JP2002522096A - Development of domain-specific genes - Google Patents

Development of domain-specific genes

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JP2002522096A JP2000565189A JP2000565189A JP2002522096A JP 2002522096 A JP2002522096 A JP 2002522096A JP 2000565189 A JP2000565189 A JP 2000565189A JP 2000565189 A JP2000565189 A JP 2000565189A JP 2002522096 A JP2002522096 A JP 2002522096A
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Abstract

(57)【要約】 レコンビナーゼおよび組換え中間体を用いて特異的タンパク質ドメインを展開するための組成物および方法が提供される。 (57) SUMMARY Compositions and methods for developing specific protein domains using recombinases and recombinant intermediates are provided.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】 発明の背景 自然界において、遺伝子およびそのコードタンパク質の展開(進化)は、組換
えまたは変異と淘汰の間の均衡を経て生じる。自然界での進化には何百万年もか
かるが、インビトロ展開に関する方法および組成物が開発されて、日時単位の事
柄として、改善された新規の機能を有するタンパク質が展開されてきた。
BACKGROUND OF THE INVENTION In nature, the evolution (evolution) of genes and their encoded proteins occurs through a balance between recombination or mutation and selection. Although evolution in nature takes millions of years, methods and compositions for in vitro deployment have been developed to develop proteins with improved novel functions as a matter of time.

【0002】 現在のインビトロ遺伝子展開の方法は、ランダム変異形成、または変異を含有
する関連遺伝子についてのランダム切断および混合のポリメラーゼ連鎖反応(P
CR)の反復サイクルを利用する。これらの方法は、多数回のインビトロ変異誘
発をスクリーニングシステムに結合して、所望の変異または組換え体を生成し同
定する(Stemmer 1994. Nature 370:389-391; Arnold 1996. Chemical Engineeri
ng Science 51:5091-5102)。しかしながら、研究によると、所望の変異が、直接
に機能と関連した領域またはドメインに生じやすい(Chen and Arnold. 1993. PN
AS USA 90:5618-5622)。また、これらの変異誘発方法で所望の遺伝子を経てラン
ダム変異をつくるには、多数の興味のない有害な変異体をスクリーンする必要が
ある。この労働集約的で多くの時間を要する方法は、多数回のサブクローニング
の必要性からさらに複雑となり、スクリーン系が入り組んでいるために選択シス
テムを使用しない場合、非常に骨の折れるものとなる。
[0002] Current methods of in vitro gene development include random mutagenesis, or random cleavage and mixed polymerase chain reaction (P
(CR) repetition cycle. These methods combine multiple rounds of in vitro mutagenesis into a screening system to generate and identify the desired mutation or recombinant (Stemmer 1994. Nature 370: 389-391; Arnold 1996. Chemical Engineeri).
ng Science 51: 5091-5102). However, studies have shown that the desired mutations are likely to occur in regions or domains directly associated with function (Chen and Arnold. 1993.
AS USA 90: 5618-5622). In addition, to generate random mutations via a desired gene by these mutagenesis methods, it is necessary to screen a large number of undesired harmful mutants. This labor intensive and time consuming method is further complicated by the need for multiple subclonings and is very laborious if a selection system is not used due to the complexity of the screen system.

【0003】 相同性組換え(HR)の定義は、2つのDNA分子間に存在する相同または相似
のDNA配列の交換である。HRのきわめて重要な特徴は、組換え事象を担う酵
素が、すべての相同配列を基質として対合できることである。DNA分子間の遺
伝子情報を伝達するHRの能力は、標的相同性組換えを遺伝子工学および遺伝子
操作において非常に強力な方法とする。HRは、既知の部位で微妙な変異を付加
し、野性型遺伝子または遺伝子分節を置換し、あるいは完全な外来遺伝子を細胞
に導入するのに使用できる。しかしながら、HRの効率は、生きた細胞において
は非常に低く、いろいろなパラメータに依存する。そのパラメータには、DNA
送達方法、そのパッケージングの様態、そのサイズおよび立体配座、標的相同の
配列におけるDNAの長さおよび位置、染色体部位におけるハイブリダイゼーシ
ョンおよび組換えの効率がある。このような変動性が、細胞に基づくシステムで
遺伝子展開のために通常のHRを使用することを厳しく制限する(Kucherlapati
et al., 1984. PNAS USA 81:3153-3157; Smithies et al. 1985. Nature 317:2
30-234; Song et al.1987. PNAS USA 84:6820-6824; Doetschaman et al. 1987.
Nature 330:576-578; Kim and Smithies. 1988. Nuc. Acids. Res. 16:8887-89
03; Koller and Smithies. 1989. PNAS USA 86:8932-8935; Shesely et al. 199
1. PNAS USA 88:4294-4298; Kim et al. 1991. Gene 103:227-233)。
[0003] The definition of homologous recombination (HR) is the exchange of homologous or similar DNA sequences that exist between two DNA molecules. A very important feature of HR is that the enzyme responsible for the recombination event can pair with all homologous sequences as substrates. The ability of HR to transmit genetic information between DNA molecules makes targeted homologous recombination a very powerful method in genetic engineering and engineering. HR can be used to add subtle mutations at known sites, replace wild-type genes or gene segments, or introduce complete foreign genes into cells. However, the efficiency of HR is very low in living cells and depends on various parameters. The parameters include DNA
There is a method of delivery, its mode of packaging, its size and conformation, length and position of DNA in the sequence of target homology, efficiency of hybridization and recombination at chromosomal sites. Such variability severely limits the use of conventional HR for gene deployment in cell-based systems (Kucherlapati
et al., 1984. PNAS USA 81: 3153-3157; Smithies et al. 1985. Nature 317: 2
30-234; Song et al. 1987. PNAS USA 84: 6820-6824; Doetschaman et al. 1987.
Nature 330: 576-578; Kim and Smithies. 1988.Nuc. Acids. Res. 16: 8887-89
03; Koller and Smithies. 1989. PNAS USA 86: 8932-8935; Shesely et al. 199
1. PNAS USA 88: 4294-4298; Kim et al. 1991. Gene 103: 227-233).

【0004】 細胞系および細胞を含まない系におけるレコンビナーゼ活性体の存在は、HR
使用の頻度を著しく高める。HRを促進する(すなわちレコンビナーゼ活性)さま
ざまなタンパク質あるいは精製抽出物は、原核生物および真核生物中で同定され
ている(Cox and Lehman., 1987. Annu. Rev. Biochem. 56:229-262; Radding. 1
982. Annual Review of Genetics 16:405-547; McCarthy et al. 1988. PNAS
USA 85:5854-5858)。これらのレコンビナーゼは、相同対合中間体形成、鎖交換
および/または他の工程において1つ以上の工程を促進する。現在最も研究され
ているレコンビナーゼは大腸菌のRecAレコンビナーゼであって、このものは
相同性検索および鎖交換反応に関係する(Cox and Lehman, 1987, 前掲)。
[0004] The presence of recombinase activators in cell lines and cell-free systems has been
Significantly increase the frequency of use. Various proteins or purified extracts that promote HR (ie, recombinase activity) have been identified in prokaryotes and eukaryotes (Cox and Lehman., 1987. Annu. Rev. Biochem. 56: 229-262; Radding. 1
982. Annual Review of Genetics 16: 405-547; McCarthy et al. 1988. PNAS
USA 85: 5854-5858). These recombinases facilitate one or more steps in homologous pairing intermediate formation, strand exchange and / or other steps. The most studied recombinase at present is the E. coli RecA recombinase, which is involved in homology searches and strand exchange reactions (Cox and Lehman, 1987, supra).

【0005】 細菌性RecAタンパク質(Mr37,842)は、2つの相同性DNA分子間
の相同対合および鎖交換において触媒作用をなす(Kowalczykowski et al. 1994.
Microbiol. Rev. 58:401-465; West. 1992. Annu. Rev. Biochem. 61:603-640
; Roca and Cox. 1990. CRC Cit. Rev. Biochem. Mol. Biol. 25:415-455; Rad
ding. 1989. Biochim. Biophys. Acta. 1008:131-145; Smith. 1989. Cell 58:8
07-809)。RecAタンパク質は、DNAに含まれる化学量3〜4のヌクレオチ
ドごとに対して化学量1のRecAタンパク質モノマーで、1本鎖DNAのすべ
ての所定配列と共結合する(Cox and Lehman, 1987, 前掲)。この結合によって、
ユニーク右巻き螺旋型核タンパク質フィラメントが形成され、その中でDNAの
長さが通常の1.5倍に伸長する(Yu and Egelman. 1992. J. Mol. Biol. 227:33
4-346)。これらの核タンパク質フィラメントは、DNAプローブと言われ、重要
な“相同性検索の中心的原動力”であり、DNA対合を触媒する。フィラメント
が自己と相同の標的遺伝子配列を見付けると、DNAプローブ鎖は、標的を侵襲
して、ハイブリドDNA構造を形成する。これを接合分子あるいはDループ(D
NA置換ループ)と言う(McEntee et al. 1979. PNAS USA 76:2615-2619; Sibata
et al. 1979. PNAS USA 76:1638-1642)。 RecA核タンパク質フィラメント
内部におけるDNAのリン酸基は、ホスホジエステラーゼおよびヌクレアーゼに
よる消化から保護されている。
[0005] The bacterial RecA protein (Mr37,842) catalyzes homologous pairing and strand exchange between two homologous DNA molecules (Kowalczykowski et al. 1994.
Microbiol. Rev. 58: 401-465; West. 1992. Annu. Rev. Biochem. 61: 603-640.
Roca and Cox. 1990. CRC Cit. Rev. Biochem. Mol. Biol. 25: 415-455; Rad.
ding. 1989. Biochim. Biophys. Acta. 1008: 131-145; Smith. 1989. Cell 58: 8
07-809). The RecA protein is a RecA protein monomer with a stoichiometry of 1 for every 3 to 4 nucleotides contained in the DNA and co-bonds with all predetermined sequences of single-stranded DNA (Cox and Lehman, 1987, supra). . With this combination,
A unique right-handed helical nucleoprotein filament is formed in which the length of DNA is extended by a factor of 1.5 (Yu and Egelman. 1992. J. Mol. Biol. 227: 33).
4-346). These nucleoprotein filaments, referred to as DNA probes, are important "central drivers of homology search" and catalyze DNA pairing. When the filament finds a target gene sequence that is homologous to itself, the DNA probe strand invades the target and forms a hybrid DNA structure. This is called the junction molecule or D loop (D
NA replacement loop) (McEntee et al. 1979. PNAS USA 76: 2615-2619; Sibata
et al. 1979. PNAS USA 76: 1638-1642). The phosphate groups of the DNA inside the RecA nucleoprotein filament are protected from digestion by phosphodiesterase and nuclease.

【0006】 RecAタンパク質は、プローブ−標的対合反応を促進するレコンビナーゼ酵
素の普遍的なクラスの原形である。最近、大腸菌RecAに相同の遺伝子(Ra
d51タンパク質ファミリー)が、酵母およびヒトを含むすべての真核生物群か
ら単離された。RAD51タンパク質は、RecAタンパク質と同様の方法で、
相同DNA分子間において相同対合および鎖の侵襲と交換とを促進する(Sung. 1
994. Science 265:1241-1243; Sung and Robberson. 1995. Cell 82:453-461; G
upta et al. 1997. PNAS USA 94:463-468; Baumann et al. 1996. Cell 87:757-
766)。
[0006] The RecA protein is the prototype of a universal class of recombinase enzymes that facilitate probe-target pairing reactions. Recently, a gene homologous to E. coli RecA (Ra
d51 protein family) have been isolated from all eukaryotic communities, including yeast and humans. RAD51 protein is obtained in the same manner as RecA protein.
Promotes homologous pairing and invasion and exchange of strands between homologous DNA molecules (Sung. 1
994.Science 265: 1241-1243; Sung and Robberson. 1995.Cell 82: 453-461; G
upta et al. 1997. PNAS USA 94: 463-468; Baumann et al. 1996. Cell 87: 757-
766).

【0007】 相同性組換え、置換、挿入、欠失によって標的化および変質するのに使用する
方法および組成物については、下記に記載されている。米国特許出願番号 08/38
1634; 08/882756; 09/301153; 08/781329; 09/288586; 09/209676; 09/007020;
09/179916; 09/182102; 09/182097; 09/181027; 09/260624; および国際特許出
願番号US97/19324; US98/26498; US98/01825を参照のこと。
[0007] Methods and compositions used to target and alter by homologous recombination, substitution, insertion, deletion are described below. U.S. Patent Application No. 08/38
1634; 08/882756; 09/301153; 08/781329; 09/288586; 09/209676; 09/007020;
09/179916; 09/182102; 09/182097; 09/181027; 09/260624; and International Patent Application Nos. US97 / 19324; US98 / 26498; US98 / 01825.

【0008】 従って、本発明の目的は、最大の多様性を生じ、所望の遺伝子を同定する蓋然
性を増すドメイン特異的遺伝子の展開についての効率的な方法を提供することで
ある。
[0008] It is therefore an object of the present invention to provide an efficient method for the development of domain-specific genes that yields the greatest diversity and increases the probability of identifying the desired gene.

【0009】 (発明の要旨) 本発明は、ドメイン特異的遺伝子の展開方法を提供する。この方法は、所望の
アミノ酸配列をコードする標的核酸配列、レコンビナーゼ、複数の標的用ポリヌ
クレオチドを含む複数の組換え中間体を形成することを含む。標的用ポリヌクレ
オチドは、互いに実質的に相補的であり、かつ各々が標的核酸の予定の配列に実
質的に対応するか、実質的に相補的である相同性クランプを含むものであり、ラ
ンダムまたは変性の配列を含む。予定の配列はアミノ酸配列のドメインをコード
する。本方法は、中間体を組換え能の細胞と接触させて、改変された標的核酸の
ライブラリィをつくる。改変された標的核酸配列を細胞中で発現せしめて、変種
アミノ酸配列のプールをつくる。この方法は、所望の活性を有する変種アミノ酸
を発現した改変標的核酸を含む細胞を選択し単離することをさらに含む。
(Summary of the Invention) The present invention provides a method for developing a domain-specific gene. The method comprises forming a plurality of recombinant intermediates comprising a target nucleic acid sequence encoding a desired amino acid sequence, a recombinase, a plurality of targeting polynucleotides. The polynucleotides for targeting are substantially complementary to each other and each include a homology clamp that substantially corresponds to or is substantially complementary to the intended sequence of the target nucleic acid, and may be random or random. Contains degenerate sequences. The expected sequence encodes a domain of the amino acid sequence. The method involves contacting the intermediate with a recombinant competent cell to create a library of modified target nucleic acids. The modified target nucleic acid sequence is expressed in a cell to create a pool of variant amino acid sequences. The method further includes selecting and isolating cells containing the modified target nucleic acid that has expressed the variant amino acid having the desired activity.

【0010】 本発明の他の態様において、ドメイン特異的遺伝子展開法は、所望のアミノ酸
配列をコードする標的核酸配列、レコンビナーゼ、対の標的用ポリヌクレオチド
を含む組換え中間体を形成することを含む。標的用ポリヌクレオチドは、互いに
実質的に相補的であり、かつ各々が標的核酸の予定の配列に実質的に対応するか
、実質的に相補的である相同性クランプを含む。予定の配列はアミノ酸配列のド
メインをコードする。本方法は、中間体を1本鎖特異的ヌクレアーゼまたは連結
特異的ヌクレアーゼに接触せしめて、切断または開放末端の標的核酸を形成する
ことをさらに含む。ハイブリドされた領域または連結部に隣接する領域は、ヌク
レアーゼ感受性である。標的核酸を再会合し組換えて、改変された標的核酸のラ
イブラリィをつくる。この標的核酸配列を発現せしめて、変種アミノ酸配列のプ
ールをつくる。変種アミノ酸を選択し特性解明して、所望の変種アミノ酸配列を
コードする改変標的核酸を同定する。
In another aspect of the invention, a domain-specific gene expansion method comprises forming a recombinant intermediate comprising a target nucleic acid sequence encoding a desired amino acid sequence, a recombinase, and a paired targeting polynucleotide. . The targeting polynucleotides include homology clamps that are substantially complementary to each other and that each substantially correspond to or are substantially complementary to the intended sequence of the target nucleic acid. The expected sequence encodes a domain of the amino acid sequence. The method further comprises contacting the intermediate with a single-strand-specific or ligation-specific nuclease to form a truncated or open-ended target nucleic acid. The region hybridized or adjacent to the junction is nuclease sensitive. The target nucleic acids are reassociated and recombined to create a library of modified target nucleic acids. The target nucleic acid sequence is expressed to create a pool of variant amino acid sequences. The variant amino acids are selected and characterized to identify an altered target nucleic acid encoding the desired variant amino acid sequence.

【0011】 さらに別の態様において、各方法を1回以上繰り返して、所望の活性を有する
変種アミノ酸配列をさらに展開する。 別の態様において、1以上のドメインまたはタンパク質を同時に展開する。
In yet another aspect, each method is repeated one or more times to further develop variant amino acid sequences having the desired activity. In another embodiment, one or more domains or proteins are deployed simultaneously.

【0012】 (図面の詳細な説明) 図1は、レコンビナーゼ仲介相補性1本鎖DNA標的化(cssDNAまたは
標的用ポリヌクレオチド)によるドメイン特異的遺伝子展開(DSGE)を示す
。1)所望の遺伝子のドメインBの、RecA被覆cssDNA変性プローブで
の標識化、2)細菌中での多鎖組換えDNAハイブリド産物の脱タンパクおよび
形質転換、3)所望の変異体のスクリーンおよび選択、4)工程1−3の反復。
DETAILED DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 shows domain specific gene deployment (DSGE) by recombinase-mediated complementary single-stranded DNA targeting (cssDNA or targeting polynucleotide). 1) Labeling of domain B of the desired gene with RecA-coated cssDNA denaturing probe, 2) Deproteinization and transformation of multi-stranded recombinant DNA hybrid product in bacteria, 3) Screening and selection of desired mutant 4) Repeat steps 1-3.

【0013】 図2は、自然遺伝子標的化アッセイ(ニ重Dループ形成)を示す。cssDN
Aを2本鎖DNAのPCR産物の熱変性によりつくり、適当な緩衝条件中でRe
cA核タンパク質(○で表す)でもって被覆して、核タンパク質フィラメントを
形成する。この自然DNA中の相同部位を標的するために、RecA核タンパク
質フィラメントを二重らせんに連続または同時に加えることができる。1つのフ
ィラメントと二重らせんとの相互作用によって3本鎖DNA中間体(単一Dルー
プ)が形成する。これは脱タンパクの後で不安定である。相補的鎖を添加すると
、添加しなければ不安定であった中間体を、運動的に捕捉された二重Dループの
形成により安定になる。この二重Dループは、脱タンパク後に高度に安定であり
、多数の異なる方法で取扱うことができ、生物活性である。
FIG. 2 shows the natural gene targeting assay (dual D-loop formation). cssDN
A is made by heat denaturation of the double-stranded DNA PCR product and
Coated with cA nucleoprotein (represented by o) to form nucleoprotein filaments. RecA nucleoprotein filaments can be added sequentially or simultaneously to the duplex to target homologous sites in this natural DNA. Interaction of one filament with the double helix forms a triple stranded DNA intermediate (single D loop). It is unstable after deproteinization. The addition of the complementary strand renders the otherwise unstable intermediate more stable through the formation of a kinetic trapped double D-loop. This double D loop is highly stable after deproteinization, can be handled in a number of different ways, and is biologically active.

【0014】 図3A−Bは、細菌でのプローブ標的ハイブリド高揚相同性組換えを示す。パ
ネルA:パネルBで使用するEHRアッセイについての模式図である。パネルB
:大腸菌でのcssDNAプローブ:標的ハイブリドの高揚相同性組換え(EH
R)についてのデータを示す。相同的に標的されたプローブ:標的ハイブリドは
組換え能細胞における相同性組換え度数を高める。形成されたcssDNAプロ
ーブ:標的ハイブリドをRecA+およびRecA−大腸菌中に導入した。イン
ビトロ標的化反応におけるcssDNAプローブ:標的ハイブリドのモル比は、
1:1から1:5.6であった。%組換え体/全コロニーはアンピシリン耐性コ
ロニーの全集団におけるブルーコロニーの%である。0%組換えの群は、少なく
とも105のプレート・コロニーにおいてブルー・コロニーをまったく産生しな
かった。プラスミドDNAを連続的に3世代増殖したブルーコロニーから単離し
、相同性組換えがlacZ遺伝子で安定的に起きるかどうかを調べた。
FIGS. 3A-B show probe target hybrid uplifting homologous recombination in bacteria. Panel A: Schematic for the EHR assay used in Panel B. Panel B
: CssDNA probe in E. coli: Enhanced homologous recombination of target hybrid (EH
The data for R) is shown. Homologously targeted probes: Target hybrids increase the frequency of homologous recombination in competent cells. CssDNA probe formed: Target hybrid was introduced into RecA + and RecA-E. Coli. The molar ratio of cssDNA probe: target hybrid in the in vitro targeting reaction is
It was 1: 1 to 1: 5.6. % Recombinant / total colonies is the percentage of blue colonies in the total population of ampicillin resistant colonies. The 0% recombination group did not produce any blue colonies in at least 105 plate colonies. Plasmid DNA was isolated from blue colonies grown continuously for three generations, and it was examined whether homologous recombination occurred stably in the lacZ gene.

【0015】 図4は、DSGE DNAプローブの設計を示す。DSGE DNAプローブは
、単一ドメインまたは複数ドメインのいずれかを標的とし変異を起こせしめ得る
。これらの組換え的DSGE DNAは全長で変異を含み、または変性物であり
得る。得た組換え体または変異体は、標的ドメインにおける変異について多くの
可能性のある組合せを含有する。この場合、2つのドメインの標的化および変異
形成があり、RecAタンパク質は明確には無い。単一ドメイン・シャフリング
プローブは単一領域を標的とし変異形成する。これらのプローブは、プローブの
配列が標的中の配列に厳密に対応する2種の外部相同性クランプを含有する。内
部領域は、種々の程度の誤対合を有し、この特異的領域を変異せしめシャフルす
る。
FIG. 4 shows the design of a DSGE DNA probe. DSGE DNA probes can target either a single domain or multiple domains and cause mutations. These recombinant DSGE DNAs may contain mutations in their full length or may be denatured. The resulting recombinant or variant contains many possible combinations for mutations in the target domain. In this case, there is targeting and mutagenesis of the two domains, and the RecA protein is unclear. Single domain shuffling probes target and mutate a single region. These probes contain two external homology clamps whose sequence exactly corresponds to the sequence in the target. The internal region has varying degrees of mismatch and mutates and shuffles this specific region.

【0016】 図5は、scFvのCDR領域をボツリナム神経毒に展開するための標的用ポ
リヌクレオチドを示す。
FIG. 5 shows a targeting polynucleotide for deploying the CDR region of the scFv to botulinum neurotoxin.

【0017】 図6は、DSGEによる1本鎖scFv抗体ファージ・ライブラリィ展開にお
ける工程のフロー・チャートを示す。軽鎖および重鎖の両方の可変領域が1本鎖
Fvにおける1分子中に存在する。CDR領域標的ハイブリドを大腸菌中にヘル
パー・ファージで形質転換すると、封入および発現が可能となる。非展開の抗体
−ファージを除去するスクリーンを行った後、抗体−ファージのライブラリィを
展開するために方法を反復する。
FIG. 6 shows a flow chart of steps in the development of a single-chain scFv antibody phage library by DSGE. Both light and heavy chain variable regions are present in one molecule in the single-chain Fv. Transformation of CDR region target hybrids into helper phage in E. coli allows for inclusion and expression. After performing a screen to remove undeployed antibody-phage, the method is repeated to extend the antibody-phage library.

【0018】 (好ましい実施態様の記載) 本発明は、ドメイン特異的遺伝子展開のための方法および組成物を提供する。
本発明のひとつの態様において、この方法は、複数の標的配列の修飾をなすため
に、特異的タンパク質ドメインをコードする予定の核酸配列を、標的化すること
を含む。すなわち、本発明の組換え形成プローブを特定のタンパク質ドメインに
標的化することにより、遺伝子展開および選択を、特異的活性または機能を保持
するのが知られているか、保持すると思われている特異的ドメインに対して標的
とする。この方法は、所望の特異的ドメインにおいて最大の多様性を創生し、も
って、スクリーンされるべき変異ライブラリィのサイズを減少し、改良または所
望の属性を有する遺伝子を発見しうる蓋然性を増加する。従って、本発明のライ
ブラリィは、有利な興味深い変異または組換え配列に富む。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention provides methods and compositions for domain-specific gene deployment.
In one embodiment of the invention, the method comprises targeting a nucleic acid sequence encoding a specific protein domain to effect modification of a plurality of target sequences. That is, by targeting the recombination probe of the present invention to a specific protein domain, a specific expansion known to be or is believed to retain gene deployment and selection in a specific activity or function. Target against the domain. This method creates the greatest diversity in the desired specific domains, thus reducing the size of the mutation library to be screened and improving or increasing the likelihood of finding genes with the desired attributes . Thus, the libraries of the present invention are rich in advantageous mutant or recombinant sequences.

【0019】 本発明は、複数の対の1本鎖標的用ポリヌクレオチド、予定の標的核酸、レコ
ンビナーゼを組み合せて、ポリヌクレオチド:標的核酸複合体を形成することを
含む。標的用ポリヌクレオチドは、標的核酸の予定のドメインを標的化するため
、少なくとも1つの相同性クランプ、およびランダムまたは変性の配列を含む。
複合体を複数の組換え能細胞(鎖交換または相同的組換えを細胞内で触媒する)
中に選択的に導入して、修飾核酸のライブラリィをつくる。所望の性質のポリペ
プチドをコードする修飾核酸を含む細胞を選択し単離する。この方法を好ましく
は反復して、所望の標的ドメインをさらに展開する。これを図1に模式的に示す
The present invention involves combining a plurality of pairs of single-stranded targeting polynucleotides, a predetermined target nucleic acid, and a recombinase to form a polynucleotide: target nucleic acid complex. The targeting polynucleotide comprises at least one homology clamp and a random or degenerate sequence to target a predetermined domain of the target nucleic acid.
Complex with multiple recombination-competent cells (catalyzes strand exchange or homologous recombination intracellularly)
Into a library of modified nucleic acids. Cells containing the modified nucleic acid encoding the polypeptide of the desired properties are selected and isolated. This method is preferably repeated to further develop the desired target domain. This is shown schematically in FIG.

【0020】 本発明の他の態様において、ドメイン特異的遺伝子展開のためのドメイン特異
的DNA末端切断の方法を提供する。この方法は、対の1本鎖標的用ポリヌクレ
オチド、予定の標的核酸、レコンビナーゼを組み合せて、ポリヌクレオチド:標
的核酸複合体を形成することを含む。標的用ポリヌクレオチドは、互いに実質的
に相補的であり、標的核酸の予定のドメインを標的化するための少なくとも1つ
の相同性クランプを含む。ポリヌクレオチド:標的核酸複合体を1本鎖特異的ヌ
クレアーゼで処理する。このヌクレアーゼはポリヌクレオチド:標的核酸複合体
領域を挟む領域を優先的に切断する(Ferrin and Camerini-Otero, 1991, Scien
ce, 254 1494-1497)。すなわち、複合体においてドメインは、レコンビナーゼの
最初の存在によって組換えから保護される。ヌクレアーゼが不活性化され、複合
体が解離される。切断標的核酸を再会合しPRCで組換えて、切断領域に優先的
修飾を有する核酸のライブラリィをつくる。修飾核酸のライブラリィを宿主細胞
に導入し発現できる。所望の性質のポリペプチドをコードする修飾核酸を含む細
胞を選択し単離する。この方法を好ましくは反復して、所望の標的ドメインをさ
らに展開する。
In another aspect of the present invention, there is provided a method of domain-specific DNA truncation for domain-specific gene deployment. The method includes combining a pair of single-stranded targeting polynucleotides, a target nucleic acid of interest, and a recombinase to form a polynucleotide: target nucleic acid complex. The targeting polynucleotides are substantially complementary to each other and include at least one homology clamp for targeting a predetermined domain of the target nucleic acid. The polynucleotide: target nucleic acid complex is treated with a single strand specific nuclease. This nuclease preferentially cleaves the region flanking the polynucleotide: target nucleic acid complex region (Ferrin and Camerini-Otero, 1991, Scien
ce, 254 1494-1497). That is, in the complex, the domain is protected from recombination by the initial presence of the recombinase. The nuclease is inactivated and the complex is dissociated. The cleaved target nucleic acids are reassociated and recombined with the PRC to create a library of nucleic acids with preferential modifications in the cleavage region. A library of modified nucleic acids can be introduced into host cells and expressed. Cells containing the modified nucleic acid encoding the polypeptide of the desired properties are selected and isolated. This method is preferably repeated to further develop the desired target domain.

【0021】 上記の各方法において、単一ドメインまたは選択による複数のドメインを標的
にする。 上記の方法および組成物は、ドメイン特異的遺伝子展開のために組み合せて選
択的に使用できる。例えば、ドメイン特異的DNA切断の1回または複数回を、
上記の複数の標的用ポリヌクレオチドを用いて、1回以上のドメイン特異的展開
を間に挟んで行う。
In each of the above methods, a single domain or multiple domains by selection are targeted. The above methods and compositions can be selectively used in combination for domain-specific gene deployment. For example, one or more domain-specific DNA breaks
One or more domain-specific expansions are carried out using the above-mentioned plurality of target polynucleotides.

【0022】 本発明の方法は、多重サブクローン工程を必要としない。これが特に関連する
のは、大きい複合ベクター、例えば、lambda、BACS、PACS、YACS、
MACSなどのゲノムDNAを用いたとき、および多重サブクローン工程が変異
形成をなし、大きいベクター中のユニーク部位のシャフリングが特に長く時間の
かかる場合である。
[0022] The method of the present invention does not require multiple subcloning steps. This is of particular relevance for large complex vectors, such as lambda, BACS, PACS, YACS,
This is the case when using genomic DNA such as MACS, and when the multiple subcloning step results in mutagenesis and shuffling of unique sites in large vectors is particularly long and time consuming.

