JP2013017473A - Quick and highly efficient genome modification method - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide: a genome modification method excellent in quickness, easiness, selectivity and efficiency and applicable to automation; and a nucleic acid construct to be used in the method.SOLUTION: The nucleic acid construct to be used for the modification of a genome in a cell contains a gene sequence encoding a nucleoside kinase, preferably thymidine kinase as a gene sequence for selecting a cell in which a genome is modified by the nucleic acid construct. There is further provided a method for modifying the genome in a cell by the use of the nucleic acid construct.

Description

本発明は、細胞内のゲノムの改変に使用される核酸構築物、および該核酸構築物を使用することを含む細胞内のゲノムを改変する方法に関する。より詳しくは、本発明は、核酸構築物によりゲノムが改変された細胞を選択するための遺伝子配列として、ヌクレオシドキナーゼ、好ましくはチミジンキナーゼをコードする遺伝子配列を含む、細胞内のゲノムの改変に使用される核酸構築物、並びに該核酸構築物を使用することを含む細胞内のゲノムを改変する方法に関する。   The present invention relates to a nucleic acid construct used for modifying a genome in a cell and a method for modifying a genome in a cell comprising using the nucleic acid construct. More particularly, the present invention is used for modification of an intracellular genome, including a gene sequence encoding a nucleoside kinase, preferably thymidine kinase, as a gene sequence for selecting cells whose genome has been modified by a nucleic acid construct. Nucleic acid constructs, as well as methods for modifying the genome in a cell comprising using the nucleic acid constructs.

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ーは、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、さまざま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.

細胞のゲノムを任意に書き換える技術として、最近、λREDシステムを利用して遺伝子の組換えを効率化する手法が報告されている(非特許文献1)。   Recently, as a technique for arbitrarily rewriting the genome of a cell, a technique for improving the efficiency of gene recombination using the λRED system has been reported (Non-patent Document 1).

単にある遺伝子をノックアウト(knock-out)したいときは、相同組換えシステムを用いてその標的遺伝子をセレクタ遺伝子に置き換えるだけでよい。遺伝子が置き換わったゲノムをもつ細胞は、ポジティブセレクタ(positive selector)を用いることによって選抜できる。   If you simply want to knock-out a gene, you can simply replace the target gene with a selector gene using a homologous recombination system. Cells having genomes with replaced genes can be selected by using a positive selector.

一方、複数の遺伝子座位を繰り返しノックアウトしたいときは、最初のゲノム配列編集作業において導入したセレクタ遺伝子を含むセレクタカセットを「抜く」作業が必要となる。なぜならば、最初の編集部位にポジティブセレクタが導入されたままであれば、次のゲノム配列編集作業において同じ選択原理を用いた組換えクローンの選抜ができなくなるからである。単にセレクタ遺伝子を「抜く」だけならば、P1トランスダクション(P1-transduction)によりセレクタ遺伝子を除去することが可能である。しかし、セレクタカセットにはセレクタ遺伝子のほかにゲノム遺伝子とセレクタ遺伝子とを結合させるのりしろとなるFRT配列(FLT-recombination target配列)が含まれているため、この方法ではセレクタ遺伝子を抜いた「抜きしろ」にFRT配列が残る。つまり、ノックアウト操作をするたびに、このFRT配列がゲノムに残ってしまう(図1および非特許文献2)。この場合、近い座位に存在する遺伝子をノックアウトするときに、期待していないFRT配列の組み合わせによる組み換えが起こる可能性がある。そのため、ノックアウト操作の終了後に、目的とする組換えが起こった細胞を選別する作業が必要になり、操作の迅速性および容易性に問題がある。   On the other hand, when it is desired to repeatedly knock out a plurality of gene loci, it is necessary to “extract” the selector cassette containing the selector gene introduced in the initial genome sequence editing operation. This is because if the positive selector is still introduced at the first editing site, it will not be possible to select recombinant clones using the same selection principle in the next genome sequence editing operation. If the selector gene is simply “removed”, it is possible to remove the selector gene by P1 transduction. However, in addition to the selector gene, the selector cassette contains an FRT sequence (FLT-recombination target sequence) that joins the genomic gene and the selector gene, so this method removes the selector gene. FRT sequence remains. That is, every time a knockout operation is performed, this FRT sequence remains in the genome (FIG. 1 and Non-Patent Document 2). In this case, when a gene located at a close locus is knocked out, recombination may occur due to an unexpected combination of FRT sequences. Therefore, after completion of the knockout operation, it is necessary to select a cell in which the desired recombination has occurred, and there is a problem in the speed and ease of the operation.

また、1塩基レベルの精度でゲノムを書き換える場合もセレクタカセットが残存する形態は望ましくない。   In addition, it is not desirable that the selector cassette remains even when the genome is rewritten with an accuracy of one base level.

精度良くゲノムを書き換えるには少なくとも次の2工程が必要である:(1) 標的遺伝子座(locus)へのセレクタ遺伝子の導入;および(2)前記工程(1)に続く、置換配列の挿入。 工程(1)においては、組み込まれたセレクタ遺伝子によりポジティブ選択(positiveselection)が行われる。工程(2)においては、前記組み込まれたセレクタ遺伝子が置換配列により置換されて失われるため、セレクタ遺伝子が失われたクローンを濃縮するためにネガティブ選択(negative selection)が行われる。例えば、セレクタ遺伝子として薬物耐性遺伝子を使用してゲノムを書き換える場合、少なくとも次の2工程が実施される:(1) ゲノムの目的位置に薬物耐性遺伝子を組み込み、薬剤耐性により細胞を選択する(ポジティブ選択);その後、(2)目的情報を含んだ遺伝子と薬剤耐性遺伝子を入れ替え、薬剤感受性により細胞を選択する(ネガティブ選択)。より具体的には、ポジティブ選択およびネガティブ選択が可能な薬剤耐性遺伝子としてテトラサイクリン耐性遺伝子を用い、この遺伝子組換え手法と組み合わせることにより、上記2工程を含むゲノムの改変方法が実施されている。しかしながら、この方法は、ポジティブ選択およびネガティブ選択を選択培地下におけるテトラサイクリン耐性遺伝子の有無による細胞の増殖速度差を指標にして行うために選択に数日を要し、また、最終産物に含まれる擬陽性コロニーが増殖能を保持している。   In order to rewrite the genome with high accuracy, at least the following two steps are required: (1) introduction of a selector gene into a target locus (locus); and (2) insertion of a replacement sequence following the step (1). In step (1), positive selection is performed by the incorporated selector gene. In step (2), since the integrated selector gene is replaced with a replacement sequence and lost, negative selection is performed to concentrate clones in which the selector gene is lost. For example, when rewriting a genome using a drug resistance gene as a selector gene, at least the following two steps are performed: (1) The drug resistance gene is incorporated at the target position of the genome and cells are selected by drug resistance (positive) (Selection); Thereafter, (2) the gene containing the target information is replaced with the drug resistance gene, and the cells are selected based on drug sensitivity (negative selection). More specifically, a tetracycline resistance gene is used as a drug resistance gene capable of positive selection and negative selection, and a method for modifying a genome including the above two steps is performed by combining with this gene recombination technique. However, this method requires several days for selection in order to perform positive selection and negative selection based on the growth rate difference of cells depending on the presence or absence of a tetracycline resistance gene in a selection medium, and false positives contained in the final product. The colony retains the ability to grow.

大規模なゲノムの編集および/または加工においては、さまざまな遺伝子座に対する書き換えを繰り返しあるいは並列的に行う必要がある。そのため、ロボティクスを用いた自動化に対応できるゲノムの改変方法および該方法に使用するセレクタシステムの開発が期待される(非特許文献3)。   In large-scale genome editing and / or processing, it is necessary to rewrite various loci repeatedly or in parallel. Therefore, development of a genome modification method that can support automation using robotics and a selector system used in the method are expected (Non-patent Document 3).

現在までに、幾つかのセレクタシステムが報告されている(表1)。しかし、いずれのセレクタシステムも一長一短があり、迅速性、容易性、選択性、効率性、および自動化に優れたセレクタシステムは未だ開発されていない。   To date, several selector systems have been reported (Table 1). However, each selector system has its merits and demerits, and a selector system excellent in quickness, ease, selectivity, efficiency, and automation has not been developed yet.

K. A.Datsenko and B. L. Wanner: Proc Natl Acad Sci U S A, 97, 6640 (2000)K. A. Datsenko and B. L. Wanner: Proc Natl Acad Sci U S A, 97, 6640 (2000) F. Buchholzand M. Bishop: Biotechniques, 31, 906 (2001)F. Buchholzand M. Bishop: Biotechniques, 31, 906 (2001) H. H. Wang,F. J. Isaacs, P. A. Carr, Z. Z. Sun, G. Xu, C. R. Forest and G. M. Church:Nature, 460, 894 (2009)H. H. Wang, F. J. Isaacs, P. A. Carr, Z. Z. Sun, G. Xu, C. R. Forest and G. M. Church: Nature, 460, 894 (2009) J. E.Karlinsey: Methods Enzymol, 421, 199 (2007)J. E. Karlinsey: Methods Enzymol, 421, 199 (2007) H.Mizoguchi, K. Tanaka-Masuda and H. Mori: Biosci Biotechnol Biochem, 71, 2905(2007)H. Mizoguchi, K. Tanaka-Masuda and H. Mori: Biosci Biotechnol Biochem, 71, 2905 (2007) K. C.Murphy, K. G. Campellone and A. R. Poteete: Gene, 246, 321 (2000)K. C. Murphy, K. G. Campellone and A. R. Poteete: Gene, 246, 321 (2000) M. Hashimoto,T. Ichimura, H. Mizoguchi, K. Tanaka, K. Fujimitsu, K. Keyamura, T. Ote, T.Yamakawa, Y. Yamazaki, H. Mori, T. Katayama and J. Kato: Mol Microbiol, 55, 137(2005)M. Hashimoto, T. Ichimura, H. Mizoguchi, K. Tanaka, K. Fujimitsu, K. Keyamura, T. Ote, T. Yamakawa, Y. Yamazaki, H. Mori, T. Katayama and J. Kato: Mol Microbiol , 55, 137 (2005) R.Heermann, T. Zeppenfeld and K. Jung: Microb Cell Fact, 7, 14 (2008)R. Heermann, T. Zeppenfeld and K. Jung: Microb Cell Fact, 7, 14 (2008) Y. Tashiro,H. Fukutomi, K. Terakubo, K. Saito and D. Umeno: Nucleic Acids Res, 39, e12(2011)Y. Tashiro, H. Fukutomi, K. Terakubo, K. Saito and D. Umeno: Nucleic Acids Res, 39, e12 (2011)

細胞のゲノムを任意に書き換えるために行われてきた従来の遺伝子工学的技術には、上記のように、使用するセレクタに改良の余地があり、迅速性、容易性、選択性、効率性、および自動化などに問題があった。   In the conventional genetic engineering techniques that have been performed to arbitrarily rewrite the genome of a cell, as described above, there is room for improvement in the selector to be used, and quickness, ease, selectivity, efficiency, and There was a problem with automation.

本発明の課題は、迅速性、容易性、選択性、および効率性に優れ、自動化への応用が可能なゲノムの改変方法とそれに使用する核酸構築物を提供することである。   An object of the present invention is to provide a method for modifying a genome which is excellent in rapidity, ease, selectivity and efficiency, and can be applied to automation, and a nucleic acid construct used therefor.

本発明者らは上記課題を解決すべく、核酸構築物によりゲノムが改変された細胞の選択に使用する選択マーカーに着目し、有用な選択マーカーの探索研究を鋭意行った。選択マーカーとしての重要な性質は、デュアルセレクタ機能を有することである。1つのセレクタ遺伝子にポジティブ選択およびネガティブ選択の両方の機能をもたせることは、標的遺伝子の書込み操作において望ましい。なぜなら、まずポジティブ選択をすることにより、ネガティブ選択における擬陽性の最大の原因であるネガティブセレクタの失活変異を除去することができるからである。どの細胞にも、109-10 塩基毎に複製エラーが蓄積する。多くの細胞の中から組換えクローンを選別するゲノム工学では、選択する細胞プールの大きさは109に達する。ネガティブセレクタ遺伝子を不活性化する変異を持つ細胞は、この大きさのプール中に〜100程度は存在する計算となる。ランダムなアミノ酸置換が酵素遺伝子の機能を消去する確率は20−50%であり、ゆえに300アミノ酸からなるタンパク質ならば、60−150アミノ酸座位、すなわち180−450遺伝子座位は1度でネガティブセレクタを失活させる。実際には、これにその遺伝子のレギュレータ部位への不活性化変異が加わる。この性質を有する選択マーカーとして、テトラサイクリン排出タンパク質(TetA)を挙げることができる。その効用は示されていないが、TetAはポジティブ選択およびネガティブ選択の両方の機能を有するため、失活したネガティブセレクタを細胞プールの中から除去または希釈することが可能である(図2)。また、選択マーカーに望まれる性質は、選択操作の迅速性である。例えば、上述のTetAを用いたネガティブ選択は、選択固体培地上でおよそ1-3日という非常に長い時間、静置培養して行う必要があり、また、TetA以外の公知のセレクタも細胞増殖速度の差異を指標にした選択技術であるために選択操作毎に1−2日を要するという問題点を有する。さらに、選択マーカーに望まれる性質として、液体中での選択操作が可能なことがあげられる。この条件は、自動化などにおいて重要な利点となる。さらにまた、選択マーカーの性質としては、その機能が選択操作の条件に依存性であることが好ましい。ネガティブセレクタは基本的に毒性遺伝子であるため、細胞内での安定保持に原理的な問題がある。したがって、その毒性の発揮がある化学的または物理的なイニシエータの存在下でのみ発揮される「条件による(conditional)」ものであることが好ましい。 In order to solve the above-mentioned problems, the present inventors have paid attention to a selection marker used for selection of a cell whose genome has been modified by a nucleic acid construct, and have conducted intensive research on searching for a useful selection marker. An important property as a selection marker is that it has a dual selector function. It is desirable in the target gene writing operation that one selector gene has both a positive selection function and a negative selection function. This is because, by first performing positive selection, the inactive mutation of the negative selector, which is the largest cause of false positive in negative selection, can be removed. Every cell accumulates replication errors every 10 9-10 bases. Many genome engineering of selecting recombinant clones from the cell, reaches 109 size selection for cell pools. It is calculated that cells having a mutation that inactivates the negative selector gene are present in a pool of this size by about ~ 100. The probability of random amino acid substitutions eradicating the function of the enzyme gene is 20-50%, so for a protein consisting of 300 amino acids, the 60-150 amino acid locus, ie the 180-450 locus, is lost once and the negative selector is lost. Make it live. In fact, this adds an inactivating mutation to the regulator site of the gene. An example of a selectable marker having this property is tetracycline excretion protein (TetA). Although its utility has not been shown, since TetA has both positive and negative selection functions, it is possible to remove or dilute inactivated negative selectors from the cell pool (FIG. 2). Moreover, the property desired for the selection marker is the quickness of the selection operation. For example, the above-described negative selection using TetA needs to be performed by stationary culture on a selected solid medium for a very long time of about 1-3 days. In addition, known selectors other than TetA can also be used for cell growth rates. Since this is a selection technique based on the difference between the two, it takes 1-2 days for each selection operation. Furthermore, a property desired for the selection marker is that a selection operation in a liquid is possible. This condition is an important advantage in automation and the like. Furthermore, as a property of the selection marker, it is preferable that its function is dependent on the conditions of the selection operation. Since the negative selector is basically a toxic gene, there is a fundamental problem in maintaining stability in the cell. Therefore, it is preferred that the condition be “conditional” that is only exerted in the presence of a chemical or physical initiator that exhibits its toxicity.

本発明者らはヒトヘルペスウイルス(human herpes simplexvirus)由来のチミジンキナーゼ (HSVTK)を発現させた細胞が変異原性ヌクレオシド、例えば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(以下、dPと略称する)の存在下では細胞死を起こすのに対し、HSVTKを発現しない細胞は細胞死を免れることを既に見出している(非特許文献9)。そして、HSVTKをネガティブセレクタとして使用することにより、迅速性、容易性、選択性、および効率性に優れ、自動化への応用が可能な本発明に係るゲノムの改変法を完成した。   The present inventors have developed a cell expressing a thymidine kinase (HSVTK) derived from human herpes simplexvirus (HSVTK) as a mutagenic nucleoside such as 6- (β-D-2-deoxyribo-furanosyl) -3,4- Cell death occurs in the presence of dihydro-8H-pyrimido [4,5-c] [1,2] oxazin-7-one (hereinafter abbreviated as dP), whereas cells that do not express HSVTK Has already been found (Non-patent Document 9). By using HSVTK as a negative selector, the genome modification method according to the present invention, which is excellent in rapidity, ease, selectivity, and efficiency and can be applied to automation, has been completed.

すなわち、本発明は以下に関する:
1.細胞内のゲノムを改変する方法であって、
(1)細胞内のゲノムの改変に使用される核酸構築物であって、該核酸構築物によりゲノムが改変された細胞を選択するための遺伝子配列としてチミジンキナーゼをコードする遺伝子配列を含む、細胞内のゲノムの改変に使用される核酸構築物を、細胞内に導入する工程、
(2)上記(1)で得られた細胞を培養する工程、および
(3)上記(2)の工程の後、ゲノムが改変された細胞を選択する工程、
を包含する、細胞内のゲノムを改変する方法、
2.細胞内のゲノムを改変する方法であって、
(1)細胞内のゲノムの改変に使用される核酸構築物であって、該核酸構築物によりゲノムが改変された細胞を選択するための遺伝子配列として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を含む、細胞内のゲノムの改変に使用される核酸構築物を、細胞内に導入する工程、
(2)上記(1)で得られた細胞を培養する工程、および
(3)上記(2)の工程の後、ゲノムが改変された細胞を選択する工程、
を包含する、細胞内のゲノムを改変する方法、
3.チミジンキナーゼをコードする遺伝子配列に加えて、ゲノムが改変された細胞を選択するための遺伝子配列として薬剤耐性タンパク質をコードする遺伝子配列を含む、上記1.または2.の細胞内のゲノムを改変する方法、
4.薬剤耐性タンパク質がクロラムフェニコールアセチルトランスフェラーゼである、上記3.の細胞内のゲノムを改変する方法、
5.細胞内のゲノムを改変する方法であって、
(1)細胞内のゲノムの改変に使用される核酸構築物であって、該核酸構築物によりゲノムが改変された細胞を選択するための遺伝子配列として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を含み、更にゲノムが改変された細胞を選択するための遺伝子配列としてクロラムフェニコールアセチルトランスフェラーゼをコードする遺伝子配列を含む、細胞内のゲノムの改変に使用される核酸構築物を、細胞内に導入する工程、
(2)上記(1)で得られた細胞を培養する工程、および
(3)上記(2)の工程の後、ゲノムが改変された細胞を選択する工程、
を包含する、細胞内のゲノムを改変する方法、
6.細胞内のゲノムの改変に使用される核酸構築物であって、該核酸構築物によりゲノムが改変された細胞を選択するための遺伝子配列としてチミジンキナーゼをコードする遺伝子配列を含む、細胞内のゲノムの改変に使用される核酸構築物、
7.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、上記6.の細胞内のゲノムの改変に使用される核酸構築物、
8.チミジンキナーゼをコードする遺伝子配列に加えて、ゲノムが改変された細胞を選択するための遺伝子配列として薬剤耐性タンパク質をコードする遺伝子配列を含む、上記6.または7.の細胞内のゲノムの改変に使用される核酸構築物、
9.薬剤耐性タンパク質がクロラムフェニコールアセチルトランスフェラーゼである、上記8.の細胞内のゲノムの改変に使用される核酸構築物、
10.細胞内のゲノムの改変に使用される核酸構築物であって、該核酸構築物によりゲノムが改変された細胞を選択するための遺伝子配列として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を含み、さらにゲノムが改変された細胞を選択するための遺伝子配列としてクロラムフェニコールアセチルトランスフェラーゼをコードする遺伝子配列を含む、細胞内のゲノムの改変に使用される核酸構築物、
11.配列表の配列番号1、配列番号2、および配列番号3のいずれかに記載の塩基配列で表されるDNAからなる、細胞内のゲノムの改変に使用される核酸構築物、
12.細胞が微生物である、上記11.の核酸構築物の、細胞内のゲノムの改変における使用、
13.細胞が大腸菌またはシアノバクテリアである、上記12.の核酸構築物の、細胞内のゲノムの改変における使用。
That is, the present invention relates to:
1. A method of modifying the genome of a cell,
(1) A nucleic acid construct used for modification of a genome in a cell, comprising a gene sequence encoding thymidine kinase as a gene sequence for selecting a cell whose genome has been modified by the nucleic acid construct. Introducing a nucleic acid construct to be used for genome modification into a cell;
(2) culturing the cells obtained in (1) above, and
(3) After the step (2), a step of selecting a cell whose genome has been modified,
A method for modifying a genome in a cell, comprising:
2. A method of modifying the genome of a cell,
(1) A nucleic acid construct used for modification of a genome in a cell, comprising a gene sequence encoding human herpesvirus-derived thymidine kinase as a gene sequence for selecting a cell whose genome has been modified by the nucleic acid construct Introducing into the cell a nucleic acid construct used for modification of the genome in the cell;
(2) culturing the cells obtained in (1) above, and
(3) After the step (2), a step of selecting a cell whose genome has been modified,
A method for modifying a genome in a cell, comprising:
3. In addition to the gene sequence encoding thymidine kinase, the genome in the cell of the above 1 or 2 comprising a gene sequence encoding a drug resistance protein as a gene sequence for selecting a cell having a modified genome. How to modify,
4. The method of modifying the intracellular genome of the above 3, wherein the drug resistant protein is chloramphenicol acetyltransferase,
5. A method for altering the genome of a cell,
(1) A nucleic acid construct used for modifying a genome in a cell, comprising a gene sequence encoding human herpesvirus-derived thymidine kinase as a gene sequence for selecting a cell whose genome has been modified by the nucleic acid construct. And a step of introducing a nucleic acid construct used for modification of the genome in the cell, comprising a gene sequence encoding chloramphenicol acetyltransferase as a gene sequence for selecting a cell whose genome has been further modified. ,
(2) culturing the cells obtained in (1) above, and
(3) After the step (2), a step of selecting a cell whose genome has been modified,
A method for modifying a genome in a cell, comprising:
6. A nucleic acid construct used for modifying a genome in a cell, comprising a gene sequence encoding thymidine kinase as a gene sequence for selecting a cell whose genome has been modified by the nucleic acid construct. A nucleic acid construct used for the modification of
7. A nucleic acid construct used for modification of an intracellular genome according to the above 6, wherein the gene sequence encoding thymidine kinase is a gene sequence encoding human herpesvirus-derived thymidine kinase,
8. In addition to the gene sequence encoding thymidine kinase, the gene sequence encoding the drug resistance protein as a gene sequence for selecting cells having a modified genome, and Nucleic acid constructs used for modification,
9. A nucleic acid construct used for modification of an intracellular genome according to the above 8, wherein the drug resistance protein is chloramphenicol acetyltransferase;
10. A nucleic acid construct used for modifying a genome in a cell, comprising a gene sequence encoding human herpesvirus-derived thymidine kinase as a gene sequence for selecting a cell whose genome has been modified by the nucleic acid construct, A nucleic acid construct used for modifying the genome in the cell, further comprising a gene sequence encoding chloramphenicol acetyltransferase as a gene sequence for selecting cells whose genome has been modified;
11. A nucleic acid construct used for modifying a genome in a cell, comprising DNA represented by the base sequence described in any one of SEQ ID NO: 1, SEQ ID NO: 2, and SEQ ID NO: 3 in the sequence listing;
12. Use of the nucleic acid construct according to 11. above, wherein the cell is a microorganism, in modifying the genome in the cell;
13. Use of the nucleic acid construct according to the above 12., wherein the cell is Escherichia coli or cyanobacteria, in modifying the genome in the cell.

