JP2011125333A - Method for selecting gene switch and gene circuit - Google Patents

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<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an effective method by which a gene switch and a gene circuit can be selected in a short time period, in high selection efficiency with less leakage. <P>SOLUTION: There are provided a method for selecting the gene switch and the gene circuit, wherein an expression vector containing at least a gene sequence encoding thymidine kinase, preferably thymidine kinase originated from human herpes virus, and a promoter sequence operably linked to the gene sequence on the upstream side thereof is used as a selector, and an expression vector used for the method. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、遺伝子スイッチおよび遺伝子回路の選択方法に関する。より詳しくは、本発明は、チミジンキナーゼをコードする遺伝子配列とその上流に該遺伝子配列に作動可能に連結されたプロモータ配列を少なくとも含む発現ベクターをセレクタ(selector)として使用することを特徴とする、遺伝子スイッチおよび遺伝子回路の選択方法に関する。また、本発明は、前記選択方法に使用する発現ベクターに関する。   The present invention relates to a gene switch and a method for selecting a genetic circuit. More specifically, the present invention is characterized in that an expression vector comprising at least a promoter sequence operably linked to a gene sequence encoding thymidine kinase and an upstream thereof is used as a selector. The present invention relates to a method of selecting a gene switch and a gene circuit. The present invention also relates to an expression vector used for the selection method.

遺伝子発現の制御システムは、タンパク質生産、代謝工学、そして合成生物学の基本手段として極めて重要である。遺伝子発現の制御システムを用いたバイオテクノロジは、有用タンパク質の大量生産、代謝工学、そしてホールセル(Whole Cell)型のバイオセンサなど、様々な分野で使用されている。天然から得られたものにせよ、人工的に創られたものにせよ、望む特性をもつ遺伝子発現の制御システムを要求に応じて、そして迅速に制作する技術が求められている。   Gene expression control systems are extremely important as basic tools for protein production, metabolic engineering, and synthetic biology. Biotechnology using a gene expression control system is used in various fields such as mass production of useful proteins, metabolic engineering, and whole cell biosensors. Regardless of whether it is a natural product or an artificially created one, there is a need for a technique for producing a gene expression control system having desired characteristics on demand and quickly.

自然界には、様々な転写および/または翻訳制御機構、そしてセンサ機構がある。近年、遺伝子発現の制御システムとして遺伝子スイッチが報告されている(非特許文献1-5)。遺伝子スイッチは、様々な情報を入力として、特定遺伝子の発現と非発現(ON/OFF)変換行う分子装置である。様々な遺伝子スイッチを集積して遺伝子回路を構成することにより、オシレータやカウンタ、論理回路などを細胞内に構成できるようになりつつある。細胞内に構築する遺伝子回路では、複数の遺伝子スイッチ機構が協同して働き、統合的機能がはじめて成立する。そのためには、その回路をなす全てのスイッチが、それぞれある定められた特性をもって働くことが求められる。任意の遺伝子回路を自由に設計することを可能とするためには、機能や特性の異なる膨大な遺伝子スイッチが必要となる。   There are various transcriptional and / or translational control mechanisms and sensor mechanisms in nature. In recent years, gene switches have been reported as gene expression control systems (Non-Patent Documents 1-5). A gene switch is a molecular device that performs expression and non-expression (ON / OFF) conversion of a specific gene with various information as inputs. By integrating various gene switches to construct a gene circuit, an oscillator, a counter, a logic circuit, etc. can be constructed in a cell. In a genetic circuit constructed in a cell, a plurality of gene switch mechanisms work together to establish an integrated function for the first time. For this purpose, all the switches constituting the circuit are required to work with certain characteristics. In order to be able to freely design an arbitrary gene circuit, a large number of gene switches having different functions and characteristics are required.

例えば、遺伝子スイッチは、有用タンパク質の大量生産に応用できる。有用タンパク質の生産においては、大腸菌などの宿主細胞に異種生物から得た標的タンパク質を強制発現させる手法がしばしば用いられる。しかし、宿主細胞にとって毒性を示すタンパク質は多い。このようなタンパク質を生産させる場合、宿主細胞を充分な数まで増殖させて、適宜時機をもって発現を「誘導」して強制発現させる。このときに、次の2つの条件が求められる。すなわち、(1)非誘導時の基底発現レベルが充分低いこと(すなわち、厳密であること、「漏れ」が小さいこと)、(2)発現が誘導(ON)されたときに充分な遺伝子発現がなされること(すなわち、ON/OFF時の発現レベル比が大きいこと)、の2つである。これを実現するために、様々なプロモータ系、例えばpETシステム(Novagen社製)などが開発されているが、未だに最適な遺伝子スイッチの探索が続いている。   For example, gene switches can be applied to mass production of useful proteins. In the production of useful proteins, a technique for forcibly expressing a target protein obtained from a heterologous organism in a host cell such as Escherichia coli is often used. However, many proteins are toxic to host cells. When producing such a protein, the host cells are grown to a sufficient number, and the expression is “induced” as appropriate and forced to be expressed in a timely manner. At this time, the following two conditions are required. That is, (1) the basal expression level when not induced is sufficiently low (i.e., strict, `` leakage '' is small), and (2) sufficient gene expression when expression is induced (ON) It is done (that is, the expression level ratio at ON / OFF is large). In order to achieve this, various promoter systems, such as the pET system (manufactured by Novagen), have been developed, but the search for an optimal gene switch is still ongoing.

遺伝子スイッチはまた、代謝工学の手段として使用できる。代謝工学では、複数の酵素遺伝子を1つの宿主細胞の中で同時に発現させ、ある目的物質の生合成経路を構築する。構築した人工の生合成経路において最高の成果、例えば、バイオマスあたりの最終生成物の収量最大化、副産物の最少化などを目指すとき、個々の遺伝子の発現レベルをきめ細やかに、できれば独立に調節することおよび検討することが肝要である。そのため、望み通りのON/OFF切り替え特性をもつ多数の遺伝子スイッチが必要となる。特に複数の遺伝子の発現調節をひとつの細胞で同時に行う場合、遺伝子スイッチに求められる機能は、(1)互いに直交性を示すこと、すなわち1つの遺伝子スイッチの誘導物質が別の遺伝子スイッチを誤作動させないこと、(2)それぞれの遺伝子スイッチによる発現量を、連続的に調節できること、などが挙げられる。   Genetic switches can also be used as a means of metabolic engineering. In metabolic engineering, multiple enzyme genes are expressed simultaneously in a host cell, and a biosynthetic pathway for a target substance is constructed. When aiming for the best results in the constructed artificial biosynthetic pathway, for example, maximizing the yield of end products per biomass, minimizing by-products, etc., finely adjust the expression level of each gene, if possible, independently. It is important to consider and consider. Therefore, a large number of gene switches having desired ON / OFF switching characteristics are required. In particular, when the expression of multiple genes is controlled simultaneously in one cell, the functions required of gene switches are (1) that they are orthogonal to each other, that is, the inducer of one gene switch malfunctions another gene switch. (2) that the expression level of each gene switch can be continuously controlled.

遺伝子スイッチはまた、バイオセンサとして使用できる。細胞は、多くの化学情報および/または物理情報を感知し、それに応じて適当な遺伝子群を発現させる。この「物質感知」システムの下流に緑色蛍光タンパク質(GFP)などのレポータ遺伝子を繋いだ細胞センサ(Whole Cell Sensor)が開発されている。これらを上手く改変するなどして、任意の物質(あるいは物理刺激)に対するセンサの開発が求められている。   Gene switches can also be used as biosensors. The cell senses a lot of chemical and / or physical information and expresses appropriate genes accordingly. A cell sensor (Whole Cell Sensor) in which a reporter gene such as green fluorescent protein (GFP) is connected downstream of this “substance sensing” system has been developed. The development of sensors for arbitrary substances (or physical stimuli) is required, for example, by properly modifying them.

上記のような遺伝子スイッチやセンサシステムを多数創出できれば、それらの組み合わせにより、情報の統合および/または演算(判断)機能を付した複雑な遺伝子回路を創作できる。しかし、遺伝子回路内に含まれる遺伝子スイッチには、電子回路では漏電にあたるスイッチの漏れや混線という問題があり、複数の遺伝子スイッチを同時に用いると正しく働かない。遺伝子スイッチのスイッチ特性、例えばON/OFF閾値やダイナミックレンジなどは、これらを組み合わせて複雑な遺伝子回路(genetic circuits)を設計する場合、(1)発現起動を起こす応答閾値を任意に変化させること、(2)非誘導状態における発現「漏出」の抑制、(3)細胞内の他因子との直交性の担保、が強く求められる。複雑な遺伝子回路にこれらの要件をデノボ(de novo)デザインすることは、極めて困難な作業である。そのため、細胞工学における回路の集積限界はきわめて低い現状にある。これらの問題を克服するために、遺伝子スイッチの改良が求められている。   If a large number of gene switches and sensor systems as described above can be created, a complex gene circuit with information integration and / or calculation (judgment) functions can be created by combining them. However, the gene switch included in the gene circuit has a problem of leakage or crosstalk in the electronic circuit, and if it uses a plurality of gene switches at the same time, it does not work correctly. The switch characteristics of gene switches, such as the ON / OFF threshold and dynamic range, can be combined when designing complex genetic circuits (1) to arbitrarily change the response threshold that triggers expression activation, (2) Suppression of expression “leakage” in a non-induced state and (3) assurance of orthogonality with other factors in the cell are strongly required. Designing these requirements de novo for complex genetic circuits is a very difficult task. Therefore, the limit of circuit integration in cell engineering is extremely low. In order to overcome these problems, there is a need for improved gene switches.

一方、たとえ複雑な回路であっても、全体でみれば、入力条件によって遺伝子起動状態を規定する、ひとつの遺伝子スイッチとみなせる。すなわち、遺伝子回路が、ある条件で下流遺伝子(セット)の発現を起動し、それ以外では抑制する。   On the other hand, even if it is a complex circuit, it can be regarded as a single gene switch that defines the gene activation state according to the input conditions. That is, the genetic circuit activates the expression of the downstream gene (set) under certain conditions and suppresses otherwise.

したがって、遺伝子回路の構築において、遺伝子発現がONであるべきときに起動状態にあるものおよび/またはOFFであるべき局面で抑制状態にあるものを選択(ON選択/OFF選択)すれば、任意の出力特性をもつ遺伝子回路の選別および/または取得が可能である。このON選択/OFF選択を、簡単に、そして連続して行うことができれば、さまざまな遺伝子スイッチ(あるいは遺伝子回路)を迅速に開発できる。遺伝子スイッチの機能選択には、種々の入力条件において、ON状態とOFF状態のどちらも選択する必要がある(非特許文献6-12)。つまり、ONセレクタと、OFFセレクタの2つのマーカーを出力側、すなわち遺伝子回路の下流側につなぐことによって、遺伝子スイッチあるいはその集積回路である遺伝子回路の機能選択が可能になる。分子遺伝学においては、様々なONセレクタ、OFFセレクタが知られている。   Therefore, in constructing a genetic circuit, if a gene that is in an activated state when gene expression should be ON and / or a state that is in a suppressed state when it should be OFF (ON selection / OFF selection), any It is possible to select and / or acquire genetic circuits having output characteristics. If this ON selection / OFF selection can be performed easily and continuously, various gene switches (or gene circuits) can be rapidly developed. In selecting the function of the gene switch, it is necessary to select both the ON state and the OFF state under various input conditions (Non-Patent Document 6-12). That is, by connecting two markers, the ON selector and the OFF selector, to the output side, that is, the downstream side of the gene circuit, it is possible to select the function of the gene switch or the gene circuit that is an integrated circuit thereof. In molecular genetics, various ON selectors and OFF selectors are known.

最近、このONセレクタとOFFセレクタの機能を一つの遺伝子に実施させる試みがなされている(非特許文献10-12)。ONセレクタとOFFセレクタの機能をいずれも有するセレクタはデュアルセレクタと呼ばれる。独立したONセレクタとOFFセレクタを使用する「オペロンタイプ」の選択法では、どちらかのセレクタ遺伝子に遺伝子変異が頻発し、その結果擬陽性が多発するという問題があるが、デュアルセレクタはそのような問題がない。遺伝子スイッチの機能選択のためのデュアルセレクタの報告は少ないが、テトラサイクリン耐性遺伝子tetAを用いた系(非特許文献10-11)、クロラムフェニコール耐性遺伝子CATを用いた系(非特許文献12)などの抗生物質耐性を細胞に与える遺伝子を用いた系や、大腸菌の走化性遺伝子cheZを用いた系(非特許文献13)が報告されている。tetAを用いた系は、tetAの転写を制御することで細胞の殺菌機構を利用し、細胞の生死を測定することによりデュアル選択を行う。cheZを用いた系は、cheZの翻訳を制御して、細胞の運動性の有無によりデュアル選択を行う。   Recently, an attempt has been made to perform the functions of the ON selector and the OFF selector in one gene (Non-patent Documents 10-12). A selector having both functions of an ON selector and an OFF selector is called a dual selector. In the “operon type” selection method that uses independent ON and OFF selectors, there is a problem that gene mutations frequently occur in either selector gene, resulting in frequent false positives. There is no. Although there are few reports of dual selectors for functional selection of gene switches, a system using tetracycline resistance gene tetA (Non-patent Document 10-11), a system using chloramphenicol resistance gene CAT (Non-patent Document 12) A system using a gene that confers antibiotic resistance to cells such as the above, and a system using a chemotaxis gene cheZ of E. coli (Non-patent Document 13) have been reported. The system using tetA utilizes the cell bactericidal mechanism by controlling the transcription of tetA, and performs dual selection by measuring the viability of the cells. The system using cheZ controls the translation of cheZ and performs dual selection based on the presence or absence of cell motility.

ON選択/OFF選択用に使用される選択系は今までに様々なものが開発されているが、いずれも、細胞中に導入した遺伝子回路が正しく出力したときに細胞が増殖できるという、いわゆる選択増殖によって選択を実現するものである。このような選択系はひとつの選択操作に細胞増殖過程を含むため、1回の選択操作におよそ12時間から24時間を要する。そのため、遺伝子回路の選択、特に複雑な遺伝子回路の選択には、多くの日数を必要とする。このように従来の手法は、選択操作に時間がかかるという問題や、選択効率が選択条件に左右されるという問題がある。   Various selection systems used for ON selection / OFF selection have been developed so far, all of which are so-called selections in which cells can proliferate when the gene circuit introduced into the cells is output correctly Selection is achieved by multiplication. Since such a selection system includes a cell growth process in one selection operation, approximately 12 to 24 hours are required for one selection operation. Therefore, many days are required to select a genetic circuit, particularly a complicated genetic circuit. As described above, the conventional method has a problem that the selection operation takes time and a problem that the selection efficiency depends on the selection condition.

Galvao, TC and de Lorenzo, V, Transcriptional regulators a la carte: engineering new effector specificities in bacterial regulatory proteins. Curr Opin Biotechnol, 17, 34-42 (2006)Galvao, TC and de Lorenzo, V, Transcriptional regulators a la carte: engineering new effector specificities in bacterial regulatory proteins.Curr Opin Biotechnol, 17, 34-42 (2006) Lutz, R and Bujard, H, Independent and tight regulation of transcriptional units in Escherichia coli via the LacR/O, the TetR/O and AraC/I1-I2 regulatory elements. Nucleic Acids Res, 25, 1203-10 (1997)Lutz, R and Bujard, H, Independent and tight regulation of transcriptional units in Escherichia coli via the LacR / O, the TetR / O and AraC / I1-I2 regulatory elements.Nucleic Acids Res, 25, 1203-10 (1997) Cox, RS 3rd, et al., Programming gene expression with combinatorial promoters. Mol Syst Biol, 3, 145 (2007)Cox, RS 3rd, et al., Programming gene expression with combinatorial promoters. Mol Syst Biol, 3, 145 (2007) Eddy, SR, Noncoding RNA genes., Curr Opin Genet Dev., 9, 695-9 (1999)Eddy, SR, Noncoding RNA genes., Curr Opin Genet Dev., 9, 695-9 (1999) Garst, AD, Batey RT., A switch in time: Detailing the life of a riboswitch., Biochim Biophys Acta. 1789, 584-91 (2009)Garst, AD, Batey RT., A switch in time: Detailing the life of a riboswitch., Biochim Biophys Acta. 1789, 584-91 (2009) Yokobayashi, Y, et al., Directed evolution of a genetic circuit. Proc Natl Acad Sci U S A,99, 16587-91 (2002)Yokobayashi, Y, et al., Directed evolution of a genetic circuit.Proc Natl Acad Sci U S A, 99, 16587-91 (2002) Yokobayashi, Y, et al., A dual selection module for directed evolution of genetic circuits. Nat. Computing, 4, 245-54 (2005)Yokobayashi, Y, et al., A dual selection module for directed evolution of genetic circuits. Nat. Computing, 4, 245-54 (2005) Tang, SY, et al., AraC regulatory protein mutants with altered effector specificity. J AmChem Soc, 130, 5267-71 (2008)Tang, SY, et al., AraC regulatory protein mutants with altered effector specificity.J AmChem Soc, 130, 5267-71 (2008) Lynch, SA and Gallivan, JP, A flow cytometry-based screen for synthetic riboswitches. Nucleic Acids Res, 37, 184-92 (2009)Lynch, SA and Gallivan, JP, A flow cytometry-based screen for synthetic riboswitches.Nucleic Acids Res, 37, 184-92 (2009) Nomura, Y and Yokobayashi, Y, Dual selection of a genetic switch by a single selection marker. Biosystems, 90, 115-20 (2007)Nomura, Y and Yokobayashi, Y, Dual selection of a genetic switch by a single selection marker.Biosystems, 90, 115-20 (2007) Muranaka, N, et al., An efficient platform for genetic selection and screening of gene switches in Escherichia coli. Nucleic Acids Res, 37, e39 (2009)Muranaka, N, et al., An efficient platform for genetic selection and screening of gene switches in Escherichia coli.Nucleic Acids Res, 37, e39 (2009) Rackham, O and Chin, JW, A network of orthogonal ribosome mRNA pairs. Nat. Chem. Biol., 1,159-66 (2005)Rackham, O and Chin, JW, A network of orthogonal ribosome mRNA pairs. Nat. Chem. Biol., 1,159-66 (2005) Topp, S and Gallivan, JP, Random walks to synthetic riboswitches--a high-throughput selection based on cell motility. Chembiochem, 9, 210-3 (2008)Topp, S and Gallivan, JP, Random walks to synthetic riboswitches--a high-throughput selection based on cell motility.Chemiochem, 9, 210-3 (2008)

遺伝子スイッチやバイオセンサの機能は、複数の要素が複雑に協同して行う高次分子機能であり、望みの機能特性をもつ遺伝子スイッチを合理的に設計するのは極めて困難である。さらに、それらが組み合わさって構築される遺伝子回路の合理的設計は、より大きな困難性を伴う。そこで、多数の遺伝子スイッチ変異体を作成してライブラリとし、その中から、正しく機能する変異体を選別および取得する必要がある。   The functions of gene switches and biosensors are higher-order molecular functions that are complexly performed by a plurality of elements, and it is extremely difficult to rationally design gene switches having desired functional characteristics. Furthermore, the rational design of genetic circuits that are constructed by combining them is associated with greater difficulty. Therefore, it is necessary to create a large number of gene switch mutants as a library, and select and acquire mutants that function correctly from the library.

本発明の課題は、遺伝子スイッチや遺伝子回路の選択を短時間で行うことができ、且つ選択効率の高い効果的な方法を提供することである。   An object of the present invention is to provide an effective method capable of selecting a gene switch or a gene circuit in a short time and having high selection efficiency.

本発明者らは上記課題を解決すべく鋭意研究を行い、1つの遺伝子でONセレクタ/OFFセレクタの両方の機能を担うデュアルセレクタとして、ヒトヘルペスウイルス由来のチミジンキナーゼ(hsvTK)に着目した。そして、hsvTKを遺伝子回路の出力側、すなわち下流側で作動させてON選択および/またはOFF選択を行うことにより、所望の特性および/または機能を有する遺伝子スイッチや遺伝子回路を、高速、簡便、かつ確実に取得する方法を見出した。この新しい手法は、ON選択、OFF選択のどちらにおいても、遺伝子スイッチや遺伝子回路の選択において極めて高い選択効率を示した。本発明に係るON選択およびOFF選択を、異なる濃度の遺伝子スイッチ活性化物質を使用して実施することにより、応答閾値の異なる遺伝子スイッチを取得できた。また、異なる種類の遺伝子活性化物質を使用して本発明に係るON選択およびOFF選択を実施することにより、遺伝子活性化物質に対する特異性、すなわちスイッチシグナル選択性を有する遺伝子スイッチを取得することができた。本発明はこのような成果に基づいて完成したものである。   The present inventors conducted extensive research to solve the above problems, and focused on human herpesvirus-derived thymidine kinase (hsvTK) as a dual selector that functions as both an ON selector and an OFF selector with a single gene. Then, by operating hsvTK on the output side of the gene circuit, that is, on the downstream side, and performing ON selection and / or OFF selection, a gene switch or gene circuit having a desired characteristic and / or function can be obtained at high speed, simply, and I found a way to get it reliably. This new method showed extremely high selection efficiency in selecting gene switches and genetic circuits for both ON selection and OFF selection. By performing ON selection and OFF selection according to the present invention using gene switch activators having different concentrations, gene switches having different response threshold values could be obtained. Further, by performing ON selection and OFF selection according to the present invention using different types of gene activators, it is possible to obtain a gene switch having specificity for the gene activator, that is, switch signal selectivity. did it. The present invention has been completed based on these results.

即ち、本発明は、以下の遺伝子スイッチおよび遺伝子回路の選択方法および該選択方法に使用する発現ベクターに関する。   That is, the present invention relates to the following gene switch and gene circuit selection methods and expression vectors used in the selection methods.

1.下記配列(a)および(b)を少なくとも保持する発現ベクター:
(a)チミジンキナーゼをコードする遺伝子配列、
(b)前記(a)の配列の上流に該配列に作動可能に連結されたプロモータ配列、
並びに、
下記配列(c)から(f)を少なくとも保持する発現ベクター:
(c)前記プロモータ配列とは異なるプロモータ配列であってその下流の遺伝子スイッチ発現配列に作動可能に連結されたプロモータ配列
(d)前記遺伝子スイッチ発現配列、
(e)前記遺伝子スイッチ発現配列によりコードされる遺伝子スイッチの標的配列、
(f)前記標的配列が作動可能に連結された遺伝子であって前記(a)のプロモータ配列に作動する転写調節因子をコードする遺伝子配列、
を導入したチミジンキナーゼ欠損細胞を使用し、
前記(f)の転写調節因子をコードする遺伝子配列が転写抑制因子である場合には、該遺伝子スイッチを活性化する化合物の非存在下でアデオキシチミジン三リン酸(dTTP)のデノボ(de novo)合成経路の阻害剤を添加して該細胞をインキュベーションした後に生細胞を回収すること、若しくは、遺伝子スイッチを活性化する物質の存在下で変異原性ヌクレオシドを添加して該細胞をインキュベーションした後に生細胞を回収すること、または
前記(f)の転写調節因子をコードする遺伝子配列が転写活性化因子である場合には、該遺伝子スイッチを活性化する化合物の存在下でアデオキシチミジン三リン酸(dTTP)のデノボ(de novo)合成経路の阻害剤を添加して該細胞をインキュベーションした後に生細胞を回収すること、若しくは、遺伝子スイッチを活性化する物質の非存在下で変異原性ヌクレオシドを添加して該細胞をインキュベーションした後に生細胞を回収すること、
を含む遺伝子スイッチおよび遺伝子回路の選択方法。
1. An expression vector having at least the following sequences (a) and (b):
(a) a gene sequence encoding thymidine kinase,
(b) a promoter sequence operably linked to the sequence upstream of the sequence of (a),
And
An expression vector having at least the following sequences (c) to (f):
(c) a promoter sequence different from the promoter sequence and operably linked to a downstream gene switch expression sequence
(d) the gene switch expression sequence,
(e) a target sequence of a gene switch encoded by the gene switch expression sequence,
(f) a gene sequence in which the target sequence is operably linked and encodes a transcriptional regulatory factor that operates on the promoter sequence of (a),
Using thymidine kinase deficient cells into which
Wherein when a gene sequence encoding a transcriptional regulator of (f) is a transcriptional repressor is de novo (de novo of A deoxythymidine triphosphate (dTTP) in the absence of a compound that activates the gene switch ) was added to inhibitors of the synthesis pathway recovering viable cells after incubation the cells or, after the incubation the cells by adding a mutagenic nucleoside in the presence of a substance that activates the gene switch Recovering living cells, or when the gene sequence encoding the transcriptional regulatory factor of (f) is a transcriptional activator, adoxythymidine triphosphate in the presence of a compound that activates the gene switch recovering live cells after activating the denovo synthesis pathway inhibitor of (dTTP) and activating the gene switch Recovering viable cells after incubation the cells by adding a mutagenic nucleoside in the absence of quality,
And a method for selecting a genetic circuit.

2.下記工程(1)から(3)を含む、前記1.の遺伝子スイッチおよび遺伝子回路の選択方法:
(1)下記配列(a)および(b)を少なくとも保持する発現ベクター:
(a)チミジンキナーゼをコードする遺伝子配列、
(b)前記(a)の配列の上流に該配列に作動可能に連結されたプロモータ配列、
並びに、
下記配列(c)から(f)を少なくとも保持する発現ベクター:
(c)前記プロモータ配列とは異なるプロモータ配列であってその下流の遺伝子スイッチ発現配列に作動可能に連結されたプロモータ配列
(d)前記遺伝子スイッチ発現配列、
(e)前記遺伝子スイッチ発現配列によりコードされる遺伝子スイッチの標的配列、
(f)前記標的配列が作動可能に連結された遺伝子であって前記(a)のプロモータ配列に作動する転写調節因子をコードする遺伝子配列、
を、チミジンキナーゼ欠損細胞に導入する工程、
(2)前記(f)の転写調節因子をコードする遺伝子配列が転写抑制因子である場合には、遺伝子スイッチを活性化する物質の存在下で、上記細胞に変異原性ヌクレオシドを添加してインキュベーションする工程、または、前記(f)の転写調節因子をコードする遺伝子配列が転写活性化因子である場合には、遺伝子スイッチを活性化する物質の非存在下で上記細胞に変異原性ヌクレオシドを添加して該細胞をインキュベーションする工程、および
(3)生細胞を回収する工程。
2. The method for selecting a gene switch and a gene circuit according to 1., including the following steps (1) to (3)
(1) An expression vector having at least the following sequences (a) and (b):
(a) a gene sequence encoding thymidine kinase,
(b) a promoter sequence operably linked to the sequence upstream of the sequence of (a),
And
An expression vector having at least the following sequences (c) to (f):
(c) a promoter sequence different from the promoter sequence and operably linked to a downstream gene switch expression sequence
(d) the gene switch expression sequence,
(e) a target sequence of a gene switch encoded by the gene switch expression sequence,
(f) a gene sequence in which the target sequence is operably linked and encodes a transcriptional regulatory factor that operates on the promoter sequence of (a),
A step for introducing thymidine kinase deficient cells,
(2) When the gene sequence encoding the transcriptional regulatory factor of (f) is a transcriptional repressing factor, the cells are incubated with a mutagenic nucleoside in the presence of a substance that activates the gene switch. Or a mutagenic nucleoside is added to the cell in the absence of a substance that activates the gene switch when the gene sequence encoding the transcriptional regulatory factor of (f) is a transcriptional activator. Incubating the cells; and
(3) A step of collecting live cells.

3.前記工程(3)に続いて、下記工程(4)および(5)をさらに含む前記2.の遺伝子スイッチおよび遺伝子回路の選択方法:
(4)回収した生細胞を、前記(f)の転写調節因子をコードする遺伝子配列が転写抑制因子である場合には遺伝子スイッチを活性化する物質の非存在下でデオキシチミジン三リン酸(dTTP)のデノボ(de novo)合成経路の阻害剤を添加してインキュベーションする工程、または、前記(f)の転写調節因子をコードする遺伝子配列が転写活性化因子である場合には遺伝子スイッチを活性化する物質の存在下で該阻害剤を添加してインキュベーションする工程、および
(5)生細胞を回収する工程。
3. Following the step (3), the method for selecting a gene switch and gene circuit according to the above 2, further comprising the following steps (4) and (5):
(4) The collected live cells are treated with deoxythymidine triphosphate (dTTP) in the absence of a substance that activates the gene switch when the gene sequence encoding the transcriptional regulatory factor of (f) is a transcriptional repressor. ) Incubating with an inhibitor of the de novo synthesis pathway, or activating the gene switch if the gene sequence encoding the transcriptional regulator in (f) is a transcriptional activator Adding the inhibitor in the presence of a substance to be incubated and, and
(5) A step of collecting live cells.

4.下記工程(6)から(8)を含む、前記1.の遺伝子スイッチおよび遺伝子回路の選択方法:
(6)下記配列(a)および(b)を少なくとも保持する発現ベクター:
(a)チミジンキナーゼをコードする遺伝子配列、
(b)前記(a)の配列の上流に該配列に作動可能に連結されたプロモータ配列、
並びに、
下記配列(c)から(f)を少なくとも保持する発現ベクター:
(c)前記プロモータ配列とは異なるプロモータ配列であってその下流の遺伝子スイッチ発現配列に作動可能に連結されたプロモータ配列
(d)前記遺伝子スイッチ発現配列、
(e)前記遺伝子スイッチ発現配列によりコードされる遺伝子スイッチの標的標的配列、
(f)前記標的配列が作動可能に連結された遺伝子であって前記(a)のプロモータ配列に作動する転写調節因子をコードする遺伝子配列、
を、チミジンキナーゼ欠損細胞に導入する工程、
(7)前記(f)の転写調節因子をコードする遺伝子配列が転写抑制因子である場合には、遺伝子スイッチを活性化する物質の非存在下で、上記細胞にデオキシチミジン三リン酸(dTTP)のデノボ(de novo)合成経路の阻害剤を添加してインキュベーションする工程、または、前記(f)の転写調節因子をコードする遺伝子配列が転写活性化因子である場合には、遺伝子スイッチを活性化する物質の存在下で上記細胞に該阻害剤を添加して該細胞をインキュベーションする工程、および
(8)生細胞を回収する工程。
4. The method for selecting a gene switch and a gene circuit according to the above 1. comprising the following steps (6) to (8)
(6) An expression vector having at least the following sequences (a) and (b):
(a) a gene sequence encoding thymidine kinase,
(b) a promoter sequence operably linked to the sequence upstream of the sequence of (a),
And
An expression vector having at least the following sequences (c) to (f):
(c) a promoter sequence different from the promoter sequence and operably linked to a downstream gene switch expression sequence
(d) the gene switch expression sequence,
(e) a target target sequence of a gene switch encoded by the gene switch expression sequence,
(f) a gene sequence in which the target sequence is operably linked and encodes a transcriptional regulatory factor that operates on the promoter sequence of (a),
A step for introducing thymidine kinase deficient cells,
(7) When the gene sequence encoding the transcriptional regulatory factor of (f) is a transcriptional repressor, deoxythymidine triphosphate (dTTP) is added to the cell in the absence of a substance that activates the gene switch. Incubating with an inhibitor of the de novo synthesis pathway of (2), or activating the gene switch if the gene sequence encoding the transcriptional regulator of (f) is a transcriptional activator Adding the inhibitor to the cell in the presence of a substance to incubate the cell, and
(8) A step of collecting live cells.

5.前記工程(8)に続いて、下記工程(9)および(10)をさらに含む前記4.の遺伝子スイッチおよび遺伝子回路の選択方法:
(9)回収した生細胞を、前記(f)の転写調節因子をコードする遺伝子配列が転写抑制因子である場合には遺伝子スイッチを活性化する物質の存在下で変異原性ヌクレオシドを添加してインキュベーションする工程、または、前記(f)の転写調節因子をコードする遺伝子配列が転写活性化因子である場合には遺伝子スイッチを活性化する物質の非存在下で変異原性ヌクレオシドを添加してインキュベーションする工程、および
(10)生細胞を回収する工程。
5. Following the step (8), further comprising the following steps (9) and (10): 4. The method for selecting a gene switch and gene circuit of the above:
(9) When the gene sequence encoding the transcriptional regulatory factor of (f) is a transcriptional repressing factor, the recovered live cells are added with a mutagenic nucleoside in the presence of a substance that activates the gene switch. Incubating step, or if the gene sequence encoding the transcriptional regulatory factor of (f) is a transcriptional activator, adding a mutagenic nucleoside in the absence of a substance that activates the gene switch And the process of
(10) A step of collecting live cells.

6.チミジンキナーゼをコードする遺伝子配列が、ヒトヘルペスウイルス由来チミジンキナーゼをコードする遺伝子配列である前記1.から5.のいずれかの遺伝子スイッチおよび遺伝子回路の選択方法。   6. The method for selecting a gene switch and gene circuit according to any one of 1 to 5 above, wherein the gene sequence encoding thymidine kinase is a gene sequence encoding human herpesvirus-derived thymidine kinase.

7.チミジンキナーゼ欠損細胞が、大腸菌のチミジンキナーゼ欠損株である前記1.から6.のいずれかの遺伝子スイッチおよび遺伝子回路の選択方法。   7. The method for selecting a gene switch and gene circuit according to any one of 1 to 6 above, wherein the thymidine kinase-deficient cell is a thymidine kinase-deficient strain of E. coli.

8.変異原性ヌクレオシドが6-(β-D-2-デオキシリボ-フラノシル)-3,4-ジヒドロ-8H-ピリミド[4,5-c][1,2]オキザジン-7-オン(dP)である前記1.から7.のいずれかの遺伝子スイッチおよび遺伝子回路の選択方法。   8. The mutagenic nucleoside is 6- (β-D-2-deoxyribo-furanosyl) -3,4-dihydro-8H-pyrimido [4,5-c] [1,2] oxazin-7-one (dP) The method for selecting a gene switch and a genetic circuit according to any one of 1 to 7 above.

9.デオキシチミジン三リン酸(dTTP)のデノボ(de novo)合成経路の阻害剤が5-フルオロ-2’-デオキシウリジン(5FdU)またはその誘導体である前記1.から8.のいずれかの遺伝子スイッチおよび遺伝子回路の選択方法。   9. The gene according to any one of 1 to 8 above, wherein the de novo synthesis pathway inhibitor of deoxythymidine triphosphate (dTTP) is 5-fluoro-2'-deoxyuridine (5FdU) or a derivative thereof. Selection method of switches and genetic circuits.

10.前記配列(a)および(b)を少なくとも保持する発現ベクターが、該配列(a)および(b)に加えて蛍光タンパク質をコードする遺伝子配列をさらに含む発現ベクターである前記1.から9.のいずれかの遺伝子スイッチおよび遺伝子回路の選択方法。   10.The expression vector 1 to 9, wherein the expression vector holding at least the sequences (a) and (b) is an expression vector further comprising a gene sequence encoding a fluorescent protein in addition to the sequences (a) and (b). A method of selecting any one of the gene switches and the genetic circuit.

11.下記配列(a)および(b)を少なくとも保持する発現ベクター:
(a)ヒトヘルペスウイルス由来チミジンキナーゼをコードする遺伝子配列、
(b)前記(a)の配列の上流に該配列に作動可能に連結されたプロモータ配列であってリプレッサータンパク質CIの作用を受けるプロモータ、
並びに、
下記配列(c)から(f)を少なくとも保持する発現ベクター:
(c)前記プロモータ配列とは異なるプロモータ配列であってその下流の遺伝子スイッチ発現配列に作動可能に連結されたプロモータ配列
(d)前記遺伝子スイッチ発現配列、
(e)前記遺伝子スイッチ発現配列によりコードされる遺伝子スイッチの標的配列、
(f)前記標的配列が作動可能に連結された遺伝子であって前記(a)のプロモータ配列に作動するCIタンパク質をコードする遺伝子配列、
を導入したチミジンキナーゼ欠損大腸菌株を使用し、N-アシル-L-ホモセリンラクトン(AHL)の存在下で6-(β-D-2-デオキシリボ-フラノシル)-3,4-ジヒドロ-8H-ピリミド[4,5-c][1,2]オキザジン-7-オン(dP)を添加して該大腸菌株を5分間から60分間インキュベーションした後に生細胞を回収することを含む遺伝子スイッチおよび遺伝子回路の選択方法。
11. An expression vector having at least the following sequences (a) and (b):
(a) a gene sequence encoding human herpesvirus-derived thymidine kinase,
(b) a promoter sequence operably linked to the sequence upstream of the sequence of (a), which is subjected to the action of the repressor protein CI,
And
An expression vector having at least the following sequences (c) to (f):
(c) a promoter sequence different from the promoter sequence and operably linked to a downstream gene switch expression sequence
(d) the gene switch expression sequence,
(e) a target sequence of a gene switch encoded by the gene switch expression sequence,
(f) a gene sequence in which the target sequence is operably linked and encodes a CI protein that operates on the promoter sequence of (a),
In the presence of N-acyl-L-homoserine lactone (AHL) and 6- (β-D-2-deoxyribo-furanosyl) -3,4-dihydro-8H-pyrimido A gene switch and genetic circuit comprising recovering viable cells after adding [4,5-c] [1,2] oxazin-7-one (dP) and incubating the E. coli strain for 5 to 60 minutes Selection method.