【0023】 従って、本発明は、組換え形成プローブまたはハイブリド複合体を組換え能細
胞に導入して、インビトロおよびインビボ組換えおよび展開法に連結する方法を
提供する。相同性組換え中間体をインビトロでつくることにより、変異形成され
シャッフルされた遺伝子のパネルまたはライブラリィをインビトロ展開のために
つくる。インビボ系に連結すると、所望の特性のタンパク質をコードする展開遺
伝子をインビボで選択できる。
Accordingly, the present invention provides a method of introducing a recombination-forming probe or hybrid complex into recombination-competent cells and linking them to in vitro and in vivo recombination and expansion methods. By creating homologous recombination intermediates in vitro, a panel or library of mutated and shuffled genes is created for in vitro development. When linked to an in vivo system, an evolved gene encoding a protein of the desired properties can be selected in vivo.

【0024】 本発明は、種々の重要なやり方で使用し得る。第1に、これらの方法を疾患に
ついての形質転換体や動物、植物のモデルの創生に利用できる。このように、例
えば、相同性組換え方法で使用されたドメイン特異的標的用ポリヌクレオチドは
、広範な機能的関連遺伝子における広範な変異を有する動物を生成することがで
きる。広範な表現型をもたらす可能性があり、疾患状態に関係する表現型も含ま
れる。これを細胞レベルでもなすことができ、細胞表現型に関与する遺伝子を同
定する。すなわち、標的同定である。第2に、ドメイン標的化を疾患または改変
の細胞または動物に使用できる。簡単に言うと、ドメイン標的化を行って、“反
転遺伝子”を同定できる。この遺伝子は、異なる遺伝子(同じ遺伝子ファミリー
または完全に相違する遺伝子ファミリーのいずれか)により起こされた疾患状態
を調節できる。また、例えば、酵素活性の1つの型の欠失は、疾患表現型となる
が、異なるが相同的である酵素活性を変えると、補うことができる。
The present invention can be used in various important ways. First, these methods can be used to create transformants, animal and plant models for disease. Thus, for example, the domain-specific targeting polynucleotide used in the homologous recombination method can produce an animal having a wide range of mutations in a wide range of functionally relevant genes. It can result in a wide range of phenotypes, including those associated with disease states. This can be done at the cellular level, identifying genes involved in the cellular phenotype. That is, target identification. Second, domain targeting can be used on diseased or modified cells or animals. Briefly, domain targeting can be performed to identify “inverted genes”. This gene can regulate disease states caused by different genes, either the same gene family or a completely different gene family. Also, for example, deletion of one type of enzymatic activity results in a disease phenotype, which can be compensated for by altering different but homologous enzymatic activities.

【0025】 さらに、本方法を、外部染色体配列を含む改変された核酸のライブラリィを創
生するのに使用できる。細胞中で発現さして、改変されたタンパク質のライブラ
リィをつくり、いくつかの有用で興味のある性質についてスクリーンできる。こ
の性質には、限定でないが、安定性の増加および改変(熱、pH、酸化、プロテ
アーゼなどに対して)、結合の改変、活性の修飾、免疫原性などの性質の望まし
い改変を含む。
In addition, the method can be used to create a library of modified nucleic acids containing extra chromosomal sequences. It can be expressed in cells to create a library of modified proteins and screened for some useful and interesting properties. This property includes, but is not limited to, increased and altered stability (to heat, pH, oxidation, proteases, etc.), altered binding, altered activity, desirable alterations in properties such as immunogenicity.

【0026】 従って、本発明は、相同性組換えの方法を提供する。本明細書における“相同
性組換え”(HR)とは、2つのDNA分子間での相同または類似のDNA配列
の交換を意味する。HRの基本的な特性は、組換え事象を担う酵素が基質として
相同性配列を対にし得ることである。DNA分子間の遺伝情報を移転し得るHR
の能力は、遺伝子工学および遺伝子操作において標的相同性組換えを非常に強力
な方法にする。HRは、遺伝子またはそのセグメント中の1以上のヌクレオチド
を挿入、除去および/または置換し、あるいは標的核酸中の遺伝子を導入または
除去するのに、使用できる。
Accordingly, the present invention provides a method for homologous recombination. As used herein, “homologous recombination” (HR) refers to the exchange of homologous or similar DNA sequences between two DNA molecules. A fundamental property of HR is that the enzyme responsible for the recombination event can pair homologous sequences as substrates. HR that can transfer genetic information between DNA molecules
Makes the targeted homologous recombination a very powerful method in genetic engineering and engineering. HR can be used to insert, remove and / or replace one or more nucleotides in a gene or a segment thereof, or to introduce or remove a gene in a target nucleic acid.

【0027】 タンパク質ドメインを同定すると、本発明の組成物をつくることができる。本
発明の組成物は、少なくとも1つのレコンビナーゼおよび少なくとも2つの1本
鎖標的用ポリヌクレオチドを含む組成物である。これらのポリヌクレオチドは互
いに実質的に相補的であり、かつ各々が遺伝子ファミリーにとってのドメイン相
同性クランプを有しているものである。
[0027] Once the protein domains have been identified, the compositions of the invention can be made. The composition of the present invention is a composition comprising at least one recombinase and at least two single-stranded targeting polynucleotides. These polynucleotides are substantially complementary to each other, and each has a domain homology clamp for the gene family.

【0028】 “レコンビナーゼ”とは、外因性標的用ポリヌクレオチドとともに含まれると
きに、標的用ポリヌクレオチドと予定された内因性DNA配列との間での組換え
頻度および/または局在化頻度を測定可能に増加せしめるタンパク質またはペプ
チド(例えば、L2ペプチド)を意味する。つまり、好ましい態様において、組
換え頻度の増加は、普通の範囲で10-8から10-4〜10-4から101、好まし
くは10-3から101、最も好ましくは10-2から100に達成される。
“Recombinase”, when included with an exogenous targeting polynucleotide, measures the frequency of recombination and / or localization between the targeting polynucleotide and the intended endogenous DNA sequence. A protein or peptide (eg, L2 peptide) that is increased as much as possible. That is, in a preferred embodiment, the increase in recombination frequency is usually in the range of 10 -8 to 10 -4 to 10 -4 to 10 1, preferably 10 -3 to 10 1, and most preferably 10 -2 to 10 0 Is achieved.

【0029】 本発明において、レコンビナーゼは、基本的にすべてまたは大部分の同じ機能
を有するRecA様およびRad51様の組換えタンパク質の1ファミリーであ
る。すなわち、特に、(i)相同性標的上の標的用ポリヌクレオチドと適当に結
合し、それを位置つけるレコンビナーゼタンパク質の能力、および(ii)相補的
内因性配列を効率よく見つけて、それと結合するレコンビナーゼタンパク質/標
的用ポリヌクレオチド複合体を有する。最も特徴が明かにされているRecAタ
ンパク質は大腸菌に由来し、野生型タンパク質に加えて、多数の変異RecAタ
ンパク質が解明されている(例えば、recA803、参照、Madiraju et al., PNAS U
SA 85 (18): 6592 (1988); Madiraju et al., Biochem. 31: 10529 (1992); Lav
ery et al., J. Biol. Chem. 267: 20648 (1992))。さらに、多くの生物が鎖転
移能を有するRecA様レコンビナーゼをもつ(例えば、Fugisawa et al., (19
85) Nucl. Acids Res. 13: 7473; Hsieh et al., (1986) Cell 44: 885; Hsieh
et al., (1989) J. Biol. Chem. 264: 5089; Fishel et al., (1988) Proc. Nat
l. Acad. Sci. (USA) 85: 3683; Cassuto et al., (1987) Mol. Gen. Genet. 20
8: 10; Ganea et al., (1987) Mol. Cell Biol. 7: 3124; Moore et al., (1990
) J. Biol. Chem. 19: 11108; Keene et al., (1984) Nucl. Acids Res. 12: 30
57; Kimeic, (1984) Cold Spring Harbor Symp. 48: 675; Kmeic, (1986) Cell
44: 545; Kolodner et al., (1987) Proc.Natl. Acad. Sci. USA 84: 5560; Sug
ino et al., (1985) Proc. Natl. Acad. Sci. USA 85: 3683; Halbrook et al., (1989) J. Biol. Chem. 264; 21403; Eisen et al., (1988) Proc. Natl. Acad
. Sci. USA 85: 7481; McCarthy et al., (1988) Proc. Natl. Acad. Sci. USA
85: 5854; Lowenhaupt et al., (1989) J. Biol. Chem. 264; 20568, 出典明示
により本明細書の一部とする)。
In the present invention, recombinases are a family of RecA-like and Rad51-like recombinant proteins with essentially all or most of the same functions. In particular, (i) the ability of the recombinase protein to properly bind and position the targeting polynucleotide on the homologous target, and (ii) efficiently find and bind to the complementary endogenous sequence Recombinase protein / target polynucleotide complex. The best characterized RecA protein is derived from E. coli and a number of mutant RecA proteins have been elucidated in addition to the wild-type protein (eg, recA803, see Madiraju et al., PNAS U).
SA 85 (18): 6592 (1988); Madiraju et al., Biochem. 31: 10529 (1992); Lav
ery et al., J. Biol. Chem. 267: 20648 (1992)). In addition, many organisms have RecA-like recombinases capable of strand transfer (eg, Fugisawa et al., (19)
85) Nucl. Acids Res. 13: 7473; Hsieh et al., (1986) Cell 44: 885; Hsieh
et al., (1989) J. Biol. Chem. 264: 5089; Fishel et al., (1988) Proc. Nat.
l. Acad. Sci. (USA) 85: 3683; Cassuto et al., (1987) Mol. Gen. Genet. 20
8:10; Ganea et al., (1987) Mol.Cell Biol. 7: 3124; Moore et al., (1990
) J. Biol. Chem. 19: 11108; Keene et al., (1984) Nucl. Acids Res. 12: 30.
57; Kimeic, (1984) Cold Spring Harbor Symp. 48: 675; Kmeic, (1986) Cell
44: 545; Kolodner et al., (1987) Proc. Natl. Acad. Sci. USA 84: 5560; Sug
Natl. Acad. Sci. USA 85: 3683; Halbrook et al., (1989) J. Biol. Chem. 264; 21403; Eisen et al., (1988) Proc. Natl. . Acad
Sci. USA 85: 7481; McCarthy et al., (1988) Proc. Natl. Acad. Sci. USA
85: 5854; Lowenhaupt et al., (1989) J. Biol. Chem. 264; 20568, incorporated herein by reference.

【0030】 このようなレコンビナーゼタンパク質の例として、限定でないが、RecA、
RecA803、uvsX、他のRecA変異およびRecA様のレコンビナー
ゼ(Roca, A. I. (1990) Crit. Res. Biochem. Molec. Biol. 25: 415)、sep
1(Kolodner et al. (1987) Proc. Natl. Acad. Sci. (USA) 84: 5560; Tishko
ff et al. Molec Cell Biol. 11: 2593)、RuvC(Dunderdale et al. (1991) Na
ture 354: 506)、DST2、KEM1、XRN1(Dykstra et al. (1991) Mol
ec. Cell. Biol. 11: 2583)、STPα/DST1(Clark et al. (1991) Mole
c. Cell. Biol. 11: 2576)、HPP−1(Moore et al. (1991) Proc, Natl. A
cad. Sci. (USA) 88: 9067)、他の標的レコンビナーゼ(Bishop et al. (1992)
Cell 69: 439; Shinohara et al. (1992) Cell 69: 457、出典明示により本明
細書の一部とする)がある。
[0030] Examples of such recombinase proteins include, but are not limited to, RecA,
RecA803, uvsX, other RecA mutations and RecA-like recombinase (Roca, AI (1990) Crit. Res. Biochem. Molec. Biol. 25: 415), sep.
1 (Kolodner et al. (1987) Proc. Natl. Acad. Sci. (USA) 84: 5560; Tishko
ff et al. Molec Cell Biol. 11: 2593), RuvC (Dunderdale et al. (1991) Na
354: 506), DST2, KEM1, XRN1 (Dykstra et al. (1991) Mol
ec. Cell. Biol. 11: 2583), STPα / DST1 (Clark et al. (1991) Mole.
c. Cell. Biol. 11: 2576), HPP-1 (Moore et al. (1991) Proc, Natl. A.
cad. Sci. (USA) 88: 9067), other target recombinases (Bishop et al. (1992)
Cell 69: 439; Shinohara et al. (1992) Cell 69: 457, which is hereby incorporated by reference).

【0031】 RecAは、大腸菌株、JC12772およびJC15369(A. J. Clark an
d M.Madiraju, カリフォルニア大学バークレイ校から入手、または市販)から精
製できる。これらの株は、細胞当り高い複写数で存在する“とん走”複製プラス
ミドベクター上にRecAコード配列を含有する。RecA803タンパク質は
、野生型RecAの高活性変異体である。いくつかのレコンビナーゼタンパク質
の例が知られており、例えば、ショウジョウバエ、酵母、ヒト、ヒト以外の哺乳
動物の細胞に由来し、RecAに類似の生物性質をもつタンパク質(すなわち、
RecA様タンパク質)を含み、例えばRad51、Rad57、哺乳動物およ
び酵母に由来のdmelがある。さらに、レコンビナーゼは、実際にはタンパク
質の複合体、すなわち“レコンビノソーム”であり得る。レコンビナーゼの定義
にはいるものに、レコンビナーゼの生物活性を保持するレコンビナーゼの部分ま
たは断片、および生物活性を保持する野生型レコンビナーゼの変種または変異体
、例えば、高いレコンビナーゼ活性を持つ大腸菌RecA803変異体がある。
RecA was obtained from E. coli strains, JC12772 and JC15369 (AJ Clark an
d M. Madiraju, obtained from the University of California, Berkeley or commercially available). These strains contain the RecA coding sequence on a "running" replicating plasmid vector that is present at high copy numbers per cell. RecA803 protein is a highly active mutant of wild-type RecA. Several examples of recombinase proteins are known, for example, proteins derived from cells of Drosophila, yeast, human, non-human mammals, and having biological properties similar to RecA (ie,
RecA-like protein), for example, Rad51, Rad57, dmel from mammals and yeast. In addition, recombinases may actually be a complex of proteins, or "recombinosomes." Included within the definition of recombinase are portions or fragments of the recombinase that retain the biological activity of the recombinase, and variants or variants of the wild-type recombinase that retain the biological activity, for example, an E. coli RecA803 variant that has high recombinase activity. .

【0032】 好ましい態様において、RecAおよびrad51を用いる。例えば、Rec
Aタンパク質は、このタンパク質を過度に産生する生物株から普通に得ることが
できる。野生型大腸菌RecAタンパク質および変異RecA803タンパク質
をこのような株から精製できる。あるいは、RecAを購入することもできる。
例えば、Pharmacia社(Piscataway, NJ) または Boehringer Mannheim社(India
napolis, Indiana)からである。
In a preferred embodiment, RecA and rad51 are used. For example, Rec
The A protein can be commonly obtained from strains that overproduce this protein. Wild-type E. coli RecA protein and mutant RecA803 protein can be purified from such strains. Alternatively, RecA can be purchased.
For example, Pharmacia (Piscataway, NJ) or Boehringer Mannheim (India
napolis, Indiana).

【0033】 RecAおよびその同族体は、核タンパク質断片を形成し、これが1本鎖DN
Aを被覆する。この核タンパク質断片において、RecAタンパク質の1つの単
量体が約3つのヌクレオチドに結合する。1本鎖DNAを被覆するRecAのこ
の性質は基本的に配列独立的であるが、RecAをポリヌクレオチドに最初に保
持するのを特定の配列が容易にする(例えば、核保持化配列)。核タンパク質断
片は、基本的にはいかなるDNA上でも形成され、また、細胞内で形成され得、
1本鎖および2本鎖との複合体をつくるが、dsDNAについての保持条件はs
sDNAと幾分異なる。
RecA and its homologs form a nucleoprotein fragment, which is a single-stranded DN
A is coated. In this nucleoprotein fragment, one monomer of the RecA protein binds to about three nucleotides. While this property of RecA coating single-stranded DNA is essentially sequence-independent, certain sequences facilitate the initial retention of RecA in a polynucleotide (eg, a nuclear-retaining sequence). Nucleoprotein fragments can be formed on essentially any DNA and can be formed in cells,
A single-stranded and double-stranded complex is formed, but the retention conditions for dsDNA are s
Somewhat different from sDNA.

【0034】 レコンビナーゼは標的用ポリヌクレオチドと結合する。その概要をさらに下記
する。“核酸”または“オリゴヌクレオチド”または“ポリヌクレオチド”また
は文法的等価語は、少なくとも2つの互いに共有結合したヌクレオチドを意味す
る。本発明の核酸は、ホスホジエステル結合を一般的に含有しているが、ある場
合には核酸類似体も含み、それは別の骨格、例えば、ホスホラミド(Beaucage e
t al., Tetrahedron 49(10): 1925 (1993)およびその引用; Letsinger. J. Org.
Chem. 35: 3800 (1970); Sprinzl et al., Eur. J. Biochem. 81: 579 (1977);
Letsinger et al., Nucl. Acids Res. 14: 3487 (1986); Sawai et al., Chem.
Lett. 805 (1984), Letsinger et al., J, Am, Chem. Soc. 110: 4470 (1988):
Pauwels et al., Chemica Scripta 26: 141 (1986))、ホスホロチオエート、
ホスホロジチオエート、O−メチルホスホロアミジット結合(参照、Eckstein,
Oligonucleotides and Analogues: A Practical Approach, Oxford University
Press)、ペプチド核酸の骨格および結合(参照、Egholm, J. Am. Chem. Soc. 1
14: 1895 (1992); Meier et al., Chem. Int. Ed. Engl. 31: 1008 (1992); Nie
lsen, Nature, 365: 566 (1993); Carlsson et al., Nature 380: 207 (1996)、
すべてを出典明示により本明細書の一部とする)を有す。リボース−リン酸骨格
または塩基についてこれらの修飾を行うと、化学成分(2’O−メチルおよび5
’修飾置換基、下記する)などの他の部分の付加を容易にし、または生理的環境
においてこのような分子の安定性および半減期を増加する。
[0034] The recombinase binds to the targeting polynucleotide. The outline is further described below. “Nucleic acid” or “oligonucleotide” or “polynucleotide” or grammatical equivalents means at least two nucleotides covalently linked to each other. The nucleic acids of the present invention generally contain a phosphodiester bond, but in some cases also include nucleic acid analogs, which are separated by another backbone, such as phosphoramide (Beaucage e).
t al., Tetrahedron 49 (10): 1925 (1993) and quotations; Letsinger. J. Org.
Chem. 35: 3800 (1970); Sprinzl et al., Eur. J. Biochem. 81: 579 (1977);
Letsinger et al., Nucl. Acids Res. 14: 3487 (1986); Sawai et al., Chem.
Lett. 805 (1984), Letsinger et al., J, Am, Chem. Soc. 110: 4470 (1988):
Pauwels et al., Chemica Scripta 26: 141 (1986)), phosphorothioates,
Phosphorodithioate, O-methyl phosphoramidite linkage (see, Eckstein,
Oligonucleotides and Analogues: A Practical Approach, Oxford University
Press), peptide nucleic acid scaffolds and linkages (see Egholm, J. Am. Chem. Soc. 1
14: 1895 (1992); Meier et al., Chem. Int. Ed.Engl. 31: 1008 (1992); Nie
lsen, Nature, 365: 566 (1993); Carlsson et al., Nature 380: 207 (1996),
All of which are hereby incorporated by reference). These modifications to the ribose-phosphate backbone or base result in the chemical components (2′O-methyl and 5 ′
Facilitate the addition of other moieties, such as' modified substituents, described below) or increase the stability and half-life of such molecules in a physiological environment.

【0035】 核酸は、1本鎖または2本鎖配列であり得、または1本鎖または2本鎖配列の
部分を含有し得る。核酸は、DNA、ゲノムおよびcDNA、RNAまたはハイ
ブリドであり得る。ハイブリドおいて、核酸は、デオキシリボおよびリボヌクレ
オチドの組み合せ、および塩基のいかなる組み合せをも含有する。塩基には、ウ
ラシル、アデニン、チミン、シトシン、グアニン、イノシン、キサタニン、ハイ
ポキサタニンなどがある。このように、例えば、キメラDNA−RNA分子を用
いることができる(Cole-Strauss et al., Science 273: 1386 (1996) および Y
oon et al., PNAS USA 93: 2071 (1996)、両者を出典明示により本明細書の一部
とする)。
[0035] The nucleic acid can be a single- or double-stranded sequence, or can contain portions of a single- or double-stranded sequence. Nucleic acids can be DNA, genomic and cDNA, RNA or hybrids. In a hybrid, the nucleic acid contains a combination of deoxyribo and ribonucleotides, and any combination of bases. Bases include uracil, adenine, thymine, cytosine, guanine, inosine, xanthanine, hypoxatanin and the like. Thus, for example, chimeric DNA-RNA molecules can be used (Cole-Strauss et al., Science 273: 1386 (1996) and Y
oon et al., PNAS USA 93: 2071 (1996), both of which are hereby incorporated by reference).

【0036】 一般的に、標的用ポリヌクレオチドは、相同性組換えをもたらす標的用ポリヌ
クレオチドの機能力が変らない限り、いかなる数の構造をも含み得る。例えば、
代わりの構造のレコンビナーゼ被覆がなお起こり得る。
In general, a targeting polynucleotide can include any number of structures, as long as the functionality of the targeting polynucleotide that results in homologous recombination does not change. For example,
Alternative structures of recombinase coating can still occur.

【0037】 本明細書での“標的用ポリヌクレオチド”は、本明細書に記載のタンパク質ド
メインにおける改変を成すために使用するポリヌクレオチドを意味する。標的用
ポリヌクレオチドは、一般にssDNAまたはdsDNA、最も好ましくは二つ
の相補的1本鎖DNAである。
[0037] As used herein, "targeting polynucleotide" refers to a polynucleotide used to make alterations in the protein domains described herein. The targeting polynucleotide is generally ssDNA or dsDNA, most preferably two complementary single-stranded DNAs.

【0038】 標的用ポリヌクレオチドは、一般に少なくとも約5から2000ヌクレオチド
長、好ましくは約12から200ヌクレオチド長、少なくとも約200から50
0ヌクレオチド長、より好ましくは少なくとも約500から2000ヌクレオチ
ド長またはそれより長い;しかし、標的用ポリヌクレオチドの長さは約20,0
00から50,000乃至400,000ヌクレオチドを超えて増加すると、無傷
標的用ポリヌクレオチドの細胞への伝達の効率は減少する。相同の長さは、予定
した内因性標的DNA配列の配列組成および複雑さ、および当分野で提供される
手引きを基本にして実施者の判断により選択し得、非レコンビナーゼ仲介法を用
いる時、一般に1.3から6.8キロベースのセグメントの相同が示される(出典
明示により本明細書の一部とするHasty et al. (1991) Molec. Cell. Biol. 11:
5586; Shulman et al. (1990) Molec. Cell. Biol. 10:4466)。
The targeting polynucleotide is generally at least about 5 to 2000 nucleotides in length, preferably about 12 to 200 nucleotides in length, at least about 200 to 50 nucleotides in length.
0 nucleotides, more preferably at least about 500 to 2000 nucleotides or longer; however, the length of the targeting polynucleotide is about 20,0
Increasing from 00 to more than 50,000 to 400,000 nucleotides decreases the efficiency of delivery of the intact targeting polynucleotide to the cell. The length of homology can be selected at the discretion of the practitioner, based on the sequence composition and complexity of the intended endogenous target DNA sequence, and the guidance provided in the art, and is generally higher when using non-recombinase-mediated methods. The homology of the segments from 1.3 to 6.8 kilobases is indicated (Hasty et al. (1991) Molec. Cell. Biol. 11: incorporated herein by reference).
5586; Shulman et al. (1990) Molec. Cell. Biol. 10: 4466).

【0039】 標的用ポリヌクレオチドは、予定された内因性DNA配列に実質的に対応する
、または実質的に相補的な少なくとも1つの配列を有する。本明細書での使用に
おいて、“予定された標的核酸”、“予定された標的配列”、“予定された標的
核酸のドメイン”は、標的核酸中に含有されたポリヌクレオチド配列を意味する
。該配列には、例えば、染色体配列(例えば、構造遺伝子、プロモーターおよび
エンハンサー含有調節配列、組換えホットスポット、繰り返し配列、組み込みプ
ロウイルス配列、ヘアピン、パリンドローム)、葉緑体およびミトコンドリアD
NA配列を含むエピソームまたは外染色体配列(例えば、複製可能プラスミド、
ウイルス複製中間体)がある。“予定された”または“予め選択された”は、標
的配列を、既知または予測の配列情報に基づき実施者の意図で選択でき、特定の
部位特異的レコンビナーゼ(例えば、FLPレコンビナーゼまたはCREレコン
ビナーゼ)により認識された特異的部位に拘束されないことを意味する。いくつ
かの実施態様において予定された内因性DNA標的配列は、天然に生じる生殖系
統DNA配列(例えば、トランスジーン、寄生性、マイコプラズマ性、ウイルス
性配列)以外である。内因性ポリヌクレオチドは、標的細胞中に移転されるが宿
主細胞中で複製されないポリヌクレオチドである。例えば、ビリオンの細胞との
融合により細胞中に入ったウイルスゲノムポリヌクレオチドは外因性ポリヌクレ
オチドであるが、感染細胞中で次いでつくられたウイルスポリヌクレオチドの複
製の複写は内因性配列である(そして、例えば、細胞染色体中に組込まれる)。
同様に、細胞中に微注入または移転されたトランスジーンは外因性ポリヌクレオ
チドであるが、トランスジーンの組込みおよび複製の複写は内因性配列である。
The targeting polynucleotide has at least one sequence substantially corresponding to or substantially complementary to the intended endogenous DNA sequence. As used herein, “predetermined target nucleic acid”, “predetermined target sequence”, “predetermined target nucleic acid domain” means a polynucleotide sequence contained in a target nucleic acid. Such sequences include, for example, chromosomal sequences (eg, structural genes, regulatory sequences containing promoters and enhancers, recombination hotspots, repeat sequences, integrated proviral sequences, hairpins, palindromes), chloroplasts and mitochondrial D
Episomal or extrachromosomal sequences containing NA sequences (eg, replicable plasmids,
Virus replication intermediate). "Scheduled" or "preselected" means that the target sequence can be selected at the practitioner's intent based on known or predicted sequence information and can be selected by a specific site-specific recombinase (eg, FLP recombinase or CRE recombinase). It means that you are not restricted to the recognized specific site. The intended endogenous DNA target sequence in some embodiments is other than a naturally occurring germline DNA sequence (eg, a transgene, parasitic, mycoplasmal, viral sequence). An endogenous polynucleotide is a polynucleotide that is transferred into a target cell but is not replicated in a host cell. For example, a viral genomic polynucleotide that enters a cell by fusion of a virion with the cell is an exogenous polynucleotide, whereas a copy of a subsequently produced viral polynucleotide copy in an infected cell is an endogenous sequence (and For example, integrated into the cell chromosome).
Similarly, transgenes microinjected or transferred into cells are exogenous polynucleotides, whereas transgene integration and replication of replication are endogenous sequences.

【0040】 好ましい実施態様において、標的核酸はタンパク質またはポリペプチドをコー
ドするヌクレオチド配列を含む。しかし、本明細書に概記するように、標的核酸
は非コード領域にもつくり得る。本明細書での“タンパク質”は、少なくとも2
つの共有結合したアミノ酸を意味し、タンパク質、ポリペプチド、オリゴペプチ
ド、ペプチドを含む。本明細書での“アミノ酸”または“ペプチド残基”は、天
然に生じたアミノ酸および自然に修飾されたアミノ酸を意味する。例えば、“ア
ミノ酸”には、プロリンやヒドロプロリンなどのイミノ酸残基がある。“自然に
修飾されたアミノ酸”には、例えば、高マンノースや複合炭水化物などの炭水化
物構造、リン酸基、脂質を含有する様に修飾されたアミノ酸がある。好ましい実
施態様において、アミノ酸は(S)またはL立体配置にある。
[0040] In a preferred embodiment, the target nucleic acid comprises a nucleotide sequence that encodes a protein or polypeptide. However, as outlined herein, target nucleic acids can also be made in non-coding regions. As used herein, “protein” refers to at least 2
Means two covalently linked amino acids and includes proteins, polypeptides, oligopeptides and peptides. As used herein, "amino acid" or "peptide residue" refers to naturally occurring and naturally modified amino acids. For example, "amino acids" include imino acid residues such as proline and hydroproline. "Naturally modified amino acids" include, for example, amino acids modified to contain carbohydrate structures, such as high mannose and complex carbohydrates, phosphate groups, and lipids. In a preferred embodiment, the amino acids are in the (S) or L configuration.

【0041】 ポリペプチドをコードするヌクレオチド配列は、所望の宿主細胞中で働き得る
転写・翻訳制御エレメントに好ましくは操作的に連結しており、標的核酸の導入
によってコードしたタンパク質を発現する。転写制御エレメントには、構成的ま
たは誘導性のエレメントなどがある。所望の宿主細胞が真核細胞のとき、ヘンハ
ンサー・エレメントを任意的に使用する。好ましい実施態様において、標的核酸
は、レトロウイルスなどのウイルスベクター、ファージ、ゲノムおよび染色体D
NAのBAC、PAC、YAC、MACなどの型である。
The nucleotide sequence encoding the polypeptide is preferably operatively linked to a transcription / translation control element capable of functioning in the desired host cell, and expresses the encoded protein upon introduction of the target nucleic acid. Transcription control elements include constitutive or inducible elements. When the desired host cell is a eukaryotic cell, a henhancer element is optionally used. In a preferred embodiment, the target nucleic acid is a viral vector such as a retrovirus, phage, genomic and chromosomal DNA.
This is the type of NA such as BAC, PAC, YAC, and MAC.

