JP2004166596A - Zaq gene-modified animal - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a model animal useful for screening a medicine for preventing/treating various kinds of diseases caused by deletion of ZAQ. <P>SOLUTION: The ZAQ gene expression-insufficient nonhuman mammal is the animal having the ZAQ gene inactivated by a reporter gene. The method for screening the medicine for preventing/treating the various kinds of the diseases caused by the deletion of the ZAQ uses the nonhuman mammal. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ZAQ遺伝子が不活性化された非ヒト哺乳動物の胚幹細胞、ZAQ遺伝子発現不全非ヒト哺乳動物、それらを用いるスクリーニング方法およびそのスクリーニングによって得られうる予防・治療薬などに関する。
【0002】
【従来の技術】
遺伝子工学技術の進歩並びにその基礎となる分子生物学の知識の急激な蓄積により、遺伝子を人為的に操作し、さらに動物個体へ導入することが可能となった(非特許文献1)。例えば、元来その生物に備わっていない外来性の遺伝形質を人為的に付加したり、あるいは生物が持っている内在性の遺伝形質の発現を抑制する方法が開発され、これらの方法を利用して様々な遺伝形質が導入された動物が作出され、トランスジェニック動物として報告されている。
このようなトランスジェニック動物は、これまで株化細胞や初代培養細胞などの体外培養細胞を用いていたために得られる知見が限られていた遺伝子の機能解析について、個体レベルでの研究を可能とするので、遺伝子工学等の技術によって単離され、クローン化された様々な遺伝子の機能を明らかにする上で重要である。特に、クローン化された遺伝子の生物体内での生理学的機能の解析や遺伝子疾患のモデル系としてこのトランスジェニック動物を利用した実験や研究が盛んになってきている。
【0003】
胚幹細胞(Embryonic stem cell:以下、ES細胞と略記する)は、受精後の初期胚である胚盤胞の内部に存在する内部細胞塊から樹立され、未分化状態を保ったまま増殖、培養可能な細胞株である。この細胞は生体のあらゆる種類の細胞に分化することができる多分化能(全能性)を有しており、正常初期胚に注入すると胚体の形成に参加してキメラ動物を形成することができる。
この性質を利用して、様々な遺伝子変異動物の作出が試みられてきた。その歴史は1981年のEvans及びKaufmanによるES細胞の樹立(非特許文献2)に始まり、BradleyらによるESキメラマウスの作出(非特許文献3)により研究が本格化された。さらにThomas及びCapecchiによるES細胞の相同組換え(非特許文献4)、Kollerらのグループなど3組の研究グループによるES細胞形質のGerm line Transmissionの成功(非特許文献5)、遺伝子欠損マウスの作出などと研究が急速に進展した。
現在までに樹立が報告されているES細胞としては、Evans及びKaufmanのEK細胞(前記非特許文献2)の他に、DoetschmanのES−D3細胞(非特許文献6)、RobertsonのCCE細胞(非特許文献7)、Ledermann及びBurkiのBL/6III細胞(非特許文献8)等があるが、これらの大部分が129系のマウスより樹立されたものである。
【0004】
このようなES細胞を用いて作出された遺伝子発現不全動物としては、(1)Hooper等(非特許文献9)及びKnehn等(非特許文献10)の自然突然変異ES細胞を用いたHPRT遺伝子欠損マウス、(2)Donehower等(非特許文献11)の癌抑制遺伝子の一つであるp53を欠失したp53欠失マウス、(3)Zijlstra等(非特許文献12)のβ2ミクログロブリン遺伝子変異マウス、(4)免疫疾患モデルマウスの一つであるSinkai等(非特許文献13)のRAG−2(V(D)J recombination activation gene)変異マウス、(5)Glimcher等(非特許文献14)及びCosgrove等(非特許文献15)のMHC class II変異マウス、(6)発生・発育関連疾患モデルマウスの一つとしてMacMahon等(非特許文献16)のint−1遺伝子欠損マウス及び(7)Soriano等(非特許文献17)の大理石病様症状を呈するsrc欠損マウスがそれぞれ報告されている。
【0005】
非特許文献18には、マウス由来のGPR73(ZAQ1)が記載されている。
特許文献1には、マウス由来のmI5E(ZAQ2)が記載されている。
特許文献2には、ラット由来のZAQ1およびZAQ2が記載されている。
【0006】
【特許文献1】
国際公開第98/46620号パンフレット
【特許文献2】
国際公開第02/16607号パンフレット
【非特許文献1】
ゴードン・J.W.(Gordon, J.W.)ら,プロシーディングズ・オブ・ナショナル・アカデミー・オブ・サイエンシーズ・ユーエスエー(Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.),米国,1980年,第77巻,p.7380−7384
【非特許文献2】
エバンス・M.J.(Evans M.J.)及びカウフマン・M.H.(Kaufman M.H.),ネイチャー(Nature),英国,1981年,第292巻,p.154−156
【非特許文献3】
ネイチャー(Nature),英国,1984年,第309巻,p.255
【非特許文献4】
セル(Cell),米国,1987年,第51巻,p.503
【非特許文献5】
プロシーディングズ・オブ・ナショナル・アカデミー・オブ・サイエンシーズ・ユーエスエー(Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.),米国,1989年,第86巻,p.8927
【非特許文献6】
ジャーナル・オブ・エンブリオロジー・アンド・エクスペリメンタル・モルフォロジー(J. Embryol. Exp. Molphol.),英国,1981年,第87巻,p.27
【非特許文献7】
ネイチャー(Nature),英国,1986年,第323巻,p.445
【非特許文献8】
エクスペリメンタル・セル・リサーチ(Exp. Cell Res.),米国,1991年,第197巻,p.254頁
【非特許文献9】
ネイチャー(Nature),英国,1987年,第326巻,p.292
【非特許文献10】
ネイチャー(Nature),英国,1987年,第326巻,p.295
【非特許文献11】
ネイチャー(Nature),英国,1992年,第356巻,p.215
【非特許文献12】
ネイチャー(Nature),英国,1990年,第344巻,p.742
【非特許文献13】
セル(Cell),米国,1992年,第68巻,p.855
【非特許文献14】
サイエンス(Science),米国,1991年,第253巻,p.1417
【非特許文献15】
セル(Cell),米国,1991年,第66巻,p.1051
【非特許文献16】
セル(Cell),米国,1990年,第62巻,p.1073
【非特許文献17】
セル(Cell),米国,1991年,第64巻,p.693
【非特許文献18】
バイオキミカ・バイオフィジカ・アクタ(Biochim. Biophys. Acta),蘭国,2000年,第1491巻,p.369−375
【0007】
しかし、ZAQの生体内における機能および作用機序については、さらに解明すべき点が数多く残されている。ZAQの生体における作用を解明していくうえで、ZAQを全く産生しない、ないしは少量しか産生しないようなZAQ遺伝子発現不全動物のモデルは必須のものとして渇望されているが、現時点において、このような動物モデルは作出されていない。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、ZAQ遺伝子が不活性化された非ヒト動物ES細胞の作製に成功すれば、ZAQ遺伝子発現不全非ヒト動物を作出することができる。そして、得られるZAQ遺伝子発現不全非ヒト動物は、ZAQにより誘導され得る種々の生物活性を欠失するため、ZAQの生物活性の不活性化を原因とする疾病のモデルとなり、これらの疾病の原因究明および治療法の検討が可能となる。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記の課題に鑑み、鋭意研究を重ねた結果、ZAQ遺伝子発現不全非ヒト動物を作出することに成功し、さらに研究を行なった結果、本発明を完成するに至った。
即ち本発明は、
[1] ZAQ遺伝子が不活性化された哺乳動物胚幹細胞、
[2] 薬剤耐性である上記[1]記載の胚幹細胞、
[3] 薬剤がネオマイシンである上記[2]記載の胚幹細胞、
[4] レポーター遺伝子の挿入によりZAQ遺伝子が不活性化された上記[1]記載の胚幹細胞、
[5] レポーター遺伝子がlacZ遺伝子である上記[4]記載の胚幹細胞、
[6] 哺乳動物がマウスである上記[1]記載の胚幹細胞、
[7] ZAQ遺伝子が配列番号:2、配列番号:4、配列番号:5、配列番号:7または配列番号:9で表わされる塩基配列を含有する遺伝子である上記[1]記載の胚幹細胞、
[8] ZAQ遺伝子発現不全非ヒト哺乳動物、
[9] レポーター遺伝子の挿入によりZAQ遺伝子が不活性化された上記[8]記載の動物、
[10] レポーター遺伝子がZAQ遺伝子に対するプロモーターの制御下にある上記[9]記載の動物、
[11] 非ヒト哺乳動物がマウスである上記[8]記載の動物、
[12] ZAQ遺伝子が配列番号:2、配列番号:4、配列番号:5、配列番号:7または配列番号:9で表わされる塩基配列を含有する遺伝子である上記[8]記載の動物、
[13] 対応するZAQ遺伝子発現動物と比較して、
▲1▼雌動物において、過排卵処理によって安定的に受精卵が取得できない、および/または
▲2▼受精卵を培養した場合、初期胚の発生率が少ない、
という表現型を有する上記[8]〜[12]のいずれかに記載の動物、
[14] 上記[8]記載の動物もしくはその組織またはそれらに由来する細胞を用いることを特徴とする消化器疾患、内分泌疾患、性腺疾患、がん、免疫不全または神経疾患の予防・治療物質のスクリーニング方法、
[15] 上記[8]記載の動物もしくはその組織またはそれらに由来する細胞に試験化合物を投与することを特徴とする上記[14]記載のスクリーニング方法、
[16] 上記[14]または[15]記載のスクリーニング方法により得られる消化器疾患、内分泌疾患、性腺疾患、がん、免疫不全または神経疾患の予防・治療物質、
[17] 上記[16]記載の予防・治療物質を含有してなる消化器疾患、内分泌疾患、性腺疾患、がん、免疫不全または神経疾患の予防・治療剤、
[18] 上記[8]記載の動物と他の病態モデル動物との交配によって生じる病態モデル動物、
[19] 上記[8]記載の動物に対する薬剤誘発またはストレス負荷によって生じる病態モデル動物、
[20] 上記[18]記載の動物に対する薬剤誘発またはストレス負荷によって生じる病態モデル動物、
[21] 上記[18]〜[20]のいずれかに記載の動物もしくはその組織またはそれらに由来する細胞を用いることを特徴とする消化器疾患、内分泌疾患、性腺疾患、がん、免疫不全または神経疾患の予防・治療物質のスクリーニング方法、
[22] 上記[18]〜[20]のいずれかに記載の動物もしくはその組織またはそれらに由来する細胞に試験化合物を投与することを特徴とする消化器疾患、内分泌疾患、性腺疾患、がん、免疫不全または神経疾患の予防・治療物質のスクリーニング方法、
[23] 上記[21]または[22]記載のスクリーニング方法により得られる消化器疾患、内分泌疾患、性腺疾患、がん、免疫不全または神経疾患の予防・治療物質、
[24] 上記[23]記載の予防・治療物質を含有してなる消化器疾患、内分泌疾患、性腺疾患、がん、免疫不全または神経疾患の予防・治療剤、
[25] 上記[10]記載の動物に、試験化合物を投与し、レポーター遺伝子の発現を検出することを特徴とするZAQ遺伝子に対するプロモーター活性を促進または阻害する化合物またはその塩のスクリーニング方法、
[26] 上記[25]記載のスクリーニング方法で得られうるZAQ遺伝子に対するプロモーター活性を促進または阻害する化合物またはその塩、
[27] 上記[25]記載のスクリーニング方法で得られうるZAQ遺伝子に対するプロモーター活性を促進する化合物またはその塩を含有してなる消化器疾患、内分泌疾患、性腺疾患、がん、免疫不全または神経疾患の予防・治療剤、および
[28] 上記[25]記載のスクリーニング方法で得られうるZAQ遺伝子に対するプロモーター活性を阻害する化合物またはその塩を含有してなる消化器疾患、内分泌疾患、性腺疾患、がん、免疫不全または神経疾患の予防・治療剤等を提供する。
【0010】
【発明の実施の形態】
〔ZAQ遺伝子発現不活性哺乳動物ES細胞〕
ZAQとしては、ZAQ1、ZAQ2などが挙げられる。
ZAQ1遺伝子としては、例えば、
(1)配列番号:1で表わされるアミノ酸配列を含有するマウスZAQ1をコードする、配列番号:2で表わされる塩基配列を含有するマウスZAQ1遺伝子(ゲノムDNA)、
(2)配列番号:3で表わされるアミノ酸配列を含有するラットZAQ1をコードする、配列番号:4で表わされる塩基配列を含有するラットZAQ1遺伝子(cDNA)(前記特許文献2)、
(3)配列番号:1で表わされるアミノ酸配列を含有するマウスGPR73(ZAQ1)をコードする、配列番号:5で表わされる塩基配列を含有するマウスGPR73(ZAQ1)遺伝子(cDNA)(前記非特許文献18)などが用いられる。
ZAQ2遺伝子としては、例えば、
(1)配列番号:6で表わされるアミノ酸配列を含有するラットZAQ2をコードする、配列番号:7で表わされる塩基配列を含有するラットZAQ2遺伝子(cDNA)(前記特許文献2)、
(2)配列番号:8で表わされるアミノ酸配列を含有するマウスmI5E(ZAQ2)をコードする、配列番号:9で表わされる塩基配列を含有するマウスmI5E(ZAQ2)遺伝子(cDNA)(前記特許文献1)などが用いられる。
【0011】
ZAQ遺伝子が不活性化された哺乳動物ES細胞とは、哺乳動物ES細胞が有するZAQ遺伝子に人為的に変異を加えることにより、遺伝子の発現能を抑制するか、もしくは該遺伝子がコードしているZAQの活性を実質的に喪失させることにより、遺伝子が実質的にZAQの発現能を有さない不活性化された(以下、本発明のノックアウト遺伝子と称することがある)哺乳動物のES細胞をいう。
本明細書中、ES細胞の材料とする哺乳動物としては、例えば、ヒト、ウシ、ブタ、ヒツジ、ヤギ、ウサギ、イヌ、ネコ、モルモット、ハムスター、マウス、ラットなどが用いられる。
また、本明細書中、非ヒト動物としては、ZAQ遺伝子を有するヒト以外の動物ならば、いかなる動物でもよいが、非ヒト哺乳動物が好ましい。非ヒト哺乳動物としては、例えば、ウシ、ブタ、ヒツジ、ヤギ、ウサギ、イヌ、ネコ、モルモット、ハムスター、マウス、ラットなどが用いられる。非ヒト哺乳動物のなかでも、病態動物モデル系の作製の面から個体発生および生物サイクルが比較的短く、また繁殖が容易なゲッ歯動物、とりわけマウス(例えば純系として、C57BL/6系統,DBA2系統など、交雑系として、B6C3F系統,BDF系統,B6D2F系統,BALB/c系統,ICR系統など(なかでも好ましくは、純系として、C57BL/6系統など、交雑系として、BDF系統またはICR系統など))またはラット(例えば、Wistar,SDなど)などが特に好ましい。