本発明によれば、核酸構築物によりゲノムが改変された細胞を選択するための遺伝子配列としてチミジンキナーゼをコードする遺伝子配列を含む、細胞内のゲノムの改変に使用される核酸構築物、並びに該核酸構築物を使用することを含む、細胞内のゲノムを改変する方法を提供できる。   According to the present invention, a nucleic acid construct used for modifying a genome in a cell, comprising a gene sequence encoding thymidine kinase as a gene sequence for selecting a cell whose genome has been modified by the nucleic acid construct, and the nucleic acid construct Can be used to provide a method of modifying the genome in a cell.

本発明に係るゲノム改変法は従来の方法と異なり、HSVTKと変異原性ヌクレオシド、例えばdPとを用いたネガティブ選択法を利用する方法であり、本方法ではHSVtk遺伝子が起動状態にある場合は速やかに増殖能を失う機構によりほぼ100%の選択性を実現し、また、細胞増殖に依存しない選択方法であるため選択操作が5分程度で迅速に完了する。つまり、薬剤耐性遺伝子、例えばテトラサイクリン耐性遺伝子を利用する方法の欠点であった長い選択時間と最終産物に含まれる擬陽性コロニーが増殖能を保持している問題を克服したゲノム改変法を本発明で提供可能である。   Unlike the conventional method, the genome modification method according to the present invention uses a negative selection method using HSVTK and a mutagenic nucleoside, for example, dP. In this method, when the HSVtk gene is in an activated state, In addition, almost 100% selectivity is realized by a mechanism that loses the proliferation ability, and the selection operation is completed in about 5 minutes because it is a selection method that does not depend on cell proliferation. In other words, the present invention provides a genome modification method that overcomes the problem of long selection time and false positive colonies contained in the final product that retain the growth ability, which was a disadvantage of the method using a drug resistance gene such as a tetracycline resistance gene. Is possible.

このように本発明により、従来のゲノム改変法が有する問題点である迅速性、容易性、選択性、効率性が改善され、自動化への応用が可能なゲノム改変法を提供することができる。   As described above, according to the present invention, it is possible to provide a genome modification method that can improve the speed, ease, selectivity, and efficiency, which are problems of the conventional genome modification methods, and can be applied to automation.

Flp/Creシステムを用いたゲノム欠失法(非特許文献2)を説明する図である。It is a figure explaining the genome deletion method (nonpatent literature 2) using Flp / Cre system. HSVtk遺伝子の失活による擬陽性の生成機構とその処方箋を説明する図である。It is a figure explaining the generation mechanism of the false positive by the inactivation of HSVtk gene, and its prescription. セレクタプラスミドマップである。HSVTKがポジティブセレクタおよびネガティブセレクタとして働く(システム1)。(実施例1)It is a selector plasmid map. HSVTK acts as a positive selector and a negative selector (System 1). (Example 1) セレクタプラスミドマップである。HSVtkとcatがタンデムに、Placの下流に配置されている(システム2)。(実施例1)It is a selector plasmid map. HSVtk and cat are located in tandem and downstream of Plac (System 2). (Example 1) セレクタプラスミドマップである。HSVtkとcatがタンデムにPT5/lacの下流に配置されている(システム3)。(実施例1)It is a selector plasmid map. HSVtk and cat are located in tandem downstream of PT5 / lac (System 3). (Example 1) システム1、2、および3(System-1、-2、および-3)を用いた遺伝子組換え実験の概要を示す図である。細胞内の野生型ゲノム(図中、wtと表示する)の標的部位にセレクタ遺伝子をノックインし、ポジティブセレクションによりセレクタ遺伝子がノックインされたゲノム(図中、knock-inと表示する)を有する細胞を選択し、次いで、緑色蛍光タンパク質をコードする遺伝子(gfpuv)とセレクタ遺伝子との置換(図中、replacement)を行い、ネガティブセレクションによりセレクタ遺伝子が置換されたゲノム(図中、replacedと表示する)を有する細胞を選択する。(実施例2)It is a figure which shows the outline | summary of the gene recombination experiment using System 1, 2, and 3 (System-1, -2, and -3). A selector gene is knocked in at the target site of the wild-type genome in the cell (indicated as wt in the figure), and a cell having a genome in which the selector gene is knocked in by positive selection (indicated as knock-in in the figure) Next, the gene (gfp uv ) encoding the green fluorescent protein and the selector gene are replaced (replacement in the figure), and the selector gene is replaced by negative selection (represented as replaced in the figure) Select cells with (Example 2) 組換え体分離のためのdT/HSVTK選択の実験概要とその結果を示す図である。パネル(A)は実験概要を示す。lacZの読み取り枠(reading frame)への相同性アームをつけたHSVtkカセットを細胞にエレクトロポレーション(electroporation)し、TK選択プレート(TK selection plate)で一晩静置してコロニーを形成させた。パネル(B)は選択培地で生えてきたコロニーの数を示す。(実施例2)It is a figure which shows the experimental outline and result of dT / HSVTK selection for recombinant isolation | separation. Panel (A) shows the experimental outline. HSVtk cassettes with homology arms to the reading frame of lacZ were electroporated into cells and allowed to stand overnight on a TK selection plate to form colonies. Panel (B) shows the number of colonies that have grown on the selective medium. (Example 2) HSVtk遺伝子およびcat遺伝子を含むセレクタカセットをlacZ座に導入し、次いで、これらセレクタ遺伝子を目的タンパク質をコードする遺伝子と置換する実験の操作概略(パネル(A))および組換えのスキーム(パネル(B))を示す図である。(実施例2)Overview of the experimental procedure (panel (A)) and recombination scheme (panel (B) where a selector cassette containing the HSVtk gene and the cat gene is introduced into the lacZ locus, and then these selector genes are replaced with the gene encoding the target protein. )). (Example 2) 起こりえる「もうひとつの」組換え反応の機序を説明する図である。(実施例2)It is a figure explaining the mechanism of "another" recombination reaction which may occur. (Example 2) ゲノムに導入したHSVTKによるdPの取込み活性を示す図である。パネル(A)は操作概略を示し、パネル(B)はdP処理によるコロニー形成単位(CFU)の低下を示す。(実施例2)It is a figure which shows the uptake activity of dP by HSVTK introduce | transduced into the genome. Panel (A) shows the outline of the operation, and panel (B) shows the decrease in colony forming units (CFU) by dP treatment. (Example 2) SOB培地におけるHSVTK+株の選抜条件の探索の結果を示す図である。(実施例2)It is a figure which shows the result of the search of the selection conditions of HSVTK + strain | stump | stock in SOB culture medium. (Example 2) 液体培地における短時間dP処理によるHSVTK保有株の生存能(viability)変化を示す図である。(実施例2)It is a figure which shows the viability (viability) change of the HSVTK possession stock | strain by the short time dP process in a liquid medium. (Example 2) lacZ座位へのHSVtk-catカセットの遺伝子導入スキーム(パネル(A))および実験操作概略(パネル(B))を示す図である。(実施例3)It is a figure which shows the gene introduction | transduction scheme (panel (A)) of HSVtk-cat cassette to a lacZ locus, and an experimental operation outline (panel (B)). (Example 3) CAT活性を利用したCm耐性クローンの濃縮を示す図である。(実施例3)It is a figure which shows concentration of the Cm resistant clone using a CAT activity. (Example 3) HSVtk-catカセット導入実験において、Cm(+)プレートに生えてきた大腸菌クローンの遺伝子型解析の結果を示す図である。パネル(A)は遺伝子型解析の実験デザインを示す図である。プライマーが結合する部位を矢印で、増幅される部位を点線で示す。パネル(B)および(C)は、各クローンのゲノムDNAからPCR増幅されたDNA断片のゲル電気泳動による遺伝子型解析結果を示す。サンプル(Sample)1−3は、LacZ(-)、CmR、dPSの表現型を示したクローンであり、サンプル4−6は、LacZ(-)、CmR、dPRの表現型を示したクローンである。C1はMG1655、C2はMG1655ΔlacZ::HSVtk-catである。また、サンプル7はLacZ(+)、CmR、dPRの表現型を示したクローンである。(実施例3)In the HSVtk-cat cassette introduction experiment, it is a figure which shows the result of the genotype analysis of the colon_bacillus | E._coli clone which has grown on Cm (+) plate. Panel (A) shows the experimental design of genotype analysis. The site to which the primer binds is indicated by an arrow, and the site to be amplified is indicated by a dotted line. Panels (B) and (C) show the results of genotyping by gel electrophoresis of DNA fragments PCR amplified from the genomic DNA of each clone. Samples (Sample) 1-3 is, LacZ (-), a Cm R, clones that showed the phenotype dP S, samples 4-6, LacZ (-), Cm R , shows the phenotype of dP R Clone. C1 is MG1655, and C2 is MG1655ΔlacZ :: HSVtk-cat. Furthermore, Sample 7 is a LacZ (+), Cm R, clones that showed the phenotype dP R. (Example 3) ゲノムに導入されたHSVtk-catカセットのうちdP感受性を失っていた3クローンにおけるHSVtk部位の遺伝子型を示す模式図である。(実施例3)It is a schematic diagram which shows the genotype of the HSVtk site | part in 3 clones which have lost dP sensitivity among the HSVtk-cat cassettes introduce | transduced into the genome. (Example 3) ゲノムに導入されたHSVtk-catの排除における遺伝子組換えのスキーム(パネル(A))および実験操作概略(パネル(B))を示す図である。(実施例3)It is a figure which shows the scheme (panel (A)) of gene recombination in the exclusion of HSVtk-cat introduce | transduced into the genome, and experimental operation outline (panel (B)). (Example 3) HSVTK/dPシステムを用いたLacZ活性を示すクローンの濃縮を示す図である。(実施例3)It is a figure which shows the enrichment of the clone which shows LacZ activity using HSVTK / dP system. (Example 3) lacZカセットの再導入実験において、dP(+)プレートに生えてきたクローンの遺伝子型解析の結果を示す図である。パネル(A)は再導入実験の実験デザインを示す図である。プライマーが結合する部位を矢印で、増幅される部位を点線で示す。パネル(B)および(C)は、各クローンのゲノムDNAからPCR増幅されたDNA断片のゲル電気泳動による遺伝子型解析結果を示す。C1はMG1655、サンプル1−4はLacZ(-)、dPR、CmRの表現型を示したクローン、サンプル5−8はLacZ(+)、dPR、CmSの表現型を示したクローン、C2はMG1655ΔlacZ::HSVtk-cat、サンプル9−15はLacZ(-)、dPR、CmSの表現型を示したクローンである。(実施例3)In the reintroduction experiment of lacZ cassette, it is a figure which shows the result of the genotype analysis of the clone which grew on dP (+) plate. Panel (A) shows the experimental design of the reintroduction experiment. The site to which the primer binds is indicated by an arrow, and the site to be amplified is indicated by a dotted line. Panels (B) and (C) show the results of genotyping by gel electrophoresis of DNA fragments PCR amplified from the genomic DNA of each clone. C1 is MG1655, sample 1-4 is a clone showing the phenotype of LacZ (-), dP R , Cm R , sample 5-8 is a clone showing the phenotype of LacZ (+), dP R , Cm S , C2 is a clone showing the phenotypes of MG1655ΔlacZ :: HSVtk-cat and samples 9-15 are LacZ (−), dP R and Cm S. (Example 3) ゲノムから除去されなかったHSVtk-catカセットのうちdP耐性を示すクローンにおけるHSVtk部位の遺伝子型を示す模式図である。(実施例3)It is a schematic diagram which shows the genotype of the HSVtk site | part in the clone which shows dP resistance among HSVtk-cat cassettes which were not removed from the genome. (Example 3) HSVTK/dPシステムにより、ゲノム組換え体を液相操作においてネガティブ選択により短時間で濃縮できたことを示す図である。(実施例4)It is a figure which shows that the genome recombinant was able to be concentrated in a short time by negative selection in liquid phase operation by HSVTK / dP system. (Example 4) HSVTK/dPシステムにおいて、dPがHSVtk遺伝子を持たない細胞の遺伝子変異頻度に影響を与えないことを示す図である。左パネルは実験操作概略を示し、右パネルは遺伝子変異頻度の測定結果を示す。(実施例5)In HSVTK / dP system, it is a figure which shows that dP does not affect the gene mutation frequency of the cell which does not have an HSVtk gene. The left panel shows the outline of the experimental procedure, and the right panel shows the measurement results of the gene mutation frequency. (Example 5) HSVTK/dPシステムにおいて、細胞内に発現したHSVTKが遺伝子変異頻度に影響を与えないことを示す図である。左パネルは実験操作概略を示し、右上段パネルおよび右下段パネルはそれぞれ細胞増殖速度および遺伝子変異頻度の測定結果を示す。(実施例5)In HSVTK / dP system, it is a figure which shows that HSVTK expressed in the cell does not affect gene mutation frequency. The left panel shows the outline of the experimental operation, and the upper right panel and the lower right panel show the measurement results of cell growth rate and gene mutation frequency, respectively. (Example 5) lacZ座位へのPλ-gfpmut3.1カセットの導入実験における組換えスキーム(パネル(A))および実験操作概略(パネル(B))を示す図である。(実施例6)It is a figure which shows the recombination scheme (panel (A)) and experimental operation outline (panel (B)) in the experiment for introducing the P λ -gfpmut3.1 cassette into the lacZ locus. (Example 6) ゲノム上のlacZ遺伝子のPλ-gfpmut3.1カセットへの置き換え実験におけるdPによるゲノム組換え体の濃縮を示す図である。(実施例6)It is a diagram showing the concentration of genomic recombinants by dP in replacement experiments to P λ -gfpmut3.1 cassette of the lacZ gene on the genome. (Example 6) ゲノム上のlacZ遺伝子のPλ-gfpmut3.1カセットへの置き換え実験において、dP(+)プレートに生えてきたCmSクローンの遺伝子型解析の結果を示す図である。パネル(A)は遺伝子型解析の実験デザインを示す図である。プライマーが結合する部位を矢印で、増幅される部位を点線で示す。パネル(B)は、各クローンのゲノムDNAからPCR増幅されたDNA断片のゲル電気泳動による遺伝子型解析結果を示す。サンプル1−8はLacZ(-)、CmS、dPRの表現型を示したクローン、C1はMG1655、C2はMG1655ΔlacZ::HSVtk-caである。(実施例6)In the experiment of replacing the lacZ gene on the genome with the P λ -gfpmut3.1 cassette, it is a diagram showing the results of genotype analysis of Cm S clones grown on dP (+) plates. Panel (A) shows the experimental design of genotype analysis. The site to which the primer binds is indicated by an arrow, and the site to be amplified is indicated by a dotted line. Panel (B) shows the results of genotyping by gel electrophoresis of DNA fragments PCR amplified from the genomic DNA of each clone. Samples 1-8 LacZ (-), Cm S, clones that showed the phenotype dP R, C1 is MG1655, C2 is MG1655ΔlacZ :: HSVtk-ca. (Example 6)

本発明は、細胞内のゲノムの改変に使用される核酸構築物、および該核酸構築物を使用することを含む細胞内のゲノムを改変する方法に関する。   The present invention relates to a nucleic acid construct used for modifying a genome in a cell and a method for modifying a genome in a cell comprising using the nucleic acid construct.

本発明において用語「ゲノム」は、生物体を構成する細胞に含まれる染色体、または、全染色体を構成するDNAの全核酸配列を意味する。   In the present invention, the term “genome” means the entire nucleic acid sequence of a chromosome contained in a cell constituting an organism or a DNA constituting an entire chromosome.

用語「ゲノムの改変」あるいは「ゲノムを改変する」とは、ゲノム中の一部の核酸配列を外来の核酸配列と組み換えること、すなわち改変前のゲノムとは異なる核酸配列を有するゲノムを作成することをいう。例えば、ゲノム中の特定の遺伝子配列をノックアウトすること、ゲノム中の一部の核酸配列を目的タンパク質をコードする遺伝子と置換すること、ゲノム中に目的タンパク質をコードする遺伝子を挿入すること、そしてプロモータや制御配列、タンパク質の一部書換えなどをいう。   The term “genome modification” or “genome modification” means that a part of a nucleic acid sequence in the genome is recombined with a foreign nucleic acid sequence, that is, a genome having a nucleic acid sequence different from the genome before the modification is created. That means. For example, knocking out a specific gene sequence in the genome, replacing a part of the nucleic acid sequence in the genome with a gene encoding the target protein, inserting a gene encoding the target protein in the genome, and a promoter And control sequences, and partial rewriting of proteins.

用語「核酸構築物」とは、核酸分子(例えば、DNA、RNA、DNA/RNA)を含む構築物をいう。本発明に使用される核酸構築物の作成には、細胞内のゲノムの改変に使用される核酸構築物である限りにおいて、いずれの核酸構築物も利用でき、従来使用されている公知のゲノム改変用核酸構築物を利用できる。   The term “nucleic acid construct” refers to a construct comprising a nucleic acid molecule (eg, DNA, RNA, DNA / RNA). As long as the nucleic acid construct used in the present invention is a nucleic acid construct used for modification of an intracellular genome, any nucleic acid construct can be used, and conventionally used nucleic acid constructs for genome modification that have been conventionally used. Can be used.

