EA043573B1 - BIRDS WITH GENOME EDITED - Google Patents

BIRDS WITH GENOME EDITED Download PDF

Info

Publication number
EA043573B1
EA043573B1 EA202090585 EA043573B1 EA 043573 B1 EA043573 B1 EA 043573B1 EA 202090585 EA202090585 EA 202090585 EA 043573 B1 EA043573 B1 EA 043573B1
Authority
EA
Eurasian Patent Office
Prior art keywords
bird
cells
dna
chromosome
embryo
Prior art date
Application number
EA202090585
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Йювал Синнамон
Сохен Энбал Бен-Тал
Original Assignee
Дзе Стэйт Оф Исраэль
Министри Оф Эгрикалчур Энд Рурал Девелопмент
Эгрикалчурал Ресерч Организэйшн (Аро) (Волкани Сентер)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Дзе Стэйт Оф Исраэль, Министри Оф Эгрикалчур Энд Рурал Девелопмент, Эгрикалчурал Ресерч Организэйшн (Аро) (Волкани Сентер) filed Critical Дзе Стэйт Оф Исраэль
Publication of EA043573B1 publication Critical patent/EA043573B1/en

Links

Description

Область техники и уровень техники изобретенияField and background of the invention

Данное изобретение в некоторых вариантах его осуществления относится к птицам с отредактированным геномом, которые откладывают яйца, содержащие нежизнеспособные эмбрионы петушков.This invention, in some embodiments, relates to genome-edited birds that lay eggs containing non-viable cockerel embryos.

Разделение по половому признаку является важным аспектом для выращивания всех видов птиц, но в особенности для выращивания бройлеров и практически всех яйцекладущих птиц и индеек. В случае бройлеров и индеек разделение по половому признаку позволяет осуществлять более подходящие уход и кормление в соответствии с потребностями обоих полов, которые несколько отличаются от унифицированного выращивания, осуществляемого на данный момент в большинстве случаев. По сути на всех коммерческих инкубаторных станциях для выращивания курочек, которые станут курами-несушками, используется разделение поголовья по половому признаку. Петушков на инкубаторной станции выбраковывают, тогда как курочек очевидно определяют для производства яиц.Sex separation is important for all poultry species, but especially for broilers and virtually all egg-laying birds and turkeys. In the case of broilers and turkeys, segregation by sex allows for more appropriate care and feeding to suit the needs of both sexes, which is somewhat different from the uniform rearing practiced in most cases at the moment. In fact, all commercial hatcheries use sex-segregated flocks to raise hens that will become laying hens. The males at the hatchery are culled, while the females are obviously designated for egg production.

В настоящее время существуют три способа определения пола птицы. Пол однодневных цыплят можно определить либо путем исследования клоаки, либо по оперению. В альтернативном варианте петушков и курочек можно выращивать вместе, пока не станут очевидными вторичные половые признаки, и тогда цыплят можно разделить на основании пола. Определение пола путем исследования клоаки основано на визуальной идентификации пола на основе наличия связанных с полом анатомических структур. Определение пола по оперению основано на характеристиках оперения, которые отличаются у петушков и курочек, например, это цветовые характеристики пуха и/или и быстрая/медленная скорость роста маховых перьев. Третий способ основан на появлении естественных вторичных половых признаков, например, у самцов гребешки и бородки становятся большими, чем у самок.Currently, there are three ways to determine the sex of a bird. The sex of one-day-old chicks can be determined either by examining the cloaca or by looking at the plumage. Alternatively, cockerels and hens can be raised together until secondary sexual characteristics become apparent, at which point the chicks can be separated based on sex. Sex determination by cloacal examination is based on visual identification of sex based on the presence of sex-related anatomical structures. Determination of sex by plumage is based on plumage characteristics that differ between cockerels and hens, for example, the color characteristics of the down and/or the fast/slow growth rate of the flight feathers. The third method is based on the appearance of natural secondary sexual characteristics, for example, in males, combs and beards become larger than in females.

Определение пола однодневных цыплят путем исследования клоаки является сложным и дорогостоящим. Для идентификации пола птицы необходим высококвалифицированный персонал. Несмотря на то, что определение пола по оперению легче, его недостатком является ограничение конкретными генетическими скрещиваниями птиц. Определение пола по вторичным половым признакам является самым простым способом, но его недостаток состоит в том, что птиц обоих полов необходимо выращивать вместе в течение первых недель после вылупливания, что из-за стоимости корма и соображений конверсии корма может быть дороже для инкубаторной станции, чем затраты на определение пола путем исследования клоаки.Determining the sex of one-day-old chicks by examining the cloaca is difficult and expensive. Highly qualified personnel are required to identify the sex of birds. Although sex determination by plumage is easier, it has the disadvantage of being limited to specific genetic crosses between birds. Sex determination based on secondary sexual characteristics is the simplest method, but has the disadvantage that birds of both sexes must be reared together during the first weeks after hatching, which due to feed costs and feed conversion considerations may be more expensive for the hatchery than costs of determining sex by examining the cloaca.

Что наиболее важно, из-за повышения оптимизации производства мяса с одной стороны и производства яиц с другой стороны, петушки тех пород кур, которые оптимизированы для производства яиц, более не подходят или экономически не привлекательны для производства мяса. Таким образом, только в США и Европе ежегодно уничтожается более 500 миллионов петушков путем отравления газом, умерщвления электрическим током или измельчения. Это не только экономическая проблема, но также это все больше становится этической проблемой.Most importantly, due to increased optimization of meat production on the one hand and egg production on the other, male breeds that are optimized for egg production are no longer suitable or economically attractive for meat production. Thus, in the US and Europe alone, more than 500 million bettas are killed each year by gassing, electrocution or grinding. This is not only an economic problem, but it is also increasingly becoming an ethical problem.

Очевидно, что в коммерческой инкубаторной отрасли существует потребность в способе, который позволял бы сортировать птиц, пока они еще находятся в яйце, и который не полагается на работу высококвалифицированных специалистов.Clearly, there is a need in the commercial hatchery industry for a method that can sort birds while they are still in the egg and that does not rely on highly trained personnel.

В Oishi et al., [Scientific Reports 6, Article number: 23980 (2016) doi:10.1038/srep23980] описан направленный мутагенез в примордиальных зародышевых клетках цыплят с применением системы CRISPR/Cas9.Oishi et al., [Scientific Reports 6, Article number: 23980 (2016) doi:10.1038/srep23980] describe site-directed mutagenesis in chick primordial germ cells using the CRISPR/Cas9 system.

В Macdonald et al., [PNAS, 2012, p. 1466-1472] описана генетическая модификация и трансмиссия зародышевой линии примордиальных зародышевых клеток с применением транспозонов piggyBac и Tol2.In Macdonald et al., [PNAS, 2012, p. 1466-1472] describe genetic modification and germline transmission of primordial germ cells using piggyBac and Tol2 transposons.

В заявке США № 20060095980 описана обработка некоторого числа эндогенных примордиальных зародышевых клеток самки птицы, направленная на получение потомства, имеющего большую вероятность стать самцами по сравнению с самками.US Application No. 20060095980 describes the treatment of a number of endogenous primordial germ cells of a female bird to produce offspring that have a greater likelihood of becoming males than females.

Дополнительные работы современного уровня техники включают WO 2017094015.Additional state-of-the-art work includes WO 2017094015.

Краткое описание сущности изобретенияBrief description of the invention

В соответствии с аспектом некоторых вариантов осуществления данного изобретения предложен агент для редактирования ДНК, содержащий первую последовательность нуклеиновой кислоты для индуцибельного обеспечения летального фенотипа куриных эмбрионов мужского пола в яйце птицы и вторую последовательность нуклеиновой кислоты для направления первой последовательности нуклеиновой кислоты для осуществления действия летального фенотипа на Z-хромосому клетки птицы.In accordance with an aspect of some embodiments of the present invention, there is provided a DNA editing agent comprising a first nucleic acid sequence for inducibly causing a lethal phenotype of male chick embryos in a bird egg and a second nucleic acid sequence for directing the first nucleic acid sequence to cause the lethal phenotype to occur on Z -chromosome of a bird cell.

В соответствии с аспектом некоторых вариантов осуществления данного изобретения предложена клеточная популяция, содержащая клетки птицы, которые содержат экзогенный полинуклеотид, который стабильно интегрирован в Z-хромосому клеток, причем экзогенный полинуклеотид предназначен для обеспечения летального фенотипа у потомства мужского пола указанной птицы.In accordance with an aspect of some embodiments of the present invention, there is provided a cell population comprising avian cells that contain an exogenous polynucleotide that is stably integrated into the Z chromosome of the cells, wherein the exogenous polynucleotide is designed to provide a lethal phenotype in the male offspring of the avian.

В соответствии с аспектом некоторых вариантов осуществления данного изобретения предложена химерная птица, полученная в соответствии с описанным в данном изобретении способом.In accordance with an aspect of some embodiments of the present invention, there is provided a chimeric bird produced in accordance with the method described in this invention.

В соответствии с аспектом некоторых вариантов осуществления данного изобретения предложена трансгенная птица, полученная с помощью гаметы химерной птицы, описанной в данном изобретении.In accordance with an aspect of some embodiments of the present invention, a transgenic bird is provided using a gamete from a chimeric bird described in the present invention.

В соответствии с аспектом некоторых вариантов осуществления данного изобретения предложенIn accordance with an aspect of some embodiments of the present invention, there is provided

- 1 043573 способ уменьшения числа петушков, вылупляемых из оплодотворенных яиц птицы, причем экзогенный полинуклеотид стабильно интегрирован в Z-хромосому птицы, экзогенный полинуклеотид предназначен для индуцибельного обеспечения летального фенотипа у потомства мужского пола указанной птицы, при этом указанный способ включает воздействие на яйца индуктора, который обеспечивает летальный фенотип, тем самым уменьшая количество петушков, вылупляемых из оплодотворенных яиц птицы.- 1 043573 a method for reducing the number of cockerels hatched from fertilized poultry eggs, wherein the exogenous polynucleotide is stably integrated into the Z-chromosome of the bird, the exogenous polynucleotide is intended to inducibly provide a lethal phenotype in the male offspring of the said bird, wherein said method includes exposing the eggs to an inducer, which provides a lethal phenotype, thereby reducing the number of cockerels hatched from the bird's fertilized eggs.

В соответствии с аспектом некоторых вариантов осуществления данного изобретения предложена химерная птица, содержащая популяцию клеток, описанную в данном изобретении.In accordance with an aspect of some embodiments of the present invention, a chimeric bird is provided containing a population of cells described in the present invention.

В соответствии с аспектом некоторых вариантов осуществления данного изобретения предложен способ получения химерной птицы, включающий введение популяции клеток, описанной в данном изобретении, в эмбрион птицы-реципиента в условиях, достаточных для того, чтобы по меньшей мере одна из примордиальных зародышевых клеток (ПЗК) из популяции клеток колонизировала гонаду эмбриона птицы-реципиента, с получением, таким образом, химерной птицы.In accordance with an aspect of some embodiments of the present invention, there is provided a method for producing a chimeric bird, comprising introducing a population of cells described in this invention into a recipient bird embryo under conditions sufficient to cause at least one of the primordial germ cells (PGCs) from populations of cells colonized the gonad of the recipient bird embryo, thus obtaining a chimeric bird.

В соответствии с аспектом некоторых вариантов осуществления данного изобретения предложена система редактирования ДНК, содержащая:In accordance with an aspect of some embodiments of the present invention, there is provided a DNA editing system comprising:

(i) первый агент, содержащий первую последовательность нуклеиновой кислоты для обеспечения летального фенотипа в яйце птицы, функционально связанную с сайтом распознавания рекомбиназы, и последовательность для направления указанной первой последовательности нуклеиновой кислоты для осуществления действия указанного летального фенотипа на Z-хромосому клетки птицы; и (ii) второй агент, содержащий вторую последовательность нуклеиновой кислоты, которая кодирует фермент рекомбиназы, и последовательность для направления указанной второй последовательности нуклеиновой кислоты на Z-хромосому клетки птицы.(i) a first agent comprising a first nucleic acid sequence for causing a lethal phenotype in a bird egg, operably linked to a recombinase recognition site, and a sequence for directing said first nucleic acid sequence to effect said lethal phenotype on the Z chromosome of the bird cell; and (ii) a second agent comprising a second nucleic acid sequence that encodes a recombinase enzyme and a sequence for directing said second nucleic acid sequence to the Z chromosome of the bird cell.

В соответствии с аспектом некоторых вариантов осуществления данного изобретения предложен способ уменьшения числа петушков, вылупляемых из оплодотворенных яиц птицы, включающий:In accordance with an aspect of some embodiments of the present invention, there is provided a method for reducing the number of cockerels hatched from fertilized avian eggs, comprising:

спаривание самки птицы с самцом птицы, при этом первый экзогенный полинуклеотид, который функционально связан с сайтом распознавания рекомбиназы, стабильно интегрирован в Z-хромосому указанного самца птицы, причем указанный экзогенный полинуклеотид предназначен для обеспечения летального фенотипа в яйце птицы, а второй экзогенный полинуклеотид, кодирующий фермент рекомбиназы, стабильно интегрирован в Z-хромосому указанной самки птицы, или указанный первый экзогенный полинуклеотид, который функционально связан с сайтом распознавания рекомбиназы, стабильно интегрирован в Z-хромосому указанной самки птицы, причем указанный экзогенный полинуклеотид предназначен для обеспечения летального фенотипа в яйце птицы, а второй экзогенный полинуклеотид, кодирующий фермент рекомбиназы, стабильно интегрирован в Z-хромосому указанного самца птицы, тем самым уменьшая число петушков, вылупляемых из оплодотворенных яиц птицы.mating of a female bird with a male bird, wherein a first exogenous polynucleotide that is operably linked to a recombinase recognition site is stably integrated into the Z chromosome of said male bird, wherein said exogenous polynucleotide is intended to provide a lethal phenotype in the bird's egg, and a second exogenous polynucleotide encoding a recombinase enzyme stably integrated into the Z chromosome of said female bird, or said first exogenous polynucleotide that is operably linked to a recombinase recognition site is stably integrated into the Z chromosome of said female bird, wherein said exogenous polynucleotide is intended to provide a lethal phenotype in the bird's egg, and a second exogenous polynucleotide encoding a recombinase enzyme is stably integrated into the Z chromosome of said male bird, thereby reducing the number of cockerels hatched from the bird's fertilized eggs.

В соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения обеспечение осуществляется индуцибельным образом.In accordance with some embodiments of the invention, the provision is carried out in an inducible manner.

В соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения первая последовательность нуклеиновой кислоты кодирует белок летальности и функционально связана с нуклеотидной последовательностью, кодирующей переключатель, который регулирует экспрессию белка летальности, причем этот переключатель регулируется индуктором.In accordance with some embodiments of the invention, the first nucleic acid sequence encodes a lethality protein and is operably linked to a nucleotide sequence encoding a switch that regulates expression of the lethality protein, the switch being regulated by an inducer.

В соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения белок летальности выбран из группы, состоящей из токсина, проапоптотического белка, антагониста BMP, ингибитора сигнального пути Wnt и антагониста FGF.In some embodiments, the lethality protein is selected from the group consisting of a toxin, a proapoptotic protein, a BMP antagonist, a Wnt signaling pathway inhibitor, and an FGF antagonist.

В соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения агент для редактирования ДНК представляет собой одиночную молекулу.In accordance with some embodiments of the invention, the DNA editing agent is a single molecule.

В соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения первая последовательность нуклеиновой кислоты и вторая последовательность нуклеиновой кислоты содержатся в неидентичных молекулах.In accordance with some embodiments of the invention, the first nucleic acid sequence and the second nucleic acid sequence are contained in non-identical molecules.

В соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения первая последовательность нуклеиновой кислоты кодирует фермент эндонуклеазы, который может осуществлять редактирование генома, и функционально связана с нуклеотидной последовательностью, кодирующей переключатель, который регулирует экспрессию белка эндонуклеазы, причем этот переключатель регулируется индуктором.In accordance with some embodiments of the invention, the first nucleic acid sequence encodes an endonuclease enzyme that can perform genome editing, and is operably linked to a nucleotide sequence encoding a switch that regulates expression of the endonuclease protein, the switch being regulated by an inducer.

В соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения вторая последовательность нуклеиновой кислоты содержит:In accordance with some embodiments of the invention, the second nucleic acid sequence comprises:

(i) нуклеотидную последовательность левого плеча гомологии (ЛПГ), которая по существу гомологична 5'-области, фланкирующей локус целевого гена в Z-хромосоме птицы; и (ii) нуклеотидную последовательность правого плеча гомологии (ППГ), которая по существу гомологична 3'-области, фланкирующей локус целевого гена в Z-хромосоме птицы.(i) a left homology arm (LHA) nucleotide sequence that is substantially homologous to the 5' region flanking the target gene locus on the avian Z chromosome; and (ii) a right homology arm (RHH) nucleotide sequence that is substantially homologous to the 3' region flanking the target gene locus on the avian Z chromosome.

В соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения индуктор выбран из группы, состоящей из температуры, ультразвука, электромагнитной энергии и химического вещества.In accordance with some embodiments of the invention, the inductor is selected from the group consisting of temperature, ultrasound, electromagnetic energy, and chemical.

В соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения переключатель содержитIn accordance with some embodiments of the invention, the switch comprises

- 2 043573 расщепленный фермент рекомбиназы, который объединяется с образованием активного фермента в присутствии индуктора.- 2 043573 a cleaved recombinase enzyme that combines to form an active enzyme in the presence of an inducer.

В соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения переключатель содержит индуцибельный промотор.In accordance with some embodiments of the invention, the switch comprises an inducible promoter.

В соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения фермент эндонуклеазы представляет собой фермент РНК-направляемой ДНК-эндонуклеазы.In accordance with some embodiments of the invention, the endonuclease enzyme is an RNA-guided DNA endonuclease enzyme.

В соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения агент для редактирования ДНК дополнительно содержит нуклеотидную последовательность, которая кодирует направляющую РНК, которая нацелена на существенный ген птицы, причем нуклеотидная последовательность функционально связана с нуклеотидной последовательностью, кодирующей переключатель.In accordance with some embodiments of the invention, the DNA editing agent further comprises a nucleotide sequence that encodes a guide RNA that targets an essential bird gene, wherein the nucleotide sequence is operably linked to the nucleotide sequence encoding the switch.

В соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения существенный ген выбран из группы, состоящей из BMPR1A, ВМР2, ВМР4 и FGFR1.In accordance with some embodiments of the invention, the essential gene is selected from the group consisting of BMPR1A, BMP2, BMP4, and FGFR1.

В соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения фермент РНК-направляемой ДНК-эндонуклеазы выбран из группы, состоящей из цинк-пальцевых нуклеаз (ZFN, англ. zinc-finger nuclease), эффекторных нуклеаз, подобных активатору транскрипции (TALEN, англ. transcription activator-like effector nuclease), и каспазы 9.In accordance with some embodiments of the invention, the RNA-guided DNA endonuclease enzyme is selected from the group consisting of zinc-finger nucleases (ZFN), transcription activator-like effector nucleases (TALEN), effector nuclease), and caspase 9.

В соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения агент для редактирования ДНК дополнительно содержит нуклеотидную последовательность, которая кодирует репортерный полипептид.In accordance with some embodiments of the invention, the DNA editing agent further comprises a nucleotide sequence that encodes a reporter polypeptide.

В соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения индуктор представляет собой электромагнитную энергию.In accordance with some embodiments of the invention, the inductor represents electromagnetic energy.

В соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения электромагнитная энергия является составляющей видимого света.In accordance with some embodiments of the invention, electromagnetic energy is a component of visible light.

В соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения составляющая видимого света представляет собой синий свет.In accordance with some embodiments of the invention, the visible light component is blue light.

В соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения птица выбрана из группы, состоящей из курицы, индейки, утки и перепела.In accordance with some embodiments of the invention, the bird is selected from the group consisting of chicken, turkey, duck and quail.

В соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения клетки включают примордиальные зародышевые клетки (ПЗК).In accordance with some embodiments of the invention, the cells include primordial germ cells (PGCs).

В соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения клетки включают гаметы.In accordance with some embodiments of the invention, the cells include gametes.

В соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения ПЗК выбраны из группы, состоящей из ПЗК гонад, ПЗК крови и ПЗК зародышевого полулуния.In accordance with some embodiments of the invention, the PTCs are selected from the group consisting of gonadal PTCs, blood PTCs, and germinal crescent PTCs.

В соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения, способ дополнительно включает инкубацию химерной птицы до вылупливания после введения.In accordance with some embodiments of the invention, the method further includes incubating the chimera bird until it hatches after administration.

В соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения способ дополнительно включает выращивание химерной птицы до половой зрелости, при этом химерная птица вырабатывает гаметы, полученные из донорских ПЗК.In accordance with some embodiments of the invention, the method further comprises raising the chimera bird to sexual maturity, wherein the chimera bird produces gametes derived from donor PGCs.

В соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения введение осуществляют путем инъекции in ovo (в яйцо).In accordance with some embodiments of the invention, administration is by injection in ovo (into the egg).

В соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения популяция клеток получена от того же вида птиц, что и птица-реципиент.In accordance with some embodiments of the invention, the population of cells is derived from the same avian species as the recipient bird.

В соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения популяция клеток получена от вида птиц, отличного от птицы-реципиента.In accordance with some embodiments of the invention, the population of cells is obtained from a species of bird other than the recipient bird.

В соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения популяцию клеток вводят, когда эмбрион-реципиент находится между приблизительно стадией IX в соответствии с системой стадирования Эйял-Гилади и Кохава и приблизительно стадией 30 в соответствии с системой стадирования Гамбургера и Гамильтона.In some embodiments, the population of cells is administered when the recipient embryo is between approximately stage IX according to the Eyal-Giladi and Kohava staging system and approximately stage 30 according to the Hamburger and Hamilton staging system.

В соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения популяцию клеток вводят, когда эмбрион-реципиент находится после стадии 14 в соответствии с системой стадирования Гамбургера и Гамильтона.In some embodiments, the population of cells is administered when the recipient embryo is past stage 14 according to the Hamburger and Hamilton staging system.

В соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения первая последовательность нуклеиновой кислоты кодирует белок летальности или фермент эндонуклеазы, который может осуществлять редактирование генома.In accordance with some embodiments of the invention, the first nucleic acid sequence encodes a lethal protein or endonuclease enzyme that can perform genome editing.

В соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения последовательность для направления указанной первой или указанной второй последовательности нуклеиновой кислоты на Xхромосому содержит:In accordance with some embodiments of the invention, the sequence for directing said first or said second nucleic acid sequence to the X chromosome comprises:

(i) нуклеотидную последовательность левого плеча гомологии (ЛПГ), которая по существу гомологична 5'-области, фланкирующей локус целевого гена в Z-хромосоме птицы; и (ii) нуклеотидную последовательность правого плеча гомологии (ИНГ), которая по существу гомологична 3'-области, фланкирующей указанный локус целевого гена в Z-хромосоме птицы.(i) a left homology arm (LHA) nucleotide sequence that is substantially homologous to the 5' region flanking the target gene locus on the avian Z chromosome; and (ii) a right homology arm (RHA) nucleotide sequence that is substantially homologous to the 3' region flanking the target gene locus on the avian Z chromosome.

Если не указано иное, все технические и/или научные термины, используемые в данном изобретении, имеют те же значения, которые обычно понимают специалисты в области техники, к которой отно- 3 043573 сится изобретение. Хотя способы и материалы, подобные или эквивалентные тем, которые описаны в данном изобретении, можно использовать при практической реализации или тестировании вариантов осуществления изобретения, примеры способов и/или материалов описаны ниже. В случае противоречия, описание патента, включая определения, будет приоритетным. Кроме того, материалы, способы и примеры являются исключительно иллюстративными и не подразумевают обязательного ограничения.Unless otherwise indicated, all technical and/or scientific terms used in this invention have the same meanings as commonly understood by those skilled in the art to which the invention pertains. Although methods and materials similar or equivalent to those described in this invention can be used in the practice or testing of embodiments of the invention, examples of methods and/or materials are described below. In the event of a conflict, the patent specification, including definitions, will control. In addition, the materials, methods, and examples are illustrative only and are not intended to be necessarily limiting.

Краткое описание графических материаловBrief description of graphic materials

Некоторые варианты осуществления изобретения описаны в данном изобретении исключительно в качестве примера со ссылкой на прилагаемые графические материалы. Теперь, на конкретном примере подробных графических материалов, подчеркивается, что проиллюстрированные подробности приведены в качестве примера и в целях иллюстративного обсуждения вариантов осуществления изобретения. В этом отношении описание вместе с графическими материалами проясняет для специалистов в данной области техники, как можно реализовать на практике варианты осуществления изобретения.Certain embodiments of the invention are described herein by way of example only with reference to the accompanying drawings. Now, by specific example of the detailed drawings, it is emphasized that the illustrated details are provided by way of example and for purposes of illustrative discussion of embodiments of the invention. In this regard, the description together with the drawings will make it clear to those skilled in the art how the embodiments of the invention can be practiced.

На графических материалах:On graphic materials:

фиг. 1 представляет собой рисунок, иллюстрирующий получение оптогенетической индуцибельной линии цыплят, из которой будут вылупливаться только цыплята курочек. При скрещивании петуха дикого типа (ZZ) с генетически модифицированной курицей (ZW) все женские оплодотворенные яйца будут нести хромосомы ZW дикого типа, а Z-хромосома поступает от петуха ДТ. Все мужские оплодотворенные яйца будут нести ZZ-хромосомы, в которых Z с красной меткой получена из генома курицы. Это хромосома, подлежащая нацеливанию. При освещении оплодотворенных яиц синим светом оптогенетическая система в этой хромосоме станет активной и активирует механизм гибели, который приведет к ранней эмбриональной смертности вскоре после откладки яиц. Самки, на которых освещение синим светом не окажет воздействия, будут расти до зрелости и будут откладывать бесплодные яйца для еды.fig. 1 is a drawing illustrating the generation of an optogenetic inducible chick line that will produce only female chicks. When crossing a wild-type (ZZ) rooster with a genetically modified hen (ZW), all female fertilized eggs will carry the wild-type ZW chromosomes, with the Z chromosome coming from the WT rooster. All male fertilized eggs will carry ZZ chromosomes, in which the red-labeled Z is derived from the chicken genome. This is the chromosome to be targeted. When fertilized eggs are illuminated with blue light, the optogenetic system on this chromosome will become active and activate a death mechanism that will result in early embryonic lethality shortly after egg laying. Females unaffected by blue light illumination will grow to maturity and lay infertile eggs for food.

На фиг. 2 проиллюстрирована стратегия управления экспрессией генов с помощью освещения синим светом. Происходит создание двух слитых белков: Cry2 с N-концом Cre (Cry2-Cre-N-конец) и CIBN, слитого с С-концом Cre (CIBN-Cre-C-конец). Без освещения синим светом Cre неактивен. При освещении синим светом CRY2 и CIBN образуют гетеродимер, а две части Cre объединяются, образуя активный фермент Cre11.In fig. Figure 2 illustrates a strategy for controlling gene expression using blue light illumination. Two fusion proteins are created: Cry2 with the N-terminus of Cre (Cry2-Cre-N-terminus) and CIBN fused to the C-terminus of Cre (CIBN-Cre-C-terminus). Without blue light illumination, Cre is inactive. When illuminated with blue light, CRY2 and CIBN form a heterodimer, and the two parts of Cre combine to form the active enzyme Cre 11 .

На фиг. 3 проиллюстрированы плечи гомологии в хромосоме Z. Изображена геномная область ниже локуса Hint1 (стрелка). 5' и 3' плечи, ПГ-1 и ПГ-2 соответственно, указаны на верхней схеме гена. Праймеры для амплификации плеч обозначены стрелками. Между плечами гомологии в обеих цепях ДНК присутствуют последовательности высокой уникальности, специфичные и подходящие для CRISPR-Cas9 (прямоугольники). На нижней части фигуры подробно проиллюстрирована область между двумя плечами гомологии.In fig. Figure 3 illustrates the homology arms in chromosome Z. The genomic region downstream of the Hint1 locus is depicted (arrow). The 5' and 3' arms, PG-1 and PG-2, respectively, are indicated in the top diagram of the gene. Arm amplification primers are indicated by arrows. Between the homology arms in both DNA strands there are highly unique sequences specific and suitable for CRISPR-Cas9 (rectangles). The lower part of the figure illustrates in detail the region between the two homology arms.

Проиллюстрирована последовательность, приведенная в SEQ ID NO: 1.The sequence shown in SEQ ID NO: 1 is illustrated.

На фиг. 4А-С проиллюстрированы нацеливающие векторы в соответствии с вариантами осуществления данного изобретения. Нацеливающий вектор содержит 3 основных элемента. Первый - 5' и 3' плечи гомологии (ПГ) для гомологичной рекомбинации (ГР), фланкирующие всю вставленную кассету, второй -светоиндуцируемая система, в данном случае Cry2-CreN и CIBN-CreC, и третий - кассета гена летальности. (А) Структура построения одиночного нацеливающего вектора, содержащего 5' ПГ, за которым следует промотор pGK (прямоугольник как указано), который управляет экспрессией генов Cry2CreN и CIBN-CreC (прямоугольники как указано), которые разделены саморасщепляющимся пептидом Р2А (прямоугольник как указано). За этим элементом следует кассета гена летальности, которая содержит промотор pGK, за которым следуют сайты LoxP (круг как указано) СТОП (восьмиугольник как указано) LoxP (LSL), за которыми следует ген, индуцирующий летальность. За этой кассетой следует 3' ПГ (прямоугольник как указано). При индукции света Cry2-CreN и CIBN-CreC димеризуются с образованием активной формы Cre. Последний затем вырезает элемент LSL, что обеспечивает экспрессию индуцирующего летальность гена, которая приводит к гибели эмбрионов среди всех эмбрионов, несущих этот вектор. (В) Альтернативный подход к А, вместо использования элемента LSL, используют стратегию переворота Dio-lox (треугольники как указано). Между сайтами Dio-Lox вносят ЗФБ (зеленый флуоресцентный белок, англ. green fluorescent protein или GFP), за которым следует сайт полиаденилирования №1 (РА1, прямоугольник как указано) и ген летальности, за которым следует другой сайт полиаденилирования #2 (РА2) в обратной ориентации. В этом случае до активации светом промотор pGK управляет экспрессией ЗФБ. После активации светом кассета между сайтами Dio-Lox переворачивается, и ген летальности теперь находится в правильной ориентации для экспрессии, в то время как ЗФБ теперь находится в обратной ориентации и больше не активен. С) Альтернативный подход к А или В. После активации Cre, происходит удаление LSL и экспрессия Cas9 и онРНК. Это приводит к введению миссенсмутации в кодирующую область существенного гена, вызывая тем самым эмбриональную летальность.In fig. 4A-C illustrate targeting vectors in accordance with embodiments of the present invention. The targeting vector contains 3 main elements. The first is the 5' and 3' homology arms (HRs) for homologous recombination (HR) flanking the entire inserted cassette, the second is the light-inducible system, in this case Cry2-CreN and CIBN-CreC, and the third is the lethality gene cassette. (A) Structure of the construction of a single targeting vector containing a 5' PG followed by the pGK promoter (rectangle as indicated), which drives the expression of the Cry2CreN and CIBN-CreC genes (rectangles as indicated), which are separated by the self-cleaving peptide P2A (rectangle as indicated) . This element is followed by a lethality gene cassette that contains the pGK promoter followed by the LoxP (circle as indicated) STOP (octagon as indicated) LoxP (LSL) sites followed by the lethality-inducing gene. This cassette is followed by a 3' PG (rectangle as indicated). Upon light induction, Cry2-CreN and CIBN-CreC dimerize to form the active form of Cre. The latter then excises the LSL element, which allows expression of the lethality-inducing gene, which leads to embryonic death among all embryos carrying this vector. (B) An alternative approach to A, instead of using the LSL element, is to use the Dio-lox flip strategy (triangles as indicated). Between the Dio-Lox sites, green fluorescent protein (GFP) is added, followed by polyadenylation site #1 (PA1, rectangle as indicated) and a lethal gene, followed by another polyadenylation site #2 (PA2) in reverse orientation. In this case, before activation by light, the pGK promoter drives the expression of ZPB. Upon activation by light, the cassette between the Dio-Lox sites flips and the lethal gene is now in the correct orientation for expression, while the ZPB is now in the reverse orientation and is no longer active. C) Alternative approach to A or B. After Cre activation, LSL is removed and Cas9 and ssRNA are expressed. This results in the introduction of a missense mutation into the coding region of an essential gene, thereby causing embryonic lethality.

На фиг. 5A-F - получение и изучение характеристик линии ПЗК. А, культура ПЗК; В, слева, экспрессия мРНК различных маркеров плюрипотентных и зародышевых клеток, как указано. Справа, репрезентативная характеристика половой идентификации женских ПЗК (слева, два продукта ПЦР рибосомального S18 и W-хромосомы) и мужских ПЗК (справа, только рибосомальный S18). С, окрашивание антителами ПЗК антигена SSEA1. D, трансфекция ПЗК кодирующей pCAGG-GFP плазмидой с примене- 4 043573 нием реагента липофектамина 2000. Е, трансфекция ПЗК с применением электропорации кодирующей pCAGG-GFP плазмидой. F, гонада (семенник) эмбриона через 10 суток после трансплантации ЗФБэкспрессирующими культивируемыми ПЗК.In fig. 5A-F - obtaining and studying the characteristics of the slam-shut line. A, PZK culture; B, left, mRNA expression of various pluripotent and germ cell markers as indicated. Right, representative sex identification pattern of female PTCs (left, two PCR products of ribosomal S18 and W chromosome) and male PTCs (right, ribosomal S18 only). C, Antibody staining of the SSEA1 antigen. D, transfection of PGC with a plasmid encoding pCAGG-GFP using Lipofectamine 2000 reagent. E, transfection of PGC using electroporation with a plasmid encoding pCAGG-GFP. F, gonad (testis) of an embryo 10 days after transplantation of ZFB expressing cultured PGCs.

