JP7064732B2 - How to identify genes that are specifically expressed using optimized labels - Google Patents

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本発明は、特定の細胞型の細胞において特異的に発現する遺伝子を同定する方法であって、当該遺伝子を同定するために最適なものとして選択された標識を用いて、当該遺伝子を同定する方法に関する。 The present invention is a method for identifying a gene specifically expressed in a cell of a specific cell type, and a method for identifying the gene using a label selected as optimal for identifying the gene. Regarding.

哺乳動物のような多細胞生物は、様々に異なる種類の細胞から形作られており、210種類以上の細胞型を有するといわれるヒトについても、近年の研究によりさらに多様な細胞型を含んでいることが明らかになりつつある。これら動物の体を構成する多彩な細胞は、単一の接合子からの連続的な細胞分裂および「細胞運命決定」の過程を通じて、一つの細胞型から、別の細胞型へと変化していく。このような過程がどのように制御されているのかについては、いまだ完全には解明されていないものの、このような細胞型の変化には、細胞の遺伝子発現の変化が関与していることが知られている(非特許文献1)。また、多細胞生物を形作る様々な細胞を、遺伝子の発現パターンによって分類、単離する研究も幅広く行われており、特定の機能を有する細胞を同定、単離するために、各種細胞に特異的に発現する遺伝子産物を同定することも広く行われている(非特許文献2、特許文献1、特許文献2)。 Multicellular organisms such as mammals are formed from various different types of cells, and humans, which are said to have more than 210 types of cells, also contain more diverse cell types according to recent studies. Is becoming clear. The diverse cells that make up the body of these animals change from one cell type to another through continuous cell division from a single zygote and the process of "cell fate determination". .. Although it has not yet been completely elucidated how such a process is regulated, it is known that such changes in cell type are involved in changes in cell gene expression. (Non-Patent Document 1). In addition, a wide range of studies have been conducted to classify and isolate various cells that form multicellular organisms according to gene expression patterns, and are specific to various cells in order to identify and isolate cells with specific functions. It is also widely practiced to identify gene products expressed in (Non-Patent Document 2, Patent Document 1, Patent Document 2).

特に近年幹細胞を用いた再生医療、および幹細胞と腫瘍などの疾患との関連が注目されているところ、造血幹細胞等の体性幹細胞においては、その遺伝子発現パターンによって様々に異なる機能を有する幹細胞が混在していることが明らかとなっている(非特許文献3、非特許文献4)。特定の機能を有する幹細胞を同定、単離するためにも、これらの細胞型に特異的に発現する遺伝子を同定する技術が必要とされている。 In particular, in recent years, regenerative medicine using stem cells and the relationship between stem cells and diseases such as tumors have been attracting attention. In somatic stem cells such as hematopoietic stem cells, stem cells having various functions depending on the gene expression pattern are mixed. (Non-Patent Document 3, Non-Patent Document 4). In order to identify and isolate stem cells having a specific function, a technique for identifying genes specifically expressed in these cell types is required.

さらに、これら様々な細胞の生体内における機能を解析するにあたって、生存細胞においてその遺伝子発現を観察し得ることは、極めて有益であり、フローサイトメトリーや、インサイチュ蛍光観察といった生細胞蛍光観察によって、その発現状態を解析し得るような遺伝子を同定する技術は、生物の基礎研究から医薬等の応用分野に亘って、広く役立つことが期待される。 Furthermore, in analyzing the functions of these various cells in vivo, it is extremely useful to be able to observe their gene expression in living cells, and it is extremely useful to observe the gene expression in living cells by flow cytometry or live cell fluorescence observation such as in situ fluorescence observation. Techniques for identifying genes that can analyze the expression state are expected to be widely useful from basic biological research to applied fields such as medicine.

特開2014-233217JP-A-2014-233217 特開2013-146198JP 2013-146198

Trapnell C, Genome Research, 2015, Vol.25, pp.1491-1498Trapnel C, Genome Research, 2015, Vol. 25, pp. 1491-1498 Gazut R et al., J. Exp. Med., 2014, Vol.211, no.7, pp.1315-1331Gazut R et al. , J. Exp. Med. , 2014, Vol. 211, no. 7, pp. 1315-1331 Morrison SJ and Weissman IL, Immunity, 1994, Vol.1, pp. 661-673Morrison SJ and Weissman IL, Immunity, 1994, Vol. 1, pp. 661-673 Beerman I et al., Proc. National Academy of Science USA, 2010, Vol.107, no. 12, pp. 5465-5470Beerman I et al. , Proc. National Academy of Science USA, 2010, Vol. 107, no. 12, pp. 5465-5470 Christensen and Weissman, Proc. National Academy of Science USA, 2001, Vol.98, no.25, pp. 14541-14546)Christensen and Weissman, Proc. National Academy of Science USA, 2001, Vol. 98, no. 25, pp. 14541-14546)

本発明は、特定の細胞型の細胞において特異的に発現する遺伝子であって、フローサイトメトリーおよびインサイチュ蛍光観察などの、蛍光観察によって観察可能な遺伝子を同定する方法を提供することを目的としている。 It is an object of the present invention to provide a method for identifying a gene that is specifically expressed in a cell of a specific cell type and can be observed by fluorescence observation such as flow cytometry and in situ fluorescence observation. ..

本発明はさらに、当該遺伝子を同定するために、最適なものとして予め選択された蛍光標識を用いて、当該遺伝子を同定する方法を提供する。さらに、本発明は、特定の細胞型の細胞として、造血幹細胞などの体性幹細胞、特に、長期造血幹細胞に特異的に発現する遺伝子であって、上記蛍光観察を可能とする遺伝子を同定する方法を提供する。 The present invention further provides a method for identifying the gene using a fluorescent label selected in advance as optimal for identifying the gene. Furthermore, the present invention is a method for identifying a gene that is specifically expressed in somatic stem cells such as hematopoietic stem cells, particularly long-term hematopoietic stem cells, as cells of a specific cell type, and which enables the above-mentioned fluorescence observation. I will provide a.

本発明者らは、上記の課題を解決すべく鋭意研究を行った結果、特定の細胞型の細胞において特異的に発現する遺伝子を同定するのに際して、予め、目的とする特定の細胞型の細胞における蛍光観察に最も適した標識蛍光タンパク質を探索し、候補遺伝子に当該蛍光タンパク質を蛍光標識として使用した場合に、蛍光が検出可能となるために必要な転写量を求め、当該転写量に基づいて、当該特定の細胞型の細胞に特異的に発現する遺伝子を同定することにより、当該特定の細胞型の細胞において特異的に発現する遺伝子であって、フローサイトメトリーおよびインサイチュ蛍光観察などの蛍光観察が可能な遺伝子を効率よく取得しうることを見出し、本発明を完成した。 As a result of diligent research to solve the above problems, the present inventors have conducted in advance a cell of a specific cell type of interest in identifying a gene specifically expressed in a cell of a specific cell type. The most suitable labeled fluorescent protein for observing fluorescence in the above is searched for, and when the fluorescent protein is used as a fluorescent label for a candidate gene, the transfer amount required for fluorescence to be detectable is obtained, and based on the transfer amount. By identifying a gene that is specifically expressed in a cell of the specific cell type, it is a gene that is specifically expressed in the cell of the specific cell type, and is fluorescent observation such as flow cytometry and in situ fluorescence observation. The present invention has been completed by finding that it is possible to efficiently obtain a gene capable of obtaining a gene.

より具体的には、蛍光タンパク質はそれぞれ異なる励起波長および蛍光波長を有するために、フローサイトメトリーおよびインサイチュ蛍光観察などの蛍光観察の際に、異なる光学特性のフィルタを必要とし、これにより、蛍光タンパク質を発現しない野生型の細胞が生じるバックグラウンド蛍光シグナルの強度も変化する。上記蛍光観察の際には、絶対的な蛍光強度だけでなく、バックグラウンド蛍光シグナル強度との差(相対蛍光強度)が大きいことが重要であり、大きな相対蛍光強度を与える蛍光タンパク質を標識タンパク質として用いることで、より転写量の低い遺伝子であっても、その発現を蛍光観察することが可能となる。 More specifically, because fluorescent proteins have different excitation and fluorescence wavelengths, they require filters with different optical properties for fluorescence observations such as flow cytometry and in-situ fluorescence observations, thereby causing fluorescent proteins. The intensity of the background fluorescent signal that produces wild-type cells that do not express is also altered. In the above fluorescence observation, it is important that not only the absolute fluorescence intensity but also the difference from the background fluorescence signal intensity (relative fluorescence intensity) is large, and a fluorescent protein that gives a large relative fluorescence intensity is used as a labeling protein. By using it, it becomes possible to observe the expression of a gene having a lower transcription amount by fluorescence.

本発明は、特定の細胞型の細胞において特異的に発現する遺伝子であって、当該遺伝子発現が蛍光生細胞観察によって観察可能である遺伝子を同定する方法であって、当該目的に最適なものとして選択された蛍光標識を用いて、当該遺伝子を同定する方法を提供する。特に、これら特定の細胞型の細胞の生体内における機能を解析するためには、生存細胞においてその遺伝子発現を観察し得ることが極めて有利であり、フローサイトメトリーや、インサイチュ蛍光観察といった生細胞蛍光観察・分析方法によって、その発現を解析し得るような遺伝子を同定することを可能にする本発明は、極めて有益である。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is a method for identifying a gene that is specifically expressed in a cell of a specific cell type and whose gene expression can be observed by observation of living fluorescent cells, and is optimal for the purpose. A method for identifying the gene using the selected fluorescent label is provided. In particular, in order to analyze the function of these specific cell types in vivo, it is extremely advantageous to be able to observe the gene expression in living cells, and it is extremely advantageous to observe live cell fluorescence such as flow cytometry and in situ fluorescence observation. The present invention, which makes it possible to identify a gene whose expression can be analyzed by an observation / analysis method, is extremely useful.

