JP2005532783A - ヒスタミン受容体h3改変トランスジェニックマウス - Google Patents
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Abstract
ヒスタミンH3受容体遺伝子において改変を有するトランスジェニック動物が、宿主動物への改変されたヒスタミンH3受容体遺伝子の導入によって作成される。得られるトランスジェニック動物は機能的ヒスタミンH3受容体分子を生産しない。また、これらの動物から得られた細胞および細胞系は改変されたヒスタミンH3受容体遺伝子を含有している。
Description
本発明は機能的なヒスタミンH3受容体タンパク質を欠如している動物を生産する、ヒスタミンH3受容体遺伝子が改変されているトランスジェニック非ヒト動物に関する。
ヒスタミンはグアニンヌクレオチド結合タンパク質を介して細胞内経路に連結される細胞表面受容体をとおしてシグナル伝達する多機能化学伝達物質である。この種の細胞表面受容体はGタンパク質共役受容体またはGPCRと呼ばれる。現在、薬理学的に定義され、そしてH1、H2およびH3分類に分けられているヒスタミン受容体の3種のサブタイプが存在する(非特許文献1)。H1ヒスタミン受容体はクローン化されており(非特許文献2)、そしてアレルギー応答におけるヒスタミンの効果を遮断するためのジフェンヒドラミンのような薬物の標的である。H2ヒスタミン受容体はクローン化されており(非特許文献3)、そして胃における酸分泌においてヒスタミンの効果を遮断するためのラニチジンのような薬物の標的である。ヒスタミン受容体の第3のサブタイプは1983年に存在するという仮説が立てられた(非特許文献4)。それは中枢神経系におけるヒスタミン含有ニューロンにおいて前シナプスの自己受容体として、そして非ヒスタミン含有ニューロンにおいて前シナプスの異種受容体として機能すると信じられる。H3受容体の機能の1つは前シナプス部位において神経伝達物質の放出を調節することである。かくして、ヒスタミンH3受容体は中枢神経系において発現されるが、また、心臓、肺および胃においても薬理学的に同定されており、そして他の組織において存在するという仮説も立てられている。
ヒスタミンH3受容体シグナル伝達経路のイン・ビボの役割を詳細に調べるために、ヒスタミンH3遺伝子が相同的組み換えによって破壊されたトランスジェニックマウスが本発明において生成され、そしてヒスタミンH3受容体欠失繊維芽細胞が調製された。
Hill et al."International Union of Pharmacology,XIII,Classification of Histamine Receptors",Pharmacol.Rev.(1997)49(3):253−278. Yamashita et al.(1991)"Expression Cloning of a cDNA Encoding the Bovine Histamine H1 Receptor",P.N.A.S.,(1991)88(24):11515−19. Gantz et al."Molecular Cloning of a Gene Encoding the Histamine H2 Receptor",P.N.A.S.,(1991)88(2):429−33. Arrang et al."Autoinhibition of Brain Histamine Release Mediated by a Novel Class H3 of Histamine Receptor",Nature(London)(1983)302(5911):832−7.
Hill et al."International Union of Pharmacology,XIII,Classification of Histamine Receptors",Pharmacol.Rev.(1997)49(3):253−278. Yamashita et al.(1991)"Expression Cloning of a cDNA Encoding the Bovine Histamine H1 Receptor",P.N.A.S.,(1991)88(24):11515−19. Gantz et al."Molecular Cloning of a Gene Encoding the Histamine H2 Receptor",P.N.A.S.,(1991)88(2):429−33. Arrang et al."Autoinhibition of Brain Histamine Release Mediated by a Novel Class H3 of Histamine Receptor",Nature(London)(1983)302(5911):832−7.
種々の細胞タイプにおけるヒスタミンH3受容体の機能的役割を理解するために、機能的なヒスタミンH3受容体を発現しないマウスが、胚性幹(ES)細胞における相同的組み換え(HR)によって生成され、そして本明細書において開示される。また、これらのマウスから誘導される細胞系が本明細書において開示される。それらから誘導された細胞系を含むこれらのマウスは、ヒスタミンH3受容体の機能を理解し、そしてヒト細胞におけるヒスタミンH3受容体等価物の機能または発現を調節する薬物の治療効果を評価するために価値ある動物モデルおよび道具を提供する。本発明のトランスジェニックマウスは野生型マウスに比較してスコポラミンの健忘効果に対する非感受性を表す。
本発明において生成されたヒスタミンH3受容体ノックアウトマウスは、ヒスタミンH3受容体遺伝子が相同的組み換え(HR)によって破壊された(disrupted)モデルを提供する。ノックアウトマウスを生成する方法は4つの基本段階に分けることができる:
1. ヒスタミンH3受容体遺伝子のクローニングおよび胚性幹(ES)細胞のトランスフェクションのためのDNA構築物の作成;
2. ヒスタミンH3受容体遺伝子がHRによって破壊されたES細胞を単離すること;3. ノックアウトES細胞を注入されたマウスの胚からキメラマウスを生成すること;および
4. 生殖系列伝達をとおしてノックアウトマウスを得るためにキメラマウスを繁殖させること。
1. ヒスタミンH3受容体遺伝子のクローニングおよび胚性幹(ES)細胞のトランスフェクションのためのDNA構築物の作成;
2. ヒスタミンH3受容体遺伝子がHRによって破壊されたES細胞を単離すること;3. ノックアウトES細胞を注入されたマウスの胚からキメラマウスを生成すること;および
4. 生殖系列伝達をとおしてノックアウトマウスを得るためにキメラマウスを繁殖させること。
