JP4747245B2 - Enzymatic construction method of RNAi library - Google Patents

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Description

本発明は、DNA発現ベクターに基づいたRNAiライブラリーの構築方法に関し、特に、標的配列に対する系統的なライブラリーを酵素的に構築する方法に関する。
本発明は、上記酵素的に構築されたRNAiライブラリーを用いて、標的遺伝子等をサイレンシングし得る適切なiRNA発現構築物を選択するためのスクリーニング方法に関する。
The present invention relates to a method for constructing an RNAi library based on a DNA expression vector, and more particularly, to a method for enzymatically constructing a systematic library for a target sequence.
The present invention relates to a screening method for selecting an appropriate iRNA expression construct capable of silencing a target gene or the like using the enzymatically constructed RNAi library.

現在、利用可能な大量のゲノムデータ(非特許文献1-5)を利用して、機能欠失によってそれぞれの遺伝子の機能を決定するリバース遺伝学アプローチは、遺伝子と機能との関係を完全に解明するために重要な技術となっている。リバース遺伝学アプローチを実施するための技術として、遺伝子ターゲッティングによるノックアウト動物の創生、あるいはアンチセンス技法とがある。
相同的組換えによる遺伝子ターゲティング技術(非特許文献6)は、種々の遺伝子の機能を決定するために広く用いられている。しかし、そのプロセスは労力を要するために、簡便かつ広い用途に応用することができない。また、アンチセンスオリゴヌクレオチドはより簡便に用いることができるが、その導入はしばしば毒性、不安定性、および非特異的作用をもたらす(非特許文献7)。
一方、二本鎖RNAによって誘発される遺伝子抑制現象であるRNA干渉(RNAi)(非特許文献8)は、通常特異的であること、その上、広範囲の生物において前例のない迅速さで遺伝子抑制体を得ることができることから遺伝子ターゲッティング技術やアンチセンス技術に代わる魅力的な方法となっている(非特許文献7,9)。RNAiは、線虫(C. elegans)におけるゲノムワイドなリバース遺伝学にも適用されている(非特許文献10)。しかし、高等脊椎動物では長い(>30ヌクレオチド)二本鎖RNAsが有害なインターフェロン反応を誘発することから、当初RNAiの使用は無脊椎動物に限定されていた。この問題は、短鎖干渉RNA(siRNA)と呼ばれる短い(21〜23ヌクレオチド)の二本鎖RNAが、哺乳類において有害事象を引き起こすことなくRNAiを誘導するという知見によって克服された(非特許文献11)。オリゴsiRNA効果が一過性であるという特性は、siRNAまたはsiRNAを模倣した短いヘアピン構造の二重鎖RNA(shRNA)を細胞内で発現させるDNAベクターが開発されたことによって克服されている(非特許文献12-17)。

Consortium, T.C.e.S. Genome sequence of the nematode C. elegans: a platform for investigating biology. Science 282, 2012-2018 (1998). Adams, M.D. et al. The genome sequence of Drosophila melanogaster. Science 287, 2185-2195 (2000). Waterston, R.H. et al. Initial sequencing and comparative analysis of the mouse genome. Nature 420, 520-562 (2002). Lander, E.S. et al. Initial sequencing and analysis of the human genome. Nature 409, 860-921 (2001). Venter, J.C. et al. The sequence of the human genome. Science 291, 1304-1351 (2001). Capecchi, M.R. The new mouse genetics: altering the genome by gene targeting. Trends Genet. 5, 70-76 (1989). Opalinska, J.B. & Gewirtz, A.M. Nucleic-acid therapeutics: basic principles and recent applications. Nat. Rev. Drug Discov. 1, 503-514 (2002). Fire, A. et al. Potent and specific genetic interference by double-stranded RNA in Caenorhabditis elegans. Nature 391, 806-811 (1998). Dykxhoorn, D.M., Novina, C.D. & Sharp, P.A. Killing the messenger: short RNAs that silence gene expression. Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 4, 457-467 (2003). Kamath, R.S. & Ahringer, J. Genome-wide RNAi screening in Caenorhabditis elegans. Methods 30, 313-321 (2003). Elbashir, S.M. et al. Duplexes of 21-nucleotide RNAs mediate RNA interference in cultured mammalian cells. Nature 411, 494-498 (2001). Brummelkamp, T.R., Bernards, R. & Agami, R. A system for stable expression of short interfering RNAs in mammalian cells. Science 296, 550-553 (2002). Miyagishi, M. & Taira, K. U6 promoter-driven siRNAs with four uridine 3' overhangs efficiently suppress targeted gene expression in mammalian cells. Nat. Biotechnol. 20, 497-500 (2002). Yu, J.Y., DeRuiter, S.L. & Turner, D.L. RNA interference by expression of short-interfering RNAs and hairpin RNAs in mammalian cells. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 99, 6047-6052 (2002). Sui, G. et al. A DNA vector-based RNAi technology to suppress gene expression in mammalian cells. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 99, 5515-5520 (2002). Lee, N.S. et al. Expression of small interfering RNAs targeted against HIV-1 rev transcripts in human cells. Nat. Biotechnol. 20, 500-505 (2002). Paul, C.P., Good, P.D., Winer, I. & Engelke, D.R. Effective expression of small interfering RNA in human cells. Nat. Biotechnol. 20, 505-508 (2002).
The reverse genetics approach that determines the function of each gene by loss of function using the large amount of genomic data currently available (Non-Patent Documents 1-5) completely elucidates the relationship between genes and functions. It has become an important technology. Techniques for implementing a reverse genetics approach include the creation of knockout animals by gene targeting, or antisense techniques.
Gene targeting technology based on homologous recombination (Non-Patent Document 6) is widely used to determine the functions of various genes. However, since the process requires labor, it cannot be applied to simple and wide use. In addition, antisense oligonucleotides can be used more conveniently, but their introduction often results in toxicity, instability, and non-specific effects (Non-Patent Document 7).
On the other hand, RNA interference (RNAi), which is a gene suppression phenomenon induced by double-stranded RNA (Non-Patent Document 8), is usually specific and gene suppression with unprecedented speed in a wide range of organisms. Since the body can be obtained, it has become an attractive alternative to gene targeting technology and antisense technology (Non-Patent Documents 7 and 9). RNAi has also been applied to genome-wide reverse genetics in C. elegans (Non-patent Document 10). However, in higher vertebrates, the use of RNAi was initially limited to invertebrates, as long (> 30 nucleotides) double-stranded RNAs elicit harmful interferon responses. This problem was overcome by the finding that short (21-23 nucleotides) double-stranded RNA, called short interfering RNA (siRNA), induces RNAi without causing adverse events in mammals (Non-Patent Document 11). ). The transient nature of the oligo siRNA effect has been overcome by the development of DNA vectors that express siRNA or short hairpin double-stranded RNA (shRNA) mimicking siRNA in cells (non- Patent Document 12-17).

Consortium, TCeS Genome sequence of the nematode C. elegans: a platform for investigating biology.Science 282, 2012-2018 (1998). Adams, MD et al. The genome sequence of Drosophila melanogaster. Science 287, 2185-2195 (2000). Waterston, RH et al. Initial sequencing and comparative analysis of the mouse genome.Nature 420, 520-562 (2002). Lander, ES et al. Initial sequencing and analysis of the human genome.Nature 409, 860-921 (2001). Venter, JC et al. The sequence of the human genome.Science 291, 1304-1351 (2001). Capecchi, MR The new mouse genetics: altering the genome by gene targeting.Trends Genet. 5, 70-76 (1989). Opalinska, JB & Gewirtz, AM Nucleic-acid therapeutics: basic principles and recent applications. Nat. Rev. Drug Discov. 1, 503-514 (2002). Fire, A. et al. Potent and specific genetic interference by double-stranded RNA in Caenorhabditis elegans.Nature 391, 806-811 (1998). Dykxhoorn, DM, Novina, CD & Sharp, PA Killing the messenger: short RNAs that silence gene expression.Nat. Rev. Mol.Cell Biol. 4, 457-467 (2003). Kamath, RS & Ahringer, J. Genome-wide RNAi screening in Caenorhabditis elegans.Methods 30, 313-321 (2003). Elbashir, SM et al. Duplexes of 21-nucleotide RNAs mediate RNA interference in cultured mammalian cells.Nature 411, 494-498 (2001). Brummelkamp, TR, Bernards, R. & Agami, R. A system for stable expression of short interfering RNAs in mammalian cells.Science 296, 550-553 (2002). Miyagishi, M. & Taira, K. U6 promoter-driven siRNAs with four uridine 3 'overhangs efficiently suppress targeted gene expression in mammalian cells. Nat. Biotechnol. 20, 497-500 (2002). Yu, JY, DeRuiter, SL & Turner, DL RNA interference by expression of short-interfering RNAs and hairpin RNAs in mammalian cells.Proc. Natl. Acad. Sci. USA 99, 6047-6052 (2002). Sui, G. et al. A DNA vector-based RNAi technology to suppress gene expression in mammalian cells.Proc. Natl. Acad. Sci. USA 99, 5515-5520 (2002). Lee, NS et al. Expression of small interfering RNAs targeted against HIV-1 rev transcripts in human cells. Nat. Biotechnol. 20, 500-505 (2002). Paul, CP, Good, PD, Winer, I. & Engelke, DR Effective expression of small interfering RNA in human cells. Nat. Biotechnol. 20, 505-508 (2002).

RNAi技法の開発にもかかわらず、有効な遺伝子サイレンシング活性を有するsiRNA/shRNA発現構築物をデザインするための一般的な法則はまだなく、このため、適した構築物が同定されるまでには時間と費用を要する。
また、RNAiは特異的であると考えられたが、デザインした配列によっては「オフターゲットエフェクト」という標的以外の特定の遺伝子を抑制する現象も検出されている。そのため、オフターゲットエフェクトを回避するためには、標的遺伝子内のいずれの配列に対するsiRNAまたはshRNAをデザインするかが重要になってきている。
Despite the development of RNAi techniques, there are still no general rules for designing siRNA / shRNA expression constructs with effective gene silencing activity, so it takes time to identify a suitable construct. It costs money.
In addition, RNAi was considered to be specific, but depending on the designed sequence, a phenomenon called “off-target effect” that suppresses specific genes other than the target has been detected. Therefore, in order to avoid the off-target effect, it has become important to design siRNA or shRNA for which sequence in the target gene.

本発明は、系統的なスクリーニングを行い得るshRNA発現構築物のライブラリーの製造方法およびこのライブラリーを用いて所望のサイレンシング活性を有する発現構築物を選択し得るスクリーニング方法を提供することを目的とする。この目的のために、本願発明者らは、EPRIL(RNAiライブラリーの酵素的作製)と呼ばれる技術を開発した。すなわち、標的とする遺伝子等をランダムに切断して、このランダム断片の両端にアダプターを接続する。このうち、いずれか一方のアダプターをヘアピン構造とすることによりランダム断片を中央に備えたヘアピン型構造を有する断片となる。このヘアピン型構造に変換された断片をストランドディスプレイス活性を有するポリメラーゼで伸長させることにより、主としてヘアピン型二重鎖RNAを発現し得るiRNA発現構築物が製造される。   An object of the present invention is to provide a method for producing a library of shRNA expression constructs capable of performing systematic screening, and a screening method capable of selecting an expression construct having a desired silencing activity using this library. . For this purpose, the inventors have developed a technique called EPRIL (enzymatic production of RNAi library). That is, a target gene or the like is cut at random, and adapters are connected to both ends of the random fragment. Among these, by making any one adapter into a hairpin structure, it becomes a fragment having a hairpin type structure with a random fragment at the center. By extending the fragment converted into the hairpin structure with a polymerase having strand displace activity, an iRNA expression construct capable of mainly expressing the hairpin double-stranded RNA is produced.

また、本発明者らは標的遺伝子をレポーター遺伝子と融合させて、標的遺伝子のサイレンシングをレポーター遺伝子のサイレンシングを指標に選択し得るスクリーニング系、さらには、ネガティブ選択マーカーであるチミジンキナーゼ遺伝子を用いて、前記RNAiライブラリーから最も有効なサイレンシング活性を有するshRNA発現構築物を選択し得る技術を開発した。さらに本発明者らは、本発明のライブラリー作製方法がcDNAライブラリーから直接RNAiライブラリーを作製することに応用できることも示した。すなわち、本発明は以下に示す通りである。
1. 以下の(1)〜(3)の工程を含む、所望の標的DNAからRNAiライブラリーを製造する方法。
(1)標的DNAをランダムに切断し、DNA断片を生成する工程、
(2)ヘアピン型アダプターを、前記DNA断片の一端に接続して、ヘアピン型のDNA断片を生成する工程、
(3)ヘアピン型のDNA断片をStrand−displacing活性を有するポリメラーゼを用いてプライマーエクステンションを実行させ、インターフェアレンスRNAをコードしたiRNA発現構築物を生成させる工程を含む、RNAiライブラリー製造方法。
2. 前記(2)工程の前または後にDAN断片の他端に二重鎖断端型アダプターを接続する工程が含まれ、
前記二重鎖断端型アダプターまたは前記ヘアピン型アダプターのいずれか一方にアウトサイドカッターの制限酵素認識サイトが備えられ、
前記制限酵素認識サイトを備えたアダプターが先に、前記DNA断片に接続され、前記アウトサイドカッターの制限酵素によりDNA断片の長さが整えられて形成された端にもう一方のアダプターが接続される、上記1記載の方法。
3. ヘアピン型アダプターにアウトサイドカッターの制限酵素認識サイトが備えられている、上記2記載の方法。
4. 二重鎖断端型アダプターにアウトサイドカッターの制限酵素認識サイトが備えられている、上記2記載の方法。
5. プライマーエクステンション後にiRNA発現構築物を発現ベクターに接続する工程をさらに含む、上記1記載のRNAiライブラリーの製造方法。
6.発現ベクターが哺乳動物内で機能し得る、上記5記載のRNAiライブラリーの製造方法。
7.発現ベクターが宿主染色体内への組込み活性を有する、上記5又は上記6記載のRNAiライブラリーの製造方法。
8.標的DNAが、特定の遺伝子のcDNA、cDNAライブラリー、またはサブトラクション後のcDNAのいずれかである、上記1〜7のいずれかに記載のRNAiライブラリーの製造方法。
9.前記(1)工程において、ショットガンクローニングに使用し得るDNA消化酵素を用いて標的DNAが断片化される、上記1記載のRNAiライブラリーの製造方法。
10. アウトサイドカッターの制限酵素が、少なくとも第一のアダプター内の認識サイトから19bp以上はなれた位置を切断する、上記1〜9のいずれかに記載のRNAiライブラリーの製造方法。
11. Strand−displacing活性を有するポリメラーゼが耐熱性である、上記1から10のいずれかに記載のRNAiライブラリーの製造方法。
12.Strand−displacing活性を有するポリメラーゼがBstポリメラーゼまたはVentポリメラーゼのいずれかである、上記1から11のいずれかに記載のRNAiライブラリーの製造方法。
13.上記1から12のいずれかに記載の方法により製造されたRNAiライブラリー。
14. 上記1から12のいずれかに記載の方法により製造されたRNAiライブラリーから所望のRNAi活性を有するsiRNA発現構築物をスクリーニングする方法であって、
標的DNAが発現している細胞に前記RNAiライブラリーを導入する工程、
標的DNAの発現を測定する工程、を含むスクリーニング方法。
15.上記14記載のスクリーニング方法において、
標的DNAをレポーター遺伝子と融合させた融合遺伝子として、
標的DNAの発現を測定する工程では、前記レポータータンパク質の活性を指標に標的DNAの発現が測定される、スクリーニング方法。
16.上記1から12のいずれかに記載の方法により製造されたRNAiライブラリーから所望のRNAi活性を有するsiRNA発現構築物をスクリーニングする方法であって、
標的DNAとネガティブ選択マーカー遺伝子とを融合させた融合遺伝子が発現している細胞に前記RNAiライブラリーを導入する工程、
ネガティブ選択マーカーによる選択を実行しRNAi効果があった細胞のみを選択する工程とを、スクリーニング方法。
17.RNAiライブラリーを製造するためのシステムであって、
ヘアピン型アダプターと、二重鎖断端型アダプターとを含み、
前記アダプターのいずれかにアウトサイドカッターの制限酵素認識サイトが備えられている、システム。
18.さらに、アウトサイドカッターの制限酵素および/またはStrand−displacing性を有するポリメラーゼを備えた、上記17記載のシステム。
In addition, the present inventors fused a target gene with a reporter gene, and used a screening system capable of selecting target gene silencing using reporter gene silencing as an indicator, and also a thymidine kinase gene, which is a negative selection marker. Thus, a technology capable of selecting an shRNA expression construct having the most effective silencing activity from the RNAi library has been developed. Furthermore, the present inventors have also shown that the library preparation method of the present invention can be applied to the preparation of an RNAi library directly from a cDNA library. That is, the present invention is as follows.
1. A method for producing an RNAi library from a desired target DNA, comprising the following steps (1) to (3):
(1) a step of randomly cutting a target DNA to generate a DNA fragment;
(2) connecting a hairpin adapter to one end of the DNA fragment to generate a hairpin DNA fragment;
(3) A method for producing an RNAi library, comprising a step of performing primer extension on a hairpin type DNA fragment using a polymerase having Strand-displacing activity to generate an iRNA expression construct encoding an interference RNA.
2. including a step of connecting a double-strand break type adapter to the other end of the DAN fragment before or after the step (2);
Either one of the double-strand break adapter or the hairpin adapter is provided with a restriction enzyme recognition site of an outside cutter,
The adapter having the restriction enzyme recognition site is first connected to the DNA fragment, and the other adapter is connected to the end formed by adjusting the length of the DNA fragment by the restriction enzyme of the outside cutter. The method according to 1 above.
3. The method according to 2 above, wherein the hairpin adapter is provided with a restriction enzyme recognition site of an outside cutter.
4. The method according to 2 above, wherein the double-strand adapter is provided with a restriction enzyme recognition site for an outside cutter.
5. The method for producing an RNAi library according to 1 above, further comprising a step of connecting the iRNA expression construct to an expression vector after primer extension.
6). 6. The method for producing an RNAi library according to 5 above, wherein the expression vector can function in a mammal.
7). 7. The method for producing an RNAi library according to 5 or 6 above, wherein the expression vector has an integration activity into the host chromosome.
8). 8. The method for producing an RNAi library according to any one of 1 to 7 above, wherein the target DNA is any one of a cDNA of a specific gene, a cDNA library, or a cDNA after subtraction.
9. 2. The method for producing an RNAi library according to 1 above, wherein in the step (1), the target DNA is fragmented using a DNA digestion enzyme that can be used for shotgun cloning.
10. The method for producing an RNAi library according to any one of 1 to 9 above, wherein the restriction enzyme of the outside cutter cleaves at least 19 bp away from the recognition site in the first adapter.
11. 11. The method for producing an RNAi library according to any one of 1 to 10 above, wherein the polymerase having strand-displacing activity is heat resistant.
12 12. The method for producing an RNAi library according to any one of 1 to 11, wherein the polymerase having strand-displacing activity is either Bst polymerase or Vent polymerase.
13. 13. An RNAi library produced by the method according to any one of 1 to 12 above.
14. A method for screening an siRNA expression construct having a desired RNAi activity from an RNAi library produced by the method according to any one of 1 to 12 above,
Introducing the RNAi library into cells expressing the target DNA;
Measuring the expression of the target DNA.
15. 14. The screening method according to 14 above,
As a fusion gene with target DNA fused to a reporter gene,
A screening method, wherein in the step of measuring the expression of the target DNA, the expression of the target DNA is measured using the activity of the reporter protein as an index.
16. A method for screening an siRNA expression construct having a desired RNAi activity from an RNAi library produced by the method according to any one of 1 to 12 above,
Introducing the RNAi library into a cell expressing a fusion gene obtained by fusing a target DNA and a negative selection marker gene;
Screening with a step of performing selection with a negative selection marker and selecting only cells having an RNAi effect.
17. A system for producing an RNAi library,
Including a hairpin adapter and a double-strand adapter,
A system in which any of the adapters is provided with a restriction enzyme recognition site for an outside cutter.
18. 18. The system according to 17 above, further comprising a restriction enzyme of an outside cutter and / or a polymerase having a strand-displacing property.

