JP5692677B2 - Non-human knockout animal, its use and production method - Google Patents

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本発明は、非ヒトノックアウト動物、並びにその用途およびその作製方法に関する。より詳細には、本発明は、脈管形成および/または血管新生に関連した疾患および/または症状の治療および/または予防するための手段の開発における、非ヒトノックアウト動物の利用に関する。   The present invention relates to a non-human knockout animal, its use, and its production method. More particularly, the invention relates to the use of non-human knockout animals in the development of means for the treatment and / or prevention of diseases and / or symptoms associated with angiogenesis and / or angiogenesis.

ヒトを含む哺乳類の血管は胎生期に形成される。哺乳類における血管形成は、未分化な内皮前駆細胞の発生とその分化、管腔形成、そして原始的な血管叢の形成をいう脈管形成(vasculogenesis)の過程に始まる。この脈管形成の後、血管壁への壁細胞(周皮細胞、血管平滑筋細胞)の動員による血管構造の安定化、血管の融合、発芽型血管新生等の原始血管の再構築からなる血管新生(angiogenesis)過程を経て、全身に血管網が張り巡らされていく。   Mammalian blood vessels, including humans, are formed during the embryonic period. Angiogenesis in mammals begins with the process of vasculogenesis, which refers to the development and differentiation of undifferentiated endothelial progenitor cells, tube formation, and the formation of primitive vascular plexus. After this angiogenesis, blood vessels consisting of the reconstruction of primitive blood vessels such as stabilization of blood vessel structure, fusion of blood vessels, and sprouting-type neovascularization by mobilization of wall cells (pericytes, vascular smooth muscle cells) to the blood vessel wall A vascular network is stretched throughout the body through an angiogenesis process.

この血管形成の過程において、ホスファチジルイノシトール3−キナーゼ(Phosphatidylinositol3−kinase;PI3K)ファミリーは極めて重要な役割を果たしている。現在、哺乳類においては、PI3Kについて3つのクラス(I、II、III)、および8つのアイソフォームの存在が知られており、これらのPI3Kによる生成物であるPI(3)P、PI(3,4)P、PI(3,4,5)Pを介して多岐にわたる生理作用を発揮する。近年、PI3Kと癌や糖尿病といった疾患との関係が注目され、とりわけクラスI型PI3K酵素の生理機能について精力的に研究が進められている。例えば、血管形成において、クラスI型PI3K、特にp110αおよびp110βは血管内皮細胞増殖因子(VEGF)刺激に伴い、PI(4,5)Pを基質としてPI(3,4,5)Pを細胞膜上で産生し、下流のリン酸化酵素プロテインキナーゼB(Akt)を介して内皮細胞の増殖、生存、分化の制御を担っている(例えば、非特許文献1を参照)。 In this angiogenesis process, the phosphatidylinositol 3-kinase (PI3K) family plays an extremely important role. Currently, in mammals, there are three known classes of PI3K (I, II, III), and eight isoforms, and these PI3K products, PI (3) P, PI (3, 4) Exhibits a variety of physiological actions via P 2 and PI (3,4,5) P 3 . In recent years, the relationship between PI3K and diseases such as cancer and diabetes has attracted attention, and in particular, vigorous research has been conducted on the physiological function of class I PI3K enzymes. For example, in angioplasty, Class I type PI3K, especially p110α and p110β is due to vascular endothelial growth factor (VEGF) stimulation, PI (4,5) PI to P 2 as substrates (3,4,5) P 3 It is produced on the cell membrane and is responsible for the control of proliferation, survival, and differentiation of endothelial cells via the downstream phosphorylase protein kinase B (Akt) (see, for example, Non-Patent Document 1).

一方、これまでまったくと言ってよいほど機能が分からないままであったクラスII型PI3Kについては、本発明者らのグループを含めていくつかの研究チームが解析を行っているに留まっている。クラスII型PI3Kは細胞内において、ホスファチジルイノシトール(PI)を基質として、ホスファチジルイノシトール−3−リン酸(PI(3)P)を主に細胞内オルガネラであるエンドソーム上で産生し、エンドソームを介した膜輸送に関係することが想定されている。ただし、クラスII型PI3Kの1種であるC2αの生理的役割に関しては依然として不明な点が多く、C2αをコードするPI3K−C2α遺伝子を欠損させたときの個体の表現型については明らかではない。   On the other hand, with regard to class II type PI3K, which has been completely unknown until now, several research teams including the present inventors group have only analyzed. Class II PI3K produces phosphatidylinositol-3-phosphate (PI (3) P) mainly on endosomes, which are intracellular organelles, using phosphatidylinositol (PI) as a substrate in cells. It is assumed to be related to membrane transport. However, there are still many unclear points regarding the physiological role of C2α, which is a type II class PI3K, and the phenotype of the individual when the PI3K-C2α gene encoding C2α is deleted is not clear.

成川−篠崎ら、イノシトールリン脂質を見る シグナル伝達脂質の細胞内イメージング、蛋白質 核酸 酵素、Vol.49,No.10(2004)See Narinokawa-Shinozaki et al., Inositol Phospholipids Intracellular Imaging of Signaling Lipids, Protein Nucleic Acid Enzymes, Vol. 49, no. 10 (2004)

本発明は、PI3K−C2α遺伝子を欠損させた非ヒトノックアウト動物およびその作製方法を提供することを目的とする。また、このノックアウト動物や当該動物由来の組織・細胞の用途を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide a non-human knockout animal deficient in the PI3K-C2α gene and a method for producing the same. Moreover, it aims at providing the use of this knockout animal and the tissue and cell derived from the said animal.

本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究を行なった。その結果、驚くべきことに、PI3K−C2α遺伝子の機能を失わせたノックアウトマウスが、脈管形成や血管新生に関連した疾患/症状を引き起こすことを見出した。また、さらなる検討により、C2αは血管形成において、「内皮細胞間接着の緊密化による血管透過性抑制」に必須の役割を担っていることを突き止めた。   The inventors of the present invention have intensively studied to solve the above problems. As a result, it was surprisingly found that knockout mice that have lost the function of the PI3K-C2α gene cause diseases / symptoms related to angiogenesis and angiogenesis. Furthermore, further investigations have found that C2α plays an essential role in angiogenesis “inhibition of vascular permeability by tight adhesion between endothelial cells”.

以上のような知見に基づき完成された本発明の第1の形態は、相同染色体上でPI3K−C2α遺伝子の全部または一部の機能を喪失しており、脈管形成および/または血管新生に関連した疾患または症状を呈する、非ヒトノックアウト動物やその子孫動物である。   The first form of the present invention completed based on the above findings has lost the function of all or part of the PI3K-C2α gene on the homologous chromosome, and is associated with angiogenesis and / or angiogenesis. Non-human knockout animals and their progeny animals exhibiting the disease or symptom.

また、本発明の第2の形態は、上記の動物から得られる組織または細胞である。この組織または細胞は、例えば血管由来のものである。   Moreover, the 2nd form of this invention is the tissue or cell obtained from said animal. This tissue or cell is derived from blood vessels, for example.

さらに、本発明の第3の形態は、上記の動物や組織・細胞を用いる、脈管形成および/または血管新生に関連した疾患または症状を予防および/または治療するための候補物質のスクリーニング方法である。同様に、上記の動物や組織・細胞は、脈管形成および/または血管新生に関連した疾患または症状のバイオマーカーのスクリーニング方法にも適用されうる。   Furthermore, a third aspect of the present invention is a method for screening a candidate substance for preventing and / or treating a disease or symptom related to angiogenesis and / or angiogenesis, using the above-mentioned animal or tissue / cell. is there. Similarly, the above-mentioned animals and tissues / cells can also be applied to screening methods for biomarkers of diseases or symptoms related to angiogenesis and / or angiogenesis.

また、本発明の第4の形態は、相同染色体上でPI3K−C2α遺伝子の全部または一部の機能を喪失させるノックアウト工程を含む、脈管形成および/または血管新生に関連した疾患または症状を呈する非ヒトノックアウト動物の作製方法を提供する。この際、ノックアウト工程は、例えば、PI3K−C2α遺伝子のエクソン1の開始コドンを含む領域を相同組換えにより他の塩基配列に置換することを含む。   In addition, the fourth aspect of the present invention exhibits a disease or symptom related to angiogenesis and / or angiogenesis, which includes a knockout step of losing the function of all or part of the PI3K-C2α gene on the homologous chromosome. Methods for producing non-human knockout animals are provided. At this time, the knockout step includes, for example, substituting the region containing the start codon of exon 1 of the PI3K-C2α gene with another base sequence by homologous recombination.

本発明者らが本願において初めて見出した知見によれば、C2α機能の異常は、血管内皮細胞の機能異常、特に血管透過性亢進、炎症反応の惹起、ひいては血管構造の破綻を招くことになり、動脈瘤、動脈硬化、浮腫、アナフィラキシー・ショック等多くの血管形成(脈管形成および/または血管新生)に関連した疾患および/または症状の発現をもたらすことが示唆される。よって、本願が提供するC2αノックアウト非ヒト動物は、これら血管形成に関連した疾患・症状の病態生理を把握する上で新しいモデル動物として、基礎研究のみならず臨床的にも貴重な生物資源となる。また、このモデル動物を用いることで、上記疾患・症状を治療および/または予防することができる候補物質を個体レベルでスクリーニングすることも可能となる。   According to the findings of the present inventors for the first time in the present application, abnormalities in C2α function lead to abnormalities in vascular endothelial cells, in particular, increased vascular permeability, triggering an inflammatory reaction, and thus rupture of the vascular structure, It is suggested to result in the development of many angiogenesis (angiogenesis and / or angiogenesis) related diseases and / or symptoms such as aneurysm, arteriosclerosis, edema, anaphylactic shock. Therefore, the C2α knockout non-human animal provided by the present application will be a valuable biological resource not only for basic research but also clinically as a new model animal for grasping the pathophysiology of diseases and symptoms related to angiogenesis. . Further, by using this model animal, it becomes possible to screen a candidate substance capable of treating and / or preventing the disease / symptom at the individual level.

実施例において採用された、ノックアウト(KO)マウスを作製するためのストラテジーを示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the strategy for producing the knockout (KO) mouse | mouth employ | adopted in the Example. 実施例において、同腹のC2αホモKOマウスおよび野生型マウスのそれぞれの胎児について、血管内皮細胞マーカーである抗CD31抗体を用いてホールマウント染色(DAB発色法)を行なった結果を示す図である。In an Example, it is a figure which shows the result of having performed the whole mount dyeing | staining (DAB color development method) about each fetus of the C2 (alpha) homo KO mouse | mouth of a litter and the wild type mouse | mouth using the anti-CD31 antibody which is a vascular endothelial cell marker. 実施例において、C2αホモKOマウスおよび野生型マウスのそれぞれについて、胎児の組織切片を血管平滑筋マーカーである抗α平滑筋アクチン抗体により免疫組織化学染色(DAB発色法)した結果を示す図である。In an Example, it is a figure which shows the result of having carried out the immunohistochemical dyeing | staining (DAB color development method) of the fetal tissue section about each of the C2 (alpha) homo KO mouse | mouth and the wild type mouse | mouth with the anti- alpha smooth muscle actin antibody which is a vascular smooth muscle marker. . 図3に示すC2αホモKOマウスを電子顕微鏡を用いて詳しく観察した結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having observed the C2 (alpha) homo KO mouse | mouth shown in FIG. 3 in detail using the electron microscope. 実施例において採用された、組織特異的C2αコンディショナルノックアウト(CKO)マウスを作製するためのストラテジーを示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the strategy for producing the tissue-specific C2 (alpha) conditional knockout (CKO) mouse | mouth employ | adopted in the Example. 実施例において、C2α−eCKOマウスについてより詳細に観察を行なった結果を示す図である。In an Example, it is a figure which shows the result of having observed in detail about the C2 (alpha) -eCKO mouse | mouth. 実施例において、C2α−eCKOマウスの胎児皮膚を剥離し、これについて血管内皮細胞マーカーである抗CD31抗体および血管平滑筋細胞マーカーである抗α平滑筋アクチン抗体による二重蛍光免疫ホールマウント染色を行なった結果を示す図である。In Examples, fetal skin of C2α-eCKO mice was exfoliated and subjected to double fluorescence immuno whole mount staining with anti-CD31 antibody as a vascular endothelial cell marker and anti-α smooth muscle actin antibody as a vascular smooth muscle cell marker. It is a figure which shows the result. 実施例において、C2αノックダウンHUVEC細胞について、マトリゲル・アッセイ法を用いてVEGFに対する管腔形成能を評価した結果をコントロールHUVEC細胞と比較して示す図である。In an Example, it is a figure which shows the result of having evaluated the lumen formation ability with respect to VEGF using the Matrigel assay method about the C2 (alpha) knockdown HUVEC cell compared with a control HUVEC cell. 実施例において、細胞内PtdIns(3)P蛍光プローブであるmRFP−2XFYVEドメイン発現プラスミドを、コントロールHUVEC細胞およびC2αノックダウンHUVEC細胞にそれぞれAmaxaエレクトロポレーション法(Lonza社)により遺伝子導入し、生細胞におけるPtdIns(3)P局在をリアルタイム共焦点レーザー顕微鏡(横河電機−オリンパス社製)を用いて経時観察した結果を示す図である。In the Examples, mRFP-2XFYVE domain expression plasmid, which is an intracellular PtdIns (3) P fluorescent probe, was introduced into control HUVEC cells and C2α knockdown HUVEC cells by Amaxa electroporation method (Lonza), respectively, and living cells It is a figure which shows the result of having observed PtdIns (3) P localization in A with time using a real-time confocal laser microscope (made by Yokogawa Electric Corporation-Olympus). 実施例において、C2αノックダウンHUVEC細胞を抗トランスゴルジ・ネットワーク(TGN)抗体(BD社)を用いた免疫蛍光染色法により観察した結果を示す図である。In an Example, it is a figure which shows the result of having observed the C2 (alpha) knockdown HUVEC cell by the immunofluorescence dyeing | staining method using the anti-trans Golgi network (TGN) antibody (BD company). 実施例において、C2αノックダウンHUVEC細胞について、内皮細胞間接着分子VE−カドヘリンの局在を抗VE−カドヘリン抗体を用いた免疫蛍光染色法により調べた結果を示す図である。In an Example, it is a figure which shows the result of having investigated the localization of adhesion | attachment molecule | numerator VE-cadherin between endothelial cells about the C2 (alpha) knockdown HUVEC cell by the immunofluorescence dyeing method using an anti-VE-cadherin antibody. 実施例において、C2αノックダウン細胞について、抗GTP−RhoA抗体を用いた免疫蛍光染色法により観察した結果を示す図である。In an Example, it is a figure which shows the result observed by the immunofluorescence dyeing method using the anti- GTP-RhoA antibody about the C2 (alpha) knockdown cell. 実施例において、C2αヘテロKOマウスに対してエバンス・ブルー色素を用いたマイルズアッセイ法を適用し、C2αヘテロKOマウスにおける血管透過性を調べた結果を示す図である。In an Example, it is a figure which shows the result of having examined the blood-vessel permeability in a C2 (alpha) hetero KO mouse | mouth by applying the Miles assay method using the Evans blue pigment | dye with respect to the C2 (alpha) hetero KO mouse | mouth. 実施例において、KOマウスおよび野生型マウスに対してPAFを投与してアナフィラキシー・ショックを誘発した際の、それぞれのマウスの生存率およびそれぞれのマウスにおけるヘマトクリット値の変化を示すグラフである。In an Example, it is a graph which shows the change of the hematocrit value in each mouse | mouth when PAF was administered with respect to a KO mouse | mouth and a wild type mouse | mouth, and the anaphylactic shock was induced | guided | derived. 実施例において、KOマウスおよび野生型マウスに対してアンジオテンシンIIを投与して動脈瘤を誘発した際の、それぞれのマウスの生存率、それぞれのマウスの大動脈を観察した結果、およびKOマウスにおける大動脈瘤の観察結果を示す図である。In Examples, the survival rate of each mouse when angiotensin II was administered to KO mice and wild-type mice to induce aneurysms, the results of observation of the aorta of each mouse, and the aortic aneurysm in KO mice It is a figure which shows the observation result.

