JP2022059183A - Model animals of hematopoietic insufficiency, growth retardation, high carcinogenicity, and mental dysfunction - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、造血不全、発育遅滞、高発がん性、精神機能障害のモデル動物等に関する。 The present invention relates to a model animal of hematopoietic deficiency, stunted growth, high carcinogenicity, mental dysfunction and the like.
生体において各種アルデヒドの分解機能が低下すると、様々なタイプの内因性DNA損傷が増加する。アルデヒドは、主にDNA鎖間架橋(ICL)および非酵素的DNA-タンパク質架橋(DPC)を生成する。これに関連して、遺伝的にアルデヒド分解機能が低下した個体では、造血不全、発育遅滞、高発がん性、小頭、低体重、精神遅滞等の症状を呈することがある。非特許文献1では、Adh5遺伝子とAldh2遺伝子の両方を欠損したマウスの作製が報告されている。しかし、非特許文献1では、上記症状、特に造血不全や発がん性については解析されておらず、また、マウスの生存期間が著しく短いため、進行性あるいは遅発性の病態には一切触れられていない。 Decreased ability to degrade various aldehydes in the body increases various types of endogenous DNA damage. Aldehydes primarily produce DNA interstrand crosslinks (ICLs) and non-enzymatic DNA-protein crosslinks (DPCs). In this regard, individuals with genetically impaired aldehyde degradation function may exhibit symptoms such as hematopoietic deficiency, stunted growth, high carcinogenicity, microcephaly, underweight, and mental retardation. Non-Patent Document 1 reports the production of mice lacking both the Adh5 gene and the Aldh2 gene. However, in Non-Patent Document 1, the above-mentioned symptoms, particularly hematopoietic insufficiency and carcinogenicity, have not been analyzed, and since the survival time of mice is extremely short, advanced or delayed pathological conditions are not mentioned at all. not.
本発明は、造血不全、発育遅滞、高発がん性、及び精神機能障害からなる群より選択される少なくとも1種のモデル動物を提供することを課題とする。 It is an object of the present invention to provide at least one model animal selected from the group consisting of hematopoietic deficiency, stunted growth, high carcinogenicity, and mental dysfunction.
本発明者は上記課題に鑑みて鋭意研究を進めた結果、ADH5遺伝子の機能及び/又は発現が欠損又は低下しており、且つ対の染色体の一方においてALDH2遺伝子の機能低下変異を有する動物であれば、造血不全、発育遅滞、高発がん性、及び精神機能障害からなる群より選択される少なくとも1種のモデル動物として使用できることを見出した。本発明者は、この知見に基づいてさらに研究を進めた結果、本発明を完成させた。即ち、本発明は、下記の態様を包含する。 As a result of diligent research in view of the above problems, the present inventor may be an animal in which the function and / or expression of the ADH5 gene is deleted or decreased, and the function of the ALDH2 gene is reduced in one of the paired chromosomes. For example, it was found that it can be used as a model animal of at least one selected from the group consisting of hematopoietic deficiency, stunted growth, high carcinogenicity, and mental dysfunction. The present inventor has completed the present invention as a result of further research based on this finding. That is, the present invention includes the following aspects.
項1. ADH5遺伝子の機能及び/又は発現が欠損又は低下しており、且つ対の染色体の一方又は両方においてALDH2遺伝子の機能及び/又は発現低下変異を有する、造血不全、発育遅滞、高発がん性、及び精神機能障害からなる群より選択される少なくとも1種のモデル動物。 Item 1. Hematopoietic dysfunction, stunted growth, hypercarcinogenicity, and psychiatry, in which the function and / or expression of the ADH5 gene is deficient or reduced, and the function and / or expression of the ALDH2 gene is reduced in one or both of the paired chromosomes. At least one model animal selected from the group consisting of dysfunction.
項2. 対の染色体の両方において前記ADH5遺伝子が欠損している、項1に記載のモデル動物。
項3. 前記ALDH2遺伝子の機能低下変異が多量体形成領域における変異である、項1又は2に記載のモデル動物。
Item 3.
項4. 前記ALDH2遺伝子の機能低下変異が、マウスALDH2タンパク質E506又はそれに対応するアミノ酸の変異を引き起こす変異である、項3に記載のモデル動物。 Item 4. Item 3. The model animal according to Item 3, wherein the ALDH2 gene hypofunction mutation is a mutation that causes a mutation in the mouse ALDH2 protein E506 or a corresponding amino acid.
項5. 前記ALDH2遺伝子の機能低下変異が、マウスALDH2タンパク質E506又はそれに対応するアミノ酸のリジンへの置換を引き起こす変異である、項3又は4に記載のモデル動物。 Item 5. Item 3. The model animal according to Item 3 or 4, wherein the reduced function mutation of the ALDH2 gene is a mutation that causes the replacement of the mouse ALDH2 protein E506 or the corresponding amino acid with lysine.
項6. 前記精神機能障害が精神遅滞を含む、項1~5のいずれかに記載のモデル動物。
項7. 項1~6のいずれかに記載のモデル動物に発生する、受精卵、精子又は胚、。 Item 7. A fertilized egg, sperm or embryo, which develops in the model animal according to any one of Items 1 to 6.
項8. ADH5遺伝子の機能及び/又は発現が欠損又は低下しており、且つ対の染色体の一方又は両方においてALDH2遺伝子の機能及び/又は発現低下変異を有する、細胞。
項9. 項1~6のいずれかに記載のモデル動物、項7に記載の受精卵、精子若しくは胚、又は項8に記載の細胞を用いた、造血不全、発育遅滞、高発がん性、及び精神機能障害からなる群より選択される少なくとも1種の予防剤、改善剤、又は増悪原因物質のスクリーニング方法。
Item 9. Hematopoietic dysfunction, stunted growth, hypercarcinogenicity, and mental dysfunction using the model animal according to any one of Items 1 to 6, the fertilized egg, sperm or embryo according to Item 7, or the cell according to
項10. (a)項1~6のいずれかに記載のモデル動物、項7に記載の受精卵、精子若しくは胚、又は項8に記載の細胞に被検物質を投与する又は接触させる工程、
(b)被検物質が投与又は接触された前記モデル動物、前記受精卵、精子若しくは胚、又は前記細胞の、造血不全、発育遅滞、高発がん性、及び精神機能障害からなる群より選択される少なくとも1種の表現型を評価する工程、及び
(c1)前記表現型が治癒又は緩和していた場合に、前記被検物質を造血不全、発育遅滞、高発がん性、及び精神機能障害からなる群より選択される少なくとも1種の予防剤又は改善剤として選別する工程、又は
(c2)前記表現型が悪化していた場合に、前記被検物質を造血不全、発育遅滞、高発がん性、及び精神機能障害からなる群より選択される少なくとも1種の増悪原因物質として選別する工程、
を含む、項9に記載のスクリーニング方法。
(B) Selected from the group consisting of hematopoietic deficiency, stunted growth, hypercarcinogenicity, and mental dysfunction of the model animal, the fertilized egg, sperm or embryo, or the cell to which the test substance was administered or contacted. A step of evaluating at least one phenotype, and (c1) a group consisting of hematopoietic deficiency, stunted growth, hypercarcinogenicity, and mental dysfunction when the phenotype is cured or alleviated. The step of selecting as at least one preventive agent or ameliorating agent selected from the above, or (c2) when the phenotype is deteriorated, the test substance is subjected to hematopoietic deficiency, stunted growth, high carcinogenicity, and mentality. The process of selecting as at least one exacerbating substance selected from the group consisting of dysfunction,
9. The screening method according to Item 9.
本発明によれば、造血不全、発育遅滞、高発がん性、及び精神機能障害からなる群より選択される少なくとも1種のモデル動物を提供することができる。また、該モデル動物を利用した、予防剤、改善剤、又は増悪原因物質のスクリーニング方法等を提供することもできる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY According to the present invention, it is possible to provide at least one model animal selected from the group consisting of hematopoietic deficiency, stunted growth, high carcinogenicity, and mental dysfunction. Further, it is also possible to provide a preventive agent, an improving agent, a method for screening an exacerbation-causing substance, or the like using the model animal.
1.定義
本明細書中において、「含有」及び「含む」なる表現については、「含有」、「含む」、「実質的にからなる」及び「のみからなる」という概念を含む。
1. 1. Definitions In the present specification, the expressions "contains" and "contains" include the concepts of "contains", "contains", "substantially consists" and "consists of only".
