JP2022112522A - Methods for cell-specifically controlling proteins that edit target genes - Google Patents

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萌 弘澤
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Abstract

To provide more specific and safe methods capable of cell-specific editing of genomes using miRNA activity as an indicator.SOLUTION: Disclosed is a method for cell-specifically controlling the editing of a target gene, the method comprising a step of introducing to a cell: (a) mRNA encoding a first protein that edits the target gene; (b) miRNA-responsive mRNA encoding a second protein that inactivates the first protein; and (c) sgRNA having a guide sequence specifically recognized by the target gene, where the miRNA-responsive mRNA includes: (i) a nucleic acid sequence specifically recognized by miRNA; and (ii) a nucleic acid sequence corresponding to a coding region of the second protein, and the miRNA is specifically highly active in the cell.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、標的遺伝子を編集する蛋白質を細胞特異的に制御する方法、並びに当該方法に用いることができるキットに関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for cell-specifically controlling a protein that edits a target gene, and a kit that can be used for the method.

近年、ゲノム編集において、Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats and CRISPR-associated(CRISPR/Cas)Systemが広く用いられている。CRISPR/Cas9 Systemは、ヌクレアーゼであるCas9蛋白質(Cas9)と標的配列に相補的な20塩基を組み込んだシングルガイドRNA(sgRNA)により、目的遺伝子を切断するものである。しかし、ゲノム編集において、意図しない配列を切断してしまうことや、標的でない細胞のゲノムを編集してしまうことは思わぬ結果をもたらす危険性がある。そのため、ゲノム編集を行うツールを制御することは重要である。 In recent years, a Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats and CRISPR-associated (CRISPR/Cas) System has been widely used in genome editing. CRISPR / Cas9 System is a nuclease Cas9 protein (Cas9) and a single guide RNA (sgRNA) that incorporates 20 bases complementary to the target sequence to cleave the target gene. However, in genome editing, cutting unintended sequences or editing the genome of non-target cells may lead to unexpected results. Therefore, it is important to control the tools that perform genome editing.

細胞を識別するための指標となる対象として、マイクロRNA(以下、miRNAと指称する)が、着目されている(例えば、特許文献1を参照)。このmiRNAを利用して、細胞特異的にCas9などのヌクレアーゼを制御する方法が考案されてきた(例えば、非特許文献1、2、及び特許文献1を参照)。また、本発明者らにより、RNA結合蛋白質を利用し、標的miRNAの活性が高いときにゲノムを編集する試みもなされてきた(例えば、非特許文献2及び特許文献2を参照)。 MicroRNAs (hereinafter referred to as miRNAs) are attracting attention as indicators for identifying cells (see, for example, Patent Document 1). Using this miRNA, a method of controlling nucleases such as Cas9 in a cell-specific manner has been devised (see, for example, Non-Patent Documents 1, 2, and Patent Document 1). In addition, the present inventors have also attempted to use RNA-binding proteins to edit genomes when target miRNAs have high activity (see, for example, Non-Patent Document 2 and Patent Document 2).

近年、Streptococcus pyogenesのCas9の活性を阻害するAcrllA4が発見された。このAcrllA4をmiRNAで制御することで、標的miRNAの活性が高いときにゲノムを編集することが試みられた(非特許文献3を参照)。この方法は、DNAデリバリーであり、導入遺伝子がゲノムに組み込まれる危険性がある。また、プラスミドDNAを用いたレポーター(ルシフェラーゼ)により遺伝子活性化を評価している。 Recently, AcrllA4 was discovered that inhibits the activity of Cas9 of Streptococcus pyogenes. By controlling this AcrllA4 with miRNA, it was attempted to edit the genome when the activity of the target miRNA is high (see Non-Patent Document 3). This method is DNA delivery, and there is a risk that the transgene will be integrated into the genome. In addition, gene activation is evaluated using a reporter (luciferase) using plasmid DNA.

国際公開WO2015/105172International publication WO2015/105172 国際公開WO2018/003339International publication WO2018/003339

Biotechnol J. 2014 Nov;9(11):1402-1412BiotechnolJ. 2014 Nov;9(11):1402-1412 Nucleic Acids Res(2017) 45:e118Nucleic Acids Res (2017) 45:e118 Nucleic Acids Res(2019) 1,doi:10.1093/nar/gkz271Nucleic Acids Res (2019) 1, doi: 10.1093/nar/gkz271

非特許文献1、2、及び特許文献2に開示されたヌクレアーゼの制御方法は、標的となるmiRNAの活性が高いときにゲノムが編集されなくなるシステムである。このようなシステムを、本明細書において、OFFシステムともいう。OFFシステムを用いて標的細胞特異的にゲノムを編集するためには、特定の標的細胞で特異的に活性の低いmiRNAを探す必要があり、煩雑である。一方、非特許文献2及び特許文献2に開示されたRNA結合蛋白質を使用する方法では、Cas9発現を抑えたい場合において、Cas9発現のリークがみられた。より特異性を上げるためには、このリークを抑える必要性がある。 The nuclease control methods disclosed in Non-Patent Documents 1, 2, and Patent Document 2 are systems in which the genome is not edited when the target miRNA activity is high. Such systems are also referred to herein as OFF systems. In order to edit the genome in a target cell-specific manner using the OFF system, it is necessary to search for miRNAs with low specific activity in specific target cells, which is complicated. On the other hand, in the method using the RNA-binding protein disclosed in Non-Patent Document 2 and Patent Document 2, Cas9 expression leak was observed when Cas9 expression is desired to be suppressed. In order to improve the specificity, it is necessary to suppress this leak.

また、非特許文献3に開示された方法では、内在性の遺伝子、すなわち標的細胞のゲノム上にある遺伝子を実際に活性化できるかは不明である。さらにこの方法はウイルスベクターの使用を必須とする方法であり、細胞の臨床使用における安全性が懸念される。 Moreover, it is unclear whether the method disclosed in Non-Patent Document 3 can actually activate endogenous genes, that is, genes on the genome of target cells. Furthermore, this method requires the use of a viral vector, and there are concerns about the safety of cells in clinical use.

miRNAの活性を指標として、意図しない遺伝子や細胞に作用することなく、細胞特異的に、かつより精密に、標的遺伝子を編集することができる、安全な方法が求められている。 There is a need for a safe method that can edit target genes in a cell-specific and more precise manner without affecting unintended genes or cells using miRNA activity as an index.

本発明者らは鋭意検討の結果、標的遺伝子を編集する蛋白質を不活性化する蛋白質の発現を、miRNAの活性を指標として制御することにより、標的細胞特異的にゲノムを編集することができることを発見し、本発明を完成するに至った。 As a result of intensive studies, the present inventors found that target cell-specific genome editing can be achieved by regulating the expression of a protein that inactivates a target gene-editing protein using miRNA activity as an index. I discovered it and came to complete the present invention.

すなわち、本発明は、以下の態様を含む。
[1] 標的遺伝子の編集を細胞特異的に制御する方法であって、
(a)標的遺伝子を編集する第1蛋白質をコードするmRNAと、
(b)前記第1蛋白質を不活性化する第2蛋白質をコードするmiRNA応答性mRNAと、
(c)前記標的遺伝子によって特異的に認識されるガイド配列を備えるsgRNAと
を、細胞に導入する工程を含み、前記miRNA応答性mRNAが下記:
(i)miRNAによって特異的に認識される核酸配列、および
(ii)前記第2蛋白質のコード領域に対応する核酸配列
を含み、
前記miRNAが、前記細胞において特異的に活性が高いmiRNAである、方法。
[2] 前記第1蛋白質が、Cas9蛋白質またはその類似体であり、
前記第2蛋白質が、AcrllA4またはその類似体である、[1]に記載の方法。
[3] 前記第1蛋白質が、dCas9-VPR蛋白質またはその類似体であり、
前記第2蛋白質が、AcrllA4またはその類似体である、[1]に記載の方法。
[4] 前記(a)、(b)及び/または(c)が、DNAベクターまたはウイルスベ
クターを使用することなく、合成RNA分子の形態で細胞に導入される、[1]に記載の方法。
[5] 前記(i)miRNAによって特異的に認識される核酸配列が、前記miRNA応答性mRNAの非翻訳領域に複数含まれる、[1]~[4]のいずれか1項に記載の方法。
[6] 前記第2蛋白質が、N末端側に核移行シグナルを融合したAcrllA4である、[2]または[3]に記載の方法。
[7] 標的遺伝子の編集を細胞特異的に制御するキットであって、
(a)標的遺伝子を編集する第1蛋白質をコードするmRNAと、
(b)前記第1蛋白質を不活性化する第2蛋白質をコードするmiRNA応答性mRNAと、
(c)前記標的遺伝子によって特異的に認識されるガイド配列を備えるsgRNAと
を含み、当該miRNA応答性mRNAが下記:
(i)miRNAによって特異的に認識される核酸配列、および
(ii)前記第2蛋白質のコード領域に対応する核酸配列
を含み、
前記miRNAが、前記細胞において特異的に活性が高いmiRNAである、キット。
[8] 前記第1蛋白質が、Cas9蛋白質またはその類似体であり、
前記第2蛋白質が、AcrllA4またはその類似体である、[7]に記載のキット。
[9] 前記第1蛋白質が、dCas9-VPR蛋白質またはその類似体であり、
前記第2蛋白質が、AcrllA4またはその類似体である、[7]に記載のキット。
[10] 前記(i)miRNAによって特異的に認識される核酸配列が、5’-UTRに複数含まれる、[7]~[9]のいずれか1項に記載のキット。
[11] 前記第2蛋白質が、N末端側に核移行シグナルを融合したAcrllA4である、[8]または[9]に記載のキット。
That is, the present invention includes the following aspects.
[1] A method for cell-specifically controlling target gene editing, comprising:
(a) an mRNA encoding a first protein that edits a target gene;
(b) a miRNA-responsive mRNA encoding a second protein that inactivates the first protein;
(c) introducing into a cell an sgRNA comprising a guide sequence specifically recognized by said target gene, wherein said miRNA-responsive mRNA is:
(i) a nucleic acid sequence specifically recognized by a miRNA; and (ii) a nucleic acid sequence corresponding to the coding region of said second protein;
The method, wherein the miRNA is a miRNA that is specifically highly active in the cell.
[2] the first protein is a Cas9 protein or an analogue thereof,
The method of [1], wherein the second protein is AcrllA4 or an analogue thereof.
[3] the first protein is a dCas9-VPR protein or an analogue thereof;
The method of [1], wherein the second protein is AcrllA4 or an analogue thereof.
[4] The method of [1], wherein (a), (b) and/or (c) are introduced into the cell in the form of a synthetic RNA molecule without using a DNA vector or viral vector.
[5] The method according to any one of [1] to [4], wherein (i) a plurality of nucleic acid sequences specifically recognized by miRNA are contained in the untranslated region of the miRNA-responsive mRNA.
[6] The method of [2] or [3], wherein the second protein is AcrllA4 having a nuclear localization signal fused to its N-terminus.
[7] A kit for cell-specific control of target gene editing, comprising:
(a) an mRNA encoding a first protein that edits a target gene;
(b) a miRNA-responsive mRNA encoding a second protein that inactivates the first protein;
(c) an sgRNA comprising a guide sequence specifically recognized by said target gene, wherein said miRNA-responsive mRNA is:
(i) a nucleic acid sequence specifically recognized by a miRNA; and (ii) a nucleic acid sequence corresponding to the coding region of said second protein;
The kit, wherein the miRNA is a miRNA that is specifically highly active in the cell.
[8] the first protein is a Cas9 protein or an analogue thereof,
The kit of [7], wherein the second protein is AcrllA4 or an analogue thereof.
[9] the first protein is a dCas9-VPR protein or an analogue thereof;
The kit of [7], wherein the second protein is AcrllA4 or an analogue thereof.
[10] The kit according to any one of [7] to [9], wherein the 5′-UTR contains a plurality of (i) nucleic acid sequences specifically recognized by miRNA.
[11] The kit of [8] or [9], wherein the second protein is AcrllA4 having a nuclear localization signal fused to its N-terminal side.

本発明に係る方法によれば、miR-AcrllA4のようなmiRNA応答性mRNAスイッチ、すなわち、miRNAに応答して特定の蛋白質を発現するmRNA分子を用いることにより、特定の細胞種において発現される標的miRNAを検出し、細胞特異的にゲノム編集を実現することができた。この方法をCRISPR-Cas9システムなどの遺伝子編集システムと組み合わせることにより、細胞工学や臨床治療を含む種々の研究分野への応用が可能となる。 According to the method of the present invention, miRNA-responsive mRNA switches, such as miR-AcrllA4, i.e., mRNA molecules that express specific proteins in response to miRNAs, are used to target expressed in specific cell types. We were able to detect miRNA and realize cell-specific genome editing. By combining this method with a gene editing system such as the CRISPR-Cas9 system, it can be applied to various research fields including cell engineering and clinical therapy.

本発明は、標的となるmiRNAの活性が高いときにゲノムが編集されるシステム、すなわち、ONシステムを実現することができる。かかる方法では、miR-AcrllA4スイッチなどのmiRNA応答性mRNAにより、遺伝子を編集する蛋白質を不活性化する蛋白質の発現を制御することができ、以下の理由により、標的細胞のゲノムを設計するための有用なツールとなりうる。
[1] OFFシステムと比較して、ONシステムは容易にかつ選択的に標的細胞において遺伝子を編集する蛋白質(ヌクレアーゼなど)を活性化することができる。
[2] モデル生命体における遺伝子機能を同定するために、miRNA応答性mRNAスイッチは細胞特異的なゲノム編集や、組織特異的なゲノム編集、すなわちゲノムノックアウトによる機能の喪失またはCRISPRaによる機能の獲得を可能にする。
[3] miR-AcrllA4スイッチなどのmiRNA応答性mRNAスイッチは、RNA送達方法により実施することができる。これにより、DNA送達方法において懸念されるゲノム組み込みやオフターゲット効果を避けることができる。
[4] miR-AcrllA4スイッチなどのmiRNA応答性mRNAスイッチは、非標的細胞におけるゲノム編集を最低限にすることができる。これは、臨床応用において重要であり、例えば、がん治療において、正常細胞におけるゲノム編集を回避し、副作用を低減することができる。
[5] miR-AcrllA4スイッチなどのmiRNA応答性mRNAスイッチは内在性miRNAのみならず、合成オリゴヌクレオチド、例えばmiR-mimicにも応答するため、誘導可能なゲノム編集または一時的なゲノム編集にも用いることができる。
INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can realize a system in which the genome is edited when the activity of the target miRNA is high, that is, an ON system. In such a method, the expression of a protein that inactivates a gene-editing protein can be controlled by miRNA-responsive mRNAs such as the miR-AcrllA4 switch. can be a useful tool.
[1] Compared to OFF systems, ON systems can easily and selectively activate gene-editing proteins (such as nucleases) in target cells.
[2] In order to identify gene function in model organisms, miRNA-responsive mRNA switches can perform cell-specific genome editing or tissue-specific genome editing, that is, loss of function by genome knockout or gain of function by CRISPRa. to enable.
[3] miRNA-responsive mRNA switches, such as the miR-AcrllA4 switch, can be implemented by RNA delivery methods. This avoids genomic integration and off-target effects, which are concerns in DNA delivery methods.
[4] miRNA-responsive mRNA switches, such as the miR-AcrllA4 switch, can minimize genome editing in non-target cells. This is important in clinical applications, for example in cancer therapy, where genome editing in normal cells can be avoided and side effects can be reduced.
[5] miRNA-responsive mRNA switches, such as the miR-AcrllA4 switch, respond not only to endogenous miRNAs, but also to synthetic oligonucleotides, such as miR-mimic, and are therefore used for inducible or transient genome editing. be able to.