Фиг. 6А-С. Конструирование сайтов онРНК для CRISPR-опосредованного нацеливания. Представление геномной области в Z-хромосоме для конструирования оптимальных сайтов нацеливания CRISPR. Представлены первые 12 последовательностей онРНК (направляющие №1-12), из которых были выбраны направляющие №1 и 3, которые частично перекрываются, в противоположных ориентациях. Представлены потенциальные нецелевые последовательности направляющей №1. В приведенной ниже табл. 1 приведены последовательности направляющих РНК, представленных на фиг. 6В.Fig. 6A-C. Design of ssRNA sites for CRISPR-mediated targeting. Representation of a genomic region on the Z chromosome to design optimal CRISPR targeting sites. The first 12 ssRNA sequences (guides #1-12) are presented, from which guides #1 and 3 were selected, which partially overlap, in opposite orientations. Potential off-target sequences of guide #1 are presented. In the table below. 1 shows the sequences of the guide RNAs shown in FIG. 6B.

Таблица 1Table 1

Направляющая Guide SEQ IDNO: SEQ IDNO: Последовательность Subsequence 1 1 66 66 GCCAAATAAGGCACGTTATC GCCAAATAAGGCACGTTATC 2 2 67 67 AATGTGGAAACGGCCAAATA AATGTGGAAACGGCCAAAATA 3 3 68 68 ACCAGATAACGTGCCTTATT ACCAGATAACGTGCCCTTATT 4 4 69 69 ACATGACAGCACGATTTTGT ACATGACAGCACGATTTTTGT 5 5 70 70 CTGGTATGAACCAATCAGAG CTGGTATGAACCAATCAGAG 6 6 71 71 TGGTATGAACCAATCAGAGT TGGTATGAACCAATCAGAGT 7 7 72 72 GACCTTGATGCAGAGAAAAC GACCTTGATGCAGAGAAAAC 8 8 73 73 CTCCTGTTTTCTCTGCATCA CTCCTGTTTTCTCTGCATCA 9 9 74 74 GCAGAGAAAACAGGAGAAGA GCAGAGAAAACAGGAGAAGA 10 10 75 75 AGAAGGATGAGAAAAGAATG AGAAGGATGAGAAAAGAATG И AND 76 76 CTGTCATGTCCCACTCTGAT CTGTCATGTCCCACTCTGAT 12 12 77 77 ATGAGAAAAGAATGTGGAAA ATGAGAAAAGAATGTGGAAA

лучших результатов поиска потенциальных нецелевых последовательностей для направляющей №1, проиллюстрированных на фиг. 6С, из 15 последовательности которых обобщены в табл. 2.the best search results for potential off-target sequences for guide #1, illustrated in FIG. 6C, of 15 the sequences of which are summarized in table. 2.

Таблица 2table 2

SEQ Ш NO: SEQ Ш NO: Последовательность Subsequence 78 78 CCAACAGAAGGCACGTTATCCAG CCAACAGAAGGCACGTTATCCAG 79 79 TCAAAATAAAGTACGTTATCTAG TCAAAATAAAGTACGTTATCTAG 80 80 GGCATATAAAGCACGTTATACAG GGCATATAAAGCACGTTATACAG 81 81 GCATAATAATGTACGTTATCTGG GCATAATAATGTACGTTATCTGG 82 82 ACTAAATCAGGCACGTGATCTGG ACTAAATCAGGCACGTGATCTGG 83 83 GCTAAATTAAGCTCGTTATCGGG GCTAAATTAAAGCTCGTTATCGGG 84 84 GTCAAATGAGGCATGTTATCAGG GTCAAAATGAGGCATGTTATCAGG 85 85 TTCAAATAAGCCACGTTATTCAG TTCAAATAAGCCACGTTATTCAG 86 86 GTCAAACAAGGCATGTTATCAGG GTCAAACAAGGCATGTTATCAGG 87 87 CCCTAATAAAGCACGTTTTCAGG CCCTAATAAAGCACGTTTTCAGG

Фиг. 7А-С. Подтверждение активности CRISPR с помощью эндонуклеазного анализа. А. Положительный контроль эндонуклеазного анализа с применением отожженного 320 п. о. ПЦР-продукта ДТ и мутированного продукта в предсказанном сайте расщепления CRISPR1 в указанных соотношениях. В. Эндонуклеазный анализ для 12 колоний, трансфицированных плазмидой CRISPR1. С. Эндонуклеазный анализ для 12 колоний, трансфицированных плазмидой CRISPR3. Следует отметить, что расстояние между двумя предсказанными сайтами расщепления CRISPR1 и CRISPR3 составляет 12 п.о.Fig. 7A-C. Confirmation of CRISPR activity using endonuclease assay. A. Positive control endonuclease assay using annealed 320 bp. WT PCR product and mutated product at the predicted CRISPR1 cleavage site in the indicated ratios. B. Endonuclease assay for 12 colonies transfected with the CRISPR1 plasmid. C. Endonuclease assay for 12 colonies transfected with the CRISPR3 plasmid. It should be noted that the distance between the two predicted cleavage sites of CRISPR1 and CRISPR3 is 12 bp.

Фиг. 8A-D. Подтверждение активности CRISPR с помощью сиквенирования ДНК. А. Хроматограмма ДНК геномной области ДТ в предсказанном сайте расщепления CRISPR1, демонстрирующая нормальную последовательность в качестве отрицательного контроля. Б. Последовательность смеси ДТ и искусственно мутированных ПНР-продуктов, демонстрирующая появление двойных пиков (стрелка) после предсказанного сайта расщепления, в качестве положительного контроля. С. Сиквенирование отрицательной колонии, демонстрирующее нормальную последовательность. D. Последовательность положительной колонии, демонстрирующая появление двойных пиков после сайта расщепления CRISPR1 (стрелка). Изображена последовательность AGATAACGT (SEQ ID NO: 65).Fig. 8A-D. Confirmation of CRISPR activity using DNA sequencing. A. DNA chromatogram of the WT genomic region at the predicted CRISPR1 cleavage site showing normal sequence as a negative control. B. Sequence of a mixture of DT and artificially mutated PNR products, showing the appearance of double peaks (arrow) after the predicted cleavage site, as a positive control. C. Sequencing of a negative colony demonstrating normal sequence. D. Sequence of a positive colony showing the appearance of double peaks after the CRISPR1 cleavage site (arrow). The sequence shown is AGATAACGT (SEQ ID NO: 65).

Фиг. 9A-F. Конструирование нацеливающего вектора для геномной интеграции в Z-хромосому. А геномную ДНК использовали в качестве матрицы для реакции ПНР с праймерами Р1 и Р2. Эта область содержит 5' ПГ и 3' ПГ, фланкирующие область, содержащую сайт CRISPR. В - продукт размером ~3 т. п.о., расположенный ниже локуса HINTZ, лигировали в челночный вектор pJet1.2. Эту плазмиду использовали в качестве матрицы для ПНР с праймерами Р3 и Р4. Эти праймеры имеют последовательности удлинения (обозначена фигурными скобками), которые соответствуют эквивалентным областям в фрагменте pCAGG-Neo-IRES-GFP (D). С - линеаризованный продукт, вектор, содержащий два плеча гомологии, за исключением области, содержащей сайт CRISPR, фланкируемый последовательностями, которые связывают концы кассеты pCAGG-Neo-IRES-GFP во время реакции Гибсона. D - плазмиду pCAGG-Neo- 5 043573Fig. 9A-F. Construction of a targeting vector for genomic integration into the Z chromosome. And genomic DNA was used as a template for the PNR reaction with primers P1 and P2. This region contains a 5' PG and a 3' PG flanking the region containing the CRISPR site. B - ~3 kb product located downstream of the HINTZ locus was ligated into the shuttle vector pJet1.2. This plasmid was used as a template for PNR with primers P3 and P4. These primers have extension sequences (indicated by curly brackets) that correspond to equivalent regions in the pCAGG-Neo-IRES-GFP fragment (D). C is the linearized product, a vector containing two arms of homology, excluding the region containing the CRISPR site flanked by sequences that bind the ends of the pCAGG-Neo-IRES-GFP cassette during the Gibson reaction. D - plasmid pCAGG-Neo-5 043573

IRES-GFP использовали в качестве матрицы для ПЦР-реакции с праймерами Р5 и Р6. Эти праймеры содержат последовательности удлинения (обозначенные фигурными скобками), которые соответствуют эквивалентным областям по краям плеч гомологии. Е - ллинеаризованная вставочная кассета, фланкируемая последовательностями, которые связывают концы плеч гомологии. Вектор и вставку стыковали вместе для создания конечной плазмиды нацеливающего вектора, используя реакцию сборки Гибсона10. F - нацеливающий вектор.IRES-GFP was used as a template for the PCR reaction with primers P5 and P6. These primers contain extension sequences (indicated by curly braces) that correspond to equivalent regions at the edges of the homology arms. E is a linearized insertion cassette flanked by sequences that link the ends of the homology arms. The vector and insert were docked together to create the final targeting vector plasmid using the Gibson assembly reaction 10 . F is the targeting vector.

Фиг. 10A-D. Котрансфекция нацеливающего вектора и плазмид CRISPR в ПЗК. А. Опосредованная липофекцией котрансфекция CRISPR1 в ПЗК и ГР нацеливающих векторных плазмид. В. Через две недели после отбора с помощью G-418 > 99% резистентных ПЗК были положительными по ЗФБ. С. Через десять суток после инъекции целевых ПЗК в эмбрион-хозяин было обнаружено, что многочисленные клетки локализуются в гонадах (семенниках). D. Гонады вырезали и проводили и иммуноокрашивание антителом против ЗФБ и сканирование с помощью конфокального микроскопа (окрашивание антител к ЗФБ зеленым и контрокрашивание ядер 4',6-диамидино-2-фенилиндолом (ДАФИ) синим).Fig. 10A-D. Cotransfection of targeting vector and CRISPR plasmids into PGCs. A. Lipofection-mediated cotransfection of CRISPR1 into PGC and GR targeting vector plasmids. B. Two weeks after selection with G-418, >99% of resistant PTCs were ZFB positive. C. Ten days after injection of targeted PGCs into the host embryo, numerous cells were found to be localized in the gonads (testes). D. Gonads were excised and both immunostained with anti-ZPB antibody and scanned with a confocal microscope (anti-ZPB green stained and 4',6-diamidino-2-phenylindole (DAPI) blue counterstained to nuclei).

Фиг. 11A-D. ПЦР-верификация ГР-интеграции в ПЗК, отсортированных методом FACS. А. FACSсортировка ПЗК, устойчивых к G-418. Рейтинг FACS был разработан для сортировки одиночных (од.) ЗФБ-положительных клеток, которые были отсортированы в виде пула или отдельных клеток в 96луночном планшете. В. Для ПЦР-анализа сконструировали два набора праймеров для 5' сайта интеграции (Р7 и Р8) и 3' сайта интеграции (Р9 и Р10). С. Геномную ДНК, выделенную из объединенных клеток, использовали в качестве матрицы для ПЦР, а ДНК ДТ служила в качестве отрицательного контроля. Предсказанные полосы на 1,6 и 1,8 т. п. о. были видны для правильной ГР-интеграции в 5' и 3' области, соответственно. D. Геномную ДНК, выделенную из колоний мужских и женских клеток, полученных из ПЗК, отсортированных методом сортировки одиночных клеток FACS, использовали в качестве матрицы для ПНР, а ДНК ДТ служила в качестве отрицательного контроля. Предсказанные полосы на 1,6 и 1,8 т. п. о. были видны для правильной ГР-интеграции в 5' и 3' области, соответственно.Fig. 11A-D. PCR verification of GR integration in PGCs sorted by FACS. A. FACS sorting of PZKs resistant to G-418. The FACS score was developed to sort single (single) GFB-positive cells that were sorted as a pool or single cells in a 96-well plate. B. For PCR analysis, two sets of primers were designed for the 5' integration site (P7 and P8) and the 3' integration site (P9 and P10). C. Genomic DNA isolated from pooled cells was used as a template for PCR, and WT DNA served as a negative control. Predicted bands at 1.6 and 1.8 kb. were visible for correct GR integration in the 5′ and 3′ regions, respectively. D. Genomic DNA isolated from colonies of male and female cells obtained from PGCs sorted by FACS single cell sorting was used as a template for PNR, and WT DNA served as a negative control. Predicted bands at 1.6 and 1.8 kb. were visible for correct GR integration in the 5′ and 3′ regions, respectively.

Фиг. 12A-D. Саузерн-блот анализ ГР-интеграции. А - схематическое представление ожидаемых продуктов расщепления BglII в Саузерн-блот анализе для аллели ДТ и аллели, которая подверглась ГРинтеграции. Зонды, используемые для 5', 3' сайтов интеграции и для нео, обозначены желтыми квадратами. Описан ожидаемый размер продукта после расщепления BglII для каждого ДНК-зонда. В - получение dig-меченных зондов методом ПНР. dig-меченные зонды (+) или немеченные зонды (-) анализировали на агарозном геле. Следует отметить, что dig-меченные продукты смещены выше, чем их фактический размер, что подтверждает интеграцию dig-меченных нуклеотидов. Указаны наборы праймеров, используемых для амплификации зондов. С - саузерн-блот анализ с 5' и 3' зондами для ДНК, экстрагированной из объединенных и очищенных колоний, полученных из мужских ПЗК. ДНК ДТ, экстрагированная из исходной линии до ГР, служила в качестве отрицательного контроля. D - саузерн-блот анализ с 5' и Neo-зондами для женских ПЗК. В обоих случаях видна одна полоса на 7,5 т. п.о., что указывает на то, что произошла правильная ГР и была интегрирована только одна копия нацеливающего вектора.Fig. 12A-D. Southern blot analysis of GR integration. A - schematic representation of the expected BglII cleavage products in Southern blot analysis for the DT allele and the allele that underwent GR integration. Probes used for 5', 3' and neo integration sites are indicated by yellow squares. The expected product size after BglII digestion for each DNA probe is described. B - obtaining dig-labeled probes using the PPR method. dig-labeled probes (+) or unlabeled probes (-) were analyzed on an agarose gel. It should be noted that dig-tagged products are shifted higher than their actual size, confirming the integration of dig-tagged nucleotides. Primer sets used for probe amplification are indicated. C - Southern blot analysis with 5' and 3' probes for DNA extracted from pooled and purified colonies obtained from male PGCs. WT DNA extracted from the parent line before GR served as a negative control. D - Southern blot analysis with 5' and Neo probes for female PTCs. In both cases, a single band at 7.5 kb is visible, indicating that correct GR has occurred and only one copy of the targeting vector has been integrated.

Фиг. 13. Подтверждение оптогенетической системы в клетках HEK293 in vitro.Fig. 13. Confirmation of the optogenetic system in HEK293 cells in vitro.

Тройная трансфекция плазмидами pmCherry-Cry2-CreN, pmCherry-CIBN-CreC и РВ-RAGE-GFP. Через двадцать четыре часа после трансфекции клетки экспериментальной группы в течение 15 с освещали синим светом, в то время как контрольные клетки держали в темноте (верхний ряд). После освещения (нижний ряд) клетки дополнительно инкубировали в течение 24 ч. В этих клетках экспрессия ЗФБ была очевидной, подтверждая активацию фермента Cre после освещения синим светом.Triple transfection with plasmids pmCherry-Cry2-CreN, pmCherry-CIBN-CreC and PB-RAGE-GFP. Twenty-four hours after transfection, cells in the experimental group were illuminated with blue light for 15 s, while control cells were kept in the dark (top row). After illumination (bottom row), the cells were incubated for an additional 24 hours. In these cells, expression of ZPB was evident, confirming the activation of the Cre enzyme after illumination with blue light.

Фиг. 14. Подтверждение оптогенетической системы in ovo в куриных эмбрионах, которые инкубировали в течение 5460 ч перед электропорацией. Тройная электропорацию в куриные эмбрионы плазмид pmCherry-Cry2-CreN, pmCherry-CIBN-CreC и pB-RAGE-GFP. Через двенадцать часов после электропорации эмбрионы экспериментальной группы в течение 15 с освещали синим светом in ovo, тогда как контрольные эмбрионы держали в темноте (верхний ряд). После освещения (нижний ряд) эмбрионы из обеих групп инкубировали в течение дополнительных 12 ч. После инкубации клетки, экспрессирующие ЗФБ, были отчетливо видны в освещенной группе, что подтверждает активацию оптогенетической системы и фермента Cre после освещения синим светом в куриных эмбрионах in ovo.Fig. 14. Confirmation of the in ovo optogenetic system in chick embryos that were incubated for 5460 h before electroporation. Triple electroporation of plasmids pmCherry-Cry2-CreN, pmCherry-CIBN-CreC and pB-RAGE-GFP into chick embryos. Twelve hours after electroporation, experimental group embryos were illuminated with blue light in ovo for 15 s, while control embryos were kept in the dark (top row). After illumination (bottom row), embryos from both groups were incubated for an additional 12 h. After incubation, cells expressing ZPB were clearly visible in the illuminated group, confirming the activation of the optogenetic system and the Cre enzyme after illumination with blue light in chick embryos in ovo.

Фиг. 15A-F. Конструирование одиночного экспрессионного вектора оптогена под управлением промотора CAGG. В качестве матрицы использовали плазмиды оптогенов pmCherry-CIBN-CreC и pmCherry-Cry2-CreN для амплификации слитых белков оптогенов, используя праймеры Р40-Р41 и Р42Р43 соответственно (15А). Два продукта имеют перекрывающиеся последовательности в сайте Р2А, который был внесен в праймеры Р41 и Р42. Это позволило провести один цикл ПЦР с удлинением выступа, чтобы объединить два фрагмента (15В) и один, который был лигирован в челночный вектор pJet1.2 (15C). Используя праймеры Р44 и Р45, которые содержат хвосты с сайтами рестрикции SmaI и NheI соответственно, получали продукт, проиллюстрированный на 15D. Этот продукт расщепляли, используя соответствующие рестрикционные ферменты и лигировали в pCAGG-IRES-GFP (15E), который расщепляли теми же ферментами (15F).Fig. 15A-F. Construction of a single optogen expression vector under the control of the CAGG promoter. The optogen plasmids pmCherry-CIBN-CreC and pmCherry-Cry2-CreN were used as a template to amplify the optogen fusion proteins using primers P40-P41 and P42P43, respectively (15A). The two products have overlapping sequences at the P2A site, which was introduced into primers P41 and P42. This allowed one round of knob extension PCR to combine two fragments (15B) and one that was ligated into the pJet1.2 shuttle vector (15C). Using primers P44 and P45, which contain SmaI and NheI restriction site tails, respectively, the product illustrated in 15D was obtained. This product was digested using the appropriate restriction enzymes and ligated into pCAGG-IRES-GFP (15E), which was digested with the same enzymes (15F).

Фиг. 16. Подтверждение активности плазмиды pCAGG-Optogene в клетках HEK293. Котрансфекция плазмидами pCAGG-Optogene и pB-RAGE-mCherry. Через двадцать четыре часа после трансфекции, в тоFig. 16. Confirmation of the activity of the pCAGG-Optogene plasmid in HEK293 cells. Cotransfection with pCAGG-Optogene and pB-RAGE-mCherry plasmids. Twenty-four hours after transfection, then

- 6 043573 время как отрицательную контрольную группу держали в темноте (верхний ряд), клетки экспериментальной группы в течение 15 с освещали синим светом (нижний ряд). После освещения (нижний ряд) клетки дополнительно инкубировали в течение 24 ч. В этих клетках наблюдалась экспрессия mCherry (белые стрелки), подтверждающая активацию фермента Cre плазмидой pCAGG-Optogene после освещения синим светом.- 6 043573 while the negative control group was kept in the dark (top row), the cells of the experimental group were illuminated with blue light for 15 s (bottom row). After illumination (bottom row), the cells were incubated for an additional 24 hours. mCherry expression was observed in these cells (white arrows), confirming activation of the Cre enzyme by the pCAGG-Optogene plasmid after illumination with blue light.

Фиг. 17. Подтверждение одновекторной стратегии с применением плазмиды pCAGG-Optogenes in ovo. Куриные эмбрионы на стадии 14-16 Н&Н совместно электропорировали плазмидами pCAGGOptogenes и pB-RAGE-mCherry. Последняя плазмида служит репортерным геном в отношении активности оптогенной системы. Через двенадцать часов после электропорации эмбрионы экспериментальной группы (нижний ряд) в течение 15 с освещали синим светом in ovo, тогда как контрольные зародыши держали в темноте (верхний ряд). Эмбрионы дополнительно инкубировали в течение 12 ч. После инкубации ЗФБ-экспрессирующие клетки были отчетливо видны в обеих группах, что указывает на успешную электропорацию, однако только в освещенной группе были видны mCherry-экспрессирующие клетки, что подтверждает активацию оптогенетической системы и фермента Cre после освещения синим светом в куриных эмбрионах in ovo.Fig. 17. Confirmation of the single-vector strategy using the pCAGG-Optogenes plasmid in ovo. Chick embryos at stage 14-16 H&H were co-electroporated with plasmids pCAGGOptogenes and pB-RAGE-mCherry. The latter plasmid serves as a reporter gene for the activity of the optogenic system. Twelve hours after electroporation, experimental group embryos (bottom row) were illuminated with blue light in ovo for 15 s, while control embryos were kept in the dark (top row). The embryos were further incubated for 12 hours. After incubation, ZPB-expressing cells were clearly visible in both groups, indicating successful electroporation, however, only in the illuminated group were mCherry-expressing cells visible, which confirms the activation of the optogenetic system and the Cre enzyme after blue illumination light in chick embryos in ovo.

Фиг. 18. Экспрессия DTA под управлением промотора pGK ингибирует синтез белка in ovo. Эмбрионы на стадии 14-16 Н&Н электропорировали экспрессионным вектором pGK-IRES-GFP (верхний ряд) или pGK-DTA-IRES-GFP (нижний ряд). Эмбрионы отрицательного контроля широко экспрессируют ЗФБ (верхний ряд, стрелка), что указывает на нормальный синтез белка. DTA-экспрессирующие клетки не демонстрируют экспрессию ЗФБ (нижний ряд), что указывает на то, что синтез белка в этих эмбрионах ингибируется. Представлены изображения только ЗФБ, только светлого поля и наложения ЗФБ на светлое поле.Fig. 18. Expression of DTA under the control of the pGK promoter inhibits protein synthesis in ovo. Embryos at stage 14–16 H&H were electroporated with the expression vector pGK-IRES-GFP (top row) or pGK-DTA-IRES-GFP (bottom row). Negative control embryos widely express ZPB (top row, arrow), indicating normal protein synthesis. DTA-expressing cells do not show ZPB expression (bottom row), indicating that protein synthesis is inhibited in these embryos. Images of only the FB, only the bright field, and an overlay of the FB on the bright field are presented.

Фиг. 19А-В иллюстрируют нацеливающие векторы в соответствии с дополнительными вариантами осуществления данного изобретения. В этих векторах активирующий фермент (например, Cre) отделен от кассеты гена летальности. На фиг. 19А активирующий фермент вставлен в геном материнской курицы, а неактивная кассета летальности вставлена в Z-хромосому петуха, который является гомозиготным по этой аллели. В этом случае активация летальности в мужских эмбрионах осуществляется путем скрещивания двух трансгенных родителей без необходимости в индукции светом. Cre у всех самцов удаляет LSL в материнской Z-хромосоме, обеспечивая, таким образом, возможность экспрессии гена летальности, тогда как женский эмбрион содержит неактивную кассету летальности, таким образом, он остается незатронутым. В альтернативном варианте проводят нацеливание на Z-хромосому материнской курицы переворачивающейся кассеты Dio-Lox, содержащей рекомбиназу FLP в правом направлении, за которой следует ген летальности в обратной ориентации, управляемый промотором CAGG (фиг. 19В). Петух снова является гомозиготным по Z-хромосоме, на которую нацелена кассета CAGG-Cre, фланкируемая сайтами FRT. После скрещивания этих двух птиц мужские эмбрионы будут экспрессировать Cre, расположенный в отцовской Z-хромосоме, кассета Dio-Lox перевернется, а и ген летальности станет активным, что приведет к эмбриональной летальности мужского эмбриона. Зигота женского эмбриона от этого скрещивания содержит материнский фермент рекомбиназы FLP, который вырабатывался во время оогенеза. Этот материнский белок удаляет кассету CAGG-Cre из Z-хромосомы, оставляя женский эмбрион живым только со шрамом FRT в Z-хромосоме.Fig. 19A-B illustrate targeting vectors in accordance with additional embodiments of the present invention. In these vectors, the activating enzyme (eg, Cre) is separated from the lethal gene cassette. In fig. 19A, the activating enzyme is inserted into the genome of the maternal hen, and the inactive lethality cassette is inserted into the Z chromosome of the rooster, which is homozygous for this allele. In this case, activation of lethality in male embryos is achieved by crossing two transgenic parents without the need for light induction. Cre in all males removes the LSL on the maternal Z chromosome, thus allowing expression of the lethality gene, whereas the female embryo contains an inactive lethality cassette, thus remaining unaffected. Alternatively, a Dio-Lox flip cassette containing the FLP recombinase in the right orientation followed by the reverse lethality gene driven by the CAGG promoter is targeted to the Z chromosome of the maternal chicken (FIG. 19B). The rooster is again homozygous for the Z chromosome, which is targeted by the CAGG-Cre cassette flanked by FRT sites. When these two birds are crossed, the male embryos will express Cre located on the paternal Z chromosome, the Dio-Lox cassette will flip over, and the lethal gene will become active, resulting in embryonic lethality of the male embryo. The zygote of the female embryo from this cross contains the maternal FLP recombinase enzyme, which was produced during oogenesis. This maternal protein removes the CAGG-Cre cassette from the Z chromosome, leaving the female embryo alive with only an FRT scar on the Z chromosome.

Описание конкретных вариантов осуществления изобретенияDescription of Specific Embodiments of the Invention

Данное изобретение в некоторых вариантах его осуществления относится к птицам с отредактированным геномом, которые откладывают яйца, содержащие нежизнеспособные эмбрионы петушков.This invention, in some embodiments, relates to genome-edited birds that lay eggs containing non-viable cockerel embryos.

Прежде чем подробно объяснить по меньшей мере один вариант осуществления изобретения, следует понять, что изобретение не обязательно ограничено в своем применении подробностями, изложенными в нижеследующем описании или проиллюстрированными в примерах. Изобретение допускает другие варианты осуществления его практической реализации или проведения различными способами.Before at least one embodiment of the invention is explained in detail, it should be understood that the invention is not necessarily limited in its application to the details set forth in the following description or illustrated in the examples. The invention allows for other embodiments of its practical implementation or implementation in various ways.

Разделение по половому признаку является важным аспектом для выращивания всех видов птиц, но в особенности для выращивания бройлеров и практически всех яйцекладущих птиц и индеек. В случае бройлеров и индеек разделение по половому признаку позволяет осуществлять более подходящие уход и кормление в соответствии с потребностями обоих полов, которые несколько отличаются от унифицированного выращивания, осуществляемого на данный момент в большинстве случаев. Практически на всех коммерческих инкубаторных станциях для выращивания курочек, которые станут курами-несушками, используется разделение поголовья по половому признаку. Петушков на инкубаторной станции выбраковывают, тогда как курочек очевидно определяют для производства яиц.Sex separation is an important aspect for all poultry species, but especially for broilers and virtually all egg-laying birds and turkeys. In the case of broilers and turkeys, segregation by sex allows for more appropriate care and feeding to suit the needs of both sexes, which is somewhat different from the uniform rearing practiced in most cases at the moment. Almost all commercial hatcheries use sex-based breeding to raise hens that will become laying hens. The males at the hatchery are culled, while the females are obviously designated for egg production.

Авторы данного изобретения придумали способ, как избавиться от необходимости массового убоя миллиардов петушков во всем мире. В частности, авторы изобретения разработали способ создания породы кур, в которой матери из племенной стаи будут откладывать оплодотворенные яйца, из которых будут вылупливаться только несушки, тогда как мужские эмбрионы прекратят развиваться вскоре после оплодотворения. Таким образом, будет устранена необходимость убивать петушков, а также будет обеспечена экономия 50% ценного инкубационного пространства. Важно отметить, что как несушки, так и бесплодные яйца, являющиеся конечным продуктом для потребителя, будут во всех аспектах идентичныThe authors of this invention have come up with a way to get rid of the need for mass slaughter of billions of cockerels around the world. Specifically, the inventors have developed a method for creating a breed of chicken in which mothers from the breeding flock will lay fertilized eggs that will only hatch into hens, while male embryos will stop developing shortly after fertilization. This will eliminate the need to kill males and save 50% of valuable incubation space. It is important to note that both the laying eggs and the infertile eggs that are the final product for the consumer will be identical in all aspects

- 7 043573 несушкам и пищевым яйцам, которые в настоящее время производятся в этой индустрии (т. е. генетически не модифицированными).- 7 043573 laying hens and food eggs currently produced in this industry (i.e. not genetically modified).

Хотя данное изобретение сводится к практической реализации, авторы данного изобретения разработали нацеливающий вектор, содержащий ПГ, фланкирующие гены Neo и ЗФБ под управлением промотора CAGG, и показали, что он подвергается правильной ГР в Z-хромосому, что было подтверждено с помощью ПЦР (фиг. 11A-D) и Саузерн-блот анализа (фиг. 12A-D). Кроме того, было обнаружено, что одновекторная стратегия оптогенной системы, которая была сконструирована в векторе pCAGGOptogene, была активной как in vitro, так и in ovo в живых куриных эмбрионах (фиг. 14). Наконец, экспрессия DTA в куриных эмбрионах приводила к ингибированию синтеза белка (фиг. 18).Although the present invention is limited to practical implementation, the present inventors developed a targeting vector containing PG flanking Neo and ZFB genes under the control of the CAGG promoter, and showed that it undergoes correct GR to the Z chromosome, which was confirmed by PCR (Fig. 11A-D) and Southern blot analysis (Fig. 12A-D). In addition, it was found that the single-vector optogen system strategy that was constructed in the pCAGGOptogene vector was active both in vitro and in ovo in living chick embryos (Fig. 14). Finally, expression of DTA in chick embryos resulted in inhibition of protein synthesis (Fig. 18).

Таким образом, в соответствии с первым аспектом данного изобретения предложен агент для редактирования ДНК, содержащий первую последовательность нуклеиновой кислоты для индуцибельного обеспечения летального фенотипа у эмбрионов петушков в яйце птицы и вторую последовательность нуклеиновой кислоты для направления первой последовательности нуклеиновой кислоты для осуществления действия летального фенотипа на Z-хромосому клетки птицы.Thus, according to a first aspect of the present invention, there is provided a DNA editing agent comprising a first nucleic acid sequence for inducibly causing a lethal phenotype in betta embryos in a bird egg and a second nucleic acid sequence for directing the first nucleic acid sequence to cause the lethal phenotype to occur in Z -chromosome of a bird cell.

В контексте данного изобретения термины птица и виды птиц относятся к любым видам птиц, включая, но не ограничиваясь этим, кур, индеек, уток, гусей, перепелов, фазанов и страусов.As used herein, the terms bird and bird species refer to any species of birds, including, but not limited to, chickens, turkeys, ducks, geese, quail, pheasants and ostriches.

В контексте данного изобретения термин яйцо относится к птичьему яйцу, которое содержит живой птичий эмбрион. Таким образом, термин яйцо предназначен для обозначения оплодотворенного птичьего яйца, а в одном варианте осуществления яйцо, содержащее птичий эмбрион, способно к нормальному эмбриогенезу.In the context of this invention, the term egg refers to a avian egg that contains a living avian embryo. Thus, the term egg is intended to refer to a fertilized avian egg, and in one embodiment, the egg containing the avian embryo is capable of normal embryogenesis.

Агент для редактирования ДНК (содержащийся в одиночной конструкции нуклеиновой кислоты или комбинации из конструкций нуклеиновых кислот) содержит нацеливающие последовательности, которые обеспечивают стабильную интеграцию первой последовательности нуклеиновой кислоты в Zхромосому клетки птицы. Агент для редактирования ДНК может быть сконструирован с помощью технологии рекомбинантных ДНК, хорошо известной специалистам в данной области техники.The DNA editing agent (contained in a single nucleic acid construct or a combination of nucleic acid constructs) contains targeting sequences that ensure stable integration of the first nucleic acid sequence into the Z chromosome of the avian cell. The DNA editing agent can be constructed using recombinant DNA technology well known to those skilled in the art.

