JPS58502180A - Dna配列の転写の調節 - Google Patents
Dna配列の転写の調節Info
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
DNA配列の転写の調節
これは、 1981年11月23日に提出された同時係属アメリカ合衆国特許出
願番号324,111の一部継続出願である。
宜量
本発明は、一般に遺伝物質の操作に、そして、より具体的には。
特定のDNA配列の転写を外的な制御によって選択的に調整するのに有効な方法
及び材料に関する。
「遺伝物質Jは、細胞の(及びウィルスの)組成の製造、及び細胞及びウィルス
粒子の環境の変化に対する応答をプログラムし且つ誘導する物質として広く定義
することが出来る。 総ての生きている細胞とウィルス(いわゆるr RNA
ウィルス」は除いて)の遺伝物質は、長い鎖状の、デオキシリポ核酸(rDN^
」)として知られるポリマー物質から構成される。DNAポリマーの反復単位は
ヌクレオチドとして知られる。 各ヌクレオチドは、4つの核酸(アデニン、グ
アニン、シトシン及びチミン)の内の1つが糖質(デオキシリボース)に結合し
たものから成り、糖質には燐酸塩グループが付いている。 リボ核酸(’RNA
J )は、ポリマーのヌクレオチドで、核酸、アデニン、グアニン、シトシン
、及びウラシルとから成り、これらは1つのリポース分子に結合され。
リポース分子には1つの燐酸塩グループが付いている。
最も簡単に表すと、遺伝物質のプログラム機能は一般に、 DNAヌクレオチド
配列(遺伝子)が比較的に不安定なメソセンジャーRNA (rmRNA」)ポ
リマーに転写され、それが、今度は、アミノ酸から構造性、調整性及び触媒性蛋
白質を形成する為の鋳型として働くようなプロセスを通して発揮される。 蛋白
質の合成はこのように、遺伝子のDNA配列によってもたられたプログラムされ
た遺伝情報の「発現」の最終形態である。
1つのDNAポリマーにおいて通常に1つの遺伝子の「先に来るJある種のDN
A配列は、 mRNAへの転写の開始の部位を定める。
これらは「プロモーター」配列と呼ばれる。 その他のDNA配列も、1つのD
NAポリマーにおいては1遺伝子の「上流」において。
転写の開始の頻度(或いは割合)を決定する蛋白質を結合する。
これらのその他の配列は、「レギュレーターJ配列と呼ばれる。
このように、1つの機能DNAポリマーにおいて1つの選択された遺伝子(或い
は遺伝子の配列系)の先に来て、1つの遺伝子の転写(そしてその後の発現)が
行われるか否かを決定する配列は。
「プロモーター/レギュレーターJ DNA配列と総称される。
遺伝子のプロモーター/レギュレーター配列はあきらかに非常に多くの構造的及
び機能的な変化を示し、実際のところ、より簡単な遺伝システムの僅かな配列が
完全に、構造的且つ機能的に特性を確認されたに過ぎない。 プロモーター/レ
ギュレーターは。
一般に、細胞の内部及び周囲の化学的(そしてときには物理的)環境条件に対応
して遺伝子の転写を調節する働きをする。 単純な原核系内の遺伝子の転写にお
ける。そしてその後の発現におけるプロモーター/レギュレーター作用の働きの
一般的な「モデル」がこれまでに多く提案されている。 このようなモデルの1
つは、1つの「リプレッサー」遺伝子と1つのレギュレーター配列或いは「オペ
レーター」配列を別の遺伝子のプロモーターの近くに措定する。 このモデルに
よれば、リプレッサー配列の転写は。
1つのリプレッサー蛋白質の発現となり、この蛋白質は選択的にオペレーター配
列に結合して9選択された遺伝子の遺伝子転写を完全に不可能にする。 1つの
環境「信号」 (例えば1問題゛の遺伝子の蛋白生成物によって作用される1化
学物質の濃度の増加)は操作的にリプレッサー蛋白質を不活性化し、遺伝子の転
写を中断させるような仕方でオペレーター配列に結合するその能力を阻止する場
合がある。 1基質の濃度の増加は、その分解の触媒として働く蛋白質の合成を
「促すJように作用すると見ることも出来る。