12.下記配列(a)および(b)を少なくとも保持する発現ベクター:
(a)ヒトヘルペスウイルス由来チミジンキナーゼをコードする遺伝子配列、
(b)前記(a)の配列の上流に該配列に作動可能に連結されたプロモータ配列であってリプレッサータンパク質CIの作用を受けるプロモータ、
並びに、
下記配列(c)から(f)を少なくとも保持する発現ベクター:
(c)前記プロモータ配列とは異なるプロモータ配列であってその下流の遺伝子スイッチ発現配列に作動可能に連結されたプロモータ配列
(d)前記遺伝子スイッチ発現配列、
(e)前記遺伝子スイッチ発現配列によりコードされる遺伝子スイッチの標的配列、
(f)前記標的配列が作動可能に連結された遺伝子であって前記(a)のプロモータ配列に作動するCIタンパク質をコードする遺伝子配列、
を導入したチミジンキナーゼ欠損大腸菌株を使用し、N-アシル-L-ホモセリンラクトン(AHL)の非存在下で5-フルオロ-2’-デオキシウリジン(5FdU)を添加して該大腸菌株を12時間から20時間インキュベーションした後に生細胞を回収することを含む遺伝子スイッチおよび遺伝子回路の選択方法。
12. An expression vector having at least the following sequences (a) and (b):
(a) a gene sequence encoding human herpesvirus-derived thymidine kinase,
(b) a promoter sequence operably linked to the sequence upstream of the sequence of (a), which is subjected to the action of the repressor protein CI,
And
An expression vector having at least the following sequences (c) to (f):
(c) a promoter sequence different from the promoter sequence and operably linked to a downstream gene switch expression sequence
(d) the gene switch expression sequence,
(e) a target sequence of a gene switch encoded by the gene switch expression sequence,
(f) a gene sequence in which the target sequence is operably linked and encodes a CI protein that operates on the promoter sequence of (a),
Was used in the absence of N-acyl-L-homoserine lactone (AHL) and 5-fluoro-2'-deoxyuridine (5FdU) was added for 12 hours. A method for selecting a gene switch and a genetic circuit, comprising recovering viable cells after incubation for 20 hours.

13.下記配列(a)および(b)を少なくとも保持する発現ベクター:
(a)ヒトヘルペスウイルス由来チミジンキナーゼをコードする遺伝子配列、
(b)前記(a)の配列の上流に該配列に作動可能に連結されたプロモータ配列であってリプレッサータンパク質CIの作用を受けるプロモータ、
並びに、
下記配列(c)から(f)を少なくとも保持する発現ベクター:
(c)前記プロモータ配列とは異なるプロモータ配列であってその下流の遺伝子スイッチ発現配列に作動可能に連結されたプロモータ配列
(d)前記遺伝子スイッチ発現配列、
(e)前記遺伝子スイッチ発現配列によりコードされる遺伝子スイッチの標的配列、
(f)前記標的配列が作動可能に連結された遺伝子であって前記(a)のプロモータ配列に作動するCIタンパク質をコードする遺伝子配列、
を導入したチミジンキナーゼ欠損大腸菌株を使用し、N-アシル-L-ホモセリンラクトン(AHL)の存在下で6-(β-D-2-デオキシリボ-フラノシル)-3,4-ジヒドロ-8H-ピリミド[4,5-c][1,2]オキザジン-7-オン(dP)を添加して該大腸菌株を5分間から60分間インキュベーションした後に生細胞を回収し、次いで、AHLの非存在下で5-フルオロ-2’-デオキシウリジン(5FdU)を添加して該大腸菌株を12時間から20時間インキュベーションした後に生細胞を回収することを含む遺伝子スイッチおよび遺伝子回路の選択方法。
13. An expression vector having at least the following sequences (a) and (b):
(a) a gene sequence encoding human herpesvirus-derived thymidine kinase,
(b) a promoter sequence operably linked to the sequence upstream of the sequence of (a), which is subjected to the action of the repressor protein CI,
And
An expression vector having at least the following sequences (c) to (f):
(c) a promoter sequence different from the promoter sequence and operably linked to a downstream gene switch expression sequence
(d) the gene switch expression sequence,
(e) a target sequence of a gene switch encoded by the gene switch expression sequence,
(f) a gene sequence in which the target sequence is operably linked and encodes a CI protein that operates on the promoter sequence of (a),
In the presence of N-acyl-L-homoserine lactone (AHL) and 6- (β-D-2-deoxyribo-furanosyl) -3,4-dihydro-8H-pyrimido [4,5-c] [1,2] Oxazin-7-one (dP) was added and the E. coli strain was incubated for 5 to 60 minutes before harvesting the viable cells and then in the absence of AHL A method for selecting a gene switch and a gene circuit, comprising adding 5-fluoro-2′-deoxyuridine (5FdU) and incubating the E. coli strain for 12 to 20 hours and then recovering living cells.

14.下記配列(a)および(b)を少なくとも保持する発現ベクター:
(a)ヒトヘルペスウイルス由来チミジンキナーゼをコードする遺伝子配列、
(b)前記(a)の配列の上流に該配列に作動可能に連結されたプロモータ配列であってリプレッサータンパク質CIの作用を受けるプロモータ、
並びに、
下記配列(c)から(f)を少なくとも保持する発現ベクター:
(c)前記プロモータ配列とは異なるプロモータ配列であってその下流の遺伝子スイッチ発現配列に作動可能に連結されたプロモータ配列
(d)前記遺伝子スイッチ発現配列、
(e)前記遺伝子スイッチ発現配列によりコードされる遺伝子スイッチの標的配列、
(f)前記標的配列が作動可能に連結された遺伝子であって前記(a)のプロモータ配列に作動するCIタンパク質をコードする遺伝子配列、
を導入したチミジンキナーゼ欠損大腸菌株を使用し、N-アシル-L-ホモセリンラクトン(AHL)の非存在下で5-フルオロ-2’-デオキシウリジン(5FdU)を添加して該大腸菌株を12時間から20時間インキュベーションした後に生細胞を回収し、次いで、AHLの存在下で6-(β-D-2-デオキシリボ-フラノシル)-3,4-ジヒドロ-8H-ピリミド[4,5-c][1,2]オキザジン-7-オン(dP)を添加して該大腸菌株を5分間から60分間インキュベーションした後に生細胞を回収することを含む遺伝子スイッチおよび遺伝子回路の選択方法。
14. An expression vector having at least the following sequences (a) and (b):
(a) a gene sequence encoding human herpesvirus-derived thymidine kinase,
(b) a promoter sequence operably linked to the sequence upstream of the sequence of (a), which is subjected to the action of the repressor protein CI,
And
An expression vector having at least the following sequences (c) to (f):
(c) a promoter sequence different from the promoter sequence and operably linked to a downstream gene switch expression sequence
(d) the gene switch expression sequence,
(e) a target sequence of a gene switch encoded by the gene switch expression sequence,
(f) a gene sequence in which the target sequence is operably linked and encodes a CI protein that operates on the promoter sequence of (a),
Was used in the absence of N-acyl-L-homoserine lactone (AHL) and 5-fluoro-2'-deoxyuridine (5FdU) was added for 12 hours. live cells were harvested after 20 hours of incubation from then, in the presence of AHL 6- (β-D-2- deoxyribonucleic - furanosyl) -3,4-dihydro -8H- pyrimido [4,5-c] [ 1,2] A method for selecting a gene switch and a genetic circuit, which comprises adding oxazin-7-one (dP) and incubating the E. coli strain for 5 to 60 minutes and then recovering living cells.

15.前記配列(a)および(b)を少なくとも保持する発現ベクターが、該配列(a)および(b)に加えて蛍光タンパク質をコードする遺伝子配列をさらに含む発現ベクターである前記11.から14.のいずれかの遺伝子スイッチおよび遺伝子回路の選択方法。   15. The above-mentioned 11. to 14, wherein the expression vector having at least the sequences (a) and (b) is an expression vector further comprising a gene sequence encoding a fluorescent protein in addition to the sequences (a) and (b). A method of selecting any one of the gene switches and the genetic circuit.

16.下記配列(a)および(b)を少なくとも保持する発現ベクター:
(a)ヒトヘルペスウイルス由来チミジンキナーゼをコードする遺伝子配列、
(b)前記(a)の配列の上流に該配列に作動可能に連結されたプロモータ配列であってリプレッサータンパク質CIの作用を受けるプロモータ、
並びに、
下記配列(c)から(f)を少なくとも保持する発現ベクター:
(c)前記プロモータ配列とは異なるプロモータ配列であってその下流の遺伝子スイッチ発現配列に作動可能に連結されたプロモータ配列
(d)前記遺伝子スイッチ発現配列、
(e)前記遺伝子スイッチ発現配列によりコードされる遺伝子スイッチの標的配列、
(f)前記標的配列が作動可能に連結された遺伝子であって前記(a)のプロモータ配列に作動するCIタンパク質をコードする遺伝子配列、
を導入したチミジンキナーゼ欠損大腸菌株を使用し、異なる濃度のN-アシル-L-ホモセリンラクトン(AHL)の存在下およびAHLの非存在下で5-フルオロ-2’-デオキシウリジン(5FdU)を添加して該大腸菌株を12時間から20時間インキュベーションした後に生細胞を回収し、次いで、前記濃度の1/10濃度のAHLの存在下で6-(β-D-2-デオキシリボ-フラノシル)-3,4-ジヒドロ-8H-ピリミド[4,5-c][1,2]オキザジン-7-オン(dP)を添加して該大腸菌株を5分間から60分間インキュベーションした後に生細胞を回収することにより、AHLに対する感度の異なる遺伝子スイッチおよび遺伝子回路を取得することを特徴とする、遺伝子スイッチおよび遺伝子回路の選択方法。
16. An expression vector having at least the following sequences (a) and (b):
(a) a gene sequence encoding human herpesvirus-derived thymidine kinase,
(b) a promoter sequence operably linked to the sequence upstream of the sequence of (a), which is subjected to the action of the repressor protein CI,
And
An expression vector having at least the following sequences (c) to (f):
(c) a promoter sequence different from the promoter sequence and operably linked to a downstream gene switch expression sequence
(d) the gene switch expression sequence,
(e) a target sequence of a gene switch encoded by the gene switch expression sequence,
(f) a gene sequence in which the target sequence is operably linked and encodes a CI protein that operates on the promoter sequence of (a),
5-fluoro-2'-deoxyuridine (5FdU) was added in the presence of N-acyl-L-homoserine lactone (AHL) at different concentrations and in the absence of AHL. the viable cells were recovered after 20 hours of incubation the E. coli strain from the 12 hours, then, in the presence of AHL 1/10 the concentration of the concentration 6- (β-D-2- deoxyribonucleic - furanosyl) -3 , 4-dihydro-8H-pyrimido [4,5-c] [1,2] oxazin-7-one (dP) is added, and the E. coli strain is incubated for 5 to 60 minutes, and then the living cells are collected. To obtain a gene switch and a gene circuit having different sensitivities to AHL.

17.下記配列(a)および(b)を少なくとも保持する発現ベクター:
(a)ヒトヘルペスウイルス由来チミジンキナーゼをコードする遺伝子配列、
(b)前記(a)の配列の上流に該配列に作動可能に連結されたプロモータ配列であってリプレッサータンパク質CIの作用を受けるプロモータ、
並びに、
下記配列(c)から(f)を少なくとも保持する発現ベクター:
(c)前記プロモータ配列とは異なるプロモータ配列であってその下流の遺伝子スイッチ発現配列に作動可能に連結されたプロモータ配列
(d)前記遺伝子スイッチ発現配列、
(e)前記遺伝子スイッチ発現配列によりコードされる遺伝子スイッチの標的配列、
(f)前記標的配列が作動可能に連結された遺伝子であって前記(a)のプロモータ配列に作動するCIタンパク質をコードする遺伝子配列、
を導入したチミジンキナーゼ欠損大腸菌株を使用し、異なる種類のN-アシル-L-ホモセリンラクトン(AHL)の存在下およびAHLの非存在下で5-フルオロ-2’-デオキシウリジン(5FdU)を添加して該大腸菌株を12時間から20時間インキュベーションした後に生細胞を回収し、次いで、前記種類とは異なるAHLの存在下で6-(β-D-2-デオキシリボ-フラノシル)-3,4-ジヒドロ-8H-ピリミド[4,5-c][1,2]オキザジン-7-オン(dP)を添加して該大腸菌株を5分間から60分間インキュベーションした後に生細胞を回収することにより、AHL特異性の異なる遺伝子スイッチおよび遺伝子回路を取得することを特徴とする、遺伝子スイッチおよび遺伝子回路の選択方法。
17. An expression vector having at least the following sequences (a) and (b):
(a) a gene sequence encoding human herpesvirus-derived thymidine kinase,
(b) a promoter sequence operably linked to the sequence upstream of the sequence of (a), which is subjected to the action of the repressor protein CI,
And
An expression vector having at least the following sequences (c) to (f):
(c) a promoter sequence different from the promoter sequence and operably linked to a downstream gene switch expression sequence
(d) the gene switch expression sequence,
(e) a target sequence of a gene switch encoded by the gene switch expression sequence,
(f) a gene sequence in which the target sequence is operably linked and encodes a CI protein that operates on the promoter sequence of (a),
5-fluoro-2'-deoxyuridine (5FdU) was added in the presence of different types of N-acyl-L-homoserine lactone (AHL) and in the absence of AHL. the viable cells were recovered after 20 hours of incubation the E. coli strain from the 12 hours, then the type 6 in the presence of different AHL the (β-D-2- deoxyribonucleic - furanosyl) -3,4 by recovering viable cells after incubation for 60 min the E. coli strain from 5 minutes with the addition of dihydro -8H- pyrimido [4,5-c] [1,2] Okizajin-7-one (dP), AHL A method for selecting a gene switch and a gene circuit, comprising obtaining a gene switch and a gene circuit having different specificities.

18.遺伝子スイッチ発現配列がLuxR変異体をコードする遺伝子配列である前記16.または前記17.の遺伝子スイッチおよび遺伝子回路の選択方法。   18. The method for selecting a gene switch and gene circuit according to 16. or 17. above, wherein the gene switch expression sequence is a gene sequence encoding a LuxR mutant.

19.前記配列(a)および(b)を少なくとも保持する発現ベクターが、該配列(a)および(b)に加えて蛍光タンパク質をコードする遺伝子配列をさらに含む発現ベクターである前記1.から18.のいずれかの遺伝子スイッチおよび遺伝子回路の選択方法。   19.The above-mentioned 1.-18, wherein the expression vector retaining at least the sequences (a) and (b) is an expression vector further comprising a gene sequence encoding a fluorescent protein in addition to the sequences (a) and (b). A method of selecting any one of the gene switches and the genetic circuit.

20.チミジンキナーゼをコードする遺伝子配列とその上流に該遺伝子配列に作動可能に連結されたプロモータ配列とを少なくとも含む発現ベクターであって、前記1.から19.のいずれかの遺伝子スイッチおよび遺伝子回路の選択方法に使用される発現ベクター。   20. An expression vector comprising at least a gene sequence encoding thymidine kinase and a promoter sequence operably linked to the gene sequence upstream thereof, the gene switch and the gene circuit according to any one of 1 to 19 above An expression vector used in the selection method.

21.チミジンキナーゼをコードする遺伝子配列および蛍光タンパク質をコードする遺伝子配列、並びにこれら遺伝子配列の上流に該遺伝子配列に作動可能に連結されたプロモータ配列を少なくとも含む発現ベクターであって、前記1.から19.のいずれかの遺伝子スイッチおよび遺伝子回路の選択方法に使用される発現ベクター。   21. An expression vector comprising at least a gene sequence encoding thymidine kinase and a gene sequence encoding a fluorescent protein, and a promoter sequence operably linked to the gene sequence upstream of these gene sequences, wherein 19. An expression vector used in any one of the gene switch and the method for selecting a genetic circuit.

22.配列表の配列番号2または配列番号3に記載の塩基配列で表されるDNAからなる前記21.の発現ベクター。   22. The expression vector according to 21 above, comprising a DNA represented by the nucleotide sequence set forth in SEQ ID NO: 2 or 3 in the sequence listing.

本発明によれば、チミジンキナーゼをコードする遺伝子配列とその上流に該遺伝子配列に作動可能に連結されたプロモータ配列とを少なくとも含む発現ベクターをセレクタとして使用することを特徴とする、遺伝子スイッチおよび遺伝子回路の選択方法を提供できる。   According to the present invention, a gene switch and a gene characterized in that an expression vector comprising at least a gene sequence encoding thymidine kinase and a promoter sequence operably linked to the gene sequence upstream thereof is used as a selector. A circuit selection method can be provided.

本発明に係る方法を用いることにより、所望の特性および/または機能を有する遺伝子スイッチおよび遺伝子回路の選択および取得が実施できる。本発明に係る方法、特にOFF選択は、効率が極めて高く、且つ迅速であるため、厳密性のより高い遺伝子回路を高速に開発する基盤(platform)として、合成生物学のよきツールとして使用できる。   By using the method according to the present invention, selection and acquisition of gene switches and gene circuits having desired characteristics and / or functions can be performed. Since the method according to the present invention, particularly OFF selection, is extremely efficient and rapid, it can be used as a good tool for synthetic biology as a platform for rapidly developing genetic circuits with higher stringency.

このように、本発明により、迅速かつ高効率に、遺伝子スイッチおよび遺伝子回路の選択および取得が可能になる。   As described above, according to the present invention, selection and acquisition of gene switches and gene circuits can be performed quickly and efficiently.

大腸菌のチミジンキナーゼ(TK)欠損株はdP存在下でも生育するが、ヒトヘルペスウイルス由来のチミジンキナーゼ(hsvTK)を発現させることによりその生存率が著しく低下することを示す図である。図中、「●」はhsvTKを発現させたTK欠損大腸菌株(hsvTK+)を、「○」はhsvTKを発現させていないTK欠損大腸菌株(hsvTK-)を表す。図の縦軸は生菌数(Cell Count)、横軸はdPの濃度(dP conc.)を表す。(実施例1)FIG. 4 is a view showing that the thymidine kinase (TK) -deficient strain of E. coli grows even in the presence of dP, but that its survival rate is significantly reduced by expressing human herpesvirus-derived thymidine kinase (hsvTK). In the figure, “●” represents a TK-deficient E. coli strain (hsvTK +) expressing hsvTK, and “◯” represents a TK-deficient E. coli strain (hsvTK−) not expressing hsvTK. In the figure, the vertical axis represents the viable cell count (Cell Count), and the horizontal axis represents the dP concentration (dP conc.). (Example 1) TK欠損大腸菌株の生存率は5FdUの濃度依存性に低下するが、hsvTKを発現させることによりその生存率の低下が抑制されることを示す図である。図中、「●」はhsvTKを発現させたTK欠損大腸菌株(hsvTK+)を、「○」はhsvTKを発現させていないTK欠損大腸菌株(hsvTK-)を表す。図の縦軸は生菌数(Cell Count)、横軸は5FdUの濃度(5FdU conc.)を表す。(実施例2)FIG. 3 is a graph showing that the survival rate of a TK-deficient E. coli strain decreases depending on the concentration dependency of 5FdU, but that the decrease in the survival rate is suppressed by expressing hsvTK. In the figure, “●” represents a TK-deficient E. coli strain (hsvTK +) expressing hsvTK, and “◯” represents a TK-deficient E. coli strain (hsvTK−) not expressing hsvTK. The vertical axis in the figure represents the viable cell count (Cell Count), and the horizontal axis represents the 5FdU concentration (5FdU conc.). (Example 2) hsvTKを発現させたTK欠損大腸菌株は、dPの添加(図中、dPショックと記す)により、該添加から5分以内に死滅することを示す図である。図中、「●」はdPの添加(図中、+dPと記す)を、「○」はdPの非添加(図中、no dPと記す)を示す。図の縦軸は生菌数(Cell Count)、横軸は時間(分)(time [min])を表す。(実施例3)TK-deficient E. coli strain expressing hsvTK is a figure showing that it is killed within 5 minutes after the addition of dP (denoted as dP shock in the figure). In the figure, “●” indicates the addition of dP (denoted as + dP in the figure), and “◯” indicates the absence of dP (denoted as no dP in the figure). In the figure, the vertical axis represents the viable cell count (Cell Count), and the horizontal axis represents time (min). (Example 3) 4種類の遺伝子回路の模式図とその機能を示す図である。左パネルは、遺伝子回路の模式図である。右パネルは、活性化物質N-アシル-L-ホモセリンラクトン(AHL)の有無による各遺伝子回路によるCIタンパク質発現(CI expression)の有無を説明する。(実施例4)It is a figure which shows the schematic diagram of 4 types of gene circuits, and its function. The left panel is a schematic diagram of the genetic circuit. The right panel illustrates the presence or absence of CI protein expression (CI expression) by each genetic circuit with or without the activating substance N-acyl-L-homoserine lactone (AHL). (Example 4) 図4-Aに示した遺伝子回路が設計どおりに作動することを確認した結果を示す図である。図中、各記号は図4-Aに示した遺伝子回路を表し、「●」は回路A、「○」は回路B、「▲」は回路C、「△」は回路Dを表す。パネル(a)は、該遺伝子回路と緑色蛍光タンパク質(GFPuv)発現プラスミドとを共発現させたTK欠損大腸菌株において、様々な濃度のAHLの存在下で、GFPuvの発現を測定した結果を示す。パネル(a)の縦軸は相対的蛍光強度(Relative Fluorescence)、横軸はAHL濃度(AHL conc.)を表す。パネル(b)は該遺伝子回路とhsvTK発現プラスミドとを共発現させたTK欠損大腸菌株において、様々な濃度のAHLの存在下で、5FdUを添加することによりON選択を実施し、生菌数を計数した結果を示す。パネル(c)は、該遺伝子回路とhsvTK発現プラスミドとを共発現させたTK欠損大腸菌株において、様々な濃度のAHLの存在下で、dPを添加することによりOFF選択を実施し、生菌数を計数した結果を示す。パネル(b)およびパネル(c)の縦軸は生菌数(Cell Count)、横軸はAHL濃度(AHL conc.)を表す。(実施例4)FIG. 4B is a diagram showing a result of confirming that the genetic circuit shown in FIG. 4-A operates as designed. In the figure, each symbol represents the gene circuit shown in FIG. 4-A, “●” represents circuit A, “◯” represents circuit B, “▲” represents circuit C, and “Δ” represents circuit D. Panel (a) shows the results of measuring the expression of GFPuv in the presence of various concentrations of AHL in a TK-deficient E. coli strain in which the gene circuit and a green fluorescent protein (GFPuv) expression plasmid are co-expressed. The vertical axis of panel (a) represents the relative fluorescence intensity (Relative Fluorescence), and the horizontal axis represents the AHL concentration (AHL conc.). Panel (b) shows TK-deficient Escherichia coli co-expressed with the gene circuit and hsvTK expression plasmid, and ON selection was performed by adding 5FdU in the presence of various concentrations of AHL, The counted result is shown. Panel (c) shows that TK-deficient E. coli strains co-expressed with the gene circuit and the hsvTK expression plasmid were subjected to OFF selection by adding dP in the presence of various concentrations of AHL. The result of counting is shown. The vertical axis of panel (b) and panel (c) represents the viable cell count (Cell Count), and the horizontal axis represents the AHL concentration (AHL conc.). (Example 4) OFF選択とON選択を組み合わせたデュアル選択の工程およびその結果を説明する模式図である。(a)は寒天培地を用いたデュアル選択法の概略を、(b)は液体培地中で行うデュアル選択法の工程を説明する。(c)は、3種類の遺伝子回路をそれぞれ有する3種類のTK欠損大腸菌株を混合した混合細胞を(a)の方法でデュアル選択した結果である。各細胞の割合を、デュアル選択前、ON選択後、およびデュアル選択後に計測した結果を示す。(実施例5)It is a schematic diagram explaining the process of dual selection which combined OFF selection and ON selection, and its result. (a) illustrates the outline of the dual selection method using an agar medium, and (b) illustrates the steps of the dual selection method performed in a liquid medium. (c) shows the result of dual selection by the method (a) of mixed cells in which three types of TK-deficient E. coli strains each having three types of genetic circuits are mixed. The result of having measured the ratio of each cell before dual selection, after ON selection, and after dual selection is shown. (Example 5) 図4-Aに示した遺伝子回路の回路Aおよび回路BをPCRにより識別する方法を説明する模式図である。回路Aおよび回路Bともに同じプライマセットによってCI構造遺伝子の一部を含む回路の一定領域がPCR増幅される。回路AはCI構造遺伝子の野生型を含み、一方、回路BはCI構造遺伝子の欠失変異型を含むため、回路Bを鋳型としたPCR産物(367bp)は、回路Aを鋳型としたPCR産物(639bp)よりもその長さが短い。そのため、両者の混合物のPCR解析において2つの異なった長さのバンドが与えられる。そのバンド強度比から、両者の存在比が定まる。FIG. 4B is a schematic diagram for explaining a method of identifying the circuit A and the circuit B of the gene circuit shown in FIG. 4-A by PCR. In both circuit A and circuit B, a certain region of the circuit including a part of the CI structural gene is PCR amplified by the same primer set. Circuit A contains the wild type of the CI structural gene, while circuit B contains the deletion mutant of the CI structural gene, so the PCR product (367 bp) using circuit B as a template is a PCR product using circuit A as a template. Its length is shorter than (639bp). This gives two different length bands in the PCR analysis of the mixture of both. The abundance ratio of both is determined from the band intensity ratio. 図4-Aに示した遺伝子回路の回路Aを導入したTK欠損大腸菌株(Switch1)および回路Bを導入したTK欠損大腸菌株(Switch2)を混合し、OFF選択後、ON選択を実施した結果を示す図である。各選択工程後、PCRによりSwitch1およびSwitch2を検出した。図中、レーン(Lane)1はSwitch1、レーン2はSwitch2、レーン3は混合細胞、レーン4は混合細胞をOFF選択したもの、レーン5はOFF選択後の細胞をON選択したものの結果を示す。(実施例7)Fig. 4-A Mixing TK-deficient E. coli strain (Switch1) introduced with circuit A of the genetic circuit shown in Fig. 4-A and TK-deficient E. coli strain introduced with circuit B (Switch2). FIG. After each selection step, Switch1 and Switch2 were detected by PCR. In the figure, lane 1 is Switch1, lane 2 is Switch2, lane 3 is a mixed cell, lane 4 is a mixed cell selected OFF, and lane 5 is a result of OFF selected cell selected ON. (Example 7) 定常的にhsvTKを発現させるために用いるpTrc-hsvtkの遺伝子構造を示す模式図である。(実施例1および実施例3)It is a schematic diagram which shows the gene structure of pTrc-hsvtk used in order to express hsvTK steadily. (Example 1 and Example 3) 遺伝子スイッチ活性化物質に対する応答閾値(感度)の異なる遺伝子スイッチおよび該遺伝子スイッチを含む遺伝子回路を選択する工程の概略を示す図である。図中、inputは遺伝子スイッチ活性化物質を示し、outputは遺伝子スイッチの応答性を示す。また、saverは生存を意味し、deathは死を意味する。(実施例8)It is a figure which shows the outline of the process of selecting the gene switch from which the response threshold value (sensitivity) with respect to a gene switch activator differs, and the gene circuit containing this gene switch. In the figure, input indicates a gene switch activator, and output indicates the response of the gene switch. Save means survival, and death means death. (Example 8) 本発明に係るON選択およびOFF選択を様々な濃度のAHLの存在下で実施することにより、LuxR変異体群から、様々な応答閾値(AHLに対する異なる感度)を有するLuxR変異体(LuxR variants)を選択できたことを示す図である。図中、wtは野生型LuxRを示し、mut1、mut2、mut3、およびmut4はいずれもLuxR変異体を示す。By performing ON selection and OFF selection according to the present invention in the presence of various concentrations of AHL, LuxR variants (LuxR variants) having various response thresholds (different sensitivities to AHL) can be obtained from the LuxR mutant group. It is a figure which shows having been able to be selected. In the figure, wt represents wild-type LuxR, and mut1, mut2, mut3, and mut4 all represent LuxR mutants. 本発明に係るON選択およびOFF選択を異なる種類のAHLの存在下で実施することにより、LuxR変異体群から、AHLの種類に対する特異性を有する様々なLuxR変異体(LuxR variants)を選択できたことを示す図である。図中、LuxR wtは野生型LuxRを、AHLsはAHLの種類を示す。パネル(a)は野生型LuxRの各種AHLに対する応答性、および使用したAHLの構造式を示す。パネル(b)は、AHL(3OC8)の存在下でのON選択に続くAHL(3OC6)によるOFF選択により、AHL(3OC8)に特異性を示すLuxR I58N変異体が取得できたことを示す。パネル(c)は、AHL(3OC6)の存在下でのON選択に続くAHL(3OC8)によるOFF選択により、AHL(3OC6)に特異性を示すLuxR Y62H変異体が取得できたことを示す。パネル(d)は、AHL(C8)の存在下でのON選択により、各種AHLに反応性を示すLuxR C245W変異体が取得できたことを示す。(実施例9)By performing ON selection and OFF selection according to the present invention in the presence of different types of AHL, various LuxR variants (LuxR variants) having specificity for the type of AHL could be selected from the group of LuxR variants. FIG. In the figure, LuxR wt indicates wild type LuxR, and AHLs indicates the type of AHL. Panel (a) shows the responsiveness of wild-type LuxR to various AHLs and the structural formula of AHL used. Panel (b) shows that the LuxR I58N mutant showing specificity for AHL (3OC8) could be obtained by OFF selection with AHL (3OC6) following ON selection in the presence of AHL (3OC8). Panel (c) shows that LuxR Y62H mutant showing specificity to AHL (3OC6) could be obtained by OFF selection with AHL (3OC8) following ON selection in the presence of AHL (3OC6). Panel (d) shows that LuxR C245W mutants reactive to various AHLs could be obtained by ON selection in the presence of AHL (C8). (Example 9) Luxプロモータの下流にGFP遺伝子およびhsvTK遺伝子をタンデムに配置したプラスミドpLux-gfp-hsvTKのプラスミドマップである。(実施例10)It is a plasmid map of plasmid pLux-gfp-hsvTK in which the GFP gene and the hsvTK gene are arranged in tandem downstream of the Lux promoter. (Example 10) CIプロモータ(CIP)であるλPRプロモータの下流にGFP遺伝子およびhsvTK遺伝子をタンデムに配置したプラスミドpCI-gfp-hsvTKのプラスミドマップである。(実施例10)It is a plasmid map of plasmid pCI-gfp-hsvTK in which GFP gene and hsvTK gene are arranged in tandem downstream of λPR promoter which is CI promoter (CIP). (Example 10) pLux-gfp-hsvTKをpTrc-LuxRと共にTK欠損大腸菌株JW1226に導入し、様々な濃度のAHL存在下で蛍光を観察した結果、AHLの濃度依存性に蛍光出力が観察されたことを説明する図である。(実施例10)The figure explaining that fluorescence output was observed as a result of the concentration dependence of AHL as a result of introducing pLux-gfp-hsvTK into TK-deficient E. coli strain JW1226 together with pTrc-LuxR and observing fluorescence in the presence of various concentrations of AHL It is. (Example 10) プラスミド内のプロモータの起動状態をGFPの発現の有無により視認するためにセレクタ遺伝子であるhsvTK遺伝子に加えてGFP遺伝子を導入したプラスミド(pLux-gfp-hsvTK)が、ONセレクタおよびOFFセレクタの機能を示したことを説明する図である。pLux-gfp-hsvTKをpTrc-LuxRと共に導入したTK欠損大腸菌株JW1226では、AHL添加によるhsvTKの発現により、dPの存在下で生菌数が著しく減少し(左パネル)、一方、5FdUとチミジンの存在下で生菌数が著しく増加した(右パネル)。(実施例10)A plasmid (pLux-gfp-hsvTK) that introduces the GFP gene in addition to the hsvTK gene, which is a selector gene, to check the activation status of the promoter in the plasmid based on the presence or absence of GFP expression, functions as an ON selector and an OFF selector. It is a figure explaining what was shown. In TK-deficient Escherichia coli strain JW1226 in which pLux-gfp-hsvTK was introduced together with pTrc-LuxR, the number of viable cells was significantly reduced in the presence of dP due to the expression of hsvTK by the addition of AHL (left panel), while 5FdU and thymidine In the presence, the number of viable bacteria increased significantly (right panel). (Example 10) hsvTK、大腸菌由来チミジンキナーゼ(ecoTK)およびDrospophilaのヌクレオシドキナーゼ(DmDNK)の各キナーゼを発現させた大腸菌株JW1226がいずれもdP濃度依存的な生菌数の低減を示したことを説明する図である。ネガティブコントロールであるGFPを発現させた大腸菌、hsvTK不活性体(hsvTK(E83K))を発現させた大腸菌、空ベクター(pTrc99a)を導入した大腸菌では、上記キナーゼを発現させた大腸菌が顕著な生菌数の低減を示す103nMのdPの存在下でも生菌数の低減は認められなかった。縦軸は生菌数(cell count)を、横軸はdP濃度(dP conc.)を示す。(実施例11)It is a figure explaining that E. coli strain JW1226 expressing each kinase of hsvTK, E. coli-derived thymidine kinase (ecoTK), and Dropophila nucleoside kinase (DmDNK) showed a decrease in viable cell count dependent on dP concentration. . In E. coli expressing GFP as a negative control, E. coli expressing hsvTK inactive form (hsvTK (E83K)), E. coli introduced with an empty vector (pTrc99a), E. coli expressing the above kinase is a prominent live bacteria. No reduction in viable cell count was observed even in the presence of 10 3 nM dP indicating a reduction in the number. The vertical axis represents the viable cell count (cell count), and the horizontal axis represents the dP concentration (dP conc.). (Example 11) hsvTK、大腸菌由来チミジンキナーゼ(ecoTK)およびDrospophilaのヌクレオシドキナーゼ(DmDNK)の各キナーゼを発現させたTK欠損大腸菌株JW1226は、5FdU/dT培地(ON選択培地)において、ネガティブコントロールと比較して高い増殖効率を示したことを説明する図である。縦軸は生菌数(cell count)を示す。(実施例11)TK-deficient Escherichia coli strain JW1226 expressing hsvTK, E. coli-derived thymidine kinase (ecoTK), and Dropophila nucleoside kinase (DmDNK) kinases grew higher in 5FdU / dT medium (ON selection medium) compared to negative control. It is a figure explaining having shown efficiency. The vertical axis represents the viable cell count. (Example 11) N末端45アミノ酸を欠失する切断型hsvTKをコードする遺伝子を含むプラスミドpTrc-hsvTK liteのプラスミドマップである。(実施例12)FIG. 5 is a plasmid map of a plasmid pTrc-hsvTK lite containing a gene encoding a truncated hsvTK lacking the N-terminal 45 amino acids. (Example 12) 野生型hsvTK(図中、WTと称する)を発現させた大腸菌およびN末端45アミノ酸を欠失する切断型hsvTK(図中、liteと称する)を発現させた大腸菌のいずれも、dPの存在下では12時間後の生存が認められなかったことを説明する図である。一方、dPの非存在下では、これら2種類の大腸菌のいずれも、hsvTKを発現させていない大腸菌(図中、tk-と称する)と同様に生存した。大腸菌の生存は、OD600で濁度を測定することにより行った。(実施例12)Both E. coli expressing wild-type hsvTK (referred to as WT in the figure) and E. coli expressing truncated hsvTK lacking the N-terminal 45 amino acids (referred to as lite in the figure) in the presence of dP. It is a figure explaining that survival after 12 hours was not recognized. On the other hand, in the absence of dP, both of these two types of E. coli survived in the same manner as E. coli not expressing hsvTK (referred to as tk- in the figure). The survival of E. coli was performed by measuring turbidity with OD600. (Example 12) 野生型hsvTK(図中、WTと称する)を発現させた大腸菌およびN末端45アミノ酸を欠失する切断型hsvTK(図中、liteと称する)を発現させた大腸菌のいずれも、5FdUの存在下での24時間後の生育が認められたことを説明する図である。一方、hsvTKを発現させていない大腸菌(図中、tk-と称する)は5FdUの存在下では24時間後の生育はほぼ観察されなかった。大腸菌の生存は、OD600で濁度を測定することにより行った。(実施例12)Both E. coli expressing wild type hsvTK (referred to as WT in the figure) and E. coli expressing truncated hsvTK lacking the N-terminal 45 amino acids (referred to as lite in the figure) in the presence of 5FdU. It is a figure explaining that the growth after 24 hours was recognized. On the other hand, in E. coli not expressing hsvTK (referred to as tk- in the figure), growth after 24 hours was hardly observed in the presence of 5FdU. The survival of E. coli was performed by measuring turbidity with OD600. (Example 12) λPRの下流にGFP遺伝子とhsvTK遺伝子との融合遺伝子を導入したプラスミドpCI-gfp-hsvTK_fusedのプラスミドマップである。(実施例13)It is a plasmid map of plasmid pCI-gfp-hsvTK_fused in which a fusion gene of GFP gene and hsvTK gene is introduced downstream of λPR. (Example 13) GFP遺伝子とhsvTK遺伝子との融合遺伝子を導入したプラスミドpCI-gfp-hsvTK_fusedを導入した大腸菌において、蛍光シグナルが観察されたことを示す図である。図中、gfp-hsvtk fusionはpCI-gfp-hsvTK_fusedを導入した形質転換体を意味し、gfp-はGFPを発現していない大腸菌を意味する。(実施例13)It is a figure which shows that the fluorescence signal was observed in colon_bacillus | E._coli which introduce | transduced the plasmid pCI-gfp-hsvTK_fused which introduce | transduced the fusion gene of a GFP gene and hsvTK gene. In the figure, gfp-hsvtk fusion means a transformant introduced with pCI-gfp-hsvTK_fused, and gfp- means E. coli not expressing GFP. (Example 13) GFP-hsvTK融合タンパク質を定常発現する大腸菌およびhsvTKを定常発現する大腸菌のいずれも、dPの存在下では12時間後の生存がほぼ認められなかったことを説明する図である。大腸菌の生存は、OD600で濁度を測定することにより行った。(実施例13)It is a figure explaining that the survival after 12 hours was not recognized in the presence of dP in both E. coli constitutively expressing GFP-hsvTK fusion protein and E. coli steadily expressing hsvTK. The survival of E. coli was performed by measuring turbidity with OD600. (Example 13) GFP-hsvTK融合タンパク質を定常発現する大腸菌およびhsvTKを定常発現する大腸菌のいずれも、5FdUの存在下での24時間後の生育が認められたことを説明する図である。大腸菌の生存は、OD600で濁度を測定することにより行った。(実施例13)It is a figure explaining that growth in 24 hours in the presence of 5FdU was observed in both E. coli constitutively expressing the GFP-hsvTK fusion protein and E. coli steadily expressing hsvTK. The survival of E. coli was performed by measuring turbidity with OD600. (Example 13)

本発明は、チミジンキナーゼをコードする遺伝子配列とその上流に該遺伝子配列に作動可能に連結されたプロモータ配列とを少なくとも含む発現ベクターをセレクタとして使用することを特徴とする、遺伝子スイッチおよび遺伝子回路の選択方法に関する。また、本発明は、前記選択方法に使用する発現ベクターに関する。   The present invention relates to a gene switch and a gene circuit, characterized in that an expression vector comprising at least a gene sequence encoding thymidine kinase and a promoter sequence operably linked to the gene sequence upstream thereof is used as a selector. It relates to the selection method. The present invention also relates to an expression vector used for the selection method.

