EP1108052A1 - Method for remodelling an animal genome by zygotic transfer of a site-specific recombinase - Google Patents

Method for remodelling an animal genome by zygotic transfer of a site-specific recombinase

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Publication number
EP1108052A1
EP1108052A1 EP99940242A EP99940242A EP1108052A1 EP 1108052 A1 EP1108052 A1 EP 1108052A1 EP 99940242 A EP99940242 A EP 99940242A EP 99940242 A EP99940242 A EP 99940242A EP 1108052 A1 EP1108052 A1 EP 1108052A1
Authority
EP
European Patent Office
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sequence
recombinase
site
promoter
specific
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP99940242A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
François CUZIN
Minoo Rassoulzadegan
Frédérique VIDAL
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Institut National de la Sante et de la Recherche Medicale INSERM
Original Assignee
Institut National de la Sante et de la Recherche Medicale INSERM
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 Institut National de la Sante et de la Recherche Medicale INSERM filed Critical Institut National de la Sante et de la Recherche Medicale INSERM
Publication of EP1108052A1 publication Critical patent/EP1108052A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • AHUMAN NECESSITIES
    • A01AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01KANIMAL HUSBANDRY; AVICULTURE; APICULTURE; PISCICULTURE; FISHING; REARING OR BREEDING ANIMALS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NEW BREEDS OF ANIMALS
    • A01K67/00Rearing or breeding animals, not otherwise provided for; New or modified breeds of animals
    • A01K67/027New or modified breeds of vertebrates
    • A01K67/0275Genetically modified vertebrates, e.g. transgenic
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12NMICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N15/00Mutation or genetic engineering; DNA or RNA concerning genetic engineering, vectors, e.g. plasmids, or their isolation, preparation or purification; Use of hosts therefor
    • C12N15/09Recombinant DNA-technology
    • C12N15/87Introduction of foreign genetic material using processes not otherwise provided for, e.g. co-transformation
    • C12N15/90Stable introduction of foreign DNA into chromosome
    • C12N15/902Stable introduction of foreign DNA into chromosome using homologous recombination
    • C12N15/907Stable introduction of foreign DNA into chromosome using homologous recombination in mammalian cells
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A01AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01KANIMAL HUSBANDRY; AVICULTURE; APICULTURE; PISCICULTURE; FISHING; REARING OR BREEDING ANIMALS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NEW BREEDS OF ANIMALS
    • A01K2217/00Genetically modified animals
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
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    • C12NMICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N2800/00Nucleic acids vectors
    • C12N2800/30Vector systems comprising sequences for excision in presence of a recombinase, e.g. loxP or FRT
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12NMICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N2840/00Vectors comprising a special translation-regulating system
    • C12N2840/20Vectors comprising a special translation-regulating system translation of more than one cistron
    • C12N2840/203Vectors comprising a special translation-regulating system translation of more than one cistron having an IRES

Definitions

  • the present invention relates to a method for transferring a site-specific recombinase, in particular Cre, into its active form into an oocyte of a mammal.
  • Said recombinase is expressed under the control of a specific promoter in male germ cells having at least one specific site and remains associated with sperm chromatin.
  • This method is particularly useful for reshaping the genome of an animal, for example for inserting a foreign sequence into the genome of an animal, and for replacing one sequence with another.
  • said promoter is the Sycpl promoter
  • a mode of application makes it possible to carry out recombinations between paternal and maternal chromosomes.
  • the present invention also relates to animals capable of being obtained by this process, and to the use of these transgenic animals in the pharmaceutical, cosmetic, and food-processing industries.
  • the site specific recombination process represents a powerful tool for making predetermined changes in the animal genome.
  • Several recombination enzymes including the recombinase Cre of the bacteriophage PI (Sauer & Henderson, 1989, 1990 and Porter, 1998) catalyze a recombination event between two defined double-stranded deoxyribonucleotide sequences (LoxP target sequence for the Cre enzyme). These Cre recombination operations were carried out in cultured cells (Sauer and Henderson, 1990) and in plant cells (Albert et al. 1995), but not on the germ line of an animal.
  • the recombination reaction was most often used for the targeted "knock-out" deletion of specific genomic regions known as "floxed” by intramolecular recombination between two LoxP sites of the same molecule.
  • deletions in specific cell types have been carried out from various genetic constructions making it possible to express specifically the Cre recombinase (Brocard et al. 1997).
  • Targeted "knock-in” integration could represent a possible application of site-specific recombination and would be of great interest, but certain limitations did not allow such development.
  • a recombinase could catalyze intermolecular recombination between two DNA molecules each carrying a specific site (or recombination site) and would serve for the integration of a heterologous DNA (introduced into the cell) into a defined site ( a region of the cell's genome).
  • tissue promoters and inducible promoters have been considered to alleviate this problem (Akagi et al. 1997, Brocard et al. 1997, Gu et al. 1994, Kuhn et al. 1995, Porter, 1998, Wagner et al. 1997).
  • recombinase is only expressed in male germ cells. Unexpectedly, it remains associated with sperm chromatin and is transferred by sperm into oocytes in active form after fertilization. This ultimately allows the genome to be reshaped.
  • An additional application could be site-specific homologous meiotic recombination between paternal and maternal chromosomes. This would require the presence of the enzyme during the first division of meiosis (essentially at the pachytene stage), which is precisely the case in the experiments leading to the present invention.
  • Meiosis reduces the size of the genome and generates genetic diversity by homologous recombination, while maintaining genetic integrity through a repair process. Little is known about the transcriptional regulatory processes in the early stages of meiosis. However, studies with transgenic mice have recently led to the identification of promoters specific for male cells, for example HSP70-2 (Dix et al. 1996), Pdha-2 (Iannello et al. 1997), Pgk2 (Robinson and al. 1989), Tcp-lObt (Ewulonu et al. 1993) and Hox-a.4 (Berhinger, 1993).
  • the Sycpl gene has been identified, cloned and located on chromosome 3 of the mouse (Sage et al. 1997). Protein is a major component of the central element of the synaptonemal complex (Meu Giveaway et al. 1992). It is present exclusively during the meiosis of the male and the female from the beginning of the zygotene stage until the diplotene stage (Meu Giveaway et al. 1992, Heyting et al. 1989, Offenberg et al. 1991, Dietrich et al. 1992, Moens et al. 1992, Dobson et al. 1994). Concomitant expression of mRNA and protein shows that the regulation of expression is at the transcriptional level (Meu Giveaway et al. 1992).
  • Sycpl Unlike the above-mentioned promoters, which are expressed at relatively late stages of germline differentiation, Sycpl has the advantage of being expressed during the early phase of sperm meiosis. It was necessary to identify and select the elements responsible for the specific expression of Sycpl. Since it was not possible to establish a cell line which expresses the endogenous gene, experiments using transgenic mice were carried out. Thus, it has been found that a region of the mouse Sycpl promoter, located up to 260 bp upstream from the site of initiation of transcription of the Sycpl gene, is not only sufficient to direct the expression of a transgene during the initial period of meiosis in males, but is also the most effective in males without being active in the ovary. This Sycpl region is therefore useful for meiotic recombination between LoxP sites either carried on the same chromosome or at separate locations of the paternal and maternal chromosomes.
  • the present invention relates to a method of inserting a foreign sequence into the genome of an animal comprising the following steps: a) expression of a site-specific recombinase in the spermatocytes of a male carrying at least one site specific in its genome, said recombinase remaining associated with sperm chromatin. b) Fertilization of the oocytes and transfer of the recombinase by said spermatozoa. c) Microinjection of a recombinant DNA having the structure “specific site- foreign sequence” into the male pronucleus after fertilization.
  • said recombinase is Cre and the specific site is a LoxP site.
  • said foreign sequence comprises a gene of interest, to be expressed under the control of a promoter, optionally, tissue (s) specific.
  • the gene of interest can also have a splice acceptor element (SA), an IRES (Internai Ribosome Entry Site) sequence and / or a polyadenylation signal (for example AATAAA) and the gene of interest can code for a protein of interest or be a reporter gene for identifying specific tissue promoters.
  • SA splice acceptor element
  • IRES Internai Ribosome Entry Site
  • AATAAA polyadenylation signal
  • the subject of the invention is a method of replacing a sequence X by a sequence Y in the genome of an animal which consists in crossing a male of genotype “specific site-sequence X- specific site” whose the spermatocytes express a site-specific recombinase, said recombinase remaining associated with sperm chromatin, and then by microinjecting a molecule of structure “specific site -sequence Y- specific site” into its genome, said recombinase catalyzing the excision of the sequence X during the meiosis of the spermatocytes and the integration of the sequence Y in the specific site just after fertilization of the oocytes.
  • sequence X or sequence Y is meant any coding or non-coding sequence.
  • This method can be used for the inactivation of a gene of sequence X.
  • said recombinase can be Cre and said specific site a LoxP site and be expressed under the control of a promoter allowing efficient expression in germ cells of a mammal. During transfer, Cre therefore remains associated with chromatin.
  • Cre any Cre protein, its mutants, and variants, and any mutant and variant of the LoxP sequence, can be used in the context of the present invention.
  • Cre well known to a person skilled in the art, has been described in particular in EP 300 422 (page 4 lines 5-33) and EP 220 009 (page 3 lines 31-39), incorporated in the description by reference.
  • Numerous plasmids containing the Cre sequence are disclosed there and have been deposited in the American Tissue Culture Collection such as BSY90 (accession number ATCC 53255) and pBS39 (accession number ATCC 20772).
  • the Cre sequence can be isolated from pBS39 by the restriction enzymes Xhol and Sali. Other Recombinase / site specific systems can be used in the context of the present invention.
  • the present invention also relates to a method for transferring into a oocyte a site-specific recombinase, in particular Cre, in its active form.
  • This process consists in expressing in recombinant male germ cells the recombinase having a strong affinity for its site of action on DNA, said protein remaining associated with sperm chromatin at its specific site (for example at its LoxP site in the case of Cre), to fertilize oocytes and to transfer the protein by said spermatozoa.
  • the protein is then released in its active form during the decondensation of the chromatin after fertilization.
  • said promoter may comprise at least one sequence having at least 80% identity with the -260 / + 5 region (SEQ ID No. 1) of the mouse Sycpl promoter. This region is sufficient to effectively induce the expression of a gene of interest specifically during early meiosis of the spermatocytes of a mammal.
  • Table 1 Promoters active at different stages of spermatogenesis.
  • the present invention also relates to transgenic animals capable of being obtained by the methods described above.
  • Another object of the present invention is a nucleotide sequence making it possible to effectively promote the expression of a gene of interest during the first meiotic phase of the spermatocytes of a mammal, characterized in that it comprises at least one sequence having at least 80% identity with the sequence SEQ ID No. 1.
  • said nucleotide sequence comprises at least the sequence SEQ ID No. 1 or SEQ ID No. 2.
  • the -54 / + 5 region of the Sycpl promoter (SEQ ID No. 3) is the minimum sequence for addressing expression in spermatocytes.
  • the -260 / + 5 region is however required for expression at a maximum rate.
  • the minimal nucleotide sequence of the Sycpl promoter is defined to promote efficient and addressed expression in spermatocytes as comprising at least one sequence having at least 80% identity with the sequence SEQ TD No. 1.
  • SEQ ID No. 1 and SEQ ID No. 2 are the sequences -260 / + 5 in mice and -316 / + 5 in rats respectively.
  • this nucleotide sequence is characterized in that it comprises at least the sequence SEQ ID No. 1 or SEQ ID No. 2. It goes without saying that any sequence equivalent to the sequences SEQ ID No. 1 and SEQ ID No. 2 are covered by the present invention.
  • equivalent sequence is intended to mean any sequence of a mammalian Sycpl promoter sufficient to effectively induce the expression of a gene of interest specifically in the spermatocytes of mammals, such as for example pigs, sheep, cattle, and rodents.
  • the invention relates to a nucleotide sequence comprising at least one of said sequence fused to a sequence coding for a gene of interest.
  • the gene of interest is preferably a gene coding for a site-specific recombinase, in particular Cre. It also relates to a DNA molecule comprising at least this sequence in the form of a plasmid, a viral vector, a pseudo-vector, or a linear or circular naked DNA.
  • the present invention also relates to a transgenic animal having in its genome said nucleotide sequence allowing the expression of a gene of interest specifically in spermatocytes, preferably a site-specific recombinase, in particular Cre.
  • the recombinase remains associated with the chromatin of the spermatozoa. This animal is useful for the previously mentioned processes.
  • the present invention also relates to a method of recombination between paternal and maternal chromosomes which consists in crossing a male animal carrying in its genome one or more specific site (s), with a female animal carrying in its genome one or more site ( s) specific (s) characterized in that the recombinase, expressed during the first phase of meiosis, catalyzes the recombination between specific sites.
  • the invention relates to an animal capable of being obtained by this method and a multi-transgenic animal obtained by crossing the animals capable of being obtained by the methods described above.
  • the transgenic animal according to the invention is a mammal, in particular selected from sheep, pigs, cattle, and rodents.
  • An advantageous aspect of the present invention relates to the use of said transgenic animal for the preparation of substances useful in medicine, in cosmetics, and / or in food industry, in particular of active substances, preferably peptides or polypeptides, antibodies, antigens, hormones, or growth factors, and / or for the manufacture of food supplements.
  • active substances preferably peptides or polypeptides, antibodies, antigens, hormones, or growth factors, and / or for the manufacture of food supplements.
  • a protein of interest can be produced in mammalian milk under the control of a specific tissue promoter; for example WAP rabbit or WAP mouse (European patent application No. 92401635.5-2105).
  • Said animal can also be used as an experimental model for the identification of genes, promoters, proteins, in particular genes involved in genetic diseases, and / or for testing the action of active substances, for the preparation of organs or cells with better immunocompatibility with humans than wild-type organs or cells or capable of having a low rate of rejection by human immune defenses, and for breeding.
  • the present invention also relates to all the elements as described in the claims, said elements being incorporated in the description by reference.
  • Figure 1 specific site recombination.
  • Figure 2 homologous meiotic recombination between paternal and maternal chromosomes at a specific LoxP site.
  • Figure 3 activation of the LoxP- ⁇ geo transgene without promoter after microinjection of the Pgkl-LoxP construct.
  • the plasmid pGK-LoxP comprises a BamHI-HindIII fragment, of PGK ⁇ geobpA (Friedrich and Soriano, 1991) containing the promoter of the Pgkl gene, inserted between the BamHI (B) and HindIII (H) sites of pBS112 (Sauer and Henderson, 1990).
  • the plasmid DNA was cleaved with HindIII and Pvul (P) before microinjection, which has the effect of deleting the LoxP site at 5 '.
  • Microinjection was carried out according to standard techniques (Hogan, 1986) in fertilized eggs from the cross between a wild type female and a double transgenic male carrying the transgenes Tcp-lObt-cre and LoxP- ⁇ geo.
  • B is the control (no microinjection). No endogenous ⁇ -galactosidase activity is detected.
  • C and D are two series of eggs into which the construction described in A has been microinjected. The ⁇ -galactosidase activity is detected (coloration and arrows).
  • Figure 4 GFP specific site insertion at the Rxr ⁇ locus.
  • the plasmid was constructed by successive insertions inside the plasmid pBS112 (pBR322 containing a LoxP site, Sauer and Henderson, 1990) of the following fragments:
  • Figure 5 structure and sequence of the 5 'region of the mouse Sycpl gene
  • A- Schematic map of the 5 'region of Sycpl Exons 1 and 2 are numbered, the presence of the first ATG and the transcription initiation site (+1) are indicated. The limits of the fragments used for the construction of the different transgenic lines are shown.
  • the restriction sites are: B for BamHI, P for Pstl, S for SacII, and A for Apal.
  • Figure 6 expression of the various Sycpl / luc constructions in a somatic cell line Each bar represents the average of three experiments, each carried out three times. Error bars indicate the standard error to the mean. The statistical values were calculated using the Student test for this figure and the others. All results relate to CMV / lacZ internal control.
  • the control vector (pXPl) contains the reporter gene for luciferase without a promoter. The activity of the plasmid SV40-luc was arbitrarily fixed at 100.
  • Figure 7 the specific expression in the testes of reporter genes in transgenic lines [-722 / + 102] lacZ, [-260 / + 102] lacZ, [-260 / + 102] Iuc and [- 54 / + 102 ] luc.
  • Each bar represents the average activity of at least five transgenic males from different lots. Error bars indicate the standard error to the mean. This activity is normalized to the quantity of proteins and to the background noise of the mice not transgenic belonging to the same batch. The low level of lacZ activity is due to a high endogenous level of ⁇ galactosidase type in testicular cells.
  • Te represents the testicles, Li the liver, Sp the spleen, Ki the kidneys, He the heart and Lu the lungs.
  • Figure 8 Expression of the reporter gene Iuciferase in the testes of transgenic mice [-54 / + 102] read and [-260 / + 102] luc during their development.
  • Liver extracts were used as a negative control. Each bar represents the average of at least four transgenic males from different lots. Error bars indicate the standard error to the mean. P8 to P14 on the x-axis represent the stages of development from the eighth day to the fourteenth day.
  • Figure 9 Expression of the reporter gene read in transgenic mice [-260 / + 5] in different organs.
  • Figure 10 Expression of the reporter gene Iuciferase in the testes and liver of mice belonging to the transgenic line [-260 / + 5] during development.
  • the horizontally striped bars represent expression in the testes and the diagonal striped bars represent expression in the liver.
  • P8 to PI 5 represent the stages of development from the eighth day to the fifteenth day respectively. Error bars indicate the standard error to the average among experiments.
  • FIG 11 The Sycpl / lacZ transgenes are not expressed during meiosis in the female. PCR tests were carried out on the RNA coming from the testes of the liver of the fetal ovary El 7 of transgenic mice [-260 / + 102] lacZ and on the RNA of the fetal ovary El 6 of transgenic mice [- 1848 / + 102] lacZ. The RNA was pretreated with Dnasel and was subjected or not to digestion with RnaseA (+ and -) before the reverse transcription.
  • Sycpl transcripts are detected in RNA from adult testes and RNA from the ovaries at the embryonic stage of day sixteen (EI 6) and the seventeenth day (EI 7), but in RNA of the liver. LacZ mRNA is only detected in transgenic adult testes.
  • Cre sequences identified by PCR amplification with a pair of primers Crel and Cre2 (Rxr wild allele), Rxra ⁇ AF2 (L) (deleted allele), and Rxr ⁇ AF2 (LNL) (target allele), with RXR1 and RXRII and tk- neo, with tkneol and tkneo2 (Feil et al. 1996).
  • Column 1 corresponds to the progenitor mouse, and columns 2 to 10 represent babies belonging to the same litter.
  • Figures 13 and 14 targeted deletion of multicopy floxed genes in germ cells.
  • the DNA was prepared from various tissues originating from male double transgenic progenitor and extracted from the tail of their descendants, digested with the restriction enzyme HindIII and using the plasmid DNA of pSA ⁇ geo (column 1 to 7) or by pPGKA ⁇ geobpA (column 8 to 13) as probe, which reveals the floxed sequences and the pBR322 sequences of the Cre transgene.
  • Columns 1 to 3 were loaded with the DNA of a floxed double transgenic progenitor Sycpl -Cre / ⁇ geo (1 represents the liver, 2 the kidneys and 3 the testes).
  • Columns 4 to 6 correspond to the DNA extracted from the tails of three babies obtained with a normal mouse.
  • Column 7 corresponds to the DNA of a mouse carrying the Sycpl -Cre trangene (control).
  • Column 8 represents the DNA and column 9 the DNA of the testes of a fluxed Sucpl / Cre Pgkl double transgenic progenitor.
  • Columns 10 to 13 correspond to the DNA of the tails of four babies obtained.
  • Restriction fragments are indicated by "c” which is the fragment of Cre transgene; "in” which represents the internal fragments of the transgenes predicted from their nucleotide sequences (the respective sizes are 3.9 and 2.4 kb for ⁇ geo and 3 for Pgkl); “j” corresponds to the junction fragments with the neighboring cell sequences.
  • the transgene is represented by a single line, the chromosomal sequence by a double line, and the LoxP sites by a triangle.
  • the original method of the present invention therefore makes it possible to transfer a recombinase into the oocytes in order to rapidly and with high efficiency perform all site-specific recombination operations in the mammalian genome, in particular the insertion of a foreign sequence (knock in), sequence replacement or gene silencing, and meiotic recombination between parental chromosomes (See Figures 1 and 2).
  • This method is based on the surprising demonstration that the recombinase, expressed during meiosis, is transmitted in association with the chromatin of the sperm and is therefore capable of catalyzing a recombination of predefined site in the embryo before the first division.
  • Cre transgene is present in the father in the hemizygous state. This means that only 50% of the descendants receive it. On the other hand, all receive the enzyme associated with the gamete's chromatin, and the recombination takes place effectively and only in embryos at the 1 cell stage, which ensures the subsequent stability of the recombined LoxP sites.
  • the transgene is transmitted, the activity of the promoter is extinguished in somatic cells throughout the life of the organism, from embryonic development to its senescence.
  • the genetic modifications carried out are reproduced during development in all the cells of the organism, without detectable chimerism, said modifications remaining stable and immediately hereditary.
  • the method presented is applicable to organisms for which transgenesis techniques have so far been difficult to develop (absence of ES cell lines).
  • Cre enzyme molecules synthesized during spermatogenesis remain associated with the compacted chromatin of the spermatozoon. Inactive in this context, they can nevertheless carry out recombination between LoxP sites when returning to an unpacked nuclear structure. This operation, which can be performed on sperm under experimental conditions, takes place naturally after fertilization in the male pronucleus of the zygote.
  • fertilized eggs were obtained from wild type females crossed with hemizygous males for the Tcp-lObt-cre transgene and for a multicopy insertion of the floxed coding region of the ⁇ geo gene without promoter.
  • a construction with a LoxP site located 3 ′ of the Pgkl promoter was microinjected (FIG. 3A). according to standard techniques (Hogan, 1986). After 24 hours of culture, approximately one in four embryos reveals a positive staining with X-Gal (FIG. 3B, C, and D).
  • the expression of the ⁇ geo gene is due to the efficient integration of the promoter microinjected upstream of the coding region.
  • the locus RXRa-LoxP-GFP-LoxP resulting from the recombination is transmitted and found in somatic tissues of the offspring of females and males Cre ".
  • the expression of GFP was demonstrated by fluorescence microscopy in the skin and Among the multiple applications offered by the efficient transfer of a recombinase by sperm chromatin, reporter mice, each having a genomic locus carrying an insertion with a LoxP site and a coding region for a reporter protein ( GFP, Iuciferase, ⁇ -galactosidase) can be obtained.
  • transgene introduction in a single microinjection step can be used to identify a promoter, or to analyze a mutant promoter in a known genomic context and in all the organs of the mouse. Likewise, it is possible to insert various reporter sequences, mutated coding regions, genes coding for toxins, and any coding region of interest under the control of a given promoter.