以下、本発明を実施するための具体的な形態について詳細に説明するが、本発明の技術的範囲は下記の具体的な形態のみに限定されるわけではない。   Hereinafter, specific embodiments for carrying out the present invention will be described in detail, but the technical scope of the present invention is not limited to the following specific embodiments.

[PI3K−C2α遺伝子]
ホスファチジルイノシトール3−キナーゼ(PI3K)ファミリーのうち、クラスIIに属するC2αアイソフォーム(以下、単に「C2α」とも称する)をコードする遺伝子(本願においては、「PI3K−C2α遺伝子」と総称する)は公知である。例えば、マウス(Mus musculus)においてC2αタンパク質をコードするPI3K−C2α遺伝子(遺伝子名:Pik3c2a)は、マウス第7番染色体上に位置し(Location: 7 F1; 7 53.0 cM)、この遺伝子から、8042bp(33エクソン)からなるPik3c2a mRNA(Refseq Accession No.NM_011083.2)が転写される。このPik3c2a mRNAは、1686アミノ酸からなるタンパク質(マウスC2αタンパク質;RefSeq Accession No.NP_035213.2)をコードしている。同様に、ヒト(Homo sapiens)においてC2αタンパク質をコードするPI3K−C2α遺伝子(遺伝子名:PIK3C2A)は、ヒト第11番染色体短腕上に位置し(Location: 11p15.5-p14)、この遺伝子から、8304bp(32エクソン)からなるPIK3C2A mRNA(Refseq Accession No.NM_002645.2N)が転写される。このPIK3C2A mRNAは、1686アミノ酸からなるタンパク質(ヒトC2αタンパク質;RefSeq Accession No.NP_002636.2)をコードしている。
[PI3K-C2α gene]
Among the phosphatidylinositol 3-kinase (PI3K) family, genes encoding C2α isoforms belonging to class II (hereinafter also simply referred to as “C2α”) (in this application, collectively referred to as “PI3K-C2α gene”) are publicly known It is. For example, a PI3K-C2α gene (gene name: Pik3c2a) encoding a C2α protein in a mouse (Mus musculus) is located on mouse chromosome 7 (Location: 7 F1; 7 53.0 cM), and from this gene, 8042 bp Pik3c2a mRNA (Refseq Accession No. NM_011083.2) consisting of (33 exons) is transcribed. This Pik3c2a mRNA encodes a protein consisting of 1686 amino acids (mouse C2α protein; RefSeq Accession No. NP — 05213.2). Similarly, in humans (Homo sapiens), the PI3K-C2α gene (gene name: PIK3C2A) encoding the C2α protein is located on the short arm of human chromosome 11 (Location: 11p15.5-p14). , 8304 bp (32 exons) of PIK3C2A mRNA (Refseq Access No. NM_002645.2N) is transcribed. This PIK3C2A mRNA encodes a protein consisting of 1686 amino acids (human C2α protein; RefSeq Accession No. NP — 002636.2).

本発明を実施するにあたり、PI3K−C2α遺伝子は、例えばマウスやラット等のゲノムライブラリーから得ることができる。例えば、細菌人工染色体(BAC)ライブラリーから、ハイブリダイゼーション法により目的クローンを得ることができる。また、PCR法により目的クローンを得ることも可能である。   In practicing the present invention, the PI3K-C2α gene can be obtained from a genomic library such as mouse or rat. For example, a target clone can be obtained from a bacterial artificial chromosome (BAC) library by a hybridization method. It is also possible to obtain the target clone by the PCR method.

[非ヒトノックアウト動物]
本発明は、相同染色体上でPI3K−C2α遺伝子の全部または一部の機能を喪失しており、脈管形成および/または血管新生に関連した疾患または症状を呈する、非ヒトノックアウト動物を提供する。本発明はまた、相同染色体上でPI3K−C2α遺伝子の全部または一部の機能を喪失させる工程(ノックアウト工程)を含む、脈管形成および/または血管新生に関連した疾患または症状を呈する非ヒトノックアウト動物の作製方法を提供する。相同染色体上でPI3K−C2α遺伝子の全部または一部の機能を喪失させる手法としては、例えば、PI3K−C2α遺伝子の破壊または変異によるものが挙げられる。
[Non-human knockout animals]
The present invention provides non-human knockout animals that have lost the function of all or part of the PI3K-C2α gene on homologous chromosomes and exhibit diseases or symptoms associated with angiogenesis and / or angiogenesis. The present invention also provides a non-human knockout exhibiting a disease or symptom associated with angiogenesis and / or angiogenesis, including the step of losing the function of all or part of the PI3K-C2α gene on the homologous chromosome (knockout step). A method for producing an animal is provided. Examples of the technique for losing the function of all or part of the PI3K-C2α gene on the homologous chromosome include, for example, by disruption or mutation of the PI3K-C2α gene.

なお、本発明において、「遺伝子の機能を喪失させる」とは、「遺伝子の機能を完全に失わせること」の意味に加えて、「遺伝子の機能が野生型と比較して低下している状態にすること」の意味をも含む概念である。遺伝子の機能を喪失させるためには、単純に遺伝子を破壊したり、欠損させたり、遺伝子に変異を導入して翻訳の段階で読み枠(ORF;Open Reading Frame)がずれるように操作する等の改変を施したりすればよい。   In addition, in the present invention, “to lose the function of a gene” means in addition to the meaning “to completely lose the function of a gene”, “a state in which the function of the gene is reduced compared to the wild type” It is a concept that also includes the meaning of “to do”. In order to lose the function of a gene, the gene is simply destroyed or deleted, or a mutation is introduced into the gene so that the reading frame (ORF) is shifted at the translation stage. It may be modified.

本発明の「ノックアウト動物」は、例えば、以下の手法により作製することができる。なお、以下では、ノックアウト動物の作製に用いられる非ヒト動物がマウスである場合を例に挙げて説明するが、他の非ヒト動物においても同様の手法が適用されうることはもちろんである。   The “knockout animal” of the present invention can be prepared, for example, by the following method. In the following description, the case where the non-human animal used for producing the knockout animal is a mouse will be described as an example. However, it goes without saying that the same technique can be applied to other non-human animals.

まず、PI3K−C2α遺伝子の塩基配列の一部または全てを改変したものを分化全能性細胞に導入し、改変PI3K−C2α遺伝子が導入された分化全能性細胞を選択する。次いで、選択された遺伝子改変(欠損、破壊、変異等)が施された分化全能性細胞を受精卵に導入してキメラ個体を作製し、得られたキメラ個体を交配することにより相同染色体上の一方または双方のPI3K−C2α遺伝子がノックアウトされた個体を作出する。   First, a modification of part or all of the base sequence of the PI3K-C2α gene is introduced into a totipotent cell, and a totipotent cell into which the modified PI3K-C2α gene has been introduced is selected. Subsequently, a tomatopotent cell having undergone the selected genetic modification (deletion, destruction, mutation, etc.) is introduced into a fertilized egg to produce a chimeric individual, and the resulting chimeric individual is mated to produce a homologous chromosome. An individual is created in which one or both PI3K-C2α genes are knocked out.

本発明に用いられる動物の種類は、特に限定されない。例えば、マウス、ラット、モルモット、ウサギ、ニワトリ、ブタ、ヒツジ、ヤギ、イヌ、ウシ、サル、チンパンジーおよびゼブラフィッシュなどの非ヒト動物が、ノックアウト動物の作製に用いられうる。なかでも、取り扱いが容易で繁殖しやすいマウスが好ましい。   The kind of animal used for this invention is not specifically limited. For example, non-human animals such as mice, rats, guinea pigs, rabbits, chickens, pigs, sheep, goats, dogs, cows, monkeys, chimpanzees and zebrafish can be used to create knockout animals. Of these, mice that are easy to handle and easy to breed are preferred.

ノックアウト工程において、PI3K−C2α遺伝子の機能を失わせるには、PI3K−C2α遺伝子の塩基配列の一部または全部を改変すればよい。ここで、「改変」とは、PI3K−C2α遺伝子を構成するDNAに、欠損、置換または付加を生じさせる変異を加えることをいう。これらの変異としては、例えば、遺伝子工学的手法による塩基配列の一部または全部の削除(欠失)、または他の遺伝子もしくは塩基配列の挿入もしくは置換が挙げられる。例えば、コドンの読み枠(ORF)をずらすか、プロモーターまたはエクソンの機能を破壊することにより、PI3K−C2α欠損遺伝子を作製することができる。これにより、PI3K−C2α遺伝子の発現産物であるC2αタンパク質の機能が発現しなくなる。   In order to lose the function of the PI3K-C2α gene in the knockout step, a part or all of the base sequence of the PI3K-C2α gene may be modified. Here, “modification” refers to adding a mutation that causes deletion, substitution, or addition to the DNA constituting the PI3K-C2α gene. Examples of these mutations include deletion (deletion) of part or all of the base sequence by genetic engineering techniques, or insertion or substitution of another gene or base sequence. For example, a PI3K-C2α-deficient gene can be prepared by shifting the codon reading frame (ORF) or disrupting the function of the promoter or exon. As a result, the function of the C2α protein, which is the expression product of the PI3K-C2α gene, is not expressed.

本発明の非ヒトノックアウト動物は、公知の遺伝子組換え法(遺伝子ターゲティング法)により作製することができる。遺伝子ターゲティング法は、当分野においてはよく知られた技術であり、その具体的な操作については本分野における種々の実験書に開示されている。   The non-human knockout animal of the present invention can be produced by a known gene recombination method (gene targeting method). The gene targeting method is a well-known technique in this field, and its specific operation is disclosed in various experimental documents in this field.

ターゲティングベクターを設計するにあたり、PI3K−C2α遺伝子の構造に変化をもたらす部位は、PI3K−C2α遺伝子の機能が欠損する限り、特に限定されない。ただし、C2αタンパク質の発現・機能を完全に欠損させるという観点からは、ノックアウト工程が、PI3K−C2α遺伝子のエクソン1の開始コドンを含む領域を相同組換えにより他の塩基配列に置換することを含むことが好ましい。かような手法によればC2αタンパク質をコードするmRNAがまったく転写されなくなり、C2αタンパク質の発現を完全に抑えることができる。ただし、かような手法のみには限定されず、例えば、C2αタンパク質の酵素活性部位や活性調節部位をコードするエクソンを欠損させて、酵素活性を喪失した、または酵素活性が低下したC2αタンパク質を発現させる手法もまた、採用されうる。   In designing the targeting vector, the site that causes a change in the structure of the PI3K-C2α gene is not particularly limited as long as the function of the PI3K-C2α gene is deleted. However, from the viewpoint of completely deleting the expression / function of the C2α protein, the knockout step includes replacing the region containing the start codon of exon 1 of the PI3K-C2α gene with another base sequence by homologous recombination. It is preferable. According to such a technique, mRNA encoding C2α protein is not transcribed at all, and the expression of C2α protein can be completely suppressed. However, the present invention is not limited to such a method. For example, an exon encoding an enzyme active site or activity regulatory site of C2α protein is deleted, and C2α protein that has lost enzyme activity or has reduced enzyme activity is expressed. The technique of making it also can be adopted.

ターゲティングベクターを導入した組換え体については、当該ターゲティングベクターにより導入した薬剤耐性遺伝子を用いたスクリーニング、およびサザンブロット法やPCR法を用いたスクリーニングを併用して選抜することが好ましい。薬剤選択のマーカー遺伝子としては、ネオマイシン耐性遺伝子、ハイグロマイシンBホスホトランスフェラーゼ遺伝子などが用いられうる。また、ネガティブセレクション用遺伝子としては、ジフテリア毒素A(DT−A)遺伝子やHSVチミジンキナーゼ遺伝子などが用いられうる。   A recombinant into which a targeting vector has been introduced is preferably selected using a combination of screening using a drug resistance gene introduced by the targeting vector and screening using Southern blotting or PCR. As a marker gene for drug selection, neomycin resistance gene, hygromycin B phosphotransferase gene and the like can be used. Moreover, as a gene for negative selection, a diphtheria toxin A (DT-A) gene, an HSV thymidine kinase gene, etc. can be used.

次いで、上記の方法により作製したターゲティングベクターを使用して、相同組換えを行なう。本願において、「相同組換え」とは、改変されたPI3K−C2α遺伝子を、ゲノム中のPI3K−C2α遺伝子のDNA領域に、人工的に組換えさせることをいう。   Subsequently, homologous recombination is performed using the targeting vector produced by the above method. In the present application, “homologous recombination” means that a modified PI3K-C2α gene is artificially recombined with the DNA region of the PI3K-C2α gene in the genome.

