biol.6:2895,1986)における
組立により、両種性(広範な宿主範囲)子孫ウイルスが提供される。
多数のプロウイルス構築物が、外来遺伝子を発現するのに
うまく用いられている(例えば、Coffin,Weissら(編)、RNA腫瘍ウイルス、第
2版、第2巻、(Cold Spring Harbor Laboratory,New York,1985,pp.17-71
を参照)。大抵のプロウイルス要素は、ネズミレトロウイルスから誘導される。
しかし、本発明に従う使用に適用可能なレトロウイルスは、任意の鳥類または哺
乳動物細胞供給源から誘導される。適切なレトロウイルスは、レトロウイルスベ
クターを用いて形質導入されるべき新たな遺伝物質の受容体であるべき細胞を感
染し得なければならない。適切なレトロウイルスの例には、鳥類レトロウイルス
(例えば、鳥類赤芽球症ウイルス(AEV)、鳥類白血病ウイルス(ALV)、鳥類骨髄芽
球症ウイルス(AMV)、鳥類肉腫ウイルス(ASV)、フジナミ肉腫ウイルス(FuSV)、脾
臓壊死ウイルス(SNV)、およびラウス肉腫ウイルス(RSV);ウシ白血病ウイルス(B
LV);ネコ白血病ウイルス(FeLV)またはネコ肉腫ウイルス(FeSV)のようなネコレ
トロウイルス;ネズミ白血病ウイルス(MuLV)のようなネズミレトロウイルス;マ
ウス乳房腫瘍ウイルス(MMTV)、およびネズミ肉腫ウイルス(MSV);ならびにヒト
T細胞リンパ球ウイルス1および2(HTLV-1および-2)、および類人猿肉腫ウイル
ス(SSV)のような霊長類レトロウイルスが包含される。多くの他の適切なレトロ
ウイルスが当業者に公知である。レトロウイルスの分類については、Weissら(
編)、RNA腫瘍ウイルス、第2版、第2巻、(Cold Spring Harbor Laboratory,N
ew York,1985,pp.1-160)のTeichにより提供されている。本発明と組み合わせ
た使用に好まし
いレトロウイルスは、モロネイネズミ白血病ウイルス(MoMLV)、モロネイネズミ
肉腫ウイルス(MoMSV)、ハーベイネズミ肉腫ウイルス(HaMSV)、およびキルステン
ネズミ肉腫ウイルス(KiSV)として知られているネズミレトロウイルスである。Mo
MSVゲノム由来のレトロウイルスベクターを構築するために必要な配列は、pMV(A
TCC37190)のようなpBR322プラスミド配列との組み合わせで得られ得るが、K-BAL
B細胞におけるKiSVの細胞株産生体は、ATCC CCL 163.3として寄託された。RSV L
TRおよび非損傷ネオマイシン薬物耐性マーカーを含むpBR322から誘導されたpRSV
neoの寄託物は、受託No.37198でATCCから入手可能である。SNVゲノムを含むプラ
スミドpPB101は、ATCC 45012として入手可能である。上記レトロウイルスのウイ
ルスゲノムは、感染宿主細胞の染色体DNA内にそれらのウイルスゲノムを組み込
み得るが、一旦組み込まれると、感染性ウイルスが導入される細胞が、機能的に
活性なトランスに作用するウイルスタンパク質をコードする他のプロウイルス要
素を含まなければ、感染性ウイルスを産生する複製を起こし得ない、複製欠損の
レトロウイルスベクターを構築するのに用いられる。
レトロウイルスにより形質導入される本発明の選択融合遺伝子は、レトロウイ
ルスのLTR内に組み込まれたエンハンサーおよびプロモーターの転写制御下に選
択融合遺伝子を置くか、または、それらをLTR間に挿入された異種転写制御配列
の制御下に置くかによって発現される。異種転写制御配列およびLTR転写制御配
列の両方の使用により、ベクターにおいて治療遺
伝子および選択融合遺伝子の同時発現が可能となり、従って、所望の治療遺伝子
産生物をコードする特異的ベクター配列を発現する細胞の選択が可能となる。高
レベルの発現を得るには、治療遺伝子および/または選択融合遺伝子を、レトロ
ウイルス内で、強力な異種エンハンサーおよびプロモーター発現カセットの転写
制御下におく必要があり得る。多くの異なる異種エンハンサーおよびプロモータ
ーが、レトロウイルスベクターにおいて遺伝子を発現させるために用いられてい
る。このようなエンハンサーまたはプロモーターは、哺乳動物ゲノムを含む、ウ
イルス供給源または細胞供給源から誘導され得、そして好ましくは、本来、構成
性(constitutive)である。このような異種転写制御配列は、組換え発現ベクター
に関して上記されている。形質導入細胞で発現されるように、上記遺伝子移入法
のいずれかにより導入されるDNA配列は、通常、RNAポリメラーゼ11プロモーター
の制御下で発現される。
特に好ましい組換え発現ベクターには、pLXSN、pLNCX、およびpLNL6、ならび
にそれらの誘導体が包含される。これらは、MillerおよびRosman、Biotechnique
s 7:980,1989に記載されている。これらのベクターは、異種DNAをレトロウイル
スLTRまたはCMVプロモーターの転写制御下で発現し得、そしてneo遺伝子をSV40
初期領域プロモーターまたはレトロウイルスLTRの制御下で発現し得る。本発明
で使用するために、neo遺伝子は、本明細書中に開示されている二機能性で選択
融合遺伝子、例えば、CD-neo選択融合遺伝子と置き換えられる。有用
な複製欠損レトロウイルスの構築は、日常技術の問題である。得られる組換えレ
トロウイルスは、感染宿主細胞の染色体DNA内に組み込まれ得るが、一旦組み込
まれると、感染性ウイルスが導入される細胞が、機能的に活性なトランスに作用
するウイルスタンパク質をコードする他のプロウイルス挿入物を含まなければ、
感染性ウイルスを産生する複製を起こし得ない。二機能性選択融合遺伝子の使用
本発明の選択融合遺伝子は、この選択融合遺伝子が導入される体細胞(somatic
cell)のような細胞を同定、単離、または除去する手段として遺伝子治療におい
て使用するのに特に好ましい。遺伝子治療においては、体細胞は患者から取り出
され、治療遺伝子および本発明の選択融合遺伝子を含む組換え発現ベクターで形
質導入され、次いで患者に再導入される。遺伝子治療のビヒクルとして用いられ
得る体細胞には、造血(骨髄由来)細胞、ケラチノサイト、肝細胞、内皮細胞、お
よび線維芽細胞が包含される(Friedman,Science 244:1275,1989)。あるいは、
遺伝子治療は、インビボで体細胞を形質導入する注入可能なベクターを使用する
ことにより達成され得る。ヒトにおける遺伝子移入の可能性は例証されている(K
asidら、Proc.Natl.Acad.Sci.USA 87:473,1990);Rosenbergら、N.Engl.
J.Med.323:570,1990)。
本発明の選択融合遺伝子は、インビボで遺伝的に改変され
た細胞を除去するのに特に有用である。ネガティブ選択表現型を発現する細胞の
インビボでの除去は、細胞グラフトを切除(ablate)する手段として遺伝子治療に
おいて特に有用であり、従って、遺伝子治療手順を逆転させる手段を提供する。
例えば、抗ヘルペスウイルス薬剤ガンシクロビルを、免疫グロブリンプロモータ
ーからHSV-I TK遺伝子を発現するトランスジェニック動物に投与すると、HSV-I
TK遺伝子を発現する細胞の選択的な切除が起こることが示されている(Heymanら
、Proc.Natl.Acad.Sci.USA 86:2698,1989)。同じトランスジェニックマウ
スを用いて、GCVもアーベルソン白血病ウイルス誘導リンパ腫の完全な退行(regr
ession)を誘導することが示された(Mooltenら、Human Gene Therapy 1:125,199
0)。第三の研究では、ネズミ肉腫(K3T3)をHSV-I TKを発現するレトロウイルスに
感染させ、そして同系のマウスに移植した。肉腫細胞により誘導された腫瘍は、
GCVで治療した後、完全に根絶された(MooltenおよびWells、J.Natl.Cancer In
st.82:297,1990)。
本発明の選択融合遺伝子はまた、Oldfieldら、Human Gene Therapy 4:39,199
3により実施されたように、腫瘍切除治療において有用である。tgLS(+)CD-neo
レトロウイルスベクターを産生するパッケージング細胞(約106〜109)は、腫瘍
内で(intra-tumorally)接種される。数日後(その間に、新たに産生されたレトロ
ウイルスが、近接する急速に増殖する腫瘍細胞を感染する)、(tgLS(+)CD-neoレ
トロウイルスベクター
が用いられるときには)患者に体重1kg当たり約50〜200mgの5-FCを毎日(経口ま
たは静脈経由で)与え、感染した腫瘍細胞を選択的に切除する。
本発明の二機能性選択融合遺伝子はまた、相同的組換えによる遺伝子改変を促
進するために用いられ得る。Reidらは、Proc.Natl.Acad.Sci.USA 87:4299,
1990は、最近、HPRT遺伝子を用いる、ES細胞における相同的組換え(「イン−ア
ウト」相同的組換え)による遺伝子改変の2工程手順を記載した。簡潔に述べる
と、この手順には以下の2工程が含まれる:「イン」工程、ここでは、HPRT遺伝
子が標的遺伝子配列に埋め込まれ、HPRT宿主細胞内にトランスフェクトされ、そ
して標的位置にHPRT遺伝子が取り込まれた相同的組換え体が、HAT培地における
それらの増殖およびPCRを用いるゲノム分析により同定される。第2の「アウト
」工程では、標的遺伝子配列内に埋め込まれた所望の置換配列を含む(しかしHP
RT遺伝子を有さない)構築物を細胞内にトランスフェクトし、そして置換配列を
含む(しかしHPRT遺伝子を有さない)相同的組換え体をHPRT+細胞に対するネガ
ティブ選択により単離する。この手順は、標的遺伝子内に選択遺伝子配列を導入
することなく、わずかな変異を標的遺伝子内に導入させるが、HPRT-細胞株にお
ける形質転換体のポジティブ選択を必要とする。なぜなら、HPRT遺伝子は、ポジ
ティブ選択に対して劣性(recessive)であるからである。さらに、ES細胞におけ
るHPRT遺伝子の非効率的な発現のために、大きな9-kbp HPRTミニ遺伝子を
用いる必要がある。この遺伝子は、相同的組換えベクターの構築および増殖を入
り組ませる。本発明の選択融合遺伝子は、改良された手段を提供し、そのことに
より「イン−アウト」相同的組換えが行われ得る。本発明の選択融合遺伝子は、
ポジティブ選択に対して優勢であるので、任意の野生型細胞が用いられ得る(す
なわち、選択発現型に欠陥のある細胞の使用に限定されない)。さらに、選択融
合遺伝子を含むベクターのサイズは、大きなHPRTミニ遺伝子に比べて顕著に縮小
される。
例示として、CD-neoの選択融合遺伝子は、以下のように用いられる:第1の「
イン」工程において、CD-neo選択融合遺伝子を標的遺伝子配列に埋め込み、宿主
細胞内にトランスフェクトし、そしてCD-neoの選択融合遺伝子を標的位置に取り
込ませた相同的組換え体を、G-418を含有する培地で増殖させた後、PCRを用いて
ゲノム分析を行うことにより同定する。次いで、CD-neo+細胞を第2の「アウト
」工程に用いる。ここで、標的遺伝子配列に埋め込まれた所望の置換配列を含む
(がCD-neoの選択融合遺伝子を有さない)構築物を細胞内にトランスフェクトす
る。5-FCを用いてCD-neo+細胞を選択的に除去した後、PCRを用いてゲノム分析す
ることにより、相同的組換え体を単離する。
実施例
実施例1
CD-neo選択融合遺伝子含有プラスミドベクターの
構築および特徴付け
A.二機能性CD-neo選択融合遺伝子の構築
プラスミドtgCMV/hygro/LTR(図1)は、次の因子:HCMV IE94プロモーター(Bos
hartら、Cell 41:521,1985)を含有するBalI-SstIIフラグメント;哺乳動物細胞
に対するコンセンサス翻訳開始配列(GCCGCCACC ATG)(Kozakら、Nucl.Acids Res
.15:8125,1987)に順応する配列を含有するオリゴヌクレオチド;ハイグロマイ
シンホスホトランスフェラーゼをコードするhph遺伝子(Kasterら、Nucl.Acids
Res.11:6895,1983)由来のヌクレオチド234-1256;ポリアデニル化配列を含有
するMoMLV(Shinnickら、Nature 293:543,1981)のヌクレオチド7764から3'LTRま
での配列;細菌の複製開始点を含有するpML2d(LuskyおよびBotchan、Nature 293
:79,1981)由来のNruI-AlwNIフラグメント;β-ラクタマーゼ遺伝子を含有するp
GEM1(Promega Corp.)由来のAlwNI-AatIIフラグメントから成る。
プラスミドtgCMV/neo、tgCMV/CD、tgCMV/CD-hygro、tgCMV/neo-CD、およびtgC
MV/CD-neoは、全て構造上tgCMV/hygro/LTRに類似しており、コンセンサス翻訳開
始配列を含有するが、それぞれは、hph配列の代わりに異なる配列を含有する。
プラ
スミドtgCMV/neoは、3つのアミノ酸(GGA TCG GCC)をコードするオリゴヌクレオ
チドおよびhph配列の代わりにネオマイシンホスホトランスフェラーゼ(Beckら、
Gene 19:327,1982)をコードする細菌neo遺伝子由来のヌクレオチド154-945を含
有する。プラスミドtgCMV/CDは、hph配列の代わりに、シトシンデアミナーゼを
コードする細菌CD遺伝子(Genbank 承認番号X63656)由来のヌクレオチド1645-292
5を含有する。CD配列は、PCRによりプラスミドpCD2(Mullenら、Proc.Natl.Aca
d.Sci.USA 89:33,1992)より増幅した。プラスミドtgCMV/hygro-CDは、hph配