  • FIG. 4 The method for the targeted insertion of a sequence carrying a LoxP site microinjected into the fertilized egg produced from the crossing of a double transgenic male Sycpl -Cre / LoxP is presented in FIG. 4 and is summarized below: 1) The constitution by crossing of a double transgenic mouse carrying the transgene Sycpl -Cre and a structure in which two LoxP sites surround a foreign sequence (tkneo gene);
  • IRES-GFP in a functional messenger, that of an IRES site (Internai Ribosome Entry Site) allows the translation of RNA whose 3 'end is defined by the poly-adenylation signal ("polyA") added downstream of the coding region.
  • polyA poly-adenylation signal
  • the green fluorescence characteristic of the expression of the new reporter is demonstrated in the organs known to express the Rxr ⁇ receptor.
  • the recombination efficiency was between 50 and 80% (recombinants related to the number of mice born after microinjection).
  • the process of the present invention is in no way limited to a particular region for the insertion of the transgene, to a particular transgene, to a particular promoter controlling the expression of a site-specific recombinase, or alternatively to a specific site-specific recombinase.
  • a "reporter mouse” is produced which carries a transgene comprising the LoxP-IRES-GFP-polyA sequences integrated into a chromosomal site, either by transgenesis and illegitimate recombination, or by homologous recombination.
  • the insertion upstream of cloned genomic fragments into a vector also comprising a LoxP site makes it possible, from the first generation of mice, to identify the animals, therefore the fragment which express GFP in the tissue of interest.
  • Several “reporter mice” can be used in parallel, with different reporter genes (in particular ⁇ galactosidase or Iuciferase), at different chromosomal locations. It is also possible to insert a gene of interest coding for a protein of interest expressed, for example, in mammalian milk.
  • any biologically active gene can be carried out under the transcriptional control of the promoter of interest.
  • a gene coding for a toxin in particular the diphtheria toxin, under the control of a specific tissue promoter, and thus cause the destruction of given cells possibly at a given stage of development.
  • cassettes comprising different mutants of the same sequence makes it possible to compare their properties in a constant chromosomal context, and in constant or variable physiological conditions.
  • the Scypl promoter can be used in the process according to the invention.
  • the Sycpl gene is expressed only during the prophase of the first meiotic division in male and female germ cells (MeuSullivan et al,
  • the transgenic analysis and several series of deletions inside the Sycpl promoter made it possible to define two different functional regions.
  • a strong enhancer is present between positions -260 and -54.
  • the Sycpl promoter is very advantageous as a tool for directing the expression of Cre recombinase, because its activity profile allows the genetic stability of organisms and their descendants. Cre-induced recombination at the LoxP site has been programmed to occur during meiosis in male germ cells. The Cre gene has been expressed under the transcriptional control of a promoter region of the Sycpl gene, which is active at leptotene-zygotene stage of meiosis in males.
  • Cre recombinase can be expressed at the early stage of spermatogenesis.
  • the promoter from the Sycpl gene (Synaptonemal Complex Protein 1), isolated exclusively during the early stages of meiosis, was isolated and target expression obtained during the zygotene to pachytene stages of reporter genes in transgenic mice.
  • This promoter as well as that of a later meiotic promoter (Tcp-10-bt, Ewunolu et al. 1993), was used to express the CRE enzyme during spermatogenesis in transgenic mice.
  • Tcp-10-bt a later meiotic promoter
  • the recombinase is well synthesized, but at a period when the restructuring and compacting of the chromatin begins, which is very probably the cause of the absence of recombination before the formation of the spermatozoon. Recombination of LoxP sites during meiosis.
  • any construction of recombinant chromosomes is possible from LoxP sites introduced by conventional methods of homologous recombination into the ES cell, from sites inserted by transgenesis and illegitimate recombination, or from sites introduced by addition methods. targeted.
  • a series of recombinant DNAs was constructed with different parts of the 5 ′ sequence upstream of the transcribed region of Sycpl (FIG. 5a) linked either to the gene coding for ⁇ -galactosidase or for Iuciferase.
  • a search was made for cell lines which express the Sycpl gene in order to obtain an experimental basis for the identification of the genetic elements important for expression during meiosis.
  • the three longest promoter fragments were tested based on expression of the lacZ gene. Knowing that the low level of expression by the fragment [- 54 / + 102] and that the background noise of the ⁇ -galactosidase activity in the testis extracts is relatively high (Shaper et al. 1994) the Iuciferase was used in this case as a reporter. By comparison, the expression of the Iuciferase was tested in parallel for the fragment [260 / + 102]. The results, presented in Table 2 below, demonstrate that, in each case, at least two families express the transgene exclusively in the testes. This was observed even for the mouse which carries the shortest Sycpl sequence [-54 / + 102].
  • the level of expression is lower in the families [-54 / + 102], which implies that the sequence extending to the nucleotide -54 exerts an enhancer effect in vivo, as is the case in the transfected somatic cell lines.
  • ⁇ -galactosidase The specific expression of ⁇ -galactosidase in the testes was confirmed by X-gal staining of several organs. In order to identify the cell types expressing the transgenes, the ⁇ -galactosidase activity was then analyzed in situ in sections of the testes.
  • the X-gal positive cells of [-260 / + 102] lacZ animals correspond to the second layer of germ cells located at the periphery of the tubules.
  • An over-staining with hematoxylin confirmed that the lacZ positive cells are part of the pachytene stage III-IV spermatocytes of the seminiferous epithelium cycle (Clermont et al. 1972).
  • a weaker ⁇ -galactosidase expression could be detected in certain sections. No cell staining was observed in the postmeiotic compartment of the tubules or for the early zygotene and diplotene spermatocytes.
  • the expression of the reporter genes in immature animals was measured in order to demonstrate that the expression of a transgene is identical to that of the endogenous Sycpl gene.
  • the first wave of meiosis in the juvenile testes is synchronous with the appearance of the first meiotic cells, leptotene spermatocytes, about 10 days after birth.
  • the first pachytene cells appeared in the ⁇ 4th day and the first haploid cells after three weeks (Bellvé et al. 1977).
  • the in situ analysis made it possible to detect the expression of ⁇ -galactosidase in the primary spermatocytes for the mouse [-260 / + 102] lacZ at the 13 th and 15 th day after birth, but not at the 8 th day.
  • the expression was detected only in some mice, and in cases where the result is positive, it was observed that in some tubules.
  • These results were confirmed by the measurements carried out on transgenic mice [-260 / + 102] luc. No expression of luciferase was detected before 10 ee day after birth.
  • the time profile of the luciferase activity is the same, is identical to that of the endogenous gene (Sage et al. 1997).
  • lacZ and El 7 ovaries of [261 / + 102] lacZ transgenic mice failed to detect the transcripts fused between the first Sycpl exon and the lacZ sequence, while expression of the endogenous gene was detected in the same samples ( Figure 11).
  • One possible explanation for the absence of expression is the use of an alternative Sycpl promoter in the female germ line, as was shown for the DNA methyltransferase gene (Mertineit et al. 1998).
  • Double transgenic lines, which maintain Sycpl -Cre with a floxed transgene were obtained by crossing a Sycpl -Cre mouse with a mouse whose genome carries a floxed transgene.
  • Techniques for integrating a floxed transgene into the genome of a mammal are described in particular in Kuhn and Schwenk, 1997, Galli-Taliadoros et al. 1995, and Feil et al. 1996.
  • two target sites were created by microinjection inside the fertilized eggs of cloned DNA: a tandem repetition of a ⁇ geo sequence flanked by LoxP site (Friedrich and Soriano, 1991) and a tandem insertion at low copy number (less than two copies) of an active promoter (LoxP -Pgkl).
  • a third target site corresponds to the Rxr ⁇ ⁇ AF2 (LNL) allele (Feil et al. 1996), wherein a cassette LoxP-tk-neo-loxP has been inserted by homologous recombination into the 8 intron me RXRa.
  • "Southern blot" hybridization indicates total stability of these loci in somatic organs.
  • the promoter of one of the genes of the Tcp-lObt t locus was also used to direct the expression of the Cre recombinase in male germ cells.
  • reporter genes for example the gene coding for ⁇ -galactosidase
  • Cre For this purpose, two independent lines carrying the Tcp-lObt-Cre transgene have been established. We first examined the activity of the Cre enzyme in three different types of "floxed" transgenic mice. Whatever the constructions, a gene without promoter ( ⁇ -geo), a promoter which is not active in the testis (pgk-1) in multiple copies or the tk-neo cassette in single copy introduced by homologous recombination into the Rxr ⁇ locus, these remain completely intact in the male germ cells (including in the spermatozoa purified from epidydime).
  • ⁇ -geo a promoter which is not active in the testis
  • pgk-neo cassette in single copy introduced by homologous recombination into the Rxr ⁇ locus
  • the relatively simple operation consists in establishing by crossing a male carrying two transgenes. One is Tcp-IObt-Cre, the second is at least a LoxP site at a chromosomal locus (if the locus contains two LoxP sequences, the floxed region will be eliminated during decompaction, reducing to the case of a single site) .
  • the Cre enzyme will only be synthesized in the late stage of meiosis, but will be present in all haploid cells, the Cre gene itself being inherited by only 50% of gametes.
  • the efficiency of this integration was measured with two different combinations of insert and recipient locus: integration of a promoter (pgkl) upstream of a lacZ coding sequence of the c-myc promoter upstream of the same sequences. In both cases, the integration efficiency at the target site was equal to or greater than 50% of births.
  • Example 1 Cell culture and transfection experiments.
  • the BALB / 3T3 cell line (clone A31 American Type Culture Collection No. CCL-163) and was transfected with 2 ⁇ g of the chimeric promoter with 0.1 ⁇ g of a CMV-lacZ Control construction, using the calcium phosphate co-precipitation method (Sambrook et al. 1989). 2 x 10 4 cells were inoculated per 35 mm dish. The enzymatic tests were carried out two days after the transfection.
  • Example 2 Microinjection and analysis of transgenic mice.
  • transgenic mice were generated by microinjection of a plasmid DNA inside the fertilized eggs according to techniques commonly used by those skilled in the art (Hogan et al. 1986). Verification of the foreign animals was carried out by Southern and / or Dot blot analysis of the DNA end (Sambrook et al. 1989). All the transgenic families were generated and maintained in a C57BL / 6xDBA / 2 FI genetic background.
  • the rat genomic clones were isolated by screening a genomic library (Sambrook et al. 1989) in a lambda DASH vector (stratagene) with a rat cDNA primer (Meu Giveaway et al. 1992).
  • PCR amplifications were carried out using internal oligonucleotides of 18 bp 5 ′ primer in conjunction with the T3 primer on the same BamHI-SacII fragment subcloned in pBluescript.
  • the PCR fragments were cloned into the vector pBluescript KS (-), verified by sequencing and transferred to the EcoRI-Xhol sites of the plasmid pnass ⁇ .
  • the same promoter fragments were then transferred to the reporter gene Iuciferase in the plasmid pXPl (Lee et al. 1994) (these plasmids have the same names as before with "read” instead of "lacZ”.
  • An additional plasmid has was constructed with the 5 'sequences upstream between positions -260 and +5.
  • a PCR fragment was amplified with the same 5' primer used for the chimera [-260 / + 102) lacZ, the other primer covers the site Sycpl transcription initiation (position + 5 / - 15). This 275 bp fragment was subcloned into pXPl to form the plasmid [-260 / + 5] luc.
  • RNA was prepared according to the isothiocyanate method (Chomezynski et al. 1987). Control RNA and Myb ⁇ ' A mouse samples were used (Toscani et al. 1997). Fetal ovaries from a pregnant female were collected, and in order to ensure that the RNA preparations are comparable, the same amount of testis and liver was used. The total RNA was treated with DNasel (Boehringer), then extracted with phenol and precipitated with ethanol. 2 ⁇ g of RNA was reverse transcribed and amplified using the Titan kit from Boringer. With regard to the control reactions, the RNA was pretreated with RnaseA.
  • the sequences of the primers used to detect the Sycpl transcripts correspond to positions 115-135 and 495-475 in the cDNA (Sage et al. 1995), leading to a product 380 bp long.
  • the oligonucleotides used to detect the fusion transcripts between them Sycpl and lacZ is found at position 50-68 in the cDNA of Sycpl and at position 444-425 in the lacZ reporter of the plasmid pnass ⁇ .
  • the conditions of the PCR cycles were 30 seconds at 94 ° C, one minute at 55 ° C and 30 seconds at 72 ° C for 32 cycles.
  • the products of this reaction were hybridized with an internal probe (position 245-265 in the cDNA Sycpl and 358-378 in the plasmid pnass ⁇ .
  • the cDNA fragments Sycpl -lacZ were subcloned in pBluescript and sequenced in order to confirm the correct splicing of the SV40 intron.
  • the 5 'end of the Sycpl gene in oocytes was determined using the 5' RACE kit from Boehringer following the procedure previously described in Sage et al. 1997.
  • the Sycpl -Cre plasmid was constructed in two stages. A fragment of the promoter [-722 / + 102] of the Sycpl gene extending from -722 to +102 relative to the site of initiation of transcription (Sage et al. 1997, see above) was transferred into the plasmid pBluescript KS (Stratagene) between the EcoRI and Xhol sites. The coding sequence for the Cre recombinase (Genebank accession number XO3453) and a polyadenylation signal was then inserted into the first plasmid digested with the restriction enzymes Sali and Kpnl. In the plasmid p ⁇ geo-LoxP (Friedrich and Soriano
  • the ⁇ geo fusion gene was integrated between two LoxP site sites.
  • This plasmid was constructed by inserting a HindIII-BamHI fragment corresponding to the coding sequence originating from the plasmid p ⁇ geo inside the HindII-BamHI sites of a plasmid pBS112 containing two LoxP sites (Friedrich and Soriano 1991).
  • the promoter of the mouse Pgkl gene accesion number
  • Genebank M18735 is inserted between two LoxP sites. This plasmid was constructed by inserting the Pgkl promoter inside the HindIII-BamHI sites of pBSl 12.
  • the transgenic mice were obtained by microinjection of the chimeras linearized by Pvul inside the fertilized eggs according to techniques well known to those skilled in the art (Hogan et al. 1986).
  • the DNA was purified on Qiagen columns in accordance with the manufacturer's instructions, then linearized, and suspended at a concentration of 5 ng / ⁇ l in sterile water before microinjection. Verification of the transgenic animals was carried out by Southern and / or dot blot analysis of the DNA extracted from the tail of the mice. All the transgenic families were generated and maintained in a C57BL / 6 x DBA / 2 FI genetic background.
  • the mutant N 2 O 4 has a cassette LoxP-tk-neo-loxP, inserted by homologous recombination inside the 8 th intron of the gene RXRalpha (Feil et al. 1996).
  • Example 11 Expression of the Cre Transgenes
  • the level of Cre mRNA was estimated by reverse transcriptase analysis (RT-PCR). Isolation of RNA from the brain, kidney liver and testes was performed using phenol acid extraction. The total RNA preparations were treated with DNasel (purified of any residual RNase) and the cDNA was synthesized for 30 minutes at 50 ° C using 50 IU of the reverse transcriptase of the murine Moloney leukemia virus ( Boehringer Mannheim) using 1 ⁇ g of RNA as a template.
  • RT-PCR reverse transcriptase analysis
  • Crel (5'-TGA TGG ACA TGT TCA GGG ATC-3 ') (SEQ ID n ° 4) and Cre2 (5'- CAG CCA CCA GCT TGC ATG A -3 ') (SEQ ID No. 5) constituting a fragment of the Cre cDNA of 865 bp.
  • the end of the mouse DNA was prepared as described in Hogan et al. 1986 and analyzed by slot blot hybridization using a series of probes.
  • the Cre probe can be obtained by PCR amplification of any plasmid which contains the open complete reading phase for the Cre protein using the primers Crel and Cre2. All these fragments were purified twice on agarose gel. Probes can also be prepared from the sequences of the "floxed" transgene.
  • Southern blot analysis was carried out according to techniques well known to those skilled in the art (Sambrook et al, 1989). The DNA was digested overnight with the restriction enzymes indicated above (ten times in excess). The DNA fragments were then subjected to electrophoresis and transferred to nitrocellulose. The hybridizations were carried out using the radiolabelled pSA ⁇ geo or pPK ⁇ geobpa plasmids (Soriano et al, 1991). In addition to the "floxed transgenes", the sequences of the plasmid pBr322 present in these chimeras allow the detection of the Cre transgene.
  • the visualization of the excision of the floxed tkneo marker of the target allele Rxr ⁇ AAF2 (I ⁇ ) was used using the primers RXR1 (5'- CCA GGA GCC TCC TTT CTC CA-3 ') (SEQ ID No. 8 ) and RXR2 (5'- CCT GCT CTA CCT GGT GAC TT-3 ') (SEQ ID n ° 9). These primers amplified a fragment of 156 bp from the wild type Rxr ⁇ allele and a fragment of 190 bp from the recombinant allele Rxr ⁇ ⁇ AF2 L) . The amplified products were analyzed by electrophoresis on 2% agarose gel.
  • a cell- and developmental stage-specific promoter drives the expression of a truncated c- kit protein during mouse spermatid elongation. Development 122, 1291-1302.
  • Dicistronic trageting constructs reporters and modifiers of mammalian gene expression. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 91, 4303-4307.
  • a 252 bp upstream region of the rat spermatocyte-specific hst70 gene is sufficient to promote expression of the hst70-CAT hybrid gene in testis and brain of transgenic mice. Biochim Biophys Acta 1264, 191-200.

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Abstract

The invention concerns a method for transferring into a mammal's oocyte a site-specific, in particular Cre-mediated, recombinase in its active form. Said recombinase is expressed under the control of a specific promoter in male germinal cells comprising at least a specific site and remains associated with the spermatozoid chromatin. Said method is particularly useful for remodelling an animal genome, for instance for inserting a foreign sequence into an animal genome, and for replacing a sequence by another. In the event where said promoter is a Sycp 1 promoter, an application mode enables to recombine paternal and maternal chromosomes. The invention also concerns animals obtainable by said method, and the use of said transgenic animals in pharmaceutical, cosmetic or agri-food industries.

Description

PROCEDE POUR REMODELER LE GENOME D'UN ANIMAL PAR TRANSFERT ZYGOTIQUE D'UNE RECOMBINASE SPECIFIQUE DE SITE. METHOD FOR RESHAPING THE GENOME OF AN ANIMAL BY ZYGOTIC TRANSFER OF A SITE SPECIFIC RECOMBINASE.
La présente invention concerne un procédé pour transférer dans un oocyte d'un mammifère une recombinase spécifique de site, en particulier Cre, sous sa forme active. Ladite recombinase est exprimée sous le contrôle d'un promoteur spécifique dans des cellules germinales mâles comportant au moins un site spécifique et reste associée à la chromatine des spermatozoïdes. Ce procédé est particulièrement utile pour remodeler le génome d'un animal, par exemple pour insérer une séquence étrangère dans le génome d'un animal, et pour remplacer une séquence par une autre. Dans le cas où ledit promoteur est le promoteur Sycpl, un mode d'application permet de réaliser des recombinaisons entre chromosomes paternels et maternels. La présente invention porte également sur les animaux susceptibles d'être obtenus par ce procédé, et sur l'utilisation de ces animaux transgéniques dans les industries pharmaceutiques, cosmétiques, et agro-alimentaire.The present invention relates to a method for transferring a site-specific recombinase, in particular Cre, into its active form into an oocyte of a mammal. Said recombinase is expressed under the control of a specific promoter in male germ cells having at least one specific site and remains associated with sperm chromatin. This method is particularly useful for reshaping the genome of an animal, for example for inserting a foreign sequence into the genome of an animal, and for replacing one sequence with another. In the case where said promoter is the Sycpl promoter, a mode of application makes it possible to carry out recombinations between paternal and maternal chromosomes. The present invention also relates to animals capable of being obtained by this process, and to the use of these transgenic animals in the pharmaceutical, cosmetic, and food-processing industries.
Le procédé de recombinaison site spécifique représente un outil puissant pour effectuer des modifications prédéterminées dans le génome des animaux. Plusieurs enzymes de recombinaison, dont la recombinase Cre du bactériophage PI (Sauer & Henderson, 1989, 1990 et Porter, 1998) catalysent un événement de recombinaison entre deux séquences désoxyribonucléotidiques double brin définies (séquence cible LoxP pour l'enzyme Cre). Ces opérations de recombinaison par Cre ont été réalisées dans des cellules en culture (Sauer et Henderson, 1990) et dans les cellules des plantes (Albert et al. 1995), mais pas sur la lignée germinale d'un animal.The site specific recombination process represents a powerful tool for making predetermined changes in the animal genome. Several recombination enzymes, including the recombinase Cre of the bacteriophage PI (Sauer & Henderson, 1989, 1990 and Porter, 1998) catalyze a recombination event between two defined double-stranded deoxyribonucleotide sequences (LoxP target sequence for the Cre enzyme). These Cre recombination operations were carried out in cultured cells (Sauer and Henderson, 1990) and in plant cells (Albert et al. 1995), but not on the germ line of an animal.
La réaction de recombinaison a été le plus souvent utilisée pour la délétion ciblée "knock-out" de régions génomiques spécifiques dites « floxées » par recombinaison intramoléculaire entre deux sites LoxP d'une même molécule. En particulier, des délétions dans des types cellulaires déterminés ont été réalisées à partir de diverses constructions génétiques permettant de faire exprimer spécifiquement la recombinase Cre (Brocard et al. 1997). L'intégration ciblée "knock-in" pourrait représenter une possible application de la recombinaison spécifique de site et serait d'un grand intérêt, mais certaines limitations n'ont pas permis un tel développement. De manière générale, une recombinase pourrait catalyser une recombinaison intermoléculaire entre deux molécules d'ADN portant chacune un site spécifique (ou site de recombinaison) et servirait à l'intégration d'un ADN hétérologue (introduit dans la cellule) en un site défini (une région du génome de la cellule).The recombination reaction was most often used for the targeted "knock-out" deletion of specific genomic regions known as "floxed" by intramolecular recombination between two LoxP sites of the same molecule. In particular, deletions in specific cell types have been carried out from various genetic constructions making it possible to express specifically the Cre recombinase (Brocard et al. 1997). Targeted "knock-in" integration could represent a possible application of site-specific recombination and would be of great interest, but certain limitations did not allow such development. In general, a recombinase could catalyze intermolecular recombination between two DNA molecules each carrying a specific site (or recombination site) and would serve for the integration of a heterologous DNA (introduced into the cell) into a defined site ( a region of the cell's genome).
L'application à la lignée germinale d'un mammifère pourrait être envisagée chez les mammifères par les méthodes actuellement disponibles, mais l'opération exigerait une suite de longues étapes techniquement difficiles, impliquant la sélection de clones recombinants dans des cellules ES en culture, l'obtention de chimères germinales, et une série de croisements avant l'obtention d'une lignée recombinante stable. D'une part, le temps requis pour l'ensemble de ces opérations se chiffrerait en mois, sinon en années et le rendement serait faible. D'autre part, la sélection des clones recombinants exigerait l'introduction de gènes de résistance à des antibiotiques. Ces sélections pourraient introduire des distorsions imprévisibles de l'expression génétique.Application to the germ line of a mammal could be envisaged in mammals by the methods currently available, but the operation would require a series of long technically difficult steps, involving the selection of recombinant clones in ES cells in culture, l 'germinal chimeras, and a series of crosses before obtaining a stable recombinant line. On the one hand, the time required for all of these operations would be calculated in months, if not in years, and the yield would be low. On the other hand, the selection of recombinant clones would require the introduction of antibiotic resistance genes. These selections could introduce unpredictable distortions of gene expression.