用語「遺伝子スイッチ」は、転写活性化ドメインを含有する分子であって、該分子を活性化し得る物質(活性化物質)が結合する部位を有する分子、好ましくはタンパク質を意味する。このような分子は、活性化物質の結合により活性化され、その機能を変化させる。すなわち、活性化物質の結合により、遺伝子スイッチの標的配列へのその結合が左右され、その結果、目的の遺伝子の発現が阻害または誘導される。「遺伝子スイッチ」は、言い換えれば、転写活性化ドメインを含有する分子であって、該分子を活性化し得る物質が結合する部位を有し、該物質の結合により標的配列への結合が生じる若しくは解除される分子を意味する。用語「遺伝子スイッチ発現配列」は、遺伝子スイッチをコードする核酸配列を意味する。   The term “gene switch” means a molecule, preferably a protein, that contains a transcription activation domain and has a site to which a substance capable of activating the molecule (activator) binds. Such a molecule is activated by the binding of an activator and changes its function. That is, the binding of the activator affects its binding to the target sequence of the gene switch, and as a result, the expression of the target gene is inhibited or induced. In other words, a “gene switch” is a molecule that contains a transcriptional activation domain and has a site to which a substance capable of activating the molecule binds, and binding to the target sequence causes or cancels the binding to the target sequence. Means a molecule. The term “gene switch expression sequence” means a nucleic acid sequence encoding a gene switch.

用語「遺伝子スイッチの活性化物質」は、遺伝子スイッチに結合することにより遺伝子スイッチの機能を変化させ、その結果、遺伝子または多数の遺伝子の直接的または間接的な発現の調節を誘導する物質、例えばそのような化合物を意味する。「遺伝子スイッチの活性化物質」は、「遺伝子スイッチを活性化する化合物」と言うこともできる。活性化物質は、遺伝子スイッチにより異なる。遺伝子スイッチと活性化物質との組み合わせは、例えば、ビブリオ(vibrio)菌由来のホモセリンラクトンセンサでありN-アシル-L-ホモセリンラクトン(AHL)受容体タンパク質であるLuxRとAHL、AraCタンパク質とアラビノースなどが例示できる。   The term “activator of a gene switch” refers to a substance that alters the function of a gene switch by binding to the gene switch, resulting in the regulation of direct or indirect expression of a gene or multiple genes, for example Such a compound is meant. A “gene switch activator” can also be referred to as a “compound that activates a gene switch”. The activator depends on the gene switch. The combination of the gene switch and the activator is, for example, a homoserine lactone sensor derived from Vibrio bacterium and N-acyl-L-homoserine lactone (AHL) receptor protein LuxR and AHL, AraC protein and arabinose, etc. Can be illustrated.

用語「遺伝子スイッチの標的配列」は、標的遺伝子をコードする遺伝子またはその活性部分の翻訳開始の5'上流に位置する核酸配列であって、標的遺伝子の転写を制御する核酸配列を意味する。遺伝子スイッチの標的配列は、プロモータ活性を有する。すなわち、「遺伝子スイッチの標的配列」は、プロモータ配列であり得る。好ましくは、エンハンサ活性を有している調節核酸配列が、遺伝子スイッチの標的配列に間接的にまたは直接的に結合されている。遺伝子スイッチの標的配列に遺伝子スイッチが作用しないと、標的遺伝子は発現されない。すなわち、遺伝子スイッチの標的配列への遺伝子スイッチの作用は遺伝子スイッチ活性化物質の添加により調節され、それにより標的遺伝子の発現を制御している。例えば、遺伝子スイッチLuxRは、その活性化物質AHLの添加により、その標的配列Luxプロモータに作用し、該プロモータの下流に位置する標的遺伝子の転写を促進する。   The term “target sequence of a gene switch” means a nucleic acid sequence located 5 ′ upstream of the translation start of a gene encoding a target gene or an active part thereof, which controls transcription of the target gene. The target sequence of the gene switch has promoter activity. That is, the “target sequence of the gene switch” can be a promoter sequence. Preferably, the regulatory nucleic acid sequence having enhancer activity is indirectly or directly linked to the target sequence of the gene switch. If the gene switch does not act on the target sequence of the gene switch, the target gene is not expressed. That is, the action of the gene switch on the target sequence of the gene switch is regulated by the addition of a gene switch activator, thereby controlling the expression of the target gene. For example, the gene switch LuxR acts on the target sequence Lux promoter by the addition of the activator AHL, and promotes the transcription of the target gene located downstream of the promoter.

用語「プロモータ」は遺伝子の転写開始部位を決定し、またその頻度を直接的に調節するDNA上の領域をいい、RNAポリメラーゼの結合により転写を開始する核酸配列である。プロモータは、使用する宿主細胞の種によって適宜選択して使用される。細菌を宿主として使用する場合、プロモータとして、大腸菌などの宿主細胞中で発現できるものであれば特に限定されず、いずれを使用してもよい。例えば、Luxプロモータを好ましく例示できる。また、λPRプロモータ、PLプロモータ、trpプロモータ、およびlacプロモータなどの、大腸菌やファージに由来するプロモータを例示できる。tacプロモータなどの人為的に設計改変されたプロモータを使用してもよい。酵母を宿主とする場合、プロモータとして、酵母中で発現できるものであれば特に限定されず、いずれを使用してもよい。例えば、gal1プロモータ、gal10プロモータ、ヒートショックタンパク質プロモータ、MFα1プロモータ、PHO5プロモータ、PGKプロモータ、GAPプロモータ、ADHプロモータ、およびAOX1プロモータなどを例示できる。動物細胞を宿主とする場合は、組換えベクターが該細胞中で自律複製可能であると同時に、プロモータ、RNAスプライス部位、目的遺伝子、ポリアデニル化部位、転写終結配列により構成されていることが好ましい。また、所望により複製起点が含まれていてもよい。プロモータとして、SRαプロモータ、SV40プロモータ、LTRプロモータ、およびCMVプロモータなどを使用することができ、また、サイトメガロウイルスの初期遺伝子プロモータなどを使用してもよい。   The term “promoter” refers to a region on DNA that determines the transcription start site of a gene and directly regulates its frequency, and is a nucleic acid sequence that initiates transcription upon binding of RNA polymerase. The promoter is appropriately selected depending on the type of host cell to be used. When a bacterium is used as a host, any promoter can be used as long as it can be expressed in a host cell such as Escherichia coli. For example, a Lux promoter can be preferably exemplified. Moreover, promoters derived from Escherichia coli and phages such as λPR promoter, PL promoter, trp promoter, and lac promoter can be exemplified. An artificially designed and modified promoter such as a tac promoter may be used. When yeast is used as a host, the promoter is not particularly limited as long as it can be expressed in yeast, and any promoter may be used. For example, gal1 promoter, gal10 promoter, heat shock protein promoter, MFα1 promoter, PHO5 promoter, PGK promoter, GAP promoter, ADH promoter, AOX1 promoter and the like can be exemplified. When an animal cell is used as a host, it is preferable that the recombinant vector is autonomously replicable in the cell, and at the same time is composed of a promoter, an RNA splice site, a target gene, a polyadenylation site, and a transcription termination sequence. Moreover, the replication origin may be included if desired. As the promoter, SRα promoter, SV40 promoter, LTR promoter, CMV promoter and the like can be used, and a cytomegalovirus early gene promoter and the like may be used.

用語「遺伝子回路」は、遺伝子スイッチをコードする核酸配列と遺伝子スイッチの標的配列との組み合わせを含み、遺伝子発現を可能にする、調節可能な遺伝子発現システムを意味する。より具体的には、遺伝子スイッチをコードする核酸配列と、該遺伝子スイッチが作用するプロモータなどの調節DNAエレメントを有する転写翻訳調節領域とを含む核酸を意味する。   The term “genetic circuit” means a regulatable gene expression system that includes a combination of a nucleic acid sequence encoding a gene switch and a target sequence of the gene switch, allowing gene expression. More specifically, it means a nucleic acid comprising a nucleic acid sequence encoding a gene switch and a transcription / translation regulatory region having a regulatory DNA element such as a promoter on which the gene switch acts.

遺伝子回路の構築において、遺伝子発現がONであるべきときに起動状態にあるものを選択すること(ON選択)および/またはOFFであるべき局面で抑制状態にあるものを選択すること(OFF選択)により、任意の出力特性をもつ遺伝子回路を選別/取得できる。このON選択/OFF選択を連続して行うことで、さまざまな遺伝子スイッチ(あるいは遺伝子回路)を迅速に開発できる。   In constructing a genetic circuit, select the one that is in the activated state when the gene expression should be ON (ON selection) and / or select the one that is in the suppression state in the situation that should be OFF (OFF selection) Thus, a genetic circuit having an arbitrary output characteristic can be selected / obtained. By continuously performing this ON selection / OFF selection, various gene switches (or gene circuits) can be rapidly developed.

用語「ON選択」は、遺伝子発現がONであるべきときに起動状態にあるものを選択することを意味する。言い換えれば、用語「ON選択」は、遺伝子スイッチがON(起動状態)である条件下で、OFF(抑制状態)にある遺伝子スイッチを淘汰除去することによる選択を意味する。ON選択を行うには、選択対象である遺伝子スイッチおよび遺伝子回路のライブラリの制御下に、「発現しないと宿主細胞が生存できない」遺伝子(ONセレクタ)を配置する。遺伝子スイッチがON(起動状態)である条件下で起動せずに下流のONセレクタを発現できない遺伝子スイッチおよび遺伝子回路は、それを導入した細胞とともに淘汰除去される。すなわち、ON選択では、遺伝子スイッチおよび遺伝子回路の作用により発現調節される遺伝子の発現がONであるときに細胞死が回避される。   The term “ON selection” means selecting those that are in an activated state when gene expression should be ON. In other words, the term “ON selection” means selection by removing a gene switch that is OFF (in a repressed state) under conditions where the gene switch is ON (in an activated state). In order to perform ON selection, a gene (ON selector) that “cannot survive if it is not expressed” is placed under the control of the gene switch and gene circuit library to be selected. A gene switch and a gene circuit that cannot be activated under the condition that the gene switch is ON (activated state) and cannot express a downstream ON selector are removed together with the cell into which the gene switch is introduced. That is, in the ON selection, cell death is avoided when the expression of a gene whose expression is regulated by the action of the gene switch and the gene circuit is ON.

用語「OFF選択」は、遺伝子発現がOFFであるべき局面で抑制状態にあるものを選択することを意味する。言い換えれば、用語「OFF選択」は、遺伝子スイッチがOFF(抑制状態)である条件下で、遺伝子発現を許す遺伝子スイッチ、すなわち漏出のある遺伝子スイッチ、を除去する選択を意味する。OFF選択を行うには、選択対象である遺伝子スイッチおよび遺伝子回路のライブラリの制御下に、「発現すると、宿主細胞の細胞死を起こす」遺伝子(OFFセレクタ)を配置する。遺伝子スイッチがOFF(抑制状態)である条件下で、下流のOFFセレクタを誤って発現させる遺伝子スイッチおよび漏出のある遺伝子回路は、宿主とともに淘汰除去される。すなわち、OFF選択では、遺伝子スイッチおよび遺伝子回路の作用により発現調節される遺伝子の発現がOFFであるときに細胞死が回避される。   The term “OFF selection” means selecting those that are in a repressed state when gene expression should be OFF. In other words, the term “OFF selection” means a selection that removes a gene switch that permits gene expression, ie, a leaky gene switch, under the condition that the gene switch is OFF (inhibited state). To perform OFF selection, a gene (OFF selector) that causes cell death of a host cell when expressed is placed under the control of a gene switch and a library of gene circuits to be selected. Under the condition that the gene switch is OFF (inhibited state), the gene switch that erroneously expresses the downstream OFF selector and the leaked gene circuit are removed together with the host. That is, in the OFF selection, cell death is avoided when the expression of a gene whose expression is regulated by the action of the gene switch and the gene circuit is OFF.

用語「デュアル選択」は、ON選択とOFF選択とを組み合わせて実施することを意味する。デュアル選択は、単回のみ実施してもよいし、複数回実施してもよい。好ましくはデュアル選択を複数回連続して実施することが適当である。複数回実施することにより、所望の遺伝子スイッチおよび遺伝子回路を遺伝子スイッチおよび遺伝子回路のライブラリから高い濃縮率で取得できる。   The term “dual selection” means to perform a combination of ON selection and OFF selection. Dual selection may be performed only once or multiple times. Preferably, the dual selection is performed a plurality of times in succession. By performing multiple times, a desired gene switch and gene circuit can be obtained from the library of gene switches and gene circuits at a high concentration rate.

用語「セレクタ」は、遺伝子スイッチおよび該遺伝子スイッチを有する遺伝子回路の選択のために使用される手段を意味し、例えば遺伝子スイッチおよび遺伝子回路の作用により発現調節される遺伝子配列または該遺伝子配列を有する発現ベクターをいう。   The term “selector” means a means used for selection of a gene switch and a gene circuit having the gene switch, for example, having a gene sequence that is regulated by the action of the gene switch and the gene circuit or the gene sequence An expression vector.

用語「ONセレクタ」は、ON選択に使用される手段を意味し、例えば「発現しないと宿主細胞が生存できない」遺伝子または該遺伝子を含む発現ベクターをいう。   The term “ON selector” means a means used for ON selection, for example, a gene “a host cell cannot survive unless it is expressed” or an expression vector containing the gene.

用語「OFFセレクタ」は、OFF選択に使用される手段を意味し、例えば「発現すると、宿主細胞の細胞死を起こす」遺伝子または該遺伝子を含む発現ベクターをいう。   The term “OFF selector” means a means used for OFF selection, and refers to, for example, a gene that “causes cell death when expressed” or an expression vector containing the gene.

用語「デュアルセレクタ」は、ONセレクタの機能およびOFFセレクタの機能の両方を有するセレクタを意味する。したがって、デュアルセレクタは、ON選択およびOFF選択の両方に使用される。   The term “dual selector” means a selector having both an ON selector function and an OFF selector function. Therefore, the dual selector is used for both ON selection and OFF selection.

用語「発現ベクター」は、宿主細胞に外部遺伝子を運搬するDNA、言い換えればベクターDNAであって、宿主細胞中で目的遺伝子を発現させ得るDNAをいう。ベクターDNAは宿主中で複製可能なものであれば特に限定されず、宿主の種類および使用目的により適宜選択される。ベクターDNAは、天然に存在するDNAを抽出して得られたベクターDNAの他、複製に必要な部分以外のDNAの部分が一部欠落しているベクターDNAでもよい。代表的なベクターDNAとして例えば、プラスミド、バクテリオファージおよびウイルス由来のベクターDNAを挙げることができる。プラスミドDNAとして、大腸菌由来のプラスミド、枯草菌由来のプラスミド、酵母由来のプラスミドなどを例示できる。バクテリオファージDNAとして、λファージなどが挙げられる。ウイルス由来のベクターDNAとして、例えばレトロウイルス、ワクシニアウイルス、アデノウイルス、パポバウイルス、SV40、鶏痘ウイルス、および仮性狂犬病ウイルスなどの動物ウイルス由来のベクター、あるいはバキュロウイルスなどの昆虫ウイルス由来のベクターを挙げることができる。その他、トランスポゾン由来、挿入エレメント由来、酵母染色体エレメント由来のベクターDNAなどを例示できる。あるいは、これらを組み合わせて作成したベクターDNA、例えばプラスミドおよびバクテリオファージの遺伝学的エレメントを組み合わせて作成したベクターDNA(コスミドやファージミドなど)を例示できる。ベクターDNAには、目的遺伝子が発現されるように目的遺伝子を組み込むことが必要であり、少なくとも目的遺伝子と調節DNAエレメント、例えばプロモータとをその構成要素とする。これら要素に加えて、所望によりさらに、複製そして制御に関する情報を担持した遺伝子配列を組み合わせて自体公知の方法によりベクターDNAに組み込むことができる。このような遺伝子配列として、例えば、リボソーム結合配列、ターミネーター、シグナル配列、エンハンサなどのシスエレメント、スプライシングシグナル、および選択マーカー(ジヒドロ葉酸還元酵素遺伝子、アンピシリン耐性遺伝子、ネオマイシン耐性遺伝子など)を例示できる。これらから選択した1種類または複数種類の遺伝子配列をベクターDNAに組み込むことができる。   The term “expression vector” refers to DNA that carries an external gene to a host cell, in other words, vector DNA that can express a target gene in the host cell. The vector DNA is not particularly limited as long as it can replicate in the host, and is appropriately selected depending on the type of host and intended use. In addition to the vector DNA obtained by extracting naturally occurring DNA, the vector DNA may be a vector DNA in which a part of the DNA other than the part necessary for replication is missing. Representative vector DNAs include, for example, plasmid, bacteriophage and virus-derived vector DNA. Examples of plasmid DNA include Escherichia coli-derived plasmids, Bacillus subtilis-derived plasmids, yeast-derived plasmids, and the like. Examples of bacteriophage DNA include λ phage. Examples of virus-derived vector DNA include vectors derived from animal viruses such as retrovirus, vaccinia virus, adenovirus, papovavirus, SV40, fowlpox virus, and pseudorabies virus, or vectors derived from insect viruses such as baculovirus. Can do. Other examples include vector DNA derived from a transposon, an insertion element, and a yeast chromosome element. Alternatively, vector DNA prepared by combining these, for example, vector DNA (cosmid, phagemid, etc.) prepared by combining plasmid and bacteriophage genetic elements can be exemplified. It is necessary to incorporate the target gene into the vector DNA so that the target gene is expressed, and at least the target gene and a regulatory DNA element such as a promoter are used as constituent elements. In addition to these elements, if desired, gene sequences carrying information on replication and control can be combined and incorporated into vector DNA by a method known per se. Examples of such gene sequences include ribosome binding sequences, terminators, signal sequences, cis elements such as enhancers, splicing signals, and selectable markers (dihydrofolate reductase gene, ampicillin resistance gene, neomycin resistance gene, etc.). One or more kinds of gene sequences selected from these can be incorporated into vector DNA.

ベクターDNAに目的遺伝子を組み込む方法は、自体公知の遺伝子工学的技術を適用できる。例えば、目的遺伝子を適当な制限酵素により処理して特定部位で切断し、次いで同様に処理したベクターDNAと混合し、リガーゼにより再結合する方法が用いられる。あるいは、目的遺伝子に適当なリンカーをライゲーションし、これを目的に適したベクターのマルチクローニングサイトへ挿入することによっても所望のベクターDNAが得られる。   As a method for incorporating a target gene into vector DNA, a genetic engineering technique known per se can be applied. For example, a method is used in which the target gene is treated with an appropriate restriction enzyme, cleaved at a specific site, then mixed with a similarly treated vector DNA, and religated with ligase. Alternatively, a desired vector DNA can be obtained by ligating a suitable linker to a target gene and inserting it into a multicloning site of a vector suitable for the purpose.

宿主細胞への発現ベクターの導入方法は、宿主細胞にベクターDNAを導入して宿主細胞中で目的遺伝子を発現させ得る導入方法であれば特に限定されず、宿主細胞の種により適宜選択した公知の方法のいずれを使用してもよい。例えば、エレクトロポレーション法、リン酸カルシウム法、リポフェクション法などを例示できる。   The method of introducing the expression vector into the host cell is not particularly limited as long as it is an introduction method capable of expressing the target gene in the host cell by introducing the vector DNA into the host cell, and known methods appropriately selected according to the species of the host cell. Any of the methods may be used. For example, an electroporation method, a calcium phosphate method, a lipofection method, etc. can be illustrated.

本発明においては、チミジンキナーゼをコードする遺伝子配列とその上流に該遺伝子配列に作動可能に連結されたプロモータ配列とを少なくとも含む発現ベクターを、チミジンキナーゼ欠損細胞に発現させる。前記発現ベクターをトランスフェクションしたチミジンキナーゼ欠損細胞は、デノボのdTTP合成経路を遮断する条件下では死ぬが、該発現ベクターに含まれたチミジンキナーゼをコードする遺伝子の発現が誘導されると生存する。このような、チミジンキナーゼをコードする遺伝子の発現誘導によるチミジンキナーゼ欠損細胞の生存を利用して、チミジンキナーゼをコードする遺伝子の発現を制御するように配置した遺伝子スイッチや遺伝子回路の選択を実施できる(ON選択)。一方、前記発現ベクターをトランスフェクションしたチミジンキナーゼ欠損細胞は、変異原性ヌクレオシドアナログの存在下で、該発現ベクターに含まれたチミジンキナーゼをコードする遺伝子の発現が誘導されると死ぬが、該遺伝子の発現が誘導されないと生存する。このような、チミジンキナーゼをコードする遺伝子の発現を誘導しないことによるチミジンキナーゼ欠損細胞の生存を利用して、チミジンキナーゼをコードする遺伝子の発現を制御するように配置した遺伝子スイッチや遺伝子回路の選択を実施できる(OFF選択)。   In the present invention, an expression vector containing at least a gene sequence encoding thymidine kinase and a promoter sequence operably linked to the gene sequence upstream thereof is expressed in a thymidine kinase-deficient cell. The thymidine kinase-deficient cells transfected with the expression vector die under conditions that block the de novo dTTP synthesis pathway, but survive when the expression of the gene encoding thymidine kinase contained in the expression vector is induced. Utilizing the survival of thymidine kinase-deficient cells by inducing the expression of a gene encoding thymidine kinase, selection of gene switches and gene circuits arranged to control the expression of the gene encoding thymidine kinase can be performed. (ON selection). On the other hand, the thymidine kinase-deficient cells transfected with the expression vector die in the presence of a mutagenic nucleoside analog when expression of the gene encoding thymidine kinase contained in the expression vector is induced. If the expression of is not induced, it survives. Selection of gene switches and gene circuits arranged to control the expression of the gene encoding thymidine kinase by utilizing the survival of cells lacking thymidine kinase by not inducing the expression of the gene encoding thymidine kinase. Can be implemented (OFF selection).

「チミジンキナーゼをコードする遺伝子の発現を制御するように遺伝子スイッチや遺伝子回路を配置する」には、発現配列と遺伝子スイッチや遺伝子回路とを同一の発現ベクターに含む必要はなく、チミジンキナーゼをコードする遺伝子の発現配列を含む発現ベクターと、遺伝子スイッチや遺伝子回路を含む発現ベクターとを同一の細胞に共形質転換することにより実施できる。   To place a gene switch or gene circuit to control the expression of a gene encoding thymidine kinase, it is not necessary to include the expression sequence and the gene switch or gene circuit in the same expression vector. It can be carried out by cotransforming an expression vector containing the expression sequence of the gene to be expressed and an expression vector containing a gene switch or gene circuit into the same cell.

チミジンキナーゼをコードする遺伝子の発現配列を含む発現ベクターは、(a)チミジンキナーゼをコードする遺伝子配列、および(b)前記(a)の配列の上流に該配列に作動可能に連結されたプロモータ配列を少なくとも保持する発現ベクターであることが好ましい。また、遺伝子スイッチや遺伝子回路を含む発現ベクターは、(c)前記(b)のプロモータ配列とは異なるプロモータ配列であってその下流の遺伝子スイッチ発現配列に作動可能に連結されたプロモータ配列、(d)遺伝子スイッチ発現配列、(e)前記遺伝子スイッチ発現配列によりコードされる遺伝子スイッチの標的転写調節因子配列、および(f)前記標的転写調節因子配列が作動可能に連結された遺伝子であって前記(a)のプロモータ配列に作動する転写調節因子をコードする遺伝子配列を少なくとも保持する発現ベクターであることが好ましい。   An expression vector comprising an expression sequence of a gene encoding thymidine kinase includes (a) a gene sequence encoding thymidine kinase, and (b) a promoter sequence operably linked to the sequence upstream of the sequence of (a). It is preferable that the expression vector holds at least. The expression vector comprising a gene switch and a gene circuit is (c) a promoter sequence different from the promoter sequence of (b) above, and a promoter sequence operably linked to a downstream gene switch expression sequence, (d A gene switch expression sequence, (e) a target transcription regulator sequence of a gene switch encoded by the gene switch expression sequence, and (f) a gene to which the target transcription regulator sequence is operably linked, The expression vector preferably retains at least a gene sequence encoding a transcriptional regulatory factor that operates on the promoter sequence of a).

用語「転写調節因子」は、本明細書においては調節DNAエレメントに、より具体的にはプロモータに作用して働くタンパク質性因子を意味する。転写調節因子は転写抑制因子(リプレッサとも称される)および転写活性化因子(アクチベータとも称される)に大別することができる。転写抑制因子は調節DNAエレメントに作用して遺伝子の転写を抑制し遺伝子の発現量を低減させる。転写活性化因子は調節DNAエレメントに作用して遺伝子の転写を促進し遺伝子の発現量を増加する。転写抑制因子および転写活性化因子のいずれも本発明で使用することができるが、転写抑制因子の方が転写量の変化を明確に誘導し得るため、転写抑制因子を使用することが好ましい。転写抑制因子および転写活性化因子は公知の各因子をいずれも使用することができる。好ましい転写抑制因子としてCIタンパク質を例示できる。CIタンパク質は、プロモータPLおよびプロモータPRの各プロモータ領域(すなわちOLおよびOR)に結合して、各プロモータからの転写の開始を強力に阻止する。CIタンパク質の作用を受けるプロモータとしてλPRプロモータを例示できる。   The term “transcriptional regulator” as used herein means a proteinaceous factor that acts on regulatory DNA elements, more specifically on promoters. Transcriptional regulators can be broadly classified into transcriptional repressors (also called repressors) and transcription activators (also called activators). Transcriptional repressors act on regulatory DNA elements to repress gene transcription and reduce gene expression. Transcriptional activators act on regulatory DNA elements to promote gene transcription and increase gene expression. Either a transcriptional repressing factor or a transcriptional activator can be used in the present invention, but it is preferable to use a transcriptional repressing factor because the transcriptional repressing factor can clearly induce a change in the transcription amount. Any of the known factors can be used as the transcription repressing factor and the transcription activating factor. CI protein can be exemplified as a preferable transcription repressor. CI proteins bind to each promoter region (ie, OL and OR) of promoter PL and promoter PR, and strongly prevent initiation of transcription from each promoter. A λPR promoter can be exemplified as a promoter affected by CI protein.

用語「転写調節因子により発現調節される遺伝子配列」は、転写調節因子が作用する調節DNAエレメントの下流に配置され、転写調節因子の作用によりその発現が促進または抑制される遺伝子配列を意味する。遺伝子配列の発現とは、遺伝子の情報がmRNAに転写され、さらに該遺伝子によりコードされるタンパク質のアミノ酸配列として翻訳される一連の過程を意味する。発現が促進されれば遺伝子によりコードされるタンパク質が産生されてその量が増大し、発現が抑制されれば遺伝子によりコードされるタンパク質は産生されずその量は減少する。   The term “gene sequence whose expression is regulated by a transcriptional regulatory factor” means a gene sequence that is arranged downstream of a regulatory DNA element on which the transcriptional regulatory factor acts, and whose expression is promoted or repressed by the action of the transcriptional regulatory factor. Expression of a gene sequence means a series of processes in which gene information is transcribed into mRNA and further translated as an amino acid sequence of a protein encoded by the gene. If the expression is promoted, the protein encoded by the gene is produced and its amount increases. If the expression is suppressed, the protein encoded by the gene is not produced and its amount decreases.

転写調節因子により発現調節される遺伝子配列として、本発明において、チミジンキナーゼをコードする遺伝子配列を使用する。   In the present invention, a gene sequence encoding thymidine kinase is used as a gene sequence whose expression is regulated by a transcriptional regulatory factor.

チミジンキナーゼ(以下、TKと略称することがある)は、デオキシチミジンのリン酸化反応を触媒する酵素であり、DNA合成の調節因子として重要な役割を果たす。DNA合成の直接の前駆物質であるデオキシチミジン三リン酸(dTTP)の細胞内での供給は、デノボ(de novo)経路とサルベージ(salvage)経路により担われている。デノボ経路はデオキシチミジン一リン酸(dTMP)合成を経てdTTPを合成するが、この経路は5-フルオロウラシルを加えると停止することが知られている(Cohen, SS, et al., The Mode of Action of 5-Fluorouracil and Its Derivatives. Proc Natl Acad Sci U S A, 44, 1004-12 (1958); Yagil, E, et al.,Phosphorolysis of 5-fluoro-2'-deoxyuridine in Escherichia coli and its inhibition by nucleosides. J Bacteriol, 108, 760-4 (1971))。5-フルオロウラシルやその誘導体は、細胞内で代謝され、5-フルオロ-2'-デオキシウリジン一リン酸(5FdUMP)となる。5FdUMPはdTMP合成酵素(ThyA)の阻害剤であり、これが存在すると細胞内のdTMP合成が阻害される。この状況下では、細胞の増殖は、外因性のデオキシチミジン(dT)を用いてdTTPを合成するサルベージ経路に依存する。もし細胞がTKを持っていれば、サルベージ経路によりdTからdTMPを合成することができ生存できるが、TKが無いと増殖は完全に止まる。細胞のTK欠損株にTKを導入すると、そのサルベージ経路は復活する。このようなメカニズムを利用して、チミジンキナーゼやその関連酵素活性の活性機能選択法がなされてきた(Black, ME, et al., Creation of drug-specific herpes simplex virus type1 thymidine kinase mutants for gene therapy. Proc Natl Acad Sci U S A, 93,3525-9 (1996))。   Thymidine kinase (hereinafter sometimes abbreviated as TK) is an enzyme that catalyzes phosphorylation of deoxythymidine and plays an important role as a regulator of DNA synthesis. Intracellular supply of deoxythymidine triphosphate (dTTP), a direct precursor of DNA synthesis, is carried by the de novo and salvage pathways. The de novo pathway synthesizes dTTP via deoxythymidine monophosphate (dTMP) synthesis, which is known to stop when 5-fluorouracil is added (Cohen, SS, et al., The Mode of Action of 5-Fluorouracil and Its Derivatives.Proc Natl Acad Sci USA, 44, 1004-12 (1958); Yagil, E, et al., Phosphorolysis of 5-fluoro-2'-deoxyuridine in Escherichia coli and its inhibition by nucleosides. J Bacteriol, 108, 760-4 (1971)). 5-Fluorouracil and its derivatives are metabolized intracellularly to become 5-fluoro-2'-deoxyuridine monophosphate (5FdUMP). 5FdUMP is an inhibitor of dTMP synthase (ThyA), and its presence inhibits intracellular dTMP synthesis. Under this circumstance, cell growth relies on the salvage pathway to synthesize dTTP using exogenous deoxythymidine (dT). If the cells have TK, they can synthesize dTMP from dT via the salvage pathway, but can survive without TK. When TK is introduced into a TK-deficient cell line, its salvage pathway is restored. Using this mechanism, active function selection methods for thymidine kinase and related enzyme activities have been made (Black, ME, et al., Creation of drug-specific herpes simplex virus type1 thymidine kinase mutants for gene therapy. Proc Natl Acad Sci USA, 93, 3525-9 (1996)).

一方、様々なヌクレオシドアナログが、細胞内のヌクレオチド代謝酵素によって活性化して細胞死を引き起こすことが知られており、該酵素の1つであるチミジンキナーゼは遺伝子治療のための自殺遺伝子として長く検討されてきた(Black, ME, et al., Identification of important residues within the putative nucleoside binding site of HSV-1 thymidine kinase by random sequence selection: analysis of selected mutants in vitro. Biochemistry, 32, 11618-26 (1993); Dube, DK, et al., Selection of new biologically active molecules from random nucleotide sequences. Gene, 137, 41-7 (1993))。   On the other hand, various nucleoside analogs are known to be activated by intracellular nucleotide metabolizing enzymes to cause cell death. Thymidine kinase, one of the enzymes, has long been studied as a suicide gene for gene therapy. (Black, ME, et al., Identification of important residues within the putative nucleoside binding site of HSV-1 thymidine kinase by random sequence selection: analysis of selected mutants in vitro.Biochemistry, 32, 11618-26 (1993); Dube, DK, et al., Selection of new biologically active molecules from random nucleotide sequences. Gene, 137, 41-7 (1993)).

人工ヌクレオシドアナログである6-(β-D-2-デオキシリボ-フラノシル)-3,4-ジヒドロ-8H-ピリミド[4,5-c][1,2]オキザジン-7-オン(dP)は、他のヌクレオシドと同様、チミジンのサルベージ経路を経由してゲノムに取り込まれる。他の多くの毒性ヌクレオシドは染色体DNA合成のチェーンターミネータ(chain terminator)であるが、dPはゲノムに取り込まれて遺伝子変異を頻発する変異原性ヌクレオシドである(Negishi,K, et al., Binding specificities of the mismatch binding protein, MutS, to oligonucleotides containing modified bases. Nucleic Acids Res Suppl, 221-2(2001))。したがって、チミジンキナーゼを発現する細胞は、dPの添加により細胞死が誘導されるが、チミジンキナーゼを欠損した細胞では、dPの添加により細胞死は誘導されない。dPの遺伝毒性(genotoxicity)は低く、37μMのdPを与えてはじめて、大腸菌細胞集団の80%が死ぬ程度である(Negishi, K, et al., Saturation of DNA mismatch repair and error catastrophe by a base analogue in Escherichia coli. Genetics, 161, 1363-71(2002))。しかし、dPのゲノムへの取り込み効率を充分あげて致死的突然変異生成の効率を飛躍的に上げることができれば、細胞死を効率的に誘導できる。   The artificial nucleoside analog 6- (β-D-2-deoxyribo-furanosyl) -3,4-dihydro-8H-pyrimido [4,5-c] [1,2] oxazin-7-one (dP) is Like other nucleosides, it is incorporated into the genome via the thymidine salvage pathway. Many other toxic nucleosides are chain terminators of chromosomal DNA synthesis, whereas dP is a mutagenic nucleoside that is incorporated into the genome and frequently undergoes genetic variation (Negishi, K, et al., Binding specificities). of the mismatch binding protein, MutS, to oligonucleotides containing modified bases. Nucleic Acids Res Suppl, 221-2 (2001)). Therefore, cells that express thymidine kinase are induced to die by the addition of dP. However, in cells lacking thymidine kinase, no death is induced by the addition of dP. dP's genotoxicity is low, and only after giving 37 μM dP, only 80% of E. coli cell populations die (Negishi, K, et al., Saturation of DNA mismatch repair and error catastrophe by a base analogue in Escherichia coli. Genetics, 161, 1363-71 (2002)). However, cell death can be efficiently induced if the efficiency of lethal mutagenesis can be dramatically increased by sufficiently increasing the efficiency of dP incorporation into the genome.

