JP4268169B2 - Determinants of self-renewal of embryonic stem cells - Google Patents

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Description

本発明は、ECAT4が強制発現された哺乳動物細胞、ECAT4エンハンサー、ECAT4が認識するコンセンサス配列およびそれらの用途に関する。  The present invention relates to mammalian cells in which ECAT4 is forcibly expressed, ECAT4 enhancer, consensus sequences recognized by ECAT4, and uses thereof.

哺乳類胞胚の内部細胞集団に由来する胚性幹細胞(ES細胞)は急速かつ無期限に成長し、同時に多能性、つまり多種類の型の細胞に分化する能力を保持する。ES細胞のこのような性質は対称的自己複製により維持されており、これによって細胞分裂時には2個の同一な幹細胞の娘細胞が生じる。この2種類の性質から、ES細胞を用いて組織や細胞を作り出して治療に用いようとする、新たな再生医療の可能性が注目されている。しかしながらヒトES細胞は、ES細胞の産生のためにヒト胚を破壊しなければならないため、倫理問題も孕んでいる。
このような倫理問題を避ける解決法の一つは、多能性細胞を体細胞や他の細胞から直接産生することである。この目標に到る最初のステップは、多能性細胞において特異的に機能し、細胞の特性を決定するマスター遺伝子の同定である。
これまでにSTAT3およびOct3/4の2種類の転写因子が、マウスES細胞が自己複製をおこなうために重要であることが判明しているが(Burdon et al.,(1999).Cells Tissues Organs 165,131−43.、Niwa,(2001).Cell Struct Funct 26,137−48.)、マスター遺伝子の要件を満たすものは見出されていない。
STAT3は白血病抑制因子(LIF)により活性化されるが、このLIFは多能性維持に不可欠なサイトカインの一種である(Smith et al.,(1988).Nature 336,688−90.、Williams et al.,(1988).Nature 336,684−7.)。活性化されたSTAT3は、LIF非存在下でも単独で自己複製を支持する(Matsuda et al.,(1999).Embo J 18,4261−9.)。遺伝子ターゲッティング実験によっても、ES細胞の自己複製に対するSTAT3の重要性が示されている(Raz et al.,(1999).Proc Natl Acad Sci USA 96,2846−51.)。しかしながらSTAT3の発現は広範囲の細胞型に認められ、一部の細胞では逆に分化を誘導する(Nakajima et al.,(1996).Embo J 15,3651−8.)。
ES細胞の自己複製に対する鍵と考えられているもう一つの転写因子Oct3/4はPOUファミリーの転写因子であり、ES細胞、外胚葉や原始的胚細胞などの多能性細胞中で発現する。マウスOct3/4遺伝子を破壊すると、初期胚が着床後まもなく死亡する結果が得られ、Oct3/4を欠く胞胚の内部細胞塊は多能性を持たず、トロフォブラスト系統にのみ分化する。Niwa et al.はこれをES細胞において確認し、Oct3/4を抑制することでトロフォブラストへの自立的分化が生じることを示した(Niwa et al.,(2000).Nat Genet 24,372−6.)。これらのデータをその特異的な発現パターンと併せると、Oct3/4が多能性細胞に対するマスター遺伝子である可能性が考えられる。
しかしながら、外因性プロモーターより恒常的にOct3/4を発現しているES細胞は、それでも自己複製のためにLIFを必要としており、適切量のOct3/4発現が見られる場合ですら、LIFの除去の結果として原始内胚葉への分化が生じる(Niwa et al.,(2000).Nat Genet 24,372−6.)。
Embryonic stem cells (ES cells) derived from the inner cell population of the mammalian blastocyst grow rapidly and indefinitely while retaining the ability to differentiate into pluripotent, ie, many types of cells. This property of ES cells is maintained by symmetric self-replication, which results in two identical stem cell daughter cells during cell division. Because of these two kinds of properties, the possibility of a new regenerative medicine that uses tissue to create tissues and cells using ES cells and attracts attention is attracting attention. However, human ES cells also have ethical issues because they must destroy human embryos for ES cell production.
One solution to avoiding such ethical problems is to produce pluripotent cells directly from somatic cells and other cells. The first step in reaching this goal is the identification of a master gene that functions specifically in pluripotent cells and determines cell characteristics.
So far, two types of transcription factors, STAT3 and Oct3 / 4, have been found to be important for mouse ES cells to self-replicate (Burdon et al., (1999). Cells Tissues Organs 165). 131-43., Niwa, (2001). Cell Struct Funct 26, 137-48.), None satisfying the requirements of the master gene has been found.
STAT3 is activated by leukemia inhibitory factor (LIF), which is a kind of cytokine essential for maintaining pluripotency (Smith et al., (1988). Nature 336, 688-90, Williams et al., (1988). Nature 336, 684-7.). Activated STAT3 alone supports self-replication in the absence of LIF (Matsuda et al., (1999). Embo J 18, 4261-9.). Gene targeting experiments have also shown the importance of STAT3 for self-renewal of ES cells (Raz et al., (1999). Proc Natl Acad Sci USA 96, 2846-51.). However, STAT3 expression is found in a wide range of cell types, and some cells reversely induce differentiation (Nakajima et al., (1996). Embo J 15, 3651-8.).
Another transcription factor Oct3 / 4, which is considered a key to ES cell self-renewal, is a transcription factor of the POU family and is expressed in pluripotent cells such as ES cells, ectoderm and primitive embryo cells. Disruption of the mouse Oct3 / 4 gene results in death of the early embryo shortly after implantation, and the inner cell mass of the blastocyst lacking Oct3 / 4 is not pluripotent and only differentiates into the trophoblast lineage. Niwa et al. Confirmed this in ES cells and showed that by suppressing Oct3 / 4, autonomous differentiation into trophoblasts occurred (Niwa et al., (2000). Nat Genet 24, 372-6.). . When these data are combined with the specific expression pattern, it is possible that Oct3 / 4 is a master gene for pluripotent cells.
However, ES cells constitutively expressing Oct3 / 4 from an exogenous promoter still require LIF for self-renewal, and even if adequate amounts of Oct3 / 4 expression are seen, removal of LIF As a result, differentiation into primitive endoderm occurs (Niwa et al., (2000). Nat Genet 24, 372-6.).

本発明は、ECAT4を強制発現させた細胞、ECAT4エンハンサー、ECAT4が認識するコンセンサス配列、およびこれらの用途を提供することを目的とする。
ES細胞にとって主要な自己複製決定因子の転写または機能を活性化することで、ES細胞培養の効率性と経済性の向上が期待できる。また、該因子の転写または機能を抑制することにより、ES細胞を特定の機能細胞へ分化誘導する際に未分化細胞を確実になくすことが期待できるため、臨床応用する際、懸念されている未分化細胞由来の腫瘍細胞(テラトーマ)出現の危険性を回避することができる。
従ってES細胞にとって主要な自己複製決定因子を見出し、該因子の転写あるいは機能を調節するエンハンサーなどは、ES細胞の分化誘導能または分化抑制能を有する物質の探索や、ES細胞の研究・開発に極めて有用である。
本発明者は、既に、ES細胞の特異的発現遺伝子としてECAT4遺伝子を見出している。そして、鋭意ECAT4遺伝子を検討した結果、ES細胞のマウスECAT4遺伝子を標的破壊すると、自然な分化を起こして高レベルの内胚葉マーカーを発現する胚体外内胚葉系列となることを確認した。ECAT4欠損胚盤胞は着床後まもなく死亡し、ECAT4欠損胚盤胞の内部細胞塊はin vitroで、ほとんど増殖しなかった。また、ES細胞にECAT4遺伝子を強制発現させたES細胞は、LIF非存在下で培養を行っても未分化状態が維持されるという知見を得たため、ECAT4がES細胞にとって主要な自己複製決定因子であることを見出した。
更に本発明者は、ECATエンハンサーおよびECAT4が結合するコンセンサス配列を同定した。また、ECAT4タンパクが結合するECAT4コンセンサス配列がマウスのGATA6遺伝子の5’−フランキング領域の転写開始サイトの4kb上流に存在していること、マウスおよびヒトのGATA6遺伝子の遺伝子配列においてこの領域が良く保存されていることを確認した。
本発明は、これらの知見に基づき完成するに至ったものである。
即ち本発明の要旨は以下のとおりである。
項1.ECAT4からなる胚性幹(ES)細胞の自己複製決定因子、
項2.ECAT4がマウスECAT4、ヒトECAT4またはサルECAT4である項1記載のES細胞の自己複製決定因子、
項3.以下の(a)または(b)に記載されるDNAを含むサルECAT4遺伝子:
(a)配列番号10で示される塩基配列からなるDNA、
(b)配列番号10で示される塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件下にハイブリダイズし、且つES細胞の自己複製決定因子としての能力を有するDNA、
項4.ECAT4が強制発現された哺乳動物幹細胞、
項5.幹細胞がES細胞である、項4記載の哺乳動物幹細胞、
項6.ECAT4がマウスECAT4、ヒトECAT4またはサルECAT4である、項4または項5記載の細胞、
項7.配列番号8、配列番号9または配列番号10で示されるポリヌクレオチドの塩基配列に相補的または実質的に相補的な塩基配列またはその一部を含有するアンチセンスポリヌクレオチド、
項8.項7記載のアンチセンスポリヌクレオチドを含有してなる細胞分化促進剤、
項9.ECAT4エンハンサー、
項10.配列番号7で示される塩基配列の一部または全部を含むことを特徴とする項9記載のECAT4エンハンサー、
項11.配列番号17、配列番号18または配列番号19で示される塩基配列を含有する項9記載のECAT4エンハンサー、
項12.配列番号15で示される塩基配列の一部であり、且つ配列番号17、配列番号18または配列番号19で示される塩基配列を含有する項11記載のECAT4エンハンサー、
項13.配列番号15で示される塩基配列を含有する項9記載のECAT4エンハンサー、
項14.配列番号14で示される塩基配列の一部であり、且つ配列番号15で示される塩基配列を含有する項13記載のECAT4エンハンサー、
項15.項10〜項14のいずれか記載のECAT4エンハンサーの塩基配列において1個もしくは複数個の塩基が欠失、置換もしくは付加された塩基配列を含み、且つECAT4遺伝子の転写を促進する能力を有することを特徴とする項9記載のECAT4エンハンサー、
項16.項10〜項14のいずれか記載のECAT4エンハンサーの塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件下にハイブリダイズし、且つECAT4遺伝子の転写を促進する能力を有することを特徴とする項9記載のECAT4エンハンサー、
項17.項9〜項16いずれか記載のECAT4エンハンサーを含有することを特徴とするECAT4プロモーター領域、
項18.ECAT4が認識するコンセンサス配列、
項19.以下の(a)〜(c)のいずれかに記載されるDNAを含むことを特徴とする項18記載のコンセンサス配列:
(a)配列番号4で示される塩基配列からなるDNA、
(b)配列番号4で示される塩基配列において1個もしくは複数個の塩基が欠失、置換もしくは付加された塩基配列からなり、且つECAT4と結合する能力を有するDNA、
(c)配列番号4で示される塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件下にハイブリダイズし、且つECAT4と結合する能力を有するDNA、
項20.以下の(a)〜(c)のいずれかに記載されるDNAを含むことを特徴とする項18記載のコンセンサス配列:
(a)配列番号5、配列番号6または配列番号16で示される塩基配列からなるDNA、
(b)配列番号5、配列番号6または配列番号16で示される塩基配列において1個もしくは複数個の塩基が欠失、置換もしくは付加された塩基配列からなり、且つECAT4と結合する能力を有するDNA、
(c)配列番号5、配列番号6または配列番号16で示される塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件下にハイブリダイズし、且つECAT4と結合する能力を有するDNA、
項21.項9〜項16のいずれか記載のエンハンサー、項17記載のプロモーター領域または項18〜項20のいずれか記載のコンセンサス配列を含有することを特徴とする組換えベクター、
項22.項21記載の組換えベクターで形質転換された形質転換細胞、
項23.下記の工程(a)、(b)及び(c)を含む、ECAT4エンハンサーまたはECAT4プロモーター領域の活性を制御する作用を有する物質のスクリーニング方法:
(a)項9〜項16のいずれか記載のECAT4エンハンサーまたは項17記載のECAT4プロモーター領域をレポーター遺伝子に連結させたDNAで形質転換した細胞と被験物質とを接触させる工程、
(b)被験物質を接触させた細胞におけるレポーター遺伝子の活性を測定し、該発現量を被験物質を接触させない対照細胞における活性と比較する工程、
(c)上記(b)の比較結果に基づいて、ECAT4エンハンサーまたはECAT4プロモーター領域の活性を制御する被験物質を選択する工程、
項24.ECAT4遺伝子を挿入したpCAG−IPベクターを導入したES細胞
項25.項24記載のES細胞を注入して得られた遺伝子改変動物。
An object of the present invention is to provide a cell in which ECAT4 is forcibly expressed, an ECAT4 enhancer, a consensus sequence recognized by ECAT4, and uses thereof.
By activating the transcription or function of self-replicating determinants that are major for ES cells, it is expected to improve the efficiency and economics of ES cell culture. In addition, by suppressing the transcription or function of the factor, it can be expected that the undifferentiated cells are surely eliminated when the ES cells are induced to differentiate into specific functional cells. The risk of appearance of differentiated cell-derived tumor cells (teratomas) can be avoided.
Therefore, the major self-renewal determinants for ES cells are found, and enhancers that regulate the transcription or function of these factors are used for the search for substances that have the ability to induce or suppress the differentiation of ES cells, and for the research and development of ES cells. Very useful.
The present inventor has already found the ECAT4 gene as a specific expression gene of ES cells. As a result of extensive studies on the ECAT4 gene, it was confirmed that when the mouse ECAT4 gene of ES cells is targeted for destruction, it becomes a natural exogenous endoderm lineage that expresses a high level of endoderm marker. The ECAT4-deficient blastocyst died shortly after implantation, and the inner cell mass of the ECAT4-deficient blastocyst was in vitro and hardly proliferated. In addition, ES cells in which ECAT4 gene was forcibly expressed in ES cells were found to maintain an undifferentiated state even when cultured in the absence of LIF. Therefore, ECAT4 is a major self-renewal determinant for ES cells. I found out.
In addition, the inventor has identified consensus sequences to which ECAT enhancer and ECAT4 bind. In addition, the ECAT4 consensus sequence to which the ECAT4 protein binds is present 4 kb upstream of the transcription initiation site of the 5′-flanking region of the mouse GATA6 gene, and this region is good in the gene sequences of the mouse and human GATA6 genes. Confirmed that it was saved.
The present invention has been completed based on these findings.
That is, the gist of the present invention is as follows.
Item 1. Determinants of self-renewal of embryonic stem (ES) cells consisting of ECAT4,
Item 2. Item 2. The ES cell self-renewal determinant according to Item 1, wherein ECAT4 is mouse ECAT4, human ECAT4 or monkey ECAT4,
Item 3. The monkey ECAT4 gene comprising the DNA described in the following (a) or (b):
(A) DNA consisting of the base sequence represented by SEQ ID NO: 10,
(B) a DNA that hybridizes with a DNA comprising the nucleotide sequence represented by SEQ ID NO: 10 under stringent conditions and has the ability as a self-replicating determinant of ES cells;
Item 4. Mammalian stem cells in which ECAT4 is forcibly expressed,
Item 5. Item 5. The mammalian stem cell according to Item 4, wherein the stem cell is an ES cell.
Item 6. Item 4. The cell according to Item 4 or 5, wherein ECAT4 is mouse ECAT4, human ECAT4 or monkey ECAT4,
Item 7. An antisense polynucleotide comprising a base sequence complementary to or substantially complementary to the base sequence of the polynucleotide represented by SEQ ID NO: 8, SEQ ID NO: 9 or SEQ ID NO: 10, or a part thereof;
Item 8. Item 7. A cell differentiation promoter comprising the antisense polynucleotide according to Item 7,
Item 9. ECAT4 enhancer,
Item 10. The ECAT4 enhancer according to Item 9, comprising part or all of the base sequence represented by SEQ ID NO: 7,
Item 11. The ECAT4 enhancer according to Item 9, comprising the base sequence represented by SEQ ID NO: 17, SEQ ID NO: 18 or SEQ ID NO: 19,
Item 12. The ECAT4 enhancer according to Item 11, which is a part of the base sequence represented by SEQ ID NO: 15 and contains the base sequence represented by SEQ ID NO: 17, SEQ ID NO: 18 or SEQ ID NO: 19,
Item 13. The ECAT4 enhancer according to Item 9, which contains the base sequence represented by SEQ ID NO: 15,
Item 14. Item 14. The ECAT4 enhancer according to Item 13, which is a part of the nucleotide sequence represented by SEQ ID NO: 14 and contains the nucleotide sequence represented by SEQ ID NO: 15.
Item 15. The base sequence of the ECAT4 enhancer according to any one of Items 10 to 14, comprising a base sequence in which one or more bases have been deleted, substituted or added, and having the ability to promote transcription of the ECAT4 gene Item 10. The ECAT4 enhancer according to Item 9,
Item 16. Item 15. The ECAT4 according to Item 9, which hybridizes with a DNA comprising the nucleotide sequence of the ECAT4 enhancer according to any one of Items 10 to 14 under stringent conditions and promotes transcription of the ECAT4 gene. Enhancer,
Item 17. An ECAT4 promoter region comprising the ECAT4 enhancer according to any one of Items 9 to 16,
Item 18. A consensus sequence recognized by ECAT4,
Item 19. The consensus sequence according to Item 18, which comprises the DNA described in any of the following (a) to (c):
(A) DNA consisting of the base sequence represented by SEQ ID NO: 4,
(B) a DNA consisting of a base sequence in which one or more bases are deleted, substituted or added in the base sequence represented by SEQ ID NO: 4 and having the ability to bind to ECAT4;
(C) DNA capable of hybridizing under stringent conditions with DNA consisting of the base sequence represented by SEQ ID NO: 4 and binding to ECAT4;
Item 20. The consensus sequence according to Item 18, which comprises the DNA described in any of the following (a) to (c):
(A) DNA comprising the base sequence represented by SEQ ID NO: 5, SEQ ID NO: 6 or SEQ ID NO: 16,
(B) DNA comprising a nucleotide sequence in which one or more bases are deleted, substituted or added in the nucleotide sequence represented by SEQ ID NO: 5, SEQ ID NO: 6 or SEQ ID NO: 16, and having the ability to bind to ECAT4 ,
(C) DNA capable of hybridizing under stringent conditions with DNA consisting of the base sequence represented by SEQ ID NO: 5, SEQ ID NO: 6 or SEQ ID NO: 16 and binding to ECAT4;
Item 21. A recombinant vector comprising the enhancer according to any one of Items 9 to 16, the promoter region according to Item 17, or the consensus sequence according to any one of Items 18 to 20.
Item 22. A transformed cell transformed with the recombinant vector according to Item 21,
Item 23. A screening method for a substance having an action of controlling the activity of the ECAT4 enhancer or ECAT4 promoter region, comprising the following steps (a), (b) and (c):
(A) contacting the test substance with a cell transformed with the DNA in which the ECAT4 enhancer according to any one of Items 9 to 16 or the ECAT4 promoter region according to Item 17 is linked to a reporter gene;
(B) measuring the activity of the reporter gene in the cell contacted with the test substance and comparing the expression level with the activity in the control cell not contacted with the test substance;
(C) selecting a test substance that controls the activity of the ECAT4 enhancer or ECAT4 promoter region based on the comparison result of (b) above,
Item 24. 24. ES cell into which the pCAG-IP vector into which the ECAT4 gene has been introduced is introduced Item 25. A genetically modified animal obtained by injecting the ES cell according to Item 24.

