JP2002507895A - 段階的なトランス活性化能を有する転写活性化因子 - Google Patents

段階的なトランス活性化能を有する転写活性化因子

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Abstract

(57)【要約】 その転写能が3桁を超える大きさで変化する転写活性化因子が提供される。このトランス活性化因子は、DNA結合タンパク質(例えば、Tetリプレッサー)と、単純ヘルペスウイルスのタンパク質16(VP16)に由来する最小の転写活性化ドメインとの融合物である。この最小のVP16ドメイン内のアミノ酸位442における置換変異により、トランス活性化能が変化したトランス活性化因子が提供される。さらに、野生型および変異型の両方の最小のVP16ドメインを含むキメラ状の活性化ドメインにより、トランス活性化能が変化したさらなる変化体が提供される。本発明の様々な局面は、核酸分子、ベクター、宿主細胞、融合タンパク質、トランスジェニック生物および相同組換え生物、ならびに遺伝子の転写調節方法に関する。

Description

【発明の詳細な説明】 段階的なトランス活性化能を有する転写活性化因子発明の背景 遺伝子発現を調節できることは、組換えタンパク質の製造、遺伝子治療、なら びに細胞の発達および分化の分析を含む様々な状況において望ましい。広範囲の 遺伝子調節システムが明らかにされているが、そのいくつかは遺伝子発現を構成 的な様式で刺激し、またそのいくつかは遺伝子発現を誘導的な様式で刺激する。 遺伝子発現を調節することに対する一般的な方法は、特定の標的DNA結合部位 に特異性を有するDNA結合ドメインと、転写活性化ドメインとからなる転写活 性化因子融合タンパク質(これはまた、本明細書中においては「トランス活性化 因子」として示される)を作製することである。目的とする遺伝子の発現を調節 するために、遺伝子が標的DNA結合部位に機能的に連結され、次いで、遺伝子 と、トランス活性化因子融合タンパク質をコードする発現ベクターとの両方の発 現が宿主細胞で同時に行われる。トランス活性化因子融合タンパク質が標的DN A結合部位に結合したときに、目的とする遺伝子の発現が刺激される。 構成的な転写活性化因子は、DNA結合ドメインがその標的部位に構成的に( すなわち、DNA結合を調節するための誘導剤を必要とすることなく)結合する 場合に作製される。そのような構成的なトランス活性化因子の1つの例は、単純 ヘルペスウイルスのビリオンタンパク質16(Triezenberg,S.J .他、(1988)Genes Dev.2:718〜729)のC端領域に連 結された酵母GAL4のDNA結合ドメインからなるGAL4−VP16(Sa dowski,I.他、(1988)Nature 335:563〜564) である。これに対して、DNA結合ドメインのみが誘導剤の存在下または非存在 下でその標的部位に結合する場合に、誘導的な転写活性化因子が作製される。そ のような誘導的な転写活性化因子の例は、VP16に連結された細菌のTetリ プレッサーからなるTetR−VP16(これは、テトラサイクリンの非存在下 でtetO配列に結合するが、テトラサイクリンの存在下ではtetO配列に結 合しない)(Gossen,M.およびBujard,H.(1992)Pro c.Natl.Acad.Sci.U.S.A.89、5547〜5551)、 およびVP16に連結された変異型TetリプレッサーからなるrTetR−V P16(これは、テトラサイクリンの存在下でtetO配列に結合するが、テト ラサイクリンの非存在下ではtetO配列に結合しない)(Gossen,M. 他(1995)Science 268、1766〜1769)である。 HSV VP16のC端の転写活性化ドメインは、真核生物細胞におけるその 強い転写刺激能のために、トランス活性化因子融合タンパク質の活性化因子成分 として頻繁に使用されている。しかし、転写因子の過剰発現により「鎮圧」が生 じ得ることが明らかにされている(Gill,G.およびPtashne.M. (1988)Nature 334、721〜724)。これは、転写装置の成 分がそのそれぞれの細胞内プールから輸送される結果として理解されている。V P16に関して、これは最も強力なトランス活性化因子の1つとして知られてい るが、例えば、GAL4との融合タンパク質としてのその過剰発現は、細胞には 耐えられないことが明らかにされている(Berger,S.L.他、(199 2)Cell 70、251〜265;Kelleher,R.J.他、(19 90)Cell 61、1209〜1215)。VP16が、S.cerevi siaeにおけるアダプター/同時活性化因子タンパク質ADA2(Silve rman,N.他(1994)Proc.Natl.Acad.Sci.U.S .A.91、11665〜11668)およびそのヒトホモログ(Candau ,R.他、(1996)Mol.Cell Biol.16、593〜602) を含む転写装置の様々な必須成分と、TFIIB(Lin,Y.S.他(199 1)Nature 353、569〜571)、TFIID(Stringer ,K.F.他(1990)Nature345、783〜786)、TFIIH (Xiao,H.他(1994)Mol.Cell Biol.14、7013 〜7024)およびdTAFII40(Goodrich,J.A.他(199 3)Cell 75、519〜530)と相互作用することを考慮すれば、これ は驚くべきことではない。Gilbertおよび共同研究者(Gilbert, D.M.他(1993)Mol.Cell.Biol.13、462〜472 )は、活性化ドメインの細胞内濃度および強度が重要なパラメーターである場合 、鎮圧による毒性は量的な問題であることを示す鎮圧と増殖停止との相関を見出 した。 従って、VP16の強力な転写活性化能は、VP16を、トランス活性化因子 融合タンパク質における使用に関して魅力的な成分にするが、いくつかの場合、 野生型VP16によって得られる転写活性化能よりも低い転写活性化能を有する 融合タンパク質を得ることは望ましいことであり得る。あるいは、他の状況にお いては、野生型VP16によって得られる転写活性化能よりもさらに大きな転写 活性化能を有する融合タンパク質を得ることは望ましいことであり得る。従って 、段階的なトランス活性化能を有するさらなるトランス活性化因子融合タンパク 質が必要である。発明の開示 本発明により、VP16に由来する最小の活性化ドメインを含有し、そして大 きさが少なくとも3桁の範囲に及ぶ段階的なトランス活性化能を有する一群の融 合タンパク質のトランス活性化因子が提供される。このようなトランス活性化因 子は、細胞において高濃度で許容され、そして遺伝子の発現レベルを非常に精密 な様式で調節できるという利点を有する。 本発明の1つの局面は、本発明の転写活性化因子融合タンパク質をコードする 核酸分子に関する。1つの実施形態において、この核酸分子は、転写を活性化す る融合タンパク質、すなわち、転写活性化ドメインを含む第2のポリペプチドに 機能的に連結されたDNA結合ドメインを含む第1のポリペプチドを含む融合タ ンパク質をコードする。この場合、転写活性化ドメインは、単純ヘルペスウイル スのビリオンタンパク質VP16(HSV VP16)の変異した酸性領域を少 なくとも1コピー含み、その変異した酸性領域は、HSV VP16のアミノ酸 位436〜447からなり、かつ野生型HSV VP16と比較して、442位 におけるアミノ酸置換を有する。HSV VP16の変異した酸性領域は、例え ば、配列番号2のアミノ酸配列を有し得る(その配列において、野生型VP16 の442位におけるフェニルアラニンはグリシンに変異され、本明細書中ではV P16[G]として示される)。あるいは、HSV VP16の変異した酸性領 域は、例えば、配列番号3のアミノ酸配列を有し得る(その配列において、野生 型VP16の442位におけるフェニルアラニンはチロシンに変異され、本明細 書中ではVP16[Y]として示される)。 本発明の他の実施形態において、融合タンパク質の転写活性化ドメインは、V P16の最小活性化ドメインの2コピー以上からなり、その少なくとも1つは、 442位に変異を有する。例えば、1つの実施形態において、転写活性化ドメイ ンは、2コピーのVP16[G](配列番号4のアミノ酸配列を有する)を含む 。別の実施形態において、転写活性化ドメインは、N端からC端の方向で、1コ ピーの野生型VP16の最小活性化ドメイン(VP16[F]として示す)と、 1コピーのVP16[G](配列番号5のアミノ酸配列を有する)とを含む。さ らに別の実施形態において、転写活性化ドメインは、N端からC端の方向で、1 コピーのVP16[G]と、1コピーのVP16[F](配列番号6のアミノ酸 配列を有する)とを含む。さらに別の実施形態において、転写活性化ドメインは 、N端からC端の方向で、1コピーのVP16[F]と、1コピーのVP16[ G]と、1コピーのVP16[Y](配列番号7のアミノ酸配列を有する)とを 含む。さらに別の実施形態において、転写活性化ドメインは、N端からC端の方 向で、1コピーのVP16[G]と、1コピーのVP16[F]と、1コピーの VP16[Y](配列番号8のアミノ酸配列を有する)とを含む。 別の実施形態において、本発明の核酸分子は、転写を活性化する融合タンパク 質、すなわち、転写活性化ドメインを含む第2のポリペプチドに機能的に連結さ れたDNA結合ドメインを含む第1のポリペプチドを含む融合タンパク質をコー ドする。この場合、転写活性化ドメインは、単純ヘルペスウイルスのビリオンタ ンパク質16(HSV VP16)の酸性領域の3コピーからなり、その酸性領 域は、HSV VP16のアミノ酸位436〜447(配列番号1)からなる。 すなわち、この融合タンパク質は、3コピーの野生型VP16[F]の最小活性 化ドメインを含有する。 さらに別の実施形態において、本発明の核酸分子は、転写を活性化する融合タ ンパク質、すなわち、転写活性化ドメインを含む第2のポリペプチドに機能的に 連結されたDNA結合ドメインを含む第1のポリペプチドを含む融合タンパク質 をコードする。この場合、転写活性化ドメインは、単純ヘルペスウイルスのビリ オンタンパク質16(HSV VP16)の酸性領域の4コピーからなり、その 酸性領域は、HSV VP16のアミノ酸位436〜447(配列番号1)から なる。すなわち、この融合タンパク質は、4コピーの野生型VP16[F]の最 小活性化ドメインを含有する。 本発明の核酸分子によってコードされる融合タンパク質の第1のポリペプチド は、本質的には、特定の標的DNA結合部位に対する特異性を有する任意のDN A結合ドメインであり得る。好ましい実施形態において、第1のポリペプチドは Tetリプレッサーである。別の好ましい実施形態において、第1のポリペプチ ドは、テトラサイクリンまたはテトラサイクリンアナログ(類似体)の存在下で tetOオペレーターに結合するが、その非存在下ではtetOオペレーターに 結合しない変異したTetリプレッサーである。さらに他の実施形態において、 第1のポリペプチドは、GAL4、LexA、LacRまたはステロイドホルモ ンレセプターである。 本発明の核酸分子は、宿主細胞における融合タンパク質の発現を可能にする組 換えベクターに組み込むことができる。従って、本発明の他の局面は、本発明の 核酸分子を有するベクターおよびそのようなベクターが導入された宿主細胞に関 する。本発明のさらに別の実施形態は、本発明の核酸分子によってコードされる トランス活性化因子融合タンパク質に関する。 本発明のトランス活性化因子融合タンパク質を使用して遺伝子発現を調節する ために、融合タンパク質をコードし、そして融合タンパク質の標的DNA結合部 位に機能的に連結された目的とする遺伝子を含有する(または含有するように改 変されている)発現ベクターが宿主細胞に導入される。この融合タンパク質を発 現させたとき、あるいは適切な誘導剤の存在下または非存在下でこの融合タンパ ク質を発現させたときに、目的とする遺伝子の発現が刺激される。従って、本発 明の融合タンパク質を使用して遺伝子発現を調節する方法もまた本発明の範囲に 含まれる。本発明の調節システムを使用して目的とするタンパク質の製造および 単離を行うためのプロセスもまた本発明により包含される。 本発明の融合タンパク質をコードする核酸もまた、トランスジェニック生物に 組み込むことができる(例えば、相同組換えによってゲノム内に無作為に、また は所定の位置に組み込むことができる)。従って、そのような生物もまた本発明 により包含される。図面の説明 図1は、TetRと、VP16に由来する最小の酸性活性化ドメインとの融合 物の概略図である。ドメインのアミノ酸配列を右側に示す:[F](これはまた 配列番号1として示される)は、442位にフェニルアラニンを含有するVP1 6の436位〜447位の間の野生型配列を表す。変異した最小のドメイン[G ](これはまた配列番号2として示される)またはドメイン[Y](これはまた 配列番号3として示される)において、Phe442は、それぞれ、グリシンま たはチロシンによって置換されている。最小のドメインの様々な組合せをTet Rに融合させて、左側に示される一群の融合タンパク質が得られた。 図2Aおよび図2Bは、様々なTetR融合物を特徴づける電気泳動移動度シ フトアッセイの写真である。10cm培養ディッシュで40%コンフルエンスに 増殖させたHeLa細胞を、TetRまたは図1に示す融合タンパク質の1つの いずれかをコードするプラスミドDNAを用いて一過性でトランスフェクション した。36時間後に調製した細胞抽出物を、放射能標識したtetO DNAと ともにテトラサイクリンの存在下または非存在下で一緒にした。タンパク質−D NA複合体を電気泳動的に分離し、リン光画像化装置を使用して検出した。図2 Aは、TetR−[F]融合物の移動度シフトである。図2Bは、TetRドメ インと、[F]ドメイン、[G]ドメインおよび[Y]ドメインとの間の融合物 の移動度シフトである。モックトランスフェクション細胞は、tTAをコードす る挿入物を有さないベクターDNAを含有した。 図3Aおよび図3Bは、トランス活性化因子の細胞内濃度を比較する電気泳動 移動度シフトアッセイの写真である。様々なトランス活性化因子を安定的に発現 する細胞から調節したタンパク質抽出物を、放射能標識したtetオペレーター DNAとともに電気泳動移動度シフトアッセイに供した。タンパク質およびDN Aをテトラサイクリンの存在下(+Tc)または非存在下で混合し、その後、比 較できるほどの量をポリアクリルアミドゲルに負荷した。図3Aは、PhCMv の制御下で、それぞれ、tTA、tTA2、tTA3またはtTA4をコードす るDNAを用いて安定的にトランスフェクションしたHeLa細胞集団から得ら れた抽出物を示す。図3Bは、tTAまたはtTA3を産生するそれぞれのクロ ーンの分析を示す。図3BにおけるtTAのレーンに関して、レーン1はX1/ 5細胞から得られた抽出物を示し;レーン2は、表2のX1/6−tTA細胞株 の抽出物を示し;レーン3は、tTAでトランスフェクションされた図3Aに示 すHeLa細胞の集団から選択されたクローンの抽出物を示す。図3Bにおける tTA3のレーンに関して、レーン1およびレーン2は、表2のtTA3産生細 胞株の抽出物を示し;レーン3は、tTA3を産生する図3Aに示すHeLa細 胞集団から選択されたクローンの抽出物を示す。(*)は、シグナルの定量のため に使用したマーカーを示す。