図1は、miRNA応答性CRISPR-Cas9 ONスイッチのスキームを表す概念図である。AcrllA4は、Cas9の活性を阻害するキープレイヤーであり、このAcrllA4の発現は、miRNAの標的部位をAcrllA4 mRNAの5’-UTRに挿入することで内在性のmiRNAにより制御される。つまり、標的miRNAの活性が高い時はAcrllA4の発現が抑制されるため、Cas9により遺伝子の編集が、dCas9-VPRにより遺伝子の活性化が行われる。FIG. 1 is a conceptual diagram representing the scheme of the miRNA-responsive CRISPR-Cas9 ON switch. AcrllA4 is a key player that inhibits the activity of Cas9, and the expression of this AcrllA4 is controlled by endogenous miRNAs by inserting the target site of the miRNA into the 5'-UTR of AcrllA4 mRNA. That is, since the expression of AcrllA4 is suppressed when the activity of the target miRNA is high, gene editing is performed by Cas9 and gene activation is performed by dCas9-VPR. 図2Aは、AcrllA4によるCas9活性阻害を、EGFP遺伝子のノックアウトにより評価した場合の代表的な細胞の写真である。FIG. 2A is a photograph of representative cells when inhibition of Cas9 activity by AcrllA4 was assessed by EGFP gene knockout. 図2Bは、AcrllA4によるCas9活性阻害を、EGFP遺伝子のノックアウトにより評価した場合の代表的なヒストグラムである。FIG. 2B is a representative histogram when inhibition of Cas9 activity by AcrllA4 was assessed by knockout of the EGFP gene. 図2Cは、AcrllA4によるCas9活性阻害を、EGFP遺伝子のノックアウトにより評価した実験を3回実施した結果の棒グラフである。結果は、mean±SDで表示した。FIG. 2C is a bar graph of the results of three experiments in which inhibition of Cas9 activity by AcrllA4 was assessed by knockout of the EGFP gene. The results are expressed as mean±SD. 図3Aは、miR-AcrllA4スイッチによりmiRNAをセンシングしゲノム編集を制御する、miRNA応答性CRISPR-Cas9 ONシステムの概念図である。Cas9 mRNA、sgRNA、miRNA応答性AcrllA4 switchを細胞に導入する。標的miRNAの活性が低い場合は、AcrllA4蛋白質が発現しCas9-sgRNA複合体に結合し、Cas9のDNA結合を阻害するためゲノムが編集されない(左)。標的miRNAの活性が高い場合は、AcrllA4蛋白質が発現しない。そのため、Cas9がDNAに結合しゲノムが編集される(右)。FIG. 3A is a conceptual diagram of the miRNA-responsive CRISPR-Cas9 ON system that senses miRNA and controls genome editing by the miR-AcrllA4 switch. Cas9 mRNA, sgRNA, miRNA-responsive AcrllA4 switch is introduced into cells. When the activity of the target miRNA is low, the AcrllA4 protein is expressed, binds to the Cas9-sgRNA complex, and inhibits Cas9 DNA binding, preventing genome editing (left). AcrllA4 protein is not expressed when the activity of the target miRNA is high. Therefore, Cas9 binds to DNA and edits the genome (right). 図3Bは、Cas9の活性をEGFP遺伝子のノックアウトにより評価した場合の代表的な細胞の写真である。FIG. 3B is a photograph of representative cells where Cas9 activity was assessed by EGFP gene knockout. 図3Cは、Cas9の活性をEGFP遺伝子のノックアウトにより評価した場合の代表的なヒストグラムである。FIG. 3C is a representative histogram of Cas9 activity assessed by knockout of the EGFP gene. 図3Dは、Cas9の活性をEGFP遺伝子のノックアウトにより評価した実験を3回実施した結果の棒グラフを示す。結果は、mean±SDで表示し、***P < 0.001(Student’s t test)を示す。FIG. 3D shows a bar graph of the results of triplicate experiments in which Cas9 activity was assessed by knockout of the EGFP gene. The results are expressed as mean±SD and ***P<0.001 (Student's test). 図4Aは、miR-AcrllA4スイッチが内在性miRNAを介しCRISPRaを制御する、miRNA応答性CRISPRa ONシステムの概念図である。dCas9-VPR plasmid(a)、sgRNA plasmid(c)、miR-AcrllA4 plasmid(b)をTRE-PminiCMV-hmAG1がゲノムに組まれたHeLa細胞に導入する。AcrllA4はdCas9-VPR-sgRNA複合体のDNA結合を阻害し、hmAG1発現を抑制する。標的miRNA活性が高い場合、dCas9-VPR-sgRNA複合体が標的サイトに結合するので、hmAG1が発現する。下図の下線部は標的配列、四角で囲んだ配列はprotospacer adjacent motif(PAM)を示す。FIG. 4A is a schematic diagram of the miRNA-responsive CRISPRa ON system in which the miR-AcrllA4 switch regulates CRISPRa through endogenous miRNAs. dCas9-VPR plasmid (a), sgRNA plasmid (c), miR-AcrllA4 plasmid (b) are introduced into HeLa cells in which TRE-P miniCMV -hmAG1 is assembled into the genome. AcrllA4 inhibits DNA binding of the dCas9-VPR-sgRNA complex and suppresses hmAG1 expression. When target miRNA activity is high, hmAG1 is expressed as the dCas9-VPR-sgRNA complex binds to the target site. In the figure below, the target sequence is underlined, and the boxed sequence is the protospacer adjacent motif (PAM). 図4Bは、dCas9-VPRの活性をhmAG1発現により評価した場合の代表的な細胞の写真である。FIG. 4B is a photograph of representative cells where the activity of dCas9-VPR was assessed by hmAG1 expression. 図4Cは、dCas9-VPRの活性をhmAG1発現により評価した場合の代表的なドットプロットである。FIG. 4C is a representative dot plot where the activity of dCas9-VPR was assessed by hmAG1 expression. 図4Dは、dCas9-VPRの活性をhmAG1発現により評価した実験を3回実施した結果の棒グラフを示す。結果は、mean±SDで表示し、***P < 0.001(Student’s t test)を示す。FIG. 4D shows a bar graph of the results of three experiments in which the activity of dCas9-VPR was assessed by hmAG1 expression. The results are expressed as mean±SD and ***P<0.001 (Student's test). 図5は、Cas9 mRNA及び5 ng のmiRNA応答性AcrllA4 mRNAを、EGFP遺伝子をゲノム上に組み込んであるiPS細胞であるiPS-EGFP細胞に導入し、miRNAをセンシングしゲノム編集を制御し、Cas9の活性をEGFP遺伝子のノックアウトにより評価した実験の結果を示す。図5Aは、miRNA応答性AcrllA4 mRNAを用いないコントロール実験(左パネルはAcrllA4を添加せず、右パネルは標的遺伝子に認識されるsgRNAEGFPを添加せず)の結果、得られた細胞の写真である。Figure 5 introduces Cas9 mRNA and 5 ng of miRNA-responsive AcrllA4 mRNA into iPS-EGFP cells, which are iPS cells that have integrated the EGFP gene on the genome, controls genome editing by sensing miRNA, Cas9 Results of experiments in which activity was assessed by knockout of the EGFP gene are shown. FIG. 5A is a photograph of cells obtained as a result of a control experiment without miRNA-responsive AcrllA4 mRNA (left panel without addition of AcrllA4, right panel without addition of sgRNA EGFP recognized by the target gene). be. 図5Bは、miRNA応答性AcrllA4 mRNAを用いないコントロール実験(左パネルはAcrllA4を添加、中パネルは不活性化したAcrllA4変異体を添加、右パネルは未処理)の結果、得られた細胞の写真である。FIG. 5B is a photograph of cells obtained as a result of a control experiment without miRNA-responsive AcrllA4 mRNA (left panel: addition of AcrllA4, middle panel: addition of inactivated AcrllA4 mutant, right panel: untreated). is. 図5Cは、標的部位にmiR-302aにより特異的に認識される配列を1つ用いた、miR-302a応答性AcrllA4 mRNAを用いてmiRNAをセンシングし、Cas9の活性をEGFP遺伝子のノックアウトにより評価した実験の結果を示す写真である。FIG. 5C shows miRNA sensing using miR-302a-responsive AcrllA4 mRNA with one sequence specifically recognized by miR-302a at the target site, and Cas9 activity assessed by knockout of the EGFP gene. It is a photograph showing the results of the experiment. 図5Dは、標的部位にmiR-302aにより特異的に認識される配列を4つ用いた、4×mi-302a応答性AcrllA4 mRNAを用いてmiRNAをセンシングし、Cas9の活性をEGFP遺伝子のノックアウトにより評価した実験の結果を示す写真であるFIG. 5D shows miRNA sensing using 4×mi-302a-responsive AcrllA4 mRNA with four sequences specifically recognized by miR-302a at the target site, and Cas9 activity by knockout of the EGFP gene. It is a photograph showing the results of the evaluated experiment. 図6は、図5に示す実験結果をドットプロットにより表した図である。FIG. 6 is a dot plot representation of the experimental results shown in FIG. 図7は、図5に示す実験の結果、各操作を行った細胞におけるEGFP陰性細胞集団の割合(%)を示すグラフである。FIG. 7 is a graph showing the ratio (%) of the EGFP-negative cell population in cells subjected to each operation as a result of the experiment shown in FIG. 図8A~Dは、Cas9 mRNA及び10 ngのmiRNA応答性AcrllA4 mRNAを、EGFP遺伝子をゲノム上に組み込んであるiPS細胞であるiPS-EGFP細胞に導入し、miRNAをセンシングしゲノム編集を制御し、Cas9の活性をEGFP遺伝子のノックアウトにより評価した実験の結果を示す。図8Aは、miRNA応答性AcrllA4 mRNAを用いないコントロール実験(左パネルはAcrllA4を添加せず、右パネルは標的遺伝子に認識されるsgRNAEGFPを添加せず)の結果、得られた細胞の写真である。Figure 8A-D shows Cas9 mRNA and 10 ng of miRNA-responsive AcrllA4 mRNA are introduced into iPS-EGFP cells, which are iPS cells that have integrated the EGFP gene on the genome, to control genome editing by sensing miRNA, The results of experiments in which Cas9 activity was evaluated by EGFP gene knockout are shown. FIG. 8A is a photograph of cells obtained as a result of a control experiment without miRNA-responsive AcrllA4 mRNA (left panel without addition of AcrllA4, right panel without addition of sgRNA EGFP recognized by the target gene). be. 図8Bは、miRNA応答性AcrllA4 mRNAを用いないコントロール実験(左パネルはAcrllA4を添加、中パネルは不活性化したAcrllA4変異体を添加、右パネルは未処理)の結果、得られた細胞の写真である。FIG. 8B is a photograph of cells obtained as a result of a control experiment without miRNA-responsive AcrllA4 mRNA (left panel: addition of AcrllA4, middle panel: addition of inactivated AcrllA4 mutant, right panel: untreated). is. 図8Cは、標的部位にmiR-302aにより特異的に認識される配列を1つ用いた、miR-302a応答性AcrllA4 mRNAを用いてmiRNAをセンシングし、Cas9の活性をEGFP遺伝子のノックアウトにより評価した実験の結果を示す写真である。FIG. 8C shows miRNA sensing using miR-302a-responsive AcrllA4 mRNA with one sequence specifically recognized by miR-302a at the target site, and Cas9 activity assessed by knockout of the EGFP gene. It is a photograph showing the results of the experiment. 図8Dは、標的部位にmiR-302aにより特異的に認識される配列を4つ用いた、4×miR-302a応答性AcrllA4 mRNAを用いてmiRNAをセンシングし、Cas9の活性をEGFP遺伝子のノックアウトにより評価した実験の結果を示す写真であるFIG. 8D shows miRNA sensing using 4× miR-302a-responsive AcrllA4 mRNA with four sequences specifically recognized by miR-302a at the target site, and Cas9 activity was detected by knockout of the EGFP gene. It is a photograph showing the results of the evaluated experiment. 図9は、図8に示す実験結果をドットプロットにより表した図である。FIG. 9 is a dot plot representation of the experimental results shown in FIG. 図10は、図8に示す実験の結果、各操作を行った細胞におけるEGFP陰性細胞集団の割合(%)を示すグラフである。FIG. 10 is a graph showing the ratio (%) of the EGFP-negative cell population in cells subjected to each operation as a result of the experiment shown in FIG. 図11は、コンストラクトの概略図を示す。(A)は5’-UTRにmiRNA標的部位を有し、本発明の第2蛋白質として機能するAnti-CRISPRをコードする、miRNA応答性mRNAの構造概念図を示す。(B)は、miRNA応答性mRNAのmiRNA標的配列の一例を示す概念図であり、miRNA target siteを1リピートまたは4リピート組み込むことができることを示す。(C)は、miRNA応答性mRNAの第2蛋白質の概念図を示しており、上図は野生型のAcrllA4蛋白質をコードする配列を、下図はN末端に核移行シグナルであるM9を融合させたM9_AcrllA4をコードする配列を概念的に示す。Figure 11 shows a schematic of the construct. (A) shows a structural schematic diagram of miRNA-responsive mRNA that has a miRNA target site in the 5'-UTR and encodes Anti-CRISPR that functions as the second protein of the present invention. (B) is a conceptual diagram showing an example of the miRNA target sequence of miRNA-responsive mRNA, showing that one repeat or four repeats of the miRNA target site can be incorporated. (C) shows a conceptual diagram of the second protein of the miRNA-responsive mRNA. The upper diagram shows the sequence encoding the wild-type AcrllA4 protein, and the lower diagram fuses the nuclear localization signal M9 to the N-terminus. FIG. 4 conceptually shows the sequence encoding M9_AcrllA4.

以下に、本発明の実施の形態を説明する。ただし、本発明は、以下に説明する実施の形態によって限定されるものではない。 Embodiments of the present invention are described below. However, the present invention is not limited by the embodiments described below.

本発明は、一実施形態によれば、標的遺伝子の編集を細胞特異的に制御する方法であって、
(a)標的遺伝子を編集する第1蛋白質をコードするmRNAと、
(b)前記第1蛋白質を不活性化する第2蛋白質をコードするmiRNA応答性mRNAと、
(c)前記標的遺伝子によって特異的に認識されるガイド配列を備えるsgRNAと
を、細胞に導入する工程を含み、前記miRNA応答性mRNAが下記:
(i)miRNAによって特異的に認識される核酸配列、および
(ii)前記第2蛋白質のコード領域に対応する核酸配列
を含み、
前記miRNAが、前記細胞において特異的に活性が高いmiRNAである、方法に関する。
According to one embodiment, the present invention provides a method for cell-specific control of target gene editing, comprising:
(a) an mRNA encoding a first protein that edits a target gene;
(b) a miRNA-responsive mRNA encoding a second protein that inactivates the first protein;
(c) introducing into a cell an sgRNA comprising a guide sequence specifically recognized by said target gene, wherein said miRNA-responsive mRNA is:
(i) a nucleic acid sequence specifically recognized by a miRNA; and (ii) a nucleic acid sequence corresponding to the coding region of said second protein;
The method relates to a method, wherein the miRNA is a miRNA that is specifically highly active in the cell.

本発明における、「細胞」とは、特に限定されるものではなく任意の細胞であってよい。例えば、多細胞生物種から採取した細胞であってもよく、単離された細胞を培養することによって得られる細胞であってもよい。当該細胞は、特には、哺乳動物(例えば、ヒト、マウス、サル、ブタ、ラット等)採取した細胞、若しくは哺乳動物より単離された細胞又は哺乳動物細胞株を培養することによって得られる細胞である。体細胞としては、例えば、角質化する上皮細胞(例、角質化表皮細胞)、粘膜上皮細胞(例、舌表層の上皮細胞)、外分泌腺上皮細胞(例、乳腺細胞)、ホルモン分泌細胞(例、副腎髄質細胞)、代謝・貯蔵用の細胞(例、肝細胞)、境界面を構成する内腔上皮細胞(例、I型肺胞細胞)、内鎖管の内腔上皮細胞(例、血管内皮細胞)、運搬能をもつ繊毛のある細胞(例、気道上皮細胞)、細胞外マトリックス分泌用細胞(例、線維芽細胞)、収縮性細胞(例、平滑筋細胞)、血液と免疫系の細胞(例、Tリンパ球)、感覚に関する細胞(例、桿細胞)、自律神経系ニューロン(例、コリン作動性ニューロン)、感覚器と末梢ニューロンの支持細胞(例、随伴細胞)、中枢神経系の神経細胞とグリア細胞(例、星状グリア細胞)、色素細胞(例、網膜色素上皮細胞)、およびそれらの前駆細胞(組織前駆細胞)等が挙げられる。細胞の分化の程度や細胞を採取する動物の齢などに特に制限はなく、未分化な前駆細胞(体性幹細胞も含む)であっても、最終分化した成熟細胞であっても、同様に本発明における細胞として用いることができる。ここで未分化な前駆細胞としては、たとえば神経幹細胞、造血幹細胞、間葉系幹細胞、歯髄幹細胞等の組織幹細胞(体性幹細胞)が挙げられる。 In the present invention, "cells" are not particularly limited and may be arbitrary cells. For example, it may be a cell harvested from a multicellular organism, or a cell obtained by culturing an isolated cell. The cells are particularly cells collected from mammals (e.g., humans, mice, monkeys, pigs, rats, etc.), cells isolated from mammals, or cells obtained by culturing mammalian cell lines. be. Examples of somatic cells include keratinizing epithelial cells (e.g., keratinizing epidermal cells), mucosal epithelial cells (e.g., surface epithelial cells of the tongue), exocrine gland epithelial cells (e.g., mammary gland cells), hormone-secreting cells (e.g., , adrenal medulla cells), metabolic and storage cells (e.g., hepatocytes), luminal epithelial cells that make up the interface (e.g., type I alveolar cells), luminal epithelial cells of the inner chain ducts (e.g., blood vessels endothelial cells), ciliated cells with carrying capacity (e.g. airway epithelial cells), cells secreting extracellular matrix (e.g. fibroblasts), contractile cells (e.g. smooth muscle cells), blood and immune system cells (e.g. T lymphocytes), sensory cells (e.g. rod cells), autonomic nervous system neurons (e.g. cholinergic neurons), supporting cells of sensory and peripheral neurons (e.g. companion cells), central nervous system neurons and glial cells (eg, astrocyte), pigment cells (eg, retinal pigment epithelial cells), and their progenitor cells (tissue progenitor cells). There are no particular restrictions on the degree of cell differentiation or the age of the animal from which the cells are collected. It can be used as a cell in the invention. Examples of undifferentiated progenitor cells include tissue stem cells (somatic stem cells) such as neural stem cells, hematopoietic stem cells, mesenchymal stem cells, and dental pulp stem cells.