En l'état actuel de la technique, les mutations introduites par recombinaison homologue ou excision sont fréquemment létales pour les animaux. De ce fait, l'effet de ces mutations dans la lignée germinale mâle ne peut être évalué puisque le processus cyclique de la spermatogenèse implique un nombre de gènes de régulation qui exercent des fonctions critiques dans d'autres organes. Un exemple de cette situation a été décrit pour le gène Brcal (Gowen et al. 1996, Zabludoff et al. 1996). Cette limitation peut être surmontée en établissant un contrôle spatial et temporel de l'expression de la recombinase. L'utilisation de promoteurs de tissus spécifiques et de promoteurs inductibles, l'utilisation de vecteurs adénoviraux et de formes de la recombinase activées par des hormones ont été considérées pour palier ce problème (Akagi et al. 1997, Brocard et al. 1997, Gu et al. 1994, Kuhn et al. 1995, Porter, 1998 , Wagner et al. 1997).In the current state of the art, mutations introduced by homologous recombination or excision are frequently lethal to animals. Therefore, the effect of these mutations in the male germ line cannot be assessed since the cyclic process of spermatogenesis involves a number of regulatory genes which perform critical functions in other organs. An example of this situation has been described for the Brcal gene (Gowen et al. 1996, Zabludoff et al. 1996). This limitation can be overcome by establishing spatial and temporal control of the expression of the recombinase. The use of specific tissue promoters and inducible promoters, the use of adenoviral vectors and forms of recombinase activated by hormones have been considered to alleviate this problem (Akagi et al. 1997, Brocard et al. 1997, Gu et al. 1994, Kuhn et al. 1995, Porter, 1998, Wagner et al. 1997).
Ces problèmes sont résolus par la présente invention puisque la recombinase, n'est exprimée que dans les cellules germinales mâles. De manière inattendue, elle reste associée à la chromatine des spermatozoïdes et est transférée par les spermatozoïdes dans les oocytes sous forme active après la fécondation. Ceci permet in fine de remodeler le génome.These problems are solved by the present invention since recombinase is only expressed in male germ cells. Unexpectedly, it remains associated with sperm chromatin and is transferred by sperm into oocytes in active form after fertilization. This ultimately allows the genome to be reshaped.
Une application supplémentaire pourrait être la recombinaison méiotique homologue spécifique de site entre chromosomes paternels et maternels. Ceci exigerait la présence de l'enzyme pendant la première division de méiose (essentiellement au stade pachytène), ce qui est précisément le cas dans les expériences menant à la présente invention.An additional application could be site-specific homologous meiotic recombination between paternal and maternal chromosomes. This would require the presence of the enzyme during the first division of meiosis (essentially at the pachytene stage), which is precisely the case in the experiments leading to the present invention.
La méiose réduit la taille du génome et génère une diversité génétique par recombinaison homologue, tout en maintenant l'intégrité génétique par un processus de réparation. Il existe peu de connaissances concernant les processus de régulation transcriptionnelle lors des premiers stades de la méiose. Cependant, des études avec des souris transgéniques ont conduit récemment à l'identification de promoteurs spécifiques des cellules mâles, par exemple HSP70-2 (Dix et al. 1996), Pdha-2 (Iannello et al. 1997), Pgk2 (Robinson et al. 1989), Tcp-lObt (Ewulonu et al. 1993) et Hox-a.4 (Berhinger, 1993).Meiosis reduces the size of the genome and generates genetic diversity by homologous recombination, while maintaining genetic integrity through a repair process. Little is known about the transcriptional regulatory processes in the early stages of meiosis. However, studies with transgenic mice have recently led to the identification of promoters specific for male cells, for example HSP70-2 (Dix et al. 1996), Pdha-2 (Iannello et al. 1997), Pgk2 (Robinson and al. 1989), Tcp-lObt (Ewulonu et al. 1993) and Hox-a.4 (Berhinger, 1993).
L'adressage de l'expression de Cre vers la lignée germinale, publié dansAddressing Cre expression to the germ line, published in
O'Gorman et al. 1997, utilise le promoteur de la protamine Prml, qui est actif seulement après la méiose. Lors des expériences décrites dans cette publication, aucun transfert zygotique de Cre n'a été observé. Or, dans le cadre de la présente invention, on a trouvé que le transfert peut être mis en évidence dès lors qu'un site spécifique LoxP est présent dans le génome des spermatozoïdes.O'Gorman et al. 1997, uses the protamine promoter Prml, which is active only after meiosis. During the experiments described in this publication, no zygotic transfer of Cre was observed. However, in the context of the present invention, it has been found that the transfer can be demonstrated as soon as a specific LoxP site is present in the genome of the spermatozoa.
Le gène Sycpl a été identifié, clone et localisé sur le chromosome 3 de la souris (Sage et al. 1997). La protéine est un composant majeur de l'élément central du complexe synaptonemal (Meuwissen et al. 1992). Elle est présente exclusivement pendant la méiose du mâle et de la femelle du début du stade zygotène jusqu'au stade diplotène (Meuwissen et al. 1992, Heyting et al. 1989, Offenberg et al. 1991, Dietrich et al. 1992, Moens et al. 1992, Dobson et al. 1994). L'expression concomitante de l'ARNm et de la protéine montre que la régulation de l'expression se situe au niveau transcriptionnel (Meuwissen et al. 1992).The Sycpl gene has been identified, cloned and located on chromosome 3 of the mouse (Sage et al. 1997). Protein is a major component of the central element of the synaptonemal complex (Meuwissen et al. 1992). It is present exclusively during the meiosis of the male and the female from the beginning of the zygotene stage until the diplotene stage (Meuwissen et al. 1992, Heyting et al. 1989, Offenberg et al. 1991, Dietrich et al. 1992, Moens et al. 1992, Dobson et al. 1994). Concomitant expression of mRNA and protein shows that the regulation of expression is at the transcriptional level (Meuwissen et al. 1992).
Contrairement aux promoteurs ci-dessus mentionnés, qui sont exprimés à des stades relativement tardifs de la différenciation germinale, Sycpl présente l'intérêt d'être exprimé lors de la phase précoce de la méiose des spermatocytes. Il a été nécessaire d'identifier et de sélectionner les éléments responsables de l'expression spécifique de Sycpl. Vu qu'il n'a pas été possible d'établir une lignée cellulaire qui exprime le gène endogène, des expériences à partir de souris transgéniques ont été effectuées. Ainsi, on a trouvé qu'une région du promoteur de Sycpl de souris, localisée jusqu'à 260 pb en amont du site d'initiation de la transcription du gène Sycpl, est non seulement suffisante pour diriger l'expression d'un transgène pendant la période initiale de la méiose chez le mâle, mais est aussi est la plus efficace chez les mâles sans pour autant être active dans l'ovaire. Cette région de Sycpl se trouve donc utile pour la recombinaison méiotique entre des sites LoxP soit portés sur le même chromosome, soit à des localisations distinctes des chromosomes paternels et maternels.Unlike the above-mentioned promoters, which are expressed at relatively late stages of germline differentiation, Sycpl has the advantage of being expressed during the early phase of sperm meiosis. It was necessary to identify and select the elements responsible for the specific expression of Sycpl. Since it was not possible to establish a cell line which expresses the endogenous gene, experiments using transgenic mice were carried out. Thus, it has been found that a region of the mouse Sycpl promoter, located up to 260 bp upstream from the site of initiation of transcription of the Sycpl gene, is not only sufficient to direct the expression of a transgene during the initial period of meiosis in males, but is also the most effective in males without being active in the ovary. This Sycpl region is therefore useful for meiotic recombination between LoxP sites either carried on the same chromosome or at separate locations of the paternal and maternal chromosomes.
L'ensemble des opérations nécessaires à la mise en oeuvre de la présente invention n'exige qu'une série de microinjections et réimplantations, technique aujourd'hui de routine, sur un nombre limité d'oeufs fécondés (une portée est le plus souvent suffisante). Contrairement à une opération menée à partir de cellules ES, la procédure présentée n'implique pas l'utilisation de systèmes de sélection, et le temps nécessaire à l'obtention de la souris recombinante est de quelques semaines, ce qui est considérablement plus rapide que pour la sélection de recombinants. En outre, les animaux transgéniques obtenus et leurs descendances sont totalement stables.All the operations necessary for the implementation of the present invention require only a series of microinjections and reimplantation, a technique which is now routine, on a limited number of fertilized eggs (a range is most often sufficient). ). Unlike an operation carried out using ES cells, the procedure presented does not involve the use of selection systems, and the time required to obtain the recombinant mouse is a few weeks, which is considerably faster than for the selection of recombinants. In addition, the transgenic animals obtained and their progenies are completely stable.
Ainsi, aucun des documents de la technique antérieure ne décrit, ni ne suggère la présente invention telle que définie ci-dessous. DescriptionThus, none of the documents of the prior art describes or suggests the present invention as defined below. Description
Ainsi, la présente invention concerne un procédé d'insertion d'une séquence étrangère dans le génome d'un animal comprenant les étapes suivantes : a) expression d'une recombinase spécifique de site dans les spermatocytes d'un mâle portant au moins un site spécifique dans son génome, ladite recombinase restant associée à la chromatine des spermatozoïdes. b) Fécondation des oocytes et transfert de la recombinase par lesdits spermatozoïdes. c) Microinjection d'un ADN recombinant possédant la structure « site spécifique- séquence étrangère » dans le pronucleus mâle après fécondation. d) Insertion du transgène d'intérêt au site spécifique dans le génome dans le pronucleus mâle de l'embryon au stade 1 cellule, catalysée par la recombinase libérée lors de la décondensation de la chromatine du spermatozoïde.Thus, the present invention relates to a method of inserting a foreign sequence into the genome of an animal comprising the following steps: a) expression of a site-specific recombinase in the spermatocytes of a male carrying at least one site specific in its genome, said recombinase remaining associated with sperm chromatin. b) Fertilization of the oocytes and transfer of the recombinase by said spermatozoa. c) Microinjection of a recombinant DNA having the structure “specific site- foreign sequence” into the male pronucleus after fertilization. d) Insertion of the transgene of interest at the specific site in the genome in the male pronucleus of the embryo at stage 1 cell, catalyzed by the recombinase released during the decondensation of the chromatin of the spermatozoon.
Avantageusement, ladite recombinase est Cre et le site spécifique est un site LoxP.Advantageously, said recombinase is Cre and the specific site is a LoxP site.
Dans ce procédé, ladite séquence étrangère comporte un gène d'intérêt, à exprimer sous le contrôle d'un promoteur éventuellement tissu(s) spécifique. Le gène d'intérêt peut posséder en outre un élément accepteur d'épissage (SA), une séquence IRES (Internai Ribosome Entry Site) et/ou un signal de polyadénylation (par exemple AATAAA) et le gène d'intérêt peut coder pour une protéine d'intérêt ou être un gène rapporteur permettant d'identifier des promoteurs tissus spécifiques.In this process, said foreign sequence comprises a gene of interest, to be expressed under the control of a promoter, optionally, tissue (s) specific. The gene of interest can also have a splice acceptor element (SA), an IRES (Internai Ribosome Entry Site) sequence and / or a polyadenylation signal (for example AATAAA) and the gene of interest can code for a protein of interest or be a reporter gene for identifying specific tissue promoters.
Dans un autre aspect, l'invention a pour objet un procédé de remplacement d'une séquence X par une séquence Y dans le génome d'un animal qui consiste à croiser un mâle de génotype «site spécifique-séquence X- site spécifique » dont les spermatocytes expriment une recombinase spécifique de site, ladite recombinase restant associée à la chromatine des spermatozoïdes, puis à introduire par microinjection une molécule de structure « site spécifique -séquence Y- site spécifique » dans son génome, ladite recombinase catalysant l'excision de la séquence X pendant la méiose des spermatocytes et l'intégration de la séquence Y dans le site spécifique juste après fécondation des oocytes. On entend par séquence X ou séquence Y, n'importe quelle séquence codante ou non codante. Ce procédé peut être utilisé pour l'inactivation d'un gène de séquence X. Selon les procédés évoqués supra et pour la suite de la description de l'invention, ladite recombinase peut être Cre et ledit site spécifique un site LoxP et être exprimée sous le contrôle d'un promoteur permettant une expression efficace dans les cellules germinales d'un mammifère. Lors du transfert, Cre demeure donc associée à la chromatine.In another aspect, the subject of the invention is a method of replacing a sequence X by a sequence Y in the genome of an animal which consists in crossing a male of genotype “specific site-sequence X- specific site” whose the spermatocytes express a site-specific recombinase, said recombinase remaining associated with sperm chromatin, and then by microinjecting a molecule of structure “specific site -sequence Y- specific site” into its genome, said recombinase catalyzing the excision of the sequence X during the meiosis of the spermatocytes and the integration of the sequence Y in the specific site just after fertilization of the oocytes. By sequence X or sequence Y is meant any coding or non-coding sequence. This method can be used for the inactivation of a gene of sequence X. According to the methods mentioned above and for the remainder of the description of the invention, said recombinase can be Cre and said specific site a LoxP site and be expressed under the control of a promoter allowing efficient expression in germ cells of a mammal. During transfer, Cre therefore remains associated with chromatin.
N'importe quelle protéine Cre, ses mutants, et variants, et n'importe quel mutant et variant de la séquence LoxP, peuvent être utilisés dans le cadre de la présente invention. Cre, bien connue de l'homme du métier, a été décrite notamment dans EP 300 422 (page 4 lignes 5-33) et EP 220 009 (page 3 lignes 31-39), incorporés dans la description par référence. De nombreux plasmides contenant la séquence de Cre y sont divulgués et ont été déposés à l'American Tissue Culture Collection tels que BSY90 (n° d'accession ATCC 53255) et pBS39 (n° d'accession ATCC 20772). La séquence de Cre peut être isolée de pBS39 par les enzymes de restriction Xhol et Sali. D'autres systèmes Recombinase/site spécifique peuvent être utilisés dans le cadre de la présente invention. On peut citer notamment le système FLP/FRT dérivé de Saccharomyces cerevisiae, le système S/RS de Zygosaccharomyces rouxii et le système Gin/gix dérivé du bactériophage Mu qui sont décrits dans EP 814 165, incorporé dans la description par référence.Any Cre protein, its mutants, and variants, and any mutant and variant of the LoxP sequence, can be used in the context of the present invention. Cre, well known to a person skilled in the art, has been described in particular in EP 300 422 (page 4 lines 5-33) and EP 220 009 (page 3 lines 31-39), incorporated in the description by reference. Numerous plasmids containing the Cre sequence are disclosed there and have been deposited in the American Tissue Culture Collection such as BSY90 (accession number ATCC 53255) and pBS39 (accession number ATCC 20772). The Cre sequence can be isolated from pBS39 by the restriction enzymes Xhol and Sali. Other Recombinase / site specific systems can be used in the context of the present invention. Mention may in particular be made of the FLP / FRT system derived from Saccharomyces cerevisiae, the S / RS system of Zygosaccharomyces rouxii and the Gin / gix system derived from bacteriophage Mu which are described in EP 814 165, incorporated in the description by reference.
La présente invention concerne également un procédé pour transférer dans un oocyte une recombinase spécifique de site, notamment Cre, sous sa forme active. Ce procédé consiste à faire exprimer dans les cellules germinales mâles la recombinase possédant une forte affinité pour son site d'action sur l'ADN, ladite protéine restant associée à la chromatine des spermatozoïdes en son site spécifique (par exemple en son site LoxP dans le cas de Cre), à fertiliser des oocytes et à transférer la protéine par lesdits spermatozoïdes. La protéine est ensuite libérée sous sa forme active lors de la décondensation de la chromatine après la fécondation.The present invention also relates to a method for transferring into a oocyte a site-specific recombinase, in particular Cre, in its active form. This process consists in expressing in recombinant male germ cells the recombinase having a strong affinity for its site of action on DNA, said protein remaining associated with sperm chromatin at its specific site (for example at its LoxP site in the case of Cre), to fertilize oocytes and to transfer the protein by said spermatozoa. The protein is then released in its active form during the decondensation of the chromatin after fertilization.
Parmi les promoteurs qui permettent une expression efficace dans les cellules germinales d'un mammifère, on retient notamment les promoteurs Sycpl (N° d'accession dans les banques de données U 35665), Tcp-lObt (M 84175), Pgk-2, HSP- 70-2, Pdha-2 ou Prml (X 07626), ou au moins une région de ces promoteurs. Par exemple, ledit promoteur peut comporter au moins une séquence ayant au moins 80 % d'identité avec la région -260/+5 (SEQ ID n° 1) du promoteur Sycpl de souris. Cette région est suffisante pour induire efficacement l'expression d'un gène d'intérêt spécifiquement lors de la méiose précoce des spermatocytes d'un mammifère.Among the promoters which allow efficient expression in the germ cells of a mammal, there are in particular the promoters Sycpl (accession number in the databases U 35665), Tcp-lObt (M 84175), Pgk-2, HSP- 70-2, Pdha-2 or Prml (X 07626), or at least one region of these promoters. For example, said promoter may comprise at least one sequence having at least 80% identity with the -260 / + 5 region (SEQ ID No. 1) of the mouse Sycpl promoter. This region is sufficient to effectively induce the expression of a gene of interest specifically during early meiosis of the spermatocytes of a mammal.
Des exemples de promoteurs pouvant servir pour l'accomplissement de la présente invention sont illustrés au tableau 1 ci-dessous. Les références du tableau sont incorporées par référence dans la description.Examples of promoters which can serve for the accomplishment of the present invention are illustrated in Table 1 below. The references of the table are incorporated by reference into the description.
Tableau 1 : Promoteurs actifs à différents stades de la spermatogenèse.Table 1: Promoters active at different stages of spermatogenesis.
La présente invention vise également les animaux transgéniques susceptibles d'être obtenus par les procédés décrits ci-dessus.The present invention also relates to transgenic animals capable of being obtained by the methods described above.
Un autre objet de la présente invention est une séquence nucléotidique permettant de promouvoir efficacement l'expression d'un gène d'intérêt pendant la première phase méiotique des spermatocytes d'un mammifère caractérisée en ce qu'elle comporte au moins une séquence ayant au moins 80 % d'identité avec la séquence SEQ ID n°l. De préférence ladite séquence nucléotidique comporte au moins la séquence SEQ ID n°l ou SEQ ID n°2.Another object of the present invention is a nucleotide sequence making it possible to effectively promote the expression of a gene of interest during the first meiotic phase of the spermatocytes of a mammal, characterized in that it comprises at least one sequence having at least 80% identity with the sequence SEQ ID No. 1. Preferably, said nucleotide sequence comprises at least the sequence SEQ ID No. 1 or SEQ ID No. 2.
La région -54/+5 du promoteur Sycpl (SEQ ID n°3) est la séquence minimale pour l'adressage de l'expression dans les spermatocytes. La région -260/+5 est toutefois requise pour une expression à un taux maximal.The -54 / + 5 region of the Sycpl promoter (SEQ ID No. 3) is the minimum sequence for addressing expression in spermatocytes. The -260 / + 5 region is however required for expression at a maximum rate.
Ainsi on définit la séquence nucléotidique du promoteur Sycpl minimale pour promouvoir une expression efficace et adressée dans les spermatocytes comme comportant au moins une séquence ayant au moins 80 % d'identité avec la séquence SEQ TD n°l. Les SEQ ID n°l et SEQ ID n°2 sont les séquences -260/+5 chez la souris et -316/+5 chez le rat respectivement. De préférence, cette séquence nucléotidique est caractérisée en ce qu'elle comporte au moins la séquence SEQ ID n°l ou SEQ ID n°2. Il va de soi que toute séquence équivalente aux séquences SEQ ID n°l et SEQ ID n°2, sont visées par la présente invention. On entend par séquence équivalente toute séquence d'un promoteur de Sycpl de mammifère suffisante pour induire efficacement l'expression d'un gène d'intérêt spécifiquement dans les spermatocytes des mammifères, tel que par exemple les porcins, les ovins, les bovins, et les rongeurs.Thus, the minimal nucleotide sequence of the Sycpl promoter is defined to promote efficient and addressed expression in spermatocytes as comprising at least one sequence having at least 80% identity with the sequence SEQ TD No. 1. SEQ ID No. 1 and SEQ ID No. 2 are the sequences -260 / + 5 in mice and -316 / + 5 in rats respectively. Preferably, this nucleotide sequence is characterized in that it comprises at least the sequence SEQ ID No. 1 or SEQ ID No. 2. It goes without saying that any sequence equivalent to the sequences SEQ ID No. 1 and SEQ ID No. 2 are covered by the present invention. The term “equivalent sequence” is intended to mean any sequence of a mammalian Sycpl promoter sufficient to effectively induce the expression of a gene of interest specifically in the spermatocytes of mammals, such as for example pigs, sheep, cattle, and rodents.
Dans un aspect supplémentaire, l'invention concerne une séquence nucléotidique comprenant au moins une desdites séquence fusionnée à une séquence codante pour un gène d'intérêt. Le gène d'intérêt est de préférence un gène codant pour une recombinase spécifique de site, notamment Cre. Elle porte aussi sur une molécule d'ADN comportant au moins cette séquence sous la forme d'un plasmide, d'un vecteur viral, d'un pseudo-vecteur, ou d'un ADN nu linéaire ou circulaire.In a further aspect, the invention relates to a nucleotide sequence comprising at least one of said sequence fused to a sequence coding for a gene of interest. The gene of interest is preferably a gene coding for a site-specific recombinase, in particular Cre. It also relates to a DNA molecule comprising at least this sequence in the form of a plasmid, a viral vector, a pseudo-vector, or a linear or circular naked DNA.
La présente invention vise également un animal transgénique possédant dans son génome ladite séquence nucléotidique permettant l'expression d'un gène d'intérêt spécifiquement dans les spermatocytes, de préférence une recombinase spécifique de site, notamment Cre. La recombinase demeure associée à la chromatine des spermatozoïdes. Cet animal est utile pour les procédés précédemment mentionnés.The present invention also relates to a transgenic animal having in its genome said nucleotide sequence allowing the expression of a gene of interest specifically in spermatocytes, preferably a site-specific recombinase, in particular Cre. The recombinase remains associated with the chromatin of the spermatozoa. This animal is useful for the previously mentioned processes.
La présente invention vise également un procédé de recombinaison entre chromosomes paternels et maternels qui consiste à croiser un animal mâle portant dans son génome un ou plusieurs site(s) spécifique(s), avec un animal femelle portant dans son génome un ou plusieurs site(s) spécifique(s) caractérisé en ce que la recombinase, exprimée lors de la première phase de la méiose, catalyse la recombinaison entre sites spécifiques.The present invention also relates to a method of recombination between paternal and maternal chromosomes which consists in crossing a male animal carrying in its genome one or more specific site (s), with a female animal carrying in its genome one or more site ( s) specific (s) characterized in that the recombinase, expressed during the first phase of meiosis, catalyzes the recombination between specific sites.