図1は、対象となる細胞における最適な標識蛍光タンパク質を同定するための実験概要を示す。各種標識蛍光タンパクをコードする発現ベクターを有するウイルスを、対象となる細胞(例としてNIH3T3を示す)に感染させ、該細胞内で標識蛍光タンパク質の発現を観察する。FIG. 1 shows an outline of an experiment for identifying the optimal labeled fluorescent protein in a cell of interest. A virus having an expression vector encoding various labeled fluorescent proteins is infected with a target cell (for example, NIH3T3 is shown), and the expression of the labeled fluorescent protein is observed in the cells. 図2は、NIH3T3細胞における各種標識蛍光タンパク質の蛍光を、AlexaFlour488-A用のフィルタで観察した結果を示す。対照(control)として、発現ベクターを感染させていない細胞を用いた。FIG. 2 shows the results of observing the fluorescence of various labeled fluorescent proteins in NIH3T3 cells with a filter for AlexaFlour488-A. As a control, cells not infected with the expression vector were used. 図3は、NIH3T3細胞における各種標識蛍光タンパク質の蛍光を、PE-Texas Red-A用のフィルタで観察した結果を示す。対照(control)として、発現ベクターを感染させていない細胞を用いた。FIG. 3 shows the results of observing the fluorescence of various labeled fluorescent proteins in NIH3T3 cells with a filter for PE-Texas Red-A. As a control, cells not infected with the expression vector were used. 図4は、HSCにおけるHoxb5、Rnf208およびSmtnl1遺伝子の異型遺伝子性を確認するための、単一細胞定量PCRの結果を示す。Hoxb5遺伝子のみが、二峰性のシグナル強度を示す。FIG. 4 shows the results of single cell quantitative PCR to confirm the atypical geneticity of the Hoxb5, Rnf208 and Smtnl1 genes in HSC. Only the Hoxb5 gene exhibits bimodal signal intensity. 図5は、Hoxb5-3-mCherryノックインマウス作成のための遺伝子標的化戦略を示す。UTRは非転写領域を、PGKはホスホグリセリン酸キナーゼIを意味する。FIG. 5 shows a gene targeting strategy for the production of Hoxb5-3-mCherry knock-in mice. UTR means untranslated region and PGK means phosphoglycerate kinase I. 図6は、免疫表現型(Linc-KitSca-1CD150CD34-/loFlk2)によって特定されたHSC(以下、「pHSC」とする。)、多能性造血前駆細胞集団A(Linc-KitSca-1CD150CD34Flk2)(以下、「MPPa」とする。)および多能性造血前駆細胞集団B(Linc-KitSca-1CD150CD34Flk2)(以下、「MPPb」とする。)におけるHoxb5-3-mCherryリポーター遺伝子の発現を確認するためのフローサイトメトリーの結果を示す。赤色はHoxb5-3-mCherryリポーター遺伝子のシグナルを示し、青色は野生型細胞の生じるシグナルを示す。FIG. 6 shows an HSC (hereinafter referred to as “pHSC”) identified by an immune phenotype (Lin - c-Kit + Sca - 1 + CD150 + CD34- / lo Flk2-), a pluripotent hematopoietic progenitor cell population. A (Lin - c-Kit + Sca-1 + CD150 + CD34 + Flk2- ) (hereinafter referred to as "MPPa") and pluripotent hematopoietic progenitor cell population B (Lin - c-Kit + Sca-1 + CD150) -The results of flow cytometry for confirming the expression of the Hoxb 5-3-mCherry reporter gene in CD34 + Flk2- ) (hereinafter referred to as "MPPb") are shown. Red indicates the signal of the Hoxb5-3-mCherry reporter gene, and blue indicates the signal generated by wild-type cells. 図7は、Hoxb5-3-mCherry遺伝子を発現する長期造血幹細胞(LT-HSC)の組織内分布を示す。3D再構成画像における、Hoxb5陽性細胞の局在(赤色および矢印)と、VE-カドヘリン陽性細胞の局在(緑)が示されている。スケールバーは30μmを表す。FIG. 7 shows the tissue distribution of long-term hematopoietic stem cells (LT-HSC) expressing the Hoxb5-3-mCherry gene. Localization of Hoxb5-positive cells (red and arrow) and localization of VE-cadherin-positive cells (green) in 3D reconstructed images are shown. The scale bar represents 30 μm. 図8は、VE-カドヘリン陽性細胞からの距離に対してプロットした、Hoxb5陽性細胞の頻度(n=3のマウスからのn=287個の細胞)、および、無作為に選択した位置の頻度(n=3のマウスからのn=600個の細胞)を示す。***はP<0.0001を示す。独立スチューデントt検定を行った。FIG. 8 shows the frequency of Hoxb5-positive cells (n = 287 cells from n = 3 mice) plotted against the distance from VE-cadherin-positive cells, and the frequency of randomly selected positions (n = 287 cells). N = 600 cells from a mouse with n = 3). *** indicates P <0.0001. An independent student's t-test was performed. 図9は、脛骨の近位、中位および遠位おけるHoxb5陽性細胞の平均細胞数を示す。NSは有意でないことを表す。独立スチューデントt検定を行った。FIG. 9 shows the average number of Hoxb5-positive cells in the proximal, medial and distal tibia. NS indicates that it is not significant. An independent student's t-test was performed. 図10は長期造血再構成試験の概要を示す。CD45.1移植受容マウスは致死量の放射線照射を受けたのち、10細胞または3細胞のHoxb5-3-mCherryHSCおよび2x10細胞のCD45.1/CD45.2支持細胞を競合移植された。2次移植として、1x10細胞の全骨髄細胞(WBM)または100細胞の仕分けされたLSK細胞が、一次移植受容動物から移植された。FIG. 10 shows an outline of a long-term hematopoietic reconstruction test. CD45.1 + transplant accepting mice were subjected to lethal doses of irradiation and then competitively transplanted with 10 or 3 Hoxb5-3-mCherryHSC and 2x105 cells of CD45.1 + / CD45.2 + sustentacular cells. .. As a secondary transplant, 1x107 whole bone marrow cells (WBM) or 100 sorted LSK cells were transplanted from the primary transplant recipient animal. 図11は、2次移植受容マウスの全骨髄における、細胞系譜毎のキメラ現象。それぞれの棒グラフが個別のマウスを表している(Hoxb5陰性マウスはn=6、Hoxb5低では、n=7および、Hoxb5高では、n=8)。FIG. 11 shows a chimeric phenomenon for each cell lineage in the whole bone marrow of a secondary transplant-accepting mouse. Each bar graph represents an individual mouse (n = 6 for Hoxb5 negative mice, n = 7 for Hoxb5 low, and n = 8 for Hoxb5 high).

本発明は、一つの態様において、特定の細胞型の細胞において特異的に発現する遺伝子を同定する方法であって
(A)細胞内における前記遺伝子の発現を検出または測定するために用いる標識蛍光タンパク質を決定する工程であって、細胞株を用いたスクリーニングにより、至適標識蛍光タンパク質を決定する前記工程
(B)前記細胞型の細胞における、蛍光タンパク質で標識された参照遺伝子の発現強度に基づいて、同定する遺伝子を前記標識蛍光タンパク質で標識した際に、その発現をフローサイトメトリー によって観察するために必要とされる、観察可能転写量を求める工程
(C)前記観察可能転写量に基づいて、必要下限転写量およびこれよりも小さい、排除上限転写量を求める工程、
(D)前記特定の細胞型の細胞を含む細胞群において、前記必要下限転写量を上回る発現を有し、かつ、他の細胞型の細胞において、前記排除上限転写量を下回る発現を有する遺伝子を特定する工程、
を含む、前記方法を提供する。
The present invention is, in one embodiment, a method for identifying a gene specifically expressed in a cell of a specific cell type, (A) a labeled fluorescent protein used for detecting or measuring the expression of the gene in the cell. The step of determining the optimally labeled fluorescent protein by screening using a cell line (B) based on the expression intensity of the reference gene labeled with the fluorescent protein in the cell of the cell type. A step of determining the observable transcription amount required for observing the expression of the gene to be identified with the labeled fluorescent protein by flow cytometry (C) based on the observable transcription amount. Step to obtain the required lower limit transfer amount and the smaller exclusion upper limit transfer amount,
(D) A gene having an expression exceeding the required lower limit transcription amount in a cell group containing the cell of the specific cell type and having an expression lower than the exclusion upper limit transcription amount in cells of another cell type. Process to identify,
The above-mentioned method is provided.

上記排除上限転写量は、野生型、すなわち蛍光タンパク質を発現しない上記特定の細胞型の細胞が生じるバックグラウンド蛍光シグナル強度と、同程度の蛍光シグナルをもたらすことが予想される遺伝子発現量に基づいて設定することができる。 The exclusion upper limit transcription amount is based on the background fluorescence signal intensity produced by cells of the wild type, that is, the specific cell type that does not express fluorescent protein, and the gene expression level that is expected to bring about the same degree of fluorescence signal. Can be set.

上記排除上限転写量は、上記バックグラウンド蛍光シグナル強度をもたらすことが予想される遺伝子発現量の0.1~2.0倍であってもよい。また、上記排除上限転写量は、上記バックグラウンド蛍光シグナル強度をもたらすことが予想される遺伝子発現量の0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0、1.1、1.2、1.3、1.4、1.5倍であってもよい。 The exclusion upper limit transcription amount may be 0.1 to 2.0 times the gene expression level expected to bring about the background fluorescence signal intensity. In addition, the exclusion upper limit transcription amount is 0.5, 0.6, 0.7, 0.8, 0.9, 1.0, of the gene expression level expected to bring about the background fluorescence signal intensity. It may be 1.1, 1.2, 1.3, 1.4, 1.5 times.

更に別の態様において、本発明は、前記工程(B)において、観察可能転写量を、前記参照遺伝子の「位置付けされた100万個の読み出し断片あたりおよび転写産物1キロ塩基あたりの断片数」(FPKM)に基づいて求める、上記遺伝子を同定する方法を提供する。 In yet another embodiment, the invention determines the observable transcription volume in step (B) as "the number of fragments per 1 million read-out fragments and 1 kilobase of transcript" of the reference gene (. Provided is a method for identifying the above gene, which is obtained based on FPKM).

更に別の態様において、本発明は、前記工程(C)において、必要下限転写量を下記式
必要下限転写量
>=観察可能転写量/標識核酸のコードする標識蛍光タンパク質のコピー数
により求める、上記遺伝子を同定する方法を提供する。
In still another embodiment, the present invention determines the required lower limit transcription amount in the step (C) by the following formula: required lower limit transcription amount> = observable transcription amount / number of copies of the labeled fluorescent protein encoded by the labeled nucleic acid. Provided is a method for identifying a gene.

上記必要下限転写量は、観察可能転写量/標識核酸のコードする標識蛍光タンパク質のコピー数の1~10倍であってもよい。また、上記排除上限転写量は、上記バックグラウンド蛍光シグナル強度をもたらすことが予想される遺伝子発現量の1.5、2.0、2.5、3.0、3.5、4.0、4.5、5.0、5.5、6.0、6.5、7.0、7.5、8.0、8.5、9.0、9.5、10.0倍であってもよい。 The required lower limit transcription amount may be 1 to 10 times the number of copies of the observable transcription amount / labeled fluorescent protein encoded by the labeled nucleic acid. In addition, the exclusion upper limit transcription amount is 1.5, 2.0, 2.5, 3.0, 3.5, 4.0, of the gene expression level expected to bring about the background fluorescence signal intensity. It was 4.5, 5.0, 5.5, 6.0, 6.5, 7.0, 7.5, 8.0, 8.5, 9.0, 9.5, 10.0 times. You may.

更に別の態様において、本発明は、(E)前期工程(D)で得られた遺伝子の細胞毎の発現パターンに基づいて、さらに遺伝子を特定する工程を含む、上記遺伝子を同定する方法を提供する。
上記細胞毎の発現パターンは、例えば、蛍光顕微鏡観察によって確認されるものや、単一細胞定量PCRを用いた、細胞集団内での細胞毎の遺伝子発現のばらつきなどを含むが、これに限定されない。
In still another embodiment, the present invention provides a method for identifying the above gene, which comprises a step of further identifying the gene based on (E) the expression pattern of the gene obtained in the first step (D) for each cell. do.
The cell-by-cell expression pattern includes, but is not limited to, for example, those confirmed by fluorescence microscopy and variations in cell-by-cell gene expression within a cell population using single-cell quantitative PCR. ..