Нацеливающие последовательности выбраны так, чтобы первая последовательность нуклеиновой кислоты специфически интегрировалась в Z-хромосому, но не в любую другую хромосому клетки. Кроме того, нацеливающая последовательность выбрана в зависимости от того, какой способ используется для интеграции первой последовательности нуклеиновой кислоты в хромосому. Способы интеграции последовательностей нуклеиновых кислот в хромосомы хорошо известны в данной области техники [смотрите, например, Menke D. Genesis (2013) 51: - 618; Capecchi, Science (1989) 244:1288-1292; Santiago et al., Proc Natl Acad Sci USA (2008) 105:5809-5814; заявки на международные патенты №№ WO 2014085593, WO 2009071334 и WO 2011146121; патенты США №№ 8771945, 8586526, 6774279 и публикации заявок на патенты UP №№ 20030232410, 20050026157, US 20060014264; содержание которых в полном объеме включено в изобретение посредством ссылки] и включают направленную гомологичную рекомбинацию, применение сайт-специфических рекомбиназ и редактирование генома с помощью сконструированных нуклеаз. Также предусмотрено применение РВ-транспозаз. Агенты для введения нуклеотидных изменений в представляющий интерес ген могут быть разработаны с помощью общедоступных источников или получены на коммерческой основе от Transposagen, Addgene и Sangamo Biosciences.The targeting sequences are selected so that the first nucleic acid sequence is specifically integrated into the Z chromosome, but not into any other chromosome of the cell. In addition, the targeting sequence is selected depending on which method is used to integrate the first nucleic acid sequence into the chromosome. Methods for integrating nucleic acid sequences into chromosomes are well known in the art [see, for example, Menke D. Genesis (2013) 51: - 618; Capecchi Science (1989) 244:1288-1292; Santiago et al., Proc Natl Acad Sci USA (2008) 105:5809–5814; international patent applications No. WO 2014085593, WO 2009071334 and WO 2011146121; US Patent Nos. 8771945, 8586526, 6774279 and UP Patent Application Publications Nos. 20030232410, 20050026157, US 20060014264; the contents of which are incorporated herein by reference in their entirety] and include directed homologous recombination, the use of site-specific recombinases, and genome editing using engineered nucleases. The use of PB transposases is also envisaged. Agents for introducing nucleotide changes into a gene of interest can be developed from publicly available sources or obtained commercially from Transposagen, Addgene and Sangamo Biosciences.

В одном варианте осуществления в основе получения агента для редактирования ДНК лежит спонтанная гомологичная рекомбинация для вставки первой последовательности нуклеиновой кислоты в Zхромосому клетки. В этом варианте осуществления агент для редактирования ДНК содержит плечи гомологии, которые служат в качестве нацеливающих последовательностей.In one embodiment, the production of a DNA editing agent is based on spontaneous homologous recombination to insert a first nucleic acid sequence into the Z chromosome of a cell. In this embodiment, the DNA editing agent contains homology arms that serve as targeting sequences.

Агент для редактирования ДНК может фланкироваться двумя плечами, которые являются гомологичными или имеют гомологию или идентичность около 70, 71, 72, 73, 74, 75, 76, 77, 78, 79, 80, 81, 82, 83, 84, 85, 86, 87, 88, 89, 90, 91, 92, 93, 94, 95, 96, 97, 98, 99 или 100% по меньшей мере с одной последовательностью нуклеиновой кислоты, содержащейся в целевых локусах в Z-хромосоме, которая служит сайтом интеграции для облегчения специфической интеграции посредством НГР.The DNA editing agent may be flanked by two arms that are homologous or have homology or identity of about 70, 71, 72, 73, 74, 75, 76, 77, 78, 79, 80, 81, 82, 83, 84, 85. 86, 87, 88, 89, 90, 91, 92, 93, 94, 95, 96, 97, 98, 99 or 100% with at least one nucleic acid sequence contained in the target loci on the Z chromosome that serves integration site to facilitate specific integration through NGR.

Плечи гомологии соответствуют геномной последовательности, которая присутствует в Zхромосоме. Предпочтительно, геномная последовательность находится ниже гена, который является транскрипционно активным (например, ниже гена Hint1). Плечи гомологии, как правило, имеют длину по меньшей мере 500 нуклеотидов, например, 500-3000 нуклеотидов. Как правило, необходимый размер плеч гомологии зависит от длины кассет, которые фланкируются этими плечами. Для меньших кассет нужны более короткие плечи и наоборот. Гомологичная рекомбинация может происходить спонтанно. Другой предусмотренной мишенью является Isl1 (генный ID 369383), также в Z-хромосоме, который экспрессируется, начиная с ранних стадий эмбриогенеза.The homology arms correspond to the genomic sequence that is present on the Z chromosome. Preferably, the genomic sequence is located downstream of a gene that is transcriptionally active (eg, downstream of the Hint1 gene). Homology arms are typically at least 500 nucleotides in length, for example 500-3000 nucleotides. Typically, the required size of homology arms depends on the length of the cassettes that are flanked by these arms. Smaller cassettes require shorter arms and vice versa. Homologous recombination can occur spontaneously. Another intended target is Isl1 (gene ID 369383), also on the Z chromosome, which is expressed starting from the early stages of embryogenesis.

Ниже приведено описание различных дополнительных типовых способов, которые могут использоваться агентом для редактирования ДНК для интеграции первой последовательности нуклеиновой кислоты в Z-хромосому в соответствии с конкретными вариантами осуществления данного изобретения, и описание нацеливающих последовательностей, которые необходимы для осуществления этой цели.The following is a description of various additional exemplary methods that can be used by a DNA editing agent to integrate a first nucleic acid sequence into the Z chromosome in accordance with specific embodiments of the present invention, and a description of the targeting sequences that are necessary to accomplish this purpose.

Редактирование генома с помощью сконструированных эндонуклеаз - этот подход относится к способу обратной генетики, в котором используются искусственно сконструированные нуклеазы, чтобыGenome editing using engineered endonucleases - this approach refers to a reverse genetics technique that uses artificially engineered nucleases to

- 8 043573 разрезать и создавать специфические двухцепочечные разрывы в необходимой(ых) локации(ях) в геноме (т.е. в Z-хромосоме), которые затем восстанавливаются с помощью таких клеточных эндогенных процессов, как направляемая гомологией репарация (НГР) и негомологичное соединение концов (НГСК). НГСК непосредственно соединяет концы ДНК в двухцепочечном разрыве, тогда как в НГР используется гомологичная последовательность в качестве матрицы для регенерации недостающей последовательности ДНК в точке разрыва. Чтобы внести конкретные нуклеотидные модификации в геномную ДНК, во время НГР должна присутствовать матрица репарации ДНК, содержащая необходимую последовательность. Редактирование генома нельзя проводить, используя традиционные рестрикционные эндонуклеазы, поскольку большинство рестрикционных ферментов распознают несколько пар оснований в ДНК в качестве своей мишени, и существует очень высока вероятность того, что распознанная комбинация пар оснований будет обнаружена во многих локациях по всему геному, что приведет к множественным разрезам, не ограниченным необходимой локацией. На сегодняшний день с тем, чтобы преодолеть эту проблему и создать сайт-специфические одно- или двухцепочечные разрывы было обнаружено и разработано несколько отличных классов нуклеаз. К ним относятся мегануклеазы, цинк-пальцевые нуклеазы (ZFN), эффекторные нуклеазы, подобные активатору транскрипции (TALEN), и система CRISPR/Cas.- 8 043573 cut and create specific double-strand breaks at the desired location(s) in the genome (i.e. on the Z chromosome), which are then repaired by cellular endogenous processes such as homology-directed repair (HDR) and non-homologous joining of ends (NGJK). NGSC directly joins the ends of DNA at a double-strand break, whereas GSR uses the homologous sequence as a template to regenerate the missing DNA sequence at the break point. To make specific nucleotide modifications to genomic DNA, a DNA repair template containing the required sequence must be present during NGR. Genome editing cannot be performed using traditional restriction endonucleases because most restriction enzymes recognize multiple base pairs in DNA as their target, and there is a very high probability that the recognized base pair combination will be found in many locations throughout the genome, resulting in multiple cuts not limited to the required location. To date, several distinct classes of nucleases have been discovered and developed to overcome this problem and create site-specific single- and double-strand breaks. These include meganucleases, zinc finger nucleases (ZFNs), transcription activator-like effector nucleases (TALENs), and the CRISPR/Cas system.

Мегануклеазы - мегануклеазы обычно разделяют на четыре семейства: семейство LAGLIDADG, семейство GIY-YIG, семейство His-Cys box и семейство HNH. Эти семейства характеризуются структурными мотивами, которые влияют на каталитическую активность и последовательность распознавания. Например, члены семейства LAGLIDADG характеризуются наличием одной или двух копий консервативного мотива LAGLIDADG. Четыре семейства мегануклеаз существенно отличаются друг от друга в отношении консервативных структурных элементов и, следовательно, специфичности последовательности распознавания ДНК и каталитической активности. Мегануклеазы обычно встречаются у видов микроорганизмов и обладают уникальным свойством иметь очень длинные последовательности распознавания (> 14 п.о.), что делает их от природы очень специфическими для разрезания в необходимой локации. Это можно использовать для создания сайт-специфических двухцепочечных разрывов при редактировании генома. Специалист в данной области техники может использовать эти встречающиеся в природе мегануклеазы, однако количество таких встречающихся в природе мегануклеаз ограничено. Чтобы преодолеть эту проблему, использовали мутагенез и высокопроизводительные способы скрининга для создания вариантов мегануклеаз, которые распознают уникальные последовательности. Например, сливали различные мегануклеазы для создания гибридных ферментов, которые распознают новую последовательность. В альтернативном варианте можно изменять взаимодействующие с ДНК аминокислоты мегануклеазы, чтобы сконструировать специфические в отношении последовательности мегануклеазы (смотрите, например, патент США 8021867). Мегануклеазы можно конструировать, используя способы, описанные, например, в Certo, МТ et al., Nature Methods (2012) 9:073-975; патентах США №№ 8304222; 8021867; 8119381; 8124369; 8129134; 8133697; 8143015; 8143016; 8148098; или 8163514, содержание которых в полном объеме включено в изобретение посредством ссылки. В альтернативном варианте мегануклеазы с сайт-специфическими характеристиками разрезания можно получать, используя коммерчески доступные технологии, например, технологию редактирования генома Precision Biosciences Directed Nuclease Editor™.Meganucleases - Meganucleases are generally divided into four families: the LAGLIDADG family, the GIY-YIG family, the His-Cys box family, and the HNH family. These families are characterized by structural motifs that influence catalytic activity and recognition sequence. For example, members of the LAGLIDADG family are characterized by having one or two copies of the conserved LAGLIDADG motif. The four families of meganucleases differ significantly from each other with respect to conserved structural elements and hence sequence specificity for DNA recognition and catalytic activity. Meganucleases are commonly found in microbial species and have the unique property of having very long recognition sequences (>14 bp), making them naturally very specific to cut at the desired location. This can be used to create site-specific double-strand breaks in genome editing. One skilled in the art can use these naturally occurring meganucleases, however, the number of such naturally occurring meganucleases is limited. To overcome this problem, mutagenesis and high-throughput screening techniques have been used to generate meganuclease variants that recognize unique sequences. For example, different meganucleases have been fused to create hybrid enzymes that recognize the new sequence. Alternatively, DNA amino acid-interacting meganucleases can be modified to construct sequence-specific meganucleases (see, for example, US Pat. No. 8,021,867). Meganucleases can be constructed using methods described, for example, in Certo, MT et al., Nature Methods (2012) 9:073-975; US patents No. 8304222; 8021867; 8119381; 8124369; 8129134; 8133697; 8143015; 8143016; 8148098; or 8163514, the contents of which are incorporated by reference in their entirety. Alternatively, meganucleases with site-specific cutting characteristics can be produced using commercially available technologies, such as Precision Biosciences Directed Nuclease Editor™ genome editing technology.

ZFN и TALEN - два различных класса сконструированных нуклеаз, цинк-пальцевые нуклеазы (ZFN) и эффекторные нуклеазы, подобные активатору транскрипции (TALEN), оба оказались эффективными при создании целевых двухцепочечных разрывов (Christian et al., 2010; Kim et al., 1996; Li et al., 2011; Mahfouz et al., 2011; Miller et al., 2010).ZFN and TALEN are two distinct classes of engineered nucleases, zinc finger nucleases (ZFNs) and transcription activator-like effector nucleases (TALENs), both found to be effective in creating targeted double-strand breaks (Christian et al., 2010; Kim et al., 1996 ; Li et al., 2011; Mahfouz et al., 2011; Miller et al., 2010).

По сути, в технологии рестрикционных эндонуклеаз ZFN и TALEN используется неспецифический фермент для разрезания ДНК, который связан со специфическим ДНК-связывающим доменом (или рядом цинк-пальцевых доменов или повторов TALE соответственно). Как правило, выбирают рестрикционный фермент, чей сайт распознавания ДНК и сайт расщепления отделены друг от друга. Расщепляющую часть отделяют и затем связывают с ДНК-связывающим доменом, в результате чего получают эндонуклеазу с очень высокой специфичностью в отношении необходимой последовательности. Примером рестрикционного фермента с такими свойствами является Fokl. Кроме того, преимуществом Fokl является то, что для наличия нуклеазной активности требуется димеризация, и это означает, что специфичность резко возрастает, поскольку каждый нуклеазный партнер распознает уникальную последовательность ДНК. Для усиления этого эффекта были сконструированы нуклеазы Fokl, которые могут функционировать только в виде гетеродимеров и обладают повышенной каталитической активностью. Функциональные гетеродимерные нуклеазы исключают возможность нежелательной гомодимерной активности и, таким образом, увеличивают специфичность двухцепочечного разрыва.Essentially, ZFN and TALEN restriction endonuclease technology uses a nonspecific DNA-cutting enzyme that is associated with a specific DNA-binding domain (or a series of zinc finger domains or TALE repeats, respectively). Typically, a restriction enzyme is selected whose DNA recognition site and cleavage site are separated from each other. The cleavage portion is separated and then coupled to a DNA-binding domain, resulting in an endonuclease with very high specificity for the desired sequence. An example of a restriction enzyme with such properties is Fokl. Additionally, an advantage of Fokl is that dimerization is required to have nuclease activity, meaning that specificity increases dramatically as each nuclease partner recognizes a unique DNA sequence. To enhance this effect, Fokl nucleases were designed, which can function only as heterodimers and have increased catalytic activity. Functional heterodimeric nucleases eliminate the possibility of unwanted homodimeric activity and thus increase the specificity of double-strand breaks.

Таким образом, например, для нацеливания на конкретный сайт, ZFN и TALEN конструируют в виде пар нуклеаз, причем каждый член пары предназначен для связывания смежных последовательностей в целевом сайте. После временной экспрессии в клетках нуклеазы связываются со своими целевыми сайтами, а домены Fokl гетеродимеризуются, создавая двухцепочечный разрыв. Восстановление этих двухцепочечных разрывов посредством пути негомологичного соединения концов (НГСК) чаще всего приводит к появлению инделов, которые представляют собой небольшие делеции или небольшие вставки поThus, for example, to target a specific site, ZFN and TALEN are designed as pairs of nucleases, with each member of the pair designed to bind adjacent sequences at the target site. After transient expression in cells, nucleases bind to their target sites and the Fokl domains heterodimerize, creating a double-strand break. Repair of these double-strand breaks through the nonhomologous end joining (NEA) pathway most often results in indels, which are small deletions or small insertions at

- 9 043573 следовательности. Поскольку каждое восстановление, выполненное посредством НГСК, является уникальным, использование одной пары нуклеаз может привести к получению аллельного ряда с некоторым диапазоном разных делеций в целевом сайте. Как правило, делеции варьируются в диапазоне от нескольких пар оснований до нескольких сотен пар оснований в длину, но в клеточной культуре успешно создавали более крупные делеции, используя две пары нуклеаз одновременно (Carlson et al., 2012; Lee et al., 2010). Кроме того, когда фрагмент ДНК с гомологией к целевой области вносят в сочетании с парой нуклеаз, двухцепочечный разрыв может быть восстановлен путем направляемой гомологией репарации с созданием специфических модификаций (Li et al., 2011; Miller et al., 2010; Urnov et al., 2005).- 9 043573 sequences. Since each repair performed by NGSC is unique, the use of a single pair of nucleases can result in an allelic series with a range of different deletions at the target site. Typically, deletions range from a few base pairs to several hundred base pairs in length, but larger deletions have been successfully created in cell culture using two pairs of nucleases simultaneously (Carlson et al., 2012; Lee et al., 2010). In addition, when a DNA fragment with homology to the target region is introduced in combination with a pair of nucleases, the double-strand break can be repaired by homology-directed repair creating specific modifications (Li et al., 2011; Miller et al., 2010; Urnov et al. , 2005).

Хотя нуклеазные части как ZFN, так и TALEN имеют сходные свойства, разница между этими сконструированными нуклеазами заключается в их пептиде распознавания ДНК. В основе ZFN лежат цинковые пальцы Cys2-His2, а в основе TALEN - TALE. Оба этих ДНК-распознающих пептидных домена характеризуются тем, что они встречаются в природе в комбинациях в своих белках. Цинковые пальцы Cys2-His2, как правило, встречаются в повторах, которые находятся на расстоянии 3 п.о. и встречаются в различных комбинациях в ряде белков, взаимодействующих с нуклеиновыми кислотами. С другой стороны, TALE встречаются в повторах с соотношением распознавания один к одному между аминокислотами и распознаваемыми парами нуклеотидов. Поскольку как цинковые пальцы, так и TALE встречаются в повторяемых паттернах, можно пробовать разные комбинации, чтобы создать широкий ряд специфичностей последовательностей. Подходы для создания сайт-специфических цинк-пальцевых эндонуклеаз включают, помимо прочего, например, модульную сборку (где цинковые пальцы, коррелирующие с триплетной последовательностью, соединены в ряд, чтобы покрыть необходимую последовательность), OPEN (отбор в условиях низкой жесткости пептидных доменов против триплетных нуклеотидов с последующим отбором в условиях высокой жесткости комбинации пептидов против конечной мишени в бактериальных системах) и бактериальный одногибридный скрининг библиотек цинковых пальцев. ZFN также можно конструировать и получать на коммерческой основе, например, от Sangamo Biosciences™ (Richmond, CA).Although the nuclease portions of both ZFN and TALEN have similar properties, the difference between these engineered nucleases lies in their DNA recognition peptide. ZFN is based on Cys2-His2 zinc fingers, and TALEN is based on TALE. Both of these DNA recognition peptide domains are characterized by the fact that they occur naturally in combinations in their proteins. Cys2-His2 zinc fingers typically occur in repeats that are 3 bp apart. and are found in various combinations in a number of proteins that interact with nucleic acids. On the other hand, TALEs occur in repeats with a one-to-one recognition ratio between amino acids and nucleotide pairs recognized. Because both zinc fingers and TALEs occur in repeatable patterns, different combinations can be tried to create a wide range of sequence specificities. Approaches for creating site-specific zinc finger endonucleases include, but are not limited to, modular assembly (where triplet sequence-correlated zinc fingers are arrayed to cover the required sequence), OPEN (low-stringency selection of peptide domains against triplet nucleotides followed by high-stringency selection of peptide combinations against the final target in bacterial systems) and bacterial one-hybrid screening of zinc finger libraries. ZFNs can also be designed and obtained commercially, such as from Sangamo Biosciences™ (Richmond, CA).

Способ конструирования и получения TALEN описан, например, в Reyon et al., Nature Biotechnology 2012 May;30(5):460-5; Miller et al., Nat Biotechnol. (2011) 29: 143-148; Cermak et al., Nucleic Acids Research (2011) 39 (12): e82 и Zhang et al., Nature Biotechnology (2011) 29 (2): 149-53. Недавно разработанная веб-программа под названием Mojo Hand была представлена Клиникой Майо для разработки конструкций TAL и TALEN для применений, связанных с редактированием генома (доступ можно получить на www(точка)talendesign(точка)org). Тален также можно конструировать и получать на коммерческой основе, например, от Sangamo Biosciences™ (Richmond, CA).The method for designing and preparing TALENs is described, for example, in Reyon et al., Nature Biotechnology 2012 May;30(5):460-5; Miller et al., Nat Biotechnol. (2011) 29: 143-148; Cermak et al., Nucleic Acids Research (2011) 39 (12): e82 and Zhang et al., Nature Biotechnology (2011) 29 (2): 149-53. A recently developed web-based program called Mojo Hand was introduced by the Mayo Clinic to design TAL and TALEN designs for genome editing applications (accessible at www(dot)talendesign(dot)org). Talene can also be engineered and obtained commercially, such as from Sangamo Biosciences™ (Richmond, CA).

Система CRISPR-Cas - Многие бактерии и археи имеют эндогенные адаптивные иммунные системы на основе РНК, которые могут разрушать нуклеиновые кислоты проникающих фагов и плазмид. Эти системы состоят из генов коротких палиндромных повторов, регулярно расположенных группами (CRISPR), которые вырабатывают компоненты РНК, и связанных с CRISPR (Cas) генов, которые кодируют белковые компоненты. РНК CRISPR (crPHK) содержат короткие участки гомологии с конкретными вирусами и плазмидами и действуют в качестве направляющих, направляя нуклеазы Cas для деградации комплементарных нуклеиновых кислот соответствующего патогена. Исследования системы CRISPR/Cas типа II из Streptococcus pyogenes показали, что три компонента образуют комплекс РНК/белок и вместе являются достаточными для специфической в отношении последовательности нуклеазной активности: нуклеаза Cas9, сгРНК, содержащая 20 пар оснований гомологии с целевой последовательностью, и трансактивирующая сгРНК (tracrPHK) (Jinek et al., Science (2012) 337: 816-821.). Дополнительно было продемонстрировано, что синтетическая химерная направляющая РНК (нРНК), состоящая из слияния между сгРНК и tracrPHK, может направлять Cas9 для расщепления целевых ДНК, которые являются комплементарными к сгРНК in vitro. Также было продемонстрировано, что временную экспрессию Cas9 в сочетании с синтетическими нРНК можно использовать для получения целевых двухцепочечных разрывов в ряде различных видов (Cho et al., 2013; Cong et al., 2013; DiCarlo et al., 2013; Hwang et al., 2013a,b; Jinek et al., 2013; Mali et al., 2013).CRISPR-Cas System - Many bacteria and archaea have endogenous RNA-based adaptive immune systems that can destroy the nucleic acids of invading phages and plasmids. These systems consist of Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeat (CRISPR) genes that produce RNA components, and CRISPR-associated (Cas) genes that encode protein components. CRISPR RNAs (crRNAs) contain short regions of homology to specific viruses and plasmids and act as guides, directing Cas nucleases to degrade complementary nucleic acids of the corresponding pathogen. Studies of the type II CRISPR/Cas system from Streptococcus pyogenes have shown that three components form an RNA/protein complex and together are sufficient for sequence-specific nuclease activity: the Cas9 nuclease, an sgRNA containing 20 base pairs of homology to the target sequence, and a transactivating sgRNA ( tracrRNA) (Jinek et al., Science (2012) 337: 816-821.). Additionally, it has been demonstrated that a synthetic chimeric guide RNA (cRNA) consisting of a fusion between sgRNA and tracrRNA can direct Cas9 to cleave target DNAs that are complementary to sgRNA in vitro. It has also been demonstrated that transient expression of Cas9 in combination with synthetic nRNAs can be used to produce targeted double-strand breaks in a number of different species (Cho et al., 2013; Cong et al., 2013; DiCarlo et al., 2013; Hwang et al. , 2013a,b; Jinek et al., 2013; Mali et al., 2013).

Система CRIPSR/Cas для редактирования генома содержит два отличных компонента: нРНК и эндонуклеазу, например, Cas9. нРНК, как правило, представляет собой последовательность из 20 нуклеотидов, кодирующую комбинацию целевой гомологичной последовательности (сгРНК) и эндогенной бактериальной РНК, которая связывает сгРНК с нуклеазой Cas9 (tracrPHK) в одном химерном транскрипте. Комплекс HPHK/Cas9 взаимодействует с целевой последовательностью путем спаривания оснований между последовательностью нРНК и комплементарной геномной ДНК. Для успешного связывания Cas9 геномная целевая последовательность должна также содержать правильную последовательность мотива, прилегающего к протоспейсеру (РАМ, англ. Protospacer Adjacent Motif), следующую непосредственно за целевой последовательностью. Связывание комплекса HPHK/Cas9 локализует Cas9 в геномной целевой последовательности так, что Cas9 может разрезать обе цепи ДНК, приводя к двухцепочечному разрыву. Как и в случае ZFN и TALEN, двухцепочечные разрывы, созданные CRISPR/Cas, могут подвергаться гомологичной рекомбинации или НГСК.The CRIPSR/Cas genome editing system contains two distinct components: an nRNA and an endonuclease, such as Cas9. The nRNA is typically a 20-nucleotide sequence encoding a combination of a target homologous sequence (sgRNA) and endogenous bacterial RNA that links the sgRNA to a Cas9 nuclease (tracrRNA) in a single chimeric transcript. The HPHK/Cas9 complex interacts with the target sequence through base pairing between the nRNA sequence and the complementary genomic DNA. For successful Cas9 binding, the genomic target sequence must also contain the correct Protospacer Adjacent Motif sequence immediately following the target sequence. Binding of the HPHK/Cas9 complex localizes Cas9 to the genomic target sequence so that Cas9 can cut both strands of DNA, resulting in a double-strand break. As with ZFN and TALEN, double-strand breaks generated by CRISPR/Cas can undergo homologous recombination or HSCR.

Нуклеаза Cas9 имеет два функциональных домена: RuvC и HNH, каждый из которых разрезает от- 10 043573 личную цепь ДНК. Когда оба этих домена активны, Cas9 создает двухцепочечные разрывы в геномнойCas9 nuclease has two functional domains: RuvC and HNH, each of which cuts a single DNA strand. When both of these domains are active, Cas9 creates double-strand breaks in the genome

ДНК.DNA.

Существенным преимуществом CRISPR/Cas является то, что высокая эффективность этой системы в сочетании с возможностью легко создавать синтетические нРНК обеспечивают возможность одновременного нацеливания на некоторое количество генов. Кроме того, в большинстве клеток, несущих мутацию, присутствуют двухаллельные мутации в целевых генах.A significant advantage of CRISPR/Cas is that the high efficiency of this system, combined with the ability to easily create synthetic nRNAs, allows for the possibility of simultaneously targeting a number of genes. In addition, most cells carrying the mutation contain biallelic mutations in the target genes.

При этом очевидная гибкость во взаимодействиях спаривания оснований между последовательностью нРНК и целевой последовательностью геномной ДНК позволяет вырезать неточные совпадения с целевой последовательностью посредством Cas9.However, the apparent flexibility in the base-pairing interactions between the nRNA sequence and the target genomic DNA sequence allows for inexact matches to the target sequence to be excised by Cas9.

Модифицированные версии фермента Cas9, содержащие один неактивный каталитический домен, RuvC- или HNH-, называются никазами. Имея только один активный нуклеазный домен, никаза Cas9 разрезает только одну цепь целевой ДНК, создавая одноцепочечный разрыв или ник. Одноцепочечный разрыв или ник обычно быстро восстанавливается посредством пути НГР с применением интактной комплементарной цепи ДНК в качестве матрицы. При этом два проксимальных расположенных на противоположных цепях ника, внесенных никазой Cas9, рассматриваются как двухцепочечный разрыв, что часто называют системой CRISPR с двойным ником. Двойной ник может восстанавливаться с помощью НГСК или НГР в зависимости от необходимого эффекта на генную мишень. Таким образом, если решающее значение имеют специфичность и снижение нецелевых эффектов, использование никазы Cas9 для создания двойного ника путем конструирования двух нРНК с целевыми последовательностями в непосредственной близости и на противоположных цепях геномной ДНК уменьшит нецелевой эффект, так как любая нРНК сама по себе приведет к появлению ников, которые не изменят геномную ДНК.Modified versions of the Cas9 enzyme containing one inactive catalytic domain, RuvC- or HNH-, are called nickases. With only one active nuclease domain, Cas9 nickase cuts only one strand of the target DNA, creating a single-strand break or nick. A single-strand break or nick is usually quickly repaired by the NHR pathway using the intact complementary DNA strand as a template. In this case, two proximal nicks located on opposite strands introduced by Cas9 nickase are considered as a double-strand break, which is often called a double-nick CRISPR system. The double nick can be restored using NGSC or NGR depending on the desired effect on the gene target. Thus, if specificity and reduction of off-target effects are critical, using Cas9 nickase to create a dual nick by designing two nRNAs with target sequences in close proximity and on opposite strands of genomic DNA will reduce off-target effect, since either nRNA by itself will result in nicks that will not change genomic DNA.

Модифицированные версии фермента Cas9, содержащие два неактивных каталитических домена (мертвый (англ. dead) Cas9 или dCas9), не обладают нуклеазной активностью, но все же способны связываться с ДНК на основе специфичности нРНК. dCas9 можно использовать в качестве платформы для регуляторов транскрипции ДНК для активации или подавления экспрессии генов путем слияния неактивного фермента с известными регуляторными доменами. Например, связывание одного dCas9 с целевой последовательностью в геномной ДНК может влиять на транскрипцию гена.Modified versions of the Cas9 enzyme containing two inactive catalytic domains (dead Cas9 or dCas9) do not have nuclease activity, but are still able to bind DNA based on nRNA specificity. dCas9 can be used as a platform for DNA transcriptional regulators to activate or repress gene expression by fusing the inactive enzyme to known regulatory domains. For example, the binding of a single dCas9 to a target sequence in genomic DNA can influence gene transcription.

Существует ряд общедоступных инструментов, которые помогают выбрать и/или сконструировать целевые последовательности, а также списки биоинформационно определенных уникальных нРНК для разных генов разных видов, такие как инструмент конструирования CRISPR от Feng Zhang lab's, Target Finder (E-CRISP) от Michael Boutros lab's, инструменты RGEN: Cas-OFFinder, CasFinder: гибкий алгоритм для идентификации специфических мишеней Cas9 в геномах и CRISPR Optimal Target Finder.There are a number of publicly available tools that help select and/or design target sequences, as well as lists of bioinformatically defined unique gRNAs for different genes in different species, such as the CRISPR design tool from Feng Zhang lab's, Target Finder (E-CRISP) from Michael Boutros lab's, RGEN tools: Cas-OFFinder, CasFinder: a flexible algorithm for identifying specific Cas9 targets in genomes and CRISPR Optimal Target Finder.

Чтобы использовать систему CRISPR, как нРНК, так и Cas9 должны экспрессироваться в целевой клетке. Вставочный вектор может содержать обе кассеты в одной плазмиде, или же кассеты экспрессируются из двух отдельных плазмид. Плазмиды CRISPR общедоступны, например, как плазмида px330 от Addgene. Кроме того, мРНК, кодирующую Cas9 и нРНК, можно вносить в целевые клетки, а также рекомбинантный белок Cas9 в комплексе с нРНК (т. е. вносить в клетку комплекс РНП).To use the CRISPR system, both gRNA and Cas9 must be expressed in the target cell. The insertion vector may contain both cassettes in a single plasmid, or the cassettes may be expressed from two separate plasmids. CRISPR plasmids are publicly available, such as the px330 plasmid from Addgene. In addition, mRNA encoding Cas9 and nRNA can be introduced into target cells, as well as recombinant Cas9 protein in complex with nRNA (i.e., an RNP complex can be introduced into the cell).

Редактирование генома с помощью платформы на основе рекомбинантного аденоассоциированного вируса (рААВ) - эта платформа для редактирования генома основана на рААВ-векторах, которые позволяют вставлять, удалять или заменять последовательности ДНК в геномах живых клеток млекопитающих. Геном рААВ представляет собой одноцепочечную молекулу дезоксирибонуклеиновой кислоты (оцДНК), смысловую или антисмысловую, длина которой составляет около 4,7 т. п.о. Эти одноцепочечные вирусные ДНК-векторы имеют высокую скорость трансдукции и обладают уникальным свойством стимулировать эндогенную гомологичную рекомбинацию в отсутствие двухцепочечных разрывов ДНК в геноме. Специалист в данной области техники может сконструировать рААВ вектор для нацеливания на необходимый геномный локус и проводить грубые и/или точные изменения в эндогенных генах в клетке. Преимущество редактирования генома с помощью рААВ состоит в том, что он нацелен на одну аллель и не приводит к каким-либо нецелевым изменениям генома. Технология редактирования генома на основе рААВ коммерчески доступна, например, это система на основе рААВ GENESIS™ от Horizon™ (Cambridge, UK).Genome Editing Using a Recombinant Adeno-Associated Virus (rAAV) Platform - This genome editing platform is based on rAAV vectors that allow the insertion, deletion, or replacement of DNA sequences in the genomes of living mammalian cells. The rAAV genome is a single-stranded deoxyribonucleic acid (ssDNA) molecule, sense or antisense, approximately 4.7 kb in length. These single-stranded viral DNA vectors have a high transduction rate and have the unique property of promoting endogenous homologous recombination in the absence of double-stranded DNA breaks in the genome. One skilled in the art can construct a rAAV vector to target the desired genomic locus and make gross and/or precise changes to endogenous genes in the cell. The advantage of rAAV genome editing is that it targets a single allele and does not result in any off-target genomic changes. rAAV-based genome editing technology is commercially available, such as the GENESIS™ rAAV-based system from Horizon™ (Cambridge, UK).

Способы определения эффективности и обнаружения изменений последовательности хорошо известны в данной области техники и включают, но не ограничиваются этим, сиквенирование ДНК, электрофорез, ферментный анализ обнаружения несоответствий и анализ гибридизации, такой как ПНР, ОТПЦР, защита от РНКазы, гибридизация in situ, удлинение праймера, Саузерн-блот, Нозерн-блот и дотблот анализ.Methods for determining efficiency and detecting sequence changes are well known in the art and include, but are not limited to, DNA sequencing, electrophoresis, enzyme mismatch detection assays, and hybridization assays such as PLR, RTPCR, RNase protection, in situ hybridization, primer extension , Southern blot, Northern blot and dot blot analysis.

