JP3736617B2 - 細胞型の決定方法 - Google Patents
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Description
開示される出願は、国立保健研究所によって与えられた認可(契約)番号1RO1DC02253号の下での政府の援助を得てなされた。政府はこれらの発明に権利を有する場合がある。
【0002】
(発明の分野)
本発明の分野は、細胞型のマーカーを決定することである。
【0003】
(背景)
細胞の同一性は、ゲノム中の50,000から100,000遺伝子の中から発現する、遺伝子の特定成分の直接的な徴候である。個々の細胞型は、通常は生物体内で特定の機能を行うために存在しているので、遺伝子発現を通して細胞型を決定する技術は、遺伝子の発現に機能的に定義された細胞型を割り当てることを可能とするばかりでなく、個々の細胞に機能的に関連する特性を与える遺伝子を容易に発見することも可能にする。この遺伝子配列への機能の割り当ては、ゲノム分野の主要な目標である。
【0004】
従って、識別可能な細胞型を遺伝子発現のパターンに基づいて決定する技術は、細胞の極めて有用で機能的に重要な定義を可能にする。このような技術の手法は、通常は異なる細胞型からの発現された細胞の対をなす比較(ディファレンシャルディスプレー又はサブトラクティブハイブリッド形成)を実施することを含む。このような手法の欠点は、複雑な組織中の多数の細胞型を決定するのに対をなす比較を用いることの非実用性である。さらに、そのような手法は通常、殆どの組織の殆どの細胞型について存在しない状況である、細胞を純粋な集団として単離する能力に依存している。また、事前にそれらが存在することを知ること無しに細胞型を決定することを可能にする技術も必要である。例えば、ヒトの脳において、ニューロンは、形態、位置、結合性、及び少数のマーカー遺伝子の発現といったパラメータによって組織学的に決定されている。しかしながら、我々は、どれほど多くの本質的に異なる細胞型が脳内に存在するのか、これらの細胞型の殆どが如何なる機能で相違するのか、及びこれらの相違が特定の遺伝子の発現においてどのように現れるかを知らない。この重要な問題の解決には、新たな技術の開発が必要である。我々は、そのような技術をここに記載する。
【0005】
(関連文献)
Sippel (1973) Eur. J. Biochem. 37, 31-40は、大腸菌からのATP:RNAアデニルトランスフェラーゼの特徴付けを開示し、Wittmann等 (1997) Biochim. Biophys. Acta 1350, 293-305は哺乳動物ポリ(A)ポリメラーゼの特徴付けを開示している。Ghthing等 (1980) Nature 287, 301-306は、全インフルエンザウイルスRNAの’3末端のポリアデニル化へのATP:RNAアデニルトランスフェラーゼの使用を開示している。Eberwine等 (1996) 米国特許第5,514,545号は、RNA増幅に基づく単一細胞の特徴付け方法を記載している。Eberwine等 (1992) Proc. Natl. Acad. Sci. USA 89, 3010-3014は、単一生ニューロンにおける遺伝子発現の分析を記載している。Gubler U 及び Hoffman BJ. (1983) Gene (2-3), 263-9は、cDNAライブラリの作成方法を記載しており、より最近の概説は、Gubler (1987) Methods in Enzymology, 152, 325-329及びGulber (1987) Methods in Enzymology, 152, 330-335 を参照のこと。Clontech (Palo Alto, CA)は、逆転写酵素によりキャップされた新生cDNAに対する「GGG」プライマーを用いる「キャップファインダー」クローニングキットを製造しており、Clontechniques, 11, 2-3 (Oct 1996)、Maleszka等 (1997) Gene 202, 39-43も参照のこと。
【0006】
(発明の概要)
