JP6867689B2 - Method of introducing Cas9-gRNA complex into cell nucleus and method of modifying target gene in cell - Google Patents

Method of introducing Cas9-gRNA complex into cell nucleus and method of modifying target gene in cell Download PDF

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    • C12N15/00Mutation or genetic engineering; DNA or RNA concerning genetic engineering, vectors, e.g. plasmids, or their isolation, preparation or purification; Use of hosts therefor
    • C12N15/09Recombinant DNA-technology

Description

本発明は、Cas9−gRNA複合体の製造方法、Cas9−gRNA複合体の細胞核内への導入方法、及び細胞内における標的遺伝子の改変方法に関する。
本願は、2016年1月29日に、米国に仮出願された米国特許第62/288,449号明細書に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
The present invention relates to a method for producing a Cas9-gRNA complex, a method for introducing a Cas9-gRNA complex into a cell nucleus, and a method for modifying a target gene in a cell.
The present application claims priority based on US Pat. No. 62 / 288,449, which was provisionally filed in the United States on January 29, 2016, the contents of which are incorporated herein by reference.

CRISPR−Cas9システムは、次世代のゲノム編集技術として注目され、それを機に新しいゲノム編集技術の競争が激化している。CRISPR−Cas9システムの特徴は、ガイドRNAがターゲット部位を決めることから、ガイドRNAのデザインに要する時間だけで、迅速、簡便、且つ安価でゲノム編集ができること、また、複数のガイドRNAを作用させることで、同時に複数の遺伝子を破壊できること、さらに、Cas9に様々なタンパク質工学的改変を加えることで、転写制御やエピジェネティックな動態変化の誘導に使用可能であること等が挙げられる。最近では、特定の遺伝子座の可視化方法として、従来のFISH法に変わる新規可視化法としても注目されている(例えば、非特許文献1参照。)。 The CRISPR-Cas9 system is attracting attention as a next-generation genome editing technology, and the competition for new genome editing technology is intensifying. The features of the CRISPR-Cas9 system are that the guide RNA determines the target site, so that genome editing can be performed quickly, easily, and inexpensively only in the time required for designing the guide RNA, and that multiple guide RNAs are allowed to act. Therefore, it is possible to disrupt a plurality of genes at the same time, and it can be used for transcriptional regulation and induction of epigenetic dynamic changes by adding various protein engineering modifications to Cas9. Recently, as a method for visualizing a specific locus, it has been attracting attention as a novel visualization method instead of the conventional FISH method (see, for example, Non-Patent Document 1).

Chen, Baohui, et al., “19.Dynamic Imaging of Genomic Loci in Living Human Cells by an Optimized CRISPR/Cas System”, Cell, vol.155, p1479-1491, 2013.Chen, Baohui, et al., “19. Dynamic Imaging of Genomic Loci in Living Human Cells by an Optimized CRISPR / Cas System”, Cell, vol.155, p1479-1491, 2013.

しかしながら、このCRISPR−Cas9システムを医療目的としたゲノム編集技術として応用するには以下に示すような問題がある。
(1)オフターゲットの問題:CRISPRには特異的なDNA切断(オンターゲット切断)の他に、非特異的なDNA切断(オフターゲット切断)が存在することがわかり、問題となっている。基本的にCas9がDNA上のどの部位を切断するかは、ガイドRNA(gRNA)のプロトスペーサ―配列によるが、この配列と標的DNA鎖とが完全に一致していなくてもCas9による切断が生じることが報告されている。これはCas9がDNAを切断する必須プロセスによるものであるため、それを排除する方法として、例えば、ダブルニッカーゼを用いる方法、Fok1−dCas9(fCas9)を用いる方法等が使用されている。しかしながら、gRNAと完全一致していないDNAの切断を排除するだけでなく、さらにCRISPR−Cas9システムの時間的及び空間的な機能制御が可能な、より効果的な解決策が求められている。
However, applying this CRISPR-Cas9 system as a genome editing technology for medical purposes has the following problems.
(1) Off-target problem: It has been found that CRISPR has non-specific DNA cleavage (off-target cleavage) in addition to specific DNA cleavage (on-target cleavage), which is a problem. Basically, which site on the DNA Cas9 cleaves depends on the protospacer sequence of the guide RNA (gRNA), but even if this sequence and the target DNA strand do not completely match, Cas9 cleaves. Has been reported. Since this is due to an essential process in which Cas9 cleaves DNA, for example, a method using double nickase, a method using Fok1-dCas9 (fCas9), and the like are used as a method for eliminating it. However, there is a need for a more effective solution that not only eliminates cleavage of DNA that does not exactly match the gRNA, but also allows temporal and spatial functional control of the CRISPR-Cas9 system.

(2)ゲノム傷害の問題:現行のCRISPR−Cas9システムは、主にレトロウイルス又はレンチウイルス等のウイルスベクターを利用した発現系を用いて実施されている。それらのウイルスベクターを利用した発現系を用いることで、Cas9が恒常的に発現することによる標的細胞ゲノムの傷害はヒト遺伝子治療を目的としたゲノム編集においては大きな問題となる。
(3)Cas9の核内(細胞内)導入の問題:現行のCRISPR−Cas9システムでは、上述したウイルスベクター発現系を使用して細胞内へ導入しない場合、予め発現させたCas9及びgRNAを導入する必要がある。このとき、Cas9は疎水性が高く、インビトロで発現させたCas9は凝集体を形成しやすい。また、Cas9は分子量が大きいため、エレクトロポレーション法等では細胞膜の透過が難しい。また、特に、エレクトロポレーション法を用いた導入では、細胞膜に電撃で穴を開けることによる細胞へのダメージが問題となる。また、マイクロインジェクション法では、ある程度サイズの大きい細胞にしか適用できず、さらに、細胞1つ1つへ導入する必要があるため、作業効率が悪い。
(4)複数遺伝子のゲノム編集が困難である問題:CRISPR−Cas9システムは、Cas9と特定の遺伝子とをターゲットにしたgRNAのみからなる簡単なシステムセットで機能させ得ることが大きな利点となっている。しかし、現行の発現系によるCRISPR−Cas9システムでは、Cas9及びgRNAの両者を発現系に依存しているため、Co−transfectionによって、細胞内において、異なる機能を持ったCas9とgRNAとの組み合わせを作り機能させることが難しい。具体的には、例えば、異なる色GFP、CFP、又はYFP等の融合タンパク質で、ゲノムの様々な部位のゲノム配列を可視化したい場合等、Co−transfectionでは、細胞内において、特定のgRNAと蛍光標識Cas9との複合体の形成がランダムに起こるので、特定のゲノム部位を特定の蛍光で可視化することが難しい。
(2) Problems of genomic damage: The current CRISPR-Cas9 system is mainly carried out using an expression system using a viral vector such as a retrovirus or a lentivirus. By using an expression system using these viral vectors, damage to the target cell genome due to constitutive expression of Cas9 becomes a major problem in genome editing for the purpose of human gene therapy.
(3) Problem of intranuclear (intracellular) introduction of Cas9: In the current CRISPR-Cas9 system, if the above-mentioned viral vector expression system is not used to introduce Cas9 into cells, pre-expressed Cas9 and gRNA are introduced. There is a need. At this time, Cas9 is highly hydrophobic, and Cas9 expressed in vitro tends to form aggregates. Further, since Cas9 has a large molecular weight, it is difficult to permeate the cell membrane by an electroporation method or the like. Further, in particular, in the introduction using the electroporation method, damage to cells due to puncturing the cell membrane by electric shock becomes a problem. In addition, the microinjection method can be applied only to cells having a certain size, and it is necessary to introduce it into each cell, resulting in poor work efficiency.
(4) Difficulty in genome editing of multiple genes: The CRISPR-Cas9 system has a great advantage that it can function with a simple system set consisting only of gRNA targeting Cas9 and a specific gene. .. However, in the CRISPR-Cas9 system based on the current expression system, both Cas9 and gRNA depend on the expression system. Therefore, by Co-transfection, a combination of Cas9 and gRNA having different functions is created in the cell. Difficult to make it work. Specifically, for example, when it is desired to visualize the genome sequence of various parts of the genome with a fusion protein such as GFP, CFP, or YFP having a different color, in Co-transfection, a specific gRNA and a fluorescent label are used in the cell. Since the formation of a complex with Cas9 occurs randomly, it is difficult to visualize a specific genomic site with a specific fluorescence.

(5)ゲノム編集の最適ニッチの問題:ゲノム編集の医療応用を考える際に、その目的は特定の遺伝子を標的にした効率の良い相同組換えやエピジェネティクス改変が必要とされる。相同組換えやエピジェネティクス改変の効率化には、核内(細胞質内)における様々な誘導タンパク質の活性化や阻害因子の不活性化、又は除去が必要不可欠になってくる。すなわち、相同組換えやエピジェネティクス改変の環境(ニッチ)の最適化が必要となる。
(6)大量の細胞を扱う際の問題:ゲノム編集を利用した遺伝子矯正細胞を作製し、遺伝子治療を行う場合、大量の細胞を同時にゲノム編集に供することが必要である。ウイルスベクターを利用した発現系では、その発現量のコントロールが難しいため、大量の細胞のゲノムを一度に均一に処理することが困難である。
(5) Problem of optimal niche of genome editing: When considering the medical application of genome editing, the purpose is to require efficient homologous recombination and epigenetic modification targeting a specific gene. In order to improve the efficiency of homologous recombination and epigenetic modification, activation of various inducible proteins in the nucleus (in the cytoplasm) and inactivation or removal of inhibitory factors are indispensable. That is, it is necessary to optimize the environment (niche) for homologous recombination and epigenetic modification.
(6) Problems when handling a large number of cells: When producing gene-corrected cells using genome editing and performing gene therapy, it is necessary to simultaneously use a large number of cells for genome editing. In an expression system using a viral vector, it is difficult to control the expression level, so that it is difficult to uniformly process the genome of a large number of cells at one time.

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、インビトロで安定して可溶化したCas9−gRNA複合体の製造方法を提供する。また、ウイルスベクターを細胞内に導入せず、ゲノム編集の核内ニッチが最適化されたCas9−gRNA複合体の細胞核内への導入方法を提供する。また、オフターゲットが低減され、ウイルスベクターを細胞内に導入せず、ゲノム編集の核内ニッチが最適化され、且つ大量の細胞における複数の遺伝子座を同時編集可能な細胞内における標的遺伝子の改変方法を提供する。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a method for producing a Cas9-gRNA complex that is stably solubilized in vitro. It also provides a method for introducing a Cas9-gRNA complex into the cell nucleus with an optimized nuclear niche for genome editing without introducing the viral vector into the cell. Intracellular modification that also reduces off-targeting, does not introduce viral vectors into cells, optimizes the nuclear niche for genome editing, and allows simultaneous editing of multiple loci in large numbers of cells. Provide a method.

本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意研究を重ねた結果、特定の温度において、安定してCas9−gRNA複合体を形成し可溶化すること、さらに、セミインタクト細胞リシール法を用いて前記Cas9−gRNA複合体を高効率で核内に導入可能であることを見出し、本発明を完成するに至った。 As a result of intensive studies to achieve the above object, the present inventors stably form and solubilize the Cas9-gRNA complex at a specific temperature, and further, the present invention uses the semi-intact cell reseal method. We have found that the Cas9-gRNA complex can be introduced into the nucleus with high efficiency, and have completed the present invention.

すなわち、本発明は、以下の態様を含む。
[1]Cas9(Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats(CRISPR)−associated 9)とガイドRNA(gRNA)とを20℃以上で混合して、Cas9−gRNA複合体を形成するCas9−gRNA複合体形成工程と、細胞の形質膜に穿孔物質を作用させて、形質膜上の少なくとも一部に孔を形成する穿孔工程と、前記Cas9−gRNA複合体と、前記形質膜上の少なくとも一部に孔が形成された細胞と同種又は異種の生物由来の細胞から採取した細胞質とを混合する第1の混合工程と、前記形質膜上の少なくとも一部に孔が形成された細胞に、前記Cas9−gRNA複合体及び前記細胞質を導入する導入工程と、前記Cas9−gRNA複合体が導入された形質膜上の少なくとも一部に孔が形成された細胞にカルシウムイオンを含む溶液を加え、形質膜上の少なくとも一部に形成された孔を再封入する再封入工程と、を備え、前記gRNAが標的遺伝子中のPAM(Proto−spacer Adjacent Motif)配列の1塩基上流から20塩基以上24塩基以下上流までの塩基配列に相補的な塩基配列からなるポリヌクレオチドを含み、前記Cas9は、N末端又はC末端に核局在化シグナル(Nuclear localization signal:NLS)ペプチドが結合されている、Cas9−gRNA複合体の細胞核内への導入方法
[2]前記Cas9−gRNA複合体形成工程において、前記Cas9と前記gRNAとを30℃以上65℃以下で混合する、[1]に記載のCas9−gRNA複合体の細胞核内への導入方法
]前記Cas9は、N末端側Cas9(Cas9−N)とC末端側Cas9(Cas9−C)とに二分割されており、前記Cas9−N及び前記Cas9−Cは、それぞれN末端又はC末端に光依存的又は化学物質依存的に二量体を形成するタンパク質が結合されており、前記Cas9は、光又は化学物質存在下でRNA誘導性DNAエンドヌクレアーゼ活性が回復する[1]又は[2]に記載のCas9−gRNA複合体の細胞核内への導入方法
]前記Cas9−gRNA複合体形成工程において、前記gRNAを2種類以上混合する、[1]〜[]のいずれか一つに記載のCas9−gRNA複合体の細胞核内への導入方法
]さらに、前記導入工程の前であって、前記第1の混合工程の後に、前記Cas9−gRNA複合体及び前記細胞質と、相同組換えの阻害物質の抑制剤又は相同組換えの活性化剤とを混合する第2の混合工程を備える、[]〜[4]のいずれか一つに記載のCas9−gRNA複合体の細胞核内への導入方法。
][]〜[]のいずれか一つに記載のCas9−gRNA複合体の細胞核内への導入方法を用いて、細胞核内にCas9−gRNA複合体が導入され、再封入された標的遺伝子を有する細胞において、前記Cas9が、PAM配列の所定塩基上流又は下流に位置する切断部位で標的遺伝子を切断する切断工程と、前記gRNAと前記標的遺伝子との相補的結合によって決定される領域において、改変された前記標的遺伝子を有する細胞を得る改変工程と、を備える細胞内における標的遺伝子の改変方法。
That is, the present invention includes the following aspects.
[1] Cas9 and (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats ( CRISPR) -associated 9) guides the RNA (gRNA) were mixed at 20 ° C. or higher, and Cas9-gRNA complex formation step of forming a Cas9-gRNA complex , A perforation step of allowing a perforating substance to act on the plasma membrane of a cell to form pores in at least a part of the plasma membrane, and a pore is formed in at least a part of the Cas9-gRNA complex and the plasma membrane. The Cas9-gRNA complex and the Cas9-gRNA complex were added to the first mixing step of mixing the cells and the cytoplasm collected from cells derived from the same or different species, and the cells having pores formed at least partially on the plasma membrane. In the introduction step of introducing the cytoplasm, a solution containing calcium ions is added to cells having pores formed in at least a part of the plasma membrane into which the Cas9-gRNA complex has been introduced, and the solution containing calcium ions is added to at least a part of the plasma membrane. A re-encapsulation step of re-encapsulating the formed pores is provided, and the gRNA complements the base sequence from 1 base upstream to 20 bases or more and 24 bases or less upstream of the PAM (Proto-spacer Adjacent Motif) sequence in the target gene. specific polynucleotide seen including consisting of the nucleotide sequence, wherein Cas9 is, N-terminal or C-terminal nuclear localization signal (nuclear localization signal: NLS) peptide is bound, to Cas9-gRNA complexes in the cell nucleus Introduction method .
[2] The method for introducing a Cas9-gRNA complex into a cell nucleus according to [1], wherein in the Cas9-gRNA complex forming step, the Cas9 and the gRNA are mixed at 30 ° C. or higher and 65 ° C. or lower.
[ 3 ] The Cas9 is divided into an N-terminal Cas9 (Cas9-N) and a C-terminal Cas9 (Cas9-C), and the Cas9-N and Cas9-C are N-terminal or C, respectively. A protein that forms a dimer in a photo-dependent or chemical-dependent manner is bound to the end, and Cas9 recovers RNA-induced DNA endonuclease activity in the presence of light or chemical [1] or [ 2] The method for introducing the Cas9-gRNA complex into the cell nucleus .
[ 4 ] The method for introducing a Cas9-gRNA complex into a cell nucleus according to any one of [1] to [3 ], wherein two or more types of the gRNA are mixed in the Cas9-gRNA complex forming step.
[ 5 ] Further, before the introduction step and after the first mixing step , the Cas9-gRNA complex and the cytoplasm and the inhibitor of the homologous recombination inhibitor or the activity of the homologous recombination The method for introducing a Cas9-gRNA complex into a cell nucleus according to any one of [1 ] to [4], which comprises a second mixing step of mixing with an agent.
[ 6 ] The Cas9-gRNA complex was introduced into the cell nucleus and reencapsulated using the method for introducing the Cas9-gRNA complex into the cell nucleus according to any one of [1 ] to [ 5]. In a cell having a target gene, a region determined by a cleavage step in which Cas9 cleaves the target gene at a cleavage site located upstream or downstream of a predetermined base of the PAM sequence and complementary binding between the gRNA and the target gene. in comprises a modification step of obtaining a cell having the target gene is modified, the modified method of a target gene in a cell.

本発明によれば、インビトロで安定して可溶化したCas9−gRNA複合体の製造方法を提供することができる。また、本発明によれば、ウイルスベクターを細胞内に導入せず、ゲノム編集の核内ニッチが最適化されたCas9−gRNA複合体の細胞核内への導入方法を提供することができる。また、本発明によれば、オフターゲットが低減され、ウイルスベクターを細胞内に導入する必要なく、ゲノム編集の核内ニッチが最適化され、且つ大量の細胞における複数の遺伝子座を同時編集可能な細胞内における標的遺伝子の改変方法を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a method for producing a Cas9-gRNA complex that is stably solubilized in vitro. Further, according to the present invention, it is possible to provide a method for introducing a Cas9-gRNA complex into the cell nucleus in which the nuclear niche of genome editing is optimized without introducing the viral vector into the cell. Further, according to the present invention, off-targeting is reduced, the nuclear niche of genome editing is optimized without the need to introduce a viral vector into cells, and a plurality of loci in a large number of cells can be edited simultaneously. It is possible to provide a method for modifying a target gene in a cell.

本発明のCas9−gRNA複合体の製造方法の一実施形態を示す概略工程図である。It is a schematic process diagram which shows one Embodiment of the manufacturing method of Cas9-gRNA complex of this invention. 本発明のCas9−gRNA複合体の細胞核内への導入方法の一実施形態を示す概略工程図である。It is a schematic process diagram which shows one Embodiment of the method of introducing the Cas9-gRNA complex of this invention into a cell nucleus. 試験例1におけるdCas9のみ、dCas9−gRNA複合体のみ、又はdCas9−gRNA複合体及びL5178Y細胞の細胞質を導入したHeLa細胞を、蛍光顕微鏡を用いて観察した画像である。It is an image which observed the HeLa cell which introduced the cytoplasm of dCas9 only, dCas9-gRNA complex only, or dCas9-gRNA complex and L5178Y cell in Test Example 1 using a fluorescence microscope. 試験例2におけるNLS−SpCas9−NLS及びsgAAVS1の複合体とL5178Y細胞の細胞質とを導入したHeLa細胞のゲノムDNAを用いたT7E1アッセイの結果を示す画像である。It is an image which shows the result of the T7E1 assay using the genomic DNA of the HeLa cell which introduced the complex of NLS-SpCas9-NLS and sgAAVS1 and the cytoplasm of L5178Y cell in Test Example 2. 試験例3におけるHA−NLS−SaCas9及びsgTET1の複合体、又はHA−NLS−SaCas9及びsgTET2の複合体とL5178Y細胞の細胞質とを導入したHeLa細胞のゲノムDNAを用いたT7E1アッセイの結果を示す画像である。Image showing the result of T7E1 assay using the genomic DNA of HeLa cells into which the complex of HA-NLS-SaCas9 and sgTET1 or the complex of HA-NLS-SaCas9 and sgTET2 and the cytoplasm of L5178Y cells in Test Example 3 was introduced. Is. 試験例4における光誘導型であるスプリット型SpCas9(paCas9)のN末端側及びC末端側の構成を示す概略図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the N-terminal side and the C-terminal side of the split type SpCas9 (paCas9) which is a light induction type in Test Example 4. 試験例4における光誘導型であるスプリット型SpCas9(paCas9)のN末端側及びsgAAVS1の複合体、又は光誘導型であるスプリット型SpCas9(paCas9)のC末端側及びsgAAVS1の複合体とL5178Y細胞の細胞質とを導入したHeLa細胞を、蛍光顕微鏡を用いて観察した画像である。In Test Example 4, the photo-induced split-type SpCas9 (paCas9) N-terminal side and sgAAVS1 complex, or the photo-induced split-type SpCas9 (paCas9) C-terminal side and sgAAVS1 complex and L5178Y cells It is an image which observed the HeLa cell which introduced the cytoplasm with a fluorescence microscope. 試験例5におけるラパマイシン誘導型であるスプリット型SpCas9(rpCas9)のN末端側及びC末端側の構成を示す概略図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the N-terminal side and the C-terminal side of the split type SpCas9 (rpCas9) which is a rapamycin-induced type in Test Example 5. 試験例5におけるラパマイシン誘導型であるスプリット型SpCas9(rpCas9)のN末端側及びC末端側、並びにsgAAVS1の複合体とL5178Y細胞の細胞質とを導入したHeLa細胞のゲノムDNAを用いたT7E1アッセイの結果を示す画像である。Results of T7E1 assay using the N-terminal side and C-terminal side of the rapamycin-induced split-type SpCas9 (rpCas9) in Test Example 5 and the genomic DNA of HeLa cells into which the sgAAVS1 complex and the cytoplasm of L5178Y cells were introduced. It is an image showing.

<Cas9−gRNA複合体の製造方法>
一実施形態において、本発明は、Cas9とgRNAとを20℃以上で混合して、Cas9−gRNA複合体を形成するCas9−gRNA複合体形成工程を備え、前記gRNAが標的遺伝子中のPAM(Proto−spacer Adjacent Motif)配列の1塩基上流から20塩基以上24塩基以下上流までの塩基配列に相補的な塩基配列からなるポリヌクレオチドを含むCas9−gRNA複合体の製造方法を提供する。
<Method for producing Cas9-gRNA complex>
In one embodiment, the present invention comprises a Cas9-gRNA complex forming step of mixing Cas9 and gRNA at 20 ° C. or higher to form a Cas9-gRNA complex, wherein the gRNA is a PAM (Proto) in a target gene. Provided is a method for producing a Cas9-gRNA complex containing a polynucleotide having a base sequence complementary to a base sequence from 1 base upstream to 20 bases or more and 24 bases or less upstream of the −sperer Adjacent Motif) sequence.