EPRILの概要を示す図である。(a)shRNA発現ライブラリへのcDNAの酵素的誘導の図示プロトコール。(b)酵素的誘導の過程におけるDNAsのPAGE。M、25 bpの梯子状DNAマーカー。レーン1、2および3は、第一のアダプターのライゲーションおよびMmeI消化後の産物、アダプター2-ライゲーション断片、ならびにポリメラーゼ反応後の断片を示す。それぞれのレーンに関して、産物を矢印の先で示す。It is a figure which shows the outline | summary of EPRIL. (A) Illustrated protocol for enzymatic induction of cDNA into shRNA expression library. (B) PAGE of DNAs in the process of enzymatic induction. M, 25 bp ladder DNA marker. Lanes 1, 2 and 3 show the product after ligation and MmeI digestion of the first adapter, the adapter 2-ligation fragment, and the fragment after the polymerase reaction. For each lane, the product is indicated by the tip of the arrow. GFPをコードするcDNAから調製したRNAiライブラリによるGFP発現のサイレンシングを示す図である。(a)RNAi効率の分布を示すヒストグラム。バーは、shRNA発現構築物の数を表す。丸は、標準化した累積頻度を示す。(b)減少倍数の値によって示されるより大きい効率を有するshRNA発現構築物の分画毎の量を、減少倍数に対してプロットする。(c)個々のshRNA発現構築物の位置および効率。垂直方向の軸は、相対的な減少を表し、水平方向の軸はGFP配列の位置を表す。それぞれの短い水平方向のバーは、位置およびそのRNAi効率を表す。shRNA発現構築物の方向も同様にバーの色で示し、灰色および黒のバーはそれぞれ、ガイド配列が逆方向反復配列の5'および3'側に存在するshRNA発現構築物を示す。(d)GFP配列のそれぞれの位置に関して相対減少の平均値をプロットする(平均値±SD)。括弧内の数は、それぞれの群に関するデータの数を示す。FIG. 5 shows silencing of GFP expression by RNAi library prepared from cDNA encoding GFP. (A) Histogram showing RNAi efficiency distribution. Bars represent the number of shRNA expression constructs. Circles indicate standardized cumulative frequency. (B) The amount per fraction of shRNA expression constructs with greater efficiency as indicated by the fold reduction value is plotted against the fold reduction. (C) Location and efficiency of individual shRNA expression constructs. The vertical axis represents the relative decrease and the horizontal axis represents the position of the GFP sequence. Each short horizontal bar represents the position and its RNAi efficiency. The orientation of the shRNA expression construct is also indicated by the color of the bar, and the gray and black bars indicate the shRNA expression construct where the guide sequence is 5 ′ and 3 ′ to the inverted repeat, respectively. (D) Plot the average relative reduction for each position of the GFP sequence (mean ± SD). The numbers in parentheses indicate the number of data for each group. 様々な形質導入操作によるRNAi効率プロフィールを示す図である。(a)プラスミド(左の垂直軸、黒丸)またはPCR増幅発現カセット(右の垂直軸、灰色の丸)のトランスフェクションによるGFPサイレンシングの効率を、レトロウイルス形質導入による効率と比較する(水平軸)。(b)ダイサー消化を行った(灰色の丸)および行わなかった(黒丸)場合のインビトロ転写shRNAのトランスフェクションによるGFPサイレンシングの効率を、プラスミドトランスフェクションによる効率に対してプロットする(水平軸)。FIG. 6 shows RNAi efficiency profiles by various transduction operations. (A) Compare the efficiency of GFP silencing by transfection of plasmid (left vertical axis, black circle) or PCR amplified expression cassette (right vertical axis, gray circle) with the efficiency of retroviral transduction (horizontal axis) ). (B) The efficiency of GFP silencing by transfection of in vitro transcribed shRNA with and without Dicer digestion (grey circles) and with black circles is plotted against the efficiency of plasmid transfection (horizontal axis) . IP3R cDNAに由来するRNAiライブラリによる1型IP3R発現のサイレンシングを示す図である。(a)GFP蛍光強度に基づいて推定したRNAi効率。GFP蛍光強度の相対的減少値を示す。四角の枠は、IP3Rコード領域を表し、点は、それぞれのshRNA発現構築物の標的の位置を示す。shRNA発現構築物、SI2A5およびSI3G6に関するデータを記す。(b)shRNA発現構築物を有しない(対照)、GFP-サイレンシングshRNA発現ベクター(shGFP)を有する、またはIP3Rを標的とするshRNA発現構築物(SI2A5およびSI3G6)を有する、レトロウイルスを感染させたA7r5細胞のウェスタンブロッティング。アクチンは、ローディング対照としての役割を有する。編集した標準化IP3R発現レベルを下のパネルに示す(平均値±SEM、n=3)。(c)IP3RターゲティングshRNA発現構築物を形質導入しない場合、およびSI2A5またはSI3G6を導入した場合の、バソプレッシンによって誘発したA7r5細胞の細胞内カルシウム反応を示す。バーはAVPの適用を示す。IP 3 is a diagram showing the silencing of type 1 IP 3 R expression by RNAi library derived from R cDNA. (A) RNAi efficiency estimated based on GFP fluorescence intensity. The relative decrease value of GFP fluorescence intensity is shown. The square box represents the IP 3 R coding region and the dots indicate the target location of each shRNA expression construct. Data for shRNA expression constructs, SI2A5 and SI3G6. (B) no shRNA expression construct (control), GFP-silenced with shRNA expression vector (shGFP), or a shRNA expression constructs an IP 3 R targeting (SI2A5 and SI3G6), it was infected with retrovirus Western blotting of A7r5 cells. Actin has a role as a loading control. The edited normalized IP 3 R expression level is shown in the lower panel (mean ± SEM, n = 3). (C) shows the intracellular calcium response of A7r5 cells induced by vasopressin when not transducing the IP 3 R targeting shRNA expression construct and when introducing SI2A5 or SI3G6. Bars indicate AVP application. 効率的なRNAi構築物の選択に関するチミジンキナーゼに基づく系を示す図である。(a)選択戦略のスキーム。上の図は、選択マーカー遺伝子構築物を示す。TK-puroは、チミジンキナーゼとピューロマイシンN-アセチルトランスフェラーゼとの融合タンパク質をコードするmRNAを示す。GCVは、GCVの毒性誘導体(GCV-ppp)に変換されて、細胞死に至る。(b)GSV選択後(左のパネル)および選択を行わない場合(右のパネル)のRNAiライブラリにおける再構成されたshRNA発現構築物の混合物によるRNAi効果。右のパネルの連続曲線は、親shRNAライブラリのデータを表す。破線の曲線は、shRNA発現構築物の形質導入を行わないGFP蛍光分布を表す。(c)GCV選択を行ったまたは行わない個々のRNAiライブラリクローンの分析。個々のクローンを、そのRNAi効率に従って四つに分類した;弱い(減少倍率値<1.5)、中等度(1.5〜2.5)、強い(2.5〜4.5)および非常に強い(>4.5)。標準化した集団は、クローンの総数に対して標準化したそれぞれの分類におけるクローンの数を表す(GCV選択を行ったおよび行っていないクローンに関してそれぞれ、n=121および101)。FIG. 2 shows a thymidine kinase based system for efficient RNAi construct selection. (A) Scheme of selection strategy. The upper figure shows a selectable marker gene construct. TK-puro represents mRNA encoding a fusion protein of thymidine kinase and puromycin N-acetyltransferase. GCV is converted to a toxic derivative of GCV (GCV-ppp), leading to cell death. (B) RNAi effect with a mixture of reconstituted shRNA expression constructs in the RNAi library after GSV selection (left panel) and without selection (right panel). The continuous curve in the right panel represents data from the parent shRNA library. The dashed curve represents the GFP fluorescence distribution without transduction of the shRNA expression construct. (C) Analysis of individual RNAi library clones with or without GCV selection. Individual clones were classified into four according to their RNAi efficiency; weak (fold reduction value <1.5), moderate (1.5-2.5), strong (2.5-4.5) and very strong (> 4.5). The normalized population represents the number of clones in each classification normalized to the total number of clones (n = 121 and 101 for clones with and without GCV selection, respectively).

siRNA発現構築物
本発明により、所望の標的DNAからRNAiライブラリーを製造する方法が提供された。本発明で製造されるRNAiライブラリーは、哺乳動物、植物、昆虫、酵母などの遺伝学に応用し得るライブラリーである。従って、本書において「iRNA」は、哺乳動物細胞などの応用されている短い二重鎖RNA(一般に「siRNA」と呼ばれ、本書において同義でsiRNAの語を用いる)、短いヘアピン型の二重鎖RNA(これを一般に「shRNA」といい、本書においてもこの語を同義で用いる)および線虫、昆虫、植物、酵母などの遺伝子抑制に応用されているsiRNAなどと比べて長い二重鎖RNAを含む意味で用いる。
本発明のRNAiライブラリー製造方法では、第一に、標的DNAをランダムに断片に切断する工程が含まれる。ここで、標的DNAは、特定の遺伝子、複数の遺伝子、個体に含まれる遺伝子群、ゲノムあるいはcDNAライブラリーなどであってもよい。また、ここで「遺伝子」はイントロンを含むゲノム配列であってもよく、また、cDNAなどであってもよい。これら遺伝子、ライブラリーなどが由来する種は、上述したようにヒトなどの哺乳動物、植物、昆虫、細菌など制限はない。
siRNA Expression Constructs The present invention provides a method for producing an RNAi library from a desired target DNA. The RNAi library produced in the present invention is a library that can be applied to genetics of mammals, plants, insects, yeasts and the like. Therefore, in this document, “iRNA” is a short double-stranded RNA that is applied to mammalian cells (generally called “siRNA”, and the term siRNA is used synonymously in this document), a short hairpin-type double-stranded RNA Compared to RNA (commonly referred to as “shRNA” in this document, the term is used interchangeably in this document) and siRNA that is applied to gene suppression in nematodes, insects, plants, yeast, etc. Used to include.
In the RNAi library production method of the present invention, firstly, a step of randomly cleaving a target DNA into fragments is included. Here, the target DNA may be a specific gene, a plurality of genes, a gene group contained in an individual, a genome, or a cDNA library. Here, the “gene” may be a genomic sequence including an intron, or may be cDNA or the like. The species from which these genes and libraries are derived is not limited to mammals such as humans, plants, insects, and bacteria as described above.

この第一の工程では、所望の標的DNAを準備し、ランダムに断片化する。断片化する長さは、少なくともRNAiを誘導し得るRNAをコードした長さ、例えば、十数bp以上であればよい。適切な長さはサイレンシングを誘導したい細胞種により異なる。例えば、哺乳動物細胞では19〜400bp、好ましく19〜200bp、より好ましくは19〜50bpとすることができる。一方、植物や真菌などでは、例えば、500bp程度の長いiRNAでも遺伝子のサイレンシングを誘導し得る。したがって、本工程で使用し得る酵素は、上記サイレンシングを誘導したい細胞種に応じた長さあるいはそれ以上の断片を生成し得るものであればよく、また切断に用いる酵素の種類も制限はない。使用し得る酵素の例を挙げれば、DNaseIやショットガンクローニングに使用し得る制限酵素、例えば、CvilJI、HaeIII、RsaI、AluI、HpaIなどが挙げられるが、これらに限定されるものではない。   In this first step, a desired target DNA is prepared and randomly fragmented. The fragmentation length may be at least the length encoding RNA capable of inducing RNAi, for example, 10 or more bp. The appropriate length depends on the cell type that you want to induce silencing. For example, in mammalian cells, it can be 19 to 400 bp, preferably 19 to 200 bp, more preferably 19 to 50 bp. On the other hand, in plants, fungi and the like, gene silencing can be induced even by a long iRNA of about 500 bp, for example. Therefore, the enzyme that can be used in this step is not particularly limited as long as it can generate a fragment having a length or longer depending on the cell type for which silencing is to be induced. . Examples of enzymes that can be used include, but are not limited to, DNaseI and restriction enzymes that can be used for shotgun cloning, such as CvilJI, HaeIII, RsaI, AluI, and HpaI.