発明の詳細な説明 下記の節において、段階的な転写活性化能を有する本発明のトランス活性化因 子融合タンパク質は、VP16に由来する活性化ドメインを使用するシステムの 代表的な例として、テトラサイクリンによって制御される転写活性化システムに 関連して主に記載される。しかし、当業者により理解されているように、VP1 6に由来する本発明の新規な活性化ドメインは、本発明のtetシステムに関し て本明細書中に記載されている同じ手順を適用することによって、他のDNA結 合ドメインと組み合わせて使用することができる。十分に特徴づけられたDNA 結合特異性を有し、そしてキメラ状のトランス活性化因子融合タンパク質におい て以前に使用された他のDNA結合ドメイン/タンパク質の非限定的な例には、 GAL4(例えば、Sadowski,I.他(1988)Nature 33 5:563〜564を参照のこと)、LexA(例えば、Brent,R.およ びPtashne,M.(1985)Cell 43、729〜36を参照のこ と)、LacR(例えば、Labow他、(1990)Mol.Cell.Bi ol.10:3343〜3356;Baim他、(1991)Proc.Nat l.Acad.Sci.USA 88:5072〜5076を参照のこと)、お よびステロイドホルモンレセプター(Ellliston,J.F.他(199 0)J.Biol.Chem.265、11517〜11521)が含まれる。 さらに、本発明の成分および方法は、Wang Y.他(1994)Proc. Natl.Acad.Sci.USA 9:8180〜8184に記載されてい る調節システムに適用することができる。このシステムは、GAL4、ホルモン レセプターおよびVP16の融合物を利用する。 テトラサイクリンによって制御される転写活性化システムは、以前に記載され ている(Gossen,M.およびBujard,H.(1992)Proc. Natl.Acad.Sci.U.S.A.89:5547〜5551)。この システムは、哺乳動物細胞(Resnitzky,D.他(1994)Mol. Cell.Biol.14、1669〜1679)および植物細胞(Weinm ann,P.他(1994)Plant J.5、559〜569)および酵母 細胞を含む様々な真核生物細胞の効率的な遺伝子スイッチとして機能する。この システムはまた、植物(Weinmann,P.他(1994)Plant J .5、559〜569)、マウス(Kistner,A.他(1996)Pro c.Natl.Acad.Sci.U.S.A.93、10933〜10938 )およびショウジョウバエにおいて示されているような生物のレベルにおける遺 伝子活性の効果的な調節を可能にする。 このtetシステムの重要な成分の1つは、テトラサイクリンにより制御され るトランス活性化因子(tTA)、すなわち、E.coliの(tn10)テト ラサイクリン耐性オペロンリプレッサーと、転写を活性化し得るドメイン(Tr iezenberg,S.J.他(1988)Genes Dev 2、718 〜729)を含有するVP16のC端部分との融合タンパク質である。エフェク ターであるテトラサイクリン(Tc)の非存在下において、tTAは、適切に操 作された最小のプロモーターからの転写を、上流に配置された一連のtetオペ レーター(tetO)配列に結合することにより活性化する。Tcの存在下では 、tTAは、その標的に結合することが妨げられ、従って、転写が停止させられ る。 TetRの変異体を使用すると、復帰表現型を有するトランス活性化因子(r tTA)が作製される。これは、tTAと比較した場合、逆の様式で機能する: このトランス活性化因子は、そのオペレーターに結合するためにドキシサイクリ ン(Dox)またはアンヒドロテトラサイクリン(ATc)のようなTc誘導体 を必要とし、従って、そのようなエフェクターの存在下でのみ転写を活性化する が、その非存在下では転写を活性化しない。このようなシステムは、本明細書中 では「逆tetシステム」として示され、この逆トランス活性化因子は「rtT A」と略記される。rtTAによる転写調節は、哺乳動物細胞(Gossen, M.他(1995)Science 268、1766〜1769)およびマウ ス(Kistner,A.他(1996)Proc.Natl.Acad.Sc i.U.S.A.93、10933〜10938)において明らかにされている 。 tetシステムおよび逆tetシステムに関しては、米国特許第5,464, 758号、米国特許第5,589,362号、国際特許公開PCT WO94/ 29442、国際特許公開PCT WO96/01313および国際特許公開P CT WO96/40892においてさらに詳しく記載されている。 その広範な適用にもかかわらず、tet調節システムおよび逆tet調節シス テムは、特定の実験的な必要条件を満たすためになおさらに発展させることがで きる。VP16の活性化ドメインの使用は、いくつかの状況においては「鎮圧」 (背景を参照のこと)を伴うが、本発明者らは、tTAおよびrtTAが、それ にもかかわらず、非常に多くのシステムにおいて十分に機能することが明らかに されたという事実は、Tetリプレッサー/オペレーターの相互作用の異常な特 異性に起因すると考える(Kleinschmidt,C.他(1988)Bi ochemistry 27、1094〜1104)。このような特異性によっ て、トランス活性化因子によるtetO配列の高い占有がtTA/rtTAの低 い細胞内濃度において可能になる。次いで、tTA/rtTAの発現ユニットが 染色体に無作為に組み込まれることによって、tTA/rtTAの合成が十分な 活性化には十分に高く、鎮圧による有害作用の防止には十分に低いときに、組み 込み部位のスクリーニングが可能になる。例えば、本発明者らは、本発明者らの HeLaX1細胞株におけるtTAの濃度を約4000分子/細胞であると推定 する(Gossen,M.(1993)Ph.D.論文、ハイデルベルグ大学) 。これは、基礎的な転写因子のプールに重大な影響を及ぼすには全く不十分であ り、しかし、それにもかかわらず、染色体に組み込まれたtTA応答性プロモー ターを105倍以上活性化することができる。多数の他の細胞株と同様に、この 細胞株ならびにtTAおよびrtTAを産生するいくつかのマウス株は、本発明 者らの実験室において数年間にわたり申し分がないほど安定している。このこと は、トランス活性化因子のそれぞれの細胞内濃度が「生理学的な枠」内におさま っていることを示している。 しかし、トランス活性化因子の適切な細胞内濃度に関してスクリーニングまた は選抜が不可能な実験的取り組みがある。例えば、トランスジェニック生物にお いて遺伝子を細胞タイプ特異的に調節するために、相同組換えによって、tTA /rtTA遺伝子を、目的とする遺伝子の発現を導くプロモーターの制御下に置 くことは興味深いと考えられる。組換えのために使用されるベクターが適切に設 計されている場合、組換え事象は、同時に、標的遺伝子を不活性化する;tTA /rtTA応答性プロモーターにより制御されるそのコード配列は独立して提供 され得る。そのような実験的な「ノックイン/ノックオウト」法は、tTA/r tTAの細胞タイプ特異的な発現を可能にし、従って、目的とする遺伝子の特異 的なTc制御による同等な調節が可能になる。トランス活性化因子の効果的な細 胞内濃度は、主として、特定の遺伝子座の転写活性の関数であり、これは予想す ることも、制御することもできないようなパラメーターである。このような限界 を解決する1つの方法は、トランス活性化因子の活性化能を特定の遺伝子座の発 現レベルに適合させることである。 次に、本発明者らは、一連の新規なTc制御のトランス活性化因子を説明する 。このトランス活性化因子は、VP16に由来する最小の活性化ドメインを含有 し、3桁を超える範囲の大きさを有する段階的なトランス活性化能を有する。こ のようなトランス活性化因子は、より高い濃度で細胞において寛容であり、従っ て、上記の実験方法に適すると考えられる。 実施例に記載されている転写トランス活性化因子は、Tetリプレッサーと、 VP16の「酸性活性化ドメイン」を含む12アミノ酸のセグメントに由来する 最小の活性化ドメインとの融合物である。この12アミノ酸のセグメントは、V P16のアミノ酸位436〜447に広がっている。本発明のいくつかの実施形 態において、転写活性化因子融合タンパク質は、この領域を3コピーまたは4コ ピー含有する。この領域を3コピー含有する融合タンパク質は、TetR−VP 16(すなわち、VP16の約127個のC端アミノ酸に融合したTetR)の 約100%の転写活性化能を有する。この領域を4コピー含有する融合タンパク 質は、TetR−VP16の約230%の転写活性化能を有する。 VP16の酸性活性化ドメインの変異分析により、442位のフェニルアラニ ンが機能に重要であることが明らかにされた(Regier,J.L.他(19 93)Proc.Natl.Acad.Sci.USA 90、883〜887 )。TypまたはTrpのような芳香族アミノ酸による置換、あるいはLeu、 IleまたはAlaなどの疎水性アミノ酸による置換が行われた場合、短縮型V P16の活性化能は、それぞれ、約3分の1あるいは10分の1に低下した。他 のすべての置換は、さらに大きな活性の低下が生じた。実施例に記載されている ように、VP16の変異した酸性ドメインを含むトランス活性化因子融合タンパ ク質により、段階的なトランス活性化能を有する一連の融合タンパク質が得られ る。本発明の1つの実施形態において、トランス活性化因子融合タンパク質は、 442位におけるフェニルアラニンが変異したアミノ酸位436〜447を少な くとも1コピー含有する。1つの実施形態において、442位のフェニルアラニ ンはグリシンに変更されている。別の実施形態において、442位のフェニルア ラニンはチロシンに変更されている。さらに他の実施形態において、442位の フェニルアラニンは、トリプトファン、ロイシン、イソロイシンまたはアラニン に変更されている。野生型および変異型の酸性領域の様々な組合せもまた本発明 により包含される。そのような例には、VP16[G][G](配列番号4)、 VP16[F][G](配列番号5)、VP16[G][F](配列番号6)、 VP16[F][G][Y](配列番号7)およびVP16[G][F][Y] (配列番号8)(これらにおいて、括弧内の文字は442位のアミノ酸を標準的 な1文字表記で示す)が含まれる。 野生型ならびに変異型の配列を使用するこれらの最小のドメインをいくつか組 み合わせることによって、一連のトランス活性化因子(tTA1〜tTA7、表 1)が得られた。これらは、その活性化能が、3桁を超える大きさで変化し、そ れによって、tTA1は、前記のtTAの活性化強度を2.3倍にする。この新 規なトランス活性化因子は、細胞の転写因子と相互作用することが知られている 部位が多数除去されているという事実にもかかわらず、前記のtTA応答性プロ モーターPhCMV ★-1を活性化する(Gossen,M.およびBujard,H .(1992)Proc.Natl.Acad.Sci.USA 89、554 7〜5551)。従って、VP16と比較した場合、tTA1〜tTA7は、O ct−1(Hayes,S.およびO’Hare,P.(1993)J.Vir ol.67、852〜862)および宿主細胞の因子であるHCF(Wu,T. J.他(1994)Mol.Cell.Biol.14、3484〜3493) と接触する部位を欠失している:この両者は、Oct−LHCF、VP16およ びDNAを含むC1複合体を形成するために必要である(Hayes,S.およ びO’Hare,P.(1993)J.Virol.67、852〜862)。 同様に、TAFII40(Goodrich,J.A.他(1993)Cell 75、519〜530)およびADA2(Silverman,N.他(19 94)Proc.Natl.Acad.Sci.USA 91、11665〜1 1668)と接触することが知られているVP16の第2のC端の酸性活性化ド メインの欠失は、新規のトランス活性化因子とそのような因子との相互作用をさ らに低下させることが予想される。従って、本発明者らは、これらのtTAタン パク質は、その鎮圧能を低下させる一方で、特異性を獲得していると考える。こ のような考えは、tTA2が、HeLa細胞において、元のTetR−VP16 融合物(tTA)よりも3倍大きな濃度で寛容であるが、この2つのトランス活 性化因子は同じ活性化能(表1)を有するという発見によって支持される。従っ て、発現をより低いレベルに限定するVP16のエレメントが除かれていること が考えられる。tTA2、tTA3およびtTA4の細胞内濃度を比較した場合 、それぞれの活性化能と逆の相関が明らかにされる。従って、異なる強度の発現 シグナルに対してトランス活性化能を調節するために、本明細書中に記載され ている一連のトランス活性化因子を使用することができると考えられる。 酸性ドメインを本明細書中に記載されているDNA結合タンパク質に融合させ ることによって、分子の負電荷が大きくなり、従って、DNAに対するその親和 性を変化させることができる。しかし、本明細書中に示されているDNA遅延実 験により、様々な結合定数の小さな違いはこのアッセイにより明らかにされてい ないが、すべてのTet融合物が、比較できる効率でtetO配列に結合するこ とが明らかにされている。 1個の[F]ドメインをTetRに融合することによって、転写を活性化しな いタンパク質が得られた。もう1つの最小の活性化ドメインをTetR−Fに融 合して、TetR−FF(tTA3)を得ることによって、tTAの約40%の 活性に達するトランス活性化因子が得られる。[F]ドメインをtTA3にさら に付加すると、活性化能は、tTA2およびtTA1に関して明らかなように、 ドメインあたり、約2.5倍増大した。 TetR−FをTetR−GF(tTA6)と比較することにより、TetR −[G][G]が効果的でないために、それ自身は転写不活性である[G]ドメ インを付加することは、機能的なトランス活性化因子であるtTA6を作製する ためには十分であることが示される。2つの最小ドメインの並びが逆になってい るトランス活性化因子のTetR−FG(TA7)は、tTA6よりも活性が小 さい。これは、立体的な要因が活性化ドメインの機能的な配置に寄与しているこ とを示す。それにもかかわらず、tTA7は測定可能な活性を有するので、本発 明者らは、[G]ドメインの負電荷もまた転写活性に寄与していると結論しなけ ればならない。tTA6およびtTA7は、事実、非常に弱いトランス活性化因 子である。グリシンをフェニルアラニンに単に交換することによって、得られる トランス活性化因子(tTA3)の活性化能は、(tTA6の)約60倍に増大 するか、あるいは(tTA7の)1000倍以上にさえ増大する。このことから 、本発明者らは、本発明者らのシステムにおいては、相乗的に作用する少なくと も2つの最小の活性化モジュールが、転写の効率的な刺激には必要であると結論 する。tTA5およびtTA4の活性化特性は、さらにまた、それぞれの最小ド メインの組合せによって生じる立体的で相乗的な作用により説明することができ る。従って、[Y]ドメインをtTA6およびtTA7の両者に付加することに よって、活性化能は20倍増大する。 本明細書中に記載されている一連のTc制御のトランス活性化因子により、多 数の利点が得られる。第1に、トランス活性化因子の能力を、与えられたプロモ ーターの強度に適合させることができる。これにより、相同組換えを介してtT Aのコード配列を細胞プロモーターの制御下に置くことによって、トランスジェ ニック生物において細胞タイプに限定されたTc制御の調節を達成するための新 しい可能性が開かれる。