本発明に係る核酸構築物は、該核酸構築物によりゲノムが改変された細胞を選択するための選択マーカーをコードする遺伝子に特徴を有する。すなわち、本発明において核酸構築物は、選択マーカーをコードする遺伝子配列としてヌクレオシドキナーゼ、好ましくはチミジンキナーゼ(以下、TKと略称することがある)をコードする遺伝子配列を含むことを特徴とする。   The nucleic acid construct according to the present invention is characterized by a gene encoding a selection marker for selecting a cell whose genome has been modified by the nucleic acid construct. That is, in the present invention, the nucleic acid construct includes a gene sequence encoding a nucleoside kinase, preferably thymidine kinase (hereinafter sometimes abbreviated as TK) as a gene sequence encoding a selection marker.

用語「選択マーカー」とは、本明細書において用語「セレクタ」と互換可能に使用されるものであり、核酸構築物によりゲノムが改変された細胞を選択するための指標をいう。より詳しくは、「セレクタ」は核酸構築物の一部を構成する遺伝子配列によりコードされるタンパク質であって、該核酸構築物によりゲノムが改変された細胞を選択するための指標をいう。   The term “selection marker” is used herein interchangeably with the term “selector” and refers to an indicator for selecting cells whose genome has been modified by a nucleic acid construct. More specifically, the “selector” is a protein encoded by a gene sequence constituting a part of a nucleic acid construct, and refers to an index for selecting a cell whose genome has been modified by the nucleic acid construct.

セレクタは、ポジティブセレクタとネガティブセレクタに大別される。「ポジティブセレクタ」は、選択剤の存在下ではセレクタが発現しないと細胞が生存し得ないものをいう。一方、「ネガティブセレクタ」は、選択剤存在下ではセレクタの発現が細胞に致死的に働くものおよび増殖阻害をもたらすものをいう。また、ポジティブセレクタの機能およびネガティブセレクタの機能の両方を有するセレクタを「デュアルセレクタ」という。デュアルセレクタは、例えば使用する選択剤の種類により、ポジティブセレクタの機能またはネガティブセレクタの機能を示すことができる。   The selector is roughly divided into a positive selector and a negative selector. “Positive selector” refers to a cell that cannot survive unless the selector is expressed in the presence of a selective agent. On the other hand, “negative selector” refers to those in which the expression of the selector is lethal to cells in the presence of a selective agent, and those that cause growth inhibition. A selector having both a positive selector function and a negative selector function is referred to as a “dual selector”. The dual selector can exhibit the function of a positive selector or the function of a negative selector, for example, depending on the type of the selective agent used.

セレクタは、短期間に細胞死を引き起こす物質に対する耐性を与えるタンパク質、あるいは、該物質による細胞死に関与するタンパク質や該物質に対する感受性を高めるタンパク質であればいずれも使用できる。このような物質として具体的には、遺伝子変性剤、アルキル化剤、有機溶媒、紫外線/放射線、熱、酸/アルカリ、酸化剤などを例示できる。セレクタとして具体的には、チミジンキナーゼなどのヌクレオシドキナーゼ、薬剤耐性タンパク質、およびアルキル化DNA修復酵素を好ましく例示できる。セレクタは、これら例示に限らず、細胞においてその細胞死に関与するものまたは細胞死の回避に関与するものである限りにおいていずれも使用できる。   As the selector, any protein can be used as long as it is resistant to a substance that causes cell death in a short period of time, or is a protein involved in cell death caused by the substance or a protein that enhances sensitivity to the substance. Specific examples of such substances include gene denaturing agents, alkylating agents, organic solvents, ultraviolet / radiation, heat, acids / alkalis, oxidizing agents, and the like. Specific examples of the selector include nucleoside kinases such as thymidine kinase, drug resistant proteins, and alkylated DNA repair enzymes. The selector is not limited to these examples, and any selector can be used as long as it is involved in cell death or avoidance of cell death.

用語「選択剤」は、ゲノムが改変された細胞を選択するためにセレクタと組み合わせて使用される薬剤であり、セレクタの発現下で細胞死を誘導し得る物質、好ましくは化合物、または該遺伝子配列の非発現下で細胞死を誘導し得る物質、好ましくは化合物を含む薬剤を意味する。   The term “selective agent” is an agent used in combination with a selector to select cells whose genome has been modified, a substance capable of inducing cell death under the expression of the selector, preferably a compound, or the gene sequence Means a substance capable of inducing cell death under non-expression, preferably a drug containing the compound.

用語「ポジティブ選択」は、セレクタ遺伝子が発現している細胞を選択することを意味する。言い換えれば、用語「ポジティブ選択」は、セレクタ遺伝子が発現していると細胞が生存する条件下で、該セレクタ遺伝子を発現していない細胞を淘汰除去することによる選択を意味する。ポジティブ選択を行うには、細胞内に導入する核酸構築物中にポジティブセレクタ遺伝子を配置する。ポジティブセレクタ遺伝子を発現しない細胞は、ポジティブセレクタ遺伝子が発現していると細胞が生存する条件下では淘汰除去される。短期間に細胞死を引き起こす物質として、アルキル化剤、有機溶媒、紫外線/放射線、熱、酸/アルカリ、酸化剤、タンパク質合成阻害剤などがある。その他、タンパク質合成阻害剤これらに対する耐性を与える遺伝子をポジティブセレクタ遺伝子として用いることができる。   The term “positive selection” means selecting cells in which the selector gene is expressed. In other words, the term “positive selection” means selection by removing cells that do not express the selector gene under conditions where the cells survive if the selector gene is expressed. For positive selection, a positive selector gene is placed in the nucleic acid construct to be introduced into the cell. Cells that do not express the positive selector gene are removed under conditions where the cells survive if the positive selector gene is expressed. Substances that cause cell death in a short period of time include alkylating agents, organic solvents, UV / radiation, heat, acids / alkalis, oxidizing agents, protein synthesis inhibitors, and the like. In addition, a protein synthesis inhibitor, a gene conferring resistance to these can be used as a positive selector gene.

用語「ネガティブ選択」は、セレクタ遺伝子が発現していない細胞を選択することを意味する。言い換えれば、用語「ネガティブ選択」は、セレクタ遺伝子が発現していないと細胞が生存する条件下で、該セレクタ遺伝子を発現している細胞を淘汰除去することによる選択を意味する。ネガティブ選択を行うには、細胞内に導入する核酸構築物中にネガティブセレクタ遺伝子を配置する。ネガティブセレクタ遺伝子を発現する細胞は、ネガティブセレクタ遺伝子が発現していると細胞死を引き起こす条件下では淘汰除去される。短期間に細胞死を引き起こす物質として、遺伝子変性剤、アルキル化剤、有機溶媒、紫外線/放射線、熱、酸/アルカリ、酸化剤、タンパク質合成阻害剤などがある。これらによる細胞死に関与する遺伝子、またはこれらに対する感受性を高める遺伝子をネガティブセレクタ遺伝子として用いることができる。   The term “negative selection” means selecting cells that do not express the selector gene. In other words, the term “negative selection” means selection by removing cells expressing the selector gene under conditions where the cells survive if the selector gene is not expressed. In order to perform negative selection, a negative selector gene is placed in a nucleic acid construct to be introduced into a cell. Cells expressing the negative selector gene are removed under conditions that cause cell death if the negative selector gene is expressed. Substances that cause cell death in a short period of time include gene denaturants, alkylating agents, organic solvents, UV / radiation, heat, acids / alkalis, oxidizing agents, protein synthesis inhibitors, and the like. A gene involved in cell death caused by these or a gene that increases sensitivity to these can be used as a negative selector gene.

用語「デュアル選択」は、ポジティブ選択とネガティブ選択とを組み合わせて実施することを意味する。デュアル選択において、ポジティブ選択とネガティブ選択はいずれを先に実施してもよいが、好ましくはポジティブ選択を先に実施する。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、所望のゲノムの改変を有する細胞を選択的に得ることができる。   The term “dual selection” means performing a combination of positive selection and negative selection. In dual selection, either positive selection or negative selection may be performed first, but positive selection is preferably performed first. Dual selection may be performed only once or multiple times. Preferably, the dual selection is performed a plurality of times in succession. By performing the treatment a plurality of times, cells having a desired genomic modification can be selectively obtained.

本発明に係る細胞内のゲノムの改変に使用される核酸構築物は、核酸構築物によりゲノムが改変された細胞を選択するための遺伝子配列としてヌクレオシドキナーゼ、好ましくはチミジンキナーゼをコードする遺伝子配列を含むことを特徴とする。本発明に係る核酸構築物は、ヌクレオシドキナーゼをコードする遺伝子配列に加えて、さらなるセレクタ遺伝子配列、例えば薬剤耐性タンパク質をコードする遺伝子配列やアルキル化DNA修復酵素をコードする遺伝子配列を含むことができる。   The nucleic acid construct used for modifying the genome in the cell according to the present invention contains a gene sequence encoding a nucleoside kinase, preferably thymidine kinase, as a gene sequence for selecting a cell whose genome has been modified by the nucleic acid construct. It is characterized by. In addition to the gene sequence encoding nucleoside kinase, the nucleic acid construct according to the present invention can include a further selector gene sequence, for example, a gene sequence encoding a drug resistance protein and a gene sequence encoding an alkylated DNA repair enzyme.

本発明に係る細胞内のゲノムの改変に使用される核酸構築物として、配列表の配列番号1、配列番号2、および配列番号3のいずれかに記載の塩基配列で表されるDNAからなる核酸構築物を好ましく例示できる。   As a nucleic acid construct used for modification of an intracellular genome according to the present invention, a nucleic acid construct comprising a DNA represented by the nucleotide sequence set forth in any one of SEQ ID NO: 1, SEQ ID NO: 2, and SEQ ID NO: 3 in the sequence listing Can be preferably exemplified.

ヌクレオシドキナーゼは、ヌクレオシドのアデノシン三リン酸(ATP)によるリン酸化を触媒する酵素をいう。ヌクレオシドキナーゼはヌクレオチド合成のサルベージ(Salvage)経路の一部をなし、DNA合成の調節因子として重要な役割を果たす。ヌクレオシドキナーゼとして、チミジンキナーゼ、アデノシンキナーゼ、グアノシンキナーゼ、およびデオキシシチジンキナーゼなどを例示できる。   Nucleoside kinases refer to enzymes that catalyze the phosphorylation of nucleosides by adenosine triphosphate (ATP). Nucleoside kinases form part of the salvage pathway of nucleotide synthesis and play an important role as regulators of DNA synthesis. Examples of the nucleoside kinase include thymidine kinase, adenosine kinase, guanosine kinase, and deoxycytidine kinase.

本発明で使用されるヌクレオシドキナーゼとしてチミジンキナーゼを好ましく挙げることができる。チミジンキナーゼは、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挙げることができ、ヒトヘルペスウイルス(human herpes simplex virus)由来チミジンキナーゼ(HSVTK)をより好ましく例示できる。   A preferable example of the nucleoside kinase used in the present invention is thymidine kinase. The thymidine kinase is not particularly limited, and examples thereof include thymidine kinase derived from mammalian cells and viruses, and human herpes virus (human herpes simplex virus) thymidine kinase (HSVTK) can be exemplified more preferably.

チミジンキナーゼは、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(S. S. Cohen, J.G. Flaks, H. D. Barner, M. R. Loeb and J. Lichtenstein: Proc Natl Acad Sci U SA, 44, 1004 (1958). E. Yagil and A. Rosner: J Bacteriol, 108, 760 (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研究されてきている(M. E. Black, T. G. Newcomb, H. M. Wilson and L. A. Loeb: Proc NatlAcad Sci U S A, 93, 3525 (1996).)。   Thymidine kinase 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 mediated 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 (SS Cohen, JG Flaks, HD Barner, MR Loeb and MR J. Lichtenstein: Proc Natl Acad Sci U SA, 44, 1004 (1958). E. Yagil and A. Rosner: J Bacteriol, 108, 760 (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. Utilizing this mechanism, active function selection methods for thymidine kinase and related enzyme activities have been studied (ME Black, TG Newcomb, HM Wilson and LA Loeb: Proc NatlAcad Sci USA, 93, 3525 (1996). ).).

セレクタとしてチミジンキナーゼを、そして選択剤として例えば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を使用することにより、ポジティブ選択を実施できる。この場合、細胞の増殖はサルベージ経路に依存するため、ポジティブ選択はdTの存在下で実施する。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。   Positive selection can be performed by using thymidine kinase as the selector and an inhibitor of the de novo synthetic pathway of deoxythymidine triphosphate (dTTP) as the selection agent. In this case, since cell growth depends on the salvage pathway, positive selection is performed in the presence of dT. 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 an E. coli strain in the presence of 5FdU, the incubation is performed for 6 hours to 20 hours, preferably 20 hours.

一方、チミジンキナーゼのようなヌクレオチド代謝酵素によって様々なヌクレオシドアナログが細胞内で活性化して細胞死を引き起こすことが知られており、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も長く検討されてきている(M. E. Black and L. A. Loeb: Biochemistry, 32, 11618 (1993). D. K.Dube, M. E. Black, K. M. Munir and L. A. Loeb: Gene, 137, 41 (1993).)。   On the other hand, it is known that various nucleoside analogs are activated in cells by nucleotide metabolizing enzymes such as thymidine kinase and cause cell death. Thymidine kinase has long been studied as a suicide gene for gene therapy. (ME Black and LA Loeb: Biochemistry, 32, 11618 (1993). DKDube, ME Black, KM Munir and LA Loeb: Gene, 137, 41 (1993)).

チミジンキナーゼの発現下で細胞死を誘導し得る化合物として、例えば、変異原性ヌクレオシドを挙げることができる。変異原性ヌクレオシドは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遺伝子変異を生じて細胞死を誘導する。   Examples of compounds capable of inducing cell death under the expression of thymidine kinase include mutagenic nucleosides. Mutagenic nucleosides are incorporated into the genome via the thymidine salvage pathway, causing gene mutations and inducing cell death.

チミジンキナーゼをセレクタとし、そして選択剤として例えば変異原性ヌクレオシドを使用することにより、ネガティブ選択を実施できる。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、人工的に作製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。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(K. Negishi, D. Maehara, S.Nakamura, D. Loakes, L. Worth, Jr., R. M. Schaaper, K. Seio, M. Sekine and T.Negishi: Nucleic Acids Res Suppl, 221 (2001).)である。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(K. Negishi, D. Loakes and R. M.Schaaper: Genetics, 161, 1363 (2002).)。しかし、チミジンキナーゼを発現する細胞は、dPの添加により染色体が物理的に破壊されることはないが、遺伝子情報が不可逆的に劣化するため、5分間から15分間という短時間で増殖能を失う。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で処理するときの細胞濃度は特に限定されず、簡単な繰り返し実験により決定できる。例えば、105細胞/mL〜109細胞/mL、より好ましくは106細胞/mL〜108細胞/mL、さらに好ましくは107細胞/mL程度が適当である。また、細胞は、対数増殖期にあるものの方が薬剤に対する感受性が高いので、対数増殖期にあるものを使用することが好ましい。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。変異原性ヌクレオシドで細胞を処理するときに使用する培地は、標準的に使用されている培地を使用できる。例えば大腸菌の場合LB培地やM9-グルコース培地を挙げることができる。 Negative selection can be performed by using thymidine kinase as a selector and using, for example, a mutagenic nucleoside as a selection agent. 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 produced. 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). Like other nucleosides, dP is incorporated into the genome via the thymidine salvage pathway. Many other toxic nucleosides are chain terminators of chromosomal DNA synthesis (K. Negishi, D. Maehara, S. Nakamura, D. Loakes, L. Worth, Jr., RM Schaaper, K. Seio, M. Sekine and T. Negishi: Nucleic Acids Res Suppl, 221 (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. The genotoxicity of dP is low, and only after giving 37 μM dP, only 80% of the E. coli cell population die (K. Negishi, D. Loakes and RMSchaaper: Genetics, 161, 1363 (2002)). . However, cells that express thymidine kinase do not physically destroy chromosomes due to the addition of dP, but lose their ability to grow in a short period of 5 to 15 minutes because genetic information is irreversibly degraded. . 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 cell concentration upon treatment with a mutagenic nucleoside is not particularly limited and can be determined by simple repeated experiments. For example, 10 5 cells / mL to 10 9 cells / mL, more preferably 10 6 cells / mL to 10 8 cells / mL, and even more preferably about 10 7 cells / mL are appropriate. In addition, since cells in the logarithmic growth phase are more sensitive to the drug, it is preferable to use cells in the logarithmic growth phase. 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. As a medium to be used when cells are treated with a mutagenic nucleoside, a standard medium can be used. For example, in the case of E. coli, examples include LB medium and M9-glucose medium.

チミジンキナーゼは、上記のように、デュアルセレクタとして使用できる。また、チミジンキナーゼ以外のヌクレオシドキナーゼも、デノボ経路を阻害する薬剤と組み合わせて用いることによりポジティブセレクタとして使用でき、また、使用するヌクレオシドキナーゼの発現下で細胞死を誘導し得る化合物、例えば、適当な変異原性ヌクレオシドと組み合わせて用いることによりネガティブセレクタとして使用できる。   Thymidine kinase can be used as a dual selector as described above. Nucleoside kinases other than thymidine kinase can also be used as a positive selector when used in combination with an agent that inhibits the de novo pathway, and compounds that can induce cell death under the expression of the nucleoside kinase to be used, such as suitable compounds When used in combination with a mutagenic nucleoside, it can be used as a negative selector.

セレクタとしてまた、薬剤耐性タンパク質を好ましく例示できる。薬剤耐性タンパク質は、細胞死を引き起こす薬剤の存在下で、該薬剤に対する耐性を細胞に付与して細胞死を回避させ得るタンパク質を意味する。   A drug-resistant protein can be preferably exemplified as the selector. Drug-resistant protein means a protein that can confer resistance to a drug on a cell and avoid cell death in the presence of a drug that causes cell death.

薬剤耐性タンパク質は、したがって細胞死を引き起こす薬剤と組み合わせて使用することにより、ポジティブセレクタとして使用できる。薬剤耐性タンパク質をコードする遺伝子として、クロラムフェニコール(Cm)耐性遺伝子、カナマイシン(Kan)耐性遺伝子、 テトラサイクリン(Tet)耐性遺伝子、アンピシリン(Amp)耐性遺伝子、ネオマイシン(Neo)耐性遺伝子、およびゲンタマイシン(Gen)耐性遺伝子を例示できる。クロラムフェニコール耐性遺伝子としてクロラムフェニコールアセチルトランスフェラーゼ(cat)遺伝子を例示できる。薬剤耐性遺伝子によりコードされるタンパク質をセレクタとして使用するときは、該タンパク質が発現しないときに細胞死を誘導する薬剤と組み合わせて使用する。薬剤耐性タンパク質による形質転換体の選択操作は、当業者に良く知られている条件で実施することができる。   Drug resistance proteins can therefore be used as positive selectors when used in combination with drugs that cause cell death. The genes encoding drug resistance proteins include chloramphenicol (Cm) resistance gene, kanamycin (Kan) resistance gene, tetracycline (Tet) resistance gene, ampicillin (Amp) resistance gene, neomycin (Neo) resistance gene, and gentamicin ( Gen) resistance gene can be exemplified. An example of the chloramphenicol resistance gene is a chloramphenicol acetyltransferase (cat) gene. When a protein encoded by a drug resistance gene is used as a selector, it is used in combination with a drug that induces cell death when the protein is not expressed. The operation of selecting transformants with drug resistant proteins can be performed under conditions well known to those skilled in the art.

セレクタとしてまた、アルキル化DNA修正酵素を例示できる。アルキル化DNA修正酵素は、アルキル化されたDNAにおいてアルキル化されたヌクレオチドに作用して切断する酵素である。アルキル化DNA修正酵素により切断された後のデオキシリボース鎖はAPエンドヌクレアーゼ(APE1)によりさらに切断され、次いで切断された部位のDNAは、DNAポリメラーゼおよびリガーゼにより相補鎖の情報に基づいて修復される。ゲノムDNAでアルキル化が生じると、アルキル化されたヌクレオチドはDNA複製の阻害や遺伝子変異を起こし、その結果、細胞死が引き起こされる。例えば、アルキル化剤であるメタンスルホン酸(MMS)で細胞を処理すると、MMSは細胞膜を通過し、ゲノムDNA中のアデニンの3位をメチル化する。メチル化されたままのアデニンはDNA複製の阻害や遺伝子変異を起こすために細胞死を引き起こす。   An example of the selector is an alkylated DNA correcting enzyme. An alkylated DNA modifying enzyme is an enzyme that acts on and cleaves alkylated nucleotides in alkylated DNA. The deoxyribose strand after being cleaved by the alkylated DNA modifying enzyme is further cleaved by AP endonuclease (APE1), and then the DNA at the cleaved site is repaired by DNA polymerase and ligase based on the information of the complementary strand. . When alkylation occurs in genomic DNA, the alkylated nucleotides cause DNA replication inhibition and genetic mutation, resulting in cell death. For example, when cells are treated with the alkylating agent methanesulfonic acid (MMS), MMS crosses the cell membrane and methylates the 3rd position of adenine in the genomic DNA. Methylated adenine causes cell death due to inhibition of DNA replication and gene mutation.