【0012】
ZAQ遺伝子に人為的に変異を加える方法としては、例えば、遺伝子工学的手法により該遺伝子配列の一部又は全部の削除、もしくは他遺伝子の挿入または置換があげられる。これらの変異により、例えば、コドンの読み取り枠をずらすか、プロモーターあるいはエキソンの機能を破壊することにより本発明のノックアウト遺伝子を作製することができる。
ZAQ遺伝子が不活性化された哺乳動物(好ましくは、非ヒト哺乳動物)ES細胞(以下、ZAQ遺伝子不活性化ES細胞またはノックアウトES細胞と略記する)の具体例としては、例えば、薬剤耐性遺伝子(例えば、ネオマイシン耐性遺伝子、ハイグロマイシン耐性遺伝子またはゼオシン耐性遺伝子など、好ましくは、ネオマイシン耐性遺伝子など)、あるいはレポーター遺伝子(例えば、lacZ(大腸菌β−ガラクトシダーゼ遺伝子)、cat(クロラムフェニコールアセチルトランスフェラーゼ遺伝子)、GUS(β−グルクロニダーゼ遺伝子)、ルシフェラーゼ遺伝子、エクオリン遺伝子、タウマリン遺伝子、GFP(Green Fluorescent Protein)遺伝子など、好ましくは、lacZなど)等を挿入することによりZAQ遺伝子のエキソンの機能を破壊するか、あるいはエキソン間のイントロン部分に遺伝子の転写を終結させるDNA配列(例えば、polyA付加シグナルなど)を挿入し、完全なmRNAを合成できなくすることによって、結果的に遺伝子を破壊するように構築したDNA配列を有するDNAベクター(以下、ターゲティングベクターと略記する)を作製する。レポーター遺伝子を挿入してエキソンの機能を破壊する場合、該レポーター遺伝子は、ZAQプロモーターの制御下で発現するように挿入することが好ましい。
上記「薬剤耐性遺伝子」とは、抗生物質などの薬剤耐性に関与する遺伝子を示し、導入される遺伝子が細胞において発現したか否かを選抜するマーカーとして利用される。
また、上記「レポーター遺伝子」とは、遺伝子発現の指標になる遺伝子群のことを示し、通常、発光反応や呈色反応を触媒する酵素の構造遺伝子が利用されることが多く、▲1▼遺伝的背景がないもの、▲2▼遺伝子発現を定量的に行える高感度の方法があるもの、▲3▼形質転換細胞への影響が少ないもの、▲4▼発現部位の局在性が示されるものなどが好ましく用いられる(植物細胞工学、第2巻、第721頁、1990)。また、上記の「薬剤耐性遺伝子」なども同じ目的で使用されるが、「レポーター遺伝子」は、単に導入される遺伝子が細胞において発現したかどうかだけではなく、どの組織でいつ発現したかを調べることができ、しかも定量的に発現量を正確に調べることができるものである。
さらに、ターゲティングベクターを、例えば、相同組換え法により該動物の染色体に導入し、得られたES細胞についてZAQ遺伝子上あるいはその近傍のDNA配列をプローブとしたサザンハイブリダイゼーション解析あるいはターゲティングベクター上のDNA配列とターゲティングベクター作製に使用したZAQ遺伝子以外の近傍領域のDNA配列をプライマーとしたPCR法により解析し、本発明のノックアウトES細胞を選別することができる。
上記のターゲティングベクターとしては、例えば、大腸菌由来のプラスミド(例、pBR322,pBR325,pUC12,pUC13など)、枯草菌由来のプラスミド(例、pUB110,pTB5,pC194など)、酵母由来のプラスミド(例、pSH19,pSH15など)、λファージなどのバクテリオファージ、モロニー白血病ウイルスなどのレトロウイルス、ワクシニアウイルスまたはアデノウイルスベクター、バキュロウイルス、ウシ乳頭腫ウイルス、ヘルペスウイルス群からのウイルス、またはエプスタイン・バー・ウイルスなどの動物ウイルスなどが用いられる。
【0013】
また、相同組換え法等によりZAQ遺伝子を不活性化させる元のES細胞としては、例えば、前述のような既に樹立されたものを用いてもよく、また公知のEvansとKaufmanの方法に準じて新しく樹立したものでもよい。例えば、マウスのES細胞の場合、現在、一般的には129系のES細胞が使用されているが、免疫学的背景がはっきりしていないので、これに代わる純系で免疫学的に遺伝的背景が明らかなES細胞を取得するなどの目的で、例えば、C57BL/6マウスやC57BL/6の採卵数の少なさをDBA/2との交雑により改善したBDFマウス(C57BL/6とDBA/2とのF)を用いて樹立したものなども良好に用いうる。BDFマウスは、採卵数が多く、かつ、卵が丈夫であるという利点に加えて、C57BL/6マウスを遺伝的背景に持つので、これを用いて得られたES細胞は病態モデルマウスを作出したとき、C57BL/6マウスと戻し交配することでその遺伝的背景をC57BL/6マウスに代えることが可能である点で有利に用い得る。
また、ES細胞を樹立する場合、一般には受精後3.5日目の胚盤胞を使用するが、これ以外に8細胞期胚(受精後2.5日目頃の8細胞期胚が好ましい)を採卵し胚盤胞まで培養して用いることにより効率よく多数の初期胚を取得することができる。
【0014】
また第二次セレクションは、G−バンディング法による染色体数の確認等により行なうことができる。得られるES細胞の染色体数は正常数の100%が望ましいが、樹立の際、物理的操作等の関係上困難な場合は、ES細胞の遺伝子をノックアウトした後、正常細胞(例えばマウスでは染色体数が2n=40である細胞)に再びクローニングすることが望ましい。
このようにして得られたES細胞株は、通常その増殖性は大変良いが、個体発生できる能力を失いやすいので、注意深く継代培養することが必要である。例えば、STO繊維芽細胞のような適当なフィーダー細胞上でLIF(1−10000U/ml)存在下に炭酸ガス培養器内(好ましくは、5%炭酸ガス、95%空気または5%酸素、5%炭酸ガス、90%空気)、約37℃で培養するなどの方法で培養し、継代時には、例えば、トリプシン/EDTA溶液(通常0.001−0.5%トリプシン/0.1−5mM EDTA、好ましくは約0.1%トリプシン/1mM EDTA)処理により単細胞化し、新たに用意したフィーダー細胞上に播種する方法などがとられる。このような継代は、通常1−3日毎に行なうが、この際に細胞の観察を行い、形態的に異常な細胞が見受けられた場合は、その培養細胞は放棄することが望まれる。
ES細胞は、適当な条件により、高密度に至るまで単層培養するか、または細胞集塊を形成するまで浮遊培養することにより、頭頂筋、内臓筋、心筋など、種々の細胞に分化させることが可能であり〔M. J. Evans及びM. H. Kaufman, ネイチャー(Nature)第292巻、154頁、1981年;G. R. Martin プロシーディングス・オブ・ナショナル・アカデミー・オブ・サイエンス・ユーエスエー(Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.)第78巻、7634頁、1981年;T. C. Doetschman ら、ジャーナル・オブ・エンブリオロジー・アンド・エクスペリメンタル・モルフォロジー、第87巻、27頁、1985年〕、本発明のES細胞を分化させて得られるZAQ遺伝子発現不全細胞は、in vitroにおけるZAQの細胞生物学的検討において有用である。
また、ES細胞を保存する場合には、適当な凍結用培地(例えば、10%DMSO、10%牛胎児血清を含むダルベッコ変法イーグル培地(DMEM)などを用いて、約−80℃以下で凍結保存する。
【0015】
本発明のZAQ遺伝子発現不全非ヒト動物(以下、遺伝子発現不全非ヒト動物と称す場合がある)とは、例えば、前記のZAQ遺伝子が不活性化された哺乳動物ES細胞由来の細胞を用いて遺伝子工学的に作出されたものであり、例えば、生殖細胞および体細胞に胚形成初期に不活性化ZAQ遺伝子配列を導入された非ヒト動物である。
該非ヒト動物としては、前記と同様のものが用いられる。
ZAQ遺伝子をノックアウトさせるには、前記のターゲティングベクターを非ヒト動物ES細胞または非ヒト動物卵細胞に公知の方法(例えば、エレクトロポレーション法、マイクロインジェクション法、リン酸カルシウム法、リポフェクション法、凝集法、パーティクルガン法、DEAE−デキストラン法など)によって導入し(好ましい導入法としては、ES細胞に導入する場合にはエレクトロポレーション法、卵細胞に導入する場合にはマイクロインジェクション法などがあげられる)、ターゲティングベクターの不活性化されたZAQ遺伝子配列を相同組換えにより、非ヒト動物ES細胞または非ヒト動物卵細胞の染色体上のZAQ遺伝子と入れ換えることにより行うことができる。
ZAQ遺伝子がノックアウトされた細胞は、ZAQ遺伝子上またはその近傍のDNA配列をプローブとしたサザンハイブリダイゼーション解析またはターゲティングベクター上のDNA配列と、ターゲティングベクターに使用したZAQ遺伝子近傍領域のDNA配列とをプライマーとしたPCR法による解析で判定することができる。
非ヒト動物ES細胞を用いた場合は、相同組換えにより、ZAQ遺伝子が不活性化された細胞株をクローニングし、その細胞を胚形成の初期の適当な時期、例えば、8細胞期の非ヒト動物胚または胚盤胞に注入し(注入法)、またはZAQ遺伝子が不活性化されたES細胞塊を2個の8細胞期胚ではさみ込む(集合キメラ法)ことにより作製したキメラ胚を偽妊娠させた該非ヒト動物の子宮に移植する。
作出された動物は正常なZAQ遺伝子座をもつ細胞と人為的に変異したZAQ遺伝子座をもつ細胞との両者から構成されるキメラ動物である。
該キメラ動物の生殖細胞の一部が変異したZAQ遺伝子座をもつ場合、このようなキメラ個体と正常個体を交配することにより得られた個体群より、全ての組織が人為的に変異を加えたZAQ遺伝子座をもつ細胞で構成された個体を、例えば、コートカラーの判定等により選別することにより得られる。このようにして得られた個体は、通常、ZAQヘテロ発現不全個体であり、ZAQヘテロ発現不全個体同志を交配し、それらの産仔からZAQホモ発現不全個体を得ることができる。
卵細胞を使用する場合は、例えば、卵細胞核内にマイクロインジェクション法で遺伝子溶液を注入することによりターゲティングベクターを染色体内に導入したトランスジェニック非ヒト動物を得ることができ、これらのトランスジェニック非ヒト動物を比較することにより、相同組換えによりZAQ遺伝子座に変異のあるものを選択することにより得られる。
ZAQ遺伝子発現不全非ヒト動物は、該動物のmRNA量を公知の方法を用いて測定して間接的にその発現量を比較することにより、正常動物と区別することが可能である。
【0016】
このようにしてZAQ遺伝子がノックアウトされている個体は、交配により得られた動物個体も該遺伝子がノックアウトされていることを確認して通常の飼育環境で飼育継代を行なうことができる。
さらに、生殖系列の取得および保持についても常法に従って行うことができる。即ち、該不活化遺伝子配列を保有する雌雄の動物を交配することにより、該不活化遺伝子配列を相同染色体の両方に持つホモザイゴート動物を取得することができる。得られたホモザイゴート動物は、母親動物に対して、正常個体1,ホモザイゴート複数になるような状態で飼育することにより効率的に得ることができる。ヘテロザイゴート動物の雌雄を交配することにより、該不活化遺伝子配列を有するホモザイゴートおよびヘテロザイゴート動物を繁殖継代することができる。このようにして得られた該不活化遺伝子配列を有する動物の子孫も本発明のZAQ遺伝子発現不全非ヒト動物に含まれる。
本発明のZAQ遺伝子発現不全非ヒト動物は、以下のような表現型を示す。
(1)雌動物において、過排卵処理によって安定的に受精卵が取得できない。
(2)受精卵を培養した場合、初期胚の発生率が少ない。
このようにZAQ遺伝子が不活性化された哺乳動物ES細胞は、ZAQ遺伝子発現不全非ヒト動物を作出する上で、非常に有用である。また、ZAQ遺伝子発現不全非ヒト動物、該動物に対する薬剤誘発あるいはストレス負荷によって生じる病態モデル動物、ZAQ遺伝子発現不全非ヒト動物と他の病態モデル動物との交配によって生じるより良い病態モデル動物、ZAQ遺伝子発現不全非ヒト動物と他の病態モデル動物との交配によって生じる病態モデル動物に対する薬剤誘発あるいはストレス負荷によって生じる病態モデル動物およびZAQ遺伝子発現不全非ヒト動物と他の病態モデル動物を用いた骨髄移植動物、もしくはそれらの組織またはそれらに由来する細胞は、ZAQの欠損に起因する疾病、例えば、ZAQにより誘導され得る種々の生物活性の欠失に基づく、ZAQの生物活性の不活性化に起因する疾病(例えば、消化器疾患(例えば、腸炎、下痢、便秘、吸収不良性症候群など)、内分泌疾患、性腺疾患、がん、免疫不全または神経疾患)のより良いモデルとなり得るので、これらの疾病の原因究明及び治療法の検討に有用である。ここで、他の病態モデル動物としては、例えば、血液細胞側のみの遺伝子発現の欠損あるいは上昇に限局させた骨髄移植を用いたモデルマウスも挙げられる[Linton, M. F., et al., Science 267: 1034−1037 (1995) ]。骨髄移植マウスは遺伝子機能の変化が限局されることで、より適した病態モデル動物となる可能性を秘めている。例えば、上記されたZAQ遺伝子発現不全非ヒト動物から得られた病態モデル動物をドナー動物として、その骨髄を採取し、あらかじめ放射線照射で骨髄を破壊した他のレシピエント動物に移植したマウス、あるいは、他の病態モデル動物をドナー動物として、その骨髄を採取し、あらかじめ放射線照射で骨髄を破壊したZAQ遺伝子発現不全非ヒト動物から得られた病態モデル動物をレシピエント動物として移植した骨髄移植マウスなども含まれる。
このように、本発明のZAQ遺伝子発現不全非ヒト動物、該動物に対する薬剤誘発あるいはストレス負荷によって生じる病態モデル動物、ZAQ遺伝子発現不全非ヒト動物と他の病態モデル動物との交配によって生じる病態モデル動物、ZAQ遺伝子発現不全非ヒト動物と他の病態モデル動物との交配によって生じる病態モデル動物に対する薬剤誘発あるいはストレス負荷によって生じる病態モデル動物、ZAQ遺伝子発現不全非ヒト動物から得られた病態モデル動物と他の病態モデル動物を用いて骨髄移植して得られた病態モデル動物、もしくはそれらの組織またはそれらに由来する細胞を、該疾病の予防・治療薬のスクリーニングに用いることができる。ここで、上記組織やそれに由来する細胞の例としては、肝臓や腎臓などのホモジネートを用いて特定の活性を測定する、あるいは、腹腔マクロファージを用いて特定産物の活性や産生量を測定することでスクリーニングに用いることができる。
【0017】
[本発明のスクリーニング方法A]
本発明のスクリーニング方法において用いられるZAQ遺伝子発現不全非ヒト動物、該動物の薬剤誘発あるいはストレス負荷によって生じる病態モデル動物、ZAQ遺伝子発現不全非ヒト動物と他の病態モデル動物との交配によって生じる病態モデル動物、ZAQ遺伝子発現不全非ヒト動物と他の病態モデル動物との交配によって生じる病態モデル動物に対する薬剤誘発あるいはストレス負荷によって生じる病態モデル動物、ZAQ遺伝子発現不全非ヒト動物から得られた病態モデル動物と他の病態モデル動物を用いて骨髄移植して得られた病態モデル動物、もしくはそれらの組織またはそれらに由来する細胞としては、前記と同様のものが挙げられる。
試験化合物としては、例えば、ペプチド、タンパク、非ペプチド性化合物、合成化合物、発酵生産物、細胞抽出液、植物抽出液、動物組織抽出液などが挙げられ、これら化合物は新規な化合物であってもよいし、公知の化合物であってもよい。