本発明はヒスタミンH3受容体タンパク質をコードしているクローン化されたゲノムDNAを利用し、そしてマウスのヒスタミンH3受容体遺伝子のクローニングおよびキャラクタライゼーションを記述する。改変されたヒスタミンH3受容体遺伝子を有するトランスジェニック動物が生成される。天然に存在する遺伝子に対する改変は、修飾、欠失および置換であってもよい。修飾および欠失は天然に存在する遺伝子を非機能的にさせて、「ノックアウト」動物を生産する。天然に存在する遺伝子の第2の種由来の遺伝子への置換は、第2の種の遺伝子産物を生産する動物をもたらす。変異を有する遺伝子への天然に存在する遺伝子の置換は変異した遺伝子産物を生産する動物をもたらす。
これらのトランスジェニック動物は薬物アンタゴニストまたはアゴニストの研究、ヒトの疾病の動物モデルの生成ならびにヒスタミンH3受容体に媒介される応答に関連する障害または疾病の究極の処置のために重要である。ヒスタミンH3受容体の「ノックアウト」を担持するトランスジェニック動物は、ヒトにおけるヒスタミンH3受容体等価物が関与する疾病のための非ヒトモデルの確立のために有用である。
破壊したヒスタミンH3受容体遺伝子を担持するトランスジェニックマウスは、標的DNA構築物の染色体における内因性遺伝子による相同的組み換えによって生成された。DNA構築物はゲノムDNAライブラリーから単離されたヒスタミンH3受容体のゲノムクローンから作成された。
用語「動物」は、ヒト以外のすべての脊椎動物を含むように本明細書では使用される。それはまた、胚および胎児期を含む発生の全期における個々の動物を含む。「トランスジェニック動物」は、直接にもまた間接にも、細胞以下のレベルにおける計画的な遺伝子操作、例えば標的組み換えもしくはマイクロインジェクションまたは組み換えウイルスによる感染によって改変されたかまたは受け入れた遺伝情報を担持している1種以上の細胞を含有するすべての動物である。用語「トランスジェニック動物」は、古典的な交雑またはイン・ビトロ受精を包含することを意図せず、むしろ、1種以上の細胞が組み換えDNA分子によって改変されたか、またはそれを受け入れた動物を包含することを意味する。この組み換えDNA分子は、具体的には、特定の遺伝子座を標的としてもよく、染色体内に無作為に組み込まれてもよく、あるいはそれは染色体外で複製するDNAであってもよい。用語「生殖細胞系列トランスジェニック動物」は、遺伝子改変または遺伝情報が生殖系列細胞に導入され、それによって遺伝情報を子孫に伝達する能力を与えられたトランスジェニック動物を指す。そのような子孫が実際に、その改変または遺伝情報のいくつかまたはすべてを保持する場合は、それらは同様にトランスジェニック動物である。
改変または遺伝情報は、レシピエントが属する動物の種にとって外来であっても、または特定の個々のレシピエントにのみ外来であってもよく、あるいはレシピエントによって既に保持されている遺伝情報であってもよい。後者の場合、改変または導入された遺伝子は、本来の遺伝子とは別に発現されても、または全く発現されなくてもよい。
改変されたヒスタミンH3受容体遺伝子は、一般に、宿主動物にとって本来のものと同じヒスタミンH3受容体を完全にはコードしてはならず、そしてその発現生産物は、少量または多量の程度に改変されるか、または全部を欠如しているべきである。しかしながら、よりわずかに改変されたヒスタミンH3受容体遺伝子が本発明の範囲内に入れられることは考えられる。
標的遺伝子を改変するために使用される遺伝子は、限定されるものではないが、ゲノム起源からの単離、単離したmRNA鋳型からのcDNAの調製、直接合成またはその組み合わせを含む広範な技術によって得ることができる。
トランスジーン導入のための標的細胞のタイプは胚性幹細胞(ES)である。ES細胞はイン・ビトロにおいて培養した着床前の胚から得られてもよい[M.J.Evans et al.,Nature(1981)292:154−156;M.O.Bradley et al.,Nature(1984)309:255−258;Gossler et al.,P.N.A.S.(1985)83:9065−9069;Robertson et al.,Nature(1986)322:445−448;S.A.Wood et al.P.N.A.S.(1993)90:4582−4584]。トランスジーンはDNAトランスフェクションのような標準技術またはレトロウイルス媒介形質導入によってES細胞中に効率的に導入できる。得られた形質転換ES細胞は、その後、非ヒト動物からの胚盤胞と合体することができる。その後、導入したES細胞は胚を群体形成(colonize)し、そして得られるキメラ動物の生殖系列に寄与する(R.Jaenisch,Science(1988)240:1468−1474)。
ヒスタミンH3受容体は複雑なメカニズムの独立構成要素であるので、ヒスタミンH3受容体DNAによってコードされたものを含むタンパク質は、メカニズムへのそれらの寄与が理解されるには、個別にもそしてグループとしても両方試験されなくてはならない。個々の遺伝子およびそれらの発現産物の寄与を決定するという問題への1つのアプローチは、単離した遺伝子を使用して全能性ES細胞(本明細書に記述されるような)における本来の野生型遺伝子を選択的に不活性化させ、次いで、トランスジェニックマウスを生成することである。遺伝子を標的としたトランスジェニックマウスの生成における遺伝子を標的としたES細胞の使用は1987年に記述されており(Thomas et al.,Cell(1987)51:503−512)、そして他にも総説されている(Frohman et al.,Cell(1989)56:145−147;Capecchi,Trends in Genet.(1989)5:70−76;Baribault et al.,Mol.Biol.Med.(1989)6:481−492;Wagner,EMBO J.(1990)9:3025−3032;Bradley et al.,Bio/Technology(1992)10:534−539)。
多くの技術を利用して染色体遺伝子中に特定の変化を挿入するための標的相同的組み換えを使用することによって、いずれかの遺伝子領域を不活性化するか、またはそれを所望のいずれかの変異に改変できる。相同的組み換えは、頻度10−6〜10−3において検出されると報告された(Lin et al.,P.N.A.S.(1985)82:1391−1395;Smithies et al.,Nature(1985)317:230−234;Thomas et al.,Cell(1986)44:419−428;Song et al.,P.N.A.S.(1987)84:6820−6824)。非相同プラスミド−染色体相互作用は一層頻度が高く、比較される相同的挿入を超える105倍(Lin et al.,P.N.A.S.(1985)82:1391−1395)ないし102倍(Thomas et al.,Cell(1986)44:419−428;Song et al.,P.N.A.S.(1987)84:6820−6824)のレベルにおいて起きる。