アミノ酸配列の「同一性」とは、2以上の対比可能なアミノ酸配列の、お互いに対するアミノ酸配列の一致の程度をいう。従って、ある2つのアミノ酸配列の一致性が高いほど、それらの配列の同一性又は類似性は高い。アミノ酸配列の同一性のレベルは、例えば、配列分析用ツールであるFASTAを用い、デフォルトパラメータを用いて決定される。若しくは、Karlin及びAltschulによるアルゴリズムBLAST(KarlinS,Altschul SF.“Methods for assessing the statistical significance of molecular sequence features by using general scoringschemes”Proc Natl Acad Sci USA.87:2264-2268(1990)、KarlinS,Altschul SF.“Applications and statistics for multiple high-scoring segments in molecular sequences.”Proc Natl Acad Sci USA.90:5873-7(1993))を用いて決定できる。このようなBLASTのアルゴリズムに基づいたBLASTXと呼ばれるプログラムが開発されている。これらの解析方法の具体的な手法は公知であり、National Center of Biotechnology Information(NCBI)のウェエブサイト(http://www.ncbi.nlm.nih.gov/)を参照すればよい。また、塩基配列の『同一性』も上記に準じて定義される。 "Identity" of an amino acid sequence refers to the degree of coincidence of two or more comparable amino acid sequences with respect to each other. Therefore, the higher the match between two amino acid sequences, the higher the identity or similarity of those sequences. The level of amino acid sequence identity is determined, for example, using FASTA, a tool for sequence analysis, with default parameters. Alternatively, the algorithm BLAST by Karlin and Altschul (KarlinS, Altschul SF. “Methods for assessing the statistical significance of molecular sequence features by using general scoringschemes” Proc Natl Acad Sci USA. 87: 2264-2268 (1990), KarlinS, Altschul SF. It can be determined using “Applications and statistics for multiple high-scoring segments in molecular sequences.” Proc Natl Acad Sci USA. 90: 5873-7 (1993). A program called BLASTX based on such a BLAST algorithm has been developed. Specific methods for these analysis methods are known, and the National Center for Biotechnology Information (NCBI) website (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/) can be referred to. The "identity" of the base sequence is also defined according to the above.
本明細書中において、「保存的置換」とは、アミノ酸残基が類似の側鎖を有するアミノ酸残基に置換されることを意味する。例えば、リジン、アルギニン、ヒスチジンといった塩基性側鎖を有するアミノ酸残基同士で置換されることが、保存的な置換にあたる。その他、アスパラギン酸、グルタミン酸といった酸性側鎖を有するアミノ酸残基;グリシン、アスパラギン、グルタミン、セリン、スレオニン、チロシン、システインといった非帯電性極性側鎖を有するアミノ酸残基;アラニン、バリン、ロイシン、イソロイシン、プロリン、フェニルアラニン、メチオニン、トリプトファンといった非極性側鎖を有するアミノ酸残基;スレオニン、バリン、イソロイシンといったβ-分枝側鎖を有するアミノ酸残基;チロシン、フェニルアラニン、トリプトファン、ヒスチジンといった芳香族側鎖を有するアミノ酸残基同士での置換も同様に、保存的な置換にあたる。 As used herein, "conservative substitution" means that an amino acid residue is replaced with an amino acid residue having a similar side chain. For example, substitution between amino acid residues having basic side chains such as lysine, arginine, and histidine is a conservative substitution. Other amino acid residues having acidic side chains such as aspartic acid and glutamic acid; amino acid residues having non-charged polar side chains such as glycine, asparagine, glutamine, serine, threonine, tyrosine and cysteine; alanine, valine, leucine, isoleucine, Amino acid residues with non-polar side chains such as proline, phenylalanine, methionine and tryptophan; amino acid residues with β-branched side chains such as threonine, valine and isoleucine; aromatic side chains such as tyrosine, phenylalanine, tryptophan and histidine Substitutions between amino acid residues are also conservative substitutions.
2.モデル動物、細胞
本発明は、その一態様において、ADH5遺伝子の機能及び/又は発現が欠損又は低下しており、且つ対の染色体の一方又は両方においてALDH2遺伝子の機能及び/又は発現低下変異を有する、造血不全、発育遅滞、高発がん性、及び精神機能障害からなる群より選択される少なくとも1種のモデル動物(本明細書において、「本発明のモデル動物」と示すこともある。)に関する。以下に、これについて説明する。
2. Model Animal, Cell In one aspect of the invention, the function and / or expression of the ADH5 gene is deleted or reduced, and the function and / or expression of the ALDH2 gene is reduced in one or both of the paired chromosomes. , At least one model animal selected from the group consisting of hematopoietic deficiency, stunted growth, hypercarcinogenicity, and mental dysfunction (hereinafter, may be referred to as "model animal of the present invention"). This will be described below.
動物としては、特に制限されず、例えばサル、マウス(ハツカネズミ属動物)、ラット、イヌ、ネコ、ウサギ、ブタ、ウマ、ウシ、ヒツジ、ヤギ、シカ等の哺乳類動物が挙げられる。これらの中でも、実験動物として使用し得る動物が好ましく、ハツカネズミ属動物がより好ましく、Mus musculusがさらに好ましい。また、哺乳類動物は、系統種であってもよく、雑種であってもよい。また、系統種としては、マウスの場合であれば、例えばC57BL/6、C3H、ICR、BALB/cが挙げられるが、好ましくはC57BL/6である。ヒトをモデル動物とする場合には、健常人あるいは疾患患者に由来する細胞や、iPS細胞などの使用が想定される。 The animals are not particularly limited, and examples thereof include mammals such as monkeys, mice (Mus musculus), rats, dogs, cats, rabbits, pigs, horses, cows, sheep, goats, and deer. Among these, animals that can be used as experimental animals are preferable, Mus musculus animals are more preferable, and Mus musculus is further preferable. Mammals may also be phylogenetic or hybrid. In the case of mice, examples of the strain species include C57BL / 6, C3H, ICR, and BALB / c, but C57BL / 6 is preferable. When humans are used as model animals, cells derived from healthy people or diseased patients, iPS cells, etc. are expected to be used.
ADH5(alcohol dehydrogenase 5)遺伝子は、グルタチオン依存的にホルムアルデヒドをギ酸に変換する酵素の遺伝子である。哺乳類動物各種において、ADH5遺伝子の塩基配列及びアミノ酸配列は公知である、或いは公知のADH5遺伝子の塩基配列及びアミノ酸配列に基づいて(例えば、これらとの同一性解析等により)容易に決定することができる。一例として、マウスのAdh5遺伝子は、NCBI Gene ID: 11532で特定される遺伝子であり、そのアミノ酸配列としてはNCBI RefSeqアクセッション番号:NP_001275507.1で特定されるアミノ酸配列(配列番号4)及びNCBI RefSeqアクセッション番号:NP_031436.2で特定されるアミノ酸配列(配列番号5)が挙げられ、そのmRNA配列としてはNCBI RefSeqアクセッション番号:NM_001288578.1で特定される塩基配列(配列番号6)及びNCBI RefSeqアクセッション番号:NM_007410.3で特定される塩基配列(配列番号7)が挙げられる。 The ADH5 (alcohol dehydrogenase 5) gene is a gene for an enzyme that converts formaldehyde to formic acid in a glutathione-dependent manner. In various mammals, the base sequence and amino acid sequence of the ADH5 gene are known, or can be easily determined based on the known base sequence and amino acid sequence of the ADH5 gene (for example, by identity analysis with these). can. As an example, the mouse Adh5 gene is a gene specified by NCBI Gene ID: 11532, and its amino acid sequence includes the amino acid sequence (SEQ ID NO: 4) specified by NCBI RefSeq accession number: NP_001275507.1 and NCBI RefSeq. Accession number: The amino acid sequence specified by NP_031436.2 (SEQ ID NO: 5) is mentioned, and the mRNA sequence thereof is NCBI RefSeq, the base sequence specified by NM_001288578.1 (SEQ ID NO: 6) and NCBI RefSeq. Accession number: The base sequence (SEQ ID NO: 7) specified by NM_007410.3 can be mentioned.
ALDH2遺伝子(aldehyde dehydrogenase 2)遺伝子は、アセトアルデヒドを酢酸に変換する酵素の遺伝子である。哺乳類動物各種において、ALDH2遺伝子の塩基配列及びアミノ酸配列は公知である、或いは公知のALDH2遺伝子の塩基配列及びアミノ酸配列に基づいて(例えば、これらとの同一性解析等により)容易に決定することができる。一例として、マウスのAldh2遺伝子は、NCBI Gene ID: 11669で特定される遺伝子であり、そのアミノ酸配列としてはNCBI RefSeqアクセッション番号:NP_001295379.1で特定されるアミノ酸配列(配列番号8)及びNCBI RefSeqアクセッション番号:NP_033786.1で特定されるアミノ酸配列(配列番号9)が挙げられ、そのmRNA配列としてはNCBI RefSeqアクセッション番号:NM_001308450.1で特定される塩基配列(配列番号10)及びNCBI RefSeqアクセッション番号:NM_009656.4で特定される塩基配列(配列番号11)が挙げられる。 The ALDH2 gene (aldehyde dehydrogenase 2) is a gene for an enzyme that converts acetaldehyde to acetic acid. In various mammals, the base sequence and amino acid sequence of the ALDH2 gene are known, or can be easily determined based on the known base sequence and amino acid sequence of the ALDH2 gene (for example, by identity analysis with these). can. As an example, the mouse Aldh2 gene is a gene specified by NCBI Gene ID: 11669, and its amino acid sequence includes the amino acid sequence (SEQ ID NO: 8) specified by NCBI RefSeq accession number: NP_001295379.1 and NCBI RefSeq. Accession number: The amino acid sequence specified by NP_033786.1 (SEQ ID NO: 9) is mentioned, and the mRNA sequence thereof is NCBI RefSeq accession number: base sequence specified by NM_001308450.1 (SEQ ID NO: 10) and NCBI RefSeq. Accession number: The base sequence (SEQ ID NO: 11) specified by NM_009656.4 can be mentioned.