Dans un autre aspect, l'invention porte sur un animal susceptible d'être obtenu par ce procédé et un animal multi transgénique obtenu en croisant les animaux susceptibles d'être obtenus par les procédés décrits supra. L'animal transgénique selon l'invention est un mammifère, notamment sélectionné parmi les ovins, les porcins, les bovins, et les rongeurs.In another aspect, the invention relates to an animal capable of being obtained by this method and a multi-transgenic animal obtained by crossing the animals capable of being obtained by the methods described above. The transgenic animal according to the invention is a mammal, in particular selected from sheep, pigs, cattle, and rodents.
Un aspect avantageux de la présente invention concerne l'utilisation dudit animal transgénique pour la préparation de substances utiles en médecine, en cosmétique, et/ou en agro-alimentaire, notamment de substances actives, de préférence des peptides ou polypeptides, des anticorps, des antigènes, des hormones, ou des facteurs de croissance, et/ou pour la fabrication de suppléments alimentaires. Par exemple, on peut faire produire une protéine d'intérêt dans le lait de mammifères sous le contrôle d'un promoteur tissu spécifique ; par exemple WAP lapin ou WAP souris (demande de brevet Européen n° 92401635.5-2105).An advantageous aspect of the present invention relates to the use of said transgenic animal for the preparation of substances useful in medicine, in cosmetics, and / or in food industry, in particular of active substances, preferably peptides or polypeptides, antibodies, antigens, hormones, or growth factors, and / or for the manufacture of food supplements. For example, a protein of interest can be produced in mammalian milk under the control of a specific tissue promoter; for example WAP rabbit or WAP mouse (European patent application No. 92401635.5-2105).
On peut aussi utiliser ledit animal comme modèle expérimental pour l'identification de gènes, de promoteurs, de protéines, notamment de gènes impliqués dans les maladies génétiques, et/ou pour tester l'action de substances actives, pour la préparation d'organes ou de cellules présentant une meilleur immuno-compatibilité avec les humains que les organes ou cellules de type sauvage ou susceptibles d'avoir un faible taux de rejet par les défenses immunitaires des humains, et pour l'élevage.Said animal can also be used as an experimental model for the identification of genes, promoters, proteins, in particular genes involved in genetic diseases, and / or for testing the action of active substances, for the preparation of organs or cells with better immunocompatibility with humans than wild-type organs or cells or capable of having a low rate of rejection by human immune defenses, and for breeding.
La présente invention concerne également l'ensemble des éléments tels que décrits dans les revendications, lesdits éléments étant incorporés dans la description par référence.The present invention also relates to all the elements as described in the claims, said elements being incorporated in the description by reference.
Pour la suite de la description, on se référera aux légendes des figures présentées ci- dessous.For the rest of the description, reference is made to the legends of the figures presented below.
LEGENDES DES FIGURESLEGENDS OF FIGURES
Figure 1 : la recombinaison spécifique de sites.Figure 1: specific site recombination.
A- Représentation schématique de la délétion de région génomique spécifique par recombinaison intramoléculaire entre des région dites floxées situées entre deux sites LoxP. B- Intégration ciblée d'une séquence étrangère catalysée par une recombinaison intermoléculaire entre deux ADN portant chacun un site LoxP. Figure 2 : recombinaison méiotique homologue entre chromosomes paternel et maternel en un site spécifique LoxP.A- Schematic representation of the deletion of specific genomic region by intramolecular recombination between so-called floxed regions located between two LoxP sites. B- Targeted integration of a foreign sequence catalyzed by intermolecular recombination between two DNAs each carrying a LoxP site. Figure 2: homologous meiotic recombination between paternal and maternal chromosomes at a specific LoxP site.
Figure 3 : activation du transgène LoxP-βgeo sans promoteur après microinjection de la construction Pgkl-LoxP.Figure 3: activation of the LoxP-βgeo transgene without promoter after microinjection of the Pgkl-LoxP construct.
A. Le plasmide pGK-LoxP comprend un fragment BamHl-HindlII, de PGKβgeobpA (Friedrich and Soriano, 1991) contenant le promoteur du gène Pgkl, inséré entre les sites BamHI (B) et HindIII (H) de pBS112 (Sauer and Henderson, 1990). L'ADN plasmidique a été clivé avec HindIII et Pvul (P) avant microinjection, ce qui a pour conséquence de supprimer le site LoxP en 5'. La microinjection a été effectuée selon les techniques standards (Hogan, 1986) dans les œufs fertilisés provenant du croisement entre une femelle de type sauvage et un mâle double transgénique portant les transgènes Tcp-lObt-cre et LoxP-βgeo.A. The plasmid pGK-LoxP comprises a BamHI-HindIII fragment, of PGKβgeobpA (Friedrich and Soriano, 1991) containing the promoter of the Pgkl gene, inserted between the BamHI (B) and HindIII (H) sites of pBS112 (Sauer and Henderson, 1990). The plasmid DNA was cleaved with HindIII and Pvul (P) before microinjection, which has the effect of deleting the LoxP site at 5 '. Microinjection was carried out according to standard techniques (Hogan, 1986) in fertilized eggs from the cross between a wild type female and a double transgenic male carrying the transgenes Tcp-lObt-cre and LoxP-βgeo.
B, C et D. Les œufs microinjectés ont été maintenus en milieu de culture pendant 24 heures et ont été colorés avec X-Gal pour détecter l'activité β-galactosidase. B est le contrôle (pas de microinjection). Aucune activité β-galactosidase endogène n'est détectée. C et D sont deux séries d'œufs dans lesquels on a microinjecté la construction décrite en A. L'activité β-galactosidase est détectée (coloration et flèches).B, C and D. The microinjected eggs were kept in the culture medium for 24 hours and were stained with X-Gal to detect the β-galactosidase activity. B is the control (no microinjection). No endogenous β-galactosidase activity is detected. C and D are two series of eggs into which the construction described in A has been microinjected. The β-galactosidase activity is detected (coloration and arrows).
Figure 4 : insertion site spécifique de GFP au locus Rxrα.Figure 4: GFP specific site insertion at the Rxrα locus.
A. Représentation schématique du génome de la souris mâle parente Sycpl -Cre Rxr ΛAF (LNL) dans les cellules somatiques et dans les gamètes.A. Schematic representation of the genome of the parent male mouse Sycpl -Cre Rxr ΛAF (LNL) in somatic cells and in gametes.
B. Carte du vecteur d'insertion de LoxP-GFP. Le plasmide a été construit par insertions successives à l'intérieur du plasmide pBS112 (pBR322 contenant un site LoxP, Sauer and Henderson, 1990) des fragments suivants :B. Map of the LoxP-GFP insertion vector. The plasmid was constructed by successive insertions inside the plasmid pBS112 (pBR322 containing a LoxP site, Sauer and Henderson, 1990) of the following fragments:
- BamHI-NcoI provenant de pGT1.8 IRES βgeo (Mountford, 1994) avec une partie de l'intron En-2 du gène "engrailed" de la Drosophile, un accepteur d'épissage (Sa), et un Ires (Internai Ribozomal entry site).- BamHI-NcoI from pGT1.8 IRES βgeo (Mountford, 1994) with a part of the En-2 intron of the "engrailed" gene of Drosophila, a splice acceptor (Sa), and an Ires (Internai Ribozomal entry site).
- HindIII-EcoRI provenant de pEGFP (Clontech) contenant la région codante pour GFP.- HindIII-EcoRI from pEGFP (Clontech) containing the coding region for GFP.
Sacl-Xhol provenant de pSAβgeo avec le signal de polyadenylation (pA). C. Schémas représentant la recombinaison effectuée par Cre conduisant à l'intégration dans RxrαΔAF2( ) et le locus modifié résultant de la recombinaison spécifique de site.Sacl-Xhol from pSAβgeo with the polyadenylation signal (pA). C. Diagrams representing the recombination carried out by Cre leading to integration into Rxrα ΔAF2 () and the modified locus resulting from site-specific recombination.
D. Résultats de l'amplification PCR de l'ADN génomique de 13 bébés obtenus à partir des œufs microinjectés en utilisant les amorces GFP1 et GFP2, et les amorces RXR1 et int2 (montre la jonction RXR-int. La présence ou l'absence de Sycpl -Cre est vérifiée par southern blot.D. Results of the PCR Amplification of the Genomic DNA of 13 Babies Obtained from the Microinjected Eggs Using the Primers GFP1 and GFP2, and the Primers RXR1 and Int2 (Shows the RXR-Int Junction. Presence or Absence Sycpl -Cre is verified by southern blot.
Figure 5 : structure et séquence de la région 5' du gène Sycpl de la sourisFigure 5: structure and sequence of the 5 'region of the mouse Sycpl gene
A- Carte schématique de la région 5' de Sycpl Les exons 1 et 2 sont numérotés, la présence du premier ATG et du site d'initiation de la transcription (+1) sont indiqués. Les limites des fragments utilisés pour la construction des différentes lignées transgéniques sont représentées. Les sites de restriction sont : B pour BamHI, P pour Pstl, S pour SacII, et A pour Apal.A- Schematic map of the 5 'region of Sycpl Exons 1 and 2 are numbered, the presence of the first ATG and the transcription initiation site (+1) are indicated. The limits of the fragments used for the construction of the different transgenic lines are shown. The restriction sites are: B for BamHI, P for Pstl, S for SacII, and A for Apal.
B- Comparaison de la séquence de Sycpl de la souris (M) et du rat (R). Les sites de liaison putatifs pour les facteurs de transcription sont indiqués (encadrés dans des rectangles). La séquence transcrite (exon 1) est soulignée.B- Comparison of the Sycpl sequence of the mouse (M) and the rat (R). Putative binding sites for transcription factors are indicated (boxed in rectangles). The transcribed sequence (exon 1) is underlined.
Figure 6 : expression des diverses constructions Sycpl/luc dans une lignée cellulaire somatique Chaque bar représente la moyenne de trois expériences, chacune réalisée trois fois. Les bars d'erreur indiquent l'erreur standard à la moyenne. Les valeurs statistiques ont été calculées en utilisant le test de Student pour cette figure et les autres. Tous les résultats sont relatifs au contrôle interne CMV/lacZ. Le vecteur contrôle (pXPl) contient le gène rapporteur de la luciférase sans promoteur. L'activité du plasmide SV40-luc a été fixé arbitrairement à 100.Figure 6: expression of the various Sycpl / luc constructions in a somatic cell line Each bar represents the average of three experiments, each carried out three times. Error bars indicate the standard error to the mean. The statistical values were calculated using the Student test for this figure and the others. All results relate to CMV / lacZ internal control. The control vector (pXPl) contains the reporter gene for luciferase without a promoter. The activity of the plasmid SV40-luc was arbitrarily fixed at 100.
Figure 7 : l'expression spécifique dans les testicules des gènes rapporteurs dans les lignées transgéniques [-722/+102]lacZ, [-260/+102]lacZ, [-260/+102]Iuc et[- 54/+102]luc. Chaque bar représente la moyenne de l'activité d'au moins cinq mâles transgéniques provenant de lots différents. Les bars d'erreur indiquent l'erreur standard à la moyenne. Cette activité est normalisée à la quantité de protéines et au bruit de fond des souris non transgéniques appartenant au même lot. Le faible niveau de l'activité lacZ est due à un niveau endogène élevé de type β galactosidase dans les cellules testiculaires. Pour chacun des chimères, deux lignées ont été étudiées en détail (1 et 2). Te représente les testicules, Li le foie, Sp la rate, Ki les reins, He le coeur et Lu les poumons.Figure 7: the specific expression in the testes of reporter genes in transgenic lines [-722 / + 102] lacZ, [-260 / + 102] lacZ, [-260 / + 102] Iuc and [- 54 / + 102 ] luc. Each bar represents the average activity of at least five transgenic males from different lots. Error bars indicate the standard error to the mean. This activity is normalized to the quantity of proteins and to the background noise of the mice not transgenic belonging to the same batch. The low level of lacZ activity is due to a high endogenous level of β galactosidase type in testicular cells. For each of the chimeras, two lines were studied in detail (1 and 2). Te represents the testicles, Li the liver, Sp the spleen, Ki the kidneys, He the heart and Lu the lungs.
Figure 8 : expression du gène rapporteur Iuciférase dans les testicules de souris transgéniques [-54/+102] lue et [-260/+102]luc lors de leur développement.Figure 8: Expression of the reporter gene Iuciferase in the testes of transgenic mice [-54 / + 102] read and [-260 / + 102] luc during their development.
Des extraits de foie ont été utilisés comme contrôle négatif. Chaque bar représente la moyenne d'au moins quatre mâles transgéniques provenant de lots différents. Les bars d'erreur indiquent l'erreur standard à la moyenne. P8 à P14 sur l'axe des abscisses représentent les stades de développement du huitième jour au quatorzième jour.Liver extracts were used as a negative control. Each bar represents the average of at least four transgenic males from different lots. Error bars indicate the standard error to the mean. P8 to P14 on the x-axis represent the stages of development from the eighth day to the fourteenth day.
Figure 9 : expression du gène rapporteur lue dans la souris transgénique [-260/+5] dans différents organes.Figure 9: Expression of the reporter gene read in transgenic mice [-260 / + 5] in different organs.
L'expression spécifique dans les testicules du gène rapporteur Iuciférase dans les souris transgéniques [-260/+5]luc est représentée. Trois lignées indépendantes ont été testées pour l'expression du gène rapporteur. Chaque bar représente l'activité moyenne pour au moins cinq mâles transgéniques. Les bars d'erreurs indiquent l'erreur standard à la moyenne parmi des expériences.The specific expression in the testes of the reporter gene Iuciferase in transgenic mice [-260 / + 5] luc is shown. Three independent lines were tested for the expression of the reporter gene. Each bar represents the average activity for at least five transgenic males. Error bars indicate the standard error to the average among experiments.
La légende des divers organes testés est identique à la légende de la figure 7.The legend of the various organs tested is identical to the legend in Figure 7.
Figure 10 : expression du gène rapporteur Iuciférase dans les testicules et le foie de souris appartenant à la lignée transgénique [-260/+5] au cours du développement. Les barres rayée horizontalement représentent l'expression dans les testicules et les barres rayées en diagonale représentent l'expression dans le foie.Figure 10: Expression of the reporter gene Iuciferase in the testes and liver of mice belonging to the transgenic line [-260 / + 5] during development. The horizontally striped bars represent expression in the testes and the diagonal striped bars represent expression in the liver.
P8 jusqu'à PI 5 représentent les stades de développement du huitième jour au quinzième jour respectivement. Les bars d'erreurs indiquent l'erreur standard à la moyenne parmi des expériences.P8 to PI 5 represent the stages of development from the eighth day to the fifteenth day respectively. Error bars indicate the standard error to the average among experiments.
Figure 11 : Les transgènes Sycpl/lacZ ne sont pas exprimés pendant la méiose chez la femelle. Des tests PCR ont été réalisés sur l'ARN provenant des testicules du foie de l'ovaire foetal El 7 de souris transgéniques [-260/+102]lacZ et sur l'ARN de l'ovaire foetal El 6 de souris transgéniques [-1848/+102]lacZ. L'ARN a été prétraité avec la Dnasel et a été soumis ou pas à la digestion par la RnaseA (+ et -) avant la réverse transcription. Les transcripts Sycpl sont détectés dans l'ARN des testicules adultes et l'ARN provenant des ovaires au stade embryonique du seizième jour (El 6) et du dix-septième jour (El 7), mais dans l'ARN du foie. L'ARNm de lacZ est seulement détecté dans les testicules adultes transgéniques.Figure 11: The Sycpl / lacZ transgenes are not expressed during meiosis in the female. PCR tests were carried out on the RNA coming from the testes of the liver of the fetal ovary El 7 of transgenic mice [-260 / + 102] lacZ and on the RNA of the fetal ovary El 6 of transgenic mice [- 1848 / + 102] lacZ. The RNA was pretreated with Dnasel and was subjected or not to digestion with RnaseA (+ and -) before the reverse transcription. Sycpl transcripts are detected in RNA from adult testes and RNA from the ovaries at the embryonic stage of day sixteen (EI 6) and the seventeenth day (EI 7), but in RNA of the liver. LacZ mRNA is only detected in transgenic adult testes.
Figure 12 : Excision des séquences floxées dans la descendance d'un mâle Sycpl-Figure 12: Excision of floxed sequences in the offspring of a Sycpl- male
Cre/R rα^™.Cre / R rα ^ ™.
Les séquences Cre identifiées par amplification PCR avec une paire d'amorces Crel et Cre2 (Rxr allèle sauvage), RxraΔAF2(L) (allèle délétée), et Rxr ΔAF2(LNL) (allèle cible), avec RXR1 et RXRII et tk-neo, avec tkneol et tkneo2 (Feil et al. 1996). La colonne 1 correspond à la souris progénitrice, et les colonnes 2 à 10 représentes des bébés appartenant à la même portée.The Cre sequences identified by PCR amplification with a pair of primers Crel and Cre2 (Rxr wild allele), Rxra ΔAF2 (L) (deleted allele), and Rxr ΔAF2 (LNL) (target allele), with RXR1 and RXRII and tk- neo, with tkneol and tkneo2 (Feil et al. 1996). Column 1 corresponds to the progenitor mouse, and columns 2 to 10 represent babies belonging to the same litter.
Figures 13 et 14 : délétion ciblée de gènes floxés multicopies dans des cellules germinales. L'ADN a été préparé à partir de diverses tissus provenant de mâles double transgénique progéniteur et extrait de la queue de leur descendance, digéré avec l'enzyme de restriction HindIII et en utilisant 1ΑDN plasmidique de pSAβgeo (colonne 1 à 7) ou par pPGKAβgeobpA (colonne 8 à 13) comme sonde, qui révèle les séquences floxées et les séquences pBR322 du transgène Cre. Les colonnes 1 à 3 ont été chargées avec l'ADN d'un progéniteur double transgénique Sycpl -Cre/βgeo floxé (1 représente le foie, 2 les reins et 3 les testicules). Les colonnes 4 à 6 correspondent à l'ADN extrait des queues de trois bébés obtenu avec une souris normale. La colonne 7 correspond à l'ADN d'une souris portant le trangène Sycpl -Cre (contrôle). La colonne 8 représente l'ADN et la colonne 9 l'ADN des testicules d'un progéniteur double transgénique Sucpl/Cre Pgkl floxé. Les colonnes 10 à 13 correspondent à l'ADN des queues de quatres bébés obtenus. Les fragments de restriction sont indiqués par "c" qui est le fragment du transgène Cre ; "in" qui représente les fragments internes des transgènes prédits à partir de leur séquences nucléotidiques (les tailles respectives sont 3,9 et 2,4 kb pour βgéo et 3 pour Pgkl) ; "j" correspond aux fragments de jonction avec les séquences cellulaires avoisinantes. Le transgène est représenté par une ligne simple, la séquence chromosomique par une double ligne, et les sites LoxP par un triangle.Figures 13 and 14: targeted deletion of multicopy floxed genes in germ cells. The DNA was prepared from various tissues originating from male double transgenic progenitor and extracted from the tail of their descendants, digested with the restriction enzyme HindIII and using the plasmid DNA of pSAβgeo (column 1 to 7) or by pPGKAβgeobpA (column 8 to 13) as probe, which reveals the floxed sequences and the pBR322 sequences of the Cre transgene. Columns 1 to 3 were loaded with the DNA of a floxed double transgenic progenitor Sycpl -Cre / βgeo (1 represents the liver, 2 the kidneys and 3 the testes). Columns 4 to 6 correspond to the DNA extracted from the tails of three babies obtained with a normal mouse. Column 7 corresponds to the DNA of a mouse carrying the Sycpl -Cre trangene (control). Column 8 represents the DNA and column 9 the DNA of the testes of a fluxed Sucpl / Cre Pgkl double transgenic progenitor. Columns 10 to 13 correspond to the DNA of the tails of four babies obtained. Restriction fragments are indicated by "c" which is the fragment of Cre transgene; "in" which represents the internal fragments of the transgenes predicted from their nucleotide sequences (the respective sizes are 3.9 and 2.4 kb for βgeo and 3 for Pgkl); "j" corresponds to the junction fragments with the neighboring cell sequences. The transgene is represented by a single line, the chromosomal sequence by a double line, and the LoxP sites by a triangle.
Description détaillée.Detailed description.
Le procédé original de la présente invention permet donc de transférer une recombinase dans les oocytes afin d'effectuer rapidement et avec une efficacité élevée toutes les opérations de recombinaison spécifique de site dans le génome des mammifères, en particulier l'insertion d'une séquence étrangère (knock in), le remplacement de séquences ou l'inactivation de gènes, et la recombinaison méiotique entre chromosomes parentaux (Voir figures 1 et 2). Cette méthode est fondée sur la surprenante démonstration que la recombinase, exprimée pendant la méiose, est transmise en association avec la chromatine du spermatozoïde et est donc capable de catalyser une recombinaison de site prédéfini dans l'embryon avant la première division.The original method of the present invention therefore makes it possible to transfer a recombinase into the oocytes in order to rapidly and with high efficiency perform all site-specific recombination operations in the mammalian genome, in particular the insertion of a foreign sequence (knock in), sequence replacement or gene silencing, and meiotic recombination between parental chromosomes (See Figures 1 and 2). This method is based on the surprising demonstration that the recombinase, expressed during meiosis, is transmitted in association with the chromatin of the sperm and is therefore capable of catalyzing a recombination of predefined site in the embryo before the first division.
Il est à noter que le transgène Cre est présent chez le père à l'état hémizygote. Ceci a pour conséquence que seulement 50% des descendants le reçoivent. En revanche, tous reçoivent l'enzyme associée à la chromatine du gamète, et la recombinaison a lieu efficacement et uniquement dans les embryons au stade 1 cellule, ce qui assure la stabilité ultérieure des sites LoxP recombinés.It should be noted that the Cre transgene is present in the father in the hemizygous state. This means that only 50% of the descendants receive it. On the other hand, all receive the enzyme associated with the gamete's chromatin, and the recombination takes place effectively and only in embryos at the 1 cell stage, which ensures the subsequent stability of the recombined LoxP sites.
De plus, si le transgène est transmis, l'activité du promoteur s'éteint dans les cellules somatiques durant toute la vie de l'organisme, du développement embryonnaire jusqu'à sa sénescence. Ainsi, les modifications génétiques réalisées sont reproduites au cours du développement dans toutes les cellules de l'organisme, sans chimérisme décelable, lesdites modifications demeurant stables et immédiatement héréditaires. La méthode présentée est applicable aux organismes pour lesquels les techniques de transgenèse ont été jusqu'ici difficiles à développer (absence de lignées de cellules ES).In addition, if the transgene is transmitted, the activity of the promoter is extinguished in somatic cells throughout the life of the organism, from embryonic development to its senescence. Thus, the genetic modifications carried out are reproduced during development in all the cells of the organism, without detectable chimerism, said modifications remaining stable and immediately hereditary. The method presented is applicable to organisms for which transgenesis techniques have so far been difficult to develop (absence of ES cell lines).
