JP5716217B2 - Method for selecting or preferentially recovering genes or gene products containing long chain repeats - Google Patents
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Description
本発明は、長鎖繰返し配列を含有する遺伝子又は遺伝子産物の選択又は優先的回収方法と、回収された遺伝子等の利用に関し、より詳細には、トリプレットリピート病のような繰返し配列の異常伸長が原因で発病する疾患の原因遺伝子である変異型対立遺伝子を選択又は優先的に回収する方法とその利用に関する。 The present invention relates to a method for selecting or preferentially recovering a gene or gene product containing a long chain repeat sequence and use of the recovered gene and the like. More specifically, the present invention relates to abnormal extension of a repeat sequence such as triplet repeat disease. The present invention relates to a method for selectively or preferentially collecting a mutant allele that is a causative gene of a disease caused by the cause, and its use.
繰返し配列の異常伸長が原因で発病する疾患の代表例として、トリプレットリピート病(三塩基リピート病ともいう)がある。トリプレットリピート病は、疾患原因遺伝子中のCAG、CTG、CGG等の三塩基の繰返し配列が通常よりも長くなることにより発症する疾患群である。遺伝子の非翻訳領域での三塩基の伸長は、RNA転写産物レベルでの異常を引き起こし、翻訳領域での三塩基の伸長は、主にタンパク質レベルでの異常を引き起こす。疾患の重篤度は、三塩基の伸長度(繰返しの数)に依存する。これらの疾患は次世代に遺伝し、さらに異常伸長が進む傾向にあることから、親よりも子供や孫の方で症状が重篤になりやすく、発症年齢も早くなるという特徴を有する。 A typical example of a disease caused by an abnormal extension of a repetitive sequence is triplet repeat disease (also called tribasic repeat disease). Triplet repeat disease is a disease group that develops when a repeated sequence of three bases such as CAG, CTG, and CGG in a disease-causing gene becomes longer than usual. The extension of three bases in the untranslated region of the gene causes an abnormality at the RNA transcript level, and the extension of three bases in the translated region mainly causes an abnormality at the protein level. The severity of the disease depends on the degree of extension (number of repeats) of the three bases. Since these diseases are inherited to the next generation and tend to progress abnormally, the symptoms are more serious in children and grandchildren than in parents, and the onset age is earlier.
CAG繰返し配列(CAGリピート)のCAG三塩基がグルタミンに翻訳される場合、ポリグルタミン病とも呼ばれる。その場合、翻訳後のポリグルタミン鎖は遺伝子産物に含まれてしまう。ポリグルタミン病は、この遺伝子産物の異常伸長したポリグルタミン鎖の原因によって発症すると考えられる。 When the CAG tribase of the CAG repeat sequence (CAG repeat) is translated into glutamine, it is also called polyglutamine disease. In that case, the translated polyglutamine chain is contained in the gene product. Polyglutamine disease is thought to develop due to the cause of an abnormally elongated polyglutamine chain of this gene product.
トリプレットリピート病は、疾患原因遺伝子の遺伝によって起こる病気であるため、疾患の発症の予測は、疾患原因遺伝子をPCR増幅して電気泳動法による確認、又はゲノムDNAを用いたサザンブロッディング法によって異常伸長した疾患原因遺伝子を確認する等の遺伝子診断により可能である。しかし、トリプレットリピート病の発症機序が詳細にわかっていないため、根本的治療方法は未だ確立していない。 Because triplet repeat disease is a disease caused by inheritance of a disease-causing gene, the onset of the disease is abnormal by PCR amplification of the disease-causing gene and confirmation by electrophoresis, or by Southern blotting using genomic DNA It is possible by genetic diagnosis such as confirming an extended disease-causing gene. However, since the onset mechanism of triplet repeat disease is not known in detail, a fundamental treatment method has not yet been established.
今後の有望な治療方法の一つとして、RNA干渉(以下、「RNAi」と略す)による変異型対立遺伝子特異的RNAiノックダウンがある。この方法は、疾患原因となる変異型対立遺伝子に特異的な塩基配列をターゲットに、目的の変異型対立遺伝子だけを特異的に発現抑制するものである。この疾患原因となる変異型対立遺伝子の特異的なRNAiノックダウンは、副作用の少ない安全な治療を実現するための重要な技術となり得る。実際、RNAi誘導技術をトリプレットリピート病に展開する試みがなされている(特許文献1及び2)。特許文献1には、ハンチントン病の原因遺伝子であるハンチンチン遺伝子(以下、「HTT遺伝子」と略す)におけるCAGリピートの上流近傍領域にあるmRNAの特異配列を標的として、該配列に相同な小さな二本鎖RNAを用いて、ハンチンチン遺伝子の発現抑制を行うことが記載されている。 As a promising therapeutic method in the future, there is a mutant allele-specific RNAi knockdown by RNA interference (hereinafter abbreviated as “RNAi”). In this method, only the target mutant allele is specifically suppressed by targeting a base sequence specific to the mutant allele causing the disease. Specific RNAi knockdown of the mutant allele causing the disease can be an important technique for realizing a safe treatment with few side effects. In fact, attempts have been made to expand the RNAi induction technology to triplet repeat disease (Patent Documents 1 and 2). In Patent Document 1, a specific sequence of mRNA in the upstream vicinity region of the CAG repeat in the huntingtin gene (hereinafter abbreviated as “HTT gene”), which is a causative gene of Huntington's disease, is targeted. It is described that the expression of the huntingtin gene is suppressed using a single-stranded RNA.
トリプレットリピート病の疾患原因(対立)遺伝子は、トリプレットリピートの伸長度にのみ異常が生じるため、疾患原因対立遺伝子における変異、すなわち繰返し配列の伸長度は患者毎に変化する。また、患者は、遺伝により、正常なリピート伸長度を持つ(正常)対立遺伝子も受け継ぐ。変異部位であるトリプレットリピートを直接RNAiのターゲットにした場合、正常型対立遺伝子までもノックダウンされてしまい、該遺伝子の完全な機能喪失につながる。よって、病因となる変異型対立遺伝子のみを発現抑制する必要がある。トリプレットリピート病のような繰返し配列の異常伸長が原因で発病する疾患にRNAiを応用する場合には、生体(患者)毎に異なる長鎖の変異型対立遺伝子を特定するための新たな塩基指標が必要となる。 Since the disease-causing (allelic) gene of triplet repeat disease has an abnormality only in the extension degree of the triplet repeat, the mutation in the disease-causing allele, that is, the extension degree of the repeated sequence varies from patient to patient. Patients also inherit (normal) alleles with normal repeat elongation by inheritance. When a triplet repeat, which is a mutation site, is directly targeted for RNAi, even the normal allele is knocked down, leading to complete loss of function of the gene. Therefore, it is necessary to suppress the expression of only the mutant allele that causes pathogenesis. When RNAi is applied to a disease that occurs due to abnormal extension of a repeated sequence such as triplet repeat disease, a new base index for identifying a long-chain mutant allele that differs for each living body (patient) Necessary.
その指標として、一塩基多型(以下、「SNP」と略す)が検討されている(非特許文献1)。非特許文献1の技術では、CAG繰返し配列の長さとヘテロなSNPとの関係を見つけるために、Long-range PCR増幅産物の分子間ライゲーション操作を含むSLiC法と呼ぶ手法を用いる。この手法によれば、変異型対立遺伝子に特異的なSNPを分析期間2週間以内で見つけることができる。 As an index, single nucleotide polymorphism (hereinafter abbreviated as “SNP”) has been studied (Non-patent Document 1). In the technique of Non-Patent Document 1, in order to find the relationship between the length of the CAG repeat sequence and the heterogeneous SNP, a technique called SLiC method including intermolecular ligation operation of Long-range PCR amplification products is used. According to this technique, SNPs specific to mutant alleles can be found within 2 weeks of analysis.
長く伸長した繰返し配列を含む長鎖の変異型対立遺伝子を、クローニングを基本とする従来の手法を使って単離し、その変異型対立遺伝子のSNPを決定することは、非常に多くの時間と労力を要する困難な作業である。しかも、その再現性や正確性について、十分注意を払わなければならない。 Isolating a long-chain mutant allele containing a long extended repeat sequence using conventional techniques based on cloning and determining the SNP of that mutant allele is very time consuming and labor intensive It is a difficult task that requires. Moreover, sufficient attention must be paid to the reproducibility and accuracy.
上記したように、トリプレットリピート病に代表される繰返し配列の異常伸長が原因で発病する疾患において、その異常伸長を起こした長鎖の変異型対立遺伝子を特定し、その特徴付けを行うことが、治療戦略上、極めて重要である。そこで、本発明の目的は、長い繰返し配列を持ち疾患原因となる変異型対立遺伝子のような遺伝子又は遺伝子産物を、短い繰返し配列を持つ正常型対立遺伝子のような遺伝子又は遺伝子産物よりも選択又は優先的に回収する方法を提供することにある。 As described above, in a disease that occurs due to abnormal extension of a repetitive sequence typified by triplet repeat disease, identifying and characterizing the long-chain mutant allele that caused the abnormal extension, It is extremely important in the treatment strategy. Therefore, an object of the present invention is to select a gene or gene product such as a mutant allele having a long repetitive sequence and causing a disease rather than a gene or gene product such as a normal allele having a short repetitive sequence or It is to provide a method of preferentially collecting.
本発明は、また、上記選択又は優先的回収方法により取得された繰返し配列が異常伸長を起こした変異型対立遺伝子の利用に関する。 The present invention also relates to the use of a mutant allele in which a repetitive sequence obtained by the above selection or preferential recovery method causes abnormal extension.
本発明者らは、疾患原因対立遺伝子の回収と同定について鋭意研究する中で、意外にも、繰返し配列含有合成標識化RNAプローブを用いた新規な方法によって、長鎖繰返し配列を持った変異型対立遺伝子を、短鎖繰返しを持った正常型対立遺伝子よりも優先的に回収することに成功した。上記の知見に基づいて、本発明は、三塩基リピート疾患の原因となる、繰返し配列の異常伸長を有する変異型対立遺伝子又は遺伝子産物の選択又は優先的回収方法であって、以下の工程:
(a)前記疾患が疑われる生体から取得したゲノムDNA、全RNA又は全RNAより合成されるcDNAに、疾患遺伝子のセンス鎖又はアンチセンス鎖塩基配列中の三塩基繰返し配列を含有する合成標識化RNAプローブをハイブリダイゼーションさせる、及び
(b)工程(a)で得られたDNA又はRNAと合成標識化RNAプローブとの結合体を、その標識に基づいて回収及び精製する、
を含む、三塩基リピート疾患の原因となる、繰返し配列の異常伸長を有する変異型対立遺伝子又は遺伝子産物の選択又は優先的回収方法を提供する。
The present inventors have conducted extensive research on the recovery and identification of disease-causing alleles. Surprisingly, mutants having a long repetitive sequence have been obtained by a novel method using a repetitive sequence-containing synthetic labeled RNA probe. Alleles were successfully recovered preferentially over normal alleles with short repeats. Based on the above findings, the present invention is a method for selecting or preferentially recovering a mutant allele or gene product having an abnormal extension of a repetitive sequence, which causes a three-base repeat disease, and comprises the following steps:
(A) genomic DNA which the disease is acquired from a living body suspected, the cDNA synthesized from total RNA or total RNA, synthetic labeling containing tribasic repeat sequence in the sense or antisense strand nucleotide sequence of a disease gene Hybridizing the RNA probe, and (b) recovering and purifying the conjugate of the DNA or RNA obtained in step (a) and the synthetic labeled RNA probe based on the label,
A method for selecting or preferentially recovering a mutant allele or gene product having an abnormal extension of a repetitive sequence that causes a three-base repeat disease is included.
以下、本発明の遺伝子又は遺伝子産物の選択又は優先的回収方法、特に変異型対立遺伝子の選択又は優先的回収方法を、単に本発明の選択的回収方法ということがある。また、前記変異型対立遺伝子は、本明細書において、正常型対立遺伝子が持つ繰返し配列よりも伸長し(すなわちリピート数が多く)、その伸長が原因で疾患を誘発するような遺伝子を意味するために使用する。
Hereinafter, the method for selecting or preferentially recovering a gene or gene product of the present invention, particularly the method for selecting or preferentially recovering a mutant allele may be simply referred to as the method for selective recovery of the present invention. In addition, in the present specification, the mutant allele means a gene that extends more than the repetitive sequence of the normal allele (that is, has a large number of repeats) and induces a disease due to the extension. Used for.