列の代わりにCD遺伝子由来のヌクレオチド1645-2925に融合した、hph遺伝子由来
のヌクレオチド234-1205を含有する。プラスミドtgCMV/CD-hygroは、hph配列の
代わりにhph遺伝子由来のヌクレオチド234-1256に融合した、CD遺伝子由来のヌ
クレオチド1645-2922を含有する。プラスミドtgCMV/neo-CDは、hph配列の代わり
に、さらに3つのアミノ酸(GGA TCG GCC)をコードするオリゴヌクレオチド、お
よびCD遺伝子由来のヌクレオチド1645-2925に融合した細菌neo遺伝子由来のヌク
レオチド154-942を含有する。プラスミドtgCMV/CD-neoは、hph配列の代わりに、
neo遺伝子由来のヌクレオチド154-945に融合したCD遺伝子由来のヌクレオチド16
45-2922を含有する。
次のような標準的手法(Ausubelら、Current Protocols in Molecular Biology
(Wiley,New York),1987)を用いて、プラスミドtgCMV/hygro/LTRを構築した:
初めにtgLS(+)HyTK
(Luptonら、Mol.Cell.Biol.11:3374,1991)由来の長鎖HindIII-StuIフラグメ
ントを、tgLS(-)CMV/HyTK(Luptonら、上記、1991)由来のHCMV IE94プロモーター
に及ぶHindIII-StuIフラグメント、およびヒトIL-2cDNA配列を含有するフラグメ
ントと連結することによって、プラスミドHyTK-CMV-IL2を構築した。このヒトIL
-2cDNA配列を含有するフラグメントを、オリゴヌクレオチド
5'-CCCGCTAGCCGCCACCATGTACAGGATGCAACTCC-3'および
5'-CCCGTCGACTTAATTATCAAGTCAGTGTT-3'を用いたPCRによって、ヒトIL-2cDNAを含
有するプラスミドから増幅した。増幅後、PCR産物を初めT4 DNAポリメラーゼで
処理して末端を平滑にし、tgLS(+)HyTKおよびtgLS(-)CMV/HyTK由来のフラグメ
ントへの連結前に、次にNheIで切断した。プラスミドtgCMV/hygro/LTRを作製す
るため、tgCMV/hygro(Luptonら、上記、1991)のSV40ポリアデニル化シグナルに
及ぶSalI-PvuIフラグメントを、HyTK-CMV-IL2由来のモロネイ白血病ウイルスLTR
(レトロウイルスのポリアデニル化シグナルを含有する)を含有するSalI-PvuIフ
ラグメントと置き換えた。
次のような標準的手法(Ausubelら、上記、1987)を用いて、プラスミドtgCMV/n
eoを構築した:tgCMV/hygro由来のHCMV IE94プロモーターに及ぶPvuI-NheIフラ
グメントを、tgLS(+)neo由来のneo遺伝子に及ぶNheI-HindIIIフラグメント(Hin
dIII部位をT4 DNAポリメラーゼで処理して末端を平滑にした)に連結し、そしてH
yTK-CMV-IL2由来のモロネイ白血病ウイルス
LTR(レトロウイルスのポリアデニル化シグナルを含有する)を含有するSalI-PvuI
フラグメントに連結した。
次のような標準的手法(Ausubelら、上記、1987)を用いて、プラスミドtgCMV/C
Dを構築した:tgCMV/hygro由来のHCMV IE94プロモーターに及ぶPvuI-NheIフラグ
メントを、合成DNAフラグメント(オリゴヌクレオチドである
5'-CTAGCCGCCACCATGTCGAATAACGCTTTACAAACAATTATTAACGCCCG-3'および
5'-GTAACCGGGCGTTAATAATTGTTTGTAAAGCGTTATTCGACATGGTGGCGG-3'をアニーリング
することによって調製した)、pCD2(Mullenら、Proc.Natl.Acad.Sci.USA 89:
33,1992)由来のCDコーディング領域の残余を含有するBstE2-AluIフラグメント
、およびHyTK-CMV-IL2由来のモロネイ白血病ウイルスLTR(レトロウイルスのポリ
アデニル化シグナルを含有する)を含有するSalI-PvuIフラグメントに連結した。
連結前に、後者フラグメント中のSalI部位をT4 DNAポリメラーゼで処理して末端
を平滑にした。
次のような標準的手法(Ausubelら、上記、1987)を用いて、プラスミドtgCMV/C
D-hygroを構築した:tgCMV/CD由来の長鎖ClaI-SalIフラグメントを、オリゴヌク
レオチドである
5'-CCCATCGATTACAAACGTAAAAAGCCTGAACTCACCGCGAC-3'および
5'-GCCATGTAGTGTATTGACCGATTCC-3'を用いたPCRによってtgCMV/hygroから増幅し
たClaI-NcoIフラグメント(連結前にPCR産物をClaIおよびNcoIで切断した)、およ
びtgCMV/hygro/LTR由
来のhphコーディング領域の残余を含有するNcoI-SalIフラグメントに連結した。
次のような標準的手法(Ausubelら、上記、1987)を用いて、プラスミドtgCMV/h
ygro-CDを構築した:tgCMV/CD由来の長鎖SpeI-BstE2フラグメントを、tgCMV/hyg
ro/LTR由来のhphコーディング領域を含有するSpeI-ScaIフラグメント、および合
成DNAフラグメント(オリゴヌクレオチドである
5'-ACTCTCGAATAACGCTTTACAAACAATTATTAACGCCCG-3'および
5'-GTAACCGGGCGTTAATAATTGTTTGTAAAGCGTTATTCGAGAGT-3'をアニーリングすること
によって調製した)に連結した。
次のような標準的手法(Ausubelら、上記、1987)を用いて、プラスミドtgCMV/C
D-neoを構築した:tgCMV/CD由来の長鎖ClaI-Asp718フラグメントを合成DNAフラ
グメント(オリゴヌクレオチドである
5'-CGATTACAAACGTATTGAACAAGATGGATTGCACGCAGGTTCTCC-3'および
5'-GGCCGGAGAACCTGCGTGCAATCCATCTTGTTCAATACGTTTGTAAT-3'をアニーリングする
ことによって調製した)、およびtgCMV/neo由来のneo遺伝子コーディング領域の
残余を含有するEagI-Asp718フラグメントに連結した。
次のような標準的手法(Ausubelら、上記、1987)を用いて、プラスミドtgCMV/n
eo-CDを構築した:tgCMV/neo由来の長鎖SphI-SalIフラグメントを、オリゴヌク
レオチドである
5'-CGAACTGTTCGCCAGGCTC-3'および
5'-CCCGGTAACCGGGCGTTAATAATTGTTTGTAAAGCGTTATTCGAGAAGAACTCGTCAAGAAGGC-3'を
用いたPCRによってtgCMV/neoから増幅したClaI-NcoIフラグメント(連結前にPCR
産物をSphIおよびBstE2で切断した)、およびtgCMV/CD由来のCD遺伝子コーディン
グ領域の残余を含有するBstE2-SalIフラグメントに連結した。
B.CD融合遺伝子を含有する細胞の優性ポジティプ選択
CD融合遺伝子がneoおよびhph両活性をコードすることを実証するために、NIH/
3T3細胞内で、種々のプラスミドが薬剤耐性を与える頻度を調べた。
初めにNIH/3T3細胞を、10%仔ウシ血清(Hyclone)、2mM L-グルタミン、50U/ml
ペニシリン、および50μg/mlストレプトマイシンを補充したダルベッコ改変イー
グル培地(DMEM; Gibco Laboratoriesより入手)中、37℃、10% CO2を補充した加
湿大気内で生育させた。トランスフェクションのため、指数増殖期の細胞をトリ
プシン処理により回収、洗浄して血清を除き、そして濃度107細胞/mlでDMEM中に
再懸濁した。プラスミドDNA(5μg)を800μlの細胞懸濁液(8×106細胞)に添加し
、そしてこの混合物を、Biorad Gene PulserおよびCapacitance Extender(200-3
00V、960μF、0.4cm電極間隙、周辺温度下)を用いてエレクトロポレーションに
かけた。
エレクトロポレーション後、細胞を10cmシャーレに戻し、そして非選択培地で
生育させた。24時間後、細胞をトリプシン処理し、6×105細胞/10cmシャーレに
接種し、一夜接触さ
せた。非選択培地を選択培地(500U/mlのHmまたは800μg/mlのG-418を含む)に取
り替え、そして10-14日間選択を継続した。プレートを次にメタノールで固定し
、メチレンブルーで染色し、そしてコロニーを計数した。表1に報告したコロニ
ーの数は、10cmシャーレあたりのコロニーの平均の数である。
非トランスフェクション細胞は、ハイグロマイシン耐性(Hmr)でもG-418耐性(G
-418r)でもなかった。この結果より、hygro-CD融合遺伝子およびCD-hygro融合遺
伝子はHmrをコードするが、CD-hygro融合遺伝子の活性は、hygro-CD融合遺伝子
の活性よりも低いことを示唆する。CD-neo融合遺伝子はG-418rを与えるが、neo-
CD遺伝子は与えない。
C.トランスフェクトした細胞プール上でのシトシンデアミナーゼアッセイ
融合遺伝子がシトシンデアミナーゼ(CD)活性を保持しているかどうかを調べる
ために、表1に示したHmrおよびG-418rNIH/3T3コロニーをプールし、そして樹立
細胞株とした。抽出物を調製し、そして[3H]-シトシンの替わりに[14C]-シトシ
ンを使用した以外はおもに既に記載されている(Mullenら、Proc.Natl.Acad.S
ci.USA 89:33,1992)とおりに、シトシンのウラシルへの変換を測定することに
よりCD活性をアッセイした。10cmシャーレに1×106細胞を接種し、そして細胞
を2
日間インキュベートした。次に細胞をTris緩衝液(100mM Tris、pH7.8、1mM EDTA
、1mMジチオスレイトール)中で洗浄し、そして1mlのTris緩衝液で、シャーレか
らかき取った。次に細胞をEppendorf microfuge内で10秒間、24,000rpmで遠心分
離して100μlのTris緩衝液に再懸濁し、そして5サイクルの急速冷凍および解凍
を行った。Eppendorf microfuge内で5分間、6,000rpmで遠心分離後、上清をき
れいなチューブに移した。
Bioradプロテインアッセイキットを用いて、抽出物内のタンパク質濃度を調べ
た。次に細胞抽出物のうち25μl(即ち体積25μl中のタンパク質等価量)を1μl
の[14C]-シトシン(0.6mCi/ml、53.4mCi/mmol;Sigma Chemical Co.)と混合し、
そして反応を37℃で1-4時間進行させた。反応物の2分の1を次に薄層クロマ
トグラムに添加し、そして86% 1-ブタノールおよび14%水の混合物中でクロマ
トグラフを行った。展開後、薄層クロマトグラムをKodak X-OMAT AR X-線フィ
ルムに8-14時間曝した。結果を図2に示す。
結果より、CD-neo融合遺伝子、CD-hygro融合遺伝子、およびhygro-CD融合遺伝
子はCD活性をコードしたが、CD-hygro融合遺伝子およびhygro-CD融合遺伝子の活
性はCD-neo融合遺伝子の活性よりも低かったことが示される。
実施例2neoまたはCD-neo選択融合遺伝子含有レトロウイルスベクター
の構築および特徴付け
A.レトロウイルスベクターの構築
レトロウイルスプラスミドtgLS(+)neoおよびtgLS(+)CD-neoは、次の因子:5
'LTRおよびMoMSVのヌクレオチド984のPstI部位までの配列(Van Beverenら、Cell
27:97,1981);MoMLVのヌクレオチド563のPstI部位からヌクレオチド1040まで
の配列(Shinnickら、Nature 293:543,1981);neoまたはCD-neoコーディング領
域をそれぞれ含有する、tgCMV/neoまたはtgCMV/CD-neo由来のフラグメント;MoM
LV(Shinnickら、上記、293:543,1981)のヌクレオチド7764から3'LTRまでの配列
;細菌の複製開始点を含有するpML2d(LuskyおよびBotchan、上記、1981)由来のN
ruI-AlwNIフラグメント;β-ラクタマーゼ遺伝子を含有するpGEM1(Promega Corp
.)由来のAlwNI-AatIIフラグメントから成る。
次のような標準的手法(Ausubelら、上記、1987)を用いて、プラスミドtgLS(+
)neoを構築した:初めに、tgLS(+)HyTK由来のEcoRI-ClaIフラグメントを、tgCM
V/hygro由来のEcoRI-Asp718フラグメント、および合成DNAフラグメント(オリゴ
ヌクレオチドである
5'-GTACAAGCTTGGATCCCTCGAGAT-3'および5'-CGATCTCGAGGGATCCAAGCTT-3'をアニー
リングすることによって調製した)に連結
することによってプラスミドtgLS(+)hygroを構築した。次にhygro遺伝子に及ぶ
NheI-HindIIIフラグメントを、オリゴヌクレオチドである
5'-CCCGCTAGCCGCCGCCACCATGGGATCGGCCATTGAACAAGATGGATTGCAC-3'および
5'-CCCAAGCTTCCCGCTCAGAAGAACTCGTC-3'(連結前にPCR産物をNheIおよびHindIIIで
切断した)を用いるPCRによって、pSV2neo(SouthernおよびBerg、J.Mol.Appl.