本発明における細胞は、前期体細胞を採取後に人為的な操作を加えた細胞であってよい。例えば、前記体細胞から調製した多能性幹細胞を含んでなる細胞群であり、あるいは多能性幹細胞を分化させた後に得られる細胞群であって、所望する細胞以外に分化された細胞を含み得る細胞群であってもよい。本発明で使用可能な多能性幹細胞とは、生体に存在するすべての細胞に分化可能である多能性を有し、かつ、増殖能をも併せもつ幹細胞である。それらの多能性幹細胞の具体例は、以下のものに限定されないが、胚性幹(ES)細胞、核移植により得られるクローン胚由来の胚性幹(ntES)細胞、精子幹細胞(「GS細胞」)、胚性生殖細胞(「EG細胞」)、人工多能性幹(iPS)細胞などが含まれる。好ましい多能性幹細胞は、ES細胞、ntES細胞、およびiPS細胞である。より好ましい多能性幹細胞は、ヒト多能性幹細胞であり、特に好ましくはヒトES細胞、およびヒトiPS細胞である。さらに、本発明で使用可能な細胞は、多能性幹細胞だけでなく、多能性幹細胞を経ることなく直接所望の細胞に分化誘導させた、いわゆる「ダイレクトリプログラミング」により誘導された細胞群であってもよい。その他には、本発明における細胞は、がん細胞と正常細胞を含み得る細胞群など、遺伝子の編集が所望される細胞と、遺伝子の編集が所望されない細胞を含み得る細胞群であってもよい。 Cells in the present invention may be cells artificially manipulated after collection of prophase somatic cells. For example, a cell group comprising pluripotent stem cells prepared from the somatic cells, or a cell group obtained after differentiating pluripotent stem cells, which contains differentiated cells other than desired cells. It may be a group of cells obtained. The pluripotent stem cells that can be used in the present invention are stem cells that have pluripotency capable of differentiating into all cells existing in a living body and that also have proliferative potential. Specific examples of these pluripotent stem cells include, but are not limited to, embryonic stem (ES) cells, cloned embryo-derived embryonic stem (ntES) cells obtained by nuclear transfer, spermatogonial stem cells (“GS cells”). ”), embryonic germ cells (“EG cells”), induced pluripotent stem (iPS) cells, and the like. Preferred pluripotent stem cells are ES cells, ntES cells and iPS cells. More preferred pluripotent stem cells are human pluripotent stem cells, particularly preferred are human ES cells and human iPS cells. Furthermore, the cells that can be used in the present invention are not only pluripotent stem cells, but also a group of cells induced by so-called "direct reprogramming", in which differentiation into desired cells is directly induced without going through pluripotent stem cells. There may be. Alternatively, the cells in the present invention may be a cell group that may contain cells for which gene editing is desired and cells for which gene editing is not desired, such as a cell group that may contain cancer cells and normal cells. .

本発明における細胞は、特には生存状態にあることが好ましい。本発明において、細胞が生存状態にあるとは、代謝能を維持した状態の細胞を意味する。本発明においては、細胞に、先の(a)、(b)、(c)のRNAを導入した後にも、その生来の特性を失うことなく、生存状態のまま、特に分裂能を維持したまま、続く用途に用いることができる細胞であってよい。 Cells in the present invention are particularly preferably in a viable state. In the present invention, a cell in a viable state means a cell in a state of maintaining metabolic capacity. In the present invention, even after the RNAs of (a), (b), and (c) above are introduced into cells, they remain viable, particularly maintain their mitotic potential, without losing their innate characteristics. , cells that can be used for subsequent applications.

本発明における「標的遺伝子」とは、標的となる特定の細胞のゲノム上にある遺伝子である。遺伝子の種類は特には限定されず、後述するsgRNAの設計により、任意の所望の遺伝子を標的遺伝子とすることができる。 A "target gene" in the present invention is a gene located on the genome of a specific target cell. The type of gene is not particularly limited, and any desired gene can be used as the target gene by designing the sgRNA described below.

本発明において、標的遺伝子の「編集」とは、標的遺伝子に作用して、遺伝子の機能を変更することをいい、例えば遺伝子の機能を低下させ、損失させ、獲得し、または増強することが含まれる。さらに具体的には、「編集」とは、遺伝子を切断し、遺伝子の発現を活性化し、抑制化し、塩基編集し、ラベリング(ゲノム標識)し、DNAメチル化・脱メチル化やヒストンのアセチル化などのエピゲノム編集を行うことを含むものとする。 In the present invention, "editing" of a target gene refers to acting on the target gene to change the function of the gene, including, for example, reducing, losing, acquiring, or enhancing the function of the gene. be More specifically, "editing" includes cutting genes, activating and repressing gene expression, base editing, labeling (genome labeling), DNA methylation/demethylation, and histone acetylation. It shall include performing epigenome editing such as.

また、本発明において、本発明において、「制御する」とは、第2蛋白質をコードするmiRNA応答性mRNAの翻訳を抑制し、これにより、標的遺伝子の編集を行う第1蛋白質が機能しない状態(OFF状態)から、機能することができる状態(ON状態)とすることをいう。 In the present invention, the term "regulate" means that the translation of the miRNA-responsive mRNA encoding the second protein is suppressed, thereby preventing the first protein that edits the target gene from functioning ( (OFF state) to a state in which it can function (ON state).

また、「細胞特異的に制御する」とは、特定の細胞において、特異的に活性が高いmiRNAを指標として、当該細胞において標的遺伝子の編集を制御することをいう。miRNAを指標とした編集制御は、上記(b)のmiRNA応答性mRNAを用いて実施することができる。以下、各RNAの構造及び機能について説明する。 In addition, the term “cell-specific control” refers to control of editing of a target gene in a specific cell using miRNA that is specifically highly active in the cell as an indicator. Editing control using miRNA as an indicator can be performed using the miRNA-responsive mRNA of (b) above. The structure and function of each RNA are described below.

(a)標的遺伝子を編集する第1蛋白質をコードするmRNA
(a)のmRNAは、標的遺伝子を編集する第1蛋白質をコードし、細胞内で翻訳されて第1蛋白質を発現するmRNAである。標的遺伝子を編集する第1蛋白質とは、一般的には、標的遺伝子を編集することができる酵素活性を有する蛋白質である。第1蛋白質としては、標的遺伝子を切断することができるヌクレアーゼや、標的遺伝子を活性化することができる不活性化型ヌクレアーゼが含まれるが、これらには限定されない。
(a) mRNA encoding the first protein that edits the target gene
The mRNA of (a) encodes the first protein that edits the target gene, is translated in the cell, and expresses the first protein. The first protein that edits the target gene is generally a protein that has enzymatic activity capable of editing the target gene. The first protein includes, but is not limited to, a nuclease capable of cleaving the target gene and an inactivating nuclease capable of activating the target gene.

ヌクレアーゼとしては、Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats-Associated Proteins 9(Cas9)転写活性化因子様エフェクターヌクレアーゼ(TALEN)、ホーミングエンドヌクレアーゼ、ジンクフィンガーヌクレアーゼを含むが、これらに限定されない。なお、いずれのヌクレアーゼについても、同様の機能、すなわち標的遺伝子の切断活性を備える類似体や、同等の活性を有するその誘導体を用いることもできる。例えば、Cas9蛋白質の類似体には、Cas9ファミリー蛋白質が含まれ、具体的なCas9ファミリー蛋白質としては、Streptococcus pyogenes Cas9(SpCas9)、Staphylococcus aureus Cas9 (SaCas9)、Francisella novicida Cas9(FnCas9)、Campylobacter jejuni(CjCas9)、Neisseria meningitidis Cas9(NmCas9,もしくは NmeCas9)、Geobacillus stearothermophilus Cas9(GeoCas9)、Streptococcus thermophilus CRISPR1-Cas9(St1Cas9)が挙げられるが、これらには限定されない。Cas9蛋白質、類似体もしくは誘導体に他の蛋白質が融合した融合蛋白質もヌクレアーゼに含まれる。 Nucleases include, but are not limited to, Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats-Associated Proteins 9 (Cas9) transcription activator-like effector nucleases (TALENs), homing endonucleases, zinc finger nucleases. For any of the nucleases, analogues having the same function, that is, target gene-cleaving activity, or derivatives thereof having the same activity can be used. For example, analogs of Cas9 proteins include Cas9 family proteins, specific Cas9 family proteins include Streptococcus pyogenes Cas9 (SpCas9), Staphylococcus aureus Cas9 (SaCas9), Francisella novicida Cas9 (FnCas9), Campylobacter ( CjCas9), Neisseria meningitidis Cas9 (NmCas9, or NmeCas9), Geobacillus stearothermophilus Cas9 (GeoCas9), Streptococcus thermophilus CRISPR1-Cas9 (St1Cas9). Nucleases also include fusion proteins in which Cas9 proteins, analogs or derivatives are fused to other proteins.

不活性化型ヌクレアーゼとしては、転写活性因子に融合した不活性化型ヌクレアーゼを挙げることができ、転写活性化因子VP64に融合した不活性化型Cas9(dCas9)ヌクレアーゼであるdCas9-VP64、dCas9-VPR、dCas9-SunTag、dCas9-VP16、dCas9-VP160、dCas9-P300を用いることができるが、これらには限定されない。なお、dCas9-VP64とともに、MS2-P65-HSF1融合蛋白質と、ガイド鎖にMS2結合配列を有する(c)のsgRNAとを用いたSAMシステムや、dCas9-SunTagとともにVPRを用いるTreeシステムもまた、用いることができる。これらのシステムに用いるタンパク質は、第1蛋白質をコードするmRNAとは別のmRNAによりコードすることもでき、第1蛋白質をコードするmRNA上にコードすることもできる。また、これらの不活性化型ヌクレアーゼと同様の機能を備える類似体や誘導体を用いることもできる。 The inactivating nuclease can include an inactivating nuclease fused to a transcriptional activator, and an inactivating Cas9 (dCas9) nuclease fused to a transcriptional activator VP64 dCas9-VP64, dCas9- VPR, dCas9-SunTag, dCas9-VP16, dCas9-VP160, dCas9-P300 can be used, but are not limited to these. In addition, with dCas9-VP64, MS2-P65-HSF1 fusion protein and SAM system using (c) sgRNA having MS2 binding sequence in the guide strand, and Tree system using VPR with dCas9-SunTag are also used. be able to. The proteins used in these systems can be encoded by mRNA separate from the mRNA encoding the first protein, or can be encoded on the mRNA encoding the first protein. In addition, analogues and derivatives having functions similar to those of these inactivated nucleases can also be used.

(a)のmRNAは、好ましくは、5’末端から、5’から3’の向きに、Cap構造(7メチルグアノシン5’リン酸)またはAmbion製のAnti-Reverse Cap Analog(ARCA)などのCap類似体を含む5’-UTR、開始コドン、第1蛋白質をコードするオープンリーディングフレーム並びに、ポリAテイルを含む3’-UTRを備えている。5’-UTR及び3’-UTRの設計は任意であってよい。(a)のmRNAは、5’-UTR、オープンリーディングフレーム、及び3’-UTRのいずれにも、miRNAによって特異的に認識される核酸配列を含まない。これにより、(a)の第1蛋白質をコードするmRNAは、細胞内に導入されて、miRNA活性の影響を受けることなく翻訳され、第1蛋白質を発現することができる。 The mRNA of (a) preferably has a Cap structure (7-methylguanosine 5' phosphate) or a Cap such as Anti-Reverse Cap Analog (ARCA) manufactured by Ambion in the 5' to 3' direction from the 5' end. It has a 5'-UTR containing the analogue, an initiation codon, an open reading frame encoding the first protein, and a 3'-UTR containing the polyA tail. The design of the 5'-UTR and 3'-UTR may be arbitrary. The mRNA of (a) does not contain a nucleic acid sequence specifically recognized by miRNA in any of 5'-UTR, open reading frame and 3'-UTR. This allows the mRNA encoding the first protein of (a) to be introduced into cells, translated without being affected by miRNA activity, and express the first protein.

(b)前記第1蛋白質を不活性化する第2蛋白質をコードするmiRNA応答性mRNA
(b)のmiRNA応答性mRNAは、第2蛋白質をコードし、細胞内でmiRNAによる翻訳制御下で第2蛋白質を発現することができるmRNAである。第2蛋白質は、第1蛋白質を不活性化することができる蛋白質である。第2蛋白質は、(a)のmRNAについて説明した第1蛋白質との関係で決定することができる。第2蛋白質は、第1蛋白質を不活性化する蛋白質の融合体であってもよい。
(b) miRNA-responsive mRNA encoding a second protein that inactivates the first protein
The (b) miRNA-responsive mRNA is an mRNA that encodes a second protein and can express the second protein under the translational control of the miRNA in cells. A second protein is a protein that can inactivate the first protein. The second protein can be determined in relation to the first protein described for the mRNA in (a). The second protein may be a protein fusion that inactivates the first protein.

例えば、第1蛋白質が、Cas9ヌクレアーゼや、不活性化型Cas9ヌクレアーゼ、またはこれらの類似体の場合には、第2蛋白質としては、これらのヌクレアーゼを不活性化することができるanti-CRISPRを用いることができる。特には、Streptococcus pyogenesのCas9(spCas9)を不活性化することができるanti-CRISPRは、AcrllA2、AcrllA4、AcrllA5、AcrllA7、AcrllA8、AcrllA9、AcrllA10が挙げられるが、これらには限定されない。第2蛋白質は、例示したanti-CRISPRと同様の機能を有する、すなわちヌクレアーゼを不活性化することができるanti-CRISPRの類似体であってもよい。なお、先に例示したCas9ファミリー蛋白質のNmCas9を不活性化するanti-CRISPRとしては、AcrllC1、AcrllC2、AcrllC3、AcrllC4、AcrllA5が挙げられ、CjCas9を不活性化するanti-CRISPRとしては、AcrllC1が挙げられ、GeoCas9を不活性化するanti-CRISPRとしては、AcrllC1が挙げられ、St1Cas9を不活性化するanti-CRISPRとしてはAcrllA5、AcrllA6が挙げられ、SaCas9を不活性化するanti-CRISPRとしては、AcrllA5が挙げられる。第2蛋白質は、anti-CRISPRまたはその類似体を含む蛋白質融合体であってもよく、例えば、AcrllA4などのanti-CRISPRの好ましくはN末端側に核移行シグナルM9を融合した融合蛋白質であってもよい。AcrllA4に核移行シグナルM9を融合した融合蛋白質を用いると、第1蛋白質が編集する標的遺伝子における切断もしくは活性化を増強することができる。 For example, when the first protein is Cas9 nuclease, inactivated Cas9 nuclease, or analogues thereof, the second protein is an anti-CRISPR capable of inactivating these nucleases. be able to. In particular, anti-CRISPRs capable of inactivating Cas9 of Streptococcus pyogenes (spCas9) include, but are not limited to, AcrllA2, AcrllA4, AcrllA5, AcrllA7, AcrllA8, AcrllA9, AcrllA10. The second protein may be an analogue of anti-CRISPR that has a similar function as the exemplified anti-CRISPR, ie is capable of inactivating nucleases. The anti-CRISPR that inactivates NmCas9 of the Cas9 family protein exemplified above includes AcrllC1, AcrllC2, AcrllC3, AcrllC4, and AcrllA5, and the anti-CRISPR that inactivates CjCas9 includes AcrllC1. Is, anti-CRISPR that inactivates GeoCas9 includes AcrllC1, anti-CRISPR that inactivates St1Cas9 includes AcrllA5 and AcrllA6, and anti-CRISPR that inactivates SaCas9 includes AcrllA5. is mentioned. The second protein may be a protein fusion containing anti-CRISPR or an analogue thereof, for example, a fusion protein in which nuclear localization signal M9 is fused to the N-terminal side of anti-CRISPR such as AcrllA4. good too. A fusion protein in which the nuclear localization signal M9 is fused to AcrllA4 can be used to enhance cleavage or activation of the target gene edited by the first protein.

好ましい第1蛋白質と第2蛋白質の組み合わせとしては、例えば、AsCas12aとAcrVA1、LbCas12aとAcrVA4もしくはAcrVA5(AcrVA1)、NmeCas9とAcrllC1もしくはAcrllC3等が挙げられるが、これらには限定されない。 Preferred combinations of the first protein and the second protein include, but are not limited to, AsCas12a and AcrVA1, LbCas12a and AcrVA4 or AcrVA5 (AcrVA1), NmeCas9 and AcrllC1 or AcrllC3.

miRNA応答性mRNAとは、miRNAの活性に応答してコードする蛋白質の翻訳が制御されるメッセンジャーRNAであり、本明細書において、miRNAスイッチとも指称する。miRNA応答性mRNAの一般的な構造は、引用することにより本明細書の一部をなすものとする特許文献1(WO2015/105172)に詳述されている。本発明に用いる(b)のmiRNA応答性mRNAは、(i)miRNAによって特異的に認識される核酸配列、および(ii)第2蛋白質のコード領域に対応する核酸配列を含み、(i)miRNAによって特異的に認識される核酸配列と(ii)第2蛋白質のコード領域に対応する核酸配列が機能的に連結されている。 A miRNA-responsive mRNA is a messenger RNA whose translation of the encoded protein is controlled in response to the activity of the miRNA, and is also referred to herein as a miRNA switch. The general structure of miRNA-responsive mRNAs is detailed in WO2015/105172, which is incorporated herein by reference. The (b) miRNA-responsive mRNA used in the present invention comprises (i) a nucleic acid sequence specifically recognized by the miRNA, and (ii) a nucleic acid sequence corresponding to the coding region of the second protein, and (i) the miRNA and (ii) a nucleic acid sequence corresponding to the coding region of the second protein are operably linked.