目的とする相同組換え体を得るためには、多数の組換え体をスクリーニングする必要がある。しかしながら、受精卵では多数のスクリーニングを行なうことが技術的に困難である。そこで、受精卵と同様に多分化能を有し、かつin vitroで培養することができる細胞を使用することが好ましい。かような分化全能性細胞としては、マウス(Nature 292:154-156, 1981)、ラット(Iannaccone, P.M. et al, Dev. Biol. 163(1): 288-292, 1994)、サル(Thomson, J.A. et al, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 92(17):7844-7848, 1995)、ウサギ(Schoonjans, L. et al, Mol. Reprod. Dev. 45(4):439-443, 1996)については胚性幹(ES;Embryonic Stem)細胞などが確立されている。また、ブタについては胚性生殖(EG;Embryonic Germ)細胞が確立されている(Shim H. et al, Biol. Reprod 57(5):1089-1095, 1997)。   In order to obtain the desired homologous recombinant, it is necessary to screen a large number of recombinants. However, it is technically difficult to perform a large number of screenings with fertilized eggs. Therefore, it is preferable to use cells that have pluripotency and can be cultured in vitro as in the case of a fertilized egg. Such totipotent cells include mice (Nature 292: 154-156, 1981), rats (Iannaccone, PM et al, Dev. Biol. 163 (1): 288-292, 1994), monkeys (Thomson, JA et al, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 92 (17): 7844-7848, 1995), rabbit (Schoonjans, L. et al, Mol. Reprod. Dev. 45 (4): 439-443, 1996) ), Embryonic stem (ES) cells have been established. In addition, embryonic germ (EG) cells have been established for pigs (Shim H. et al, Biol. Reprod 57 (5): 1089-1095, 1997).

したがって、本発明においては、これらの動物種を対象にノックアウト動物を作製することが好ましいが、特にノックアウト動物の作製に関して技術が整っているマウスが最適である。マウスES細胞としては、現在マウス由来のES細胞株がいくつか確立されており、例えば129/Ola E14-1細胞株、TT-2細胞株、AB-1細胞株、J1細胞株、R1細胞株等が用いられうる。これらのどのES細胞株を用いるかは、実験の目的または手法に応じて適宜決定されうる。なお、ES細胞を樹立する場合、一般には受精後3.5日目の胚盤胞を使用するが、これ以外に8細胞期胚を採卵し胚盤胞まで培養して用いることにより、効率よく多数の初期胚を取得することができる。このようにして得られたES細胞株は、通常その増殖性は大変よいものの、個体発生できる再生能を失いやすいため、注意深く継代培養することが必要である。例えば、STO線維芽細胞のような適当なフィーダー細胞上で白血病抑制因子(LIF;Leukemia Inhibitory Factor)(1〜10000U/mL)存在下に炭酸ガス培養器内(好ましくは、5%炭酸ガス/95%空気または5%酸素/5%炭酸ガス/90%空気)で約37℃にて培養し、継代時には、例えば、トリプシン/EDTA溶液処理により単細胞化し、新たに用意したフィーダー細胞上に播種する方法などが採用されうる。このような継代は、通常1〜3日毎に行なうとともに、細胞の形態的観察を行うことが好ましい。   Therefore, in the present invention, it is preferable to produce knockout animals for these animal species, but in particular, mice that have techniques for producing knockout animals are optimal. As mouse ES cells, several ES cell lines derived from mice have been established, for example, 129 / Ola E14-1 cell line, TT-2 cell line, AB-1 cell line, J1 cell line, R1 cell line Etc. can be used. Which ES cell line to use can be appropriately determined according to the purpose or technique of the experiment. When ES cells are established, blastocysts on the 3.5th day after fertilization are generally used, but in addition to this, 8-cell embryos are collected and cultured to blastocysts for efficient use. A large number of early embryos can be obtained. Although the ES cell line obtained in this way is usually very proliferative, it tends to lose its regenerative ability, so it needs to be subcultured carefully. For example, on a suitable feeder cell such as STO fibroblast, in the presence of leukemia inhibitory factor (LIF) (1 to 10,000 U / mL) in a carbon dioxide incubator (preferably 5% carbon dioxide / 95 % Air or 5% oxygen / 5% carbon dioxide gas / 90% air) at about 37 ° C., and at the time of passage, for example, it is made into single cells by treatment with trypsin / EDTA solution and seeded on newly prepared feeder cells. A method etc. may be adopted. Such passage is usually performed every 1 to 3 days, and it is preferable to observe the morphology of the cells.

ES細胞への遺伝子導入は、エレクトロポレーション法、リン酸カルシウム共沈殿法、リポフェクション法、レトロウイルス感染法、凝集法、マイクロインジェクション法、パーティクルガン法などの方法により行なわれうる。なかでも、簡便に多数の細胞を処理できるという点で、エレクトロポレーション法が好ましく用いられる。   Gene introduction into ES cells can be performed by methods such as electroporation, calcium phosphate coprecipitation, lipofection, retrovirus infection, aggregation, microinjection, and particle gun. Among these, the electroporation method is preferably used in that a large number of cells can be easily treated.

次いで、得られた組換えES細胞について、相同組換えが起こっているか否かのスクリーニングを行ない、相同組換えが起こっている組換えクローンを選択する。具体的に、例えばマーカー遺伝子としてネオマイシン耐性遺伝子を導入した場合には、G418などの抗生物質を含有する培地中で約37℃にて培養することで、組換えクローンを選択することができる。   Next, the obtained recombinant ES cell is screened for homologous recombination to select a recombinant clone in which homologous recombination has occurred. Specifically, for example, when a neomycin resistance gene is introduced as a marker gene, a recombinant clone can be selected by culturing at about 37 ° C. in a medium containing an antibiotic such as G418.

さらに、得られた組換えES細胞について、PI3K−C2α遺伝子上またはその近傍のDNA配列をプローブとしたサザンブロット解析、または、ターゲティングベクター上のDNA配列と、ターゲティングベクターに使用したマウス由来のPI3K−C2α遺伝子以外の近傍領域のDNA配列とをプライマーとしたPCR法を行なうことにより、相同組換えが起こっているか否かを確実にスクリーニングすることができる。   Further, for the obtained recombinant ES cells, Southern blot analysis using the DNA sequence on or near the PI3K-C2α gene as a probe, or the DNA sequence on the targeting vector and the PI3K- derived from the mouse used for the targeting vector By performing a PCR method using a DNA sequence in a neighboring region other than the C2α gene as a primer, it can be reliably screened whether or not homologous recombination has occurred.

以上のようなアッセイにより、染色体上に存在する野生型PI3K−C2α遺伝子と導入したPI3K−C2α遺伝子断片との間で正しく相同組換えが起こり、染色体上のPI3K−C2α遺伝子に変異が導入された組換えクローンを選択することができる。   By the assay as described above, homologous recombination occurred correctly between the wild-type PI3K-C2α gene present on the chromosome and the introduced PI3K-C2α gene fragment, and the mutation was introduced into the PI3K-C2α gene on the chromosome. Recombinant clones can be selected.

続いて、導入遺伝子の組込みが確認されたES細胞を同種の非ヒト動物由来の胚内に戻すことにより、宿主胚の細胞塊に組み込まれたキメラ胚が形成される。ES細胞を胚盤胞等の胚に導入する方法としては、マイクロインジェクション法や凝集法といった手法が知られているが、いずれの方法を用いることも可能であり、適宜選択されうる。   Subsequently, the ES cell in which the integration of the transgene is confirmed is returned into an embryo derived from a non-human animal of the same species, thereby forming a chimeric embryo integrated into the cell mass of the host embryo. As methods for introducing ES cells into embryos such as blastocysts, methods such as the microinjection method and the aggregation method are known, but any method can be used and can be selected as appropriate.

マウスの場合には、ホルモン剤(例えば、FSH(follicle stimulating hormone)様作用を有するPMSG(pregnant mare's serum gonadotropin)およびLH(loteinizing hormone)作用を有するhCG(human chorionic gonadotropin)を使用)により過排卵処理を施した雌マウスを、雄マウスと交配させる。その後、胚盤胞を用いる場合には受精から3.5日目に、8細胞期胚を用いる場合には2.5日目に、それぞれ子宮から初期発生胚を回収する。このようにして回収した胚に対して、ターゲティングベクターを用いて相同組換えを行ったES細胞をin vitroにおいて注入し、キメラ胚を作製する。あるいはマウス2日胚(8細胞期胚)の透明帯を取り除き、ES細胞と一緒に培養して凝集塊を作らせる。その凝集塊を一日培養すると胚盤胞になる。これらを仮親に移植して発生および生育させることにより、キメラマウスが得られる。仮親とするための偽妊娠雌マウスは、正常性周期の雌マウスを、精管結紮などにより去勢した雄マウスと交配することにより得ることができる。作出した偽妊娠マウスに対して、上記の方法により作製したキメラ胚を子宮内移植し、妊娠・出産させることによりキメラマウスを作製することができる。キメラ胚の着床、妊娠がより確実に起こるようにするためには、受精卵を採取する雌マウスと仮親となる偽妊娠マウスとを、同一の性周期にある雌マウス群から作出することが好ましい。   In the case of mice, superovulation treatment is performed with hormone agents (for example, PSG (pregnant mare's serum gonadotropin) having FSH (follicle stimulating hormone) -like action and hCG (human chorionic gonadotropin) having LH (loteinizing hormone) action). The female mice subjected to are mated with male mice. Thereafter, early embryos are collected from the uterus on day 3.5 after fertilization when using blastocysts and on day 2.5 when using 8-cell stage embryos. The embryos thus recovered are injected in vitro with ES cells that have undergone homologous recombination using a targeting vector to produce chimeric embryos. Alternatively, the zona pellucida of the mouse 2-day embryo (8-cell stage embryo) is removed and cultured with ES cells to form aggregates. When the aggregate is cultured for one day, it becomes a blastocyst. A chimeric mouse can be obtained by transplanting these to a temporary parent and generating and growing them. A pseudopregnant female mouse for use as a foster parent can be obtained by mating a female mouse with a normal cycle with a male mouse castrated by vagina ligation or the like. A chimeric mouse can be produced by transplanting the chimeric embryo produced by the above method into the uterus to the produced pseudopregnant mouse and allowing it to become pregnant / deliver. In order to ensure the implantation and pregnancy of the chimeric embryo, the female mouse that collects the fertilized egg and the pseudopregnant mouse that becomes the foster parent should be created from a group of female mice in the same sexual cycle. preferable.

そして、仮親から産まれた仔から、キメラマウスを選ぶ。ES細胞移植胚に由来するマウス個体が得られたら、このキメラマウスを野生型のマウスと交配し、次世代個体にES細胞由来の形質が表れるか否かを確認する。次世代個体にES細胞由来の形質が表れたら、ES細胞がキメラマウス生殖系列へ導入されたものとみなすことができる。ES細胞が生殖系列へ導入されたことを確認するには、様々な形質を指標として用いることができるが、確認の容易さを考慮して、好ましくは被毛色を指標とすることが望ましい。マウスにおいては野ネズミ色(アグーチ色)、黒色、黄土色、チョコレート色および白色などの被毛色が知られている。また、体の一部(例えば尾部先端)から染色体DNAを抽出し、サザンブロット解析やPCR法を行なうことにより、選抜を行うこともまた可能である。キメラの寄与率が高いマウスは、ES細胞がキメラマウス生殖系列へ導入された可能性が高い。以上のようにしてキメラマウスを選抜した後に、当該キメラマウスを野生型の雌と交配し、F1を得ることで変異マウス系統を樹立することができる。   Then, a chimeric mouse is selected from the offspring born from the temporary parent. Once a mouse individual derived from an ES cell-transplanted embryo is obtained, this chimeric mouse is mated with a wild-type mouse, and it is confirmed whether or not an ES cell-derived trait appears in the next-generation individual. If a trait derived from an ES cell appears in a next generation individual, it can be considered that the ES cell has been introduced into the germ line of a chimeric mouse. In order to confirm that the ES cell has been introduced into the germ line, various traits can be used as an index. However, in consideration of ease of confirmation, it is desirable to use a coat color as an index. In mice, hair colors such as wild mouse color (agouti color), black color, ocher color, chocolate color and white color are known. It is also possible to perform selection by extracting chromosomal DNA from a part of the body (for example, the tip of the tail) and performing Southern blot analysis or PCR. Mice with high chimera contribution rates are likely to have ES cells introduced into the chimeric mouse germline. After selecting a chimeric mouse as described above, a mutant mouse strain can be established by crossing the chimeric mouse with a wild-type female to obtain F1.

上記の手法により得られたキメラ動物は、相同染色体の一方にのみ遺伝子欠損を有するヘテロ接合体として得られる。相同染色体上の双方のPI3K−C2α遺伝子が欠損したホモ接合体であるノックアウト動物を得るには、F1動物のうち相同染色体の一方にのみ遺伝子欠損を有するヘテロ接合体同士を交雑すればよい。   The chimeric animal obtained by the above method is obtained as a heterozygote having a gene deletion only in one of the homologous chromosomes. In order to obtain a knockout animal that is a homozygote in which both PI3K-C2α genes on the homologous chromosome are deleted, it is only necessary to cross heterozygotes having a gene defect only in one of the homologous chromosomes in the F1 animal.

ノックアウト動物が得られたことの確認は、組織から染色体DNAを抽出し、サザンブロット解析またはPCR法により行なうことができる。また、解剖を行なった際の諸組織、臓器の異常を観察することにより、確認することもできる。さらに、組織からRNAを抽出し、ノーザンブロット解析により遺伝子の発現パターンを解析することにより、確認することもできる。さらに、必要に応じて血液を採取し、血液検査や血清生化学的検査を実施することにより、確認することも可能である。   Confirmation that a knockout animal has been obtained can be performed by extracting chromosomal DNA from the tissue and performing Southern blot analysis or PCR. It can also be confirmed by observing abnormalities in various tissues and organs during dissection. Furthermore, it can be confirmed by extracting RNA from the tissue and analyzing the gene expression pattern by Northern blot analysis. Furthermore, blood can be collected as necessary and confirmed by performing a blood test or a serum biochemical test.

ここで、ホモ接合体であるノックアウト動物を作製すると、胎性致死に至るなど、成体まで成長せずにモデル動物として適切でない場合がある。かような観点から、ホモ接合体が胎生致死に至る場合を考慮すると、本発明の非ヒトノックアウト動物は、ヘテロ接合体であることが好ましい。   Here, when a knockout animal that is a homozygote is produced, it may not be suitable as a model animal without growing to an adult, such as fetal lethality. From such a viewpoint, considering the case where the homozygote leads to embryonic lethality, the non-human knockout animal of the present invention is preferably a heterozygote.