本発明の一態様は、下記配列(a)および(b)を少なくとも保持する発現ベクター:
(a)チミジンキナーゼをコードする遺伝子配列、
(b)前記(a)の配列の上流に該配列に作動可能に連結されたプロモータ配列、
並びに、
下記配列(c)から(f)を少なくとも保持する発現ベクター:
(c)前記プロモータ配列とは異なるプロモータ配列であってその下流の遺伝子スイッチ発現配列に作動可能に連結されたプロモータ配列
(d)前記遺伝子スイッチ発現配列、
(e)前記遺伝子スイッチ発現配列によりコードされる遺伝子スイッチの標的配列、
(f)前記標的配列が作動可能に連結された遺伝子であって前記(a)のプロモータ配列に作動する転写調節因子をコードする遺伝子配列、
を導入したチミジンキナーゼ欠損細胞を使用し、
前記(f)の転写調節因子をコードする遺伝子配列が転写抑制因子である場合には、該遺伝子スイッチを活性化する化合物の非存在下でアデオキシチミジン三リン酸(dTTP)のデノボ(de novo)合成経路の阻害剤を添加して該細胞をインキュベーションした後に生細胞を回収すること、若しくは、遺伝子スイッチを活性化する物質の存在下で変異原性ヌクレオシドを添加して該細胞をインキュベーションした後に生細胞を回収すること、または
前記(f)の転写調節因子をコードする遺伝子配列が転写活性化因子である場合には、該遺伝子スイッチを活性化する化合物の存在下でアデオキシチミジン三リン酸(dTTP)のデノボ(de novo)合成経路の阻害剤を添加して該細胞をインキュベーションした後に生細胞を回収すること、または、遺伝子スイッチを活性化する物質の非存在下で変異原性ヌクレオシドを添加して該細胞をインキュベーションした後に生細胞を回収すること、
を含む遺伝子スイッチおよび遺伝子回路の選択方法に関する。
One aspect of the present invention provides an expression vector having at least the following sequences (a) and (b):
(a) a gene sequence encoding thymidine kinase,
(b) a promoter sequence operably linked to the sequence upstream of the sequence of (a),
And
An expression vector having at least the following sequences (c) to (f):
(c) a promoter sequence different from the promoter sequence and operably linked to a downstream gene switch expression sequence
(d) the gene switch expression sequence,
(e) a target sequence of a gene switch encoded by the gene switch expression sequence,
(f) a gene sequence in which the target sequence is operably linked and encodes a transcriptional regulatory factor that operates on the promoter sequence of (a),
Using thymidine kinase deficient cells into which
In the case where the gene sequence encoding the transcriptional regulatory factor of (f) is a transcriptional repressing factor, de novo of deoxythymidine triphosphate (dTTP) in the absence of a compound that activates the gene switch. ) was added to inhibitors of the synthesis pathway recovering viable cells after incubation the cells or, after the incubation the cells by adding a mutagenic nucleoside in the presence of a substance that activates the gene switch Recovering living cells, or when the gene sequence encoding the transcriptional regulatory factor of (f) is a transcriptional activator, adoxythymidine triphosphate in the presence of a compound that activates the gene switch (dTTP) that adds a de novo synthesis pathway inhibitor and then incubates the cells and then recovers live cells or activates a gene switch Absence added mutagenic nucleoside under the recovering viable cells after incubation the cells,
And a method of selecting a genetic circuit.

チミジンキナーゼをコードする遺伝子配列は、特に限定されず、哺乳動物細胞やウイルス由来のチミジンキナーゼをコードする遺伝子配列を挙げることができ、ヒトヘルペスウイルス由来のチミジンキナーゼ、大腸菌由来のチミジンキナーゼ、ショウジョウバエ(Drospophila)由来のヌクレオシドキナーゼをコードする遺伝子配列を好ましく例示できる。より好ましくは、ヒトヘルペスウイルス由来のチミジンキナーゼ(hsvTK)をコードする遺伝子配列を例示できる。また、野生型チミジンキナーゼの遺伝子配列の他、該遺伝子配列において1個以上、例えば1〜100個、好ましくは1〜30個、より好ましくは1〜20個、さらに好ましくは1〜10個、さらにより好ましくは1個〜数個のヌクレオチドの欠失、置換、付加または挿入といった変異が存する遺伝子配列であって、野生型チミジンキナーゼと同質のキナーゼ活性を示すタンパク質をコードする遺伝子配列を使用することができる。変異体のキナーゼ活性は、野生型キナーゼと比較して、同等または高いことが好ましい。しかし、低いキナーゼ活性を示す変異体であっても本発明に係るONセレクタおよびOFFセレクタとしての機能を示す限りにおいて使用することができる。変異体をコードする遺伝子配列における変異の程度およびそれらの位置などは、該変異を有する遺伝子配列が野生型チミジンキナーゼの遺伝子配列と同質のキナーゼ活性を示すタンパク質をコードする遺伝子配列である限り特に制限されない。このような変異体として、hsvTKのN末端45アミノ酸を欠失する切断型hsvTKを例示できる。変異を導入する手段は自体公知であり、例えば、部位特異的変異導入法、遺伝子相同組換え法、プライマー伸長法またはポリメラーゼ連鎖反応(以下、PCRと略称する)などを単独でまたは適宜組合せて使用できる。例えば成書に記載の方法(サムブルック(Sambrook)ら編、「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」、1989年、コールドスプリングハーバーラボラトリー;村松正實編、「ラボマニュアル遺伝子工学」、1988年、丸善株式会社)に準じて、あるいはそれらの方法を改変して実施することができ、ウルマーの技術(ウルマー(Ulmer, KM)、「サイエンス(Science)」、1983年、第219巻、p.666-67)を利用することもできる。   The gene sequence encoding thymidine kinase is not particularly limited, and examples thereof include gene sequences encoding thymidine kinase derived from mammalian cells and viruses. Human herpesvirus-derived thymidine kinase, E. coli-derived thymidine kinase, Drosophila ( A gene sequence encoding a nucleoside kinase derived from Drospophila) can be preferably exemplified. More preferably, a gene sequence encoding thymidine kinase (hsvTK) derived from human herpesvirus can be exemplified. In addition to the gene sequence of wild-type thymidine kinase, one or more, for example, 1 to 100, preferably 1 to 30, more preferably 1 to 20, more preferably 1 to 10, in the gene sequence, More preferably, a gene sequence having a mutation such as deletion, substitution, addition or insertion of one to several nucleotides, which encodes a protein exhibiting the same kinase activity as wild-type thymidine kinase, is used. Can do. It is preferred that the kinase activity of the mutant is equivalent or higher compared to the wild type kinase. However, even mutants exhibiting low kinase activity can be used as long as they exhibit functions as an ON selector and an OFF selector according to the present invention. The extent of the mutation in the gene sequence encoding the mutant and the position thereof are particularly limited as long as the gene sequence having the mutation is a gene sequence encoding a protein exhibiting the same kinase activity as the gene sequence of wild-type thymidine kinase. Not. Examples of such mutants include truncated hsvTK that lacks the N-terminal 45 amino acids of hsvTK. Means for introducing mutations are known per se, for example, using site-specific mutagenesis, gene homologous recombination, primer extension, polymerase chain reaction (hereinafter abbreviated as PCR) alone or in appropriate combination. it can. For example, the method described in the book (edited by Sambrook et al., “Molecular Cloning, Laboratory Manual Second Edition”, 1989, Cold Spring Harbor Laboratory; Muramatsu Masami, “Lab Manual Genetic Engineering”, 1988, Maruzen Co., Ltd.) or by modifying those methods.Ulmer technology (Ulmer, KM, `` Science '', 1983, Vol. 219, p.666 -67) can also be used.

チミジンキナーゼをコードする遺伝子配列の上流に該遺伝子配列に作動可能に連結されたプロモータ配列は、チミジンキナーゼをコードする遺伝子を発現させる機能を有し、且つ、試験される遺伝子スイッチや遺伝子回路の遺伝子産物が作用するプロモータ配列であれば特に限定されず、公知のプロモータ配列を使用することができる。   The promoter sequence operably linked to the gene sequence upstream of the gene sequence encoding thymidine kinase has a function of expressing the gene encoding thymidine kinase, and the gene switch or gene circuit gene to be tested The promoter sequence is not particularly limited as long as the product acts on the product, and a known promoter sequence can be used.

前記チミジンキナーゼをコードする遺伝子配列と前記プロモータ配列とを、公知の遺伝子工学的技術を用いて、公知の発現ベクターにクローニングすることにより、遺伝子スイッチおよび遺伝子回路の選択に使用される発現ベクターを作成できる。   By cloning the gene sequence encoding the thymidine kinase and the promoter sequence into a known expression vector using a known genetic engineering technique, an expression vector used for selecting a gene switch and a gene circuit is created. it can.

チミジンキナーゼをコードする遺伝子配列および該遺伝子配列の上流に該配列に作動可能に連結されたプロモータ配列を少なくとも保持する発現ベクターは、これら配列に加えて、蛍光タンパク質をコードする遺伝子配列をさらに含むことが好ましい。蛍光タンパク質をコードする遺伝子を発現ベクター内に配置することにより、チミジンキナーゼをコードする遺伝子の発現の有無によるON選択およびOFF選択を実施するときに、該発現ベクター内のプロモータの起動状態を蛍光タンパク質の発現の有無により視認することができるため有用である。蛍光タンパク質をコードする遺伝子配列は、細胞内で蛍光を発することができるタンパク質をコードするものであれば特に限定されないが、緑色蛍光タンパク質(Green Fluorescence Protein、GFP)、黄色蛍光タンパク質(Yellow Fluorescence Protein、YFP)、シアン蛍光タンパク質(Cyan Fluorescence Protein、CFP)、および青色蛍光タンパク質(Blue Fluorescence Protein、CFP)、並びに、これら蛍光タンパク質の変異体、例えば、UV最適化緑色蛍光タンパク質(UV-optimized Green Fluorescence Protein、GFPuv)、強化緑色蛍光タンパク質(Enhanced Green Fluorescence Protein、EGFP)、強化黄色蛍光タンパク質(Enhanced Yellow Fluorescence Protein、EYFP)、強化シアン蛍光タンパク質(Enhanced Cyan Fluorescence Protein、ECFP)、および青色蛍光タンパク質(Enhanced Blue Fluorescence Protein、ECFP)を挙げることができる。チミジンキナーゼをコードする遺伝子配列および蛍光タンパク質をコードする遺伝子配列を含む発現ベクターとして、hsvTK遺伝子配列とGFP遺伝子配列とを含むプラスミドを例示できる。より具体的には、luxプロモータの下流にhsvTK遺伝子配列とGFP遺伝子配列とを配置したプラスミドであって、配列表の配列番号1に記載のDNAで示されるプラスミドを例示できる。また、λPRプロモータの下流にhsvTK遺伝子配列とGFP遺伝子配列とを配置したプラスミドであって、配列表の配列番号2に記載のDNAで示されるプラスミドを例示できる。   The expression vector having at least a gene sequence encoding thymidine kinase and a promoter sequence operably linked to the sequence upstream of the gene sequence further includes a gene sequence encoding a fluorescent protein in addition to these sequences. Is preferred. By placing the gene encoding the fluorescent protein in the expression vector, when performing ON selection and OFF selection depending on the presence or absence of expression of the gene encoding thymidine kinase, the activation state of the promoter in the expression vector is changed to the fluorescent protein. It is useful because it can be visually recognized by the presence or absence of the expression of. The gene sequence encoding the fluorescent protein is not particularly limited as long as it encodes a protein capable of emitting fluorescence in the cell, but is not limited to green fluorescent protein (GFP), yellow fluorescent protein (Yellow Fluorescence Protein, YFP), cyan fluorescent protein (CFP), and blue fluorescent protein (CFP), and variants of these fluorescent proteins, such as UV-optimized green fluorescent protein (UV-optimized green fluorescent protein) GFPuv), Enhanced Green Fluorescence Protein (EGFP), Enhanced Yellow Fluorescence Protein (EYFP), Enhanced Cyan Fluorescence Protein (ECFP), and Blue Fluorescent Protein (ECFP) Fluorescence Protein, ECFP). As an expression vector containing a gene sequence encoding thymidine kinase and a gene sequence encoding a fluorescent protein, a plasmid containing an hsvTK gene sequence and a GFP gene sequence can be exemplified. More specifically, it is a plasmid in which an hsvTK gene sequence and a GFP gene sequence are arranged downstream of a lux promoter, and a plasmid represented by the DNA described in SEQ ID NO: 1 in the sequence listing can be exemplified. Moreover, it is a plasmid in which the hsvTK gene sequence and the GFP gene sequence are arranged downstream of the λPR promoter, and a plasmid represented by the DNA described in SEQ ID NO: 2 in the sequence listing can be exemplified.

チミジンキナーゼをコードする遺伝子配列は、上記蛍光タンパク質をコードする遺伝子配列と融合させて融合遺伝子配列となして、発現ベクターに導入することもできる。このような融合遺伝子配列を導入した発現ベクターとして、GFP遺伝子配列とhsvTK遺伝子配列とを融合させた融合遺伝子配列をλPRプロモータの下流に配置したプラスミドであって、配列表の配列番号3に記載のDNAで示されるプラスミドを例示できる。   The gene sequence encoding thymidine kinase can be fused with the gene sequence encoding the fluorescent protein to form a fusion gene sequence, which can be introduced into an expression vector. As an expression vector into which such a fusion gene sequence is introduced, a plasmid in which a fusion gene sequence in which a GFP gene sequence and an hsvTK gene sequence are fused is arranged downstream of the λPR promoter, and is described in SEQ ID NO: 3 in the Sequence Listing. Examples include plasmids represented by DNA.

本発明において使用される細胞は、チミジンキナーゼを欠損する細胞であれば特に限定されない。好ましくは、デノボ経路およびサルベージ経路を有する細胞であって、チミジンキナーゼを欠損する細胞を使用する。具体的には、大腸菌のTK欠損株を好ましく例示できる。大腸菌は増殖速度が速いため、迅速な選択方法に有用である。チミジンキナーゼ欠損細胞は、公知の遺伝子工学的技術を用いて、正常細胞から作成することができる。   The cell used in the present invention is not particularly limited as long as it is a cell lacking thymidine kinase. Preferably, cells having a de novo pathway and a salvage pathway, which are deficient in thymidine kinase, are used. Specifically, a TK-deficient strain of E. coli can be preferably exemplified. Since Escherichia coli has a high growth rate, it is useful for a rapid selection method. Thymidine kinase deficient cells can be prepared from normal cells using known genetic engineering techniques.

本発明において、用語「細胞死」は、本発明において、増殖能などの細胞としての機能を消失している状態を意味する。例えば、大腸菌などの細胞を固形培地上で培養したとき、一個の細胞から増殖して可視的に計数できる一定以上の大きさの細胞集落(コロニ)を形成できる能力を消失している状態を本発明において細胞死という。用語「細胞死」には、生理的または病理的な要因により生じた不要な細胞や障害細胞などを積極的に除去する能動的細胞死(アポトーシス)および外的要因への反応による受動的細胞死(ネクローシス)も含まれ得る。   In the present invention, the term “cell death” means a state in which cell functions such as proliferation ability are lost in the present invention. For example, when cells such as Escherichia coli are cultured on a solid medium, the state in which the ability to grow from a single cell and form a cell colony (coloni) larger than a certain size that can be visually counted is lost. In the invention, it is called cell death. The term “cell death” includes active cell death (apoptosis) that actively removes unwanted cells and damaged cells caused by physiological or pathological factors, and passive cell death by reaction to external factors. (Necrosis) may also be included.

変異原性ヌクレオシドは、遺伝子に取り込まれたときに遺伝子に変異を生じて細胞死を誘導するものであれば特に限定されず、天然に存在する変異原性ヌクレオシドであってもよく、人工的に作成されたものであってもよい。具体的には、人工ヌクレオシドである6-(β-D-2-デオキシリボ-フラノシル)-3,4-ジヒドロ-8H-ピリミド[4,5-c][1,2]オキザジン-7-オン(dP)を好ましく例示できる。変異原性ヌクレオシドの濃度は、遺伝子に取り込まれたときに遺伝子に変異を生じて細胞死を誘導する濃度であれば特に限定されず、簡単な繰り返し実験により決定できる。例えば、dPは、50nM−1μM、より好ましくは100nMの濃度で使用する。変異原性ヌクレオシドと細胞とのインキュベーション時間は、特に限定されず、簡単な繰り返し実験により決定できる。変異原性ヌクレオシドによる変異に起因する細胞死は、極めて短時間で惹起されるため、例えば、dPを用いる場合、dPと細胞とのインキュベーションは5分間−12時間、好ましくは5分間−60分間、より好ましくは5分間−30分間、さらに好ましくは30分間でよい。   The mutagenic nucleoside is not particularly limited as long as it induces cell death by mutating the gene when incorporated into the gene, and may be a naturally occurring mutagenic nucleoside, which is artificially It may be created. Specifically, the artificial nucleoside 6- (β-D-2-deoxyribo-furanosyl) -3,4-dihydro-8H-pyrimido [4,5-c] [1,2] oxazin-7-one ( A preferred example is dP). The concentration of the mutagenic nucleoside is not particularly limited as long as it is a concentration that causes mutation in the gene and induces cell death when incorporated into the gene, and can be determined by simple repeated experiments. For example, dP is used at a concentration of 50 nM-1 μM, more preferably 100 nM. The incubation time between the mutagenic nucleoside and the cell is not particularly limited, and can be determined by simple repeated experiments. Since cell death caused by mutagenic nucleoside mutation is induced in a very short time, for example, when dP is used, incubation of dP with cells is performed for 5 minutes to 12 hours, preferably 5 minutes to 60 minutes. More preferably, it may be 5 minutes to 30 minutes, and more preferably 30 minutes.

デオキシチミジン三リン酸(dTTP)のデノボ合成経路の阻害剤は、該デノボ合成経路を阻害してdTTPの産生を阻害し得る化合物であれば特に限定されず、例えば、該デノボ合成経路に関与する酵素の阻害剤を挙げることができる。具体的には、5-フルオロウラシルおよびその誘導体を好ましく例示できる。より具体的には、5-フルオロ-2'-デオキシウリジン(5FdU)を例示できる。5-フルオロウラシルおよびその誘導体の濃度は、dTTPのデノボ合成経路を阻害し得る濃度であればよく、簡単な繰り返し実験により決定できる。例えば、5FdUは、10μg/mL−50μg/mL、より好ましくは20μg/mLの濃度で使用する。dTTPのデノボ合成経路の阻害剤と細胞とのインキュベーション時間は、特に限定されず、簡単な繰り返し実験により決定できる。dTTPのデノボ合成経路の阻害剤を用いた選択においては、生存細胞を増殖させる時間を要するため、使用する細胞の増殖速度に応じた時間を要する。例えば、5FdUの存在下でTK欠損大腸菌株を用いて選択を行う場合、インキュベーションは6時間−20時間、好ましくは20時間行う。   An inhibitor of deoxythymidine triphosphate (dTTP) de novo synthesis pathway is not particularly limited as long as it is a compound that can inhibit dTTP production by inhibiting the de novo synthesis pathway. For example, it is involved in the de novo synthesis pathway. Mention may be made of enzyme inhibitors. Specifically, 5-fluorouracil and derivatives thereof can be preferably exemplified. More specifically, 5-fluoro-2′-deoxyuridine (5FdU) can be exemplified. The concentration of 5-fluorouracil and its derivative may be any concentration that can inhibit the de novo synthesis pathway of dTTP, and can be determined by simple repeated experiments. For example, 5FdU is used at a concentration of 10 μg / mL-50 μg / mL, more preferably 20 μg / mL. The incubation time between the dTTP de novo synthesis pathway inhibitor and the cells is not particularly limited, and can be determined by simple repeated experiments. In selection using an inhibitor of the de novo synthesis pathway of dTTP, it takes time to proliferate viable cells, and therefore, time corresponding to the growth rate of the cells to be used is required. For example, when selection is performed using a TK-deficient E. coli strain in the presence of 5FdU, the incubation is performed for 6 hours to 20 hours, preferably 20 hours.

本発明において、チミジンキナーゼをコードする遺伝子は、1つの遺伝子でONセレクタ/OFFセレクタの両方の機能を担うデュアルセレクタとして使用できる。すなわち、チミジンキナーゼをコードする遺伝子を使用して、ON選択およびOFF選択の両方の選択を実施することができる。本発明では、ON選択およびOFF選択のどちらも、遺伝子スイッチや遺伝子回路の選択において極めて高い選択効率を示す。ON選択およびOFF選択は、それぞれ単独で実施することができる。また、ON選択およびOFF選択を組み合わせて実施することもできる。すなわち、OFF選択により選択された遺伝子スイッチおよび遺伝子回路について、さらにON選択を実施することができる。また、その逆に、ON選択により選択された遺伝子スイッチおよび遺伝子回路について、さらにOFF選択を実施することができる。遺伝子スイッチにおける「正しく機能する」とは、そのプロモータ機能が、ONであるべきときにON、それ以外のときにOFFであることをいう。つまり、望む機能をもつ遺伝子スイッチの取得には、ON選択およびOFF選択の2つの操作を連続して行うことが好ましい。   In the present invention, a gene encoding thymidine kinase can be used as a dual selector that functions as both an ON selector and an OFF selector with a single gene. That is, a gene encoding thymidine kinase can be used to perform both ON selection and OFF selection. In the present invention, both ON selection and OFF selection show extremely high selection efficiency in selection of gene switches and gene circuits. ON selection and OFF selection can be performed independently. Moreover, ON selection and OFF selection can also be implemented in combination. That is, ON selection can be further performed for the gene switch and the gene circuit selected by OFF selection. Conversely, OFF selection can be further performed on the gene switch and gene circuit selected by ON selection. “Properly functioning” in a gene switch means that the promoter function is ON when it should be ON, and OFF otherwise. That is, in order to obtain a gene switch having a desired function, it is preferable to perform two operations of ON selection and OFF selection in succession.

本発明の一態様はまた、下記工程(1)から(3)を含む遺伝子スイッチおよび遺伝子回路の選択方法に関する:
(1)下記配列(a)および(b)を少なくとも保持する発現ベクター:
(a)チミジンキナーゼをコードする遺伝子配列、
(b)前記(a)の配列の上流に該配列に作動可能に連結されたプロモータ配列、
並びに、
下記配列(c)から(f)を少なくとも保持する発現ベクター:
(c)前記プロモータ配列とは異なるプロモータ配列であってその下流の遺伝子スイッチ発現配列に作動可能に連結されたプロモータ配列
(d)前記遺伝子スイッチ発現配列、
(e)前記遺伝子スイッチ発現配列によりコードされる遺伝子スイッチの標的配列、
(f)前記標的配列が作動可能に連結された遺伝子であって前記(a)のプロモータ配列に作動する転写調節因子をコードする遺伝子配列、
を、チミジンキナーゼ欠損細胞に導入する工程、
(2)前記(f)の転写調節因子をコードする遺伝子配列が転写抑制因子である場合には、遺伝子スイッチを活性化する物質の存在下で、上記細胞に変異原性ヌクレオシドを添加してインキュベーションする工程、または、前記(f)の転写調節因子をコードする遺伝子配列が転写活性化因子である場合には、遺伝子スイッチを活性化する物質の非存在下で上記細胞に変異原性ヌクレオシドを添加して該細胞をインキュベーションする工程、および
(3)生細胞を回収する工程。
One aspect of the present invention also relates to a gene switch and a method for selecting a genetic circuit including the following steps (1) to (3):
(1) An expression vector having at least the following sequences (a) and (b):
(a) a gene sequence encoding thymidine kinase,
(b) a promoter sequence operably linked to the sequence upstream of the sequence of (a),
And
An expression vector having at least the following sequences (c) to (f):
(c) a promoter sequence different from the promoter sequence and operably linked to a downstream gene switch expression sequence
(d) the gene switch expression sequence,
(e) a target sequence of a gene switch encoded by the gene switch expression sequence,
(f) a gene sequence in which the target sequence is operably linked and encodes a transcriptional regulatory factor that operates on the promoter sequence of (a),
A step for introducing thymidine kinase deficient cells,
(2) When the gene sequence encoding the transcriptional regulatory factor of (f) is a transcriptional repressing factor, the cells are incubated with a mutagenic nucleoside in the presence of a substance that activates the gene switch. Or a mutagenic nucleoside is added to the cell in the absence of a substance that activates the gene switch when the gene sequence encoding the transcriptional regulatory factor of (f) is a transcriptional activator. Incubating the cells; and
(3) A step of collecting live cells.

本発明の一態様はまた、上記工程(1)から(3)に続いて、下記工程(4)および(5)をさらに含む遺伝子スイッチおよび遺伝子回路の選択方法であり得る:
(4)回収した生細胞を、前記(f)の転写調節因子をコードする遺伝子配列が転写抑制因子である場合には遺伝子スイッチを活性化する物質の非存在下でデオキシチミジン三リン酸(dTTP)のデノボ(de novo)合成経路の阻害剤を添加してインキュベーションする工程、または、前記(f)の転写調節因子をコードする遺伝子配列が転写活性化因子である場合には遺伝子スイッチを活性化する物質の存在下で該阻害剤を添加してインキュベーションする工程、および
(5)生細胞を回収する工程。
One embodiment of the present invention can also be a method for selecting a gene switch and a genetic circuit further comprising the following steps (4) and (5) following the steps (1) to (3):
(4) The collected live cells are treated with deoxythymidine triphosphate (dTTP) in the absence of a substance that activates the gene switch when the gene sequence encoding the transcriptional regulatory factor of (f) is a transcriptional repressor. ) Incubating with an inhibitor of the de novo synthesis pathway, or activating the gene switch if the gene sequence encoding the transcriptional regulator in (f) is a transcriptional activator Adding the inhibitor in the presence of a substance to be incubated and, and
(5) A step of collecting live cells.

本発明の一態様はまた、下記工程(6)から(8)を含む遺伝子スイッチおよび遺伝子回路の選択方法に関する:
(6)下記配列(a)および(b)を少なくとも保持する発現ベクター:
(a)チミジンキナーゼをコードする遺伝子配列、
(b)前記(a)の配列の上流に該配列に作動可能に連結されたプロモータ配列、
並びに、
下記配列(c)から(f)を少なくとも保持する発現ベクター:
(c)前記プロモータ配列とは異なるプロモータ配列であってその下流の遺伝子スイッチ発現配列に作動可能に連結されたプロモータ配列
(d)前記遺伝子スイッチ発現配列、
(e)前記遺伝子スイッチ発現配列によりコードされる遺伝子スイッチの標的標的配列、
(f)前記標的配列が作動可能に連結された遺伝子であって前記(a)のプロモータ配列に作動する転写調節因子をコードする遺伝子配列、
を、チミジンキナーゼ欠損細胞に導入する工程、
(7)前記(f)の転写調節因子をコードする遺伝子配列が転写抑制因子である場合には、遺伝子スイッチを活性化する物質の非存在下で、上記細胞にデオキシチミジン三リン酸(dTTP)のデノボ(de novo)合成経路の阻害剤を添加してインキュベーションする工程、または、前記(f)の転写調節因子をコードする遺伝子配列が転写活性化因子である場合には、遺伝子スイッチを活性化する物質の存在下で上記細胞に該阻害剤を添加して該細胞をインキュベーションする工程、および
(8)生細胞を回収する工程。
One aspect of the present invention also relates to a genetic switch and a method for selecting a genetic circuit, which include the following steps (6) to (8):
(6) An expression vector having at least the following sequences (a) and (b):
(a) a gene sequence encoding thymidine kinase,
(b) a promoter sequence operably linked to the sequence upstream of the sequence of (a),
And
An expression vector having at least the following sequences (c) to (f):
(c) a promoter sequence different from the promoter sequence and operably linked to a downstream gene switch expression sequence
(d) the gene switch expression sequence,
(e) a target target sequence of a gene switch encoded by the gene switch expression sequence,
(f) a gene sequence in which the target sequence is operably linked and encodes a transcriptional regulatory factor that operates on the promoter sequence of (a),
A step for introducing thymidine kinase deficient cells,
(7) When the gene sequence encoding the transcriptional regulatory factor of (f) is a transcriptional repressor, deoxythymidine triphosphate (dTTP) is added to the cell in the absence of a substance that activates the gene switch. Incubating with an inhibitor of the de novo synthesis pathway of (2), or activating the gene switch if the gene sequence encoding the transcriptional regulator of (f) is a transcriptional activator Adding the inhibitor to the cell in the presence of a substance to incubate the cell, and
(8) A step of collecting live cells.

本発明の一態様はまた、上記工程(6)から(8)に続いて、下記工程(9)および(10)をさらに含む遺伝子スイッチおよび遺伝子回路の選択方法であり得る:
(9)回収した生細胞を、前記(f)の転写調節因子をコードする遺伝子配列が転写抑制因子である場合には遺伝子スイッチを活性化する物質の存在下で変異原性ヌクレオシドを添加してインキュベーションする工程、または、前記(f)の転写調節因子をコードする遺伝子配列が転写活性化因子である場合には遺伝子スイッチを活性化する物質の非存在下で変異原性ヌクレオシドを添加してインキュベーションする工程、および
(10)生細胞を回収する工程。
One embodiment of the present invention can also be a method for selecting a gene switch and a genetic circuit further comprising the following steps (9) and (10) following the steps (6) to (8):
(9) When the gene sequence encoding the transcriptional regulatory factor of (f) is a transcriptional repressing factor, the recovered live cells are added with a mutagenic nucleoside in the presence of a substance that activates the gene switch. Incubating step, or if the gene sequence encoding the transcriptional regulatory factor of (f) is a transcriptional activator, adding a mutagenic nucleoside in the absence of a substance that activates the gene switch And the process of
(10) A step of collecting live cells.

本発明のより具体的な一態様は、下記配列(a)および(b)を少なくとも保持する発現ベクター:
(a)ヒトヘルペスウイルス由来チミジンキナーゼをコードする遺伝子配列、
(b)前記(a)の配列の上流に該配列に作動可能に連結されたプロモータ配列であってリプレッサータンパク質CIの作用を受けるプロモータ、
並びに、
下記配列(c)から(f)を少なくとも保持する発現ベクター:
(c)前記プロモータ配列とは異なるプロモータ配列であってその下流の遺伝子スイッチ発現配列に作動可能に連結されたプロモータ配列
(d)前記遺伝子スイッチ発現配列、
(e)前記遺伝子スイッチ発現配列によりコードされる遺伝子スイッチの標的配列、
(f)前記標的配列が作動可能に連結された遺伝子であって前記(a)のプロモータ配列に作動するCIタンパク質をコードする遺伝子配列、
を導入したチミジンキナーゼ欠損大腸菌株を使用し、AHLの存在下でdPを添加して該大腸菌株を5分間から60分間インキュベーションした後に生細胞を回収することを含む遺伝子スイッチおよび遺伝子回路の選択方法に関する。
A more specific embodiment of the present invention is an expression vector having at least the following sequences (a) and (b):
(a) a gene sequence encoding human herpesvirus-derived thymidine kinase,
(b) a promoter sequence operably linked to the sequence upstream of the sequence of (a), which is subjected to the action of the repressor protein CI,
And
An expression vector having at least the following sequences (c) to (f):
(c) a promoter sequence different from the promoter sequence and operably linked to a downstream gene switch expression sequence
(d) the gene switch expression sequence,
(e) a target sequence of a gene switch encoded by the gene switch expression sequence,
(f) a gene sequence in which the target sequence is operably linked and encodes a CI protein that operates on the promoter sequence of (a),
Using the thymidine kinase-deficient E. coli strain obtained by introducing a method of selecting gene switch and genetic circuits comprising recovering viable cells after incubation for 60 min the E. coli strain from 5 minutes with the addition of dP in the presence of AHL About.

本発明の具体的な一態様はまた、下記配列(a)および(b)を少なくとも保持する発現ベクター:
(a)ヒトヘルペスウイルス由来チミジンキナーゼをコードする遺伝子配列、
(b)前記(a)の配列の上流に該配列に作動可能に連結されたプロモータ配列であってリプレッサータンパク質CIの作用を受けるプロモータ、
並びに、
下記配列(c)から(f)を少なくとも保持する発現ベクター:
(c)前記プロモータ配列とは異なるプロモータ配列であってその下流の遺伝子スイッチ発現配列に作動可能に連結されたプロモータ配列
(d)前記遺伝子スイッチ発現配列、
(e)前記遺伝子スイッチ発現配列によりコードされる遺伝子スイッチの標的配列、
(f)前記標的配列が作動可能に連結された遺伝子であって前記(a)のプロモータ配列に作動するCIタンパク質をコードする遺伝子配列、
を導入したチミジンキナーゼ欠損大腸菌株を使用し、AHLの非存在下で5FdUを添加して該大腸菌株を12時間から20時間インキュベーションした後に生細胞を回収することを含む遺伝子スイッチおよび遺伝子回路の選択方法に関する。
A specific embodiment of the present invention also provides an expression vector having at least the following sequences (a) and (b):
(a) a gene sequence encoding human herpesvirus-derived thymidine kinase,
(b) a promoter sequence operably linked to the sequence upstream of the sequence of (a), which is subjected to the action of the repressor protein CI,
And
An expression vector having at least the following sequences (c) to (f):
(c) a promoter sequence different from the promoter sequence and operably linked to a downstream gene switch expression sequence
(d) the gene switch expression sequence,
(e) a target sequence of a gene switch encoded by the gene switch expression sequence,
(f) a gene sequence in which the target sequence is operably linked and encodes a CI protein that operates on the promoter sequence of (a),
Using the thymidine kinase-deficient E. coli strain obtained by introducing, in selection of the gene switch and gene circuit comprising recovering viable cells after 20 hours of incubation the E. coli strain 12 hours with the addition of 5FdU in the absence of AHL Regarding the method.

本発明の別の具体的な一態様は、下記配列(a)および(b)を少なくとも保持する発現ベクター:
(a)ヒトヘルペスウイルス由来チミジンキナーゼをコードする遺伝子配列、
(b)前記(a)の配列の上流に該配列に作動可能に連結されたプロモータ配列であってリプレッサータンパク質CIの作用を受けるプロモータ、
並びに、
下記配列(c)から(f)を少なくとも保持する発現ベクター:
(c)前記プロモータ配列とは異なるプロモータ配列であってその下流の遺伝子スイッチ発現配列に作動可能に連結されたプロモータ配列
(d)前記遺伝子スイッチ発現配列、
(e)前記遺伝子スイッチ発現配列によりコードされる遺伝子スイッチの標的配列、
(f)前記標的配列が作動可能に連結された遺伝子であって前記(a)のプロモータ配列に作動するCIタンパク質をコードする遺伝子配列、
を導入したチミジンキナーゼ欠損大腸菌株を使用し、AHLの存在下でdPを添加して該大腸菌株を5分間から60分間インキュベーションした後に生細胞を回収し、次いで、AHLの非存在下で5FdUを添加して該大腸菌株を12時間から20時間インキュベーションした後に生細胞を回収することを含む遺伝子スイッチおよび遺伝子回路の選択方法に関する。
Another specific embodiment of the present invention is an expression vector having at least the following sequences (a) and (b):
(a) a gene sequence encoding human herpesvirus-derived thymidine kinase,
(b) a promoter sequence operably linked to the sequence upstream of the sequence of (a), which is subjected to the action of the repressor protein CI,
And
An expression vector having at least the following sequences (c) to (f):
(c) a promoter sequence different from the promoter sequence and operably linked to a downstream gene switch expression sequence
(d) the gene switch expression sequence,
(e) a target sequence of a gene switch encoded by the gene switch expression sequence,
(f) a gene sequence in which the target sequence is operably linked and encodes a CI protein that operates on the promoter sequence of (a),
A thymidine kinase-deficient E. coli strain into which A was introduced, dP was added in the presence of AHL, the E. coli strain was incubated for 5 to 60 minutes, and then the viable cells were recovered, and then 5FdU was removed in the absence of AHL. The present invention relates to a method for selecting a gene switch and a gene circuit, which comprises recovering viable cells after addition and incubation of the E. coli strain for 12 to 20 hours.