本発明は、また、三塩基リピート疾患の原因となる、繰返し配列の異常伸長を有する変異型対立遺伝子を生体毎に同定する方法であって、以下の工程:
(a)前記疾患が疑われる生体から取得したゲノムDNA、全RNA又は全RNAより合成されるcDNAに、疾患遺伝子のセンス鎖又はアンチセンス鎖塩基配列中の三塩基繰返し配列を含有する合成標識化RNAプローブをハイブリダイゼーションさせる、
(b)工程(a)で得られたDNA又はRNAと合成標識化RNAプローブとの結合体を、その標識に基づいて回収及び精製する、及び
(d)工程(b)で回収したDNA−合成標識化RNAプローブ結合体について、変異型対立遺伝子のSNP部位のタイピングと、それに基づくハプロタイプを決定する、
を含む、前記変異型対立遺伝子の同定方法を提供する。
The present invention is also a method for identifying, for each living organism , a mutant allele having an abnormal extension of a repetitive sequence, which causes a trinucleotide repeat disease, and comprises the following steps:
(A) genomic DNA which the disease is acquired from a living body suspected, the cDNA synthesized from total RNA or total RNA, synthetic labeling containing tribasic repeat sequence in the sense or antisense strand nucleotide sequence of a disease gene Hybridizing RNA probes,
(B) recovering and purifying the conjugate of the DNA or RNA obtained in step (a) and the synthetic labeled RNA probe based on the label; and (d) DNA-synthesis recovered in step (b). For the labeled RNA probe conjugate, determine the SNP site typing of the mutant allele and the haplotype based on it
A method for identifying the mutant allele is provided.
本発明は、また、三塩基リピート疾患用のテーラーメイド医薬の調製方法であって、以下の工程:
(a)前記疾患が疑われる生体から取得したゲノムDNA、全RNA又は全RNAより合成されるcDNAに、疾患遺伝子のセンス鎖又はアンチセンス鎖塩基配列中の三塩基繰返し配列を含有する合成標識化RNAプローブをハイブリダイゼーションさせる、
(b)工程(a)で得られたDNA又はRNAと合成標識化RNAプローブとの結合体を、その標識に基づいて回収及び精製する、
(d)工程(b)で回収したDNAと合成標識化RNAプローブとの結合体について、対立遺伝子のSNPタイピングと、それに基づくハプロタイプを決定する、及び
(e)工程(d)で同定された対立遺伝子のSNP部位であって、もう一方の対立遺伝子とはヘテロ接合した前記SNP部位に対してRNAiを引き起こす二本鎖RNA分子を調製する
を含む、前記テーラーメイド医薬の調製方法を提供する。前記「二本鎖RNA分子」とは、本明細書において、一本鎖RNA同士が全体的又は部分的にハイブリダイズして得られるRNA分子を意味する。
The present invention also provides a method for preparing a tailor-made medicine for a tribasic repeat disease , comprising the following steps:
(A) genomic DNA which the disease is acquired from a living body suspected, the cDNA synthesized from total RNA or total RNA, synthetic labeling containing tribasic repeat sequence in the sense or antisense strand nucleotide sequence of a disease gene Hybridizing RNA probes,
(B) recovering and purifying the conjugate of the DNA or RNA obtained in step (a) and the synthetic labeled RNA probe based on the label;
(D) SNP typing of the allele and the haplotype based on it for the conjugate of the DNA recovered in step (b) and the synthetic labeled RNA probe, and (e) the allele identified in step (d) There is provided a method for preparing the tailor-made medicament, comprising preparing a double-stranded RNA molecule that causes RNAi to a SNP site of a gene that is heterozygous to the other allele. In the present specification, the “double-stranded RNA molecule” means an RNA molecule obtained by hybridizing the single-stranded RNAs in whole or in part.
本発明の選択的回収方法によれば、従来の手法と比べて極めて簡単な操作や手順で、長く伸長した繰返し配列を持った変異型対立遺伝子等を選択又は優先的に回収することができる。本発明によれば、変異型対立遺伝子を分析期間1日程度で回収することも可能である。また、回収した核酸をPCR法により増幅し、電気泳動法を用いて解析することで、長い繰返し配列を持った(すなわち、変異型の)バンドの検出がきわめて容易となる。患者毎に異なる変異型対立遺伝子を格段に早く正確に取得することは、患者毎の疾患原因遺伝子の同定に非常に有効である。また、長鎖繰返し配列含有遺伝子等が病因遺伝子とされる疾患の治療研究や、疾患治療中(治療効果の確認等)や予後の研究にも有用である。 According to the selective recovery method of the present invention, it is possible to select or preferentially recover a mutant allele having a long extended repetitive sequence, etc., by an extremely simple operation and procedure as compared with conventional techniques. According to the present invention, mutant alleles can be recovered in an analysis period of about one day. Further, by amplifying the collected nucleic acid by PCR and analyzing it by electrophoresis, it becomes very easy to detect a band having a long repetitive sequence (that is, a mutant type). Obtaining mutant alleles that differ from patient to patient very quickly and accurately is very effective in identifying disease-causing genes for each patient. In addition, it is also useful for therapeutic research on diseases in which a gene containing a long-chain repeat sequence or the like is an etiological gene, research during disease treatment (confirmation of therapeutic effect, etc.), or prognosis research.
本発明の選択的回収方法は、疾患原因遺伝子が異なっても、その原因となる繰返し配列(CAG等)が同じであれば、同じ合成標識化RNAプローブを用いて選択的回収が可能である。このことは、本発明の大きな特徴かつ利点である。 The selective recovery method of the present invention enables selective recovery using the same synthetic labeled RNA probe as long as the causative repeat sequence (CAG or the like) is the same even if the disease-causing gene is different. This is a major feature and advantage of the present invention.
本発明の変異型対立遺伝子の同定方法によれば、患者毎に異なる変異型対立遺伝子の同定が迅速かつ容易である。本発明によれば、変異型対立遺伝子の選択又は優先的回収を含めても、分析期間1日以内で、患者のSNPハプロタイプを同定することが可能である。同定された情報は、以下に示すテーラーメイド医薬の調製に有用である。 According to the method for identifying a mutant allele of the present invention, it is quick and easy to identify a mutant allele that is different for each patient. According to the present invention, it is possible to identify a patient's SNP haplotype within an analysis period of 1 day, including selection of a mutant allele or preferential recovery. The identified information is useful for the preparation of the tailor-made medicine shown below.
本発明のテーラーメイド医薬の調製方法によれば、前記選択又は優先的回収方法及び同定方法で取得された変異型対立遺伝子を利用することにより、患者毎に最適なテーラーメイド医療を可能とする。それは、生体(患者)毎の変異型対立遺伝子の所定のSNP部位を調べ、それがヘテロ接合であれば、RNAiのためのsiRNA(small interfering RNA)を作成することにより可能になる。 According to the method for preparing a tailor-made medicine of the present invention, optimal tailor-made medicine for each patient is made possible by using the mutant allele obtained by the selection or preferential recovery method and identification method. This can be done by examining a predetermined SNP site of the mutant allele for each living body (patient) and, if it is heterozygous, creating siRNA (small interfering RNA) for RNAi.
以下に、本発明の選択的回収方法、変異型対立遺伝子の同定方法、及びテーラーメイド医薬の調製方法を説明する。本発明の選択的回収方法は、長い繰返し配列の発現によって発病する疾患の原因となるその変異型対立遺伝子等の長鎖繰返し配列を含有する遺伝子又は遺伝子産物を選択又は優先的に回収する。該方法は、(a)生体、特に前記疾患が疑われる生体から取得したゲノムDNA、全RNA又は全RNAより合成されるcDNAに、遺伝子のセンス鎖又はアンチセンス鎖塩基配列中の、特に疾患遺伝子のセンス鎖又はアンチセンス鎖塩基配列中の繰返し配列を含有する合成標識化RNAプローブをハイブリダイゼーションさせる工程、及び、(b)工程(a)で得られたDNA又はRNAと合成標識化RNAプローブとの結合体を、その標識に基づいて回収及び精製する工程が必須である。 Hereinafter, the selective recovery method, the mutant allele identification method, and the tailor-made pharmaceutical preparation method of the present invention will be described. The selective recovery method of the present invention selectively or preferentially recovers a gene or gene product containing a long chain repeat sequence such as a mutant allele that causes a disease caused by the expression of a long repeat sequence. The method comprises (a) genomic DNA, total RNA, or cDNA synthesized from total RNA obtained from a living body, particularly a living body suspected of the disease, in the sense strand or antisense strand base sequence of the gene, particularly a disease gene. A step of hybridizing a synthetic labeled RNA probe containing a repetitive sequence in the sense strand or antisense strand base sequence of (1), and (b) a DNA or RNA obtained in step (a) and a synthetic labeled RNA probe; The step of recovering and purifying the conjugate of is based on the label.
工程(a):ハイブリダイゼーション
工程(a)では、長い繰返し配列を有する変異型対立遺伝子と合成標識化RNAプローブとのハイブリダイゼーションを行う。ここで、本方法が対象とする繰返し配列の異常伸長が原因で発病する疾患の例としては、ハンチントン病(HD)、脊髄小脳変性症1型(SCA1)、脊髄小脳変性症2型(SCA2)、脊髄小脳変性症3型(マシャド・ジョセフ病ともいう)(SCA3)、脊髄小脳変性症6型(SCA6)、脊髄小脳変性症7型(SCA7)、脊髄小脳変性症8型(SCA8)、脊髄小脳変性症12型(SCA12)、歯状核赤核淡蒼球ルイ体萎縮症(DRPLA)、球脊髄性筋萎縮症(SBMA)[以上、CAG三塩基の伸長]、フリードライヒ失調症(FRDA)[GAA三塩基の伸長]、筋緊張性ジストロフィー(DM)[CTG三塩基の伸長]、脆弱性X症候群[CGG三塩基の伸長]等が含まれる。これらのうち、筋緊張性ジストロフィー及び脆弱性X症候群でトリプレットリピートが遺伝子非翻訳領域に存在し、そしてフリードライヒ失調症ではイントロンに存在し、それ以外の疾患では翻訳領域に存在する。
Step (a): Hybridization In step (a), hybridization between a mutant allele having a long repetitive sequence and a synthetic labeled RNA probe is performed. Here, examples of diseases that are caused by abnormal extension of repetitive sequences targeted by this method include Huntington's disease (HD), spinocerebellar degeneration type 1 (SCA1), spinocerebellar degeneration type 2 (SCA2) Spinocerebellar degeneration type 3 (also called Machado-Joseph disease) (SCA3), spinocerebellar degeneration type 6 (SCA6), spinocerebellar degeneration type 7 (SCA7), spinocerebellar degeneration type 8 (SCA8), spinal cord Cerebellar degeneration type 12 (SCA12), dentate nucleus red nucleus pallidal louis atrophy (DRPLA), spinal and spinal muscular atrophy (SBMA) [above, CAG tribasic elongation], Friedreich ataxia (FRDA) ) [GAA tribase extension], myotonic dystrophy (DM) [CTG tribase extension], fragile X syndrome [CGG tribase extension] and the like. Of these, triplet repeats are present in gene untranslated regions in myotonic dystrophy and fragile X syndrome, and are present in introns in Friedreich schizophrenia and in translated regions in other diseases.
異常伸長したCAG三塩基(以下トリプレット塩基とも言うことがある)のトリプレットリピートが全てグルタミンに翻訳されるポリグルタミン病は、ハンチントン病、球脊髄性筋萎縮症、遺伝性の脊髄小脳変性症(SCA1、2、3、6、7、8、12等)及び歯状核赤核淡蒼球ルイ体萎縮症が含まれる。 Polyglutamine diseases in which triplet repeats of abnormally elongated CAG tribases (hereinafter sometimes referred to as triplet bases) are all translated into glutamine are Huntington's disease, bulbar spinal muscular atrophy, hereditary spinocerebellar degeneration (SCA1). 2, 3, 6, 7, 8, 12, etc.) and dentate nucleus red nucleus pallidal Louis atrophy.
本発明の選択的回収方法を使用する生体は、ヒトを含む生物個体である。好ましくは、ヒトや実験動物である。前記生体からの疾患原因遺伝子の採取には、ゲノムDNAもしくはRNAが含まれているものであればよく、血液、口腔内細胞、体液の一部、毛根鞘の付いた毛髪、皮膚、骨、歯肉、臓器等の組織片やホルマリン固定された組織等が使われる。好ましくは、血液、皮膚、生検組織、前記生体に由来する培養細胞等である。 Living organisms using the selective recovery method of the present invention are living organisms including humans. Preferred are humans and experimental animals. The disease-causing gene from the living body may be collected as long as it contains genomic DNA or RNA, and blood, oral cells, part of body fluid, hair with root sheath, skin, bone, gingiva In addition, tissue pieces such as organs or formalin-fixed tissues are used. Preferred are blood, skin, biopsy tissue, cultured cells derived from the living body, and the like.
