JP4470077B2 - 好中球走化性因子lect2遺伝子の機能が欠損したマウス - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、好中球走化性因子LECT2遺伝子を欠損した新規の動物に関する。本発明動物は、実験、研究用のマウスであり、LECT2遺伝子の全部あるいは一部に変異あるいは欠損を有し、LECT2活性およびLECT2蛋白質が欠損している。この特質を有するマウスは、LECT2の関与する肝臓、骨、脳、呼吸器系、循環器系ならびに免疫系の疾患、例えば、肝炎、肝硬変、肝癌、肝再生、骨代謝、リウマチ、脳障害、血管炎、動脈硬化、虚血再灌流障害、腎炎の病態生理、原因の解明および治療法の開発等の研究のための実験動物として極めて有用である。
【0002】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】
肝臓は、物資の貯蔵、解毒、感染防御、生体機能維持に関わる生存にとって中心的な役割を担っている。肝臓が、肝炎、肝硬変、肝癌などによってその機能が低下すると、肝実質細胞は分化増殖を始め、肝臓の機能を正常化しようとする。通常、肝実質細胞はほとんど増殖せず分裂が抑制された状態にある。しかし、肝臓の傷害によって肝臓が再生する時は、この細胞の分裂が開始される。この増殖調節機構には、TNFα、IL−6をはじめとするいくつかのサイトカインや増殖因子が関与していることが明らかにされている(文献1、2、3)。しかし、これらのサイトカイン・増殖因子だけでは増殖調節機構が説明できない。一方、肝臓に特異的に発現してるサイトカインLECT2は、肝実質細胞に発現しており、肝機能を調節していることが示唆されている(文献4)。
【0003】
LECT2は好中球走化性因子として単離され(文献5)、マクロファージの分化にも作用し、肝臓に特異的に発現・存在している蛋白質である(文献4)。肝臓に発現しているLECT2の主たるmRNAおよび蛋白質発現細胞は、肝実質細胞であることが抗体染色および肝臓由来の細胞株で確認されている(文献4)。したがって、LECT2は、肝臓機能と関連があると考えられている。事実、本発明者らは、正常肝臓が、肝癌へと移行するに伴い、LECT2の発現が低下することを明らかにしている(文献6、7)。
【0004】
最近、コンドロモジュリンIIはLECT2と同じアミノ酸配列構造(LECT2と同じ遺伝子・蛋白質)を持ち、骨芽細胞の増殖を高めることが示された(文献8)。即ち、LECT2が骨代謝に関与していることが示唆されている。骨代謝は、骨格を維持するために不可欠であり、骨芽細胞の増殖と破骨細胞の機能のバランスによって支えられている。この代謝には種々のサイトカインが関与しているが、詳細は、解明されていない。
【0005】
このように、肝炎、肝癌、肝硬変、肝臓再生などの肝臓の機能の異常、自己免疫にかかわる疾患や、骨代謝異常がかかわる疾患がどのような機構でおこっているかは、いまだに不明で、明白にされていない。これらの疾患において、LECT2が生体内で多様で重要な作用に関与しているものと予想されるが、その本来の生体内での機能は、不明のままであった。このため、LECT2の生体内での役割を解明することが急務の課題であった。そこで、この課題を究明するための絶好の実験材料として、LECT2遺伝子を欠損したモデル動物の作製が強く望まれていた。
【0006】
上記の実情に基づき、本発明者らはLECT2遺伝子を欠損したマウスを作製して、その生体内での機能を解析することによって、LECT2の生理的な役割を直接明らかにすることを可能にするとともに、LECT2の関与する種々の病態の解明あるいは治療法の研究のために、遺伝的背景の明確な動物モデルを提供しようとするものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】
そこで本発明者らは近年開発されてきたジーンターゲッティング法(文献9)を用いて鋭意研究を進め、LECT2遺伝子を特定のベクターと相同的組換えを起こさせることにより、LECT2遺伝子を欠損した動物を作製することに至り、本発明を完成した。即ち、本発明は、遺伝子の全部または一部が、欠損または他の遺伝子により置換されており、実質的にLECT2をコードする遺伝子を含まないマウスに関する。