本発明は、細胞型を決定するための方法及び組成物を提供する。一般的な方法は、(a)細胞の不均一集団の単一細胞のmRNAを増幅し;(b)包括的発現ライブラリを増幅したmRNAでプローブして細胞の総発現プロフィールを決定し;そして(c)細胞の総発現プロフィールを1つ又はそれ以上の他の細胞の総発現プロフィールと比較して細胞の独特な発現プロフィールを決定する工程を含み、前記細胞の独特な発現プロフィールが細胞型を決定するマーカーを提供する。特定の実施態様では、工程(c)が、細胞の総発現プロフィールを、(i)細胞の独特な発現プロフィールを決定するために複数の他の細胞の総発現プロフィールと;(ii)細胞の独特な発現プロフィールを決定するために複数の他の細胞の各単一細胞の総発現プロフィールと;及び/又は(iii)細胞の独特な発現プロフィールを決定するために、複数の他の単一細胞が機能的又は構造的に異なる細胞亜集団から誘導される、複数の他の細胞の各単一細胞の総発現プロフィールと比較することを含む。従って、本発明は、(a)生物体の細胞の不均一亜集団を決定し;(b)細胞の亜集団のmRNAから包括的ライブラリを作成し;(c)集団の単一細胞のmRNAを増幅し;そして(d)ライブラリを増幅したmRNAでプローブして細胞の遺伝子発現を決定する工程を含み、細胞の遺伝子発現が細胞型を決定するマーカーを提供する。
【0007】
細胞の亜集団は、共通の特徴を占める細胞の識別可能な基を含む。例えば、亜集団が組織特異的な細胞、例えば海馬ニューロン、共通マーカーを表現する細胞、例えばCD8+細胞等を含む。一実施態様では、特にエピトープ又はシグナル生成タンパク質などの共通の選択可能なマーカーを持つ各細胞をコードし提供する遺伝子作成物に突然変異が挿入された場合、マーカーは共通突然変異から誘導される。好ましい実施態様では、挿入された作成物は、各細胞に内部リボソームエントリー配列をさらにコードし提供し、作成物は標的遺伝子の最後のエクソンの停止コドンの下流側だがポリアデニル化シグナルの上流側で標的遺伝子に挿入され、内部リボソームエントリー配列は標的遺伝子の転写物内に第2の読み取り枠を提供する。標的亜集団の選択及び/又は分離は、任意の従来法によって行ってよい。例えば、マーカーが外部から接近可能である場合には、細胞表面関連タンパク質又は他のエピトープ含有分子、免疫吸着技術又は蛍光活性化細胞選別と結合した蛍光免疫標識が便利に適用される。
【0008】
プローブしたライブラリは、典型的にはcDNAライブラリであり、好ましくは規格化又は減算される。特別な実施態様では、ライブラリは、固定化された核酸の高密度の規則的配列(array)を含む。
【0009】
mRNAは、単一細胞に適用可能な任意の技術により増幅される。特別な実施態様では、増幅は、5’末端に知られた配列を持つ第1のRNAの3’末端に知られた核酸配列を付加して第2のRNAを形成し、当該第2のRNAを逆転写してcDNAを形成する比例方法である。
【0010】
最後に、ライブラリを増幅されたmRNAでプローブして対象とする細胞の遺伝子発現を決定し、独特な遺伝子発現又は遺伝子発現パターンが細胞型を決定するためのマーカーを提供する。
【0011】
(本発明の好ましい実施態様の詳細な説明)
以下の好ましい実施態様及び実施例は、例示のために提供され、何ら限定するものではない。
【0012】
我々は、異なる細胞で発現された遺伝子を測定することにより、対象とする不均一集団中で識別可能な細胞型を決定し、究極的には単離するための技術を提供する。まず、一般的には細胞のサブセットとして組織中に存在し、細胞の特定の群の機能に重要な遺伝子の共通発現によって定義される不均一細胞集団が決定される。一実施態様では、これは、
トランスジェニック細胞において緑色蛍光タンパク質(GFP)を発現するこれらの遺伝子の内在性プロモータ、及びフローサイトメトリーで単離された細胞の標的化集団を用いて達成される。場合によっては規格化及び/又は減算されたcDNAライブラリは、次いで、これらの細胞から作成され配列される。ハイブリッド形成プローブは、細胞の不均一プールからの個々の細胞のmRNAを増幅することによって作成され、配列したcDNAクローンの別々にハイブリッド形成する。配列したcDNAクローンへのハイブリッド形成における相違の分析を通して、細胞の不均一集団内の特定細胞型に制限した同時発現された転写物の群を同定し、これらの細胞型の決定に使用した。
【0013】
この技術には、未だマーカーが存在しない個々の細胞集団の単離、例えば別々の細胞集団を標的とする薬物の設計等の多くの用途がある。また、新規な細胞型を決定及び単離する能力は、新規な栄養性分子の発見及び特徴付けを促進する。さらに、この技術は、特殊化した機能の遺伝子配列への割り当てを可能にし、例えば、個々の細胞型の操作を許容する抗体及びトランスジェニック動物を作成することを可能にする。