更に別の態様において、本発明は、予め、一次スクリーニングを行った候補遺伝子群に対して適用する、上記遺伝子を同定する方法であって、
前記一次スクリーニングが、
a)同一細胞系譜に属する複数の細胞群における遺伝子発現を比較するスクリーニング法、
b)同一解剖学的空間に属する複数の異なる細胞種の細胞群における遺伝子発現を比較するスクリーニング法、または
c)上記二つの方法を組み合わせるスクリーニング法
によって行われる方法を提供する。
In still another embodiment, the present invention is a method for identifying the above-mentioned gene, which is applied to a group of candidate genes that have been subjected to primary screening in advance.
The primary screening is
a) A screening method for comparing gene expression in multiple cell groups belonging to the same cell lineage,
b) a screening method for comparing gene expression in cell groups of a plurality of different cell types belonging to the same anatomical space, or c) a screening method for combining the above two methods is provided.

更に別の態様において、本発明は、前記工程(C)において、候補となる遺伝子の発現量が、前期必要下限転写量を下回る場合、前記標識蛍光タンパク質のコピー数を増やす、または、前記蛍光タンパク質に細胞局在シグナルシークエンスを付加させることで、前記遺伝子のコードするタンパク質の細胞内シグナルを増幅し、必要下限転写量を下げる、上記遺伝子を同定する方法を提供する。 In still another embodiment, the present invention increases the number of copies of the labeled fluorescent protein or the fluorescent protein when the expression level of the candidate gene is lower than the required lower limit transcription amount in the previous term in the step (C). Provided is a method for identifying the gene, which amplifies the intracellular signal of the protein encoded by the gene and lowers the required lower limit transcription amount by adding a cell localization signal sequence to the gene.

更に別の態様において、本発明は、前記特定の細胞型が幹細胞であり、前記工程(D)における他の細胞型が、前記幹細胞に由来する多能性前駆細胞、またはこれと同一細胞系譜内の分化細胞である、上記遺伝子を同定する方法を提供する。 In yet another embodiment, the invention is that the particular cell type is a stem cell and the other cell type in step (D) is a pluripotent progenitor cell derived from the stem cell, or within the same cell lineage. Provided is a method for identifying the above-mentioned gene, which is a differentiated cell of the above.

更に別の態様において、本発明は、前記特定の細胞型が長期造血幹細胞であり、前記工程(D)における他の細胞型が、多能性造血前駆細胞、またはこれと同一細胞系譜内の分化細胞である、上記遺伝子を同定する方法を提供する。 In yet another embodiment, the invention is that the particular cell type is a long-term hematopoietic stem cell and the other cell type in step (D) is a pluripotent hematopoietic progenitor cell or differentiation within the same cell lineage. Provided is a method for identifying the above gene, which is a cell.

更に別の態様において、本発明は、上記遺伝子を同定する方法であって、さらに
(F)前記工程(E)で特定された遺伝子を発現する幹細胞を、一次宿主動物に移植する工程
(H)前記一次宿主動物から採取した幹細胞を、二次宿主動物に移植する工程、および
(I)前記二次宿主動物において、前記幹細胞から由来する複数種の分化細胞で前記遺伝子が発現する、キメラ状態が維持されることを確認する工程、
を含む、前記方法を提供する。
In yet another embodiment, the present invention is a method for identifying the gene, and further (F) a step (H) of transplanting a stem cell expressing the gene identified in the step (E) into a primary host animal. A step of transplanting a stem cell collected from the primary host animal into a secondary host animal, and (I) in the secondary host animal, a chimeric state in which the gene is expressed in a plurality of differentiated cells derived from the stem cell. The process of confirming that it is maintained,
The above-mentioned method is provided.

更に別の態様において、本発明は、前記工程(I)において、キメラ状態が少なくとも移植後16週間維持される、上記遺伝子を同定する方法を提供する。 In yet another embodiment, the invention provides a method of identifying the gene in step (I), wherein the chimeric state is maintained for at least 16 weeks after transplantation.

更に別の態様において、本発明は、前記工程(H)において、二次宿主動物に移植する前記幹細胞は、移植後16週以降の一次宿主動物から得られるものである、上記遺伝子を同定する方法を提供する。 In still another embodiment, the present invention is a method for identifying the gene, wherein the stem cells to be transplanted into the secondary host animal in the step (H) are obtained from the primary host animal 16 weeks or later after transplantation. I will provide a.

更に別の態様において、本発明は、前記工程(H)において、前記幹細胞は、Lin c-Kit Sca-1のマーカープロファイルに基づいて選択された造血幹細胞及び、幹細胞、組織幹細胞各々を含む細胞集団である、上記遺伝子を同定する方法を提供する。 In still another embodiment, in the step (H), the stem cells are hematopoietic stem cells selected based on the Lin - c-Kit + Sca-1 + marker profile, and stem cells and tissue stem cells, respectively. Provided is a method for identifying the above gene, which is a cell population containing the above.

更に別の態様において、本発明は、前記工程(D)における、特定の細胞型の細胞を含む細胞群が、Lin c-Kit Sca-1 CD150 CD34-/loFLK2のマーカープロファイルに基づいて選択された造血幹細胞及び、幹細胞、組織幹細胞各々を含む細胞集団である、上記遺伝子を同定する方法を提供する。 In still another embodiment, in the present invention, the cell group containing cells of a specific cell type in the step (D) is a marker profile of Lin - c-Kit + Sca - 1 + CD150 + CD34- / lo FLK2-. Provided is a method for identifying the above-mentioned gene, which is a hematopoietic stem cell selected based on the above, and a cell population containing each of the stem cell and the tissue stem cell.

用語の説明
本発明において、「特定の細胞型の細胞」とは、例えば、各種分化した細胞、幹細胞、腫瘍細胞等を含むが、これらに限定されない。
Explanation of Terms In the present invention, the “cell of a specific cell type” includes, but is not limited to, various differentiated cells, stem cells, tumor cells, and the like.

本発明において、「各種組織に分化した細胞」とは、例えば、表皮細胞、膵実質細胞、膵管細胞、肝細胞、血液細胞、心筋細胞、骨格筋細胞、骨芽細胞、骨格筋芽細胞、神経細胞、血管内皮細胞、色素細胞、平滑筋細胞、脂肪細胞、骨細胞等を含むが、これらに限定されない。 In the present invention, the "cells differentiated into various tissues" are, for example, epidermal cells, pancreatic parenchymal cells, pancreatic duct cells, hepatocytes, blood cells, myocardial cells, skeletal muscle cells, osteoblasts, skeletal myoblasts, and nerves. It includes, but is not limited to, cells, vascular endothelial cells, pigment cells, smooth muscle cells, fat cells, bone cells and the like.

本発明において、「幹細胞」とは、例えば胚性幹細胞、体性幹細胞、間様系幹細胞、造血幹細胞、神経幹細胞、がん幹細胞、および人工多能性幹細胞等を含むが、これらに限定されない。 In the present invention, "stem cells" include, but are not limited to, for example, embryonic stem cells, somatic stem cells, interstitial stem cells, hematopoietic stem cells, neural stem cells, cancer stem cells, artificial pluripotent stem cells and the like.

本発明において、「体性幹細胞」とは、例えば胚性幹細胞、体性幹細胞、間様系幹細胞、造血幹細胞、神経幹細胞、がん幹細胞、および人工多能性幹細胞等を含むが、これらに限定されない。特に、造血幹細胞、とりわけ、長期造血幹細胞が好ましい。 In the present invention, "somatic stem cells" include, but are limited to, for example, embryonic stem cells, somatic stem cells, interstitial stem cells, hematopoietic stem cells, neural stem cells, cancer stem cells, artificial pluripotent stem cells, and the like. Not done. In particular, hematopoietic stem cells, especially long-term hematopoietic stem cells, are preferred.

本発明において、「多能性前駆細胞」とは、例えば多能性グリア前駆細胞、皮膚由来多能性前駆細胞、多能性造血前駆細胞等を含むが、これらに限定されない。 In the present invention, the "pluripotent progenitor cell" includes, but is not limited to, pluripotent glial progenitor cell, skin-derived pluripotent progenitor cell, pluripotent hematopoietic progenitor cell, and the like.

本発明において、「多能性造血前駆細胞と同一細胞系譜内の分化細胞」とは、例えば白血球,赤血球,血小板等を含むが、これに限定されない。 In the present invention, the "differentiated cell in the same cell lineage as the pluripotent hematopoietic progenitor cell" includes, but is not limited to, for example, leukocytes, erythrocytes, platelets and the like.

本発明において、「蛍光標識」として様々な蛍光タンパク質の遺伝子が利用可能であり、例えば、GFP、GFPの改変体、例えばEGFP、hrGFP(アジレント社)、mCherry(クロンテック社)、mKate2(Wako)、AmCyan、ZsGreen、AsRedp、ZsYellow、mOrange、CFP-、mYFP、mRFP、mBFP、mPlum等を含むが、これらに限定されない。 In the present invention, genes of various fluorescent proteins can be used as "fluorescent labels", for example, GFP, variants of GFP such as EGFP, hrGFP (Agilent), mCherry (Clontech), mKate2 (Wako), and the like. It includes, but is not limited to, AmCyan, ZsGreen, AsRedp, ZsYellow, mOrange, CFP-, mYFP, mRFP, mBFP, mPlum and the like.

本発明において、「FPKM」は、「位置付けされた100万個の読み出し断片あたりおよび転写産物1キロ塩基あたりの断片数」を意味し、RNAを用いたRNAseqにより遺伝子の発現量を測定する際に、全RNAの発現量およびマップされた読み出し断片についてノーマライズして、異なるサンプル間において、特定のゲノム領域の転写量を評価する際に当業者に汎用される値である。 In the present invention, "FPKM" means "the number of fragments per one million read fragments positioned and the number of fragments per kilobase of transcript", and when measuring the expression level of a gene by RNAseq using RNA. , A value commonly used by those of skill in the art in assessing the amount of transcription of a particular genomic region between different samples by normalizing total RNA expression and mapped readout fragments.

本発明において、「細胞局在シグナルシークエンス」とは、タンパク質の輸送を指示するペプチド、例えば、核内移行シグナルペプチド、細胞透過ペプチド等を含むが、これらに限定されない。 In the present invention, the "cell localization signal sequence" includes, but is not limited to, peptides that direct protein transport, such as nuclear translocation signal peptides and cell penetrating peptides.

以下、実施例により本発明を更に詳細に説明するが、これらは単に例示を目的としたものに過ぎず、本発明は以下に記載する実施例に制限されるものではない。また、以下に引用する各文献の内容は、参照により本明細書の記載として取り込まれる。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail by way of examples, but these are merely intended for illustration purposes, and the present invention is not limited to the examples described below. The contents of each of the documents cited below are incorporated herein by reference.

実施例:長期造血幹細胞に特異的に発現する遺伝子の同定
以下の実施例において、マウスの骨髄中に含まれる細胞集団から、造血幹細胞の中でも、特に長期造血幹細胞(LT-HSC)において特異的に発現する遺伝子であって、その発現をフローサイトメトリーおよびインサイチュ蛍光分観察可能な遺伝子を同定した。
Example: Identification of a gene specifically expressed in long-term hematopoietic stem cells In the following examples, from the cell population contained in the bone marrow of a mouse, specifically among hematopoietic stem cells, especially long-term hematopoietic stem cells (LT-HSC). We identified genes that are expressed and whose expression can be observed by flow cytometry and institut fluorescence.

候補遺伝子の選択
Gene Expression Commonsのプラットフォームを利用したマイクロアレイ解析により、造血幹細胞(HSC)に特異的に発現し、上皮細胞等、他の細胞型で発現が観察されない遺伝子を取得した。その結果、45個の候補遺伝子を得た。
Selection of candidate genes By microarray analysis using the Gene Expression Commons platform, genes that are specifically expressed in hematopoietic stem cells (HSC) and whose expression is not observed in other cell types such as epithelial cells were obtained. As a result, 45 candidate genes were obtained.