第二の工程は、ヘアピン形状のオリゴヌクレオチドからなるアダプター(以下、「ヘアピン型アダプター」という)を用いて、上記DNA断片からヘアピン型DNAを生成する。ここで「ヘアピン型アダプター」は、上記二重鎖DNA断片の少なくとも一端をヘアピン形状につなぐリンカーとして機能するとともに、最終的に本方法で得られるiRNA発現構築物から発現されるiRNAのセンスRNA鎖とアンチセンスRNA鎖とをヘアピン形状につなぐRNAリンカーをコードする。ヘアピン型アダプターは、RNA干渉を誘導するための効果的な長さであればよく、例えば、5〜50base、好ましくは6〜20baseとすることができる。ただし、ここに示す長さ以上のヘアピン型アダプターを用いることもできる。後述するiRNA発現構築物を構築する過程でトリミングして長さを調整することにより、iRNA発現構築物が生成された際に上記適切な長さに調節することもできる。また、ヘアピン部分にtRNAをコードさせたり、ハンマーヘッドリボザイムなどと組み合わせることにより、細胞内で長いヘアピンRNA部分がトリミングされて適切な長さのsiRNA等を生成し得るようにデザインすることもできる。ヘアピン型アダプターの配列は、特に限定はなく、人工的な配列、マイクロRNA由来の配列のいずれであってもよい。また、ヘアピン型アダプターは、DNAで構成することが好ましいが、RNAで構成してもよい。   In the second step, a hairpin type DNA is generated from the above DNA fragment using an adapter (hereinafter referred to as “hairpin type adapter”) made of a hairpin-shaped oligonucleotide. Here, the “hairpin adapter” functions as a linker that connects at least one end of the double-stranded DNA fragment to the hairpin shape, and finally the sense RNA strand of the iRNA expressed from the iRNA expression construct obtained by this method. It encodes an RNA linker that connects the antisense RNA strand to the hairpin shape. The hairpin adapter may be of an effective length for inducing RNA interference, and may be, for example, 5 to 50 base, preferably 6 to 20 base. However, a hairpin adapter longer than the length shown here can also be used. By trimming and adjusting the length in the process of constructing the iRNA expression construct described later, the length can be adjusted to the appropriate length when the iRNA expression construct is generated. It can also be designed such that a long hairpin RNA portion can be trimmed in the cell to generate an siRNA having an appropriate length by coding tRNA in the hairpin portion or combining with a hammerhead ribozyme. The sequence of the hairpin adapter is not particularly limited, and may be an artificial sequence or a sequence derived from microRNA. The hairpin adapter is preferably composed of DNA, but may be composed of RNA.

上記ランダムDNA断片にヘアピン型アダプターを付加する場合、DNA断片の末端構造を制御しなければ、一般に、DNA断片の両端にヘアピン型アダプターが結合することになる。DNA断片の両端にアダプターが結合すると後述するプライマーエクステンションの操作に支障が生じる。そのため、二重鎖DNAの一端のみにヘアピン型アダプターが結合したヘアピン型DNAを形成させるためには、DNA断片の両端にヘアピン型アダプターが結合し環状化したDNA断片の二重鎖部分を切断して、二つのヘアピン型DNAを生成することが考えられる。こうした環状化したDNA断片からへアピン型DNAを生成するためには、DNA断片に由来する二重鎖領域をランダムに切断する制限酵素を用いて切断することが一例として挙げられる。しかしヘアピン型DNAの生成効率およびヘアピン型DNAの長さの制御を行うためには、ヘアピン型アダプターの内部にアウトサイドカッターの制限酵素認識サイトを備え、二重鎖DNA領域をこの制限酵素により切断する手法を用いることが好ましい。ヘアピン型DNAの二重鎖DNA領域の長さの制御に関して、哺乳動物では19〜21bp程度の二重鎖RNAが効果的なRNA干渉を誘導し得るとされていることから、哺乳動物に適用するRNAiライブラリーの調製を行う場合にはアウトサイドカッターの制限酵素は、認識サイトから少なくとも19bp以上離れた部位を切断する酵素であることが好ましい。このような酵素としては、一例を示せば、MmeIが挙げられる。例えば、MmeIは認識サイトから20または21塩基離れた部位の二本鎖を切断する。したがって、ヘアピン型アダプターの端部にMmeIの認識サイトを備えることにより、このヘアピン型アダプターが接続しているDNA断片は、MmeI消化により、20〜21塩基のDNA断片の一端にヘアピン型アダプターが接続されたヘアピン型DNAが生成される。したがって、MmeIは、哺乳動物細胞内で標的遺伝子をサイレンシングさせる効果的な長さのiRNAをコードしたヘアピン型DNAを生成する好ましい制限酵素といえる。MmeI以外にもMmeIと同様に認識サイトから20〜21塩基離れた位置を切断する酵素は本工程において有効である。また、20〜21塩基以上はなれた部位を切断する制限酵素の場合には、アダプターの長さやアダプター内の制限酵素認識サイトの配置を調整することにより、iRNAをコードしたDNA断片の長さを所望に調整し得る。   When a hairpin adapter is added to the random DNA fragment, the hairpin adapter generally binds to both ends of the DNA fragment unless the terminal structure of the DNA fragment is controlled. When an adapter binds to both ends of the DNA fragment, the operation of the primer extension described later is hindered. Therefore, in order to form a hairpin DNA in which a hairpin adapter is bound to only one end of the double-stranded DNA, the double-stranded portion of the DNA fragment that has been circularized with the hairpin adapter bound to both ends of the DNA fragment is cut. Thus, it is conceivable to produce two hairpin DNAs. In order to produce a hepin type DNA from such a circularized DNA fragment, for example, cleaving with a restriction enzyme that randomly cleaves a double-stranded region derived from the DNA fragment can be mentioned. However, in order to control the efficiency of hairpin DNA generation and the length of the hairpin DNA, the hairpin adapter has an outside cutter restriction enzyme recognition site inside, and the double-stranded DNA region is cleaved by this restriction enzyme. It is preferable to use the technique to do. Regarding the control of the length of the double-stranded DNA region of hairpin DNA, it is applied to mammals because double-stranded RNA of about 19 to 21 bp can induce effective RNA interference in mammals. When preparing the RNAi library, the restriction enzyme of the outside cutter is preferably an enzyme that cleaves at least 19 bp away from the recognition site. An example of such an enzyme is MmeI. For example, MmeI cleaves a double strand at a site 20 or 21 bases away from the recognition site. Therefore, by providing an MmeI recognition site at the end of the hairpin adapter, the DNA fragment to which the hairpin adapter is connected is digested with MmeI and the hairpin adapter is connected to one end of a 20 to 21 base DNA fragment. Generated hairpin DNA. Therefore, MmeI can be said to be a preferred restriction enzyme that generates a hairpin type DNA encoding an iRNA having an effective length for silencing a target gene in a mammalian cell. In addition to MmeI, an enzyme that cleaves at a position 20 to 21 bases away from the recognition site as in MmeI is effective in this step. In the case of a restriction enzyme that cleaves 20 to 21 bases or more, the length of the DNA fragment encoding iRNA is desired by adjusting the length of the adapter and the location of the restriction enzyme recognition site in the adapter. Can be adjusted.

上記において長いへアピン型アダプターを用いた場合にはiRNA発現構築物生成過程のいずれかの過程でトリミングすることを説明したが、このトリミングの手法は、アダプターがDNAベースであるか、RNAベースであるかにより異なる。アダプターがDNAベースの場合には、アダプター内に任意のトリミング用の制限酵素認識サイトや切断サイトを設け、この制限酵素で消化、その後、ライゲーションにより再接続することにより、アダプターの長さを調整することができる。このトリミング用の制限酵素は特に限定はなく、アダプターの長さを短くし得る制限酵素であればよい。後述する実施例に示すように、認識サイトから双方向に切断を行うBcgIを制限酵素の一例としてあげることができる。アダプター内にBcgIの認識サイトを備えることにより、一つの制限酵素BcgIでアダプター内を二箇所切断することができるため、簡便にトリミングを行うことができる。また二つの制限酵素を組合わせて、アダプターの長さを調節することももちろん可能である。RNAベースのアダプターを用いた場合には、後述するプライマーエクステンションによりアダプターの領域はRNA/DNAハイブリッド二重鎖が形成される。こうしたRNA/DNAハイブリッド領域のトリミングは、先ず、RNaseHでRNA鎖を消化し、その後一本鎖DNAを消化する酵素(ssDNA酵素)によりssDNAを消化することにより、トリミングを行うことができる。   In the above, it was explained that trimming is performed in any of the steps of generating an iRNA expression construct when a long hairpin adapter is used. This trimming technique is based on whether the adapter is DNA-based or RNA-based. It depends on what. When the adapter is DNA-based, the length of the adapter is adjusted by providing a restriction enzyme recognition site or cleavage site for trimming in the adapter, digesting with this restriction enzyme, and then reconnecting by ligation. be able to. The restriction enzyme for trimming is not particularly limited as long as it is a restriction enzyme that can shorten the length of the adapter. As shown in the examples described later, BcgI that cuts in both directions from the recognition site can be mentioned as an example of a restriction enzyme. By providing a recognition site for BcgI in the adapter, the adapter can be cleaved at two locations with one restriction enzyme BcgI, so that trimming can be performed easily. It is of course possible to adjust the length of the adapter by combining two restriction enzymes. When an RNA-based adapter is used, an RNA / DNA hybrid duplex is formed in the adapter region by the primer extension described below. Such trimming of the RNA / DNA hybrid region can be performed by first digesting the RNA strand with RNase H and then digesting ssDNA with an enzyme that digests single-stranded DNA (ssDNA enzyme).

第三の工程は、上記DNA断片にヘアピン型アダプターが付加されて形成されたヘアピン型DNAを用いてiRNA発現構築物を生成する。上記ヘアピン型DNAの二重鎖をStrand−displacing活性を有するポリメラーゼを用いてプライマーエクステンションさせることにより、相補的な配列がアダプターを挟んでヘッド−テイル結合したiRNA発現構築物が生成される。ここで、上記工程で生成されたヘアピン型DNAをそのままで、上記プライマーエクステンションによりiRNA発現構築物を生成してもよいが、好ましくはプライマーエクステンションを実行する前に、ヘアピン型DNAのアダプターが接続されていない他端を別のアダプターで保護することが好ましい。ここで末端保護用に接続するアダプターとしては、後にプライマーエクステンション操作に支障を与えない両末端が断端構造を備えたDNAアダプター(以下、便宜的に「二重鎖断端型アダプター」または「断端型アダプター」という)を用いる。このアダプターの配列は特に限定はない。また長さは、アダプターを合成するコスト等を考慮すれば、例えば5〜100base、好ましくは20〜40baseである。しかしこれ以上の長さであっても当然にDNA末端の保護が図れることから、実験操作に支障がない範囲であれば基本的に長さの上限に制限はない。   In the third step, an iRNA expression construct is generated using a hairpin DNA formed by adding a hairpin adapter to the DNA fragment. By applying a primer extension to the hairpin DNA duplex using a polymerase having Strand-displacing activity, an iRNA expression construct in which a complementary sequence is head-to-tail bonded with an adapter interposed therebetween is generated. Here, the hairpin DNA generated in the above step may be used as it is, and an iRNA expression construct may be generated by the primer extension. Preferably, however, a hairpin DNA adapter is connected before the primer extension is performed. It is preferable to protect the other end with another adapter. Here, as an adapter to be connected for terminal protection, a DNA adapter having both ends having a fragmented structure that does not hinder primer extension operation later (hereinafter referred to as “double-strand-end adapter” or “disruption” for convenience). "End adapter"). The sequence of this adapter is not particularly limited. The length is, for example, 5 to 100 base, preferably 20 to 40 base in consideration of the cost for synthesizing the adapter. However, since DNA ends can be protected even if the length is longer than this, the upper limit of the length is basically not limited as long as it does not interfere with the experimental operation.

また、断端型アダプターはDNA断片の保護目的で付加されていることから、プライマーエクステンションが完了した後に除去されることが好ましい。後に詳述するプライマーエクステンション後の断端型アダプターの除去を容易にするためには、断端型アダプターに切り出しのための制限酵素サイトあるいは切断サイトが備えられていることが好ましい。この断端型アダプターの切り出しを行い得る制限酵素は特に制限はないが、断端型アダプター配列をプライマーエクステンションにより得られるiRNA発現構築物上に残存させないためには、アウトサイトカッターの制限酵素を用いることが好ましい。例えば、後述する実施例に示すようにBpmIは認識サイトから一定距離の位置を切断する。したがって、この切断部位をDNA断片と断端型アダプターとの境界となるようにBpmI認識サイトを断端型アダプター内に設計することにより、iRNA発現構築物上から断端型アダプターをほぼ取り除き、残された粘着末端をさらにssDNA消化活性を有する酵素で消化することにより完全にアダプター配列が除去される。また、この断端型アダプター配列はiRNA発現構築物の両端に付加されているが、この両端を異なる制限酵素で切断することにより、後述するベクターへの接続方向を制御することも可能となる。後述する実施例で一例を示すように、一方の断端型アダプターをBpmIにより、他方をBbsIにより切除して両端の断端型アダプターを除去するとともにiRNA発現構築物の両末端の構造を制御し得るように断端型アダプターを設計することができる。   Further, since the stump type adapter is added for the purpose of protecting the DNA fragment, it is preferably removed after the primer extension is completed. In order to facilitate removal of the stump-type adapter after the primer extension, which will be described in detail later, it is preferable that the stump-type adapter is provided with a restriction enzyme site or a cleavage site for excision. There are no particular restrictions on the restriction enzyme that can be used to cut out the truncated adapter, but to prevent the truncated adapter sequence from remaining on the iRNA expression construct obtained by primer extension, use the restriction enzyme from the outside cutter. Is preferred. For example, as shown in an example described later, BpmI cuts a position at a certain distance from the recognition site. Therefore, by designing the BpmI recognition site in the truncated adapter so that this cleavage site is the boundary between the DNA fragment and the truncated adapter, the truncated adapter is almost removed from the iRNA expression construct. Further, the adapter sequence is completely removed by further digesting the sticky ends with an enzyme having ssDNA digestion activity. In addition, this truncated adapter sequence is added to both ends of the iRNA expression construct, but by cutting the both ends with different restriction enzymes, it becomes possible to control the direction of connection to the vector described later. As shown in the examples described below, one of the stump-type adapters can be excised with BpmI and the other with BbsI to remove both-end stump-type adapters and control the structure of both ends of the iRNA expression construct. The stump adapter can be designed as follows.

上記断端型アダプターが接続されたヘアピン型DNAは、アダプターの末端にアニーリングし得るプライマーおよびStrand−displacing活性を有するポリメラーゼを用いてプライマーエクステンションが実施される。ここで用いるポリメラーゼは、最低限Strand−displacing活性を備えていればよいが、PCR装置を利用してこの操作を実行するためには耐熱性であることが好ましい。Strand−displacing活性を有するポリメラーゼとしては、Klenow Fragment、phi29など、さらに耐熱性を備えたものとしては、Bstポリメラーゼ、Ventポリメラーゼなどが挙げられる。また、エクステンションの条件は、使用するポリメラーゼにより適宜決定できる。例えば、Bstポリメラーゼを用いた場合の条件については、後述する実施例に一例を示す。また、ヘアピン型アダプターがRNAベースである場合には、上記Strand−displacing活性の他にも、逆転写活性を有する酵素を用いる必要がある。   The hairpin DNA to which the above-mentioned truncated adapter is connected is subjected to primer extension using a primer that can be annealed to the end of the adapter and a polymerase having Strand-displacing activity. The polymerase used here is required to have at least a strand-displacing activity, but is preferably heat-resistant in order to perform this operation using a PCR apparatus. Examples of the polymerase having strand-displacing activity include Klenow Fragment and phi29, and those having further heat resistance include Bst polymerase and Vent polymerase. The extension conditions can be determined as appropriate depending on the polymerase used. For example, the conditions when Bst polymerase is used are shown in the examples described later. When the hairpin adapter is RNA-based, it is necessary to use an enzyme having reverse transcription activity in addition to the above-mentioned strand-displacing activity.

上記プライマーエクステンションを実施することにより、両末端に断端型アダプター配列を備え、その間に、ヘアピン型アダプターを挟んで標的DNAに由来するDNA断片がヘッド−テイル結合した構造を有する二重鎖DNAが形成される。この構造から末端の不要な断端型アダプター配列を除去して、iRNA発現構築物を生成する。不要な末端の断端型アダプター配列の除去は、断端型アダプター上に設けられたサイトを認識する制限酵素で切断する。制限酵素により断端型アダプターがトリミングされると、膨大なiRNA発現構築物が生成される。   By carrying out the primer extension, a double-stranded DNA having a structure in which a DNA fragment derived from a target DNA has a head-tail bond with a hairpin adapter sandwiched between both ends is provided with a truncated adapter sequence. It is formed. This structure removes unwanted terminal truncated adapter sequences to generate an iRNA expression construct. Removal of an unnecessary terminal truncated adapter sequence is performed by cutting with a restriction enzyme that recognizes a site provided on the truncated adapter. When a stump adapter is trimmed by a restriction enzyme, an enormous iRNA expression construct is generated.

