JP6948718B2 - ゲノム編集方法 - Google Patents
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Description
[1](a)ゲノム編集対象領域の両端を切断する人工ヌクレアーゼシステム、及び(b)5´側から、5´側ホモロジーアーム配列、ドナーDNA配列、3´側ホモロジーアーム配列の順で配置されてなる塩基配列を含み、前記5´側ホモロジーアーム配列が前記ゲノム編集対象領域外側の一方の塩基配列の相同配列であり、且つ前記3´側ホモロジーアーム配列が前記ゲノム編集対象領域外側の他方の塩基配列の相同配列である、一本鎖DNA、を細胞又は非ヒト生物に導入する工程を含む、ゲノム編集された細胞又は非ヒト生物の製造方法。
本明細書中において、「含有」及び「含む」なる表現については、「含有」、「含む」、「実質的にからなる」及び「のみからなる」という概念を含む。
本発明は、その一態様において、2種の材料(材料(a)及び材料(b))を利用した、ゲノム編集方法、ゲノム編集された細胞又は非ヒト生物の製造方法、ゲノム編集用組成物、ゲノム編集用キットなどに関する。以下、これらの材料について説明する。
材料(a)は、ゲノム編集対象領域の両端を切断する人工ヌクレアーゼシステムである。
Casコンポーネントとしては、例えば、Casタンパク質、Cas mRNA、Casタンパク質発現カセットなどが挙げられる。Casコンポーネントは、1種単独であっても、2種以上の組合せであってもよい。
ガイドRNAコンポーネントとしては、ゲノム編集対象領域の両端を切断するようにデザインされたガイドRNA、その発現カセットなどが挙げられる。ガイドRNAコンポーネントは、1種単独であっても、2種以上の組合せであってもよい。
材料(b)は、5´側から、5´側ホモロジーアーム配列、ドナーDNA配列、3´側ホモロジーアーム配列の順で配置されてなる塩基配列を含む、一本鎖DNAである。
上記材料(a)及び(b)をゲノム編集対象細胞又はゲノム編集対象生物に導入する工程を含む方法により、これらの細胞又は生物のゲノムを編集すること、より具体的には、ゲノム編集対象領域を任意のドナーDNA配列に置き換えることができる。
上記材料(a)及び(b)は、これらが一体となって含まれるゲノム編集用組成物として利用することもできるし、或いはキットとして利用することもできる。
マウスSerpina3a(serine peptidase inhibitor clade A member 3A)遺伝子のエクソン4及びその周辺領域をゲノム編集対象領域として、該領域を、該領域の両端にloxP配列が付加されてなる配列に置き換えた。具体的には、図1に示すスキームに従って、次のように行った。
ガイドRNAのデザインは、ソフトウェアツール(crispr.genome-engineering.org)を用いて行った。ゲノム編集対象領域(配列番号1)の一方の端部を切断するようにデザインされたガイドRNA(Serpina3a gRNA-1、標的部位(標的鎖)の配列は配列番号2)、及び他方の端部を切断するようにデザインされたガイドRNA(Serpina3a gRNA-2、標的部位(標的鎖)の配列は配列番号3)を、二本鎖DNA(Integrated DNA Technologies社にて合成)を鋳型として、in vitro転写キット(MEGAshortscript T7 Transcription Kit、Life Technologies社製)を用いて合成した。
Cas9コード配列の下流にポリAテールが付加されてなる配列を含むプラスミド(pCas9-polyA、Addgene ID #72602)をリニアライズしたものを鋳型DNAとして、in vitro転写キット(MEGAshortscript T7 Transcription Kit、Life Technologies社製)を用いて合成し、精製キット(MEGAClear kit、Life Technologies社製)を用いて精製した。
