JP5126907B2 - 抗生物質によるタンパク質の転写・分解二重制御法 - Google Patents
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Description
(1)(a)抗生物質に結合するリプレッサータンパク質の変異体と目的のタンパク質との融合タンパク質をコードするポリヌクレオチド、および
(b)(a)のポリヌクレオチドの転写を制御するタンパク質をコードするポリヌクレオチド、
を発現可能に含む発現ベクターであって、
細胞内での(a)のポリヌクレオチドの転写および(a)のポリヌクレオチドの発現産物である上記融合タンパク質の分解が、細胞内での抗生物質の有無によって制御される、発現ベクター。
(2)上記(b)のポリヌクレオチドが、上記(a)のポリヌクレオチドの転写制御領域に結合して該ポリヌクレオチドの転写を増強するタンパク質をコードし、該タンパク質は、上記抗生物質と結合した場合にのみ該転写制御領域に結合することができる、上記(1)に記載の発現ベクター。
(3)上記(a)のポリヌクレオチドの発現産物である上記融合タンパク質が、上記細胞内で、上記抗生物質と結合していないときに分解される、上記(1)または(2)に記載の発現ベクター。
(4)上記抗生物質が、テトラサイクリン系抗生物質である、上記(1)〜(3)のいずれかに記載の発現ベクター。
(5)上記テトラサイクリン系抗生物質が、テトラサイクリン、またはその誘導体であるドキシサイクリン、オキシテトラサイクリン、クロルテトラサイクリン、もしくは無水テトラサイクリンである、上記(4)に記載の発現ベクター。
(6)上記リプレッサータンパク質の変異体が、変異型TetRタンパク質である、上記(1)〜(5)のいずれかに記載の発現ベクター。
(7)上記変異型TetRタンパク質が、野生型TetRタンパク質のアミノ酸配列において、少なくとも1つのアミノ酸残基が置換されているアミノ酸配列を有する、上記(6)に記載の発現ベクター。
(8)上記アミノ酸残基の置換が、野生型TetRタンパク質のアミノ酸配列の95位のアスパラギン酸、101位のロイシン、および102位のグリシンのいずれか少なくとも2つの部位において存在する、上記(7)に記載の発現ベクター。
(9)上記目的のタンパク質が、蛍光タンパク質または発光タンパク質である、上記(1)〜(8)のいずれかに記載の発現ベクター。
(10)上記目的のタンパク質が、治療用タンパク質である、上記(1)〜(9)のいずれかに記載の発現ベクター。
(11)上記目的のタンパク質が、機能解析に供するためのタンパク質である、上記(1)〜(9)のいずれかに記載の発現ベクター。
(12)上記(1)〜(11)のいずれかに記載の発現ベクターで遺伝子導入された宿主細胞または宿主生物。
(13)上記(9)に記載の発現ベクターを含有する、細胞内または生体内イメージング用組成物。
(14)上記(10)に記載の発現ベクターを含有する、治療用組成物。
(15)上記(11)に記載の発現ベクターを含有する、タンパク質機能解析用組成物。
(16)テトラサイクリン系抗生物質と組み合わせて使用する、上記(13)〜(15)のいずれかに記載の組成物。
(17)上記テトラサイクリン系抗生物質が、テトラサイクリン、またはその誘導体であるドキシサイクリン、オキシテトラサイクリン、クロルテトラサイクリン、もしくは無水テトラサイクリンである、上記(16)に記載の組成物。
(18)上記(1)〜(11)のいずれかに記載の発現ベクター、上記(10)に記載の宿主細胞もしくは宿主生物、または上記(11)〜(15)のいずれかに記載の組成物を含む、キット。
(19)細胞内での目的のタンパク質の発現を転写レベルおよびタンパク質分解レベルで制御するためのタンパク質発現制御システムであって、
細胞、
上記細胞内に導入される上記(1)〜(11)のいずれかに記載の発現ベクター、および
上記細胞内に導入される抗生物質、
を含む、システム。
(20)細胞内での目的のタンパク質の発現を転写レベルおよびタンパク質分解レベルで制御するタンパク質発現制御システムであって、
(a)抗生物質に結合するリプレッサータンパク質の変異体と目的のタンパク質との融合タンパク質をコードするポリヌクレオチドを発現可能に含む第1の発現ベクター、および
(b)(a)のポリヌクレオチドの転写を制御するタンパク質をコードするポリヌクレオチドを発現可能に含む第2の発現ベクター、
を含み、
上記第1および第2の発現ベクターが導入された細胞内で、(a)のポリヌクレオチドの転写および(a)のポリヌクレオチドの発現産物である上記融合タンパク質の分解が、該細胞内での抗生物質の有無によって制御される、タンパク質発現制御システム。
(21)抗生物質によって、細胞内での目的のタンパク質の発現レベルを制御する方法であって、
上記(1)〜(11)のいずれかに記載の発現ベクターを細胞内に導入する工程、および
上記細胞内での抗生物質の濃度を調節することによって、上記目的のタンパク質の発現レベルを調節する工程
を含む、方法。
また、本発明の別の局面では、以下の目的遺伝子発現制御用組成物、キット、システム、および方法が提供される。
(22)目的遺伝子を組換え配列の間および/または下流に発現可能に含む発現ベクターを導入した細胞において、抗生物質の有無によって該細胞内での該目的遺伝子の発現を制御するための、部位特異的組換え酵素を利用した遺伝子発現制御組成物であって、
(a)抗生物質に結合するリプレッサータンパク質の変異体および組換え酵素との融合タンパク質をコードするポリヌクレオチドを発現可能に含む発現ベクター、ならびに
(b)(a)のポリヌクレオチドの転写を制御するためのタンパク質をコードするポリヌクレオチドを発現可能に含む発現ベクターを含む、組成物。
(23)上記組換え酵素が、
(a)Creリコンビナーゼ;
(b)FLPリコンビナーゼ;
(c)ファージphi(ファイ)13インテグラーゼ;
(d)ファージR4インテグラーゼ;
(e)ファージTP901−1インテグラーゼ;
(f)ファージλ(ラムダ)インテグラーゼ;
(g)ファージHK022インテグラーゼ;
(h)β(ベータ)リコンビナーゼ;
(i)Rリコンビナーゼ;
(j)γδ(ガンマデルタ)レソルバーゼ;