Изменения последовательности в конкретном гене также можно определять на уровне белка, используя, например, хроматографию, электрофоретические способы, анализ иммунообнаружения, такой как ИФА, и Вестерн-блот анализ и иммуногистохимию.Sequence changes in a particular gene can also be determined at the protein level using, for example, chromatography, electrophoretic methods, immunodetection assays such as ELISA, and Western blot analysis and immunohistochemistry.

Агент для редактирования ДНК может кодировать репортерный белок, который можно легко обнаружить по его присутствию или активности, включая, но не ограничиваясь этим, люциферазу, флуоресцентный белок (например, зеленый флуоресцентный белок), хлорамфеникол-ацетилтрансферазу, бетагалактозидазу, секретируемую плацентарную щелочную фосфатазу, бета-лактамазу, человеческий гор- 11 043573 мон роста и другие секретируемые ферментные репортеры. В общем случае репортерный ген кодирует полипептид, который в ином случае не вырабатывается клеткой-хозяином, и который можно обнаружить с помощью анализа клетки(ок), например, прямого флуорометрического, радиоизотопного или спектрофотометрического анализа клетки(ок), и, как правило, без необходимости убивать клетки для анализа сигнала. В некоторых случаях репортерный ген кодирует фермент, который вызывает изменение флуорометрических свойств клетки-хозяина, которое можно обнаружить по качественной, количественной или полуколичественной функции или активации транскрипции. Типовые ферменты включают эстеразы, β-лактамазу, фосфатазы, пероксидазы, протеазы (тканевый активатор плазминогена или урокиназу) и другие ферменты, функции которых можно обнаружить с помощью соответствующих хромогенных или флуорогенных субстратов, которые известны специалистам в данной области техники или будут разработаны в будущем.The DNA editing agent may encode a reporter protein that can be readily detected by its presence or activity, including, but not limited to, luciferase, fluorescent protein (eg, green fluorescent protein), chloramphenicol acetyltransferase, betagalactosidase, secreted placental alkaline phosphatase, beta -lactamase, human growth hormone and other secreted enzyme reporters. In general, a reporter gene encodes a polypeptide that is not otherwise produced by the host cell and that can be detected by cell(s) assay, such as direct fluorometric, radioisotope, or spectrophotometric assay of the cell(s), and typically without the need to kill cells to analyze the signal. In some cases, the reporter gene encodes an enzyme that causes a change in the fluorometric properties of the host cell, which can be detected by qualitative, quantitative or semi-quantitative function or transcriptional activation. Exemplary enzymes include esterases, β-lactamase, phosphatases, peroxidases, proteases (tissue plasminogen activator or urokinase) and other enzymes whose functions can be detected using appropriate chromogenic or fluorogenic substrates that are known to those skilled in the art or will be developed in the future.

Кроме того, специалист в данной области техники может легко сконструировать агент для редактирования ДНК, который содержит маркеры положительного и/или отрицательного отбора для эффективного отбора трансформированных клеток, в которых произошло событие гомологичной рекомбинации с конструкцией. Положительный отбор предоставляет средства для обогащения популяции клонов, которые поглотили чужеродную ДНК. Неограничивающие примеры таких положительных маркеров включают глутаминсинтетазу, дигидрофолатредуктазу (DHFR), маркеры, которые придают устойчивость к антибиотикам, такие как кассеты устойчивости к неомицину, гигромицину, пуромицину и бластицидинуS. Маркеры отрицательного отбора необходимы для отбора против случайных интеграций и/или исключения маркерной последовательности (например, положительного маркера). Неограничивающие примеры таких отрицательных маркеров включают тимидинкиназу вируса простого герпеса (ТК-ВПГ), которая превращает ганцикловир (ГЦВ) в цитотоксический нуклеозидный аналог гипоксантинфосфорибозилтрансферазу (HPRT), дифтерийный токсин (ДТ) и аденинфосфорибозилтрансферазу (ARPT).In addition, one skilled in the art can easily design a DNA editing agent that contains positive and/or negative selection markers to effectively select transformed cells that have undergone a homologous recombination event with the construct. Positive selection provides a means to enrich the population of clones that have taken up foreign DNA. Non-limiting examples of such positive markers include glutamine synthetase, dihydrofolate reductase (DHFR), markers that confer antibiotic resistance such as neomycin, hygromycin, puromycin and blasticidin S resistance cassettes. Negative selection markers are required to select against random integrations and/or exclusion of a marker sequence (eg, a positive marker). Non-limiting examples of such negative markers include herpes simplex virus thymidine kinase (HSV-TK), which converts ganciclovir (GCV) to the cytotoxic nucleoside analog hypoxanthine phosphoribosyltransferase (HPRT), diphtheria toxin (DT), and adenine phosphoribosyltransferase (ARPT).

Для облегчения гомологичной рекомбинации можно использовать химический ингибитор НГСК, такой как пиразин SCR7, для повышения эффективности ГР, опосредованной редактированием генома CRISPR. Как указано выше, агент для редактирования ДНК по этому аспекту данного изобретения содержит первую последовательность нуклеиновой кислоты для индуцибельного обеспечения летального фенотипа петушков, вылупляющихся из яйца птицы.To facilitate homologous recombination, a chemical NGSC inhibitor such as SCR7 pyrazine can be used to enhance the efficiency of GR mediated by CRISPR genome editing. As stated above, the DNA editing agent of this aspect of the invention comprises a first nucleic acid sequence for inducibly producing a lethal phenotype in male birds hatched from a bird's egg.

Предпочтительно, мужские эмбрионы не выживают в яйце после ранних стадий бластуляции, известных как стадии X-XIII EG&K (Eyal-Giladi and Kochav, 1976). В одном варианте осуществления первая последовательность нуклеиновой кислоты может кодировать белок летальности, который функционально связан с нуклеотидной последовательностью, кодирующей переключатель, который регулирует экспрессию белка летальности, причем этот переключатель регулируется индуктором.Preferably, male embryos do not survive in the egg beyond the early stages of blastulation, known as EG&K stages X-XIII (Eyal-Giladi and Kochav, 1976). In one embodiment, the first nucleic acid sequence may encode a lethality protein that is operably linked to a nucleotide sequence encoding a switch that regulates expression of the lethality protein, the switch being regulated by an inducer.

В контексте данного изобретения термин белок летальности относится к белку, который является летальным для эмбриона птицы (например, мужского эмбриона), предотвращая, таким образом, вылупливание живого петушка из яйца. Примеры белков летальности включают, но не ограничиваются этим, токсин, цитотоксический белок, проапоптотический белок, антагонист BMP, ингибитор передачи сигналов Wnt и антагонист FGF.In the context of this invention, the term lethal protein refers to a protein that is lethal to a bird embryo (eg, a male embryo), thereby preventing the betta from hatching live from the egg. Examples of lethality proteins include, but are not limited to, toxin, cytotoxic protein, proapoptotic protein, BMP antagonist, Wnt signaling inhibitor, and FGF antagonist.

Типовые токсины, предусмотренные в данном изобретении, включают, но не ограничиваются этим, экзотоксин Pseudomonas (доступ в GenBank № GenBank ABU63124), дифтерийный токсин (доступ в GenBank № AAV70486) и токсин рицина (доступ в GenBank № EEF27734).Exemplary toxins contemplated by this invention include, but are not limited to, Pseudomonas exotoxin (GenBank Accession No. ABU63124), diphtheria toxin (GenBank Accession No. AAV70486), and ricin toxin (GenBank Accession No. EEF27734).

Типовые цитотоксические белки включают, но не ограничиваются этим, интерлейкин-2 (доступ в GenBank № САА00227), CD3 (доступ в GenBank № Р07766), CD16 (доступ в GenBank № NP_000560.5), интерлейкин-4 (доступ в GenBank № NP_000580.1) и интерлейкин-10 (доступ в GenBank № Р22301).Typical cytotoxic proteins include, but are not limited to, interleukin-2 (GenBank accession no. CAA00227), CD3 (GenBank accession no. P07766), CD16 (GenBank accession no. NP_000560.5), interleukin-4 (GenBank accession no. NP_000580 .1) and interleukin-10 (GenBank accession no. P22301).

Типовые проапоптотические белки, предусмотренные в данном изобретении, включают, но не ограничиваются этим, Drosophila Reaper & Grim, который, как известно, вызывает апоптоз также в клетках млекопитающих [McCarthy, J.V & Dixit, V.M. Apoptosis induced by Drosophila reaper and grim in a human system. Attenuation by inhibitor of apoptosis proteins (cIAPs). J. Biol. Chem. 273, 24009-15 (1998)], и белки, которые активируют апоптоз, такие как CASP3 [Mien, О. & Wells, J.A. Caspases and their substrates. Cell Death Differ. (2017). doi:10.1038/cdd.2017.44].Exemplary pro-apoptotic proteins contemplated by this invention include, but are not limited to, Drosophila Reaper & Grim, which is known to induce apoptosis also in mammalian cells [McCarthy, J.V. & Dixit, V.M. Apoptosis induced by Drosophila reaper and grim in a human system. Attenuation by inhibitor of apoptosis proteins (cIAPs). J Biol. Chem. 273, 24009-15 (1998)], and proteins that activate apoptosis, such as CASP3 [Mien, O. & Wells, J.A. Caspases and their substrates. Cell Death Differ. (2017). doi:10.1038/cdd.2017.44].

Другими предусмотренными белками летальности являются те, которые влияют на основные стадии раннего эмбриогенеза, такие как N-кадгерин, который экспрессируется на ранних стадиях гаструляции. Экспрессия доминантно-отрицательной формы этой молекулы адгезии приводит к ранней эмбриональной смертности.Other predicted lethality proteins are those that influence major stages of early embryogenesis, such as N-cadherin, which is expressed during the early stages of gastrulation. Expression of a dominant negative form of this adhesion molecule results in early embryonic lethality.

Дополнительными белками летальности являются те, которые препятствуют важным сигнальным путям, таким как пути BMP и FGF. Сверхэкспрессия антагониста ВМР4, например, ноггина, останавливает эмбриогенный процесс и приводит к ранней эмбриональной смертности.Additional lethality proteins are those that interfere with important signaling pathways such as the BMP and FGF pathways. Overexpression of a BMP4 antagonist, such as noggin, arrests the embryogenic process and leads to early embryonic lethality.

В другом варианте осуществления первая последовательность нуклеиновой кислоты может кодировать фермент эндонуклеазы, который может осуществлять редактирование генома, и функционально связана с нуклеотидной последовательностью, кодирующей переключатель, который регулирует экспрессию белка эндонуклеазы, причем этот переключатель регулируется индуктором.In another embodiment, the first nucleic acid sequence may encode an endonuclease enzyme that can perform genome editing, and is operably linked to a nucleotide sequence encoding a switch that regulates expression of the endonuclease protein, the switch being regulated by an inducer.

- 12 043573- 12 043573

Примеры эндонуклеазных белков включают цинк-пальцевые нуклеазы (ZFN), эффекторные нуклеазы, подобные активатору транскрипции (TALEN), и систему CRISPR/Cas, которые дополнительно описаны в данном изобретении выше.Examples of endonuclease proteins include zinc finger nucleases (ZFNs), transcription activator-like effector nucleases (TALENs), and the CRISPR/Cas system, which are further described herein above.

В этом варианте осуществления последовательность нуклеиновой кислоты дополнительно содержит нацеливающую последовательность (или направляющую последовательность), которая нацеливает эндонуклеазу на разрушение гена, который является существенным для выживания эмбриона. Таким образом, у эмбриона развивается летальный фенотип, и живой цыпленок (мужского пола) не может вылупиться из яйца.In this embodiment, the nucleic acid sequence further comprises a targeting sequence (or guide sequence) that directs the endonuclease to destroy a gene that is essential for the survival of the embryo. Thus, the embryo develops a lethal phenotype and a living chick (male) cannot hatch from the egg.

Примеры существенных генов, которые можно разрушать, включают, но не ограничиваются этим, BMPR1A (Gene ID: 396308), ВМР2 (Gene ID: 378779), ВМР4 (Gene ID: 396165) и FGFR1 (Gene ID: 396516).Examples of essential genes that can be disrupted include, but are not limited to, BMPR1A (Gene ID: 396308), BMP2 (Gene ID: 378779), BMP4 (Gene ID: 396165) and FGFR1 (Gene ID: 396516).

Агент для редактирования ДНК в соответствии с этим аспектом данного изобретения обычно содержит промотор, который функционально связан для управления экспрессией белка летальности или фермента эндонуклеазы.The DNA editing agent in accordance with this aspect of the invention typically comprises a promoter that is operably linked to drive the expression of a lethal protein or endonuclease enzyme.

Примеры промоторов, которые можно использовать в агенте для редактирования ДНК, включают, но не ограничиваются этим, промотор PGK лентивирусов, промотор CMV, промотор синапсина I человека (hSyn) и промотор CAG, как в экспрессионном векторе pCAGGS.Examples of promoters that can be used in a DNA editing agent include, but are not limited to, the lentiviral PGK promoter, the CMV promoter, the human synapsin I (hSyn) promoter, and the CAG promoter as in the pCAGGS expression vector.

Промоторы и другие последовательности, которые регулируют экспрессию белка летальности или фермента эндонуклеазы, выбраны так, чтобы обеспечить достаточную экспрессию белка, чтобы придать фенотип летальности эмбрионам петушков.Promoters and other sequences that regulate expression of the lethal protein or endonuclease enzyme are selected to ensure sufficient expression of the protein to confer a lethal phenotype in betta embryos.

Независимо от того, кодирует ли агент для редактирования ДНК эндонуклеазу или белок летальности, экспрессия этих эффекторных белков регулируется переключателем, который включен в агент для редактирования ДНК (например, кодируется им).Regardless of whether the DNA editing agent encodes an endonuclease or a lethal protein, the expression of these effector proteins is regulated by a switch that is included in (eg, encoded by) the DNA editing agent.

В контексте данного изобретения термин переключатель относится к одному компоненту или набору компонентов, которые действуют скоординированным образом, влияя на изменение, включающее все аспекты биологической функции, такие как активация, подавление, усиление или прекращение этой функции. В одном варианте осуществления переключатели относятся к индуцибельным и репрессируемым системам, используемым в регуляции генов. В общем случае индуцибельная система может быть выключена в отсутствие некоторой молекулы или энергетической формы (называемой индуктором), которая обеспечивает возможность экспрессии генов. Говорят, что такая молекула индуцирует экспрессию. Способ, которым это происходит, зависит от механизмов управления, а также от различий в типе клеток. Репрессируемая система включена всегда, за исключением случая наличия некоторой молекулы или энергетической формы (называемой корепрессором), которая подавляет экспрессию генов. Говорят, что такая молекула подавляет экспрессию. Способ, которым это происходит, зависит от механизмов управления, а также от различий в типе клеток.As used herein, the term switch refers to a single component or set of components that act in a coordinated manner to effect a change involving all aspects of a biological function, such as activation, inhibition, enhancement or termination of that function. In one embodiment, switches refer to inducible and repressible systems used in gene regulation. In general, an inducible system can be turned off in the absence of some molecule or energy form (called an inducer) that allows gene expression. Such a molecule is said to induce expression. The manner in which this occurs depends on control mechanisms as well as differences in cell type. The repressible system is always on, unless there is some molecule or energy form (called a corepressor) that represses gene expression. Such a molecule is said to inhibit expression. The manner in which this occurs depends on control mechanisms as well as differences in cell type.

В контексте данного изобретения термин индуцибельный может охватывать все аспекты переключения независимо от привлеченного молекулярного механизма. Соответственно, переключатель в соответствии с изобретением может включать, но не ограничивается этим, индуцибельные системы на основе антибиотиков, индуцибельные системы на основе электромагнитной энергии, индуцибельные системы на основе малых молекул, индуцибельные системы на основе ядерных рецепторов и индуцибельные системы на основе гормонов. В некоторых вариантах осуществления переключатель может представлять собой систему, индуцируемую тетрациклином (Tet)/DOX, системы, индуцируемые светом, систему, индуцируемую абсцизовой кислотой (ABA), систему репрессора/оператора кумата, систему, индуцируемую 40НТ/эстрогеном, индуцибельные системы на основе экдизона или индуцибельную систему FKBP12/FRAP (комплекс FKBP12-рапамицин).In the context of this invention, the term inducible can cover all aspects of switching regardless of the molecular mechanism involved. Accordingly, the switch in accordance with the invention may include, but is not limited to, antibiotic-based inducible systems, electromagnetic energy-based inducible systems, small molecule-based inducible systems, nuclear receptor-based inducible systems, and hormone-based inducible systems. In some embodiments, the switch may be a tetracycline (Tet)/DOX inducible system, light inducible systems, abscisic acid (ABA) inducible system, cumate repressor/operator system, 40HT/estrogen inducible system, ecdysone inducible systems or the inducible FKBP12/FRAP system (FKBP12-rapamycin complex).

Понятно, что индуктор должен проникать в яйцо птицы. Кроме того, сам индуктор не должен быть токсичным или влиять на развитие эмбриона внутри яйца.It is clear that the inductor must penetrate the bird's egg. In addition, the inducer itself must not be toxic or affect the development of the embryo inside the egg.

Типовые индукторы, предусмотренные в данном изобретении, включают, но не ограничиваются этим, температуру, ультразвук, электромагнитную энергию и химическое вещество. Индукторы можно применять к яйцу во время процесса образования яйца в теле курицы до яйцекладки.Typical inductors contemplated by this invention include, but are not limited to, temperature, ultrasound, electromagnetic energy, and chemical. Inducers can be applied to the egg during the process of egg formation in the hen's body before laying.

В соответствии с конкретным вариантом осуществления переключение индуцируется с помощью электромагнитной энергии (например, компонента видимого света). Компонент видимого света может иметь длину волны в диапазоне 450-700 или 450-500 нм, т.е. это синий свет. Синий свет может иметь интенсивность по меньшей мере 0,2 мВт/см или по меньшей мере 4 мВт/см2.According to a particular embodiment, the switching is induced using electromagnetic energy (eg, a visible light component). The visible light component may have a wavelength in the range of 450-700 or 450-500 nm, i.e. this is blue light. The blue light may have an intensity of at least 0.2 mW/cm2 or at least 4 mW/ cm2 .

Компонент видимого света может иметь длину волны в диапазоне 620-700 нм, т.е. это красный свет.The visible light component may have a wavelength in the range of 620-700 nm, i.e. it's a red light.

Предусмотрены одно или несколько применений видимого света в любом порядке и в любой комбинации. Видимый свет можно применять в виде одного или нескольких непрерывных применений или в виде импульсов (импульсное применение).One or more applications of visible light are contemplated in any order and in any combination. Visible light can be applied in one or more continuous applications or in pulses (pulsed application).

Примеры таких оптогенетических переключателей описаны в Muller et al., Biol Chem. 2015 Feb; 396(2):145-52. doi: 10.1515/hsz-2014-0199; Motta Mena et al., Nat Chem Biol. 2014 Mar; 10(3): 196-202; и WO 2014018423, содержание которых включено в изобретенние посредством ссылки.Examples of such optogenetic switches are described in Muller et al., Biol Chem. Feb 2015; 396(2):145-52. doi: 10.1515/hsz-2014-0199; Motta Mena et al., Nat Chem Biol. Mar 2014; 10(3): 196-202; and WO 2014018423, the contents of which are incorporated by reference.

В одном варианте осуществления переключатель управляет экспрессией эффекторной молекулы,In one embodiment, the switch controls the expression of an effector molecule,

- 13 043573 которая экспрессируется при включении переключателя с помощью индуктора. Типовые промоторы для управления экспрессией эффекторной молекулы включают, но не ограничиваются этим, промотор PGK лентивирусов, промотор pCAGG, промотор CMV, промотор EF1-a и промотор человеческого синапсина- 13 043573 which is expressed when the switch is turned on using an inductor. Exemplary promoters for driving effector molecule expression include, but are not limited to, the lentiviral PGK promoter, the pCAGG promoter, the CMV promoter, the EF1-a promoter, and the human synapsin promoter.

I (hSyn).I(hSyn).

В соответствии с конкретным вариантом осуществления эффекторная молекула представляет собой сайт-специфическую рекомбиназу.In accordance with a specific embodiment, the effector molecule is a site-specific recombinase.

Типовые оптогенетические переключатели проиллюстрированы на фиг. 4А-С, в каждом из которых используются светочувствительные димеризующиеся белковые домены криптохрома 2 (CRY2) и CIB1 из Arabidopsis thaliana и сайт-специфическая рекомбиназа в качестве эффекторной молекулы. CRY2 слит в рамке считывания с одной половиной рекомбиназы Cre, тогда как CIB1 слит в рамке считывания с другой половиной рекомбиназы Cre, т.е. расщепленного рекомбиназного фермента. Таким образом, при наличии индуктора (синего света) CRY2 и CIB1 гетеродимеризуются с образованием функциональной Creрекомбиназы, которая способна осуществлять сайт-специфическую рекомбинацию.Typical optogenetic switches are illustrated in FIG. 4A-C, each using the light-sensitive dimerizing protein domains of cryptochrome 2 (CRY2) and CIB1 from Arabidopsis thaliana and a site-specific recombinase as an effector molecule. CRY2 is fused in frame to one half of the Cre recombinase, whereas CIB1 is fused in frame to the other half of the Cre recombinase, i.e. split recombinase enzyme. Thus, in the presence of an inducer (blue light), CRY2 and CIB1 heterodimerize to form a functional Cre recombinase, which is capable of site-specific recombination.

Сайт-специфическая рекомбинация дополнительно описана в данном изобретении ниже.Site-specific recombination is further described in this invention below.

Сайт-специфические рекомбиназы, Cre-рекомбиназа, полученная из бактериофага Р1, и Flpрекомбиназа, полученная из дрожжей Saccharomyces cerevisiae, представляют собой сайт-специфические ДНК-рекомбиназы, каждая из которых распознает уникальную последовательность ДНК из 34 пар оснований (называемую Lox и FRT соответственно), а последовательности, которые фланкируются сайтами Lox или сайтами FRT, можно легко удалять с помощью сайт-специфической рекомбинации при экспрессии рекомбиназы Cre или Flp соответственно.Site-specific recombinases, Cre recombinase, derived from bacteriophage P1, and Flp recombinase, derived from the yeast Saccharomyces cerevisiae, are site-specific DNA recombinases that each recognize a unique 34-bp DNA sequence (called Lox and FRT, respectively) , and sequences that are flanked by Lox sites or FRT sites can be easily removed by site-specific recombination upon expression of Cre or Flp recombinase, respectively.

Кроме того, предусмотренные сайты распознавания рекомбиназы включают, но не ограничиваются этим, Lox511, Lox5171, Lox2272, m2, Lox71, Lox66, FRT, F1, F2, F3, F4, F5, FRT(LE), FRT(RE), attB, attP, attL и attR.Additionally, provided recombinase recognition sites include, but are not limited to, Lox511, Lox5171, Lox2272, m2, Lox71, Lox66, FRT, F1, F2, F3, F4, F5, FRT(LE), FRT(RE), attB, attP, attL and attR.

Например, последовательность Lox состоит из асимметричной спейсерной области из восьми пар оснований, фланкируемой инвертированными повторами из 13 пар оснований. Cre рекомбинирует ДНКпоследовательность lox из 34 пар оснований, связываясь с инвертированными повторами из 13 пар оснований и катализируя расщепление и повторное лигирование цепи внутри спейсерной области. Ступенчатые разрезы ДНК, осуществляемые Cre в области спейсера, разделены 6 парами оснований, чтобы получить область перекрытия, которая действует как датчик гомологии, чтобы гарантировать, что рекомбинируют только сайты рекомбинации, имеющие одинаковую область перекрытия.For example, the Lox sequence consists of an eight-bp asymmetric spacer region flanked by 13-bp inverted repeats. Cre recombines the 34-bp lox DNA sequence by binding to 13-bp inverted repeats and catalyzing strand cleavage and religation within the spacer region. The stepwise DNA cuts carried out by Cre at the spacer region are separated by 6 base pairs to produce an overlap region, which acts as a homology sensor to ensure that only recombination sites having the same overlap region recombine.

По существу, система на основе сайт-специфической рекомбиназы обеспечивает средства для удаления селективных кассет после гомологичной рекомбинации. Эта система также позволяет создавать условно измененные аллели, которые можно инактивировать или активировать временным или тканеспецифическим образом. Следует отметить, что рекомбиназы Cre и Flp оставляют после себя шрам Lox или FRT из 34 пар оснований. Остающиеся сайты Lox или FRT обычно остаются в интроне или 3' НТО модифицированного локуса, а современные данные свидетельствуют о том, что эти сайты обычно существенно не препятствуют функции гена.As such, the site-specific recombinase system provides a means for removing selective cassettes following homologous recombination. This system also allows the generation of conditionally altered alleles that can be inactivated or activated in a transient or tissue-specific manner. It should be noted that the Cre and Flp recombinases leave behind a 34-bp Lox or FRT scar. The remaining Lox or FRT sites usually remain in the intron or 3' UTR of the modified locus, and current evidence suggests that these sites usually do not significantly interfere with gene function.

Таким образом, рекомбинация Cre/Lox и Flp/FRT включает внесение нацеливающего вектора с 3' и 5' плечами гомологии, содержащего представляющую интерес мутацию, две последовательности Lox или FRT и, как правило, селективную кассету, помещенную между двумя последовательностями Lox или FRT. Применяют положительный отбор и идентифицируют гомологичные рекомбинанты, которые содержат целевую мутацию. Временная экспрессия Cre или Flp в сочетании с отрицательным отбором приводит к удалению селективной кассеты и позволяет осуществлять отбор клеток, в которых отсутствует кассета. Конечная целевая аллель содержит шрам Lox или FRT из экзогенных последовательностей. Типовой нацеливающий вектор, в котором используется рекомбинация Cre/Lox, проиллюстрирован на фиг. 4А и С. Типовой нацеливающий вектор, в котором используется рекомбинация Flp/FRT, проиллюстрирован на фиг. 4В.Thus, recombination of Cre/Lox and Flp/FRT involves the introduction of a targeting vector with 3' and 5' homology arms containing the mutation of interest, two Lox or FRT sequences, and typically a selection cassette placed between the two Lox or FRT sequences. Positive selection is applied and homologous recombinants that contain the target mutation are identified. Transient expression of Cre or Flp in combination with negative selection removes the selection cassette and allows selection of cells lacking the cassette. The final target allele contains a Lox or FRT scar from exogenous sequences. An exemplary targeting vector that uses Cre/Lox recombination is illustrated in FIG. 4A and C. An exemplary targeting vector using Flp/FRT recombination is illustrated in FIG. 4B.

Предусмотрены другие способы активации энергией, в частности, энергией электрического поля и/или ультразвуком, которые имеют аналогичный эффект. При необходимости пары белков переключателя можно менять и/или модифицировать для максимального эффекта при применении другого источника энергии.There are other methods of activation by energy, in particular electric field energy and/or ultrasound, which have a similar effect. If necessary, the switch protein pairs can be changed and/or modified for maximum effect when using a different energy source.

Энергию электрического поля предпочтительно применяют, по существу, как описано в данной области техники, используя один или более электрических импульсов от около 1 В/см до около 10 кВ/см в условиях in vivo. Вместо или в дополнение к импульсам электрическое поле можно применять непрерывно. Электрический импульс можно подавать в течение от 1 до 500 миллисекунд, предпочтительно от 1 до 100 миллисекунд. Электрическое поле можно прикладывать непрерывно или импульсно в течение около 5 мин. В контексте данного изобретения термин энергия электрического поля представляет собой электрическую энергию, которой воздействуют на клетку. Предпочтительно электрическое поле имеет напряженность от около 1 В/см до около 10 кВ/см или более в условиях in vivo (смотрите WO 97/49450).The electric field energy is preferably applied essentially as described in the art, using one or more electrical pulses from about 1 V/cm to about 10 kV/cm under in vivo conditions. Instead of or in addition to pulses, the electric field can be applied continuously. The electrical pulse can be applied for 1 to 500 milliseconds, preferably 1 to 100 milliseconds. The electric field can be applied continuously or pulsed for about 5 minutes. In the context of this invention, the term electric field energy represents the electrical energy that is applied to the cell. Preferably, the electric field has a strength of from about 1 V/cm to about 10 kV/cm or more under in vivo conditions (see WO 97/49450).

В контексте изобретения термин электрическое поле включает один или более импульсов при переменных емкости и напряжении, включая экспоненциальную и/или прямоугольную, и/или модулиро- 14 043573 ванную, и/или модулированную прямоугольную формы волны. Ссылки на электрические поля и электричество следует понимать как включающие ссылку на наличие разности электрических потенциалов в среде ячейки. Такая среда может быть создана посредством статического электричества, переменного тока (АС), постоянного тока (DC) и т.д., как известно в данной области техники. Электрическое поле может быть однородным, неоднородным или иным, и может изменяться по силе и/или направлению в зависимости от времени.In the context of the invention, the term electric field includes one or more pulses at varying capacitance and voltage, including exponential and/or square wave and/or modulated and/or modulated square wave. References to electric fields and electricity should be understood to include reference to the presence of an electrical potential difference in the cell environment. Such an environment can be created through static electricity, alternating current (AC), direct current (DC), etc., as is known in the art. The electric field may be uniform, non-uniform, or otherwise, and may vary in strength and/or direction as a function of time.

Также возможны одно или несколько применений электрического поля, а также одно или несколько применений ультразвука в любом порядке и в любой комбинации. Ультразвук и/или электрическое поле можно применять в виде одного или нескольких непрерывных применений или в виде импульсов (импульсное применение).One or more applications of an electric field, as well as one or more applications of ultrasound, in any order and in any combination, are also possible. Ultrasound and/or electric field can be applied in one or more continuous applications or in the form of pulses (pulsed application).

Следует отметить, что можно использовать альтернативный подход, в котором активирующий фермент (например, фермент рекомбиназа, такой как, например, Cre) отделяют от кассеты гена летальности. В этом случае активирующий фермент вставляется в геном самца или самки птицы, а неактивная кассета летальности вставляется в Z-хромосому птицы соответствующего пола. В этом случае активацию летальности в мужских эмбрионах осуществляют просто путем скрещивания двух трансгенных родителей.It should be noted that an alternative approach can be used in which the activating enzyme (eg, a recombinase enzyme such as, for example, Cre) is separated from the lethal gene cassette. In this case, the activating enzyme is inserted into the genome of a male or female bird, and the inactive lethality cassette is inserted into the Z chromosome of the bird of the appropriate sex. In this case, activation of lethality in male embryos is achieved simply by crossing two transgenic parents.

Таким образом, в соответствии с другим аспектом данного изобретения предложена система для редактирования ДНК, содержащая:Thus, in accordance with another aspect of the present invention, there is provided a DNA editing system comprising:

(i) первый агент, содержащий первую последовательность нуклеиновой кислоты для обеспечения летального фенотипа 10 в яйце птицы, функционально связанную с сайтом распознавания рекомбиназы, и последовательность для направления указанной первой последовательности нуклеиновой кислоты для осуществления действия указанного летального фенотипа на Z-хромосому клетки птицы; и (ii) второй агент, содержащий вторую последовательность нуклеиновой кислоты, которая кодирует фермент рекомбиназы, и последовательность для направления указанной второй последовательности нуклеиновой кислоты на Z-хромосому клетки птицы.(i) a first agent comprising a first nucleic acid sequence for causing a lethal phenotype 10 in a bird egg, operably linked to a recombinase recognition site, and a sequence for directing said first nucleic acid sequence to cause said lethal phenotype to act on the Z chromosome of a bird cell; and (ii) a second agent comprising a second nucleic acid sequence that encodes a recombinase enzyme and a sequence for directing said second nucleic acid sequence to the Z chromosome of the bird cell.

Агенты и системы для редактирования ДНК по данному изобретению могут также содержать репортерный ген, который кодирует репортерный полипептид, который можно легко обнаружить по его присутствию или активности, включая, но не ограничиваясь этим, люциферазу, флуоресцентный белок (например, зеленый флуоресцентный белок), хлорамфеникол-ацетилтрансферазу, бета-галактозидазу, секретируемую плацентарную щелочную фосфатазу, бета-лактамазу, человеческий гормон роста и другие секретируемые ферментные репортеры. В общем случае репортерный ген кодирует полипептид, который в ином случае не вырабатывается клеткой-хозяином, и который можно обнаружить с помощью анализа клетки(ок), например, прямого флуорометрического, радиоизотопного или спектрофотометрического анализа клетки(ок), и, как правило, без необходимости убивать клетки для анализа сигнала. В некоторых случаях репортерный ген кодирует фермент, который вызывает изменение флуорометрических свойств клетки-хозяина, которое можно обнаружить по качественной, количественной или полуколичественной функции или активации транскрипции. Типовые ферменты включают эстеразы, бета-лактамазу, фосфатазы, пероксидазы, протеазы (тканевый активатор плазминогена или урокиназу) и другие ферменты, функции которых можно обнаружить с помощью соответствующих хромогенных или флуорогенных субстратов, которые известны специалистам в данной области техники или будут разработаны в будущем. Репортерный ген может свидетельствовать об успешной интеграции конструкции в Z-хромосому.The DNA editing agents and systems of the present invention may also contain a reporter gene that encodes a reporter polypeptide that can be readily detected by its presence or activity, including, but not limited to, luciferase, fluorescent protein (eg, green fluorescent protein), chloramphenicol -acetyltransferase, beta-galactosidase, secreted placental alkaline phosphatase, beta-lactamase, human growth hormone and other secreted enzyme reporters. In general, a reporter gene encodes a polypeptide that is not otherwise produced by the host cell and that can be detected by cell(s) assay, such as direct fluorometric, radioisotope, or spectrophotometric assay of the cell(s), and typically without the need to kill cells to analyze the signal. In some cases, the reporter gene encodes an enzyme that causes a change in the fluorometric properties of the host cell, which can be detected by qualitative, quantitative or semi-quantitative function or transcriptional activation. Exemplary enzymes include esterases, beta-lactamase, phosphatases, peroxidases, proteases (tissue plasminogen activator or urokinase) and other enzymes whose functions can be detected using appropriate chromogenic or fluorogenic substrates that are known to those skilled in the art or will be developed in the future. The reporter gene may indicate successful integration of the construct into the Z chromosome.