本実施形態のCas9−gRNA複合体の製造方法によれば、インビトロで安定して可溶化したCas9−gRNA複合体を得ることができる。
本発明者らは、Cas9単体では、4℃程度の低温において凝集体を形成するが、20℃以上の温度条件で、予め発現させたCas9及びgRNAを混合することで、安定したCas9−gRNA複合体を形成し、溶液中に可溶化することを見出し、本発明を完成するに至った。
本実施形態のCas9−gRNA複合体の製造方法について、図を参照しながら、以下に詳細を説明する。
According to the method for producing a Cas9-gRNA complex of the present embodiment, a Cas9-gRNA complex that is stably solubilized in vitro can be obtained.
The present inventors form aggregates at a low temperature of about 4 ° C. with Cas9 alone, but by mixing Cas9 and gRNA expressed in advance under a temperature condition of 20 ° C. or higher, a stable Cas9-gRNA complex is formed. They have found that they form a body and solubilize in solution, completing the present invention.
The method for producing the Cas9-gRNA complex of the present embodiment will be described in detail below with reference to the drawings.

[Cas9−gRNA複合体形成工程]
図1は、本発明のCas9−gRNA複合体の製造方法の一実施形態を示す概略工程図である。まず、予め発現しておいたCas9(1)及びgRNA(2)を20℃以上で混合しインキュベーションすることで、Cas9−gRNA複合体(10)を形成させる。
このとき、温度は、20℃以上であり、30℃以上65℃以下であることが好ましく、30℃以上40℃以下であることがより好ましく、30℃以上37℃以下であることがさらに好ましく、32℃以上37℃以下が特に好ましい。
通常、タンパク質を取り扱う際には、4℃等の低温であることが一般的である。これに対し、本実施形態においては、温度が上記範囲であることにより、Cas9が凝集することを防ぎ、安定したCas9−gRNA複合体を形成し、溶液中に可溶化することができる。
[Cas9-gRNA complex formation step]
FIG. 1 is a schematic process diagram showing an embodiment of the method for producing a Cas9-gRNA complex of the present invention. First, Cas9 (1) and gRNA (2) that have been expressed in advance are mixed and incubated at 20 ° C. or higher to form a Cas9-gRNA complex (10).
At this time, the temperature is 20 ° C. or higher, preferably 30 ° C. or higher and 65 ° C. or lower, more preferably 30 ° C. or higher and 40 ° C. or lower, and further preferably 30 ° C. or higher and 37 ° C. or lower. 32 ° C. or higher and 37 ° C. or lower is particularly preferable.
Generally, when handling a protein, it is generally at a low temperature such as 4 ° C. On the other hand, in the present embodiment, when the temperature is in the above range, Cas9 can be prevented from aggregating, a stable Cas9-gRNA complex can be formed, and solubilization can be performed in the solution.

また、Cas9及びgRNAを混合する際に使用する媒体としては、例えば、水性溶媒が挙げられ、水、生理食塩水、リン酸緩衝生理食塩水[Phosphate buffered saline;PBS]、トリス緩衝生理食塩水[Tris Buffered Saline;TBS]、HEPES緩衝生理食塩水、TB(Transport buffer:25mM Hepes, 1.15mM KOAC,250μM MgCl2, pH7.2)、グルコース水溶液、血清非添加培地等が挙げられ、これらに限定されない。
血清非添加培地としては、例えば、DMEM、EMEM、RPMI−1640、α−MEM、F−12、F−10、M−199等が挙げられ、これらに限定されない。血清非添加培地は、後述の<Cas9−gRNA複合体の細胞核内への導入方法>において用いられる細胞の種類に応じて、適宜選択すればよい。
また、媒体は、ATP再生系を含んでいていもよい。ATP再生系としては、例えば、ATP、クレアチンキナーゼ、及びクレアチンリン酸の組み合わせ等が挙げられる。
Examples of the medium used when mixing Cas9 and gRNA include aqueous solvents, water, physiological saline, phosphate buffered saline [Phosphate buffered saline; PBS], and Tris buffered saline [PBS]. Tris Buffered Saline; TBS], HEPES buffered saline, TB (Transport buffer: 25 mM Hepes, 1.15 mM KOAC, 250 μM MgCl2, pH 7.2), glucose aqueous solution, serum-free medium, and the like, but not limited to these. ..
Examples of the serum-free medium include, but are not limited to, DMEM, EMEM, RPMI-1640, α-MEM, F-12, F-10, M-199 and the like. The serum-free medium may be appropriately selected according to the type of cells used in <Method for introducing Cas9-gRNA complex into cell nucleus> described later.
Further, the medium may include an ATP regeneration system. Examples of the ATP regeneration system include a combination of ATP, creatine kinase, and creatine phosphate.

(Cas9)
本明細書において、「Cas9」とは、細菌及び古細菌において侵入外来核酸に対する獲得耐性を提供する適応免疫系を構成するCasタンパク質ファミリーの一つであり、外来侵入性DNA中のPAM配列を認識して、その上流又は下流で二本鎖DNAを切断するエンドヌクレアーゼである。本明細書において、Cas9は、gRNAと複合体を形成し、DNA切断活性を有するものを意味する。
(Cas9)
As used herein, "Cas9" is one of the Cas protein families constituting an adaptive immune system that provides acquisition resistance to invasive exogenous nucleic acids in bacteria and archaea, and recognizes PAM sequences in exogenous DNA. It is an endonuclease that cleaves double-stranded DNA upstream or downstream of it. As used herein, Cas9 means one that forms a complex with gRNA and has DNA cleaving activity.

本明細書において、Casタンパク質ファミリーとしては、例えば、Cas1、Cas1B、Cas2、Cas3、Cas4、Cas5、Cas6、Cas7、Cas8、Cas9(Csn1及びCsx12としても公知)、Cas10、Csy1、Csy2、Csy3、Cse1、Cse2、Csc1、Csc2、Csa5、Csn2、Csm2、Csm3、Csm4、Csm5、Csm6、Cmr1、Cmr3、Cmr4、Cmr5、Cmr6、Csb1、Csb2、Csb3、Csx17、Csx14、Csx10、Csx16、CsaX、Csx3、Csx1、Csx15、Csf1、Csf2、Csf3、Csf4、それらのホモログ、又はそれらの改変されたもの等が挙げられる。本実施形態において用いられるCas9は、Cas9、それらのホモログ、又はそれらの改変されたものであればよい。 In the present specification, the Cas protein family includes, for example, Cas1, Cas1B, Cas2, Cas3, Cas4, Cas5, Cas6, Cas7, Cas8, Cas9 (also known as Csn1 and Csx12), Cas10, Csy1, Csy2, Csy3, Cse1. , Cse2, Csc1, Csc2, Csa5, Csn2, Csm2, Csm3, Csm4, Csm5, Csm6, Cmr1, Cmr3, Cmr4, Cmr5, Cmr6, Csb1, Csb2, Csb3, Csx1 , Csx15, Csf1, Csf2, Csf3, Csf4, their homologues, or their modifications. Cas9 used in this embodiment may be Cas9, their homologues, or a modified version thereof.

また、Cas9の由来となる細菌種としては、例えば、化膿性連鎖球菌(Streptococcus pyogenes:S.pyogenes)、黄色ブドウ球菌(S.aureus)、フランシセラ・ノビシダ(Franciscilla novicida)、ストレプトコッカス・サーモフィルス、ノカルジオプシス・ダッソンビエイ、ストレプトマイセス・プリスチナエスピラリス、ストレプトマイセス・ビリドクロモゲネス(Streptomyces viridochromogenes)、ストレプトスポランギウム・ロセウム、アリサイクロバチルス・アシドカルダリウス、バチルス・シュードマイコイデス、バチルス・セレニティレドセンス、イグジォバクテリウム・シビリカム(Exiguobacterium sibiricum)、ラクトバチラス・デルブリッキー、ラクトバチルス・サリヴァリゥス、マイクロシーラ・マリナ、バークホルデリア細菌、ポラロモナス・ナフタレニボランス、ポラロモナス種、クロコスファエラ・ワストニイ(Crocosphaera watsonii)、シアノセイス属、ミクロシスティス・アエルギノーサ(Microcystis aeruginosa)、シネココッカス属、アセトハロビウム・アラバチカム、アモニフェクス・デジェンシー(Ammonifex degensii)、カルジセルロシルプトル・ベクシ(Caldicellulosiruptor becscii)、カンジダ・デスルフォルディス(Candidatus Desulforudis)、クロストリジウム・ボツリヌス、クロストリジウム・ディフィシル、フィネゴルディア・マグナ、ナトラナエロビウス・テルモフィルスム(Natranaerobius thermophilusm)、ペロトマキュラム・サーモプロピオニカム、アシディチオバチルス・カルダス、アシディチオバチルス・フェロオキシダンス、アロクロマチウム・ビノスム、マリノバクター属、ニトロソコッカス・ハロフィルス(Nitrosococcus halophilus)、ニトロソコッカス・ワッソニ(Nitrosococccus watsoni)、シュードアルテロモナス・ハロプランクティス、クテドノバクテル・ラセミファー(Ktedonobacter racemifer)、メタノハロビウム・エベスチガタム(Methanohalbium evestigatum)、アナベナ・バリアビリス、ノジュラリア・スプミゲナ、ノストック属、アルスロスピラ・マキシマ、アルスロスピラ・プラテンシス、アルスロスピラ属、リングビア属、ミクロコレス・クソノプラステス(Microcoleus chthonoplastes)、オシラトリア属、ペトロトガ・モビリス、サーモシホ・アフリカヌス、アカリオクロリス・マリーナ等が挙げられ、これらに限定されない。中でも、本実施形態において用いられるCas9の由来となる細菌種としては、化膿性連鎖球菌(S.pyogenes)又は黄色ブドウ球菌(S.aureus)であることが好ましい。 Bacterial species from which Cas9 is derived include, for example, Streptococcus pyogenes (S. pyogenes), S. aureus, Franciscilla novicida, Streptococcus vircoccus. Dassonbiei, Streptomyces pristina espillaris, Streptomyces viridochromogenes, Streptococcus roseum, Aricyclobatylus acidcardarius, Bacillus pseudomycoides, Bacillus pseudomycoides , Exigobacterium sibilicum, Lactobacillus delbricky, Lactobacillus salivarius, Microsila Marina, Burkholderia bacterium, Polaromonas naphthalenivolance, Polaromonas species, Crocosfaera sato , Cyanoseis, Microcystis aeruginosa, Cinecococcus, Acethalobium alabaticum, Ammonifex degensi, Cardicellosylptor dicystidisci , Crostridium botulinum, Crostridium difficile, Finegordia Magna, Natranaerobius thermophilium, Perotomaculum thermopropionicum, Acidiciobacillus cardas, Acidiciobacillus Arochromatium binosum, genus Marinobacta, nitrosococcus halophyrus, nitrosococcus wattsoni, Pseudoalteromonas haloplanctis, cutedonovactera Ghatam (Methanohalbium evestigatum), Anabaena Variabilis, Nodularia spmigena, Nostock, Arslospyra maxima, Arslospyra platensis, Arsulospira, Lyngbya, Microcholes xonoplasmotes, Microcoreus sto・ Africanus, Acario chloris marina, etc. are mentioned, but not limited to these. Among them, the bacterial species from which Cas9 used in the present embodiment is derived is preferably Streptococcus pyogenes (S. pyogenes) or Staphylococcus aureus (S. aureus).

Cas9は、標的遺伝子中のPAM配列の最初又は最後のヌクレオチドから、上流又は下流に、例えば、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、15、20、25、50、100、200、500又はそれ以上の塩基対以内での、一方又は両方の鎖の切断を指向する。PAM配列の上流又は下流の何bpのところを切断するかはCas9の由来となる細菌種によって異なるが、S.pyogenesを含め大部分のCas9はPAM配列の3塩基上流を切断する。 Cas9 is upstream or downstream from the first or last nucleotide of the PAM sequence in the target gene, eg, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 15, 20, 25, Orients the cleavage of one or both strands within 50, 100, 200, 500 or more base pairs. The number of bp to be cleaved upstream or downstream of the PAM sequence depends on the bacterial species from which Cas9 is derived. Most Cas9, including pyogenes, cleaves 3 bases upstream of the PAM sequence.

また、本実施形態で用いられるCas9としては、標的配列を含む標的遺伝子の一方又は両方の鎖を切断する能力を欠如している改変体であってよい。例えば、S.pyogenes由来のCas9のRuvC I触媒ドメイン中のアスパラギン酸からアラニンへの置換(D10A)は、Cas9を、両方の鎖を切断するヌクレアーゼからニッカーゼ(一本鎖を切断する)に変換する。Cas9をニッカーゼにする変異の他の例には、H840A、N854A及びN863Aが含まれ、これらに限定されない。また、Cas9の2つ以上の触媒ドメイン(RuvC I、RuvC II及びRuvC III)は、全てのDNA切断活性を実質的に欠く変異したCas9を生産することができる。この場合、その他のDNA切断活性を有する酵素と融合したキメラ酵素であることが好ましい。D10A変異は、全てのDNA切断活性を実質的に欠くCas9を生産するために、H840A、N854A又はN863A変異のうち1つ又は複数と組み合わされていてもよい。変異したCas9のDNAの切断活性が、その非変異形態に対して約25%、10%、5%、1%、0.1%又は0.01%未満の場合に、全てのDNA切断活性を実質的に欠くとみなされる。 In addition, Cas9 used in this embodiment may be a variant lacking the ability to cleave one or both strands of a target gene containing a target sequence. For example, S. Substitution of aspartic acid for alanine (D10A) in the RuvCI catalytic domain of Cas9 from pyogenes converts Cas9 from a nuclease that cleaves both strands to a nickase (which cleaves a single strand). Other examples of mutations that make Cas9 nickase include, but are not limited to, H840A, N854A and N863A. Also, two or more catalytic domains of Cas9 (RuvC I, RuvC II and RuvC III) can produce mutated Cas9 that substantially lacks all DNA-cleaving activity. In this case, it is preferably a chimeric enzyme fused with another enzyme having DNA cleaving activity. The D10A mutation may be combined with one or more of the H840A, N854A or N863A mutations to produce Cas9, which substantially lacks all DNA cleavage activity. When the DNA cleavage activity of the mutated Cas9 is less than about 25%, 10%, 5%, 1%, 0.1% or 0.01% with respect to its non-mutated form, all DNA cleavage activity is exhibited. Considered to be virtually lacking.

本実施形態において、Cas9をコードする塩基配列は、真核生物細胞等の特定の細胞における発現のためにコドン最適化されていてもよい。真核生物細胞としては、特定の生物、例えば、ヒト、マウス、ラット、ウサギ、イヌ、ブタ又は非ヒト霊長類等が挙げられ、これらに限定されない。一般に、コドン最適化とは、ネイティブのアミノ酸配列を維持しつつ、ネイティブの配列の少なくとも1つのコドンを、導入される生物種の遺伝子においてより頻繁に又は最も頻繁に使用されるコドンで置き換えることによって、導入される生物種における増強された発現のために核酸配列を改変するプロセスを指す。種々の種が、特定のアミノ酸の特定のコドンについて特定のバイアスを示す。コドンバイアス(生物間のコドン使用頻度における差異)は、mRNAの翻訳効率と相関する場合が多く、これは、翻訳されているコドンの特性及び特定のtRNAの利用可能性にとりわけ依存すると考えられている。細胞中の選択されたtRNAの優勢は、一般に、ペプチド合成において最も頻繁に使用されるコドンの反映である。従って、遺伝子は、コドン最適化に基づいて、所与の生物における最適な遺伝子発現のために個別化され得る。コドン使用頻度表は、例えば、www.kazusa.or.jp/codon/(2015年12月16日に訪問)に掲載されている「Codon Usage Database」において容易に入手可能であり、これらの表を用いて、コドンを最適化することができる(例えば、Nakamura,Y.ら「Codon usage tabulated from the international DNA sequence databases:status for the year 2000」Nucl. Acids Res. 28:292 (2000)、参照)。特定の生物種における発現のために特定の配列をコドン最適化するためのコンピューターアルゴリズムについても、例えば、Gene Forge(Aptagen社;Jacobus、PA)等において入手可能である。本実施形態において、Cas9をコードする配列中の1つ又は複数のコドンは、特定のアミノ酸について最も頻繁に使用されるコドンに対応する。 In this embodiment, the base sequence encoding Cas9 may be codon-optimized for expression in a particular cell, such as a eukaryotic cell. Eukaryotic cells include, but are not limited to, specific organisms such as humans, mice, rats, rabbits, dogs, pigs or non-human primates. In general, codon optimization is by replacing at least one codon in the native sequence with a codon that is more frequently or most frequently used in the gene of the organism to be introduced, while preserving the native amino acid sequence. Refers to the process of modifying a nucleic acid sequence for enhanced expression in the introduced organism. Various species exhibit a particular bias for a particular codon of a particular amino acid. Codon bias (differences in codon usage between organisms) often correlates with the translation efficiency of mRNA, which is believed to be particularly dependent on the properties of the codon being translated and the availability of a particular tRNA. There is. The predominance of selected tRNAs in cells is generally a reflection of the most frequently used codons in peptide synthesis. Thus, genes can be personalized for optimal gene expression in a given organism, based on codon optimization. Codon usage frequency tables are readily available, for example, in the "Codon Usage Database" posted at www.kazusa.or.jp/codon/ (visited December 16, 2015). Can be used to optimize codons (see, eg, Nakamura, Y. et al., Codon usage tabulated from the international DNA sequence databases: status for the year 2000, Nucl. Acids Res. 28: 292 (2000)). .. Computer algorithms for codon-optimizing specific sequences for expression in specific species are also available, for example, in Gene Forge (Aptagen; Jacobus, PA). In this embodiment, one or more codons in the Cas9 encoding sequence correspond to the most frequently used codons for a particular amino acid.

本実施形態におけるCas9は、N末端又はC末端に核局在化シグナル(Nuclear localization signal:NLS)ペプチドが結合されていてもよい。 Cas9 in the present embodiment may have a nuclear localization signal (NLS) peptide bound to the N-terminal or C-terminal.

NLSとしては、例えば、アミノ酸配列PKKKRKV(配列番号1)からなるポリペプチド、前記配列番号1からなるアミノ酸配列を有する、SV40ウイルスラージT抗原のNLS;ヌクレオプラスミン由来のNLS(例えば、配列KRPAATKKAGQAKKKK(配列番号2)を有するヌクレオプラスミンの二分NLS);アミノ酸配列PAAKRVKLD(配列番号3)又はRQRRNELKRSP(配列番号4)を有するc−myc NLS;配列NQSSNFGPMKGGNFGGRSSGPYGGGGQYFAKPRNQGGY(配列番号5)を有するhRNPA1 M9 NLS;インポーチン−アルファ由来のIBBドメインの配列RMRIZFKNKGKDTAELRRRRVEVSVELRKAKKDEQILKRRNV(配列番号6);筋腫Tタンパク質の配列VSRKRPRP(配列番号7)及びPPKKARED(配列番号8);ヒトp53の配列PQPKKKPL(配列番号9);マウスc−abl IVの配列SALIKKKKKMAP(配列番号10);インフルエンザウイルスNS1の配列DRLRR(配列番号11)及びPKQKKR(配列番号12);肝炎ウイルスデルタ抗原の配列RKLKKKIKKL(配列番号13);マウスMx1タンパク質の配列REKKKFLKRR(配列番号14);ヒトポリ(ADP−リボース)ポリメラーゼの配列KRKGDEVDGVDEVAKKKSKK(配列番号15);ステロイドホルモンレセプター(ヒト)グルココルチコイドの配列RKCLQAGMNLEARKTKK(配列番号16)等が挙げられ、これらに限定されない。 Examples of the NLS include a polypeptide consisting of the amino acid sequence PKKKRKV (SEQ ID NO: 1), the NLS of the SV40 virus large T antigen having the amino acid sequence consisting of the above SEQ ID NO: 1, and the NLS derived from the Nucleoplastin (for example, the sequence KRPAATKKA GQAKKK (sequence)). Nucleoplasmin dichotomy with No. 2) (NLS); c-myc NLS with amino acid sequence PAAKRVKLD (SEQ ID NO: 3) or RQRRNELKRSP (SEQ ID NO: 4); Sequence of origin IBB domain RMRIZFKKKGKDTAELRRRRVEVSVELRKAKKDEQILKRRNV (SEQ ID NO: 6); Sequence of myoma T protein VSRKRPRP (SEQ ID NO: 8) and PPKKARED (SEQ ID NO: 8); Sequence of human p53 PQPKKKPL (SEQ ID NO: 9) SALIKKKKKKMAP (SEQ ID NO: 10); Influenza virus NS1 sequence DRLRRR (SEQ ID NO: 11) and PKQKKR (SEQ ID NO: 12); Hepatitis virus delta antigen sequence RKLKKKIKKL (SEQ ID NO: 13); Mouse Mx1 protein sequence REKKKFLKRR (SEQ ID NO: 14) The sequence of human poly (ADP-ribose) polymerase KRKGDEVDGVDEVAKKKKSK (SEQ ID NO: 15); the sequence of steroid hormone receptor (human) glucocorticoid, RKCLQAGMNLEARKTKK (SEQ ID NO: 16), and the like are included, but not limited to these.

なお、本明細書において、「ポリペプチド」、「ペプチド」及び「タンパク質」とは、アミノ酸残基のポリマーを意味し、互換的に使用される。また、1つ若しくは複数のアミノ酸が、天然に存在する対応アミノ酸の化学的類似体、又は修飾誘導体である、アミノ酸ポリマーを意味する。 In addition, in this specification, "polypeptide", "peptide" and "protein" mean a polymer of amino acid residues and are used interchangeably. It also means an amino acid polymer in which one or more amino acids are chemical analogs or modified derivatives of the corresponding naturally occurring amino acids.

