JP7045680B2 - Biological activity evaluation method for substances using nematodes - Google Patents

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本発明は、物質の生理活性評価等に使用できる線虫、および該線虫を用いた物質等の評価方法に関する。 The present invention relates to a nematode that can be used for evaluating the physiological activity of a substance, and a method for evaluating a substance or the like using the nematode.

線虫は毒物試験や薬効試験のモデルとして利用されている。中でも、Caenorhabditis elegans( C. elegans )は、約1,000個の体細胞から成る単純な構造をしているにもかかわらず、高等生物と類似の生物学的特徴を有している。また、全ゲノム配列が解読されていることから、大規模なフォーワードまたはリバースジェネティクススクリーニング、化学遺伝学的スクリーニングに用いられている。C. elegansは、様々な化合物に応答するため、これまでに多くの生理活性物質の同定およびその作用機序を解明するために使用されてきた。例えば、C. elegansを使用してアセチルコリンレセプターアゴニスト(レバミソール、ニコチン、モランテル)、麻酔薬(ハロタン)、GABA関連化合物(GABA、ムシモール)、セロトニン関連薬(セロトニン、イミプラミン)などの既存の化合物の作用機序が明らかにされるとともに、疾患遺伝子に作用する新規生理活性化合物が同定され、薬効の評価が行われた(非特許文献1および非特許文献2)。 C. elegans is used as a model for toxicology tests and drug efficacy tests. Among them, Caenorhabditis elegans (C. elegans) has biological characteristics similar to those of higher organisms, although they have a simple structure consisting of about 1,000 somatic cells. In addition, since the entire genome sequence has been decoded, it is used for large-scale forward or reverse genetics screening and chemical genetic screening. Since C. elegans responds to various compounds, they have been used to identify many bioactive substances and elucidate their mechanism of action. For example, the action of existing compounds such as acetylcholine receptor agonists (levamisol, nicotine, morantel), anesthetics (halotan), GABA-related compounds (GABA, musimol), serotonin-related drugs (serotonin, imipramine) using C. elegans. While the mechanism was clarified, a novel physiologically active compound acting on a disease gene was identified, and the drug efficacy was evaluated (Non-Patent Document 1 and Non-Patent Document 2).

ところで、線虫の咽頭筋は、corpus、isthmusおよびterminal bulbの3つの部分からなり、ポンピングと呼ばれる収縮運動とisthmusで生じる蠕動により、バクテリアなどの餌を腸内へ送り込んでいる。線虫を用いた薬効試験において、薬効評価の指標として、線虫の寿命や運動量等の他、この咽頭筋のポンピング回数も多く用いられている。これまで、ポンピング回数のカウントは、実験者が画像を見ながらカウントすることが多かった(非特許文献3および非特許文献4)。しかし、この方法は労力を必要とする作業であり、また、人為的なカウントミスが起こりやすく、正確性に欠ける結果となることも多かった。
ポンピング回数を目視でカウントする方法以外には、電気生理学的な手法を用いて測定する方法があるが、1匹ずつしか測定できず、また、測定操作に対する習熟度が要求される。さらに、計測装置の初期投資とともに消耗品も高価でコストがかかる。
By the way, the pharyngeal muscle of nematodes consists of three parts, corpus, isthmus and terminal bulb, and feeds bacteria and the like into the intestine by contraction movement called pumping and peristalsis generated by isthmus. In the medicinal efficacy test using nematodes, in addition to the lifespan and exercise amount of nematodes, the number of pumping of the pharyngeal muscle is often used as an index for evaluating the medicinal efficacy. Until now, the number of pumping counts was often counted by the experimenter while looking at the image (Non-Patent Document 3 and Non-Patent Document 4). However, this method is a labor-intensive task, and human counting errors are likely to occur, often resulting in inaccurate results.
In addition to the method of visually counting the number of pumping, there is a method of measuring using an electrophysiological method, but only one animal can be measured, and proficiency in the measuring operation is required. In addition to the initial investment in measuring equipment, consumables are also expensive and costly.

線虫の咽頭筋は収縮する際に、細胞外からのカルシウムイオンの流入や筋細胞内の筋小胞体からのカルシウムイオンの放出により、細胞内カルシウム濃度が上昇する。したがって、細胞内カルシウムイオン濃度の上昇は咽頭筋の収縮とよく対応する。これまでカルシウムイオン濃度変化をカルシウムプローブで検出することで、咽頭筋のポンピングの生理的メカニズムが解析されている。
Kerrらは、咽頭筋の筋細胞中に蛍光カルシウムプローブであるカメレオン(cameleon)を発現させ、カルシウムイオン濃度の変化を画像化したことを報告した(非特許文献5)。カメレオンは、4つのドメイン(CFP、カルモジュリン、M13(カルモジュリン結合ドメイン)およびYFP)から構成されるカルシウムプローブで、これにより咽頭筋のカルシウムイオンの変動を検出できる。しかし、カメレオン(YC2.1)による蛍光比の変化量は野生型株で4.31±0.16%と小さく(非特許文献5)、またカメレオンは、1波長励起2波長測光タイプであるため2波長を測定できる測定装置が必要でありコストがかかってしまう。さらに、カメレオンにはCFPとYFPの2つのGFP変異体が含まれることから、これらの蛍光タンパク質間等で組み換えが起こりやすく遺伝子が不安定になりやすい問題があり、カメレオンを導入した線虫を長期的に使用する際には注意を要する。
When the pharyngeal muscle of the nematode contracts, the intracellular calcium concentration increases due to the influx of calcium ions from the outside of the cell and the release of calcium ions from the sarcoplasmic reticulum inside the muscle cell. Therefore, the increase in intracellular calcium ion concentration corresponds well with the contraction of the pharyngeal muscle. So far, the physiological mechanism of pharyngeal muscle pumping has been analyzed by detecting changes in calcium ion concentration with a calcium probe.
Kerr et al. Reported that a fluorescent calcium probe, cameleon, was expressed in muscle cells of the pharyngeal muscle to image changes in calcium ion concentration (Non-Patent Document 5). Chameleon is a calcium probe composed of four domains (CFP, calmodulin, M13 (calmodulin binding domain) and YFP), which can detect changes in calcium ions in the pharyngeal muscle. However, the amount of change in the fluorescence ratio due to chameleon (YC2.1) is as small as 4.31 ± 0.16% in the wild type strain (Non-Patent Document 5), and since chameleon is a 1-wavelength excitation 2-wavelength photometric type, 2 wavelengths are measured. A measuring device that can be used is required, which is costly. Furthermore, since chameleon contains two GFP mutants, CFP and YFP, there is a problem that recombination is likely to occur between these fluorescent proteins and genes are likely to become unstable. Be careful when using it for the purpose.

以上のように、線虫の咽頭筋のポンピングの回数を、カルシウムプローブを使用して行う方法は、簡便で安価な方法として大いに期待されているが、実用化されるまでには至っていない。そのため、現時点でも、ほとんどの場合、咽頭筋のポンピング回数を目視によりカウントしているのが現状である(非特許文献3、非特許文献4など)。 As described above, the method of pumping the pharyngeal muscle of the nematode using a calcium probe is highly expected as a simple and inexpensive method, but has not yet been put into practical use. Therefore, even at present, in most cases, the number of pumping of the pharyngeal muscle is visually counted (Non-Patent Document 3, Non-Patent Document 4, etc.).

特願2000-356047Japanese Patent Application No. 2000-356047 特願2009-289789Japanese Patent Application No. 2009-289789 特願2010-232788Japanese Patent Application No. 2010-232788 特願2012-137434Special Request 2012-137434 WO2015/190083WO2015 / 190083

Randら, in Carnorhabditis elegans Modern Biological Analysis of Organism. 48 eds H.F. Estein & D.C. Shakes. Academic Press, Inc. Ch. 8, 187-204 1995Rand et al., In Carnorhabditis elegans Modern Biological Analysis of Organism. 48 eds H.F. Estein & D.C. Shakes. Academic Press, Inc. Ch. 8, 187-204 1995 O’Reillyら, Adv. Drug Deliv. Rev. 2014 Apr;69-70:247-53. doi: 10.1016/j.addr.2013.12.001. Epub 2013 Dec 12.O’Reilly et al., Adv. Drug Deliv. Rev. 2014 Apr; 69-70: 247-53. Doi: 10.1016 / j.addr.2013.12.001. Epub 2013 Dec 12. Liら, J. Appl. Toxicol. 36, 60-67 2016Li et al., J. Appl. Toxicol. 36, 60-67 2016 Haoら, J. Vis. Exp. 84, e50864 2014Hao et al., J. Vis. Exp. 84, e50864 2014 Kerrら, Neuron, 26, 583-594 2000Kerr et al., Neuron, 26, 583-594 2000

上記事情に鑑み、本発明は、咽頭筋のポンピング回数を簡便にカウントすることができる線虫、および該線虫のポンピング回数を指標にした試験物質の毒性評価または薬効評価など、試験物質の生理活性を評価する方法を開発することである。 In view of the above circumstances, the present invention relates to a nematode that can easily count the number of pumping of the pharyngeal muscle, and the physiology of the test substance such as toxicity evaluation or drug efficacy evaluation of the test substance using the number of pumping of the nematode as an index. To develop a method for assessing activity.