Gen.1:327,1982)から増幅したNheI-HindIIIフラグメントと取り替えることに
よって、プラスミドtgLS(+)neoを構築した。
次のような標準的手法(Ausubelら、上記、1987)を用いて、プラスミドtgLS(+
)CD-neoを構築した:HyTK-CMV-IL2由来のHCMV IE94プロモーターおよびヒトIL-2
cDNAに及ぶNheI-SalIフラグメントをtgCMV/CD-neo由来のNheI-SalIフラグメン
トと取り替えた。
図3にレトロウイルスベクターであるtgLS(+)neoおよびtgLS(+)CD-neoのプ
ロウイルス構造を示す。図中の「LTR」は、レトロウイルスベクターの長末端反
復配列セグメントを表し、「neo」は細菌ネオマイシンホスホトランスフェラー
ゼ遺伝子を表し、そして「CD-neo」はCD/ネオマイシンホスホトランスフェラー
ゼ融合遺伝子を示す。neo遺伝子およびCD-neo遺伝子は、LTR転写制御領域に作動
可能に連結されている。矢印は、転写制御領域からの転写の方向を示す。
「A+」はポリアデニル化配列を示す。
B.レトロウイルスベクターに感染した安定な細胞株の継代
tgLS(+)neoおよびtgLS(+)CD-neoに感染した安定なNIH/3T3細胞株を得るため
に、本レトロウイルスプラスミドDNAをΨ2エコトロピックパッケージング細胞
内にトランスフェクトした。次に、トランスフェクトしたΨ2細胞を、10mM酪酸
ナトリウム(Sigma Chemical Co.)を補充した完全増殖培地を含有する10cm組織培
養用シャーレに移し、そして一夜接触させた。15時間後、培地を除去し、そして
新鮮培地と取り替えた。さらに24時間後、一時的に生産されたエコトロピックウ
イルス粒子を含有する培地を回収、2000rpmで10分間遠心分離し、そしてNIH/3T3
細胞への感染に使用した。
指数分裂期のNIH/3T3細胞をトリプシン処理により回収し、そして2.5×104細
胞/35mmウエルの密度で2枚の6-ウエル組織培養トレイに接種した。翌日、培地
を、4μg/mlポリブレン(臭化ヘキサジメトリン)(Sigma Chemical Co.)で補充し
た培地内のウイルス含有、無細胞上清(1ml/ウエル)の系列希釈液と取り替えた
。感染は一夜進行させた。次に、上清を完全増殖培地と取り替えた。さらに8-2
4時間の生育後、感染NIH/3T3細胞を、G-418(Gibco)に対する薬剤耐性を対象に、
最終濃度800μg/ml(Hmr細胞)で選択した。全体で12-14日間の生育後、1トレイ
の培養G-418r耐性細胞を100%メタノールで固定し、そしてメチレンブルーで染
色した。コロニーを計数し、そして各ウエルのコロニー数を使用して、一時感染
上清中に存在するレトロウイルスの力価を確立した(表2)。
他のトレイのG-418r細胞より、G-418r細胞のコロニーをプールし、そして分析
のためバルク培養を樹立した。このバルク培養より抽出物を調製し、そして[3H]
-シトシンの代わりに[14C]-シトシンを使用した以外は一般に既に記載されてい
る(Mullenら、1992)とおりに、シトシンのウラシルへの変換を測定することによ
りCD活性をアッセイした。10cmシャーレに1×106細胞を接種し、そして細胞を
2日間インキュベートした。次に細胞をTris緩衝液(100mM Tris、pH7.8、1mM ED
TA、1mMジチオスレイトール)中で洗浄し、そして1mlのTris緩衝液で、シャーレ
からかき取った。
次に細胞をEppendorf microfuge内で10秒間、14,000rpm遠心分離して100μlの
Tris緩衝液に再懸濁し、そして5サイクルの急速冷凍および解凍を行った。Eppe
ndorf microfuge内で5分間、6,000rpmで遠心分離後、上清をきれいなチューブ
に移した。Bioradプロテインアッセイキットを用いて、抽出物
内のタンパク質濃度を調べた。次に細胞抽出物のうち25μl(即ち体積25μl中の
タンパク質等価量)を1mlの[14C]-シトシン(0.6mCi/ml、53.4mCi/mmol;Sigma Ch
emical Co.)と混合し、そして反応を37℃で1-4時間進行させた。反応物の2分
の1を次に薄層クロマトグラムに添加し、そして86% 1-ブタノールおよび14%水
の混合物中でクロマトグラフを行った。展開後、薄層クロマトグラムをKodak X-
OMAT AR X-線フィルムに8-14時間曝した。図4に示す結果より、tgLS(+)CD-n
eoレトロウイルスベクターに感染した細胞は、高レベルのシトシンデアミナーゼ
活性を発現することが示される。
C.CD-neo選択融合遺伝子を含有する細胞のネガティブ選択
ネガティブ選択に対するneoおよびCD-neo選択融合遺伝子の有用性を検討する
ために、各トランスフェクションから得られたコロニーをプールし、そして以後
の分析のための細胞株を樹立した。NIH/3T3細胞またはtgLS(+)neoレトロウイル
スもしくはtgLS(+)CD-neoレトロウイルスが感染したNIH/3T3細胞を、長期増殖
アッセイ法を用いて5-FCsについてアッセイした。
初めに、1×104細胞を完全増殖培地中、10cm組織培養シャーレに接種し、そ
して4時間接触させた。次に培地を種々の濃度のG-418および/または5-FC(Sigma
)で補充し、その後さらに10-14日間、細胞をインキュベートした。培地は2-4
日ごとに取り替えた。次に細胞を100%メタノールにてインサイチ
ュで固定し、そしてメチレンブルーで染色した。
代表的な染色プレートの写真を図5に示す。プレートaは、薬剤無添加培地中
で生育させたNIH/3T3細胞を有する。プレートbは、800μg/ml G-418を含有する
培地中で生育させたNIH/3T3細胞を有する。プレートcは、100μg/ml 5-FCを含
有する培地中で生育させたNIH/3T3細胞を有する。プレートdは、tgLS(+)neoで
感染させて800μg/ml G-418を含有する培地中で生育させたNIH/3T3細胞を有する
。プレートeは、tgLS(+)neoで感染させて800μg/ml G-418および100μg/ml 5-
FCを含有する培地中で生育させたNIH/3T3細胞を有する。プレートfは、tgLS(+
)CD-neoで感染させて800μg/ml G-418を含有する培地中で生育させたNIH/3T3細
胞を有する。プレートgは、tgLS(+)CD-neoで感染させて800μ/ml G-418および
100μg/ml 5-FCを含有する培地中で生育させたNIH/3T3細胞を有する。
これらの結果より、1)非インフェクトNIH/3T3細胞はG-418に感受性および5-FC
に耐性であること、2)tgLS(+)neo感染NIH/3T3細胞はG-418および5-FC両者に耐
性であること、3)tgLS(+)CD-neo感染NIH/3T3細胞はG-418に耐性であるが5-FCに
感受性であることが示される。
Detailed Description of the Invention
Based on the cytosine deaminase (CD) gene
Bifunctional selective fusion genebackground
The present invention broadly relates to genes that express a selective phenotype. More specifically, the book
The invention is capable of expressing both a dominant positive selection phenotype and a negative selection phenotype.
Related genes.
Genes that express a selection phenotype can be identified and expressed in host cells into which the gene has been introduced.
It is widely used in recombinant DNA technology as a means to separate. Typically
Genes that express a selective phenotype are expressed in host cells as part of a recombinant expression vector.
Will be introduced. A positive selection gene keeps the introduced gene in a stable form.
It provides a means for identifying and / or isolating possessing cells. And
This ability allows these genes to facilitate gene transfer and analysis of gene function.
I do. On the other hand, the negative selection gene is a cell that retains the introduced gene.
Provide a means to eliminate.
Many genes are available that confer a selective phenotype on animal cells. Bacteria
Neomycin phosphotransferase gene (neo) (Colbere-Garapin et al., J.
. Mol. Biol. 150: 1,1981), hygromycin phosphotransferase inheritance
Hph (Santerre et al., Gene 30: 147, 1984), and xanthine-guaninephos.
Horibosyl transferase (gpt) gene
(Mulligan and Berg, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 78: 2072, 1981),
Used as the dominant positive selection gene. Herpes simplex virus type I
Thymidine kinase (HSV-I TK) gene (Wigler et al., Cell 11: 223, 1977); cell origin
Native adenine phosphoribosyl transferase (APRT) gene (Wigler et al., Proc
. Natl. Acad. Sci. USA 76: 1373, 1979); and hypoxanthine phosphoribosi.
Letransferase (HPRT) gene (Jolly et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA 80
: 477, 1983) is commonly used as a recessive positive selection gene. Outline
Thus, dominant selection genes are more versatile than recessive genes. Because it is recessive
While gene use is limited to mutant cells that are defective in selectable function,
, Because the dominant gene can be used in wild-type cells.
Some genes confer negative and positive selection phenotypes.
I can. These include the HSV-I TK, HPRT, APRT, and gpt genes. This
These genes drive the conversion of nucleoside or purine analogs into cytotoxic intermediates.
It encodes an enzyme that catalyzes. The nucleoside analogue ganciclovir (ganci
clovir; GCV) is an effective substrate for HSV-I TK, but not for cell-derived TK.
It is a sufficient substrate. Therefore, this is relative to the HSV-I TK gene in wild type cells.
Can be used for all negative selections (St. Clair et al., Antimicrob. Agents Chemot
her. 31: 844, 1987). However, the HSV-I TK gene has cell-derived TK activity.
To the missing mutant cells
However, it can only be used effectively for positive selection. Similarly, the above HPRT and
The use of the APRT gene for either positive or negative selection is
HPRT respectively-Cell or APRT-Limited to cells (Fenwick, "HGPRT System", 33
Pp. 3-373, M.S. Gottesman (ed.), Molecular Cell Genetics, John Wiley and Son
S., New York, 1985; Taylor et al., "APRT System", pages 311-332, M.S. Gottesman (
Ed.), Molecular Cell Genetics, John Wiley and Sons, New York, 1985). one
On the other hand, the gpt gene is positively and negatively selected in wild type cells.