マウスES細胞における標的組み換えのこの低い割合を克服するために、種々の戦略が開発されて数少ない相同的組み換え体を検出または選択した。相同的改変事象を検出するための1つのアプローチは、ポリメラーゼ連鎖反応(PCR)を使用して相同的挿入について形質転換体細胞のプールをスクリーニングし、続いて個々のクローンをスクリーニングする(Kim et al.,Nucleic Acids Res.(1988)16:8887−8903;Kim et al.,Gene(1991)103:227−233)。あるいはまた、ポジティブ遺伝子選択アプローチが開発され、ここでは、相同的挿入が起きる場合にのみ活性になるマーカー遺伝子が構築されて、これらの組み換え体を直接選択することを可能にする(Sedivy et al.,P.N.A.S.(1989)86:227−231)。相同的組み換え体を選択するために開発されたもっとも強力なアプローチの1つは、改変の直接選択が存在しない遺伝子(例えばヒスタミンH3受容体)のために開発されたポジティブ−ネガティブ選択(PNS)法である(Mansour et al.,Nature(1988)336:348−352;Capecchi,Science(1989)244:1288−1292;Capecchi,Trends in Genet.(1989)5:70−76)。PNS法は、マーカー遺伝子がそれ自体のプロモーターをもつので、高レベルにおいて発現されない遺伝子を標的とするのにより有効である。非相同的組み換え体はDNA構築物に隣接する単純ヘルペスウイルスのチミジンキナーゼ(HSV−TK)遺伝子を使用することによって選択される。構築物の非相同的挿入を有する細胞はHSVチミジンキナーゼを発現し、それ故、ヘルペス薬物、例えばガンシクロビル(GANC)もしくはFIAU(1−(2−デオキシ 2−フルオロ−B−D−アラビノフルラノシル)−5−ヨードウラシル)に対して感受性である。この対向選択によって、生き残る形質転換体における相同的組み換え体の数が増強できる。
本明細書において使用されるように「標的遺伝子」または「ノックアウト」は、限定されるものではないが、本明細書において記述される方法を含むヒト介在の方法によって非ヒト動物の生殖系列中に導入されたDNA配列である。本発明の標的遺伝子は同族の内因性遺伝子を具体的に改変するよう設計されるDNA配列を含む。
すべての前記応用は動物試験と最後には臨床試行において立証されねばならない。薬物標的の機能的役割を決定する1つのアプローチは、全動物において破壊された遺伝子からもたらされる欠陥を研究することである。本明細書において生成され、そして開示されるヒスタミンH3受容体ノックアウトマウスは、治療においてもっとも適当であるモジュレーターのタイプを決定する際に重要であるヒスタミンH3受容体の機能の定義を可能にしする。
本発明のノックアウトマウスにおいて検出されるすべてのヒスタミンH3受容体機能は、後に本発明のノックアウトマウスから単離することができる代替の新規ヒスタミンH3受容体サブタイプの存在の証拠を提供するであろう。
本発明のノックアウトマウスにおける機能的なヒスタミンH3受容体の不在は、例えば、RNA解析、タンパク質発現検出、レポーター結合アッセイ、酵素活性アッセイおよび他のヒスタミンH3受容体機能研究において確認される。RNA解析では、RNAサンプルがノックアウトマウスの種々の臓器から調製され、そしてヒスタミンH3受容体転写物が転写物に特異的なオリゴヌクレオチドプローブを用いるノザンブロットにおいて検出される。
マウスのヒスタミンH3受容体に特異的であるポリ血清およびモノクローナル抗体が生産される。ノックアウトマウスにおけるインタクトのヒスタミンH3受容体の不在は、例えば、フローサイトメトリー分析、免疫組織化学的染色ならびにヒスタミンH3受容体特異抗体を用いる受容体結合および/または酵素活性アッセイにおいて研究される。あるいはまた、機能アッセイがノックアウトマウスから収集した種々の細胞タイプの調製物を用いて実施される。
H3受容体遺伝子を欠如するマウス(H3−/−)は胚性幹細胞(129SVJ)における相同的組み換えにより生成され、そして生殖系列キメラがC57B1/6Jバックグラウンドと交雑されて異型接合体H3+/−が生成される。H3+/+およびH3−/−マウスはH3+/−マウスの繁殖によって生成され、そして生殖系列の伝達はポリメラーゼ連鎖反応によって決定された。F2 H3−/−マウスは予期したメンデル頻度をもって生まれ、表現型として正常に見られ、繁殖性であり、そして成熟動物期をとおして生育可能と見られた。H3+/+およびH3−/−の成長曲線は、若干低いが統計的に有意な差異ではない平均体重を示すH3−/−動物と並行している。本発明者らは結合研究ならびに選択的H3アンタゴニスト、チオペラミドを用いる薬理学的実験によってトランスジェニックマウスにおけるH3受容体の全不在を立証した。H3受容体は正常な(H3+/+)マウスの脳ホモジネートにおける放射性リガンド結合により容易に検出できるが、一方H3−/−マウスは3H−R−α−メチルヒスタミン結合によって決定されるようにH3受容体結合部位の完全な喪失を例証した。異型接合体マウス(H3+/−)はH3+/+マウス(0.47nM)と同じ3H−R−α−メチルヒスタミン結合親和力(0.43nM)を有するが、約半数の全脳ホモジネートにおける結合部位の数(それぞれ、47fmol/mgタンパク質対91fmol/mgタンパク質)を有するのみであった。H3受容体は数種のサブタイプにおいて存在するかもしれないと示唆されている[R.E.West,Jr.et al.,Molec.Pharmacol.(1990)38:610−613]ので、3H−R−α−メチルヒスタミン、3H−N−α−メチルヒスタミンまたは3H−ヒスタミンを用いる結合研究がマウスの脳ホモジネートにおいて実施された。結合は高い(>100nM)濃度においてさえ検出できず、このことはすべてのH3結合が単一の遺伝子産物によるものであり、そしてH3受容体サブタイプの存在の反証になることを示している。