遺伝子の転写の調整に於けるプロモーター/レギュレーター配列の作用の別の一
般的なモデルは、リプレッサーDNA配列による1つの最初は不活性な形のりプ
レソサー蛋白質の形成を措定する。
このような不活性な形態は、それが細胞内に存在する別の物質と結合するまでは
、オペレーターDNA配列に結合しくそして選択された遺伝子の転写を妨害する
)ことは出来ない。 その他の物質としては2例えば9選択された遺伝子によっ
てコード化された蛋白質が触媒の働きをする反応の生成物である化合物が挙げら
れる。 細胞内のこのような反応生成物の濃度の上昇は、この生成物の合成の原
因となる蛋白質の潜在的な過剰生産を抑制するように作用する。 これらの例に
おいては、レギュレーター蛋白質は。
転写を抑制するように機能する。 特定のDNA配列の転写を生しるその他の調
整蛋白質も述べられている。このように、負の?[il+御性蛋白質と正の制御
性蛋白質との双方及びそれらに対応する調整DNA配列の例が存在する。
真核細胞内のプロモーター/レギュレーターDNA配列の作用の同様な「モデル
」がこれまでに提案されている。 例えば、 Brown、「真核細胞内の遺伝
子の発現J 、 5cience、 211 、 pp、 667−674 (
1981)を参照されたい。
遺伝子工学の基本的な問題のなかに、関心のある選択された遺伝子配列の分離と
、その多数のコピーをそれらが分離された細胞内でそれらの転写に通常影響を及
ぼすプロモーター/レギュレーターDNA配列とともに調製する問題がある。
遺伝子工堂の別の基本問題は、細胞へのDNA配列の挿入と安定した組み込みを
、遺伝子配列の転写とそれらの発現を外部からの調節を可能とする仕方で行うこ
とである。
選択されたDNA配列の分離と複写とにおける素晴らしい進歩は。
制限エンドヌクレアーゼ酵素(これらは特定の部位におけるD N Aポリマー
の切断を行うことが可能である)と接合酵素(これらはDNA配列を融合する働
きをする)との使用によって初めて可能となった。 関心のあるDNA配列は通
常は、プラスミド或いはウィルス性のrヘクターJに取り込まれ、前述のヘクタ
ーは適当な宿主細胞(例えば、細菌、酵母、或いは補乳類細胞J内での選択的な
複製が可能である。 これらのヘクターが、興味あるDNA配列とともに高等動
物或いは植物の細胞の内部に導入されると、それらは染色体外要素として保持さ
れるか、或いは染色体に取り入れられる。
現在までの殆どの遺伝子工学活動は、細菌等の原核細胞内での。
及び、酵母、黴及び藻類等の真核生物内での外来性DNAの安定した組み込みに
向けられて来た。 これら実験がねらった結果は。
選択された遺伝子の多数のコピーの供給源のみならず、蛋白性製品の形で商業的
に意味のある遺伝子を大量に転写し発現することであった。 例えば、 Coh
en等1合衆国特許番号4,237,224 ; Manis、合衆国特許4,
273,875 、及びCohen 、合衆国特許4 、293 、652を参
照されたい。 植物及び動物等の高等生物の真核細胞に関する研究は、培養下で
連続的に成長する能力のある細胞に一般に関連している。
本発明の背景に重大なかかわりを持つものに、共同発明者及び彼等の共同者によ
る先行研究の多数の論文があり、それらは、(1)哺乳類の遺伝子の発現の調節
;(2)純化された遺伝子の真核細胞への導入に、関連する。
本発明の詳細な説明し先行技術の状態を示すために参照によって特にここに併合
されたものは、共同発明者Pa1m1ter及び彼の共同研究者による下記の論
文である。 即ち、 Durnam等、「マウスのmetallothione
in−I遺伝子の分離と特性付けJ 、 、P、N、A、S、。
77、 pp、6511−6515 (1980) ; Durnam等、「マ
ウスのmetallothionein−I遺伝子の転写の重金属による調節J
l 、r、 BIOl、 Chem、、 256 、pp、 5712−57
16 (1981) i Mayo等、「培養されたマウス細胞内のmetal
