JP2004344072A - Splicing control element for smn gene - Google Patents

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Kazunori Imaizumi
和則 今泉
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for controlling the expression of SMN gene. <P>SOLUTION: A nucleic acid for a splicing control factor or a variant thereof comprising a specific base sequence is provided. A nucleic acid-introducing carrier containing the nucleic acid is provided. The method for controlling the expression of SMN gene using the nucleic acid is provided. A pharmaceutical composition containing the nucleic acid or the carrier as active ingredient is provided. A method for retrieving a splicing-enhancing substance for SMN gene's exon 7 is also provided, comprising the following steps: in the presence/absence of a specimen, a cell is maintained which contains an exon trap vector construct operably bound with a nucleic acid construct comprising SMN2 gene's intron 6, SMN2 gene's exon 7 and SMN2 gene's intron 7 containing a nucleic acid for a splicing control element comprising a specific base sequence, and the amount of a transcription product corresponding to the SMN2 gene's exon 7 in the cell obtained in the presence of the specimen and the amount of a transcription product corresponding to the SMN2 gene's exon 7 in the cell obtained in the absence of the specimen are measured. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、SMN遺伝子の発現制御のための手段に関する。より詳しくは、本発明は、SMN遺伝子のスプライシングを調節しうるスプライシング調節エレメントの核酸及び核酸導入用担体、SMN遺伝子の発現制御方法、SMN遺伝子の欠損又は変異により引き起こされる疾患の予防又は治療のための医薬組成物、並びにSMN遺伝子のエキソン7のスプライシング増強物質のスクリーニング方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
脊髄性筋萎縮症は、常染色体性劣性疾患であり、最終的に、死に至らしめる近位の四肢及び体幹の筋の衰弱をもたらす脊髄における運動ニューロンの欠損を特徴とする。
【0003】
前記脊髄性筋萎縮症の疾患原因と考えられる遺伝子として、ヒト第5染色体5q13座に局在するsurvival motor neuron(SMN)遺伝子が見出されている(非特許文献1、非特許文献2)。
【0004】
前記SMN遺伝子は、ヒトにおいては、スプライシングにより、2種のアイソフォーム、すなわち、エキソン7を含まない「SMNΔエキソン7」と、エキソン7を含む「SMN+エキソン7」を生じることが知られている。前記エキソン7を含む「SMN+エキソン7」が存在しない場合、前記脊髄性筋萎縮症を発症すると考えられている。
【0005】
前記脊髄性筋萎縮症の治療法の開発のために、例えば、酪酸塩(酢酸ナトリウム、酪酸アルギニン、酪酸等)、トラポクシン、トリコスタチンA等のヒストンデアセチラーゼ阻害剤を用いて、SMN遺伝子のエキソン7の発現を増加させること(特許文献1を参照のこと)、SMN2遺伝子のエキソン7を含有したDNAでトランスフェクトされた哺乳動物細胞に、SMN2遺伝子のエキソン7の包含を制御する物質をさらし、エキソン7包含とエキソン7スキッピングの割合を調べることにより、SMN2遺伝子のエキソン7包含を制御する物質を試験すること(特許文献2を参照のこと)、SMN2遺伝子のエキソン7包含を制御する物質として、スプライシング調節因子Htra2−beta 1タンパク質をコードする核酸を、哺乳動物細胞にトランスフェクトし、それにより、エキソン7を含まないSMN2転写産物を減少させ、全長SMN2発現をアップレギュレートさせること(前記特許文献2を参照のこと)等が試みられている。
【0006】
しかしながら、ヒストンデアセチラーゼ阻害剤を用いる場合、ヒストンの脱アセチル化が阻害されヒストンが有するヌクレオソーム形成に影響を与えるため、細胞の分裂・増殖が障害される可能性があるという欠点がある。また、前記特許文献2に記載の方法によれば、Htra2−beta1は、各臓器・組織のすべての細胞で発現し、多くの遺伝子のスプライシングを制御しているため、過剰に発現させれば、Htra2−beta1がスプライシングを制御している他の遺伝子のスプライシングに影響を与える可能性があるという欠点がある。
【0007】
【特許文献1】
特開2002−338502号公報、実施例4等
【特許文献2】
欧州特許公開第1 133 993号明細書(EP 1 133 993 A1)
【非特許文献1】
レフェブレ(Lefebvre,S.)ら,Cell,第80巻,第155頁−第165頁 1995年発行
【非特許文献2】
ロシェット(Rochette,C.T.)ら,Hum.Genet.,第108巻,第255頁−第266頁,2001年発行
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、全長SMN遺伝子を発現させること、SMN1遺伝子の機能を補いうるSMN2遺伝子由来産物を発現させること、脊髄性筋萎縮症の発症の原因となるSMN1遺伝子の欠損又は該SMN1遺伝子の変異による引き起こされるSMN1遺伝子産物の機能欠損を補うこと等の少なくとも1つを可能にする、SMN遺伝子のスプライシング調節エレメントを有する核酸を提供することを目的とする。また、本発明は、前記スプライシング調節エレメントを有する核酸を、細胞に効率よく導入することができる、核酸導入用担体を提供することを目的とする。さらに、本発明は、全長SMN遺伝子を発現させること、SMN1遺伝子の機能を補いうるSMN2遺伝子由来産物を発現させること等を可能にする、SMN遺伝子の発現制御方法を提供することを目的とする。また、本発明は、SMN遺伝子の欠損又は変異により引き起こされる疾患、特に、脊髄性筋萎縮症の発症を予防又は治療することができる、SMN遺伝子の欠損又は変異により引き起こされる疾患の予防又は治療のための医薬組成物を提供することを目的とする。さらに、本発明は、全長SMN遺伝子の発現を増強させうる物質、SMN1遺伝子の機能を補いうるSMN2遺伝子由来産物の発現を増強させうる物質等を効率よくスクリーニングすることができる、SMN遺伝子のエキソン7のスプライシング増強物質のスクリーニング方法を提供することを目的とする。なお、本発明の他の課題は、本明細書の記載及び全教示から明らかである。
【0009】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明の要旨は、
〔1〕 配列番号:1又は2に示される塩基配列からなるスプライシング調節エレメントの核酸、
〔2〕 配列番号:1又は2に示される塩基配列とは、核酸多型を介して異なる塩基配列からなり、かつSMN遺伝子のスプライシングを調節しうる、前記〔1〕記載の核酸のバリアントの核酸、
〔3〕 バリアントが、配列番号:21、配列番号:22、配列番号:23、配列番号:24及び配列番号:25からなる群より選ばれた塩基配列からなる、前記〔2〕記載の核酸、
〔4〕 前記〔1〕〜〔3〕いずれか1項記載の核酸を含有してなる、核酸導入用担体、
〔5〕 下記a)又はb)の核酸:
a)配列番号:2に示される塩基配列からなる核酸、又は
b)配列番号:2に示される塩基配列とは、核酸多型を介して異なる塩基配列からなり、かつSMN遺伝子のスプライシングを調節しうる、前記a)の核酸のバリアントの核酸
の少なくとも1コピーを、染色体に組み込ませることを特徴とする、SMN遺伝子の発現制御方法、
〔6〕前記〔1〕〜〔3〕いずれか1項記載の核酸又は前記〔4〕記載の核酸導入用担体を有効成分として含有してなる、SMN遺伝子の欠損又は変異により引き起こされる疾患の予防又は治療のための医薬組成物、
〔7〕 (I)被験物質の存在下及び非存在下に、
下記(1)〜(3):
(1) SMN2遺伝子のイントロン6と
(2) SMN2遺伝子のエキソン7と
(3) 配列番号:1又は2に示される塩基配列からなるスプライシング調節エレメントの核酸を含有したSMN2遺伝子のイントロン7と
からなり、かつ(1)−(2)−(3)の順に配置された核酸構築物が作動可能に結合されたエキソントラップベクターを含む細胞を維持するステップ、及び
(II)前記ステップ(I)において、被験物質の存在下に得られた細胞中におけるSMN2遺伝子のエキソン7に対応する転写産物の量と、被験物質の非存在下に得られた細胞中におけるSMN2遺伝子のエキソン7に対応する転写産物の量とを測定するステップ、
を含み、被験物質の存在により、非存在下に比べ、SMN2遺伝子のエキソン7に対応する転写産物が増加することを指標とする、SMN遺伝子のエキソン7のスプライシング増強物質のスクリーニング方法、
に関する。
【0010】
【発明の実施の形態】
本発明のスプライシング調節エレメントの核酸は、配列番号:1に示される塩基配列(RNA)又は配列番号:2に示される塩基配列(DNA)からなることに1つの大きな特徴がある。本発明の核酸は、Survival motor neuron(SMN)遺伝子のシスエレメント(以下、エレメント2という)の配列のうち、エキソン7を生じさせるスプライシングを調節する配列単位であり、ステム−ループ構造を形成する核酸である。
【0011】
したがって、本発明の核酸によれば、エキソン7を含むSMN転写産物を生じさせるという優れた効果を発揮する。また、本発明の核酸によれば、SMN1遺伝子が欠損又は変異している場合であっても、スプライシングにより、SMN2からエキソン7を含むSMN転写産物を生じさせうるという優れた効果を発揮する。
【0012】
前記survival motor neuron(SMN)遺伝子には、SMN1遺伝子〔ジーンバンク(GenBank) アクセッション番号:AH006635〕と、該SMN1遺伝子と数個のヌクレオチドが異なる塩基配列を有するSMN2遺伝子との2種のSMN遺伝子が存在することが知られている。
【0013】
また、前記SMN1遺伝子は、スプライシングにより、通常、エキソン1〜エキソン8までの全てのエキソンの転写産物を生じるが、前記SMN2遺伝子は、オルタナティブスプライシングにより、エキソン7を含まない転写産物を生じるという性質を有する。さらに、前記SMN2遺伝子の翻訳産物は、前記SMN1遺伝子の翻訳産物の機能を補うことができないという性質を有する。したがって、本発明の核酸によれば、SMN遺伝子又はSMN遺伝子の翻訳産物の本来の機能が欠損している場合、あるいは、SMN1遺伝子が欠損又は変異している場合であっても、エキソン7を含むSMN転写産物を生じさせ、SMN遺伝子の本来の機能を補うことができるという優れた効果を発揮する。さらに、本発明の核酸によれば、エキソン7を含むSMN転写産物を生じさせることができるため、SMN遺伝子の欠損又は変異により引き起こされる疾患、具体的には、脊髄性筋萎縮症等の疾患の治療に用いられうる。
【0014】
なお、自然界においては、天然の遺伝子において、自然発生的(naturally occuring)に変異が起こって生じたバリアントであっても、該バリアントによりコードされる産物が、本来の機能を発揮する場合がある。したがって、本発明のスプライシング調節エレメントの核酸には、SMN遺伝子のスプライシング、具体的には、エキソン7を生じさせるスプライシングを調節、具体的には、正に調節するものであれば、配列番号:1又は2に示される塩基配列とは、核酸多型を介して異なる塩基配列からなり、かつSMN遺伝子のスプライシングを調節しうる、バリアントの核酸も含まれる。前記バリアントの核酸は、好ましくは、配列番号:1又は2に示される塩基配列と少なくとも1塩基、すなわち、1又は数個の塩基が、核酸多型を介して異なる塩基配列を有するものであり、ステム−ループ構造を形成する核酸であることが望ましい。
【0015】
前記バリアントは、人為的に、例えば、慣用の部位特異的変異導入方法等により作製することもできる。
【0016】
前記配列番号:1に示される塩基配列からなる核酸のバリアントの塩基配列としては、SMN遺伝子のスプライシング、具体的には、エキソン7を生じさせるスプライシングを調節、具体的には、正に調節するものであればよく、具体的には、例えば、
配列番号:1に示される塩基配列からなる核酸と中ストリンジェント、好ましくは、高ストリンジェントの条件下にハイブリダイズする核酸のアンチセンス鎖の塩基配列、
配列番号:1に示される塩基配列からなる核酸に対し、BLASTアルゴリズム〔例えば、BLASTNにおいて、期待値10、ワードサイズ3、ギャップコスト(Existence:11、Extension:1)〕により、最適な状態にアラインメントされ、算出された配列同一性が、少なくとも70%、好ましくは、80%以上、より好ましくは、90%以上である塩基配列であって、エキソン7を生じさせるスプライシングを調節、具体的には、正に調節するエレメント、好ましくは、ステム−ループを形成するエレメントの塩基配列であって、
配列番号:1の1位のG及び2位のUが、それぞれ、A及びAに置換された塩基配列
配列番号:1の3位のG及び20位のGが、それぞれ、U及びUに置換された塩基配列、
配列番号:1の21位のA及び22位のAが、それぞれ、U及びUに置換された塩基配列、
等が挙げられる。また、前記配列番号:2に示される塩基配列からなる核酸のバリアントの塩基配列としては、SMN遺伝子のスプライシング、具体的には、エキソン7を生じさせるスプライシングを調節、具体的には、正に調節するものであればよく、具体的には、例えば、
配列番号:2に示される塩基配列からなる核酸と中ストリンジェント、好ましくは、高ストリンジェントの条件下にハイブリダイズする核酸のアンチセンス鎖の塩基配列、
配列番号:2に示される塩基配列からなる核酸に対し、BLASTアルゴリズム〔例えば、BLASTNにおいて、期待値10、ワードサイズ3、ギャップコスト(Existence:11、Extension:1)〕により、最適な状態にアラインメントされ、算出された配列同一性が、少なくとも70%、好ましくは、80%以上、より好ましくは、90%以上である塩基配列であって、エキソン7を生じさせるスプライシングを調節、具体的には、正に調節するエレメント、好ましくは、ステム−ループを形成するエレメントの塩基配列、
配列番号:2の1位のG及び2位のTが、それぞれ、A及びAに置換された塩基配列
配列番号:2の3位のG及び20位のGが、それぞれ、T及びTに置換された塩基配列、
配列番号:2の21位のA及び22位のAが、それぞれ、T及びTに置換された塩基配列、
等が挙げられる。
【0017】
本明細書において、前記「中ストリンジェントな条件」とは、組成:6×SSC(0.9M NaCl、0.09M クエン酸ナトリウム、pH7.0)と、5×デンハート(0.5% FicollTM、0.5% ポリビニルピロリジン、0.5% ウシ血清アルブミン)と、0.1% SDSとを含む溶液中、配列番号:1又は2に示される塩基配列からなる核酸とともに37℃で一晩保温し、低イオン強度、例えば、2×SSC、よりストリンジェントには、0.1×SSC等の条件及び/又はより高温、37℃以上、ストリンジェントには、50℃以上、よりストリンジェントには、60℃以上、より一層ストリンジェントには、65℃以上等の条件下での洗浄を行なう条件により達成されうる。
【0018】
前記バリアントとしては、より具体的には、例えば、配列番号:21に示される塩基配列からなる核酸、配列番号:22に示される塩基配列からなる核酸、配列番号:23に示される塩基配列からなる核酸、配列番号:24に示される塩基配列からなる核酸、配列番号:25に示される塩基配列からなる核酸等が挙げられる。
【0019】
なお、核酸が、ステム−ループ構造を形成するものであることは、MFOLDプログラム(Michael Zuker Rensselaer Polytechnic Institute製)等の慣用のプログラムにより二次構造を解析することにより、評価されうる。
【0020】