本発明が対象とするADH5遺伝子及びALDH2遺伝子には、自然界において生じ得る機能正常の変異体も含まれる。本発明が対象とするADH5遺伝子及びALDH2遺伝子は、コードするタンパク質の酵素活性が著しく損なわれない限りにおいて、置換、欠失、付加、挿入等の塩基変異を有していてもよい。変異としては、該mRNAから翻訳されるタンパク質においてアミノ酸置換が生じない変異やアミノ酸の保存的置換が生じる変異が好ましい。 The ADH5 gene and ALDH2 gene targeted by the present invention also include mutants having normal functions that can occur in nature. The ADH5 gene and ALDH2 gene targeted by the present invention may have basic mutations such as substitutions, deletions, additions, and insertions as long as the enzymatic activity of the encoding protein is not significantly impaired. As the mutation, a mutation that does not cause an amino acid substitution or a mutation that causes a conservative substitution of an amino acid in the protein translated from the mRNA is preferable.
本発明が対象とするADH5遺伝子及びALDH2遺伝子は、例えば、それによりコードされるタンパク質のアミノ酸配列が、同種動物の野生型ADH5遺伝子及びALDH2遺伝子によりコードされるタンパク質のアミノ酸配列と、例えば95%以上、好ましくは98%以上、より好ましくは99%以上の同一性を有する、遺伝子である。また、本発明が対象とするADH5遺伝子及びALDH2遺伝子は、例えば、それによりコードされるタンパク質のアミノ酸配列が、同種動物の野生型ADH5遺伝子及びALDH2遺伝子によりコードされるタンパク質のアミノ酸配列と同一であるか又は該アミノ酸配列に対して1もしくは複数個(例えば2~10、好ましくは2~5、より好ましくは2~3個、さらに好ましくは2個)が置換、欠失、付加、又は挿入されたアミノ酸配列である、遺伝子である。 In the ADH5 gene and ALDH2 gene targeted by the present invention, for example, the amino acid sequence of the protein encoded by the gene is 95% or more of the amino acid sequence of the wild-type ADH5 gene and the protein encoded by the ALDH2 gene of the allogeneic animal. A gene having, preferably 98% or more, more preferably 99% or more identity. In addition, the ADH5 gene and ALDH2 gene targeted by the present invention have, for example, the amino acid sequence of the protein encoded by the ADH5 gene and the ALDH2 gene having the same amino acid sequence of the wild-type ADH5 gene and the ALDH2 gene of the allogeneic animal. Or one or more (eg, 2-10, preferably 2-5, more preferably 2-3, even more preferably 2) have been substituted, deleted, added or inserted into the amino acid sequence. It is a gene, which is an amino acid sequence.
本発明のモデル動物においては、上記した本発明が対象とするADH5遺伝子の機能及び/又は発現が欠損又は低下している。すなわち、本発明のモデル動物においては、上記した本発明が対象とするADH5遺伝子の機能及び/又は発現が欠損又は低下するように、該ADH5遺伝子に変異が導入されている。ここで、ADH5遺伝子の「機能」は、ADH5タンパク質の本来の活性、グルタチオン依存的にホルムアルデヒドをギ酸に変換する酵素活性を示す。また、ADH5遺伝子の「発現」は、ADH5 mRNAの発現、及びADH5タンパク質の発現の両方を包含するが、好ましくはADH5タンパク質の発現である。「欠損」とは、本発明のモデル動物から得られたサンプルについて、ADH5タンパク質の活性及び/又はADH5遺伝子の発現量が検出限界以下であることを示す。また、「低下」とは、本発明のモデル動物から得られたサンプルについて、ADH5タンパク質の活性及び/又はADH5遺伝子の発現量が、変異導入前のADH5タンパク質の活性及び/又はADH5遺伝子の発現量よりも低い(例えば1/20、1/50、1/100、1/200、1/500、1/1000、1/2000、1/5000、1/10000以下である)ことを示す。なお、ADH5タンパク質の活性及び/又はADH5遺伝子の発現量は、公知の方法に従って測定することが可能である。 In the model animal of the present invention, the function and / or expression of the ADH5 gene targeted by the present invention is deleted or decreased. That is, in the model animal of the present invention, a mutation is introduced into the ADH5 gene so that the function and / or expression of the ADH5 gene targeted by the present invention is deleted or reduced. Here, the "function" of the ADH5 gene indicates the original activity of the ADH5 protein, the enzyme activity of converting formaldehyde to formic acid in a glutathione-dependent manner. Also, "expression" of the ADH5 gene includes both the expression of ADH5 mRNA and the expression of ADH5 protein, but is preferably the expression of ADH5 protein. "Deficiency" indicates that the activity of the ADH5 protein and / or the expression level of the ADH5 gene is below the detection limit in the sample obtained from the model animal of the present invention. In addition, "decreased" means that the activity of ADH5 protein and / or the expression level of ADH5 gene is the activity of ADH5 protein and / or the expression level of ADH5 gene before the introduction of mutation in the sample obtained from the model animal of the present invention. It indicates that it is lower than (for example, 1/20, 1/50, 1/100, 1/200, 1/500, 1/1000, 1/2000, 1/5000, 1/10000 or less). The activity of the ADH5 protein and / or the expression level of the ADH5 gene can be measured according to a known method.
ADH5遺伝子に導入される変異としては、ADH5遺伝子の機能及び/又は発現が欠損又は低下する変異である限り特に制限されるものではない。当該変異としては、例えば遺伝子欠損(遺伝子破壊)、タンパク質コード領域における変異、スプライシング調節領域における変異、発現制御領域(例えば、プロモーター、アクチベーター、エンハンサー等)における変異等が挙げられる。タンパク質コード領域における変異としては、例えばヒトADH5タンパク質におけるS75NやA278Pに対応する変異が挙げられる。これらの中でも、好ましくは遺伝子欠損(遺伝子破壊)が挙げられる。本発明のモデル動物においては、ADH5遺伝子の変異を、対の染色体の両方において有する。 The mutation introduced into the ADH5 gene is not particularly limited as long as it is a mutation in which the function and / or expression of the ADH5 gene is deleted or decreased. Examples of the mutation include a gene deletion (gene disruption), a mutation in a protein coding region, a mutation in a splicing regulatory region, a mutation in an expression control region (for example, a promoter, an activator, an enhancer, etc.) and the like. Mutations in the protein coding region include, for example, mutations corresponding to S75N and A278P in the human ADH5 protein. Among these, gene deletion (gene disruption) is preferable. In the model animal of the present invention, the mutation of the ADH5 gene is carried on both of the paired chromosomes.
本発明のモデル動物においては、対の染色体の一方又は両方において上記した本発明が対象とするALDH2遺伝子の機能及び/又は発現低下変異を有する。すなわち、本発明のモデル動物においては、対の染色体の一方又は両方において、上記した本発明が対象とするALDH2遺伝子が機能及び/又は発現低下するように、該ALDH2遺伝子に変異が導入されている。当該変異としては、例えばタンパク質コード領域における変異、スプライシング調節領域における変異、発現制御領域(例えば、プロモーター、アクチベーター、エンハンサー等)における変異等が挙げられる。当該変異は、好ましくは、ALDH2遺伝子のタンパク質コード領域中の変異(アミノ酸の置換、欠失、挿入)である。ここで、ALDH2遺伝子の「機能」は、ALDH2タンパク質の本来の活性、アセトアルデヒドを酢酸に変換する酵素活性を示す。また、「低下」とは、本発明のモデル動物から得られたサンプルについて、ALDH2タンパク質の活性及び/又はALDH2遺伝子の発現量が、消失はせずに、変異導入前のALDH2タンパク質の活性及び/又はALDH2遺伝子の発現量よりも低い(例えば1~30%、好ましくは2~20%、より好ましくは5~10%である)ことを示す。これにより、造血不全、発育遅滞、高発がん性、及び精神機能障害からなる群より選択される少なくとも1種の表現型を呈しつつも、生存期間をより長くすることができ、解析により適したモデル動物を得ることができる。なお、ALDH2タンパク質の活性及び/又はALDH2遺伝子の発現量は、公知の方法に従って測定することが可能である。 In the model animal of the present invention, one or both of the paired chromosomes has the function and / or expression-lowering mutation of the ALDH2 gene targeted by the present invention as described above. That is, in the model animal of the present invention, a mutation is introduced into the ALDH2 gene so that the function and / or expression of the ALDH2 gene targeted by the present invention is reduced in one or both of the paired chromosomes. .. Examples of the mutation include a mutation in a protein coding region, a mutation in a splicing regulatory region, a mutation in an expression control region (for example, a promoter, an activator, an enhancer, etc.) and the like. The mutation is preferably a mutation (amino acid substitution, deletion, insertion) in the protein coding region of the ALDH2 gene. Here, the "function" of the ALDH2 gene indicates the original activity of the ALDH2 protein, the enzymatic activity of converting acetaldehyde to acetic acid. Further, "decreased" means that the activity of ALDH2 protein and / or the expression level of ALDH2 gene did not disappear in the sample obtained from the model animal of the present invention, and the activity of ALDH2 protein and / or the activity of ALDH2 protein before the introduction of the mutation did not disappear. Alternatively, it indicates that the expression level is lower than the expression level of the ALDH2 gene (for example, 1 to 30%, preferably 2 to 20%, more preferably 5 to 10%). This allows for longer survival while exhibiting at least one phenotype selected from the group consisting of hematopoietic deficiency, stunted growth, high carcinogenicity, and mental dysfunction, making it a more suitable model for analysis. You can get an animal. The activity of the ALDH2 protein and / or the expression level of the ALDH2 gene can be measured according to a known method.