図1は、ECAT4の同定を示すものである。
(A)マウスNkx2.3、マウスECAT4およびそのヒト相同蛋白と考えられるFLJ12581の比較。(B)マウスECAT4、Oct3/4およびNAT1の発現プロファイルを示すRT−PCR分析。1.未分化MG1.19 ES細胞;2.分化したMG1.19 ES細胞;3.未分化RF8 ES細胞(RT−マイナス対照);4.未分化RF8 ES細胞;5.分化したMG1.19 ES細胞;6.脳;7.心臓;8.腎臓;9.精巣;10.脾臓;11.筋肉;12.肺;13.胃;14.卵巣;15.胸腺;16.肝臓;17.皮膚。(C)RF8、J1、CGR8およびMG1.19 ES細胞系列でのECAT4発現を示すウエスタンブロット分析。未分化状態に保った(U)、あるいは5日間にわたりRAを用いて処理した(D)ES細胞からの抽出液を解析した。ウエスタンブロットの実施は抗ECAT4血清または抗CDK4抗体を用いて行った。
図2は、マウスECAT4遺伝子の標的破壊を示すものである。
(A)マウスECAT4遺伝子、ターゲティングベクター、および相同組換え後の遺伝子構造。サザンブロットに用いたプローブと制限酵素の位置を示す。矢印はPCR分析用のプライマーを示す。(B)3’−プローブを用いたサザンブロットにより、野生型遺伝子座から11kbのバンド、β−geo標的遺伝子座から15.4kbのバンド、そしてhygr標的遺伝子座から7.3kbのバンドが生じた。(C)PCRにより、野生型遺伝子座から3.2kbのバンド、β−geo標的遺伝子座から8.5kbのバンド、そしてhygr標的遺伝子座から4.2kbのバンドが生じた。(D)ノーザンブロットによりノックアウト細胞にはECAT4の転写物が存在しないことが確認された。
図3は、ECAT4欠損ES細胞の分析を示すものである。
(A)STO支持細胞上で育成した野生型RF8細胞の形態(上)。STO支持細胞上で育成したECAT4細胞(中央)、および支持細胞なしで育成したECAT4欠損細胞(下)。(B)生育曲線。(C)マーカー遺伝子に対するノーザンブロット分析。(D)マーカー遺伝子に対するRT−PCR分析。
図4は、着床前胚の分析を示すものである。
(A)野生型メスとヘテロ接合オスから得た8細胞期の胚と胚盤胞を、X−galを用いて染色した。(B)ヘテロ接合交雑により得た胚盤胞を、ES細胞培地を用いてゼラチンコートしたシャーレ上で育成した。10日後に形態を記録し、PCRにより遺伝子型を決定した。
図5は、構成プロモーターからのECAT4の強制発現を示すものである。
(A)親プラスミドまたはCAG−ECAT4を形質転換させたMG1.19細胞におけるECAT4、Oct3/4およびNAT1の発現レベルを示すPCR−RT分析。細胞はLIF存在下または非存在下で育成した。(B)ウエスタンブロットにより外因性ECAT4の構成的発現が確認された。(C)LIF存在下(上)または非存在下(下)条件で生育した対照(左)およびCAG−ECAT4発現細胞(右)の形態。(D)細胞の増殖速度
図6は、ECAT4の転写調節を示すものである。
SELEXにより得られたECAT4結合に対するコンセンサスシーケンスを示すシーケンスロゴ(Schneider and Stephens,1990)。シーケンスロゴの生成はWebLogo(www.bio.cam.ac.uk/cgi−bin/seqlogo/logo.cgi)を用いて行った。(B)マウスおよびヒトGATA−6の5’調節領域に見られるECAT4コンセンサスシーケンス。この領域を含むルシフェラーゼレポーター遺伝子を構築した。
図7は、マウスECAT4遺伝子のエンハンサー領域解析に関する。
(A)マウスECAT4遺伝子構造と、エンハンサー解析に用いたDNA断片。(B)エンハンサー解析に用いたレポーター遺伝子構造。チミジンキナーゼ遺伝子のプロモーター、ルシフェラーゼcDNA、ポリA付加配列からなるレポーター遺伝子の3’端に図7Aの各遺伝子断片を挿入した。
図8は、マウスECAT4遺伝子のエンハンサー領域解析に関する。
(A)エンハンサー解析に用いた断片の領域(左)と、その断片の活性を示した(右)。
(B)マウスECAT4遺伝子のエンハンサー領域(−4737/−4387の領域)を示す。
FIG. 1 shows the identification of ECAT4.
(A) Comparison of mouse Nkx2.3, mouse ECAT4 and FLJ12581 considered to be a human homologous protein thereof. (B) RT-PCR analysis showing expression profiles of mouse ECAT4, Oct3 / 4 and NAT1. 1. 1. Undifferentiated MG1.19 ES cells; 2. Differentiated MG1.19 ES cells; 3. Undifferentiated RF8 ES cells (RT-minus control); 4. Undifferentiated RF8 ES cells; 5. Differentiated MG1.19 ES cells; Brain; 7. Heart; 8. 8. kidney; Testis; 10. 11. Spleen; Muscle; 12. 13. lungs; Stomach; 14. Ovary; 15. Thymus; 16. Liver; 17. Skin. (C) Western blot analysis showing ECAT4 expression in RF8, J1, CGR8 and MG1.19 ES cell lines. Extracts from ES cells kept undifferentiated (U) or treated with RA for 5 days (D) were analyzed. Western blot was performed using anti-ECAT4 serum or anti-CDK4 antibody.
FIG. 2 shows the targeted disruption of the mouse ECAT4 gene.
(A) Mouse ECAT4 gene, targeting vector, and gene structure after homologous recombination. The positions of probes and restriction enzymes used for Southern blots are shown. Arrows indicate primers for PCR analysis. (B) Southern blot using a 3′-probe produced an 11 kb band from the wild type locus, a 15.4 kb band from the β-geo target locus, and a 7.3 kb band from the hygr target locus. . (C) PCR resulted in a 3.2 kb band from the wild type locus, an 8.5 kb band from the β-geo target locus, and a 4.2 kb band from the hygr target locus. (D) Northern blot confirmed that no ECAT4 transcript was present in the knockout cells.
FIG. 3 shows analysis of ECAT4-deficient ES cells.
(A) Morphology of wild type RF8 cells grown on STO feeder cells (top). ECAT4 cells grown on STO feeder cells (middle) and ECAT4 deficient cells grown without feeder cells (bottom). (B) Growth curve. (C) Northern blot analysis for marker genes. (D) RT-PCR analysis for marker genes.
FIG. 4 shows analysis of preimplantation embryos.
(A) Eight cell stage embryos and blastocysts obtained from wild type females and heterozygous males were stained with X-gal. (B) Blastocysts obtained by heterozygous hybridization were grown on a gelatin-coated petri dish using ES cell medium. The morphology was recorded after 10 days and genotyped by PCR.
FIG. 5 shows forced expression of ECAT4 from a constitutive promoter.
(A) PCR-RT analysis showing expression levels of ECAT4, Oct3 / 4 and NAT1 in MG1.19 cells transformed with parental plasmid or CAG-ECAT4. Cells were grown in the presence or absence of LIF. (B) Constitutive expression of exogenous ECAT4 was confirmed by Western blot. (C) Morphology of control (left) and CAG-ECAT4-expressing cells (right) grown in the presence (top) or absence (bottom) of LIF. (D) Cell Proliferation Rate FIG. 6 shows the transcriptional regulation of ECAT4.
Sequence logo showing the consensus sequence for ECAT4 binding obtained by SELEX (Schneider and Stephens, 1990). Generation of the sequence logo was performed using WebLogo (www.bio.cam.ac.uk/cgi-bin/seqlogo/logo.cgi). (B) ECAT4 consensus sequence found in the 5 ′ regulatory region of mouse and human GATA-6. A luciferase reporter gene containing this region was constructed.
FIG. 7 relates to an enhancer region analysis of the mouse ECAT4 gene.
(A) Mouse ECAT4 gene structure and DNA fragment used for enhancer analysis. (B) Reporter gene structure used for enhancer analysis. Each gene fragment of FIG. 7A was inserted into the 3 ′ end of a reporter gene comprising a thymidine kinase gene promoter, luciferase cDNA, and a poly A addition sequence.
FIG. 8 relates to the enhancer region analysis of the mouse ECAT4 gene.
(A) Fragment region used for enhancer analysis (left) and activity of the fragment (right).
(B) The enhancer region (-4737 / -4387 region) of the mouse ECAT4 gene.