【0014】
本発明は、細胞不均一性の程度が知られていない、又は形態学的に決定された細胞型が記載されているが分子マーカーを欠いている場合の任意の組織に適用することができる。重要なのは、異なる細胞に対するこれらの新たなマーカーが、用途を広げることができることであり、例えば、このようなマーカーは、マーカー遺伝子にコードされる細胞表面抗原に対する抗体を通して、又は標識細胞がそのような遺伝子を発現するトランスジェニック手法を通して、個々の細胞型を単離することを可能にする。
異なる細胞型を複雑な組織から純粋な形で単離するこの能力は、細胞型特異的な栄養性分子の決定を含む用途を広げることができる。また、細胞の関連する群を含む個々の細胞型を単離することが可能にすることは、試験している治療薬の正確な標的を提供し、標的細胞型に対する望ましい効果を持つ化合物の製造を促進するとともに非標的に対する作用を通した副作用を最小にすることができる。例えば、セロトニン作動性ニューロンのサブセットの異常な機能化は種々の気分障害に関係している。しかしながら、これらの障害の治療に現在用いられている薬物は全てのセロトニン作動性ニューロンに作用し、しばしば望ましくない副作用をもたらしている。本発明は、特定の疾患に含まれるこれらのニューロンの特定のサブセットを決定する手段を提供し、その細胞サブセットに特異的な治療薬の開発のためにより良い標的を与える。
【0015】
従って、この技術の1つの目的は、不均一な集団中の識別可能な細胞型を、区別を付けて発現される遺伝子の決定を通して線引きし決定することである。一般的な表現では、これらの方法は以下を含む:
(1)細胞の不均一集団の単一細胞のmRNAを、好ましくは下記の増幅技術を用いて増幅し、
(2)包括的発現ライブラリを増幅したmRNAでプローブして細胞の総発現プロフィールを決定し;そして
(3)細胞の総発現プロフィールを、1つ又はそれ以上の他の細胞の総発現プロフィールと比較して当該細胞の独特な発現プロフィールを決定し、当該細胞の独特な発現プロフィールがその細胞を特定するマーカを提供する。言い換えれば、例えば、特定の細胞型についての「発現指紋(fingerprint)」を決定する転写された遺伝子セットを決定するための、配列された集団cDNAライブラリを増幅したmRNA集団でプローブすることによる細胞型の決定である。
【0016】
単一細胞のmRNA集団の増幅。単一細胞のmRNA集団を増幅するための好ましい方法は、比較的短い、mRNA分子の3’伸展の対数的PCRベースの増幅に基づくブラディ及びイスコヴ(Brady and Iscove)の方法(Brady等, 1990, Methods Mol & Cell Biol 2, 17-25)、及び比例RNA-ポリメラーゼベースの増幅、例えばエバウィン(Eberwine)プロトコール(Eberwine等 (1992) Proc.Natl. Acad. Sci. USA 89, 3010-3014)を含む。しかしながら、殆どの増幅について、我々は以下に記載する比例RNA-ポリメラーゼベースの増幅法を好んで用いた。比例増幅は、対数増幅より増幅中に導入される偏向が少なく、低い発生量の転写物で現れる区別を付けて発現された遺伝子を見つける確実性を向上させ、元のmRNA集団の全手順を用いた増幅が1,000,000倍のオーダーとなる。
【0017】
包括的発現ライブラリの探索。プローブされたライブラリは一般に、生物体又はその細胞亜集団、好ましくはその細胞の機能的又は構造的に識別可能な亜集団、例えば与えられた組織の細胞、1つ又はそれ以上の共通遺伝子を発現する細胞などによって発現された全ての遺伝子を表す。共通遺伝子の発現による亜集団の決定は、相同的組換え及びマーカー遺伝子の使用により促進される。特に、内在性プロモータからの発現を遺伝子産物の内因性レベルを低下させることなく駆動するために、我々は図1に示すカセットを対象とする遺伝子に相同的組換えを用いて挿入した。脳心筋炎ウイルスから誘導された内部リボソームエントリー配列(IRES)は、単一のmRNA分子内の第2の読み取り枠において翻訳を開始する。IRES-GFPカセットは、標準的な技術を用いて、対象とする遺伝子の最後のエクソンにおいて停止コドンの下流側であるがポリアデニル化シグナルの上流側に導入した。ES細胞クローンの作成及びスクリーニング、及びこれらのクローンからのトランスジェニック動物の作成は、標準的な技術を用いて実施した。プロモータ駆動ネオ発現の存在からの混乱を防止するために、CreリコンビナーゼをコードするプラスミドでのES細胞の一過性発現を通して、我々はlox-部位区切りネオ発現断片を排除した。GFPが対象とする遺伝子を発現する細胞に制限されることを確認するために免疫組織化学を用い、GFP+細胞を単離するためにフローサイトメトリー選別を用いた。多くの用途において、我々は、フローサイトメータのレーザの出力と合致する488nmに最大励起を持つ修飾GFP、EGFPを用いた。