標的化されたプロモーターの強度、またはそのような遺 伝子座から生じる細胞内のtTA濃度はいずれも、容易に予測することができな いので、強度が異なるトランス活性化因子を選択することによって、適切なプロ モーター/トランス活性化因子の組合せを見出すためのさらなる自由度が得られ る。第2は、その増大した特異性およびその低下した鎮圧能のために、新しいt TA類は、tTAを適正な量で構成的に産生する細胞株およびトランスジェニッ ク動物の作製を容易にし得る。第3は、元のtTAの活性化ドメインの大きさを 小さくすることによって、細胞性免疫応答を誘発し得る可能性を有する数多くの 配列モチーフが除去された。従って、本明細書中の特徴を有するトランス活性化 因子は、細胞性免疫応答との競合が予想される場合には常に好ましい因子であり 得る。しかし、そのような応答は、マウスモデルにおいてtTA/rtTAに関 してこれまで認められていない。最後に、大きさが小さい新しいトランス活性化 因子は、外部配列の収容能が限定されたベクターシステムへの組み込みが考えら れる場合には有利であり得る。 本発明のさらなる局面を下記においてさらに詳しく記載する。I.転写活性化因子融合タンパク質 本発明の1つの局面は、融合タンパク質および融合タンパク質をコードする核 酸(例えば、DNA)に関する。用語「融合タンパク質」は、典型的には異なる 供給源に由来し、機能的に連結された少なくとも2つのポリペプチドを表すこと を目的とする。ポリペプチドに関して、用語「機能的に連結された」は、2つの ポリペプチドが、それぞれのポリペプチドがその意図された機能を示すことがで きるような様式で連結されていることを意味するものとする。典型的には、2つ のポリペプチドは、ペプチド結合を介して共有結合している。融合タンパク質は 、好ましくは、標準的な組換えDNA技術により製造される。例えば、第1のポ リペプチドをコードするDNA分子は、第2のポリペプチドをコードする別のD NA分子に連結され、そして得られたハイブリッドDNA分子を宿主細胞で発現 させて、融合タンパク質が製造される。DNA分子は、連結後において、コード されているポリペプチドの翻訳フレームが変化しないように5’から3’の方向 で互いに連結される(すなわち、DNA分子は読み枠を合わせて互いに連結され る)。 本発明のトランス活性化因子融合タンパク質は、部分的には、DNAに結合す る第1のポリペプチド(すなわち、DNA結合ドメインを含む第1のポリペプチ ド)からなる。好ましいDNA結合ドメインには、Tetリプレッサー、および テトラサイクリン(Tc)またはそのアナログの存在下でtetオペレーター配 列に結合するが、その非存在下ではtetオペレーター配列に結合しない変異し たTetリプレッサーが含まれる。(tTAを作製するための)VP16に対す るTetRの融合物、および(rtTAを作製するための)VP16に対する変 異TetRの融合物を作製するための組成物および方法は、米国特許第5,46 4,758号、米国特許第5,589,362号、国際特許公開PCT WO9 4/29442、国際特許公開PCT WO96/01313、および国際特許 公開PCT WO96/4O892に記載されている。これらの組成物および方 法は、例示において提供されているような標準的な分子生物学の技術および指針 を使用して本発明の融合物を作製するために適用することができる。他の適切な DNA結合ドメインには、GAL4、LexA、LacRおよびホルモンレセプ ターが含まれ、これらもまた、標準的な組換えDNA技術を使用して、VP16 に由来する本発明の最小の活性化ドメインに融合させることができる。 トランス活性化因子融合タンパク質の第1のポリペプチドは、VP16の最小 の活性化ドメインに由来する第2のポリペプチドに機能的に連結される。第1の ポリペプチドおよび第2のポリペプチドを機能的に連結するために、典型的には 、第1のポリペプチドおよび第2のポリペプチドをコードするヌクレオチド配列 が、読み枠を合わせて互いに連結され、融合タンパク質をコードするキメラ遺伝 子が作製される。しかし、第1のポリペプチドおよび第2のポリペプチドは、そ れぞれのポリペプチドの機能が保持される他の手段(例えば、化学的な架橋)に より機能的に連結することができる。VP16に由来する本発明の最小の活性化 ドメインを、実施例においてさらに詳しく示す。II.トランス活性化因子融合タンパク質の発現 A.発現ベクター トランス活性化因子融合タンパク質をコードする本発明の核酸は、上記のよう に、宿主細胞における融合タンパク質の発現に適切な形態で組換え発現ベクター に組み込むことができる。用語「宿主細胞における融合タンパク質の発現に適切 な形態で」は、組換え発現ベクターが、核酸のmRNAへの転写およびmRNA の融合タンパク質への翻訳を可能にする方法で融合タンパク質をコードする核酸 に機能的に連結された1つまたは複数の調節配列を含むことを意味するものとす る。用語「調節配列」はこの分野で認識されており、プロモーター、エンハンサ ーおよび他の発現制御エレメント(例えば、ポリアデニル化シグナル)を含むも のとする。そのような調節配列は、当業者に知られており、GoeddelのG ene Expression Technology:Methods in Enzymology 185、Academic Press、San D iego、CA(1990)に記載されている。発現ベクターの設計は、トラン スフェクションされ得る宿主細胞の選択および/または発現され得る融合タンパ ク質の量のような要因に依存し得ることを理解しなければならない。 哺乳動物細胞において使用される場合、組換え発現ベクターの制御機能は、ウ イルスの遺伝物質によって提供されることが多い。例えば、一般的に使用されて いるプロモーターは、ポリオーマ、アデノウイルス2、サイトメガロウイルスお よびシミアンウイルス40から得られている。融合タンパク質を発現させるため にウイルスの調節エレメントを使用することにより、様々な宿主細胞において融 合タンパク質を高レベルで構成的に発現させることができる。好ましい組換え発 現ベクターにおいて、融合タンパク質をコードする配列は、ヒトサイトメガロウ イルスのIEプロモーターが上流(すなわち、5’)に隣接し、そして下流(す なわち、3’)にはSV40ポリ(A)シグナルが隣接している。例えば、実施 例1に記載されている発現ベクターに類似する発現ベクターを使用することがで きる。ヒトサイトメガロウイルスのIEプロモーターは、Boshart他(1 995)Cell 41:521〜530に記載されている。使用することがで きる他の遍在的に発現するプロモーターには、HSV−Tkプロモーター(これ は、McKnight他(1984)Cell 37:253〜262に開示さ れている)およびβ−アクチンプロモーター(例えば、Ng他(1985)Mo l.Cell.Biol.5:2720〜2732によって記載されているヒト β−アクチンプロモーター)が含まれる。 あるいは、組換え発現ベクターの調節配列は、特定の細胞タイプにおいて、優 先的に融合タンパク質の発現を誘導することができる:すなわち、組織特異的な 調節エレメントを使用することができる。使用することができる組織特異的なプ ロモーターの非限定的な例には、下記のプロモーターが含まれる:アルブミンプ ロモーター(肝臓特異的;Pinkert他(1987)Genes Dev. 1:268〜277)、リンパ系に特異的なプロモーター(Calameおよび Eaton(1988)Adv.Immunol.43:235〜275)、特 にT細胞レセプターのプロモーター(WinotoおよびBaltimore( 1989)EMBO J.8:729〜733)および免疫グロブリンのプロモ ーター(Banerji他(1983)Cell 33:729〜740;Qu eenおよびBaltimore(1983)Cell 33:741〜748 )、ニューロン特異的プロモーター(例えば、神経フィラメントプロモーター; ByrneおよびRuddle(1989)Proc.Natl.Acad.S ci.USA 86:5473〜5477)、膵臓特異的プロモーター(Edl und他(1985)Science 230:912〜916)、ならびに乳 腺特異的プロモーター(例えば、乳清プロモーター;米国特許第4,873,3 16号および欧州特許出願公開第264,166号)。発達段階で調節されるプ ロモーターもまた含まれる:例えば、ネズミ類のhoxプロモーター(Kess elおよびGruss(1990)Science 249:374〜379) およびα−フェトプロテインプロモーター(CampesおよびTilghma n(1989)Genes Dev.3:537〜546)。 あるいは、トランス活性化因子融合タンパク質をコードする自己調節性構築物 を作製することができる。このような構築物を作製するために、融合タンパク質 をコードする核酸は、融合タンパク質のDNA結合ドメインが結合するDNA結 合部位を含む調節配列に機能的に連結される。例えば、tetシステムに関して 、tTAまたはrtTAをコードする配列は、最小のプロモーター配列および少 なくとも1つのtetオペレーター配列に機能的に連結され得る。 1つの実施形態において、本発明の組換え発現ベクターはプラスミドである。 あるいは、本発明の組換え発現ベクターは、ウイルスの核酸内に導入された核酸 の発現を可能にするウイルスまたはその一部であり得る。例えば、複製が不完全 なレトロウイルス、アデノウイルスおよびアデノ関連ウイルスを使用することが できる。組換えレトロウイルスの作製およびそのようなウイルスによるインビト ロまたはインビボでの細胞への感染に関するプロトコルは、Current P rotocols in Molecular Biology(Ausube l,F.M.他(編)、Greene Publishing Associa tes(1989)、9.10節〜9.14節)および他の標準的な実験室マニ ュアルに見出すことができる。適切なレトロウイルスの例には、当業者によく知 られているpLJ、pZIP、pWEおよびpEWが含まれる。適切なパッキン グウイルス株の例には、ψCrip、ψCre,ψ2およびψAmが含まれる。 アデノウイルスのゲノムは、トランス活性化因子融合タンパク質をコードして発 現するが、正常な溶解性ウイルスの生活環におけるその複製能に関して不活性化 されているように操作することができる。例えば、Berkner他(1988 )BioTechniques 6:616;Rosenfeld他(1991 )Science 252:431〜434;およびRosenfeld他(1 992)Cell 68:143〜155を参照のこと。アデノウイルスAd株 5型dl324およびアデノウイルスの他の株(例えば、Ad2、Ad3、Ad 7など)に由来する適切なアデノウイルスベクターが当業者に知られている。あ るいは、Tratschin他(1985)Mol.Cell.Biol.5: 3251〜3260に記載されているウイルスベクターなどのアデノ関連ウイル スベクターを使用して、トランス活性化因子融合タンパク質を発現させることが できる。 B.宿主細胞 本発明の融合タンパク質は、融合タンパク質をコードする核酸で、宿主細胞に おける融合タンパク質の発現に適切な形態にある核酸を宿主細胞に導入すること により真核生物細胞において発現する。例えば、融合タンパク質をコードする本 発明の組換え発現ベクターが、宿主細胞に導入される。あるいは、調節配列(例 えば、プロモーター配列)に機能的に連結された融合タンパク質をコードするが 、さらなるベクター配列を有さない核酸を宿主細胞に導入することができる。本 明細書中で使用されている用語「宿主細胞」には、細胞または細胞株が、発現さ れ得るタンパク質、選択される選抜システムまたは用いられる発酵システムと不 適合性でない限り、任意の真核生物の細胞または細胞株が含まれるものとする。 使用することができる哺乳動物細胞株の非限定的な例には、CHOdhfr-細 胞(UrlaubおよびChasin(1980)Proc.Natl.Aca d.Sci.USA 77:4216〜4220)、293細胞(Graham 他(1977)J.Gen.Virol.36:59頁)、あるいはSP2また はNSOのようなミエローマ細胞(GalfreおよびMilstein(19 81)Meth.Enzymol.73(B):3〜46)が含まれる。 細胞株に加えて、本発明は、遺伝子治療目的のために改変され得る細胞などの 正常な細胞、あるいはトランスジェニック動物または相同組換え動物を作製する ために改変される胚細胞に適用することができる。遺伝子治療目的のために特に 注目されている細胞タイプの例には、造血幹細胞、筋芽細胞、肝細胞、リンパ球 、神経細胞ならびに皮膚上皮細胞および気道上皮細胞が含まれる。さらに、トラ ンスジェニック動物または相同組換え動物に関して、胚幹細胞および受精卵母細 胞を、トランス活性化因子融合タンパク質をコードする核酸を含有するように改 変することができる。さらに、植物細胞を、トランスジェニック植物を作製する ために改変することができる。 本発明は広範囲に適用することができ、そして哺乳動物以外の真核生物細胞も 同様に包含する。このような細胞には、昆虫細胞(例えば、Sp.frugip erda)、酵母(例えば、S.cerevisiae,S.pombe、P. pastoris、K.lactis、H.polymorpha;これらはF leer,R.(1992)Current Opinion in Biot echnology 3(5):486〜496により概説されている)、カビ および植物細胞が含まれる。酵母S.cerivisaeにおける発現用ベクタ ーの例には、pYepSec1(Baldari他(1987)Embo J. 6:229〜234)、pMFa(KurjanおよびHerskowitz( 1982)Cell 30:933〜943)、pJRY88(Schultz 他(1987)Gene 54:113〜123)、およびpYES2(Inv itrogen Corporation、San Diego、CA)が含ま れる。融合タンパク質は、バキュロウイルス発現ベクター(例えば、O’Rei lly他(1982)Baculovirus Expression Vec tors:A Laboratory Manual、Stockton Pr essに記載されているようなベクター)を使用して昆虫細胞で発現させること ができる。培養された昆虫細胞(例えば、SF9細胞)におおてタンパク質を発 現させるために入手可能なバキュロウイルスベクターには、pAcシリーズ(S mith他(1983)Mol.Cell.Biol.3:2156〜2165 )およびpVLシリーズ(Lucklow,V.A.およびSummers,M .D.(1989)Virology 170:31〜39)が含まれる。 C.宿主細胞への核酸の導入 融合タンパク質をコードする核酸は、真核生物細胞のトランスフェクションに 関する標準的な技術により宿主細胞に導入することができる。用語「トランスフ ェクションする」または「トランスフェクション」は、宿主細胞に核酸を導入す ることに関するすべての従来技術を包含するものとする。これには、リン酸カル シウム共沈澱、DEAE−デキストラン媒介トランスフェクション、リポフェク チン、エレクトロポレーションおよびマイクロインジェクションが含まれる。宿 主細胞のトランスフェクションに関する適切な方法は、Sambrook他(M olecular Cloning:A Laboratory Manual 、第2版、Cold Spring Harbor Laboratory P ress(1989))および他の実験室書籍において見出すことができる。 