また、ホモ接合体が胎生致死に至るような場合には、必要な時期にのみPI3K−C2α遺伝子をノックアウトさせることが好ましい。また生体内でのある特定の組織における遺伝子の機能を調べるには組織特異的に遺伝子をノックアウトすることが好ましい。このように特定の時期・特定の細胞系列だけをノックアウトさせた動物、および体細胞の限定された領域のみでノックアウトさせた動物を、コンディショナルノックアウト動物という(バイオマニュアルシリーズ8、ジーンターゲティング:ES細胞を用いた変異マウスの作製、相沢慎一著、羊土社、1995)。   In addition, when the homozygote leads to embryonic lethality, it is preferable to knock out the PI3K-C2α gene only at a necessary time. Further, in order to examine the function of a gene in a specific tissue in vivo, it is preferable to knock out the gene in a tissue-specific manner. An animal knocked out only at a specific time and a specific cell line, and an animal knocked out only in a limited area of somatic cells are referred to as a conditional knockout animal (Bio-Manual Series 8, Gene Targeting: ES cells). Of a mutant mouse using Satoshi, Shinichi Aizawa, Yodosha, 1995).

コンディショナルノックアウト動物を作製するための手法としては、例えば、遺伝子ターゲティング法のためにバクテリオファージP1由来の組換えシステムであるCre−loxPシステム(R.Kuhn. et al., Science 269: 1427-1429, 1995)が用いられうる。Creは組換え酵素であり、loxPと呼ばれる34塩基の配列を認識して、この部位で組換えを起こさせることが可能となる。したがって、ターゲティングしたい遺伝子をloxP配列とloxP配列との間に挟み、Creリコンビナーゼ遺伝子を特異的プロモーター下流に組み込むことにより、部位特異的および時期特異的にCreが産生されてloxPで挟まれた遺伝子を切り取る(すなわち、特定の部位、時期において目的遺伝子の機能を喪失させる)ことができる。本発明において、Cre−loxPのシステムを用いてターゲティングベクターを設計するにあたり、PI3K−C2α遺伝子の構造に変化をもたらす部位は、PI3K−C2α遺伝子の機能が欠損する限り、特に限定されない。ただし、上述したように、PI3K−C2α遺伝子のエクソン1の開始コドンを含む領域を欠失させるように設計することが特に好ましい。   For example, Cre-loxP system (R. Kuhn. Et al., Science 269: 1427-1429) is a recombination system derived from bacteriophage P1 for gene targeting. 1995) can be used. Cre is a recombination enzyme that recognizes a 34-base sequence called loxP and allows recombination to occur at this site. Therefore, by inserting the gene to be targeted between the loxP sequence and the loxP sequence, and by incorporating the Cre recombinase gene downstream of the specific promoter, the site-specific and time-specific Cre is produced and the gene sandwiched by loxP It can be cut out (that is, the function of the target gene is lost at a specific site and time). In the present invention, when designing a targeting vector using the Cre-loxP system, the site that causes a change in the structure of the PI3K-C2α gene is not particularly limited as long as the function of the PI3K-C2α gene is deleted. However, as described above, it is particularly preferable to design so that the region containing the start codon of exon 1 of the PI3K-C2α gene is deleted.

このようにして得られた本発明のノックアウト動物をさらに交配して得られる子孫動物や、これら動物から単離された組織または細胞も本発明の技術的範囲に含まれる。ノックアウト動物から単離される組織としては、すべての組織が挙げられ、好ましくは血管由来の組織である。また、ノックアウト動物から単離される細胞としては、前記組織から単離された細胞、これら細胞から樹立した細胞株が挙げられ、具体的には血管内皮細胞、血管平滑筋細胞、周皮細胞、血管内皮前駆細胞、骨髄由来間葉系細胞などが好ましい。これらの組織や細胞は、当業者に周知の方法によって、ノックアウト動物から単離することが可能である。   Progeny animals obtained by further mating the knockout animal of the present invention thus obtained, and tissues or cells isolated from these animals are also included in the technical scope of the present invention. Tissues isolated from knockout animals include all tissues, and are preferably blood vessel-derived tissues. Examples of cells isolated from knockout animals include cells isolated from the above tissues and cell lines established from these cells. Specifically, vascular endothelial cells, vascular smooth muscle cells, pericytes, blood vessels Endothelial progenitor cells, bone marrow-derived mesenchymal cells and the like are preferable. These tissues and cells can be isolated from knockout animals by methods well known to those skilled in the art.

本発明により提供される非ヒトノックアウト動物は、脈管形成および/または血管新生に関連した疾患または症状を呈する。したがって、本発明の非ヒトノックアウト動物は、上述した疾患または症状を治療および/または予防するための医薬等の開発の伸展に大きく貢献しうるモデル動物として用いられうる。   Non-human knockout animals provided by the present invention exhibit diseases or symptoms associated with angiogenesis and / or angiogenesis. Therefore, the non-human knockout animal of the present invention can be used as a model animal that can greatly contribute to the development of medicines for treating and / or preventing the above-mentioned diseases or symptoms.

本発明において、「脈管形成および/または血管新生に関連した疾患または症状」としては、大動脈瘤(特に解離性大動脈瘤)、動脈硬化、浮腫、アナフィラキシー・ショック、血管内膜肥厚、血管閉塞、血管炎、腫瘍血管新生、虚血後血管新生、血管透過性亢進型肺障害、糖尿病網膜症などが挙げられ、これらの疾患または症状は、単独でまたは併発して発現しうる。   In the present invention, “diseases or symptoms associated with angiogenesis and / or angiogenesis” include aortic aneurysm (especially dissecting aortic aneurysm), arteriosclerosis, edema, anaphylactic shock, intimal thickening, vascular occlusion, Examples include vasculitis, tumor angiogenesis, post-ischemic angiogenesis, hypervascular pulmonary disorder, diabetic retinopathy, and the like, and these diseases or symptoms may be manifested alone or in combination.

なお、本発明により提供される非ヒトノックアウト動物またはその子孫動物の特にヘテロノックアウト体においては、上述した疾患/症状を十分に呈さない場合もありうる。また、PI3K−C2α遺伝子の機能を喪失させるのみでは所望の疾患/症状を確実に呈するとは限らない。したがって、場合によっては、ノックアウト工程の後に、脈管形成および/または血管新生に関連した因子を非ヒト動物に対して投与する工程を行なってもよい。このようにすることで、ヘテロノックアウト体においても上述の疾患/症状を十分に発現させることが可能となる。また、投与する因子を選択することで、所望の疾患/症状を発現させることも可能となる。   In addition, in the non-human knockout animal provided by the present invention or a progeny animal thereof, particularly in a hetero knockout body, the above-mentioned diseases / symptoms may not be sufficiently exhibited. Further, simply losing the function of the PI3K-C2α gene does not necessarily exhibit the desired disease / symptom. Accordingly, in some cases, a step of administering factors related to angiogenesis and / or angiogenesis to a non-human animal may be performed after the knockout step. By doing in this way, it becomes possible to fully express the above-mentioned disease / symptom also in a hetero knockout body. It is also possible to develop a desired disease / symptom by selecting a factor to be administered.

本工程において投与される因子としては、例えば、血小板活性化因子(PAF;Platelet-Activating Factor)、ヒスタミン、トロンビン(以上、アナフィラキシー・ショック様病態誘発因子)、線維芽細胞成長因子(FGF;Fibroblast Growth Factor)、血管内皮細胞成長因子(VEGF;Vascular Endothelial Growth Factor;血管透過性亢進因子)、アンジオポエチン-1/2(Angiopoietin-1/2)、肝細胞成長因子(HGF; Hepatocyte Growth Factor)、血小板由来成長因子(PDGF;Platelet-derived Growth Factor)、アンジオテンシンII(大動脈瘤誘発因子)、塩化コバルト(虚血誘発因子)、ストレプトゾトシン(糖尿病誘発因子)、ブラジキニン(血管透過性亢進因子)などが挙げられる。   Factors administered in this step include, for example, platelet activating factor (PAF), histamine, thrombin (above, anaphylactic shock-like pathogenic factor), fibroblast growth factor (FGF). Factor), vascular endothelial growth factor (VEGF; Vascular Endothelial Growth Factor), angiopoietin-1 / 2 (Angiopoietin-1 / 2), hepatocyte growth factor (HGF), platelet derived Examples include growth factor (PDGF), angiotensin II (aortic aneurysm inducing factor), cobalt chloride (ischemia inducing factor), streptozotocin (diabetes inducing factor), bradykinin (vascular permeability enhancing factor) and the like.

[スクリーニング方法]
本発明により提供される非ヒトノックアウト動物もしくはその子孫動物またはこれらの動物から単離された組織もしくは細胞を用いることにより、脈管形成および/または血管新生に関連した疾患または症状の治療および/または予防に用いられうる候補物質をスクリーニングすることができる。
[Screening method]
Treatment of diseases or conditions associated with angiogenesis and / or angiogenesis and / or by using non-human knockout animals provided by the present invention or their progeny animals or tissues or cells isolated from these animals Candidate substances that can be used for prevention can be screened.

本発明によれば、例えば、下記の(a)〜(c)の工程:
(a)本発明の非ヒトノックアウト動物またはその子孫動物に被験物質を投与する工程;
(b)前記被験物質を投与した動物における血管組織を調べ、被験物質を投与しない動物における血管組織と比較する工程;および、
(c)工程(b)における比較結果に基づいて、脈管形成および/または血管新生に関連した疾患または症状を治療することができる被験物質を選択する工程、
を含む、脈管形成および/または血管新生に関連した疾患または症状の治療候補物質のスクリーニング方法(以下、「スクリーニング方法(1)」とも称する)が提供される。
According to the present invention, for example, the following steps (a) to (c):
(A) a step of administering a test substance to the non-human knockout animal of the present invention or a progeny animal thereof;
(B) examining vascular tissue in an animal to which the test substance is administered and comparing with vascular tissue in an animal to which the test substance is not administered; and
(C) selecting a test substance capable of treating a disease or symptom associated with angiogenesis and / or angiogenesis based on the comparison result in step (b),
A method for screening a candidate substance for treating a disease or symptom associated with angiogenesis and / or angiogenesis (hereinafter also referred to as “screening method (1)”) is provided.

工程(a)において、「非ヒトノックアウト動物またはその子孫動物」とは、動物の生体の全身のほか、限定された組織または臓器をも含む概念である。限定された組織または臓器には、動物から摘出されたものも含まれうる。   In the step (a), the “non-human knockout animal or its progeny animal” is a concept including not only the whole body of the animal body but also a limited tissue or organ. Limited tissues or organs may include those removed from animals.

工程(a)において、「被験物質」とは、いかなる公知物質および新規物質であってもよく、例えば、核酸、糖質、脂質、タンパク質、ペプチド、有機低分子化合物、コンビナトリアルケミストリー技術を用いて作製された化合物ライブラリー、固相合成やファージディスプレイ法により作製されたランダムペプチドライブラリーのほか、微生物、動植物、海洋生物等由来の天然成分などが挙げられる。また、これらの化合物の2種以上の混合物を被験物質として用いることもできる。これら被験物質は塩を形成していてもよく、被験物質の塩としては、生理学的に許容される酸(例、無機酸など)や塩基(例、有機酸など)などとの塩が用いられ、とりわけ生理学的に許容される酸付加塩が好ましい。この様な塩としては、例えば、無機酸(例えば、塩酸、リン酸、臭化水素酸、硫酸など)との塩、あるいは有機酸(例えば、酢酸、ギ酸、プロピオン酸、フマル酸、マレイン酸、コハク酸、酒石酸、クエン酸、リンゴ酸、蓚酸、安息香酸、メタンスルホン酸、ベンゼンスルホン酸など)との塩などが用いられる。   In the step (a), the “test substance” may be any known substance or new substance, and is prepared using, for example, nucleic acid, carbohydrate, lipid, protein, peptide, low-molecular-weight organic compound, combinatorial chemistry technique. In addition to the prepared compound libraries, random peptide libraries prepared by solid phase synthesis or phage display methods, natural components derived from microorganisms, animals and plants, marine organisms, and the like can be mentioned. A mixture of two or more of these compounds can also be used as a test substance. These test substances may form a salt, and as a salt of the test substance, a salt with a physiologically acceptable acid (eg, inorganic acid) or a base (eg, organic acid) is used. In particular, physiologically acceptable acid addition salts are preferred. Examples of such salts include salts with inorganic acids (eg, hydrochloric acid, phosphoric acid, hydrobromic acid, sulfuric acid, etc.), or organic acids (eg, acetic acid, formic acid, propionic acid, fumaric acid, maleic acid, And salts with succinic acid, tartaric acid, citric acid, malic acid, succinic acid, benzoic acid, methanesulfonic acid, benzenesulfonic acid, and the like.

工程(a)において、被験物質を動物に投与する方法は特に限定されず、経口的または非経口的に投与されうる。非経口的投与経路としては、例えば、静脈内、動脈内、筋肉内等の全身投与、または標的細胞付近への局所投与等が挙げられる。   In the step (a), the method for administering the test substance to the animal is not particularly limited, and it can be administered orally or parenterally. Examples of parenteral administration routes include systemic administration such as intravenous, intraarterial, and intramuscular, or local administration in the vicinity of target cells.

工程(a)における被験物質の投与量は、有効成分の種類、分子の大きさ、投与経路、投与対象となる動物種、投与対象の薬物受容性、体重、年齢等に応じて、適宜設定されうる。   The dose of the test substance in step (a) is appropriately set according to the type of active ingredient, the size of the molecule, the route of administration, the animal species to be administered, the drug acceptability of the administration subject, body weight, age, etc. sell.

工程(b)において、被験物質を投与した動物における血管組織を調べる方法としては、例えば、血管組織を染色して顕微鏡で観察する方法;ウエスタンブロット法や免疫沈降などによって特定の標的タンパク質の発現を確認する方法、RT−PCRやリアルタイムPCRなどによって特定の遺伝子のmRNAレベルでの発現を確認する方法、マウスの生存期間を比較する方法などが挙げられる。   In the step (b), as a method for examining the vascular tissue in the animal administered with the test substance, for example, a method of staining the vascular tissue and observing with a microscope; expression of a specific target protein by Western blotting or immunoprecipitation Examples thereof include a confirmation method, a method for confirming the expression of a specific gene at the mRNA level by RT-PCR, real-time PCR, and the like, and a method for comparing the survival times of mice.