H3受容体は睡眠/覚醒行動の調節に関与していることが知られている。選択的H3アンタゴニストを用いる研究はラットおよびネコにおける覚醒の増進を示した[Monti et al.,Eur.J.Pharmcol.(1991)205:283−287;Lin et al.,Brain Res.(1990)523:325−330]。機能的H3受容体の不在を確認するために、本発明者らはWTおよびKOマウスにおいてH3受容体アンタゴニスト・チオペラミドの効果を比較した。この化合物はH3+/+マウスにおいて照明時に投与後最初の2時間には55%覚醒を増進した。覚醒におけるこの増進は、注射後2時間の間の非急速眼球運動(non−rapid eye movement)(NREM)睡眠における61%低下と関連したが、一方REM睡眠は影響されなかった(図1)。重要なことは、H3−/−マウスの睡眠−覚醒状態に対してチオペラミドには効果がなく、このことは受容体が欠失されたことの行動による確認を提供する。
また、H3受容体は記憶および認識プロセスのコリン作動性調節と関連付けられた[Giovannini et al.,Behav.Brain Res.(1999)104:147−155;Blandina et al.,Br.J.Pharmacol.(1996)119:1656−1664]。H3受容体アンタゴニストは受動回避においてスコポラミン誘導の健忘症を防ぐことが示されている。このことは本発明者らにステップ−スルー(step−through)受動回避試験を用いてH3−/−マウスにおける記憶を探索することを促した。この試験は明/暗選択と鋭い嫌悪条件づけ刺激(弱い足部ショック)を使用し、そしてコリンエステラーゼ阻害剤の認識/記憶亢進を例証するために使用された。基本の明/暗分配試験では、明るい小部屋か暗い小部屋において費やした時間においても、また明るい小部屋から暗い小部屋への移動数においてもH3+/+とH3−/−マウスとの間には差異はなかった。マウスの両セットが嫌悪刺激の想起を同等に保持できた基本の受動回避試験では、H3+/+とH3−/−マウスとの間には差異はなかった(図2B)。H3+/+マウスがそれらの部屋への最初の曝露前に健忘性薬剤スコポラミン(ムスカリン性受容体アンタゴニスト)により前処置された場合、マウスは翌日の部屋への再入室において嫌悪刺激を想起することができなかった(図2B、右パネル)。しかしながら、H3−/−マウスはスコポラミンの健忘効果に対して完全に不応答であって、そして未処置群と同様に応答した(図2B、左パネル)。これはチオペラミドがスコポラミンの効果を少なくとも部分的に防ぐことができることを示した従来の報告と一致する[Giovannini et al.,Behav.Brain Res.(1999)104:147−155;Blandina et al.,Br.J.Pharmacol.(1996)119:1656−1664;Onodera et al.,Naunyn−Schmiedeberg’s Arch.Pharmacol.(1998)357:508−513;Molinengo et al.,Pharmacol.Biochem.Behav.(1999)63:221−227]。これらの知見は記憶機能および/または認識プロセスを調節するコリン作動性経路におけるヒスタミンとH3受容体についての決定的な役割を確立する。さらに、H3−/−マウスはコリン作動性アンタゴニスト、スコポラミンの健忘性効果に抵抗性である。
次の実施例は本発明を具体的に説明する目的のために提出されており、そして本発明の範囲を限定するものと考えるべきではない。
H3 −/− 動物の生成
マウスH3R遺伝子クローンは129/Olaマウスゲノムライブラリーから分離され、そしてマウスH3R遺伝子の13kbをカバーするファージクローンが単離された。マウスH3R遺伝子の第2のエクソンを含有するXhoI DNAフラグメントがノックアウト構築物を調製するために使用された。ネオマイシン耐性遺伝子を含有するカセットが使用されて遺伝子の第1のイントロンの一部と第2のエクソンの5’末端をカバーする0.7kb領域を置換した。HSV−チミジンキナーゼカセットは構築物の3’末端において置換された。構築物におけるマウスH3R遺伝子、ネオマイシン耐性遺伝子およびHSV−チミジンキナーゼ遺伝子は転写の同一方向において存在する。DNA構築物はエレクトロポレーションによってE14胚性幹細胞中に導入された。細胞はG418 400μg/mlおよび0.2μMガンシクロビルの存在下で培養された。破壊された遺伝子を有する胚性幹細胞はポリメラーゼ連鎖反応(PCR)によって検出され、次いで、構築物の3’末端に隣接するDNAプローブを用いるサザンハイブリダイゼーションによって確認された。キメラマウスは胚性幹細胞を注入された胚から生成された。生殖系列のマウスはオスのキメラマウスとメスのC57BL/6Jとの繁殖から得られた。破壊したH3R遺伝子について異型接合の生殖系列マウスはPCRによって同定された。破壊したH3R遺伝子のみを含有するH3R−欠失マウスは異型接合マウスの交雑から得られた。
マウスH3R遺伝子クローンは129/Olaマウスゲノムライブラリーから分離され、そしてマウスH3R遺伝子の13kbをカバーするファージクローンが単離された。マウスH3R遺伝子の第2のエクソンを含有するXhoI DNAフラグメントがノックアウト構築物を調製するために使用された。ネオマイシン耐性遺伝子を含有するカセットが使用されて遺伝子の第1のイントロンの一部と第2のエクソンの5’末端をカバーする0.7kb領域を置換した。HSV−チミジンキナーゼカセットは構築物の3’末端において置換された。構築物におけるマウスH3R遺伝子、ネオマイシン耐性遺伝子およびHSV−チミジンキナーゼ遺伝子は転写の同一方向において存在する。DNA構築物はエレクトロポレーションによってE14胚性幹細胞中に導入された。細胞はG418 400μg/mlおよび0.2μMガンシクロビルの存在下で培養された。破壊された遺伝子を有する胚性幹細胞はポリメラーゼ連鎖反応(PCR)によって検出され、次いで、構築物の3’末端に隣接するDNAプローブを用いるサザンハイブリダイゼーションによって確認された。キメラマウスは胚性幹細胞を注入された胚から生成された。生殖系列のマウスはオスのキメラマウスとメスのC57BL/6Jとの繁殖から得られた。破壊したH3R遺伝子について異型接合の生殖系列マウスはPCRによって同定された。破壊したH3R遺伝子のみを含有するH3R−欠失マウスは異型接合マウスの交雑から得られた。
ヒスタミンH3受容体DNA構築物によるES細胞のトランスフェクション