(k)Dreリコンビナーゼ;および
(l)ファイRv1インテグラーゼ
からなる群から選択される1以上のタンパク質である、上記(22)に記載の組成物。
(23a)上記組換え酵素が、
(a)Int;
(b)IHF;
(c)Xis;
(d)Fis;
(e)Hin;
(f)Gin;
(g)Cin;
(h)Th3レソルバーゼ;
(i)TndX;
(j)XerC;および
(k)XerD
からなる群から選択される1以上のタンパク質である、上記(22)に記載の組成物。
(24)上記組換え配列が、
(a)loxP;
(b)frt(Fkp recombination target);
(c)attB/attP;
(d)six;
(e)RS;
(f)res;
(g)rox;および
(h)組換えを起こす能力を保持した(a)、(b)、(c)、(d)、(e)、(f)、または(g)の組換え部位の変異体、改変体、および誘導体からなる群から選択される1以上の組換え配列を含む、上記(22)または(23)に記載の組成物。
(24a)上記組換え配列が、
(a)psi;
(b)dif;
(c)cer;
(d)frt;
(e)att;および
(f)組換えを起こす能力を保持した(a)、(b)、(c)、(d)、または(e)の組換え部位の変異体、改変体、および誘導体からなる群より選択される1以上の組換え配列を含む、上記(22)または(23a)に記載の組成物。
(25)上記組換え酵素がCreリコンビナーゼであり、上記組換え配列がloxP配列である、上記(22)〜(24)のいずれかに記載の組成物。
(26)上記目的遺伝子が、転写因子である、上記(22)〜(25)のいずれかに記載の組成物。
(26a)上記転写因子が、Oct3/4、Klf4、Sox2、またはc−Myc遺伝子のいずれかである、上記(26)に記載の組成物。
(27)上記(b)のポリヌクレオチドが、上記(a)のポリヌクレオチドの転写制御領域に結合して該ポリヌクレオチドの転写を増強するタンパク質をコードし、該タンパク質は、上記抗生物質と結合した場合にのみ該転写制御領域に結合することができる、上記(22)〜(26)のいずれかに記載の組成物。
(28)上記(a)のポリヌクレオチドの発現産物である上記融合タンパク質が、上記細胞内で、上記抗生物質と結合していないときに分解される、上記(22)〜(27)のいずれかに記載の組成物。
(29)上記抗生物質が、テトラサイクリン系抗生物質である、上記(22)〜(28)のいずれかに記載の組成物。
(30)上記テトラサイクリン系抗生物質が、テトラサイクリン、またはその誘導体であるドキシサイクリン、オキシテトラサイクリン、クロルテトラサイクリン、もしくは無水テトラサイクリンである、上記(29)に記載の組成物。
(31)上記リプレッサータンパク質の変異体が、テトラサイクリンリプレッサータンパク質の変異体である、上記(22)〜(30)のいずれかに記載の組成物。
(32)上記テトラサイクリンリプレッサータンパク質の変異体が、野生型テトラサイクリンリプレッサータンパク質のアミノ酸配列において、少なくとも1つのアミノ酸残基が置換されているアミノ酸配列を有する、上記(31)に記載の組成物。
(33)上記アミノ酸残基の置換が、野生型テトラサイクリンリプレッサータンパク質のアミノ酸配列の95位のアスパラギン酸、101位のロイシン、および102位のグリシンのいずれか少なくとも2つの部位において存在する、上記(32)に記載の組成物。
(34)目的遺伝子を組換え配列の間および/または下流に発現可能に含む発現ベクターを導入した細胞において、抗生物質の有無によって該細胞内での該目的遺伝子の発現を制御するための、部位特異的組換え酵素を利用した遺伝子発現制御キットであって、
(a)抗生物質に結合するリプレッサータンパク質の変異体および組換え酵素との融合タンパク質をコードするポリヌクレオチドを発現可能に含む発現ベクター、ならびに
(b)(a)のポリヌクレオチドの転写を制御するためのタンパク質をコードするポリヌクレオチドを発現可能に含む発現ベクターを含む、キット。
(35)上記組換え酵素が、
(a)Creリコンビナーゼ;
(b)FLPリコンビナーゼ;
(c)ファージphi(ファイ)13インテグラーゼ;
(d)ファージR4インテグラーゼ;
(e)ファージTP901−1インテグラーゼ;
(f)ファージλ(ラムダ)インテグラーゼ;
(g)ファージHK022インテグラーゼ;
(h)β(ベータ)リコンビナーゼ;
(i)Rリコンビナーゼ;
(j)γδ(ガンマデルタ)レソルバーゼ;
(k)Dreリコンビナーゼ;
(l)ファイRv1インテグラーゼ;
(m)Int;
(n)IHF;
(o)Xis;
(p)Fis;
(q)Hin;
(r)Gin;
(s)Cin;
(t)Th3レソルバーゼ;
(u)TndX;
(v)XerC;および
(w)XerD
からなる群から選択される1以上のタンパク質である、上記(34)に記載のキット。
(36)上記組換え配列が、
(a)loxP;
(b)frt;
(c)attB/attP;
(d)six;
(e)RS;
(f)res;
(g)rox;
(h)psi;
(i)dif;
(j)cer;および
(k)組換えを起こす能力を保持した(a)、(b)、(c)、(d)、(e)、(f)、(g)、(h)、(i)、または(j)の組換え配列の変異体、改変体、または誘導体からなる群から選択される1以上の組換え配列を含む、上記(34)または(35)に記載のキット。
(37)上記組換え酵素がCreリコンビナーゼであり、上記組換え配列がloxP配列である、上記(34)〜(36)のいずれかに記載のキット。
(38)上記目的遺伝子が、転写因子である、上記(34)〜(37)のいずれかに記載のキット。
(38a)上記転写因子が、Oct3/4、Klf4、Sox2、またはc−Myc遺伝子のいずれかである、上記(38)に記載のキット。
(39)抗生物質の有無によって細胞内での目的遺伝子の発現を制御するための、部位特異的組換え酵素を利用した遺伝子発現制御システムであって、
(a)細胞
(b)上記細胞内に導入される、抗生物質に結合するリプレッサータンパク質の変異体および組換え酵素との融合タンパク質をコードするポリヌクレオチドを発現可能に含む発現ベクター、
