JPH11332564A - 遺伝子トラップ用ベクターと、このベクターを用いた 遺伝子トラップ方法 - Google Patents
遺伝子トラップ用ベクターと、このベクターを用いた 遺伝子トラップ方法Info
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Abstract
ーニングおよび機能分析を容易にする新規ベクター系、
およびこのベクター系による遺伝子トラップ法を提供す
る。 【解決手段】以下のヌクレオチド配列:人工の共通スプ
ライシング受容部位、合成ストップ/スタート配列、レ
ポーター遺伝子、薬剤耐性遺伝子、キイロショウジョウ
バエの検出可能な表現型の遺伝子、および合成スプライ
シング供与部位をこの順序で有する組換え体プラスミド
であるキイロショウジョウバエの未知遺伝子トラップ用
ベクター、およびベクターを使用するキイロショウジョ
ウバエの未知遺伝子トラップ方法を提供する。
Description
ョウバエ(ドロソフィラ・メラノガステル:Drosophila
melamogaster)の新規遺伝子のクローニングおよび機能
分析を容易にする新規ベクター系、およびこのベクター
系による遺伝子トラッピングに関するものである。
広範な生物体において、遺伝子トラッピングの応用例が
数多く存在する(Gossler et al. Science, 244:463-46
5, 1989 )。遺伝子トラッピングのための道具として
は、トラップされた遺伝子のクローニングおよび分析を
目的として種々の型のエンハンサートラップPエレメン
トベクター(Wilson et al., Genes & Development, 3:
1301-1313, 1989 )の応用、並びにGal4/UAS転写
アクティベーター系の協力下でのモザイク解析に関する
その使用が効果的であることが証明されている。しかし
ながら、ベクターコンストラクトまたは他のレポーター
遺伝子の発現パターンが1種以上の遺伝子に属するエン
ハンサーにより影響を受ける場合がある。また、エンハ
ンサートラップの挿入により1種以上の隣接遺伝子が機
能発現するかどうかを決定することが困難な場合もあ
る。
挿入部位から30kB以上離れて位置している遺伝子の
発現変化が変異表現型の原因となる場合があるという事
実とが一緒になって、影響を受けた遺伝子をクローンし
分析することが困難になることがありうる。この出願の
1つの目的は、特別にデザインした人工の調節配列を含
むベクター系、および陽性の組換え体系統を容易にスク
リーニングするための選択方法を提供することである。
より詳しくは、この出願は、広く使用されているエンハ
ンサートラップPエレメントベクターに比較して、影響
を受けた遺伝子を更に容易にかつ迅速にクローニングす
ることのでききるベクター系を提供することを目的とし
ている。この出願の別の目的は、エンハンサートラップ
系統を用いる多くの場合とは異なり、この発明のベクタ
ー系は、レポーター遺伝子の発現が単一の内因性転写ユ
ニットによってのみ影響され、かつその遺伝子自体の発
現のみを生み出すという理由から、得られたトラップ現
象を容易に検出し、しかもレポーター遺伝子のより特徴
的な(「機能的な」)発現パターンを極めて高い確率で
得ることのできる方法を提供することである。
オチド配列:人工の共通スプライシング受容部位、合成
ストップ/スタート配列、レポーター遺伝子、薬剤耐性
遺伝子、キイロショウジョウバエの検出可能な表現型の
遺伝子、および合成スプライシング供与部位をこの順序
で有する組換え体プラスミドであるキイロショウジョウ
バエの未知遺伝子トラップ用ベクターである。