胚性幹(ES)細胞E14(Hooper et al.,1987,”HPRT−deficient(Lesch−Nyhan)Mouse Embryos Derived from Germ−line Colonization by Cultured Cells”.Nature(1987)326:292−295)は、胚性繊維芽細胞(EF)とともに、そして1000U/ml白血病阻止因子(LF)(Gibco)を含有する培養基DMEM(15%FCS,1mMピルビン酸ナトリウム、0.1mM b−メルカプトエタノール、2mM L−グルタミン、100Uペニシリンおよび100Uストレプトマイシン)中で混合培養することによって未分化期において維持された。EF細胞はRobertson(E.J.Robertson,”Embryo−derived Stem Cell Lines”Teratocarcinomas and Embryonic Stem Cells,(E.J.Robertson,Ed.,Oxford,Washington Dc:IRL Press)(1987)pp.71−112.)によって記述された方法にしたがって15〜17日齢マウス胎児から調製された1次繊維芽細胞培養物であった。EFは培養基中で2時間10mg/mlマイトマイシンC(Sigma)により処理されて、支持細胞としての使用前に細胞分裂を停止した。
胚性幹(ES)細胞E14(Hooper et al.,1987,”HPRT−deficient(Lesch−Nyhan)Mouse Embryos Derived from Germ−line Colonization by Cultured Cells”.Nature(1987)326:292−295)は、胚性繊維芽細胞(EF)とともに、そして1000U/ml白血病阻止因子(LF)(Gibco)を含有する培養基DMEM(15%FCS,1mMピルビン酸ナトリウム、0.1mM b−メルカプトエタノール、2mM L−グルタミン、100Uペニシリンおよび100Uストレプトマイシン)中で混合培養することによって未分化期において維持された。EF細胞はRobertson(E.J.Robertson,”Embryo−derived Stem Cell Lines”Teratocarcinomas and Embryonic Stem Cells,(E.J.Robertson,Ed.,Oxford,Washington Dc:IRL Press)(1987)pp.71−112.)によって記述された方法にしたがって15〜17日齢マウス胎児から調製された1次繊維芽細胞培養物であった。EFは培養基中で2時間10mg/mlマイトマイシンC(Sigma)により処理されて、支持細胞としての使用前に細胞分裂を停止した。
DNAトランスフェクションでは、DNA構築物はNotI消化によって線状にされた。次いで、DNAは−20℃で1時間氷冷エタノールの2倍量によって沈殿された。沈殿DNAは遠心によってペレット化され、70%エタノール0.5mlにより1回洗浄され、風乾され、次いで、リン酸バッファー生理食塩水(Gibco)中1mg/mlにおいて溶解された。ES細胞はトリプシン処理によって収穫され、そして培養基中6,25x106細胞/mlにおいて再懸濁された。DNA構築物(20μg)がGene Pulser(BioRad)を用いる250μFで340ボルトにおけるエレクトロポレーションのためにES細胞懸濁液0.8mlに添加された。
トランスフェクションされたES細胞は培養基においてEFを2.5x106/プレートで被覆した90mmプレート上に平板塗布された。2日後、細胞は400μg/mlG418(Geneticin,Gibco)および0.2μM GANC(Cytosin,Syntex)を含有する培地において薬物選別にかけられた。培養基は毎日交換された。大量の細胞死が明らかに4日目に始まり、そして大部分の死細胞は毎日の培地交換により除去された。生き残った細胞コロニーは7日目に顕微鏡下で観察され、そして10日目には、それらは顕微鏡なしにプレート上に肉眼で見られた。
相同的組み換えについてトランスフェクションされたES細胞のPCRスクリーニング トランスフェクション後11日目のESコロニーのサイズはPCRスクリーニングのために十分に大きかった。細胞コロニーを収集するために、90mmプレートにおける培養基が吸引され、そしてPBS 10mlが添加された。個々の細胞コロニーが立体顕微鏡によって位置を定められ、20ml容量で回収され、そして96穴プレート中に移された。ESコロニーの単一細胞懸濁液を調製するために、96穴プレートの1ウェル当たり0.25%トリプシン(Gibco)25μlが添加された。37℃におけるトリプシン処理の8分後、培養基25μlが添加された。相同的組み換え現象についてのPCRによるスクリーニングが実施される間、全ESコロニーはマスタープレートとしての培養物においてなお維持された。マスタープレートを調製するために、各細胞サンプル60μlが、EF細胞で被覆され、そしてG418およびGANCを含有する培養基180μl/ウェルを含有した96穴プレートに移された。
第1ラウンドのPCRスクリーニングでは、各細胞溶解物サンプルが、96穴プレートにおいて1列のサンプルとして並べられた12細胞コロニーから調製された。マスタープレートの調製後、プレートの各列における約90μl/ウェルの残存する細胞サンプルが保存された。細胞は1分間の遠心によってチューブ中で沈降された。培地を流出させた後、細胞は蒸留水30μlを添加し、そして短時間回転することによって溶解された。細胞溶解物は、95℃で10分間の最初の加熱、室温への冷却、続く短時間回転させながらのプロテイナーゼK(水中10mg/ml)1μlの添加、プロテイナーゼK消化のための50℃で90分間、次いで、プロテイナーゼKの熱失活のための95℃で10分間のインキュベーションによって調製された。
PCRは9600 GeneAmp system(Perkin Elmer)を用いて実施された。反応混合液は、PCRバッファー(10mMTris−Cl,pH8.3,50mMKCl、1.5mMMgCl2および0.001%w/vゼラチン)中、細胞溶解物5μl、2種のオリゴヌクレオチドプライマー各々4μM、各々dATP,dTTP.dCTPおよびdGTP 200μM、および5UのAmpliTaqDNAポリメラーゼを含有した。反応条件は、94℃で2分、60℃で2分および72℃で2分の3サイクル、次いで、94℃で15秒、60℃で15秒および72℃で1分の40サイクル、続いて72℃における7分であった。