【0008】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。本発明により作製されるマウスは、LECT2遺伝子の全部又は一部が、欠損又は他の遺伝子により置換されており、実質的にLECT2をコードする遺伝子を含まないことを特徴とする。本発明のマウスには、LECT2遺伝子をホモで欠損しているマウス、ヘテロで欠損しているマウスのいずれも含まれる。
【0009】
本発明マウスの作製方法を説明する。
〔マウスLECT2遺伝子DNAのターゲティングベクターの作製〕
LECT2遺伝子の機能を人為的に欠損させたマウスを得るためには、マウス由来のLECT2遺伝子をクローニングし、LECT2の遺伝子に欠損や挿入あるいは他の遺伝子との置換などの変異を起こした後に、マウスにもどす方法が用いられる。LECT2遺伝子のクローニングは、例えばマウス肝臓の細胞から染色体DNAを抽出し、常法に従ってDNAライブラリーを作製し、これをすでに決定されているマウスLECT2遺伝子(文献10)の塩基配列を基に作製した当該遺伝子のポリメラーゼ鎖状反応(PCR)増幅断片を用いてスクリーニングすればよい。
【0010】
LECT2遺伝子の機能の欠損には、LECT2遺伝子の全体あるいは、いずれかの部位を欠失させればよく、または、いずれかの部位に他の遺伝子を挿入させてもよい。他の遺伝子を挿入させる場合、LECT2遺伝子の欠損を検出するためのマーカー遺伝子としても機能できる他の遺伝子を挿入することが好ましく、この様な遺伝子としてはジェネティシン(G418)耐性によって選択できるネオマイシン耐性遺伝子(Neo)およびガンシクロビル耐性によって選択できるヘルペス単純ウイルスのチミジンキナーゼ遺伝子(HSV−TK)やジフテリアトキシンA断片遺伝子(DT−A)等が用いられる。これらの遺伝子の挿入は試験管内で常用のDNA組換え技法により行うことができる。本実施にあたっては、LECT2遺伝子の全エキソンあるいは一部の遺伝子機能が欠失しており、その欠失領域に選択マーカー遺伝子が挿入されることが望ましい。
【0011】
より具体的には、マウス染色体DNAライブラリーにLECT2遺伝子の部分配列をプローブとしてハイブリダイズし、陽性クローンを得る。これをベクターに挿入後、制限酵素で消化して特定のエキソンを含む染色体DNAをサブクローニングする。次いで、LECT2遺伝子の構造を破壊しかつポジティブ/ネガティブセレクションを行うために、NeoやDT−Aなどのマーカー遺伝子を挿入してターゲティングベクターを作製する。
【0012】
〔ジーンターゲティングによるマウス胚性幹細胞(ES細胞)でのLECT2遺伝子変異〕
次に、こうして得られたターゲティングベクターをES細胞に導入し、ES細胞中のLECT2遺伝子と相同的組換えを行う。ES細胞は株化されたものであり、多分化能を保持し、しかも培養細胞として維持、継代が可能な細胞である。ターゲティングベクターの挿入は、例えば常用の電気パルス法やアグリゲーション法により行うことができる。この相同的組換えにおいては、ES細胞内のLECT2遺伝子のDNAとターゲティングベクターの対応する領域との間で組換えが生じ、ターゲティングベクター中に挿入されていたマーカー遺伝子がES細胞の染色体LECT2遺伝子に挿入される。この結果、ES細胞はLECT2遺伝子を欠失し、同時にマーカー遺伝子を得る。このマーカー遺伝子に基づいてLECT2遺伝子を欠失したES細胞を得ることができる。より具体的には、ターゲティングベクターとES細胞を混合し、遺伝子導入を行う。次いで、G418等で選択培養を行う。
【0013】
〔LECT2遺伝子変異ES細胞によるキメラマウスの作製〕
このES細胞をマウスの胚盤胞に注入し、さらに偽妊娠マウスの子宮内に移植して産仔を得る。次に、こうして得たキメラマウスを適当な系統のマウスと交配することにより産仔を得る。キメラ動物の生殖細胞が、LECT2遺伝子が欠損されている相同的組換え体に由来すればLECT2遺伝子を欠損した動物を得ることができる。