発明者らは、これまでに、タンパク質性の蛍光カルシウムプローブであるG-CaMPおよびR-CaMP(G-CaMPとR-CaMPを併せて「CaMP」と記載する)を開発した。CaMPは、N末側から、(1)リンカー、(2)機能性分子1(3)リンカー、(4)改変蛍光タンパク質(蛍光タンパク質をFPと記載する)(5)リンカー、(6)機能性分子2からなる構造を基本とするタンパク質である(特許文献1~5)。ここで改変FPとは、改変GFP、改変RFPまたは改変mAppleなどのFPにリンカーをつなげたタンパク質であり、具体的には、N末側から、FPの部分配列、リンカーおよびFPの部分配列からなる。また、機能分子1とは、カルモジュリン(CaM)に結合能を有するミオシン軽鎖キナーゼやカルモジュリンキナーゼキナーゼまたはこれらの部分配列であり、機能分子2とはカルモジュリンおよびその変異体である。機能分子1と機能分子2にあたるタンパク質は入れ替えることが可能である。CaMPにカルシウムイオンが結合した際の蛍光強度の変化量は、それまで知られていたタンパク質でできた蛍光カルシウムプローブと比較して、より大きく変化する。また、CaMPは、蛍光タンパク質としてGFP、RFPまたはmAppleを1分子のみを含む1波長励起1波長測光タイプ(1波長を測定できる測定装置で測定可)であるため、蛍光の検出において複雑な検出システムは必要でなく、コスト的に優れている。さらに、蛍光タンパク質としてGFP、RFPまたはmAppleを1分子しか含んでいないというCaMPの性質により、DNAの組み換えを起こす率がカメレオンより相対的に低くなり、CaMPの安定な発現が期待される。よって、CaMPを導入した遺伝子導入線虫の維持管理においても優位性を持つ。
以上、発明者らは、実験結果から良好な結果を得られたため、薬剤のスクリーニング等に使えるという考えに至った。
So far, the inventors have developed proteinaceous fluorescent calcium probes G-CaMP and R-CaMP (G-CaMP and R-CaMP are collectively referred to as "CaMP"). CaMP is composed of (1) linker, (2) functional molecule 1 (3) linker, (4) modified fluorescent protein (fluorescent protein is referred to as FP), (5) linker, and (6) functionality from the N-terminal side. It is a protein based on a structure composed of molecule 2 (Patent Documents 1 to 5). Here, the modified FP is a protein in which a linker is linked to an FP such as modified GFP, modified RFP, or modified mApple, and specifically, from the N-terminal side, it consists of a partial sequence of FP, a linker, and a partial sequence of FP. .. Further, the functional molecule 1 is a myosin light chain kinase or a calmodulin kinase kinase having a binding ability to calmodulin (CaM) or a partial sequence thereof, and the functional molecule 2 is calmodulin and a variant thereof. The proteins corresponding to the functional molecule 1 and the functional molecule 2 can be exchanged. The amount of change in fluorescence intensity when calcium ions bind to CaMP changes more significantly than the fluorescent calcium probe made of previously known proteins. In addition, CaMP is a one-wavelength excitation one-wavelength metering type that contains only one molecule of GFP, RFP, or mApple as a fluorescent protein (measurement is possible with a measuring device that can measure one wavelength), so it is a complicated detection system for fluorescence detection. Is not necessary and is cost effective. Furthermore, due to the nature of CaMP, which contains only one molecule of GFP, RFP or mApple as a fluorescent protein, the rate of DNA recombination is relatively lower than that of chameleon, and stable expression of CaMP is expected. Therefore, it also has an advantage in the maintenance of gene-introduced nematodes into which CaMP has been introduced.
As described above, the inventors have come up with the idea that since good results have been obtained from the experimental results, they can be used for drug screening and the like.

したがって、本発明は以下の(1)~(7)である。
(1)蛍光カルシウムプローブであるCaMPの1または複数が咽頭筋の筋肉細胞内で発現しているか、または発現可能な状態である線虫。
(2)前記CaMPが下記の(a)、(b)または(c)に示される蛍光カルシウムプローブからなるグループから選択される蛍光カルシウムプローブであることを特徴とする上記(1)に記載の線虫。
(a)配列番号2、配列番号4、配列番号6、配列番号8、配列番号10、配列番号12および配列番号14で表されるアミノ酸配列からなる蛍光カルシウムプローブ、
(b)配列番号2、配列番号4、配列番号6、配列番号8、配列番号10、配列番号12および配列番号14で表されるアミノ酸配列において1もしくは数個のアミノ酸が付加、置換、挿入もしくは欠失したアミノ酸配列からなる蛍光カルシウムプローブ、
(c)配列番号2、配列番号4、配列番号6、配列番号8、配列番号10、配列番号12および配列番号14で表されるアミノ酸配列と80%以上の配列同一性を有するアミノ酸配列からなる蛍光カルシウムプローブ
(3)前記線虫が、C. elegans、C. briggsaeまたはC. remaneiであることを特徴とする上記(1)または(2)に記載の線虫。
(4)下記の(a)および(b)の工程を含む、試験物質の生理活性を評価する方法。
(a)上記(1)ないし(3)のいずれかに記載の線虫と試験物質を接触させる工程、
(b)前記線虫内で発現しているCaMPからの蛍光強度変化数をカウントする工程
(5)下記の(c)および(d)の工程をさらに含む、上記(4)に記載の方法。
(c)上記(1)ないし(3)のいずれかに記載の線虫内で発現しているCaMPからの蛍光強度変化数をカウントする工程、
(d)前記工程(c)のカウント数と上記(4)の工程(b)のカウント数と比較する工程
(6)下記の(a)および(b)の工程を含む、生体への放射線の影響を調べる方法。
(a)上記(1)ないし(3)のいずれかに記載の線虫に放射線を照射する工程、
(b)前記線虫の咽頭筋で発現しているCaMPからの蛍光強度変化数をカウントする工程
(7)下記の(c)および(d)の工程をさらに含む、上記(6)に記載の方法。
(c)上記(1)ないし(3)のいずれかに記載の線虫内で発現しているCaMPからの蛍光強度変化数をカウントする工程、
(d)前記工程(c)のカウント数と上記(4)の工程(b)のカウント数と比較する工程
Therefore, the present invention is the following (1) to (7).
(1) A nematode in which one or more of CaMP, which is a fluorescent calcium probe, is expressed or can be expressed in the muscle cells of the pharyngeal muscle.
(2) The line according to (1) above, wherein the CaMP is a fluorescent calcium probe selected from the group consisting of the fluorescent calcium probes shown in (a), (b) or (c) below. insect.
(A) A fluorescent calcium probe consisting of the amino acid sequences represented by SEQ ID NO: 2, SEQ ID NO: 4, SEQ ID NO: 6, SEQ ID NO: 8, SEQ ID NO: 10, SEQ ID NO: 12 and SEQ ID NO: 14.
(B) One or several amino acids are added, substituted, inserted or added to the amino acid sequences represented by SEQ ID NO: 2, SEQ ID NO: 4, SEQ ID NO: 6, SEQ ID NO: 8, SEQ ID NO: 10, SEQ ID NO: 12 and SEQ ID NO: 14. Fluorescent calcium probe consisting of the deleted amino acid sequence,
(C) Consists of an amino acid sequence having 80% or more sequence identity with the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2, SEQ ID NO: 4, SEQ ID NO: 6, SEQ ID NO: 8, SEQ ID NO: 10, SEQ ID NO: 12 and SEQ ID NO: 14. Fluorescent calcium probe (3) The nematode according to (1) or (2) above, wherein the nematode is C. elegans, C. briggsae or C. remanei.
(4) A method for evaluating the physiological activity of a test substance, which comprises the following steps (a) and (b).
(A) The step of bringing the test substance into contact with the nematode according to any one of (1) to (3) above.
(B) The method according to (4) above, further comprising the steps (5) of the following steps (c) and (d) for counting the number of changes in fluorescence intensity from CaMP expressed in the nematode.
(C) The step of counting the number of changes in fluorescence intensity from CaMP expressed in the nematode according to any one of (1) to (3) above.
(D) A step of comparing the count number of the step (c) with the count number of the step (b) of the above (4) (6) The radiation to the living body including the steps (a) and (b) below. How to find out the impact.
(A) The step of irradiating the nematode according to any one of (1) to (3) above with radiation.
(B) The step of counting the number of changes in fluorescence intensity from CaMP expressed in the pharyngeal muscle of the nematode (7). The step according to (6) above, further comprising the steps (c) and (d) below. Method.
(C) The step of counting the number of changes in fluorescence intensity from CaMP expressed in the nematode according to any one of (1) to (3) above.
(D) A step of comparing the count number of the step (c) with the count number of the step (b) of the above (4).