【0018】
包括的発現ライブラリは、好ましくは規格化され高密度配列で表現される。例えば、我々は純粋なGFP+細胞からmRNAを単離し、標準的な手法を用いてプラスミドcDNAライブラリを作成した。典型的な体細胞におけるmRNA種の約1/10(15,000〜20,000のうちの1000〜2000)が存在するmRNAの50〜65%を構成するので、我々は再会合速度論ベースの方法、例えば、Soares MB (1997) Curr Opin Biotechnol 8(5): 542-546及びその引用文献を用いてcDNAライブラリを規格化した。常に必要ではないが、我々は、ライブラリの規格化が、識別可能に発現された多数の遺伝子を発見する頻度を増加させ(細胞型及び細胞型特異的遺伝子の両方を決定するための我々の指紋の利用性を向上させ)、必要なスクリーニング量を最小にすることを見出した。この規格化方法は、cDNAの規格化にうまく利用され、多数の全てのcDNAが大きさの順序になるとともに、最も長いcDNAの表示は保持する。さらに、交差ハイブリッド形成で分枝した配列は一般にこの手法での規格化を免れる。ライブラリをプローブすることにより、細胞によって発現され包括的ライブラリに存在する全ての遺伝子を表現する細胞の総発現プロフィールが提供される。
【0019】
総発現プロフィールの比較(細胞型の決定及び細胞型特異的遺伝子発現)。我々は、これらの単一細胞から増幅されたmRNA集団を配列された包括的発現ライブラリをスクリーニングするプローブに用いた。配列したライブラリは、「DNAスペクトログラフ」として作用する。全ての配列した核酸は潜在的な標的であるが、個々の細胞で発現されたもののみをハイブリッド形成後に陽性として記録する。ハイブリッド形成メッセージのパターンは、細胞型を決定する「発現指紋」を提供するが、ハイブリッド形成する正確なcDNAはその細胞型に対するマーカー遺伝子である。ライブラリをハイブリッド形成機能によってスクリーニングできるようにするライブラリの任意の配列が用いられる。典型的には、このような配列はロボッティックピッキング及び微小配列技術、例えばHeller R.,等, (1997) Proc Natl Acad Sci USA, 94, 2150-2155を用いたナイロン又はガラス基体材料上のスポッティングを含む。
【0020】
捕捉後、個々の単一細胞プローブにより生成されたハイブリッド形成シグナルは、手動又は好ましくは自動化技術、例えば、Wodicka L,等 (1997) Nat Biotechnol 15(13): 1359-1367; Zweiger G, (1997) Curr Opin Biotechnol 8(6): 684-687及びそれらの引用文献を用いて分析される。この比較又は分析工程は、しばしば、細胞の総発現プロフィールの(i)細胞の独特な発現プロフィールを決定するために複数の他の細胞;(ii)細胞の独特な発現プロフィールを決定するために複数の他の単一細胞;及び/又は(iii)細胞の独特な発現プロフィールを決定するために複数の他の単一細胞の各々の複数の総発現プロフィールの総発現プロフィールと比較することを含み、複数の他の単一細胞は、機能的又は構造的に相違する細胞の亜集団から誘導される。例えば、1つの分析は、個々の遺伝子が個々の細胞でともに発現される頻度の測定からなる。図2は、個々の単一細胞プローブで9回スクリーニングされた1−100−成分配列についての結果の模式図を示す。ハイブリッド形成パターン(最上パネル)の分析後に、我々は発現された遺伝子の数種の異なるクラスを見出した(最下パネル)。幾つかの遺伝子はノイズの結果としてランダムに発現されるが、遺伝子発現に対する活性依存的効果により幾つかの変化が検出でき、そして幾つかの遺伝子は細胞中に高頻度で発現されるが、我々は幾つかの場合に繰り返しともに発現されるがその他ではされない遺伝子の中心群を決定した。これらの遺伝子の組は、個々の細胞型を決定する。また我々の分析は、幾つかの場合にのみ高度に関連した遺伝子セットと発現される他の遺伝子も生じた。これらの群は、機能的サブタイプを決定し;例えば、これらの遺伝子は、他の同一細胞型に位置的同一性を与えるパターニング遺伝子であり得る。細胞型を決定するcDNAは部分的に配列分析され、GenBank及びMouseEST Projectデータベースに対してマッチングさせた。新規なcDNAは、更なる分析のために全て配列分析した。選択したcDNAから誘導したプローブでのインサイツハイブリッド形成は、生物体の組織内の単一細胞型での関連する遺伝子発現の確認に用いた。