(c)上記細胞内に導入される、(b)のポリヌクレオチドの転写を制御するためのタンパク質をコードするポリヌクレオチドを発現可能に含む発現ベクター、
(d)上記細胞内に導入される、目的遺伝子を組換え配列の間および/または下流に発現可能に含む発現ベクター、ならびに
(e)上記細胞内に導入される抗生物質
を含み、
細胞内での(b)のポリヌクレオチドの転写および(b)のポリヌクレオチドの発現産物である上記融合タンパク質の分解が抗生物質の有無によって制御され、上記目的遺伝子の発現が上記融合タンパク質の発現量によって制御される、発現制御システム。
(40)上記組換え酵素が、
(a)Creリコンビナーゼ;
(b)FLPリコンビナーゼ;
(c)ファージphi(ファイ)13インテグラーゼ;
(d)ファージR4インテグラーゼ;
(e)ファージTP901−1インテグラーゼ;
(f)ファージλ(ラムダ)インテグラーゼ;
(g)ファージHK022インテグラーゼ;
(h)β(ベータ)リコンビナーゼ;
(i)Rリコンビナーゼ;
(j)γδ(ガンマデルタ)レソルバーゼ;
(k)Dreリコンビナーゼ;
(l)ファイRv1インテグラーゼ;
(m)Int;
(n)IHF;
(o)Xis;
(p)Fis;
(q)Hin;
(r)Gin;
(s)Cin;
(t)Th3レソルバーゼ;
(u)TndX;
(v)XerC;および
(w)XerD
からなる群から選択される1以上のタンパク質である、上記(39)に記載のシステム。
(41)上記組換え配列が、
(a)loxP;
(b)frt;
(c)attB/attP;
(d)six;
(e)RS;
(f)res;
(g)rox;
(h)psi;
(i)dif;
(j)cer;
および
(k)組換えを起こす能力を保持した(a)、(b)、(c)、(d)、(e)、(f)、(g)、(h)、(i)、(または(j)の組換え配列の変異体、改変体、または誘導体からなる群から選択される1以上の組換え配列を含む、上記(39)または(40)に記載のシステム。
(42)上記組換え酵素がCreリコンビナーゼであり、上記組換え配列がloxP配列である、上記(39)〜(41)のいずれかに記載のシステム。
(43)上記目的遺伝子が、転写因子である、上記(39)〜(42)のいずれかに記載のシステム。
(43a)上記転写因子が、Oct3/4、Klf4、Sox2、またはc−Myc遺伝子のいずれかである、上記(43)に記載のシステム。
(44)抗生物質の有無によって細胞内での目的遺伝子の発現を制御するための、部位特異的組換え酵素を利用した遺伝子発現制御方法であって、
(a)抗生物質に結合するリプレッサータンパク質の変異体および組換え酵素との融合タンパク質をコードするポリヌクレオチドを発現可能に含む発現ベクター、
(b)(a)のポリヌクレオチドの転写を制御するためのタンパク質をコードするポリヌクレオチドを発現可能に含む発現ベクター、ならびに
(c)目的遺伝子を組換え配列の間および/または下流に発現可能に含む発現ベクター
を、上記細胞内で抗生物質の存在下または非存在下で発現させる工程を含む、方法。
(45)上記組換え酵素が、
(a)Creリコンビナーゼ;
(b)FLPリコンビナーゼ;
(c)ファージphi(ファイ)13インテグラーゼ;
(d)ファージR4インテグラーゼ;
(e)ファージTP901−1インテグラーゼ;
(f)ファージλ(ラムダ)インテグラーゼ;
(g)ファージHK022インテグラーゼ;
(h)β(ベータ)リコンビナーゼ;
(i)Rリコンビナーゼ;
(j)γδ(ガンマデルタ)レソルバーゼ;
(k)Dreリコンビナーゼ;
(l)ファイRv1インテグラーゼ;
(m)Int;
(n)IHF;
(o)Xis;
(p)Fis;
(q)Hin;
(r)Gin;
(s)Cin;
(t)Th3レソルバーゼ;
(u)TndX;
(v)XerC;および
(w)XerD
からなる群から選択される1以上のタンパク質である、上記(44)に記載の方法。
(46)上記組換え配列が、
(a)loxP;
(b)frt;
(c)attB/attP;
(d)six;
(e)RS;
(f)res;
(g)rox;
(h)psi;
(i)dif;
(j)cer;
および
(m)組換えを起こす能力を保持した(a)、(b)、(c)、(d)、(e)、(f)、(g)、(h)、(i)、または(j)の組換え配列の変異体、改変体、または誘導体からなる群から選択される1以上の組換え配列を含む、上記(44)または(45)に記載の方法。
(47)上記組換え酵素がCreリコンビナーゼであり、上記組換え配列がloxP配列である、上記(44)〜(46)のいずれかに記載の方法。
(48)上記目的遺伝子が、転写因子である、上記(44)〜(47)のいずれかに記載の方法。
(48a)上記転写因子が、Oct3/4、Klf4、Sox2、またはc−Myc遺伝子のいずれかである、上記(48)に記載の方法。
本発明は、1つの実施形態において、抗生物質に結合するタンパク質の変異タンパク質およびそれに融合した目的のタンパク質を含む融合タンパク質を提供する。ここで、上記変異タンパク質は、細胞内で、上記抗生物質と結合していない場合は分解されるが、上記抗生物質と結合している場合には安定化され、上記融合タンパク質は、細胞内で、上記抗生物質と結合していない場合は分解されるが、上記抗生物質と結合している場合には安定化される。より具体的には、本発明は、大腸菌由来テトラサイクリンリプレッサータンパク質(TetRタンパク質)に点変異を導入した変異タンパク質を提供する。より詳細には、TetRタンパク質に点変異を導入した変異タンパク質とそれに融合した目的のタンパク質を含む融合タンパク質が提供される。
本発明の別の局面では、抗生物質の有無によって細胞内での目的遺伝子の発現を制御するための、部位特異的組換え酵素を利用した目的遺伝子の発現制御システム、組成物、キット、および方法が提供される。
(a)抗生物質に結合するリプレッサータンパク質の変異体および組換え酵素との融合タンパク質をコードするポリヌクレオチドを発現可能に含む発現ベクター、ならびに