本発明の核酸で形質転換される宿主細胞の数は、少なくとも一部は、使用され る組換え発現ベクターのタイプおよび使用されるトランスフェクション技術のタ イプに依存する。核酸は、一時的に宿主細胞に導入することができる。あるいは より典型的には、遺伝子発現を長期間調節するために、核酸は、宿主細胞のゲノ ムに安定的に組み込まれるか、または安定なエピソームとして宿主細胞内に残留 する。哺乳動物細胞に導入されるプラスミドベクターは、典型的には、低い頻度 でしか宿主細胞のDNAに組み込まれない。このような組込み体を同定するため には、選択マーカー(例えば、薬物耐性)を含有する遺伝子が、一般には、目的 とする遺伝子とともに宿主細胞に導入される。好ましい選択マーカーには、G4 18およびハイグロマイシンなどのいくつかの薬物に対する耐性を付与する遺伝 子が含まれる。選択マーカーは、目的とする核酸とは別個のプラスミドで導入す ることができ、あるいは同じプラスミドで導入される。本発明の核酸(例えば、 組換え発現ベクター)および選択マーカー遺伝子でトランスフェクションされた 宿主細胞は、選択マーカーを使用する細胞選抜によって同定することができる。 例えば、選択マーカーがネオマイシン耐性を付与する遺伝子をコードする場合、 核酸を取り込んだ宿主細胞を、G418を用いて選抜することができる。選択マ ーカー遺伝子が組み込まれた細胞は生存するが、それ以外の細胞は死滅する。 本発明の融合タンパク質をコードする核酸でトランスフェクションされた宿主 細胞は、融合タンパク質の標的として役に立つ1つまたは複数の核酸でさらにト ランスフェクションすることができる。例えば、tetシステムに関して、標的 核酸は、少なくとも1つのtetオペレーター配列に機能的に連結された転写さ れ得るヌクレオチド配列を含む。 本発明の融合タンパク質をコードする核酸は、従来のトランスフェクション技 術(例えば、リン酸カルシウム沈澱、DEAE−デキストラントランスフェクシ ョン、エレクトロポレーションなど)によって、インビトロの培養で増殖中の真 核生物細胞に導入することができる。核酸はまた、例えば、核酸をインビボで細 胞に導入するために適する送達機構を適用することによってインビボで細胞に移 すことができる。例えば、レトロウイルスベクター(例えば、Ferry,N. 他(1991)Proc.Natl.Acad.Sci.USA88:8377 〜8381;およびKay,M.A.他(1992)Human GeneTh erapy 3:641〜647を参照のこと)、アデノウイルスベクター(例 えば、Rosenfeld,M.A.(1992)Cell 68:143〜1 55;およびHerz,J.およびGerard,R.D.(1993)Pro c.Natl.Acad.Sci.USA 90:2812〜2816を参照の こと)、レセプター媒介DNA取り込み(例えば、Wu,G.およびWu,C. H.(1988)J.Biol.Chem.263:14621;Wilson 他(1992)J.Biol.Chem.267:963〜967;および米国 特許第5,166,320号を参照のこと)、直接的なDNA注入(例えば、A csadi他(1991)Nature 332:815〜818;およびWo lff他(1990)Science 247:1465〜1468を参照のこ と)、またはパーティクルボンバードメント(例えば、Cheng,L.他(1 993)Proc.Natl.Acad.Sci.USA 90:4455〜4 459;およびZelenin,A.V.他(1993)FEBS Lette rs 315:29〜32を参照のこと)などによる。従って、遺伝子治療目的 のために、細胞をインビトロで改変して被験者に投与することができ、あるいは 細胞をインビボで直接改変することができる。 D.トランスジェニック生物 トランス活性化因子融合タンパク質をコードする核酸は、本発明の融合タンパ ク質が1つまたは複数の細胞タイプで発現するトランスジェニック動物を作製す るために、ヒト以外の動物の受精した卵母細胞に入れることができる。トランス ジェニック動物は、出生前の段階(例えば、胚の段階)で動物または動物の祖先 に導入されているトランスジーンを含有する細胞を有する動物である。トランス ジーンは、トランスジェニック動物が発生する細胞のゲノムに組み込まれ、そし て成熟した動物のゲノムに残留し、それによって、コードされた遺伝子産物の発 現をトランスジェニック動物の1つまたは複数の細胞タイプまたは組織でもたら すDNAである。1つの実施形態において、ヒト以外の動物はマウスであるが、 本発明はマウスに限定されない。他の実施形態において、トランスジェニック動 物は、ヤギ、ヒツジ、ブタ、ウシまたは他の家畜である。そのようなトランスジ ェニック動物は、タンパク質の大規模な生産(いわゆる、「遺伝子農場」)に有 用である。 トランスジェニック動物は、例えば、融合タンパク質をコードする核酸(典型 的には、構成的または組織特異的なエンハンサーなどの適切な調節エレメントに 連結された核酸)を、受精した卵母細胞の雄性前核に、例えば、マイクロインジ ェクションによって導入し、そしてその卵母細胞を偽妊娠の雌性里親動物で発育 させることにより作製することができる。イントロン配列およびポリアデニル化 シグナルもまた、トランスジーンの発現効率を増大させるためにトランスジーン に含めることができる。トランスジェニック動物、特に、マウスなどの動物を作 製するための方法は、この分野で一般的になってきており、例えば、米国特許第 4,736,866号および同第4,870,009号ならびにHogan,B .他(1986)A Laboratory Manual、Cold Spr ing Harbor、New York、Cold Spring Harb or Laboratoryに記載されている。トランスジェニック始祖動物は 、トランスジーンを有するさらなる動物を繁殖させるために使用することができ る。本発明の融合タンパク質をコードするトランスジーンを有するトランスジェ ニック動物は、トランス活性化因子融合タンパク質が結合する標的DNA部位に 機能的に連結された目的の遺伝子を含むトランスジーンを有する他のトランスジ エニック動物とさらに交配させることができる。例えば、tetシステムに関し て、tTAトランスジェニック動物またはrtTAトランスジェニック動物は、 tetオペレーター配列に機能的に連結された遺伝子を含有するトランスジェニ ック動物と交配させることができる。 トランスジェニック動物に加えて、本明細書中に記載されている調節システム は、トランスジェニック植物などの他の生物に適用され得ることが理解される。 トランスジェニック植物は、この分野で知られている従来の技術により作製する ことができる。従って、本発明は、動物および植物を含み、本発明のトランス活 性化因子融合タンパク質を発現する細胞を含有するヒト以外のトランスジェニッ ク生物を包含する(すなわち、トランス活性化因子をコードする核酸は、トラン スジェニック生物の細胞において1つまたは複数の染色体に取り込まれている) 。 E.相同組換え生物 本発明はまた、本発明の融合タンパク質を発現するヒト以外の相同組換え生物 を提供する。本明細書中で使用されている用語「相同組換え生物」は、遺伝子と 、動物の細胞(例えば、動物の胚細胞)に導入されるDNA分子との間での相同 組換えによって改変された遺伝子を含有する生物(例えば、動物または植物)を 表すことを目的とする。1つの実施形態において、ヒト以外の動物はマウスであ るが、本発明はマウスに限定されない。融合タンパク質をコードする核酸がゲノ ムの特定部位に導入された動物を作製することができる:すなわち、核酸は内在 遺伝子と相同的に組換えられる。 そのような相同組換え動物を作製するために、相同組換えが起こり得る真核生 物遺伝子のさらなる核酸がその5’および3’において隣接する融合タンパク質 をコードするDNAを含有するベクターが調製される。融合タンパク質をコード する核酸に隣接するさらなる核酸は、真核生物遺伝子との相同組換えがうまく生 じるのに十分な長さである。典型的には、数キロベースの隣接するDNAが(5 ’端および3’端の両方において)ベクターに含まれる(相同組換えベクターの 説明に関しては、例えば、Thomas,K.S.およびCapecchi,M .R.(1987)Cell 51:503を参照のこと)。ベクターは胚幹細 胞株に(例えば、エレクトロポレーションによって)導入され、そして導入され たDNAが内在のDNAと相同的に組み換えられた細胞が選抜される(例えば、 Li,E.他(1992)Cell 69:915を参照のこと)。次いで、選 抜された細胞を動物(例えば、マウス)の胚盤胞に注入して、凝集キメラを得る (例えば、Bradley,A.、Teratocarcinomas and Embryonic Stem Cells:A Practical Ap proach,E.J.Robertson編(IRL、Oxford、198 7)113頁〜152頁を参照のこと)。次いで、キメラ状の胚を適切な偽妊娠 の雌性里親動物に移植して、胚を成熟させる。相同的に組換えられたDNAを生 殖細胞に有する子孫は、動物のすべての細胞が相同的に組換えられたDNAを含 有する動物を繁殖させるために使用することができる。このような「生殖系列伝 搬」動物は、トランス活性化因子融合タンパク質が結合する標的DNA部位に機 能的に連結された遺伝子を有する動物とさらに交配することができる。例えば、 tetシステムに関して、「生殖系列伝搬」動物は、少なくとも1つのtetオ ペレーター配列に機能的に連結された遺伝子を有する動物とさらに交配すること ができる。 上記の相同組換え方法に加えて、酵素支援による部位特異的組み込みシステム がこの分野で知られている。これは、第2の標的DNA分子内の所定位置にDN A分子を組み込むために、本発明の調節システムの成分に適用することができる 。そのような酵素支援組み込みシステムの例には、Creリコンビナーゼ−lo x標的システム(例えば、Baubonis,W.およびSauer,B.(1 993)Nucl.Acids Res.21:2025〜2029;およびF ukushige,S.およびSauer,B.(1992)Proc.Nat l.Acad.Sci.USA 89:7905〜7909に記載されているシ ステム)、およびFLPリコンビナーゼ−FRT標的システム(例えば、Dan g,D.T.およびPerrimon,N.(1992)Dev.Genet. 13:367〜375;およびFiering,S.他(1993)Proc. Natl.Acad.Sci.USA 90:8469〜8473に記載されて いるシステム)が含まれる。III.本発明のキット 本発明の別の局面は、本発明の調節システムの成分を含むキットに関する。そ のようなキットは、目的とする遺伝子(すなわち、転写され得る目的のヌクレオ チド配列)の発現を調節するために使用することができる。このキットは、転写 活性化因子融合タンパク質をコードする核酸を含み得る。あるいは、トランス活 性化因子融合タンパク質が真核生物細胞で発現するようにトランス活性化因子融 合タンパク質をコードする核酸がその中に安定に取り込まれている真核生物細胞 が、キットにおいて提供され得る。 1つの実施形態において、キットは、その内部できつく閉じ込められた状態で 少なくとも2つの容器手段を有する運搬手段を含む:本発明のトランス活性化因 子融合タンパク質をコードする第1の核酸(例えば、DNA)を含有する第1の 容器手段、および目的とするヌクレオチド配列がクローニングされ得るトランス 活性化因子に関する第2の標的核酸(例えば、DNA)を含有する第2の容器手 段。第2の核酸は、典型的には、転写され得るヌクレオチド配列(機能的に連結 された最小のプロモーター配列を必要に応じて含む)および融合タンパク質が結 合する少なくとも1つの機能的に連結されたDNA結合部位を導入するためのク ローニング部位を含む。用語「クローニング部位」は、少なくとも1つの制限エ ンドヌクレアーゼ部位を包含するものとする。典型的には、多数の異なる制限エ ンドヌクレアーゼ部位(例えば、ポリリンカー)が、核酸の内部に含有される。 キットの成分を使用して目的のヌクレオチド配列の発現を調節するために、目 的のヌクレオチド配列が、従来の組換えDNA技術によってキットの標的ベクタ ーのクローニング部位にクローニングされ、次いで、第1の核酸および第2の核 酸が宿主細胞または動物に導入される。次いで、宿主細胞または動物で発現した トランス活性化因子融合タンパク質によって、目的とするヌクレオチド配列の転 写が(融合タンパク質においてどのようなDNA結合ドメインが使用されている かに依存して、構成的に、あるいは適切な誘導剤の存在下または非存在下で)調 節される。 あるいは、別の実施形態において、キットは、トランス活性化因子が細胞で発 現されるように本発明のトランス活性化因子融合タンパク質をコードする核酸で 安定的にトランスフェクションされる真核生物細胞を含む。従って、上記の第1 の容器手段は、核酸のみを含有するよりも、トランス活性化因子をコードする第 1の核酸が(例えば、リン酸カルシウム沈澱またはエレクトロポレーションなど の従来の方法による安定的なトランスフェクションによって)安定的に導入され た真核生物細胞株を含有する。この実施形態においては、目的のヌクレオチドが キットの標的ベクターのクローニング部位にクローニングされ、次いで、標的ベ クターが、トランス活性化因子融合タンパク質を発現する真核生物細胞に導入さ れる。IV.テトラサイクリンまたはそのアナログによる遺伝子発現の調節 tetシステムまたは逆tetシステムに基づく本発明のトランス活性化因子 融合タンパク質をコードする核酸、ならびにtetオペレーター配列に機能的に 連結されたヌクレオチド配列(すなわち、転写され得る目的の遺伝子)を有する 宿主細胞において、tetオペレーター配列に機能的に連結されたヌクレオチド 配列の高レベルの転写は、(tetシステムまたは逆tetシステムが使用され ているかどうかに依存して)テトラサイクリンの有無に依存する。宿主細胞での 転写を誘導するために、宿主細胞は、(tetシステムに関しては)Tcの非存 在下で培養されるか、あるいは(逆tetシステムに関しては)テトラサイクリ ンまたはテトラサイクリンアナログと接触させられる。従って、本発明の別の局 面は、本発明のトランス活性化因子融合タンパク質を発現する宿主細胞または動 物において、tetオペレーター配列に機能的に連結されたヌクレオチド配列の 転写を調節するための方法に関する。この方法は、細胞をテトラサイクリンまた はテトラサイクリンアナログと接触させること、あるいはテトラサイクリンまた はテトラサイクリンアナログを、そのような細胞を含有する被験体に投与するこ とを含む。 用語「テトラサイクリンアナログ」は、テトラサイクリンに構造的に関連する 化合物で、少なくとも約106-1のKaでTetリプレッサーに結合する化合物 を含むものとする。好ましくは、テトラサイクリンアナログは、約109-1以 上の親和性で結合する。