【0042】 本明細書で用いる対象についての“自然に生じる”は、対象が天然に存在し得
るものであることを意味する。例えば、天然源から単離でき、人間によって意図
的に修飾されていない生物体(ウイルスを含む)に存在するポリヌクレオチド配
列は、自然に生じたものである。
As used herein, “naturally occurring” with respect to a subject means that the subject can be naturally occurring. For example, polynucleotide sequences that can be isolated from natural sources and present in organisms (including viruses) that have not been intentionally modified by humans are naturally occurring.

【0043】 本発明の方法は、タンパク質ドメインの改変および展開に使用する。すなわち
、好ましい実施態様において、標的核酸は、タンパク質ドメインをコードする核
酸を含む。本明細書での“タンパク質ドメイン”およびその文法的等価語は、具
体的な構造的および/または機能的特性を提供するタンパク質の領域を意味する
。従って、タンパク質ドメインは、酵素活性部位、リガンド結合部位、活性中心
外エフェクター領域、エピトープ、タンパク質の領域(炭水化物、リン酸基、脂
質の添加により修飾されている)である。ドメインはまた、領域の親水性または
疎水性に関し、細胞外、細胞間、膜透過のドメインを含む。細胞標的配列、例え
ば、信号ペプチド、核酸局在化配列、ミトロコンドリア局在化配列は、タンパク
質を細胞外または細胞レベル下の局部に向けるものであり、ドメインである。追
加のドメインは、他のタンパク質または核酸と相互作用するタンパク質の領域を
含み、多重化配列、亜鉛フィンガー・モチーフなどがある。他の態様において、
タンパク質ドメインはエキソンによりコードされる領域である。
The method of the present invention is used for modification and expansion of a protein domain. That is, in a preferred embodiment, the target nucleic acid comprises a nucleic acid encoding a protein domain. As used herein, “protein domain” and grammatical equivalents thereof refer to a region of a protein that provides specific structural and / or functional properties. Thus, a protein domain is an enzyme active site, ligand binding site, extra-active center effector region, epitope, region of a protein (modified by the addition of carbohydrates, phosphate groups, lipids). Domains also include extracellular, intercellular, and transmembrane domains, with respect to hydrophilicity or hydrophobicity of the region. Cell targeting sequences, such as signal peptides, nucleic acid localizing sequences, mitochondrial localizing sequences, direct proteins to localization at the extracellular or subcellular level, and are domains. Additional domains include regions of the protein that interact with other proteins or nucleic acids, such as multiplexed sequences, zinc finger motifs, and the like. In other embodiments,
A protein domain is a region encoded by an exon.

【0044】 標的用ポリヌクレオチドは、標的核酸に実質的に対応する、または実質的に相
補的な少なくとも一つの配列を有する。すなわち、好ましい実施態様において、
タンパク質ドメインをコードする核酸に対応するか、相補的である。本明細書で
使用する“対応する”は、ポリヌクレオチド配列が対照ポリヌクレオチド配列の
全てまたは一部と相同である(即ち、類似または同一であり、厳密に進化論的に
関連していなくてもよい)、またはポリペプチド配列が参照ポリペプチド配列と
同一であることを意味する。一方、“相補的”なる用語は、本明細書で、相補的
配列が対照ポリヌクレオチド配列の全てまたは一部とハイブリダイズできること
を意味するために使用する。このように、相補的1本鎖標的用ポリヌクレオチド
の一つは、内因性標的ドメイン配列の一つの鎖と相補的であり(即ち、ワトソン)
、内因性標的ドメイン配列の他の鎖と対応する(即ち、クリック)。このように、
二つの1本鎖標的用ポリヌクレオチドの間の相補性は完全である必要はない。例
えば、ヌクレオチド配列“TATAC”は対照配列“TATAC”に対応し、対
照配列“GTATA”と完全に相補的である。
The polynucleotide for targeting has at least one sequence substantially corresponding to or substantially complementary to the target nucleic acid. That is, in a preferred embodiment,
Corresponds to or is complementary to a nucleic acid encoding a protein domain. As used herein, "corresponding" means that the polynucleotide sequence is homologous to all or a portion of a reference polynucleotide sequence (i.e., similar or identical and may not be strictly evolutionarily related). ) Or that the polypeptide sequence is identical to the reference polypeptide sequence. On the other hand, the term "complementary" is used herein to mean that the complementary sequence is capable of hybridizing to all or part of a control polynucleotide sequence. Thus, one of the complementary single-stranded targeting polynucleotides is complementary to one strand of the endogenous target domain sequence (ie, Watson).
, Corresponding to the other strand of the endogenous target domain sequence (ie, click). in this way,
The complementarity between two single-stranded targeting polynucleotides need not be perfect. For example, the nucleotide sequence "TATAC" corresponds to the control sequence "TATAC" and is completely complementary to the control sequence "GTATA".

【0045】 本明細書で使用する“実質的に対応する”または“実質的な同一性”または“
相同性”なる用語は、核酸配列が、対照配列と比較して少なくとも50%配列同
一性、典型的には対照配列と比較して少なくとも約70%配列同一性、および好
ましくは少なくとも約85%の配列同一性を有する核酸配列の特徴を意味する。
配列同一性の割合は、対照配列の合計して25%より少ない小さな欠失または付
加を除いて計算する。対照配列は、遺伝子または隣接配列の一部分または染色体
の反復部分のような大きな配列の下位集団であり得る。しかし、対照配列は、少
なくとも18ヌクレオチド長、典型的には少なくとも約30ヌクレオチド長、お
よび好ましくは少なくとも約50から100ヌクレオチド長である。本明細書で
使用する“実質的に相補的”は、対照配列と実質的に対応する配列に相補的な配
列を言及するために使用する。一般に、標的DNAに存在する対照配列に実質的
に相補的な標的用ポリヌクレオチド部分の長さと共に標的用効率は増加する。
As used herein, “substantially corresponding” or “substantial identity” or “
The term "homology" refers to a nucleic acid sequence that has at least 50% sequence identity as compared to a control sequence, typically at least about 70% sequence identity as compared to a control sequence, and preferably at least about 85%. A feature of nucleic acid sequences having sequence identity.
Percent sequence identity is calculated excluding small deletions or additions of less than 25% in total of control sequences. A control sequence can be a subset of a large sequence, such as a portion of a gene or flanking sequence or a repeated portion of a chromosome. However, a control sequence is at least 18 nucleotides in length, typically at least about 30 nucleotides in length, and preferably at least about 50 to 100 nucleotides in length. As used herein, "substantially complementary" is used to refer to a sequence that is substantially complementary to a sequence that substantially corresponds to a control sequence. In general, targeting efficiency increases with the length of the targeting polynucleotide portion that is substantially complementary to the control sequence present in the target DNA.

【0046】 本明細書での“配列相同性”は、配列の類似または配列の同一を意味する。 核酸の類似は、例えば、BLASTIN(Altschul et al. 1990. j. Mol. Bio
l. 147: 195-197)を使用して決定できる。BLASTINは、対合を+5、誤対
合を−4とする簡単な点数システムである。コンピューター効率を得るために、
無効パラメーターが源コード中に直接組み込まれている。
As used herein, “sequence homology” refers to sequence similarity or sequence identity. Nucleic acid similarities are described, for example, in BLASTIN (Altschul et al. 1990. j. Mol. Bio.
l. 147: 195-197). BLASTIN is a simple scoring system with +5 pairings and -4 mispairings. To gain computer efficiency,
Invalid parameters are directly embedded in the source code.

【0047】 別の実施態様において、核酸配列相同性の%を決定する。相同性%の計算で、
相対的な重み付けを配列変動の種々の型、例えば、挿入、欠失、置換などに行わ
ない。同一のみを正(+1)とし、配列変動のすべての型を0とする。これによ
り、配列類似性の計算について上記のような重点付けまたはパラメータの必要が
無くなる。配列同定%の計算には、例えば、平衡領域における対合同一残基の数
を“より短い”配列残基の数で割り、100を掛ける。“より長い”配列は、平
衡領域の最も活動性の残基を有するものである。
In another embodiment, the percent nucleic acid sequence homology is determined. In the calculation of% homology,
No relative weighting is performed on the various types of sequence variation, eg, insertions, deletions, substitutions, and the like. Only the identity is defined as positive (+1), and all types of sequence variation are defined as 0. This eliminates the need for emphasis or parameters as described above for sequence similarity calculations. To calculate% sequence identification, for example, the number of matching identical residues in the equilibrium region is divided by the number of "shorter" sequence residues and multiplied by 100. "Longer" sequences are those that have the most active residues in the equilibrium region.

【0048】 これらの対応/相補配列は、本明細書で、予定された内因性配列との相同対合
のための鋳型として働くため、“ドメイン相同性クランプ”と時に呼ぶ。このよ
うに、“ドメイン相同性クランプ”は、目的の遺伝子内のドメインをコードする
核酸と特異的にハイブリダイズできる標的用ポリヌクレオチドの部分である。“
特異的ハイブリダイゼーション”は、本明細書で、標的用ポリヌクレオチド(例
えば、予定された標的核酸配列と比較して、置換、欠失および/または付加を含
み得る本発明のポリヌクレオチド)と予定された標的核酸の間のハイブリッドの
形成と定義する。標的用ポリヌクレオチドは、予定された標的核酸を優先的にハ
イブリダイズする。例えば、標的核酸配列を含む標的細胞から調製した核酸のサ
ザンブロットで、少なくとも一つの分離したバンドが同定でき、および/または
無傷核における標的用ポリヌクレオチドが非反復配列または反復配列を特徴とす
る別々の染色体位置のために局在するようになる。当業者に認められるように、
標的ドメイン機能的ドメイン配列は、1以上の標的ポリヌクレオチド種に存在す
る(例えば、特定の標的配列は、遺伝子ファミリーの複数のメンバーに起こり得
る)。最適ハイブリダイゼーション条件が、配列組成および標的用ポリヌクレオ
チドおよび標的の長さ、および実施者により選択される実験法に依存して変わる
ことは明白である。出典明示により本明細書の一部とする種々のガイドラインを
、適当なハイブリダイゼーション条件の選択に使用し得る(Maniatis et al., Mo
lecular Cloning: A Laboratory Manual (1989), 2nd Ed., Cold Spring Harbor
, N.Y.およびBerger and Kimmel, Methods in Enzymology, Volume 152, Guide
to Molecular Cloning Techniques (1987), Academic Press, Inc. San Diego,
CA参照)。標的用ポリヌクレオチドを、無傷核の別々の染色体位置にハイブリダ
イズする方法は当分野で既知であり、例えば、WO93/05177およびKowa
lczykowski and Zarling (1994), Gene Targeting, Ed. Manuel Vega参照。
These corresponding / complementary sequences are sometimes referred to herein as “domain homology clamps” because they serve as templates for homologous pairing with the intended endogenous sequence. Thus, a "domain homology clamp" is a portion of a targeting polynucleotide that can specifically hybridize to a nucleic acid encoding a domain within a gene of interest. “
"Specific hybridization" is contemplated herein as a targeting polynucleotide (e.g., a polynucleotide of the invention that may contain substitutions, deletions and / or additions as compared to a predetermined target nucleic acid sequence). The target polynucleotide hybridizes preferentially to the intended target nucleic acid, for example, in a Southern blot of nucleic acid prepared from target cells containing the target nucleic acid sequence, At least one separate band can be identified and / or the targeting polynucleotide in the intact nucleus becomes localized for distinct chromosomal locations characterized by unique or repetitive sequences. like,
Target Domain Functional domain sequences are present in one or more target polynucleotide species (eg, a particular target sequence can occur in multiple members of a gene family). Obviously, optimal hybridization conditions will vary depending on the sequence composition and length of the targeting polynucleotide and target, and the experimental method chosen by the practitioner. Various guidelines, which are hereby incorporated by reference, may be used in the selection of appropriate hybridization conditions (Maniatis et al., Mo.
lecular Cloning: A Laboratory Manual (1989), 2nd Ed., Cold Spring Harbor
, NY and Berger and Kimmel, Methods in Enzymology, Volume 152, Guide
to Molecular Cloning Techniques (1987), Academic Press, Inc.San Diego,
CA). Methods for hybridizing targeting polynucleotides to discrete chromosomal locations in the intact nucleus are known in the art, for example, WO 93/05177 and Kowa
See lczykowski and Zarling (1994), Gene Targeting, Ed. Manuel Vega.

【0049】 標的用ポリヌクレオチドにおいて、このようなドメイン相同性クランプは典型
的に5'または3'末端にまたはその近くに位置し、好ましくはドメイン相同性ク
ランプは内在性であるかポリヌクレオチドの各末端に位置する(出典明示により
本明細書の一部とするBerinstein et al. (1992) Molec. Cell. Biol. 12:360)
。特定の理論に縛られることなく、レコンビナーゼの付加は、短い(即ち、約1
0から1000塩基対長)相同のセグメントを有する標的用ポリヌクレオチド、
および長い相同のセグメントを有する標的ポリヌクレオチドで、能率的な遺伝子
標的を可能にすると考えられる。
In the targeting polynucleotide, such domain homology clamps are typically located at or near the 5 ′ or 3 ′ end, preferably the domain homology clamps are endogenous or each of the polynucleotides. Terminally located (Berinstein et al. (1992) Molec. Cell. Biol. 12: 360, incorporated herein by reference).
. Without being bound by a particular theory, the addition of recombinase is short (ie, about 1
A targeting polynucleotide having a homologous segment,
And target polynucleotides with long homologous segments would allow for efficient gene targeting.

【0050】 このように、本発明の標的用ポリヌクレオチドは、予定された標的内因性ドメ
イン機能的ドメイン核酸配列に非常に相同のドメイン相同性クランプを有するこ
とが好ましい。典型的に、本発明の標的用ポリヌクレオチドは、約18から35
ヌクレオチド長の少なくとも一つのドメイン相同性クランプを有し、ドメイン相
同性クランプが少なくとも約20から100ヌクレオチド長、より好ましくは少
なくとも約100−500ヌクレオチド長を有することが好ましいが、ドメイン
相同性クランプと標的配列および標的配列の塩基組成の間の配列相同の程度が、
最適および最小クランプ長さを決定する(例えば、G−Cに富む配列は、典型的
に熱力学的に安定であり、一般に短いクランプ長を必要とする)。このために、
ドメイン相同性クランプ長および配列相同の両方は具体的な予定配列を対照にし
てのみ決定されるが、ドメイン相同性クランプは、一般に少なくとも約10ヌク
レオチド長であり、予定標的配列に実質的に対応するかまたは実質的に相補的で
もなければならない。好ましくは、相同性クランプは、少なくとも約10、好ま
しくは少なくとも約50ヌクレオチド長であり、予定標的配列と実質的に同一で
あるか相補的である。特定の理論に縛られることなく、レコンビナーゼの標的用
ポリヌクレオチドへの付加は、相同で非同質遺伝子型配列の間(例えば、Bal
b/cマウスのアルブミン遺伝子のエクソン2配列と、C57/BL6マウスの
相同アルブミン遺伝子エクソン2配列の間)、および同質遺伝子型配列の間の相
同性組換えの効率を促進する。
Thus, it is preferred that the targeting polynucleotides of the invention have a domain homology clamp that is highly homologous to the intended target endogenous domain functional domain nucleic acid sequence. Typically, a targeting polynucleotide of the invention will comprise from about 18 to 35
Preferably, the domain homology clamp has at least one domain homology clamp that is at least about 20 to 100 nucleotides in length, more preferably at least about 100-500 nucleotides in length. The degree of sequence homology between the base composition of the sequence and the target sequence is
Determine optimal and minimum clamp lengths (eg, GC-rich sequences are typically thermodynamically stable and generally require short clamp lengths). For this,
Although both domain homology clamp length and sequence homology are determined only in reference to the specific intended sequence, domain homology clamps are generally at least about 10 nucleotides in length and correspond substantially to the intended target sequence. Or must be substantially complementary. Preferably, the homology clamp is at least about 10, preferably at least about 50 nucleotides in length, and is substantially identical or complementary to the intended target sequence. Without being bound by a particular theory, the addition of the recombinase to the targeting polynucleotide can be between homologous and non-isogenic sequences (eg, Bal
between the exon 2 sequence of the albumin gene of b / c mice and the exon 2 sequence of the homologous albumin gene of C57 / BL6 mice), and the homologous recombination between isogenic sequences.

【0051】 本発明のひとつの態様において、標的用ポリヌクレオチドは、少なくとも1の
分配相同性クランプおよび変性配列を含む複数の標的用ポリヌクレオチドを含む
。本明細書で“複数”とは、2以上を意味する。標的用ポリヌクレオチドは標的
核酸配列の変異形成および展開に使用できる。この配列は、ドメインをコードす
る核酸配列の挿入、欠失および/または置換により特異的タンパク質ドメインを
コードするものである。1つの実施態様において、変性配列を完全にランダムに
すると、ヌクレオチドのすべての組合せの可能性がある。別の実施態様において
、変性配列を偏らせして、例えば、複写・翻訳停止信号についてのコード配列を
なくする。他の実施態様において、変性配列を偏らせて、生体の宿主細胞または
クラスのコドン・バイアスを提示せしめる。変性配列を選択的にバイアスして、
他の配列を一定に保ちながら特殊な配列をランダムにする。変性配列の長さは、
実施者により決定され、修飾されるべき予定の配列内で所望の数のヌクレオチド
に基づく。
In one embodiment of the invention, the targeting polynucleotide comprises a plurality of targeting polynucleotides comprising at least one partitioning homology clamp and a degenerate sequence. As used herein, “plurality” means two or more. The targeting polynucleotide can be used for mutagenesis and expansion of the target nucleic acid sequence. This sequence encodes a specific protein domain by insertion, deletion and / or substitution of a nucleic acid sequence encoding the domain. In one embodiment, if the degenerate sequence is completely random, all combinations of nucleotides are possible. In another embodiment, the degenerate sequence is biased, for example, to eliminate the coding sequence for the copy / translation stop signal. In another embodiment, the degenerate sequence is biased to display the codon bias of the host cell or class of the organism. Selectively biasing the degenerate sequence,
Randomize special arrays while keeping other arrays constant. The length of the degenerate sequence is
Determined by the practitioner and based on the desired number of nucleotides in the sequence to be modified.

【0052】 別の実施態様において、標的用ポリヌクレオチドは予定された標的配列に実質
的に同一である。レコンビナーゼの存在で、標的用ポリヌクレオチドは、標的核
酸の予定された標的配列と複合体を形成する。複合体の部分として、予定された
標的配列は、ヌクレアーゼ消化に抵抗性である。ポリヌクレアーゼ:標的複合体
を挟む領域は、1本鎖特異的エクソヌクレアーゼに感受性である。従って、ドメ
イン特異的展開に作用するために、これらの領域を切断し、得た断片をRCPで
再会合し組換える。この方法は、下記するとともに、Stemmer et al. Nature.37
0: 389-391および Stemmer et al. PNAS USA 91: 10747-10751(出典明示により
本明細書の一部とする)に記載されている。
[0052] In another embodiment, the targeting polynucleotide is substantially identical to the intended target sequence. In the presence of the recombinase, the targeting polynucleotide forms a complex with the intended target sequence of the target nucleic acid. As part of the complex, the intended target sequence is resistant to nuclease digestion. Polynuclease: The region flanking the target complex is sensitive to single-strand-specific exonuclease. Thus, to affect domain-specific expansion, these regions are cut and the resulting fragments are reassociated with RCP and recombined. This method is described below and in addition to Stemmer et al. Nature.
0: 389-391 and Stemmer et al. PNAS USA 91: 10747-10751, which are hereby incorporated by reference.

【0053】 ヘテロ2本鎖結合の形成はストリジェント方法ではない。すなわち、遺伝子的
証拠によると、減数分裂遺伝子変換の古典的現象および異常型減数分裂分離が、
ヘテロ2本鎖接点における誤対合の塩基対の包含、および複製前のこれらの誤対
合の塩基対のいくつかの補正に一部由来する。RecAタンパク質での観察は、
完全または殆ど完全な相同の相関性の識別に影響し、ヘテロ2本鎖接点における
誤対合の塩基対の包含するパラメーター上の情報を提供する。RecAタンパク
質が全ての1本鎖対の誤対合を通過する鎖交換を駆動し、およびその超ヘリック
スDNAにおける広い誤対合接点を形成する能力は、組換えおよび遺伝子変換に
おけるこのタンパク質の役割を表わす。この誤りがちな過程は、変異誘発におけ
るこのタンパク質の役割にも関連することがある。約70%相同のΦ×174お
よびG4のDNAが関与するRecA仲介対合反応で相同性組換え体が得られて
いるが(Cunningham et al. (1981) Cell 24:213)、RecA優勢形は非常に相同
の配列との間に相同性結合を形成し、侵略DNA鎖と受手DNA鎖の間の相同検
索の仲介として係わり合い、非常に相同の領域で相対的に安定なヘテロ2本鎖を
産生する。
The formation of a heteroduplex bond is not a stringent method. That is, according to genetic evidence, the classical phenomenon of meiotic gene conversion and aberrant meiotic segregation
Partly due to the inclusion of mismatched base pairs at the heteroduplex junction and some correction of these mismatched base pairs before replication. Observation with RecA protein
Affects the identification of perfect or near perfect homology correlations and provides information on the parameters involved in mismatched base pairs at heteroduplex junctions. The ability of the RecA protein to drive strand exchange through all single-stranded pair mismatches, and to form wide mismatch contacts in superhelical DNA, suggests a role for this protein in recombination and gene conversion. Express. This error-prone process may also be related to the role of this protein in mutagenesis. Homologous recombinants have been obtained in RecA-mediated pairing reactions involving DNA of Φ × 174 and G4 that are approximately 70% homologous (Cunningham et al. (1981) Cell 24: 213), but the predominant RecA form is Forms a homologous bond with the highly homologous sequence and is involved in mediating the homology search between the invading DNA strand and the recipient DNA strand, and is a relatively stable heteroduplex in highly homologous regions. To produce

【0054】 従って、実際のところ、レコンビナーゼが、顕著だがかつ完全ではなく相同の
鎖の間の相同性組換え反応を駆動できる。この反応は、標的配列の遺伝子変換お
よび修飾を可能にする。このように、標的用ポリヌクレオチドはヌクレオチド置
換、挿入および欠失を内因性共通機能的ドメイン核酸配列に、従って、対応する
アミノ酸置換、挿入および欠失を内因性共通機能的ドメイン核酸配列から発現さ
れるタンパク質に挿入し得る。本明細書の内容において、“内因性”は、天然に
存在する配列、即ち、細胞または生物内から由来する配列または物質を意味する
。同様に、“外因性”は、細胞または生物の外から由来する配列または物質を言
及する。
Thus, in fact, recombinases can drive homologous recombination reactions between striking but not complete homologous strands. This reaction allows for gene conversion and modification of the target sequence. Thus, the targeting polynucleotide expresses the nucleotide substitutions, insertions and deletions in the endogenous common functional domain nucleic acid sequence, and thus the corresponding amino acid substitutions, insertions and deletions from the endogenous common functional domain nucleic acid sequence. Can be inserted into a protein. As used herein, “endogenous” refers to a naturally occurring sequence, ie, a sequence or substance derived from within a cell or organism. Similarly, "exogenous" refers to a sequence or substance derived from outside a cell or organism.

【0055】 好ましい態様において、二つの実質的に相補的な標的用ヌクレオチドを使用す
る。一つの態様において、レコンビナーゼで被覆され得る標的用ポリヌクレオチ
ドは2本鎖ハイブリッドを形成するが、レコンビナーゼがRecAであるとき、
充填条件は、1本鎖核酸を使用したものと幾分異なり得る。
In a preferred embodiment, two substantially complementary targeting nucleotides are used. In one embodiment, the targeting polynucleotide that can be coated with a recombinase forms a double-stranded hybrid, but when the recombinase is RecA,
Loading conditions can be somewhat different from those using single-stranded nucleic acids.

【0056】 好ましい態様において、二つの実質的に相補的な1本鎖標的用ポリヌクレオチ
ドを使用する。二つの相補的1本鎖標的用ポリヌクレオチドは、通常等しい長さ
であるが、これは必須ではない。しかし、下記のように、本発明の4本鎖ハイブ
リッドの安定性は、一部、有意な非ハイブリッド形成1本鎖核酸の欠失に関連す
ると推定され、従って、有意な不対配列は好ましくない。更に、上記のように、
二つの標的用ポリヌクレオチドの間の相補性は完全である必要はない。二つの相
補的1本鎖標的用ポリヌクレオチドは、予定された内因性標的配列を、一般に、
少なくとも一つのレコンビナーゼタンパク質(例えば、RecA)と共に担持する
標的細胞内に同時にまたは同時的に挿入する。殆どの情況下で、標的用ポリヌク
レオチドを、標的細胞への挿入前にRecAまたは他のレコンビナーゼとインキ
ュベートし、レコンビナーゼタンパク質が標的用ポリヌクレオチドに“充填”さ
れ、下記のように核酸を被覆し得ることが好ましい。このようなレコンビナーゼ
充填のためのインキュベーション条件は下記およびまたいずれの出典明示により
本明細書の一部とする米国出願番号第07/755,462号、1991年9月
4日出願;米国特許出願番号第07/910,791号、1992年7月9日出
願;および米国特許出願第07/520,321号、1990年5月7日出願に
記載する。標的用ポリヌクレオチドは、レコンビナーゼの充填過程を促進する配
列を含み得、例えば、RecA充填配列はレコンビノジェニック核形成配列ポリ
[d(A−C)]およびその相補体ポリ[d(G−T)]である。2本鎖配列ポリ[d(A
−C)−d(G−T)n](nは5から25)は標的DNAで中程度反復要素である。
In a preferred embodiment, two substantially complementary single stranded targeting polynucleotides are used. The two complementary single-stranded targeting polynucleotides are usually of equal length, but this is not required. However, as described below, the stability of the four-stranded hybrids of the invention is presumed to be related, in part, to the loss of significant non-hybridized single-stranded nucleic acids, and therefore significant unpaired sequences are not preferred. . Further, as described above,
The complementarity between two targeting polynucleotides need not be perfect. The two complementary single-stranded targeting polynucleotides will bind the intended endogenous target sequence, generally
Simultaneously or simultaneously insert into a target cell carrying with at least one recombinase protein (eg RecA). Under most circumstances, the targeting polynucleotide is incubated with RecA or another recombinase prior to insertion into the target cell, and the recombinase protein is "loaded" into the targeting polynucleotide and coated with the nucleic acid as described below. Preferably. Incubation conditions for such recombinase loading are described below and also in US application Ser. No. 07 / 755,462, filed Sep. 4, 1991; No. 07 / 910,791, filed July 9, 1992; and U.S. Patent Application No. 07 / 520,321, filed May 7, 1990. The targeting polynucleotide may include a sequence that facilitates the recombinase filling process, for example, a RecA filling sequence may be a recombinogenic nucleating sequence polynucleotide.
[d (AC)] and its complement poly [d (GT)]. Double-stranded sequence poly [d (A
-C) -d (GT) n ] (n is 5 to 25) is a moderately repetitive element in the target DNA.

【0057】 高次コイルになっていないDNA標的にハイブリダイズした一つの1本鎖DN
A(ssDNA)プローブの間に形成されたRecA−タンパク質仲介D−ループ
は、弛緩または直線状2本鎖DNA標的にハイブリダイズしたものと比べると安
定性に重要な差異が見られる。ssDNAプローブによりハイブリダイズされた
弛緩直線状DNA標的の内部に位置するdsDNA標的配列は、単一D−ループ
を形成し、RecAタンパク質の除去後不安定である(Adzuma, Genes Devel. 6:
1679 (1992); Hsieh et al, PNAS USA 89:6492 (1992); Chiu et al., Biochemi
stry 32:13146 (1993))。直線状2本鎖DNA標的と形成されたこのハイブリッ
ドのプローブDNA不安定性は、十中八九、2本鎖標的の相補的DNA鎖との入
来ssDNAプローブW−C塩基対形成および他のDNA鎖における塩基対形成
の混乱のためであろう。無タンパク質単一D−ループにおける不対ssDNA形
態における必要な高い自由エネルギーは、高次コイルになっていないDNA標的
に内在する貯蔵遊離エネルギーまたは結合DNA分子の遠位末端で開始する塩基
対形成のいずれかにより補われ得、交換鎖を自由に絡み合わさせる。
One single-stranded DN hybridized to a non-coiled DNA target
The RecA-protein mediated D-loop formed between the A (ssDNA) probes shows significant differences in stability when compared to those hybridized to relaxed or linear double-stranded DNA targets. The dsDNA target sequence located inside the relaxed linear DNA target hybridized by the ssDNA probe forms a single D-loop and is unstable after removal of the RecA protein (Adzuma, Genes Devel. 6:
1679 (1992); Hsieh et al, PNAS USA 89: 6492 (1992); Chiu et al., Biochemi
stry 32: 13146 (1993)). The probe DNA instability of this hybrid formed with a linear double stranded DNA target is most likely due to the incoming ssDNA probe WC base pairing with the complementary DNA strand of the double stranded target and the base in other DNA strands. Probably because of the confusion of pairing. The required high free energy in the unpaired ssDNA form in a protein-free single D-loop is due to the stored free energy inherent in the uncoiled DNA target or base pairing starting at the distal end of the bound DNA molecule. Either can be supplemented, allowing the exchange chains to entangle freely.