Другие компоненты агента для редактирования ДНК включают саморасщепляющиеся пептиды, такие как 2А, включая, но не ограничиваясь этим, Р2А, Т2А, Е2А (Wang et al., Scientific Report 5, Article 16273 (2015), или последовательности сайта внутренней посадки рибосомы (IRES).Other components of the DNA editing agent include self-cleaving peptides such as 2A, including but not limited to P2A, T2A, E2A (Wang et al., Scientific Report 5, Article 16273 (2015), or internal ribosome entry site (IRES) sequences ).

Агент для редактирования ДНК можно конструировать в виде вирусного вектора (используя один вектор или несколько векторов). Такие векторы обычно используют в применениях для переноса генов и генной терапии. Разные вирусные векторные системы имеют свои уникальные преимущества и недостатки. Вирусные векторы, которые можно использовать для интеграции первой последовательности нуклеиновой кислоты по данному изобретению в Z-хромосому, включают, но не ограничиваются этим, аденовирусные векторы, аденоассоциированные вирусные векторы, альфавирусные векторы, векторы на основе вируса простого герпеса и ретровирусные векторы, более подробно описанные ниже. В соответствии с конкретным вариантом осуществления вектор представляет собой лентивирусный вектор.The DNA editing agent can be constructed as a viral vector (using a single vector or multiple vectors). Such vectors are commonly used in gene transfer and gene therapy applications. Different viral vector systems have their own unique advantages and disadvantages. Viral vectors that can be used to integrate the first nucleic acid sequence of the present invention into the Z chromosome include, but are not limited to, adenoviral vectors, adeno-associated viral vectors, alphaviral vectors, herpes simplex virus-based vectors, and retroviral vectors, as described in more detail below. In accordance with a specific embodiment, the vector is a lentiviral vector.

Вирусная конструкция, такая как ретровирусная конструкция содержит по меньшей мере один элемент промотора/энхансера транскрипции или определения локуса, или другие элементы, которые иным образом управляют экспрессией генов, таким как альтернативный сплайсинг, экспорт ядерной РНК или посттрансляционная модификация матричной РНК. Такие векторные конструкции также содержат сигнал упаковки, длинные концевые повторы (ДКП) или их фрагменты и сайты связывания праймера положительной и отрицательной цепей, соответствующие используемому вирусу, если он уже не присутствует в вирусной конструкции. Кроме того, такая конструкция, как правило, содержит сигнальную последовательность для секреции пептида из клетки-хозяина, в которую он внесен. Предпочтительно для этой цели сигнальная последовательность представляет собой сигнальную последовательность млекопитающего или сигнальную последовательность полипептидных вариантов некоторых вариантов осуществлеA viral construct, such as a retroviral construct, contains at least one transcriptional promoter/enhancer element or locus definition, or other elements that otherwise control gene expression, such as alternative splicing, nuclear RNA export, or post-translational modification of messenger RNA. Such vector constructs also contain a packaging signal, long terminal repeats (LTRs) or fragments thereof, and positive and negative strand primer binding sites appropriate to the virus used if one is not already present in the viral construct. In addition, such a construct typically contains a signal sequence for secretion of the peptide from the host cell into which it is introduced. Preferably, for this purpose, the signal sequence is a mammalian signal sequence or a signal sequence of polypeptide variants of certain embodiments.

- 15 043573 ния изобретения. Необязательно, конструкция также может содержать сигнал, который управляет полиаденилированием, а также один или несколько сайтов рестрикции и последовательность терминации трансляции. В качестве примера, такие конструкции, как правило, содержат 5'-ДКП сайт связывания тРНК, сигнал упаковки, точку начала синтеза второй цепи ДНК и 3'-ДКП или их фрагмент. Можно использовать другие векторы, которые не являются вирусными, такие как катионные липиды, полилизин и дендримеры.- 15 043573 invention. Optionally, the construct may also contain a signal that directs polyadenylation, as well as one or more restriction sites and a translation termination sequence. By way of example, such constructs typically contain a 5'-LTR tRNA binding site, a packaging signal, a start point for second-strand DNA synthesis, and a 3'-LTR or fragment thereof. Other vectors that are non-viral can be used, such as cationic lipids, polylysine and dendrimers.

Предпочтительно, кодоны, кодирующие белки агента для редактирования ДНК, представляют собой оптимизированные кодоны, то есть кодоны, которые часто встречаются, например, в генах с высокой экспрессией у птиц, вместо тех кодонов, которые часто используются, например, в вирусе гриппа. Такая частота использования кодонов обеспечивает эффективную экспрессию белка в клетках птиц. Из литературы известны профили частоты использования кодонов для высокой экспрессии генов многих видов (например, Nakamura et al., 1996; Wang et al., 1998; McEwan et al., 1998).Preferably, the codons encoding the DNA editing agent proteins are optimized codons, that is, codons that are frequently found, for example, in highly expressed genes in birds, instead of those codons that are frequently used, for example, in the influenza virus. This frequency of codon usage ensures efficient protein expression in avian cells. Codon frequency profiles for high gene expression in many species are known from the literature (e.g., Nakamura et al., 1996; Wang et al., 1998; McEwan et al., 1998).

Как уже упоминалось, агент (или систему) для редактирования ДНК используют для создания курочек, которые способны производить жизнеспособных потомков женского пола и нежизнеспособных потомков мужского пола.As mentioned, a DNA editing agent (or system) is used to create chickens that are capable of producing viable female offspring and nonviable male offspring.

В качестве первого этапа агент для редактирования ДНК вносят в примордиальные зародышевые клетки птицы или непосредственно в сперматозоиды птицы.As a first step, a DNA editing agent is introduced into the bird's primordial germ cells or directly into the bird's sperm.

Подходы для внесения представляющих интерес нуклеиновых кислот в реципиентные клетки известны и включают липофекцию, трансфекцию, микроинъекцию, электропорацию, трансформацию и микропроектирование и т. д.Approaches for introducing nucleic acids of interest into recipient cells are known and include lipofection, transfection, microinjection, electroporation, transformation and microengineering, etc.

Таким образом, в соответствии с другим аспектом данного изобретения предложена популяция клеток, 5 содержащая клетки (например, примордиальные зародышевые клетки или гаметы) птицы, которые содержат экзогенный полинуклеотид, который стабильно интегрирован в Z-хромосомы клеток, причем указанный экзогенный полинуклеотид, предназначенный для обеспечения (например, индуцибельным образом) летального фенотипа для мужского потомства птицы (но не для женского потомства птицы).Thus, in accordance with another aspect of the present invention, there is provided a population of cells comprising cells (eg, primordial germ cells or gametes) of a bird that contain an exogenous polynucleotide that is stably integrated into the Z chromosomes of the cells, wherein said exogenous polynucleotide is designed to provide (e.g., in an inducible manner) of a phenotype that is lethal to the male offspring of the bird (but not to the female offspring of the bird).

В контексте данного изобретения термины примордиальные зародышевые клетки и ПЗК относятся к диплоидной клетке, 10 присутствующей в ранних эмбрионах, которая может дифференцироваться/развиться в гаплоидные гаметы (т. е. сперматозоиды и яйцеклетки) в организме взрослой птицы. Примордиальные зародышевые клетки можно выделять на разных стадиях развития и из разных участков развивающегося эмбриона птицы, как известно специалистам в данной области техники, включая, но не ограничиваясь этим, генитальный гребень, развивающуюся гонаду, кровь и терминальное полулуние. Смотрите, например, Chang et al., Cell Biol Int 21:495-9, 1997; Chang et al., Cell Biol Int 19:143-9, 1995; Allioli et al., Dev Biol 165:30-7, 1994; Swift, Am J Physiol 15:483-516; и международную публикацию согласно PCT № WO 99/06533. Генитальный гребень является частью развивающегося эмбриона, известной специалисту в данной области техники. Смотрите, например, Strelchenko, Theriogenology 45: 130-141, 1996; Lavoir, J Reprod Dev 37: 413-424, 1994. Как правило, ПЗК окрашиваются положительно в методе реакции Шифф-иодная кислота (ШИК). В нескольких видах ПЗК можно идентифицировать, используя антитело против SSEA (одно примечательное исключение составляют индейки, ПЗК от которых не представляют антиген SSEA). В данной области техники известны различные методы выделения и очистки ПЗК, включая концентрирование ПЗК из крови с помощью центрифугирования в градиенте плотности фиколл (Yasuda et al., J Reprod Fertil 96:521-528, 1992).As used herein, the terms primordial germ cell and PGC refer to the diploid cell 10 present in early embryos that can differentiate/develop into haploid gametes (i.e., sperm and eggs) in the adult bird. Primordial germ cells can be isolated at different stages of development and from different areas of the developing avian embryo, as known to those skilled in the art, including, but not limited to, the genital ridge, developing gonad, blood and terminal crescent. See, for example, Chang et al., Cell Biol Int 21:495-9, 1997; Chang et al., Cell Biol Int 19:143-9, 1995; Allioli et al., Dev Biol 165:30-7, 1994; Swift Am J Physiol 15:483-516; and international publication according to PCT No. WO 99/06533. The genital ridge is a part of the developing embryo known to one skilled in the art. See, for example, Strelchenko, Theriogenology 45: 130-141, 1996; Lavoir, J Reprod Dev 37: 413-424, 1994. As a rule, PGCs stain positively in the periodic acid-Schiff (PAS) reaction method. In several species, PGCs can be identified using an anti-SSEA antibody (one notable exception is turkey, whose PGCs do not present the SSEA antigen). Various methods for isolating and purifying PGCs are known in the art, including concentrating PGCs from blood using Ficoll density gradient centrifugation (Yasuda et al., J Reprod Fertil 96:521-528, 1992).

Получение культуры ПЗК in vitro возможно при применении среды, содержащей куриную и бычью сыворотку, кондиционированную среду, питающие клетки и факторы роста, такие как FGF2 (van de Lavoir et al., 2006, Nature 441:766-769. doi:10.1038/nature04831); Choi et al., 2010, PLoS ONE 5:e12968. doi:10.1371/journal.pone.0012968; MacDonald et al., 2010. PLoS ONE 5:e15518. doi:10.1371/journal.pone.0015518). Недавно было показано, что питательную замещающую среду, содержащую факторы роста для активации сигнальных путей FGF, инсулина и TGF-P, можно использовать для размножения ПЗК (Whyte et al., 2015, Stem Cell Rep 5:1171-1182. doi:10.1016/j.stemcr.2015.10.008). Кроме того, в этой работе применение овотрансферрина в качестве заместителя железосодержащих белков, присутствующих в птичьей сыворотке, позволило осуществить размножение ПЗК в отсутствие питающих клеток и сыворотки, при этом клетки сохраняют высокую скорость пролиферации.Obtaining a culture of PGC in vitro is possible using a medium containing chicken and bovine serum, conditioned medium, nutritional cells and growth factors such as FGF2 (van de Lavoir et al., 2006, Nature 441:766-769. doi:10.1038/nature04831 ); Choi et al., 2010, PLoS ONE 5:e12968. doi:10.1371/journal.pone.0012968; MacDonald et al., 2010. PLoS ONE 5:e15518. doi:10.1371/journal.pone.0015518). Recently, it was shown that nutrient replacement medium containing growth factors to activate the FGF, insulin and TGF-P signaling pathways can be used to propagate PGCs (Whyte et al., 2015, Stem Cell Rep 5:1171-1182. doi:10.1016/ j.stemcr.2015.10.008). In addition, in this work, the use of ovotransferrin as a substitute for iron-containing proteins present in avian serum allowed the proliferation of PGCs in the absence of feeder cells and serum, while the cells maintained a high proliferation rate.

Примордиальные зародышевые клетки (ПЗК) можно получать и готовить для осуществления раскрытого предмета изобретения любым подходящим способом и, при необходимости, хранить, замораживать, культивировать и т.п. перед использованием. Например, примордиальные зародышевые клетки можно получать из донорских эмбрионов на соответствующей эмбриональной стадии. Стадии развития птиц описываются в данном изоббретении с помощью одной из двух общепринятых в данной области техники систем стадирования: системы Эйял-Гилади и Кохава (EG&K; смотрите Eyal- Giladi & Kochav, Dev Biol 49:321-327, 1976), в которой используются римские цифры для обозначения стадий развития первичных полосок, и системы стадирования Гамбургера и Гамильтона (Н&Н; смотрите, например, Hamburger & Hamilton, J Morphol 88:49-92, 1951), в которой используются арабские цифры для обозначения этапов после яйцекладки. Если не указано иное, стадии, упомянутые в данном изобретении, являются стадиями по системе стадирования Н&Н.Primordial germ cells (PGCs) can be obtained and prepared to implement the disclosed subject matter by any suitable method and, if necessary, stored, frozen, cultured, or the like. before use. For example, primordial germ cells can be obtained from donor embryos at the appropriate embryonic stage. The developmental stages of birds are described in this invention using one of two staging systems generally accepted in the art: the Eyal-Giladi and Kochav system (EG&K; see Eyal-Giladi & Kochav, Dev Biol 49:321-327, 1976), which uses Roman numerals to indicate stages of development of the primary stripes, and the Hamburger and Hamilton staging system (H&H; see, for example, Hamburger & Hamilton, J Morphol 88:49-92, 1951), which uses Arabic numerals to indicate stages after oviposition. Unless otherwise indicated, the stages mentioned in this invention are stages according to the H&H staging system.

- 16 043573- 16 043573

Например, ПЗК можно выделять на стадии 4 или на стадии терминального полулуния, до стадии 30, причем клетки получают из крови, генитального гребня или гонады на более поздних стадиях. Примордиальные зародышевые клетки в общем случае в два раза больше соматических клеток и их легко отличить и отделить от них по размеру. Мужские (или гомогаметные) примордиальные зародышевые клетки (ZZ) можно отличить от гетерогаметных примордиальных зародышевых клеток (Zw) любым подходящим способом, таким как получение половых клеток от конкретного донора и типирование других клеток от этого донора, причем полученные клетки имеют тот же хромосомный тип, что и типированные клетки.For example, PGCs can be isolated from stage 4 or terminal crescent stage to stage 30, with cells obtained from blood, genital ridge or gonad at later stages. Primordial germ cells are generally twice the size of somatic cells and are easily distinguished and separated from them by size. Male (or homogametic) primordial germ cells (ZZ) can be distinguished from heterogametic primordial germ cells (Zw) by any suitable means, such as obtaining germ cells from a particular donor and typing other cells from that donor, the resulting cells being of the same chromosomal type, as typed cells.

Альтернативой использованию ПЗК является прямая трансфекция сперматозоидов с применением агента для редактирования ДНК, раскрытого в данном изобретении; смотрите, например, Cooper et al., 2016 Transgenic Res 26:331-347, doi:10.1007/s11248-016-0003-0.An alternative to the use of PTC is direct transfection of sperm using the DNA editing agent disclosed in this invention; see, for example, Cooper et al., 2016 Transgenic Res 26:331–347, doi:10.1007/s11248-016-0003-0.

Для получения химерных птиц из ПЗК, отредактированных in vitro, экзогенные отредактированные клетки внутривенно вводят в суррогатные эмбрионы-хозяев на стадии, когда их эндогенные ПЗК мигрируют к генитальному гребню. Донорские ПЗК могут быть того же вида, что и суррогатный эмбрионхозяин, или другого вида. Отредактированные донорские ПЗК должны оставаться жизнеспособными и, в одном варианте осуществления, вытеснять эндогенные ПЗК, если они должны колонизировать формирующуюся гонаду и передавать отредактированную(ые) хромосому(ы) через зародышевую линию. Чтобы обеспечить донорским ПЗК преимущество, количество эндогенных ПЗК можно уменьшать путем химической или генетической абляции (Smith et al., 2015, Andrology 3:1035-1049. doi:10.1111/andr.12107). Было показано, что обработка бластодермы суррогатных эмбрионов эмульгированным бусульфаном увеличивает передачу зародышевой линии донорских ПЗК до более чем 90%, хотя эта скорость значительно падает, если ПЗК культивировать или криоконсервировать (Nakamura et al., 2008, Reprod Fertil Dev 20:900-907. doi:10.1071/ RD08138; Naito et al., 2015, Anim Reprod Sci. 153:50-61. doi:10.1016/j.anireprosci.2014.12.003). Другие способы изменения соотношения отредактированных ПЗК и собственных ПЗК описаны в заявке США № 20060095980.To generate chimeric birds from in vitro edited PGCs, exogenous edited cells are intravenously injected into surrogate host embryos at the stage when their endogenous PGCs migrate to the genital ridge. Donor PGCs may be the same species as the surrogate host embryo or a different species. The edited donor PGCs must remain viable and, in one embodiment, displace endogenous PGCs if they are to colonize the developing gonad and transmit the edited chromosome(s) through the germline. To provide an advantage to donor PTCs, the number of endogenous PTCs can be reduced by chemical or genetic ablation (Smith et al., 2015, Andrology 3:1035-1049. doi:10.1111/andr.12107). Treatment of blastoderm of surrogate embryos with emulsified busulfan has been shown to increase germline transfer of donor PGCs to more than 90%, although this rate drops significantly if PGCs are cultured or cryopreserved (Nakamura et al., 2008, Reprod Fertil Dev 20:900-907. doi:10.1071/RD08138; Naito et al., 2015, Anim Reprod Sci. 153:50-61. doi:10.1016/j.anireprosci.2014.12.003). Other methods for changing the ratio of edited SCPs to proprietary SCPs are described in US Application No. 20060095980.

Необязательно, ПЗК можно трансплантировать во взрослые гонады, как известно в данной области техники, смотрите, например, Trefil et al., 2017 Sci Rep, Oct 27;7(1): 14246 doi:10.1038/s41598-017-14475w.Optionally, PGCs can be transplanted into adult gonads, as is known in the art, see, for example, Trefil et al., 2017 Sci Rep, Oct 27;7(1): 14246 doi:10.1038/s41598-017-14475w.

Генетически модифицированные клетки (например, ПЗК) можно готовить для введения другим птицам путем диссоциации клеток (например, путем механической диссоциации) и тщательного смешивания клеток с фармацевтически приемлемым носителем (например, фосфатно-солевым буферным раствором). Примордиальные зародышевые клетки в одном варианте осуществления представляют собой примордиальные зародышевые клетки гонад, а в другом варианте осуществления - примордиальные зародышевые клетки крови (гонада или кровь относятся к происхождению ткани в исходном эмбриональном доноре). Вводимые примордиальные зародышевые клетки могут быть гетерогаметными (Zw) или гомогаметными (ZZ). ПЗК можно вводить в физиологически приемлемом носителе, в одном варианте осуществления при рН от около 6 до около 8 или 8,5, в подходящем количестве для достижения необходимого эффекта (например, от 100 до 30000 ПЗК на эмбрион). ПЗК можно вводить без других ингредиентов или клеток, или же другие клетки и ингредиенты можно вводить вместе с ПЗК.Genetically modified cells (eg, PGCs) can be prepared for administration to other birds by dissociating the cells (eg, mechanical dissociation) and thoroughly mixing the cells with a pharmaceutically acceptable carrier (eg, phosphate-buffered saline). The primordial germ cells are, in one embodiment, gonadal primordial germ cells, and in another embodiment, blood primordial germ cells (gonad or blood refers to the origin of the tissue in the original embryonic donor). The introduced primordial germ cells can be heterogametic (Zw) or homogametic (ZZ). PZK can be administered in a physiologically acceptable vehicle, in one embodiment, at a pH of from about 6 to about 8 or 8.5, in a suitable amount to achieve the desired effect (for example, from 100 to 30,000 PZK per embryo). The POC may be administered without other ingredients or cells, or the other cells and ingredients may be administered together with the POC.

Введение примордиальных зародышевых клеток животному-реципиенту in ovo можно осуществлять в любое подходящее время, когда ПЗК все еще могут мигрировать в развивающиеся гонады. В одном варианте осуществления введение проводят, начиная приблизительно со стадии IX в соответствии с системой стадирования Эйял-Гилади и Кохава (EG&K) и приблизительно до стадии 30 в соответствии с системой стадирования эмбрионального развития Гамбургера и Гамильтона, а в другом варианте осуществления -на стадии 15. Таким образом, для цыплят время введения соответствует 1, 2, 3 или 4 суткам эмбрионального развития: в одном варианте осуществления - от 2 до 2,5 суток. Введение, как правило, осуществляют путем инъекции в любой подходящий целевой участок, такой как область, определяемая амнионом (включая эмбрион), желточным мешком и т.д. В одном варианте осуществления осуществляют инъекцию в сам эмбрион (включая стенку тела эмбриона), а в альтернативных вариантах осуществления можно применять интраваскулярную или интрацеломическую инъекцию в эмбрион. В других вариантах проводят инъекцию в сердце. Способы раскрытого изобретения можно проводить с предварительной стерилизацией птицы-реципиента in ovo (например, путем химической обработки с применением бусульфана или путем гамма- или рентгеновского облучения). В контексте данного изобретения термин стерилизация относится к частичной или полной неспособности вырабатывать гаметы, полученные из эндогенных ПЗК. Когда донорские гаметы получают от такого реципиента, их можно получать в виде смеси с гаметами донора и реципиента. Эту смесь можно использовать непосредственно или же смесь можно дополнительно обрабатывать для обогащения доли донорских гамет в ней.In ovo administration of primordial germ cells to a recipient animal can be done at any appropriate time when PGCs are still able to migrate into the developing gonads. In one embodiment, administration is carried out from approximately stage IX according to the Eyal-Giladi and Kokhava (EG&K) staging system and to approximately stage 30 according to the Hamburger and Hamilton embryonic development staging system, and in another embodiment at stage 15 Thus, for chicks, the time of administration corresponds to 1, 2, 3 or 4 days of embryonic development: in one embodiment, from 2 to 2.5 days. Administration is generally accomplished by injection into any suitable target site, such as the area defined by the amnion (including the embryo), yolk sac, etc. In one embodiment, the injection is carried out into the embryo itself (including the body wall of the embryo), and in alternative embodiments, intravascular or intracoelomic injection into the embryo can be used. In other embodiments, the injection is performed into the heart. The methods of the disclosed invention can be carried out with prior sterilization of the recipient bird in ovo (for example, by chemical treatment using busulfan or by gamma or x-ray irradiation). In the context of this invention, the term sterilization refers to the partial or complete inability to produce gametes derived from endogenous PGCs. When donor gametes are obtained from such a recipient, they can be obtained as a mixture of donor and recipient gametes. This mixture can be used directly or the mixture can be further processed to enrich the proportion of donor gametes in it.

Введение примордиальных зародышевых клеток in ovo можно осуществлять любым подходящим способом, вручную или автоматически. В одном варианте осуществления введение in ovo осуществляют путем инъекции. Механизм введения in ovo не является критическим, но он не должен чрезмерно повреждать ткани и органы эмбриона или окружающие его внезародышевые мембраны так, чтобы обработка не приводила к чрезмерному снижению уровня вылупливания. Для этой цели подходит шприц для подThe introduction of primordial germ cells in ovo can be carried out by any suitable method, manually or automatically. In one embodiment, in ovo administration is accomplished by injection. The mechanism of in ovo administration is not critical, but it should not excessively damage the tissues and organs of the embryo or the surrounding extraembryonic membranes so that the treatment does not unduly reduce hatching rates. A syringe for injection is suitable for this purpose.

- 17 043573 кожных инъекций, снабженный иглой около 18-26 калибра. Можно использовать вытянутую стеклянную пипетку с отверстием диаметром около 20-50 микрон. В зависимости от точной стадии развития и положения эмбриона однодюймовая игла будет попадать в жидкость над цыпленком или в самого цыпленка. Направляющее отверстие можно пробивать или просверливать в скорлупе до введения иглы, чтобы предотвратить повреждение или затупление иглы. При необходимости яйцо можно герметизировать по существу непроницаемым для бактерий герметизирующим материалом, таким как воск и т.п., для предотвращения последующего проникновения нежелательных бактерий. Предполагается, что высокоскоростная инъекционная система для птичьих эмбрионов в особенности подойдет для осуществления раскрытого изобретения. Все такие устройства, адаптированные для практической реализации способов, раскрытых в данном изобретении, содержат инжектор, содержащий состав примордиальных зародышевых клеток, описанных в данном изобретении, причем инжектор предназначен для инъекции в яйцо, проводимой устройством в соответствующем месте внутри яйца. Кроме того, может быть предусмотрено устройство для герметизации, функционально соединенное с устройством для инъекций, для герметизации отверстия в яйце после инъекции в него. В другом варианте осуществления можно использовать вытянутую стеклянную микропипетку для введения ПЗК в подходящее место внутри яйца, например, непосредственно в кровоток, либо в вену или артерию, либо непосредственно в сердце.- 17 043573 dermal injections, equipped with a needle of approximately 18-26 gauge. You can use an elongated glass pipette with a hole of about 20-50 microns in diameter. Depending on the exact stage of development and position of the embryo, the one-inch needle will penetrate the fluid above the chick or into the chick itself. A pilot hole can be punched or drilled into the shell before inserting the needle to prevent damage or blunting of the needle. If necessary, the egg can be sealed with a substantially bacteria-impermeable sealing material, such as wax or the like, to prevent subsequent entry of unwanted bacteria. It is contemplated that the high speed avian embryo injection system will be particularly suitable for practicing the disclosed invention. All such devices adapted for the practice of the methods disclosed in this invention contain an injector containing the composition of primordial germ cells described in this invention, the injector being intended for injection into the egg, carried out by the device at an appropriate location within the egg. In addition, a sealing device may be provided operatively connected to the injection device for sealing the hole in the egg after injection thereof. In another embodiment, an elongated glass micropipette can be used to introduce the PZC into a suitable location within the egg, for example, directly into the bloodstream, either into a vein or artery, or directly into the heart.

После инъекции яиц модифицированными ПЗК, химерный эмбрион инкубируют до вылупливания. Он вырастает до половой зрелости, при этом химерная птица вырабатывает гаметы, полученные из донорских ПЗК.After injecting eggs with modified PGCs, the chimeric embryo is incubated until hatching. It grows to sexual maturity, with the chimeric bird producing gametes derived from donor PGCs.

Гаметы (яйцеклетки или сперматозоиды) из химер (или из материала, с которым проводили непосредственные генетические манипуляции, как описано в данном изобретении выше) затем используются для выращивания кур-родоначальниц (F1). Методы молекулярной биологии, известные в данной области техники (например, ПЦР и/или Саузерн-блот), можно использовать для подтверждения передачи зародышевой линии. Кур F1 можно обратно скрещивать для создания гомозиготных ZZ самцов-носителей и самок-носительниц (F2).Gametes (eggs or sperm) from the chimeras (or from material that has been directly genetically manipulated as described above in this invention) are then used to raise mother hens (F1). Molecular biology techniques known in the art (eg, PCR and/or Southern blot) can be used to confirm germline transmission. F1 chickens can be backcrossed to create homozygous ZZ carrier males and carrier (F2) females.

Затем гаметы от кур-родоначальниц F2 можно использовать для расширения племенных колоний. Колонии обычно выращивают до половой зрелости. Фертильные яйца, полученные от этих стай, можно тестировать в отношении ранней эмбриональной смертности самцов путем воздействия индуктора, который обеспечивает летальный фенотип (например, освещения синим светом). После индукции яйца инкубируют (например, в течение 8 суток) и проводят скрининг (например, путем просвечивания) для выявления ранней эмбриональной смертности.Gametes from F2 mother hens can then be used to expand breeding colonies. Colonies are usually grown until sexual maturity. Fertile eggs obtained from these flocks can be tested for early male embryonic lethality by exposure to an inducer that produces a lethal phenotype (eg blue light illumination). After induction, the eggs are incubated (eg for 8 days) and screened (eg by candling) to detect early embryonic lethality.

Ожидается, что в течение срока действия патента, полученного на основании этой заявки, будет разработано много релевантных инструментов для редактирования ДНК, и предполагается, что термин агент для редактирования ДНК априори включает все такие новые технологии.It is expected that many relevant DNA editing tools will be developed during the life of the patent obtained from this application, and the term DNA editing agent is intended a priori to include all such new technologies.

В контексте данного изобретения термин около относится к ±10%.In the context of this invention, the term about refers to ±10%.

Термины содержит, содержащий, включает, включающий, имеющий и их сочетания означают включающий, но не ограниченный этим.The terms contains, containing, includes, including, having and combinations thereof mean including, but not limited to.

Термин состоящий из означает включающий и ограниченный этим.The term consisting of means including and limited thereto.

Термин состоящий преимущественно из означает, что композиция, способ или структура могут включать дополнительные ингредиенты, этапы и/или части, но только в том случае, если дополнительные ингредиенты, этапы и/или части не приводят к существенному изменению основных и новых характеристик заявленных композиции, способа или структуры.The term consisting predominantly of means that the composition, method or structure may include additional ingredients, steps and/or parts, but only if the additional ingredients, steps and/or parts do not lead to a significant change in the essential and novel characteristics of the claimed composition, method or structure.

В контексте данного изобретения форма единственного числа включает отсылки к множественному числу, если 10 из контекста четко не следует иное. Например, термин соединение или по меньшей мере одно соединение может включать некоторое количество соединений, включая их смеси.As used herein, the singular form includes references to the plural unless the context clearly indicates otherwise. For example, the term compound or at least one compound may include a number of compounds, including mixtures thereof.

В тексте данной заявки различные варианты осуществления этого изобретения могут быть представлены в формате диапазонов. Следует понимать, что описание в формате диапазона предназначено исключительно для удобства и краткости и не должно рассматриваться как негибкое ограничение объема изобретения. Соответственно, следует считать, что описание диапазона явным образом раскрывает все возможные поддиапазоны, а также отдельные числовые значения в этом диапазоне. Например, описание диапазона, такого как от 1 до 6, следует рассматривать как явным образом раскрывающее поддиапазоны, такие как от 1 до 3, от 1 до 4, от 1 до 5, от 2 до 4, от 2 до 6, от 3 до 6 и т.д., а также отдельные числовые значения в этом диапазоне, например, 1, 2, 3, 4, 5 и 6. Это применимо независимо от ширины диапазона.Throughout this application, various embodiments of this invention may be presented in range format. It should be understood that the description in range format is intended for convenience and brevity only and should not be construed as an inflexible limitation on the scope of the invention. Accordingly, a range description should be considered to explicitly disclose all possible subranges as well as the individual numerical values within that range. For example, a description of a range such as 1 to 6 should be considered to explicitly disclose subranges such as 1 to 3, 1 to 4, 1 to 5, 2 to 4, 2 to 6, 3 to 6, etc., as well as individual numeric values within that range, such as 1, 2, 3, 4, 5, and 6. This applies regardless of the width of the range.

Каждый раз, когда в данном изобретении указан числовой диапазон, подразумевается, что он включает любое перечисленное числовое значение (дробное или целое) в указанном диапазоне. Выражения в диапазоне/диапазонах между первым указанным числом и вторым указанным числом и в диапазоне/диапазонах от первого указанного числа до второго указанного числа взаимозаменяемо используются в данном изобретении и включают первое и второе указанные числа и все дробные и целые числа между ними. В контексте данного изобретения термин способ относится к процессам, средствам, технологиям и процедурам для выполнения данной задачи, включая, но не ограничиваясь этим, те процессы, средства, технологии и процедуры, которые известны или которые легко разработать на основе известных процессов, средств, технологий и процедур, применяемых практикующими специалистами вWhenever a numeric range is specified in this invention, it is intended to include any listed numeric value (fractional or integer) within the specified range. The expressions in the range/ranges between the first specified number and the second specified number and in the range/ranges from the first specified number to the second specified number are used interchangeably in this invention and include the first and second specified numbers and all fractional and integer numbers between them. In the context of this invention, the term method refers to processes, means, technologies and procedures for performing a given task, including, but not limited to, those processes, means, technologies and procedures that are known or that can be easily developed based on known processes, means, technologies and procedures used by practitioners in

- 18 043573 области химии, фармакологии, биологии, биохимии и медицины.- 18 043573 areas of chemistry, pharmacology, biology, biochemistry and medicine.

Понятно, что определенные признаки изобретения, которые для ясности описаны в контексте отдельных вариантов осуществления, также могут быть обеспечены в комбинации в одном варианте осуществления. И наоборот, различные признаки изобретения, которые для краткости описаны в контексте одного варианта осуществления, также могут быть обеспечены отдельно или в любой подходящей подкомбинации или как подходящие в любом другом описанном варианте осуществления изобретения. Определенные признаки, описанные в контексте различных вариантов осуществления, не следует рассматривать как существенные признаки этих вариантов осуществления, если только вариант осуществления не функционирует без этих элементов.It will be understood that certain features of the invention, which for clarity are described in the context of individual embodiments, may also be provided in combination in a single embodiment. Conversely, various features of the invention, which for brevity are described in the context of one embodiment, may also be provided separately or in any suitable subcombination or as suitable in any other described embodiment of the invention. Certain features described in the context of various embodiments should not be considered essential features of those embodiments unless the embodiment operates without those features.