マイクロアレイについて
使用した全てのマイクロアレイデータは、Gene Expression Commons (http://gexc.stanford.edu)およびGEO GSE77078において参照可能である。それぞれの個別の細胞集団に対して、2ないし4つのマイクロアレイ複製を評価した(Seita J et al., PLos One, 2012, Vol.7, e40321、Chan CK et al., Cell, 2015, Vol. 160, pp. 285-298、Chan CK et al., Proc. National Academy of Science. USA, 2013, Vol. 110, pp.12643-12648 )。
For microarrays All microarray data used can be referenced in Gene Expression COMMONS (http://gexx.stanford.edu) and GEO GSE77078. Two to four microarray replications were evaluated for each individual cell population (Seita J et al., PLOS One, 2012, Vol. 7, e40321, Chan CK et al., Cell, 2015, Vol. 160. , Pp. 285-298, Chan CK et al., Proc. National Academia of Science. USA, 2013, Vol. 110, pp. 12643-12648).

最適な標識蛍光タンパク質の決定
長期造血幹細胞(LT-HSC)において特異的に発現する遺伝子を取得するために、HSCにおける遺伝子同定に最適な蛍光タンパク質を探索した。
各蛍光タンパク質の相対蛍光強度を以下のように求めた。
蛍光タンパク質Aと蛍光タンパク質Bの相対蛍光強度
=蛍光タンパク質Aの蛍光強度 / 蛍光タンパク質Bの蛍光強度
各蛍光タンパク質の蛍光強度=1コピーの各蛍光タンパク質を導入した細胞の蛍光強度/当該蛋白質を導入していない細胞(野生株)の蛍光強度
このとき、蛍光タンパク質の励起光および蛍光の波長によって、観測に用いるフィルタの特性が異なるため、野生株の蛍光強度は、蛍光タンパク質の種類によって異なることに注意されたい。
実験の概略を図1に示す
具体的には、通常の方法により、各種蛍光タンパクをコードする遺伝子配列をレンチウイルスベクターに挿入したプラスミドを作製精製した。これらをウイルスパッケージングプラスミドとともに293T細胞に遺伝子導入し、2日間37℃にて培養した。産生されたウイルス粒子を含む培養上清液を回収し、ウイルス液とした。これらウイルス液をNIH 3T3細胞培養液中に添加し感染させ、連続希釈法にて10%以下の感染効率となる条件を、フローサイトメーターを用いて検討した。この条件下では、各細胞あたり1コピーずつウイルスがホスト細胞のゲノムに組み込まれることとなる。この状態で、フローサイトメーターを用いて、蛍光強度を測定することで、各種蛍光タンパクの細胞内での生物学的蛍光強度を比較検討した。
図2、3に示すように、各種標識蛍光タンパク質と、観察フィルタの組合せにより、様々な蛍光シグナルが得られた。
蛍光タンパク質「eGFP」(Cormack et al., Gene, 1996)をコードするベクターは、Addgene社より購入した。蛍光タンパク質「Venus」(Nagai et al., Nature Biotechnology, 2002)をコードするベクターは、理化学研究所より購入した。蛍光タンパク質「ZsGreen」(Welm et al., Cell Stem Cell, 2008)をコードするベクターは、Addgene社より購入した。蛍光タンパク質「Ai9」(Madisen et al., Nature Nueroscience, 2010)をコードするベクターは、Addgene社より購入した。蛍光タンパク質「mRuby2」(Lam et al., Nature Methods, 2012)をコードするベクターは、Addgene社より購入した。蛍光タンパク質「mCherry」(Shaner et al., Nature Biotechnology, 2004)をコードするベクターは、Addgene社より購入した。
蛍光強度の測定には、BD社製フローサイトメーター(BD FACSAria)を使用し、BD社製フィルタ(Alexa Flour 488-A フィルタ: 530/30BP)およびBD社製フィルタ(PE-Texas Red-Aフィルタ: 610/20BP)を用いて観察を行い、FlowJo社ソフトウェア「FlowJo」を用いて、蛍光強度を測定した。
表1に結果をまとめる。

Figure 0007064732000001
Determining the Optimal Labeled Fluorescent Protein In order to obtain a gene specifically expressed in long-term hematopoietic stem cells (LT-HSC), we searched for the optimal fluorescent protein for gene identification in HSC.
The relative fluorescence intensity of each fluorescent protein was determined as follows.
Relative fluorescence intensity of fluorescent protein A and fluorescent protein B = Fluorescent intensity of fluorescent protein A / Fluorescent intensity of fluorescent protein B Fluorescent intensity of each fluorescent protein = Fluorescent intensity of cells into which each fluorescent protein of 1 copy has been introduced / Introduced the protein Fluorescence intensity of cells not used (wild strain) At this time, the characteristics of the filter used for observation differ depending on the excitation light of the fluorescent protein and the wavelength of fluorescence. Therefore, the fluorescence intensity of the wild strain differs depending on the type of fluorescent protein. Please be careful.
The outline of the experiment is shown in FIG. 1. Specifically, a plasmid in which the gene sequences encoding various fluorescent proteins were inserted into a lentiviral vector was prepared and purified by a usual method. These were gene-introduced into 293T cells together with a virus packaging plasmid and cultured at 37 ° C. for 2 days. The culture supernatant containing the produced virus particles was collected and used as a virus solution. These virus solutions were added to the NIH 3T3 cell culture medium to infect them, and the conditions under which the infection efficiency was 10% or less by the continuous dilution method were examined using a flow cytometer. Under these conditions, one copy of each cell will be integrated into the genome of the host cell. In this state, the intracellular biological fluorescence intensities of various fluorescent proteins were compared and examined by measuring the fluorescence intensity using a flow cytometer.
As shown in FIGS. 2 and 3, various fluorescent signals were obtained by combining various labeled fluorescent proteins and an observation filter.
The vector encoding the fluorescent protein "eGFP" (Cormac et al., Gene, 1996) was purchased from Addgene. The vector encoding the fluorescent protein "Venus" (Nagai et al., Nature Biotechnology, 2002) was purchased from RIKEN. The vector encoding the fluorescent protein "ZsGreen" (Welm et al., Cell Stem Cell, 2008) was purchased from Addgene. The vector encoding the fluorescent protein "Ai9" (Madisen et al., Nature Neuroscience, 2010) was purchased from Addgene. The vector encoding the fluorescent protein "mRubi2" (Lam et al., Nature Methods, 2012) was purchased from Addgene. The vector encoding the fluorescent protein "mCherry" (Shaner et al., Nature Biotechnology, 2004) was purchased from Addgene.
A BD flow cytometer (BD FACSAria) is used to measure the fluorescence intensity, and a BD filter (Alexa Floor 488-A filter: 530/30 BP) and a BD filter (PE-Texas Red-A filter) are used. : 610/20BP) was used for observation, and the fluorescence intensity was measured using the FlowJo software "FlowJo".
The results are summarized in Table 1.
Figure 0007064732000001

表1に示すように、mCherryが最も高いシグナル/ノイズ比および大きなシグナルをもたらすことが明らかとなった。 As shown in Table 1, it was found that mCherry yielded the highest signal-to-noise ratio and the highest signal.

観察可能転写量の決定
参照遺伝子として、Bmi-1遺伝子を選択し、Bmi-1に蛍光タンパク質eGFPの遺伝子を融合したBmi-1-eGFPをノックインしたマウスを用いて、eGFPを蛍光標識として用いる場合に、Bmi-1遺伝子の発現がHSCにおいて、フローサイトメトリーおよびインサイチュ蛍光分析により観察可能であることを確認した。次に、HSCにおけるBmi-1の遺伝子発現量を、「位置付けされた100万個の読み出し断片あたりおよび転写産物1キロ塩基あたりの断片数」(FPKM)で表した転写量として確認した。当該転写量と、eGFPとmCherryの上記相対蛍光強度の差に基づいて、HSC細胞において、目的の遺伝子の産物に対して単一のmCherryタンパク質を蛍光標識として用いる場合、その遺伝子が蛍光観察可能であるためには、発現量が20FPKM以上必要であることが明らかとなった。
Determining the amount of observable transcription When the Bmi-1 gene is selected as the reference gene and the eGFP is used as a fluorescent label using mice in which Bmi-1-eGFP in which the gene of the fluorescent protein eGFP is fused to Bmi-1 is knocked in. It was confirmed that the expression of the Bmi-1 gene was observable in HSC by flow cytometry and in-situ fluorescence analysis. Next, the gene expression level of Bmi-1 in HSC was confirmed as the transcription amount expressed by "the number of fragments per positioned 1 million read fragments and the number of fragments per kilobase of the transcript" (FPKM). Based on the difference between the transcription amount and the relative fluorescence intensity of eGFP and mCherry, when a single mCherry protein is used as a fluorescent label for the product of the gene of interest in HSC cells, the gene can be observed fluorescently. It was clarified that the expression level needs to be 20 FPKM or more in order to be present.

次に、蛍光観察が可能となるために必要な遺伝子の発現量を低下させるために、3つのmCherryを蛍光標識として用いることで、約7FPKMの発現量の遺伝子であっても、理論上蛍光観察可能とした。 Next, in order to reduce the expression level of the gene required for fluorescence observation, by using three mCherry as fluorescent labels, even if the gene has an expression level of about 7 FPKM, the fluorescence observation is theoretically performed. It was possible.

RNA配列読取について
RNA配列読取は、公知の方法(Moraga et al., Cell, 2015, Vol.160, pp.1196-1208)に従って行った。概略を説明すると、トリゾールで単離した全RNAを、RQ1RNaseフリーのDNase(Promega社製)により処理することで、残存している可能性のある微量のDNAを除去し、RNeasy minelute カラム(QIAGEN社製)を用いて洗浄した。pHSC、MPPaおよびMPPbについてのcDNAライブラリを、Ovation RNA-Seq System V2 (NuGen社製)を用いて調製し、それぞれHiSeq 2500(Illumina社製)を用いて、2x150塩基対(bp)のペアードエンド読取断片を得た。OLego(Wu J, et al., Nucleic Acids Research, 2013, Vol.41, pp.5149-5163)を用いて、生のトランスクリプトーム配列データをMus musculusの参照mRNA配列にマップし、参照配列支援転写物アセンブリを行った。それぞれの細胞集団に対して、4回複製実験を行った。データはNCBI SRP068593として参照可能である。
About RNA sequence reading RNA sequence reading was performed according to a known method (Moraga et al., Cell, 2015, Vol. 160, pp. 1196-1208). Briefly, total RNA isolated with trizol is treated with RQ1RNase-free DNase (manufactured by Promega) to remove trace amounts of DNA that may remain, and the RNeasy minorute column (QIAGEN). Was washed using (manufactured by). A cDNA library for pHSC, MPPa and MPPb was prepared using Ovation RNA-Seq System V2 (NuGen) and a 2x150 base pair (bp) paired end read fragment using HiSeq 2500 (Illumina), respectively. Got Using OLego (Wu J, et al., Nucleic Acids Research, 2013, Vol. 41, pp. 5149-5163), the raw transcriptome sequence data was mapped to the Mus musculus reference mRNA sequence to support the reference sequence. Transcript assembly was performed. Four replication experiments were performed on each cell population. The data can be referred to as NCBI SRP068593.