アルキル化DNA修正酵素は、したがって、アルキル化剤と組み合わせて使用することによりポジティブセレクタとして使用できる(C. Y. Chen, H. H. Guo, D. Shah, A. Blank, L. D. Samson and L. A.Loeb: DNA Repair (Amst), 7, 1731 (2008).)。アルキル化DNA修正酵素として、アルキルアデニンDNAグリコシダーゼ(AAG)やO6-メチルグアニン-DNAトランスフェラーゼ(MGMT)を例示できる。あるいは、3-アルキルアデニンの修復酵素をコードする遺伝子配列として、例えば大腸菌由来のものならば、AlkA(グリコシラーゼ)やAlkB(アルキルトランスフェラーゼ)などを挙げることができる。アルキル化DNA修正酵素をセレクタとして使用するときは、アルキル化剤と組み合わせて使用する。アルキル化剤は、メチル基、エチル基、プロピル基などのアルキル基と称する分子構造を持つ化合物を含み、DNAをアルキル化する機能、すなわちDNAに作用してアルキル基を持つ高分子に変化させる機能を有する薬剤を意味する。 アルキル化剤は、DNAをアルキル化する作用を有するものであれば特に限定されず、公知のアルキル化剤をいずれも使用できる。具体的には、アルキル化剤としてメタンスルホン酸(MMS)を好ましく例示できる。MMSは細胞膜を通過し、ゲノムDNA中のアデニンの3位をメチル化する。メチル化されたままのアデニンはDNA複製の阻害や遺伝子変異を起こすために細胞死を引き起こす。その他、使用できる好ましいアルキル化剤の例として、ヨウ化メチル、エチルメタンスルホン酸(EMS)、 Nメチル-N'-ニトロ-ニトロソグアニジン(MNNG)などを挙げることができる。アルキル化剤の濃度は、DNAをアルキル化する作用を示す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、MMSは、0.1%−0.4%、好ましくは0.2%−0.3%、より好ましくは0.2%の濃度、言い換えれば、10mM−50mM、好ましくは20mM−40mM、より好ましくは20mMで使用する。アルキル化剤で処理するときの細胞濃度は、低すぎるとアルキル化DNA修復酵素の有無に関らずアルキル化剤による細胞死が引き起こされるため、例えば、106細胞/mL〜108細胞/mL、より好ましくは106細胞/mL〜107細胞/mL、さらに好ましくは107細胞/mL程度が適当である。また、細胞は、対数増殖期にあるものの方が薬剤に対する感受性が高いので、対数増殖期にあるものを使用することが好ましい。アルキル化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。アルキル化剤によるDNAのアルキル化に起因する細胞死は短時間で惹起されるため、例えば、MMSを用いる場合、MMSと細胞とのインキュベーションは15分間−45分間、好ましくは15分間−30分間、より好ましくは30分間でよい。アルキル化剤により細胞中のDNAのアルキル化を処理する条件は、アルキル化剤の濃度、細胞濃度、インキュベーション時間の組み合わせにより決定される。具体的には、アルキル化剤としてMMSを使用する場合、MMS濃度が0.2%程度であれば、細胞数は106細胞/mL〜107細胞/mLが適当である。さらにインキュベーション時間は、MMS濃度が0.2%程度であり、且つ細胞数が107細胞/mLであれば、5分間−45分間、例えば30分間が適当である。アルキル化剤で細胞を処理するときに使用する培地は、アルキル化剤の作用を充分に得るために必須物質のみから構成される最少培地、例えば大腸菌であればM9培地を使用することが好ましい。 Alkylating DNA repair enzymes can therefore be used as positive selectors when used in combination with alkylating agents (CY Chen, HH Guo, D. Shah, A. Blank, LD Samson and LALoeb: DNA Repair (Amst), 7, 1731 (2008).). Examples of the alkylating DNA correcting enzyme include alkyl adenine DNA glycosidase (AAG) and O6-methylguanine-DNA transferase (MGMT). Alternatively, examples of gene sequences encoding 3-alkyladenine repair enzymes include those derived from E. coli such as AlkA (glycosylase) and AlkB (alkyltransferase). When an alkylated DNA modifying enzyme is used as a selector, it is used in combination with an alkylating agent. Alkylating agents include compounds with molecular structures called alkyl groups such as methyl, ethyl, propyl, etc., and a function to alkylate DNA, that is, a function that acts on DNA to change to a polymer having an alkyl group Means a drug having The alkylating agent is not particularly limited as long as it has an action of alkylating DNA, and any known alkylating agent can be used. Specifically, methanesulfonic acid (MMS) can be preferably exemplified as the alkylating agent. MMS crosses the cell membrane and methylates the 3rd position of adenine in the genomic DNA. Methylated adenine causes cell death due to inhibition of DNA replication and gene mutation. In addition, examples of preferable alkylating agents that can be used include methyl iodide, ethylmethanesulfonic acid (EMS), and N-methyl-N′-nitro-nitrosoguanidine (MNNG). The concentration of the alkylating agent is not particularly limited as long as it has a function of alkylating DNA, and can be determined by simple repeated experiments. For example, MMS is used at a concentration of 0.1% -0.4%, preferably 0.2% -0.3%, more preferably 0.2%, in other words 10 mM-50 mM, preferably 20 mM-40 mM, more preferably 20 mM. Since cell concentration at the time of treatment with alkylating agents, the cell death due to too low of whether alkylating DNA repair enzymes regardless alkylating agent is caused, for example, 10 6 cells / ml to 10 8 cells / mL , more preferably 10 6 cells / ml to 10 7 cells / mL, still more preferably it is suitable about 10 7 cells / mL. In addition, since cells in the logarithmic growth phase are more sensitive to the drug, it is preferable to use cells in the logarithmic growth phase. The incubation time between the alkylating agent and the cells is not particularly limited, and can be determined by simple repeated experiments. Since cell death due to alkylation of DNA by an alkylating agent is induced in a short time, for example, when MMS is used, incubation of MMS with cells is 15 minutes to 45 minutes, preferably 15 minutes to 30 minutes. More preferably, it may be 30 minutes. Conditions for treating alkylation of DNA in cells with an alkylating agent are determined by a combination of the concentration of the alkylating agent, the cell concentration, and the incubation time. Specifically, when MMS is used as the alkylating agent, the number of cells is suitably 10 6 cells / mL to 10 7 cells / mL if the MMS concentration is about 0.2%. Furthermore, when the MMS concentration is about 0.2% and the number of cells is 10 7 cells / mL, the incubation time is suitably 5 minutes to 45 minutes, for example, 30 minutes. The medium used when treating cells with the alkylating agent is preferably a minimal medium composed of only essential substances, for example, M9 medium in the case of Escherichia coli, in order to sufficiently obtain the action of the alkylating agent.

本核酸構築物には、選択マーカーをコードする遺伝子配列の他、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、該遺伝子配列に作動可能に連結された制御配列、例えば、プロモータおよびエンハンサ、複製開始点、リボソーム結合配列、ターミネータ、シグナル配列、並びにスプライシングシグナルなどの非翻訳配列を例示できる。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本核酸構築物に組み込むことができる。例えばプロモータは、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。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。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、λPRプロモータ、λPL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。trc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。   In addition to the gene sequence encoding the selection marker, the nucleic acid construct can be combined with a gene sequence carrying information on replication and control by a method known per se. Examples of such gene sequences include control sequences operably linked to the gene sequences, such as promoters and enhancers, replication origins, ribosome binding sequences, terminators, signal sequences, and splicing signals. It can be illustrated. One or more kinds of gene sequences selected from these can be incorporated into the nucleic acid construct. For example, a promoter is appropriately selected depending on the type of host cell to be used. 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. 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, promoters derived from Escherichia coli or phage, such as λPR promoter, λPL promoter, trp promoter, and lac promoter can be exemplified. An artificially modified promoter such as the trc 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.

本発明に係る核酸構築物には、目的遺伝子が発現されるように目的遺伝子をさらに組み込むことができる。目的遺伝子がさらに組み込まれた本核酸構築物によりを細胞に導入してゲノムを改変することにより、該細胞において目的遺伝子を発現させることができる。一方、目的遺伝子が組み込まれていない本核酸構築物を細胞に導入してゲノムを改変することにより、所望のゲノムのノックアウトを実施することができる。   The target gene can be further incorporated into the nucleic acid construct according to the present invention so that the target gene is expressed. By introducing the nucleic acid construct into which the target gene is further incorporated into the cell and modifying the genome, the target gene can be expressed in the cell. On the other hand, a desired genome can be knocked out by introducing the nucleic acid construct into which a target gene is not incorporated into a cell and modifying the genome.

核酸構築物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核酸構築物と混合し、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目的遺伝子を核酸構築物に組み込むことができる。   As a method for incorporating a target gene into a nucleic acid construct, 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 nucleic acid construct, and religated with ligase. Alternatively, a target gene can be incorporated into a nucleic acid construct by ligating a suitable linker to the target gene and inserting it into a multicloning site of a vector suitable for the purpose.

本発明に係る核酸構築物は発現ベクターであり得るが、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。   The nucleic acid construct according to the present invention can be an expression vector. An expression vector is 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.

本発明に係る核酸構築物は、細胞内のゲノムの改変において使用することができる。細胞内のゲノムの改変は、好ましくはインビトロ(in vitro)で実施される。   The nucleic acid construct according to the present invention can be used in modification of an intracellular genome. The modification of the genome in the cell is preferably performed in vitro.

本発明に係る核酸構築物を使用して、細胞内のゲノムを改変する方法を、迅速に、選択的に、効率よく実施できる。   By using the nucleic acid construct according to the present invention, a method for modifying a genome in a cell can be carried out quickly, selectively and efficiently.

本発明に係る細胞内のゲノムを改変する方法は以下の工程を包含する:
(1)上記本発明に係る核酸構築物を細胞内に導入する工程、
(2)上記(1)で得られた細胞を培養する工程、および
(3)上記(2)の工程の後、ゲノムが改変された細胞を選択する工程。
The method for modifying an intracellular genome according to the present invention includes the following steps:
(1) a step of introducing the nucleic acid construct according to the present invention into a cell,
(2) culturing the cells obtained in (1) above, and
(3) A step of selecting a cell having a modified genome after the step (2).

本発明に係る細胞内のゲノムを改変する方法は、より具体的には、以下の工程を包含する方法であり得る:
(a)核酸構築物によりゲノムが改変された細胞を選択するための遺伝子配列としてチミジンキナーゼをコードする遺伝子配列を含む、細胞内のゲノムの改変に使用される核酸構築物(第1の核酸構築物)を、細胞内に導入する工程、
(b)上記(a)の工程の後、ポジティブ選択を行い、第1の核酸構築物によりゲノムが改変された細胞を選択する工程、
(c)上記(b)で得られた細胞に、目的遺伝子を含む核酸構築物(第2の核酸構築物)を導入する工程、
(d)上記(c)の工程の後、ネガティブ選択を行い、第2の核酸構築物により第1の核酸構築物が置換された細胞を選択する工程。
More specifically, the method for modifying an intracellular genome according to the present invention may be a method including the following steps:
(a) A nucleic acid construct (first nucleic acid construct) used for modifying a genome in a cell, comprising a gene sequence encoding thymidine kinase as a gene sequence for selecting a cell whose genome has been modified by the nucleic acid construct. A step of introducing into the cell,
(b) a step of performing positive selection after the step (a) and selecting a cell whose genome has been modified by the first nucleic acid construct,
(c) introducing the nucleic acid construct containing the target gene (second nucleic acid construct) into the cell obtained in (b) above,
(d) A step of performing negative selection after the step (c) and selecting a cell in which the first nucleic acid construct is replaced by the second nucleic acid construct.

また、本発明に係る細胞内のゲノムを改変する方法は、以下の工程を包含する方法であり得る:
(a)核酸構築物によりゲノムが改変された細胞を選択するための遺伝子配列としてチミジンキナーゼをコードする遺伝子配列および薬剤耐性遺伝子配列を含む、細胞内のゲノムの改変に使用される核酸構築物(第1の核酸構築物)を、細胞内に導入する工程、
(b)上記(a)の工程の後、ポジティブ選択を行い、第1の核酸構築物によりゲノムが改変された細胞を選択する工程、
(c)上記(b)で得られた細胞に、目的遺伝子を含む核酸構築物(第2の核酸構築物)を導入する工程、
(d)上記(c)の工程の後、ネガティブ選択を行い、第2の核酸構築物により第1の核酸構築物が置換された細胞を選択する工程。
In addition, the method for modifying an intracellular genome according to the present invention may be a method including the following steps:
(a) a nucleic acid construct used for modifying a genome in a cell (first sequence), comprising a gene sequence encoding thymidine kinase and a drug resistance gene sequence as a gene sequence for selecting a cell whose genome has been modified by the nucleic acid construct. A nucleic acid construct) in a cell,
(b) a step of performing positive selection after the step (a) and selecting a cell whose genome has been modified by the first nucleic acid construct,
(c) introducing the nucleic acid construct containing the target gene (second nucleic acid construct) into the cell obtained in (b) above,
(d) A step of performing negative selection after the step (c) and selecting a cell in which the first nucleic acid construct is replaced by the second nucleic acid construct.

ポジティブ選択は、ポジティブセレクタをコードする遺伝子配列を含む核酸構築物を細胞に導入して培養し、得られた細胞の全部または一部を選択剤の存在下で培養することにより実施できる。ポジティブセレクタを発現している細胞は選択剤の存在下での培養で生き残り、一方、ポジティブセレクタを発現していない細胞は選択剤の存在下での培養で細胞死を引き起こす。したがって、ポジティブ選択で生き残った細胞は本核酸構築物によりゲノムが改変された細胞であると判定でき、ゲノムが改変された細胞を選択することができる。   Positive selection can be performed by introducing and culturing a nucleic acid construct containing a gene sequence encoding a positive selector into cells, and culturing all or part of the obtained cells in the presence of a selection agent. Cells expressing the positive selector survive in culture in the presence of the selective agent, whereas cells not expressing the positive selector cause cell death in culture in the presence of the selective agent. Therefore, cells that survived by positive selection can be determined to be cells whose genome has been modified by the nucleic acid construct, and cells whose genome has been modified can be selected.

ネガティブ選択は、ネガティブセレクタをコードする遺伝子配列を含む核酸構築物を細胞に導入して培養し、得られた細胞の一部を選択剤の存在下で培養することにより実施できる。ネガティブセレクタを発現していない細胞は選択剤の存在下での培養で生き残り、一方、ネガティブセレクタを発現している細胞は選択剤の存在下での培養で細胞死を引き起こす。したがって、ネガティブ選択で細胞死を引き起こした細胞は本核酸構築物によりゲノムが改変された細胞であると判定でき、ゲノムが改変された細胞を選択することができる。   Negative selection can be performed by introducing a nucleic acid construct containing a gene sequence encoding a negative selector into cells and culturing, and culturing a part of the obtained cells in the presence of a selection agent. Cells that do not express the negative selector survive in culture in the presence of the selective agent, whereas cells that express the negative selector cause cell death in culture in the presence of the selective agent. Therefore, a cell that caused cell death by negative selection can be determined to be a cell whose genome has been modified by the nucleic acid construct, and a cell whose genome has been modified can be selected.

ポジティブ選択およびネガティブ選択は、それぞれ単独で実施することができ、また、組み合わせて実施することができる。ポジティブ選択およびネガティブ選択を組み合わせて実施するとき、いずれを先に実施してもよいが、好ましくはポジティブ選択を先に実施する。また、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、選択した細胞について再度選択を行うこと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、所望のゲノムの改変を有する細胞を選択的に得ることができる。   Positive selection and negative selection can each be performed alone or in combination. When performing a combination of positive selection and negative selection, either may be performed first, but preferably positive selection is performed first. The selection may be performed only once or may be performed a plurality of times. Preferably, it is appropriate to perform the selection again on the selected cells a plurality of times in succession. By performing the treatment a plurality of times, cells having a desired genomic modification can be selectively obtained.

ネガティブ選択に不可避な問題として、自然変異(spontaneousmutation)によるセレクタの不活性化が挙げられる。細胞内の自然変異によりある程度の頻度でランダム変異がセレクタに生じることは避けることができない。そのため、不活性化されたネガティブセレクタを有する細胞はネガティブ選択を生き残るため、導入されるべきカセットとの組換えを持たない擬陽性の主な原因となる(図2の上段)。HSVtk遺伝子はその読み取り枠が、条件によりポジティブセレクタおよびネガティブセレクタの両方の働きをする。つまり、選択カセット中のHSVTKが不活性化された場合、HSVTKがポジティブセレクタとして機能する条件下では、該選択カセットを導入された細胞はポジティブ選択を生き残れない。そこで、形質転換をする直前の段階で、HSVTKによるポジティブ選択をしておけば、HSVTKが不活性化されたゲノムを有する細胞を効率的に除去または希釈できる(図2の下段)。したがって、HSVTKによるポジティブ選択を行った後にゲノムの改変を行うことが好ましい。   An inevitable problem with negative selection is the inactivation of the selector by spontaneous mutation. It is inevitable that random mutations occur in the selector at a certain frequency due to spontaneous mutation in the cell. Therefore, cells with inactivated negative selectors survive negative selection, which is the main cause of false positives without recombination with the cassette to be introduced (top row of FIG. 2). The HSVtk gene has an open reading frame that functions as both a positive selector and a negative selector depending on conditions. That is, when HSVTK in a selection cassette is inactivated, cells into which the selection cassette has been introduced cannot survive positive selection under conditions where HSVTK functions as a positive selector. Therefore, if positive selection with HSVTK is performed immediately before transformation, cells having a genome in which HSVTK has been inactivated can be efficiently removed or diluted (lower part of FIG. 2). Therefore, it is preferable to modify the genome after positive selection with HSVTK.

上記ゲノムの改変方法で使用する目的遺伝子を含む核酸構築物は、相同組換えによるゲノムへの遺伝子導入に使用されるターゲティングベクターを構築する方法を使用して作製することができる。ターゲティングベクターを構築する方法は、本発明に関する技術分野でよく知られた技術である。   The nucleic acid construct containing the target gene used in the genome modification method can be prepared by using a method for constructing a targeting vector used for gene transfer into the genome by homologous recombination. The method for constructing the targeting vector is a technique well known in the technical field related to the present invention.

用語「細胞」は、生物体の構造上・機能上の基本単位であり、遺伝情報を担う核酸分子を有し、外界を隔離する膜構造およびその内部の細胞質から成る生活体を意味する。本発明は、原核細胞および単離された真核細胞のいずれにも適用され、好ましくは細菌などの微生物、より好ましくは大腸菌やシアノバクテリア、さらに好ましくは大腸菌に適用される。   The term “cell” is a structural and functional basic unit of an organism, and means a living body having a nucleic acid molecule that carries genetic information and is composed of a membrane structure that isolates the outside world and its internal cytoplasm. The present invention is applicable to both prokaryotic cells and isolated eukaryotic cells, preferably to microorganisms such as bacteria, more preferably to E. coli and cyanobacteria, and more preferably to E. coli.

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(コロニー)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。一方、用語「生細胞」は、増殖能などの細胞としての機能を正常に保持している細胞を意味する。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(コロニー)を形成できる能力を有する細胞を意味する。   The term “cell death” in the present invention means a state in which cell functions such as proliferative ability are lost. For example, when cells such as E. coli are cultured on a solid medium, the state in which the ability to grow from a single cell and form a cell colony of a certain size or larger that can be counted visually 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. On the other hand, the term “live cell” means a cell that normally retains functions as a cell such as proliferative ability. For example, when a cell such as E. coli is cultured on a solid medium, it means a cell having the ability to grow from a single cell and form a cell colony having a certain size or larger that can be visually counted.