具体的には、本発明のZAQ遺伝子発現不全非ヒト動物、該動物の薬剤誘発あるいはストレス負荷によって生じる病態モデル動物、ZAQ遺伝子発現不全非ヒト動物と他の病態モデル動物との交配によって生じる病態モデル動物、ZAQ遺伝子発現不全非ヒト動物と他の病態モデル動物との交配によって生じる病態モデル動物に対する薬剤誘発あるいはストレス負荷によって生じる病態モデル動物およびZAQ遺伝子発現不全非ヒト動物から得られた病態モデル動物と他の病態モデル動物を用いて骨髄移植して得られた病態モデル動物(以下、ZAQ遺伝子発現不全非ヒト動物等と称する場合がある)、もしくはそれらの組織またはそれらに由来する細胞を、試験化合物で処理し、無処理の対照動物と比較し、該動物の各器官、組織、細胞、疾病の症状等の変化を指標として試験化合物の予防・治療効果を試験することができる。
試験動物(ZAQ遺伝子発現不全非ヒト動物等)を試験化合物で処理する方法としては、例えば、経口投与、静脈注射などが用いられ、試験動物の症状、試験化合物の性質などにあわせて適宜選択することができる。また、試験化合物の投与量は、投与方法、試験化合物の性質などにあわせて適宜選択することができる。
例えば、腸炎の予防・治療薬をスクリーニングする場合、本発明のZAQ遺伝子発現不全非ヒト動物等に試験化合物を投与し、該動物の腸管収縮などを経時的に測定することによりスクリーニングすることができる。
例えば、該スクリーニング方法において、試験動物に試験化合物を投与した場合、該試験動物の腸管収縮が約10%以上、好ましくは約30%以上、より好ましくは約50%以上減少した場合、該試験化合物をZAQの生物活性の不活性化に起因する疾病(例えば、例えば、消化器疾患(例えば腸炎、下痢、便秘、吸収不良性症候群など)、性腺疾患、がん、免疫不全または神経疾患)に対して治療・予防効果を有する物質として選択することができる。
【0018】
本発明のスクリーニング方法を用いて得られる予防・治療薬は、上記した試験化合物から選ばれた化合物を含有するものであり、ZAQ欠損によって引き起こされる疾患の予防・治療効果を有するので、ZAQの欠損によって引き起こされる疾病に対する安全で低毒性な治療・予防薬などの医薬として有用である。また、該化合物から誘導される化合物も同様に用いることができる。
該スクリーニング方法で得られた化合物は塩を形成していてもよく、該化合物の塩としては、例えば、無機塩基との塩、有機塩基との塩、無機酸との塩、有機酸との塩、塩基性または酸性アミノ酸との塩などの薬学的に許容し得る塩などがあげられる。
無機塩基との塩の好適な例としては、例えばナトリウム塩、カリウム塩などのアルカリ金属塩、カルシウム塩、マグネシウム塩などのアルカリ土類金属塩、並びにアルミニウム塩、アンモニウム塩などがあげられる。
有機塩基との塩の好適な例としては、例えばトリメチルアミン、トリエチルアミン、ピリジン、ピコリン、2,6−ルチジン、エタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、シクロヘキシルアミン、ジシクロヘキシルアミン、N,N’−ジベンジルエチレンジアミンなどとの塩あげられる。
無機酸との塩の好適な例としては、例えば塩酸、臭化水素酸、硫酸、リン酸などとの塩があげられる。
有機酸との塩の好適な例としては、例えばギ酸、酢酸、プロピオン酸、フマル酸、シュウ酸、酒石酸、マレイン酸、クエン酸、コハク酸、リンゴ酸、メタンスルホン酸、ベンゼンスルホン酸、安息香酸などとの塩があげられる。
塩基性アミノ酸との塩の好適な例としては、例えばアルギニン、リジン、オルチニンなどとの塩があげられ、酸性アミノ酸との好適な例としては、例えばアスパラギン酸、グルタミン酸などとの塩があげられる。
【0019】
本発明のスクリーニング方法を用いて得られる化合物またはその塩を上述の治療・予防薬として使用する場合、常套手段に従って実施することができ、例えば、必要に応じて糖衣を施した錠剤、カプセル剤、エリキシル剤、マイクロカプセル剤などとして経口的に、あるいは水もしくはそれ以外の薬学的に許容し得る液との無菌性溶液、または懸濁液剤などの注射剤の形で非経口的に使用できる。例えば、該化合物またはその塩を薬学的に認められる担体、香味剤、賦形剤、ベヒクル、防腐剤、安定剤、結合剤などとともに一般に認められた製薬実施に要求される単位用量形態で混和することによって製造することができる。これら製剤における有効成分量は指示された範囲の適当な容量が得られるようにするものである。
錠剤、カプセル剤などに混和することができる添加剤としては、例えば、ゼラチン、コーンスターチ、トラガントゴム、アラビアゴムのような結合剤、結晶性セルロースのような賦形剤、コーンスターチ、ゼラチン、アルギン酸などのような膨化剤、ステアリン酸マグネシウムのような潤滑剤、ショ糖、乳糖またはサッカリンのような甘味剤、ペパーミント、アカモノ油またはチェリーのような香味剤などが用いられる。調剤単位形態がカプセルである場合には、前記タイプの材料にさらに油脂のような液状担体を含有することができる。注射のための無菌組成物は注射用水のようなベヒクル中の活性物質、胡麻油、椰子油などのような天然産出植物油などを溶解または懸濁させるなどの通常の製剤実施に従って処方することができる。
【0020】
注射用の水溶液としては、例えば、生理食塩水、ブドウ糖やその他の補助薬を含む等張液(例えば、D−ソルビトール、D−マンニトール、塩化ナトリウムなど)などが挙げられ、適当な溶解補助剤、例えば、アルコール(例えば、エタノールなど)、ポリアルコール(例えば、プロピレングリコール、ポリエチレングリコールなど)、非イオン性界面活性剤(例えば、ポリソルベート80TM、HCO−50など)などと併用してもよい。油性液としては、例えば、ゴマ油、大豆油などが挙げられ、溶解補助剤として安息香酸ベンジル、ベンジルアルコールなどと併用してもよい。また、緩衝剤(例えば、リン酸塩緩衝液、酢酸ナトリウム緩衝液など)、無痛化剤(例えば、塩化ベンザルコニウム、塩酸プロカインなど)、安定剤(例えば、ヒト血清アルブミン、ポリエチレングリコールなど)、保存剤(例えば、ベンジルアルコール、フェノールなど)、酸化防止剤などと配合してもよい。調製された注射液は通常、適当なアンプルに充填される。
このようにして得られる製剤は安全で低毒性であるので、例えば、ヒトまたは温血動物(例えば、マウス、ラット、ウサギ、ヒツジ、ブタ、ウシ、ウマ、トリ、ネコ、イヌ、サル、チンパンジーなど)に対して投与することができる。
該化合物またはその塩の投与量は、症状などにより差異はあるが、経口投与の場合、一般的に成人(体重60kgとして)の腸炎患者においては、一日につき約0.1〜100mg、好ましくは約1.0〜50mg、より好ましくは約1.0〜20mgである。非経口的に投与する場合は、その1回投与量は投与対象、対象臓器、症状、投与方法などによっても異なるが、例えば、注射剤の形では通常成人(60kgとして)の腸炎患者においては、一日につき約0.01〜30mg程度、好ましくは約0.1〜20mg程度、より好ましくは約0.1〜10mg程度を静脈注射により投与するのが好都合である。他の動物の場合も、60kg当たりに換算した量を投与することができる。
【0021】
[本発明のスクリーニング方法B]
本発明は、本発明のZAQ遺伝子発現不全非ヒト動物に、試験化合物を投与し、レポーター遺伝子の発現を検出することを特徴とする本発明の遺伝子に対するプロモーターの活性を促進または阻害する物質のスクリーニング方法を提供する。
上記スクリーニング方法において、本発明のZAQ遺伝子発現不全非ヒト動物としては、前記した本発明のZAQ遺伝子発現不全非ヒト動物の中でも、ZAQ遺伝子がレポーター遺伝子を導入することにより不活性化され、該レポーター遺伝子がZAQ遺伝子に対するプロモーターの制御下で発現しうるものが用いられる。
試験化合物としては、前記と同様のものがあげられる。
レポーター遺伝子としては、前記と同様のものが用いられ、β−ガラクトシダーゼ遺伝子(lacZ)、可溶性アルカリフォスファターゼ遺伝子またはルシフェラーゼ遺伝子などが好適である。
ZAQ遺伝子をレポーター遺伝子で置換された本発明のZAQ遺伝子発現不全非ヒト動物では、レポーター遺伝子がZAQ遺伝子に対するプロモーターの支配下に存在するので、レポーター遺伝子がコードする物質の発現をトレースすることにより、プロモーターの活性を検出することができる。
例えば、ZAQ遺伝子領域の一部を大腸菌由来のβ−ガラクトシダーゼ遺伝子(lacZ)で置換している場合、本来、ZAQの発現する組織で、ZAQの代わりにβ−ガラクトシダーゼが発現する。従って、例えば、5−ブロモ−4−クロロ−3−インドリル−β−ガラクトピラノシド(X−gal)のようなβ−ガラクトシダーゼの基質となる試薬を用いて染色することにより、簡便にZAQの動物生体内における発現状態を観察することができる。具体的には、ZAQ遺伝子欠損マウスまたはその組織切片をグルタルアルデヒドなどで固定し、リン酸緩衝生理食塩液(PBS)で洗浄後、X−galを含む染色液で、室温または37℃付近で、約30分ないし1時間反応させた後、組織標本を1mM EDTA/PBS溶液で洗浄することによって、β−ガラクトシダーゼ反応を停止させ、呈色を観察すればよい。また、常法に従い、lacZをコードするmRNAを検出してもよい。
例えば、該スクリーニング方法において、試験動物に試験化合物を投与した場合、レポータータンパク質の発現が約10%以上、好ましくは約30%以上、より好ましくは約50%以上増加した場合、該試験化合物をZAQ遺伝子に対するプロモーター活性を促進する物質として選択でき、試験動物に試験化合物を投与した場合、レポータータンパク質の発現が約10%以上、好ましくは約30%以上、より好ましくは約50%以上減少した場合、該試験化合物をZAQ遺伝子に対するプロモーター活性を阻害する物質として選択できる。
上記スクリーニング方法を用いて得られる物質は、上記した試験化合物から選ばれた物質であり、ZAQ遺伝子に対するプロモーター活性を促進または阻害する物質である。
該スクリーニング方法で得られた物質は塩を形成していてもよく、該物質の塩としては、生理学的に許容される酸(例、無機酸など)や塩基(例、有機酸など)などとの塩が用いられ、とりわけ生理学的に許容される酸付加塩が好ましい。この様な塩としては、例えば、無機酸(例えば、塩酸、リン酸、臭化水素酸、硫酸など)との塩、あるいは有機酸(例えば、酢酸、ギ酸、プロピオン酸、フマル酸、マレイン酸、コハク酸、酒石酸、クエン酸、リンゴ酸、蓚酸、安息香酸、メタンスルホン酸、ベンゼンスルホン酸など)との塩などが用いられる。
【0022】
ZAQ遺伝子に対するプロモーター活性を促進または阻害する物質は、ZAQの発現を調節し、ZAQの機能を調節することができるので、例えば、消化器疾患(腸炎、下痢、便秘、吸収不良性症候群など)、内分泌疾患、性腺疾患、がん、免疫不全または神経疾患のなど疾患の予防・治療剤などの医薬として使用することができる。
さらに、上記スクリーニングで得られた物質から誘導される物質も同様に用いることができる。
【0023】
該スクリーニング方法で得られた物質を含有する医薬は、前記したスクリーニング方法Aで得られた化合物を含有する医薬と同様にして製造することができる。
このようにして得られる製剤は、安全で低毒性であるので、例えば、ヒトまたは哺乳動物(例えば、ラット、マウス、モルモット、ウサギ、ヒツジ、ブタ、ウシ、ウマ、ネコ、イヌ、サルなど)に対して投与することができる。
該物質の投与量は、対象疾患、投与対象、投与ルートなどにより差異はあるが、例えば、腸炎の治療目的でZAQ遺伝子に対するプロモーター活性を阻害する物質を経口投与する場合、一般的に成人患者(体重60kgとして)においては、一日につき該物質を約0.1〜100mg、好ましくは約1.0〜50mg、より好ましくは約1.0〜20mg投与する。非経口的に投与する場合は、該物質の1回投与量は投与対象、対象疾患などによっても異なるが、例えば、腸炎の治療目的でZAQ遺伝子に対するプロモーター活性を促進する物質を注射剤の形で通常成人患者(60kgとして)に投与する場合、一日につき該物質を約0.01〜30mg程度、好ましくは約0.1〜20mg程度、より好ましくは約0.1〜10mg程度を静脈注射により投与するのが好都合である。他の動物の場合も、60kg当たりに換算した量を投与することができる。
【0024】
このように、本発明のZAQ遺伝子発現不全非ヒト動物は、ZAQ遺伝子に対するプロモーターの活性を促進または阻害する化合物またはその塩をスクリーニングする上で極めて有用であり、ZAQ遺伝子発現不全に起因する各種疾患の原因究明または予防・治療薬の開発に大きく貢献することができる。
また、ZAQ遺伝子のプロモーター領域を含有するDNAを使って、その下流に種々のタンパクをコードする遺伝子を連結し、これを動物の卵細胞に注入していわゆるトランスジェニック動物(遺伝子移入動物)を作成すれば、特異的にそのペプチドを合成させ、その生体での作用を検討することも可能となる。さらに上記プロモーター部分に適当なレポーター遺伝子を結合させ、これが発現するような細胞株を樹立すれば、ZAQそのものの体内での産生能力を特異的に促進もしくは抑制する作用を持つ低分子化合物の探索系として使用できる。
【0025】
本明細書および図面において、塩基やアミノ酸などを略号で表示する場合、IUPAC−IUB Commision on Biochemical Nomenclature による略号あるいは当該分野における慣用略号に基づくものであり、その例を下記する。またアミノ酸に関し光学異性体があり得る場合は、特に明示しなければL体を示すものとする。
DNA :デオキシリボ核酸
cDNA :相補的デオキシリボ核酸
A :アデニン
T :チミン
G :グアニン
C :シトシン
RNA :リボ核酸
mRNA :メッセンジャーリボ核酸
Gly :グリシン
Ala :アラニン
Val :バリン
Leu :ロイシン
Ile :イソロイシン
Ser :セリン
Thr :スレオニン
Cys :システイン
Met :メチオニン
Glu :グルタミン酸
Asp :アスパラギン酸
Lys :リジン
Arg :アルギニン
His :ヒスチジン
Phe :フェニルアラニン
Tyr :チロシン
Trp :トリプトファン
Pro :プロリン
Asn :アスパラギン
Gln :グルタミン
【0026】
本明細書の配列表の配列番号は、以下の配列を示す。
〔配列番号:1〕
マウス由来GPR73(ZAQ1)のアミノ酸配列を示す。
〔配列番号:2〕
マウス由来GPR73(ZAQ1)をコードするゲノムDNAの塩基配列を示す。
〔配列番号:3〕
ラット由来ZAQ1のアミノ酸配列を示す。
〔配列番号:4〕
ラット由来ZAQ1をコードするcDNAの塩基配列を示す。
〔配列番号:5〕
マウス由来GPR73(ZAQ1)をコードするcDNAの塩基配列を示す。〔配列番号:6〕
ラット由来ZAQ2のアミノ酸配列を示す。
〔配列番号:7〕
ラット由来ZAQ2をコードするcDNAの塩基配列を示す。
〔配列番号:8〕
マウス由来mI5E(ZAQ2)のアミノ酸配列を示す。
〔配列番号:9〕
マウス由来mI5E(ZAQ2)をコードするcDNAの塩基配列を示す。
〔配列番号:10〕
実施例1で使用したプライマーの塩基配列を示す。
〔配列番号:11〕
実施例1で使用したプライマーの塩基配列を示す。
〔配列番号:12〕
実施例3で使用したプライマーの塩基配列を示す。
〔配列番号:13〕
実施例3で使用したプライマーの塩基配列を示す。
〔配列番号:14〕
実施例3で使用したプライマーの塩基配列を示す。
〔配列番号:15〕
実施例3で使用したプライマーの塩基配列を示す。
〔配列番号:16〕
実施例3で使用したプライマーの塩基配列を示す。
後述の実施例1で得られた形質転換体 Escherichia coli JM109/pKS−ZBは、2002年10月17日から日本国茨城県つくば市東1丁目1番地1 中央第6(郵便番号305−8566)の独立行政法人産業技術総合研究所 特許生物寄託センターに受託番号 FERM BP−8215として寄託されている。
後述の実施例2で得られた形質転換体 Escherichia coli JM109/pZAQTgVPは、2002年10月17日から日本国茨城県つくば市東1丁目1番地1 中央第6(郵便番号305−8566)の独立行政法人産業技術総合研究所 特許生物寄託センターに受託番号 FERM BP−8216として寄託されている。