lothionein−1mRNA合成のグルココルチコイド調節」。
J、 Biol、Chem、256. pp、2621−2624 (1981
) ; Hager等、「グルココルチコイドによるマウス肝臓metallo
thionein−T遺伝子の転写調節J 、 Nature、 291 、
pp、340−342 (1981) : Glanville等。
「マウス+l1etallothionein−I遺伝子の構造とそのmRNA
J 、 Na ture。
292 、 pp、267−269 (1981) ;及びBeach等、「カ
ドミウム耐性マウス細胞内のmetallothionein−I遺伝子の増幅
J 、 P、N、A、S、、 78゜pp、2210−2214 (1981)
。 以上は総て、殆どのを椎動物組織内に1つ或いはそれ以上の形態で見られる
低分子量の金属結合蛋白質の生成の仕様を定めるDNA配列を取り扱っている。
より具体的には、これら論文はマウスのmetallothionein遺伝
子、そしてそれらのプロモーター/レギュレーターDNA配列、及びプロモータ
ー/レギュレーター配列の金属及びステロイド・ホルモンに対する応答度を取り
扱っている。
参照によってここに併合する共同発明者Pa1m1ter及び彼の共同研究者に
よる追加論文は: McKnight等、「トランスフェリン遺伝子発現、ステ
ロイド・ホルモン及び鉄分の欠乏による鶏の雛の肝臓内におけるmRN^転写の
調節J 、 J、 Biol、 Chem、、 255 、 pp。
148−153 (1980) ;及びPa1m1ter等、rオバルブミン及
びコナルブミン遺伝子の転写のステロイド・ホルモンによる調節、多数の調節部
位及び中間蛋白質に基づくモデル」、L」n且Chw、、 −公述、 pp、7
910−7916 (1981)である。
参照によって更にここに併合するものには、共同発明者Br1nster及び彼
の共同研究者による。マウス卵細胞の胚胞内への或いは授精したマウス卵子への
プラスミドの微量注入に関する論文。
即ち+ Br1nster等、rマウス卵母細胞は注射されたクセノプス5A
RNA遺伝子を転写するJ 、 5cience + 21し、 pp、396
−398 (1981)がある。
更に本発明の背景に関連し、ここに参照によって併合するものに、 Illme
nsee等、釦旦、 23. pp、9−18 (1981)及びGordon
等1P、N、A、S、、77、 pp、 7380−7384 (1981)の
論文があり、それぞれ。
除核マウス卵への核の注入、及びヘルペス・チミジンキナーゼ遺伝子及びSV4
0 (シミアン・ウィルス40)配列のマウスへの導入を取り扱っている。 最
後に、 Wagner等の、 P、N、A、S 、 78. pp、 5016
−5020 (1981)に掲載された最近の論文は、ヒトβ−グロビン遺伝子
及び1つの機能的ウィルス・チミジンキナーゼ遺伝子との発生中のマウスへの取
込みを取り扱っており9本発明の背景に関連する。
木光凱久厘豹
本発明は、生きた細胞及びウィルスのDNA配列を、金属とステロイド化合物と
を用いることによって外部から調節する新規の方法及び材料を提供する。 その
−面において1本発明は1選択されたどんな染色体内或いは染色体外遺伝子或い
はDNA配列の転写の制御をも可能にし、それを金属及び/或いはステロイド・
ホルモン化合物の濃度の環境的変化に機能的に応答するブロモ−クー/レギュレ
ーターDNA配列の組み込みによって行う。
本発明はこのように、遺伝プロセスを制御する数多くの手順に広く通用すること
が可能であり、その範囲は、原核細胞及び真核細胞内に内在する遺伝子の現在の
調節を変更することから、高等動物及び植物を含む「宿主」細胞に安定的に取り
入れられた選択された外来性遺伝子の発現の選択的、差別的な調節の実行にまで
及ぶ。
本発明の実施の際に現在好まれているプロモーター/レギュレーターDNA配列
は、鳥類及び哺乳類の細胞から得られたもので:もともとチキンのトランスフェ