本発明の選択的回収方法は、生体から取得したゲノムDNAや全RNAをそのまま使用してもよく、さらに、取得した全RNAから得られるcDNAを使用してもよい。ゲノムDNAを使用する場合、目的とする疾患原因遺伝子によっては必要に応じて制限酵素等によるゲノムの断片化を行い、これを用いてもよい。 In the selective recovery method of the present invention, genomic DNA or total RNA obtained from a living body may be used as it is, and further, cDNA obtained from the obtained total RNA may be used. When genomic DNA is used, depending on the target disease-causing gene, the genome may be fragmented with a restriction enzyme or the like as necessary.
cDNAを使用する場合は、生体の全RNAから逆転写反応を行うことでcDNAを取得する。全RNAの取得は、従来公知の方法や市販のキットを特に制限なく使用できる。具体的には、Acid guanidium−Phenol−Chloroform(AGPC)法やグアニジン−塩化セシウム超遠心法に従って、細胞溶液や組織等の生体試料にタンパク質変性剤を添加して全RNAを抽出する。AGPC法では、例えば市販のTRIzol試薬(登録商標、インビトロジェン社)等を使用することができる。 When cDNA is used, cDNA is obtained from a total RNA of a living body by performing a reverse transcription reaction. For obtaining total RNA, a conventionally known method or a commercially available kit can be used without particular limitation. Specifically, according to the acid guanidinium-phenol-chloroform (AGPC) method or the guanidine-cesium chloride ultracentrifugation method, a protein denaturant is added to a biological sample such as a cell solution or tissue to extract total RNA. In the AGPC method, for example, a commercially available TRIzol reagent (registered trademark, Invitrogen) or the like can be used.
抽出した全RNAからcDNAを逆転写合成する。逆転写酵素による合成反応の開始には、RNA上に反応の開始起点となるプライマーをアニールさせ、3’から5’方向にcDNAを合成させる。プライマーには、mRNAに特徴的なpolyA構造を対象とするオリゴdTプライマー、既知RNA配列に特異的なプライマー、ランダムプライマー等がある。逆転写酵素には、Avian Myeloblastosis Virus(AMV)由来の逆転写酵素、Moloney murine leukemia virus(MoMuLV)由来の逆転写酵素、市販品としてはSuperScript逆転写酵素(インビトロジェン社)等を用いる。cDNA合成後は、アルカリ水酸化物によるアルカリ処理又はRNase Hを添加して鋳型RNAを分解する。 CDNA is reverse-transcribed from the extracted total RNA. To start the synthesis reaction by reverse transcriptase, a primer that is the starting point of the reaction is annealed on RNA to synthesize cDNA in the 3 'to 5' direction. Examples of the primer include an oligo dT primer targeting a polyA structure characteristic of mRNA, a primer specific to a known RNA sequence, and a random primer. As the reverse transcriptase, a reverse transcriptase derived from Avian Myeloblastosis Virus (AMV), a reverse transcriptase derived from Moloney murine leukemia virus (MoMuLV), SuperScript reverse transcriptase (Invitrogen), etc. are used. After cDNA synthesis, alkali treatment with alkali hydroxide or RNase H is added to degrade template RNA.
次いで、ゲノムDNA、全RNA又は前記で取得したcDNAに、疾患遺伝子中の繰返し配列を含有する合成標識化RNAプローブをハイブリダイゼーションさせる。疾患遺伝子中の繰返し配列とは、疾患がハンチントン病であればCAGリピートであり、フリードライヒ失調症であればGAAリピートである。患者(生体)にリピート病が疑われる場合、一種類のRNAプローブを用いて、本発明の選択的回収方法を一回実施するだけで、そこから得られるサンプルを使って同種類の繰返し配列(例えばCAG)を有した各種リピート病原因遺伝子(HD,SCA3等)に対するPCR解析及びSNPタイピングを実行することができる。つまり、繰返し配列が同じであればリピート病の種類(HD,SCA3等)を問わず、リピート長の判定、そして変異型対立遺伝子のハプロタイプの決定が同時に可能である。 Next, a synthetic labeled RNA probe containing a repetitive sequence in a disease gene is hybridized to genomic DNA, total RNA, or cDNA obtained above. The repeated sequence in the disease gene is a CAG repeat if the disease is Huntington's disease, and a GAA repeat if the disease is Friedreich ataxia. When repeat disease is suspected in a patient (living body), a single type of RNA probe is used and the selective recovery method of the present invention is carried out only once. For example, it is possible to perform PCR analysis and SNP typing for various repeat disease causative genes (HD, SCA3, etc.) having CAG). That is, if the repeat sequences are the same, it is possible to determine the repeat length and determine the haplotype of the mutant allele regardless of the type of repeat disease (HD, SCA3, etc.).
合成RNAプローブの長さは、通常、10〜40塩基でよく、好ましくは15〜25塩基であり、特に好ましくは20塩基である。プローブ長が、10塩基よりも短すぎると、リピート配列に対して特異性が低くなるという不具合を生じることがある。なお、全RNAと合成RNAプローブとをハイブリダイゼーションする場合、合成RNAプローブの配列は、ターゲット繰返し配列の相補的配列となる。 The length of the synthetic RNA probe is usually 10 to 40 bases, preferably 15 to 25 bases, and particularly preferably 20 bases. If the probe length is shorter than 10 bases, there may be a problem that the specificity to the repeat sequence is lowered. When the total RNA and the synthetic RNA probe are hybridized, the sequence of the synthetic RNA probe is a complementary sequence of the target repeat sequence.
プローブの標識は、ハイブリダイゼーション後の回収及び精製のために必要であり、回収に使用できるものなら特に限定されない。標識の例には、ビオチン、アビジンやジゴキシゲニンを用いる標識、後に抗原-抗体反応で回収可能なFITC等の蛍光標識やブロモデオキシウリジン(BrdU)等の核酸アナログによる標識が挙げられる。また、プローブとラテックス粒子や磁気を帯びた粒子等を直接又は間接的に結合させたものも使用できる。標識用マーカーの結合位置は、RNAプローブの5’側、3’側のいずれの末端でもよいが、5’側末端が好ましい。 The label of the probe is not particularly limited as long as it is necessary for recovery and purification after hybridization and can be used for recovery. Examples of the label include a label using biotin, avidin or digoxigenin, a fluorescent label such as FITC that can be recovered later by an antigen-antibody reaction, and a label using a nucleic acid analog such as bromodeoxyuridine (BrdU). Further, a probe and latex particles, magnetic particles, or the like that are directly or indirectly bound can be used. The binding position of the marker for labeling may be either the 5'-side or 3'-side end of the RNA probe, but the 5'-side end is preferred.
ハイブリダイゼーション作業は、溶液中で反応させる。ハイブリダイゼーションバッファーには、核酸同士がハイブリダイゼーション可能な塩濃度を含む緩衝溶液であれば特に限定されない。例えば、10mMトリス塩酸,pH7.5,1mM EDTA,3.1M塩化ナトリウム及び1Mクエン酸ナトリウムを用いる。ハイブリダイゼーションバッファーには、核酸同士の結合を調節するための溶液として、SDSのような界面活性剤、フォルムアミド等を添加することもできる。 The hybridization operation is performed in a solution. The hybridization buffer is not particularly limited as long as it is a buffer solution containing a salt concentration at which nucleic acids can hybridize with each other. For example, 10 mM Tris-HCl, pH 7.5, 1 mM EDTA, 3.1 M sodium chloride and 1 M sodium citrate are used. A surfactant such as SDS, formamide, or the like can be added to the hybridization buffer as a solution for adjusting the binding between nucleic acids.
ハイブリダイゼーションの作業は、DNA等と合成標識化RNAプローブとの混合液を、通常、80〜100℃、好ましくは95℃に加熱し、その温度で通常、1〜10分間、好ましくは5分間保持する。その後、通常、4〜50℃、好ましくは20〜30℃で、通常、2分間以上、好ましくは30〜60分間のアニーリングを行う。反応時の液量は、通常、10〜200μL、好ましくは20〜100μLで行う。 For the hybridization work, a mixed solution of DNA or the like and a synthetic labeled RNA probe is usually heated to 80 to 100 ° C., preferably 95 ° C., and kept at that temperature for usually 1 to 10 minutes, preferably 5 minutes. To do. Thereafter, annealing is usually performed at 4 to 50 ° C., preferably 20 to 30 ° C., usually for 2 minutes or longer, preferably 30 to 60 minutes. The reaction volume is usually 10 to 200 μL, preferably 20 to 100 μL.
上記ハイブリダイゼーションによって、意外にも、繰返し配列の長い変異型対立遺伝子が繰返し配列の短い正常型対立遺伝子よりも選択又は優先的にRNAプローブに結合させることができることが判明した。その証拠は、実施例1に示すとおりである。 Surprisingly, the above hybridization revealed that a mutant allele having a long repetitive sequence can be selectively or preferentially bound to an RNA probe over a normal allele having a short repetitive sequence. The evidence is as shown in Example 1.
工程(b):cDNAと合成標識化RNAプローブとの結合体の回収及び精製
以下、全RNAより合成したcDNAを用いた実施例について詳述する。cDNAと合成標識化RNAプローブとの結合体を、その標識に基づいて回収する。例えば、標識がビオチンの場合、ビオチン−アビジン反応による回収及び精製を行えばよい。具体的には、cDNAと合成標識化RNAプローブとの結合体にアビジン−レジン担体(製品名:SoftLink Soft Release Avidin Resin、プロメガ社製)を作用させる。
Step (b): Recovery and Purification of Conjugate of cDNA and Synthetic Labeled RNA Probe Hereinafter, examples using cDNA synthesized from total RNA will be described in detail. The conjugate of the cDNA and the synthetic labeled RNA probe is recovered based on the label. For example, when the label is biotin, it may be recovered and purified by biotin-avidin reaction. Specifically, an avidin-resin carrier (product name: SoftLink Soft Release Avidin Resin, manufactured by Promega) is allowed to act on a conjugate of cDNA and a synthetic labeled RNA probe.
また、cDNAと標識プローブとの結合体を効率よく回収及び精製するために、ブロッキングバッファーを添加する。ブロッキングバッファーには、例えば10mMトリス塩酸,pH7.5,1mM EDTA,100mM塩化ナトリウム,1%ウシ血清アルブミン及び1mg/mLイーストRNAを用いる。ブロッキングバッファーの組成は、核酸のハイブリダイゼーションに使用されるもの、また、各標識法に使用さるものであれば特に限定されない。イーストRNAやCot1 DNA等の核酸系試薬、血清又はそれに由来するアルブミン、脱脂粉乳又はそれに由来するカゼイン等の蛋白系試薬等が使用できる。 In addition, a blocking buffer is added to efficiently recover and purify the conjugate of the cDNA and the labeled probe. For example, 10 mM Tris-HCl, pH 7.5, 1 mM EDTA, 100 mM sodium chloride, 1% bovine serum albumin and 1 mg / mL yeast RNA are used as the blocking buffer. The composition of the blocking buffer is not particularly limited as long as it is used for nucleic acid hybridization and used for each labeling method. Nucleic acid reagents such as yeast RNA and Cot1 DNA, serum or albumin derived therefrom, protein reagents such as skim milk or casein derived therefrom, and the like can be used.
アビジン−レジン担体を効率よく作用させるため、ブロッキングバッファーを添加し、通常、25〜50℃、好ましくは30〜37℃の一定温度で攪拌しつつ、通常、30〜120分、好ましくは60分以上作用させる。 In order to allow the avidin-resin carrier to act efficiently, a blocking buffer is added and usually stirred at a constant temperature of 25 to 50 ° C., preferably 30 to 37 ° C., usually 30 to 120 minutes, preferably 60 minutes or more. Make it work.
攪拌後、変異型対立遺伝子のDNA又はRNAを、各標識法に基づいて回収する。具体的には、cDNAと合成標識化RNAプローブとの結合体にアビジン−レジン担体を作用させた場合、遠心処理により沈殿物として回収する。標識が磁気粒子であればマグネットにより、FITC等の蛍光物質やBrdU等の化学物質であれば公知の特異的抗体及び公知の回収方法(プロテインセファロース等)により回収すればよい。 After stirring, the mutant allele DNA or RNA is collected based on each labeling method. Specifically, when an avidin-resin carrier is allowed to act on a conjugate of cDNA and a synthetic labeled RNA probe, it is collected as a precipitate by centrifugation. If the label is a magnetic particle, it can be recovered by a magnet, and if it is a fluorescent substance such as FITC or a chemical substance such as BrdU, it can be recovered by a known specific antibody and a known recovery method (such as protein sepharose).