そのようなテトラサイクリンアナログの例には、アンヒ ドロテトラサイクリン、ドキシサイクリン、クロロテトラサイクリン、オキシテ トラサイクリン、および下記によって開示されるアナログが含まれるが、これら に限定されない:HlavkaおよびBoothe、「テトラサイクリン」、H andbook of Experimental Pharmacology 78、R.K.Blackwood他(編)、Springer−Verla g、Berlin−New York、1985;L.A.Mitscher、 「テトラサイクリン抗生物質の化学」、Medicinal Research 9、Dekker、New York)1978;Noyee Develo pment Corporation、「テトラサイクリン製造プロセス」、C hemical Process Reviews、Park Ridge、N J、2巻、1969;R.C.Evans、「テトラサイクリンの科学」、Bi ochemical Reference Series 1、Quadran gle Press、New York、1968;およびH.F.Dowli ng、「テトラサイクリン」、Antibiotic Monographs、 第3号、Medical Encyclopedia、New York、19 55。高レベルの転写刺激に好ましいTcアナログは、アンヒドロテトラサイク リンおよびドキシサイクリンである。Tcと比較して低い抗生物質活性を有する Tcアナログを選択することができる。そのようなTcアナログの例は、アンヒ ドロテトラサイクリン、エピオキシテトラサイクリンおよびシアノテトラサイク リンである。 インビトロで細胞における遺伝子発現を調節するために、細胞は、Tcまたは Tcアナログと、そのような化合物を含有する培地で細胞を培養することによっ て接触させられる。TcまたはTcアナログの存在下で細胞をインビトロで培養 する場合、好ましい濃度範囲は、約10ng/ml〜約1000ng/mlの間 である。TcまたはTcアナログは、細胞が既に培養されている培地に直接加え ることができ、あるいは、より好ましくは、高レベルの遺伝子誘導を行うために 、Tcを含まない培地から細胞を集め、そして細胞を、Tcまたはそのアナログ を含有する新しい培地で培養する。 インビボでの遺伝子発現を誘導するために、被験体内の細胞は、TcまたはT cアナログと、そのような化合物を被験体に投与することによって接触させられ る。用語「被験体」は、ヒトおよびヒト以外の哺乳動物を含むものとする:ヒト 以外の哺乳動物には、サル、ウシ、ヤギ、ヒツジ、イヌ、ウサギ、ラット、マウ ス、ならびにそれらのトランスジェニック種および相同組換え種が含まれる。さ らに、用語「被験体」は、トランスジェニック植物などの植物を含むものとする 。誘導剤がヒトまたは動物の被験体に投与される場合、投与量は、好ましくは約 0.05μg/ml〜1.0μg/mlの間の血清濃度が達成されるように調節 される。TcまたはTcアナログは、遺伝子の誘導に十分なインビボ濃度を達成 するために効果的な任意の手段によって被験体に投与することができる。適切な 投与形式の例には、経口投与(例えば、誘導剤を飲料水に溶解すること)、徐放 性ペレットおよび拡散ポンプの埋め込みが含まれる。TcまたはTcアナログを トランスジェニック植物に投与するために、誘導剤を、植物に投与される水に溶 解することができる。VI.本発明の適用 本発明は、多面発現作用または細胞傷害性を引き起こすことなく迅速かつ効率 的に制御された方法で、遺伝子発現の開始および停止を行うことができ、あるい は遺伝子発現のレベルを調節できることが望ましい様々な状況に広く適用するこ とができる。従って、本発明のシステムは、真核生物細胞、植物および動物にお ける細胞発達および細胞分化の研究に幅広く適用することができる。例えば、ガ ン遺伝子の発現は、その機能を研究するために、細胞において制御された方法で 調節することができる。さらに、このシステムを使用して、CREまたはFLP などの部位特異的なリコンビナーゼの発現を調節することができ、それによって トランスジェニック生物の遺伝子型の不可逆的な改変が、特定の発達段階におい て制御された条件下で可能になる。例えば、トランスジェニック植物のゲノムに 挿入され、特定のトランスジェニック植物の選択を可能にする薬物耐性マーカー は、Tcにより調節される部位特異的なリコンビナーゼによって不可逆的に取り 除くことができる。本発明の調節システムの他の適用を下記に示す: A.遺伝子治療 本発明は、遺伝子的疾患または後天的疾患のいずれかの処置における遺伝子治 療目的に特に有用であり得る。遺伝子治療の一般的な方法には、機能的な活性の 回復または増強のために、導入される遺伝物質によってコードされる1つまたは 複数の遺伝子産物が細胞内で産生されるように核酸を細胞に導入することが含ま れる。遺伝子治療法の総説に関しては、Anderson,W.F.(1992 )Science 256:808〜813;Miller,A.D.(199 2)Nature 357:455〜460;Friedmann,T.(19 89) Science 244:1275〜1281;およびCournoy er,D.他(1990)Curr.Opin.Biotech.1:196〜 208を参照のこと。しかし、現在の遺伝子治療ベクターは、典型的には、内在 性の転写因子に応答し得る構成的な調節エレメントを利用している。このような ベクターシステムでは、被験体における遺伝子の発現レベルを調節し得ることは 考慮されていない。これに対して、本発明の誘導性の調節エレメントはこのよう な調節能を提供する。 遺伝子治療目的に本発明の逆tetシステムを使用するために、1つの実施形 態において、遺伝子治療を必要とする被験体の細胞は、1)宿主細胞におけるト ランス活性化因子の発現に適切な形態で本発明のトランス活性化因子融合タンパ ク質をコードする核酸、および2)tetオペレーター配列に機能的に連結され た目的の遺伝子(例えば、治療目的の遺伝子)を含有するように改変される。被 験体の細胞はエクスビボで改変され、次いで、被験体に導入することができ、あ るいは、細胞はインビボで直接改変することができる。次いで、被験体の細胞に おける目的遺伝子の発現が、TcまたはTcアナログを患者に投与することによ って刺激される。遺伝子の発現レベルは、誘導剤としてどのような特定のTcア ナログが使用されているかに依存して変化し得る。遺伝子の発現レベルはまた、 患者に投与されるテトラサイクリンまたはそのアナログの用量を調節し、それに よって循環および目的とする組織において達成される濃度を調節することによっ て調整することができる。 酵素結合免疫吸着アッセイなどのこの分野で知られている従来の検出方法は、 宿主細胞において調節された目的タンパク質の発現をモニターするために使用す ることができる。そして、TcまたはTcアナログの濃度は、目的とするタンパ ク質の所望する発現レベルが得られるまで変化させることができる。従って、目 的とするタンパク質の発現は、個々の生涯にわたって変化し得る個々の医学的な 必要に従って調節することができる。被験体の細胞において目的とする遺伝子の 発現を停止させるために、誘導剤の投与が停止される。従って、本発明の調節シ ステムは、治療的状況の必要性に依存して遺伝子の発現レベルの調整を可能にす るという、構成的な調節システムよりも大きな利点を提供する。 遺伝子的疾患または後天的疾患の処置のために被験体の細胞において発現され 得る特に注目される遺伝子には、アデノシンデアミナーゼ、第VIII因子、第 IX因子、ジストロフィン、β−グロビン、LDLレセプター、CFTR、イン スリン、エリスロポイエチン、抗血管形成因子、成長ホルモン、グルコセレブロ シダーゼ、β−グルクロニダーゼ、α1−アンチトリプシン、フェニルアラニン ヒドロキシラーゼ、チロシンヒドロキシラーゼ、オルニチントランスカルバミラ ーゼ、アルギノコハク酸シンセターゼ、UDP−グルクロニシルトランスフェラ ーゼ、アポAl、TNF、可溶性TNFレセプター、インターロイキン(例えば 、IL−2)、インターフェロン(例えば、α−IFNまたはβ−IFN)、な らびに他のサイトカインおよび成長因子をコードする遺伝子が含まれる。遺伝子 治療目的のために改変され得る細胞タイプには、造血幹細胞、筋原細胞、肝細胞 、リンパ球、皮膚上皮細胞および気道上皮細胞が含まれる。遺伝子治療に関する 細胞タイプ、遺伝子および方法のさらなる説明に関しては下記を参照のこと:例 えば、Wilson,J.M.他(1989)Proc.Natl.Acad. Sci.USA 85:3014〜3018;Armentano,D.他(1 990)Proc.Natl.Acad.Sci.USA 87:6141〜6 145;Wolff,J.A.他(1990)Science 247:146 5〜1468;Chowdhury,J.R.他(1991)Science 254:1802〜1805;Ferty,N.他(1991)Proc.Na tl.Acad.Sci.USA 88:8377〜8381;Wilson, J.M.他(1992)J.Biol.Chem.267:963〜967;Q uantin,B.他(1992)Proc.Natl.Acad.Sci.U SA 89:2581〜2584;Dai,Y.他(1992)Proc.Na tl.Acad.Sci.USA 89:10892〜10895;van B eusechem,V.W.他(1992)Proc.Natl.Acad.S ci.USA 89:7640〜7644;Rosenfeld,M.A.他( 1992)Cell 68:143〜155:Kay,M.A.他(1992) Human Gene Therapy 3:641〜647;Cristia no,R.J.他(1993)Proc.Natl.Acad.Sci.USA 90:2122〜2126;Hwu,P.他(1993)J.Immunol .150:4104〜4115;およびHerz,J.およびGerard,R .D.(1993)Proc.Natl.Acad.Sci.USA 90:2 812〜2816。 ガンの処置において特に注目される遺伝子治療の適用には、サイトカイン遺伝 子(例えば、TNF−α)の腫瘍浸潤性リンパ球での過剰発現、または腫瘍部位 での抗腫瘍免疫応答を誘導するサイトカインの腫瘍細胞における異所性発現、非 毒性剤を毒性剤に変換し得る酵素の腫瘍細胞での発現、抗腫瘍免疫応答を誘導す る腫瘍特異的抗原の発現、腫瘍サプレッサー遺伝子(例えば、p53またはRb )の腫瘍細胞での発現、骨髄細胞を化学療法の毒性から保護するための多薬剤耐 性遺伝子(例えば、MDR1および/またはMRP)の骨髄細胞での発現が含ま れる。 ウイルス疾患の処置において特に注目される遺伝子治療の適用には、HIVト ランス優性ネガティブのtat変異体またはrev変異体あるいはHSVトラン ス優性ICp4変異体(例えば、Balboni,P.G.他(1993)J. Med.Virol.41:289〜295;Liem,S.E.他(1993 )Hum.Gene Ther.4:625〜634;Malim,M.H.他 (1992)J.Exp.Med.176:1197〜1201;Daly,T .J.他(1993)Biochemistry 32:8945〜8954; およびSmith,C.A.(1992)Virology 191:581〜 588を参照のこと)などのトランス優性ネガティブのウイルス性トランス活性 化因子タンパク質の発現、HIVのenv変異体などのトランス優性ネガティブ エンベロープタンパク質の発現(例えば、Steffy,K.R.他(1993 )J.Virol.67:1854〜1859を参照のこと)、ウイルス産物に 対する抗体またはそのフラグメントの細胞内発現(「内部免疫化」、例えば、M arasco,W.A.他(1993)Proc.Natl.Acad.Sci .USA 90:7889〜7893)、および可溶性CD4などの可溶性ウイ ルスレセプターの発現が含まれる。さらに、本発明のシステムを使用して、細胞 において自殺遺伝子を条件に応じて発現させることができ、それによって、細胞 の除去が、意図された機能を細胞が果たした後で可能になる。例えば、ワクチン 化のために使用される細胞は、TcまたはTcアナログの被験体への投与により 細胞内で自殺遺伝子の発現が誘導されることによって免疫応答が被験体に得られ た後で被験体内で除去することができる。 本発明のTc制御による調節システムは、それが遺伝子治療への適用に特に適 するという数多くの有利な特性を有する。例えば、本発明のシステムにより、被 験体における遺伝子産物の調節された投薬を可能にする遺伝子発現に関する「オ ン」/「オフ」のスイッチが提供される。いくつかの状況においては、設定され たレベルで遺伝子産物が単に構成的に発現されるというよりは、調節された方法 で、遺伝子産物を特定のレベルおよび/または時期に提供できることは望ましい ことであり得る。例えば、目的の遺伝子は、目的遺伝子産物の最も効果的なレベ ルが最も効果的な時期に得られるように一定の間隔(例えば、毎日、1日おき、 毎週など)で発現のスイッチを「オン」にすることができる。被験体内で産生さ れる遺伝子産物のレベルは標準的な方法でモニターすることができる(例えば、 ELISAまたはRIAなどの免疫学的アッセイを使用する直接的なモニター、 あるいは目的とする遺伝子産物の機能に依存する実験室パラメーター(例えば、 血中グルコースレベルなど)の間接的なモニターによって行うことができる)。 被験体において異なる時間間隔で遺伝子の発現を「オン」にし、そして遺伝子を 他の時期において「オフ」状態に保つことを可能にするこのような能力により、 断続的な間隔で目的とする遺伝子産物を継続的に投与しなければならないことが 避けられる。この方法は、苦痛的であり、かつ/または副作用をもたらすことが あり、そして医師のところに継続的に行かなければならないような遺伝子産物の 反復的な注射を必要としない。これに対して、本発明のシステムはそのような不 利益を回避する。さらに、被験体において異なる時間間隔で遺伝子発現を「オン 」にできることは、痛みおよび症状が現れる急性期の間の処置が必要とされると きにだけ、活性の「急上昇」を含む疾患(例えば、多くの自己免疫疾患)の集中 した処置を可能する。そのような疾患が鎮静しているときには、発現システムを 「オフ」状態に保つことができる。 異なる時間間隔で遺伝子発現を調節するこのような能力から特に有用であり得 る遺伝子治療適用には、下記の非限定的な例が含まれる。 慢性関節リウマチ−炎症性サイトカイン(例えば、TNF、IL−1およびI L−12)の産生を阻害する遺伝子産物をコードする遺伝子を、被験体において 発現させることができる。そのような阻害剤の例には、サイトカインの可溶性形 態のレセプターが含まれる。さらにまたはその代わりに、サイトカインIL−1 0および/またはIL−4(これらは保護的なTh2型の応答を刺激する)を発 現させることができる。さらに、グルココルチコミメティックレセプター(GC MR)を発現させることができる。 下垂体機能不全症−ヒト成長ホルモンの遺伝子を、遺伝子発現がダウンレギュ レーションされ得るときに、正常な身長が得られるまで、遺伝子発現が必要とさ れる年少期に限ってそのような被験体において発現させることができる。 外傷治癒/組織再生−治癒過程に必要な因子(例えば、成長因子、血管形成因 子など)が必要であり、次いでダウンレギュレーションされるときに限って、そ れらを発現させることができる。 抗ガン処置−抗ガン処置において有用な遺伝子産物の発現は、腫瘍増殖の遅延 が達成されるまでの治療期に限定され得る。そのようなときに、遺伝子産物の発 現がダウンレギュレーションされ得る。可能な全身的な抗ガン処置には、免疫刺 激性分子(例えば、IL−2、IL−12など)、血管形成阻害剤(PF4、I L−12など)、Herレグリン、ロイコレグリン(国際特許公開PCT WO 85/04662を参照のこと)、ならびにG−CSF、GM−CSFおよびM −CSFなどの骨髄支援治療に必要な成長因子を発現する腫瘍浸潤性リンパ球の 使用が含まれる。