必要下限転写量、および排除上限転写量の決定
HSCの中でも、長期間に亘ってHSCとしての性質を保持するLT-HSC(Christensen and Weissman, PNAS, 2001, Vol.98, no.25, pp. 14541-14546)に特異的に発現する遺伝子を同定するために、候補遺伝子がLT-HSCにおいて有するべき最小の転写量を「必要下限転写量」、他のHSC系列において有してもよい最大の転写量を「排除上限転写量」として決定した。本実施例においては、HSC系列の細胞として、免疫表現型(Linc-KitSca-1CD150CD34-/loFlk2)によって特定されたHSC(「pHSC」)、多能性造血前駆細胞集団A(Linc-KitSca-1CD150CD34Flk2)(「MPPa」)および多能性造血前駆細胞集団B(Linc-KitSca-1CD150CD34Flk2)(「MPPb」)を用い、LT-HSCにおいて有するべき最小の転写量「排除上限転写量」を上記観察可能転写量に基づいて7FPKMとした。また、pHSCおよびMPPbにおいて許容される最大の転写量「排除上限転写量」は、上記観察可能転写量を決定した際に、野生型が生じるバックグラウンド蛍光強度と同程度の蛍光強度を与えることが予想される発現量として計算された値に基づいて、2.5FPKMとした。
Determination of the required lower limit transfer amount and the exclusion upper limit transfer amount Among the HSCs, LT-HSC (Christensen and Weissman, PNAS, 2001, Vol. 98, no. 25, pp. In order to identify a gene specifically expressed in (14541-14546)), the minimum transcription amount that the candidate gene should have in LT-HSC is the "required minimum transcription amount", the maximum that may have in other HSC series. The transfer amount was determined as the "exclusion upper limit transfer amount". In this example, as HSC lineage cells, HSC (“pHSC”) identified by immune phenotype (Lin - c-Kit + Sca - 1 + CD150 + CD34- / lo Flk2-), pluripotent hematopoiesis. Progenitor cell population A (Lin - c-Kit + Sca-1 + CD150 + CD34 + Flk2- ) ("MPPa") and pluripotent hematopoietic progenitor cell population B (Lin - c-Kit + Sca-1 + CD150 - CD34 Using + Flk2- ) (“MPPb”), the minimum transfer amount “exclusion upper limit transfer amount” that should be possessed in LT-HSC was set to 7 FPKM based on the above-mentioned observable transfer amount. Further, the maximum transfer amount "exclusion upper limit transfer amount" allowed in pHSC and MPPb may give the same fluorescence intensity as the background fluorescence intensity in which the wild type occurs when the observable transfer amount is determined. Based on the value calculated as the expected expression level, it was set to 2.5 FPKM.

発現量に基づいた遺伝子の同定
上記排除上限転写量および排除上限転写量に基づいて、Gene Expression Commonsのプラットフォームを用いて遺伝子をスクリーニングした結果、3つの遺伝子、Hoxb5、Rnf208、Smtnl1を取得した。
Gene Identification Based on Expression Level Three genes, Hoxb5, Rnf208, and Smtnl1, were obtained as a result of screening genes using the Gene Expression Comics platform based on the above-mentioned exclusion upper limit transcription amount and exclusion upper limit transcription amount.

更なる発現量に基づいた遺伝子の同定
pHSC細胞については異型遺伝子性が報告されていた(Breerman I et al., Proc. National Academy of Science USA, 2010, Vol.107, no.12, pp.5465-5470、Yamamoto R et al., Cell, 2013, Vol.154, pp.1112-1126、Fathman JW et al., Stem Cell Reports, 2014, Vol.3, pp.707-715、Oguro H et al., Cell Stem Cell, 2013, Vol.13, pp.102-116)。したがって、pHSC一般に発現する候補遺伝子は、pHSCにおいて、様々に異なる発現量を有することものと予想し、単一細胞定量PCRを行って、上記3つの遺伝子の各細胞における発現状態を確認した(図4)。図4に示すとおり、Hoxb5遺伝子のみが、二峰性のシグナル強度を示したため、以下、Hoxb5遺伝子について、更に解析を行った。
Identification of genes based on further expression levels Atypical geneticity has been reported for pHSC cells (Breaman I et al., Proc. National Academia of Science USA, 2010, Vol. 107, no. 12, pp. 5465. -5470, Yamamoto R et al., Cell, 2013, Vol. 154, pp. 1112-1126, Fathman JW et al., Stem Cell Reports, 2014, Vol. 3, pp. 707-715, Oguro H et al. , Cell Stem Cell, 2013, Vol. 13, pp. 102-116). Therefore, the candidate genes that are generally expressed in pHSC are expected to have various different expression levels in pHSC, and single-cell quantitative PCR was performed to confirm the expression status of the above three genes in each cell (Fig.). 4). As shown in FIG. 4, since only the Hoxb5 gene showed bimodal signal intensity, the Hoxb5 gene was further analyzed below.

単一細胞qPCRについて
qPCRのための単一細胞は、Single Cell-to-CT qRT-PCRキット(Life Technologies社製)によって、同キットの指示通り処理された。細胞を96ウェルプレート上の分解液に直接入れ、cDNA合成のための逆転写反応に付し、14サイクルのTaqMan Gene Expression Assayによって増幅し、1xTE緩衝液(pH8.0)にて希釈した。リアルタイムPCRのためには、以下のTaqManプローブを用いて、95℃、3秒および60℃、30秒の50サイクルを行い、サンプルを増幅した。Hoxb5:Mm00657672、Rnf208:Mm03039759-s1、Smtnl1:Mm00470338-m1、Gapdh:Mm99999915-g1。全てのサーモサイクルは、7900HT Fasr Real-Time PCT Sysytem(Applied Biosystems社製)により行った。単一細胞の存在は、30以下のGapdhのC値によって確認した。
About Single Cell qPCR Single cells for qPCR were treated with the Single Cell-to-CT qRT-PCR kit (manufactured by Life Technologies) as instructed by the kit. Cells were placed directly in degradation solutions on 96-well plates, subjected to reverse transcription reaction for cDNA synthesis, amplified by 14 cycles of TaqMan Gene Expression Assay and diluted with 1xTE buffer (pH 8.0). For real-time PCR, 50 cycles of 95 ° C., 3 seconds and 60 ° C., 30 seconds were performed using the following TaqMan probe to amplify the sample. Hoxb5: Mm00657672, Rnf208: Mm03039759-s1, Smtnl1: Mm00470338-m1, Gapdh: Mm99999915-g1. All thermocycles were performed by the 7900HT Fasr Real-Time PCT System (Applied Biosystems). The presence of a single cell was confirmed by a Gapdh Ct value of 30 or less.

Hoxb5遺伝子発現産物を用いたフローサイトメトリーおよびインサイチュ蛍光観察
上記発現量に基づいた遺伝子の同定によって得られたHoxb5遺伝子に、遺伝子標的化により3コピーのmCherry蛍光タンパク質をコードする核酸配列を付加するため、ES細胞(BRUCE-4)内の内在性Hoxb5遺伝子のカルボキシ末端に、CRISPRベクターを用いて、3コピーのmCherry蛍光タンパク質をコードする遺伝子を含む核酸配列を挿入した(図5)。
Flow cytometry and in situ fluorescence observation using Hoxb5 gene expression product To add a nucleic acid sequence encoding 3 copies of mCherry fluorescent protein to the Hoxb5 gene obtained by gene identification based on the above expression level by gene targeting. , A nucleic acid sequence containing a gene encoding a 3-copy mCherry fluorescent protein was inserted into the carboxy terminus of the endogenous Hoxb5 gene in ES cells (BRUCE-4) using a CRISPR vector (FIG. 5).

当該核酸配列は、Porcine teschovirus-I 2A(P2A)によって分離された3コピーのmCherry蛍光タンパク質をコードする遺伝子と、CAAX膜局在化配列を有していた(図5)。 The nucleic acid sequence had a gene encoding 3 copies of mCherry fluorescent protein isolated by Porcine teschovirus-I 2A (P2A) and a CAAX membrane localized sequence (FIG. 5).

当該ES細胞からキメラマウスを作成し、当該キメラマウスから得られた骨髄細胞をフローサイトメトリーにより観察した結果、予想通りHSC細胞において特異的に、Hoxb5-3-mCherry蛍光タンパク質による蛍光を有する細胞が観察された(図6)。 As a result of creating a chimeric mouse from the ES cells and observing the bone marrow cells obtained from the chimeric mice by flow cytometry, as expected, cells having fluorescence by the Hoxb5-3-mCherry fluorescent protein were found specifically in the HSC cells. Observed (Fig. 6).

また、当該キメラマウスの脛骨をインサイチュ蛍光観察した結果、Hoxb5-3-mCherryタンパク質を発現する細胞が、血管に沿って、脛骨内に均一に分布していることが確認された(図7~9)。 In addition, as a result of in-situ fluorescence observation of the tibia of the chimeric mouse, it was confirmed that the cells expressing the Hoxb5-3-mCherry protein were uniformly distributed in the tibia along the blood vessels (FIGS. 7-9). ).

遺伝子標的化およびキメラマウスの作成について
標的化のための遺伝子構築物を、pjYCベクター(pUC19由来。TALEベクターのゴールデンゲート挿入およびLacZ配列を除去したもの(Sanjana et al., Nature Protocols, 2012, Vol.7, pp.171-192))。右側および左側の約700塩基対からなる相同領域をPCRにより、C57BL/6JのゲノムDNAからクローンし、全体の配列を配列読取によって確認した。C57BL/6J由来のBRUCE-4胚性幹細胞(ES細胞)(Millipore社製)に、標的化構築物および、Cas9とHoxb5特異的単鎖ガイドRNA(5´-GGCUCCUCCGGAUGGGCUCA-3´)を含むバイシストロニックCRISPRベクターPX330(Cong L et al., Science, 2013, Vol.339, pp.819-823)を形質導入した。相同組換えの後、EF1α-Cre-ピューロマイシンベクターを形質導入された組換えクローンを、二週間の間ピューロマイシン(1μgml-1)でポジティブ選択した。連続希釈したES細胞コロニーをそれぞれ回収し、拡大増殖し、PCRおよびqPCRを用いて、部位特異的遺伝子導入の有無の確認、オフターゲット効果を示すものの排除、および、コピーナンバーが正しいものの選択を行った。標的部位を配列読取によって確認した後、正しく得られたES細胞を用いてキメラマウスを作成した。キメラマウスは雌のC57BL/6-Tyrc-2j/Jマウスと掛け合わせることで、生殖細胞系列伝達を行った。
Gene Targeting and Creation of Chimeric Mice The gene constructs for targeting were pjYC vector (derived from pUC19. Golden gate insertion of TALE vector and removal of LacZ sequence (Sanjana et al., Nature Protocols, 2012, Vol. 7, pp.171-192)). Homological regions consisting of about 700 base pairs on the right and left sides were cloned from the genomic DNA of C57BL / 6J by PCR, and the entire sequence was confirmed by sequence reading. BRUCE-4 embryonic stem cells (ES cells) derived from C57BL / 6J (manufactured by Millipore), bicistronic containing a targeted construct and Cas9 and Hoxb5-specific single-stranded guide RNAs (5'-GGCUCCUCCGGAUGGCGCUCA-3'). The CRISPR vector PX330 (Cong Let al., Science, 2013, Vol. 339, pp. 819-823) was transduced. After homologous recombination, recombinant clones transduced with the EF1α-Cre-puromycin vector were positively selected with puromycin (1 μgml -1 ) for 2 weeks. Serially diluted ES cell colonies are collected, expanded and proliferated, and PCR and qPCR are used to confirm the presence or absence of site-specific gene transfer, eliminate those showing off-target effects, and select the correct copy number. rice field. After confirming the target site by sequence reading, chimeric mice were prepared using the correctly obtained ES cells. Chimeric mice were germline-transmitted by crossing with female C57BL / 6-Tyr c-2j / J mice.