回収したcDNA結合ビオチン化RNAプローブ−アビジン−レジン担体から、アビジン−レジン担体を解離させる。通常、アルカリ溶液の添加や加熱によりcDNAの解離が可能であるが、好ましくは、ビオチン溶液によって解離させる。具体的には、SoftLink Soft Release Avidin Resin(プロメガ社)を用いた場合、10μLの5mMビオチン溶液により、アビジン−レジン複合体を解離させる。その後、上記に示した遠心処理等の公知の回収方法により、レジン担体を除去し、cDNA−合成標識化RNAプローブ結合体を得る。 The avidin-resin carrier is dissociated from the recovered cDNA-bound biotinylated RNA probe-avidin-resin carrier. Usually, cDNA can be dissociated by adding an alkaline solution or heating, but it is preferably dissociated by a biotin solution. Specifically, when SoftLink Soft Release Avidin Resin (Promega) is used, the avidin-resin complex is dissociated with 10 μL of 5 mM biotin solution. Thereafter, the resin carrier is removed by a known recovery method such as centrifugation described above to obtain a cDNA-synthetic labeled RNA probe conjugate.
工程(c):PCR増幅
工程(b)で回収したビオチン化RNAプローブと結合したcDNAが正常型と変異型のどちらの対立遺伝子であるかを早期に確認したい場合等のために、適宜、繰返し配列を含む領域の増幅を可能にする特異的プライマーを用いて、回収物をPCR増幅してもよい。例えば、疾患がハンチントン病であれば、実施例1の表2に示すように、ハンチンチン遺伝子のCAG反復配列を挟み込むようなフォワードプライマーとリバースプライマーとを選択する。PCR条件は、従来公知の条件を、疾患遺伝子とそのプライマーに応じて適宜修正して用いる。
Step (c): PCR amplification Repeatedly as appropriate for cases such as when it is desired to confirm early whether the cDNA bound to the biotinylated RNA probe recovered in step (b) is a normal or mutant allele. The harvest may be PCR amplified using specific primers that allow amplification of the region containing the sequence. For example, if the disease is Huntington's disease, as shown in Table 2 of Example 1, a forward primer and a reverse primer that sandwich the CAG repeat sequence of the huntingtin gene are selected. As PCR conditions, conventionally known conditions are appropriately modified according to the disease gene and its primers.
上記PCR増幅物をゲル電気泳動にかけて、長い繰返し配列を持つ変異型対立遺伝子の発現を確認する。実施例1の図2及び実施例2の図6〜8に示すように、ゲル電気泳動図には繰返し配列の長い変異型対立遺伝子のみが検出され、繰返し配列の短い正常型対立遺伝子が回収されていないことが確認される。また、検出バンドの位置から、繰返し配列の伸長度(リピート数)が把握される。 The PCR amplification product is subjected to gel electrophoresis to confirm the expression of a mutant allele having a long repetitive sequence. As shown in FIG. 2 of Example 1 and FIGS. 6 to 8 of Example 2, only the mutant allele having a long repetitive sequence was detected in the gel electropherogram, and the normal allele having a short repetitive sequence was recovered. It is confirmed that it is not. In addition, the extension degree (number of repeats) of the repetitive sequence is grasped from the position of the detection band.
工程(b)で回収したcDNAと合成標識化RNAプローブとの結合体は、生体毎に繰返し配列の異常伸長によって発病する疾患の原因となる、その長い繰返し配列を持った対立遺伝子を同定する方法に使用することができる。すなわち、本発明は、繰返し配列の異常伸長によって発病する疾患の原因となる長鎖繰返し配列を持った変異型対立遺伝子を生体毎に同定する方法であって、以下の工程:
(a)前記疾患が疑われる生体から取得したゲノムDNA、全RNA又は全RNAより合成されるcDNAに、疾患遺伝子のセンス鎖又はアンチセンス鎖塩基配列中の繰返し配列を含有する合成標識化RNAプローブをハイブリダイゼーションさせる、
(b)工程(a)で得られたDNA又はRNAと合成標識化RNAプローブとの結合体を、その標識に基づいて回収及び精製する、及び
(d)工程(b)で回収したDNA−合成標識化RNAプローブ結合体について、変異型対立遺伝子のSNP部位のタイピングと、それに基づくハプロタイプを決定する、
を含む、前記変異型対立遺伝子の同定方法を提供する。
A method for identifying an allele having a long repetitive sequence, wherein a conjugate of the cDNA recovered in step (b) and the synthetic labeled RNA probe causes disease caused by abnormal extension of the repetitive sequence for each living body Can be used for That is, the present invention is a method for identifying, for each living body, a mutant allele having a long chain repeat sequence that causes a disease caused by abnormal extension of a repeat sequence, and includes the following steps:
(A) A synthetic labeled RNA probe containing a repetitive sequence in the sense strand or antisense strand base sequence of a disease gene in genomic DNA, total RNA, or cDNA synthesized from total RNA obtained from a living body suspected of the disease Hybridization
(B) recovering and purifying the conjugate of the DNA or RNA obtained in step (a) and the synthetic labeled RNA probe based on the label; and (d) DNA-synthesis recovered in step (b). For the labeled RNA probe conjugate, determine the SNP site typing of the mutant allele and the haplotype based on it
A method for identifying the mutant allele is provided.
上記同定方法の(a)及び(b)工程は、上記の選択又は優先的回収方法での工程(a)及び(b)と同様である。 Steps (a) and (b) of the identification method are the same as steps (a) and (b) in the selection or preferential recovery method.
工程(d):長鎖変異型対立遺伝子のSNPタイピング
工程(d)では、工程(b)のDNA−合成標識化RNAプローブ結合体について、対立遺伝子内のSNPを調べることで、そのハプロタイプを同定する。なお、工程(b)で回収したDNA−合成標識化RNAプローブ結合体の代わりに、工程(c)のPCR増幅物をSNPタイピングに用いることもできる。
Step (d): SNP Typing of Long Variant Allele In step (d), the haplotype is identified by examining the SNP in the allele for the DNA-synthetic labeled RNA probe conjugate of step (b). To do. In addition, instead of the DNA-synthetic labeled RNA probe conjugate recovered in step (b), the PCR amplification product in step (c) can also be used for SNP typing.
SNPタイピングは、TaqMan法、Invader法、一塩基伸長法、SSCP法、RFLP法、ダイレクトシークエンス法等の公知の手法を用いることができる。市販のキットも使用でき、例えば、TaqMan allelic discrimination assay(アプライドバイオシステムズ社)等が挙げられる。 For SNP typing, a known method such as TaqMan method, Invader method, single base extension method, SSCP method, RFLP method, direct sequence method, or the like can be used. Commercially available kits can also be used, and examples thereof include TaqMan allelecition assay (Applied Biosystems).
各疾患原因遺伝子のSNP部位は、ハプロタイプのデータベース(HapMapデータベース,http://www.hapmap.org/index.html.ja)から公知である。データベースから、ヘテロ接合性の高いSNP部位を複数選択する。好ましくは2個以上のSNP部位を選択する。 The SNP site of each disease-causing gene is known from a haplotype database (HapMap database, http://www.hapmap.org/index.html.ja). A plurality of highly heterozygous SNP sites are selected from the database. Preferably, two or more SNP sites are selected.
上記同定方法で得られた変異型対立遺伝子のSNP部位の生体毎のハプロタイプは、繰返し配列の異常伸長によって発病する疾患に対するテーラーメイド医薬の調製方法に使用することができる。すなわち、本発明は、繰返し配列の異常伸長によって発病する疾患用のテーラーメイド医薬の調製方法であって、以下の工程:
(a)生体から取得したゲノムDNA全RNA又は全RNAより合成されるcDNAに、疾患遺伝子のセンス鎖又はアンチセンス鎖塩基配列中の繰返し配列を含有する合成標識化RNAプローブをハイブリダイゼーションさせる、
(b)工程(a)で得られたDNA又はRNAと合成標識化RNAプローブとの結合体を、その標識に基づいて回収及び精製する、
(d)工程(b)で回収したDNAと合成標識化RNAプローブとの結合体について、対立遺伝子のSNPタイピングと、それに基づくハプロタイプを決定する、及び
(e)工程(d)で同定された対立遺伝子のSNP部位であって、もう一方の対立遺伝子とはヘテロ接合した前記SNP部位に対してRNAiを引き起こす二本鎖RNA分子を調製する
を含む、前記テーラーメイド医薬の調製方法を提供する。
The haplotype for each living body of the SNP site of the mutant allele obtained by the above identification method can be used in a method for preparing a tailor-made medicine for a disease caused by abnormal extension of a repetitive sequence. That is, the present invention is a method for preparing a tailor-made medicine for a disease caused by abnormal extension of a repetitive sequence, which comprises the following steps:
(A) hybridization of a synthetic labeled RNA probe containing a repetitive sequence in the sense strand or antisense strand base sequence of a disease gene to genomic DNA total RNA obtained from a living body or cDNA synthesized from total RNA;
(B) recovering and purifying the conjugate of the DNA or RNA obtained in step (a) and the synthetic labeled RNA probe based on the label;
(D) SNP typing of the allele and the haplotype based on it for the conjugate of the DNA recovered in step (b) and the synthetic labeled RNA probe, and (e) the allele identified in step (d) There is provided a method for preparing the tailor-made medicament, comprising preparing a double-stranded RNA molecule that causes RNAi to a SNP site of a gene that is heterozygous to the other allele.
上記調製方法の工程(a)〜(d)は、選択又は優先回収方法及び同定方法のものと同様である。
を含む。
Steps (a) to (d) of the preparation method are the same as those of the selection or priority recovery method and identification method.
including.
工程(e):SNP部位に対してRNAiを引き起こす二本鎖RNA分子の調製
工程(e)では、工程(d)及び工程(c)によって同定された長い繰返し配列を持つ変異型対立遺伝子のSNP部位であって、短い繰返し配列を持つ正常型対立遺伝子とはヘテロ接合した前記SNP部位をターゲットにすることで、変異型対立遺伝子に対してRNAiを引き起こす二本鎖RNA分子を調製する。
Step (e): Preparation of double stranded RNA molecule that causes RNAi to SNP site In step (e), SNPs of mutant alleles with long repeat sequences identified by steps (d) and (c) A double-stranded RNA molecule that causes RNAi against a mutant allele is prepared by targeting the SNP site that is heterozygous for a normal allele that is a site and has a short repeat sequence.
RNAiは、二本鎖RNAと相補的な塩基配列を持つmRNAが分解される現象である。そして、RNAi法は、RNAiの現象を利用して、人為的に二本鎖RNAを細胞に導入する、又は発現させることによって、任意の遺伝子の発現を特異的に抑制する方法である。このRNAiを引き起こす二本鎖RNAをsmall interfering RNA(以下、「siRNA」と略す)と名付けられている。標的となる変異型対立遺伝子の塩基配列を知ることができれば、RNAiを誘導するsiRNAを合成し、細胞に導入することにより、標的変異型対立遺伝子を特異的にノックダウンすることができる。RNAiによる遺伝子発現抑制の原理は、図9を用いて説明する。約21ヌクレオチド鎖長のsiRNAを化学合成し、細胞内に導入すると、siRNAは複数のタンパク質と一緒になってRISC(RNA誘導型サイレンシング複合体)を形成する。RISCは、取り込まれたsiRNAと相補的な配列を持つ標的遺伝子のmRNAを認識し、RISC内のヌクレアーゼ活性によりmRNA側のsiRNA−mRNA結合部位を切断する。これにより、標的とする遺伝子の発現が阻止される。 RNAi is a phenomenon in which mRNA having a base sequence complementary to double-stranded RNA is degraded. The RNAi method is a method of specifically suppressing the expression of an arbitrary gene by artificially introducing or expressing a double-stranded RNA into a cell using the phenomenon of RNAi. This double-stranded RNA that causes RNAi is named small interfering RNA (hereinafter abbreviated as “siRNA”). If the base sequence of the target mutant allele can be known, the target mutant allele can be specifically knocked down by synthesizing and introducing siRNA that induces RNAi into cells. The principle of gene expression suppression by RNAi will be described with reference to FIG. When siRNA having a length of about 21 nucleotides is chemically synthesized and introduced into a cell, the siRNA forms a RISC (RNA-induced silencing complex) together with a plurality of proteins. RISC recognizes mRNA of a target gene having a sequence complementary to the incorporated siRNA, and cleaves the siRNA-mRNA binding site on the mRNA side by nuclease activity in RISC. Thereby, the expression of the target gene is blocked.