体プラスミドとして、pCasper3に由来するプラスミドを
用いることである。第1発明の他の実施態様は、レポー
ター遺伝をGal4遺伝子、Gal4DNA結合領域−p5
3融合遺伝子、またはGal4−ほたるルシフェラーゼ融
合遺伝子とすることである。
ョウジョウバエにおける検出可能な表現型の遺伝子をミ
ニ白眼遺伝子とすることである。第1発明のさらに他の
実施態様は、薬剤耐性遺伝子をネオマイシン−ホスホト
ランスフェラーゼ遺伝子とし、そのプロモーターをヒー
トショックプロモーターとすることである。
チド配列:人工の共通スプライシング受容部位、合成ス
トップ/スタート配列、レポーター遺伝子、薬剤耐性遺
伝子、キイロショウジョウバエの検出可能な表現型の遺
伝子、および合成スプライシング供与部位をこの順序で
有する組換え体プラスミドであるベクターを使用する方
法であって、以下のステップ: (a)白眼遺伝子を持たないハエのゲノムに前記ベクタ
ーを挿入し、(b)薬剤耐性である1次形質転換体を選
択し、(c)1次形質転換体を転移酵素発現系統と交配
させてベクターを他の位置に転移させ、(d)眼の色が
濃いハエを採集することにより2次形質転換体を選択
し、(e)2次形質転換体をUAS(上流活性化配列)
−ルシフェラーゼ含有系統と交配し、産出したハエにお
けるレポーター遺伝子の発現を測定し、(f)トラップ
された遺伝子をクローニングにより同定し、レポーター
遺伝子およびハエの検出可能な表現型の遺伝子に融合し
たcDNA群の配列を決定する、ことからなるキイロシ
ョウジョウバエ未知遺伝子のトラップ方法である。
チド配列:人工の共通スプライシング受容部位、合成ス
トップ/スタート配列、レポーター遺伝子としてのGal
4DNA結合領域−p53融合遺伝子、薬剤耐性遺伝
子、キイロショウジョウバエの検出可能な表現型の遺伝
子、および合成スプライシング供与部位をこの順序で有
する組換え体プラスミドであるベクターA、およびpCas
perhs のポリクローニング部位内にヒートショックプロ
モーターと結合したGal4活性化領域−ラージT抗原融
合遺伝子を有するpCasperhs 由来ベクターBを使用する
方法であって、(a)白眼遺伝子を持たない別個のハエ
のゲノムにベクターAおよびベクターBをそれぞれ挿入
し、(b)薬剤耐性であるベクターAの1次形質転換体
を選択し、眼の色をもつベクターBの1次形質転換体を
選択し、(c)ベクターAの1次形質転換体を転移酵素
発現系統と交配してベクターを他の位置に転移させ、
(d)眼の色が濃いハエを採集することによりベクター
Aの2次形質転換体を選択し、(e)この2次形質転換
体をベクターBの1次形質転換体と交配してベクターA
とベクターBの両者を有するハエを産出させ、(f)ス
テップ(e)で得たハエをUAS−ルシフェラーゼ含有
系統と交配して、その結果産出したハエにおけるレポー
ター遺伝子の発現を測定し、(g)トラップされた遺伝
子をクローニングにより同定し、レポーター遺伝子およ
びハエの検出可能な表現型の遺伝子と融合したcDNA
群の配列を決定する、ことからなるキイロショウジョウ
バエの未知遺伝子のトラップ方法である。
の実施態様に対応するものであり、これらについては以
下の記載でさらに詳細に説明する。
えば、一般的に使用されるPエレメント形質転換ベクタ
ーであるpCasper3(Pirotta, Vectors: A survey of ml
ecular cloning vectors and their uses, eds. Rodrig
uez, R.L. & Denhardt, D.T., Butterworths, Boston.