Can be used for any of Negative to gpt gene in wild-type cells
Selection is possible with 6-thioxanthine. This is due to the bacterial gpt enzyme
, A cell-derived HPRT enzyme that is effectively converted to a cytotoxic nucleotide analog
(Besnard et al., Mol. Cell. Biol. 7: 4139, 1987).
Another negative selection gene was recently described by Mullen et al. (Proc. Natl. Acad. Sci. USA).
89:33, 1992). The bacterial cytosine deaminase (CD) gene
, 5-Fluorocytosine (5-FC) is converted to 5-Fluorouracil (5-FU). 5-FU is
In addition, intracellularly, 5-fluoro-uridine-5'-triphosphate and 5-fluoro-
It is metabolized to 2'-deoxy-uridine-5'-monophosphate. These are RNA and
And inhibits DNA synthesis and causes cell death. Therefore, 5-FC carries the CD gene
The expressing cells can be effectively eliminated. CD gene is found in normal cells
And not positively selectable.
More recently, a genetic design designed for use in human gene therapy.
There has been interest in selection genes that can be incorporated into the offspring transfer vector. gene
Therapy may, for example, alter cell activity or cell phenotype, or alternatively
By introducing a heterologous gene that can express the drug required for treatment,
It can be used as a means to enhance cell function. Gene therapy also includes one or more
It can be used for the treatment of congenital genetic diseases caused by defects or deletions of a number of genes.
These diseases collectively lead to significant morbidity and mortality. Examples of such genetic diseases
Include hemophilia A and B (deficiency of blood coagulation factors VIII and IX, respectively).
Caused by), α1Antitrypsin deficiency and adenosine
Aminase deficiency is included. In each of these particular cases,
Gene has been identified and its complementary DNA (cDNA) has been cloned as a molecule.
(Wood et al., Nature 312: 330, 1984; Anson et al., Nature 315: 683, 1984;
And Long et al., Biochemistry 23: 4828, 1984; Daddona et al., J. Chem. Biol. Chem. 259: 12
101, 1984). Palliative therapy is applied for some of these genetic disorders (usually
, In the form of blood product administration or transfusion), while one of the treatments for such genetic diseases
The method is to introduce a replacement for the missing or missing gene into the somatic cells of the patient.
is there. This process is called "gene therapy" (Anderson, Science 226: 40).
1, 1984).
The process of gene therapy typically involves (1) taking somatic (non-germ) cells from the patient.
(2) Ex vivo treatment or replacement
Introducing the gene into cells via a suitable vector capable of expressing therapeutic or alternative genes
And (3) transplant or transfuse these cells into the original patient
A process (wherein the therapeutic or alternative gene is expressed and has some therapeutic benefit)
Including). Somatic gene transfer for human gene therapy is currently being investigated.
Achieved in Sivo (Kasid et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA 87: 473, 1990.
Rosenberg et al., N .; Engl. J. Med. 323: 570, 1990), and this relatively efficient
The bad process is that the cells that have the alternate gene introduced (before returning them to the patient)
Facilitated by the use of a dominant positive selection gene to determine and isolate
Will be. For example, the neo gene is used in human gene therapy
It has been used to identify genetically modified cells.
However, in some cases the introduction of genetically modified cells does
May endanger the health of the patient. In vivo (i
The ability to selectively remove (in vivo) allows the procedure to be reversed.
This gives patients an additional margin of safety for gene therapy. this
That means negative selection (that can function in wild-type cells) (ie, “suicide
") Can be achieved by incorporating the gene into a vector. Dominant positive
Choice
Incorporation of genes capable of conferring a phenotype and a negative selection phenotype is the
Co-expression and co-regulation (co-expression) of alternative and negative selection phenotypes
-regulation) and can minimize the size of the vector. However
Et al., Positive selection for the gpt gene in some cases measures
Precise selection conditions that can be difficult are required. The reason is that the gpt gene
Dominant positive selection phenotype and negative selection rather than using
Co-expression with the phenotype is a function of two different genes (these are the other dominant positives).
And separately encoding negatively selectable functions)
It is generally achieved.
Dominant positive selection phenotype and negative encoded by different genes
Existing strategies for co-expressing the active selection phenotype are usually complex.
Give a difficult problem. The most widely used technique is to code the two phenotypes separately.
Co-transfecting the two plasmids
Wigler et al., Cell 16: 777, 1979). However, the efficiency of co-transfer
Seldom becomes 100%, and the two genes independently
It may undergo developmental regulation. The second strategy is to combine two genes into a single gene.
Two independent transcription units were ligated on the lasmid or placed in the viral vector.
It is to arrange as a unit. This method also regulates these genes independently
Done
It has a disadvantage of getting it. In the case of retrovirus vector, on the other hand
Suppression of the other independent transcription unit can occur (Emerman and
And Temin, Mol. Cell. Biol. 6: 792, 1986). In addition, many functional promotions
Despite the successful construction of a retrovirus vector carrying
Under certain circumstances, the virus vector contains two functional transcription units.
There may not be enough space to obtain (Overell et al., Mol. Cell. Biol. 8:18.
03, 1988). The third strategy is to combine two genes into one 2cistronic mRNA.
Then, it expresses using a single promoter. However, this
According to the method, the distal open reading frame is often inconsistent
Translated efficiently (and usually reduced) in Kaufman et al., EMBOJ. 6: 187, 1987.
), And how such an expression strategy is effective in primary cells.
Not at all.
The present invention provides a dominant positive selection phenotype encoded by different genes.
And a negative selection phenotype more effectively and reliably
provide.
Summary of the Invention
The present invention is in reading frame with a negative selection gene and
Selective fusion inheritance containing a dominant positive selection gene fused to a gative selection gene
Providing a child (selectable fusion gene). This selection fusion gene has a single bifunctional
It encodes a fusion protein. This protein has a dominant positivity for host cells.
A negative selection phenotype and a negative selection phenotype can be provided. The selective fusion gene of the present invention is
, Nucleoses from the bacterial cytosine deaminase (CD) gene for negative selection
It contains a tide sequence.
In a preferred embodiment, the selected fusion gene is a nucleo from the neo gene.
It contains a nucleotide sequence from the bacterial CD gene fused to the tide sequence. This genetic
The offspring are referred to herein as the CD-neo selection fusion gene (SEQ ID NO: 1). this
The CD-neo selection fusion gene was used for G-418 resistance (G-418r)When
5-Fluorocytosine sensitivity for negative selection (5-FCs) And give.
The present invention also provides a recombinant expression vector (eg, a recombinant expression vector) containing the selected fusion gene.
Rovirus), and cells into which the recombinant expression vector has been introduced.
Since the selective fusion gene of the present invention is expressed and regulated as a single gene body,
, Enables highly efficient co-regulation and co-expression.
Brief description of the drawings
FIG. 1 shows the plasmids tgCMV / hygro / LTR, tgCMV / neo, tgCMV / hygro-CD, tgCMV / CD.
-illustrates the expression cassettes contained in hygro, tgCMV / neo-CD and tgCMV / CD-neo
. Horizontal arrows indicate the transcription start site and transcription direction. Labeled as LTR
Was
Open frames are retroviral long terminal repeats. Outlines labeled CMV
The frame is the cytomegalovirus promoter.
FIG. 2 was prepared from a pool of transfected NIH / 3T3 cells.
The result of the cytosine deaminase assay regarding an extract is shown. This extract is
It was assayed by measuring the conversion of tocin to uracil.
FIG. 3 shows the retrovirus vector tgLS (+) neo and the used in the present invention.
Figure 2 shows a schematic representation of the proviral structure of TgLS (+) CD-neo.
Figure 4 shows non-infected NIH / 3T3 (lane 1), tgLS (+) neo-infected NIH / 3T3 (lane 2),
And tgLS (+) CD-neo-infected NIH / 3T3 (lane 3) cell pool
The result of Nase assay is shown. This result shows that cells infected with tgLS (+) CD-neo
It is shown to express high levels of cytosine deaminase activity.
Figure 5 shows non-infected NIH / 3T3 cells (plates a, b and c) and tgLS (+) neo (
Plates d and e) or tgLS (+) CD-neo (plates f and g) retrovirus
5 shows a photograph of a stained colony of NIH / 3T3 cells infected with A. niger. Cells grow long term
In the assay, medium alone (plate a) or G-418 (plates b, d and
f) or G-418 + 5-FC (plates c, e and g) are grown in medium supplemented
Was done. Data show that uninfected NIH / 3T3 cells are sensitive to G-418 and resistant to 5-FC.
And NIH / 3T3 cells infected with tgLS (+) neo of G-418 and 5-FC
NIH / 3T3 cells resistant to both and tgLS (+) CD-neo resistant to G-418
, And was sensitive to 5-FC.
Detailed description of the invention
SEQ ID NO: 1 and SEQ ID NO: 2 (shown immediately before the claims) are the CD of the present invention.
-neo The specific sequence of the nucleotide sequence of the fusion gene and the corresponding amino acid sequence.
An embodiment is shown. The CD-neo selection fusion gene shown in the sequence listing is the neo gene (nucleo
CD gene (nucleotides 4 to 1281) linked to a sequence derived from tide 1282 to 2073
) Derived sequence.Definition
As used herein, the term "selection fusion gene" refers to negative selection
Fused to an alternative gene and in reading frame with a negative selection gene
A nucleotide sequence containing a dominant positive selection gene at
It confers a dominant positive and negative selection phenotype on the cellular host.
Encoding a single possible bifunctional fusion protein. "Dominant positive selection inheritance
"Progeny" encodes a protein that confers a dominant positive selection phenotype on the cellular host.
Nucleotide sequence, and is discussed and exemplified in more detail below.
It is. A "negative selection gene" is one that confers a negative selection phenotype on the cell host.
Protein
Described nucleotide sequence and is also discussed and discussed in more detail below.
And exemplify. "Selection gene" generally refers to a dominant positive selection gene and
Gattive selection gene.
Expression product of the selection gene (ie, the protein encoded by the selection gene)
Are fused by peptide bonds and the biological activity of each of the two proteins
A selection gene, if at least a portion of the
"Fused to and in reading frame with another selection gene."
For the CD-neo selection fusion gene disclosed herein, the CD protein and ne
o Proteins are fused by peptide bonds, and a single bifunctional fusion tamper
When expressed as a protein, the CD gene (encoding cytosine deaminase
-Fluorocytosine sensitive, ie 5-FCsGives a negative selection phenotype of
, Neo gene (encoding neomycin phosphotransferase, G-418 resistance,
Ie G-418rGive a dominant positive selection phenotype), and neo relic
It is in the reading frame with the gene.
The selection gene sequences of the components of the invention are preferably contiguous;
The component selection gene sequence is an internal non-translated nucleotide sequence such as an intron.
It is possible to construct a selective fusion gene that is divided by. Of the object of the present invention
In order to express the selected fusion gene, the expression product of the selected
A single two fused by a tide bond
Such a non-adjacent selection gene sequence will be fused if a functional fusion protein is produced.
It is considered to be combined.
A "nucleotide sequence" is a deoxyribonucleoside, such as a DNA or RNA sequence.
Refers to a heteropolymer of tide or ribonucleotide. Nucleotide sequence
Are either in the form of separate fragments or as a component of a larger construct.
Exists. Preferably, the nucleotide sequence is prepared according to standard biochemical methods, eg
For example, cloning vectors can be used to identify, manipulate, and recover sequences
Is the amount or concentration. Recombinant nucleotide sequences can be cloned,
Products of various combinations of digestion and ligation steps. This process is
Construction with structural coding sequences distinguishable from homologous sequences found in natural systems
Produces things. Generally, a structural coding sequence, eg, a selection fusion gene of the invention, is coded for.
The nucleotide sequences to be added include nucleotide fragments and short oligonucleotides.
Assembled from an otide linker, or assembled from a series of oligonucleotides,
It may provide a synthetic gene that can be expressed in the alternative transcription unit. Such an array is
, Preferably an internal untranslated sequence typically present in eukaryotic genes, ie
Presented in the form of an open reading frame uninterrupted by the intron
Provided. The genomic DNA containing the relevant selection gene sequence is preferably a selection gene.
Used to obtain the appropriate nucleotide sequence encoding
Lagment may also be used. like this
If the sequence does not interfere with the manipulation or expression of the coding region, the untranslated DNA sequence is
May be 5'or 3'from the open reading frame, or
It may be in the open reading frame. However, some genes
Introns that are necessary for proper expression in the host. For example, HPRT election
Alternative genes contain introns that are required for expression in embryonic stem (ES) cells. the above
As suggested by, the nucleotide sequences of the invention may also include RNA sequences. An example
For example, where the nucleotide sequence is a retrovirus for infecting a cellular host.