変異型対立遺伝子のSNPのハプロタイプが同定されれば、RNAiの高い配列特異性を利用してSNPの一塩基配列の違いを識別するsiRNAを設計することも可能である。概略を述べると、siRNA分子は、そのアンチセンス鎖が標的対立遺伝子のSNP周囲配列と相補的となるよう設計される。siRNA分子の長さは、二本鎖部分が通常、18〜23塩基、好ましくは19〜21塩基からなる。siRNAのアンチセンス鎖は、3’末端が二本鎖部分から突出してもよく、好ましくは2塩基突出する。siRNAのセンス鎖は、3’末端が二本鎖部分から突出してもよく、好ましくは0〜2塩基突出する。 If the haplotype of the mutant allele SNP is identified, it is also possible to design siRNA that identifies the difference in the single nucleotide sequence of the SNP using the high sequence specificity of RNAi. In summary, siRNA molecules are designed such that their antisense strand is complementary to the sequence surrounding the SNP of the target allele. The length of the siRNA molecule is usually 18 to 23 bases, preferably 19 to 21 bases in the double-stranded part. The antisense strand of siRNA may protrude from the double-stranded portion at the 3 'end, and preferably protrudes by 2 bases. The sense strand of siRNA may protrude from the double-stranded portion at the 3 'end, and preferably protrudes from 0 to 2 bases.
siRNAの対立遺伝子識別能を改善して、ノックダウン能力を高めるために、siRNAにミスマッチ塩基を導入することができる。ミスマッチsiRNAは、二本鎖部分におけるセンス鎖の3’末端側にアンチセンス鎖とミスマッチするヌクレオチドが1個以上、好ましくは1〜4個導入され、かつ、その二本鎖部分におけるセンス鎖中のアンチセンス鎖に相補的なヌクレオチドの数が細胞内における両鎖のハイブリダイゼーションを可能とするものである。ミスマッチsiRNAの作成については、本発明者らによるWO2005/017154に詳細に記載されている。WO2005/017154の明細書の内容を、参照のために本明細書に挿入する。 In order to improve the allele discrimination ability of siRNA and enhance the knockdown ability, mismatch bases can be introduced into the siRNA. In the mismatch siRNA, one or more, preferably 1 to 4 nucleotides mismatching with the antisense strand are introduced on the 3 ′ end side of the sense strand in the double-stranded portion, and The number of nucleotides complementary to the antisense strand allows for hybridization of both strands in the cell. The creation of mismatched siRNA is described in detail in WO 2005/015154 by the inventors. The contents of the specification of WO 2005/015154 are inserted herein for reference.
siRNA分子は、二本鎖RNA分子自体のほかに、siRNAのそれぞれのRNA鎖を転写可能なDNA配列を組み込んだ発現ベクター等でもよい。発現ベクターには、公知のプラスミドやウイルスベクターが挙げられる。また、RNAと同等に使用可能な、ヌクレオチドの糖―リン酸骨格を改変したLocked Nucleotide Acid (LNA)やPeptide Nucleotide Acid (PNA)等の修飾核酸を含んでもよい。 In addition to the double-stranded RNA molecule itself, the siRNA molecule may be an expression vector incorporating a DNA sequence capable of transcribing each RNA strand of siRNA. Expression vectors include known plasmids and viral vectors. In addition, modified nucleic acids such as Locked Nucleotide Acid (LNA) and Peptide Nucleotide Acid (PNA), which have a nucleotide sugar-phosphate skeleton modified, can be used in the same manner as RNA.
各疾患の特定のSNPに対してRNAiを引き起こすsiRNA分子を予めストックしておくと、本発明の長鎖変異型対立遺伝子の同定方法により患者毎のハプロタイプが決定された時点で、ストックされたsiRNAからなるテーラーメイド医薬を迅速に供給することが可能である。 When siRNA molecules that cause RNAi against a specific SNP of each disease are stocked in advance, the siRNA stocked when the haplotype for each patient is determined by the method for identifying a long mutant allele of the present invention. It is possible to quickly supply a tailor-made medicine consisting of
図10に示すように、RNAiノックダウンを、ヘテロ接合の複数個のSNP部位、好ましくは2〜4個のSNP部位に対して誘導することが、ノックダウン効果を強固かつ安定にする上で好ましい。そのために、本発明のテーラーメイド医薬の調製方法では、siRNA分子を複数混合したカクテルを調製することが好ましい。その場合、本発明の長鎖変異型対立遺伝子の同定方法により患者毎のハプロタイプが決定された時点で、予めストックされた複数種のsiRNA分子を患者のハプロタイプに応じて適宜混合してカクテルとすることにより、患者毎に効果的なテーラーメイド医薬を迅速に提供することができる。 As shown in FIG. 10, it is preferable to induce RNAi knockdown to a plurality of heterozygous SNP sites, preferably 2 to 4 SNP sites, in order to make the knockdown effect strong and stable. . Therefore, in the method for preparing a tailor-made medicine of the present invention, it is preferable to prepare a cocktail in which a plurality of siRNA molecules are mixed. In that case, when the haplotype for each patient is determined by the method for identifying long-chain mutant alleles of the present invention, a plurality of siRNA molecules stocked in advance are appropriately mixed according to the haplotype of the patient to make a cocktail. Thus, an effective tailor-made medicine can be quickly provided for each patient.
設計したsiRNA分子が変異型対立遺伝子特異的ノックダウンを誘起するか否かの確認は、常法を用いて行うことができる。 Whether or not the designed siRNA molecule induces a mutant allele-specific knockdown can be confirmed using a conventional method.
前記細胞は、siRNAによるRNAi現象を起こすことが可能であり、かつ変異型対立遺伝子を発現する、好ましくは哺乳動物細胞である。具体的には、ヒト、マウス、ラット、ハムスター、ウサギ、イヌ、サル等に由来するものが挙げられる。また、株化培養細胞としては、患者由来不死化細胞、HeLa細胞、HEK293細胞、SH−SY5Y細胞、NIH/3T3細胞、COS−7細胞等が挙げられる。 The cell is preferably a mammalian cell capable of causing an RNAi phenomenon by siRNA and expressing a mutant allele. Specific examples include those derived from humans, mice, rats, hamsters, rabbits, dogs, monkeys and the like. Examples of established cultured cells include patient-derived immortalized cells, HeLa cells, HEK293 cells, SH-SY5Y cells, NIH / 3T3 cells, and COS-7 cells.
siRNA分子及び遺伝子又はその一部の細胞への共導入は、公知である。例えば、これらをプラスミド等に挿入したものをリポフェクション法、電気穿孔法等で細胞へ導入する。 Co-introduction of siRNA molecules and genes or parts thereof into cells is known. For example, those inserted into a plasmid or the like are introduced into cells by the lipofection method, electroporation method or the like.
siRNAによる変異型対立遺伝子特異的RNAiノックダウンの有無、そして効果を確認するために、siRNAのターゲットとなる塩基配列を含んだレポーター遺伝子を構築し、それを細胞に導入して検証するレポーター・アッセイがある。このレポーター・アッセイも公知である。レポーター遺伝子には、例えばホタル・ルシフェラーゼ(Photinus luciferase)遺伝子、及びウミシイタケ・ルシフェラーゼ(Renilla luciferase)遺伝子等を用いる。 A reporter assay that constructs a reporter gene containing a base sequence that is a target of siRNA, and introduces it into a cell to verify the presence or absence and the effect of mutant allele-specific RNAi knockdown by siRNA There is. This reporter assay is also known. As the reporter gene, for example, a firefly luciferase gene, a Renilla luciferase gene, or the like is used.
二本鎖RNA分子等のテーラーメイド医薬としての使用において、生体、組織又は細胞への導入に、導入部位に基づいて、適宜、公知の導入方法を採用し得る。例えば、二本鎖RNA分子やその発現ベクターを、脳内、四肢、血管、腹腔内等へ注射し、あるいは鼻粘膜から経皮吸収させる。さらに、ウイルス感染を利用して導入することも可能である。 In use as a tailor-made medicine such as a double-stranded RNA molecule, a known introduction method can be appropriately employed for introduction into a living body, tissue or cell based on the introduction site. For example, a double-stranded RNA molecule or an expression vector thereof is injected into the brain, extremities, blood vessels, intraperitoneal cavity, etc., or percutaneously absorbed from the nasal mucosa. Furthermore, it is also possible to introduce using virus infection.
以下に本発明の実施例を示すことにより、本発明をより詳細に説明する。ただし、本発明が以下の実施例に限定されるものではない。
〔実施例1〕
1.選択的回収方法
本発明の選択的回収方法を、図1のフローチャートを用いて説明する。テスト疾患として、ハンチントン病(HD)を対象とした。HDは、中年以降に発症する常染色体優性遺伝の遺伝性慢性進行性の疾患である。その臨床症状は、不随意運動、知能障害、認知症、精神症状、行動異常、歩行障害等を含む。HDの原因遺伝子は、第4染色体短腕(4p16.3)に存在するハンチンチン(HTT)遺伝子である。HTT遺伝子のExon1に存在する塩基のCAG繰返し配列は正常型で平均20回程度であるところ、平均40回以上に伸長することで変異型タンパク質の立体構造異常が起き、これが核内に蓄積することで神経細胞のアポトーシスを起こし、発症に至るとされている。
Hereinafter, the present invention will be described in more detail by showing examples of the present invention. However, the present invention is not limited to the following examples.
[Example 1]
1. Selective Recovery Method The selective recovery method of the present invention will be described with reference to the flowchart of FIG. The test disease was Huntington's disease (HD). HD is an inherited chronic progressive disease of autosomal dominant inheritance that develops after middle age. The clinical symptoms include involuntary movements, intelligence impairment, dementia, psychiatric symptoms, behavioral abnormalities, gait disturbance and the like. The causative gene for HD is the huntingtin (HTT) gene present in the short arm of chromosome 4 (4p16.3). The CAG repeat sequence of the base present in Exon1 of the HTT gene is about 20 times on average in the normal type, but it extends to an average of 40 times or more, resulting in abnormal conformation of the mutant protein, which accumulates in the nucleus It is said that it causes apoptosis of neurons and leads to onset.
まず、HD患者由来不死化細胞((1)C0142及び(2)C0221、国立精神・神経センター病院,神経内科から入手)から、TRIzol試薬(登録商標、インビトロジェン社)を使って全RNAを抽出した。全RNAからオリゴdTプライマー(15塩基、プロメガ社)と逆転写酵素(商品名SuperScript III、インビトロジェン社)を用いてcDNAを合成し、その後、RNAseH(インビトロジェン社)を用いて鋳型RNAの消化を行った。 First, total RNA was extracted from immortalized cells derived from HD patients ((1) C0142 and (2) C0221, obtained from National Psychiatric and Neurological Center Hospital, Department of Neurology) using TRIzol reagent (registered trademark, Invitrogen). . CDNA was synthesized from total RNA using oligo dT primer (15 bases, Promega) and reverse transcriptase (trade name SuperScript III, Invitrogen), and then template RNA was digested using RNAseH (Invitrogen). It was.
合成したcDNA(100ng/10μL)と、表1の20塩基配列の5‘側にビオチンを付加した合成ビオチン化RNAプローブ(100pmol)とを、最終容量40μLとなるようハイブリダイゼーションバッファー中(10mMトリス塩酸,pH7.5,1mM EDTA,3.1M塩化ナトリウム,1Mクエン酸ナトリウム)にて混合した。前記混合溶液を、95℃で5分間熱処理後、室温にて30分間のアニール反応を行った。 The synthesized cDNA (100 ng / 10 μL) and a synthetic biotinylated RNA probe (100 pmol) in which biotin is added to the 5 ′ side of the 20 base sequences shown in Table 1 are mixed in a hybridization buffer (10 mM Tris-HCl) to a final volume of 40 μL. , PH 7.5, 1 mM EDTA, 3.1 M sodium chloride, 1 M sodium citrate). The mixed solution was heat treated at 95 ° C. for 5 minutes, and then annealed at room temperature for 30 minutes.