Различные варианты осуществления и аспекты данного изобретения, описанные выше и заявленные в формуле изобретения ниже, экспериментально подтверждаются в нижеприведенных примерах.Various embodiments and aspects of the present invention described above and claimed in the claims below are experimentally confirmed in the examples below.

ПримерыExamples

Далее текст ссылается на нижеприведенные примеры, которые вместе с вышеприведенным описанием иллюстрируют некоторые варианты осуществления изобретения неограничивающим образом.The text below refers to the following examples, which together with the above description illustrate some embodiments of the invention in a non-limiting manner.

В общем случае номенклатура, используемая в данном изобретении, и лабораторные процедуры, применяемые в данном изобретении, включают молекулярные, биохимические, микробиологические методы и технологии рекомбинантных ДНК. Такие технологии подробно описаны в литературе. Смотрите, например,In general, the nomenclature used in this invention and the laboratory procedures used in this invention include molecular, biochemical, microbiological and recombinant DNA techniques. Such technologies are described in detail in the literature. See for example

Molecular Cloning: A laboratory Manual Sambrook et al., (1989); CurrentMolecular Cloning: A laboratory Manual Sambrook et al., (1989); Current

Protocols in Molecular Biology Volumes I-III Ausubel, R. M., ed. (1994); Ausubel et al.,Protocols in Molecular Biology Volumes I-III Ausubel, R. M., ed. (1994); Ausubel et al.

Current Protocols in Molecular Biology, John Wiley and Sons, Baltimore, Maryland (1989);Current Protocols in Molecular Biology, John Wiley and Sons, Baltimore, Maryland (1989);

Perbal, A Practical Guide to Molecular Cloning, John Wiley & Sons, New York (1988);Perbal, A Practical Guide to Molecular Cloning, John Wiley & Sons, New York (1988);

Watson et al., Recombinant DNA, Scientific American Books, New York; Birren et al. (eds) Genome Analysis: A Laboratory Manual Series, Vols. 1-4, Cold Spring Harbor LaboratoryWatson et al., Recombinant DNA, Scientific American Books, New York; Birren et al. (eds) Genome Analysis: A Laboratory Manual Series, Vols. 1-4, Cold Spring Harbor Laboratory

Press, New York (1998); методологии, приведенные в патентах США №№ 4666828;Press, New York (1998); methodologies given in US Pat. Nos. 4,666,828;

4683202; 4801531; 5192659 и 5272057; Cell Biology: A Laboratory Handbook, Volumes IIII Cellis, J. E., ed. (1994); Culture of Animal Cells - A Manual of Basic Technique by4683202; 4801531; 5192659 and 5272057; Cell Biology: A Laboratory Handbook, Volumes IIII Cellis, J. E., ed. (1994); Culture of Animal Cells - A Manual of Basic Technique by

Freshney, Wiley-Liss, N. Y. (1994), Third Edition; Current Protocols in Immunology Volumes I-III Coligan J. E., ed. (1994); Stites et al. (eds), Basic and Clinical Immunology (8th Edition), Appleton & Lange, Norwalk, CT (1994); Mishell and Shiigi (eds), SelectedFreshney, Wiley-Liss, N. Y. (1994), Third Edition; Current Protocols in Immunology Volumes I-III Coligan J. E., ed. (1994); Stites et al. (eds), Basic and Clinical Immunology (8th Edition), Appleton & Lange, Norwalk, CT (1994); Michelle and Shiigi (eds), Selected

Methods in Cellular Immunology, W. H. Freeman and Co., New York (1980);Methods in Cellular Immunology, W. H. Freeman and Co., New York (1980);

Доступные методы иммуноанализа подробно описаны в патентной и научной литературе, смотрите, например, патенты США №№ 3791932; 3839153; 3850752; 3850578; 3853987; 3867517; 3879262; 3901654; 3935074; 3984533; 3996345; 4034074; 4098876; 4879219; 5011771 и 5281521;Available immunoassay methods are described in detail in the patent and scientific literature, see, for example, US patent Nos. 3,791,932; 3839153; 3850752; 3850578; 3853987; 3867517; 3879262; 3901654; 3935074; 3984533; 3996345; 4034074; 4098876; 4879219; 5011771 and 5281521;

Oligonucleotide Synthesis Gait, M. J., ed. (1984); “Nucleic Acid HybridizationOligonucleotide Synthesis Gait, M. J., ed. (1984); “Nucleic Acid Hybridization

Hames, B. D., and Higgins S. J., eds. (1985); Transcription and Translation Hames, B. D., and Higgins S. J., eds. (1984); Animal Cell Culture Freshney, R. I., ed. (1986); ImmobilizedHames, B. D., and Higgins S. J., eds. (1985); Transcription and Translation Hames, B. D., and Higgins S. J., eds. (1984); Animal Cell Culture Freshney, R. I., ed. (1986); Immobilized

Cells and Enzymes IRL Press, (1986); A Practical Guide to Molecular Cloning Perbal, B., (1984) и Methods in Enzymology Vol. 1317, Academic Press; PCR Protocols: A Guide ToCells and Enzymes IRL Press, (1986); A Practical Guide to Molecular Cloning Perbal, B., (1984) and Methods in Enzymology Vol. 1317, Academic Press; PCR Protocols: A Guide To

Methods And Applications, Academic Press, San Diego, CA (1990); Marshak et al., Strategies for Protein Purification and Characterization - A Laboratory Course Manual CSHLMethods And Applications, Academic Press, San Diego, CA (1990); Marshak et al., Strategies for Protein Purification and Characterization - A Laboratory Course Manual CSHL

Press (1996);Press (1996);

которые все включены посредством ссылки, как если бы они были полностью изложены в данном изобретении. Другие общие ссылки приведены в тексте этого изобретения. Считается, что упоминаемые в них процедуры хорошо известны в данной области техники и приведены для удобства читателя. Вся содержащаяся в них информация включена в изобретение посредством ссылки.which are all incorporated by reference as if fully set forth herein. Other general references are provided throughout the text of this invention. The procedures mentioned therein are believed to be well known in the art and are provided for the convenience of the reader. All information contained therein is incorporated by reference into the invention.

Рабочий процесс.The working process.

Создание линии кур с модифицированным геномом представляет собой многоэтапный процесс. Конечным результатом является линия кур-несушек, которая по содержанию генома полностью идентична несушкам, которых в настоящее время используют в промышленности. Аналогичным образом, конечный продукт, который представляет собой бесплодное яйцо, используемое в пищу, будет идентичным - см. фиг. 1.Creating a line of genome-modified chickens is a multi-step process. The end result is a line of laying hens that is genomically identical to the laying hens currently used in the industry. Likewise, the final product, which is a barren egg used for food, will be identical - see FIG. 1.

Рабочий процесс состоит из 5 основных этапов:The workflow consists of 5 main stages:

1) создание и культивирование куриных линий примордиальных зародышевых клеток (ПЗК);1) creation and cultivation of chicken lines of primordial germ cells (PGC);

2) модификация генома в культивируемых ПЗК;2) genome modification in cultured PGCs;

- 19 043573- 19 043573

3) трансплантация модифицированных ПЗК в эмбрионы и получение химерных цыплят, среди которых проведут скрининг в отношении потенциальных носителей;3) transplantation of modified PGCs into embryos and production of chimeric chickens, among which they will be screened for potential carriers;

4) разведение кур-родоначальниц из генетического материала, полученного от химер;4) breeding ancestral chickens from genetic material obtained from chimeras;

5) расширение колоний кур-родоначальниц до стай-родоначальниц и повторная проверка передачи зародышевой линии.5) expansion of mother hen colonies into mother flocks and re-testing of germline transmission.

Материалы и методы.Materials and methods.

Культуральная среда для ПЗК: Культуральная среда для птичьих ПЗК состоит из безкальциевой среды DMEM (Gibco), разведенной водой до 250 мОсмол/л, содержащей 12,0 мМ глюкозы, 2,0 мМ GlutaMax (Gibco), 1,2 мМ пирувата (Gibco), 1хвитамина MEM (Gibco), 1xB-27 добавки (Gibco), 1x NEAA (Gibco), 0,1 мМ P-меркаптоэтанола (Gibco), 1x нуклеозидов (Biological industries), 0,2% овальбумина (Sigma), 0,1 мг/мл гепарина натрия (Sigma), 0,15 мМ CaCl2 (Sigma), 1хвитамина MEM (Gibco), 1x пенициллина/стрептомицина (Biological Industries), 0,2 % куриной сыворотки (Sigma) в птичьей DMEM. Перед применением добавляли следующие факторы роста: человеческий активин А, 25 нг/мл (Peprotech); человеческий FGF2, 4 нг/мл (R&D Biosystems), овотрансферрин (5 пг/мл) (Sigma). AkoDMEM относится к разбавленной среде, содержащей глюкозу, пируват и витамины.PGC culture medium: Avian PGC culture medium consists of calcium-free DMEM (Gibco) diluted with water to 250 mOsmol/L containing 12.0 mM glucose, 2.0 mM GlutaMax (Gibco), 1.2 mM pyruvate (Gibco ), 1xvitamin MEM (Gibco), 1xB-27 supplements (Gibco), 1x NEAA (Gibco), 0.1 mM P-mercaptoethanol (Gibco), 1x nucleosides (Biological industries), 0.2% ovalbumin (Sigma), 0 .1 mg/ml sodium heparin (Sigma), 0.15 mM CaCl 2 (Sigma), 1x vitamin MEM (Gibco), 1x penicillin/streptomycin (Biological Industries), 0.2% chicken serum (Sigma) in poultry DMEM. The following growth factors were added before use: human activin A, 25 ng/ml (Peprotech); human FGF2, 4 ng/ml (R&D Biosystems), ovotransferrin (5 pg/ml) (Sigma). AkoDMEM refers to a dilute medium containing glucose, pyruvate and vitamins.

Получение линии ПЗК: Линии ПЗК получали путем добавления ~1,0-3,0 пл крови, выделенной из эмбрионов на 15-16 стадии (Н&Н), в 300 пл среды в 48-луночном планшете. Среду меняли каждые 2 суток. Когда общее число клеток достигало 1x105, общий объем среды меняли каждые 2 суток и размножали клетки при 2-4x105 клеток/мл среды. Клетки замораживали в культуральной среде для ПЗК, содержащей 10% ДМСО, температуру постепенно снижали до -80°С, хранили в течение 1-3 суток и переносили в жидкий азот.Obtaining PZK line: PZK lines were obtained by adding ~1.0-3.0 pl of blood isolated from stage 15-16 embryos (H&H) to 300 pl of medium in a 48-well plate. The medium was changed every 2 days. When the total number of cells reached 1x105, the total volume of medium was changed every 2 days and cells were multiplied at 2-4x105 cells/ml of medium. Cells were frozen in PCD culture medium containing 10% DMSO, the temperature was gradually reduced to -80°C, stored for 1-3 days and transferred to liquid nitrogen.

Определение пола и характеристика линии ПЗК. Характеристики каждой линии ПЗК изучали в отношении определения пола, экспрессии мРНК маркеров ПЗК и экспрессии белка известного маркера ПЗК SSEA14. ДНК донорского эмбриона выделяли и хранили для дальнейшего использования. Для определения пола получали ДНК из 2-4x105 клеток ПЗК, ресуспендировали в хвостовом буфере (102-Т, Viagen), содержащем 100 пг/мл протеиназы К (Sigma), и инкубировали при 55°С в течение 3 ч. Протеиназу К инактивировали при 85°С в течение 45 мин. ПНР для определения пола проводили с праймерами из Wхромосомы, которые нацелены на женскую хромосому (Р17, Р18) и рибосомальный S18 (Р19, Р20) в качестве контроля6. Для анализа экспрессии генов РНК очищали, используя реагент TRIZOL, а 1 пг РНК использовали для получения библиотеки кДНК с помощью реакции ПНР с обратной транскрипцией (обратная транскриптаза от GoScript, Promega). кДНК служила матрицей для ПНР с применением праймеров Daz1, Sox2, cPouV, Nanog, Klf4, cVH-праймеров, P21-P22, P23-P24, P25-P26, P27-P28, P29-P30, Р31Р32 соответственно.Determination of sex and characteristics of the PZK line. The characteristics of each PTC line were examined with respect to sex determination, mRNA expression of PTC markers, and protein expression of the known PTC marker SSEA1 4 . DNA from the donor embryo was isolated and stored for future use. To determine sex, DNA was obtained from 2-4x105 PGC cells, resuspended in tail buffer (102-T, Viagen) containing 100 pg/ml proteinase K (Sigma), and incubated at 55°C for 3 hours. Proteinase K was inactivated at 85°C for 45 minutes. PNR for sex determination was performed with primers from the W chromosome that target the female chromosome (P17, P18) and ribosomal S18 (P19, P20) as a control 6 . For gene expression analysis, RNA was purified using TRIzol reagent, and 1 pg of RNA was used to generate a cDNA library using a reverse transcription PNR reaction (reverse transcriptase from GoScript, Promega). cDNA served as a template for PNR using primers Daz1, Sox2, cPouV, Nanog, Klf4, cVH primers, P21-P22, P23-P24, P25-P26, P27-P28, P29-P30, P31P32, respectively.

Иммуногистохимия с антителом против SSEA1: Клетки собирали, фиксировали 4% ПФА, блокировали 5% нормальной козьей сывороткой в 0,1% ФСБ-тритон и окрашивали при разведении 1:100 антитела против SSEA1 (DSHB, Hybridoma bank13) в блокирующем буфере в течение ночи. После промывки клеток в течение 30 мин 0,1% ФСБ-тритон добавляли вторичное антитело (Alexa Fluor 488, molecular probes) в течение 1 ч, клетки окрашивали ДАФИ (Sigma), заключали в гистологическую среду (Histomount, electron microscopy sciences) и покрывали.Immunohistochemistry with anti-SSEA1 antibody: Cells were collected, fixed with 4% PFA, blocked with 5% normal goat serum in 0.1% PBS-Triton and stained with a 1:100 dilution of anti-SSEA1 antibody (DSHB, Hybridoma bank 13 ) in blocking buffer for nights. After washing the cells for 30 min with 0.1% PBS-Triton, a secondary antibody (Alexa Fluor 488, molecular probes) was added for 1 h, the cells were stained with DAPI (Sigma), mounted in histological medium (Histomount, electron microscopy sciences) and covered .

Трансфекция ПЗК, отбор и сортировка методом FACS: Плазмидную трансфекцию ПЗК осуществляли, используя липофекцию или электропорацию. Для липофекции использовали липофектамин 2000 в соответствии с протоколом производителя. 3-5x105 клеток высевали в 96-луночный планшет в AkoDMEM, содержащую NEAA, пируват, витамины, CaCl2 и факторы роста (активин A, hFGF и овотрансферрин). 100 нг плазмид и 0,25 мкл липофектамина 2000 (invitrogen) разводили отдельно в 20 пл смеси OPTIMEM, смешивали вместе, инкубировали в течение 20 мин и пипетировали на клетки. Для электропорации 5x105 или 1,5x106 клеток промывали в AkoDMEM и подвергали электропорации при 1000 В, 12 мс, 3 импульсах на электропораторе Neon (Invitrogen) и сразу же высевали в 96- или 48-луночный планшет соответственно в среду для ПЗК без антибиотиков. Среду меняли через 1-3 ч. Отбор с помощью 25-100 пг/мл G418 начинали через 72 ч и проводили в течение 2-4 недель. После отбора клетки индивидуально выделяли вручную или с помощью сортировки методом FACS. Для сортировки методом FACS проводили аккуратное пипетирование клеток и сортировку клеток в культуральной среде для ПЗК. ЗФБположительные клетки сортировали методом FACS Aria II в новый 96-луночный планшет, по одной клетке на лунку, или объединяли. (Анализ FACS выполняли, используя проточный цитометр BD FACS Aria II (BD, USA).PGC transfection, selection and FACS sorting: Plasmid transfection of PGCs was performed using lipofection or electroporation. Lipofectamine 2000 was used for lipofection according to the manufacturer's protocol. 3-5x105 cells were seeded in a 96-well plate in AkoDMEM containing NEAA, pyruvate, vitamins, CaCl2 and growth factors (activin A, hFGF and ovotransferrin). 100 ng of plasmids and 0.25 μl of Lipofectamine 2000 (invitrogen) were diluted separately in 20 pl of OPTIMEM mixture, mixed together, incubated for 20 min and pipetted onto the cells. For electroporation, 5 × 105 or 1.5 × 106 cells were washed in AkoDMEM and electroporated at 1000 V, 12 ms, 3 pulses on a Neon electroporator (Invitrogen) and immediately plated in a 96- or 48-well plate, respectively, in PZC medium without antibiotics. The medium was changed after 1-3 hours. Selection with 25-100 pg/ml G418 began after 72 hours and continued for 2-4 weeks. After selection, cells were individually isolated manually or by FACS sorting. For FACS sorting, cells were carefully pipetted and sorted into PGC culture medium. GFB-positive cells were sorted by FACS Aria II into a new 96-well plate, one cell per well, or pooled. (FACS analysis was performed using a BD FACS Aria II flow cytometer (BD, USA).

Получение плазмид.Preparation of plasmids.

Клонирование плазмид CRISPR: последовательности CRISPR конструировали, используя инструмент для конструирования CRISPR от Zhang lab, MIT (www(точка)crispr(точка)mit(точка)edu)9. Плазмиду px330-GFP (модифицированную из плазмиды Addgene # 42230)14 разрезали, используя рестрикционный фермент BbsI, и она служила в качестве остова для вставки сайта CRISPR с образованием онРНК. Олигонуклеотиды для сайтов CRISPR онРНК - CRISPR1, CRISPR3 (олигонуклеотиды Р34-Р35 и Р36-Р37 соответственно) денатурировали при 95°С в течение 30 с, медленно отжигали и лигировали в разрезанныеCloning of CRISPR plasmids: CRISPR sequences were designed using the CRISPR design tool from Zhang lab, MIT (www(dot)crispr(dot)mit(dot)edu) 9 . Plasmid px330-GFP (modified from Addgene plasmid #42230) 14 was cut using the restriction enzyme BbsI and served as a backbone for insertion of the CRISPR site to generate ssRNA. Oligonucleotides for CRISPR sites on sRNA - CRISPR1, CRISPR3 (oligonucleotides P34-P35 and P36-P37, respectively) were denatured at 95°C for 30 s, slowly annealed and ligated into the cut

- 20 043573- 20 043573

BbsI плазмиды, трансформировали в E.coli, очищали и верифицировали последовательность, как описаноBbsI plasmids were transformed into E. coli, purified and sequence verified as described

B[mediadotaddgenedotorg/cms/filer_public/e6/5a/e65a9ef8-c8ac-4f88-98da3b7d7960394c/zhang-lab-general-cloning-protocoldotpdf; и Cong L, et al., Science. 2013 JanB[mediadotaddgenedotorg/cms/filer_public/e6/5a/e65a9ef8-c8ac-4f88-98da3b7d7960394c/zhang-lab-general-cloning-protocoldotpdf; and Cong L, et al., Science. Jan 2013

3.10.1126/science. 1231143 PubMed 23287718].3.10.1126/science. 1231143 PubMed 23287718].

Клонирование плазмиды pJet-HA: геномную область за локусом HINTZ в Z-хромосоме, содержащую как 5' ПГ, так и 3' ПГ, амплифицировали из ДНК ПЗК с праймерами Р1 и Р2 с помощью ПЦР (Кара, Roche). Продукт ПЦР очищали и лигировали в плазмиду pJet1.2 (Invitrogen) в соответствии с протоколом производителя.Cloning of plasmid pJet-HA: the genomic region behind the HINTZ locus on the Z chromosome, containing both the 5' PG and 3' PG, was amplified from PZK DNA with primers P1 and P2 using PCR (Kara, Roche). The PCR product was purified and ligated into plasmid pJet1.2 (Invitrogen) according to the manufacturer's protocol.

Конструирование нацеливающего вектора: Плазмиду pCAGG-IRES-Neo-GFP использовали в качестве матрицы для ПЦР, используя праймеры Р5-Р6 для амплификации вставки pCAGG-IRES-Neo-GFP. Плазмиду pJet-HA использовали в качестве матрицы для ПЦР, используя праймеры Р3-Р4, для амплификации вектора, содержащего 5' ПГ и 3' ПГ (фиг. 3). Реакцию сборки Гибсона проводили для очищенного вектора и продуктов ПЦР-вставки, взяв 0,03 пм и 0,06 пм линеаризованного продукта соответственно. Продукты реакции сборки Гибсона10 трансформировали в E.coli для получения плазмиды, последовательность которой верифицировали.Construction of targeting vector: Plasmid pCAGG-IRES-Neo-GFP was used as a template for PCR using primers P5-P6 to amplify the pCAGG-IRES-Neo-GFP insert. Plasmid pJet-HA was used as a template for PCR using primers P3-P4 to amplify a vector containing 5' PG and 3' PG (Fig. 3). The Gibson assembly reaction was performed on the purified vector and PCR insert products, taking 0.03 pm and 0.06 pm of linearized product, respectively. The products of the Gibson assembly reaction 10 were transformed into E. coli to obtain a plasmid, the sequence of which was verified.

Конструирование вектора pCAGG-Optogene.Construction of the pCAGG-Optogene vector.

Для создания вектора pCAGG-Optogene в качестве матрицы для амплификации оптогенов использовали плазмиды оптогенов pmCherry-CIBN-CreC и pmCherry-Cry2-CreN11, используя праймеры Р40-Р41 и Р42-Р43, которые давали продукты размером 1,3 и 2,1 т. п.о. соответственно. Эти два продукта имеют общие перекрывающиеся последовательности в сайте Р2А, который был внесен в праймеры Р41 и Р42. Один цикл ПЦР с удлинением для выступа использовали для объединения двух фрагментов в один 3,5 т. п.о. продукт, который очищали от агарозного геля. Этот продукт лигировали в челночный вектор pJet1.2, который использовали в качестве матрицы для ПЦР, используя праймеры Р44 и Р45, которые содержат хвосты с сайтами рестрикции SmaI и NheI соответственно. Этот продукт расщепляли, используя соответствующие рестрикционные ферменты, и использовали в качестве вставки для лигирования в расщепленную SmaI и NheI плазмиду pCAGG-IRES-GFP, которая служила вектором. Продукты лигирования трансформировали в бактерии E.coli, и проводили верификацию последовательности размноженной плазмиды.To create the pCAGG-Optogene vector, the optogen plasmids pmCherry-CIBN-CreC and pmCherry-Cry2-CreN 11 were used as a template for amplification of optogens, using primers P40-P41 and P42-P43, which gave products of 1.3 and 2.1 t in size . By. respectively. These two products share overlapping sequences at the P2A site, which was introduced into primers P41 and P42. One round of overhang extension PCR was used to combine the two fragments into one 3.5-kb fragment. product that was purified from an agarose gel. This product was ligated into the shuttle vector pJet1.2, which was used as a template for PCR using primers P44 and P45, which contain tails with SmaI and NheI restriction sites, respectively. This product was digested using appropriate restriction enzymes and used as an insert for ligation into the SmaI and NheI digested plasmid pCAGG-IRES-GFP, which served as a vector. The ligation products were transformed into E. coli bacteria, and the sequence of the propagated plasmid was verified.

Конструирование вектора pGK-DTA-IRES-GFP.Construction of the pGK-DTA-IRES-GFP vector.

Для создания pGK-DTA-IRES-GFP экспрессионный вектор pSK BS-PGK-DTA использовали в качестве матрицы для ПЦР с праймерами Р46 и Р47, которые содержат последовательности удлинения для сайтов рестрикции XmaI и NheI соответственно. Продукт размером 0,65 т.п. о. расщепляли соответствующими ферментами и использовали в качестве вставки для лигирования в комплементарный сайт XmaI-NheI в плазмиде pGK-IRES-GFP, которая служила вектором для лигирования. Продукты лигирования трансформировали в бактерии Е. coli, и проводили верификацию последовательности размноженной плазмиды.To create pGK-DTA-IRES-GFP, the expression vector pSK BS-PGK-DTA was used as a template for PCR with primers P46 and P47, which contain extension sequences for the XmaI and NheI restriction sites, respectively. Product size 0.65 kt. O. digested with appropriate enzymes and used as a ligation insert into the complementary XmaI-NheI site in the pGK-IRES-GFP plasmid, which served as a ligation vector. The ligation products were transformed into E. coli bacteria, and the sequence of the propagated plasmid was verified.

Электропорация in ovo: Электропорацию in ovo проводили по существу так, как было описано ранее7. Оплодотворенные яйца инкубировали в течение 56-60 ч при 37,8°С, делали окно в яичной скорлупе и вводили плазмидную ДНК в концентрации ~2 пг/мкл с помощью заостренной микропипетки с отверстием диаметром 10-15 пм в нервную трубку. Подавали три импульса по 25 В в течение 30 мс, используя систему электропорации с прямоугольной волной ЕСМ 830 (ВТХ). После электропорации яичную скорлупу герметизировали парафильмом и продолжали инкубировать эмбрионы до анализа.In ovo electroporation: In ovo electroporation was performed essentially as previously described 7 . Fertilized eggs were incubated for 56-60 hours at 37.8°C, a window was made in the eggshell, and plasmid DNA was introduced at a concentration of ~2 pg/μl using a pointed micropipette with a hole with a diameter of 10-15 pm into the neural tube. Three pulses of 25 V were applied for 30 ms using an ECM 830 square wave electroporation system (BTX). After electroporation, the eggshells were sealed with parafilm and the embryos continued to incubate until analysis.

Эндонуклеазный анализ: ПЗК трансфицировали плазмидами CRISPR1 или CRISPR3, используя реагент липофектамин 2000. Через сорок восемь часов отдельные ЗФБ-положительные клетки выделяли в 96-луночный планшет и выращивали для образования чистых колоний. Получали ДНК и проводили ПНР-амплификацию 350 п. о. области, фланкирующей сайты CRISPR с праймерами Р38-Р39. Продукты ПЦР подвергали денатурации при 95°С, медленно отжигали и инкубировали с эндонуклеазой Т7 в течение 1 ч при 37°С. В целях калибровки и в качестве положительного контроля 350 п. о. продукт ПЦР субклонировали в pJet1.2, а сайт CRISPR мутировали, используя сайт-направленный мутагенез. Введенная мутация меняла последовательность ДТEndonuclease Assay: PCBs were transfected with CRISPR1 or CRISPR3 plasmids using Lipofectamine 2000 reagent. After forty-eight hours, individual PCB-positive cells were isolated into a 96-well plate and grown to form pure colonies. DNA was obtained and PNR amplification of 350 bp was performed. region flanking CRISPR sites with primers P38-P39. PCR products were denatured at 95°C, slowly annealed, and incubated with T7 endonuclease for 1 hour at 37°C. For calibration purposes and as a positive control, 350 bp. the PCR product was subcloned into pJet1.2, and the CRISPR site was mutated using site-directed mutagenesis. The introduced mutation changed the sequence of DT

ATACCAGATAACGTgCCTTATTTGGCCGTT (SEQ ID NO: 2) наATACCAGATAACGTgCCTTATTTGGCCGTT (SEQ ID NO: 2) on

ATACCAGATAACGTaatCCTTATTTGGCCGTT (SEQ ID NO: 3).ATACCAGATAACGTaatCCTTATTTGGCCGTT (SEQ ID NO: 3).

Эта искусственная мутация служила в качестве положительного контроля как для эндонуклеазного анализа (фиг. 7А), так и для контрольного сиквенирования (фиг. 8В).This artificial mutation served as a positive control for both the endonuclease assay (Fig. 7A) and the sequencing control (Fig. 8B).

Саузерн-блоттинг. Метку Dig для генных зондов 5' ПГ, 3' ПГ и Neo получали с помощью ПНРамплификации (Longamp, NEB) с праймерами Р13-Р14, Р15-Р16 и Р11-Р12, соответственно, используя смесь для мечения ДНК DIG (Roche). 15 пг геномной ДНК расщепляли в течение ночи при 37°С с помощью рестрикционного фермента BglII. Фрагменты ДНК разделяли с помощью электрофореза в 0,8 мас./об.% агарозном геле (20 В, 12 ч) и переносили на положительно заряженные нейлоновые мембраны (GE Healthcare). После переноса влажные мембраны сшивали, используя УФ-свет на 254 нм в течение 3 мин с каждой стороны, затем промывали 2xSSC. Мембраны предварительно гибридизировали в течениеSouthern blotting. The Dig tag for the 5' PG, 3' PG and Neo gene probes was obtained by PNR amplification (Longamp, NEB) with primers P13-P14, P15-P16 and P11-P12, respectively, using DIG DNA labeling mix (Roche). 15 pg of genomic DNA was digested overnight at 37°C using the restriction enzyme BglII. DNA fragments were separated by electrophoresis on a 0.8 wt/vol% agarose gel (20 V, 12 h) and transferred to positively charged nylon membranes (GE Healthcare). After transfer, wet membranes were cross-linked using UV light at 254 nm for 3 min on each side, then washed with 2xSSC. The membranes were pre-hybridized for

- 21 043573 ч при 42°С, используя гибридизационный раствор DIG Easy-Hyb (Roche). Зонды (50 нг/мл) денатурировали нагреванием до 95°С в течение 5 мин и сразу же погружали в лед. Денатурированные зонды добавляли к 10 мл теплого раствора DIG Easy-Hyb и гибридизировали в течение 12 ч при 42°С. Мембраны дважды промывали в течение 10 мин в 2xSSC, 0,1% ДСН при комнатной температуре с перемешиванием, а затем 3 раза промывали в течение 30 мин в 0,2xSSC, 0,1% ДСН при 65°С с перемешиванием. Дополнительную промывку и блокирование осуществляли с помощью промывочного раствора DIG и набора блокирующих буферов (Roche) в соответствии с их протоколом. Обнаружение метки DIG проводили, используя антитело против дигоксигенина-АР 1:10000 (Roche) с последующей хемилюминесцентной реакцией с применением реагента CDP-Star (Roche). Изображения получали, используя систему гельвизуализации G:BOX (Syngene).- 21043573 h at 42°C using DIG Easy-Hyb hybridization solution (Roche). Probes (50 ng/ml) were denatured by heating to 95°C for 5 min and immediately immersed in ice. Denatured probes were added to 10 ml of warm DIG Easy-Hyb solution and hybridized for 12 h at 42°C. The membranes were washed twice for 10 min in 2xSSC, 0.1% SDS at room temperature with stirring, and then washed 3 times for 30 min in 0.2xSSC, 0.1% SDS at 65°C with stirring. Additional washing and blocking were performed using DIG wash solution and a blocking buffer set (Roche) according to their protocol. Detection of the DIG tag was performed using a 1:10,000 anti-digoxigenin-AP antibody (Roche) followed by a chemiluminescent reaction using CDP-Star reagent (Roche). Images were acquired using a G:BOX gel imaging system (Syngene).

Введение ПЗК в эмбрионы и окрашивание всего препарата: Свежеотложенные яйца инкубировали заостренным концом вверх в течение 58-62 ч при 37,8°С с влажностью 55%. После инкубации открывали 48 мм окно в скорлупе яйца и вводили в кровоток 3000-8000 ПЗК с помощью заостренной микропипетки с отверстием ~30-40 пм. Окно покрывали белой яичной скорлупой и дополнительно герметизировали парафильмом (Parafilm) или лейкопластом (BSN medical GmbH). Эмбрионы инкубировали до вылупливания. Выделяли некоторые гонады инъецированных эмбрионов и брали для окрашивания всего препарата ЗФБ. Гонады фиксировали в 4% ПФА, промывали в течение 2 ч ФСБ, блокировали 5% нормальной ослиной сывороткой в 1% ФСБ-тритон и окрашивали при разведении 1:20 мышиным антителом против SSEA113 или при разведении 1:500 кроличьим антителом против ЗФБ (Abcam) в блокирующем буфере в течение ночи. После промывки в течение 2 ч 1% ФСБ-Тритон добавляли вторичное ослиное антитело к мышиному cy3 1:500 (Jackson Immunoresearch laboratories) или вторичное антикроличье анти-аlеха488 1:500 (Molecular Probes) в течение 3 ч в блокирующем буфере. Ткань контрокрашивали ДАФИ (Sigma) и заключали в глицерине, и визуализировали с помощью конфокального микроскопа (Leica, TCS SPE, Wetzlar, Germany).Introduction of PZK into embryos and staining of the whole preparation: Freshly laid eggs were incubated with the pointed end up for 58-62 hours at 37.8°C with a humidity of 55%. After incubation, a 48 mm window in the egg shell was opened and 3000-8000 PZC were injected into the bloodstream using a pointed micropipette with an opening of ~30-40 pm. The window was covered with white eggshells and additionally sealed with parafilm (Parafilm) or leucoplast (BSN medical GmbH). Embryos were incubated until hatching. Some gonads of the injected embryos were isolated and used for staining the whole preparation with PBS. Gonads were fixed in 4% PFA, washed for 2 h with PBS, blocked with 5% normal donkey serum in 1% PBS-Triton and stained at a 1:20 dilution with mouse anti-SSEA1 antibody 13 or at a 1:500 dilution with rabbit anti-SPB antibody (Abcam ) in blocking buffer overnight. After washing for 2 h with 1% PBS-Triton, donkey anti-mouse cy3 secondary antibody 1:500 (Jackson Immunoresearch Laboratories) or anti-rabbit anti-Alex488 secondary antibody 1:500 (Molecular Probes) was added for 3 h in blocking buffer. The tissue was counterstained with DAPI (Sigma) and mounted in glycerol and imaged using a confocal microscope (Leica, TCS SPE, Wetzlar, Germany).