骨髄支援治療に関して、本発明の調節システムを使用して、骨 髄支援治療に必要な因子を発現させることによって、定期的な間隔で、化学療法 から骨髄支援治療への簡略化された治療の変更が可能になる(同様に、そのよう な方法はまた、AIDSの処置に適用することができる:例えば、抗ウイルス処 置から骨髄支援処置への単純化された切換)。さらに、抗ガン処置の制御された 局所的な標的化もまた可能である。例えば、本発明の調節因子による自殺遺伝子 の発現がある。この場合、調節因子自身が、例えば、腫瘍特異的プロモーターま たは放射線誘導プロモーターによって制御される。 別の実施形態において、本発明の調節システムを使用して、血管形成阻害剤が 、本発明のシステムにより調節されるトランスジーンによって腫瘍内部から発現 させられる。血管形成阻害剤のこのような発現は、阻害剤の全身的な投与よりも 効率的であり得るし、そして全身的な投与に付随し得る何らかの有害な副作用を 回避する。特に、腫瘍内に限定された血管形成阻害剤の発現は、正常な細胞の成 長を伴って血管形成が依然行われている小児でのガン処置において特に有用であ り得る。 別の実施形態において、サイトカインの高レベルの調節された発現を行うこと により、患者自身の免疫応答を腫瘍細胞に集中させるための方法が示され得る。 腫瘍細胞は、個々の自然の免疫応答を増大させるときに重要な化学誘引性で増殖 促進性のサイトカインが発現するように形質導入され得る。サイトカインは腫瘍 の近くにおいて最も高い濃度で存在するので、腫瘍抗原に対する免疫学的応答が 誘導される可能性が高まる。このタイプの治療に伴う考えられる問題は、そのよ うなサイトカインを産生する腫瘍細胞もまた免疫応答の標的であり、従って、す べての腫瘍細胞の根絶が確実になり得る前に、サイトカインの供給源が排除され ることである。この問題を解決するために、免疫系から感染細胞を遮蔽すること が知られているウイルスタンパク質の発現を、同じ細胞内で、サイトカイン遺伝 子とともに調節下に置くことができる。そのような1つのタンパク質は、アデノ ウイルス由来のE19タンパク質である(例えば、Cox、Science 2 47:715を参照のこと)。このタンパク質は、I型HLA抗原の細胞表面へ の輸送を妨げ、これにより、宿主の細胞傷害性T細胞による細胞認識および細胞 溶解を妨げる。従って、腫瘍細胞内でE19の調節された発現を行うことにより 、サイトカイン産生細胞は、免疫応答の攻撃がサイトカインの発現によって惹起 されている間、細胞傷害性T細胞から遮蔽され得る。E19を発現する細胞を除 くすべての腫瘍細胞を根絶させるために十分な時間が経過した後に、E19の発 現を停止させることができ、これによって、E19発現細胞が、次に、惹起され た抗腫瘍免疫応答の犠牲となる。 良性の前立腺肥大−上記と同様に、自殺遺伝子を、本発明の調節因子によって 調節することができる。この場合、調節因子自身が、例えば、前立腺特異的プロ モーターによって制御される。 自殺遺伝子(例えば、アポトーシス遺伝子、TK遺伝子など)の発現を、本発 明の調節システムを使用する制御された方法で行い得ることは、本発明のシステ ムの全般的な安全性および有用性を高める。例えば、所望の治療の最後において 、自殺遺伝子の発現を、生体不活性インプラント内の細胞、意図された最初の部 位を超えて散らばった細胞などの遺伝子治療ベクターを有する細胞を除くために 開始させることができる。さらに、移植組織が腫瘍状になるか、または副作用を 有する場合、そのような細胞は、自殺遺伝子を導入することにより迅速に除くこ とができる。Tc制御された2つ以上の「オン」/「オフ」スイッチを1つの細 胞内で使用することによって、(本明細書中に詳しく記載されている)治療目的 の遺伝子の調節と比較される自殺遺伝子の完全に独立した調節が可能になる。 本発明の調節システムは、達成され得る遺伝子産物の発現レベルにおける自由 度が全くない調節されない構成的な発現とは対照的に、被験体における目的とす る遺伝子産物の治療的に関連した発現レベルをさらに確立することができる。遺 伝子産物の生理学的に関連する発現レベルは、被験体の特定の医学的必要性に基 づいて、例えば、関連する遺伝子産物のレベルを(上記の方法を使用して)モニ ターする実験室試験に基づいて確立することができる。臨床例、および遺伝子産 物の投薬に対する遺伝子に関して上記で既に議論した遺伝子産物に加えて、所望 するレベルおよび所望する時期で発現させることができる他の治療的に関連する 遺伝子産物には下記が含まれる:血友病者における第XIII因子および第IX 因子(例えば、運動中などの傷害の危険性があるときに発現を高めることができ る);糖尿病者におけるインスリンまたはアミリン(被験体における疾患状態、 食事などに依存して必要とされる時);赤血球減少症を処置するためのエリスロ ポイエチン(例えば、末期の腎不全において必要とされる時);アテローム性動 脈硬化症または肝臓の遺伝子治療に関する低密度リポタンパク質レセプター(L DLr)または超低密度リポタンパク質レセプター(VLDLr)(例えば、エ クスビボ移植組織の使用)。中枢神経系疾患の処置に対する適用もまた包含され る。例えば、アルツハイマー病においては、コリンアセチルトランスフェラーゼ (ChAT)の発現を「微調節」して、アセチルコリンのレベル、神経栄養因子 (例えば、NGF、BDNFなど)および/または補体阻害剤(例えば、sCR 1、sMCP、sDAF、sCD59など)を回復させることができる。そのよ うな遺伝子産物は、例えば、本発明のシステムを使用して調節される方法で遺伝 子産物を発現する移植された細胞によりもたらされ得る。さらに、パーキンソン 病は、レボドーパおよびドーパミンのレベルを増大させるためにチロシンヒドロ キシラーゼ(TH)の発現を「微調節」することにより処置することができる。 上記のタンパク質性の遺伝子産物に加えて、機能的なRNA分子(アンチセン スRNAおよびリボザイムなど)である遺伝子産物を、治療目的のために被験体 において制御された方法で発現させることができる。例えば、変異型遺伝子と野 生型遺伝子とを区別するリボザイムを設計することができる。従って、「正しい 」遺伝子(例えば、野生型のp53遺伝子)を、変異型遺伝子(例えば、変異し た内在性p53遺伝子)に特異的な調節されたリボザイムの導入と同時に細胞に 導入して、内在性遺伝子から発現した不完全なmRNAを除くことができる。こ の方法は、不完全な遺伝子に由来する遺伝子産物が、外因性の野生型遺伝子の作 用と競合するする状況において特に有利である。 本発明の調節システムを使用する被験体における遺伝子産物の発現は、テトラ サイクリンまたはそのアナログを使用して調節される。そのような薬物は、所望 の作用部位への薬物送達(例えば、その発現が調節され得る遺伝子を含有する細 胞への送達)に適切な任意の経路によって投与することができる。関与する特定 の細胞タイプに依存して、好ましい投与経路には、経口投与、静脈内投与および 局所投与(例えば、全身的な処置に由来する考えられる何らかの副作用を避けな がら、ケラチノサイトなどの皮膚内に位置する移植片の細胞に到達させるための 経皮パッチの使用)が含まれる。 いくつかの遺伝子治療状況において、処置を受けている被験体において望まし くない免疫反応の回避または阻害を行うための手段を取ることは必要または望ま しいことであり得る。治療的な遺伝子産物を発現する細胞に対する反応を避ける ために、一般には、被験体自身の細胞を使用して、可能である場合には、被験体 の細胞をインビボで改変するか、または被験体から細胞を採取し、細胞をエクス ビボで改変して、被験体に戻すことのいずれかによって、治療的な遺伝子産物の 発現が行われる。異種同系または外因性の細胞を使用して、目的とする遺伝子の 発現が行われる状況において、本発明の調節システムもまた、治療遺伝子を調節 することに加えて、細胞の免疫認識に関与する1つまたは複数の遺伝子を調節し て、外来細胞に対する免疫応答を阻害するために使用することができる。例えば 、Tリンパ球による外来細胞の認識に関与している細胞表面分子は、治療的な遺 伝子産物を送達するために使用された外来細胞の表面で、細胞表面分子をコード するmRNAを切断するリボザイムの外来細胞での発現を調節するなどによって ダウンレギュレーションすることができる。望ましくない免疫応答を阻害するた めにこのようにダウンレギュレーションされ得る特に好ましい細胞表面分子には 、I型および/またはII型の主要組織適合遺伝子複合体(MHC)分子、補助 的刺激分子(例えば、B7−1および/またはB7−2)、CD40、およびI CAM−1またはICAM−2などの様々な「接着」分子が含まれる。同じ細胞 において多数の遺伝子の独立しているが、調和した調節を行うために本明細書中 に記載されている方法を使用して、宿主細胞における細胞表面分子の発現のダウ ンレギュレーションを調和させることができる。従って、治療が完了して、治療 遺伝子の発現を停止させた後で、内在性の細胞表面分子の発現を正常状態に戻す ことができる。さらに、抗ガン処置に関して上記に記載されているように、MH C抗原の発現をダウンレギュレーションするウイルスタンパク質(例えば、アデ ノウイルスE19タンパク質)を、望ましくない免疫学的反応を避ける手段とし て、本発明のシステムを使用して宿主細胞において調節することができる。 前記に加えて、被験体における免疫応答を全体的または特異的にダウンレギュ レーションすることに関するすべての従来の方法は、免疫応答の阻害が所望され る状況において、本発明の調節システムの使用と組み合わせることができる。シ クロスポリンAおよび/またはFK506などの一般的な免疫抑制剤を被験体に 投与することができる。あるいは、より特異的な免疫抑制を可能にし得る免疫調 節剤を使用することができる。そのような薬剤には、補助的刺激分子の阻害剤( 例えば、CTLA4Ig融合タンパク質、可溶性CD4、抗CD4抗体、抗B7 −1抗体および/または抗B7−2抗体または抗gp39抗体)が含まれ得る。 最後に、いくつかの状況において、治療的な遺伝子を発現する細胞の送達ビヒ クルで、移植された細胞が免疫系に曝されることを最小限にする送達ビヒクルを 選択することができる。例えば、細胞は、(小島細胞移植に適用されているよう に)タンパク質(例えば、目的とする治療的な遺伝子産物)のインプラントから の拡散と、栄養物および酸素のインプラント内への拡散とを可能にするが、免疫 細胞の進入を妨げ、それによって移植された細胞が免疫系に曝されることを回避 する空孔を有する生体不活性なカプセル/生体適合性メンブランに埋め込むこと ができる。 B.タンパク質のインビトロでの生産 目的とするタンパク質の大規模な生産は、1)細胞におけるトランス活性化因 子の発現に適する形態で本発明のトランス活性化因子融合タンパク質をコードす る核酸、および2)tetオペレーター配列に機能的に連結された目的タンパク 質をコードする遺伝子を含有するように改変された細胞のインビトロ培養物を使 用して行うことができる。例えば、哺乳動物細胞、酵母細胞または真菌細胞を改 変して、本明細書中に記載されているこのような核酸成分を含有させることがで きる。次いで、改変された哺乳動物細胞、酵母細胞または真菌細胞は、遺伝子発 現を誘導させて目的タンパク質を産生させるために、Tcまたはそのアナログの 存在下で標準的な発酵技術によって培養することができる。従って、本発明によ り、目的のタンパク質を単離するための製造プロセスが提供される。このプロセ スにおいて、本発明のトランス活性化因子融合タンパク質をコードする核酸と、 少なくとも1つのtetオペレーター配列に機能的に連結された目的タンパク質 をコードする核酸との両方が導入された宿主細胞(例えば、酵母または真菌)を 、テトラサイクリンまたはテトラサイクリンアナログが存在する培養培地におい て生産規模で増殖させて、目的のタンパク質をコードするヌクレオチド配列(す なわち、tetオペレーター配列に機能的に連結されたヌクレオチド配列)の転 写を刺激し、そして目的とするタンパク質を、集めた宿主細胞または培養培地か ら単離する。標準的なタンパク質精製技術を使用して、目的とするタンパク質を 培地または集めた細胞から単離することができる。 C.タンパク質のインビボでの生産 本発明により、トランスジェニック農場動物などの動物において目的とするタ ンパク質の大規模な生産もまた行われる。トランスジェニック技術での進歩によ り、ウシ、ヤギ、ブタおよびヒツジなどのトランスジェニック家畜の作製が可能 になっている(Wall,R.J.他(1992)J.Cell.Bioche m.49:113〜120;およびClark,A.J.他(1987)Tre nds in Biotechnology 5:20〜24における総説を参 照のこと)。従って、本発明の誘導性調節システムの成分をそのゲノムに有する トランスジェニック家畜を作製することができる。この場合、目的とするタンパ ク質をコードする遺伝子は、少なくとも1つのtetオペレーター配列に機能的 に連結されている。遺伝子の発現、従ってタンパク質の生産は、Tc(またはそ のアナログ)をトランスジェニック動物に投与することによって誘導される。タ ンパク質の生産は、トランス活性化因子の発現をある種の細胞に限定する適切な 組織特異的調節エレメントに連結することによって、トランス活性化因子融合タ ンパク質をコードする核酸を特定の組織に標的化することができる。例えば、乳 清プロモーター(米国特許第4,873,316号および欧州特許出願公開第2 64,166号)などの乳腺に特異的な調節エレメントをトランス活性化因子ト ランスジーンに連結して、トランス活性化因子の発現を乳腺組織に限定すること ができる。従って、Tc(またはアナログ)の存在下において、目的のタンパク 質は、トランスジェニック動物の乳腺組織で産生される。タンパク質は、トラン スジェニック動物の乳汁に分泌させるように設計することができ、そして所望す る場合には、次いで、タンパク質を乳汁から単離することができる。 D.ヒトの疾患の動物モデル 本発明の転写活性化因子タンパク質を使用して、ヒトの疾患の病理学を模倣す るために動物の特定遺伝子の発現を刺激し、それによってヒト疾患の動物モデル を作製することができる。例えば、宿主動物において疾患に関与していると考え られる目的の遺伝子を、(例えば、本明細書中に記載されている相同組換えによ って)1つまたは複数のtetオペレーター配列の転写制御下に置くことができ る。そのような動物は、トランス活性化因子融合タンパク質のトランスジーンを 有する第2の動物と交配して、テトラサイクリンにより調節される融合タンパク 質遺伝子およびtetにより調節される標的配列の両方を有する子孫を作製する ことができる。このような子孫における目的とする遺伝子の発現は、テトラサイ クリン(またはアナログ)を使用して調節することができる。 例示 本発明は、いかなる点においても限定として解釈すべきではない下記の実施例 によりさらに例示される。本出願を通して引用されている参考文献、発行された 特許、公開された特許出願を含むすべての引用物の内容は、それにより特に参考 として援用される。本発明の実施には、別途示されていない限り、当業者の範囲 に含まれる細胞生物学、細胞培養、分子生物学、トランスジェニック生物学、微 生物学、組換えDNAおよび免疫学の従来の技術が用いられる。そのような技術 は文献に十分に説明されている。