5´側から、5´側ホモロジーアーム配列(ゲノム編集対象領域アンチセンス鎖(配列番号1の相補配列)の5´外側の約300塩基長の配列)、loxP配列(逆向き)、ゲノム編集対象領域アンチセンス鎖配列(配列番号1の相補配列)、loxP配列(逆向き)、3´側ホモロジーアーム配列(ゲノム編集対象領域アンチセンス鎖(配列番号1の相補配列)の3´外側の約60塩基長の配列)の順で配置されてなる塩基配列(配列番号4)からなる一本鎖DNAを、既報(Yoshimi, K. et al. ssODN-mediated knock-in with CRISPR-Cas for large genomic regions in zygotes. Nat Commun 7, 10431 (2016).)に従って調製した。調製方法の概要を図2に示す。
C57BL/6J Jcl雌マウスを、妊馬血清性性腺刺激ホルモン(あすか製薬社製)及びヒト絨毛性ゴナドトロピン(あすか製薬社製)の注射により、過排卵状態にした。得られた過排卵マウスより、前核期胚を採取し、KSOM培地(ア−クリソース社製)中で培養した。上記で調製した、ガイドRNA(25ng/μL)、Cas9 mRNA(50ng/μL)、及び一本鎖DNA(50ng/μL)を、マイクロマニピュレーター(ナリシゲ社製)を用いて胚中の雄前核にマイクロインジェクションした。胚を培養し、二細胞期胚を偽妊娠雌マウスの子宮内に移した。生まれてきたマウス(F0マウス)の尾部からゲノムDNAを抽出して、ゲノム編集対象領域の外側に設計されたプライマーセットを用いたPCR、及び得られたPCR断片のシークエンシングにより、ジェノタイピングを行った。
結果を末尾の表1に示す(Mouse C57B6 Serpina3n MIの段)。表1に示されるように、生まれたマウスの16.1%という高効率で、ゲノム編集対象領域が、該領域の両端にloxP配列が付加されてなる配列に置き換えられたアレルを有するF0マウス(すなわち、目的のゲノム編集が成功したマウス)が得られた。
マウスTyr(Tyrosinase)遺伝子のエクソン2及びその周辺領域をゲノム編集対象領域として、該領域を、該領域の両端にloxP配列が付加されてなる配列に置き換えた。具体的には、ゲノム編集対象領域を配列番号5とし、ガイドRNAとしてTyr gRNA-1(標的部位(非標的鎖)の配列は配列番号6)及びTyr gRNA-2(標的部位(非標的鎖)の配列は配列番号7)を用い、一本鎖DNAとして、5´側から、5´側ホモロジーアーム配列(ゲノム編集対象領域アンチセンス鎖(配列番号5の相補配列)の5´外側の約300塩基長の配列)、loxP配列(逆向き)、ゲノム編集対象領域アンチセンス鎖配列(配列番号5の相補配列)、loxP配列(逆向き)、3´側ホモロジーアーム配列(ゲノム編集対象領域アンチセンス鎖(配列番号5の相補配列)の3´外側の約50塩基長の配列)の順で配置されてなる塩基配列(配列番号8)からなる一本鎖DNAを用いる以外は、実施例1と同様にして行った。
ガイドRNA、Cas9 mRNA、及び一本鎖DNAの導入を、マイクロインジェクション法に代えて、既報(特開2015-070825号公報)に従ったエレクトロポレーション法によって行う以外は、実施例1と同様にして行った。
マウスMct4(Monocarboxylate transporter 4)遺伝子のエクソン4及びその周辺領域をゲノム編集対象領域として、該領域を、該領域の両端にloxP配列が付加されてなる配列に置き換えた。具体的には、ゲノム編集対象領域を配列番号9とし、ガイドRNAとしてMct4 gRNA-1(標的部位(標的鎖)の配列は配列番号10)及びMct4 gRNA-2(標的部位(標的鎖)の配列は配列番号11)を用い、一本鎖DNAとして、5´側から、5´側ホモロジーアーム配列(ゲノム編集対象領域センス鎖(配列番号9)の5´外側の約300塩基長の配列)、loxP配列、ゲノム編集対象領域センス鎖配列(配列番号9)、loxP配列、3´側ホモロジーアーム配列(ゲノム編集対象領域センス鎖(配列番号9)の3´外側の約50塩基長の配列)の順で配置されてなる塩基配列(配列番号12)からなる一本鎖DNAを用いる以外は、実施例3と同様にして行った。