(b)(a)のポリヌクレオチドの転写を制御するためのタンパク質をコードするポリヌクレオチドを発現可能に含む発現ベクターを含む。ここで、細胞内での(a)のポリヌクレオチドの転写および(a)のポリヌクレオチドの発現産物である前記融合タンパク質の分解は抗生物質の有無によって制御される。また、目的遺伝子の発現は、上記融合タンパク質の発現量によって制御される。
(a)細胞
(b)前記細胞内に導入される、抗生物質に結合するリプレッサータンパク質の変異体および組換え酵素との融合タンパク質をコードするポリヌクレオチドを発現可能に含む発現ベクター、
(c)前記細胞内に導入される、(b)のポリヌクレオチドの転写を制御するためのタンパク質をコードするポリヌクレオチドを発現可能に含む発現ベクター、
(d)前記細胞内に導入される、目的遺伝子を組換え配列の間および/または下流に発現可能に含む発現ベクター、ならびに
(e)前記細胞内に導入される抗生物質
を含み、細胞内での(b)のポリヌクレオチドの転写および(b)のポリヌクレオチドの発現産物である前記融合タンパク質の分解は抗生物質の有無によって制御され、上記目的遺伝子の発現は上記融合タンパク質の発現量によって制御される。
(a)抗生物質に結合するリプレッサータンパク質の変異体および組換え酵素との融合タンパク質をコードするポリヌクレオチドを発現可能に含む発現ベクター、
(b)(a)のポリヌクレオチドの転写を制御するためのタンパク質をコードするポリヌクレオチドを発現可能に含む発現ベクター、ならびに
(c)目的遺伝子を組換え配列の間および/または下流に発現可能に含む発現ベクター
を、前記細胞内で抗生物質の存在下または非存在下で発現させる工程を含む。ここで、細胞内での(a)のポリヌクレオチドの転写および(a)のポリヌクレオチドの発現産物である前記融合タンパク質の分解は、抗生物質の有無によって制御される。また、目的遺伝子の発現は、上記融合タンパク質の発現量によって制御される。
本発明は、別の実施形態において、本発明の融合タンパク質をコードするポリヌクレオチドを提供する。さらに、本発明は、本発明の融合タンパク質をコードするポリヌクレオチドを含有する発現ベクターを提供する。好ましくは、本発明の発現ベクターは、以下の(a)〜(c)の構成要素を含む発現カセットを含む:
(a)宿主細胞内で転写可能なプロモーター
(b)該プロモーターに結合した、本発明の融合タンパク質をコードするポリヌクレオチド;及び
(c)RNA分子の転写終結およびポリアデニル化に関し、宿主細胞で機能するシグナル。
(1)EBVレプリコンユニット
CMVプロモーター、EBNA−1 cDNA、およびoriP(EBNA−1タンパク質が結合して、ヒト細胞中でベクターの複製を行う領域)を含む。
(2)目的タンパク質発現ユニット
TREプロモーター(独自に改変)、hTetR、MCS、RNA不安定化配列、およびSV40polyAを含む。
(3)転写制御のための人工転写因子発現ユニット
SRαプロモーター、人工転写因子rtTA、およびSV40 polyAを含む。
(4)シャトルベクター機能ユニット
ampプロモーター(図に記載なし)、SV40プロモーター、薬剤体制遺伝子Kan/Neo、チミジンキナーゼpolyA(図に記載なし)、およびpUCori(大腸菌内での複製)を含む。
・発現誘導時に、なるべく高い発現を確保したい場合にはhTetRを用いる。
・非発現誘導時の抑制を最も厳密に(低く)したい場合にはeTetRを用いる。
これは、大腸菌由来のもの(eTetR)をヒト細胞中で使用すると、ヒト細胞中では頻度の低いコドンが使われているために塩基配列をアミノ酸に翻訳する際に、一般的にタンパク質の合成が遅くなり発現レベルが低くなるという傾向があるためである。ヒト細胞中では、ヒト由来のTetR(hTetR)を用いると、翻訳効率が上がり発現レベルを高めることができる。このように目的に合わせた使い分けにより、より望ましい発現調節系を実現しやすくなる。
本発明はさらに別の実施形態において、本発明の融合タンパク質を含有する組成物、本発明の融合タンパク質をコードするポリヌクレオチドを含有する組成物、本発明の融合タンパク質をコードするポリヌクレオチドを含有する発現ベクターを含有する組成物、ならびに本発明の融合タンパク質をコードするポリヌクレオチドおよび該ポリヌクレオチドの発現を制御するためのポリヌクレオチドを含有する発現ベクターを含有する組成物を提供する。これらの本発明の組成物は、上記融合タンパク質に結合する抗生物質と組み合わせて用いられる。例えば、上記融合タンパク質がテトラサイクリン系抗生物質のリプレッサータンパク質の変異型を含む場合、本発明の組成物は、テトラサイクリン系抗生物質(テトラサイクリンおよびその誘導体であるドキシサイクリン、オキシテトラサイクリン、クロルテトラサイクリン、または無水テトラサイクリン)と組み合わせて用いられる。
本発明はまた、1つの実施形態において、本発明の融合タンパク質を含有するキット、本発明の融合タンパク質をコードするポリヌクレオチドを含有するキット、本発明の融合タンパク質をコードするポリヌクレオチドを含有する発現ベクターを含有するキット、ならびに本発明の融合タンパク質をコードするポリヌクレオチドおよび該ポリヌクレオチドの発現を制御するためのポリヌクレオチドを含有する発現ベクターを含有するキットを提供する。また、本発明は、上記4.で説明した本発明の組成物を含むキットを提供する。
本発明はまた、1つの実施形態において、細胞内に導入可能な抗生物質(例えば、テトラサイクリン系抗生物質)によってタンパク質の分解を制御する方法を提供する。この方法は、以下の(A)または(B)のいずれかの工程を包含する。
(A)上記抗生物質に結合するタンパク質の変異タンパク質およびそれに融合した目的のタンパク質を含む融合タンパク質をコードするポリヌクレオチドを、上記抗生物質の存在下または非存在下で、細胞内または生体内で発現させる工程、
(B)上記抗生物質に結合するタンパク質の変異タンパク質およびそれに融合した目的のタンパク質を含む融合タンパク質を、上記抗生物質の存在下または非存在下で、細胞内または生体内で使用する工程。
(A)変異型TetRタンパク質およびそれに融合した目的のタンパク質を含む融合タンパク質をコードするポリヌクレオチドを、テトラサイクリン系抗生物質の存在下または非存在下で、細胞内または生体内で発現させる工程、