ALDH2遺伝子のタンパク質コード領域中の変異としては、ALDH2遺伝子の機能低下する変異である限り特に制限されるものではない。ALDH2タンパク質において機能低下に関与する領域としては、補酵素(NAD+)が付加する領域(補酵素結合ポケット領域)、触媒作用の中心領域(活性中心であるシステイン残基等)、多量体を形成するための接着領域(多量体形成領域)等が挙げられる。本発明のモデル動物においては、ALDH2遺伝子の機能低下変異がALDH2タンパク質の多量体形成領域における変異を引き起こす変異であることが好ましい。多量体形成領域における変異としては、マウスALDH2タンパク質(配列番号9)のE506(N末端から506番目のアミノ酸であるグルタミン酸)又は他の生物種においてそれに対応するアミノ酸の変異であることが好ましい。他の生物種においてそれに対応するアミノ酸は、マウスALDH2タンパク質との同一性解析により、容易に同定することができる。より具体的には、例えばマウスALDH2タンパク質のアミノ酸配列(配列番号9:アミノ酸配列1)とマウス以外の生物種におけるアミノ酸配列(アミノ酸配列2)とを比較して、同一性が最大となるように両者を並列に並べた場合に、アミノ酸配列2における、アミノ酸配列1中のアミノ酸残基E506に対応する残基(好ましくは酸性アミノ酸残基、より好ましくはグルタミン酸残基)を、「対応するアミノ酸」であると決定することができる。マウスにおけるE506又は他の生物種におけるそれに対応するアミノ酸の変異は、置換変異であることが好ましく、リジン等への置換であることがより好ましい。
The mutation in the protein coding region of the ALDH2 gene is not particularly limited as long as it is a mutation that reduces the function of the ALDH2 gene. Regions involved in functional decline in ALDH2 protein include regions to which coenzymes (NAD + ) are added (coenzyme binding pocket regions), central regions of catalysis (cysteine residues that are the active center, etc.), and multimers. An adhesive region (multimer formation region) and the like for this purpose can be mentioned. In the model animal of the present invention, it is preferable that the hypofunction mutation of the ALDH2 gene is a mutation that causes a mutation in the multimer formation region of the ALDH2 protein. The mutation in the multimer formation region is preferably E506 (glutamic acid, which is the 506th amino acid from the N-terminal) of the mouse ALDH2 protein (SEQ ID NO: 9) or the corresponding amino acid mutation in other species. The corresponding amino acids in other species can be easily identified by identity analysis with the mouse ALDH2 protein. More specifically, for example, the amino acid sequence of the mouse ALDH2 protein (SEQ ID NO: 9: amino acid sequence 1) is compared with the amino acid sequence of an organism other than mouse (amino acid sequence 2) so that the identity is maximized. When both are arranged in parallel, the residue corresponding to the amino acid residue E506 in the amino acid sequence 1 (preferably an acidic amino acid residue, more preferably a glutamic acid residue) in the
本発明のモデル動物において、ALDH2遺伝子のタンパク質コード領域中に機能低下変異、好ましくは多量体形成領域における変異、より好ましくはマウスE506又はそれに対応するアミノ酸の変異を有する場合、対の染色体の一方にのみ上記変異を有することが好ましい。 In the model animal of the invention, if there is a hypofunction mutation in the protein coding region of the ALDH2 gene, preferably a mutation in the multimer formation region, more preferably a mouse E506 or a corresponding amino acid mutation, on one of the paired chromosomes. Only preferably having the above mutations.
本発明のモデル動物は、造血不全、発育遅滞、高発がん性、及び精神機能障害(好ましくは精神遅滞)からなる群より選択される少なくとも1種の表現型を有する。表現型として、より具体的には、貧血、骨髄細胞減少、小頭、低体重、臓器収縮、低筋肉量、低脂肪量(特に低皮下脂肪量)、脊柱変形、白血病、精神遅滞等が挙げられる。 The model animal of the present invention has at least one phenotype selected from the group consisting of hematopoietic deficiency, stunted growth, hypercarcinogenicity, and mental dysfunction (preferably mental retardation). More specifically, phenotypes include anemia, bone marrow cell depletion, small head, underweight, organ contraction, low muscle mass, low fat mass (especially low subcutaneous fat mass), spinal deformity, leukemia, mental retardation, etc. Be done.
また、本発明は、その一態様において、ADH5遺伝子の機能及び/又は発現が欠損又は低下しており、且つ対の染色体の一方又は両方においてALDH2遺伝子の機能及び/又は発現低下変異を有する、細胞(本明細書において、「本発明の細胞」と示すこともある。)、にも関する。 Further, in one embodiment of the present invention, a cell in which the function and / or expression of the ADH5 gene is deleted or decreased, and the function and / or expression of the ALDH2 gene is reduced in one or both of the paired chromosomes. (In the present specification, it may be referred to as "cell of the present invention").
本発明の細胞は、造血不全、発育遅滞、高発がん性、及び精神機能障害(好ましくは精神遅滞)からなる群より選択される少なくとも1種のモデル細胞として、例えば該疾患の解析、治療薬のスクリーニングなどに使用することができる。細胞としては、初代培養細胞であっても、細胞株であっても特に制限されず、例えば神経細胞、血液細胞、造血幹細胞・前駆細胞、配偶子(精子、卵子)、線維芽細胞、上皮細胞、血管内皮細胞、肝細胞、ケラチン生成細胞、筋細胞、表皮細胞、内分泌細胞、ES細胞、iPS細胞、組織幹細胞、がん細胞等が挙げられる。また、細胞の由来生物も特に制限されず、例えばヒト、サル、マウス(ハツカネズミ属動物)、ラット、イヌ、ネコ、ウサギ、ブタ、ウマ、ウシ、ヒツジ、ヤギ、シカ等の哺乳類動物が挙げられる。 The cells of the present invention are used as at least one model cell selected from the group consisting of hematopoietic deficiency, stunted growth, hypercarcinogenicity, and mental dysfunction (preferably mental retardation), for example, for analysis of the disease, therapeutic agent. It can be used for screening and the like. The cells are not particularly limited to primary cultured cells or cell lines, and are, for example, nerve cells, blood cells, hematopoietic stem cells / precursor cells, spouses (sperm, eggs), fibroblasts, epithelial cells. , Vascular endothelial cells, hepatocytes, keratin-producing cells, muscle cells, epidermal cells, endocrine cells, ES cells, iPS cells, tissue stem cells, cancer cells and the like. The cell-derived organism is also not particularly limited, and examples thereof include mammals such as humans, monkeys, mice (Mus musculus), rats, dogs, cats, rabbits, pigs, horses, cows, sheep, goats, and deer. ..
3.モデル動物、細胞の作製方法
本発明のモデル動物及び本発明の細胞の作製方法は、特に制限されず、公知の遺伝子変異動物作製技術を各種利用することができる。一例として、以下の方法が挙げられる。
3. 3. Method for producing model animal and cell The method for producing the model animal of the present invention and the cell of the present invention is not particularly limited, and various known gene-mutated animal production techniques can be used. As an example, the following method can be mentioned.
本発明は、その一態様において、動物の細胞において、ADH5遺伝子及びALDH2遺伝子に変異を導入することを含む、造血不全、発育遅滞、高発がん性、及び精神機能障害からなる群より選択される少なくとも1種のモデル動物の製造方法(本明細書において、「本発明の製造方法」と示すこともある。)に関する。 The present invention, in one embodiment, comprises introducing mutations into the ADH5 and ALDH2 genes in animal cells, at least selected from the group consisting of hematopoietic deficiency, stunted growth, hypercarcinogenicity, and mental dysfunction. It relates to a method for producing one type of model animal (in the present specification, it may be referred to as "the method for producing the present invention").
変異導入対象の細胞は、特に制限されないが、モデル動物作製の効率の観点から、受精卵であることが好ましい。 The cell to be introduced into the mutation is not particularly limited, but is preferably a fertilized egg from the viewpoint of efficiency in producing a model animal.
変異の導入方法は、特に制限されないが、モデル動物作製の効率の観点から、標的特異的ヌクレアーゼ、該ヌクレアーゼの発現カセット、及び該ヌクレアーゼのmRNAからなる群より選択される少なくとも1種、並びにドナーDNAを含む導入物を細胞に導入する方法が挙げられる。 The method for introducing the mutation is not particularly limited, but from the viewpoint of efficiency of model animal production, at least one selected from the group consisting of a target-specific nuclease, an expression cassette of the nuclease, and mRNA of the nuclease, and a donor DNA. Examples thereof include a method of introducing an introductory substance containing the above into cells.
標的特異的ヌクレアーゼは、ゲノムDNA上の特定部位を特異的に切断して、変異を誘導できるヌクレアーゼである限り特に制限されない。標的特異的ヌクレアーゼとしては、例えばCasタンパク質、TALENタンパク質、ZFNタンパク質などが挙げられる。 The target-specific nuclease is not particularly limited as long as it is a nuclease capable of specifically cleaving a specific site on genomic DNA to induce a mutation. Examples of target-specific nucleases include Cas protein, TALEN protein, ZFN protein and the like.