本発明のまた別の具体的な一態様は、下記配列(a)および(b)を少なくとも保持する発現ベクター:
(a)ヒトヘルペスウイルス由来チミジンキナーゼをコードする遺伝子配列、
(b)前記(a)の配列の上流に該配列に作動可能に連結されたプロモータ配列であってリプレッサータンパク質CIの作用を受けるプロモータ、
並びに、
下記配列(c)から(f)を少なくとも保持する発現ベクター:
(c)前記プロモータ配列とは異なるプロモータ配列であってその下流の遺伝子スイッチ発現配列に作動可能に連結されたプロモータ配列
(d)前記遺伝子スイッチ発現配列、
(e)前記遺伝子スイッチ発現配列によりコードされる遺伝子スイッチの標的配列、
(f)前記標的配列が作動可能に連結された遺伝子であって前記(a)のプロモータ配列に作動するCIタンパク質をコードする遺伝子配列、
を導入したチミジンキナーゼ欠損大腸菌株を使用し、AHLの非存在下で5FdUを添加して該大腸菌株を12時間から20時間インキュベーションした後に生細胞を回収し、次いで、AHLの存在下でdPを添加して該大腸菌株を5分間から60分間インキュベーションした後に生細胞を回収することを含む遺伝子スイッチおよび遺伝子回路の選択方法に関する。
Another specific embodiment of the present invention is an expression vector having at least the following sequences (a) and (b):
(a) a gene sequence encoding human herpesvirus-derived thymidine kinase,
(b) a promoter sequence operably linked to the sequence upstream of the sequence of (a), which is subjected to the action of the repressor protein CI,
And
An expression vector having at least the following sequences (c) to (f):
(c) a promoter sequence different from the promoter sequence and operably linked to a downstream gene switch expression sequence
(d) the gene switch expression sequence,
(e) a target sequence of a gene switch encoded by the gene switch expression sequence,
(f) a gene sequence in which the target sequence is operably linked and encodes a CI protein that operates on the promoter sequence of (a),
Using a thymidine kinase-deficient E. coli strain into which 5HdU was added in the absence of AHL and incubating the E. coli strain for 12 to 20 hours, the viable cells were recovered, and then dP was added in the presence of AHL. The present invention relates to a method for selecting a gene switch and a gene circuit, which comprises recovering viable cells after adding and incubating the E. coli strain for 5 to 60 minutes.

本発明に係る遺伝子スイッチおよび遺伝子回路の選択方法において、ON選択およびOFF選択を様々な濃度の遺伝子スイッチ活性化物質の存在下で実施することにより、遺伝子スイッチ活性化物質に対して異なる応答閾値(感度)を有する遺伝子スイッチおよび該遺伝子スイッチを有する遺伝子回路の選択を行うことができる。例えば、ON選択を適当な濃度の遺伝子スイッチ活性化物質の存在下および非存在下で実施し、次いで、該濃度の10倍あるいは1/10の濃度の遺伝子スイッチ活性化物質の存在下でOFF選択を実施することにより、遺伝子スイッチ活性化物質に対して異なる応答閾値を有する遺伝子スイッチおよび該遺伝子スイッチを有する遺伝子回路の選択を行うことができる。または、OFF選択を適当な濃度の遺伝子スイッチ活性化物質の存在下で実施し、次いで、該濃度の10倍あるいは1/10の濃度の遺伝子スイッチ活性化物質の存在下および非存在下でON選択を実施することにより、遺伝子スイッチ活性化物質に対して異なる応答閾値を有する遺伝子スイッチおよび該遺伝子スイッチを有する遺伝子回路の選択を行うことができる。   In the method for selecting a gene switch and a genetic circuit according to the present invention, by performing ON selection and OFF selection in the presence of various concentrations of a gene switch activator, different response thresholds for the gene switch activator ( A gene switch having sensitivity) and a gene circuit having the gene switch can be selected. For example, ON selection is performed in the presence and absence of an appropriate concentration of a gene switch activator, and then OFF selection is performed in the presence of a gene switch activator at a concentration 10 or 1/10 of the concentration. By carrying out the above, it is possible to select a gene switch having a different response threshold for a gene switch activator and a gene circuit having the gene switch. Alternatively, OFF selection is performed in the presence of an appropriate concentration of the gene switch activator, and then ON selection is performed in the presence and absence of the gene switch activator at a concentration 10 times or 1/10 of the concentration. By carrying out the above, it is possible to select a gene switch having a different response threshold for a gene switch activator and a gene circuit having the gene switch.

すなわち、本発明のさらに別の一態様は、下記配列(a)および(b)を少なくとも保持する発現ベクター:
(a)ヒトヘルペスウイルス由来チミジンキナーゼをコードする遺伝子配列、
(b)前記(a)の配列の上流に該配列に作動可能に連結されたプロモータ配列であってリプレッサータンパク質CIの作用を受けるプロモータ、
並びに、
下記配列(c)から(f)を少なくとも保持する発現ベクター:
(c)前記プロモータ配列とは異なるプロモータ配列であってその下流の遺伝子スイッチ発現配列に作動可能に連結されたプロモータ配列
(d)前記遺伝子スイッチ発現配列、
(e)前記遺伝子スイッチ発現配列によりコードされる遺伝子スイッチの標的配列、
(f)前記標的配列が作動可能に連結された遺伝子であって前記(a)のプロモータ配列に作動するCIタンパク質をコードする遺伝子配列、
を導入したチミジンキナーゼ欠損大腸菌株を使用し、異なる濃度のAHLの存在下およびAHLの非存在下で5FdUを添加して該大腸菌株を12時間から20時間インキュベーションした後に生細胞を回収し、次いで、前記濃度の1/10濃度のAHLの存在下でdPを添加して該大腸菌株を5分間から60分間インキュベーションした後に生細胞を回収することにより、AHLに対する感度の異なる遺伝子スイッチおよび遺伝子回路を取得することを特徴とする、遺伝子スイッチおよび遺伝子回路の選択方法に関する。
That is, another embodiment of the present invention provides an expression vector having at least the following sequences (a) and (b):
(a) a gene sequence encoding human herpesvirus-derived thymidine kinase,
(b) a promoter sequence operably linked to the sequence upstream of the sequence of (a), which is subjected to the action of the repressor protein CI,
And
An expression vector having at least the following sequences (c) to (f):
(c) a promoter sequence different from the promoter sequence and operably linked to a downstream gene switch expression sequence
(d) the gene switch expression sequence,
(e) a target sequence of a gene switch encoded by the gene switch expression sequence,
(f) a gene sequence in which the target sequence is operably linked and encodes a CI protein that operates on the promoter sequence of (a),
A thymidine kinase-deficient E. coli strain into which 5 is introduced and 5FdU was added in the presence and absence of different concentrations of AHL and the E. coli strain was incubated for 12 to 20 hours, and then viable cells were recovered, By adding dP in the presence of 1/10 concentration of AHL and incubating the E. coli strain for 5 to 60 minutes, and recovering living cells, gene switches and genetic circuits with different sensitivity to AHL can be obtained. The present invention relates to a method for selecting a gene switch and a gene circuit, characterized by acquiring the gene switch.

実際に、LuxR変異体ライブラリを遺伝子スイッチを選択する対象として使用し、該ライブラリを導入したTK欠損大腸菌株を様々な濃度のAHLの存在下またはAHLの非存在下で5FdUを添加しインキュベーションした後に生細胞を回収し、続いて、該濃度とは異なる濃度のAHLの存在下でdPを添加しインキュベーションして生細胞を回収したところ、AHLに対する感度の異なるLuxR変異体が得られた(実施例8参照)。   In fact, the LuxR mutant library was used as a target for selecting a gene switch, and the TK-deficient E. coli strain into which the library was introduced was incubated with 5FdU in the presence or absence of various concentrations of AHL. Living cells were collected, and subsequently dP was added and incubated in the presence of AHL at a concentration different from that concentration, and living cells were collected.LuxR mutants with different sensitivity to AHL were obtained (Examples). 8).

また、発明に係る遺伝子スイッチおよび遺伝子回路の選択方法において、ON選択およびOFF選択を様々な種類の遺伝子スイッチ活性化物質の存在下で実施することにより、遺伝子スイッチ活性化物質に対して異なる特異性を有する遺伝子スイッチおよび該遺伝子スイッチを有する遺伝子回路の選択を行うことができる。例えば、ある種類のAHLの存在下および非存在下でON選択を実施し、次いで、該AHLとは別の種類のAHLの存在下でOFF選択を実施することにより、遺伝子スイッチ活性化物質に対して異なる特異性を有する遺伝子スイッチおよび該遺伝子スイッチを有する遺伝子回路の選択を行うことができる。または、ある種類のAHLの存在下でOFF選択を実施し、次いで、該AHLとは別の種類のAHLの存在下および非存在下でON選択を実施することにより、遺伝子スイッチ活性化物質に対して異なる特異性を有する遺伝子スイッチおよび該遺伝子スイッチを有する遺伝子回路の選択を行うことができる。AHLとして、N-(3-オキソ-ヘキサノイル)-L-ホモセリン ラクトン(N-(3-oxo-hexanoyl)-L-homoserine lactone、3OC6と略称する)、N-(3-オキソ-オクタノイル)-L-ホモセリン ラクトン(N-(3-oxo-octanoyl)-L-homoserine lactone、3OC8と略称する)、N-(3-オキソ-デカノイル)-L-ホモセリン ラクトン(N-(3-oxo-decanoyl)-L-homoserine lactone、3OC10と略称する)、N-(3-オキソ-ドデカノイル)-L-ホモセリン ラクトン(N-(3-oxo-dodecanoyl)-L-homoserine lactone、3OC12と略称する)、N-ヘキサノイル-ホモセリン ラクトン(N-hexanoyl-homoserine lactone、C6と略称する)、およびN-オクタノイル-ホモセリン ラクトン(N-octanoyl-homoserine lactone、C8と略称する)を例示できる。   Further, in the method for selecting a gene switch and a gene circuit according to the invention, by performing ON selection and OFF selection in the presence of various types of gene switch activators, different specificities for the gene switch activator And a genetic circuit having the gene switch can be selected. For example, by performing ON selection in the presence and absence of one type of AHL, and then performing OFF selection in the presence of another type of AHL, the gene switch activator Gene switches having different specificities and gene circuits having the gene switches can be selected. Alternatively, by performing OFF selection in the presence of one type of AHL, and then performing ON selection in the presence and absence of another type of AHL, the gene switch activator Gene switches having different specificities and gene circuits having the gene switches can be selected. As AHL, N- (3-oxo-hexanoyl) -L-homoserine lactone (N- (3-oxo-hexanoyl) -L-homoserine lactone, abbreviated as 3OC6), N- (3-oxo-octanoyl) -L -Homoserine lactone (N- (3-oxo-octanoyl) -L-homoserine lactone, abbreviated as 3OC8), N- (3-oxo-decanoyl) -L-homoserine lactone (N- (3-oxo-decanoyl)- L-homoserine lactone (abbreviated as 3OC10), N- (3-oxo-dodecanoyl) -L-homoserine lactone (abbreviated as N- (3-oxo-dodecanoyl) -L-homoserine lactone, 3OC12), N-hexanoyl Examples thereof include homoserine lactone (abbreviated as N-hexanoyl-homoserine lactone, C6) and N-octanoyl-homoserine lactone (abbreviated as C8).

すなわち、本発明のさらにまた別の一態様は、下記配列(a)および(b)を少なくとも保持する発現ベクター:
(a)ヒトヘルペスウイルス由来チミジンキナーゼをコードする遺伝子配列、
(b)前記(a)の配列の上流に該配列に作動可能に連結されたプロモータ配列であってリプレッサータンパク質CIの作用を受けるプロモータ、
並びに、
下記配列(c)から(f)を少なくとも保持する発現ベクター:
(c)前記プロモータ配列とは異なるプロモータ配列であってその下流の遺伝子スイッチ発現配列に作動可能に連結されたプロモータ配列
(d)前記遺伝子スイッチ発現配列、
(e)前記遺伝子スイッチ発現配列によりコードされる遺伝子スイッチの標的配列、
(f)前記標的配列が作動可能に連結された遺伝子であって前記(a)のプロモータ配列に作動するCIタンパク質をコードする遺伝子配列、
を導入したチミジンキナーゼ欠損大腸菌株を使用し、異なる種類のAHLの存在下およびAHLの非存在下で5FdUを添加して該大腸菌株を12時間から20時間インキュベーションした後に生細胞を回収し、次いで、前記種類とは異なるAHLの存在下でdPを添加して該大腸菌株を5分間から60分間インキュベーションした後に生細胞を回収することにより、AHL特異性の異なる遺伝子スイッチおよび遺伝子回路を取得することを特徴とする、遺伝子スイッチおよび遺伝子回路の選択方法に関する。
That is, still another embodiment of the present invention provides an expression vector having at least the following sequences (a) and (b):
(a) a gene sequence encoding human herpesvirus-derived thymidine kinase,
(b) a promoter sequence operably linked to the sequence upstream of the sequence of (a), which is subjected to the action of the repressor protein CI,
And
An expression vector having at least the following sequences (c) to (f):
(c) a promoter sequence different from the promoter sequence and operably linked to a downstream gene switch expression sequence
(d) the gene switch expression sequence,
(e) a target sequence of a gene switch encoded by the gene switch expression sequence,
(f) a gene sequence in which the target sequence is operably linked and encodes a CI protein that operates on the promoter sequence of (a),
Using a thymidine kinase-deficient E. coli strain into which 5HdU was added in the presence and absence of different types of AHL and the E. coli strain was incubated for 12 to 20 hours, and then the live cells were recovered. To obtain a gene switch and a genetic circuit with different AHL specificity by adding dP in the presence of AHL different from the above type and recovering the living cells after incubation of the E. coli strain for 5 to 60 minutes And a method for selecting a gene switch and a genetic circuit.

実際に、LuxR変異体ライブラリを遺伝子スイッチ選択の対象として使用し、該ライブラリを導入したTK欠損大腸菌株を様々な種類のAHLの存在下で5FdUを添加しインキュベーションした後に生細胞を回収し、続いて、使用したAHLとは別の種類のAHLの存在下でdPを添加しインキュベーションして生細胞を回収したところ、AHLの種類に特異性を有するLuxR変異体が得られた(実施例9参照)。   Actually, the LuxR mutant library was used as a target for gene switch selection, and TK-deficient E. coli strains into which the library was introduced were incubated with 5FdU in the presence of various types of AHL, and then the living cells were recovered, followed by In addition, dP was added in the presence of another type of AHL different from the used AHL and incubated to collect viable cells, resulting in a LuxR mutant having specificity for the type of AHL (see Example 9). ).

したがって、上記AHL特異性の異なる遺伝子スイッチおよび遺伝子回路を取得することを特徴とする、遺伝子スイッチおよび遺伝子回路の選択方法は、LuxR変異体ライブラリを遺伝子スイッチ選択の対象として実施されるものであり得る。この場合、該選択方法において、遺伝子スイッチ発現配列はLuxR変異体をコードする遺伝子配列である。   Therefore, the method for selecting a gene switch and a gene circuit, characterized in that the gene switch and the gene circuit having different AHL specificities are obtained, may be implemented using the LuxR mutant library as a target for gene switch selection. . In this case, in the selection method, the gene switch expression sequence is a gene sequence encoding a LuxR mutant.

遺伝子スイッチおよび遺伝子回路の選択方法の対象となり得る遺伝子スイッチのライブラリの作製は、エラープローン ポリメラーゼ連鎖反応(Error-Prone PCR, Leung, DW, et al., A method for random mutagenesis of a defined DNA segment using a modified polymerase chain reaction. Techniques, 1, 11-5 (1989))、サチュレーション変異導入法(Miyazaki, K, et al., Exploring nonnatural evolutionary pathways by saturation mutagenesis: Rapid improvement of protein function. J. Mol. Evol., 49, 716-20 (1999).)、DNAシャッフリング(DNA shuffling, Stemmer, WPC., Rapid evolution of a protein in-vitro by DNA shuffling. Nature, 370, 389-91 (1994))など、既に確立された公知のランダム変異導入法により実施できる。   Gene-switch libraries that can be the target of gene switch and genetic circuit selection methods are constructed using Error-Prone PCR, Leung, DW, et al., A method for random mutagenesis of a defined DNA segment using a modified polymerase chain reaction. Techniques, 1, 11-5 (1989)), saturation mutation introduction method (Miyazaki, K, et al., Exploring nonnatural evolutionary pathways by saturation mutagenesis: Rapid improvement of protein function.J. Mol. Evol , 49, 716-20 (1999)), DNA shuffling (Stemmer, WPC., Rapid evolution of a protein in-vitro by DNA shuffling. Nature, 370, 389-91 (1994)) It can be carried out by an established known random mutagenesis method.

本発明はまた、チミジンキナーゼをコードする遺伝子配列とその上流に該遺伝子配列に作動可能に連結されたプロモータ配列とを少なくとも含む発現ベクターであって、上記遺伝子スイッチおよび遺伝子回路の選択方法のいずれかに使用される発現ベクターに関する。この発現ベクターは、チミジンキナーゼをコードする遺伝子配列とその上流に該遺伝子配列に作動可能に連結されたプロモータ配列に加えて、蛍光タンパク質をコードする遺伝子配列を該プロモータの下流にさらに含むものであり得る。すなわち、本発明の発現ベクターは、チミジンキナーゼをコードする遺伝子配列および蛍光タンパク質をコードする遺伝子配列、並びにこれら遺伝子配列の上流に該遺伝子配列に作動可能に連結されたプロモータ配列を少なくとも含む発現ベクターであって上記遺伝子スイッチおよび遺伝子回路の選択方法のいずれかに使用される発現ベクターであり得る。このような発現ベクターとして、λPRプロモータの下流にhsvTK遺伝子配列とGFP遺伝子配列とを配置したプラスミドベクターであって、配列表の配列番号2に記載のDNAで示されるプラスミドベクターを例示できる。また、本発明の発現ベクターは、チミジンキナーゼをコードする遺伝子配列と蛍光タンパク質をコードする遺伝子配列との融合遺伝子配列、並びにこれら遺伝子配列の上流に該融合遺伝子配列に作動可能に連結されたプロモータ配列を少なくとも含む発現ベクターであって上記遺伝子スイッチおよび遺伝子回路の選択方法のいずれかに使用される発現ベクターであり得る。このような発現ベクターとして、GFP遺伝子配列とhsvTK遺伝子配列とを融合させた融合遺伝子配列をλPRプロモータの下流に配置したプラスミドベクターであって、配列表の配列番号3に記載のDNAで示されるプラスミド配列番号3に記載の塩基配列で表されるDNAで示される発現ベクターを例示できる。   The present invention also provides an expression vector comprising at least a gene sequence encoding thymidine kinase and a promoter sequence operably linked to the gene sequence upstream of the gene sequence, and any one of the gene switch and gene circuit selection methods described above. The present invention relates to an expression vector used for. The expression vector further includes a gene sequence encoding a fluorescent protein in addition to a gene sequence encoding thymidine kinase and a promoter sequence operably linked to the gene sequence upstream of the gene sequence. obtain. That is, the expression vector of the present invention is an expression vector comprising at least a gene sequence encoding thymidine kinase and a gene sequence encoding a fluorescent protein, and a promoter sequence operably linked to the gene sequence upstream of these gene sequences. Thus, it may be an expression vector used in any of the above gene switch and gene circuit selection methods. An example of such an expression vector is a plasmid vector in which an hsvTK gene sequence and a GFP gene sequence are arranged downstream of the λPR promoter, and the plasmid vector is represented by the DNA described in SEQ ID NO: 2 in the sequence listing. Further, the expression vector of the present invention comprises a fusion gene sequence of a gene sequence encoding thymidine kinase and a gene sequence encoding a fluorescent protein, and a promoter sequence operably linked to the fusion gene sequence upstream of these gene sequences. And an expression vector used in any of the above gene switch and gene circuit selection methods. As such an expression vector, a plasmid vector in which a fusion gene sequence obtained by fusing a GFP gene sequence and an hsvTK gene sequence is arranged downstream of the λPR promoter, and a plasmid represented by the DNA shown in SEQ ID NO: 3 in the sequence listing Examples thereof include an expression vector represented by DNA represented by the nucleotide sequence set forth in SEQ ID NO: 3.

上記本発明に係る遺伝子スイッチおよび遺伝子回路の選択方法は、回路選択に求められる要素である高い選択効率を特徴とする。本発明の方法におけるOFF選択およびON選択ともに105-6の選択効率を示す。とくにOFF選択の選択効率はきわめて高い。実際、本発明の方法におけるOFF選択の条件は、細胞を100nMのdP含有培地に1時間暴露することにより、1回の操作で106個以上の細胞の中から、たった一つの正しい遺伝子回路を有する細胞を選択することができた(実施例6参照)。さらに、OFF選択は、わずかなスイッチの出力をゆるさないため、基底漏出レベルを抑えた遺伝子スイッチの開発に最適である。また、OFF選択は、ランダム変異の蓄積による細胞の情報的な死(エラーカタストロフィ)に基づく選択法であり、ある特定の生化学作用を攻撃するものではなく、細胞機能のあらゆる部位が攻撃対象となるため、耐性化(細胞側の適応)が極めておこりにくい。このため、堅牢な選択プラットフォームを提供できる。 The gene switch and gene circuit selection method according to the present invention are characterized by high selection efficiency, which is an element required for circuit selection. Both OFF selection and ON selection in the method of the present invention show a selection efficiency of 10 5-6 . In particular, the selection efficiency of OFF selection is extremely high. In fact, the condition of OFF selection in the method of the present invention, by exposing the cells for 1 hour to dP-containing medium 100 nM, from among 10 6 or more cells in a single operation, the only one correct genetic circuits Cells could be selected (see Example 6). Furthermore, OFF selection does not loosen the output of a slight switch, so it is optimal for the development of a gene switch that suppresses the basal leakage level. In addition, OFF selection is a selection method based on informational death of cells (error catastrophe) due to accumulation of random mutations, and does not attack a specific biochemical action. Therefore, resistance (adaptation on the cell side) hardly occurs. This can provide a robust selection platform.

また、本発明に係る遺伝子スイッチおよび遺伝子回路の選択方法は、回路セレクタに求められるもう一つの要素である選択操作の迅速さを特徴とする。とくにOFF選択においては、作用時間を5分程度まで短縮できる(実施例3参照)。これは、OFFセレクタの発現、すなわちOFF選択におけるチミジンキナーゼの発現が、従来の選択方法において使用されている選択指標である細胞の「生育阻害」を誘導するのではなく、不可逆的に細胞死をもたらすためであり、細胞の増殖に要する時間を必要としないためである。実際、細胞の生育速度差や生育移動能の差に基づく選択法(非特許文献6,7,10-13)は、ON選択およびOFF選択のいずれも一操作に一晩を要する。選択操作時間の短縮は、ON選択およびOFF選択を複数回繰り返す回路選択には極めて望ましい特質である。とくに、振動回路や遅延時間の短いスイッチなどの開発などを目的とする場合、本発明に係る方法のような迅速性の高い選択手法が必須である。   The gene switch and the method for selecting a gene circuit according to the present invention are characterized by a quick selection operation, which is another element required of a circuit selector. Especially when OFF is selected, the action time can be shortened to about 5 minutes (see Example 3). This is because the expression of the OFF selector, ie the expression of thymidine kinase in the OFF selection, does not induce cell “growth inhibition”, which is the selection index used in the conventional selection method, but irreversibly causes cell death. This is because the time required for cell growth is not required. Actually, according to the selection method based on the difference in cell growth rate and growth mobility (Non-Patent Documents 6, 7, and 10-13), both ON selection and OFF selection require one operation overnight. Reduction of the selection operation time is a very desirable characteristic for circuit selection in which ON selection and OFF selection are repeated a plurality of times. In particular, when the purpose is to develop a vibration circuit, a switch with a short delay time, or the like, a quick selection method such as the method according to the present invention is essential.

このように、本発明に係る遺伝子スイッチおよび遺伝子回路の選択方法は、例えば、有用タンパク質の大量生産のための遺伝子スイッチ、代謝工学ツールとしての遺伝子スイッチ、およびバイオセンサとしての遺伝子スイッチ機構の選択および開発に使用することができる。   Thus, the gene switch and gene circuit selection method according to the present invention include, for example, selection of a gene switch for mass production of useful proteins, a gene switch as a metabolic engineering tool, and a gene switch mechanism as a biosensor. Can be used for development.

以下、実施例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明は以下に示す実施例によって何ら限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example is shown and this invention is demonstrated more concretely, this invention is not limited at all by the Example shown below.

まず、下記実施例に使用した材料および方法について簡単に述べる。   First, materials and methods used in the following examples are briefly described.

6-(β-D-2-デオキシリボ-フラノシル)-3,4-ジヒドロ-8H-ピリミド[4,5-c][1,2]オキザジン-7-オン(dP)および5-フルオロ-2'-デオキシウリジン(5FdU)は、それぞれベリーアンドアソシエーツ(Berry & Associates (MI))社およびシグマアンドアルドリッチ(Sigma & Aldorich)社より購入した。オリゴヌクレオチドは、ファスマック株式会社(FASMAC Co., Ltd.)が合成したものを使用した。   6- (β-D-2-deoxyribo-furanosyl) -3,4-dihydro-8H-pyrimido [4,5-c] [1,2] oxazin-7-one (dP) and 5-fluoro-2 ′ -Deoxyuridine (5FdU) was purchased from Berry & Associates (MI) and Sigma & Aldorich, respectively. Oligonucleotides synthesized by FASMAC Co., Ltd. were used.

TK欠損大腸菌株JW1226はKEIOコレクション(Baba, T, et al., Construction of Escherichia coli K-12 in-frame, single-geneknockout mutants: the Keio collection. Mol Syst Biol, 2, 2006 0008 (2006))より入手した。特に記載しない限り、培養培地は、2% (w/v) LBブロスを含むLB培地(インビトロジェン社製)を使用した。細胞は、ガラス試験管内で37℃にて増殖させた。   TK-deficient E. coli strain JW1226 is from KEIO collection (Baba, T, et al., Construction of Escherichia coli K-12 in-frame, single-geneknockout mutants: the Keio collection.Mole Syst Biol, 2, 2006 0008 (2006)) obtained. Unless otherwise specified, LB medium (manufactured by Invitrogen) containing 2% (w / v) LB broth was used as the culture medium. Cells were grown at 37 ° C. in glass test tubes.

hsvTK発現ベクターpPL-hsvtkおよびGFPuv発現ベクターpPL-gfpuvの作成は、pET-hsvtk(Black, ME, et al., Creation ofdrug-specific herpes simplex virus type 1 thymidine kinase mutants for gene therapy.Proc Natl Acad Sci U S A, 93, 3525-9 (1996))、あるいはpGFPuv(クロンテック社製)からそれぞれの読み取り枠をPLプロモータの下流に融合し、pACYC184ベースのプラスミドに導入することにより実施した。   The hsvTK expression vector pPL-hsvtk and the GFPuv expression vector pPL-gfpuv were created by pET-hsvtk (Black, ME, et al., Creation of drug-specific herpes simplex virus type 1 thymidine kinase mutants for gene therapy.Proc Natl Acad Sci USA , 93, 3525-9 (1996)), or pGFPuv (Clontech) fused each reading frame downstream of the PL promoter and introduced it into a pACYC184-based plasmid.

遺伝子スイッチおよび遺伝子回路のOFF選択法を確立した。   The OFF selection method of gene switch and gene circuit was established.

まず、低濃度のdPを含有する培地における変異頻度を指標に、TK、チミジン一リン酸キナーゼ(Tmk)、ヌクレオチド二リン酸キナーゼ(Ndk)の過剰発現を行ったところ、他のヌクレオシドアナログ同様、DNAへのdP取り込みの律速はTKが触媒する最初のリン酸化反応であることを見いだした(未公開データ)。次に、由来の異なるいくつかのtk遺伝子を試したところ、hsvTKが最も高いdP取り込み効率を示した。   First, TK, thymidine monophosphate kinase (Tmk), and nucleotide diphosphate kinase (Ndk) were overexpressed using the mutation frequency in a medium containing a low concentration of dP as an index, as with other nucleoside analogs. We found that the rate limiting of dP incorporation into DNA was the first phosphorylation catalyzed by TK (unpublished data). Next, when several tk genes with different origins were tested, hsvTK showed the highest dP uptake efficiency.

TK欠損大腸菌株JW1226を用い、ヒトヘルペスウイルス由来のチミジンキナーゼ(hsvTK)をpTrc-hsvtk(図7)を導入することによって発現させ、dP濃度と細胞の生存率(生菌数)の関係を調べた。pTrc-hsvtkは、trcプロモータの下流にhsvTK遺伝子を配置したプラスミドである。   Using TK-deficient Escherichia coli strain JW1226, human herpesvirus-derived thymidine kinase (hsvTK) was expressed by introducing pTrc-hsvtk (Figure 7), and the relationship between dP concentration and cell viability (viable cell count) was investigated. It was. pTrc-hsvtk is a plasmid in which the hsvTK gene is located downstream of the trc promoter.

まず、pTrc-hsvtkを導入したJW1226株を、100μg/mLのアンピシリンを含む2mLのLB培地中で37℃にて一晩培養した。次いで、培養物を、dP(最終濃度が0-100nM)の入った1mLの新鮮なLB培地で1000倍に希釈し(106細胞/mL)、37℃にて12時間振蕩撹拌した。培養後、アンピシリン100μg/mLを含むLB-寒天(1.5%w/v)プレート上に播種した。37℃にて12時間インキュベーション後、生育したコロニの数を生菌数として計数した。 First, the JW1226 strain into which pTrc-hsvtk was introduced was cultured overnight at 37 ° C. in 2 mL of LB medium containing 100 μg / mL ampicillin. The culture was then diluted 1000-fold with 1 mL of fresh LB medium containing dP (final concentration 0-100 nM) (10 6 cells / mL) and shaken at 37 ° C. for 12 hours. After culturing, the cells were seeded on LB-agar (1.5% w / v) plates containing ampicillin 100 μg / mL. After incubation at 37 ° C for 12 hours, the number of colonies grown was counted as the number of viable bacteria.

hsvTKを発現させたTK欠損大腸菌株(hsvTK+)では、dPの濃度依存性に、その生菌数は大きく低下した(図1)。一方、hsvTKのかわりにコントロールプラスミド(pTrc99A:hsvTKの構造遺伝子を抜いたベクター)を導入したTK欠損大腸菌株(hsvTK-)では、試験した全ての選択条件下で、生存率の減少は認められなかった。   In the TK-deficient Escherichia coli strain (hsvTK +) in which hsvTK was expressed, the viable cell count was greatly reduced depending on the concentration of dP (FIG. 1). On the other hand, in the TK-deficient E. coli strain (hsvTK-) into which a control plasmid (pTrc99A: vector excluding the structural gene of hsvTK) was introduced instead of hsvTK, there was no decrease in survival rate under all selection conditions tested. It was.

このように、ごく低濃度(10-100nM)のdPをhsvTK+の培養中に加えることにより、hsvTKを発現する細胞だけを、選択的に殺すことができることが明らかになった。   Thus, it was revealed that only cells expressing hsvTK can be selectively killed by adding a very low concentration (10-100 nM) of dP during the culture of hsvTK +.

hsvTKの発現の有無によるTK欠損細胞株のdP存在下の生存率の変化を利用して、hsvtk遺伝子発現回路を制御するように設定した遺伝子スイッチや遺伝子回路の機能の選択が可能である。すなわち、遺伝子スイッチや遺伝子回路が作動せずに下流のhsvtk遺伝子が発現しないとTK欠損細胞株のdP存在下の生存率が上がる。したがって、TK欠損細胞株のdP存在下の生存率が高いものを選択することにより、hsvtk遺伝子を発現させないOFF状態の遺伝子スイッチや遺伝子回路を選択できる。   The function of the gene switch or gene circuit set to control the hsvtk gene expression circuit can be selected using the change in the survival rate of TK-deficient cell line in the presence of dP depending on the presence or absence of hsvTK expression. That is, if the downstream hsvtk gene is not expressed because the gene switch or the gene circuit is not activated, the survival rate of the TK-deficient cell line in the presence of dP increases. Therefore, by selecting a TK-deficient cell line having a high survival rate in the presence of dP, it is possible to select an OFF state gene switch or gene circuit that does not express the hsvtk gene.

こうして、OFF状態にある遺伝子スイッチ/回路のみを拾い上げる、優れた選択手法が確立できた。   Thus, an excellent selection method was established that picked up only the gene switches / circuits in the OFF state.

遺伝子スイッチおよび遺伝子回路のON選択法を確立した。   The ON selection method of gene switch and gene circuit was established.

TK欠損大腸菌株JW1226を用い、ヒトヘルペスウイルス由来のチミジンキナーゼ(hsvTK)をpTrc-hsvtk(図7)を導入することによって発現させ、5FdU濃度と細胞の生存率(生菌数)の関係を調べた。   Using TK-deficient E. coli strain JW1226, human herpesvirus-derived thymidine kinase (hsvTK) was expressed by introducing pTrc-hsvtk (Fig. 7), and the relationship between 5FdU concentration and cell viability (viable cell count) was investigated. It was.

まず、pTrc-hsvtkを導入したJW1226株をOD600が0.002(およそ106細胞/mL)になるように1mLのポジティブ選択培地で希釈し、37℃にて12時間、200rpmで回転させながら培養した。ポジティブ選択培地は、トリプトン(Tryptone)2% w/v、NaCl 0.5% w/v、dT 10μg/mL、アデノシン 1μg/mL、5FdU 0-25μg/mLを含む培地を用いた。培養後、得られた培養物の一部を採取し、アンピシリンを含むLBプレートに植菌して、生育したコロニの数を生菌数として計数した。 First, the JW1226 strain into which pTrc-hsvtk was introduced was diluted with 1 mL of positive selection medium so that OD600 was 0.002 (approximately 10 6 cells / mL), and cultured at 37 ° C. for 12 hours while rotating at 200 rpm. As the positive selection medium, a medium containing Tryptone 2% w / v, NaCl 0.5% w / v, dT 10 μg / mL, adenosine 1 μg / mL, 5FdU 0-25 μg / mL was used. After the culture, a part of the obtained culture was collected and inoculated on an LB plate containing ampicillin, and the number of grown colonies was counted as the number of viable bacteria.

hsvTKを発現させていないTK欠損大腸菌株(hsvTK-)は、5FdU濃度の上昇と共に生菌数が低下した(図2)。一方、hsvTKを発現させたTK欠損大腸菌株(hsvTK+)は、hsvTK-に比べて、その下がり方は緩やかであった。5FdU濃度が25μg/mLのとき、hsvTK+はhsvTK-よりも4.8×107倍の生存率を示した。 In the TK-deficient E. coli strain (hsvTK-) that did not express hsvTK, the viable cell count decreased as the 5FdU concentration increased (FIG. 2). On the other hand, the TK-deficient Escherichia coli strain (hsvTK +) in which hsvTK was expressed showed a gradual decline compared to hsvTK-. When the 5FdU concentration was 25 μg / mL, hsvTK + showed a survival rate 4.8 × 10 7 times that of hsvTK−.

このように、5FdU存在下のTK欠損大腸菌株の生存率は、hsvTKの発現の有無により著しく変化することが確認できた。   Thus, it was confirmed that the survival rate of the TK-deficient Escherichia coli strain in the presence of 5FdU significantly changes depending on whether hsvTK is expressed.

hsvTKの発現の有無によるTK欠損細胞株の5FdU存在下での生存率の変化を利用して、hsvtk遺伝子発現回路を制御するように設定した遺伝子スイッチや遺伝子回路の機能の選択が可能である。すなわち、遺伝子スイッチや遺伝子回路が作動して下流のhsvTKの発現が惹起されるとTK欠損細胞株の5FdU存在下での生存率が上がる。したがって、TK欠損細胞株の5FdU存在下での生存率が高いものを選択することにより、hsvTKの発現を惹起し得るON状態の遺伝子スイッチや遺伝子回路の選択が可能になる。   It is possible to select the function of the gene switch and gene circuit set to control the hsvtk gene expression circuit by using the change in the survival rate of TK-deficient cell line in the presence of 5FdU depending on the presence or absence of hsvTK expression. That is, when a gene switch or gene circuit is activated to induce downstream expression of hsvTK, the survival rate of a TK-deficient cell line in the presence of 5FdU increases. Therefore, by selecting a TK-deficient cell line that has a high survival rate in the presence of 5FdU, it is possible to select an ON-state gene switch or a genetic circuit that can induce the expression of hsvTK.

このように、hsvtk遺伝子を導入したTK欠損細胞を用いて、ON状態にある遺伝子スイッチおよび遺伝子回路のみを拾い上げる選択手法が確立できた。   Thus, the selection method which picks up only the gene switch and gene circuit which are in the ON state using TK deficient cells into which the hsvtk gene was introduced was established.

実施例1で確立したOFF選択法の迅速性を検討した。   The speed of the OFF selection method established in Example 1 was examined.

まず、pTrc-hsvtk(図7)の導入によってhsvTKを定常発現するようにしたTK欠損細胞を、ODが0.05(およそ3×107細胞/mL)になるまで37℃にて200rpmで震盪培養した。1mLずつ分取し、dPを加えて(最終濃度1μM)、37℃で培養を続けた。5、30、60分経ったところで、20μL(およそ106細胞)採取し、アンピシリンを含むLBプレートに植菌して、生育したコロニの数を生菌数として計数した。 First, TK-deficient cells in which hsvTK was constantly expressed by introduction of pTrc-hsvtk (FIG. 7) were cultured with shaking at 37 ° C. at 200 rpm until the OD reached 0.05 (approximately 3 × 10 7 cells / mL). . 1 mL each was collected, dP was added (final concentration 1 μM), and the culture was continued at 37 ° C. After 5, 30, and 60 minutes, 20 μL (approximately 10 6 cells) was collected, inoculated on an LB plate containing ampicillin, and the number of grown colonies was counted as the number of viable bacteria.

dPショックを与えたサンプルは、どの作用時間においても、生菌数はほぼゼロであった(図3)。一方、dPショックを与えないと、生菌数は増加した。このことから、OFF選択は、長くとも5分以内の操作で充分完了することが分った。   In the samples given dP shock, the viable cell count was almost zero at any action time (FIG. 3). On the other hand, when dP shock was not given, the number of viable bacteria increased. From this, it was found that the OFF selection can be completed with an operation within 5 minutes at the longest.