(B)変異型TetRタンパク質およびそれに融合した目的のタンパク質を含む融合タンパク質を、テトラサイクリン系抗生物質の存在下または非存在下で、細胞内または生体内で使用する工程。
(C)上記抗生物質に結合するタンパク質の変異タンパク質およびそれに融合した目的のタンパク質を含む融合タンパク質をコードするポリヌクレオチド、ならびに該ポリヌクレオチドの転写を制御するためのポリヌクレオチドを発現可能に含有する発現ベクターを用いて、上記融合タンパク質をコードするポリヌクレオチドを、上記抗生物質の存在下または非存在下で、細胞内または生体内で発現させる工程。
野生型TetR−EGFPおよび変異TetR−EGFPの調製および安定性の検証
1.材料および方法
A.cDNAの調製
(手順)
導入するべきアミノ酸置換を含むアミノ酸配列をコードするオリゴヌクレオチドを合成し、これを用いてPCR反応によって、変異を含んだDNA断片を調製した。これを野生型タンパク質をコードするDNAの当該部位と入れ替えることにより、上記変異を導入した。
(手順)
TetR遺伝子の終止コドンのかわりに他のアミノ酸をコードするように置換した塩基配列とその下流に制限酵素によって認識され切断される配列を有するオリゴDNAを合成し、これを用いてPCR反応を行い終止コドンを持たないTetRをコードするDNA断片を調製し、これを野生型遺伝子をコードするDNAの当該部位と置換した。次に制限酵素にて切断し、EGFPをコードするDNA断片の上流側とタンパク質合成の翻訳の読み枠が合うように連結した(図1A)。
上記のように作製したcDNAを、本発明者および共同研究者らが開発した、ヒト細胞中で安定に複製・維持される遺伝子発現ベクター「pEB6CAG」に組み込んだ。構築した発現ベクターDNAは、市販のDNA精製キットを用いて大腸菌から大量調製した。
このDNAを市販のリポフェクション試薬を用いてヒト細胞株HEp−2に導入し、4日間1.5mg/mlG418存在下で培養し、DNAが導入された細胞だけを選択した。細胞をトリプシン処理して回収し、フローサイトメーター(BD社FACSCalibur)で蛍光陽性細胞率や個々の細胞の蛍光強度を解析した。
A.フローサイトメーターによる蛍光強度の測定
図1B〜Dは、野生型TetR−EGFPおよび変異TetR−EGFPの安定性をフローサイトメーターを用いて試験した結果を示すグラフである。
B.倒立顕微鏡による観察
ドキシサイクリンの濃度と蛍光強度の相関を解析するために、様々な濃度のドキシサイクリンを添加した状態での蛍光強度をフローサイトメーターで解析した。図3は、その結果を示す。示されるように、0.05μg/ml以上の濃度で蛍光の増強が見られはじめ、1.5μg/mlの濃度のときに最大の蛍光強度になった。
ドキシサイクリン添加後に時間変化を解析するために、1.5μg/mlのドキシサイクリン添加後8時間ごとに蛍光強度を測定した。図4Aは、その結果を示す。示されるように、EGFPを単純に発現するだけのベクターをトランスフェクションした細胞と比較したところ、変異型TetR−EGFPを発現するベクターをトランスフェクションした細胞は、初めの8時間に急激な蛍光増強を示し、24時間後には蛍光はほぼ平衡に達していた(図4A)。逆にドキシサイクリン除去後の時間経過を観察するために、1.5μg/mlのドキシサイクリンで4日処理した後、ドキシサイクリンを含まないMEM培地に交換し8時間ごとの蛍光強度を測定した。その結果を図4Bに示す。示されるように、半減期は8時間であり24時間後にはほぼ完全に蛍光が消失した(図4B)。
本発明のタンパク質分解制御システムのインビボでの性能の評価
1.トラスジェニックマウスにおける評価
このタンパク質分解制御システムを使って、生きたままの動物個体中でのドキシサイクリンの挙動を蛍光として検出可能かどうかを解析するために、トランスジェニックマウスを作成した。
他の動物種においても同様な分解制御が起こるかどうかを確認するために、R28Q、D95N、L101S、G102Dの変異を導入したTetR−EGFPをコードするmRNAを、市販のキットによって合成しゼブラフィッシュの受精卵にインジェクションを行った。
本発明の遺伝子発現調節および/またはタンパク質分解調節システムを用いて発現されるタンパク質の定量分析(その1)
A.遺伝子発現ベクターの作製
cDNAを、恒常的遺伝子発現ベクター「pEB6CAG」または本発明者が特表2003−515314(その全体が本明細書中に参考として援用される)の方法を応用して開発したドキシサイクリンにより転写での調節発現が可能なベクター「pOSTet15」に組み込んだ。発現させるcDNAは、単純な蛍光タンパク質EGFP、またはドキシサイクリンによって分解制御が可能なeTetREGFPまたはhTetREGFPを組み込んだ。これにより次の6通りのベクターを構築した。1)全く制御なしに恒常的に発現する「pEB6CAG−EGFP」、2)転写レベルでのみ制御が可能な「pOSTet15−EGFP」、3)タンパク質分解レベルでのみ制御が可能な「pEB6CAG−eTetREGFP」「pEB6CAG−hTetREGFP」、4)転写レベル、タンパク質分解レベルで2重制御が可能な「pOSTet15−eTetREGFP」「pOSTet15−hTetREGFP」。構築した発現ベクターDNAは、市販のDNA精製キットを用いて大腸菌から大量調製した。
このDNAを市販のリポフェクション試薬を用いてヒト細胞株HEp−2に導入し、4日間1.5mg/mlG418存在下で培養し、DNAが導入された細胞だけを選択した。この細胞をフローサイトメーターにかけ、1つ1つの細胞のEGFPによる蛍光強度を測定し、その平均蛍光強度を求めた。
図8に示すように、転写またはタンパク質分解のいずれの制御もかけない場合には、ドキシサイクリンの有無にかかわらず、強い蛍光が検出された。転写のみ、または分解のみで発現制御をかけた場合には、ドキシサイクリンを添加しない場合の蛍光強度が減弱し、一定の制御の効果がみられるものの、やはりかなりの細胞において蛍光が検出された。これは、単独の制御では発現抑制が不十分であることを意味する。
本発明の遺伝子発現調節および/またはタンパク質分解調節システムを用いて発現されるタンパク質の定量分析(その2)