なお、iRNA発現構築物が生成されるまでの過程、アダプターの付加や制限酵素で消化した毎に、またはiRNA発現構築物が精製された最終の段階で目的とするフラグメントの精製を行って過剰なアダプターや、制限酵素で除去したいフラグメントを反応系から取り除くことが好ましい。精製の一例としては、電気泳動後のゲルから目的とする長さあるいは予想される長さの断片を抽出する方法あるいはタグなどを利用して目的のフラグメントを精製する方法が挙げられる。
上記実施形態では、標的DNAの断片化後、先に、ヘアピン型アダプターを付加し、その後に断端型アダプターを付加する例を示したが、逆の操作も可能である。
In addition, the process until the iRNA expression construct is generated, every time an adapter is added or digested with a restriction enzyme, or at the final stage of purification of the iRNA expression construct, the target fragment is purified to remove excess adapters or The fragment to be removed with a restriction enzyme is preferably removed from the reaction system. As an example of purification, a method of extracting a fragment of a target length or an expected length from a gel after electrophoresis, or a method of purifying a target fragment using a tag or the like can be mentioned.
In the above embodiment, after the target DNA has been fragmented, an example in which a hairpin adapter is added first and then a stump adapter is added is shown, but the reverse operation is also possible.

上記において生成されたiRNA発現構築物はベクターに接続してRNAiライブラリーが構築される。ベクターとしては、本ライブラリーを適用したい細胞種によりにより選択し得るが、好ましくは大腸菌等のバクテリアで増幅が可能なプラスミド骨格を備えた発現ベクターを好適に利用し得る。こうした大腸菌等で増幅が可能なプラスミド骨格としては、例えば、M13系ベクター、pUC系ベクター、pBR322、pBluescript、pCR-Scriptなどが挙げられる。こうしたバクテリア由来のプラスミドは大量に増幅を行うことができるため、ライブラリーの大量調製が容易であり、また、ヘアピン型アダプター配列のトリミングなどの処理を行う場合には便利である。上記バクテリア系のプラスミドには必要に応じてAmpなどの薬剤選択マーカー、栄養要求性遺伝子などを担持させることが好ましい。   The iRNA expression construct generated above is connected to a vector to construct an RNAi library. The vector can be selected depending on the cell type to which this library is to be applied, but an expression vector having a plasmid backbone that can be amplified by bacteria such as Escherichia coli can be preferably used. Examples of plasmid backbones that can be amplified in Escherichia coli include M13 vectors, pUC vectors, pBR322, pBluescript, pCR-Script, and the like. Since such bacterially derived plasmids can be amplified in large amounts, it is easy to prepare a large amount of a library, and it is convenient when performing treatments such as trimming of hairpin adapter sequences. The bacterial plasmid preferably carries a drug selection marker such as Amp, an auxotrophic gene or the like as necessary.

また、こうしたプラスミド骨格には実験対象の宿主に応じた発現カセットを備えることが好ましい。発現カセット内のプロモーターは宿主細胞に適したものであればよいが、哺乳動物細胞の場合にはsiRNA/shRNA等の短いRNAを発現させるためにRNAポリメラーゼIII駆動プロモーターを用いることが好ましい。RNAポリメラーゼIII駆動プロモーターとしては、マウスU6遺伝子由来のプロモーター、tRNAプロモーター、アデノウイルスVAlプロモーター、5S rRNAプロモーター、7SK RNAプロモーター、7SL RNAプロモーター、H1 RNAプロモーターなどを挙げることができる。また、iRNA発現構築物を染色体に組み込み安定的にiRNAを発現させるためには、レトロウイルスの発現カセットを用い、このカセット内にiRNA発現構築物を組み入れることが好ましい。レトロウイルス発現カセットを用いた例としては、後述する実施例に示す。   In addition, such a plasmid backbone is preferably provided with an expression cassette corresponding to the host to be experimented. The promoter in the expression cassette may be any suitable for host cells, but in the case of mammalian cells, it is preferable to use an RNA polymerase III-driven promoter in order to express short RNAs such as siRNA / shRNA. Examples of the RNA polymerase III-driven promoter include a mouse U6 gene-derived promoter, a tRNA promoter, an adenovirus VAl promoter, a 5S rRNA promoter, a 7SK RNA promoter, a 7SL RNA promoter, an H1 RNA promoter, and the like. In order to incorporate the iRNA expression construct into the chromosome and stably express the iRNA, it is preferable to use a retrovirus expression cassette and incorporate the iRNA expression construct into this cassette. As an example using a retrovirus expression cassette, it shows in the Example mentioned later.

iRNAを発現させて動物細胞、植物細胞等でフォワードあるいはリバース遺伝学を実施するために、宿主細胞に応じたベクターを選択してもよい。例えば、哺乳動物由来の発現ベクター、例えば、pcDNA3 (インビトロゲン社製)や、pEGF-BOS (Nucleic Acids. Res.1990, 18(17),p5322)、pEF、pCDM8など、昆虫細胞由来の発現ベクター、例えば「Bac-to-BAC baculovairus expression system」(ギブコBRL社製)、pBacPAK8など、植物由来の発現ベクター、例えば、pMH1、pMH2など、動物ウィルス由来の発現ベクター、例えば、pHSV、pMV、pAdexLcwなど、レトロウィルス由来の発現ベクター、例えば、pZIPneoなど、酵母由来の発現ベクター、例えば、「Pichia Expression Kit」(インビトロゲン社製)、pNV11、SP-Q01など、枯草菌由来の発現ベクター、例えば、pPL608、pKTH50などが挙げられる。上記膨大なiRNA発現構築物が個別のベクターに挿入され、RNAiライブラリーが生成される。   In order to express iRNA and perform forward or reverse genetics in animal cells, plant cells, etc., a vector corresponding to the host cell may be selected. For example, mammalian-derived expression vectors such as pcDNA3 (manufactured by Invitrogen), pEGF-BOS (Nucleic Acids. Res. 1990, 18 (17), p5322), pEF, pCDM8 and other insect cell-derived expression vectors For example, “Bac-to-BAC baculovairus expression system” (manufactured by Gibco BRL), pBacPAK8, etc., plant-derived expression vectors, eg, pMH1, pMH2, etc. Animal virus-derived expression vectors, eg, pHSV, pMV, pAdexLcw, etc. , Expression vectors derived from yeast such as pZIPneo, such as “Pichia Expression Kit” (manufactured by Invitrogen), pNV11, SP-Q01, etc., such as pPL608 , PKTH50 and the like. The vast number of iRNA expression constructs are inserted into individual vectors to generate RNAi libraries.

ここで生成されたRNAiライブラリーは直接、フォワード、リバース遺伝学に利用し得る。その他にも、in vitroの転写系を用いて本発明のRNAiライブラリーからオリゴRNAiライブラリーを合成して、このオリゴRNAiライブラリーを生成した後にフォワード、リバース遺伝学の研究に利用してもよい。   The RNAi library generated here can be directly used for forward and reverse genetics. In addition, an oligo RNAi library may be synthesized from the RNAi library of the present invention using an in vitro transcription system, and this oligo RNAi library may be generated and used for forward and reverse genetics research. .

スクリーニング方法
本発明は、上記RNAiライブラリーから標的遺伝子の発現を抑制し得るiRNA発現構築物を保持したクローンを選択するスクリーニング方法を提供する。具体的には、本発明のスクリーニング方法は、標的DNAが発現している細胞に上記方法により標的DNAから調整されたRNAiライブラリーを導入する工程と、標的DNAの発現を測定する工程、が含まれる。
Screening method The present invention provides a screening method for selecting a clone carrying an iRNA expression construct capable of suppressing the expression of a target gene from the RNAi library. Specifically, the screening method of the present invention includes a step of introducing an RNAi library prepared from the target DNA into the cell in which the target DNA is expressed, and a step of measuring the expression of the target DNA. It is.

標的DNAが発現している細胞へのRNAiライブラリーの導入方法は、RNAiライブラリーを構築した際に使用したベクターにより適宜選択し得る。例えば、感染能力を有するウイルスベクターを用いた場合には、ウイルスの感染力によりRNAiライブラリーを細胞に導入する。また、プラスミドベクターの場合には、カチオニックリボソームDOTAP(ベーリンガーマンハイム社製)を用いた方法、エレクトロポレーション法、リポフェクション法、ジーンガン法、リン酸カルシウム法、DEAEデキストラン法などから適宜選択して用いることができる。   The method for introducing the RNAi library into the cell in which the target DNA is expressed can be appropriately selected depending on the vector used when the RNAi library is constructed. For example, when a virus vector having an infectivity is used, the RNAi library is introduced into the cells by the infectivity of the virus. In the case of a plasmid vector, a method using a cationic ribosome DOTAP (manufactured by Boehringer Mannheim), an electroporation method, a lipofection method, a gene gun method, a calcium phosphate method, a DEAE dextran method, etc. may be used as appropriate. it can.

標的DNAの発現測定は、標的DNAの抗体を用いて蛋白質の発現量に基づいて測定してもよく、また、特定の遺伝子の活性が同定されている場合には、その活性に基づいて測定してもよい。例えば、当該標的DNAの活性として、下流の遺伝子がレギュレートされることがわかっている場合には、この下流の遺伝子の発現を測定することにより標的DNAの発現を間接的に測定してもよい。   Target DNA expression may be measured based on the expression level of the protein using the target DNA antibody. If the activity of a specific gene has been identified, the target DNA expression may be measured. May be. For example, when it is known that the downstream gene is regulated as the activity of the target DNA, the expression of the target DNA may be indirectly measured by measuring the expression of the downstream gene. .

また、標的DNAの機能が未知であったり、活性測定が困難である場合には、標的DNAにレポーター遺伝子を接続した融合遺伝子を保持させた形質転換体を調整し、これを用いてスクリーニングを行うことが好ましい。   If the function of the target DNA is unknown or it is difficult to measure the activity, a transformant holding the fusion gene with the reporter gene connected to the target DNA is prepared and screened using this. It is preferable.

例えば、レポーターとしては、蛍光蛋白質(ルシフェラーゼ、GFP、CFP、YFP、RFPなど)、アミノグリコシドトランスフェラーゼ(APH)、チミジンキナーゼ(TK)、ジヒドロ葉酸還元酵素(dhfr)などの酵素を用いることができる。こうしたレポータをコードした遺伝子に標的DNAを接続することにより、細胞内では融合遺伝子のmRNAが発現される。RNAiライブラリーから発現された標的DNAに対するiRNAは、この融合遺伝子の発現を抑制し、レポーター活性が低下することになる。したがって、このような標的DNAがレポーター遺伝子と融合された融合遺伝子を用いることにより、レポータ活性を指標にRNAiライブラリーの各クローンの標的DNAに対するサイレンシング活性を簡便に測定することが可能となる。例えば、上記蛍光蛋白質などのレポータ遺伝子に用いた場合には、蛍光蛋白質の発現の減少に基づいて、RNAiライブラリー中の各クローンのサイレンシング活性を測定することができる。一方、TKなどのネガティブ選択マーカーを用いた場合には、RNAiライブラリー中のサイレンシング活性を有しないクローンでは、TKの活性を抑制できずにガンシクロビルの添加により細胞は死滅し、一方、サイレンシング活性を有するクローンでは、TKの活性が抑制されてガンシクロビル添加によっても細胞は生存し得ることになる。このようにネガティブ選択マーカーをレポーターとして用いた場合には、サイレンシング活性を有するクローンが導入された細胞のみが選択的に生き残るため、効率よくサイレンシング活性を有するiRNA発現構築物を保持したクローンが得られる。ここで選択された細胞より、iRNA発現構築物を保持したベクターを回収することにより、標的DNA中のいなかる領域をiRNAの標的とすることが好ましいか同定することが可能となる。   For example, an enzyme such as a fluorescent protein (luciferase, GFP, CFP, YFP, RFP, etc.), aminoglycoside transferase (APH), thymidine kinase (TK), dihydrofolate reductase (dhfr) can be used as the reporter. By connecting the target DNA to a gene encoding such a reporter, mRNA of the fusion gene is expressed in the cell. The iRNA against the target DNA expressed from the RNAi library suppresses the expression of this fusion gene, and the reporter activity decreases. Therefore, by using a fusion gene in which such a target DNA is fused with a reporter gene, it becomes possible to easily measure the silencing activity of each clone of the RNAi library against the target DNA using the reporter activity as an index. For example, when used for a reporter gene such as the above fluorescent protein, the silencing activity of each clone in the RNAi library can be measured based on the decrease in the expression of the fluorescent protein. On the other hand, when a negative selection marker such as TK is used, clones that do not have silencing activity in the RNAi library cannot suppress TK activity, but cells are killed by the addition of ganciclovir, whereas silencing In clones having activity, the activity of TK is suppressed, and cells can survive even by the addition of ganciclovir. In this way, when a negative selection marker is used as a reporter, only cells into which a clone having silencing activity has been introduced selectively survive, so that a clone carrying an iRNA expression construct having silencing activity can be obtained efficiently. It is done. By recovering the vector retaining the iRNA expression construct from the cells selected here, it becomes possible to identify whether it is preferable to target any region in the target DNA for the iRNA.

キット
本発明は、上記RNAiライブラリーの酵素的構築方法を実施するためのRNAiライブラリーキットを提供する。キットには、上述したヘアピン型アダプター、断端型アダプター、プライマーエクステンション用のプライマーおよび酵素、必要に応じてトリミングに使用する酵素、ランダムDNA断片を精製するための酵素などを含めることができる。また、iRNA発現構築物を挿入するためのベクターなども含めることができる。さらに上述したRNAiライブラリーの酵素的構築方法を実施するためのプロトコールを添付してもよい。このように本発明のライブラリー構築方法を実施するための材料をキット化することにより、より一層簡便かつ身近に本発明のRNAiライブラリー構築方法を実施することができる。
Kit The present invention provides an RNAi library kit for carrying out the above-described enzymatic construction method of RNAi library. The kit may contain the above-described hairpin adapter, stump adapter, primer extension primer and enzyme, an enzyme used for trimming, if necessary, an enzyme for purifying a random DNA fragment, and the like. A vector for inserting an iRNA expression construct may also be included. Further, a protocol for carrying out the above-described enzymatic construction method of RNAi library may be attached. Thus, the kit for the material for carrying out the library construction method of the present invention makes it possible to carry out the RNAi library construction method of the present invention in a more simple and familiar manner.