本発明に係る核酸構築物、例えばHSVtk遺伝子を含む核酸構築物を大腸菌に導入すると、dPの添加により5分間から15分間という短時間で増殖能を失い細胞死が誘導され、また、5FdUとdTの存在下では増殖することができた。また、本発明に係る核酸構築物、例えばHSVtk遺伝子を含む核酸構築物をシアノバクテリアに導入すると、dPの添加により短時間で増殖能を失い細胞死が誘導されるようになり、また、5FdUとdTの存在下では増殖することができた。このように、大腸菌やシアノバクテリアは、本発明に係る核酸構築物、例えばHSVtk遺伝子を含む核酸構築物を導入することにより、dPを使用するネガティブ選択および5FdUとdTとを使用するポジティブ選択を有効に行うことができる。したがって、本発明は、好ましくは微生物に適用でき、微生物はTKとdPとの使用による殺細胞効果が認められるものでよく、好ましくは大腸菌およびシアノバクテリア、より好ましくは大腸菌に適用できる。   When a nucleic acid construct according to the present invention, such as a nucleic acid construct containing an HSVtk gene, is introduced into Escherichia coli, the addition of dP induces cell death in a short period of 5 to 15 minutes and induces cell death, and the presence of 5FdU and dT. Underneath it could grow. In addition, when a nucleic acid construct according to the present invention, for example, a nucleic acid construct containing an HSVtk gene, is introduced into cyanobacteria, the addition of dP causes loss of proliferation ability in a short time and cell death is induced, and 5FdU and dT It was able to grow in the presence. Thus, E. coli and cyanobacteria effectively perform negative selection using dP and positive selection using 5FdU and dT by introducing the nucleic acid construct according to the present invention, for example, a nucleic acid construct containing the HSVtk gene. be able to. Therefore, the present invention can be preferably applied to microorganisms, and the microorganisms can be confirmed to have a cytocidal effect due to the use of TK and dP, and are preferably applicable to Escherichia coli and cyanobacteria, more preferably Escherichia coli.

細胞への核酸構築物の導入方法は、細胞に核酸構築物が導入され、さらに核内のゲノムの改変を可能にする方法であれば特に限定されず、細胞の種により適宜選択した公知の方法のいずれも使用できる。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 for introducing the nucleic acid construct into the cell is not particularly limited as long as the nucleic acid construct is introduced into the cell and further allows the modification of the genome in the nucleus, and any known method appropriately selected depending on the cell species. Can also be used. For example, an electroporation method, a calcium phosphate method, a lipofection method, etc. can be illustrated.

細胞を培養する条件は、細胞の種により適宜選択した公知の条件が使用される。培養は、液体培地および固形培地のいずれでも行うことができる。また、細胞の種により増殖速度が異なるため、細胞を培養する期間や温度は、細胞が所望の数に達する適当な条件を公知の条件から選択して適用する。   As the conditions for culturing the cells, known conditions appropriately selected according to the cell species are used. Culturing can be performed in either a liquid medium or a solid medium. In addition, since the growth rate varies depending on the cell species, the period and temperature for culturing the cells are selected by selecting appropriate conditions for reaching the desired number of cells from known conditions.

ゲノムが改変された細胞の選択は、ゲノムの改変に使用した核酸構築物に含まれるセレクタおよび選択剤を利用して実施される。具体的には、本発明に係る核酸構築物を導入して培養した細胞を選択剤の存在下で培養し、セレクタの発現により引き起こされる細胞死または細胞死の回避を指標にして、ゲノムが改変された細胞の選択を行う。選択剤の存在下で培養する細胞は、本核酸構築物を導入して培養した細胞の全部または一部のいずれであってもよい。   Selection of cells with a modified genome is performed using a selector and a selection agent contained in the nucleic acid construct used for the modification of the genome. Specifically, cells cultured with the introduction of the nucleic acid construct according to the present invention are cultured in the presence of a selective agent, and the genome is modified using cell death caused by expression of the selector or avoidance of cell death as an index. Cell selection. The cells cultured in the presence of the selection agent may be all or part of the cells cultured by introducing the nucleic acid construct.

以下、実施例を示して本発明をより具体的に説明する。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。   Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples. The present invention is not limited by the following examples.

セレクタプラスミドの制作を行った。5FdUの存在下では様々な種の細胞において、チミジンのデノボ(de novo)合成経路が停止し、細胞死がひきおこされる。このチミジン欠乏死は、外から与えたdTをチミジンキナーゼ活性によってリン酸化することができれば回避できる。HSVKを発現している細胞は、5FdUとdTを含む培地で選択的に増殖する(非特許文献9)。この機序を利用して、選択カセットをノックインしたものを選抜できる。   A selector plasmid was produced. In the presence of 5FdU, the de novo synthesis pathway of thymidine is stopped and cell death occurs in various cell types. This thymidine-deficient death can be avoided if dT given from the outside can be phosphorylated by thymidine kinase activity. Cells expressing HSVK selectively grow in a medium containing 5FdU and dT (Non-patent Document 9). This mechanism can be used to select the knocked-in selection cassette.

まず、セレクタであるHSVtk遺伝子を単独で(図3-A)、あるいはcat遺伝子(ポジティブセレクタ)とともにカセット化し(図3-Bおよび 図3-C)、プラスミドの中にサブクローニングした。   First, the HSVtk gene as a selector was cassetted alone (FIG. 3-A) or together with the cat gene (positive selector) (FIGS. 3-B and 3-C) and subcloned into a plasmid.

得られたセレクタプラスミドをシステム1、システム2、およびシステム3と称する(図3-A、図3-B、および図3-C)。   The resulting selector plasmids are referred to as System 1, System 2, and System 3 (FIGS. 3-A, 3-B, and 3-C).

システム1は、HSVTKをデュアルセレクタとして用いるためのセレクタプラスミドであり、pTrc-HSVtkと称する(図3-A、非特許文献9)。pTrcHis2-TOPOにHSVtk遺伝子を挿入することにより作製した。HSVtk遺伝子はNcoI-HindIIIで入れ替え可能である。本セレクタプラスミドにおけるHSVtkがdPキナーゼ(ネガティブセレクタ)として機能すること、およびTK選択においてポジティブセレクタとして機能することが確認された。   System 1 is a selector plasmid for using HSVTK as a dual selector and is called pTrc-HSVtk (FIG. 3-A, Non-Patent Document 9). It was prepared by inserting the HSVtk gene into pTrcHis2-TOPO. The HSVtk gene can be replaced with NcoI-HindIII. It was confirmed that HSVtk in this selector plasmid functions as a dP kinase (negative selector) and functions as a positive selector in TK selection.

システム2は、CATによるポジティブ選択とHSVTKによるネガティブ選択を行うためにデザインされたセレクタプラスミドであり、pMW-HSVtk_catと称する(図3-B)。lacプロモータ下流にHSVtk遺伝子およびcat遺伝子を挿入した。本セレクタプラスミドを導入した細胞が、イソプロピル-β-D(-)-チオガラクトピラノシド(Isopropyl-β-D(-)-thiogalactopyranoside、IPTG)の存在下、dP感受性およびCm耐性を示すことが確認された。   System 2 is a selector plasmid designed for positive selection by CAT and negative selection by HSVTK, and is called pMW-HSVtk_cat (FIG. 3-B). The HSVtk gene and the cat gene were inserted downstream of the lac promoter. Cells transfected with this selector plasmid may exhibit dP sensitivity and Cm resistance in the presence of isopropyl-β-D (-)-thiogalactopyranoside (Isopropyl-β-D (-)-thiogalactopyranoside (IPTG)). confirmed.

システム3はpLTSUB-202(R.Weiss博士から供与:S. Basu, R. Mehreja, S. Thiberge, M. T.Chen and R. Weiss: Proc Natl Acad Sci U S A, 101, 6355 (2004).)の複製開始点とkanR遺伝子をポリメラーゼ連鎖反応(PCR)で増幅し、pMW-HSVtk_catのHSVtkとcatのオペロンをXhoIとHindIIIで結合させることにより作製したプラスミドであり、pLT-HSVtk_catと称する(図3-C)。HSVtk遺伝子とcat遺伝子の発現はPT5/lacプロモータで制御されている。cat遺伝子はXbaI-HindIIIで切り出し可能であり、またHSVtk遺伝子はClaI-XbaIで切り出し可能である。本セレクタプラスミドにおけるHSVTKがdPキナーゼ(ネガティブセレクタ)として機能すること、およびCm選択においてポジティブセレクタとして機能することが確認された。   System 3 begins replication of pLTSUB-202 (provided by Dr. R. Weiss: S. Basu, R. Mehreja, S. Thiberge, MTChen and R. Weiss: Proc Natl Acad Sci USA, 101, 6355 (2004)) A plasmid created by amplifying the dot and kanR gene by polymerase chain reaction (PCR) and combining the HSVtk and cat operons of pMW-HSVtk_cat with XhoI and HindIII, and is called pLT-HSVtk_cat (FIG. 3-C) . The expression of HSVtk gene and cat gene is regulated by PT5 / lac promoter. The cat gene can be excised with XbaI-HindIII, and the HSVtk gene can be excised with ClaI-XbaI. It was confirmed that HSVTK in this selector plasmid functions as dP kinase (negative selector) and also functions as a positive selector in Cm selection.

実施例1で作製したシステム1から3を用いて、ゲノム遺伝子の改変を実施した。遺伝子編集実験の概略を図4に示す。プラスミドをテンプレートとし、標的となるゲノム部位と完全に一致する約40ヌクレオシドからなるオリゴヌクレオチドをプライマーとして用いてPCRを行った(非特許文献1)。これを、λRed組換えをコードするプラスミドpKD46を導入した大腸菌にエレクトロポレーションし、ポジティブ選択を行うことによりゲノムへのセレクタカセット導入を完成させた。続いて、ノックインする遺伝子配列を、前記工程で用いた相同性アームを有する形態でPCRにより増幅し、上記のように得た大腸菌クローンに再びエレクトロポレーションした。得られた大腸菌クローンにdPを約1μM添加してネガティブ選択を行い、あるいは得られた大腸菌クローンをdP入りの寒天培地に放置してネガティブ選択を行い、導入目的とする配列でセレクタを置換した。   Using the systems 1 to 3 prepared in Example 1, the genomic gene was modified. An outline of the gene editing experiment is shown in FIG. PCR was performed using a plasmid as a template and an oligonucleotide consisting of about 40 nucleosides that perfectly matched the target genomic site as a primer (Non-patent Document 1). This was electroporated into Escherichia coli into which plasmid pKD46 encoding λRed recombination was introduced, and positive selection was performed to complete introduction of the selector cassette into the genome. Subsequently, the gene sequence to be knocked in was amplified by PCR in the form having the homology arm used in the above step, and electroporated again into the E. coli clone obtained as described above. About 1 μM of dP was added to the obtained Escherichia coli clone to perform negative selection, or the obtained Escherichia coli clone was left on an agar medium containing dP to perform negative selection, and the selector was replaced with the sequence to be introduced.

次に、システム1およびシステム2のセレクタとしての機能の確認を行った。使用したチミジンキナーゼ欠損大腸菌株である大腸菌JW1226株はKEIOコレクション(T.Baba, T. Ara, M. Hasegawa, Y. Takai, Y. Okumura, M. Baba, K. A. Datsenko, M.Tomita, B. L. Wanner and H. Mori: 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。   Next, the function as a selector of the system 1 and the system 2 was confirmed. The thymidine kinase-deficient E. coli strain JW1226 used was the KEIO collection (T. Baba, T. Ara, M. Hasegawa, Y. Takai, Y. Okumura, M. Baba, KA Datsenko, M. Tomita, BL Wanner and H. Mori: Mol Syst Biol, 2, 2006 0008 (2006).) 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.

(1)システム1(Ptrc-HSVtk)のセレクタとしての機能
システム1(Ptrc-HSVtk)のセレクタとしての機能の測定を次のように行った(図5のパネル(A))。まず、pKD46を導入した大腸菌株JW1226(Δtdk株)のコンピテントセル(20μL相当)に、セレクタ断片(100ng)を加え、氷上で10分間放置した。次いで2mmキュベット(Bio-Rad社製)に入れ、エレクトロポレーションした。その後、SOC培地1mLを加え、試験管に移し、37℃にて200rpmで1時間振とう培養した。続いて、各TK選択プレート(IPTGを0または100μM含む)に400μLずつ植菌し、30℃で一晩静置培養して、コロニーを形成させ、コロニー形成単位(CFU)を算定した。ネガティブコントロールとして、セレクタ断片の代わりに水を用いて同様の操作を行った。
(1) Function as a selector of system 1 (Ptrc-HSVtk) The function as a selector of system 1 (Ptrc-HSVtk) was measured as follows (panel (A) in FIG. 5). First, a selector fragment (100 ng) was added to competent cells (corresponding to 20 μL) of E. coli strain JW1226 (Δtdk strain) into which pKD46 had been introduced, and the mixture was left on ice for 10 minutes. Then, it was placed in a 2 mm cuvette (Bio-Rad) and electroporated. Thereafter, 1 mL of SOC medium was added, transferred to a test tube, and cultured with shaking at 37 ° C. and 200 rpm for 1 hour. Subsequently, 400 μL of each TK selection plate (containing IPTG of 0 or 100 μM) was inoculated and incubated at 30 ° C. overnight to form colonies, and colony forming units (CFU) were calculated. As a negative control, the same operation was performed using water instead of the selector fragment.

形成コロニー数は、セレクタ断片を加えて形質転換したものと、DNAフラグメントの代わりに水を用いたものとでほとんど差がなかった(図5のパネル(B))。これは形質転換体がTK選択で生き残った大腸菌より著しく少ないということはないことを示す。実際、IPTG存在下では形成コロニー数が数十%増加しているように見える。この増加分が、Ptrc下のHSVTKの発現が亢進し、その活性によりTK選択で生き残った大腸菌株であると考えられる。また、後述するように、dT/5FdU培地での培養によりHSVtkを導入した株を選択的に増幅できる(図9)ことからも、HSVtkがポジティブセレクタとして使用できることが明白に示された。   The number of colonies formed was almost the same between those transformed with the selector fragment added and those using water instead of the DNA fragment (panel (B) in FIG. 5). This indicates that transformants are not significantly less than E. coli that survived TK selection. In fact, the number of colonies formed appears to increase by several tens of percent in the presence of IPTG. This increase is considered to be an Escherichia coli strain in which the expression of HSVTK under Ptrc is enhanced and its activity survives TK selection. In addition, as described later, the HSVtk-introduced strain can be selectively amplified by culturing in dT / 5FdU medium (FIG. 9), clearly showing that HSVtk can be used as a positive selector.

(2)システム2(Plac-HSVtk_cat)を使用した遺伝子の導入
システム2(Plac-HSVtk_cat)を使用しての遺伝子の導入を行った(図6のパネル(A)および(B))。システム2では、CATがポジティブセレクタとして機能し、HSVTKがネガティブセレクタとして機能する。
(2) Gene introduction using system 2 (Plac-HSVtk_cat) System 2 (Plac-HSVtk_cat) was used to introduce genes (panels (A) and (B) in FIG. 6). In System 2, CAT functions as a positive selector and HSVTK functions as a negative selector.

(2-1)まず、lacZ座位へのHSVtk_CAT導入を行った(図6のパネル(A)の上段)。具体的には、pKD46を導入した大腸菌株MG1655のコンピテントセル(50μL相当)に、セレクタ断片(200ng)を加え、氷上で10分間放置した。次いで2mmキュベット(Bio-rad社製)に入れ、エレクトロポレーションした。その後、SOC培地1mLを加え、試験管に移し、30℃にて200rpmで1時間振とう培養した。続いて、各プレートに100μLずつ植菌し、クロラムフェニコール存在下にて30℃で一晩静置培養した。   (2-1) First, HSVtk_CAT was introduced into the lacZ locus (upper panel of panel (A) in FIG. 6). Specifically, a selector fragment (200 ng) was added to a competent cell (corresponding to 50 μL) of E. coli strain MG1655 into which pKD46 had been introduced, and left on ice for 10 minutes. Next, it was placed in a 2 mm cuvette (Bio-rad) and electroporated. Thereafter, 1 mL of SOC medium was added, transferred to a test tube, and cultured with shaking at 30 ° C. and 200 rpm for 1 hour. Subsequently, 100 μL of each plate was inoculated and statically cultured overnight at 30 ° C. in the presence of chloramphenicol.

形質転換体をプレートに植菌したところ、7つのポジティブコロニーが得られた。その全てがCmへの耐性とdPへの感受性を示した。このことから、7つのコロニーすべてにおいて、遺伝子導入がなされていると判断した。   When the transformant was inoculated on the plate, 7 positive colonies were obtained. All of them showed resistance to Cm and sensitivity to dP. From this, it was judged that gene transfer was performed in all seven colonies.

一方、セレクタ遺伝子の導入の確認を、セレクタ遺伝子の導入により破壊されるlacZ遺伝子の機能を測定することにより行った。lacZ遺伝子の機能の測定は、コロニーをX-gal プレート上で形成させ、コロニーの色により判定を行った。その結果、7コロニーのうち3つは白色であるためlacZ-と判定され、残りの4コロニーは青色であるためlacZ+であると判定された(表2)。   On the other hand, the introduction of the selector gene was confirmed by measuring the function of the lacZ gene that is destroyed by the introduction of the selector gene. For the measurement of the function of the lacZ gene, colonies were formed on X-gal plates, and the determination was made based on the color of the colonies. As a result, three of the seven colonies were white and thus determined to be lacZ-, and the remaining four colonies were determined to be lacZ + because they were blue (Table 2).

なお、システム2の選択カセットにはプラスミドに存在するlacオペロンの部分配列が点在しているため、図7に示すような別の機序による相同組換えが成立し得る。コロニーPCRの結果によれば、青色を示した4つのコロニーのうち3つがこれに相当するものであった。   Since the selection cassette of System 2 is dotted with partial sequences of the lac operon present in the plasmid, homologous recombination by another mechanism as shown in FIG. 7 can be established. According to the results of the colony PCR, three of the four colonies showing blue color corresponded to this.

(2-2)次に、ゲノム上のHSVtk_cat遺伝子の緑色蛍光タンパク質(gfp)遺伝子への置換を実施した(図6のパネル(A)の下段)。具体的には、lacZ座位へのHSVtk_CAT導入を行った上記大腸菌のコンピテントセル(50μL相当)に、GFP遺伝子を含むセレクタ断片(200ng)を加え、氷上で10分間放置した。次いで2mmキュベット(Bio-rad社製)に入れ、エレクトロポレーションした。その後、SOC培地1mLを加え、試験管に移し、30℃にて200rpmで8時間振とう培養した。続いて、各プレートに100μLずつ植菌し、dP存在下にて30℃で一晩静置培養した。   (2-2) Next, the HSVtk_cat gene on the genome was replaced with the green fluorescent protein (gfp) gene (bottom panel (A) in FIG. 6). Specifically, a selector fragment (200 ng) containing the GFP gene was added to the above-mentioned competent cell of E. coli that had been introduced with HSVtk_CAT into the lacZ locus (equivalent to 50 μL), and left on ice for 10 minutes. Next, it was placed in a 2 mm cuvette (Bio-rad) and electroporated. Thereafter, 1 mL of SOC medium was added, transferred to a test tube, and cultured with shaking at 30 ° C. and 200 rpm for 8 hours. Subsequently, 100 μL of each plate was inoculated and statically cultured overnight at 30 ° C. in the presence of dP.

その結果、約10,000の形質転換体が得られた。それらのうち7つの形質転換体が緑色蛍光を発していることが確認できた。これら7つの形質転換体のすべてがCm耐性を持っていたことから、gfpカセットをつくるときの鋳型プラスミド(template plasmid)が混入したものであると判定した。   As a result, about 10,000 transformants were obtained. Of these, 7 transformants were confirmed to emit green fluorescence. Since all of these seven transformants had Cm resistance, it was determined that the template plasmid used to make the gfp cassette was contaminated.

形質転換体の殆どは無蛍光であった。その多くが「gfp遺伝子によってHSVtk_cat遺伝子を置換したわけではない」ことは、それらがdP感受性こそ失っていたが、Cm耐性を保持していたことからも明らかである。   Most of the transformants were non-fluorescent. The fact that many of them did not replace the HSVtk_cat gene with the gfp gene is clear from the fact that they had lost dP sensitivity but retained Cm resistance.

120クローンのうち4クローンが、Cm感受性(Cm Sensitive)、dP耐性(dP Resistant)という、カセットの不在を示唆する結果を与えた(表3)。   Four out of 120 clones gave Cm-sensitive (Cm Sensitive) and dP-resistant (dP Resistant) results indicating the absence of the cassette (Table 3).

(2-3)システム2(Plac-HSVtk_cat)のネガティブセレクタとしての機能の確認
システム2(Plac-HSVtK_cat)のネガティブセレクタとしての機能の測定を行った(図8のパネル(A))。ゲノムにPlac-HSVtK_catカセットを導入された細胞が、dP添加により効率よく細胞死するか確認した。
(2-3) Confirmation of function of system 2 (Plac-HSVtk_cat) as a negative selector The function of system 2 (Plac-HSVtK_cat) as a negative selector was measured (panel (A) in FIG. 8). It was confirmed whether cells introduced with the Plac-HSVtK_cat cassette into the genome were efficiently killed by the addition of dP.