Packaged as RNA in the virus. The use of retrovirus expression vector
, Discussed in more detail below.
The term "recombinant expression vector" refers to transfection or viral infection.
Can be transduced into target cells and encode the expression of a selection fusion gene
A replicable unit of a form of DNA or RNA. This selective fusion gene is
One or more genetic elements that have a regulatory role in gene expression, eg, transcription.
Control of transcription initiation sequence and transcription termination sequence and translation initiation sequence and translation termination sequence
Below, it is transcribed into mRNA and translated into protein. The recombinant expression vector of the present invention
Are replicated in bacterial cells and, for example, calcium phosphate precipitates.
Directly into target cells by starch, electroporation or other physical transfer methods
It can take the form of a DNA construct to be transfected. Takes the form of an RNA construct
Recombinant expression vectors can be pretranslated using, for example, a proviral DNA vector.
Produce retroviruses that are defective and contain RNA transcripts of proviral DNA.
Infectious retrovirus packaged by the appropriate "packaging" cell line
It can be in the form of a loose. The host cells are infected with the retrovirus and
Torovirus RNA is stably integrated into the chromosomal DNA of the host cell to produce the provirus
Replicated by reverse transcription into a double-stranded DNA intermediate that forms Then, Purowill
DNA is expressed in host cells to produce the polypeptide encoded by the DNA.
To achieve. Therefore, the recombinant expression vector of the present invention is present in infectious retroviruses.
Stable integration into chromosomal DNA in appropriate host cells as well as existing RNA constructs
Reverse transcript of the isolated retroviral RNA genome, or a cloned copy thereof.
Contains a copy of the proviral DNA or retroviral DNA
It also includes a cloned copy of the missing intermediate form. Proviral DNA is a provirus
When the sequence is expressed in an infected host cell, it is transcribed into mRNA and
Transcription independently operably associated with selected structural DNA sequences translated into protein
Including factors. The recombinant expression vector used for direct transfection is
It contains a DNA sequence that enables the vector to replicate in a bacterial host cell. In the present invention
Various recombinant expression vectors suitable for use in the following are described below.
The term "(introduce)" means that the recombinant gene containing the selected fusion gene is
It means the introduction of the current vector into cells. The transduction method is physical in nature
Get (ie, transfection), that is, the method of transcribing into RNA
Packaged in infectious viral particles and infect target cells
DNA used to deliver (ie, infect) the desired genetic material
Relying on the use of recombinant viral vectors (such as retroviruses)
. Many different types of mammalian gene transfer and recombinant expression vectors developed
(See, for example, Miller and Calos, Gene Transfer Vectors for Mammal.
lan Cells ”Current Comm. Mol. Biol., (Cold Spring Harbor Laboratory, New
York, 1987)). Naked DNA transferred to calcium phosphate
(Berman et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA 84 81: 7176, 1984), DEAE-De.
Kistran transfection (McCutchan et al., J. Natl. Cancer Inst. 41: 351.
, 1986; Luthman et al., Nucl. Acids Res. 11: 1295, 1983), protoplast fusion (D
eans et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA 84 81: 1292, 1984), electroporation
(Potter et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA 84 81: 7161, 1984), Lipofec.
(Felgner et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA 84: 7413, 1987), Polybrene.
Hexadimethrin bromide transfection
omide transfection) (Kawai and Nishizawa, Mol. Cell. Biol. 4: 1172, 1984)
Gene Transfer by Laser Micropuncture of Cell and Cell Membrane (Tao et al., Proc. Natl.
. Acad. Sci. U
SA 84: 4180, 1987), including (but not limited to) many techniques.
One of them is physically introduced into a mammalian cell by transfection.
Can be Development of various infection techniques utilizing recombinant infectious virus particles for gene delivery
Has been issued. This represents the preferred approach to the present invention. Smell this way
The viral vector that has been used is Simian virus 40 (SV40; Karlsson et al.
, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 84 82: 158, 1985), adenovirus (Karlsson et al.
, EMBOJ. 5: 2377, 1986), adeno-associated virus (LaFace et al., Virology 162: 483, 1).
988) and retrovirus (Coffin, 1985, pp. 17-71, edited by Weiss et al., RNA Tumor Vi.
ruses, 2nd edition Vol. 2, Cold Spring Harbor Laboratory, New York)
Includes loose vectors. Therefore, there are many gene transfer and expression methods.
However, it is essential to introduce and express genetic material in mammalian cells.
Function. Some of the above techniques transduce hematopoietic or lymphoid cells
These have been used for the calcium phosphate transfection
(Berman et al., Supra, 1984), protoplast fusion (Deans et al., Supra, 1984), et al.
Lectroporation (Cann et al., Oncogene 3: 123, 1988), as well as recombinant adeno
Virus (Karlsson et al., Supra; Reuther et al., Mol. Cell. Biol. 6: 123, 1986),
Deno-associated virus (LaFace et al., Supra) and retroviral vector (Overell et al.,
Oncogene 4: 1425, 1989). Primary T lymphocytes are elect
Population
(Cann et al., Supra, 1988) and retroviral infection (Nishihara et al., Cancer Res. 48).
: 4730, 1988; Kasid et al., Supra, 1990).Construction of selective fusion gene
The selective fusion gene of the present invention has a dominant positivity fused with a negative selection gene.
It contains a selection gene. Selection genes are commonly expressed, for example, in antibiotic resistance expression.
Molds, or can supply autotrophic requirements (for dominant positive selection),
Preferably encodes a protein that can activate toxic metabolites (for negative selection)
It includes a gene that does. The DNA sequence encoding the bifunctional fusion protein has a recombinant
Constructed using DNA technology, dominant positive selective genes and negative
Individual DNA fragments encoding the selection gene are assembled into an appropriate expression vector.
It's The 3'end of one selection gene is linked to the 5'end of another selection gene,
The reading frame for sequences within a system allows mRNA sequences to
Allows translation into a bifunctional fusion protein. Single selection fusion gene
Expressed under the control of the promoter.
A dominant positive selection gene is a stable trait when transduced into a host cell.
It is a gene that expresses a dominant phenotype that allows positive selection of transfectants. Departure
The bright dominant positive selection gene preferably encodes resistance to the antibiotic G418.
Tn5-derived aminoglycoside phosphotransferase
Ze gene (neo or aph) (Colbere-Garapin et al., J. Mol. Biol. 150: 1, 1981; Sou
thern and Berg, J. Mol. Appl. Genet. 1: 327, 1982); and Hygromai
Syn resistance (Hmr) Hygromycin-B phosphotransferr conferring a selective phenotype of
Gene (hph or "hygro") (Santerre et al., Gene 30: 147, 1984; Sugden et al.,
Mol. Cell. Biol. 5: 410, 1985; ATCC accession number 39820, plasmid pHEBol
Available from). Hygromycin B interferes with transposition
Aminoglycoside inhibitors that inhibit protein synthesis by inducing mistranslation
It is a raw material. The hph gene phosphorylates the antibiotic hygromycin B and is nontoxic
Of the Hph gene into Hmrgive. Other acceptable
Potential dominant positive selection genes include: Neomycin phosphotran
Bacterial neo gene encoding spherase (Beck et al., Gene 19: 327, 1982); Mikoff
Xanthine-guanine phospho from Escherichia coli encoding resistance to enolic acid
Ribosyl transferase gene (gpt) (Mulligan and Berg, Proc. Natl. Ac
ad. Sci. USA 78: 2072, 1981); a necessary and increased level of purine biosynthesis.
To select cells constitutively expressing Bell DHFR, the drug methotrexate (MTX
Dihydrofolate-derived from murine cells or E. coli that can be competitively inhibited by
Cutase (DHFR) gene (Simonsen and Levinson, Proc. Natl. Acad. Sci. USA
80: 2495, 1983; Simonsen et al., Nucl. Acids Res. 16: 2235, 1988); typhimuri
um histidinol
Dehydrogenase (hisD) gene (Hartman et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA 85:80.
47, 1988); E. coli tryptophan synthase β subunit (trpB) gene (Hart
man et al., supra); puromycin-N-acetyltransferase (pac) gene (
Vara et al., Nucl. Acids Res. 14: 4117, 1986); Adenosine deaminase (ADA) inheritance
Offspring (Daddona et al., J. Biol. Chem. 259: 12101, 1984); multiple drug resistance (MDR) gene (K
ane et al., Gene 84: 439, 1989); mouse ornithine decarboxylase (OCD) gene
(Gupba and Coffino, J. Biol. Chem. 160: 2941, 1985); E. coli asparagine
Acid transcarbamylase catalytic subunit (pyrB) gene (Ruiz and Wahl, Mol
. Cell. Biol. 6: 3050, 1986); and encodes asparagine synthetase
E. coli asnA gene (Cartier et al., Mol. Cell. Biol. 7: 1623, 1987).
The negative selection gene provides stable transduction when transduced into host cells.
A gene that expresses a phenotype that allows negative selection (i.e. elimination) of the body
You. The preferred negative selection gene of the present invention confers 5-fluorocytosine sensitivity.
Bacterial CD Gene Encoding Cytosine Deaminase (Genbank Accession No. X63656)
It is.
Other enzymes suitable for negative selection are phosphate-containing prodrugs (etopo
Cid-phosphate, doxorubicin-phosphate, mitomycin phosphate
Alkaline phosphatase useful in the conversion of toxic dephosphorylation metabolites;
For converting sulfate-containing prodrugs to free drugs
Useful arylsulfatases; peptide-containing prodrugs as free drugs
Proteases useful for converting, such as Serratia proteases, thermolytics
, Subtilisin, carboxypeptidase and cathepsin (cathepsin B and
And L); D-amino acids useful for converting prodrugs containing D-amino acid substituents.
Lanyl carboxypeptidase; glycosylated prodrug as free drug
Carbohydrate cleaving enzymes useful for converting (β-galactosidase and neuraminidase
, Etc.); to convert a drug induced using β-lactam into a free drug
-Lactamase useful for; and phenoxyacetyl group or phenylacetyl
Each of these groups is used as a free drug for a drug derived at the nitrogen atom.
A penicillin amidase useful for converting (penicillin V amidase or penicillin
Phospho-G amidase and the like), but is not limited thereto.
Another enzyme prodrug combination is para-N-bis (2-chloroethyl) amino.
Bacterial (eg, from Pseudomonas) enzymes with benzoylglutamic acid
Includes Cypeptidase G2. Cleavage of the glutamate moiety from this compound is a poison
Releases benzoic acid mustard. Penicillin-V amidase is doxorubicin
And the phenoxyacetamide derivative of melphalan to toxic metabolites.
Due to the degeneracy of the genetic code, nucleotide sequences encoding the same amino acid sequence
There can be considerable variation in the rows; examples
The illustrative DNA embodiment corresponds to the nucleotide sequence in SEQ ID NO: 1 of the Sequence Listing.
It is an embodiment of Such variants include one or more substitutions, deletions,
Or has a modified DNA or modified amino acid sequence with additions and the net effect is
Retain biological activity, and such variants are disclosed herein
Substitutions can be made for specific sequences. Sequences of selected fusion genes including CD and neo
Contains all or part of the CD and neo sequences, and is suitable for moderately stringent conditions (50
Hybridizes to the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1 in the sequence listing under 2 × SSC)
Is possible and expresses a biologically active fusion protein,
They are equivalent.
A "biologically active" fusion protein is a selective phenotype of a constituent selection gene.
Amino acid sequence similarities sufficient to provide the amino acid sequence similarity of the invention disclosed herein.
Share with specific embodiments.
In a preferred embodiment, sequences from the bacterial cytosine deaminase (CD) gene
Fused with sequences from the bacterial neomycin phosphotransferase (neo) gene
Is done. The obtained selection fusion gene (called CD-neo selection fusion gene) is G-418.r
And 5-GCsAnd have a single dominant positive and negative selection phenotype.
Encodes a bifunctional fusion protein that can be expressed and regulated as a genetic entity
. The CD-neo selective fusion gene is used in a patient population likely to receive ganciclovir.
Can be particularly advantageous.Recombinant expression vector
The selective fusion gene of the present invention identifies the host cell into which this selective fusion gene is introduced.
, Isolated, or removed. This selective fusion gene is
By transducing a recombinant expression vector containing this selective fusion gene into
It is introduced into the main cells. Such host cells include mammalian cells or insect cells.
Cell types derived from higher eukaryotic origin, such as, or lower prokaryotic origin
Cell types.