また、本実施形態において、Cas9は、N末端側Cas9(Cas9−N)とC末端側Cas9(Cas9−C)とに二分割されており、前記Cas9−N及び前記Cas9−Cは、それぞれN末端又はC末端に光依存的又は化学物質依存的に二量体を形成するタンパク質が結合されており、前記Cas9は、光又は化学物質存在下でRNA誘導性DNAエンドヌクレアーゼ活性が回復するものであってもよい。
上記二分割されたCas9を用いることにより、細胞内でのCas9の活性をコントロールすることができ、オフターゲットをより低減することができる。
具体的には、後述の実施例に示す、光誘導型である配列番号17及び18で表されるアミノ酸配列からなるポリペプチド(paCas9)、ラパマイシン誘導型である配列番号19及び20で表されるアミノ酸配列からなるポリペプチド(rpCas9)等挙げられる。
Further, in the present embodiment, Cas9 is divided into N-terminal Cas9 (Cas9-N) and C-terminal Cas9 (Cas9-C), and Cas9-N and Cas9-C are N, respectively. A protein that forms a dimer is bound to the terminal or C terminal in a photo-dependent or chemical-dependent manner, and Cas9 restores RNA-induced DNA endonuclease activity in the presence of light or a chemical substance. There may be.
By using the above-mentioned two-divided Cas9, the activity of Cas9 in the cell can be controlled, and the off-target can be further reduced.
Specifically, it is represented by the polypeptide (paCas9) consisting of the amino acid sequences represented by the photo-induced SEQ ID NOs: 17 and 18 and the rapamycin-induced SEQ ID NOs: 19 and 20 shown in Examples described later. Examples thereof include a polypeptide having an amino acid sequence (rpCas9).

なお、本明細書において、「光依存的に二量体を形成するタンパク質」(光スイッチタンパク質)とは、東京大学大学院総合文化研究科の佐藤守俊准教授らの研究グループにより開発された(Nat.Commun.6,6256(2015).doi:10.1038/ncomms7256)、アカパンカビ(Neurospora crassa)が有する小さな光受容体のヴィヴィッド(Vivid)に対して多角的にプロテインエンジニアリングを施したタンパク質の対を意味する。光スイッチタンパク質の対は、暗所では単量体として存在し、青い光を受容するとヘテロ二量体を形成する。光による単量体と二量体の変換を利用して、さまざまな光活性化型のツールを設計及び開発することができる。 In this specification, "protein that forms a dimer in a photo-dependent manner" (optical switch protein) was developed by a research group of Associate Professor Moritoshi Sato of the Graduate School of Arts and Sciences, University of Tokyo (). Nat.Commun. 6,6256 (2015) .doi: 10.1038 / ncomms7256), a pair of proteins that have undergone multifaceted protein engineering on the small photoreceptor Vivid of Neurospora crassa. Means. Pairs of photoswitch proteins exist as monomers in the dark and form heterodimers when they receive blue light. The conversion of monomers and dimers by light can be used to design and develop a variety of photoactivated tools.

また、本明細書において、「化学物質依存的に二量体を形成するタンパク質」とは、化学誘導二量体形成法(chemically inducible dimerization system)に用いられるタンパク質であって、1993年にFK1012を二量体形成物質としたモデルがはじめて提唱された(参考文献2:Tamsir, A., et al., “Controlling signal transduction with synthetic ligands”, Science, vol.262, p1019-1024, 1993)。その後、マクロライド系抗生物質であるラパマイシンを二量体形成物質としてFK506結合タンパク質(FK506−binding protein:FKBP)とFK506結合タンパク質とラパマイシンとの複合体に対する結合タンパク質であるFRBを用いた方法(参考文献3:Bayle, J. H., et al, “Rapamycin analogs with differential binding specificity permit orthogonal control of protein activity”, Chem. Biol., vol.13, p 99-107, 2006)をはじめ、さまざまな手法が開発されている(参考文献4:Czlapinski, J. L. et al., “Conditional glycosylation in eukaryotic cells using a biocompatible chemical inducer of dimerization”, J. Am. Chem. Soc., vol.130, p13186-13187, 2008.;参考文献5:Liang, F. S., et al, “Engineering the ABA plant stress pathway for regulation of induced proximity”, Sci. Signal., vol.4, rs2, 2011.;参考文献6:Liberles, S. D., et al., “Inducible gene expression and protein translocation using nontoxic ligands identified by a mammalian three-hybrid screen”, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, vol.94, p7825-7830, 1997.)。 Further, in the present specification, the "protein that forms a dimer in a chemical substance-dependent manner" is a protein used in a chemically induced dimerization system, and FK1012 was used in 1993. A model using a dimer-forming substance was proposed for the first time (Reference 2: Tamsir, A., et al., “Controlling signal transduction with synthetic ligands”, Science, vol.262, p1019-1024, 1993). Then, using rapamycin, which is a macrolide antibiotic, as a dimer-forming substance, a method using FK506-binding protein (FKBP) and FRB, which is a binding protein to a complex of FK506-binding protein and rapamycin, was used (reference). Reference 3: Various methods have been developed, including Bayle, JH, et al, “Rapamycin analogs with differential binding specificity permit orthogonal control of protein activity”, Chem. Biol., Vol.13, p 99-107, 2006). (Reference 4: Czlapinski, JL et al., “Conditional glycosylation in eukaryotic cells using a biocompatible chemical inducer of dimerization”, J. Am. Chem. Soc., Vol.130, p13186-13187, 2008 .; Reference Reference 5: Liang, FS, et al, “Engineering the ABA plant stress pathway for regulation of induced proximity”, Sci. Signal., Vol.4, rs2, 2011 .; Reference 6: Liberles, SD, et al., “Inducible gene expression and protein translocation using nontoxic ligands identified by a mammalian three-hybrid screen”, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, vol.94, p7825-7830, 1997.).

本実施形態におけるCas9の製造方法としては、例えば、まず、Cas9をコードする遺伝子を含む発現ベクターを用いて、宿主を形質転換する。培地の組成、培養の温度、時間、誘導物質の添加等の条件は、形質転換体が生育し、Cas9が効率よく産生されるよう、公知の方法に従って当業者が決定できる。また、例えば、選択マーカーとして抗生物質抵抗性遺伝子を発現ベクターに組み込んだ場合、培地に抗生物質を加えることにより、形質転換体を選択することができる。続いて、宿主が発現したCas9を適宜の方法により精製することにより、Cas9が得られる。 As a method for producing Cas9 in the present embodiment, for example, first, a host is transformed using an expression vector containing a gene encoding Cas9. Conditions such as the composition of the medium, the temperature and time of the culture, and the addition of the inducer can be determined by those skilled in the art according to a known method so that the transformant grows and Cas9 is efficiently produced. Further, for example, when an antibiotic resistance gene is incorporated into an expression vector as a selection marker, a transformant can be selected by adding an antibiotic to the medium. Subsequently, Cas9 expressed by the host is purified by an appropriate method to obtain Cas9.

本明細書で使用する場合、「ベクター」は1つの環境から別の環境への実体の移行を可能にする又は促進するツールである。例として、組換えDNA技術において使用されるいくつかのベクターは、DNAのセグメント(例えば、異種DNAセグメント、例えば、異種cDNAセグメント)等の実体が非ヒト生物の細胞中に移行されるのを可能にする。本実施形態において、ベクターは、ウイルスベクター(例えば、レンチウイルスベクター、バキュロウイルスベクター、アデノウイルス/アデノ随伴ウイルスベクター等)、細菌ベクター、原生動物ベクター、DNAベクター又はそれらの組換えを含み得る組換えベクターを包含する。 As used herein, a "vector" is a tool that allows or facilitates the migration of an entity from one environment to another. As an example, some vectors used in recombinant DNA technology allow entities such as DNA segments (eg, heterologous DNA segments, eg, heterologous cDNA segments) to be translocated into cells of non-human organisms. To. In this embodiment, the vector may include a viral vector (eg, lentivirus vector, baculovirus vector, adenovirus / adeno-associated virus vector, etc.), bacterial vector, protozoan vector, DNA vector or recombination thereof. Includes vector.

(gRNA)
本明細書において、「gRNA」とは、細菌及び古細菌において侵入外来核酸に対する獲得耐性を提供する適応免疫系を構成する、外来配列(ガイド配列)を含む小さなRNA断片(CRISPR−RNA:crRNA)と該crRNAと一部相補的なRNA(trans−activating crRNA:tracrRNA)とを融合させたtracrRNA−crRNAキメラのヘアピン構造を模倣したものである。
本実施形態で用いられるgRNAは、ガイド配列を含むcrRNAとtracrRNAとが融合した状態で合成されたtracrRNA−crRNAキメラであってもよく、ガイド配列を含むcrRNAとtracrRNAとを別々に作製し、導入前にアニーリングしてtracrRNA−crRNAキメラとしたものであってもよい。
(GRNA)
As used herein, "gRNA" is a small RNA fragment (CRISPR-RNA: crRNA) containing a foreign sequence (guide sequence) that constitutes an adaptive immune system that provides acquired resistance to invading foreign nucleic acids in bacteria and archaea. It mimics the hairpin structure of a tracrRNA-crRNA chimera in which the crRNA and a partially complementary RNA (trans-activating crRNA: tracrRNA) are fused.
The gRNA used in the present embodiment may be a tracrRNA-crRNA chimera synthesized in a state where the crRNA containing the guide sequence and the tracrRNA are fused, and the crRNA containing the guide sequence and the tracrRNA are separately prepared and introduced. It may be previously annealed into a tracrRNA-crRNA chimera.

本実施形態におけるgRNAは、標的遺伝子中のPAM配列の1塩基上流から、好ましくは20塩基以上24塩基以下、より好ましくは22塩基以上24塩基以下までの塩基配列に相補的な塩基配列からなるポリヌクレオチドを5’末端領域に含むものである。さらに、標的遺伝子と非相補的な塩基配列を含み、一点を軸として対称に相補的な配列になるように並び、ヘアピン構造をとり得る塩基配列からなるポリヌクレオチドを1つ以上含んでいてもよい。 The gRNA in the present embodiment is a poly composed of a base sequence complementary to a base sequence of preferably 20 bases or more and 24 bases or less, more preferably 22 bases or more and 24 bases or less, from one base upstream of the PAM sequence in the target gene. It contains a nucleotide in the 5'terminal region. Further, it may contain one or more polynucleotides having a base sequence that is non-complementary to the target gene, arranged so as to be symmetrically complementary to one point as an axis, and having a hairpin structure. ..

本明細書中において、「PAM配列」とは、標的遺伝子中に存在し、Cas9により認識され得る配列であって、PAM配列の長さや塩基配列はCas9の由来となる細菌種によってさまざまである。例えば、S.pyogenesでは「NGG」(Nは任意の塩基を表す)の3塩基を認識する。
S.thermophilusは2つのCas9を持っており、それぞれ「NGGNG」又は「NNAGAA」(Nは任意の塩基を表す)の5〜6塩基をPAM配列として認識する。認識するPAM配列が短く編集可能な標的遺伝子が制限されにくいことから、PAM配列は「NGG」であることが好ましい。
In the present specification, the "PAM sequence" is a sequence that is present in a target gene and can be recognized by Cas9, and the length and base sequence of the PAM sequence vary depending on the bacterial species from which Cas9 is derived. For example, S. In pyogenes, 3 bases of "NGG" (N represents an arbitrary base) are recognized.
S. The thermophilus has two Cas9s, and recognizes 5 to 6 bases of "NGGNG" or "NNAGAA" (N represents an arbitrary base) as a PAM sequence, respectively. The PAM sequence is preferably "NGG" because the PAM sequence to be recognized is short and the editable target gene is not easily restricted.

gRNAの製造方法としては、公知の方法(例えば、in vitro transcription法等)を用いて製造することができる。具体的には、例えば、まず、5‘−T7プロモーター配列−gRNA(以下、「配列1」と称する場合がある。)となるように配置したDNA2本鎖を設計する。次いで、PCR産物が上記の配列1になるように、配列1の中央でアニールする2本の長いプライマーを設計する。次いで、PCR増幅で配列1からなるDNA2本鎖をPCR産物として得る。次いで、T7RNAポリメラーゼ、ATP、UTP、GTP、CTP、buffer、RNase inhibitor、及びピロリン酸分解酵素と、PCR産物として得られたDNAとを混合し、37℃で2時間以上4時間以下程度インキュベーションする。次いで、RNeasy mini kit等を用いてgRNAを精製する。 As a method for producing gRNA, a known method (for example, in vitro translation method or the like) can be used for production. Specifically, for example, first, a DNA double strand arranged so as to be a 5'-T7 promoter sequence-gRNA (hereinafter, may be referred to as "sequence 1") is designed. Two long primers are then designed to anneal in the center of sequence 1 so that the PCR product is in sequence 1 above. The DNA double strand consisting of sequence 1 is then obtained as a PCR product by PCR amplification. Next, T7 RNA polymerase, ATP, UTP, GTP, CTP, buffer, RNase inhibitor, and pyrophosphate degrading enzyme are mixed with DNA obtained as a PCR product, and incubated at 37 ° C. for 2 hours or more and 4 hours or less. Then, gRNA is purified using RNeasy mini kit or the like.

本実施形態のCas9−gRNA複合体形成工程において、gRNAを2種類以上混合してもよい。gRNAを2種類以上混合することにより、2種類以上のCas9−gRNA複合体を得ることができる。後述の<細胞内における標的遺伝子の改変方法>において、この2種類以上のCas9−gRNA複合体を用いることで、複数の遺伝子座を同時に編集することができる。 In the Cas9-gRNA complex formation step of the present embodiment, two or more types of gRNA may be mixed. By mixing two or more types of gRNA, two or more types of Cas9-gRNA complexes can be obtained. By using these two or more types of Cas9-gRNA complexes in the <method for modifying a target gene in a cell> described later, a plurality of loci can be edited at the same time.

<Cas9−gRNA複合体の細胞核内への導入方法>
一実施形態において、本発明は、細胞の形質膜に穿孔物質を作用させて、形質膜上の少なくとも一部に孔を形成する穿孔工程と、前記形質膜上の少なくとも一部に孔が形成された細胞に上述のCas9−gRNA複合体の製造方法で得られたCas9−gRNA複合体を導入する導入工程と、前記Cas9−gRNA複合体が導入された形質膜上の少なくとも一部に孔が形成された細胞にカルシウムイオンを含む溶液を加え、形質膜上の少なくとも一部に形成された孔を再封入する再封入工程と、を備えるCas9−gRNA複合体の細胞核内への導入方法を提供する。
<Method of introducing Cas9-gRNA complex into cell nucleus>
In one embodiment, the present invention comprises a perforation step in which a perforating substance is allowed to act on the plasma membrane of a cell to form a pore in at least a part of the plasma membrane, and a pore is formed in at least a part of the plasma membrane. The introduction step of introducing the Cas9-gRNA complex obtained by the above-mentioned method for producing the Cas9-gRNA complex into the cells, and the formation of pores in at least a part of the plasma membrane into which the Cas9-gRNA complex was introduced. Provided is a method for introducing a Cas9-gRNA complex into a cell nucleus, comprising a reencapsulation step of adding a solution containing calcium ions to the cells to reencapsulate pores formed in at least a part of the plasma membrane. ..

本実施形態の導入方法によれば、ウイルスベクターを細胞内に導入せず、ゲノム編集の細胞核内ニッチが最適化しながら、Cas9−gRNA複合体を細胞核内に導入することができる。
本発明者らは、これまでに、連鎖球菌毒素ストレプトリジンO(SLO)を用いた可逆的膜穿孔法を開発してきた。可逆的膜穿孔法を用いることで形質膜を部分的に透過性にしたセミインタクト細胞を得ることができる。
参考文献1(特開2013−213688号公報)に示されるように、セミインタクト細胞では、オルガネラや細胞骨格の構造や機能及びそれらの相対的空間配置はほぼインタクトに保持したまま、元の細胞質を流出させて他の細胞や臓器から調製した細胞質と「交換」することができる。例えば、セミインタクト細胞の細胞質と、病態細胞から得た細胞質とを交換することにより、細胞内に病態環境を構築できる。
本実施形態の導入方法について、図を参照しながら、以下に詳細を説明する。
According to the introduction method of the present embodiment, the Cas9-gRNA complex can be introduced into the cell nucleus while the intracellular vector for genome editing is optimized without introducing the viral vector into the cell.
The present inventors have so far developed a reversible membrane perforation method using the streptococcal toxin streptolysin O (SLO). By using the reversible membrane perforation method, semi-intact cells in which the plasma membrane is partially permeable can be obtained.
As shown in Reference 1 (Japanese Unexamined Patent Publication No. 2013-213688), in semi-intact cells, the original cytoplasm flows out while maintaining the structures and functions of organelles and cytoskeletons and their relative spatial arrangements almost intact. It can be "exchanged" with cytoplasms prepared from other cells and organs. For example, by exchanging the cytoplasm of semi-intact cells with the cytoplasm obtained from pathological cells, a pathological environment can be constructed inside the cells.
The introduction method of the present embodiment will be described in detail below with reference to the drawings.

[穿孔工程]
図2は、本発明のCas9−gRNA複合体の細胞核内への導入方法の一実施形態を示す概略工程図である。まず、細胞A(12)の形質膜に穿孔物質を作用させて、形質膜上の少なくとも一部に孔を形成し、セミインタクト細胞A(12a)を得る。
[Punching process]
FIG. 2 is a schematic process diagram showing an embodiment of the method for introducing the Cas9-gRNA complex of the present invention into the cell nucleus. First, a perforating substance is allowed to act on the plasma membrane of cell A (12) to form pores in at least a part of the plasma membrane to obtain semi-intact cell A (12a).

(細胞)
本明細書において、「セミインタクト細胞」とは、形質膜を剥離するなどして、部分的に透過性にし、そこから細胞質を外部に流出させた細胞、又は外部から別の細胞質や他の物質(化合物等)を細胞の中に導入できるようにした細胞を意味する。
また、本実施形態の導入方法の適用対象となる細胞の由来となる生物としては、例えば、原核生物、酵母、動物、植物、昆虫等が挙げられる。前記動物としては、特別な限定はなく、例えば、ヒト、サル、イヌ、ネコ、ウサギ、ブタ、ウシ、マウス、ラット等が挙げられ、これらに限定されない。
(cell)
As used herein, the term "semi-intact cell" refers to a cell that has been partially permeable by exfoliating the plasma membrane and has the cytoplasm drained to the outside, or another cytoplasm or other substance from the outside ( It means a cell in which a compound, etc.) can be introduced into the cell.
In addition, examples of organisms from which cells to which the introduction method of the present embodiment is applied include prokaryotes, yeasts, animals, plants, insects and the like. The animal is not particularly limited, and examples thereof include, but are not limited to, humans, monkeys, dogs, cats, rabbits, pigs, cows, mice, rats, and the like.

本実施形態の導入方法の適用対象となる動物由来の細胞としては、例えば、生殖細胞(精子、卵子等)、生体を構成する体細胞、幹細胞、前駆細胞、生体から分離されたガン細胞、生体から分離され不死化能を獲得して体外で安定して維持される細胞(細胞株)、生体から分離され人為的に遺伝子改変された細胞、生体から分離され人為的に核が交換された細胞等が挙げられ、これらに限定されない。 The animal-derived cells to which the introduction method of the present embodiment is applied include, for example, germ cells (sperm, egg, etc.), somatic cells constituting the living body, stem cells, precursor cells, cancer cells isolated from the living body, and living body. Cells (cell lines) that are isolated from the body and acquire immortalization ability and are stably maintained in vitro, cells that are isolated from the living body and artificially genetically modified, and cells that are separated from the living body and artificially exchanged nuclei. Etc., and are not limited to these.

生体を構成する体細胞としては、例えば、皮膚、腎臓、脾臓、副腎、肝臓、肺、卵巣、膵臓、子宮、胃、結腸、小腸、大腸、膀胱、前立腺、精巣、胸腺、筋肉、結合組織、骨、軟骨、血管組織、血液、心臓、眼、脳、神経組織等の任意の組織から採取される細胞等が挙げられ、これらに限定されない。体細胞として、より具体的には、例えば、線維芽細胞、骨髄細胞、免疫細胞(例えば、Bリンパ球、Tリンパ球、好中球、マクロファージ、単球、等)、赤血球、血小板、骨細胞、骨髄細胞、周皮細胞、樹状細胞、ケラチノサイト、脂肪細胞、間葉細胞、上皮細胞、表皮細胞、内皮細胞、血管内皮細胞、リンパ管内皮細胞、肝細胞、膵島細胞(例えば、α細胞、β細胞、δ細胞、ε細胞、PP細胞等)、軟骨細胞、卵丘細胞、グリア細胞、神経細胞(ニューロン)、オリゴデンドロサイト、マイクログリア、星状膠細胞、心筋細胞、食道細胞、筋肉細胞(例えば、平滑筋細胞、骨格筋細胞等)、メラニン細胞、単核細胞等が挙げられ、これらに限定されない。 The body cells that make up the living body include, for example, skin, kidney, spleen, adrenal gland, liver, lung, ovary, pancreas, uterus, stomach, colon, small intestine, large intestine, bladder, prostate, testis, thoracic gland, muscle, connective tissue, etc. Examples include, but are not limited to, cells collected from arbitrary tissues such as bone, cartilage, vascular tissue, blood, heart, eye, brain, and nervous tissue. More specifically, as somatic cells, for example, fibroblasts, bone marrow cells, immune cells (eg, B lymphocytes, T lymphocytes, neutrophils, macrophages, monospheres, etc.), erythrocytes, platelets, bone cells, etc. , Marrow cells, pericutaneous cells, dendritic cells, keratinocytes, fat cells, mesenchymal cells, epithelial cells, epidermal cells, endothelial cells, vascular endothelial cells, lymphatic endothelial cells, hepatocytes, pancreatic islet cells (eg, α cells, β cells, δ cells, ε cells, PP cells, etc.), chondrocytes, ocher cells, glial cells, nerve cells (neurons), oligodendrocytes, microglia, stellate glial cells, myocardial cells, esophageal cells, muscle cells (For example, smooth muscle cells, skeletal muscle cells, etc.), melanin cells, mononuclear cells, etc., and are not limited thereto.

幹細胞とは、自分自身を複製する能力と他の複数系統の細胞に分化する能力を兼ね備えた細胞である。幹細胞としては、例えば、胚性幹細胞(ES細胞)、胚性腫瘍細胞、胚性生殖幹細胞、人工多能性幹細胞(iPS細胞)、神経幹細胞、造血幹細胞、間葉系幹細胞、肝幹細胞、膵幹細胞、筋幹細胞、生殖幹細胞、腸幹細胞、ガン幹細胞、毛包幹細胞等が挙げられ、これらに限定されない。 Stem cells are cells that have the ability to replicate themselves and differentiate into other cells of multiple lineages. Examples of stem cells include embryonic stem cells (ES cells), embryonic tumor cells, embryonic germ stem cells, artificial pluripotent stem cells (iPS cells), nerve stem cells, hematopoietic stem cells, mesenchymal stem cells, hepatic stem cells, and pancreatic stem cells. , Muscle stem cells, reproductive stem cells, intestinal stem cells, cancer stem cells, hair follicle stem cells and the like, and are not limited thereto.