【0021】
増幅方法。好ましい増幅方法は、一般に、5’末端に知られた配列を持つ第1のRNAの3’末端に知られたヌクレオチド配列を付加して第2のRNAを形成し、当該第2のRNAを逆転写してcDNAを形成する工程を含む。第1のRNAの5’末端における知られた配列は、プライマーに標的を提供するのに十分である他に大きくは出発物質の性質で定義される。例えば、出発物質がmRNAである場合、5’末端の知られた配列はポリ(A)配列及び/又は(b)mRNAの内部mRNA配列を含み得る。あるいは、出発物質が増幅されたRNA、又はaRNAである場合、知られた配列はポリ(T)配列又は知られたmRNA内部配列の補体を含み得る。知られた5’配列は、有利には、プライマー標的部位、RNAポリメラーゼ部位などの付加的配列を含んでよい。例えば、ポリ(T)配列などのプライマー標的部位及びRNAポリメラーゼプロモーター配列の両方が存在すると、下流側増幅又は転写の機会を増加させる。
【0022】
付加工程は、任意の従来方法によって行ってよい。例えば、ポリアデニルトランスフェラーゼ又はポリ(A)ポリメラーゼは、選択されたヌクレオチドを3’末端に付加するのに用いられる。ポリ(A)ポリメラーゼは、広範な原核生物及び真核生物供給源から誘導され、商業的に入手可能で良く特徴付けされている。他の例では、1又はそれ以上の選択されたオリゴヌクレオチドを付加するのにリガーゼが用いられる。これらの酵素は同様に、種々の供給源から容易かつ広く入手可能であり、良く特徴付けされている。
【0023】
付加される知られた3’配列は同様に、プライマーに標的を提供するのに十分である他に付加された知られた配列の性質は付加方法によってのみ制限される便宜的事項である。例えば、リガーゼ媒介オリゴヌクレオチド付加を用いると、プライマーの標的として用いられ得る本質的に任意の知られた配列が3’末端に付加される。ポリアデニルトランスフェラーゼ媒介付加では、一般にポリ(N)配列の付加がより便利であり、ポリ(A)配列を添加するときは最適な効果を示す多くのそのようなトランスフェラーゼである。ポリアデニルトランスフェラーゼ媒介付加については、付加される配列は一般に5から50ヌクレオチドの範囲、好ましくは6から25ヌクレオチドの範囲、より好ましくは7から15ヌクレオチドの範囲である。
【0024】
逆転写工程は、一般的には3’末端配列にハイブリッド形成するのに十分な相補性を持つプライマーを付加することにより形成された、第2のRNA種(3’配列を付加した第1の種)の3’末端又はその近傍の非共有結合複製領域で開始される。従って、3’末端はポリ(A)配列を含み、逆転写工程は好ましくはポリ(A)配列にハイブリッド形成したポリ(T)配列を含む複製領域で開始される。多くの応用では、プライマーは付加的機能配列、例えばT7又はT3RNAポリメラーゼプロモーターなどの1又はそれ以上のRNAポリメラーゼプロモーター配列、1又はそれ以上のプライマー配列などを含む。
【0025】
好ましい実施態様では、RNAポリメラーゼプロモーター配列はT7RNAポリメラーゼプロモーター配列であり、少なくとも野生型T7RNAポリメラーゼプロモーター配列のヌクレオチド−17から+6を含み、上流フランキング配列、特に上流T7RNAポリメラーゼプロモーターフランキング配列の好ましくは少なくとも20、好ましくは少なくとも30ヌクレオチドに結合している。付加的下流フランキング配列、特に下流T7RNAポリメラーゼプロモーターフランキング配列、例えばヌクレオチド+7から+10も有利に用いられる。例えば、特別な一実施態様では、プロモーターは、クラスIIIT7RNAポリメラーゼプロモーター配列のヌクレオチド−50から+10を含む。表Iは、例示的プロモーター配列及びそれらの主題の方法における相対的転写効率を与える(列挙したプロモーター配列は、23ヌクレオチドの天然クラスIIIT7プロモーター上流フランキング配列に結合している)。