Transfert de la recombinase Cre par la chromatine du spermatozoïde. Dans le cas du transgène Tcp-10-bt-Cre d'abord, puis dans celui du transgène Sycpl -Cre, on a montré que des molécules d'enzyme Cre synthétisées pendant la spermatogenèse restent associées à la chromatine compactée du spermatozoïde. Inactives dans ce contexte, elles peuvent néanmoins effectuer la recombinaison entre sites LoxP lors du retour à une structure nucléaire décompactée. Cette opération, qui peut être effectuée sur le sperme dans des conditions expérimentales, a lieu naturellement après la fécondation dans le pronucleus mâle du zygote.Transfer of Cre recombinase by sperm chromatin. In the case of the Tcp-10-bt-Cre transgene first, then in that of the Sycpl -Cre transgene, it has been shown that Cre enzyme molecules synthesized during spermatogenesis remain associated with the compacted chromatin of the spermatozoon. Inactive in this context, they can nevertheless carry out recombination between LoxP sites when returning to an unpacked nuclear structure. This operation, which can be performed on sperm under experimental conditions, takes place naturally after fertilization in the male pronucleus of the zygote.
L'activité de la recombinase a été testée dans les expériences suivantes :The recombinase activity was tested in the following experiments:
Lors d'une première série d'expériences, des œufs fertilisés ont été obtenus à partir de femelles de type sauvage croisées avec des mâles hemizygotes pour le transgène Tcp- lObt-cre et pour une insertion multicopie de la région codante floxée du gène βgeo sans promoteur. Une construction avec un site LoxP localisée en 3' du promoteur Pgkl a été microinjectée (figure 3A). selon les techniques standards (Hogan, 1986). Après 24 heures de culture, environ un embryon sur quatre révèle une coloration positive avec X- Gal (figure 3B, C, et D). L'expression du gène βgeo est due à l'intégration efficace du promoteur microinjecté en amont de la région codante.In a first series of experiments, fertilized eggs were obtained from wild type females crossed with hemizygous males for the Tcp-lObt-cre transgene and for a multicopy insertion of the floxed coding region of the βgeo gene without promoter. A construction with a LoxP site located 3 ′ of the Pgkl promoter was microinjected (FIG. 3A). according to standard techniques (Hogan, 1986). After 24 hours of culture, approximately one in four embryos reveals a positive staining with X-Gal (FIG. 3B, C, and D). The expression of the βgeo gene is due to the efficient integration of the promoter microinjected upstream of the coding region.
Une plus simple configuration génétique telle que la structure RxrαΛAF2(L) a été utilisée afin de mettre en évidence l'intégration site spécifique de l'ADN microinjecté.A simpler genetic configuration such as the structure Rxrα ΛAF2 (L) was used in order to demonstrate the specific site integration of the microinjected DNA.
Cette deuxième série d'expériences a démontré la présence d'une activité Cre latente dans les spermatozoïdes des souris trangéniques Sycpl -Cre, dans lesquelles l'excision des séquences floxées a lieu pendant la gamétogenèse laissant seulement un seul site LoxP au moment de la fécondation. De surcroît, ces expériences ont permis de savoir si la recombinase est toujours active dans le pronucleus mâle et pourrait permettre l'intégration d'un transgène floxé dans un site LoxP prédéterminé. Des mâles qui possèdent le transgène Sycp-1-Cre et le locus RxrαAAF2(LNL) floxé ont été obtenus (Figure 4A). Dans le sperme de ces mâles, les séquences tkneo ont été abondamment excisées pour générer l'allèle recombiné RxrαΔAF2(L . Cet allèle est transmis à l'ensemble de la descendance qui ne conserve qu'un seul site LoxP restant. Les souris double transgéniques ont été croisées avec des femelles de type sauvage ; les embryons fertilisés ont été isolés ; et un ADN recombinant comportant la séquence codante pour la protéine pour la protéine GFP (Green Fluroescent Protein) en amont d'un accepteur d'épissage et d'un IRES (Internai Ribosomal Entry Séquence) (figure 4B) a été microinjecté. L'analyse PCR de la structure génomique, présentée à la figure 4D, montre que la séquence codante pour GFP a été insérée à l'intérieur du locus Rxrcc^2^ (figure 4C) pour de nombreux bébés et qu'aucun animal conserve le locus LoxP intact. Les animaux du type Rxrα+/+ sont sous-représentés.This second series of experiments demonstrated the presence of latent Cre activity in the spermatozoa of the Sycpl -Cre foreign mice, in which the excision of floxed sequences takes place during gametogenesis leaving only a single LoxP site at the time of fertilization. . In addition, these experiments made it possible to know whether the recombinase is still active in the male pronucleus and could allow the integration of a floxed transgene into a predetermined LoxP site. Males which have the Sycp-1-Cre transgene and the floxed Rxrα AAF2 (LNL) locus were obtained (Figure 4A). In the sperm of these males, the tkneo sequences were abundantly excised to generate the recombinant allele Rxrα ΔAF2 (L. This allele is transmitted to the whole progeny which only keeps one remaining LoxP site. The double transgenic mice were crossed with wild type females; the embryos fertilizers were isolated; and a recombinant DNA comprising the coding sequence for the protein for the GFP protein (Green Fluroescent Protein) upstream of a splice acceptor and an IRES (Internai Ribosomal Entry Sequence) (FIG. 4B) a PCR analysis of the genomic structure, shown in Figure 4D, shows that the coding sequence for GFP has been inserted into the Rxrcc ^ 2 ^ locus (Figure 4C) for many babies and that none animal keeps the LoxP locus intact Animals of the Rxrα + / + type are under-represented.
Le locus Rxrα-LoxP-GFP-LoxP résultant de la recombinaison est transmis et retrouvé dans les tissus somatiques de la descendance des femelles et des mâles Cre". L'expression de GFP a été mise en évidence par microscopie par fluorescence dans la peau et les testicules de ces souris. Parmi les multiples applications offertes par le transfert efficace d'une recombinase par la chromatine du sperme, des souris rapporteuses, chacune possédant un locus génomique portant une insertion avec un site LoxP et une région codante pour une protéine rapporteur (GFP, Iuciférase, β- galactosidase) peuvent être obtenues.The locus RXRa-LoxP-GFP-LoxP resulting from the recombination is transmitted and found in somatic tissues of the offspring of females and males Cre ". The expression of GFP was demonstrated by fluorescence microscopy in the skin and Among the multiple applications offered by the efficient transfer of a recombinase by sperm chromatin, reporter mice, each having a genomic locus carrying an insertion with a LoxP site and a coding region for a reporter protein ( GFP, Iuciferase, β-galactosidase) can be obtained.
L'introduction d'un transgène en une seule étape de microinjection peut servir à identifier un promoteur, ou analyser un promoteur mutant dans un contexte génomique connu et dans tous les organes de la souris. De même, il est possible d'insérer diverses séquences rapporteurs, des régions codantes mutées, des gènes codants pour des toxines, et n'importe quelle région codante d'intérêt sous le contrôle d'un promoteur donné.The introduction of a transgene in a single microinjection step can be used to identify a promoter, or to analyze a mutant promoter in a known genomic context and in all the organs of the mouse. Likewise, it is possible to insert various reporter sequences, mutated coding regions, genes coding for toxins, and any coding region of interest under the control of a given promoter.
La méthode pour l'insertion ciblée d'une séquence portant un site LoxP microinjectée dans l'oeuf fécondé produit du croisement d'un mâle double transgénique Sycpl -Cre / LoxP est présentée à la figure 4 et est résumée ci-après : 1) La constitution par croisement d'une souris double transgénique portant le transgène Sycpl -Cre et une structure dans laquelle deux sites LoxP entourent une séquence étrangère (gène tkneo) ;The method for the targeted insertion of a sequence carrying a LoxP site microinjected into the fertilized egg produced from the crossing of a double transgenic male Sycpl -Cre / LoxP is presented in FIG. 4 and is summarized below: 1) The constitution by crossing of a double transgenic mouse carrying the transgene Sycpl -Cre and a structure in which two LoxP sites surround a foreign sequence (tkneo gene);
2) les deux transgènes sont maintenus intacts dans les tissus somatiques de la souris; la synthèse de Cre dans la lignée germinale résulte en l'excision de la séquence floxée (tkneo) dans le sperme des mâles ;2) the two transgenes are kept intact in the somatic tissues of the mouse; synthesis of Cre in the germ line results in the excision of the floxed sequence (tkneo) in the sperm of the males;
3) un mâle est croisé avec une souris de type sauvage pour le locus Rxrα et Cre; l'enzyme Cre reste associé au site LoxP de l'allèle Rxrα muté dans la chromatine (50% des embryons); indépendamment 50% des embryons reçoivent le transgène Cre ;3) a male is crossed with a wild type mouse for the Rxrα and Cre locus; the enzyme Cre remains associated with the LoxP site of the Rxrα allele mutated in chromatin (50% of embryos); independently 50% of the embryos receive the Cre transgene;
4) la recombinase est libérée après décondensation de la chromatine ;4) the recombinase is released after decondensation of the chromatin;
5) un ADN recombinant LoxP-SA-IRES-GFP-polyA est microinjecté dans le pronucleus mâle 15 heures après fécondation par les techniques classiques (Hogan et al 1986) ;5) a recombinant DNA LoxP-SA-IRES-GFP-polyA is microinjected into the male pronucleus 15 hours after fertilization by conventional techniques (Hogan et al 1986);
6) tous les embryons, Cre+ ou Cre", ayant reçu le gène comportant un site LoxP, y ont inséré la région codant pour la protéine GFP grâce à l'action de la recombinase;6) all the embryos, Cre + or Cre " , having received the gene comprising a LoxP site, have inserted there the region coding for the protein GFP by virtue of the action of recombinase;
7) expression : le site LoxP avait été inséré dans un intron du gène Rxrα. La présence d'un accepteur d'épissage (SA) permet l'inclusion de la séquence7) expression: the LoxP site had been inserted into an intron of the Rxrα gene. The presence of a splice acceptor (SA) allows the inclusion of the sequence
IRES-GFP dans un messager fonctionnel, celle d'un site IRES (Internai Ribosome Entry Site) permet la traduction de l'ARN dont l'extrémité 3' est définie par le signal de poly-adénylation ("polyA") ajouté en aval de la région codante. La fluorescence verte caractéristique de l'expression du nouveau rapporteur est mise en évidence dans les organes connus pour exprimer le récepteur Rxrα. Dans les expériences menées lors de l'accomplissement de la présente invention, l'efficacité de recombinaison a été comprise entre 50 et 80% (recombinants rapportés au nombre de souriceaux nés après microinjection).IRES-GFP in a functional messenger, that of an IRES site (Internai Ribosome Entry Site) allows the translation of RNA whose 3 'end is defined by the poly-adenylation signal ("polyA") added downstream of the coding region. The green fluorescence characteristic of the expression of the new reporter is demonstrated in the organs known to express the Rxrα receptor. In the experiments carried out during the accomplishment of the present invention, the recombination efficiency was between 50 and 80% (recombinants related to the number of mice born after microinjection).
Il va de soi que le procédé de la présente invention, notamment illustré ci-dessus, n'est aucunement limité à une région particulière pour l'insertion du transgène, à un transgène particulier, à un promoteur particulier contrôlant l'expression d'une recombinase spécifique de site, ou encore à une recombinase spécifique de site particulière.It goes without saying that the process of the present invention, in particular illustrated above, is in no way limited to a particular region for the insertion of the transgene, to a particular transgene, to a particular promoter controlling the expression of a site-specific recombinase, or alternatively to a specific site-specific recombinase.
L'étendue des applications rendues possibles grâce aux transfert d'une recombinase par la chromatine des spermatozoïdes est notamment illustrée par les différents cas de figures suivants :The range of applications made possible by the transfer of a recombinase by the chromatin of the spermatozoa is notably illustrated by the following different cases:
Identification d'un promoteur spécifique d'un tissu.Identification of a tissue-specific promoter.
Une "souris rapporteuse" est réalisée qui porte un transgène comportant les séquences LoxP-IRES-GFP-polyA intégrées en un site chromosomique, soit par transgénèse et recombinaison illégitime, soit par recombinaison homologue. L'insertion en amont de fragments génomiques clones dans un vecteur comportant également un site LoxP permet, dès la première génération de souris, d'identifier les animaux, donc le fragment qui expriment la GFP dans le tissu d'intérêt. Plusieurs "souris rapporteuses" peuvent être utilisées en parallèle, avec des gènes rapporteurs différents (notamment β galactosidase ou Iuciférase), à différentes localisations chromosomiques. On peut également insérer un gène d'intérêt codant pour une protéine d'intérêt exprimé par exemple dans le lait de mammifère.A "reporter mouse" is produced which carries a transgene comprising the LoxP-IRES-GFP-polyA sequences integrated into a chromosomal site, either by transgenesis and illegitimate recombination, or by homologous recombination. The insertion upstream of cloned genomic fragments into a vector also comprising a LoxP site makes it possible, from the first generation of mice, to identify the animals, therefore the fragment which express GFP in the tissue of interest. Several "reporter mice" can be used in parallel, with different reporter genes (in particular β galactosidase or Iuciferase), at different chromosomal locations. It is also possible to insert a gene of interest coding for a protein of interest expressed, for example, in mammalian milk.
Analyse du patron d'expression d'un promoteur.Analysis of a promoter's expression pattern.
L'insertion d'un rapporteur en aval d'un promoteur (GFP en aval de Rxrα) permet d'établir avec précision le patron d'expression du promoteur intact dans sa localisation génomique naturelle. Expression de gènes hétérologues ("knock in").The insertion of a reporter downstream of a promoter (GFP downstream of Rxrα) makes it possible to precisely establish the expression pattern of the intact promoter in its natural genomic location. Expression of heterologous genes ("knock in").
Selon le patron d'expression après l'insertion d'un gène rapporteur, on pourra réaliser l'expression de tout gène biologiquement actif sous le contrôle transcriptionnel du promoteur d'intérêt. Par exemple, on peut insérer un gène codant pour une toxine, notamment la toxine diphtérique, sous le contrôle d'un promoteur tissu spécifique, et provoquer ainsi la destruction de cellules données éventuellement à un stade donné du développement.Depending on the expression pattern after the insertion of a reporter gene, the expression of any biologically active gene can be carried out under the transcriptional control of the promoter of interest. For example, one can insert a gene coding for a toxin, in particular the diphtheria toxin, under the control of a specific tissue promoter, and thus cause the destruction of given cells possibly at a given stage of development.
Analyse de mutants.Mutant analysis.
L'insertion de cassettes comportant différents mutants d'une même séquence permet de comparer leurs propriétés dans un contexte chromosomique constant, et dans des conditions physiologiques constantes ou variables.The insertion of cassettes comprising different mutants of the same sequence makes it possible to compare their properties in a constant chromosomal context, and in constant or variable physiological conditions.
Le promoteur Scypl peut-être utilisé dans le procédé selon l'invention.The Scypl promoter can be used in the process according to the invention.
Le gène Sycpl est exprimé uniquement pendant la prophase de la première division méiotique dans les cellules germinales mâles et femelles (Meuwissen et al,The Sycpl gene is expressed only during the prophase of the first meiotic division in male and female germ cells (Meuwissen et al,
1992 ; Heyting et al. 1989 ; Offenberg et al. 1991 ; Dietrich et al. 1992 ; Moens et al.1992; Heyting et al. 1989; Offenberg et al. 1991; Dietrich et al. 1992; Moens et al.
1992 ; Dobson et al. 1994 et Dietrich et al. 1983). La séquence nucléotidique de la région 5' du gène Sycpl de la souris a été décrite par Sage et al. 1997 (figure 5 A). La région en amont du gène ne contient pas de TATA box, mais le site de transcription comprend l'élément initiateur CCA+IGTCC (Smale et al. 1989). Le criblage d'une librairie génomique avec un fragment Pstl de l'ADNc de rat (692 bp) qui couvre les1992; Dobson et al. 1994 and Dietrich et al. 1983). The nucleotide sequence of the 5 'region of the mouse Sycpl gene has been described by Sage et al. 1997 (Figure 5 A). The region upstream of the gene does not contain a TATA box, but the transcription site includes the initiator element CCA + I GTCC (Smale et al. 1989). The screening of a genomic library with a Pstl fragment of the rat cDNA (692 bp) which covers the
585 bp de l'extrémité 5' de la région codante de Sycpl et un morceau de la séquence leader non traduite (Meuwissen et al. 1992 ; Sage et al. 1995), a conduit à l'identification de cinq clones génomiques, dont l'un d'entre eux comprend la région 5' en amont du site d'initiation de la transcription. Le fragment BamHl s'étendant le plus loin du côté 5', qui hybride avec la sonde ADNc 692 bp, a été sous-cloné et sa séquence nucléotidique a été établie. La séquence nucléotidique dans la région analysée, s'étendant des positions -324 à +268 montre une identité globale de 80 % entre les deux espèces (figure 5b).585 bp from the 5 'end of the coding region of Sycpl and a piece of the untranslated leader sequence (Meuwissen et al. 1992; Sage et al. 1995), led to the identification of five genomic clones, of which l 'one of them includes the 5' region upstream of the transcription initiation site. The 5 ′ longest BamHl fragment which hybridizes with the 692 bp cDNA probe has been subcloned and its nucleotide sequence has been established. The nucleotide sequence in the region analyzed, extending from positions -324 to +268 shows an overall identity of 80% between the two species (Figure 5b).
Le haut degré de conservation entre les deux espèces est une indication claire que cette région contient d'importants éléments régulateurs.The high degree of conservation between the two species is a clear indication that this region contains important regulatory elements.
L'analyse transgénique et plusieurs séries de délétions à l'intérieur du promoteur Sycpl ont permis de définir deux régions fonctionnelles différentes. Un enhancer fort est présent entre les position -260 et -54. Un élément proximal de 59 bp de long (-54 àThe transgenic analysis and several series of deletions inside the Sycpl promoter made it possible to define two different functional regions. A strong enhancer is present between positions -260 and -54. A proximal element 59 bp long (-54 to
+5), est suffisant pour diriger l'expression de gènes rapporteurs hétérologues (lacZ et lue) dans les cellules germinales mâles appropriées (figure 5).+5), is sufficient to direct the expression of heterologous reporter genes (lacZ and read) in the appropriate male germ cells (Figure 5).
Puisque l'enhancer présent dans le promoteur Sycpl est actif dans des lignées cellulaires de diverses origines, il est clair que ce promoteur dépend de l'action de facteurs de transcription ubiquitaires. Le fragment entre les positions -54 et +5 est suffisant pour diriger l'expression de la Iuciférase dans les spermatocytes primaires. Les comparaisons de séquences entre les quatre gènes méiotiques précoces de la souris (Sycpl, Hsp70-2, Pdha-2, et Xmr), n'ont révélé aucune conservation d'un site de liaison pour des facteurs de transcription. Il existe cependant, un haut degré de similarité (80%) entre les séquences du promoteur Sycpl chez la souris et le rat. Par exemple, une E-box et un site potentiel pour des facteurs de transcription du type Myb sont conservés.Since the enhancer present in the Sycpl promoter is active in cell lines of various origins, it is clear that this promoter depends on the action of ubiquitous transcription factors. The fragment between positions -54 and +5 is sufficient to direct expression of the Iuciferase in primary spermatocytes. Sequence comparisons between the four early meiotic genes in mice (Sycpl, Hsp70-2, Pdha-2, and Xmr), revealed no conservation of a binding site for transcription factors. However, there is a high degree of similarity (80%) between the sequences of the Sycpl promoter in mice and rats. For example, an E-box and a potential site for Myb-type transcription factors are kept.
Dans les ovaires, où la méiose est initiée lors des phases précoces de développement, aucune expression des gènes rapporteurs n'est observée dans les oocytes. Ainsi le promoteur Sycpl est très avantageux comme outil pour diriger l'expression de la recombinase Cre, car son profil d'activité permet la stabilité génétique des organismes et de leurs descendances. La recombinaison induite par Cre au site LoxP a été programmée pour avoir lieu pendant la méiose dans les cellules germinales mâles. Le gène Cre, a été exprimé sous le contrôle transcriptionnel d'une région du promoteur du gène Sycpl, qui est active au stade leptotène-zygotène de la méiose chez les mâles. Malgré le fait que le gène est exprimé chez les gonades mâles et femelles, la région sélectionnée du promoteur qui a été utilisée dans la construction Sycpl -Cre a conduit à l'expression du transgène exclusivement dans les testicules. En conséquence, les sites floxés n'ont jamais été altérés dans la descendance des femelles. Les séquences floxées ont été maintenues de manière stable dans les tissus somatiques (sauf dans les testicules. Aucune expression n'a été détectée lors des stades embryonnaires postérieurs à l'implantation et dans les tissus adultes même en utilisant la technique très sensible RT-PCR (Meuwissen et al. 1992). La recombinaison induite par Cre dans les testicules représente un procédé avantageux comparé à celui décrit lors de précédentes études sur l'activité de la recombinase dans d'autres tissus de la souris (Akagi et al. 1997 ; Gu et al. 1994 ; Wagner et al. 1997). En effet, lorsque l'on teste la descendance obtenue par le procédé de la présente invention, on s'aperçoit que tous les allèles floxés transmis par les mâles ont subi une recombinaison. Une telle fréquence de recombinaison est particulièrement adaptée pour le système de recombinaison Cre/lox.In the ovaries, where meiosis is initiated during the early stages of development, no expression of the reporter genes is observed in the oocytes. Thus, the Sycpl promoter is very advantageous as a tool for directing the expression of Cre recombinase, because its activity profile allows the genetic stability of organisms and their descendants. Cre-induced recombination at the LoxP site has been programmed to occur during meiosis in male germ cells. The Cre gene has been expressed under the transcriptional control of a promoter region of the Sycpl gene, which is active at leptotene-zygotene stage of meiosis in males. Despite the fact that the gene is expressed in male and female gonads, the selected region of the promoter which was used in the construction Sycpl -Cre led to the expression of the transgene exclusively in the testes. As a result, flox sites have never been altered in the progeny of females. Floxidized sequences were maintained stably in somatic tissues (except in the testes. No expression was detected during the embryonic stages post-implantation and in adult tissues even using the very sensitive RT-PCR technique (Meuwissen et al. 1992) Cre-induced recombination in the testes represents an advantageous process compared to that described in previous studies on the activity of recombinase in other tissues of the mouse (Akagi et al. 1997; Gu et al. 1994; Wagner et al. 1997) Indeed, when we test the progeny obtained by the process of the present invention, we see that all the floxed alleles transmitted by males have undergone recombination. Such a recombination frequency is particularly suitable for the Cre / lox recombination system.
La recombinase Cre peut être exprimée au stade précoce de la spermatogenèse.Cre recombinase can be expressed at the early stage of spermatogenesis.