フローサイトメトリーについて
フローサイトメトリーおよび細胞仕分けはFACS Aria II cell sorter(BD Bioscience社製)を用いて行い、FlowJpソフトウェア(Tree Star社製)を用いて解析した。骨髄細胞は、両側の脛骨、大腿骨、上腕骨および骨盤から、概して乳鉢と乳棒を用いて、Ca2+フリー、Mg2+フリーのPBSを追加した2%熱処理不活性化牛血清(Gibco社製)および2mMEDTA中でこれらを破砕することによって得た。細胞を測定及び仕分けする前に、100μm、70μmおよび40μmのろ過器に通した。HSCおよび前駆体細胞集団を富化させるため、細胞をAPC-結合抗c-Kit(2B8)により染色し、抗APC-磁力ビーズおよびLSカラム(両方ともMiltenyi Biotec社製)を用いて分画した。c-Kit陽性の細胞を次に、以下の細胞表面マーカー、細胞系譜マーカーに対する抗体の組み合わせによって染色した。細胞表面マーカー:Sca-1、Flk2、CD150、CD34、IL-7RおよびCD16/32。細胞系譜マーカー:Ter-119、B220、CD2、CD3、CD4、CD5、CD8a、Gr-1、CD11a、CD11b、CD41、CD48、CD229およびCD244。リンパ細胞集団については、骨髄細胞をCD3、CD4、CD5、CD8a、CD11b、CD11c、Gr-1、NH-1.1、Ter119、B220、c-KitおよびF4/80に対する抗体で染色した。骨髄性細胞(ミエロイド)集団については、CD3、CD3-、CD11b、CD11c、CD19、Gr-1、NH-1.1、Ter119およびF4/80に対する抗体で染色した。抗体による染色は4℃で行い、30分間細胞をインキュベートした。CD34で染色した細胞は、90分間インキュベートした。細胞分析または仕分けの前に、メーカーの推奨に従って、SYTOX Red Dead Cell Stain (Life Technologies社製)によって細胞を染色し、細胞の生存率を評価した。移植された細胞は純度を上げるために2度仕分けを行った。
Flow cytometry Flow cytometry and cell sorting were performed using FACS Maria II cell sator (manufactured by BD Bioscience) and analyzed using FlowJp software (manufactured by Tree Star). Bone marrow cells are 2% heat-treated inactivated fetal bovine serum (manufactured by Gibco) from both tibia, femur, humerus and pelvis, with Ca 2+ free and Mg 2+ free PBS added, generally using a dairy bowl and pelvis. And obtained by disrupting these in 2 mM EDTA. Cells were passed through 100 μm, 70 μm and 40 μm filters prior to measurement and sorting. To enrich the HSC and precursor cell population, cells were stained with APC-binding anti-c-Kit (2B8) and fractionated using anti-APC-magnetic beads and an LS column (both manufactured by Miltenyi Biotec). .. The c-Kit positive cells were then stained with a combination of antibodies against the following cell surface markers and cell lineage markers. Cell surface markers: Sca-1, Flk2, CD150, CD34, IL-7R and CD16 / 32. Cell lineage markers: Ter-119, B220, CD2, CD3, CD4, CD5, CD8a, Gr-1, CD11a, CD11b, CD41, CD48, CD229 and CD244. For lymph cell populations, bone marrow cells were stained with antibodies against CD3, CD4, CD5, CD8a, CD11b, CD11c, Gr-1, NH-1.1, Ter119, B220, c-Kit and F4 / 80. The myeloid cell (myeloid) population was stained with antibodies against CD3, CD3-, CD11b, CD11c, CD19, Gr-1, NH-1.1, Ter119 and F4 / 80. Staining with the antibody was performed at 4 ° C. and the cells were incubated for 30 minutes. Cells stained with CD34 were incubated for 90 minutes. Prior to cell analysis or sorting, cells were stained with SYSTEMX Red Dead Cell Stein (Life Technologies) according to the manufacturer's recommendations to assess cell viability. The transplanted cells were sorted twice to increase their purity.

CUBIC骨髄イメージングについて
骨除去プロトコールを、もともとのCUBICプロトコール(Susaki EA et al., Cell, 2014 Vol.157, pp.726-739)から改変した。具体的には、脛骨を採取し、4%PFA溶液中で2日間固定し、その後、25ゲージのシリンジを用いた流出法により、遠位側から骨髄プラグを抽出した。核染色のために、骨髄プラグをDAPI/PBS溶液に浸漬し、35℃で3日間穏かに振盪した。洗浄のために、骨髄プラグをScaleCUBIC-1(試薬-1)に浸漬し、37℃で2週間穏かに振盪した。溶液を48時間毎に交換した。血管を可視化するために、Alexa488結合抗マウスVEカドヘリン抗体(BV13)を経静脈(後眼窩)により注入し、その30分後に脛骨を採取した。イメージングのために、処理された骨髄プラグを、2%アガロースを含む直径4mmのガラスキャピラリー中に埋め込んだ。画像は、Zeiss Z1 lightsheet microscope(Zeiss社製)により取得し、Zenソフトウェア(Zeiss社製)により、3D画像へと再構成した。取得した3D画像を、Imarisソフトウェア(Bitplane社製)によって解析した。異常な大きさ(30μm超)またはシグナル強度といった事象を含む異常値を排除した後、他の全てのmCherry(Hoxb5)細胞を脛骨中で解析した(n=3匹のマウスより合計n=287細胞)。mCherry陰性の閾値は、野生型の対照脛骨プラグにおけるシグナル強度に基づいて決定した。これら、0.002ないし75.998のシグナル強度を有するmCherry陰性事象を、75,000の値からなる整数のリスト(75,000はリストの長さ)に変換し、そのうちの600の地点をExcel2015(Microsoft社製)のrandbetween(175000)関数を用いて無作為に選択した。これらシグナル強度によって特定される無作為な地点のリストを用いて、細胞の位置、およびVEカドヘリン陽性細胞までの距離を、Imarisソフトウェアを用いて測定した。全てのCUBICイメージング実験は、3匹のマウスを用いた3回の複製により行った。
About CUBIC Bone Marrow Imaging The bone removal protocol was modified from the original CUBIC protocol (Susaki EA et al., Cell, 2014 Vol. 157, pp. 726-739). Specifically, the tibia was collected, fixed in a 4% PFA solution for 2 days, and then the bone marrow plug was extracted from the distal side by an outflow method using a 25 gauge syringe. For nuclear staining, bone marrow plugs were dipped in DAPI / PBS solution and gently shaken at 35 ° C. for 3 days. For washing, the bone marrow plug was immersed in ScaleCUBIC-1 (Reagent-1) and gently shaken at 37 ° C. for 2 weeks. The solution was changed every 48 hours. In order to visualize the blood vessels, Alexa488-bound anti-mouse VE-cadherin antibody (BV13) was injected via a vein (posterior orbit), and the tibia was collected 30 minutes later. For imaging, the treated bone marrow plug was implanted in a 4 mm diameter glass capillary containing 2% agarose. The images were acquired by Zeiss Z1 lightsheet microscope (manufactured by Zeiss) and reconstructed into 3D images by Zen software (manufactured by Zeiss). The acquired 3D image was analyzed by Imaris software (manufactured by Bitplane). After eliminating abnormal values including events such as abnormal size (> 30 μm) or signal intensity, all other mCherry + (Hoxb5 + ) cells were analyzed in the tibia (n = total n = from 3 mice). 287 cells). The mCherry negative threshold was determined based on the signal intensity in the wild-type control tibial plug. These mCherry negative events with signal intensities of 0.002 to 75.998 are converted into a list of integers consisting of 75,000 values (75,000 is the length of the list), 600 of which are Excel 2015. It was randomly selected using the randomevent (175000) function (manufactured by Microsoft). Using a list of random points identified by these signal intensities, cell locations and distances to VE-cadherin-positive cells were measured using Imalis software. All CUBIC imaging experiments were performed by 3 replications using 3 mice.

Hoxb5遺伝子を発現する細胞が、LT-HSCであることの確認
上記3コピーのmCherry蛍光タンパク質を付加されたHoxb5を有するキメラマウスから得られた骨髄細胞集団を、放射処理したマウスに移植し、さらに当該移植マウスから得られた骨髄細胞集団を、別の放射処理したマウスに移植する2世代移植を行う、限界希釈解析を行った(図10)。当該2世代目の移植受容マウスにおける末梢血解析の結果、Hoxb5遺伝子を発現する細胞は、NK細胞、B細胞、T細胞、顆粒白血球、単球など、様々な細胞に分化していることが確認され(図11)、Hoxb5遺伝子を発現する細胞が長期に亘って造血幹細胞として機能するLT-HSCであることが確認された。
Confirmation that the cells expressing the Hoxb5 gene are LT-HSC Bone marrow cell populations obtained from chimeric mice having Hoxb5 supplemented with the above 3 copies of mCherry fluorescent protein were transplanted into radiation-treated mice and further. A limit dilution analysis was performed in which the bone marrow cell population obtained from the transplanted mouse was transplanted to another radiation-treated mouse for two generations of transplantation (FIG. 10). As a result of peripheral blood analysis in the second generation transplant-accepting mouse, it was confirmed that the cells expressing the Hoxb5 gene were differentiated into various cells such as NK cells, B cells, T cells, granule leukocytes, and monocytes. (FIG. 11), it was confirmed that the cells expressing the Hoxb5 gene are LT-HSCs that function as hematopoietic stem cells for a long period of time.

マウスについて
8から12週齢の雄のC57BL/6Jマウス(Jackson研究室)を野生型対照として用いた。8から12週齢の雄のB6.SJL-PtprcPepc/BoyJマウスを移植受容マウスとして用いた。競合的再構成アッセイに用いた支持細胞は、B6.SJL-PtprcPepc/BoyJxC57BL/6Jの掛け合わせから得た(FマウスCD45.1/CD45.2)。Hoxb5-3-mCherry(C57B/6Jバックグラウンド)マウスを、移植実験の供与者として用いた。
Mice 8-12 week old male C57BL / 6J mice (Jackson Lab) were used as wild-type controls. B6 of 8-12 week old males. SJL-Ptprc a Pepc b / BoyJ mice were used as transplant-accepting mice. The sustentacular cells used in the competitive reconstitution assay were B6. Obtained from the crossing of SJL-Ptprc a Pepc b / BoyJxC57BL / 6J (F1 mouse CD45.1 + / CD45.2 + ). Hoxb5-3-mCherry (C57B / 6J background) mice were used as donors for transplantation experiments.