Casタンパク質を用いるCRISPR/Casシステムは、ヌクレアーゼ(RGN;RNA-guided nuclease)であるCasタンパク質とガイドRNAを使用する。該システムを細胞内に導入することにより、ガイドRNAが標的部位に結合し、該結合部位に呼び込まれたCasタンパク質によってDNAを切断することができる。 The CRISPR / Cas system using Cas protein uses Cas protein, which is a nuclease (RGN; RNA-guided nuclease), and guide RNA. By introducing the system into the cell, the guide RNA can bind to the target site and the DNA can be cleaved by the Cas protein attracted to the binding site.
TALENタンパク質を用いるTALENシステムは、DNA切断ドメイン(例えばFokIドメイン)に加えて転写活性化因子様(TAL)エフェクターのDNA結合ドメインを含む人工ヌクレアーゼ(TALEN)を使用する。該システムを細胞内に導入することにより、TALENがDNA結合ドメインを介して標的部位に結合し、そこでDNAを切断する。標的部位に結合するDNA結合ドメインは、公知のスキーム(例えばZhang F et al. (2011) Nature Biotechnology 29 (2);この論文は、本明細書に参考として援用される)に従って設計することができる。 The TALEN system using the TALEN protein uses an artificial nuclease (TALEN) that contains the DNA binding domain of a transcriptional activator-like (TAL) effector in addition to the DNA cleavage domain (eg, the FokI domain). By introducing the system into the cell, TALEN binds to the target site via the DNA binding domain, where DNA is cleaved. The DNA binding domain that binds to the target site can be designed according to a known scheme (eg Zhang F et al. (2011) Nature Biotechnology 29 (2); this paper is incorporated herein by reference). ..
ZFNタンパク質を用いるZFNシステムは、ジンクフィンガーアレイを含むDNA結合ドメインにコンジュゲートした核酸切断ドメインを含む人工ヌクレアーゼ(ZFN)を使用する。該システムを細胞内に導入することにより、ZFNがDNA結合ドメインを介して標的部位に結合し、そこでDNAを切断する。標的部位に結合するDNA結合ドメインは、公知のスキームに従って設計することができる。 The ZFN system using ZFN proteins uses an artificial nuclease (ZFN) containing a nucleic acid cleavage domain conjugated to a DNA binding domain containing a zinc finger array. By introducing the system into the cell, ZFNs bind to the target site via the DNA binding domain, where the DNA is cleaved. The DNA binding domain that binds to the target site can be designed according to a known scheme.
標的特異的ヌクレアーゼの中でも、切断部位をより自由に決定できるという観点から、Casタンパク質が好ましい。Casタンパク質としては好ましくはCas9タンパク質が挙げられる。 Among the target-specific nucleases, the Cas protein is preferable from the viewpoint that the cleavage site can be determined more freely. The Cas protein is preferably Cas9 protein.
標的特異的ヌクレアーゼ発現カセットは、本発明の製造方法の対象物の細胞内で標的特異的ヌクレアーゼを発現可能なDNAである限り特に制限されない。標的特異的ヌクレアーゼ発現カセットの典型例としては、プロモーター、及びそのプロモーターの制御下に配置された標的特異的ヌクレアーゼコード配列を含むDNAが挙げられる。また、標的特異的ヌクレアーゼ発現カセットは、これのみで、或いは他の配列(例えば薬剤耐性遺伝子、複製起点等)と共にベクターを構成していてもよい。ベクターの種類は、特に制限されない。 The target-specific nuclease expression cassette is not particularly limited as long as it is a DNA capable of expressing the target-specific nuclease in the cells of the object of the production method of the present invention. Typical examples of a target-specific nuclease expression cassette include a promoter and DNA containing a target-specific nuclease coding sequence placed under the control of the promoter. In addition, the target-specific nuclease expression cassette may constitute a vector by itself or together with other sequences (for example, drug resistance gene, origin of replication, etc.). The type of vector is not particularly limited.
標的特異的ヌクレアーゼがCasタンパク質である場合、本発明の製造方法における導入物は、さらに、ガイドRNA発現カセット及びガイドRNAからなる群より選択される少なくとも1種を含む。 When the target-specific nuclease is a Cas protein, the introduction in the production method of the invention further comprises at least one selected from the group consisting of a guide RNA expression cassette and a guide RNA.
ガイドRNAは、CRISPR/Casシステムにおいて用いられるものであれば特に制限されず、例えばゲノムDNAの標的部位に結合し、且つCasタンパク質と結合することにより、Casタンパク質をゲノムDNAの標的部位に誘導可能なものを各種使用することができる。 The guide RNA is not particularly limited as long as it is used in the CRISPR / Cas system, and can induce the Cas protein to the target site of the genomic DNA, for example, by binding to the target site of the genomic DNA and binding to the Cas protein. Various things can be used.
標的特異的ヌクレアーゼは、ゲノムDNA上の特定部位を特異的に切断して、変異を誘導できるヌクレアーゼである限り特に制限されない。標的特異的ヌクレアーゼとしては、例えばCasタンパク質、TALENタンパク質、ZFNタンパク質などが挙げられる。 The target-specific nuclease is not particularly limited as long as it is a nuclease capable of specifically cleaving a specific site on genomic DNA to induce a mutation. Examples of target-specific nucleases include Cas protein, TALEN protein, ZFN protein and the like.
Casタンパク質を用いるCRISPR/Casシステムは、ヌクレアーゼ(RGN;RNA-guided nuclease)であるCasタンパク質とガイドRNAを使用する。該システムを細胞内に導入することにより、ガイドRNAが標的部位に結合し、該結合部位に呼び込まれたCasタンパク質によってDNAを切断することができる。 The CRISPR / Cas system using Cas protein uses Cas protein, which is a nuclease (RGN; RNA-guided nuclease), and guide RNA. By introducing the system into the cell, the guide RNA can bind to the target site and the DNA can be cleaved by the Cas protein attracted to the binding site.
TALENタンパク質を用いるTALENシステムは、DNA切断ドメイン(例えばFokIドメイン)に加えて転写活性化因子様(TAL)エフェクターのDNA結合ドメインを含む人工ヌクレアーゼ(TALEN)を使用する。該システムを細胞内に導入することにより、TALENがDNA結合ドメインを介して標的部位に結合し、そこでDNAを切断する。標的部位に結合するDNA結合ドメインは、公知のスキーム(例えばZhang F et al. (2011) Nature Biotechnology 29 (2);この論文は、本明細書に参考として援用される)に従って設計することができる。 The TALEN system using the TALEN protein uses an artificial nuclease (TALEN) that contains the DNA binding domain of a transcriptional activator-like (TAL) effector in addition to the DNA cleavage domain (eg, the FokI domain). By introducing the system into the cell, TALEN binds to the target site via the DNA binding domain, where DNA is cleaved. The DNA binding domain that binds to the target site can be designed according to a known scheme (eg Zhang F et al. (2011) Nature Biotechnology 29 (2); this paper is incorporated herein by reference). ..
ZFNタンパク質を用いるZFNシステムは、ジンクフィンガーアレイを含むDNA結合ドメインにコンジュゲートした核酸切断ドメインを含む人工ヌクレアーゼ(ZFN)を使用する。該システムを細胞内に導入することにより、ZFNがDNA結合ドメインを介して標的部位に結合し、そこでDNAを切断する。標的部位に結合するDNA結合ドメインは、公知のスキームに従って設計することができる。 The ZFN system using ZFN proteins uses an artificial nuclease (ZFN) containing a nucleic acid cleavage domain conjugated to a DNA binding domain containing a zinc finger array. By introducing the system into the cell, ZFNs bind to the target site via the DNA binding domain, where the DNA is cleaved. The DNA binding domain that binds to the target site can be designed according to a known scheme.
標的特異的ヌクレアーゼの中でも、切断部位をより自由に決定できるという観点から、Casタンパク質が好ましい。Casタンパク質としては好ましくはCas9タンパク質が挙げられる。 Among the target-specific nucleases, the Cas protein is preferable from the viewpoint that the cleavage site can be determined more freely. The Cas protein is preferably Cas9 protein.
標的特異的ヌクレアーゼ発現カセットは、本発明の製造方法の対象物の細胞内で標的特異的ヌクレアーゼを発現可能なDNAである限り特に制限されない。標的特異的ヌクレアーゼ発現カセットの典型例としては、プロモーター、及びそのプロモーターの制御下に配置された標的特異的ヌクレアーゼコード配列を含むDNAが挙げられる。また、標的特異的ヌクレアーゼ発現カセットは、これのみで、或いは他の配列(例えば薬剤耐性遺伝子、複製起点等)と共にベクターを構成していてもよい。ベクターの種類は、特に制限されない。 The target-specific nuclease expression cassette is not particularly limited as long as it is a DNA capable of expressing the target-specific nuclease in the cells of the object of the production method of the present invention. Typical examples of a target-specific nuclease expression cassette include a promoter and DNA containing a target-specific nuclease coding sequence placed under the control of the promoter. In addition, the target-specific nuclease expression cassette may constitute a vector by itself or together with other sequences (for example, drug resistance gene, origin of replication, etc.). The type of vector is not particularly limited.