437-456, 1998 )および簡便なGal4−UAS発現系
(Brandand Perrimon, Development, 118:401-415, 199
3)に基づいて構築することができる。
子がpCasper3のポリクローニング部位に挿入した。この
Gal4遺伝子の上流には人工の共通スプライシング受容
部位および合成ストップ/スタート配列が配置されてお
り、トラップされた遺伝子上流のエキソン(群)から始
まりGal4の適切なリーディングフレームに至る翻訳
を支配している。
訳領域)全部を除去し、人工のスプライシング供与部位
を置き換えることのよって、それ自身のポリアデニル化
部位をもたない断片化遺伝子とした。遺伝子トラップ現
象が生じない場合には、この断片化ミニ白眼遺伝子は目
の色を付与しないと考えられる。そこで、この発明で
は、抗生物質による1次形質転換体の選択を補助するた
めにヒートショックプロモーターを結合したネオマイシ
ン−ホスホトランスフェラーゼ(hs−neo)遺伝子
を挿入した。
e)の概略地図であり、配列番号1はpTrap-hsneベクタ
ーの全ヌクレオチド配列である。別のジーントラップ構
築体であるpTrap-G4-p53(図2)は、プラスミドpTrap-
hsneのGal4コード化配列をGal4DNA結合領域−p
53融合遺伝子(Clontech社製、Matchmaker Two Hybri
d System, #K1605-1)で置き換えることにより作り出し
た。この構築体が、ヒートショックプロモーターを結合
したGal4活性化領域−ラージT抗原を含有する別のベ
クターpCasperhs-G4-LT (図3)と同じハエのゲノム中
に共存すると、機能性Gal4分子のアセンブリーは、p
53−ラージT抗原相互作用を通じて、外部からのヒー
トショックにより調節することができる。
間的制御が可能になる。換言すると、トラップされた遺
伝子のプロモーターによって空間的に決定されているパ
ターンでのGal4の発現を、いまや外部ヒートショック
により任意の段階で誘導することが可能となる。Gal4
発現の検出を容易にするために、別の構築体において
は、Gal4遺伝子をGal4−ほたるルシフェラーゼ融合
遺伝子に置き換えてpTrap-G4-luc(図4)を得た。この
人工遺伝子は、両酵素活性が保存された融合ポリペプチ
ドをコード化している。
イにより容易に行うことができるため(Brandes et a
l., Neuron, 16:687-694, 1996)、個々の生きたハエに
おけるGal4を容易に検出することができる。次に、こ
のベクター系を用いる遺伝子トラップ法である第2およ
び第3発明の最良の形態を詳細に説明する。 (1)スクリーニング:ジーントラップ構築体は、顕微
注入により白眼遺伝子を持たないハエのゲノムに導入す
ることができる。1次形質転換体の選択は、hs−ne
o遺伝子により付与されたネオマイシン類似体G418
耐性を使用して行うことが可能である。(ただし、これ
らの構築体を用いて形質転換実験を実施する場合、断片
化ミニ白眼遺伝子は、一般に、ほとんどの場合w−表現
型と区別できる極めて僅かに黄色の眼を生じることにな
るので、G418による選択は不必要となる。)ジーン
トラップ構築体を有する系統の樹立後、デルタ2−3遺
伝因子を発現する転移酵素を含有するジャンプスタータ
ー呼ばれる系統と交配することにより、通常の方法で2
次形質転換体を作成することができる。
トは、祖先のハエに比較して極めて濃い目の色(濃橙色
または赤色)をしている。このことは、構築体がプロモ
ーターの下流に挿入され、ミニ白眼遺伝子が、除去され
た遺伝子の代わりにその遺伝子の転写「促進要素」(例
えばポリアデニル化部位および転写ターミネーター)を
使用していることを示している。これらは、遺伝子トラ
ップ現象の最も有望な候補である可能性が極めて高い。
これらの系統の場合、ベクターはおそらく遺伝子のイン
トロン内かまたは最初のイントロンの上流へ、適切な配
向(すなわち転写方向が「トラップされた遺伝子」と、
またミニ白眼遺伝子(およびGal4)とも同じ)で5’
UTR内に挿入されている。ミニ白眼遺伝子はそれ自身
のプロモーターをもち、それゆえその発現パターンはト