また、核酸が、SMN遺伝子のスプライシング、具体的には、エキソン7を生じさせるスプライシングを調節、具体的には、正に調節するものであることは、
(1) SMN2遺伝子のイントロン6と
(2) SMN2遺伝子のエキソン7と
(3) 配列番号:1又は2に示される塩基配列からなるスプライシング調節エレメントの核酸を含有したSMN2遺伝子のイントロン7と
からなり、かつ(1)−(2)−(3)の順に配置された核酸構築物が作動可能に結合されたエキソントラップベクターを用いることにより評価されうる。具体的には、前記エキソントラップベクター中の前記(3)のイントロン7の塩基配列において、配列番号:2に示される塩基配列の領域を、被験対象の核酸と置換し、得られた構築物を、適切な宿主細胞、例えば、COS−7細胞、SK−N−SH細胞等に、慣用の遺伝子導入方法により導入し、得られた細胞における前記(2)のエキソン7に対応する転写産物の存在を検出することにより評価されうる(「スプライシング能評価法」という)。
【0021】
ここで、「エキソン7を生じさせるスプライシングを正に調節する」とは、エキソン7を包含した転写産物(エキソン7含有型)を生じるか、あるいは該転写産物の量を増大させるように、スプライシングを制御することを意味する。
【0022】
前記エキソントラップベクターとしては、SV40プロモーターを持ち、HIV−tat遺伝子の2つのエキソン間にクローニングサイトを有するベクターが挙げられ、具体的には、pSPL3ベクター〔プロメガ(Promega)社製〕等が挙げられる。
【0023】
前記(1)のイントロン6と、(2)のエキソン7と、(3)のイントロン7は、前記ジーンバンクアクセッション番号:AH006635の配列に基づき得ることもできる。
【0024】
前記核酸構築物は、例えば、モレキュラー・クローニング:ア・ラボラトリー・マニュアル 第2版〔ザンブルーク(Sambrook)ら、Molecular Cloning : A Laboratory Manual 2nded.,(1989)〕等に記載の慣用の遺伝子操作法により構築されうる。
【0025】
なお、本発明においては、前記エキソントラップベクター構築物の他、適切なプロモーターの制御下に、SMN遺伝子のエキソン6〜エキソン8までの領域のゲノム由来配列を含むプラスミドも用いられうる。かかる態様も本発明に含まれる。
【0026】
エキソン7の検出は、細胞から抽出された全RNAを、エキソン7の塩基配列に基づいて作製されたプローブを用いたノーザンブロット解析、用いたベクターに特異的なプライマー対や該エキソン7に特異的なプライマー対を用いたRT−PCR解析等に供することより行なわれうる。なお、前記プローブ又はプライマー対は、かかる検出を容易にする標識物質(蛍光物質、放射性同位元素等)によりに標識されていてもよい。
【0027】
前記プローブの鎖長は、特に限定はないが、非特異的なハイブリダイゼーションを防止する観点から、連続した15ヌクレオチド長以上であり、好ましくは、18ヌクレオチド長以上であることが望ましい。前記プローブとしては、例えば、エキソン7の塩基配列からなる核酸又はそのアンチセンス鎖、前記エキソン7の塩基配列のうち、データベースの公知配列に存在しない塩基配列からなる核酸又はそのアンチセンス鎖、エキソン7の塩基配列中の連続した15ヌクレオチド長以上の塩基配列を有する核酸又はそのアンチセンス鎖等が挙げられる。
【0028】
また、プライマーの鎖長は、特に限定はないが、例えば、15〜40ヌクレオチド長であり、好ましくは、17〜30ヌクレオチド長であることが望ましい。
【0029】
前記プローブ又はプライマーに適した配列は、例えば、Tm値等、公知配列、核酸の二次構造の形成等を考慮し、プローブ及び/又はプライマーのデザインを支援する慣用のソフトウェアなどにより得られうる。
【0030】
本発明の核酸は、前記塩基配列を有するため、全長SMN遺伝子を発現させることができ、SMN1遺伝子が欠損又は変異して機能欠損を起こしている場合であっても、SMN1遺伝子の機能を補いうるSMN2遺伝子由来産物を発現させることができ、脊髄性筋萎縮症の発症の原因となるSMN1遺伝子の欠損又は該SMN1遺伝子の変異による引き起こされるSMN1遺伝子産物の機能欠損を補うことができる。
【0031】
また、本発明の核酸は、細胞に導入可能な担体に組み込むこと又は保持させることにより得られた核酸導入用担体により、より効率よく細胞等に導入することができる。したがって、かかる核酸導入用担体も本発明に含まれる。
【0032】
本発明の核酸導入用担体は、本発明の核酸を含有することに1つの大きな特徴がある。したがって、本発明の核酸導入用担体は、前記塩基配列を有するため、全長SMN遺伝子を発現させることができるという優れた効果を発揮する。また、本発明の核酸導入用担体は、前記塩基配列を有するため、SMN1遺伝子が欠損又は変異して機能欠損を起こしている場合であっても、SMN1遺伝子の機能を補いうるSMN2遺伝子由来産物を発現させることができる。さらに、本発明の核酸導入用担体は、前記塩基配列を有するため、脊髄性筋萎縮症の発症の原因となるSMN1遺伝子の欠損又は該SMN1遺伝子の変異による引き起こされるSMN1遺伝子産物の機能欠損を補うことができるという優れた効果を発揮する。
【0033】
また、本発明の核酸導入用担体は、本発明の核酸を含有し、かつ該核酸が、細胞に導入可能な担体に組み込まれていること又は保持されていることに1つの大きな特徴がある。したがって、本発明の核酸導入用担体によれば、本発明の核酸を、より効率よく、細胞等に導入することができ、さらに、より効率よく染色体上のターゲティング部位(例えば、SMN遺伝子のイントロン7等)に組み込むことができるという優れた効果を発揮する。
【0034】
前記「細胞に導入可能な担体」としては、例えば、導入対象となる細胞等に適したベクター、金粒子、リポソーム等が挙げられる
【0035】
ベクターとしては、例えば、宿主細胞中で機能するプロモーター〔例えば、サイトメガロウイルス(CMV)プロモーター、SV40プロモーター等〕を含む哺乳動物細胞用のベクター(レトロウイルス系ベクター、セムリキフォレストウイルスベクター、パピローマウイルスベクター、ワクシニアウイルスベクター、SV40系ベクター等)等が挙げられる。
【0036】
なお、本発明の核酸導入用担体には、染色体上のターゲティング部位(例えば、染色体上のSMN遺伝子のイントロン7等)との相同組換えを可能にする配置で、本発明の核酸と、相同組換えに適した配列からなる核酸とが配置された核酸構築物も含まれる。なお、前記核酸構築物は、さらに、前記「細胞に導入可能な担体」に組み込み、又は保持させてもよい。
【0037】
前記細胞としては、例えば、ヒト神経芽細胞腫SK−N−SH細胞、SY−5Y細胞、ヒト初代培養神経細胞、COS−7細胞、HeLa細胞、293細胞等が挙げられる。
【0038】
前記「相同組換えを可能にする配置」としては、特に限定されないが、順に、SMN遺伝子のエキソン7と、
SMN遺伝子のイントロン7上に下記a)又はb)の核酸:
a)配列番号:2に示される塩基配列からなる核酸、又は
b)配列番号:2に示される塩基配列とは、核酸多型を介して異なる塩基配列からなり、かつSMN遺伝子のスプライシングを調節しうる、前記a)の核酸のバリアントの核酸
の少なくとも1コピーを有する核酸と
SMN遺伝子のエキソン8と
を有する配置等が挙げられる。
【0039】
本発明の核酸及び本発明の核酸導入用担体によれば、SMN遺伝子のスプライシングを調節することができ、SMN遺伝子の発現制御方法が提供される。
【0040】
本発明のSMN遺伝子の発現制御方法は、本発明の核酸を染色体に組み込ませることを1つの大きな特徴とする。したがって、本発明の発現制御方法によれば、本発明の核酸を染色体上のターゲティング部位(すなわち、SMN遺伝子のイントロン7)に組み込むため、全長SMN遺伝子を発現させることができ、また、SMN1遺伝子の機能を補いうるSMN2遺伝子由来産物を発現させることができるという優れた効果が発揮される。
【0041】
本発明の発現制御方法としては、下記a)又はb)の核酸:
a)配列番号:2に示される塩基配列からなる核酸、又は
b)配列番号:2に示される塩基配列とは、核酸多型を介して異なる塩基配列からなり、かつSMN遺伝子のスプライシングを調節しうる、前記a)の核酸のバリアントの核酸
の少なくとも1コピーを、染色体に組み込ませることを特徴とする、SMN遺伝子の発現制御方法が挙げられ、具体的には、
(A)本発明の核酸又は核酸導入用担体を、細胞に導入するステップ、及び
(B)ステップ(A)で得られた細胞を、スプライシングが行なわれるに適した条件下に維持するステップ
を含む方法等が挙げられる。
【0042】
なお、本発明のSMN遺伝子の発現制御方法は、SMN遺伝子の欠損又は変異により引き起こされる疾患、特に、脊髄性筋萎縮症に罹患した個体、発症の可能性がある個体に対して、適用することにより、該疾患の発症の予防又は治療を行なうことができる。
【0043】
前記ステップ(A)においては、本発明の核酸が、相同組換えにより、ターゲティング部位(すなわち、SMN遺伝子のイントロン7)に、効率よく組み込ませる観点から、好ましくは、染色体上のターゲティング部位(例えば、染色体上のSMN遺伝子のイントロン7等)との相同組換えを可能にする配置で、本発明の核酸と、相同組換えに適した配列からなる核酸とが配置された核酸構築物である核酸導入用担体又は前記核酸構築物を前記「細胞に導入可能な担体」に組み込みこと若しくは保持させることにより得られた核酸導入用担体を用いることが望ましい。
【0044】
前記細胞としては、例えば、ヒト神経芽細胞腫SK−N−SH細胞、SY−5Y細胞、ヒト初代培養神経細胞、COS−7細胞、HeLa細胞、293細胞等が挙げられる。なお、前記細胞は、培養細胞であってもよく、個体(ヒト、非ヒト哺乳動物等)の細胞であってもよい。
【0045】
本発明の核酸又は核酸導入用担体の使用量は、核酸の量として、100ng以上であり、好ましくは、1μg以上であり、より好ましくは、10μg以上であることが望ましく、1000μg以下であり、好ましくは、100μg以下であり、より好ましくは20μg以下であることが望ましい。
【0046】
培養細胞細胞への本発明の核酸又は核酸導入用担体の導入法としては、例えば、エレクトロポレーション、トランスフェクション、リン酸カルシウム法、金粒子を用いた遺伝子銃による直接導入法、リポフェクション法等が挙げられる。また、個体への本発明の核酸又は核酸導入用担体の導入法としては、ウイルスベクターやリポソームを介して、直接個体の体内に導入するin vivo法、個体から、ある種の細胞を取り出し、該細胞に対して、前記培養細胞への導入法の例のように、体外で本発明の核酸又は核酸導入用担体を導入し、得られた細胞を体内に戻すというex vivo法等が挙げられる。
【0047】
ついで、前記ステップ(B)において、本発明の核酸又は本発明の核酸導入用担体が導入された細胞は、細胞内でスプライシングが行なわれるように維持される。
【0048】
ここで、細胞が、培養細胞である場合、細胞に応じた培養条件下で該細胞を維持することにより、スプライシングが行われる。また、個体の細胞に直接的に導入する場合には、個体の通常の活動を維持することにより、スプライシングが行なわれる。
【0049】
本発明の発現制御方法においては、細胞からmRNAを単離し、エキソン7に対応する転写産物の存在をRT−PCR、ノーザンブロット解析等で検出すること等により、SMN遺伝子の発現制御、具体的には、SMN遺伝子のエキソン7のスプライシングが評価されうる。
【0050】
また、本発明の核酸及び核酸導入用担体によれば、前記したように、全長SMN遺伝子を発現させることができるため、SMN遺伝子の欠損又は変異により引き起こされる疾患の予防又は治療のための医薬組成物を提供することができる。
【0051】
本発明の医薬組成物は、本発明の核酸及び核酸導入用担体を有効成分として含有することに1つの大きな特徴がある。したがって、本発明の医薬組成物は、全長SMN遺伝子を発現させること、SMN1遺伝子の機能を補いうるSMN2遺伝子由来産物を発現させること、脊髄性筋萎縮症の発症の原因となるSMN1遺伝子の欠損又は該SMN1遺伝子の変異による引き起こされるSMN1遺伝子産物の機能欠損を補うこと等が可能になるため、SMN遺伝子の欠損又は変異により引き起こされる疾患、特に、脊髄性筋萎縮症の発症を予防又は治療することができるという優れた効果を発揮する。
【0052】
本発明の医薬組成物中の有効成分の含有量は、治療目的の疾患及びその病状の程度、患者の年齢、体重等に応じて適宜設定されうるが、例えば、本発明の核酸の量として、薬効が期待できる投与量の観点から、0.1g以上、好ましくは、1.0g以上、より好ましくは、数g以上であり、100g以下、好ましくは、30g以下、より好ましくは、10g以下であることが望ましい。
【0053】
本発明の医薬組成物は、前記有効成分に加え、核酸を安定に保持しうる助剤(例えば、緩衝液)、投与形態に応じた慣用の助剤等を適宜含有していてもよい。
【0054】
本発明の医薬組成物の投与は、例えば、本発明の発現制御方法における個体への本発明の核酸又は核酸導入用担体の導入法と同様に行なわれうる。具体的には、例えば、前記in vivo法により投与する場合、ウイルスベクター、リポソーム等を介して、投与対象の組織、器官等に応じて、静脈投与、動脈投与、皮下投与、皮内投与、筋肉内投与、局所投与等が行なわれうる。また、前記ex vivo法により行なう場合、1)個体より細胞を取り出し、2)該細胞に本発明の医薬組成物を、前記in vivo法により導入し、3)再度、細胞を個体の体内に戻すことにより行なわれる。
【0055】
本発明の医薬組成物の薬理評価は、前記スプライシング能評価法を行ない、SMN遺伝子の転写産物にエキソン7が包含されていることを確認すること等により行なわれうる。
【0056】
また、本発明の核酸の動態及び/又はスプライシング能を指標として、SMN遺伝子のエキソン7のスプライシング増強物質をスクリーニングすることができる。すなわち、前記スプライシング能評価法は、SMN遺伝子のエキソン7のスプライシング増強物質のスクリーニングに適用されうる。本発明には、SMN遺伝子のエキソン7のスプライシング増強物質のスクリーニング方法も含まれる。
【0057】
本発明のスクリーニング方法は、(I)被験物質の存在下及び非存在下に、下記(1)〜(3):
(1) SMN2遺伝子のイントロン6と
(2) SMN2遺伝子のエキソン7と
(3) 配列番号:1又は2に示される塩基配列からなるスプライシング調節エレメントの核酸を含有したSMN2遺伝子のイントロン7と
からなり、かつ(1)−(2)−(3)の順に配置された核酸構築物が作動可能に結合されたエキソントラップベクターを含む細胞を維持するステップ、及び
(II)前記ステップ(I)において被験物質の存在下に得られた細胞中におけるSMN2遺伝子のエキソン7に対応する転写産物の量と、前記ステップ(I)において被験物質の非存在下に得られた細胞中におけるSMN2遺伝子のエキソン7に対応する転写産物の量とを測定するステップ、
を含み、被験物質の存在により、非存在下に比べ、SMN2遺伝子のエキソン7に対応する転写産物が増加することを指標とする方法である。
【0058】
本発明のスクリーニング方法は、前記核酸構築物を用いることに1つの大きな特徴がある。本発明のスクリーニング方法は、前記核酸構築物を用いるため、本発明の核酸のスプライシング能に作用する物質を効率よくスクリーニングすることができるという優れた効果を発揮する。また、本発明のスクリーニング方法は、前記核酸構築物を用いることにより、本発明の核酸のスプライシング能を指標として評価するため、全長SMN遺伝子の発現を増強させうる物質、SMN1遺伝子の機能を補いうるSMN2遺伝子由来産物の発現を増強させうる物質等を効率よくスクリーニングすることができるという優れた効果を発揮する。
【0059】
本発明のスクリーニング方法に用いられる細胞は、前記スプライシング能評価法に用いられるものと同様である。
【0060】
被験物質としては、例えば、低分子又は高分子の有機化合物、微生物代謝産物等が挙げられる。
【0061】
前記ステップ(I)は、被験物質を含有した培地又は被験物質を含まない培地で、前記細胞を維持することにより行なわれうる。ここで、前記培地は、細胞に応じたものが挙げられ、例えば、Dulbecco’s Modified Eagle Medium(DMEM)、α−Minimum Essential Medium(α−MEM)、RPMI1640等が挙げられる。
【0062】
ついで、ステップ(I)において被験物質の存在下に得られた細胞中におけるSMN2遺伝子のエキソン7に対応する転写産物の量と、前記ステップ(I)において被験物質の非存在下に得られた細胞中におけるSMN2遺伝子のエキソン7に対応する転写産物の量とを測定する〔ステップ(II)〕。
【0063】
ステップ(II)において、転写産物は、慣用の方法により、ステップ(I)で得られた細胞から、全RNAを得、得られた全RNAについて、前記スプライシング能評価法と同様のプローブ又はプライマー対を用い、ノーザンブロット解析、RT−PCRを行なうことにより測定されうる。
【0064】
本発明のスクリーニング方法においては、被験物質の存在により、非存在下に比べ、SMN2遺伝子のエキソン7に対応する転写産物が増加することが、該被験物質が、SMN遺伝子のエキソン7のスプライシング増強物質であることの指標となる。
【0065】