【0027】
【実施例】
以下に、本発明の実施例を示してさらに詳細に説明するが、本発明の範囲はこれらに限定されるものではない。
【0028】
実施例1 マウスZAQ1ゲノムDNAのクローニング
マウスGPR73のexon 1 領域よりプライマー
(32−54 ATACCACAGACACCTTCACCGAC (配列番号:10)および
458−436 TTAGTGGAGACGTAGAGGGAGAC (配列番号:11))を作製し、マウスゲノムよりPCRを用いて 430 bp のDNA 断片を得、塩基配列を確認後、DIGプローブを作製した。マウス129SvEv ゲノムライブラリー(ストラタジ−ン社)に対してプラークハイブリダイゼーションを行った結果、3つの陽性クローンが得られた。サザンハイブリダイゼーションの結果から11kbp のBam HI断片をサブクローニングし、制限酵素サイトおよび塩基配列を決定した結果、exon 1とexon 2からなる配列番号:2で表される塩基配列からなるゲノムDNAが得られた(図1参照)。このゲノムDNAは配列番号:1で表されるアミノ酸配列からなるマウスZAQ1をコードしていた。exon 1とexon 2を含むプラスミドpKS−ZBを大腸菌JM109に形質転換を行ってJM109/pKS−ZBを得た。
【0029】
実施例2 ターゲティングベクターの構築およびES相同組み換え体の作製
ゲノムの制限酵素地図よりプロモーター領域とexon 1 を含む2kbp Hin dIII断片を欠失させたベクターを考案し、exon 1 の上流 1.1 kb 、 exon 1 の下流 6.3 kb(イントロン、exon 2の一部)の間にネオマイシン耐性遺伝子を挿入した。またネガティブマーカーとしてジフテリア毒素遺伝子を用いた(図1参照)。ZAQターゲティングベクター25μgをエレクトロポレーション(ジーンパルサー_エレクトロポレーションシステム、バイオラッド社製)230 V, 500 μFの条件でマウス129SvEv 由来ES 細胞(AB2.2, 10 cells) に導入した。エレクトロポレーションは2回行い計6枚の10 cm シャーレでネオマイシン選択培養を行った結果、6日後に約1200 のネオマイシン耐性コロニーが現れた。ネオマイシン耐性コロニーを約400個ピックアップし、96ウェルプレートで培養後、一部を DNA 抽出用培養(24ウェルプレート,フィーダー細胞なし)、残りを凍結保存した。ネオマイシン耐性株340種についてサザン解析を行った。サザン解析はターゲティングベクターに用いた3’外側のBam HI − Xho I, 370 bp断片(exon 2の一部;図1参照)をプローブとして、Bam HI切断したゲノムにハイブリダイズさせた(野生型では10.6 kb に相同組換え体では10.6 kb と6.5 kb にバンドが見られる;図1参照)。その結果340 株中10株に相同組換え体と考えられる6.5 kbのバンドが見られた。1次スクリーニング(3’側プローブによるサザン解析)で選抜した10種のES相同組換え体を凍結保存から起こして培養を行った。10株のうち5株の生育が良好であり、それら5株(No.122, 163, 274, 287, 418)よりDNA を抽出して、サザン解析による確認を行った。その結果1次スクリーニングと同様に5株すべてに10.6, 6.5 kb 2本のバンドが認められた(図2、左パネル)。さらに5’側のプローブ(XhoI 断片600 bp;図1参照)を用いてサザン解析(ゲノムBam HI切断)を行ったところ、5株すべてに相同組換え体を示す2本のバンド(10.6, 4.1 kb)が認められた(図2、右パネル)。
ES相同組換え体3種(No.122, 287, 418)について核型分析を行った。それぞれ50個の核型分析を行ったところ、No.122, 287, 418 の正常率(2n = 40)はそれぞれ 60%, 74%, 66% であり、生殖系列移行に関して影響はないと考えられた。
ES相同組換え体No.122に含まれるプラスミドpZAQTgVPを大腸菌JM109に形質転換して、大腸菌JM109/pZAQTgVPを得た。
【0030】
実施例3 ノックアウトマウスの作製
相同組み換え体No.122 のC57BL/6J系統マウス胚盤胞へのマイクロインジェクションを実施した。第1回目のインジェクションは胚盤胞26個を用いて行い、インジェクションされた胚盤胞は別途精管結紮マウスと交配することによって得られた偽妊娠マウス卵管に移植することによって妊娠させた。産仔6個体得られ、5個体のキメラマウスが得られた。そのうち4個体はほぼ100%のキメラ率を有するマウスであった。2回目のインジェクション実験において14個の胚盤胞にそれぞれインジェクションを行った。その結果、産仔6個体得られた。1回目と同様5個体のキメラマウスが得られた。4個体はほぼ100%のキメラ率を有するマウスであった。
No.122については合計10個体のキメラマウスが得られた。キメラ率がほぼ100%を示した雄キメラマウスはC57BL/6系統雌マウスと交配し、産仔での生殖系列移行の確認およびヘテロマウスの取得を行った。
キメラとC57BL/6 系統マウスとの交配によって68匹のES細胞由来マウスが得られた。マウス尾よりゲノム DNA を精製し、まずPCR による遺伝子型判定の条件を検討した。検討の結果プライマーはターゲティングした領域の3’側 MZ1(GGAGCTCTGCTCCTCAGTGG(配列番号:12))を共通とし、また5’側は野生型検出用として、欠損させた領域内配列MZ3 (CTAGATGTTTCAGTTTGCAT(配列番号:13))、変異型検出用としてネオマイシン耐性遺伝子内配列NE−1 (CCGCTTCCATTGCTCAGCGG(配列番号:14))とし、ポリメラーゼはKOD−plus− (東洋紡株式会社製)を用いた。野生型は400 bp断片のみを検出し、ヘテロ欠損個体であれば、400 bp および 600 bp断片を検出できるように設計されたPCR による遺伝子判定の結果、ヘテロ欠損マウスを得ることができた。
次に、サザンハイブリダイゼーションによって遺伝子欠損の確認を行った。ゲノムは制限酵素 Bam HIを用いて37℃、一晩処理を行った。プローブはZAQ exon 1の5’上流域のプライマー、Z22:5’−CATTGTGTTGCTTCTGCCCTTTG−3’(配列番号:15)およびZ24: 5’−AGTGTCAGGATGCAGAATGTGTG−3’(配列番号:16)で増幅できる約0.5Kbp 断片とし、PCR DIG probe synthesis kit(Roche社)を用いてラベルした。ハイブリダイゼーションは42℃、一晩行った。洗浄は65℃の0.1xSSCに0.1%SDSを添加した溶液中にて15分、2回行った。
その結果、野生型由来の10.6Kbpの断片と同程度の濃さである相同組み換え由来の4.1Kbpの断片が確認できた。これらの個体はヘテロ欠損マウスであることがわかった。今回判定した個体の一部はホモ欠損個体の取得用の交配親に用いるため、ヘテロ欠損個体と判定できた雄ヘテロ欠損個体および雌ヘテロ欠損個体を交配した結果、ホモ欠損マウスが取得された。
【0031】
実施例4 ホモ欠損マウスの解析
次にホモ欠損マウスの離乳後、6〜18週齢の体重変化を調べた。その結果、ホモ欠損マウスにおいては雌雄ともにそれぞれ野生型マウスに比べて体重がやや低くなる傾向がみられた。雌ホモ欠損マウスの体重は15週齢以降で野生型マウスに比べて有意に低くなった。しかし、雄ホモ欠損マウスの体重については有意な差異はみられなかった。同時にホモ欠損マウスにおける16および17週齢時の摂食量を測定した。その結果、16週齢の摂食量においては野生型マウスとホモ欠損マウス間において差異はみられなかった。しかし、17週齢ホモ欠損マウスの摂食量は雌雄ともに野生型マウスに比べて有意に低くなった。
【0032】
実施例5 ホモ欠損マウスの卵巣機能の解析
11週齢雌野生型マウスおよび雌ホモ欠損マウスそれぞれに13時にPMSG(妊馬血清性性腺刺激ホルモン、帝国臓器社製)を5IU腹腔投与した。3日目11時に上記マウスにhCG(ヒト絨毛性性腺刺激ホルモン)を5IU腹腔投与した。投与後、雄C57BL/6J系統マウスと1対1でケージに同居させた。4日日、9時各雌マウスの膣腺を調べ、交配を確認した。交配が確認された雌マウスは頚椎脱臼による屠殺後、卵管を切り出し、常法に従って受精卵を採取した。採取した受精卵は洗浄後、受精卵用培地(Brinster’s BMOC−3 培地、GIBCO社製)に移し、37℃、COインキュベーター内で培養した。それぞれのマウスから得られた受精卵数を算定した。その結果、雌野生型マウス1個体あたりの排卵数は多くが20〜30個で、比較的安定していた。それに対して雌ホモ欠損マウスの1個体あたりの排卵数は10個以下のものから60個以上のものまで広範囲にわたった。
それぞれ得られた受精卵を常法により1日培養したところ雌野生型マウスから得られた受精卵の約76%が2細胞期胚あるいは4細胞期胚まで発生した。一方、2細胞期胚あるいは4細胞期胚まで発生した雌ホモ欠損マウスの受精卵は53%であった。培養4日目には上記の雌野生型マウス由来胚の約36%が桑実胚あるいは胚盤胞まで発生したが、雌ホモ欠損マウス由来胚から桑実胚あるいは胚盤胞まで発生したのは約15%であった。
【0033】
【発明の効果】
本発明のZAQ遺伝子が不活性化された非ヒト動物ES細胞は、ZAQ遺伝子発現不全非ヒト動物を作出する上で、非常に有用である。
本発明のZAQ発現不全非ヒト動物は、ZAQにより誘導され得る種々の生物活性を欠失するため、ZAQの生物活性の不活性化を原因とする疾病のモデルとなり得るので、ZAQ欠損に起因する各種疾病の予防・治療薬にスクリーニングや、ZAQ関連疾患の原因究明および治療法の検討に有用である。
本発明のZAQ遺伝子導入非ヒト動物は、高ZAQ症、ZAQ機能不全症などのZAQ関連疾患の病態機序の解明およびこれらの疾患の治療方法の検討を行うことができる。また、上記ZAQ関連疾患に対する治療薬のスクリーニングに使用することができる。
本発明のスクリーニング方法は、ZAQ欠損に起因する各種疾病の予防・治療薬を効率良くスクリーニングすることができる。
【0034】
【配列表】

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【図面の簡単な説明】
【図1】野生型アレル(上図)、ZAQターゲティングベクター(中図)および相同組換え体アレル(下図)の構造を示す概略図である。
黒のボックスはZAQのコーディングエクソンを示す。白のボックスは外来遺伝子の発現カセットを示し、ボックス内の矢印は転写方向を示す。Neoはネオマイシン耐性遺伝子、DTAはジフテリア外毒素遺伝子をそれぞれ示す。
【図2】選抜されたES細胞株がZAQ遺伝子ヘテロ欠損相同組換え体であることを示すサザン解析結果を示す写真である。
ES細胞5株(No.122, 163, 274, 287, 418)および野生株(Wild)よりそれぞれゲノムDNA を抽出してBam HIで切断し、3’側プローブ(図1参照;左パネル)、および5’側プローブ(図1参照;右パネル)を用いてサザン解析を行った。前者では5株すべてに10.6および6.5 kb 2本のバンドが認められ、後者では5株すべてに10.6および 4.1 kbの2本のバンドが認められたので、No.122, 163, 274, 287および418の5個のES細胞株はZAQ遺伝子ヘテロ欠損相同組換え体であることが明らかになった。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a non-human mammal embryonic stem cell in which the ZAQ gene is inactivated, a non-human mammal deficient in ZAQ gene expression, a screening method using the same, and a prophylactic / therapeutic agent obtainable by the screening.
[0002]
[Prior art]
Advances in genetic engineering technology and the rapid accumulation of knowledge of molecular biology as the basis thereof have made it possible to artificially manipulate genes and further introduce them into animal individuals (Non-Patent Document 1). For example, methods have been developed to artificially add exogenous genetic traits that are not originally present in the organism, or to suppress the expression of endogenous genetic traits possessed by the organism. Animals with various introduced genetic traits have been produced and reported as transgenic animals.
Such transgenic animals enable individual-level studies of gene functional analysis, which previously had limited knowledge obtained from in vitro cultured cells such as cell lines and primary cultured cells. Therefore, it is important in clarifying the functions of various genes that have been isolated and cloned by techniques such as genetic engineering. In particular, experiments and studies using this transgenic animal as an analysis of the physiological function of the cloned gene in an organism and a model system for a genetic disease have become active.
[0003]
Embryonic stem cells (hereinafter, abbreviated as ES cells) are established from an inner cell mass present inside a blastocyst, which is an early embryo after fertilization, and can be grown and cultured while maintaining an undifferentiated state. Cell line. These cells have pluripotency (totipotency) that can differentiate into all kinds of cells in the living body, and when injected into normal early embryos, they can participate in embryo body formation and form chimeric animals .