本発明の線虫は、咽頭筋の筋細胞の収縮をCaMPからの蛍光強度変化として検出することが可能である。従って、生体への化合物等の影響(例えば、毒性試験、薬効試験など)、導入したり機能修飾(機能欠損)した遺伝子等の影響、温度や湿度、重力、照明、餌の有無、機械的刺激、他の生物(例えば天敵)の有無または他個体との社会的つながり等の環境要因の影響を調べる際に、蛍光変化を指標にして、線虫のポンピング回数を簡便、迅速かつ正確に評価することが可能となる。 The nematode of the present invention can detect the contraction of muscle cells of the pharyngeal muscle as a change in fluorescence intensity from CaMP. Therefore, the effects of compounds on living organisms (for example, toxicity tests, drug efficacy tests, etc.), the effects of introduced or functionally modified (functional deficient) genes, etc., temperature and humidity, gravity, lighting, presence or absence of food, mechanical stimulation , When investigating the influence of environmental factors such as the presence or absence of other organisms (for example, natural enemies) or social connection with other individuals, the number of pumping of nematodes is evaluated easily, quickly and accurately using the change in fluorescence as an index. Is possible.

G-CaMP2を咽頭筋に発現させたC. elegans野生型N2株の蛍光顕微鏡写真(左図)と、この線虫を用いて咽頭筋のポンピングの回数を測定した結果(右図)を示す。The fluorescence micrograph (left figure) of the C. elegans wild-type N2 strain expressing G-CaMP2 in the pharyngeal muscle and the result of measuring the number of pumping of the pharyngeal muscle using this nematode (right figure) are shown.

本発明の第1の実施形態は、蛍光カルシウムプローブであるCaMPが咽頭筋の筋肉細胞内で発現しているか、または発現可能な状態である線虫である。
本発明の実施形態で使用される線虫の種類は、遺伝子操作が容易なものであれば、いかなるものであっても使用可能であり、例えば、C. elegans、C. briggsaeまたはC. remaneiなどを挙げることができ、好ましくは、C. elegansである。
また、本明細書中、蛍光カルシウムプローブとは、カルシウムが結合すると蛍光強度が変化するタンパク質のことである。本発明においては、蛍光カルシウムプローブとしてCaMPが使用される。上述のとおり、CaMPは、発明者らによって開発された蛍光カルシウムプローブで、カルシウムイオンと結合することで、その蛍光特性(例えば蛍光強度)が変化する特徴を有しており、例えば、細胞内におけるカルシウムイオン濃度の変化を検出するために使用することができる。CaMPの例として、(a)配列番号2(G-CaMP2)、配列番号4(G-CaMP4)、配列番号6(G-CaMP6)、配列番号8(G-CaMP7)、配列番号10(G-CaMP8)、配列番号12(R-CaMP1.07)および配列番号14(R-CaMP2)で表されるアミノ酸配列からなる蛍光カルシウムプローブ、(b)配列番号2、配列番号4、配列番号6、配列番号8、配列番号10、配列番号12および配列番号14で表されるアミノ酸配列において1もしくは数個のアミノ酸が付加、置換、挿入もしくは欠失したアミノ酸配列からなる蛍光カルシウムプローブ、(c)配列番号2、配列番号4、配列番号6、配列番号8、配列番号10、配列番号12および配列番号14で表されるアミノ酸配列と80%以上の配列同一性を有するアミノ酸配列からなる蛍光カルシウムプローブ、を挙げることができる。CaMPとして、特に好ましくは、配列番号2、配列番号4、配列番号6、配列番号8、配列番号10または配列番号12で表されるアミノ酸配列からなる蛍光カルシウムプローブである。
なお、本明細書中、単に「CaMP」と記載したときは、CaMPタンパク質のことを表す。
The first embodiment of the present invention is a nematode in which CaMP, which is a fluorescent calcium probe, is expressed or can be expressed in the muscle cells of the pharyngeal muscle.
Any type of nematode used in the embodiments of the present invention can be used as long as it is easily genetically engineered, for example, C. elegans, C. briggsae or C. remanei. Can be mentioned, preferably C. elegans.
Further, in the present specification, the fluorescent calcium probe is a protein whose fluorescence intensity changes when calcium is bound. In the present invention, CaMP is used as the fluorescent calcium probe. As described above, CaMP is a fluorescent calcium probe developed by the inventors and has a characteristic that its fluorescence characteristics (for example, fluorescence intensity) change when it binds to calcium ions. For example, in the cell. It can be used to detect changes in calcium ion concentration. Examples of CaMP are (a) SEQ ID NO: 2 (G-CaMP2), SEQ ID NO: 4 (G-CaMP4), SEQ ID NO: 6 (G-CaMP6), SEQ ID NO: 8 (G-CaMP7), SEQ ID NO: 10 (G-). CaMP8), a fluorescent calcium probe consisting of the amino acid sequences represented by SEQ ID NO: 12 (R-CaMP1.07) and SEQ ID NO: 14 (R-CaMP2), (b) SEQ ID NO: 2, SEQ ID NO: 4, SEQ ID NO: 6, SEQ ID NO: 6. Fluorescent calcium probe consisting of an amino acid sequence in which one or several amino acids are added, substituted, inserted or deleted in the amino acid sequences represented by No. 8, SEQ ID NO: 10, SEQ ID NO: 12 and SEQ ID NO: 14, (c) SEQ ID NO: 2. A fluorescent calcium probe consisting of an amino acid sequence having 80% or more sequence identity with the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 4, SEQ ID NO: 6, SEQ ID NO: 8, SEQ ID NO: 10, SEQ ID NO: 12 and SEQ ID NO: 14. Can be mentioned. The CaMP is particularly preferably a fluorescent calcium probe comprising the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2, SEQ ID NO: 4, SEQ ID NO: 6, SEQ ID NO: 8, SEQ ID NO: 10 or SEQ ID NO: 12.
In addition, in this specification, when it simply describes as "CaMP", it means a CaMP protein.

本明細書において、「1もしくは数個のアミノ酸が付加、置換、挿入もしくは欠失したアミノ酸配」と記す場合、付加、置換、挿入または欠失したアミノ酸の数は、特に限定はしないが、たとえば、1、2、3、4、5、6、7、8、9または10個程度が好ましい。また、本明細書において、「80%以上の配列同一性を有するアミノ酸配列」は80%以上の配列同一性を有するアミノ酸配列であれば、何%であってもよいが、たとえば、90%以上、91%以上、92%以上、93%以上、94%以上、95%以上、96%以上、97%以上、98%以上または99%以上であってもよい。 In the present specification, when "an amino acid sequence in which one or several amino acids are added, substituted, inserted or deleted" is described, the number of amino acids added, substituted, inserted or deleted is not particularly limited, but for example. , 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 or 10 pieces are preferable. Further, in the present specification, the "amino acid sequence having 80% or more sequence identity" may be any percentage as long as it is an amino acid sequence having 80% or more sequence identity, but for example, 90% or more. , 91% or more, 92% or more, 93% or more, 94% or more, 95% or more, 96% or more, 97% or more, 98% or more or 99% or more.

線虫の咽頭筋の筋細胞内でCaMPを発現させる、または発現可能な状態にするためには、CaMPをコードする核酸を発現可能で保持している発現用プラスミドを線虫へ導入する必要がある。CaMPをコードする遺伝子としては、例えば、配列番号1(G-CaMP2)、配列番号3(G-CaMP4)、配列番号5(G-CaMP6)、配列番号7(G-CaMP7)、配列番号9(G-CaMP8)、配列番号11(R-CaMP1.07)および配列番号13(R-CaMP2)で表される塩基配列からなる遺伝子を挙げることができる。さらに、配列番号1、配列番号3、配列番号5、配列番号7、配列番号9、配列番号11および配列番号13で表される塩基配列からなる核酸と相補的な配列からなる核酸とストリンジェントな条件下でハイブリダイズする核酸からなる遺伝子であって、この遺伝子がコードするタンパク質が蛍光カルシウムプローブとしての活性を有するものを挙げることができる。 In order to express or make CaMP expressive in the muscle cells of the pharyngeal muscle of the nematode, it is necessary to introduce an expression plasmid carrying the nucleic acid encoding CaMP into the nematode. be. Examples of the gene encoding CaMP include SEQ ID NO: 1 (G-CaMP2), SEQ ID NO: 3 (G-CaMP4), SEQ ID NO: 5 (G-CaMP6), SEQ ID NO: 7 (G-CaMP7), and SEQ ID NO: 9 (SEQ ID NO: 9). G-CaMP8), a gene consisting of the base sequences represented by SEQ ID NO: 11 (R-CaMP1.07) and SEQ ID NO: 13 (R-CaMP2) can be mentioned. Further, it is stringent with a nucleic acid having a sequence complementary to the nucleic acid consisting of the base sequences represented by SEQ ID NO: 1, SEQ ID NO: 3, SEQ ID NO: 5, SEQ ID NO: 7, SEQ ID NO: 9, SEQ ID NO: 11 and SEQ ID NO: 13. Examples thereof include genes consisting of nucleic acids that hybridize under conditions, in which the protein encoded by this gene has activity as a fluorescent calcium probe.