また、本発明の核酸に結合する物質は、SMN遺伝子のエキソン7のスプライシングを調節することが期待される。したがって、本発明の核酸により、本発明の核酸に結合する物質、特に、スプライシング能を調節する物質、例えば、結合タンパク質、そのミメティクス、化合物等をスクリーニングすることもできる。この場合、1)本発明の核酸と被験物質(タンパク質含有試料、細胞抽出物等)との結合の有無を検出し、
2)該核酸に結合した被験物質と、前記核酸構築物とが導入された細胞を得、
3)細胞内におけるSMN遺伝子のエキソン7に対応する転写産物を測定することにより、被験物質が、本発明の核酸に結合し、スプライシング能を調節する物質であるかどうかを評価することができる。なお、対照として、被験物質が導入されていないが、前記核酸構築物が導入された細胞が用いられる。
【0066】
結合の有無は、ゲル移動度シフトアッセイ、共鳴プラズモン相互作用解析等の慣用の方法により検出できる。
【0067】
ついで、被験試料から、結合した物質を単離し、その構造(例えば、アミノ酸配列等)を同定する。
【0068】
その後、得られた構造の情報を基に、該核酸に結合した被験物質と、前記核酸構築物とが導入された細胞を得る。
【0069】
なお、本発明においては、前記エキソントラップベクター構築物を用いる代わりに、適切なプロモーターの制御下に、SMN遺伝子のエキソン6〜エキソン8までの領域のゲノム由来配列を含むプラスミドも用いられうる。かかる態様も本発明に含まれる。
【0070】
さらに、本発明においては、前記エキソントラップベクター構築物を用いる代わりに、SMN遺伝子のエキソン6〜エキソン8までの領域のゲノム由来配列を有するミニジーンをpre−mRNAとして転写させ、得られた産物を、試験管内で核抽出液若しくは転写系と反応させ、電気泳動等により解析することにより、SMN遺伝子のエキソン7のスプライシング増強物質をスクリーニングすることもできる。かかる態様も本発明に含まれる。
【0071】
【実施例】
以下、本発明を、下記実施例により、具体的に説明するが、本発明は、かかる実施例により限定されるものではない。また、下記実施例において、培地の組成は、特に明記しない限り、「分子細胞生物学基礎実験法」 第50頁〜第51頁、1994年9月1日発行、発行所:株式会社 南江堂、モレキュラー・クローニング:ア・ラボラトリー・マニュアル 第2版〔ザンブルーク(Sambrook)ら、Molecular Cloning : A Laboratory Manual 2nd ed.,(1989)〕等の記載に基づく。
【0072】
実施例1
SMN遺伝子について、イン・ビボでのスプライシングを調べるため、pCI哺乳動物発現ベクター中エキソン6からエキソン8の領域を含むSMN1 ミニジーンの構築物及びpCI哺乳動物発現ベクター中エキソン6からエキソン8を含むSMN2 ミニジーンの構築物〔エリオット アンドロフィー(Elliot Androphy)博士(Tufts University)及びクリスチャン ローソン(Christian Lorson)博士より贈与された〕を用いた。
【0073】
また、pCIベクター中SMN1 エキソン6からエキソン8の領域を含み、かつエキソン7中にCからTへの転位を含むミニジーンの構築物について、部位特異的変異導入方法によりエレメント1に変異導入することにより作製した。
【0074】
前記構築物のトランスフェクションには、COS−7細胞又はSK−N−SH細胞を用いた。前記COS−7細胞の培養は、10% ウシ胎仔血清(FBS)/Dulbecco’s Modified Eagle Medium(DMEM)上、37℃、5% COの条件下で行ない、SK−N−SH細胞の培養は、10% FBSを含むα−Minimum Essential Medium(α−MEM)上、37℃、5% COの条件下で行なった。前記細胞を、3.5cmディッシュ上、60〜80%コンフルエンシーの密度で播種した。
【0075】
ついで、商品名:LipofectAMINE reagent又は商品名:LipofectAMINE ACE reagent〔ライフテクノロジーズ(Life Technologies)社製〕を用い、製造者のプロトコールに従い、前記構築物(1.0μg相当量)を、COS−7細胞又はSK−N−SH細胞にトランスフェクトした。
【0076】
得られたトランスフェクト細胞を、緩衝液RLT〔キアジェン(Qiagen)社製〕に溶解させ、得られた溶解物から、商品名:RNeasy Mini Kit〔キアジェン(Qiagen)社製〕を用いて、全RNAを単離した。
【0077】
得られた全RNAと、ランダムプライマー(タカラバイオ社製)と、MMLV逆転写酵素〔ライフテクノロジーズ(Life Technologies)社製〕とを、20μlの反応液〔組成:2.7μM ランダムプライマー Hexa−デオキシリボヌクレオチドミクスチャー(タカラバイオ社製)、0.5mMdNTPミクスチャー、12.5mM DTT、5×第1鎖緩衝液、200UM−HLV逆転写酵素)中、37℃で、60分間反応させることにより、第1鎖cDNAを合成した。
【0078】
ついで、前記構築物から生成した前記第1鎖cDNA 1.2μgと、各0.4μMのpCIフォワードプライマー〔5’−GCT AAC GCA GTC AGT GCT TC−3’ (配列番号:3)〕とpCIリバースプライマー〔5’−GTA TCT TAT CAT GTC TGC TCG−3’(配列番号:4)〕とからなるプライマー対と、微量の[α−32P] dNTPを含む0.2μM dNTPと、5U rTaq DNAポリメラーゼと10×PCR緩衝液(タカラバイオ社製)とを含む全量50μlの反応液で、PCRを行ない、イン・ビボでのスプライシングを調べた。
【0079】
なお、増幅条件は、94℃、2分間のインキュベーションによる開始変性ステップの後、94℃、30秒間と56℃、1.5分間と72℃、1分間とを1サイクルとする30サイクルの反応ステップを行ない、その後、72℃、10分間の最終伸長ステップを行なう条件とした。
【0080】
得られた反応産物を、5% ポリアクリルアミドゲルによる電気泳動により、分離した。各バンドの強度の定量化を、商品名:Densitography Program〔アトー株式会社製〕を用いて行なった。エキソン7含有型の割合を、全バンドの強度に対するエキソン7含有型の強度の割合として定量化し、表わした。その結果を図1に示す。
【0081】
その結果、図1に示されるように、エキソン6からエキソン8の領域を含むSMN1ミニジーン構築物及びSMN2ミニジーン構築物それぞれの一過性トランスフェクションにより、SMN1 mRNAは、全長転写産物を発現するが、SMN2は、低レベルの全長転写産物と高レベルのエキソン7欠損アイソフォーム(SMNΔ7)とを産生することが確認された。
【0082】
また、図1に示されるように、SMN1のエキソン7内の6ヌクレオチドに存在するCからTへの置換は、エキソン7の排除をもたらし、エキソン7のスプライシングパターンは、野生型SMN2のエキソン7に似ていることがわかった。対照的に、変異体SMN2(SMN2におけるTからCへの置換)ミニジーンは、全長SMN転写産物を産生することがわかった。
【0083】
実施例2
SMN エキソン7のスキッピングに応答しうるシス作用エレメントを決定するために、エキソン7と隣接イントロン6及び隣接イントロン7とを含む野生型SMN1ミニジーンと変異体SMN1(エキソン7におけるCからTへの転位)ミニジーンとの両方の種々の欠失変異体を構築し、これらをエキソントラップベクター pSPL3にクローン化した。かかる欠失変異体の模式図を図2に示す。
【0084】
イントロン6とエキソン7とイントロン7とを含むSMN1の種々の欠失変異体を、下記プライマー対:
I7DM1について、600Fwdプライマー〔5’−AAG CTT GGC ATG AGC CAC TGC AAG AAA AC−3’(配列番号:5)〕とORプライマー〔5’−GGA TCC GAG AAT TCT AGT AGG GAT GTA G−3’(配列番号:6)〕とからなるプライマー対;
I7DM2について、前記600FwdプライマーとOR−IRプライマー〔5’−AAG CTT GTT TTA CAT TAA CCT TTC AAC T−3’(配列番号:7)〕とからなるプライマー対;
I7DM3について、前記600FwdプライマーとDR−11Rプライマー〔5’−GGA TCC GAA CTT TTT AAA TGT TCA AAA AC−3’(配列番号:8)〕とからなるプライマー対;
I7DM4について、前記600FwdプライマーとIRプライマー〔5’−GGA TCC CAC AAA CCA TAA AGT TTT AC−3’(配列番号:9)〕を用いたPCRにより作製した。
【0085】
なお、エキソン7上に転位を含まない野生型SMN1から構築された欠失変異体を、それぞれ、I7DM1−C、I7DM1−C、I7DM1−C及びI7DM1−Cと表記し、エキソン7上にCからTへの転位を含む変異体SMN1から構築された欠失変異体を、それぞれ、I7DM1−T、I7DM1−T、I7DM1−T及びI7DM1−Tと表記する場合がある。
【0086】
ついで、得られた各PCR産物を、Not IとBamH Iとで消化し、得られた産物を、エキソントラップベクターpSPL3〔ライフテクノロジーズ(Life Technologies)社製〕に挿入した。
【0087】
得られたPCR産物を、商品名:BKLキット(タカラバイオ社製)を用い、エキソントラップベクターpSPL3〔ライフテクノロジーズ(Life Technologies)社製〕に連結させた。なお、実験前、得られた構築物全てについて、シークエンスした。
【0088】
前記構築物を用いて、COS−7細胞をトランスフェクションして、24時間後のトランスフェクトCOS−7細胞から、商品名:RNeasy Mini Kit〔キアジェン(Qiagen)社製〕を用いて、全RNAを単離した。
【0089】
ついで、得られた全RNA(3.0μg相当量)を、SA2プライマー〔5’−ATC TCA GTG GTA TTT GTG AGC−3’(配列番号:10)〕と、MMLV逆転写酵素〔ライフテクノロジー(Life Technologies)〕とを用いて、逆転写させ、スプライシング産物を得た。
【0090】
逆転写反応により生じたスプライシング産物を、pSPL3ベクター特異的プライマー対、SD6プライマー〔5’−TCT GAG TCA CCT GGA CAA CC−3’(配列番号:11)〕及び前記SA2プライマーを用いたPCRにより検出した。なお、PCRは、全量40μlの反応液〔組成:1.5μl RT産物、1.0μM SD6プライマー、1.0mM SA2プライマー、0.2mM dNTPミクスチャー、10×PCR緩衝液、5U rTaq(タカラバイオ社製)〕で行なった。増幅は、94℃で1分間と60℃で1分間と72℃で1分間とを1サイクルとする反応を30サイクル行なった後、72℃で5分間インキュベーションすることにより行なった。
【0091】
得られたPCR産物を5% ポリアクリルアミドゲルで電気泳動した。
【0092】
その結果、図3の上部パネルに示されるように、野生型SMN1(C)に関するの種々の欠失変異体をCOS−7細胞にトランスフェクトした場合、全構築物が、SMN エキソン7を含む全長型のmRNA(+エキソン7)を発現したが、エキソン7を欠損したアイソフォームは発現しなかった。
【0093】
対照的に、図3の下部パネルに示されるように、SMN1 エキソン7におけるCからTへの転位と235bpの隣接イントロン6と124bpの隣接イントロン7とを含む変異体SMN1の最長構築物(I7DM1)は、エキソン7の含有型及び排除の両方を有するmRNA(51%含有型)を発現した。
【0094】
図3の下部パネル(I7DM1)に示されるように、エキソントラップベクターにクローン化されたエキソン6からエキソン8を含むCからTへの転位ミニジーンを用いたエキソン含有型の割合は、pCIベクターにクローン化されたエキソン6からエキソン8の領域を含むSMNミニジーンを用いたエキソン含有型の割合よりも高かった。かかる差異は、エキソントラップベクターにクローン化されたミニジーンの配列(約400bp)とは異なる領域におけるSMN エキソン7のスプライシングを調節するいくつかのシス作用エレメントが存在するであろうことを示す。しかしながら、エキソントラップベクターpSPL3にクローン化されたSMN1 エキソン7におけるCからTへの転位を含むミニジーンが、エキソン7の排除の顕著な増加を示したので、これらの構築物が、400bpミニジーンにおけるエキソン7の排除に応答しうるシスエレメントを決定するのに有用であると思われる。
【0095】
隣接イントロンにおける欠失変異体について、図1に示されるように、I7DM1−Tの3’隣接領域の66bpの欠失を含む欠失変異体I7DM4−Tは、SMN エキソン7の排除を増加した(23%含有型)が、I7DM1−Tの52bpの欠失を含む変異体I7DM3−Tの欠失のスプライシングパターンは、I7DM1−Tのものと似ていた。
【0096】
したがって、隣接イントロン7の+59〜+72の14bp領域は、CからTへの転位を含むSMN エキソンの含有型の重要なエレメントであることが示唆される。
【0097】
イントロン7内の前記エレメント2の位置を、図4に示す。また、図4に示されるように、MFOLDプログラム GCGバージョンによる高次構造の解析により、24ヌクレオチドから構成されるエレメント2(配列番号:1)が、特有のステム−ループ構造を有することがわかった。さらに、前記配列は、SMN1とSMN2との間で完全な適合を示し、エレメント2が、CからTへの転位を含むSMN1 エキソン7及び野生型SMN2のスプライシングの調節に重要であることが示唆された。
【0098】
実施例3
エレメント2におけるステム−ループ構造が、CからTへの転位を含むSMNエキソン7のスプライシングの調節に重要であるかどうかを決定するため、I7DM1−Tのエレメント2におけるステム−ループ構造に種々の変異を導入した。
【0099】
ステム−ループ構造の変異は、I7DM1−T エキソントラップベクターを鋳型とし、変異導入用ヌクレオチド〔5’−CCC CTG AAC ATT TAA AAA GTT CAG ATG−3’(配列番号:12)及び5’−CAT TTG TTT TCC ACA AAC CAT AAA GTT TTA−3’(配列番号:13)〕を用いたPCRにより生じさせた。
【0100】
前記構築物を用いて、COS−7細胞をトランスフェクションして、24時間後のトランスフェクトCOS−7細胞から、商品名:RNeasy Mini Kit〔キアジェン(Qiagen)社製〕を用いて、全RNAを単離した。
【0101】
ついで、得られた全RNA(3.0μg相当量)を、SA2プライマーと、MMLV逆転写酵素〔ライフテクノロジー(Life Technologies)〕とを用いて、逆転写させ、スプライシング産物を得た。
【0102】
逆転写反応により生じたスプライシング産物を、pSPL3ベクター特異的プライマー対、前記SD6及び前記SA2を用いたPCRにより検出した。なお、PCRは、全量40μlの反応液〔組成:1.5μl RT産物、1.0μM SD6プライマー、1.0mM SA2プライマー、0.2mM dNTPミクスチャー、10×PCR緩衝液、5U rTaq(タカラバイオ社製)〕で行なった。増幅は、94℃で1分間と60℃で1分間と72℃で1分間とを1サイクルとする反応を30サイクル行なった後、72℃で5分間インキュベーションすることにより行なった。
【0103】
得られたPCR産物を5% ポリアクリルアミドゲルで電気泳動した。
【0104】
その結果、図5のパネル(B)に示されるように、図5のパネル(A)の構築物A及び構築物Bを用いた結果から、ループ領域の変異又は欠失は、エキソン7のスプライシングに影響を与えず、エレメント2のループは、スプライシング調節に重要でないことが示唆された。
【0105】
対照的に、ステム構造の破壊は、図5のパネル(B)に示されるように、図5のパネル(A)の構築物C及び構築物Dを用いた結果、I7DM1−Tの元の構造に比べ、エキソン7含有型の顕著な減少を引き起こし、エキソン7含有型の減少に対する影響は、欠失変異体I7DM4−Tのものと似ていたため、ステム構造が、エレメント2の活性に重要であることがわかった。
【0106】
さらに、ステム構造におけるGからCへの点変異は、図5のパネル(B)に示されるように、図5のパネル(A)の構築物Eを用いた結果、エキソン7 含有型の劇的な減少を引き起こしたため、ステム構造におけるC−G塩基対がエレメント2のスプライシング活性にも重要であることがわかった。一方、図5のパネル(B)に示されるように、図5のパネル(A)の構築物Fを用いた結果、ステム構造におけるA−U塩基対がG−C塩基対に置換された場合、エキソン7の含有型を、わずかに減少した。
【0107】
かかる知見より、エレメント2の高次ステム構造が重要であるが、A−U塩基対の配列がそれほど重要でないことが示唆される。
【0108】
実施例4
エレメント2が、CからTへの転位を含むSMN エキソン7のスプライシングを活性化するかどうかを試験するため、I7DM1−Tベクター中エレメント2のタンデムリピート(3リピート又は4リピート)を含む構築物〔図6のパネル(A)中、エレメント2x3及びエレメント2x4と表記〕を、I7DM1ーTベクターと変異導入用ヌクレオチド〔5’−GTG GAA AAC AAA TGT TTT TGA ACA GTG GAA AAC AAA TGT TTT TGA ACA GTG GAA AAC AAA TGT TTT TGA ACA TTT AAA AAG TTC−3’(配列番号:14)及び5’−AAA CCA TAA AGT TTT ACA AAA GTA AGA TTC AC−3’(配列番号:15)〕を用いたPCRにより作製した。