【0014】
〔ホモ変異マウスの作製〕
移植によって得られたキメラ動物を、目的とする系統のマウスと交配させ産仔を得る。キメラマウスの生殖細胞がES細胞に由来しているか、交配マウスの系統に由来しているかは、得られた産仔の適当な特質によって決定できる。LECT2遺伝子のヘテロ変異マウス同士を交配し、産仔のLECT2遺伝子をサザンハイブリダイゼーションによって確認し、目的物であるLECT2遺伝子ホモ変異マウス、即ちLECT2遺伝子の機能が欠損したマウスを得る。本発明の動物の飼育方法は特別な方法を用いる必要はなく、一般の動物と同様な方法により飼育することができる。
【0015】
【実施例】
以下に、アグリゲーション法によるキメラマウスの作製法(文献11、12)による実施例を挙げて本発明をさらに詳細に説明するが、これらは本発明の限定を意図するものでない。
【0016】
実施例1
〔マウスゲノム遺伝子のクローニングとターゲティングベクターの構築〕
マウスゲノムライブラリーは、129/SvJマウスの肝臓より作製されたものを用いた。マウスLECT2のノーマルタイプcDNAをプローブとして用い、マウスLECT2遺伝子および両側の配列を含む染色体DNAをクローニングした。次いでLECT2遺伝子の両側の配列をサブクローンし、ポジティブ/ネガティブセレクションを行うためにNeoおよびDT−Aを用いて、ターゲティングベクターを作製した(図1)。より具体的には制限酵素BamHI−SpeI断片(7.7kb、遺伝子の5′側)とAatI−ScaI断片(1.4kb、遺伝子の3′側)を相同領域として用い、LECT2遺伝子の位置にNeoを5′側にDT−Aを選択マーカーとして挿入し、ターゲティングベクターを作製した。相同的組み換えが起こった場合には、マウスLECT2遺伝子全長がNeoカセット(1.6kb)に置き換わることになる。
【0017】
実施例2
〔ES細胞の調製およびその培養方法〕
実施例1により調製したマウスLECT2遺伝子DNAのターゲティングベクターを導入する細胞として、129系マウス胚盤胞由来のES細胞E14株の亜株であるE14.1株(文献13)を用いた。ES細胞の培養には、ダルベッコ改変イーグル培地(DMEM)に15%の牛胎児血清(FBS)、0.1mMの2−メルカプトエタノール、0.35%のグルコース、および0.058%のL−グルタミンを添加した培養液を用いた。また、ES細胞のフィーダー細胞として用いるマウス胚繊維芽細胞(EF)の培養には、DMEMに7%のFBS、0.35%のグルコース、および0.058%のL−グルタミンを添加した培地を用いた。EF細胞は3−4日間隔で継代を行い、以下の様にマイトマイシン(MMC)で処理してフィーダー細胞として用いた。ほぼコンフルエント状態に達したEF細胞をトリプシン−EDTA(TE)溶液で処理して細胞を剥離した。次いで、遠心後、細胞を2−4x104個/cm2に調製し、MMCを加えた。この細胞をゼラチンでコートしたフラスコ、シャーレあるいはマイクロプレート上に分注した。ES細胞の継代は、37℃で5分間、TE溶液で処理後、ピペッティングによって単一細胞にまで分散させ、フィーダー細胞層上に播種することにより行った。培養液は2日に一度の間隔で交換した。
このES細胞にターゲティングベクターを須藤、岩倉の方法(文献12)により導入した。1×107個のES細胞と20μgのターゲティングベクターを混ぜ、Shimadzu GTE-1(250V、500μF、electrode distance 0.2cm)を用いた電気パルス法により細胞にDNAを導入した。5−7m秒電気パルスをかけた細胞を、フィーダー細胞をコートした10cm径のシャーレに播種した。電気パルスをかけてから24時間経過した後、G418を250μg/mlの濃度になるように添加した。約10日後、現れてきた96個コロニーを24穴のプレートに移し、さらに培養を続け、充分増殖したところで細胞を集めた。半分は液体窒素で保存し、残り半分をサザンハイブリダイゼーションによる組換え体検出のための染色体DNA抽出に使用した。DNA抽出は、常法に従った。こうして、相同的組換え体したES細胞を含むコロニーを得た。