実施例1および2で確立した、遺伝子スイッチおよび遺伝子回路のOFF選択法およびON選択法の有効性を、遺伝子回路モデルを用いて検証した。   The effectiveness of the gene switch and gene circuit OFF selection method and ON selection method established in Examples 1 and 2 was verified using a gene circuit model.

まず、4つの遺伝子回路を作成した(図4-A)。回路Aおよび回路Bは、N-アシル-L-ホモセリンラクトン(AHL)を入力し、それをリプレッサータンパク質CIとして出力する回路である。CIは発現調節因子であり、PLプロモータの下でタンパク質発現を抑制する。したがって、この回路は、その出力状態がONであればCIタンパク質を発現し、細胞内のPLプロモータ制御下の遺伝子発現を強く抑制する。回路AはAHL受容体タンパク質LuxRをTrcプロモータによって常時発現しており、AHLの濃度に応じてLuxプロモータ下流に配置したCI遺伝子を発現する。回路Bは、AHL受容体タンパク質LuxRをTrcプロモータによって常時発現しており、AHLの濃度に応じてLuxプロモータ下流に配置したCItruc遺伝子を発現する。CItruc遺伝子は、CIタンパク質のC末端欠失体をコードする。CItrucは、標的配列への結合能が低下しており、その結果、PLプロモータの抑制能が低下している。これら回路において、LuxRとLuxプロモータは同じ方向をむいており、両者の間には、強い転写ターミネータがある。回路Cは、回路BからCIタンパク質のリボゾーム結合部位(RBS)を除いたものであり、CIタンパク質の翻訳効率は消失している。そのため回路Cは、AHL濃度に拘らずCItrucは発現しない。一方、回路Dは、回路BからLuxR下流の転写ターミネータを除去したものであり、最上流のTrcプロモータのリードスルーにより、CItruc遺伝子が定常的に発現する。このため回路Dは、AHL濃度に拘らずCItrucが常に発現している。   First, four gene circuits were created (Fig. 4-A). The circuit A and the circuit B are circuits that input N-acyl-L-homoserine lactone (AHL) and output it as a repressor protein CI. CI is an expression regulator and suppresses protein expression under the PL promoter. Therefore, this circuit expresses the CI protein if its output state is ON, and strongly suppresses the gene expression under the control of the PL promoter in the cell. In circuit A, the AHL receptor protein LuxR is always expressed by the Trc promoter, and the CI gene arranged downstream of the Lux promoter is expressed according to the concentration of AHL. In circuit B, the AHL receptor protein LuxR is always expressed by the Trc promoter, and the CItruc gene arranged downstream of the Lux promoter is expressed according to the concentration of AHL. The CItruc gene encodes a C-terminal deletion of the CI protein. CItruc has a reduced ability to bind to the target sequence, resulting in a reduced ability to suppress the PL promoter. In these circuits, LuxR and Lux promoter are oriented in the same direction, and there is a strong transcription terminator between them. The circuit C is obtained by removing the ribosome binding site (RBS) of the CI protein from the circuit B, and the translation efficiency of the CI protein is lost. Therefore, circuit C does not express CItruc regardless of the AHL concentration. On the other hand, the circuit D is obtained by removing the transcription terminator downstream of LuxR from the circuit B, and the CItruc gene is constantly expressed by the read-through of the most upstream Trc promoter. For this reason, in circuit D, CItruc is always expressed regardless of the AHL concentration.

回路Aおよび回路Bの作成は、pTrc99a誘導体にLuxR、転写ターミネータ、Luxプロモータ、およびCI遺伝子の全長若しくはCItrucをクローニングすることにより行った。回路Cの作成は、回路BからCIタンパク質のRBSを除去することにより行った。回路Dの作成は、回路Bの転写ターミネータからプロモータまでの配列を除去することにより行った。   Circuit A and circuit B were prepared by cloning LuxR, transcription terminator, Lux promoter, and full length of CI gene or CItruc into pTrc99a derivative. Circuit C was prepared by removing RBS of the CI protein from circuit B. Circuit D was created by removing the sequence from the transcription terminator of circuit B to the promoter.

回路A−Dが設計どおりに作動するか確認するため、これらの回路をスクリーニングプラスミドであるpPL-gfpuvとともに、TK欠損大腸菌株JW1226で共発現させた。PLはCIタンパク質によって抑制されるプロモータであり、CIタンパク質の発現レベルが低いとき、蛍光を出力する。つまり、回路Aあるいは回路Bと共存するとき、pPL-gfpuvはAHL入力を反転させて蛍光出力する。100μg/mLのアンピシリンを含み、且つAHL濃度の異なるLB培地で、37℃にて12時間培養した。その培養液の細胞密度(OD600=2)をそろえ、各AHL濃度の培地における蛍光値を測定した(Fluoroskan Ascent (Thermo)、励起(Excitation)フィルタ: 390nm (半値幅20nm)、蛍光(Emission)フィルタ:510nm(半値幅10nm))。   In order to confirm whether the circuits A-D work as designed, these circuits were co-expressed in the TK-deficient E. coli strain JW1226 together with the screening plasmid pPL-gfpuv. PL is a promoter that is suppressed by the CI protein, and emits fluorescence when the expression level of the CI protein is low. That is, when coexisting with circuit A or circuit B, pPL-gfpuv inverts the AHL input and outputs fluorescence. The cells were cultured at 37 ° C. for 12 hours in LB medium containing 100 μg / mL ampicillin and having different AHL concentrations. The cell density (OD600 = 2) of the culture medium was prepared, and the fluorescence value in each AHL medium was measured (Fluoroskan Ascent (Thermo), Excitation filter: 390 nm (half width 20 nm), Fluorescence (Emission) filter : 510 nm (half-width 10 nm)).

結果を図4-Bのパネル(a)に示す。回路Cを持つ細胞はAHL濃度に依存せず、常時、高い蛍光強度を示した。また、回路Dを持つ細胞は、AHL濃度に依存せず、低い(バックグラウンドレベルの)蛍光強度を常に示した。一方、回路Aと回路Bを形質転換した細胞は、AHL濃度依存性に、GFPuvの蛍光強度が低下した。これは、AHL濃度が上昇するにつれてCIタンパク質の発現量が増加し、そのCIタンパク質の作用によって、PLプロモータ下のgfpuv遺伝子の発現が抑制されたからである。しかし、そのAHLスイッチングの応答閾値は、回路Bを持つ細胞のほうが、回路Aを持つ細胞よりも高かった。   The results are shown in FIG. 4-B panel (a). Cells with circuit C did not depend on the AHL concentration and always showed high fluorescence intensity. Also, cells with circuit D always showed low (background level) fluorescence intensity, independent of AHL concentration. On the other hand, in cells transformed with circuit A and circuit B, the fluorescence intensity of GFPuv decreased depending on the AHL concentration. This is because the expression level of CI protein increased as the AHL concentration increased, and the expression of the gfpuv gene under the PL promoter was suppressed by the action of the CI protein. However, the response threshold for AHL switching was higher in cells with circuit B than in cells with circuit A.

これら4つの遺伝子回路を用いて、実施例2で確立したON選択法の検証を行った。具体的には、これら4つの回路をそれぞれ有するプラスミドを、PLプロモータ制御下におかれたhsvTK遺伝子を有するプラスミドと共に同一のTK欠損細胞に共導入し、AHL濃度の違う培地の中でON選択を行った。   Using these four gene circuits, the ON selection method established in Example 2 was verified. Specifically, the plasmids having each of these four circuits are co-introduced into the same TK-deficient cells together with the plasmid having the hsvTK gene under the control of the PL promoter, and ON selection is performed in a medium with a different AHL concentration. went.

結果を図4-Bのパネル(b)に示す。回路Aでは、AHL濃度10nM以上で急激に生存率が下がった。これはAHLと複合体を形成したLuxRによってCIタンパク質の発現が亢進し、その結果、CIタンパク質によりhsvTKの発現が効果的に抑制されたためサルベージ経路が起動しないことに起因する。図4-Bのパネル(a)とパネル(b)が相似パターンを示していることから、細胞の生存率が、hsvTKの発現の起動状態と1:1に対応していることがわかる。回路Bも回路Aと同様の結果を示したが、回路Bによる生存率はとくに高いAHL濃度域において高かった。これは、CItrucのhsvTKの発現抑制能が野生型CIタンパク質と比較して低いからである。また、回路Aおよび回路Bのいずれも、回路Cよりも100倍程度低い生存率を示した。これは、Luxプロモータが漏れやすい(leaky)こと、つまりCIタンパク質の発現が、高AHL条件下のOFF状態であっても、LuxプロモータがCIタンパク質を少量発現させること、およびそれによって、CIプロモータ下流のhsvTKが部分的な抑制を受けていることに起因する。   The results are shown in panel (b) of Fig. 4-B. In circuit A, the survival rate rapidly decreased at an AHL concentration of 10 nM or more. This is due to the fact that the expression of CI protein is enhanced by LuxR complexed with AHL, and as a result, the expression of hsvTK is effectively suppressed by CI protein and the salvage pathway is not activated. Since panel (a) and panel (b) in FIG. 4-B show similar patterns, it can be seen that the cell viability corresponds 1: 1 with the activation state of hsvTK expression. Circuit B showed similar results to circuit A, but the survival rate with circuit B was particularly high in the high AHL concentration range. This is because CItruc's ability to suppress the expression of hsvTK is lower than that of the wild-type CI protein. In addition, both the circuit A and the circuit B showed a survival rate about 100 times lower than that of the circuit C. This means that the Lux promoter is leaky, meaning that even if the expression of the CI protein is OFF under high AHL conditions, the Lux promoter will express a small amount of the CI protein, and thereby downstream of the CI promoter. This is due to the partial suppression of hsvTK.

さらに、これら4つの遺伝子回路を用いて、実施例1で確立したOFF選択法の検証を行った。具体的には、これら4つの回路をそれぞれ有するプラスミドを、PLプロモータ制御下におかれたhsvTK遺伝子を有するプラスミドと共に同一のTK欠損細胞に共導入し、AHL濃度の違う培地の中でOFF選択を行った。   Furthermore, the OFF selection method established in Example 1 was verified using these four gene circuits. Specifically, the plasmids having each of these four circuits are co-introduced into the same TK-deficient cells together with the plasmid having the hsvTK gene under the control of the PL promoter, and OFF selection is performed in media with different AHL concentrations. went.

結果を図4-Bのパネル(c)に示す。回路Aおよび回路Bでは、AHL濃度依存性に生菌数は増加した。これは、AHLと複合体を形成したLuxRによってCIタンパク質の発現が亢進し、その結果、CIタンパク質によりhsvTKの発現が効果的に抑制されたため、dPの取り込みが阻害され、細胞はdP存在下でもその影響を受けずに生存したことに起因する。   The results are shown in FIG. 4-B panel (c). In circuit A and circuit B, the viable cell count increased depending on the AHL concentration. This is because LuxR complexed with AHL increased the expression of CI protein, and as a result, the CI protein effectively suppressed the expression of hsvTK. This is due to survival without being affected.

上記結果から、作成した4つの遺伝子回路が、実施例1および2で確立したOFF選択法およびON選択法において、設計どおりに作動することが明らかになった。   From the above results, it was clarified that the created four genetic circuits operate as designed in the OFF selection method and the ON selection method established in Examples 1 and 2.

遺伝子スイッチおよび遺伝子回路のOFF選択法およびON選択法を用いて、所望の遺伝子スイッチおよび遺伝子回路の選択を検討した。ON選択およびOFF選択は固形培地を用いて実施した。本検討では、ON選択に続いてOFF選択を連続して行った(デュアル選択)。デュアル選択の工程およびその結果を図5に示した。   The selection of the desired gene switch and gene circuit was examined using the OFF selection method and ON selection method of the gene switch and gene circuit. ON selection and OFF selection were performed using a solid medium. In this study, OFF selection was performed continuously after ON selection (dual selection). The dual selection process and the results are shown in FIG.

具体的には、実施例4で作成した遺伝子回路B、CおよびDを混合し、その中から、回路B、すなわち活性化物質AHLの添加によりCIタンパク質を充分量発現し、AHL非添加のときにCIタンパク質を発現しない回路を検出する検討を行った。まず、回路BとpPL-hsvtkを保持するTK欠損大腸菌株(Switch2細胞と称する)、回路CとpPL-hsvtkを保持するTK欠損大腸菌株(ON細胞と称する)、および回路DとpPL-hsvtkを保持するTK欠損大腸菌株(OFF細胞と称する)を作成し、これらをほぼ1:1:1で混合した。この細胞プールに対してON選択を行い、次いでOFF選択を行った(図5の(a))。ON選択は、AHLを含まないLB培地に混合細胞を植菌し、37℃で12時間培養した後、その培養物を10μg/mLの5FdU、10μg/mLのdT、および10μg/mLのウリジンを含んだトリプトン固体培地に植菌して37℃でさらに20時間温置することによって実施した。ON選択で生き残って形成されたコロニを、LB液体培地で回収し、1μMのAHLを含むLB培地に植菌し37℃で3時間培養した。その培養物を20μL(およそ106細胞)採取しOFF選択を行った。すなわち、100nMのdPおよび1μMのAHLを含むLB固体培地に植菌し、コロニを形成させた。その後、細胞群を回収し、プラスミドを抽出した。抽出したプラスミドをXL10 GoldにpPL-gfpuvと共形質転換し、遺伝子回路の活性をGFPuvの蛍光により評価した。形質転換体は、1μMのAHL添加および非添加の固体培地に植菌した。12時間後に2枚の固体培地上でGFPuvを発現する細胞数と発現しない細胞数を比較し選択効率を測定した。 Specifically, the gene circuits B, C and D prepared in Example 4 are mixed, and from that, a sufficient amount of CI protein is expressed by adding circuit B, that is, the activation substance AHL, and when AHL is not added We investigated the detection of a circuit that does not express CI protein. First, TK-deficient E. coli strain holding circuit B and pPL-hsvtk (referred to as Switch2 cells), TK-deficient E. coli strain holding circuit C and pPL-hsvtk (referred to as ON cells), and circuit D and pPL-hsvtk. Retained TK-deficient E. coli strains (referred to as OFF cells) were prepared and mixed approximately 1: 1: 1. The cell pool was subjected to ON selection and then OFF selection ((a) of FIG. 5). ON selection, was inoculated mixed cells on LB medium without AHL, was 12 hours at 37 ° C., the cultures of 10μg / mL 5FdU, of 10 [mu] g / mL dT, and 10 [mu] g / mL of uridine This was carried out by inoculating the contained tryptone solid medium and incubating at 37 ° C. for another 20 hours. Colonies that survived and formed by ON selection were collected in LB liquid medium, inoculated into LB medium containing 1 μM AHL, and cultured at 37 ° C. for 3 hours. 20 μL (approximately 10 6 cells) of the culture was collected and subjected to OFF selection. That is, colonies were formed by inoculating LB solid medium containing 100 nM dP and 1 μM AHL. Then, the cell group was collect | recovered and the plasmid was extracted. The extracted plasmid was co-transformed into XL10 Gold with pPL-gfpuv, and the activity of the gene circuit was evaluated by the fluorescence of GFPuv. Transformants were inoculated into solid medium with and without 1 μM AHL. After 12 hours, the selection efficiency was measured by comparing the number of cells expressing GFPuv with the number of cells not expressing on two solid media.

最初のON選択により、回路Bを保持するSwitch2細胞と回路CをもつON細胞が選択された。さらにOFF選択を行うことにより、回路CをもつON細胞はほぼ消失し、回路Bを保持するSwitch2細胞のみが回収された(図5の(c))。   The first ON selection selected Switch2 cells holding circuit B and ON cells having circuit C. By further selecting OFF, the ON cells having the circuit C almost disappeared, and only the Switch2 cells holding the circuit B were collected ((c) in FIG. 5).

遺伝子スイッチおよび遺伝子回路のOFF選択法およびON選択法を用いて、デュアル選択により所望の遺伝子スイッチおよび遺伝子回路の選択を検討した。OFF選択およびON選択は液体培地を用いて実施した(図5の(b))。デュアル選択を液体培地中で行うことは、操作時間の短縮とオートメーション化には不可欠な要件である。   The selection of the desired gene switch and gene circuit was examined by dual selection using the OFF selection method and ON selection method of the gene switch and gene circuit. OFF selection and ON selection were performed using a liquid medium ((b) of FIG. 5). Performing dual selection in liquid media is an essential requirement for reduced operating time and automation.

具体的には、実施例4で作成した遺伝子回路B、CおよびDを混合し、その中から、回路B、すなわち活性化物質AHLの添加によりCIタンパク質を充分量発現し、AHL非添加のときにCIタンパク質を発現しない回路を、その他の回路(C,D)との混合物中から濃縮/取得する検討を行った。まず、実施例5で作成したOFF細胞、ON細胞、およびSwitch2細胞を1000:1000:1あるいは10000:10000:1の割合で混合した。ON細胞、OFF細胞、およびSwitch2細胞はそれぞれ、回路C、DおよびBとpPL-hsvtkを保持する。これらの混合細胞についてOFF選択およびON選択を実施した。より具体的には、混合細胞を一晩培養した後に、100μg/mLのアンピシリンおよび30μg/mLのクロラムフェニコールを含む1mLのLB培地に希釈して、最終OD600が0.002になるように細胞密度を調製した。AHL(1μM)およびdP(100nM)の存在下で1時間インキュベーションすることによりOFF選択を実施した。次いで、OFF選択により得られた細胞を遠心処理にて回収し、1mLの0.9% w/v NaCl溶液で2回洗浄して、1mLのLB培地に再懸濁し、37℃で2時間培養した。その10μLを採取し、AHLを含まない1mLのポジティブ選択培地に加え、200rpmで回転させながら20時間培養することによりON選択を実施した。その後、細胞群を回収し、プラスミドを抽出した。抽出したプラスミドをXL10 GoldにpPL-gfpuvと共形質転換し、遺伝子回路の活性をGFPuvの蛍光により評価した。形質転換体は、1μMのAHL添加および非添加の固体培地に植菌した。12時間後に2枚の固体培地上でGFPuvを発現する細胞数と発現しない細胞数を比較し選択効率を測定した。   Specifically, the gene circuits B, C and D prepared in Example 4 are mixed, and from that, a sufficient amount of CI protein is expressed by adding circuit B, that is, the activation substance AHL, and when AHL is not added In this study, a circuit that does not express CI protein was concentrated / obtained from a mixture with other circuits (C, D). First, the OFF cells, ON cells, and Switch2 cells prepared in Example 5 were mixed at a ratio of 1000: 1000: 1 or 10000: 10000: 1. ON cells, OFF cells, and Switch2 cells retain circuits C, D, and B and pPL-hsvtk, respectively. These mixed cells were subjected to OFF selection and ON selection. More specifically, the mixed cells are cultured overnight and then diluted in 1 mL LB medium containing 100 μg / mL ampicillin and 30 μg / mL chloramphenicol to achieve a cell density such that the final OD600 is 0.002. Was prepared. OFF selection was performed by incubation for 1 hour in the presence of AHL (1 μM) and dP (100 nM). Next, the cells obtained by OFF selection were collected by centrifugation, washed twice with 1 mL of 0.9% w / v NaCl solution, resuspended in 1 mL of LB medium, and cultured at 37 ° C. for 2 hours. 10 μL was collected, added to 1 mL of positive selection medium not containing AHL, and cultured for 20 hours while rotating at 200 rpm to perform ON selection. Then, the cell group was collect | recovered and the plasmid was extracted. The extracted plasmid was co-transformed into XL10 Gold with pPL-gfpuv, and the activity of the gene circuit was evaluated by the fluorescence of GFPuv. Transformants were inoculated into solid medium with and without 1 μM AHL. After 12 hours, the selection efficiency was measured by comparing the number of cells expressing GFPuv with the number of cells not expressing on two solid media.

結果を表1に示す。OFF細胞、ON細胞、およびSwitch2細胞を1000:1000:1の割合で混合したとき、デュアル選択後前の混合細胞に含まれるSwitch2細胞の割合は、0.05%であったが、デュアル選択後には83.6%に濃縮されており、濃縮率は1.67×103倍であった。また、OFF細胞、ON細胞、およびSwitch2細胞を10000:10000:1の割合で混合したとき、デュアル選択後前の混合細胞に含まれるSwitch2細胞の割合は、0.005%であったが、デュアル選択後には82.0%に濃縮されており、濃縮率は1.64×104倍であった。 The results are shown in Table 1. When OFF cells, ON cells, and Switch2 cells were mixed at a ratio of 1000: 1000: 1, the ratio of Switch2 cells in the mixed cells before dual selection was 0.05%, but after dual selection, 83.6 The concentration rate was 1.67 × 10 3 times. In addition, when OFF cells, ON cells, and Switch2 cells were mixed at a ratio of 10000: 10000: 1, the ratio of Switch2 cells contained in the mixed cells before dual selection was 0.005%. Was concentrated to 82.0%, and the concentration rate was 1.64 × 10 4 times.

上記デュアル選択は、まずOFF選択を実施した後でON選択を実施している。選択法の順番を反対にしても、同様の選択結果が得られる(未公開データ)。   In the dual selection, the ON selection is performed after the OFF selection is first performed. Even if the order of selection is reversed, the same selection result is obtained (unpublished data).

このように、本発明に係るOFF選択およびON選択を用いることにより、多くの非機能遺伝子スイッチおよび遺伝子回路、すなわちOFF細胞およびON細胞、の中にごくわずかに含まれる機能遺伝子スイッチおよび遺伝子回路、すなわちSwitch2細胞、を高効率且つ短時間で選択でき、さらに、濃縮できることが検証された。   Thus, by using OFF selection and ON selection according to the present invention, many non-functional gene switches and gene circuits, that is, functional cell switches and gene circuits that are very slightly contained in OFF cells and ON cells, That is, it was verified that Switch2 cells can be selected with high efficiency and in a short time and can be further concentrated.

実施例1および2で確立した、遺伝子スイッチおよび遺伝子回路のOFF選択法およびON選択法を用いて、デュアル選択により、出力特性(応用閾性)の異なる遺伝子スイッチおよび遺伝子回路の分離選択を検討した。   Using the selection and OFF selection methods for gene switches and gene circuits established in Examples 1 and 2, separation selection of gene switches and gene circuits with different output characteristics (applied threshold) was studied by dual selection. .

具体的には、回路AとpPL-hsvtkを保持するTK欠損大腸菌株(Switch1細胞と称する)、回路BとpPL-hsvtkを保持するTK欠損大腸菌株(Switch2細胞)を1:1の割合で混合し、10nMのAHLを用いてOFF選択を行い、続いてAHLの非存在下で5FdUを用いてON選択を行った。それぞれの選択過程後の培養液を用いてPCRを実施し、それぞれの回路を含む細胞比を測定した。図6-Aに示すように、回路Aと回路BはPCRにより識別することができる。回路Aおよび回路Bはともに同じプライマセットによってCI構造遺伝子の一部を含む回路の一定領域がPCR増幅される。回路AはCI構造遺伝子の野生型を含み、一方、回路BはCI構造遺伝子の欠失変異型を含むため、回路Bを鋳型としたPCR産物(367bp)は、回路Aを鋳型としたPCR産物(639bp)よりもその長さが短い。そのため、両者の混合物のPCRにおいて2つの異なった長さのバンドが与えられる。そのバンド強度比から、両者の存在比が定まる。   Specifically, TK-deficient E. coli strain holding circuit A and pPL-hsvtk (referred to as Switch1 cell), TK-deficient E. coli strain holding switch B and pPL-hsvtk (Switch2 cell) are mixed at a ratio of 1: 1. Then, OFF selection was performed using 10 nM AHL, and then ON selection was performed using 5FdU in the absence of AHL. PCR was performed using the culture solution after each selection process, and the cell ratio including each circuit was measured. As shown in FIG. 6-A, circuit A and circuit B can be distinguished by PCR. In both circuit A and circuit B, a certain region of the circuit including a part of the CI structural gene is PCR amplified by the same primer set. Circuit A contains the wild type of the CI structural gene, while circuit B contains the deletion mutant of the CI structural gene, so the PCR product (367 bp) using circuit B as a template is a PCR product using circuit A as a template. Its length is shorter than (639bp). This gives two different length bands in the PCR of the mixture of both. The abundance ratio of both is determined from the band intensity ratio.

結果を図6-Bに示す。選択前の混合細胞では、Switch1細胞とSwitch2細胞のどちらのバンドもほぼ同じ強度で確認することができた(図6-Bのレーン3)。OFF選択後は、Switch1細胞のバンドがより濃くなっていた(図6-Bのレーン4)。10nMのAHLを用いる条件では、Switch1細胞の方がSwitch2細胞よりも、hsvTKの発現を厳格に抑制する(図4-Bのパネル(a))。続くON選択後はSwitch1細胞とSwitch2細胞のバンドの強度は、いずれもOFF選択後のバンドの強度と同等であった(図6-Bのレーン5)。   The results are shown in Fig. 6-B. In the mixed cells before selection, both bands of Switch1 cells and Switch2 cells could be confirmed with almost the same intensity (lane 3 in Fig. 6-B). After the OFF selection, the band of Switch1 cells was darker (lane 4 in Fig. 6-B). Under conditions using 10 nM AHL, Switch1 cells more strictly suppress hsvTK expression than Switch2 cells (FIG. 4-B panel (a)). After the subsequent ON selection, the band intensities of both the Switch1 and Switch2 cells were equivalent to the band intensity after the OFF selection (lane 5 in FIG. 6-B).

Switch1細胞とSwitch2細胞の差異は、保持する回路の違いである。Switch1細胞は、全長CIタンパク質をコードする遺伝子を含む回路Aを保持し、Switch2細胞は、CItrucをコードする遺伝子を含む回路Bを保持する。いずれの回路もAHLの濃度依存性にCIタンパク質の発現をON/OFFする遺伝子回路として作用するが、CIタンパク質の発現抑制能は、回路Aの方が回路Bよりも高いため、デュアル選択により、回路Aを保持するSwitch1細胞が効率よく濃縮された。   The difference between Switch1 cells and Switch2 cells is the difference in the circuits they hold. The Switch1 cell holds a circuit A containing a gene encoding the full-length CI protein, and the Switch2 cell holds a circuit B containing a gene encoding CItruc. Both circuits act as a genetic circuit that turns ON / OFF the expression of CI protein depending on the concentration of AHL, but the suppression of CI protein expression is higher in circuit A than in circuit B. Switch1 cells retaining circuit A were enriched efficiently.

このように、本発明に係るOFF選択およびON選択を用いることにより、所望の特性機能を有する遺伝子スイッチおよび遺伝子回路を選択することができる。   Thus, by using OFF selection and ON selection according to the present invention, a gene switch and a gene circuit having a desired characteristic function can be selected.

遺伝子スイッチ活性化物質に対して様々な応答閾値(異なる感度)を有する遺伝子スイッチおよび該遺伝子スイッチを有する遺伝子回路の選択を検討した。AHLとして、N-(3-オキソ-ヘキサノイル)-L-ホモセリン ラクトン(N-(3-oxo-hexanoyl)-L-homoserine lactone、3OC6と略称する)およびN-(3-オキソ-オクタノイル)-L-ホモセリン ラクトン(N-(3-oxo-octanoyl)-L-homoserine lactone、3OC8と略称する)を使用した。   The selection of a gene switch having various response thresholds (different sensitivities) to a gene switch activator and a gene circuit having the gene switch was examined. As AHL, N- (3-oxo-hexanoyl) -L-homoserine lactone (N- (3-oxo-hexanoyl) -L-homoserine lactone, abbreviated as 3OC6) and N- (3-oxo-octanoyl) -L -Homoserine lactone (N- (3-oxo-octanoyl) -L-homoserine lactone, abbreviated as 3OC8) was used.

まず、LuxRタンパク質(vibrio菌由来のホモセリンラクトンセンサ)にランダム変異を蓄積したライブラリを変異PCRを用いて構築した。これらのライブラリを導入したTK欠損大腸菌株JW1226を使用し、様々な濃度のAHLの存在下、実施例2で確立したON選択を行った(図8、図9)。次に、それぞれの濃度のAHLによるON選択で生存した大腸菌を、ON選択時とは異なる濃度のAHLを含む培地に播種し、実施例1で確立したOFF選択を行った(図8、図9)。生存した大腸菌からLuxR遺伝子を含むプラスミドDNAを常法に従って抽出した。得られたプラスミドDNAとpACYC由来のPlux-gfpをもつプラスミドとを大腸菌に共導入し、様々な濃度のAHL存在下における蛍光強度を測定した。   First, a library in which random mutations were accumulated in the LuxR protein (homoserine lactone sensor derived from vibrio) was constructed using mutant PCR. Using the TK-deficient E. coli strain JW1226 into which these libraries were introduced, ON selection established in Example 2 was performed in the presence of various concentrations of AHL (FIGS. 8 and 9). Next, E. coli that survived by ON selection with each concentration of AHL was seeded in a medium containing AHL at a concentration different from that at the time of ON selection, and OFF selection established in Example 1 was performed (FIGS. 8 and 9). ). Plasmid DNA containing LuxR gene was extracted from the surviving E. coli according to a conventional method. The obtained plasmid DNA and the plasmid having Plux-gfp derived from pACYC were co-introduced into E. coli, and the fluorescence intensity was measured in the presence of various concentrations of AHL.

その結果、図9に示すように、ON選択およびOFF選択時のAHL濃度を反映して、様々な応答閾値をもつLuxR変異体を取得できた。   As a result, as shown in FIG. 9, LuxR mutants having various response thresholds were obtained reflecting the AHL concentration at the time of ON selection and OFF selection.

このように、本発明に係るON選択およびOFF選択を様々な濃度の遺伝子スイッチ活性化物質の存在下で実施することにより、遺伝子スイッチ活性化物質に対して異なる感度を有する遺伝子スイッチおよび該遺伝子スイッチを有する遺伝子回路の選択を行うことができる。   Thus, by performing ON selection and OFF selection according to the present invention in the presence of various concentrations of gene switch activator, the gene switch having different sensitivity to the gene switch activator and the gene switch Can be selected.

遺伝子スイッチおよび遺伝子回路の活性化物質に対する選択性の改良を検討した。活性化物質として、様々な構造のAHLを使用した。AHLは様々なグラム陰性菌が細胞間コミュニケーションに使う分子であり、アシル基の長さが異なるもの、3位のOxo基やラクトン環周囲の構造が異なるものなど、構造の異なる様々なAHLが知られている。本実施例では、N-(3-オキソ-ヘキサノイル)-L-ホモセリン ラクトン(N-(3-oxo-hexanoyl)-L-homoserine lactone、3OC6と略称する)、N-(3-オキソ-オクタノイル)-L-ホモセリン ラクトン(N-(3-oxo-octanoyl)-L-homoserine lactone、3OC8と略称する)、N-(3-オキソ-デカノイル)-L-ホモセリン ラクトン(N-(3-oxo-decanoyl)-L-homoserine lactone、3OC10と略称する)、N-(3-オキソ-ドデカノイル)-L-ホモセリン ラクトン(N-(3-oxo-dodecanoyl)-L-homoserine lactone、3OC12と略称する)、N-ヘキサノイル-ホモセリン ラクトン(N-hexanoyl-homoserine lactone、C6と略称する)、およびN-オクタノイル-ホモセリン ラクトン(N-octanoyl-homoserine lactone、C8と略称する)を使用した(図10)。   The improvement of the selectivity of the gene switch and gene circuit for the activator was investigated. AHL of various structures was used as an activator. AHL is a molecule used by various gram-negative bacteria for cell-to-cell communication, and various AHLs with different structures such as those with different acyl group lengths and those with different structures around the Oxo group at the 3-position and the lactone ring are known. It has been. In this example, N- (3-oxo-hexanoyl) -L-homoserine lactone (N- (3-oxo-hexanoyl) -L-homoserine lactone, abbreviated as 3OC6), N- (3-oxo-octanoyl) -L-homoserine lactone (N- (3-oxo-octanoyl) -L-homoserine lactone, abbreviated as 3OC8), N- (3-oxo-decanoyl) -L-homoserine lactone (N- (3-oxo-decanoyl) ) -L-homoserine lactone, abbreviated as 3OC10), N- (3-oxo-dodecanoyl) -L-homoserine lactone (abbreviated as N- (3-oxo-dodecanoyl) -L-homoserine lactone, 3OC12), N -Hexanoyl-homoserine lactone (N-hexanoyl-homoserine lactone, abbreviated as C6) and N-octanoyl-homoserine lactone (abbreviated as C8) were used (FIG. 10).

まず、LuxR変異体ライブラリを実施例8と同様の方法で構築した。これらのライブラリを導入したTK欠損大腸菌株JW1226を使用し、様々な種類のAHLの存在下、実施例2で確立したON選択を行った(図8)。次に、それぞれの種類のAHLによるON選択で生存した大腸菌を、ON選択時とは異なる種類のAHLを含む培地に播種し、実施例1で確立したOFF選択を行った(図8)。生存した大腸菌からLuxR遺伝子を含むプラスミドDNAを常法に従って抽出した。得られたプラスミドDNAとpACYC由来のPlux-gfpをもつプラスミドとを大腸菌に共導入し、様々な濃度のAHL存在下における蛍光強度を測定した。   First, a LuxR mutant library was constructed in the same manner as in Example 8. Using the TK-deficient E. coli strain JW1226 into which these libraries were introduced, ON selection established in Example 2 was performed in the presence of various types of AHL (FIG. 8). Next, E. coli that survived the ON selection with each type of AHL was inoculated on a medium containing a different type of AHL different from the ON selection, and the OFF selection established in Example 1 was performed (FIG. 8). Plasmid DNA containing LuxR gene was extracted from the surviving E. coli according to a conventional method. The obtained plasmid DNA and the plasmid having Plux-gfp derived from pACYC were co-introduced into E. coli, and the fluorescence intensity was measured in the presence of various concentrations of AHL.

その結果、図10に示すように、ON選択およびOFF選択時のAHLの種類を反映して,様々なリガンド特異性をもつLuxR変異体が得られた。野生型LuxRタンパク質は、3OC6および3OC8のいずれに対しても100nMで高い反応性を示したが、3OC10およびC6に対する反応性は低く、3OC12およびC8に対する反応性はさらに低かった(図10のパネルa)。3OC8の存在下でのON選択および3OC6の存在下でのOFF選択により、3OC8に高い反応性を示すが他の種類のAHLには反応性が低いか反応性を示さない、すなわち3OC8に特異性を有するLuxR変異体I58Nを取得できた(図10のパネルb)。また、3OC6の存在下でのON選択および3OC8の存在下でのOFF選択により、3OC6に高い反応性を示すが他の種類のAHLには反応性が低いか反応性を示さない、すなわち3OC6に特異性を有するLuxR変異体Y62Hを取得できた(図10のパネルC)。さらに、C8の存在下でのON選択により、検討した全ての種類のAHLにほぼ同様に反応性を示すLuxR変異体C245Wを取得できた(図10のパネルd)。I58N変異はTraRというホモログタンパク質でも見出されている変異であり、Y62H変異は3位のケト基の認識に拘わる変異であるという報告がなされている。   As a result, as shown in FIG. 10, LuxR mutants having various ligand specificities were obtained reflecting the types of AHL at the time of ON selection and OFF selection. Wild-type LuxR protein showed high reactivity at 100 nM to both 3OC6 and 3OC8, but was less reactive to 3OC10 and C6, and even less reactive to 3OC12 and C8 (Figure 10 panel a). ). ON selection in the presence of 3OC8 and OFF selection in the presence of 3OC6 show high reactivity to 3OC8 but low or no reactivity to other types of AHL, i.e. specific for 3OC8 A LuxR mutant I58N having a phenotype was obtained (panel b in FIG. 10). Also, ON selection in the presence of 3OC6 and OFF selection in the presence of 3OC8 show high reactivity to 3OC6 but low or no reactivity to other types of AHL, i.e. to 3OC6. A LuxR mutant Y62H with specificity could be obtained (panel C in FIG. 10). Furthermore, by selecting ON in the presence of C8, a LuxR mutant C245W having almost the same reactivity with all types of AHL examined was obtained (panel d in FIG. 10). It has been reported that the I58N mutation is a mutation found in a homologous protein called TraR, and that the Y62H mutation is a mutation involved in the recognition of the keto group at position 3.

このように、本発明に係るON選択およびOFF選択を様々な種類の遺伝子スイッチ活性化物質の存在下で実施することにより、遺伝子スイッチ活性化物質に対して異なる特異性を有する遺伝子スイッチおよび該遺伝子スイッチを有する遺伝子回路の選択を行うことができる。   Thus, by performing ON selection and OFF selection according to the present invention in the presence of various types of gene switch activators, gene switches having different specificities for gene switch activators and the genes A genetic circuit having a switch can be selected.

遺伝子スイッチおよび遺伝子回路の選択に加えて、選択された遺伝子スイッチおよび遺伝子回路の機能の確認を実施することができるように、セレクタの改良を検討した。   In addition to selection of gene switches and gene circuits, improvement of the selectors was examined so that the functions of the selected gene switches and gene circuits could be confirmed.