結果
RNAiライブラリーの作製
EPRILは、対象となるcDNAsからshRNA発現ベクターライブラリーを作製するために数段階の酵素処理を含む(図1a)。第一に、二本鎖DNAsをDNaseIによってほぼ無作為に断片化する(Anderson, S. Nucleic Acids Res. 9, 3015-3027 (1981))。次に、MmeIの認識配列を含むヘアピン形状のアダプターを断片にライゲーションする。MmeIは、認識配列からそれぞれ、20および18塩基離れた部位で上部および下部の鎖を切断することが報告されているが(Boyd, A.C. et al. Nucleic Acids Res. 14, 5255-5274 (1986))、本発明者らは、MmeIが塩基21および19位でもDNAを切断することを発見した。したがって、MmeI消化は、標的cDNAsから20または21塩基の長さの配列を有する短い3'-突出DNA断片を生じる。ポリアクリルアミドゲル電気泳動(PAGE)は、MmeI消化DNAを-40 bpのバンドとして示す(図1b)。MmeI消化後、生成された断片に第二のアダプターをライゲーションする。このアダプターは、MmeI消化物の3'突出末端が塞がれるように、一方の鎖の3'末端で二つの縮重塩基を有する。第二のアダプターをライゲーションした後、プライマー伸長反応を行って、一本鎖ヘアピンDNAを、ループ配列を介して結合された逆方向反復配列を備えた二本鎖DNAに変換する(図1)。プライマー伸長産物を適当な制限エンドヌクレアーゼによって消化して、逆方向反復配列の外側の余分な配列を除去して、下記のプラスミドベクターに挿入する。逆方向反復配列が隣接する長いループ内の余分な配列を適当な制限エンドヌクレアーゼによって除去した後、再環状化を行う。
ライブラリー構築とshRNA発現のために、本発明者らは、マウスU6遺伝子からRNAポリメラーゼIII駆動プロモーターを含むレトロウイルスベクターを有するプラスミドを用いた。shRNA発現カセットを導入するためにレトロウイルスベクターを用いることによって、安定なRNAi効果が確保される(Paddison, P.J. & Hannon, G.J. Cancer Cell 2, 17-23 (2002))。
result
Preparation of RNAi library
EPRIL includes several steps of enzyme treatment to create an shRNA expression vector library from the cDNAs of interest (Figure 1a). First, double-stranded DNAs are fragmented almost randomly with DNaseI (Anderson, S. Nucleic Acids Res. 9, 3015-3027 (1981)). Next, a hairpin-shaped adapter containing a recognition sequence for MmeI is ligated to the fragment. MmeI has been reported to cleave the upper and lower strands 20 and 18 bases away from the recognition sequence, respectively (Boyd, AC et al. Nucleic Acids Res. 14, 5255-5274 (1986) ), We found that MmeI also cleaves DNA at bases 21 and 19. Thus, MmeI digestion yields short 3′-overhanging DNA fragments with sequences of 20 or 21 bases in length from the target cDNAs. Polyacrylamide gel electrophoresis (PAGE) shows MmeI digested DNA as a -40 bp band (Figure 1b). After digestion with MmeI, a second adapter is ligated to the generated fragment. This adapter has two degenerate bases at the 3 ′ end of one strand so that the 3 ′ overhang of the MmeI digest is blocked. After ligation of the second adapter, a primer extension reaction is performed to convert the single stranded hairpin DNA into double stranded DNA with inverted repeats joined via a loop sequence (FIG. 1). The primer extension product is digested with an appropriate restriction endonuclease to remove extra sequences outside the inverted repeat and inserted into the plasmid vector described below. Excess sequences in long loops flanked by inverted repeats are removed by appropriate restriction endonucleases followed by recircularization.
For library construction and shRNA expression, we used a plasmid with a retroviral vector containing an RNA polymerase III driven promoter from the mouse U6 gene. By using a retroviral vector to introduce the shRNA expression cassette, a stable RNAi effect is ensured (Paddison, PJ & Hannon, GJ Cancer Cell 2, 17-23 (2002)).

GFPをコードするcDNAからのRNAiライブラリー
EPRILを評価するために、本発明者らは、緑色蛍光タンパク質(GFP)をコードするcDNAからshRNA発現ライブラリーを作製した。ライブラリーからの個々のクローンの配列分析により、配列データを有するクローン343個中290個が逆方向反復配列を有することが示された。これらのクローン39個は不完全な逆方向反復を有していたが、クローン251個はGFP配列に由来する19塩基またはそれ以上の長さの塩基の逆方向反復配列を有するGFPサイレンシングのための候補shRNA発現構築物であった。ほとんどのクローンの逆方向反復配列の長さは20または21ヌクレオチドのいずれかであり、クローン251個中18個(7.2%)、139個(55.4%)、および94個(37.5%)はそれぞれ、19、20、および21塩基の長さであった。第一のアダプターはDNaseI消化断片の両端に結合させることができるため、二つの異なる方向を有するshRNAを得ることができるはずである。mRNA配列と相補的であるガイド配列は、shRNAの5'または3'側にほぼ同じ頻度で存在する(54.6%対45.4%、p>0.1)。標的配列の分析から、様々なshRNA発現構築物が標的遺伝子の様々な部分から生成されたことが示された;完全な720 bpのGFPコード配列の全域に対して、独立したクローン251個から非重複shRNA発現構築物157個によって全体の96.3%がカバーされていた。このように、EPRILによって、対象となるcDNAからのshRNA発現構築物の膨大なアレイのハイスループット産生が可能となる。
RNAi library from cDNA encoding GFP
To evaluate EPRIL, we generated a shRNA expression library from cDNA encoding green fluorescent protein (GFP). Sequence analysis of individual clones from the library showed that 290 out of 343 clones with sequence data had inverted repeats. 39 of these clones had incomplete inverted repeats, whereas 251 clones were for GFP silencing with an inverted repeat of 19 or more bases in length derived from the GFP sequence Of candidate shRNA expression constructs. Most clones have an inverted repeat length of either 20 or 21 nucleotides, 18 of 251 clones (7.2%), 139 (55.4%), and 94 (37.5%) It was 19, 20, and 21 bases long. Since the first adapter can be attached to both ends of the DNaseI digested fragment, it should be possible to obtain shRNAs with two different orientations. Guide sequences that are complementary to the mRNA sequence are present at approximately the same frequency 5 'or 3' to the shRNA (54.6% vs 45.4%, p> 0.1). Analysis of the target sequence showed that different shRNA expression constructs were generated from different parts of the target gene; non-overlapping from 251 independent clones across the entire 720 bp GFP coding sequence 157 shRNA expression constructs covered 96.3% of the total. Thus, EPRIL enables high-throughput production of a vast array of shRNA expression constructs from the cDNA of interest.

shRNA発現構築物を有するレトロウイルスを、96ウェルプレートフォーマットで個々のプラスミドから産生し、これによって本発明者らは、独立したウイルスの膨大なアレイを同時に得ることができる。GFPを発現するJurkat T細胞にも同じフォーマットでウイルスを感染させた。感染細胞のGFP発現レベルは、フローサイトメトリーによって決定して、RNAi効率を定量した。shRNA発現構築物に応じてRNAi効率にかなりの変動を認めた。このように、本発明者らは、それぞれ重複していない構築物262個の測定結果からRNAi効率の分布を分析した(図2a)。構築物約56%が低いRNAi活性であった(1.5倍未満の減少)。所定の減少倍数(x)より大きいRNAi効率を有するshRNA発現構築物を発見する確率を推定するために、本発明者らは、その減少倍数がxを超えるshRNA発現構築物の分画毎の量をxに対してプロットした。おおよそ、30%が2倍を超えるRNAi効率の減少を示したのに対し、8倍を超える減少を有したのはごくわずかな割合であった。全体的な確率は、〜-1.7べき法則スケーリングで減少倍数と比例し、このことは5倍の減少効率を有するRNAi構築物を発見したい場合、例えば、15(51.7)倍多い候補構築物をスクリーニングしなければならないことを意味する。Retroviruses with shRNA expression constructs are produced from individual plasmids in a 96 well plate format, which allows us to simultaneously obtain a vast array of independent viruses. Jurkat T cells expressing GFP were also infected with the virus in the same format. The level of GFP expression in infected cells was determined by flow cytometry to quantify RNAi efficiency. There was considerable variation in RNAi efficiency depending on the shRNA expression construct. Thus, the present inventors analyzed the distribution of RNAi efficiency from the measurement results of 262 non-overlapping constructs (FIG. 2a). About 56% of the constructs had low RNAi activity (less than 1.5 fold reduction). In order to estimate the probability of finding an shRNA expression construct having an RNAi efficiency greater than a predetermined reduction fold (x), we determined the amount per fraction of shRNA expression constructs whose reduction fold exceeds x. Plotted against. Roughly 30% showed more than a 2-fold decrease in RNAi efficiency, whereas only a small percentage had a decrease greater than 8-fold. The overall probability is proportional to the fold reduction with ~ 1.7 power law scaling, which means that if you want to find an RNAi construct with a 5 fold reduction efficiency, for example, screen 15 (5 1.7 ) times more candidate constructs It means you have to.

次に、本発明者らは、RNAi効率の領域依存性を分析した。効率的および非効率的shRNA発現構築物の双方が領域全体に分布した(図2c)。定量的分析の場合、本発明者らは、等しく亜分割した領域10個に従ってデータを分類して(図2d)、分散分析を行った。本発明者らは、有意な領域依存性を認めなかった(クラスカル・ウォリス検定;p<0.4)。特に結果は、その領域がRNAiにとって不良な基質であるというこれまでの推定にもかかわらず(Dykxhoorn, D.M. et al. Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 4, 457-467 (2003))、開始コドンから72 bp内の領域でさえも良好な標的として役立ちうることを示した。shRNA発現構築物の方向に関して、3'側に存在するガイド配列はより有効である、という全体的な傾向を認めた。   Next, the inventors analyzed the region dependence of RNAi efficiency. Both efficient and inefficient shRNA expression constructs were distributed throughout the region (Figure 2c). For quantitative analysis, we classified the data according to 10 equally subdivided regions (FIG. 2d) and performed analysis of variance. We did not find significant region dependence (Kruskal-Wallis test; p <0.4). In particular, the results show that despite the previous assumption that the region is a poor substrate for RNAi (Dykxhoorn, DM et al. Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 4, 457-467 (2003)) It has been shown that even a region within 72 bp from the codon can serve as a good target. With respect to the orientation of the shRNA expression construct, an overall trend was observed that the guide sequences present on the 3 ′ side were more effective.

RNAi効率の変動パターンは、調べた代表的な構築物10個が、HEK293またはHeLa細胞において類似の効率プロフィールを示したことから(データは示していない)、細胞タイプ非依存的である。プラスミドまたはPCR増幅した最小のshRNA発現カセットの直接トランスフェクションにより、レトロウイルス形質導入と類似のプロフィールが得られ(図3a)、ウイルス力価の差の影響は除外された。さらに、インビトロで転写されたshRNAの直接トランスフェクションによるRNAiプロフィールは、DNAに基づく発現のプロフィールと十分に相関した(図3b)。インビトロで転写したshRNAsをダイサーによって予め消化した場合でも、類似の結果を得た。これらの結果は、RNAi効率プロフィールを決定する要因が転写およびダイサー-プロセシング段階の下流に存在することを示している。
The variation pattern of RNAi efficiency is cell type independent, since the 10 representative constructs examined showed similar efficiency profiles in HEK293 or HeLa cells (data not shown). Direct transfection of the plasmid or PCR amplified minimal shRNA expression cassette yielded a profile similar to retroviral transduction (Figure 3a), eliminating the effects of differences in virus titer. Furthermore, RNAi profiles from direct transfection of in vitro transcribed shRNA correlated well with DNA-based expression profiles (FIG. 3b). Similar results were obtained when shRNAs transcribed in vitro were pre-digested with Dicer. These results indicate that the factors that determine the RNAi efficiency profile are downstream of the transcription and dicer-processing stages.

1型IP3受容体をコードするcDNAからのRNAiライブラリー
本発明者らは、上記の戦略が内因性の遺伝子に応用可能であるか否かを調べた。本発明者らは、標的として1型イノシトール1,4,5-三リン酸受容体(Mignery, G.A et al. J. Biol. Chem. 265, 12679-12685 (1990))(IP3R)をコードするDNAを用いた。GFPの場合と同様に、本発明者らはIP3Rに関して様々なshRNA発現構築物を得た。配列データを有するクローン256個の中で、214個はshRNA発現構築物を有することが判明し、これには異なる標的位置を有し互いに重複していない構築物199個が含まれた。有効なshRNA発現構築物を迅速にスクリーニングするために、本発明者らは、GFPおよびIP3Rのヘッド−テイル結合mRNAsを発現するレポーター構築物を保持したJurkat T細胞を作製した。shRNA発現構築物による標的mRNAの分解は、GFP蛍光の減少をモニターすることによって評価することができる(Kumar, R et al. Genome Res. 13, 2333-2340 (2003))。IP3Rを標的とするshRNA発現構築物も同様にRNAi効率を変化させた(図4a)。本発明者らは、最も有効な構築物の中で二つのshRNA発現構築物、SI2A5およびSI3G6を選択して、これらのクローンが血管平滑筋細胞株A7r5において内因性に発現されたIP3Rに関して有効なRNAiを誘導し得るか否かを調べた(De Smedt, H. et al. J. Biol. Chem. 269, 21691-21698 (1994))。ウェスタンブロット分析によって、IP3R発現レベルが減少したことを確認した(図4b)。機能喪失はまた、バソプレッシン誘発細胞内Ca2+反応を測定することによっても確認した(図4c)。これらの結果は、EPRILが内因性の遺伝子を標的とする有効なshRNA発現構築物を検索するために有用であることを示している。
RNAi library from cDNA encoding type 1 IP 3 receptor We investigated whether the above strategy could be applied to endogenous genes. The present inventors used type 1 inositol 1,4,5-trisphosphate receptor (Mignery, GA et al. J. Biol. Chem. 265, 12679-12685 (1990)) (IP 3 R) as a target. The encoding DNA was used. As with GFP, we obtained various shRNA expression constructs for IP 3 R. Of the 256 clones with sequence data, 214 were found to have shRNA expression constructs, including 199 constructs with different target positions and not overlapping each other. In order to rapidly screen for effective shRNA expression constructs, we generated Jurkat T cells carrying reporter constructs expressing GFP and IP 3 R head-tail bound mRNAs. Target mRNA degradation by shRNA expression constructs can be assessed by monitoring the decrease in GFP fluorescence (Kumar, R et al. Genome Res. 13, 2333-2340 (2003)). ShRNA expression constructs targeting IP 3 R also altered RNAi efficiency (FIG. 4a). We selected two shRNA expression constructs, SI2A5 and SI3G6 among the most effective constructs, and these clones were effective for IP 3 R expressed endogenously in the vascular smooth muscle cell line A7r5. It was investigated whether RNAi could be induced (De Smedt, H. et al. J. Biol. Chem. 269, 21691-21698 (1994)). Western blot analysis confirmed that the IP 3 R expression level was reduced (FIG. 4b). Loss of function was also confirmed by measuring the vasopressin-induced intracellular Ca 2+ response (FIG. 4c). These results indicate that EPRIL is useful for searching effective shRNA expression constructs that target endogenous genes.

有効なshRNA発現構築物の細胞内選択
ハイスループットスクリーニングを促進するために、本発明者らは、効率的なshRNA発現構築物の正の選択を行うために特殊な選択マーカー遺伝子に基づく新規細胞内選択スキームを開発した(図5a)。マーカー遺伝子は、二つのヘッド−テイル結合部分からなる;第一の部分は、チミジンキナーゼとピューロマイシンN-アセチルトランスフェラーゼからなる融合タンパク質をコードして(Chen, Y.T. & Bradley, A. Genesis 28, 31-35 (2000))、後者は標的mRNAをコードする。通常、ガンシクロビル(GCV)を適用すると、チミジンキナーゼの作用による(Chen, Y.T. & Bradley, A. Genesis 28, 31-35 (2000))GCVの毒性誘導体の細胞内蓄積によって、このマーカー遺伝子を有する細胞が殺される。標的遺伝子に関して有効なRNAi活性を有するshRNAを細胞に形質導入すると、細胞は、チミジンキナーゼ発現がサイレンシングされることによって細胞死を免れることになる。本発明者らは、標的としてGFPを用いてそのようなマーカー遺伝子を構築して、これをJurkat T細胞に導入して、ピューロマイシン選択を行った。次に、本発明者らは、GFPを標的とするshRNAiライブラリーからの混合物としてshRNA-発現レトロウイルスを作製し、マーカー遺伝子発現細胞にこれらのレトロウイルスを感染させた。感染細胞にGCVによる48時間の処置を行い、GCV耐性細胞を培養した。本発明者らは、生存細胞からのPCR増幅によってshRNA発現構築物を回収して、それらをレトロウイルス発現ベクターに再構築して、選択されたライブラリーを得た。GCV選択が実際に有効なshRNA発現構築物を濃縮したか否かを調べるために、GFPを発現するJurkat T細胞に、再構築されたライブラリーから調製したウイルス混合物を感染させた。GCV-選択ライブラリーからのレトロウイルスを形質導入した細胞におけるGFP発現は、無処置または親ライブラリーからのレトロウイルスを形質導入した細胞での発現より大きく減弱されたことがフローサイトメトリーの結果によって示された。このことは、GCV選択によってより有効なshRNA発現構築物が濃縮されたことを示している(図5b)。GCV選択による有効なshRNA発現構築物の濃縮の成功はまた、個々のクローンの分析によっても確認した。高い効率を有するshRNA発現構築物集団の顕著な増加をGCV選択ライブラリーにおいて認めた(図5c)。これらの結果は、ライブラリーから有効なshRNA発現構築物を得るために、新規細胞内選択スキームが有用であることを示している。
Intracellular selection of effective shRNA expression constructs To facilitate high-throughput screening, we have developed a novel intracellular selection scheme based on special selectable marker genes for positive selection of efficient shRNA expression constructs. (Fig. 5a). The marker gene consists of two head-tail junctions; the first encodes a fusion protein consisting of thymidine kinase and puromycin N-acetyltransferase (Chen, YT & Bradley, A. Genesis 28, 31 -35 (2000)), the latter encodes the target mRNA. In general, when ganciclovir (GCV) is applied, cells with this marker gene by intracellular accumulation of toxic derivatives of GCV by the action of thymidine kinase (Chen, YT & Bradley, A. Genesis 28, 31-35 (2000)) Is killed. When cells are transduced with shRNAs that have effective RNAi activity with respect to the target gene, the cells will escape cell death by silencing thymidine kinase expression. The present inventors constructed such a marker gene using GFP as a target and introduced it into Jurkat T cells for puromycin selection. Next, the inventors made shRNA-expressing retroviruses as a mixture from shRNAi libraries targeting GFP, and infected marker gene expressing cells with these retroviruses. The infected cells were treated with GCV for 48 hours, and GCV resistant cells were cultured. We recovered shRNA expression constructs by PCR amplification from viable cells and reconstructed them into retroviral expression vectors to obtain selected libraries. To examine whether GCV selection actually enriched for effective shRNA expression constructs, Jurkat T cells expressing GFP were infected with the virus mixture prepared from the reconstructed library. Flow cytometry results show that GFP expression in cells transduced with retroviruses from the GCV-selected library was significantly attenuated than that in cells transfected with retroviruses from the intact or parental library. Indicated. This indicates that GCV selection enriched for more effective shRNA expression constructs (FIG. 5b). Successful enrichment of valid shRNA expression constructs by GCV selection was also confirmed by analysis of individual clones. A significant increase in the population of shRNA expression constructs with high efficiency was observed in the GCV selection library (FIG. 5c). These results indicate that a novel intracellular selection scheme is useful to obtain an effective shRNA expression construct from the library.