リン(コナルブミン)遺伝子に関連する鉄及びステロイド・ホルモン応答性プロ
モーター/レギュレーター配列;チキンのオバルブミン遺伝子に関連するステロ
イド・ホルモン応答性プロモーター/レギュレーター配列;及びマウスmeta
llothionein4或いはmetallothionein U遺伝子の
金属及びステロイド・ホルモン応答性プロモーター/レギュレーター配列を含む
。
本発明の新規の融合遺伝子生成物は8選択されたDNA配列を含み、それらに金
属及び/或いはステロイド・ホルモン応答性プロモーター/レギュレーターDN
A配列が上述したように結合される。
これらの生成物はDJJAプラスミド及びウィルス性ヘクターに取り込まれて、
広汎な受容細胞の形質転換の道具となるものである。
本発明のプロセスは、生きた細胞或いはウィルス内の選択されたDNA配列の転
写を金属及び/或いはステロイドにより、特定の部位にその働きをするプロモー
ター/レギュレーターDNA配列を挿入することで、調節する方法を含む。 宿
主細胞において選択された外来性のDNA配列の転写を確実に行う為の先行技術
方法の改良も包含されており5そこではDNA配列は宿主の染色体内の或いは染
色体外の物質として安定して取り込まれる。 前述の改良は9選択されたDNA
配列に1グルココルチコイド及びデキサメサゾン等のステロイド・ホルモン化合
物及び/或いは鉄、コバルト。
ニッケル、銅、銀、金、亜鉛、カドミウム、水銀及びビスマス等の金属のイオン
の環境濃度の変動に応答して9選択されたDNA配列の転写を選択的に促進する
か或いは抑制することの出来るプロモーター/レギュレーターDNA配列をくっ
つけることから成る。
本発明のその他の面及び利点は2本発明の下記の詳細な説明及び図面を考慮すれ
ばおのずと明らかになり、第1図は、’DNAプラスミドpMKの制限エンドヌ
クレアーゼ切断地図を示し、前述のON八へラスミドpMKは本発明の融合遺伝
子生成物を取り入れており;第2図は2本発明の融合遺伝子生成物を取り入れた
DNAプラスミドpMGHの構造を示し;第3図は1本発明の融合遺伝子生成物
を微量注入された卵から発生したマウスの成長特性を簡略に示す。
詳寝左皮所
下記の実例は= (a)プラスミドpMKを一例とする融合遺伝子の調整; (
b)プラスミドpMKの授精した単細胞マウス卵への注入とそれから成マウスの
成長を可能にする注射された卵の操作;(C)成マウス内の外来性(ウィルス性
チミジンキナーゼ)遺伝子の安定した組み込み、転写、及び発現の範囲の確定;
(d)pMKプラスミドを用いた哺乳類細胞培養の形質転換及び形質転換された
細胞内での外来性遺伝子の発現に及ぼす金属の影響; (e)pMKプラスミド
を注射されたマウス胚内の外来性遺伝子の転写及び発現の研究; (f)プラス
ミドpMGHにしめされた融合遺伝子の作成; (g)授精した単細胞マウス卵
へのプラスミドpMGHの注入とそれから成マウスの成長を可能にする注入され
た卵の操作;及び(h)成マウス内における外来性(成長ホルモン)遺伝子の安
定した組み込み、転写及び発現の範囲の決定を、それぞれ目指している。
劃」−
この例は9本発明の融合遺伝子の作成の手順に関する。 1つのDNAプラスミ
ド、 pMKが、単純性庖疹ウィルス()IsV )チミジンキナーゼ(TK)
の為の1つのDNA配列コードを持つことが示され、 1には作用的にマウスm
etallothionein−I (MT−1)遺伝子のプロモーター/レギ
ュレーターDNA配列と関連する。
Durnam等、 P、N、A、S、、 77、 pp、6511−6515
(1980)は、 [lNAプラスミドm1pEE 3 、 s の構造を開示
し、それは3.8キロヘース・ジェノミックEco旧断片を含む細菌性のプラス
ミドpBR322がら成り。
プラスミドのEco RI部位に挿入されたマウスMT−I遺伝子を含む。
MT−1遺伝子は約1.1 kb対の長さがあり、少なくとも2つのイントロン
を含む。
第1図、バートAに示すとおり、プラスミドpMT−TKは、チミジンキナーゼ