- 22 043573- 22 043573

Таблица 3Table 3

Список праймеровList of primers

Праймер Primer Последовательность Subsequence Р1 P1 TTTTGAATGAAGGGCCTGAG SEQ ID NO: 4 TTTTGAATGAAGGGCCTGAG SEQ ID NO: 4 Р2 P2 TGAACCAATCAGAGTGGGAC SEQ ID NO: 5 TGAACCAATCAGAGTGGGAC SEQ ID NO: 5 РЗ RZ GTCCCTCTTCTCTTATGGAGATCGCCGTTTCCACATTCTTTTCTC SEQ ID NO: 6 GTCCCTCTTCTCTTATGGAGATCGCCGTTTCCACATTCTTTTTCTC SEQ ID NO: 6 Р4 P4 GGTGGCACTTTTCGGGGAAATGTGTGAACCAATCAGAGTGGGACATGAC SEQ ID NO: 7 GGTGGCACTTTTCGGGGAAATGTGTGAACCAATCAGAGTGGGACATGAC SEQ ID NO: 7 Р5 P5 GTCATGTCCCACTCTGATTGGTTCACACATTTCCCCGAAAAGTGCCACC SEQ ID NO: 8 GTCATGTCCCACTCTGATTGGTTCACACATTTCCCCGAAAAGTGCCACC SEQ ID NO: 8 Р6 P6 GAGAAAAGAATGTGGAAACGGCGATCTCCATAAGAGAAGAGGGAC SEQ ID NO: 9 GAGAAAAGAATGTGGAAACGGCGATCTCCATAAGAGAAGAGGGAC SEQ ID NO: 9 Р7 P7 GAAGTGTGCTGCTAACCTG SEQ ID NO: 10 GAAGTGTGCTGCTAACCTG SEQ ID NO: 10 Р8 P8 GCTATGAACTAATGACCCCG SEQ ID NO: 11 GCTATGAACTAATGACCCCG SEQ ID NO: 11 Р9 P9 TTTTCCTCCTCTCCTGACTAC SEQ ID NO: 12 TTTTCCTCCTCTCCTGACTAC SEQ ID NO: 12 РЮ RU GGCCTGGATGATAAGAGTCTTC SEQ ID NO: 13 GGCCTGGATGATAAGAGTCTTC SEQ ID NO: 13 РН RN GCTATTCGGCTATGACTGGG SEQ ID NO: 14 GCTATTCGGCTATGACTGGG SEQ ID NO: 14 Р12 P12 GAAGGCGATAGAAGGCGATG SEQ ID NO: 15 GAAGGCGATAGAAGGCGATG SEQ ID NO: 15 Р13 P13 GTGGAACACAGCTTTTCCAG SEQ ID NO: 16 GTGGAACACAGCTTTTCCAG SEQ ID NO: 16 Р14 P14 GCTCTTCAACTTGCCATTTG SEQ ID NO: 17 GCTCTTCAACTTGCCATTTG SEQ ID NO: 17 Р15 P15 TCAACAGCACGTAAGCAAC SEQ ID NO: 18 TCAACAGCACGTAAGCAAC SEQ ID NO: 18 Р16 P16 CCTGACTCCATTTTTGAGCC SEQ ID NO: 19 CCTGACTCCATTTTTGAGCC SEQ ID NO: 19 Р17 P17 CCCAAATATAACACGCTTCACT SEQ ID NO: 20 CCCAAAATATAACACGCTTCACT SEQ ID NO: 20 Р18 P18 GAAATGAATTATTTTCTGGCGAC SEQ ID NO: 21 GAAATGAATTATTTTCTGGCGAC SEQ ID NO: 21 Р19 P19 AGCTCTTTCTCGATTCCGTG SEQ ID NO: 22 AGCTCTTTCTCGATTCCGTG SEQ ID NO: 22 Р20 P20 GGGTAGACACAAGCTGAGCC SEQ ID NO: 23 GGGTAGACACAAGCTGAGCC SEQ ID NO: 23 Р21 P21 CAACTATCAGGCTCCACCAC SEQ ID NO: 24 CAACTATCAGGCTCCACCAC SEQ ID NO: 24 Р22 P22 CTCAGACGGTTTTCAGGGTT SEQ ID NO: 25 CTCAGACGGTTTTCAGGTT SEQ ID NO: 25 Р23 P23 AGGCTATGGGATGATGCAAG SEQ ID NO: 26 AGGCTATGGGATGATGCAAG SEQ ID NO: 26 Р24 P24 GTAGGTAGGCGATCCGTTCA SEQ ID NO: 27 GTAGGTAGGCGATCCGTTCA SEQ ID NO: 27 Р25 P25 CGAGACCAACGTGAAGGGAA SEQ ID NO: 28 CGAGACCAACGTGAAGGGAA SEQ ID NO: 28 Р26 P26 CAGACCCGGACAACGTCTTT SEQ ID NO: 29 CAGACCCGGACAACGTCTTT SEQ ID NO: 29 Р27 P27 CTCTGGGGCTCACCTACAAG SEQ ID NO: 30 CTCTGGGGCTCACCTACAAG SEQ ID NO: 30 Р28 P28 AGCCCTGGTGAAATGTAGGG SEQ ID NO: 31 AGCCCTGGTGAAATGTAGGG SEQ ID NO: 31 Р29 P29 AGCTCTCATCTCAAGGCACA SEQ ID NO: 32 AGCTCTCATCTCAAGGCACA SEQ ID NO: 32 РЗО RZO GGAAAGATCCACTGCTTCCA SEQ ID NO: 33 GGAAAGATCCACTGCTTCCA SEQ ID NO: 33 Р31 P31 AGCACAGGTGGTGAACGAACCA SEQ ID NO: 34 AGCACAGGTGGTGAACGAACCA SEQ ID NO: 34 Р32 P32 TCCAGGCCTCTTGATGCTACCGA SEQ ID NO: 35 TCCAGGCCTCTTGATGCTACCGA SEQ ID NO: 35 Р34 P34 CACCGCCAAATAAGGCACGTTATC SEQ ID NO: 36 CACCGCCAAATAAGGCACGTTATC SEQ ID NO: 36 Р35 P35 AAACGATAACGTGCCTTATTTGGC SEQ ID NO: 37 AAACGATAACGTGCCTTATTTGGGC SEQ ID NO: 37 Р36 P36 CACCGACCAGATAACGTGCCTTATT SEQ ID NO: 38 CACCGACCAGATAACGTGCCTTTATT SEQ ID NO: 38 Р37 P37 AAACAATAAGGCACGTTATCTGGT SEQ ID NO: 39 AAACAATAAGGCACGTTATCTGGT SEQ ID NO: 39 Р38 P38 TTGCAGTGGTTACCGTTCG SEQ ID NO: 40 TTGCAGTGGTTACCGTTCG SEQ ID NO: 40 Р39 P39 TAGTAGGCATCTTGTGGGGG SEQ ID NO: 41 TAGTAGGCATCTTGTGGGGG SEQ ID NO: 41 Р40 P40 ATGAATGGAGCTATAGGAGG SEQ ID NO: 42 ATGAATGGAGCTATAGGAGG SEQ ID NO: 42 Р41 P41 CCACGTCTCCTGCTTGCTTTAACAGAGAGAAGTTCGTGGCATCGCCATCTTCCAGCAGGCG SEQ ID NO: 43 CCACGTCTCCTGCTTGCTTTAACAGAGAGAAGTTCGTGGCATCGCCATCTTCCAGCAGGCG SEQ ID NO: 43 Р42 P42 TGTTAAAGCAAGCAGGAGACGTGGAAGAAAACCCCGGTCCTATGAAGATGG ACAAAAAGAC SEQ ID NO: 44 TGTTAAAGCAAGCAGGAGACGTGGAAGAAAACCCCGGTCCTATGAAGATGG ACAAAAAGAC SEQ ID NO: 44 Р43 P43 TTACAGCCCGGACCGACGATG SEQ ID NO: 45 TTACAGCCCGGACCGACGATG SEQ ID NO: 45 Р44 P44 ATCTGACCCGGGATGAATGGAGCTATAGGAGG SEQ ID NO: 46 ATCTGACCCGGGATGAATGGAGCTATAGGAGG SEQ ID NO: 46 Р45 P45 GTAGCTGCTAGCTTACAGCCCGGACCGACGATG SEQ ID NO: 47 GTAGCTGCTAGCTTACAGCCCGGACCGACGATG SEQ ID NO: 47 Р46 P46 CAGGTCCCCGGGATGGATCCTGATGATGTTG SEQ ID NO: 48 CAGGTCCCCGGGATGGATCCTGATGATGTTG SEQ ID NO: 48 Р47 P47 GCATGTGCTAGCTTAGAGCTTTAAATCTCTG SEQ ID NO: 49 GCATGTGCTAGCTTAGAGCTTTAAATCTCTG SEQ ID NO: 49

- 23 043573- 23 043573

Последовательности плазмид.Plasmid sequences.

1. рХЗЗО-GFP (SEQ Ш NO: 50)1. рХЗЗО-GFP (SEQ Ш NO: 50)

2. CRISPRI (SEQ ГО NO: 51)2. CRISPRI (SEQ GO NO: 51)

3. CRISPR3 (SEQ ID NO: 52)3. CRISPR3 (SEQ ID NO: 52)

4. plet-Has (SEQ ID NO: 53)4. plet-Has (SEQ ID NO: 53)

5. pCAGG-Neo-IRES-GFP (SEQ ID NO: 54)5. pCAGG-Neo-IRES-GFP (SEQ ID NO: 54)

6. Нацеливающий вектор (SEQ ID NO: 55)6. Targeting Vector (SEQ ID NO: 55)

7. pmCherry-Cry2-CreN (SEQ ID NO: 56)7. pmCherry-Cry2-CreN (SEQ ID NO: 56)

8. pmCherry-CIBN-CreC (SEQ ID NO: 57)8. pmCherry-CIBN-CreC (SEQ ID NO: 57)

9. pB-RAGE-GFP (SEQ ID NO: 58)9. pB-RAGE-GFP (SEQ ID NO: 58)

10. pCAGG-IRES-GFP (SEQ ID NO: 59)10. pCAGG-IRES-GFP (SEQ ID NO: 59)

11. pCAGG-Optogenes (SEQ ID NO: 60)11. pCAGG-Optogenes (SEQ ID NO: 60)

12. pB-RAGE-mCherry (SEQ ID NO: 61)12. pB-RAGE-mCherry (SEQ ID NO: 61)

13. pSK BS-PGK-DTA (SEQ ID NO: 62)13. pSK BS-PGK-DTA (SEQ ID NO: 62)

14. pGK-IRES-GFP (SEQ ID NO: 63)14. pGK-IRES-GFP (SEQ ID NO: 63)

15. pGK-DTA-IRES-GFP (SEQ ID NO: 64)15. pGK-DTA-IRES-GFP (SEQ ID NO: 64)

Результаты.Results.

Получение и изучение характеристик линий ПЗК.Obtaining and studying the characteristics of SCP lines.

На самых ранних стадиях эмбрионального развития, вскоре после яйцекладки и до начала гаструляции, ПЗК рострально мигрируют в область терминального полулуния в передней части внеэмбрионального слоя мезодермы. Считается, что эта миграция защищает ПЗК от процессов дифференцировки, как это происходит в случае соматических клеток. Только после формирования area opaca vasculosa, крови и сердцебиения, приблизительно через 2,5 суток инкубации (стадия 14-17 Н&Н1), клетки возвращаются к эмбриону через кровоток и колонизируют генитальный гребень, из которого разовьются гонады. На этих этапах, используя микропипетку с отверстием диаметром ~40-60 пм, из сосудистой системы эмбрионов брали 1-3 пл крови и переносили в лунку в 48-луночном планшете, содержащую культуральную среду для ПЗК.During the earliest stages of embryonic development, shortly after oviposition and before the onset of gastrulation, PGCs migrate rostrally to the terminal crescent region in the anterior part of the extraembryonic layer of mesoderm. It is believed that this migration protects PGCs from differentiation processes, as occurs in the case of somatic cells. Only after the formation of the area opaca vasculosa, blood and heartbeat, after approximately 2.5 days of incubation (stage 14-17 H&H 1 ), the cells return to the embryo through the bloodstream and colonize the genital ridge from which the gonads will develop. At these stages, using a micropipette with a hole with a diameter of ~40-60 pm, 1-3 pl of blood was taken from the vascular system of the embryos and transferred to a well in a 48-well plate containing the culture medium for PGC.

Культуральная среда ПЗК обеспечивает возможность быстрого деления ПЗК (20-24 ч клеточного цикла) с сохранением при этом недифференцированного состояния в условиях отсутствия фидера. Через 2-3 недели в культуре клетки крови разлагались и исчезали2. В течение еще 1-2 недель культивируемые ПЗК стали конфлюэнтными (фиг. 5А). Эти клетки можно дополнительно выращивать для генной модификации или их можно с успехом заморозить и разморозить для модифицирования позже. Куриные ПЗК в культуре были широко охарактеризованы в литературе с помощью морфологических признаков, профилей экспрессии белка и мРНК и, наконец, по их способности в отношении миграции гонад при обратной инъекции в сосудистую сеть эмбриона-реципиента на такой же стадии развития3-5. Эти характеристики были исследованы в полученных клеточных культурах ПЗК, чтобы показать, что они сохраняют хорошо известные свойства ПЗК. Морфологически ПЗК представляют собой большие, немного гранулированные клетки диаметром около 15-20 пм, содержащие крупные ядра. ПЗК являются тотипотентными клетками, поэтому они экспрессируют плюрипотентные маркеры, такие как cPouV, SOX2, KLF4 и Nanog, и два уникальных маркера зародышевых клеток - cVH и DAZL. Для каждой линии ПЗК экстрагировали ДНК для определения пола, используя праймеры для рибосомального S18 (Р19-Р20, размер продукта 256 п.о.) в качестве положительного контроля и праймеры для W-хромосомы (Р17-Р18, размер продукта 415 п.о.) для идентификации самок (фиг. 5В)6. Кроме того, ПЗК экспрессируют мембранный антиген SSEA-14 (фиг. 5С).The culture medium of PGCs provides the possibility of rapid division of PGCs (20-24 h cell cycle) while maintaining an undifferentiated state in the absence of a feeder. After 2-3 weeks in culture, the blood cells decomposed and disappeared 2 . Over an additional 1–2 weeks, cultured PGCs became confluent (Fig. 5A). These cells can be further grown for genetic modification, or they can be successfully frozen and thawed for modification later. Chick PGCs in culture have been extensively characterized in the literature by morphological characters, protein and mRNA expression profiles, and finally by their ability to migrate gonads when reinjected into the vasculature of a recipient embryo at the same developmental stage 3 - 5 . These characteristics were examined in the resulting PGC cell cultures to show that they retain the well-known properties of PGC. Morphologically, PGCs are large, slightly granular cells with a diameter of about 15-20 pm, containing large nuclei. PGCs are totipotent cells, so they express pluripotent markers such as cPouV, SOX2, KLF4 and Nanog, and two unique germ cell markers, cVH and DAZL. For each PGC line, DNA was extracted to determine sex using primers for ribosomal S18 (P19-P20, product size 256 bp) as a positive control and primers for the W chromosome (P17-P18, product size 415 bp). ) to identify females (Fig. 5B) 6 . In addition, PGCs express the membrane antigen SSEA-1 4 (Fig. 5C).

линий ПЗК были установлены из клеток несушек и бройлеров, как мужских, так и женских линий. Трансфекцию плазмид осуществляли, используя катионно-липидный реагент для трансфекции липофектамин 2000, который взаимодействует с отрицательно заряженной ДНК, обеспечивая ее проникновение в клетку. Трансфекция плазмидой, кодирующей ЗФБ (pCAGG-GFP7), приводила к эффективности трансфекции около 15-20% (фиг. 5D). Кроме того, эффективность трансфекции ПЗК при применении электропорации привела к повышению эффективности до 90% (фиг. 5Е). Чтобы продемонстрировать, что культивируемые ПЗК успешно колонизируют гонады, экспрессирующие ЗФБ, ПЗК вводили в кровоток на стадии 14-16 Н&Н и инкубировали эмбрионы в течение 10 суток. Проводили иссечение эмбрионов и идентификацию ЗФБ-положительных клеток в гонадах (фиг. 5F).PZK lines were established from cells of laying hens and broilers, both male and female lines. Plasmid transfection was carried out using the cationic lipid transfection reagent Lipofectamine 2000, which interacts with negatively charged DNA, allowing it to enter the cell. Transfection with a plasmid encoding GFB (pCAGG-GFP 7 ) resulted in a transfection efficiency of about 15-20% (Fig. 5D). In addition, the transfection efficiency of PGCs using electroporation resulted in an increase in efficiency of up to 90% (Figure 5E). To demonstrate that cultured PGCs successfully colonize gonads expressing GFB, PGCs were injected into the circulation at stage 14–16 H&H and the embryos were incubated for 10 days. Embryos were dissected and GFB-positive cells in the gonads were identified (Fig. 5F).

Конструирование мишеней CRISPR-Cas9 в Z-хромосоме.Construction of CRISPR-Cas9 targets on the Z chromosome.

Редактирование ДНК в Z-хромосоме осуществляли, используя CRISPR-Cas9 и процессы гомологичной рекомбинации. Тогда как система CRISPR-Cas9 непосредственно разрезает ДНК в определенном сайте Z-хромосомы, эндогенная система репарации, использующая процесс гомологичной рекомбинаDNA editing on the Z chromosome was carried out using CRISPR-Cas9 and homologous recombination processes. While the CRISPR-Cas9 system directly cuts DNA at a specific site on the Z chromosome, an endogenous repair system using the process of homologous recombin

- 24 043573 ции, позволяет осуществить целевую вставку необходимой ДНК в точной локации. Для этой цели необходимо сконструировать плазмиду нацеливающего вектора, которая содержит плечи гомологии, соответствующие сайту вставки в Z-хромосоме. Был выбран сайт для вставки ДНК в Z-хромосому ниже кодирующего гена HINTZ. Во многих исследованиях было показано, что применение системы CRISPR улучшает прямую вставку ДНК. Широко используемая для этой цели плазмида px330 содержит сайт онРНК и фермент Cas98. Сайт онРНК содержит уникальную последовательность, которая направляет фермент Cas9 на целевой сайт и приводит к созданию нацеленного на конкретную область генома ДЦРД (двухцепочечного разрыва ДНК). Используя инструмент для конструирования CRISPR, идентифицировали уникальную последовательность для онРНК, как проиллюстрировано на фиг. 6А. Первые 12 направляющих в соответствии с их оценкой приведены на фиг. 6В и в табл. 1.- 24 043573 tions, allows for targeted insertion of the required DNA in an exact location. For this purpose, it is necessary to construct a targeting vector plasmid that contains homology arms corresponding to the insertion site on the Z chromosome. A site was selected for DNA insertion into the Z chromosome downstream of the HINTZ coding gene. Many studies have shown that the use of the CRISPR system improves direct DNA insertion. The plasmid px330, widely used for this purpose, contains an sRNA site and the Cas9 enzyme 8 . The sRNA site contains a unique sequence that directs the Cas9 enzyme to the target site and leads to the creation of a DNA double-strand break (DSB) targeted to a specific region of the genome. Using the CRISPR design tool, a unique sequence for the ssRNA was identified, as illustrated in FIG. 6A. The first 12 guides according to their evaluation are shown in Fig. 6B and in table. 1.

Двадцать нуклеотидных последовательностей, направляющие №1 и 3, выбирали по традиционному сходству вторичной структуры и путем проверки возможных нецелевых сайтов в курином геноме, которым были присвоены оценки по степени несоответствия. Первые 10 результатов поиска потенциальных нецелевых сайтов для направляющей №1 приведены на фиг. 6С и в табл. 2. Следует отметить, что первые 6 нецелевых сайтов имеют по 4 несоответствия, что подчеркивает специфичность этой направляющей.Twenty nucleotide sequences, guides 1 and 3, were selected by traditional secondary structure similarity and by screening possible off-target sites in the chicken genome, which were assigned mismatch scores. The first 10 search results for potential non-target sites for guide #1 are shown in FIG. 6C and in table. 2. It should be noted that the first 6 non-target sites each have 4 mismatches, which emphasizes the specificity of this guide.

Вставку последовательности ДНК осуществляли путем разрезания модифицированной плазмиды px330, которая содержит ЗФБ в рамке считывания, слитый с С-концом Cas-9. Отожженные праймеры, содержащие последовательности онРНК, лигировали к рестрикционному ферменту BbsI, как было описано ранее. (фиг. 6В). Продукты лигирования трансформировали в E.coli, плазмиды очищали и подтверждали вставки онРНК сиквенированием.Insertion of the DNA sequence was accomplished by cutting the modified plasmid px330, which contains ZPB in frame fused to the C terminus of Cas-9. Annealed primers containing ssRNA sequences were ligated to the restriction enzyme BbsI as previously described. (Fig. 6B). The ligation products were transformed into E. coli, the plasmids were purified, and the ssRNA inserts were confirmed by sequencing.

Проверка активности системы CRISPR-Cas9.Testing the activity of the CRISPR-Cas9 system.

Посредством выращивания ПЗК в культуральной среде без фидера были получены чистые колонии, происходящие из одиночных клеток, что позволило изучить характеристики эффективности системы CRISPR-Cas9. Для этого ПЗК трансфицировали плазмидами pX330-GFP-CRISPR1 и pX330-GFP CRISPR3 и выращивали клональные колонии. Общую геномную ДНК экстрагировали из колоний, происходящих из одиночных клеток, экспрессирующих ЗФБ. ДНК анализировали с помощью эндонуклеазного анализа и сиквенировали. Для эндонуклеазного анализа был сконструирован положительный контроль. Этот контроль представлял собой 320 п.о. продукт ПЦР с введенными мутациями в предсказанном сайте активности CRISPR-Cas9. Этот продукт смешивали с продуктом ДТ аналогичной длины в различных соотношениях, 1:15, 1:7, 1:1 мутированный продукт:ДТ, соответственно, а отожженную смесь подвергали эндонуклеазной активности (фиг. 7А). Две короткие полосы с прогнозируемым размером 136 п.о. и 184 п.о. были отчетливо видны при соотношениях 1:7 и 1:1, что указывает на то, что анализ работал правильно. Аналогично, такой же анализ проводили для геномной ДНК, полученной из 12 колоний, трансфицированных плазмидами CRISPR1 и CRISPR3 (фиг. 7В, С). В 9 из 12 колоний наблюдали четкий дублет с предсказанным размером. Это указывает на то, что плазмиды CRISPR1 и CRISPR3 эффективно генерируют ДЦРД в предсказанном сайте.By growing PGCs in a feeder-free culture medium, pure colonies derived from single cells were obtained, allowing the performance characteristics of the CRISPR-Cas9 system to be studied. For this purpose, PGCs were transfected with plasmids pX330-GFP-CRISPR1 and pX330-GFP CRISPR3 and clonal colonies were grown. Total genomic DNA was extracted from colonies derived from single cells expressing ZPB. The DNA was analyzed by endonuclease assay and sequenced. A positive control was constructed for the endonuclease assay. This control was 320 bp. PCR product with introduced mutations in the predicted CRISPR-Cas9 activity site. This product was mixed with a WT product of similar length in various ratios, 1:15, 1:7, 1:1 mutated product:WT, respectively, and the annealed mixture was subjected to endonuclease activity (Figure 7A). Two short bands with a predicted size of 136 bp. and 184 bp were clearly visible at the 1:7 and 1:1 ratios, indicating that the assay was working correctly. Similarly, the same analysis was performed on genomic DNA obtained from 12 colonies transfected with CRISPR1 and CRISPR3 plasmids (Fig. 7B, C). In 9 of 12 colonies, a clear doublet with the predicted size was observed. This indicates that CRISPR1 and CRISPR3 plasmids efficiently generate DCRDs at the predicted site.

Для анализа сиквенирования продукты ПЦР, которые использовали для эндонуклеазного анализа (фиг. 7А-С), также сиквенировали (фиг. 8A-D). Сиквенирование отрицательного контроля ДТ выявило предсказанный сайт расщепления CRISPR1 (фиг. 8А). Сиквенирование смеси ДТ и искусственно мутированного продукта в качестве положительного контроля выявило появление двойных пиков на хроматограмме ДНК непосредственно после предсказанного сайта расщепления (синяя стрелка, фиг. 8В). Аналогичное сиквенирование такой же геномной области в трансфицированных колониях выявило как отрицательные (фиг. 8С), так и положительные (синяя стрелка, фиг. 8D) колонии, причем последние были в >70% случаев.For sequencing analysis, the PCR products that were used for the endonuclease assay (Fig. 7A-C) were also sequenced (Fig. 8A-D). Sequencing of the negative control WT revealed the predicted CRISPR1 cleavage site (Fig. 8A). Sequencing of a mixture of WT and the artificially mutated product as a positive control revealed the appearance of double peaks in the DNA chromatogram immediately downstream of the predicted cleavage site (blue arrow, Fig. 8B). Similar sequencing of the same genomic region in transfected colonies revealed both negative (Fig. 8C) and positive (blue arrow, Fig. 8D) colonies, with the latter present in >70% of cases.

Конструирование нацеливающего вектора для интеграции в геном Чтобы продемонстрировать нацеленную геномную интеграцию в Z-хромосому посредством ГР, конструировали нацеливающий вектор (фиг. 9A-F). Вектор содержит промотор pCAGG, за которым следует ген селекции неомицина, внутренний сайт посадки рибосомы (IRES), ЗФБ и сайт полиаденилирования кроличьего бета-глобина. Эта кассета фланкировалась ~1,5 т. п.о. плечами гомологии в 5' и 3' концах соответственно. Для создания этого вектора фрагмент ДНК размером ~3 т. п.о., содержащий оба плеча гомологии, амплифицировали, используя праймеры Р1 и Р2, и лигировали в челночный вектор pjet1.2. Обнаружили, что полное сиквенирование этого фрагмента идентично последовательности куриного генома. Эту плазмиду pJet-HAs использовали в качестве матрицы для создания линеаризованного продукта ПНР, содержащего два разделенных плеча гомологии, за исключением 23 п. о. последовательности между ними, которая содержит сайты онРНК CRISPR. Амплификацию проводили, используя праймеры Р3 и Р4, которые содержат в 5'конце последовательности, которые соответствуют краям кассеты pCAGG-Neo-IRES-GFP. Этот линейный продукт ПЦР называется вектором. Плазмиду pCAGG-Neo-IRES-GFP использовали в качестве матрицы для создания линейного продукта ПЦР. Этот фрагмент амплифицировали, используя праймеры Р5 и Р6, содержащие последовательности, которые соответствуют 5' и 3' концам 5'ПГ и З'ПГ концов соответственно. Этот продукт называется вставкой. Вектор и вставку стыковали вместе, используя реакцию сборки Гибсона10, для создания конечного нацеливающего вектора.Construction of Targeting Vector for Genome Integration To demonstrate targeted genomic integration into the Z chromosome by GR, a targeting vector was constructed (Fig. 9A-F). The vector contains the pCAGG promoter followed by a neomycin selection gene, an internal ribosome entry site (IRES), a ZPB and a rabbit beta-globin polyadenylation site. This cassette was flanked by ~1.5 kb. homology arms at the 5' and 3' ends, respectively. To create this vector, a ~3 kb DNA fragment containing both arms of homology was amplified using primers P1 and P2 and ligated into the shuttle vector pjet1.2. It was found that the complete sequencing of this fragment is identical to the sequence of the chicken genome. This pJet-HAs plasmid was used as a template to generate a linearized PNR product containing two separated homology arms except for 23 bp. sequences between them that contain CRISPR ssRNA sites. Amplification was performed using primers P3 and P4, which contain sequences at the 5' end that correspond to the edges of the pCAGG-Neo-IRES-GFP cassette. This linear PCR product is called a vector. Plasmid pCAGG-Neo-IRES-GFP was used as a template to generate a linear PCR product. This fragment was amplified using primers P5 and P6 containing sequences that correspond to the 5' and 3' ends of the 5'PG and 3'PG ends, respectively. This product is called an insert. The vector and insert were docked together using the Gibson assembly reaction 10 to create the final targeting vector.

- 25 043573- 25 043573

Гомологичная рекомбинация с Z-хромосомой с применением нацеливающего вектора и плазмидыHomologous recombination with the Z chromosome using a targeting vector and plasmid

CRISPR.CRISPR.

Возможность получать чистые колонии ПЗК из одной клетки позволяет идентифицировать положительные колонии, которые подверглись правильной ГР со вставкой, используя такие способы, как ПЦР и Саузерн-блот. Для трансфекции ПЗК использовали липофекцию с эффективностью трансфекции 5-10% (фиг. 10А) или электропорацию с эффективностью >40%. Проводили трансфекцию двумя плазмидами, нацеливающим вектором и одной из двух плазмид CRISPR, описанных выше (CRISPR1 или CRISPR3). После трансфекции клетки оставляли для восстановления на 24 ч и переносили в среду, содержащую G418, для отбора. После двух недель отбора выжили только устойчивые к G-418 клетки, из них >99% были ЗФБ-положительными (фиг. 10В). Чтобы убедиться, что клетки сохраняют способность колонизировать гонады, их вводили в эмбрионы-хозяев, как описано выше на фиг. 1F (фиг. 8С). Проводили иммуноокрашивание гонад антителом против ЗФБ, и подтверждали колонизацию ЗФБ-положительных клеток ПЗК в гонадах, используя конфокальный микроскоп (фиг. 10D).The ability to obtain pure PGC colonies from a single cell allows the identification of positive colonies that have undergone correct GR with the insert using techniques such as PCR and Southern blot. To transfect PGCs, lipofection was used with a transfection efficiency of 5-10% (Fig. 10A) or electroporation with an efficiency of >40%. Transfection was carried out with two plasmids, a targeting vector and one of the two CRISPR plasmids described above (CRISPR1 or CRISPR3). After transfection, cells were allowed to recover for 24 h and transferred to medium containing G418 for selection. After two weeks of selection, only G-418-resistant cells survived, of which >99% were ZPB-positive (Fig. 10B). To ensure that the cells retained the ability to colonize the gonads, they were introduced into host embryos as described above in FIG. 1F (Fig. 8C). The gonads were immunostained with an anti-ZPB antibody, and colonization of ZPB-positive PBC cells in the gonads was confirmed using a confocal microscope (Fig. 10D).

Устойчивые к G-418 ЗФБ-положительные клетки состоят из потенциально гетерогенной популяции. Таким образом, чтобы верифицировать ГР-интеграцию и получить чистую гомогенную популяцию, отдельные ЗФБ-положительные клетки разделяли, используя сортировку методом FACS, в 96-луночный планшет (фиг. 11А). Выращивали чистые колонии и экстрагировали геномную ДНК для ПЦР и Саузернблот анализа. Параллельно проводили сортировку объединенных ЗФБ-положительных клеток методом FACS. Для анализа ПЦР сконструировали два набора праймеров. Первый содержал прямой праймер Р7 выше 5'ПГ и обратный Р8 из промотора CAGG (размер продукта 1,6 т. п.о.), а второй содержал прямой праймер Р9 из сайта полиаденилирования кроличьего бета-глобина и обратный Р10 ниже З'ПГ (длина продукта 1,8 т. п.о., фиг. 11В). Как в объединенных клетках (фиг. 11С), так и в чистых колониях (фиг. 11D), были обнаружены ожидаемые продукты для 5' и 3', что указывает на то, что в этих клетках имела место правильная ГР-интеграция.G-418-resistant GFB-positive cells consist of a potentially heterogeneous population. Thus, to verify GR integration and obtain a pure homogeneous population, individual GFB-positive cells were separated using FACS sorting into a 96-well plate (Fig. 11A). Pure colonies were grown and genomic DNA was extracted for PCR and Southern blot analysis. In parallel, the pooled PBS-positive cells were sorted by FACS. For PCR analysis, two sets of primers were designed. The first contained forward primer P7 upstream of 5'PG and reverse primer P8 from the CAGG promoter (product size 1.6 kb), and the second contained forward primer P9 from the rabbit beta-globin polyadenylation site and reverse P10 downstream of 3'PG ( product length 1.8 kb, Fig. 11B). In both pooled cells (Fig. 11C) and pure colonies (Fig. 11D), the expected products for 5' and 3' were detected, indicating that proper GR integration had occurred in these cells.