工程(b)においては、被験物質を投与しない動物における血管組織も同時にまたは別途調べ、投与動物の結果と非投与動物の結果とを比較する。   In step (b), the vascular tissue in the animal to which the test substance is not administered is also examined simultaneously or separately, and the result of the administered animal is compared with the result of the non-administered animal.

工程(c)においては、工程(b)で得られた比較結果に基づき、脈管形成および/または血管新生に関連した疾患または症状を治療することができる被験物質を選択する。選択する基準は、被験物質を投与していない動物を指標として、適宜設定されうる。   In step (c), based on the comparison result obtained in step (b), a test substance capable of treating a disease or symptom associated with angiogenesis and / or angiogenesis is selected. The criteria for selection can be appropriately set using as an index an animal that is not administered the test substance.

このようにして選択された被験物質は、脈管形成および/または血管新生に関連した疾患または症状を治療することができるものであり、各種の上記疾患/症状の治療薬の候補物質となりうる。   The test substance thus selected is capable of treating a disease or symptom associated with angiogenesis and / or angiogenesis, and can be a candidate substance for a therapeutic agent for various of the above diseases / symptoms.

また、本発明によれば、下記の(a)〜(c)の工程:
(a)本発明の非ヒトノックアウト動物またはその子孫動物に被験物質を投与する工程;
(b)前記被験物質を投与した動物における血管組織を調べ、被験物質を投与しない動物における血管組織と比較する工程;および、
(c)工程(b)における比較結果に基づいて、脈管形成および/または血管新生に関連した疾患または症状を発現させなくするか、またはその発現を遅らせることができる被験物質を選択する工程、
を含む、脈管形成および/または血管新生に関連した疾患または症状の予防候補物質のスクリーニング方法(以下、「スクリーニング方法(2)」とも称する)が提供される。
According to the present invention, the following steps (a) to (c):
(A) a step of administering a test substance to the non-human knockout animal of the present invention or a progeny animal thereof;
(B) examining vascular tissue in an animal to which the test substance is administered and comparing with vascular tissue in an animal to which the test substance is not administered; and
(C) selecting a test substance that can prevent or delay the onset of a disease or symptom related to angiogenesis and / or angiogenesis based on the comparison result in step (b);
A method for screening a candidate substance for prevention of a disease or symptom associated with angiogenesis and / or angiogenesis (hereinafter also referred to as “screening method (2)”).

スクリーニング方法(2)において、工程(a)〜(b)は、上述したスクリーニング方法(1)と同様である。ただし、本発明の非ヒトノックアウト動物が脈管形成および/または血管新生に関連した疾患または症状を発現する時期を事前に検討し、被験物質を投与しない本発明のノックアウト動物における上記疾患/症状の発現が確認できる時期まで被験物質の投与を続けた後に、血管組織を調べることが重要である。   In the screening method (2), steps (a) to (b) are the same as the screening method (1) described above. However, the time when the non-human knockout animal of the present invention develops a disease or symptom related to angiogenesis and / or angiogenesis is examined in advance, and the above-mentioned disease / symptom in the knockout animal of the present invention in which the test substance is not administered. It is important to examine the vascular tissue after the administration of the test substance until the expression can be confirmed.

スクリーニング方法(2)の工程(c)においては、工程(b)で得られた比較結果に基づき、脈管形成および/または血管新生に関連した疾患または症状を発現させなくするか、またはその発現を遅らせることができる被験物質を選択する。選択する基準は、被験物質を投与していない動物を指標として、適宜設定されうる。   In step (c) of screening method (2), based on the comparison result obtained in step (b), the disease or symptom related to angiogenesis and / or angiogenesis is not expressed or expressed. Select a test substance that can delay The criteria for selection can be appropriately set using as an index an animal that is not administered the test substance.

このようにして選択された被験物質は、脈管形成および/または血管新生に関連した疾患または症状を発現させなくするか、またはその発現を遅らせることができるものであり、各種の上記疾患/症状の予防薬の候補物質となりうる。   The test substance thus selected is one that can prevent or delay the onset of a disease or symptom related to angiogenesis and / or angiogenesis. Can be a candidate substance for preventive drugs.

さらに、本発明によれば、下記の(a)〜(c)の工程:
(a)本発明の非ヒトノックアウト動物またはその子孫動物と、当該動物の同種野生型動物とのそれぞれから血液を採取する工程;
(b)工程(a)で得られた血液中のタンパク質を調べ、それぞれの動物におけるタンパク質の発現パターンを比較する工程;および、
(c)工程(b)における比較結果に基づいて、脈管形成および/または血管新生に関連した疾患または症状の発現の指標となる血清タンパク質を選択する工程、
を含む、脈管形成および/または血管新生に関連した疾患または症状のバイオマーカーのスクリーニング方法(以下、「スクリーニング方法(3)」とも称する)が提供される。
Furthermore, according to the present invention, the following steps (a) to (c):
(A) a step of collecting blood from each of the non-human knockout animal of the present invention or its progeny animal and the same-type wild-type animal of the animal;
(B) examining the protein in the blood obtained in step (a) and comparing the expression pattern of the protein in each animal; and
(C) based on the comparison result in step (b), selecting a serum protein that serves as an indicator of the development of a disease or condition associated with angiogenesis and / or angiogenesis;
A method for screening a biomarker for a disease or symptom associated with angiogenesis and / or angiogenesis (hereinafter also referred to as “screening method (3)”) is provided.

スクリーニング方法(3)の工程(a)において、動物から血液を採取する方法は、自体公知の方法により行なうことができる。血液の採取量は、動物の種類に応じて適切な量に設定されうる。採取した血液から、遠心分離等により血清を調製して工程(b)に供することが好ましい。なお、血液を採取する時期は、本発明の非ヒトノックアウト動物において脈管形成および/または血管新生に関連した疾患または症状の発現が見られる時期を事前に検討しておき、当該疾患/症状の発現の前後の時期を複数選ぶことが好ましい。   In step (a) of screening method (3), blood can be collected from the animal by a method known per se. The amount of blood collected can be set to an appropriate amount depending on the type of animal. It is preferable to prepare serum from the collected blood by centrifugation or the like and use it in the step (b). In addition, the time for collecting blood is examined in advance for the time when the disease or symptom related to angiogenesis and / or angiogenesis is observed in the non-human knockout animal of the present invention. It is preferable to select a plurality of periods before and after the expression.

スクリーニング方法(3)の工程(b)において、血液中のタンパク質の発現パターンを解析・比較する方法は特に限定されず、常法により行なうことができる。例えば、非ヒトノックアウト動物および同種野生型動物のそれぞれの血中タンパク質をペプチドマスフィンガープリント法などの手法を用いて比較し、ノックアウト動物において有意に増加または減少するタンパク質をスクリーニングしていく方法が例示される。   In the step (b) of the screening method (3), the method for analyzing and comparing the expression pattern of the protein in the blood is not particularly limited and can be performed by a conventional method. For example, a method in which the blood proteins of non-human knockout animals and allogeneic wild-type animals are compared using methods such as peptide mass fingerprinting, and proteins that significantly increase or decrease in knockout animals are screened. Is done.

スクリーニング方法(3)の工程(c)においては、工程(b)で得られた比較結果に基づき、脈管形成および/または血管新生に関連した疾患または症状の発現の指標となる血清タンパク質を選択する。選択する基準は、血清タンパク質のうち、同種野生型動物と比較して、非ヒトノックアウト動物において有意に(好ましくは、2倍以上)発現が増加または減少していることを指標とすることができる。   In step (c) of screening method (3), based on the comparison results obtained in step (b), a serum protein that serves as an index of the expression of a disease or symptom related to angiogenesis and / or angiogenesis is selected. To do. Criteria to be selected can be used as an indicator that, among serum proteins, expression is significantly increased (preferably twice or more) in non-human knockout animals as compared to homologous wild-type animals. .

このようにして選択された血清タンパク質は、脈管形成および/または血管新生に関連した疾患または症状の発現の有無を判断するバイオマーカーとして有用である。   The serum protein thus selected is useful as a biomarker for determining the presence or absence of a disease or symptom associated with angiogenesis and / or angiogenesis.

以下、実施例を用いて本発明をより詳細に説明するが、本発明の技術的範囲が下記の実施例に記載の形態のみに制限されるわけではない。   EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated in detail using an Example, the technical scope of this invention is not necessarily restrict | limited only to the form as described in the following Example.

[ノックアウト(KO)マウスの作製:図1]
以下の手法により、PI3K−C2α(Pik3c2a)遺伝子が相同染色体上で破壊されたノックアウト(KO)マウスを作製した。
[Preparation of knockout (KO) mouse: FIG. 1]
A knockout (KO) mouse in which the PI3K-C2α ( Pik3c2a ) gene was disrupted on a homologous chromosome was produced by the following procedure.

まず、129/Ola E14-1 マウス胚性幹(ES)細胞ゲノムから、1.2kbp DNAフラグメントをPCR法によりクローニングした。このフラグメントは、マウスPI3K−C2α(Pik3c2a)遺伝子の翻訳開始コドン(ATG)を含むエクソン1を有する。 First, a 1.2 kbp DNA fragment was cloned from the 129 / Ola E14-1 mouse embryonic stem (ES) cell genome by PCR. This fragment has exon 1 which contains the translation initiation codon (ATG) of the mouse PI3K-C2α ( Pik3c2a ) gene.

ターゲティングベクターは、定法に従い構築した。その際、条件付け(コンディショナル)KOマウス作製に対応できるように、Cre−loxPシステムを組み込むようにターゲティングベクターをデザインした。具体的には、市販のpBluescript-IIベクター(インビトロジェン社)をベースに、マウスPI3K−C2α(Pik3c2a)遺伝子のエクソン1の上流イントロン領域(5.6kbp)、バクテリオファージ由来loxP配列、C2α遺伝子のエクソン1領域、loxP配列、ポジティブセレクション用ネオマイシン耐性遺伝子(Neo)カセット、loxP配列、C2α遺伝子のエクソン1の下流イントロン領域(1.2kbp)、ネガティブセレクション用DT−A遺伝子カセットの各フラグメントを適切に連結して、ターゲティングベクターを得た。 The targeting vector was constructed according to a conventional method. At that time, the targeting vector was designed so as to incorporate the Cre-loxP system so as to be able to cope with the conditioning (conditional) KO mouse production. Specifically, based on a commercially available pBluescript-II vector (Invitrogen), an upstream intron region (5.6 kbp) of exon 1 of mouse PI3K-C2α ( Pik3c2a ) gene, bacteriophage-derived loxP sequence, exon of C2α gene 1 region, loxP sequence, neomycin resistance gene (Neo) cassette for positive selection, loxP sequence, downstream intron region of exon 1 of C2α gene (1.2 kbp), DT-A gene cassette for negative selection are appropriately linked Thus, a targeting vector was obtained.

得られたターゲティングベクター(20μg)をSacIIによって線状化し、129/Ola E14-1 マウスES細胞(1.25×10個)にエレクトロポレーション法によって遺伝子導入した。遺伝子導入した細胞を、抗生物質G418(200μg/mL)を含むES細胞用培地(15%牛胎児血清(FBS)−DMEM)中、37℃で培養し、組換えクローンを選択した。 The obtained targeting vector (20 μg) was linearized with SacII and introduced into 129 / Ola E14-1 mouse ES cells (1.25 × 10 7 cells) by electroporation. The transfected cells were cultured at 37 ° C. in a medium for ES cells (15% fetal bovine serum (FBS) -DMEM) containing the antibiotic G418 (200 μg / mL), and recombinant clones were selected.

選別された450個のG418耐性クローンを拡張培養し、以下の条件でPCRを行ない、初期変異型組換えクローンを同定した。すなわち、Neoカセットの5’末端領域に対するフォワードプライマー(下記の表1に示すFプライマー)および相同組換え領域外の3’末端側配列に対するリバースプライマー(下記の表1に示すRプライマー)を用いて、「94℃ 30秒、62℃ 30秒、72℃ 2分30秒」を35サイクル行なうPCR反応(DNAポリメラーゼ:LA−Taq(タカラバイオ社))により、2kbpの相同組換え体由来フラグメントのみを増幅させた。   The selected 450 G418-resistant clones were expanded and subjected to PCR under the following conditions to identify early mutant recombinant clones. That is, using a forward primer (F primer shown in Table 1 below) for the 5 ′ end region of the Neo cassette and a reverse primer (R primer shown in Table 1 below) for the 3 ′ end side sequence outside the homologous recombination region. In a PCR reaction (DNA polymerase: LA-Taq (Takara Bio Inc.)) in which 35 cycles of “94 ° C. 30 seconds, 62 ° C. 30 seconds, 72 ° C. 2 minutes 30 seconds” are performed, only a fragment derived from a homologous recombinant of 2 kbp is obtained. Amplified.

適切に相同組換えされた初期変異型ES細胞に、Creリコンビナーゼ発現アデノウイルスを感染させ、エクソン1およびNeo発現カセットを欠失したノックアウト(KO)型組換えES細胞を得た。なお、得られたKO型組換えES細胞については、以下の条件によるPCRによって、同定した。すなわち、C2α遺伝子のエクソン1内の領域に対するフォワードプライマー(下記の表2に示すF1プライマー(配列番号:3))、C2α遺伝子のエクソン1の下流イントロン内の領域に対するリバースプライマー(下記の表2に示すR1プライマー(配列番号:4))、およびC2α遺伝子のエクソン1の上流Cre配列に対するフォワードプライマー(下記の表2に示すF2プライマー(配列番号:5))を用いて、「94℃ 30秒、60℃ 30秒、72℃ 30秒」を35サイクル行なうPCR反応(DNAポリメラーゼ:Go−Taq(プロメガ社))により、278bpのノックアウト型フラグメントを増幅させた。一方、初期変異型ES細胞にはもはやC2α遺伝子のエクソン1領域は存在しないため、F1プライマーとR1プライマーとで規定されるはずの増幅産物(432bp)は観察されなかった。   An early mutant ES cell appropriately homologously recombined was infected with an adenovirus expressing Cre recombinase to obtain a knockout (KO) type recombinant ES cell lacking exon 1 and Neo expression cassette. The obtained KO type recombinant ES cells were identified by PCR under the following conditions. That is, the forward primer for the region in exon 1 of the C2α gene (F1 primer (SEQ ID NO: 3) shown in Table 2 below), the reverse primer for the region in the downstream intron of exon 1 of the C2α gene (in Table 2 below) R1 primer (SEQ ID NO: 4)) and a forward primer for the upstream Cre sequence of exon 1 of the C2α gene (F2 primer (SEQ ID NO: 5) shown in Table 2 below), “94 ° C. for 30 seconds, A 278 bp knockout fragment was amplified by PCR reaction (DNA polymerase: Go-Taq (Promega)) in which 35 cycles of “60 ° C. for 30 seconds and 72 ° C. for 30 seconds” were performed. On the other hand, since the exon 1 region of the C2α gene no longer exists in the early mutant ES cells, an amplification product (432 bp) that should be defined by the F1 primer and the R1 primer was not observed.