(i)のmiRNAは、ある特定の細胞において、第1蛋白質により特定の標的遺伝子を編集することを目的として、その細胞で特異的に活性が高いmiRNAを適宜選択することができる。本明細書において、i)のmiRNAは、miRNAの「標的配列」と指称する場合があり、このようなmiRNAを、標的miRNAと指称する場合がある。特定の細胞で特異的に活性が高いmiRNAとは、当該細胞における発現が、他の細胞における発現よりも多いmiRNAをいうものとする。miRNAの「発現」とは、成熟miRNAが、所定の複数の蛋白質と相互作用して、RNA-induced silencing complex(RISC)を形成した状態にあるmiRNAが存在していることをいうものとする。「成熟miRNA」は、一本鎖RNA(20~25塩基)であり、核外でDicerによる切断によってpre-miRNAから生じ、「pre-miRNA」は、Droshaと呼ばれる核内酵素による部分切断によって、DNAから転写された一本鎖RNAであるpri-mRNAから生じる。本発明におけるmiRNAとは、少なくとも10,000種類以上のmiRNAから適宜選択される。詳細には、データベースの情報(例えば、http://www.mirbase.org/又はhttp://www.microrna.org/)に登録されたmiRNA、及び/または当該データベースに記載されている文献情報に記載されたmiRNAより適宜選択される。すなわち、本発明においては、(i)のmiRNAは特定の配列から構成されるmiRNAに限定されるものではない。このような、(i)のmiRNAは、本出願時において特定されているmiRNAには限定されず、今後、その存在及び機能が特定されるあらゆるmiRNAを含むものとする。特定の細胞において発現が多いmiRNAとは、他の細胞における発現と比較して、10%以上、20%以上、30%以上、40%以上、50%以上、60%以上、70%以上、80%以上、90%以上あるいはそれ以上の割合で高く発現しているmiRNAが例示される。このような特定の細胞において発現が多いmiRNAも、上記データベースの情報に基づき適宜選択することができる。 For the miRNA of (i), a miRNA having a high specific activity in a certain cell can be appropriately selected for the purpose of editing a specific target gene with the first protein in the cell. In this specification, the miRNA of i) may be referred to as the "target sequence" of the miRNA, and such miRNA may be referred to as the target miRNA. A miRNA that is specifically highly active in a specific cell refers to a miRNA that is expressed in the cell in a higher amount than in other cells. “Expression” of miRNA refers to the presence of miRNA in a state where mature miRNA interacts with a plurality of predetermined proteins to form an RNA-induced silencing complex (RISC). "Mature miRNAs" are single-stranded RNAs (20-25 bases) that arise from pre-miRNAs by cleavage by Dicer outside the nucleus, and "pre-miRNAs" are partially cleaved by an intranuclear enzyme called Drosha to It arises from pri-mRNA, a single-stranded RNA transcribed from DNA. The miRNA in the present invention is appropriately selected from at least 10,000 or more miRNAs. Specifically, miRNA registered in database information (for example, http://www.mirbase.org/ or http://www.microrna.org/) and/or literature information described in the database are appropriately selected from the miRNAs described in . That is, in the present invention, the miRNA of (i) is not limited to miRNAs composed of specific sequences. Such miRNAs of (i) are not limited to miRNAs identified at the time of filing of the present application, and include all miRNAs whose existence and function will be identified in the future. miRNAs highly expressed in specific cells are 10% or more, 20% or more, 30% or more, 40% or more, 50% or more, 60% or more, 70% or more, 80% or more compared to the expression in other cells % or more, 90% or more, or more highly expressed miRNAs are exemplified. Such miRNAs that are highly expressed in specific cells can also be appropriately selected based on the information in the database.

本発明において、miRNAの標的配列は、例えば、当該miRNAに完全に相補的な配列であることが好ましい。あるいは、当該miRNAにおいて認識され得る限り、完全に相補的な配列との不一致(ミスマッチ)を有していても良い。当該miRNAに完全に相補的な配列からの不一致は、所望の細胞において、通常にmiRNAが認識し得る不一致であれば良く、生体内における細胞内の本来の機能では、40~50%程度の不一致があっても良い。このような不一致は、特に限定されないが、1塩基、2塩基、3塩基、4塩基、5塩基、6塩基、7塩基、8塩基、9塩基、若しくは10塩基又は全認識配列の1%、5%、10%、20%、30%、若しくは40%の不一致が例示される。また、特には、細胞が備えているmRNA上のmiRNA標的配列のように、特に、シード領域以外の部分に、すなわち、miRNAの3’側の16塩基程度に対応する、標的配列内の5’側の領域に、多数の不一致を含んでもよく、シード領域の部分は、不一致を含まないか、1塩基、2塩基、若しくは3塩基の不一致を含んでもよい。このような配列は、RISCが特異的に結合する塩基数を含む塩基長であればよく、長さは別段限定されないが、好ましくは、18塩基以上、24塩基未満の配列、より好ましくは、20塩基以上、22塩基未満の配列である。本発明において、miRNAによって特異的に認識される核酸配列は、所望の細胞および他の細胞へ当該標的配列を有し、視認可能な蛍光蛋白質などのマーカー蛋白質をコードするmiRNA応答性mRNAを導入し、所望の細胞においてのみ対応するマーカー蛋白質の発現が抑制されることを確認することによって、適宜決定して用いることができる。 In the present invention, the target sequence of miRNA is preferably, for example, a sequence completely complementary to the miRNA. Alternatively, it may have a mismatch (mismatch) with a completely complementary sequence as long as it can be recognized by the miRNA. The mismatch from the sequence that is completely complementary to the miRNA may be a mismatch that can be normally recognized by the miRNA in the desired cell, and the original intracellular function in vivo is a mismatch of about 40 to 50%. There may be Such mismatches include, but are not limited to, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, or 10 bases or 1%, 5, or 1% of the total recognition sequence. %, 10%, 20%, 30%, or 40% discrepancies are exemplified. Also, in particular, like the miRNA target sequence on the mRNA provided in the cell, in particular, the 5' in the target sequence corresponding to a portion other than the seed region, that is, about 16 bases on the 3' side of the miRNA The flanking regions may contain multiple mismatches, and portions of the seed region may contain no mismatches, 1-, 2-, or 3-base mismatches. Such a sequence may have a base length that includes the number of bases that RISC specifically binds to, and the length is not particularly limited. It is a sequence of more than 22 bases and less than 22 bases. In the present invention, a nucleic acid sequence specifically recognized by miRNA introduces a miRNA-responsive mRNA that has the target sequence into desired cells and other cells and encodes a marker protein such as a visible fluorescent protein. can be appropriately determined and used by confirming that the expression of the corresponding marker protein is suppressed only in the desired cells.

本発明において、miRNAによって特異的に認識される核酸配列(i)と第2蛋白質のコード領域に対応する核酸配列(ii)が機能的に連結されるとは、第2蛋白質をコードするオープンリーディングフレーム(ただし、開始コドンを含む。)の5’-UTR内、3’-UTR内、及び/または当該オープンリーディングフレーム内に、少なくとも1つのmiRNAの標的配列を備えることを意味する。miRNA応答性mRNAは、好ましくは、5’末端から、5’から3’の向きに、Cap構造(7メチルグアノシン5’リン酸)またはARCAなどのCap類似体、第2蛋白質をコードするオープンリーディングフレーム並びに、ポリAテイルを備え、5’-UTR内、3’-UTR内、及び/またはオープンリーディングフレーム内に少なくとも1つのmiRNAの標的配列を備える。以下、Cap構造と指称する場合は、Capアナログも含むものとする。mRNAにおけるmiRNAの標的配列の位置は、非翻訳領域にあってよく、5’-UTRであっても、3’-UTRであってもよい。あるいはmiRNAの標的配列の位置は、オープンリーディングフレーム内(開始コドンの3’側)であってもよい。非翻訳領域並びにオープンリーディングフレーム内のすべてにmiRNAの標的配列を備えていてもよい。したがって、miRNA標的配列の数は、1つであってもよく、複数であってもよく、例えば、2つ、3つ、4つ、5つ、6つ、7つ、8つあるいはそれ以上であっても良い。例えば、5’-UTRに、4つあるいはそれ以上のmiRNA標的配列を組み込むことが好ましい。 In the present invention, functionally linking the nucleic acid sequence (i) specifically recognized by miRNA and the nucleic acid sequence (ii) corresponding to the coding region of the second protein means an open reading sequence encoding the second protein. It means that at least one miRNA target sequence is provided within the 5′-UTR, 3′-UTR, and/or the open reading frame of the frame (including the initiation codon). The miRNA-responsive mRNA preferably, from the 5' end, in a 5' to 3' orientation, is open reading to encode a Cap structure (7-methylguanosine 5' phosphate) or a Cap analog such as ARCA, a second protein. It comprises a frame and a poly A tail and comprises at least one miRNA target sequence within the 5'-UTR, within the 3'-UTR, and/or within the open reading frame. Hereinafter, when referring to the Cap structure, the Cap analog is also included. The position of the miRNA target sequence in the mRNA may be in the untranslated region and may be in the 5'-UTR or 3'-UTR. Alternatively, the target sequence of the miRNA may be positioned within the open reading frame (3' to the start codon). All of the untranslated region and the open reading frame may be provided with miRNA target sequences. Thus, the number of miRNA target sequences may be one or more, such as two, three, four, five, six, seven, eight or more. It can be. For example, it is preferable to incorporate 4 or more miRNA target sequences in the 5'-UTR.

図11は、(b)のmiRNA応答性mRNAの設計例を概念的に示す図である。図11(A)は、miRNA応答性mRNAの全体の構造の一例を概念的に示す。図中、miRNA target siteは上記(i)の核酸配列を示し、Anti-CRISPRは(ii)の核酸配列を示す。左側の白丸は、5’末端のCap構造を表し、右側のPoly(A)は3’末端のポリAテイルを表す。なお、図11における(i)の核酸配列と、(ii)の核酸配列との結合態様は一例であり、本発明を限定するものではない。図11(B)は、上記(i)の核酸配列を示し、上図はmiRNA標的配列を1リピート有する(i)の核酸配列、下図はmiRNA標的配列を4リピート有する(i)の核酸配列を例示する。図11(C)は、(ii)の核酸配列の一例を示す概念図であり、上図は第2蛋白質がAcrllA4である場合、下図は第2蛋白質が、核移行シグナルM9とAcrllA4の融合蛋白質である場合の概念図である。 FIG. 11 is a diagram conceptually showing a design example of miRNA-responsive mRNA in (b). FIG. 11(A) conceptually shows an example of the overall structure of miRNA-responsive mRNA. In the figure, miRNA target site indicates the nucleic acid sequence of (i) above, and Anti-CRISPR indicates the nucleic acid sequence of (ii). The open circle on the left represents the Cap structure at the 5' end, and Poly(A) on the right represents the poly A tail at the 3' end. The binding mode of the nucleic acid sequence (i) and the nucleic acid sequence (ii) in FIG. 11 is an example, and does not limit the present invention. Figure 11 (B) shows the nucleic acid sequence of (i) above, the upper figure is the nucleic acid sequence (i) having one repeat of the miRNA target sequence, and the lower figure is the nucleic acid sequence (i) having 4 repeats of the miRNA target sequence. Illustrate. FIG. 11 (C) is a conceptual diagram showing an example of the nucleic acid sequence of (ii). In the upper diagram, the second protein is AcrllA4, and in the lower diagram, the second protein is a fusion protein of the nuclear localization signal M9 and AcrllA4. It is a conceptual diagram in the case of .

好ましくは、miRNA応答性mRNAは、(i)および(ii)の核酸配列が、5’から3’の方向にこの順序で連結されている。このとき、Cap構造とmiRNAの標的配列との間の塩基数及び塩基の種類は、ステム構造や立体構造を構成しない限り、任意であってよい。例えば、Cap構造とmiRNA標的配列との間の塩基数は、0~50塩基、好ましくは、10~30塩基となるように設計することができる。また、miRNA標的配列と開始コドンとの間の塩基数及び塩基の種類は、miRNAと、miRNA応答性mRNAとの結合を阻害するなど、これらの相互作用に影響を与えないことが好ましい。一例としては、miRNA標的配列と開始コドンと間の塩基数は、0~50塩基、好ましくは、10~30塩基となるような配置にて設計することができる。 Preferably, the miRNA-responsive mRNA has the nucleic acid sequences of (i) and (ii) linked in that order in the 5' to 3' direction. At this time, the number of bases and the type of bases between the Cap structure and the miRNA target sequence may be arbitrary as long as they do not form a stem structure or three-dimensional structure. For example, the number of bases between the Cap structure and the miRNA target sequence can be designed to be 0-50 bases, preferably 10-30 bases. Moreover, it is preferable that the number and type of bases between the miRNA target sequence and the initiation codon do not affect the interaction between the miRNA and the miRNA-responsive mRNA, such as inhibiting their binding. As an example, the number of bases between the miRNA target sequence and the initiation codon can be designed to be 0 to 50 bases, preferably 10 to 30 bases.

本発明において、(i)のmiRNA標的配列内には、開始コドンとなるAUGが存在しないことが好ましい。例えば、miRNAの標的配列が5’-UTRに存在し、かつ、当該標的配列内にAUGを含む場合には、3’側に連結されるマーカー遺伝子との関係上でインフレームとなるように設計されることが好ましい。あるいは、標的配列内にAUGを含む場合、標的配列内のAUGをGUGに変換して使用することも可能である。また、標的配列内のAUGの影響を最小限に留めるために、5’-UTR内における標的配列の配置場所を適宜変更することができる。例えば、Cap構造と標的配列内のAUG配列との間の塩基数が、0~60塩基、例えば、0~15塩基、10~20塩基、20~30塩基、30~40塩基、40~50塩基、50~60塩基となるような配置にて設計され得る。なお、(b)のmiRNA応答性mRNAの5’-UTR及び3’-UTRの塩基数は、(a)のmRNAの5’-UTR及び3’-UTRの塩基数とそれぞれ、概ね同程度になるように設計することができる。 In the present invention, it is preferred that the miRNA target sequence of (i) does not have an AUG as an initiation codon. For example, when the miRNA target sequence exists in the 5'-UTR and contains AUG in the target sequence, it is designed to be in-frame with respect to the marker gene linked to the 3' side. preferably. Alternatively, when AUG is contained in the target sequence, it is also possible to convert the AUG in the target sequence to GUG and use it. Also, in order to minimize the effect of AUG within the target sequence, the location of the target sequence within the 5'-UTR can be changed as appropriate. For example, the number of bases between the Cap structure and the AUG sequence in the target sequence is 0-60 bases, such as 0-15 bases, 10-20 bases, 20-30 bases, 30-40 bases, 40-50 bases. , 50-60 bases. The number of bases in the 5'-UTR and 3'-UTR of the miRNA-responsive mRNA in (b) is approximately the same as the number of bases in the 5'-UTR and 3'-UTR of the mRNA in (a), respectively. can be designed to be

(b)のmiRNA応答性mRNAは、通常のウリジン、シチジンに替えて、シュードウリジン、5-メチルシチジンなどの修飾塩基を含んでいることが好ましい。細胞毒性を低減させるためである。修飾塩基の位置は、ウリジン、シチジンいずれの場合も、独立に、全てあるいは一部とすることができ、一部である場合には、任意の割合でランダムな位置とすることができる。 The miRNA-responsive mRNA of (b) preferably contains modified bases such as pseudouridine and 5-methylcytidine instead of normal uridine and cytidine. This is to reduce cytotoxicity. In both uridine and cytidine, the positions of the modified bases can be all or part of them independently, and when they are part, they can be random positions at any ratio.

(b)のmiRNA応答性mRNAは、細胞内に導入され、miRNAに応答して第2蛋白質の翻訳が制御される。導入された細胞において、上記の標的配列に特異的に結合する特定のmiRNAの活性が高い場合は、第2蛋白質の翻訳が抑制される。一方、導入された細胞において、上記の標的配列に特異的に結合する特定のmiRNAの活性が低い場合には、第2蛋白質が翻訳され、当該細胞内で第2蛋白質が発現される。 The miRNA-responsive mRNA of (b) is introduced into cells, and the translation of the second protein is regulated in response to the miRNA. When the activity of the specific miRNA that specifically binds to the target sequence is high in the transfected cells, the translation of the second protein is suppressed. On the other hand, when the activity of the specific miRNA that specifically binds to the target sequence is low in the transfected cell, the second protein is translated and expressed in the cell.

(c)前記標的遺伝子によって特異的に認識されるガイド配列を備えるsgRNA
(c)のsgRNAは、第1蛋白質が編集する標的となる遺伝子によって特異的に認識されるガイド配列を備えるRNAである。sgRNA(c)は、標的遺伝子を特異的に認識する、20程度、例えば、18~22の程度の塩基配列を5’末端近傍に組み込むように設計することができる。標的遺伝子を特異的に認識する塩基配列は、標的となる遺伝子に完全に相補的な配列であることが好ましい。あるいは、当該標的となる遺伝子において認識され得る限り、完全に相補的な配列との不一致(ミスマッチ)を有していても良い。当該標的となる遺伝子に完全に相補的な配列からの不一致については、(b)のmiRNA応答性mRNAの設計において、miRNAとその標的配列について定義したのと同様であってよい。また、この第1蛋白質による編集の標的となる遺伝子を特異的に認識する塩基配列の5’側に、1~5塩基程度の配列があってもよく、約80塩基程度の配列があってもよい。このような配列を設けることにより、標的配列に結合しゲノムの編集を制御することができる可能性がある。配列さらに、標的遺伝子を特異的に認識する塩基配列の3’側以降の配列は、CRISPR/Cas9 System等の遺伝子編集システムのsgRNAとして機能することが知られているsgRNAの配列であってよく、Tetra loop、stem loop2、3’末端を改変した例やsgRNAを構成するRNAに化学修飾を加えた例が知られている。使用するCRISPR/Cas9 Systemによっては、sgRNAのtetraloop及び/またはstem loopに、関連する蛋白質との結合配列を付加することもできる。が、第1蛋白質と複合体を形成して、標的遺伝子の目的の部位での編集、例えば切断や活性化を可能とする配列であれば、特定の配列には限定されない。
(c) an sgRNA comprising a guide sequence specifically recognized by the target gene
The sgRNA of (c) is RNA comprising a guide sequence that is specifically recognized by the target gene edited by the first protein. sgRNA(c) can be designed to incorporate a sequence of about 20, eg, about 18-22 bases near the 5' end that specifically recognizes the target gene. A nucleotide sequence that specifically recognizes a target gene is preferably a sequence completely complementary to the target gene. Alternatively, it may have a mismatch (mismatch) with a completely complementary sequence as long as it can be recognized by the target gene. The mismatch from the sequence completely complementary to the target gene may be the same as defined for miRNA and its target sequence in the design of miRNA-responsive mRNA in (b). In addition, on the 5' side of the nucleotide sequence that specifically recognizes the gene to be edited by the first protein, there may be a sequence of about 1 to 5 bases, or a sequence of about 80 bases. good. By providing such a sequence, it may be possible to bind to the target sequence and control genome editing. Sequence Furthermore, the sequence after the 3' side of the base sequence that specifically recognizes the target gene is an sgRNA sequence known to function as an sgRNA for a gene editing system such as the CRISPR / Cas9 System, Examples of Tetra loop, stem loop 2, modified 3′ end, and chemically modified RNA constituting sgRNA are known. Depending on the CRISPR/Cas9 System used, the tetraloop and/or stem loop of the sgRNA may be added with a binding sequence for a related protein. However, the sequence is not limited to a specific sequence as long as it forms a complex with the first protein and enables editing, such as cleavage or activation, at the target site of the target gene.

