JP5954800B2 - Method for detecting causal factor of male infertility and male infertility model animal - Google Patents

Method for detecting causal factor of male infertility and male infertility model animal Download PDF

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Description

本発明は男性不妊症の原因因子検出及びヒト男性不妊症モデル非ヒト動物に関する。   The present invention relates to detection of a causative factor of male infertility and a human male infertility model nonhuman animal.

男性不妊の原因は1)精巣での精子形成障害、2)精子輸送路の閉塞、3)前立腺炎及び4)勃起・射精障害に分けられるが、このうち2)〜4)に関しては診断が可能でそれぞれ治療法が確立されている。これに対し、男性不妊症の90%を占める精子形成障害は、遺伝子異常により引き起こされると考えられているが、その原因因子を特定する手法は全く確立されていない。正確な原因因子検査手法の確立は、今後の生殖医療の発展といったライフイノベーションに繋がると共に、少子化の阻止という意味でも社会に大いに還元できる可能性を有している。
生物の精子形成研究の歴史は長く、これまで様々なアプローチで研究が進められてきた。近年、哺乳類では遺伝子改変マウスの作成によって、多くの遺伝子が精子形成に寄与していることが明らかになってきたが、ヒト精子形成障害を引き起こす遺伝子変異を同定した例はほとんど報告されていない。
本発明者らは、ヒトゲノムからタンパク質に糖を付加する糖転移酵素遺伝子の同定を試みてきた。その中で、O−GalNAc型O−結合型糖鎖の合成をスタートさせる糖転移酵素であるポリペプチドN−アセチルガラクトサミン転移酵素遺伝子(pp−GalNAc−T)は、ヒトのゲノム中に20個存在することが報告されている。この遺伝子ファミリーに分類されるが、他のpp−GalNAc−T遺伝子に共通して存在するC末レクチン構造を欠失した特徴を持ち、ヒト精巣特異的に発現する糖転移酵素様の新規遺伝子GALNTL5を同定することに本発明者らは成功した。その発現様式からGALNTL5が精子形成あるいは精子と卵子との受精機構に寄与する遺伝子と推測されることから、GALNTL5タンパク質、遺伝子を特許申請している(特許文献1を参照)。一方、GALNTL5タンパク質の糖転移酵素活性をin vitroで再現できないことから、これまでに本遺伝子の精子形成における機能を推測するには至っていなかった。
The causes of male infertility can be divided into 1) testicular spermatogenesis, 2) blockage of sperm transport, 3) prostatitis, and 4) erectile and ejaculation disorders, of which 2) to 4) can be diagnosed. Each has established a treatment. On the other hand, spermatogenesis disorder, which accounts for 90% of male infertility, is considered to be caused by genetic abnormality, but a method for identifying the causative factor has not been established at all. Establishing an accurate causal factor testing method will lead to life innovations such as the development of reproductive medicine in the future, and also has the potential to greatly contribute to society in terms of preventing the declining birthrate.
The history of spermatogenesis in living organisms has a long history, and various approaches have been pursued so far. In recent years, it has been clarified that many genes contribute to spermatogenesis through the creation of genetically modified mice in mammals, but there have been few reports of identifying gene mutations that cause human spermatogenesis disorders.
The present inventors have attempted to identify a glycosyltransferase gene that adds a sugar to a protein from the human genome. Among them, there are 20 polypeptide N-acetylgalactosaminyltransferase genes (pp-GalNAc-T), which are glycosyltransferases that start the synthesis of O-GalNAc type O-linked sugar chains, in the human genome. It has been reported to do. A novel glycosyltransferase-like gene GALNTL5 that is classified into this gene family but has a characteristic of lacking a C-terminal lectin structure common to other pp-GalNAc-T genes and is expressed specifically in human testis The inventors have succeeded in identifying. Since GALNTL5 is presumed to be a gene that contributes to spermatogenesis or the fertilization mechanism of sperm and ovum from its expression pattern, a patent application has been filed for GALNTL5 protein and gene (see Patent Document 1). On the other hand, since the glycosyltransferase activity of GALNTL5 protein cannot be reproduced in vitro, the function of this gene in spermatogenesis has not been estimated so far.

特開2008−148594号公報JP 2008-148594 A

本発明はGALNTL5遺伝子の変異又はGALNTL5タンパク質の発現異常を指標に男性不妊症を検出する方法の提供、及びGALNTL5遺伝子に変異が導入されたヒト男性不妊症モデル動物の提供を目的とする。
これまでの精子形成障害による男性不妊症診断は、顕微鏡観察下での精液検査で、精子濃度、精子運動性、精子正常形態率のみで診断される。そのため的確な臨床的治療法の開発を行うこと無く、顕微授精による不妊治療のみが治療手段として選択されるのが現状であった。
本発明者らは精子形成過程特異的に発現するGALNTL5遺伝子が変異し、正常なGALNTL5タンパク質が形成されなくなることにより、精子の運動性が低下し、男性不妊となることを見出した。その結果、GALNTL5遺伝子の変異を検出し、あるいはGALNTL5タンパク質の発現量を測定することにより、男性不妊症の原因を診断することができることを見出した。
さらに、本発明は非ヒト動物において、Galntl5遺伝子を欠損させることにより、精子の運動性が低下し、ヒト男性不妊症のモデル動物を作出することを見出し、本発明を完成させるに至った。
すなわち、本発明は以下のとおりである。
[1] 男性被験体の精子におけるGALNTL5遺伝子の発現異常を指標に男性不妊症を検出する、男性不妊症の検出方法。
[2] 男性被験体の精子におけるGALNTL5タンパク質を定量し、GALNTL5タンパク質の発現量を指標に男性不妊症を検出する、[1]の男性不妊症の検出方法。
[3] 抗GALNTL5抗体を用いてGALNTL5タンパク質を測定する、[2]の男性不妊症の検出方法。
[4] 精子のGALNTL5遺伝子の発現の減少を生じさせる変異の有無を検出することを含む[1]又は[2]の男性不妊症の検出方法。
[5] 変異がGALNTL5遺伝子の第3イントロンと第4エクソンの間のスプライシングアクセプター部位AGのGGへの変異である、[4]の男性不妊症の検出方法。
[6] 変異がGALNTL5遺伝子の第6エクソンの第106番目のTの欠失である、[4]の男性不妊症の検出方法。
[7] 精子のGALNTL5タンパク質の発現の減少を生じさせる変異がヘテロである、[1]〜[6]のいずれかの男性不妊症の検出方法。
[8] 男性不妊症が、精子無力症である[1]〜[7]のいずれかの男性不妊症の検出方法。
[9] [1]〜[8]のいずれかの男性不妊症の検出方法において用いる、男性不妊症検出用抗GALNTL5タンパク質抗体。
[10] [9]の抗GALNTL5タンパク質抗体であって、ヒト又はマウスGALNTL5タンパク質の断片ペプチドであって、配列番号2のアミノ酸配列からなるヒトGALNTL5タンパク質の54番目〜72番目のアミノ酸配列QQIIYGSEQIPKPHVIVKR(配列番号8)、配列番号2のアミノ酸配列からなるヒトGALNTL5タンパク質の282番目〜297番目のアミノ酸配列FKWDNVFSYEMDGPEG(配列番号9)、配列番号2のアミノ酸配列からなるヒトGALNTL5タンパク質の362番目〜377番目のアミノ酸配列SKKQTGKPSTIISAMT(配列番号10)、配列番号4のアミノ酸配列からなるマウスGALNTL5タンパク質の42番目〜58番目のアミノ酸配列LLKKRSLGKNAHQQTRH(配列番号5)、配列番号4のアミノ酸配列からなるマウスGALNTL5タンパク質の263番目〜278番目のアミノ酸配列LRWDNVFAYELDGPEG(配列番号6)又は配列番号4のアミノ酸配列からなるマウスGALNTL5タンパク質の342番目〜358番目のアミノ酸配列SKALSQHRRANQSALS(配列番号7)で表される部分が有するエピトープを含む配列からなる断片ペプチドを動物に免疫することにより得られる、該断片ペプチドが有するエピトープを特異的に認識する抗GALNTL5タンパク質抗体。
[11] QQIIYGSEQIPKPHVIVKR(配列番号8)、FKWDNVFSYEMDGPEG(配列番号9)及びSKKQTGKPSTIISAMT(配列番号10)、LLKKRSLGKNAHQQTRH(配列番号5)、LRWDNVFAYELDGPEG(配列番号6)又はSKALSQHRRANQSALS(配列番号7)で表わされるアミノ酸配列からなる断片ペプチド。
[12] [1]〜[8]のいずれかの男性不妊症の検出のための、ヒトGALNTL5遺伝子のDNA断片ポリヌクレオチド。
[13] ポリメラーゼ連鎖反応(PCR)に用いられるプライマーである[12]のポリヌクレオチド。
[14] [1]〜[8]のいずれかの男性不妊症の検出のための、[9]又は[10]の抗GALNTL5タンパク質抗体を含む検出キット。
[15] [1]〜[8]のいずれかの男性不妊症の検出のための、[12]又は[13]のポリヌクレオチドを含む検出キット。
[16] 精子のGalntl5遺伝子の全部又は一部が欠損し、GALNTL5タンパク質発現が喪失しているか、又は低下している、男性不妊症非ヒトモデル動物。
[17] Galntl5遺伝子の欠損が、ヘテロ欠損である[16]記載の男性不妊症非ヒトモデル動物。
[18] マウスである、[16]又は[17]の男性不妊症非ヒトモデル動物。
[19] 細胞に相同組換えを行い、相同組換えが起こった組換え細胞をネガティブ選択により選択する方法であって、相同組換えの際に相同組換え領域の外側にGalntl5遺伝子をネガティブ選択マーカー遺伝子として導入し、相同組換え後に生存した細胞を選択することを含む方法。
[20] Galntl5遺伝子からなる、相同組換えが起こった細胞を選択するためのネガティブ選択マーカー。
本明細書は本願の優先権の基礎である日本国特許出願2012−033273号の明細書および/または図面に記載される内容を包含する。
An object of the present invention is to provide a method for detecting male infertility using a mutation in GALNTL5 gene or abnormal expression of GALNTL5 protein as an index, and a human male infertility model animal in which a mutation is introduced into GALNTL5 gene.
Until now, the diagnosis of male infertility due to spermatogenesis disorder is diagnosed only by sperm concentration, sperm motility, and normal sperm morphological rate by semen examination under a microscope. Therefore, at present, only infertility treatment by microinsemination is selected as a therapeutic means without developing an accurate clinical treatment method.
The present inventors have found that the GALNTL5 gene expressed specifically in the spermatogenesis process is mutated and normal GALNTL5 protein is not formed, resulting in a decrease in sperm motility and male infertility. As a result, it has been found that the cause of male infertility can be diagnosed by detecting a mutation in the GALNTL5 gene or measuring the expression level of the GALNTL5 protein.
Furthermore, the present invention has found that, by deleting the Galntl5 gene in a non-human animal, the motility of sperm is reduced and a model animal for human male infertility is produced, and the present invention has been completed.
That is, the present invention is as follows.
[1] A method for detecting male infertility, wherein male infertility is detected using an abnormal expression of GALNTL5 gene in sperm of a male subject as an index.
[2] The method for detecting male infertility according to [1], wherein GALNTL5 protein in sperm of a male subject is quantified, and male infertility is detected using the expression level of GALNTL5 protein as an index.
[3] The method for detecting male infertility according to [2], wherein GALNTL5 protein is measured using an anti-GALNTL5 antibody.
[4] The method for detecting male infertility according to [1] or [2], comprising detecting the presence or absence of a mutation that causes a decrease in expression of the GALNTL5 gene in sperm.
[5] The method for detecting male infertility according to [4], wherein the mutation is a mutation of splicing acceptor site AG between the third intron and the fourth exon of GALNTL5 gene to GG.
[6] The method for detecting male infertility according to [4], wherein the mutation is a deletion of the 106th T of the 6th exon of the GALNTL5 gene.
[7] The method for detecting male infertility according to any one of [1] to [6], wherein the mutation that causes a decrease in the expression of GALNTL5 protein in sperm is heterogeneous.
[8] The method for detecting male infertility according to any one of [1] to [7], wherein the male infertility is asthenozoospermia.
[9] An anti-GALNTL5 protein antibody for detecting male infertility, which is used in the method for detecting male infertility according to any one of [1] to [8].
[10] The anti-GALNTL5 protein antibody according to [9], which is a fragment peptide of human or mouse GALNTL5 protein, and amino acid sequence QQIIYGSEQIPPHPHIVIVKR of the 54th to 72nd amino acids of the human GALNTTL5 protein consisting of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2 No. 8), amino acids 282 to 297 of human GALNTL5 protein consisting of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2 FKWDNVFSYEMDGPEG (SEQ ID NO: 9), amino acids 362 to 377 of human GALNTTL5 protein consisting of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2 The amino acid sequence LLKKR at positions 42 to 58 of the mouse GALNTL5 protein comprising the sequence SKKQTGKPSTIISAMT (SEQ ID NO: 10) and the amino acid sequence of SEQ ID NO: 4 SLGKNAHQQTRH (SEQ ID NO: 5), 263 to 278 amino acid sequence LRWDNVFAYELDGPEG (SEQ ID NO: 6) of mouse GALNTTL5 protein consisting of amino acid sequence of SEQ ID NO: 4 or 342 to 358 of mouse GALNTL5 protein consisting of amino acid sequence of SEQ ID NO: 4 Anti-GALNTL5 protein that specifically recognizes an epitope possessed by the fragment peptide, obtained by immunizing an animal with a fragment peptide comprising a sequence comprising the epitope possessed by the portion represented by the amino acid sequence SKALSQHRRANQSALS (SEQ ID NO: 7) antibody.
[11] QQIIYGSEQIPKPHVIVKR (SEQ ID NO: 8), FKWDNVFSYEMDGPEG (SEQ ID NO: 9) and SKKQTGKPSTIISAMT (SEQ ID NO: 10), LLKKRSLGKNAHQQTRH (SEQ ID NO: 5), LRWDNVFAYELDGGG (SEQ ID NO: 7) A fragment peptide.
[12] A DNA fragment polynucleotide of the human GALNTL5 gene for detection of male infertility according to any one of [1] to [8].
[13] The polynucleotide of [12], which is a primer used for polymerase chain reaction (PCR).
[14] A detection kit comprising the anti-GALNTL5 protein antibody of [9] or [10] for detection of male infertility according to any one of [1] to [8].
[15] A detection kit comprising the polynucleotide of [12] or [13] for detection of male infertility according to any one of [1] to [8].
[16] A male infertility non-human model animal in which all or part of the sperm Galntl5 gene is deleted and GALNTL5 protein expression is lost or decreased.
[17] The male infertility non-human model animal according to [16], wherein the Galntl5 gene deficiency is heterozygous.
[18] The male infertility non-human model animal according to [16] or [17], which is a mouse.
[19] A method for performing homologous recombination on a cell, and selecting a recombinant cell in which homologous recombination has occurred by negative selection, wherein the Galntl5 gene is placed outside the homologous recombination region at the time of homologous recombination. A method comprising selecting a cell introduced as a gene and surviving after homologous recombination.
[20] A negative selection marker for selecting cells in which homologous recombination has occurred, comprising the Galntl5 gene.
This specification includes the contents described in the specification and / or drawings of Japanese Patent Application No. 2012-033273, which is the basis of the priority of the present application.