On a isolé le promoteur du gène Sycpl (Synaptonemal Complex Protein 1), actif exclusivement pendant les premiers stades de la méiose et obtenu l'expression ciblée lors des stades zygotène à pachytène de gènes rapporteurs dans des souris transgéniques. On a utilisé ce promoteur, ainsi que celui d'un promoteur méiotique plus tardif (Tcp-10-bt, Ewunolu et al. 1993) pour faire exprimer l'enzyme CRE au cours de la spermatogenèse chez des souris transgéniques. Dans le cas de Sycpl, on constate chez les mâles qui portent également un transgène floxé, l'excision de ces séquences pendant la spermatogenèse. Cette excision n'a pas lieu chez les mâles porteurs du transgène TcplO-bt-Cre. La recombinase est bien synthétisée, mais à une période où débutent la restructuration et le compactage de la chromatine, ce qui est très probablement la cause de l'absence de recombinaison avant la formation du spermatozoïde. Recombinaison des sites LoxP pendant la méiose.The promoter from the Sycpl gene (Synaptonemal Complex Protein 1), isolated exclusively during the early stages of meiosis, was isolated and target expression obtained during the zygotene to pachytene stages of reporter genes in transgenic mice. This promoter, as well as that of a later meiotic promoter (Tcp-10-bt, Ewunolu et al. 1993), was used to express the CRE enzyme during spermatogenesis in transgenic mice. In the case of Sycpl, we observe in males who also carry a floxed transgene, the excision of these sequences during spermatogenesis. This excision does not take place in males carrying the TcplO-bt-Cre transgene. The recombinase is well synthesized, but at a period when the restructuring and compacting of the chromatin begins, which is very probably the cause of the absence of recombination before the formation of the spermatozoon. Recombination of LoxP sites during meiosis.
On a montré que l'expression à partir du transgène Sycpl -Cre pendant le stade pachytène de la première division de méiose permet la recombinaison entre des sites LoxP à des positions non identiques sur les chromosomes d'origine paternelle et maternelle, selon le schéma de la figure 2. Les marqueurs moléculaires disponibles sur les chromosomes paternels et maternels permettent de montrer un échange entre chromatides appariées aux sites LoxP. La fréquence de l'événement de recombinaison dans la descendance des mâles Sycpl -Cre portant les deux chromosomes floxés est de l'ordre de 30%. A partir de cet exemple, toute construction de chromosomes recombinés est possible à partir de sites LoxP introduits par les méthodes classiques de recombinaison homologue dans la cellule ES, de sites insérés par transgenèse et recombinaison illégitime, ou de sites introduits par les méthodes d'addition ciblée.It has been shown that expression from the Sycpl -Cre transgene during the pachytene stage of the first meiosis division allows recombination between LoxP sites at non-identical positions on the chromosomes of paternal and maternal origin, according to the scheme of FIG. 2. The molecular markers available on the paternal and maternal chromosomes make it possible to show an exchange between chromatids paired at the LoxP sites. The frequency of the recombination event in the offspring of Sycpl -Cre males carrying the two floxed chromosomes is of the order of 30%. From this example, any construction of recombinant chromosomes is possible from LoxP sites introduced by conventional methods of homologous recombination into the ES cell, from sites inserted by transgenesis and illegitimate recombination, or from sites introduced by addition methods. targeted.
Activité du promoteur Sycpl dans diverses lignées cellulaires.Activity of the Sycpl promoter in various cell lines.
On a construit une série d'ADN recombinants avec différentes parties de la séquence 5' en amont de la région transcrite de Sycpl (figure 5a) liée soit au gène codant pour la β-galactosidase ou pour la Iuciférase. On a d'abord effectué une recherche des lignées cellulaires qui exprime le gène Sycpl afin d'obtenir une base expérimentale pour l'identification des éléments génétiques importants pour l'expression pendant la méiose.A series of recombinant DNAs was constructed with different parts of the 5 ′ sequence upstream of the transcribed region of Sycpl (FIG. 5a) linked either to the gene coding for β-galactosidase or for Iuciferase. First, a search was made for cell lines which express the Sycpl gene in order to obtain an experimental basis for the identification of the genetic elements important for expression during meiosis.
On a ensuite utilisé une série de lignées cellulaires d'origine non germinale pour mesurer l'expression des gènes rapporteurs après transfection des ADN recombinants, dans l'espoir qu'au moins une faible activité pourrait révéler la présence du promoteur. De manière inattendue, toutes ces lignées cellulaires ont montré à un haut niveau d'activité Iuciférase après transfection des divers ADN recombinants (figure 6). Ces résultats démontrent que même le plus petit fragment Sycpl s'étendant seulement jusqu'au nucléotide -54 permet l'expression de la Iuciférase (à un niveau faible mais détectable). Une activité distincte du promoteur, bien que non apparentée à une activité spécifique de la méiose, est donc contrôlée par les séquences de la région 5' proche du gène Sycpl. On peut donc conclure que soit des éléments silencer non compris dans le fragment le plus long testé (1950 bp) empêche l'expression de Sycpl dans les cellules somatiques in vivo, soit la spécificité germinale dépend d'un système de signal perdu dans les cellules somatiques en culture.A series of non-germinal cell lines were then used to measure the expression of reporter genes after transfection of the recombinant DNAs, in the hope that at least low activity could reveal the presence of the promoter. Unexpectedly, all of these cell lines showed a high level of luciferase activity after transfection of the various recombinant DNAs (FIG. 6). These results demonstrate that even the smallest Sycpl fragment extending only up to nucleotide -54 allows the expression of Iuciferase (at a low but detectable level). A distinct activity of the promoter, although not related to a specific activity of meiosis, is therefore controlled by the sequences of the 5 'region close to the Sycpl gene. We can therefore conclude that either silencer elements not included in the longest fragment tested (1950 bp) prevents the expression of Sycpl in somatic cells in vivo, or the germline specificity depends on a signal system lost in the cells somatic in culture.
Expression spécifique dans les testicules des souris transgéniquesSpecific expression in the testes of transgenic mice
Quatre fragments différents du promoteur de Sycpl ont été testés pour leur capacité à diriger l'expression de gène reporteur dans des souris transgéniques ([- 1848/+102], (-722/+102], [-260/+102] et [-54/+102]).Four different fragments of the Sycpl promoter were tested for their capacity to direct the expression of reporter gene in transgenic mice ([- 1848 / + 102], (-722 / + 102], [-260 / + 102] and [-54 / + 102]).
Les trois plus longs fragments du promoteur ont été testés sur la base de l'expression du gène lacZ. Sachant que le faible niveau d'expression par le fragment [- 54/+102] et que le bruit de fond de l'activité β-galactosidase dans les extraits de testicules est relativement élevé (Shaper et al. 1994) la Iuciférase a été utilisée dans ce cas comme rapporteur. Par comparaison, l'expression de la Iuciférase a été testée en parallèle pour le fragment [260/+102]. Les résultats, présentés au tableau 2 ci-dessous, démontrent que, dans chaque cas, au moins deux familles expriment le transgène exclusivement dans les testicules. Ceci a été constaté même pour la souris qui porte la plus courte séquence Sycpl [-54/+ 102]. The three longest promoter fragments were tested based on expression of the lacZ gene. Knowing that the low level of expression by the fragment [- 54 / + 102] and that the background noise of the β-galactosidase activity in the testis extracts is relatively high (Shaper et al. 1994) the Iuciferase was used in this case as a reporter. By comparison, the expression of the Iuciferase was tested in parallel for the fragment [260 / + 102]. The results, presented in Table 2 below, demonstrate that, in each case, at least two families express the transgene exclusively in the testes. This was observed even for the mouse which carries the shortest Sycpl sequence [-54 / + 102].
TABLEAU 2TABLE 2
LIGNEES TRANSGENIQUES COMPORTANT DES FRAGMENTS DU PROMOTEUR Sycpl.TRANSGENIC LINES COMPRISING FRAGMENTS OF THE PROMOTER Sycpl.
Nom transgénique et Longueur du Nombre de lignées Nombre de souris adultes Profil de l'expression gène rapporteur fragment transgéniques testées indépendantesTransgenic name and Length of the Number of lines Number of adult mice Profile of the expression gene reporter transgenic fragment tested independent
[-1848/+102]lacZ 1950 2 >10 Spécifîque- spermatocyte[-1848 / + 102] lacZ 1950 2> 10 Spermatocyte specific
[-722/+102]lacZ 824 5 >50[-722 / + 102] lacZ 824 5> 50
[-260/+102]lacZ 362 2 (+31 >10[-260 / + 102] lacZ 362 2 (+31> 10
[-260/ + 102]luc 362 2(+l*) >20[-260 / + 102] luc 362 2 ( + l * )> 20
[-54/ + 102]luc 156 2 (+ 1 ") >20[-54 / + 102] luc 156 2 (+ 1 ")> 20
[-260/+5]luc 265 3 (+3 *) >10[-260 / + 5] luc 265 3 (+3 * )> 10
* lignées sans expression lignées avec expression * lines without expression lines with expression
Cependant, le niveau d'expression est plus faible dans les familles[-54/+102], ce qui implique que la séquence s'étendant jusqu'au nucléotide -54 exerce un effet enhancer in vivo, comme cela est le cas dans les lignées cellulaires somatiques transfectées.However, the level of expression is lower in the families [-54 / + 102], which implies that the sequence extending to the nucleotide -54 exerts an enhancer effect in vivo, as is the case in the transfected somatic cell lines.
Cet effet quantitatif a été évalué en comparant les activités enzymatiques dans les testicules de souris portant le reporteur Iuciférase contrôlé soit par le promoteur [- 54/+102], soit par le promoteur [-260/+102] de Sycpl. Ce dernier a montré de manière constante un niveau d'activité 10 à 100 fois supérieures (figure 7).This quantitative effect was evaluated by comparing the enzymatic activities in the testes of mice carrying the reporter Iuciférase controlled either by the promoter [- 54 / + 102], or by the promoter [-260 / + 102] of Sycpl. The latter has consistently shown a level of activity 10 to 100 times higher (Figure 7).
Expression lors de la méiose dans les testicules adultes.Expression during meiosis in adult testes.
L'expression spécifique de la β-galactosidase dans les testicules a été confirmée par coloration X-gal de plusieurs organes. Afin d'identifier les types cellulaires exprimant les transgènes, on a ensuite analysé l'activité β-galactosidase in situ dans des sections de testicules.The specific expression of β-galactosidase in the testes was confirmed by X-gal staining of several organs. In order to identify the cell types expressing the transgenes, the β-galactosidase activity was then analyzed in situ in sections of the testes.
Les cellules X-gal positives des animaux [-260/+102]lacZ correspondent à la seconde couche des cellules germinales situées à la périphérie des tubules. Une surcoloration avec l'hématoxyline a confirmé que les cellules lacZ positives font partie des spermatocytes au stade III-IV à pachytène du cycle de l'épithélium séminifère (Clermont et al. 1972). Au stade zygotène et pachytène précoce, une plus faible expression β-galactosidase a pu être détectée dans certaines sections. Aucune coloration des cellules n'a été observée dans le compartiment postméiotique des tubules ni pour les spermatocytes zygotènes précoces et diplotènes.The X-gal positive cells of [-260 / + 102] lacZ animals correspond to the second layer of germ cells located at the periphery of the tubules. An over-staining with hematoxylin confirmed that the lacZ positive cells are part of the pachytene stage III-IV spermatocytes of the seminiferous epithelium cycle (Clermont et al. 1972). At the early zygotene and pachytene stage, a weaker β-galactosidase expression could be detected in certain sections. No cell staining was observed in the postmeiotic compartment of the tubules or for the early zygotene and diplotene spermatocytes.
L'expression endogène du gène Sycpl est absente ou très faible pendant ces stades (figure 8). Ces résultats indiquent que les séquences impliquées dans l'induction ou la suppression de l'expression de Sycpl sont localisées parmi les fragments du promoteur analysés. Afin de déterminer si la partie du promoteur de Sycpl (+1 à +102) présent dans ces fragments joue un rôle dans l'établissement du profil d'expression des gènes rapporteurs, deux familles transgéniques supplémentaires ont été générées par microinjection d'ADN recombinant délétés de ces fragments, mais conservant l'initiateur de la transcription de Sycpl avec les séquences en amont jusqu'au nucléotide -260. Les expériences enzymatiques démontrent que la spécificité et le niveau d'expression du promoteur [-260/+5] sont comparables à ceux du promoteur [- 260/+102] dans les cellules transfectées (figure 6) et dans les animaux transgéniques (figures 9 et 10, comparées à la figure 5).Endogenous expression of the Sycpl gene is absent or very weak during these stages (Figure 8). These results indicate that the sequences involved in the induction or suppression of the expression of Sycpl are localized among the fragments of the promoter analyzed. In order to determine whether the part of the Sycpl promoter (+1 to +102) present in these fragments plays a role in establishing the expression profile of the reporter genes, two additional transgenic families were generated by microinjection of recombinant DNA. deleted from these fragments, but retaining the initiator of the transcription of Sycpl with the sequences upstream to nucleotide -260. The enzymatic experiments demonstrate that the specificity and the level of expression of the promoter [-260 / + 5] are comparable to those of the promoter [- 260 / + 102] in the transfected cells (FIG. 6) and in the transgenic animals (FIGS. 9 and 10, compared to Figure 5).
Régulation lors du développement chez les souris prépubères.Regulation during development in prepubertal mice.
L'expression des gènes reporteur chez les animaux immatures a été mesurée afin de démontrer que l'expression d'un transgène est identique à celle du gène Sycpl endogène. La première vague de méiose dans les testicules juvéniles est synchrone avec l'apparence des premières cellules méiotiques, les spermatocytes leptotènes, environ 10 jours après la naissance.The expression of the reporter genes in immature animals was measured in order to demonstrate that the expression of a transgene is identical to that of the endogenous Sycpl gene. The first wave of meiosis in the juvenile testes is synchronous with the appearance of the first meiotic cells, leptotene spermatocytes, about 10 days after birth.
Les premières cellules pachytènes sont apparues au \4eme jour et les premières cellules haploïdes après trois semaine (Bellvé et al. 1977). Nous avons analysé les familles transgéniques [-260/+102]lacZ, [-260/+102]luc, [-260/+5]luc, et [-54/+102]luc.The first pachytene cells appeared in the \ 4th day and the first haploid cells after three weeks (Bellvé et al. 1977). We have analyzed the transgenic families [-260 / + 102] lacZ, [-260 / + 102] luc, [-260 / + 5] luc, and [-54 / + 102] luc.
L'analyse in situ (figure 8) a permis de détecter l'expression de la β-galactosidase dans les spermatocytes primaires pour la souris [-260/+102]lacZ au 13eme et 15eme jour après la naissance, mais pas au 8eme jour. Au 10eme jour, l'expression a été détectée seulement sur certaines souris, et dans les cas où le résultat est positif, elle n'a été observée que dans certains tubules. Ces résultats ont été confirmés par les mesures réalisées sur les souris transgéniques [-260/+102]luc. Aucune expression de la Iuciférase n'a été détectée avant le 10e e jour après la naissance. Dans les souris [-54/+102]luc et [-260/+5]luc, le profil temporel de l'activité de la Iuciférase est le même, est identique que celui du gène endogène (Sage et al. 1997).The in situ analysis (FIG. 8) made it possible to detect the expression of β-galactosidase in the primary spermatocytes for the mouse [-260 / + 102] lacZ at the 13 th and 15 th day after birth, but not at the 8 th day. In the 10 th day, the expression was detected only in some mice, and in cases where the result is positive, it was observed that in some tubules. These results were confirmed by the measurements carried out on transgenic mice [-260 / + 102] luc. No expression of luciferase was detected before 10 ee day after birth. In the [-54 / + 102] luc and [-260 / + 5] luc mice, the time profile of the luciferase activity is the same, is identical to that of the endogenous gene (Sage et al. 1997).
L'ensemble de ces résultats a permis de conclure qu'un fragment de 59 bp (- 54/+5) du promoteur Sycpl, couvre une séquence initiatrice de 7 bp et un fragment immédiatement en amont de 52 bp qui est suffisant pour diriger l'expression d'un transgène au début de la première division méiotique dans les gonades mâles.All of these results made it possible to conclude that a fragment of 59 bp (- 54 / + 5) of the promoter Sycpl, covers an initiator sequence of 7 bp and a fragment immediately upstream of 52 bp which is sufficient to direct the expression of a transgene at the start of the first meiotic division in the male gonads.
Aucun des transgènes qui sont exprimés dans les testicules ne sont transcrits dans l'ovaire.None of the transgenes that are expressed in the testes are transcribed in the ovary.
Chez les mammifères, la gamétogénèse femelle a lieu pendant le développement embryonnaire et est arrêtée avant la naissance au stade dictyotène. Lors de la prophase de la première division méiotique, le complexe synaptonémal est morphologiquement identique que celui des cellules spermatogéniques (Dietrich et al. 1983 , Scherthan et al. 1996) ; et est plus visible au stade pachytène (Dietrich et al. 1992). On observe ce phénomène dans l'ovaire fœtal pendant les 15eme et lleme jours embryonnaires (E15 et El 7). Les expériences d'immunolocalisation réalisées sur des cryosections avec un anticorps dirigé contre la protéine SCPl du rat (Meuwissen et al. 1992 ; Dietrich et al. 1992) ont permis de détecter la protéine SCPl (codée par Sycpl) dans les ovaires de la souris El 6 et El 7. On a ensuite analysé l'expression dans les ovaires des gènes rapporteurs exprimés par diverses familles transgéniques pendant la méiose mâle. Ni la détection in situ de la β-galactosidase, ni le test à la Iuciférase plus sensible n'ont permis de détecter une expression du transgène. Des expériences RT-PCR réalisées avec l'ARN des ovaires El 6 de[-In mammals, female gametogenesis takes place during embryonic development and is stopped before birth at the dictyotene stage. During prophase of the first meiotic division, the synaptonemal complex is morphologically identical to that of spermatogenic cells (Dietrich et al. 1983, Scherthan et al. 1996); and is more visible at the pachytene stage (Dietrich et al. 1992). This phenomenon is observed in the fetal ovary during the 15 th and 11 th embryonic days (E15 and El 7). Immunolocation experiments carried out on cryosections with an antibody directed against the rat SCPl protein (Meuwissen et al. 1992; Dietrich et al. 1992) made it possible to detect the SCPl protein (coded by Sycpl) in the ovaries of the mouse El 6 and El 7. The expression in the ovaries of reporter genes expressed by various transgenic families was then analyzed during male meiosis. Neither the in situ detection of β-galactosidase nor the more sensitive Iuciferase test made it possible to detect expression of the transgene. RT-PCR experiments carried out with RNA from the El 6 ovaries of [-
1848/+102]lacZ et des ovaires El 7 de [261/+102]lacZ souris transgéniques n'ont pas permis de détecter les transcrits fusionnés entre le premier exon de Sycpl et la séquence lacZ, alors que l'expression du gène endogène a été détectée dans les mêmes échantillons (figure 11). Une possible explication de l'absence de l'expression est l'utilisation d'un promoteur Sycpl alternatif dans la lignée germinal femelle, comme cela était montré pour le cas du gène de l'ADN méthyltransférase (Mertineit et al. 1998).1848 / + 102] lacZ and El 7 ovaries of [261 / + 102] lacZ transgenic mice failed to detect the transcripts fused between the first Sycpl exon and the lacZ sequence, while expression of the endogenous gene was detected in the same samples (Figure 11). One possible explanation for the absence of expression is the use of an alternative Sycpl promoter in the female germ line, as was shown for the DNA methyltransferase gene (Mertineit et al. 1998).
Pour confirmer cette hypothèse, on a utilisé la technique 5' RACE pour déterminer le site d'initiation de la transcription de Sycpl dans les cellules méiotiques provenant des ovaires El 6. Douze clones contenant les plus longs fragments d'ADNc parmi 48 clones analysés, ont été séquences. Ces séquences indiquent clairement que la transcription du site d'initiation de la transcription chez les cellules germinales de la femelle est identique à celle précédemment définie chez les cellules germinales mâles. Il apparaît ainsi que les signaux qui assurent l'expression temporelle et spatiale du gène Sycpl lors de la méiose mâle ne sont pas suffisants pour son expression chez la femelle.To confirm this hypothesis, the 5 'RACE technique was used to determine the site of initiation of Sycpl transcription in meiotic cells originating from the El 6 ovaries. Twelve clones containing the longest cDNA fragments among 48 clones analyzed, have been sequenced. These sequences clearly indicate that the transcription of the transcription initiation site in female germ cells is identical to that previously defined in male germ cells. It thus appears that the signals which ensure the temporal and spatial expression of the Sycpl gene during male meiosis are not sufficient for its expression in the female.
Maintenance somatique des séquences floxées dans les tissus de mâles transgéniques Sycpl -Cre/LoxP.Somatic maintenance of floxidized sequences in the tissues of transgenic Sycpl -Cre / LoxP males.
On a établi quatre familles transgéniques indépendantes portant le transgèneFour independent transgenic families carrying the transgene have been established
Sycpl -Cre. Aucune différence au niveau des propriétés de ces familles ayant été notée, on a choisi aléatoirement une famille pour la suite des études. Les résultats obtenus ont démontré que le transgène, maintenu de manière stable, n'a été transcrit que dans les testicules.Sycpl -Cre. No difference in the properties of these families having been noted, we randomly chose a family for the rest of the studies. The results obtained demonstrated that the stably maintained transgene was only transcribed in the testes.
Des lignées doubles transgéniques, qui maintiennent Sycpl -Cre avec un transgène floxé ont été obtenues en croisant une souris Sycpl -Cre avec une souris dont son génome porte un transgène floxé. Les techniques d'intégration d'un transgène floxé dans le génome d'un mammifère sont notamment décrites dans Kuhn and Schwenk, 1997, Galli-Taliadoros et al. 1995, et Feil et al. 1996. En l'espèce, deux sites cibles ont été créés par microinjection à l'intérieur des œufs fertilisés d'un ADN clone : une répétition en tandem d'une séquence βgeo flanquée de site LoxP (Friedrich et Soriano, 1991) et une insertion en tandem à faible nombre de copies (moins de deux copies) d'un promoteur actif (LoxP -Pgkl). Un troisième site cible correspond à l'allèle RxrαΔAF2(LNL) (Feil et al. 1996), dans lequel une cassette LoxP-tk-neo-LoxP a été insérée par recombinaison homologue dans le 8 me intron de Rxrα. Chez les mâles portant des transgènes LoxP-βgeo et LoxP-Pkgl, l'hybridation "Southern blot" indique une stabilité totale de ces loci dans les organes somatiques.Double transgenic lines, which maintain Sycpl -Cre with a floxed transgene were obtained by crossing a Sycpl -Cre mouse with a mouse whose genome carries a floxed transgene. Techniques for integrating a floxed transgene into the genome of a mammal are described in particular in Kuhn and Schwenk, 1997, Galli-Taliadoros et al. 1995, and Feil et al. 1996. In the present case, two target sites were created by microinjection inside the fertilized eggs of cloned DNA: a tandem repetition of a βgeo sequence flanked by LoxP site (Friedrich and Soriano, 1991) and a tandem insertion at low copy number (less than two copies) of an active promoter (LoxP -Pgkl). A third target site corresponds to the Rxrα ΔAF2 (LNL) allele (Feil et al. 1996), wherein a cassette LoxP-tk-neo-loxP has been inserted by homologous recombination into the 8 intron me RXRa. In males carrying LoxP-βgeo and LoxP-Pkgl transgenes, "Southern blot" hybridization indicates total stability of these loci in somatic organs.
