JPH06233681A - Rna担体によるインビトロ遺伝子選択方法 - Google Patents

Rna担体によるインビトロ遺伝子選択方法

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JPH06233681A
JPH06233681A JP5085871A JP8587193A JPH06233681A JP H06233681 A JPH06233681 A JP H06233681A JP 5085871 A JP5085871 A JP 5085871A JP 8587193 A JP8587193 A JP 8587193A JP H06233681 A JPH06233681 A JP H06233681A
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JP
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rna
carrier
vitro
selection
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JP5085871A
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Nicoletta Rossi
ロッシー ニコレッタ
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    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12NMICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N15/00Mutation or genetic engineering; DNA or RNA concerning genetic engineering, vectors, e.g. plasmids, or their isolation, preparation or purification; Use of hosts therefor
    • C12N15/09Recombinant DNA-technology
    • C12N15/10Processes for the isolation, preparation or purification of DNA or RNA
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12QMEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
    • C12Q1/00Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions
    • C12Q1/68Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions involving nucleic acids
    • C12Q1/6844Nucleic acid amplification reactions
    • C12Q1/6865Promoter-based amplification, e.g. nucleic acid sequence amplification [NASBA], self-sustained sequence replication [3SR] or transcription-based amplification system [TAS]

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Abstract

(57)【要約】 【目的】低頻度で転写される例外的な蛋白をコードする
遺伝子をインビトロで簡便に配列決定する。 【構成】遺伝子セグメントをT7ファージRNAポリメ
ラーゼプロモーターの制御下にある酵母tRNALeu3
伝子の転写産物によって構成されるRNAをコードする
遺伝子に挿入して、その遺伝子配列を同定する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は例外的な遺伝子転写物の
同定および/または分離に関し、該方法は、遺伝子工学
的手法による新規なリボ核酸(RNA)の使用に基づ
く。この方法は、ヒトの細胞、組織および器官内で、特
に非常に低頻度(総転写メッセンジャーRNAに対する
その割合が<10-5)で転写される遺伝子配列の同定お
よび分離に利用することができる。
【0002】
【従来の技術】目下のところ、微生物中で組み換え遺伝
子クローンの集合物(コレクション)を製造し、選択す
ることによってヒト遺伝子を分離するいくつかの技術が
知られている。(Sambrook、Fritsch と Maniatis、 分
子クローニング(Molecular Cloning)、ニューヨーク、