ここで、任意の核酸とストリンジェント(低ストリンジェントおよび高ストリンジェント)な条件下でハイブリダイズする核酸とは、例えば、該任意の核酸の相補鎖の塩基配列と好ましくは80%以上の核酸配列同一性を有する配列からなる核酸等が挙げられる。また、任意の核酸と高ストリンジェントな条件でハイブリダイズする核酸とは、該任意の核酸の相補鎖の塩基配列、90%以上、91%以上、92%以上、93%以上、94%以上、95%以上、96%以上、97以上、98%以上または99%以上の核酸配列同一性を有する核酸等が挙げられる。
また、ストリンジェントな条件とは、当業者によって容易に決定されるハイブリダイゼーション条件のことで、一般的に、プローブ長、洗浄温度および塩濃度に依存する経験的な実験条件である。通常、プローブが長くなると適切なアニーリングのための温度は高くなり、プローブが短くなると温度は低くなる。核酸同士のハイブリッドの形成は、相補鎖がその融点よりやや低い環境において再アニールする能力に依存する。より具体的に述べると、低ストリンジェントな条件とは、例えば、ハイブリダイゼーション後のフィルターの洗浄段階において、37℃~42℃の温度条件の下、5×SSC(1倍濃度のSSC溶液(1×SSC)の組成は、例えば、150mmol/L 塩化ナトリウムおよび15mmol/L クエン酸ナトリウムである)、0.1%SDS溶液中で洗浄する条件などを挙げることができる。また、高ストリンジェントな条件とは、例えば、洗浄段階において、60℃~70℃、好ましくは65℃の温度条件の下、0.1×SSC、0.1%SDS中で洗浄する条件などが挙げられる。さらに、温度を上げる等のストリンジェントな条件をより高くすることにより、相同性の高い核酸を得ることができる。
Here, the nucleic acid that hybridizes with any nucleic acid under stringent (low stringent and high stringent) conditions is, for example, the base sequence of the complementary strand of the arbitrary nucleic acid and preferably 80% or more of the nucleic acid sequence. Examples thereof include nucleic acids composed of sequences having the same identity. The nucleic acid that hybridizes with any nucleic acid under high stringent conditions is the base sequence of the complementary strand of the arbitrary nucleic acid, 90% or more, 91% or more, 92% or more, 93% or more, 94% or more, Examples thereof include nucleic acids having nucleic acid sequence identity of 95% or more, 96% or more, 97 or more, 98% or more, or 99% or more.
In addition, stringent conditions are hybridization conditions easily determined by those skilled in the art, and are generally empirical experimental conditions that depend on probe length, washing temperature, and salt concentration. Generally, the longer the probe, the higher the temperature for proper annealing, and the shorter the probe, the lower the temperature. The formation of nucleic acid-to-nucleic acid hybrids depends on the ability of the complementary strand to reanneal in an environment slightly below its melting point. More specifically, low stringent conditions are, for example, 5 × SSC (1x SSC solution (1 times concentration)) under temperature conditions of 37 ° C to 42 ° C in the washing step of the filter after hybridization. The composition of × SSC) can be, for example, 150 mmol / L sodium chloride and 15 mmol / L sodium citrate), conditions for washing in a 0.1% SDS solution, and the like. Further, the high stringent condition includes, for example, a condition of cleaning in 0.1 × SSC and 0.1% SDS under a temperature condition of 60 ° C. to 70 ° C., preferably 65 ° C. in the cleaning stage. Furthermore, by raising the stringent conditions such as raising the temperature, nucleic acids with high homology can be obtained.

線虫への発現用プラスミドなどの外来DNAの導入は、通常、成虫(雌雄同体)の生殖巣(gonad)にDNAをマイクロインジェクションすることにより行うことができる。成虫の生殖巣は多核で前後に2つあるので、前後の生殖巣のどちらか片方または両方に一度ずつマイクロインジェクションすれば、外来DNAで形質転換した仔虫(F1)を得ることができる。目的の外来DNAの他、形質転換のマーカーとなるDNAを同時に注入してもよい。得られる形質転換株は、多数の外来DNAが組換えを起こしてできた直鎖上の染色体外DNAアレイ(extrachromosomal array)として染色体外に外来DNAを保持し、染色体外DNAアレイは分裂の際各娘細胞へ分配される。導入した外来DNAを染色体外DNAアレイとしてではなく、安定に線虫の染色体上に挿入するためには、例えば、紫外線(UV)またはγ線を照射して、外来DNAが染色体に挿入された線虫を単離することができる。 Introduction of foreign DNA, such as a plasmid for expression into gonads, can usually be performed by microinjecting the DNA into the gonad of an adult (hermaphrodite). Since the adult gonads are polynuclear and have two anterior and posterior gonads, microinjection into either or both of the anterior and posterior gonads can be performed once to obtain larvae (F1) transformed with foreign DNA. In addition to the foreign DNA of interest, DNA that serves as a marker for transformation may be injected at the same time. The resulting transformant carries extrachromosomal DNA extrachromosomally as a linear extrachromosomal array formed by recombination of a large number of foreign DNAs, and each extrachromosomal DNA array undergoes division. It is distributed to daughter cells. In order to stably insert the introduced foreign DNA onto the chromosome of the nematode, not as an extrachromosomal DNA array, for example, by irradiating with ultraviolet (UV) or γ-ray, the foreign DNA is inserted into the chromosome. Insects can be isolated.

線虫に遺伝し導入する場合、例えば、pFX_EGFPTベクター(K. Gengyo-Ando, S. Yoshina, H. Inoue, and S. Mitani, “An efficient transgenic system by TA cloning vectors and RNAi for C. elegans,” Biochem. Biophys. Res. Commun., vol. 349, pp. 1345-1350, 2006.)や The Fire Lab C. elegans Vectorなどを使用することができる。CaMPを咽頭筋の筋細胞特異的に発現させるためには、咽頭筋特異的プロモーターを保持するベクターに、所望のCaMPをコードするDNAを発現可能な状態に挿入したCaMP発現用ベクターを作製し、これを線虫に導入する。線虫の咽頭筋特異的プロモーターとしては、例えば、myo-2遺伝子のプロモーターまたはceh-22プロモーターなどを使用することができる。
なお、本明細書において、「発現可能な状態」には、CaMPが恒常的に発現している状態のみならず、例えば、熱ショックプロモーター等の誘導的なプロモーターにより、所望の時期にCaMPが発現可能な状態でCaMPをコードするDNAが細胞内に導入されている状態も含まれる(参考文献 Bacaj T and Shaham S: Temporal Control of Cell-Specific Transgene Expression in Caenorhabditis elegans. Genetics 176: 2651-2655, 2007.)。
When inherited and introduced into nematodes, for example, pFX_EGFPT vector (K. Gengyo-Ando, S. Yoshina, H. Inoue, and S. Mitani, “An efficient transgenic system by TA cloning vectors and RNAi for C. elegans,” Biochem. Biophys. Res. Commun., Vol. 349, pp. 1345-1350, 2006.) and The Fire Lab C. elegans Vector can be used. In order to express CaMP in a pharyngeal muscle cell-specific manner, a CaMP expression vector was prepared by inserting a DNA encoding a desired CaMP into a vector carrying a pharyngeal muscle-specific promoter in a state in which it can be expressed. Introduce this to nematodes. As the pharyngeal muscle-specific promoter of C. elegans, for example, the promoter of the myo-2 gene or the ceh-22 promoter can be used.
In the present specification, the "expressible state" is not only a state in which CaMP is constantly expressed, but also CaMP is expressed at a desired time by an inducible promoter such as a heat shock promoter. It also includes the state in which the DNA encoding CaMP is introduced into the cell in a possible state (Reference Bacaj T and Shaham S: Temporal Control of Cell-Specific Transgene Expression in Caenorhabditis elegans. Genetics 176: 2651-2655, 2007 .).

本発明の第2の実施形態は、下記の(a)および(b)の工程を含む、試験物質の生理活性を評価する方法である。
(a)第1の実施形態にかかる線虫と試験物質を接触させる工程、
(b)前記線虫内で発現しているCaMPからの蛍光強度変化数をカウントする工程
A second embodiment of the present invention is a method for evaluating the physiological activity of a test substance, which comprises the following steps (a) and (b).
(A) A step of bringing the test substance into contact with the nematode according to the first embodiment,
(B) Step of counting the number of changes in fluorescence intensity from CaMP expressed in the nematode.