Luxプロモータの下流にGFP遺伝子およびhsvTK遺伝子をタンデムに配置したプラスミドpLux-gfp-hsvTKを作製した。具体的には、GFP遺伝子およびhsvTK遺伝子をPCRにより増幅し、SOEing PCRにより繋いだ。そのPCR産物をプラスミドluxプロモータの下流にhsvTK遺伝子を配置したプラスミドplux-hsvTKのNcoI-HindIIIサイトにより挿入した。本プラスミドのプラスミドマップを図11-Aに示し、その配列を配列番号1に記載する。また、λPRプロモータ(CIP)の下流にGFP遺伝子およびhsvTK遺伝子をタンデムに配置したプラスミドpCI-gfp-hsvTKを作製した。具体的には、GFP遺伝子およびhsvTK遺伝子をPCRにより増幅し、SOEing PCRにより繋いだ。そのPCR産物をλPRプロモータの下流にhsvTK遺伝子を配置したプラスミドpCI-hsvTKのNcoI-HindIIIサイトにより挿入した。本プラスミドのプラスミドマップを図11-Bに示し、その配列を配列番号2に記載する。これらセレクタの機能を検討するために、Trcプロモータの下流にLuxR遺伝子を含むプラスミドpTrc-LuxRを作製した。pTrc-LuxRは、Trcプロモータの作用によりLuxRタンパク質を常時発現している。   A plasmid pLux-gfp-hsvTK in which the GFP gene and the hsvTK gene are arranged in tandem downstream of the Lux promoter was prepared. Specifically, the GFP gene and the hsvTK gene were amplified by PCR and connected by SOEing PCR. The PCR product was inserted through the NcoI-HindIII site of the plasmid plux-hsvTK in which the hsvTK gene was placed downstream of the plasmid lux promoter. The plasmid map of this plasmid is shown in FIG. 11-A, and its sequence is shown in SEQ ID NO: 1. In addition, a plasmid pCI-gfp-hsvTK in which the GFP gene and the hsvTK gene were arranged in tandem downstream of the λPR promoter (CIP) was prepared. Specifically, the GFP gene and the hsvTK gene were amplified by PCR and connected by SOEing PCR. The PCR product was inserted at the NcoI-HindIII site of the plasmid pCI-hsvTK in which the hsvTK gene was placed downstream of the λPR promoter. A plasmid map of this plasmid is shown in FIG. 11-B, and its sequence is shown in SEQ ID NO: 2. In order to examine the function of these selectors, a plasmid pTrc-LuxR containing the LuxR gene downstream of the Trc promoter was prepared. pTrc-LuxR constantly expresses LuxR protein by the action of the Trc promoter.

まず、pLux-gfp-hsvTKをpTrc-LuxRと共にTK欠損大腸菌株JW1226に導入し、様々な濃度のAHL存在下で蛍光を観察した。   First, pLux-gfp-hsvTK was introduced into TK-deficient E. coli strain JW1226 together with pTrc-LuxR, and fluorescence was observed in the presence of various concentrations of AHL.

その結果、AHL依存性の蛍光出力が観察された(図11-C)。このように、AHL依存性にLuxRが起動していることが観察できた。pCI-gfp-hsvTKを使用することにより、同様に、AHL依存的なCIPの起動の有無の視認が可能になる。   As a result, AHL-dependent fluorescence output was observed (FIG. 11-C). In this way, it was observed that LuxR was activated depending on AHL. Similarly, by using pCI-gfp-hsvTK, it is possible to visually check whether AHL-dependent CIP has been activated.

次いで、これらプラスミドを導入した細胞で、hsvTKのセレクタ機能、すなわちOFFセレクタ機能を担うdPキナーゼ機能およびONセレクタ機能を担うdTキナーゼ活性が保持されているか検討した。hsvTKのdPキナーゼ機能は、pLux-hsvTKおよびpLux-gfp-hsvTKを、それぞれ別々にpTrc-LuxRと共にTK欠損大腸菌株JW1226に導入し、これら形質転換細胞を2mLのLB培地で別々に培養した後、それぞれの培養液を、AHLを添加または非添加の条件下で、1μMのdPを含む1mLのLB培地に1/1000となるように植菌し、37℃で2時間培養後にプレートに播種し生菌数を測定した。また、hsvTKのdTキナーゼ機能は、pLux-hsvTKおよびpLux-gfp-hsvTKを、それぞれ別々にpTrc-LuxRと共にTK欠損大腸菌株JW1226に導入し、これら形質転換細胞を2mLのLB培地で別々に培養した後、それぞれの培養液を、AHLを添加または非添加の条件下で、1mLのTK選択培地(トリプトン 2w/v %、NaCl 0.5w/v %、チミジン 10μg/mL、アデノシン 1μg/mL、5FdU 20μg/mL)に1/1000となるように植菌し、37℃で20時間培養後にプレートに播種し生菌数を測定した。   Next, it was examined whether the cells into which these plasmids were introduced retained the hsvTK selector function, that is, the dP kinase function responsible for the OFF selector function and the dT kinase activity responsible for the ON selector function. The dP kinase function of hsvTK, pLux-hsvTK and pLux-gfp-hsvTK were separately introduced into TK-deficient E. coli strain JW1226 together with pTrc-LuxR, and these transformed cells were cultured separately in 2 mL of LB medium. Each culture solution is inoculated to 1/1000 LB medium containing 1 μM dP with or without AHL, and cultured at 37 ° C for 2 hours. The number of bacteria was measured. In addition, the dT kinase function of hsvTK is that pLux-hsvTK and pLux-gfp-hsvTK were separately introduced into TK-deficient E. coli strain JW1226 together with pTrc-LuxR, and these transformed cells were cultured separately in 2 mL of LB medium. After that, each culture solution was added with 1 mL of TK selection medium (tryptone 2 w / v%, NaCl 0.5 w / v%, thymidine 10 μg / mL, adenosine 1 μg / mL, 5FdU 20 μg, with or without AHL. / mL) was inoculated to 1/1000, cultured at 37 ° C. for 20 hours, seeded on a plate, and the viable cell count was measured.

その結果、pLux-gfp-hsvTKを導入した細胞では、AHL添加によるhsvTKの発現により、細胞の増殖能がdPの存在下で速やかに失われ(図12の左パネル)、5FdUとチミジンの存在下では逆に増加した。このように、Luxプロモータの下流にGFP遺伝子およびhsvTK遺伝子をタンデムに配置したプラスミドを使用することにより、dPの存在下でこのオペロンを発現しないものを選択すること(OFF選択)、および、5FdUとチミジンの存在下でこのオペロンを発現するものを選択すること(ON選択)ができる。   As a result, in the cells transfected with pLux-gfp-hsvTK, hsvTK expression due to the addition of AHL rapidly lost the cell proliferation ability in the presence of dP (left panel in Fig. 12), and in the presence of 5FdU and thymidine. On the contrary, it increased. Thus, by using a plasmid in which the GFP gene and the hsvTK gene are arranged in tandem downstream of the Lux promoter, selecting one that does not express this operon in the presence of dP (OFF selection), and 5FdU Those that express this operon in the presence of thymidine can be selected (ON selection).

セレクタ遺伝子に加えて蛍光タンパク質をコードする遺伝子をセレクタプラスミド内に配置することにより、セレクタ遺伝子によるON選択およびOFF選択のみならず、そのセレクタプラスミド内のプロモータの起動状態を蛍光タンパク質の発現の有無により視認することができるようになった。   By placing a gene encoding a fluorescent protein in the selector plasmid in addition to the selector gene, not only ON selection and OFF selection by the selector gene, but also the activation state of the promoter in the selector plasmid depends on the presence or absence of the expression of the fluorescent protein. It became possible to see.

ヘルペスウイルス由来チミジンキナーゼ(hsvTK)は非常に優れたdP/dTキナーゼであり、ゆえに遺伝子スイッチや遺伝子回路の強力なデュアルセレクタとして使用することができる。hsvTK以外にデュアルセレクタとして使用することができるキナーゼを探索するために、複数種類の生物由来のヌクレオシドキナーゼのセレクタとしての機能の評価を実施した。   Herpesvirus-derived thymidine kinase (hsvTK) is a very excellent dP / dT kinase and can therefore be used as a powerful dual selector for gene switches and gene circuits. In order to search for kinases that can be used as dual selectors other than hsvTK, the function of nucleoside kinases derived from multiple organisms as selectors was evaluated.

まず、複数種類の生物由来のヌクレオシドキナーゼを発現するプラスミドを作製した。具体的には、Trcプロモータの下流にヌクレオシドキナーゼをコードする遺伝子を配置した次に記載するプラスミドおよびネガティブコントロールプラスミドを常法により作製した:
(1)ヒトヘルペスウイルス由来チミジンキナーゼ遺伝子を含むプラスミド(pTrc-hsvtk)、
(2)大腸菌由来チミジンキナーゼ遺伝子を含むプラスミド(pTrc-ecotk)、
(3)ショウジョウバエ(Drospophila)由来ヌクレオシドキナーゼ(DmK)遺伝子であって、大腸菌にコドン最適化した遺伝子を含むプラスミド(pTrc-dmdnk)、
(4)hsvTKの不活性体をコードする遺伝子を含むネガティブコントロールプラスミド(pTrc-hsvtk(E83K)) 、
(5)GFP遺伝子を含むネガティブコントロールプラスミド(pTrc-gfp) 、および
(6)Trcプロモータ下に何の遺伝子も含まない空ベクター(pTrc-99a)。
First, plasmids were prepared that expressed nucleoside kinases derived from multiple types of organisms. Specifically, the plasmids described below and a negative control plasmid, in which a gene encoding nucleoside kinase was placed downstream of the Trc promoter, were prepared by a conventional method:
(1) a plasmid (pTrc-hsvtk) containing a human herpesvirus-derived thymidine kinase gene,
(2) a plasmid containing a thymidine kinase gene derived from E. coli (pTrc-ecotk),
(3) Drosophila (Drospophila) be from nucleoside kinase (Dmk) gene, a plasmid containing a gene codon-optimized E. coli (pTrc-dmdnk),
(4) a negative control plasmid (pTrc-hsvtk (E83K)) containing a gene encoding an inactive form of hsvTK,
(5) a negative control plasmid containing the GFP gene (pTrc-gfp), and
(6) An empty vector (pTrc-99a) containing no gene under the Trc promoter.

全ての遺伝子はpTrcベクターにて発現されている。LacIを載せたベクターなので、pTrcプロモータの緊縮性はLacPなどのそれに比べると高いが、それでも漏出発現がある。本実験では、IPTGなどの誘導物質を加えず、この漏出発現によって各種キナーゼを細胞内発現させ、そのキナーゼ力価を測定した。   All genes are expressed in the pTrc vector. Since it is a vector carrying LacI, the pTrc promoter has higher stringency than that of LacP, but it still has leaky expression. In this experiment, without inducer such as IPTG, various kinases were expressed intracellularly by this leakage expression, and the kinase titer was measured.

上記作製したプラスミドのOFFセレクタ機能の評価を実施した。プラスミドはそれぞれ別々に大腸菌株JW1226に導入した。形質転換体を2 mLのLB培地に植菌し、37℃で12時間培養した。それぞれの培養液1μLを、dPを0−104nMの濃度で含むLB液体培地1mLに植菌し、37℃で6時間培養した。その培養液から遠心処理により集菌し、新鮮LB培地に再懸濁した。懸濁液をLB固体培地に植菌して培養し、形成されたコロニ数から生菌数を測定した。 Evaluation of the OFF selector function of the prepared plasmid was performed. Each plasmid was introduced separately into E. coli strain JW1226. The transformant was inoculated into 2 mL of LB medium and cultured at 37 ° C. for 12 hours. 1 μL of each culture solution was inoculated into 1 mL of LB liquid medium containing dP at a concentration of 0-10 4 nM and cultured at 37 ° C. for 6 hours. Bacteria were collected from the culture by centrifugation and resuspended in fresh LB medium. The suspension was inoculated and cultured in an LB solid medium, and the number of viable bacteria was measured from the number of colonies formed.

上記作製したプラスミドのONセレクタ機能の評価を実施した。プラスミドはそれぞれ別々に大腸菌株JW1226に導入した。形質転換体を2 mLのLB培地に植菌し、37℃で12時間培養した。それぞれの培養液1μLを、1mLのポジティブセレクション培地(トリプトン 2w/v %、デオキシチミジン(dT) 10μg/mL、デオキシアデノシン(dA) 1μg/mL、5FdU 20μg/mLまたは0 μg/mL)に植菌し、37℃で24時間培養した。その培養液から遠心処理により集菌し、新鮮LB培地に再懸濁した。懸濁液をLB固体培地に植菌して培養し、形成されたコロニ数から生菌数を測定した。   Evaluation of the ON selector function of the prepared plasmid was performed. Each plasmid was introduced separately into E. coli strain JW1226. The transformant was inoculated into 2 mL of LB medium and cultured at 37 ° C. for 12 hours. Inoculate 1 μL of each culture in 1 mL of positive selection medium (tryptone 2 w / v%, deoxythymidine (dT) 10 μg / mL, deoxyadenosine (dA) 1 μg / mL, 5FdU 20 μg / mL or 0 μg / mL) And cultured at 37 ° C. for 24 hours. Bacteria were collected from the culture by centrifugation and resuspended in fresh LB medium. The suspension was inoculated and cultured in an LB solid medium, and the number of viable bacteria was measured from the number of colonies formed.

図13-Aに示すように、培地へのdP添加を行うと、hsvTK、大腸菌由来チミジンキナーゼおよびDrospophilaのヌクレオシドキナーゼの各キナーゼを発現させた大腸菌はいずれもdPの濃度依存的な生菌数の低減を示した。これらのうち、hsvTKを発現させた大腸菌が最も顕著な生菌数の低減を示した。dP濃度が10nM程度では、大腸菌由来チミジンキナーゼやDrosophilaのヌクレオシドキナーゼを発現する大腸菌は殆ど生菌数に変化がないが、hsvTKを発現する大腸菌は,6-7桁ほど低い生菌数を示した。このことから、hsvTKがOFFセレクタとして最も好ましいdPキナーゼであることが分かった。しかし本実験条件では、dP濃度が十分低いため、GFPや不活性化hsvTKを発現させたネガティブコントロールでは、生菌数の低下はほぼ認められなかった。dP濃度が十分高くなると、大腸菌由来チミジンキナーゼやDrosophilaのヌクレオシドキナーゼを発現させることにより細胞死を効率よく誘起した。したがって、これらもOFF選択に十分使用できることが分かった。   As shown in Fig. 13-A, when dP was added to the medium, all of the E. coli expressing hsvTK, E. coli-derived thymidine kinase, and Drospophila nucleoside kinase kinases had a dP concentration-dependent viable count. Showed a reduction. Of these, Escherichia coli expressing hsvTK showed the most remarkable reduction in the number of viable bacteria. At dP concentration of about 10 nM, E. coli expressing thymidine kinase from E. coli and Drosophila nucleoside kinase showed almost no change in viable count, but E. coli expressing hsvTK showed viable count as low as 6-7 orders of magnitude. . This indicates that hsvTK is the most preferred dP kinase as an OFF selector. However, since the dP concentration was sufficiently low under these experimental conditions, there was almost no decrease in the number of viable bacteria in the negative control in which GFP or inactivated hsvTK was expressed. When the dP concentration was sufficiently high, cell death was efficiently induced by expressing thymidine kinase derived from E. coli and nucleoside kinase of Drosophila. Therefore, it was found that these can be used sufficiently for OFF selection.

一方、図13-Bに示すように、5FdU/dT培地(ON選択培地)における増殖効率を比べると、、hsvTK、大腸菌由来チミジンキナーゼおよびDrospophilaのヌクレオシドキナーゼの各キナーゼのdTキナーゼとしての力価に大差はないことがわかった。hsvTKのdTキナーゼ活性がわずかに優れている。このように、これら3種類のキナーゼはいずれもONセレクタとしてよい機能を示した。   On the other hand, as shown in FIG. 13-B, when comparing the growth efficiency in 5FdU / dT medium (ON selective medium), the titers of hsvTK, thymidine kinase from E. coli, and nucleoside kinase of Drospophila as dT kinases I found no big difference. The dT kinase activity of hsvTK is slightly better. Thus, these three types of kinases all showed good functions as ON selectors.

以上、hsvTK、大腸菌由来チミジンキナーゼおよびDrospophilaのヌクレオシドキナーゼの各キナーゼは、いずれもONセレクタおよびOFFセレクタとして使用できることが示された。これらのうち、hsvTKがONセレクタおよびOFFセレクタの機能が最も高いことが判明した。   As described above, it has been shown that hsvTK, E. coli-derived thymidine kinase, and Dropophila nucleoside kinase can all be used as an ON selector and an OFF selector. Of these, hsvTK was found to have the highest function of ON selector and OFF selector.

hsvTKは優れたデュアルセレクタであるが、その遺伝子サイズが少し大きい(1.1kb)ため、よりコンパクトで同じ機能をもつセレクタの作製を目指し、N末端45アミノ酸を欠失する切断型hsvTK(以下、TKliteと称する)をコードする遺伝子を常法により作製し、そのセレクタ機能を検討した。   hsvTK is an excellent dual selector, but its gene size is a little large (1.1 kb), so a truncated hsvTK (hereinafter referred to as TKlite) that lacks the N-terminal 45 amino acids is aimed at creating a more compact selector with the same function. The gene coding for this was prepared by a conventional method, and its selector function was examined.

TKlite遺伝子を含むプラスミドpTrc-hsvtk liteの作製のため、まず、pTrc-hsvtk(100ng)をテンプレートにして、hsvTKのN末端45アミノ酸を欠失するように、プライマー1(配列表の配列番号5:TTTTCCATGGCCACGCTACTGCGG)とプライマー2(配列表の配列番号6:TTTTAAGCTTTCAGTTAGCCTCCCCCAT)を用いて、所望の5'末端をするhsvtk遺伝子のフラグメントをPCRで増幅した。その後、カラム精製を行い、増幅されたフラグメントと制限酵素(NcoI 10unit/HindIII 10unit)とを混合し、37℃で1時間インキュベートし、カラム精製した。平行して、pTrc-gfp(1μg)と制限酵素(NcoI 10unit/HindIII 10unit)とを混合し、37℃で1時間インキュベートし、ベクター部分をゲル抽出によって精製した。さらにSAP処理を30分間行った。上記のフラグメント(インサート:100 ng)とpTrc-gfpの切断物(ベクター:100 ng)をライゲーションした。得られた産物をLB-Ampプレートに播種して培養した。形成したコロニにおける目的プラスミドの有無を、コロニPCRにより確認し、そのコロニーを単離して培養後、プラスミドを回収した。本プラスミドpTrc-hsvtk liteのプラスミドマップを図14に示し、その配列を配列番号4に記載する。   For the preparation of the plasmid pTrc-hsvtk lite containing the TKlite gene, first, primer 1 (SEQ ID NO: 5 in the sequence listing: A fragment of the hsvtk gene having the desired 5 ′ end was amplified by PCR using TTTTCCATGGCCACGCTACTGCGG) and primer 2 (SEQ ID NO: 6 in the sequence listing: TTTTAAGCTTTCAGTTAGCCTCCCCCCAT). Thereafter, column purification was performed, the amplified fragment and a restriction enzyme (NcoI 10 unit / HindIII 10 unit) were mixed, incubated at 37 ° C. for 1 hour, and column purified. In parallel, pTrc-gfp (1 μg) and a restriction enzyme (NcoI 10 unit / HindIII 10 unit) were mixed, incubated at 37 ° C. for 1 hour, and the vector portion was purified by gel extraction. Further SAP treatment was performed for 30 minutes. The above fragment (insert: 100 ng) and pTrc-gfp digest (vector: 100 ng) were ligated. The obtained product was seeded on an LB-Amp plate and cultured. The presence or absence of the target plasmid in the formed colonies was confirmed by colony PCR, the colonies were isolated and cultured, and then the plasmids were recovered. A plasmid map of this plasmid pTrc-hsvtk lite is shown in FIG. 14, and its sequence is shown in SEQ ID NO: 4.

上記作製したプラスミドpTrc-hsvtk liteのOFFセレクタ機能の評価を実施した。コントロールとして、野生型hsvTK遺伝子を含むプラスミド(本実施例においてpTrc-hsvtk(WT)と称する)およびGFP遺伝子を含むプラスミド(pTrc-gfpと称する)を使用した。プラスミドはそれぞれ別々に大腸菌株JW1226に導入した。形質転換体を2 mLのLB培地に植菌し、37℃で12時間培養した。それぞれの培養液1μLを、dP非添加または1μMのdPを含有するLB液体培地1mLに植菌し、37℃で1時間培養した。その培養液を20μL採取し、2 mLのLB培地(dP非添加)に混合し37℃で12時間培養した。培養中のOD600の変化を測定して大腸菌の濁度の変化を調べることにより、dP感受性を調べた。   The OFF selector function of the prepared plasmid pTrc-hsvtk lite was evaluated. As a control, a plasmid containing the wild type hsvTK gene (referred to as pTrc-hsvtk (WT) in this example) and a plasmid containing the GFP gene (referred to as pTrc-gfp) were used. Each plasmid was introduced separately into E. coli strain JW1226. The transformant was inoculated into 2 mL of LB medium and cultured at 37 ° C. for 12 hours. 1 μL of each culture solution was inoculated into 1 mL of LB liquid medium containing no dP or containing 1 μM dP, and cultured at 37 ° C. for 1 hour. 20 μL of the culture solution was collected, mixed with 2 mL of LB medium (without dP addition), and cultured at 37 ° C. for 12 hours. The dP sensitivity was examined by measuring the change in OD600 during culture and examining the change in turbidity of E. coli.

上記作製したプラスミドpTrc-hsvtk liteのONセレクタ機能の評価を実施した。コントロールとして、pTrc-hsvtk(WT)およびpTrc-gfpを使用した。プラスミドはそれぞれ別々に大腸菌株JW1226に導入した。形質転換体を2 mLのLB培地に植菌し、37℃で12時間培養した。それぞれの培養液1μLを、2mLのTK選択培地(トリプトン 2w/v %、NaCl 0.5w/v %、チミジン 10μg/mL、アデノシン 1μg/mL、5FdU 20μg/mLまたは非添加)に植菌し、37℃で24時間培養した。培養中のOD600の変化を測定し、5FdU感受性を調べた。   The ON selector function of the prepared plasmid pTrc-hsvtk lite was evaluated. PTrc-hsvtk (WT) and pTrc-gfp were used as controls. Each plasmid was introduced separately into E. coli strain JW1226. The transformant was inoculated into 2 mL of LB medium and cultured at 37 ° C. for 12 hours. 1 μL of each culture is inoculated into 2 mL of TK selection medium (tryptone 2 w / v%, NaCl 0.5 w / v%, thymidine 10 μg / mL, adenosine 1 μg / mL, 5FdU 20 μg / mL or no addition), and 37 The cells were cultured at 24 ° C. for 24 hours. Changes in OD600 during the culture were measured to examine 5FdU sensitivity.

図15-Aに示すように、dPの存在下では、TKliteを発現させた大腸菌および野生型hsvTKを発現させた大腸菌のいずれも、12時間後のOD上昇は認められなかった。dPの非存在下では、これら2種類の大腸菌のいずれも、hsvTKを発現させていない大腸菌と同様にODが上昇した。このように、TKliteを発現させることにより、野生型hsvTKを発現させたときと同様にdPによる細胞死が生じることが判明した。また、hsvTKの発現による細胞毒性も確認できなかった。   As shown in FIG. 15-A, in the presence of dP, neither E. coli expressing TKlite nor E. coli expressing wild-type hsvTK showed an increase in OD after 12 hours. In the absence of dP, both of these two types of E. coli increased OD, as did E. coli not expressing hsvTK. Thus, it was found that by expressing TKlite, cell death due to dP occurs in the same manner as when wild-type hsvTK is expressed. In addition, cytotoxicity due to expression of hsvTK could not be confirmed.

図15-Bに示すように、5FdUの存在下では、TKliteを発現させた大腸菌および野生型hsvTKを発現させた大腸菌のいずれでも成育は認められた。しかし、TKliteを発現させた大腸菌び成育速度は野生型hsvTKを発現させた大腸菌と比較して遅いことが判明した。このことから、TKliteはdTキナーゼとしての活性、すなわちONセレクタ機能が野生型hsvTKと比較して低いと考えられる。   As shown in FIG. 15-B, in the presence of 5FdU, growth was observed in both E. coli expressing TKlite and E. coli expressing wild type hsvTK. However, the growth rate of E. coli expressing TKlite was found to be slower than that of E. coli expressing wild type hsvTK. This suggests that TKlite has a dT kinase activity, that is, an ON selector function lower than that of wild-type hsvTK.

上記結果から、TKliteは野生型の全長hsvTKと同様に、ONセレクタおよびOFFセレクタとしての機能を示すことが判明した。TKliteは全長hsvTKと比較してサイズが小さいため、例えばtetAのような公知の他のセレクタと組み合わせてより複雑な選択を実施するとき、コンストラクトサイズを抑えることができるという利点を有する。   From the above results, it was found that TKlite exhibits functions as an ON selector and an OFF selector, like the wild-type full-length hsvTK. Since TKlite is small compared to the full length hsvTK, it has the advantage that the construct size can be reduced when performing more complex selections in combination with other known selectors such as tetA.

セレクタプラスミドの改良を実施した。実施例10では、セレクタ遺伝子に加えて蛍光タンパク質をコードする遺伝子を配置したセレクタプラスミドを作製し、このプラスミドにより、セレクタ遺伝子によるON選択およびOFF選択のみならず、そのセレクタプラスミド内のプロモータの起動状態を蛍光タンパク質の発現の有無により視認することができるようになった。さらに、シス配列への選択や、リボスイッチおよび転写後調節因子などの選択をより効率的に行うため、セレクタ遺伝子と蛍光タンパク質をコードする遺伝子との融合遺伝子を含むセレクタプラスミドを作製した。   The selector plasmid was improved. In Example 10, a selector plasmid was prepared in which a gene encoding a fluorescent protein was placed in addition to the selector gene. With this plasmid, not only ON selection and OFF selection by the selector gene, but also the activation state of the promoter in the selector plasmid Can be visually recognized by the presence or absence of the expression of the fluorescent protein. Furthermore, a selector plasmid containing a fusion gene of a selector gene and a gene encoding a fluorescent protein was prepared in order to more efficiently select a cis sequence and select a riboswitch and a post-transcriptional regulator.

まず、実験10で使用したpCI-gfp-hsvtkのgfp終始コドン前のXbaIサイトおよびhsvtkの直前にあるSpeIサイトを利用して常法によりGFP遺伝子とhsvTK遺伝子との融合遺伝子を含むプラスミドを作製した。本プラスミドpCI-gfp-hsvTK_fusedのプラスミドマップを図16に示し、その配列を配列番号3に記載する。   First, using the XbaI site before the gfp stop codon of pCI-gfp-hsvtk used in Experiment 10 and the SpeI site immediately before hsvtk, a plasmid containing a fusion gene of the GFP gene and the hsvTK gene was prepared by a conventional method. . A plasmid map of this plasmid pCI-gfp-hsvTK_fused is shown in FIG. 16, and its sequence is shown in SEQ ID NO: 3.

pCI-gfp-hsvTK_fusedをTK欠損大腸菌株JW1226に導入し、LB培地に植菌し、37℃で12時間培養した。それぞれの培養液1μLを、dP非添加またはdP 1μMを含む2 mLのLB液体培地植菌し、37℃で12時間培養した。その培養液を200μL採取し、蛍光強度をEx485nm/Em527nmで測定した。また、遠心処理により集菌し、そのペレットをUV照射下で撮影した。コントロールとして、λPRプロモータの下流にhsvTK遺伝子を配置したプラスミド(pCI-hsvTK)を使用し、JW1226に導入して同様に処理を行い、蛍光強度を測定した。   pCI-gfp-hsvTK_fused was introduced into TK-deficient E. coli strain JW1226, inoculated into LB medium, and cultured at 37 ° C. for 12 hours. 1 μL of each culture solution was inoculated with 2 mL of LB liquid medium containing no dP or 1 μM of dP, and cultured at 37 ° C. for 12 hours. 200 μL of the culture solution was collected, and the fluorescence intensity was measured at Ex485nm / Em527nm. In addition, the cells were collected by centrifugation, and the pellets were photographed under UV irradiation. As a control, a plasmid (pCI-hsvTK) in which the hsvTK gene was arranged downstream of the λPR promoter was used, introduced into JW1226, treated in the same manner, and the fluorescence intensity was measured.

作製したプラスミドのOFFセレクタ機能の評価を実施した。プラスミドはそれぞれ別々に大腸菌株JW1226に導入した。形質転換体を2 mLのLB培地に植菌し、37℃で12時間培養した。それぞれの培養液1μLを、dP非添加または1μMのdPを含有するLB液体培地2mLに植菌し、37℃で1時間培養した。その培養液を20μL採取し、2 mLのLB培地(dP非添加)に混合し37℃で12時間培養した。培養中のOD600の変化を測定して大腸菌の濁度の変化を調べることにより、dP感受性を調べた。   The OFF selector function of the prepared plasmid was evaluated. Each plasmid was introduced separately into E. coli strain JW1226. The transformant was inoculated into 2 mL of LB medium and cultured at 37 ° C. for 12 hours. 1 μL of each culture solution was inoculated into 2 mL of LB liquid medium containing no dP or containing 1 μM dP, and cultured at 37 ° C. for 1 hour. 20 μL of the culture solution was collected, mixed with 2 mL of LB medium (without dP addition), and cultured at 37 ° C. for 12 hours. The dP sensitivity was examined by measuring the change in OD600 during culture and examining the change in turbidity of E. coli.

上記作製したプラスミドのONセレクタ機能の評価を実施した。プラスミドはそれぞれ別々に大腸菌株JW1226に導入した。形質転換体を2 mLのLB培地に植菌し、37℃で12時間培養した。それぞれの培養液1μLを、2mLのTK選択培地(トリプトン 2w/v %、NaCl 0.5w/v %、チミジン 10μg/mL、アデノシン 1μg/mL、5FdU 20μg/mLまたは非添加)に植菌し、37℃で24時間培養した。培養中のOD600の変化を測定し、5FdU感受性を調べた。   Evaluation of the ON selector function of the prepared plasmid was performed. Each plasmid was introduced separately into E. coli strain JW1226. The transformant was inoculated into 2 mL of LB medium and cultured at 37 ° C. for 12 hours. 1 μL of each culture is inoculated into 2 mL of TK selection medium (tryptone 2 w / v%, NaCl 0.5 w / v%, thymidine 10 μg / mL, adenosine 1 μg / mL, 5FdU 20 μg / mL or no addition), and 37 The cells were cultured at 24 ° C. for 24 hours. Changes in OD600 during the culture were measured to examine 5FdU sensitivity.

図17-Aに示すように、pCI-gfp-hsvTK_fusedを導入した形質転換体における蛍光シグナルは、さほど大きなものではなかったが、その蛍光強度はGFPを発現していないものと比較して5倍程度高かった。GFP遺伝子およびhsvTK遺伝子をタンデムに配置したプラスミドpLux-gfp-hsvTKおよびpCI-gfp-hsvTK(実施例10)と比較して、その蛍光シグナルは小さくなった。   As shown in FIG. 17-A, the fluorescence signal in the transformant into which pCI-gfp-hsvTK_fused was introduced was not so large, but its fluorescence intensity was 5 times that of the one not expressing GFP. It was expensive. Compared with the plasmids pLux-gfp-hsvTK and pCI-gfp-hsvTK (Example 10) in which the GFP gene and the hsvTK gene are arranged in tandem, the fluorescence signal is reduced.

図17-Bに示すように、GFP-hsvTK融合タンパク質を定常発現する大腸菌およびhsvTKを定常発現する大腸菌はいずれも、dPの存在下では12時間後にごくわずかにODが上昇した。しかし、いずれの大腸菌でも、その上昇の程度は、dPを添加していない場合と比較して1/200程度であった。dPによる細胞死が生じたことが明らかになった。このように、GFP-hsvTK融合タンパク質を発現させることにより、hsvTKを発現させたときと同様にdPによる細胞死が生じることが判明した。   As shown in FIG. 17-B, both the E. coli constitutively expressing the GFP-hsvTK fusion protein and the E. coli constitutively expressing hsvTK showed a slight increase in OD after 12 hours in the presence of dP. However, in any E. coli, the degree of increase was about 1/200 compared to the case where dP was not added. It became clear that cell death by dP occurred. Thus, it was found that by expressing the GFP-hsvTK fusion protein, cell death due to dP occurs as in the case of expressing hsvTK.

図17-Cに示すように、GFP-hsvTK融合タンパク質を定常発現する大腸菌およびhsvTKを定常発現する大腸菌はいずれも、5FdUの存在下でも24時間後にODの上昇が認められた。GFP-hsvTK融合タンパク質を発現する大腸菌では、5FdUの存在下でのODの上昇がhsvTKを発現する大腸菌と比較して遅く、12時間後あってもODは1/10程度であった。24時間後には、GFP-hsvTK融合タンパク質を発現する大腸菌のODはhsvTKを発現する大腸菌のODとほぼ同程度となった。一方、hsvTKを発現させていない大腸菌は5FdUの存在下では24時間後の生育はほぼ観察されなかった。   As shown in FIG. 17-C, both E. coli constitutively expressing the GFP-hsvTK fusion protein and E. coli constitutively expressing hsvTK showed an increase in OD after 24 hours even in the presence of 5FdU. In E. coli expressing the GFP-hsvTK fusion protein, the increase in OD in the presence of 5FdU was slower than in E. coli expressing hsvTK, and the OD was about 1/10 even after 12 hours. After 24 hours, the OD of E. coli expressing the GFP-hsvTK fusion protein was almost the same as the OD of E. coli expressing hsvTK. On the other hand, almost no growth of E. coli not expressing hsvTK was observed after 24 hours in the presence of 5FdU.

上記結果から、GFP-hsvTK融合タンパク質は全長hsvTKと同様に、ONセレクタおよびOFFセレクタとしての機能を示すことが判明した。   From the above results, it was found that the GFP-hsvTK fusion protein exhibited functions as an ON selector and an OFF selector, like the full-length hsvTK.

本発明に係るhsvTK遺伝子をOFFセレクタとして使用するOFF選択の、スタッファー(staffer)としての使用を検討した。cDNAやメタゲノムソースなど、莫大なライブラリをプラスミドにクローニングする際に、正しくそれらがクローニングされたものの割合は高ければ高いほど良い。しかしベクター側のバックライゲーションや、そもそも混入する「制限酵素で切れなかった」プラスミドの混入により、クローニングの際に少なからぬ人為構造(cloning artifacts)が生じる。cloning artifactsの除去方法として、古くはLacZのαサブユニットを用いた青白選択などが使われて来たが、ライブラリの大規模化やプロセスの自動化に伴い、現在では使用するベクターに制限サイトを入れたり、あるいはccdbのような毒性タンパク質をスタッファー(staffer)として用いた除去方法が使用されている。cloning artifactsの除去方法として本発明に係るOFF選択の有用性を調べた。   The use of OFF selection using the hsvTK gene according to the present invention as an OFF selector was examined as a stuffer. When cloning huge libraries such as cDNA and metagenomic sources into plasmids, the higher the percentage of those correctly cloned, the better. However, due to vector back ligation and contamination with “unrestricted restriction enzyme” plasmids, there are many cloning artifacts during cloning. In the old days, blue and white selection using the LacZ α subunit has been used as a method for removing cloning artifacts. However, with the increase in the scale of libraries and the automation of processes, restriction sites are now included in the vectors used. Alternatively, a removal method using a toxic protein such as ccdb as a stuffer is used. The usefulness of OFF selection according to the present invention was investigated as a method for removing cloning artifacts.

まず、pTrc-hsvTKをベクターとし、このhsvTKの読み取り枠(ORF)の前後にあるNcoIサイトおよびHindIIIサイトを利用し、GFP遺伝子のサブクローニングを常法により行なった。具体的には、750ngのpTrc-hsvTKと制限酵素NcoI 10 unitおよびHindIII 20 unitとを混合し、37℃で30分間インキュベートした。ゲル抽出は行なわず、カラム精製により精製した。その後、SAP処理を30分間行い、pTrc-hsvTKの切断物を得た。この操作と平行して、750ngのpTrc-gfpのgfp部分をPCRにより増幅し、制限酵素NcoI 10 unitおよびHindIII 20 unitで120分間処理した。ゲル抽出を行い、PCRテンプレートやその他のDNAを除いて、GFP遺伝子を得た。pTrc-hsvTKの切断物(ベクター:100ng)とGFP遺伝子(インサート:50 ng)とをライゲーションした。この産物を大腸菌株XL10-Gold KanR(Stratagene社製)に導入した。形質転換体をdP非添加、または100nM dP若しくは1μM dPを含むLB-Ampプレートに播種し、37℃で12時間培養した。形成したコロニのGFP蛍光の有無を測定し、無蛍光コロニの数に対する蛍光コロニの数の比を算出した。   First, pTrc-hsvTK was used as a vector, and the NcoI site and HindIII site before and after the open reading frame (ORF) of this hsvTK were used to perform subcloning of the GFP gene by a conventional method. Specifically, 750 ng of pTrc-hsvTK, restriction enzymes NcoI 10 unit and HindIII 20 unit were mixed and incubated at 37 ° C. for 30 minutes. Gel extraction was not performed, and purification was performed by column purification. Thereafter, SAP treatment was performed for 30 minutes to obtain a cut product of pTrc-hsvTK. In parallel with this operation, the gfp part of 750 ng of pTrc-gfp was amplified by PCR and treated with restriction enzymes NcoI 10 unit and HindIII 20 unit for 120 minutes. Gel extraction was performed to obtain the GFP gene except for the PCR template and other DNA. The pTrc-hsvTK digest (vector: 100 ng) and the GFP gene (insert: 50 ng) were ligated. This product was introduced into E. coli strain XL10-Gold KanR (Stratagene). The transformant was seeded on an LB-Amp plate containing no dP, or containing 100 nM dP or 1 μM dP, and cultured at 37 ° C. for 12 hours. The presence or absence of GFP fluorescence in the formed colonies was measured, and the ratio of the number of fluorescent colonies to the number of non-fluorescent colonies was calculated.