3−4日培養後のマスタープレート上のES細胞は分裂(splitting)の準備が整っていた。ポジティブグループにおける細胞コロニーはPCRの第2ラウンドによって個別にスクリーニングされてポジティブな個々のコロニーが同定された。培養におけるポジティブグループを維持するために、ウェル中の細胞は最初に培養基を除去し、PBS50μlで1回洗浄し、0.25%トリプシン40μlによって37℃5分間処理することによってトリプシン処理し、続いて培養基90μlを添加された。次いで、細胞は再懸濁され、そして細胞サンプル20μlが、EFで被覆され、G418およびGANCを含有する培養基200μlで満たされたマスタープレートに移植された。残っている細胞(110μl/ウェル)はチューブ中に移された。細胞溶解物が調製され、そして相同的組み換えシグナルがPCRによって増幅され、そして前項で記述されたようにハイブリダイゼーションによって検出された。
ゲノムのサザンハイブリダイゼーションによる相同的組み換えの確認
相同的組み換えはサザンハイブリダイゼーションによって確認された。PCRスクリーニングにおけるポジティブコロニーから得られたES細胞は培養において拡大され、そしてDNAがManiatis et al.Molecular Cloning(Cold Spring harbor Laboratory,1982)pp.280−281)による記述のように抽出された。推定されるノックアウト細胞系のゲノムDNAサンプルが制限酵素EcoRIにより消化され、1%アガロースゲル電気泳動によって分離され、Hybond−N+ナイロン膜(Amersham)上にブロットされ、そしてマウスのヒスタミンH3受容体遺伝子に特異的な〜440bpDNAフラグメントとハイブリダイズされた。このDNAプローブは染色体に任意に組み込まれたDNA構築物にはハイブリダイズしなかった。
相同的組み換えはサザンハイブリダイゼーションによって確認された。PCRスクリーニングにおけるポジティブコロニーから得られたES細胞は培養において拡大され、そしてDNAがManiatis et al.Molecular Cloning(Cold Spring harbor Laboratory,1982)pp.280−281)による記述のように抽出された。推定されるノックアウト細胞系のゲノムDNAサンプルが制限酵素EcoRIにより消化され、1%アガロースゲル電気泳動によって分離され、Hybond−N+ナイロン膜(Amersham)上にブロットされ、そしてマウスのヒスタミンH3受容体遺伝子に特異的な〜440bpDNAフラグメントとハイブリダイズされた。このDNAプローブは染色体に任意に組み込まれたDNA構築物にはハイブリダイズしなかった。
機能的なヒスタミンH3受容体のみが親のES細胞において検出され、そして破壊されたヒスタミンH3受容体遺伝子のみがノックアウトES細胞中に見い出された。
胚注入によるキメラマウスの生成
3.5日の懐胎期におけるマウス胚が過排卵されたC57BL/6Jマウスの子宮から採取された。約10〜15個のES細胞が胚の割腔中に注入された。注入された胚は2.5日の懐胎において偽妊娠CD1マウスの子宮中に移植された。これらの胚から発生したマウスは17日後に出産された。使用したES細胞は優性なアグーチの毛色遺伝子を有する129Olaマウス株に由来したので、キメラマウスはC57BL/6Jマウス胚からの黒色毛色に対するES由来の細胞からのアグーチ毛色によって同定された。
3.5日の懐胎期におけるマウス胚が過排卵されたC57BL/6Jマウスの子宮から採取された。約10〜15個のES細胞が胚の割腔中に注入された。注入された胚は2.5日の懐胎において偽妊娠CD1マウスの子宮中に移植された。これらの胚から発生したマウスは17日後に出産された。使用したES細胞は優性なアグーチの毛色遺伝子を有する129Olaマウス株に由来したので、キメラマウスはC57BL/6Jマウス胚からの黒色毛色に対するES由来の細胞からのアグーチ毛色によって同定された。
キメラマウスの繁殖によって得られたES生殖系列マウス
キメラマウスはC57BL/6Jマウスとともに繁殖された。これらの交雑はES細胞の生殖系列伝達を試験するために実施された。繁殖からの子孫のあるものは、キメラのオスが優性のアグーチ毛色遺伝子を担持しているES細胞由来の生殖系列細胞をもっている場合アグーチ色であることが期待される。マウスにおける破壊したヒスタミンH3受容体遺伝子は先の項において記述されたようにゲノムハイブリダイゼーションによって検出された。ゲノムDNAは離乳期後の各アグーチマウスからの尾の約1cmから精製された。ゲノムDNAは既に記述されている(Laird et al.,前出)ように、フェノールおよびフェノール:クロロホルム抽出、およびエタノール沈殿によって単離された。ゲノムDNAはEcoRIにより消化され、そして先に述べたようにヒスタミンH3受容体遺伝子に特異的な3’隣接DNAとハイブリダイズされた。ヒスタミンH3受容体遺伝子は連鎖したX−染色体であるので、すべてのメスの生殖系列アグーチマウスは破壊されたヒスタミンH3受容体遺伝子に対して異型接合である。
キメラマウスはC57BL/6Jマウスとともに繁殖された。これらの交雑はES細胞の生殖系列伝達を試験するために実施された。繁殖からの子孫のあるものは、キメラのオスが優性のアグーチ毛色遺伝子を担持しているES細胞由来の生殖系列細胞をもっている場合アグーチ色であることが期待される。マウスにおける破壊したヒスタミンH3受容体遺伝子は先の項において記述されたようにゲノムハイブリダイゼーションによって検出された。ゲノムDNAは離乳期後の各アグーチマウスからの尾の約1cmから精製された。ゲノムDNAは既に記述されている(Laird et al.,前出)ように、フェノールおよびフェノール:クロロホルム抽出、およびエタノール沈殿によって単離された。ゲノムDNAはEcoRIにより消化され、そして先に述べたようにヒスタミンH3受容体遺伝子に特異的な3’隣接DNAとハイブリダイズされた。ヒスタミンH3受容体遺伝子は連鎖したX−染色体であるので、すべてのメスの生殖系列アグーチマウスは破壊されたヒスタミンH3受容体遺伝子に対して異型接合である。
異型接合ノックアウトマウスの繁殖から同型接合ノックアウトマウスの生成
メスの異型接合ノックアウトマウスがC57BL/6Jマウスまたは野生型オスの同産の子と交配された。オスの子の半分が破壊された遺伝子のみを担持し、そしてメスの子の半分が破壊された遺伝子に対して異型接合であることが期待される。生き残っている子孫は先に述べたようにサザンハイブリダイゼーションによって遺伝子型が定められた。同型接合のメスのマウスは異型接合のメスとノックアウトのオスとのさらなる繁殖によって得られた。