例えば、Molecular Cloning A Laboratory Manual、第2版、Sambrook、Fr itschおよびManiatis編(Cold Spring Harbor Laboratory Press:1989);DNA Cloning、 第1巻および第2巻(D.N.Glover編、1985);Oligonuc leotide Synthesis(M.J.Gait編、1984);Mu llis他、米国特許第4,683,195号;Nucleic Acid H ybridization(B.D.Hames&S.J.Higgins編、 1984);Transcription And Translation( B.D.Hames&S.J.Higgins編、1984);Culture Of Animal Cells(R.I.Freshney、Alan R .Liss,Inc.、1987);Immobilized Cells A nd Enzymes(IRL Press、1986);B.Perbal、 A Practical Guide To Molecular Cloni ng(1984);項目的な専門書のMethods In Enzymolo gy(Academic Press,Inc.、N.Y.);Gene Tr ansfer Vectors For Mammallian Cells( J.H.MilerおよびM.P.Calos編、1987、Cold Spr ing Harbor Laboratory);Methods In En zymology 第154巻および第155巻(Wu他編);Immunoc hemical Methods In Cell And Molecula r Biology(MayerおよびWalker編、Academic P ress、London、1987);Handbook Of Experi mental Immunology)第I巻〜第IV巻(D.M.Weirお よびC.C.Blackwell編、1986);Manipulating the Mouse Embryo(Cold Spring Harbor Laboratory Press、Cold Spring Harbor、 N.Y.、1986)を参照のこと。 下記の実施例において使用されている特定の材料および方法を下記に示す:最小の活性化因子ドメインをコードするオリゴヌクレオチド 本研究の最小の活性化ドメインはVP16から得られた。これは、Seipe 1,K.、Georgiev,O.およびSchaffner,W.(1992 )EMBO J 11、4961〜4968による436位〜447位を含む。 このドメインおよびその変化体をコードする合成オリゴヌクレオチドを、それぞ れ、[F]、[GF]、[FG]、[GG]および[Y]と名付けた:この場合 、文字は、442位のアミノ酸を示す(下線を付したトリプレット)。コード鎖 の配列を(442位のコドンに対応するトリプレットに下線を付けて)下記に示 す。オリゴヌクレオチドは、括弧内の文字によって示されるように1つまたは複 数の最小ドメインをコードする。 オリゴ[F]:5’−CCGGCCGACGCCCTGGACGACTTCGA CCTGGACATGCTG−3’(配列番号9) オリゴ[GF]:5’−CCGGCCGACGCCCTGGACGACGGCG ACCTGGACATGCTGCCTGCTGATGCTCTCGATGAT TC GATCTCGATATGCTCC−3’(配列番号10) オリゴ[FG]:5’−CCGGCCGACGCCCTGGACGACTTCG ACCTGGACATGCTGCCTGCTGATGCTCTCGATGAT GC GATCTCGATATGCTCC−3’(配列番号11) オリゴ[GG]:5’−CCGGCCGACGCCCTGGACGACGGCG ACCTGGACATGCTGCCTGCTGATGCTCTCGATGAT GC GATCTCGATATGCTCC−3’(配列番号12) オリゴ[Y]:5’−CCGGCCGACGCCCTGGACGACTACGA CCTGGACATCCTC−3’(配列番号13) 二本鎖オリゴヌクレオチドの突出5’末端は、制限エンドヌクレアーゼXma Iの切断部位と適合する。 プラスミド Co1E1型プラスミドのpUHD141−1(Kistner,A.(19 92)学位論文、ハイデルベルグ大学)は、翻訳の効率的な開始のために5’末 端で最適化されているTetRのコード配列を含有する(Kozak,M.(1 983)Microbiol Rev 47、1〜45)。tetR遺伝子の転 写は、ヒトサイトメガロウイルスのIEプロモーター(Boshart,M.他 (1985)Cell 41、521〜530)によって制御されている。Xm aI切断によってtetRのオープンリーディングフレームの3’末端との読み 枠を合わせてDNAを挿入するために、pUHD141−1を、tetRの停止 コドンと重なっているAfIIIで線状化した。突出した5’DNA末端をマン グビーンヌクレアーゼによって除き、そして合成オリゴヌクレオチド5’−CC CGGGTAACTAAGTAA−3’(配列番号14)を、標準的なクローニ ング手順を使用してベクターに連結した。XmaI切断部位をtetR遺伝子の すぐ3’末端に含有する得られたプラスミドpUHD141−1/Xを配列分析 によって確認した。細胞培養および一過性トランスフェクション ルシフェラーゼのレポーター構築物pUHC13−3が染色体に組み込まれた HeLaX1/6細胞(Gossen,M.(1993)Ph.D.論文、ハイ デルベルグ大学)およびHeLa(wt)細胞を、37℃および5%CO2で、 10%ウシ胎児血清を補充したアール改変イーグル培地(GIBCOから得られ るE−MEM)において維持した。リン酸カルシウム共沈澱によるトランスフェ クションを、下記の改変を加えた標準的なプロトコルに従って行った:HeLa X1/6細胞を35mm培養ディッシュで50%〜60%のコンフルエンスに増 殖させた。トランスフェクションする1時間前に、培養培地を新しい培地に変え て、細胞を37℃および6%CO2でインキュベーションした。リン酸カルシウ ム/DNAの沈澱物は1.5μgのプラスミドDNAを含有する(これは、0. 5μgのトランス活性化因子構築物、トランスフェクション効率を正規化するた めに含められた0.4μgのlacZ発現ベクター(pUHD16−1)、およ び非特異的なキャリアDNAとして0.6μgのpUC18からなる)。沈澱物 (培養ディッシュあたり100μl)をX1/6細胞に加え、次いで細胞を37 ℃および6%CO2で30時間さらにインキュベーションした。同時に行われて いる培養物のインシチウβ−ガラクトシダーゼ染色によって測定されたトランス フェクション効率は、60%〜80%の間であった。ルシフェラーゼアッセイ トランスフェクションされたX1/6細胞を含有する35mm培養ディッシュ を3mlのリン酸緩衝化生理食塩水(PBS)で洗浄し、25mMTris−リ ン酸塩(pH7.8)、2mMジチオスレイトール、2mMジアミノシクロヘキ サン四酢酸、10%グリセロールおよび1%TritonX−100を含有する 125μlの溶解緩衝液において室温で10分間溶解した。溶解物を培養ディッ シュから掻き取り、Eppendorf遠心分離器で10秒間遠心分離した。こ れらの抽出物におけるルシフェラーゼ活性を、Gossen,M.およびBuj ard,H.(1992)Proc.Natl.Acad.Sci.USA 8 9、5547〜5551の記載に従って測定した。ルシフェラーゼの値は、標準 的な液体のO−ニトロフェニルβ−ガラクトピラノシドアッセイを行うことによ ってβ−ガラクトシダーゼ活性に正規化した(Miller,J.H.(197 2)Experiments in Molecular Genetics、 Cold Spring Harbor Laboratory Press、 Cold Spring Harbor)。DNA遅延アッセイ HeLa細胞を、10cm培養ディッシュで50%〜60%のコンフルエンス に増殖させ、そして、様々なtTAをコードするプラスミドDNAの20μgを 用いるリン酸カルシウム手順によりトランスフェクションした。トランスフェク ションの30時間後に全細胞抽出物を下記のように調製した:細胞(約2×106 )をPBSで洗浄し、遠心分離して、10mMHEPES、1.5mMMgC l2、10mMKCl、0.5mMジチオスレイトールおよび1mMフェニルメ チルスルホニルフルオリドを含有する緩衝液の250μlに再懸濁し、そして0 ℃で20分間インキュベーションし、その後、素早く凍結および融解を行った。 NaClを250mMの最終濃度に加え、そして0℃で20分間のインキュベー ションを行った後に、サンプルをBeckmanTL−100超遠心分離器にお いて435000gおよび0℃で10分間遠心分離した。抽出部の一部(10μ l)を、10μlの結合緩衝液(20mMMgCl2、20mMTris(pH 7.5)、10%グリセロール、2mg/mlニシン精子DNA、および1mg /mlウシ血清アルブミン)、およびpUHC13−3(Gossen,M.お よびBujard,H.(1992)Proc.Natl.Acad.Sci. USA 89、5547〜5551)から42塩基対のTaqIフラグメントと して単離して[α−32P]dCTPの存在下でT4−DNAポリメラーゼによっ て突出末端を埋めた後の2fmolの32P標識したtetO DNAと混合した 。25分後、反応混合物を、5%グリセロールを含有する5%ポリアクリルアミ ド/0.13%ビスアクリルアミドのゲルに負荷した。電気泳動を、45mMT ris塩基、45mMホウ酸および1mMEDTAにおいて7V/cmで行った 。安定的にトランスフェクションされた細胞株の作製 HeLaX1/6細胞を35mm培養ディッシュで増殖させ、そして上記のよ うに、2μgの線状化プラスミドDNAを用いてトランスフェクションした。ト ランスフェクション混合物は、ハイグロマイシン遺伝子を有するプラスミドpH MR272(Bernard,H.U.他(1985)Exp.Cell.Re s.158、237〜243)、およびpUHD15−1、pUHD19−1ま たはpUHD26−1(これらはtTA遺伝子の上流にKozak配列を含有す る)をそれぞれ含有する。検討したプラスミドと選択マーカーとのモル比は40 :1であった。24時間後、細胞を10cm培養ディッシュに移し、300μg /mlのハイグロマイシンを含有する培地で維持した。耐性クローンを単離し、 個々に拡大培養して、ルシフェラーゼ活性について分析した(Gossen,M .およびBujard,H.(1992)Proc.Natl.Acad.Sc i.USA 89、5547〜5551)。耐性クローンのルシフェラーゼ遺伝 子のtTAに依存した活性化をさらに調べるために、細胞を、10000細胞/ 35mm培養ディッシュの密度で播種し、Tc(1μg/ml)の存在下または 非存在下で増殖させた。5日後、細胞抽出物を上記のように調製して、ルシフェ ラーゼ活性を測定した。溶解物のタンパク質含有量を、Bradford(Br adford,M.M.(1976)Anal Biochem 72、248 〜254)に従って測定した。 様々なトランス活性化因子を安定に発現する細胞集団の作製および相対的な細胞 内tTA濃度の定量 プラスミドpUHD15−1、pUHD19−1、pUHD20−1およびp UHD26−1を、選択マーカー遺伝子を挿入することによって改変した。それ ぞれの場合において、neo遺伝子を含有する発現カセットを、PhCMv(1 )の上流に位置するXhoI部位に挿入した。得られたプラスミドを、それぞれ 、pUHD15−1neo、pUHD19−1neo、pUHD20−1neo およびpUHD26−1neoとした。 HeLa細胞を10cm培養ディッシュで50%コンフルエンスに増殖させ、 そして上記のように、20μgの線状化プラスミドDNAを用いてトランスフェ クションした。24時間後、細胞を14.5cm培養ディッシュに移し、500 μg/mlのG418を含有する培地で維持した。次いで、耐性クローンをまと め、14.5cm培養ディッシュに播種して、コンフルエンスに達するまで選択 圧の存在下で増殖させた。細胞集団から得られた抽出物を調製し、DNA遅延ア ッセイを上記のように行った。抽出物の総タンパク質含有量を、Bradfor d(Bradford,M.M.(1976)Anal Biochem 72 、248〜254)に従って測定した。タンパク質−DNA複合体を、リン光画 像化装置によって検出して定量した。すべてのHeLa細胞抽出物において、t etオペレーターDNAに対していくらかの親和性を有するタンパク質が認めら れる。星印で印を付けたこのタンパク質(図3A)を、様々なトランス活性化因 子を定量するための内部マーカーとして使用した。実施例1 :TetRとVP16に由来する最小の活性化ドメインとの融合物の構 築 VP16は、大きな負電荷の周囲に位置する嵩張った疎水性アミノ酸を特徴と する2つの異なる転写活性化ドメインを含有する(Regier,J.L.、S hen,F.およびTriezenberg,S.J.(1993)Proc. Natl.Acad.Sci.U.S.A.90、883〜887)。それぞれ のドメインは、GAL4のDNA結合ドメインなどの異種のDNA結合ドメイ ンに融合させた場合、転写を活性化することが示された(Seipel,K.、 Georgiev,O.およびSchaffner,W.(1992)EMBO −J 11、4961〜4968)。436位〜447位(このアミノ酸配列を 配列番号1に示す)によって明らかにされる酸性ドメインをコードするオリゴヌ クレオチド[F]を合成して、tetR遺伝子の3’末端との読み枠を合わせて プラスミドpUHD141−1/Xに挿入した。多数の組み込みのために、1個 、2個、3個または4個の活性化モジュールを含有するトランス活性化因子をコ ードする配列が得られた。それらの配列を、それぞれ、TetR−F、TetR −FF、TetR−FFF、TetR−FFFFとした。これらの構築物の構造 を図1に図示する。反復ユニットによって誘導される構造的な制約の可能性を低 下させるために、それぞれのドメインをプロリンによって連結した:最初のドメ インもまたプロリンによりTetRに結合する。それぞれのトランス活性化因子 構築物を配列分析によって確認した。 TetRとVP16由来の最小ドメインとの融合物の活性化能の範囲を広げる ために、PheをそれぞれGlyまたはTyrで置換することによってVP16 由来の最小ドメインの配列を変更した。変異型(G、Y)ドメインおよび野生型 ドメインの様々な組合せを含有するTetR融合物をいくつか作製した。これら を図1に図示する。単純化するために、転写を活性化し得るこれらのTetR融 合物を、表1(実施例3を参照のこと)に示すように、tTA1〜tTA7とす る。実施例2 :tetO配列に対する新規のTetR融合タンパク質のTcに依存す る結合 本発明の新しいTetRキメラのtetOに対する結合をDNA遅延実験によ り調べた。様々なタンパク質を、HeLa細胞でのプラスミドpUHD141− 1/XおよびpUHD18−1〜pUHD21〜1の一過性発現により産生させ た。トランスフェクションの30時間後に、抽出物を調製し、放射能標識したt etO DNAとインキュベーションした。タンパク質−DNA複合体の電気泳 動分離により、本発明の新しい融合タンパク質は、TetRの効率と比較できる 効率でtetO DNAと結合し(図2Aを参照のこと)、そしてそれぞれの融 合タンパク質の分子量に従って移動する複合体を形成することが明らかにされる 。結合アッセイにおけるTcの存在は、複合体の形成を妨げる。さらに、この分 析により、本発明の新しい融合タンパク質は、分解産物が検出できないほど安定 であることが示唆される。 VP16の変異した最小の活性化ドメインを含有するTetR融合物を、その tetO結合について同様に調べた。