がん細胞とは、体細胞から派生して無限の増殖能を獲得した細胞である。がん細胞の由来となるがんとしては、例えば、乳がん(例えば、浸潤性乳管がん、非浸潤性乳管がん、炎症性乳がん等)、前立腺がん(例えば、ホルモン依存性前立腺がん、ホルモン非依存性前立腺がん等)、膵がん(例えば、膵管がん等)、胃がん(例えば、乳頭腺がん、粘液性腺がん、腺扁平上皮がん等)、肺がん(例えば、非小細胞肺がん、小細胞肺がん、悪性中皮腫等)、結腸がん(例えば、消化管間質腫瘍等)、直腸がん(例えば、消化管間質腫瘍等)、大腸がん(例えば、家族性大腸がん、遺伝性非ポリポーシス大腸がん、消化管間質腫瘍等)、小腸がん(例えば、非ホジキンリンパ腫、消化管間質腫瘍等)、食道がん、十二指腸がん、舌がん、咽頭がん(例えば、上咽頭がん、中咽頭がん、下咽頭がん等)、頭頚部がん、唾液腺がん、脳腫瘍(例えば、松果体星細胞腫瘍、毛様細胞性星細胞腫、びまん性星細胞腫、退形成性星細胞腫等)、神経鞘腫、肝臓がん(例えば、原発性肝がん、肝外胆管がん等)、腎臓がん(例えば、腎細胞がん、腎盂と尿管の移行上皮がん等)、胆嚢がん、胆管がん、膵臓がん、子宮内膜がん、子宮頸がん、卵巣がん(例、上皮性卵巣がん、性腺外胚細胞腫瘍、卵巣性胚細胞腫瘍、卵巣低悪性度腫瘍等)、膀胱がん、尿道がん、皮膚がん(例えば、眼内(眼)黒色腫、メルケル細胞がん等)、血管腫、悪性リンパ腫(例えば、細網肉腫、リンパ肉腫、ホジキン病等)、メラノーマ(悪性黒色腫)、甲状腺がん(例えば、甲状腺髄様ガン等)、副甲状腺がん、鼻腔がん、副鼻腔がん、骨腫瘍(例えば、骨肉腫、ユーイング腫瘍、子宮肉腫、軟部組織肉腫等)、転移性髄芽腫、血管線維腫、隆起性皮膚線維肉腫、網膜肉腫、陰茎癌、精巣腫瘍、小児固形がん(例えば、ウィルムス腫瘍、小児腎腫瘍等)、カポジ肉腫、AIDSに起因するカポジ肉腫、上顎洞腫瘍、線維性組織球腫、平滑筋肉腫、横紋筋肉腫、慢性骨髄増殖性疾患、白血病(例えば、急性骨髄性白血病、急性リンパ芽球性白血病等)等が挙げられ、これらに限定されない。 Cancer cells are cells that are derived from somatic cells and have acquired infinite proliferative potential. Cancers from which cancer cells are derived include, for example, breast cancer (eg, invasive breast cancer, non-invasive breast cancer, inflammatory breast cancer, etc.) and prostate cancer (eg, hormone-dependent prostate). , Hormone-independent prostate cancer, etc.), pancreatic cancer (eg, pancreatic duct cancer, etc.), gastric cancer (eg, papillary adenocarcinoma, mucinous adenocarcinoma, adenoflat epithelial cancer, etc.), lung cancer (eg, squamous cell carcinoma, etc.) Non-small cell lung cancer, small cell lung cancer, malignant mesoderma, etc.), colon cancer (eg, gastrointestinal stromal tumor, etc.), rectal cancer (eg, gastrointestinal stromal tumor, etc.), colon cancer (eg, gastrointestinal stromal tumor, etc.) Familial colon cancer, hereditary non-polyposis colon cancer, gastrointestinal stromal tumor, etc.), small intestinal cancer (eg, non-hodgkin lymphoma, gastrointestinal stromal tumor, etc.), esophageal cancer, duodenal cancer, tongue Hmm, pharyngeal cancer (eg, nasopharyngeal cancer, mesopharyngeal cancer, hypopharyngeal cancer, etc.), head and neck cancer, salivary adenocarcinoma, brain tumor (eg, pine fruit stellate cell tumor, hairy cell star) Celloma, diffuse stellate cell tumor, degenerative stellate cell tumor, etc.), nerve sheath tumor, liver cancer (eg, primary liver cancer, extrahepatic bile duct cancer, etc.), kidney cancer (eg, renal cells) Cancer, metastatic epithelial cancer of the renal pelvis and urinary tract, etc.), bile sac cancer, bile duct cancer, pancreatic cancer, endometrial cancer, cervical cancer, ovarian cancer (eg, epithelial ovarian cancer, Extragonal embryonic cell tumor, ovarian embryonic cell tumor, low-grade ovarian tumor, etc.), bladder cancer, urinary tract cancer, skin cancer (for example, intraocular (eye) melanoma, Mercel cell carcinoma, etc.), blood vessels Tumor, malignant lymphoma (eg, reticular sarcoma, lymphosarcoma, Hodgkin's disease, etc.), melanoma (malignant melanoma), thyroid cancer (eg, thyroid medullary cancer, etc.), parathyroid cancer, nasal cavity cancer, sinus cavity Cancer, bone tumors (eg, osteosarcoma, Ewing tumor, uterine sarcoma, soft tissue sarcoma, etc.), metastatic myeloma, vascular fibroma, elevated cutaneous fibrosarcoma, retinal sarcoma, penile cancer, testicular tumor, pediatric solid Cancer (eg Wilms tumor, pediatric renal tumor, etc.), Kaposi sarcoma, Kaposi sarcoma caused by AIDS, maxillary sinus tumor, fibrous histiocytoma, smooth myoma, rhizome myoma, chronic myeloproliferative disease, leukemia (For example, acute myeloid leukemia, acute lymphoblastic leukemia, etc.) and the like, but are not limited thereto.

細胞株とは、生体外での人為的な操作により無限の増殖能を獲得した細胞である。細胞株としては、例えば、HCT116、Huh7、HEK293(ヒト胎児腎細胞)、HeLa(ヒト子宮頸がん細胞株)、HepG2(ヒト肝がん細胞株)、UT7/TPO(ヒト白血病細胞株)、CHO(チャイニーズハムスター卵巣細胞株)、MDCK、MDBK、BHK、C−33A、HT−29、AE−1、3D9、Ns0/1、Jurkat、NIH3T3、PC12、S2、Sf9、Sf21、High Five、Vero等が挙げられ、これらに限定されない。 A cell line is a cell that has acquired infinite proliferative capacity by artificial manipulation in vitro. Examples of cell lines include HCT116, Huh7, HEK293 (human fetal kidney cells), HeLa (human cervical cancer cell line), HepG2 (human liver cancer cell line), UT7 / TPO (human leukemia cell line), and the like. CHO (Chinese hamster ovary cell line), MDCK, MDBK, BHK, C-33A, HT-29, AE-1, 3D9, Ns0 / 1, Jurkat, NIH3T3, PC12, S2, Sf9, Sf21, High Five, Vero, etc. , But not limited to these.

(穿孔物質)
穿孔物質としては、細胞毒素であるジキトニン、aトキシン、ストレプトリシン、コレステロール依存性細胞溶解毒素等が挙げられ、これらに限定されない。中でも、本実施形態における穿孔物質としては、動物細胞を用いる場合では、コレステロール依存性細胞溶解毒素であることが好ましい。
(Perforated substance)
Examples of the perforating substance include, but are not limited to, cytotoxins such as dichitonin, atoxin, streptolysin, and cholesterol-dependent cytolytic toxins. Among them, the perforating substance in the present embodiment is preferably a cholesterol-dependent cytolytic toxin when animal cells are used.

本明細書において、「コレステロール依存性細胞溶解毒素」とは、コレステロールと結合し、細胞膜に孔を形成させる(細胞膜を穿孔する)膜穿孔活性を有するものを指す。コレステロール依存性細胞溶解毒素としては、連鎖球菌が産生する毒素が知られている。該毒素はタンパク質であり、細胞膜上のコレステロールに結合した後、細胞膜上で自己集合して細胞膜に孔を形成する。
細胞にコレステロール依存性細胞溶解毒素を接触させると、細胞膜に孔が形成され、形成された孔を通じて所望の物質(本実施形態においては、Cas9−gRNA複合体)を導入できる。コレステロール依存性細胞溶解毒素により形成される孔によって、導入可能な物質の分子量としては、例えば1k以上200k以下である。
コレステロール依存性細胞溶解毒素としてより具体的には、例えば、ストレプトリシンO(streptolysin O:SLO)、リステリオリシンO(Listeriolysin O;LLO)等が挙げられ、これらに限定されない。
As used herein, the term "cholesterol-dependent cytolytic toxin" refers to one having a membrane perforating activity that binds to cholesterol and forms pores in the cell membrane (perforates the cell membrane). As a cholesterol-dependent cytolytic toxin, a toxin produced by streptococcus is known. The toxin is a protein that binds to cholesterol on the cell membrane and then self-assembles on the cell membrane to form pores in the cell membrane.
When cells are brought into contact with a cholesterol-dependent cytolytic toxin, pores are formed in the cell membrane, and a desired substance (Cas9-gRNA complex in this embodiment) can be introduced through the formed pores. The molecular weight of the substance that can be introduced by the pores formed by the cholesterol-dependent cytolytic toxin is, for example, 1 k or more and 200 k or less.
More specific examples of the cholesterol-dependent cytolytic toxin include, but are not limited to, streptolysin O (SLO), listeriolysin O (LLO), and the like.

また、コレステロール依存性細胞溶解毒素は、低温(通常、4℃以下)では、細胞に結合するが穿孔活性は持たず、高温(約25〜37℃程度)においてはじめて穿孔活性を持つようになる。このような温度感受性を利用して、低温で穿孔物質を細胞の形質膜上に結合させ、その後、余分な穿孔物質を洗い流し、続いて高温(約25〜37℃程度)に昇温することにより、形質膜の脂質に穿孔物質が結合した特定部分だけを選択的に穿孔することができる。
また、コレステロール依存性細胞溶解毒素の活性には、至適pHの存在が知られている。例えば、LLOは、pHが6未満の範囲に、至適pHを有するとされる(Schuerch, D.W., Wilson-Kubalek, E.M. and Tweten, R.K.(2005) Molecular basis of listeriolysin O pH dependence. PNAS, 102, 12537-12542.)。
In addition, cholesterol-dependent cytolytic toxin binds to cells at low temperature (usually 4 ° C. or lower) but does not have perforation activity, and becomes perforation activity only at high temperature (about 25 to 37 ° C.). Utilizing such temperature sensitivity, the perforating substance is bound to the plasma membrane of the cell at a low temperature, and then the excess perforating substance is washed away, and then the temperature is raised to a high temperature (about 25 to 37 ° C.). , Only a specific part in which the perforating substance is bound to the lipid of the plasma membrane can be selectively perforated.
In addition, the existence of an optimum pH is known for the activity of cholesterol-dependent cytolytic toxin. For example, LLO is said to have optimal pH in the pH range of less than 6 (Schuerch, DW, Wilson-Kubalek, EM and Tweten, RK (2005) Molecular basis of listeriolysin O pH dependence. PNAS, 102, 12537-12542.).

上記膜穿孔活性の至適温度は、例えば30℃以上40℃以下であってもよく、例えば33℃以上38℃以下であってもよく、例えば35℃以上37℃以下であってもよい。
上記膜穿孔活性の至適pHは、例えばpH1以上6未満であってもよく、例えばpH3以上5.5以下であってもよく、例えばpH4.5以上5.5未満であってもよい。
The optimum temperature for the membrane perforation activity may be, for example, 30 ° C. or higher and 40 ° C. or lower, 33 ° C. or higher and 38 ° C. or lower, or 35 ° C. or higher and 37 ° C. or lower.
The optimum pH of the membrane perforation activity may be, for example, pH 1 or more and less than 6, for example, pH 3 or more and 5.5 or less, and for example, pH 4.5 or more and less than 5.5.

上記膜穿孔活性の至適pHは公知の方法により測定できる。例えば、上記温度及びpH条件で培養している赤血球に対してコレステロール依存性細胞溶解毒素を接触させ、赤血球膜が破壊されてヘモグロビンが溶出される血球の溶血活性(hemolytic unit,HU)の程度を基準として膜穿孔活性を測定でき、膜穿孔活性が最大となるpHを、至適pHと判断できる。 The optimum pH of the membrane perforation activity can be measured by a known method. For example, the degree of hemolytic activity (hemolytic unit, HU) of blood cells in which hemoglobin is eluted by contacting erythrocytes cultured under the above temperature and pH conditions with a cholesterol-dependent cytolytic toxin to destroy the erythrocyte membrane. The membrane perforation activity can be measured as a reference, and the pH at which the membrane perforation activity is maximized can be determined to be the optimum pH.

穿孔物質は、予め培養した細胞A(12)に対して、培地等に添加して使用すればよい。
本明細書において、「培養」とは、生体(個体)外で細胞を飼育又は生育させることを意味する。飼育又は生育の期間は、例えば1分以上7日以下であってもよく、例えば5分以上16時間以下であってもよく、例えば10分以上1時間以下であってもよい。
本明細書において、「培地」とは、細胞を培養可能なもの全般を指す概念である。培地において、穿孔物質を除いた残りの成分は、非常に短期間でも細胞を培養できるものであればよく、一般的に培地とは称されない水や緩衝液(例えば、生理食塩水、リン酸緩衝生理食塩水[Phosphate buffered saline;PBS]、トリス緩衝生理食塩水[Tris Buffered Saline;TBS]、HEPES緩衝生理食塩水、TB(Transport buffer:25mM Hepes, 1.15mM KOAC,250μM MgCl2, pH7.2)等)等であってもよい。培地に含まれ得る成分としては、通常の細胞培養用の培地に含有される成分が挙げられ、例えば、グルコース、塩化ナトリウム、ビタミン類、ミネラル類、アミノ酸類等の栄養成分;成長因子、細胞増殖因子、分化誘導因子、抗菌剤、抗真菌剤等を挙げることができる。培地としてより具体的には、例えば、DMEM、EMEM、RPMI−1640、α−MEM、F−12、F−10、M−199等が挙げられ、これらに限定されない。培地の組成は、用いる細胞Aの種類に応じて、適宜選択すればよい。
The perforating substance may be used by adding it to a medium or the like with respect to the cells A (12) cultured in advance.
As used herein, the term "culture" means breeding or growing cells outside a living body (individual). The breeding or growing period may be, for example, 1 minute or more and 7 days or less, for example, 5 minutes or more and 16 hours or less, and for example, 10 minutes or more and 1 hour or less.
As used herein, the term "medium" is a concept that refers to all cells that can be cultured. In the medium, the remaining components excluding the perforating substance need only be those capable of culturing cells even in a very short period of time, and water or a buffer solution (for example, physiological saline or phosphate buffer) which is not generally called a medium is used. Phosphate buffered saline [PBS], Tris Buffered Saline; TBS, HEPES buffered saline, TB (Transport buffer: 25 mM Hepes, 1.15 mM KOAC, 250 μM MgCl2, pH Etc.) etc. Examples of the components that can be contained in the medium include components contained in a normal cell culture medium, for example, nutritional components such as glucose, sodium chloride, vitamins, minerals, amino acids, etc .; growth factors, cell proliferation, etc. Factors, differentiation-inducing factors, antibacterial agents, antifungal agents and the like can be mentioned. More specifically, the medium includes, and is not limited to, for example, DMEM, EMEM, RPMI-1640, α-MEM, F-12, F-10, M-199 and the like. The composition of the medium may be appropriately selected according to the type of cell A to be used.

培地に含まれる穿孔物質の含有量としては、例えば0.01μg/mL以上1μg/mL以下であればよく、例えば0.025μg/mL以上0.6μg/mL以下であればよく、例えば0.05μg/mL以上0.3μg/mL以下であればよく、例えば0.08μg/mL以上0.1μg/mL以下であればよい。
穿孔物質の含有量が上記範囲であることにより、細胞に与えるダメージが少なく、且つ細胞への物質導入効果を均等なものとすることができる。
The content of the perforating substance contained in the medium may be, for example, 0.01 μg / mL or more and 1 μg / mL or less, for example, 0.025 μg / mL or more and 0.6 μg / mL or less, for example, 0.05 μg. It may be / mL or more and 0.3 μg / mL or less, for example, 0.08 μg / mL or more and 0.1 μg / mL or less.
When the content of the perforating substance is in the above range, the damage given to the cells is small, and the effect of introducing the substance into the cells can be made uniform.

また、穿孔物質を含む培地のpHとしては、例えばpH6以上10以下であってもよく、例えば6.5以上8以下であってもよく、例えば7.0以上7.5以下であってもよい。pHは30℃以上40℃以下の範囲における測定値とする。
培地のpHが上記範囲内であることにより、細胞を良好に培養できる。更には、pHが0以上6未満の範囲に至適pHを有する穿孔物質(特に、コレステロール依存性細胞溶解毒素)の膜穿孔活性が、穏やかに発揮される点からも好ましい。
The pH of the medium containing the perforating substance may be, for example, pH 6 or more and 10 or less, for example, 6.5 or more and 8 or less, and for example, 7.0 or more and 7.5 or less. .. The pH shall be a measured value in the range of 30 ° C. or higher and 40 ° C. or lower.
When the pH of the medium is within the above range, the cells can be cultivated well. Furthermore, it is preferable from the viewpoint that the membrane perforating activity of a perforating substance (particularly, cholesterol-dependent cytolytic toxin) having an optimum pH in the range of 0 or more and less than 6 is gently exerted.

培地に含まれる穿孔物質(特に、コレステロール依存性細胞溶解毒素)の量と細胞との量比は、細胞の種類に応じて適宜定めることができる。例えば、細胞の細胞膜中のコレステロール含量が多いほど、膜穿孔で必要な穿孔物質量(濃度)が少なくなると考えられる。細胞膜中のコレステロール含量が高い場合は、培地に含まれる穿孔物質の量(濃度)が少なくなる方向に調整すればよく、細胞膜中のコレステロール含量が低い場合は、培地に含まれる穿孔物質量(濃度)が多くなる方向に調整すればよい。 The amount ratio of the amount of perforating substance (particularly cholesterol-dependent cytolytic toxin) contained in the medium to the cells can be appropriately determined according to the type of cells. For example, it is considered that the higher the cholesterol content in the cell membrane of a cell, the smaller the amount (concentration) of perforating substance required for perforating the membrane. If the cholesterol content in the cell membrane is high, the amount (concentration) of the perforating substance contained in the medium should be adjusted to decrease, and if the cholesterol content in the cell membrane is low, the amount (concentration) of the perforating substance contained in the medium should be adjusted. ) May increase.

穿孔物質(特に、コレステロール依存性細胞溶解毒素)を含む培地で培養されるとき、細胞Aの培養温度は、例えば0℃以上10℃以下であればよく、例えば2℃以上5℃以下であればよい。具体的には、穿孔物質を含む培地と細胞Aとを備える培養容器を氷上(on ice)に置くことで、培地の温度を管理してもよい。当該温度域では、穿孔物質(特に、コレステロール依存性細胞溶解毒素)の膜穿孔活性が抑制されている。そのため、穿孔物質を含む培地と細胞Aとを接触させると、穿孔物質は細胞Aの細胞膜に結合するものの、穿孔の作用が発揮され難く、細胞膜の穿孔の程度を制御しやすくできる。 When culturing in a medium containing a perforating substance (particularly, cholesterol-dependent cytolytic toxin), the culture temperature of cell A may be, for example, 0 ° C. or higher and 10 ° C. or lower, for example, 2 ° C. or higher and 5 ° C. or lower. Good. Specifically, the temperature of the medium may be controlled by placing the culture vessel containing the medium containing the perforating substance and the cells A on ice. In this temperature range, the membrane perforation activity of perforating substances (particularly cholesterol-dependent cytolytic toxins) is suppressed. Therefore, when the medium containing the perforating substance is brought into contact with the cell A, the perforating substance binds to the cell membrane of the cell A, but the perforating action is not easily exerted, and the degree of perforation of the cell membrane can be easily controlled.

穿孔物質を含む培地で細胞を培養した後、穿孔物質を含む培地を、穿孔物質を含まない培地に交換し、穿孔物質を含まない培地で細胞を培養して、細胞Aの細胞膜を穿孔する。
穿孔物質を含む培地から、穿孔物質を含まない培地に交換することで、細胞Aに結合した以外の穿孔物質は、培養容器内の反応系から取り除かれる。
After culturing the cells in the medium containing the perforating substance, the medium containing the perforating substance is replaced with the medium containing no perforating substance, and the cells are cultured in the medium containing no perforating substance to perforate the cell membrane of the cell A.
By exchanging the medium containing the perforating substance with the medium containing no perforating substance, the perforating substances other than those bound to the cell A are removed from the reaction system in the culture vessel.

穿孔物質を含まない培地で培養されるとき、細胞Aの培養温度は、例えば30℃以上40℃以下であればよく、例えば33℃以上38℃以下であればよく、例えば35℃以上37℃以下であればよい。当該温度域で培養することで、穿孔物質(特に、コレステロール依存性細胞溶解毒素)の膜穿孔活性が発揮され、細胞A(12)の細胞膜が穿孔され、細胞膜に孔が形成された細胞A(12a)となる。穿孔物質を含まない培地には細胞Aに結合した穿孔物質以外の穿孔物質が除かれているため、孔からさらに穿孔物質が細胞内に入り細胞質中のオルガネラが穿孔されることを防止できる。 When culturing in a medium containing no perforating substance, the culture temperature of cell A may be, for example, 30 ° C. or higher and 40 ° C. or lower, for example, 33 ° C. or higher and 38 ° C. or lower, for example, 35 ° C. or higher and 37 ° C. or lower. It should be. By culturing in the temperature range, the membrane perforating activity of perforating substances (particularly cholesterol-dependent cytolytic toxins) is exhibited, the cell membrane of cell A (12) is perforated, and the cell membrane is perforated. 12a). Since the perforating substance other than the perforating substance bound to the cell A is removed from the medium containing no perforating substance, it is possible to prevent the perforating substance from further entering the cell from the pores and perforating the organelle in the cytoplasm.

穿孔物質を含まない培地で細胞Aを培養する培養時間は、穿孔物質の種類や細胞種に応じて適宜定めればよい。例えば1分以上30分以下程度が挙げられる。 The culture time for culturing the cell A in a medium containing no perforating substance may be appropriately determined according to the type and cell type of the perforating substance. For example, about 1 minute or more and 30 minutes or less can be mentioned.