ラットVapb(vesicle-associated membrane protein-associated protein B/C)遺伝子のエクソン2及びその周辺領域をゲノム編集対象領域として、該領域を、該領域に変異(Vapbタンパク質のN末端から56番目のアミノ酸(プロリン)をセリンに変異させる変異:CCC→TCC)が導入されてなる領域の両端にloxP配列が付加されてなる配列に置き換えた。具体的には、図3に示すスキームに従って、次のように行った。
ゲノム編集対象領域(配列番号13)の一方の端部を切断するようにデザインされたガイドRNA(Vapb gRNA-1、標的部位(標的鎖)の配列は配列番号14)、及び他方の端部を切断するようにデザインされたガイドRNA(Vapb gRNA-2、標的部位(標的鎖)の配列は配列番号15)を、実施例1-1と同様にして合成した。
実施例1-2と同様にして調製した。
5´側から、5´側ホモロジーアーム配列(ゲノム編集対象領域センス鎖(配列番号13)の5´外側の約250塩基長の配列)、loxP配列、ゲノム編集対象領域センス鎖配列(配列番号13)において5´端から178番目の塩基(シトシン)がチミンに変異してなる配列(配列番号16)、loxP配列、3´側ホモロジーアーム配列(ゲノム編集対象領域センス鎖(配列番号13)の3´外側の約60塩基長の配列)の順で配置されてなる塩基配列(配列番号17)からなる一本鎖DNAを、実施例1-3と同様にして調製した。
受精卵採取に用いるラットとしてF344/Jcl雌ラットを用い、前核期胚の培養培地としてm-KRB(modified Krebs-Ringer Bicarbonate)培地(ア−クリソース社製)を用いる以外は、実施例3と同様にして実施した。
結果を末尾の表1に示す(Rat F344 Vapb ELの段)。表1に示されるように、生まれたラットの50.0%という高効率で、ゲノム編集対象領域が、該領域に変異(Vapbタンパク質のN末端から56番目のアミノ酸(プロリン)をセリンに変異させる変異:CCC→TCC)が導入されてなる領域の両端にloxP配列が付加されてなる配列に置き換えられたアレルを有するF0ラット(すなわち、目的のゲノム編集が成功したラット)が得られた。
ガイドRNA、Cas9 mRNA、及び一本鎖DNAの導入対象として、Cre-driver雄マウス(Emx1-cre、RBRC00808:皮質ニューロン及びグリアにおいてCreタンパク質を発現するマウス)の精子を用いてin vitroで受精させたC57BL/6J Jcl雌マウス受精卵を用いる以外は、実施例1と同様にして行った。
ガイドRNA、Cas9 mRNA、及び一本鎖DNAの導入を、エレクトロポレーション法によって行う以外は、実施例6と同様にして行った。
「Species」及び「Strain」は、ゲノム編集対象生物の種及び株を示す。
「Target」は、ゲノム編集対象の遺伝子名を示す。
「Transfer methods」は、ガイドRNA、Cas9 mRNA、及び一本鎖DNAを導入した方法を示す。「MI」はマイクロインジェクション法を示し、「EL」はエレクトロポレーション法を示す。
「Embryos injected」は、ガイドRNA、Cas9 mRNA、及び一本鎖DNAを導入した胚の数を示す。
「Embryos transferred」は、偽妊娠の雌個体の子宮に移した胚の数、及び該数の「Embryos injected」の数に対する割合(%)を示す。
「Live births」は、生まれてきた個体の数、及び該数の「Embryos transferred」の数に対する割合(%)を示す。
「LD」は、ゲノム編集対象領域の一部又は全部を含む比較的大きな領域が欠失(large deletion)したアレルを有する個体数、及び該個体数の「Live births」の個体数に対する割合(%)を示す。
「loxP」は、loxPサイトが1つのみ導入されたアレルを有する個体数、及び該個体数の「Live births」の個体数に対する割合(%)を示す。
「flox」は、ゲノム編集対象領域が、該領域の両端にloxP配列が付加されてなる配列に置き換えられたアレルを有する個体数(すなわち、目的のゲノム編集が成功した個体数)、及び該個体数の「Live births」の個体数に対する割合(%)を示す。
「Conditional」は、2つのアレルが両方ともfloxアレルである個体数、及びfloxアレルとLDアレルを有する個体数の合計数、及び該合計数の「Live births」の個体数に対する割合(%)を示す。