表2に示すように、dPを含む培地に播種した大腸菌は、正しくインサートが入ったもののみが得られた。こうして、低濃度のdPを添加したLB-Ampプレートでは、正しくhsvTKが切り出されて所望の遺伝子であるGFP遺伝子に置換されたものだけが選択されていることが判明した。   As shown in Table 2, only Escherichia coli seeded in a medium containing dP was correctly inserted. Thus, it was found that only slabs with LB-Amp plates added with a low concentration of dP were selected when hsvTK was correctly excised and replaced with the desired gene, the GFP gene.

本発明に係るhsvTK遺伝子をOFFセレクタとして使用するOFF選択の効率は極めて高い。しかも本発明に係るOFF選択は、hsvTKそのものには毒性がなく、dPを与えたときに初めて細胞死を誘起するという利点を有する。すなわち、本発明に係るOFF選択は、上記ccdbのような常に毒性を発揮する化合物を使用する方法とは異なり、極めて安定に取り扱える点にも大きな特徴がある。つまり、本発明に係るOFF選択は、遺伝子スイッチの選択法としてだけでなく、プラスミドクローニングの自動化やライブラリ構築における質の向上にも貢献する。   The efficiency of OFF selection using the hsvTK gene according to the present invention as an OFF selector is extremely high. Moreover, the OFF selection according to the present invention has the advantage that hsvTK itself is not toxic and induces cell death only when dP is given. That is, the OFF selection according to the present invention has a great feature in that it can be handled extremely stably, unlike the method of using a compound that always exhibits toxicity such as ccdb. That is, the OFF selection according to the present invention contributes not only as a method of selecting a gene switch but also in improving the quality in automation of plasmid cloning and library construction.

本発明によれば、所望の特性および/または機能を有する遺伝子スイッチおよび遺伝子回路の選択および取得を、迅速に、且つ高い効率で実施できる方法を提供できる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the method which can perform the selection and acquisition of the gene switch and gene circuit which have a desired characteristic and / or function rapidly and with high efficiency can be provided.

本発明は、タンパク質生産、代謝工学、そして合成生物学などの分野まで広く寄与する極めて有用な発明である。   The present invention is a very useful invention that contributes widely to fields such as protein production, metabolic engineering, and synthetic biology.

配列番号1:Luxプロモータの下流に緑色蛍光タンパク質(GFP)遺伝子およびヒトヘルペスウイルス由来チミジンキナーゼ(hsvTK)遺伝子をタンデムに配置した設計されたプラスミドDNA(pLux-gfp-hsvTKと称する)。
配列番号2:λPRプロモータの下流に緑色蛍光タンパク質(GFP)およびヒトヘルペスウイルス由来チミジンキナーゼ(hsvTK)遺伝子をタンデムに配置した設計されたプラスミドDNA(pCI-gfp-hsvTKと称する)。
配列番号3:λPRプロモータの下流に緑色蛍光タンパク質(GFP)遺伝子とヒトヘルペスウイルス由来チミジンキナーゼ(hsvTK)遺伝子からなる融合遺伝子を配置した設計されたプラスミドDNA(pCI-gfp-hsvTK_fusedと称する)。
配列番号4:N末端45アミノ酸を欠失する切断型ヒトヘルペスウイルス由来チミジンキナーゼをコードする遺伝子を含む設計されたプラスミドDNA(pTrc-hsvTK liteと称する)。
配列番号5:プライマー用に設計されたオリゴヌクレオチド
配列番号6:プライマー用に設計されたオリゴヌクレオチド。
SEQ ID NO: 1: A designed plasmid DNA (referred to as pLux-gfp-hsvTK) in which a green fluorescent protein (GFP) gene and a human herpesvirus-derived thymidine kinase (hsvTK) gene are arranged in tandem downstream of the Lux promoter.
SEQ ID NO: 2: A designed plasmid DNA (referred to as pCI-gfp-hsvTK) in which a green fluorescent protein (GFP) and a human herpesvirus-derived thymidine kinase (hsvTK) gene are arranged in tandem downstream of the λPR promoter.
SEQ ID NO: 3: Designed plasmid DNA (referred to as pCI-gfp-hsvTK_fused) in which a fusion gene comprising a green fluorescent protein (GFP) gene and a human herpesvirus-derived thymidine kinase (hsvTK) gene is arranged downstream of the λPR promoter.
SEQ ID NO: 4: Designed plasmid DNA (referred to as pTrc-hsvTK lite) containing a gene encoding thymidine kinase derived from truncated human herpesvirus lacking the N-terminal 45 amino acids.
SEQ ID NO: 5: oligonucleotide designed for primer SEQ ID NO: 6: oligonucleotide designed for primer

Claims (22)

下記配列(a)および(b)を少なくとも保持する発現ベクター:
(a)チミジンキナーゼをコードする遺伝子配列、
(b)前記(a)の配列の上流に該配列に作動可能に連結されたプロモータ配列、
並びに、
下記配列(c)から(f)を少なくとも保持する発現ベクター:
(c)前記プロモータ配列とは異なるプロモータ配列であってその下流の遺伝子スイッチ発現配列に作動可能に連結されたプロモータ配列
(d)前記遺伝子スイッチ発現配列、
(e)前記遺伝子スイッチ発現配列によりコードされる遺伝子スイッチの標的配列、
(f)前記標的配列が作動可能に連結された遺伝子であって前記(a)のプロモータ配列に作動する転写調節因子をコードする遺伝子配列、
を導入したチミジンキナーゼ欠損細胞を使用し、
前記(f)の転写調節因子をコードする遺伝子配列が転写抑制因子である場合には、該遺伝子スイッチを活性化する化合物の非存在下でアデオキシチミジン三リン酸(dTTP)のデノボ(de novo)合成経路の阻害剤を添加して該細胞をインキュベーションした後に生細胞を回収すること、若しくは、遺伝子スイッチを活性化する物質の存在下で変異原性ヌクレオシドを添加して該細胞をインキュベーションした後に生細胞を回収すること、または
前記(f)の転写調節因子をコードする遺伝子配列が転写活性化因子である場合には、該遺伝子スイッチを活性化する化合物の存在下でアデオキシチミジン三リン酸(dTTP)のデノボ(de novo)合成経路の阻害剤を添加して該細胞をインキュベーションした後に生細胞を回収すること、若しくは、遺伝子スイッチを活性化する物質の非存在下で変異原性ヌクレオシドを添加して該細胞をインキュベーションした後に生細胞を回収すること、
を含む遺伝子スイッチおよび遺伝子回路の選択方法。
An expression vector having at least the following sequences (a) and (b):
(a) a gene sequence encoding thymidine kinase,
(b) a promoter sequence operably linked to the sequence upstream of the sequence of (a),
And
An expression vector having at least the following sequences (c) to (f):
(c) a promoter sequence different from the promoter sequence and operably linked to a downstream gene switch expression sequence
(d) the gene switch expression sequence,
(e) a target sequence of a gene switch encoded by the gene switch expression sequence,
(f) a gene sequence in which the target sequence is operably linked and encodes a transcriptional regulatory factor that operates on the promoter sequence of (a),
Using thymidine kinase deficient cells into which
In the case where the gene sequence encoding the transcriptional regulatory factor of (f) is a transcriptional repressing factor, de novo of deoxythymidine triphosphate (dTTP) in the absence of a compound that activates the gene switch. After recovering viable cells after incubating the cells with the addition of a synthetic pathway inhibitor, or after incubating the cells with the addition of a mutagenic nucleoside in the presence of a substance that activates the gene switch Recovering living cells, or when the gene sequence encoding the transcriptional regulatory factor of (f) is a transcriptional activator, adoxythymidine triphosphate in the presence of a compound that activates the gene switch recovering live cells after activating the denovo synthesis pathway inhibitor of (dTTP) and activating the gene switch Recovering viable cells after incubation the cells by adding a mutagenic nucleoside in the absence of quality,
And a method for selecting a genetic circuit.
下記工程(1)から(3)を含む、請求項1に記載の遺伝子スイッチおよび遺伝子回路の選択方法:
(1)下記配列(a)および(b)を少なくとも保持する発現ベクター:
(a)チミジンキナーゼをコードする遺伝子配列、
(b)前記(a)の配列の上流に該配列に作動可能に連結されたプロモータ配列、
並びに、
下記配列(c)から(f)を少なくとも保持する発現ベクター:
(c)前記プロモータ配列とは異なるプロモータ配列であってその下流の遺伝子スイッチ発現配列に作動可能に連結されたプロモータ配列
(d)前記遺伝子スイッチ発現配列、
(e)前記遺伝子スイッチ発現配列によりコードされる遺伝子スイッチの標的配列、
(f)前記標的配列が作動可能に連結された遺伝子であって前記(a)のプロモータ配列に作動する転写調節因子をコードする遺伝子配列、
を、チミジンキナーゼ欠損細胞に導入する工程、
(2)前記(f)の転写調節因子をコードする遺伝子配列が転写抑制因子である場合には、遺伝子スイッチを活性化する物質の存在下で、上記細胞に変異原性ヌクレオシドを添加してインキュベーションする工程、または、前記(f)の転写調節因子をコードする遺伝子配列が転写活性化因子である場合には、遺伝子スイッチを活性化する物質の非存在下で上記細胞に変異原性ヌクレオシドを添加して該細胞をインキュベーションする工程、および
(3)生細胞を回収する工程。
The method for selecting a gene switch and gene circuit according to claim 1, comprising the following steps (1) to (3):
(1) An expression vector having at least the following sequences (a) and (b):
(a) a gene sequence encoding thymidine kinase,
(b) a promoter sequence operably linked to the sequence upstream of the sequence of (a),
And
An expression vector having at least the following sequences (c) to (f):
(c) a promoter sequence different from the promoter sequence and operably linked to a downstream gene switch expression sequence
(d) the gene switch expression sequence,
(e) a target sequence of a gene switch encoded by the gene switch expression sequence,
(f) a gene sequence in which the target sequence is operably linked and encodes a transcriptional regulatory factor that operates on the promoter sequence of (a),
A step for introducing thymidine kinase deficient cells,
(2) When the gene sequence encoding the transcriptional regulatory factor of (f) is a transcriptional repressing factor, the cells are incubated with a mutagenic nucleoside in the presence of a substance that activates the gene switch. Or a mutagenic nucleoside is added to the cell in the absence of a substance that activates the gene switch when the gene sequence encoding the transcriptional regulatory factor of (f) is a transcriptional activator. Incubating the cells; and
(3) A step of collecting live cells.
前記工程(3)に続いて、下記工程(4)および(5)をさらに含む請求項2に記載の遺伝子スイッチおよび遺伝子回路の選択方法:
(4)回収した生細胞を、前記(f)の転写調節因子をコードする遺伝子配列が転写抑制因子である場合には遺伝子スイッチを活性化する物質の非存在下でデオキシチミジン三リン酸(dTTP)のデノボ(de novo)合成経路の阻害剤を添加してインキュベーションする工程、または、前記(f)の転写調節因子をコードする遺伝子配列が転写活性化因子である場合には遺伝子スイッチを活性化する物質の存在下で該阻害剤を添加してインキュベーションする工程、および
(5)生細胞を回収する工程。
The method for selecting a gene switch and a gene circuit according to claim 2, further comprising the following steps (4) and (5) following the step (3):
(4) The collected live cells are treated with deoxythymidine triphosphate (dTTP) in the absence of a substance that activates the gene switch when the gene sequence encoding the transcriptional regulatory factor of (f) is a transcriptional repressor. ) Incubating with an inhibitor of the de novo synthesis pathway, or activating the gene switch if the gene sequence encoding the transcriptional regulator in (f) is a transcriptional activator Adding the inhibitor in the presence of a substance to be incubated and, and
(5) A step of collecting live cells.
下記工程(6)から(8)を含む、請求項1に記載の遺伝子スイッチおよび遺伝子回路の選択方法:
(6)下記配列(a)および(b)を少なくとも保持する発現ベクター:
(a)チミジンキナーゼをコードする遺伝子配列、
(b)前記(a)の配列の上流に該配列に作動可能に連結されたプロモータ配列、
並びに、
下記配列(c)から(f)を少なくとも保持する発現ベクター:
(c)前記プロモータ配列とは異なるプロモータ配列であってその下流の遺伝子スイッチ発現配列に作動可能に連結されたプロモータ配列
(d)前記遺伝子スイッチ発現配列、
(e)前記遺伝子スイッチ発現配列によりコードされる遺伝子スイッチの標的標的配列、
(f)前記標的配列が作動可能に連結された遺伝子であって前記(a)のプロモータ配列に作動する転写調節因子をコードする遺伝子配列、
を、チミジンキナーゼ欠損細胞に導入する工程、
(7)前記(f)の転写調節因子をコードする遺伝子配列が転写抑制因子である場合には、遺伝子スイッチを活性化する物質の非存在下で、上記細胞にデオキシチミジン三リン酸(dTTP)のデノボ(de novo)合成経路の阻害剤を添加してインキュベーションする工程、または、前記(f)の転写調節因子をコードする遺伝子配列が転写活性化因子である場合には、遺伝子スイッチを活性化する物質の存在下で上記細胞に該阻害剤を添加して該細胞をインキュベーションする工程、および
(8)生細胞を回収する工程。
The method for selecting a gene switch and gene circuit according to claim 1, comprising the following steps (6) to (8):
(6) An expression vector having at least the following sequences (a) and (b):
(a) a gene sequence encoding thymidine kinase,
(b) a promoter sequence operably linked to the sequence upstream of the sequence of (a),
And
An expression vector having at least the following sequences (c) to (f):
(c) a promoter sequence different from the promoter sequence and operably linked to a downstream gene switch expression sequence
(d) the gene switch expression sequence,
(e) a target target sequence of a gene switch encoded by the gene switch expression sequence,
(f) a gene sequence in which the target sequence is operably linked and encodes a transcriptional regulatory factor that operates on the promoter sequence of (a),
A step for introducing thymidine kinase deficient cells,
(7) When the gene sequence encoding the transcriptional regulatory factor of (f) is a transcriptional repressor, deoxythymidine triphosphate (dTTP) is added to the cell in the absence of a substance that activates the gene switch. Incubating with an inhibitor of the de novo synthesis pathway of (2), or activating the gene switch if the gene sequence encoding the transcriptional regulator of (f) is a transcriptional activator Adding the inhibitor to the cell in the presence of a substance to incubate the cell, and
(8) A step of collecting live cells.
前記工程(8)に続いて、下記工程(9)および(10)をさらに含む請求項4に記載の遺伝子スイッチおよび遺伝子回路の選択方法:
(9)回収した生細胞を、前記(f)の転写調節因子をコードする遺伝子配列が転写抑制因子である場合には遺伝子スイッチを活性化する物質の存在下で変異原性ヌクレオシドを添加してインキュベーションする工程、または、前記(f)の転写調節因子をコードする遺伝子配列が転写活性化因子である場合には遺伝子スイッチを活性化する物質の非存在下で変異原性ヌクレオシドを添加してインキュベーションする工程、および
(10)生細胞を回収する工程。
The method for selecting a gene switch and a gene circuit according to claim 4, further comprising the following steps (9) and (10) following the step (8):
(9) When the gene sequence encoding the transcriptional regulatory factor of (f) is a transcriptional repressing factor, the recovered live cells are added with a mutagenic nucleoside in the presence of a substance that activates the gene switch. Incubating step, or if the gene sequence encoding the transcriptional regulatory factor of (f) is a transcriptional activator, adding a mutagenic nucleoside in the absence of a substance that activates the gene switch And the process of
(10) A step of collecting live cells.
チミジンキナーゼをコードする遺伝子配列が、ヒトヘルペスウイルス由来チミジンキナーゼをコードする遺伝子配列である請求項1から5のいずれか1項に記載の遺伝子スイッチおよび遺伝子回路の選択方法。 6. The method for selecting a gene switch and a gene circuit according to any one of claims 1 to 5, wherein the gene sequence encoding thymidine kinase is a gene sequence encoding human herpesvirus-derived thymidine kinase. チミジンキナーゼ欠損細胞が、大腸菌のチミジンキナーゼ欠損株である請求項1から6のいずれか1項に記載の遺伝子スイッチおよび遺伝子回路の選択方法。 The method for selecting a gene switch and a gene circuit according to any one of claims 1 to 6, wherein the thymidine kinase-deficient cell is a thymidine kinase-deficient strain of Escherichia coli. 変異原性ヌクレオシドが6-(β-D-2-デオキシリボ-フラノシル)-3,4-ジヒドロ-8H-ピリミド[4,5-c][1,2]オキザジン-7-オン(dP)である請求項1から7のいずれか1項に記載の遺伝子スイッチおよび遺伝子回路の選択方法。 The mutagenic nucleoside is 6- (β-D-2-deoxyribo-furanosyl) -3,4-dihydro-8H-pyrimido [4,5-c] [1,2] oxazin-7-one (dP) The method for selecting a gene switch and a genetic circuit according to any one of claims 1 to 7. デオキシチミジン三リン酸(dTTP)のデノボ(de novo)合成経路の阻害剤が5-フルオロ-2’-デオキシウリジン(5FdU)またはその誘導体である請求項1から8のいずれか1項に記載の遺伝子スイッチおよび遺伝子回路の選択方法。 The inhibitor of de novo synthesis pathway of deoxythymidine triphosphate (dTTP) is 5-fluoro-2'-deoxyuridine (5FdU) or a derivative thereof, according to any one of claims 1 to 8. Method for selecting gene switch and gene circuit. 前記配列(a)および(b)を少なくとも保持する発現ベクターが、該配列(a)および(b)に加えて蛍光タンパク質をコードする遺伝子配列をさらに含む発現ベクターである請求項1から9のいずれか1項に記載の遺伝子スイッチおよび遺伝子回路の選択方法。 The expression vector holding at least the sequences (a) and (b) is an expression vector further comprising a gene sequence encoding a fluorescent protein in addition to the sequences (a) and (b). 2. The method for selecting a gene switch and a gene circuit according to claim 1. 下記配列(a)および(b)を少なくとも保持する発現ベクター:
(a)ヒトヘルペスウイルス由来チミジンキナーゼをコードする遺伝子配列、
(b)前記(a)の配列の上流に該配列に作動可能に連結されたプロモータ配列であってリプレッサータンパク質CIの作用を受けるプロモータ、
並びに、
下記配列(c)から(f)を少なくとも保持する発現ベクター:
(c)前記プロモータ配列とは異なるプロモータ配列であってその下流の遺伝子スイッチ発現配列に作動可能に連結されたプロモータ配列
(d)前記遺伝子スイッチ発現配列、
(e)前記遺伝子スイッチ発現配列によりコードされる遺伝子スイッチの標的配列、
(f)前記標的配列が作動可能に連結された遺伝子であって前記(a)のプロモータ配列に作動するCIタンパク質をコードする遺伝子配列、
を導入したチミジンキナーゼ欠損大腸菌株を使用し、N-アシル-L-ホモセリンラクトン(AHL)の存在下で6-(β-D-2-デオキシリボ-フラノシル)-3,4-ジヒドロ-8H-ピリミド[4,5-c][1,2]オキザジン-7-オン(dP)を添加して該大腸菌株を5分間から60分間インキュベーションした後に生細胞を回収することを含む遺伝子スイッチおよび遺伝子回路の選択方法。
An expression vector having at least the following sequences (a) and (b):
(a) a gene sequence encoding human herpesvirus-derived thymidine kinase,
(b) a promoter sequence operably linked to the sequence upstream of the sequence of (a), which is subjected to the action of the repressor protein CI,
And
An expression vector having at least the following sequences (c) to (f):
(c) a promoter sequence different from the promoter sequence and operably linked to a downstream gene switch expression sequence
(d) the gene switch expression sequence,
(e) a target sequence of a gene switch encoded by the gene switch expression sequence,
(f) a gene sequence in which the target sequence is operably linked and encodes a CI protein that operates on the promoter sequence of (a),
In the presence of N-acyl-L-homoserine lactone (AHL) and 6- (β-D-2-deoxyribo-furanosyl) -3,4-dihydro-8H-pyrimido A gene switch and genetic circuit comprising recovering viable cells after adding [4,5-c] [1,2] oxazin-7-one (dP) and incubating the E. coli strain for 5 to 60 minutes Selection method.
下記配列(a)および(b)を少なくとも保持する発現ベクター:
(a)ヒトヘルペスウイルス由来チミジンキナーゼをコードする遺伝子配列、
(b)前記(a)の配列の上流に該配列に作動可能に連結されたプロモータ配列であってリプレッサータンパク質CIの作用を受けるプロモータ、
並びに、
下記配列(c)から(f)を少なくとも保持する発現ベクター:
(c)前記プロモータ配列とは異なるプロモータ配列であってその下流の遺伝子スイッチ発現配列に作動可能に連結されたプロモータ配列
(d)前記遺伝子スイッチ発現配列、
(e)前記遺伝子スイッチ発現配列によりコードされる遺伝子スイッチの標的配列、
(f)前記標的配列が作動可能に連結された遺伝子であって前記(a)のプロモータ配列に作動するCIタンパク質をコードする遺伝子配列、
を導入したチミジンキナーゼ欠損大腸菌株を使用し、N-アシル-L-ホモセリンラクトン(AHL)の非存在下で5-フルオロ-2’-デオキシウリジン(5FdU)を添加して該大腸菌株を12時間から20時間インキュベーションした後に生細胞を回収することを含む遺伝子スイッチおよび遺伝子回路の選択方法。
An expression vector having at least the following sequences (a) and (b):
(a) a gene sequence encoding human herpesvirus-derived thymidine kinase,
(b) a promoter sequence operably linked to the sequence upstream of the sequence of (a), which is subjected to the action of the repressor protein CI,
And
An expression vector having at least the following sequences (c) to (f):
(c) a promoter sequence different from the promoter sequence and operably linked to a downstream gene switch expression sequence
(d) the gene switch expression sequence,
(e) a target sequence of a gene switch encoded by the gene switch expression sequence,
(f) a gene sequence in which the target sequence is operably linked and encodes a CI protein that operates on the promoter sequence of (a),
Was used in the absence of N-acyl-L-homoserine lactone (AHL) and 5-fluoro-2'-deoxyuridine (5FdU) was added for 12 hours. A method for selecting a gene switch and a genetic circuit, comprising recovering viable cells after incubation for 20 hours.
下記配列(a)および(b)を少なくとも保持する発現ベクター:
(a)ヒトヘルペスウイルス由来チミジンキナーゼをコードする遺伝子配列、
(b)前記(a)の配列の上流に該配列に作動可能に連結されたプロモータ配列であってリプレッサータンパク質CIの作用を受けるプロモータ、
並びに、
下記配列(c)から(f)を少なくとも保持する発現ベクター:
(c)前記プロモータ配列とは異なるプロモータ配列であってその下流の遺伝子スイッチ発現配列に作動可能に連結されたプロモータ配列
(d)前記遺伝子スイッチ発現配列、
(e)前記遺伝子スイッチ発現配列によりコードされる遺伝子スイッチの標的配列、
(f)前記標的配列が作動可能に連結された遺伝子であって前記(a)のプロモータ配列に作動するCIタンパク質をコードする遺伝子配列、
を導入したチミジンキナーゼ欠損大腸菌株を使用し、N-アシル-L-ホモセリンラクトン(AHL)の存在下で6-(β-D-2-デオキシリボ-フラノシル)-3,4-ジヒドロ-8H-ピリミド[4,5-c][1,2]オキザジン-7-オン(dP)を添加して該大腸菌株を5分間から60分間インキュベーションした後に生細胞を回収し、次いで、AHLの非存在下で5-フルオロ-2’-デオキシウリジン(5FdU)を添加して該大腸菌株を12時間から20時間インキュベーションした後に生細胞を回収することを含む遺伝子スイッチおよび遺伝子回路の選択方法。
An expression vector having at least the following sequences (a) and (b):
(a) a gene sequence encoding human herpesvirus-derived thymidine kinase,
(b) a promoter sequence operably linked to the sequence upstream of the sequence of (a), which is subjected to the action of the repressor protein CI,
And
An expression vector having at least the following sequences (c) to (f):
(c) a promoter sequence different from the promoter sequence and operably linked to a downstream gene switch expression sequence
(d) the gene switch expression sequence,
(e) a target sequence of a gene switch encoded by the gene switch expression sequence,
(f) a gene sequence in which the target sequence is operably linked and encodes a CI protein that operates on the promoter sequence of (a),
In the presence of N-acyl-L-homoserine lactone (AHL) and 6- (β-D-2-deoxyribo-furanosyl) -3,4-dihydro-8H-pyrimido [4,5-c] [1,2] Oxazin-7-one (dP) was added and the E. coli strain was incubated for 5 to 60 minutes before harvesting the viable cells and then in the absence of AHL A method for selecting a gene switch and a gene circuit, comprising adding 5-fluoro-2′-deoxyuridine (5FdU) and incubating the E. coli strain for 12 to 20 hours and then recovering living cells.
下記配列(a)および(b)を少なくとも保持する発現ベクター:
(a)ヒトヘルペスウイルス由来チミジンキナーゼをコードする遺伝子配列、
(b)前記(a)の配列の上流に該配列に作動可能に連結されたプロモータ配列であってリプレッサータンパク質CIの作用を受けるプロモータ、
並びに、
下記配列(c)から(f)を少なくとも保持する発現ベクター:
(c)前記プロモータ配列とは異なるプロモータ配列であってその下流の遺伝子スイッチ発現配列に作動可能に連結されたプロモータ配列
(d)前記遺伝子スイッチ発現配列、
(e)前記遺伝子スイッチ発現配列によりコードされる遺伝子スイッチの標的配列、
(f)前記標的配列が作動可能に連結された遺伝子であって前記(a)のプロモータ配列に作動するCIタンパク質をコードする遺伝子配列、
を導入したチミジンキナーゼ欠損大腸菌株を使用し、N-アシル-L-ホモセリンラクトン(AHL)の非存在下で5-フルオロ-2’-デオキシウリジン(5FdU)を添加して該大腸菌株を12時間から20時間インキュベーションした後に生細胞を回収し、次いで、AHLの存在下で6-(β-D-2-デオキシリボ-フラノシル)-3,4-ジヒドロ-8H-ピリミド[4,5-c][1,2]オキザジン-7-オン(dP)を添加して該大腸菌株を5分間から60分間インキュベーションした後に生細胞を回収することを含む遺伝子スイッチおよび遺伝子回路の選択方法。
An expression vector having at least the following sequences (a) and (b):
(a) a gene sequence encoding human herpesvirus-derived thymidine kinase,
(b) a promoter sequence operably linked to the sequence upstream of the sequence of (a), which is subjected to the action of the repressor protein CI,
And
An expression vector having at least the following sequences (c) to (f):
(c) a promoter sequence different from the promoter sequence and operably linked to a downstream gene switch expression sequence
(d) the gene switch expression sequence,
(e) a target sequence of a gene switch encoded by the gene switch expression sequence,
(f) a gene sequence in which the target sequence is operably linked and encodes a CI protein that operates on the promoter sequence of (a),
Was used in the absence of N-acyl-L-homoserine lactone (AHL) and 5-fluoro-2'-deoxyuridine (5FdU) was added for 12 hours. Viable cells were harvested after 20 hours of incubation, and then 6- (β-D-2-deoxyribo-furanosyl) -3,4-dihydro-8H-pyrimido [4,5-c] [4,5] in the presence of AHL 1,2] A method for selecting a gene switch and a genetic circuit, which comprises adding oxazin-7-one (dP) and incubating the E. coli strain for 5 to 60 minutes and then recovering living cells.
前記配列(a)および(b)を少なくとも保持する発現ベクターが、該配列(a)および(b)に加えて蛍光タンパク質をコードする遺伝子配列をさらに含む発現ベクターである請求項11から14のいずれか1項に記載の遺伝子スイッチおよび遺伝子回路の選択方法。 The expression vector having at least the sequences (a) and (b) is an expression vector further comprising a gene sequence encoding a fluorescent protein in addition to the sequences (a) and (b). 2. The method for selecting a gene switch and a gene circuit according to claim 1. 下記配列(a)および(b)を少なくとも保持する発現ベクター:
(a)ヒトヘルペスウイルス由来チミジンキナーゼをコードする遺伝子配列、
(b)前記(a)の配列の上流に該配列に作動可能に連結されたプロモータ配列であってリプレッサータンパク質CIの作用を受けるプロモータ、
並びに、
下記配列(c)から(f)を少なくとも保持する発現ベクター:
(c)前記プロモータ配列とは異なるプロモータ配列であってその下流の遺伝子スイッチ発現配列に作動可能に連結されたプロモータ配列
(d)前記遺伝子スイッチ発現配列、
(e)前記遺伝子スイッチ発現配列によりコードされる遺伝子スイッチの標的配列、
(f)前記標的配列が作動可能に連結された遺伝子であって前記(a)のプロモータ配列に作動するCIタンパク質をコードする遺伝子配列、
を導入したチミジンキナーゼ欠損大腸菌株を使用し、異なる濃度のN-アシル-L-ホモセリンラクトン(AHL)の存在下およびAHLの非存在下で5-フルオロ-2’-デオキシウリジン(5FdU)を添加して該大腸菌株を12時間から20時間インキュベーションした後に生細胞を回収し、次いで、前記濃度の1/10濃度のAHLの存在下で6-(β-D-2-デオキシリボ-フラノシル)-3,4-ジヒドロ-8H-ピリミド[4,5-c][1,2]オキザジン-7-オン(dP)を添加して該大腸菌株を5分間から60分間インキュベーションした後に生細胞を回収することにより、AHLに対する感度の異なる遺伝子スイッチおよび遺伝子回路を取得することを特徴とする、遺伝子スイッチおよび遺伝子回路の選択方法。
An expression vector having at least the following sequences (a) and (b):
(a) a gene sequence encoding human herpesvirus-derived thymidine kinase,
(b) a promoter sequence operably linked to the sequence upstream of the sequence of (a), which is subjected to the action of the repressor protein CI,
And
An expression vector having at least the following sequences (c) to (f):
(c) a promoter sequence different from the promoter sequence and operably linked to a downstream gene switch expression sequence
(d) the gene switch expression sequence,
(e) a target sequence of a gene switch encoded by the gene switch expression sequence,
(f) a gene sequence in which the target sequence is operably linked and encodes a CI protein that operates on the promoter sequence of (a),
5-fluoro-2'-deoxyuridine (5FdU) was added in the presence of N-acyl-L-homoserine lactone (AHL) at different concentrations and in the absence of AHL. Then, after the E. coli strain was incubated for 12 to 20 hours, the living cells were collected, and then 6- (β-D-2-deoxyribo-furanosyl) -3 in the presence of 1/10 concentration of AHL. , 4-dihydro-8H-pyrimido [4,5-c] [1,2] oxazin-7-one (dP) is added, and the E. coli strain is incubated for 5 to 60 minutes, and then the living cells are collected. To obtain a gene switch and a gene circuit having different sensitivities to AHL.
下記配列(a)および(b)を少なくとも保持する発現ベクター:
(a)ヒトヘルペスウイルス由来チミジンキナーゼをコードする遺伝子配列、
(b)前記(a)の配列の上流に該配列に作動可能に連結されたプロモータ配列であってリプレッサータンパク質CIの作用を受けるプロモータ、
並びに、
下記配列(c)から(f)を少なくとも保持する発現ベクター:
(c)前記プロモータ配列とは異なるプロモータ配列であってその下流の遺伝子スイッチ発現配列に作動可能に連結されたプロモータ配列
(d)前記遺伝子スイッチ発現配列、
(e)前記遺伝子スイッチ発現配列によりコードされる遺伝子スイッチの標的配列、
(f)前記標的配列が作動可能に連結された遺伝子であって前記(a)のプロモータ配列に作動するCIタンパク質をコードする遺伝子配列、
を導入したチミジンキナーゼ欠損大腸菌株を使用し、異なる種類のN-アシル-L-ホモセリンラクトン(AHL)の存在下およびAHLの非存在下で5-フルオロ-2’-デオキシウリジン(5FdU)を添加して該大腸菌株を12時間から20時間インキュベーションした後に生細胞を回収し、次いで、前記種類とは異なるAHLの存在下で6-(β-D-2-デオキシリボ-フラノシル)-3,4-ジヒドロ-8H-ピリミド[4,5-c][1,2]オキザジン-7-オン(dP)を添加して該大腸菌株を5分間から60分間インキュベーションした後に生細胞を回収することにより、AHL特異性の異なる遺伝子スイッチおよび遺伝子回路を取得することを特徴とする、遺伝子スイッチおよび遺伝子回路の選択方法。
An expression vector having at least the following sequences (a) and (b):
(a) a gene sequence encoding human herpesvirus-derived thymidine kinase,
(b) a promoter sequence operably linked to the sequence upstream of the sequence of (a), which is subjected to the action of the repressor protein CI,
And
An expression vector having at least the following sequences (c) to (f):
(c) a promoter sequence different from the promoter sequence and operably linked to a downstream gene switch expression sequence
(d) the gene switch expression sequence,
(e) a target sequence of a gene switch encoded by the gene switch expression sequence,
(f) a gene sequence in which the target sequence is operably linked and encodes a CI protein that operates on the promoter sequence of (a),
5-fluoro-2'-deoxyuridine (5FdU) was added in the presence of different types of N-acyl-L-homoserine lactone (AHL) and in the absence of AHL. the viable cells were recovered after 20 hours of incubation the E. coli strain from the 12 hours, then the type 6 in the presence of different AHL the (β-D-2- deoxyribonucleic - furanosyl) -3,4 by recovering viable cells after incubation for 60 min the E. coli strain from 5 minutes with the addition of dihydro -8H- pyrimido [4,5-c] [1,2] Okizajin-7-one (dP), AHL A method for selecting a gene switch and a gene circuit, comprising obtaining a gene switch and a gene circuit having different specificities.
遺伝子スイッチ発現配列がLuxR変異体をコードする遺伝子配列である請求項16または請求項17に記載の遺伝子スイッチおよび遺伝子回路の選択方法。 18. The method for selecting a gene switch and a gene circuit according to claim 16, wherein the gene switch expression sequence is a gene sequence encoding a LuxR mutant. 前記配列(a)および(b)を少なくとも保持する発現ベクターが、該配列(a)および(b)に加えて蛍光タンパク質をコードする遺伝子配列をさらに含む発現ベクターである請求項1から18のいずれか1項に記載の遺伝子スイッチおよび遺伝子回路の選択方法。 The expression vector having at least the sequences (a) and (b) is an expression vector further comprising a gene sequence encoding a fluorescent protein in addition to the sequences (a) and (b). 2. The method for selecting a gene switch and a gene circuit according to claim 1. チミジンキナーゼをコードする遺伝子配列とその上流に該遺伝子配列に作動可能に連結されたプロモータ配列とを少なくとも含む発現ベクターであって、請求項1から19のいずれか1項に記載の遺伝子スイッチおよび遺伝子回路の選択方法に使用される発現ベクター。 20. An expression vector comprising at least a gene sequence encoding thymidine kinase and a promoter sequence operably linked to the gene sequence upstream of the gene sequence, and the gene switch and gene according to any one of claims 1 to 19 An expression vector used in a circuit selection method. チミジンキナーゼをコードする遺伝子配列および蛍光タンパク質をコードする遺伝子配列、並びにこれら遺伝子配列の上流に該遺伝子配列に作動可能に連結されたプロモータ配列を少なくとも含む発現ベクターであって、請求項1から19のいずれか1項に記載の遺伝子スイッチおよび遺伝子回路の選択方法に使用される発現ベクター。 20. An expression vector comprising at least a gene sequence encoding thymidine kinase and a gene sequence encoding a fluorescent protein, and a promoter sequence operably linked to the gene sequence upstream of these gene sequences, An expression vector used in the method for selecting a gene switch and a genetic circuit according to any one of the above. 配列表の配列番号2または配列番号3に記載の塩基配列で表されるDNAからなる請求項21に記載の発現ベクター。 The expression vector according to claim 21, which comprises a DNA represented by the nucleotide sequence set forth in SEQ ID NO: 2 or 3 in the sequence listing.
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