【0026】
【0027】
転写されたcDNAは、当初は一本鎖であり、第2のRNAから広範な確立された方法によって単離される。例えば、これらの方法は、RNAをRNaseHなどのヌクレアーゼ、熱又はアルカリなどの変性剤、及び/又は電気泳動による鎖の分離で処理することを含む。第2の鎖cDNA合成は多くの良く確立された技術によって行ってよく、それらは、3’-末端ヘアピンループプライミング又は、例えば、第1のcDNA鎖の3’末端に相補的な外来プライマーの付加によって、又はホフマン-ガブラー(Hoffman-Gubler)プロトコールに従って形成された非共有結合複製領域で重合が開始される方法を含む。この後者の実施態様では、cDNA単離及び二本鎖cDNAの変換工程は、例えば、1回のインキュベーション工程においてRNAをRNaseHに接触させ、一本鎖cDNAをDNAポリメラーゼに接触させて同時に実施してもよい。いずれにしても、これらの方法は、非常に小さな、例えば単一細胞の出発物質からcDNAライブラリを作成するのに用いることができる。
【0028】
特別な実施態様では、この方法はさらに、一本又は二本鎖cDNAを繰り返し転写して複数の第3のRNAを作成する、事実上第1のRNA種を増幅する工程を含む。好ましい転写条件は、クラスIIIT7プロモーター配列(配列番号:1)及びT7RNAポリメラーゼを以下の反応条件下で用いる:40mMのトリスpH7.9、6mMのMgCl2、2mMのスペルミジン、10mMのDTT、2mMのNTP(Pharmacia)、40単位のRNAsin(Promega)、300−1000単位のT7RNAポリメラーゼ(6.16Prep)。酵素は、20mMのHEPESpH7.5、100mMのNaCl、1mMのEDTA、1mMのDTT及び50%のグリセロール中に、2.5mg/mLのタンパク質濃度及び300−350単位/μLの活性で貯蔵する。例示すると、このポリメラーゼの1−3μLが50μL反応に用いられた。テンプレートの出発濃度は、ピコグラム量(単一細胞レベル)から1μg又はそれ以上までの直線状プラスミドDNAで変えられる。最終的なNaCl濃度は、好ましくは6mMを超えない。
【0029】
より特別な実施態様では、第1のRNAはRNA、特にmRNAの増幅によって作成されたもの自体である。例えば、第1のRNAは、RNAポリメラーゼプロモーター配列に結合したポリ(T)オリゴヌクリオチドをmRNAのポリ(A)尾部にハイブリッド形成し、mRNAを逆転写して一本鎖cDNAを作成し、一本鎖cDNAを二本鎖cDNAに変換し、そして二本鎖cDNAを転写して第1のRNAを作成することによるmRNAの増幅により作成される。図3は、本発明のこの一連のmRNA増幅例の図であり、以下の各工程を明示している。
【0030】
(a)5’-T7-RNAポリメラーゼプロモーター-オリゴ(dT)24-3’からなるオリゴヌクレオチドプライマーを、成熟mRNAの3’末端に存在するポリ(A)トラクトにアニーリングし、逆転写酵素を用いて第1のcDNA鎖を合成してRNA-DNAハイブリッドを生成する(RNAは白抜き枠で、DNAは黒塗り枠で表す);、
(b)ハイブリッドをRNaseH、DNAポリメラーゼ、及びDNAリガーゼで処理して一本鎖cDNAを二本鎖cDNAに変換する;
(c)このcDNAから大量の増幅されたRNA(aRNA)を合成するのにT7RNAポリメラーゼを用いる。Eberwine等, PNAS 89: 3010-3014, 1992 によって利用された変性プロモーター配列に比較したときの改変されたT7ポリメラーゼプロモーター配列の我々のプライマーへの取り込みがaRNAの収量を格段に増大させる;
(d)aRNAにポリ(A)ポリメラーゼを用いてポリ(A)を付随させる。この改変が、次の工程で元のプロトコールに比較して極めて長い第1のcDNA鎖を生成する;
(e)aRNAの変性及び除去の後、T7-RNAポリメラーゼプロモーター-オリゴ(dT)プライマーをこの新たに合成したポリ(A)配列にアニーリングし、第1のcDNA鎖を合成するのに逆転写酵素を用いる。第2のcDNA鎖及びポリメラーゼプロモーターの相補的鎖を(b)のように合成する;そして、
(f)次いでT7RNAポリメラーゼを用いてこのcDNAテンプレートからaRNAを生成する。
【0031】