以下、本明細書において、アミノ酸、(ポリ)ペプチド、(ポリ)ヌクレオチドなどの略号による表示は、IUPAC−IUBの規定〔IUPAC−IUB Communication on Biological Nomenclature,Eur.J.Biochem.,138:9(1984)〕、「塩基配列又はアミノ酸配列を含む明細書等の作成のためのガイドライン」(日本国特許庁編)および当該分野における慣用記号に従う。
本発明の「ES細胞の自己複製決定因子」とは、胚性幹細胞(ES細胞)等が分化せずに同一細胞を複製するという自己複製能に関与するマスター遺伝子のことである。このES細胞の自己複製決定因子はES細胞等の自己複製能を有する細胞のマーカーとして利用することができ、この因子の発現を調べることにより、調べた細胞が自己複製能を有しているか、あるいはES細胞であるかどうかの検査をすることができる。この因子を強制発現させることにより、フィーダー細胞非存在下でかつLIFなどのサイトカイン非存在下でES細胞の持つ全能性を維持したまま安全に細胞の増殖性を保つことができる。これにより、ES細胞培養の効率性と経済性の向上が期待できる。また臨床応用する際に懸念されているフィーダー細胞由来の内在性ウイルス等、感染性物質混入のリスクがなくなるため、安全性向上が期待できる。
また、ES細胞を特定の機能細胞へ分化誘導する際には、相同組換え、アンチセンスやRNAi(RNAインヒビター)等の既知の方法(多比良和誠編 遺伝子の機能阻害実験法 羊土社、2001)を用いてこのES細胞の自己複製決定因子の発現を抑制することにより、未分化細胞を従来より確実になくすことが期侍できる。これにより、臨床応用する際、懸念されている未分化細胞由来の腫瘍細胞(テラトーマ)出現の危険性を回避することで更に安全性向上が期待できる。
本発明の「ECAT4」とは、天然型ECAT4または遺伝子組換型ECAT4であり、哺乳動物由来のものであればよい。例えば、マウスECAT4、ラットECAT4、サルECAT4やヒトECAT4などを挙げることができる。
また当該「遺伝子」または「DNA」には、特定の塩基配列(配列番号:4〜10、14〜19)で示される「遺伝子」または「DNA」だけでなく、機能(活性)が同等であることを限度として、あるいはタンパク質をコードする遺伝子の場合には生物学的機能が同等であることを限度として、その同族体(ホモログ)、誘導体および変異体をコードする「遺伝子」または「DNA」が包含される。これら同族体(ホモログ)、誘導体および変異体をコードする「遺伝子」または「DNA」とは、具体的には、ストリンジェントな条件下で、前記の配列番号:4〜10のいずれかで示される特定塩基配列とハイブリダイズする塩基配列を有する「遺伝子」または「DNA」を挙げることができる。
なお、ストリンジェントな条件は、Berger and Kimmel(1987,Guide to Molecular Cloning Techniques Methods in Enzymology,Vol.152,Academic Press,San Diego CA)に示されるように、複合体或いはプローブと結合する核酸の融解温度(Tm)に基づいて決定することができる。例えば、ハイブリダイズ後の洗浄条件として、通常「1×SSC、0.1%SDS、37℃」程度の条件を挙げることができる。相補鎖はかかる条件で洗浄しても対象とする正鎖とハイブリダイズ状態を維持するものであることが好ましい。特に制限されないが、より厳しいハイブリダイズ条件としては「0.5×SSC、0.1%SDS、42℃」程度、さらに厳しいハイブリダイズ条件としては「0.1×SSC、0.1%SDS、65℃」程度の洗浄条件を挙げることができる。具体的には、このような相補鎖として、対象の正鎖の塩基配列と完全に相補的な関係にある塩基配列からなる鎖並びに該鎖と70%以上、好ましくは80%以上、より好ましくは90%以上、更に好ましくは95%以上の相同性を有する塩基配列からなる鎖を例示することができる。
また、前記の特定塩基配列(配列番号:4〜10、14〜19)の同族体(ホモログ)をコードする遺伝子、例えばヒト遺伝子に対応する他生物種の遺伝子は、HomoloGene(http://www.ncbi.nlm.nih.gov/HomoloGene/)により同定することができる。具体的には、特定ヒト塩基配列をBLAST(Proc.Natl.Acad.Sci.USA.,90:5873−5877,1993、http://www.ncbi.nlm.nih.gov/BLAST/)にかけて一致する(Scoreが最も高く、E−valueが0でかつIdentityが100%を示す)配列のアクセッション番号を取得し、そのアクセッション番号をHomoloGeneに入力して得られた他生物種遺伝子とヒト遺伝子との遺伝子ホモログの相関を示したリストから、選抜することができる。なお、上記遺伝子またはDNAは機能領域の別を問うものではなく、例えば発現制御領域、コード領域、エキソンまたはイントロンを含むことができる。
本明細書において「ECAT4遺伝子」または「ECAT4のDNA」といった用語を用いる場合、特に言及しない限り、特定塩基配列で示されるECAT4遺伝子(DNA)(配列番号:8〜10)、それらの同族体、変異体及び誘導体などをコードする遺伝子(DNA)を包含する趣旨で用いられる。具体的には、配列番号:9に記載のヒトECAT4遺伝子(GenBank Accession No.AB093576)、配列番号:8に記載のマウスECAT4遺伝子(GenBank Accession No.AB093574)、配列番号:10に記載のサルECAT4遺伝子、およびラットホモログなどが包含される。
本明細書において「ポリヌクレオチド」とは、RNAおよびDNAのいずれをも包含する趣旨で用いられる。なお、上記DNAには、cDNA、ゲノムDNAおよび合成DNAのいずれもが含まれる。また上記RNAには、total RNA、mRNAおよび合成のRNAのいずれもが含まれる。
本明細書において「タンパク質」または「(ポリ)ペプチド」には、特定のアミノ酸配列(配列番号:1〜3)で示される「タンパク質」または「(ポリ)ペプチド」だけでなく、これらと生物学的機能が同等であることを限度として、その断片、同族体(ホモログやスプライスバリアント)、変異体、誘導体およびアミノ酸修飾体などが包含される。ここでホモログとしては、ヒトのタンパク質に対応するマウスやラットなど他生物種のタンパク質が例示でき、これらはHomoloGene(http://www.ncbi.nlm.nih.gov/HomoloGene/)により同定された遺伝子の塩基配列から演繹的に同定することができる。また変異体には、天然に存在するアレル変異体、天然に存在しない変異体、および人為的に欠失、置換、付加および挿入されることによって改変されたアミノ酸配列を有する変異体が包含される。なお、上記変異体としては、変異のないタンパク質または(ポリ)ペプチドと、少なくとも70%、好ましくは80%、より好ましくは95%、さらにより好ましくは97%相同なものを挙げることができる。またアミノ酸修飾体には、天然に存在するアミノ酸修飾体、天然に存在しないアミノ酸修飾体が包含され、具体的にはアミノ酸のリン酸化体が挙げられる。
従って本明細書において「ECAT4タンパク質」または単に「ECAT4」といった用語を用いる場合、特に言及しない限り、特定アミノ酸配列(配列番号:1〜3)で示されるECAT4およびそれらの同族体、変異体、誘導体及びアミノ酸修飾体などを包含する趣旨で用いられる。具体的には、配列番号:2に記載のアミノ酸配列を有するヒトECAT4、配列番号:1に記載のアミノ酸配列を有するマウスECAT4、配列番号:3に記載のアミノ酸配列を有するサルECAT4、およびそれらのラットホモログなどが包含される。
以下、本発明の具体的な内容を説明する。
(1)ECAT4が強制発現された哺乳動物幹細胞
本発明の「ECAT4が強制発現された哺乳動物幹細胞」とは、哺乳動物細胞にECAT4を強制発現させることによって得られる細胞のことである。哺乳動物細胞とは、ヒト、サル、マウスやラット等の哺乳動物の組織・臓器等由来の細胞であって、個体から取り出した初代細胞であっても、または培養細胞であっても、哺乳動物由来の細胞であればよい。哺乳動物細胞とは、例えば、市販の培養細胞(ATCC社など)やマウスES細胞、サルES細胞やヒトES細胞であり、より好ましくはLIF非存在下では分化するマウスES細胞、サルES細胞やヒトES細胞等の胚性幹細胞であるが、これらに限定されるものではない。
ECAT4を強制発現させるには、例えば、ECAT4遺伝子を含む発現ベクターを細胞に導入すれば良く、発現ベクターの導入方法としては、具体的にはリン酸カルシウム法、DEAE−デキストラン法、エレクトロポレーション法、遺伝子導入用リピッド(Lipofectamine、Lipofectin;Gibco−BRL社)を用いる方法、マイクロインジェクション法等の公知の方法が挙げられる。
ECAT4遺伝子を含む発現ベクターは、通常の遺伝子工学的手法に基づいて作製することができる。ここで用いる発現ベクターとしては、用いる宿主や目的等に応じて適宜選択することができ、プラスミド、ファージベクター、ウイルスベクター等が挙げられる。
例えば、pCEP4、pKCR、pCDM8、pGL2、pcDNA3.1、pRc/RSV、pRc/CMVなどのプラスミドベクターや、レトロウイルスベクター、アデノウイルスベクター、アデノ関連ウイルスベクターなどのウイルスベクターが挙げられる。
前記ベクターは、発現誘導可能なプロモーター、シグナル配列をコードする遺伝子、選択用マーカー遺伝子、ターミネーターなどの因子を適宜有していても良い。また、マーカータンパクとECAT4の融合タンパクをコードする遺伝子を有しているものであってもよい。
ここで「マーカー遺伝子」とは、遺伝子学的解析に役立つ表現型のはっきりした遺伝子のことであり、遺伝子導入すると発現を直接観察できるものである。例えば、GFPやGFPの変異体であるCFPやYFPなどの蛍光タンパク質の遺伝子を挙げることができるが、これに限らず、細胞内に遺伝子導入して発現させることにより、生きた細胞のままで遺伝子が導入されたことが確認できるものであれば全て、本発明のマーカー遺伝子の範疇に含まれる。なお、マーカータンパクとはマーカー遺伝子にコードされるタンパクである。
このようなマーカー遺伝子を付加したベクターを導入することにより、ECAT4を発現する細胞を簡便に検出することができる。更に、このような遺伝子を導入したES細胞を使用することにより、ECAT4を発現する幹細胞のみを選別できるため、ES細胞を機能細胞に分化させる際に未分化の細胞と分化した細胞とを選別できるマーカーとしても利用することができる。これにより、テラトーマ形成の危険が懸念される未分化な細胞を生体に移植する危険を回避することができる。
更に、ECAT4遺伝子を含む発現ベクターをコンディショナルな遺伝子発現制御システムを利用して作製することもできる。例えばテトラサイクリンの共存下では導入した目的遺伝子が発現し、非共存下では発現しない強制発現システムを挙げることができる(Niwa et al.,(2000).Nat Genet 24,372−6.)。これらのベクターを導入した細胞は培養条件によってECAT4発現細胞をスイッチオン/オフできるため、ES細胞の間はECAT4を安定に強制発現させ、分化誘導する際には発現をシャット・オフすることで、分化を効率よく誘導することができると考えられ、様々な用途に利用することができる。
なお、ECAT4遺伝子を含む発現ベクターは、一定条件下で消失する性質を有するベクターであってもよい。具体的には、例えば、pCAG−IPベクターなどを挙げることができる。このような性質を有するECAT4発現ベクターを導入したES細胞は、トランスジェニックマウスなどの遺伝子改変動物を作製するのに非常に有用である。当該ベクターを導入したES細胞は、一定条件下でベクター自体が細胞から消失するため、regulated promoterなど細胞内にベクターが残る方法を用いてECAT4の発現量を制御するよりも、簡便かつ確実に遺伝子改変動物を作製することができる。
例えば、ECAT4遺伝子を含むpCAG−IPベクターを用いて作製したCAG−ECAT4細胞は、LIFやフィーダー細胞の非存在下で培養することが可能であるため、CAG−ECAT4細胞に所望の標的遺伝子を発現、ノックアウト、ノックダウンまたはノックインさせるための他のベクターを導入する操作は非常に容易である。
ここで遺伝子改変動物とは、標定遺伝子を過剰発現、ノックアウト、ノックダウンまたはノックインさせた動物のことである。遺伝子改変動物は公知の方法で作製することができ、動物は哺乳動物であればよく、例えばマウス、ラットなどを挙げることができる。
(2)本発明のアンチセンスポリヌクレオチド
本発明のアンチセンスポリヌクレオチドは、ECAT4遺伝子の塩基配列に相補的な、または実質的に相補的な塩基配列またはその一部を有するものであり、ECAT4遺伝子の発現を抑制し得る作用を有するものであればよく、アンチセンスRNA、アンチセンスDNAなどが含まれる。
ここで、実質的に相補的な塩基配列とは、例えば、ECAT4遺伝子の塩基配列に相補的な塩基配列と約70%以上、好ましくは約80%以上、より好ましくは約90%以上、最も好ましくは約95%以上の相同性を有する塩基配列などが挙げられる。特に、ECAT4遺伝子の塩基配列のN末端部位をコードする部分の塩基配列(例えば、開始コドン付近の塩基配列など)の相補鎖と約70%以上、好ましくは約80%以上、より好ましくは約90%以上、最も好ましくは約95%以上の相同性を有するアンチセンスポリヌクレオチドが好適である。具体的には、配列番号:8〜10のいずれかに記載の塩基配列に相補的な、もしくは実質的に相補的な配列、またはその一部分を有するアンチセンスポリヌクレオチドなどが挙げられる。
相補的な塩基配列を有するポリヌクレオチド(相補鎖、逆鎖)とは、上記各配列番号に示される塩基配列からなるポリヌクレオチドの全長配列、または該塩基配列において少なくとも連続した15塩基長の塩基配列を有するその部分配列(ここでは便宜上、これらを「正鎖」ともいう)に対して、A:TおよびG:Cといった塩基対関係に基づき、塩基的に相補的な関係にあるポリヌクレオチドを意味するものである。ただし、かかる相補鎖は、対象とする正鎖の塩基配列と完全に相補配列を形成する場合に限らず、対象とする正鎖とストリンジェントな条件でハイブリダイスすることができる程度の相補関係を有するものであってもよい。
また、正鎖側のポリヌクレオチドには、ECAT4遺伝子の塩基配列、またはその部分配列を有するものだけでなく、上記相補鎖の塩基配列に対してさらに相補的な関係にある塩基配列からなる鎖を含めることができる。
アンチセンスポリヌクレオチドは通常、10〜1000個程度、好ましくは15〜500個程度、更に好ましくは16〜30個程度の塩基から構成される。ヌクレアーゼなどの加水分解酵素による分解を防ぐために、アンチセンスDNAを構成する各ヌクレオチドのリン酸残基(ホスフェート)は、例えば、ホスホロチオエート、メチルホスホネート、ホスホロジチオネートなどの化学修飾りん酸残基に置換されていてもよい。これらのアンチセンスポリヌクレオチドは、公知のDNA合成装置などを用いて製造することができる。
かかるアンチセンスポリヌクレオチドは、ECAT4遺伝子のRNAとハイブリダイズすることができ、該RNAの合成または機能を阻害することができるか、あるいは該RNAとの相互作用を介してECAT4遺伝子の発現を調節・制御することができる。
本発明のアンチセンスポリヌクレオチドは、生体内および生体外でECAT4の発現を調節・制御するのに有用であり、前述のように未分化細胞を従来より確実になくしたりするうえで有用である。タンパク質遺伝子の5’端ヘアピンループ、5’端6−ベースペア・リピート、5’端非翻訳領域、ポリペプチド翻訳開始コドン、タンパク質コード領域、ORF翻訳終止コドン、3’端非翻訳領域、3’端パリンドローム領域または3’端ヘアピンループなどは、好ましい対象領域として選択しうるが、タンパク質遺伝子内の如何なる領域も対象として選択しうる。目的核酸と、対象領域の少なくとも一部に相補的なポリヌクレオチドとの関係については、目的核酸が対象領域とハイブリダイズすることができる場合は、その目的核酸は、当該対象領域のポリヌクレオチドに対して「アンチセンス」であるということができる。
アンチセンスポリヌクレオチドは、2−デオキシ−D−リボースを含有しているポリヌクレオチド、D−リボースを含有しているポリヌクレオチド、プリンまたはピリミジン塩基のN−グリコシドであるその他のタイプのポリヌクレオチド、非ヌクレオチド骨格を有するその他のポリマー(例えば、市販のタンパク質核酸および合成配列特異的な核酸ポリマー)または特殊な結合を含有するその他のポリマー(但し、該ポリマーはDNAやRNA中に見出されるような塩基のペアリングや塩基の付着を許容する配置をもつヌクレオチドを含有する)などが挙げられる。それらは、2本鎖DNA、1本鎖DNA、2本鎖RNA、1本鎖RNA、DNA:RNAハイブリッドであってもよく、さらに非修飾ポリヌクレオチド(または非修飾オリゴヌクレオチド)、公知の修飾の付加されたもの、例えば当該分野で知られた標識のあるもの、キャップの付いたもの、メチル化されたもの、1個以上の天然のヌクレオチドを類縁物で置換したもの、分子内ヌクレオチド修飾のされたもの、例えば非荷電結合(例えば、メチルホスホネート、ホスホトリエステル、ホスホルアミデート、カルバメートなど)を持つもの、電荷を有する結合または硫黄含有結合(例、ホスホロチオエート、ホスホロジチオエートなど)を持つもの、例えばタンパク質(例、ヌクレアーゼ、ヌクレアーゼ・インヒビター、トキシン、抗体、シグナルペプチド、ポリ−L−リジンなど)や糖(例、モノサッカライドなど)などの側鎖基を有しているもの、インターカレント化合物(例、アクリジン、ソラレンなど)を持つもの、キレート化合物(例えば、金属、放射活性をもつ金属、ホウ素、酸化性の金属など)を含有するもの、アルキル化剤を含有するもの、修飾された結合を持つもの(例えば、αアノマー型の核酸など)であってもよい。ここで「ヌクレオシド」、「ヌクレオチド」および「核酸」とは、プリンおよびピリミジン塩基を含有するのみでなく、修飾されたその他の複素環型塩基をもつようなものを含んでいて良い。このような修飾物は、メチル化されたプリンおよびピリミジン、アシル化されたプリンおよびピリミジン、あるいはその他の複素環を含むものであってよい。修飾されたヌクレオチドおよび修飾されたヌクレオチドはまた糖部分が修飾されていてよく、例えば、1個以上の水酸基がハロゲンとか、脂肪族基などで置換されていたり、またはエーテル、アミンなどの官能基に変換されていてよい。本発明のアンチセンスポリヌクレオチドは、RNA、DNAまたは修飾された核酸(RNA、DNA)である。修飾された核酸の具体例としては、核酸の硫黄誘導体、チオホスフェート誘導体、ポリヌクレオシドアミドやオリゴヌクレオシドアミドの分解に抵抗性のものなどが挙げられる。
本発明のアンチセンスポリヌクレオチドは、例えば、以下のように設計されうる。すなわち、細胞内でのアンチセンスポリヌクレオチドをより安定なものにする、アンチセンスポリヌクレオチドの細胞透過性をより高める、目標とするセンス鎖に対する親和性をより大きなものにする、また、もし毒性があるような場合はアンチセンスポリヌクレオチドの毒性をより小さなものにする。このような修飾は、例えばPharm Tech Japan,8巻,247頁または395頁,1992年、Antisense Research and Applications,CRC Press,1993年などで数多く報告されている。
本発明のアンチセンスポリヌクレオチドは、リポゾーム、ミクロスフェアのような特殊な形態で供与されたり、遺伝子治療により適合した付加された形態で供与されてもよい。こうして付加形態で用いられるものとしては、リン酸基骨格の電荷を中和するように働くポリリジンのようなポリカチオン体、細胞膜との相互作用を高めたり、核酸の取込みを増大せしめるような脂質(例、ホスホリピド、コレステロールなど)などの疎水性のものが挙げられる。付加するに好ましい脂質としては、コレステロールやその誘導体(例、コレステリルクロロホルメート、コール酸など)が挙げられる。こうしたものは、核酸の3’端または5’端に付着させることができ、塩基、糖、分子内ヌクレオシド結合を介して付着させることができうる。その他の基としては、核酸の3’端または5’端に特異的に配置されたキャップ用の基で、エキソヌクレアーゼ、RNaseなどのヌクレアーゼによる分解を阻止するためのものが挙げられる。こうしたキャップ用の基としては、ポリエチレングリコール、テトラエチレングリコールなどのグリコールをはじめとした当該分野で知られた水酸基の保護基が挙げられるが、それに限定されるものではない。アンチセンスポリヌクレオチドの阻害活性は、本発明のスクリーニング方法を用いて調べることができる。
本発明のアンチセンスポリヌクレオチドは、前述のように2本鎖であってもよく、ECAT4をコードするRNAに結合し、該RNAを破壊またはその機能を抑制するものである。すなわち、ECAT4をコードするRNAの一部とそれに相補的なRNAを含有する2本鎖RNA等も本発明のアンチセンスポリヌクレオチドに含まれる。
上記アンチセンスポリヌクレオチドの利用につき詳述すれば、通常のこの種の遺伝子治療と同様にして、例えばアンチセンスオリゴヌクレオチドまたはその化学的修飾体を直接標的の培養細胞あるいは組織などに投与することにより目的遺伝子の発現を制御する方法により実施できる。本発明のアンチセンスポリヌクレオチドは、そのままもしくは遺伝子治療用ベクターにこれを組込むことにより、細胞に投与することもできる。これらの場合も、投与量、投与方法は細胞の種類、細胞数などにより変動し、当業者であれば適宜選択することが可能である。
アンチセンスポリヌクレオチドまたはその化学的修飾体は、細胞内でセンス鎖mRNAに結合して、目的遺伝子の発現、即ちECAT4の発現を制御することができ、かくしてECAT4の機能(活性)を制御することができる。
アンチセンスポリヌクレオチドまたはその化学的修飾体を直接培養細胞に投与する方法において、用いられるアンチセンスポリヌクレオチドまたはその化学修飾体は、好ましくは10〜1000塩基、さらに好ましくは15〜500塩基、最も好ましくは16〜30塩基の長さを有するものとすればよい。その投与に当たり、アンチセンスオリゴヌクレオチドまたはその化学的修飾体は、通常慣用される安定化剤、緩衝液、溶媒などを用いて製剤化(試薬化)され得る。
上記組換えウイルスを用いる方法としては、例えばレトロウイルス、レンチウイルス、アデノウイルス、アデノ関連ウイルス、ヘルペスウイルス、センダイウイルス、ワクシニアウイルス、ポリオウイルス、シンビスウイルスなどのウイルスゲノムに本発明のアンチセンスポリヌクレオチドを組込んで生体内に導入する方法が挙げられる。この中では、レトロウイルス、アデノウイルス、アデノ関連ウイルスなどを用いる方法が特に好ましい。非ウイルス的導入法としては、リポソーム法、リポフェクチン法などが挙げられ、特にリポソーム法が好ましい。他の非ウイルス的導入法としては、例えばマイクロインジェクション法、リン酸カルシウム法、エレクトロポレーション法なども挙げられる。
本発明の細胞分化促進剤は、上述したアンチセンスポリヌクレオチドまたはその化学修飾体、これらを含む組換えウイルスおよびこれらウイルスが導入された感染細胞などを有効成分とするものである。本発明の細胞分化促進剤は、試薬または医薬として用いることができる。該組成物の投与形態などは、標的細胞または組織に応じて適宜決定できる。本発明の医薬または試薬は、例えば本発明のアンチセンスポリヌクレオチドを含有するウイルスベクターをリポソームまたは膜融合リポソームに包埋した形態(センダイウイルス(HVJ)−リポソームなど)とすることができる。これらのリポソーム製剤形態には、懸濁剤、凍結剤、遠心分離濃縮凍結剤などが含まれる。また、上記本発明のアンチセンスポリヌクレオチドを含有するベクターを導入されたウイルスで感染された細胞培養液の形態とすることもできる。これら各種形態の製剤中の有効成分の投与量は、目的により適宜調節することができる。通常、ECAT4遺伝子に対するアンチセンスポリヌクレオチドの場合は、約0.001μg−100mg、好ましくは約0.001μg−10mgを数日ないし数カ月に1回添加/投与される量とすればよい。例えば10cmシャーレの場合は、本発明アンチセンスヌクレオチドを0.0001μg〜100mg、好ましくは0.001μg〜10mgを数日ないし数カ月に1回添加すればよい。
さらに、本発明は、(i)ECAT4をコードするRNAの一部とそれに相補的なRNAを含有する二重鎖RNA、(ii)前記二重鎖RNAを含有してなる医薬、(iii)ECAT4をコードするRNAの一部を含有するリボザイム、(iv)前記リボザイムを含有してなる医薬、(v)前記リボザイムをコードする遺伝子(DNA)を含有する発現ベクターなども提供する。上記アンチセンスポリヌクレオチドと同様に、二重鎖RNA、リボザイムなども、本発明のDNAから転写されるRNAを破壊またはその機能を抑制することができる。ECAT4またはそれをコードするDNAの機能を抑制することができる二重鎖RNA、リボザイムなど試薬または治療剤などとして使用することができる。
二重鎖RNAは、公知の方法(例、Nature,411巻,494頁,2001年)に準じて、ECAT4をコードするポリヌクレオチド配列を基に設計して製造することができる。リボザイムは、公知の方法(例、TRENDS in Molecular Medicine,7巻,221頁,2001年)に準じて、ECAT4をコードするポリヌクレオチドの配列を基に設計して製造することができる。例えば、公知のリボザイムの配列の一部をECAT4をコードするRNAの一部に置換することによって製造することができる。ECAT4をコードするRNAの一部としては、公知のリボザイムによって切断され得るコンセンサス配列NUX(式中、Nはすべての塩基を、XはG以外の塩基を示す)の近傍の配列などが挙げられる。上記の二重鎖RNAまたはリボザイムを上記の試薬または医薬として使用する場合、アンチセンスポリヌクレオチドと同様にして製剤化し、投与することができる。また、前記の発現ベクターは、公知の遺伝子治療法などと同様に用い、上記試薬または医薬として使用する。
(3)本発明のECAT4エンハンサー、ECAT4プロモーター領域、ECAT4が認識するコンセンサス配列、組換えベクターおよび形質転換細胞
本発明の「ECAT4エンハンサー」とは、ECAT4の転写を促進する塩基配列のことである。本発明のECAT4エンハンサーを含むECAT4プロモーター領域を用いれば、ECAT4遺伝子の転写などを効率的に行うことができる。
本発明のECAT4エンハンサーは、(i)配列番号7で示される塩基配列の一部または全部を含むことを特徴とするECAT4エンハンサー、(ii)配列番号17、配列番号18または配列番号19で示される塩基配列を含有するECAT4エンハンサー、(iii)配列番号15で示される塩基配列の一部であり、且つ配列番号17、配列番号18または配列番号19で示される塩基配列を含有するECAT4エンハンサー(iv)配列番号15で示される塩基配列を含有するECAT4エンハンサー、(v)配列番号14で示される塩基配列の一部であり、配列番号15で示される塩基配列を含有するECAT4エンハンサー、(vi)前記(i)〜(v)のいずれか記載のECAT4エンハンサーの塩基配列において1個もしくは複数個の塩基が欠失、置換もしくは付加された塩基配列を含み、且つECAT4遺伝子の転写を促進する能力を有することを特徴とするECAT4エンハンサー、(vii)前記(i)〜(v)のいずれか記載のECAT4エンハンサーの塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件下にハイブリダイズし、且つECAT4遺伝子の転写を促進する能力を有することを特徴とするECAT4エンハンサーである。
なお、(i)の具体例としては、例えば、図8(B)で示される塩基配列の−4737位から−4611位の領域(配列番号15において第1位から第127位の領域)のDNAを含有するECAT4エンハンサー、および図8(B)で示される塩基配列の−4497位から−4387位の領域(配列番号15において第241位から第351位の領域)のDNAを含有するECAT4エンハンサーを挙げることができる。
本発明において「プロモーター領域」とは、調節遺伝子の一種で、遺伝子の転写の開始部位を決定し、またその頻度を直接的に調節するDNA上の領域である。細胞型特異的もしくは組織特異的な制御を受けるプロモーター要素、または外来性のシグナルもしくは因子(例えば、転写活性化タンパク質)によって誘導されるプロモーター依存的遺伝子発現を引き起こすために十分なプロモーター要素を含んでいてもよい。
本発明の「ECAT4プロモーター領域」は、前述の本発明ECAT4エンハンサーを含んでいるものであり、ECAT4のプロモーター活性を有するDNAであればいかなるものであってもよい。具体的には、例えば、配列番号14に示される塩基配列の一部または全部からなるDNAなどを挙げることができる。
本発明の「ECAT4が認識するコンセンサス配列」とは、ECAT4が遺伝子に結合して転写制御作用を示す際に、ECAT4が認識する部位の遺伝子配列である。
本発明のECAT4が認識するコンセンサス配列としては、
(i)以下の(a)〜(c)のいずれかに記載されるDNAを含むことを特徴とするECAT4が認識するコンセンサス配列:
(a)配列番号4で示される塩基配列を含有する配列からなるDNA、
(b)配列番号4で示される塩基配列において1個もしくは複数個の塩基が欠失、置換もしくは付加された塩基配列からなり、且つECAT4と結合する能力を有するDNA、
(c)配列番号4で示される塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件下にハイブリダイズし、且つECAT4と結合する能力を有するDNA、
(ii)以下の(a)〜(c)のいずれかに記載されるDNAを含むことを特徴とするECAT4が認識するコンセンサス配列:
(a)配列番号5、配列番号6または配列番号16で示される塩基配列からなるDNA、
(b)配列番号5、配列番号6または配列番号16で示される塩基配列において1個もしくは複数個の塩基が欠失、置換もしくは付加された塩基配列からなり、且つECAT4と結合する能力を有するDNA、
(c)配列番号5、配列番号6または配列番号16で示される塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件下にハイブリダイズし、且つECAT4と結合する能力を有するDNA、
(iii)前述(i)または(ii)記載の配列の一部を含有することを特徴とするECAT4が認識するコンセンサス配列、
を挙げることができる。ここで、「1個もしくは複数個の塩基」とは、好ましくは1〜3個の塩基であり、更に好ましくは1〜2個の塩基である。また(iii)における「配列の一部」とは、例えば、配列番号5、配列番号6または配列番号16で示される塩基配列の5’側末端から数塩基〜10塩基のDNA、あるいは3’側末端から数塩基〜10塩基のDNAを挙げることができるが、これに限定されない。
本発明のECAT4エンハンサー、ECAT4が認識するコンセンサス配列およびECAT4プロモーター領域は、ヒトまたは他の哺乳動物の細胞(例えば、ヒトリンパ球細胞、マウス線維芽細胞、マウスES細胞、ラットES細胞、ヒトES細胞)もしくはそれらの細胞が存在するあらゆる組織等に由来のゲノムDNA、cDNA、合成DNAのいずれでもよい。
本発明のECAT4エンハンサー、ECAT4が認識するコンセンサス配列およびECAT4プロモーター領域の調製方法としては、例えば、化学合成法、PCRあるいはハイブリダイゼーション法などが挙げられる。
化学合成法を用いて調製する場合、DNA自動合成機、例えばDNA合成機モデル380A(ABI社製)等を用いることができる。
次に、PCRを用いて本発明のECAT4エンハンサーまたはECAT4プロモーター領域を調製する方法について説明する。鋳型とするゲノムライブラリーは、例えば、「Molecular Cloning:A Laboratory Manual 2nd edition」(1989)、Cold Spring Harbor Laboratory Press等に記載されている方法に準じてヒト、マウス等の哺乳動物の組織から調製することができる。また、ヒトゲノムDNA(クローンテック製)等の市販のゲノムDNAや、ヒトゲノムウォーカーキット(クローンテック製)等の市販ゲノムライブラリーを用いることができる。次いで、増幅させるプロモーターに対応したプライマーを用いてPCRを行う。尚、前記プライマーは、配列番号7、配列番号14または配列番号15で示される塩基配列に基づいて適宜設計することができ、また、その5’末端側に、制限酵素認識配列等を付加してもよい。前記のようにして増幅されたDNAは、「Molecular Cloning:A Laboratory Manual 2nd edition」(1989),Cold Spring Harbor Laboratory Press、「Current Protocols In Molecular Biology」(1987),John Wiley & Sons,Inc.ISBN0−471−50338−X等に記載される通常の方法に準じてベクターにクローニングすることができる。具体的には例えばInvitrogen製のTAクローニングキットに含まれるプラスミドベクターやStratagene製のpBluescriptIIなどのプラスミドベクターを用いてクローニングすることができる。クローニングされたDNAの塩基配列は、F.Sanger,S.Nicklen,A.R.Coulson著、Proceedings of National Academy of Science U.S.A.(1977),74,5463−5467等に記載されるダイデオキシターミネーティング法などにより分析することができる。
次に、ハイブリダイゼーション法を用いて調製する方法について説明する。
まず、プローブに用いるDNAを標識する。プローブに用いるDNAとしては、調製しようとするエンハンサー、プロモーター領域等の塩基配列の少なくとも一部を有するDNA、例えば、配列番号4〜7、および配列番号14〜19のいずれかで示される塩基配列もしくはその連続した一部の塩基配列からなるDNAであってその鎖長が16塩基以上160塩基以下であるDNA、前記DNAの塩基配列において1個もしくは複数個の塩基が欠失、置換もしくは付加された塩基配列からなるDNA、前記DNAとストリンジェントな条件下にハイブリダイズするDNA等を挙げることができる。
プローブに用いる前記DNAは、例えば、化学合成法、PCR、ハイブリダイゼーション法等、前述した通常のDNAの調製方法によって得ることができる。なお、プローブに用いる前記DNAは、それ自身がECAT4をコードする遺伝子の転写を制御する能力を有していても良い。
プローブに用いる前記DNAを放射性同位元素により標識するには、例えば、ベーリンガー製、宝酒造製のRandom Labelling Kit等を用いることができ、通常のPCR反応組成中のdCTPを[α−32P]dCTPに替えて、プローブに用いる前記DNAを鋳型にしてPCR反応を行うことにより、標識を行うこともできる。また、プローブに用いるDNAを蛍光色素で標識する場合には例えば、ECL Direct Nucleic Acid Labelling and Ditection System(Amersham Pharmacia Biotech製)等を用いることができる。プローブをハイブリダイズさせるDNAライブラリーとしては、例えば、マウスなどのげっ歯類等の動物由来のゲノムDNAライブラリー等を使用することができる。当該DNAライブラリーには、市販のゲノムDNAライブラリーを用いることもできるし、また「Molecular Cloning:A Laboratory Manual 2nd edition」(1989),Cold Spring Harbor Laboratory Pressや「Current Protocols In Molecular Biology」(1987),John Wiley & Sons,Inc.ISBN0−471−50338−X等に記載される通常のライブラリー作製法に従い、例えば、Stratagene製のλ FIX II、λ EMBL3、λ EMBL4、λ DASH II等のλベクターを用い、Gigapack packaging Extracts(Stratagene製)等をin vitroパッケージングに用いてゲノムDNAライブラリーを作製し、これを用いることもできる。
ハイブリダイゼーション方法としては、コロニーハイブリダイゼーションやプラークハイブリダイゼーションをあげることができ、ライブラリーの作製に用いられたベクターの種類に応じて方法を選択するとよい。例えば、使用されるライブラリーがプラスミドベクターで構築されたライブラリーである場合には、コロニーハイブリダイゼーションを行うことができる。具体的にはまず、ライブラリーのDNAを宿主微生物に導入して形質転換細胞を取得し、得られた形質転換細胞を希釈して寒天培地にまき、コロニーが現れるまで37℃で培養を行う。また、使用されるライブラリーがファージベクターで構築されたライブラリーである場合には、プラークハイブリダイゼーションを行うことができる。具体的にはまず、宿主微生物とライブラリーのファージを感染可能な条件下で混合した後さらに軟寒天培地と混合し、これを寒天培地上にまく。その後プラークが現れるまで37℃で培養を行う。より具体的には、例えば、Molecular Cloning 2nd edition(J.Sambrook,E.F.Frisch,T.Maniatis著、Cold Spring Harbor Laboratory Press 1989年)2.60から2.65等に記載されている方法に準じて、NZY寒天培地に寒天培地1mm当り0.1〜1.0pfuの密度で、約9.0×10pfuのファージライブラリーを広げ、37℃で6〜10時間培養する。
次いで、前記のいずれのハイブリダイゼーション法を用いた場合も、前述の培養を行った寒天培地の表面にメンブレンフィルターをのせ、プラスミドを保有する形質転換細胞やファージを当該メンブレンフィルターに転写する。このメンブレンフィルターをアルカリ処理した後、中和処理し、次いで、DNAを当該フィルターに固定する処理を行う。より具体的には例えば、プラークハイブリダイゼーションの場合には、クローニングとシークエンス:植物バイオテクノロジー実験マニュアル(渡辺、杉浦編集、農村文化社1989年)等に記載の通常の方法に準じて、前記寒天培地の上にニトロセルロースフィルター又はナイロンフィルター等、例えば、Hybond−N(Amersham Pharmacia Biotech製)を置き、約1分間静置してファージ粒子をメンブレンフィルターに吸着させる。次に、当該フィルターをアルカリ溶液(1.5M塩化ナトリウム、0.5N水酸化ナトリウム)に約3分間浸してファージ粒子を溶解させてファージDNAをフィルター上に溶出させた後、中和溶液(1.5M塩化ナトリウム、0.5Mトリス塩酸、pH7.5)に約5分間浸す処理を行う。当該フィルターを洗浄溶液(300mM塩化ナトリウム、30mMクエン酸ナトリウム、200mMトリス塩酸)で約5分間洗った後、例えば、約80℃で約90分間ベーキングすることによりファージDNAをフィルターに固定する。このように調製されたフィルターと、前記プローブとを用いてハイブリダイゼーションを行う。ハイブリダイゼーションを行う際の試薬及び温度条件は、例えば、D.M.Glover編「DNA cloning,a practical approach」IRL PRESS(1985)ISBN 0−947946−18−7、クローニングとシークエンス:植物バイオテクノロジー実験マニュアル(渡辺、杉浦編集、農村文化社1989年)、または、Molecular Cloning 2nd edition(J.Sambrook,E.F.Frisch,T.Maniatis著、Cold Spring Harbor Laboratory Press、1989年)等の記載の方法に準じて行うことができる。例えば、450〜900mMの塩化ナトリウム、45〜90mMのクエン酸ナトリウムを含み、ドデシル硫酸ナトリウム(SDS)を0.1〜1.0%(W/V)の濃度で含み、変性した非特異的DNAを0〜200μg/mLの濃度で含み、場合によってはアルブミン、フィコール、ポリビニルピロリドン等をそれぞれ0〜0.2%(W/V)の濃度で含んでいてもよいプレハイブリダイゼーション溶液、好ましくは、900mMの塩化ナトリウム、90mMのクエン酸ナトリウム、1%(W/V)のSDSおよび100μg/mLの変性Calf−thymus DNAを含むプレハイブリダイゼーション溶液を、前記のようにして作製したフィルター1cm当り50〜200μLの割合で準備し、当該溶液に前記フィルターを浸して42〜68℃で1〜4時間、好ましくは、45℃で2時間保温する。次いで、例えば、450〜900mMの塩化ナトリウム、45〜90mMのクエン酸ナトリウムを含み、SDSを0.1〜1.0%(W/V)の濃度で含み、変性した非特異的DNAを0〜200μg/mLの濃度で含み、場合によってはアルブミン、フィコール、ポリビニルピロリドン等をそれぞれ0〜0.2%(W/V)の濃度で含んでいてもよいハイブリダイゼーション溶液、好ましくは、900mMの塩化ナトリウム、90mMのクエン酸ナトリウム、1%(W/V)のSDSおよび100μg/mLの変性Calf−thymus DNAを含むハイブリダイゼーション溶液と、前述の方法で調製して得られたプローブ(フィルター1cm当り1.0×10〜2.0×10cpm相当量)とを混合した溶液をフィルター1cm当り50〜200μLの割合で準備し、当該溶液にフィルターを浸し42〜68℃で4〜20時間、好ましくは、45℃で16時間保温しハイブリダイゼーション反応を行う。当該ハイブリダイゼーション反応後、フィルターを取り出し、15〜300mMの塩化ナトリウム、1.5〜30mMのクエン酸ナトリウム、および0.1〜1.0%(W/V)のSDS等を含む42〜68℃の洗浄溶液等、好ましくは、300mMの塩化ナトリウム、30mMのクエン酸ナトリウム、および1%(W/V)のSDSを含む55℃の洗浄溶液で、10〜60分間のフィルター洗浄を1〜4回、好ましくは15分間の洗浄を2回行う。さらに、フィルターを2×SSC溶液(300mM塩化ナトリウム、および30mMクエン酸ナトリウムを含む。)で軽くすすいだのち乾燥させる。このフィルターを、例えば、オートラジオグラフィーなどに供してフィルター上のプローブの位置を検出することにより、用いたプローブとハイブリダイズするDNAのフィルター上の位置を検出する。検出されたDNAのフィルター上の位置に相当するクローンをもとの寒天培地上で特定しこれを釣菌することにより、当該DNAを有するクローンを単離することができる。具体的には例えば、フィルターをイメージングプレート(富士フィルム)に4時間露光させ、次いで当該プレートをBAS2000(富士フィルム)を用いて解析し、シグナルを検出する。フィルターの作製に用いた寒天培地のうち、シグナルが検出された位置に相当する部分を約5mm角にくり抜き、これを約500μLのSMバッファー(50mMトリス−塩酸pH7.5、0.1M塩化ナトリウム、7mM硫酸マグネシウム、および0.01%(W/V)ゼラチンを含む。)に2〜16時間、好ましくは3時間浸してファージ粒子を溶出させる。得られたファージ粒子溶出液をMolecular Cloning 2nd edition(J.Sambrook,E.F.Frisch,T.Maniatis著、Cold Spring Harbor Laboratory Press、1989年)2.60から2.65に記載の方法に準じて寒天培地に広げ、37℃で6〜10時間培養する。この寒天培地を用いて前述の方法と同様の方法でファージDNAをフィルターに固定し、このフィルターと前述のプローブを用いてハイブリダイゼーションを行う。フィルターの作製に用いた寒天培地のうちの、シグナルが検出された位置に相当する部分からファージ粒子を溶出し、これを寒天培地に広げ、前述の方法と同様にフィルターを作製し、ハイブリダイゼーションを行う。このようなファージクローンの特定と純化を繰り返すことにより、用いたプローブとハイブリダイズする塩基配列からなるDNAを含むファージクローンが得られる。前述のようなハイブリダイゼーションによるスクリーニングを行うことにより得られたクローンの保有するDNAは、DNA調製や解析が容易なプラスミドベクター、例えば市販のpUC18、pUC19、pBLUESCRIPT KS+、pBLUESCRIPT KS− 等にサブクローニングして、プラスミドDNAを調製し、F.Sanger,S.Nicklen,A.R.Coulson著、Proceedings of National Academy of Science U.S.A.(1977),74,5463−5467等に記載されるダイデオキシターミネーティング法を用いてその塩基配列を決定することができる。塩基配列分析に用いる試料の調製は、例えば、Molecular Cloning 2nd edition(J.Sambrook,E.F.Frisch,T.Maniatis著、Cold Spring Harbor Laboratory Press、1989年)13.15等に記載されているプライマーエクステンション法に準じて行うことができる。また、ファージクローンをMolecular Cloning 2nd edition(J.Sambrook,E.F.Frisch,T.Maniatis著、Cold Spring Harbor Laboratory Press、1989年)2.60から2.65等に記載の方法に準じてNZYM液体培地で増幅し、ファージ液を調製して、これから例えば、Lambda−TRAPPLUS DNA Isolation Kit(Clontech製)等を用いてファージクローンDNAを抽出し、当該DNAを鋳型として、例えば、前述のプライマーエクステンション法により塩基配列分析用の試料を調製し、塩基配列を分析することもできる。このようにして得られるDNAのECAT4遺伝子の転写を制御する能力を後述のようにして確認することもできる。尚、本願において「転写を制御する能力」とは、例えば、プロモーター領域の下流に位置する遺伝子の転写を開始および/または促進させる活性等を意味する(以下、プロモーター活性と記すこともある。)。
本発明のECAT4エンハンサー、ECAT4が認識するコンセンサス配列およびECAT4プロモーター領域は、配列番号4〜7および配列番号14〜19のいずれかで示される塩基配列を含む配列に変異を導入することによって作製しても良い。具体的には、例えば、A.Greener,M.Callahan、Strategies(1994)7,32−34等に記載される方法を用いてランダムに変異を導入することによって取得することができ、W.Kramer,et al.、Nucleic Acids Research(1984)12,9441もしくはW.Kramer,H.J.Frits、Methods in Enzymology(1987)154,350等に記載のギャップド・デュープレックス(gapped duplex)法、またはT.A.Kunkel、Proc.of Natl.Acad.Sci.U.S.A.(1985)82,488もしくはT.A.Kunkel,et al.、Methods in Enzymology(1987)154,367等に記載のクンケル(Kunkel)法を用いて部位特異的に変異を導入することによって取得することができる。あるいは、配列番号15で示される塩基配列を含むECAT4プロモーター領域等のうち1ヶ所ないし数カ所の部分塩基配列を、他のプロモーターのDNAの一部と入れ換えたキメラDNAを作製することによって取得することができ、例えば、S.Henikoff,et al.、Gene(1984)28,351、C.Yanisch−Perron,et al.、Gene(1985)33,103等に記載された方法を用いることができる。
前記の種々の方法で調製される本発明プロモーター領域を、通常の方法、例えば、「田村隆明著(羊土社刊)、新転写制御のメカニズム(2000年)」33〜40頁、「野村慎太郎、渡辺俊樹監修著(秀潤社刊)、脱アイソトープ実験プロトコール(1998年)」等に記載された方法に準じて、プロモーター活性を維持したまま、その一部分の塩基を欠失させて得られる(即ち、適当な制限酵素を用いて切り出すことにより調製される)DNAも本発明プロモーター領域として使用することができる。得られたDNAのECAT4遺伝子の転写を制御する能力は後述する方法により確認することができる。
本発明組換えベクターの調製において、本発明ECAT4エンハンサーまたはECAT4プロモーター領域(以下、本明細書において「ECAT4エンハンサー/プロモーター領域」という)を挿入するための組換えベクターとしては、所望の細胞内で機能可能な組換えベクターであれば良い。本発明のECATエンハンサーを用いる場合は、公知の適切なプロモーターを機能可能な形に連結することができる。なお、本発明組換えベクターは、当該組換えベクターが導入された細胞を選択するためのマーカー遺伝子(例えば、カナマイシン耐性遺伝子、ハイグロマイシン耐性遺伝子、ネオマイシン耐性遺伝子等)を含んでいてもよい。また、前記組換えベクターにおいて、本発明エンハンサー/プロモーター領域および所望の遺伝子が組換えベクター上で機能可能な形で連結されるような位置、例えば当該エンハンサー/プロモーター領域を挿入する部位の下流に遺伝子挿入部位がさらに有ると、所望の遺伝子を細胞内で発現させるための組換えベクターの構築等に好ましく利用できる。ここで遺伝子挿入部位とは、例えば、遺伝子工学的手法で通常用いられる制限酵素が特異的に認識切断可能な塩基配列であり、本発明エンハンサー/プロモーター領域を有する組換えベクター上に唯一存在する種類の制限酵素認識配列が好ましい。当該組換えベクターとして具体的には、例えば、pUC系プラスミド[pUC118,pUC119(宝酒造製)など]、pSC101系プラスミド、pBR322プラスミド(Boehringer Mannheim製)等が挙げられる。
また、本発明組換えベクターの調製において、本発明のECAT4が認識するコンセンサス配列を挿入するための組換えベクターとしては、所望の細胞内で機能可能な組換えベクターであれば良く、当該組換えベクターが導入された細胞を選択するためのマーカー遺伝子(例えば、カナマイシン耐性遺伝子、ハイグロマイシン耐性遺伝子、ネオマイシン耐性遺伝子等)を含んでいてもよい。また、前記組換えベクターにおいて、本発明のコンセンサス配列および所望の遺伝子が組換えベクター上で機能可能な形で連結されるような位置、例えば当該コンセンサス配列を挿入する部位の下流に適切なプロモーターおよび遺伝子挿入部位がさらに有ると、所望の遺伝子を細胞内で発現させるための組換えベクターの構築等に好ましく利用できる。ここで遺伝子挿入部位とは、例えば、遺伝子工学的手法で通常用いられる制限酵素が特異的に認識切断可能な塩基配列であり、本発明のECAT4が認識するコンセンサス配列を有する組換えベクター上に唯一存在する種類の制限酵素認識配列が好ましい。当該組換えベクターとして具体的には、例えば、pUC系プラスミド[pUC118,pUC119(宝酒造製)など]、pSC101系プラスミド、pBR322プラスミド(Boehringer Mannheim製)等が挙げられる
さらにECAT4エンハンサー/プロモーター領域の活性、またはECAT4とECAT4が認識するコンセンサス配列の結合を調べるためには、ECAT4エンハンサー/プロモーター領域またはECAT4が認識するコンセンサス配列の下流に検出可能な構造遺伝子を連結すればよい。エンハンサー/プロモーター領域またはコンセンサス配列の下流に連結される構造遺伝子としては、種々のレポーター遺伝子が用いられる。レポーター遺伝子としては、ルシフェラーゼ遺伝子、CAT(クロラムフェニコールアセチル転移酵素(Chloramphenicol acetyl transferase)遺伝子、アルカリフォスファターゼ遺伝子の他に、β−ガラクトシダーゼ遺伝子が汎用されているが、他のいかなる構造遺伝子であっても、その遺伝子産物の検出法があれば使用され得る。上記構造遺伝子をベクターに組み込むには、ECAT4エンハンサー/プロモーター領域またはECAT4が認識するコンセンサス配列の下流に存在する適当な制限酵素切断部位に、上記構造遺伝子が正しく転写される方向に連結すればよい。例えば、pGL3 Basic、pGL3 promoter(プロメガ社)などの市販のベクターを用いることもできる。
上記組換えベクターにより形質転換する宿主としては、例えば、エシェリヒア属菌、バチルス属菌、酵母、昆虫細胞、動物細胞などが用いられる。動物細胞としては、例えば、サル細胞COS−7,Vero,チャイニーズハムスター細胞CHO(以下、CHO細胞と略記),dhfr遺伝子欠損チャイニーズハムスター細胞CHO(以下、CHO(dhfr−)細胞と略記),マウスL細胞,マウスAtT−20,マウスミエローマ細胞,ラットGH3,マウス繊維芽細胞3T3−L1,ヒト肝臓ガン細胞HepG2(以下、HepG2細胞と略記)、ヒト骨肉腫細胞MG−63(以下、MG−63細胞と略記)、ヒトFL細胞、白色脂肪細胞、卵細胞、ES細胞(Evans,M.J.とKaufman,K.H.(1981)Nature,292,154)などが用いられる。好ましくは哺乳動物由来の組織幹細胞またはES細胞であり、特に好ましくは、マウスES細胞、ラットES細胞およびヒトES細胞などを挙げることができる。
これらの細胞への形質転換の方法としては、リン酸カルシウム法(Grahamら(1973)Virology,52,456)、エレクトロポレーション法(石崎ら(1986)細胞工学,5,577)、マイクロインジェクション法、遺伝子導入用リピッド(Lipofectamine、Lipofectin;Gibco−BRL社)を用いる方法などが用いられる。より具体的には、動物細胞を形質転換するには、例えば、細胞工学別冊8新細胞工学実験プロトコール.263−267(1995)(秀潤社発行)、ヴィロロジー(Virology),52巻,456(1973)に記載の方法に従って行なうことができる。上記形質転換体は、特定の化合物の存在下に培養し、培養物中の遺伝子産物の量を測定し比較することにより、該化合物のプロモーター活性のコントロール能を知ることができる。該形質転換体の培養はそれ自体公知の方法で行なう。培地のpHは約5〜8に調整するのが好ましい。
本発明の組換えベクターがECAT4エンハンサーまたはECAT4のプロモーター領域を含有するDNAであれば、上記の形質転換体を用いることによって、ECAT4エンハンサーまたはECAT4プロモーター領域の活性を制御(活性化/抑制)する化合物をスクリーニングすることが可能である。また、本発明の組換えベクターがECAT4が認識するコンセンサス配列を含有するDNAであれば、上記の形質転換体を用いることによって、ECAT4と該コンセンサス配列の結合を制御(活性化/抑制)する化合物のスクリーニングに用いることが可能である。
(4)ECAT4エンハンサーまたはECAT4プロモーター領域の活性を制御(活性化/抑制)する物質をスクリーニングする方法、およびECAT4が認識するコンセンサス配列を用いたスクリーニング方法
本発明のECAT4遺伝子、ECAT4エンハンサー、ECAT4プロモーター領域、またはECAT4が認識するコンセンサス配列を利用することにより、ECAT4の発現を制御(活性化/抑制)する物質、あるいはECAT4の機能を制御(活性化/抑制)する物質をスクリーニングすることができる。
例えば、ECAT4エンハンサー/プロモーター領域の塩基配列にルシフェラーゼ遺伝子を結合したキメラ遺伝子を細胞(例えば、ES細胞など)に導入することで、ECAT4の発現を活性化または抑制する物質をスクリーニングすることができる。また同様に、ECAT4が認識するコンセンサス配列を含むプロモーター遺伝子とレポーター遺伝子とのキメラ遺伝子を細胞(例えば、ES細胞など)に導入することで、ECAT4による転写活性化または転写抑制に影響を及ぼす物質、あるいはECAT4と同様の活性を有する物質をスクリーニングすることができる。更に、公知のBindingアッセイ、例えばSPA法(アマシャムファルマシア社)を用いたBindingアッセイなどで、ECAT4と本発明のコンセンサス配列の結合を阻害する物質を探索することも可能である。
本発明のECAT4エンハンサーまたはECAT4プロモーター領域の活性を制御する物質のスクリーニング方法は、次の工程(a)、(b)及び(c)を含むものが例示される:
(a)ECAT4エンハンサーまたはECAT4プロモーター領域をレポーター遺伝子に連結させたDNAで形質転換した細胞と被験物質とを接触させる工程、
(b)被験物質を接触させた細胞におけるレポーター遺伝子の活性を測定し、該発現量を被験物質を接触させない対照細胞における活性と比較する工程、
(c)上記(b)の比較結果に基づいて、ECAT4エンハンサーまたはECAT4プロモーター領域の活性を制御する被験物質を選択する工程。
かかるスクリーニングに用いられる細胞としては、前述(3)に記載の本発明の形質転換体が、有用である。
本発明スクリーニング方法によってスクリーニングされる被験物質(候補物質)は、制限されないが、核酸(本発明のアンチセンスヌクレオチドを含む)、ペプチド、タンパク質、有機化合物、無機化合物などであり、本発明スクリーニングは、具体的にはこれらの被験物質またはこれらを含む試料(被験試料)を上記細胞と接触させることにより行われる。かかる被験試料としては、被験物質を含む細胞抽出液、遺伝子ライブラリーの発現産物、合成低分子化合物、合成ペプチド、天然化合物などが挙げられるが、これらに制限されない。
また本発明スクリーニングに際して、被験物質と細胞とを接触させる条件は、特に制限されないが、該細胞が死滅しない培養条件(温度、pH、培地組成など)を選択するのが好ましい。
実施例に示すように、ECAT4を強制発現させた細胞は、LIFやファーダー細胞非存在下でもES細胞の持つ全能性を維持するため、ES細胞の自己複製能に関与するマスター遺伝子であると考えられる。よって本発明のスクリーニング方法には、このECAT4エンハンサー/プロモーター領域の転写能を指標として、その活性を制御(活性化/抑制)する物質を探索する方法が包含される。このスクリーニング方法によって、ES細胞の培養維持に有効な候補物質、またはES細胞を分化させるのに有効な候補物質を提供することができる。ECAT4エンハンサー/プロモーター領域の転写能を活性化する候補物質はES細胞の培養維持に有用であり、抑制する物質はES細胞を分化させるのに有用であると考えられる。
より具体的には、被験物質(候補物質)を添加した細胞におけるECAT4エンハンサー/プロモーター領域の活性が、被験物質(候補物質)を添加しない細胞のそのレベルに比して変動(高くなる/低くなる)場合に、選択することができる。
ECAT4エンハンサー/プロモーター領域の活性の定量は、前述のように、ECAT4遺伝子の発現を制御する遺伝子領域(発現制御領域)に、例えばルシフェラーゼ遺伝子などのマーカー遺伝子をつないだ融合遺伝子を導入した細胞株を用いて、マーカー遺伝子由来のタンパク質の活性を測定することによって実施できる。測定方法としては、例えば、Brasier,A.R.ら(1989)Biotechniques vol.7,1116−1122の記載に準じた方法により、ルシフェラーゼ活性を測定することなどがあげられる。
なお、上記マーカー遺伝子としては、発光反応や呈色反応を触媒する酵素の構造遺伝子が好ましい。具体的には、前述(3)に記載のように、ルシフェラーゼ遺伝子のほか、分泌型アルカリフォスファターゼ遺伝子、クロラムフェニコール・アセチルトランスフェラーゼ遺伝子、βグルクロニダーゼ遺伝子、βガラクトシダーゼ遺伝子、及びエクオリン遺伝子などのレポーター遺伝子を例示できる。
Hereinafter, in this specification, indications with abbreviations such as amino acids, (poly) peptides, (poly) nucleotides, etc. are defined in IUPAC-IUB [IUPAC-IUB Communication on Biological Nomenclature, Eur. J. et al. Biochem. 138: 9 (1984)], “Guidelines for the preparation of specifications including base sequences or amino acid sequences” (edited by the Japan Patent Office) and conventional symbols in this field.
The “ES cell self-renewal determinant” of the present invention is a master gene involved in self-replication ability such that embryonic stem cells (ES cells) and the like replicate the same cells without differentiation. This self-replicating determinant of ES cells can be used as a marker for cells having self-replicating ability such as ES cells. By examining the expression of this factor, whether the examined cells have self-replicating ability, Or it can test | inspect whether it is an ES cell. By compulsorily expressing this factor, it is possible to safely maintain the proliferative properties of the cells while maintaining the totipotency of ES cells in the absence of feeder cells and in the absence of cytokines such as LIF. Thereby, the improvement of the efficiency and economical efficiency of ES cell culture can be expected. In addition, since there is no risk of contamination with infectious substances such as endogenous cells derived from feeder cells, which is a concern in clinical application, an improvement in safety can be expected.
In order to induce differentiation of ES cells into specific functional cells, known methods such as homologous recombination, antisense, RNAi (RNA inhibitor), etc. ) To suppress the expression of this self-renewal determinant of ES cells, it can be expected that undifferentiated cells will be eliminated more reliably than before. Thus, further safety improvement can be expected by avoiding the risk of appearance of undifferentiated cell-derived tumor cells (teratomas), which is a concern when clinically applied.
The “ECAT4” of the present invention is natural ECAT4 or genetically modified ECAT4 and may be derived from mammals. For example, mouse ECAT4, rat ECAT4, monkey ECAT4, human ECAT4, etc. can be mentioned.
In addition, the “gene” or “DNA” is equivalent not only to the “gene” or “DNA” represented by the specific base sequence (SEQ ID NOs: 4 to 10, 14 to 19) but also to the function (activity). Or in the case of a gene encoding a protein, the “gene” or “DNA” that encodes its homologues, derivatives and variants is limited to the same biological function. Is included. The “gene” or “DNA” encoding these homologues (homologues), derivatives and mutants is specifically represented by any one of the aforementioned SEQ ID NOs: 4 to 10 under stringent conditions. Examples thereof include “gene” or “DNA” having a base sequence that hybridizes with a specific base sequence.
Stringent conditions are shown in Berger and Kimmel (1987, Guide to Molecular Cloning Techniques in Enzymology, Vol. 152, Ademic Press, San Diego CA) It can be determined based on temperature (Tm). For example, as washing conditions after hybridization, the conditions of about “1 × SSC, 0.1% SDS, 37 ° C.” can be mentioned. The complementary strand is preferably one that maintains a hybridized state with the target positive strand even when washed under such conditions. Although not particularly limited, the more stringent hybridization conditions are about “0.5 × SSC, 0.1% SDS, 42 ° C.”, and the more stringent hybridization conditions are “0.1 × SSC, 0.1% SDS, A cleaning condition of about “65 ° C.” can be mentioned. Specifically, as such a complementary strand, a strand consisting of a base sequence that is completely complementary to the base sequence of the target positive strand, and 70% or more, preferably 80% or more, more preferably Examples thereof include a chain composed of a base sequence having a homology of 90% or more, more preferably 95% or more.
In addition, a gene encoding a homologue of the specific base sequence (SEQ ID NOs: 4 to 10, 14 to 19), for example, a gene of another species corresponding to a human gene, is homogene (http: // www) .Ncbi.nlm.nih.gov / HomoloGene /). Specifically, a specific human base sequence is matched with BLAST (Proc. Natl. Acad. Sci. USA., 90: 5873-5877, 1993, http://www.ncbi.nlm.nih.gov/BLAST/). Obtaining the accession number of the sequence (Score is the highest, E-value is 0 and Identity is 100%), and the other accession gene and human gene obtained by entering the accession number into HomoLoGene Can be selected from the list showing the correlation of the gene homologues. In addition, the said gene or DNA does not ask | require the distinction of a functional region, For example, an expression control region, a coding region, an exon, or an intron can be included.
When using the term “ECAT4 gene” or “ECAT4 DNA” in the present specification, unless otherwise specified, the ECAT4 gene (DNA) (SEQ ID NOs: 8 to 10) represented by a specific nucleotide sequence, homologues thereof, It is used to include genes (DNA) encoding mutants and derivatives. Specifically, human ECAT4 gene described in SEQ ID NO: 9 (GenBank Accession No. AB093576), mouse ECAT4 gene described in SEQ ID NO: 8 (GenBank Accession No. AB093574), monkey ECAT4 described in SEQ ID NO: 10. Genes, and rat homologues are included.
In the present specification, “polynucleotide” is used to include both RNA and DNA. The DNA includes any of cDNA, genomic DNA, and synthetic DNA. The RNA includes total RNA, mRNA, and synthetic RNA.
In this specification, “protein” or “(poly) peptide” includes not only “protein” or “(poly) peptide” represented by a specific amino acid sequence (SEQ ID NOs: 1 to 3), but also biological Fragments, homologues (homologs and splice variants), mutants, derivatives, amino acid modifications and the like are included as long as their functional functions are equivalent. Here, examples of homologs include proteins of other species such as mice and rats corresponding to human proteins, and these were identified by HomoLoGene (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/HomoloGene/). It can be identified a priori from the base sequence of the gene. Variants also include naturally occurring allelic variants, non-naturally occurring variants, and variants having amino acid sequences modified by artificial deletions, substitutions, additions and insertions. . Examples of the mutant include those that are at least 70%, preferably 80%, more preferably 95%, and still more preferably 97% homologous to a protein or (poly) peptide without mutation. The amino acid modifications include naturally occurring amino acid modifications and non-naturally occurring amino acid modifications, and specific examples include phosphorylated amino acids.
Accordingly, when the term “ECAT4 protein” or simply “ECAT4” is used in the present specification, ECAT4 represented by a specific amino acid sequence (SEQ ID NOs: 1 to 3) and homologues, variants and derivatives thereof unless otherwise specified. And amino acid modifications. Specifically, human ECAT4 having the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 2, mouse ECAT4 having the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 1, monkey ECAT4 having the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 3, and their Rat homologues and the like are included.
Hereinafter, specific contents of the present invention will be described.
(1) Mammalian stem cells in which ECAT4 is forcibly expressed
The “mammalian stem cell in which ECAT4 is forcibly expressed” of the present invention refers to a cell obtained by forcibly expressing ECAT4 in a mammalian cell. Mammalian cells are cells derived from tissues, organs, etc. of mammals such as humans, monkeys, mice and rats, and may be primary cells taken from individuals or cultured cells. What is necessary is just a cell derived from. Mammalian cells are, for example, commercially available cultured cells (such as ATCC), mouse ES cells, monkey ES cells and human ES cells, and more preferably mouse ES cells, monkey ES cells that differentiate in the absence of LIF, Embryonic stem cells such as human ES cells are not limited to these.
In order to forcibly express ECAT4, for example, an expression vector containing the ECAT4 gene may be introduced into the cell. Specific examples of the method of introducing the expression vector include the calcium phosphate method, the DEAE-dextran method, the electroporation method, the gene Known methods such as a method using a lipid for introduction (Lipofectamine, Lipofectin; Gibco-BRL), a microinjection method and the like can be mentioned.
An expression vector containing the ECAT4 gene can be prepared based on ordinary genetic engineering techniques. The expression vector used here can be appropriately selected according to the host to be used, the purpose, etc., and includes plasmids, phage vectors, virus vectors and the like.
Examples thereof include plasmid vectors such as pCEP4, pKCR, pCDM8, pGL2, pcDNA3.1, pRc / RSV, and pRc / CMV, and viral vectors such as retrovirus vectors, adenovirus vectors, and adeno-associated virus vectors.
The vector may appropriately have factors such as a promoter capable of inducing expression, a gene encoding a signal sequence, a selection marker gene, and a terminator. Moreover, it may have a gene encoding a fusion protein of marker protein and ECAT4.
Here, the “marker gene” is a gene with a clear phenotype useful for genetic analysis, and its expression can be directly observed after gene introduction. For example, genes for fluorescent proteins such as GFP and GFP mutants such as CFP and YFP can be mentioned, but not limited to this, genes can be expressed in living cells by introducing genes into cells and expressing them. Anything that can be confirmed to be introduced is included in the category of the marker gene of the present invention. The marker protein is a protein encoded by a marker gene.
By introducing a vector to which such a marker gene is added, cells expressing ECAT4 can be easily detected. Furthermore, since only stem cells that express ECAT4 can be selected by using ES cells into which such a gene has been introduced, undifferentiated cells and differentiated cells can be selected when ES cells are differentiated into functional cells. It can also be used as a marker. This avoids the risk of transplanting undifferentiated cells, which are at risk of teratoma formation, into the living body.
Furthermore, an expression vector containing the ECAT4 gene can also be produced using a conditional gene expression control system. For example, a forced expression system in which the introduced target gene is expressed in the presence of tetracycline and not expressed in the non-coexistence can be given (Niwa et al., (2000). Nat Genet 24, 372-6.). Since cells into which these vectors have been introduced can switch on / off ECAT4-expressing cells depending on the culture conditions, ECAT4 is stably forcibly expressed between ES cells, and expression is shut off when differentiation is induced. It is considered that differentiation can be efficiently induced and can be used for various purposes.
The expression vector containing the ECAT4 gene may be a vector having the property of disappearing under certain conditions. Specific examples include a pCAG-IP vector. ES cells into which an ECAT4 expression vector having such properties has been introduced are very useful for preparing genetically modified animals such as transgenic mice. Since the ES cell into which the vector has been introduced disappears from the cell under certain conditions, it is easier and more reliable than controlling the expression level of ECAT4 using a method in which the vector remains in the cell, such as regulated promoter. Modified animals can be made.
For example, since CAG-ECAT4 cells prepared using a pCAG-IP vector containing ECAT4 gene can be cultured in the absence of LIF or feeder cells, the desired target gene is expressed in CAG-ECAT4 cells. The operation of introducing other vectors for knocking out, knocking down or knocking in is very easy.
Here, the genetically modified animal is an animal in which the standardized gene is overexpressed, knocked out, knocked down or knocked in. The genetically modified animal can be prepared by a known method, and the animal may be a mammal, and examples thereof include a mouse and a rat.
(2) Antisense polynucleotide of the present invention
The antisense polynucleotide of the present invention has a base sequence complementary to or substantially complementary to the base sequence of the ECAT4 gene or a part thereof, and has an action capable of suppressing the expression of the ECAT4 gene As long as it is, antisense RNA and antisense DNA are included.
Here, the substantially complementary base sequence is, for example, about 70% or more, preferably about 80% or more, more preferably about 90% or more, most preferably, the base sequence complementary to the base sequence of the ECAT4 gene. Includes a base sequence having a homology of about 95% or more. In particular, it is about 70% or more, preferably about 80% or more, more preferably about 90%, with the complementary strand of the base sequence encoding the N-terminal part of the base sequence of the ECAT4 gene (eg, the base sequence near the start codon). Antisense polynucleotides with a homology of at least%, most preferably at least about 95% are preferred. Specific examples include antisense polynucleotides having a sequence complementary to or substantially complementary to the base sequence described in any of SEQ ID NOs: 8 to 10, or a part thereof.
A polynucleotide having a complementary base sequence (complementary strand, reverse strand) is a full-length sequence of a polynucleotide comprising the base sequence shown in each of the above SEQ ID NOs, or a base sequence having a base length of 15 bases at least in the base sequence Means a polynucleotide having a base-complementary relationship based on a base pair relationship such as A: T and G: C with respect to a partial sequence having the above (for convenience, these are also referred to as “positive strands”) To do. However, such a complementary strand is not limited to the case where it forms a completely complementary sequence with the target positive strand base sequence, but has a complementary relationship that allows it to hybridize with the target positive strand under stringent conditions. You may have.
Further, the polynucleotide on the positive strand side includes not only those having the base sequence of the ECAT4 gene or a partial sequence thereof, but also a strand comprising a base sequence that is more complementary to the base sequence of the complementary strand. Can be included.
The antisense polynucleotide is usually composed of about 10 to 1000 bases, preferably about 15 to 500 bases, and more preferably about 16 to 30 bases. In order to prevent degradation by a hydrolase such as nuclease, the phosphate residues (phosphates) of each nucleotide constituting the antisense DNA are changed to chemically modified phosphate residues such as phosphorothioate, methylphosphonate, and phosphorodithionate. May be substituted. These antisense polynucleotides can be produced using a known DNA synthesizer.
Such an antisense polynucleotide can hybridize with the RNA of the ECAT4 gene, inhibit the synthesis or function of the RNA, or regulate the expression of the ECAT4 gene through the interaction with the RNA. Can be controlled.