【0109】
前記構築物を用いて、COS−7細胞をトランスフェクションして、24時間後のトランスフェクトCOS−7細胞から、商品名:RNeasy Mini Kit〔キアジェン(Qiagen)社製〕を用いて、全RNAを単離した。
【0110】
ついで、得られた全RNA(3.0μg相当量)を、前記SA2プライマーと、MMLV逆転写酵素〔ライフテクノロジー(Life Technologies)〕とを用いて、逆転写させ、スプライシング産物を得た。
【0111】
逆転写反応により生じたスプライシング産物を、pSPL3ベクター特異的プライマー対、前記SD6及び前記SA2を用いたPCRにより検出した。なお、PCRは、全量40μlの反応液〔組成:1.5μl RT産物、1.0μM SD6プライマー、1.0mM SA2プライマー、0.2mM dNTPミクスチャー、10×PCR緩衝液、5U rTaq(タカラバイオ社製)〕で行なった。増幅は、94℃で1分間と60℃で1分間と72℃で1分間とを1サイクルとする反応を30サイクル行なった後、72℃で5分間インキュベーションすることにより行なった。
【0112】
得られたPCR産物を5% ポリアクリルアミドゲルで電気泳動した。
【0113】
その結果、図6のパネル(B)に示されるように、SMNのイントロン7における多コピーのエレメント2の挿入は、挿入数に依存して、SMN エキソン7の含有型を増加させることがわかり、エレメント2が、CからTへの転位を含むSMN エキソン7のイントロンスプライシングエンハンサーであることが示された。
【0114】
実施例5
エレメント2の破壊により、SMN エキソン7のスプライシングパターンの劇的な変化が示されるため、トランス作用因子がエレメント2に特異的に結合し、直接結合を介してそのスプライシングを調節することが推測された。
【0115】
そこで、32P標識オリゴエレメント2と神経芽細胞腫SK−N−SH細胞の核抽出物とを用いたゲルシフトアッセイを行なった。
【0116】
SK−N−SH細胞(1.0×10細胞)を、10mM KClと1mM EDTAと1mM EGTAと5mM ジチオスレイトール(DTT)と1mM (p−アミジノフェニル)メタンスルフォニルフルオリド(PMSF)とを含む10mM HEPES−NaOH(pH7.9) 1ml中、4℃でホモジナイズした。なお、本実験で用いた緩衝液及び他の溶液は、使用前に、商品名:Steritop〔孔径:220nm、ミリポアコーポレーション(Millipore Corporation)製〕によるろ過により、滅菌した。
【0117】
10% Nonidet P−40(商品名)を終濃度0.6%まで添加した後、ホモジネートを15,000rpmで5分間遠心分離した。ペレットを、400mM KClと1mM EDTAと1mM EGTAと1mM DTTと1mM PMSFとを含む20mM Tris−HCl(pH7.5) 10倍容量中に再懸濁させ、15,000rpmで5分間遠心分離した。得られたペレットをゲル移動度シフトアッセイ用の核抽出物として−80℃で保存した。
【0118】
ついで、最終容量20μl(結合緩衝液:20mM HEPES、pH7.9、72mM KCl、1.5mM MgCl、0.78mM 酢酸マグネシウム、0.52mM DTT、3.8% グリセロール、0.75mM ATP、1mM GTP)において、種々の濃度の核抽出物をRI標識RNAオリゴヌクレオチド(終濃度6nMとして存在)と混合した。なお、前記RI標識オリゴヌクレオチドとして、オリゴ−エレメント2〔5’−GUG GAA AAC AAA UGU UUU UGA ACA−3’(配列番号:16)〕又はオリゴ変異エレメント2〔5’−GUG GAA AAC AAA UGC CCC UGA ACA−3’(配列番号:17)〕を用いた。
【0119】
その後、得られた混合物を、室温で25分間インキュベートし、ついで、ローディング緩衝液(組成:37.5mM Tris−HCl、315mM グリシン、1.5mM EDTA)中4% 未変性アクリルアミドゲルに負荷し、定電圧100V2時間4℃で泳動した。ついで、ゲルを乾燥させ、オートラジオグラフィーフィルムに曝した。
【0120】
その結果、図7のパネル(A)に示されるように、有効な結合が観察され、結合活性は、核抽出物の量に対応して増加した。
【0121】
さらに、結合が特異的であることを確認するため、非標識オリゴエレメント2を用いた競合実験を行なった。
【0122】
その結果、図7のパネル(B)に示されるように、25倍を超えるモル濃度の非標識オリゴRNAと共に核抽出物をプレインキュベーションすると、活性のほぼ完全な除去をもたらしたが、T−Cの置換により変異を導入したエレメント2の非標識変異導入用ヌクレオチド(オリゴ変異体エレメント2)の等量と共に核抽出物をプレインキュベーションすると、RNA核タンパク質の結合を阻害しなかった。これらのデータは、トランス作用因子が、SMN プレmRNAのイントロン7におけるエレメント2に特異的に結合すること及びシス作用エレメント2への結合が、CからTへの転位を含むSMN エキソン7のスプライシングを増強するであろうことを示す。
【0123】
実施例6
SMN遺伝子のイントロン7のエレメント2は、エキソン7 スプライシングの調節に重要な役割を果たすこと及びトランス作用タンパク質が、このエレメントに直接的に結合しうることが示された。そこで、I7DM1−T エキソントラップベクターによりトランスフェクトされた細胞のアンチセンスオリゴヌクレオチドによる処理が、CからTへの転位を含むSMN エキソン7の含有型の減少を導くに十分であるかどうかを調べた。
【0124】
アンチセンスオリゴヌクレオチドとして、2’−O−メチル骨格修飾を含むアンチセンスオリゴヌクレオチド及びホスホロチオエート骨格修飾を含むアンチセンスオリゴヌクレオチド(Japan Bio Service Incで合成したもの)を用いた。用いたアンチセンスオリゴヌクレオチドは、
エレメント2に対するアンチセンスオリゴヌクレオチド〔図8中、As−エレメント2;5’−UGU UCA AAA ACA UUU GUU UUC−3’(配列番号:18)〕、
SMN1のイントロン6のポリピリミジントラクトに対するアンチセンスオリゴヌクレオチド〔図8中、As−pyr; 5’−GAU AGC UAU AUA UAG AU−3’(配列番号:19)〕
対照として、イントロン6の他の配列に対するアンチセンスオリゴヌクレオチド
〔図8中、As−con;5’−GAU AGC UAU AUA UAG AU−3’(配列番号:20)〕である。
【0125】
これらのアンチセンスオリゴヌクレオチドを、I7DM1−Tがクローン化されたエキソントレッピングベクターと共にCOS−7にコトランスフェクトした。なお、アンチセンスオリゴヌクレオチドの濃度は、5nM〜25nMの範囲となるようにした。
【0126】
トランスフェクションから24時間後、慣用の方法により、全RNAを抽出した。プライマー対〔SD6プライマー及びSA2プライマー〕を用いたRT−PCRを行ない、SMNエキソン7のイン・ビボスプライシングに対するこれらのアンチセンスオリゴヌクレオチドの影響を調べた。
【0127】
その結果、図8のパネル(B)に示されるように、As−エレメント2により、アンチセンスオリゴヌクレオチドの量に依存して、SMN エキソン7の含有型が減少することがわかった。また、図8のパネル(C)に示されるように、As−conにより、SMN エキソン7のスプライシングは、変化しなかった。対照的に、As−pyrにより、含有型のわずかに減少した。
【0128】
ポリピリミジントラクトは、プレmRNAスプライシングに必須であるため、前記As−pyrは、シス作用エレメントをブロックするアンチセンスオリゴヌクレオチドとして効果的に働くことが予想された。
【0129】
同様に、As−エレメント2は、SMN エキソン7のスプライシングの阻害を引き起こした。
【0130】
かかる結果により、エレメント2が、CからTへの転位を含むSMN エキソン7のスプライシングの重要なシス作用性エレメントであることが示される。
【0131】
配列表フリーテキスト
配列番号:1は、エレメント2の配列単位の配列である。
【0132】
配列番号:2は、エレメント2の配列単位の配列である。
【0133】
配列番号:3は、pCIフォワードプライマーの配列である。
【0134】
配列番号:4は、pCIリバースプライマーの配列である。
【0135】
配列番号:5は、600Fwdプライマーの配列である。
【0136】
配列番号:6は、ORプライマーの配列である。
【0137】
配列番号:7は、OR−IRプライマーの配列である。
【0138】
配列番号:8は、DR−11Rプライマーの配列である。
【0139】
配列番号:9は、IRプライマーの配列である。
【0140】
配列番号:10は、SA2プライマーの配列である。
【0141】
配列番号:11は、SD6プライマーの配列である。
【0142】
配列番号:12は、変異導入用オリゴヌクレオチドの配列である。
【0143】
配列番号:13は、変異導入用オリゴヌクレオチドの配列である。
【0144】
配列番号:14は、変異導入用オリゴヌクレオチドの配列である。
【0145】
配列番号:15は、変異導入用オリゴヌクレオチドの配列である。
【0146】
配列番号:16は、オリゴ−エレメント2の配列である。
【0147】
配列番号:17は、オリゴ−変異体エレメント2の配列である。
【0148】
配列番号:18は、アンチセンスオリゴヌクレオチドAs−エレメント2の配列である。
【0149】
配列番号:19は、アンチセンスオリゴヌクレオチドAs−pyrの配列である。
【0150】
配列番号:20は、アンチセンスオリゴヌクレオチドAs−conの配列である。
【0151】
配列番号:21は、推定スプライシング調節エレメントの配列である。
【0152】
配列番号:22は、推定スプライシング調節エレメントの配列である。
【0153】
配列番号:23は、推定スプライシング調節エレメントの配列である。
【0154】
配列番号:24は、推定スプライシング調節エレメントの配列である。
【0155】
配列番号:25は、推定スプライシング調節エレメントの配列である。
【0156】
配列番号:26は、エレメント2の変異体Aの配列である。
【0157】
配列番号:27は、エレメント2の変異体Bの配列である。
【0158】
配列番号:28は、エレメント2の変異体Cの配列である。
【0159】
配列番号:29は、エレメント2の変異体Dの配列である。
【0160】
配列番号:30は、エレメント2の変異体Eの配列である。
【0161】
配列番号:31は、エレメント2の変異体Fの配列である。
【0162】
【発明の効果】
本発明の核酸によれば、全長SMN遺伝子を発現させることができ、SMN1遺伝子の機能を補いうるSMN2遺伝子由来産物を発現させることができ、脊髄性筋萎縮症の発症の原因となるSMN1遺伝子の欠損又は該SMN1遺伝子の変異による引き起こされるSMN1遺伝子産物の機能欠損を補うことができるという優れた効果を奏する。また、本発明の核酸導入用担体によれば、本発明の核酸を、細胞に効率よく導入することができるという優れた効果を奏する。さらに、本発明のSMN遺伝子の発現制御方法によれば、全長SMN遺伝子を発現させることができ、SMN1遺伝子の機能を補いうるSMN2遺伝子由来産物を発現させることができ、脊髄性筋萎縮症の発症の原因となるSMN1遺伝子の欠損又は該SMN1遺伝子の変異による引き起こされるSMN1遺伝子産物の機能欠損を補うことができるという優れた効果を奏する。また、本発明の医薬組成物によれば、SMN遺伝子の欠損又は変異により引き起こされる疾患、特に、脊髄性筋萎縮症の発症を予防又は治療することができるという優れた効果を奏する。さらに、本発明のSMN遺伝子のエキソン7のスプライシング増強物質のスクリーニング方法によれば、全長SMN遺伝子の発現を増強させうる物質、SMN1遺伝子の機能を補いうるSMN2遺伝子由来産物の発現を増強させうる物質等を効率よくスクリーニングすることができるという優れた効果を奏する。
【0163】
【配列表】

Figure 2004344072
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【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、SMN1及びSMN2 エキソンのスプライシングパターンを示す。図中、各レーンの上側のバンドは、エキソン6からエキソン8の領域を含む全長転写産物を示し、下側のバンドは、エキソン7を欠損した転写産物を示す。また、図中、WT SMN1(C)は、野生型ミニジーン、変異体SMN1(T)は、エキソン7内部の6ヌクレオチドに位置するCからTへの転位を含むSMN1ミニジーン、WT SMN2(T)は、野生型SMN2ミニジーン、変異体SMN2(C)は、エキソン7内の6ヌクレオチドに位置するTからCへの置換を含むSMN2ミニジーンを示す。
【図2】図2は、エキソントラップベクターの概略図を示す。図中、BPは、分岐点、PPTは、ポリピリミジントラクトを示す。
【図3】図3は、インビトロスプライシングアッセイの結果を示す。上部パネルは、野生型SMN1(C)から構築された欠失変異体の結果であり、下部パネルは、CからTへの転位を含む変異体SMN1から構築された欠失変異体の結果である。なお、下部パネルに示されるスコアは、全転写産物に対するエキソン7含有型の割合であり、値は、4回の解析の平均を示す。
【図4】図4は、イントロン7内におけるエレメント2の位置(上部パネル)及び構造(下部パネル)の概略図を示す。
【図5】図5は、CからTへの転位を含む変異体SMN1のエレメント2のステム−ループにおける変異による、エキソン7を含む転写産物の量に対する影響を調べた結果を示す。パネル(A)のA〜Fは、I7DM1−Tミニジーンにおける種々の変異体の構造の概略図である。図中、○は、野生型エレメント2に対して、置換されたヌクレオチドを示す。パネル(B)は、イン・ビボスプライシング解析の結果を示す。図中、I7DM1−T、エキソントラップベクターにクローン化されたミニジーンAからFは、パネル(A)に対応する。パネル(C)は、各構築物のスプライシングパターンの定量的解析の結果を示す。全転写産物に対するエキソン7含有型の割合は、4回の解析の平均±S.Dで表わされる。
【図6】図6は、エレメント2の挿入数による、エキソン7を含む転写産物の量に対する影響を調べた結果を示す。パネル(A)は、SMNのイントロンにおけるエレメント2のタンデムリピートを有する構築物の概略図を示す。図中、I7DM1−Tは、1コピーのエレメント2を含むオリジナル構築物、エレメント 2−Tx3は、3コピーのエレメント2を含む構築物、エレメント 2−Tx4は、4コピーのエレメント2を含む構築物を示す。パネル(B)は、エレメント2の挿入数による、エキソン7を含む転写産物の量のRT−PCR解析(上部パネル)及び全転写産物に対するエキソン7 含有型の割合(下部パネル)を示す。全転写産物に対するエキソン7 含有型の割合は、4回の解析の平均±S.Dで表わされる。
【図7】図7は、エレメント2に結合する核タンパク質の同定のためのゲル移動度シフトアッセイの結果を示す図である。パネル(A)は、SK−N−SH細胞核抽出物のゲル移動度シフトアッセイの結果を示す。パネル(B)は、野生型エレメント2又は変異体エレメント2の非標識RNAオリゴヌクレオチド(1、5、14モル濃度超)を添加することにより競合アッセイを行なった結果を示す。
【図8】図8は、エレメント2に対するアンチセンスオリゴヌクレオチドによる、エキソン7を含む転写産物の発現への影響を調べた結果を示す。パネル(A)は、用いた3つのアンチセンスオリゴヌクレオチド(As−エレメント2、As−con、As−pyr)のSMN遺伝子上の位置を示す。パネル(B)は、As−エレメント2について、エキソントラッピング系を用いたイン・ビボスプライシングのRT−PCR解析の結果を示す。エキソン7含有型の割合を、4回の実験の平均で示し、各レーンの下に示す。パネル(C)は、As−conについて、エキソントラッピング系を用いたイン・ビボスプライシングのRT−PCR解析の結果を示す。エキソン7含有型の割合を、4回の実験の平均で示し、各レーンの下に示す。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a means for controlling the expression of SMN gene. More specifically, the present invention relates to a nucleic acid for a splicing regulatory element capable of regulating splicing of a SMN gene and a carrier for introducing the nucleic acid, a method for controlling the expression of the SMN gene, and a method for preventing or treating a disease caused by deletion or mutation of the SMN gene. And a method for screening a substance that enhances splicing of exon 7 of the SMN gene.