図1−1は、ヒトGALNTL5タンパク質(443アミノ酸)の構造を示す図である。
図1−2は、ヒト組織及びヒト細胞株におけるGALNTL5遺伝子転写物のリアルタイムPCRによる定量的解析の結果を示す図である。
図1−3は、マウスGalntl5オーソログ遺伝子のアンチセンスRNAを用いたin situハイブリダイゼーションの結果を示す図である。図1−3aがセンス鎖を用いた結果、図1−3bがアンチセンス鎖を用いた結果を示す。図1−3cはアンチセンス鎖を用いた像の拡大図を示す。
図2は、成体マウス生殖細胞のGALNTL5タンパク質の局在を示す図である。図2a、2b、2cは精子形成過程のそれぞれステージIII、VI及びVIIの結果を示す。図2d、2e、2f、2gは精巣上体精子におけるそれぞれ、抗GALNTL5タンパク質抗体染色、PNA染色及びDAPI染色の拡大図を示し、図2gはマージした像を示す。
図3−1は、Galntl5遺伝子改変マウスの作成に用いたベクターの構造を示す図である。
図3−2は、相同組換えにより樹立したGalntl5遺伝子欠損ES細胞のゲノムDNAの遺伝子型をサザンブロットにより調べた結果を示す図である。
図3−3は、相同組換えにより樹立したGalntl5遺伝子欠損ES細胞のゲノムDNAの遺伝子型をPCRにより調べた結果を示す図である。
図3−4は、Wtマウス及びHtマウスのゲノムDNAの遺伝子型をPCRにより調べた結果を示す図である。
図3−5は、Wtマウス及びHtマウスの精巣上体精子のGALNTL5タンパク質量を示す図である。
図4−1は、Galntl5+/+Wtマウス、Galntl5+/−Htオスマウス、及びGalntl5+/−Htメスマウスの妊性を示す図である。
図4−2は、Wtマウス(a)又はHtマウス(b)の精巣上体精子の形態を示す図である。
図4−3は、Wtマウス精子及びHtマウス精子の精子数(a)、異常率(b)、運動性(c)、経路速度(d)及び進行速度(e)を示す図である。
図5は、抗GALNTL5抗体を用いて精巣上体精子におけるGALNTL5タンパク質の発現を検出した結果を示す図である。図5aはWtマウス精子の結果を、図5b,cはHtマウス精子の結果を示す。
図6−1は、Wtマウス及びHtマウスの精巣上体精子に存在する解糖系酵素群(ヘキソキナーゼ(HXK)、ホスホグリセリン酸キナーゼ2(PGK2)及びフルクトース二リン酸アルドラーゼA(ALDOA))の存在を示す図である。
図6−2は、Wtオスマウス(図6−2a)及びHtオスマウス(図6−2b)の精子におけるHXKの局在を示す図である。
図7は、WtオスマウスとHtオスマウスの精巣上体精子が有するタンパク質の比較の結果を示す図である。
図8は、GALNTL5タンパク質を強制発現させたCOS1培養細胞中のCalreticulin、GM130、Golglin−97、ユビキチンの細胞内局在を示す図である。aはCalreticulinを、bはGM130を、cはGolglin−97を、dはユビキチンの染色の結果を示す。
図9−1は、Wtマウス精子とHtマウス精子におけるユビキチンの局在を示す図である。図9−1aがWtマウス精子の結果を、図9−1bがHtマウス精子の結果を示す。
図9−2は、精巣上体精子溶解物をαチューブリン、ユビキチン、アクロシン、NSF及びtACEに対する抗体を用いて行ったウエスタンブロッティングで検出したマウス精巣上体精子中の先体タンパク質の発現を示す図である。
図10は、Wtマウス精子とHtマウス精子におけるアクロシンの局在を示す図である。図10a及びbはWtマウス精子の結果を、図10c及びdはHtマウス精子の結果を示す。
図11は、Wtマウス精子とHtマウス精子におけるNSFの局在を示す図である。図11a及びbはWtマウス精子の結果を、図11c及びdはHtマウス精子の結果を示す。
図12は、Wtマウス精子とHtマウス精子におけるtACEの局在を示す図である。図12a及びbはWtマウス精子の結果を、図12c及びdはHtマウス精子の結果を示す。
図13は、Wtマウス精子とHtマウス精子におけるユビキチン及びGALNTL5タンパク質の二重染色並びにユビキチン及びUBC3Bの二重染色の結果を示す図である。図13aはWtマウス精子のユビキチン及びUBC3Bの二重染色の結果であり、図13bはHtマウス精子のユビキチン及びUBC3Bの二重染色の結果であり、図13cはWtマウス精子のユビキチン及びGALNTL5タンパク質の二重染色の結果であり、図13dはWtマウス精子のUBC3B及びGALNTL5タンパク質の二重染色の結果である。
図14は、Wtマウス精子におけるGALNTL5タンパク質並びにRab27a若しくはMyosin Vaの共局在を示す図である。図14aはWtマウス精子におけるGALNTL5タンパク質及びRab27aの局在を示し、図14bはWtマウス精子におけるGALNTL5タンパク質及びMyosin Vaの局在を示し、図14cはWtマウスの精巣内精子におけるGALNTL5タンパク質及びRab27aの局在を示す。
図15−1は、精子無力症と診断された患者を含む10個体から採取した精子の構成タンパク質の検出の結果を示す図である。
図15−2は、精子無力症と診断された患者の精子のGALNTL5遺伝子の配列を示す図である。図中星印の部位は変異部位を示す。
図15−3は、9個のエクソンを有するGALNTL5遺伝子中の変異の位置を示す図である。
図15−4は、精子無力症と診断された患者を含む6人の精子(図15−4a)及び血液細胞(図15−4b)のGALNTL5遺伝子のPstI制限酵素による消化を行った場合と行わなかった場合のDNAフラグメントを示す図である。
図16−1は、精子無力症と診断された患者を含む5個体から採取した精子についての構成タンパク質の検出の結果を示す図である。
図16−2は、GALNTL5タンパク質の減少が観察された患者の精子、血液細胞のGALNTL5遺伝子をPCRによって各エクソンを増幅させ塩基配列決定した結果を示し、第6エクソンの一部配列を示すものある。Aは、正常な第6エクソンの遺伝子配列を示し、Bは欠失がある第6エクソンの遺伝子配列を示す。
図16−3は、9個のエクソンを有するGALNTL5遺伝子中の変異の位置を示す図である。
1-1 is a figure which shows the structure of human GALNTL5 protein (443 amino acids).
1-2 is a figure which shows the result of the quantitative analysis by real-time PCR of the GALNTL5 gene transcript in a human tissue and a human cell line.
1-3 is a figure which shows the result of in situ hybridization using antisense RNA of a mouse | mouth Galntl5 ortholog gene. Fig. 1-3a shows the result using the sense strand, and Fig. 1-3b shows the result using the antisense strand. Fig. 1-3c shows an enlarged view of the image using the antisense strand.
FIG. 2 shows the localization of GALNTL5 protein in adult mouse germ cells. Figures 2a, 2b and 2c show the results of stages III, VI and VII, respectively, of the spermatogenesis process. 2d, 2e, 2f and 2g show enlarged views of anti-GALNTL5 protein antibody staining, PNA staining and DAPI staining, respectively, in epididymal sperm, and FIG. 2g shows a merged image.
FIG. 3-1 is a diagram showing the structure of a vector used to create a Galntl5 gene-modified mouse.
FIG. 3-2 is a diagram showing the results of examining the genomic DNA genotype of Galntl5 gene-deficient ES cells established by homologous recombination by Southern blotting.
FIG. 3-3 is a diagram showing the results of examining the genomic DNA genotype of Galntl5 gene-deficient ES cells established by homologous recombination by PCR.
FIG. 3-4 is a diagram showing the results of examining the genomic DNA genotypes of Wt mice and Ht mice by PCR.
FIG. 3-5 is a graph showing the amount of GALNTL5 protein in epididymal sperm of Wt mouse and Ht mouse.
FIG. 4-1 is a diagram showing fertility of Galntl5 + / + Wt mice, Galntl5 +/− Ht male mice, and Galntl5 +/− Ht female mice.
4-2 is a figure which shows the form of the epididymis spermatozoon of Wt mouse | mouth (a) or Ht mouse | mouth (b).
FIGS. 4-3 is a figure which shows the sperm count (a), abnormal rate (b), motility (c), path | route speed | rate (d), and advancing speed | rate (e) of a Wt mouse | mouth sperm and Ht mouse | mouth sperm.
FIG. 5 is a diagram showing the results of detecting the expression of GALNTL5 protein in epididymis sperm using anti-GALNTL5 antibody. FIG. 5a shows the results of Wt mouse sperm, and FIGS. 5b and 5c show the results of Ht mouse sperm.
Fig. 6-1 shows glycolytic enzymes (hexokinase (HXK), phosphoglycerate kinase 2 (PGK2), and fructose diphosphate aldolase A (ALDOA)) present in epididymal sperm of Wt and Ht mice. It is a figure which shows existence.
FIG. 6-2 is a diagram showing localization of HXK in sperm of Wt male mice (FIG. 6-2a) and Ht male mice (FIG. 6-2b).
FIG. 7 is a diagram showing the results of comparison of proteins possessed by epididymis sperm of Wt male mice and Ht male mice.
FIG. 8 is a diagram showing intracellular localization of calreticulin, GM130, Golgin-97, and ubiquitin in COS1 cultured cells in which GALNTL5 protein is forcibly expressed. a shows calreticulin, b shows GM130, c shows Golgin-97, and d shows the result of ubiquitin staining.
FIG. 9-1 is a diagram showing the localization of ubiquitin in Wt mouse sperm and Ht mouse sperm. Fig. 9-1a shows the result of Wt mouse sperm, and Fig. 9-1b shows the result of Ht mouse sperm.
FIG. 9-2 shows the expression of acrosome protein in mouse epididymal sperm detected by western blotting of epididymal sperm lysates using antibodies against α-tubulin, ubiquitin, acrosin, NSF and tACE. FIG.
FIG. 10 is a diagram showing the localization of acrosin in Wt mouse sperm and Ht mouse sperm. 10a and b show the results for Wt mouse sperm, and FIGS. 10c and d show the results for Ht mouse sperm.
FIG. 11 is a diagram showing the localization of NSF in Wt mouse sperm and Ht mouse sperm. FIGS. 11 a and b show the results for Wt mouse sperm, and FIGS. 11 c and d show the results for Ht mouse sperm.
FIG. 12 is a diagram showing the localization of tACE in Wt mouse sperm and Ht mouse sperm. 12a and b show the results for Wt mouse sperm, and FIGS. 12c and d show the results for Ht mouse sperm.
FIG. 13 shows the results of double staining of ubiquitin and GALNTL5 protein and double staining of ubiquitin and UBC3B in Wt mouse sperm and Ht mouse sperm. FIG. 13a is the result of double staining of ubiquitin and UBC3B of Wt mouse sperm, FIG. 13b is the result of double staining of ubiquitin and UBC3B of Ht mouse sperm, and FIG. 13c is the result of ubiquitin and GALNTL5 protein of Wt mouse sperm. FIG. 13d shows the result of double staining of UBC3B and GALNTL5 protein of Wt mouse sperm.
FIG. 14 shows the colocalization of GALNTL5 protein and Rab27a or Myosin Va in Wt mouse sperm. FIG. 14a shows the localization of GALNTL5 protein and Rab27a in Wt mouse sperm, FIG. 14b shows the localization of GALNTL5 protein and Myosin Va in Wt mouse sperm, and FIG. Indicates localization.
15-1 is a figure which shows the result of a detection of the component protein of the sperm extract | collected from 10 individuals including the patient diagnosed with asthenozoospermia.
15-2 is a figure which shows the arrangement | sequence of the GALNTL5 gene of the sperm of the patient diagnosed with asthenozoospermia. In the figure, the asterisk indicates the mutation site.
FIG. 15-3 is a diagram showing the positions of mutations in the GALNTL5 gene having 9 exons.
Fig. 15-4 shows the results of digestion of GALNTL5 gene with PstI restriction enzyme of 6 sperm (Figs. 15-4a) and blood cells (Figs. 15-4b) including patients diagnosed with asthenozoospermia. It is a figure which shows the DNA fragment when not having existed.
16-1 is a figure which shows the result of the detection of the component protein about the sperm extract | collected from five individuals including the patient diagnosed with asthenozoospermia.
FIG. 16-2 shows the result of nucleotide sequence determination by amplifying each exon of the GALNTL5 gene in the sperm and blood cells of a patient in which a decrease in GALNTL5 protein was observed, and showing a partial sequence of the sixth exon. . A shows the gene sequence of normal 6th exon, and B shows the gene sequence of 6th exon with deletion.
FIG. 16-3 is a diagram showing the positions of mutations in the GALNTL5 gene having 9 exons.