メスの異型接合ノックアウトマウスがC57BL/6Jマウスまたは野生型オスの同産の子と交配された。オスの子の半分が破壊された遺伝子のみを担持し、そしてメスの子の半分が破壊された遺伝子に対して異型接合であることが期待される。生き残っている子孫は先に述べたようにサザンハイブリダイゼーションによって遺伝子型が定められた。同型接合のメスのマウスは異型接合のメスとノックアウトのオスとのさらなる繁殖によって得られた。
ヒスタミンH3受容体ノックアウトマウスおよびマウス由来の細胞の特性決定
飼育ならびに睡眠、活性および体温の記録
個々に飼育したマウスは、動物が恒常的暗所(DD)に移された1つの研究以外は12:12明/暗(LD)周期において維持された。3か月齢において、動物は深い麻酔(ケタミン100mg/kgおよびキシラミン10mg/kgを腹腔内に投与)下で睡眠モニタリング用のEEGおよびEMG電極ならびに体温および総運動活性記録用の腹腔内生体遠隔測定トランスデューサーを移植された。手術され、記録チャンバーに慣らされた後2週間目に、体温および運動活性が連続2日間基礎条件下でモニターされた。H3受容体の機能活性を試験するために、睡眠−覚醒状態に及ぼすH3受容体アンタゴニスト・チオペラミドの効果が試験された。マウスは1日目に生理食塩水を、そして次の日にチオペラミドを注射された。注射は明るい期間の開始時に実施し、そして睡眠EEGが次の6時間記録された。H3+/+およびH3−/−マウスの第2群が3か月齢においてランニングホイールケージに入れられた。運動活性はLD12:12条件下で3週間記録され、次いで、動物は2週間恒常的暗所に移された。結果は図1,パネルA,BおよびCに示される。
飼育ならびに睡眠、活性および体温の記録
個々に飼育したマウスは、動物が恒常的暗所(DD)に移された1つの研究以外は12:12明/暗(LD)周期において維持された。3か月齢において、動物は深い麻酔(ケタミン100mg/kgおよびキシラミン10mg/kgを腹腔内に投与)下で睡眠モニタリング用のEEGおよびEMG電極ならびに体温および総運動活性記録用の腹腔内生体遠隔測定トランスデューサーを移植された。手術され、記録チャンバーに慣らされた後2週間目に、体温および運動活性が連続2日間基礎条件下でモニターされた。H3受容体の機能活性を試験するために、睡眠−覚醒状態に及ぼすH3受容体アンタゴニスト・チオペラミドの効果が試験された。マウスは1日目に生理食塩水を、そして次の日にチオペラミドを注射された。注射は明るい期間の開始時に実施し、そして睡眠EEGが次の6時間記録された。H3+/+およびH3−/−マウスの第2群が3か月齢においてランニングホイールケージに入れられた。運動活性はLD12:12条件下で3週間記録され、次いで、動物は2週間恒常的暗所に移された。結果は図1,パネルA,BおよびCに示される。
H3およびH 1 受容体結合および活性の測定
膜フラクションの調製
マウスはガス(CO2)によって犠牲にされ、そして直ちに断頭された。脳が切除され、使用まで−80℃で保存された。前脳および小脳組織は氷冷50mM Na/Kリン酸バッファー,pH7.5中でpolytronを用いてホモジナイズされた。ホモジネートは4℃で20分間50,000xgにおいて2回遠心分離された。
膜フラクションの調製
マウスはガス(CO2)によって犠牲にされ、そして直ちに断頭された。脳が切除され、使用まで−80℃で保存された。前脳および小脳組織は氷冷50mM Na/Kリン酸バッファー,pH7.5中でpolytronを用いてホモジナイズされた。ホモジネートは4℃で20分間50,000xgにおいて2回遠心分離された。
ヒスタミンH3結合アッセイ
ヒスタミンH3受容体結合はArrang et al.(1983)前出の方法の変法によってアッセイされた。簡単に言えば、インヒビションカーブを試験するために、懸濁液の0.4ml分量(10mg重量の組織)が1.5nM[3H]−R−α−MeHAとともに25℃で60分間インキュベートされた。特異的結合は10μMチオペラミドによって阻害される結合として定義された。この反応は氷冷バッファー5mlの添加および0.3%ポリエチレンイミンを予めコーティングしたガラス繊維フィルター(GF/B)における急速濾過によって終結された。フィルターは氷冷バッファー5ml容量で3回洗浄され、そしてフィルター上に補足した放射能をScintiVerse(Fisher Scientific)10ml中でカウントした。
ヒスタミンH3受容体結合はArrang et al.(1983)前出の方法の変法によってアッセイされた。簡単に言えば、インヒビションカーブを試験するために、懸濁液の0.4ml分量(10mg重量の組織)が1.5nM[3H]−R−α−MeHAとともに25℃で60分間インキュベートされた。特異的結合は10μMチオペラミドによって阻害される結合として定義された。この反応は氷冷バッファー5mlの添加および0.3%ポリエチレンイミンを予めコーティングしたガラス繊維フィルター(GF/B)における急速濾過によって終結された。フィルターは氷冷バッファー5ml容量で3回洗浄され、そしてフィルター上に補足した放射能をScintiVerse(Fisher Scientific)10ml中でカウントした。
ヒスタミンH 1 結合アッセイ
ヒスタミンH1結合はTran et al.(1978)の方法の変法によってアッセイされた。簡単に言えば、脳膜25μgがP450様タンパク質(Liu et al.,1994)への結合を防ぐために[3H]ピリルアミンおよび1μMキニンとのリガンド結合アッセイに使用された(25℃)。0.625〜10nMの[3H]ピリルアミン濃度がScatchard解析のために使用された。非特異的結合は50μMトリプロリジンの存在下で決定された。サンプルは上記と同じ方法においてカウントされた。
ヒスタミンH1結合はTran et al.(1978)の方法の変法によってアッセイされた。簡単に言えば、脳膜25μgがP450様タンパク質(Liu et al.,1994)への結合を防ぐために[3H]ピリルアミンおよび1μMキニンとのリガンド結合アッセイに使用された(25℃)。0.625〜10nMの[3H]ピリルアミン濃度がScatchard解析のために使用された。非特異的結合は50μMトリプロリジンの存在下で決定された。サンプルは上記と同じ方法においてカウントされた。
受動回避試験