The antisense polynucleotide of the present invention is useful for regulating and controlling the expression of ECAT4 in vivo and in vitro, and is useful for reliably eliminating undifferentiated cells as described above. 5 'end hairpin loop of protein gene, 5' end 6-base pair repeat, 5 'end untranslated region, polypeptide translation start codon, protein coding region, ORF translation stop codon, 3' end untranslated region, 3 ' An end palindromic region or a 3 ′ end hairpin loop or the like can be selected as a preferred region of interest, but any region within a protein gene can be selected as a target. Regarding the relationship between the target nucleic acid and a polynucleotide complementary to at least a part of the target region, if the target nucleic acid can hybridize to the target region, the target nucleic acid It can be said that it is “antisense”.
Antisense polynucleotides include polynucleotides containing 2-deoxy-D-ribose, polynucleotides containing D-ribose, other types of polynucleotides that are N-glycosides of purine or pyrimidine bases, non-polynucleotides, Other polymers with a nucleotide backbone (eg, commercially available protein nucleic acids and synthetic sequence-specific nucleic acid polymers) or other polymers containing special linkages (provided that the polymer is a base such as found in DNA or RNA) And a nucleotide having a configuration allowing the attachment of a pairing or base). They may be double-stranded DNA, single-stranded DNA, double-stranded RNA, single-stranded RNA, DNA: RNA hybrids, unmodified polynucleotides (or unmodified oligonucleotides), known modifications Additions, such as those with labels known in the art, capped, methylated, one or more natural nucleotides replaced with analogs, intramolecular nucleotide modifications Such as those having uncharged bonds (eg methylphosphonates, phosphotriesters, phosphoramidates, carbamates, etc.), charged bonds or sulfur-containing bonds (eg phosphorothioates, phosphorodithioates, etc.) Things such as proteins (eg, nucleases, nuclease inhibitors, toxins, antibodies, Null peptide, poly-L-lysine, etc.) and sugars (eg, monosaccharides), etc., side chain groups, intercurrent compounds (eg, acridine, psoralen, etc.), chelate compounds (eg, , Metals, radioactive metals, boron, oxidizing metals, etc.), alkylating agents, and modified bonds (eg, alpha anomeric nucleic acids) Also good. Here, the “nucleoside”, “nucleotide” and “nucleic acid” may include not only purine and pyrimidine bases but also those having other modified heterocyclic bases. Such modifications may include methylated purines and pyrimidines, acylated purines and pyrimidines, or other heterocycles. Modified nucleotides and modified nucleotides may also be modified at the sugar moiety, eg, one or more hydroxyl groups are replaced by halogens, aliphatic groups, etc., or functional groups such as ethers, amines, etc. It may have been converted. The antisense polynucleotide of the present invention is RNA, DNA or a modified nucleic acid (RNA, DNA). Specific examples of the modified nucleic acids include nucleic acid sulfur derivatives, thiophosphate derivatives, polynucleoside amides and oligonucleoside amides that are resistant to degradation.
The antisense polynucleotide of the present invention can be designed, for example, as follows. That is, to make the antisense polynucleotide in the cell more stable, to increase the cell permeability of the antisense polynucleotide, to increase the affinity for the target sense strand, and to reduce the toxicity In some cases, the antisense polynucleotide is less toxic. Many such modifications have been reported in, for example, Pharm Tech Japan, 8, 247 or 395, 1992, Antisense Research and Applications, CRC Press, 1993, and the like.
The antisense polynucleotide of the present invention may be provided in a special form such as a liposome or a microsphere, or may be provided in an added form adapted by gene therapy. In this way, the additional form includes polycationic substances such as polylysine that acts to neutralize the charge of the phosphate group skeleton, lipids that enhance interaction with cell membranes and increase nucleic acid uptake ( Examples include hydrophobic ones such as phospholipid and cholesterol. Preferred lipids for addition include cholesterol and derivatives thereof (eg, cholesteryl chloroformate, cholic acid, etc.). Such can be attached to the 3 'or 5' end of the nucleic acid and can be attached via a base, sugar, intramolecular nucleoside bond. Examples of the other group include a cap group specifically arranged at the 3 ′ end or 5 ′ end of a nucleic acid, which prevents degradation by a nuclease such as exonuclease or RNase. Such capping groups include, but are not limited to, hydroxyl protecting groups known in the art, including glycols such as polyethylene glycol and tetraethylene glycol. The inhibitory activity of an antisense polynucleotide can be examined using the screening method of the present invention.
The antisense polynucleotide of the present invention may be double-stranded as described above, and binds to RNA encoding ECAT4 and destroys the RNA or suppresses its function. That is, a part of RNA encoding ECAT4 and double-stranded RNA containing RNA complementary thereto are also included in the antisense polynucleotide of the present invention.
The use of the antisense polynucleotide will be described in detail. For example, by administering an antisense oligonucleotide or a chemical modification thereof directly to a target cultured cell or tissue in the same manner as in this type of gene therapy. It can be carried out by a method for controlling the expression of the target gene. The antisense polynucleotide of the present invention can also be administered to cells as it is or by incorporating it into a gene therapy vector. Also in these cases, the dose and administration method vary depending on the cell type, the number of cells, etc., and can be appropriately selected by those skilled in the art.
An antisense polynucleotide or a chemical modification thereof can bind to a sense strand mRNA in a cell to control the expression of a target gene, that is, the expression of ECAT4, and thus control the function (activity) of ECAT4. Can do.
In the method of directly administering an antisense polynucleotide or chemical modification thereof to cultured cells, the antisense polynucleotide or chemical modification thereof used is preferably 10 to 1000 bases, more preferably 15 to 500 bases, most preferably May have a length of 16 to 30 bases. In the administration, antisense oligonucleotides or chemical modifications thereof can be formulated (reagentized) using commonly used stabilizers, buffers, solvents and the like.
Examples of the method using the above recombinant virus include, for example, the anti-viral polypeptide of the present invention in a virus genome such as retrovirus, lentivirus, adenovirus, adeno-associated virus, herpes virus, Sendai virus, vaccinia virus, poliovirus, and synbisvirus. An example is a method of incorporating nucleotides into a living body. Of these, methods using retroviruses, adenoviruses, adeno-associated viruses and the like are particularly preferred. Examples of non-viral introduction methods include the liposome method and the lipofectin method, and the liposome method is particularly preferable. Other non-viral introduction methods include, for example, a microinjection method, a calcium phosphate method, an electroporation method, and the like.
The cell differentiation promoting agent of the present invention comprises the above-described antisense polynucleotide or a chemically modified product thereof, a recombinant virus containing these, an infected cell into which these viruses have been introduced, and the like as active ingredients. The cell differentiation promoter of the present invention can be used as a reagent or a medicine. The administration form of the composition can be appropriately determined depending on the target cell or tissue. The medicament or reagent of the present invention can be, for example, in a form (such as Sendai virus (HVJ) -liposome) in which a viral vector containing the antisense polynucleotide of the present invention is embedded in liposomes or membrane fusion liposomes. These liposome preparation forms include suspensions, freezing agents, centrifugal concentrated freezing agents, and the like. Moreover, it can also be set as the form of the cell culture solution infected with the virus in which the vector containing the said antisense polynucleotide of this invention was introduce | transduced. The dose of the active ingredient in these various forms of preparation can be adjusted as appropriate according to the purpose. Usually, in the case of an antisense polynucleotide against the ECAT4 gene, about 0.001 μg-100 mg, preferably about 0.001 μg-10 mg may be added / administered once every several days to several months. For example, in the case of a 10 cm petri dish, the antisense nucleotide of the present invention may be added in an amount of 0.0001 μg to 100 mg, preferably 0.001 μg to 10 mg once every several days to several months.
Furthermore, the present invention relates to (i) a double-stranded RNA containing a part of RNA encoding ECAT4 and RNA complementary thereto, (ii) a pharmaceutical comprising the double-stranded RNA, (iii) ECAT4 (Iv) a drug containing the ribozyme, (v) an expression vector containing a gene (DNA) encoding the ribozyme, and the like. Similar to the above antisense polynucleotide, double-stranded RNA, ribozyme, and the like can also destroy RNA transcribed from the DNA of the present invention or suppress its function. It can be used as a reagent or therapeutic agent such as double-stranded RNA or ribozyme capable of suppressing the function of ECAT4 or DNA encoding the same.
Double-stranded RNA can be produced by designing based on a polynucleotide sequence encoding ECAT4 according to a known method (eg, Nature, 411, 494, 2001). The ribozyme can be designed and produced based on the sequence of the polynucleotide encoding ECAT4 according to a known method (eg, TRENDS in Molecular Medicine, Vol. 7, 221, 2001). For example, it can be produced by substituting a part of the known ribozyme sequence with a part of RNA encoding ECAT4. Examples of the RNA encoding ECAT4 include a sequence in the vicinity of a consensus sequence NUX (wherein N represents all bases and X represents a base other than G) that can be cleaved by a known ribozyme. When the above double-stranded RNA or ribozyme is used as the above reagent or pharmaceutical, it can be formulated and administered in the same manner as the antisense polynucleotide. The expression vector is used in the same manner as a known gene therapy method, and used as the reagent or medicine.
(3) ECAT4 enhancer, ECAT4 promoter region, consensus sequence recognized by ECAT4, recombinant vector and transformed cell of the present invention
The “ECAT4 enhancer” of the present invention is a nucleotide sequence that promotes the transcription of ECAT4. If the ECAT4 promoter region containing the ECAT4 enhancer of the present invention is used, transcription of the ECAT4 gene and the like can be performed efficiently.
The ECAT4 enhancer of the present invention is represented by (i) an ECAT4 enhancer characterized by including part or all of the base sequence represented by SEQ ID NO: 7, (ii) represented by SEQ ID NO: 17, SEQ ID NO: 18 or SEQ ID NO: 19 ECAT4 enhancer containing a base sequence, (iii) ECAT4 enhancer (iv) which is a part of the base sequence shown by SEQ ID NO: 15 and contains the base sequence shown by SEQ ID NO: 17, SEQ ID NO: 18 or SEQ ID NO: 19 (E) an ECAT4 enhancer containing the base sequence represented by SEQ ID NO: 15, (v) an ECAT4 enhancer which is a part of the base sequence represented by SEQ ID NO: 14 and comprises the base sequence represented by SEQ ID NO: 15, (vi) one in the base sequence of the ECAT4 enhancer according to any one of i) to (v) or An ECAT4 enhancer comprising a nucleotide sequence in which several bases are deleted, substituted or added, and having the ability to promote transcription of the ECAT4 gene; (vii) any one of (i) to (v) An ECAT4 enhancer characterized in that it hybridizes with DNA comprising the nucleotide sequence of the ECAT4 enhancer under stringent conditions and has the ability to promote transcription of the ECAT4 gene.
As a specific example of (i), for example, the DNA in the region from the −4737 position to the −4611 position of the base sequence shown in FIG. 8B (the region from the first position to the 127th position in SEQ ID NO: 15) And an ECAT4 enhancer containing DNA in the region of positions −4497 to −4387 (region of positions 241 to 351 in SEQ ID NO: 15) of the base sequence shown in FIG. 8 (B) Can be mentioned.
In the present invention, a “promoter region” is a type of regulatory gene, which is a region on DNA that determines the initiation site of gene transcription and directly regulates its frequency. Contains promoter elements that are subject to cell type-specific or tissue-specific control, or sufficient promoter elements to cause promoter-dependent gene expression induced by an exogenous signal or factor (eg, a transcriptional activation protein) May be.
The “ECAT4 promoter region” of the present invention includes the above-described ECAT4 enhancer of the present invention, and may be any DNA as long as it has ECAT4 promoter activity. Specifically, for example, DNA consisting of a part or all of the base sequence shown in SEQ ID NO: 14 can be mentioned.
The “consensus sequence recognized by ECAT4” of the present invention is a gene sequence of a site recognized by ECAT4 when ECAT4 binds to the gene and exhibits a transcription control action.
As a consensus sequence recognized by ECAT4 of the present invention,
(I) A consensus sequence recognized by ECAT4, which comprises the DNA described in any of (a) to (c) below:
(A) DNA comprising a sequence containing the base sequence represented by SEQ ID NO: 4,
(B) a DNA consisting of a base sequence in which one or more bases are deleted, substituted or added in the base sequence represented by SEQ ID NO: 4 and having the ability to bind to ECAT4;
(C) DNA capable of hybridizing under stringent conditions with DNA consisting of the base sequence represented by SEQ ID NO: 4 and binding to ECAT4;
(Ii) A consensus sequence recognized by ECAT4, which comprises the DNA described in any of (a) to (c) below:
(A) DNA comprising the base sequence represented by SEQ ID NO: 5, SEQ ID NO: 6 or SEQ ID NO: 16,
(B) DNA comprising a nucleotide sequence in which one or more bases are deleted, substituted or added in the nucleotide sequence represented by SEQ ID NO: 5, SEQ ID NO: 6 or SEQ ID NO: 16, and having the ability to bind to ECAT4 ,
(C) DNA capable of hybridizing under stringent conditions with DNA consisting of the base sequence represented by SEQ ID NO: 5, SEQ ID NO: 6 or SEQ ID NO: 16 and binding to ECAT4;
(Iii) a consensus sequence recognized by ECAT4 characterized in that it contains a part of the sequence described in (i) or (ii) above,
Can be mentioned. Here, “one or more bases” is preferably 1 to 3 bases, more preferably 1 to 2 bases. The “part of sequence” in (iii) is, for example, DNA of several bases to 10 bases from the 5 ′ end of the base sequence represented by SEQ ID NO: 5, SEQ ID NO: 6 or SEQ ID NO: 16, or 3 ′ side Although DNA of several bases-10 bases from the terminal can be mentioned, it is not limited to this.
The ECAT4 enhancer of the present invention, the consensus sequence recognized by ECAT4, and the ECAT4 promoter region are human or other mammalian cells (eg, human lymphocyte cells, mouse fibroblasts, mouse ES cells, rat ES cells, human ES cells). Alternatively, any of genomic DNA, cDNA, and synthetic DNA derived from any tissue in which those cells exist may be used.
Examples of methods for preparing the ECAT4 enhancer, the consensus sequence recognized by ECAT4, and the ECAT4 promoter region of the present invention include chemical synthesis, PCR, and hybridization.
When preparing using a chemical synthesis method, an automatic DNA synthesizer such as a DNA synthesizer model 380A (manufactured by ABI) or the like can be used.
Next, a method for preparing the ECAT4 enhancer or ECAT4 promoter region of the present invention using PCR will be described. A genomic library used as a template is prepared from a tissue of a mammal such as a human or mouse according to a method described in, for example, “Molecular Cloning: A Laboratory Manual 2nd edition” (1989), Cold Spring Harbor Laboratory Press, etc. can do. Further, commercially available genomic DNA such as human genomic DNA (manufactured by Clontech) or commercially available genomic library such as human genome walker kit (manufactured by Clontech) can be used. Next, PCR is performed using primers corresponding to the promoter to be amplified. The primer can be appropriately designed based on the nucleotide sequence represented by SEQ ID NO: 7, SEQ ID NO: 14 or SEQ ID NO: 15, and a restriction enzyme recognition sequence or the like is added to the 5 ′ end side. Also good. The DNA amplified as described above can be obtained from "Molecular Cloning: A Laboratory Manual 2nd edition" (1989), Cold Spring Harbor Laboratory Press, "Current Protocols In Molecular Bios. 1987". It can be cloned into a vector according to the usual method described in ISBN0-471-50338-X or the like. Specifically, for example, cloning can be performed using a plasmid vector included in a TA cloning kit manufactured by Invitrogen or a plasmid vector such as pBluescript II manufactured by Stratagene. The base sequence of the cloned DNA is F.I. Sanger, S.M. Nicklen, A.M. R. Coulson, Proceedings of National Academy of Science U. S. A. (1977), 74, 5463-5467, and the like.
Next, a method for preparing using a hybridization method will be described.
First, the DNA used for the probe is labeled. As DNA used for the probe, DNA having at least a part of the base sequence such as enhancer to be prepared, promoter region, etc., for example, the base sequence represented by any of SEQ ID NOs: 4 to 7 and SEQ ID NOs: 14 to 19 or DNA consisting of a part of the base sequence and having a chain length of 16 to 160 bases, and one or more bases deleted, substituted or added in the base sequence of the DNA Examples include DNA consisting of a base sequence, DNA that hybridizes with the DNA under stringent conditions, and the like.
The DNA used for the probe can be obtained by, for example, the usual DNA preparation methods described above, such as chemical synthesis methods, PCR, and hybridization methods. The DNA used for the probe may itself have the ability to control the transcription of the gene encoding ECAT4.
In order to label the DNA used for the probe with a radioisotope, for example, Random Labeling Kit manufactured by Boehringer or Takara Shuzo can be used, and dCTP in a normal PCR reaction composition is [α- 32 Instead of P] dCTP, labeling can also be performed by performing a PCR reaction using the DNA used for the probe as a template. In addition, when the DNA used for the probe is labeled with a fluorescent dye, for example, ECL Direct Nucleic Acid Labeling and Detection System (manufactured by Amersham Pharmacia Biotech) or the like can be used. As a DNA library for hybridizing the probe, for example, a genomic DNA library derived from an animal such as a rodent such as a mouse can be used. As the DNA library, a commercially available genomic DNA library can be used, and “Molecular Cloning: A Laboratory Manual 2nd edition” (1989), Cold Spring Harbor Laboratory Press and “Current Protocols In Molecular 7 Biomolecules”. ), John Wiley & Sons, Inc. In accordance with a normal library preparation method described in ISBN0-471-50338-X or the like, for example, using λ vectors such as λ FIX II, λ EMBL3, λ EMBL4, λ DASH II manufactured by Stratagene, Gigapack packaging Extractions (Stratagene Etc.) can be used for in vitro packaging and a genomic DNA library can be prepared and used.
Examples of the hybridization method include colony hybridization and plaque hybridization, and the method may be selected according to the type of vector used for preparing the library. For example, when the library used is a library constructed with a plasmid vector, colony hybridization can be performed. Specifically, first, DNA of the library is introduced into a host microorganism to obtain transformed cells, the obtained transformed cells are diluted and spread on an agar medium, and cultured at 37 ° C. until colonies appear. Moreover, when the library used is a library constructed with a phage vector, plaque hybridization can be performed. Specifically, first, host microorganisms and library phages are mixed under conditions allowing infection, and further mixed with a soft agar medium, which is then spread on the agar medium. Thereafter, the cells are cultured at 37 ° C. until plaques appear. More specifically, for example, a method described in Molecular Cloning 2nd edition (written by J. Sambrook, EF Frisch, T. Maniatis, Cold Spring Harbor Laboratory Press 1989) 2.60 to 2.65, etc. In accordance with NZY agar medium, agar medium 1mm 2 About 9.0 x 10 at a density of 0.1 to 1.0 pfu per 5 Spread the pfu phage library and incubate at 37 ° C. for 6-10 hours.
Next, in any of the above-described hybridization methods, a membrane filter is placed on the surface of the agar medium on which the above-described culture is performed, and the transformed cells or phages carrying the plasmid are transferred to the membrane filter. The membrane filter is treated with an alkali, then neutralized, and then subjected to a treatment for fixing DNA to the filter. More specifically, for example, in the case of plaque hybridization, the agar medium according to the usual method described in Cloning and Sequence: Plant Biotechnology Experiment Manual (Watanabe, Sugiura Editing, Rural Bunkasha 1989) and the like. Nitrocellulose filter or nylon filter, for example, Hybond-N + (Amersham Pharmacia Biotech) is placed and allowed to stand for about 1 minute to adsorb phage particles to the membrane filter. Next, the filter is immersed in an alkaline solution (1.5 M sodium chloride, 0.5 N sodium hydroxide) for about 3 minutes to dissolve the phage particles and elute the phage DNA on the filter. .5M sodium chloride, 0.5M Tris-HCl, pH 7.5) for about 5 minutes. The filter is washed with a washing solution (300 mM sodium chloride, 30 mM sodium citrate, 200 mM Tris-HCl) for about 5 minutes, and then, for example, baked at about 80 ° C. for about 90 minutes to fix the phage DNA to the filter. Hybridization is performed using the thus prepared filter and the probe. Reagents and temperature conditions for performing hybridization are, for example, D.I. M.M. Glover edited by "DNA cloning, a practical approach" IRL PRES (1985) ISBN 0-947946-18-7, Cloning and Sequence: Plant Biotechnology Experiment Manual (Watanabe, Sugiura Editing, Rural Bunkasha 1989), or Molecular Cloning 2nd edition (by J. Sambrook, EF Frisch, T. Maniatis, Cold Spring Harbor Laboratory Press, 1989) and the like. For example, denatured non-specific DNA containing 450-900 mM sodium chloride, 45-90 mM sodium citrate, sodium dodecyl sulfate (SDS) at a concentration of 0.1-1.0% (W / V) In a concentration of 0 to 200 μg / mL, and in some cases albumin, ficoll, polyvinylpyrrolidone and the like may be included in a concentration of 0 to 0.2% (W / V) respectively, preferably A prehybridization solution containing 900 mM sodium chloride, 90 mM sodium citrate, 1% (W / V) SDS and 100 μg / mL denatured Calf-thymus DNA was prepared as described above. 2 The filter is prepared at a rate of 50 to 200 μL per unit, and the filter is immersed in the solution and incubated at 42 to 68 ° C. for 1 to 4 hours, preferably at 45 ° C. for 2 hours. Next, for example, 450 to 900 mM sodium chloride, 45 to 90 mM sodium citrate, SDS at a concentration of 0.1 to 1.0% (W / V), A hybridization solution containing 200 μg / mL and optionally containing albumin, Ficoll, polyvinylpyrrolidone, etc. at a concentration of 0 to 0.2% (W / V), preferably 900 mM sodium chloride A hybridization solution containing 90 mM sodium citrate, 1% (W / V) SDS and 100 μg / mL denatured Calf-thymus DNA, and the probe prepared by the above-described method (filter 1 cm 2 1.0 × 10 per 4 ~ 2.0 × 10 6 1 cm of filter solution mixed with cpm equivalent) 2 Prepare a 50-200 μL per solution, soak the filter in the solution, and incubate at 42-68 ° C. for 4-20 hours, preferably at 45 ° C. for 16 hours to carry out the hybridization reaction. After the hybridization reaction, the filter is taken out and contains 42 to 68 ° C. containing 15 to 300 mM sodium chloride, 1.5 to 30 mM sodium citrate, 0.1 to 1.0% (W / V) SDS, and the like. 1 to 4 times of filter washing for 10 to 60 minutes with a washing solution at 55 ° C. containing 300 mM sodium chloride, 30 mM sodium citrate, and 1% (W / V) SDS. Preferably, 15 minutes of washing is performed twice. Further, the filter is lightly rinsed with 2 × SSC solution (containing 300 mM sodium chloride and 30 mM sodium citrate) and then dried. This filter is subjected to, for example, autoradiography to detect the position of the probe on the filter, thereby detecting the position on the filter of the DNA hybridized with the probe used. A clone having the DNA can be isolated by identifying a clone corresponding to the position of the detected DNA on the filter on the original agar medium and catching it. Specifically, for example, the filter is exposed to an imaging plate (Fuji Film) for 4 hours, and then the plate is analyzed using BAS2000 (Fuji Film) to detect a signal. The portion corresponding to the position where the signal was detected in the agar medium used for the production of the filter was cut out to about 5 mm square, and this was cut into about 500 μL of SM buffer (50 mM Tris-HCl pH 7.5, 0.1 M sodium chloride, 7 mM magnesium sulfate and 0.01% (W / V) gelatin) for 2-16 hours, preferably 3 hours to elute phage particles. The obtained phage particle eluate was prepared according to the method described in Molecular Cloning 2nd edition (J. Sambrook, EF Frisch, T. Maniatis, Cold Spring Harbor Laboratory Press, 1989) 2.60 to 2.65. Spread on agar medium and incubate at 37 ° C. for 6-10 hours. Using this agar medium, phage DNA is immobilized on a filter in the same manner as described above, and hybridization is performed using this filter and the probe described above. The phage particles are eluted from the portion corresponding to the position where the signal is detected in the agar medium used for the preparation of the filter, spread on the agar medium, and the filter is prepared in the same manner as described above. Do. By repeating such identification and purification of the phage clone, a phage clone containing DNA having a base sequence that hybridizes with the probe used is obtained. The DNA possessed by the clone obtained by screening by hybridization as described above is subcloned into a plasmid vector that is easy to prepare and analyze DNA, such as commercially available pUC18, pUC19, pBLUESCRIPT KS +, pBLUESCRIPT KS-, etc. Preparing plasmid DNA; Sanger, S.M. Nicklen, A.M. R. Coulson, Proceedings of National Academy of Science U. S. A. (1977), 74, 5463-5467, etc., and the base sequence can be determined using the dideoxy terminating method. Preparation of a sample used for base sequence analysis is described in, for example, Molecular Cloning 2nd edition (J. Sambrook, EF Frisch, T. Maniatis, Cold Spring Harbor Laboratory Press, 1989) 13.15. It can be performed according to the primer extension method. In addition, phage clones were prepared according to the method described in Molecular Cloning 2nd edition (J. Sambrook, EF Frisch, T. Maniatis, Cold Spring Harbor Laboratory Press, 1989) 2.60 to 2.65, etc. Amplification in a liquid medium and preparation of a phage solution, from which phage clone DNA is extracted using, for example, Lambda-TRAPPLUS DNA Isolation Kit (manufactured by Clontech), etc. Thus, it is possible to prepare a sample for base sequence analysis and analyze the base sequence. The ability of the DNA thus obtained to control the transcription of the ECAT4 gene can also be confirmed as described below. In the present application, “ability to control transcription” means, for example, an activity for initiating and / or promoting transcription of a gene located downstream of the promoter region (hereinafter, also referred to as promoter activity). .
The ECAT4 enhancer of the present invention, the consensus sequence recognized by ECAT4, and the ECAT4 promoter region are prepared by introducing mutations into a sequence containing the base sequence represented by any of SEQ ID NOs: 4-7 and SEQ ID NOs: 14-19. Also good. Specifically, for example, A.I. Greener, M.M. Can be obtained by randomly introducing mutations using the method described in Callahan, Strategies (1994) 7, 32-34, and the like. Kramer, et al. Nucleic Acids Research (1984) 12, 9441; Kramer, H .; J. et al. Gapped duplex method described in Frits, Methods in Enzymology (1987) 154, 350, or the like. A. Kunkel, Proc. of Natl. Acad. Sci. U. S. A. (1985) 82, 488 or T.W. A. Kunkel, et al. , Methods in Enzymology (1987) 154, 367 and the like, can be obtained by introducing a site-specific mutation using the Kunkel method. Alternatively, it can be obtained by preparing a chimeric DNA in which one or several partial base sequences in the ECAT4 promoter region containing the base sequence represented by SEQ ID NO: 15 are replaced with a part of the DNA of another promoter. For example, S.M. Henikoff, et al. Gene (1984) 28, 351, C.I. Yanish-Perron, et al. The method described in Gene (1985) 33, 103 etc. can be used.
The promoter region of the present invention prepared by the various methods described above can be prepared by a conventional method, for example, “Tamura Takaaki (published by Yodosha), New Transcriptional Control Mechanism (2000)” pages 33-40, “Nomura Shintaro In accordance with the method described in Toshiki Watanabe, written by Toshiki Watanabe (published by Shujunsha, Deisotope Experiment Protocol (1998)), etc., it is obtained by deleting a part of the base while maintaining the promoter activity ( That is, DNA prepared by excision using an appropriate restriction enzyme can also be used as the promoter region of the present invention. The ability of the obtained DNA to control the transcription of the ECAT4 gene can be confirmed by the method described later.
In the preparation of the recombinant vector of the present invention, the recombinant vector for inserting the ECAT4 enhancer or ECAT4 promoter region of the present invention (hereinafter referred to as “ECAT4 enhancer / promoter region” in the present specification) functions as a desired cell. Any possible recombinant vector may be used. When using the ECAT enhancer of the present invention, a known appropriate promoter can be linked in a functional form. The recombinant vector of the present invention may contain a marker gene (for example, a kanamycin resistance gene, a hygromycin resistance gene, a neomycin resistance gene, etc.) for selecting cells into which the recombinant vector has been introduced. In the recombinant vector, the gene is located at a position where the enhancer / promoter region of the present invention and the desired gene are operably linked on the recombinant vector, for example, downstream of the site where the enhancer / promoter region is inserted. If there is an insertion site, it can be preferably used for the construction of a recombinant vector for expressing a desired gene in a cell. Here, the gene insertion site is, for example, a base sequence that can be specifically recognized and cleaved by a restriction enzyme usually used in genetic engineering techniques, and is a kind that exists only on a recombinant vector having the enhancer / promoter region of the present invention. These restriction enzyme recognition sequences are preferred. Specific examples of the recombinant vector include pUC plasmids [pUC118, pUC119 (Takara Shuzo) and the like], pSC101 plasmids, pBR322 plasmid (Boehringer Mannheim) and the like.
In the preparation of the recombinant vector of the present invention, the recombinant vector for inserting the consensus sequence recognized by ECAT4 of the present invention may be any recombinant vector that can function in a desired cell. A marker gene (for example, a kanamycin resistance gene, a hygromycin resistance gene, a neomycin resistance gene, etc.) for selecting cells into which the vector has been introduced may be included. In the recombinant vector, a suitable promoter and downstream of the position where the consensus sequence of the present invention and the desired gene are operably linked on the recombinant vector, for example, the site where the consensus sequence is inserted. If there is a gene insertion site, it can be preferably used for the construction of a recombinant vector for expressing a desired gene in cells. Here, the gene insertion site is, for example, a base sequence that can be specifically recognized and cleaved by a restriction enzyme usually used in genetic engineering techniques, and is the only one on a recombinant vector having a consensus sequence recognized by ECAT4 of the present invention. The kind of restriction enzyme recognition sequence present is preferred. Specific examples of the recombinant vector include pUC plasmids [pUC118, pUC119 (Takara Shuzo) and the like], pSC101 plasmids, pBR322 plasmid (Boehringer Mannheim) and the like.
Furthermore, in order to examine the activity of the ECAT4 enhancer / promoter region, or the binding of the consensus sequence recognized by ECAT4 and ECAT4, a detectable structural gene can be linked downstream of the ECAT4 enhancer / promoter region or the consensus sequence recognized by ECAT4. Good. Various reporter genes are used as the structural gene linked downstream of the enhancer / promoter region or consensus sequence. Reporter genes include luciferase gene, CAT (chloramphenicol acetyltransferase) gene, alkaline phosphatase gene, β-galactosidase gene, and any other structural gene. In order to incorporate the structural gene into a vector, an appropriate restriction enzyme cleavage site located downstream of the ECAT4 enhancer / promoter region or the consensus sequence recognized by ECAT4 is used. For example, commercially available vectors such as pGL3 Basic and pGL3 promoter (Promega) may be used.
Examples of the host to be transformed with the above recombinant vector include Escherichia bacteria, Bacillus bacteria, yeast, insect cells, animal cells, and the like. Examples of animal cells include monkey cells COS-7, Vero, Chinese hamster cells CHO (hereinafter abbreviated as CHO cells), dhfr gene-deficient Chinese hamster cells CHO (hereinafter abbreviated as CHO (dhfr-) cells), mouse L Cell, mouse AtT-20, mouse myeloma cell, rat GH3, mouse fibroblast 3T3-L1, human liver cancer cell HepG2 (hereinafter abbreviated as HepG2 cell), human osteosarcoma cell MG-63 (hereinafter MG-63 cell) Abbreviated), human FL cells, white adipocytes, egg cells, ES cells (Evans, MJ and Kaufman, KH (1981) Nature, 292, 154) and the like. Preferred are tissue-derived stem cells or ES cells derived from mammals, and particularly preferred examples include mouse ES cells, rat ES cells, and human ES cells.
Methods for transformation into these cells include calcium phosphate method (Graham et al. (1973) Virology, 52, 456), electroporation method (Ishizaki et al. (1986) Cell Engineering, 5, 577), microinjection method, gene For example, a method using a lipid for introduction (Lipofectamine, Lipofectin; Gibco-BRL) is used. More specifically, in order to transform animal cells, for example, cell engineering separate volume 8 new cell engineering experiment protocol. 263-267 (1995) (published by Shujunsha), Virology, Vol. 52, 456 (1973). The above transformant is cultured in the presence of a specific compound, and the ability to control the promoter activity of the compound can be known by measuring and comparing the amount of the gene product in the culture. The transformant is cultured by a method known per se. The pH of the medium is preferably adjusted to about 5-8.
If the recombinant vector of the present invention is DNA containing ECAT4 enhancer or ECAT4 promoter region, a compound that controls (activates / suppresses) the activity of ECAT4 enhancer or ECAT4 promoter region by using the above transformant Can be screened. In addition, if the recombinant vector of the present invention is a DNA containing a consensus sequence recognized by ECAT4, a compound that controls (activates / suppresses) the binding between ECAT4 and the consensus sequence by using the transformant described above. It can be used for screening.
(4) A method for screening a substance that controls (activates / represses) the activity of the ECAT4 enhancer or ECAT4 promoter region, and a screening method using a consensus sequence recognized by ECAT4
By using the ECAT4 gene, ECAT4 enhancer, ECAT4 promoter region, or consensus sequence recognized by ECAT4 of the present invention, a substance that controls (activates / suppresses) the expression of ECAT4, or the function of ECAT4 (activates / activates / activates). The substance to be suppressed) can be screened.
For example, a substance that activates or suppresses the expression of ECAT4 can be screened by introducing a chimeric gene in which a luciferase gene is linked to the base sequence of the ECAT4 enhancer / promoter region into a cell (eg, ES cell). Similarly, a substance that affects transcriptional activation or transcriptional repression by ECAT4 by introducing a chimeric gene of a promoter gene containing a consensus sequence recognized by ECAT4 and a reporter gene into a cell (for example, ES cell), Alternatively, a substance having the same activity as ECAT4 can be screened. Furthermore, a substance that inhibits the binding of ECAT4 and the consensus sequence of the present invention can be searched for by a known binding assay, for example, a binding assay using the SPA method (Amersham Pharmacia).
Examples of the screening method for a substance that controls the activity of the ECAT4 enhancer or ECAT4 promoter region of the present invention include the following steps (a), (b) and (c):
(A) contacting a test substance with a cell transformed with DNA in which an ECAT4 enhancer or an ECAT4 promoter region is linked to a reporter gene;
(B) measuring the activity of the reporter gene in the cell contacted with the test substance and comparing the expression level with the activity in the control cell not contacted with the test substance;
(C) A step of selecting a test substance that controls the activity of the ECAT4 enhancer or the ECAT4 promoter region based on the comparison result of (b) above.
As the cells used in such screening, the transformant of the present invention described in the above (3) is useful.
Test substances (candidate substances) to be screened by the screening method of the present invention are not limited, but include nucleic acids (including antisense nucleotides of the present invention), peptides, proteins, organic compounds, inorganic compounds, etc. Specifically, it is carried out by bringing these test substances or a sample (test sample) containing them into contact with the cells. Examples of such test samples include, but are not limited to, cell extracts containing test substances, gene library expression products, synthetic low-molecular compounds, synthetic peptides, natural compounds, and the like.
In the screening of the present invention, the conditions for bringing the test substance into contact with the cells are not particularly limited, but it is preferable to select culture conditions (temperature, pH, medium composition, etc.) that do not kill the cells.
As shown in the Examples, cells in which ECAT4 is forcibly expressed are considered to be master genes involved in the self-renewal ability of ES cells in order to maintain the totipotency of ES cells even in the absence of LIF or feeder cells. It is done. Therefore, the screening method of the present invention includes a method of searching for a substance that controls (activates / suppresses) its activity using the transcription ability of the ECAT4 enhancer / promoter region as an index. By this screening method, a candidate substance effective for maintaining culture of ES cells or a candidate substance effective for differentiating ES cells can be provided. A candidate substance that activates the transcription ability of the ECAT4 enhancer / promoter region is considered useful for maintaining ES cell culture, and a suppressive substance is considered useful for differentiating ES cells.
More specifically, the activity of the ECAT4 enhancer / promoter region in the cells to which the test substance (candidate substance) is added varies (higher / lower) than the level of the cells to which the test substance (candidate substance) is not added. ) If you can choose.
As described above, quantification of the activity of the ECAT4 enhancer / promoter region is carried out using a cell line in which a fusion gene in which a marker gene such as a luciferase gene is linked to the gene region that controls the expression of the ECAT4 gene (expression control region) is introduced. And can be carried out by measuring the activity of the marker gene-derived protein. As a measuring method, for example, Brasier, A. et al. R. (1989) Biotechniques vol. For example, the luciferase activity may be measured by a method according to the description in US Pat.
The marker gene is preferably a structural gene of an enzyme that catalyzes a luminescence reaction or a color reaction. Specifically, as described in the above (3), in addition to the luciferase gene, reporter genes such as secretory alkaline phosphatase gene, chloramphenicol acetyltransferase gene, β-glucuronidase gene, β-galactosidase gene, and aequorin gene Can be illustrated.