【0058】 しかし、第2相補的ssDNAの3本鎖含有単一D−ループへの添加は、プロ
ーブと置換標的DNA鎖のW−C塩基対形成をさせることにより、タンパク質除
去ハイブリッド結合分子を安定化する。第2RecA−被覆相補的ssDNA(
cssDNA)鎖の3本鎖含有単一D−ループへの添加は、2本鎖標的DNAの
遊離末端から離れて位置するタンパク質除去ハイブリッド結合を安定化する(Sen
a & Zarling, Nature Genetics 3:365 (1993); Revet et al. J. Mol. Biol. 23
2:779 (1993); Jayasena and Johnston, J. Mol. Bio. 230:1015 (1993))。得ら
れる4本鎖構造は、3本鎖単一D−ループハイブリッドとの類似により、2重D
−ループと名付けられ、RecAタンパク質不存在下で安定であることが示され
ている。この安定性は、親2本鎖でのW−C塩基対形成の回復が、2重D−ルー
プにおける二つのW−C塩基対形成(各々のヘテロ2重D−ループに一つのW−
C対)の混乱に必要であるために起こるようである。逆トランジション(2重D−
ループから2本鎖)における各塩基対形成が一つのW−C塩基対のエネルギーの
ために好都合でなく、cssDNAプローブの対は、従って、安定ハイブリッド
構造の2本鎖DNA標的に動力学的に捕捉される。内部に位置するプローブ:標
的ハイブリッド内の2重Dループ接点分子の安定性は、鎖交換相への相同性組換
え反応の進行の前の中間段階である。2重D−ループは、安定多鎖DNA組換え
中間体の単離を可能にする。
However, the addition of the second complementary ssDNA to the triplex-containing single D-loop stabilizes the protein-removed hybrid binding molecule by causing WC base pairing of the probe and the replacement target DNA strand. Become Second RecA-coated complementary ssDNA (
cssDNA) strand to a single D-loop containing three strands stabilizes protein-removing hybrid binding located away from the free ends of the double-stranded target DNA (Sen
a & Zarling, Nature Genetics 3: 365 (1993); Revet et al. J. Mol. Biol. 23
2: 779 (1993); Jayasena and Johnston, J. Mol. Bio. 230: 1015 (1993)). The resulting quadruplex structure, due to the analogy with the triplex single D-loop hybrid, has
-Named loop and has been shown to be stable in the absence of the RecA protein. This stability is such that restoration of WC base pairing in the parent duplex is due to two WC base pairings in the double D-loop (one WC base pair in each heteroduplex D-loop).
It seems to happen because it is necessary for the confusion of (C vs.). Reverse transition (double D-
Each base pairing in the loop (from the loop to the duplex) is not favored due to the energy of one WC base pair, and the pair of cssDNA probes thus dynamically binds to a double-stranded DNA target in a stable hybrid structure. Be captured. The stability of the double D-loop contact molecule in the internally located probe: target hybrid is an intermediate step before the progress of the homologous recombination reaction to the strand exchange phase. The double D-loop allows for the isolation of a stable multi-stranded DNA recombination intermediate.

【0059】 加えて、標的用ポリヌクレオチドを使用して、本明細書に記載のように内因性
核酸配列に挿入または欠失を産生したとき、二つの相補的1本鎖標的用ポリヌク
レオチドはPCT US98/05223の図面に記載の様に、内部相同性クラ
ンプの使用を可能にする。内部相同性クランプの使用は、相対的に小さなまたは
大きな挿入および欠失を相同性DNA標的内に含む相同性DNA配列との安定な
タンパク質除去cssDNA:プローブ標的ハイブリッドの形成を可能にする。
理論に縛られることなく、これらの、cssDNAプローブ内に相同性挿入を含
むプローブ:標的ハイブリッドは、2重D−ループハイブリッド内に互いにcs
sDNAプローブを再アニールし、内部相同性クランプを有する新規DNA構造
を形成することにより安定化されるように見える。同様に、直鎖DNA標的内(
cssDNAプローブに関して)の相同性挿入を有する内部部位に形成された安
定な2重D−ループハイブリッドが同様に安定である。cssDNAプローブが
2重標的内に動力学的に捕捉されるため、相同DNA対合の多鎖DNA中間体は
安定であり、鎖交換が促進される。
In addition, when the targeting polynucleotide is used to produce an insertion or deletion in an endogenous nucleic acid sequence as described herein, the two complementary single-stranded targeting polynucleotides will have a PCT This allows the use of an internal homology clamp as described in the drawing of US98 / 05223. The use of internal homology clamps allows for the formation of stable, protein-depleted cssDNA: probe target hybrids with homologous DNA sequences that contain relatively small or large insertions and deletions within the homologous DNA target.
Without being bound by theory, these probes containing homologous insertions within the cssDNA probe: the target hybrids are cs
It appears to be stabilized by reannealing the sDNA probe and forming a novel DNA structure with an internal homology clamp. Similarly, within a linear DNA target (
Stable double D-loop hybrids formed at internal sites with homologous insertions (with respect to the cssDNA probe) are similarly stable. Since the cssDNA probe is kinetically captured within the dual target, the multi-stranded DNA intermediate of homologous DNA pairing is stable and promotes strand exchange.

【0060】 好ましい態様において、内部相同性クランプの長さ(即ち、挿入または欠失の
長さ)は、標的用ポリヌクレオチドの全長の約1から50%であり、約1から約
20%が好ましく、約1から約10%が特に好ましいが、ある場合、欠失または
挿入の長さは有意に大きくても良い。ドメイン相同性クランプに関して、内部相
同性クランプ内の相補性は完全である必要はない。
In a preferred embodiment, the length of the internal homology clamp (ie, the length of the insertion or deletion) is about 1 to 50%, preferably about 1 to about 20%, of the total length of the targeting polynucleotide. , About 1 to about 10% are particularly preferred, but in some cases, the length of the deletion or insertion may be significantly greater. For domain homology clamps, complementarity within the internal homology clamp need not be perfect.

【0061】 本発明の方法で使用する標的用ポリヌクレオチドは、典型的に1本鎖核酸、通
常DNA鎖、または2本鎖DNAの変性に由来し、標的2本鎖核酸の一方(また
は両方)の鎖に相補的である。このように、相補的1本鎖標的用ポリヌクレオチ
ドは、内因性標的配列の一方の鎖と相補的であり(即ち、ワトソン)、他の相補性
1本鎖標的用ポリヌクレオチドは内因性標的配列の他の鎖と相補的である(即ち
、クリック)。ドメイン相同性クランプ配列は、内因性DNAドメイン標的の標
的用ポリヌクレオチドの配列特異的標的を保証するために、標的配列と好ましく
は少なくとも90−95%配列相同性を含む(が、概略のように少ない配列相同
性も耐容性であり得る)。各1本鎖標的ポリヌクレオチドは典型的に約50−6
00塩基長であるが、短いまたは長いポリヌクレオチドも用い得る。
The polynucleotide for targeting used in the method of the present invention is typically derived from denaturation of a single-stranded nucleic acid, usually a DNA strand, or a double-stranded DNA, and is one (or both) of the target double-stranded nucleic acids. Complementary to the strand of Thus, a complementary single-stranded targeting polynucleotide is complementary to one strand of an endogenous target sequence (ie, Watson), while the other complementary single-stranded targeting polynucleotide is an endogenous target sequence. (Ie, click). The domain homology clamp sequence preferably includes at least 90-95% sequence homology with the target sequence to ensure sequence-specific targeting of the polynucleotide targeting the endogenous DNA domain target (but as outlined) Low sequence homology may also be tolerated). Each single-stranded target polynucleotide is typically about 50-6
Although 00 bases in length, short or long polynucleotides may also be used.

【0062】 遺伝子ファミリーおよびドメイン配列を選択したら、標的用ポリヌクレオチド
を、当分野で認められるように作る。例えば、大きい標的用ポリヌクレオチドの
ために、プラスミドを操作して、目的の遺伝子に欠失または挿入を有する適当な
サイズの遺伝子配列、および内因性標的DNA配列に実質的に対応するまたは実
質的に相補的である少なくとも一つの隣接相同性クランプを含むようにする。標
的用ポリヌクレオチド配列を含むベクターは、典型的に大腸菌で生育させ、標準
分子生物法を使用して単離する。あるいは、標的用ポリヌクレオチドを、最初に
特に大きな標的用ポリヌクレオチドでは標的用ポリヌクレオチドのサブ断片の形
成を必要とし得、典型的に続いてサブ断片を、典型的に酵素的ライゲーションに
より互いに接合する、オリゴヌクレオチド合成法により1本鎖形に調製し得る。
一般に、当業者には認められるように、標的用ポリヌクレオチドは、オリゴヌク
レオチドの化学合成、2本鎖DNA鋳型のニック翻訳、配列のポリメラーゼ連鎖
反応増幅(またはリガーゼ連鎖反応増幅)、プラスミド、ファージミド、YAC、
コスミド、バクテリオファージDNA、他のウイルスDNAまたは複製中間体、
またはその精製制限断片、ならびに所望のヌクレオチド配列を有する1本または
2本鎖ポリヌクレオチドの他の源のような目的の配列(例えば、クローン化cD
NAまたはゲノムクローン、またはその一部)を担持する真核または標的クロー
ニングベクターの精製により製造し得る。
[0062] Once the gene family and domain sequence have been selected, the targeting polynucleotide is made as recognized in the art. For example, for large targeting polynucleotides, the plasmid may be manipulated to generate a gene sequence of appropriate size with a deletion or insertion in the gene of interest, and substantially corresponding or substantially corresponding to the endogenous target DNA sequence. Include at least one adjacent homology clamp that is complementary. Vectors containing the targeting polynucleotide sequences are typically grown in E. coli and isolated using standard molecular biology techniques. Alternatively, the targeting polynucleotides may require the formation of subfragments of the targeting polynucleotides, initially for particularly large targeting polynucleotides, typically followed by joining the subfragments to each other, typically by enzymatic ligation. Can be prepared in a single-stranded form by an oligonucleotide synthesis method.
In general, as will be appreciated by those skilled in the art, targeting polynucleotides may be chemically synthesized oligonucleotides, nick translated double-stranded DNA templates, polymerase chain reaction amplification (or ligase chain reaction amplification) of sequences, plasmids, phagemids, YAC,
Cosmids, bacteriophage DNA, other viral DNA or replication intermediates,
Or a purified restriction fragment thereof, as well as sequences of interest such as other sources of single or double stranded polynucleotides having the desired nucleotide sequence (eg, cloned cD
NA or a genomic clone, or a portion thereof).

【0063】 マイクロインジェクション法を使用するとき、修飾標的遺伝子配列のみを含み
、ベクターまたは選択可能配列を有しない直線配列でトランスフェクション法を
使用するのが好ましいことがある。修飾遺伝子部位は、外因性標的用ポリヌクレ
オチドと内因性DNA標的配列の間の相同性組換えが、注意深いプライマーの選
択およびPCR、続く所望の標的事象に特異的なPCR産物が存在するかどうか
の分析を使用して同定できる(出典明示により本明細書の一部とするErlich et a
l., (1991) Science 252:1643)。いくつかの実験が、既にPCRを使用しており
、十分に所望のトランスフェクト細胞系を同定し、次いでクローンしている(出
典明示により本明細書の一部とするZimmer and Gruss, (1989) Nature 338:1500
; Mouellic et al., (1990) Proc. Natl. Acad. Sci. USA 87:4712; Shesely et
al., (1991) Proc. Natl. Acad. Sci. USA 88:4294)。この試みは、外因性標的
用ポリヌクレオチドを受け入れる(即ち、マイクロインジェクションで、または
リポソームで)細胞の数が多いとき、非常に有効であり、処理細胞集団を約1×
104細胞の細胞グループに拡大させる(Capecchi, (1989) Science 244:1288)。
標的遺伝子が性染色体に存在しない、または細胞が雌に由来するとき、遺伝子の
両方の対立遺伝子は連続不活性化により標的となり得る(Mortensen et al., (19
91) Proc. Natl. Acad. Sci. USA 88:7036)。あるいは、標的遺伝子に異種の動
物を、当分野で既知のように相同に繁殖できる。
When using the microinjection method, it may be preferable to use the transfection method with a linear sequence containing only the modified target gene sequence and no vector or selectable sequence. The modified gene site is determined by homologous recombination between the exogenous targeting polynucleotide and the endogenous DNA target sequence by careful primer selection and PCR, followed by the presence of a PCR product specific for the desired target event. (See Erlich et al., Incorporated herein by reference).
l., (1991) Science 252: 1643). Several experiments have already used PCR and have successfully identified and transfected the desired transfected cell line (Zimmer and Gruss, (1989), incorporated herein by reference). Nature 338: 1500
; Mouellic et al., (1990) Proc. Natl. Acad. Sci. USA 87: 4712; Shesely et.
al., (1991) Proc. Natl. Acad. Sci. USA 88: 4294). This approach is very effective when the number of cells that accept the exogenous targeting polynucleotide (i.e., by microinjection or with liposomes) is large, reducing the treated cell population to about 1 x
It is expanded to a cell group of 10 4 cells (Capecchi, (1989) Science 244: 1288).
When the target gene is not present on the sex chromosome, or when the cell is derived from a female, both alleles of the gene can be targeted by sequential inactivation (Mortensen et al., (19
91) Proc. Natl. Acad. Sci. USA 88: 7036). Alternatively, animals heterologous to the target gene can be bred homologously as is known in the art.

【0064】 本発明は、所望のドメインを含む標的核酸における改変の導入を可能にする。
すなわち、異種構造が標的用ポリヌクレオチドで耐容性である事実は、二つのこ
と:第1に、単一タンパク質または多重タンパク質の機能的ドメインをコードす
る遺伝子を標的とし得る異種ドメイン相同性クランプの使用(これは様々な遺伝
子型および表現型をもたらす)、および第2に標的配列への改変の挿入:を可能
にする。このように、典型的に、標的用ポリヌクレオチド(または相補的ポリヌ
クレオチド対)は、予め選択した内因性標的配列(即ち、非相同性部分または誤対
合)に存在しない配列を有する部分または領域を有する。この標的配列は、一つ
の誤対合ヌクレオチドまたは数個の誤対合と同様に小さく、または非相同性配列
の約数キロベースまたはそれ以上に伸び得るものである。
The present invention allows for the introduction of modifications in a target nucleic acid containing a desired domain.
That is, the fact that the heterologous structure is tolerable in the targeting polynucleotide is twofold: first, the use of a heterologous domain homology clamp that can target genes encoding functional domains of a single protein or multiple proteins. (This results in various genotypes and phenotypes), and secondly, the insertion of modifications into the target sequence. Thus, typically, the targeting polynucleotide (or complementary polynucleotide pair) is a portion or region having a sequence that is not present in a preselected endogenous target sequence (i.e., a heterologous portion or mismatch). Having. The target sequence may be as small as one mismatched nucleotide or several mismatches, or may extend to about a few kilobases or more of the heterologous sequence.

【0065】 従って、好ましい態様において、本発明の方法および組成物は、遺伝子のドメ
インの不活性化に使用する。即ち、外因性標的用ポリヌクレオチドは、細胞(ま
たはトランスジェニック非ヒト動物または植物)の遺伝子における1以上のドメ
インの生物活性の不活性化、減少または改変に使用できる。この発見は、疾病状
態の動物モデルの産生、または“ノックアウト”実験と類似の遺伝子機能および
活性の解明に特に使用する。あるいは、野生型遺伝子の生物活性を減少するか、
野生型活性を擬似疾病状態に変え得る。これは、遺伝子の転写に作用する、プロ
モーター、リプレッサー、エンハンサーおよび転写活性化配列を含む、非コード
遺伝子配列の遺伝子操作を含む。
Thus, in a preferred embodiment, the methods and compositions of the invention are used for inactivating a domain of a gene. That is, the exogenous targeting polynucleotide can be used to inactivate, reduce or alter the biological activity of one or more domains in a cell (or transgenic non-human animal or plant) gene. This finding is of particular use for the production of animal models of disease states, or for elucidation of gene function and activity similar to "knockout" experiments. Alternatively, reducing the biological activity of the wild-type gene,
Wild-type activity can be turned into a simulated disease state. This includes the genetic manipulation of non-coding gene sequences, including promoters, repressors, enhancers and transcriptional activation sequences, that affect gene transcription.

【0066】 このように、好ましい態様において、標的用ポリヌクレオチドおよび内因性標
的配列の相同性組換えは、例えば、PCRタグの挿入の結果、恐らく、ドメイン
機能的ドメイン領域内およびその外の両方で、内因性標的配列のアミノ酸置換、
挿入または欠失を導く。これは、一般に、機能の減少または削除ならびに機能の
促進の両方を含む、内因性遺伝子の遺伝子機能の調節または改変をもたらす。非
相同性部分は、予定された内因性標的DNA配列に挿入、欠失および/または置
換を成す、および/または予定された内因性標的DNA配列に一つのまたは複数
のヌクレオチド置換を成すために使用し、得たれた組換え配列(即ち、標的組換
え内因性配列)が標的用ポリヌクレオチドの非相同性部分の幾つかのまたは全て
の配列情報を包含するようにする。このように、非相同性領域は、変異配列を作
る、即ち、標的配列修飾のために使用する。この方法で、部位特異的修飾は種々
の目的のために種々の方法で成し得る。
Thus, in a preferred embodiment, homologous recombination of the targeting polynucleotide and endogenous target sequence, for example, as a result of insertion of a PCR tag, presumably both within and outside the domain functional domain region An amino acid substitution of the endogenous target sequence,
Leads to an insertion or deletion. This generally results in the regulation or alteration of the gene function of the endogenous gene, including both reduction or elimination of function as well as promotion of function. The heterologous portion may be used to make insertions, deletions and / or substitutions in the intended endogenous target DNA sequence, and / or to make one or more nucleotide substitutions in the intended endogenous target DNA sequence. Then, the obtained recombination sequence (ie, the target recombination endogenous sequence) includes some or all sequence information of the heterologous portion of the targeting polynucleotide. Thus, the heterologous regions are used to create mutated sequences, ie, target sequence modifications. In this way, site-specific modifications can be made in different ways for different purposes.

【0067】 一般にドメインをコードする核酸である内因性標的配列は、種々の方法で混乱
させ得る。本明細書で使用する“混乱”なる用語は、内因性核酸のコードまたは
非コード配列の変化を含む。一つの好ましい態様において、混乱遺伝子はもはや
機能的遺伝子産物を産生しない。他の好ましい態様において、混乱遺伝子は、変
異遺伝子産物を産生する。一般に、混乱はヌクレオチドの置換、挿入、欠失また
はフレームシフトにより起こり得る。
The endogenous target sequence, which is generally a nucleic acid encoding a domain, can be perturbed in a variety of ways. As used herein, the term "perturb" includes alterations in the coding or non-coding sequence of an endogenous nucleic acid. In one preferred embodiment, the perturbed gene no longer produces a functional gene product. In another preferred embodiment, the perturbed gene produces a mutant gene product. In general, confusion can occur due to nucleotide substitutions, insertions, deletions or frameshifts.

【0068】 一つの態様において、アミノ酸が置換される。これは、天然に存在しないドメ
イン配列のドメイン標的への挿入、またはドメイン配列の外側の特定の配列への
より具体的な変化に由来し得る。
[0068] In one embodiment, amino acids are substituted. This may result from insertion of a non-naturally occurring domain sequence into a domain target, or more specific changes to a particular sequence outside the domain sequence.

【0069】 一つの態様において、内因性配列は挿入配列により混乱される。本明細書で使
用する“挿入配列”なる用語は、混乱するために内因性遺伝子に挿入した1個以
上のヌクレオチドを意味する。一般に、挿入配列は、本明細書に概略のように1
ヌクレオチド程小さいか、遺伝子程長いものであり得る。非遺伝子の挿入配列と
しては、配列は、少なくとも1ヌクレオチドであり、約1から約50ヌクレオチ
ドが好ましく、約10から約25ヌクレオチドが特に好ましい。挿入配列は、ポ
リリンカー配列を含み得、約1から約50ヌクレオチドが好ましく、約10から
25ヌクレオチドが特に好ましい。挿入配列は、最初の遺伝子の同定に使用する
PCRタグであり得る。
[0069] In one embodiment, the endogenous sequence is disrupted by the inserted sequence. As used herein, the term "insertion sequence" refers to one or more nucleotides inserted into an endogenous gene to cause confusion. Generally, the insertion sequence will be one as outlined herein.
It can be as small as a nucleotide or as long as a gene. As a non-gene insertion sequence, the sequence is at least one nucleotide, preferably about 1 to about 50 nucleotides, particularly preferably about 10 to about 25 nucleotides. The insertion sequence may include a polylinker sequence, with about 1 to about 50 nucleotides being preferred, and about 10 to 25 nucleotides being particularly preferred. The insertion sequence can be a PCR tag used to identify the first gene.

【0070】 好ましい態様において、挿入配列は、内因性遺伝子を混乱させ、そしてその発
現を防止するだけでなく、新規遺伝子生産物の発現をもたらすことができる。こ
のように、好ましい態様において、内因性遺伝子の挿入配列遺伝子による混乱は
、挿入遺伝子の転写および翻訳をさせる方法で行う。遺伝子をコードする挿入配
列は、約50bpから5000bpのcDNAまたは約5000bpから500
00bpのゲノムDNAの範囲であり得る。当業者に認められるように、これは
種々の方法で行うことができる。好ましい態様において、挿入遺伝子は、プロモ
ーター、エンハンサーまたは調節配列を含む内因性調節配列を利用するような方
法で内因性遺伝子を標的化する。別の態様において、挿入配列遺伝子は、プロモ
ーター、エンハンサーまたは他の調節配列等のそれ自体の調節配列を含む。
In a preferred embodiment, the inserted sequence can disrupt the endogenous gene and prevent its expression, as well as result in the expression of a novel gene product. Thus, in a preferred embodiment, the perturbation of the endogenous gene by the inserted sequence gene is performed by a method that allows transcription and translation of the inserted gene. The inserted sequence encoding the gene may be about 50 bp to 5000 bp cDNA or about 5000 bp to 500 bp.
It can range from 00 bp of genomic DNA. This can be done in various ways, as will be appreciated by those skilled in the art. In a preferred embodiment, the inserted gene targets the endogenous gene in such a way as to utilize an endogenous regulatory sequence, including a promoter, enhancer or regulatory sequence. In another embodiment, the insert sequence gene includes its own regulatory sequences, such as a promoter, enhancer or other regulatory sequence.

【0071】 特に好ましい挿入配列遺伝子は、選択またはレポータータンパク質をコードす
る遺伝子を含むが、これに限定されない。加えて、挿入配列遺伝子は修飾または
変異遺伝子であり得る。
[0071] Particularly preferred insertion sequence genes include, but are not limited to, genes encoding a selection or reporter protein. In addition, the inserted sequence gene can be a modified or mutated gene.

【0072】 本明細書で使用する“欠失”なる用語は、内因性遺伝子の核酸配列の一部分の
除去を含む。欠失は、約1から約100ヌクレオチドの範囲であり、約1から5
0ヌクレオチドが好ましく、約1から約25ヌクレオチドが特に好ましいが、あ
る場合、欠失は、それより長くても良く、完全なドメイン機能的ドメイン、完全
な内因性遺伝子および/またはその調節配列の除去を有効に含み得る。欠失は置
換または修飾の組合わせで起こり得、最終修飾内因性遺伝子に到達する。
The term “deletion” as used herein includes the removal of a portion of the nucleic acid sequence of an endogenous gene. Deletions range from about 1 to about 100 nucleotides, from about 1 to 5
Although 0 nucleotides are preferred, and about 1 to about 25 nucleotides are particularly preferred, in some cases the deletions may be longer and the removal of the complete domain functional domain, the complete endogenous gene and / or its regulatory sequences. Can be effectively included. Deletions can occur with a combination of substitutions or modifications, leading to the final modified endogenous gene.

【0073】 好ましい態様において、内因性遺伝子は挿入および欠失でもって同時に混乱さ
せ得る。例えば、内因性遺伝子の幾つかまたはすべてを、その調節配列有りまた
は無しで、除去するか挿入配列遺伝子で置換し得る。このように、例えば、内因
性遺伝子の調節配列以外を除去し、挿入配列遺伝子で置き換え得る。挿入配列遺
伝子は、内因性遺伝子調節要素の制御下に入る。
In a preferred embodiment, the endogenous gene can be disrupted simultaneously by insertions and deletions. For example, some or all of the endogenous gene may be removed or replaced with an inserted sequence gene, with or without its regulatory sequences. In this way, for example, the sequences other than the regulatory sequence of the endogenous gene can be removed and replaced with the inserted sequence gene. The inserted sequence gene is under the control of an endogenous gene regulatory element.

【0074】 “調節エレメント”なる用語は、本明細書で、プロモーター配列、リボソーム
結合部位、転写開始および停止配列、翻訳開始および停止配列、エンハンサーま
たはアクティベーター配列、二量体化配列等を含むがこれらに限定されない、遺
伝子の転写または翻訳に影響する非コード配列の記載に使用する。好ましい態様
において、調節配列はプロモーターならびに転写開始および停止配列を含む。プ
ロモーター配列は構造的または誘導性プロモーターのいずれかをコードする。プ
ロモーターは天然に存在するプロモーターかハイブリッドプロモーターであり得
る。1種以上のプロモーターの組合わせ要素であるハイブリッドプロモーターは
また当分野で既知であり、本発明で有用である。
The term “regulatory element” as used herein includes, but is not limited to, promoter sequences, ribosome binding sites, transcription start and stop sequences, translation start and stop sequences, enhancer or activator sequences, dimerization sequences, and the like. Used to describe non-coding sequences that affect the transcription or translation of a gene. In a preferred embodiment, the regulatory sequences include a promoter and transcription start and stop sequences. Promoter sequences encode either constitutive or inducible promoters. The promoter can be a naturally occurring promoter or a hybrid promoter. Hybrid promoters, which are combinatorial elements of one or more promoters, are also known in the art and are useful in the present invention.

【0075】 ドメイン相同性クランプおよび所望により存在してもよい内部相同性クランプ
に加えて、本発明の標的用ポリヌクレオチドは、細胞取り込み成分、化学置換基
、精製タグ等のような付加的成分を含み得る。
In addition to the domain homology clamp and the optional internal homology clamp, the targeting polynucleotides of the present invention may include additional components such as cellular uptake components, chemical substituents, purification tags and the like. May be included.

【0076】 好ましい態様において、少なくとも一つの標的用ポリヌクレオチドは、少なく
とも一つの細胞取り込み成分を含む。本明細書での使用において、“細胞取り込
み成分”は、直接的または間接的に標的用ポリヌクレオチドに結合したとき、標
的用ポリヌクレオチドの少なくとも一つの細胞型(例えば、肝細胞)への細胞内取
り込みを促進する薬剤を意味する。本発明の標的用ポリヌクレオチドは、細胞取
り込み成分と所望により、典型的に共有または好ましくは非共有結合により接合
し得る。DNAを特異的細胞型に標的化するための技術の種々の方法が記載され
ている。本発明の標的用ポリヌクレオチドは、本質的に当分野で既知の数個の細
胞取り込み成分と接合できる。肝細胞の標的化のための標的用ポリヌクレオチド
は、文献に記載されており、出典明示により本明細書の一部とする(出典明示に
より本明細書の一部とするWu GY and Wu CH (1987) J. Biol. Chem. 262:4429;
Wu GY and Wu CH (1988) Biochemistry 27:887; Wu GY and Wu CH (1988) J. Bi
ol. Chem. 263:14621; Wu GY and Wu CH (1992) J. Biol. Chem. 267:12436; Wu
et al. (1991) J. Biol. Chem. 266:14338; およびWilson et al. (1992) J. B
iol. Chem. 267:963; WO92/06180;WO92/05250;およびW
O91/17761)アシアロオロソムコイド(ASOR)−ポリ−L−リジン接
合体に接合できる。
[0076] In a preferred embodiment, the at least one targeting polynucleotide comprises at least one cellular uptake component. As used herein, a "cell uptake component", when bound directly or indirectly to a targeting polynucleotide, is intracellular into at least one cell type of the targeting polynucleotide (eg, a hepatocyte). Means an agent that promotes uptake. The targeting polynucleotides of the present invention can be conjugated to the cellular uptake component, as desired, typically covalently or preferably non-covalently. Various methods of techniques for targeting DNA to specific cell types have been described. The targeting polynucleotides of the present invention can be conjugated to several cellular uptake components known per se in the art. Targeting polynucleotides for hepatocyte targeting are described in the literature and are hereby incorporated by reference (Wu GY and Wu CH (herein incorporated by reference). 1987) J. Biol. Chem. 262: 4429;
Wu GY and Wu CH (1988) Biochemistry 27: 887; Wu GY and Wu CH (1988) J. Bi
ol. Chem. 263: 14621; Wu GY and Wu CH (1992) J. Biol. Chem. 267: 12436; Wu
et al. (1991) J. Biol. Chem. 266: 14338; and Wilson et al. (1992) J. B.
iol. Chem. 267: 963; WO92 / 06180; WO92 / 05250; and W
O91 / 17761) asialoorosomucoid (ASOR) -poly-L-lysine conjugate.

【0077】 あるいは、細胞取り込み成分の形成は、標的用ポリヌクレオチドを少なくとも
一つの脂質種および少なくとも一つのタンパク質種とインキュベートすることで
なされ、標的用ポリヌクレオチドおよび脂質−タンパク質細胞取り込み成分から
基本的になるタンパク質−脂質−ポリヌクレオチド複合体を形成する。Felgner(
出典明示により本明細書の一部とするWO91/17424)に従って製造した
脂質小胞またはポリヌクレオチド適用の他の形(出典明示により本明細書の一部
とするEP465,529)も細胞取り込み成分として用い得る。ヌクレアーゼも
使用し得る。
Alternatively, the formation of the cellular uptake component is accomplished by incubating the targeting polynucleotide with at least one lipid species and at least one protein species, essentially comprising the targeting polynucleotide and the lipid-protein cell uptake component. To form a protein-lipid-polynucleotide complex. Felgner (
Other forms of lipid vesicles or polynucleotide applications prepared according to WO 91/17424, which is hereby incorporated by reference (EP 465,529, which is hereby incorporated by reference) may also be used as cell uptake components. Can be used. Nucleases can also be used.

【0078】 細胞取り込み成分に加えて、核局在化シグナルのような標的用成分を、当分野
で既知のように使用し得る。例えば、出典明示により本明細書の一部とするKido
et al., Exper. Cell. Res. 198:107-114 (1992)参照。
In addition to a cellular uptake component, targeting components such as a nuclear localization signal may be used as is known in the art. For example, Kido, which is hereby incorporated by reference.
See, et al., Exper. Cell. Res. 198: 107-114 (1992).