(c)のsgRNAは、第1蛋白質が活性な状態で存在する場合、第1蛋白質と複合体を形成して、標的遺伝子を編集する、例えば標的遺伝子を所望の部位で切断し、あるいは標的遺伝子の所望の部位を活性化することができる。 When the first protein is present in an active state, the sgRNA of (c) forms a complex with the first protein to edit the target gene, for example, cleave the target gene at the desired site, or can be activated at any desired site.

(a)のmRNA、(b)のmiRNA応答性mRNA、(c)のsgRNAは、上記に従って設計され、配列が決定されれば、遺伝子工学的に既知の任意の方法により当業者が合成することができる。特には、プロモーター配列を含むテンプレートDNAを鋳型として用いたin vitro転写合成法により、得ることができるが、合成方法は特には限定されない。 The mRNA of (a), the miRNA-responsive mRNA of (b), and the sgRNA of (c) are designed and sequenced according to the above, and can be synthesized by a person skilled in the art by any method known in genetic engineering. can be done. In particular, it can be obtained by an in vitro transcription synthesis method using a template DNA containing a promoter sequence as a template, but the synthesis method is not particularly limited.

本発明の一実施態様において、(a)のmRNA、(b)のmiRNA応答性mRNA、(c)のsgRNAを細胞に導入する方法としては、合成RNA分子の形態で細胞に導入することが挙げられる。例えばリポフェクション、マイクロインジェクションなどの手法によって体細胞内に導入しても良い。あるいは、(a)、(b)、(c)のRNAは、ウイルスベクターやプラスミドベクター、エピソーマルベクター等などのDNAの形態で導入することもでき、導入法は、上記と同様のものを用いることができる。(a)、(b)、(c)の三種のRNAは同じ方法で導入することが好ましい。 In one embodiment of the present invention, the method for introducing the mRNA of (a), the miRNA-responsive mRNA of (b), and the sgRNA of (c) into cells includes introduction into cells in the form of synthetic RNA molecules. be done. For example, it may be introduced into somatic cells by techniques such as lipofection and microinjection. Alternatively, the RNAs of (a), (b), and (c) can be introduced in the form of DNA such as viral vectors, plasmid vectors, episomal vectors, etc., and the same introduction method as above is used. be able to. The three RNAs (a), (b), and (c) are preferably introduced by the same method.

なお、本発明の方法において、細胞に導入する(b)のmiRNA応答性mRNAは、1種類であってもよく、2種、3種、4種、5種、6種、7種、あるいは8種類以上であってもよい。2種以上のmiRNA応答性mRNAを導入する場合には、例えば、(i)のmiRNA標的部位の配列が異なり、異なるmiRNAに応答するmRNAを用いることができる。(i)の配列が異なる複数のmiRNA応答性mRNAを用いることにより、例えば、miRNA応答性mRNAが導入される細胞群に含まれうる複数種の細胞に対して、第2蛋白質の活性を制御することが可能になる。 In the method of the present invention, the miRNA-responsive mRNA of (b) introduced into the cells may be one type, two types, three types, four types, five types, six types, seven types, or eight types. There may be more than one type. When introducing two or more miRNA-responsive mRNAs, for example, mRNAs that have different miRNA target site sequences in (i) and respond to different miRNAs can be used. By using a plurality of miRNA-responsive mRNAs with different sequences in (i), for example, the activity of the second protein is controlled in multiple types of cells that may be included in the cell group into which the miRNA-responsive mRNAs are introduced. becomes possible.

(a)、(b)及び(c)のRNAを細胞に導入する場合、(a)及び(b)のmRNAを細胞群に共導入することが好ましい。共導入した2種以上のmRNAの細胞内での割合は個々の細胞で維持されるため、これらのmRNAから発現する蛋白質の活性比は、細胞集団内において一定となるためである。この時の導入量は、導入される細胞群、導入するmRNA、導入方法および導入試薬の種類により異なり、所望の翻訳量の第1の蛋白質、及び第2の蛋白質を得るために当業者は適宜これらを選択することができる。(c)のsgRNAは、(a)及び(b)のmRNAと共導入することが好ましいが、必ずしも共導入しなくとも適切なタイミングで、独立に導入することもできる。 When introducing the RNAs of (a), (b) and (c) into cells, it is preferable to co-introduce the mRNAs of (a) and (b) into the cell group. This is because the intracellular ratio of the two or more types of co-introduced mRNAs is maintained in individual cells, and the activity ratio of proteins expressed from these mRNAs is constant within the cell population. The amount of introduction at this time varies depending on the cell group to be introduced, the mRNA to be introduced, the method of introduction and the type of introduction reagent. These can be selected. The sgRNA of (c) is preferably co-introduced with the mRNAs of (a) and (b), but may be introduced independently at an appropriate timing without necessarily being co-introduced.

より具体的な例として、第1蛋白質としてCas9蛋白質を用い、第2蛋白質としてAcrllA4を用いる場合の本発明の第1態様による方法を説明する。本発明は、一実施態様によれば、(a)のCas9蛋白質をコードするmRNAと、(b)のAcrllA4をコードするmiRNA応答性mRNAと、(c)のsgRNAを細胞に導入する工程を含む。以下の説明において、(a)のCas9蛋白質をコードするmRNAを、Cas9 mRNAとも指称し、(b)のAcrllA4をコードするmiRNA応答性mRNAを、miRNA-responsive AcrllA4 mRNAとも指称する。 As a more specific example, the method according to the first aspect of the present invention when using Cas9 protein as the first protein and AcrllA4 as the second protein will be described. The present invention, according to one embodiment, the mRNA encoding the Cas9 protein of (a), miRNA-responsive mRNA encoding AcrllA4 of (b), and the step of introducing sgRNA of (c) into cells . In the following description, the mRNA encoding the Cas9 protein of (a) is also referred to as Cas9 mRNA, miRNA-responsive mRNA encoding AcrllA4 of (b) is also referred to as miRNA-responsive AcrllA4 mRNA.

図1の左側は、(a)のCas9 mRNAと、(b)のmiRNA-responsive AcrllA4 mRNAと、(c)のsgRNAとを細胞に導入した場合の、細胞内での作用を模式的に示す図である。miRNA-responsive AcrllA4 mRNAの標的配列に認識されるmiRNAの活性が高い場合、miRNA-responsive AcrllA4 mRNAからのAcrllA4蛋白質の翻訳が抑制され、あるいは、miRNA-responsive AcrllA4 mRNA分子の分解が生じ、AcrllA4蛋白質が発現されない。一方、Cas9 mRNAは、miRNA活性に関わらずCas9蛋白質を発現する。Cas9蛋白質は、AcrllA4蛋白質により不活性化されることがないため、sgRNAとCas9蛋白質が複合体を形成し、ゲノム編集、具体的には標的遺伝子の切断が行われる。 The left side of FIG. 1 schematically shows the action in the cell when the Cas9 mRNA of (a), the miRNA-responsive AcrllA4 mRNA of (b), and the sgRNA of (c) are introduced into the cell. is. When the activity of miRNA recognized by the target sequence of miRNA-responsive AcrllA4 mRNA is high, translation of AcrllA4 protein from miRNA-responsive AcrllA4 mRNA is suppressed, or degradation of miRNA-responsive AcrllA4 mRNA molecule occurs, resulting in AcrllA4 protein Not expressed. On the other hand, Cas9 mRNA expresses Cas9 protein regardless of miRNA activity. Since the Cas9 protein is not inactivated by the AcrllA4 protein, the sgRNA and the Cas9 protein form a complex to perform genome editing, specifically cleavage of the target gene.

次に、miRNA-responsive AcrllA4 mRNAの標的配列に認識されるmiRNAの活性が低い場合は、miRNA-responsive AcrllA4 mRNAからのAcrllA4蛋白質の翻訳が行われ、AcrllA4蛋白質が発現する。AcrllA4蛋白質は、Cas9 mRNAから発現されるCas9蛋白質を不活性化する。 Next, when the activity of the miRNA recognized by the target sequence of miRNA-responsive AcrllA4 mRNA is low, the miRNA-responsive AcrllA4 mRNA is translated into AcrllA4 protein, and the AcrllA4 protein is expressed. AcrllA4 protein inactivates Cas9 protein expressed from Cas9 mRNA.

別の具体的な例として、第1蛋白質としてdCas9-VPR蛋白質を用い、第2蛋白質としてAcrllA4を用いる場合の本発明の第1態様による方法を説明する。本発明は、一実施態様によれば、(a)のdCas9-VPR蛋白質をコードするmRNAと、(b)のAcrllA4をコードするmiRNA応答性mRNAと、(c)のsgRNAを細胞に導入する工程を含む。以下の説明において、dCas9-VPR蛋白質をコードするmRNA(a)を、dCas9-VPR mRNA(a)とも指称する。 As another specific example, the method according to the first aspect of the present invention when using dCas9-VPR protein as the first protein and AcrllA4 as the second protein will be described. According to one embodiment of the present invention, (a) the mRNA encoding the dCas9-VPR protein, (b) the miRNA-responsive mRNA encoding AcrllA4, and (c) the step of introducing the sgRNA into the cell including. In the following description, mRNA (a) encoding dCas9-VPR protein is also referred to as dCas9-VPR mRNA (a).

図1の右側は、dCas9-VPR mRNAと、miRNA-responsive AcrllA4 mRNAと、sgRNAとを細胞に導入した場合の、細胞内での作用を模式的に示す図である。miRNA-responsive AcrllA4 mRNAの標的配列に認識されるmiRNAの活性が高い場合、miRNA-responsive AcrllA4 mRNAからのAcrllA4蛋白質の翻訳が抑制され、あるいは、miRNA-responsive AcrllA4 mRNA分子の分解が生じ、AcrllA4蛋白質が発現されない。一方、dCas9-VPR mRNAは、miRNA活性に関わらずdCas9-VPR蛋白質を発現する。dCas9-VPR蛋白質は、AcrllA4蛋白質により不活性化されることがないため、sgRNAとdCas9-VPR蛋白質が複合体を形成し、ゲノム編集、具体的には標的遺伝子の活性化が行われる。 The right side of Figure 1, dCas9-VPR mRNA, miRNA-responsive AcrllA4 mRNA, and sgRNA when introduced into the cell, is a diagram schematically showing the action in the cell. When the activity of miRNA recognized by the target sequence of miRNA-responsive AcrllA4 mRNA is high, translation of AcrllA4 protein from miRNA-responsive AcrllA4 mRNA is suppressed, or degradation of miRNA-responsive AcrllA4 mRNA molecule occurs, resulting in AcrllA4 protein Not expressed. On the other hand, dCas9-VPR mRNA expresses dCas9-VPR protein regardless of miRNA activity. Since the dCas9-VPR protein is not inactivated by the AcrllA4 protein, sgRNA and dCas9-VPR protein form a complex, genome editing, specifically activation of the target gene.

miRNA-responsive AcrllA4 mRNAの標的配列に認識されるmiRNAの活性が低い場合は、miRNA-responsive AcrllA4 mRNAからのAcrllA4蛋白質の翻訳が行われ、AcrllA4蛋白質が発現する。AcrllA4蛋白質は、dCas9-VPR mRNAから発現されるCas9蛋白質を不活性化する。 When the activity of miRNA recognized by the target sequence of miRNA-responsive AcrllA4 mRNA is low, AcrllA4 protein is translated from miRNA-responsive AcrllA4 mRNA, and AcrllA4 protein is expressed. AcrllA4 protein inactivates Cas9 protein expressed from dCas9-VPR mRNA.

本発明に係る方法によれば、標的遺伝子の編集を可能とする蛋白質の活性を、miRNAの活性を指標として細胞特異的に制御することが可能となる。このため、特定の細胞において活性の高いmiRNAに応答して、標的遺伝子の編集を実行するONシステムを構築することが可能となった。 According to the method of the present invention, the activity of a protein that enables target gene editing can be controlled in a cell-specific manner using the activity of miRNA as an index. Therefore, it has become possible to construct an ON system that executes target gene editing in response to highly active miRNAs in specific cells.

以下に、本発明を実施例を用いてより詳細に説明する。以下の実施例は、本発明を限定するものではない。 The invention is explained in more detail below using examples. The following examples do not limit the invention.

(1)AcrllA4によるCas9活性の阻害
はじめに、AcrllA4をコードするmRNA(AcrllA4 mRNA)から作製されたAcrllA4蛋白質が、Cas9活性を抑制することができるかを検証した。本発明者らは、EGFP遺伝子がゲノムに組み込まれたHeLa細胞(HeLa-EGFP)を用いてCas9活性を評価した結果を報告している(Hirosawa M,et al.(2017)、非特許文献2)。本実験では、AcrllA4 mRNA、Cas9をコードするmRNA(Cas9 mRNA)、及びEGFP遺伝子を標的とするsgRNAEGFPを、HeLa-EGFPにトランスフェクトした。Cas9活性は、EGFP陰性細胞集団をフローサイトメトリーにより定量することで評価した。詳細は、方法の欄に示す。
(1) Inhibition of Cas9 activity by AcrllA4 First, it was verified whether AcrllA4 protein produced from mRNA encoding AcrllA4 (AcrllA4 mRNA) can suppress Cas9 activity. The present inventors have reported the results of evaluating Cas9 activity using HeLa cells (HeLa-EGFP) in which the EGFP gene was integrated into the genome (Hirosawa M, et al. (2017), Non-Patent Document 2 ). In this experiment, AcrllA4 mRNA, mRNA encoding Cas9 (Cas9 mRNA), and the sgRNA EGFP targeting the EGFP gene were transfected into HeLa-EGFP. Cas9 activity was assessed by quantifying the EGFP-negative cell population by flow cytometry. Details are given in the Methods section.

Cas9 mRNAの活性は、AcrllA4 mRNAをトランスフェクションした場合と、しない場合について評価した。結果を図2A、図2B、及び図2Cに示す。AcrllA4 mRNAが存在しなかった場合、およそ70%の細胞がEGFP陰性であり、Cas9 mRNAとsgRNAEGFPにより、EGFP遺伝子の編集が効率的に行われたことを示す。これに対し、AcrllA4 mRNAを添加した場合は、EGFP陰性細胞の数が減少した。この結果は、AcrllA4 mRNA(10~50ng)が、標的化していない細胞および未処理の細胞と同程度にまで、Cas9活性を効率的に抑制したことを示す。Cas9結合活性のないdefective AcrllA4 mutant(E70R)(Dong D, et al.(2017) Structural basis of CRISPR-SpyCas9 inhibition by an anti-CRISPR protein. Nature 546:436-439.)は、EGFP陰性細胞集団に影響を与えなかった。このことは、Cas9活性の効率的な抑制が、Cas9とAcrllA4の相互作用によるものであることを示唆している。このように、AcrllA4は、ゲノム編集を確実に制御する。すなわち、OFF状態におけるオフターゲットを最低限にする。以下の実験(図3)においては、10ngのAcrllA4 mRNAを用いた。 Cas9 mRNA activity was assessed with and without AcrllA4 mRNA transfection. The results are shown in Figures 2A, 2B, and 2C. In the absence of AcrllA4 mRNA, approximately 70% of the cells were EGFP-negative, indicating that Cas9 mRNA and sgRNA EGFP efficiently edited the EGFP gene. In contrast, the addition of AcrllA4 mRNA decreased the number of EGFP-negative cells. This result indicates that AcrllA4 mRNA (10-50 ng) efficiently suppressed Cas9 activity to the same extent as untargeted and untreated cells. A defective AcrllA4 mutant (E70R) without Cas9 binding activity (Dong D, et al. (2017) Structural basis of CRISPR-SpyCas9 inhibition by an anti-CRISPR protein. Nature 546: 436-439.) to negative cells, EGFP population had no effect. This suggests that efficient suppression of Cas9 activity is due to the interaction of Cas9 and AcrllA4. Thus, AcrllA4 reliably controls genome editing. That is, the off-target in the OFF state is minimized. In the experiments below (Figure 3), 10 ng of AcrllA4 mRNA was used.