Utilizing this property, creation of various genetically modified animals has been attempted. The history began with the establishment of ES cells by Evans and Kaufman in 1981 (Non-patent document 2), and the study was started in earnest by the creation of ES chimeric mice by Bradley et al. (Non-patent document 3). Furthermore, the homologous recombination of ES cells by Thomas and Capecchi (Non-patent Document 4), the success of Germ line Transmission of ES cell traits by three research groups such as the group of Koller et al. (Non-patent Document 5), the generation of gene-deficient mice Research progressed rapidly.
ES cells that have been established to date include Evans and Kaufman EK cells (Non-patent Document 2), Doetschman ES-D3 cells (Non-patent Document 6), and Robertson CCE cells (Non-patent Document 6). Patent Literature 7), BL / 6III cells of Ledermann and Burki (Non-Patent Literature 8), and the like, most of which are established from 129 strain mice.
[0004]
Examples of such gene-deficient animals produced using ES cells include (1) HPRT gene deficiency using spontaneously mutated ES cells of Hooper et al. (Non-Patent Document 9) and Knehn et al. (Non-Patent Document 10). Mouse, (2) p53-deficient mouse lacking p53 which is one of the tumor suppressor genes of Donehower et al. (Non-patent Document 11), (3) β2 microglobulin gene mutant mouse of Zijlstra et al. (Non-patent Document 12) (4) RAG-2 (V (D) J recombination activation gene) mutant mouse of Sinkai et al. (Non-patent document 13), which is one of immune disease model mice, (5) Glimcher et al. (Non-patent document 14) and (6) MHC class II mutant mouse of Cosgrove et al. -As one of the development-related disease model mice, an int-1 gene-deficient mouse such as MacMahon et al. (Non-patent Document 16) and a src-deficient mouse exhibiting marble-like symptoms of (7) Soriano et al. Have been.
[0005]
Non-Patent Document 18 describes mouse-derived GPR73 (ZAQ1).
Patent Literature 1 describes mouse-derived mI5E (ZAQ2).
Patent Literature 2 describes rat-derived ZAQ1 and ZAQ2.
[0006]
[Patent Document 1]
International Publication No. 98/46620 pamphlet
[Patent Document 2]
WO 02/16607 pamphlet
[Non-patent document 1]
Gordon J. W. (Gordon, JW) et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA, United States, 1980, 77th. Vol., P. 7380-7384
[Non-patent document 2]
Evans M. J. (Evans MJ) and Kaufman M. H. (Kaufman MH), Nature, UK, 1981, vol. 292, p. 154-156
[Non-Patent Document 3]
Nature, UK, 1984, Volume 309, p. 255
[Non-patent document 4]
Cell, USA, 1987, vol. 51, p. 503
[Non-Patent Document 5]
Procedurals of National Academy of Sciences USA (Proc. Natl. Acad. Sci. USA), USA, 1989, Vol. 86, p. 8927
[Non-Patent Document 6]
Journal of Embryology and Experimental Morphology (J. Embryol. Exp. Molfol.), UK, 1981, Vol. 87, p. 27
[Non-Patent Document 7]
Nature, UK, 1986, Volume 323, p. 445
[Non-Patent Document 8]
Experimental Cell Research, USA, 1991, Vol. 197, p. 254 pages
[Non-Patent Document 9]
Nature, UK, 1987, Vol. 326, p. 292
[Non-Patent Document 10]
Nature, UK, 1987, Vol. 326, p. 295
[Non-Patent Document 11]
Nature, UK, 1992, Volume 356, p. 215
[Non-Patent Document 12]
Nature, UK, 1990, Volume 344, p. 742
[Non-patent document 13]
Cell, USA, 1992, Vol. 68, p. 855
[Non-patent document 14]
Science, USA, 1991, vol. 253, p. 1417
[Non-Patent Document 15]
Cell, USA, 1991, Vol. 66, p. 1051
[Non-Patent Document 16]
Cell, USA, 1990, Vol. 62, p. 1073
[Non-Patent Document 17]
Cell, USA, 1991, Vol. 64, p. 693
[Non-Patent Document 18]
Biochimica Biophys. Acta, Netherlands, 2000, Vol. 1491, p. 369-375
[0007]
However, there are many points left to be elucidated further about the function and action mechanism of ZAQ in vivo. In order to elucidate the effects of ZAQ on the living body, a model of a ZAQ gene-deficient animal that does not produce ZAQ at all or produces only a small amount of ZAQ has been craved as an essential one. No animal model has been created.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
Therefore, if the non-human animal ES cells in which the ZAQ gene is inactivated are successfully prepared, a non-human animal lacking the expression of the ZAQ gene can be produced. Since the obtained non-human animal lacking ZAQ gene expression lacks various biological activities that can be induced by ZAQ, it serves as a model for diseases caused by inactivation of biological activities of ZAQ, Investigation and treatment methods can be studied.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In view of the above problems, the present inventors have made intensive studies and succeeded in producing a non-human animal deficient in ZAQ gene expression, and as a result of further studies, completed the present invention.
That is, the present invention
[1] a mammalian embryonic stem cell in which the ZAQ gene has been inactivated,
[2] the embryonic stem cell according to the above [1], which is drug-resistant;
[3] The embryonic stem cell according to the above [2], wherein the drug is neomycin;
[4] The embryonic stem cell according to [1], wherein the ZAQ gene is inactivated by insertion of a reporter gene,
[5] The embryonic stem cell according to the above [4], wherein the reporter gene is a lacZ gene,
[6] the embryonic stem cell according to the above [1], wherein the mammal is a mouse;
[7] The embryonic stem cell according to the above-mentioned [1], wherein the ZAQ gene is a gene containing the nucleotide sequence represented by SEQ ID NO: 2, SEQ ID NO: 4, SEQ ID NO: 5, SEQ ID NO: 7, or SEQ ID NO: 9.
[8] a non-human mammal deficient in ZAQ gene expression,
[9] The animal of the above-mentioned [8], wherein the ZAQ gene is inactivated by insertion of a reporter gene,
[10] The animal of the above-mentioned [9], wherein the reporter gene is under the control of a promoter for the ZAQ gene,
[11] The animal according to the above [8], wherein the non-human mammal is a mouse,
[12] The animal of the above-mentioned [8], wherein the ZAQ gene is a gene containing the nucleotide sequence represented by SEQ ID NO: 2, SEQ ID NO: 4, SEQ ID NO: 5, SEQ ID NO: 7, or SEQ ID NO: 9.
[13] Compared to the corresponding ZAQ gene-expressing animal,
(1) In a female animal, a fertilized egg cannot be stably obtained by superovulation, and / or
(2) When fertilized eggs are cultured, the incidence of early embryos is low.
The animal according to any one of [8] to [12], which has the phenotype of
[14] A substance for preventing or treating a gastrointestinal disease, an endocrine disease, a gonadal disease, a cancer, an immunodeficiency or a neurological disease, comprising using the animal or the tissue thereof or the cell derived therefrom according to the above [8]. Screening method,
[15] The screening method according to [14], which comprises administering a test compound to the animal according to [8], a tissue thereof, or a cell derived therefrom,
[16] A substance for preventing or treating a digestive organ disease, an endocrine disease, a gonadal disease, a cancer, an immunodeficiency or a neurological disease obtained by the screening method according to the above [14] or [15],
[17] A prophylactic / therapeutic agent for a digestive organ disease, an endocrine disease, a gonadal disease, a cancer, an immunodeficiency or a neurological disease, comprising the prophylactic / therapeutic substance according to the above [16].
[18] A disease model animal produced by crossing the animal according to the above [8] with another disease model animal,
[19] A disease state model animal caused by drug induction or stress load on the animal according to the above [8],
[20] A pathological model animal caused by drug induction or stress load on the animal according to the above [18],
[21] A gastrointestinal disease, an endocrine disease, a gonadal disease, a cancer, an immunodeficiency, or a disease, characterized by using the animal according to any one of the above [18] to [20] or a tissue thereof or a cell derived therefrom. A method for screening a substance for preventing or treating a neurological disease,
[22] A gastrointestinal disease, an endocrine disease, a gonadal disease, or a cancer, which comprises administering a test compound to the animal or the tissue thereof according to any one of the above [18] to [20] or a cell derived therefrom. A method for screening a substance for preventing or treating an immunodeficiency or a neurological disorder,
[23] A prophylactic / therapeutic substance for a digestive organ disease, endocrine disease, gonadal disease, cancer, immunodeficiency or neurological disease obtained by the screening method according to the above [21] or [22],
[24] A prophylactic / therapeutic agent for a gastrointestinal disease, an endocrine disease, a gonadal disease, a cancer, an immunodeficiency or a neurological disease, comprising the prophylactic / therapeutic substance according to the above [23].
[25] A method for screening a compound or a salt thereof that promotes or inhibits promoter activity for a ZAQ gene, comprising administering a test compound to the animal according to the above [10], and detecting expression of a reporter gene;
[26] A compound or a salt thereof that promotes or inhibits a promoter activity for a ZAQ gene obtainable by the screening method according to the above [25],
[27] A gastrointestinal disease, an endocrine disease, a gonadal disease, a cancer, an immunodeficiency or a neurological disease comprising a compound or a salt thereof that promotes the promoter activity of the ZAQ gene obtainable by the screening method according to the above [25]. Prophylactic and therapeutic agents, and
[28] A gastrointestinal disease, an endocrine disease, a gonadal disease, a cancer, an immunodeficiency or a neurological disease comprising a compound or a salt thereof that inhibits the promoter activity for the ZAQ gene obtainable by the screening method according to the above [25]. To provide prophylactic / therapeutic agents.
[0010]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
[ZAQ gene expression inactive mammalian ES cells]
ZAQ includes ZAQ1, ZAQ2, and the like.
As the ZAQ1 gene, for example,
(1) a mouse ZAQ1 gene (genomic DNA) containing the nucleotide sequence represented by SEQ ID NO: 2, encoding mouse ZAQ1 containing the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 1;
(2) a rat ZAQ1 gene (cDNA) encoding the rat ZAQ1 containing the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 3 and containing the base sequence represented by SEQ ID NO: 4 (Patent Document 2);
(3) a mouse GPR73 (ZAQ1) gene (cDNA) containing the nucleotide sequence represented by SEQ ID NO: 5, encoding the mouse GPR73 (ZAQ1) containing the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 1 18) is used.
As the ZAQ2 gene, for example,
(1) a rat ZAQ2 gene (cDNA) containing the nucleotide sequence represented by SEQ ID NO: 7, encoding rat ZAQ2 containing the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 6 (Patent Document 2);
(2) A mouse mI5E (ZAQ2) gene (cDNA) encoding the mouse mI5E (ZAQ2) containing the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 8 and containing the nucleotide sequence represented by SEQ ID NO: 9 (see Patent Document 1) ) Is used.
[0011]
A mammalian ES cell in which the ZAQ gene has been inactivated refers to a gene that is artificially mutated in the ZAQ gene of the mammalian ES cell to suppress the gene expression ability or encode the gene. By substantially losing the activity of ZAQ, a mammalian ES cell in which the gene is substantially inactivated and has no ability to express ZAQ (hereinafter, may be referred to as a knockout gene of the present invention) can be obtained. Say.
In the present specification, examples of mammals used as ES cell materials include humans, cows, pigs, sheep, goats, rabbits, dogs, cats, guinea pigs, hamsters, mice, rats, and the like.
In the present specification, any non-human animal having a ZAQ gene may be used as the non-human animal, but a non-human mammal is preferable. As the non-human mammal, for example, cow, pig, sheep, goat, rabbit, dog, cat, guinea pig, hamster, mouse, rat and the like are used. Among non-human mammals, rodents, which are relatively short in ontogeny and biological cycle in terms of preparation of diseased animal model systems, and are easy to breed, especially mice (for example, C57BL / 6 strain and DBA2 strain as pure strains) B6C3F 1 System, BDF 1 System, B6D2F 1 Strains, BALB / c strains, ICR strains, etc. (preferably, pure strains such as C57BL / 6 strains, etc .; 1 Strains or ICR strains)) or rats (eg, Wistar, SD, etc.) are particularly preferred.
[0012]
Examples of a method for artificially mutating the ZAQ gene include deletion of part or all of the gene sequence by genetic engineering techniques, or insertion or substitution of another gene. With these mutations, the knockout gene of the present invention can be prepared, for example, by shifting the codon reading frame or disrupting the function of the promoter or exon.
Specific examples of mammalian (preferably non-human mammal) ES cells in which the ZAQ gene has been inactivated (hereinafter abbreviated as ZAQ gene inactivated ES cells or knockout ES cells) include, for example, drug resistance genes (Eg, a neomycin resistance gene, a hygromycin resistance gene or a zeocin resistance gene, preferably a neomycin resistance gene), or a reporter gene (eg, lacZ (Escherichia coli β-galactosidase gene), cat (chloramphenicol acetyltransferase gene) ), GUS (β-glucuronidase gene), luciferase gene, aequorin gene, taumarin gene, GFP (Green Fluorescent Protein) gene, etc., preferably lacZ etc.) are inserted. By destroying the exon function of the ZAQ gene, or by inserting a DNA sequence (for example, a polyA addition signal) that terminates the transcription of the gene into the introns between the exons, thereby making it impossible to synthesize complete mRNA. Then, a DNA vector (hereinafter, abbreviated as a targeting vector) having a DNA sequence constructed so as to disrupt the gene is produced. When a reporter gene is inserted to disrupt the function of an exon, the reporter gene is preferably inserted so as to be expressed under the control of the ZAQ promoter.
The “drug resistance gene” refers to a gene involved in drug resistance of antibiotics and the like, and is used as a marker for selecting whether or not the introduced gene has been expressed in cells.
The term "reporter gene" refers to a group of genes that serve as indicators of gene expression. Usually, structural genes of enzymes that catalyze a luminescence reaction or a color reaction are often used. (2) High sensitivity method capable of quantitatively expressing gene, (3) Low effect on transformed cells, (4) Localization of expression site And the like are preferably used (Plant Cell Engineering, Vol. 2, pp. 721, 1990). In addition, the above-mentioned “drug resistance gene” and the like are used for the same purpose, but the “reporter gene” is used to examine not only whether the gene to be introduced is expressed in cells but also in which tissue and when. And the expression level can be quantitatively and accurately examined.
Furthermore, a targeting vector is introduced into the chromosome of the animal by, for example, homologous recombination, and the obtained ES cells are subjected to Southern hybridization analysis or DNA targeting on the targeting vector using a DNA sequence on or near the ZAQ gene as a probe. The knockout ES cells of the present invention can be selected by analyzing the sequence and the DNA sequence of the neighboring region other than the ZAQ gene used for the preparation of the targeting vector by PCR using primers.
Examples of the targeting vector include plasmids derived from E. coli (eg, pBR322, pBR325, pUC12, pUC13, etc.), plasmids derived from Bacillus subtilis (eg, pUB110, pTB5, pC194, etc.), and plasmids derived from yeast (eg, pSH19) PSH15), bacteriophages such as phage lambda, retroviruses such as Moloney leukemia virus, vaccinia virus or adenovirus vectors, baculovirus, bovine papillomavirus, viruses from the group of herpes viruses, or Epstein-Barr virus. Animal viruses and the like are used.