【0079】 典型的に、本発明の標的用ポリヌクレオチドを少なくとも一つのレコンビナー
ゼで被覆し、細胞取り込み成分と接合させ、得られる細胞標的用複合体を取り込
み条件下(例えば、生理学的条件下)、標的細胞と接触させ標的用ポリヌクレオチ
ドおよびレコンビナーゼを標的細胞に内向化させる。標的用ポリヌクレオチドを
同時にまたは連続的に細胞取り込み成分と、またレコンビナーゼと接触させ得る
;好ましくは、標的用ポリヌクレオチドを最初にレコンビナーゼと、または細胞
取り込み成分およびレコンビナーゼの両方と、平均で、少なくとも約1分子のレ
コンビナーゼが標的用ポリヌクレオチド分子当りに非共有的に結合するように、
少なくとも約一つの細胞取り込み成分も非共有的に結合するよう接触させる。最
も好ましくは、両方のレコンビナーゼの被覆および細胞取り込み成分が標的用ポ
リヌクレオチドの利用可能な結合部位の本質的に全てを満たす。標的用ポリヌク
レオチドは、得られる標的用複合体が、モルベースで、レコンビナーゼよりも多
い細胞取り込み成分を含むように、細胞取り込み成分により優先的に被覆される
。あるいは、標的用ポリヌクレオチドは、モルベースで、細胞取り込み成分より
も多いレコンビナーゼを含むように、レコンビナーゼにより優先的に被覆される
Typically, a targeting polynucleotide of the invention is coated with at least one recombinase, conjugated to a cellular uptake component, and the resulting cell targeting complex is loaded under uptake conditions (eg, under physiological conditions), The target polynucleotide is contacted with the target polynucleotide and the recombinase is inwardly directed to the target cell. The targeting polynucleotide may be contacted simultaneously or sequentially with the cellular uptake component and also with the recombinase; preferably, the targeting polynucleotide is initially contacted with the recombinase, or with both the cellular uptake component and the recombinase, on average at least about So that one molecule of the recombinase binds non-covalently per target polynucleotide molecule,
At least about one cell uptake component is also contacted to non-covalently bind. Most preferably, the coating and cellular uptake components of both recombinases fill essentially all of the available binding sites for the targeting polynucleotide. The targeting polynucleotide is preferentially coated with the cellular uptake component such that the resulting targeting complex contains, on a molar basis, more cellular uptake component than the recombinase. Alternatively, the targeting polynucleotide is preferentially coated with the recombinase to include, on a molar basis, more recombinase than cellular uptake components.

【0080】 細胞取込み成分は、本発明のレコンビナーゼ被覆標的ポリヌクレオチドと共に
含まれて、レコンビナーゼ被覆標的ポリヌクレオチドの細胞中の取込みを増強す
る。この増強は、特に、組織異常増殖を含む遺伝子疾患を処置する遺伝子治療、
およびウイルス感染を処置する標的相同的組換えに役立つ。相同的配列標的によ
ってウイルス配列(例えば、組込まれたB型肝炎ウイルス(HBV)ゲノムまたは
ゲノム断片)は標的化され、不活性化される。あるいは、標的ポリヌクレオチド
は、細胞取込成分で被覆され、レコンビナーゼの同時または同時的な投与で細胞
に標的化されてもよい(例えば、レコンビナーゼを含むリポソームまたは免疫リ
ポソーム、コンビナーゼをコード化および発現するウイルスに基づくベクターな
どである)。
A cellular uptake component is included with the recombinase-coated target polynucleotide of the present invention to enhance the uptake of the recombinase-coated target polynucleotide into cells. This enhancement is particularly useful in gene therapy to treat genetic disorders, including tissue overgrowth,
And targeted homologous recombination to treat viral infections. The viral sequence (eg, the integrated hepatitis B virus (HBV) genome or genomic fragment) is targeted and inactivated by the homologous sequence target. Alternatively, the target polynucleotide may be coated with a cellular uptake component and targeted to cells with simultaneous or simultaneous administration of the recombinase (e.g., a liposome or immunoliposome containing the recombinase, encoding and expressing the combinase). Virus-based vectors).

【0081】 レコンビナーゼおよび細胞取込み成分に加えて、標的ポリヌクレオチドの少な
くとも1つが化学置換基を含んでいてもよい。付加的な化学置換基で修飾されて
いる外因性標的ポリヌクレオチドを、レコンビナーゼ(例えばRecA)と共に代
謝活性標的細胞の中へ導入し、細胞中の予定の内因性DNA標的配列と相同的に
対とすることができる。好ましい実施態様として、外因性標的ポリヌクレオチド
を誘導化し、ポリヌクレオチド合成中または合成後にそれぞれ付加的な化学置換
基を付着し、局部DNA配列に対する変化または化学修飾を引き起こす特異的内
因性標的配列を局在化する。好ましい付加的な化学置換基として、限定する意図
ではないが、架橋剤(Podyminogin et al., Biochem. 34; 13098 (1995)および35
:7267 (1996)参照、出典明示により本明細書の一部とする)、核酸切断試薬、金
属キレート(例えば鉄触媒作用切断用の鉄/EDTAキレート)、トポイソメラー
ゼ、 エンドヌクレアーゼ、エキソヌクレアーゼ、リガーゼ、ホスホジエステラ
ーゼ、光化学性ポルフィリン、化学療法薬(例えばアドリアマイシン、ドキシル
ビシンなど)、挿入剤、標識化剤、塩基修飾剤、標識化剤など核酸に標準的に結
合する薬剤(例えばAfonina et al,. PNAS USA 93:3199 (1996)参照、出典明示に
より本明細書の一部とする)、免疫グロブリン鎖およびオリゴヌクレオチドが含
まれる。鉄/EDTAキレートが、DNA配列の局部切断で望まれる化学置換基
として特に好まれる(Hertzberg et al. (1982) J. Am. Chem. Soc. 104: 313; H
ertzberg and Dervan (1984) Biochemistry 23: 3934; Taylor et al. (1984) T
etrahedron 40: 457; Dervan, PB (1986) Science 232: 464、出典明示により本
明細書の一部とする)。
[0081] In addition to the recombinase and the cellular uptake component, at least one of the target polynucleotides may contain a chemical substituent. An exogenous target polynucleotide, modified with additional chemical substituents, is introduced into a metabolically active target cell along with a recombinase (e.g., RecA) and homologously paired with the intended endogenous DNA target sequence in the cell. can do. In a preferred embodiment, the exogenous target polynucleotide is derivatized, and additional chemical substituents are attached during or after polynucleotide synthesis, respectively, to direct specific endogenous target sequences that cause changes or chemical modifications to the local DNA sequence. Localize. Preferred additional chemical substituents include, but are not limited to, crosslinkers (Podyminogin et al., Biochem. 34; 13098 (1995) and 35).
: 7267 (1996), incorporated herein by reference), nucleic acid cleavage reagents, metal chelates (e.g., iron / EDTA chelates for iron-catalyzed cleavage), topoisomerases, endonucleases, exonucleases, ligases, Agents that normally bind to nucleic acids, such as phosphodiesterases, photochemical porphyrins, chemotherapeutic agents (e.g., adriamycin, doxylubicin, etc.), intercalating agents, labeling agents, base modifiers, labeling agents (e.g., Afonina et al., PNAS USA 93 : 3199 (1996), incorporated herein by reference), immunoglobulin chains and oligonucleotides. Iron / EDTA chelates are particularly preferred as the desired chemical substituent for local cleavage of DNA sequences (Hertzberg et al. (1982) J. Am. Chem. Soc. 104: 313; H
ertzberg and Dervan (1984) Biochemistry 23: 3934; Taylor et al. (1984) T
etrahedron 40: 457; Dervan, PB (1986) Science 232: 464, which is hereby incorporated by reference).

【0082】 さらに好ましいものは、相補的な一重鎖核酸の相互のハイブリダイゼーション
(相互ではあるが非修飾核酸とではない)を防ぐグループである(例えば、Kutryav
in et al., Biochem. 35:11170 (1996)、および Woo et al., Nucleic Acid. Re
s. 24(13):2470 (1996)参照。両方共、出典明示により本明細書の一部とする)。
2'-Oメチル基もまた好ましい(Cole-Strauss et al, Science 273:1386 (1996
) ; Yoon et al., PNAS 93:2071 (1996)参照)。付加的な好ましい化学置換基と
して蛍光標識を含む標識部分が含まれる。好ましいアタッチメント化学物質とし
て、例えば、付加された反応アミノ基を介する直接結合(Corey and Schultz (19
86) Science 238 1401、出典明示により本明細書の一部とする)および他の直接
結合化学物があるが、ストレプトアビジン/ビオチンおよびジゴキシゲニン/抗ジ
ゴキシゲニン抗体結合方法も使用できる。結合性化学置換基については、米国特
許 5,135,720、5,093,245および5,055,556で公開されて
おり、出典明示により本明細書の一部とする。他の結合性化学物もまた熟練者の
裁量の範囲で使用できる。
Further preferred is the hybridization of complementary single-stranded nucleic acids to one another.
(But not with unmodified nucleic acids) (e.g., Kutryav
in et al., Biochem. 35: 11170 (1996), and Woo et al., Nucleic Acid. Re.
s. 24 (13): 2470 (1996). Both are hereby incorporated by reference.)
2'-O methyl groups are also preferred (Cole-Strauss et al, Science 273: 1386 (1996
); Yoon et al., PNAS 93: 2071 (1996)). Additional preferred chemical substituents include label moieties including fluorescent labels. Preferred attachment chemistries include, for example, direct attachment via an attached reactive amino group (Corey and Schultz (19
86) Science 238 1401, incorporated herein by reference) and other direct binding chemistries, but also streptavidin / biotin and digoxigenin / anti-digoxigenin antibody binding methods can be used. Binding chemical substituents are disclosed in U.S. Patents 5,135,720, 5,093,245 and 5,055,556, which are hereby incorporated by reference. Other binding chemicals can also be used at the discretion of the skilled practitioner.

【0083】 好ましい実施態様として、少なくとも1つの標的ポリヌクレオチドが、少なく
とも1つの精製タグまたはキャッチャー部分を含んでいる。それらのいくつかは
例えばビオチン、ジゴキシゲニン、ソラレンなどの化学置換基として上述されて
いる。あるいは、ドメインオリゴヌクレオチドを、固相支持体上で行なわれる標
的反応でビーズに直接結合させることもできる。
[0083] In a preferred embodiment, at least one target polynucleotide comprises at least one purification tag or catcher moiety. Some of them have been described above as chemical substituents, for example, biotin, digoxigenin, psoralen and the like. Alternatively, domain oligonucleotides can be directly attached to beads in a target reaction performed on a solid support.

【0084】 好ましい実施態様として、標的ポリヌクレオチドを、ドメイン標的の導入の前
にレコンビナーゼで被覆する。標的ポリヌクレオチドをRecAタンパク質およ
びATPγSなどのレコンビナーゼで被覆する条件は、1992年7月9日に出
願された米国特許出願07/910,791;1991年9月4日に出願された米
国特許出願07/755,462;および1990年5月7日に出願された米国特
許出願07/520,321およびPCT US98/05223で叙述されてお
り、出典明示により本明細書の一部とする。下記の方法で大腸菌RecAが直接
的には使用されているが、当業者には明らかであるように、他のレコンビナーゼ
も同様に使用できる。GTPγS、ATPγSとrATP、rGTPおよび/ま
たはdATPの混合物、またはrATP発生機構の存在のもとdATPまたはr
ATP単独を使用して標的ポリヌクレオチドを被覆することができる(Boehringe
r Mannheim)。GTPγS、ATPγS、ATP、ADP、dATPおよび/また
はrATPまたは他のヌクレオシドなどの様々な混合物を使用することができ、
特に好ましいのはATPγSとATPまたはATPγSとADPの混合物である
In a preferred embodiment, the target polynucleotide is coated with a recombinase prior to the introduction of the domain target. Conditions for coating a target polynucleotide with a recombinase such as RecA protein and ATPγS are described in US patent application Ser. No. 07 / 910,791 filed on Jul. 9, 1992; And U.S. Patent Application Serial No. 07 / 520,321 filed May 7, 1990 and PCT US98 / 05223, incorporated herein by reference. Although E. coli RecA is used directly in the following manner, other recombinases can be used as well, as will be apparent to those skilled in the art. GTPγS, a mixture of ATPγS and rATP, rGTP and / or dATP, or dATP or r in the presence of a rATP generation mechanism
ATP alone can be used to coat a target polynucleotide (Boehringe
r Mannheim). Various mixtures such as GTPγS, ATPγS, ATP, ADP, dATP and / or rATP or other nucleosides can be used,
Particularly preferred is a mixture of ATPγS and ATP or ATPγS and ADP.

【0085】 標的ポリヌクレオチドのRecAタンパク質被覆は、1992年7月9日に出
願された米国特許出願07/910,791および1991年9月4日に出願され
た米国特許出願07/755,462およびPCT US98/05223(出典明
示により本明細書の一部とする)で叙述されている方法で通常は行なわれている
。略記すると、標的ポリヌクレオチドの2本鎖または1本鎖の何れかを、水溶液
中で95-100℃、5分間加熱して変性する。次いで氷浴中に20秒から約1
分間入れ、使用する前に0℃で約20秒間遠心分離する。変性した標的ポリヌク
レオチドを−20℃の冷凍器に入れない場合は、通常すぐにATPγSを含む標
準RecA被覆反応緩衝液へ室温で加える。これにRecAタンパク質を加える
。あるいは、ポリヌクレオチドを加える前に、RecAタンパク質を緩衝成分お
よびATPγSとともに含めてもよい。
The RecA protein coating of the target polynucleotide is described in US patent application Ser. No. 07 / 910,791 filed Jul. 9, 1992 and US patent application Ser. It is usually done in the manner described in PCT US98 / 05223 (hereby incorporated by reference). Briefly, either the double-stranded or single-stranded target polynucleotide is denatured by heating in aqueous solution at 95-100 ° C for 5 minutes. Then in an ice bath for 20 seconds to about 1
Centrifuge at 0 ° C. for about 20 seconds before use. If the denatured target polynucleotide is not placed in a −20 ° C. freezer, it is usually immediately added to a standard RecA coating reaction buffer containing ATPγS at room temperature. To this is added the RecA protein. Alternatively, the RecA protein may be included with the buffer component and ATPγS before adding the polynucleotide.

【0086】 標的ポリヌクレオチドのRecA被覆は、ポリヌクレオチド-RecA混合物
による37℃、10-15分間インキュベートで開始される。ポリヌクレオチド
との反応中に検査したRecAタンパク質濃度は、ポリヌクレオチドの大きさお
よび添加したポリヌクレオチドの量、およびRecA分子:ヌクレオチドの割合
(好ましくは約3:1から1:3の範囲)によって変化する。一重鎖ポリヌクレオチ
ドが相同的ポリヌクレオチド鎖と依存することなくRecA被覆されたものであ
ると、ATPγSおよびRecAそれぞれのmMおよびμM濃度は二重鎖標的ポ
リヌクレオチドを使用する場合の1/2に減少する(すなわち、RecAおよびA
TPγS濃度割合は、通常、個々のポリヌクレオチド鎖特定の濃度で一定に保た
れ、使用する一重または二重ポリヌクレオチドの何れかに依存する)。
RecA coating of the target polynucleotide is initiated by incubation with the polynucleotide-RecA mixture at 37 ° C. for 10-15 minutes. The RecA protein concentration examined during the reaction with the polynucleotide is the size of the polynucleotide and the amount of polynucleotide added, and the RecA molecule: nucleotide ratio
(Preferably in the range of about 3: 1 to 1: 3). When the single-stranded polynucleotide is RecA-coated independent of the homologous polynucleotide chain, the mM and μM concentrations of ATPγS and RecA, respectively, are reduced by a factor of two when using a double-stranded target polynucleotide. (Ie, RecA and A
The TPγS concentration ratio is usually kept constant at a particular concentration of the individual polynucleotide strand, depending on whether single or double polynucleotide is used).

【0087】 標的ポリヌクレオチドのRecAタンパク質被覆は、通常、標準的な1×Re
cA被覆反応緩衝液中で行なわれる。10×RecA反応緩衝液(すなわち10
×AC緩衝液)は、100mM トリスアセテート(pH 7.5、37℃)、20mM
酢酸マグネシウム、500mM 酢酸ナトリウム、10mM DTTおよび50% グ
リセロールからなる。1本鎖または2本鎖何れかの全ての標的ポリヌクレオチド
を、使用前に95-100℃で5分間加熱し、1分間氷浴中に入れ、次いで0℃
で約20秒間遠心分離(10,000rpm)して(例えばTorny遠心分離機)一般的に
変性する。通常の変性した標的ポリヌクレオチドを、ATPγSと混合した室温
RecA被覆反応緩衝液にすばやく加えて、必要であれば二倍量のH2Oで希釈
する。
The RecA protein coating of the target polynucleotide is typically a standard 1 × Re
Performed in a cA coating reaction buffer. 10x RecA reaction buffer (ie, 10
× AC buffer) was 100 mM Tris acetate (pH 7.5, 37 ° C.), 20 mM
Consists of magnesium acetate, 500 mM sodium acetate, 10 mM DTT and 50% glycerol. All target polynucleotides, either single-stranded or double-stranded, are heated at 95-100 ° C. for 5 minutes before use, placed in an ice bath for 1 minute, and then placed at 0 ° C.
Centrifugation (10,000 rpm) for about 20 seconds (eg, a Torny centrifuge) to generally denature. Normally denatured target polynucleotide is quickly added to room temperature RecA coating reaction buffer mixed with ATPγS and diluted with twice the volume of H 2 O if necessary.

【0088】 反応混合物は、通常、以下の成分を含む:(i)0.2-4.8mM ATPγSお
よび(ii)1-100ng/μlの範囲の標的ポリヌクレオチド。この混合物に、約1-
20μlのRecAタンパク質(反応混合物10-100μlに対して)を加え、通
常約2-10mg/ml(Pharmaciaから購入するまたは精製物)をすばやく加えて混合
する。標的ポリヌクレオチドのRecA被覆に対する最終反応体積は、通常、約
10-500μlの範囲である。標的ポリヌクレオチドのRecA被覆は、通常、
標的ポリヌクレオチド-RecA混合物による37℃、10-15分間インキュベ
ートで開始される。
The reaction mixture usually contains the following components: (i) 0.2-4.8 mM ATPγS and (ii) a target polynucleotide in the range of 1-100 ng / μl. About 1-
20 μl RecA protein (for 10-100 μl reaction mixture) is added and usually about 2-10 mg / ml (purchased or purified from Pharmacia) is quickly added and mixed. The final reaction volume for RecA coating of the target polynucleotide is typically in the range of about 10-500 μl. The RecA coating of the target polynucleotide is usually
It is started by incubation at 37 ° C. for 10-15 minutes with the target polynucleotide-RecA mixture.

【0089】 RecAタンパク質濃度は、標的ポリヌクレオチドの大きさおよび添加した標
的ポリヌクレオチドの量によって変化する(RecAタンパク質濃度は通常5か
ら50μMの範囲である)。一重鎖標的ポリヌクレオチドが相同的ポリヌクレオ
チド鎖と依存することなくRecA被覆されたものであると、ATPγSおよび
RecAタンパク質の濃度は二重鎖標的ポリヌクレオチドを使用する場合の約1
/2に減少する。すなわち、RecAタンパク質およびATPγS濃度割合は、
通常、個々のポリヌクレオチド鎖特定の濃度で一定に保たれる。
The RecA protein concentration varies depending on the size of the target polynucleotide and the amount of the target polynucleotide added (RecA protein concentration usually ranges from 5 to 50 μM). If the single-stranded target polynucleotide is RecA coated without dependence on the homologous polynucleotide chain, the concentration of ATPγS and RecA proteins will be about 1% when using a double-stranded target polynucleotide.
/ 2. That is, the RecA protein and ATPγS concentration ratios are:
Usually, the individual polynucleotide chains are kept constant at a certain concentration.

【0090】 標的ポリヌクレオチドのRecAタンパク質による被覆は、様々な方法で評価
することができる。第一に、バンドシフトゲルアッセイを使用してDNAに対す
るタンパク質結合を試験することができる(McEntee et al., (1981) J. Biol. C
hem. 256: 8835)。ATPγSの存在下で標識化ポリヌクレオチドをRecAタ
ンパク質で被覆することができ、被覆反応の生成物をアガロースゲル電気泳動法
で分離することができる。続く、変性2本鎖DNAを使用するRecAタンパク
質のインキュベーションで、RecAたんぱく質は2本鎖DNAの変性から誘導
した一重鎖標的ポリヌクレオチドを有効に被覆する。標的ポリヌクレオチド中の
RecAタンパク質モノマーと核酸の割合が、121量体について0、1:27
、1:2.7から3.7:1へ、159量体について0、1:22、1:2.2から4.
5:1へ増加したので、標的ポリヌクレオチドの電気泳動移動度が減少した。す
なわち、遅くなるのは、標的ポリヌクレオチドにRecAが結合しているためで
ある。被覆したポリヌクレオチドの移動度は、RecAタンパク質をともなう標
的ポリヌクレオチドの飽和度を反映している。RecAモノマーのDNAヌクレ
オチドに対する過剰率は、短い標的ポリヌクレオチドの有効なRecAが必要と
される(Leahy et al., (1986) J. Biol Chern. 261: 954)。
[0090] Coating of the target polynucleotide with the RecA protein can be assessed in a variety of ways. First, protein binding to DNA can be tested using a band shift gel assay (McEntee et al., (1981) J. Biol. C
hem. 256: 8835). The labeled polynucleotide can be coated with the RecA protein in the presence of ATPγS, and the products of the coating reaction can be separated by agarose gel electrophoresis. Following incubation of the RecA protein with the denatured double-stranded DNA, the RecA protein effectively coats the single-stranded target polynucleotide derived from denaturation of the double-stranded DNA. The ratio of RecA protein monomer to nucleic acid in the target polynucleotide is 0, 1:27 for the 121-mer.
From 1: 2.7 to 3.7: 1, 0 for the 159 mer, 1:22, 1: 2.2 to 4.
As the ratio increased to 5: 1, the electrophoretic mobility of the target polynucleotide decreased. That is, the delay is due to RecA binding to the target polynucleotide. The mobility of the coated polynucleotide reflects the saturation of the target polynucleotide with the RecA protein. The excess of RecA monomer to DNA nucleotides requires effective RecA for short target polynucleotides (Leahy et al., (1986) J. Biol Chern. 261: 954).

【0091】 DNAに対するタンパク質結合を評価する第二の方法は、ニトロセルロースフ
ィルター結合アッセイの使用である(Leahy et al, (1986) J. Biol Chem. 261:6
954; Woodbury, et al., (1933) Biochemistry 22 (22) :4370-4373)。このニト
ロセルロースフィルター結合方法は、標識化DNAを使用するタンパク質:DN
A複合体の解離割合の測定で特に有用である。フィルター結合方法では、DNA
:タンパク質複合体はフィルター上に保持され、一方遊離DNAはフィルターを
通過する。このアッセイ方法は解離割合測定として定量性がよい。遊離標的ポリ
ヌクレオチドからDNA:タンパク質複合体を精製するのは非常にすばやくでき
るからである。
A second method for assessing protein binding to DNA is to use a nitrocellulose filter binding assay (Leahy et al, (1986) J. Biol Chem. 261: 6).
954; Woodbury, et al., (1933) Biochemistry 22 (22): 4370-4373). This nitrocellulose filter binding method uses a protein using labeled DNA: DN.
It is particularly useful for measuring the dissociation ratio of the A complex. In the filter binding method, DNA
: The protein complex is retained on the filter, while free DNA passes through the filter. This assay method has good quantitative properties as a measurement of the dissociation rate. Purification of the DNA: protein complex from the free target polynucleotide can be very rapid.

【0092】 あるいは、レコンビナーゼタンパク質(標的細胞に対して原核、真核または外
因性)を、標的細胞に対して、標的ポリヌクレオチドと同時ににまたは同時的に(
すなわち約数時間以内で)外因的に誘導すなわち処理してもよい。これらの処理
は通常マクロインジェクションで行なわれるが、当業者によく知られているエレ
クトロポレーションリポフェクションおよび他のトランスフェクションの方法を
使用してもよい。あるいは、レコンビナーゼ-タンパク質をインビボで調製して
もよい。例えばトランスフェクト細胞または標的細胞内の相同または異種発現カ
セットから調製してもよい。例えば、トランスジェニック全能性細胞(例えば受
精接合体)または胚性幹細胞(例えばAB-1などのマウスES細胞)は、個々の特
定の幹細胞個体(例えば造血)すべてまたは部分を再構成するトランスジェニック
非ヒト動物株または体細胞または多能性造血幹細胞をつくるために使用される。
都合のよいことに、異種発現カセットとして、エクジソン誘導プロモーター・エ
ンハンサー複合体、エストロゲン誘導プロモーター・エンハンサー複合体、CM
Vプロモーター-エンハンサー、インシュリン遺伝子プロモーターなどの調節可
能なプロモーター、またはテトラまたは他の調節可能なプロモーター構成物など
、他の細胞型特異的、発達段階特異的、ホルモン誘導性薬剤誘導物が含まれる。
カセットからのレコンビナーゼタンパク質の少なくとも1種の発現が調節されて
、標的ポリヌクレオチドの細胞へのインジェクションと同時にまたは同時的にイ
ンビボにおいて一過性レコンビナーゼが産生される。ホルモン誘導性プロモータ
ー-エンハンサー複合体を使用するとき、細胞は必要とされるホルモンレセプタ
ー提示(天然またはこれらのレセプターをコード化する相互トランスフェクト発
現ベクターの発現結果のどちらか)を持たなければならない。あるいは、このレ
コンビナーゼは内因性であり高いレベルで調製されてもよい。この実施態様とし
て、好ましくは腫瘍細胞などの真核標的細胞で、標的細胞はレコンビナーゼの向
上レベルを調製する。他の実施態様として、レコンビナーゼのレベルを、マイト
マイシンC、UVまたはγ線照射などのDNA損傷剤から誘導してもよい。ある
いは、レコンビナーゼ遺伝子を細胞中にコード化するプラスミドを使用して、レ
コンビナーゼレベルを高めることができる。
Alternatively, the recombinase protein (prokaryotic, eukaryotic or exogenous to the target cell) can be administered to the target cell simultaneously or simultaneously with the target polynucleotide (
Exogenous induction or treatment (ie, within about a few hours) may be used. These treatments are usually performed by macroinjection, but electroporation lipofection and other transfection methods well known to those skilled in the art may be used. Alternatively, the recombinase-protein may be prepared in vivo. For example, it may be prepared from a homologous or heterologous expression cassette in transfected or target cells. For example, a transgenic totipotent cell (eg, a fertilized zygote) or an embryonic stem cell (eg, a mouse ES cell such as AB-1) is a transgenic non-human that reconstitutes all or a portion of an individual stem cell individual (eg, a hematopoietic). Used to produce human animal strains or somatic cells or pluripotent hematopoietic stem cells.
Advantageously, heterologous expression cassettes include ecdysone-inducible promoter-enhancer complex, estrogen-inducible promoter-enhancer complex, CM
Other cell type-specific, developmental stage-specific, hormone-induced drug derivatives, such as regulatable promoters, such as the V promoter-enhancer, the insulin gene promoter, or tetra or other regulatable promoter constructs, are included.
The expression of at least one recombinase protein from the cassette is regulated to produce a transient recombinase in vivo concurrently or concurrently with the injection of the target polynucleotide into the cell. When using a hormone-inducible promoter-enhancer complex, the cells must have the required hormone receptor presentation (either native or the result of expressing a transfected expression vector encoding these receptors). Alternatively, the recombinase may be endogenous and prepared at high levels. In this embodiment, preferably a eukaryotic target cell such as a tumor cell, wherein the target cell prepares an enhanced level of recombinase. In another embodiment, the level of recombinase may be derived from a DNA damaging agent such as mitomycin C, UV or gamma irradiation. Alternatively, a plasmid encoding the recombinase gene in the cell can be used to increase recombinase levels.

【0093】 本発明の組成物は、一旦作成すると標的細胞の処置に対して様々な用途で使用
できることが分かった。概して、本発明の組成物と方法は、新たな医薬標的の同
定と同様に機能的ゲノム研究で有用である遺伝子ファミリーの新たなメンバーを
同定するのに有用である。これら両方は、"ノックアウト"動物モデルの生成を通
して行ない得る。加えて、本発明は機能的ドメイン標的の修飾、トランスジェニ
ック植物および動物体の作成、ドメイン機能ドメインを含む遺伝子のクローニン
グなどに使用できる。
It has been found that the compositions of the present invention, once made, can be used in a variety of applications for treating target cells. In general, the compositions and methods of the invention are useful for identifying new members of the gene family that are useful in functional genomic studies as well as for the identification of new pharmaceutical targets. Both of these can be done through the generation of a "knockout" animal model. In addition, the present invention can be used to modify functional domain targets, generate transgenic plants and animals, clone genes containing domain functional domains, and the like.

【0094】 標的宿主細胞を作製し、該細胞に投与することにより、本発明組成物はドメイ
ン特異的遺伝子展開を含む多くの用途に使用し得ることが判明する。標的核酸に
よりコードされるポリペプチドまたはタンパク質は、複数のポリヌクレオチドと
の相同性組換えを受け、多数の修飾標的核酸を生じ、それが発現して多数の修飾
タンパク質を生じる。所望の性質または表現型を有するタンパク質を発現する宿
主細胞を同定および単離するには、選択システムを採用する。例えば、もし発現
したタンパク質が酵素であるならば、修飾した酵素活性を有する細胞が同定され
る。所望の活性について、その活性を上昇または低下または修飾し得る。所望の
表現型を有するタンパク質を選択、単離し、修飾核酸を配列決定して所望の活性
をもたらす配列を同定し、かつ、その工程を必要なだけ反復繰返して所望の活性
または性質をもつタンパク質を生産する。
[0094] By producing and administering to a target host cell, it is determined that the compositions of the present invention can be used for many applications, including domain-specific gene deployment. A polypeptide or protein encoded by a target nucleic acid undergoes homologous recombination with a plurality of polynucleotides to yield a number of modified target nucleic acids, which are expressed to yield a number of modified proteins. A selection system is employed to identify and isolate host cells that express a protein having the desired properties or phenotype. For example, if the expressed protein is an enzyme, cells with modified enzymatic activity are identified. For a desired activity, the activity may be increased or decreased or modified. A protein having the desired phenotype is selected and isolated, the modified nucleic acid is sequenced to identify a sequence that provides the desired activity, and the process is repeated as necessary to obtain a protein having the desired activity or property. Produce.