Une analyse plus détaillée réalisée sur des animaux Sycpl -RxrαΛAF2(LNL) a montré que une partie des mâles (2 sur 8 testés) maintiennent dans leur ADN somatique à la fois des séquences floxées recombinées et intactes. Cette observation est en accord avec les résultats des études sur le promoteur Sycpl mentionnées ci-dessus. Ainsi, la structure des transgènes floxés établie à la naissance demeure stable dans tous les organes somatiques, même en ce qui concerne les mâles sénescents. Les animaux chimères ont été écartés et de plus amples études ont été conduites avec les mâles dans lesquels le test PCR sensible n'a pas permis de détecter une recombinaison somatique. Les séquences floxées modifiées ont été dans chaque cas seulement détectées dans les testicules et dans l'ADN du sperme.A more detailed analysis carried out on Sycpl -Rxrα ΛAF2 (LNL) animals has shown that part of the males (2 out of 8 tested) maintain in their somatic DNA both recombinant and intact floxidized sequences. This observation is in agreement with the results of the studies on the Sycpl promoter mentioned above. Thus, the structure of floxed transgenes established at birth remains stable in all somatic organs, even in the case of senescent males. The chimeric animals were discarded and further studies were carried out with males in which the sensitive PCR test did not make it possible to detect somatic recombination. The modified floxed sequences were in each case only detected in the testes and in the sperm DNA.
Délétion du locus floxé lors de la transmission par les mâles Sycpl-Cre/LoxP.Deletion of the floxed locus during transmission by Sycpl-Cre / LoxP males.
Dans la descendance des croisements entre des animaux doubles transgéniques avec des partenaires non transgéniques, l'excision des séquences intervenantes ont toujours été observées lorsque le locus floxé a été transmis par les mâles Sycpl - Cre/LoxP, alors que les mêmes loci ont été totalement stables lorsqu'ils ont été transmis maternellement. Ces résultats sont montrés à la figure 12 pour la descendance d'une femelle de type sauvage avec un mâle hétérozygote pour l'allèle floxé RxrαΔAF2(LNL) et hémizygote pour le transgène Sycpl -Cre. L'amplification PCR de l'ADN extrait de la queue du père (colonne 1) n'a pas détecté la présence de séquences floxées (fragment appelé "tkneo"). Aucun des neufs bébés (colonnes 2 à 10) ne possède ce fragment. Ce résultat correspond en fait à deux situations distinctes :In the offspring of crosses between double transgenic animals with non-transgenic partners, excision of the intervening sequences have always been observed when the floxed locus was transmitted by the Sycpl - Cre / LoxP males, while the same loci were completely stable when they have been transmitted maternally. These results are shown in FIG. 12 for the offspring of a wild type female with a male heterozygous for the floxed allele Rxrα ΔAF2 (LNL) and hemizygous for the transgene Sycpl -Cre. PCR amplification of DNA extracted from the father's tail (column 1) did not detect the presence of floxed sequences (fragment called "tkneo"). None of the nine babies (columns 2 to 10) have this fragment. This result actually corresponds to two distinct situations:
- Deux bébés (colonnes 4 et 10) ont reçu l'allèle sauvage Rxrα du père (identifié par l'amplification caractéristique du produit ("Rxrα"). Les autres bébés ont hérité de l'allèle RxrαΛAF2 LNL) pour lesquels les séquences tkneo ont été excisées.- Two babies (columns 4 and 10) received the wild Rxrα allele from the father (identified by the characteristic amplification of the product ("Rxrα"). The other babies inherited the Rxrα ΛAF2 LNL) allele for which the tkneo sequences were excised.
L'amplification avec les deux amorces RXR1 et RXR2 ont généré un plus large fragment caractéristique du locus recombiné ("RxrαΛAF2( )). L'excision a été constatée indépendamment de la présence (colonnes 2, 6, 8, 9) ou l'absence (colonnes 3, 4, 5, 1, 10) du transgène Sycpl -Cre.Amplification with the two primers RXR1 and RXR2 generated a larger fragment characteristic of the recombined locus ("Rxrα ΛAF2 () ). The excision was observed regardless of the presence (columns 2, 6, 8, 9) or l absence (columns 3, 4, 5, 1, 10) of the Sycpl -Cre transgene.
Des résultats similaires ont été obtenus pour le transgène multimérique β-geo-LoxP et le transgène Pgkl-LoxP (figure 13). L'excision dans ce cas est mise en évidence par la disparition des bandes qui correspondent sur les "Southern blots" aux fragments internes prédits à partir de la séquence du transgène ("in"), alors que les fragments des jonctions avec les séquences endogènes ("j") ont été, dans tous les cas, maintenues. Chez les parents mâles, les séquences floxées n'ont pas été modifiées (colonnes 1, 2, 8, figure 14), à l'exception de l'ADN des testicules (colonnes 3 et 9).Similar results were obtained for the multimeric β-geo-LoxP transgene and the Pgkl-LoxP transgene (Figure 13). The excision in this case is highlighted by the disappearance of the bands which correspond on the "Southern blots" to the internal fragments predicted from the sequence of the transgene ("in"), while the fragments of the junctions with the endogenous sequences ("j") have been maintained in all cases. In the male parents, the floxed sequences were not modified (columns 1, 2, 8, FIG. 14), except for the DNA of the testes (columns 3 and 9).
Mise en œuyre du procédé selon l'invention avec le promoteur Tcp-lObt:Implementation of the process according to the invention with the promoter Tcp-lObt:
Dans le cadre de l'invention, le promoteur de l'un des gènes du locus t Tcp- lObt a également été utilisé pour diriger l'expression de la recombinase Cre dans les cellules germinales mâles. L'homme du métier a accès à toutes les informations nécessaires dans Ewunolu et al., Development, 1993 117 : 89-95 sur la caractérisation du promoteur Tcp-lObt dans les souris transgéniques. L'analyse de l'expression de gènes rapporteurs (par exemple le gène codant pour la β-galactosidase) a permis de conclure que ce promoteur permet de marquer la population de cellules germinales en phase tardive de la méiose (Pachytène tardive au stade haploïde).In the context of the invention, the promoter of one of the genes of the Tcp-lObt t locus was also used to direct the expression of the Cre recombinase in male germ cells. Those skilled in the art have access to all the information necessary in Ewunolu et al., Development, 1993 117: 89-95 on the characterization of the Tcp-lObt promoter in transgenic mice. Analysis of the expression of reporter genes (for example the gene coding for β-galactosidase) made it possible to conclude that this promoter makes it possible to mark the population of germ cells in the late phase of meiosis (late pachytene in the haploid stage) .
On a effectué une délétion ciblée de gènes floxés par le transgène Tcp-lObt-Targeted deletion of genes floxed by the Tcp-lObt- transgene has been performed
Cre. A cet effet, deux lignées indépendantes portant le transgène Tcp-lObt-Cre ont été établies. On a d'abord examiné l'activité de l'enzyme Cre dans trois types différents de souris transgéniques « floxées ». Quelles que soient les constructions, un gène sans promoteur (β-geo), un promoteur non actif dans le testicule (pgk-1) en copies multiples ou la cassette tk-néo en copie unique introduite par recombinaison homologue dans le locus Rxrα, celles-ci restent complètement intactes dans les cellules germinales mâles (y compris dans les spermatozoïdes purifiés de l'épidydime).Cre. For this purpose, two independent lines carrying the Tcp-lObt-Cre transgene have been established. We first examined the activity of the Cre enzyme in three different types of "floxed" transgenic mice. Whatever the constructions, a gene without promoter (β-geo), a promoter which is not active in the testis (pgk-1) in multiple copies or the tk-neo cassette in single copy introduced by homologous recombination into the Rxrα locus, these remain completely intact in the male germ cells (including in the spermatozoa purified from epidydime).
Par contre, la majorité des descendants obtenus par ces mâles ont excisé le fragment floxé. L'analyse de la recombinaison dans les spermatozoïdes purifiés et les descendants de ces mâles a montré la présence de l'enzyme Cre inactive dans ces cellules germinales par le fait que la recombinase Cre retrouve son activité à la suite de la décompaction de noyau du sperme dans l'œuf fécondé de la souris ou dans un tube à essai par des procédés biochimiques. Cette observation du maintien de la protéine Cre associée à la chromatine compactée du spermatozoïde, de son transfert au zygote, où elle est active dans le pronucleus mâle après fécondation, a ouvert la voie pour l'opération de l'insertion d'une séquence étrangère en un site LoxP génomique par simple microinjection dans l'œuf fécondé. L'opération, relativement simple, consiste à établir par croisement un mâle portant deux transgènes. L'un est Tcp-IObt-Cre, le second est au minimum un site LoxP en un locus chromosomique (si le locus contient deux séquences LoxP, la région floxée sera éliminée lors de la décompaction, ramenant au cas d'un site unique). L'enzyme Cre ne sera synthétisée que dans le stade tardif de la méiose, mais sera présente dans toutes les cellules haploïdes, le gène Cre lui-même n'étant hérité que par 50 % des gamètes. La présence dans le noyau du spermatozoïde, et donc dans le pronucleus de l'embryon au stade 1 d'un site LoxP chromosomique et de la recombinase active, permet l'intégration ciblée d'un ADN exogène portant un site LoxP introduit par microinjection. L'efficacité de cette intégration a été mesurée avec deux combinaisons différentes d'insert et de locus receveur : intégration d'un promoteur (pgkl) en amont d'une séquence codante lacZ du promoteur de c-myc en amont des mêmes séquences. Dans les deux cas, l'efficacité d'intégration au site ciblé a été égale ou supérieure à 50 % des naissances.On the other hand, the majority of the descendants obtained by these males excised the floxed fragment. Analysis of the recombination in purified sperm and the descendants of these males has shown the presence of the enzyme Cre inactive in these germ cells by the fact that the Cre recombinase regains its activity following the decompaction of the nucleus of the sperm. in the fertilized egg of the mouse or in a test tube by biochemical processes. This observation of the maintenance of the Cre protein associated with the compacted chromatin of the spermatozoon, of its transfer to the zygote, where it is active in the male pronucleus after fertilization, opened the way for the operation of inserting a foreign sequence. at a genomic LoxP site by simple microinjection into the fertilized egg. The relatively simple operation consists in establishing by crossing a male carrying two transgenes. One is Tcp-IObt-Cre, the second is at least a LoxP site at a chromosomal locus (if the locus contains two LoxP sequences, the floxed region will be eliminated during decompaction, reducing to the case of a single site) . The Cre enzyme will only be synthesized in the late stage of meiosis, but will be present in all haploid cells, the Cre gene itself being inherited by only 50% of gametes. The presence in the nucleus of the spermatozoon, and therefore in the pronucleus of the stage 1 embryo, of a chromosomal LoxP site and of the active recombinase, allows targeted integration of an exogenous DNA carrying a LoxP site introduced by microinjection. The efficiency of this integration was measured with two different combinations of insert and recipient locus: integration of a promoter (pgkl) upstream of a lacZ coding sequence of the c-myc promoter upstream of the same sequences. In both cases, the integration efficiency at the target site was equal to or greater than 50% of births.
Exemple 1 : Culture cellulaire et expériences de transfection.Example 1: Cell culture and transfection experiments.
La lignée cellulaire BALB/3T3 (clone A31 American Type Culture Collection n°CCL-163) et a été transfectées avec 2 μg du promoteur chimère avec 0,1 μg d'une construction CMV-lacZ Contrôle, en utilisant la méthode de la co-précipitation au phosphate de calcium (Sambrook et al. 1989). 2 x 104 cellules ont été inoculées par boîte de 35 mm. Les tests enzymatiques ont été réalisés deux jours après la transfection.The BALB / 3T3 cell line (clone A31 American Type Culture Collection No. CCL-163) and was transfected with 2 μg of the chimeric promoter with 0.1 μg of a CMV-lacZ Control construction, using the calcium phosphate co-precipitation method (Sambrook et al. 1989). 2 x 10 4 cells were inoculated per 35 mm dish. The enzymatic tests were carried out two days after the transfection.
Exemple 2 : Microinjection et analyse des souris transgéniques.Example 2: Microinjection and analysis of transgenic mice.
Les souris transgéniques ont été générées par microinjection d'un ADN plasmidique à l'intérieur des œufs fertilisés selon les techniques couramment utilisées par l'homme du métier (Hogan et al. 1986). La vérification des animaux trangéniques a été réalisée par Southern et/ou Analyse dot blot de l'extrémité de l'ADN (Sambrook et al. 1989). Toutes les familles transgéniques ont été générées et maintenues dans un arrière-plan génétique C57BL/6xDBA/2 FI.The transgenic mice were generated by microinjection of a plasmid DNA inside the fertilized eggs according to techniques commonly used by those skilled in the art (Hogan et al. 1986). Verification of the foreign animals was carried out by Southern and / or Dot blot analysis of the DNA end (Sambrook et al. 1989). All the transgenic families were generated and maintained in a C57BL / 6xDBA / 2 FI genetic background.
Exemple 3 : Isolation des clones génomiques de ratsEXAMPLE 3 Isolation of the Genomic Clones of Rats
Les clones génomiques de rats ont été isolés par criblage d'une banque génomique (Sambrook et al. 1989) dans un vecteur lambda DASH (stratagène) avec une amorce d'ADNc de rat (Meuwissen et al. 1992).The rat genomic clones were isolated by screening a genomic library (Sambrook et al. 1989) in a lambda DASH vector (stratagene) with a rat cDNA primer (Meuwissen et al. 1992).
Exemple 4 : Analyse de la séquenceExample 4: Analysis of the sequence
Le séquençage de l'ADN a été réalisé en utilisant le kit Sequenase IIDNA sequencing was performed using the Sequenase II kit
(Amersham). Le programme informatique FASTA du Genetic Computer Group a été utilisé pour les comparaisons de séquences dans des banques de données. Les numéros d'accession dans les bases de données Genbank et EMBL pour les séquences du promoteur chez le rat et la souris sont respectivement AF020295 et AF020296.(Amersham). The Genetic Computer Group's FASTA computer program was used for sequence comparisons in databases. The accession numbers in the Genbank and EMBL databases for the promoter sequences in rats and mice are AF020295 and AF020296, respectively.
Exemple 5 : Construction plasmidiqueEXAMPLE 5 Plasmid Construction
Tous les fragments du promoteur Sycpl proviennent d'un clone génomique contenant 12Kb de séquences en amont du site d'initiation de la transcription de Sycpl (figure 5) (Sage et al. 1997). A leur extrémité 3', tous les fragments testés du promoteur (à l'exception d'un fragment, voir infra) s'étendent au site SacII qui se situe dans le premier exon à la position +102 (Sage et al. 1995). La coupure du clone génomique avec BamHI et SacII a conduit à un fragment de 2Kb qui a ensuite été traité avec le fragment Klenow de l'ADN polymèrase (Biolabs) et inséré au site EcoRV dans le vecteur pBluscript KS (-) (stratagène). Un fragment EcoRl-Xhol de 1950 pb a ensuite été subcloné dans le plasmique pnassβ (clontech, numéro d'accession U02433) portant le gène rapporteur lacZ ([-1848/+ 102] lacZ plasmide). Afin d'obtenir des chimères comprenant de plus courtes séquences génomiques, des amplifications PCR ont été réalisées en utilisant des oligonucléotides internes de 18 bp amorce 5' en conjonction avec l'amorce T3 sur le même fragment BamHI-SacII subscloné dans pBluescript. Les fragments PCR ont été clones dans le vecteur pBluescript KS(-), vérifié par séquençage et transféré dans les sites EcoRI-Xhol du plasmide pnassβ. Les mêmes fragments du promoteur ont ensuite été transférés devant le gène rapporteur Iuciférase dans le plasmide pXPl (Lee et al. 1994) (ces plasmides portent les mêmes noms que précédemment avec "lue" à la place de "lacZ". Un plasmide supplémentaire a été construit avec les séquences 5' en amont entre les positions -260 et +5. Un fragment PCR a été amplifié avec la même amorce 5' utilisée pour le chimère [-260/+102) lacZ, l'autre amorce couvre le site d'initiation de transcription de Sycpl (position +5/- 15). Ce fragment de 275 bp a été subcloné dans pXPl pour former le plasmide [-260/+5]luc.All the fragments of the Sycpl promoter come from a genomic clone containing 12Kb of sequences upstream from the site of initiation of the transcription of Sycpl (FIG. 5) (Sage et al. 1997). At their 3 'end, all of the promoter fragments tested (with the exception of a fragment, see infra) extend to the SacII site which is located in the first exon at position +102 (Sage et al. 1995). Cleavage of the genomic clone with BamHI and SacII led to a 2Kb fragment which was then treated with the Klenow fragment of DNA polymerase (Biolabs) and inserted at the EcoRV site in the vector pBluscript KS (-) (stratagene). A 1950 bp EcoRI-Xhol fragment was then subcloned into the pnassβ plasmid (clontech, accession number U02433) carrying the lacZ reporter gene ([-1848 / + 102] lacZ plasmid). In order to obtain chimeras comprising shorter genomic sequences, PCR amplifications were carried out using internal oligonucleotides of 18 bp 5 ′ primer in conjunction with the T3 primer on the same BamHI-SacII fragment subcloned in pBluescript. The PCR fragments were cloned into the vector pBluescript KS (-), verified by sequencing and transferred to the EcoRI-Xhol sites of the plasmid pnassβ. The same promoter fragments were then transferred to the reporter gene Iuciferase in the plasmid pXPl (Lee et al. 1994) (these plasmids have the same names as before with "read" instead of "lacZ". An additional plasmid has was constructed with the 5 'sequences upstream between positions -260 and +5. A PCR fragment was amplified with the same 5' primer used for the chimera [-260 / + 102) lacZ, the other primer covers the site Sycpl transcription initiation (position + 5 / - 15). This 275 bp fragment was subcloned into pXPl to form the plasmid [-260 / + 5] luc.
Exemple 6 : Isolation de TARN et analyseExample 6: Isolation of TARN and Analysis
L'ARN total a été préparé selon la méthode isothiocyanate (Chomezynski et al. 1987). Des échantillons d'ARN du contrôle et de souris Myb^'A ont été utilisés (Toscani et al. 1997). Des ovaires fœtaux provenant d'une femelle enceinte ont été rassemblés, et afin de s'assurer que les préparations ARN sont comparables, la même quantité de testicule et de foie a été utilisée. L'ARN totale a été traitée avec DNasel (Boehringer), puis extrait au phénol et précipité à l'éthanol. 2 μg d'ARN a été reverse transcrit et amplifié en utilisant le kit Titan de Boringer. En ce qui concerne les réactions de contrôle, l'ARN a été prétraité avec la RnaseA. Les séquences des amorces utilisées pour détecter les transcrits Sycpl correspondent aux positions 115-135 et 495-475 dans l'ADNc (Sage et al. 1995), conduisant à un produit de 380 pb de long. Les oligonucléotides utilisés pour détecter les transcripts de fusion entre eux Sycpl et lacZ se trouve à la position 50-68 dans l'ADNc de Sycpl et à position 444-425 dans le rapporteur lacZ du plasmide pnassβ. Les conditions des cycles PCR ont été 30 secondes à 94° C, une minute à 55° C et 30 secondes à 72° C pendant 32 cycles. Les produits de cette réaction ont été hybrides avec une sonde interne (position 245-265 dans l'ADNc Sycpl et 358-378 dans le plasmide pnassβ. Les fragments d'ADNc Sycpl -lacZ ont été subclonés dans pBluescript et séquences afin de confirmer le correct épissage de l'intron SV40.Total RNA was prepared according to the isothiocyanate method (Chomezynski et al. 1987). Control RNA and Myb ^ ' A mouse samples were used (Toscani et al. 1997). Fetal ovaries from a pregnant female were collected, and in order to ensure that the RNA preparations are comparable, the same amount of testis and liver was used. The total RNA was treated with DNasel (Boehringer), then extracted with phenol and precipitated with ethanol. 2 μg of RNA was reverse transcribed and amplified using the Titan kit from Boringer. With regard to the control reactions, the RNA was pretreated with RnaseA. The sequences of the primers used to detect the Sycpl transcripts correspond to positions 115-135 and 495-475 in the cDNA (Sage et al. 1995), leading to a product 380 bp long. The oligonucleotides used to detect the fusion transcripts between them Sycpl and lacZ is found at position 50-68 in the cDNA of Sycpl and at position 444-425 in the lacZ reporter of the plasmid pnassβ. The conditions of the PCR cycles were 30 seconds at 94 ° C, one minute at 55 ° C and 30 seconds at 72 ° C for 32 cycles. The products of this reaction were hybridized with an internal probe (position 245-265 in the cDNA Sycpl and 358-378 in the plasmid pnassβ. The cDNA fragments Sycpl -lacZ were subcloned in pBluescript and sequenced in order to confirm the correct splicing of the SV40 intron.
La détermination de l'extrémité 5' du gène Sycpl dans les oocytes a été réalisée en utilisant le kit 5' RACE de Boehringer en suivant la procédure précédemment décrite dans Sage et al. 1997.The 5 'end of the Sycpl gene in oocytes was determined using the 5' RACE kit from Boehringer following the procedure previously described in Sage et al. 1997.
Exemple 7 : Test de l'activité des gènes rapporteursEXAMPLE 7 Test of the Activity of the Reporter Genes
L'activité β galactosidase a été testée sur des extraits de tissus en utilisant le substrat Galacton tel que décrit dans Shaper et al. 1994. La détermination in situ a été effectuée en utilisant une procédure alternative à la cryosection, ce qui a permis une meilleure conservation de la structure de l'épithélium seminifère. L'albuginea a été enlevée et le tissu a été soigneusement étendu avec l'aide de forceps afin de faciliter la pénétration de X-gal. Une fixation dans 2% de paraformaldéhyde pendant une heure à 4°C précède une incubation pendant 16 heures à température ambiante dans 0,2% de X- gal. Après la coloration, les testicules ont été post-fixes pendant 24 heures dans 10% de paraformaldéhyde et l'inclusion a été réalisée dans la « Leica Historesin » en suivant les instructions du fabricant (Leica Instruments). Des sections de 5 μm d'épaisseur ont été sur-colorées avec l'hématoxyline Harris. L'activité Iuciférase a été mesurée à l'aide du "Luciferase Asay System" (Promega) selon les instructions du fabricant.Β galactosidase activity was tested on tissue extracts using the Galacton substrate as described in Shaper et al. 1994. The in situ determination was carried out using an alternative procedure to cryosection, which allowed better conservation of the structure of the seminiferous epithelium. The albuginea was removed and the tissue was carefully stretched with the help of forceps to facilitate penetration of X-gal. A fixation in 2% of paraformaldehyde for one hour at 4 ° C precedes an incubation for 16 hours at room temperature in 0.2% of X-gal. After staining, the testes were post-fixed for 24 hours in 10% paraformaldehyde and inclusion was carried out in the "Leica Historesin" following the manufacturer's instructions (Leica Instruments). Sections 5 μm thick were over-colored with Harris hematoxylin. Iuciferase activity was measured using the "Luciferase Asay System" (Promega) according to the manufacturer's instructions.
Exemple 8 : I munolocalisation de la protéine SCPl de la sourisEXAMPLE 8 Munolocation of the Mouse SCPl Protein
La cryosection de 8 μm d'épaisseur de testicules embryonnaires âgées de 15 ouCryosection 8 μm thick from embryonic testes aged 15 or
16 jours (E15 ou E16) ont été incubés avec des anticorps polyclonals dirigés contre la protéine du rat comme précédemment décrit dans Meuwissen et al. Exemples 9 : Constructions des plasmides et production des souris transgéniques.16 days (E15 or E16) were incubated with polyclonal antibodies directed against the rat protein as previously described in Meuwissen et al. Examples 9: Construction of the Plasmids and Production of the Transgenic Mice.