装置は2つの小部屋からなった;1つ(9.5x18.5x16cm)は白い壁によって囲まれ、そして60ワットランプによって照明され、そして他方(9.5x18.5x16cm)は黒い壁によって暗く囲まれている。小部屋はギロチンドア(4.5 5 4.5cm)によって分離された。全マウスは試験前60分間暗いチャンバーに慣らされた。受動回避試験の第1日には、野生型およびノックアウトマウスが2群に分けられた。各遺伝子型の1群はスコポラミン(0.75mg/kg,i.p.,試行前30分)を注射され、一方、他の群は生理食塩水、0.9%(w/v)NaCl,(1mg/kg,i.p.)を注射された。マウスは暗い箱への自由な接近を与える前の30秒間照明した安全な小部屋に入れられた。マウスは暗い小部屋に逃げる傾向があった。全4個の足が暗い小部屋の鉄格子の床上にある時に、スクランブル(scrambled)定電流フットショック(1mA,定電圧120V,50Hz)が鉄格子に1秒間伝えられた。次いで、マウスはそれらのホームケージに戻された。24時間後、電気ショックなしに操作が繰り返された。各マウスが暗い小部屋に入る前に経過した時間が測定された。動物が300秒内に暗い小部屋に入らなかった場合300秒の潜伏価が指定された。結果は図2、パネルAおよびBに示される。
装置は2つの小部屋からなった;1つ(9.5x18.5x16cm)は白い壁によって囲まれ、そして60ワットランプによって照明され、そして他方(9.5x18.5x16cm)は黒い壁によって暗く囲まれている。小部屋はギロチンドア(4.5 5 4.5cm)によって分離された。全マウスは試験前60分間暗いチャンバーに慣らされた。受動回避試験の第1日には、野生型およびノックアウトマウスが2群に分けられた。各遺伝子型の1群はスコポラミン(0.75mg/kg,i.p.,試行前30分)を注射され、一方、他の群は生理食塩水、0.9%(w/v)NaCl,(1mg/kg,i.p.)を注射された。マウスは暗い箱への自由な接近を与える前の30秒間照明した安全な小部屋に入れられた。マウスは暗い小部屋に逃げる傾向があった。全4個の足が暗い小部屋の鉄格子の床上にある時に、スクランブル(scrambled)定電流フットショック(1mA,定電圧120V,50Hz)が鉄格子に1秒間伝えられた。次いで、マウスはそれらのホームケージに戻された。24時間後、電気ショックなしに操作が繰り返された。各マウスが暗い小部屋に入る前に経過した時間が測定された。動物が300秒内に暗い小部屋に入らなかった場合300秒の潜伏価が指定された。結果は図2、パネルAおよびBに示される。
Claims (7)
- 体細胞および生殖細胞が内因性ヒスタミンH3受容体における破壊を含有するトランスジェニックマウスであって、該破壊が非機能的ヒスタミンH3受容体による標的置換によって生じ、そして該破壊が野生型ヒスタミンH3受容体マウスに比較してスコポラミンの健忘効果に対する非感受性を有する該マウスをもたらす、トランスジェニックマウス。
- 該マウスが生殖力があり、そして非機能的ヒスタミンH3受容体遺伝子をその子孫に伝達する、請求項1のマウス。
- 非機能的ヒスタミンH3受容体遺伝子がマウス胚盤胞への胚性幹細胞のマイクロインジェクションによって胚期におけるマウスの先祖に導入された、請求項1のマウス。
- 非機能的ヒスタミンH3受容体遺伝子がマウス胚盤胞への胚性幹細胞のマイクロインジェクションによって胚期において導入された、請求項1のマウス。
- 体細胞および生殖細胞が内因性ヒスタミンH3受容体遺伝子における破壊を含有し、該破壊が非機能的ヒスタミンH3受容体遺伝子による標的置換によって生じるトランスジェニックマウスを生産する方法であって、
(a) マウス胚性幹細胞中に選択可能なマーカーを含有するヒスタミンH3受容体遺伝子標的構築物を導入し;
(b) 胚性幹細胞をマウス胚盤胞中に導入し;
(c) 胚盤胞をレシピエントの偽妊娠マウスに移植し;
(d) 分娩まで胚盤胞を発生させ;
(e) ゲノムが少なくとも1個の対立遺伝子において内因性ヒスタミンH3受容体遺伝子の破壊を含有するトランスジェニックマウスを同定し;そして
(f) 段階(e)のマウスを繁殖して、ゲノムが内因性ヒスタミンH3受容体遺伝子の同型接合体の破壊を含有し、該破壊が野生型ヒスタミンH3受容体マウスに比較してスコポラミンの健忘効果に対する非感受性を有する該マウスをもたらす、トランスジェニックマウスを得ること:
を含む方法。 - 段階(a)の導入がエレクトロポレーションまたはマイクロインジェクションによって実施される、請求項5の方法。
- 請求項1のトランスジェニック動物から単離された細胞。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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US09/993,159 US7151200B2 (en) | 2001-11-05 | 2001-11-05 | Histamine receptor H3 modified transgenic mice |
PCT/US2002/034380 WO2003039245A2 (en) | 2001-11-05 | 2002-10-25 | Transgenic mice knockout for histamine receptor h3 gene |
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---|---|
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Family
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---|---|---|---|
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Country Status (4)
Country | Link |
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US (1) | US7151200B2 (ja) |
EP (1) | EP1444340A2 (ja) |
JP (1) | JP2005532783A (ja) |
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CA2451087A1 (en) * | 2001-07-02 | 2003-01-16 | Hidehito Kotani | Use of histamine receptor h3 gene in controlling body weight or food intake |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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