ヒトGALNTL5遺伝子の塩基配列及びヒトGALNTL5タンパク質のアミノ酸配列を配列番号1及び2に表わす。また、マウスGalntl5遺伝子の塩基配列及びマウスGALNTL5タンパク質のアミノ酸配列を配列番号3及び4に表わす。
ヒト男性不妊症の検出
本発明のヒト男性不妊症の検出において対象とする男性不妊症は精子のGALNTL5遺伝子の変異により、GALNTL5遺伝子の発現異常が生じ、正常なGALNTL5タンパク質が発現されなくなること、又は発現量が少なくなることを原因とする男性不妊症であり、このような男性不妊症として精子無力症が挙げられる。すなわち、本発明の方法はヒト男性不妊症の原因因子を検出する方法でもある。本発明において、男性不妊症の検出は男性不妊症の原因因子を特定することも含む。
GALNTL5遺伝子の変異はGALNTL5遺伝子の塩基配列の変化をいい、該変化によりGALNTL5タンパク質の発現が低下するか、又は発現したとしてもGALNTL5タンパク質が本来有する正常な機能が低下した若しくは正常な機能を喪失したGALNTL5タンパク質が発現されるようになる変異をいう。このようなGALNTL5遺伝子の変異として、GALNTL5遺伝子の総てまたは一部の欠失が挙げられる。GALNTL5遺伝子は9個のエクソンを有し、例えば、いずれかの1以上のエクソンにおける変異、すなわち、一塩基の欠失によりフレームシフトが起こり、正常なGALNTL5タンパク質が発現できなくなるような変異等が挙げられる。また、イントロンとエクソンの境目のスプライシングアクセプター部位又はスプライシングドナー部位における変異が挙げられる。スプライシングドナー部位は、イントロンの上流の末端(5’末端)にあり、通常GT配列からなる。スプライシングアクセプター部位は、イントロンの下流の端(3’末端)にあり、通常AG配列からなる。スプライシングドナー部位又はスプライシングアクセプター部位に変異が生じると、正常なスプライシングが起こらなくなり、GALNTL5タンパク質が発現しなくなるか、あるいは正常なGALNTL5タンパク質が発現しなくなる。例えば、スプライシングアクセプター部位の配列に変異が生じるとエクソンスキップが生じる。一例として、第3イントロンと第4エクソンの境目のスプライシングアクセプター部位のAG配列がGG配列に変異した場合、第4エクソンがスキップされ、フレームシフトにより第5エクソン中に新たなストップコドンが出現し、正常なGALNTL5タンパク質が発現されることなく、発現が停止する。具体的には、TGCCTGCAGGCGTCTTCAAAAACATT(配列番号21)で表される第3イントロンと第4エクソンの境目のスプライシングアクセプター部位のAG配列がGG配列に変異し、TGCCTGCGGGCGTCTTCAAAAACATT(配列番号22)になった場合である。
また、第6エクソンに1塩基の欠失が生じ、ストップコドンが出現した場合も、正常なGALNTL5タンパク質の発現が困難になる。具体的には、GALNTL5遺伝子をコードするDNAの735番目から797番目のCCCAAAATGGTGGTGTGCCCCCTGATAGATGTCATTGATGATAGAACTCTGGAGTA(配列番号23)で表される配列の764番目のT(第6エクソンの第106番目のT、配列番号23の配列の23番目のT)が欠失し、CCCAAAATGGTGGTGTGCCCCCGATAGATGTCATTGATGATAGAACTCTGGAGTA(配列番号24)となり、第6エクソン中にストップコドンが出現し、正常なGALNTL5タンパク質の発現が不可能となる。
上記のGALNTL5遺伝子変異をヘテロで保持しているヒトが精子無力症を発症する。
GALNTL5遺伝子は精子形成過程特異的に発現する遺伝子であり、本発明の男性不妊症の検出方法においては、精子におけるGALNTL5遺伝子の変異を検出し、あるいは精子におけるGALNTL5タンパク質の発現異常を検出すればよい。
男性不妊症の検出に利用する変異は、配列番号1に示すGALNTL5遺伝子の塩基配列と男性不妊症患者の精子のGALNTL5遺伝子の塩基配列を比較し、該変異によりGALNTL5タンパク質の発現が異常になる変異を探索することにより、見出すことができる。
GALNTL5遺伝子の変異の検出は、被験体より採取した精子よりDNA又はRNAを抽出し、変異を検出すればよい。DNA又はRNAの検出は公知の方法により行うことができる。得られたDNA又はRNAの変異の検出は、公知の方法で行うことができる。そのような方法としては、遺伝子変異部位に特異的なプライマーを用いる方法、DNAチップ(マイクロアレイ)を用いる方法、制限断片長多型(RFLP)を利用する方法、直接配列決定法、変性勾配ゲル電気泳動法(DGGE)、ミスマッチ部位の化学的切断を利用した方法(CCM)、プライマー伸長法(TaqMan(登録商標)法)、PCR−SSCP法、MADI−TOF/MS法などを用いることができる。例えば、得られた被験体の精子DNAを鋳型として、変異が存在する部位を含む断片をPCRで増幅し、その後配列を決定し、変異の有無を測定することができる。また、例えば、変異部位に特異的なプローブとのハイブリダイゼーションにより変異の検出を行うことができる。この際、プローブの一端を基板に固定してDNAチップ(マイクロアレイ)として使用できる。PCR等には変異部位の3’側および5’側に存在する2種類の配列をプライマー対として用いることができる。また、変異部位に特異的なプローブとのハイブリダイゼーションにより行う方法においては、変異部位を含む連続した塩基配列からなるプローブを用いればよい。変異の検出に用いるプライマーやプローブ等のポリヌクレオチドを構成する塩基の数は5〜50、好ましくは10〜33、さらに好ましくは10〜30、特に好ましくは15〜25である。また、上記遺伝子の塩基配列の変異部位を含む連続した塩基配列において、数個、好ましくは1〜5個、さらに好ましくは1個又は2個、特に好ましくは1個のミスマッチを有するポリヌクレオチドも用いることができる。ポリヌクレオチドは、蛍光物質、酵素、放射性同位体、化学発光物質等で標識されていても良い。標識に用いる標識物質は、公知のものを用い、公知の方法で標識することができる。蛍光物質としては、例えば、Cy3、Cy5、ローダミン、フルオレセイン等が挙げられる。本発明は、男性不妊症検出用のプライマーやプローブ等のポリヌクレオチドも包含する。
被験体の精子のGALNTL5遺伝子にGALNTL5タンパク質の発現異常をもたらす変異が存在する場合に、該被験体はGALNTL5タンパク質の発現異常による男性不妊症、すなわち、精子の運動性の低下又は喪失を原因とする男性不妊症である精子無力症であると判定することができる。
GALNTL5遺伝子に変異を有する精子におけるGALNTL5タンパク質の発現異常には、正常のGALNTL5遺伝子を有する精子と比較した場合の発現量の低下、発現の喪失が含まれる。発現の異常は被験体より採取した精子中のGALNTL5タンパク質の発現量を測定すればよい。すなわち、被験体の精子からタンパク質を抽出しGALNTL5タンパク質を測定すればよい。GALNTL5タンパク質の発現量の測定はGALNTL5タンパク質に対する抗体を用いて行うことができ、ELISA、ウエスタンブロッティング、イムノブロット法、イムノクロマトグラフィー、ラテックス凝集法等の抗原抗体反応を利用した測定法により測定すればよい。
GALNTL5タンパク質の測定に用い得る抗体として、例えば後述の抗GALNTL5タンパク質抗体が挙げられる。
また、GALNTL5タンパク質の発現異常によるGALNTL5タンパク質量の減少に伴い、他の精子タンパク質の減少が認められる。すなわち、正常個体の精子において、GALNTL5タンパク質は成熟精子形成に必須であるタンパク質の精子細胞内の分布を制御する機能を有しており、正常精子において精子アクロゾーム(先体)に共局在すべきタンパク質がGALNTL5が存在しないと精子先体へ輸送されなくなる。このため、精子先体タンパク質の量も減少する。GALNTL5タンパク質量の減少に伴い精子タンパク質の減少が現在明らかにされているタンパク質としては、解糖系酵素群(ヘキソキナーゼ(HXK)、ホスホグリセリン酸キナーゼ2(PGK2)及びフルクトース二リン酸アルドラーゼA(ALDOA))、ユビキチン、アクロシン、UBC3B、NSF、tACEが挙げられる。精子におけるGALNLT5タンパク質の検出に加え、これらのタンパク質を同時に検出し、定量することにより、精子の運動性の低下の原因がGALNTL5遺伝子の欠損によるものであるとより正確に判定することができる。これらの他のタンパク質はそれぞれのタンパク質に対する抗体を用いて検出することができる。本発明は、精子におけるGALNTL5タンパク質及び解糖系酵素群(ヘキソキナーゼ(HXK)、ホスホグリセリン酸キナーゼ2(PGK2)、フルクトース二リン酸アルドラーゼA(ALDOA))、ユビキチン、アクロシン、UBC3B、NSF及びtACEからなる群から選択される少なくとも1種、すなわち1、2、3、4、5、6、7又は8種を用いて男性不妊症を検出する方法をも包含する。また、抗GALNTL5抗体と解糖系酵素群(ヘキソキナーゼ(HXK)、ホスホグリセリン酸キナーゼ2(PGK2)、フルクトース二リン酸アルドラーゼA(ALDOA))、ユビキチン、アクロシン、UBC3B、NSF及びtACEからなる群から選択される少なくとも1種のタンパク質に対する抗体を組み合わせて含む、男性不妊症検出のためのキットも包含する。
被験体から採取した精子に正常GALNTL5タンパク質が存在しないか、又は存在しても正常男性の精子に含まれる正常GALNTL5タンパク質に比較して少ない場合に、該被験体はGALNTL5タンパク質の発現異常による男性不妊症、すなわち、精子の運動性の低下又は喪失を原因とする男性不妊症である精子無力症であると判定することができる。この際、正常男性の精子に含まれるGALNTL5タンパク質量を測定し、該測定値に基づいてカットオフ値を設定し、被験体の精子のGALNTL5タンパク質量がカットオフ値より低い場合に、男性不妊症であると判定することができる。
本発明は、GALNTL5遺伝子の欠損あるいはGALNTL5タンパク質の発現異常を測定し、男性不妊症を検出するためのキットも包含する。該キットは遺伝子を検出する場合は、遺伝子の変異を検出するためのプライマーやプローブを含み、タンパク質を検出する場合は、抗GALNTL5抗体を含む。また、精子からのGALNTL5遺伝子又はGALNTL5タンパク質を抽出するための試薬を含んでいてもよい。
本発明の男性不妊症の検出方法は、男性不妊症の診断のための検査方法ということもできる。また、本発明の方法により、精子のGALNTL5遺伝子の変異又はGALNTL5タンパク質の発現異常を検出することにより、精子の運動性等の精子の能力を予測することができる。
本発明の方法でGALNTL5遺伝子に異常があると判定された男性不妊症患者の精子は運動性が低下しており、該患者は精子無力症であると判断することができる。また、GALNTL5遺伝子に異常がある精子において卵子との試験管内での自然受精の効率を低下させる可能性が考えられるので、顕微授精法の中でも、特に卵細胞質内精子注入法(ICSI)が有効である(表1マウスの実験から)。
GALNTL5タンパク質の断片ポリペプチド及び抗GALNTL5タンパク質抗体
本発明は抗GALNTL5タンパク質抗体を含む。該抗体はGALNTL5タンパク質のエピトープを含む断片ペプチドを用いて作製することができる。該断片ペプチドをマウス、ウサギ、モルモット、ラット、ヤギ、ブタ、ウマ等の動物に免疫することにより作製できる。GALNTL5タンパク質のエピトープを含む断片ペプチドはポリペプチドN−アセチルガラクトサミン転移酵素遺伝子(pp−GalNAc−T)ファミリーに属するGalntl5遺伝子以外の遺伝子がコードするタンパク質の構造に基づいて予測することができる。すなわち、例えばGALNTL10タンパク質の立体構造を解析し、立体構造上分子の外側に位置しておりエピトープと認識される可能性の高い部位を含む断片を選択すればよい。選択した部位を含む断片とアミノ酸配列相同性の高いGALNTL5タンパク質のアミノ酸配列を含む断片をGALNTL5タンパク質のエピトープを含む断片ペプチドとして用いることができる。マウスGALNTL5タンパク質のエピトープを含む断片ペプチドとして、配列番号4のアミノ酸配列からなるマウスGALNTL5タンパク質の42番目〜58番目のアミノ酸配列LLKKRSLGKNAHQQTRH(配列番号5)、配列番号4のアミノ酸配列からなるマウスGALNTL5タンパク質の263番目〜278番目のアミノ酸配列LRWDNVFAYELDGPEG(配列番号6)又は配列番号4のアミノ酸配列からなるマウスGALNTL5タンパク質の342番目〜358番目のアミノ酸配列SKALSQHRRANQSALS(配列番号7)で表わされるアミノ酸配列からなる断片を挙げることができる。また、ヒトGALNTL5タンパク質のエピトープを含む断片ペプチドとして、配列番号2のアミノ酸配列からなるヒトGALNTL5タンパク質の54番目〜72番目のアミノ酸配列QQIIYGSEQIPKPHVIVKR(配列番号8)、配列番号2のアミノ酸配列からなるヒトGALNTL5タンパク質の282番目〜297番目のアミノ酸配列FKWDNVFSYEMDGPEG(配列番号9)及び配列番号2のアミノ酸配列からなるヒトGALNTL5タンパク質の362番目〜377番目のアミノ酸配列SKKQTGKPSTIISAMT(配列番号10)で表わされるアミノ酸配列からなる断片を挙げることができる。抗体はポリクローナル抗体もモノクローナル抗体も含む。ポリクローナル抗体は、例えば、配列番号5で表されるアミノ酸配列を含む断片ペプチド、配列番号6で表されるアミノ酸配列を含む断片ペプチド及び配列番号7で表されるアミノ酸配列を含む断片ペプチドを同時に免疫して得た3種類の断片ペプチドに対する抗体が混合した抗体組成物、及び配列番号8で表されるアミノ酸配列を含む断片ペプチド、配列番号9で表されるアミノ酸配列を含む断片ペプチド及び配列番号10で表されるアミノ酸配列を含む断片ペプチドを同時に免疫して得た3種類の断片ペプチドに対する抗体が混合した抗体組成物も含む。
本発明は、(i)配列番号5、6、7、8、9又は10で表わされるアミノ酸配列からなるポリペプチド、(ii)配列番号5、6、7、8、9又は10で表わされるアミノ酸配列を含むポリペプチドであって、アミノ酸残基16〜30個、好ましくは17〜30個、さらに好ましくは19〜30個からなるアミノ酸配列からなるポリペプチド、(iii)配列番号5、6、7、8、9又は10で表わされるアミノ酸配列からなるポリペプチドが有するエピトープを含むGALNTL5タンパク質の断片ポリペプチドを含む。
また、配列番号5、6、7、8、9又は10で表わされるアミノ酸配列において1個又は2個のアミノ酸が欠失、置換、挿入若しくは付加された配列でありエピトープを有しているアミノ酸配列からなるポリペプチドも包含する。
上記ペプチドを用いて抗GALNTL5抗体であって、上記ペプチドを特異的に認識し、結合する抗体を作製することができる。該抗体はGALNTL5の検出に用いることができる。本発明はGALNTL5の上記エピトープに対する特異的抗体をも包含する。
本発明の抗体には、望ましい活性(例えば、GALNTL5タンパク質を認識して結合する活性)を減少させることなく、そのアミノ酸配列が修飾された抗体が含まれる。本発明の抗体のアミノ酸配列変異体は、本発明の抗体鎖をコードするDNAへの変異導入によって、またはペプチド合成によって作製することができる。そのような修飾には、例えば、本発明の抗体のアミノ酸配列内の残基の置換、欠失、付加及び/又は挿入を含む。抗体のアミノ酸配列が改変される部位は、改変される前の抗体と同等の活性を有する限り、抗体の重鎖または軽鎖の定常領域であってもよく、また、可変領域(フレームワーク領域およびCDR)であってもよい。CDR以外のアミノ酸の改変は、抗原との結合親和性への影響が相対的に少ないと考えられるが、現在では、CDRのアミノ酸を改変して、抗原へのアフィニティーが高められた抗体をスクリーニングする手法が公知である。
改変されるアミノ酸数は、好ましくは、10アミノ酸以内、より好ましくは5アミノ酸以内、最も好ましくは3アミノ酸以内(例えば、2アミノ酸以内、1アミノ酸)である。アミノ酸の改変は、好ましくは、保存的な置換である。本発明において「保存的な置換」とは、化学的に同様な側鎖を有する他のアミノ酸残基で置換することを意味する。化学的に同様なアミノ酸側鎖を有するアミノ酸残基のグループは、本発明の属する技術分野でよく知られている。例えば、酸性アミノ酸(アスパラギン酸およびグルタミン酸)、塩基性アミノ酸(リシン・アルギニン・ヒスチジン)、中性アミノ酸においては、炭化水素鎖を持つアミノ酸(グリシン・アラニン・バリン・ロイシン・イソロイシン・プロリン)、ヒドロキシ基を持つアミノ酸(セリン・トレオニン)、硫黄を含むアミノ酸(システイン・メチオニン)、アミド基を持つアミノ酸(アスパラギン・グルタミン)、イミノ基を持つアミノ酸(プロリン)、芳香族基を持つアミノ酸(フェニルアラニン・チロシン・トリプトファン)で分類することができる。
また、本発明の抗体の改変は、例えば、グリコシル化部位の数、位置、種類を変化させるなどの抗体の翻訳後プロセスの改変であってもよい。抗体のグリコシル化とは、典型的には、N−結合又はO−結合である。抗体のグリコシル化は、抗体を発現するために用いる宿主細胞に大きく依存する。グリコシル化パターンの改変は、糖生産に関わる特定の酵素の導入又は欠失などの公知の方法で行うことができる。さらに、本発明においては、抗体の安定性を増加させる等の目的で脱アミド化されるアミノ酸若しくは脱アミド化されるアミノ酸に隣接するアミノ酸を他のアミノ酸に置換することにより脱アミド化を抑制してもよい。また、グルタミン酸を他のアミノ酸へ置換して、抗体の安定性を増加させることもできる。本発明は、こうして安定化された抗体をも提供するものである。
Galntl5遺伝子が欠損した、ヒト男性不妊症非ヒトモデル動物
さらに本発明はGalntl5遺伝子が欠損した、ヒト男性不妊症非ヒトモデル動物を包含する。本発明のヒト男性不妊症非ヒトモデル動物はGalntl5遺伝子のノックアウト動物である。非ヒト動物は、マウス、ラット、ウサギ、モルモット、イヌ、ネコ、サル等を含み、好ましくは個体発生までの時間が短く繁殖が容易なマウス又はラット等のげっ歯類動物である。
本発明のヒト男性不妊症非ヒトモデル動物において、精子に特異的に存在するGalntl5遺伝子に人為的に変異が導入され、GALNTL5タンパク質の発現が異常になる。ここで、GALNTL5タンパク質の発現が異常になるとは、GALNTL5タンパク質が発現しないか、又は発現しても正常なGALNTL5タンパク質の機能を保持していないことをいう。その結果、精子の運動性が低下し、精子の卵への到達が困難になることにより、受精ができなくなり、不妊症となる。Galntl5遺伝子の欠損とはGalntl5遺伝子が、正常なGALNTL5タンパク質の発現が抑制されるように変異していることをいう。Galntl5遺伝子の変異は、Galntl5遺伝子の全部又は一部を欠失させ、あるいはGalntl5遺伝子の任意の部位に他の遺伝子が挿入若しくは置換し、あるいはGalntl5遺伝子の全部が他の遺伝子で置換することにより導入することができる。変異は、公知の遺伝子工学の手法により、Galntl5遺伝子の塩基配列の全部を欠失させることにより導入することができる。また、Galntl5遺伝子の塩基配列の一部を欠失させたり、あるいはGalntl5遺伝子の塩基配列内に他の遺伝子を挿入したり、あるいはGalntl5遺伝子の塩基配列を部分的に他の遺伝子で置換したり、あるいはGalntl5遺伝子の全部を他の遺伝子で置換したりすることにより導入することができる。Galntl5遺伝子の一部の欠失やGalntl5遺伝子の塩基配列内に他の遺伝子の挿入、Galntl5遺伝子を部分的に他の遺伝子で置換することにより、プロモーターやエクソンが破壊され、GALNTL5タンパク質の発現が異常になる。変異の導入は、例えば、部位特異的変異導入法や相同組換えにより行うことができる。例えば、エクソン部分にネオマイシン耐性遺伝子、ハイグロマイシン耐性遺伝子等の薬剤耐性遺伝子やlacZ(βガラクトシダーゼ遺伝子)、CAT(クロラムフェニコールアセチルトランスフェラーゼ遺伝子等のレポーター遺伝子を挿入することによりエクソンを破壊することができる。また、イントロン部分にpolyA付加配列等の遺伝子の転写を終結させるエレメントを挿入してもよい。例えば、Galntl5遺伝子の第2エクソンをネオマイシン耐性遺伝子で置換すればよい。相同組換えは、上記の他の遺伝子を相同組換えによりGalntl5遺伝子の一部又は全部と置換できるように設計されたターゲティングベクターを用いて公知の方法で行うことができる。
本発明のGalntl5遺伝子に変異を有する、ヒト男性不妊症非ヒト動物モデルを作出するためには、上記ターゲティングベクターを用いて非ヒト動物の胚性幹細胞(ES細胞)のGalntl5遺伝子の少なくとも一方の対立遺伝子を破壊したGalntl5遺伝子欠損ES細胞を樹立する。ターゲティングベクターはエレクトロポレーション、マイクロインジェクション等の公知の方法でES細胞に導入することができる。ES細胞内のGalntl5遺伝子が欠損しているかは相同組換えに用いた薬剤耐性遺伝子やレポーター遺伝子をマーカーとして選択することができる。樹立したES細胞を非ヒト動物の胚に移植する。この際、胚としては胚盤胞が用いられる。移植は例えば胚盤胞マイクロインジェクション法により行うことができる。次いで、胚盤法を非ヒト動物の仮親である偽妊娠メス動物に移植し、キメラ動物を得る。生殖系列キメラ動物と正常動物との交配によりGalntl5遺伝子のヘテロ(Ht)欠損動物を得ることができる。ヘテロ欠損オス動物はGALNTL5タンパク質発現に異常を有するため不妊である。一方、ヘテロ欠損メス動物は妊性を有している。そこで、ヘテロ欠損メス動物と野性型(正常)オス動物を交配することにより、Galntl5遺伝子ヘテロ欠損動物を得ることができる。得られた動物がGalntl5遺伝子のヘテロ欠損動物であるかどうかは、尾を含む体細胞組織及び生殖細胞である精子あるいは卵子からDNAを抽出し、PCRやサザンハイブリット法によって遺伝子型を同定し、判別する。また、得られた動物の精子からRNAを単離して、RT−PCRやウエスタンブロッティング法で、動物の精子のGalntl5遺伝子とGALNTL5タンパク質の発現量を調べる方法等により確認することができる。なお、Galntl5遺伝子ヘテロ欠損マウスは精子の運動性が低下しているために不妊であり、更に精子の自然受精能が保持されていない可能性があるため、体外授精法のうち顕微授精(卵細胞質内精子注入法)(ICSI)によりGalntl5遺伝子ヘテロ欠損オスの精子とGalntl5遺伝子ヘテロ欠損メスの卵を授精させることにより、両方の対立遺伝子のGalntl5遺伝子が欠損したホモ欠損動物を得ることができる。
得られた男性不妊症モデル動物はヒト精子無力症のモデル動物として、治療薬の開発等に用いることができる。
Galntl5遺伝子のネガティブ選択マーカーとしての利用
現在ES細胞などに相同組換えによって遺伝子を組み込む際に、ポジティブ選択マーカーとしてネオマイシン遺伝子を、ネガティブ選択マーカーとして相同組換え領域の外側にチミジンキナーゼ(TK)遺伝子配列を挿入して、薬剤添加によって目的とした遺伝子相同組換え体を得る手法がとられている。Galntl5遺伝子が発現するとゴルジ体の構造、機能に障害が生じ、発現した細胞が細胞死を起こす。従って、Galntl5遺伝子をネガティブ選択マーカーとして利用することができる。例えば、相同組換えの際に、相同組み換え領域の外側に発現誘導型のGalntl5遺伝子を導入することで、目的の遺伝子相同組み換えが起きなかった組み換え体の細胞は残されたGalntl5遺伝子の発現によって死滅する。Galntl5遺伝子を相同組換えの際に用いるターゲティングベクターに組み込めばよい。本発明は、Galntl5遺伝子をネガティブ選択マーカーとして利用する方法、及びGalntl5遺伝子からなるネガティブ選択マーカーを包含する。Galntl5遺伝子としては、ヒトGALNTL5遺伝子、マウスGalntl5遺伝子の他、他種動物由来のGalntl5遺伝子を用いることができる。マウスGalntl5遺伝子としては配列番号3に表す塩基配列からなる遺伝子を用いることができ、ヒトGALNTL5遺伝子としては配列番号1に表す塩基配列からなる遺伝子を用いることができる。また、配列番号3に表す塩基配列において1又は複数の塩基が欠失、置換、挿入又は付加された塩基配列であって、該塩基配列がコードするタンパク質がGALNTL5タンパク質の機能を有する遺伝子、並びに配列番号1に表す塩基配列において1又は複数の塩基が欠失、置換、挿入又は付加された塩基配列であって、該塩基配列がコードするタンパク質がGALNTL5タンパク質の機能を有する遺伝子もネガティブ選択マーカー遺伝子として用いることができる。
癌治療
培養細胞内でのGALNTL5タンパク質強制発現の結果から、GALNTL5タンパク質は精子形成過程の細胞以外では、ゴルジ体を消失させ、細胞を死滅させる細胞性毒素となり得る物質であることが示された。実際に様々な癌由来を含む培養細胞で、Galntl5遺伝子の発現は全く観察されていない。従って、GALNTL5遺伝子を癌細胞特異的に死滅させるための治療遺伝子として用いることができる。GALNTL5遺伝子を癌治療に用いるためには、元来ヒトゲノムにコードされているGALNTL5遺伝子の発現をがん細胞のみに選択的に発現させればよい。例えば、GALNTL5遺伝子の発現を活性化する薬剤として、ヒストン脱メチル化剤などの使用が有効と考えられる。また、GALNTL5遺伝子をベクターに導入し、該ベクターを用いてGALNTL5遺伝子を癌細胞特異的にデリバリーし癌細胞中で特異的に発現させてもよい。遺伝子を被験体へ導入する方法として、ウイルスベクターを用いる方法及び非ウイルスベクターを用いる方法があり、種々の方法が公知である(別冊実験医学、遺伝子治療の基礎技術、羊土社、1996;別冊実験医学、遺伝子導入&発現解析実験法、羊土社、1997;日本遺伝子治療学会編、遺伝子治療開発研究ハンドブック、エヌ・ティー・エス、1999)。
遺伝子導入のためのウイルスベクターとしては、アデノウイルス、アデノ随伴ウイルス、レトロウイルス等のウイルスベクターを用いた方法が挙げられる。癌細胞へのGALNTL5遺伝子デリバリーは、例えば癌細胞特異的な細胞表面タンパク質に特異的に結合し得る化合物をベクターに結合させることにより達成することができる。本発明はGALNTL5遺伝子を含む癌治療剤を包含する。該癌治療剤は、製剤分野において通常用いられる担体、希釈剤、賦形剤を含む。たとえば、錠剤用の担体、賦形剤としては、乳糖、ステアリン酸マグネシウムなどが使用される。注射用の水性液としては、生理食塩水、ブドウ糖やその他の補助薬を含む等張液などが使用され、適当な溶解補助剤、例えばアルコール、プロピレングリコールなどのポリアルコール、非イオン界面活性剤などと併用しても良い。油性液としては、ゴマ油、大豆油などが使用され、溶解補助剤としては安息香酸ベンジル、ベンジルアルコールなどを併用しても良い。その投与量は、症状、年齢、体重などによって異なるが、数日又は数週間又は数ヶ月おきに1回あたり、0.001mg〜100mgを皮下注射、筋肉注射、又は静脈注射によって投与すればよい。
実施例において、各材料の調製及び分析は以下の方法で行った。
1.GALNTL5 cDNAの同定
ヒトGALNTL5 cDNA(Refseqアクセッション番号:NP_660335)を本発明者がクローニングしたヒトpp−GalNAc−Tsをクエリーとして用い、ヒトexpressed sequence tagのBLASTサーチにより同定した。全長マウスGalntl5 cDNAクローンは、マウス精巣QUICK−CloneTM cDNA(クロンテック社)を鋳型に、5’−ATGAAAGTGTCATAATTCAGGG−3’(配列番号11)及び5’−CTAGAAACGATTTTTTTTCCTTTTCCTCTCTGTGTTAAATGG−3’(配列番号12)のPCRプライマーを用いて増幅させ、作成した。
2.ヒトGALNTL5転写産物の定量的分析
定量的リアルタイムPCRはTaqMan Universal PCR Master Mix及びABI PRISM 7700 Sequence Detection System(Applied Biosystems Japan Ltd.)を用いて行った(Iwai,T.et al.J Biol Chem 277,12802−9(2002);Togayachi,A.et al.J Biol Chem 276,22032−40(2001);Wang,H.et al.Biochem Biophys Res Commun 300,738−44(2003))。用いたPCRプライマーの配列は、5’−GAAGCTTGGGCATCGAAA−3’(配列番号13)及び5’−GCGGGCTGGGTAATGTT−3’(配列番号14)であった。
3.In situハイブリダイゼーション分析
センス及びアンチセンスRNAプローブを直鎖状マウス全長Galntl5 cDNAから作製し、ジゴキシゲニン−UTP(Roche Molecular Biochemicals)を用いてpBluescript中にサブクローニングした。成体マウス精巣の切片のin situハイブリダイゼーションは藤原らの方法(Fujiwara,Y.et al.Proc Natl Acad Sci USA 91,12258−62(1994))に従って行った。
4.変異マウスの作出
マウスGalntl5遺伝子ゲノムBACクローンRP23−229N3はResearch Genetics,Inc.より入手した。ターゲティングベクターを構築しGalntl5遺伝子の第2エクソンをネオマイシン抵抗性遺伝子で置換した。20μgのプラスミドをネオマイシン抵抗性線維芽細胞中で培養したE14胚性幹細胞中にエレクトロポレーションにより導入した。G418(Gibco)及びガンシクロビル(WAKO)を用いた二重薬剤選択後、それぞれのコロニーをサザンブロッティング及びPCRにより分析し相同組換えが生じたことを確認した。SpeIによる消化の後、5’プローブによりノーマルアレルから19.8kbpフラグメントを検出し、標的アレルから19.8kbpフラグメント及び14.6kbpフラグメントを検出した。胚性幹細胞及びマウスの尾について、PCR及びDNeasy Blood & Tissue Kit(QIAGEN)により抽出したゲノムDNAを用いて遺伝子型を決定した。野性型アレルはマウスGalntl5の第2エクソンに隣接する配列からなるプライマー6605A(5’−GAGACCTTAGCTTGAAACAAAACCAC−3’(配列番号15)及びプライマー5970S(5’−GATTTCCCAGGTTCATCTGCATCCG−3’(配列番号16))を用いて検出した。変異体アレルはneo遺伝子の配列からなるプライマーNeoLeft25(5’−TGCGCTGACAGCCGGAACAGGCGG−3’(配列番号17))及び3.4kbpの相同領域の3’末端の外側の第3イントロン中の配列からなるプライマーAvrHind2−2(5’−TATACCACAATTGAATGGATATAGA−3’(配列番号18)を用いて同定した。
本発明において、得られたGalntl5遺伝子ヘテロ(Ht)欠損マウスをHtマウスと呼び、野性型マウスをWtマウスと呼ぶ。また、Htマウスの精子をHtマウス精子と呼び、Wtマウスの精子をWtマウス精子と呼ぶ。
5.円形精子細胞の注入
精子形成細胞をWtオスマウス及びHtオスマウスの精巣から集めた(Ogura,A.et al.Biol Reprod 48,219−25(1993))。伸長精子細胞をHt成熟卵母細胞の卵細胞質中に圧電駆動マイクロマニピュレータを用いて直接注入した。培養48時間後の4〜8細胞の大きさの胚を0.5日目に偽妊娠メスの卵管に移した。
6.精子運動性アッセイ
精子の運動性を評価するために、精子サンプルをマイクロスライド(0.1×2.0mm)に載せた。精子運動性パラメータを300以上の精子を含むサンプル中でIVOS TOX自動化システム(Hamilton Throne)を用いて測定した。
7.抗体
免疫染色等に以下の抗GALNTL5タンパク質抗体を用いた。
マウスGalntl5 mRNA配列から推定されるアミノ酸配列に基づいて3種類のポリペプチド(LLKKRSLGKNAHQQTRH(配列番号5)、LRWDNVFAYELDGPEG(配列番号6)、SKALSQHRRANQSALS(配列番号7))を合成した。また、ヒトGALNTL5タンパク質のアミノ酸領域に対応した3種類のポリペプチド(QQIIYGSEQIPKPHVIVKR(配列番号8)、FKWDNVFSYEMDGPEG(配列番号9)及びSKKQTGKPSTIISAMT(配列番号10))を合成した。各ポリペプチドのN末端にシステインを付加し、キャリアーとコンジュゲートした。抗マウスGALNTL5タンパク質抗体はモルモットを用いて、抗ヒトGALNTL5タンパク質抗体はラビットを免疫して作製した。得られた抗血清をアフィニティーカラムを用いて精製した。抗ヒトGALNTL5タンパク質抗体は最終的にProtein Aセファロースカラムを用いて精製した。α−チューブリン、ヘキソキナーゼI(HXK I)、フォスフォグリセレートキナーゼ1/2(PGK1/2)、アルドラーゼA、NSF、ACE、ユビキチン、アクロシン、Rab27a、UBC3B及びmyosin Vaに対する抗体は市販の抗体を用いた。
8.ウエスタンブロッティング
マウス精子を精巣上体尾部(cauda epididymis)から集め、PBS(pH7.4)に懸濁しMakler Counting Chamber(Sefi−Medical Instruments,Ltd.)を用いて計数した。ヒト精子は数回PBSで洗浄した精液から集めた。5×10個の精子からRIPA溶解バッファー(25mM Tris−HCl,pH7.6;150mM NaCl;1% NP−40;1% sodium deoxycholate;0.1% SDS)を用いてボルテックスによりタンパク質溶解物を得た。精巣は溶解バッファー中でホモジナイズし粗溶解物を得た。得られた溶解物を用いてウエスタンブロッティングを行った。
9.質量分析
5×10個の精子を10% SDS−PAGE変性ゲル上で電気泳動した。タンパク質バンドは銀染色した。ゲルからタンパク質を溶出しトリプシン処理し、質量分析(Ultraflex,Bruker Daltoniks,Bremen,Germany)によりペプチドの配列を分析し、MS−Fitサーチプログラムを用いて分析した(http://prospector.ucsf.edu/prospector/mshome.htm)。
10.免疫蛍光顕微鏡観察
pAcGFP−C1 GFPレポーターベクター(Clontech)を用いてGFP−mGalntl5構築物を作出した。カバースリップ上で増殖させたCOS1細胞を、リポフェクタミン2000を用いてGFP−mGalntl5プラスミドDNAにより一過性にトランスフェクトした。トランスフェクトの48時間後に細胞をメタノール中で2分間固定し、次いで室温で0.1%Triton X−100処理を1分間行った。最終的に細胞を5%ウシ血清アルブミンを含むPBSでブロックした。一次抗体としてカルレティキュリン(calreticulin)、GM130及びGolgin−97に対する抗体を用い、Alexa594で標識した2次抗体を用いた。上記カバースリップをスライドガラス上に載せVECTASHIELDを用いてDAPI(4’,6−diamidino−2−phenylindole)染色し、核を対比染色した。蛍光顕微鏡及びデジタルカメラにより撮像した。
11.免疫細胞化学
Miki,K.et al.Dev Biol 248,331−42(2002)に記載の方法で、精巣上体尾から集めた精子をカバースリップ上に載せ、PBSで洗浄後、精子をAlex Fluor 488又はAlex Fluor 594とコンジュゲートした二次抗体並びにフルオレセインイソチオシアネートとコンジュゲートしたPNAと室温で30分間インキュベートした。蛍光顕微鏡(OLYMPUS)を用いて免疫染色を観察した。
12.ヒト個体の組織のPCR及びDNA配列分析
DNeasy Blood & Tissue Kit(QIAGEN)を用いて、ゲノムDNAを抽出し、得られたゲノムDNA 20ngを第4エクソンのプライマー(5’−ACACAGTCTCAGGAAAGAGC−3’(配列番号19及び5’−ATACTCAAGTGCCATCGGGG−3’(配列番号20)及びTakara Taq(登録商標)(TAKARA BIO INC.)を混合しPCR増幅した。30サイクル(94℃で20秒、60℃で30秒、72℃で1分)の増幅を行い、アガロースゲルから産物を精製し、配列決定し、pGEM(登録商標)−T Easy Vector(Promega)中にサブクローニングした。
The nucleotide sequence of the human GALNTL5 gene and the amino acid sequence of the human GALNTL5 protein are shown in SEQ ID NOs: 1 and 2. In addition, the nucleotide sequence of the mouse Galntl5 gene and the amino acid sequence of the mouse GALNTL5 protein are shown in SEQ ID NOs: 3 and 4, respectively.
Detection of human male infertility
In male infertility targeted for detection of human male infertility according to the present invention, abnormal expression of GALNTL5 gene occurs due to mutation of GALNTL5 gene in sperm, and normal GALNTL5 protein is not expressed, or the expression level is reduced Male infertility, such as male infertility includes asthenozoospermia. That is, the method of the present invention is also a method for detecting a causative factor of human male infertility. In the present invention, detection of male infertility includes specifying a causative factor of male infertility.
A mutation in the GALNTL5 gene refers to a change in the base sequence of the GALNTL5 gene. This change reduces the expression of the GALNTL5 protein, or even if expressed, the normal function of the GALNTL5 protein is reduced or the normal function is lost. It refers to a mutation that causes GALNTL5 protein to be expressed. Examples of such mutations in the GALNTL5 gene include deletion of all or part of the GALNTL5 gene. The GALNTL5 gene has 9 exons, for example, mutations in any one or more exons, that is, mutations in which a frame shift occurs due to deletion of one base and normal GALNTL5 protein cannot be expressed. It is done. Moreover, the mutation in the splicing acceptor site | part or splicing donor site | part of the boundary of an intron and an exon is mentioned. The splicing donor site is at the upstream end (5 ′ end) of the intron and usually consists of a GT sequence. The splicing acceptor site is at the downstream end (3 ′ end) of the intron and usually consists of an AG sequence. When a mutation occurs in the splicing donor site or the splicing acceptor site, normal splicing does not occur, and the GALNTL5 protein is not expressed, or the normal GALNTL5 protein is not expressed. For example, when a mutation occurs in the sequence of the splicing acceptor site, exon skip occurs. As an example, when the AG sequence of the splicing acceptor site at the boundary between the third intron and the fourth exon is mutated to a GG sequence, the fourth exon is skipped, and a new stop codon appears in the fifth exon due to the frame shift. The expression stops without normal GALNTL5 protein being expressed. Specifically, when the AG sequence of the splicing acceptor site at the boundary between the third intron and the fourth exon represented by TGCCTGCAGGGCGTCTTCAAAAAACTATT (SEQ ID NO: 21) is mutated to a GG sequence and becomes TGCCTGCGGGCGTCTTCAAAAAATT (SEQ ID NO: 22) is there.
In addition, when a deletion of one base occurs in the 6th exon and a stop codon appears, normal GALNTL5 protein expression becomes difficult. Specifically, the 764th T (the 106th T of the sixth exon, the 106th T of the sixth exon, the sequence of the SEQ ID NO: 23) represented by the 735th to 797th CCCAAAATGGTGCGTGTGCCCCCTGATAGAGTTCATTGATGATAGAACTCTGGAGTA (SEQ ID NO: 23) of the DNA encoding the GALNTL5 gene The 23rd T) of CCCAAAATGGTGGGTGGCCCCCGATAGAGTGTATTTGATGATAGAACTCTGGAGTA (SEQ ID NO: 24) appears, and a stop codon appears in the sixth exon, and normal GALNTL5 protein cannot be expressed.
Humans carrying the above GALNTL5 gene mutation in heterogeneity develop asthenozoospermia.
The GALNTL5 gene is a gene that is expressed specifically in the spermatogenesis process. In the method for detecting male infertility according to the present invention, a mutation of the GALNTL5 gene in sperm may be detected, or abnormal expression of GALNTL5 protein in sperm may be detected .
The mutation used for the detection of male infertility is a mutation that compares the base sequence of GALNTL5 gene shown in SEQ ID NO: 1 with the base sequence of GALNTL5 gene of sperm of male infertility patients, and this mutation causes abnormal expression of GALNTL5 protein Can be found by searching for.
Detection of a mutation in the GALNTL5 gene may be performed by extracting DNA or RNA from sperm collected from a subject and detecting the mutation. Detection of DNA or RNA can be performed by a known method. Detection of mutation of the obtained DNA or RNA can be performed by a known method. Such methods include methods using primers specific to gene mutation sites, methods using DNA chips (microarrays), methods utilizing restriction fragment length polymorphism (RFLP), direct sequencing, denaturing gradient gel electricity Electrophoresis (DGGE), method using chemical cleavage of mismatch sites (CCM), primer extension method (TaqMan (registered trademark) method), PCR-SSCP method, MADI-TOF / MS method and the like can be used. For example, using the obtained subject's sperm DNA as a template, a fragment containing the site where the mutation exists can be amplified by PCR, and then the sequence can be determined to determine the presence or absence of the mutation. For example, mutation can be detected by hybridization with a probe specific to the mutation site. At this time, one end of the probe can be fixed to a substrate and used as a DNA chip (microarray). In PCR and the like, two types of sequences existing on the 3 ′ side and 5 ′ side of the mutation site can be used as primer pairs. Further, in the method performed by hybridization with a probe specific to the mutation site, a probe comprising a continuous base sequence including the mutation site may be used. The number of bases constituting a polynucleotide such as a primer or probe used for mutation detection is 5 to 50, preferably 10 to 33, more preferably 10 to 30, and particularly preferably 15 to 25. In addition, a polynucleotide having several, preferably 1 to 5, more preferably 1 or 2, and particularly preferably 1 mismatch in the continuous base sequence including the mutation site of the base sequence of the above gene is also used. be able to. The polynucleotide may be labeled with a fluorescent substance, an enzyme, a radioisotope, a chemiluminescent substance, or the like. As a labeling substance used for labeling, a known substance can be used and labeled by a known method. Examples of the fluorescent substance include Cy3, Cy5, rhodamine, fluorescein and the like. The present invention also encompasses polynucleotides such as primers and probes for detecting male infertility.
If the GALNTL5 gene in the sperm of the subject has a mutation that causes abnormal expression of GALNTL5 protein, the subject is caused by male infertility due to abnormal expression of GALNTL5 protein, ie, decreased or lost sperm motility It can be determined that the spermatozoa is male infertility.
Abnormal expression of GALNTL5 protein in sperm having a mutation in the GALNTL5 gene includes a decrease in expression level and loss of expression compared to sperm having a normal GALNTL5 gene. Abnormal expression may be determined by measuring the expression level of GALNTL5 protein in sperm collected from the subject. That is, the GALNTL5 protein may be measured by extracting the protein from the sperm of the subject. The expression level of GALNTL5 protein can be measured using an antibody against GALNTL5 protein, and may be measured by a measurement method using an antigen-antibody reaction such as ELISA, Western blotting, immunoblot method, immunochromatography, latex agglutination method, etc. .
As an antibody which can be used for the measurement of GALNTL5 protein, for example, an anti-GALNTL5 protein antibody described later is exemplified.
Moreover, the decrease of other sperm proteins is recognized with the decrease in the amount of GALNTL5 protein by the abnormal expression of GALNTL5 protein. That is, in normal sperm, GALNTL5 protein has a function to control the distribution of proteins essential for mature spermatogenesis in sperm cells, and should co-localize with sperm acrosome (acrosome) in normal sperm In the absence of GALNTL5, the protein is not transported to the sperm acrosome. For this reason, the amount of sperm acrosome protein also decreases. Proteins for which reduction in sperm protein has been clarified with the decrease in the amount of GALNTL5 protein include glycolytic enzymes (hexokinase (HXK), phosphoglycerate kinase 2 (PGK2), and fructose diphosphate aldolase A (ALDOA). )), Ubiquitin, acrosin, UBC3B, NSF, tACE. In addition to the detection of GALNLT5 protein in sperm, by simultaneously detecting and quantifying these proteins, it is possible to more accurately determine that the cause of the decrease in sperm motility is due to the deletion of the GALNTL5 gene. These other proteins can be detected using antibodies against the respective proteins. The present invention relates to GALNTL5 protein and glycolytic enzymes (sperm kinase (HXK), phosphoglycerate kinase 2 (PGK2), fructose diphosphate aldolase A (ALDOA)), ubiquitin, acrosin, UBC3B, NSF and tACE in sperm. A method for detecting male infertility using at least one selected from the group consisting of 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 or 8 is also included. Also, from the group consisting of anti-GALNTL5 antibody and glycolytic enzyme group (hexokinase (HXK), phosphoglycerate kinase 2 (PGK2), fructose diphosphate aldolase A (ALDOA)), ubiquitin, acrosin, UBC3B, NSF and tACE Also included is a kit for detecting male infertility comprising a combination of antibodies against at least one selected protein.
If the sperm collected from the subject does not have normal GALNTL5 protein or is present in a small amount compared to normal GALNTL5 protein contained in normal male sperm, the subject is male infertile due to abnormal expression of GALNTL5 protein. Can be determined to be asthenozoospermia, a male infertility caused by reduced or lost sperm motility. At this time, the amount of GALNTL5 protein contained in normal male sperm is measured, a cut-off value is set based on the measured value, and when the amount of GALNTL5 protein in the sperm of the subject is lower than the cut-off value, male infertility It can be determined that
The present invention also includes a kit for detecting male infertility by measuring GALNTL5 gene deficiency or GALNTL5 protein expression abnormality. The kit includes a primer and a probe for detecting a gene mutation when detecting a gene, and an anti-GALNTL5 antibody when detecting a protein. Moreover, the reagent for extracting the GALNTL5 gene or GALNTL5 protein from a spermatozoon may be included.
The method for detecting male infertility according to the present invention can also be referred to as an inspection method for diagnosing male infertility. Moreover, the ability of sperm, such as a sperm motility, can be estimated by detecting the variation | mutation of the GALNTL5 gene of a sperm or the abnormal expression of GALNTL5 protein by the method of this invention.
The sperm of a male infertility patient determined to have an abnormality in the GALNTL5 gene by the method of the present invention has decreased motility, and it can be determined that the patient has asthenozoospermia. In addition, sperm with abnormal GALNTL5 gene may reduce the efficiency of natural fertilization in vitro with the ovum, so the intracytoplasmic sperm injection method (ICSI) is particularly effective among microinsemination methods. Yes (from Table 1 mouse experiments).
Fragment polypeptide of GALNTL5 protein and anti-GALNTL5 protein antibody
The present invention includes anti-GALNTL5 protein antibodies. The antibody can be prepared using a fragment peptide containing an epitope of GALNTL5 protein. The fragment peptide can be prepared by immunizing animals such as mice, rabbits, guinea pigs, rats, goats, pigs and horses. A fragment peptide containing an epitope of GALNTL5 protein can be predicted based on the structure of a protein encoded by a gene other than the Galntl5 gene belonging to the polypeptide N-acetylgalactosaminyltransferase gene (pp-GalNAc-T) family. That is, for example, the three-dimensional structure of the GALNTL10 protein is analyzed, and a fragment containing a site that is located outside the molecule in three-dimensional structure and is likely to be recognized as an epitope may be selected. A fragment containing the amino acid sequence of GALNTL5 protein having high amino acid sequence homology with the fragment containing the selected site can be used as a fragment peptide containing an epitope of GALNTL5 protein. As a fragment peptide containing the epitope of the mouse GALNTL5 protein, the amino acid sequence LLKKRSLKGNAHQQTRH (SEQ ID NO: 5) of the 42nd to 58th amino acid sequence of the mouse GALNTTL5 protein consisting of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 4, and the mouse GALNTL5 protein consisting of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 4 A fragment comprising the amino acid sequence represented by the amino acid sequence SKALSQHRRANQSALS (SEQ ID NO: 7) of the amino acid sequence 342 to 358 of the mouse GALNTTL5 protein consisting of the amino acid sequence of 263 to 278 amino acid sequence LRWDNVFAYELDGPEG (SEQ ID NO: 6) or SEQ ID NO: 4 Can be mentioned. Further, as a fragment peptide containing an epitope of human GALNTL5 protein, human GALNTTL5 consisting of amino acid sequence QQIIYGSEQIPPHPHIVKR (SEQ ID NO: 8) and amino acid sequence of SEQ ID NO: 2 of human GALNTTL5 protein consisting of amino acid sequence of SEQ ID NO: 2 Consists of an amino acid sequence represented by the amino acid sequence SKKQTGKPSTIISAMT (SEQ ID NO: 10) of the 362nd to 377th amino acid sequence of the human GALNTL5 protein consisting of the amino acid sequence FKWDNVFSYEMDGPEG (SEQ ID NO: 9) of the protein and the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2. A fragment can be mentioned. Antibodies include both polyclonal and monoclonal antibodies. For example, a polyclonal antibody can be immunized simultaneously with a fragment peptide comprising the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 5, a fragment peptide comprising the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 6 and a fragment peptide comprising the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 7. An antibody composition in which antibodies against the three types of fragment peptides obtained as described above were mixed, a fragment peptide comprising the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 8, a fragment peptide comprising the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 9, and SEQ ID NO: 10 The antibody composition which mixed the antibody with respect to three types of fragment peptides obtained by immunizing simultaneously the fragment peptide containing the amino acid sequence represented by these is also included.
The present invention relates to (i) a polypeptide comprising the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 5, 6, 7, 8, 9 or 10, and (ii) an amino acid represented by SEQ ID NO: 5, 6, 7, 8, 9 or 10. A polypeptide comprising a sequence, which is a polypeptide consisting of an amino acid sequence consisting of 16-30 amino acid residues, preferably 17-30, more preferably 19-30, (iii) SEQ ID NOs: 5, 6, 7 A fragment polypeptide of GALNTL5 protein containing an epitope possessed by a polypeptide consisting of the amino acid sequence represented by 8, 9 or 10.
In addition, in the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 5, 6, 7, 8, 9 or 10, an amino acid sequence having one or two amino acids deleted, substituted, inserted or added and having an epitope A polypeptide consisting of
An anti-GALNTL5 antibody that specifically recognizes and binds to the peptide can be produced using the peptide. The antibody can be used for detection of GALNTL5. The present invention also encompasses specific antibodies against the above epitope of GALNTL5.
The antibodies of the present invention include antibodies that have been modified in their amino acid sequence without reducing the desired activity (eg, the activity of recognizing and binding to GALNTL5 protein). Amino acid sequence variants of the antibodies of the invention can be made by introducing mutations into the DNA encoding the antibody chains of the invention or by peptide synthesis. Such modifications include, for example, residue substitutions, deletions, additions and / or insertions within the amino acid sequences of the antibodies of the invention. The site where the amino acid sequence of the antibody is modified may be the constant region of the heavy chain or light chain of the antibody as long as it has an activity equivalent to that of the antibody before modification, and the variable region (framework region and CDR). Modification of amino acids other than CDR is considered to have a relatively small effect on the binding affinity with the antigen, but at present, the amino acid of the CDR is modified to screen for an antibody having an increased affinity for the antigen. Techniques are known.
The number of amino acids to be modified is preferably within 10 amino acids, more preferably within 5 amino acids, and most preferably within 3 amino acids (eg, within 2 amino acids, 1 amino acid). The amino acid modification is preferably a conservative substitution. In the present invention, “conservative substitution” means substitution with another amino acid residue having a chemically similar side chain. Groups of amino acid residues having chemically similar amino acid side chains are well known in the technical field to which the present invention belongs. For example, acidic amino acids (aspartic acid and glutamic acid), basic amino acids (lysine, arginine, histidine), neutral amino acids, amino acids with hydrocarbon chains (glycine, alanine, valine, leucine, isoleucine, proline), hydroxy groups Amino acids with amino acids (serine / threonine), amino acids with sulfur (cysteine / methionine), amino acids with amide groups (asparagine / glutamine), amino acids with imino groups (proline), amino acids with aromatic groups (phenylalanine / tyrosine / (Tryptophan).
In addition, the modification of the antibody of the present invention may be modification of a post-translational process of the antibody such as changing the number, position, and type of glycosylation sites. Antibody glycosylation is typically N-linked or O-linked. Antibody glycosylation is highly dependent on the host cell used to express the antibody. The glycosylation pattern can be modified by a known method such as introduction or deletion of a specific enzyme involved in sugar production. Furthermore, in the present invention, deamidation is suppressed by substituting an amino acid adjacent to the amino acid deamidated or deamidated with another amino acid for the purpose of increasing the stability of the antibody. May be. Alternatively, glutamic acid can be substituted with other amino acids to increase antibody stability. The present invention also provides the antibody thus stabilized.
Human male infertility non-human model animal deficient in Galntl5 gene
Furthermore, the present invention includes a human male infertility non-human model animal that lacks the Galntl5 gene. The human male infertility non-human model animal of the present invention is a knockout animal of Galntl5 gene. Non-human animals include mice, rats, rabbits, guinea pigs, dogs, cats, monkeys and the like, and are preferably rodent animals such as mice or rats that have a short time to ontogeny and are easy to reproduce.
In the human male infertility non-human model animal of the present invention, a mutation is artificially introduced into the Galntl5 gene specifically present in sperm, and the expression of GALNTL5 protein becomes abnormal. Here, the expression of GALNTL5 protein becomes abnormal means that GALNTL5 protein does not express or does not retain the function of normal GALNTL5 protein even if expressed. As a result, the motility of the sperm decreases and it becomes difficult for the sperm to reach the egg, resulting in infertility and infertility. The deficiency of the Galntl5 gene means that the Galntl5 gene is mutated so that expression of normal GALNTL5 protein is suppressed. A mutation in the Galntl5 gene is introduced by deleting all or part of the Galntl5 gene, or by inserting or replacing another gene at any site of the Galntl5 gene, or by replacing the entire Galntl5 gene with another gene. can do. The mutation can be introduced by deleting the entire base sequence of the Galntl5 gene by a known genetic engineering technique. In addition, a part of the base sequence of the Galntl5 gene is deleted, another gene is inserted into the base sequence of the Galntl5 gene, or the base sequence of the Galntl5 gene is partially replaced with another gene, Alternatively, it can be introduced by replacing the entire Galntl5 gene with another gene. Partial deletion of the Galntl5 gene, insertion of another gene into the base sequence of the Galntl5 gene, or partial replacement of the Galntl5 gene with another gene destroys the promoter or exon, resulting in abnormal expression of GALNTL5 protein become. Mutation can be introduced, for example, by site-directed mutagenesis or homologous recombination. For example, an exon can be destroyed by inserting a drug resistance gene such as a neomycin resistance gene or a hygromycin resistance gene or a reporter gene such as lacZ (β-galactosidase gene) or CAT (chloramphenicol acetyltransferase gene) into the exon portion. In addition, an element that terminates transcription of a gene such as a polyA addition sequence may be inserted into the intron portion, for example, the second exon of the Galntl5 gene may be replaced with a neomycin resistance gene. It can be carried out by a known method using a targeting vector designed so that other genes can be replaced with part or all of the Galntl5 gene by homologous recombination.
In order to create a human male infertility non-human animal model having a mutation in the Galntl5 gene of the present invention, at least one allele of the Galntl5 gene of an embryonic stem cell (ES cell) of a non-human animal using the above targeting vector Established Galntl5 gene-deficient ES cells in which the gene is disrupted. The targeting vector can be introduced into ES cells by a known method such as electroporation or microinjection. Whether the Galntl5 gene in ES cells is deficient can be selected using the drug resistance gene or reporter gene used for homologous recombination as a marker. Established ES cells are transplanted into non-human animal embryos. At this time, a blastocyst is used as an embryo. Transplantation can be performed, for example, by the blastocyst microinjection method. Next, the scutellum method is transplanted into a pseudopregnant female animal that is a temporary parent of a non-human animal to obtain a chimeric animal. A heterozygous (Ht) deficient animal of the Galntl5 gene can be obtained by crossing a germline chimeric animal with a normal animal. Hetero-deficient male animals are infertile because of abnormalities in GALNTL5 protein expression. On the other hand, hetero deficient female animals have fertility. Thus, by mating a heterodeficient female animal and a wild type (normal) male animal, a Galntl5 gene heterodeficient animal can be obtained. Whether or not the obtained animal is a heterozygous mutant of the Galntl5 gene is extracted by extracting DNA from somatic tissues including the tail and sperm or eggs that are germ cells, identifying the genotype by PCR or Southern hybrid method, and discriminating To do. Alternatively, RNA can be isolated from the obtained animal sperm and confirmed by RT-PCR or Western blotting, for example, by examining the expression levels of the Galntl5 gene and GALNTL5 protein in the animal sperm. It should be noted that Galntl5 gene heterodeficient mice are infertile because sperm motility is reduced, and may not retain the natural fertilization ability of sperm. By insemination of Galntl5 heterozygous male sperm and Galntl5 heterozygous female egg by internal sperm injection method (ICSI), a homodeficient animal deficient in the Galntl5 gene of both alleles can be obtained.
The obtained male infertility model animal can be used as a model animal for human asthenozoospermia for the development of therapeutic drugs and the like.
Use of Galntl5 gene as a negative selection marker
Currently, when a gene is incorporated into ES cells by homologous recombination, the neomycin gene is inserted as a positive selection marker, and the thymidine kinase (TK) gene sequence is inserted outside the homologous recombination region as a negative selection marker. The technique of obtaining the gene homologous recombination was taken. When the Galntl5 gene is expressed, the structure and function of the Golgi apparatus are impaired, and the expressed cells cause cell death. Therefore, the Galntl5 gene can be used as a negative selection marker. For example, in the case of homologous recombination, by introducing the expression-inducible Galntl5 gene outside the homologous recombination region, the recombinant cell in which the target gene homologous recombination did not occur is killed by the expression of the remaining Galntl5 gene. To do. The Galntl5 gene may be incorporated into a targeting vector used for homologous recombination. The present invention includes a method of using Galntl5 gene as a negative selection marker and a negative selection marker comprising Galntl5 gene. As the Galntl5 gene, a human GALNTL5 gene and a mouse Galntl5 gene, as well as a Galntl5 gene derived from other species can be used. As the mouse Galntl5 gene, the gene consisting of the base sequence shown in SEQ ID NO: 3 can be used, and as the human GALNTL5 gene, the gene consisting of the base sequence shown in SEQ ID NO: 1 can be used. Further, in the base sequence represented by SEQ ID NO: 3, one or more bases are deleted, substituted, inserted or added, and the protein encoded by the base sequence has the function of GALNTL5 protein, and the sequence A gene having one or more bases deleted, substituted, inserted or added in the base sequence represented by No. 1 and the protein encoded by the base sequence having the function of GALNTL5 protein is also used as a negative selection marker gene Can be used.
Cancer treatment
From the results of forced expression of GALNTL5 protein in cultured cells, it was shown that GALNTL5 protein is a substance that can be a cellular toxin that causes the Golgi body to disappear and kills cells, except for cells in the process of spermatogenesis. In fact, no expression of the Galntl5 gene has been observed in cultured cells containing various cancer origins. Therefore, the GALNTL5 gene can be used as a therapeutic gene for killing cancer cells specifically. In order to use the GALNTL5 gene for cancer treatment, the expression of the GALNTL5 gene originally encoded in the human genome may be selectively expressed only in cancer cells. For example, it is considered effective to use a histone demethylating agent as a drug that activates the expression of the GALNTL5 gene. Alternatively, the GALNTL5 gene may be introduced into a vector, and the GALNTL5 gene may be delivered specifically to cancer cells using the vector and specifically expressed in cancer cells. As a method for introducing a gene into a subject, there are a method using a viral vector and a method using a non-viral vector, and various methods are known (separate volume experimental medicine, basic technology of gene therapy, Yodosha, 1996; separate volume). Experimental Medicine, Gene Transfer & Expression Analysis Experimental Method, Yodosha, 1997; edited by Japanese Society of Gene Therapy, Gene Therapy Development Research Handbook, NTS, 1999).
Examples of viral vectors for gene transfer include methods using viral vectors such as adenovirus, adeno-associated virus, and retrovirus. Delivery of GALNTL5 gene to cancer cells can be achieved, for example, by binding a compound capable of specifically binding to a cancer cell-specific cell surface protein to a vector. The present invention includes a cancer therapeutic agent containing the GALNTL5 gene. The cancer therapeutic agent includes a carrier, a diluent, and an excipient normally used in the pharmaceutical field. For example, lactose and magnesium stearate are used as carriers and excipients for tablets. As an aqueous solution for injection, isotonic solutions containing physiological saline, glucose and other adjuvants are used, and suitable solubilizers such as polyalcohols such as alcohol and propylene glycol, nonionic surfactants, etc. You may use together. As the oily liquid, sesame oil, soybean oil or the like is used, and as a solubilizing agent, benzyl benzoate, benzyl alcohol or the like may be used in combination. The dosage varies depending on symptoms, age, body weight, etc., but may be administered by subcutaneous injection, intramuscular injection, or intravenous injection at a dose of 0.001 mg to 100 mg once every several days, weeks or months.
In the examples, preparation and analysis of each material were performed by the following methods.
1. Identification of GALNTL5 cDNA
Human GALNTL5 cDNA (Refseq accession number: NP — 660335) was identified by BLAST search of human expressed sequence tag using human pp-GalNAc-Ts cloned by the present inventor as a query. The full-length mouse Galntl5 cDNA clone is derived from the mouse testis QUICK-Clone. TM Using cDNA (Clontech) as a template, 5'-ATGAAAGTGTCATAATTCAGGG-3 '(SEQ ID NO: 11) and 5'-CTAGAAACGATTTTTTTCCTTTTCCTCTCTGTGTTAAATGG-3' (SEQ ID NO: 12) were used for amplification.
2. Quantitative analysis of human GALNTL5 transcript
Quantitative real-time PCR was carried out using TaqMan Universal PCR Master Mix and ABI PRISM 7700 Sequence Detection System (Applied Biosystems Japan, Ltd. 2), T2 et al. A. et al. J Biol Chem 276, 22032-40 (2001); Wang, H. et al. Biochem Biophys Res Commun 300, 738-44 (2003)). The sequences of the PCR primers used were 5′-GAAGCTTGGGCATCATGAAA-3 ′ (SEQ ID NO: 13) and 5′-GCGGGCTGGGTAATGTTT-3 ′ (SEQ ID NO: 14).
3. In situ hybridization analysis
Sense and antisense RNA probes were generated from linear mouse full-length Galntl5 cDNA and subcloned into pBluescript using digoxigenin-UTP (Roche Molecular Biochemicals). In situ hybridization of adult mouse testis sections was performed according to the method of Fujiwara et al. (Fujiwara, Y. et al. Proc Natl Acad Sci USA 91, 12258-62 (1994)).
4). Creation of mutant mice
Mouse Galntl5 gene genomic BAC clone RP23-229N3 was purchased from Research Genetics, Inc. Obtained from. A targeting vector was constructed and the second exon of the Galntl5 gene was replaced with a neomycin resistance gene. 20 μg of plasmid was introduced by electroporation into E14 embryonic stem cells cultured in neomycin resistant fibroblasts. After double drug selection using G418 (Gibco) and ganciclovir (WAKO), each colony was analyzed by Southern blotting and PCR to confirm that homologous recombination had occurred. After digestion with SpeI, the 19.8 kbp fragment was detected from the normal allele with the 5 ′ probe, and the 19.8 kbp fragment and the 14.6 kbp fragment were detected from the target allele. Genotypes of embryonic stem cells and mouse tails were determined using PCR and genomic DNA extracted by DNeasy Blood & Tissue Kit (QIAGEN). The wild type allele uses primer 6605A (5′-GAGACCTTAGGCTTGAAAACAAAAACCAC-3 ′ (SEQ ID NO: 15) and primer 5970S (5′-GATTTCCCAGGTTCATCTGCCATCCCG-3 ′ (SEQ ID NO: 16)) consisting of a sequence adjacent to the second exon of mouse Galntl5. The mutant allele was a primer NeoLeft25 (5′-TGCGCTGACAGCCGGAACAGGCGG-3 ′ (SEQ ID NO: 17)) consisting of the sequence of the neo gene and a sequence in the third intron outside the 3 ′ end of the 3.4 kbp homologous region. The primer AvrHind2-2 (5′-TATACCACAATTGAATGGATATAGA-3 ′ (SEQ ID NO: 18) consisting of
In the present invention, the resulting Galntl5 gene heterozygous (Ht) -deficient mouse is referred to as an Ht mouse, and a wild type mouse is referred to as a Wt mouse. Also, Ht mouse sperm is called Ht mouse sperm, and Wt mouse sperm is called Wt mouse sperm.
5). Circular sperm cell injection
Spermatogenic cells were collected from the testes of Wt and Ht male mice (Ogura, A. et al. Biol Reprod 48, 219-25 (1993)). Elongated sperm cells were directly injected into the egg cytoplasm of Ht mature oocytes using a piezoelectrically driven micromanipulator. Embryos with a size of 4-8 cells after 48 hours in culture were transferred to pseudopregnant female fallopian tubes on day 0.5.
6). Sperm motility assay
To assess sperm motility, sperm samples were placed on microslides (0.1 x 2.0 mm). Sperm motility parameters were measured using IVOS TOX automation system (Hamilton Throne) in samples containing more than 300 spermatozoa.
7). antibody
The following anti-GALNTL5 protein antibody was used for immunostaining and the like.
Three types of polypeptides (LLKKRSLGKNAHQQTRH (SEQ ID NO: 5), LRWDNVFAYELDGPEG (SEQ ID NO: 6), SKALSQHRRANQSALS (SEQ ID NO: 7)) were synthesized based on the amino acid sequence deduced from the mouse Galntl5 mRNA sequence. In addition, three types of polypeptides (QQIIYGSEQIPPHPHIVKR (SEQ ID NO: 8), FKWDNVFSYEMDGPEG (SEQ ID NO: 9) and SKKQTGKPSTIISAMT (SEQ ID NO: 10)) corresponding to the amino acid region of human GALNTL5 protein were synthesized. Cysteine was added to the N-terminus of each polypeptide and conjugated with a carrier. The anti-mouse GALNTL5 protein antibody was prepared using guinea pigs and the anti-human GALNTL5 protein antibody was immunized with rabbits. The obtained antiserum was purified using an affinity column. The anti-human GALNTL5 protein antibody was finally purified using a Protein A Sepharose column. Commercially available antibodies are used for α-tubulin, hexokinase I (HXK I), phosphoglycerate kinase 1/2 (PGK1 / 2), aldolase A, NSF, ACE, ubiquitin, acrosin, Rab27a, UBC3B and myosin Va. Using.
8). Western blotting
Mouse spermatozoa were collected from the caudal epididymis, suspended in PBS (pH 7.4) and counted using a Makler Counting Chamber (Sefi-Medical Instruments, Ltd.). Human sperm was collected from semen washed several times with PBS. 5 × 10 6 Protein lysates were obtained from each sperm by vortexing using RIPA lysis buffer (25 mM Tris-HCl, pH 7.6; 150 mM NaCl; 1% NP-40; 1% sodium deoxycholate; 0.1% SDS). The testis was homogenized in a lysis buffer to obtain a crude lysate. Western blotting was performed using the resulting lysate.
9. Mass spectrometry
5 × 10 5 Each sperm was electrophoresed on a 10% SDS-PAGE denaturing gel. The protein band was silver stained. Proteins were eluted from the gel, trypsinized, peptide sequences were analyzed by mass spectrometry (Ultraflex, Bruker Daltoniks, Bremen, Germany) and analyzed using the MS-Fit search program (http://prospector.ucsf.edu. /Prospector/mshome.htm).
10. Immunofluorescence microscopy
The GFP-mGalntl5 construct was generated using the pAcGFP-C1 GFP reporter vector (Clontech). COS1 cells grown on cover slips were transiently transfected with GFP-mGalntl5 plasmid DNA using Lipofectamine 2000. Cells were fixed in methanol for 2 minutes 48 hours after transfection and then treated with 0.1% Triton X-100 for 1 minute at room temperature. Finally, the cells were blocked with PBS containing 5% bovine serum albumin. Antibodies against calreticulin, GM130 and Golgin-97 were used as primary antibodies, and secondary antibodies labeled with Alexa594 were used. The cover slip was placed on a slide glass and stained with DAPI (4 ′, 6-diamidino-2-phenylindole) using VECTASHIELD, and the nucleus was counterstained. Images were taken with a fluorescence microscope and a digital camera.
11. Immunocytochemistry
Miki, K .; et al. In the method described in Dev Biol 248,331-42 (2002), spermatozoa collected from the epididymis tail were placed on a coverslip, washed with PBS, and then sperm was conjugated with Alex Fluor 488 or Alex Fluor 594. Subsequent antibodies and PNA conjugated with fluorescein isothiocyanate were incubated for 30 minutes at room temperature. Immunostaining was observed using a fluorescence microscope (OLYMPUS).
12 PCR and DNA sequence analysis of human individual tissues
Genomic DNA was extracted using DNeasy Blood & Tissue Kit (QIAGEN), and 20 ng of the obtained genomic DNA was used as a primer for the fourth exon (5′-ACACAGTCTCGAGAAAGAGC-3 ′ (SEQ ID NO: 19 and 5′-ATACTCAAGTGCCCATGGGG-3 ′). (SEQ ID NO: 20) and Takara Taq (registered trademark) (TAKARA BIO INC.) Were mixed and PCR amplified, and amplification was performed for 30 cycles (94 ° C. for 20 seconds, 60 ° C. for 30 seconds, 72 ° C. for 1 minute). The product was purified from an agarose gel, sequenced and subcloned into pGEM®-T Easy Vector (Promega).