ラップされた遺伝子のそれと全く異なると思われる。
−ルシフェラーゼレポーター遺伝子構築体を保有する
「マーカー」系統と交配することにより検査される。
(pTrap-G4-lucベクターを使用する場合、この段階は不
必要である。)通常、極めて強い相関性が、目の色とG
al4発現の間に見られる:目の色が濃い系統の90%以
上が、ルミノメーターを用いるルシフェラーゼアッセイ
でGal4を発現していることが証明されている(Brande
s et al., Neuron, 16:687-692, 1996)。(2)クロー
ニング:ジーントラップ構築体を内在性遺伝子のイント
ロン内に挿入する場合、構築体のマーカー遺伝子は、人
工のスプライシング受容および付与部位を使用してmR
NAレベルでスプライシングされ、トラップされた遺伝
子のエキソンになると思われる。さらに正確に述べる
と、Gal4のmRNAは挿入部位の上流に位置するエキ
ソン(群)に連結されるはずであるが、同時にミニ白眼
遺伝子のmRNAが続くエキソン(群)に融合してトラ
ップされた遺伝子の2重標的化を達成している(図
5)。
pid Amplification of cDNA Ends:cDNA末端の急速
増幅)法により、トラップされた遺伝子を迅速かつ容易
に同定するのに使用することができる。捕獲したmRN
Aの一部分のみのクローニングおよび配列決定でさえ
も、BDGP(Berkeley Drosophia Gemone Project )
EST(Expressed Sequence Tag)ライブラリー中から
高い確率で相同的なmRNAを見出すことが可能であ
る。
定は、同様のエンハンサートラップ構築体により作り出
された突然変異を分析する際には通常は平均して1年以
上の期間を要するのに対して、この発明の方法の場合に
は1週間未満で遺伝子の同定が可能となる場合もある。
Pエレメントベクターは、活性遺伝子の5’UTRまた
は近傍に組み込まれる傾向があることが文献上周知であ
り、またこの発明者も経験した。(この発明者は、これ
らの場合に、もしベクターが最初のイントロンの上流に
挿入され、それ故人工のスプライシング受容部位が使用
できないならば、Gal4遺伝子は近くのプロモーターか
ら読み通し転写により発現されることを見出してい
る。) この傾向の利点は、逆転写PCRもしくはvectoretteP
CRによって、または適当な制限消化によって構築体の
ネオマイシン耐性遺伝子を回収するプラスミドレスキュ
ーによって、挿入部位のフランキングゲノム配列のクロ
ーニングと配列決定により利用することができる。この
場合もBDGPライブラリーを検索して意味のある一致
があるかどうかを調べることができる。 (3)レスキュー:観察された突然変異の表現型が実際
にPエレメント挿入の結果起こったことを確認するただ
一つの信頼できる方法は、特定の表現型をレスキューす
ることである。予期されることは、表現型(野生型のハ
エとの何かの差異)がPエレメントの挿入により散布さ
れた遺伝子(群)の発現変化によって起こったというこ
とである。レスキューは、疑いのある遺伝子のcDNA
を、その遺伝子自身と同じ空間的および時間的パターン
で最も好ましく発現することによりなされる。
築体は通常、強い表現型を引き起こす。トラップされた
遺伝子はmRNAレベルで2個の部分に分離し、多くの
場合無効変異をもたらすと思われるので、これは全く意
外ではない。したがって、この方法で得た突然変異はし
ばしばホモ接合性の致死性または不稔性を示す。低次形
態の突然変異は、遺伝子トラップPエレメント構築体の
不正確な切除により得ることができる。
4遺伝子がそれ自身のプロモーターをもたず共通の融合
mRNAを共有するという理由から、トラップされた遺
伝子のそれを正確に反映せざるを得ない。この同一発現
は、トラップされた遺伝子のUAS結合クローンcDN
Aを保有する別のハエとこのハエとを交配することによ
り、突然変異の表現型をレスキューすることを可能とす
る。
遺伝子をトラップしたハエ、または無効変異アレル上に
ある種の低次形態アレルをもったハエのトランスヘテロ
接合体をレスキューすることができる。 (4)トラップされた遺伝子の空間的および発生的発現
パターンの測定:トラップされた遺伝子の空間的および