移植および末梢血解析について
B6.SJL-PtprcPepc/BoyJマウス(Jackson研究室)の移植受容マウスに9.1Gyの単回致死性放射線照射を行った。再構成解析のために、移植提供細胞を、2%FBSを含む200μlPBS中で、2x10の骨髄支持細胞(B6.SJL-PtprcPepc/BoyJxC57BL/6JのFマウスCD45.1/CD45.2)と混合し、後眼窩静脈神経叢に注射した。末梢血解析は、第1次および第2次移植の4、8、12および16週間後に行った。それぞれの時点において、尻尾血管から50μlの血液を採取し、2mMEDTAを含む100μlのPBSに加えた。次に、BD Pharm Lyse Buffer (BD Pharmingen社製)を用いて、製造業者のプロトコールに従って氷上3分間およびその後の5μg/mlラットIgGによるブロッキング処理によって赤血球を溶解した。白血球を以下の抗体によって染色した。CD45.1(FITC)、CD45.2(PE)、CD11b(BUV395)、Gr-1(Alexa-Flour700)、B220(BV786)、CD3(BV421)、TCRβ(BV421)およびNK-1.1(PerCP-cy5.5)。それぞれのマウスにおいて、移植受容マウスの末梢血におけるキメラ現象のパーセンテージを、CD45.1CD45.2およびCD45.1CD45.2の合計に対するCD45.1CD45.2細胞のパーセンテージとして定義した。宿主動物の致死性放射線照射に対する生存率に対する対照のために、移植16週間後に50%以上の宿主キメラ現象を示す細胞は解析から除外した。末梢血におけるキメラ現象の頻度は、以下のようにして解析した。移植供与動物細胞(CD45.1CD45.2)の動態を評価するために、移植受容動物細胞(CD45.1CD45.2)の分画を除いた後に、移植供与動物細胞の分画の頻度を計算した。移植供与動物細胞の全分画中において、各細胞系列(NK細胞、B細胞、T細胞、顆粒球および単球)の頻度を測定した。細胞系譜に対する貢献の動態を評価するために、各細胞系譜を分画した後に、移植供与動物由来細胞(CD45.1CD45.2)の頻度を計算した。不明瞭な事例を排除するために、1%未満のキメラ現象を示した移植受容動物は、陰性として処理した。
Transplantation and peripheral blood analysis B6. Transplant-accepting mice of SJL-Ptprc a Pepc b / BoyJ mice (Jackson laboratory) were subjected to a single lethal irradiation of 9.1 Gy. For reconstitution analysis, transplant donated cells were placed in 200 μl PBS containing 2% FBS in 2x105 bone marrow sustentacular cells (B6.SJL-Ptprc a Pepc b / BoyJxC57BL / 6J F1 mouse CD45.1 + / CD45. It was mixed with .2 + ) and injected into the posterior orbital venous plexus. Peripheral blood analysis was performed 4, 8, 12 and 16 weeks after the primary and secondary transplants. At each time point, 50 μl of blood was drawn from the tail vessel and added to 100 μl PBS containing 2 mM EDTA. Red blood cells were then lysed using BD Pharma Lyse Buffer (manufactured by BD Pharmaningen) for 3 minutes on ice and subsequently by blocking with 5 μg / ml rat IgG according to the manufacturer's protocol. Leukocytes were stained with the following antibodies. CD45.1 (FITC), CD45.2 (PE), CD11b (BUV395), Gr-1 (Alexa-Flour700), B220 (BV786), CD3 (BV421), TCRβ (BV421) and NK-1.1 (PerCP) -Cy5.5). In each mouse, the percentage of chimeric phenomena in the peripheral blood of transplant-accepting mice was taken as the percentage of CD45.1 - CD45.2 + cells to the sum of CD45.1 - CD45.2 + and CD45.1 + CD45.2 + . Defined. Cells exhibiting more than 50% host chimera after 16 weeks of transplantation were excluded from the analysis to control the survival of host animals against lethal irradiation. The frequency of chimeric phenomena in peripheral blood was analyzed as follows. In order to evaluate the dynamics of the transplant-donated animal cells (CD45.1 - CD45.2 + ), after removing the fraction of the transplant-receptor animal cells (CD45.1 - CD45.2- ), the fraction of the transplant-donated animal cells. The frequency of the picture was calculated. The frequency of each cell line (NK cells, B cells, T cells, granulocytes and monocytes) was measured in the entire fraction of the transplanted animal cells. To assess the dynamics of contributions to the cell lineage, the frequency of transplant donor animal-derived cells (CD45.1 - CD45.2 + ) was calculated after fractionating each cell lineage. To rule out ambiguous cases, transplant recipients showing less than 1% chimeric phenomenon were treated as negative.

遺伝子型解析について
Hoxb5-3-mCherryマウスのゲノムDNAを、QuickExtract solution(EpiCentre社製)を用いて、尻尾の生検から取得した。Hoxb5-3-mCherryマウスと野生型アレルを区別するために、同一のフォワードプライマー(5´-GACGTATCGAGATCGCCCAC-3´)および、2種のリバースプライマー(Hoxb5-3-mCherryマウス:5´-CCTTGGTCACCTTCAGCTTGG-3´、野生型:5´-AGATTGGAAGGGTCGAGCTG-3´)
Genotyping Genomic DNA of Hoxb5-3-mCherry mice was obtained from a tail biopsy using QuickExtract solution (manufactured by EpiCenter). To distinguish between Hoxb5-3-mCherry mice and wild-type alleles, the same forward primer (5'-GACGTATCGAGAGTCGCCCAC-3') and two reverse primers (Hoxb5-3-mCherry mice: 5'-CCTTGGTCACCTCTCTCTG3') ´, Wild type: 5 ´-AGATTGGAAGGGTCGAGCTG-3 ´)

限界希釈解析について
長期HSCおよび短期HSCの頻度を、Hoxb5高、Hoxb5低またはHoxb5陰性の10および3個のpHSC移植細胞の移植データを用いて計算した。長期(16週間より長い)に亘って多系列再構成(それぞれの細胞系列を1%よりも多く含む)を示したマウスは、陽性移植受容動物としてカウントした。非直線回帰準ログフィット直線を用いることにより、Fにおける長期HSC/短期HSCの頻度は、0.368であることが計算された(Graph Pad Prism 6を使用)。
For critical dilution analysis, the frequency of long-term and short-term HSCs was calculated using transplantation data from 10 and 3 pHSC transplanted cells with high Hoxb5, low Hoxb5 or Hoxb5 negative. Mice that showed multi-series rearrangements (containing more than 1% of each cell line) over a long period of time (longer than 16 weeks) were counted as positive transplant recipients. By using the non-linear regression quasi-log fit straight line, the frequency of long-term HSC / short-term HSC at F0 was calculated to be 0.368 (using Graph Pad Prism 6).

統計解析について
全ての比較分析は、独立スチューデントt検定を用いて行った。ピアソンのカイ二乗検定は、オンラインソフトウェア(http://vassarstats.net/)を用いて行った。
Statistical analysis All comparative analyzes were performed using the independent student's t-test. Pearson's chi-square test was performed using online software (http://vassarstats.net/).

本発明は、特定の細胞型の細胞において特異的に発現する遺伝子を同定する方法であって、当該遺伝子を同定するために最適なものとして選択された標識を用いて、当該遺伝子を同定する方法を提供する。特に、これら特定の細胞型の細胞の生体内における機能を解析するためには、生存細胞においてその遺伝子発現を観察し得ることが極めて有利であり、フローサイトメトリーや、インサイチュ蛍光観察といった解析方法によって、その発現を解析し得るような遺伝子を同定することを可能にする本発明は、そのような解析に利用できる遺伝子を同定する方法として、広範囲の細胞に応用することができ、極めて有益である。
本発明は一態様において以下を提供する。
[項目1]
特定の細胞型の細胞において特異的に発現する遺伝子であって、当該遺伝子発現が蛍光生細胞観察によって観察可能である遺伝子を同定する方法であって
(A)細胞内における前記遺伝子の発現を検出または測定するために用いる標識蛍光タンパク質を決定する工程であって、細胞株を用いたスクリーニングにより、至適標識蛍光タンパク質を決定する前記工程、
(B)前記細胞型の細胞における、蛍光タンパク質で標識された参照遺伝子の発現強度に基づいて、同定する遺伝子を前記標識蛍光タンパク質で標識した際に、その発現を蛍光観察によって観察するために必要とされる、観察可能転写量を求める工程、
(C)前記観察可能転写量に基づいて、必要下限転写量およびこれよりも小さい、排除上限転写量を求める工程、
(D)前記特定の細胞型の細胞を含む細胞群において、前記必要下限転写量を上回る発現を有し、かつ、他の細胞型の細胞において、前記排除上限転写量を下回る発現を有する遺伝子を特定する工程、
を含む、前記方法。
[項目2]
前記工程(B)において、観察可能転写量を、前記参照遺伝子の「位置付けされた100万個の読み出し断片あたりおよび転写産物1キロ塩基あたりの断片数」(FPKM)に基づいて求める、項目1に記載の方法。
[項目3]
前記工程(C)において、必要下限転写量を下記式により求める、項目1または2に記載の方法。

必要下限転写量
>=観察可能転写量/標識核酸のコードする標識蛍光タンパク質のコピー数

[項目4]
(E)前期工程(D)で得られた遺伝子の細胞毎の発現パターンに基づいて、さらに遺伝子を特定する工程を含む、項目1~3のいずれか一項に記載の方法。
[項目5]
予め、一次スクリーニングを行った候補遺伝子群に対して適用する、項目1~4のいずれか一項に記載の方法であって、
前記一次スクリーニングが、
a)同一細胞系譜に属する複数の細胞群における遺伝子発現を比較するスクリーニング法、
b)同一解剖学的空間に属する複数の異なる細胞型の細胞群における遺伝子発現を比較するスクリーニング法、または
c)上記二つの方法を組み合わせるスクリーニング法によって行われる、前記方法。
[項目6]
前記工程(C)において、候補となる遺伝子の発現量が、前期必要下限転写量を下回る場合、前記標識蛍光タンパク質のコピー数を増やす、または、前記蛍光タンパク質に細胞局在シグナルシークエンスを付加させることで、前記遺伝子のコードするタンパク質の細胞内シグナルを増幅し、必要下限転写量を下げる、項目5に記載の方法。
[項目7]
前記特定の細胞型が幹細胞であり、前記工程(D)における他の細胞型が、前記幹細胞に由来する多能性前駆細胞、またはこれと同一細胞系譜内の分化細胞である、項目1~6のいずれか一項に記載の方法。
[項目8]
前記特定の細胞型が長期造血幹細胞であり、前記工程(D)における他の細胞型が、多能性造血前駆細胞、またはこれと同一細胞系譜内の分化細胞である、項目1~7のいずれか一項に記載の方法。
[項目9]
項目7または8に記載された方法であって、
さらに
(F)前記工程(D)または(E)で特定された遺伝子を発現する幹細胞を、一次宿主動物に移植する工程
(G)前記一次宿主動物から採取した幹細胞を、二次宿主動物に移植する工程、および
(H)前記二次宿主動物において、前記幹細胞から由来する複数種の分化細胞で前記遺伝子が発現する、キメラ状態が維持されることを確認する工程、
を含む、前記方法。
[項目10]
前記工程(H)において、キメラ状態が少なくとも移植後16週間維持される、項目9に記載の方法。
[項目11]
前記工程(G)において、二次宿主動物に移植する前記幹細胞は、移植後16週以降の一次宿主動物から得られるものである、項目9または10に記載の方法
[項目12]
前記工程(G)において、前記幹細胞は、Lin c-Kit Sca-1 のマーカープロファイルに基づいて選択された造血幹細胞及び、幹細胞、組織幹細胞各々を含む細胞集団である、項目9~11のいずれか1項に記載の方法
[項目13]
前記工程(D)における、特定の細胞型の細胞を含む細胞群が、Lin c -Kit Sca-1 CD150 CD34 -/lo FLK2 のマーカープロファイルに基づいて選択された造血幹細胞及び、幹細胞、組織幹細胞各々を含む細胞集団である、項目1~12のいずれか1項に記載の方法。
The present invention is a method for identifying a gene specifically expressed in a cell of a specific cell type, and the method for identifying the gene using a label selected as optimal for identifying the gene. I will provide a. In particular, in order to analyze the function of these specific cell types in vivo, it is extremely advantageous to be able to observe the gene expression in living cells, and it is extremely advantageous to use analysis methods such as flow cytometry and in situ fluorescence observation. The present invention, which makes it possible to identify a gene whose expression can be analyzed, can be applied to a wide range of cells as a method for identifying a gene that can be used for such analysis, and is extremely useful. ..
The present invention provides the following in one aspect.
[Item 1]
A method for identifying a gene that is specifically expressed in a cell of a specific cell type and whose expression of the gene can be observed by observing living fluorescent cells.
(A) The step of determining a labeled fluorescent protein used for detecting or measuring the expression of the gene in a cell, wherein the optimal labeled fluorescent protein is determined by screening using a cell line.
(B) Necessary for observing the expression of the gene to be identified by fluorescent observation when the gene to be identified is labeled with the labeled fluorescent protein based on the expression intensity of the reference gene labeled with the fluorescent protein in the cell of the cell type. The process of determining the observable transfer amount,
(C) A step of obtaining a required lower limit transfer amount and a smaller exclusion upper limit transfer amount based on the observable transfer amount.
(D) A gene having an expression exceeding the required lower limit transcription amount in a cell group containing the cell of the specific cell type and having an expression lower than the exclusion upper limit transcription amount in cells of another cell type. Process to identify,
The method described above.
[Item 2]
In item 1 in the step (B), the observable transcription amount is determined based on the "number of fragments per 1 million read fragments positioned and the number of fragments per kilobase of the transcript" (FPKM) of the reference gene. The method described.
[Item 3]
The method according to item 1 or 2, wherein in the step (C), the required lower limit transfer amount is obtained by the following formula.