cDNAライブラリー由来RNAiライブラリー
EPRILは、単一のcDNA起源よりむしろcDNAライブラリーのようなcDNAsの複雑な混合物からshRNAiライブラリーを構築する機会を提供する。そのようなshRNAiライブラリーは、特定の細胞機能に関与する遺伝子を包括的に検索するために極めて貴重となるはずである。このため、本発明者らはそのような目的のために本技術を実現可能であるか否かを調べた。マウス骨髄前駆細胞FL5.12細胞において発現されたmRNAから調製されたcDNAライブラリーにEPRILを行って、shRNAiライブラリーを作製した。無作為に選択したクローンをシークエンシングしたところ、得られた配列240個中215個が、逆方向反復配列を含むことが判明した(表1)。これらの中で、クローン35個からの逆方向反復配列は、おそらくmRNAsのポリAテールに由来するポリAまたはTの10塩基を超える鎖からなる配列を含んだ。したがって、残りのクローン180個にBLAST検索を行った。クローン165個の配列がcDNA配列および/またはESTsにマッチした(表2)。本発明者らは、ユニジーンクラスターに従って、遺伝子転写物に由来するこれらのクローンを分類し(Build 126)、クローン165個中146個が、ユニジーンクラスターの少なくとも一つに属することを発見した。これらの中で、いくつかのクローンは、同じクラスターに対応して、これらのクローンが同じ遺伝子に由来することを示唆した。これらには、熱ショックタンパク質8、ユビキチンBおよびリボソームタンパク質L41をコードする遺伝子が含まれ、その全てが多くの臓器において高度に発現されている。ユニジーンクラスターの大きさは、相対的発現レベルのほぼ推定値であることから、クラスターの大きさを同じ遺伝子の出現回数と比較した。1個より多い反復配列を有するクラスターの大きさは、反復配列を有しないクラスターより有意に大きかった(p<0.003、マンホイトニーU-検定)。これらの特徴は、RNAiライブラリーが当初の発現プロフィールを表すことを示唆している。本発明者らはさらに、転写物の標的位置を分析した。53%がコード領域に対応し、44%が3'-非翻訳領域に対応し、そして3%が5'非翻訳領域に対応した。このように、転写物の様々な部分からshRNA発現構築物が得られた。結果は、様々な遺伝子の複雑な混合物からなるcDNAライブラリーであってもEPRILを適用できることを示している。
RNAi library derived from cDNA library
EPRIL offers the opportunity to construct shRNAi libraries from complex mixtures of cDNAs such as cDNA libraries rather than a single cDNA source. Such shRNAi libraries should be extremely valuable for comprehensive searches of genes involved in specific cell functions. For this reason, the present inventors investigated whether or not the present technology can be realized for such a purpose. EPRIL was performed on a cDNA library prepared from mRNA expressed in mouse bone marrow progenitor cells FL5.12 cells to create a shRNAi library. When randomly selected clones were sequenced, it was found that 215 of the 240 sequences obtained contained inverted repeats (Table 1). Among these, inverted repeats from 35 clones included sequences consisting of more than 10 bases of polyA or T, possibly derived from the polyA tail of mRNAs. Therefore, a BLAST search was performed on the remaining 180 clones. The sequence of 165 clones matched the cDNA sequence and / or ESTs (Table 2). We classified these clones derived from gene transcripts according to unigene clusters (Build 126) and found that 146 out of 165 clones belong to at least one of the unigene clusters. Among these, several clones suggested that these clones were derived from the same gene, corresponding to the same cluster. These include genes encoding heat shock protein 8, ubiquitin B and ribosomal protein L41, all of which are highly expressed in many organs. Since the size of the unigene cluster is an approximate estimate of the relative expression level, the size of the cluster was compared with the number of appearances of the same gene. The size of clusters with more than one repeat sequence was significantly larger than clusters without repeat sequences (p <0.003, Mann-Whitney U-test). These features suggest that the RNAi library represents the original expression profile. We further analyzed the target location of the transcript. 53% corresponded to the coding region, 44% corresponded to the 3′-untranslated region, and 3% corresponded to the 5 ′ untranslated region. Thus, shRNA expression constructs were obtained from various parts of the transcript. The results show that EPRIL can be applied even to cDNA libraries consisting of complex mixtures of various genes.

方法
細胞培養
Jurkat T細胞は、10%仔ウシ胎児血清(FCS)、ペニシリンおよびストレプトマイシンを含むRPMI 1640培地(インビトロジェン(Invitrogen))において培養した。GP293、HEK293、A7r5、およびHeLa細胞は、10%FCSを含むダルベッコ改変イーグル培地(シグマ(Sigma)またはインビトロジェン)において維持した。FL5.12細胞(広島大学Inaba博士の寄贈)は、10%FCSおよび1 ng/ml IL-3(和光、日本)を含むRPMI 1640(シグマ)において維持した。
Cell culture
Jurkat T cells were cultured in RPMI 1640 medium (Invitrogen) containing 10% fetal calf serum (FCS), penicillin and streptomycin. GP293, HEK293, A7r5, and HeLa cells were maintained in Dulbecco's modified Eagle medium (Sigma or Invitrogen) containing 10% FCS. FL5.12 cells (donated by Dr. Inaba, Hiroshima University) were maintained in RPMI 1640 (Sigma) containing 10% FCS and 1 ng / ml IL-3 (Wako, Japan).

プラスミドの構築
shRNA発現レトロウイルスベクターを有するプラスミドpNAMA-U6を含む全てのプラスミドは、標準的な分子生物学技術を用いて構築した。簡単に説明すると、pSilencer1.0-U6(アンビオン(Ambion))からのPCR増幅によって得られたU6プロモーターおよびターミネーションシグナルコードDNAを、pMXレトロウイルスベクター(東京大学、Kitamura博士の寄贈)からの3' LTRを有するプラスミドのNheI部位に挿入した。プライマー対、5’-CGCGGATCCGAATGCTTTTTTTAATTCCTGCAGCCCG-3’(配列番号:1)および5’-CGCGGATCCGAAGACCCCAAACAAGGCTTTTCTCCAAG-3’(配列番号:2)を用いてプラスミドにさらにPCR増幅を行い、shRNAコードDNA断片を挿入するためのBbsI/BsmI部位を形成して、pBsk-U63-3LTRを得た。pNAMA-U6を構築するために、NheI部位でU6プロモーターを含む3' LTRを有するHindIII/SalI断片を、pBsk-U63-3LTRから切除して、pDsRed2-N1に由来するDsRed2遺伝子(クロンテック(Clontech))と共に3' LTR欠損pMXベクターを有するpda5LTR-DeRed2-M4のHindIII/SalI部位に挿入した。
Plasmid construction
All plasmids were constructed using standard molecular biology techniques, including plasmid pNAMA-U6 with shRNA expressing retroviral vectors. Briefly, the U6 promoter and termination signal-encoding DNA obtained by PCR amplification from pSilencer1.0-U6 (Ambion) were transferred from the pMX retroviral vector (donated by Dr. Kitamura, University of Tokyo). It was inserted into the NheI site of the plasmid with LTR. For further PCR amplification into the plasmid using the primer pair, 5'-CGCGGATCCGAATGCTTTTTTTAATTCCTGCAGCCCG-3 '(SEQ ID NO: 1) and 5'-CGCGGATCCGAAGACCCCAAACAAGGCTTTTCTCCAAG-3' (SEQ ID NO: 2) to insert the shRNA-encoded DNA fragment A BbsI / BsmI site was formed, resulting in pBsk-U63-3LTR. To construct pNAMA-U6, a HindIII / SalI fragment with a 3 ′ LTR containing a U6 promoter at the NheI site was excised from pBsk-U63-3LTR and the DsRed2 gene derived from pDsRed2-N1 (Clontech) ) And the 3 ′ LTR-deficient pMX vector was inserted into the HindIII / SalI site of pda5LTR-DeRed2-M4.

SV40プロモーターの制御下で、チミジンキナーゼ-ピューロマイシン-N-アセチルトランスフェラーゼ融合タンパク質(Chen, Y.T. & Bradley, A. Genesis 28, 31-35 (2000))を発現するレトロウイルスをコードするプラスミドpMS240-PNSを、チミジンキナーゼとピューロマイシンアセチルトランスフェラーゼをコードするPCR増幅断片から構築した。チミジンキナーゼとピューロマイシンN-アセチルトランスフェラーゼ遺伝子を含むDNA断片を、自己不活化レトロウイルスベクターpMS240にサブクローニングして、pMS240-PNSを産生した。pMS240-PNSは、標的遺伝子をコードするDNA断片をクローニングするためのBamHI/NotI部位を有する。GFPを標的とする有効なshRNA発現構築物を選択するために、pd2EGFP-1(クロンテック)からのGFPコード断片をその部位に挿入した。   Plasmid pMS240-PNS encoding a retrovirus that expresses a thymidine kinase-puromycin-N-acetyltransferase fusion protein (Chen, YT & Bradley, A. Genesis 28, 31-35 (2000)) under the control of the SV40 promoter. Was constructed from PCR amplified fragments encoding thymidine kinase and puromycin acetyltransferase. A DNA fragment containing thymidine kinase and puromycin N-acetyltransferase gene was subcloned into the self-inactivating retroviral vector pMS240 to produce pMS240-PNS. pMS240-PNS has a BamHI / NotI site for cloning the DNA fragment encoding the target gene. To select an effective shRNA expression construct targeting GFP, a GFP coding fragment from pd2EGFP-1 (Clontech) was inserted at that site.

IP3RサイレンシングをモニターするためのレトロウイルスベクターをコードするプラスミドであるpMX-d2EGFP-IP3Rを構築するために、脱安定化GFP変種をコードするDNAをpd2EGFP-1から調製して、これをpMXに挿入した。pBS-IP3RからのIP3RをコードするDNAをd3EGFPの下流の部位に挿入した。To construct pMX-d2EGFP-IP 3 R, a plasmid encoding a retroviral vector for monitoring IP 3 R silencing, DNA encoding a destabilized GFP variant was prepared from pd2EGFP-1 This was inserted into pMX. DNA encoding IP 3 R from pBS-IP 3 R was inserted into a site downstream of D3EGFP.

EPRIL
GFPを標的とするshRNA発現構築物を作製するために、GFPをコードするBamHI/NotI DNA断片をpEGFP-1(クロンテック)から得た。IP3Rの場合、ラット1型IP3Rの全コード領域をコードする断片をpBS-IP3R1のEcoRI/NotI消化によって調製した。cDNAライブラリーに由来するshRNA発現構築物を作製するために、Super SMART PCR cDNA合成キット(クロンテック)を用いて、FL5.12細胞から調製したmRNAから二本鎖cDNAライブラリーを作製し、これをサブクローニングせずにさらなる誘導のために直接用いた。次に、これらのDNA断片を用いて以下のような6段階プロトコールに従ってEPRILを適用した:
EPRIL
To create a shRNA expression construct targeting GFP, a BamHI / NotI DNA fragment encoding GFP was obtained from pEGFP-1 (Clontech). For IP 3 R, the fragment encoding the entire coding region of the rat type 1 IP 3 R was prepared by EcoRI / NotI digestion of pBS-IP 3 R1. To create a shRNA expression construct derived from a cDNA library, a Super SMART PCR cDNA synthesis kit (Clontech) was used to create a double-stranded cDNA library from mRNA prepared from FL5.12 cells and subcloned. Used directly for further induction without. Next, EPRIL was applied using these DNA fragments according to the following six-step protocol:

段階1.ランダムDNA断片の調製
DNA断片は、1 mM MgCl2、0.1 mg/ml BSA、および50 mMトリス-塩酸(pH 7.5)の存在下でDNaseIによって限定的に消化して、0.1 U/μl T4 DNAポリメラーゼ(タカラ(Takara)、日本)によって末端を修復した。DNaseI(タカラ、日本)の濃度をそれぞれの調製物について経験的に決定して、PAGE上で平均の大きさ約100〜200 bpを有する消化物を得た。
Stage 1. Preparation of random DNA fragments
The DNA fragment was limited digested with DNase I in the presence of 1 mM MgCl 2 , 0.1 mg / ml BSA, and 50 mM Tris-HCl (pH 7.5) to give 0.1 U / μl T4 DNA polymerase (Takara) , Japan). The concentration of DNase I (Takara, Japan) was determined empirically for each preparation, resulting in digests having an average size of about 100-200 bp on PAGE.

段階2.第一のアダプターのライゲーションとMmeI切断
消化物を、T4 DNAリガーゼ(DNAライゲーションキットバージョン2、タカラ、日本)によって、ヘアピン形状のオリゴヌクレオチドであるアダプター1、5’-GTCGGACAATTGCGACCCGCATGCTGCGGGTCGCAATTGTCCGAC-3’(配列番号:3)にライゲーションした。ヘアピン形状のアダプター1は、使用前に化学合成したオリゴヌクレオチドから未変性PAGEによって精製した。アダプター1の5'末端と消化したDNAの3'末端との間のニックは、1.0または1.25 U/μl T4ポリヌクレオチドキナーゼによる処理後に、0.1 mM NAD、1.2 mM EDTA、10 mM (NH4)2SO4、4 mM MgCl2、および30 mMトリス-塩酸(pH 8.0)の存在下で、0.006 U/μl大腸菌リガーゼ(タカラ、日本)によって修復した。アダプターが結合した短いDNA断片をMmeIによる切断によって生成した。生成したDNA断片は、未変性のPAGE上で〜40 bpで移動する単一のバンドとして検出された。ゲルのバンドを切除して、MmeI-切断産物をフェノール-クロロホルム抽出およびエタノール沈殿によって得た。
Stage 2. Ligation and MmeI cleavage of the first adapter The digest is digested with T4 DNA ligase (DNA ligation kit version 2, Takara, Japan), adapter 1, 5'-GTCGGACAATTGCGACCCGCATGCTGCGGGTCGCAATTGTCCGAC-3 '(SEQ ID NO: Ligated to 3). Hairpin-shaped adapter 1 was purified by native PAGE from oligonucleotides chemically synthesized prior to use. The nick between the 5 ′ end of adapter 1 and the 3 ′ end of digested DNA is 0.1 mM NAD, 1.2 mM EDTA, 10 mM (NH 4 ) 2 after treatment with 1.0 or 1.25 U / μl T4 polynucleotide kinase. Repaired by 0.006 U / μl E. coli ligase (Takara, Japan) in the presence of SO 4 , 4 mM MgCl 2 , and 30 mM Tris-HCl (pH 8.0). A short DNA fragment to which the adapter was bound was generated by cleavage with MmeI. The resulting DNA fragment was detected as a single band migrating at ~ 40 bp on native PAGE. The gel band was excised and the MmeI-cleavage product was obtained by phenol-chloroform extraction and ethanol precipitation.