As mentioned above, such a selection fusion gene is preferably a gene of this selection fusion gene.
Components of a recombinant expression vector capable of expressing offspring intracellularly and conferring a selective phenotype
And then introduced into specific cells. Such recombinant expression vectors generally include
If it contains a selection fusion gene operably linked to appropriate transcriptional or translational control sequences.
Synthetic or native nucleotide sequence, eg, origin of replication, any for regulated transcription
An operator sequence, a suitable promoter linked to the gene to be expressed and
Enhancers, and other 5'or 3'flanking nontranscribed sequences, and 5'or
3'untranslated sequences (e.g., necessary ribosome binding sites, polyadenylation sites, sp
Lysing donor and acceptor sites), and transcription termination sequences are included.
You. Such regulatory sequences may include mammalian, viral, microbial, or insect gene
Can be derived from The nucleotide sequence is
When they are functionally related to each other, they are operably linked. For example,
A lomomotor is a selective fusion gene if it controls transcription of the selective fusion gene.
Operably linked to the offspring; or, the ribosome binding site is a fusion gene of choice.
Is translated into a single bifunctional fusion protein
, Operably linked to a selective fusion gene. Generally, operably linked is
, Which means that they are adjacent.
Specific recombinant expression vectors for use in mammalian, bacterial, and yeast cell hosts
-Pouwels et al., (Cloning Vectors: A Laboratory Manual, Elsevier, New Yo
rk, 1985) and are well known in the art. Set used for animal cells
For a detailed description of recombinant expression vectors, see Rigby, J. et al. Gen. Virol. 64: 255, 1983); Eld
er et al., Ann. Rev. Genet. 15: 295, 1981; and Subramani et al., Anal. Biochem. 1
35: 1.1983. Suitable recombinant expression vectors are also viral vectors.
-, In particular retroviruses (described in detail below).
The selection fusion gene of the present invention is preferably a strong enhancer and promoter.
-Placed under the transcriptional control of the expression cassette. Examples of such expression cassettes include
Tomatomegalovirus immediate early (HCMV-IE) promoter (Boshart et al., Cell 41: 521
, 1985), β-actin promoter (Gunning et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA).
84: 5831, 1987), histone H4 promoter (Guild et al., J. Virol. 62: 3795, 1988).
, Mouse metallothionei
Promoter (Mclvor et al., Mol. Cell. Biol. 7: 838, 1987), rat growth hormone.
Promoter (Miller et al., Mol. Cell Biol. 5: 431, 1985), human adenosine
Aminase promoter (Hantzapoulos et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA 86: 351.
9, 1989), HSV TK promoter (Tabin et al., Mol. Cell. Biol. 2: 426, 1982), α-
1 Antitrypsin enhancer (Peng et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA 85: 8146
, 1988), and immunoglobulin enhancers / promoters (Blankenstein et al.,
Nucleic Acid Res. 16: 10939, 1988), SV40 early or late promoter, Ade
Two major late promoters of novirus, or polyoma virus,
From sipapilloma virus, or other retrovirus or adenovirus
Included are other viral promoters that have been induced. Immunoglobulin (Ig) inheritance
Offspring promoters and enhancer elements have significant specificity for B lymphocytes.
(Banerji et al., Cell 33: 729, 1983; Gillies et al., Cell 33: 717, 1983; Mas
on et al., Cell 41: 479, 1985), these elements were found to be associated with β-glob only in red blood cells.
Controls transcription of phosphogene function (van Assendelft et al., Cell 56: 969, 1989). Lap
Using known restriction and ligation techniques, suitable transcription control sequences can be
Intact DNA, to be excised from a DNA source and expressed according to the invention.
It can be integrated in operable relationship with a selection fusion gene. Therefore, many
Transcription control sequences have been successfully used in retroviral vectors to
Inserted heredity
Offspring can be expressed.Retro virus
Retroviruses are highly efficient in introducing the selective fusion gene of the present invention into eukaryotic cells.
Can be used to transduce the
Preferred for delivering offspring. In addition, retroviral integration is controlled.
In a different manner, resulting in one or several copies of new genetic information per cell.
Stable installation.
Retroviruses are a class of viruses whose genome is in RNA form.
Retroviral genomic RNA encodes viral proteins that include:
Includes trans-acting gene sequences that interact with RNA in the nucleus of viral particles
Structural proteins that are linked (encoded by the gag region); make DNA complements (po
reverse transcriptase; encoded by the 1 region; and particle lipoprotein envelope
And bind the virus to the host cell surface during infection (env region).
Envelope glycoprotein (encoded by region). Replication of retroviruses
Cis-acting elements, such as proviral DNA and necessary for viral replication
It is regulated by a promoter for transcription of other nucleotide sequences. Made in Sith
The element used is about 600 base pairs present at the 5'and 3'ends of the retroviral genome.
Within or next to two identical untranslated long terminal repeats (LTRs) of
Touching. Retrovirus
RNA-directed DNA polymerase or reverse transcription
Primers can be used to copy their RNA genomes into double-stranded DNA intermediates by reverse transcription.
To duplicate. The DNA intermediate is within the chromosomal DNA of an avian or mammalian host cell.
Incorporated into. The integrated retroviral DNA is called the provirus.
Provirus is a template for RNA strand synthesis for the formation of infectious viral particles.
Function as. Forward transcription of provirus and assembly into infectious viral particles (a
ssembly) has an endogenous trans-acting gene required for viral replication
Occurs in the presence of the appropriate helper virus.
The retrovirus is in the endogenous trans of the proviral form of the retrovirus.
One or more of the genes that act may be recombinant therapeutic genes, or in the context of the present invention.
In this case, the selected fusion gene is replaced, and then the recombinant provirus is transformed into the cell.
By introducing it, it is used as a vector. For genes that act on trans
Contains the gag, pol, and env genes, which are
A protein, enzyme reverse transcriptase, and envelope protein components
Code (constituents). These are all required for the production of undamaged virions
You. A recombinant retro deletion of the gag, pol, and env genes that act in trans
The virus is unable to synthesize proteins that are essential for replication, and therefore replication-defective (rep
lication-defective). Such replication-defective recombinant retroviruses are
Are grown using a packaging cell line. these
Packaging cell line acts on all trans necessary for the production of undamaged virions
It contains an integrated retroviral genome, which provides the gene sequence for like this
Proviral DNA sequences transduced into different packaging cell lines are transcribed into RNA.
Infectious virus that is duplicated and contains a selective fusion gene (and / or therapeutic gene)
Gag, p, which is a gene product that is encapsidated in the on but acts in trans
lacks ol and env and encapsidates RNA within particles to infect other cells
Unable to synthesize the gag, pol, and env proteins required for. So got
The infectious retroviral vector that is capable of infecting other cells,
The gene may be incorporated into the cellular DNA of the host cell. Mann et al. (Cell 33: 153, 1983)
For example, to produce a stock of recombinant retrovirus without helper virus
To develop various packaging cell lines (eg, Ψ2) that can be used to
It is described. Ecotropic virus envelope (eg
, Ψ2) -encoding capsi in a cell line having a trans-acting element
Decoupling provides ecotropic (limited host range) progeny virus
. Alternatively, a cell line containing an amphotropic packaging gene (eg, PA317, ATCC
CRL 9078; Miller and Buttimore, Mol. Cell. Biol. 6: 2895, 1986)
The assembly provides an amphotropic (wide host range) progeny virus.
Many proviral constructs have been used to express foreign genes
Used successfully (eg Coffin, Weiss et al. (Eds.), RNA Tumor Virus,
Second Edition, Volume 2, (Cold Spring Harbor Laboratory, New York, 1985, pp.17-71)
See). Most proviral elements are derived from murine retroviruses.
However, retroviruses applicable for use in accordance with the present invention include any avian or sire.
Derived from a mammalian cell source. A suitable retrovirus is a retrovirus vector.
The cells that should be the receptors for the new genetic material to be transduced
Must be dyeable. Examples of suitable retroviruses include avian retroviruses.
(For example, avian erythroblastosis virus (AEV), avian leukemia virus (ALV), avian myeloblast)
Cystosis virus (AMV), avian sarcoma virus (ASV), Fujinami sarcoma virus (FuSV), spleen
Visceral necrosis virus (SNV), and Rous sarcoma virus (RSV); bovine leukemia virus (B
LV); cat leukemia virus (FeLV) or feline sarcoma virus (FeSV)
Torovirus; murine retrovirus such as murine leukemia virus (MuLV);
Us mammary tumor virus (MMTV), and murine sarcoma virus (MSV); and humans
T cell lymphocyte virus 1 and 2 (HTLV-1 and -2), and ape sarcoma virus
Primate retroviruses such as SSV are included. Many other suitable retro
Viruses are known to those of skill in the art. For classification of retroviruses, see Weiss et al.
Ed.), RNA tumor virus, 2nd edition, Volume 2, (Cold Spring Harbor Laboratory, N
ew York, 1985, pp.1-160) by Teich. Combined with the present invention
Good to use
The retroviruses are the Moronei murine leukemia virus (MoMLV) and the Moronei murine.
Sarcoma virus (MoMSV), Harvey murine sarcoma virus (HaMSV), and Kirsten
It is a murine retrovirus known as murine sarcoma virus (KiSV). Mo
The sequence required to construct a retrovirus vector derived from the MSV genome is pMV (A
Can be obtained in combination with a pBR322 plasmid sequence such as TCC37190), but K-BAL
The cell line producer of KiSV in B cells was deposited as ATCC CCL 163.3. RSV L
PRSV derived from pBR322 containing TR and intact neomycin drug resistance marker
Neo deposits are available from ATCC under Deposit No. 37198. A plastic containing the SNV genome
Smid pPB101 is available as ATCC 45012. The retrovirus virus
Rus genomes integrate their viral genomes into the chromosomal DNA of infected host cells.
However, once integrated, the cells into which the infectious virus is introduced are functionally
Other proviral elements that code for viral proteins that act in active trans
Replication-defective
Used to construct retroviral vectors.
The selective fusion gene of the present invention transduced by a retrovirus is a retrovirus.
Selected under the transcriptional control of enhancers and promoters that are integrated in the LTR of R.
Heterologous transcription control sequences that place alternative fusion genes or insert them between LTRs
It is expressed by being put under the control of. Heterologous transcription control sequence and LTR transcription control sequence
The use of both columns makes the therapeutic residue in the vector
Allows for co-expression of the gene and selection fusion genes, and thus the desired therapeutic gene.
It allows the selection of cells which express the specific vector sequence encoding the product. High
The therapeutic gene and / or the selection fusion gene are
Transcription of strong heterologous enhancer and promoter expression cassettes in the virus
It may need to be under control. Many different heterologous enhancers and promoters
Have been used to express genes in retroviral vectors.
You. Such enhancers or promoters include those that include the mammalian genome.
It may be derived from an Ils source or a cell source, and is preferably native in nature.
It is constitutive. Such a heterologous transcription control sequence is a recombinant expression vector.
As described above. The above gene transfer method so that it is expressed in transduced cells
The DNA sequence introduced by either of the
Is expressed under the control of
Particularly preferred recombinant expression vectors include pLXSN, pLNCX, and pLNL6, and
Include those derivatives. These are Miller and Rosman, Biotechnique
s 7: 980, 1989. These vectors retrovirally import heterologous DNA.
Can be expressed under the transcriptional control of the LTR or CMV promoter, and the neo gene
It can be expressed under the control of the early region promoter or the retroviral LTR. The present invention
The neo gene is selected for bifunctionality as disclosed herein for use in
It is replaced with a fusion gene, for example the CD-neo selection fusion gene. useful
Construction of successful replication-defective retroviruses is a matter of routine skill. The resulting recombinant layer
Torovirus can be integrated into the chromosomal DNA of infected host cells, but once integrated
When introduced, the cells into which the infectious virus is introduced act on the functionally active trans.
, Without other proviral inserts encoding viral proteins that
It cannot undergo replication to produce infectious virus.Use of bifunctional selective fusion genes
The selective fusion gene of the present invention is a somatic cell (somatic cell) into which this selective fusion gene is introduced.
cells) as a means to identify, isolate, or remove cells such as
Is particularly preferred for use. In gene therapy, somatic cells are removed from the patient
And a recombinant expression vector containing the therapeutic gene and the selected fusion gene of the invention.
It is introduced and then reintroduced into the patient. Used as a vehicle for gene therapy
Obtained somatic cells include hematopoietic (bone marrow-derived) cells, keratinocytes, hepatocytes, endothelial cells, and
And fibroblasts are included (Friedman, Science 244: 1275, 1989). Alternatively,
Gene therapy uses injectable vectors to transduce somatic cells in vivo
Can be achieved by The potential for gene transfer in humans has been demonstrated (K
asid et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA 87: 473, 1990); Rosenberg et al. Engl.