Galntl5遺伝子改変マウスの作成
In silicoスクリーニング(Narimatsu,H.Glycoconj J 21,17−24(2004).)により、複数のヒトUDP−GalNAc遺伝子のクローニングを行い、GANNTL5タンパク質をコードする新規のpp−GalNac−T遺伝子を同定した。図1−1にヒトGALNTL5タンパク質(443アミノ酸)の構造を示す。比較のためにファミリータンパク質であるGALNT12(581アミノ酸)の構造も示す。GALNTL5タンパク質はGalNAc−T遺伝子ファミリーのタンパク質に特有のC末端のレクチンドメインを欠失しているが、pp−GalNA−T遺伝子ファミリーのタンパク質が有している典型的な他のモチーフ、すなわち膜貫通ドメイン(TM)、ステム領域(Stem)及びGT1モチーフ及びGal/GalNAC−Tモチーフからなる触媒ユニットを有している。
図1−2に、23種類のヒト組織及び2種類のヒト細胞株におけるGALNTL5遺伝子転写物の定量的解析の結果を示す。GALNTL5遺伝子転写物の量はGAPDHでノーマライズし、1μgのトータルRNA中のGAPDHに対するコピー数で示す。図1−2に示すようにGALNTL5 mRNAの発現はヒト精巣に限られていた。
次いで、精子形成等におけるGalntl5遺伝子の機能を明らかにすることを目的に、マウスゲノムに存在するGalntl5相同遺伝子に着目し、上記の「7.抗体」に記載の方法で、マウスGALNTL5タンパク質を特異的に認識する抗体を作成し、GALNTL5タンパク質の局在をマウス精巣切片および精巣上体精子を使って明らかにした。
成体マウスの精巣を材料にし、マウスGalntl5オーソログ遺伝子のアンチセンスRNAを用いたin situハイブリダイゼーションを行った。図1−3aがセンス鎖を用いた結果、図1−3bがアンチセンス鎖を用いた結果を示す。図1−3cはアンチセンス鎖を用いた像の拡大図を示す。図1−3に示すように、Galntl5 mRNAは主に円形精子細胞及び伸長精子細胞で発現しており、精細管の内被細胞では発現していなかった。
精細管の内被細胞は、精原細胞及び体細胞であるセルトリ細胞を含んでいる。マウス精巣切片の免疫組織化学によりGALNTL5タンパク質の局在を調べた。すなわち、マウス成体の精巣の切片を抗GALNTL5タンパク質抗体で免疫染色し、ヘキスト染色により対比染色した。結果を図2に示す。図2a、2b、2cはそれぞれ精子形成過程のステージIII、VI及びVIIの結果を示す。図2d、2e、2f、2gはそれぞれ、抗GALNTL5タンパク質抗体染色、PNA染色及びDAPI染色の拡大図を示し、図2gはマージした像を示す。PNA染色により先体(アクロソーム)が染色され、DAPI染色により核が染色される。図2に示すように、GALNTL5タンパク質は、主に細胞質及び分化精子細胞の先体(アクロソーム)の周囲に局在していた(図2a−c)。GALNTL5タンパク質はまた精巣上体へ放出直前のstep−16精子細胞の残査小体中にも観察された(図2c)。精巣上体精子中において、GALNTL5タンパク質は尾部中片部(middle−piece)では微量に存在するか、頭部−尾部結合部位(head−tail coupling apparatus)周囲の精子頚部に集積していた(図2d)。これらの図により、GALNTL5タンパク質は減数分裂後の精子形成過程の精子細胞質内に局在し、精巣上体成熟精子においては、精子尾部中間部に弱く点在する一方で、精子頚部に強く蓄積されることが示された(図2)。以上のGALNTL5タンパク質の精子形成過程の精子細胞内局在等から、Galntl5遺伝子が精子形成に寄与している可能性が強く示された。
そこで、9個のエクソンから構成されるマウスGalntl5遺伝子の中で、翻訳開始部位がコードされている第2エクソンをネオマイシン耐性遺伝子に変換するベクターを構築した。図3−1にベクターの構造を示す。図3−1上はマウスGalntl5遺伝子を含む9個のエクソンの最初の3個を有する正常アレルを示す。図3−1中央は選択マーカーとしてネオマイシン耐性遺伝子(NEO)及びチミジンキナーゼ遺伝子(TK)を含むターゲティングベクターの構造を示す。相同組換えは第1及び第3エクソンをそれぞれ含む6.0kbpの領域及び3.4kbpの領域で行った。図3−1下は翻訳開始領域を含む第2エクソンをNeoカセットで置換した標的アレルを示す。図3−1において番号を付したボックスはエクソンを、点線は相同DNA領域を、バー及び矢印は、それぞれ5’プローブ及びPCRプライマー(6605A、5970S、NeoLeft25及びAvrHind2−2)の位置を示す。制限酵素部位はA(Avr II)、H(Hind III)、P(Pml I)及びS(Spe I)で表される。
上記のターゲティングベクターを用いて相同組換えによりGalntl5遺伝子欠損ES細胞を樹立し、ゲノムDNAの遺伝子型をサザンブロットにより決定した。SpeIで消化し、正常アレル及び標的アレルとして19.8kb及び14.5kbのフラグメントを検出した(図3−2)。方法の欄の「4.変異マウスの作出」に記載した4つのプライマーを用いたPCRによっても上記ES細胞の遺伝子型を決定した。正常アレルから0.7kbのDNAフラグメントが増幅され、標的アレルから4.4kbのDNAフラグメントが増幅された(図3−3)。また、マウスの尾からDNAを精製しPCRにより遺伝子型を決定した(図3−4)。さらに、Wtマウス及びHtマウスの精巣上体精子のGALNTL5タンパク質量をウエスタンブロッティングにより測定した。図3−5に示すように、Htマウス精子のGALNTL5タンパク質の量はWtマウス精子の半分以下であった。
方法の欄の「4.変異マウスの作出」に記載した方法で樹立した遺伝子組み換えES細胞をマウス胚に導入する手法で、Galntl5遺伝子欠損マウスの作成を試み、導入した遺伝子組み換えES細胞が生殖細胞に分化したと推測される7匹のキメラオスマウス個体を獲ることに成功した。しかし、すべてのキメラオスマウスが妊性を示さないことから、遺伝子組み換えマウス系統を確立することは困難を極めた。そこで遺伝子組み換えES細胞が導入されたキメラメスマウスを正常オスマウス(C57BL/6J)と交配しGalntl5遺伝子ヘテロ(Ht)欠損マウスの仔を産出することに成功した。Galntl5遺伝子Htメスマウスは妊性に異常が観察されないことから、以後Galntl5遺伝子Htメスマウスと正常オスマウスとの交配でGalntl5遺伝子欠損Htマウスの系統を維持することとした。図4−1にオスマウスの妊性を検討した結果を示す。図4−1はGalntl5+/+Wtマウス、Galntl5+/−Htオスマウス、及びGalntl5+/−Htメスマウスの妊性を示す。図に示すように、系統が確立されたGalntl5遺伝子Ht欠損オスマウスはキメラオスマウス同様、妊性を示さなかった。Htマウスが雄性不妊である原因を調べるために、精子観察を試みた結果、頭部形状の異常頻度が高いことがわかった。図4−2a及び4−2bはWtマウス又はHtマウスの精巣上体の精子の形態を示す。図4−2b中の矢はHtオスマウスの変形した精子を示す。また、図4−3a〜図4−3eにWtマウス精子及びHtマウス精子の精子数、異常率、運動性、経路速度(path velocity)及び進行速度(progressive velocity)を示す。図に示すように、精子が尾を振ることによる運動能に障害があることが示された(図4−3c、d及びe)。表1にWtオスマウス又はHtオスマウスの伸長精子細胞を注入することにより得られた胚の数等を示す。表1に示すようにHtオスマウス精子を使った顕微授精法(ICSI:卵細胞質内精子注入法)を行ったところ、Htオスマウス精子でも正常オスマウス精子と仔の産出数に差がないことから、Htオスマウスが雄性不妊を示す原因は精子運動能の障害であることが明らかになった。
また、抗GALNTL5抗体を用いて精巣上体精子におけるGALNTL5タンパク質の発現を検出した。結果を図5に示す。図5aはWtマウス精子の結果を、図5b,cはHtマウス精子の結果を示す。図に示すようにWtマウス精子においては、尾部中片部で弱い発現が認められ、頭部−尾部結合部位において強い発現が認められた。Htマウス精子においては、Wtマウス精子よりも発現は弱かった。
更に生化学的な実験によって、Htマウス精子の運動能低下は精子運動能に必須なエネルギー産生解糖系酵素の所有量低下に起因していることを突き止めた。図6−1及び6−2はWtマウス及びHtマウスの精巣上体の精子に存在する解糖系酵素群(ヘキソキナーゼ(HXK)、ホスホグリセリン酸キナーゼ2(PGK2)及びフルクトース二リン酸アルドラーゼA(ALDOA))の検討の結果を示す。図6−1は、それぞれの遺伝子型のオスマウスからの精子溶解物をSDS−PAGEにより分離し抗HXK抗体、抗PGK2抗体及び抗ALDOA抗体を用いて検出した結果を示す。αチューブリンをコントロールとした。図6−2a及び6−2bは、Wtオスマウス(図6−2a)及びHtオスマウス(図6−2b)の精子におけるHXKの局在を示す。HXKの局在は抗ラビットIgG免疫蛍光二次抗体を用いて可視化して検出した。先体はPNAで染色し、核はDAPIで染色した。図に示すように、HtオスマウスにおいてHXKは少なかった。図7にWtオスマウスとHtオスマウスの精巣上体の精子が有するタンパク質の比較の結果を示す。MS/MS分析によりタンパク質を同定した。各タンパク質量の比較は精子タンパク質についてSDS−PAGEを行い、銀染色することにより行った。(図6−1、6−2及び7)。これらの結果は、Galntl5遺伝子のハプロ欠損は正常精子が有している解糖系の酵素レベルを低下することにより精子の運動性が抑制されることを示している。
このHtマウス精子の運動能障害の表現型は、ヒト男性不妊症で見られる精子無力症と非常に良く似ていることから、Galntl5遺伝子Ht欠損オスマウスは、精子幹細胞異常を起因とする男性不妊症の治療薬開発等を目的として、精子無力症疾患モデルマウスとして有効利用が可能である。
Creation of Galntl5 genetically modified mice In silico screening (Narimatsu, H. Glycoconj J 21, 17-24 (2004).), Cloning of a plurality of human UDP-GalNAc genes and novel pp-GalNac encoding GANNTL5 protein -The T gene was identified. Fig. 1-1 shows the structure of human GALNTL5 protein (443 amino acids). For comparison, the structure of GALNT12 (581 amino acids), which is a family protein, is also shown. The GALNTL5 protein lacks the C-terminal lectin domain unique to the GalNAc-T gene family protein, but other typical motifs possessed by the pp-GalNA-T gene family protein, namely transmembrane It has a catalytic unit consisting of a domain (TM), a stem region (Stem), and a GT1 motif and a Gal / GalNAC-T motif.
FIG. 1-2 shows the results of quantitative analysis of GALNTL5 gene transcripts in 23 types of human tissues and two types of human cell lines. The amount of GALNTL5 gene transcript is normalized with GAPDH and is expressed as the copy number relative to GAPDH in 1 μg of total RNA. As shown in FIG. 1-2, the expression of GALNTL5 mRNA was limited to human testis.
Next, for the purpose of clarifying the function of the Galntl5 gene in spermatogenesis and the like, attention is paid to the Galntl5 homologous gene existing in the mouse genome, and the mouse GALNTL5 protein is specifically identified by the method described in “7. Antibodies were recognized and the localization of GALNTL5 protein was revealed using mouse testis slices and epididymis sperm.
Adult mouse testis was used as the material, and in situ hybridization was performed using antisense RNA of the mouse Galntl5 ortholog gene. Fig. 1-3a shows the result using the sense strand, and Fig. 1-3b shows the result using the antisense strand. Fig. 1-3c shows an enlarged view of the image using the antisense strand. As shown in FIG. 1-3, Galntl5 mRNA was mainly expressed in circular sperm cells and elongated sperm cells, but not in inner lining cells of seminiferous tubules.
The inner cell of the seminiferous tubule includes spermatogonia and Sertoli cells which are somatic cells. The localization of GALNTL5 protein was examined by immunohistochemistry of mouse testis sections. Specifically, adult testis sections were immunostained with anti-GALNTL5 protein antibody and counterstained with Hoechst staining. The results are shown in FIG. Figures 2a, 2b and 2c show the results of stages III, VI and VII of the spermatogenesis process, respectively. 2d, 2e, 2f and 2g show enlarged views of anti-GALNTL5 protein antibody staining, PNA staining and DAPI staining, respectively, and FIG. 2g shows a merged image. Acrosomes are stained by PNA staining, and nuclei are stained by DAPI staining. As shown in FIG. 2, the GALNTL5 protein was mainly localized around the cytoplasm and the acrosome of differentiated sperm cells (FIGS. 2a-c). GALNTL5 protein was also observed in the residual body of step-16 sperm cells just prior to release into the epididymis (FIG. 2c). In epididymal spermatozoa, GALNTL5 protein was present in trace amounts in the middle tail (middle-piece) or accumulated in the sperm neck around the head-tail coupling apparatus (Fig. 2d). From these figures, the GALNTL5 protein is localized in the sperm cytoplasm during meiotic spermatogenesis, and in epididymal mature sperm, it is weakly scattered in the middle part of the sperm tail, but is strongly accumulated in the sperm neck. (FIG. 2). The possibility that the Galntl5 gene contributes to spermatogenesis was strongly shown from the sperm localization in the spermatogenesis process of the above-mentioned GALNTL5 protein.
Therefore, a vector was constructed in which the second exon encoding the translation initiation site in the mouse Galntl5 gene composed of nine exons was converted into a neomycin resistance gene. Fig. 3-1 shows the structure of the vector. FIG. 3A shows a normal allele having the first 3 exons of 9 containing the mouse Galntl5 gene. The center of FIG. 3-1 shows the structure of a targeting vector containing a neomycin resistance gene (NEO) and a thymidine kinase gene (TK) as selection markers. Homologous recombination was performed in a 6.0 kbp region and a 3.4 kbp region containing the first and third exons, respectively. The lower part of FIG. 3-1 shows the target allele in which the second exon including the translation initiation region is replaced with the Neo cassette. In FIG. 3-1, a numbered box indicates an exon, a dotted line indicates a homologous DNA region, and a bar and an arrow indicate the positions of 5 ′ probe and PCR primers (6605A, 5970S, NeoLeft25 and AvrHind2-2), respectively. Restriction enzyme sites are represented by A (Avr II), H (Hind III), P (Pml I) and S (Spe I).
Galntl5 gene-deficient ES cells were established by homologous recombination using the above targeting vector, and the genomic DNA genotype was determined by Southern blotting. After digestion with SpeI, 19.8 kb and 14.5 kb fragments were detected as a normal allele and a target allele (FIG. 3-2). The genotype of the ES cell was also determined by PCR using the four primers described in “4. Production of mutant mice” in the method column. A 0.7 kb DNA fragment was amplified from the normal allele, and a 4.4 kb DNA fragment was amplified from the target allele (FIG. 3-3). In addition, DNA was purified from the tail of the mouse and the genotype was determined by PCR (FIGS. 3-4). Furthermore, the amount of GALNTL5 protein in the epididymis sperm of Wt mouse and Ht mouse was measured by Western blotting. As shown in FIG. 3-5, the amount of GALNTL5 protein in Ht mouse sperm was less than half that in Wt mouse sperm.
In this method, genetically engineered ES cells established by the method described in “4. Production of mutant mice” in the method column are introduced into mouse embryos, and attempts are made to create Galntl5 gene-deficient mice. We succeeded in obtaining 7 chimeric male mice, which were presumed to have differentiated. However, since all the chimeric male mice do not show fertility, it was extremely difficult to establish a transgenic mouse strain. Thus, a chimeric female mouse introduced with a genetically modified ES cell was mated with a normal male mouse (C57BL / 6J) to successfully produce offspring of a Galntl5 gene heterozygous (Ht) deficient mouse. Since no abnormality was observed in the fertility of the Galntl5 gene Ht female mouse, the strain of the Galntl5 gene-deficient Ht mouse was maintained by crossing the Galntl5 gene Ht female mouse with a normal male mouse. The result of having examined the fertility of the male mouse in FIG. 4-1. FIG. 4-1 shows the fertility of Galntl5 + / + Wt mice, Galntl5 +/− Ht male mice, and Galntl5 +/− Ht female mice. As shown in the figure, the Galntl5 gene Ht-deficient male mouse in which the strain was established did not show fertility like the chimeric male mouse. As a result of sperm observation in order to investigate the cause of male infertility in Ht mice, it was found that the abnormal frequency of the head shape was high. FIGS. 4-2a and 4-2b show the sperm morphology of the epididymis of Wt mice or Ht mice. Arrows in FIG. 4-2b indicate deformed sperm of Ht male mice. 4-3a to 4-3e show the sperm count, abnormal rate, motility, path velocity and progressive velocity of Wt mouse sperm and Ht mouse sperm. As shown in the figure, it was shown that there was an impairment in the motility caused by sperm shaking the tail (FIGS. 4-3c, d and e). Table 1 shows the number of embryos obtained by injecting extended sperm cells of Wt male mice or Ht male mice. As shown in Table 1, microinsemination (ICSI: intracytoplasmic sperm injection method) using Ht male mouse spermatozoa was performed, and there was no difference in the number of normal male mouse spermatozoa and offspring produced in Ht male mice. It became clear that the cause of male infertility in male mice was an impairment of sperm motility.
Moreover, the expression of GALNTL5 protein in epididymis sperm was detected using an anti-GALNTL5 antibody. The results are shown in FIG. FIG. 5a shows the results of Wt mouse sperm, and FIGS. 5b and 5c show the results of Ht mouse sperm. As shown in the figure, in Wt mouse sperm, weak expression was observed in the middle part of the tail, and strong expression was observed in the head-tail binding site. Expression in Ht mouse sperm was weaker than in Wt mouse sperm.
Furthermore, biochemical experiments revealed that the decrease in motility of Ht mouse sperm was caused by a decrease in the amount of energy-producing glycolytic enzymes essential for sperm motility. FIGS. 6-1 and 6-2 show glycolytic enzymes (hexokinase (HXK), phosphoglycerate kinase 2 (PGK2), and fructose diphosphate aldolase A) present in sperm of the epididymis of Wt mice and Ht mice. The result of examination of ALDOA)) is shown. FIG. 6-1 shows the results of separation of sperm lysates from male mice of each genotype by SDS-PAGE and detection using anti-HXK antibody, anti-PGK2 antibody and anti-ALDOA antibody. α-tubulin was used as a control. FIGS. 6-2a and 6-2b show the localization of HXK in the sperm of Wt male mice (FIG. 6-2a) and Ht male mice (FIG. 6-2b). The localization of HXK was detected by visualization using an anti-rabbit IgG immunofluorescent secondary antibody. The acrosome was stained with PNA and the nucleus was stained with DAPI. As shown in the figure, there was little HXK in Ht male mice. FIG. 7 shows the results of comparison of proteins possessed by sperm of the epididymis of Wt male mice and Ht male mice. Proteins were identified by MS / MS analysis. Comparison of the amount of each protein was performed by performing SDS-PAGE for sperm proteins and silver staining. (FIGS. 6-1, 6-2 and 7). These results indicate that haplo deficiency of the Galntl5 gene suppresses sperm motility by reducing the glycolytic enzyme level of normal sperm.
The phenotype of this Ht mouse sperm motility disorder is very similar to that of asthenozoospermia observed in human male infertility. Can be effectively used as a model mouse for asthenozoospermia disease.