遺伝子を含む(McKnight、 Nuc、 Ac1d、 Res、+ 8+
pp、5949−5964 (1980)を参照のこと〕単純性庖疹ウィルス
・タイプIの3.5 kb Bam旧断片をBam旧部位に挿入することによっ
てプラスミドm1pEE3 、 sから作られた。 矢印で示すように、2つの
遺伝子が同一の転写オリエンテーション(向き)にある。 第1図。
パートBに示すように、融合プラスミドpMKは、ln 制限エンドヌクレアー
ゼによりプラスミドpMKT−TKを消化し、そしてTイDNAリガーゼによる
結合によって直接にMT−I遺伝子の5゛領域(MT−■のプロモーター/レギ
ュレーター配列)をTK構造遺伝子に接合することによって生成された。 pB
11322配列は単線で示され、 TK遺伝子配列は細い帯によって、MT−I
遺伝子配列は幅の広い帯によって示される。 mRNAコード部は塗りつぶした
帯によって、非転写及びイントロン部は空白の帯によって示される。 輪の中の
斜線を入れた帯は、ハイブリダイゼーション探針として使用される遺伝子の領域
を示す、MT−1特異性探針、「酊−XHJは、 Xba IがらHindnI
に、そしてTK特異性探針rTK−BP JはハL■がらPst 1に延びる。
融合プラスミド探針’ pMK (−EK ) Jは、全プラスミドを含むが
、 Eco RIから紅LI領域は例外で、それは、 5outhern プロ
ットが、これがマウス・ゲノムに多く存在する配列であることを示したからであ
る。 プラスミドの作成及び遺伝子特異性探針に関連する制限部位は第1図のパ
ー)Aに示す。 pMKの組み込まれたコピーの地図作成の際に使用される総て
の制限部位は、第1図のパー)Bに示す。 pMKは、…皿1[[、Xba I
、或いはXho Iによって切断されない。 2つの遺伝子用のTATAA
rプロモーター」配列及びATG翻訳開始コドンの位置も示されている。
珂工
この例は、融合遺伝子運搬プラスミド、 pMKの、授精したマウス卵細胞の前
核への微量注入用のベクターとしての使用に、そして、卵細胞の成マウスへの成
長に関連し、このマウスは体細胞及び生殖細胞に取り入れられたpMK DNA
配列を持つ。 例■のpMKDNAは、細菌細胞の清浄にされた溶出物から、
SDSプロティナーゼに処理によって分離され、その後、フェノール・クロロホ
ルム抽出及びエタノール沈降がそれに続く。 核酸はRNase Aによって消
化すり、 0.1X SET (IX SET = 1%SDS/J 5 mM
EDTA、 10 mM Tris、 pH7,5)の中でBlo−Ge1
A30mコラムを通されて、 DNAがRNA断片から分離された。 これらの
実験において使用された標本は、アガロースゲル電気泳動及び臭化エチジウム染
色によって明らかになったが、約1/3の高次コイル・プラスミド、1/3の切
断(ニック)された輪、及び約1/3のプラスミドの大きなオリゴマーを含む。
C57X S几ハイブリッドの授精単細胞卵子が、輸卵管がらBr1ns te
r媒質(Brinster、pp、2.51−286. ’培養細胞の成長、栄
養及び代謝J 、 Vol、2. Rothblat及びCr1stofala
+ eds、+ N、y、、 Academic Press (1972)を
参照のこと〕を用いて、妊娠第1日の朝にフラッシュによって採取された。 重
なった細胞は卵子からヒアルロニダーゼ(300U /m+)を用いて取り除か
れ、操作の前に卵子のデブリス及び酵素を洗い流した。 注入を行う為に、卵子
は5μg/mlサイトカラシンBを含むBr1nster媒質の中に保ってディ
プレッション・スライドに移され、先の丸いピペットで保定して、そのあいだに
、インジェクター・ピペットの先が透明帯及び卵黄を通って雄性前核に挿入され
た(Brinster等、 5cience +肚、 pp、 396−398
(1981) )。 インジェクター・ピペット内のDNA溶液は、マイクロ
メ−゛ターに接続された注射器を用いてゆっくりと核の中に放出された。 授精