まず、pKD46を導入した大腸菌株MG1655をカルベニシリンを含むLB培地(LB-carb培地)で30℃で培養した。次いで、その培養液20μLをLB培地(2mL)に植菌し、30℃で培養した。4時間後に、dPを含むLB-carb培地プレートまたはdPを含まないLB-carb培地プレート(いずれも100μM IPTGを含む)に植菌した。30℃で培養してコロニーを形成させ、CFUを算定した(OD600 = 1.4)。 First, E. coli strain MG1655 into which pKD46 had been introduced was cultured at 30 ° C. in an LB medium (LB-carb medium) containing carbenicillin. Next, 20 μL of the culture solution was inoculated into LB medium (2 mL) and cultured at 30 ° C. Four hours later, LB-carb medium plates with dP or LB-carb medium plates without dP (both containing 100 μM IPTG) were inoculated. The cells were cultured at 30 ° C. to form colonies, and CFU was calculated (OD 600 = 1.4).

dP添加によるネガティブ選択の結果、濃縮率は概算で約2×105であった(図8のパネル(B))。この結果から、ゲノムに導入されたPlac-HSVtk_catカセット中のHSVtk遺伝子が、dP添加によるネガティブセレクションにおいて細胞死の誘導に機能することが示された。一方、細胞のゲノムへの遺伝子導入を、109細胞から始めるとすれば、上記濃縮率から考えて、細胞死が誘導されない細胞が5,000細胞程度あると考えられる。そうであるとすれば、擬陽性細胞の混入を回避するために、それを上回る組換え効率、例えば形質転換体あたり10,000以上の組換え体を得るような効率が必要である。この細胞死が誘導されない細胞は、dP処理前に、すでにゲノムのHSVtk遺伝子に不活性化変異が生じたものだと想像される。このような擬陽性細胞は、ゲノムに導入されたPlac-HSVtk_catカセット中のHSVtk遺伝子を利用したポジティブ選択によって希釈または除去できる。 As a result of negative selection by addition of dP, the concentration rate was approximately 2 × 10 5 (approximate panel (B) in FIG. 8). From this result, it was shown that the HSVtk gene in the Plac-HSVtk_cat cassette introduced into the genome functions to induce cell death in negative selection by addition of dP. On the other hand, gene transfer into the genome of the cell, if starting from 109 cells, given from the concentration ratio, considered cell death is not induced is about 5,000 cells. If so, in order to avoid contamination with false positive cells, a higher recombination efficiency is required, for example an efficiency of obtaining 10,000 or more recombinants per transformant. Cells in which this cell death is not induced are presumed to have inactivated mutations in the genomic HSVtk gene before dP treatment. Such false positive cells can be diluted or removed by positive selection utilizing the HSVtk gene in the Plac-HSVtk_cat cassette introduced into the genome.

(2-4)ネガティブ選択で生じた擬陽性細胞のポジティブ選択による除去
ネガティブ選択に不可避な問題として、自然変異(spontaneousmutation)によるセレクタの不活性化が挙げられる。SacBの系にせよHSVTKの系にせよ、細胞内の自然変異によりある程度の頻度でランダム変異がこのセレクタに生じることは避けることができない。タンパク質の機能、例えば酵素機能を破壊する遺伝子変異は数十〜数百に及ぶ。このため、109細胞もの集団の中には、HSVTKが不活性化されたゲノムが相当数含まれている。一旦不活性化されたネガティブセレクタは、宿主を殺さない。そのため、不活性化されたネガティブセレクタを有する細胞はネガティブ選択を生き残るため、導入されるべきカセットとの組換えを持たない擬陽性の主な原因となる(図2の上段)。
(2-4) Removal by false selection of false positive cells generated by negative selection An inevitable problem with negative selection is the inactivation of the selector by spontaneous mutation. Regardless of the SacB or HSVTK system, it is inevitable that random mutations will occur in this selector with a certain frequency due to spontaneous mutation in the cell. There are tens to hundreds of gene mutations that disrupt protein functions, such as enzyme function. Thus, in 109 cells also population, HSVTK genomic inactivated are included considerable number. Once inactivated, the negative selector does not kill the host. Therefore, cells with inactivated negative selectors survive negative selection, which is the main cause of false positives without recombination with the cassette to be introduced (top row of FIG. 2).

HSVtk遺伝子はその読み取り枠が、条件によりポジティブセレクタおよびネガティブセレクタの両方の働きをする。つまり、選択カセット中のHSVTKが不活性化された場合、HSVTKがポジティブセレクタとして機能する条件下では、該選択カセットを導入された細胞はポジティブ選択を生き残れない。そこで、形質転換をする直前の段階で、HSVTKによるポジティブ選択をしておけば、HSVTKが不活性化されたゲノムを有する細胞を効率的に除去または希釈できる(図2の下段)。   The HSVtk gene has an open reading frame that functions as both a positive selector and a negative selector depending on conditions. That is, when HSVTK in a selection cassette is inactivated, cells into which the selection cassette has been introduced cannot survive positive selection under conditions where HSVTK functions as a positive selector. Therefore, if positive selection with HSVTK is performed immediately before transformation, cells having a genome in which HSVTK has been inactivated can be efficiently removed or diluted (lower part of FIG. 2).

HSVTKによるポジティブ選択を形質転換直前に行うことで擬陽性を減少させ得るか検討するため、ゲノムにPlac-HSVtk_catカセットを導入した大腸菌株を使用し、SOB培地で5FdU/dT選択を行った。具体的には、pTrc-HSVtkあるいはpTrc-gfpUVを導入したJW1226(Δtdk株)を試験管で2mL LB-carb培地にて一晩培養した。次に、5FdU(0〜100μg/mL)とdT(0〜100μg/mL)を組み合わせて添加したSOB培地 500μLを48穴ディープウェルプレートに準備し、1/1000に希釈されるように植菌した。その後、37℃にて1,000rpmで振とう培養し、適時OD600値を測定した。 In order to examine whether false positives can be reduced by performing positive selection with HSVTK immediately before transformation, 5FdU / dT selection was performed in SOB medium using an E. coli strain into which the Plac-HSVtk_cat cassette was introduced into the genome. Specifically, JW1226 (Δtdk strain) introduced with pTrc-HSVtk or pTrc-gfp UV was cultured overnight in 2 mL LB-carb medium in a test tube. Next, 500 μL of SOB medium added with a combination of 5FdU (0 to 100 μg / mL) and dT (0 to 100 μg / mL) was prepared in a 48-well deep well plate and inoculated to be diluted to 1/1000. . Thereafter, the cells were cultured with shaking at 1,000 rpm at 37 ° C., and the OD 600 value was measured timely.

図9に示すように、十分な5FdU濃度(20μg/mL以上)の存在下であれば、HSVTKを発現する大腸菌株(HSVTK+株)のみを濃縮できることが明らかになった。また、dT濃度が高いほどHSVTK+株の生育が良いので選択効率も上がると考えられる。この条件でコンピテントセル化した細胞に、エレクトロポレーション/dP選択を行えば、擬陽性の数は激減する。   As shown in FIG. 9, it was revealed that in the presence of a sufficient 5FdU concentration (20 μg / mL or more), only an E. coli strain expressing HSVTK (HSVTK + strain) can be concentrated. In addition, the higher the dT concentration, the better the growth of the HSVTK + strain. If electroporation / dP selection is performed on cells that have become competent cells under these conditions, the number of false positives is drastically reduced.

(2-4)システム2(Plac-HSVtk_cat)によるネガティブ選択における細胞死の速度
従来法であるTetRAを用いたネガティブ選択は、選択培養を2日間行う必要がある上に、得られる組換えコロニーのサイズが極めて小さいという問題がある。そこで、HSVTKを用いたネガティブ選択に要する時間の確認を行った。
(2-4) Rate of cell death in negative selection using System 2 (Plac-HSVtk_cat) Negative selection using TetRA, which is a conventional method, requires two days of selective culture and There is a problem that the size is extremely small. Therefore, the time required for negative selection using HSVTK was confirmed.

まず、HSVTKの入ったdP感受性大腸菌株(MG1655ΔlacZ::Plac-HSVtk_cat)を用意した。次いで、IPTGおよびクロラムフェニコールを含むLB培地(LB-Cm-IPTG培地)15mL中で37℃で培養した(OD600 = 約0.08)。その後、dPを加えて5、15、30、および60分後に培養液の一部をとり、規定量をLBプレートに播いた。続いてプレートを37℃で一晩培養し、培地体積あたりのコロニー形成数(CFU)を計測した。 First, a dP-sensitive Escherichia coli strain (MG1655ΔlacZ :: Plac-HSVtk_cat) containing HSVTK was prepared. Subsequently, it was cultured at 37 ° C. in 15 mL of LB medium (LB-Cm-IPTG medium) containing IPTG and chloramphenicol (OD 600 = about 0.08). Thereafter, a portion of the culture was taken 5, 15, 30, and 60 minutes after dP was added, and a prescribed amount was plated on an LB plate. Subsequently, the plate was cultured overnight at 37 ° C., and the number of colonies formed per medium volume (CFU) was counted.

図10に示すように、およそ数十分で、ゲノムにHSVTKを導入した細胞の生存能は4−6桁ほど低下した。これは、HSVTKがdPをリン酸化し、ゲノムへの遺伝子変異の高速な蓄積が生じ、その結果細胞死が引き起こされたことによる。本実施例ではPlacという転写効率のさほど高くないプロモータを用いたが、より強いプロモータ、例えばPT5/lacなどをセレクタカセットのHSVtk上流に配置した場合は、さらに速く効率的な選択が可能と期待される。なお、このdP処理は、HSVtkをゲノムに有していない細胞には全く無毒であった。   As shown in FIG. 10, the viability of the cells into which HSVTK was introduced into the genome was reduced by about 4-6 orders of magnitude. This is because HSVTK phosphorylates dP, resulting in rapid accumulation of genetic mutations in the genome, resulting in cell death. In this example, a promoter called Plac, which is not so high in transcription efficiency, was used. However, if a stronger promoter, such as PT5 / lac, is placed upstream of the selector cassette HSVtk, it is expected that faster and more efficient selection will be possible. The This dP treatment was completely non-toxic to cells that did not have HSVtk in their genome.

実施例1で作製したシステム2(図4参照)を用いて、ゲノム遺伝子の改変を実施した。プラスミドをテンプレートとし、標的となるゲノム部位と完全に一致する約40ヌクレオシドからなるオリゴヌクレオチドをプライマーとして用いてPCRを行った(非特許文献1)。これを、λRed組換えをコードするプラスミドpKD46を導入した大腸菌にエレクトロポレーションし、ポジティブ選択を行うことによりゲノムへのセレクタカセット導入を完成させた。続いて、ノックインする遺伝子配列を、前記工程で用いた相同性アームを有する形態でPCRにより増幅し、上記のように得た大腸菌クローンに再びエレクトロポレーションした。得られた大腸菌クローンにdPを約1μM添加してネガティブ選択を行い、導入目的とする配列でセレクタを置換した。   Using the system 2 (see FIG. 4) prepared in Example 1, the genomic gene was modified. PCR was performed using a plasmid as a template and an oligonucleotide consisting of about 40 nucleosides that perfectly matched the target genomic site as a primer (Non-patent Document 1). This was electroporated into Escherichia coli into which plasmid pKD46 encoding λRed recombination was introduced, and positive selection was performed to complete introduction of the selector cassette into the genome. Subsequently, the gene sequence to be knocked in was amplified by PCR in the form having the homology arm used in the above step, and electroporated again into the E. coli clone obtained as described above. About 1 μM of dP was added to the obtained Escherichia coli clone to perform negative selection, and the selector was replaced with the sequence to be introduced.

(1)CATを用いたlacZドメインへのHSVtk-catカセットの導入
CAT活性をポジティブ選択マーカーとして用い、lacZ遺伝子をHSVtk-catカセット(システム2)で置き換える実験を行った(図11のパネル(A))。その操作概要を図11のパネル(B)に示す。まず、pKD46を導入した大腸菌MG1655のコンピテントセル(40μL)に、1mmキュベット(Bio-Rad社製)を用いてHSVtk-catカセット(PCR産物、150ng)をエレクトロポレーションした。LB-IPTG(0.1mM)を1mL加え、試験管で4時間振とう培養(37℃、200rpm)した。この培養液の一部を、Cm(30μg/mL)を含む/含まないLB寒天培地(IPTG 0.1mM、X-gal 40μg/mL)にそれぞれ植菌し、37℃で一晩静置培養した。
(1) Introduction of HSVtk-cat cassette into lacZ domain using CAT
Using CAT activity as a positive selection marker, an experiment was conducted in which the lacZ gene was replaced with the HSVtk-cat cassette (System 2) (panel (A) in FIG. 11). The operation outline is shown in the panel (B) of FIG. First, an HSVtk-cat cassette (PCR product, 150 ng) was electroporated into a competent cell (40 μL) of Escherichia coli MG1655 into which pKD46 had been introduced, using a 1 mm cuvette (manufactured by Bio-Rad). 1 mL of LB-IPTG (0.1 mM) was added and cultured with shaking in a test tube for 4 hours (37 ° C., 200 rpm). A part of this culture solution was inoculated in an LB agar medium (IPTG 0.1 mM, X-gal 40 μg / mL) with / without Cm (30 μg / mL), followed by stationary culture at 37 ° C. overnight.

Cm(-)プレートには、形質転換あたり〜109のコロニーを得た。一方、Cm(+)プレート上には、形質転換あたり、およそ104個のコロニーがみられた。つまり、ゲノム組換えの効率は、104/109=10-5程度と概算される。 On the Cm (−) plate, ˜10 9 colonies were obtained per transformation. On the other hand, approximately 10 4 colonies were observed per transformation on the Cm (+) plate. In other words, the efficiency of genomic recombination is estimated as 10 4/10 9 = 10 about -5.

Cm(-)プレートに生えた〜65個のコロニーのうち全てがX-galプレート上で青色を呈した(すなわち、LacZ活性を示した)。一方、Cm(+)に生えたコロニーの99.7%がX-galプレート上で白色を呈した(すなわち、LacZ活性を失っていた)(図12)。   Of the ~ 65 colonies that grew on the Cm (-) plate, all appeared blue on the X-gal plate (ie, showed LacZ activity). On the other hand, 99.7% of the colonies growing on Cm (+) showed white color on the X-gal plate (that is, lost LacZ activity) (FIG. 12).

Cm(+)プレート上のLacZ(-)クローンを無作為に92個選び、薬剤耐性を調べたところ、そのうち89個が、Cmへの耐性とdPへの感受性を示していた(表4)。このことから、この89個のクローンにおいて、導入されたHSVtk-catカセットが、図11のパネル(A)に示すデザイン通りに標的部位でlacZ遺伝子と置き換わったと判断された。表4中でdPR、dPS、CmS、およびCmRはそれぞれdP耐性、dP感受性、Cm感受性、およびCm耐性を示す。 When 92 LacZ (-) clones on the Cm (+) plate were randomly selected and drug resistance was examined, 89 of them showed resistance to Cm and sensitivity to dP (Table 4). From this, it was judged that in these 89 clones, the introduced HSVtk-cat cassette was replaced with the lacZ gene at the target site as designed in the panel (A) of FIG. In Table 4, dP R , dP S , Cm S , and Cm R indicate dP resistance, dP sensitivity, Cm sensitivity, and Cm resistance, respectively.

92個のLacZ(-)のクローンをランダムピックし液体培養した。また、1個のLacZ(-)クローンを液体培養した。これらをdPプレート、Cmプレートの上にスタンプ植菌してその生育の可否をコロニー形成の有無により調べた。   Ninety-two LacZ (−) clones were randomly picked and liquid cultured. One LacZ (−) clone was liquid cultured. These were stamp-inoculated on a dP plate and a Cm plate, and the growth was examined based on the presence or absence of colony formation.

Cm(+)プレートで白色を呈したコロニーから、無作為に3個のクローンを選び、ゲノムの標的座位周辺の配列を調べた。具体的には、その標的部位(Targetsite)の上下流にアニーリングするプライマーをペアにしたPCRを行った(図13のパネル(A))。PCRに用いたプライマー配列を表5に示す。なお、表5においてF1〜F5の名称(Name)で示されるプライマーの塩基配列はそれぞれ配列番号4〜8に記載した。また、表5においてR1〜R5の名称で示されるプライマーの塩基配列はそれぞれ配列番号9〜13に記載した。   Three clones were randomly selected from colonies showing white color on the Cm (+) plate, and the sequence around the target locus of the genome was examined. Specifically, PCR was performed with a pair of primers that annealed upstream and downstream of the target site (Targetsite) (panel (A) in FIG. 13). The primer sequences used for PCR are shown in Table 5. In Table 5, the base sequences of the primers indicated by the names of F1 to F5 are shown in SEQ ID NOs: 4 to 8, respectively. Moreover, the base sequences of the primers indicated by the names R1 to R5 in Table 5 are shown in SEQ ID NOs: 9 to 13, respectively.

選択した3個のクローンすべてにおいて、HSVtk-catカセットが正しい遺伝子座に導入されていることが確認された(図13のパネル(B)、サンプル1−3)。   In all three selected clones, it was confirmed that the HSVtk-cat cassette was introduced at the correct locus (panel (B) in FIG. 13, sample 1-3).

Cm(+)プレートに生えてきた白クローンのうち、dP感受性を示さなかったもの、すなわちdP耐性をもつものが3%ほどあった。これらの正体を調べるために、3個のクローンを無作為選抜し、そのゲノムのlacZ周辺の配列をPCRにより確認したところ、3個のクローン全てにおいてHSVtk-cat遺伝子が正しい遺伝子座に導入されていた(図13のパネル(B)、サンプル4−6)。このPCR産物の遺伝子の塩基配列を解析したところ、HSVtk遺伝子のリーディングフレーム内にR→D,R→H、およびY→Cなどのnon-synonymousな(アミノ酸変異を伴う)塩基置換変異がみつかった(図14)。このことから、LacZ(-)の表現型を示すにもかかわらずdP(+)プレートに「生えてきた」コロニーは、ゲノムのHSVtk遺伝子に有害変異が入り、不活性化したものと推測された。   About 3% of white clones growing on Cm (+) plates did not show dP sensitivity, ie, had dP resistance. In order to examine these identities, three clones were randomly selected and the sequence around the lacZ of the genome was confirmed by PCR. HSVtk-cat gene was introduced into the correct locus in all three clones. (Panel (B) in FIG. 13, Sample 4-6). Analysis of the base sequence of the gene of this PCR product revealed non-synonymous base substitution mutations (with amino acid mutations) such as R → D, R → H, and Y → C within the reading frame of the HSVtk gene. (Figure 14). From this, it was speculated that colonies that had grown on the dP (+) plate despite the LacZ (-) phenotype were inactivated due to harmful mutations in the genomic HSVtk gene .

Cm(+)プレートにも、1個だけ青いコロニー(LacZ(+)クローン)が生えてきた。このクローンの薬剤耐性を調べたところ、CmとdP両方への耐性を示した(表4)。このことから、HSVtk-catカセットとlacZ遺伝子との置換えが、図11のパネル(A)に示すデザインの通りに起こっていなかったと判断された。実際、そのゲノムのlacZ遺伝子周辺の配列をPCR法によって確認したところ、Cm(+)プレートに生えた青いコロニー(LacZ(+)クローン)は、lacZ遺伝子が除去されていないことが確認された(図13のパネル(C)、サンプル7)。   Only one blue colony (LacZ (+) clone) has grown on the Cm (+) plate. When this drug was examined for drug resistance, it showed resistance to both Cm and dP (Table 4). From this, it was determined that the replacement of the HSVtk-cat cassette with the lacZ gene did not occur as per the design shown in panel (A) of FIG. In fact, when the sequence around the lacZ gene in the genome was confirmed by PCR, it was confirmed that the lacZ gene was not removed from the blue colonies (LacZ (+) clones) grown on the Cm (+) plate ( Panel (C) in FIG. 13, sample 7).