時間的に制御された発現の組織化学的測定もまた、同じ
ハエのゲノムにUAS−lacZ構築体を導入し、ベー
ターガラクトシダーゼに対するX−galまたは抗体染
色を実施することにより、容易に行うことができる。 (5)モザイク分析:種々の、特徴的な、そしてpTrap-
G4-p53/pCasperhs-G4-TLベクター系の場合には誘導可能
なGal4発現パターンを持つような、ハエ系統の膨大な
コレクションを保有することは、種々のGal4発現パタ
ーンをもった突然変異のバックグラウンド上にそれらの
UAS構築体を発現させることにより、対象となる全て
の遺伝子のモザイク分析を実行可能にする。
現が突然変異表現型のレスキューのために必要とされる
かという問題に回答を与えるものである。同様に、任意
の遺伝子を種々の異所性パターンで発現させて新規な優
生表現型を生じさせることができる。この方法は、その
特定遺伝子の役割を決定し、それが関与する経路を同定
する助けとなるかもしれない。
する具体的実施態様を説明するものである。この実施例
は、いかなる意味でもこの発明の限定を意図するもので
はない。図6は、aop-Gal4およびm-white-aop 融合m
RNAのRT−PCR産物の配列決定結果を示す。
kkuri/yan )発生遺伝子の最初のイントロン中に組み込
んだベクターpTrap-hsneo を有する陽性遺伝子トラップ
系統から調製した全RNAを用いた。この配列から、両
方のスプライシングが正確に、予期された場所である人
工調節配列の特定のヌクレオチドで生じたことが確認さ
れた。
S−lacZ構築体を含有するハエとを交配して得たハ
エの脳の種々の部分における特徴的なベ−タ−ガラクト
シダーゼ染色パターン像を示す。
現型の原因となる遺伝子を容易かつ迅速にクローニング
することを可能とする。さらに、関心がある任意の遺伝
子のUAS由来のコード配列を使用することにより、そ
の特定の遺伝子を、トラップされた遺伝子と同一のパタ
ーンで発現させることができ、これらの発現は希望する
任意の発生段階に時間的に調節することができる。
地図である。
地図である。
概略地図である。
地図である。
入されたハエゲノムの概略図である。
RT−PCR産物の配列決定結果である。
築体を含有するハエとを交配して得たハエ脳の種々の部
分における特徴的なベーターガラクトシダーゼ染色パタ
ーン像である。
Claims (19)
- 【請求項1】 以下のヌクレオチド配列:人工の共通ス
プライシング受容部位、 合成ストップ/スタート配列、 レポーター遺伝子、 薬剤耐性遺伝子、 キイロショウジョウバエの検出可能な表現型の遺伝子、
および合成スプライシング供与部位をこの順序で有する
組換え体プラスミドであるキイロショウジョウバエの未
知遺伝子トラップ用ベクター。 - 【請求項2】 組換え体プラスミドが、pCasper3に由来
するプラスミドである請求項1のベクター。 - 【請求項3】 レポーター遺伝子が、Gal4遺伝子であ
る請求項1または2のベクター。 - 【請求項4】 配列番号1のヌクレオチド配列を有する
請求項3のベクター。 - 【請求項5】 レポーター遺伝子が、Gal4DNA結合
領域−p53融合遺伝子である請求項1または2のベク
ター。 - 【請求項6】 レポーター遺伝子が、Gal4−ほたるル
シフェラーゼ融合遺伝子である請求項1または2のベク
ター。 - 【請求項7】 キイロショウジョウバエの検出可能な表
現型の遺伝子が、ミニ白眼遺伝子である請求項1ないし
6のいずれかのベクター。 - 【請求項8】 薬剤耐性遺伝子が、ネオマイシン−ホス
ホトランスフェラーゼ遺伝子であり、そのプロモーター
がヒートショックプロモーターである請求項1ないし7
のいずれかのベクター。 - 【請求項9】 pCasperhs のポリクローニング部位内
に、ヒートショックプロモーターと結合したGal4活性
化領域−ラージT抗原融合遺伝子を有するpCasperhs 由
来ベクター。 - 【請求項10】 以下のヌクレオチド配列:人工の共通
スプライシング受容部位、 合成ストップ/スタート配列、 レポーター遺伝子、 薬剤耐性遺伝子、 キイロショウジョウバエの検出可能な表現型の遺伝子、
および合成スプライシング供与部位をこの順序で有する