「Germline transmission」は、「flox allele」の個体と野生型個体とを掛け合わせて得られたF1マウスについてもジェノタイピングを行った結果、「flox allele」が生殖細胞系列伝達することが確認された個体数を示す。
「Cre-loxP」は、「flox allele」の個体とCre-driver個体とを掛け合わせて得られたF1マウス、或いはF0マウスのCre発現組織(実施例7)を解析した結果、該F1マウス又は該Cre発現組織においてloxP配列間の欠失が起こることが確認された個体数を示す。
「-」は、解析していないことを示す。
「Live births」中、「LD allele」、「loxP allele」及び「flox allele」以外にも、ゲノム編集対象領域の5´端周辺及び/又は3´端周辺が数塩基〜数十塩基欠失したアレルを有する個体も見られた。
<223> Serpina3a gRNA-1 標的鎖
配列番号3
<223> Serpina3a gRNA-2 標的鎖
配列番号4
<223> Serpina3aに対する一本鎖DNA
配列番号6
<223> Tyr gRNA-1 非標的鎖
配列番号7
<223> Tyr gRNA-2 非標的鎖
配列番号8
<223> Tyrに対する一本鎖DNA
配列番号10
<223> Mct4 gRNA-1 標的鎖
配列番号11
<223> Mct4 gRNA-2 標的鎖
配列番号12
<223> Mct4に対する一本鎖DNA
配列番号14
<223> Vapb gRNA-1 標的鎖
配列番号15
<223> Vapb gRNA-2 標的鎖
配列番号16
<223> 変異したゲノム編集領域
配列番号16
<223> Vapbに対する一本鎖DNA
Claims (5)
- (a)ゲノム編集対象領域の両端を切断する人工ヌクレアーゼシステム、及び(b)5´側から、5´側ホモロジーアーム配列、ドナーDNA配列、3´側ホモロジーアーム配列の順で配置されてなる塩基配列を含む一本鎖DNAであって、前記5´側ホモロジーアーム配列が前記ゲノム編集対象領域外側の一方の塩基配列の相同配列であって200〜350塩基長であり、前記ドナーDNA配列が200塩基長以上であり、且つ前記3´側ホモロジーアーム配列が前記ゲノム編集対象領域外側の他方の塩基配列の相同配列である一本鎖DNAを、エレクトロポレーション法により細胞又は非ヒト生物に導入する工程を含む、ゲノム編集された細胞又は非ヒト生物の製造方法。
- 前記人工ヌクレアーゼシステムがCRISPR/Casシステムである、請求項1に記載の方法。
- 前記ドナーDNA配列が2つの組換え酵素認識配列を含み、前記人工ヌクレアーゼシステム及び前記一本鎖DNAの導入対象が、組換え酵素発現カセットを含む受精卵である、請求項1又は2に記載の方法。
- (a)ゲノム編集対象領域の両端を切断する人工ヌクレアーゼシステム、及び(b)5´側から、5´側ホモロジーアーム配列、ドナーDNA配列、3´側ホモロジーアーム配列の順で配置されてなる塩基配列を含む一本鎖DNAであって、前記5´側ホモロジーアーム配列が前記ゲノム編集対象領域外側の一方の塩基配列の相同配列であって200〜350塩基長であり、前記ドナーDNA配列が200塩基長以上であり、且つ前記3´側ホモロジーアーム配列が前記ゲノム編集対象領域外側の他方の塩基配列の相同配列である一本鎖DNAを含む、請求項1に記載の方法に用いるための組成物。
- (a)ゲノム編集対象領域の両端を切断する人工ヌクレアーゼシステム、及び(b)5´側から、5´側ホモロジーアーム配列、ドナーDNA配列、3´側ホモロジーアーム配列の順で配置されてなる塩基配列を含む一本鎖DNAであって、前記5´側ホモロジーアーム配列が前記ゲノム編集対象領域外側の一方の塩基配列の相同配列であって200〜350塩基長であり、前記ドナーDNA配列が200塩基長以上であり、且つ前記3´側ホモロジーアーム配列が前記ゲノム編集対象領域外側の他方の塩基配列の相同配列である一本鎖DNAを含む、請求項1に記載の方法に用いるためのキット。
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