Le plasmide Sycpl -Cre a été construit en deux étapes. Un fragment du promoteur [-722/+ 102] du gène Sycpl s'étendant de -722 à +102 relativement au site d'initiation de la transcription (Sage et al. 1997, voir supra) a été transféré dans le plasmide pBluescript KS (Stratagène) entre les sites EcoRI et Xhol. La séquence codante pour la recombinase Cre (Numéro d'accession Genebank XO3453) et un signal de polyadénylation a été ensuite inséré dans le premier plasmide digéré avec les enzymes de restriction Sali et Kpnl. Dans le plasmide pβgeo-LoxP (Friedrich et SorianoThe Sycpl -Cre plasmid was constructed in two stages. A fragment of the promoter [-722 / + 102] of the Sycpl gene extending from -722 to +102 relative to the site of initiation of transcription (Sage et al. 1997, see above) was transferred into the plasmid pBluescript KS (Stratagene) between the EcoRI and Xhol sites. The coding sequence for the Cre recombinase (Genebank accession number XO3453) and a polyadenylation signal was then inserted into the first plasmid digested with the restriction enzymes Sali and Kpnl. In the plasmid pβgeo-LoxP (Friedrich and Soriano
1991), le gène de fusion βgeo a été intégré entre deux sites sites LoxP. Ce plasmide a été construit en insérant un fragment HindIII-BamHI correspondant à la séquence codante provenant du plasmide pβgeo à l'intérieur des sites HindII-BamHI d'un plasmide pBS112 contenant deux sites LoxP (Friedrich et Soriano 1991). Dans le plasmide pPGK-LoxP, le promoteur du gène Pgkl de la souris (Numéro d'accession1991), the βgeo fusion gene was integrated between two LoxP site sites. This plasmid was constructed by inserting a HindIII-BamHI fragment corresponding to the coding sequence originating from the plasmid pβgeo inside the HindII-BamHI sites of a plasmid pBS112 containing two LoxP sites (Friedrich and Soriano 1991). In the plasmid pPGK-LoxP, the promoter of the mouse Pgkl gene (Accession number
Genebank M18735)est inséré entre deux sites LoxP. Ce plasmide a été construit en insérant le promoteur de Pgkl à l'intérieur des sites HindIII-BamHI de pBSl 12.Genebank M18735) is inserted between two LoxP sites. This plasmid was constructed by inserting the Pgkl promoter inside the HindIII-BamHI sites of pBSl 12.
Exemples 10 : Les souris transgéniquesEXAMPLES 10 The Transgenic Mice
Les souris transgéniques ont été obtenues par microinjection des chimères linéarisés par Pvul à l'intérieur des oeufs fertilisés selon les techniques bien connues de l'homme du métier (Hogan et al. 1986). L'ADN a été purifié sur des colonnes Qiagen en respectant les instructions du fabriquant puis linéarisé, et suspendu à une concentration de 5 ng/μl dans de l'eau stérile avant microinjection. La vérification des animaux transgéniques a été réalisée par Southern et/ou analyse dot blot de l'ADN extrait de la queue des souris. Toutes les familles transgéniques ont été générées et maintenues dans un arrière fond génétique C57BL/6 x DBA/2 FI. Le mutant Rxrα^2^4 possède une cassette LoxP-tk-neo-LoxP, inséré par recombinaison homologue a l'intérieur du 8eme intron du gène Rxrα (Feil et al. 1996). Exemple 11 : Expression des transgènes CreThe transgenic mice were obtained by microinjection of the chimeras linearized by Pvul inside the fertilized eggs according to techniques well known to those skilled in the art (Hogan et al. 1986). The DNA was purified on Qiagen columns in accordance with the manufacturer's instructions, then linearized, and suspended at a concentration of 5 ng / μl in sterile water before microinjection. Verification of the transgenic animals was carried out by Southern and / or dot blot analysis of the DNA extracted from the tail of the mice. All the transgenic families were generated and maintained in a C57BL / 6 x DBA / 2 FI genetic background. RXRalpha the mutant N 2 O 4 has a cassette LoxP-tk-neo-loxP, inserted by homologous recombination inside the 8 th intron of the gene RXRalpha (Feil et al. 1996). Example 11 Expression of the Cre Transgenes
Le niveau des ARNm de Cre a été estimé par analyse reverse transcriptase (RT- PCR). L'isolation de l'ARN à partir du cerveau du foie du rein et des testicules a été réalisée en utilisant une extraction par phénol acidique. Les préparations d'ARN total ont été traitées par la DNasel (purifiées de toute RNase résiduelle) et l'ADNc a été synthétisé pendant 30 minutes à 50°C en utilisant 50 UI de la reverse transcriptase du virus murin de Moloney de la leucémie (Boehringer Mannheim) en utilisant 1 μg d'ARN comme matrice. Il a ensuite été amplifié pendant 35 cycles de PCR en utilisant les amorces Crel (5'-TGA TGG ACA TGT TCA GGG ATC-3') (SEQ ID n°4) et Cre2 (5'- CAG CCA CCA GCT TGC ATG A-3') (SEQ ID n°5) constituant un fragment de l'ADNc de Cre de 865 pb.The level of Cre mRNA was estimated by reverse transcriptase analysis (RT-PCR). Isolation of RNA from the brain, kidney liver and testes was performed using phenol acid extraction. The total RNA preparations were treated with DNasel (purified of any residual RNase) and the cDNA was synthesized for 30 minutes at 50 ° C using 50 IU of the reverse transcriptase of the murine Moloney leukemia virus ( Boehringer Mannheim) using 1 μg of RNA as a template. It was then amplified for 35 PCR cycles using the primers Crel (5'-TGA TGG ACA TGT TCA GGG ATC-3 ') (SEQ ID n ° 4) and Cre2 (5'- CAG CCA CCA GCT TGC ATG A -3 ') (SEQ ID No. 5) constituting a fragment of the Cre cDNA of 865 bp.
Exemple 12 : Génotypage de la sourisExample 12: Genotyping of the Mouse
L'extrémité de l'ADN de la souris a été préparée comme décrit dans Hogan et al. 1986 et analysée par hybridation slot blot en utilisant une série de sonde. La sonde Cre peut être obtenue par amplification PCR de tout plasmide qui contient la phase ouverte de lecture complète pour la protéine Cre en utilisant les amorces Crel et Cre2. Tous ces fragments ont été purifiés deux fois sur gel d'agarose. Des sondes peuvent également être préparés à partir des séquences du transgène « floxé ».The end of the mouse DNA was prepared as described in Hogan et al. 1986 and analyzed by slot blot hybridization using a series of probes. The Cre probe can be obtained by PCR amplification of any plasmid which contains the open complete reading phase for the Cre protein using the primers Crel and Cre2. All these fragments were purified twice on agarose gel. Probes can also be prepared from the sequences of the "floxed" transgene.
Exemple 13 : Détection de l'excision induite par CreExample 13: Detection of excision induced by Cre
L'analyse Southern blot a été réalisée selon les techniques bien connues de l'homme de l'art (Sambrook et al, 1989). L'ADN a été digéré pendant la nuit avec les enzymes de restriction indiqués supra (dix fois en excès). Les fragments d'ADN ont été ensuite soumis à électrophorèse et transférés sur nitrocellulose. Les hybridation ont été réalisées en utilisant les plasmides pSAβgeo ou pPKβgeobpa radiomarqués (Soriano et al, 1991). En plus des "transgènes floxés", les séquences du plasmide pBr322 présentes dans ces chimères permettent la détection du transgène Cre. L'analyse des souris double transgéniques portant le vecteur d'expression Cre et l'allèle RxrαΔAF2 LN ) a été réalisée par amplification PCR telle que décrite dans Feil et al. 1996. En ce qui concerne la détection de l'allèle RxrαΔAF2(LNL), les séquences tkneo floxées ont été amplifiées en utilisant les amorces 5' et 3', 5'- GGT TCT CCG GCC GCT TGG GT- 3' (SEQ ID n°6) et 5'- GGA GGC GAT GCG CTG CGA AT-3' (SEQ ID n°7), respectivement. Pour ce qui est de la détection du transgène Cre, les amorces Crel et Cre2 ont été utilisées. La visualisation de l'excision du marqueur tkneo floxé de l'allèle cible RxrαAAF2(I^ ) a été utilisée en utilisant les amorces RXR1 (5'- CCA GGA GCC TCC TTT CTC CA-3') (SEQ ID n°8) et RXR2 (5'- CCT GCT CTA CCT GGT GAC TT-3') (SEQ ID n°9). Ces amorces ont amplifié un fragment de 156 bp à partir de l'allèle Rxrα de type sauvage et un fragment de 190 bp à partir de l'allèle recombiné RxrαΔAF2 L). Les produits amplifiés ont été analysés par électrophorèse sur gel d'agarose à 2%. Southern blot analysis was carried out according to techniques well known to those skilled in the art (Sambrook et al, 1989). The DNA was digested overnight with the restriction enzymes indicated above (ten times in excess). The DNA fragments were then subjected to electrophoresis and transferred to nitrocellulose. The hybridizations were carried out using the radiolabelled pSAβgeo or pPKβgeobpa plasmids (Soriano et al, 1991). In addition to the "floxed transgenes", the sequences of the plasmid pBr322 present in these chimeras allow the detection of the Cre transgene. The analysis of the double transgenic mice carrying the expression vector Cre and the allele Rxrα ΔAF2 LN) was carried out by PCR amplification as described in Feil et al. 1996. With regard to the detection of the Rxrα ΔAF2 (LNL) allele, the floxed tkneo sequences were amplified using the primers 5 'and 3', 5'- GGT TCT CCG GCC GCT TGG GT- 3 '(SEQ ID # 6) and 5'- GGA GGC GAT GCG CTG CGA AT-3 '(SEQ ID # 7), respectively. As regards the detection of the Cre transgene, the primers Crel and Cre2 were used. The visualization of the excision of the floxed tkneo marker of the target allele Rxrα AAF2 (I ^ ) was used using the primers RXR1 (5'- CCA GGA GCC TCC TTT CTC CA-3 ') (SEQ ID No. 8 ) and RXR2 (5'- CCT GCT CTA CCT GGT GAC TT-3 ') (SEQ ID n ° 9). These primers amplified a fragment of 156 bp from the wild type Rxrα allele and a fragment of 190 bp from the recombinant allele Rxrα ΔAF2 L) . The amplified products were analyzed by electrophoresis on 2% agarose gel.
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Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé d'insertion d'une séquence étrangère dans le génome d'un animal comprenant les étapes suivantes : a) Expression d'une recombinase spécifique de site dans les cellules germinales d'un mâle portant au moins un site spécifique dans son génome, ladite recombinase restant associée à la chromatine des spermatozoïdes. b) Fécondation des oocytes et transfert de la recombinase par lesdits spermatozoïdes. c) Microinjection d'un ADN recombinant possédant la structure « site spécifique- séquence étrangère » dans le pronucleus mâle après fécondation, d) Insertion de ladite séquence étrangère au site spécifique dans le pronucleus mâle de l'embryon au stade 1 cellule, catalysée par la recombinase libérée lors de la décondensation de la chromatine du spermatozoïde.1. A method of inserting a foreign sequence into the genome of an animal comprising the following steps: a) Expression of a site-specific recombinase in the germ cells of a male carrying at least one specific site in his genome , said recombinase remaining associated with the chromatin of the spermatozoa. b) Fertilization of the oocytes and transfer of the recombinase by said spermatozoa. c) microinjection of a recombinant DNA having the structure “specific site- foreign sequence” in the male pronucleus after fertilization, d) insertion of said foreign sequence at the specific site in the male pronucleus of the 1 cell stage embryo, catalyzed by the recombinase released during the decondensation of sperm chromatin.
2. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que ladite séquence étrangère comporte un gène d'intérêt, à exprimer sous le contrôle d'un promoteur éventuellement tissu(s) spécifique(s).2. Method according to claim 1 characterized in that said foreign sequence comprises a gene of interest, to be expressed under the control of a promoter possibly tissue (s) specific (s).
3. Procédé selon la revendication 2 caractérisé en ce que ladite séquence étrangère comporte un gène rapporteur fusionné à un promoteur d'intérêt.3. Method according to claim 2 characterized in that said foreign sequence comprises a reporter gene fused to a promoter of interest.
4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que ladite séquence étrangère comporte en outre un élément accepteur d'épissage (SA), une séquence IRES et/ou un signal de polyadénylation.4. Method according to one of claims 1 to 3 characterized in that said foreign sequence further comprises a splice acceptor element (SA), an IRES sequence and / or a polyadenylation signal.
5. Procédé de remplacement d'une séquence X par une séquence Y dans le génome d'un animal caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : a) Expression d'une recombinase spécifique de site dans les cellules germinales d'un mâle portant une structure « site spécifique-séquence X-site spécifique » dans son génome, ladite recombinase restant associée à la chromatine des spermatozoïdes. b) Excision de la séquence X lors de la spermatogenèse par la recombinase. c) Fécondation des oocytes et transfert de la recombinase par lesdits spermatozoïdes. d) Microinjection d'un ADN recombinant possédant la structure « site spécifique- séquence Y -site spécifique » dans le pronucleus mâle après fécondation. e) Insertion de la séquence Y au site spécifique dans le génome de l'embryon au stade 1 cellule, catalysée par la recombinase libérée lors de la décondensation de la chromatine du spermatozoïde.5. Method for replacing a sequence X by a sequence Y in the genome of an animal characterized in that it comprises the following steps: a) Expression of a site-specific recombinase in the germ cells of a male carrying a structure “specific site-sequence X-specific site” in its genome, said recombinase remaining associated with the chromatin of the spermatozoa. b) Excision of the X sequence during spermatogenesis by recombinase. c) Fertilization of oocytes and transfer of recombinase by said sperm. d) Microinjection of a recombinant DNA having the structure “specific site- sequence Y-specific site” into the male pronucleus after fertilization. e) Insertion of the sequence Y at the specific site in the genome of the embryo at stage 1 cell, catalyzed by the recombinase released during the decondensation of the chromatin of the spermatozoon.
6. Procédé selon la revendication 5 caractérisé en ce qu'il permet l'inactivation d'un gène de séquence X.6. Method according to claim 5 characterized in that it allows the inactivation of a gene of sequence X.
7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6 caractérisé en ce que ladite recombinase est Cre et ledit site spécifique est un site LoxP, ou un variant ou un mutant de la séquence LoxP.7. Method according to one of claims 1 to 6 characterized in that said recombinase is Cre and said specific site is a LoxP site, or a variant or mutant of the LoxP sequence.
8. Procédé pour transférer Cre sous sa forme active dans un oocyte, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes : a) Expression de Cre dans les cellules germinales mâles comportant dans leur génome au moins un site LoxP, ladite protéine restant associée à la chromatine des spermatozoïdes. b) Fécondation des oocytes et transfert de la protéine par lesdits spermatozoïdes. c) Libération de la protéine sous sa forme active lors de la décondensation de la chromatine après la fécondation.8. Method for transferring Cre in its active form into an oocyte, characterized in that it comprises the following steps: a) Expression of Cre in male germ cells comprising in their genome at least one LoxP site, said protein remaining associated with sperm chromatin. b) Fertilization of oocytes and transfer of protein by said sperm. c) Release of the protein in its active form during the decondensation of the chromatin after fertilization.
9. Procédé selon l'une des revendications 1 à 8 caractérisé en ce que ladite recombinase est exprimée sous le contrôle d'un promoteur permettant une expression efficace dans les spermatocytes d'un mammifère.9. Method according to one of claims 1 to 8 characterized in that said recombinase is expressed under the control of a promoter allowing efficient expression in the spermatocytes of a mammal.
10. Procédé selon la revendication 9 caractérisé en ce que ledit promoteur comporte au moins une région du promoteur Sycpl, EF-1 alpha, IAP, FRMl^, Pdha-2, Hsp70-2, Camll, Hit, β4-Gtase, Z/yl , Tcp-lObt, Pgk-2, Hst70, Hox-a.4y, Proacrosin, c-Kit, ACE ou Prml. 10. Method according to claim 9 characterized in that said promoter comprises at least one region of the promoter Sycpl, EF-1 alpha, IAP, FRMl ^, Pdha-2, Hsp70-2, Camll, Hit, β4-Gtase, Z / yl, Tcp-lObt, Pgk-2, Hst70, Hox-a.4 y , Proacrosin, c-Kit, ACE or Prml.
11. Procédé selon la revendication 10 caractérisé en ce que ledit promoteur comporte au moins une séquence ayant au moins 80 % d'identité la région du promoteur Sycpl de séquence SEQ ED n°l.11. The method of claim 10 characterized in that said promoter comprises at least one sequence having at least 80% identity the region of the Sycpl promoter of sequence SEQ ED No. 1.
12. Animal transgénique susceptible d'être obtenu par le procédé selon l'une des revendications 1 à 11.12. Transgenic animal capable of being obtained by the process according to one of claims 1 to 11.
13. Séquence nucléotidique permettant de promouvoir efficacement l'expression d'un gène d'intérêt pendant la première phase méiotique des spermatocytes d'un mammifère consistant en une séquence ayant au moins 80 % d'identité avec la séquence SEQ ID n°l.13. Nucleotide sequence making it possible to effectively promote the expression of a gene of interest during the first meiotic phase of the spermatocytes of a mammal consisting of a sequence having at least 80% identity with the sequence SEQ ID No. 1.
14. Séquence nucléotidique selon la revendication 13 qui consiste en la séquence SEQ ID n°l ou SEQ ID n°2.14. Nucleotide sequence according to claim 13 which consists of the sequence SEQ ID No. 1 or SEQ ID No. 2.
15. Séquence nucléotidique selon l'une des revendications 13 ou 14 fusionnée à une séquence codante pour un gène d'intérêt.15. Nucleotide sequence according to one of claims 13 or 14 fused to a coding sequence for a gene of interest.
16. Séquence nucléotidique permettant l'expression d'une recombinase spécifique de site pendant la première phase méiotique des spermatocytes d'un mammifère comprenant une séquence ayant au moins 80 % d'identité avec la séquence SEQ ID n° 1 fusionnée à la séquence codante pour ladite recombinase.16. Nucleotide sequence allowing the expression of a site-specific recombinase during the first meiotic phase of the spermatocytes of a mammal comprising a sequence having at least 80% identity with the sequence SEQ ID n ° 1 fused with the coding sequence for said recombinase.
17. Séquence nucléotidique selon la revendication 16 caractérisée en ce que ladite recombinase est Cre.17. Nucleotide sequence according to claim 16 characterized in that said recombinase is Cre.
18. Molécule d'ADN comportant au moins une séquence selon l'une des revendications 16 ou 17 caractérisée en ce qu'elle se trouve sous la forme d'un plasmide, d'un vecteur viral, d'un pseudo-vecteur, ou d'un ADN nu linéaire ou circulaire. 18. DNA molecule comprising at least one sequence according to one of claims 16 or 17 characterized in that it is in the form of a plasmid, a viral vector, a pseudo-vector, or linear or circular naked DNA.
19. Animal transgénique contenant dans son génome une séquence nucléotidique selon l'une des revendications 13 à 17 permettant l'expression d'un gène d'intérêt spécifiquement dans les spermatocytes.19. Transgenic animal containing in its genome a nucleotide sequence according to one of claims 13 to 17 allowing the expression of a gene of interest specifically in spermatocytes.
20. Animal selon la revendication 19 caractérisé en ce que le gène d'intérêt est une recombinase spécifique de site.20. Animal according to claim 19 characterized in that the gene of interest is a site-specific recombinase.
21. Animal selon la revendication 20 caractérisé en ce que la recombinase est Cre.21. Animal according to claim 20 characterized in that the recombinase is Cre.
22. Animal selon l'une des revendications 20 ou 21 caractérisé en ce que la recombinase demeure associée à la chromatine des spermatozoïdes.22. Animal according to one of claims 20 or 21 characterized in that the recombinase remains associated with the chromatin of the spermatozoa.
23. Utilisation d'un animal selon la revendication 22 dans le procédé des revendications 1 à 11.23. Use of an animal according to claim 22 in the method of claims 1 to 11.
24. Procédé de recombinaison entre chromosomes paternels et maternels caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : a) Expression d'une recombinase spécifique de site dans les cellules germinales d'un mâle portant dans son génome un ou plusieurs site(s) spécifique(s), b) on croise un ledit mâle avec un animal femelle portant dans son génome un ou plusieurs site(s) spécifique(s), ladite recombinase catalysant la recombinaison entre sites spécifiques lors de la première phase de la méiose.24. A method of recombination between paternal and maternal chromosomes characterized in that it comprises the following stages: a) Expression of a site-specific recombinase in the germ cells of a male carrying in its genome one or more site (s) specific (s), b) a said male is crossed with a female animal carrying in its genome one or more specific site (s), said recombinase catalyzing the recombination between specific sites during the first phase of meiosis.
25. Animal susceptible d'être obtenu par le procédé selon la revendication 24.25. Animal capable of being obtained by the method according to claim 24.
26. Animal multi transgénique obtenu en croisant entre eux les animaux selon l'une des revendications 12 ou 25.26. Multi-transgenic animal obtained by crossing animals between them according to one of claims 12 or 25.
27. Animal transgénique selon l'une des revendications 12, 25 et 26 caractérisé en ce qu'il s'agit d'un mammifère, notamment sélectionné parmi les ovins, les porcins, les bovins, les rongeurs. 27. Transgenic animal according to one of claims 12, 25 and 26 characterized in that it is a mammal, in particular selected from sheep, pigs, cattle, rodents.
28. Utilisation d'un animal selon la revendication 27 pour la préparation de substances utiles en médecine, en cosmétique, et/ou en agro-alimentaire, notamment de substances actives, de préférence des peptides ou polypeptides, des anticorps, des antigènes, des hormones, ou des facteurs de croissance, et/ou pour la fabrication de suppléments alimentaires.28. Use of an animal according to claim 27 for the preparation of substances useful in medicine, in cosmetics, and / or in food industry, in particular of active substances, preferably peptides or polypeptides, antibodies, antigens, hormones, or growth factors, and / or for the manufacture of food supplements.
29. Utilisation d'un animal selon la revendication 27 comme modèle expérimental pour l'identification de gènes, de promoteur, de protéines, notamment de gènes impliqués dans les maladies génétiques, et/ou pour tester l'action de substances actives.29. Use of an animal according to claim 27 as an experimental model for the identification of genes, promoter, proteins, especially genes involved in genetic diseases, and / or to test the action of active substances.
30. Utilisation d'un animal selon la revendication 27 pour la préparation d'organes ou de cellules présentant une meilleur immunocompatibilité avec les humains que les organes ou cellules de type sauvage ou susceptibles d'avoir un faible taux de rejet par les défenses immunitaires des humains.30. Use of an animal according to claim 27 for the preparation of organs or cells having better immunocompatibility with humans than wild type organs or cells or capable of having a low rate of rejection by the immune defenses of humans.
31. Utilisation d'un animal selon la revendication 27 pour l'élevage. 31. Use of an animal according to claim 27 for breeding.
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