GALNTL5タンパク質の機能検定
pp−GalNAc−Tタンパク質は細胞内のゴルジ体に局在し、糖転移酵素として機能する。GALNTL5タンパク質は他のpp−GalNAc−T遺伝子ファミリーのタンパク質と同様にGT1モチーフ及びトランスメンブレン(TM)ドメインを有しているが、C末端のレクチンドメインを欠失している(図1−1)。GALNTL5タンパク質のトランスメンブレンドメインはGALNTL5タンパク質がゴルジ体に存在していることを少なくとも示している。このようにC末レクチン構造の欠失を除いては、他のpp−GalNAc−Tと高い相同性を示すGALNTL5タンパク質も他のpp−GalNAc−Tタンパク質と同様にゴルジ体に局在すると予想されたが、実際に抗マウスGALNTL5タンパク質抗体によるマウス精巣切片を用いた免疫染色では、GALNTL5タンパク質が形態形成過程の精子細胞内ゴルジ体に局在する像は観察されなかった。そこで、GALNTL5タンパク質の細胞内局在を確認するために、GFPタンパク質タグを付加したGALNTL5タンパク質をCOS1細胞に強制発現することを試みた。一過性の発現用のプラスミドは以下の方法で作製した。一般に市販されているpAcGFP−C1 GFPレポーターベクター(クローンテック社)にマウスGalntl5のcDNAを導入してGFP−Galntl5遺伝子発現ベクターを構築した。細胞への導入法は方法の欄の「10.免疫蛍光顕微鏡観察」に記載した通りであった。GFP−mGalntl5プラスミドDNAでトランスフェクトしたCOS1細胞を小胞体マーカーであるカルレティキュリン(Calreticulin)、cisゴルジ体マーカーであるGM130、transゴルジ体マーカーであるGolglin−97及びユビキチンに対する抗体を用いて蛍光免疫染色した。図8にGALNTL5タンパク質を強制発現させたCOS1培養細胞中のCalreticulin、GM130、Golglin−97、ユビキチンの細胞内局在を示す。図8a、8b、8c及び8dは、それぞれCalreticulin、GM130、Golglin−97、ユビキチンの染色の結果を示す。
酵素活性が確認され、ゴルジ体での局在が報告されているpp−GalNAc−T遺伝子ファミリーに属するGALNT3タンパク質がゴルジ体に局在することが確認できた。その一方で、GALNTL5タンパク質は小胞体(ER)、ゴルジ体に局在せず、核周辺部の細胞内に留まることが示された(図8)。興味深いことに、GALNTL5タンパク質を強制発現した細胞は、Calreticulin(ERマーカー)は正常であるにもかかわらず、ゴルジ体マーカーの消失が観察された(図8a)。これまで安定したGALNTL5タンパク質発現細胞株の樹立を試みてきたが、成功に至っておらず、本実施例によってGALNTL5タンパク質発現はゴルジ体の構造、機能維持に障害を生じさせ、細胞を死滅させる効果を持つ、細胞にとって毒性を示す物質であることが明らかになった。一方、GALNTL5タンパク質の発現が観察される精子細胞は、精子形成過程でゴルジ体は収縮し、ゴルジ体は最終的に精子細胞から残査小体によって取り除かれる細胞内器官であることから、GALNTL5タンパク質が精子形成過程の精子細胞内でのゴルジ体収縮、あるいはゴルジ体から精子細胞特有の膜構造体、先体へのタンパク質輸送切り替えを担っている可能性が推測された。実際に、GFPタグ付きGALNTL5タンパク質のシグナルが細胞内小胞あるいは顆粒状の形態で観察され(図8)、興味深いことに、GALNTL5タンパク質によって形成される小胞にユビキチンシグナルが梱包されている像が観察された(図8d)。
以上の培養細胞での結果は、GALNTL5タンパク質が精子形成過程における精子細胞特有の膜構造体である先体へのタンパク質輸送に寄与していることを示唆している。
Galntl5遺伝子のノックダウンはユビキチン化したタンパク質を含む先体の構成タンパク質を損傷することが予測された。そこで、ゴルジ体から精子細胞特有の膜構造体である先体に輸送されるアクロシン(Acrosin)を代表とする先体タンパク質の局在量をWtマウス精子とHtマウス精子間で比較した。
図9〜14に結果を示す。
図9−1にはユビキチンの局在を示す。図9−1a及びbは、抗ユビキチン抗体を用いて検出した精巣上体精子のユビキチンの局在を示し、図9−1aがWtマウス精子の結果を、図9−1bがHtマウス精子の結果を示す。図9−2は、精巣上体精子溶解物をαチューブリン、ユビキチン、アクロシン、NSF及びtACEに対する抗体を用いて行ったウエスタンブロッティングで検出したマウス精巣上体精子中の先体タンパク質の発現を示す。予測されたとおり、ユビキチンのシグナルはHtマウスの精子の先体では欠失していた。
図10はWtマウス精子とHtマウス精子の抗アクロシン抗体を用いて測定したアクロシンの局在を示す。図10a及びbはWtマウス精子の結果を、図10c及びdはHtマウス精子の結果を示す。アクロシンの発現はHtマウス精子で少なかった。図11はWtマウス精子とHtマウス精子の抗NSF抗体を用いて測定したNSFの局在を示す。図11a及びbはWtマウス精子の結果を、図11c及びdはHtマウス精子の結果を示す。NSFはWtマウス精子の頭部で検出されたが、Htマウス精子の頭部では少なかった。図12はWtマウス精子とHtマウス精子の抗tACE抗体を用いて測定したtACEの局在を示す。図12a及びbはWtマウス精子の結果を、図12c及びdはHtマウス精子の結果を示す。Wtマウス精子ではアクロゾームの外膜に局在が認められ、尾部の中央部では少なかった。Htマウス精子では頭部及び尾部の細胞膜に多く局在していた。
図13はWtマウス精子及びHtマウス精子の精巣上体の精子のユビキチン及びGALNTL5タンパク質の二重染色並びにユビキチン及びUBC3B(ubiquitin−conjugating enzyme E2)の二重染色の結果を示す。図13aはWtマウス精子のユビキチン及びUBC3Bの二重染色の結果であり、UBC3Bが精子頚部のみに局在していた。ユビキチンは先体のみでなく頭部−尾部結合部位領域に局在していた。図13bはHtマウス精子のユビキチン及びUBC3Bの二重染色の結果であり、尾部でUBC3Bの異常な局在が認められた。ユビキチンは頭部−尾部結合部位領域においても先体においても局在していなかった。図13cはWtマウス精子のユビキチン及びGALNTL5タンパク質の二重染色の結果であり、ユビキチンは先体と頭部−尾部結合部位領域の両方で発現しており、ユビキチンとGALNTL5タンパク質の強い共局在は頭部−尾部結合装置のみで強く認められた。図13dはWtマウス精子のユUBC3B及びGALNTL5タンパク質の二重染色の結果であり、UBC3Bは精子頚部のみに局在していた。この結果はGALNTL5タンパクが精子の頭部−尾部結合部位領域中でユビキチン及びUBC3Bと共に局在していることを示し、GALNTL5タンパク質が頭部−尾部結合部位領域のユビキチン−プロテアソーム(ubiqutin−proteasome)タンパク質の蓄積に関与していることを示唆する。
図14はWtマウス精子におけるGALNTL5タンパク質並びにRab27a若しくはMyosin Vaの共局在を示す。図14aはWtマウス精子におけるGALNTL5タンパク質及びRab27aの局在を示す。核はDAPIで染色した。図に示すようにGALNTL5タンパク質及びRab27aは頭部−尾部結合部位領域及びmiddle−pieceの細胞質で共局在していた。図14bはWtマウス精子におけるGALNTL5タンパク質及びMyosin Vaの局在を示す。図に示すようにGALNTL5タンパク質及びMyosin Vaは頭部−尾部結合部位領域に共局在していた。図14cはWtマウスの精巣精子におけるGALNTL5タンパク質及びRab27aの局在を示す。図に示すようにGALNTL5タンパク質及びRab27aは伸長精子細胞の細胞質で共局在していた。アクチン系vesicle−motorタンパク質複合体はMyosin Va及びRab27a/bを含む。図14に示すように、Rab27a及びMyosin VaとGALNTL5タンパク質は主に精子の頭部−尾部結合部位領域に共局在していた。また、精巣においてRab27aとGALNTL5タンパク質は伸長精子細胞の細胞質に共局在していた。
上記のようにHtマウス精子ではアクロゾーム(先体)タンパク質の局在量が顕著に減少していることが明らかになった(図9−1〜図12)。更に、機能が未だ明らかになっていない精子細胞特異的な細胞内構造体Chromatoid body(CB)も膜輸送機構によって、成熟精子頚部に輸送され、CBに梱包されるubiqutin−proteasomeタンパク質が成熟精子頚部に蓄積されることがラット精子の研究で明らかになっている。マウス精子でも同様にubiqutin−proteasomeタンパク質が精子頚部に蓄積されることが確認されたが、Htマウス精子ではubiqutin−proteasomeタンパク質のシグナルが消失あるいは異所的に局在していることが観察された(図13a−b)。
ゴルジ体から先体へのタンパク質輸送、CBの精子頚部への輸送は、Myosin Va及びRab27a/bを含むアクチン系vesicle−motorタンパク質複合体が寄与していることが報告されている。精巣内精子形成過程、更には成熟精子頚部において内在性GALNTL5タンパク質がMyosin Va及びRab27a/bを含むアクチン系vesicle−motorタンパク質複合体と共局在することが観察されたことから(図14)、GALNTL5タンパク質は糖転移酵素として機能するのではなく、vesicle−motorタンパク質複合体の一部として、成熟精子形成に必須であるタンパク質の精子細胞内分布を制御する新規の機能を有していることが強く示唆された。
Functional assay of GALNTL5 protein The pp-GalNAc-T protein is localized in the Golgi apparatus in the cell and functions as a glycosyltransferase. The GALNTL5 protein has a GT1 motif and a transmembrane (TM) domain, like the other pp-GalNAc-T gene family proteins, but lacks the C-terminal lectin domain (FIG. 1-1). . The transmembrane domain of GALNTL5 protein at least indicates that GALNTL5 protein is present in the Golgi apparatus. Thus, except for the deletion of the C-terminal lectin structure, the GALNTL5 protein showing high homology with other pp-GalNAc-Ts is also expected to be localized in the Golgi apparatus as with other pp-GalNAc-T proteins. However, in the immunostaining using a mouse testis section with an anti-mouse GALNTL5 protein antibody, an image in which the GALNTL5 protein was localized in the sperm intracellular Golgi apparatus during morphogenesis was not observed. Therefore, in order to confirm the intracellular localization of the GALNTL5 protein, an attempt was made to forcibly express the GALNTL5 protein added with the GFP protein tag in COS1 cells. A transient expression plasmid was prepared by the following method. Mouse Galntl5 cDNA was introduced into a commercially available pAcGFP-C1 GFP reporter vector (Clontech) to construct a GFP-Galntl5 gene expression vector. The introduction method into the cells was as described in “10. Observation with immunofluorescence microscope” in the method column. Fluorescence of COS1 cells transfected with GFP-mGalntl5 plasmid DNA using antibodies to the endoplasmic reticulum marker Calreticulin, the cis Golgi marker GM130, the trans Golgi marker Golgin-97 and ubiquitin Immunostained. FIG. 8 shows intracellular localization of calreticulin, GM130, Golgin-97, and ubiquitin in COS1 cultured cells in which GALNTL5 protein is forcibly expressed. FIGS. 8a, 8b, 8c and 8d show the results of staining for calreticulin, GM130, Gollin-97 and ubiquitin, respectively.
It was confirmed that the GALNT3 protein belonging to the pp-GalNAc-T gene family, whose enzyme activity was confirmed and localization in the Golgi apparatus, was localized in the Golgi apparatus. On the other hand, it was shown that the GALNTL5 protein does not localize in the endoplasmic reticulum (ER) and the Golgi apparatus but stays in the cells around the nucleus (FIG. 8). Interestingly, in the cells forcibly expressing the GALNTL5 protein, the disappearance of the Golgi apparatus marker was observed although the calreticulin (ER marker) was normal (FIG. 8a). We have tried to establish a stable GALNTL5 protein-expressing cell line so far, but have not been successful, and according to this example, GALNTL5 protein expression has the effect of causing damage to the structure and function of the Golgi apparatus and killing the cell. It has become clear that it is a substance that is toxic to cells. On the other hand, the sperm cell in which the expression of GALNTL5 protein is observed has a Golgi body contracting during the spermatogenesis process, and the Golgi body is an intracellular organ that is finally removed from the sperm cell by the residual body. It is speculated that may be responsible for the contraction of the Golgi apparatus in the sperm cell during the spermatogenesis process, or the switching of protein transport from the Golgi apparatus to the membrane structure and acrosome specific to the sperm cell. In fact, the signal of the GFP-tagged GALNTL5 protein is observed in the form of intracellular vesicles or granules (FIG. 8). Interestingly, there is an image in which the ubiquitin signal is packed in the vesicles formed by the GALNTL5 protein. Observed (Figure 8d).
The above results in cultured cells suggest that the GALNTL5 protein contributes to protein transport to the acrosome, which is a membrane structure unique to sperm cells in the spermatogenesis process.
Knockdown of the Galntl5 gene was predicted to damage the acrosome-constituting proteins including ubiquitinated proteins. Then, the localization amount of the acrosome protein represented by acrosin transported from the Golgi apparatus to the acrosome which is a membrane structure peculiar to a sperm cell was compared between the Wt mouse sperm and the Ht mouse sperm.
The results are shown in FIGS.
FIG. 9-1 shows the localization of ubiquitin. FIGS. 9-1a and b show the localization of ubiquitin in epididymal sperm detected using an anti-ubiquitin antibody, FIG. 9-1a shows the result of Wt mouse sperm, and FIG. 9-1b shows the result of Ht mouse sperm. Indicates. FIG. 9-2 shows the expression of acrosome protein in mouse epididymal sperm detected by western blotting of epididymal sperm lysates using antibodies against α-tubulin, ubiquitin, acrosin, NSF and tACE. . As expected, the ubiquitin signal was deleted in the sperm acrosome of Ht mice.
FIG. 10 shows the localization of acrosin measured using an anti-acrosin antibody in Wt mouse sperm and Ht mouse sperm. 10a and b show the results for Wt mouse sperm, and FIGS. 10c and d show the results for Ht mouse sperm. Acrosin expression was less in Ht mouse sperm. FIG. 11 shows the localization of NSF measured using anti-NSF antibodies in Wt mouse sperm and Ht mouse sperm. FIGS. 11 a and b show the results for Wt mouse sperm, and FIGS. 11 c and d show the results for Ht mouse sperm. NSF was detected in the head of the Wt mouse sperm, but less in the head of the Ht mouse sperm. FIG. 12 shows the localization of tACE measured using anti-tACE antibody in Wt mouse sperm and Ht mouse sperm. 12a and b show the results for Wt mouse sperm, and FIGS. 12c and d show the results for Ht mouse sperm. In Wt mouse spermatozoa, localization was observed in the outer membrane of acrosome, and there was little in the central part of the tail. Many Ht mouse spermatozoa were localized in the cell membranes of the head and tail.
FIG. 13 shows the results of double staining of Wt mouse sperm and epididymal sperm ubiquitin and GALNTL5 protein and double staining of ubiquitin and UBC3B (ubiquitin- conjugating enzyme E2). FIG. 13a is the result of double staining of Wt mouse sperm ubiquitin and UBC3B, and UBC3B was localized only in the sperm neck. Ubiquitin was localized not only in the acrosome but also in the head-tail binding site region. FIG. 13b shows the result of double staining of ubiquitin and UBC3B in Ht mouse sperm, and abnormal localization of UBC3B was observed in the tail. Ubiquitin was not localized in the head-tail binding site region or in the acrosome. FIG. 13c is the result of double staining of Wt mouse sperm ubiquitin and GALNTL5 protein, where ubiquitin is expressed in both the acrosome and head-tail binding site region, and the strong co-localization of ubiquitin and GALNTL5 protein is It was strongly observed only with the head-tail coupling device. FIG. 13d shows the result of double staining of UtB3B and GALNTL5 proteins in Wt mouse sperm, and UBC3B was localized only in the sperm neck. This result indicates that GALNTL5 protein is localized with ubiquitin and UBC3B in the sperm head-tail binding site region, and GALNTL5 protein is a ubiquitin-proteasome protein in the head-tail binding site region. To be involved in the accumulation of
FIG. 14 shows the co-localization of GALNTL5 protein and Rab27a or Myosin Va in Wt mouse sperm. FIG. 14a shows the localization of GALNTL5 protein and Rab27a in Wt mouse sperm. Nuclei were stained with DAPI. As shown in the figure, GALNTL5 protein and Rab27a co-localized in the head-tail binding site region and the middle-piece cytoplasm. FIG. 14b shows the localization of GALNTL5 protein and Myosin Va in Wt mouse sperm. As shown in the figure, GALNTL5 protein and Myosin Va were colocalized in the head-tail binding site region. FIG. 14c shows the localization of GALNTL5 protein and Rab27a in testicular sperm of Wt mice. As shown in the figure, GALNTL5 protein and Rab27a were colocalized in the cytoplasm of elongated sperm cells. The actin-based vesicle-motor protein complex includes Myosin Va and Rab27a / b. As shown in FIG. 14, Rab27a and Myosin Va and GALNTL5 protein co-localized mainly in the sperm head-tail binding site region. In the testis, Rab27a and GALNTL5 protein co-localized in the cytoplasm of the elongated sperm cells.
As described above, it was revealed that the localization amount of acrosome (acrosome) protein was significantly decreased in Ht mouse sperm (FIGS. 9-1 to 12). Furthermore, a sperm cell-specific intracellular structure Chromatoid body (CB) whose function has not yet been clarified is transported to the mature sperm neck by the membrane transport mechanism, and the ubiquitin-proteasome protein packed in the CB is transformed into the mature sperm neck. It has been clarified in the study of rat spermatozoa. It was confirmed that ubiquitin-proteasome protein was also accumulated in the sperm neck in mouse sperm, but in Ht mouse sperm, it was observed that the signal of ubiquitin-proteasome protein disappeared or was located ectopically. (FIGS. 13a-b).
It has been reported that the actin-based vesicle-motor protein complex containing Myosin Va and Rab27a / b contributes to protein transport from the Golgi body to the acrosome and transport of CB to the sperm neck. It was observed that the endogenous GALNTL5 protein co-localizes with the actin-based vesicle-motor protein complex containing Myosin Va and Rab27a / b in the spermatogenesis process in the testis, and further in the mature sperm neck (FIG. 14). The GALNTL5 protein does not function as a glycosyltransferase, but as a part of the vesicle-motor protein complex, it has a novel function of controlling the intracellular distribution of proteins essential for mature spermatogenesis It was strongly suggested.