(2)miR-AcrllA4スイッチによるmiRNAのセンシングとゲノム編集制御
任意のmiRNA に応答してCas9活性を誘導するために、miRNA 応答性AcrllA4 mRNA(miR-AcrllA4スイッチとも指称する、図3A)の5’-UTRにmiRNA標的部位(miRNAのアンチセンス配列)を挿入した。特定のmiRNA活性が低い場合に、AcrllA4がAcrllA4 mRNAから発現されてCas9-sgRNA複合体に結合し、Cas9が二本鎖DNA(dsDNA)に結合するのを抑制して、ゲノム編集を中断する(図3A、左側)。一方、特定のmiRNA活性が高い場合には、AcrllA4 mRNAはAcrllA4を発現せず、Cas9-sgRNA-dsDNA複合体を形成しゲノム編集が促進される(図3A、右側)。このように、miRNAにより駆動されるCas9-ONシステムが得られた。
(2) miRNA sensing and genome editing control by miR-AcrllA4 switch In order to induce Cas9 activity in response to any miRNA, miRNA-responsive AcrllA4 mRNA (also referred to as miR-AcrllA4 switch, Figure 3A) 5' - Inserted the miRNA target site (antisense sequence of miRNA) into the UTR. When specific miRNA activity is low, AcrllA4 is expressed from AcrllA4 mRNA and binds to the Cas9-sgRNA complex, suppressing Cas9 binding to double-stranded DNA (dsDNA) and disrupting genome editing ( FIG. 3A, left). On the other hand, when the specific miRNA activity is high, AcrllA4 mRNA does not express AcrllA4, forming a Cas9-sgRNA-dsDNA complex and promoting genome editing (Fig. 3A, right). Thus, a Cas9-ON system driven by miRNAs was obtained.

miR-AcrllA4スイッチが、miRNA活性を感知してCas9を活性化できるか否かを調べた。HeLa cellsではmiR-21活性が高いため、我々は、miR-21応答性AcrllA4 mRNA(T21_AcrllA4)を構築し、T21_AcrllA4 mRNA、Cas9 mRNA、及びsgRNAEGFPをHeLa-EGFPにトランスフェクトした。トランスフェクションの3日後、EGFP陰性細胞集団はCas9活性に基づいて増加した。結果を、図3B、図3C、図3Dに示す。このことは、T21_AcrllA4 mRNAからのAcrllA4蛋白質の発現がmiR-21により抑制されたことを示す。 We investigated whether the miR-AcrllA4 switch can sense miRNA activity and activate Cas9. Due to high miR-21 activity in HeLa cells, we constructed a miR-21-responsive AcrllA4 mRNA (T21_AcrllA4) and transfected T21_AcrllA4 mRNA, Cas9 mRNA, and sgRNA EGFP into HeLa-EGFP. Three days after transfection, the EGFP-negative cell population increased based on Cas9 activity. The results are shown in Figures 3B, 3C and 3D. This indicates that the expression of AcrllA4 protein from T21_AcrllA4 mRNA was suppressed by miR-21.

内在性のmiR-21がゲノム編集を引き起こすことができるか確認した。miR-21 inhibitorは、EGFP陰性細胞集団のサイズを、Cas9で処理していない細胞と同程度まで減少させた(Cas9-OFF)。miRNAに干渉しないネガティブコントロール(inhibitor N.C.)は、EGFP陰性細胞集団に何の効果も及ぼさなかった(Cas9-ON)。これらの結果から、T21_AcrllA4スイッチは内在性のmiR-21によりCas9活性を制御することを示しており、miR-21 inhibitorの存在下でのOFF状態でのCas9活性のバックグラウンドレベルを明らかにした。すなわち、OFF状態ではCas9活性を効率的に抑制し、標的miRNA を検知することによりCas9を活性化した。また、AcrllA4 mRNAの5’-UTRに複数のmiRNA標的配列を直列に挿入することで、OFF状態に影響を与えることなくON状態を改善した(図3D、4xT21_AcrllA4vs.T21_AcrllA4)。inhibitor N.C.を用いた場合に、4xT21_AcrllA4 mRNAをトランスフェクトした場合のEGFP陰性細胞集団は、T21_AcrllA4 mRNAをトランスフェクトした場合のEGFP陰性細胞集団と比較して高く、前者が41.1%、後者が31.7%であった。しかし、miR-21 inhibitorを用いると、4xT21_AcrllA4 mRNAをトランスフェクトした場合のEGFP陰性細胞集団は15.6%、T21_AcrllA4 mRNAをトランスフェクトした場合のEGFP陰性細胞集団は15.9%で、同程度の数値であった。このことは、標的としない細胞に対するオフターゲット効果を避けながら、標的miRNAに対する感度を改善したことを示す。 We determined whether endogenous miR-21 can cause genome editing. The miR-21 inhibitor reduced the size of the EGFP-negative cell population to a similar extent to cells not treated with Cas9 (Cas9-OFF). A negative control that does not interfere with miRNA (inhibitor NC) had no effect on the EGFP-negative cell population (Cas9-ON). These results indicate that the T21_AcrllA4 switch regulates Cas9 activity through endogenous miR-21 and revealed background levels of Cas9 activity in the OFF state in the presence of miR-21 inhibitor. That is, in the OFF state, Cas9 activity was efficiently suppressed, and Cas9 was activated by detecting target miRNA. In addition, tandem insertion of multiple miRNA target sequences into the 5′-UTR of AcrllA4 mRNA improved the ON state without affecting the OFF state (Fig. 3D, 4xT21_AcrllA4 vs. T21_AcrllA4). inhibitor N. C. , the EGFP-negative cell population when transfected with 4xT21_AcrllA4 mRNA was higher compared to the EGFP-negative cell population when transfected with T21_AcrllA4 mRNA, 41.1% for the former and 31.7% for the latter. %Met. However, using the miR-21 inhibitor, the EGFP-negative cell population was 15.6% when transfected with 4xT21_AcrllA4 mRNA, and the EGFP-negative cell population was 15.9% when transfected with T21_AcrllA4 mRNA. was a number. This indicates improved sensitivity to target miRNAs while avoiding off-target effects on non-targeted cells.

このストラテジーの一般性を確認するために、上記とは異なるmiRNAであるmiR-302a-5p(miR-302a)を標的とした。miR-302aは、ヒト多能性幹細胞(hPSCs)のマーカーとして知られている。HeLa細胞では、miR-302aの活性が低いため、miR-302a mimicを用いてCas9活性化を引き起こした。Cas9 mRNA、sgRNAEGFP、及びT302a-AcrllA4 mRNAを、miR-302a mimicまたはmiR-302aネガティブコントロール(mimic N.C.)とともに、コトランスフェクションした。予測どおり、EGFP陰性細胞集団は、miR-302a mimicの存在下では増加したが、miR-302a mimic N.Cの存在下では増加せず、Cas9活性のバックグラウンドレベルをOFF状態に保持した(図3B、図3C、図3D)。これは、miR-AcrllA4スイッチがモジュラーであることを示す。このように、AcrllA4を制御することで、合成RNAにより送達され、miRNAに応答するCas9-ONシステムを設計することに成功した。 To confirm the generality of this strategy, we targeted a different miRNA, miR-302a-5p (miR-302a). miR-302a is known as a marker for human pluripotent stem cells (hPSCs). Due to the low activity of miR-302a in HeLa cells, miR-302a mimics were used to trigger Cas9 activation. Cas9 mRNA, sgRNA EGFP and T302a-AcrllA4 mRNA were co-transfected with miR-302a mimic or miR-302a negative control (mimic NC). As expected, the EGFP-negative cell population increased in the presence of miR-302a mimic, but miR-302a mimic N. It did not increase in the presence of C, and the background level of Cas9 activity remained in the OFF state (Figures 3B, 3C, 3D). This indicates that the miR-AcrllA4 switch is modular. Thus, by controlling AcrllA4, we have successfully engineered a Cas9-ON system that is delivered by synthetic RNA and responds to miRNA.

(3)miR-AcrllA4スイッチによるmiRNAのセンシングとCRISPRaの制御
次に、このようなmiR-AcrllA4スイッチと、CRISPR活性化(CRISPRa)システムを組み合わせて標的遺伝子の発現を上方制御することができるかどうかを探った。そのために、レポーター細胞として、テトラサイクリン応答因子(TRE)により制御可能なhumanized monomeric Azami-Green1(hmAG1)遺伝子をゲノムに組み込んだHeLa細胞(HeLa-TREhmAG1)(図4A)を構築した。hmAG1の活性化には、dCas9-VPR systemを用いた(Chavez A, et al.(2015)Highly efficient Cas9-mediated transcriptional programming. Nat Methods 12:326-328.)。はじめに、AcrllAを用いない場合、hmAG1の効率的な発現がなされることを観察した(図4D、Without AcrllA4)。miR-AcrllA4スイッチを用いたCRISPRaシステムの制御を調べるために、dCas9-VPR、 sgRNATRE、 T21-AcrllA4 mRNAのそれぞれをコードするプラスミドを、miR-21 inhibitorまたはmiR-21 inhibitor N.C.とともに、HeLa-TREhmAG1にコトランスフェクションした。その結果、miR-21 inhibitor の添加は、選択的かつ顕著にhmAG1陽性細胞集団を減少させたが、miR-21 inhibitor N.C.を添加してもhmAG1陽性細胞集団を減少させず、hmAG1の発現はmiR-21の活性に依存することがわかった(図4B、図4C、図4D、T21_AcrllA4)。この結果から、miR-AcrllA4スイッチは、miRNA活性に応答してゲノムにコードされる遺伝子を活性化できることがわかった。また、AcrllA4のN末端を核移行シグナル(NSL)であるM9に融合することにより、Cas9抑制効率を犠牲にすることなく、hmAG1発現レベルを向上させることができた。(図4B、図4C、図4D、T21-M9_AcrllA4(配列番号55)。さらに、AcrllA4のレベルを変えることにより、miR-21によりトリガーされるhmAG1遺伝子の発現レベルを最適化することができた(図示せず)。さらに、スイッチを、miR-302aを標的とするスイッチに変えても同様の結果が得られることを実験的に確認し、このストラテジーの一般性を確認した(詳細は図示せず)。これらの結果から、AcrllA4の発現レベルを変化させることで、miRNAを入力信号として用いるCRISPR-Cas9 ONシステムの最適なON/OFF状態を達成することができると考えられる。
(3) MiR-AcrllA4 switch miRNA sensing and CRISPR control searched for For this purpose, as reporter cells, HeLa cells (HeLa-TRE hmAG1 ) were constructed in which the humanized monomeric Azami-Green1 (hmAG1) gene regulatable by the tetracycline responsive element (TRE) was integrated into the genome (Fig. 4A). For activation of hmAG1, the dCas9-VPR system was used (Chavez A, et al. (2015) Highly efficient Cas9-mediated transcriptional programming. Nat Methods 12: 326-328.). First, we observed efficient expression of hmAG1 without AcrllA (Fig. 4D, Without AcrllA4). To investigate the regulation of the CRISPRa system using the miR-AcrllA4 switch, plasmids encoding each of dCas9-VPR, sgRNA TRE and T21-AcrllA4 mRNA were transformed into miR-21 inhibitor or miR-21 inhibitor N. C. was co-transfected with HeLa-TRE hmAG1 . As a result, the addition of the miR-21 inhibitor selectively and significantly reduced the hmAG1-positive cell population, whereas the miR-21 inhibitor N. C. did not reduce the hmAG1-positive cell population, indicating that hmAG1 expression depends on the activity of miR-21 (FIGS. 4B, 4C, 4D, T21_AcrllA4). This result indicates that the miR-AcrllA4 switch can activate genome-encoded genes in response to miRNA activity. In addition, by fusing the N-terminus of AcrllA4 to M9, a nuclear localization signal (NSL), hmAG1 expression levels could be improved without sacrificing Cas9 suppression efficiency. (FIGS. 4B, 4C, 4D, T21-M9_AcrllA4 (SEQ ID NO: 55). Furthermore, by varying the level of AcrllA4, we were able to optimize the expression level of the hmAG1 gene triggered by miR-21 ( Furthermore, we experimentally confirmed that similar results were obtained by changing the switch to one targeting miR-302a, confirming the generality of this strategy (details not shown). These results suggest that changing the expression level of AcrllA4 can achieve the optimal ON/OFF state of the CRISPR-Cas9 ON system using miRNA as an input signal.

(4)miR-AcrllA4スイッチ(5ng)によるmiRNAのセンシングとゲノム編集制御
先の(1)と同様の実験を、EGFP遺伝子がゲノムに組み込まれたiPS細胞であるiPS-EGFP細胞において行い、EGFP遺伝子のノックアウトによりCas9の活性を評価した。iPS-EGFP細胞は、トランスフェクションの17-24時間前に、24 well plateに 5x10cells/wellで播種した。StemFect RNA Transfection Reagentをプロトコルに従って使用し、AcrllA4-mRNA(5ng)、Cas9をコードするmRNA(Cas9 mRNA)、及びEGFP遺伝子を標的とするsgRNAEGFPを、iPS-EGFP細胞にトランスフェクションした。トランスフェクションから3日後、フローサイトメトリー分析の前に細胞をCytell Cell Imaging System(GE Healthcare Life Sciences)によりキャプチャーした。細胞をPBSで洗浄し、100μL、Accumaxで、37℃、5% COの条件下にて10分間処理した。次いで、200μLのPBSを添加し、剥離した細胞を懸濁した。細胞をフローサイトメーターにより測定した。フローサイトメーターの測定条件は、実験方法、EGFPノックアウトアッセイに記載した。図5Aは、miRNA応答性AcrllA4 mRNAを用いないコントロール実験の結果、得られた細胞の写真であり、左パネルはAcrllA4の添加なし、右パネルは標的遺伝子に認識されるsgRNAEGFPの添加なしの結果を示す。図5Bもコントロール実験の結果、得られた細胞の写真であり、左パネルはAcrllA4を添加、中パネルは不活性化したAcrllA4変異体を添加、右パネルは未処理)の結果である。図6はドットプロット結果を示し、図7は、各操作を行った細胞におけるEGFP陰性細胞集団の割合(%)を示す。図5A、B、図6、7の結果は、図2により得られた結果と概ね同様の傾向を示した。
(4) miRNA sensing and genome editing control by miR-AcrllA4 switch (5 ng) The same experiment as in (1) above was performed in iPS-EGFP cells, which are iPS cells in which the EGFP gene was integrated into the genome, and the EGFP gene Cas9 activity was assessed by knockout of iPS-EGFP cells were seeded at 5×10 4 cells/well in 24 well plates 17-24 hours before transfection. AcrllA4-mRNA (5 ng), mRNA encoding Cas9 (Cas9 mRNA), and sgRNA EGFP targeting the EGFP gene were transfected into iPS-EGFP cells using StemFect RNA Transfection Reagent according to the protocol. Three days after transfection, cells were captured by Cytell Cell Imaging System (GE Healthcare Life Sciences) prior to flow cytometric analysis. Cells were washed with PBS and treated with 100 μL Accumax for 10 min at 37° C., 5% CO 2 . 200 μL of PBS was then added to suspend the detached cells. Cells were measured by flow cytometer. Flow cytometer measurement conditions were described in Experimental methods, EGFP knockout assay. FIG. 5A is a photograph of cells obtained as a result of a control experiment using no miRNA-responsive AcrllA4 mRNA. The left panel is the result without addition of AcrllA4, and the right panel is the result without addition of sgRNA EGFP recognized by the target gene. indicates FIG. 5B is also a photograph of the cells obtained as a result of the control experiment, the left panel showing the addition of AcrllA4, the middle panel showing the addition of the inactivated AcrllA4 mutant, and the right panel showing the results of untreated). FIG. 6 shows the dot plot results, and FIG. 7 shows the percentage of EGFP-negative cell population in cells subjected to each manipulation. The results of FIGS. 5A, 5B, 6, and 7 showed almost the same tendency as the results obtained from FIG.

次いで、(2)と同様の実験を、iPS-EGFP細胞において行った。スイッチには、miR-302aの相補配列を標的配列として1リピート、または4リピート有するT302a-AcrllA4スイッチまたは4xT302a-AcrllA4スイッチ(いずれも5ng)を用いた。細胞の播種並びにトランスフェクションは、iPS-EGFP細胞へのAcrllA4 mRNAのトランスフェクションと同様にして行った。T302a-AcrllA4スイッチ、4xT302a-AcrllA4スイッチのトランスフェクションでは、いずれもスイッチに加え、HO、miR-302 inhibitor、miR-302 inhibitor N.C.を添加した。Cas9の活性はEGFP遺伝子のノックアウトにより評価した。図5Cは、T302a-AcrllA4スイッチをトランスフェクションした結果、得られた細胞の写真であり、図5Dは、4xT302a-AcrllA4スイッチをトランスフェクションした結果、得られた細胞の写真である。図6はドットプロット結果を示し、図7は、各操作を行った細胞におけるEGFP陰性細胞集団の割合(%)を示す。図5C、D、図6、7の結果は、図3により得られた結果と概ね同様の傾向を示した。 An experiment similar to (2) was then performed in iPS-EGFP cells. T302a-AcrllA4 switch or 4xT302a-AcrllA4 switch (both 5 ng) having 1 repeat or 4 repeats of the miR-302a complementary sequence as the target sequence was used as the switch. Cell seeding and transfection were performed in the same manner as the AcrllA4 mRNA transfection into iPS-EGFP cells. In both T302a-AcrllA4 switch and 4xT302a-AcrllA4 switch transfections, in addition to the switch, H 2 O, miR-302 inhibitor, miR-302 inhibitor N.C. C. was added. Cas9 activity was assessed by EGFP gene knockout. FIG. 5C is a photograph of cells resulting from transfection with the T302a-AcrllA4 switch, and FIG. 5D is a photograph of cells resulting from transfection with the 4×T302a-AcrllA4 switch. FIG. 6 shows the dot plot results, and FIG. 7 shows the percentage of EGFP-negative cell population in cells subjected to each manipulation. The results of FIGS. 5C, 5D, 6 and 7 showed a trend similar to that obtained from FIG.