[0013]
As the original ES cells for inactivating the ZAQ gene by the homologous recombination method or the like, for example, those already established as described above may be used, or according to the known method of Evans and Kaufman. It may be a newly established one. For example, in the case of mouse ES cells, currently, 129-line ES cells are generally used. For example, for the purpose of obtaining ES cells in which BDF is clearly known, for example, BDF in which the number of eggs collected by C57BL / 6 mice or C57BL / 6 has been improved by hybridization with DBA / 2 1 Mouse (F of C57BL / 6 and DBA / 2) 1 ) Can also be used favorably. BDF 1 In addition to the advantage that the number of eggs collected and the eggs are robust, the mouse has a C57BL / 6 mouse as a genetic background. , C57BL / 6 mice can be advantageously used in that their genetic background can be replaced by C57BL / 6 mice.
In addition, when ES cells are established, blastocysts 3.5 days after fertilization are generally used. In addition, 8-cell stage embryos (8-cell stage embryos about 2.5 days after fertilization are preferable) ), A large number of early embryos can be obtained efficiently by culturing and using blastocysts.
[0014]
The secondary selection can be performed by confirming the number of chromosomes by the G-banding method or the like. The number of chromosomes in the obtained ES cells is desirably 100% of the normal number. However, when it is difficult to establish the cells due to physical operations or the like, the gene of the ES cells is knocked out, and then the normal cells (for example, the chromosome Is preferably 2n = 40).
The ES cell line obtained in this way usually has very good growth properties, but it must be carefully subcultured since it tends to lose its ontogenetic ability. For example, on a suitable feeder cell such as STO fibroblast, in the presence of LIF (1-10000 U / ml) in a carbon dioxide incubator (preferably, 5% carbon dioxide, 95% air or 5% oxygen, 5% The cells are cultured by a method such as culturing at about 37 ° C. in carbon dioxide gas, 90% air. At the time of subculture, for example, trypsin / EDTA solution (usually 0.001-0.5% trypsin / 0.1-5 mM EDTA, Preferably, a method is used in which cells are made into single cells by treatment with about 0.1% trypsin / 1 mM EDTA and seeded on freshly prepared feeder cells. Such passage is usually performed every 1 to 3 days. At this time, cells are observed, and if morphologically abnormal cells are found, it is desired that the cultured cells be discarded.
ES cells can be differentiated into various cells such as parietal muscle, visceral muscle, myocardium, etc. by culturing ES cells in a monolayer up to high density under appropriate conditions or by culturing them in suspension until a cell clump is formed. Is possible [M. J. Evans and M.E. H. Kaufman, Nature, 292, 154, 1981; R. Martin Proc. Of National Academy of Sciences USA (Proc. Natl. Acad. Sci. USA) 78, 7634, 1981; C. Doetschman et al., Journal of Embryology and Experimental Morphology, Vol. 87, p. 27, 1985], ZAQ gene expression-deficient cells obtained by differentiating the ES cells of the present invention can be obtained in vitro. Useful in cell biology studies of ZAQ.
When storing ES cells, use an appropriate freezing medium (eg, Dulbecco's modified Eagle's medium (DMEM) containing 10% DMSO and 10% fetal bovine serum) at about -80 ° C or lower. save.
[0015]
The non-human animal deficient in ZAQ gene expression of the present invention (hereinafter sometimes referred to as a non-human animal deficient in gene expression) may be, for example, a cell derived from a mammalian ES cell in which the ZAQ gene has been inactivated. It has been created by genetic engineering, and is, for example, a non-human animal in which germ cells and somatic cells have been introduced with an inactivated ZAQ gene sequence at an early stage of embryogenesis.
As the non-human animal, the same one as described above is used.
To knock out the ZAQ gene, the above-described targeting vector can be transferred to a non-human animal ES cell or a non-human animal egg cell by a known method (for example, electroporation, microinjection, calcium phosphate method, lipofection, aggregation, particle gun). , A DEAE-dextran method, etc. (preferred introduction methods include an electroporation method when introduced into ES cells and a microinjection method when introduced into egg cells). It can be carried out by replacing the inactivated ZAQ gene sequence with the ZAQ gene on the chromosome of a non-human animal ES cell or a non-human animal egg cell by homologous recombination.
Cells in which the ZAQ gene was knocked out were subjected to Southern hybridization analysis using a DNA sequence on or near the ZAQ gene as a probe, and a DNA sequence in a region near the ZAQ gene used in the targeting vector as a primer. It can be determined by analysis using the PCR method described above.
When non-human animal ES cells are used, a cell line in which the ZAQ gene has been inactivated is cloned by homologous recombination, and the cells are cloned at an appropriate time in the early stage of embryogenesis, for example, at the 8-cell stage. A chimeric embryo prepared by injecting into an animal embryo or blastocyst (injection method) or sandwiching the ES cell mass in which the ZAQ gene is inactivated with two 8-cell stage embryos (assembly chimera method) Implantation into the uterus of the pregnant non-human animal.
The created animal is a chimeric animal composed of both cells having a normal ZAQ locus and cells having an artificially mutated ZAQ locus.
When a part of the germ cells of the chimeric animal has a mutated ZAQ locus, all tissues were artificially mutated from a population obtained by crossing such a chimeric individual with a normal individual. It is obtained by selecting individuals composed of cells having the ZAQ locus, for example, by judging coat color or the like. The individuals thus obtained are usually ZAQ heterozygous expression-deficient individuals, and cross-breeding of ZAQ heteroexpression-individuals can be performed to obtain ZAQ homoexpression-deficient individuals from their offspring.
When using an egg cell, for example, a transgenic non-human animal having a targeting vector introduced into a chromosome can be obtained by injecting a gene solution into a nucleus of an egg cell by a microinjection method, and these transgenic non-human animals can be obtained. Can be obtained by selecting those having a mutation in the ZAQ locus by homologous recombination.
A non-human animal deficient in ZAQ gene expression can be distinguished from a normal animal by measuring the mRNA level of the animal using a known method and indirectly comparing the expression level.
[0016]
In the individual in which the ZAQ gene has been knocked out in this manner, animal individuals obtained by mating can confirm that the gene has been knocked out, and can be reared in a normal rearing environment.
Furthermore, the germline can be obtained and maintained according to a conventional method. That is, by mating male and female animals having the inactivated gene sequence, a homozygous animal having the inactivated gene sequence on both homologous chromosomes can be obtained. The obtained homozygous animal can be efficiently obtained by rearing the mother animal in such a manner that there are one normal animal and one homozygote. By mating male and female heterozygous animals, homozygous and heterozygous animals having the inactivated gene sequence can be bred and subcultured. The progeny of the animal having the inactivated gene sequence thus obtained is also included in the non-human animal deficient in ZAQ gene expression of the present invention.
The non-human animal lacking ZAQ gene expression of the present invention exhibits the following phenotype.
(1) In a female animal, a fertilized egg cannot be stably obtained by superovulation.
(2) When fertilized eggs are cultured, the incidence of early embryos is low.
Such a mammalian ES cell in which the ZAQ gene has been inactivated is very useful for producing a non-human animal deficient in ZAQ gene expression. A non-human animal deficient in ZAQ gene expression; a disease model animal caused by drug induction or stress load on the animal; a better disease model animal produced by crossing a non-human animal deficient in ZAQ gene expression with another disease model animal; A disease model animal caused by drug induction or stress load on a disease model animal caused by crossing a non-human animal expression deficient animal with another disease model animal, and a bone marrow transplant animal using a non-human animal deficient in ZAQ gene expression and another disease model animal Or their tissues or cells derived therefrom, are diseases resulting from the deficiency of ZAQ, such as diseases resulting from inactivation of the biological activity of ZAQ based on the loss of various biological activities that can be induced by ZAQ. (Eg, digestive disorders (eg, enteritis, diarrhea, constipation, absorption Benign syndrome, etc.), endocrine disorders, adenosis, cancer, because it can be a better model of immunodeficiency or neurological disease), offers an effective study to investigate causes for and therapy for these diseases. Here, as another disease state model animal, for example, a model mouse using bone marrow transplantation limited to deficiency or elevation of gene expression only on the blood cell side is also mentioned [Linton, M. et al. F. , Et al. , Science 267: 1034-1037 (1995)]. Bone marrow transplanted mice have the potential to become more suitable disease models because of limited changes in gene function. For example, a mouse transplanted into another recipient animal whose bone marrow was collected and bone marrow was previously destroyed by irradiation, or a pathological model animal obtained from the above-described non-human animal lacking ZAQ gene expression as a donor animal, or Bone marrow transplanted mice transplanted as a recipient animal with a pathological model animal obtained from a non-human animal deficient in ZAQ gene expression in which bone marrow is collected and bone marrow is previously destroyed by irradiation with another pathological model animal as a donor animal are used. included.
Thus, the non-human animal deficient in ZAQ gene expression of the present invention, a pathological model animal caused by drug induction or stress load on the animal, a pathological model animal caused by crossing a non-human animal deficient in ZAQ gene expression with another pathological model animal A disease model animal caused by drug induction or stress load on a disease model animal caused by crossing a non-human animal lacking ZAQ gene expression with another disease model animal; a disease model animal obtained from a non-human animal lacking ZAQ gene expression; The pathological model animals obtained by bone marrow transplantation using the pathological model animals described above, or their tissues or cells derived therefrom, can be used for screening for preventive / therapeutic agents for the diseases. Here, examples of the above-mentioned tissue and cells derived therefrom include measuring specific activity using a homogenate such as liver or kidney, or measuring the activity or production amount of a specific product using peritoneal macrophages. It can be used for screening.
[0017]
[Screening method A of the present invention]
Non-human animal deficient in ZAQ gene expression used in the screening method of the present invention, a disease model animal caused by drug induction or stress load of the animal, a disease model produced by mating a non-human animal deficient in ZAQ gene expression with another disease model animal Animal, a disease model animal produced by crossing a non-human animal lacking ZAQ gene expression with another disease model animal, a disease model animal caused by drug induction or stress load on a disease model animal, and a disease model animal obtained from a non-human animal lacking ZAQ gene expression. The disease model animals obtained by bone marrow transplantation using other disease model animals, or their tissues or cells derived therefrom, include the same ones as described above.
Test compounds include, for example, peptides, proteins, non-peptidic compounds, synthetic compounds, fermentation products, cell extracts, plant extracts, animal tissue extracts, and the like. Or a known compound.
Specifically, a non-human animal deficient in ZAQ gene expression of the present invention, a pathological model animal caused by drug induction or stress load of the animal, a pathological model generated by mating a non-human animal deficient in ZAQ gene expression with another pathological model animal Animal, a disease model animal caused by drug induction or stress loading on a disease model animal caused by crossing a non-human animal lacking ZAQ gene expression with another disease model animal, and a disease model animal obtained from a non-human animal lacking ZAQ gene expression. A pathological model animal obtained by bone marrow transplantation using another pathological model animal (hereinafter, sometimes referred to as a ZAQ gene expression-deficient non-human animal or the like), or a tissue or cells derived therefrom, is used as a test compound. , And compared with an untreated control animal, and each organ, tissue, cell, The change of such symptoms disease can be tested for prophylactic and therapeutic effect of the test compound as an indicator.
As a method for treating a test animal (a non-human animal deficient in ZAQ gene expression) with a test compound, for example, oral administration, intravenous injection and the like are used, and the method is appropriately selected according to the symptoms of the test animal, properties of the test compound, and the like. be able to. The dose of the test compound can be appropriately selected according to the administration method, the properties of the test compound, and the like.
For example, when screening for a prophylactic / therapeutic agent for enteritis, screening can be performed by administering a test compound to a non-human animal or the like deficient in expression of the ZAQ gene of the present invention and measuring the intestinal contraction of the animal over time. .
For example, in the screening method, when the test compound is administered to a test animal, the intestinal contraction of the test animal is reduced by about 10% or more, preferably about 30% or more, more preferably about 50% or more. Against diseases caused by inactivation of the biological activity of ZAQ (eg, gastrointestinal disorders (eg, enteritis, diarrhea, constipation, malabsorption syndrome, etc.), gonadal disorders, cancer, immunodeficiency or neurological disorders) Can be selected as a substance having a therapeutic / preventive effect.
[0018]
The prophylactic / therapeutic agent obtained by using the screening method of the present invention contains a compound selected from the test compounds described above, and has a preventive / therapeutic effect for a disease caused by ZAQ deficiency. It is useful as a drug such as a safe and low toxic therapeutic / prophylactic drug for diseases caused by the disease. Further, a compound derived from the compound can be used in the same manner.
The compound obtained by the screening method may form a salt. Examples of the salt of the compound include a salt with an inorganic base, a salt with an organic base, a salt with an inorganic acid, and a salt with an organic acid. And pharmaceutically acceptable salts such as salts with basic or acidic amino acids.
Preferable examples of the salt with an inorganic base include alkali metal salts such as sodium salt and potassium salt, alkaline earth metal salts such as calcium salt and magnesium salt, and aluminum salt and ammonium salt.
Preferred examples of the salt with an organic base include, for example, trimethylamine, triethylamine, pyridine, picoline, 2,6-lutidine, ethanolamine, diethanolamine, triethanolamine, cyclohexylamine, dicyclohexylamine, N, N′-dibenzylethylenediamine And salt.
Preferable examples of the salt with an inorganic acid include, for example, salts with hydrochloric acid, hydrobromic acid, sulfuric acid, phosphoric acid and the like.
Preferred examples of salts with organic acids include, for example, formic acid, acetic acid, propionic acid, fumaric acid, oxalic acid, tartaric acid, maleic acid, citric acid, succinic acid, malic acid, methanesulfonic acid, benzenesulfonic acid, benzoic acid And the like.
Preferable examples of the salt with a basic amino acid include, for example, salts with arginine, lysine, ortin and the like, and preferable examples of the salt with an acidic amino acid include, for example, salts with aspartic acid, glutamic acid, and the like.
[0019]
When the compound or a salt thereof obtained by using the screening method of the present invention is used as the above-mentioned therapeutic / prophylactic agent, it can be carried out according to conventional means, for example, a sugar-coated tablet or capsule, if necessary, It can be used orally as elixirs, microcapsules and the like, or parenterally in the form of injections such as sterile solutions or suspensions with water or other pharmaceutically acceptable liquids. For example, the compound or a salt thereof is admixed with pharmaceutically acceptable carriers, flavoring agents, excipients, vehicles, preservatives, stabilizers, binders, and the like in unit dosage form generally required for accepted pharmaceutical practice. Can be manufactured. The amount of the active ingredient in these preparations is such that an appropriate dose in the specified range can be obtained.
Examples of additives that can be mixed with tablets, capsules and the like include binders such as gelatin, corn starch, tragacanth gum, gum arabic, excipients such as crystalline cellulose, corn starch, gelatin, alginic acid and the like. Useful bulking agents, lubricants such as magnesium stearate, sweeteners such as sucrose, lactose or saccharin, flavoring agents such as peppermint, reddish oil or cherry and the like are used. When the preparation unit form is a capsule, a liquid carrier such as oil and fat can be further contained in the above-mentioned type of material. Sterile compositions for injection can be formulated according to normal pharmaceutical practice such as dissolving or suspending the active substance in vehicles such as water for injection, and naturally occurring vegetable oils such as sesame oil, coconut oil and the like.