アニーリング後、10μLのアビジン−レジン担体(商品名:SoftLink Soft Release Avidin Resin、プロメガ社)を加え、さらにブロッキングバッファー(10mMトリス塩酸,pH7.5,1mM EDTA,100mM塩化ナトリウム,1%(w/vol)ウシ血清アルブミン,1mg/mLイーストRNA)を加えて、最終容量400μLとした。なお、前記アビジン−レジン担体は、上記ブロッキングバッファー(1mL)にて37℃で30分間前処理したものを使用した。 After annealing, 10 μL of avidin-resin carrier (trade name: SoftLink Soft Release Avidin Resin, Promega) was added, and further blocking buffer (10 mM Tris-HCl, pH 7.5, 1 mM EDTA, 100 mM sodium chloride, 1% (w / vol) Bovine serum albumin, 1 mg / mL yeast RNA) was added to a final volume of 400 μL. The avidin-resin carrier used was pretreated with the above blocking buffer (1 mL) at 37 ° C. for 30 minutes.
最終容量400μLとした混合溶液を37℃で30分間攪拌(180rpm)して、ビオチンとアビジンとの結合反応を行った。その後、洗浄のため1mLの洗浄液(10mMトリス塩酸,pH7.5,1mM EDTA,100mM塩化ナトリウム)を添加し、遠心(1500g,1分間)を行った。上清を除去後、同様にして1mLの洗浄液を添加し、遠心、上清除去の操作を2回繰り返し、沈殿物(cDNA結合ビオチン化RNAプローブ−アビジン−レジン担体)を得た。 The mixed solution having a final volume of 400 μL was stirred at 180 ° C. for 30 minutes (180 rpm) to carry out a binding reaction between biotin and avidin. Thereafter, 1 mL of a washing solution (10 mM Tris-HCl, pH 7.5, 1 mM EDTA, 100 mM sodium chloride) was added for washing, and centrifugation (1500 g, 1 minute) was performed. After removing the supernatant, 1 mL of a washing solution was added in the same manner, and the operations of centrifugation and supernatant removal were repeated twice to obtain a precipitate (cDNA-binding biotinylated RNA probe-avidin-resin carrier).
最後に、沈殿物に対して10μLの5mMビオチン溶液を加えて10分間室温に放置し、cDNA結合ビオチン化RNAプローブ−アビジン−レジン担体のアビジン−レジン担体側から、cDNA結合ビオチン化RNAプローブを解離させた。その後、遠心(1500g,1分間)を行い、上清をサンプル(cDNA結合ビオチン化RNAプローブ)として回収した。この回収物を、以降のPCR解析及び対立遺伝子判別試験に供した。 Finally, 10 μL of 5 mM biotin solution is added to the precipitate and left at room temperature for 10 minutes to dissociate the cDNA-bound biotinylated RNA probe from the avidin-resin carrier side of the cDNA-bound biotinylated RNA probe-avidin-resin carrier. I let you. Thereafter, centrifugation (1500 g, 1 minute) was performed, and the supernatant was collected as a sample (cDNA-binding biotinylated RNA probe). This recovered material was subjected to subsequent PCR analysis and allele discrimination test.
2.PCR解析
本発明の選択的回収方法の効果を確認するために、前記手法により回収したcDNAが正常型と変異型のどちらの対立遺伝子であるかをPCR解析で調べた。
2. PCR analysis In order to confirm the effect of the selective recovery method of the present invention, it was examined by PCR analysis whether the cDNA recovered by the above-described method is a normal type or a mutant type allele.
PCR増幅は、PrimeSTAR HS DNA polymerase with GC buffer(TaKaRa社)と、ハンチンチン遺伝子のCAG反復配列を増幅する特異的なプライマー(表2)を用いて行った。PCR反応は、初期変性(95℃,5分間)後、変性(98℃,10秒間)、アニール(60℃,5秒間)、伸長反応(72℃,30秒間)の3段階を26回繰返した。 PCR amplification was performed using PrimeSTAR HS DNA polymerase with GC buffer (TaKaRa) and specific primers (Table 2) that amplify the CAG repeat of the huntingtin gene. In the PCR reaction, initial denaturation (95 ° C., 5 minutes), denaturation (98 ° C., 10 seconds), annealing (60 ° C., 5 seconds), extension reaction (72 ° C., 30 seconds) were repeated 26 times. .
PCR増幅産物を、電気泳動法(5%ポリアクリルアミドゲル、50mA、2時間)にて解析した。図2に示すとおり、HD患者由来不死化細胞由来の未処置のcDNA(−)を増幅したPCR産物からは、CAG反復配列の長さの異なる2本のバンド、すなわち、正常型と変異型のHTT遺伝子が検出された。それに対して、本発明の選択的回収方法によって得られたcDNA(+)から増幅したPCR産物からは、CAG反復配列の長い(すなわち、変異型の)バンドが検出され、CAG反復配列の短い(すなわち、正常型)バンドは極わずかか、あるいは殆ど認められなかった。 PCR amplification products were analyzed by electrophoresis (5% polyacrylamide gel, 50 mA, 2 hours). As shown in FIG. 2, the PCR product obtained by amplifying untreated cDNA (-) derived from an HD patient-derived immortalized cell shows two bands of different CAG repeat lengths, that is, a normal type and a mutant type. The HTT gene was detected. On the other hand, from the PCR product amplified from the cDNA (+) obtained by the selective recovery method of the present invention, a long (ie, mutant) band of the CAG repeat sequence was detected, and the short CAG repeat sequence ( That is, the normal type) band was very little or hardly recognized.
3.対立遺伝子判別試験
HD患者由来不死化細胞(C0142,C0221)から調整したcDNA(−)とその後選択的回収方法によって得られたcDNA(+)を、対立遺伝子判別試験(TaqMan allelic discrimination assay,アプライドバイオシステムズ社)によって解析し、CAG反復配列長の異なる正常型と変異型ハンチンチン対立遺伝子の存在比が変化したか否かを判定した。HTT遺伝子転写配列内には、ヘテロ接合度が明らかなものだけで23個のSNP部位が存在する。この対立遺伝子判別試験ではヘテロ接合度の高いrs363099、rs362331、rs362273及びrs362272の4つのSNP部位を対象とした。
3. Allele Discrimination Test The cDNA (−) prepared from the HD patient-derived immortalized cells (C0142, C0221) and the cDNA (+) obtained by the selective recovery method were then used for the allelic discrimination test (TaqMan allelecition assay, Applied Bio System)) to determine whether the abundance ratio of normal and mutant huntingtin alleles with different CAG repeat lengths changed. Within the HTT gene transcription sequence, there are only 23 SNP sites with obvious heterozygosity. In this allele discrimination test, four SNP sites, rs36399, rs362331, rs362273, and rs362272, which have a high degree of heterozygosity, were targeted.
判別試験結果の図3Aの作成方法を簡単に説明する。X軸及びY軸を互いヘテロ接合の関係にあるアリルの存在レベルとするグラフを作成する。本発明の選択的回収方法を行っていない未処置のcDNA(10、1、0.01、及び、0 ng)を用いて検量線を作成して比較対照とする。ヘテロ接合の場合、検量線は原点から濃度依存的な傾き(約45度の傾き)を持った直線を示し、一方、ホモ接合の場合、検量線は、X軸又はY軸に対して平行な直線を示す。検量線は、選択的回収方法による効果の検討を、サンプル濃度のバラツキや、TaqMan Probeの反応の偏りに左右されず評価するためにも必要である。 A method of creating the discrimination test result in FIG. 3A will be briefly described. A graph is created in which the X-axis and Y-axis are the presence levels of alleles in a heterojunction relationship with each other. A standard curve is prepared using untreated cDNA (10, 1, 0.01, and 0 ng) that has not been subjected to the selective recovery method of the present invention as a comparative control. In the case of heterojunction, the calibration curve shows a straight line having a concentration-dependent slope (about 45 degrees slope) from the origin, whereas in the case of homojunction, the calibration curve is parallel to the X axis or Y axis. A straight line is shown. A calibration curve is also necessary to evaluate the effect of the selective recovery method regardless of variations in sample concentration or TaqMan Probe reaction bias.
選択的回収方法によって、正常型と変異型のHTT対立遺伝子の存在比が変化すると、そのSNPタイピングの結果は、検量線に対して左斜め上又は右斜め下に判別結果として表示される。タイピング結果が検量線から離れれば離れるほど、存在比に大きな変化が生じたことを意味する。この判定により、選択的回収方法によって得られたHTT遺伝子のハプロタイプ(対立遺伝子のSNP構成)だけでなく、存在比に偏りが生じたか否かも判定することができる。 When the abundance ratio of normal and mutant HTT alleles is changed by the selective recovery method, the result of the SNP typing is displayed as a discrimination result on the upper left or lower right with respect to the calibration curve. The farther the typing result is from the calibration curve, the greater the change in the abundance ratio. This determination makes it possible to determine not only the haplotype of the HTT gene obtained by the selective recovery method (SNP configuration of alleles) but also whether or not there is a bias in the abundance ratio.
HTT遺伝子転写配列内に存在する4つのSNP(rs363099、rs362331、rs362273及びrs362272)部位について、対立遺伝子判別試験(TaqMan allelic discrimination assay)を行った結果を、図3Aに示す。 FIG. 3A shows the results of an allele discrimination test for four SNP (rs363030, rs362231, rs362273, and rs362272) sites present in the HTT gene transcription sequence.
図3Aで、選択的回収方法を行っていない未処置のcDNAサンプル(○)を用いて作成した検量線に対し、本発明の選択的回収方法で得られたサンプル(●)は離れた位置にプロットされた。これにより、本発明の選択的回収方法を行うことで、正常型と変異型HTT遺伝子の存在比に偏りが生じたことが確認された。 In FIG. 3A, the sample (●) obtained by the selective recovery method of the present invention is located at a distance from the calibration curve prepared using the untreated cDNA sample (◯) that has not been subjected to the selective recovery method. Plotted. Thus, it was confirmed that the abundance ratio between the normal type and the mutant HTT gene was biased by performing the selective recovery method of the present invention.
また、HD患者由来不死化細胞ゲノムDNAを用いて、上記と同じように4つのSNP部位に対する対立遺伝子判別試験を行った。その結果を表3に示す。 Moreover, the allele discrimination | determination test with respect to four SNP site | parts was done like the above using HD patient-derived immortalized cell genomic DNA. The results are shown in Table 3.
ゲノムDNAを用いて行なった対立遺伝子判別試験の結果は、cDNAを用いた上記対遺伝子立判別試験結果と一致した。C0221細胞におけるrs362331部位のタイピング結果は、同SNPが「C/C」のホモ接合であることを意味する。C0221細胞のそれ以外の3部位、及びC0142細胞の全4部位は、「A/G」又は「C/T」のヘテロ接合を意味する。 The results of the allele discrimination test performed using genomic DNA coincided with the results of the paired gene discrimination test using cDNA. The typing result of rs362331 site in C0221 cells means that the SNP is a “C / C” homozygote. The other 3 sites of C0221 cells and all 4 sites of C0142 cells mean “A / G” or “C / T” heterozygotes.
前記ハプロタイプデータベース(HapMapデータベース)から入手したHTT遺伝子の全人種及び日本人における4つのSNPに対するハプロタイプの頻度を表4に示す。 Table 4 shows the frequency of haplotypes for the four SNPs in all races and Japanese of the HTT gene obtained from the haplotype database (HapMap database).
2; C0221
2; C0221
図3Aから導かれるハプロタイプ(対立遺伝子のSNP構成)を図3Bに示す。図3Bの結果は、表3に示したゲノムDNAのタイピング結果や表4に示した日本人と全人種におけるハプロタイプ頻度の統計と矛盾しない結果であることが示唆される。 The haplotype (SNP configuration of alleles) derived from FIG. 3A is shown in FIG. 3B. The results in FIG. 3B are suggested to be consistent with the genomic DNA typing results shown in Table 3 and the haplotype frequency statistics in Japanese and all races shown in Table 4.
4.HTT遺伝子SNP含有レポーター遺伝子発現プラスミドの構築
対立遺伝子特異的発現抑制可能なsiRNAの選定と評価のため、ホタル・ルシフェラーゼ遺伝子を発現するpGL3−TKプラスミド(Ohnishi et al.,2005)、及びウミシイタケ・ルシフェラーゼ遺伝子を発現するphRL−TKプラスミド(プロメガ社)を用いた。
4). Construction of reporter gene expression plasmid containing HTT gene SNP For selection and evaluation of siRNA capable of suppressing allele-specific expression, pGL3-TK plasmid (Ohnishi et al., 2005) and Renilla luciferase expressing firefly luciferase gene A phRL-TK plasmid (Promega) that expresses the gene was used.