(5)miR-AcrllA4スイッチ(10ng)によるmiRNAのセンシングとゲノム編集制御
AcrllA4 mRNAまたはmiR-AcrllA4スイッチの添加量を10ngとした以外は、(4)と同様にして、iPS-EGFP細胞へのトランスフェクションを行った。結果を図8A~D、図9、及び図10に示す。導入するmiR-AcrllA4スイッチの量を変化させても、(4)の実験と同様の結果を示した。
(5) miRNA sensing and genome editing control by miR-AcrllA4 switch (10 ng) Transfection into iPS-EGFP cells was performed in the same manner as in (4), except that 10 ng of AcrllA4 mRNA or miR-AcrllA4 switch was added. performed an injection. The results are shown in FIGS. 8A-D, 9 and 10. FIG. Even when the amount of miR-AcrllA4 switch to be introduced was changed, the same results as in the experiment (4) were shown.

この研究では、Cas9レギュレータとしてのmiR-AcrllA4スイッチを構築し、活性が高いmiRNAに応答して標的遺伝子を切断し、または活性化した。mRNAとして送達されるAcrllA4はCas9活性を効率的に抑制したため(図2A~C)、miRNAによるAcrllA4の制御は細胞状態に応じたゲノムの編集及び活性化のための魅力的な手段となりうる。入力miRNAが存在しない場合、miR-AcrllA4スイッチはAcrllA4を発現してCas9またはdCas9-VPRの活性を効率的に抑制し、OFF状態とした。一方、標的miRNAが存在すると、AcrllA4の発現を抑制し、Cas9または dCas9-VPRの活性を上方制御するON状態を形成した。Hirosawa M, et al.(非特許文献2)に開示された従来のCas9-ONスイッチシステムは、Cas9 mRNAと、Cas9の翻訳を抑制するL7Ae mRNAの二種類のmRNAを用いるものであった。この従来のシステムと比較して、本発明のmiR-AcrllA4スイッチは、OFF状態におけるCas9のリーク発現を減少させた。AcrllA4とCas9の相互作用がCas9活性を効率的にブロックしたと考えられる。一方、従来のL7Aeを用いた制御システムでは、Cas9 mRNAとL7Ae mRNAの二種類のmRNAをコトランスフェクションしたため、Cas9の翻訳を完全にはシャットダウンすることができなかったと考えられる。さらに、入力AcrllA4の量及び安定性を変化させることによるAcrllA4の制御は、ON状態のパフォーマンスを向上させることができた。 In this study, we constructed a miR-AcrllA4 switch as a Cas9 regulator to cleave or activate target genes in response to highly active miRNAs. Because AcrllA4 delivered as mRNA efficiently suppressed Cas9 activity (Fig. 2A-C), regulation of AcrllA4 by miRNAs could be an attractive tool for genome editing and activation depending on cell state. In the absence of the input miRNA, the miR-AcrllA4 switch expressed AcrllA4 to effectively repress the activity of Cas9 or dCas9-VPR, resulting in an OFF state. On the other hand, the presence of the target miRNA formed an ON state that repressed the expression of AcrllA4 and upregulated the activity of Cas9 or dCas9-VPR. Hirosawa M, et al. The conventional Cas9-ON switch system disclosed in (Non-Patent Document 2) used two types of mRNA, Cas9 mRNA and L7Ae mRNA, which suppresses the translation of Cas9. Compared to this conventional system, the miR-AcrllA4 switch of the present invention reduced Cas9 leak expression in the OFF state. It is believed that the interaction of AcrllA4 and Cas9 effectively blocked Cas9 activity. On the other hand, in the conventional control system using L7Ae, since two types of mRNA, Cas9 mRNA and L7Ae mRNA, were co-transfected, it is considered that the translation of Cas9 could not be completely shut down. Furthermore, control of AcrllA4 by varying the amount and stability of input AcrllA4 could improve the ON state performance.

[実験方法]
[プラスミドの構築]
全ての PCR 反応は、KOD-Plus-Neo(TOYOBO)を用いて実施し、全てのPCR産物は、Min Elute PCR purification kit(QIAGEN)を用いて精製した。ライゲーションには、Ligation high ver.2(TOYOBO)を用いた。全てのプラスミド DNAはE. coli strain DH5α中で増殖し、Jetstar plasmide Midiprep Kit(Genomed)またはQIAGEN plasmide Midi Kit(QIAGEN)を用いて製造者の指示に従い精製した。プライマーとオリゴヌクレオチドの番号は、以下の表1に示す。
[experimental method]
[Construction of plasmid]
All PCR reactions were performed using KOD-Plus-Neo (TOYOBO) and all PCR products were purified using Min Elute PCR purification kit (QIAGEN). For ligation, Ligation high ver. 2 (TOYOBO) was used. All plasmid DNA was E. E. coli strain DH5α and purified using the Jetstar plasmid Midiprep Kit (Genomed) or the QIAGEN plasmid Midi Kit (QIAGEN) according to the manufacturer's instructions. Primer and oligonucleotide numbers are shown in Table 1 below.

Figure 2022112522000002
Figure 2022112522000002

[pUC19-AcrllA4]
AcrllA4の合成は、gBlocks(登録商標)Gene Fragments(IDT)に委託した。このフラグメントは、制限酵素SmaIで消化することによりpUC19ベクターに直接ライゲートした。
[pUC19-AcrllA4]
Synthesis of AcrllA4 was contracted to gBlocks® Gene Fragments (IDT). This fragment was directly ligated into the pUC19 vector by digestion with the restriction enzyme SmaI.

[pHL-EF1α-AcrllA4-iP-A]
AcrllA4 を含むDNAフラグメントは、pUC19-AcrllA4から、forward primer No.1及びreverse primer No.2を用いてPCRにより増幅した。フラグメントは、pHL-EF1α-SphcCas9-iP-A(堀田秋津博士より提供を受けた)のEcoRIサイトと、SalIサイトの間に挿入し、pHL-EFα-AcrllA4-iP-Aを生成した。
[pHL-EF1α-AcrllA4-iP-A]
A DNA fragment containing AcrllA4 was obtained from pUC19-AcrllA4 with forward primer No. 1 and reverse primer no. 2 was used to amplify by PCR. The fragment was inserted between the EcoRI and SalI sites of pHL-EF1α-SphcCas9-iP-A (provided by Dr. Akitsu Hotta) to generate pHL-EFα-AcrllA4-iP-A.

[pHL-EF1α-AcrllA4_E70R-iP-A]
pHL-EF1α-AcrllA4_E70R-iP-Aは、pHL-EF1α-AcrllA4-iP-Aから、KOD-Plus-Mutagenesis Kitを用い、製造者(TOYOBO)のプロトコルに従って構築した。変異を導入するために、iPCR forward primer No.3及びiPCR reverse primer No.4を用いた。
[pHL-EF1α-AcrllA4_E70R-iP-A]
pHL-EF1α-AcrllA4_E70R-iP-A was constructed from pHL-EF1α-AcrllA4-iP-A using the KOD-Plus-Mutagenesis Kit according to the manufacturer's (TOYOBO) protocol. To introduce mutation, iPCR forward primer No. 3 and iPCR reverse primer No. 4 was used.

[pHL-EF1α-miR_AcrllA4-iP-A:miR=T21、T302a、4xT21]
miRNA標的部位を含むそれぞれのDNAフラグメントは、forward primer No.5、 reverse primer No.6、及びoligo DNA template Nos.7、8、9を用いて、PCRにより増幅した。oligo DNA template No.7はT21、oligo DNA template No.8はT302a、oligo DNA template No.9は、4xT21に対応する。
pHL-EF1α-AcrllA4-iP-Aは、forward primer No.10、及びreverse primer No.11を用いて、インバースPCRにより線状化した。得られたインサートおよび線状化したベクターは、In-Fusion(登録商標)HD Cloning Kitを用いて、製造者(Clontech)のプロトコルに従って融合した。
[pHL-EF1α-miR_AcrllA4-iP-A: miR=T21, T302a, 4xT21]
Each DNA fragment containing the miRNA target site was forward primer No. 5, reverse primer No. 6, and oligo DNA template Nos. 7, 8, 9 were amplified by PCR. oligo DNA template No. 7 is T21, oligo DNA template No. 8 is T302a, oligo DNA template No. 9 corresponds to 4xT21.
pHL-EF1α-AcrllA4-iP-A is a forward primer No. 10, and reverse primer no. 11 was used to linearize by inverse PCR. The resulting insert and linearized vector were fused using the In-Fusion® HD Cloning Kit according to the manufacturer's (Clontech) protocol.

[pHL-EF1α-M9_AcrllA4-iP-A 及び pHL-EF1α-T21_M9_AcrllA4-iP-A]
M9を含むDNAフラグメントは、pAptamerCassette-tagBFP-M9(unpublished)から、forward primer No.12及びreverse primer No.13を用いて、PCRにより増幅した。pHL-EF1α-AcrllA4-iP-A及びpHL-EF1α-T21_AcrllA4-iP-Aは、forward primer No.14、及びreverse primer No.15を用いて、インバースPCRにより線状化した。M9 fragmentおよび線状化したベクターは、In-Fusion(登録商標) HD Cloning Kitを用いて、製造者(Clontech)のプロトコルに従って融合した。
[pHL-EF1α-M9_AcrllA4-iP-A and pHL-EF1α-T21_M9_AcrllA4-iP-A]
A DNA fragment containing M9 was obtained from pAptamerCassette-tagBFP-M9 (unpublished) with forward primer No. 12 and reverse primer no. 13 was used to amplify by PCR. pHL-EF1α-AcrllA4-iP-A and pHL-EF1α-T21_AcrllA4-iP-A are forward primer Nos. 14, and reverse primer No. 15 was used to linearize by inverse PCR. The M9 fragment and the linearized vector were fused using the In-Fusion® HD Cloning Kit according to the manufacturer's (Clontech) protocol.

[pHL-gRNA[EGFP]-mEF1α-mRFP-RiH]
標的遺伝子であるEGFPを含むDNAフラグメントは、forward primer No.16及びreverse primer No.18を用いて、PCRにより増幅した。DNAフラグメントは、pHL-gRNA[DMD]-mEF1α-mRFP-RiH(堀田秋津博士より提供を受けた)のBamHIサイトとEcoRIサイトの間に挿入し、pHL-gRNA[EGFP]-mEF1α-mRFP-RiHを生成した。
[pHL-gRNA[EGFP]-mEF1α-mRFP-RiH]
A DNA fragment containing the target gene EGFP was forward primer No. 16 and reverse primer no. 18 was used to amplify by PCR. The DNA fragment was inserted between the BamHI site and the EcoRI site of pHL-gRNA[DMD]-mEF1α-mRFP-RiH (provided by Dr. Akitsu Hotta) to obtain pHL-gRNA[EGFP]-mEF1α-mRFP-RiH. generated.

[pHL-gRNA[TRE]-mEF1α-mRFP-RiH]
標的遺伝子であるTREを含むDNAフラグメントは、forward primer No.17及びreverse primer No.18を用いて、PCRにより増幅した。DNAフラグメントは、pHL-gRNA[EGFP]-mEF1α-mRFP-RiHのBamHIサイトとEcoRIサイトの間に挿入し、pHL-gRNA[TRE]-mEF1α-mRFP-RiHを生成した。
[pHL-gRNA[TRE]-mEF1α-mRFP-RiH]
A DNA fragment containing the target gene TRE was forward primer No. 17 and reverse primer no. 18 was used to amplify by PCR. The DNA fragment was inserted between the BamHI and EcoRI sites of pHL-gRNA[EGFP]-mEF1α-mRFP-RiH to generate pHL-gRNA[TRE]-mEF1α-mRFP-RiH.

[pHL-gRNA[Target]-mEF1α-iRFP670-RiH:Target=TRE及びEGFP]
iRFP670を含むDNAフラグメントは、piRFP670-N1(Addgene, plasmid #45457,Shcherbakova DM,Verkhusha VV.(2013)Near-infrared fluorescent proteins for multicolor in vivo imaging. Nat Methods 10:751-754)から、forward primer No.19及びreverse primer No.20を用いて、PCRにより増幅した。DNAフラグメントは、pHL-gRNA[TRE]-mEF1α-mRFP-RiH 及び pHL-gRNA[EGFP]-mEF1α-mRFP-RiHのEcoRVサイトとAvrIIサイトの間に挿入し、iRFP670をmRFPに置き換えた。
[pHL-gRNA [Target]-mEF1α-iRFP670-RiH: Target = TRE and EGFP]
iRFP670を含むDNAフラグメントは、piRFP670-N1(Addgene, plasmid #45457,Shcherbakova DM,Verkhusha VV.(2013)Near-infrared fluorescent proteins for multicolor in vivo imaging. Nat Methods 10:751-754)から、forward primer No . 19 and reverse primer no. 20 was used to amplify by PCR. The DNA fragment was inserted between the EcoRV and AvrII sites of pHL-gRNA[TRE]-mEF1α-mRFP-RiH and pHL-gRNA[EGFP]-mEF1α-mRFP-RiH to replace iRFP670 with mRFP.

[pTRE-Tight-hmAG1]
hmAG1を含むDNAフラグメントは、p5’RTM-hmAG1(deltapA)-ABHD12Bexon13(unpublished)から、forward primer No.21及びreverse primer No.22を用いて、PCRにより増幅した。DNAフラグメントは、pTRE-Tight(Clontech)のEcoRIサイトとEcoRVサイトの間に挿入し、pTRE-Tight-hmAG1を生成した。
[pTRE-Tight-hmAG1]
A DNA fragment containing hmAG1 was obtained from p5'RTM-hmAG1(deltapA)-ABHD12Bexon13 (unpublished) using forward primer No. 21 and reverse primer no. 22 and amplified by PCR. The DNA fragment was inserted between the EcoRI and EcoRV sites of pTRE-Tight (Clontech) to generate pTRE-Tight-hmAG1.

[PB-TRE_hmAG1]
TRE-AG1含むDNAフラグメントは、pTRE-Tight-hmAG1から、forward primer No.23及びreverse primer No.24を用いて、PCRにより増幅した。PB-TRE-IRES-AG(Nakanishi H, et al.(2017) Monitoring and visualizing microRNA dynamics during live cell differentiation using microRNA-responsive non-viral reporter vectors. Biomaterials 128:121-135.)は、forward primer No.25及びreverse primer No.26を用いて、インバースPCRにより線状化した。得られたDNAフラグメントおよび線状化したベクターは、In-Fusion(登録商標) HD Cloning Kitを用いて、製造者(Clontech)のプロトコルに従って融合した。
[PB-TRE_hmAG1]
A DNA fragment containing TRE-AG1 was obtained from pTRE-Tight-hmAG1 with forward primer No. 23 and reverse primer no. 24 and amplified by PCR. PB-TRE-IRES-AG(Nakanishi H, et al.(2017) Monitoring and visualizing microRNA dynamics during live cell differentiation using microRNA-responsive non-viral reporter vectors. Biomaterials 128:121-135.)は、forward primer No. 25 and reverse primer no. 26 was used to linearize by inverse PCR. The resulting DNA fragment and linearized vector were fused using the In-Fusion® HD Cloning Kit according to the manufacturer's (Clontech) protocol.

[インヴィトロトランスフェクション(IVT)のためのDNAテンプレート]
miRNA標的部位を持たない5’-UTR(コントロール5’-UTR)及び3’-UTRは、合成オリゴDNAをハイブリダイズすることにより伸長した。Cas9蛋白質及びAcrllA4蛋白質コード領域は、それぞれ、pHL-EF1α-SphcCas9-iP-A(Addgene, plasmid #60599)及びpHL-EF1α-AcrllA4-iP-Aから、適切なプライマーを用いてPCRにより増幅した。AcrllA4_E70R蛋白質コード領域は、pHL-EF1α-AcrllA4_E70R-iP-Aから増幅した。プラスミドDNAは、DpnIにより除去した。5’-UTR、蛋白質コード領域、及び3’-UTRを融合して、IVTのためのCas9 mRNA及びAcrllA4 mRNAのテンプレートをさらなるPCR反応により構築した。sgRNAテンプレートは、Hirosawa M, et al.(非特許文献2)に記載の方法により構築した。全てのPCR反応は、KOD-Plus-Neo(TOYOBO)を用いて実施し、全てのPCR産物は、Min Elute PCR purification kit(QIAGEN)を用いて精製した。PCR反応のためのプライマーとテンプレートの組み合わせは、以下の表2、3に示す。
[DNA template for in vitro transfection (IVT)]
5'-UTRs without miRNA target sites (control 5'-UTR) and 3'-UTRs were extended by hybridizing synthetic oligo DNA. Cas9 protein and AcrllA4 protein coding regions were amplified by PCR from pHL-EF1α-SphcCas9-iP-A (Addgene, plasmid #60599) and pHL-EF1α-AcrllA4-iP-A, respectively, using appropriate primers. The AcrllA4_E70R protein coding region was amplified from pHL-EF1α-AcrllA4_E70R-iP-A. Plasmid DNA was removed by DpnI. The 5′-UTR, protein-coding region, and 3′-UTR were fused to construct Cas9 and AcrllA4 mRNA templates for IVT by further PCR reactions. sgRNA templates are described in Hirosawa M, et al. It was constructed by the method described in (Non-Patent Document 2). All PCR reactions were performed using KOD-Plus-Neo (TOYOBO) and all PCR products were purified using Min Elute PCR purification kit (QIAGEN). Primer and template combinations for PCR reactions are shown in Tables 2 and 3 below.