[0002]
[Prior art]
Spinal muscular atrophy is an autosomal recessive disorder, characterized by a loss of motor neurons in the spinal cord that results in muscle weakness in the proximal limbs and trunk, which ultimately results in death.
[0003]
As a gene considered to be a cause of the above-mentioned spinal muscular atrophy, a survivor motor neuron (SMN) gene located at the 5q13 locus of human chromosome 5 has been found (Non-Patent Documents 1 and 2).
[0004]
In humans, the SMN gene is known to generate two kinds of isoforms, ie, “SMNΔexon 7” containing no exon 7 and “SMN + exon 7” containing exon 7, by splicing. It is thought that the absence of “SMN + exon 7” including exon 7 causes the spinal muscular atrophy.
[0005]
For the development of a method for treating spinal muscular atrophy, for example, butyrate (sodium acetate, arginine butyrate, butyric acid, etc.), a histone deacetylase inhibitor such as trapoxin, trichostatin A, etc. Increasing exon 7 expression (see Patent Document 1), exposing a substance that controls exon 7 inclusion of the SMN2 gene to a mammalian cell transfected with exon 7-containing DNA of the SMN2 gene. Testing the substance that controls exon 7 inclusion in the SMN2 gene by examining the ratio of exon 7 inclusion and exon 7 skipping (see Patent Document 2), as a substance that controls exon 7 inclusion in the SMN2 gene The nucleic acid encoding the splicing regulator Htra2-beta1 protein is Transfected into object cells, thereby reducing the SMN2 transcripts that do not contain exon 7, thereby upregulate total length SMN2 expression (see Patent Document 2) have been attempted.
[0006]
However, when a histone deacetylase inhibitor is used, there is a drawback that cell division / proliferation may be impaired because deacetylation of histone is inhibited and the nucleosome formation of histone is affected. According to the method described in Patent Document 2, Htra2-beta1 is expressed in all cells of each organ / tissue and controls splicing of many genes. It has the disadvantage that Htra2-beta1 may affect the splicing of other genes that control splicing.
[0007]
[Patent Document 1]
JP-A-2002-338502, Example 4, etc.
[Patent Document 2]
European Patent Publication No. 1 133 993 (EP 1 133 993 A1)
[Non-patent document 1]
Lefebvre, S. et al., Cell, Vol. 80, pp. 155-165, published in 1995.
[Non-patent document 2]
Rochette, CT, et al., Hum. Genet. 108, pages 255-266, published in 2001.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention relates to expression of a full-length SMN gene, expression of an SMN2 gene-derived product that can supplement the function of the SMN1 gene, deletion of the SMN1 gene that causes spinal muscular atrophy, or mutation of the SMN1 gene. It is an object of the present invention to provide a nucleic acid having a splicing regulatory element of the SMN gene, which makes it possible to compensate for at least one of the functions of the SMN1 gene product caused by deficiency. Another object of the present invention is to provide a carrier for nucleic acid introduction that can efficiently introduce the nucleic acid having the splicing regulatory element into cells. Furthermore, an object of the present invention is to provide a method for controlling the expression of the SMN gene, which enables the expression of the full-length SMN gene, the expression of a product derived from the SMN2 gene that can supplement the function of the SMN1 gene, and the like. Further, the present invention provides a method for preventing or treating a disease caused by a deficiency or mutation of the SMN gene, in particular, a disease caused by a deficiency or mutation of the SMN gene, which can prevent or treat the development of spinal muscular atrophy. To provide a pharmaceutical composition for the same. Furthermore, the present invention provides a method for efficiently screening exon 7 of the SMN gene, which can efficiently screen for a substance capable of enhancing the expression of the full-length SMN gene, a substance capable of enhancing the expression of a product derived from the SMN2 gene that can supplement the function of the SMN1 gene, and the like. An object of the present invention is to provide a method for screening a splicing enhancer. It should be noted that other objects of the present invention are apparent from the description and all the teachings of this specification.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
That is, the gist of the present invention is:
[1] a nucleic acid of a splicing regulatory element consisting of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1 or 2,
[2] The nucleic acid of the nucleic acid variant according to [1], which comprises a nucleotide sequence different from the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 1 or 2 through a nucleic acid polymorphism and can regulate splicing of the SMN gene. ,
[3] the nucleic acid of the above-mentioned [2], wherein the variant comprises a base sequence selected from the group consisting of SEQ ID NO: 21, SEQ ID NO: 22, SEQ ID NO: 23, SEQ ID NO: 24 and SEQ ID NO: 25;
[4] a carrier for introducing a nucleic acid, comprising the nucleic acid according to any one of [1] to [3],
[5] a nucleic acid of the following a) or b):
a) a nucleic acid comprising the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 2, or
b) a nucleic acid of a variant of the nucleic acid according to a), comprising a nucleotide sequence different from the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 2 through a nucleic acid polymorphism and capable of regulating splicing of the SMN gene
A method for controlling expression of the SMN gene, wherein at least one copy of
[6] Prevention of a disease caused by SMN gene deficiency or mutation, comprising the nucleic acid according to any one of [1] to [3] or the carrier for nucleic acid introduction according to [4] as an active ingredient. Or a pharmaceutical composition for treatment,
[7] (I) In the presence and absence of a test substance,
The following (1) to (3):
(1) With intron 6 of SMN2 gene
(2) With exon 7 of SMN2 gene
(3) SMN2 gene intron 7 containing the nucleic acid of the splicing regulatory element consisting of the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 1 or 2;
And maintaining a cell comprising an exon trap vector operably linked to the nucleic acid construct, wherein the nucleic acid constructs are arranged in the order of (1)-(2)-(3); and
(II) In step (I), the amount of a transcript corresponding to exon 7 of the SMN2 gene in the cell obtained in the presence of the test substance, and the amount of SMN2 in the cell obtained in the absence of the test substance Measuring the amount of a transcript corresponding to exon 7 of the gene,
A method for screening for a substance that enhances the splicing of exon 7 of the SMN gene, using as an index that the transcript corresponding to exon 7 of the SMN2 gene is increased by the presence of the test substance as compared to the absence thereof,
About.
[0010]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
The nucleic acid of the splicing regulatory element of the present invention has one significant feature in that it comprises the nucleotide sequence (RNA) shown in SEQ ID NO: 1 or the nucleotide sequence (DNA) shown in SEQ ID NO: 2. The nucleic acid of the present invention is a sequence unit that regulates splicing to generate exon 7 in the sequence of the cis element (hereinafter, referred to as element 2) of the Survival motor neuron (SMN) gene, and is a nucleic acid that forms a stem-loop structure. It is.
[0011]
Therefore, according to the nucleic acid of the present invention, an excellent effect of generating a SMN transcript containing exon 7 is exhibited. Further, according to the nucleic acid of the present invention, even when the SMN1 gene is deficient or mutated, an excellent effect of generating a SMN transcript including exon 7 from SMN2 by splicing is exhibited.
[0012]
The survivor motor neuron (SMN) gene includes two types of SMN genes: an SMN1 gene [GenBank Accession Number: AH006635] and an SMN2 gene having a base sequence in which several nucleotides are different from the SMN1 gene. Is known to exist.
[0013]
In addition, the SMN1 gene usually generates transcripts of all exons from exon 1 to exon 8 by splicing, whereas the SMN2 gene has a property of generating a transcript not containing exon 7 by alternative splicing. Have. Furthermore, the translation product of the SMN2 gene has a property that it cannot complement the function of the translation product of the SMN1 gene. Therefore, according to the nucleic acid of the present invention, exon 7 is contained even when the original function of the SMN gene or the translation product of the SMN gene is deficient, or when the SMN1 gene is deficient or mutated. It produces an SMN transcript and exerts an excellent effect that it can supplement the original function of the SMN gene. Furthermore, according to the nucleic acid of the present invention, since a SMN transcript containing exon 7 can be generated, a disease caused by a deletion or mutation of the SMN gene, specifically, a disease such as spinal muscular atrophy, Can be used for treatment.
[0014]
In the natural world, even in the case of a naturally occurring variant of a natural gene caused by mutation, the product encoded by the variant may exert its original function. Therefore, the nucleic acid of the splicing regulatory element of the present invention may be any of the nucleic acids that regulate the splicing of the SMN gene, specifically, the splicing that causes exon 7, and specifically, the one that positively regulates SEQ ID NO: 1. Alternatively, the nucleotide sequence shown in 2 includes a nucleotide sequence different from the nucleotide sequence through a nucleic acid polymorphism and capable of regulating splicing of the SMN gene. The nucleic acid of the variant preferably has at least one base, ie, one or several bases, different from the base sequence shown in SEQ ID NO: 1 or 2 through a nucleic acid polymorphism, Desirably, the nucleic acid forms a stem-loop structure.
[0015]
The variants can also be artificially produced, for example, by a conventional site-specific mutagenesis method.
[0016]
The nucleotide sequence of a variant of the nucleic acid consisting of the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 1 is one that regulates, specifically regulates, the splicing of SMN gene, specifically, the splicing that causes exon 7. If it is, specifically, for example,
A base sequence of a nucleic acid consisting of the base sequence shown in SEQ ID NO: 1 and a medium stringent, preferably a base sequence of an antisense strand of a nucleic acid which hybridizes under high stringent conditions;
The nucleic acid consisting of the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 1 is optimally aligned by the BLAST algorithm [for example, in BLASTN, expected value 10, word size 3, gap cost (Existence: 11, Extension: 1)]. A base sequence having a calculated sequence identity of at least 70%, preferably 80% or more, more preferably 90% or more, and regulates splicing to generate exon 7, specifically, A base sequence of an element that positively regulates, preferably an element that forms a stem-loop,
A nucleotide sequence in which G at position 1 and U at position 2 in SEQ ID NO: 1 have been substituted with A and A, respectively.
A nucleotide sequence in which G at position 3 and G at position 20 in SEQ ID NO: 1 have been substituted with U and U, respectively;
A nucleotide sequence in which A at position 21 and A at position 22 of SEQ ID NO: 1 have been substituted with U and U, respectively.
And the like. The nucleotide sequence of the variant of the nucleic acid consisting of the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 2 regulates splicing of the SMN gene, specifically, splicing to generate exon 7, specifically, positively regulates splicing. Whatever is necessary, specifically, for example,
A base sequence of an antisense strand of a nucleic acid that hybridizes with a nucleic acid consisting of the base sequence shown in SEQ ID NO: 2 under moderately stringent conditions, preferably high stringency conditions;
The nucleic acid consisting of the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 2 is optimally aligned by the BLAST algorithm [for example, in BLASTN, expected value 10, word size 3, gap cost (Existence: 11, Extension: 1)]. A base sequence having a calculated sequence identity of at least 70%, preferably 80% or more, more preferably 90% or more, and regulates splicing to generate exon 7, specifically, A base sequence of an element that positively regulates, preferably an element that forms a stem-loop,
A nucleotide sequence in which G at position 1 and T at position 2 in SEQ ID NO: 2 have been substituted with A and A, respectively.
A nucleotide sequence in which G at position 3 and G at position 20 in SEQ ID NO: 2 have been substituted with T and T, respectively;
A nucleotide sequence in which A at position 21 and A at position 22 in SEQ ID NO: 2 have been substituted with T and T, respectively;
And the like.
[0017]
In the present specification, the above-mentioned “medium stringent conditions” refers to a composition: 6 × SSC (0.9 M NaCl, 0.09 M sodium citrate, pH 7.0) and 5 × Denhard (0.5% Ficoll)TM, 0.5% polyvinylpyrrolidine, 0.5% bovine serum albumin) and 0.1% SDS at 37 ° C. overnight with a nucleic acid consisting of the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 1 or 2. And low ionic strength, for example, 2 × SSC, more stringent for conditions such as 0.1 × SSC and / or higher temperature, 37 ° C. or higher, stringent for 50 ° C. or higher, for more stringent , 60 ° C. or higher, and even more stringent, can be achieved by washing under conditions such as 65 ° C. or higher.
[0018]
More specifically, the variant comprises, for example, a nucleic acid having the base sequence of SEQ ID NO: 21, a nucleic acid having the base sequence of SEQ ID NO: 22, and a base sequence of SEQ ID NO: 23. Examples include a nucleic acid, a nucleic acid having the base sequence shown in SEQ ID NO: 24, and a nucleic acid having the base sequence shown in SEQ ID NO: 25.
[0019]
The fact that the nucleic acid forms a stem-loop structure can be evaluated by analyzing the secondary structure using a conventional program such as the MFOLD program (manufactured by Michael Zucker Rensselaer Polytechnic Institute).
[0020]
Also, that the nucleic acid regulates, specifically, positively regulates splicing of the SMN gene, specifically, splicing that generates exon 7
(1) With intron 6 of SMN2 gene
(2) With exon 7 of SMN2 gene
(3) SMN2 gene intron 7 containing the nucleic acid of the splicing regulatory element consisting of the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 1 or 2;
And the nucleic acid constructs arranged in the order of (1)-(2)-(3) can be evaluated by using an exon trap vector operably linked thereto. Specifically, in the base sequence of intron 7 of (3) in the exon trap vector, the region of the base sequence shown in SEQ ID NO: 2 is replaced with a nucleic acid to be tested, and the resulting construct is The gene is introduced into a suitable host cell, for example, a COS-7 cell, SK-N-SH cell, or the like by a conventional gene transfer method, and the presence of the transcript corresponding to exon 7 in (2) above in the obtained cell is determined. It can be evaluated by detection (referred to as “splicing ability evaluation method”).
[0021]
Here, “positively regulates splicing that generates exon 7” means that splicing is performed so as to generate a transcript containing exon 7 (exon 7-containing type) or to increase the amount of the transcript. Means to control.
[0022]
Examples of the exon trap vector include a vector having an SV40 promoter and having a cloning site between two exons of the HIV-tat gene, and specifically, a pSPL3 vector (manufactured by Promega) and the like. .
[0023]
The intron 6 of (1), the exon 7 of (2), and the intron 7 of (3) can also be obtained based on the sequence of the Genebank Accession No .: AH006635.
[0024]
The nucleic acid construct is described, for example, in Molecular Cloning: A Laboratory Manual, 2nd edition [Sambrook et al., Molecular Cloning: A Laboratory Manual 2nd. , (1989)], etc.].
[0025]
In the present invention, in addition to the above-described exon trap vector construct, a plasmid containing a genome-derived sequence of the region from exon 6 to exon 8 of the SMN gene under the control of an appropriate promoter can also be used. Such an embodiment is also included in the present invention.
[0026]
Exon 7 was detected by analyzing the total RNA extracted from the cells by Northern blot analysis using a probe prepared based on the nucleotide sequence of exon 7, a primer pair specific to the vector used, and a specific pair of exon 7 It can be performed by subjecting to RT-PCR analysis or the like using a suitable primer pair. The probe or primer pair may be labeled with a labeling substance (fluorescent substance, radioisotope, etc.) that facilitates such detection.
[0027]
The chain length of the probe is not particularly limited, but is preferably at least 15 consecutive nucleotides, and more preferably at least 18 nucleotides, from the viewpoint of preventing nonspecific hybridization. Examples of the probe include a nucleic acid consisting of a base sequence of exon 7 or its antisense strand, and a nucleic acid consisting of a base sequence that does not exist in a known sequence in the database or an antisense strand thereof, of the base sequence of exon 7; And a nucleic acid having a continuous nucleotide sequence of 15 nucleotides or more in the above nucleotide sequence, or an antisense strand thereof.