HeLa細胞において産生される場合、す べての融合タンパク質は、DNA遅延実験によって明らかにされたように効率的 にtetOと結合するようである(図2Bを参照のこと)。実施例3 :TetR−[F]および変異型融合物の活性化能 本発明の新規なTetR融合物の活性化能を評価するために、HeLaX1/ 6細胞を、それぞれのタンパク質をコードするプラスミドで一過性にトランスフ ェクションして、ルシフェラーゼ活性を測定した。HeLa細胞株X1/6を3 5mm培養ディッシュで50%コンフルエンスまで増殖させた:この細胞は、染 色体に組み込まれ、tTAに依存するプロモーターPhCMV ★ー1の転写制御下にあ るルシフェラーゼ遺伝子(Gossen,M.およびBujard,H.(19 92)Proc.Natl.Acad.Sci.USA 89、5547〜55 51)を含有する。細胞を、TetRまたは新しい融合タンパク質の1つのいず れかをコードするDNAで一過性にトランスフェクションした。培養物をテトラ サイクリン(1μgのTc/ml)の存在下または非存在下で30時間インキュ ベーションし、その後、ルシフェラーゼ活性を測定して、(pUHD16−1と の同時トランスフェクションによって導入される)β−ガラクトシダーゼ活性に 対して標準化した。2つの独立したトランスフェクション実験の測定値を下記の 表1に示す。これは、tTA活性(100%)に対する相対値である。HeLaX1/6細胞株におけるルシフェラーゼ活性はほとんど検出することが できないが、tTAをコードする遺伝子の一過性発現により大きく増大させるこ とができる;ルシフェラーゼ活性はTcにより抑制されている(表1)。ルシフ ェラーゼ遺伝子の誘導は、TetR単独では効果がないために、TetRに融合 した活性化ドメインに完全に依存している(表1)。 様々なTetR−[F]融合物をこのアッセイで調べた場合、ルシフェラーゼ 活性の緩やかな増大が認められる:TetR−FFでは、tTAによりもたらさ れる活性の約40%に達し、TetR−FFFではほぼ100%に達し、Tet R−FFFFでは約230%に達する。驚くべきことに、最小ドメインを1個含 有するTetR−Fは、このような条件下では活性化しない。 変異型のVP16融合物の活性化能を分析した場合、TetR−GGの活性は 本質的には見出されなかった。しかし、[G]ドメインを[F]ドメインと組み 合わせることによって、それぞれ、tTAの活性化能の約0.03%(TetR −FG)および0.6%(TetR−GF)に達する低いが、明確な活性化が認 められる。tTA活性の4.6%および14%に対応するより大きな活性化レベ ルが、FGYおよびGFYの組合せにより得られる。上記のTetR融合物を含 有する[F]ドメインと一緒に、これらの組合せにより、活性化強度が3桁を超 える大きさの範囲にまたがる一連のTc制御のトランス活性化因子が得られる。実施例4 :tTA3およびtTA4を構成的に産生するHeLaX1/6細胞に おけるルシフェラーゼ活性の制御 安定的にトランスフェクションされた細胞における新規なトランス活性化因子 のいくつかの特性を特徴づけるために、PhCMVにより制御されるtTA、t TA3またはtTA4をコードする遺伝子をHeLaX1/6細胞に入れた。p UHD19−1またはpUHD26−1(表1)、およびハイグロマイシン耐性 を有するpHMR272(Bernard,H.U.他(1985)Exp.C ell.Res.158、237〜243)との同時トランスフェクションによ って耐性クローンを単離して、耐性クローンをTcの存在下および非存在下でル シフェラーゼ活性について調べた。効率的な調節に関して選択された4クローン の細胞を、10,000細胞/35mm培養ディッシュの密度で播種して、テト ラサイクリン(1μg/ml)の存在下または非存在下で5日間増殖させた。結 果を下記の表2にまとめる。示す結果は、5つの独立した培養物の算術平均であ る。 これらの耐性クローンにおいて、Tc存在下のルシフェラーゼ活性は、トランス フェクションされていないX1/6細胞の活性と区別することができない(表2 )。しかし、エフェクターの非存在下では、ルシフェラーゼ活性を104倍以上 に刺激することができる。これらの結果により、安定的な細胞条件下で、tTA 3およびtTA4の2つの新しいトランス活性化因子の機能性が確認される。こ れらはともに、tTA/rtTA応答性プロモーターによる転写を厳密に調節す ることができる。調べたクローンにおいて、TetR−FFおよびTetR−G FYによりもたらされる活性化レベルは、一過性トランスフェクションで得られ た結果(表1)と比較することができないことを強調しておかなければならない 。その後の実験において、トランス活性化因子をコードする同じ量のDNAを細 胞に導入すると、同じ位の細胞内濃度のtTAタンパク質が得られた。従って、 異なる活性化レベルは、それぞれのTetR融合物の特性を反映している。これ に対して、安定的にトランスフェクションされた細胞では、トランス活性化因子 をコードする遺伝子はゲノムに無作為に組み込まれている。その発現は、コピー 数および遺伝子座の両方に依存し、その結果、その細胞内濃度はクローン毎に異 なる。従って、このような濃度の違いは、それぞれのトランス活性化因子の特性 というよりもむしろ、異なるレベルの活性化により引き起こされる。実施例5 :トランス活性化因子の細胞内濃度 最小のドメインを有するトランス活性化因子が、tTAよりも大きな細胞内濃 度で寛容であるかどうかを調べるために、HeLa細胞を、それぞれ、tTA、 tTA2、tTA3およびtTA4をコードするプラスミドと同時にトランスフ ェクションした。対応するプラスミド(表1)は、G418耐性クローンもまた トランス活性化因子遺伝子を確実に発現するようにneo耐性マーカーを備えた (上記の「方法」節を参照のこと)。G418耐性に関する選抜によって、30 0〜500コロニーの集団が得られた。そのような集団を増殖させ、そしてタン パク質抽出物を、放射能標識したtetオペレーターDNAを用いた電気泳動移 動度シフト実験によりトランス活性化因子タンパク質について分析した。図3A に示すように、TetRおよび最小の活性化ドメインからなるトランス活性化因 子はすべて、TetR−VP16融合タンパク質であるtTAよりも高い濃度で 細胞内に存在する。興味深いことに、tTAと同じ活性化能を有するtTA2( 表1)は、それにもかかわらず、3倍高い濃度で寛容である。しかし、新しいト ランス活性化因子において、細胞内濃度は、それぞれの活性化能と反対に増大す る。従って、tTA3およびtTA4の濃度は、tTAの濃度よりも、それぞれ 、5倍および9倍高い。tTAまたはtTA3のいずれかを産生するそれぞれの クローンをDNA遅延アッセイによりトランス活性化因子の相対量について分析 した場合、同じ結果が得られた:tTA3の細胞内濃度は、再度ではあるが、t TAの細胞内濃度の約5倍高かった(図3B)。tTAを発現するHeLa細胞 から得られた抽出物により、DNA遅延アッセイにおいて、tTAの分解産物で あると考えられる第2のタンパク質−DNA複合体が明らかにされる(図3)。 この生成物は、他の細胞株においてもまた一定しない程度で見出されている。こ の複合体の移動度から、約42アミノ酸が、最もありそうなこととしてC端から 切断されていることが推定され得る:なぜなら、N端からのこのような大きさの 欠失はトランス活性化因子のオペレーター結合能を損なうからである。従って、 この分解産物は、VP16分子の第2の(C端側の)活性化ドメインを失ってい ることが十分に考えられる。そのような短縮型タンパク質が依然としてトランス 活性化因子として作用するかどうかは不明である。 均等物 当業者は、日常的な範囲を超えることのない実験を行うことによって、本明細 書中に記載されている本発明の特定の実施形態に対する多くの均等物を認識し、 あるいはそのような均等物を見出すことができる。そのような均等物は、下記の 請求項により包含されるものとする。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) C12N 1/15 C12N 1/19 1/19 1/21 1/21 15/00 ZNAA 5/10 5/00 A (81)指定国 EP(AT,BE,CH,CY, DE,DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,I T,LU,MC,NL,PT,SE),OA(BF,BJ ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,ML,MR, NE,SN,TD,TG),AP(GH,GM,KE,L S,MW,SD,SZ,UG,ZW),EA(AM,AZ ,BY,KG,KZ,MD,RU,TJ,TM),AL ,AM,AT,AU,AZ,BA,BB,BG,BR, BY,CA,CH,CN,CU,CZ,DE,DK,E E,ES,FI,GB,GE,GH,GM,GW,HR ,HU,ID,IL,IS,JP,KE,KG,KP, KR,KZ,LC,LK,LR,LS,LT,LU,L V,MD,MG,MK,MN,MW,MX,NO,NZ ,PL,PT,RO,RU,SD,SE,SG,SI, SK,SL,TJ,TM,TR,TT,UA,UG,U S,UZ,VN,YU,ZW (72)発明者 バロン,ウド ドイツ国、D―69181、ザンクト、イルゲ ン、テーオドール―ホイス―シュトラー セ、4 (72)発明者 ゴセン,マンフレート アメリカ合衆国、カリフォルニア州 94530、エル セリット、アーリントン ブールバー #ビー、978 (72)発明者 ブヤルト,ヘルマン ドイツ国、D―69120、ハイデルベルク、 レムラー、シュトラーセ、9

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1.転写を活性化する融合タンパク質をコードする単離された核酸分子であって 、前記融合タンパク質がDNA結合ドメインを含む第1のポリペプチドと、これ に機能的に連結された、転写活性化ドメインを含む第2のポリペプチドとを含み 、前記転写活性化ドメインが単純ヘルペスウイルスのビリオンタンパク質16( HSV VP16)の変異した酸性領域の少なくとも1コピーを含み、前記変異 した酸性領域がHSV VP16のアミノ酸位436〜447からなり、かつ野 生型のHSV VP16と比較して、442位においてアミノ酸置換を有するこ とを特徴とする、転写を活性化する融合タンパク質をコードする単離された核酸 分子。 2.HSV VP16の変異した酸性領域が配列番号2のアミノ酸配列を有する 、請求項1に記載の核酸分子。 3.HSV VP16の変異した酸性領域が配列番号3のアミノ酸配列を有する 、請求項1に記載の核酸分子。 4.前記転写活性化ドメインが配列番号4のアミノ酸配列を含む、請求項1に記 載の核酸分子。 5.前記転写活性化ドメインが配列番号5のアミノ酸配列を含む、請求項1に記 載の核酸分子。 6.前記転写活性化ドメインが配列番号6のアミノ酸配列を含む、請求項1に記 載の核酸分子。 7.前記転写活性化ドメインが配列番号7のアミノ酸配列を含む、請求項1に記 載の核酸分子。 8.前記転写活性化ドメインが配列番号8のアミノ酸配列を有する、請求項1に 記載の核酸分子。 9.前記第1のポリペプチドがTetリプレッサーである、請求項1に記載の核 酸分子。 10.前記の第1のポリペプチドが、テトラサイクリンまたはテトラサイクリン 類似体の存在下ではtetO配列に結合するが、テトラサイクリンまたはテトラ サイクリンアナログの非存在下ではtetO配列に結合しない変異したTetリ プレッサーである、請求項1に記載の核酸分子。 11.第1のポリペプチドが、GAL4、LexA、LacR、およびステロイ ドホルモンレセプターからなる群から選択される、請求項1に記載の核酸分子。 12.転写を活性化する融合タンパク質をコードする単離された核酸分子であっ て、前記融合タンパク質がDNA結合ドメインを含む第1のポリペプチドと、こ れに機能的に連結された、転写活性化ドメインを含む第2のポリペプチドとを含 み、前記転写活性化ドメインが単純ヘルペスウイルスのビリオンタンパク質16 (HSV VP16)の酸性領域の3コピーからなり、前記酸性領域がHSVV P16のアミノ酸位436〜447(配列番号1)からなることを特徴とする、 転写を活性化する融合タンパク質をコードする単離された核酸分子。 13.前記第1のポリペプチドはTetリプレッサーである、請求項12に記載 の核酸分子。 14.前記第1のポリペプチドは、テトラサイクリンまたはテトラサイクリンア ナログの存在下でtetO配列に結合するが、テトラサイクリンまたはテトラサ イクリンアナログの非存在下ではtetO配列に結合しない変異したTetリプ レッサーである、請求項12に記載の核酸分子。 15.第1のポリペプチドは、GAL4、LexA、LacR、およびステロイ ドホルモンレセプターからなる群から選択される、請求項12に記載の核酸分子 。 16.転写活性化ドメインを含む第2のポリペプチドに機能的に連結されたDN A結合ドメインを含む第1のポリペプチドを含み、そして転写を活性化する融合 タンパク質をコードする単離された核酸分子であって、前記転写活性化ドメイン は単純ヘルペスウイルスのビリオンタンパク質16(HSV VP16)の酸性 領域の4コピーからなり、前記酸性領域はHSV VP16のアミノ酸位436 〜447(配列番号1)からなる核酸分子。 17.前記第1のポリペプチドがTetリプレッサーである、請求項16に記載 の核酸分子。 18.前記第1のポリペプチドが、テトラサイクリンまたはテトラサイクリン類 似体の存在下ではtetO配列に結合するが、テトラサイクリンまたはテトラサ イクリン類似体の非存在下ではtetO配列に結合しない変異したTetリプレ ッサーである、請求項16に記載の核酸分子。 19.第1のポリペプチドは、GAL4、LexA、LacR、およびステロイ ドホルモンレセプターからなる群から選択される、請求項16に記載の核酸分子 。 20.宿主細胞における融合タンパク質の発現に適する形態で請求項1に記載の 核酸分子を含む組換えベクター。 21.宿主細胞における融合タンパク質の発現に適する形態で請求項12に記載 の核酸分子を含む組換えベクター。 22.宿主細胞における融合タンパク質の発現に適する形態で請求項16に記載 の核酸分子を含む組換えベクター。 23.請求項20に記載のベクターを含む宿主細胞。 24.請求項21に記載のベクターを含む宿主細胞。 25.請求項22に記載のベクターを含む宿主細胞。 26.請求項1に記載の核酸分子によってコードされる、転写を活性化する融合 タンパク質。 27.請求項12に記載の核酸分子によってコードされる、転写を活性化する融 合タンパク質。 28.請求項16に記載の核酸分子によってコードされる、転写を活性化する融 合タンパク質。 29.ヒト以外のトランスジェニック生物の細胞における融合タンパク質の発現 に適する形態で、請求項1に記載の核酸分子を有するトランスジーンを含む、ヒ ト以外のトランスジェニック生物。 30.ヒト以外のトランスジェニック生物の細胞における融合タンパク質の発現 に適する形態で、請求項12に記載の核酸分子を有するトランスジーンを含む、 ヒト以外のトランスジェニック生物。 31.ヒト以外のトランスジェニック生物の細胞における融合タンパク質の発現 に適する形態で、請求項16に記載の核酸分子を有するトランスジーンを含む、 ヒト以外のトランスジェニック生物。
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