Figure 2022112522000003
Figure 2022112522000003
Figure 2022112522000004
Figure 2022112522000004

Figure 2022112522000005
Figure 2022112522000005

[Cas9-mRNA、AcrllA4-mRNA及びsgRNAの合成及び精製]
全てのmRNAは、MEGAscript(商標)T7 Transcription Kit(Ambion)を用いて生成した。長いRNAにより引き起こされるインターフェロン応答を減少するために、天然のウリジン三リン酸及びシチジン三リン酸に代えて、それぞれ、pseudouridine-5’-triphosphate及び5-methylcytidine-5’-triphosphate(TriLink Bio Technologies)を用いた。グアノシン5’三リン酸は、IVT反応の前に、Anti-Reverse Cap Analog(TriLink Bio Technologies)で5倍希釈した。sgRNAは、MEGAshortscript(商標)T7 Transcription Kit(Ambion)を用いて構築した。sgRNAの調整には天然の塩基、例えば、rNTP等を使用した。DNAテンプレートを除去するために、サンプルをTURBO DNase(Ambion)を用いて、37℃で30分処理した。次いで、FavorPrep Blood/Cultured Cells total RNA extraction column(Favorgen Biotech)を用いて生成し、Antarctic Phosphatase(New England Biolabs)で37℃で30分インキュベートし、RNeasy MinElute Cleanup Kit(QIAGEN)を用いて再び精製した。sgRNAは、さらに精製するために電気泳動し、8.3Mのウレアを含む10%ポリアクリルアミドゲルから抽出し、エタノール沈殿した。
[Synthesis and purification of Cas9-mRNA, AcrllA4-mRNA and sgRNA]
All mRNAs were generated using the MEGAscript™ T7 Transcription Kit (Ambion). pseudouridine-5′-triphosphate and 5-methylcytidine-5′-triphosphate (TriLink Bio Technologies) instead of native uridine triphosphate and cytidine triphosphate, respectively, to reduce the interferon response induced by long RNAs was used. Guanosine 5′-triphosphate was diluted 5-fold with Anti-Reverse Cap Analog (TriLink Bio Technologies) prior to the IVT reaction. sgRNAs were constructed using the MEGAshortscript™ T7 Transcription Kit (Ambion). Natural bases such as rNTPs were used to prepare the sgRNA. To remove the DNA template, samples were treated with TURBO DNase (Ambion) for 30 minutes at 37°C. FavorPrep Blood/Cultured Cells total RNA extraction columns (Favorgen Biotech) were then generated, incubated with Antarctic Phosphatase (New England Biolabs) for 30 minutes at 37°C, and purified again using RNeasy MinElute ELISA. . The sgRNA was electrophoresed for further purification, extracted from a 10% polyacrylamide gel containing 8.3 M urea, and ethanol precipitated.

[mRNA及びsgRNAの配列]
使用したmRNA及びsgRNAの配列の配列は以下表4のとおりである。表4中、オープンリーディングフレームはボールド体で表し、開始コドン及び終始コドンは四角で囲った。mRNA上のmiRNA標的配列並びにsgRNA上の標的遺伝子に認識される配列は、下線を付した。
[Sequences of mRNA and sgRNA]
The sequences of the mRNA and sgRNA sequences used are shown in Table 4 below. In Table 4, open reading frames are shown in bold and start and stop codons are boxed. The miRNA target sequences on mRNA as well as the sequences recognized by target genes on sgRNA are underlined.

Figure 2022112522000006
Figure 2022112522000006
Figure 2022112522000007
Figure 2022112522000007
Figure 2022112522000008
Figure 2022112522000008

[HeLa-TREhmAG1細胞株の生成]
HeLa CCL2 細胞(ATCC)は、24ウェルプレートに播種した(2.5x10 cells/well)。250ngの PB-TRE_hmAG1(配列番号56)及び250ngのpCAG-PBaseは、Lipofectamine(商標)3000トランスフェクション試薬を用い、製造者(ThermoFisher)のプロトコルに従って、細胞にコトランスフェクションした。細胞は6ウェルプレートで継代し、培養し、ピューロマイシン(Invivogen)により選択した。
Generation of HeLa-TRE hmAG1 cell line.
HeLa CCL2 cells (ATCC) were seeded in 24-well plates (2.5×10 4 cells/well). 250 ng of PB-TRE_hmAG1 (SEQ ID NO: 56) and 250 ng of pCAG-PBase were co-transfected into cells using Lipofectamine™ 3000 transfection reagent according to the manufacturer's (ThermoFisher) protocol. Cells were passaged in 6-well plates, cultured and selected with puromycin (Invivogen).

[細胞培養]
HeLa-EGFP細胞は、10% FBS(JBS)を添加したDMEM High glucose(nakalai tesque)で培養した。HeLa-TREhmAG1細胞は、10% FBS(JBS)、0.1mM MEM-non-essential amino acids(Life technologies)、2mM L-glutamine(Life technologies),及び1mMのピルビン酸ナトリウムを添加したDMEM High glucose(nakalai tesque)で培養した。iPS_EGFP(AAVS1-CAG::GFP iPS cells,Woltjen Lab(CiRA, Kyoto University,Japan)はStemFit(Ajinomoto)培地を用いてラミニンコート{laminin-511 E8(iMatrix-511 silk,nippi)}したプレートで培養した。全ての細胞株は、37℃、5% COの条件下で培養した。
[Cell culture]
HeLa-EGFP cells were cultured in DMEM High glucose (nakalai tesque) supplemented with 10% FBS (JBS). HeLa-TREhmAG1 cells were added with 10% FBS (JBS), 0.1 mM MEM-non-essential amino acids (Life technologies), 2 mM L-glutamine (Life technologies), and 1 mM sodium pyruvate in DMEM High glucose ( nakalai tesque). iPS_EGFP (AAVS1-CAG :: GFP iPS cells, Woltjen Lab (CiRA, Kyoto University, Japan) was cultured on a laminin-coated {laminin-511 E8 (iMatrix-511 silk, nippi)} plate using StemFit (Ajinomoto) medium. All cell lines were cultured at 37° C., 5% CO 2 .

[Cas9活性アッセイ(EGFPノックアウトアッセイ)]
HeLa-EGFP細胞は、24ウェルプレートに播種した(5x10 cells/well)。Cas9 mRNA、sgRNA、AcrllA4 mRNA、ヒト miRNA-21-5p inhibitor/ネガティブコントロール(ThermoFisher, optional)、及びヒトmiRNA-302a-5p mimic/ネガティブコントロール(ThermoFisher,optional)は、Lipofectamine(商標) MessengerMAX(商標)トランスフェクション試薬を用い、 製造者(ThermoFisher)のプロトコルに従って、細胞にトランスフェクションした。フローサイトメトリー分析の前に細胞を、CCDカメラを備えたIX 81 microscope(Olympus)によりキャプチャーした。トランスフェクションの72時間後に、細胞をPBSで洗浄し、100μL、0.25%のトリプシンEDTAで、37℃、5% COの条件下にて5分間処理した。次いで、100μLの培地を添加し、剥離した細胞を懸濁した。サンプルはAccuri(商標)C6(BD Bioscience)フローサイトメーターで、FL-1(530/30nm)フィルターを用いて分析した。ヒストグラム(HeLa-EGFP)またはドットプロット(iPS-EGFP)から、EGFP陰性及び陽性細胞集団をゲーティングした。EGFP陰性細胞集団は、Cas9によるEGF遺伝子ノックアウトが成功したものに対応し、EGFP陽性細胞集団は、Cas9によるEGF遺伝子ノックアウトが失敗したものに対応する。
[Cas9 activity assay (EGFP knockout assay)]
HeLa-EGFP cells were seeded in 24-well plates (5×10 4 cells/well). Cas9 mRNA, sgRNA, AcrllA4 mRNA, human miRNA-21-5p inhibitor/negative control (ThermoFisher, optional), and human miRNA-302a-5p mimic/negative control (ThermoFisher, optional) were obtained with Lipofectamine™ MessengerMAX (trademark) Cells were transfected using transfection reagent according to the manufacturer's (ThermoFisher) protocol. Cells were captured by an IX 81 microscope (Olympus) equipped with a CCD camera before flow cytometry analysis. Seventy-two hours after transfection, cells were washed with PBS and treated with 100 μL of 0.25% trypsin-EDTA for 5 minutes at 37° C., 5% CO 2 . Then, 100 μL of medium was added to suspend the detached cells. Samples were analyzed on an Accuri™ C6 (BD Bioscience) flow cytometer using FL-1 (530/30 nm) filters. EGFP-negative and positive cell populations were gated from histograms (HeLa-EGFP) or dot plots (iPS-EGFP). The EGFP-negative cell population corresponds to successful EGF gene knockout by Cas9, and the EGFP-positive cell population corresponds to unsuccessful EGF gene knockout by Cas9.

[dCas9-VPR活性化アッセイ(hmAG1活性化アッセイ)]
HeLa-TREhmAG1細胞は、24ウェルプレートに播種した(5x10 cells/well)。dCas9-VPR プラスミド、sgRNA プラスミド、AcrllA4プラスミド、ヒトmiR-21-5p inhibitor/ネガティブコントロール(optional)、及びヒトmiR-302a-5p mimic/ネガティブコントロール(optional)はLipofectamine(商標)3000 トランスフェクション試薬を用い、製造者(ThermoFisher)の指示に従って、細胞にトランスフェクションした。フローサイトメトリー分析の前に細胞をCytell Cell Imaging System(GE Healthcare Life Sciences)によりキャプチャーした。トランスフェクションの48時間後に、細胞をPBSで洗浄し、100μL、0.25%のトリプシンEDTAで、37℃、5% COの条件下にて5分間処理した。次いで、100μLの培地を添加し、剥離した細胞を懸濁した。サンプルはAccuri(商標)C6フローサイトメーターで、99% attenuationのFL-1(530/30nm)及びFL-4(675/25 nm)フィルターを用いて分析した。トランスフェクトされた細胞を決定するために、iRFP670陽性細胞集団をゲーティングした。次いで、hmAG1陽性及び陰性細胞集団をゲーティングした。hmAG1陽性細胞集団は、dCas9-VPRによるhmAG1遺伝子活性化が成功したものに対応し、hmAG1陰性細胞集団は、dCas9-VPRによるhmAG1遺伝子活性化が失敗したものに対応する。
[dCas9-VPR activation assay (hmAG1 activation assay)]
HeLa-TREhmAG1 cells were seeded in 24-well plates (5×10 4 cells/well). dCas9-VPR plasmid, sgRNA plasmid, AcrllA4 plasmid, human miR-21-5p inhibitor / negative control (optional), and human miR-302a-5p mimic / negative control (optional) using Lipofectamine (trademark) 3000 transfection reagent , cells were transfected according to the manufacturer's instructions (ThermoFisher). Cells were captured by Cytell Cell Imaging System (GE Healthcare Life Sciences) prior to flow cytometric analysis. Forty-eight hours after transfection, cells were washed with PBS and treated with 100 μL of 0.25% trypsin-EDTA for 5 minutes at 37° C., 5% CO 2 . Then, 100 μL of medium was added to suspend the detached cells. Samples were analyzed on an Accuri™ C6 flow cytometer using FL-1 (530/30 nm) and FL-4 (675/25 nm) filters at 99% attenuation. The iRFP670 positive cell population was gated to determine transfected cells. The hmAG1 positive and negative cell populations were then gated. The hmAG1 positive cell population corresponds to the successful hmAG1 gene activation by dCas9-VPR and the hmAG1 negative cell population corresponds to the failed hmAG1 gene activation by dCas9-VPR.

[統計分析]
統計分析には、Student’s t検定及びWelch’s t検定を用いた。有意性のレベルは、以下のように示した。*P<0.05、**P<0.01、***P<0.001。 Student’s t検定及びWelch’s t検定は、Excel(Microsoft)を用いて実施した。
[Statistical analysis]
Student's t-test and Welch's t-test were used for statistical analysis. Levels of significance were indicated as follows. *P<0.05, **P<0.01, ***P<0.001. Student's t-test and Welch's t-test were performed using Excel (Microsoft).

Claims (11)

標的遺伝子の編集を細胞特異的に制御する方法であって、
(a)標的遺伝子を編集する第1蛋白質をコードするmRNAと、
(b)前記第1蛋白質を不活性化する第2蛋白質をコードするmiRNA応答性mRNAと、
(c)前記標的遺伝子によって特異的に認識されるガイド配列を備えるsgRNAと
を、細胞に導入する工程を含み、前記miRNA応答性mRNAが下記:
(i)miRNAによって特異的に認識される核酸配列、および
(ii)前記第2蛋白質のコード領域に対応する核酸配列
を含み、
前記miRNAが、前記細胞において特異的に活性が高いmiRNAである、方法。
A method for cell-specific control of target gene editing, comprising:
(a) an mRNA encoding a first protein that edits a target gene;
(b) a miRNA-responsive mRNA encoding a second protein that inactivates the first protein;
(c) introducing into a cell an sgRNA comprising a guide sequence specifically recognized by said target gene, wherein said miRNA-responsive mRNA is:
(i) a nucleic acid sequence specifically recognized by a miRNA; and (ii) a nucleic acid sequence corresponding to the coding region of said second protein;
The method, wherein the miRNA is a miRNA that is specifically highly active in the cell.
前記第1蛋白質が、Cas9蛋白質またはその類似体であり、
前記第2蛋白質が、AcrllA4またはその類似体である、請求項1に記載の方法。
the first protein is a Cas9 protein or an analogue thereof;
2. The method of claim 1, wherein said second protein is AcrllA4 or an analogue thereof.
前記第1蛋白質が、dCas9-VPR蛋白質またはその類似体であり、
前記第2蛋白質が、AcrllA4またはその類似体である、請求項1に記載の方法。
the first protein is a dCas9-VPR protein or an analogue thereof;
2. The method of claim 1, wherein said second protein is AcrllA4 or an analogue thereof.
前記(a)、(b)及び/または(c)が、DNAベクターまたはウイルスベクターを使用することなく、合成RNA分子の形態で細胞に導入される、請求項1に記載の方法。 2. The method of claim 1, wherein (a), (b) and/or (c) are introduced into the cell in the form of synthetic RNA molecules without the use of DNA vectors or viral vectors. 前記(i)miRNAによって特異的に認識される核酸配列が、前記miRNA応答性mRNAの非翻訳領域に複数含まれる、請求項1~4のいずれか1項に記載の方法。 5. The method according to any one of claims 1 to 4, wherein (i) a plurality of nucleic acid sequences specifically recognized by miRNA are contained in the untranslated region of the miRNA-responsive mRNA. 前記第2蛋白質が、N末端側に核移行シグナルを融合したAcrllA4である、請求項2または3に記載の方法。 4. The method according to claim 2 or 3, wherein said second protein is AcrllA4 having a nuclear localization signal fused to its N-terminal side. 標的遺伝子の編集を細胞特異的に制御するキットであって、
(a)標的遺伝子を編集する第1蛋白質をコードするmRNAと、
(b)前記第1蛋白質を不活性化する第2蛋白質をコードするmiRNA応答性mRNAと、
(c)前記標的遺伝子によって特異的に認識されるガイド配列を備えるsgRNAと
を含み、当該miRNA応答性mRNAが下記:
(i)miRNAによって特異的に認識される核酸配列、および
(ii)前記第2蛋白質のコード領域に対応する核酸配列
を含み、
前記miRNAが、前記細胞において特異的に活性が高いmiRNAである、キット。
A kit for cell-specific control of target gene editing, comprising:
(a) an mRNA encoding a first protein that edits a target gene;
(b) a miRNA-responsive mRNA encoding a second protein that inactivates the first protein;
(c) an sgRNA comprising a guide sequence specifically recognized by said target gene, wherein said miRNA-responsive mRNA is:
(i) a nucleic acid sequence specifically recognized by a miRNA; and (ii) a nucleic acid sequence corresponding to the coding region of said second protein;
The kit, wherein the miRNA is a miRNA that is specifically highly active in the cell.
前記第1蛋白質が、Cas9蛋白質またはその類似体であり、
前記第2蛋白質が、AcrllA4またはその類似体である、請求項7に記載のキット。
the first protein is a Cas9 protein or an analogue thereof;
8. The kit of claim 7, wherein said second protein is AcrllA4 or an analogue thereof.
前記第1蛋白質が、dCas9-VPR蛋白質またはその類似体であり、
前記第2蛋白質が、AcrllA4またはその類似体である、請求項7に記載のキット。
the first protein is a dCas9-VPR protein or an analogue thereof;
8. The kit of claim 7, wherein said second protein is AcrllA4 or an analogue thereof.
前記(i)miRNAによって特異的に認識される核酸配列が、5’-UTRに複数含まれる、請求項7~9のいずれか1項に記載のキット。 The kit according to any one of claims 7 to 9, wherein the (i) nucleic acid sequence specifically recognized by miRNA is contained in the 5'-UTR. 前記第2蛋白質が、N末端側に核移行シグナルを融合したAcrllA4である、請求項8または9に記載のキット。 10. The kit according to claim 8 or 9, wherein said second protein is AcrllA4 having a nuclear localization signal fused to its N-terminus.
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