1989)。そのような方法は、液体培地または平板培養中
で個々の細菌または酵母コロニーを増殖させ、個々の遺
伝子フラグメントを分離し、さらに放射性、蛍光性また
は化学発光性誘導体で化学的に修飾した核酸または蛋白
プローブとの相互作用によりそれらを選択することによ
って、遺伝子ライブラリーを構成する組み換えクローン
をインビボで複製させることが必要である。しかし、遺
伝子部分が非常に豊富には存在しない場合は、上記の方
法は効率が低く(インビボ複製の場合は特に)、分析に
は大量の組み換えクローン(>10 8 〜109 )が必要
となり、分析コストが高くなり、さらに分析も長期にわ
たる。その転写物がcDNAコレクション中にわずかし
か存在しない場合(そのようなことは、複雑な器官(例
えば脳)に存在するいくつかの機能のために生じる)
は、遺伝子のクローニングはめったに得ることができな
い(Sutcliffe、 Ann. Rev. Neurosci.、 2:157、 1988)
。他方、そのような遺伝子のヌクレオチド配列を分離
し、同定することは、そのような遺伝子がコードする蛋
白質の性状を調べるために基本的に重要である。これら
は、極めて様々な組織で構造的、調節的さらに酵素的役
割を果たしているかもしれない。このようなものは、細
胞生理のために基本的に重要であり、さらに通常は極め
て低い濃度でしか存在しない(Sutcliffe、 Ann. Rev. N
eurosci.、 2:157、 1988 )。これらの蛋白の構造的お
よび機能的特性を知ることは極めて重要である。なぜな
らば、遺伝的または環境的因子により引き起こされるそ
れらの変化は、時機を得た診断方法も特効薬もしくは有
効な治療法も現時点では利用不可能な様々な疾患の基と
なっているからである。
【0003】
【課題を解決するための手段】本出願人は、低頻度で転
写され、例外的な蛋白をコードする遺伝子のインビトロ
同定および/または分離のための新規な方法の開発に成
功した。この方法は、これまで予期されなかった結果を
もたらした。本発明はその最も広い局面において、遺伝
子配列の分離のための方法に関し、これは、以下の工程
を含む: (1) 遺伝子ライブラリーを構成する遺伝子セグメント
を、新規な担体RNAをコードする修飾遺伝子に挿入す
る; (2) 構築した遺伝子をインビトロで転写する; (3) 特異的な遺伝子挿入物を含む担体RNA分子を、オ
リゴデオキシヌクレオチドプローブによって、インビト
ロで選択する; (4) 選択した担体RNA分子をアフィニティー精製す
る; (5) 選択した分子に対応するDNAを酵素的に合成す
る; (6) 選択したそのような分子を増やし配列を決定する。 本発明の方法は、T7ファージのRNAポリメラーゼプ
ロモーターの制御下に配置された、酵母のtRNALeu3
遺伝子の転写産物で構成されたリボ核酸(RNA)を担
体として用いることを特色とする(Otsukaら、 Mol.Cel
l.Biol. 1:269、1981; Baldiら、Science 255: 1404、 1
992)。本発明の方法は、微生物で組み換え遺伝子ライブ
ラリーを構築し、選択する従来用いられてきた方法より
はるかに簡便で、効果的な結果をもたらし、さらに従来
の方法の技術的制限の克服を可能にするものである。
【0004】本発明は、ヒトの細胞、組織および器官で
非常に低頻度で転写される遺伝子配列の位置決定および
分離の目的のために非常に有効であることが立証され
た。特に本発明によって提案される方法は、以下の工程
を含む: (1) 酵母tRNALeu3遺伝子を修飾することによって得
られる新規な担体RNAを構築し、さらにヒトの器官お
よび組織の遺伝子ライブラリーを構成する遺伝子セグメ
ントを挿入する; (2) 特異的RNAポリメラーゼによる構築遺伝子の転写
によって担体RNAをインビトロで合成し、さらに担体
RNAを酵素的に環状化する; (3) オリゴデオキシヌクレオチドプローブとの相互作用
により、特異的遺伝子挿入物を含む担体RNA分子をイ
ンビトロで選択し、さらに生じたRNA−DNA異種複
合体をリボヌクレアーゼ(RNアーゼ)Hにより線状化
する; (4) 選択した担体RNA分子をアフィニティー精製し、
対応するDNAを酵素的に合成し、さらに熱耐性ポリメ
ラーゼで環状合成することによってそれを増殖させる; (5) 増殖させた分子の配列決定および分析を行う。
【0005】上記に述べたように、本発明は、ヒトの器
官および組織の遺伝子ライブラリーに由来する遺伝子セ
グメントの、新規な担体RNAをコードする遺伝子への
挿入を伴う。遺伝子フラグメントのサイズは、一般に5
00から1500bpである。DNA操作は、慣用的な
手技に用いられるような通常の技術にしたがって実施さ
れた(サンブルック、 フリッチとマニアーティス、 分子
クローニング、 ニューヨーク、 1989)。ヒトcDN
A遺伝子ライブラリーからの遺伝子セグメントは、T7
ファージRNAポリメラーゼプロモーターの制御下にあ
る、プラスミドpGEM−1中の酵母プレ−tRNA