【0095】 本態様および他の態様において、好ましい標的配列は、治療上または商業上適
切なタンパク質であって、例えば、これらに限定されるものではないが、酵素(
プロテアーゼ、レコンビナーゼ、リパーゼ、キナーゼ、カルボヒドラーゼ、イソ
メラーゼ、トートメラーゼ、ヌクレアーゼなど)、ホルモン、レセプター、転写
因子、成長因子、サイトカイン、グロビン遺伝子、免疫抑制遺伝子、腫瘍サプレ
ッサー、癌遺伝子、補体活性化遺伝子、乳タンパク質(カゼイン、α−ラクトア
ルブミン、β−ラクトアルブミン、ウシおよびヒト血清アルブミン)、免疫グロ
ブリン、乳タンパク質、医薬用のタンパク質やワクチンなどである。
In this and other embodiments, a preferred target sequence is a therapeutically or commercially suitable protein, such as, but not limited to, an enzyme (
Protease, recombinase, lipase, kinase, carbohydrase, isomerase, tautomerase, nuclease, etc.), hormones, receptors, transcription factors, growth factors, cytokines, globin genes, immunosuppressive genes, tumor suppressors, oncogenes, complement activating genes, Milk proteins (casein, α-lactalbumin, β-lactalbumin, bovine and human serum albumin), immunoglobulins, milk proteins, pharmaceutical proteins and vaccines.

【0096】 好ましい態様において、本発明方法は、変異核酸配列のプールまたはライブラ
リィおよび変異配列を含む細胞ライブラリィを生成するために使用する。この概
念は文献上“遺伝子シャッフリング”に幾分似ている(Stemmer et al., 1994,
Nature 370: 389参照;この文献では多数のランダム変化を同時に行うことによ
り急速に遺伝子を“展開”させることを試行している)。本発明ではこの目的が
、ランダムな誤対合、置換、挿入、欠失を含む標的用ポリヌクレオチドでの増大
した相同性組換えを少なくとも1サイクル、好ましくは反復サイクル使用するこ
とにより達成される。多くのランダム変異を含む標的用ポリヌクレオチドのライ
ブラリィを用い、かつ、相同性組換えを必要な回数繰り返すことにより、急速な
“遺伝子展開”が起こり、その際に新しい遺伝子は非常に多くの変異を含むもの
になる。
In a preferred embodiment, the method of the invention is used to generate a pool or library of variant nucleic acid sequences and a library of cells containing the variant sequences. This concept is somewhat similar to "gene shuffling" in the literature (Stemmer et al., 1994,
(See Nature 370: 389; this document attempts to "spread" genes rapidly by making multiple random changes simultaneously.) In the present invention, this object is achieved by using at least one cycle, preferably a repetitive cycle, of increased homologous recombination with the targeting polynucleotide, including random mismatches, substitutions, insertions, and deletions. By using a library of target polynucleotides containing many random mutations and repeating homologous recombination as many times as necessary, rapid “gene expansion” occurs, in which new genes are replaced by a large number of mutations Will be included.

【0097】 このように、本態様において、多数の標的用ポリヌクレオチドを使用する。各
標的用ポリヌクレオチドは、標的配列に実質的に対応するまたは実質的に相補的
である少なくとも1個の相同クランプを有する。一般に、標的用ポリヌクレオチ
ドは対となって生成する;すなわち、互いに実質的に相補的である2つの1本鎖
標的用ポリヌクレオチドの対が調製される(すなわち、ワトソン鎖およびクリッ
ク鎖)。しかし、当業者が認めるように、1:1未満のワトソン−クリック鎖を
使用し得る;例えば、1本鎖標的用ポリヌクレオチド(すなわち、ワトソン鎖)
の一方を過剰に使用し得る。好ましくは、ワトソン鎖およびクリック鎖それぞれ
を充分数で使用し、多数側の標的用ポリヌクレオチドが2本鎖のDループを形成
し得るようにするが、これは上記のように1本鎖Dループより好ましい。さらに
、この対は相補性において完全である必要はない;例えば、1本鎖標的ポリヌク
レオチド(すなわち、ワトソン鎖)の一方(誤対合を含んでいてもいなくてもよ
い)が過剰であると、非常に多くの変異体クリック鎖に対合し得るなどである。
対合のランダム性により、1本鎖標的用ポリヌクレオチドの特定対の一方または
両方は誤対合を含むことがない。しかし、一般に少なくとも一方の鎖は少なくと
も1個の誤対合を含む。
Thus, in this embodiment, a number of targeting polynucleotides are used. Each targeting polynucleotide has at least one homologous clamp that substantially corresponds to or is substantially complementary to the target sequence. Generally, targeting polynucleotides are produced in pairs; that is, two single-stranded targeting polynucleotide pairs that are substantially complementary to each other are prepared (ie, a Watson strand and a Crick strand). However, as the skilled artisan will appreciate, less than a 1: 1 Watson-Crick strand may be used; for example, a single-stranded targeting polynucleotide (ie, a Watson strand).
Can be used in excess. Preferably, a sufficient number of each of the Watson and Crick strands is used so that the majority of the targeting polynucleotides can form a double-stranded D-loop, which is a single-stranded D-loop as described above. More preferred. Further, the pair need not be perfect in complementarity; for example, if one of the single-stranded target polynucleotides (ie, the Watson strand) (which may or may not contain a mismatch) is in excess. Can pair with a very large number of mutant click chains, and so on.
Due to the randomness of the pairing, one or both specific pairs of single-stranded targeting polynucleotides do not contain mismatches. However, generally at least one strand contains at least one mismatch.

【0098】 複数の対は、好ましくは、誤対合のプールまたはライブラリィを含む。ライブ
ラリィのサイズは多くの因子に左右されるが、その因子は、当業者が認めるよう
に、変異誘発される残基数、変異に対するタンパク質の感受性などである。一般
に、この場合のライブラリィは、好ましくは、標的用ポリヌクレオチド全長にわ
たり少なくとも10%の異なる誤対合を含み、少なくとも30%の誤対合が好ま
しく、特に少なくとも40%が好ましいが、当業者が認めるように、ある場合に
はより低い(1、2、5%など)またはより高い量の誤対合が可能であり、かつ
、望ましい。すなわち、複数の対はランダムのプールを含み、好ましくは全標的
用配列のある領域または全領域にわたり誤対合を生成している。本明細書に概説
するように、“誤対合”は置換、挿入、欠失を含み、前者が好ましい。このよう
に、例えば、ある領域について一部の、または好ましくは全部の可能な誤対合に
及ぶ変性変種体標的用ポリヌクレオチドのプールは、上記のように、技術上周知
の技法を用い生成させる。好ましくはあるが必須ではないものとして、変種体標
的用ポリヌクレオチドは、それぞれ1つまたは2〜3の誤対合(10個以下)を
含み、完全な多重ランダム化を可能とする。すなわち、相同性組換え工程を何度
でも繰返すことにより、下記により詳細に説明するように、多くのプローブから
の誤対合を一本鎖標的配列に組込むことができる。
[0098] The plurality of pairs preferably comprises a mismatched pool or library. The size of a library depends on many factors, such as the number of residues to be mutagenized, the sensitivity of the protein to mutations, etc., as will be appreciated by those skilled in the art. In general, the library in this case will preferably contain at least 10% different mismatches over the entire length of the targeting polynucleotide, with at least 30% being preferred, especially at least 40% being preferred, but As will be appreciated, in some cases lower (1, 2, 5%, etc.) or higher amounts of mismatches are possible and desirable. That is, the plurality of pairs comprises a random pool and preferably generate mismatches over some or all regions of the entire targeting sequence. As outlined herein, "mismatch" includes substitutions, insertions, and deletions, with the former being preferred. Thus, for example, a pool of degenerate variant targeting polynucleotides that span some, or preferably all, possible mismatches for a region is generated using techniques well known in the art, as described above. . Preferably, but not necessarily, the variant targeting polynucleotide contains one or a few mismatches (10 or fewer) each, allowing full multiple randomization. That is, by repeating the homologous recombination step as many times as possible, mismatches from many probes can be incorporated into the single-stranded target sequence, as described in more detail below.

【0099】 誤対合は非ランダム(すなわち、標的化)またはランダムであって、偏ったラ
ンダムであってもよい。すなわち、ある場合には特異的な変化が望ましく、かく
して、標的用ポリヌクレオチドの配列が特異的に選択される。好ましい態様にお
いて、誤対合はランダムである。標的用ポリヌクレオチドは、化学的に合成可能
であり、かくして、ヌクレオチドをいずれの位置に取込んでもよい。合成法によ
って、ランダム化した核酸を生成するように設計し、核酸全長にわたって可能な
組合わせの全部または殆どの形成を可能とし、ランダム化標的用ポリヌクレオチ
ドのライブラリィを形成することができる。好ましい方法はライブラリィのサイ
ズと多様性を最大とする。
The mismatch may be non-random (ie, targeted) or random, and may be biased random. That is, in some cases, a specific change is desirable, and thus the sequence of the target polynucleotide is specifically selected. In a preferred embodiment, the mismatch is random. The targeting polynucleotide can be chemically synthesized, thus incorporating the nucleotide at any position. Synthetic methods can be designed to produce randomized nucleic acids, allowing the formation of all or most of the possible combinations over the entire length of the nucleic acid, and forming a library of polynucleotides for randomized targeting. Preferred methods maximize the size and diversity of the library.

【0100】 オリゴヌクレオチドの合成によりコードされるライブラリィ・システムにおい
ては、ペプチド構造に最終的に組込まれることとなるコドン上に完全な制御を持
ち得ないことを理解することが重要である。このことはコドンが停止信号(TA
A、TGA、TAG)をコードしている場合に特に重要である。ランダム領域と
してのNNNによる合成では、該コドンが停止コドンである確率は3/64、す
なわち4.69%である。これを軽減するために、ランダム残基をNNKとして
コードする(ただし、K=TまたはG)。これは可能性のあるアミノ酸すべての
コード化を可能とする(それらの相対的発現量をわずかに変える)が、重要なこ
とは2つの停止残基TAAおよびTGAのコード化を防止することである。
It is important to understand that in a library system encoded by oligonucleotide synthesis, there may not be complete control over the codons that will eventually be incorporated into the peptide structure. This means that the codon is a stop signal (TA
A, TGA, TAG). In the synthesis with NNN as a random region, the probability that the codon is a stop codon is 3/64, or 4.69%. To alleviate this, random residues are coded as NNK (where K = T or G). This allows the encoding of all possible amino acids (slightly altering their relative expression levels), but what is important is to prevent the encoding of the two stop residues TAA and TGA. .

【0101】 一態様においては、誤対合が十分にランダム化され、いずれの位置においても
配列の優先性または定常性がない。好ましい態様において、ライブラリィは一方
に偏っている。すなわち、配列内のある部分が定常に維持されているか、または
限られた数の可能性から選択される。例えば、好ましい態様において、ヌクレオ
チドまたはアミノ酸残基は、疎水性アミノ酸、親水性残基、立体的に偏った(小
さい場合と大きい場合のいずれかの)残基などの特定の部類内でランダム化され
、架橋のためのシステイン、SH−3ドメインのためのプロリン、リン酸化部位
のためのセリン、スレオニン、チロシン、ヒスチジンなどの創生に向けられ、ま
たはプリンに対するものなどである。
In one embodiment, the mismatches are sufficiently randomized that there is no sequence preference or constantity at any position. In a preferred embodiment, the library is skewed. That is, certain parts of the sequence are kept constant or are selected from a limited number of possibilities. For example, in a preferred embodiment, nucleotides or amino acid residues are randomized within a particular class, such as hydrophobic amino acids, hydrophilic residues, sterically biased (either small or large) residues. Cysteine for cross-linking, proline for SH-3 domains, serine for phosphorylation sites, threonine, tyrosine, histidine, etc., or for purines.

【0102】 当業者が認めるように、変種体標的用ポリヌクレオチドのプール(レコンビナ
ーゼとの組合わせにおいて)を標的配列に、すなわち、インビトロで染色体外配
列に導入すると、結果として時間の経過と共に生じる膨大な数の相同性組換え反
応に至る。すなわち、相当数の相同性組換え反応が1本鎖標的配列に起こり得て
、1本鎖標的配列内に多様な単一および多数の誤対合と、かかる変種体標的配列
のライブラリィを生じるが、その殆どが誤対合を含み、ライブラリィの他の要素
とは異なっている。このように、これは誤対合のライブラリィを生成するように
作用する。
As will be appreciated by those skilled in the art, introducing a pool of variant targeting polynucleotides (in combination with a recombinase) into a target sequence, ie, an extra-chromosomal sequence in vitro, results in a tremendous amount of time over time. Results in a high number of homologous recombination reactions. That is, a significant number of homologous recombination reactions can occur on a single-stranded target sequence, resulting in a variety of single and multiple mismatches within the single-stranded target sequence and a library of such variant target sequences. However, most of them contain mismatches and are different from other elements of the library. Thus, this acts to generate a mismatched library.

【0103】 好ましい態様において、変種体標的用ポリヌクレオチドを配列の特定の領域ま
たはドメインに対してつくる(すなわち、特定のタンパク質ドメインをコードす
るヌクレオチド配列)。例えば、生物学的に機能する異なるドメインなどに影響
を与えることなく、タンパク質結合ドメインのすべての可能な変種体ライブラリ
ィを生成させることが望ましい。このように、本発明の方法は、配列の長さによ
り制限されることのないカセット変異形成と同様に、配列の特定領域内に多数の
異なる変種体を生成させる特定用途を見出す。この概念を本明細書では場合によ
り“ドメイン特異的遺伝子展開”という。さらに、2ヶ所以上の領域をこれらの
技法により同時に変化させるこもできる;このようにして“単一ドメイン”およ
び“多重ドメイン”シャッフリングが実施し得る。適切なドメインは、これらに
限定されるものではないが、キナーゼドメイン、ヌクレオチド結合部位、DNA
結合部位、シグナル伝達ドメイン、レセプター結合ドメイン、転写活性化領域、
プロモーター、複製起点、リーダー配列、ターミネーター、局在化シグナルドメ
イン、免疫グロブリン遺伝子における相補性決定領域(CDR)、Fc、V
よびVなどである。
In a preferred embodiment, the variant targeting polynucleotide is made to a particular region or domain of the sequence (ie, a nucleotide sequence encoding a particular protein domain). For example, it is desirable to generate a library of all possible variant forms of a protein binding domain without affecting different biologically functional domains and the like. Thus, the methods of the present invention find particular use in generating a number of different variants within a particular region of a sequence, as well as cassette mutagenesis that is not limited by sequence length. This concept is sometimes referred to herein as "domain-specific gene expansion." In addition, more than one region can be changed simultaneously by these techniques; thus, "single domain" and "multiple domain" shuffling can be performed. Suitable domains include, but are not limited to, kinase domains, nucleotide binding sites, DNA
Binding site, signal transduction domain, receptor binding domain, transcription activation region,
Promoter, origin of replication, leader sequence, terminator, localization signal domain, complementarity-determining regions (CDRs) in immunoglobulin genes, Fc, VH and VL .

【0104】 好ましい態様において、変異体標的用ポリヌクレオチドは標的配列全体に対し
て作製される。この方法において、大多数の単一および複数誤対合は配列全体に
対して作製しうる。
In a preferred embodiment, a variant targeting polynucleotide is generated for the entire target sequence. In this way, the majority of single and multiple mismatches can be made for the entire sequence.

【0105】 このように、本態様は、図1および図4に一般的に示すように、以下のように
進行する。標的用ポリヌクレオチドのプールを、それぞれが1つ以上の誤対合を
含むように作製する(図では“コンビナトリアル・ドメイン特異的遺伝子展開プ
ローブ”という)。本明細書で一般的に記載するレコンビナーゼによりプローブ
を被覆し、標的配列に導入する。Dループを形成するプローブの結合に基づき、
レコンビナーゼを好ましくは除去する。これらのポリヌクレオチド:標的配列は
、次いで組換え実施可能細胞に導入し、標的タンパク質を産生させ得るが、この
タンパク質を標的配列の同定に基づき生物活性について試験し得る。その結果に
よっては、相同性組換えを反復することで、変化させた標的配列を出発標的配列
として用いることができるが、一般には同じライブラリィを用いる。好ましい態
様では少なくとも2回の相同性組換えを利用するが、好ましくは少なくとも5回
であり、特に好ましくは少なくとも10回である。再度、遂行される反復回数は
所望の終末点、タンパク質の変異に対する抵抗性または感受性、各プローブにお
ける誤対合などに左右される。
Thus, the present embodiment proceeds as follows, as generally shown in FIGS. A pool of targeting polynucleotides is created such that each contains one or more mismatches (referred to as "combinatorial domain-specific gene deployment probes" in the figure). The probe is coated with the recombinase described generally herein and introduced into the target sequence. Based on the binding of the probe forming the D loop,
The recombinase is preferably removed. These polynucleotide: target sequences can then be introduced into recombinantly operable cells to produce the target protein, which can be tested for biological activity based on the identification of the target sequence. Depending on the results, the repeated target sequence can be used as a starting target sequence by repeating homologous recombination, but generally the same library is used. In a preferred embodiment, at least two homologous recombinations are used, but preferably at least 5 times, particularly preferably at least 10 times. Again, the number of iterations performed depends on the desired end point, the resistance or susceptibility to protein mutation, the mismatch in each probe, and the like.

【0106】 好ましい対応において、標的配列は免疫グロブリンである。抗体の軽鎖および
重鎖のアミノ末端領域は、それが一緒になって抗原との結合部位およびそれらア
ミノ酸配列の可変性域を形成するが、その領域は抗原結合部位多様性の構造的基
礎を提供する。重鎖および軽鎖両方の可変領域の可変性は、大部分が各鎖におけ
る3つの小さな高頻度可変領域に限定される。フレームワーク領域として知られ
る可変領域の残りの部分は比較的一定である。高頻度可変領域はそれぞれわずか
5個ないし10個のアミノ酸からなる;これらの領域をコードするDNAの対応
する領域は、相補性決定領域またはCDRとして知られる。このように、抗体ラ
イブラリィ、例えば、抗体ファージ・ライブラリィを作製するために、重鎖およ
び軽鎖両方のCDR領域の配列を変えることができる。CDRの異なる順列組合
わせを変えて、抗体ファージ・ライブラリィに展開することができる。
In a preferred embodiment, the target sequence is an immunoglobulin. The amino-terminal regions of the antibody light and heavy chains together form the antigen-binding site and the variable region of their amino acid sequences, but that region forms the structural basis for antigen-binding site diversity. provide. The variability of both heavy and light chain variable regions is largely limited to three small hypervariable regions in each chain. The rest of the variable region, known as the framework region, is relatively constant. Hypervariable regions each consist of only 5 to 10 amino acids; the corresponding regions of the DNA encoding these regions are known as complementarity determining regions or CDRs. In this way, the sequences of both heavy and light chain CDR regions can be altered to create an antibody library, for example, an antibody phage library. Different permutation combinations of CDRs can be changed and deployed in an antibody phage library.

【0107】 好ましい態様において、標的配列は相当数の特異抗原に対する1本鎖Fvフレ
ームワークである。1本鎖Fv(scFv)はペプチドスペーサーにより連結された
免疫グロブリンのVとVドメインからなり、従って、抗体の最小抗原結合ド
メインを含む。
[0107] In a preferred embodiment, the target sequence is a single-chain Fv framework for a number of specific antigens. Single-chain Fv (scFv) consists of the VL and VH domains of an immunoglobulin linked by a peptide spacer and thus contains the minimal antigen-binding domain of an antibody.

【0108】 好ましい態様においては、抗体−ファージ融合体を標的配列として使用する。
技術上知られるように、pIIIマイナー被覆タンパク質をもつ1本鎖Fv融合体は
、ファージ表面上での抗体発現を可能とし、その場合それを抗原結合に利用し得
る。pIIIの5つのコピーがファージ表面上に発現される。従って、ファージ上
に5つのscFvを発現させることが可能である。この抗体−ファージ展示システ
ムは、すでに新規の抗体を単離するために使用されている。何らかの抗原に対す
る抗体から始めて、高い親和性の抗体を新規抗体と同様に作製し得る。
[0108] In a preferred embodiment, an antibody-phage fusion is used as the target sequence.
As is known in the art, a single-chain Fv fusion with a pIII minor coat protein allows expression of the antibody on the surface of the phage, where it can be used for antigen binding. Five copies of pIII are expressed on the phage surface. Therefore, it is possible to express five scFv on phage. This antibody-phage display system has already been used to isolate new antibodies. Starting with antibodies to any antigen, high affinity antibodies can be made as well as new antibodies.

【0109】 好ましい態様において、標的配列はβ−ラクタマーゼのコード配列である。 このように、本発明方法は、例えば、lacZおよび緑色蛍光タンパク質(GF
P)などの高次組換えレポーター遺伝子;高次抗生物質薬物抵抗性遺伝子;高次
レコンビナーゼ遺伝子;高次組換えベクター;および他の高次組換え遺伝子、お
よび例えば、免疫グロブリン、ワクチンまたは治療上の価値を有する他のタンパ
ク質などの創造に使用することができる。例えば、相当数の改変を含む標的用ポ
リヌクレオチドをタンパク質の1以上の機能的または構造的ドメインに対し作製
し、相同性組換えの産物を評価することが可能である。
In a preferred embodiment, the target sequence is a coding sequence for β-lactamase. Thus, the method of the present invention provides, for example, lacZ and green fluorescent protein (GF
Higher recombinant reporter genes such as P); higher antibiotic drug resistance genes; higher recombinase genes; higher recombinant vectors; and other higher recombinant genes, and for example, immunoglobulins, vaccines or therapeutics Can be used to create other proteins that have the value of For example, targeting polynucleotides containing a significant number of modifications can be made to one or more functional or structural domains of the protein and the products of homologous recombination can be evaluated.

【0110】 標的細胞を作製し、該細胞に投与することにより標的細胞を選抜し、標的とし
た配列の修飾を含む細胞を同定することができる。これは相当数の方法で実施し
得るが、当業者も認めるように、標的遺伝子と標的用ポリヌクレオチドに左右さ
れる。該選抜は、標的配列によっては、その表現型的、生化学的、遺伝子型的、
または他の機能的変化に基づいてもよい。さらなる態様においては、当業者も認
めるように、選択し得るマーカー類またはマーカー配列が、後の同定を容易にす
るために標的用ポリヌクレオチドに含まれていてもよい。
By preparing a target cell and administering it to the cell, the target cell can be selected and a cell containing the modification of the target sequence can be identified. This can be done in a number of ways, but as will be recognized by those skilled in the art, will depend on the target gene and the targeting polynucleotide. The selection depends on the target sequence, its phenotypic, biochemical, genotypic,
Or it may be based on other functional changes. In further embodiments, as will be appreciated by those skilled in the art, selectable markers or marker sequences may be included in the targeting polynucleotide to facilitate subsequent identification.

【0111】 好ましい態様において、本発明の組成物を含むキットを提供する。該キットは
該組成物、特に、変性cssDNAプローブのライブラリィまたはプールからなる
組成物を、レコンビナーゼ、緩衝物質、ATPなどの相当数の試薬類と共に含む
In a preferred embodiment, there is provided a kit comprising a composition of the invention. The kit includes the composition, particularly a composition comprising a library or pool of denatured cssDNA probes, along with a number of reagents such as recombinases, buffers, ATP, and the like.

【0112】 代わり得る態様において、標的用ポリヌクレオチド:標的核酸複合体はS1お
よびヤエナリ・ヌクレアーゼなどの1本鎖エンドヌクレアーゼに対する基質とし
て作用する。好ましくは、標的用ポリヌクレオチドは実質的に相補的であり、標
的核酸との2本鎖Dループを形成する。複合体の接合は事実上1本鎖であり、従
って1本鎖特異ヌクレアーゼと接合特異ヌクレアーゼに感受性である。従って、
1本鎖ヌクレアーゼにより複合体を処理すると、標的核酸によりコードされたタ
ンパク質の予定のドメインをコードする選択された領域に境界のはっきりしたニ
ックを生じる。切れ目のできた標的核酸は、標的用ポリヌクレオチドから解離し
て、インビトロPCR(Stemmer, 1994, Nature 370: 389-391)により集合しシ
ャッフルして、複数の修飾核酸をつくる。修飾した核酸は、上記のように複数の
修飾タンパク質発現のために適切な宿主細胞に導入する。本明細書に記載のよう
に選択技法を用いて、修飾タンパク質を発現する細胞を同定、単離する。この工
程は、標的化核酸をさらに展開するために必要に応じ反復繰り返す。
In an alternative embodiment, the targeting polynucleotide: target nucleic acid complex acts as a substrate for single-stranded endonucleases such as S1 and P. nuclease. Preferably, the targeting polynucleotide is substantially complementary and forms a double-stranded D loop with the target nucleic acid. The conjugation of the complex is single-stranded in nature and is therefore sensitive to single-strand-specific and conjugate-specific nucleases. Therefore,
Treatment of the complex with a single-stranded nuclease results in a well-defined nick in a selected region that encodes the intended domain of the protein encoded by the target nucleic acid. The cut target nucleic acid is dissociated from the target polynucleotide, assembled and shuffled by in vitro PCR (Stemmer, 1994, Nature 370: 389-391) to produce a plurality of modified nucleic acids. The modified nucleic acid is introduced into a suitable host cell for expression of a plurality of modified proteins as described above. Cells that express the modified protein are identified and isolated using selection techniques as described herein. This step is repeated as necessary to further develop the targeted nucleic acid.

【0113】 好ましい実施態様において、本発明の用途に、遺伝子ファミリーの新規メンバ
ーの単離がある。一般的に図1に示すように、ドメイン・フィラメント(つまり
、ビオチン、ジソキシセニンなどの精製タグまたはRecA抗体の使用などの一
つの精製法を好ましくは含有するドメイン相同性クランプ)の使用により、遺伝
子ファミリー内の新規遺伝子が同定される。一旦同定されると、新規遺伝子は、
クローン化および配列決定され得、タンパク質遺伝子生成物が精製される。当業
者によって理解されるように、新規遺伝子の機能的重要性は、タンパク質レベル
に関する機能的研究およびノックアウト動物モデルの産生を含む多くの方法で評
価される。治療的に適切な遺伝子ファミリーのドメイン配列を選択することによ
り、薬剤候補のスクリーニングに使用され得る新規標的が同定され得る。
In a preferred embodiment, the use of the present invention involves the isolation of new members of the gene family. As shown generally in FIG. 1, the use of a domain filament (ie, a domain homology clamp that preferably contains one purification method, such as the use of a purification tag such as biotin, disoxysenin or a RecA antibody) results in a gene family. New genes within are identified. Once identified, the new gene
It can be cloned and sequenced, and the protein gene product is purified. As will be appreciated by those skilled in the art, the functional significance of novel genes is assessed in a number of ways, including functional studies on protein levels and the generation of knockout animal models. By selecting therapeutically relevant gene family domain sequences, novel targets that can be used for drug candidate screening can be identified.

【0114】 従って、好ましい実施態様において、本発明は、遺伝子ファミリーの新規メン
バーを単離する方法を提供する。該方法は、ドメイン相同性クランプおよび少な
くとも一つの精製タグ、好ましくはビオチンを含む標的用ポリヌクレオチドを、
例えばプラスミドcDNAライブラリーまたは細胞などの核酸混合物に導入し、
次いで精製タグを利用して遺伝子を単離することを含む。正確な方法は、精製タ
グに依存する:好ましい方法は、タグの結合リガンドがビーズへ付着するのを利
用し、配列を取り出すのに使用する。別法として、抗RecA抗体はRecA被
覆されたプローブを捕捉するのに使用し得る。遺伝子は次いで必要ならば、当業
者に既知の方法で、クローン化、配列決定および再集合する。
Thus, in a preferred embodiment, the present invention provides a method for isolating novel members of a gene family. The method comprises providing a targeting polynucleotide comprising a domain homology clamp and at least one purification tag, preferably biotin,
For example, introduced into a nucleic acid mixture such as a plasmid cDNA library or cells,
Then, utilizing the purification tag to isolate the gene. The exact method depends on the purification tag: the preferred method utilizes the attachment of the tag's binding ligand to the beads and is used to retrieve the sequence. Alternatively, anti-RecA antibodies can be used to capture RecA-coated probes. The gene is then cloned, sequenced and reassembled, if necessary, in a manner known to those skilled in the art.

【0115】 他の好ましい実施態様において、本発明の用途に機能的な遺伝子研究における
使用があり、トランスジェニック動物の疾患モデルの産生を提供することにより
なされる。従って、例えば、相同性組換え法において使用されるHMTは、非常
に多様な関連遺伝子において非常に多様な変異を有する動物を産生し得、疾病状
態に関する表現型を含む非常に多様な表現型を潜在的にもたらす。つまり、遺伝
子ファミリーを標的することにより、ファミリーにおける1つ、2つまたは多数
の遺伝子は、いかなる特定の実験においても改変されて、非常に多様に評価され
る遺伝子型および発現型をつくる。従って、好ましい実施態様において、本発明
の組成物および方法は、変種体核酸配列のプールまたはライブラリーをつくるの
に使用される。該プールまたはライブラリーにおいて、変異は、領域をコードす
るドメイン機能的ドメイン、変種体ライブラリーを含む細胞ライブラリーおよび
変種体ライブラリーを含む動物ライブラリー内にある。
In another preferred embodiment, the use of the invention has use in functional genetic research, by providing for the production of disease models in transgenic animals. Thus, for example, HMT used in homologous recombination methods can produce animals with very diverse mutations in a wide variety of related genes and produce a very diverse phenotype, including phenotypes related to disease states. Potentially bring. That is, by targeting a gene family, one, two or many genes in the family are modified in any particular experiment to create a very diversely assessed genotype and phenotype. Thus, in a preferred embodiment, the compositions and methods of the invention are used to create a pool or library of variant nucleic acid sequences. In the pool or library, the mutations are in the domain encoding domain, functional domain, cell library including variant library and animal library including variant library.