ヒト細胞に対して強い毒性を示すジフテリア由来の毒素タンパク質ジフテリアトキシンA(DTA)遺伝子を緑色蛍光タンパク質(EGFP)と融合させたDTA−EGFPおよびこれをさらに変異TetRと融合させたeTetR−DTA−EGFPおよびhTetR−DTA−EGFPをコードするcDNAを作製し、遺伝子の転写を制御する実験を行った。手順は、以下の通りである。
A.TetR−DTA−EGFPの作製
既存のpMC1 DT−3ベクターから制限酵素BamHI−DraIで切り出して、DTAをコードするcDNA断片を調製した。これを上記、変異TetR−EGFP遺伝子のTetR部分を制限酵素BglII−SmaIで切除したものに挿入してDTA−EGFPをコードするcDNAを作製した。またTetR−EGFP遺伝子のTetRとEGFPの間に制限酵素BamHIを用いてDTAをコードするcDNA断片を挿入することによって、eTetR−DTA−EGFPおよびhTetR−DTA−EGFPを作製した。
上記のように作製したcDNAを、恒常的遺伝子発現ベクター「pEB6CAG」または本発明者が特許公開2003−515314の方法を応用して開発したドキシサイクリンにより調節発現が可能なベクター「pOSTet15」に組み込んだ。これにより次の6通りのベクターを構築した。1)転写レベル、タンパク質分解レベルで2重制御が可能な「pOSTet15−eTetRDTAEGFP」「pOSTet15−hTetRDTAEGFP」、2)転写レベルでのみ制御が可能な「pOSTet15−DTAEGFP」、3)タンパク質分解レベルでのみ制御が可能な「pEB6CAG−eTetRDTAEGFP」「pEB6CAG−hTetRDTAEGFP」、4)まったく制御なしに恒常的に発現する「pEB6CAG−DTAEGFP」。これらに加えて、比較実験のためにDTAを有さず細胞毒性を示さない「pOSTet15−eTetREGFP」「pOSTet15−hTetREGFP」も作成した。構築した発現ベクターDNAは、市販のDNA精製キットを用いて大腸菌から大量調製した。
このDNAを市販のリポフェクション試薬を用いてヒト細胞株HEp−2に導入し、4日間1.5mg/mlG418存在下で培養し、DNAが導入された細胞だけを選択した。このとき生き残った細胞数を計測した。また遺伝子導入の確認のためEGFPの蛍光観察を行った。
図9に示すように、転写またはタンパク質分解のいずれかのみで制御をかけた場合には、発現制御が無い場合と同じく、ドキシサイクリンを添加せず発現が抑制されている場合でもほぼ全ての細胞が死滅した。これは、単独の制御では発現抑制が不十分であり、低いレベルでの発現の漏れであってもDTAの高い毒性のために細胞が死滅したことを意味する。
本発明の遺伝子発現調節およびタンパク質分解調節を含む二重制御システムによる目的遺伝子の発現調節
A.遺伝子発現ベクターの作製
λファージのCreタンパク質を発現制御するためのベクターとして、タンパク質分解のみによる制御、転写のみによる制御、および二重制御の3種類のベクターを構築した。またその際、実施例3および4においてTetRのコドンを変更したhTetRを用いたのと同様に、通常の塩基配列のcre遺伝子と、哺乳動物細胞中で翻訳効率を高くするためにアミノ酸配列はそのままでコドンの種類を変更して塩基配列のみを改変したhCre(配列番号3)を比較したところ、hCreのほうが全体に組換え効率が高くなることを確認したため、本実施例ではhCreを用いた。hCrecDNAを、ドキシサイクリンによって分解制御が可能なTetRhCreにして、上述の恒常的遺伝子発現ベクター「pEB6CAG」に組み込んだ、分解のみによって制御する「pEB6CAG−TetRhCre」、「pOSTet15」にhCrecDNAを組み込んで転写のみによって制御できる「pOSTet15−hCre」、「pOSTet15」にTetRhCreを組み込んで二重制御が可能な「pOSTet15−TetRhCre」の3種類のベクターを構築した。これに加えて、Creタンパク質によるDNA組換え効果を確認するためのモニターベクターとして、黄色蛍光タンパク質Venusが、loxP配列によって挟まれその下流に赤色蛍光タンパク質DsRed1を配置した組換えレポーターベクター、「pEB6CAG−Venus−lox−R1−SRZ」(図10)も作成した。これを上記のCre制御ベクターのいずれかと同時に細胞に導入することにより、Creの発現が見られない細胞は黄色の蛍光を発するが、CreによるloxP間での組換えが起こると、VenuscDNAが排除されDsRed1の発現が開始されるために、赤色蛍光を発するようになる。この蛍光波長の変化から、Creの発現効果を簡便に検出することができる(図10)。
このDNAを市販のリポフェクション試薬を用いてヒト細胞株HEp−2に導入し、4日間1.5mg/mlG418および0.1mg/ml zeocin存在下で培養し、2種類のDNAが導入された細胞だけを選択した。フローサイトメーターによって黄色と赤の2波長の蛍光を測定した。
図11に示すように、ドキシサイクリン非添加時には、ほとんどの細胞が黄色の蛍光のみを示し、赤い蛍光も同時に示す細胞は5%程度であった。一方、1μg/mlのドキシサイクリンを添加した場合には、60%の細胞が赤い蛍光のみを示し、黄色と赤の両方を示す細胞と合わせて70%以上の細胞で、赤い蛍光が検出されCreによるレポーターベクターの組換えが観察された。また黄色の蛍光しか発しない細胞でも、その蛍光強度は大きく減弱しており、DsRed1は正しく発現していないものの、組換えそのものは起こっていることが示唆された。
二重制御系と、タンパク質分解制御系または転写制御系との間の制御効率の比較
次に、タンパク質分解制御のみ、および転写制御のみでCreタンパク質の発現調節を行う場合と本発明の二重制御系との性能の比較を行った。2つのベクターを導入後、1)まったくドキシサイクリンを添加せずに6日培養したもの、2)1日だけ1.0μg/mlのドキシサイクリンを添加し、その後ドキシサイクリンを除去して5日培養したもの、3)3日間1.0μg/mlのドキシサイクリンを添加し、その後ドキシサイクリンを除去して3日培養したもの、の3通りの実験を実施した。