本発明の第2の実施形態にかかる生理活性評価方法(本明細書において、「生理活性」とは生体に対して何らかの影響を及ぼす作用のことを指す)は、第1の実施形態にかかる線虫をモデル生物とし、その咽頭筋のポンピング回数に対する試験物質(生理活性評価の対象物質)の影響を調べ、その結果に基づいて、生体に与える試験物質の影響を評価する方法である。試験物質の影響の有無は、例えば、試験物質と接触させていない第1の実施形態にかかる線虫のポンピング回数と比較するなどして、評価することができる。
すなわち、下記の(a)~(d)の工程を含む、試験物質の生理活性を評価する方法も本発明の第2の実施形態に含まれる。
(a)第1の実施形態にかかる線虫と試験物質を接触させる工程、
(b)前記線虫内で発現しているCaMPからの蛍光強度変化数をカウントする工程、
(c)第1の実施形態にかかる線虫内で発現しているCaMPからの蛍光強度変化数をカウントする工程、
および
(d)前記工程(c)のカウント数と工程(b)のカウント数を比較する工程
The bioactivity evaluation method according to the second embodiment of the present invention (in the present specification, "physiological activity" refers to an action having some effect on a living body) is a line according to the first embodiment. This is a method of using an insect as a model organism, investigating the effect of the test substance (substance subject to bioactivity evaluation) on the number of pumping of the pharyngeal muscle, and evaluating the effect of the test substance on the living body based on the result. The presence or absence of the influence of the test substance can be evaluated, for example, by comparing with the number of times of pumping of the nematode according to the first embodiment which is not in contact with the test substance.
That is, a method for evaluating the physiological activity of the test substance, which comprises the following steps (a) to (d), is also included in the second embodiment of the present invention.
(A) A step of bringing the test substance into contact with the nematode according to the first embodiment,
(B) A step of counting the number of changes in fluorescence intensity from CaMP expressed in the nematode.
(C) A step of counting the number of changes in fluorescence intensity from CaMP expressed in the nematode according to the first embodiment.
And (d) a step of comparing the count number of the step (c) with the count number of the step (b).

線虫の咽頭筋のポンピングは、生命維持に重要な摂食に必須の運動である。試験物質のポンピング運動への影響を検出することで、該試験物質の生体への影響の有無を予想することができる。線虫の咽頭筋のポンピング回数を指標にした毒性試験の例として、例えば、神経毒として知られているアクリルアミドを濃度依存的に線虫に接触させた結果、咽頭筋のポンピング回数が減少したとの報告がある(非特許文献3)。また、抗精神薬の薬効評価の指標として線虫のポンピングの回数が利用された例も報告されている(非特許文献4)。
以上のように、線虫の咽頭筋のポンピングは試験物質の生体への影響評価する上で非常に有効である。
Pumping of the pharyngeal muscles of C. elegans is a vital exercise for feeding. By detecting the effect of the test substance on the pumping motion, it is possible to predict the presence or absence of the effect of the test substance on the living body. As an example of a toxicity test using the number of pumping of the pharyngeal muscle of the nematode as an index, for example, as a result of contacting the nematode with acrylamide known as a neurotoxin in a concentration-dependent manner, the number of pumping of the pharyngeal muscle decreased. (Non-Patent Document 3). In addition, an example has been reported in which the number of times of pumping of nematodes is used as an index for evaluating the efficacy of an antipsychotic drug (Non-Patent Document 4).
As described above, the pumping of the pharyngeal muscle of the nematode is very effective in evaluating the effect of the test substance on the living body.

第2の実施形態の評価対象である試験物質は、特に限定されるものではなく、いかなるものであってもよい。また、線虫と試験物質とを接触させる工程は、線虫を培養する培地中に試験物質を適当量添加する、または、飼育した線虫を、直接、試験物質を含む溶液等に浸すことで実施することができる。または、気化し易い化学物質である場合、濾紙等に化学物質を染ませて培地上において線虫を飼育する方法も用いられている。化学物質が気体である場合、例えば化学物質を含む空気を満たした容器等に培地を入れて飼育する。線虫の飼育は、当業者において公知の方法により実施することができ、例えば、"The Nematode Caenorhabditis elegans" (W.B.Wood, ed.) Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring Harbor, 1988などを参照するとよい。通常、線虫は、NGMアガロースプレート(Nematode growth media、例えば、0.25% トリプトン(2.5g/L)、0.3% NaCl (3.0g/L)、1.5% アガー (15.0g/L) 、1mM CaCl2、1mM MgSO4、25mM KPO4 pH 6.0、5μg/mL コレステロール)上に餌となる大腸菌OP50の培養液を塗布し、室温で一晩培養したプレートなどで飼育を行ってもよい。 The test substance to be evaluated in the second embodiment is not particularly limited and may be anything. In the step of bringing the nematode into contact with the test substance, an appropriate amount of the test substance is added to the medium for culturing the nematode, or the bred nematode is directly immersed in a solution containing the test substance. Can be carried out. Alternatively, in the case of a chemical substance that easily vaporizes, a method of dyeing a filter paper or the like with the chemical substance and breeding nematodes on a medium is also used. When the chemical substance is a gas, for example, the medium is placed in a container filled with air containing the chemical substance and bred. C. elegans can be reared by methods known to those of skill in the art, see, for example, "The Nematode Caenorhabditis elegans" (WBWood, ed.) Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring Harbor, 1988. Usually, nematodes are NGM agarose plates (Nematode growth media, eg 0.25% tryptone (2.5 g / L), 0.3% NaCl (3.0 g / L), 1.5% agar (15.0 g / L), 1 mM CaCl 2, 1 mM CaCl 2 , A culture medium of Escherichia coli OP50 to be fed may be applied on 1 mM DDL 4 , 25 mM KPO 4 pH 6.0, 5 μg / mL cholesterol) and bred on a plate cultured overnight at room temperature.

本発明の線虫の咽頭筋で発現しているCaMPからの蛍光は、蛍光顕微鏡に取り付けたCCDカメラ、またはcMOSカメラ等により画像化し、蛍光強度の変化を記録することができる。観察対象の線虫は、1匹または複数匹ずつ、例えば、マルチウェルプレートなどに分配し、1匹ずつ観察を行ってもよく、また、複数匹をまとめて観察してもよい。
本発明の線虫はポンピングを行う度に、蛍光強度が変化するため、この蛍光強度の変化の回数をポンピングの回数として検出することができる(蛍光強度の1ピークの数をポンピングの数とすることができる。実施例参照のこと)。
従って、例えば、単位時間あたりの蛍光強度の変化の回数が、試験物質の有無で異なる場合には、試験物質により線虫の咽頭筋の運動に何らかの影響が及ぼされたと判断することができる。
The fluorescence from CaMP expressed in the pharyngeal muscle of the nematode of the present invention can be imaged by a CCD camera attached to a fluorescence microscope, a cMOS camera, or the like, and the change in fluorescence intensity can be recorded. One or a plurality of nematodes to be observed may be distributed to, for example, a multi-well plate and observed one by one, or a plurality of nematodes may be observed together.
Since the fluorescence intensity of the nematode of the present invention changes each time pumping is performed, the number of changes in the fluorescence intensity can be detected as the number of pumping (the number of one peak of the fluorescence intensity is defined as the number of pumping). Can be done. See Examples).
Therefore, for example, when the number of changes in fluorescence intensity per unit time differs depending on the presence or absence of the test substance, it can be determined that the test substance has some effect on the movement of the pharyngeal muscle of the nematode.

本発明の第3の実施形態は、下記の(a)および(b)の工程を含む、生体への放射線の影響を調べる方法である。
(a)第1の実施形態にかかる線虫に放射線を照射する工程、
(b)前記線虫の咽頭筋で発現しているCaMPからの蛍光強度変化数をカウントする工程
本発明の第3の実施形態にかかる方法は、第1の実施形態にかかる線虫をモデル生物とし、その咽頭筋のポンピング回数に対する放射線の影響を調べ、その結果に基づいて、生体に与える放射線の影響を評価する方法である。放射線の影響の有無は、放射線を照射していない第1の実施形態にかかる線虫のポンピング回数と比較することで評価することができる。
すなわち、下記の(a)~(d)の工程を含む、生体への放射線の影響を調べる方法も本発明の第3の実施形態に含まれる。
(a)第1の実施形態にかかる線虫に放射線を照射する工程、
(b)前記線虫の咽頭筋で発現しているCaMPからの蛍光強度変化数をカウントする工程、
(c)第1の実施形態にかかる線虫内で発現しているCaMPからの蛍光強度変化数をカウントする工程、
および
(d)前記工程(c)のカウント数と工程(b)のカウント数を比較する工程
A third embodiment of the present invention is a method for examining the effect of radiation on a living body, which comprises the following steps (a) and (b).
(A) A step of irradiating the nematode according to the first embodiment with radiation.
(B) Step of counting the number of changes in fluorescence intensity from CaMP expressed in the pharyngeal muscle of the nematode The method according to the third embodiment of the present invention uses the nematode according to the first embodiment as a model organism. This is a method of investigating the effect of radiation on the number of pumping of the pharyngeal muscle and evaluating the effect of radiation on the living body based on the result. The presence or absence of the influence of radiation can be evaluated by comparing with the number of pumping of nematodes according to the first embodiment not irradiated with radiation.
That is, a method for investigating the effect of radiation on a living body including the following steps (a) to (d) is also included in the third embodiment of the present invention.
(A) A step of irradiating the nematode according to the first embodiment with radiation.
(B) A step of counting the number of changes in fluorescence intensity from CaMP expressed in the pharyngeal muscle of the nematode.
(C) A step of counting the number of changes in fluorescence intensity from CaMP expressed in the nematode according to the first embodiment.
And (d) a step of comparing the count number of the step (c) with the count number of the step (b).