(2)dPキナーゼ活性を用いたlacZ遺伝子断片の再導入
HSVTKのdPキナーゼ活性をネガティブ選択マーカーとして用い、HSVtk-catカセット(システム2)をlacZ遺伝子で置き換える実験を行った(図15のパネル(A))。その操作概要を図15のパネル(B)に示す。まず、pKD46を導入した大腸菌MG1655ΔlacZ::Plac-HSVtk-catのコンピテントセル(40μL)に、1mmキュベット(Bio-Rad社製)を用いてlacZカセット(PCR産物、〜250ng)をエレクトロポレーションした。LB(1mL)を加え、試験管で2時間振とう培養(37℃、200rpm)した。この培養液の一部を、dP(1マイクロM)を含む/含まないLB寒天培地(IPTG 0.1mM、X-gal40μg/mL)にそれぞれ植菌し、42℃で一晩静置培養した。
(2) Reintroduction of lacZ gene fragment using dP kinase activity
Using HSVTK dP kinase activity as a negative selection marker, an experiment was conducted in which the HSVtk-cat cassette (system 2) was replaced with the lacZ gene (panel (A) in FIG. 15). The operation outline is shown in the panel (B) of FIG. First, a lacZ cassette (PCR product, ˜250 ng) was electroporated into a competent cell (40 μL) of E. coli MG1655ΔlacZ :: Plac-HSVtk-cat into which pKD46 was introduced using a 1 mm cuvette (manufactured by Bio-Rad). . LB (1 mL) was added, and cultured with shaking in a test tube for 2 hours (37 ° C., 200 rpm). A part of this culture solution was inoculated in an LB agar medium (IPTG 0.1 mM, X-gal 40 μg / mL) with / without dP (1 microM), and statically cultured at 42 ° C. overnight.

dP(-)プレートには、形質転換あたり109のコロニーを得た。そのうち99.96%がX-galプレート上で青色を示した(LacZ(+)活性を示した)。0.04%は白色を呈した。 In the dP (−) plate, 10 9 colonies were obtained per transformation. 99.96% of them showed blue color on X-gal plates (showing LacZ (+) activity). 0.04% was white.

dP(+)プレート上には、形質転換あたりおよそ104のコロニーがみられた。ここでも、形質転換効率は10-5程度と推算される。そのうち84%がX-galプレート上で青色を呈した(すなわち、LacZ活性を示した)(図16)。 On the dP (+) plate there were approximately 10 4 colonies per transformation. Again, the transformation efficiency is estimated to be around 10-5 . 84% of them showed a blue color on the X-gal plate (ie, showed LacZ activity) (FIG. 16).

dP(+)プレート上のLacZ(+)クローンを無作為に46個選び、dPプレート、Cmプレートの上にスタンプ植菌してその生育の可否(コロニー形成の有無)を測定することにより、それらの薬剤耐性を調べたところ、その全てが、dP耐性を示し、またCm耐性を失っていた(表6)。表6中でdPR、dPS、CmS、およびCmRはそれぞれdP耐性、dP感受性、Cm感受性、およびCm耐性を示す。 By randomly selecting 46 LacZ (+) clones on the dP (+) plate, inoculating the stamp on the dP and Cm plates, and measuring their viability (presence of colony formation) When drug resistance was examined, all of them showed dP resistance and lost Cm resistance (Table 6). In Table 6, dP R , dP S , Cm S , and Cm R indicate dP resistance, dP sensitivity, Cm sensitivity, and Cm resistance, respectively.

このことから、46すべてのクローンにおいて、導入されたlacZカセットは、図15のパネル(A)に示すデザインどおり、標的部位でHSVtk-catカセットと置き換わったと判断された。   From this, it was judged that in all 46 clones, the introduced lacZ cassette was replaced with the HSVtk-cat cassette at the target site as designed in the panel (A) of FIG.

dP(+)プレート上のLacZ(+)クローンにおいて、導入されたlacZカセットがHSVtk-catカセットと置き換わっていることを確かめるために、dP(+)プレートで青色を呈したコロニーから、4個のクローンを無作為に選び、そのゲノムのlacZ遺伝子導入の標的配列の周辺の塩基配列をPCR法によって確認した。具体的には、その標的配列の上下流にアニーリングするプライマと、HSVtk-catあるいはlacZ遺伝子内部にアニーリングするプライマーとをペアにしたPCRを行った(図17のパネル(A))。PCRではプライマーとして表5に示したものを用いた。この4個すべてにおいて、lacZ遺伝子断片が正しい遺伝子座に導入されていることが確認された(図17のパネル(B)、サンプル1−4)。   To confirm that the introduced lacZ cassette replaced the HSVtk-cat cassette in the LacZ (+) clone on the dP (+) plate, four colonies from the blue color on the dP (+) plate were used. A clone was randomly selected, and the base sequence around the target sequence for introduction of the lacZ gene in the genome was confirmed by PCR. Specifically, PCR was performed by pairing a primer that anneals upstream and downstream of the target sequence with a primer that anneals inside the HSVtk-cat or lacZ gene (panel (A) in FIG. 17). In PCR, the primers shown in Table 5 were used. In all four cases, it was confirmed that the lacZ gene fragment was introduced into the correct locus (panel (B) in FIG. 17, sample 1-4).

次に、dPプレートにはえてきた白いコロニー(LacZ(-)クローン)の正体を調べた。まず、白いコロニーを46個選び、その薬剤耐性を調べたところ、そのすべてがdP耐性を示した。つまり、これら全てはHSVTKの遺伝子活性は失っていた。ところが、このうち30個のクローンはCm耐性を示した(表6)。このことから、これら白コロニー(LacZ(-)クローン)は、HSVtk-catカセットは除去されていないが、HSVtk遺伝子の機能が失われたものであると推測される。   Next, the identity of the white colony (LacZ (−) clone) that had come on the dP plate was examined. First, 46 white colonies were selected and examined for drug resistance, all of which showed dP resistance. That is, all of these lost HSVTK gene activity. However, 30 clones of these showed Cm resistance (Table 6). From this, it is presumed that these white colonies (LacZ (−) clones) have lost the function of the HSVtk gene although the HSVtk-cat cassette has not been removed.

実際、PCRテストをおこなったところ、dP(+)プレートに生えてきた白いコロニー(lacZ(-)クローン)は、HSVtk-catカセットが除去されていないことが確認された(図17のパネル(B))、サンプル5−8)。PCR産物のHSVtk遺伝子部分を配列解析したところ、3個のクローンから、それぞれアミノ酸残基の欠損、あるいはY→C、R→Hなどのnon-synonymousな(アミノ酸変異を伴う)塩基置換変異がみつかった(図18、サンプル5−7)。また、dP耐性を示すにもかかわらず、HSVtk遺伝子に遺伝子変異が起こっていないクローンがみられた(図18、サンプル8)。このクローンがdP耐性を示す理由は不明である。   In fact, when a PCR test was performed, white colonies (lacZ (-) clones) that had grown on the dP (+) plate were confirmed to have no HSVtk-cat cassette removed (panel (B) in FIG. )), Sample 5-8). When the HSVtk gene part of the PCR product was sequenced, amino acid residue deletions or non-synonymous base substitution mutations (including amino acid mutations) such as Y → C and R → H were found in each of the three clones. (FIG. 18, Sample 5-7). In addition, there was a clone in which no gene mutation occurred in the HSVtk gene despite showing dP resistance (FIG. 18, sample 8). The reason why this clone is dP resistant is unknown.

以上、HSVtk-catカセットをlacZカセットによって置き換えるゲノム組換え実験において、そのゲノム組換え頻度は10-5程度であった。dP(+)プレートで生やすことによって、正しいゲノム組換え体を全体の81%程度にまで濃縮できた。一方、「生えてきた」コロニーの19%は正しいゲノム組換え体ではなく、その多くがゲノムのHSVtk遺伝子に変異が入り、不活性化したクローンであった。dPキナーゼ活性が失われたために、HSVtk-catカセットが除去されないままdP選択を免れたものであることがわかった。 As described above, in the genome recombination experiment in which the HSVtk-cat cassette is replaced with the lacZ cassette, the genome recombination frequency is about 10 −5 . By growing on dP (+) plates, the correct genomic recombinants could be concentrated to about 81% of the total. On the other hand, 19% of the “growing” colonies were not correct genomic recombinants, and many of them were inactivated clones with mutations in the genomic HSVtk gene. It was found that due to loss of dP kinase activity, the HSVtk-cat cassette was spared from dP selection without being removed.

一方で、dP(+)プレートに生えてきた白いコロニー(LacZ(-)クローン)の中に、dP耐性を示し、かつCmへの耐性を失っていたクローンも7個見つかった。HSVtkおよびcat遺伝子両方の機能が失われたものであると推測される。   On the other hand, among the white colonies (LacZ (−) clones) that had grown on the dP (+) plate, 7 clones that showed dP resistance and lost resistance to Cm were also found. It is speculated that the functions of both HSVtk and cat genes have been lost.

実際にPCRテストを行ったところ、これらの7個のクローンのうち1個は、HSVtk-catカセットが除去されていないことが確認された(図17のパネル(C)、サンプル9)。このクローンのcat遺伝子の塩基配列を調べたところ、塩基置換変異起こっていなかった。このことから、このクローンはcat遺伝子の活性を保持しているにもかかわらず、そのCm耐性を失ったクローンであることがわかった。しかし、このクローンがCm耐性を失った原因は不明である。一方で、残りの6個のクローンは、HSVtk-catカセットが除去されているにも関わらず、lacZ遺伝子が導入されていなかった(図17のパネル(C)、サンプル10−15)。HSVtk-catカセットが除去された原因は不明である。   When an actual PCR test was performed, it was confirmed that one of these seven clones did not have the HSVtk-cat cassette removed (panel (C) in FIG. 17, sample 9). When the base sequence of the cat gene of this clone was examined, no base substitution mutation occurred. From this, it was found that this clone lost its Cm resistance even though it retained the activity of the cat gene. However, it is unclear why this clone lost Cm resistance. On the other hand, in the remaining 6 clones, the lacZ gene was not introduced even though the HSVtk-cat cassette was removed (panel (C) in FIG. 17, sample 10-15). The reason for removal of the HSVtk-cat cassette is unknown.

細菌ゲノムを繰り返し何度も改変する研究ニーズが高まっている。細菌ゲノムを何度も繰り返し改変するには、ゲノム組換えの手法が1)液相操作のみで行えること、2)その操作時間が短いこと、が求められる。そこで、HSVTK/dPを利用したネガティブ選択法について、1)液相操作によるゲノム組換え体の濃縮が可能であること、および2)ゲノム組換え体の濃縮に必要な操作時間を調べた。具体的には、以下のように検討を行った。   Research needs to modify bacterial genomes repeatedly are increasing. In order to modify the bacterial genome over and over again, it is required that the method of genome recombination can be performed only by 1) liquid phase operation and 2) its operation time is short. Therefore, the negative selection method using HSVTK / dP was investigated 1) that the genomic recombinants could be concentrated by liquid phase operation, and 2) the operation time required for the enrichment of the genomic recombinants. Specifically, the examination was performed as follows.

まず、pKD46を導入した大腸菌MG1655Δ::HSVtk-catのコンピテントセル(50μL相当)に、1mmキュベット(Bio-Rad社製)を用いてlacZカセット(PCR産物〜500ng)をエレクトロポレーションした。LB(1mL)を加え、試験管で3時間振とう培養(37℃、200rpm)した。この培養液の100μLを10mLのLB-IPTG(0.1mM)-dP(1000nM)に加え、振とう培養(37℃、200rpm)した。0.5、1、2、3、4、6、および8時間後に培養液の一部をLB-IPTG-X-galプレートに植菌し、42℃で一晩静置培養した。   First, a lacZ cassette (PCR product: 500 ng) was electroporated into a competent cell (corresponding to 50 μL) of E. coli MG1655Δ :: HSVtk-cat into which pKD46 had been introduced, using a 1 mm cuvette (manufactured by Bio-Rad). LB (1 mL) was added, and cultured with shaking in a test tube for 3 hours (37 ° C., 200 rpm). 100 μL of this culture solution was added to 10 mL of LB-IPTG (0.1 mM) -dP (1000 nM) and cultured with shaking (37 ° C., 200 rpm). After 0.5, 1, 2, 3, 4, 6, and 8 hours, a part of the culture solution was inoculated into an LB-IPTG-X-gal plate and cultured at 42 ° C. overnight.

dP処理の直後は、X-galプレート上で青色を呈するゲノム組換え体が、形質転換当たり〜104の効率で得られた(全細胞の〜0.01%)。1000nMのdPで4時間処理した後には、ゲノム組換え体は6000倍に濃縮され、全細胞の〜60%に達した(図19)。このことから、HSVTK/dPシステムによって、1)ゲノム組換え体を液相操作でネガティブ選択可能であること、2)ゲノム組換え体の濃縮が、4時間という短い時間で完了することを、それぞれ確認できた。 Immediately after dP treatment, genomic recombinants showing a blue color on X-gal plates were obtained with an efficiency of ˜10 4 per transformation (˜0.01% of total cells). After 4 hours of treatment with 1000 nM dP, the genomic recombinants were enriched 6000 times, reaching ~ 60% of the total cells (Figure 19). From this, it was confirmed that the HSVTK / dP system enables 1) genome recombinants to be negatively selected by liquid phase operation, and 2) completes the enrichment of genome recombinants in as little as 4 hours. It could be confirmed.

HSVTK/dPシステムが細胞の遺伝子変異頻度に与える影響を検討した。dPは変異原性ヌクレオシドであるため、ゲノムに取り込まれることがあれば、ランダムな遺伝子変異がゲノムに起こってしまう可能性がある。もし細胞のもつさまざまなキナーゼの影響により、dPのリン酸化がおこってしまうならば、細胞をdP処理したとき、HSVtk遺伝子(ネガディブ選択マーカー)をもたないゲノム組換え体にも、有意なランダム変異が蓄積することになる。そこで、dPがHSVtkを持たない細胞の遺伝子変異頻度にどの程度影響を与えるのかを見積もった。また、細胞内には、酸化(8-オキソグアニンなど)、脱アミノ化(ウラシルなど)、アルキル化(3-メチルアデニンなど)など多くのダメージを受けた微量の天然型の変異原性ヌクレオシドが存在する。HSVTKを発現することによってこれらがリン酸化されゲノムDNAに取り込まれれば(あるいは核酸代謝のインバランスなど副次的な理由によって)、dPを与えずとも、細胞の遺伝子変異頻度は増加するという懸念がある。そこで、HSVTKの発現が、細胞の遺伝子変異頻度に与える影響を見積もった。具体的には以下の実験を行った。   The effect of the HSVTK / dP system on the frequency of genetic mutations in cells was examined. Since dP is a mutagenic nucleoside, random gene mutations can occur in the genome if it is incorporated into the genome. If the phosphorylation of dP occurs due to the effects of various kinases in the cell, significant randomness is also observed in genomic recombinants that do not have the HSVtk gene (negative selectable marker) when cells are treated with dP. Mutations will accumulate. Therefore, we estimated how much dP affects the gene mutation frequency of cells without HSVtk. In addition, there are trace amounts of naturally occurring mutagenic nucleosides that are damaged by oxidation (such as 8-oxoguanine), deamination (such as uracil), and alkylation (such as 3-methyladenine). Exists. If HSVTK is expressed and phosphorylated and incorporated into genomic DNA (or because of secondary reasons such as imbalance in nucleic acid metabolism), there is a concern that the frequency of genetic mutations in cells will increase without giving dP. is there. Thus, the effect of HSVTK expression on the frequency of cellular gene mutations was estimated. Specifically, the following experiment was conducted.

(1) dP処理がHSVtk遺伝子を持たない細胞の遺伝子変異頻度に与える影響
まず、pKD46を導入した大腸菌MG1655をLB-Amp培地で培養した。培養液30μLを30mLのLB培地に植菌した。この培養液を4mLずつ分取し、dPを0−103nMとなるように添加した。各培養液をそれぞれ1.2mLずつ試験管に分取し、6時間振とう培養(37℃、200rpm)を行った後、培養液の一部をリファンピシン(rifampicin、以下rifと略称する)50μg/mLを含む/含まない寒天培地にそれぞれ植菌し、37℃で一晩静置培養した(図20の左パネル)。得られたコロニーからCFUを算定し、下記数式(1)によって定義した遺伝子変異頻度を算出した。
(1) Effect of dP treatment on gene mutation frequency of cells without HSVtk gene First, E. coli MG1655 introduced with pKD46 was cultured in LB-Amp medium. 30 μL of the culture solution was inoculated into 30 mL of LB medium. 4 mL of this culture solution was fractionated, and dP was added so as to be 0-10 3 nM. Dispense each culture broth into 1.2 mL tubes, shake culture (37 ° C, 200 rpm) for 6 hours, and part of the culture broth rifampicin (hereinafter abbreviated as rif) 50 μg / mL Each was inoculated on an agar medium containing / not containing and incubated at 37 ° C. overnight (left panel in FIG. 20). CFU was calculated from the obtained colonies, and the gene mutation frequency defined by the following mathematical formula (1) was calculated.

dP濃度100nM以下では、遺伝子変異頻度の有意な増加は確認できなかった(図20の右パネル)。一方、dP濃度1000nMでは、dP濃度0nMの場合に比べて、遺伝子変異頻度が約10倍増大していた。このとき、2x108bpに1つの確率でゲノムに塩基置換変異が起こる。大腸菌のゲノムはおよそ4Mbpであるから、ゲノムのどこかに遺伝子変異が起こる確率は8%である。すなわち、細胞集団のうちおよそ8%が、ゲノムのどこかに遺伝子変異が起こったクローンとなる。このことから、一連のゲノム組換え操作の後に、dP処理によってゲノムに遺伝子変異が引き起こされた大腸菌クローンが単離される可能性は低いことがわかった。 At a dP concentration of 100 nM or less, no significant increase in gene mutation frequency could be confirmed (right panel in FIG. 20). On the other hand, at the dP concentration of 1000 nM, the gene mutation frequency increased about 10 times compared to the case of the dP concentration of 0 nM. At this time, a base substitution mutation occurs in the genome with a probability of 2 × 10 8 bp. Since the genome of Escherichia coli is approximately 4 Mbps, the probability that a genetic mutation occurs anywhere in the genome is 8%. That is, approximately 8% of the cell population is a clone having a genetic mutation somewhere in the genome. From this, it was found that after a series of genome recombination operations, it is unlikely that an E. coli clone having a genetic mutation caused by dP treatment was isolated.

(2)細胞内に発現したHSVTKが細胞の遺伝子変異頻度に与える影響
pKD46を導入した大腸菌MG1655およびMG1655ΔlacZ::HSVtk-catをLB-Amp培地で一晩培養した。培養液25μLを25mLのLB培地(IPTG 0.1mM、Arabinose 10mM)に植菌し、振とう培養(37℃、200rpm)した後、0、4、および8時間後にrif(50μg/mL)を含む/含まない寒天培地にそれぞれ植菌し、37℃で静置培養した。得られたコロニーからCFUを算定し、遺伝子変異頻度を上記数式(1)により定義し、算出した。
(2) Effects of HSVTK expressed in cells on gene mutation frequency
E. coli MG1655 and MG1655ΔlacZ :: HSVtk-cat into which pKD46 was introduced were cultured overnight in LB-Amp medium. After inoculating 25 μL of the culture solution into 25 mL of LB medium (IPTG 0.1 mM, Arabinose 10 mM), shaking culture (37 ° C., 200 rpm), and containing rif (50 μg / mL) after 0, 4, and 8 hours / Each strain was inoculated into an agar medium not containing it, and cultured at 37 ° C. CFU was calculated from the obtained colonies, and the gene mutation frequency was defined by the above mathematical formula (1) and calculated.

HSVTKを発現する細胞も、HSVTKを発現しない細胞も、細胞の増殖速度は変わらなかった(図21の右上段パネル)。このとき、その遺伝子変異頻度をみると、両者の遺伝子変異頻度は8時間の培養の後にも、全く変わらなかった(図21の右下段パネル)。よって、HSVtk遺伝子はdPのないところではゲノム不安定化をもたらさない、dP存在下でのみ変異誘起性を持つ、優れたネガティブ選択マーカーであると結論した。   The cell growth rate of both cells expressing HSVTK and cells not expressing HSVTK did not change (upper right panel in FIG. 21). At this time, the gene mutation frequency was not changed at all after 8 hours of culture (lower right panel in FIG. 21). Therefore, we concluded that the HSVtk gene is an excellent negative selection marker that does not cause genomic destabilization in the absence of dP and has mutagenic properties only in the presence of dP.

液体培地での連続的なポジティブ/ネガティブ選択によるlacZ領域へのPλ-gfpmut3.1の導入を検討した。 The introduction of P λ -gfpmut3.1 into the lacZ region by sequential positive / negative selection in liquid medium was examined.