J. Med. 323: 570, 1990).
The selective fusion gene of the present invention is genetically modified in vivo.
It is particularly useful for removing viable cells. Of cells expressing a negative selection phenotype
In vivo ablation has been used in gene therapy as a means of ablating cell grafts.
Is particularly useful in, and thus provides a means of reversing gene therapy procedures.
For example, the anti-herpesvirus drug ganciclovir is used as an immunoglobulin promoter.
When administered to transgenic animals expressing the HSV-I TK gene from
It has been shown that selective excision of cells expressing the TK gene occurs (Heyman et al.
, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 86: 2698, 1989). Same transgenic mau
GCV also showed complete regression of abelson leukemia virus-induced lymphoma (regr
ession) has been shown (Moolten et al., Human Gene Therapy 1: 125, 199).
0). In a third study, murine sarcoma (K3T3) became a retrovirus expressing HSV-I TK.
They were infected and transplanted into syngeneic mice. Tumors induced by sarcoma cells
Completely eradicated after treatment with GCV (Moolten and Wells, J. Natl. Cancer In
st. 82: 297, 1990).
The selective fusion genes of the present invention are also described in Oldfield et al., Human Gene Therapy 4: 39,199.
Useful in the treatment of tumor resection, as performed by 3. tgLS (+) CD-neo
Packaging cells (about 106~Ten9) Is the tumor
Inoculated intra-tumorally. A few days later (in the meantime, the newly produced retro
Virus infects rapidly growing tumor cells in close proximity), (tgLS (+) CD-neo
Torovirus vector
Patients receive approximately 50-200 mg of 5-FC / kg of body weight daily (orally or
Or via vein) and selectively remove the infected tumor cells.
The bifunctional selective fusion gene of the present invention also promotes gene modification by homologous recombination.
It can be used to proceed. Reid et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA 87: 4299,
1990 recently described homologous recombination in ES cells using the HPRT gene.
A two-step procedure for genetic modification by "uto" homologous recombination) has been described. State briefly
And this procedure involves two steps: the "in" step, here the HPRT gene.
Pups embedded in the target gene sequence and transfected into HPRT host cells,
The homologous recombinants in which the HPRT gene was incorporated at the target position in HAT medium
They are identified by their proliferation and genomic analysis using PCR. The second "out"
In the process, the desired replacement sequence embedded within the target gene sequence is included (but HP
The construct (without the RT gene) was transfected into cells and the replacement sequence
HPRT containing homologous recombinants (but not HPRT gene)+Negative against cells
Isolate by active selection. This procedure introduces a selection gene sequence into the target gene
Introducing a few mutations into the target gene without-For cell lines
Requires positive selection of transformants. Because the HPRT gene is positive
This is because it is recessive with respect to the choice of the active. Furthermore, in ES cells
Large 9-kbp HPRT minigene for inefficient expression of the HPRT gene
Must be used. This gene allows for the construction and propagation of homologous recombination vectors.
Let them work together. The selective fusion gene of the present invention provides an improved means by which
More "in-out" homologous recombination may be performed. The selective fusion gene of the present invention is
Any wild type cell can be used as it has a preponderance for positive selection.
That is, it is not limited to the use of cells defective in selective phenotype). In addition, selection fusion
The size of the vector containing the combined gene is significantly reduced compared to the large HPRT minigene
Is done.
By way of illustration, the CD-neo selective fusion gene is used as follows:
In the “in” step, the CD-neo selective fusion gene was embedded in the target gene sequence and
The cells are transfected and the CD-neo selective fusion gene is
The integrated homologous recombinants were grown in medium containing G-418 and then PCR was used.
It is identified by performing a genome analysis. Then CD-neo+Second out of the cell
Used in the process. Where it contains the desired replacement sequence embedded in the target gene sequence
Transfect the construct (without the CD-neo selective fusion gene) into cells
You. CD-neo using 5-FC+Selective removal of cells and subsequent genomic analysis using PCR
To isolate homologous recombinants.
Example
Example 1
CD-neo selective fusion gene containing plasmid vector
Build and characterize
A.Construction of bifunctional CD-neo selective fusion gene
The plasmid tgCMV / hygro / LTR (Fig. 1) contains the following factors: HCMV IE94 promoter (Bos
Balt-SstII fragment containing hart et al., Cell 41: 521, 1985); mammalian cells
Consensus translation initiation sequence (GCCGCCACCATG) (Kozak et al., Nucl. Acids Res
. 15: 8125, 1987) containing an oligonucleotide conforming to the sequence;
The hph gene encoding synphosphotransferase (Kaster et al., Nucl. Acids
Res. 11: 6895, 1983) from nucleotide 234-1256; containing a polyadenylation sequence
MoMLV (Shinnick et al., Nature 293: 543, 1981) from nucleotide 7764 to the 3'LTR.
At pML2d containing the bacterial origin of replication (Lusky and Botchan, Nature 293)
: 79, 1981) -derived NruI-AlwNI fragment; β-lactamase gene-containing p
It consists of the AlwNI-AatII fragment from GEM1 (Promega Corp.).
Plasmids tgCMV / neo, tgCMV / CD, tgCMV / CD-hygro, tgCMV / neo-CD, and tgC
MV / CD-neo are all structurally similar to tgCMV / hygro / LTR, and consensus translation
Contains the starting sequence, but each contains a different sequence instead of the hph sequence.
Plastic
Sumido tgCMV / neo is an oligonucleoside that encodes three amino acids (GGA TCG GCC).
Neomycin phosphotransferase instead of the tide and hph sequences (Beck et al.,
Gene 19: 327, 1982) containing nucleotides 154-945 derived from the bacterial neo gene.
Have. The plasmid tgCMV / CD replaces the hph sequence with cytosine deaminase.
Nucleotides 1645-292 from the encoding bacterial CD gene (Genbank approval number X63656)
Contains 5. The CD sequence was determined by PCR using the plasmid pCD2 (Mullen et al., Proc. Natl. Aca.
d. Sci. USA 89:33, 1992). The plasmid tgCMV / hygro-CD is used for hph
From the hph gene, fused to nucleotides 1645-2925 from the CD gene instead of the column
Containing nucleotides 234-1205. The plasmid tgCMV / CD-hygro contains the hph sequence
Instead, it was fused to nucleotides 234-1256 from the hph gene and cloned from the CD gene.
Contains Cleotide 1645-2922. The plasmid tgCMV / neo-CD replaces the hph sequence
And an oligonucleotide encoding three more amino acids (GGA TCG GCC),
From the bacterial neo gene fused to nucleotides 1645-2925 from the CD and CD genes
Contains Leotide 154-942. The plasmid tgCMV / CD-neo contains, instead of the hph sequence,
Nucleotide 16 from the CD gene fused to nucleotides 154-945 from the neo gene
Contains 45-2922.
Standard methods such as (Ausubel et al., Current Protocols in Molecular Biology
(Wiley, New York), 1987) was used to construct the plasmid tgCMV / hygro / LTR:
First tgLS (+) HyTK
(Lupton et al., Mol. Cell. Biol. 11: 3374, 1991) derived from the long chain HindIII-StuI fragment.
The HCMV IE94 promoter from tgLS (-) CMV / HyTK (Lupton et al., Supra, 1991).
Spanning HindIII-StuI fragment and a fragment containing the human IL-2 cDNA sequence.
Plasmid HyTK-CMV-IL2 was constructed by ligating with the This human IL
-2 fragments containing the cDNA sequence
5'-CCCGCTAGCCGCCACCATGTACAGGATGCAACTCC-3 'and
The human IL-2 cDNA was included by PCR using 5'-CCCGTCGACTTAATTATCAAGTCAGTGTT-3 '.
Amplified from After amplification, the PCR product is first treated with T4 DNA polymerase.
Treatment to make the ends blunt, and the fragments from tgLS (+) HyTK and tgLS (-) CMV / HyTK
Prior to ligation, it was then cut with NheI. Construction of plasmid tgCMV / hygro / LTR
Therefore, the SV40 polyadenylation signal of tgCMV / hygro (Lupton et al., Supra, 1991)
The SalI-PvuI fragment spanning the Moloney leukemia virus LTR from HyTK-CMV-IL2
SalI-PvuI containing (containing the retroviral polyadenylation signal)
Replaced with ragment.
Plasmid tgCMV / n was prepared using standard procedures (Ausubel et al., Supra, 1987) as follows.
Constructed eo: PvuI-NheI fragment spanning HCMV IE94 promoter from tgCMV / hygro.
The NheI-HindIII fragment extending to the neo gene from tgLS (+) neo (Hin
The dIII site was treated with T4 DNA polymerase to blunt the ends) and H
Moronei leukemia virus derived from yTK-CMV-IL2
SalI-PvuI containing the LTR (containing the retroviral polyadenylation signal)
The fragment was ligated.
Plasmid tgCMV / C was prepared using standard procedures (Ausubel et al., Supra, 1987) as follows.
Constructed D: PvuI-NheI flag spanning HCMV IE94 promoter from tgCMV / hygro
The synthetic DNA fragment (which is an oligonucleotide
5'-CTAGCCGCCACCATGTCGAATAACGCTTTACAAACAATTATTAACGCCCG-3 'and
Anneal 5'-GTAACCGGGCGTTAATAATTGTTTGTAAAGCGTTATTCGACATGGTGGCGG-3 '
, PCD2 (Mullen et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA 89:
33, 1992) containing the remainder of the CD coding region from BstE2-AluI fragment.
, And Moronei leukemia virus LTR derived from HyTK-CMV-IL2 (retrovirus poly
Ligated to the SalI-PvuI fragment containing the adenylation signal).
Prior to ligation, the SalI site in the latter fragment was treated with T4 DNA polymerase to terminate the ends.
Was smoothed.
Plasmid tgCMV / C was prepared using standard procedures (Ausubel et al., Supra, 1987) as follows.
D-hygro was constructed: a long chain ClaI-SalI fragment derived from tgCMV / CD was used as an oligonucleotide.
Is leotide
5'-CCCATCGATTACAAACGTAAAAAGCCTGAACTCACCGCGAC-3 'and
Amplified from tgCMV / hygro by PCR using 5'-GCCATGTAGTGTATTGACCGATTCC-3 '
ClaI-NcoI fragment (the PCR product was cut with ClaI and NcoI before ligation), and
And tgCMV / hygro / LTR
It was ligated to the NcoI-SalI fragment containing the rest of the native hph coding region.
Plasmid tgCMV / h was prepared using standard procedures (Ausubel et al., Supra, 1987) as follows.
ygro-CD was constructed: The long chain SpeI-BstE2 fragment from tgCMV / CD was cloned into tgCMV / hyg
a SpeI-ScaI fragment containing the hph coding region from ro / LTR, and
Adult DNA fragment (is an oligonucleotide
5'-ACTCTCGAATAACGCTTTACAAACAATTATTAACGCCCG-3 'and
Annealing 5'-GTAACCGGGCGTTAATAATTGTTTGTAAAGCGTTATTCGAGAGT-3 '
Prepared by).
Plasmid tgCMV / C was prepared using standard procedures (Ausubel et al., Supra, 1987) as follows.
D-neo was constructed: a long ClaI-Asp718 fragment from tgCMV / CD was synthesized into a DNA fragment.
Segment (is an oligonucleotide
5'-CGATTACAAACGTATTGAACAAGATGGATTGCACGCAGGTTCTCC-3 'and
Anneal 5'-GGCCGGAGAACCTGCGTGCAATCCATCTTGTTCAATACGTTTGTAAT-3 '
Of the neo gene coding region from tgCMV / neo.
It was ligated to the EagI-Asp718 fragment containing the rest.
Plasmid tgCMV / n was prepared using standard procedures (Ausubel et al., Supra, 1987) as follows.
eo-CD was constructed: The long SphI-SalI fragment from tgCMV / neo was
Is leotide
5'-CGAACTGTTCGCCAGGCTC-3 'and
5'-CCCGGTAACCGGGCGTTAATAATTGTTTGTAAAGCGTTATTCGAGAAGAACTCGTCAAGAAGGC-3 '
ClaI-NcoI fragment amplified from tgCMV / neo by PCR used (PCR before ligation
(The product was cut with SphI and BstE2), and the CD gene codein from tgCMV / CD
Ligated to the BstE2-SalI fragment containing the rest of the coding region.