Leu3のイントロンのHpaI部位に挿入される( Otsuki
ら、Mol. Cell. Biol.、 1: 269, 1981; Baldiら、Scien
ce 255: 1404、 1992)。その後プラスミドは、XhoI
エンドヌクレアーゼを用いた制限酵素処理によりプレ−
tRNALeu3遺伝子の3'末端の下流で線状化され、さ
らにバルディーと共同研究者らにより記載されたように
(Baldi ら、Science 255: 1404、 1992)、T7RNA
ポリメラーゼによりインビトロで転写される。この方法
で、1から5マイクログラムの転写線状RNAがインビ
トロで得られる。得られた転写物は、天然のプレ−tR
NAの構造特性を保有しており、特にアフリカツメガエ
ル(Xenopus)スプライシングエンドヌクレアーゼ(プレ
−tRNAの構造特性を特異的に認識する酵素)により
正確に切断される(Otsukaら、Mol. Cell. Biol. 1: 26
9、 1981; Mattocciaら、Cell. 55:731、 1988) 。
【0006】したがって、当該プレ−tRNAは、50
0から1500bpのサイズの遺伝子セグメントを挿入
するために、担体RNAとしての使用に適していると同
時に、特にアクセプター領域における正確な相補的結合
の形成に関して正確な構造配置を保有している。そのよ
うな結合は、ウーレンベックおよび共同研究者らによっ
て報告された方法(Panら、Science 254:1361、1991)
にしたがって、 転写RNA分子の5' および3' 末端の
空間近似性、並びにT4ファージRNAリガーゼによる
それらのインビトロ環状化を可能にさせる。環状化反応
の効率は、32P−UTPの存在下で転写することによっ
て基質を標識した後、アフリカツメガエルのRNアーゼ
による環状プレ−tRNAの特異的消化により確認し
(Carrara、Cell. 58:37、 1989)、さらに、環状分子を
ポリアクリルアミドまたはアガロースゲル電気泳動に付
し、収量75%のオーダーで定量化される。個々の遺伝
子挿入物を含む担体RNAの環状分子の選択は、特異的
な合成オリゴヌクレオチドとハイブリダイズし、続い
て、RNアーゼの存在下でRNA−DNA異種複合体形
成部位での部位特異的線状化(Grossman、 Proc. Natl.
Acad.Sci USA、 70:3339、 1973)によって実施される。過
剰の非特異的転写RNAの存在下で計算された反応効率
は、10-4〜10-5のオーダーであることが示され、し
たがって、例外的な遺伝子転写物のインビトロ選択に適
している(ヒトの器官から得られるcDNA収集物中の
その頻度は、およそ10-5と概算されている(Sutcliff
e、 Ann. Rev. Neurosci. 2:157、 1988))。
【0007】選択分子は、 ポリAポリメラーゼの存在下
で線状RNA分子の3' 末端にポリアデノシン配列を酵
素的に合成することによって修飾される(Gethin 、Natu
re 287:301、 1980)。選択した担体RNA分子中の遺伝
子挿入物は、特異的プライマーとしてポリチミジンおよ
び、担体プレーtRNAを該遺伝子に挿入する部位に隣
接するイントロン配列に対応するオリゴヌクレオチドを
用いて、PCR環状合成(Saiki、 Science 29:487、 198
8)を行い、逆転写酵素により一本鎖の相補的DNAを合
成した後増殖させる(Okayamaら、 Methods Enzymol. 15
4:3、 1987) 。増やした遺伝子セグメントのヌクレオチ
ド配列は、自動塩基配列決定により求め、発現タンパク
のアミノ酸配列を推定し、さらに特別なコンピューター
支援プログラムにより分析される(BishopとRawlings、
核酸および蛋白の配列分析(Nucleic Acid and Protein
Sequence Analysis)、 オックスフォード、 1987)。本発
明により開示された開発方法を明示するために、以下の
実施例を報告する。以下の実施例は単に説明の目的で提
供するもので、添付した請求項のように、本発明の範囲
を制限するものと解してはならない。
【0008】
【実施例】実施例1 ヒトアドレナリン作働性レセプターをコードする遺伝子
選択方法 ヒトのアルファ2−アドレナリン作働性レセプターを修
飾する、アルファ2C4およびアルファ2C10遺伝子
のcDNAのNcoI−SmaIおよびPstI−Ps
tIフラグメント(サイズはそれぞれ1062および9
48bp)を、プラスミドpGEM−1に挿入されてい
る酵母のプレ−tRNALeu3のイントロンのただ一つの
HpaI部位(T7ファージRNAポリメラーゼプロモ
ーターの制御下にある)に連結する。構築遺伝子をXh
oIエンドヌクレアーゼで制限酵素処理し、続いてT7
RNAポリメラーゼ(120U)で、40マイクロリッ
トルの反応容積で、2.5mMのGMPの存在下で90
分、37℃で転写させることによって、直線状RNA
(1〜5マイクログラム)がインビトロで得られる。得