【0018】
実施例3
〔相同的組み換えを起こした細胞の選択〕
相同的組換えを起こしたES細胞の検出は、PCRおよびサザンハイブリダイゼーションにより行った。PCRのプライマーとしては図1のようにターゲティングベクターの3′端の外側の塩基配列、およびNeo遺伝子の内部の塩基配列を用いた。PCRで陽性だった2クローンについてゲノムDNAを制限酵素EcoRI、あるいはBlnI/XhoIで切断し、図1のプローブによりサザンハイブリダイゼーションを行い計画通りの組換えが起こってるかを確認した。その結果、1クローンのみに正しい組換えが起こってることを確認した。得られた相同的組換え体のクローン数は、G418耐性のクローン320個のうち1個であった。
【0019】
実施例4
〔キメラマウスの作製とミュータントマウスの選別〕
C57BL/6系マウスの交尾後3.5日目に卵管より胚盤胞を取得し、タイロード液にて相同的組換えES細胞と凝集させた。それを擬妊娠させたICRマウスの子宮内に戻した。この仮親から娩出される産仔は、胚盤由来のC57BL/6系マウス由来の細胞とES細胞が由来する129系マウス由来の細胞からなるキメラであり、そのキメリズムの良し悪しは毛色で判断した。129系マウス由来の細胞の寄与率が高いほどキメラマウスは野生色あるいは白色の割合が上がり、毛色は黒色・野生色と白色のまだら模様となる。生まれたキメラマウスの中でES細胞の寄与が大きいと考えられる体毛の黒色が淡くなったマウス7匹を選び、C57BL/6系マウスと交配を行った。生まれた33匹のアグーチ色の毛色を持つマウスについて、尻尾よりDNAを抽出し、常法によりサザンハイブリダイゼーションで遺伝子型の解析を行った結果、LECT2遺伝子がヘテロに変異したマウス〔LECT2(+/−)マウス〕を17匹確認した。さらに、ヘテロ変異の遺伝子座をもつマウス同士を交配し、ホモでLECT2遺伝子を欠損したマウス〔LECT2(−/−)マウス〕を取得した。
【0020】
実施例5
〔LECT2遺伝子欠損マウスの遺伝子の発現量〕
両遺伝子座ともにLECT2遺伝子を欠損したマウスについて、ノザンハイブリダイゼーションでLECT2 mRNAの発現の有無を調べた。LECT2(−/−)マウス、LECT2(+/−)マウス、および対照として野生型マウス〔LECT2(+/+)マウス〕について肝臓から全RNAを常法により抽出した。LECT2遺伝子を欠損したマウスについて、ノザンハイブリダイゼーションでLECT2 mRNAの発現の有無を調べた。マウスLECT2 cDNA450−bpをプローブにしてノザンハイブリダイゼーションを行った。LECT2(−/−)マウスではLECT2 mRNAは全く検出されなかった(図2)。また、LECT2(+/−)マウスではLECT2 mRNAの発現量はLECT2(+/+)マウスの約半分量に低下していた。
【0021】
実施例6
LECT2遺伝子欠損マウスは正常に誕生したことから、マウスの発生について必須の因子ではないと考えられる。また、体重も野生型マウスと変わらなかった。
【0022】
実施例7
LECT2遺伝子欠損が生殖に及ぼす影響を調べるために、オス、メスともにLECT2遺伝子を欠いたマウスを交配させた。その結果、次世代のマウスは正常に誕生したことから、LECT2遺伝子欠損は生殖には影響しなかった。
【0023】
実施例8
LECT2遺伝子の欠損がもたらす生体機能の変化を調べるため、まず、血液学的検査を行った。LECT2(−/−)マウスおよびLECT2(+/+)マウスの全血を採取し、血液検査を行った。その結果、LECT2(−/−)において、白血球数がLECT2(+/+)マウスのそれよりも低かった。それ以外の血球数や各種血清マーカーの値については、LECT2(−/−)マウスとLECT2(+/+)マウスでは顕著な差は見られなかった(表1)。
【0024】
【表1】
Figure 0004470077
【0025】
実施例9
〔ミュータントマウスの臓器像〕