組換え体プラスミドであるベクターを使用する方法であ
って、以下のステップ: (a)白眼遺伝子を持たないハエのゲノムに前記ベクタ
ーを挿入し、 (b)薬剤耐性である1次形質転換体を選択し、 (c)1次形質転換体を転移酵素発現系統と交配させて
ベクターを他の位置に転移させ、 (d)眼の色が濃いハエを採集することにより2次形質
転換体を選択し、 (e)2次形質転換体をUAS(上流活性化配列)−ル
シフェラーゼ含有系統と交配し、産出したハエにおける
レポーター遺伝子の発現を測定し、 (f)トラップされた遺伝子をクローニングにより同定
し、レポーター遺伝子およびハエの検出可能な表現型の
遺伝子に融合したcDNA群の配列を決定する、ことか
らなるキイロショウジョウバエ未知遺伝子のトラップ方
法 - 【請求項11】 組換え体プラスミドが、pCasper3に由
来するプラスミドである請求項10の方法。 - 【請求項12】 ベクターのレポーター遺伝子が、Gal
4遺伝子であり、ステップ(e)においてGal4の発現
を測定する請求項10または11の方法。 - 【請求項13】 ベクターのレポーター遺伝子がGal4
−ほたるルシフェラーゼ融合遺伝子であり、ステップ
(e)において2次形質転換体をUAS−ルシフェラー
ゼ含有系統と交配せずにこの融合遺伝子の発現を測定す
る請求項10または11の方法。 - 【請求項14】 キイロショウジョウバエの検出可能な
表現型の遺伝子がミニ白眼遺伝子であり、ステップ
(f)でレポーター遺伝子およびミニ白眼遺伝子に融合
したcDNAをクローニングし、配列決定する請求項1
0ないし14のいずれかの方法。 - 【請求項15】 薬剤耐性遺伝子がネオマイシン−ホス
ホトランスフェラーゼ遺伝子、そのプロモーターがヒー
トショックプロモーターであり、ステップ(b)でG4
18耐性形質転換体を選択する請求項10ないし15の
いずれかの方法。 - 【請求項16】 以下のヌクレオチド配列:人工の共通
スプライシング受容部位、 合成ストップ/スタート配列、 レポーター遺伝子としてのGal4DNA結合領域−p5
3融合遺伝子、 薬剤耐性遺伝子、 キイロショウジョウバエの検出可能な表現型の遺伝子、
および合成スプライシング供与部位をこの順序で有する
組換え体プラスミドであるベクターA、およびpCasperh
s のポリクローニング部位内にヒートショックプロモー
ターと結合したGal4活性化領域−ラージT抗原融合遺
伝子を有するpCasperhs 由来ベクターBを使用する方法
であって、 (a)白眼遺伝子を持たない別個のハエのゲノムにベク
ターAおよびベクターBをそれぞれ挿入し、 (b)薬剤耐性であるベクターAの1次形質転換体を選
択し、眼の色をもつベクターBの1次形質転換体を選択
し、 (c)ベクターAの1次形質転換体を転移酵素発現系統
と交配してベクターを他の位置に転移させ、 (d)眼の色が濃いハエを採集することによりベクター
Aの2次形質転換体を選択し、 (e)この2次形質転換体をベクターBの1次形質転換
体と交配してベクターAとベクターBの両者を有するハ
エを産出させ、 (f)ステップ(e)で得たハエをUAS−ルシフェラ
ーゼ含有系統と交配して、その結果産出したハエにおけ
るレポーター遺伝子の発現を測定し、 (g)トラップされた遺伝子をクローニングにより同定
し、レポーター遺伝子およびハエの検出可能な表現型の
遺伝子と融合したcDNA群の配列を決定する、ことか
らなるキイロショウジョウバエの未知遺伝子のトラップ
方法。 - 【請求項17】 ベクターAがpCasper3に由来するプラ
スミドである請求項16の方法。 - 【請求項18】 キイロショウジョウバエの検出可能な
表現型の遺伝子がミニ白眼遺伝子であり、ステップ
(g)でレポーター遺伝子およびミニ白眼遺伝子と融合
したcDNA群をクローニングし、配列決定する請求項
16または17の方法。 - 【請求項19】 薬剤耐性遺伝子がネオマイシン−ホス
ホトランスフェラーゼ遺伝子、そのプロモーターがヒー
トショックプロモーターであり、ステップ(b)でG4
18耐性形質転換体を選択する請求項16ないし18の
いずれかの方法。
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