ヒト男性不妊症の検査
Galntl5遺伝子Ht欠損マウス精子細胞で、局在量に異常が検出されたGALNTL5タンパク質を含む5つの精子タンパク質の抗体を用い、ヒト精子形成障害と診断されたヒト精子でのタンパク質量の変動を検出した。検出はGALNTL5、tACE、NSF及びHXKに対する抗体を用いたウエスタンブロッティングにより行った。α−tubulin量をコントロールとした。
図15−1に結果を示す。図15−1は精子無力症と診断された患者を含む10個体から採取した精子の構成タンパク質の検出の結果を示す。また、表2に精液の臨床分析の結果を示す。
表2に示すように、精子無力症と診断された患者精子の中に、GALNTL5遺伝子Ht欠損マウス精子における減少パターンと酷似した患者を見出すことができた。図15−1は10個体(レーン1〜4:コントロールの正常精子、レーン5〜10:不妊症患者精子)の精子の構成タンパク質を示し、レーン5の患者においてGALNTL5タンパク質および関連タンパク質の減少が観察された。更に、「12.ヒト個体の組織のPCR及びDNA配列分析」に記載の方法により、GALNTL5タンパク質の減少が見られた患者精子(図15−1のレーン5の患者)のゲノムDNA解析を行った。すなわち、異常精子に対するヒトGALNTL5遺伝子の変異の影響を評価するために、9個のエクソンに対するフランキングプライマーを設計し異常精子からDNAフラグメントを増幅し、PCR産物について直接配列決定を行った。図15−2に結果を示す。図15−2は第3イントロンと第4エクソンの間の部位のDNA配列クロマトグラムを示す。正常GALNTL5遺伝子の第3イントロンと第4エクソンの間に制限酵素部位PstIが存在し、レーン5の患者の精子からPCRで得られた56クローン中49クローンはPstIを有していたが、56クローン中7クローンにおいてはスプライシングアクセプター部位に点変異が認められた。図15−3は9個のエクソンを有するGALNTL5遺伝子中の変異の位置を示す。図15−2及び図15−3の星印は変異の位置を示す。図15−2及び図15−3に示すように、GALNTL5遺伝子の第3イントロンと第4エクソンのスプライシングアクセプター部位に変異が同定された。該変異により第4エクソンがスキップされフレームシフトにより第5エクソン中に新たなストップコドンが出現する。興味深いことに、同定されたDNA変異は、体細胞由来である血液細胞には存在せず、精子細胞のみに存在していた。図15−4aは精子無力症と診断された患者を含む6人の精子のゲノムDNAの第4エクソン周辺から増幅した790bp領域のDNAのブロットの結果を示す。左図は制限酵素で消化しない場合の結果であり、右図はPstI制限酵素で消化した場合の結果である。図15−4aに示すように上記のレーン5の患者にのみおいてPstI制限部位の変異が認められた。図15−4bは図15−4aで用いた6人の患者の血液細胞の結果を示す。血液細胞では上記のレーン5の患者においても変異は認められなかった。この結果は、変異が精子幹細胞内で生じたことを示唆する。この結果は、ヒトGALNTL5遺伝子における変異がGALNTL5タンパク質発現量低下による精子無力症の原因であることを示す。
Examination of human male infertility Galntl5 gene Ht-deficient mouse sperm cells, using proteins of five sperm proteins, including GALNTL5 protein in which abnormalities were detected in the localization, proteins in human sperm formation diagnosed as human spermatogenesis disorder A change in the amount was detected. Detection was performed by Western blotting using antibodies against GALNTL5, tACE, NSF and HXK. The amount of α-tubulin was used as a control.
The results are shown in FIG. FIG. 15-1 shows the results of detection of sperm constituent proteins collected from 10 individuals including patients diagnosed with asthenozoospermia. Table 2 shows the results of clinical analysis of semen.
As shown in Table 2, among patients spermatozoa diagnosed with asthenozoospermia, patients who closely resembled the decrease pattern in the sperm of GALNTL5 gene Ht-deficient mice could be found. FIG. 15-1 shows sperm constituent proteins of 10 individuals (lanes 1-4: normal sperm of control, lanes 5-10: sperm of infertile patients), and a decrease in GALNTL5 protein and related proteins is observed in the patient of lane 5 It was done. Further, genomic DNA analysis was performed on patient sperm (patient in lane 5 in FIG. 15-1) in which GALNTL5 protein was reduced by the method described in “12. PCR and DNA sequence analysis of human individual tissue”. . That is, in order to evaluate the effect of mutations in the human GALNTL5 gene on abnormal sperm, flanking primers for nine exons were designed, DNA fragments were amplified from abnormal sperm, and PCR products were directly sequenced. The results are shown in Fig. 15-2. FIG. 15-2 shows a DNA sequence chromatogram of the site between the third intron and the fourth exon. A restriction enzyme site PstI exists between the third intron and the fourth exon of the normal GALNTL5 gene, and 49 clones out of 56 clones obtained by PCR from the sperm of the patient in lane 5 had PstI. In 7 of the clones, a point mutation was observed at the splicing acceptor site. FIG. 15-3 shows the position of the mutation in the GALNTL5 gene having 9 exons. The asterisks in FIGS. 15-2 and 15-3 indicate the positions of mutations. As shown in FIGS. 15-2 and 15-3, mutations were identified in the splicing acceptor sites of the third intron and the fourth exon of the GALNTL5 gene. The mutation causes the fourth exon to be skipped, and a new stop codon appears in the fifth exon due to the frame shift. Interestingly, the identified DNA mutation was not present in somatic blood cells but only in sperm cells. FIG. 15-4a shows the result of blotting DNA of a 790 bp region amplified from around the fourth exon of genomic DNA of six sperm including patients diagnosed with asthenozoospermia. The left figure shows the results without digestion with restriction enzymes, and the right figure shows the results with digestion with PstI restriction enzymes. As shown in FIG. 15-4a, a mutation in the PstI restriction site was observed only in the above-mentioned patient in lane 5. FIG. 15-4b shows the blood cell results of the six patients used in FIG. 15-4a. In the blood cells, no mutation was observed in the above-mentioned lane 5 patient. This result suggests that the mutation occurred in sperm stem cells. This result shows that the mutation in the human GALNTL5 gene is the cause of asthenozoospermia due to the decreased expression level of GALNTL5 protein.