上記で得られたKO型組換えES細胞を用いて、C57BL/6Jマウス(Jackson laboratories社)から得られた8細胞期胚との細胞集合(アグリゲーション)法によりキメラ胚を得た。得られたキメラ胚を、C57BL/6Jマウス雌の仮親マウスに着床して、キメラマウスを発生させた。キメラマウス雄と野生型C57BL/6Jマウス雌とを交配させることにより、第1世代(F1)として、相同染色体上の一方のC2α遺伝子エクソン1領域が相同組換えにより欠損したC2αへテロ(+/−)KOマウスを得た。   Using the KO-type recombinant ES cells obtained above, chimeric embryos were obtained by the cell assembly (aggregation) method with 8-cell embryos obtained from C57BL / 6J mice (Jackson laboratories). The obtained chimeric embryo was implanted into a C57BL / 6J female female parental mouse to generate a chimeric mouse. By crossing a chimeric mouse male and a wild type C57BL / 6J mouse female, as a first generation (F1), a C2α heterozygous (+ / -) KO mice were obtained.

胎児マウスおよび成体マウスのそれぞれについて、上記の表2に示す3つのPCRプライマー(F1、R1、F2)(配列番号:3〜5)を用いて、遺伝子型を同定した。F1プライマーとR1プライマーとのセットを用いたPCRでは、432bpのC2α野生型バンドが検出された。一方、F2プライマーとR1プライマーとを用いたPCRでは、278bpのKO型バンドが増幅された。   For each fetal mouse and adult mouse, the genotype was identified using the three PCR primers (F1, R1, F2) (SEQ ID NOs: 3 to 5) shown in Table 2 above. In PCR using the set of F1 primer and R1 primer, a 432 bp C2α wild type band was detected. On the other hand, in the PCR using the F2 primer and the R1 primer, a 278 bp KO type band was amplified.

[C2α全身性ホモ(−/−)KOマウスの作製]
上記で得られた第1世代(F1)のC2αヘテロKOマウスの雌雄を交配させ、第2世代(F2)を得た。第2世代のうち、C2αヘテロ(+/−)KOマウスおよび野生型(+/+)マウスは正常に出生した。一方、C2αホモ(−/−)KOマウスは胎生致死であった。正常飼育下でのヘテロKOマウスは野生型と比較して、外見、体重、寿命、組織病理所見のいずれについても差異は認められなかった。
[Preparation of C2α systemic homo (− / −) KO mice]
Male and female of the first generation (F1) C2α hetero KO mice obtained above were mated to obtain a second generation (F2). Of the second generation, C2α hetero (+/−) KO mice and wild type (+ / +) mice were born normally. On the other hand, C2α homo (− / −) KO mice were embryonic lethal. Heterogeneous KO mice under normal breeding showed no difference in appearance, body weight, life span, or histopathological findings as compared with the wild type.

[C2α全身性ホモKOマウスの胎生期血管形成の異常]
上記で得られたC2α全身性ホモKOマウス、C2αヘテロKOマウスおよび野生型マウスのそれぞれについて、胎児の組織サンプルを抗C2α抗体(BD社)を用いたウエスタンブロット解析を行なった。その結果、ホモKOマウスではC2αタンパク質のバンドは全く検出できなかった。また、ヘテロKOマウスではC2αタンパク質の発現量が野生型と比較して約50%であることが確認された。
[Abnormalities of embryonic angiogenesis in C2α systemic homo-KO mice]
For each of the C2α systemic homo KO mice, C2α hetero KO mice and wild type mice obtained above, Western blot analysis was performed on fetal tissue samples using anti-C2α antibody (BD). As a result, no C2α protein band could be detected in the homo KO mice. In addition, it was confirmed that the expression level of C2α protein was about 50% in the hetero KO mouse compared to the wild type.

同腹のC2αホモKOマウスおよび野生型マウスのそれぞれの胎児(胎生11.5日目)を4%パラホルムアルデヒド液で組織固定した。次いで、血管内皮細胞マーカーである抗CD31抗体を用いてホールマウント染色(DAB発色法)を行なった。結果を図2に示す。図2に示すように、野生型マウスでは全身に血管網の構築が確認された。これに対し、ホモKOマウスでは、血管形成の著しい異常が見られた。   Tissues of fetuses (embryonic day 11.5) of littermate C2α homo-KO mice and wild type mice were fixed with 4% paraformaldehyde solution. Subsequently, whole mount staining (DAB coloring method) was performed using an anti-CD31 antibody which is a vascular endothelial cell marker. The results are shown in FIG. As shown in FIG. 2, it was confirmed that the vascular network was constructed throughout the body in the wild type mouse. On the other hand, in the homo KO mouse, a remarkable abnormality in angiogenesis was observed.

C2αホモKOマウスおよび野生型マウスのそれぞれについて、胎児を4%パラホルムアルデヒド液で組織固定し、パラフィン包埋、薄切後、組織切片を血管平滑筋マーカーである抗α平滑筋アクチン抗体により免疫組織化学染色(DAB発色法)した。結果を図3に示す。図3に示すように、野生型マウスでは背側大動脈にα平滑筋アクチン陽性細胞が血管周囲を取り巻くように集積していた。これに対し、ホモKOマウスでは、ほとんどそれが認められなかった。   For each of C2α homo-KO mice and wild-type mice, the fetus was tissue fixed with 4% paraformaldehyde solution, embedded in paraffin, sliced, and the tissue section was immunized with anti-α smooth muscle actin antibody, which is a vascular smooth muscle marker. Chemical staining (DAB coloring method) was performed. The results are shown in FIG. As shown in FIG. 3, in the wild-type mouse, α-smooth muscle actin-positive cells were accumulated in the dorsal aorta so as to surround the blood vessels. On the other hand, it was hardly observed in homo KO mice.

さらに、電子顕微鏡を用いてより詳細に解析を行なったところ、C2αホモKOマウスでは、血管平滑筋細胞の集積不全に加え、内皮細胞間接着構造の異常が認められた(図4、矢尻)。   Furthermore, when analyzed in more detail using an electron microscope, in C2α homo-KO mice, abnormalities in the adhesion structure between endothelial cells were observed in addition to the failure of vascular smooth muscle cell accumulation (FIG. 4, arrowhead).

[組織特異的C2aコンディショナルノックアウト(CKO)マウスの作製:図5]
胎生致死が確認された全身性C2αホモKOマウスの死因、およびC2aの生理的役割を解析する目的で、以下の手法により組織特異的C2αCKOマウスを作製した。
[Generation of tissue-specific C2a conditional knockout (CKO) mice: FIG. 5]
In order to analyze the cause of death of systemic C2α homo-KO mice in which embryonic lethality was confirmed and the physiological role of C2a, tissue-specific C2α CKO mice were prepared by the following method.

図1に記載の初期変異型(3LoxP型)組換えES細胞を用いて、C57BL/6Jマウス(Jackson Laboratories社)から得られた8細胞期胚との細胞集合(アグリゲーション)法によりキメラ胚を得た。得られたキメラ胚を、C57BL/6J雌マウスに着床して、キメラマウスであるC2α−3LoxP型へテロ変異マウスを発生させた。この3LoxP型へテロ変異マウスではC2α発現が野生型マウスと同等であり、正常に生育した。   A chimeric embryo is obtained by the cell aggregation (aggregation) method with an 8-cell embryo obtained from a C57BL / 6J mouse (Jackson Laboratories) using the early mutant (3LoxP type) recombinant ES cells described in FIG. It was. The obtained chimeric embryos were implanted into C57BL / 6J female mice to generate C2α-3LoxP type heterozygous mice that are chimeric mice. In this 3LoxP type heterozygous mouse, C2α expression was equivalent to that of the wild type mouse and grew normally.

上記で得られた3LoxP型へテロ変異マウス(生後8週齢雌;第1世代(F1))と、精子で弱くCreリコンビナーゼを発現しているIns−Creトランスジェニック(Tg)マウス雄とを交配させて、C2α遺伝子のエクソン1領域が2つのloxP配列で挿まれる構造を持つFlox型ヘテロ変異(C2αflox/+)マウスを発生させた。なお、Flox型ヘテロ変異マウスの同定は、上記の表2に示す3つのPCRプライマー(F1、R1、F2)(配列番号:3〜5)を用いて行なった。F1プライマーとR1プライマーとのセットを用いたPCRにより、486bpのFlox型バンドおよび432bpの野生型バンドが区別されて検出された。   The 3LoxP-type heterozygous mouse (8-week-old female; first generation (F1)) obtained above was mated with male Ins-Cre transgenic (Tg) mice that are weak in sperm and express Cre recombinase. Thus, a Flox-type heterozygous mutant (C2αflox / +) mouse having a structure in which the exon 1 region of the C2α gene was inserted with two loxP sequences was generated. The Flox heterozygous mutant mice were identified using the three PCR primers (F1, R1, F2) (SEQ ID NOs: 3 to 5) shown in Table 2 above. A 486 bp Flox-type band and a 432 bp wild-type band were distinguished and detected by PCR using a set of F1 primer and R1 primer.

上記で得られたFlox型ヘテロ変異マウスは、正常に発生し、野生型と差異なく生育した。このFlox型ヘテロ変異マウスをC57BL/6Jとの交雑により10世代バッククロスさせた後、Flox型へテロ変異マウスの雌雄を交配させ、Flox型ホモ変異(C2αflox/flox)マウスを得た。   The Flox-type heterozygous mice obtained above developed normally and grew without any difference from the wild type. The Flox heterozygous mutant mice were backcrossed for 10 generations by crossing with C57BL / 6J, and then males and females of Flox heterozygous mutants were mated to obtain Flox homozygous mutant (C2αflox / flox) mice.

得られたFlox型ホモ変異マウス(生後8週齢)と組織特異的Creリコンビナーゼ発現Tgマウスとを交配させることにより、組織特異的にC2αがノックアウトされた組織特異的CKOマウスを作製することができる。本実施例では、血管を構成する血管内皮細胞および血管平滑筋細胞、並びに心臓を構成する心筋細胞のそれぞれにおいてCreリコンビナーゼを特異的に発現するTgマウスを用いて、組織特異的CKOマウスを作製した。これらの組織特異的CKOマウスでは、それぞれ血管内皮細胞、血管平滑筋細胞、および心筋細胞において選択的に、C2α遺伝子が欠失している。   By crossing the resulting Flox-type homozygous mouse (8 weeks old) with a tissue-specific Cre recombinase-expressing Tg mouse, a tissue-specific CKO mouse in which C2α is knocked out in a tissue-specific manner can be produced. . In this example, tissue-specific CKO mice were prepared using Tg mice that specifically express Cre recombinase in vascular endothelial cells and vascular smooth muscle cells that constitute blood vessels, and cardiomyocytes that constitute the heart. . In these tissue-specific CKO mice, the C2α gene is selectively deleted in vascular endothelial cells, vascular smooth muscle cells, and cardiomyocytes, respectively.

[組織特異的CKOマウスの観察]
上記で作製した組織特異的CKOマウスのうち、血管内皮細胞特異的CKOマウス(C2α−eCKOマウス)のみ、胎生期12日頃から血管形成異常が見られ、出生前後に死亡した。一方、血管平滑筋細胞特異的CKOマウスや心筋細胞特異的CKOマウスは、同腹野生型マウスと同等に出生し、発育した。組織病理的所見についても同腹野生型マウスと差異は認められなかった。
[Observation of tissue-specific CKO mice]
Among the tissue-specific CKO mice prepared above, only vascular endothelial cell-specific CKO mice (C2α-eCKO mice) exhibited angiogenesis abnormalities from around the embryonic day 12, and died before and after birth. On the other hand, vascular smooth muscle cell-specific CKO mice and cardiomyocyte-specific CKO mice were born and developed in the same manner as littermate wild-type mice. There was no difference in histopathological findings from wild-type mice.

C2α−eCKOマウスについてより詳細に観察を行なったところ、胎生12.5日頃において、皮膚血管からの出血が見られた(図6、ii、iv、vi、矢尻)。また、C2α−eCKOマウスの胎児をホルマリン固定し、パラフィン切片についてヘマトキシリン・エオジン染色を行なった結果、皮膚血管に加えて、肺、肝臓、腎臓などの臓器においても、出血が観察された。出血が見られた皮膚血管を高解像度で観察するために、マウス胎児皮膚を剥離し、4%パラホルムアルデヒドで固定して、血管内皮細胞マーカーである抗CD31抗体および血管平滑筋細胞マーカーである抗α平滑筋アクチン抗体による二重蛍光免疫ホールマウント染色を行なった。染色サンプルについて、高解像度共焦点レーザー顕微鏡を用いてC2α−eCKOマウスの皮膚血管を観察した結果、野生型マウスと比較して、不完全な微小血管網の形成が見られ、さらに血管への平滑筋集積にも著しい異常が見られた(図7、ii、iv)。さらに、高解像度二重蛍光免疫ホールマウント染色法(抗VEカドヘリン抗体+抗NG2抗体二重染色)により皮膚毛細血管を観察したところ、内皮細胞間接着因子であるVEカドヘリンの局在および周皮細胞の形態における異常が観察された。   When the C2α-eCKO mice were observed in more detail, bleeding from the skin blood vessels was observed around embryonic day 12.5 (FIGS. 6, ii, iv, vi, arrowheads). Further, the fetus of C2α-eCKO mouse was formalin-fixed and the paraffin sections were stained with hematoxylin and eosin. As a result, bleeding was observed in organs such as lung, liver and kidney in addition to skin blood vessels. In order to observe bleeding blood vessels with high resolution, mouse fetal skin was peeled off and fixed with 4% paraformaldehyde, and anti-CD31 antibody as a vascular endothelial cell marker and anti-vascular smooth muscle cell marker as an anti-vascular marker. Double fluorescence immuno whole mount staining with α-smooth muscle actin antibody was performed. As a result of observing the skin blood vessels of the C2α-eCKO mice using a high-resolution confocal laser microscope, the formation of incomplete microvascular networks was observed compared with the wild-type mice, and the blood vessels were smooth. Significant abnormalities were also observed in muscle accumulation (FIGS. 7, ii, iv). Furthermore, when the skin capillaries were observed by a high-resolution double fluorescent immuno-hole mount staining method (anti-VE cadherin antibody + anti-NG2 antibody double staining), localization of VE cadherin, which is an adhesion factor between endothelial cells, and pericytes were observed. An abnormality in the morphology was observed.