穿孔物質を含まない培地としては、上記穿孔物質を含む培地で例示した培地と同じものが挙げられる。穿孔物質を含まない培地と穿孔物質を含む培地とは同じ種類の培地であってもよく、異なる種類の培地であってもよい。 Examples of the medium containing no perforating substance include the same medium as the medium exemplified for the medium containing the perforating substance. The medium containing no perforating substance and the medium containing a perforating substance may be the same type of medium or different types of medium.

穿孔物質を含まない培地で培養されるとき、培地の至適pHとしては、例えばpH6以上10以下であればよく、例えば6.5以上8以下であればよく、例えば7.0以上7.5以下であればよい。pHは30℃以上40℃以下の範囲における測定値とする。
培地の至適pHが上記範囲内であることにより、細胞を良好に培養でき、穿孔物質の膜穿孔活性が、穏やかに発揮される点からも好ましい。
When culturing in a medium containing no perforating substance, the optimum pH of the medium may be, for example, pH 6 or more and 10 or less, for example, 6.5 or more and 8 or less, for example, 7.0 or more and 7.5. It may be as follows. The pH shall be a measured value in the range of 30 ° C. or higher and 40 ° C. or lower.
When the optimum pH of the medium is within the above range, cells can be cultivated well, and the membrane perforation activity of the perforating substance is gently exhibited, which is also preferable.

穿孔物質を含まない培地で培養されるとき、培地の至適温度としては、例えば30℃以上40℃以下であればよく、例えば33℃以上38℃以下であればよく、例えば35℃以上37℃以下であればよい。 When culturing in a medium containing no perforating substance, the optimum temperature of the medium may be, for example, 30 ° C. or higher and 40 ° C. or lower, for example, 33 ° C. or higher and 38 ° C. or lower, for example, 35 ° C. or higher and 37 ° C. It may be as follows.

[導入工程]
次いで、形質膜上の少なくとも一部に孔が形成された細胞(セミインタクト細胞)A(12a)に、上述のCas9−gRNA複合体(10)を導入する。
[Introduction process]
Next, the Cas9-gRNA complex (10) described above is introduced into cells (semi-intact cells) A (12a) having pores formed at least partially on the plasma membrane.

導入工程において、Cas9−gRNA複合体は培地等に可溶化された状態であればよい。培地としては、上述の[穿孔工程]において例示されたものと同様のものが挙げられる。 In the introduction step, the Cas9-gRNA complex may be in a state of being solubilized in a medium or the like. Examples of the medium include those similar to those exemplified in the above-mentioned [perforation step].

導入工程において、温度は、例えば30℃以上40℃以下であればよく、例えば30℃以上38℃以下であればよく、例えば32℃以上37℃以下であればよい。 In the introduction step, the temperature may be, for example, 30 ° C. or higher and 40 ° C. or lower, for example, 30 ° C. or higher and 38 ° C. or lower, and for example, 32 ° C. or higher and 37 ° C. or lower.

[混合工程]
また、上述のCas9−gRNA複合体(10)と共に導入する物質がある場合、導入工程の前に、Cas9−gRNA複合体と当該物質とを混合する混合工程を備えていてもよい。
[Mixing process]
Further, when there is a substance to be introduced together with the Cas9-gRNA complex (10) described above, a mixing step of mixing the Cas9-gRNA complex and the substance may be provided before the introduction step.

混合工程において、Cas9−gRNA複合体と物質との混合に用いる媒体としては、上述の<Cas9−gRNA複合体の製造方法>の[Cas9−gRNA複合体形成工程]において例示されたものと同様のものが挙げられる。 In the mixing step, the medium used for mixing the Cas9-gRNA complex and the substance is the same as that exemplified in the [Cas9-gRNA complex forming step] of the above-mentioned <Method for producing Cas9-gRNA complex>. Things can be mentioned.

また、混合工程において、温度は、続く導入工程と同じ温度に調整すればよく、例えば30℃以上40℃以下であればよく、例えば30℃以上38℃以下であればよく、例えば32℃以上37℃以下であればよい。 Further, in the mixing step, the temperature may be adjusted to the same temperature as the subsequent introduction step, for example, 30 ° C. or higher and 40 ° C. or lower, for example, 30 ° C. or higher and 38 ° C. or lower, for example, 32 ° C. or higher and 37 ° C. It may be ℃ or less.

該物質の分子量としては、例えば1k以上200k以下であればよい。
また、該物質としては、細胞膜不透過性の性質を有するものであってもよい。「細胞膜不透過性を有する物質」とは、細胞膜の脂質二重膜に溶け込めず、脂質二重膜を透過できない性質を有する物質を意味する。本実施形態の導入方法によれば、細胞膜不透過性の物質であっても、前記孔を通じて、細胞内に高効率に導入可能である。
また、該物質としては、化合物であってよく、有機化合物であってよい。該物質は核酸を含んでいてもよく、例えば、アンチセンス核酸、miRNA、siRNA、shRNA、リボザイム、アプタマー等が挙げられる。これらの化合物は、核酸医薬の有効成分となり得る。これらの核酸を含む化合物は、通常は細胞膜不透過性であるが、実施形態の物質導入方法によれば、これらを効率よく細胞に導入可能である。
なお、Cas9−gRNA複合体と共に導入する物質が細胞質、又は相同組換えの阻害物質の抑制剤若しくは相同組換えの活性化剤である場合について、以下に[第1の混合工程]、[第2の混合工程]として例示する。
The molecular weight of the substance may be, for example, 1 k or more and 200 k or less.
Further, the substance may have a cell membrane impermeable property. The "substance having impermeable cell membrane" means a substance having a property of not being soluble in the lipid bilayer membrane of the cell membrane and not being able to permeate the lipid bilayer membrane. According to the introduction method of the present embodiment, even a substance that is impermeable to cell membranes can be introduced into cells with high efficiency through the pores.
Further, the substance may be a compound or an organic compound. The substance may contain nucleic acids, and examples thereof include antisense nucleic acids, miRNA, siRNA, shRNA, ribozymes, aptamers and the like. These compounds can be active ingredients in nucleic acid medicines. Compounds containing these nucleic acids are usually impermeable to cell membranes, but according to the substance introduction method of the embodiment, they can be efficiently introduced into cells.
Regarding the case where the substance to be introduced together with the Cas9-gRNA complex is the cytoplasm, an inhibitor of an inhibitor of homologous recombination, or an activator of homologous recombination, the following [first mixing step], [second Mixing process].

(第1の混合工程)
Cas9−gRNA複合体に加えて、形質膜上の少なくとも一部に孔が形成された細胞(セミインタクト細胞)A(12a)と同種の生物由来の細胞B(11)から採取した細胞質(11a)を導入する場合、導入工程の前に、Cas9−gRNA複合体(10)と、セミインタクト細胞A(12a)と同種の生物由来の細胞B(11)から採取した細胞質(11a)とを混合すればよい。
(First mixing step)
In addition to the Cas9-gRNA complex, cytoplasm (11a) collected from cells B (11) derived from an organism of the same species as cells (semi-intact cells) A (12a) having pores formed in at least a part of the plasma membrane was obtained. In the case of introduction, the Cas9-gRNA complex (10) and the cytoplasm (11a) collected from the semi-intact cell A (12a) and the cell B (11) derived from the same organism may be mixed before the introduction step. ..

細胞質の由来となる細胞の由来生物、及び細胞の種類としては、上述の[穿孔工程]の(細胞)において例示されたものが挙げられる。また、細胞の種類は、細胞Aと同じであってもよく、異なっていてもよい。
また、細胞Aと細胞Bとが同じ種類の体細胞であり、細胞Aが正常細胞であり、細胞Bががん細胞である場合、細胞Aに細胞Bの細胞質を導入することにより、細胞Bの細胞質依存的に目的に生命現象を可視化及び再構築することができ、さらに、続く[再封入工程]の後に、細胞の形質(表現型)、遺伝子発現、及びエピジェノティクス動態変化等を解析することができる。
Examples of the cell-derived organism from which the cytoplasm is derived and the type of cell include those exemplified in (cell) of the above-mentioned [perforation step]. Further, the type of cell may be the same as or different from that of cell A.
When cell A and cell B are somatic cells of the same type, cell A is a normal cell, and cell B is a cancer cell, cell B is introduced by introducing the cytoplasm of cell B into cell A. It is possible to visualize and reconstruct biological phenomena for the purpose in a cytoplasmic manner, and further analyze cell traits (phenotype), gene expression, epigenotic dynamic changes, etc. after the subsequent [re-encapsulation step]. can do.

(第2の混合工程)
Cas9−gRNA複合体に加えて、相同組換えの阻害物質の抑制剤又は相同組換えの活性化剤を導入する場合、導入工程の前に、Cas9−gRNA複合体(10)と、相同組換えの阻害物質の抑制剤又は活性化剤とを混合すればよい。
(Second mixing step)
When introducing an inhibitor of an inhibitor of homologous recombination or an activator of homologous recombination in addition to the Cas9-gRNA complex, homologous recombination with the Cas9-gRNA complex (10) is performed before the introduction step. It may be mixed with an inhibitor or activator of the inhibitor of the above.

相同組換えの阻害物質としては、例えば、Cullin E3 ligaseのファミリーであるCUL4A/B、PALB2をユビキチン化するユビキチン化酵素であるCUL3等が挙げられ、これらに限定されない。よって、これらの阻害物質の抑制剤としては、これら阻害物質に対するアンチセンス核酸、siRNA、shRNA、アプタマー、抗体等が挙げられる。 Examples of the homologous recombination inhibitor include, but are not limited to, CUL4A / B, which is a family of Cullin E3 ligase, and CUL3, which is a ubiquitinizing enzyme that ubiquitinates PALB2. Therefore, examples of the inhibitor of these inhibitors include antisense nucleic acids, siRNA, shRNA, aptamers, antibodies and the like against these inhibitors.

また、相同組換えの活性化剤としては、例えば、DNA相同組換え酵素であるRad51及びRad54等が挙げられ、これらに限定されない。 Further, examples of the homologous recombination activator include, and are not limited to, the DNA homologous recombination enzymes Rad51 and Rad54.

[再封入工程]
次いで、Cas9−gRNA複合体が導入された形質膜上の少なくとも一部に孔が形成された細胞に、カルシウムイオンを含む溶液を加え、形質膜上の少なくとも一部に形成された孔を再封入する。
図2においては、Cas9−gRNA複合体(10)及び細胞B(11)の細胞質(11a)が導入されたセミインタクト細胞A(12b)が例示されている。
[Re-encapsulation process]
Next, a solution containing calcium ions is added to cells having pores formed in at least a part of the plasma membrane into which the Cas9-gRNA complex has been introduced, and the pores formed in at least a part of the plasma membrane are re-encapsulated. To do.
In FIG. 2, a semi-intact cell A (12b) into which the Cas9-gRNA complex (10) and the cytoplasm (11a) of the cell B (11) have been introduced is illustrated.

本明細書において「再封入(リシール)」とは、前記穿孔工程で細胞膜に形成された孔の開口が全部又は部分的に閉じられることを意味する。
再封入は、エンドサイトーシス及び/又はエキソサイトーシスによって、細胞膜から穿孔物質が取り除かれることにより生じるとされ、カルシウムイオンの存在により促進される。カルシウムイオンを含む溶液(培地)で培養されたCas9−gRNA複合体(10)及び細胞B(11)の細胞質(11a)が導入されたセミインタクト細胞A(12b)は、細胞膜がリシールされ、リシール細胞A(12c)となる。前記導入工程で細胞内に導入されたCas9−gRNA複合体は、再封入によって効率的にリシール細胞A(12c)内に保持される。
As used herein, the term "resealing" means that the openings of the pores formed in the cell membrane in the perforation step are completely or partially closed.
Reencapsulation is attributed to the removal of perforating material from the cell membrane by endocytosis and / or exocytosis and is facilitated by the presence of calcium ions. The cell membrane of the semi-intact cell A (12b) into which the Cas9-gRNA complex (10) cultured in a solution (medium) containing calcium ions and the cytoplasm (11a) of the cell B (11) was introduced was resealed and the cell membrane was resealed. It becomes A (12c). The Cas9-gRNA complex introduced into the cells in the introduction step is efficiently retained in the resealed cells A (12c) by reencapsulation.

培地が含有するカルシウムイオンの濃度は、例えば0.1mmol/L以上10mmol/L以下であってよく、0.5mmol/L以上5mmol/L以下であってよい。 The concentration of calcium ions contained in the medium may be, for example, 0.1 mmol / L or more and 10 mmol / L or less, and may be 0.5 mmol / L or more and 5 mmol / L or less.

カルシウムイオンを含む溶液は、例えば、細胞培養用の培地に、カルシウムの塩を添加することで得ることができる。添加するカルシウムの塩としては、塩化カルシウム等が挙げられ、これらに限定されない。 A solution containing calcium ions can be obtained, for example, by adding a salt of calcium to a medium for cell culture. Examples of the calcium salt to be added include, but are not limited to, calcium chloride.

再封入工程において、外来の細胞質を含む溶液を前記孔が形成された細胞に接触させずに、前記孔を再封入してもよく、外来の細胞質を含む溶液を前記孔が形成された細胞に接触させて、前記孔を再封入してもよい。 In the reencapsulation step, the pores may be reencapsulated without bringing the solution containing the foreign cytoplasm into contact with the cells in which the pores are formed, and the solution containing the foreign cytoplasm is applied to the cells in which the pores are formed. The holes may be resealed by contacting them.

本明細書において「外来の細胞質」とは、穿孔工程において穿孔された導入対象の細胞以外の細胞の細胞質を意味する。例えば、細胞膜に孔が形成された細胞A(12a)の細胞質は、外来の細胞質に該当しない。また、図2に示される例では、外来の細胞質とは、細胞A以外の細胞から得られた細胞質、すなわち細胞Bの細胞質(11a)である。なお、外来の細胞質の種類は、前記導入対象の細胞とは違う種類の細胞の細胞質でもよいし、同じ種類の細胞の細胞質でもよく、組織から調製した細胞質でもよい。 As used herein, the term "foreign cytoplasm" means the cytoplasm of cells other than the cells to be introduced that have been perforated in the perforation step. For example, the cytoplasm of cell A (12a) having pores formed in the cell membrane does not correspond to the foreign cytoplasm. Further, in the example shown in FIG. 2, the foreign cytoplasm is a cytoplasm obtained from a cell other than cell A, that is, the cytoplasm of cell B (11a). The type of foreign cytoplasm may be a cytoplasm of a cell of a type different from the cell to be introduced, a cytoplasm of the same type of cell, or a cytoplasm prepared from a tissue.

なお、本実施形態の導入方法では、穿孔工程と導入工程とを独立の工程として実施したが、穿孔と導入はほぼ同時に生じてもよい。その場合、本実施形態の導入方法では、Cas9−gRNA複合体は穿孔工程の後に、導入工程における培地に添加することを例示したが、Cas9−gRNA複合体は、穿孔工程における培地に添加されていてもよい。 In the introduction method of the present embodiment, the drilling step and the introduction step are carried out as independent steps, but the drilling and the introduction may occur almost at the same time. In that case, in the introduction method of the present embodiment, it is exemplified that the Cas9-gRNA complex is added to the medium in the introduction step after the perforation step, but the Cas9-gRNA complex is added to the medium in the perforation step. You may.

<細胞内における標的遺伝子の改変方法>
一実施形態において、本発明は、上述のCas9−gRNA複合体の細胞核内への導入方法で得られた細胞核内にCas9−gRNA複合体が導入され、再封入された標的遺伝子を有する細胞において、前記Cas9が、PAM配列の所定塩基上流又は下流に位置する切断部位で標的遺伝子を切断する切断工程と、前記gRNAと前記標的遺伝子との相補的結合によって決定される領域において、改変された前記標的遺伝子を有する細胞を得る改変工程と、を備える細胞内における標的遺伝子の改変方法を提供する。
<Method of modifying target gene in cells>
In one embodiment, the present invention presents the present invention in a cell in which the Cas9-gRNA complex is introduced into the cell nucleus obtained by the method for introducing the Cas9-gRNA complex into the cell nucleus and has a resealed target gene. The modified target in the region where Cas9 is determined by a cleavage step of cleaving the target gene at a cleavage site located upstream or downstream of a predetermined base of the PAM sequence and complementary binding between the gRNA and the target gene. Provided is a modification step for obtaining a cell having a gene, and a method for modifying a target gene in the cell.

本実施形態の細胞内における標的遺伝子の改変方法によれば、オフターゲットが低減され、ウイルスベクターを細胞内に導入せずに標的遺伝子を簡便に改変することができる。また、ゲノム編集の核内ニッチが最適化された状態であり、大量の細胞における複数の遺伝子座を同時編集することができる。
本実施形態の細胞内における標的遺伝子の改変方法について、以下に詳細を説明する。
According to the method for modifying the target gene in the cell of the present embodiment, the off-target is reduced, and the target gene can be easily modified without introducing the viral vector into the cell. In addition, the nuclear niche of genome editing is optimized, and multiple loci in a large number of cells can be edited at the same time.
The method for modifying the target gene in the cell of the present embodiment will be described in detail below.

[切断工程]
まず、Cas9−ガイドRNA複合体は、ガイドRNAの一部が標的遺伝子に結合し、Cas9が標的遺伝子中のPAM配列を認識する。続いて、所定塩基(例えば、3塩基)上流又は下流に位置する切断部位で前記標的遺伝子を切断する。より具体的には、Cas9がPAM配列を認識し、PAM配列を起点として、標的遺伝子の二重らせん構造が引き剥され、ガイドRNA中の標的遺伝子に相補的な塩基配列とアニーリングすることで、標的遺伝子の二重らせん構造が部分的にほぐれる。このとき、Cas9は、PAM配列の所定塩基(例えば、3塩基)上流又は下流に位置する切断部位で、標的遺伝子のリン酸ジエステル結合を切断する。
[Cutting process]
First, in the Cas9-guide RNA complex, a part of the guide RNA binds to the target gene, and Cas9 recognizes the PAM sequence in the target gene. Subsequently, the target gene is cleaved at a cleavage site located upstream or downstream of a predetermined base (for example, 3 bases). More specifically, Cas9 recognizes the PAM sequence, the double helix structure of the target gene is stripped from the PAM sequence, and it is annealed with a base sequence complementary to the target gene in the guide RNA. The double helix structure of the target gene is partially unraveled. At this time, Cas9 cleaves the phosphate diester bond of the target gene at a cleavage site located upstream or downstream of a predetermined base (for example, 3 bases) of the PAM sequence.

[改変工程]
続いて、前記gRNAと前記標的遺伝子の相補的結合によって決定される領域において、目的に応じた改変が施された標的遺伝子を得ることができる。
[Modification process]
Subsequently, in the region determined by the complementary binding of the gRNA and the target gene, a target gene modified according to the purpose can be obtained.

本明細書中において、「改変」とは、標的遺伝子の塩基配列が変化することを意味する。例えば、標的遺伝子の切断、切断後の外因性配列の挿入(物理的挿入又は相同指向修復を介する複製による挿入)による標的二本鎖ポリヌクレオチドの塩基配列の変化、切断後の非相同末端連結(NHEJ:切断により生じたDNA末端どうしが再び結合すること)による標的遺伝子の塩基配列の変化等が挙げられる。本実施形態における標的遺伝子の改変により、標的遺伝子への変異の導入、又は、標的遺伝子の機能を破壊することができる。
よって、本実施形態において、標的遺伝子の機能が破壊(ノックアウト)又は置換(ノックイン)された細胞、又は該細胞を有する生物体を容易に作製することができる。
As used herein, the term "modification" means that the base sequence of a target gene is changed. For example, cleavage of the target gene, change in the base sequence of the target double-stranded polynucleotide due to insertion of an exogenous sequence after cleavage (insertion by physical insertion or replication via homologous orientation repair), non-homologous end linkage after cleavage (for example) NHEJ: Changes in the base sequence of the target gene due to rebinding of DNA ends generated by cleavage) can be mentioned. By modifying the target gene in this embodiment, it is possible to introduce a mutation into the target gene or destroy the function of the target gene.
Therefore, in the present embodiment, it is possible to easily prepare a cell in which the function of the target gene is disrupted (knocked out) or substituted (knocked in), or an organism having the cell.

1つの標的遺伝子の2箇所以上を改変する場合、又は2つ以上の複数の遺伝子を標的遺伝子とする場合は、それぞれの遺伝子の塩基配列に相補的な塩基配列からなるポリヌクレオチドを5’末端領域に含むgRNAを2種類以上設計し、上述の<Cas9−gRNA複合体の製造方法>において2種類以上のCas9−gRNA複合体を製造し、次いで、上述の<Cas9−gRNA複合体の細胞核内への導入方法>を用いて2種類以上のCas9−gRNA複合体が導入された細胞を用いればよい。これにより、複数の異なる遺伝子又は同一遺伝子内の複数箇所を同時に高効率で編集することができる。 When modifying two or more parts of one target gene, or when targeting two or more genes, a polynucleotide consisting of a base sequence complementary to the base sequence of each gene is used in the 5'end region. Two or more types of gRNA contained in the above are designed, two or more types of Cas9-gRNA complexes are produced in the above-mentioned <Method for producing Cas9-gRNA complex>, and then into the cell nucleus of the above-mentioned <Cas9-gRNA complex. A cell into which two or more types of Cas9-gRNA complexes have been introduced may be used. This makes it possible to edit a plurality of different genes or a plurality of locations within the same gene at the same time with high efficiency.

本実施形態の細胞内における標的遺伝子の改変方法において、<Cas9−gRNA複合体の細胞核内への導入方法>を用いて、Cas9−gRNA複合体とともに外来遺伝子を導入した細胞を用いてもよい。外来遺伝子を一緒に導入することにより、標的遺伝子が切断後、相同組換えにより標的遺伝子に外来遺伝子が挿入された核ゲノムを有する遺伝子改変非ヒト生物を得ることができる。 In the method for modifying a target gene in a cell of the present embodiment, a cell into which a foreign gene has been introduced together with the Cas9-gRNA complex may be used by using <a method for introducing a Cas9-gRNA complex into the cell nucleus>. By introducing the foreign gene together, it is possible to obtain a genetically modified non-human organism having a nuclear genome in which the foreign gene is inserted into the target gene by homologous recombination after the target gene is cleaved.

また、外来遺伝子は、PAM配列を有さないことが好ましい。外来遺伝子において、例えば、アミノ酸配列を変更しない1塩基置換等により、PAM配列をnonPAM配列に変更した場合、核ゲノム上に外来遺伝子を相同組換えにより挿入することができ、さらに、挿入された外来遺伝子が再度内在するCas9により切断されることを防ぐことができる。 Moreover, it is preferable that the foreign gene does not have a PAM sequence. In a foreign gene, for example, when the PAM sequence is changed to a nonPAM sequence by a single nucleotide substitution that does not change the amino acid sequence, the foreign gene can be inserted into the nuclear genome by homologous recombination, and the inserted foreign gene is further formed. It is possible to prevent the gene from being cleaved again by the endogenous Cas9.