ヒト男性不妊症の検査(その2)
精子無力症と診断された患者5個体から採取した精子について、実施例3と同様に構成タンパク質の検出を行った。
結果を図16−1に示す。図16−1に示すように、レーン5の患者においてGALNTL5タンパク質および関連タンパク質の減少が観察された。
GALNTL5タンパク質の減少が観察された患者(図1のレーン5の患者)の精子、及び血液細胞を用いて、実施例3と同様の方法で、GALNTL5遺伝子をPCRによって各エクソンを増幅させ、塩基配列を決定した。図16−2に結果を示す。図16−2は第6エクソンの部位のDNA配列クロマトグラムを示す。図16−2に示すように、第6エクソンにおいて、精子においても血液細胞においてもゲノム中に一塩基の欠失を観察することができた。
図16−3は9個のエクソンを有するGALNTL5遺伝子中の変異の位置を示す。図16−3の星印は変異の位置を示す。図16−3に示すように、GALNTL5遺伝子の第6エクソンの変異により第6エクソン中に新たなストップコドンが出現する。
これらの結果から、ヒトGALNTL5遺伝子変異をヘテロで保持する患者が精子無力症を発症することが示された。
Inspection of human male infertility (2)
Constituent proteins were detected in the same manner as in Example 3 for sperm collected from 5 patients diagnosed with asthenozoospermia.
The results are shown in FIG. As shown in FIG. 16-1, a decrease in GALNTL5 protein and related proteins was observed in the lane 5 patient.
Using the sperm and blood cells of a patient in which a decrease in GALNTL5 protein was observed (patient in lane 5 in FIG. 1), each exon was amplified by PCR in the GALNTL5 gene in the same manner as in Example 3. It was determined. The results are shown in Fig. 16-2. FIG. 16-2 shows a DNA sequence chromatogram of the 6th exon site. As shown in FIG. 16-2, in the sixth exon, it was possible to observe a single base deletion in the genome in both sperm and blood cells.
FIG. 16-3 shows the position of the mutation in the GALNTL5 gene having 9 exons. The asterisk in FIG. 16-3 indicates the position of the mutation. As shown in FIG. 16-3, a new stop codon appears in the sixth exon due to the mutation of the sixth exon of the GALNTL5 gene.
From these results, it was shown that patients carrying the human GALNTL5 gene mutation heterozygously develop asthenozoospermia.