以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例によりなんら限定されるものではなく、本発明の技術分野における通常の変更ができることは言うまでもない。  EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to examples. However, the present invention is not limited to these examples, and it is needless to say that ordinary modifications in the technical field of the present invention can be made.

ECAT4の同定
多能性細胞の主要な転写因子の候補を同定するために、ここではNational Center for Biological Informationにより開発されたデジタルディフェレンシャルディスプレイを実施した。この方法により、各種細胞および組織に由来する発現シーケンスタグ(EST)ライブラリ中におけるそれぞれの遺伝子の発現頻度を比較することが可能である。今回比較したのは、マウスES細胞に由来するESTライブラリ(27705クローン)と各種体細胞組織および器官に由来するESTライブラリ(1328835クローン)であった。
(1)デジタルディフェレンシャルディスプレイ
本発明ではDigital Differential Displayプログラム(http://www,ncbi.nlm.nih.gov/Unigene/ddd/cgi)を用いて、ES細胞および他の組織に由来するcDNAライブラリー中の遺伝子発現を分析した。ES細胞由来のESTライブラリーは#274および220であった(合計27705エントリー)。各種体細胞組織を代表して用いたライブラリーは#467、318、198、408、239、400、453、109、16、523、161、483、258、264、419、529、327、411、417、418、399、196、271、255、495、101、98、351、416、321、251、412、379、549、329、265、449、328、516、320、436、427、297、366、390、315、228、277、292、284、285および30であった(合計1328835エントリー)。
同プログラムによる解析の結果、20遺伝子がES細胞においては、体細胞組織と比較して少なくとも20倍以上の高頻度で発見された。これらの中には、例えばOct3/4、UTF1(Okuda et al.,1998)、およびRex1(Rogers et al.,1991)などの実験的に同定されたES細胞特異的マーカー遺伝子が存在しており、この技術の有用性を示している。ノーザンブロット分析により、特徴が知られていない少なくとも9個の遺伝子についてES細胞に特異的な発現が確認されたが、ここではその中の1個でホメオボックスドメインを有しているものをECAT4と命名した(図1(A))。
ECAT4の転写は未分化RF8(Meiner et al.,1996)およびMG1.19(Gassmann et al.,1995)ES細胞において認められ(図1(B))、レチノイン酸により誘導された分化で減少した。成体マウスの12臓器において、ECAT4転写物は検出できなかった。さらに抗ECAT4ポリクローナル抗体を作成し、ECAT4がRF8、MG1.19、J1(Li et al.,1992)、およびCGR8(Nichols et al.,1990)の4種類のES細胞ラインにおいて発現していることを確認した(図1(C))。レチノイン酸処理を行うと、4種類の系列全てにおいてECAT4の発現が抑制された。これらのデータによって、新しいホメオボックス遺伝子であるECAT4の特異的な発現が、ES細胞に共通に見られる特性であることが示された。
Identification of ECAT4 To identify key transcription factor candidates in pluripotent cells, a digital differential display developed here by National Center for Biological Information was performed. By this method, it is possible to compare the expression frequency of each gene in an expression sequence tag (EST) library derived from various cells and tissues. The EST library (27705 clones) derived from mouse ES cells was compared with the EST library (1328835 clones) derived from various somatic tissues and organs.
(1) Digital differential display In the present invention, using the Digital Differential Display program (http: // www, ncbi.nlm.nih.gov/Unigene/dddd/cgi), cDNA derived from ES cells and other tissues Gene expression in the library was analyzed. ES cell-derived EST libraries were # 274 and 220 (total 27705 entries). The libraries used on behalf of various somatic tissues are # 467, 318, 198, 408, 239, 400, 453, 109, 16, 523, 161, 483, 258, 264, 419, 529, 327, 411, 417, 418, 399, 196, 271, 255, 495, 101, 98, 351, 416, 321, 251, 412, 379, 549, 329, 265, 449, 328, 516, 320, 436, 427, 297, 366, 390, 315, 228, 277, 292, 284, 285 and 30 (total 1288835 entries).
As a result of the analysis by the program, 20 genes were found at least 20 times more frequently in ES cells than in somatic tissues. Among these are experimentally identified ES cell-specific marker genes such as Oct3 / 4, UTF1 (Okuda et al., 1998), and Rex1 (Rogers et al., 1991). , Showing the usefulness of this technology. Northern blot analysis confirmed the expression specific to ES cells for at least 9 genes of unknown characteristics. Here, one of them has a homeobox domain as ECAT4. Named (FIG. 1 (A)).
Transcription of ECAT4 was observed in undifferentiated RF8 (Meiner et al., 1996) and MG1.19 (Gassmann et al., 1995) ES cells (FIG. 1 (B)) and was reduced by differentiation induced by retinoic acid. . In 12 organs of adult mice, no ECAT4 transcript could be detected. Furthermore, anti-ECAT4 polyclonal antibody was prepared, and ECAT4 was expressed in four types of ES cell lines of RF8, MG1.19, J1 (Li et al., 1992), and CGR8 (Nichols et al., 1990). Was confirmed (FIG. 1C). When retinoic acid treatment was performed, the expression of ECAT4 was suppressed in all four types of lines. These data indicated that the specific expression of ECAT4, a new homeobox gene, is a characteristic commonly found in ES cells.