B.Dominant positive selection of cells containing the CD fusion gene
To demonstrate that the CD fusion gene encodes both neo and hph activities, NIH /
The frequency of various plasmids conferring drug resistance in 3T3 cells was examined.
First, NIH / 3T3 cells, 10% calf serum (Hyclone), 2 mM L-glutamine, 50 U / ml
Dulbecco's modified E supplemented with penicillin and 50 μg / ml streptomycin
Glue medium (DMEM; obtained from Gibco Laboratories) at 37 ° C, 10% CO2Supplemented with
It was grown in a humid atmosphere. Exponentially growing cells were harvested for transfection.
Recovered by pushin treatment, washed to remove serum, and concentrated to 107In DMEM at cells / ml
Resuspended. Plasmid DNA (5 μg) was added to 800 μl of cell suspension (8 x 106Cells)
Then, this mixture was mixed with Biorad Gene Pulser and Capacitance Extender (200-3
00V, 960μF, 0.4cm electrode gap, ambient temperature) for electroporation
I took it.
After electroporation, return the cells to a 10 cm dish and in non-selective medium.
Grew. After 24 hours, cells were trypsinized and 6x10FiveIn a cell / 10 cm dish
Inoculated and contacted overnight
I let you. Transfer non-selective medium to selective medium (containing 500 U / ml Hm or 800 μg / ml G-418).
Replaced and continued selection for 10-14 days. The plate is then fixed with methanol
, Stained with methylene blue, and colonies were counted. Colonies reported in Table 1
The number of colonies is the average number of colonies per 10 cm dish.
Non-transfected cells were hygromycin resistant (Hmr) But G-418 resistance (G
-418rIt wasn't. From this result, hygro-CD fusion gene and CD-hygro fusion gene
The gene is Hmr, The activity of the CD-hygro fusion gene is
Is lower than the activity of. CD-neo fusion gene is G-418rGive, but neo-
CD gene is not given.
C.Cytosine deaminase assay on transfected cell pools
To investigate whether the fusion gene retains cytosine deaminase (CD) activity
For this purpose, Hm shown in Table 1rAnd G-418rPool and establish NIH / 3T3 colonies
The cell line. Prepare the extract, and then [ThreeH] -Instead of cytosine [14C] -Sitoshi
As described previously (Mullen et al., Proc. Natl. Acad. S).
ci. USA 89:33, 1992), to determine the conversion of cytosine to uracil.
More CD activity was assayed. 1 x 10 in a 10 cm dish6Inoculate cells and cells
2
Incubated for days. The cells were then placed in Tris buffer (100 mM Tris, pH 7.8, 1 mM EDTA).
, 1 mM dithiothreitol) and 1 ml Tris buffer.
I scraped it off. The cells were then centrifuged in an Eppendorf microfuge for 10 seconds at 24,000 rpm.
Resuspend in 100 μl Tris buffer aliquots, and snap freeze and thaw for 5 cycles
Was done. Centrifuge at 6,000 rpm for 5 minutes in the Eppendorf microfuge, and then collect the supernatant.
Transferred to a Reina tube.
Check protein concentration in extracts using the Biorad Protein Assay Kit
Was. Then 25 μl of cell extract (ie protein equivalent in a volume of 25 μl) was added to 1 μl
of[14C] -cytosine (0.6 mCi / ml, 53.4 mCi / mmol; Sigma Chemical Co.),
The reaction was then allowed to proceed for 1-4 hours at 37 ° C. Half of the reaction is then applied to the thin layer chroma
Chromatogram and added to the chromatogram in a mixture of 86% 1-butanol and 14% water.
Tograph was done. After unfolding, the thin-layer chromatogram is analyzed by Kodak X-OMAT AR X-ray
Exposed to Rum for 8-14 hours. The results are shown in Figure 2.
From the results, CD-neo fusion gene, CD-hygro fusion gene, and hygro-CD fusion gene
The offspring encoded CD activity, but the CD-hygro fusion gene and hygro-CD fusion gene activity were
The sex was shown to be lower than the activity of the CD-neo fusion gene.
Example 2Retrovirus vector containing neo or CD-neo selection fusion gene
Construction and characterization
A.Construction of retrovirus vector
The retrovirus plasmids tgLS (+) neo and tgLS (+) CD-neo contain the following factors: 5
'LTR and MoMSV nucleotide 984 up to the PstI site (Van Beveren et al., Cell
27:97, 1981); from the PstI site at nucleotide 563 to nucleotide 1040 of MoMLV.
Sequence (Shinnick et al., Nature 293: 543, 1981); neo or CD-neo coding region
Fragments derived from tgCMV / neo or tgCMV / CD-neo containing regions, respectively; MoM
Sequence of nucleotides 7764 to 3'LTR of LV (Shinnick et al., 293: 543, 1981).
N from pML2d (Lusky and Botchan, supra, 1981) containing the bacterial origin of replication
ruI-AlwNI fragment; pGEM1 (Promega Corp containing the β-lactamase gene
.) Derived from AlwNI-AatII fragment.
Plasmid tgLS (+) was added using standard techniques (Ausubel et al., Supra, 1987) as follows.
) neo was constructed: First, the EcoRI-ClaI fragment from tgLS (+) HyTK was added to tgCM.
EcoRI-Asp718 fragment from V / hygro, and synthetic DNA fragment (oligo
Is a nucleotide
Anneal 5'-GTACAAGCTTGGATCCCTCGAGAT-3 'and 5'-CGATCTCGAGGGATCCAAGCTT-3'
Prepared by ringing)
The plasmid tgLS (+) hygro was constructed by Then it extends to the hygro gene
NheI-HindIII fragment is an oligonucleotide
5'-CCCGCTAGCCGCCGCCACCATGGGATCGGCCATTGAACAAGATGGATTGCAC-3 'and
5'-CCCAAGCTTCCCGCTCAGAAGAACTCGTC-3 '(PCR product with NheI and HindIII before ligation
PSV2neo (Southern and Berg, J. Mol. Appl.
Gen. 1: 327, 1982) to replace the amplified NheI-HindIII fragment.
Therefore, the plasmid tgLS (+) neo was constructed.
Plasmid tgLS (+) was added using standard techniques (Ausubel et al., Supra, 1987) as follows.
) CD-neo was constructed: HCV IE94 promoter from HyTK-CMV-IL2 and human IL-2
The NheI-SalI fragment spanning the cDNA was labeled with the NheI-SalI fragment from tgCMV / CD-neo.
I replaced it with
Figure 3 shows the retrovirus vectors tgLS (+) neo and tgLS (+) CD-neo.
The rovirus structure is shown. In the figure, "LTR" is the long-term anti-reverse of the retrovirus vector
Represents a rearrangement segment, where "neo" is the bacterial neomycin phosphotransferase
Ze gene, and "CD-neo" is CD / neomycin phosphotransferase
ZE fusion gene is shown. neo gene and CD-neo gene operate in LTR transcription control region
It is connected as possible. The arrow indicates the direction of transcription from the transcription control region.
"A+"Indicates a polyadenylation sequence.
B.Passage of stable cell lines infected with retroviral vectors
To obtain stable NIH / 3T3 cell lines infected with tgLS (+) neo and tgLS (+) CD-neo
In addition, the retroviral plasmid DNA of Ψ2 ecotropic packaging cells
Transfected into. Next, the transfected Ψ2 cells were treated with 10 mM butyric acid.
10 cm tissue culture containing complete growth medium supplemented with sodium (Sigma Chemical Co.)
Transferred to a petri dish and contacted overnight. After 15 hours, remove the medium, and
Replaced with fresh medium. After another 24 hours, the temporarily produced ecotrophic window
Collect the medium containing the virus particles, centrifuge at 2000 rpm for 10 minutes, and NIH / 3T3
Used to infect cells.
Exponentially dividing NIH / 3T3 cells were harvested by trypsinization and 2.5 x 10FourFine
Cells inoculated into two 6-well tissue culture trays at a density of cells / 35 mm well. Next day, medium
Was supplemented with 4 μg / ml polybrene (hexadimethrine bromide) (Sigma Chemical Co.)
Replaced with serial dilutions of cell-free supernatant (1 ml / well) containing virus in the culture medium
. The infection was allowed to proceed overnight. The supernatant was then replaced with complete growth medium. Further 8-2
After 4 hours of growth, infected NIH / 3T3 cells were tested for drug resistance to G-418 (Gibco),
Final concentration 800 μg / ml (HmrCells). 1 tray after growing for 12-14 days in total
Culture of G-418rResistant cells were fixed with 100% methanol and stained with methylene blue.
Colored. Count the colonies and use the colony count in each well to give a temporary infection.
The titer of the retrovirus present in the supernatant was established (Table 2).
Other tray G-418rFrom cells, G-418rPool cell colonies and analyze
Bulk culture was established for. An extract was prepared from this bulk culture, and [ThreeH]
-Instead of cytosine [14C] -It has already been described in general except that cytosine was used.
(Mullen et al., 1992), by measuring the conversion of cytosine to uracil.
CD activity was assayed. 1 x 10 in a 10 cm dish6Inoculate cells and
Incubated for 2 days. The cells were then treated with Tris buffer (100 mM Tris, pH 7.8, 1 mM ED
TA, 1 mM dithiothreitol), and petri dish with 1 ml Tris buffer.
I wiped it off.
The cells were then centrifuged at 14,000 rpm for 10 seconds in an Eppendorf microfuge and 100 μl
Resuspend in Tris buffer and perform 5 cycles of deep freezing and thawing. Eppe
Centrifuge at 6,000 rpm for 5 minutes in the ndorf microfuge, and then clean the supernatant into a clean tube.
Moved to. Extract using Biorad Protein Assay Kit
The protein concentration inside was examined. Then 25 μl of the cell extract (i.e. in a volume of 25 μl
1 ml of protein equivalent)14C] -cytosine (0.6 mCi / ml, 53.4 mCi / mmol; Sigma Ch
emical Co.) and the reaction was allowed to proceed for 1-4 hours at 37 ° C. 2 minutes of reaction
1 was then added to the thin layer chromatogram, and 86% 1-butanol and 14% water were added.
Was chromatographed in a mixture of After development, the thin-layer chromatogram was
Exposed to OMAT AR X-ray film for 8-14 hours. From the results shown in FIG. 4, tgLS (+) CD-n
Cells infected with the eoretroviral vector show high levels of cytosine deaminase.
It is shown to express activity.
C.Negative selection of cells containing the CD-neo selection fusion gene
To examine the usefulness of neo and CD-neo selective fusion genes for negative selection
In order to pool the colonies obtained from each transfection and
A cell line was established for analysis. NIH / 3T3 cells or tgLS (+) neo retrovirus
Or NIH / 3T3 cells infected with tgLS (+) CD-neo retrovirus
5-FC using the assaysAssayed.
First, 1 × 10FourInoculate cells into a 10 cm tissue culture dish in complete growth medium and
And contacted for 4 hours. The medium is then mixed with various concentrations of G-418 and / or 5-FC (Sigma
) And then incubated the cells for a further 10-14 days. Medium is 2-4
I changed it every day. The cells are then in situ with 100% methanol.
Fixed and stained with methylene blue.
A photograph of a representative stained plate is shown in FIG. Plate a is in medium without drug
NIH / 3T3 cells grown in. Plate b contains 800 μg / ml G-418
Have NIH / 3T3 cells grown in medium. Plate c contains 100 μg / ml 5-FC.
NIH / 3T3 cells grown in culture medium. Plate d is tgLS (+) neo
Have NIH / 3T3 cells infected and grown in medium containing 800 μg / ml G-418
. Plate e was infected with tgLS (+) neo 800 μg / ml G-418 and 100 μg / ml 5-
Have NIH / 3T3 cells grown in medium containing FC. Plate f is tgLS (+
) NIH / 3T3 cells infected with CD-neo and grown in medium containing 800 μg / ml G-418.
With vesicles. Plate g was infected with tgLS (+) CD-neo to 800 μ / ml G-418 and
Have NIH / 3T3 cells grown in medium containing 100 μg / ml 5-FC.
From these results, 1) non-infectious NIH / 3T3 cells were sensitive to G-418 and 5-FC
2) tgLS (+) neo-infected NIH / 3T3 cells were resistant to both G-418 and 5-FC.
3) tgLS (+) CD-neo-infected NIH / 3T3 cells are resistant to G-418 but 5-FC
It is shown to be sensitive.
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C12R 1:91)
(C12N 9/78
C12R 1:91) ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (51) Int.Cl. 6 Identification code Office reference number FI C12R 1:91) (C12N 9/78 C12R 1:91)