外来遺伝子は、該外来遺伝子を含むベクターを用いて導入することが好ましい。また、外来遺伝子を含むベクターは、外来遺伝子の5’末端及び3’末端に、標的遺伝子の挿入を行う部位と相同な配列を有するDNAが連結されていることが好ましい。標的遺伝子の挿入を行う部位と相同な配列を有するDNAの塩基数としては、100塩基以上300塩基以下であることが好ましい。外来遺伝子を含むベクターは、外来遺伝子の5’末端又は3’末端に、各種プロモーター、ポリアデニル化シグナル、NLS、蛍光タンパク質のマーカー遺伝子等が作動可能に連結されていてもよい。 The foreign gene is preferably introduced using a vector containing the foreign gene. Further, in the vector containing the foreign gene, it is preferable that DNA having a sequence homologous to the site where the target gene is inserted is linked to the 5'end and 3'end of the foreign gene. The number of bases of DNA having a sequence homologous to the site where the target gene is inserted is preferably 100 bases or more and 300 bases or less. In the vector containing the foreign gene, various promoters, polyadenylation signals, NLS, marker genes for fluorescent proteins and the like may be operably linked to the 5'end or 3'end of the foreign gene.

<用途及び活用方法>
一実施形態において、本発明は、遺伝子改変を実行するための方法及び組成物を提供する。以前に知られている標的化された遺伝子組換えの方法と対照的に、本発明は、実行が、効率的かつ安価であり、そして任意の細胞又は生物に適応可能である。細胞又は生物の標的遺伝子の任意のセグメントは、本発明の方法により改変され得る。この方法は、全ての細胞に内在性である相同組換えプロセス及び非相同組換えプロセスの両方を利用する。
<Use and utilization method>
In one embodiment, the invention provides methods and compositions for carrying out genetic modification. In contrast to previously known methods of targeted genetic recombination, the present invention is efficient and inexpensive to carry out and is adaptable to any cell or organism. Any segment of the target gene of a cell or organism can be modified by the methods of the invention. This method utilizes both homologous and illegitimate recombination processes that are endogenous to all cells.

また、一実施形態において、本発明は、標的化されたDNA挿入又は標的化されたDNA欠失を行う方法を提供する。この方法は、ドナーDNAを含む核酸構築物を用いて、細胞を形質転換する工程を包含する。標的遺伝子切断後のDNA挿入及びDNA欠失に関するスキームについては、公知の方法に従って当業者が決定できる。 Also, in one embodiment, the invention provides a method of performing targeted DNA insertion or targeted DNA deletion. This method involves transforming cells with a nucleic acid construct containing donor DNA. The scheme for DNA insertion and DNA deletion after cleavage of the target gene can be determined by those skilled in the art according to known methods.

また、一実施形態において、本発明は、体細胞及び生殖細胞の両方で利用され、特定の遺伝子座で遺伝子操作を提供する。 Also, in one embodiment, the invention is utilized in both somatic and germ cells to provide genetic manipulation at specific loci.

また、一実施形態において、本発明は、体細胞において遺伝子を壊すための方法を提供する。ここで、「遺伝子」は、細胞又は生物に対して有害な産物を過剰発現し、細胞又は生物に対して有害な産物を発現する。このような遺伝子は、疾患において生じる1つ以上の細胞型において過剰発現され得る。本発明の方法による、前記過剰発現した遺伝子の破壊は、前記過剰発現した遺伝子に起因する疾患を被る個体に、より良い健康をもたらし得る。
すなわち、細胞のほんの小さな割合の遺伝子の破壊が働き、発現レベルを減少し、治療効果を生じ得る。
Also, in one embodiment, the invention provides a method for disrupting a gene in somatic cells. Here, the "gene" overexpresses a product harmful to a cell or an organism and expresses a product harmful to the cell or an organism. Such genes can be overexpressed in one or more cell types that occur in the disease. Disruption of the overexpressed gene by the method of the present invention may result in better health for an individual suffering from a disease caused by the overexpressed gene.
That is, only a small percentage of the cells can be disrupted, reducing expression levels and producing therapeutic effects.

また、一実施形態において、本発明は、生殖細胞において遺伝子を壊すための方法を提供する。特定の遺伝子が破壊された細胞は、特定の遺伝子の機能を有さない生物を作製するために選択され得る。前記遺伝子が破壊された細胞において、遺伝子は完全にノックアウトされ得る。この特定の細胞における機能の欠損は、治療効果を有し得る。 Also, in one embodiment, the invention provides a method for disrupting a gene in germ cells. Cells in which a particular gene has been disrupted can be selected to create an organism that does not have the function of a particular gene. In cells in which the gene has been disrupted, the gene can be completely knocked out. The loss of function in this particular cell can have a therapeutic effect.

また、一実施形態において、本発明は、遺伝子産物をコードするドナーDNAの挿入をさらに提供する。この遺伝子産物は、構成的に発現された場合、治療効果を有する。
例えば、膵細胞の個体群において、活性プロモーター及びインシュリン遺伝子をコードするドナーDNAの挿入を引き起こすために、前記ドナーDNAを、糖尿病を被る個体に挿入する方法が挙げられる。次いで、外因性DNAを含む膵細胞の前記個体群は、インシュリンを生成し、糖尿病を被る個体を治療することができる。
Also, in one embodiment, the invention further provides insertion of donor DNA encoding a gene product. This gene product, when constitutively expressed, has a therapeutic effect.
For example, in a population of pancreatic cells, there is a method of inserting the donor DNA into an individual suffering from diabetes in order to induce insertion of a donor DNA encoding an active promoter and an insulin gene. The population of pancreatic cells containing exogenous DNA can then produce insulin to treat individuals suffering from diabetes.

また、前記ドナーDNAは作物に挿入され、薬剤的関連遺伝子産物の生成を引き起こし得る。タンパク質産物の遺伝子(例えば、インシュリン、リパーゼ、ヘモグロビン等)は、制御エレメント(構成的活性プロモーター、又は誘導性プロモーター)と一緒に植物に挿入され、植物中で大量の医薬品を生成し得る。次いで、このようなタンパク質産物は、植物から単離され得る。遺伝子改変植物又は遺伝子改変生物は、核酸移入技術(McCreath,K.J.ら(2000)Nature 405:1066−1069;Polejaeva,I.A.ら,(2000)Nature 407:86−90)を用いる方法で作製され得る。組織型特異的ベクター又は細胞型特異的ベクターは、選択した細胞内でのみ遺伝子発現を提供するために利用され得る。 In addition, the donor DNA can be inserted into crops and cause the production of drug-related gene products. Genes of protein products (eg, insulin, lipase, hemoglobin, etc.) can be inserted into plants together with regulatory elements (constitutive active promoters, or inducible promoters) to produce large amounts of pharmaceuticals in plants. Such protein products can then be isolated from the plant. Genetically modified plants or organisms use nucleic acid transfer techniques (McCreath, KJ et al. (2000) Nature 405: 1066-1069; Polejeva, IA et al., (2000) Nature 407: 86-90). Can be made by the method. Tissue-specific or cell-type-specific vectors can be utilized to provide gene expression only within selected cells.

また、一実施形態において、本発明は、生殖細胞内で利用され、計画された様式で挿入が生じ、後の全ての細胞分裂が、設計された遺伝的変更を有する細胞を生成する細胞を選択し得る。 Also, in one embodiment, the invention selects cells that are utilized within germ cells, where insertions occur in a planned manner and all subsequent cell division produces cells with the designed genetic alterations. Can be.

また、一実施形態において、本発明は、すべての生物、培養細胞、培養組織、培養核(インタクトな生物を再生するために使用され得る細胞、組織又は核を含む)、配偶子(例えば、それらの発達の様々な段階の卵又は精子)において適用され得る。
また、一実施形態において、本発明は、任意の生物(昆虫、真菌、げっ歯類、ウシ、ヒツジ、ヤギ、ニワトリ、及び他の農業上重要な動物、並びに他の哺乳動物(イヌ、ネコ及びヒトが挙げられるが、これらに限定されない)が挙げられ、これらに限定されない)に由来する細胞に適用され得る。
また、一実施形態において、本発明は病態モデル動物(例えば、病態モデルマウス)の作製において適用され得る。
Also, in one embodiment, the invention relates to all organisms, cultured cells, cultured tissues, cultured nuclei (including cells, tissues or nuclei that can be used to regenerate intact organisms), gametes (eg, they). It can be applied in eggs or sperms at various stages of development.
Also, in one embodiment, the invention relates to any organism (insects, fungi, rodents, cows, sheep, goats, chickens, and other agriculturally important animals, as well as other mammals (dogs, cats and). It can be applied to cells derived from (but not limited to) humans).
Also, in one embodiment, the present invention can be applied in the production of pathological model animals (eg, pathological model mice).

また、一実施形態において、本発明は、植物において使用され得る。植物としては、特別な限定はなく、任意の様々な植物種(例えば、単子葉植物又は双子葉植物等)において使用され得る。 Also, in one embodiment, the invention can be used in plants. The plant is not particularly limited and can be used in any various plant species (eg, monocotyledonous plant, dicotyledonous plant, etc.).

以下、実施例等を挙げて本発明をさらに詳述するが、本発明はこれらの実施例等に限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples and the like, but the present invention is not limited to these Examples and the like.

[試薬類]
本実施例で用いた試薬類を以下に示す。
・ストレプトリシンO(SLO):(バイオアカデミア製、型番:01−531)
[Reagents]
The reagents used in this example are shown below.
-Streptolysin O (SLO): (manufactured by Bio-Academia, model number: 01-531)

また、使用したCas9及びgRNAの配列番号を以下の表1に示す。なお、表1において、SaCas9とは黄色ブドウ球菌(S.aureus)由来のCas9を意味し、SpCas9とは化膿性連鎖球菌(S.pyogenes)又は由来のCas9を意味する。また、dCas9とはエンドヌクレアーゼ活性が不活化したSpCas9を意味し、NLSは核局在化シグナル(Nuclear localization signalを意味する。なお、NLSのアミノ酸配列は配列番号1に示した。 The SEQ ID NOs of Cas9 and gRNA used are shown in Table 1 below. In Table 1, SaCas9 means Cas9 derived from Staphylococcus aureus (S. aureus), and SpCas9 means Cas9 derived from Streptococcus pyogenes (S. pyogenes). Further, dCas9 means SpCas9 in which endonuclease activity is inactivated, and NLS means a nuclear localization signal. The amino acid sequence of NLS is shown in SEQ ID NO: 1.

Figure 0006867689
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[実施例1]Cas9−gRNA複合体の作製
(1)sgRNAの調製
各gRNA(配列番号25、26、及27)を95℃で1分間インキュベーションし、32℃ヒートブロック上で冷まし、sgRNAを調製した。
[Example 1] Preparation of Cas9-gRNA complex (1) Preparation of sgRNA Each gRNA (SEQ ID NOs: 25, 26, and 27) was incubated at 95 ° C. for 1 minute and cooled on a heat block at 32 ° C. to prepare sgRNA. did.

(2)Cas9の調製
His6−SUMO−tevプロテアーゼサイト−HA−NLS−SaCas9、NLS−SpCas9−NLS、SpCas9−NLS、及びHis6−NLS−GFP−dCas9−NLSのコンストラクトを有する発現ベクター(東京大学大学院理学研究科の濡木理教授らの研究グループより譲渡)をそれぞれ大腸菌へ形質転換した。その後、抗生物質を含む0.1mM IPTGで20℃の条件で18時間培養した。培養後、大腸菌を回収した。次いで、ソニケーションにより大腸菌を破砕した。
次いで、SpCas9−NLS、NLS−SpCas9−NLSはC末端に付加された標的タグを認識するP20.1抗体カラムで精製し、HiTrapSP(GE社)にかけて、SpCas9−NLS、及びNLS−SpCas9−NLSを得た。
また、His6−NLS−GFP−dCas9−NLSはNiNTAで精製し、HiTrapSP(GE社)にかけて、His6−NLS−GFP−dCas9−NLSを得た。
また、His6−SUMO−tevプロテアーゼサイト−HA−NLS−SaCas9はNiNTAで精製し、tevプロテアーゼを用いて、切断した。再度NiNTAで精製し、HA−NLS−SaCas9を得た。
(2) Preparation of Cas9 An expression vector having a construct of His6-SUMO-tev protease site-HA-NLS-SaCas9, NLS-SpCas9-NLS, SpCas9-NLS, and His6-NLS-GFP-dCas9-NLS (Graduate School of Tokyo University). (Transferred from the research group of Professor Osamu Nureki of the Graduate School of Science) was transformed into Escherichia coli. Then, the cells were cultured in 0.1 mM IPTG containing antibiotics at 20 ° C. for 18 hours. After culturing, Escherichia coli was recovered. The E. coli was then crushed by sonication.
Next, SpCas9-NLS and NLS-SpCas9-NLS were purified with a P20.1 antibody column that recognizes the target tag added to the C-terminal, and SpCas9-NLS and NLS-SpCas9-NLS were subjected to HiTrapSP (GE). Obtained.
Further, His6-NLS-GFP-dCas9-NLS was purified by NiNTA and subjected to HiTrapSP (GE) to obtain His6-NLS-GFP-dCas9-NLS.
In addition, His6-SUMO-tev protease site-HA-NLS-SaCas9 was purified by NiNTA and cleaved using TEV protease. Purification with NiNTA was performed again to obtain HA-NLS-SaCas9.

(3)Cas9−gRNA複合体の作製
次いで、(1)で調製したsgRNA及び(2)で調製したCas9をそれぞれ20μL TB(Transport buffer:25mM Hepes, 1.15mM KOAC,250μM MgCl, pH7.2)中で混合し、32℃で10分間インキュベーションした。対照群として、gRNAと混合せずに、20μL TBにCas9のみを添加し、氷上で静置した。
(3) Preparation of Cas9-gRNA complex Next, 20 μL TB (Transport buffer: 25 mM Hepes, 1.15 mM KOAC, 250 μM MgCl 2 , pH 7.2) was added to the sgRNA prepared in (1) and Cas9 prepared in (2), respectively. ), And incubated at 32 ° C. for 10 minutes. As a control group, only Cas9 was added to 20 μL TB without mixing with gRNA, and the mixture was allowed to stand on ice.

いずれのCas9−gRNA複合体もCas9の凝集体は発生せず、可溶化していた(図示せず)。一方、20μL TBにCas9のみを添加し、氷上で静置したサンプルでは、Cas9の凝集体が発生し、沈殿が見られた(図示せず)。
以上のことから、Cas9とgRNAとは細胞導入前に複合体を形成させることで、Cas9の凝集体の形成を抑制することができる。
None of the Cas9-gRNA complexes produced Cas9 aggregates and were solubilized (not shown). On the other hand, in a sample in which only Cas9 was added to 20 μL TB and allowed to stand on ice, Cas9 aggregates were generated and precipitation was observed (not shown).
From the above, Cas9 and gRNA can suppress the formation of Cas9 aggregates by forming a complex before cell introduction.

[試験例1]dCas9−gRNA複合体の細胞核内への導入
(1)L5178Y細胞の細胞質の調製
150mmのディッシュで培養したL5178Y細胞を50mLチューブに回収し、2000rpmで3分遠心した。遠心後、上清を除去し、細胞をPBSで懸濁して1本の50mLチューブに集めた。続いて、2000rpmで3分遠心後、上清を除去した。次いで、低張バッファー(1mM EGTA、1mM MgCl、45mM Hepes−KOH(pH7.4)、1mM DTT、1μM cytochalasin D)を加えて懸濁した後、5分静置して細胞を膨張させた。次いで、1500rpmで5分遠心し、上清を除去して得られた細胞のペレットをダウンスホモジナイザーに移し、プロテアーゼインヒビター(antipain、chymostatin、pepstatin A、leupeptinの4種類を各25μg/mL)を加えて、氷上で5回ストロークした。続いて、ペレットに対し1/10量の10×TB(250mM HEPES−KOH(pH7.4)、1150mM potassium acetate、25mM MgCl)を加え、さらに10回以上ストロークして細胞を破砕した。破砕後、サンプルを12000rpm、4℃の条件で16分間遠心した。遠心後、上清を回収し、100,000g、4℃の条件で90分間遠心した。次いで、得られた上清(細胞質)にATP再生系(ATP、クレアチンキナーゼ(creatine kinase;CK)、クレアチンリン酸(creatine phosphate;CP)、GTP、及びグルコース)を含むTBを混合し、32℃で10分間インキュベーションした。
[Test Example 1] Introduction of dCas9-gRNA complex into the cell nucleus (1) Preparation of cytoplasm of L5178Y cells L5178Y cells cultured in a 150 mm dish were collected in a 50 mL tube and centrifuged at 2000 rpm for 3 minutes. After centrifugation, the supernatant was removed and the cells were suspended in PBS and collected in a single 50 mL tube. Subsequently, the supernatant was removed after centrifugation at 2000 rpm for 3 minutes. Then, hypotonic buffer (1 mM EGTA, 1 mM MgCl 2 , 45 mM Hepes-KOH (pH 7.4), 1 mM DTT, 1 μM cytochalasin D) was added and suspended, and then allowed to stand for 5 minutes to expand the cells. Then, the cells were centrifuged at 1500 rpm for 5 minutes, the supernatant was removed, and the obtained cell pellet was transferred to a downhomogenizer, and a protease inhibitor (antipain, hypostatin, pepstatin A, leupeptin, 25 μg / mL each) was added. , Stroke 5 times on ice. Subsequently, 1/10 amount of 10 × TB (250 mM HEPES-KOH (pH 7.4), 1150 mM potassium acetate, 25 mM MgCl 2 ) was added to the pellet, and the cells were further stroked 10 times or more to disrupt the cells. After crushing, the sample was centrifuged at 12000 rpm and 4 ° C. for 16 minutes. After centrifugation, the supernatant was collected and centrifuged at 100,000 g at 4 ° C. for 90 minutes. Next, TB containing an ATP regeneration system (ATP, creatine kinase (CK), creatine phosphate (CP), GTP, and glucose) was mixed with the obtained supernatant (cytoplasm) at 32 ° C. Incubated for 10 minutes.

(2)Cas9−gRNA複合体と細胞質との混合液の調製
次いで、「1.Cas9−gRNA複合体の作製」で得られたHis6−NLS−GFP−dCas9−NLSとsgAAVS1との複合体(以下、「dCas9−gRNA複合体」と称する場合がある。)と、(1)で得られたL5178Y細胞の細胞質を合計100μLとなるように混合し、使用するまで32℃で保存した。dCas9−gRNA複合体と細胞質との混合液の組成は以下の表2に示す。
(2) Preparation of mixed solution of Cas9-gRNA complex and cytoplasm Next, the complex of His6-NLS-GFP-dCas9-NLS and sgAAVS1 obtained in "1. Preparation of Cas9-gRNA complex" (hereinafter referred to as "Cass9-gRNA complex"). , "DCas9-gRNA complex") and the cytoplasm of the L5178Y cells obtained in (1) were mixed to a total of 100 μL and stored at 32 ° C. until use. The composition of the mixed solution of the dCas9-gRNA complex and the cytoplasm is shown in Table 2 below.

Figure 0006867689
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(3)HeLa細胞の穿孔
次いで、3.5cmディッシュ、四角カバーガラス上に80%コンフルエントのHeLa細胞を準備した。次いで、HeLa細胞を氷上へ移し、予め冷やしておいたPBSで2回洗浄した。次いで、SLO(0.125μg/mL)含有D−MEM(ウシ胎児血清(Fetal calf serum;FCS)不含)1mLを加え、氷上で5分間インキュベーションした。次いで、予め冷やしておいたPBSで3回洗浄した。次いで、37℃のTB(EGTA不含) 1mL加え、37℃で10分間インキュベーションした。次いで、TB(EGTA不含)で2回洗浄した。
(3) Perforation of HeLa cells Next, 80% confluent HeLa cells were prepared on a 3.5 cm dish and a square cover glass. HeLa cells were then transferred onto ice and washed twice with pre-chilled PBS. Then, 1 mL of D-MEM containing SLO (0.125 μg / mL) (without Fetal bovine serum (FCS)) was added, and the mixture was incubated on ice for 5 minutes. It was then washed 3 times with pre-chilled PBS. Then, 1 mL of TB (without EGTA) at 37 ° C. was added, and the mixture was incubated at 37 ° C. for 10 minutes. Then, it was washed twice with TB (without EGTA).

(4)HeLa細胞へのdCas9−gRNA複合体と細胞質との混合液の導入
次いで、カバーガラスをパラフィルムに取り出し、(1)で調製したdCas9−gRNA複合体と細胞質との混合液100μLを乗せて、32℃で30分間インキュベーションした。対照群として、i) His6−NLS−GFP−dCas9−NLSのみで細胞質のないサンプル、ii)dCas9−gRNA複合体のみで細胞質のないサンプルを乗せて試験を行った。
(4) Introduction of a mixed solution of dCas9-gRNA complex and cytoplasm into HeLa cells Next, the cover glass was taken out on a parafilm, and 100 μL of the mixed solution of dCas9-gRNA complex and cytoplasm prepared in (1) was placed. Then, it was incubated at 32 ° C. for 30 minutes. As a control group, i) a sample containing only His6-NLS-GFP-dCas9-NLS without cytoplasm, and ii) a sample containing only dCas9-gRNA complex without cytoplasm were placed on the test.

(5)HeLa細胞の再封入
次いで、前記混合液を回収し、100mM塩化カルシウム1μLと混合し、再びカバーガラス上に戻し、32℃で10分間インキュベーションした。次いで、カバーガラスを新しい3.5cmディッシュに移し、PBSで2回洗浄した。
(5) Reencapsulation of HeLa cells Next, the mixed solution was collected, mixed with 1 μL of 100 mM calcium chloride, returned on the cover glass, and incubated at 32 ° C. for 10 minutes. The cover glass was then transferred to a new 3.5 cm dish and washed twice with PBS.