標的特異的ヌクレアーゼがCasタンパク質である場合、本発明の製造方法における導入物は、さらに、ガイドRNA発現カセット及びガイドRNAからなる群より選択される少なくとも1種を含む。 When the target-specific nuclease is a Cas protein, the introduction in the production method of the invention further comprises at least one selected from the group consisting of a guide RNA expression cassette and a guide RNA.
ガイドRNAは、CRISPR/Casシステムにおいて用いられるものであれば特に制限されず、例えばゲノムDNAの標的部位に結合し、且つCasタンパク質と結合することにより、Casタンパク質をゲノムDNAの標的部位に誘導可能なものを各種使用することができる。 The guide RNA is not particularly limited as long as it is used in the CRISPR / Cas system, and can induce the Cas protein to the target site of the genomic DNA, for example, by binding to the target site of the genomic DNA and binding to the Cas protein. Various things can be used.
標的特異的ヌクレアーゼの標的部位は、特に制限されない。 The target site of the target-specific nuclease is not particularly limited.
本発明の製造方法で使用され得るドナーDNAは、例えば、ALDH2遺伝子の少なくとも1部を含み、且つ該遺伝子によりコードされるALDH2タンパク質の多量体形成領域における変異を引き起こす変異を有するドナーDNAである。 The donor DNA that can be used in the production method of the present invention is, for example, a donor DNA that contains at least one portion of the ALDH2 gene and has a mutation that causes a mutation in the multimer formation region of the ALDH2 protein encoded by the gene.
ドナーDNAは、5´側から、5´側ホモロジーアーム配列、ドナーDNA配列、3´側ホモロジーアーム配列の順で配置されてなる塩基配列を含む、一本鎖DNAである。 The donor DNA is a single-stranded DNA containing a base sequence arranged in the order of the 5'side homology arm sequence, the donor DNA sequence, and the 3'side homology arm sequence from the 5'side.
ドナーDNA配列は、任意の塩基配列を採用することができる。ドナーDNA配列は、好ましくは多量体形成領域のコード配列を含み、且つ該多量体形成領域の一部が変異してなるドナーDNA配列である。 Any base sequence can be adopted as the donor DNA sequence. The donor DNA sequence is preferably a donor DNA sequence containing a coding sequence for a multimer formation region and in which a part of the multimer formation region is mutated.
5´側ホモロジーアーム配列は、標的特異的ヌクレアーゼの標的部位外側5’側の塩基配列の相同配列であり、3´側ホモロジーアーム配列は、標的特異的ヌクレアーゼの標的部位外側3’側の塩基配列の相同配列である。 The 5'side homology arm sequence is a homologous sequence of the base sequence on the 5'side of the target site outside the target-specific nuclease, and the 3'side homology arm sequence is the base sequence on the 3'side of the target site outside the target-specific nuclease. Is a homologous sequence of.
導入物の細胞への導入方法は、特に制限されず、公知の方法、例えばマイクロインジェクション法、レンチウイルス法、レトロウィルス法等を採用することができる。 The method for introducing the introduced substance into the cells is not particularly limited, and known methods such as a microinjection method, a lentivirus method, a retrovirus method and the like can be adopted.
変異が導入された細胞は、必要に応じて胚へと発生させ、仮親に移植して、産仔を得ることにより、本発明のモデル動物を得ることができる。 The model animal of the present invention can be obtained by developing the mutant-introduced cells into embryos as needed and transplanting them into foster mothers to obtain offspring.
上記本発明の製造方法の過程で得られた受精卵、精子及び胚(例えば凍結胚)は、本発明のモデル動物に発生し得るものであり、これらも本発明の一態様である。また、本発明のモデル動物の精子及び/又は卵子を受精させて得られる受精卵も、本発明のモデル動物に発生し得る受精卵であり、このような受精卵も本発明の一態様である。これらの受精卵としては、凍結保存状態から生体に発生させることができる限り特に限定されず、受精直後の卵、前核期胚、初期胚、又は胚盤胞等が挙げられる。 The fertilized eggs, sperms and embryos (for example, frozen embryos) obtained in the process of the production method of the present invention can occur in the model animal of the present invention, and these are also aspects of the present invention. Further, a fertilized egg obtained by fertilizing a sperm and / or an egg of the model animal of the present invention is also a fertilized egg that can be generated in the model animal of the present invention, and such a fertilized egg is also an aspect of the present invention. .. These fertilized eggs are not particularly limited as long as they can be generated in a living body from a cryopreservation state, and examples thereof include eggs immediately after fertilization, pronuclear stage embryos, early embryos, and blastocysts.
上記説明以外の事項については、「2.モデル動物、細胞」における説明と同様である。 Items other than the above explanation are the same as those in "2. Model animals and cells".
4.モデル動物、細胞の用途
本発明のモデル動物及びこれに発生する受精卵、精子及び胚、並びに本発明の細胞は、造血不全、発育遅滞、高発がん性、及び精神機能障害からなる群より選択される少なくとも1種のの病態解析、予防法開発、治療法開発等に利用することができる。
Four. Uses of model animals and cells The model animals of the present invention and fertilized eggs, sperms and embryos generated therein, and the cells of the present invention are selected from the group consisting of hematopoietic deficiency, stunted growth, high carcinogenicity, and mental dysfunction. It can be used for pathological analysis, preventive method development, therapeutic method development, etc. of at least one type.
本発明は、その一態様において、本発明のモデル動物、これに発生する受精卵若しくは胚、又は本発明の細胞を用いた、造血不全、発育遅滞、高発がん性、及び精神機能障害からなる群より選択される少なくとも1種の予防剤、改善剤、又は増悪原因物質のスクリーニング方法に関する。 The present invention, in one aspect thereof, is a group consisting of hematopoietic deficiency, stunted growth, high carcinogenicity, and mental dysfunction using the model animal of the present invention, a fertilized egg or embryo generated therein, or the cells of the present invention. It relates to a method for screening at least one preventive agent, ameliorating agent, or an exacerbating causative agent selected from the above.
スクリーニング方法は、本発明のモデル動物又は本発明の細胞を用いている限り特に限定されないが、例えば工程(a)、(b)、及び(c1)又は(c2):
(a)請求項1~6のいずれかに記載のモデル動物、請求項7に記載の受精卵、精子若しくは胚、又は請求項8に記載の細胞に被検物質を投与する又は接触させる工程、
(b)被検物質が投与又は接触された前記モデル動物、前記受精卵、精子若しくは胚、又は前記細胞の、造血不全、発育遅滞、高発がん性、及び精神機能障害からなる群より選択される少なくとも1種の表現型を評価する工程、及び
(c1)前記表現型が治癒又は緩和していた場合に、前記被検物質を造血不全、発育遅滞、高発がん性、及び精神機能障害からなる群より選択される少なくとも1種の予防剤又は改善剤として選別する工程、又は
(c2)前記表現型が悪化していた場合に、前記被検物質を造血不全、発育遅滞、高発がん性、及び精神機能障害からなる群より選択される少なくとも1種の増悪原因物質として選別する工程、
を含む。
The screening method is not particularly limited as long as the model animal of the present invention or the cells of the present invention is used, and for example, steps (a), (b), and (c1) or (c2):
(A) The step of administering or contacting the test substance to the model animal according to any one of claims 1 to 6, the fertilized egg, sperm or embryo according to claim 7, or the cell according to
(B) Selected from the group consisting of hematopoietic deficiency, stunted growth, hypercarcinogenicity, and mental dysfunction of the model animal, the fertilized egg, sperm or embryo, or the cell to which the test substance was administered or contacted. A step of evaluating at least one phenotype, and (c1) a group consisting of hematopoietic deficiency, stunted growth, hypercarcinogenicity, and mental dysfunction when the phenotype is cured or alleviated. The step of selecting as at least one preventive agent or ameliorating agent selected from the above, or (c2) when the phenotype is deteriorated, the test substance is subjected to hematopoietic deficiency, stunted growth, high carcinogenicity, and mentality. The process of selecting as at least one exacerbating substance selected from the group consisting of dysfunction,
including.
被検物質の種類は治療薬の候補になり得る限り特に限定されない。例えば、タンパク質、ペプチド、非ペプチド性化合物(ヌクレオチド、アミン、糖質、脂質等)、有機低分子化合物、無機化合物、醗酵生産物、細胞抽出液、植物抽出液、動物組織抽出液等が挙げられる。 The type of the test substance is not particularly limited as long as it can be a candidate for a therapeutic drug. Examples thereof include proteins, peptides, non-peptide compounds (nucleotides, amines, sugars, lipids, etc.), organic small molecule compounds, inorganic compounds, fermentation products, cell extracts, plant extracts, animal tissue extracts and the like. ..
投与は、公知の方法に従って行うことができる。例えば経口投与、経管栄養、注腸投与等の経腸投与; 経静脈投与、経動脈投与、筋肉内投与、心臓内投与、皮下投与、皮内投与、腹腔内投与等の非経口投与等が挙げられる。 Administration can be performed according to known methods. For example, enteral administration such as oral administration, tube feeding, and enema administration; parenteral administration such as intravenous administration, transarterial administration, intramuscular administration, intracardiac administration, subcutaneous administration, intradermal administration, and intraperitoneal administration. Can be mentioned.