[0028]
The chain length of the primer is not particularly limited, but is, for example, 15 to 40 nucleotides, and preferably 17 to 30 nucleotides.
[0029]
The sequence suitable for the probe or the primer can be obtained by, for example, conventional software that supports the design of the probe and / or the primer in consideration of the known sequence, formation of the secondary structure of the nucleic acid, and the like.
[0030]
Since the nucleic acid of the present invention has the above-described nucleotide sequence, it can express the full-length SMN gene, and can supplement the function of the SMN1 gene even when the SMN1 gene is defective or mutated to cause a functional defect. A product derived from the SMN2 gene can be expressed, and a defect in the SMN1 gene that causes spinal muscular atrophy or a defect in the function of the SMN1 gene product caused by mutation of the SMN1 gene can be compensated.
[0031]
Further, the nucleic acid of the present invention can be more efficiently introduced into cells or the like by using the carrier for nucleic acid introduction obtained by incorporating or retaining the nucleic acid into a carrier that can be introduced into cells. Therefore, such a nucleic acid introduction carrier is also included in the present invention.
[0032]
The nucleic acid introduction carrier of the present invention has one major feature in containing the nucleic acid of the present invention. Therefore, since the carrier for nucleic acid introduction of the present invention has the above-mentioned base sequence, it has an excellent effect that the full-length SMN gene can be expressed. Further, since the carrier for nucleic acid introduction of the present invention has the above-mentioned base sequence, even if the SMN1 gene is defective or mutated to cause a functional defect, a product derived from the SMN2 gene that can supplement the function of the SMN1 gene can be obtained. Can be expressed. Furthermore, since the carrier for nucleic acid introduction of the present invention has the above-mentioned nucleotide sequence, it compensates for the deficiency of the SMN1 gene that causes the onset of spinal muscular atrophy or the functional deficiency of the SMN1 gene product caused by mutation of the SMN1 gene. It has an excellent effect of being able to do so.
[0033]
Further, the carrier for nucleic acid introduction of the present invention has one major feature in that it contains the nucleic acid of the present invention, and that the nucleic acid is incorporated or held in a carrier that can be introduced into cells. Therefore, according to the carrier for introducing a nucleic acid of the present invention, the nucleic acid of the present invention can be more efficiently introduced into cells and the like, and more efficiently, a targeting site on a chromosome (for example, intron 7 of the SMN gene). Etc.).
[0034]
Examples of the “carrier that can be introduced into cells” include, for example, vectors, gold particles, liposomes, and the like suitable for cells to be introduced.
[0035]
Examples of the vector include mammalian cell vectors (retroviral vectors, semliki forest virus vectors, papilloma virus, etc.) including promoters that function in host cells (eg, cytomegalovirus (CMV) promoter, SV40 promoter, etc.). Vector, vaccinia virus vector, SV40-based vector, etc.).
[0036]
The carrier for introducing a nucleic acid of the present invention has an arrangement enabling homologous recombination with a targeting site on the chromosome (for example, intron 7 of the SMN gene on the chromosome), and a homologous set of the nucleic acid of the present invention. Alternatively, a nucleic acid construct in which a nucleic acid having a suitable sequence is arranged is also included. The nucleic acid construct may be further incorporated or held in the “carrier that can be introduced into cells”.
[0037]
Examples of the cells include human neuroblastoma SK-N-SH cells, SY-5Y cells, human primary cultured neurons, COS-7 cells, HeLa cells, and 293 cells.
[0038]
The “arrangement enabling homologous recombination” is not particularly limited, but is, in order, exon 7 of the SMN gene,
The nucleic acid of the following a) or b) on intron 7 of the SMN gene:
a) a nucleic acid comprising the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 2, or
b) a nucleic acid of a variant of the nucleic acid according to a), comprising a nucleotide sequence different from the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 2 through a nucleic acid polymorphism and capable of regulating splicing of the SMN gene
A nucleic acid having at least one copy of
Exon 8 of SMN gene
And the like.
[0039]
According to the nucleic acid of the present invention and the carrier for introducing a nucleic acid of the present invention, splicing of the SMN gene can be regulated, and a method for controlling the expression of the SMN gene is provided.
[0040]
The SMN gene expression control method of the present invention is characterized in that the nucleic acid of the present invention is integrated into a chromosome. Therefore, according to the expression control method of the present invention, since the nucleic acid of the present invention is integrated into the targeting site on the chromosome (ie, intron 7 of the SMN gene), the full-length SMN gene can be expressed, and the SMN1 gene can be expressed. An excellent effect of being able to express a product derived from the SMN2 gene that can supplement the function is exhibited.
[0041]
The expression control method of the present invention includes the following nucleic acid a) or b):
a) a nucleic acid comprising the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 2, or
b) a nucleic acid of a variant of the nucleic acid according to a), comprising a nucleotide sequence different from the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 2 through a nucleic acid polymorphism and capable of regulating splicing of the SMN gene
A method for controlling the expression of the SMN gene, wherein at least one copy of
(A) a step of introducing the nucleic acid or the carrier for introducing a nucleic acid of the present invention into cells, and
(B) maintaining the cells obtained in step (A) under conditions suitable for splicing;
And the like.
[0042]
The method for controlling the expression of the SMN gene of the present invention may be applied to a disease caused by a deficiency or mutation of the SMN gene, in particular, to an individual suffering from or possibly developing spinal muscular atrophy. Thus, prevention or treatment of the onset of the disease can be performed.
[0043]
In the step (A), from the viewpoint of allowing the nucleic acid of the present invention to efficiently integrate into a targeting site (ie, intron 7 of the SMN gene) by homologous recombination, preferably, a targeting site on a chromosome (for example, For the introduction of a nucleic acid, which is a nucleic acid construct in which the nucleic acid of the present invention and a nucleic acid having a sequence suitable for homologous recombination are arranged in a configuration that enables homologous recombination with the intron 7 of the SMN gene on the chromosome. It is preferable to use a carrier or a carrier for nucleic acid introduction obtained by incorporating or holding the nucleic acid construct in the “carrier capable of being introduced into cells”.
[0044]
Examples of the cells include human neuroblastoma SK-N-SH cells, SY-5Y cells, human primary cultured neurons, COS-7 cells, HeLa cells, and 293 cells. The cells may be cultured cells or cells of an individual (human, non-human mammal, etc.).
[0045]
The amount of the nucleic acid or the carrier for introducing a nucleic acid of the present invention is 100 ng or more, preferably 1 μg or more, more preferably 10 μg or more, and preferably 1000 μg or less, as the amount of nucleic acid. Is preferably 100 μg or less, more preferably 20 μg or less.
[0046]
Examples of the method of introducing the nucleic acid or the carrier for introducing a nucleic acid of the present invention into cultured cell cells include, for example, electroporation, transfection, a calcium phosphate method, a direct introduction method using a gene gun using gold particles, and a lipofection method. . Further, as a method for introducing the nucleic acid of the present invention or a carrier for introducing a nucleic acid into an individual, an in vivo method of directly introducing the individual into the body of the individual via a viral vector or a liposome, extracting certain cells from the individual, Examples of the method include the ex vivo method in which the nucleic acid or the carrier for introducing a nucleic acid of the present invention is introduced into a cell outside the body, and the obtained cell is returned to the body, as in the example of the method of introducing the cell into a cultured cell.
[0047]
Next, in the step (B), the cell into which the nucleic acid of the present invention or the carrier for introducing a nucleic acid of the present invention has been introduced is maintained so that splicing is performed in the cell.
[0048]
Here, when the cell is a cultured cell, splicing is performed by maintaining the cell under culture conditions according to the cell. When directly introduced into cells of an individual, splicing is performed by maintaining normal activity of the individual.
[0049]
In the expression control method of the present invention, mRNA is isolated from cells, and the presence of a transcript corresponding to exon 7 is detected by RT-PCR, Northern blot analysis, or the like, thereby controlling expression of the SMN gene, specifically Can evaluate the splicing of exon 7 of the SMN gene.
[0050]
In addition, according to the nucleic acid and the carrier for introducing a nucleic acid of the present invention, since the full-length SMN gene can be expressed as described above, a pharmaceutical composition for preventing or treating a disease caused by a deletion or mutation of the SMN gene. Things can be provided.
[0051]
The pharmaceutical composition of the present invention has one significant feature in that it contains the nucleic acid of the present invention and a carrier for introducing a nucleic acid as active ingredients. Therefore, the pharmaceutical composition of the present invention expresses a full-length SMN gene, expresses a product derived from the SMN2 gene that can supplement the function of the SMN1 gene, has a SMN1 gene deficiency that causes the onset of spinal muscular atrophy or Since it is possible to compensate for the functional deficiency of the SMN1 gene product caused by the mutation of the SMN1 gene, it is possible to prevent or treat the disease caused by the deficiency or mutation of the SMN gene, in particular, the development of spinal muscular atrophy. It has an excellent effect that it can be done.
[0052]
The content of the active ingredient in the pharmaceutical composition of the present invention can be appropriately set according to the disease to be treated and the degree of the disease state, the age of the patient, the weight, etc., for example, as the amount of the nucleic acid of the present invention, From the viewpoint of the dose at which a medicinal effect can be expected, 0.1 g or more, preferably 1.0 g or more, more preferably several g or more, and 100 g or less, preferably 30 g or less, more preferably 10 g or less. It is desirable.
[0053]
The pharmaceutical composition of the present invention may appropriately contain, in addition to the above-mentioned active ingredient, an auxiliary agent (for example, a buffer solution) capable of stably retaining a nucleic acid, a conventional auxiliary agent depending on the administration form, and the like.
[0054]
Administration of the pharmaceutical composition of the present invention can be performed, for example, in the same manner as in the method of introducing the nucleic acid of the present invention or the carrier for introducing a nucleic acid into an individual in the expression control method of the present invention. Specifically, for example, in the case of administration by the above-mentioned in vivo method, intravenous administration, arterial administration, subcutaneous administration, intradermal administration, muscle, etc., depending on the tissue, organ or the like to be administered via a viral vector, liposome or the like Internal administration, local administration and the like can be performed. When the ex vivo method is used, 1) cells are taken out from an individual, 2) the pharmaceutical composition of the present invention is introduced into the cells by the in vivo method, and 3) the cells are returned to the body of the individual again. It is done by doing.
[0055]
The pharmacological evaluation of the pharmaceutical composition of the present invention can be performed by performing the above-described method for evaluating splicing ability and confirming that exon 7 is included in the transcript of the SMN gene.
[0056]
Further, a splicing enhancer for exon 7 of the SMN gene can be screened using the kinetics and / or splicing ability of the nucleic acid of the present invention as an index. That is, the above-described method for evaluating splicing ability can be applied to screening for a splicing enhancer for exon 7 of the SMN gene. The present invention also includes a method for screening a substance that enhances splicing of exon 7 of the SMN gene.
[0057]
The screening method of the present invention comprises the following (1) to (3) in the presence and absence of (I) a test substance:
(1) With intron 6 of SMN2 gene
(2) With exon 7 of SMN2 gene
(3) SMN2 gene intron 7 containing the nucleic acid of the splicing regulatory element consisting of the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 1 or 2;
And maintaining a cell comprising an exon trap vector operably linked to the nucleic acid construct, wherein the nucleic acid constructs are arranged in the order of (1)-(2)-(3); and
(II) the amount of a transcript corresponding to exon 7 of the SMN2 gene in the cells obtained in the presence of the test substance in the step (I), and the amount of the transcript obtained in the absence of the test substance in the step (I). Measuring the amount of a transcript corresponding to exon 7 of the SMN2 gene in the cultured cells,
And using as an index the increase in the transcript corresponding to exon 7 of the SMN2 gene due to the presence of the test substance as compared to the absence thereof.
[0058]
The screening method of the present invention has one major feature in using the nucleic acid construct. Since the screening method of the present invention uses the nucleic acid construct, it has an excellent effect that a substance that acts on the splicing ability of the nucleic acid of the present invention can be efficiently screened. In addition, the screening method of the present invention uses the nucleic acid construct to evaluate the splicing ability of the nucleic acid of the present invention as an index. Therefore, a substance capable of enhancing the expression of the full-length SMN gene, SMN2 capable of complementing the function of the SMN1 gene, An excellent effect of efficiently screening a substance or the like capable of enhancing the expression of a gene-derived product is exhibited.
[0059]
The cells used in the screening method of the present invention are the same as those used in the method for evaluating splicing ability.
[0060]
The test substance includes, for example, low-molecular or high-molecular organic compounds, microbial metabolites, and the like.
[0061]
The step (I) can be performed by maintaining the cells in a medium containing a test substance or a medium containing no test substance. Here, examples of the medium include those suitable for cells, and examples include Dulbecco's Modified Eagle Medium (DMEM), α-Minimum Essential Medium (α-MEM), and RPMI1640.
[0062]
Next, the amount of a transcript corresponding to exon 7 of the SMN2 gene in the cells obtained in the presence of the test substance in the step (I) and the cells obtained in the absence of the test substance in the step (I) Then, the amount of a transcript corresponding to exon 7 of the SMN2 gene is measured [Step (II)].
[0063]
In the step (II), the transcript is obtained by a conventional method from the cells obtained in the step (I) to obtain total RNA, and the obtained total RNA is subjected to the same probe or primer pair as in the above-described method for evaluating splicing ability. Can be measured by Northern blot analysis and RT-PCR.
[0064]
In the screening method of the present invention, the presence of the test substance increases the transcript corresponding to exon 7 of the SMN2 gene as compared to the absence thereof, and the test substance is a substance that enhances the splicing of exon 7 of the SMN gene. It is an indicator that
[0065]
In addition, the substance that binds to the nucleic acid of the present invention is expected to regulate splicing of exon 7 of the SMN gene. Therefore, a substance that binds to the nucleic acid of the present invention, in particular, a substance that regulates splicing ability, for example, a binding protein, a mimetic thereof, a compound, and the like can also be screened using the nucleic acid of the present invention. In this case, 1) detecting the presence or absence of binding between the nucleic acid of the present invention and a test substance (protein-containing sample, cell extract, etc.)
2) obtaining a cell into which the test substance bound to the nucleic acid and the nucleic acid construct have been introduced;
3) By measuring the transcript corresponding to exon 7 of the SMN gene in the cell, it is possible to evaluate whether or not the test substance binds to the nucleic acid of the present invention and regulates splicing ability. As a control, cells into which the test substance has not been introduced but into which the nucleic acid construct has been introduced are used.
[0066]
The presence or absence of binding can be detected by a conventional method such as gel mobility shift assay, resonance plasmon interaction analysis and the like.
[0067]
Next, the bound substance is isolated from the test sample, and its structure (for example, amino acid sequence) is identified.
[0068]
Thereafter, cells into which the test substance bound to the nucleic acid and the nucleic acid construct have been introduced are obtained based on the obtained information on the structure.
[0069]
In the present invention, instead of using the above-described exon trap vector construct, a plasmid containing a genome-derived sequence of the region from exon 6 to exon 8 of the SMN gene under the control of an appropriate promoter can also be used. Such an embodiment is also included in the present invention.
[0070]
Furthermore, in the present invention, instead of using the above-described exon trap vector construct, a minigene having a genome-derived sequence of the region from exon 6 to exon 8 of the SMN gene is transcribed as pre-mRNA, and the obtained product is tested. By reacting with a nuclear extract or a transcription system in a tube and analyzing by electrophoresis or the like, a substance that enhances splicing of exon 7 of the SMN gene can also be screened. Such an embodiment is also included in the present invention.
[0071]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described specifically with reference to the following examples, but the present invention is not limited to these examples. In the following examples, unless otherwise specified, the composition of the culture medium is described in “Basic Experimental Methods for Molecular and Cellular Biology”, pages 50 to 51, published on September 1, 1994, published by Nankodo Co., Ltd., Molecular Cloning: A Laboratory Manual 2nd edition [Sambrook et al., Molecular Cloning: A Laboratory Manual 2nd ed. , (1989)].
[0072]
Example 1
For the in vivo splicing of the SMN gene, constructs of the SMN1 minigene containing the region from exon 6 to exon 8 in the pCI mammalian expression vector and the SMN2 minigene containing exon 6 to exon 8 in the pCI mammalian expression vector were examined. Constructs (gifted by Drs. Elliott Androphy (Tufts University) and Christian Lorson) were used.