【0116】 さらに、ドメイン標的化は、疾病のまたは変質した細胞または動物において使
用し得る;本質的に、ドメイン標的化は“復帰”遺伝子、つまり同じ遺伝子ファ
ミリー内または完全に異なる遺伝子ファミリー内のいずれかにある、異なる遺伝
子により起こる疾病状態を調節し得る遺伝子を同定するのに行われる。従って、
例えば、酵素活性の一つの型が損失すると、疾病の表現型がもたらされ、異なる
が相同的な酵素活性における変質により補われる。
In addition, domain targeting may be used in diseased or altered cells or animals; in essence, domain targeting is a “reverting” gene, either within the same gene family or a completely different gene family. To identify genes that can regulate disease states caused by different genes. Therefore,
For example, loss of one type of enzyme activity results in a disease phenotype, complemented by alterations in different but homologous enzyme activities.

【0117】 従って、一旦レコンビナーゼ標的用ポリヌクレオチド組成物を製造すると、該
組成物を標的細胞に導入または投与する。投与は、核酸の細胞への投与について
知られているように典型的に行い、当業者が理解するように、その方法は標的細
胞の選択に依存する。適切な方法には、限定しないが、微量注射、電気穿孔法、
リポフェクションなどが含まれる。本明細書の“標的細胞”とは、原核細胞また
は真核細胞を意味する。適切な原核細胞には、限定しないが、大腸菌Bacillus種
などの細菌類および高温菌類、好塩菌類などのextremophile細菌類が含まれる。
好ましくは、原核標的細胞は、組換え適性である。適切な真核細胞には、限定し
ないが、酵母菌などの真菌類およびアスペルギス属(Aspergillus)、トリコデル
マ属(Trichoderma)およびパンカビ(Neurospora)の種を含む糸状真菌類;トウモ
ロコシ、モロコシ、タバコ、カノーラ、大豆、綿、トマト、ジャガイモ、アルフ
ァルファ、ヒマワリなどの植物性細胞;および魚類、爬虫類、両生類、鳥類およ
び哺乳類などの動物性細胞が含まれる。適切な魚類細胞には、限定しないが、サ
ケ、マス、テラピア、マグロ、コイ、カレイ、オヒョウ、メカジキ、タラおよび
ゼブラダニオの種からの細胞が含まれる。適切な鳥類細胞には、限定しないが、
ニワトリ、アヒル、ウズラ、キジ、ダチョウ、七面鳥、および他の野鶏または猟
鳥などの細胞が含まれる。適切な哺乳類細胞には、限定しないが、ウマ、ウシ、
水牛、シカ、ヒツジ、ウサギ、マウス、ラット、ハムスターおよびモルモットな
どのげっ歯類、ヤギ、ブタ、霊長類、イルカ、クジラなどの海洋性哺乳類、いず
れの組織または幹細胞型のヒト細胞系などの細胞系、および多能性および非多能
性、並びに非ヒト接合体を含む幹細胞が含まれる。特定のヒト細胞には、限定し
ないが、すべての型の腫瘍細胞(特に黒色腫、骨髄性白血病、および肺、乳房、
卵巣、結腸、腎臓、前立腺、膵臓および精巣の腫瘍)、心筋細胞、内皮細胞、上
皮細胞、リンパ球(T−細胞およびB細胞)、肥満細胞、好酸球、血管内膜細胞、
肝細胞、単核白血球を含む白血球、造血、神経、皮膚、肺、腎臓、肝臓および筋
細胞の幹細胞などの幹細胞、破骨細胞、軟骨細胞および他の関連組織細胞、角化
細胞、メラニン形成細胞、肝臓細胞、腎臓細胞および脂肪細胞が含まれる。適切
な細胞にはまた、限定しないが、Jurkat T細胞、マウスLa、HT1080、
C127、Rat2、CV−1、NIH3T3細胞、CHO、COS、293細
胞などを含む既知の研究細胞が含まれる。参照、ATCC細胞系カタログ(出典
明示により本明細書の一部とする)。
Thus, once a polynucleotide composition for recombinase targeting is produced, the composition is introduced or administered to target cells. Administration is typically performed as is known for administering nucleic acids to cells, and as the skilled artisan will appreciate, the method depends on the choice of target cells. Suitable methods include, but are not limited to, microinjection, electroporation,
Lipofection and the like. As used herein, "target cell" refers to a prokaryotic or eukaryotic cell. Suitable prokaryotic cells include, but are not limited to, bacteria such as E. coli Bacillus species and extremophile bacteria such as thermophilic fungi and halophilic fungi.
Preferably, the prokaryotic target cells are recombinantly competent. Suitable eukaryotic cells include, but are not limited to, fungi such as yeast and filamentous fungi, including species of the genus Aspergillus, Trichoderma, and Neurospora; corn, sorghum, tobacco, canola Plant cells such as soybeans, cotton, tomatoes, potatoes, alfalfa, sunflowers; and animal cells such as fish, reptiles, amphibians, birds and mammals. Suitable fish cells include, but are not limited to, cells from the species salmon, trout, tilapia, tuna, carp, flounder, halibut, swordfish, cod and zebrafish. Suitable avian cells include, but are not limited to,
Includes cells such as chickens, ducks, quails, pheasants, ostriches, turkeys, and other wild birds or game birds. Suitable mammalian cells include, but are not limited to, horses, cows,
Rodents such as buffalo, deer, sheep, rabbits, mice, rats, hamsters and guinea pigs; marine mammals such as goats, pigs, primates, dolphins and whales; cells of any tissue or stem cell type human cell line Lines, and stem cells, including pluripotent and non-pluripotent, and non-human zygotes. Specific human cells include, but are not limited to, all types of tumor cells, especially melanoma, myeloid leukemia, and lung, breast,
Ovarian, colon, kidney, prostate, pancreatic and testicular tumors), cardiomyocytes, endothelial cells, epithelial cells, lymphocytes (T-cells and B cells), mast cells, eosinophils, endothelial cells,
Stem cells such as hepatocytes, leukocytes including mononuclear leukocytes, hematopoietic, neural, skin, lung, kidney, liver and muscle cells, osteoclasts, chondrocytes and other related tissue cells, keratinocytes, melanocytes , Liver cells, kidney cells and fat cells. Suitable cells also include, but are not limited to, Jurkat T cells, mouse La, HT1080,
Known research cells including C127, Rat2, CV-1, NIH3T3 cells, CHO, COS, 293 cells and the like are included. See ATCC cell line catalog (herein incorporated by reference).

【0118】 好ましい実施態様において、原核細胞は、遺伝子ファミリーメンバーを同定、
クローン化または変質するのに使用する。この実施態様において、予め選択され
た標的DNA配列は、変質について選択する。好ましくは、予め選択された標的
DNA配列は、染色体外配列内に含有される。本明細書における“染色体外配列
”とは、染色体配列または遺伝子配列から分離された配列を意味する。好ましい
染色体外配列には、プラスミド(特に、細菌性プラスミドなどの原核プラスミド)
、p1ベクター、ウイルス性ゲノム、酵母菌、細菌性および哺乳動物性人工染色
体(夫々YAC、BACおよびMAC)および、必要ではないが、他の自己複製配
列がある。本明細書に記載のように、レコンビナーゼおよび少なくとも2つの1
本鎖標的用ポリヌクレオチドは、互いに実質的に相補的であり、かつ各々が染色
体外配列上に含まれる標的配列に対して相同性クランプを含有し、好ましくはイ
ンビトロで染色体外配列に添加する。2つの1本鎖標的用ポリヌクレオチドは、
好ましくはレコンビナーゼで被覆されており、少なくとも標的用ポリヌクレオチ
ドの1つは、少なくとも1つのヌクレオチド置換、挿入または欠失を含む。標的
用ポリヌクレオチドは、次いで、染色体外配列中の標的配列に結合して、相同的
組換えをもたらし、置換、挿入または欠失を含む変質した染色体外配列を形成す
る。変質した染色体外配列は、次いで、当業者に既知の技術を用いて原核細胞に
導入する。好ましくは、レコンビナーゼは標的細胞への導入前に、当業者に既知
の技術を用いて除去する。例えば、プロテイナーゼKなどのプロテアーゼ、SD
Sなどの洗浄剤およびフェノール抽出法(フェノール:クロロフォルム:イソア
ミルアルコール抽出法を含む)で反応を処理する。これらの方法はまた真核細胞
にも使用し得る。細胞の生育を、変種核酸の発現を可能にし、変種タンパク質、
特にドメイン中に改変を有するタンパク質を形成する条件で行う。
[0118] In a preferred embodiment, the prokaryotic cell identifies a gene family member,
Used to clone or alter. In this embodiment, the preselected target DNA sequence is selected for alteration. Preferably, the preselected target DNA sequence is contained within an extrachromosomal sequence. As used herein, “extrachromosomal sequence” refers to a sequence separated from a chromosomal or gene sequence. Preferred extrachromosomal sequences include plasmids (particularly prokaryotic plasmids such as bacterial plasmids).
, P1 vector, viral genome, yeast, bacterial and mammalian artificial chromosomes (YAC, BAC and MAC, respectively) and, although not required, other self-replicating sequences. As described herein, a recombinase and at least two
The strand targeting polynucleotides are substantially complementary to each other and each contain a homology clamp to a target sequence contained on the extrachromosomal sequence, preferably added to the extrachromosomal sequence in vitro. The two single-stranded targeting polynucleotides are:
Preferably, it is coated with a recombinase and at least one of the targeting polynucleotides contains at least one nucleotide substitution, insertion or deletion. The targeting polynucleotide then binds to the target sequence in the extrachromosomal sequence, resulting in homologous recombination, forming a modified extrachromosomal sequence containing substitutions, insertions or deletions. The altered extrachromosomal sequence is then introduced into prokaryotic cells using techniques known to those skilled in the art. Preferably, the recombinase is removed using techniques known to those skilled in the art before introduction into the target cells. For example, proteases such as proteinase K, SD
Treat the reaction with a detergent such as S and a phenol extraction method (including phenol: chloroform: isoamyl alcohol extraction method). These methods can also be used on eukaryotic cells. Cell growth, allowing the expression of variant nucleic acids, variant proteins,
In particular, it is performed under conditions that form a protein having a modification in the domain.

【0119】 好ましい実施態様において、所望の表現型を有するタンパク質を選択・単離し
、修飾核酸の配列を決定して、所望の活性を作用する配列を同定する。このプロ
セスを必要に応じて反復して、所望の活性や性質を有するタンパク質をつくる。
このように、好ましい実施態様において、所望のタンパク質または表現型がみら
れるまで、本発明の方法を繰り返す。
In a preferred embodiment, proteins having the desired phenotype are selected and isolated, and the sequence of the modified nucleic acid is determined to identify sequences that exert the desired activity. This process is repeated as necessary to produce a protein having the desired activity or properties.
Thus, in a preferred embodiment, the method of the invention is repeated until the desired protein or phenotype is found.

【0120】 別法として、予め選択された標的DNA配列は染色体配列である。この実施態
様において、標的用ポリヌクレオチドとともにレコンビナーゼは、標的細胞、好
ましくは真核標的細胞に導入する。この実施態様において、核局在化シグナルを
標的用ポリヌクレオチドに(一般的には、非共有結合的に)結合させ、核における
複合体の局在化を容易にするのが望ましい。参照、例えば、Kido et al., Exper
. Cell Res. 198:107-114(1992)(出典明示により本明細書の一部とする)。標的
用ポリヌクレオチドおよびレコンビナーゼは相同的組換えをもたらし、変質した
染色体または遺伝子の配列をもたらす。
[0120] Alternatively, the preselected target DNA sequence is a chromosomal sequence. In this embodiment, the recombinase along with the targeting polynucleotide is introduced into a target cell, preferably a eukaryotic target cell. In this embodiment, it may be desirable to couple (generally non-covalently) the nuclear localization signal to the targeting polynucleotide to facilitate localization of the complex in the nucleus. See, for example, Kido et al., Exper
Cell Res. 198: 107-114 (1992), which is hereby incorporated by reference. The targeting polynucleotide and the recombinase result in homologous recombination, resulting in an altered chromosomal or gene sequence.

【0121】 好ましい実施態様において、真核細胞を使用できる。基本的には、哺乳動物細
胞を使用する。マウス、ラット、霊長類、ヒトの細胞が特に好ましい。そして、
適切な細胞型に、限定でないが、すべての型の腫瘍細胞があり、例えば、線維芽
細胞、上皮細胞(特に、黒色腫、骨髄白血球、肺、乳房、卵巣、結腸、腎、前立
腺、膵臓、精巣の癌腫)、心筋細胞、内皮細胞、上皮細胞、リンパ球(T細胞お
よびB細胞)、肥満細胞、好中球、循環内膜細胞、肝細胞、単核白血球を含む白
血球、造血、神経、皮膚、腎、肝、筋などの幹細胞(分化および非分化因子の選
別に使用)破骨細胞、軟骨細胞などの結合組織細胞、ケラチン細胞、黒色細胞、
肝細胞、腎細胞、脂肪細胞である。適当な細胞に既知の研究用細胞が含まれ、限
定でないが、JurkatT細胞、NIH3T3細胞、CHO、Cosなどがある。参
照、AYCC細胞系カタログ(出典明示により本明細書の一部とする)。
In a preferred embodiment, eukaryotic cells can be used. Basically, mammalian cells are used. Mouse, rat, primate and human cells are particularly preferred. And
Suitable cell types include, but are not limited to, all types of tumor cells, such as fibroblasts, epithelial cells (especially melanoma, bone marrow leukocytes, lung, breast, ovary, colon, kidney, prostate, pancreas, Testicular carcinoma), cardiomyocytes, endothelial cells, epithelial cells, lymphocytes (T cells and B cells), mast cells, neutrophils, circulating intimal cells, hepatocytes, leukocytes including mononuclear leukocytes, hematopoiesis, nerves, Stem cells such as skin, kidney, liver and muscle (used to select differentiation and undifferentiated factors), osteoclasts, connective tissue cells such as chondrocytes, keratinocytes, black cells,
Hepatocytes, kidney cells, and fat cells. Suitable cells include known research cells, including but not limited to Jurkat T cells, NIH3T3 cells, CHO, Cos, and the like. See, AYCC cell line catalog (herein incorporated by reference).

【0122】 トランスジェニック非ヒト動物(相同的に標的された非ヒト動物を含む)をつく
るために、胚幹細胞(ES細胞)、核転移のためのドナー細胞および受精した接合
体が好ましい。好ましい実施態様において、胚幹細胞を使用する。記載されるよ
うに(Robertson, E.J. (1987) in Teratocarcinomas and Embryonic Stem Cells
: A Practical Approach. E.J. Robertson, ed. (oxford: IRL Press), p.71-11
2; Zjilstra et al., Nature 342:435-438(1989); and Schwartzberg et al., S
cience 246:799-803(1989)、各々出典明示により本明細書の一部とする)、本来
有糸分裂的に不活性なSNL76/7細胞フィーダー層で生長するAB−1系(M
cMahon and Bradley, Cell 62: 1073-1085(1990))などのマウスES細胞は、相
同的遺伝子標的化のために使用し得る。他の適切なES系には、限定しないが、
E14系(Hooper et al. (1987) Nature 326:292-295)、D3系(Doetschman et
al. (1985) J. Embryol. Exp. Morph. 87:21-45)およびCCE系(Robertson et
al. (1986) Nature 323: 445-448)が含まれる。標的される特異的変異を有する
ES細胞からマウス系を産生し得るかは、ES細胞の多能性(つまり、一旦宿主
胞胚に注入されると、胚形成に関与し、生じる動物の生殖細胞をもたらす能力)
に依存する。
To produce transgenic non-human animals, including homologously targeted non-human animals, embryonic stem cells (ES cells), donor cells for nuclear transfer and fertilized zygotes are preferred. In a preferred embodiment, embryonic stem cells are used. As described (Robertson, EJ (1987) in Teratocarcinomas and Embryonic Stem Cells
: A Practical Approach. EJ Robertson, ed. (Oxford: IRL Press), p.71-11
2; Zjilstra et al., Nature 342: 435-438 (1989); and Schwartzberg et al., S
cience 246: 799-803 (1989), each of which is incorporated herein by reference), the AB-1 line (M
Mouse ES cells such as cMahon and Bradley, Cell 62: 1073-1085 (1990)) can be used for homologous gene targeting. Other suitable ES systems include, but are not limited to,
E14 strain (Hooper et al. (1987) Nature 326: 292-295), D3 strain (Doetschman et al.
al. (1985) J. Embryol. Exp. Morph. 87: 21-45) and the CCE system (Robertson et al.
al. (1986) Nature 323: 445-448). Whether a mouse line can be produced from ES cells with targeted specific mutations depends on the pluripotency of the ES cells (ie, once injected into the host blastocyst, participates in embryogenesis and transforms the germ cells of the resulting animal). Ability to bring)
Depends on.

【0123】 いかなる特定のES細胞系の多能性も、培養における時間と処理されるときの
注意により変わり得る。多能性について信頼し得る唯一のアッセイは、標的に使
用されるES細胞の特異的な集団が、ESゲノムの生殖系列を形質遺伝し得るキ
メラを生じ得るかどうかを測定することである。この理由から、遺伝子標的の前
に、AB−1細胞の親集団の一部をC57B1/6J胞胚に注入して、細胞が過
剰なES細胞提供を有するキメラマウスを産生し得るかどうか、およびこのキメ
ラの大部分がESゲノムを子孫に形質遺伝し得るかどうかを確かめる。
The pluripotency of any particular ES cell line can vary depending on the time in culture and the care taken when processing. The only assay that can be relied on for pluripotency is to determine whether the specific population of ES cells used for targeting can give rise to chimeras that can harbor the germline of the ES genome. For this reason, prior to gene targeting, a portion of the parental population of AB-1 cells could be injected into C57B1 / 6J blastula to determine whether the cells could produce chimeric mice with excess ES cell donation, and whether Determine if most of the chimeras can transfer the ES genome to progeny.

【0124】 好ましい実施態様において、非ヒト接合体は、例えば、当業者に既知の技術を
用いて遺伝子導入動物をつくるのに使用される(参照、米国特許第4,873,1
91号;Brinster et al., PNAS 86:7007(1989); Susulic et al., J. Biol. Ch
em. 49:29483(1995), and Cavard et al., Nucleic Acids Res. 16: 2099(1988)
、出典明示により本明細書の一部とする)。好ましい接合体には、限定しないが
、魚類、鳥類、爬虫類、両生類および哺乳類の接合体を含む動物接合体がある。
適切な魚類接合体には、限定しないが、サケ、マス、マグロ、コイ、カレイ、オ
ヒョウ、メカジキ、タラ、テラピアおよびゼブラダニオなどの種からの接合体が
含まれる。適切な鳥類接合体には、限定しないが、ニワトリ、アヒル、ウズラ、
キジ、七面鳥、および他の野鶏または猟鳥の接合体が含まれる。適切な哺乳類接
合体には、限定しないが、ウマ、ウシ、水牛、シカ、ヒツジ、ウサギ、マウス、
ラット、ハムスターおよびモルモットなどのげっ歯類、ヤギ、ブタ、霊長類、イ
ルカ、クジラなどの海洋性哺乳類からの細胞が含まれる。参照、Hogan et al.,
Manipulating the Mouse Embryo (A Laboratory Manual), 2nd Ed. Cold Spring
Harbor Press, 1994 (出典明示により本明細書の一部とする)。
In a preferred embodiment, non-human zygotes are used, for example, to create transgenic animals using techniques known to those of skill in the art (see US Pat. No. 4,873,1).
No. 91; Brinster et al., PNAS 86: 7007 (1989); Susulic et al., J. Biol. Ch.
em. 49: 29483 (1995), and Cavard et al., Nucleic Acids Res. 16: 2099 (1988)
, Incorporated herein by reference). Preferred zygotes include animal zygotes, including but not limited to fish, birds, reptiles, amphibians and mammalian zygotes.
Suitable fish zygotes include, but are not limited to, zygotes from species such as salmon, trout, tuna, carp, flounder, halibut, swordfish, cod, tilapia and zebrafish. Suitable avian zygotes include, but are not limited to, chicken, duck, quail,
Includes conjugates of pheasants, turkeys, and other wild chickens or game birds. Suitable mammalian zygotes include, but are not limited to, horses, cows, buffalo, deer, sheep, rabbits, mice,
Includes cells from rodents such as rats, hamsters and guinea pigs, marine mammals such as goats, pigs, primates, dolphins, whales and the like. See Hogan et al.,
Manipulating the Mouse Embryo (A Laboratory Manual), 2nd Ed. Cold Spring
Harbor Press, 1994 (incorporated herein by reference).

【0125】 問題のDNAセグメントを含有するベクターは、細胞宿主の型により、既知の
方法によって宿主細胞に転移し得る。例えば、リン酸カルシウム処理、電気穿孔
法、リポフェクション、微粒子銃(biolistic)またはウイルスに基づくトランス
フェクションも使用し得るが、微量注入を標的細胞に通常使用する。哺乳動物細
胞を形質転換するのに使用する他の方法には、ポリブレン、原形体融合などの使
用がある(参照、一般的に、Sambrook et al. Molecular Cloning: A Laboratory
Manual, 2d ed., 1989, Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring
Harbor, N.Y.、出典明示により本明細書の一部とする)。DNAおよび/または
レコンビナーゼで被覆した標的用ポリヌクレオチドを標的細胞、例えば、骨格細
胞または筋肉細胞へ直接注入することも利用し得る(Wolff et al. (1990) Scien
ce 247:1465、出典明示により本明細書の一部とする)。
The vector containing the DNA segment in question can be transferred to a host cell by known methods, depending on the type of cellular host. For example, calcium phosphate treatment, electroporation, lipofection, biolistic or virus-based transfection may be used, but microinjections are typically used for target cells. Other methods used to transform mammalian cells include the use of polybrene, prototypic fusion, and the like (see, generally, Sambrook et al. Molecular Cloning: A Laboratory
Manual, 2d ed., 1989, Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring
Harbor, NY, incorporated herein by reference). Direct injection of DNA and / or recombinase-coated targeting polynucleotides into target cells, eg, skeletal or muscle cells, may also be used (Wolff et al. (1990) Scien
ce 247: 1465, incorporated herein by reference.)

【0126】 好ましい実施態様において、前駆動物または前駆細胞はすでに、疾患対立遺伝
子を含有する。本明細書において使用するように、用語“疾患対立遺伝子”とは
、認識可能な疾患を発生し得る遺伝子の対立遺伝子を意味する。疾患対立遺伝子
は、優性または劣性であり、直接、または特異的な遺伝子背景または予め存在す
る病理的状態とともに存在するとき、疾患を生じ得る。疾患対立遺伝子は、遺伝
子プールに存在し得るか、または体細胞性変異により個体において新たに産生さ
れ得る。例えば、限定ではなく、疾患対立遺伝子には:活性化腫瘍遺伝子、鎌状
赤血球貧血対立遺伝子、ティ(Tay-Sachs)対立遺伝子、嚢胞性線維症対立遺伝子
、レッシュ−ナイハン対立遺伝子、網膜芽種感受性対立遺伝子、ファブリー病対
立遺伝子、ハンチントン舞踏病対立遺伝子およびxenoderma pigmentosa対立遺伝
子がある。本明細書において使用するように、疾患対立遺伝子は、ヒト疾患に関
する対立遺伝子と認識の獣医学疾患に関する対立遺伝子との両方を包含する。例
えば、北アメリカ人における嚢胞性線維症に関連のヒト疾患対立遺伝子における
ΔF508 CFTR対立遺伝子。
In a preferred embodiment, the progenitor animal or progenitor cell already contains a disease allele. As used herein, the term “disease allele” refers to an allele of a gene that can produce a recognizable disease. Disease alleles are dominant or recessive and can cause disease, either directly or when present with a specific genetic background or pre-existing pathological condition. Disease alleles may be present in the gene pool or may be newly produced in an individual by somatic mutation. For example, without limitation, disease alleles include: activating oncogene, sickle cell anemia allele, Tay-Sachs allele, cystic fibrosis allele, Resh-Nyhan allele, retinoblastoma susceptibility There are alleles, Fabry disease alleles, Huntington's disease allele, and xenoderma pigmentosa allele. As used herein, disease alleles include both alleles for human diseases and alleles for cognitive veterinary diseases. For example, the ΔF508 CFTR allele in human disease alleles associated with cystic fibrosis in North Americans.

【0127】 一旦、製造され標的細胞に投与されると、遺伝子ファミリーの新規メンバーは
、本明細書に記載のように単離し得る。
Once produced and administered to target cells, new members of the gene family can be isolated as described herein.

【0128】 別法として、標的細胞は、スクリーニングし、標的されたドメインの機能的ド
メイン配列修飾を含有する細胞を同定する。これは、当業者によって理解される
ように、多くの方法でなし得、標的遺伝子および標的用ポリヌクレオチドに依存
する。スクリーニングは、表現型、生化学的、遺伝子型または他の機能的変化に
基づき、標的配列に依存する。例えば、IgEレベルは、炎症または喘息につい
て評価する;血管緊張または血圧は、高血圧について評価し、行動スクリーニン
グは神経性作用についてなし、リポタンパク質プロフィールは心臓血管効果につ
いてスクリーニングし;分泌分子は内分泌方法について評価し;CBCは血液学
研究について評価する。さらなる実施態様において、当業者に理解されるように
、選択可能なマーカーおよびマーカー配列は、標的用ポリヌクレオチドに含まれ
、後の同定を容易にする。
[0128] Alternatively, target cells are screened to identify cells that contain functional domain sequence modifications of the targeted domain. This can be done in many ways, as will be appreciated by those skilled in the art, depending on the target gene and the targeting polynucleotide. Screening is based on phenotype, biochemical, genotype or other functional change and is dependent on the target sequence. For example, IgE levels are assessed for inflammation or asthma; vascular tone or blood pressure is assessed for hypertension, behavioral screening is not for neurological effects, lipoprotein profiles are screened for cardiovascular effects; secreted molecules are for endocrine methods. Evaluate; CBC evaluates for hematology studies. In further embodiments, selectable markers and marker sequences are included in the targeting polynucleotide to facilitate later identification, as will be appreciated by those skilled in the art.

【0129】 好ましい実施態様において、本発明の組成物を含むキットを提供する。キット
には、組成物、特に変性cssDNAプローブのライブラリーまたはプールの組
成物を、レコンビナーゼ、緩衝物質、塩、ATPなどを含む多くの試薬または緩
衝物とともに含む。
In a preferred embodiment, there is provided a kit comprising the composition of the invention. The kit includes the composition, particularly a library or pool of denatured cssDNA probes, along with a number of reagents or buffers, including recombinases, buffers, salts, ATP, and the like.

【0130】 本発明の広い範囲は、下記の実施例を参照にもっともよく理解し得る。下記実
施例は、いかなる方法においても本発明を制限するものではない。本明細書に引
用する全ての特許、特許出願、公表文献は、出典明示により本明細書の一部とす
る。
The broad scope of the present invention can be best understood by reference to the following examples. The following examples do not limit the invention in any way. All patents, patent applications, and published references cited herein are hereby incorporated by reference.

【0131】 実施例: 実施例1 βラクタマーゼのドメイン特異的遺伝子の展開 本研究に用いた核タンパク質フィラメントプローブは、RecAタンパク質で
被覆した20〜200塩基対の小さいDNAオリゴヌクレオチドライブラリィか
ら成る。オリゴヌクレオチドのライブラリィは、アンピシリンのβラクタム環の
開裂を触媒するβラクタマーゼドメインとハイブリダイズする相同性クランプで
挟まれたランダム配列の領域を含む。オリゴヌクレオチドのライブラリィを標準
的な固相方法で合成し、6%の変性ポリアクリルアミドゲル上での電気泳動で精
製する。プローブを、標準的な32P法および/またはビオチンによって末端ラ
ベルする。1本鎖DNAのRecAタンパク質への付加により、核タンパク質フ
ィラメントを形成する(各ヌクレオチド3に対してRecA分子1の割合におい
て)。この方法については、Sena and Zarling. 1993. Nature Genet. 3:365-372
を参照のこと。フィラメントの形成を、0.8%のアガロースゲル中でのバンド
シフト検定によってモニターする。この検定において、アデノシン5'-三リン酸
(ATPγS)の存在下で形成した核タンパク質フィラメントは、被覆を施さない
ssDNAと比べてコンパクトな低速のバンドをアガロースゲルでつくる。
Examples: Example 1 Development of β-lactamase domain-specific genes The nucleoprotein filament probes used in this study consisted of a small DNA oligonucleotide library of 20-200 base pairs coated with RecA protein. Oligonucleotide libraries contain regions of random sequence flanked by homology clamps that hybridize to a β-lactamase domain that catalyzes the cleavage of the β-lactam ring of ampicillin. Oligonucleotide libraries are synthesized by standard solid phase methods and purified by electrophoresis on a 6% denaturing polyacrylamide gel. The probes are end-labeled by standard 32 P methods and / or biotin. The addition of single-stranded DNA to the RecA protein forms a nucleoprotein filament (at a ratio of 1 RecA molecule to 3 nucleotides). This method is described in Sena and Zarling. 1993. Nature Genet. 3: 365-372.
checking ... Filament formation is monitored by band shift assay in a 0.8% agarose gel. In this assay, adenosine 5'-triphosphate
Nucleoprotein filaments formed in the presence of (ATPγS) produce a slower band on an agarose gel that is more compact than uncoated ssDNA.