線虫の咽頭筋のポンピングは、生命維持に重要な摂食に必須の運動であるから、放射線のポンピング運動への影響を検出することで、放射線の生体への影響の有無を予想することができる。近年、放射線に対する多くの知見が蓄積され、様々な分野においてその利用が進んでいる。例えば、医学の分野においては、がんの治療に使用されており、その治療効果が期待される反面、深刻な副作用の問題も生じている。また、宇宙工学等の分野においては、すでに、宇宙飛行士が宇宙船外で作業をする機会も増えており、様々な宇宙線の人体に対する影響について研究が進められている。この様な状況下において、線虫は様々な放射線の生体に対する影響を調べる上で、有用なモデル生物になると考えられる。
ここで「放射線」とは、高い運動エネルギーをもって流れる物質粒子(イオン、電子、中性子、陽子および中間子などの粒子放射線で、α線、β線、電子線、陽子線、中性子線および重粒子線など)と高エネルギーの電磁波(γ線、X線などの電磁放射線)のことであり、特に限定はされない。
Since pumping of the pharyngeal muscle of C. elegans is an essential exercise for feeding that is important for life support, it is possible to predict the presence or absence of the effect of radiation on the living body by detecting the effect of radiation on the pumping movement. can. In recent years, a lot of knowledge about radiation has been accumulated, and its use is advancing in various fields. For example, in the field of medicine, it is used for the treatment of cancer, and while its therapeutic effect is expected, it also causes serious side effect problems. In addition, in fields such as space engineering, astronauts are already increasing the opportunities to work outside the spacecraft, and research on the effects of various cosmic rays on the human body is underway. Under such circumstances, nematodes are considered to be useful model organisms for investigating the effects of various radiations on living organisms.
Here, "radiation" is particle radiation such as material particles (ion, electron, neutron, proton and intermediate) that flow with high kinetic energy, such as α-ray, β-ray, electron beam, proton beam, neutron beam and heavy particle beam. ) And high-energy electromagnetic waves (electromagnetic radiation such as γ-rays and X-rays), and are not particularly limited.

本明細書において引用されたすべての文献の開示内容は、全体として明細書に参照により組み込まれる。また、本明細書全体において、単数形の「a」、「an」、および「the」の単語が含まれる場合、文脈から明らかにそうでないことが示されていない限り、単数のみならず複数のものを含むものとする。
以下に実施例を示してさらに本発明の説明を行うが、実施例は、あくまでも本発明の実施形態の例示にすぎず、本発明の範囲を限定するものではない。
The disclosures of all references cited herein are incorporated herein by reference in their entirety. Also, throughout the specification, when the singular words "a", "an", and "the" are included, not only the singular but also multiple, unless the context clearly indicates otherwise. It shall include things.
Hereinafter, the present invention will be described with reference to examples, but the examples are merely examples of embodiments of the present invention and do not limit the scope of the present invention.

1.トランスジェニック線虫の作成
G-CaMP2(配列番号2)を発現するトランスジェニック線虫の作成は、マイクロインジェクション法(Mello et al., EMBO J. 10, 3959-3970, 1991)に従って行った。この方法は、線虫雌雄同体の成虫の生殖巣にDNA溶液をマイクロインジェクションすることにより形質転換を行うものである。実験装置は以下のものを用いた。
実験装置
(1)実体顕微鏡:線虫のマウントに用いた。0.7-15倍程度の倍率で観察しながら、線虫をアガーパッド(スライドガラスに寒天を薄く伸ばしたもの)上にマウントした。
(2)倒立顕微鏡:線虫のマイクロインジェクションに用いた。線虫の移動をスムーズに行うために、グラインドタイプのステージを装着した。対物レンズは微分干渉用レンズ、40倍と低倍率4倍(針と線虫を近づけるため)を用いた。
(3)ニードルプラー:ガラス管を熱して細く引き、マイクロインジェクション用の針を作成した。
(4)マニピュレーター:倒立顕微鏡のステージに取り付けてマイクロインジェクション用の針を操作する装置である。
(5)マイクロインジェクションマニピュレーター:マイクロインジェクションの際の圧力を制御する装置である。
1. 1. Creation of transgenic nematodes
Transgenic nematodes expressing G-CaMP2 (SEQ ID NO: 2) were prepared according to the microinjection method (Mello et al., EMBO J. 10, 3959-3970, 1991). In this method, transformation is performed by microinjecting a DNA solution into the reproductive foci of adult nematodes hermaphroditic. The following experimental equipment was used.
Experimental device
(1) Stereomicroscope: Used for mounting nematodes. The nematodes were mounted on an agar pad (a thinly stretched agar on a slide glass) while observing at a magnification of about 0.7-15 times.
(2) Inverted microscope: Used for microinjection of nematodes. A grind type stage was attached to facilitate the movement of nematodes. The objective lens used was a lens for differential interference contrast, 40x and 4x low magnification (to bring the needle and nematode close to each other).
(3) Needle puller: A glass tube was heated and pulled thinly to create a needle for microinjection.
(4) Manipulator: A device that is attached to the stage of an inverted microscope to operate a needle for microinjection.
(5) Microinjection manipulator: A device that controls the pressure during microinjection.

線虫
宿主となる線虫は、C. elegans野生型N2株を用いた。マイクロインジェクション用のガラス針にDNAを注入し、マイクロインジェクションマニピュレーターにセットした。雌雄同体の成虫をアガーパッドにマウントし、すみやかに生殖巣にガラス針を挿入し、DNAを生殖巣内に注入した。注入後、虫を回収し、線虫用の培養用固形培地(NGM培地)で培養した。マイクロインジェクションから3-4日後に、CaMPの蛍光やマーカー(主に蛍光)を指標にして形質転換体(F1)を識別して分離し、新しいNGM培地で培養した。さらに3-4日後に形質転換体(F2)を選別し、CaMPの蛍光やマーカーの発現が伝達しているトランスジェニックラインを得た。この方法で得られるトランスジェニック線虫は、染色体外DNAアレイをもつ細胞ともたない細胞の2種類の細胞を体内に持つキメラ体である(Exライン)。そこで、UV法に従い(Mitani Development Growth & Differentiation 37 (5) 551-557,1995)、CaMPを安定に発現するトランスジェニックライン(Isライン)を作成した。この方法は、短波長の紫外線(254nm)をExラインに照射してDNAの組み換えを惹起し、DNAアレイを染色体内に挿入するものである。Isラインは、さらに野生型株(N2)と数回戻し交配を行った。得られたトランスジェニック線虫は、解析に用いるとともに、凍結ストックを作成して保管した。
As the nematode host, C. elegans wild-type N2 strain was used. DNA was injected into a glass needle for microinjection and set in a microinjection manipulator. Hermaphrodite adults were mounted on the agar pad, a glass needle was promptly inserted into the gonad, and DNA was injected into the gonad. After the injection, the insects were collected and cultured in a solid culture medium for nematodes (NGM medium). Three to four days after microinjection, transformants (F1) were identified and isolated using CaMP fluorescence and markers (mainly fluorescence) as indicators and cultured in fresh NGM medium. After 3-4 days, transformants (F2) were sorted to obtain transgenic lines that transmit CaMP fluorescence and marker expression. The transgenic nematode obtained by this method is a chimera having two types of cells in the body, a cell having an extrachromosomal DNA array and a cell having no extrachromosomal DNA array (Ex line). Therefore, a transgenic line (Is line) that stably expresses CaMP was prepared according to the UV method (Mitani Development Growth & Differentiation 37 (5) 551-557, 1995). In this method, the Ex line is irradiated with short-wavelength ultraviolet light (254 nm) to induce DNA recombination, and the DNA array is inserted into the chromosome. The Is line also backcrossed several times with the wild-type strain (N2). The obtained transgenic nematodes were used for analysis, and frozen stock was prepared and stored.