LECT2遺伝子の欠損がもたらす生体機能の変化を調べるため、まず各種臓器の組織染色を行ったところ、肝臓では、肝臓の実質細胞が、ヘマトキシリン・エオジン(HE)染色により細胞内が弱く染色され、また、複数の核の存在が認められた(表2)。しかし、肝臓以外には顕著な疾患組織像は認められなかった。
【0026】
【表2】
Figure 0004470077
【0027】
実施例10
〔ミュータントマウスの肝臓機能〕
肝臓の組織像についてしらべた。LECT2産生臓器である肝臓においては、野生型マウスと比べて肝細胞の大きさの不同化、2核の細胞や萎縮した核を持つ細胞の割合が高くなっていた。この結果はLECT2(−/−)マウスでは肝細胞の増殖、およびそれに伴う細胞死の制御が正常に保たれていないことを示した(図3)。
【0028】
実施例11
LECT2遺伝子欠損マウスで比較的多く観察された、萎縮した核を持つ肝細胞がアポトーシスを起こした細胞かどうかをTUNEL(terminal deoxynucleotidyl transferase-mediated dUTP-biotin nick end labeling)法(文献14)で検討した。本法により、アポトーシスの生化学的な指標とされるDNA断片化を組織化学的に検出することが出来る。その結果、LECT2(−/−)マウスでは、LECT2(+/+)マウスに比べてアポトーシス細胞の数が2〜5倍多くなっていることが確認された(図4)。この結果から、LECT2遺伝子欠損マウスの肝臓では、肝細胞の代謝回転の異常が起こっていることが考えられる。
【0029】
実施例12
LECT2(−/−)マウスが肝細胞のアポトーシスを誘発していることを示したことは、LECT2が肝臓の細胞増殖に重要なサイトカインであることを意味している。
【0030】
実施例13
LECT2(+/+)マウスとLECT2(−/−)マウスとの細胞増殖・アポトーシスの相違から、肝臓の細胞増殖・アポトーシス機構に、LECT2がどのように関与しているかに興味が持たれた。
【0031】
【発明の効果】
以上のとおり、本発明はLECT2遺伝子とNeo遺伝子を置換すること等によって、LECT2遺伝子の機能が欠損しているマウスを提供する。このマウスは、LECT2の関与する肝炎、肝癌、肝硬変、肝臓再生、免疫系疾患、リウマチ、骨粗鬆症、骨代謝異常症、腎炎、血管炎、動脈硬化、虚血再灌流障害、呼吸器系、循環器系機能障害および脳障害の病態生理、原因の解明、予後の判定および治療法の開発等の研究のための実験動物として有用である。
【0032】
肝炎、肝癌、肝臓再生、リウマチ、骨代謝異常、脳障害、腎炎、血管炎、動脈硬化、虚血再灌流傷害などの患者の予後は必ずしも良好ではなく、治療期間中に死亡する患者も多い。そこで、より効果的なこれらの疾患の治療薬の開発が強く望まれている。新薬の評価方法として最も望ましい方法は、in vivoで評価することであり、LECT2(−/−)マウスはこの目的のために有効利用できると期待できる。
【0033】
LECT2や炎症性サイトカインが、肝炎、肝癌、肝臓再生、リウマチ、骨代謝異常、脳障害、腎炎、血管炎、動脈硬化、虚血再灌流傷害などの引き金や、悪性化、増悪化に関与している可能性がある。しかし、LECT2がこれらの疾患に関わっていることを個体レベルで証明された実例はない。本発明のLECT2(−/−)マウスは、LECT2と炎症性疾患や上記疾患との因果関係を個体レベルで解析し、また炎症性疾患や上記疾患の発症機構の究明、およびそれら疾患の治療薬を開発するのに有用である。
【0034】
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14. Gavrieli, Y., Sherman, Y., Ben, S.S. Identification of programmed cell death in situ via specific labeling of nuclear DNA fragmentation. J. Cell Biol. 119. 493-501, 1992.