ECAT4タンパク質と新規なホメオボックス
5’RACE法により、2184塩基からなるECAT4の全長cDNAを単離した(図1(A))。そして305個のアミノ酸ポリペプチドをコードする単一のオープンリーディングフレームが同定された。
このECAT4 cDNAには比較的長い1077塩基の3’非翻訳領域がある。ホモロジー検索により、ECAT4タンパク質はホメオボックスドメインを含むことが明らかになった。系統分析によれば、このECAT4ホメオボックスはNk−2遺伝子ファミリー(Harvey,1996)に最も近いことが示された(図2(B))。しかしながら、アミノ酸の同一性は40%未満である。さらにECAT4では、NK−2ファミリーでは厳密に保存されているチロシンに対応する位置にバリンが存在する。NK−2ファミリーでは保存されているTNドメインおよびNK−2特異的ドメインは、ECAT4には存在しない。これらのデータからECAT4はNK−2ファミリーではないことが示唆される。ECAT4は、Oct3/4、Pem(Fan et al.,1999)やEhox(Jackson et al.,2002)などといった、ES細胞内で発現する他のホメオボックス遺伝子におけるホメオボックスドメインに対して、低い相同性しか持っていない。ホメオボックス以外にはECAT4蛋白質に既知のドメインは存在しない。したがってECAT4は、既知のサブファミリーのいずれにも属さない、新しいホメオボックス転写因子であると考えられる。
A full-length cDNA of ECAT4 consisting of 2184 bases was isolated by ECAT4 protein and a novel homeobox 5′RACE method (FIG. 1 (A)). A single open reading frame encoding a 305 amino acid polypeptide was then identified.
This ECAT4 cDNA has a relatively long 1077 base 3 ′ untranslated region. A homology search revealed that the ECAT4 protein contains a homeobox domain. Phylogenetic analysis showed that this ECAT4 homeobox was closest to the Nk-2 gene family (Harvey, 1996) (FIG. 2 (B)). However, amino acid identity is less than 40%. Furthermore, in ECAT4, valine exists at a position corresponding to tyrosine that is strictly conserved in the NK-2 family. TN domains and NK-2 specific domains that are conserved in the NK-2 family are not present in ECAT4. These data suggest that ECAT4 is not an NK-2 family. ECAT4 has low homology to homeobox domains in other homeobox genes expressed in ES cells such as Oct3 / 4, Pem (Fan et al., 1999) and Ehox (Jackson et al., 2002). I only have sex. There is no known domain in the ECAT4 protein other than the homeobox. ECAT4 is therefore considered to be a new homeobox transcription factor that does not belong to any of the known subfamilies.