[0020]
Examples of aqueous solutions for injection include physiological saline, isotonic solutions containing glucose and other adjuvants (eg, D-sorbitol, D-mannitol, sodium chloride, etc.), and suitable solubilizing agents, For example, alcohols (eg, ethanol, etc.), polyalcohols (eg, propylene glycol, polyethylene glycol, etc.), nonionic surfactants (eg, polysorbate 80) TM , HCO-50, etc.). Examples of the oily liquid include sesame oil and soybean oil, and may be used in combination with solubilizers such as benzyl benzoate and benzyl alcohol. Also, buffers (eg, phosphate buffer, sodium acetate buffer, etc.), soothing agents (eg, benzalkonium chloride, procaine hydrochloride, etc.), stabilizers (eg, human serum albumin, polyethylene glycol, etc.), You may mix | blend with a preservative (for example, benzyl alcohol, phenol etc.), an antioxidant, etc. The prepared injection solution is usually filled in a suitable ampoule.
The preparations obtained in this way are safe and low toxic, for example, human or warm-blooded animals (eg, mouse, rat, rabbit, sheep, pig, cow, horse, bird, cat, dog, monkey, chimpanzee, etc.) ) Can be administered.
The dose of the compound or a salt thereof varies depending on symptoms and the like. However, in the case of oral administration, in general, for an adult (with a body weight of 60 kg) enteritis patient, about 0.1 to 100 mg per day, preferably It is about 1.0-50 mg, more preferably about 1.0-20 mg. In the case of parenteral administration, the single dose varies depending on the administration subject, target organ, symptoms, administration method and the like. For example, in the case of an injectable form, usually in adult (as 60 kg) enteritis patients, It is convenient to administer about 0.01 to 30 mg, preferably about 0.1 to 20 mg, more preferably about 0.1 to 10 mg per day by intravenous injection. In the case of other animals, the amount can be administered in terms of 60 kg.
[0021]
[Screening method B of the present invention]
The present invention provides a method for screening a substance that promotes or inhibits the activity of a promoter for the gene of the present invention, which comprises administering a test compound to a non-human animal lacking ZAQ gene expression of the present invention and detecting the expression of a reporter gene. Provide a method.
In the above-mentioned screening method, the non-human animal deficient in expression of ZAQ gene of the present invention may be a non-human animal deficient in expression of ZAQ gene of the present invention in which the ZAQ gene is inactivated by introducing a reporter gene, A gene that can be expressed under the control of a promoter for the ZAQ gene is used.
Examples of the test compound include the same compounds as described above.
As the reporter gene, the same one as described above is used, and a β-galactosidase gene (lacZ), a soluble alkaline phosphatase gene, a luciferase gene and the like are preferable.
In a ZAQ gene expression-deficient non-human animal of the present invention in which the ZAQ gene is replaced with a reporter gene, since the reporter gene is under the control of a promoter for the ZAQ gene, by tracing the expression of a substance encoded by the reporter gene, The activity of the promoter can be detected.
For example, when a part of the ZAQ gene region is replaced with a β-galactosidase gene (lacZ) derived from Escherichia coli, β-galactosidase is originally expressed instead of ZAQ in a tissue that expresses ZAQ. Therefore, for example, by staining with a reagent serving as a substrate of β-galactosidase such as 5-bromo-4-chloro-3-indolyl-β-galactopyranoside (X-gal), ZAQ can be easily prepared. The expression state in the animal body can be observed. Specifically, a ZAQ gene-deficient mouse or a tissue section thereof is fixed with glutaraldehyde or the like, washed with phosphate buffered saline (PBS), and then stained with X-gal at room temperature or at about 37 ° C. After reacting for about 30 minutes to 1 hour, the β-galactosidase reaction may be stopped by washing the tissue sample with a 1 mM EDTA / PBS solution, and coloration may be observed. Further, mRNA encoding lacZ may be detected according to a conventional method.
For example, in the screening method, when the test compound is administered to a test animal and the expression of the reporter protein is increased by about 10% or more, preferably about 30% or more, more preferably about 50% or more, the test compound is expressed as ZAQ. When the test compound is administered to a test animal, the expression of the reporter protein is reduced by about 10% or more, preferably about 30% or more, more preferably about 50% or more. The test compound can be selected as a substance that inhibits the promoter activity for the ZAQ gene.
The substance obtained by using the above-mentioned screening method is a substance selected from the above-described test compounds, and is a substance that promotes or inhibits the promoter activity for the ZAQ gene.
The substance obtained by the screening method may form a salt. Examples of the salt of the substance include a physiologically acceptable acid (eg, an inorganic acid) and a base (eg, an organic acid). And particularly preferably a physiologically acceptable acid addition salt. Such salts include, for example, salts with inorganic acids (eg, hydrochloric acid, phosphoric acid, hydrobromic acid, sulfuric acid, etc.) or organic acids (eg, acetic acid, formic acid, propionic acid, fumaric acid, maleic acid, For example, salts with succinic acid, tartaric acid, citric acid, malic acid, oxalic acid, benzoic acid, methanesulfonic acid, benzenesulfonic acid, and the like are used.
[0022]
Substances that promote or inhibit the promoter activity of the ZAQ gene can regulate the expression of ZAQ and regulate the function of ZAQ, for example, gastrointestinal diseases (enteritis, diarrhea, constipation, malabsorption syndrome, etc.) It can be used as a medicament such as an agent for preventing or treating diseases such as endocrine disease, gonadal disease, cancer, immunodeficiency or neurological disease.
Furthermore, substances derived from the substances obtained in the above screening can be used in the same manner.
[0023]
The drug containing the substance obtained by the screening method can be produced in the same manner as the drug containing the compound obtained by the above-mentioned screening method A.
The preparation obtained in this way is safe and low toxic, and thus can be used, for example, in humans or mammals (eg, rat, mouse, guinea pig, rabbit, sheep, pig, cow, horse, cat, dog, monkey, etc.). Can be administered.
The dose of the substance varies depending on the target disease, the administration subject, the administration route, and the like. For example, when a substance that inhibits the promoter activity of the ZAQ gene for the purpose of treating enteritis is orally administered, in general, an adult patient ( (With a body weight of 60 kg), about 0.1 to 100 mg, preferably about 1.0 to 50 mg, more preferably about 1.0 to 20 mg of the substance are administered per day. When administered parenterally, the single dose of the substance varies depending on the administration subject, target disease, and the like. For example, a substance that promotes the promoter activity of the ZAQ gene for the purpose of treating enteritis may be in the form of an injection. Usually, when administered to an adult patient (as 60 kg), about 0.01 to 30 mg, preferably about 0.1 to 20 mg, more preferably about 0.1 to 10 mg of the substance per day is injected intravenously. It is convenient to administer. In the case of other animals, the amount can be administered in terms of 60 kg.
[0024]
As described above, the non-human animal deficient in ZAQ gene expression of the present invention is extremely useful for screening for a compound or a salt thereof that promotes or inhibits the activity of a promoter for the ZAQ gene. Can greatly contribute to the investigation of the cause of the disease or the development of preventive and therapeutic drugs.
Also, using a DNA containing the promoter region of the ZAQ gene, genes encoding various proteins are ligated downstream thereof and injected into egg cells of an animal to produce a so-called transgenic animal (gene-transferred animal). For example, it is possible to specifically synthesize the peptide and examine its action in a living body. Furthermore, by linking an appropriate reporter gene to the above promoter portion and establishing a cell line in which this is expressed, a search system for a low molecular compound having an action of specifically promoting or suppressing the in vivo production ability of ZAQ itself. Can be used as
[0025]
In the present specification and drawings, bases, amino acids, and the like are indicated by abbreviations based on the abbreviations by IUPAC-IUB Commission on Biochemical Nomenclature or by abbreviations commonly used in the art, and examples thereof are described below. When an amino acid can have an optical isomer, the L-form is indicated unless otherwise specified.
DNA: deoxyribonucleic acid
cDNA: complementary deoxyribonucleic acid
A: Adenine
T: Thymine
G: Guanine
C: Cytosine
RNA: ribonucleic acid
mRNA: messenger ribonucleic acid
Gly: glycine
Ala: Alanine
Val: Valine
Leu: Leucine
Ile: Isoleucine
Ser: Serine
Thr: Threonine
Cys: cysteine
Met: methionine
Glu: glutamic acid
Asp: Aspartic acid
Lys: lysine
Arg: Arginine
His: histidine
Phe: phenylalanine
Tyr: Tyrosine
Trp: Tryptophan
Pro: Proline
Asn: Asparagine
Gln: Glutamine
[0026]
The sequence numbers in the sequence listing in the present specification indicate the following sequences.
[SEQ ID NO: 1]
2 shows the amino acid sequence of mouse-derived GPR73 (ZAQ1).
[SEQ ID NO: 2]
1 shows the nucleotide sequence of genomic DNA encoding mouse-derived GPR73 (ZAQ1).
[SEQ ID NO: 3]
2 shows the amino acid sequence of rat-derived ZAQ1.
[SEQ ID NO: 4]
1 shows the nucleotide sequence of cDNA encoding rat-derived ZAQ1.
[SEQ ID NO: 5]
1 shows the nucleotide sequence of cDNA encoding mouse-derived GPR73 (ZAQ1). [SEQ ID NO: 6]
2 shows the amino acid sequence of rat-derived ZAQ2.
[SEQ ID NO: 7]
1 shows the nucleotide sequence of cDNA encoding rat-derived ZAQ2.
[SEQ ID NO: 8]
2 shows the amino acid sequence of mouse-derived mI5E (ZAQ2).
[SEQ ID NO: 9]
1 shows the nucleotide sequence of cDNA encoding mouse-derived mI5E (ZAQ2).
[SEQ ID NO: 10]
1 shows the nucleotide sequence of a primer used in Example 1.
[SEQ ID NO: 11]
1 shows the nucleotide sequence of a primer used in Example 1.
[SEQ ID NO: 12]
3 shows the nucleotide sequence of a primer used in Example 3.
[SEQ ID NO: 13]
3 shows the nucleotide sequence of a primer used in Example 3.
[SEQ ID NO: 14]
3 shows the nucleotide sequence of a primer used in Example 3.
[SEQ ID NO: 15]
3 shows the nucleotide sequence of a primer used in Example 3.
[SEQ ID NO: 16]
3 shows the nucleotide sequence of a primer used in Example 3.
The transformant Escherichia coli JM109 / pKS-ZB obtained in Example 1 described below was obtained from October 1, 2002, at 1-1, Higashi 1-1, Tsukuba, Ibaraki, Japan, Central No. 6 (Zip code 305-8566). Deposited at the National Institute of Advanced Industrial Science and Technology, Patent Organism Depositary under the accession number FERM BP-8215.
The transformant Escherichia coli JM109 / pZAQTgVP obtained in Example 2 to be described later has been administered by independent administration of 1-1, Higashi 1-1-chome, Tsukuba, Ibaraki, Japan since October 17, 2002 (zip code 305-8566). Deposited at the Patent Organism Depositary, National Institute of Advanced Industrial Science and Technology under the accession number FERM BP-8216.
[0027]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples, but the scope of the present invention is not limited thereto.
[0028]
Example 1 Cloning of Mouse ZAQ1 Genomic DNA
Primer from exon 1 region of mouse GPR73
(32-54 ATACCACAGACACCTTTCACCGAC (SEQ ID NO: 10) and
458-436 TTAGTGGAGACGTAGAGGGAGAC (SEQ ID NO: 11)) was prepared, a 430 bp DNA fragment was obtained from the mouse genome by PCR, and the DIG probe was prepared after confirming the nucleotide sequence. Plaque hybridization was performed on a mouse 129SvEv genomic library (Stratagene), and three positive clones were obtained. A 11 kbp Bam HI fragment was subcloned from the results of Southern hybridization, and the restriction enzyme sites and the nucleotide sequence were determined. As a result, a genomic DNA consisting of the nucleotide sequence represented by SEQ ID NO: 2 consisting of exon 1 and exon 2 was obtained. (See FIG. 1). This genomic DNA encoded mouse ZAQ1 consisting of the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 1. Escherichia coli JM109 was transformed with plasmid pKS-ZB containing exon 1 and exon 2 to obtain JM109 / pKS-ZB.
[0029]
Example 2 Construction of targeting vector and production of ES homologous recombinant
A vector in which a 2 kbp HindIII fragment containing a promoter region and exon 1 was deleted from the restriction map of the genome was devised, and 1.1 kb upstream of exon 1 and 6.3 kb downstream of exon 1 (intron, exon 2 Neomycin resistance gene). The diphtheria toxin gene was used as a negative marker (see FIG. 1). Mouse 129SvEv-derived ES cells (AB2.2, 10) were charged with 25 μg of the ZAQ targeting vector under electroporation (Gene Pulser_Electroporation System, manufactured by Bio-Rad) at 230 V and 500 μF. 7 cells). Electroporation was performed twice, and neomycin selective culture was performed in a total of six 10 cm dishes. As a result, about 1200 neomycin-resistant colonies appeared after 6 days. About 400 neomycin-resistant colonies were picked up and cultured in a 96-well plate, a part of which was cultured for DNA extraction (24-well plate, without feeder cells), and the rest was frozen and stored. Southern analysis was performed on 340 neomycin-resistant strains. Southern analysis was performed using the BamHI-XhoI, 370 bp fragment (a part of exon 2; see FIG. 1) outside the 3 ′ used as the targeting vector as a probe, and hybridized to the BamHI-digested genome (for the wild type, In the homologous recombinant at 10.6 kb, bands are observed at 10.6 kb and 6.5 kb; see FIG. 1). As a result, a 6.5 kb band considered to be a homologous recombinant was found in 10 out of 340 strains. Ten types of ES homologous recombinants selected by primary screening (Southern analysis using a 3′-side probe) were raised from cryopreservation and cultured. Five of the ten strains showed good growth, and DNA was extracted from the five strains (No. 122, 163, 274, 287, 418) and confirmed by Southern analysis. As a result, as in the case of the primary screening, two bands of 10.6 and 6.5 kb were observed in all five strains (FIG. 2, left panel). Furthermore, Southern analysis (genomic Bam HI digestion) was performed using a 5 ′ probe (XhoI fragment 600 bp; see FIG. 1). As a result, two bands (10.6) showing homologous recombinants were observed in all five strains. , 4.1 kb) were observed (FIG. 2, right panel).
Karyotype analysis was performed on three types of ES homologous recombinants (Nos. 122, 287, and 418). When 50 karyotype analyzes were performed for each, No. The normal rates (2n = 40) for 122, 287, and 418 were 60%, 74%, and 66%, respectively, and were considered to have no effect on germline transfer.
ES homologous recombinant No. The plasmid pZAQTgVP contained in E. coli JM109 was transformed into E. coli JM109 to obtain E. coli JM109 / pZAQTgVP.
[0030]
Example 3 Preparation of knockout mouse
Homologous recombinant No. Microinjection into 122 C57BL / 6J strain mouse blastocysts was performed. The first injection was performed using 26 blastocysts, and the injected blastocysts were transplanted into pseudopregnant mouse oviducts obtained by crossing with vasectomized mice separately to make them pregnant. Six offspring were obtained, and five chimeric mice were obtained. Four of them were mice with a chimera rate of almost 100%. In the second injection experiment, 14 blastocysts were each injected. As a result, 6 offspring were obtained. Five chimeric mice were obtained as in the first experiment. Four were mice with almost 100% chimera rate.