Tet二重制御系の抗生物質濃度依存性の検証
次に、ドキシサイクリンの濃度が組換え効率に及ぼす影響について解析を行った。上記のCre二重制御用ベクターと組換えレポーターベクターの2種類を細胞に導入し、薬剤選択の後、0.001μg/mlから1.0μg/mlまで4段階の濃度のドキシサイクリンを1日または3日間細胞に処理し、組換え効率について検討した。
二重制御システムによるCre遺伝子の発現制御について、制御の厳密さを増す方法
A.遺伝子発現ベクターの作製
実施例5において作成した「pOSTet15」にTetRhCreを組み込んで二重制御が可能な「pOSTet15TetRhCre」のベクターにおいて、TetRとhCreの融合タンパク質によるDNA組換えをより厳密に制御する方法として、融合タンパク質の細胞内局在を変化させる方法を試みた。すなわち、A)もともとのTetRhCre融合タンパク質の他に、B)N末に核移行シグナル(NLS)を付加したもの、C)C末に核外移行配列(NES)を付加したもの、D)N末にNLS、C末にNESの両方を配置したもの、を新たに作成した。これらを実施例5と同様に細胞へ導入し組換え効率について解析した。
これらを実施例5と同様に細胞へ導入し組換え効率について解析した。
図19AとBに示すように、一般的によく用いられているNLSを付加して核内への運び込みを促進したCreを用いると、ドキシサイクリン非添加時の非組換え細胞の割合が8割から7割に減ってしまい、しかもドキシサイクリンを添加した際の組換え効率も何も付加しないものと差がないため、発現制御の厳密さがよけいに損なわれることが明らかとなった。一方、図19Cに示すように、NESを付加して核から排出される速度をあげると、ドキシサイクリン非添加時であるにもかかわらず組換えを起こしてしまう細胞は14%から7%へと半減し厳密さが増していることがわかった。またドキシサイクリン添加による組換えの誘導効率もやや低下してしまったが、処理時間を3日に延長することである程度改善できることが示された。図19Dに示すように、NLSとNESの両方を付加すると、ドキシサイクリン非添加時の制御も向上せず、添加時の組換え公立は大幅に低下し望ましい性能を発揮しなかった。以上のことより、Creタンパク質の発現制御をより厳密に行いたい場合には、NESを付加することが有効であることが示された。
Claims (20)
- 目的遺伝子を組換え配列の間および/または下流に発現可能に含む発現ベクターを導入した細胞においてテトラサイクリン系抗生物質の有無によって該細胞内での該目的遺伝子の発現を転写レベルおよびタンパク質レベルで制御するための遺伝子発現制御組成物であって、
(a)前記抗生物質に結合するリプレッサータンパク質の変異体と組換え酵素との融合タンパク質であって、前記組換え配列部位での組換えを仲介し、前記抗生物質の非存在下では前記細胞内で分解される融合タンパク質をコードするポリヌクレオチドであって、前記変異体が、配列番号2の野生型テトラサイクリンリプレッサータンパク質のアミノ酸配列における95位のアスパラギン酸のアスパラギンによる置換、101位のロイシンのセリンによる置換、および102位のグリシンのアスパラギン酸による置換のうちの少なくとも2つの変異を有する、ポリヌクレオチド、および
(b)(a)のポリヌクレオチドの転写制御領域に結合し、該ポリヌクレオチドの転写を増強するタンパク質であって、前記抗生物質の非存在下では前記転写制御領域に結合しないタンパク質をコードするポリヌクレオチド
を発現可能に含む発現ベクターを含む、組成物。 - 前記組換え酵素が、
(a)Creリコンビナーゼ;
(b)FLPリコンビナーゼ;
(c)ファージphi(ファイ)13インテグラーゼ;
(d)ファージR4インテグラーゼ;
(e)ファージTP901-1インテグラーゼ;
(f)ファージλ(ラムダ)インテグラーゼ;
(g)ファージHK022インテグラーゼ;
(h)β(ベータ)リコンビナーゼ;
(i)Rリコンビナーゼ;
(j)γδ(ガンマデルタ)レソルバーゼ;
(k)Dreリコンビナーゼ;
(l)ファイRv1インテグラーゼ;
(m)Int;
(n)IHF;
(o)Xis;
(p)Fis;
(q)Hin;
(r)Gin;
(s)Cin;
(t)Th3レソルバーゼ;
(u)TndX;
(v)XerC;および
(w)XerD
からなる群から選択される1以上のタンパク質である、請求項1に記載の組成物。 - 前記組換え配列が、
(a)loxP;
(b)frt;
(c)attB/attP;
(d)six;
(e)RS;
(f)res;
(g)rox;
(h)psi;
(i)dif;
(j)cer;および
(k)組換えを起こす能力を保持した(a)、(b)、(c)、(d)、(e)、(f)、(g)、(h)、(i)、または(j)の組換え配列の変異体、改変体、または誘導体からなる群より選択される1以上の組換え配列を含む、請求項1または2に記載の組成物。 - 前記組換え酵素がCreリコンビナーゼであり、前記組換え配列がloxP配列である、請求項1〜3のいずれかに記載の組成物。
- 前記目的遺伝子が、転写因子である、請求項1〜4のいずれかに記載の組成物。
- 前記転写因子が、Oct3/4、Klf4、Sox2、またはc-Myc遺伝子のいずれかである、請求項5に記載の組成物。
- 前記(b)のポリヌクレオチドが、前記(a)のポリヌクレオチドの転写制御領域に結合して該ポリヌクレオチドの転写を増強するタンパク質をコードし、該タンパク質は、前記抗生物質と結合した場合にのみ該転写制御領域に結合することができる、請求項1〜6のいずれかに記載の組成物。
- 前記テトラサイクリン系抗生物質が、テトラサイクリン、またはその誘導体であるドキシサイクリン、オキシテトラサイクリン、クロルテトラサイクリン、もしくは無水テトラサイクリンである、請求項1〜7のいずれかに記載の組成物。
- 前記リプレッサータンパク質の変異体が、テトラサイクリンリプレッサータンパク質の変異体である、請求項1〜8のいずれかに記載の組成物。
- 前記テトラサイクリンリプレッサータンパク質の変異体が、野生型テトラサイクリンリプレッサータンパク質のアミノ酸配列において、少なくとも1つのアミノ酸残基が置換されているアミノ酸配列を有する、請求項9に記載の組成物。