[0073]
In addition, a minigene construct containing the SMN1 exon 6 to exon 8 region in the pCI vector and containing a C to T translocation in exon 7 was prepared by mutagenizing element 1 by a site-directed mutagenesis method. did.
[0074]
For transfection of the construct, COS-7 cells or SK-N-SH cells were used. The COS-7 cells were cultured in 10% fetal bovine serum (FBS) / Dulbecco's Modified Eagle Medium (DMEM) at 37 ° C. and 5% CO 2.2SK-N-SH cells were cultured at 37 ° C., 5% CO 2 on α-Minimum Essential Medium (α-MEM) containing 10% FBS.2Was performed under the following conditions. The cells were seeded on a 3.5 cm dish at a density of 60-80% confluency.
[0075]
Then, using the trade name: LipofectAMINE reagent or the trade name: LipofectAMINE ACE reagent (manufactured by Life Technologies) according to the manufacturer's protocol, the above-mentioned construct (1.0 μg equivalent) was added to COS-7 cells or SK-7 cells. -N-SH cells were transfected.
[0076]
The obtained transfected cells were dissolved in a buffer RLT (manufactured by Qiagen), and total RNA was obtained from the obtained lysate using a trade name: RNeasy Mini Kit (manufactured by Qiagen). Was isolated.
[0077]
The obtained total RNA, a random primer (manufactured by Takara Bio Inc.), and MMLV reverse transcriptase (manufactured by Life Technologies) were mixed with 20 μl of a reaction solution [composition: 2.7 μM random primer Hexa-deoxyribonucleotide] Mixture (manufactured by Takara Bio Inc.), 0.5 mM dNTP mixture, 12.5 mM DTT, 5 × first strand buffer, 200 UM-HLV reverse transcriptase) at 37 ° C. for 60 minutes to react the first strand cDNA. Was synthesized.
[0078]
Then, 1.2 μg of the first-strand cDNA generated from the construct, 0.4 μM of each pCI forward primer [5′-GCT AAC GCA GTC AGT GCT TC-3 ′ (SEQ ID NO: 3)] and pCI reverse primer A primer pair consisting of [5′-GTA TCT TAT CAT GTC TGC TCG-3 ′ (SEQ ID NO: 4)] and a trace amount of [α-32P] PCR was carried out on a 50 μl reaction mixture containing 0.2 μM dNTP containing dNTP, 5 U rTaq DNA polymerase and 10 × PCR buffer (manufactured by Takara Bio Inc.), and splicing in vivo was examined. .
[0079]
The amplification conditions were as follows: a starting denaturation step by incubation at 94 ° C. for 2 minutes, followed by a 30-cycle reaction step consisting of 94 ° C. for 30 seconds and 56 ° C., 1.5 minutes and 72 ° C. for 1 minute. After that, conditions were set for performing a final extension step at 72 ° C. for 10 minutes.
[0080]
The obtained reaction products were separated by electrophoresis on a 5% polyacrylamide gel. The intensity of each band was quantified using a trade name: Densitography Program (manufactured by ATTO Corporation). The ratio of the exon 7-containing type was quantified and expressed as the ratio of the intensity of the exon 7-containing type to the intensity of all bands. The result is shown in FIG.
[0081]
As a result, as shown in FIG. 1, SMN1 mRNA expresses a full-length transcript, but SMN2 expresses a full-length transcript by transient transfection of each of the SMN1 minigene construct and the SMN2 minigene construct including the region from exon 6 to exon 8. It produced low levels of full-length transcripts and high levels of exon 7 deficient isoforms (SMNΔ7).
[0082]
Also, as shown in FIG. 1, the substitution of C to T present at 6 nucleotides in exon 7 of SMN1 results in the exclusion of exon 7, and the splicing pattern of exon 7 changes to exon 7 of wild-type SMN2. It turned out to be similar. In contrast, the mutant SMN2 (T to C substitution in SMN2) minigene was found to produce a full-length SMN transcript.
[0083]
Example 2
To determine cis-acting elements that can respond to SMN exon 7 skipping, a wild-type SMN1 minigene containing exon 7 and adjacent intron 6 and adjacent intron 7 and mutant SMN1 (C to T transposition in exon 7) Various deletion mutants, both minigenes, were constructed and these were cloned into the exon trap vector pSPL3. A schematic diagram of such a deletion mutant is shown in FIG.
[0084]
Various deletion mutants of SMN1 containing intron 6, exon 7 and intron 7 were identified using the following primer pairs:
For I7DM1, 600 Fwd primer [5'-AAG CTT GGC ATG AGC CAC TGC AAG AAA AC-3 '(SEQ ID NO: 5)] and OR primer [5'-GGA TCC GAG AAT TCT AGT AGG GAT GTAG G-3' ( A primer pair consisting of: SEQ ID NO: 6)];
For I7DM2, a primer pair consisting of the 600 Fwd primer and an OR-IR primer [5'-AAG CTT GTT TTA CAT TAA CCT TTC AAC T-3 '(SEQ ID NO: 7)];
For I7DM3, a primer pair consisting of the aforementioned 600Fwd primer and DR-11R primer [5′-GGA TCC GAA CTT TTT AAA TGT TCA AAA AC-3 ′ (SEQ ID NO: 8)];
I7DM4 was prepared by PCR using the 600 Fwd primer and IR primer [5'-GGA TCC CAA AAA CCA TAA AGT TTT AC-3 '(SEQ ID NO: 9)].
[0085]
In addition, deletion mutants constructed from wild-type SMN1 containing no translocation on exon 7 are referred to as I7DM1-C, I7DM1-C, I7DM1-C and I7DM1-C, respectively, Deletion mutants constructed from mutant SMN1 containing a transposition to T may be referred to as I7DM1-T, I7DM1-T, I7DM1-T, and I7DM1-T, respectively.
[0086]
Then, each of the obtained PCR products was digested with Not I and BamH I, and the obtained products were inserted into exon trap vector pSPL3 (manufactured by Life Technologies).
[0087]
The obtained PCR product was ligated to an exon trap vector pSPL3 (manufactured by Life Technologies) using a trade name: BKL kit (manufactured by Takara Bio Inc.). Before the experiment, all the obtained constructs were sequenced.
[0088]
COS-7 cells were transfected using the above-described construct, and total RNA was isolated from the transfected COS-7 cells 24 hours later using a trade name: RNeasy Mini Kit (manufactured by Qiagen). Released.
[0089]
Subsequently, the obtained total RNA (equivalent to 3.0 μg) was used as a primer for SA2 [5′-ATC TCA GTG GTA TTT GTG AGC-3 ′ (SEQ ID NO: 10)] and MMLV reverse transcriptase [Life Technology (Life Technology (Life Technology) Technologies)) to obtain a spliced product.
[0090]
The splicing product generated by the reverse transcription reaction is detected by PCR using the pSPL3 vector-specific primer pair, the SD6 primer [5′-TCT GAG TCA CCT GGA CAA CC-3 ′ (SEQ ID NO: 11)] and the SA2 primer. did. The PCR was performed using a reaction solution of a total volume of 40 μl [composition: 1.5 μl RT product, 1.0 μM SD6 primer, 1.0 mM SA2 primer, 0.2 mM dNTP mixture, 10 × PCR buffer, 5 U rTaq (manufactured by Takara Bio Inc.) )]. Amplification was performed by performing 30 cycles of a reaction consisting of 94 ° C. for 1 minute, 60 ° C. for 1 minute and 72 ° C. for 1 minute, followed by incubation at 72 ° C. for 5 minutes.
[0091]
The obtained PCR product was electrophoresed on a 5% polyacrylamide gel.
[0092]
As a result, as shown in the upper panel of FIG. 3, when various deletion mutants related to wild-type SMN1 (C) were transfected into COS-7 cells, all constructs MRNA (+ exon 7) was expressed, but no isoform lacking exon 7 was expressed.
[0093]
In contrast, as shown in the lower panel of FIG. 3, the longest construct of mutant SMN1 (I7DM1) containing the C to T transposition in SMN1 exon 7 and the flanking intron 6 of 235 bp and flanking intron 7 of 124 bp. , MRNA with both exon 7 containing and exclusion (51% containing).
[0094]
As shown in the lower panel of FIG. 3 (I7DM1), the percentage of exon-containing forms using the C to T transgene minigene containing exon 6 to exon 8 cloned into the exon trap vector was cloned into the pCI vector. The ratio was higher than that of the exon-containing form using the SMN minigene including the region of exon 6 to exon 8 which had been converted. Such differences indicate that there may be several cis-acting elements that regulate the splicing of SMN exon 7 in regions that differ from the sequence of the minigene cloned into the exon trap vector (about 400 bp). However, since these minigenes, including the C to T translocation in SMN1 exon 7 cloned into exon trap vector pSPL3, showed a marked increase in exon 7 exclusion, these constructs were associated with exon 7 in the 400 bp minigene. It appears to be useful in determining cis elements that can respond to elimination.
[0095]
For the deletion mutant in the flanking intron, as shown in FIG. 1, the deletion mutant I7DM4-T containing a 66 bp deletion of the 3 ′ flanking region of I7DM1-T increased the elimination of SMN exon 7 ( The splicing pattern of the deletion of mutant I7DM3-T, which contains a 52 bp deletion of I7DM1-T, was similar to that of I7DM1-T.
[0096]
Thus, the +59 to +72 14 bp region of flanking intron 7 is suggested to be a key element of the SMN exon-containing form involving the C to T transposition.
[0097]
FIG. 4 shows the position of the element 2 in the intron 7. In addition, as shown in FIG. 4, analysis of the higher-order structure by the MFOLD program GCG version revealed that element 2 (SEQ ID NO: 1) composed of 24 nucleotides had a unique stem-loop structure. . Furthermore, the sequence shows a perfect match between SMN1 and SMN2, suggesting that element 2 is important in regulating the splicing of SMN1 exon 7 and wild-type SMN2, including C to T transposition. Was.
[0098]
Example 3
To determine whether the stem-loop structure in element 2 is important in regulating the splicing of SMN exon 7, including the C to T transition, various mutations were made to the stem-loop structure in element 2 of I7DM1-T. Was introduced.
[0099]
Mutations in the stem-loop structure were performed using an I7DM1-T exon trap vector as a template, and nucleotides for introducing mutations [5'-CCC CTG AAC ATT TAA AAA GTT CAG ATG-3 '(SEQ ID NO: 12) and 5'-CAT TTG It was generated by PCR using TTT TCC ACA AAC CAT AAA GTT TTA-3 ′ (SEQ ID NO: 13)].
[0100]
COS-7 cells were transfected using the above-described construct, and total RNA was isolated from the transfected COS-7 cells 24 hours later using a trade name: RNeasy Mini Kit (manufactured by Qiagen). Released.
[0101]
Subsequently, the obtained total RNA (equivalent to 3.0 μg) was reverse-transcribed using the SA2 primer and MMLV reverse transcriptase (Life Technologies) to obtain a spliced product.
[0102]
The spliced product generated by the reverse transcription reaction was detected by PCR using the pSPL3 vector-specific primer pair, the SD6 and the SA2. The PCR was performed using a reaction solution of a total volume of 40 μl [composition: 1.5 μl RT product, 1.0 μM SD6 primer, 1.0 mM SA2 primer, 0.2 mM dNTP mixture, 10 × PCR buffer, 5 U rTaq (manufactured by Takara Bio Inc.) )]. Amplification was carried out by performing 30 cycles of a reaction at 94 ° C. for 1 minute, 60 ° C. for 1 minute and 72 ° C. for 1 minute, followed by incubation at 72 ° C. for 5 minutes.
[0103]
The obtained PCR product was electrophoresed on a 5% polyacrylamide gel.
[0104]
As a result, as shown in FIG. 5 panel (B), from the results of using construct A and construct B of FIG. 5 panel (A), the mutation or deletion of the loop region affected the splicing of exon 7. , Suggesting that the loop of element 2 is not important for splicing regulation.
[0105]
In contrast, the disruption of the stem structure, as shown in panel (B) of FIG. 5, resulted from the use of construct C and construct D of panel (A) of FIG. 5, as compared to the original structure of I7DM1-T. Cause a significant decrease in exon 7-containing form and the effect on exon 7-containing decrease was similar to that of deletion mutant I7DM4-T, indicating that the stem structure is important for the activity of element 2. all right.
[0106]
In addition, a G to C point mutation in the stem structure, as shown in panel (B) of FIG. 5, resulted in a dramatic increase in the exon 7 containing form as a result of using construct E of panel (A) of FIG. Due to the decrease, it was found that the CG base pair in the stem structure was also important for the splicing activity of element 2. On the other hand, as shown in panel (B) of FIG. 5, when construct F of panel (A) of FIG. 5 was used, when AU base pairs in the stem structure were replaced with GC base pairs, Exon 7 content was slightly reduced.
[0107]
Such findings suggest that the higher order stem structure of element 2 is important, but that the sequence of AU base pairs is not so important.
[0108]
Example 4
To test whether element 2 activates the splicing of SMN exon 7, including the C to T translocation, constructs containing the tandem repeats (3 or 4 repeats) of element 2 in the I7DM1-T vector [FIG. In panel (A) of No. 6, element 2x3 and element 2x4] were replaced with I7DM1-T vector and nucleotides for mutagenesis [5'-GTG GAA AAC AAA TGT TTT TGA ACA GTG GAA AAC AAA TGT TTT TGA TGA TGA TGA TGA TGA TGA TGA TGA TGA TGA TGA T AAA TGT TTT TGA ACA TTT AAA AAG TTC-3 ′ (SEQ ID NO: 14) and 5′-AAA CCA TAA AGT TTT ACA AAA GTA AGA TTC AC-3 ′ (SEQ ID NO: 15) ] Was prepared by PCR.
[0109]
COS-7 cells were transfected using the above-described construct, and total RNA was isolated from the transfected COS-7 cells 24 hours later using a trade name: RNeasy Mini Kit (manufactured by Qiagen). Released.
[0110]
Subsequently, the obtained total RNA (equivalent to 3.0 μg) was reverse-transcribed using the SA2 primer and MMLV reverse transcriptase (Life Technologies) to obtain a spliced product.
[0111]
The spliced product generated by the reverse transcription reaction was detected by PCR using the pSPL3 vector-specific primer pair, the SD6 and the SA2. The PCR was performed using a reaction solution of a total volume of 40 μl [composition: 1.5 μl RT product, 1.0 μM SD6 primer, 1.0 mM SA2 primer, 0.2 mM dNTP mixture, 10 × PCR buffer, 5 U rTaq (manufactured by Takara Bio Inc.) )]. Amplification was performed by performing 30 cycles of a reaction consisting of 94 ° C. for 1 minute, 60 ° C. for 1 minute and 72 ° C. for 1 minute, followed by incubation at 72 ° C. for 5 minutes.
[0112]
The obtained PCR product was electrophoresed on a 5% polyacrylamide gel.
[0113]
As a result, as shown in FIG. 6 panel (B), it was found that the insertion of multicopy element 2 in intron 7 of SMN increased the content of SMN exon 7 depending on the number of insertions. Element 2 was shown to be an intron splicing enhancer of SMN exon 7 involving the C to T transposition.
[0114]
Example 5
Since disruption of element 2 shows a dramatic change in the splicing pattern of SMN exon 7, it was speculated that trans-acting factors would specifically bind to element 2 and regulate its splicing via direct binding. .
[0115]
Therefore,32A gel shift assay was performed using the P-labeled oligo element 2 and a nuclear extract of neuroblastoma SK-N-SH cells.
[0116]
SK-N-SH cells (1.0 × 107Cells) in 1 ml of 10 mM HEPES-NaOH (pH 7.9) containing 10 mM KCl, 1 mM EDTA, 1 mM EGTA, 5 mM dithiothreitol (DTT) and 1 mM (p-amidinophenyl) methanesulfonyl fluoride (PMSF). Homogenized at 4 ° C. The buffer and other solutions used in this experiment were sterilized by filtration with Steritop (pore size: 220 nm, manufactured by Millipore Corporation) before use.
[0117]
After adding 10% Nonidet P-40 (trade name) to a final concentration of 0.6%, the homogenate was centrifuged at 15,000 rpm for 5 minutes. The pellet was resuspended in 10 volumes of 20 mM Tris-HCl (pH 7.5) containing 400 mM KCl, 1 mM EDTA, 1 mM EGTA, 1 mM DTT and 1 mM PMSF and centrifuged at 15,000 rpm for 5 minutes. The resulting pellet was stored at -80 ° C as a nuclear extract for a gel mobility shift assay.