[C2α発現抑制血管内皮細胞を用いたin vitro解析]
RNA干渉法を用いて、ヒト臍帯静脈内皮細胞(HUVEC)におけるC2α発現を特異的に抑制できるin vitro実験系を構築した。
[In vitro analysis using C2α expression-inhibited vascular endothelial cells]
Using an RNA interference method, an in vitro experimental system capable of specifically suppressing C2α expression in human umbilical vein endothelial cells (HUVEC) was constructed.

具体的には、市販の干渉RNA合成キット(アンビオン社)を用いて、ヒトC2α遺伝子のmRNA上の配列(5’−AAGGUUGGCACUUACAAGAAU−3’(配列番号:6))を標的とする干渉RNA(C2α−siRNA)を合成した。この合成C2α−siRNA(20nM)を市販の遺伝子導入試薬リポフェクタミン2000(インビトロジェン社)を用いてHUVEC細胞に導入して、C2αノックダウンHUVEC細胞を構築した。このC2αノックダウンHUVEC細胞を48時間通常培養した後、抗C2α抗体を用いたウエスタンブロット法によりC2αタンパク質発現量を調べた。その結果、C2α−siRNAを導入したHUVEC細胞では、コントロール干渉RNA(スクランブル配列:sc−siRNA)を導入したHUVEC細胞(コントロールHUVEC細胞)に比べて、C2αタンパク質の発現量が約95%抑制されていた。   Specifically, using a commercially available interfering RNA synthesis kit (Ambion), an interfering RNA (C2α) targeting the sequence (5′-AAGGUUGGCACUACAAGAAU-3 ′ (SEQ ID NO: 6)) on the mRNA of the human C2α gene. -SiRNA) was synthesized. This synthetic C2α-siRNA (20 nM) was introduced into HUVEC cells using a commercially available gene introduction reagent Lipofectamine 2000 (Invitrogen) to construct C2α knockdown HUVEC cells. The C2α knockdown HUVEC cells were normally cultured for 48 hours, and then the C2α protein expression level was examined by Western blotting using an anti-C2α antibody. As a result, in the HUVEC cells into which C2α-siRNA was introduced, the expression level of C2α protein was suppressed by about 95% compared to HUVEC cells into which control interference RNA (scrambled sequence: sc-siRNA) was introduced (control HUVEC cells). It was.

C2αノックダウンHUVEC細胞においては、コントロールHUVEC細胞と比較して、細胞増殖、細胞接着および細胞遊走能が有意に減弱していた。さらに、in vitro系での血管新生評価法であるマトリゲル・アッセイ法を用いてVEGFに対する管腔形成能を評価したところ、C2αノックダウンHUVEC細胞においては、管腔長および管腔分岐点数が有意に減少していた(図8)。   In C2α knockdown HUVEC cells, cell proliferation, cell adhesion and cell migration ability were significantly attenuated compared to control HUVEC cells. Furthermore, when the ability of VEGF to form a lumen was evaluated using the Matrigel assay, which is an in vitro angiogenesis evaluation method, the lumen length and the number of lumen branch points were significantly increased in C2α knockdown HUVEC cells. It decreased (FIG. 8).

ここで、C2αは細胞内のエンドソームおよびトランスゴルジ・ネットワーク(TGN)上で、ホスファチジルイノシトール(3)リン酸(PtdIns(3)P)を生成することが知られている。このPtdIns(3)PはエンドソームやTGNにおいて、膜輸送に深く関与していることが知られている。なお、エンドソームは、新しく作られたタンパク質をゴルジ装置から細胞膜や他のオルガネラへ輸送したり、細胞膜からのエンドサイトーシスを経てリソソームでの分解系へとタンパク質を輸送したり、リサイクリングによる細胞膜への再輸送、ホルモンなどの放出を担うエキソサイトーシスなどにも関与するなど、細胞内膜輸送の中継地点として機能することが知られている。   Here, it is known that C2α generates phosphatidylinositol (3) phosphate (PtdIns (3) P) on intracellular endosomes and trans-Golgi network (TGN). This PtdIns (3) P is known to be deeply involved in membrane transport in endosomes and TGNs. Endosomes transport newly produced proteins from the Golgi apparatus to cell membranes and other organelles, transport proteins to the lysosomal degradation system via endocytosis from the cell membrane, and to the cell membrane by recycling. It is known to function as a relay point for intracellular membrane transport, such as being involved in exocytosis responsible for the re-transport of hormones and the release of hormones.

そこで、細胞内PtdIns(3)P蛍光プローブであるmRFP−2XFYVEドメイン発現プラスミドを、コントロールHUVEC細胞およびC2αノックダウンHUVEC細胞にそれぞれAmaxaエレクトロポレーション法(Lonza社)により遺伝子導入し、生細胞におけるPtdIns(3)P局在をリアルタイム共焦点レーザー顕微鏡(横河電機−オリンパス社製)を用いて経時観察した。また、陽性対照として、C2α以外のPI3Kファミリーであるp110α(クラスI)またはVps34(クラスIII)がそれぞれノックダウンされたHUVEC細胞を用いて同様の実験を行なった。結果を図9に示す。図9に示すように、C2αノックダウンHUVEC細胞においてはPtdIns(3)P陽性エンドソームの著しい減少が観察された。一方、コントロールHUVEC細胞やp110α(クラスI)またはVps34(クラスIII)のノックダウンHUVEC細胞では変化が確認されなかった。   Therefore, mRFP-2XFYVE domain expression plasmids, which are intracellular PtdIns (3) P fluorescent probes, were introduced into control HUVEC cells and C2α knockdown HUVEC cells by Amaxa electroporation (Lonza), respectively, and PtdIns in living cells. (3) P localization was observed over time using a real-time confocal laser microscope (manufactured by Yokogawa Electric Corporation-Olympus). Further, as a positive control, a similar experiment was performed using HUVEC cells in which p110α (class I) or Vps34 (class III), which are PI3K families other than C2α, were knocked down. The results are shown in FIG. As shown in FIG. 9, a significant decrease in PtdIns (3) P positive endosomes was observed in C2α knockdown HUVEC cells. On the other hand, no changes were observed in control HUVEC cells or p110α (class I) or Vps34 (class III) knockdown HUVEC cells.

[C2α発現抑制内皮細胞の細胞内形態異常]
C2αノックダウンHUVEC細胞を4%パラホルムアルデヒド固定後、抗トランスゴルジ・ネットワーク(TGN)抗体(BD社)を用いた免疫蛍光染色法により観察した。結果を図10に示す。図10上段に示すように、コントロールHUVEC細胞と比較して、C2αノックダウンHUVEC細胞ではTGN構造の拡大が見られた。なお、p110α(クラスI)またはVps34(クラスIII)のノックダウンHUVEC細胞はコントロールHUVEC細胞と同様の構造を示したことから、C2αノックダウンHUVEC細胞のみにおいて特異的に構造変化が生じたものと思われる。また、このTGNの構造変化は、電子顕微鏡観察による詳細な観察においても同様に認められた(図10、矢尻)。エンドソームおよびTGN上のPtdIns(3)Pは、細胞内小胞輸送系において重要な脂質であるが、C2αの発現が抑制された細胞では、エンドソームを介するTGN−細胞膜間の輸送システムが著しく阻害されており、このことが結果的にTGN構造の乱れをもたらしているものと考えられる。
[Abnormal intracellular morphology of C2α expression-inhibited endothelial cells]
C2α knockdown HUVEC cells were fixed with 4% paraformaldehyde and then observed by immunofluorescence staining using an anti-trans Golgi network (TGN) antibody (BD). The results are shown in FIG. As shown in the upper part of FIG. 10, expansion of the TGN structure was observed in C2α knockdown HUVEC cells as compared to control HUVEC cells. In addition, since the knockdown HUVEC cells of p110α (class I) or Vps34 (class III) showed the same structure as the control HUVEC cells, it was considered that the structural change specifically occurred only in the C2α knockdown HUVEC cells. It is. This structural change of TGN was also observed in the detailed observation by electron microscope observation (FIG. 10, arrowhead). PtdIns (3) P on endosomes and TGN is an important lipid in the intracellular vesicle transport system, but in the cells where C2α expression is suppressed, the transport system between TGN and cell membrane via endosome is markedly inhibited. As a result, it is considered that the TGN structure is disturbed.

[C2αノックダウンHUVEC細胞におけるVEカドヘリン局在異常]
4%パラホルムアルデヒド固定したHUVEC細胞について、内皮細胞間接着分子VE−カドヘリンの局在を抗VE−カドヘリン抗体を用いた免疫蛍光染色法により調べた。その結果、C2αノックダウン細胞においては、VE−カドヘリンの内皮細胞間での局在化が著しく障害され、細胞間隙が多く見られた(図11)。なお、後述するように、C2αノックダウン細胞では実際に血管透過性が著しく亢進していた。
[VE cadherin localization abnormality in C2α knockdown HUVEC cells]
The HUVEC cells fixed with 4% paraformaldehyde were examined for the localization of the intercellular endothelial adhesion molecule VE-cadherin by immunofluorescence staining using an anti-VE-cadherin antibody. As a result, in C2α knockdown cells, localization of VE-cadherin among endothelial cells was remarkably impaired, and many cell gaps were observed (FIG. 11). As will be described later, vascular permeability was actually significantly enhanced in C2α knockdown cells.

低分子量Gタンパク質であるRhoAは、細胞骨格を構築する上で必須なアクチン繊維(F-actin)の形成および再構築に重要な役割を果たしていることが知られている。活性型RhoA(GTP型−RhoA)を認識する抗GTP−RhoA抗体を用いた免疫蛍光染色法による観察から、C2αノックダウン細胞でのみ、通常の培養条件下(+EBM2)で見られるRhoAの活性化が著しく抑制された(図12、左から2番目の写真)。また、細胞間接着を維持する上で重要なアクチン束の形態に異常が見られることが、F-actinを標識するAlexa594-ファロイジン染色により認められた。   RhoA, which is a low molecular weight G protein, is known to play an important role in the formation and remodeling of actin fibers (F-actin) essential for constructing the cytoskeleton. From the observation by immunofluorescence staining using an anti-GTP-RhoA antibody recognizing active RhoA (GTP type-RhoA), activation of RhoA observed only under C2α knockdown cells under normal culture conditions (+ EBM2) Was significantly suppressed (FIG. 12, second photo from the left). In addition, it was confirmed by Alexa594-phalloidin staining that labeled F-actin that the morphology of actin bundles important for maintaining cell-cell adhesion was observed.

C2αノックダウン細胞で見られたRhoA活性の低下は、RhoA活性化に必須の修飾反応であるゲラニル化の減弱によることが判明した。そこで、HUVEC細胞に不活性型RhoA変異体を強制発現したところ、VE−カドヘリンの細胞間局在が完全に消失した。一方、C2αノックダウン細胞において、活性化型RhoA変異体導入によりVE−カドヘリンの細胞間局在が部分的に回復した。さらに、不活性型C2α変異体(1268番目のアスパラギン酸をアラニンに点置換→ATPが結合せず、リン酸化活性を失う変異体)をHUVEC細胞に導入することにより、VE−カドヘリンの細胞間局在が障害された。これらの結果から、C2αによるRhoA活性は、VE−カドヘリンの細胞間局在化に関与することが示唆された。   It was found that the decrease in RhoA activity observed in C2α knockdown cells was due to attenuation of geranylation, which is a modification reaction essential for RhoA activation. Thus, when the inactive RhoA mutant was forcibly expressed in HUVEC cells, the intercellular localization of VE-cadherin completely disappeared. On the other hand, in C2α knockdown cells, the intercellular localization of VE-cadherin was partially restored by the introduction of activated RhoA mutant. Furthermore, by introducing an inactive C2α mutant (a 1268th aspartic acid to alanine point-mutated → mutant that does not bind ATP and loses phosphorylation activity) into HUVEC cells, an intercellular station of VE-cadherin I was disturbed. From these results, it was suggested that RhoA activity by C2α is involved in intercellular localization of VE-cadherin.

[VEGFによる皮膚血管透過性の亢進]
上述したように、C2αタンパク質発現レベルが約50%であるC2αヘテロKOマウス(C2α+/−)は正常に出生し、通常の飼育下では正常に発育する。このC2αヘテロKOマウスに対してエバンス・ブルー色素を用いたマイルズアッセイ法を適用し、C2αヘテロKOマウスにおける血管透過性を調べた。具体的には、生理食塩水に溶かした市販の2%エバンス・ブルー色素(フルカ社)50μLをマウス尾静脈に投与し、20分後にマウス背部の皮下に市販のVEGF(ペプロテック社、100ng/mL)100μL、またはコントロールとしてPBS緩衝液100μLを注入した。20分後、背部の薬剤注入部を含む皮膚を切除し、ホルムアミド液を用いて55℃にて一晩、エバンス・ブルー色素を抽出した後、分光光度計によりエバンス・ブルー量を定量した。その結果、C2αヘテロKOマウスでは、血管外へのエバンス・ブルー色素の漏出が野生型マウスの約2倍に増加することが確認され、血管透過性の亢進が認められた(図13)。
[Enhancement of cutaneous vascular permeability by VEGF]
As described above, C2α hetero KO mice (C2α +/−) having a C2α protein expression level of about 50% are born normally and grow normally under normal breeding. A Miles assay method using Evans Blue dye was applied to the C2α hetero KO mice to examine vascular permeability in the C2α hetero KO mice. Specifically, 50 μL of commercially available 2% Evans Blue dye (Fluka) dissolved in physiological saline was administered to the tail vein of the mouse, and 20 minutes later, commercially available VEGF (Peprotech, 100 ng / mL) was subcutaneously placed on the back of the mouse. ) 100 μL or PBS buffer 100 μL was injected as a control. Twenty minutes later, the skin containing the drug injection part on the back was excised, and Evans Blue dye was extracted overnight at 55 ° C. using formamide solution, and then the Evans Blue amount was quantified with a spectrophotometer. As a result, in the C2α hetero KO mice, it was confirmed that the leakage of Evans blue dye to the outside of the blood vessel increased about twice as much as that of the wild type mice, and an increase in vascular permeability was observed (FIG. 13).