【図面の簡単な説明】
【図1】マウスLECT2遺伝子欠損用ターゲティングベクターの構築と各種プローブの対応部位を示す図である。マウスLECT2遺伝子構造と置換遺伝子の構造をしめす。野生型(Wild-type、LECT2(+/+))、ターゲティングベクター(Targeting vector)およびLECT2遺伝子の相同的組換え体(Mutant allele)の模式図を示す。また、スクリーニング用のPCRプライマーならびに5′プローブと3′プローブの位置を示す。また、各制限酵素サイトを示す。
【図2】肝臓中の肝細胞におけるmRNAの発現を比較するために、マウスLECT2cDNAをプローブとして行ったノーザンハイブリダイゼーション分析の結果を示す電気泳動写真である。また、GAPDH(グリセロアルデヒド脱水素酵素)をプローブとして行ったノーザンハイブリダイゼーションは、全RNA量を比較するための対照実験である。WT:野生型(Wild-type、LECT2(+/+))マウスの肝臓から抽出したmRNA,KO:欠損型(Knock-out、LECT2(−/−))マウスの肝臓から抽出したmRNA,数値は、マウスの番号を示している。
【図3】肝臓の組織をヘマトキシリン・エオジン(HE)で染色した顕微鏡像写真を示す。左図は、LECT2(+/+)マウスの組織染色の顕微鏡写真を示し、右図は、LECT2(−/−)マウスの組織染色の顕微鏡写真を示す。LECT2(−/−)マウスでは、細胞内の染色が薄く、2核の細胞が多い。
【図4】肝臓の細胞のアポトーシスを示す顕微鏡写真である。左図は、LECT2(+/+)マウスのTUNEL染色の顕微鏡写真を示し、右図は、LECT2(−/−)マウスのTUNEL染色の顕微鏡写真を示す。アポトーシスを起こしている細胞は、茶色に染色(矢印)されており、LECT2(+/+)マウスでは存在しないが、LECT2(−/−)マウスでは、視野に数個の茶色陽性の細胞が観察される。

Claims (2)

  1. 相同的組換えを起こしたES細胞を使用し、アグリゲーション法によって作製される好中球走化因子LECT2遺伝子の機能が欠損しているマウスであって、LECT2遺伝子の機能が欠損していないマウスに比較して、白血球数が低下していることおよび肝細胞におけるアポトーシスが増加していることを特徴とする、マウス。
  2. 相同的組換えを起こしたES細胞を使用し、アグリゲーション法によって好中球走化因子LECT2遺伝子の機能を欠損させる工程を含む、LECT2遺伝子の機能が欠損していないマウスに比較して、白血球数が低下していることおよび肝細胞におけるアポトーシスが増加していることを特徴とするマウスの製造方法。
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