対立遺伝子配列として、HTT遺伝子転写配列内においてヘテロ接合度の高いSNP部位(rs363099、rs362331、rs362273又はrs362272)を含む41塩基からなる合成オリゴDNAを選定した。SNPのどちらの塩基についても対応可能とするために、SNPの両塩基に対する合成オリゴDNAを設計した。ハンチンチン遺伝子転写配列内SNP周辺配列(合成オリゴDNA配列)を表5に示す。これを各レポーター遺伝子の非翻訳領域(3’UTR)に挿入して、ハンチンチン遺伝子SNP含有レポーター遺伝子発現プラスミドを構築した。 As an allele sequence, a synthetic oligo DNA consisting of 41 bases containing a highly heterozygous SNP site (rs363030, rs362331, rs362273 or rs362272) in the HTT gene transcription sequence was selected. In order to be able to cope with either base of SNP, a synthetic oligo DNA for both bases of SNP was designed. Table 5 shows SNP peripheral sequences (synthetic oligo DNA sequences) in the huntingtin gene transcription sequence. This was inserted into the untranslated region (3′UTR) of each reporter gene to construct a reporter gene expression plasmid containing a huntingtin gene SNP.
各SNPに対するヘテロ接合度は、NCBI SNPデータベースを参照した。
ss;センス鎖(遺伝子のコード鎖と相同な配列を有するヌクレオチド鎖)
as;アンチセンス鎖(遺伝子のコード鎖と相補的な配列を有するヌクレオチド鎖)
The degree of heterozygosity for each SNP was referenced from the NCBI SNP database.
ss; sense strand (nucleotide strand having a sequence homologous to the coding strand of the gene)
as; antisense strand (nucleotide strand having a sequence complementary to the coding strand of the gene)
上記HTT遺伝子転写配列内のSNP部位に対して設計した対立遺伝子特異的siRNAとその配列を表6A〜6Dに示す。 Allele-specific siRNAs designed for the SNP sites in the HTT gene transcription sequence and their sequences are shown in Tables 6A to 6D.
ss; センス鎖
as; アンチセンス鎖
ss; sense strand as; antisense strand
5.細胞培養
ヒト由来株化細胞であるHeLa細胞及びHEK293細胞を、10%ウシ胎仔血清(FBS、インビトロジェン社)及び抗生物質(100units/mlペニシリン,100μg/mlストレプトマイシン、和光社)含有DMEM培養液(インビトロジェン社)の存在下で培養した。ヒト神経芽細胞腫由来株化細胞SH−SY5Y細胞は、上記血清と抗生物質を含むDMEM/F−12培養液(インビトロジェン社)の存在下で培養した。
5. Cell culture Human-derived cell lines, HeLa cells and HEK293 cells, were cultured in DMEM culture medium (Invitrogen) containing 10% fetal bovine serum (FBS, Invitrogen) and antibiotics (100 units / ml penicillin, 100 μg / ml streptomycin, Wako). In the presence of the company). Human neuroblastoma-derived cell line SH-SY5Y cells were cultured in the presence of the above-mentioned serum and antibiotic-containing DMEM / F-12 medium (Invitrogen).
6.遺伝子導入およびレポーター・アッセイ
遺伝子導入前日、HeLa細胞及びHEK293細胞をトリプシン消化により分散後、細胞密度1x105cells/cm2にて24ウェル培養プレートに播種し、抗生物質不含DMEM培養液にて培養を行った。
6). Gene transfer and reporter assay The day before gene transfer, HeLa cells and HEK293 cells were dispersed by trypsin digestion, seeded in a 24-well culture plate at a cell density of 1 × 10 5 cells / cm 2 , and cultured in an antibiotic-free DMEM culture solution Went.
24時間後、各SNPを標的としたsiRNA(終濃度20nM)、HTT遺伝子SNP含有レポーター対立遺伝子発現プラスミド[pGL3−TK−backbone plasmid(300ng/well)、phRL−TK−backbone plasmid(100ng/well)]、及びRNAiノックダウンを受けないβ−ガラクトシダーゼ遺伝子発現プラスミド[pSV−beta−Galactosidase control plasmid(50ng/well,プロメガ社):ルシフェラーゼ活性の標準化のための外部標準化用プラスミド]を共導入した。 24 hours later, siRNA targeting each SNP (final concentration 20 nM), HTT gene SNP-containing reporter allele expression plasmid [pGL3-TK-backbone plasmid (300 ng / well), phRL-TK-backbone plasmid (100 ng / well) And a β-galactosidase gene expression plasmid [pSV-beta-Galactosidase control plasmid (50 ng / well, Promega): standardized plasmid for standardization of luciferase activity] that was not subjected to RNAi knockdown.
比較対照として、RNAiを誘導しないsiRNA(siControl;終濃度20nM、キアゲン社)を用いて同様の遺伝子導入も行った。 As a comparative control, siRNA that does not induce RNAi (siControl; final concentration 20 nM, Qiagen) was also used for the same gene transfer.
導入24時間後、細胞抽出液を調製し、発現したレポーター対立遺伝子(ルシフェラーゼ2種)、及び外部標準であるβ−ガラクトシダーゼ遺伝子の活性を、それぞれ、Dual−Luciferase reporter assay system(プロメガ社)、及びBeta−Glo assay system(プロメガ社)を用いて測定した。ルシフェラーゼ活性の測定値をβ−ガラクトシダーゼ活性の測定値で除した値(標準化された値)をレポーターの発現量として評価した。 24 hours after the introduction, cell extracts were prepared, and the activity of the expressed reporter alleles (two luciferases) and the β-galactosidase gene as an external standard were measured respectively in Dual-Luciferase reporter assay system (Promega), and It measured using Beta-Glo assay system (Promega). A value (standardized value) obtained by dividing the measured value of luciferase activity by the measured value of β-galactosidase activity was evaluated as the expression level of the reporter.
さらに、レポーターに関して、2種のルシフェラーゼ活性の違いによる偏りをなくすため、各SNP部位に対しレポーター遺伝子を入れ替えた実験も行なった。 Furthermore, in order to eliminate the bias due to the difference in the activity of the two luciferases with respect to the reporter, an experiment was also conducted in which the reporter gene was replaced for each SNP site.
7.ミスマッチsiRNAによる対立遺伝子識別能の改善
上記レポーター・アッセイで対立遺伝子特異的RNAiノックダウンが誘導できなかったSNP部位(rs363099 C−アリル,rs362331 C−アリル)に対して、対立遺伝子識別能力が低くても両対立遺伝子に対する抑制効果が強かったsiRNAを用いて、それらのsiRNA配列中に新たなミスマッチを導入し対立遺伝子識別能の改善が得られるか検討した。これらの効果は、上記と同じ手法にて評価を行って。改良したsiRNA(ミスマッチsiRNA)の配列を表7に示す。
7). Improvement of allele discrimination ability by mismatch siRNA Compared to SNP sites (rs363030 C-allyl, rs362331 C-allyl) where allele-specific RNAi knockdown could not be induced by the above reporter assay, the allele discrimination ability was low. In addition, using siRNAs having strong inhibitory effects on both alleles, it was examined whether new mismatches could be introduced into their siRNA sequences to improve the allele discrimination ability. Evaluate these effects using the same method as above. The sequence of the improved siRNA (mismatched siRNA) is shown in Table 7.
ss; センス鎖
as; アンチセンス鎖
ss; sense strand as; antisense strand
8.選定したsiRNAのIC50試験
対立遺伝子識別能及び抑制効果が強かったsiRNAに対して、IC50(50%阻害濃度)試験を行った。選定した強い抑制効果と高いSNP識別能を持った対立遺伝子特異的siRNAとその配列を、表8に示す。
8). IC50 test of selected siRNA An IC50 (50% inhibitory concentration) test was performed on siRNA that had strong allele discrimination ability and suppression effect. Table 8 shows allele-specific siRNAs having strong inhibitory effects and high SNP discrimination ability and their sequences.
ss;センス鎖
as;アンチセンス鎖
ss; sense strand as; antisense strand
HeLa細胞を96ウェル培養プレートに培養し、24時間後、上記と同じ条件で3種のプラスミドとsiRNAを導入した。この時、siRNAは、各終濃度(40、20、10、5、1.25、0.32、0.08、0.02、0.005、0.001、0 nM)に調整し、プラスミドと共に導入した。 HeLa cells were cultured in a 96-well culture plate, and after 24 hours, three types of plasmids and siRNA were introduced under the same conditions as described above. At this time, siRNA is adjusted to each final concentration (40, 20, 10, 5, 1.25, 0.32, 0.08, 0.02, 0.005, 0.001, 0 nM) Introduced with.
その後、上記と同じ手法にて、レポーター遺伝子及び外部標準遺伝子の発現を測定した。IC50試験におけるグラフ化と数値算出は、ヒル係数を1としたシグモイド曲線への適合によって求めた(図4A〜4D)。図4A〜D中、●はホタル・ルシフェラーゼの活性、■はウミシイタケ・ルシフェラーゼの活性であり、外部標準であるガラクトシダーゼの活性により標準化された値として示している。また、上記と同様に、レポーターに関して、2種のルシフェラーゼ活性の違いによる偏りをなくすため、各SNP部位に対しレポーター遺伝子を入れ替えた実験も行なった。 Thereafter, the expression of the reporter gene and the external standard gene was measured by the same method as described above. The graphing and numerical calculation in the IC50 test were obtained by fitting to a sigmoid curve with a Hill coefficient of 1 (FIGS. 4A to 4D). 4A to 4D, ● represents the activity of firefly luciferase, and ■ represents the activity of Renilla luciferase, which are shown as values normalized by the activity of the external standard galactosidase. Similarly to the above, an experiment was also conducted in which the reporter gene was replaced with respect to each SNP site in order to eliminate the bias due to the difference between the two kinds of luciferase activities.
rs363099(図4A)、rs362331(図4B)、rs362273(図4C)、及びrs362272(図4D)のSNP部位の対立遺伝子に対して、それぞれ最も強い抑制効果と高いSNP識別能を示したsiRNA(表8)についてIC50試験を行なった結果、テストしたsiRNAは、標的とするSNP部位の両対立遺伝子に対して対立遺伝子特異的かつ強いRNAi抑制効果を示した。 siRNAs exhibiting the strongest suppressive effect and high SNP discriminating ability against the alleles at the SNP sites of rs363030 (FIG. 4A), rs362331 (FIG. 4B), rs362273 (FIG. 4C), and rs362272 (FIG. 4D) (Table) As a result of conducting an IC50 test on 8), the tested siRNA showed allele-specific and strong RNAi-suppressing effects on both alleles of the targeted SNP site.
9.HD患者由来不死化細胞を用いた内在性変異型ハンチンチン遺伝子の特異的発現抑制
本発明の選択的回収方法と対立遺伝子判別試験及びPCR解析によって決定した変異型HTT遺伝子のSNPハプロタイプの情報に基づいて4つのSNP部位(rs363099、rs362331、rs362273、及びrs362272)に対して機能性siRNA(siRs099_T10、siRs331_C9(C15)、siRs273_G9、及びsiRs272_A9)を選定し、長鎖変異型対立遺伝子特異的RNAiノックダウンを行った。また、前記4種全てを等量混合したsiRNAのカクテル(siCocktail)の導入試験も行った。比較対照として、RNAiを誘導しないsiRNA(siControl)の導入試験も行なった。
9. Specific Expression Suppression of Endogenous Mutant Huntingtin Gene Using HD Patient-Derived Immortal Cells Based on SNP haplotype information of mutant HTT gene determined by selective recovery method, allele discrimination test and PCR analysis of the present invention And select functional siRNAs (siRs099_T10, siRs331_C9 (C15), siRs273_G9, and siRs272_A9) for the four SNP sites (rs363030, rs362231, rs362273, and rs362272), and select the long mutant allele-specific RNA down went. In addition, an introduction test of an siRNA cocktail (siCocktail) in which equal amounts of all four types were mixed was also conducted. As a comparative control, an introduction test of siRNA that does not induce RNAi (siControl) was also conducted.
約1x106個のHD患者由来不死化細胞(C0142)に対し終濃度5μMのsiRNAを電気穿孔法(遺伝子導入システムNucleofector、アマクサ社)に導入しRNAiを誘導した。導入48時間後、細胞を回収した。 About 1 × 10 6 HD patient-derived immortalized cells (C0142), siRNA having a final concentration of 5 μM was introduced into an electroporation method (gene introduction system Nucleofector, Amaxa) to induce RNAi. Cells were harvested 48 hours after introduction.