表現型の評価は、公知の方法に従って又は準じて行うことができる。例えば、骨髄細胞の定量、造血細胞サブセットの定量、体重測定、目視観察、CT解析、解剖、行動テスト等により、造血不全、発育遅滞、高発がん性、精神機能障害等の表現型を評価することができる。 Phenotypic evaluation can be performed according to or according to known methods. For example, to evaluate phenotypes such as hematopoietic deficiency, stunted growth, hypercarcinogenicity, and mental dysfunction by quantification of bone marrow cells, quantification of hematopoietic cell subset, weight measurement, visual observation, CT analysis, dissection, behavior test, etc. Can be done.
選別された被検物質を治療候補物質として、さらなる解析を進めることにより、有用な治療薬を選別することができる。 By using the selected test substance as a treatment candidate substance and proceeding with further analysis, a useful therapeutic agent can be selected.
上記説明以外の事項については、「2.モデル動物、細胞」における説明と同様である。 Items other than the above explanation are the same as those in "2. Model animals and cells".
以下に、実施例に基づいて本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例によって限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in detail based on examples, but the present invention is not limited to these examples.
試験例1.変異マウスの作製
CRISPR/Cas9法を用いて、Adh5-/-とAldh2-E506K(ヒトALDH2-E504Kに相当し、本明細書においてAldh2-KIと呼ぶ)の一重又は二重変異とを持つ遺伝子編集マウスを作製した。
Test example 1. Creation of mutant mice
Using the CRISPR / Cas9 method, gene-edited mice with single or double mutations of Adh5 -/- and Aldh2-E506K (corresponding to human ALDH2-E504K, referred to herein as Aldh2-KI) were generated. ..
CRISPR/Cas9法は、具体的には、次のようにして行った。次の試薬をIntegrated DNA Technologies社より購入した: HiFi Cas9 Nuclease V3、tracrRNA、crRNA(MmAdh5 exon2: TAAGGCTGCAGTCGCCTGGG(配列番号1)、MmAldh2 exon12: GGCGTACACAGAAGTGAAGA(配列番号2))、及びssODN(MmAldh2-E506K: AGGGAGCTGGGCGAGTATGGCCTGCAGGCGTACACAaAgGTGAAaAcggTACGTACACAGCCTTCAG ACTCCGTGGCCTGGCC(配列番号3))。凍結胚(CLEA Japan)を解凍し、KSOM培地(ARK Resource)で培養することにより、一核期マウス胚を調製した。エレクトロポレーションは、解凍後1時間後の100~150個の胚を、100ng/l HiFi Cas9 Nuclease V3、100ng/l Adh5 gRNA、100ng/l Aldh2 gRNA、及び300ng/l ssODNを含む40μlの無血清培地(Opti-MEM、Thermo)が入ったチャンバーに入れた。これらをNEPA21スーパーエレクトロポレーター(NepaGene)中の5mmギャップ電極(CUY505P5、NepaGene)でエレクトロポレーションした。エレクトロポレーションのためのポーリングパルスは、電圧225V、マウス胚のパルス幅1ms、パルス間隔50ms、パルス数4とした。第1及び第2の移植パルスは、電圧20V、パルス幅50ms、パルス感覚50ms、パルス数5であった。エレクトロポレーション後に2細胞期まで発達したマウス胚を、セボフルランまたはイソフルラン(マイラン)で麻酔した代理母の雌の卵管に移植した。 Specifically, the CRISPR / Cas9 method was performed as follows. The following reagents were purchased from Integrated DNA Technologies: HiFi Cas9 Nuclease V3, tracrRNA, crRNA (MmAdh5 exon2: TAAGGCTGCAGTCGCCTGGG (SEQ ID NO: 1), MmAldh2 exon12: GGCGTACACAGAAGTGAAGA (SEQ ID NO: 2)), and ssODN (MmAldh2-E506 ACTCCGTGGCCTGGCC (SEQ ID NO: 3). Mononuclear mouse embryos were prepared by thawing frozen embryos (CLEA Japan) and culturing them in KSOM medium (ARK Resource). Electroporation is performed on 100-150 embryos 1 hour after thawing, 40 μl serum-free containing 100 ng / l HiFi Cas9 Nuclease V3, 100 ng / l Adh5 gRNA, 100 ng / l Aldh2 gRNA, and 300 ng / l ss ODN. It was placed in a chamber containing medium (Opti-MEM, Thermo). These were electroporated with a 5 mm gap electrode (CUY505P5, NepaGene) in a NEPA21 super electroporator (NepaGene). The polling pulses for electroporation were a voltage of 225 V, a mouse embryo pulse width of 1 ms, a pulse interval of 50 ms, and a pulse number of 4. The first and second transplanted pulses had a voltage of 20 V, a pulse width of 50 ms, a pulse sensation of 50 ms, and a pulse number of 5. Mouse embryos that had developed to the 2-cell stage after electroporation were transplanted into the oviducts of surrogate mothers anesthetized with sevoflurane or isoflurane (mylan).
Adh5+/-Aldh2WT/KI雌マウスとAdh5+/-Aldh2KI/KI雄マウスを交配し、子孫の遺伝子型を測定した。Adh5-/-Aldh2KI/KIマウスは、ほぼメンデル比で生まれた(図1)。 Adh5 +/- Aldh2 WT / KI female mice and Adh5 +/- Aldh2 KI / KI male mice were mated and the genotypes of the offspring were measured. Adh5 -/- Aldh2 KI / KI mice were born in a Mendelian ratio (Fig. 1).
試験例2.表現型の評価1
試験例1で得られたマウスについて、観察及び体重測定を行った。結果を図2及び3に示す。Adh5-/-Aldh2KI/KIマウスの体重と大きさは、出生前の成長遅延がないことを示している。Adh5-/-Aldh2KI/KIマウスでは、出生後1-2週目に体重増加不良を伴う重度の成長不全がすべてのマウスで顕著であった。Adh5-/-Aldh2WT/KIマウスもまた、生後2週間から6週間の間にAdh5-/-またはAldh2KI/KIマウスに比べて体重が減少した
また、試験例1で得られたマウスについて、コンピュータ断層撮影(CT)及び解剖解析を行った。CT解析は、CosmoScan FXシステム(RIGAKU)を用いて、麻酔下のマウスを対象に、X線管(90 kV)、電流(88 A)、視野(60 mm)、ボクセルサイズ(240 m)のパラメータを設定して実施した。データは3D Slicer v4.10.2で解析し、可視化した。その結果、Adh5-/-Aldh2KI/KIマウスは、出生後3週目に体が小さく、臓器が極端に縮小し、筋肉および皮下脂肪量が減少し、前弯を含む多系統の異常が認められたが、すべての動物は母親からの母乳育児を問題なく受けていた。Adh5-/-Aldh2WT/KIでは、生後6ヶ月の時点で、Adh5-/-Aldh2KI/KIマウスと同様の症状が認められたが、はるかに軽度であった。さらに、中年期のAdh5-/-Aldh2WT/KI(8~9ヶ月)では、尾部に皮膚色素沈着が認められ、ファンコニ貧血様の特徴を示すことがわかった
さらに、試験例1で得られたマウスについて、生存率を測定した。結果を図4に示す。全てのAdh5-/-Aldh2KI/KIマウスは貧血と重度の衰弱を示し、生後 4 週間以内に悪液質で死亡したが、Adh5-/-Aldh2WT/KIマウスや他の遺伝子型を持つマウスでは、この期間に生存に不利な状況は見られなかった。また、Adh5-/-又はAldh2KI/KIマウスは、以前の報告と一致する明らかな発達障害を示さなかった。
Test example 2. Phenotype evaluation 1
The mice obtained in Test Example 1 were observed and weighed. The results are shown in FIGS. 2 and 3. Weight and size of Adh5 -/- Aldh2 KI / KI mice indicate no prenatal growth retardation. In Adh5 -/- Aldh2 KI / KI mice, severe growth deficiency with poor weight gain was prominent in all mice 1-2 weeks after birth. Adh5 -/- Aldh2 WT / KI mice also lost weight compared to Adh5 -/- or Aldh2 KI / KI mice between 2 and 6 weeks of age. Computer tomography (CT) and anatomical analysis were performed. CT analysis uses the CosmoScan FX system (RIGAKU) to target anesthetized mice with X-ray tube (90 kV), current (88 A), visual field (60 mm), and voxel size (240 m) parameters. Was set and implemented. The data was analyzed and visualized with 3D Slicer v4.10.2. As a result, Adh5 -/- Aldh2 KI / KI mice had a small body, extremely reduced organs, decreased muscle and subcutaneous fat mass, and multiple strains of abnormalities including lordosis at 3 weeks after birth. However, all animals were successfully breastfed by their mothers. Adh5 -/- Aldh2 WT / KI showed symptoms similar to those of Adh5 -/- Aldh2 KI / KI mice at 6 months of age, but were much milder. Furthermore, in middle-aged Adh5 -/- Aldh2 WT / KI (8-9 months), skin pigmentation was observed in the tail, and it was found to show Fanconi anemia-like characteristics. Survival rates were measured for these mice. The results are shown in FIG. All Adh5 -/- Aldh2 KI / KI mice showed anemia and severe weakness and died of cachexia within 4 weeks of age, but Adh5 -/- Aldh2 WT / KI mice and mice with other genotypes. So, no situation was found to be detrimental to survival during this period. Also, Adh5 -/- or Aldh2 KI / KI mice showed no apparent developmental impairment consistent with previous reports.