(6)HeLa細胞の蛍光染色
次いで、PI(Propidium Iodide)含有D−MEM(FCS含有)2mL加え、37℃、5%二酸化炭素の条件で培養した。培養から___時間後の各細胞を、蛍光顕微鏡を用いて観察した。結果を図3に示す。図3において、i)はHis6−NLS−GFP−dCas9−NLSのみで細胞質のないサンプル、ii)はdCas9−gRNA複合体のみで細胞質のないサンプル、iii)はdCas9−gRNA複合体と細胞質との混合液を用いたサンプルを意味する。また、「GFP−dCas9」はGFPの蛍光を用いてdCas9の細胞内外で局在を観察した画像を意味し、「PI」はPropidium Iodideを用いて核を染色した画像を意味し、「merge」は「GFP−dCas9」及び「PI」の画像を合わせた画像を意味する。
(6) Fluorescent Staining of HeLa Cells Next, 2 mL of D-MEM (containing FCS) containing PI (Propidium Iodide) was added, and the cells were cultured under the conditions of 37 ° C. and 5% carbon dioxide. Each cell _____ hours after culturing was observed using a fluorescence microscope. The results are shown in FIG. In FIG. 3, i) is a sample containing only His6-NLS-GFP-dCas9-NLS and no cytoplasm, ii) is a sample containing only dCas9-gRNA complex and no cytoplasm, and iii) is a sample of dCas9-gRNA complex and cytoplasm. Means a sample using a mixed solution. Further, "GFP-dCas9" means an image in which the localization of dCas9 is observed inside and outside the cell using fluorescence of GFP, and "PI" means an image in which the nucleus is stained using Propidium Iodide, and "merge". Means an image in which the images of "GFP-dCas9" and "PI" are combined.

図3から、i)では、dCas9が溶液中で巨大複合体を形成して凝集するため、形質膜に非特異的に吸着し、細胞内に導入されなかった。また、ii)では、凝集体形成は顕著に減少し、細胞質内にdCas9−gRNA複合体を導入させることができたが、核内への移行は観察されなった。
これらに対し、iii)では、dCas9−gRNA複合体と細胞質とを用いることで、dCas9−gRNA複合体の核内への移行が観察された。これは、細胞質に含まれる因子の影響により、dCas9−gRNA複合体の核内への移行が促進されたことによると推察された。
From FIG. 3, in i), dCas9 formed a huge complex in the solution and aggregated, so that it was non-specifically adsorbed on the plasma membrane and was not introduced into the cell. In ii), aggregate formation was significantly reduced, and the dCas9-gRNA complex could be introduced into the cytoplasm, but translocation into the nucleus was not observed.
On the other hand, in iii), the translocation of the dCas9-gRNA complex into the nucleus was observed by using the dCas9-gRNA complex and the cytoplasm. It was speculated that this was because the translocation of the dCas9-gRNA complex into the nucleus was promoted by the influence of factors contained in the cytoplasm.

以上の結果から、Cas9とgRNAとは細胞導入前に複合体を形成させることで、Cas9の凝集体の形成を抑制し、細胞導入が可能となること、さらに細胞質はCas9−gRNA複合体の核内意向を促進することが明らかとなった。 From the above results, Cas9 and gRNA form a complex before cell introduction, thereby suppressing the formation of Cas9 aggregates and enabling cell introduction, and the cytoplasm is the nucleus of the Cas9-gRNA complex. It became clear that it promoted internal intentions.

[試験例2]SpCas9−gRNA複合体及び細胞質を導入したHeLa細胞を用いたT7E1アッセイ
(1)L5178Y細胞の細胞質の調製
試験例1の(1)と同様の方法を用いて、L5178Y細胞の細胞質を調製した。
[Test Example 2] T7E1 assay using HeLa cells into which SpCas9-gRNA complex and cytoplasm have been introduced (1) Preparation of cytoplasm of L5178Y cells Using the same method as in Test Example 1 (1), cytoplasm of L5178Y cells Was prepared.

(2)Cas9−gRNA複合体と細胞質との混合液の調製
次いで、「1.Cas9−gRNA複合体の作製」で得られたNLS−SpCas9−NLSとsgAAVS1との複合体(以下、「SpCas9−gRNA複合体」と称する場合がある。)と、(1)で得られたL5178Y細胞の細胞質を合計100μLとなるように混合し、使用するまで32℃で保存した。SpCas9−gRNA複合体と細胞質との混合液の組成は上記表2と同様である。表2において、dCas9の含有量として記載された5μg/100μL中がSpCas9の含有量である。
(2) Preparation of mixed solution of Cas9-gRNA complex and cytoplasm Next, the complex of NLS-SpCas9-NLS and sgAAVS1 obtained in "1. Preparation of Cas9-gRNA complex" (hereinafter, "SpCas9-"). (Sometimes referred to as “gRNA complex”) and the cytoplasm of the L5178Y cells obtained in (1) were mixed to a total of 100 μL and stored at 32 ° C. until use. The composition of the mixed solution of SpCas9-gRNA complex and cytoplasm is the same as in Table 2 above. In Table 2, the content of SpCas9 is in 5 μg / 100 μL described as the content of dCas9.

(3)HeLa細胞の穿孔
試験例1の(3)と同様の方法を用いて、HeLa細胞の少なくとも一部に孔を形成させた。
(3) Perforation of HeLa cells Using the same method as in (3) of Test Example 1, pores were formed in at least a part of HeLa cells.

(4)HeLa細胞へのSpCas9−gRNA複合体と細胞質との混合液の導入
dCas9−gRNA複合体と細胞質との混合液の代わりに、SpCas9−gRNA複合体と細胞質との混合液を用いた以外は、試験例1の(4)と同様の方法を用いて、HeLa細胞へSpCas9−gRNA複合体と細胞質との混合液を導入した。
(4) Introduction of a mixed solution of SpCas9-gRNA complex and cytoplasm into HeLa cells Except that a mixed solution of SpCas9-gRNA complex and cytoplasm was used instead of the mixed solution of dCas9-gRNA complex and cytoplasm. Introduced a mixed solution of SpCas9-gRNA complex and cytoplasm into HeLa cells using the same method as in Test Example 1 (4).

(5)HeLa細胞の再封入
試験例1の(5)と同様の方法を用いて、HeLa細胞を再封入した。次いで、D−MEM(FCS含有)2mL加え、37℃、5%二酸化炭素の条件で、24時間培養した。
(5) Re-encapsulation of HeLa cells HeLa cells were re-encapsulated using the same method as in (5) of Test Example 1. Then, 2 mL of D-MEM (containing FCS) was added, and the cells were cultured at 37 ° C. and 5% carbon dioxide for 24 hours.

(6)再封入したHeLa細胞からのゲノム抽出
次いで、24時間培養後の再封入したHeLa細胞(以下、「リシールHeLa細胞」と称する場合がある。)をPBSで2回洗浄した。次いで、リシールHeLa細胞に1%SDS Lysate Buffer 500μL加えて、37℃、5%二酸化炭素の条件で、3時間インキュベーションした。次いで、シャーレ上の溶液を1.5mLチューブに回収し、20mg/mLのproteinase K 2.25μLを加えて、混合し、50℃で一晩インキュベーションした。次いで、10mg/mLのRNase 7.5μLを加え、さらに1%SDS Lysate Buffer 10μLを加えて混合し、37℃で30分間インキュベーションした。次いで、フェノール/クロロホルム 750μL加えてボルテックスし、遠心(14,000rpm、室温、10分間)した。遠心後、上清を新しい1.5mLチューブに移し、同様に、フェノール/クロロホルム抽出を行った。次いで、上清に2−プロパノール 750μLを加え、10回転倒混合を行い、遠心(14,000rpm、4℃、10分間)した。遠心後、ペレットを70%エタノールで洗浄後、真空乾燥した。次いで、ペレットを20μLのdeionized−destilled HO(ddHO)に溶解し、ゲノム溶液を調製した。
(6) Genome Extraction from Re-encapsulated HeLa cells Next, the re-encapsulated HeLa cells (hereinafter, may be referred to as “Reseal HeLa cells”) after culturing for 24 hours were washed twice with PBS. Then, 500 μL of 1% SDS Lysate Buffer was added to the Reseal HeLa cells, and the cells were incubated at 37 ° C. and 5% carbon dioxide for 3 hours. The solution on the petri dish was then collected in 1.5 mL tubes, 20 mg / mL proteinase K 2.25 μL was added, mixed and incubated overnight at 50 ° C. Then, 7.5 μL of 10 mg / mL RNase was added, and 10 μL of 1% SDS Lysate Buffer was added and mixed, and the mixture was incubated at 37 ° C. for 30 minutes. Then, 750 μL of phenol / chloroform was added, vortexed, and centrifuged (14,000 rpm, room temperature, 10 minutes). After centrifugation, the supernatant was transferred to a new 1.5 mL tube and phenol / chloroform extraction was performed in the same manner. Then, 750 μL of 2-propanol was added to the supernatant, mixed by inversion for 10 rotations, and centrifuged (14,000 rpm, 4 ° C., 10 minutes). After centrifugation, the pellet was washed with 70% ethanol and vacuum dried. The pellet was then dissolved in 20 μL of deionized-destilled H 2 O (ddH 2 O) to prepare a genomic solution.

(7)AAVS1領域のPCR増幅
次いで、(6)で得られたゲノム溶液を用いて、AAVS1領域のCas9の標的配列をを含む約1kbpの産物を作るようにnested PCRを行った。1回目のPCR、2回目のPCTで用いたプライマーを以下の表3に示す。
(7) PCR amplification of the AAVS1 region Next, using the genomic solution obtained in (6), nested PCR was performed so as to produce a product of about 1 kbp containing the Cas9 target sequence of the AAVS1 region. The primers used in the first PCR and the second PCT are shown in Table 3 below.

Figure 0006867689
Figure 0006867689

サイクル数は、1回目のPCRでは20サイクル、2回目のPCRでは35サイクルで行った。また、PCRの鋳型として、1回目のPCRでは(6)で調製したゲノムDNA 10ngを用いて行い、2回目のPCRでは1回目のPCR産物の10倍希釈溶液 1μL用いて行った。PCR増幅後、Wizard SV Gel and PCR Clean−UP System(プロメガ社製)を用いて、PCR産物をddHO 20μLに溶解した。次いで、PCR産物を2μg/20μLとなるようにddHOを用いて希釈し、サーマルサイクラーを用いて熱変性と再アニールとを行った(95℃ 2分/85℃→35℃ 10分かけて冷却/16℃)。The number of cycles was 20 for the first PCR and 35 for the second PCR. Further, as a PCR template, 10 ng of the genomic DNA prepared in (6) was used in the first PCR, and 1 μL of a 10-fold diluted solution of the first PCR product was used in the second PCR. After PCR amplification, the PCR product was lysed in 20 μL of ddH 2 O using the Wizard SV Gel and PCR Clean-UP System (manufactured by Promega). The PCR product was then diluted with ddH 2 O to 2 μg / 20 μL and heat denatured and reannealed using a thermal cycler (95 ° C for 2 minutes / 85 ° C → 35 ° C for 10 minutes). Cooling / 16 ° C).

(8)T7E1アッセイ
T7E1アッセイとは、T7エンドヌクレアーゼがDNA二本鎖のミスマッチ部位(A−TやC−Gのような水素結合を形成できる塩基対ではない部位)を認識及び切断する作用を持つことを利用し、ゲノム中の変異を検出及び定量する方法である。
次いで、(7)で得られた再アニール産物8.875μLに対し、NE Buffer2 1μL、T7エンドヌクレアーゼ1(10,000U/mL)0.125μLを加え、37℃で20分間インキュベーションした。反応後、10×Loadhing Dye 1μLを混合し、2%アガロースゲルで17分間、135Vで電気泳動して、イルミネーター上でバンドを確認した。結果を図4に示す。図4において、レーン1は対照群としてT7エンドヌクレアーゼ1による反応を行わなかったサンプル、レーン2はT7エンドヌクレアーゼ1による反応を行ったサンプル、レーンMはマーカーを示している。
(8) T7E1 assay The T7E1 assay is an action in which T7 endonuclease recognizes and cleaves DNA double-stranded mismatch sites (sites that are not base pairs such as AT and CG that can form hydrogen bonds). It is a method of detecting and quantifying mutations in the genome by utilizing having.
Next, 1 μL of NE Buffer2 and 0.125 μL of T7 endonuclease 1 (10,000 U / mL) were added to 8.875 μL of the reannealed product obtained in (7), and the mixture was incubated at 37 ° C. for 20 minutes. After the reaction, 1 μL of 10 × Loading Dye was mixed and electrophoresed on a 2% agarose gel for 17 minutes at 135 V, and a band was confirmed on an illuminator. The results are shown in FIG. In FIG. 4, lane 1 shows a sample that did not react with T7 endonuclease 1 as a control group, lane 2 shows a sample that reacted with T7 endonuclease 1, and lane M shows a marker.

図4から、SpCas9−gRNA複合体と細胞質とを導入したHeLa細胞(レーン2)では、T7エンドヌクレアーゼによる切断を受けたバンドが生成されており、SpCas9−gRNA複合体によって、HeLa細胞の核内のゲノムに変異が導入されたことが確かめられた。 From FIG. 4, in the HeLa cells (lane 2) into which the SpCas9-gRNA complex and the cytoplasm were introduced, a band cleaved by T7 endonuclease was generated, and the SpCas9-gRNA complex generated a band in the nucleus of the HeLa cell. It was confirmed that the mutation was introduced into the genome of.

[試験例3]SaCas9−gRNA複合体及び細胞質を導入したHeLa細胞を用いたT7E1アッセイ
(1)L5178Y細胞の細胞質の調製
試験例1の(1)と同様の方法を用いて、L5178Y細胞の細胞質を調製した。
[Test Example 3] T7E1 assay using HeLa cells introduced with SaCas9-gRNA complex and cytoplasm (1) Preparation of cytoplasm of L5178Y cells Using the same method as in Test Example 1 (1), cytoplasm of L5178Y cells Was prepared.

(2)Cas9−gRNA複合体と細胞質との混合液の調製
次いで、「1.Cas9−gRNA複合体の作製」で得られたHA−NLS−SaCas9とsgTET2との複合体(以下、「SaCas9−sgTET2複合体」と称する場合がある。)と、(1)で得られたL5178Y細胞の細胞質を合計100μLとなるように混合し、使用するまで32℃で保存した。SaCas9−sgTET2複合体と細胞質との混合液の組成は上記表2と同様である。表2において、dCas9の含有量として記載された5μg/100μL中がSaCas9の含有量である。
また、対照群として、「1.Cas9−gRNA複合体の作製」で得られたHA−NLS−SaCas9とsgTET1との複合体(以下、「SaCas9−sgTET1複合体」と称する場合がある。)と、(1)で得られたL5178Y細胞の細胞質との混合液も調製した。
(2) Preparation of mixed solution of Cas9-gRNA complex and cytoplasm Next, the complex of HA-NLS-SaCas9 and sgTET2 obtained in "1. Preparation of Cas9-gRNA complex" (hereinafter, "SaCas9-"). The cytoplasm of the L5178Y cells obtained in (1) was mixed so as to have a total of 100 μL, and stored at 32 ° C. until use. The composition of the mixed solution of the SaCas9-sgTET2 complex and the cytoplasm is the same as in Table 2 above. In Table 2, the content of SaCas9 is in 5 μg / 100 μL described as the content of dCas9.
In addition, as a control group, a complex of HA-NLS-SaCas9 and sgTET1 obtained in "1. Preparation of Cas9-gRNA complex" (hereinafter, may be referred to as "SaCas9-sgTET1 complex"). , A mixed solution of L5178Y cells obtained in (1) with the cytoplasm was also prepared.

(3)HeLa細胞の穿孔
試験例1の(3)と同様の方法を用いて、HeLa細胞(付着性細胞)の少なくとも一部に孔を形成させた。また、HeLa細胞をトリプシンで引き剥がし、浮遊性細胞として用いて、試験例1の(3)と同様の方法を用いて、少なくとも一部に孔を形成させた。
(3) Perforation of HeLa cells Using the same method as in (3) of Test Example 1, pores were formed in at least a part of HeLa cells (adherent cells). In addition, HeLa cells were peeled off with trypsin and used as floating cells to form pores in at least a part by the same method as in (3) of Test Example 1.

(4)HeLa細胞へのSaCas9−sgTET1複合体又はSaCas9−sgTET2複合体と細胞質との混合液の導入
dCas9−gRNA複合体と細胞質との混合液の代わりに、SaCas9−sgTET1複合体又はSaCas9−sgTET2複合体と細胞質との混合液を用い、さらに、HeLa細胞(付着性細胞)及びHeLa細胞(浮遊性細胞)を用いた以外は、試験例1の(4)と同様の方法を用いて、HeLa細胞(付着性細胞)及びHeLa細胞(浮遊性細胞)へSaCas9−sgTET1複合体又はSaCas9−sgTET2複合体と細胞質との混合液を導入した。対照群として、SaCas9のみをHeLa細胞へ導入した。
(4) Introduction of SaCas9-sgTET1 complex or SaCas9-sgTET2 complex and cytoplasmic mixture into HeLa cells Instead of dCas9-gRNA complex and cytoplasmic mixture, SaCas9-sgTET1 complex or SaCas9-sgTET2 HeLa was used in the same manner as in Test Example 1 (4) except that a mixed solution of the complex and the cytoplasm was used, and HeLa cells (adherent cells) and HeLa cells (floating cells) were used. A mixed solution of SaCas9-sgTET1 complex or SaCas9-sgTET2 complex and cytoplasm was introduced into cells (adherent cells) and HeLa cells (floating cells). As a control group, only SaCas9 was introduced into HeLa cells.

(5)HeLa細胞の再封入
試験例1の(5)と同様の方法を用いて、HeLa細胞(付着性細胞)及びHeLa細胞(浮遊性細胞)を再封入した。次いで、D−MEM(FCS含有)2mL加え、37℃、5%二酸化炭素の条件で、24時間培養した。
(5) Re-encapsulation of HeLa cells HeLa cells (adherent cells) and HeLa cells (floating cells) were re-encapsulated using the same method as in (5) of Test Example 1. Then, 2 mL of D-MEM (containing FCS) was added, and the cells were cultured at 37 ° C. and 5% carbon dioxide for 24 hours.

(6)再封入したHeLa細胞からのゲノム抽出
試験例2の(6)と同様の方法を用いて、ゲノム溶液を調製した。
(6) Genome extraction from reencapsulated HeLa cells A genome solution was prepared using the same method as in (6) of Test Example 2.

(7)TET2領域のPCR増幅
次いで、(6)で得られたゲノム溶液を用いて、TET1領域又はTET2領域のCas9の標的配列をを含む約1kbpの産物を作るようにnested PCRを行った。1回目のPCR、2回目のPCTで用いたプライマーを以下の表4に示す。
(7) PCR amplification of the TET2 region Next, using the genomic solution obtained in (6), nested PCR was performed so as to produce a product of about 1 kbp containing the Cas9 target sequence of the TET1 region or the TET2 region. The primers used in the first PCR and the second PCT are shown in Table 4 below.

Figure 0006867689
Figure 0006867689

サイクル数は、1回目のPCRでは20サイクル、2回目のPCRでは35サイクルで行った。また、PCRの鋳型として、1回目のPCRでは(6)で調製したゲノムDNA 10ngを用いて行い、2回目のPCRでは1回目のPCR産物の10倍希釈溶液 1μL用いて行った。PCR増幅後、Wizard SV Gel and PCR Clean−UP System(プロメガ社製)を用いて、PCR産物をddHO 20μLに溶解した。次いで、PCR産物を2μg/20μLとなるようにddHOを用いて希釈し、サーマルサイクラーを用いて熱変性と再アニールとを行った(95℃ 2分/85℃→35℃ 10分かけて冷却/16℃)。The number of cycles was 20 for the first PCR and 35 for the second PCR. Further, as a PCR template, 10 ng of the genomic DNA prepared in (6) was used in the first PCR, and 1 μL of a 10-fold diluted solution of the first PCR product was used in the second PCR. After PCR amplification, the PCR product was lysed in 20 μL of ddH 2 O using the Wizard SV Gel and PCR Clean-UP System (manufactured by Promega). The PCR product was then diluted with ddH 2 O to 2 μg / 20 μL and heat denatured and reannealed using a thermal cycler (95 ° C for 2 minutes / 85 ° C → 35 ° C for 10 minutes). Cooling / 16 ° C).

(8)T7E1アッセイ
試験例2の(8)と同様の方法を用いて、T7E1アッセイを行った。結果を図5に示す。図5において、インタクトとは対照群としてSaCas9のみをHeLa細胞へ導入したサンプルを意味し、付着リシールは付着性細胞であるリシールHeLa細胞を用いたサンプルを意味し、浮遊リシールは浮遊性細胞であるリシールHeLa細胞を用いたサンプルを意味し、TET1はsgTET1を用いたサンプル、TET2はsgTET2を用いたサンプルを意味する。
(8) T7E1 Assay A T7E1 assay was performed using the same method as in (8) of Test Example 2. The results are shown in FIG. In FIG. 5, intact means a sample in which only SaCas9 is introduced into HeLa cells as a control group, adherent reseal means a sample using reseal HeLa cells which are adherent cells, and floating reseal means a sample using floating cells. It means a sample using Reseal HeLa cells, TET1 means a sample using sgTET1, and TET2 means a sample using sgTET2.

図5から、SaCas9−sgTET1複合体を用いたサンプルでは、変異の導入は観察されなかったが、SaCas9−sgTET2複合体を用いたサンプルでは、変異の導入が観察された。
また、付着性細胞及び浮遊性細胞において、変異導入効率(3.5%及び2.6%)に差は見られなかった。
From FIG. 5, no mutation was observed in the sample using the SaCas9-sgTET1 complex, but the introduction of mutation was observed in the sample using the SaCas9-sgTET2 complex.
In addition, there was no difference in mutagenesis efficiency (3.5% and 2.6%) between adherent cells and floating cells.

[試験例4]光誘導型であるスプリット型SpCas9(paCas9)及び細胞質の細胞への導入
(1)L5178Y細胞の細胞質の調製
試験例1の(1)と同様の方法を用いて、L5178Y細胞の細胞質を調製した。
[Test Example 4] Light-induced split-type SpCas9 (paCas9) and introduction of cytoplasm into cells (1) Preparation of cytoplasm of L5178Y cells Using the same method as in Test Example 1 (1), L5178Y cells The cytoplasm was prepared.