段階3.第二のアダプターのライゲーション
オリゴヌクレオチド対、5’-CAAAGAGTCTTCGGCCCTCCAGACCGTGAGTC-3’(配列番号:4)および5’-GCCGAAGACTCTTTGNN-3’(配列番号:5)をアニールさせることによって両端が断端形状のアダプター2を調製した後、PAGEを用いて精製した。後者のオリゴヌクレオチドは、「N」と呼ばれる3'末端で二つの縮重塩基を含み、これはA、C、G、またはTを表す。T4 DNAリガーゼを用いて、アダプター2を段階2からのMmeI切断DNA断片にライゲーションした。PAGEによって精製した後、アダプター2-ライゲーション断片上のニックを、T4ポリヌクレオチドキナーゼ(タカラ、日本)およびT4 DNAリガーゼによる処置によって修復した。
Stage 3. Ligation of the second adapter Adapter 2 with both ends truncated by annealing oligonucleotide pair, 5'-CAAAGAGTCTTCGGCCCTCCAGACCGTGAGTC-3 '(SEQ ID NO: 4) and 5'-GCCGAAGACTCTTTGNN-3' (SEQ ID NO: 5) And then purified using PAGE. The latter oligonucleotide contains two degenerate bases at the 3 ′ end called “N”, which represents A, C, G, or T. Adapter 2 was ligated to the MmeI digested DNA fragment from step 2 using T4 DNA ligase. After purification by PAGE, nicks on the adapter 2-ligation fragment were repaired by treatment with T4 polynucleotide kinase (Takara, Japan) and T4 DNA ligase.

段階4.プライマーの伸長
次に、段階3からの産物にプライマー伸長反応を行って、プライマーオリゴヌクレオチド、5’-GACTCACGGTCTGGAGGGCCGAA-3’(配列番号:6)と共に、0.1%トライトンX-100、0.2 mM dNTPs、10 mM KCl、10 mM (NH4)2SO4、2 mM MgSO4、および20 mMトリス-塩酸(pH 8.8)を含む反応緩衝液において94℃で135秒間インキュベートした後、62℃に冷却した。次に、0.02 U/μl Bst DNAポリメラーゼ大断片(NEB)を反応混合物に加えて、プライマー伸長反応を開始した。反応は65℃で300秒間行い、4℃に冷却することによって停止させた。反応産物はPAGEによって精製した。
Stage 4. Primer extension Next, the product from step 3 was subjected to a primer extension reaction, along with a primer oligonucleotide, 5'-GACTCACGGTCTGGAGGGCCGAA-3 '(SEQ ID NO: 6), 0.1% Triton X-100, 0.2 mM dNTPs, 10 After incubating for 135 seconds at 94 ° C. in a reaction buffer containing mM KCl, 10 mM (NH 4 ) 2 SO 4 , 2 mM MgSO 4 , and 20 mM Tris-HCl (pH 8.8), the mixture was cooled to 62 ° C. Next, 0.02 U / μl Bst DNA polymerase large fragment (NEB) was added to the reaction mixture to initiate the primer extension reaction. The reaction was carried out at 65 ° C. for 300 seconds and stopped by cooling to 4 ° C. The reaction product was purified by PAGE.

段階5.プラスミドへのサブクローニング
段階4からの産物をBpmIによって消化して、クレノウ断片(タカラ、日本)によって平滑末端にした後、BbsIによって消化した。pNAMA-U6をBsmIによって消化して、同様に平滑末端にしてからBbsIによって消化した後、細菌アルカリホスファターゼ(タカラ、日本)による処置を行った。消化した断片をゲル精製して、モル比約3:1でライゲーションした。ライゲーション混合物を精製後、電気穿孔によってElectroMAX DH5a-Eコンピテント細胞(インビトロジェン)に導入した。形質転換細胞を、100 μg/mlカルベニシリンを含む500 cm2 LB寒天プレートに播種した。一晩インキュベートした後、芝状に増殖した細菌をへらで採取して、プラスミド精製キット(プラスミドMIDIキット、キアゲン(Qiagen))を用いてプラスミドDNAを調製した。
Step 5. Subcloning into plasmid The product from step 4 was digested with BpmI, blunted with Klenow fragment (Takara, Japan) and then digested with BbsI. pNAMA-U6 was digested with BsmI, similarly blunt ended, digested with BbsI, and then treated with bacterial alkaline phosphatase (Takara, Japan). The digested fragment was gel purified and ligated at a molar ratio of about 3: 1. The ligation mixture was purified and then introduced into ElectroMAX DH5a-E competent cells (Invitrogen) by electroporation. Transformed cells were seeded on 500 cm 2 LB agar plates containing 100 μg / ml carbenicillin. After overnight incubation, turf-grown bacteria were collected with a spatula and plasmid DNA was prepared using a plasmid purification kit (plasmid MIDI kit, Qiagen).

段階6.過剰なリンカーの切断
段階5から精製されたプラスミドをBcgIによって消化して、T4 DNAポリメラーゼによって平滑末端にして、自己ライゲーションによって再度環状化した。この処置によって、アダプター1からの配列のほとんどが除去されるが、短いリンカー配列、5’-TTGTCCGAC-3’(配列番号:7)は保持される。不完全に消化されたプラスミドの混入を可能な限り消失させるために、その認識配列がアダプター1からの配列のBcgI切除部分に存在するMfeIによってDNAを消化した。ElectroMAX DH5a-Eコンピテント細胞を、再環状化したプラスミドによって形質転換して、100 μg/mlカルベニシリンを含むLB-寒天プレート上で選択した。プレート上で一晩培養した後、プラスミドライブラリーのストックを得た。
Step 6. Excess linker cleavage The plasmid purified from step 5 was digested with BcgI, blunted with T4 DNA polymerase and recircularized by self-ligation. This treatment removes most of the sequence from adapter 1, but retains the short linker sequence, 5'-TTGTCCGAC-3 '(SEQ ID NO: 7). In order to eliminate as much as possible contamination of the incompletely digested plasmid, the DNA was digested with MfeI whose recognition sequence was present in the BcgI excised portion of the sequence from adapter 1. ElectroMAX DH5a-E competent cells were transformed with the recircularized plasmid and selected on LB-agar plates containing 100 μg / ml carbenicillin. After overnight culture on the plate, a plasmid library stock was obtained.

ゲノムからのshRNA発現構築物の回収
shRNA発現構築物を、形質導入したFL5.12細胞から調製したゲノムDNA 100 ngからPCR増幅によって回収した。PCRのために、Vent DNAポリメラーゼ(NEB)を、プライマー対、5’-GTACGAGCGCACCGAGGGCCGCCACC-3’(配列番号:8)および5’-GGCGTTACTTAAGCTAGCGATCCGACGCCGCCATC-3’(配列番号:9)と共に用いた。PCR増幅DNAをNotIおよびAflIIによって消化して、pBsk-3LTRにサブクローニングした。形質転換および精製後、回収されたshRNA発現構築物を含む3' LTRをコードするDNAをHindIIIおよびNotIによって切除して、pda5LTR-DsRed2-M4にサブクローニングした。得られたプラスミドは、pNAMA-U6と構造的に同じであり、回収されたshRNA発現構築物を有するレトロウイルスを産生するためにパッケージングを行うことができる。
Recovery of shRNA expression constructs from the genome
shRNA expression constructs were recovered by PCR amplification from 100 ng genomic DNA prepared from transduced FL5.12 cells. For PCR, Vent DNA polymerase (NEB) was used with a primer pair, 5'-GTACGAGCGCACCGAGGGCCGCCACC-3 '(SEQ ID NO: 8) and 5'-GGCGTTACTTAAGCTAGCGATCCGACGCCGCCATC-3' (SEQ ID NO: 9). PCR amplified DNA was digested with NotI and AflII and subcloned into pBsk-3LTR. After transformation and purification, DNA encoding the 3 ′ LTR containing the recovered shRNA expression construct was excised with HindIII and NotI and subcloned into pda5LTR-DsRed2-M4. The resulting plasmid is structurally identical to pNAMA-U6 and can be packaged to produce retroviruses with recovered shRNA expression constructs.

インビトロでのshRNAの調製
shRNAsはT7プロモーターに基づくインビトロ転写を用いることによって合成した。インビトロ転写のための鋳型を調製するために、二つの化学合成オリゴヌクレオチド、T7プロモーターコードオリゴヌクレオチド、5’-taatacgactcactataG-3’(配列番号:10)およびshRNAコードオリゴヌクレオチド5’-AAAAN20-21GTCGGACAAN’20-21ctatagtgagtcgtatta-3’(配列番号:11、N20-21およびN'20-21は、shRNAの基本構造に対応する配列を示し、小文字は、T7-プロモーターコードオリゴヌクレオチドと相補的なヌクレオチドを示す)を、94℃で135秒間インキュベートした後、45℃で30秒間アニールした。次に、アニールしたオリゴヌクレオチドを、Bst DNAポリメラーゼ大断片(0.08 U/μl)を用いて、50℃で600秒間の伸長反応によって二本鎖DNA鋳型に変換した。shRNAは、CUGA7インビトロ転写キット(ニッポンジーン、日本)を用いて、製造元のプロトコールに従って精製鋳型から作製した。転写されたshRNAをゲル濾過スピンカラム(マイクロスピンG-25、アマシャム・バイオサイエンシズ(Amersham Bioeciences))を用いて精製した。ダイサー消化shRNAを作製する場合、shRNAを組換え型ヒトダイサー(ジーンセラピーシステムズ(Gene Therapy Systems))によって製造元のプロトコールに従って処理した。
Preparation of shRNA in vitro
shRNAs were synthesized by using in vitro transcription based on the T7 promoter. To prepare a template for in vitro transcription, two chemically synthesized oligonucleotides, T7 promoter-encoding oligonucleotide, 5'-taatacgactcactataG-3 '(SEQ ID NO: 10) and shRNA-encoding oligonucleotide 5'-AAAAN 20-21 GTCGGACAAN '20-21 ctatagtgagtcgtatta-3' (SEQ ID NO: 11, N 20-21 and N '20-21 shows a sequence corresponding to the basic structure of the shRNA, lowercase, complementary to the T7- promoter encoding oligonucleotide Were incubated at 94 ° C. for 135 seconds, followed by annealing at 45 ° C. for 30 seconds. Next, the annealed oligonucleotide was converted into a double-stranded DNA template by extension reaction at 50 ° C. for 600 seconds using a large Bst DNA polymerase fragment (0.08 U / μl). shRNA was generated from the purified template using the CUGA7 in vitro transcription kit (Nippon Gene, Japan) according to the manufacturer's protocol. The transferred shRNA was purified using a gel filtration spin column (Microspin G-25, Amersham Bioeciences). When making Dicer digested shRNA, the shRNA was treated with recombinant human Dicer (Gene Therapy Systems) according to the manufacturer's protocol.

異なるshRNAコードオリゴヌクレオチドのN20-21配列は、
TCTCGGCATGGACGAGCTGT (shGFP1)(配列番号:12)
CTTCACCTCGGCGCGGGTCT (shGFP5)(配列番号:13)
CTACAAGACCCGCGCCGAGG (shGFP7)(配列番号:14)
CCCCATCGGCGACGGCCCCGT (shGFP10)(配列番号:15)
AGATCCGCCACAACATCGAGG (shGFP12)(配列番号:16)
TCAGCTCGATGCGGTTCACC (shGFP13)(配列番号:17)
CCACAAGTTCAGCGTGTCCGG (shGFP14)(配列番号:18)
CTTCAAGTCCGCCATGCCCGA (shGFP17)(配列番号:19)
TGCTGGTAGTGGTCGGCGAGC (shGFP18)(配列番号:20)
TCGGCGCGGGTCTTGTAGTTG (shGFP19)(配列番号:21)および
TTGTAGTTGCCGTCGTCCTT (shGFP20)(配列番号:22)であった。
N'20-21配列は、N20-21配列と相補的であった。
N 20-21 sequences of different shRNA-encoded oligonucleotides are
TCTCGGCATGGACGAGCTGT (shGFP1) (SEQ ID NO: 12)
CTTCACCTCGGCGCGGGTCT (shGFP5) (SEQ ID NO: 13)
CTACAAGACCCGCGCCGAGG (shGFP7) (SEQ ID NO: 14)
CCCCATCGGCGACGGCCCCGT (shGFP10) (SEQ ID NO: 15)
AGATCCGCCACAACATCGAGG (shGFP12) (SEQ ID NO: 16)
TCAGCTCGATGCGGTTCACC (shGFP13) (SEQ ID NO: 17)
CCACAAGTTCAGCGTGTCCGG (shGFP14) (SEQ ID NO: 18)
CTTCAAGTCCGCCATGCCCGA (shGFP17) (SEQ ID NO: 19)
TGCTGGTAGTGGTCGGCGAGC (shGFP18) (SEQ ID NO: 20)
TCGGCGCGGGTCTTGTAGTTG (shGFP19) (SEQ ID NO: 21) and
TTGTAGTTGCCGTCGTCCTT (shGFP20) (SEQ ID NO: 22).
The N ′ 20-21 sequence was complementary to the N 20-21 sequence.

レトロウイルス産生と形質導入
ハイスループットスクリーニングの場合、shRNA発現構築物を有するレトロウイルスの作製および形質導入は、96ウェルプレートフォーマットで行った。プラスミドは、QIAウェル96ウルトラプラスミドキット(キアゲン)を用いて、製造元のプロトコールに従って96ウェルプレートのフォーマットで調製した。GP293パッケージング細胞株(クロンテック)に、レトロウイルスベクタープラスミド〜200 ngおよびVSG-Gコードプラスミド17 ngを、96ウェルプレートにおいてそれぞれのウェルに関してリポフェクタミン2000(インビトロジェン)を用いてトランスフェクトした。トランスフェクションの2日後、レトロウイルスを含む培養培地を得た。レトロウイルス形質導入は、レトロウイルス粒子を含む培地50 μlをJurkat T細胞浮遊液(1.0×105個/ml)50 μlに加えることによって行った。中等度の規模でレトロウイルスを作製する場合、DNAをプラスミドMIDIキットによって精製して、レトロウイルスベクタープラスミド24 μgおよびVSG-Gコードプラスミド2 μgによるトランスフェクションによって、10 cm培養皿において増殖させたGP293においてレトロウイルスパッケージングを行った。必要であれば、レトロウイルス粒子を、一晩遠心することによって濃縮した後、適当な培養培地に再浮遊させた。
Retrovirus production and transduction For high-throughput screening, the generation and transduction of retroviruses with shRNA expression constructs were performed in a 96-well plate format. Plasmids were prepared in 96 well plate format using the QIA well 96 ultra plasmid kit (Qiagen) according to the manufacturer's protocol. The GP293 packaging cell line (Clontech) was transfected with ~ 200 ng of retroviral vector plasmid and 17 ng of VSG-G encoding plasmid using Lipofectamine 2000 (Invitrogen) for each well in a 96 well plate. Two days after transfection, a culture medium containing retrovirus was obtained. Retroviral transduction was performed by adding 50 μl of medium containing retroviral particles to 50 μl of Jurkat T cell suspension (1.0 × 10 5 cells / ml). For production of retrovirus at moderate scale, DNA was purified by plasmid MIDI kit and grown in 10 cm culture dishes by transfection with 24 μg of retroviral vector plasmid and 2 μg of VSG-G encoding plasmid. Retroviral packaging was performed at If necessary, retroviral particles were concentrated by centrifugation overnight and then resuspended in an appropriate culture medium.

フローサイトメトリーとRNAi効率の評価
相対的GFP発現レベルは、FACスキャンフローサイトメーター(BD)を用いて分析した蛍光強度に基づいて推定した。GFP蛍光の減少倍数(shRNA形質導入を行った細胞の蛍光強度で除した対照蛍光強度)を、RNAi効率の測定値として用いた。レトロウイルス力価の変動によるRNAi効率のバッチ毎の差を補正するために、一連の内部対照shRNA発現構築物をそれぞれの96ウェルプレートに含めた。
Assessment of flow cytometry and RNAi efficiency Relative GFP expression levels were estimated based on fluorescence intensity analyzed using a FACscan flow cytometer (BD). The fold decrease in GFP fluorescence (control fluorescence intensity divided by the fluorescence intensity of the shRNA-transduced cells) was used as a measure of RNAi efficiency. A series of internal control shRNA expression constructs were included in each 96-well plate to correct for batch-to-batch differences in RNAi efficiency due to variations in retroviral titers.