マウスES細胞中のマウスECAT4遺伝子の標的破壊
(1)マウスECAT4遺伝子の標的破壊
ホメオボックスドメインを持つマウスECAT4遺伝子のエクソン2を、IRES(内部リボソーム結合部位)−β−geo(βガラクトシダーゼとネオマイシン抵抗性遺伝子の融合体)カセット(Moundtford et al.,1994)またはハイグロマイシン抵抗性遺伝子置換するためのターゲティングベクターを作製した。イントロン1を含む4kb断片とエクソン3からエクソン4までの1.5kbp断片をBACクローンから増幅し、ターゲティングベクターの5’および3’相同領域として用いた(図2(A))。得られたターゲティングベクターを、エレクトロポレーションによりRF8 ES細胞内に導入した(Meiner et al.,1996)。G418−抵抗性コロニーからの相同組み替えに関するゲノムDNAのスクリーニングを、サザンブロットにより行った。
β−geo標的ベクターを用いた場合、スクリーニングされた96個のコロニー中27個が陽性であることが判明した。hygrベクターを用いた場合には、27個中8個が陽性であった。相同組み替えの確認はサザンブロットを用いて行った(図2(B))。
ホモ接合ES細胞を得るために、本研究ではβ−geoベクターを用いて確立されたヘテロ変異細胞に、hygrベクターを導入した。細胞の選別はLIFを用いたMEF細胞上でハイグロマイシンを用いて行った。スクリーニングされた83個のうち34個中に、hygrベクターの相同組み替えが確認された。これらの中で、11個のクローンがECAT4変異に対してホモ接合であることが、サザンブロット(図2(B))およびPCR(図2(C))の両方により判明した。ノーザンブロット(図2(D))分析により、ホモ接合細胞内におけるECAT4発現の欠如が確認された。他の23個のクローンでは、hygrベクターがβ−geoカセットを置換していた。
次に、反対のアプローチでホモ接合細胞を作成することを試みた。すなわちハイグロマイシンベクターにより確立されたヘテロ変異細胞にβ−geoベクターを導入した。細胞の選別はLIFを発現するSNL支持細胞上でG418を用いて行った。スクリーニングされた397個のうち114個において、β−geoベクターの相同組み替えが確認された。これらの中で、6個のクローンがホモ接合であることが判明した。両方の組み合わせによって得られたECAT4欠損細胞は、以下の実施例4および実施例5に示されるような挙動を示した。
(2)相同組み替えに関するPCRスクリーニング
相同組み替えに対する初期スクリーニングはExTaqポリメラーゼを用いたPCRにより行った。6047−insS1.2および6047−intAS1プライマーを用いた特異的増幅により、野生型遺伝子座からは3.2−kbバンドが、β−geoベクターの標的遺伝子座からは8.5−kbバンドが、そしてhygrベクターの標的遺伝子座からは4.2−kbバンドが得られた。
(3)相同組み替えのスクリーニングに関するサザンブロット分析
相同組み替えの確認はサザンブロット分析を用いて行った。5’サザンブロット分析のためにはゲノムDNAをBamHIで消化し、0.8%アガロースゲル上で分離し、既出の方法でナイロン膜に転写した(Yamanaka et al.,2000;Yamanaka et al.,1998)。5’フランキング領域由来の470bpプローブを用いたハイブリダイゼーションにより、野生型遺伝子座から8.8kbのバンドが、βgeo標的ベクターを用いた標的遺伝子座から11.4kbのバンドが、ハイグロマイシンベクターを用いた標的遺伝子座から9.8kbのバンドが生じた。3’サザンブロット分析のためにScalを用いて消化を行った。3’フランキング領域由来の1kbプローブを用いたハイブリダイゼーションにより、野生型遺伝子座から11kbのバンドが、βgeo標的ベクターを用いた標的遺伝子座から15.4kbのバンドが、ハイグロマイシンベクターを用いた標的遺伝子座から7.3kbのバンドが生じた。
(4)マウス遺伝子型の特定
正しく標的されたES細胞クローンの同定後、3プライマーPCRを用いてマウスの遺伝子型を決定した。一つ目のセンスプライマ6047−S5は野生型遺伝子座を増幅するため、エクソン2をもとに設計した。2つ目のセンスプライマβ−geo screening 1は標的化遺伝子座を増幅するため、βgeoカセットをもとに設計した。共通のアンチセンスプライマ6047−intAS3は野生型および標的化遺伝子座の両方を増幅するため、イントロン2をもとに設計した。これらのプライマーを用いたPCRにより野生型遺伝子座から850bpの断片が、標的化遺伝子座から600bpの断片が生じた。PCRの実施はExTaq(Takara)を用い、製造元のプロトコルに従い行った。PCRプログラムは、初期変性(94℃、2分)、35サイクル(94℃ 30秒、53℃ 30秒、68℃ 1分)および最終伸張(68℃ 7分)であった。
Target disruption of mouse ECAT4 gene in mouse ES cells (1) Target disruption of mouse ECAT4 gene Exon 2 of mouse ECAT4 gene having homeobox domain is converted to IRES (internal ribosome binding site) -β-geo (β-galactosidase and neomycin resistance Sex gene fusion) cassette (Mountford et al., 1994) or a targeting vector to replace the hygromycin resistance gene. A 4 kb fragment containing intron 1 and a 1.5 kb fragment from exon 3 to exon 4 were amplified from the BAC clone and used as the 5 ′ and 3 ′ homology regions of the targeting vector (FIG. 2 (A)). The obtained targeting vector was introduced into RF8 ES cells by electroporation (Meiner et al., 1996). Screening of genomic DNA for homologous recombination from G418-resistant colonies was performed by Southern blot.
When β-geo target vector was used, 27 out of 96 colonies screened were found to be positive. When the hygr vector was used, 8 out of 27 were positive. Confirmation of homologous recombination was performed using Southern blot (FIG. 2 (B)).
In order to obtain homozygous ES cells, in this study, the hygr vector was introduced into heterozygous mutant cells established using the β-geo vector. Cell sorting was performed with hygromycin on MEF cells using LIF. In 34 out of 83 screened, homologous recombination of the hygr vector was confirmed. Of these, 11 clones were found to be homozygous for the ECAT4 mutation by both Southern blot (FIG. 2 (B)) and PCR (FIG. 2 (C)). Northern blot (Figure 2 (D)) analysis confirmed the lack of ECAT4 expression in homozygous cells. In the other 23 clones, the hygr vector replaced the β-geo cassette.
Next, we attempted to create homozygous cells using the opposite approach. That is, the β-geo vector was introduced into the heterozygous mutant cell established by the hygromycin vector. Cell sorting was performed using G418 on SNL-supporting cells expressing LIF. In 114 of 397 screened, homologous recombination of β-geo vectors was confirmed. Of these, 6 clones were found to be homozygous. The ECAT4-deficient cells obtained by the combination of both behaved as shown in Examples 4 and 5 below.
(2) PCR screening for homologous recombination Initial screening for homologous recombination was performed by PCR using ExTaq polymerase. Specific amplification using 6047-insS1.2 and 6047-intAS1 primers resulted in a 3.2-kb band from the wild type locus and an 8.5-kb band from the target locus of the β-geo vector. A 4.2-kb band was obtained from the target locus of the hygr vector.
(3) Southern blot analysis concerning screening for homologous recombination Confirmation of homologous recombination was performed using Southern blot analysis. For 5 'Southern blot analysis, genomic DNA was digested with BamHI, separated on a 0.8% agarose gel, and transferred to nylon membranes as previously described (Yamanaka et al., 2000; Yamanaka et al.,). 1998). Hybridization using a 470 bp probe derived from the 5 ′ flanking region resulted in a 8.8 kb band from the wild type locus and a 11.4 kb band from the target locus using the βgeo target vector using the hygromycin vector. A 9.8 kb band was generated from the target locus. Digestion was performed with Scal for 3 ′ Southern blot analysis. Hybridization using a 1 kb probe derived from the 3 ′ flanking region revealed an 11 kb band from the wild type locus, a 15.4 kb band from the target locus using the βgeo target vector, and a target using the hygromycin vector. A 7.3 kb band was generated from the locus.
(4) Identification of mouse genotype After identification of correctly targeted ES cell clones, the genotype of the mouse was determined using 3-primer PCR. The first sense primer 6047-S5 was designed based on exon 2 to amplify the wild type locus. The second sense primer β-geo screening 1 was designed based on the β geo cassette to amplify the targeted locus. A common antisense primer 6047-intAS3 was designed based on intron 2 to amplify both wild type and targeted loci. PCR using these primers resulted in a 850 bp fragment from the wild type locus and a 600 bp fragment from the targeted locus. PCR was performed using ExTaq (Takara) according to the manufacturer's protocol. The PCR program was initial denaturation (94 ° C., 2 minutes), 35 cycles (94 ° C. 30 seconds, 53 ° C. 30 seconds, 68 ° C. 1 minute) and final extension (68 ° C. 7 minutes).

ECAT4ホモ変異ES細胞の胚体外内胚葉への分化
薬剤選別終了時におけるECAT4欠損細胞のコロニーは、形態学的に野生型およびヘテロ接合ES細胞の場合と異なっていた。中心の細胞は未分化のようであったが、周辺の細胞は分化していた。SNL支持細胞上で組み替えLIFの添加により維持した場合、ほぼ全ての細胞が急速かつ自然に分化し、巨大な円形の細胞になった(図3(A))。支持細胞の存在しない状態で培養を行った場合には、ECAT4欠損細胞はさらに平坦になり、壁側内胚葉に類似した形態を示した。ECAT4欠損細胞の成長速度は非常に阻害されていた(図3(B))。
ノーザンブロット(図3(C))およびRT−PCR(図3(D))分析によれば、ECAT4細胞はGATA4、GATA6、Hinf1β、Hinf4α、Coup−tfI、Coup−tfII等の原始内胚葉転写因子、ラミニンB1、disabled homolog 2(Dab2)、Sparc、組織プラスミノーゲン活性化因子(tPA)、トロンボモジュリン(TM)等の壁側内胚葉マーカー、そしてα−フェトプロテイン(AFP)、骨形成タンパク質2(BMP2)、Indian hedgehog(Ihh)、トランスサイレチン(Ttr)等の臓側内胚葉マーカーを発現していた。しかし、中胚葉マーカーT、トロフォブラストマーカーCdx2、原始外胚葉マーカー線維芽細胞成長因子(Fgf)−5、あるいは神経外胚葉マーカーislet−1(Isl1)は増加しなかった。
ECAT4欠損細胞が分化多能性を喪失したことを確認するため、これらの細胞をC57BL/6マウスの胚盤胞に注入した。ヘテロ変異細胞を注射した場合には、毛皮の色から判断してES細胞が大きく寄与する複数のキメラマウスが得られた。対照的にECAT4ホモ変異細胞を注射した場合にはキメラマウスは得られず、これらの細胞の多能性が消失したことが確認された。
The colonies of ECAT4-deficient cells at the end of selection of differentiation agents for ECAT4 homozygous mutant ES cells into extraembryonic endoderm were morphologically different from those of wild-type and heterozygous ES cells. The central cell appeared undifferentiated, but the surrounding cells were differentiated. When maintained by addition of recombinant LIF on SNL-supporting cells, almost all cells differentiated rapidly and spontaneously into giant circular cells (FIG. 3 (A)). When cultured in the absence of feeder cells, the ECAT4-deficient cells became even more flat and showed a morphology similar to the wall-side endoderm. The growth rate of ECAT4-deficient cells was greatly inhibited (FIG. 3 (B)).
According to Northern blot (FIG. 3 (C)) and RT-PCR (FIG. 3 (D)) analysis, ECAT4 cells are primitive endoderm transcription factors such as GATA4, GATA6, Hinf1β, Hinf4α, Coup-tfI, and Coup-tfII. , Laminin B1, disabled homolog 2 (Dab2), Sparc, tissue plasminogen activator (tPA), mural endoderm markers such as thrombomodulin (TM), and α-fetoprotein (AFP), bone morphogenetic protein 2 (BMP2) ), Visceral endoderm markers such as Indian hedgehog (Ihh) and transthyretin (Ttr) were expressed. However, mesoderm marker T, trophoblast marker Cdx2, primitive ectoderm marker fibroblast growth factor (Fgf) -5, or neuroectodermal marker islet-1 (Isl1) did not increase.
To confirm that ECAT4-deficient cells lost pluripotency, these cells were injected into blastocysts of C57BL / 6 mice. When heterozygous mutant cells were injected, a plurality of chimeric mice were obtained in which ES cells contributed greatly, judging from the fur color. In contrast, when ECAT4 homozygous cells were injected, chimeric mice were not obtained, confirming that the pluripotency of these cells had disappeared.

ECAT4欠損マウスにおける初期胚性致死
ECAT4のin vivo機能を調べるために、β−geoベクターを用いて得たECAT4ヘテロ接合ES細胞を、C57BL/6胚盤胞に注入した。生殖細胞系の伝搬が、3種類の独立したESクローンより得られた。ECAT4ヘテロ接合マウスは予想されるメンデル比で得られ、全体的な外見は正常であり、繁殖可能であった。着床前の胚をX−gal染色すると、胚盤胞の内部細胞塊に限定して、β−geo発現が検出された(図4(A))。ヘテロ接合性の交雑はホモ接合性の子孫を全く産生せず、胚性致死であることが示された。
胚が致死となる時期を決定するために、ここでは各種段階におけるヘテロ接合交雑の胚を分析した。7.5dpcおよびその後では、ホモ接合胚はなかった。およそ1/3の脱落膜が空であったことから、ECAT4欠損胚は着床後すぐに死亡することが示された。対照的に、ホモ接合およびヘテロ接合の胚盤胞はメンデル比により存在することが判明した。しかしながらゼラチンコートしたプレート上で培養した場合には、ECAT4欠損胚盤胞の内部細胞塊は増殖しなかった(図4(B))。これらのデータから、ECAT4は原始外胚葉(エピブラスト)の自己複製に必須であることが示された。
In order to examine the in vivo function of early embryonic lethal ECAT4 in ECAT4-deficient mice , ECAT4 heterozygous ES cells obtained using the β-geo vector were injected into C57BL / 6 blastocysts. Germline transmission was obtained from three independent ES clones. ECAT4 heterozygous mice were obtained at the expected Mendelian ratio, the overall appearance was normal, and they were able to reproduce. When the embryo before implantation was stained with X-gal, β-geo expression was detected only in the inner cell mass of the blastocyst (FIG. 4 (A)). Heterozygous crosses did not produce any homozygous offspring, indicating embryonic lethality.
To determine when embryos are lethal, heterozygous hybrid embryos at various stages were analyzed here. There were no homozygous embryos at 7.5 dpc and thereafter. Approximately 1/3 of the decidua was empty, indicating that ECAT4-deficient embryos die soon after implantation. In contrast, homozygous and heterozygous blastocysts were found to exist by Mendelian ratio. However, when cultured on gelatin-coated plates, the inner cell mass of ECAT4-deficient blastocysts did not grow (FIG. 4B). These data indicated that ECAT4 is essential for the self-renewal of primitive ectoderm (epiblast).