Required lower limit transfer amount
> = Observable transcription amount / number of copies of labeled fluorescent protein encoded by the labeled nucleic acid

[Item 4]
(E) The method according to any one of items 1 to 3, further comprising a step of specifying the gene based on the expression pattern of the gene obtained in the first step (D) for each cell.
[Item 5]
The method according to any one of items 1 to 4, which is applied to a group of candidate genes for which primary screening has been performed in advance.
The primary screening is
a) A screening method for comparing gene expression in multiple cell groups belonging to the same cell lineage,
b) A screening method that compares gene expression in cell groups of different cell types belonging to the same anatomical space, or
c) The method, which is performed by a screening method that combines the above two methods.
[Item 6]
In the step (C), when the expression level of the candidate gene is lower than the required lower limit transcription amount in the previous term, the number of copies of the labeled fluorescent protein is increased, or the cell-localized signal sequence is added to the fluorescent protein. The method according to item 5, wherein the intracellular signal of the protein encoded by the gene is amplified and the required lower limit transcription amount is lowered.
[Item 7]
Items 1 to 6 wherein the specific cell type is a stem cell and the other cell type in the step (D) is a pluripotent progenitor cell derived from the stem cell or a differentiated cell within the same cell lineage. The method described in any one of the above.
[Item 8]
Items 1 to 7, wherein the specific cell type is a long-term hematopoietic stem cell, and the other cell type in the step (D) is a pluripotent hematopoietic progenitor cell or a differentiated cell within the same cell lineage. The method described in item 1.
[Item 9]
The method described in item 7 or 8.
moreover
(F) A step of transplanting a stem cell expressing the gene specified in the step (D) or (E) into a primary host animal.
(G) A step of transplanting stem cells collected from the primary host animal into a secondary host animal, and
(H) A step of confirming that the chimeric state in which the gene is expressed in a plurality of differentiated cells derived from the stem cells in the secondary host animal is maintained.
The method described above.
[Item 10]
9. The method of item 9, wherein in step (H), the chimeric state is maintained for at least 16 weeks after transplantation.
[Item 11]
The method according to item 9 or 10, wherein in the step (G), the stem cells to be transplanted into the secondary host animal are obtained from the primary host animal 16 weeks or later after transplantation.
[Item 12]
In the step (G), the stem cells are hematopoietic stem cells selected based on the marker profile of Lin - c-Kit + Sca-1 + , and a cell population containing stem cells and tissue stem cells, respectively, items 9 to 11. The method according to any one of
[Item 13]
The cell group containing cells of a specific cell type in the step (D) is a hematopoietic stem cell selected based on the marker profile of Lin - c -Kit + Sca-1 + CD150 + CD34- / lo FLK2- . The method according to any one of items 1 to 12, which is a cell population containing each of stem cells and tissue stem cells.

Claims (9)

特定の細胞型の細胞において特異的に発現する遺伝子であって、当該遺伝子発現が蛍光生細胞観察によって観察可能である遺伝子を同定する方法であって
(A)細胞内における前記遺伝子の発現を検出または測定するために用いる標識蛍光タンパク質を決定する工程であって、細胞株を用いたスクリーニングにより、至適標識蛍光タンパク質を決定する前記工程、
(B)前記細胞型の細胞における、蛍光タンパク質で標識された参照遺伝子の発現強度に基づいて、同定する遺伝子を前記標識蛍光タンパク質で標識した際に、その発現を蛍光観察によって観察するために必要とされる、観察可能転写量を求める工程、
(C)前記観察可能転写量に基づいて、必要下限転写量およびこれよりも小さい、排除上限転写量を求める工程、
(D)前記特定の細胞型の細胞を含む細胞群において、前記必要下限転写量を上回る発現を有し、かつ、他の細胞型の細胞において、前記排除上限転写量を下回る発現を有する遺伝子を特定する工程、
を含み、
前記工程(A)において、バックグラウンド蛍光シグナル強度に対して大きな差をもたらす蛍光のシグナル強度を有する標識蛍光タンパク質を、至適標識蛍光タンパク質として決定する、前記方法。
A method for identifying a gene that is specifically expressed in a cell of a specific cell type and whose expression can be observed by observing live fluorescent cells. (A) Detection of expression of the gene in the cell. Alternatively, a step of determining a labeled fluorescent protein to be used for measurement, wherein the optimal labeled fluorescent protein is determined by screening using a cell line.
(B) Necessary for observing the expression of the gene to be identified by fluorescent observation when the gene to be identified is labeled with the labeled fluorescent protein based on the expression intensity of the reference gene labeled with the fluorescent protein in the cell of the cell type. The process of determining the observable transfer amount,
(C) A step of obtaining a required lower limit transfer amount and a smaller exclusion upper limit transfer amount based on the observable transfer amount.
(D) A gene having an expression exceeding the required lower limit transcription amount in a cell group containing the cell of the specific cell type and having an expression lower than the exclusion upper limit transcription amount in cells of another cell type. Process to identify,
Including
The method for determining a labeled fluorescent protein having a fluorescence signal intensity that causes a large difference with respect to the background fluorescence signal intensity in the step (A) as the optimal labeled fluorescent protein.
前記工程(B)において、観察可能転写量を、前記参照遺伝子の「位置付けされた100万個の読み出し断片あたりおよび転写産物1キロ塩基あたりの断片数」(FPKM)に基づいて求める、請求項1に記載の方法。 In the step (B), the observable transcription amount is determined based on "the number of fragments per 1 million read fragments positioned and the number of fragments per kilobase of the transcript" (FPKM) of the reference gene, claim 1. The method described in. 前記工程(C)において、必要下限転写量を下記式により求める、請求項1または2に記載の方法。

必要下限転写量
>=観察可能転写量/標識核酸のコードする標識蛍光タンパク質のコピー数
The method according to claim 1 or 2, wherein in the step (C), the required lower limit transfer amount is obtained by the following formula.

Required lower limit transcription amount> = Observable transcription amount / Number of copies of labeled fluorescent protein encoded by the labeled nucleic acid
(E)前期工程(D)で得られた遺伝子の細胞毎の発現パターンに基づいて、さらに遺伝子を特定する工程を含む、請求項1~3のいずれか一項に記載の方法。 (E) The method according to any one of claims 1 to 3, further comprising a step of specifying the gene based on the expression pattern of the gene obtained in the first step (D) for each cell. 予め、一次スクリーニングを行った候補遺伝子群に対して適用する、請求項1~4のいずれか一項に記載の方法であって、
前記一次スクリーニングが、
a)同一細胞系譜に属する複数の細胞群における遺伝子発現を比較するスクリーニング法、
b)同一解剖学的空間に属する複数の異なる細胞型の細胞群における遺伝子発現を比較するスクリーニング法、または
c)上記二つの方法を組み合わせるスクリーニング法
によって行われる、前記方法。
The method according to any one of claims 1 to 4, which is applied to a group of candidate genes for which primary screening has been performed in advance.
The primary screening is
a) A screening method for comparing gene expression in multiple cell groups belonging to the same cell lineage,
b) A screening method for comparing gene expression in cell groups of a plurality of different cell types belonging to the same anatomical space, or c) a screening method for combining the above two methods.
前記工程(C)において、候補となる遺伝子の発現量が、前期必要下限転写量を下回る場合、前記標識蛍光タンパク質のコピー数を増やす、または、前記蛍光タンパク質に細胞局在シグナルシークエンスを付加させることで、前記遺伝子のコードするタンパク質の細胞内シグナルを増幅し、必要下限転写量を下げる、請求項5に記載の方法。 In the step (C), when the expression level of the candidate gene is lower than the required lower limit transcription amount in the previous term, the number of copies of the labeled fluorescent protein is increased, or the cell-localized signal sequence is added to the fluorescent protein. The method according to claim 5, wherein the intracellular signal of the protein encoded by the gene is amplified to reduce the required lower limit transcription amount. 前記特定の細胞型が幹細胞であり、前記工程(D)における他の細胞型が、前記幹細胞に由来する多能性前駆細胞、またはこれと同一細胞系譜内の分化細胞である、請求項1~6のいずれか一項に記載の方法。 Claims 1 to 1, wherein the specific cell type is a stem cell, and the other cell type in the step (D) is a pluripotent progenitor cell derived from the stem cell or a differentiated cell within the same cell lineage. The method according to any one of 6. 前記特定の細胞型が長期造血幹細胞であり、前記工程(D)における他の細胞型が、多能性造血前駆細胞、またはこれと同一細胞系譜内の分化細胞である、請求項1~7のいずれか一項に記載の方法。 13. The method described in any one of the items. 前記工程(D)における、特定の細胞型の細胞を含む細胞群が、Linc -Kit Sca-1 CD150 CD34-/loFLK2のマーカープロファイルに基づいて選択された造血幹細胞及び、幹細胞、組織幹細胞各々を含む細胞集団である、請求項1~のいずれか1項に記載の方法。 The cell group containing cells of a specific cell type in the step (D) is a hematopoietic stem cell selected based on the marker profile of Lin - c-Kit + Sca - 1 + CD150 + CD34- / lo FLK2-. The method according to any one of claims 1 to 8 , which is a cell population containing each of stem cells and tissue stem cells.
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