- 前記アミノ酸残基の置換が、野生型テトラサイクリンリプレッサータンパク質のアミノ酸配列の95位のアスパラギン酸、101位のロイシン、および102位のグリシンのいずれか少なくとも2つの部位において存在する、請求項10に記載の組成物。
- インビトロまたはトランスジェニック非ヒト動物においてテトラサイクリン系抗生物質の有無によって細胞内での目的遺伝子の発現を制御するための遺伝子発現制御方法であって、
(a)(a1)前記抗生物質に結合するリプレッサータンパク質の変異体と組換え酵素との融合タンパク質であって、前記組換え配列部位での組換えを仲介し、前記抗生物質の非存在下では前記細胞内で分解される融合タンパク質をコードするポリヌクレオチドであって、前記変異体が、配列番号2の野生型テトラサイクリンリプレッサータンパク質のアミノ酸配列における95位のアスパラギン酸のアスパラギンによる置換、101位のロイシンのセリンによる置換、および102位のグリシンのアスパラギン酸による置換のうちの少なくとも2つの変異を有する、ポリヌクレオチド、および
(a2)(a1)のポリヌクレオチドの転写制御領域に結合し、該ポリヌクレオチドの転写を増強するタンパク質であって、前記抗生物質の非存在下では前記転写制御領域に結合しないタンパク質をコードするポリヌクレオチド
を発現可能に含む発現ベクター、ならびに
(b)目的遺伝子を組換え配列の間および/または下流に発現可能に含む発現ベクター
を、前記細胞内で前記抗生物質の存在下または非存在下で発現させる工程を含む、方法。 - 前記組換え酵素が、
(a)Creリコンビナーゼ;
(b)FLPリコンビナーゼ;
(c)ファージphi(ファイ)13インテグラーゼ;
(d)ファージR4インテグラーゼ;
(e)ファージTP901-1インテグラーゼ;
(f)ファージλ(ラムダ)インテグラーゼ;
(g)ファージHK022インテグラーゼ;
(h)β(ベータ)リコンビナーゼ;
(i)Rリコンビナーゼ;
(j)γδ(ガンマデルタ)レソルバーゼ;
(k)Dreリコンビナーゼ;
(l)ファイRv1インテグラーゼ
(m)Int;
(n)IHF;
(o)Xis;
(p)Fis;
(q)Hin;
(r)Gin;
(s)Cin;
(t)Th3レソルバーゼ;
(u)TndX;
(v)XerC;および
(w)XerD
からなる群から選択される1以上のタンパク質である、請求項12に記載の方法。 - 前記組換え配列が、
(a)loxP;
(b)frt;
(c)attB/attP;
(d)six;
(e)RS;
(f)res;
(g)rox;
(h)psi;
(i)dif;
(j)cer;および
(k)組換えを起こす能力を保持した(a)、(b)、(c)、(d)、(e)、(f)、(g)、(h)、(i)、または(j)の組換え配列の変異体、改変体、または誘導体からなる群から選択される1以上の組換え配列を含む、請求項12または13に記載の方法。 - 前記組換え酵素がCreリコンビナーゼであり、前記組換え配列がloxP配列である、請求項12〜14のいずれかに記載の方法。
- 前記目的遺伝子が、c-Myc遺伝子である、請求項12〜15のいずれかに記載の方法。
- 前記発現ベクターが、(a)の融合タンパク質のアミノ酸配列のC末端側に核外移行配列を付加してなるポリペプチドをコードするポリヌクレオチド含む、請求項1〜9のいずれかに記載の組成物。
- 前記(a)の発現ベクターが、(a1)の融合タンパク質のアミノ酸配列のC末端側に核外移行配列を付加してなるポリペプチドをコードするポリヌクレオチド含む、請求項12〜16のいずれかに記載の方法。
- 目的遺伝子を組換え配列の間および/または下流に発現可能に含む発現ベクターを導入した細胞においてテトラサイクリン系抗生物質の有無によって該細胞内での該目的遺伝子の発現を転写レベルおよびタンパク質レベルで制御するための遺伝子発現制御組成物であって、
(a)前記抗生物質に結合するリプレッサータンパク質の変異体と組換え酵素との融合タンパク質であって、前記組換え配列部位での組換えを仲介し、前記抗生物質の非存在下では前記細胞内で分解される融合タンパク質をコードするポリヌクレオチドを発現可能に含む発現ベクターであって、前記変異体が、配列番号2の野生型テトラサイクリンリプレッサータンパク質のアミノ酸配列における95位のアスパラギン酸のアスパラギンによる置換、101位のロイシンのセリンによる置換、および102位のグリシンのアスパラギン酸による置換のうちの少なくとも2つの変異を有する、発現ベクター、および
(b)(a)のポリヌクレオチドの転写制御領域に結合し、該ポリヌクレオチドの転写を増強するタンパク質であって、前記抗生物質の非存在下では前記転写制御領域に結合しないタンパク質をコードするポリヌクレオチドを発現可能に含む発現ベクター
を含む、組成物。 - インビトロまたはトランスジェニック非ヒト動物においてテトラサイクリン系抗生物質の有無によって細胞内での目的遺伝子の発現を制御するための遺伝子発現制御方法であって、
(a)前記抗生物質に結合するリプレッサータンパク質の変異体と組換え酵素との融合タンパク質であって、前記組換え配列部位での組換えを仲介し、前記抗生物質の非存在下では前記細胞内で分解される融合タンパク質をコードするポリヌクレオチドを発現可能に含む発現ベクターであって、前記変異体が、配列番号2の野生型テトラサイクリンリプレッサータンパク質のアミノ酸配列における95位のアスパラギン酸のアスパラギンによる置換、101位のロイシンのセリンによる置換、および102位のグリシンのアスパラギン酸による置換のうちの少なくとも2つの変異を有する、発現ベクター、
(b)(a)のポリヌクレオチドの転写制御領域に結合し、該ポリヌクレオチドの転写を増強するタンパク質であって、前記抗生物質の非存在下では前記転写制御領域に結合しないタンパク質をコードするポリヌクレオチドを発現可能に含む発現ベクター、ならびに
(c)目的遺伝子を組換え配列の間および/または下流に発現可能に含む発現ベクター
を、前記細胞内でテトラサイクリン系抗生物質の存在下または非存在下で発現させる工程を含む、方法。
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