試験例3.表現型の評価2
試験例1で得られたマウスについて、有核骨髄細胞の測定、及び造血細胞サブセットの測定を行った。具体的には、以下のようにして行った。
Test example 3.
The mice obtained in Test Example 1 were measured for nucleated bone marrow cells and a subset of hematopoietic cells. Specifically, it was carried out as follows.
BM細胞は、26G針を使用して大腿骨と脛骨からフラッシュし、脾臓と胸腺は、破砕によって分離し、続いて1%の熱不活化ウシ血清(Gibco)を補充したCa2+とMg2+フリーのハンク緩衝塩溶液(HBSS、Gibco)中で細胞ストレーナーを通過させた。赤血球(RBC)は、室温で5分間、RBC溶解緩衝液(eBioscience)中で細胞を再懸濁することにより溶解した。細胞を70μmの細胞ストレーナーで濾過し、単一細胞懸濁液を得た。細胞数をヘモサイトメーターで測定した。FACS分析に使用した抗体は次の通りであった。FITC-conjugated lineage cocktail (#133302, BioLegend), CD41 (FITC, #133903, BioLegend), FcεRIα (FITC, #134305, BioLegend), CD117 (APC, #105811, BioLegend), Sca-1 (PE, # 108107, BioLegend), CD48 (Brilliant Violet 421, #103428, BioLegend), CD150 (APC/Fire 750, #115940, BioLegend), CD135 (Brilliant Violet 421, #135313, BioLegend), CD127 (PE/Cy7, #135014, BioLegend), CD16/32 (Brilliant Violet 421, #135313, BioLegend), CD34 (APC/Fire 750, #135014, BioLegend), CD3ε (Alexa Fluor 488, #100321, BioLegend), CD19 (APC, #152410, BioLegend), CD4 (PE, #130310, BioLegend), CD8a (APC, #100712, BioLegend)。抗体染色は、4℃で20分間行った。死細胞は、7-AAD(BioLegend)で染色することにより除外した。データは、CytoFLEX S FACSアナライザー(Beckman Coulter)で取得し、FlowJo v10.6.2で分析した。 BM cells were flushed from the femur and tibia using a 26G needle, the spleen and thymus were separated by disruption, followed by Ca 2+ and Mg 2 supplemented with 1% heat-inactivated bovine serum (Gibco). + Cell strainer was passed through a free Hank buffered salt solution (HBSS, Gibco). Red blood cells (RBC) were lysed by resuspending the cells in RBC lysis buffer (eBioscience) for 5 minutes at room temperature. The cells were filtered through a 70 μm cell strainer to give a single cell suspension. The number of cells was measured with a hemocytometer. The antibodies used for FACS analysis were as follows. FITC-conjugated lineage cocktail (# 133302, BioLegend), CD41 (FITC, # 133903, BioLegend), FcεRIα (FITC, # 134305, BioLegend), CD117 (APC, # 105811, BioLegend), Sca-1 (PE, # 108107) , BioLegend), CD48 (Brilliant Violet 421, # 103428, BioLegend), CD150 (APC / Fire 750, # 115940, BioLegend), CD135 (Brilliant Violet 421, # 135313, BioLegend), CD127 (PE / Cy7, # 135014, BioLegend), CD16 / 32 (Brilliant Violet 421, # 135313, BioLegend), CD34 (APC / Fire 750, # 135014, BioLegend), CD3ε (Alexa Fluor 488, # 100321, BioLegend), CD19 (APC, # 152410, BioLegend) ), CD4 (PE, # 130310, BioLegend), CD8a (APC, # 100712, BioLegend). Antibody staining was performed at 4 ° C. for 20 minutes. Dead cells were excluded by staining with 7-AAD (BioLegend). Data were acquired with a CytoFLEX S FACS analyzer (Beckman Coulter) and analyzed with FlowJo v10.6.2.
結果の一部を図5~9に示す。病的段階(生後3週間)のAdh5-/-Aldh2KI/KIマウスでは、脛骨と大腿骨からの核化骨髄細胞の総数が他の動物と比較して有意に減少した。一貫して、Lin-c-Kit+ Sca-1+ CD150+ CD48-(CD150+長期性造血幹細胞[LT-HSCs])によって定義される多能性自己複製性造血幹細胞の数は、Adh5-/-Aldh2KI/KIマウスにおいて有意に減少した。同様の傾向は、Lin-c-Kit+ Sca-1+ CD150- CD48- (CD150-多能性前駆細胞[MPPs])およびLin-c-Kit+ Sca-1+ CD150- CD48+ (CD48+制限前駆細胞[HPC-1])細胞を含む未熟な造血前駆細胞についても観察された。Lin-c-Kitlow Sca-1low CD127+ CD135+(共通リンパ系前駆細胞[CLPs])、Lin-c-Kit+ Sca-1- CD34+ CD16/32-(CD34+共通骨髄系前駆細胞[CMPs])およびLin-c-Kit+ Sca-1- CD34- CD16/32- (二元性巨核球/erythrocyte lineage-restricted progenitors [MEPs])を含むさらに分化した前駆細胞の数も、Adh5-/-Aldh2KI/KIマウスで有意に減少した。Adh5-/-Aldh2KI/KIマウスのCLPの減少に関連して、末梢血のリンパ球数および胸腺および脾臓の重量は、これらの臓器のリンパ球分布に有意な変化を与えることなく減少した。Adh5-/-Aldh2+/KIマウスは、生後3週間の骨髄細胞の異常を示さなかったが、生後8~9ヶ月の時点で、MPPおよびCLPの数は、Adh5またはAldh2遺伝子単独欠損マウスと比較して有意に減少していた。 Some of the results are shown in FIGS. 5-9. In pathological stage (3 weeks old) Adh5 -/- Aldh2 KI / KI mice, the total number of nucleated bone marrow cells from the tibia and femur was significantly reduced compared to other animals. Consistently, the number of pluripotent self-replicating hematopoietic stem cells defined by Lin --c - Kit + Sca-1 + CD150 + CD48- (CD150 + long-term hematopoietic stem cells [LT-HSCs]) is Adh5- / --Significantly decreased in Aldh2 KI / KI mice. Similar trends are seen in Lin --c - Kit + Sca-1 + CD150 --CD48- ( CD150 - pluripotent progenitor cells [MPPs]) and Lin --c - Kit + Sca-1 + CD150 --CD48 + (CD48 + restriction). Immature hematopoietic progenitor cells, including progenitor cells [HPC-1]) cells, were also observed. Lin --c -Kit low Sca-1 low CD127 + CD135 + (common lymphoid progenitor cells [CLPs]), Lin --c - Kit + Sca - 1 --CD34 + CD16 / 32- ( CD34 + common myeloid progenitor cells [] The number of further differentiated progenitor cells, including CMPs)) and Lin --c - Kit + Sca - 1 --CD34 --CD16 / 32- (terrythrocyte lineage - restricted progenitors [MEPs]), is also Adh5- / --Significantly decreased in Aldh2 KI / KI mice. Peripheral blood lymphocyte counts and thymus and spleen weights were reduced without significant changes in lymphocyte distribution in these organs in relation to the reduction in CLP in Adh5 -/- Aldh2 KI / KI mice. Adh5 -/- Aldh2 + / KI mice showed no abnormalities in bone marrow cells at 3 weeks of age, but at 8-9 months of age, MPP and CLP numbers were compared to Adh5 or Aldh2 gene-deficient mice alone. It was significantly reduced.
Claims (10)
(b)被検物質が投与又は接触された前記モデル動物、前記受精卵、精子若しくは胚、又は前記細胞の、造血不全、発育遅滞、高発がん性、及び精神機能障害からなる群より選択される少なくとも1種の表現型を評価する工程、及び
(c1)前記表現型が治癒又は緩和していた場合に、前記被検物質を造血不全、発育遅滞、高発がん性、及び精神機能障害からなる群より選択される少なくとも1種の予防剤又は改善剤として選別する工程、又は
(c2)前記表現型が悪化していた場合に、前記被検物質を造血不全、発育遅滞、高発がん性、及び精神機能障害からなる群より選択される少なくとも1種の増悪原因物質として選別する工程、
を含む、請求項9に記載のスクリーニング方法。 (A) The step of administering or contacting the test substance to the model animal according to any one of claims 1 to 6, the fertilized egg, sperm or embryo according to claim 7, or the cell according to claim 8.
(B) Selected from the group consisting of hematopoietic deficiency, stunted growth, hypercarcinogenicity, and mental dysfunction of the model animal, the fertilized egg, sperm or embryo, or the cell to which the test substance was administered or contacted. A step of evaluating at least one phenotype, and (c1) a group consisting of hematopoietic deficiency, stunted growth, hypercarcinogenicity, and mental dysfunction when the phenotype is cured or alleviated. The step of selecting as at least one preventive agent or ameliorating agent selected from the above, or (c2) when the phenotype is deteriorated, the test substance is subjected to hematopoietic deficiency, stunted growth, high carcinogenicity, and mentality. The process of selecting as at least one exacerbating substance selected from the group consisting of dysfunction,
9. The screening method according to claim 9.
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