精子形成障害による不妊症と診断された患者精子からタンパク質を抽出し、成熟精子形成に必須である様々なタンパク質量を特異的抗体によるウエスタンブロット法で定量することは、精子形成障害の原因因子を同定する上で、極めて有効な手段であり、特に直接精子の運動性に関与するGALNTL5遺伝子の発現を定量することにより精子無力症を検出することができる。本手法は精子形成障害による男性不妊症の原因因子を的確に同定する、これまでに確立されていない画期的なものであり、男性不妊症治療薬の開発などにおいて有効なバイオマーカーとして利用価値は非常に高いものである。さらに、Galntl5遺伝子を欠損させた非ヒト動物の精子の運動性が喪失あるいは低下しており、該非ヒト動物をヒト精子無力症のモデル動物として利用することができ、該モデル動物を用いて精子無力症の治療薬等を検索することができる。
本発明の男性不妊症の検出方法は精子形成障害による男性不妊症の原因因子を的確に同定する、これまでに確立されていない画期的なものであり、男性不妊症治療薬の開発などにおいて有効なバイオマーカーとして利用価値は非常に高いものである。
本明細書で引用した全ての刊行物、特許および特許出願をそのまま参考として本明細書にとり入れるものとする。
[配列表]
Extracting proteins from the sperm of patients diagnosed with infertility due to spermatogenesis disorder and quantifying the amount of various proteins essential for mature spermatogenesis by Western blotting with specific antibodies is the cause of spermatogenesis disorders. It is a very effective means for identification, and sperm asthenia can be detected by quantifying the expression of GALNTL5 gene, which is directly involved in sperm motility. This method is an epoch-making that has not been established so far to accurately identify the causative factors of male infertility due to spermatogenesis disorder, and is useful as an effective biomarker in the development of drugs for male infertility. Is very expensive. Furthermore, the motility of sperm in a non-human animal deficient in the Galntl5 gene is lost or reduced, and the non-human animal can be used as a model animal for human asthenozoospermia. Can be searched for therapeutic agents for symptom.
The method for detecting male infertility according to the present invention accurately identifies the causative factor of male infertility due to spermatogenesis disorder, and is a breakthrough that has not been established so far. The utility value as an effective biomarker is very high.
All publications, patents and patent applications cited herein are incorporated herein by reference in their entirety.
[Sequence Listing]

Claims (10)

男性被験体の精子における、正常なGALNTL5タンパク質が発現されなくなるか、又は発現量が正常男性の精子における発現量よりも少なくなるGalntl5遺伝子の発現異常を指標に精子無力症を検出する、精子無力症の検出方法。 Sperm asthenia, which detects sperm asthenia by using abnormal expression of Galntl5 gene as an index, in which normal GALNTL5 protein is no longer expressed in sperm of male subjects or the expression level is less than that in normal male sperm Detection method. 男性被験体の精子におけるGALNTL5タンパク質を定量し、GALNTL5タンパク質の発現量を指標に精子無力症を検出する方法であって、GALNTL5タンパク質が存在しないか、又は正常男性の精子に含まれるGALNTL5タンパク質に比較して少ない場合に精子無力症であると判断する、請求項1に記載の精子無力症の検出方法。   Quantitative analysis of GALNTL5 protein in sperm of male subjects and detection of asthenozoospermia using the expression level of GALNTL5 protein as an index, compared with GALNTL5 protein that is absent in normal male sperm The method for detecting asthenozoospermia according to claim 1, wherein it is determined that there is asthenozoospermia. 抗GALNTL5抗体を用いてGALNTL5タンパク質を測定する、請求項2記載の精子無力症の検出方法。   The method for detecting asthenozoospermia according to claim 2, wherein GALNTL5 protein is measured using an anti-GALNTL5 antibody. 精子のGalntl5遺伝子の発現の正常男性の精子における発現と比較した際の減少を生じさせる変異の有無を検出することを含む請求項1又は2に記載の精子無力症の検出方法。 The method for detecting asthenozoospermia according to claim 1 or 2, comprising detecting the presence or absence of a mutation that causes a decrease in the expression of the Galntl5 gene in sperm as compared with that in normal male sperm . 精子のGALNTL5タンパク質の発現の正常男性の精子における発現と比較した際の減少を生じさせる変異がヘテロである、請求項に記載の精子無力症の検出方法。 5. The method of detecting asthenozoospermia according to claim 4 , wherein the mutation causing a decrease in sperm GALNTL5 protein expression when compared to expression in normal male sperm is heterozygous. 請求項1〜のいずれか1項の精子無力症の検出方法において用いる、抗GALNTL5タンパク質抗体を含む精子無力症検出キット。 A sperm asthenia detection kit comprising an anti-GALNTL5 protein antibody used in the method for detecting asthenozoospermia according to any one of claims 1 to 5 . ヒト又はマウスGALNTL5タンパク質の断片ペプチドであって、配列番号2のアミノ酸配列からなるヒトGALNTL5タンパク質の54番目〜72番目のアミノ酸配列QQIIYGSEQIPKPHVIVKR(配列番号8)、配列番号2のアミノ酸配列からなるヒトGALNTL5タンパク質の282番目〜297番目のアミノ酸配列FKWDNVFSYEMDGPEG(配列番号9)、配列番号2のアミノ酸配列からなるヒトGALNTL5タンパク質の362番目〜377番目のアミノ酸配列SKKQTGKPSTIISAMT(配列番号10)、配列番号4のアミノ酸配列からなるマウスGALNTL5タンパク質の42番目〜58番目のアミノ酸配列LLKKRSLGKNAHQQTRH(配列番号5)、配列番号4のアミノ酸配列からなるマウスGALNTL5タンパク質の263番目〜278番目のアミノ酸配列LRWDNVFAYELDGPEG(配列番号6)又は配列番号4のアミノ酸配列からなるマウスGALNTL5タンパク質の342番目〜358番目のアミノ酸配列SKALSQHRRANQSALS(配列番号7)からなる断片ペプチドに対する抗GALNTL5タンパク質抗体を含む、請求項記載の精子無力症検出キット。 Fragment peptide of human or mouse GALNTL5 protein, human GALNTL5 protein consisting of amino acid sequence QQIIYGSEQIPKPHVIVKR (SEQ ID NO: 8) of amino acid sequence 54 to 72 of human GALNTL5 protein consisting of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2, and amino acid sequence of SEQ ID NO: 2 From amino acid sequence SKKQTGKPSTIISAMT (SEQ ID NO: 10) of SEQ ID NO: 4 from amino acid sequence 362 to 377 of human GALNTL5 protein consisting of amino acid sequence FKWDNVFSYEMDGPEG (SEQ ID NO: 9), amino acid sequence of SEQ ID NO: 2 42nd to 58th amino acid sequence LLKKRSLGKNAHQQTRH (SEQ ID NO: 5) of mouse GALNTL5 protein, and 263 to 278th amino acid sequence LRWDNVFAYELDGPEG (SEQ ID NO: 6) of mouse GALNTL5 protein consisting of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 4 or SEQ ID NO: 4 342 to 358 of mouse GALNTL5 protein consisting of the amino acid sequence of Including anti GALNTL5 protein antibody against a fragment peptide consisting of the amino acid sequence SKALSQHRRANQSALS (SEQ ID NO: 7), according to claim 6 asthenozoospermic detection kit according. 精子のGalntl5遺伝子の全部又は一部が欠損し、GALNTL5タンパク質発現が喪失しているか、又は低下している、精子無力症非ヒトモデル動物。   A sperm asthenia non-human model animal in which all or part of the Galntl5 gene in sperm is deleted and GALNTL5 protein expression is lost or decreased. Galntl5遺伝子の欠損が、ヘテロ欠損である請求項記載の精子無力症非ヒトモデル動物。 The non-human model animal of asthenozoospermia according to claim 8 , wherein the deficiency of the Galntl5 gene is a hetero deficiency. マウスである、請求項又はに記載の精子無力症非ヒトモデル動物。 The asthenozoospermia non-human model animal according to claim 8 or 9 , which is a mouse.
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