られた転写物は天然のプレ−tRNAの構造特性を保有
しており、特にアフリカツメガエルのスプライシングエ
ンドヌクレアーゼ(プレ−tRNAの構造特性を特異的
に認識する酵素)によって正確に切断される。転写RN
Aの環状化反応は、T4リガーゼ(18U)および基質
RNA(0.2−1マイクログラム)の存在下で、10
マイクロリットルの反応容積で、37℃で120分にわ
たって実施する。環状化反応の効率は、アルファ−32
−UTPの存在下で転写して基質を標識した後、現在用
いられている方法(Carrara ら、Cell 58:37、 1989)に
したがい、アフリカツメガエルのRNアーゼPで環状プ
レ−tRNAを特異的に消化することによって確認す
る。個々の遺伝子挿入物を含む担体RNAの環状分子の
選択は、特異的な合成オリゴヌクレオチド(2.5pmo
l、長さ24ヌクレオチド)と80℃で3分、続いて6
5℃で10分ハイブリダイゼーションし、さらに、それ
に続いてRNアーゼH(1U)の存在下で37℃で60
分間、25マイクロリットルの反応容積中でハイブリダ
イゼーション部位の部位特異的線状化を行うことによっ
て実施する。選択分子は、既に記載された方法(Gethin
ら、 Nature 287:301、 1980)にしたがって、ポリAポリ
メラーゼの存在下で、線状RNA分子の3' 末端のポリ
アデノシン配列を酵素的に合成することによって修飾さ
れる。同じ方法が、ヒトの脳および他の組織で転写され
た遺伝子配列のcDNA収集物の選択に用いることがで
きる。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 以下の工程: (1) 関連する遺伝子ライブラリーを含む遺伝子セグメン
    トを、新規な担体RNAをコードする修飾遺伝子に挿入
    する; (2) 得られた構築遺伝子をインビトロで転写する; (3) オリゴデオキシヌクレオチドプローブによって、担
    体RNAの分子をインビトロで選択する; (4) 選択した担体RNA分子をアフィニティー精製す
    る; (5) 選択した分子に対応するDNAを酵素的に合成す
    る; (6) 選択した分子を増やし、配列決定を行う; ことを含む遺伝子配列の選択方法であって、前記担体と
    して、T7ファージのRNAポリメラーゼプロモーター
    の制御下に置かれた、酵母tRNALeu3遺伝子の転写産
    物により構成されたリボ核酸(RNA)を用いる選択方
    法。
JP5085871A 1992-04-13 1993-04-13 Rna担体によるインビトロ遺伝子選択方法 Pending JPH06233681A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

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ITMI920892A IT1262937B (it) 1992-04-13 1992-04-13 Selezione genica in vitro mediante vettori ad rna
IT92A000892 1992-04-13

Publications (1)

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JPH06233681A true JPH06233681A (ja) 1994-08-23

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CA1340807C (en) * 1988-02-24 1999-11-02 Lawrence T. Malek Nucleic acid amplification process
ES2058893T3 (es) * 1989-03-03 1994-11-01 Genentech Inc Procedimientos mejorados para la amplificacion de adn in vitro y para clonacion y cartografia de genomas.
US5194370A (en) * 1990-05-16 1993-03-16 Life Technologies, Inc. Promoter ligation activated transcription amplification of nucleic acid sequences

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EP0566198A2 (en) 1993-10-20
EP0566198A3 (ja) 1994-08-03
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IT1262937B (it) 1996-07-22

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