(2)Cas9−gRNA複合体と細胞質との混合液の調製
次いで、「1.Cas9−gRNA複合体の作製」で得られたPaCas9−N(nMag−High1−SpCas9(N)−NLS)又はPaCas9−C(HisTag−NLS−SpCas9(C)−pMag)とsgAAVS1との複合体(以下、「nMag−SpCas9(N)−sgAAVS1複合体」又は「pMag−SpCas9(C)−sgAAVS1複合体」と称する場合がある。)と、(1)で得られたL5178Y細胞の細胞質を合計100μLとなるように混合し、使用するまで32℃で保存した。
なお、図6Aは、PaCas9−N(nMag−High1−SpCas9(N)−NLS)及びPaCas9−C(HisTag−NLS−SpCas9(C)−pMag)の構成を示す概略図である。また、試験例4において用いられたSpCas9(N)及びSpCas9(C)は不活性型であるdCasのN末端側及びC末端側である。
nMag−SpCas9(N)−sgAAVS1複合体又はpMag−SpCas9(C)−sgAAVS1複合体と細胞質との混合液の組成は上記表2と同様である。表2において、dCas9の含有量として記載された5μg/100μL中がPaCas9−N又はPaCas9−Cの含有量である。
(2) Preparation of mixed solution of Cas9-gRNA complex and cytoplasm Next, PaCas9-N (nMag-High1-SpCas9 (N) -NLS) or PaCas9 obtained in "1. Preparation of Cas9-gRNA complex". -C (HisTag-NLS-SpCas9 (C) -pMag) and sgAAVS1 complex (hereinafter referred to as "nMag-SpCas9 (N) -sgAAVS1 complex" or "pMag-SpCas9 (C) -sgAAVS1 complex". In some cases) and the cytoplasm of the L5178Y cells obtained in (1) were mixed to a total of 100 μL and stored at 32 ° C. until use.
Note that FIG. 6A is a schematic diagram showing the configuration of PaCas9-N (nMag-High1-SpCas9 (N) -NLS) and PaCas9-C (HisTag-NLS-SpCas9 (C) -pMag). Further, SpCas9 (N) and SpCas9 (C) used in Test Example 4 are the N-terminal side and the C-terminal side of the inactive dCas.
The composition of the nMag-SpCas9 (N) -sgAAVS1 complex or the mixed solution of the pMag-SpCas9 (C) -sgAAVS1 complex and the cytoplasm is the same as in Table 2 above. In Table 2, the content of PaCas9-N or PaCas9-C is in 5 μg / 100 μL described as the content of dCas9.

(3)HeLa細胞の穿孔
試験例1の(3)と同様の方法を用いて、HeLa細胞の少なくとも一部に孔を形成させた。
(3) Perforation of HeLa cells Using the same method as in (3) of Test Example 1, pores were formed in at least a part of HeLa cells.

(4)HeLa細胞へのnMag−SpCas9(N)−sgAAVS1複合体又はpMag−SpCas9(C)−sgAAVS1複合体と細胞質との混合液の導入
dCas9−gRNA複合体と細胞質との混合液の代わりに、nMag−SpCas9(N)−sgAAVS1複合体又はpMag−SpCas9(C)−sgAAVS1複合体と細胞質との混合液を用いた以外は、試験例1の(4)と同様の方法を用いて、HeLa細胞へnMag−SpCas9(N)−sgAAVS1複合体又はpMag−SpCas9(C)−sgAAVS1複合体と細胞質との混合液を導入した。
(4) Introduction of a mixed solution of nMag-SpCas9 (N) -sgAAVS1 complex or pMag-SpCas9 (C) -sgAAVS1 complex and cytoplasm into HeLa cells Instead of a mixed solution of dCas9-gRNA complex and cytoplasm. HeLa using the same method as in Test Example 1 (4) except that a mixed solution of nMag-SpCas9 (N) -sgAAVS1 complex or pMag-SpCas9 (C) -sgAAVS1 complex and cytoplasm was used. A mixed solution of nMag-SpCas9 (N) -sgAAVS1 complex or pMag-SpCas9 (C) -sgAAVS1 complex and cytoplasm was introduced into cells.

(5)HeLa細胞の再封入
試験例1の(5)と同様の方法を用いて、HeLa細胞を再封入した。
(5) Re-encapsulation of HeLa cells HeLa cells were re-encapsulated using the same method as in (5) of Test Example 1.

(6)HeLa細胞の蛍光染色
次いで、PI(Propidium Iodide)含有D−MEM(FCS含有)2mL加え、37℃、5%二酸化炭素の条件で培養した。培養から___時間後の各細胞を、4%パラホルムアルデヒドで固定化した。次いで、固定化したHeLa細胞に抗Hisタグ抗体を用いて、蛍光免疫染色を行い、蛍光顕微鏡を用いて観察した。結果を図6Bに示す。図6Bにおいて、「nMag−dCas9/sgRNA」とはnMag−SpCas9(N)−sgAAVS1複合体と細胞質とを導入したHeLa細胞を意味し、「pMag−dCas9/sgRNA」とは、pMag−SpCas9(C)−sgAAVS1複合体と細胞質とを導入したHeLa細胞を意味し、「Cas9なし」とは対照群として何も導入していないHeLa細胞を意味する。また、図6Bの各群において、左側は抗Hisタグ抗体を用いてnMag−SpCas9(N)又はpMag−SpCas9(C)を検出した画像であり、右側はPIを用いて核を染色した画像である。
(6) Fluorescent Staining of HeLa Cells Next, 2 mL of D-MEM (containing FCS) containing PI (Propidium Iodide) was added, and the cells were cultured under the conditions of 37 ° C. and 5% carbon dioxide. Each cell _____ hours after culturing was immobilized with 4% paraformaldehyde. Next, the immobilized HeLa cells were subjected to fluorescent immunostaining using an anti-His tag antibody, and observed using a fluorescence microscope. The results are shown in FIG. 6B. In FIG. 6B, "nMag-dCas9 / sgRNA" means HeLa cells into which the nMag-SpCas9 (N) -sgAAVS1 complex and the cytoplasm have been introduced, and "pMag-dCas9 / sgRNA" means pMag-SpCas9 (C). ) -SgAAVS1 complex and cytoplasm are introduced into HeLa cells, and "without Cas9" means HeLa cells into which nothing has been introduced as a control group. In each group of FIG. 6B, the left side is an image in which nMag-SpCas9 (N) or pMag-SpCas9 (C) is detected using an anti-His tag antibody, and the right side is an image in which the nucleus is stained with PI. is there.

図6Bから、nMag−SpCas9(N)−sgAAVS1複合体と細胞質とを導入したHeLa細胞、及びpMag−SpCas9(C)−sgAAVS1複合体と細胞質とを導入したHeLa細胞ともに、細胞核内においてシグナルが検出された。
このことから、光誘導系のCas9は本発明の導入方法を用いて、細胞核内に導入できることが確かめられた。
From FIG. 6B, signals were detected in the cell nucleus of both HeLa cells into which the nMag-SpCas9 (N) -sgAAVS1 complex and the cytoplasm were introduced and HeLa cells into which the pMag-SpCas9 (C) -sgAAVS1 complex and the cytoplasm were introduced. Was done.
From this, it was confirmed that the light-inducing system Cas9 can be introduced into the cell nucleus by using the introduction method of the present invention.

[試験例5]ラパマイシン誘導型であるスプリット型SpCas9(rpCas9)及び細胞質を導入したHeLa細胞を用いたT7E1アッセイ
(1)L5178Y細胞の細胞質の調製
試験例1の(1)と同様の方法を用いて、L5178Y細胞の細胞質を調製した。
[Test Example 5] T7E1 assay using split-type SpCas9 (rpCas9) which is a rapamycin-induced type and HeLa cells into which cytoplasm has been introduced (1) Preparation of cytoplasm of L5178Y cells Using the same method as in Test Example 1 (1). The cytoplasm of L5178Y cells was prepared.

(2)Cas9−gRNA複合体と細胞質との混合液の調製
次いで、「1.Cas9−gRNA複合体の作製」で得られたrpCas9−N(HisTag−SpCas9(N)−FRB)及びrpCas9−C(SpCas9(C)−FKBP−Histag)とsgAAVS1との複合体(以下、「rpCas9(N)−rpCas9(C)−gRNA複合体」と称する場合がある。)と、(1)で得られたL5178Y細胞の細胞質を合計100μLとなるように混合し、使用するまで32℃で保存した。
なお、図7Aは、rpCas9−N(HisTag−SpCas9(N)−FRB)及びrpCas9−C(SpCas9(C)−FKBP−Histag)の構成を示す概略図である。
rpCas9(N)−rpCas9(C)−gRNA複合体と細胞質との混合液の組成は上記表2と同様である。表2において、dCas9の含有量として記載された5μg/100μL中がrpCas9−N及びrpCas9−Cの合計の含有量である。
(2) Preparation of mixed solution of Cas9-gRNA complex and cytoplasm Next, rpCas9-N (HisTag-SpCas9 (N) -FRB) and rpCas9-C obtained in "1. Preparation of Cas9-gRNA complex" (Complex of SpCas9 (C) -FKBP-Histag) and sgAAVS1 (hereinafter, may be referred to as "rpCas9 (N) -rpCas9 (C) -gRNA complex") and obtained in (1). The cytoplasm of L5178Y cells was mixed to a total of 100 μL and stored at 32 ° C. until use.
Note that FIG. 7A is a schematic diagram showing the configurations of rpCas9-N (HisTag-SpCas9 (N) -FRB) and rpCas9-C (SpCas9 (C) -FKBP-Histag).
The composition of the mixed solution of the rpCas9 (N) -rpCas9 (C) -gRNA complex and the cytoplasm is the same as in Table 2 above. In Table 2, the total content of rpCas9-N and rpCas9-C is in 5 μg / 100 μL described as the content of dCas9.

(3)HeLa細胞の穿孔
試験例1の(3)と同様の方法を用いて、HeLa細胞の少なくとも一部に孔を形成させた。
(3) Perforation of HeLa cells Using the same method as in (3) of Test Example 1, pores were formed in at least a part of HeLa cells.

(4)HeLa細胞へのrpCas9(N)−rpCas9(C)−gRNA複合体と細胞質との混合液の導入
dCas9−gRNA複合体と細胞質との混合液の代わりに、rpCas9(N)−rpCas9(C)−gRNA複合体と細胞質との混合液を用いた以外は、試験例1の(4)と同様の方法を用いて、HeLa細胞へrpCas9(N)−rpCas9(C)−gRNA複合体と細胞質との混合液を導入した。
(4) Introduction of a mixed solution of rpCas9 (N) -rpCas9 (C) -gRNA complex and cytoplasm into HeLa cells Instead of a mixed solution of dCas9-gRNA complex and cytoplasm, rpCas9 (N) -rpCas9 ( C) Using the same method as in Test Example 1 (4) except that a mixed solution of the -gRNA complex and the cytoplasm was used, the rpCas9 (N) -rpCas9 (C) -gRNA complex was added to the HeLa cells. A mixed solution with cytoplasm was introduced.

(5)HeLa細胞の再封入
試験例1の(5)と同様の方法を用いて、HeLa細胞を再封入した。次いで、200nMラパマイシン含有D−MEM(FCS含有)2mL加え、37℃、5%二酸化炭素の条件で、18時間培養した。
(5) Re-encapsulation of HeLa cells HeLa cells were re-encapsulated using the same method as in (5) of Test Example 1. Then, 2 mL of D-MEM (containing FCS) containing 200 nM rapamycin was added, and the cells were cultured at 37 ° C. and 5% carbon dioxide for 18 hours.

(6)再封入したHeLa細胞からのゲノム抽出
次いで、18時間培養後の再封入したHeLa細胞を用いた以外は試験例2と同様の方法を用いて、ゲノム溶液を調製した。
(6) Genome Extraction from Re-Encapsulated HeLa Cells Next, a genome solution was prepared using the same method as in Test Example 2 except that the re-encapsulated HeLa cells after culturing for 18 hours were used.

(7)AAVS1領域のPCR増幅
次いで、(6)で得られたゲノム溶液を用いて、試験例2の(7)と同様の方法を用いて、AAVS1領域のCas9の標的配列を含む約1kbpの産物を作るようにnested PCRを行った。
(7) PCR amplification of the AAVS1 region Then, using the genomic solution obtained in (6), using the same method as in (7) of Test Example 2, about 1 kbp containing the Cas9 target sequence of the AAVS1 region. Nested PCR was performed to produce the product.

(8)T7E1アッセイ
次いで、試験例2の(7)と同様の方法を用いて、T7E1アッセイを行った。結果を図7Bに示す。図7Bにおいて、「T7E1(+)」はT7E1アッセイを行ったサンプルを意味し、「T7E1(−)」はT7E1アッセイを行っていないサンプルを意味する。また、「Inducible Cas9 sgRNA + rapamycin」はrpCas9(N)−rpCas9(C)−gRNA複合体と細胞質とを導入したリシールHeLa細胞にラパマイシンを添加して培養したサンプルを意味し、「Inducible Cas9 sgRNA×2 + rapamycin」はCas9−gRNA複合体形成工程において前記「Inducible Cas9 sgRNA + rapamycin」よりもgRNAの添加量が2倍であるrpCas9(N)−rpCas9(C)−gRNA複合体と細胞質とを導入したリシールHeLa細胞にラパマイシンを添加して培養したサンプルを意味する。また、「Inducible Cas9 − rapamycin」はrpCas9(N)−rpCas9(C)のみを導入したリシールHeLa細胞であって、ラパマイシン未添加で培養したサンプルを意味し、「Negative control(Cas9なし)」は何も導入しせず、ラパマイシン未添加で培養したサンプルを意味する。
(8) T7E1 Assay Next, the T7E1 assay was performed using the same method as in (7) of Test Example 2. The results are shown in FIG. 7B. In FIG. 7B, "T7E1 (+)" means a sample that has undergone the T7E1 assay, and "T7E1 (-)" means a sample that has not undergone the T7E1 assay. In addition, "Inducible Cas9 sgRNA + rapamycin" means a sample in which rapamycin was added and cultured to a reseal HeLa cell into which an rpCas9 (N) -rpCas9 (C) -gRNA complex and a cytoplasm were introduced, and "Inducible Cas9 sgRNA""2 + rapamycin" introduces rpCas9 (N) -rpCas9 (C) -gRNA complex and cytoplasm in which the amount of gRNA added is twice as much as that of "Inducible Cas9 sgRNA + rapamycin" in the Cas9-gRNA complex formation step. It means a sample obtained by adding rapamycin to the obtained RISEAL HeLa cells and culturing it. In addition, "Industrial Cas9-rapamycin" means a reseal HeLa cell into which only rpCas9 (N) -rpCas9 (C) has been introduced, and is a sample cultured without addition of rapamycin. What is "Negative control (without Cas9)"? Means a sample cultured without rapamycin added without introducing.

図7Bから、ラパマイシン未添加で培養したサンプル(ネガディブコントロールも含む)においては、切断が起こらず、切断されたDNAのバンドは見られなかった。一方、ラパマイシンを添加して培養したサンプルでは、切断されたDNAのバンドが検出されており、sgRNAの添加量に依存的に切断されたDNA量が増加していた。 From FIG. 7B, in the sample cultured without addition of rapamycin (including the negative control), no cleavage occurred and no band of the cleaved DNA was observed. On the other hand, in the sample cultured with the addition of rapamycin, a band of cleaved DNA was detected, and the amount of cleaved DNA increased depending on the amount of sgRNA added.

本発明のCas9−gRNA複合体の製造方法によれば、インビトロで安定して可溶化したCas9−gRNA複合体を得ることができる。また、本発明のCas9−gRNA複合体の細胞核内への導入方法によれば、ウイルスベクターを細胞内に導入せず、ゲノム編集の核内ニッチが最適化された状態でCas9−gRNA複合体を細胞核内で導入することができる。また、本発明の細胞内における標的遺伝子の改変方法によれば、オフターゲットが低減され、ウイルスベクターを細胞内に導入する必要なく、ゲノム編集の核内ニッチが最適化され、且つ大量の細胞における複数の遺伝子座を同時に編集することができる。 According to the method for producing a Cas9-gRNA complex of the present invention, a Cas9-gRNA complex that is stably solubilized in vitro can be obtained. Further, according to the method for introducing the Cas9-gRNA complex into the cell nucleus of the present invention, the Cas9-gRNA complex is introduced in a state where the nuclear niche of genome editing is optimized without introducing the viral vector into the cell. It can be introduced in the cell nucleus. In addition, according to the method for modifying a target gene in a cell of the present invention, off-targeting is reduced, the nuclear niche of genome editing is optimized without the need to introduce a viral vector into the cell, and in a large amount of cells. Multiple loci can be edited at the same time.

1…Cas9、2…gRNA、10…Cas9−gRNA複合体、11…細胞B、11a…細胞Bの細胞質、12…細胞A、12a…セミインタクト細胞A、12b…Cas9−gRNA複合体及び細胞Bの細胞質が導入されたセミインタクト細胞A、12c…リシール細胞A 1 ... Cas9, 2 ... gRNA, 10 ... Cas9-gRNA complex, 11 ... cell B, 11a ... cell B cytoplasm, 12 ... cell A, 12a ... semi-intact cell A, 12b ... Cas9-gRNA complex and cell B Semi-intact cell A with cytoplasm introduced, 12c ... Reseal cell A

Claims (6)

Cas9(Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats(CRISPR)−associated 9)とガイドRNA(gRNA)とを20℃以上で混合して、Cas9−gRNA複合体を形成するCas9−gRNA複合体形成工程と、
細胞の形質膜に穿孔物質を作用させて、形質膜上の少なくとも一部に孔を形成する穿孔工程と、
前記Cas9−gRNA複合体と、前記形質膜上の少なくとも一部に孔が形成された細胞と同種又は異種の生物由来の細胞から採取した細胞質とを混合する第1の混合工程と、
前記形質膜上の少なくとも一部に孔が形成された細胞に、前記Cas9−gRNA複合体及び前記細胞質を導入する導入工程と、
前記Cas9−gRNA複合体が導入された形質膜上の少なくとも一部に孔が形成された細胞にカルシウムイオンを含む溶液を加え、形質膜上の少なくとも一部に形成された孔を再封入する再封入工程と、を備え、
前記gRNAが標的遺伝子中のPAM(Proto−spacer Adjacent Motif)配列の1塩基上流から20塩基以上24塩基以下上流までの塩基配列に相補的な塩基配列からなるポリヌクレオチドを含み、
前記Cas9は、N末端又はC末端に核局在化シグナル(Nuclear localization signal:NLS)ペプチドが結合されている、Cas9−gRNA複合体の細胞核内への導入方法
A Cas9-gRNA complex forming step of mixing Cas9 (Crustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats (CRISPR) -associated 9) and guide RNA (gRNA) at 20 ° C. or higher to form a Cas9-gRNA complex .
A perforation step in which a perforating substance acts on the plasma membrane of a cell to form a pore in at least a part of the plasma membrane.
A first mixing step of mixing the Cas9-gRNA complex with a cytoplasm collected from cells derived from the same or different organisms as cells having pores formed at least partially on the plasma membrane.
An introduction step of introducing the Cas9-gRNA complex and the cytoplasm into cells having pores formed in at least a part of the plasma membrane.
A solution containing calcium ions is added to cells having pores formed in at least a part of the plasma membrane into which the Cas9-gRNA complex has been introduced, and the pores formed in at least a part of the plasma membrane are re-encapsulated. With an encapsulation process ,
The gRNA is seen containing a PAM (Proto-spacer Adjacent Motif) the nucleotide sequence from one base upstream of the sequence to the upstream 20 nucleotides or more 24 bases or less comprising a nucleotide sequence complementary polynucleotide in the target gene,
Cas9 is a method for introducing a Cas9-gRNA complex into the cell nucleus, in which a nuclear localization signal (NLS) peptide is bound to the N-terminal or C-terminal .
前記Cas9−gRNA複合体形成工程において、前記Cas9と前記gRNAとを30℃以上65℃以下で混合する、請求項1に記載のCas9−gRNA複合体の細胞核内への導入方法 The method for introducing a Cas9-gRNA complex into a cell nucleus according to claim 1, wherein in the Cas9-gRNA complex forming step, the Cas9 and the gRNA are mixed at 30 ° C. or higher and 65 ° C. or lower. 前記Cas9は、N末端側Cas9(Cas9−N)とC末端側Cas9(Cas9−C)とに二分割されており、
前記Cas9−N及び前記Cas9−Cは、それぞれN末端又はC末端に光依存的又は化学物質依存的に二量体を形成するタンパク質が結合されており、
前記Cas9は、光又は化学物質存在下でRNA誘導性DNAエンドヌクレアーゼ活性が回復する請求項1又は2に記載のCas9−gRNA複合体の細胞核内への導入方法
The Cas9 is divided into two parts, an N-terminal side Cas9 (Cas9-N) and a C-terminal side Cas9 (Cas9-C).
The Cas9-N and the Cas9-C have proteins that form dimers photo-dependently or chemical-dependently bound to the N-terminal or C-terminal, respectively.
The method for introducing Cas9-gRNA complex into the cell nucleus according to claim 1 or 2 , wherein the RNA-induced DNA endonuclease activity is restored in the presence of light or a chemical substance.
前記Cas9−gRNA複合体形成工程において、前記gRNAを2種類以上混合する、請求項1〜のいずれか一項に記載のCas9−gRNA複合体の細胞核内への導入方法 The method for introducing a Cas9-gRNA complex into a cell nucleus according to any one of claims 1 to 3 , wherein two or more types of the gRNA are mixed in the Cas9-gRNA complex forming step. さらに、前記導入工程の前であって、前記第1の混合工程の後に、前記Cas9−gRNA複合体及び前記細胞質と、相同組換えの阻害物質の抑制剤又は相同組換えの活性化剤とを混合する第2の混合工程を備える、請求項1〜4のいずれか一項に記載のCas9−gRNA複合体の細胞核内への導入方法。 Further, before the introduction step and after the first mixing step , the Cas9-gRNA complex and the cytoplasm are combined with an inhibitor of an inhibitor of homologous recombination or an activator of homologous recombination. The method for introducing a Cas9-gRNA complex into a cell nucleus according to any one of claims 1 to 4, further comprising a second mixing step of mixing the Cas9-gRNA complex. 請求項のいずれか一項に記載のCas9−gRNA複合体の細胞核内への導入方法を用いて、細胞核内にCas9−gRNA複合体が導入され、再封入された標的遺伝子を有する細胞において、前記Cas9が、PAM配列の所定塩基上流又は下流に位置する切断部位で標的遺伝子を切断する切断工程と、
前記gRNAと前記標的遺伝子との相補的結合によって決定される領域において、改変された前記標的遺伝子を有する細胞を得る改変工程と、を備える細胞内における標的遺伝子の改変方法。
A cell in which the Cas9-gRNA complex is introduced into the cell nucleus and has a resealed target gene by using the method for introducing the Cas9-gRNA complex into the cell nucleus according to any one of claims 1 to 5. In the cleavage step, Cas9 cleaves the target gene at a cleavage site located upstream or downstream of a predetermined base of the PAM sequence.
In the region determined by the complementary binding of the target gene and the GRNA, comprising a modified step of obtaining a cell having the target gene is modified, the modified method of a target gene in a cell.
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