[アナフィラキシー・ショックモデル]
アナフィラキシー・ショックは、異常免疫反応により活性化された肥満細胞などから放出されたヒスタミンや血小板活性化因子(PAF)により引き起こされる。具体的な病態としては、血管拡張や血漿成分の血管外への漏出などが見られ、その結果として血圧が急激に低下して、種々のショック症状を呈するというものである。
[Anaphylactic shock model]
Anaphylactic shock is caused by histamine or platelet activating factor (PAF) released from mast cells activated by an abnormal immune reaction. As specific pathological conditions, vasodilation, leakage of plasma components to the outside of the blood vessels, and the like are observed, and as a result, blood pressure sharply decreases and various shock symptoms are exhibited.

このアナフィラキシー・ショックを誘発する目的で、PAFを12μg/kgの用量でC2αヘテロKOマウスまたは野生型マウスの尾静脈に全身麻酔下でそれぞれ投与した。その結果、C2αヘテロKOマウスのみが約35分以内に全例でショック死した。また、死亡直後のC2αヘテロKOマウスにおけるヘマトクリット値は、野生型マウスよりも有意に高い値を示した(図14)。   In order to induce this anaphylactic shock, PAF was administered at a dose of 12 μg / kg to the tail vein of C2α heterozygous KO mice or wild type mice under general anesthesia, respectively. As a result, only C2α hetero KO mice were shocked in all cases within about 35 minutes. Moreover, the hematocrit value in the C2α hetero KO mouse immediately after death was significantly higher than that in the wild type mouse (FIG. 14).

[アンジオテンシンIIにより誘発される動脈瘤の形成]
C2αヘテロKOマウスに血管障害ホルモンであるアンジオテンシンII(AngII、1.0mg/kg/day)を浸透圧ポンプ(アルゼット社製)により2週間持続的に全身投与した。そうしたところ、約48%のC2αヘテロKOマウスにおいて大動脈瘤の形成が見られ、約30%のヘテロKOマウスは大動脈瘤の破裂により出血死した(図15上段)。一方、野生型マウスでは、大動脈瘤形成は約11%であり、死亡率は5%にとどまった。ヘテロKOマウスで観察された大動脈瘤の多くは、偽腔を伴う解離性大動脈瘤であり(図15下段)、Mac3陽性マクロファージが血管外膜へ動員され、炎症が惹起されていた。血管外膜での炎症性マクロファージは、タンパク質分解酵素 Matrix Metalloproteinase(MMP)を産生し、血管壁の細胞外基質分解を引き起こす。本発明者らによる検討においても、C2αヘテロKOマウスにおいては、AngII投与により大動脈のMMP−2およびMMP−9の酵素活性が、野生型マウスと比較して顕著に増強されていた(図示せず)。さらに、AngII投与されたC2αヘテロKOマウスにおいても、VE−カドヘリンからなる内皮細胞間接着構造の異常が観察され、これを裏付けるように、エバンス・ブルー色素法による観察でも野生型マウスと比して血管透過性が有意に亢進していることが示された。
[Formation of aneurysm induced by angiotensin II]
Angiotensin II (AngII, 1.0 mg / kg / day), which is a vasoactive hormone, was systemically administered to C2α hetero KO mice continuously for 2 weeks by an osmotic pump (Alzette). As a result, formation of an aortic aneurysm was observed in about 48% of C2α hetero KO mice, and about 30% of hetero KO mice died of bleeding due to the rupture of the aortic aneurysm (the upper part of FIG. 15). On the other hand, in the wild type mouse, aortic aneurysm formation was about 11%, and the mortality rate was only 5%. Most of the aortic aneurysms observed in the hetero-KO mice were dissociative aortic aneurysms with pseudolumen (lower part of FIG. 15), and Mac3 positive macrophages were mobilized to the outer vascular membrane and inflammation was induced. Inflammatory macrophages in the extravascular membrane produce the proteolytic enzyme Matrix Metalloproteinase (MMP) and cause degradation of the extracellular matrix of the blood vessel wall. Also in the study by the present inventors, in C2α hetero KO mice, the enzyme activities of aorta MMP-2 and MMP-9 were significantly enhanced by AngII administration compared to wild type mice (not shown). ). Furthermore, in the C2α hetero KO mice administered with Ang II, abnormalities in the adhesion structure between endothelial cells composed of VE-cadherin were also observed. To support this, the observation by the Evans Blue dye method was also compared with the wild type mice. It was shown that vascular permeability was significantly enhanced.

[考察]
以上の各実験結果から、血管形成におけるC2αの生理的役割として、1)内皮細胞のエンドソームおよびTGNにおけるPtdIns(3)P産生を介した細胞内膜輸送の調節、2)VE−カドヘリン膜輸送とVE−カドヘリン結合の安定化の2つの細胞内メカニズムに対する関与が示唆された。つまり、C2αは、上記の2つのメカニズムを介することで、「内皮細胞間接着の緊密化による血管透過性抑制」に必須の役割を担っているものと考えられる。
[Discussion]
From the results of the above experiments, the physiological role of C2α in angiogenesis is as follows: 1) Regulation of intracellular membrane transport through PtdIns (3) P production in endothelial cells and TGN, 2) VE-cadherin membrane transport The involvement of two intracellular mechanisms of stabilization of VE-cadherin binding was suggested. That is, it is considered that C2α plays an essential role in “suppressing vascular permeability by tightening adhesion between endothelial cells” through the above two mechanisms.

胎生期血管形成において、C2αは内皮細胞の分岐や壁細胞動員による血管成熟といった血管新生に必須のPI3Kであり、他のPI3Kファミリーとはまったく異なったメカニズムで血管形成および恒常性維持を支える酵素である。C2α機能の異常は、血管内皮細胞の機能異常、特に血管透過性亢進、炎症反応の惹起、ひいては血管構造の破綻を招くことになり、動脈瘤、動脈硬化、浮腫、アナフィラキシー・ショック等多くの血管形成(脈管形成および/または血管新生)に関連した疾患および/または症状の発現に関与する可能性が高い。本願により提供されるC2αノックアウト非ヒト動物は、これら血管形成に関連した疾患・症状の病態生理を把握する上で新しいモデル動物として、基礎研究のみならず臨床的にも貴重な生物資源となる。また、このモデル動物を用いることで、上記疾患・症状を治療および/または予防することができる候補物質を個体レベルでスクリーニングすることも可能となる。   In embryonic angiogenesis, C2α is PI3K essential for angiogenesis such as endothelial cell branching and vascular maturation by wall cell recruitment, and is an enzyme that supports angiogenesis and homeostasis by a mechanism completely different from other PI3K families. is there. Abnormal C2α function results in abnormal vascular endothelial cell function, particularly increased vascular permeability, inflammatory reaction, and rupture of vascular structure. Many blood vessels such as aneurysm, arteriosclerosis, edema, anaphylactic shock, etc. It is likely to be involved in the development of diseases and / or symptoms associated with formation (angiogenesis and / or angiogenesis). The C2α knockout non-human animal provided by the present application is a valuable biological resource not only for basic research but also clinically, as a new model animal for grasping the pathophysiology of diseases and symptoms related to angiogenesis. Further, by using this model animal, it becomes possible to screen a candidate substance capable of treating and / or preventing the disease / symptom at an individual level.

Claims (14)

相同染色体上でPI3K−C2α遺伝子の全部または一部の機能を喪失しており、脈管形成および/または血管新生に関連した疾患または症状を呈し、マウス、ラット、モルモット、ウサギ、ブタ、ヒツジ、ヤギ、イヌ、ウシ、サルおよびチンパンジーからなる群から選択される動物である、非ヒトノックアウト動物。 Phase on the same chromosome and lost all or part of the functions of the PI3K-C2α gene caused a disease or condition associated with angiogenesis and / or neovascularization, mice, rats, guinea pigs, rabbits, pigs, sheep A non-human knockout animal which is an animal selected from the group consisting of: goat, dog, cow, monkey and chimpanzee . PI3K−C2α遺伝子の全部または一部の機能の喪失が、PI3K−C2α遺伝子の破壊または変異によるものである、請求項1に記載の非ヒトノックアウト動物。   The non-human knockout animal according to claim 1, wherein the loss of the function of all or part of the PI3K-C2α gene is due to disruption or mutation of the PI3K-C2α gene. 大動脈瘤、動脈硬化、浮腫、アナフィラキシー・ショック、血管内膜肥厚、血管閉塞、血管炎、腫瘍血管新生、虚血後血管新生、血管透過性亢進型肺障害、または糖尿病網膜症のモデル動物である、請求項1または2に記載の非ヒトノックアウト動物。   It is a model animal for aortic aneurysm, arteriosclerosis, edema, anaphylactic shock, intimal thickening, vascular occlusion, vasculitis, tumor angiogenesis, post-ischemic neovascularization, hypervascular permeability lung disorder, or diabetic retinopathy The non-human knockout animal according to claim 1 or 2. ヘテロノックアウト動物である、請求項1〜3のいずれか1項に記載の非ヒトノックアウト動物。   The non-human knockout animal according to any one of claims 1 to 3, which is a hetero knockout animal. 請求項1〜のいずれか1項に記載の非ヒトノックアウト動物の子孫動物。 The progeny animal of the non-human knockout animal according to any one of claims 1 to 4 . 請求項1〜のいずれか1項に記載の動物から単離された組織または細胞。 A tissue or cell isolated from the animal according to any one of claims 1 to 5 . 血管由来のものである、請求項に記載の組織または細胞。 The tissue or cell according to claim 6 , which is derived from a blood vessel. 請求項1〜のいずれか1項に記載の動物または請求項6もしくは7に記載の組織もしくは細胞を用いる、脈管形成および/または血管新生に関連した疾患または症状を予防および/または治療するための候補物質のスクリーニング方法。 A disease or symptom associated with angiogenesis and / or angiogenesis is prevented and / or treated using the animal according to any one of claims 1 to 5 or the tissue or cell according to claim 6 or 7. A screening method for candidate substances. 下記の(a)〜(c)の工程:
(a)請求項1〜のいずれか1項に記載の動物に被験物質を投与する工程;
(b)前記被験物質を投与した動物における血管組織を調べ、被験物質を投与しない動物における血管組織と比較する工程;および、
(c)工程(b)における比較結果に基づいて、脈管形成および/または血管新生に関連した疾患または症状を治療することができる被験物質を選択する工程、
を含む、脈管形成および/または血管新生に関連した疾患または症状の治療候補物質のスクリーニング方法。
The following steps (a) to (c):
(A) a step of administering a test substance to the animal according to any one of claims 1 to 5 ;
(B) examining vascular tissue in an animal to which the test substance is administered and comparing with vascular tissue in an animal to which the test substance is not administered; and
(C) selecting a test substance capable of treating a disease or symptom associated with angiogenesis and / or angiogenesis based on the comparison result in step (b),
A method for screening a candidate substance for treatment of a disease or condition associated with angiogenesis and / or angiogenesis.
下記の(a)〜(c)の工程:
(a)請求項1〜のいずれか1項に記載の動物に被験物質を投与する工程;
(b)前記被験物質を投与した動物における血管組織を調べ、被験物質を投与しない動物における血管組織と比較する工程;および、
(c)工程(b)における比較結果に基づいて、脈管形成および/または血管新生に関連した疾患または症状を発現させなくするか、またはその発現を遅らせることができる被験物質を選択する工程、
を含む、脈管形成および/または血管新生に関連した疾患または症状の予防候補物質のスクリーニング方法。
The following steps (a) to (c):
(A) a step of administering a test substance to the animal according to any one of claims 1 to 5 ;
(B) examining vascular tissue in an animal to which the test substance is administered and comparing with vascular tissue in an animal to which the test substance is not administered; and
(C) selecting a test substance that can prevent or delay the onset of a disease or symptom related to angiogenesis and / or angiogenesis based on the comparison result in step (b);
A method for screening candidate substances for prevention of diseases or symptoms associated with angiogenesis and / or angiogenesis.
下記の(a)〜(c)の工程:
(a)請求項1〜のいずれか1項に記載の動物と、当該動物の同種野生型動物とのそれぞれから血液を採取する工程;
(b)工程(a)で得られた血液中のタンパク質を調べ、それぞれの動物におけるタンパク質の発現パターンを比較する工程;および、
(c)工程(b)における比較結果に基づいて、脈管形成および/または血管新生に関連した疾患または症状の発現の指標となる血清タンパク質を選択する工程、
を含む、脈管形成および/または血管新生に関連した疾患または症状のバイオマーカーのスクリーニング方法。
The following steps (a) to (c):
(A) A step of collecting blood from each of the animal according to any one of claims 1 to 5 and the same species wild-type animal of the animal;
(B) examining the protein in the blood obtained in step (a) and comparing the expression pattern of the protein in each animal; and
(C) based on the comparison result in step (b), selecting a serum protein that serves as an indicator of the development of a disease or condition associated with angiogenesis and / or angiogenesis;
A method for screening a biomarker for a disease or condition associated with angiogenesis and / or angiogenesis.
マウス、ラット、モルモット、ウサギ、ブタ、ヒツジ、ヤギ、イヌ、ウシ、サルおよびチンパンジーからなる群から選択される動物の相同染色体上でPI3K−C2α遺伝子の全部または一部の機能を喪失させるノックアウト工程を含む、脈管形成および/または血管新生に関連した疾患または症状を呈する非ヒトノックアウト動物の作製方法。 Knockout step of losing all or part of the function of the PI3K-C2α gene on the homologous chromosome of an animal selected from the group consisting of mouse, rat, guinea pig, rabbit, pig, sheep, goat, dog, cow, monkey and chimpanzee A method for producing a non-human knockout animal that exhibits a disease or condition associated with angiogenesis and / or angiogenesis. 前記ノックアウト工程が、前記非ヒト動物のPI3K−C2α遺伝子のエクソン1の開始コドンを含む領域を相同組換えにより他の塩基配列に置換することを含む、請求項12に記載の作製方法。 The production method according to claim 12 , wherein the knockout step comprises substituting a region containing the start codon of exon 1 of the PI3K-C2α gene of the non-human animal with another base sequence by homologous recombination. 前記ノックアウト工程の後に、脈管形成および/または血管新生に関連した因子を前記非ヒト動物に投与する工程をさらに含む、請求項12または13に記載の作製方法。 The production method according to claim 12 or 13 , further comprising a step of administering an agent associated with angiogenesis and / or angiogenesis to the non-human animal after the knockout step.
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