Для дополнительной верификации правильной ГР-интеграции, а также подтверждения того, что в геном была интегрирована только одна копия нацеливающего вектора, проводили Саузерн-блот анализ. Анализировали две клеточные линии ПЗК от доноров мужского и женского пола. Следует отметить, что женская линия имеет только одну копию Z-хромосомы. Сконструировали три ДНК-зонда с dig-метками (желтые прямоугольники на фиг. 12А и фиг. 12В). Первые два зонда, амплифицированные с помощью праймеров Р11-Р12 и Р13-Р14, длиной 500 п.о. каждый, расположены выше и ниже 5' и 3' ПГ соответственно. Третий зонд, амплифицированный с помощью праймеров Р15-Р16 длиной 704 п.о., предназначен для обнаружения гена Neo внутри нацеливающего вектора, таким образом, он позволяет подтвердить, что была интегрирована только одна копия вектора. Для расщепления геномной ДНК для анализа использовали рестрикционный фермент BglII. Два сайта рестрикции, расположенные на расстоянии ~6,5 т. п.о. друг от друга, расположены в хромосоме ДТ, выше и ниже 5' и 3' зондов соответственно. Дополнительный сайт BglII расположен в нацеливающем векторе, что приводит к получению предсказанных фрагментов размером 7,5 т. п.о. и 3,3 т. п.о. для идентификации правильной ГР-интеграции. Результаты Саузерн-блот анализа геномной ДНК, выделенной из линии мужских ПЗК, выявили 2 полосы с предсказанным размером, составляющим 6,5 т. п. о. для аллели ДТ и 7,5 т. п.о. и 3,3 т. п.о. для аллели, которая подверглась правильной ГР-интеграции в отношении 5' и 3' сайтов соответственно. Это было подтверждено как для ДНК из объединенных клеток, так и для чистых колоний (фиг. 12С). Аналогичный анализ проводили для клеточной линии женских ПЗК. В этом случае была обнаружена одна полоса с предсказанным размером 7,5 т. п.о. для 5' сайта интеграции. Поскольку женский геном содержит только одну копию Z-хромосомы, аллель ДТ (6,5 т. п.о.) обнаружена не была. Зондирование гена Neo выявило одну полосу размером 7,5 т. п.о., подтверждая, что в геном была интегрирована только одна копия нацеливающего вектора (фиг. 12D).To further verify correct GR integration, as well as to confirm that only one copy of the targeting vector was integrated into the genome, Southern blot analysis was performed. Two PGC cell lines from male and female donors were analyzed. It should be noted that the female line has only one copy of the Z chromosome. Three dig-tagged DNA probes were designed (yellow boxes in Figure 12A and Figure 12B). The first two probes, amplified using primers P11-P12 and P13-P14, are 500 bp long. each, located above and below the 5' and 3' PGs, respectively. The third probe, amplified with 704 bp primers P15-P16, is designed to detect the Neo gene within the targeting vector, thereby confirming that only one copy of the vector has been integrated. The restriction enzyme BglII was used to digest genomic DNA for analysis. Two restriction sites located ~6.5 kb apart. from each other, located in the DT chromosome, above and below the 5' and 3' probes, respectively. An additional BglII site is located in the targeting vector, resulting in predicted 7.5-kb fragments. and 3.3 kb. to identify correct GR integration. Southern blot analysis of genomic DNA isolated from a male PGC line revealed 2 bands with a predicted size of 6.5 kb. for the DT allele and 7.5 kb. and 3.3 kb. for an allele that has undergone correct GR integration at the 5' and 3' sites, respectively. This was confirmed for both DNA from pooled cells and pure colonies (Fig. 12C). A similar analysis was performed for the female PGC cell line. In this case, one band with a predicted size of 7.5 kb was detected. for 5' integration site. Since the female genome contains only one copy of the Z chromosome, the DT allele (6.5 kb) was not detected. Probing of the Neo gene revealed a single 7.5-kb band, confirming that only one copy of the targeting vector was integrated into the genome (Fig. 12D).

Проверка онтогенетической системы в клетках HEK293 in vitro и в куриных эмбрионах in ovo.Validation of the developmental system in HEK293 cells in vitro and in chick embryos in ovo.

Чтобы проверить активность индуцибельной системы ш vitro и в куриных эмбрионах in ovo, три плазмиды, pmCherry-Cry2-CreN, pmCherry-CIBN-CreC и репортер PB-RAGE-GFP, трансфицировали в клетки HEK293 (фиг. 13) и в куриные эмбрионы (фиг. 14). Первые две оптогенные плазмиды кодируют репортерный ген mCherry, который подтверждает успешную трансфекцию. Эпрессионный вектор PBRAGE-GFP содержит последовательность из некоторого количества стоп-кодонов, фланкируемую сайтами LoxP перед кодирующей областью ЗФБ. После активации Cre стоп-кодоны удаляются, что обеспечивает возможность экспрессии ЗФБ. В отрицательных контрольных клетках HEK293, которые трижды трансфицировали и держали в темноте, не было ЗФБ-положительных клеток (фиг. 13, верхний ряд). В клетках, освещаемых синим светом, через 24 ч после трансфекции многие клетки экспрессировали ЗФБ (фиг. 13, нижний ряд), подтверждая активацию оптогенетической системы в этих клетках.To test the activity of the inducible system in vitro and in chick embryos in ovo, three plasmids, pmCherry-Cry2-CreN, pmCherry-CIBN-CreC and the PB-RAGE-GFP reporter, were transfected into HEK293 cells (Fig. 13) and into chick embryos ( Fig. 14). The first two optogenic plasmids encode the mCherry reporter gene, which confirms successful transfection. The PBRAGE-GFP expression vector contains a sequence of a number of stop codons flanked by LoxP sites before the coding region of the GPB. Once Cre is activated, the stop codons are removed, allowing expression of ZPB. Negative control HEK293 cells that were transfected three times and kept in the dark did not contain any ZPB-positive cells (Fig. 13, top row). In cells illuminated with blue light, 24 hours after transfection, many cells expressed ZPB (Fig. 13, bottom row), confirming the activation of the optogenetic system in these cells.

Для проверки активности оптогенетической системы in ovo проводили тройную трансфекцию плазмидами pmCherry-Cry2-CreN, pmCherry-CIBN-CreC и PB-RAGE-GFP путем электропорации в нервные трубки куриного эмбриона на стадии 16 Н&Н. Через двенадцать часов после электропорации эмбрионы экспериментальной группы в течение 15 с освещали синим светом, тогда как эмбрионы отрицательного контроля держали в темноте. Эмбрионы инкубировали еще в течение 12 ч и проверяли в отно- 26 043573 шении экспрессии ЗФБ под флуоресцентным стереоскопом (фиг. 14). Тогда как в эмбрионах, которые держали в темноте (фиг. 14, верхний ряд), экспрессировался только mCherry, подтверждая успешную электропорацию, в эмбрионах экспериментальной группы были отчетливо видны ЗФБ-положительные клетки (фиг. 9, нижний ряд), подтверждая, что был активирован индуцируемый светом Cre.To test the activity of the optogenetic system in ovo, triple transfection with plasmids pmCherry-Cry2-CreN, pmCherry-CIBN-CreC and PB-RAGE-GFP was carried out by electroporation into the neural tubes of a chick embryo at stage 16 H&H. Twelve hours after electroporation, experimental group embryos were illuminated with blue light for 15 s, while negative control embryos were kept in the dark. Embryos were incubated for an additional 12 hours and checked for GFB expression under a fluorescent stereoscope (Fig. 14). While only mCherry was expressed in embryos kept in the dark (Fig. 14, top row), confirming successful electroporation, GFB-positive cells were clearly visible in embryos of the experimental group (Fig. 9, bottom row), confirming that there was light-inducible Cre is activated.

Оптогенные плазмиды pmCherry-Cry2-CreN и pmCherry-CIBN-CreC управляют экспрессией генов, используя промотор CMV11, который является нежелательным в куриных клетках. Чтобы преодолеть это и объединить два в один вектор, авторы данного изобретения сконструировали плазмидный вектор, который управляет экспрессией CIBN-CreC и Cry2-CreN, связанных с помощью саморасщепляющегося пептида Р2А, за которым следует IREG-GFP под управлением промотора CAGG, который высоко активен в куриных клетках. Синтез pCAGG-CIBN-CreC-P2A-Cry2-CreN-IRES-GFP был основан на модификации исходных плазмид оптогенов, описанных в Kennedy et al11. Каждая из этих плазмид кодирует mCherry, за которым следует последовательность IRES с CIBN-CreC (усеченная форма CIB1, слитая с Сконцом фермента Cre) или CRY2-CreN (криптохром 2, слитый с N-концом фермента Cre, фиг. 15А). Целью следующего клонирования было объединение двух слитых оптогенов с саморасщепляющимся пептидом Р2А под управлением промотора CAGG, за которым следует IRES-GFP. Для этого плазмиду CIBN-CreC использовали в качестве матрицы для ГЦР с праймерами Р40 и Р41, а плазмиду CRY2-CreN использовали в качестве матрицы для ГЦР с праймерами Р42 и Р43 (фиг. 15А). В частности, праймеры Р41 и Р42, которые содержат сайт расщепления Р2А, имеют общую перекрывающуюся последовательность, которая обеспечивает возможность объединения двух продуктов с помощью одного цикла ПЦР с удлинением выступа (фиг. 15В). Этот продукт, который содержит CIBN-CreC-P2A-CRY2-CreN, лигировали в челночный вектор pJet1.2 с проверенной последовательностью (фиг. 15С). Эта плазмида служила матрицей для ПЦР с праймерами Р44 и Р45, которые добавляли к продукту сайт рестрикции SmaI и NheI в 5' и 3' концах соответственно (фиг. 15D). Этот продукт расщепляли рестрикционными ферментами и лигировали в плазмиду pCAGG-IRES-GFP, которую также разрезали, используя те же ферменты (фиг. 15Е). Для этого продукта лигирования, содержащего промотор CAGG, за которым следует CIBN-CreC, саморасщепляющийся пептид Р2А, Cry2-CreN, IRES, ЗФБ и сайт полиаденилирования кроличьего бетаглобина (называемого в данном изобретении pCAGG-Optogenes), проводили проверку последовательности (фиг. 15F).The optogenic plasmids pmCherry-Cry2-CreN and pmCherry-CIBN-CreC drive gene expression using the CMV 11 promoter, which is undesirable in chicken cells. To overcome this and combine the two into one vector, the present inventors constructed a plasmid vector that drives the expression of CIBN-CreC and Cry2-CreN linked by a self-cleaving peptide P2A followed by IREG-GFP under the control of the CAGG promoter, which is highly active in chicken cages. The synthesis of pCAGG-CIBN-CreC-P2A-Cry2-CreN-IRES-GFP was based on modification of the original optogen plasmids described in Kennedy et al 11 . Each of these plasmids encodes mCherry followed by an IRES sequence with CIBN-CreC (a truncated form of CIB1 fused to the C terminus of the Cre enzyme) or CRY2-CreN (cryptochrome 2 fused to the N terminus of the Cre enzyme, Fig. 15A). The goal of the next cloning was to combine the two fusion optogens with the self-cleaving peptide P2A under the control of the CAGG promoter followed by IRES-GFP. For this purpose, the CIBN-CreC plasmid was used as a template for HCC with primers P40 and P41, and the CRY2-CreN plasmid was used as a template for HCC with primers P42 and P43 (Fig. 15A). In particular, primers P41 and P42, which contain the P2A cleavage site, share an overlapping sequence that allows the two products to be combined in a single round of overhang extension PCR (Figure 15B). This product, which contains CIBN-CreC-P2A-CRY2-CreN, was ligated into the sequence-validated shuttle vector pJet1.2 (Fig. 15C). This plasmid served as a template for PCR with primers P44 and P45, which added a SmaI and NheI restriction site to the product at the 5' and 3' ends, respectively (Fig. 15D). This product was digested with restriction enzymes and ligated into the pCAGG-IRES-GFP plasmid, which was also cut using the same enzymes (Fig. 15E). This ligation product, containing the CAGG promoter followed by CIBN-CreC, the P2A self-cleaving peptide, Cry2-CreN, IRES, ZPB and a rabbit betaglobin polyadenylation site (referred to herein as pCAGG-Optogenes), was sequence checked (Figure 15F). .

Для проверки активности вектора pCAGG-Optogene in vitro плазмиду, которая экспрессирует ЗФБ в качестве репортера успешной трансфекции, трансфицировали в клетки HEK293 совместно с pB-RAGEmCherry. Подобно вектору PB-RAGE-GFP, описанному выше (фиг. 13), pB-RAGE-mCherry содержит последовательность некоторого количества стоп-кодонов, фланкируемую сайтами LoxP выше кодирующей области mCherry. После активации Cre стоп-кодоны удаляются, что обеспечивает возможность экспрессии mCherry (фиг. 16). Тогда как среди клеток HEK293, которые котрансфицировали и держали в темноте, не было mCherry-положительных клеток (фиг. 16, верхний ряд), среди клеток, которые освещали синим светом, многие клетки экспрессировали mCherry (фиг. 16, нижний ряд), подтверждая, что одновекторная стратегия pCAGG-Optogenes сохраняет оптогенные свойства системы.To test the activity of the pCAGG-Optogene vector in vitro, a plasmid that expresses ZPB as a reporter of successful transfection was transfected into HEK293 cells together with pB-RAGEmCherry. Similar to the PB-RAGE-GFP vector described above (Fig. 13), pB-RAGE-mCherry contains a number of stop codon sequences flanked by LoxP sites upstream of the mCherry coding region. Once Cre is activated, the stop codons are removed, allowing mCherry to be expressed (Figure 16). While there were no mCherry-positive cells among HEK293 cells that were cotransfected and kept in the dark (Figure 16, top row), among cells that were illuminated with blue light, many cells expressed mCherry (Figure 16, bottom row), confirming that the single-vector pCAGG-Optogenes strategy preserves the optogenic properties of the system.

Чтобы проверить активность вектора pCAGG-Optogenes в живых куриных эмбрионах in ovo, плазмиду котрансфицировали с помощью электропорации в куриные эмбрионы на стадии 14-16 Н&Н вместе с pB-RAGE-mCherry. Через 12 ч после электропорации яйца группы отрицательного контроля держали в темноте, тогда как эмбрионы экспериментальной группы подвергали воздействию синего света в течение 15 с (фиг. 17). Обе группы дополнительно инкубировали в течение 12 ч и исследовали под флуоресцентным стереоскопом. После инкубации обе группы выявили высокий уровень экспрессии ЗФБ, что свидетельствует об успешной электропорации. Тем не менее, только в подвергнутой воздействию света группе (фиг. 17, нижний ряд) были идентифицированы mCherry-положительные экспрессирующие клетки, что указывает на то, что оптогенная система с применением одновекторной стратегии pCAGG-Optogenes бьша активирована светоиндуцируемым образом.To test the activity of the pCAGG-Optogenes vector in living chick embryos in ovo, the plasmid was cotransfected by electroporation into chick embryos at stage 14-16 H&H along with pB-RAGE-mCherry. 12 h after electroporation, the eggs of the negative control group were kept in the dark, while the embryos of the experimental group were exposed to blue light for 15 s (Fig. 17). Both groups were further incubated for 12 h and examined under a fluorescence stereoscope. After incubation, both groups showed high levels of ZPB expression, indicating successful electroporation. However, only in the light-exposed group (Fig. 17, bottom row) were mCherry-positive expressing cells identified, indicating that the optogen system using the pCAGG-Optogenes single-vector strategy was activated in a light-inducible manner.

Индукция летальности куриных эмбрионов.Induction of lethality in chicken embryos.

Чтобы продемонстрировать возможность обеспечения смертности с помощью токсина, кодирующую область DTA12, обычно используемого в качестве отрицательного селективного маркера, клонировали в экспрессионный вектор, содержащий промотор pGK, за которым следует IRES GFP (pGK-IRESGFP). Эта плазмида также служила отрицательным контролем. Область, кодирующую DTA, клонировали выше последовательности IRES с образованием pGK-DTA-IRES-GFP, который после экспрессии в клетках ингибирует синтез белка, что приводит к гибели клеток.To demonstrate the feasibility of toxin-mediated lethality, the coding region of DTA 12 , commonly used as a negative selection marker, was cloned into an expression vector containing the pGK promoter followed by the GFP IRES (pGK-IRESGFP). This plasmid also served as a negative control. The DTA coding region was cloned upstream of the IRES sequence to generate pGK-DTA-IRES-GFP, which, once expressed in cells, inhibits protein synthesis, leading to cell death.

Для исследования эффектов экспрессии DTA в куриных эмбрионах, эмбрионы на стадии 14-16 Н&Н подвергали электропорации вектором pGK-IRES-GFP в качестве отрицательного контроля или вектором pGK-DTA-IRES-GFP. Через двенадцать часов после электропорации эмбрионы анализировали в отношении экспрессии ЗФБ под флуоресцентным микроскопом (фиг. 18). Тогда как в контрольных эмбрионах ЗФБ широко экспрессировался в нервной трубке (фиг. 18), в эмбрионах, экспрессирующих DTA, экспрессия ЗФБ обнаружена не бьша, указывая на то, что синтез белка в этих клетках блокировался.To examine the effects of DTA expression in chick embryos, stage 14-16 H&H embryos were electroporated with the pGK-IRES-GFP vector as a negative control or with the pGK-DTA-IRES-GFP vector. Twelve hours after electroporation, embryos were analyzed for GPB expression under a fluorescence microscope (Fig. 18). While in control embryos ZPB was widely expressed in the neural tube (Fig. 18), in embryos expressing DTA no expression of ZPB was detected, indicating that protein synthesis in these cells was blocked.

Хотя изобретение было описано в сочетании с конкретными вариантами его осуществления, очевидно, для специалистов в данной области техники очевидно существование многих альтернативныхAlthough the invention has been described in connection with specific embodiments thereof, it will be apparent to those skilled in the art that many alternatives exist.

--

Claims (12)

вариантов, модификаций и вариаций. Соответственно, подразумевается, что оно охватывает все такие альтернативные варианты, модификации и вариации, которые соответствуют сущности и объему прилагаемой формулы изобретения.options, modifications and variations. Accordingly, it is intended to cover all such alternatives, modifications and variations that fall within the spirit and scope of the appended claims. Все публикации, патенты и патентные заявки, упомянутые в этом описании, полностью включены в изобретение посредством ссылки в той же степени, как если бы каждые отдельные публикация, патент или заявка на патент были специально и индивидуально указаны как включенные в изобретение посредством ссылка. Кроме того, цитирование или идентификацию любой ссылки в этой заявке не следует рассматривать как признание того, что такая ссылка доступна в качестве уровня техники, предшествующего данному изобретению. В той степени, в которой используются заголовки разделов, их не следует рассматривать как обязательные ограничения.All publications, patents and patent applications mentioned in this specification are hereby incorporated by reference in their entirety to the same extent as if each individual publication, patent or patent application had been specifically and individually stated to be incorporated by reference. Moreover, the citation or identification of any reference in this application should not be construed as an admission that such reference is available as prior art to this invention. To the extent that section headings are used, they should not be construed as mandatory limitations. ЛитератураLiterature 1. HAMBURGER, V. & HAMILTON, Н. L. A series of normal stages in the development of the chick embryo. J. Morphol. 88, 49-92 (1951).1. HAMBURGER, V. & HAMILTON, N. L. A series of normal stages in the development of the chick embryo. J.Morphol. 88, 49-92 (1951). 2. Nandi, S. et al. Cryopreservation of specialized chicken lines using cultured primordial germ cells. Poult. Sci. 95, 1905-1911 (2016).2. Nandi, S. et al. Cryopreservation of specialized chicken lines using cultured primordial germ cells. Poult. Sci. 95, 1905-1911 (2016). 3. van de Lavoir, M.-C. et al. Germline transmission of genetically modified primordial germ cells. Nature 441, 766-9 (2006).3. van de Lavoir, M.-C. et al. Germline transmission of genetically modified primordial germ cells. Nature 441, 766-9 (2006). 14. Karageng, L., Cinnamon, Y., Ginsburg, M. & Petitte, J. N. Origin of primordial germ cells in the prestreak chick embryo. Dev. Genet. 19, 290-301 (1996).14. Karageng, L., Cinnamon, Y., Ginsburg, M. & Petitte, J. N. Origin of primordial germ cells in the prestreak chick embryo. Dev. Genet. 19, 290-301 (1996). 5. Naito, M., Harumi, T. & Kuwana, T. Long-term culture of chicken primordial germ cells isolated from embryonic blood and production of germline chimaeric chickens.5. Naito, M., Harumi, T. & Kuwana, T. Long-term culture of chicken primordial germ cells isolated from embryonic blood and production of germline chimaeric chickens. Anim. Reprod. Sci. 153, 50-61 (2014).Anim. Reprod. Sci. 153, 50-61 (2014). 6. Clinton, M., Haines, L., Belloir, B. & McBride, D. Sexing chick embryos: a rapid and simple protocol. Br. Poult. Sci. 42, 134-8 (2001).6. Clinton, M., Haines, L., Belloir, B. & McBride, D. Sexing chick embryos: a rapid and simple protocol. Br. Poult. Sci. 42, 134-8 (2001). 7. Cinnamon, Y., Ben-Yair, R. & Kalcheim, C. Differential effects of N-cadherin- mediated adhesion on the development of myotomal waves. Development 133, 110112 (2006).7. Cinnamon, Y., Ben-Yair, R. & Kalcheim, C. Differential effects of N-cadherin-mediated adhesion on the development of myotomal waves. Development 133, 110112 (2006). 8. Cong, L. et al. Multiplex genome engineering using CRISPR/Cas systems. Science8. Cong, L. et al. Multiplex genome engineering using CRISPR/Cas systems. Science 339,819-23 (2013).339.819-23 (2013). 9. Ran, F. A. et al. Genome engineering using the CRISPR-Cas9 system. Nat. Protoc.9. Ran, F. A. et al. Genome engineering using the CRISPR-Cas9 system. Nat. Protoc. 8, 2281-2308 (2013).8, 2281-2308 (2013). 10. Gibson, D. G. et al. Enzymatic assembly of DNA molecules up to several hundred kilobases. Nat. Methods 6, 343-345 (2009).10. Gibson, D. G. et al. Enzymatic assembly of DNA molecules up to several hundred kilobases. Nat. Methods 6, 343-345 (2009). 11. Kennedy, M. J. et al. Rapid blue-light?mediated induction of protein interactions in living cells. Nat. Methods Ί, 973-975 (2010).11. Kennedy, M. J. et al. Rapid blue-light?mediated induction of protein interactions in living cells. Nat. Methods Ί, 973-975 (2010). 12. Lu, Q. R. et al. Common developmental requirement for Olig function indicates a motor neuron/oligodendrocyte connection. Cell 109, 75-86 (2002).12. Lu, Q. R. et al. Common developmental requirement for Olig function indicates a motor neuron/oligodendrocyte connection. Cell 109, 75-86 (2002). 13. Solter, D. & Knowles, В. B. Monoclonal antibody defining a stage-specific mouse embryonic antigen (SSEA-1). Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 75, 5565-9 (1978).13. Solter, D. & Knowles, V. B. Monoclonal antibody defining a stage-specific mouse embryonic antigen (SSEA-1). Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 75, 5565-9 (1978). 14. Mashiko, D. et al. Feasibility for a large scale mouse mutagenesis by injecting14. Mashiko, D. et al. Feasibility for a large scale mouse mutagenesis by injection CRISPR/Cas plasmid into zygotes. Dev. Growth Differ. 56, 122-9 (2014).CRISPR/Cas plasmid into zygotes. Dev. Growth Differ. 56, 122-9 (2014). ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯCLAIM 1. Агент для редактирования ДНК, содержащий первую последовательность нуклеиновой кислоты для индуцибельного обеспечения летального фенотипа у эмбрионов петушков в яйце птицы и вторую последовательность нуклеиновой кислоты для направления указанной первой последовательности нуклеиновой кислоты на Z-хромосому клетки птицы, причем указанная первая нуклеиновая кислота кодирует:1. A DNA editing agent comprising a first nucleic acid sequence for inducibly producing a lethal phenotype in betta embryos in a bird egg and a second nucleic acid sequence for directing said first nucleic acid sequence to the Z chromosome of a bird cell, wherein said first nucleic acid encodes: (i) белок летальности, выбранный из группы, состоящей из токсина, проапоптотического белка, белков, которые влияют на основные стадии раннего эмбриогенеза, ингибитора сигнального пути Wnt, антагониста BMP, ноггина, антагониста FGF и N-кадгерина; или(i) a lethality protein selected from the group consisting of a toxin, a proapoptotic protein, proteins that affect the main stages of early embryogenesis, a Wnt signaling pathway inhibitor, a BMP antagonist, noggin, an FGF antagonist, and N-cadherin; or - 28 043573 (ii) направляющую РНК, которая нацелена на существенный ген птицы, выбранный из группы, состоящей из BMPR1A, ВМР2, ВМР4 и FGFR1; и причем указанная вторая последовательность нуклеиновой кислоты содержит (iii) левое плечо гомологии (ЛПГ), содержащее нуклеотидную последовательность, которая по существу гомологична 5'-области, фланкирующей локус целевого гена в Z-хромосоме птицы; и (iv) правое плечо гомологии (ППГ), содержащее нуклеотидную последовательность, которая по существу гомологична 3'-области, фланкирующей указанный локус целевого гена в Z-хромосоме птицы.- 28 043573 (ii) a guide RNA that targets an essential avian gene selected from the group consisting of BMPR1A, BMP2, BMP4 and FGFR1; and wherein said second nucleic acid sequence comprises (iii) a left homology arm (LHA) comprising a nucleotide sequence that is substantially homologous to the 5' region flanking the target gene locus on the avian Z chromosome; and (iv) a right homology arm (RHH), containing a nucleotide sequence that is substantially homologous to the 3' region flanking the target gene locus on the avian Z chromosome. 2. Агент для редактирования ДНК по п.1, отличающийся тем, что указанная первая последовательность нуклеиновой кислоты дополнительно содержит:2. A DNA editing agent according to claim 1, characterized in that said first nucleic acid sequence additionally contains: последовательность, кодирующую фермент эндонуклеазы, которая функционально связана с нуклеотидной последовательностью, кодирующей переключатель, который регулирует экспрессию указанного фермента эндонуклеазы, причем указанный переключатель регулируется индуктором; и причем указанный белок летальности или указанная направляющая РНК функционально связаны с активностью указанного фермента эндонуклеазы.a sequence encoding an endonuclease enzyme that is operably linked to a nucleotide sequence encoding a switch that regulates the expression of said endonuclease enzyme, said switch being regulated by an inducer; and wherein said lethal protein or said guide RNA is operably linked to the activity of said endonuclease enzyme. 3. Агент для редактирования ДНК по п.2, отличающийся тем, что указанный индуктор является составляющей видимого света.3. The DNA editing agent according to claim 2, characterized in that said inducer is a component of visible light. 4. Агент для редактирования ДНК по п.3, отличающийся тем, что компонент видимого света представляет собой синий свет.4. The DNA editing agent according to claim 3, characterized in that the visible light component is blue light. 5. Агент для редактирования ДНК по п.1, отличающийся тем, что указанная первая последовательность нуклеиновой кислоты дополнительно содержит последовательность, кодирующую фермент РНКнаправляемой ДНК-эндонуклеазы.5. The DNA editing agent according to claim 1, characterized in that said first nucleic acid sequence further comprises a sequence encoding an RNA-guided DNA endonuclease enzyme. 6. Агент для редактирования ДНК по п.5, отличающийся тем, что указанный фермент РНКнаправляемой ДНК-эндонуклеазы выбран из группы, состоящей из цинк-пальцевых нуклеаз (ZFN, англ. zinc-finger nuclease), эффекторных нуклеаз, подобных активатору транскрипции (TALEN, англ. transcription activator-like effector nuclease), и каспазы 9.6. The DNA editing agent according to claim 5, characterized in that said RNA-guided DNA endonuclease enzyme is selected from the group consisting of zinc-finger nucleases (ZFN), transcription activator-like effector nucleases (TALENs) , English transcription activator-like effector nuclease), and caspase 9. 7. Агент для редактирования ДНК по п.1, отличающийся тем, что указанная птица выбрана из группы, состоящей из курицы, индейки, утки и перепела.7. The DNA editing agent according to claim 1, characterized in that said bird is selected from the group consisting of chicken, turkey, duck and quail. 8. Популяция клеток, содержащая клетки птицы, причем указанные клетки содержат примордиальные зародышевые клетки (ПЗК) или гаметы, и при этом указанные клетки содержат агент для редактирования ДНК по любому из пп.1-7 для обеспечения летального фенотипа у потомства мужского пола указанной птицы.8. A population of cells comprising avian cells, wherein said cells contain primordial germ cells (PGCs) or gametes, and wherein said cells contain a DNA editing agent according to any one of claims 1 to 7 to produce a lethal phenotype in the male offspring of said avian . 9. Способ получения химерной птицы, включающий введение популяции ПЗК в эмбрион птицыреципиента в условиях, достаточных для того, чтобы по меньшей мере одна из ПЗК колонизировала гонаду эмбриона птицы-реципиента, причем указанные ПЗК содержат агент для редактирования ДНК по любому из пп.1-7, с получением, таким образом, химерной птицы.9. A method for producing a chimeric bird, including introducing a population of PGCs into the embryo of a recipient bird under conditions sufficient for at least one of the PGCs to colonize the gonad of the embryo of the recipient bird, wherein said PGCs contain a DNA editing agent according to any one of claims 1- 7, thus obtaining a chimeric bird. 10. Химерная птица, полученная в соответствии со способом по п.9.10. Chimeric bird obtained in accordance with the method according to claim 9. 11. Способ уменьшения числа петушков, вылупляемых из оплодотворенных яиц птицы, включающий:11. A method for reducing the number of cockerels hatched from fertilized bird eggs, including: внесение агента для редактирования ДНК по любому из пп.1-7 в куриный эмбрион в яйце птицы для индуцибельного обеспечения летального фенотипа у эмбрионов петушков в яйце; и воздействие на указанные яйца индуктора, который обеспечивает летальный фенотип, тем самым уменьшая количество петушков, вылупляемых из оплодотворенных яиц птицы.introducing a DNA editing agent according to any one of claims 1 to 7 into a chicken embryo in a bird egg to inducibly provide a lethal phenotype in cockerel embryos in the egg; and exposing said eggs to an inducer that produces a lethal phenotype, thereby reducing the number of male birds hatched from the fertilized eggs of the bird. 12. Способ уменьшения числа петушков, вылупляемых из оплодотворенных яиц птицы, включающий:12. A method for reducing the number of cockerels hatched from fertilized bird eggs, including: спаривание самки птицы с самцом птицы, при этом первый экзогенный полинуклеотид, который функционально связан с сайтом распознавания рекомбиназы, стабильно интегрирован в Z-хромосому указанного самца птицы, причем указанный экзогенный полинуклеотид предназначен для обеспечения летального фенотипа у эмбриона петушка в яйце птицы, при этом указанный первый экзогенный полинуклеотид содержит агент для редактирования ДНК по любому из пп.1-7, а второй экзогенный полинуклеотид, кодирующий фермент рекомбиназы, стабильно интегрирован в Z-хромосому указанной самки птицы, или спаривание самки птицы с самцом птицы, при этом первый экзогенный полинуклеотид, который функционально связан с сайтом распознавания рекомбиназы, стабильно интегрирован в Z-хромосому указанной самки птицы, причем указанный первый экзогенный полинуклеотид предназначен для обеспечения летального фенотипа у эмбриона петушка в яйце птицы, при этом указанный первый экзогенный полинуклеотид содержит агент для редактирования ДНК по любому из пп.1-7, а второй экзогенный полинуклеотид, кодирующий фермент рекомбиназы, стабильно интегрирован в Z-хромосому указанного самца птицы, при этом происходит индукция летального фенотипа у эмбриона петушка в яйце птицы, тем самым уменьшая число петушков, вылупляемых из оплодотворенных яиц птицы.mating of a female bird with a male bird, wherein a first exogenous polynucleotide that is operably linked to a recombinase recognition site is stably integrated into the Z chromosome of said male bird, wherein said exogenous polynucleotide is intended to produce a lethal phenotype in a cockerel embryo in the bird's egg, wherein said the first exogenous polynucleotide comprises a DNA editing agent according to any one of claims 1 to 7, and the second exogenous polynucleotide encoding a recombinase enzyme is stably integrated into the Z chromosome of said female bird, or mating of a female bird with a male bird, wherein the first exogenous polynucleotide, which is functionally associated with the recombinase recognition site, is stably integrated into the Z chromosome of the specified female bird, and the specified first exogenous polynucleotide is intended to provide a lethal phenotype in the cockerel embryo in the bird's egg, and the specified first exogenous polynucleotide contains a DNA editing agent according to any one of paragraphs .1-7, and the second exogenous polynucleotide encoding the recombinase enzyme is stably integrated into the Z chromosome of the specified male bird, thereby inducing a lethal phenotype in the cockerel embryo in the bird's egg, thereby reducing the number of cockerels hatching from fertilized bird eggs. --
EA202090585 2017-09-19 2018-09-17 BIRDS WITH GENOME EDITED EA043573B1 (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US62/560,218 2017-09-19

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EA043573B1 true EA043573B1 (en) 2023-06-01

Family

ID=

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20170152526A1 (en) Engineering of humanized car t-cell and platelets by genetic complementation
JP6004290B2 (en) Transgenic chickens with inactivated endogenous loci
US20170223938A1 (en) Transgenic chickens with an inactivated endogenous gene locus
US20220136003A1 (en) Genome-edited birds
US20200214273A1 (en) Genome-edited birds
US20240052304A1 (en) Sterile avian embryos, production and uses thereof
US20210345592A1 (en) Genetically modified sterile avians and method for the reconstitution thereof
JP2019505218A (en) Manipulation of the humanized kidney by gene complementation
US20190045761A1 (en) Inducible disease models methods of making them and use in tissue complementation
EA043573B1 (en) BIRDS WITH GENOME EDITED
US20240130338A1 (en) Birds for producing female hatchling and methods of producing same
Idoko-Akoh Editing the genome of chicken primordial germ cells to introduce alleles and study gene function
Li ROSA26 dual fluorescent reporter pigs and generation of a porcine model for pancreatic cancer