DNA
マイクロインジェクションに用いたG-CaMP4の発現ベクターは、以下のように構築した。
pFX_EGFPTベクターに制限酵素NotIとBglIIを加えて37度で2時間反応させた後、反応物を1%アガロースにて電気泳動した。電気泳動後、ゲル撮影装置にてゲル上でのDNA断片の位置を確認し、ゲル断片を切り出した。ゲルからのDNA断片の回収はMagExtractor PCR & Gel Cleanup kit(東洋紡ライフサイエンス事業部)または、FastGene Gel/PCR Extraction kit(日本ジェネティクス)を用い、キットのマニュアルに従って操作を行い、EGFP部分を含まないベクター断片を得た。G-CaMP4のDNA断片は以下の方法で調整した。pN1-G-CaMP4ベクターをテンプレートとして用いてPCR法により5’末端側にNotIサイト、3’末端側にBglIIサイトを付加した。PCR反応には以下のプライマーペアを用いた。
GCaMP4#F1: 5'-TGCGGCCGCATGCGGGGTTCTCATCATCA-3'(配列番号15)
GCaMP4#R2: 5'-TAGATCTTCACTTCGCTGTCATCATTTG-3'(配列番号16)
PCR反応後、反応液を1%アガロースゲルを用いて電気泳動し、MagExtractor PCR & Gel Cleanup kitまたは、FastGene Gel/PCR Extraction kitを用い、増幅したPCR産物を回収した。回収したPCR産物はZero Blunt TOPO PCR Cloning Kit(サーモフィッシャーサイエンティフィック)を用いて、キットのマニュアルに従って操作を行い、pCR Blunt IIベクター(サーモフィッシャーサイエンティフィック)にサブクローニングした。サブクローニングしたDNAの大腸菌からの抽出にはPlasmid mini prep kit(キアゲン)またはFastGene(登録商標)プラスミドミニキット(日本ジェネティクス)を用い、キットのマニュアルに従って操作を行った。PCR増幅したG-CaMP4のDNA配列の確認はDNAシーケンシング(GenomeLab DTCS Quick Start Kit ベックマンコールター)を用いて確認した。PCR増幅したG-CaMP4を持つpCR Blunt IIベクターに制限酵素NotIとBglIIを加えて37度で2時間反応させた後、MagExtractor PCR & Gel Cleanup kitまたは、FastGene Gel/PCR Extraction kitを用い、DNA(G-CaMP4 cDNA)をゲルから回収した。DNA Ligation kit ver 2.1 (タカラバイオ)を用いて、キットのマニュアルに従って操作を行い、NotI/BglIIで切断したEGFP部分を含まないpFX_EGFPTベクターと、NotI/BglIIで切断したG-CaMP4のPCR産物を結合させた。
DNA
The expression vector of G-CaMP4 used for microinjection was constructed as follows.
After adding restriction enzymes Not I and Bgl II to the pFX_EGFPT vector and reacting at 37 ° C. for 2 hours, the reaction product was electrophoresed with 1% agarose. After electrophoresis, the position of the DNA fragment on the gel was confirmed with a gel imaging device, and the gel fragment was cut out. Use the Mag Extractor PCR & Gel Cleanup kit (Toyobo Life Science Division) or FastGene Gel / PCR Extraction kit (Nippon Genetics) to recover DNA fragments from the gel, and operate according to the kit manual, and do not include the EGFP part. A vector fragment was obtained. The DNA fragment of G-CaMP4 was prepared by the following method. Using the pN1-G-CaMP4 vector as a template, a Not I site was added to the 5'end side and a Bgl II site was added to the 3'end side by the PCR method. The following primer pairs were used for the PCR reaction.
GCaMP4 # F1: 5'-TGCGGCCGCATGCGGGGTTCTCATCATCA-3'(SEQ ID NO: 15)
GCaMP4 # R2: 5'-TAGATCTTCACTTCGCTGTCATCATTTG-3' (SEQ ID NO: 16)
After the PCR reaction, the reaction solution was electrophoresed on a 1% agarose gel, and the amplified PCR product was recovered using the MagExtractor PCR & Gel Cleanup kit or the FastGene Gel / PCR Extraction kit. The recovered PCR product was operated using the Zero Blunt TOPO PCR Cloning Kit (Thermo Fisher Scientific) according to the manual of the kit, and was subcloned into the pCR Blunt II vector (Thermo Fisher Scientific). The subcloned DNA was extracted from Escherichia coli using a Plasmamid mini prep kit (Qiagen) or a FastGene® plasmid mini kit (Nippon Genetics), and the procedure was performed according to the manual of the kit. The DNA sequence of PCR-amplified G-CaMP4 was confirmed using DNA sequencing (GenomeLab DTCS Quick Start Kit Beckman Coulter). After adding restriction enzymes Not I and Bgl II to the PCR-amplified pCR Blunt II vector with G-CaMP4 and reacting at 37 ° C for 2 hours, use MagExtractor PCR & Gel Cleanup kit or FastGene Gel / PCR Extraction kit. DNA (G-CaMP4 cDNA) was recovered from the gel. Using DNA Ligation kit ver 2.1 (Takara Bio), operate according to the manual of the kit, pFX_EGFPT vector containing no EGFP part cleaved with Not I / Bgl II, and G- CaMP4 cleaved with Not I / Bgl II. The PCR product was bound.

Ligation反応物はOne shot Top10 chemically competent E. coli(サーモフィッシャーサイエンティフィック)にトランスフォーメーションし、37℃で一晩培養した後、Plasmid mini prep kitまたはFastGene(登録商標)プラスミドミニキットを用いてプラスミド抽出を行った。プラスミドの確認はXhoI、BglIIを用いたdouble digestion、およびNotI、BglIIを用いたdouble digestionにより酵素処理し、1%アガロースゲルで電気泳動して確認した。続いて、プラスミドに制限酵素BamHIとNotIを加えて37度で2時間反応させた後、反応物を1%アガロースにて電気泳動した。電気泳動後ゲル撮影装置にてゲル上でのDNA断片の位置を確認し、ゲル断片を切り出した。ゲルからのDNA断片の回収はMagExtractor PCR & Gel Cleanup kitまたは、FastGene Gel/PCR Extraction kitを用いて行った。myo-2プロモーター(咽頭筋特異的プロモーター)配列の組み込みは以下の様に行った。pFX-myo2::venusベクターを上記と同様の操作で制限酵素BamHIとNotIで処理し、myo-2プロモーター配列を含むDNA断片を得た。このmyo-2プロモーター配列を含むDNA断片と、BamHIとNotIで切断したG-CaMP4を含むpFX_EGFPTベクターを混合してLigation反応を行った。
Ligation反応物はOne shot Top10 chemically competent E. coliにまたはDH5αchemically competent E. coli(タカラバイオ)にトランスフェクションし、上記と同様の方法によりプラスミドを回収し、G-CaMP発現用プラスミドPmyo-2::G-CaMPを得た。
The Ligation reactant is transformed into One shot Top10 chemically competent E. coli, cultured overnight at 37 ° C, and then plasmid using the Plasmamid mini prep kit or FastGene® plasmid mini-kit. Extraction was performed. The plasmid was confirmed by enzymatic treatment by double digestion using Xho I and Bgl II, and double digestion using Not I and Bgl II, and by electrophoresis on a 1% agarose gel. Subsequently, restriction enzymes BamH I and Not I were added to the plasmid and reacted at 37 ° C. for 2 hours, and then the reaction product was electrophoresed with 1% agarose. After electrophoresis, the position of the DNA fragment on the gel was confirmed with a gel imaging device, and the gel fragment was cut out. DNA fragments were recovered from the gel using the Mag Extractor PCR & Gel Cleanup kit or the FastGene Gel / PCR Extraction kit. The integration of the myo-2 promoter (pharyngeal muscle-specific promoter) sequence was performed as follows. The pFX-myo2 :: venus vector was treated with the restriction enzymes Bam HI and Not I in the same manner as above to obtain a DNA fragment containing the myo-2 promoter sequence. A DNA fragment containing this myo-2 promoter sequence was mixed with a pFX_EGFPT vector containing G-CaMP4 cleaved with Bam HI and Not I, and a Ligation reaction was performed.
The Ligation reaction was transfected into One shot Top10 chemically competent E. coli or DH5α chemically competent E. coli (Takara Bio), and the plasmid was recovered by the same method as above, and the plasmid for G-CaMP expression Pmyo-2 :: Obtained G-CaMP.

上記のようにして作製したG-CaMP発現用プラスミド(Pmyo-2::G-CaMP)は、200 ng/μlに調整し、0.45ミクロンのフィルターで細かい夾雑物を取り除いた後にマイクロインジェクションに用いた。この時、マーカーとして赤色蛍光タンパク(RFP)等の発現ベクターや遺伝的特徴(形態や行動から非発現線虫と発現線虫を区別するため利用されている)を引き起こす遺伝子マーカーをco-injectionすることができる。例えば赤色蛍光タンパク(RFP)発現ベクターの場合、200 ng/μlに調整し、両発現ベクターは、各々、CaMP:RFP = 1:1~10:1の量比で混和し、0.45ミクロンのフィルターで細かい夾雑物を取り除いた後にマイクロインジェクションに用いた。 The G-CaMP expression plasmid (Pmyo-2 :: G-CaMP) prepared as described above was adjusted to 200 ng / μl, and after removing fine impurities with a 0.45 micron filter, it was used for microinjection. .. At this time, as a marker, a gene marker that causes an expression vector such as red fluorescent protein (RFP) or a genetic feature (used to distinguish between non-expressed nematodes and expressed nematodes based on morphology and behavior) is co-injected. be able to. For example, in the case of a red fluorescent protein (RFP) expression vector, it is adjusted to 200 ng / μl, and both expression vectors are mixed in a quantity ratio of CaMP: RFP = 1: 1 to 10: 1, respectively, and a 0.45 micron filter is used. It was used for microinjection after removing fine impurities.