他の実施態様は、或る合成工程の間に付加配列の取り込みを含む。これらの配列は、例えば、増幅したRNAPCR増幅、第2のcDNA鎖全体の合成無しの直接第2ラウンド増幅などを可能にする。この実施態様は図4に図示する。
(a)これは、第1のcDNA鎖合成のためのプライマーもポリ(T)とT7配列との間に異なるRNAポリメラーゼ(SP6で示す;T3RNAポリメラーゼ部位も可能である)に対するプライマー部位を含む以外は図3の工程(a)と同じである;
(b)これは、図3の工程の(b)である;
(c)これは、aRNAがその5’末端にRNAポリメラーゼ部位を有する以外は図3の工程(c)と同じである;
(d)これは、図3の工程(d)と同じである;
(e)これは、第1のcDNA鎖合成のプライミングのために用いるオリゴヌクレオチドも、その5’末端にポリメラーゼ連鎖反応(PCR)の間プライミング部位として用いるのに好適な付加配列を有している以外は図3の工程(e)と同じである。また、SP6又はT3RNAポリメラーゼ部位も第1のcDNA鎖にコピーされることに注意されたい。この第1のcDNA鎖が、その5’及び3’末端の両方に独特な配列を有するので、それは、全ての配列の全増幅のためのPCR反応において、aRNA合成の他のラウンドを実施するための代替物として直接使用できる。
(f)第1のcDNA鎖は、SP6又は好ましくはT3RNAポリメラーゼ部位の相補的部分を取り込むオリゴヌクレオチドをアニーリングすることによりaRNA合成のために直接使用できる。あるいは、第1のcDNA鎖は、第2の鎖合成を通して二本鎖cDNAに変換でき、次いでaRNA合成が続く。
【0032】
この明細書中で引用した全ての出版物及び特許出願は、個々の出版物及び特許出願が特別にかつ独立して参考として取り入れられることが明示されているように、ここに出典明示して取り入れる。上記の発明は、理解を明確にするために、例示及び実施例によって幾分詳細に記述したが、当業者には、本発明の教示に照らして、添付する特許請求の範囲の精神又は範囲から逸脱することなく、それらにある種の変更及び修正がなし得ることが容易に明らかになるであろう。
【0033】
【配列表】
【図面の簡単な説明】
【図1】 内部リボソームエントリー配列(IRES)を含むカセットを示す図である。
【図2】 個々の単一細胞プローブでスクリーニングしたcDNA配列についての結果を示す図である。
【図3】 好ましいmRNA増幅方法を示す図である。
【図4】 好ましいmRNA増幅方法の代替的実施態様を示す図である。
Claims (21)
- 細胞の細胞型の決定方法において、
(a)細胞の不均一集団の細胞型の特定されていない単一細胞のmRNAを増幅し、
(b)包括的発現ライブラリを増幅したmRNAでプローブして細胞の総発現プロフィールを決定し、
(c)細胞の総発現プロフィールを1つ又はそれ以上の他の細胞の総発現プロフィールと比較して細胞の独特な発現プロフィールを決定する工程を含んでなり、
前記細胞の独特な発現プロフィールが細胞型を決定するマーカーを提供する方法。 - 工程(c)が、細胞の総発現プロフィールを複数の他の細胞の総発現プロフィールと比較して細胞の独特な発現プロフィールを決定することを含んでなる、請求項1に記載の方法。
- 工程(c)が、細胞の総発現プロフィールを複数の他の細胞の各単一細胞の総発現プロフィールと比較して細胞の独特な発現プロフィールを決定することを含んでなる、請求項1に記載の方法。
- 工程(c)が、細胞の総発現プロフィールを複数の他の細胞の各単一細胞の総発現プロフィールと比較して細胞の独特な発現プロフィールを決定することを含んでなり、複数の単一の他の細胞が細胞の機能的又は構造的に異なる亜集団から誘導される、請求項1に記載の方法。
- 細胞の亜集団が組織特異的である、請求項4に記載の方法。
- 細胞の亜集団の各細胞が突然変異を含むゲノムを含む、請求項4に記載の方法。
- 細胞の亜集団の各細胞が突然変異を含むゲノムを含み、当該突然変異が各細胞に共通の選択可能又は検出可能なマーカーを提供する、請求項4に記載の方法。
- 細胞の亜集団の各細胞が突然変異を含むゲノムを含み、当該突然変異が各細胞にエピトープ又はシグナル生成タンパク質から選択される共通の選択可能なマーカーをコードし提供する挿入作成物である、請求項4に記載の方法。
- 細胞の亜集団の各細胞が突然変異を含むゲノムを含み、当該突然変異が各細胞に緑色蛍光タンパク質、ガラクトシダーゼ及び外部から接近可能な細胞表面関連タンパク質からなる群から選択されるシグナル生成タンパク質をコードし提供する挿入作成物である、請求項4に記載の方法。