卵のより大きな前核(雄性)は、全部で約200コピーのpMkプラスミドを含
む約2p+のプラスミド溶液を注入された。 注入の後、卵子はサイトカラシン
を洗い流して、採取の際に用いたと同じ媒質中に戻された。 注入が完了した後
に、卵子は偽妊娠のランダム・ブレンド・スイス・マウスの卵管に移された。
15匹の偽妊娠マウスの卵管に、それぞれ平均16個の卵子が移された。 これ
らのマウスのうちの6匹が同腹子を持ち、12匹の雄と7匹の雌を生んだ。 4
週令で、雄は正常な雌と交尾させられた。 遺伝子発現を検定する前に、マウス
はCd50 (2mg/kg)を注射された。 これはH3V TK活性を引き
起こす意図をもってなされたが、それはこの投与が肝臓及び腎臓においてMT−
I mRNAを生じさせることが示されたからである(Durnam等、 P、
N、A、S、77゜pp 、6511−6515 (1980) )。 18時
間後ニマウスは殺され、肝臓のサンプルが↑に検定の為に採取され、各動物の残
り部分は、後に核酸分析を行う為に冷凍された。
何■
この例は、前例の成マウスの組織に対して行われた検定に関連する。
最初のTK検定においては、5μIの20%肝臓ホモジェネートが試験された。
あるマウス(B23−2 )は、その他のマウスの約40倍の活性を示した。
しかしながら、この活性は高すぎて、検定の非線形領域内にあった。 約20
0倍の適切な希釈の後に、このマウスのTK活性は同腹のマウス及び同様な齢の
他のマウスと比較して高いことが分かった。 TK活性がI(SV TK遺伝子
によるものか或いは内性マウス遺伝子によるものかを確かめる為に、 H5V
TKに特異性のある抗体が酵素検定に先立って肝臓抽出物に混合された。 マウ
ス23−2のTK活性はこの抗血清によって97%抑制されたが、その他のマウ
スのTK活性は影響を受けなかった。
追加の検定によって、マウス23−2のTK活性の大部分はESV遺伝子生成物
によるものであることが確認された。 内在性マウスTK酵素は1ododeo
xycytidine (IdC)を燐酸化することは出来ないが、 H3V酵
素は出来る。 このように、 IdCは酵素がウィルス性のものの場合は、(3
H)チミジンの〔3H〕チミジル酸への変換を抑止する。 これは、マウス23
−2の酵素標本については観察されたが、その同腹のマウスのものについては観
察されなかった。
マウスとH5V TK酵素の基質特異性も、125工dC及び、シチジン・デア
ミナーゼの抑止剤であるtetrahydrouridineを用いて実証する
こと力咄来る。 正常なマウスの粗肝臓抽出物中では、125工d。
は、燐酸化誘導体に変換されるが、それはデアミナーゼの作用によるもので、デ
アミナーゼは125■dCを1ododeoxyuridineに変換し、 1
ododeoxyuridineはTKによって燐酸化出来る。 しかしながら
、デアミナーゼのインヒビター(tetrahydrouridine、 TH
U)が検定に加えられると、内在性TK酵素用のラベルを付けた基質は形成され
ず、見掛けの活性は30倍はど抑制される。 これとは対照的に、マウス23−
2のTK活性は、125工dCを直接に使用出来るウィルス酵素を用いた場合に
予測されるものの20%はど抑制されただけである。
マウス内のMK融合遺伝子の存在を定量する為に、腎11ONAが制限酵素」■
」旦により消化され、アガロース・スラブ・ゲルの上で電気泳動を行った後に
、 5outhernの方法によってブロッティングされた(J、 Mo1.
Biol、 、 98. pp、 503−517 (1975) )。
内在性MT−1遺伝子及びその他の融合遺伝子を検出するニック・トランスレー
トされた探針が使用された。 内在性MT−1遺伝子は。
6 kb Bst EII断片の中にはいるが、 MK融合遺伝子は伜の酵素に
よって2.3 kb断片に切断されると考えられる(第1図、バートBを参照の
こと)。 マウス23−2及び更に追加の3匹のマウス(No、 19−2.