【0132】 組換えハイブリッドの形成を標準的な方法でモニターする(Golub et al. 1992
. Nucl. Acids. Res. 20:3121-3125; Golub et al. 1993. PNAS USA 90:7186-71
91; Belotserkovskii et al. 1998; Hsieh et al. 1992. PNAS USA 89:6492-6
496; Sena & Zarling, 1993)。プローブ標的ハイブリッド形成のために、核フィ
ラメントを標的DNAと混合し、次に37℃で1時間インキュベートする。SD
Sの付加で混合物のタンパク質を除去し、アガロースゲル上における電気泳動に
よって、遊離プローブおよびプラスミドからハイブリッド(プローブ−標的複合
体)を分離する。その産生物を、化学発光あるいはオートラジオグラフィーによ
って視覚化する。制限酵素の消化および転写に対する耐性は、ハイブリド形成の
指標であり(Hsieh et al. 1992)、ハイブリッド形成の質的および量的両方の評
価に使用する。
The formation of recombinant hybrids is monitored by standard methods (Golub et al. 1992
Nucl. Acids. Res. 20: 3121-3125; Golub et al. 1993. PNAS USA 90: 7186-71.
91; Belotserkovskii et al. 1998; Hsieh et al. 1992. PNAS USA 89: 6492-6.
496; Sena & Zarling, 1993). For probe-target hybridization, the nuclear filament is mixed with the target DNA and then incubated at 37 ° C. for 1 hour. SD
The protein of the mixture is removed by the addition of S and the hybrid (probe-target complex) is separated from the free probe and plasmid by electrophoresis on an agarose gel. The product is visualized by chemiluminescence or autoradiography. Resistance to restriction enzyme digestion and transcription is an indicator of hybrid formation (Hsieh et al. 1992) and is used for both qualitative and quantitative assessment of hybridization.

【0133】 ハイブリド複合体を、ゲルから抽出し、アムピシリン感受性を有するRecA
陽性大腸菌鎖(例えばBB4)に電気穿孔法により導入する。βラクタマーゼ活性
が増加した組換え体は、アムピシリン50mg/ml〜500mg/mlを有する
平板培養にまず入れて選択すると、活性βラクタマーゼの増加を示す。耐性の増
加を示す個々のコロニーにおけるプラスミドを、精製して、次の変異形成および
展開に供する。各回の選択におけるプラスミドを、変異(展開)細胞から単離し、
標準的方法により配列を決定し、変異の位置および数について特徴解明をする。
The hybrid conjugate was extracted from the gel and treated with ampicillin-sensitive RecA.
It is introduced into a positive E. coli chain (for example, BB4) by electroporation. Recombinants with increased β-lactamase activity show an increase in active β-lactamase when first placed in plating with ampicillin 50 mg / ml to 500 mg / ml and selected. Plasmids in individual colonies that show increased resistance are purified and subjected to subsequent mutagenesis and expansion. The plasmid in each round of selection was isolated from the mutated (developed) cells,
Sequences are determined by standard methods and characterized for the location and number of mutations.

【0134】 実施例2 ボツリヌス神経毒抗体のドメイン特異的遺伝子の展開 1本鎖Fv(scFv)は、ペプチドスペーサーでリンクした免疫グロブリンの
およびVドメインから成り、したがって、抗体の最小抗原結合ドメインを
含む。scFvとファージのplllマイナー被覆タンパク質との融合タンパク質
は、抗原が結合し得るファージの表面上におけるscFvの発現を可能にする。
5個のコピーのplllがファージの表面に発現し、したがって、ファージ粒子1個
につき5個までのscFvが発現し得る(Barbas et al. PNAS USA 89:4457-4461
; Zebedee et al.1992. PNAS USA 89:3175-3179; Burton et al. 1991. PNAS US
A 88:10134-10137)。
Example 2 Development of Domain-Specific Genes for Botulinum Neurotoxin Antibodies Single-chain Fv (scFv) consists of immunoglobulin VL and VH domains linked by a peptide spacer, thus minimizing antigen binding of the antibody Including domain. A fusion protein of the scFv and the phage plll minor coat protein allows expression of the scFv on the surface of the phage to which the antigen can bind.
Five copies of plll are expressed on the surface of the phage, and therefore up to five scFvs can be expressed per phage particle (Barbas et al. PNAS USA 89: 4457-4461).
; Zebedee et al. 1992. PNAS USA 89: 3175-3179; Burton et al. 1991. PNAS US
A 88: 10134-10137).

【0135】 ファージ抗体システムから新規の抗体を産生するために、熱不活性ボツリヌス
毒でマウスを免疫体にする。これらのマウスから採取した脾臓細胞を、免疫グロ
ブリンcDNAに逆転写し得る免疫グロブリンmDNAの素材として使用する。
cDNAの抗体VおよびVドメインをPCRによって単離し、適切なオリゴ
ヌクレオチドリンカーといっしょにscFv構築体中につなぎ、plll枠にリン
クしたscFv融合タンパク質ライブラリィをつくる(Pharmacia, Piscataway,
NJ)。scFvファージライブラリィをスクリーンして、不活性ボツリヌス神経
毒と結合するファージを選択する。
To generate new antibodies from the phage antibody system, mice are immunized with a heat-inactive botulinum toxin. Spleen cells collected from these mice are used as a source of immunoglobulin mDNA that can be reverse transcribed into immunoglobulin cDNA.
The antibody VL and VH domains of the cDNA are isolated by PCR and spliced together with the appropriate oligonucleotide linkers into a scFv construct to create a scFv fusion protein library linked to a plll frame (Pharmacia, Piscataway,
NJ). The scFv phage library is screened to select phage that bind to the inactive botulinum neurotoxin.

【0136】 scFVの親和性をより高く展開させるために、プローブを合成して、軽鎖お
よび重鎖CDR標的にする。それぞれのプローブは、対応するCDRに対して変
性しているが、 相同クランプに対する枠組み領域と相同である配列を有する(図
8)。プローブをRecAと結合し、実施例1で説明したように核タンパク質フ
ィラメントを形成せしめる。フィラメントを精製scFvファージミドDNAに
ハイブリドし、ハイブリド複合体をつくる。複合体を組換能の大腸菌株(例えば
BB4)中に形質転換して、鎖交換を可能にする。細菌をヘルパーファージで形
質転換して、変異形成または展開のCDR領域を含有するscFvファージミド
を集め包括する。
To develop the affinity of the scFV, probes are synthesized and targeted to light and heavy chain CDRs. Each probe has a sequence that is degenerate for the corresponding CDR, but homologous to the framework region for the homology clamp (FIG. 8). The probe is conjugated to RecA and forms a nucleoprotein filament as described in Example 1. The filament is hybridized to the purified scFv phagemid DNA to form a hybrid complex. The complex is transformed into a recombinant E. coli strain (eg, BB4) to allow strand exchange. Bacteria are transformed with helper phage to collect and encompass the scFv phagemid containing the mutagenized or expanded CDR regions.

【0137】 各回の展開の後に、scFvを有するファージを、ボツリヌス神経毒との親和
結合増加についてスクリーンする。高親和性scFVを有するファージの選択を
、結合状態のイオン強度および/または温度を連続的に増加すること、および解
離定数を測定することにより行う。この手順を繰り返して抗体ファージライブラ
リィを展開する。変異形成を反復した後に、最も強くボツリヌス毒と結合したフ
ァージを選択する。
After each round of development, phage with scFv are screened for increased affinity binding with botulinum neurotoxin. Selection of phage with high affinity scFV is performed by continuously increasing the ionic strength and / or temperature of the bound state and measuring the dissociation constant. This procedure is repeated to develop an antibody phage library. After repeated mutagenesis, the phage that binds the botulinum toxin most strongly are selected.

【0138】 実施例3 バチルス芽胞に対する抗体のドメイン特異的遺伝子の展開 炭疽菌の抗原性成分、炭疽病の病因菌に対するワクチン接種は効果が乏しくて
、長期の免疫性が得られていない。毒性型の炭疽菌は、αポリペプチド-D-グル
タミン酸(最も天然のアミノ酸はL型である)のカプセル型抗原体を含む。このカ
プセル中のDグルタミン酸ポリペプチドの存在は、炭疽菌のマクロファージ食細
胞活動を阻害することにより、免疫応答についての効果的な機能をなくしてしま
う。グラム陽性細菌(例えば炭疽菌)もまた細胞壁組成物としてテイコイル酸を含
む。炭疽病の予防および治療のための組成物を開発するために、Dグルタミン酸
のαポリペプチドおよびテイコイル酸に対する反応性について、抗体ファージラ
イブラリィをスクリーンする。これらのscFvクローンを保有するファージの
配列を決定して、CDRおよび枠領域を明確にする。プローブを誘導配列に基づ
いて合成し、テイコイル酸あるいはDグルタミン酸に対して軽鎖および重鎖sc
FvのCDR領域を標的化する。CDR領域標的ハイブリドを、上記のとおり、
組換え頻度の高い大腸菌内におけるヘルパーファージで形質転換し、包括および
発現を可能にする。非展開scFvファージ除去するスクリーンの後に、ライブ
ラリィ展開の手順を反復する。前記の方法で(Mayforth, 1993)、両特異的抗体の
構築のために、展開したscFvを使用する。この両特異的抗体の抗原結合部位
の1つのアームはテイコイル酸特異的であり、その他のアームはαポリペプチド
-D-グルタミン酸特異的である。
Example 3 Development of Domain-Specific Genes of Antibodies to Bacillus Spores Vaccination against the antigenic component of Bacillus anthracis, the etiological agent of B. anthracis, is poorly effective and does not provide long-term immunity. The virulent form of Bacillus anthracis comprises a capsule antigenic form of α-polypeptide-D-glutamic acid (the most natural amino acid is L-type). The presence of the D-glutamate polypeptide in this capsule renders the macrophage phagocytic activity of Bacillus anthracis ineffective, thereby abolishing its effective function for the immune response. Gram-positive bacteria (eg, Bacillus anthracis) also contain teichoic acid as a cell wall composition. To develop a composition for the prevention and treatment of anthrax, an antibody phage library is screened for reactivity of D-glutamic acid to the α-polypeptide and teichoic acid. The sequence of the phage carrying these scFv clones is determined to define the CDR and frame regions. Probes were synthesized based on the inducible sequence and the light and heavy chains sc for tecoyl or D-glutamic acid
Targets the CDR regions of the Fv. The CDR region target hybrid is
Transformation with helper phage in E. coli with high recombination frequency allows for entrapment and expression. After the screen to remove unexpanded scFv phage, the procedure for library evolution is repeated. In the manner described above (Mayforth, 1993), the developed scFv is used for the construction of bispecific antibodies. One arm of the antigen-binding site of the bispecific antibody is taylcoic acid-specific, and the other arm is an alpha polypeptide.
-Specific for D-glutamic acid.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 レコンビナーゼ仲介相補性1本鎖DNA標的化(cssDNAま
たは標的用ポリヌクレオチド)によるドメイン特異的遺伝子展開(DSGE)を
示す。
FIG. 1 shows domain-specific gene development (DSGE) by recombinase-mediated complementary single-stranded DNA targeting (cssDNA or targeting polynucleotide).

【図2】 自然遺伝子標的化アッセイ(二重Dループ形成)を示す。FIG. 2 shows a natural gene targeting assay (double D loop formation).

【図3A】 図3Aは、細菌でのプローブ標的ハイブリド高揚相同性組換え
を示す。パネルA:パネルBで使用するEHRアッセイについての模式図である
FIG. 3A shows probe target hybrid upregulated homologous recombination in bacteria. Panel A: Schematic for the EHR assay used in Panel B.

【図3B】 図3Bは、細菌でのプローブ標的ハイブリド高揚相同性組換え
を示す。パネルB:大腸菌でのcssDNAプローブ:標的ハイブリドの高揚相
同性組換え(EHR)についてのデータを示す。
FIG. 3B shows probe target hybrid upregulated homologous recombination in bacteria. Panel B: cssDNA probe in E. coli: data for enhanced homologous recombination (EHR) of target hybrids.

【図4】 DSGE DNAプローブの設計を示す。FIG. 4 shows the design of a DSGE DNA probe.

【図5】 scFvのCDR領域をボツリナム・ノイロトキシンに展開する
ための標的用ポリヌクレオチドを示す。
FIG. 5 shows a targeting polynucleotide for expanding the CDR region of scFv into botulinum neurotoxin.

【図6】 DSGEによる1本鎖scFv抗体ファージ・ライブラリィ展開
における工程のフロー・チャートを示す。
FIG. 6 shows a flow chart of steps in developing a single-chain scFv antibody phage library by DSGE.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (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,GW,ML, MR,NE,SN,TD,TG),AP(GH,GM,K E,LS,MW,SD,SL,SZ,UG,ZW),E A(AM,AZ,BY,KG,KZ,MD,RU,TJ ,TM),AE,AL,AM,AT,AU,AZ,BA ,BB,BG,BR,BY,CA,CH,CN,CU, CZ,DE,DK,EE,ES,FI,GB,GD,G E,GH,GM,HR,HU,ID,IL,IN,IS ,JP,KE,KG,KP,KR,KZ,LC,LK, LR,LS,LT,LU,LV,MD,MG,MK,M N,MW,MX,NO,NZ,PL,PT,RO,RU ,SD,SE,SG,SI,SK,SL,TJ,TM, TR,TT,UA,UG,UZ,VN,YU,ZA,Z W (72)発明者 グルチャラン・レディ アメリカ合衆国94063カリフォルニア州レ ッドウッド・シティ、マーシャル・ストリ ート1405番、アパートメント・ナンバー 510 (72)発明者 スシュマ・パティ アメリカ合衆国94024カリフォルニア州ロ ス・アルトス、アンバー・レイン816番 Fターム(参考) 4B024 AA01 AA20 BA80 CA01 CA04 CA07 CA09 CA11 DA02 DA05 DA11 EA03 EA04 GA11 GA25 HA01 4B064 AG01 CA01 CA19 CC24 DA01──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of front page (81) Designated country EP (AT, BE, CH, CY, DE, DK, ES, FI, FR, GB, GR, IE, IT, LU, MC, NL, PT, SE ), OA (BF, BJ, CF, CG, CI, CM, GA, GN, GW, ML, MR, NE, SN, TD, TG), AP (GH, GM, KE, LS, MW, SD, SL, SZ, UG, ZW), EA (AM, AZ, BY, KG, KZ, MD, RU, TJ, TM), AE, AL, AM, AT, AU, AZ, BA, BB, BG, BR , BY, CA, CH, CN, CU, CZ, DE, DK, EE, ES, FI, GB, GD, GE, GH, GM, HR, HU, ID, IL, IN, IS , JP, KE, KG, KP, KR, KZ, LC, LK, LR, LS, LT, LU, LV, MD, MG, MK, MN, MW, MX, NO, NZ, PL, PT, RO, RU, SD, SE, SG, SI, SK, SL, TJ, TM, TR, TT, UA, UG, UZ, VN, YU, ZA, ZW (72) Inventor Gurucharan Lady United States 94063 Redwood, California・ City, Marshall Street 1405, Apartment Number 510 (72) Inventor Susma Patty 94024 Los Angeles, CA, United States Amber Lane 816 F-Term (Reference) 4B024 AA01 AA20 BA80 CA01 CA04 CA07 CA09 CA11 DA02 DA05 DA11 EA03 EA04 GA11 GA25 HA01 4B064 AG01 CA01 CA19 CC24 DA01

Claims (24)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 所望のアミノ酸配列をコードする標的核酸配列のドメイン特
異的遺伝子の展開方法であって、複数の対の1本鎖標的用ポリヌクレオチドを提
供し、この対は互いに実質的に相補的なものであり、かつ各々は該タンパク質の
ドメインをコードする該標的核酸配列の予定した配列に実質的に対応するか、実
質的に相補的である相同クランプを含むものであり、該複数の対が該標的用ポリ
ヌクレオチドと該配列との誤対合のライブラリィおよびレコンビナーゼを含み、
改変された標的核酸配列のライブラリィを形成することを含む方法。
1. A method for developing a domain-specific gene of a target nucleic acid sequence encoding a desired amino acid sequence, comprising providing a plurality of pairs of single-stranded targeting polynucleotides, the pairs being substantially complementary to each other. And each comprising a homologous clamp that substantially corresponds to or is substantially complementary to a predetermined sequence of the target nucleic acid sequence encoding a domain of the protein; The pair comprises a library of mismatches between the targeting polynucleotide and the sequence and a recombinase,
A method comprising forming a library of modified target nucleic acid sequences.
【請求項2】 さらに、第2の複数の対の1本鎖標的用ポリヌクレオチドを
同時または後に提供し、この対は互いに実質的に相補的なものであり、該第1の
複数のポリヌクレオチドに実質的に相補的でないものであり、かつ各々は該タン
パク質の第2ドメインをコードする該標的核酸配列の予定した第2配列に実質的
に対応するか、実質的に相補的である第2相同クランプを含むものであり、該第
2の複数の対が該標的用ポリヌクレオチドと該第2配列との誤対合のライブラリ
ィおよびレコンビナーゼを含み、改変された標的核酸配列のライブラリィを形成
することを含む、請求項1の方法。
2. The method of claim 1, further comprising providing a second plurality of pairs of single-stranded targeting polynucleotides, either simultaneously or subsequently, wherein said pairs are substantially complementary to each other. And each substantially corresponds to or is substantially complementary to a predetermined second sequence of the target nucleic acid sequence encoding a second domain of the protein. A homologous clamp, wherein the second plurality of pairs comprises a library of mismatches between the targeting polynucleotide and the second sequence and a recombinase to form a library of modified target nucleic acid sequences. 2. The method of claim 1, comprising:
【請求項3】 ドメイン特異的遺伝子の展開方法であって、下記: a)所望のアミノ酸配列をコードする標的核酸と、対の1本鎖標的用ポリヌクレ
オチド(この対は互いに実質的に相補的なものであり、かつ各々は該タンパク質
のドメインをコードする該標的核酸配列の予定した配列に実質的に対応するか、
実質的に相補的である相同クランプを含む)およびレコンビナーゼとを結合して
、組換え中間体を形成し; b)該中間体を1本鎖エクソヌクレアーゼまたは連結特異的ヌクレアーゼに接触
せしめて、切断または開放末端の標的核酸を形成し; c)該切断または開放末端の標的核酸を再会合し組換えて、改変された標的核酸
配列のライブラリィをつくる; ことを含む方法。
3. A method for developing a domain-specific gene, comprising: a) a target nucleic acid encoding a desired amino acid sequence and a pair of single-stranded targeting polynucleotides, wherein the pair is substantially complementary to each other. And each substantially corresponds to a predetermined sequence of said target nucleic acid sequence encoding a domain of said protein,
(Including a homologous clamp that is substantially complementary) and a recombinase to form a recombinant intermediate; b) contacting the intermediate with a single-stranded exonuclease or a ligation-specific nuclease to cleave Or forming an open-ended target nucleic acid; c) re-assembling and recombining the truncated or open-ended target nucleic acid to create a library of modified target nucleic acid sequences.
【請求項4】 さらに、下記: d)所望の該アミノ酸配列をコードする該標的核酸と、第2の対の1本鎖標的用
ポリヌクレオチド(この対は互いに実質的に相補的なものであり、該第1のポリ
ヌクレオチドに実質的に相補的でないものであり、かつ各々は該タンパク質の第
2ドメインをコードする該核酸の予定した第2配列に実質的に対応するか、実質
的に相補的である相同クランプを含む)およびレコンビナーゼとを結合して、組
換え中間体を形成し; e)該中間体を1本鎖エクソヌクレアーゼまたは連結特異的ヌクレアーゼに接触
せしめて、切断または開放末端の標的核酸を形成し; f)該切断または開放末端の標的核酸を再会合し組換えて、改変された標的核酸
配列のライブラリィをつくる; ことを含む、請求項3の方法。
4. In addition, d) the target nucleic acid encoding the desired amino acid sequence and a second pair of single-stranded targeting polynucleotides, wherein the pair is substantially complementary to each other. , Which are not substantially complementary to the first polynucleotide, and each substantially correspond to or are substantially complementary to a predetermined second sequence of the nucleic acid encoding a second domain of the protein. A homologous clamp) and a recombinase to form a recombinant intermediate; e) contacting the intermediate with a single-stranded exonuclease or a ligation-specific nuclease to generate a cut or open-ended 4. The method of claim 3, comprising forming a target nucleic acid; f) re-assembling and recombining the truncated or open-ended target nucleic acid to create a library of modified target nucleic acid sequences.
【請求項5】 外部染色体配列における予め選択した標的核酸配列の変種核
酸配列のプールをつくる方法であって、下記: a)該外部染色体配列に、少なくとも1つのレコンビナーゼおよび複数の対の1
本鎖標的用ポリヌクレオチド(この対は互いに実質的に相補的なものであり、か
つ各々は予め選択した標的核酸配列に実質的に対応するか、実質的に相補的であ
る相同クランプを含むものであり、該複数の対が該標的用ポリヌクレオチドと該
標的核酸配列との誤対合のライブラリィを含む)を加え、改変された外部染色体
配列のライブラリィを形成し; b)改変された外部染色体配列の該ライブラリィについて工程a)を反復する;
ことを含む方法。
5. A method for creating a pool of variant nucleic acid sequences of a preselected target nucleic acid sequence in an external chromosomal sequence, comprising: a) the external chromosomal sequence comprising at least one recombinase and one of a plurality of pairs.
A single-stranded targeting polynucleotide, wherein the pair is substantially complementary to each other and each comprises a homologous clamp that substantially corresponds to or is substantially complementary to a preselected target nucleic acid sequence Wherein the plurality of pairs comprises a library of mismatches between the targeting polynucleotide and the target nucleic acid sequence to form a library of modified external chromosomal sequences; b) the modified Repeating step a) for said library of external chromosomal sequences;
A method that includes:
【請求項6】さらに、下記: d)該外部染色体配列に、少なくとも1つのレコンビナーゼおよび第2の複数の
対の1本鎖標的用ポリヌクレオチド(この対は互いに実質的に相補的なものであ
り、該第1の複数のポリヌクレオチドに実質的に相補的でないものであり、かつ
各々は第2の予め選択した標的核酸配列に実質的に対応するか、実質的に相補的
である相同クランプを含むものであり、該第2の複数の対が該標的用ポリヌクレ
オチドと該第2標的核酸配列との誤対合のライブラリィを含む)を同時的または
継続的に加え、改変された外部染色体配列のライブラリィを形成し; e)改変された外部染色体配列の該ライブラリィについて工程d)を反復する;
ことを含む、請求項5の方法。
6. The method of claim 6, further comprising: d) adding at least one recombinase and a second plurality of single-stranded targeting polynucleotides to the external chromosomal sequence, wherein the pairs are substantially complementary to each other. A homologous clamp that is not substantially complementary to the first plurality of polynucleotides, and each substantially corresponds to or is substantially complementary to a second preselected target nucleic acid sequence. Wherein said second plurality of pairs comprises a library of mismatches between said targeting polynucleotide and said second target nucleic acid sequence, simultaneously or continuously, and wherein said modified external chromosome Forming a library of sequences; e) repeating step d) for said library of modified external chromosomal sequences;
6. The method of claim 5, comprising:
【請求項7】 染色体配列における予め選択した標的核酸配列の変種核酸配
列のプールをつくる方法であって、下記: a)該染色体配列に、少なくとも1つのレコンビナーゼおよび複数の対の1本鎖
標的用ポリヌクレオチド(この対は互いに実質的に相補的なものであり、かつ各
々は予め選択した標的核酸配列に実質的に対応するか、実質的に相補的である相
同クランプを含むものであり、該複数の対が該標的用ポリヌクレオチドと該標的
核酸配列との誤対合のライブラリィを含む)を加え、改変された染色体配列のラ
イブラリィを形成し; b)改変された外部染色体配列の該ライブラリィについて工程a)を反復する;
ことを含む方法。
7. A method for creating a pool of variant nucleic acid sequences of a preselected target nucleic acid sequence in a chromosomal sequence, comprising: a) providing said chromosomal sequence with at least one recombinase and a plurality of pairs of single-stranded targets. A polynucleotide (the pair is substantially complementary to each other and each comprises a homologous clamp that substantially corresponds to or is substantially complementary to a preselected target nucleic acid sequence; A plurality of pairs, including a library of mismatches between the targeting polynucleotide and the target nucleic acid sequence) to form a library of modified chromosomal sequences; Repeating step a) for the library;
A method that includes:
【請求項8】さらに、下記: d)該染色体配列に、少なくとも1つのレコンビナーゼおよび第2の複数の対の
1本鎖標的用ポリヌクレオチド(この対は互いに実質的に相補的なものであり、
該第1の複数のポリヌクレオチドに実質的に相補的でないものであり、かつ各々
は第2の予め選択した標的核酸配列に実質的に対応するか、実質的に相補的であ
る相同クランプを含むものであり、該第2の複数の対が該標的用ポリヌクレオチ
ドと該第2標的核酸配列との誤対合のライブラリィを含む)を同時的または継続
的に加え、改変された染色体配列のライブラリィを形成し; e)改変された染色体配列の該ライブラリィについて工程d)を反復する; ことを含む、請求項7の方法。
8. The method of claim 1, further comprising: d) adding to said chromosomal sequence at least one recombinase and a second plurality of single-stranded targeting polynucleotides, wherein said pairs are substantially complementary to each other;
A homologous clamp that is not substantially complementary to the first plurality of polynucleotides, and each substantially corresponds to or is substantially complementary to a second preselected target nucleic acid sequence. Wherein the second plurality of pairs comprises a library of mismatches between the targeting polynucleotide and the second target nucleic acid sequence, simultaneously or continuously, and wherein the modified chromosomal sequence 8. The method of claim 7, comprising forming a library; e) repeating step d) for said library of modified chromosomal sequences.
【請求項9】 改変された標的核酸配列の該ライブラリィについて該方法を
反復することをさらに含む、請求項1、2、3または4の方法。
9. The method of claim 1, 2, 3, or 4, further comprising repeating the method on the library of modified target nucleic acid sequences.
【請求項10】 改変された標的核酸配列の該ライブラリィを細胞中に導入
して、変種核酸配列を含む細胞ライブラリィを形成することをさらに含む、請求
項1、2、3、4、5、6、7または8の方法。
10. The method of claim 1, further comprising introducing said library of modified target nucleic acid sequences into a cell to form a cell library comprising a variant nucleic acid sequence. , 6, 7 or 8.
【請求項11】 改変された標的核酸配列の該ライブラリィを発現して、変
種アミノ酸配列のプールをつくることをさらに含む、請求項10の方法。
11. The method of claim 10, further comprising expressing said library of modified target nucleic acid sequences to create a pool of variant amino acid sequences.
【請求項12】 所望の活性を有する改変された標的核酸配列を含む細胞を
選択することをさらに含む、請求項10または11の方法。
12. The method of claim 10 or 11, further comprising selecting cells that contain the modified target nucleic acid sequence having the desired activity.
【請求項13】 所望の表現型を有する改変された標的核酸配列を含む細胞
を選択することをさらに含む、請求項10または11の方法。
13. The method of claim 10 or 11, further comprising selecting cells containing the modified target nucleic acid sequence having a desired phenotype.
【請求項14】 変種アミノ酸配列の該プールを選択することをさらに含む
、請求項11の方法。
14. The method of claim 11, further comprising selecting said pool of variant amino acid sequences.
【請求項15】 該レコンビナーゼが該導入前に除去される、請求項10、
11、12または13の方法。
15. The method of claim 10, wherein said recombinase is removed prior to said introduction.
The method of 11, 12 or 13.
【請求項16】 該細胞が真核細胞である、請求項1、2、3、4、5、6
、7、8、9、10、11、12、13、14または15の方法。
16. The method according to claim 1, wherein said cells are eukaryotic cells.
, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, or 15.
【請求項17】 該細胞が原核細胞である、請求項1、2、3、4、5、6
、7、8、9、10、11、12、13、14または15の方法。
17. The method of claim 1,2,3,4,5,6, wherein said cells are prokaryotic cells.
, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, or 15.
【請求項18】 該標的用ポリヌクレオチドが該レコンビナーゼで被覆され
ている、請求項1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13
、14、15,16または17の方法。
18. The method of claim 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13 wherein the targeting polynucleotide is coated with the recombinase.
, 14, 15, 16 or 17.
【請求項19】 該レコンビナーゼが1種の原核性細胞レコンビナーゼであ
る、請求項1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、1
4、15,16、17または18の方法。
19. The recombinase of claim 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,1 wherein the recombinase is a prokaryotic recombinase.
The method of 4, 15, 16, 17 or 18.
【請求項20】 該レコンビナーゼが1種の真核性細胞レコンビナーゼであ
る、請求項1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、1
4、15,16、17または18の方法。
20. The recombinase of claim 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,1 wherein the recombinase is one eukaryotic cell recombinase.
The method of 4, 15, 16, 17 or 18.
【請求項21】 変種アミノ酸配列が複数のアミノ酸置換を含む、請求項1
1の方法。
21. The variant amino acid sequence comprises a plurality of amino acid substitutions.
Method 1.
【請求項22】 少なくとも1つの該相補性1本鎖核酸が化学置換基をさら
に含む、請求項1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13
、14、15,16、17、18、19、20または21の方法。
22. The method of claim 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13 wherein at least one said complementary single-stranded nucleic acid further comprises a chemical substituent.
, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20 or 21.
【請求項23】 標的アミノ酸配列が相補性決定領域を含む、請求項1、2
、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15,16、
17、18、19、20、21または22の方法。
23. The method of claim 1, wherein the target amino acid sequence comprises a complementarity determining region.
3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16,
The method of 17, 18, 19, 20, 21, or 22.
【請求項24】 該標的核酸配列が発現ベクターを含む、請求項1、2、3
、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15,16、17
、18、19、20、21、22または23の方法。
24. The method according to claim 1, wherein said target nucleic acid sequence comprises an expression vector.
, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17
, 18, 19, 20, 21, 22, or 23.
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