- 細胞の亜集団の各細胞が突然変異を含むゲノムを含み、当該突然変異が各細胞にエピトープ又はシグナル生成タンパク質から選択される共通の選択可能なマーカーをコードし提供する挿入作成物であり、当該挿入作成物が、各細胞に内部リボソームエントリー配列をコードし提供し、作成物が標的遺伝子の最後のエクソンにおける停止コドンの下流側だがポリアデニル化シグナルの上流側の標的遺伝子に挿入され、内部リボソームエントリー配列が標的遺伝子の転写物内に第2の読み取り枠を提供する、請求項4に記載の方法。
- 細胞の亜集団の各細胞が突然変異を含むゲノムを含み、当該突然変異が各細胞にエピトープ又はシグナル生成タンパク質から選択される共通の選択可能なマーカーをコードし提供する挿入作成物であり、当該亜集団がフローサイトメトリーにより単離される、請求項4に記載の方法。
- ライブラリがcDNAライブラリである、請求項1に記載の方法。
- ライブラリが規格化又はサブトラクト (subtract)される、請求項1に記載の方法。
- ライブラリが固定化された核酸の高密度の規則的配列(array)を含む、請求項1に記載の方法。
- mRNAが、5’末端に知られた配列を持つ第1のRNAの3’末端に知られた核酸配列を付加して第2のRNAを形成し、当該第2のRNAを逆転写してcDNAを形成する工程を含む方法により増幅される、請求項1に記載の方法。
- mRNAが、5’末端に知られた配列を持つ第1のRNAの3’末端に知られた核酸配列を付加して第2のRNAを形成し、当該第2のRNAを逆転写してcDNAを形成する工程を含む方法により増幅され、cDNAが一本鎖であって、RNAを変性剤に接触させ、一本鎖cDNAをDNAポリメラーゼ及び一本鎖cDNAの3’末端に相補的な配列を含むオリゴヌクレオチドプライマー及びRNAポリメラーゼプロモーターと接触させる工程を含み、それによりDNAポリメラーゼが一本鎖cDNA及びオリゴヌクレオチドプライマーの3’末端の非共有結合した二重鎖領域において変換を開始する方法により二本鎖cDNAに変換される、請求項1に記載の方法。
- mRNAが、5’末端に知られた配列を持つ第1のRNAの3’末端に知られた核酸配列を付加して第2のRNAを形成し、当該第2のRNAを逆転写してcDNAを形成する工程を含む方法により増幅され、cDNAが一本鎖であって、RNAを変性剤に接触させ、一本鎖cDNAをDNAポリメラーゼ及び一本鎖cDNAの3’末端に相補的な配列を含むオリゴヌクレオチドプライマー及び約3〜100ヌクレオチドのフランキング配列の上流側に結合した配列番号:1を含むRNAポリメラーゼプロモーターと接触させる工程を含み、それによりDNAポリメラーゼが一本鎖cDNA及びオリゴヌクレオチドプライマーの3’末端の非共有結合した二重鎖領域において変換を開始する方法により二本鎖cDNAに変換される、請求項1に記載の方法。
- mRNAが、5’末端に知られた配列を持つ第1のRNAの3’末端に知られた核酸配列を付加して第2のRNAを形成し、当該第2のRNAを逆転写してcDNAを形成する工程を含む方法により増幅され、cDNAが一本鎖であって二本鎖に変換され、当該方法が二本鎖cDNAを繰り返し転写して複数の第3のRNAを形成する工程を更に含む、請求項1に記載の方法。
- mRNAが、5’末端に知られた配列を持つ第1のRNAの3’末端に知られた核酸配列を付加して第2のRNAを形成し、当該第2のRNAを逆転写してcDNAを形成する工程を含む方法により増幅され、第1のRNAがmRNAの増幅により製造される、請求項1に記載の方法。
- mRNAが、5’末端に知られた配列を持つ第1のRNAの3’末端に知られた核酸配列を付加して第2のRNAを形成し、当該第2のRNAを逆転写してcDNAを形成する工程を含む方法により増幅され、第1のRNAが、RNAポリメラーゼプロモーター配列に結合したポリ(T)オリゴヌクレオチドをmRNAのポリ(A)尾部にハイブリッド形成し、当該mRNAを逆転写して一本鎖cDNAを形成し、一本鎖cDNAを二本鎖cDNAに変換し、そして二本鎖cDNAを転写して第1のRNAを形成する工程によりmRNAを増幅することにより製造される、請求項1に記載の方法。
- mRNAが、ポリメラーゼ連鎖反応を含む方法により増幅される、請求項1に記載の方法。
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