ポンピング回数の測定方法
スライドガラスに3%寒天を薄く延ばして敷いたアガーパッドを作成した。このアガーパッドに咽頭筋にCaMPを発現する線虫を載せ、さらにカバーガラスを載せるかまたは載せないで観察した。4倍または10倍対物レンズを用いてレーザー顕微鏡(A1RMP ニコン)の共焦点モードで15枚~30枚/秒(512x512ピクセルサイズ)でタイムラプス撮影した。488nmのレーザーを励起光として用いて、蛍光画像、透過光画像を撮影した。撮影後、画像解析ソフト(NIS Elements ニコンインステック)を用いたオフライン解析した。線虫の咽頭筋部分に関心領域(ROI)をとり、蛍光輝度を測定して、その時間変化をグラフ化した。
Measuring method of pumping frequency An agar pad was prepared by spreading 3% agar thinly on a slide glass. CaMP-expressing nematodes were placed on the pharyngeal muscles on this agar pad, and observation was performed with or without a cover glass. Time-lapse photography was performed at 15 to 30 images / sec (512 x 512 pixel size) in the confocal mode of a laser microscope (A1RMP Nikon) using a 4x or 10x objective lens. Fluorescent images and transmitted light images were taken using a 488 nm laser as the excitation light. After shooting, offline analysis was performed using image analysis software (NIS Elements Nikon Instec). A region of interest (ROI) was taken in the pharyngeal muscle of the nematode, the fluorescence brightness was measured, and the change over time was graphed.

2.測定結果
上記のPmyo-2::G-CaMPベクターを野生型線虫N2に形質導入した結果、咽頭筋内においてCaMPの発現が確認された(図1左)。このC. elegansの咽頭から得られるCaMPの蛍光を蛍光顕微鏡(レーザー共焦点顕微鏡)で測定したところ、咽頭筋の収縮運動に呼応して、蛍光強度変化が観察された(図1右)。また、蛍光測定は、蛍光顕微鏡(FN1 ニコンインステック)に装着した研究用高感度cMOSカメラ(ORCA-Flash 4.0 浜松ホトニクス)でも行う事が可能であった。
2. 2. Measurement results As a result of transducing the above Pmyo-2 :: G-CaMP vector into wild-type nematode N2, CaMP expression was confirmed in the pharyngeal muscle (Fig. 1, left). When the fluorescence of CaMP obtained from the pharynx of C. elegans was measured with a fluorescence microscope (laser confocal microscope), a change in fluorescence intensity was observed in response to the contraction movement of the pharyngeal muscle (Fig. 1, right). In addition, fluorescence measurement could also be performed with a high-sensitivity cMOS camera for research (ORCA-Flash 4.0 Hamamatsu Photonics) mounted on a fluorescence microscope (FN1 Nikon Instec).

本発明にかかる線虫は、CaMPが咽頭筋の筋細胞内で発現している。該線虫を用いて、毒性試験や薬効試験、放射線、温度などの環境変化、遺伝子変異、エピジェネティックな変化および同種間や異種動物との社会性行動などの影響を調べることが可能であり、薬学分野、医学分野の他、宇宙工学および環境等の分野においても使用が期待される。 In the nematode according to the present invention, CaMP is expressed in the muscle cells of the pharyngeal muscle. Using the nematodes, it is possible to investigate the effects of toxicity tests, drug efficacy tests, environmental changes such as radiation and temperature, gene mutations, epigenetic changes, and social behaviors between allogeneic and heterologous animals. In addition to the fields of pharmacy and medicine, it is expected to be used in fields such as space engineering and the environment.

Claims (6)

蛍光カルシウムプローブであるCaMPの1または複数が、咽頭筋特異的に、咽頭筋の筋肉細胞内で発現しているか、または誘導的なプロモーターにより発現可能な状態であり、前記CaMPが下記の(a)、(b)または(c)に示される蛍光カルシウムプローブからなるグループから選択される蛍光カルシウムプローブであることを特徴とする線虫。
(a)配列番号2、配列番号4、配列番号6、配列番号8、配列番号10、配列番号12または配列番号14で表されるアミノ酸配列からなる蛍光カルシウムプローブ
(b)配列番号2、配列番号4、配列番号6、配列番号8、配列番号10、配列番号12または配列番号14で表されるアミノ酸配列において1もしくは数個のアミノ酸が付加、置換、挿入もしくは欠失したアミノ酸配列からなる蛍光カルシウムプローブ
(c)配列番号2、配列番号4、配列番号6、配列番号8、配列番号10、配列番号12または配列番号14で表されるアミノ酸配列と90%以上の配列同一性を有するアミノ酸配列からなる蛍光カルシウムプローブ
One or more of CaMP, which is a fluorescent calcium probe, is expressed specifically in the pharyngeal muscle in the muscle cells of the pharyngeal muscle, or can be expressed by an inducible promoter, and the CaMP is described in the following (a). ), A nematode characterized by being a fluorescent calcium probe selected from the group consisting of the fluorescent calcium probe group shown in (b) or (c).
(A) A fluorescent calcium probe group consisting of the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2, SEQ ID NO: 4, SEQ ID NO: 6, SEQ ID NO: 8, SEQ ID NO: 10, SEQ ID NO: 12 or SEQ ID NO: 14.
(B) One or several amino acids are added, substituted, inserted or added to the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2, SEQ ID NO: 4, SEQ ID NO: 6, SEQ ID NO: 8, SEQ ID NO: 10, SEQ ID NO: 12 or SEQ ID NO: 14. Fluorescent calcium probe group consisting of deleted amino acid sequences,
(C) From an amino acid sequence having 90 % or more sequence identity with the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2, SEQ ID NO: 4, SEQ ID NO: 6, SEQ ID NO: 8, SEQ ID NO: 10, SEQ ID NO: 12 or SEQ ID NO: 14. Fluorescent calcium probe group
前記線虫が、C. elegans、C. briggsaeまたはC. remaneiであることを特徴とする請求項1に記載の線虫。 The nematode according to claim 1, wherein the nematode is C. elegans, C. briggsae or C. remanei. 下記の(a)および(b)の工程を含む、試験物質の生理活性を評価する方法。
(a)請求項1又は2のいずれかに記載の線虫と試験物質を接触させる工程、
(b)前記線虫内で発現しているCaMPからの蛍光強度変化数をカウントする工程
A method for evaluating the physiological activity of a test substance, which comprises the following steps (a) and (b).
(A) The step of bringing the test substance into contact with the nematode according to any one of claims 1 or 2.
(B) Step of counting the number of changes in fluorescence intensity from CaMP expressed in the nematode.
下記の(c)および(d)の工程をさらに含む、請求項3に記載の方法。
(c)請求項1又は2のいずれかに記載の線虫内で発現しているCaMPからの蛍光強度変化数をカウントする工程、
(d)前記工程(c)のカウント数と請求項3の工程(b)のカウント数を比較する工程
The method of claim 3, further comprising the steps (c) and (d) below.
(C) The step of counting the number of changes in fluorescence intensity from CaMP expressed in the nematode according to claim 1 or 2.
(D) A step of comparing the count number of the step (c) with the count number of the step (b) of claim 3.
下記の(a)および(b)の工程を含む、生体への放射線の影響を調べる方法。
(a)請求項1又は2のいずれかに記載の線虫に放射線を照射する工程、
(b)前記線虫の咽頭筋で発現しているCaMPからの蛍光強度変化数をカウントする工程
A method for investigating the effect of radiation on a living body, which comprises the following steps (a) and (b).
(A) The step of irradiating the nematode according to any one of claims 1 or 2 with radiation.
(B) Step of counting the number of changes in fluorescence intensity from CaMP expressed in the pharyngeal muscle of the nematode.
下記の(c)および(d)の工程をさらに含む、請求項5に記載の方法。
(c)請求項1又は2のいずれかに記載の線虫内で発現しているCaMPからの蛍光強度変化数をカウントする工程、
(d)前記工程(c)のカウント数と請求項5の工程(b)のカウント数を比較する工程
The method of claim 5, further comprising the steps (c) and (d) below.
(C) The step of counting the number of changes in fluorescence intensity from CaMP expressed in the nematode according to claim 1 or 2.
(D) A step of comparing the count number of the step (c) with the count number of the step (b) of claim 5.
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