No. For 122, a total of 10 chimeric mice were obtained. Male chimeric mice showing a chimera ratio of almost 100% were bred to C57BL / 6 strain female mice to confirm germline transfer in offspring and to obtain heterozygous mice.
By crossing the chimera with the C57BL / 6 strain mouse, 68 ES cell-derived mice were obtained. Genomic DNA was purified from the mouse tail, and the conditions for genotyping by PCR were examined first. As a result of the examination, the primers share the same MZ1 (GGAGCTCTGCTCCTCAGTGG (SEQ ID NO: 12)) on the 3 ′ side of the targeted region, and the 5 ′ side is used for wild type detection. 13)) The neomycin resistance gene sequence NE-1 (CCGCTCTCATTGCTCCAGCGG (SEQ ID NO: 14)) was used for mutant detection, and KOD-plus- (manufactured by Toyobo Co., Ltd.) was used as the polymerase. For the wild type, only a 400 bp fragment was detected, and for a hetero-deficient individual, a gene was determined by PCR designed to detect the 400 bp and 600 bp fragments. As a result, a hetero-deficient mouse could be obtained.
Next, gene deletion was confirmed by Southern hybridization. The genome was treated overnight at 37 ° C. using the restriction enzyme Bam HI. The probe can be amplified with a primer in the 5 'upstream region of ZAQ exon 1, Z22: 5'-CATTGTGTTGCTTCTGCCCTTTG-3' (SEQ ID NO: 15) and Z24: 5'-AGTGTCCAGGATGCCAATGTGTG-3 '(SEQ ID NO: 16). A 5 Kbp fragment was used and labeled using a PCR DIG probe synthesis kit (Roche). Hybridization was performed at 42 ° C. overnight. Washing was performed twice for 15 minutes in a solution in which 0.1% SDS was added to 0.1 × SSC at 65 ° C.
As a result, a 4.1 Kbp fragment derived from homologous recombination was confirmed to be as dense as the 10.6 Kbp fragment derived from the wild type. These individuals were found to be hetero-deficient mice. Since some of the individuals determined this time are used as mating parents for obtaining homo-deficient individuals, homo-deficient mice were obtained by mating male hetero-defective individuals and female hetero-deficient individuals that could be determined to be hetero-defective individuals.
[0031]
Example 4 Analysis of homo-deficient mice
Next, after weaning of the homo-deficient mice, changes in body weight at 6 to 18 weeks of age were examined. As a result, in the homo-deficient mice, both males and females tended to have a slightly lower body weight than the wild-type mice. The body weight of the female homo-deficient mouse became significantly lower than that of the wild-type mouse after 15 weeks of age. However, there was no significant difference in the weight of male homo-deficient mice. At the same time, the food intake at the age of 16 and 17 weeks in the homo-deficient mice was measured. As a result, there was no difference in the amount of food consumed at the age of 16 weeks between wild-type mice and homo-deficient mice. However, the intake of 17-week-old homozygous mice was significantly lower in both sexes than in wild-type mice.
[0032]
Example 5 Analysis of ovarian function in homo-deficient mice
PMSG (pregnant horse serum gonadotropin, manufactured by Teikoku Organ Co., Ltd.) was intraperitoneally administered to 11-week-old female wild-type mice and female homo-deficient mice at 13:00, respectively. At 11:00 on day 3, hCG (human chorionic gonadotropin) was intraperitoneally administered to the mouse at 5 IU. After the administration, the mice were co-resident with the male C57BL / 6J strain mouse in a one-to-one relationship. On the fourth day, at 9 o'clock, the vaginal glands of each female mouse were examined to confirm the mating. The female mice in which mating was confirmed were sacrificed by cervical dislocation, the oviducts were cut out, and fertilized eggs were collected according to a conventional method. After washing, the collected fertilized eggs were transferred to a fertilized egg culture medium (Brinster's BMOC-3 medium, manufactured by GIBCO), and the temperature was adjusted to 37 ° C. 2 The cells were cultured in an incubator. The number of fertilized eggs obtained from each mouse was calculated. As a result, the number of ovulations per female wild-type mouse was 20 to 30 in most cases, and was relatively stable. On the other hand, the number of ovulations per female homo-deficient mouse ranged widely from 10 or less to 60 or more.
When the obtained fertilized eggs were cultured for 1 day by a conventional method, about 76% of the fertilized eggs obtained from the female wild-type mouse developed to a 2-cell stage embryo or a 4-cell stage embryo. On the other hand, fertilized eggs of female homozygous deficient mice that developed up to the 2-cell stage embryo or the 4-cell stage embryo were 53%. On day 4 of culture, about 36% of the female wild-type mouse-derived embryos developed up to the morula or blastocyst. It was about 15%.
[0033]
【The invention's effect】
The non-human animal ES cells in which the ZAQ gene has been inactivated according to the present invention are very useful for producing a non-human animal deficient in ZAQ gene expression.
Since the non-human animal lacking ZAQ expression of the present invention lacks various biological activities that can be induced by ZAQ, it can serve as a model for a disease caused by inactivation of the biological activity of ZAQ. It is useful for screening for prophylactic / therapeutic agents for various diseases, for investigating the causes of ZAQ-related diseases, and for examining treatment methods.
The ZAQ gene-introduced non-human animal of the present invention can elucidate the pathological mechanism of ZAQ-related diseases such as hyper-ZAQ disease and ZAQ dysfunction, and examine methods for treating these diseases. Further, it can be used for screening a therapeutic drug for the above ZAQ-related disease.
The screening method of the present invention can efficiently screen preventive / therapeutic agents for various diseases caused by ZAQ deficiency.
[0034]
[Sequence list]
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[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram showing the structures of a wild-type allele (upper panel), a ZAQ targeting vector (middle panel), and a homologous recombinant allele (lower panel).
Black boxes indicate ZAQ coding exons. The white box indicates the expression cassette of the foreign gene, and the arrow in the box indicates the direction of transcription. Neo indicates the neomycin resistance gene, and DTA indicates the diphtheria exotoxin gene.
FIG. 2 is a photograph showing the results of Southern analysis showing that the selected ES cell line is a homologous recombinant having a heterozygous deletion of ZAQ gene.
Genomic DNA was extracted from each of the five ES cell lines (No. 122, 163, 274, 287, 418) and the wild type (Wild), cut with Bam HI, and the 3′-side probe (see FIG. 1; left panel); Southern analysis was performed using the 5 'probe and the 5' probe (see Fig. 1; right panel). In the former, two bands of 10.6 and 6.5 kb were observed in all five strains, and in the latter, two bands of 10.6 and 4.1 kb were observed in all five strains. Five ES cell lines, 122, 163, 274, 287 and 418, were found to be homologous recombinants deficient in the ZAQ gene.

Claims (28)

ZAQ遺伝子が不活性化された哺乳動物胚幹細胞。A mammalian embryonic stem cell in which the ZAQ gene has been inactivated. 薬剤耐性である請求項1記載の胚幹細胞。The embryonic stem cell according to claim 1, which is drug resistant. 薬剤がネオマイシンである請求項2記載の胚幹細胞。The embryonic stem cell according to claim 2, wherein the drug is neomycin. レポーター遺伝子の挿入によりZAQ遺伝子が不活性化された請求項1記載の胚幹細胞。The embryonic stem cell according to claim 1, wherein the ZAQ gene has been inactivated by inserting a reporter gene. レポーター遺伝子がlacZ遺伝子である請求項4記載の胚幹細胞。The embryonic stem cell according to claim 4, wherein the reporter gene is a lacZ gene. 哺乳動物がマウスである請求項1記載の胚幹細胞。The embryonic stem cell according to claim 1, wherein the mammal is a mouse. ZAQ遺伝子が配列番号:2、配列番号:4、配列番号:5、配列番号:7または配列番号:9で表わされる塩基配列を含有する遺伝子である請求項1記載の胚幹細胞。The embryonic stem cell according to claim 1, wherein the ZAQ gene is a gene containing the nucleotide sequence represented by SEQ ID NO: 2, SEQ ID NO: 4, SEQ ID NO: 5, SEQ ID NO: 7, or SEQ ID NO: 9. ZAQ遺伝子発現不全非ヒト哺乳動物。A non-human mammal deficient in ZAQ gene expression. レポーター遺伝子の挿入によりZAQ遺伝子が不活性化された請求項8記載の動物。The animal according to claim 8, wherein the ZAQ gene has been inactivated by the insertion of the reporter gene. レポーター遺伝子がZAQ遺伝子に対するプロモーターの制御下にある請求項9記載の動物。The animal according to claim 9, wherein the reporter gene is under the control of a promoter for the ZAQ gene. 非ヒト哺乳動物がマウスである請求項8記載の動物。The animal according to claim 8, wherein the non-human mammal is a mouse. ZAQ遺伝子が配列番号:2、配列番号:4、配列番号:5、配列番号:7または配列番号:9で表わされる塩基配列を含有する遺伝子である請求項8記載の動物。The animal according to claim 8, wherein the ZAQ gene is a gene containing the nucleotide sequence represented by SEQ ID NO: 2, SEQ ID NO: 4, SEQ ID NO: 5, SEQ ID NO: 7, or SEQ ID NO: 9. 対応するZAQ遺伝子発現動物と比較して、
▲1▼雌動物において、過排卵処理によって安定的に受精卵が取得できない、および/または
▲2▼受精卵を培養した場合、初期胚の発生率が少ない、
という表現型を有する請求項8〜12のいずれかに記載の動物。
As compared to the corresponding ZAQ gene-expressing animal,
(1) In a female animal, a fertilized egg cannot be stably obtained by superovulation treatment, and / or (2) a low incidence of early embryos when a fertilized egg is cultured.
The animal according to any one of claims 8 to 12, which has the phenotype:
請求項8記載の動物もしくはその組織またはそれらに由来する細胞を用いることを特徴とする消化器疾患、内分泌疾患、性腺疾患、がん、免疫不全または神経疾患の予防・治療物質のスクリーニング方法。A method for screening a substance for preventing or treating a gastrointestinal disease, an endocrine disease, a gonadal disease, a cancer, an immunodeficiency or a neurological disease, comprising using the animal according to claim 8 or a tissue thereof or a cell derived therefrom. 請求項8記載の動物もしくはその組織またはそれらに由来する細胞に試験化合物を投与することを特徴とする請求項14記載のスクリーニング方法。15. The screening method according to claim 14, wherein a test compound is administered to the animal according to claim 8, a tissue thereof, or cells derived therefrom. 請求項14または15記載のスクリーニング方法により得られる消化器疾患、内分泌疾患、性腺疾患、がん、免疫不全または神経疾患の予防・治療物質。A substance for preventing or treating a digestive organ disease, endocrine disease, gonadal disease, cancer, immunodeficiency or neurological disease obtained by the screening method according to claim 14 or 15. 請求項16記載の予防・治療物質を含有してなる消化器疾患、内分泌疾患、性腺疾患、がん、免疫不全または神経疾患の予防・治療剤。A prophylactic / therapeutic agent for a digestive organ disease, an endocrine disease, a gonadal disease, a cancer, an immunodeficiency or a neurological disease, comprising the prophylactic / therapeutic substance according to claim 16. 請求項8記載の動物と他の病態モデル動物との交配によって生じる病態モデル動物。A disease model animal produced by crossing the animal according to claim 8 with another disease model animal. 請求項8記載の動物に対する薬剤誘発またはストレス負荷によって生じる病態モデル動物。A disease model animal produced by drug induction or stress load on the animal according to claim 8. 請求項18記載の動物に対する薬剤誘発またはストレス負荷によって生じる病態モデル動物。A disease model animal caused by drug induction or stress load on the animal according to claim 18. 請求項18〜20のいずれかに記載の動物もしくはその組織またはそれらに由来する細胞を用いることを特徴とする消化器疾患、内分泌疾患、性腺疾患、がん、免疫不全または神経疾患の予防・治療物質のスクリーニング方法。21. Prevention and treatment of a digestive organ disease, an endocrine disease, a gonadal disease, a cancer, an immunodeficiency or a neurological disease, comprising using the animal according to any one of claims 18 to 20, or a tissue thereof, or a cell derived therefrom. A method for screening substances. 請求項18〜20のいずれかに記載の動物もしくはその組織またはそれらに由来する細胞に試験化合物を投与することを特徴とする消化器疾患、内分泌疾患、性腺疾患、がん、免疫不全または神経疾患の予防・治療物質のスクリーニング方法。A gastrointestinal disease, an endocrine disease, a gonadal disease, a cancer, an immunodeficiency or a neurological disease, comprising administering a test compound to the animal according to any one of claims 18 to 20, or a tissue thereof, or a cell derived therefrom. Screening method for prophylactic and therapeutic substances. 請求項21または22記載のスクリーニング方法により得られる消化器疾患、内分泌疾患、性腺疾患、がん、免疫不全または神経疾患の予防・治療物質。A prophylactic / therapeutic substance for digestive organ disease, endocrine disease, gonadal disease, cancer, immunodeficiency or neurological disease obtained by the screening method according to claim 21 or 22. 請求項23記載の予防・治療物質を含有してなる消化器疾患、内分泌疾患、性腺疾患、がん、免疫不全または神経疾患の予防・治療剤。A prophylactic / therapeutic agent for a digestive organ disease, an endocrine disease, a gonadal disease, a cancer, an immunodeficiency or a neurological disease, comprising the prophylactic / therapeutic substance according to claim 23. 請求項10記載の動物に、試験化合物を投与し、レポーター遺伝子の発現を検出することを特徴とするZAQ遺伝子に対するプロモーター活性を促進または阻害する化合物またはその塩のスクリーニング方法。A method for screening a compound or a salt thereof that promotes or inhibits promoter activity on a ZAQ gene, comprising administering a test compound to the animal according to claim 10 and detecting expression of a reporter gene. 請求項25記載のスクリーニング方法で得られうるZAQ遺伝子に対するプロモーター活性を促進または阻害する化合物またはその塩。A compound or a salt thereof that promotes or inhibits a promoter activity for a ZAQ gene obtainable by the screening method according to claim 25. 請求項25記載のスクリーニング方法で得られうるZAQ遺伝子に対するプロモーター活性を促進する化合物またはその塩を含有してなる消化器疾患、内分泌疾患、性腺疾患、がん、免疫不全または神経疾患の予防・治療剤。A prophylactic / therapeutic treatment of a gastrointestinal disease, an endocrine disease, a gonadal disease, a cancer, an immunodeficiency or a neurological disease comprising a compound or a salt thereof that promotes a promoter activity for a ZAQ gene obtainable by the screening method according to claim 25. Agent. 請求項25記載のスクリーニング方法で得られうるZAQ遺伝子に対するプロモーター活性を阻害する化合物またはその塩を含有してなる消化器疾患、内分泌疾患、性腺疾患、がん、免疫不全または神経疾患の予防・治療剤。A prophylactic / therapeutic treatment of a gastrointestinal disease, an endocrine disease, a gonadal disease, a cancer, an immunodeficiency or a neurological disease comprising a compound or a salt thereof that inhibits the promoter activity of the ZAQ gene obtainable by the screening method according to claim 25. Agent.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015002719A (en) * 2013-06-21 2015-01-08 全国農業協同組合連合会 Immunodeficient pig

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