No、 21−3. No、 23−1)のDNAは、 MK遺伝子からのもの
と考えられる2、3 kbバンドを持つことが判明した。 ■遺伝子ハンドは、
密度計測によって測定すると、マウス19−2を除く総てのマウスのMT4遺伝
子ハンドの約半分の強度を持ち、マウス19−2ではMKハンドは約6倍程強か
った。 細胞1つ当たりのMK遺伝子の数を推定する為に、対照実験が行われ1
そこでは同じ組合せの探針が、同モル量のMT−I及びMK遺伝子にハイブリダ
イズされた。
これはpMT−TK (第1図、バートA)を」並RI或いはム■によって消化
し、更にアガロース・ゲル電気泳動法によってMT−I遺伝子とMK遺伝子を含
む断片を分離することによってなされた。
異なる量のダイジェスト(40から160 pgのプラスミドDNA )が定量
を容易にするように電気泳動に付された。 MT−1遺伝子を表すオートラジオ
グラフ・バンドは、 MK遺伝子を表すバンドよりも常に4倍はど強かった。
先の実験で、MT4遺伝子ハンドはMK遺伝子バンドよりも2倍強いだけであっ
たので、細胞当たりでは。
MT−1遺伝子の2倍の数のMK遺伝子があると結論することが出来る。
このように、細胞当たりに2MT−1遺伝子があることが分かれば。
これらのマウスの細胞1つ当たりには4MK遺伝子があると考えることができる
。 同じ計算によって、マウス19−2は1細胞当たり約48コピーのMK遺伝
子を持つと推定された。
マウス19−2.21−3.23−1においては、完全なMK遺伝子は存在した
が、 HSV TK酵素活性は検出されながったので、これらマウスが実際にC
dによって誘導されたか否かの検査が、p のラベルを付けたMT−I cDN
A rを用いた溶液ハイブリダイゼーションによりMT−I mRNA0量を測
定することによって実施された。 マウスは総て、1肝細胞当たり600から2
700分子のMT−1mRNAを持つことが分かった。 マウスの肝臓内のMT
4 mRNAの基本レベルは変動するが、平均は1細胞当たり約150分子であ
った。 これに対して、最適な誘導の後には、1細胞当たり約2300分子のレ
ベルが一般に得られた(Durnam等、前掲)。 この対照は、マウスが殺さ
れた時点では、 MT−1遺伝子はまだ誘導されている状態にあったことを示し
、チミジンキナーゼ活性の欠乏は1組織へのCdの移送が出来なかったことによ
るのではないことを示唆している。
HSV TK mRNA レベルも、P(7)ラベルを付けたHSV TK c
D’NAを用いた溶液ハイブリダイゼーションによって測定された。 TK m
RNAはマウス23−2の肝臓で検出されたが、そのレベルは1細胞当たり僅か
に28分子であった。 少量のHSV TK mRNAがマウス19−2におい
ても検出されたが、このマウスはMK遺伝子の50にも近いコピーを持っていた
。 その他のマウスは総て、1細胞当たり2分子に満たないTK mRNAを持
っていた。
肚遺伝子は、マウス23−2の幾つかの異なる組織、即ち、肝臓。
腎臓、脳1筋肉、精巣等に存在することが分かったが、ハイブリダイジング・ハ
ンドの強さは、各組織において似通っており、遺伝子コピー数は各組織において
一定であることを示唆している。
HSV TK活性及びmRNAレベルは、腎臓においては肝臓においてよりも低
く、脳においては検出出来なかった。 このように、MK遺伝子の発現はこれら
の組織におけるMT4遺伝子の発現と緊密に類似していた。
pMKプラスミドがマウス・ゲノムに組み込まれたが否かを確認する為に、 M
K遺伝子について陽性であった4匹の各マウスのDNAが、 pMKプラスミド
の内部で2度、1度、或いは全く切断を行わない幾つかの酵素によって消化され
た。 電気泳動とプロッティングを行った後に、ニトロセルロースは、ニック・
トランスレートされた探針とハイブリクイズされたが2 この探針はEco R
1と」肛、■との間の1150 bpを除く総てのプラスミドを含む:この領域
が除外されたのはそれが反復配列を含むからである。 どんなサイズ・ハンドが
生成されるかの予測は、 pMKプラスミドがマウス・ゲノムに組み込まれるか
否かによって非常に異なる。 例えば。
単一の組み込まれたプラスミドの中で1度だけ切断を行う酵素の場合は、ジャン
クション断片、即ち、プラスミド及びゲノムの配列の双方を結合する断片のみを
生み出すことになり、プラスミドから予測されるサイズとは異なるであろう。
1)MK内で1度だけ切断を行う酵素、 Bam旧、 l’n 、或いは」、p
glを持つMK遺伝子が陽性の各マウスの肝DNAの制限は、1つの顕著な8.