[0118]
Then, a final volume of 20 μl (binding buffer: 20 mM HEPES, pH 7.9, 72 mM KCl, 1.5 mM MgCl2, 0.78 mM magnesium acetate, 0.52 mM DTT, 3.8% glycerol, 0.75 mM ATP, 1 mM GTP) and various concentrations of nuclear extract mixed with RI-labeled RNA oligonucleotides (present as 6 nM final concentration) did. As the RI-labeled oligonucleotide, oligo-element 2 [5'-GUG GAA AAC AAA UGU UUU UGA ACA-3 '(SEQ ID NO: 16)] or oligo mutant element 2 [5'-GUG GAA AAC AAA UGC CCC] UGA ACA-3 '(SEQ ID NO: 17)] was used.
[0119]
The resulting mixture is then incubated at room temperature for 25 minutes, then loaded on a 4% native acrylamide gel in loading buffer (composition: 37.5 mM Tris-HCl, 315 mM glycine, 1.5 mM EDTA) and subjected to constant Electrophoresis was performed at 4 ° C. for 2 hours at a voltage of 100 V. The gel was then dried and exposed to an autoradiographic film.
[0120]
As a result, as shown in FIG. 7 panel (A), effective binding was observed, and the binding activity was increased corresponding to the amount of nuclear extract.
[0121]
Further, in order to confirm that the binding was specific, a competition experiment using unlabeled oligo element 2 was performed.
[0122]
As a result, as shown in FIG. 7 panel (B), pre-incubation of nuclear extracts with more than 25-fold molar concentrations of unlabeled oligo RNA resulted in almost complete removal of activity, but with TC Preincubation of the nuclear extract with an equal amount of unlabeled nucleotides for mutagenesis of element 2 (oligo mutant element 2) into which mutation was introduced by substitution did not inhibit the binding of RNA nucleoprotein. These data indicate that the trans-acting factor specifically binds to element 2 in intron 7 of the SMN pre-mRNA and that binding to cis-acting element 2 results in splicing of SMN exon 7, including C to T translocation. Indicates that it will enhance.
[0123]
Example 6
Element 2 of intron 7 of the SMN gene has been shown to play a key role in regulating exon 7 splicing and that trans-acting proteins can bind directly to this element. Thus, it was determined whether treatment of cells transfected with the I7DM1-T exon trap vector with an antisense oligonucleotide was sufficient to lead to a decrease in the SMN exon 7 containing type, including C to T translocation. .
[0124]
As the antisense oligonucleotide, an antisense oligonucleotide containing a 2'-O-methyl backbone modification and an antisense oligonucleotide containing a phosphorothioate backbone modification (synthesized by Japan Bio Service Inc) were used. The antisense oligonucleotide used was
Antisense oligonucleotide for element 2 [in FIG. 8, As-element 2; 5'-UGU UCA AAA ACA UUU GUU UUC-3 '(SEQ ID NO: 18)],
Antisense oligonucleotide to polypyrimidine tract of intron 6 of SMN1 [In FIG. 8, As-pyr; 5'-GAU AGC UAU AUA UAG AU-3 '(SEQ ID NO: 19)]
As a control, antisense oligonucleotides to other sequences of intron 6
[In FIG. 8, As-con; 5'-GAU AGC UAU AUA UAG AU-3 '(SEQ ID NO: 20)].
[0125]
These antisense oligonucleotides were co-transfected into COS-7 along with the exon trapping vector into which I7DM1-T was cloned. In addition, the concentration of the antisense oligonucleotide was adjusted to be in the range of 5 nM to 25 nM.
[0126]
Twenty-four hours after transfection, total RNA was extracted by a conventional method. RT-PCR using the primer pair [SD6 primer and SA2 primer] was performed to examine the effects of these antisense oligonucleotides on in vivo splicing of SMN exon 7.
[0127]
As a result, as shown in FIG. 8 panel (B), it was found that the As-element 2 reduced the SMN exon 7-containing type depending on the amount of the antisense oligonucleotide. As shown in FIG. 8 panel (C), the splicing of SMN exon 7 was not changed by As-con. In contrast, As-pyr slightly reduced the contained form.
[0128]
Since polypyrimidine tracts are essential for pre-mRNA splicing, it was expected that the As-pyr would effectively act as an antisense oligonucleotide blocking cis-acting elements.
[0129]
Similarly, As-element 2 caused an inhibition of SMN exon 7 splicing.
[0130]
These results indicate that element 2 is a key cis-acting element for SMN exon 7 splicing involving the C to T translocation.
[0131]
Sequence listing free text
SEQ ID NO: 1 is a sequence of the sequence unit of Element 2.
[0132]
SEQ ID NO: 2 is a sequence in a sequence unit of Element 2.
[0133]
SEQ ID NO: 3 is a sequence of a pCI forward primer.
[0134]
SEQ ID NO: 4 is a sequence of a pCI reverse primer.
[0135]
SEQ ID NO: 5 is a sequence of a 600 Fwd primer.
[0136]
SEQ ID NO: 6 is a sequence of an OR primer.
[0137]
SEQ ID NO: 7 is a sequence of an OR-IR primer.
[0138]
SEQ ID NO: 8 is a sequence of DR-11R primer.
[0139]
SEQ ID NO: 9 is a sequence of an IR primer.
[0140]
SEQ ID NO: 10 is a sequence of SA2 primer.
[0141]
SEQ ID NO: 11 is a sequence of SD6 primer.
[0142]
SEQ ID NO: 12 is a sequence of a mutation-introducing oligonucleotide.
[0143]
SEQ ID NO: 13 is a sequence of a mutation-introducing oligonucleotide.
[0144]
SEQ ID NO: 14 is a sequence of a mutation-introducing oligonucleotide.
[0145]
SEQ ID NO: 15 is a sequence of a mutation-introducing oligonucleotide.
[0146]
SEQ ID NO: 16 is the sequence of Oligo-Element 2.
[0147]
SEQ ID NO: 17 is the sequence of oligo-variant element 2.
[0148]
SEQ ID NO: 18 is the sequence of Antisense Oligonucleotide As-Element 2.
[0149]
SEQ ID NO: 19 is the sequence of antisense oligonucleotide As-pyr.
[0150]
SEQ ID NO: 20 is the sequence of antisense oligonucleotide As-con.
[0151]
SEQ ID NO: 21 is the sequence of a putative splicing regulatory element.
[0152]
SEQ ID NO: 22 is the sequence of the putative splicing regulatory element.
[0153]
SEQ ID NO: 23 is the sequence of a putative splicing regulatory element.
[0154]
SEQ ID NO: 24 is the sequence of a putative splicing regulatory element.
[0155]
SEQ ID NO: 25 is the sequence of a putative splicing regulatory element.
[0156]
SEQ ID NO: 26 is a sequence of Mutant A of Element 2
[0157]
SEQ ID NO: 27 is a sequence of mutant B of element 2.
[0158]
SEQ ID NO: 28 is a sequence of Mutant C of Element 2
[0159]
SEQ ID NO: 29 is a sequence of mutant D of element 2.
[0160]
SEQ ID NO: 30 is a sequence of mutant E of element 2.
[0161]
SEQ ID NO: 31 is a sequence of mutant F of element 2.
[0162]
【The invention's effect】
According to the nucleic acid of the present invention, a full-length SMN gene can be expressed, a product derived from the SMN2 gene capable of complementing the function of the SMN1 gene can be expressed, and the SMN1 gene causing the onset of spinal muscular atrophy can be expressed. An excellent effect of being able to compensate for the deficiency of the SMN1 gene product caused by the deficiency or mutation of the SMN1 gene. Further, the carrier for nucleic acid introduction of the present invention has an excellent effect that the nucleic acid of the present invention can be efficiently introduced into cells. Furthermore, according to the method for controlling the expression of the SMN gene of the present invention, the full-length SMN gene can be expressed, and a product derived from the SMN2 gene, which can complement the function of the SMN1 gene, can be expressed. The present invention has an excellent effect of compensating for the SMN1 gene deficiency that causes the above or the SMN1 gene product function deficiency caused by the mutation of the SMN1 gene. Further, the pharmaceutical composition of the present invention has an excellent effect of being able to prevent or treat a disease caused by a deletion or mutation of the SMN gene, in particular, the onset of spinal muscular atrophy. Further, according to the method for screening a substance for enhancing splicing of exon 7 of the SMN gene of the present invention, a substance capable of enhancing the expression of the full-length SMN gene and a substance capable of enhancing the expression of a SMN2 gene-derived product capable of complementing the function of the SMN1 gene Etc. can be efficiently screened.
[0163]
[Sequence list]
Figure 2004344072
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[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows the splicing patterns of SMN1 and SMN2 exons. In the figure, the upper band of each lane indicates a full-length transcript containing the region from exon 6 to exon 8, and the lower band indicates a transcript lacking exon 7. In the figure, WT SMN1 (C) is a wild-type minigene, mutant SMN1 (T) is a SMN1 minigene containing a translocation of C to T located at 6 nucleotides inside exon 7, and WT SMN2 (T) is , Wild-type SMN2 minigene, mutant SMN2 (C) indicates a SMN2 minigene containing a T to C substitution located at 6 nucleotides in exon 7.
FIG. 2 shows a schematic diagram of an exon trap vector. In the figure, BP indicates a branch point, and PPT indicates a polypyrimidine tract.
FIG. 3 shows the results of an in vitro splicing assay. The upper panel is the result of a deletion mutant constructed from wild-type SMN1 (C) and the lower panel is the result of a deletion mutant constructed from a mutant SMN1 containing a C to T transposition. . The score shown in the lower panel is the ratio of the exon 7-containing type to the total transcripts, and the value indicates the average of four analyzes.
FIG. 4 shows a schematic diagram of the position (upper panel) and structure (lower panel) of the element 2 in the intron 7.
FIG. 5 shows the results of examining the effect of a mutation in the stem-loop of element 2 of mutant SMN1 containing a C to T transition on the amount of exon 7-containing transcripts. Panels (A) -A-F are schematic diagrams of the structures of various mutants in the I7DM1-T minigene. In the figure, ○ indicates nucleotides substituted for wild-type element 2. Panel (B) shows the results of in vivo boss pricing analysis. In the figure, minigenes A to F cloned into I7DM1-T, exon trap vector correspond to panel (A). Panel (C) shows the results of quantitative analysis of splicing patterns of each construct. The ratio of the exon 7-containing type to the total transcripts is the mean of four analyzes ± SEM. It is represented by D.
FIG. 6 shows the results of examining the effect of the number of inserted elements 2 on the amount of a transcript containing exon 7. Panel (A) shows a schematic of a construct with a tandem repeat of element 2 in the SMN intron. In the figure, I7DM1-T represents an original construct containing one copy of element 2, element 2-Tx3 represents a construct containing three copies of element 2, and element 2-Tx4 represents a construct containing four copies of element 2. Panel (B) shows RT-PCR analysis of the amount of transcripts containing exon 7 according to the number of inserted elements 2 (upper panel) and the ratio of exon 7-containing type to total transcripts (lower panel). The ratio of the exon 7-containing form to the total transcripts is the mean ± S.D. It is represented by D.
FIG. 7 is a diagram showing the results of a gel mobility shift assay for identifying a nucleoprotein that binds to element 2. Panel (A) shows the results of gel mobility shift assay of SK-N-SH cell nuclear extract. Panel (B) shows the results of a competition assay performed by adding unlabeled RNA oligonucleotides of wild-type element 2 or mutant element 2 (above 1, 5, and 14 molar concentrations).
FIG. 8 shows the results of examining the effect of an antisense oligonucleotide for element 2 on the expression of a transcript containing exon 7. Panel (A) shows the positions of the three antisense oligonucleotides used (As-element 2, As-con, As-pyr) on the SMN gene. Panel (B) shows the results of RT-PCR analysis of in-vivo splicing of As-Element 2 using an exon trapping system. The percentage of the exon 7 containing version is shown as an average of four experiments and is shown below each lane. Panel (C) shows the results of RT-PCR analysis of in-vivo splicing of As-con using an exon trapping system. The percentage of the exon 7 containing version is shown as an average of four experiments and is shown below each lane.

Claims (7)

配列番号:1又は2に示される塩基配列からなるスプライシング調節エレメントの核酸。A nucleic acid for a splicing regulatory element consisting of the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 1 or 2. 配列番号:1又は2に示される塩基配列とは、核酸多型を介して異なる塩基配列からなり、かつSMN遺伝子のスプライシングを調節しうる、請求項1記載の核酸のバリアントの核酸。2. The nucleic acid variant nucleic acid according to claim 1, comprising a nucleotide sequence different from the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 1 or 2 through a nucleic acid polymorphism and capable of regulating splicing of the SMN gene. バリアントが、配列番号:21、配列番号:22、配列番号:23、配列番号:24及び配列番号:25からなる群より選ばれた塩基配列からなる、請求項2記載の核酸。The nucleic acid according to claim 2, wherein the variant comprises a base sequence selected from the group consisting of SEQ ID NO: 21, SEQ ID NO: 22, SEQ ID NO: 23, SEQ ID NO: 24 and SEQ ID NO: 25. 請求項1〜3いずれか1項記載の核酸を含有してなる、核酸導入用担体。A carrier for introducing a nucleic acid, comprising the nucleic acid according to claim 1. 下記a)又はb)の核酸:
a)配列番号:2に示される塩基配列からなる核酸、又は
b)配列番号:2に示される塩基配列とは、核酸多型を介して異なる塩基配列からなり、かつSMN遺伝子のスプライシングを調節しうる、前記a)の核酸のバリアントの核酸
の少なくとも1コピーを、染色体に組み込ませることを特徴とする、SMN遺伝子の発現制御方法。
A nucleic acid according to a) or b) below:
a) a nucleic acid comprising the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 2, or b) a nucleotide sequence different from the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 2 through a nucleic acid polymorphism, and regulating the splicing of the SMN gene. A method for controlling the expression of the SMN gene, wherein at least one copy of the nucleic acid of the variant of the nucleic acid according to a) is integrated into a chromosome.
請求項1〜3いずれか1項記載の核酸又は請求項4記載の核酸導入用担体を有効成分として含有してなる、SMN遺伝子の欠損又は変異により引き起こされる疾患の予防又は治療のための医薬組成物。A pharmaceutical composition for preventing or treating a disease caused by deletion or mutation of the SMN gene, comprising the nucleic acid according to any one of claims 1 to 3 or the carrier for introducing a nucleic acid according to claim 4 as an active ingredient. object. (I)被験物質の存在下及び非存在下に、
下記(1)〜(3):
(1) SMN2遺伝子のイントロン6と
(2) SMN2遺伝子のエキソン7と
(3) 配列番号:1又は2に示される塩基配列からなるスプライシング調節エレメントの核酸を含有したSMN2遺伝子のイントロン7と
からなり、かつ(1)−(2)−(3)の順に配置された核酸構築物が作動可能に結合されたエキソントラップベクター構築物を含む細胞を維持するステップ、及び
(II)前記ステップ(I)において、被験物質の存在下に得られた細胞中におけるSMN2遺伝子のエキソン7に対応する転写産物の量と、被験物質の非存在下に得られた細胞中におけるSMN2遺伝子のエキソン7に対応する転写産物の量とを測定するステップ、
を含み、被験物質の存在により、非存在下に比べ、SMN2遺伝子のエキソン7に対応する転写産物が増加することを指標とする、SMN遺伝子のエキソン7のスプライシング増強物質のスクリーニング方法。
(I) In the presence and absence of a test substance,
The following (1) to (3):
(1) Intron 6 of the SMN2 gene and (2) exon 7 of the SMN2 gene and (3) intron 7 of the SMN2 gene containing the nucleic acid of the splicing regulatory element consisting of the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 1 or 2. And (1) maintaining a cell containing an exon trap vector construct operably linked to the nucleic acid construct arranged in the order of (2)-(3); and (II) in the step (I), The amount of the transcript corresponding to exon 7 of the SMN2 gene in the cells obtained in the presence of the test substance and the amount of the transcript corresponding to exon 7 of the SMN2 gene in the cells obtained in the absence of the test substance Measuring the amount and
A method for screening a substance that enhances the splicing of exon 7 of exon 7 of the SMN gene as an index, wherein the presence of the test substance increases the transcript corresponding to exon 7 of the SMN 2 gene as compared to the absence thereof.
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