全RNAを抽出し、cDNA合成、そして各SNP部位に対して対立遺伝子判別試験を実施し、選定したsiRNAの対立遺伝子特異的RNAi効果を評価した。これは、前述の対立遺伝子判別試験と同様に、siRNAを導入していない未処置サンプルを用いて検量線を作成し、これを基準としてsiRNAを導入したサンプルがどれだけ離れた位置にプロットされるかで評価した。結果を図5A〜5Dに示す。図5A〜5D中、マークの意味は次のとおりである。
○: siRNAを導入していない未処置サンプル(検量線作成用)
●: 一種類のsiRNAを導入したサンプル
◎: 4種類のsiRNAを等量混合したsiRNAカクテル(siCocktail)を導入したサンプル
■: RNAiを誘導しないsiRNA(siControl)を導入したサンプル
Total RNA was extracted, cDNA synthesis, and allelic discrimination tests were performed on each SNP site to evaluate the allele-specific RNAi effect of the selected siRNA. Similar to the above-described allele discrimination test, a calibration curve is prepared using an untreated sample in which no siRNA has been introduced, and the sample to which siRNA has been introduced is plotted at a distance from the standard curve. Evaluated. The results are shown in FIGS. 5A to 5D, the meanings of the marks are as follows.
○: Untreated sample without siRNA (for creating calibration curve)
●: Sample with one type of siRNA introduced ◎: Sample with a siRNA cocktail (siCocktail) mixed with an equal amount of four types of siRNA ■ Sample with siRNA (siControl) that does not induce RNAi
図5A〜5Dに示すように、一種類のsiRNAを導入したサンプル(●)及び4種類のsiRNAを等量混合したsiRNAカクテル(siCocktail)を導入したサンプル(◎)では、図3Aとは対照的に検量線の反対側にシフトし、すなわち、正常対立遺伝子と比較して変異型HTT対立遺伝子の発現が有意に抑制された。特に、siRs099_T10(●)、及び、4種のsiRNAを等量混合したsiCocktail(◎)という2組のsiRNAが、最も強い対立遺伝子特異的発現抑制効果を示した。 As shown in FIGS. 5A to 5D, the sample (●) into which one type of siRNA was introduced and the sample (◎) into which an siRNA cocktail (siCocktail) in which equal amounts of four types of siRNA were mixed were contrasted with FIG. 3A. Shifted to the opposite side of the calibration curve, that is, the expression of the mutant HTT allele was significantly suppressed compared to the normal allele. In particular, siRs099_T10 (●) and siCocktail (◎) in which equal amounts of four types of siRNA were mixed showed the strongest allele-specific expression suppression effect.
〔実施例2〕HTT遺伝子以外のCAGトリプレットリピート病原因遺伝子についての解析
本発明の方法が、HDに限らず、その他のCAG反復配列の異常伸長が原因で発症する疾患においても有効であることを確認するため、表9に示すHD以外のCAGトリプレットリピート病について、実施例1と同様に、本発明の選択的回収方法とPCR解析を行った。
[Example 2] Analysis of CAG triplet repeat disease-causing genes other than HTT gene The method of the present invention is effective not only for HD but also in diseases caused by abnormal extension of CAG repeats. In order to confirm, the selective recovery method of the present invention and PCR analysis were performed in the same manner as in Example 1 for CAG triplet repeat diseases other than HD shown in Table 9.
1.選択的回収方法
HD患者由来不死化細胞と三種のヒト由来株化細胞(HeLa細胞、HEK293細胞、SH−SY5Y細胞)を用いた。実施例1と同じ合成ビオチン化RNAプローブを用いて各細胞から得られたcDNAとハイブリダイゼーションを行った。
1. Selective collection method HD patient-derived immortalized cells and three types of human-derived cell lines (HeLa cells, HEK293 cells, SH-SY5Y cells) were used. Hybridization was performed with cDNA obtained from each cell using the same synthetic biotinylated RNA probe as in Example 1.
2.PCR解析
上記のハイブリダイゼーションで得られたcDNA結合ビオチン化RNAプローブ−アビジン−レジン担体から、cDNA結合ビオチン化RNAプローブを回収後、CAG反復配列を増幅する各疾患遺伝子に特異的なプライマー(表10)を用いて行った。
PCR条件は、SCA3及びDRPLAの原因遺伝子の増幅についてはHDと同じ条件で行ったが、SCA6の原因遺伝子(CACNA1A)の増幅に関しては、繰返し反応を36回に変更した。
2. PCR analysis From the cDNA-binding biotinylated RNA probe-avidin-resin carrier obtained by the above hybridization, after collecting the cDNA-binding biotinylated RNA probe, primers specific to each disease gene that amplifies the CAG repeat sequence (Table 10). ).
PCR amplification was performed under the same conditions as HD for amplification of the causative genes of SCA3 and DRPLA, but the amplification of the causal gene of SCA6 (CACNA1A) was changed to 36 times.
電気泳動法は、実施例1と同じ条件で行った。電気泳動の結果を、図6〜8に示す。図6で、HD患者由来不死化細胞と3種のヒト由来株化細胞におけるATN1遺伝子の発現を解析した結果、SH−SY5Y細胞においてCAG反復配列長の異なる2種のATN1転写産物の発現(PCR産物)が認められた。このSH−SY5Y細胞のcDNAを用いて上記と同じ実験を行ったところ、得られたcDNA(+)から増幅したATN1の殆どが、CAG反復配列の長いPCR産物であることが分かった。 The electrophoresis was performed under the same conditions as in Example 1. The results of electrophoresis are shown in FIGS. In FIG. 6, as a result of analyzing the expression of the ATN1 gene in HD patient-derived immortalized cells and three types of human-derived cell lines, the expression of two ATN1 transcripts having different CAG repeat sequence lengths (PCR) in SH-SY5Y cells (PCR) Product). When the same experiment as described above was performed using the cDNA of the SH-SY5Y cell, it was found that most of ATN1 amplified from the obtained cDNA (+) was a PCR product having a long CAG repeat sequence.
図7で、未処置(−)の各細胞((1)HEK293細胞、(2)HeLa細胞、(3)SH−SY5Y細胞)におけるATXN3の発現を調べた結果、HeLa細胞においてCAG反復配列の長いATXN3が発現していた。そこで、HeLa細胞((2);反復配列が長い)とHEK293細胞((1);反復配列が短い)、もしくはSH−SY5Y細胞((3);反復配列が短い)の未処置cDNAを等量混合し((1)+(2)、(2)+(3))、選択的回収方法とPCR解析を行ったところ、cDNA(+)から増幅したPCR産物の殆どが、反復配列の長いタイプ(HeLa細胞由来)のATXN3であることが分かった。 In FIG. 7, the expression of ATXN3 in untreated (−) cells ((1) HEK293 cells, (2) HeLa cells, (3) SH-SY5Y cells) was examined. As a result, the CAG repeat sequence was long in HeLa cells. ATXN3 was expressed. Thus, an equal amount of untreated cDNA from HeLa cells ((2); long repeats) and HEK293 cells ((1); short repeats) or SH-SY5Y cells ((3); short repeats) When mixed ((1) + (2), (2) + (3)) and subjected to selective recovery method and PCR analysis, most of the PCR products amplified from cDNA (+) are long type of repetitive sequences. It was found to be ATXN3 (derived from HeLa cells).
図8で、HD患者由来不死化細胞C0221は、長さの異なる2種のCACNA1Aを発現したが、得られたcDNA(+)を増幅したPCR産物の殆どがCAG反復配列の長いCACNA1Aであることが示された。 In FIG. 8, the HD patient-derived immortalized cell C0221 expressed two types of CACNA1A having different lengths, but most of the PCR products obtained by amplifying the obtained cDNA (+) were CACNA1A having a long CAG repeat sequence. It has been shown.
Claims (7)
(a)前記疾患が疑われる生体から取得したゲノムDNA、全RNA又は全RNAより合成されるcDNAに、疾患遺伝子のセンス鎖又はアンチセンス鎖塩基配列中の三塩基繰返し配列を含有する合成標識化RNAプローブをハイブリダイゼーションさせる、及び
(b)工程(a)で得られたDNA又はRNAと合成標識化RNAプローブとの結合体を、その標識に基づいて回収及び精製する、
を含む、三塩基リピート疾患の原因となる、繰返し配列の異常伸長を有する変異型対立遺伝子又は遺伝子産物の選択又は優先的回収方法。 A method for selecting or preferentially recovering a mutant allele or gene product having an abnormal extension of a repetitive sequence that causes tribasic repeat disease, comprising the following steps:
(A) genomic DNA which the disease is acquired from a living body suspected, the cDNA synthesized from total RNA or total RNA, synthetic labeling containing tribasic repeat sequence in the sense or antisense strand nucleotide sequence of a disease gene Hybridizing the RNA probe, and (b) recovering and purifying the conjugate of the DNA or RNA obtained in step (a) and the synthetic labeled RNA probe based on the label,
A method for selecting or preferentially recovering a mutant allele or gene product having an abnormal extension of a repetitive sequence, which causes a three-base repeat disease .
(c)工程(b)で回収したDNAと合成標識化RNAプローブとの結合体に、繰返し配列を増幅する疾患遺伝子に特異的なプライマーを用いてPCR増幅する、
を含む、請求項1又は2に記載の三塩基リピート疾患の原因となる、繰返し配列の異常伸長を有する変異型対立遺伝子又は遺伝子産物の選択又は優先的回収方法法。 In addition, the following steps:
(C) PCR amplification is performed on the conjugate of the DNA recovered in step (b) and the synthetic labeled RNA probe using a primer specific for the disease gene that amplifies the repetitive sequence.
A method for selecting or preferentially recovering a mutant allele or gene product having an abnormal extension of a repetitive sequence, which causes a tribasic repeat disease according to claim 1 or 2 .
(a)前記疾患が疑われる生体から取得したゲノムDNA、全RNA又は全RNAより合成されるcDNAに、疾患遺伝子のセンス鎖又はアンチセンス鎖塩基配列中の三塩基繰返し配列を含有する合成標識化RNAプローブをハイブリダイゼーションさせる、
(b)工程(a)で得られたDNA又はRNAと合成標識化RNAプローブとの結合体を、その標識に基づいて回収及び精製する、及び
(d)工程(b)で回収したDNA−合成標識化RNAプローブ結合体について、変異型対立遺伝子のSNP部位のタイピングと、それに基づくハプロタイプを決定する、
を含む、前記変異型対立遺伝子の同定方法。 A method for identifying, for each organism , a mutant allele having an abnormal extension of a repetitive sequence, which causes a trinucleotide repeat disease, comprising the following steps:
(A) genomic DNA which the disease is acquired from a living body suspected, the cDNA synthesized from total RNA or total RNA, synthetic labeling containing tribasic repeat sequence in the sense or antisense strand nucleotide sequence of a disease gene Hybridizing RNA probes,
(B) recovering and purifying the conjugate of the DNA or RNA obtained in step (a) and the synthetic labeled RNA probe based on the label; and (d) DNA-synthesis recovered in step (b). For the labeled RNA probe conjugate, determine the SNP site typing of the mutant allele and the haplotype based on it
A method for identifying the mutant allele, comprising:
(a)前記疾患が疑われる生体から取得したゲノムDNA全RNA又は全RNAより合成されるcDNAに、疾患遺伝子のセンス鎖又はアンチセンス鎖塩基配列中の三塩基繰返し配列を含有する合成標識化RNAプローブをハイブリダイゼーションさせる、
(b)工程(a)で得られたDNA又はRNAと合成標識化RNAプローブとの結合体を、その標識に基づいて回収及び精製する、
(d)工程(b)で回収したDNAと合成標識化RNAプローブとの結合体について、対立遺伝子のSNPタイピングと、それに基づくハプロタイプを決定する、及び
(e)工程(d)で同定された対立遺伝子のSNP部位であって、もう一方の対立遺伝子とはヘテロ接合した前記SNP部位に対してRNAiを引き起こす二本鎖RNA分子を調製する
を含む、前記テーラーメイド医薬の調製方法。 A method for preparing a tailor-made medicine for a tribasic repeat disease , comprising the following steps:
(A) a cDNA where the disease is synthesized from genomic DNA total RNA or total RNA obtained from a biological suspected, synthesized labeled RNA containing tribasic repeat sequence of the sense strand or antisense strand nucleotide sequence of a disease gene Hybridize the probe,
(B) recovering and purifying the conjugate of the DNA or RNA obtained in step (a) and the synthetic labeled RNA probe based on the label;
(D) SNP typing of the allele and the haplotype based on it for the conjugate of the DNA recovered in step (b) and the synthetic labeled RNA probe, and (e) the allele identified in step (d) A method for preparing a tailor-made medicament, comprising preparing a double-stranded RNA molecule that causes RNAi to a SNP site of a gene that is heterozygous to the other allele.
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