ECAT4を強制発現したES細胞の効率的な樹立
(1)ECAT4を強制発現したES細胞の作製
スーパートランスフェクションシステムを用いて、ECAT4のコード領域をpCAG−IPベクターに導入し、遺伝子ベクターを構築した。この導入遺伝子ベクターをMG1.19ES細胞内にLipofectamin 2000(Invitrogen社)を用いて、製造元が提供するES細胞用プロトコルに従って行った。具体的には、MG1.19細胞を6ウェルプレート中に播種し(1.2x10cells/well)、24時間培養後、8μgの導入遺伝子を4μlのLipofectamin 2000と複合体を形成させた後に培地に添加した。翌日、細胞を100mmシャーレに播種し、2μg/mlのピューロマイシンを用いて選別した。選別は実験を通して継続した。
この導入遺伝子ベクターにおいては単一のCAGプロモーターの下流に目的遺伝子とピューロマイシン耐性遺伝子が連続して存在しており、2つの遺伝子を含んだmRNAが転写される。両者の間にInternal ribosome entry siteが存在しており、ここからピューロマイシン耐性遺伝子の翻訳が行われる。したがって、ピューロマイシン耐性となった細胞はすべてが目的遺伝子も発現することとなる。実際、この方法を用いて、MG1.19細胞内にECAT4を導入し、ピューロマイシン選別した結果、90%以上の細胞でECAT4の発現が認められた。得られたCAG−ECAT4細胞は、親ベクターをトランスフェクトした対照細胞と比較して、著しく多くのECAT4転写物(図5(A))およびタンパク質(図5(B))を発現した。
(2)強制発現したES細胞のLIF非依存的な自己複製
LIFの除去後には対照細胞でのECAT4レベルは減少したが、CAG−ECAT4細胞ではむしろ増加した。LIFの非存在下で対照細胞は徐々に分化し、平坦化し(図5(C))、Oct3/4の発現は抑制された(図5(A))、細胞の成長速度もLIFの除去により低下した(図5(D))。一方、CAG−ECAT4細胞は、LIF除去後においても未分化状態を維持しており(図5(C))、Oct3/4の発現も持続し(図5(A))、LIF除去により生じる成長抑制に対しても抵抗性を示した(図5(D))。これらのデータより、ECAT4の恒常的発現により、LIF非存在下においてもES細胞の未分化状態が十分に維持されることが示された。
(3)ECAT4発現ベクターの除去と分化全能性の回復
pCAG−IPベクターは染色体外で維持される発現ベクターであり、ピューロマイシンの非存在下で培養を続けると消失することが知られている。これを利用してCAG−ECAT4細胞を1ヶ月間ピューロマイシン非存在下、LIF存在下で培養したところ、外来遺伝子の発現の消失をウェスタンブロットにより確認した。この細胞はLIFを除去すると正常細胞と同様に分化した。また、CAG−ECAT4細胞をブラストシストにマイクロインジェクションしたところキメラマウスができた。したがってECAT4過剰発現細胞はLIF非存在下で培養しても、ECAT4を除去すれば分化全能性を再獲得できることが確認できた。CAG−ECAT4細胞はLIF非存在下においてもES細胞の未分化状態が十分に維持されるため、このCAG−ECAT4細胞を遺伝子改変動物の作製に供することにより、遺伝子改変動物の作製がより容易となる。
Efficient establishment of ES cells forcibly expressing ECAT4 (1) Preparation of ES cells forcibly expressing ECAT4 Using the supertransfection system, the coding region of ECAT4 was introduced into the pCAG-IP vector to construct a gene vector . This transgene vector was performed in MG1.19 ES cells using Lipofectamine 2000 (Invitrogen) according to the ES cell protocol provided by the manufacturer. Specifically, MG 1.19 cells were seeded in a 6-well plate (1.2 × 10 5 cells / well), cultured for 24 hours, 8 μg of the transgene was complexed with 4 μl of Lipofectamine 2000, and then the medium. Added to. The next day, the cells were seeded in a 100 mm dish and sorted using 2 μg / ml puromycin. Sorting continued throughout the experiment.
In this transgene vector, a target gene and a puromycin resistance gene are continuously present downstream of a single CAG promoter, and mRNA containing the two genes is transcribed. There is an internal ribosome entry site between them, from which the puromycin resistance gene is translated. Therefore, all cells that have become puromycin resistant will also express the gene of interest. In fact, as a result of introducing ECAT4 into MG1.19 cells and puromycin selection using this method, expression of ECAT4 was observed in 90% or more of the cells. The resulting CAG-ECAT4 cells expressed significantly more ECAT4 transcript (FIG. 5A) and protein (FIG. 5B) compared to control cells transfected with the parent vector.
(2) LIF-independent self-renewal of forcibly expressed ES cells ECAT4 levels in control cells decreased after removal of LIF, but rather increased in CAG-ECAT4 cells. In the absence of LIF, the control cells gradually differentiated and flattened (FIG. 5 (C)), the expression of Oct3 / 4 was suppressed (FIG. 5 (A)), and the cell growth rate was also reduced by the removal of LIF. It decreased (FIG. 5 (D)). On the other hand, CAG-ECAT4 cells maintain an undifferentiated state even after removal of LIF (FIG. 5 (C)), and the expression of Oct3 / 4 also persists (FIG. 5 (A)). Growth caused by LIF removal Resistance to the suppression was also shown (FIG. 5D). From these data, it was shown that the undifferentiated state of ES cells was sufficiently maintained by the constant expression of ECAT4 even in the absence of LIF.
(3) Removal of ECAT4 expression vector and recovery of totipotency pCAG-IP vector is an expression vector maintained extrachromosomally and is known to disappear when culture is continued in the absence of puromycin. Using this, CAG-ECAT4 cells were cultured for 1 month in the absence of puromycin and in the presence of LIF, and the disappearance of the expression of the foreign gene was confirmed by Western blot. The cells differentiated like normal cells when LIF was removed. Moreover, when CAG-ECAT4 cells were microinjected into blast cysts, chimeric mice were obtained. Therefore, even if ECAT4 overexpressing cells were cultured in the absence of LIF, it was confirmed that removal of ECAT4 could regain totipotency. Since CAG-ECAT4 cells sufficiently maintain the undifferentiated state of ES cells even in the absence of LIF, the use of CAG-ECAT4 cells for the production of genetically modified animals makes it easier to produce genetically modified animals. Become.

ECAT4をもちいたDNA認識配列の同定
ECAT4による転写調節について最初の手がかりを得るため、ここでは試験管内人工進化法(SELEX)によるそのDNA認識配列の決定を目指した。
(1)SELEXの実施
マルトース結合タンパク質とECAT4からなる融合タンパク質を作製するため、マウスECAT遺伝子のコーディング領域をpIH1119(New England Biolabsから提供)中に導入し、導入遺伝子ベクター(pIH1119−ECAT4)を構築した。このプラスミドpIH1119−ECAT4をE.coli株BL21AI(Invitrogen社)に導入してMBP−ECAT4を発現する形質転換体を得た。
37℃条件で500mlのLB培地中で培養し、培地のO.D.が0.3に達した時点でIPTG(最終濃度50μM)を添加後、30℃で4時間培養してタンパク質誘導を行った。細胞抽出物は、プロテアーゼ阻害剤カクテル(ナカライテスク社)および0.5mg/mlのlysozymeを含有する5mlの溶解緩衝液(20mM Tris−HCl(pH7.4)、200mM NaCl、1mM EDTA)中で集めた。
次にこの抽出物を250μlのアミロースビーズ(New England Biolabs)に供し、製品のプロトコルに従って洗浄した。SELEXは以下のように実施した。二重鎖オリゴヌクレオチドの合成を、1μgのSELEX−N20−Oligo(配列番号11)、1μgのSELEX−N20RVプライマー(配列番号12)、2.5μlの10x Klenow緩衝液、4μlの10mM dNTPおよび14.7μlの精製水を含む反応液中で行った。混合液の変性を95℃で5分間行い、アニーリングを54℃で5分間行った。
Klenowフラグメント(3.6μl 1x Klenow緩衝液中に0.225U)を混合液に添加し、これを次に25℃で40分間インキュベートした。二重鎖DNAの精製はフェノール/クロロホルム抽出およびエタノール沈殿により行い、20μlの精製水中に再懸濁した。DNA−タンパク質結合の実施は、20μlのDNA、30μlのMBP−ECAT4−結合ビーズ、20μlsの5x結合緩衝液(100mM HEPES−KOH、pH7.9、1mM EDTA、1M KCl、および50%グリセロール)および30μlの水から成る反応混合液中で、4℃で30分間行った。ビーズの洗浄は、1mM DTTおよび0.2mM PMSFを添加した100μlの溶解緩衝液を用いて6回行った。
DNAの精製はフェノール/クロロホルム抽出およびエタノール沈殿により行い、20μlの精製水中に再懸濁した。この5μlを用いてPCR増幅を行ったが、この時の反応液には5μlの10xExTaq緩衝液、4μlの2.5mM dNTP、1μlの30μM SELEX−N20FWプライマー(配列番号13)、1μlの30μM SELEX−N20RVプライマー、0.25μLのExTaqポリメラーゼおよび33.75μLの水が含まれていた。増幅産物の精製はMicro−bioスピンカラム(BioRad)により行い、エタノール沈殿により20μlに濃縮し、そのうち半分を次ラウンドに進めた。この手順を5回繰り返して濃縮を行った。
このようにして得られたMBP−ECAT4融合蛋白質に特異的に結合するオリゴヌクレオチドの最終溶出液中の増幅産物をpCR2.1ベクター(Invitrogen)中に連結させた。40個のクローンをランダムに選別し、シーケンス分析を行った。
(2)シーケンス分析
上記のように、本発明者らはE.coliでマルトース結合タンパク質(MBP)−ECAT4融合タンパク質を発現させ、それらをアミロース樹脂に結合させた。両端にアダプターシーケンスを持つ20量体のランダムオリゴヌクレオチドをMBP−ECAT4結合樹脂に適用し、十分に洗浄した。次に樹脂に結合したDNAを、アダプターシーケンスに対応するプライマーを用いて、PCRにより増幅した。増幅産物を新しいMBP−ECAT4カラムに適用した。この手順を5回繰り返し、MBP−ECAT4融合タンパク質に特異的に結合するオリゴヌクレオチドを濃縮した。最終反応から得た増幅産物をpCR2.1ベクター中にサブクローニングしてシーケンス分析を行った。
そして、ランダムに取り上げた37個のクローンに対するシーケンス分析により、コンセンサスシーケンスである(G/C)(A/G)(G/C)C(G/C)ATTAN(G/C)が同定された(図6(A)、配列番号4)。
本研究で用いたマーカー遺伝子のフランキングシーケンスを検索することにより、マウスGATA6遺伝子の5’−フランキング領域中、転写開始部位のおよそ4kb上流に、ECAT4コンセンサスシーケンスが同定された(図6(B)、配列番号5)。この領域は心臓におけるGATA6の発現に必須であることが知られている(Molkentin et al.,2000;Sun−Wada et al.,2000)。マウスとヒトのGATA6遺伝子のゲノムシーケンスを比較すると、この領域が高度に保存されていることが判明した。ヒトのシーケンスにもECAT4コンセンサスが含まれていた(図6(B)、配列番号6)。
Identification of DNA recognition sequence using ECAT4 In order to obtain the first clue about transcriptional regulation by ECAT4, here we aimed to determine its DNA recognition sequence by in vitro artificial evolution method (SELEX).
(1) Implementation of SELEX In order to produce a fusion protein consisting of maltose binding protein and ECAT4, the coding region of mouse ECAT gene is introduced into pIH1119 (provided by New England Biolabs), and a transgene vector (pIH1119-ECAT4) is constructed. did. This plasmid pIH1119-ECAT4 was transformed into E. coli. A transformant expressing MBP-ECAT4 was obtained by introduction into E. coli strain BL21AI (Invitrogen).
The cells were cultured in 500 ml of LB medium at 37 ° C. D. After reaching 0.3, IPTG (final concentration 50 μM) was added, followed by culturing at 30 ° C. for 4 hours for protein induction. Cell extracts were collected in 5 ml lysis buffer (20 mM Tris-HCl (pH 7.4), 200 mM NaCl, 1 mM EDTA) containing protease inhibitor cocktail (Nacalai Tesque) and 0.5 mg / ml lysozyme. It was.
The extract was then subjected to 250 μl amylose beads (New England Biolabs) and washed according to the product protocol. SELEX was performed as follows. Double-stranded oligonucleotide synthesis was performed using 1 μg SELEX-N20-Oligo (SEQ ID NO: 11), 1 μg SELEX-N20RV primer (SEQ ID NO: 12), 2.5 μl 10 × Klenow buffer, 4 μl 10 mM dNTPs and 14. The reaction was performed in a reaction solution containing 7 μl of purified water. The mixture was denatured at 95 ° C. for 5 minutes and annealed at 54 ° C. for 5 minutes.
Klenow fragment (0.225 U in 3.6 μl 1 × Klenow buffer) was added to the mixture, which was then incubated at 25 ° C. for 40 minutes. Double-stranded DNA was purified by phenol / chloroform extraction and ethanol precipitation and resuspended in 20 μl of purified water. Performing DNA-protein binding consisted of 20 μl DNA, 30 μl MBP-ECAT4-binding beads, 20 μl 5 × binding buffer (100 mM HEPES-KOH, pH 7.9, 1 mM EDTA, 1 M KCl, and 50% glycerol) and 30 μl In a reaction mixture of water at 4 ° C. for 30 minutes. The beads were washed six times using 100 μl lysis buffer supplemented with 1 mM DTT and 0.2 mM PMSF.
DNA was purified by phenol / chloroform extraction and ethanol precipitation and resuspended in 20 μl of purified water. PCR amplification was performed using 5 μl of the reaction solution. At this time, 5 μl of 10 × ExTaq buffer, 4 μl of 2.5 mM dNTP, 1 μl of 30 μM SELEX-N20FW primer (SEQ ID NO: 13), 1 μl of 30 μM SELEX- N20RV primer, 0.25 μL ExTaq polymerase and 33.75 μL water were included. The amplification product was purified using a Micro-bio spin column (BioRad), concentrated to 20 μl by ethanol precipitation, half of which proceeded to the next round. This procedure was repeated 5 times for concentration.
The amplification product in the final eluate of the oligonucleotide that specifically binds to the MBP-ECAT4 fusion protein thus obtained was ligated into the pCR2.1 vector (Invitrogen). Forty clones were randomly selected and sequence analysis was performed.
(2) Sequence analysis As described above, the present inventors have described E.I. E. coli expressed maltose binding protein (MBP) -ECAT4 fusion protein and bound them to amylose resin. A 20-mer random oligonucleotide having adapter sequences at both ends was applied to the MBP-ECAT4 binding resin and washed thoroughly. Next, the DNA bound to the resin was amplified by PCR using a primer corresponding to the adapter sequence. The amplification product was applied to a new MBP-ECAT4 column. This procedure was repeated 5 times to concentrate oligonucleotides that specifically bind to the MBP-ECAT4 fusion protein. The amplification product obtained from the final reaction was subcloned into the pCR2.1 vector and subjected to sequence analysis.
A consensus sequence (G / C) (A / G) (G / C) C (G / C) ATTAN (G / C) was identified by sequence analysis on 37 randomly picked clones. (FIG. 6 (A), SEQ ID NO: 4).
By searching the flanking sequence of the marker gene used in this study, the ECAT4 consensus sequence was identified approximately 4 kb upstream of the transcription start site in the 5′-flanking region of the mouse GATA6 gene (FIG. 6 (B ), SEQ ID NO: 5). This region is known to be essential for GATA6 expression in the heart (Molkentin et al., 2000; Sun-Wada et al., 2000). Comparison of mouse and human GATA6 gene genomic sequences revealed that this region is highly conserved. The human sequence also contained ECAT4 consensus (FIG. 6 (B), SEQ ID NO: 6).

ECAT4エンハンサーの同定
マウスECAT4遺伝子がES細胞で特異的に発現する分子メカニズムを明らかとするために、ルシフェラーゼレポーター遺伝子を用いたエンハンサー解析を行った。マウスECAT4遺伝子を含む約35kbのゲノム領域を図7(A)に示す8断片に分け増幅した。これを図7(B)に示すレポーター遺伝子に挿入した。このレポーター遺伝子をES細胞に導入し、24時間後にルシフェラーゼ活性を測定した。その結果断片D(配列番号7)のみがES細胞で転写活性を示した。一方分化細胞であるNIH3T3細胞においてはどの断片も転写活性を示さなかった。したがって断片DはES細胞特異的なエンハンサーと考えられた。
ECAT4エンハンサー領域の解析の結果、−6086/−2292の領域(断片D、配列番号7)にES細胞特異的に活性の高い領域が存在したため、この領域をさらに短くし、当該領域のうちどの部分が活性化に関わっているのかを調べたところ、図8(A)に示すように、−4886/−3444の領域で活性を持ち、その中でも−4737/−4387の領域でES細胞特異的に最も活性が高いことがわかった。−4737/−4387の領域には、図8(B)に示すように、−4710/−4703にはWNTシグナルの下流である転写因子LEF/TCF1の結合配列が存在しており、これを含む−4737/−4611の領域を欠失させると活性が低下することから、ECAT4の転写活性化にはこの領域が重要であると考えられた。また−4524/−4516にはLIFシグナルの下流であるSTAT3の結合配列が存在し、点変異を入れると活性が低下したことから、やはりECAT4の転写活性に重要であると考えられた。その直後の−4515/−4508にもLEF/TCF1の結合配列が存在しており、ECAT4の転写調節への関与が示唆された。また−4497/−4387の領域を欠失させても活性が低下することから、ECAT4の転写活性化にはこの領域も重要であると考えられた。
Identification of ECAT4 Enhancer In order to clarify the molecular mechanism by which mouse ECAT4 gene is specifically expressed in ES cells, an enhancer analysis using a luciferase reporter gene was performed. An approximately 35 kb genomic region containing the mouse ECAT4 gene was divided into 8 fragments shown in FIG. 7 (A) and amplified. This was inserted into the reporter gene shown in FIG. This reporter gene was introduced into ES cells, and luciferase activity was measured 24 hours later. As a result, only fragment D (SEQ ID NO: 7) showed transcriptional activity in ES cells. On the other hand, none of the fragments showed any transcriptional activity in the differentiated cells, NIH3T3 cells. Therefore, fragment D was considered as an enhancer specific for ES cells.
As a result of the analysis of the ECAT4 enhancer region, a region having high activity specifically for ES cells was present in the region of -6086 / -2292 (fragment D, SEQ ID NO: 7). As shown in FIG. 8 (A), it is active in the region of −4886 / −3444, and among them, the region of −4737 / −4387 is specifically ES cell specific. The highest activity was found. In the region of −4737 / −4387, as shown in FIG. 8 (B), the binding sequence of transcription factor LEF / TCF1, which is downstream of the WNT signal, is present in −4710 / -4703, and this is included. Since the activity decreased when the region of −4737 / −4611 was deleted, this region was considered to be important for the transcriptional activation of ECAT4. In addition, -4524 / -4516 has a binding sequence of STAT3 that is downstream of the LIF signal, and its activity decreased when a point mutation was introduced. Therefore, it was considered to be important for the transcriptional activity of ECAT4. The binding sequence of LEF / TCF1 is also present at −4515 / −4508 immediately after that, suggesting the involvement of ECAT4 in transcriptional regulation. Further, even if the region of −4497 / −4387 was deleted, the activity was reduced, so that this region was considered to be important for the transcriptional activation of ECAT4.

本発明により、ECAT4が強制発現されたES細胞が提供される。さらに、本発明はECAT4のコンセンサス配列、ECAT4エンハンサーおよびそれらの用途も提供する。ECAT4のES細胞の自己複製促進転写因子としての機能が明確に示されたため、これらはES細胞の研究および開発において極めて有用である。  The present invention provides ES cells in which ECAT4 is forcibly expressed. In addition, the present invention provides ECAT4 consensus sequences, ECAT4 enhancers and their uses. Since the function of ECAT4 as an ES cell self-renewal-promoting transcription factor has been clearly shown, they are extremely useful in the research and development of ES cells.

配列番号:4に記載の塩基配列はECAT4が認識するコンセンサス配列である。
配列番号:11に記載の塩基配列はSELEX−N20−Oligoである。
配列番号:12に記載の塩基配列はSELEX−N20RVプライマーである。
配列番号:13に記載の塩基配列はSELEX−N20FWプライマーである。
The base sequence set forth in SEQ ID NO: 4 is a consensus sequence recognized by ECAT4.
The base sequence described in SEQ ID NO: 11 is SELEX-N20-Oligo.
The base sequence described in SEQ ID NO: 12 is a SELEX-N20RV primer.
The base sequence described in SEQ ID NO: 13 is a SELEX-N20FW primer.

Claims (6)

配列番号15で示される塩基配列を含有するECAT4エンハンサー。  An ECAT4 enhancer containing the base sequence represented by SEQ ID NO: 15. 請求項記載のECAT4エンハンサーの塩基配列において1個もしくは複数個の塩基が欠失、置換もしくは付加された塩基配列を含み、且つECAT4遺伝子の転写を促進する能力を有することを特徴とする請求項記載のECAT4エンハンサー。The base sequence of the ECAT4 enhancer according to claim 1 , comprising a base sequence in which one or more bases are deleted, substituted or added, and has the ability to promote transcription of the ECAT4 gene. 1. The ECAT4 enhancer according to 1 . 請求項記載のECAT4エンハンサーの塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件下にハイブリダイズし、且つECAT4遺伝子の転写を促進する能力を有することを特徴とする請求項記載のECAT4エンハンサー。Claim 1 hybridizes to the DNA under stringent conditions comprising a ECAT4 enhancer nucleotide sequence described, and ECAT4 gene ECAT4 enhancer according to claim 1, characterized in that it has the ability to promote transcription of. 請求項1〜請求項のいずれか記載のエンハンサーを含有することを特徴とする組換えベクター。Recombinant vector characterized by containing the enhancer according to any one of claims 1 to 3. 請求項記載の組換えベクターで形質転換された形質転換細胞。A transformed cell transformed with the recombinant vector according to claim 4 . 下記の工程(a)、(b)及び(c)を含む、ECAT4エンハンサーの活性を制御する作用を有する物質のスクリーニング方法:
(a)請求項1〜請求項のいずれか記載のエンハンサーをレポーター遺伝子に連結させたDNAで形質転換した細胞と被験物質とを接触させる工程、
(b)被験物質を接触させた細胞におけるレポーター遺伝子の活性を測定し、該発現量を被験物質を接触させない対照細胞における活性と比較する工程、
(c)上記(b)の比較結果に基づいて、ECAT4エンハンサーの活性を制御する被験物質を選択する工程。
Following steps (a), (b) and (c) including, ECAT4 enhancer screening method for a substance having an effect of controlling the activity of:
(A) contacting the transformed cell with a test substance in the enhancer according to any one of claims 1 to 3 was ligated to a reporter gene DNA,
(B) measuring the activity of the reporter gene in the cell contacted with the test substance and comparing the expression level with the activity in the control cell not contacted with the test substance;
Based on the comparison result of (c) above (b), the product of step of selecting a test substance that regulates the activity of ECAT4 enhancer.
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