CAT活性をポジティブ選択マーカーとし、HSVTKのdPキナーゼ活性をネガティブ選択マーカーとして用いて、lacZ遺伝子領域をPλ-gfpmut3.1カセットで置き換えた(図22のパネル(A))。その操作概要を図22のパネル(B)に示す。まず、pKD46を導入した大腸菌MG1655のコンピテントセル(40μL)を、1mmキュベット(Bio-Rad社製)を用いてHSVtk-catカセット(PCR産物〜150ng)でエレクトロポレーションした。LB-IPTG(0.1mM)を1mL加え、試験管で3時間振とう培養(37℃、200rpm)した。次に、100倍に希釈した培養液20μLを2mLのLB-Amp-Cm(30μg/mL)-IPTG(0.1mM)培地に植菌し、試験管で25時間振とう培養(30℃、200rpm)した。この培養液20μLを2mLのLB-Amp-Cm(30μg/mL)-IPTG(0.1mM)培地に植菌し、試験管で12時間振とう培養(30℃、200rpm)した。得られた培養液20μLを20mLのLB-Amp-Arab(10mM)-Cm(30μg/mL)-IPTG(0.1mM)、培地に植菌し、試験管で6時間振とう培養(30℃、200rpm)した。この培養液を遠心集菌し、10mLの滅菌水および10wt/v%グリセロール溶液でそれぞれ2回ずつ洗浄した後、20wt/v%グリセロール溶液を加え、コンピテントセルを作製した。このコンピテントセル(40μL)を、1mmキュベット(Bio-Rad製)を用いてPλ-gfpmut3.1カセットでエレクトロポレーションした。LB(1mL)を加え、試験管で3時間振とう培養(37℃、200rpm)した。最後に、dP(1μM)を含む/含まないLB寒天培地(IPTG0.1mM、X-gal 40μg/mLを含む)にそれぞれ植菌し、37℃で一晩静置培養した。 CAT activity as positive selection marker, using dP kinase activity HSVTK as a negative selection marker, a lacZ gene region is replaced by P λ -gfpmut3.1 cassette (panel of FIG. 22 (A)). The operation outline is shown in the panel (B) of FIG. First, competent cells (40 μL) of E. coli MG1655 into which pKD46 had been introduced were electroporated with an HSVtk-cat cassette (PCR product˜150 ng) using a 1 mm cuvette (Bio-Rad). 1 mL of LB-IPTG (0.1 mM) was added and cultured with shaking in a test tube for 3 hours (37 ° C., 200 rpm). Next, 20 μL of the culture solution diluted 100 times was inoculated into 2 mL of LB-Amp-Cm (30 μg / mL) -IPTG (0.1 mM) medium, and cultured with shaking in a test tube for 25 hours (30 ° C., 200 rpm). did. 20 μL of this culture solution was inoculated into 2 mL of LB-Amp-Cm (30 μg / mL) -IPTG (0.1 mM) medium, and cultured with shaking (30 ° C., 200 rpm) for 12 hours in a test tube. 20 μL of the obtained culture solution was inoculated into 20 mL of LB-Amp-Arab (10 mM) -Cm (30 μg / mL) -IPTG (0.1 mM), medium, and shake culture in a test tube for 6 hours (30 ° C., 200 rpm )did. The culture broth was collected by centrifugation and washed twice with 10 mL of sterilized water and 10 wt / v% glycerol solution, respectively, and then added with a 20 wt / v% glycerol solution to produce a competent cell. This competent cell (40 μL) was electroporated with a P λ -gfpmut3.1 cassette using a 1 mm cuvette (manufactured by Bio-Rad). LB (1 mL) was added, and cultured with shaking in a test tube for 3 hours (37 ° C., 200 rpm). Finally, each was inoculated in an LB agar medium (containing IPTG 0.1 mM, X-gal 40 μg / mL) with / without dP (1 μM), followed by stationary culture at 37 ° C. overnight.

dP(+)プレート上には、形質転換あたり、およそ104のコロニーがみられた。そのうち19%がX-galプレート上で青色を呈した。すなわち、LacZ活性を示した(図23)。緑色蛍光を示すコロニーは見られなかった。一方、dP(-)プレートには、形質転換あたり109のコロニーを得た。そのうち99.993%がX-galプレートの上で青色を示した(LacZ(+)活性を示した)。 On the dP (+) plate, approximately 10 4 colonies were seen per transformation. 19% of them showed a blue color on the X-gal plate. That is, it showed LacZ activity (FIG. 23). No colonies showing green fluorescence were observed. On the other hand, 10 9 colonies were obtained per transformation on the dP (−) plate. 99.993% of them showed blue color on the X-gal plate (showing LacZ (+) activity).

dP(+)プレート上のLacZ(-)クローンを無作為に94個選び、薬剤耐性を調べたところ、その全てが、dP耐性を示していた。そのうち、63個のクローンがCm耐性を失っていた。また,これらの64個のクローンのコロニーは,緑色蛍光を示した。これらのことから、63個のクローンにおいて、導入されたPλ-gfpmut3.1カセットは、図22のパネル(A)に示すデザインどおり、標的部位でHSVtk-catカセットと置き換わっていると判断された。 When 94 LacZ (-) clones on the dP (+) plate were randomly selected and examined for drug resistance, all of them showed dP resistance. Of these, 63 clones lost Cm resistance. The colonies of these 64 clones showed green fluorescence. From these, it was judged that in 63 clones, the introduced P λ -gfpmut3.1 cassette was replaced with the HSVtk-cat cassette at the target site as designed in the panel (A) of FIG. .

Pλ-gfpmut3.1カセットが標的部位でHSVtk-catカセットと置き換わっていることを確認するために、LacZ(-)、CmSの表現型を示した63個のクローンの中から8個のクローンを無作為に選び、そのゲノムのPλ-gfpmut3.1カセット導入の標的配列の周辺の塩基配列をPCR法によって確認した。具体的には、その標的配列の上下流と、Pλ-gfpmut3.1カセットの内部にアニーリングするプライマとをペアにしたPCRを行った(図24のパネル(A))。PCRではプライマーとして表5に示したものを用いた。この8個のクローンのうち7個において、Pλ-gfpmut3.1カセットが正しい遺伝子座に導入されていることが確認された(図24のパネル(B)、サンプル1−3および5−8)。残り2個のクローンは、HSVtk-catカセットが除去されているものの、Pλ-gfpmut3.1カセットが図22のパネル(A)に示すデザイン通りに導入されていなかったことがわかった(図24のパネル(B)、サンプル4)。この理由は不明である。 In order to confirm that the P λ -gfpmut3.1 cassette was replaced with the HSVtk-cat cassette at the target site, 8 clones out of 63 clones that showed LacZ (-), Cm S phenotype Was randomly selected, and the base sequence around the target sequence of the P λ -gfpmut3.1 cassette introduced into the genome was confirmed by PCR. Specifically, PCR was performed by pairing the upstream and downstream of the target sequence with a primer that annealed to the inside of the P λ -gfpmut3.1 cassette (panel (A) in FIG. 24). In PCR, the primers shown in Table 5 were used. In seven of the eight clones, it was confirmed that P λ -gfpmut3.1 cassette is introduced into the right locus (panel of FIG. 24 (B), samples 1-3 and 5-8) . The remaining two clones, although HSVtk-cat cassette is removed, P λ -gfpmut3.1 cassette is found to have not been introduced as designed as shown in panel FIG. 22 (A) (Fig. 24 Panel (B), sample 4). The reason for this is unknown.

基礎研究および産業において、細菌ゲノムを書き換える技術は広く利用されている。本発明により、ゲノムの自由な改変を短時間で効率的に行うことができる。本ゲノム改変法では擬陽性の産物が原理的に発生しないため、目的とするゲノムの改変を当業者であれば容易かつ効率的に実施することができる。さらに、本ゲノム改変法はロボティクスによる大規模並列化に適用可能であり、時間や人件費などの大幅なコストダウンも期待できる。また、利用できる生物種を選ばないため、多種多様な細胞におけるゲノムの改変を可能にする非常に汎用性の高い基盤技術である。   In basic research and industry, techniques for rewriting bacterial genomes are widely used. According to the present invention, free modification of the genome can be performed efficiently in a short time. In the present genome modification method, false-positive products are not generated in principle, so that a person skilled in the art can easily and efficiently carry out modification of the target genome. Furthermore, this genome modification method can be applied to large-scale parallelization by robotics, and a significant cost reduction such as time and labor costs can be expected. In addition, since it does not select the species that can be used, it is a very versatile basic technology that enables genome modification in a wide variety of cells.

本発明の主な用途として、バイオサイエンス/バイオテクノロジーにおける以下の3つの用途を好ましく挙げることができる:1)ゲノム工学を利用した基礎研究および応用研究への用途。ゲノム上の特定遺伝子の役割を分析するために、一塩基レベルでの書込み精度で精密置換することによってプロモータ強度を変えること(プロモータ強度変調)や、あたらしい外部操作可能なプロモータを組み込んで遺伝子の発現タイミングを任意に操作すること(時間的な局在制御)を可能にする。さらに、蛍光プローブの融合化などによる空間局在の調査分析、および膜やオルガネラ局在タンパク/tagとの融合による任意遺伝子の空間局在制御機構などの解明を可能にする。また、医薬研究への応用の一例としては、病原性細菌がゲノム上に持つ毒性の高い物質を産生する遺伝子をレポータ遺伝子または無毒化した遺伝子に組み換えることによる病原性発現メカニズムの解明などが挙げられ、治療法の開発または薬品の開発につながると期待できる;2)有用タンパク質の大量産生への用途。人類にとって有用なタンパク質を細胞に大量に作らせる研究や産業はますます盛んになっている。ただし、大量に物質を作らせるときに、細胞が本来持つ防御反応を司る複数の遺伝子がそれを妨害することが多々ある。その発現量調節(プロモータ部位の書換え)および酵素活性や機能のin situ書換え(読み取り枠への有用変異の導入)により、細胞を利用しやすい有用タンパク質産生機に作り変えることが可能である;および3)DNAゲノムマーキングへの用途。上記1)および2)の用途のように、ゲノムを書き換えて研究や産業にとって有用な細胞に改変する技術の需要は今後ますます増加する。これに伴い工場や研究機関において管理すべき細胞へのウォーターマーキング(water marking)、すなわちシリアル番号のような標識をゲノムに書き込むバーコード様技術の導入が注目されている。本発明によればゲノム上の任意の部位に任意の配列を組み込むことができるので、本発明はwater markingには最適な手法であると言える。   The main applications of the present invention are preferably the following three applications in bioscience / biotechnology: 1) Applications to basic research and applied research using genomic engineering. To analyze the role of a specific gene on the genome, change the promoter strength by precise substitution with single-base writing accuracy (promoter strength modulation), or incorporate a new externally operable promoter to express the gene It is possible to manipulate the timing arbitrarily (temporal localization control). Furthermore, it enables the investigation and analysis of spatial localization by fusion of fluorescent probes, and the elucidation of the mechanism of spatial localization control of arbitrary genes by fusion with membranes and organelle localization protein / tag. In addition, as an example of application to pharmaceutical research, elucidation of the pathogenic expression mechanism by recombination of a gene producing a highly toxic substance in the genome of a pathogenic bacterium with a reporter gene or a detoxified gene. 2) Use for mass production of useful proteins. Research and industry that make cells useful for humans in large quantities are becoming increasingly popular. However, when a large amount of substance is made, there are many cases in which a plurality of genes responsible for the defense reaction inherent in the cell interfere with it. The expression level (promoter site rewriting) and in situ rewriting of enzyme activity and function (introduction of useful mutations into the reading frame) can be transformed into a useful protein producer that is easy to use; and 3) Use for DNA genome marking. As in the applications 1) and 2) above, the demand for technology that rewrites genomes into cells useful for research and industry will continue to increase. Along with this, the introduction of barcode-like technology that writes water marking to cells to be managed in factories and research institutes, that is, a label such as a serial number, into the genome is attracting attention. According to the present invention, since an arbitrary sequence can be incorporated at an arbitrary site on the genome, the present invention can be said to be an optimal technique for water marking.

バイオサイエンス/バイオテクノロジーにおける上記3つの用途において、ゲノムの書換え技術は不可欠な技術である。本発明は、高い書込み精度、早い書込み速度、高い書込み効率、容易な操作性を備えたゲノム工学法を提供し、さまざまな分野に大きな波及効果を与えるものである。   In the above three applications in bioscience / biotechnology, genome rewriting technology is an indispensable technology. The present invention provides a genome engineering method having high writing accuracy, high writing speed, high writing efficiency, and easy operability, and has a great ripple effect in various fields.

配列番号1:trcプロモータ下流にヒトヘルペスウイルスチミジンキナーゼ(HSVtk)遺伝子が配置された、pTrc-HSVtkと称する設計された発現プラスミド。
配列番号2:lacプロモータ下流にヒトヘルペスウイルスチミジンキナーゼ(HSVtk)遺伝子およびクロラムフェニコールアセチルトランスフェラーゼ(cat)遺伝子が配置された、 pMW-HSVtk_catと称する設計された発現プラスミド。
配列番号3:PT5/lacプロモータ下流にヒトヘルペスウイルスチミジンキナーゼ(HSVtk)遺伝子およびクロラムフェニコールアセチルトランスフェラーゼ(cat)遺伝子が配置された、pLT-HSVtk_catと称する設計された発現プラスミド。
配列番号4: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。
配列番号7: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8: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9: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10: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11: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12: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13: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 expression plasmid designated pTrc-HSVtk, in which the human herpesvirus thymidine kinase (HSVtk) gene is located downstream of the trc promoter.
SEQ ID NO: 2: A designed expression plasmid called pMW-HSVtk_cat, in which a human herpesvirus thymidine kinase (HSVtk) gene and a chloramphenicol acetyltransferase (cat) gene are arranged downstream of the lac promoter.
SEQ ID NO: 3: A designed expression plasmid called pLT-HSVtk_cat in which the human herpesvirus thymidine kinase (HSVtk) gene and the chloramphenicol acetyltransferase (cat) gene are arranged downstream of the PT5 / lac promoter.
SEQ ID NO 4: Oligonucleotide designed for primer.
SEQ ID NO: 5: oligonucleotide designed for primer.
SEQ ID NO: 6: oligonucleotide designed for primer.
SEQ ID NO: 7: oligonucleotide designed for primer.
SEQ ID NO: 8: oligonucleotide designed for primer.
SEQ ID NO: 9: oligonucleotide designed for primer.
SEQ ID NO: 10: oligonucleotide designed for primer.
SEQ ID NO: 11: oligonucleotide designed for primer.
SEQ ID NO: 12: oligonucleotide designed for primer.
SEQ ID NO: 13: oligonucleotide designed for primer.

Claims (13)

細胞内のゲノムを改変する方法であって、
(1)細胞内のゲノムの改変に使用される核酸構築物であって、該核酸構築物によりゲノムが改変された細胞を選択するための遺伝子配列としてチミジンキナーゼをコードする遺伝子配列を含む、細胞内のゲノムの改変に使用される核酸構築物を、細胞内に導入する工程、
(2)上記(1)で得られた細胞を培養する工程、および
(3)上記(2)の工程の後、ゲノムが改変された細胞を選択する工程、
を包含する、細胞内のゲノムを改変する方法。
A method for modifying a genome in a cell,
(1) A nucleic acid construct used for modification of a genome in a cell, comprising a gene sequence encoding thymidine kinase as a gene sequence for selecting a cell whose genome has been modified by the nucleic acid construct. Introducing a nucleic acid construct to be used for genome modification into a cell;
(2) culturing the cells obtained in (1) above, and
(3) After the step (2), a step of selecting a cell whose genome has been modified,
A method for modifying an intracellular genome.
細胞内のゲノムを改変する方法であって、
(1)細胞内のゲノムの改変に使用される核酸構築物であって、該核酸構築物によりゲノムが改変された細胞を選択するための遺伝子配列として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を含む、細胞内のゲノムの改変に使用される核酸構築物を、細胞内に導入する工程、
(2)上記(1)で得られた細胞を培養する工程、および
(3)上記(2)の工程の後、ゲノムが改変された細胞を選択する工程、
を包含する、細胞内のゲノムを改変する方法。
A method for modifying a genome in a cell,
(1) A nucleic acid construct used for modification of a genome in a cell, comprising a gene sequence encoding human herpesvirus-derived thymidine kinase as a gene sequence for selecting a cell whose genome has been modified by the nucleic acid construct Introducing into the cell a nucleic acid construct used for modification of the genome in the cell;
(2) culturing the cells obtained in (1) above, and
(3) After the step (2), a step of selecting a cell whose genome has been modified,
A method for modifying an intracellular genome.
チミジンキナーゼをコードする遺伝子配列に加えて、ゲノムが改変された細胞を選択するための遺伝子配列として薬剤耐性タンパク質をコードする遺伝子配列を含む、請求項1または2に記載の細胞内のゲノムを改変する方法。 3. In addition to the gene sequence encoding thymidine kinase, the gene sequence encoding a drug resistance protein is included as a gene sequence for selecting cells whose genome has been modified. how to. 薬剤耐性タンパク質がクロラムフェニコールアセチルトランスフェラーゼである、請求項3に記載の細胞内のゲノムを改変する方法。 4. The method for modifying an intracellular genome according to claim 3, wherein the drug resistance protein is chloramphenicol acetyltransferase. 細胞内のゲノムを改変する方法であって、
(1)細胞内のゲノムの改変に使用される核酸構築物であって、該核酸構築物によりゲノムが改変された細胞を選択するための遺伝子配列として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を含み、更にゲノムが改変された細胞を選択するための遺伝子配列としてクロラムフェニコールアセチルトランスフェラーゼをコードする遺伝子配列を含む、細胞内のゲノムの改変に使用される核酸構築物を、細胞内に導入する工程、
(2)上記(1)で得られた細胞を培養する工程、および
(3)上記(2)の工程の後、ゲノムが改変された細胞を選択する工程、
を包含する、細胞内のゲノムを改変する方法。
A method for modifying a genome in a cell,
(1) A nucleic acid construct used for modifying a genome in a cell, comprising a gene sequence encoding human herpesvirus-derived thymidine kinase as a gene sequence for selecting a cell whose genome has been modified by the nucleic acid construct. And a step of introducing a nucleic acid construct used for modification of the genome in the cell, comprising a gene sequence encoding chloramphenicol acetyltransferase as a gene sequence for selecting a cell whose genome has been further modified. ,
(2) culturing the cells obtained in (1) above, and
(3) After the step (2), a step of selecting a cell whose genome has been modified,
A method for modifying an intracellular genome.
細胞内のゲノムの改変に使用される核酸構築物であって、該核酸構築物によりゲノムが改変された細胞を選択するための遺伝子配列としてチミジンキナーゼをコードする遺伝子配列を含む、細胞内のゲノムの改変に使用される核酸構築物。 A nucleic acid construct used for modifying a genome in a cell, comprising a gene sequence encoding thymidine kinase as a gene sequence for selecting a cell whose genome has been modified by the nucleic acid construct. Nucleic acid constructs used in 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6に記載の細胞内のゲノムの改変に使用される核酸構築物。 7. The nucleic acid construct used for modification of an intracellular genome according to claim 6, wherein the gene sequence encoding thymidine kinase is a gene sequence encoding human herpesvirus-derived thymidine kinase. チミジンキナーゼをコードする遺伝子配列に加えて、ゲノムが改変された細胞を選択するための遺伝子配列として薬剤耐性タンパク質をコードする遺伝子配列を含む、請求項6または7に記載の細胞内のゲノムの改変に使用される核酸構築物。 The modification of the genome in a cell according to claim 6 or 7, comprising a gene sequence encoding a drug resistance protein as a gene sequence for selecting a cell having a modified genome in addition to the gene sequence encoding thymidine kinase. Nucleic acid constructs used in 薬剤耐性タンパク質がクロラムフェニコールアセチルトランスフェラーゼである、請求項8に記載の細胞内のゲノムの改変に使用される核酸構築物。 9. The nucleic acid construct used for modification of an intracellular genome according to claim 8, wherein the drug resistance protein is chloramphenicol acetyltransferase. 細胞内のゲノムの改変に使用される核酸構築物であって、該核酸構築物によりゲノムが改変された細胞を選択するための遺伝子配列として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を含み、さらにゲノムが改変された細胞を選択するための遺伝子配列としてクロラムフェニコールアセチルトランスフェラーゼをコードする遺伝子配列を含む、細胞内のゲノムの改変に使用される核酸構築物。 A nucleic acid construct used for modifying a genome in a cell, comprising a gene sequence encoding human herpesvirus-derived thymidine kinase as a gene sequence for selecting a cell whose genome has been modified by the nucleic acid construct, A nucleic acid construct used for modification of a genome in a cell, comprising a gene sequence encoding chloramphenicol acetyltransferase as a gene sequence for selecting a cell in which is modified. 配列表の配列番号1、配列番号2、および配列番号3のいずれかに記載の塩基配列で表されるDNAからなる、細胞内のゲノムの改変に使用される核酸構築物。 A nucleic acid construct used for modifying a genome in a cell, comprising a DNA represented by the nucleotide sequence set forth in any one of SEQ ID NO: 1, SEQ ID NO: 2, and SEQ ID NO: 3 in the sequence listing. 細胞が微生物である、請求項11に記載の核酸構築物の、細胞内のゲノムの改変における使用。 Use of a nucleic acid construct according to claim 11 in the modification of the genome in a cell, wherein the cell is a microorganism. 細胞が大腸菌またはシアノバクテリアである、請求項12に記載の核酸構築物の、細胞内のゲノムの改変における使用。 Use of the nucleic acid construct according to claim 12, wherein the cell is Escherichia coli or cyanobacteria, in modification of an intracellular genome.
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