ウェスタンブロット分析
A7r5細胞にshRNA発現構築物を有するレトロウイルスを感染させた。4日後、細胞をトリプシン処理によって回収して、可溶化し、SDS-PAGEを行った。SDS-PAGE産物をPVDFメンブレンに転写した後、IP3Rに対応するタンパク質を、一次抗体および二次抗体としてそれぞれ、ウサギIgG抗1型IP3R(アロモン(Alomone))およびHRP結合抗ウサギIgG(MBL、日本)によってプロービングして、化学発光によって検出した。イムノブロットシグナル強度の定量は、IPLabスペクトルソフトウェアを用いて行った(スキャンアナリティクスインク(Scananalytics, Inc))。IP3Rシグナルは、抗アクチン抗体(サンタクルズ(Santa cruz))を用いてプロービングしたアクチンのイムノブロットシグナルによって標準化した。
Western blot analysis
A7r5 cells were infected with retrovirus carrying the shRNA expression construct. Four days later, the cells were collected by trypsinization, solubilized, and subjected to SDS-PAGE. After the SDS-PAGE product is transferred to a PVDF membrane, the protein corresponding to IP 3 R is used as a primary antibody and a secondary antibody, respectively, as rabbit IgG anti-type 1 IP 3 R (Alomone) and HRP-conjugated anti-rabbit IgG. Probed by (MBL, Japan) and detected by chemiluminescence. Quantification of immunoblot signal intensity was performed using IPLab spectral software (Scananalytics, Inc). The IP 3 R signal was normalized by an actin immunoblot signal probed with an anti-actin antibody (Santa cruz).

細胞内カルシウム測定
細胞内カルシウムを測定するために、カバーグラスに播種したA7r5細胞をshRNA発現レトロウイルスに感染させて、感染4日後にCa2+指標物質Fura-2をローディングした。細胞内Ca2+濃度の変化は、既に記述されているように(Hirose, K. et al. Science 284, 1527-1530 (1999))、CCDカメラ(フォトメトリクス(Photometrics))を備えた倒立顕微鏡において比測定による蛍光測定によって評価した。L型Ca2+チャンネル阻害剤であるニカルジピン(10 μM)の存在下で1 nMアルギニンバソプレッシン(AVP)を加えることによって細胞を刺激した。
Intracellular calcium measurement In order to measure intracellular calcium, A7r5 cells seeded on a cover glass were infected with shRNA-expressing retrovirus, and Ca 2+ indicator substance Fura-2 was loaded 4 days after the infection. Changes in intracellular Ca 2+ concentration, as previously described (Hirose, K. et al. Science 284, 1527-1530 (1999)), are inverted microscopes equipped with a CCD camera (Photometrics). And evaluated by fluorescence measurement by ratio measurement. Cells were stimulated by adding 1 nM arginine vasopressin (AVP) in the presence of nicardipine (10 μM), an L-type Ca 2+ channel inhibitor.

上記の通り、本発明者らは、shRNA発現ライブラリーをcDNA鋳型から酵素的に誘導することができる技術「EPRIL」を確立した。本発明を単一のcDNA源に適用すると、ライブラリーは、cDNA上の様々な領域に対する候補shRNA発現構築物の膨大なアレイを提供し得る。EPRILをハイスループットスクリーニングおよび細胞内選択スキームと組み合わせると、あらゆる遺伝子に関して最善のshRNA発現構築物の大きいコレクションを作製するための一般化し得るプラットフォームを提供する。そのようなコレクションは一般的に、哺乳類におけるRNAiに基づくハイスループットリバース遺伝学に大きく貢献するであろう。   As described above, the present inventors have established a technique “EPRIL” that can enzymatically derive an shRNA expression library from a cDNA template. When the present invention is applied to a single cDNA source, the library can provide a vast array of candidate shRNA expression constructs for various regions on the cDNA. Combining EPRIL with high-throughput screening and intracellular selection schemes provides a generalizable platform for creating a large collection of the best shRNA expression constructs for any gene. Such collections will generally contribute significantly to high throughput reverse genetics based on RNAi in mammals.

本発明者らは、効率的なRNAiの配列選択性を同定しようと試みた。本発明者らは、ガイド配列の5'末端から4番目のヌクレオチドでUを有するshRNA発現構築物がGFPおよびIP3Rにとって有効である、という弱いが一般的傾向を認めたが、他の位置に対する選択性は必ずしも一貫しなかった。例えば、第二のヌクレオチドでのGはIP3Rにとっては好ましい傾向が見られたが、GFPではそのような傾向は認められなかった。明らかに、全般的な配列選択性を決定するために様々な遺伝子からより多くのデータが必要である。EPRILはそのような研究を大きく促進するであろう。The inventors have attempted to identify efficient RNAi sequence selectivity. We observed a weak but general trend that shRNA expression constructs with a U at the 4th nucleotide from the 5 ′ end of the guide sequence are effective for GFP and IP 3 R, but against other positions The selectivity was not always consistent. For example, G at the second nucleotide tended to be favorable for IP 3 R, but no such trend was observed for GFP. Clearly, more data from various genes is needed to determine overall sequence selectivity. EPRIL will greatly facilitate such research.

EPRILによって、cDNAsの複雑な混合物からなるcDNAライブラリーから大きいshRNAiライブラリーを作製することができる。本発明者らは、ライブラリーが、独立したcDNA由来shRNA発現構築物3×105〜4×106個を含むと推定した。したがって、本発明の方法によって、絶対的な表現型の基準、例えば、細胞形態学、接着、細胞死、重要な分子の発現レベルおよび他の機能的指標に基づく選択によって遺伝子を同定することができるRNAiに基づくフォワード遺伝学を行うことができるであろう。shRNA配列は、ランダム配列を有する20および21-塩基の長さのタグを完全にマッチさせることができる(Saha, S. et al. Nat. Biotechnol. 20, 508-512 (2002))確率9.1×10-13および2.3×10-13が、マウスまたはヒトゲノムのサイズ〜3×109 bpを考慮すると十分に小さいことから、遺伝子同定のための信頼できるタグとして役立ちうる。EPRIL can generate large shRNAi libraries from a cDNA library consisting of a complex mixture of cDNAs. We estimated that the library contained 3 × 10 5 to 4 × 10 6 independent cDNA-derived shRNA expression constructs. Thus, the methods of the present invention allow genes to be identified by selection based on absolute phenotypic criteria such as cell morphology, adhesion, cell death, expression levels of key molecules and other functional indicators Forward genetics based on RNAi could be performed. shRNA sequences can perfectly match 20 and 21-base long tags with random sequences (Saha, S. et al. Nat. Biotechnol. 20, 508-512 (2002)) probability 9.1 × 10 −13 and 2.3 × 10 −13 can serve as reliable tags for gene identification because they are small enough considering the size of the mouse or human genome ˜3 × 10 9 bp.

本発明のRNAiライブラリーを用いたフォワード遺伝学を動物レベルに適用してもよい。レンチウイルス媒介形質導入によって、shRNA発現構築物を有するマウスを作製できることから(Rubinson, D.A. et al. Nat. Genet. 33, 401-406 (2003))、本発明者らは、異なる遺伝子を標的とするshRNA発現構築物によって変異動物の膨大なアレイを効率よく作製することができる。表現型に基づいて系統的にスクリーニングすると、特定の表現型に関与する遺伝子を容易に同定することができる。この特徴は、エチルニトロソウレア(ENU)を用いてマウスにおいて進行中の大規模な変異誘発プロジェクトの特徴とは対照的である(Kile, B.T. et al. Nature 425, 81-86 (2003))。ENU-変異誘発は変異体動物を効率よく作製するが、座を決定するまでに単調で退屈なプロセスを要する。さらに、shRNA発現構築物のRNAi効率の変動によって、遺伝子サイレンシングの程度の変動により独自の表現型が発見される可能性がある。このように、EPRILは、哺乳類におけるフォワード遺伝学の新しいスタイルを提供し、RNAiに基づくリバース遺伝学におけるその役割と共に、全ゲノムレベルでの遺伝子と機能との関係の解明に大きく貢献するであろう。   Forward genetics using the RNAi library of the present invention may be applied at the animal level. Because lentivirus-mediated transduction can generate mice with shRNA expression constructs (Rubinson, DA et al. Nat. Genet. 33, 401-406 (2003)), we target different genes A huge array of mutant animals can be efficiently produced by the shRNA expression construct. When systematically screening based on phenotype, genes involved in a specific phenotype can be easily identified. This feature is in contrast to the features of a large mutagenesis project ongoing in mice using ethylnitrosourea (ENU) (Kile, B.T. et al. Nature 425, 81-86 (2003)). ENU-mutagenesis creates mutant animals efficiently, but requires a tedious and tedious process to determine the locus. Furthermore, variations in the RNAi efficiency of shRNA expression constructs may lead to the discovery of unique phenotypes due to variations in the degree of gene silencing. Thus, EPRIL will provide a new style of forward genetics in mammals and, together with its role in reverse genetics based on RNAi, will contribute significantly to elucidating the relationship between genes and functions at the genome level. .

Claims (16)

以下の(1)〜(3)の工程を含む、所望の標的DNAからRNAiライブラリーを製造する方法であって、前記(2)工程の前または後にDNA断片の他端に二重鎖断端型アダプターを接続する工程が含まれ、前記二重鎖断端型アダプターまたは前記(2)工程に記載のヘアピン型アダプターのいずれか一方にアウトサイドカッターの制限酵素認識サイトが備えられており、前記制限酵素認識サイトを備えたアダプターが先に前記DNA断片に接続され、前記アウトサイドカッターの制限酵素によりDNA断片の長さが整えられて形成された端にもう一方のアダプターが接続される、方法。
(1)標的DNAをランダムに切断し、DNA断片を生成する工程、
(2)ヘアピン型アダプターを、前記DNA断片の一端に接続して、ヘアピン型のDNA断片を生成する工程、
(3)ヘアピン型のDNA断片をStrand−displacing活性を有するポリメラーゼを用いてプライマーエクステンションを実行させ、インターフェアレンスRNAをコードしたiRNA発現構築物を生成させる工程。
A method for producing an RNAi library from a desired target DNA comprising the following steps (1) to (3), wherein double-strand breaks are attached to the other end of the DNA fragment before or after the step (2): A step of connecting a type adapter, the restriction enzyme recognition site of the outside cutter is provided in either one of the double-strand type adapter or the hairpin type adapter described in the step (2), An adapter having a restriction enzyme recognition site is first connected to the DNA fragment, and the other adapter is connected to the end formed by adjusting the length of the DNA fragment by the restriction enzyme of the outside cutter. .
(1) a step of randomly cutting a target DNA to generate a DNA fragment;
(2) connecting a hairpin adapter to one end of the DNA fragment to generate a hairpin DNA fragment;
(3) A step of generating an iRNA expression construct encoding an interference RNA by performing primer extension on a hairpin type DNA fragment using a polymerase having Strand-displacing activity.
ヘアピン型アダプターにアウトサイドカッターの制限酵素認識サイトが備えられている、請求項1記載の方法。  The method according to claim 1, wherein the hairpin adapter is provided with a restriction enzyme recognition site of an outside cutter. 二重鎖断端型アダプターにアウトサイドカッターの制限酵素認識サイトが備えられている、請求項1記載の方法。  The method according to claim 1, wherein the double-strand-end adapter is provided with a restriction enzyme recognition site of an outside cutter. プライマーエクステンション後にiRNA発現構築物を発現ベクターに接続する工程をさらに含む、請求項1記載のRNAiライブラリーの製造方法。  The method for producing an RNAi library according to claim 1, further comprising a step of connecting the iRNA expression construct to an expression vector after primer extension. 発現ベクターが哺乳動物内で機能し得る、請求項4記載のRNAiライブラリーの製造方法。  The method for producing an RNAi library according to claim 4, wherein the expression vector can function in a mammal. 発現ベクターが宿主染色体内への組込み活性を有する、請求項4又は5記載のRNAiライブラリーの製造方法。  The method for producing an RNAi library according to claim 4 or 5, wherein the expression vector has an integration activity into the host chromosome. 標的DNAが、特定の遺伝子のcDNA、cDNAライブラリー、またはサブトラクション後のcDNAのいずれかである、請求項1から6のいずれかに記載のRNAiライブラリーの製造方法。  The method for producing an RNAi library according to any one of claims 1 to 6, wherein the target DNA is any one of a cDNA of a specific gene, a cDNA library, or a cDNA after subtraction. 前記(1)工程において、ショットガンクローニングに使用し得るDNA消化酵素を用いて標的DNAが断片化される、請求項1記載のRNAiライブラリーの製造方法。  The method for producing an RNAi library according to claim 1, wherein in the step (1), the target DNA is fragmented using a DNA digestion enzyme that can be used for shotgun cloning. アウトサイドカッターの制限酵素が、少なくとも第一のアダプター内の認識サイトから19bp以上はなれた位置を切断する、請求項1から8のいずれかに記載のRNAiライブラリーの製造方法  The method for producing an RNAi library according to any one of claims 1 to 8, wherein the restriction enzyme of the outside cutter cleaves at least a position separated by 19 bp or more from the recognition site in the first adapter. Strand−displacing活性を有するポリメラーゼが耐熱性である、請求項1から9のいずれかに記載のRNAiライブラリーの製造方法。  The method for producing an RNAi library according to any one of claims 1 to 9, wherein the polymerase having strand-displacing activity is thermostable. Strand−displacing活性を有するポリメラーゼがBstポリメラーゼまたはVentポリメラーゼのいずれかである、請求項1から10のいずれかに記載のRNAiライブラリーの製造方法。  The method for producing an RNAi library according to any one of claims 1 to 10, wherein the polymerase having strand-displacing activity is either Bst polymerase or Vent polymerase. 請求項1から11のいずれかに記載の方法により製造されたRNAiライブラリーからインターフェアレンスRNAをコードするiRNA発現構築物をスクリーニングする方法であって、
標的DNAが発現している細胞に前記RNAiライブラリーを導入する工程、
標的DNAの発現を測定する工程、を含むスクリーニング方法。
A method for screening an iRNA expression construct encoding an interference RNA from an RNAi library produced by the method according to any one of claims 1 to 11,
Introducing the RNAi library into cells expressing the target DNA;
Measuring the expression of the target DNA.
請求項12記載のスクリーニング方法において、
標的DNAをレポーター遺伝子と融合させた融合遺伝子として、
標的DNAの発現を測定する工程では、前記レポータータンパク質の活性を指標に標的DNAの発現が測定される、スクリーニング方法。
The screening method according to claim 12 ,
As a fusion gene with target DNA fused to a reporter gene,
A screening method, wherein in the step of measuring the expression of the target DNA, the expression of the target DNA is measured using the activity of the reporter protein as an index.
請求項1から11のいずれかに記載の方法により製造されたRNAiライブラリーからインターフェアレンスRNAをコードするiRNA発現構築物をスクリーニングする方法であって、
標的DNAとネガティブ選択マーカー遺伝子とを融合させた融合遺伝子が発現している細胞に前記RNAiライブラリーを導入する工程と、
ネガティブ選択マーカーによる選択を実行しRNAi効果があった細胞のみを選択する工程とを含む、スクリーニング方法。
A method for screening an iRNA expression construct encoding an interference RNA from an RNAi library produced by the method according to any one of claims 1 to 11,
Introducing the RNAi library into a cell expressing a fusion gene obtained by fusing a target DNA and a negative selection marker gene;
Screening with a negative selection marker, and selecting only cells that had an RNAi effect.
請求項1から11のいずれかに記載の方法によりRNAiライブラリーを製造するためのキットであって、
前記ヘアピン型アダプターと、前記二重鎖断端型アダプターとを含み、
前記アダプターのいずれかにアウトサイドカッターの制限酵素認識サイトが備えられている、キット。
A kit for producing an RNAi library by the method according to any one of claims 1 to 11,
Including the hairpin adapter and the double-strand break adapter,
A kit, wherein any one of the adapters is provided with a restriction enzyme recognition site for an outside cutter.
さらに、アウトサイドカッターの制限酵素および/またはStrand−displacing性を有するポリメラーゼを備えた、請求項15記載のキット。Furthermore, the kit of Claim 15 provided with the polymerase which has the restriction enzyme of an outside cutter and / or Strand-displacing property.
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