4 kb 断片を示したが1 この断片は組み込まれないプラスミドから予測さ
れるものと同じサイズであった。 同様に、 pMK内で2度切断する酵素1例
えばBst EII、 Eco R1及びRvu IIは。
2つの顕著なバンドを示し、それらは加えると8.4 kb、即ち、 pMKの
サイズとなる。 しかしながら、 pMK内で切断を行わない酵素、 H4nd
l[I、 Xba I等が使用されると、ハイブリダイジングDNAは切断され
ないゲノムDNAはどの大きさであり;組み込まれない単一プラスミドに対応す
るハンドは現れなかった。 このハラドックスの1つの解決は、 pMKの幾つ
かのコピーが何度か縦列重複され単一の部位において組み込まれたとすることで
ある。 この構成を持つDNAの制限は1元のプラスミドに2つのジャンクショ
ン断片を合わせたものに相当する断片を生み出すことになり、それは1 / n
を下回る強さとなる。 まさに1強いハンドに加えて。
典型的な幾つかの追加のより弱いハンドが存在する。 これらの弱いハンドの1
つはMT−1遺伝子に対応したが、それは探針の約65o bpがMT−1遺伝
子の5“配列と同種であることから予測できた。
その他の弱いバンドは、予測されたジャンクション断片に該当すると考えられる
。 マウス23−2のジャンクション断片の平均強さは、主ハンドと比較して約
115であり、完全なpMKプラスミドがこのマウスにおいて5度反復されたこ
とを示唆している。
この縦列重複という考えを試験するために、マウス23−2の高分子量DNAが
分離され、 pMK反復ユニットを最小サイズに切断する意図から、プラスミド
pMKの中では切断を行わない−揃いの酵素を用いて切断された。 ハイブリダ
イジング・ハンドのサイズは。
切断されないDNAにおいては45kb (最大のマーカー)よりも大きく、肛
I ■、■a1. 及び■虹Iによる制限の後には、23がら45kbの間にあ
ったが、臭化エチジウム・ストレイニングが示すように、全マウスDNAは平均
2kbの重量に切断された。 」堕肛が他の酵素とともに加えられると、 8.
4 kb Bam H1線形断片が幾つかのより弱い断片とともに得られたが、
これらのより弱い断片は予測されたジャンクション断片を表すもの゛と考えられ
た。
このように、マウス23−2においてはpMKプラスミドの4つ或いは5つの直
接の反復があったと結論され、この結果は8.4 kbバンド及びジャンクショ
ン断片の相対的な強さ、及び遺伝子の投与量と合致するものであった。
上記の実験におけるプラスミドの組み込みと発現の達成効率は非常に良かった。
最初の実験の19匹の子(雄12匹、雌7匹)は。
TK全発現検定され、マウス23−2は明らかに陽性であった。 12匹の雄の
DNAが調べられたが、4匹が陽性であった。 第2の実験においては、 pM
Kプラスミドは、 Mulligan等、 Nature、 227. pp。
108−114 (1980)のベクターからのBam旧断片、即ち、 SV4
0オリジン及びT−抗原遺伝子を含むpSV3−gptを挿入することによって
補強された。 12匹の子についてTK全発現びpMK DIJAの分析がなさ
れ、総てが陰性であった。 第3の実験においては1元のプラスミドは、注入に
先立って線状にされマウスDNAに結合された。
この実験においては、5匹の子がこれまでに分析され、2匹がIsV TKを発
現し、MK遺伝子を持つことが分かった。 第4の実験においてbr、 MK遺
伝子を含む線形の2.3 kb Bst E2断片が注入され。
5匹のマウスの内の1匹がH3V TK全発現関して陽性である。
堅実な統計的な研究には子の数が少なすぎ、従って、プロトコルの変化の影響が
あるか否かは分からないが8分析された総計41匹の子の内から、全部で4匹の
H5V TKを発現したマウスが得られ。
更に、完全なTK遺伝子を持つがTKを発現しない3匹の子がいた。
拠丘
この例は、プラスミド・ベクターに組み込まれた本発明の融合遺伝子生成物を用
いた。培養哺乳類細胞のトランスフェクションに関する。 より具体的には、こ
の例は、 pMKプラスミドによるマウスLTK−細胞のトランスフェクション
を例示する。
総ての細胞は、10%新生子牛血清(Grand l5land Biolog
icalCo、 )を加えたHamのF12の中で培養され、 LTK−細胞は
G、 Merrill (University of Washington
)から入手された。 トランスフェクションの方法は、匈1g1er等、釦旦、
14. pp、 725−731 (1978)に記述されている。 簡潔に
云うと、2μgの適切なベクターDNA力<、375μl TE (L mA
Tris、 pH7,9,0,1,mM EDTA)中の18匹gの担体練精子
DNAと混合され、 125 、crlのll’1cac12が加えられ、そし
て、全混合物はゆっくりと、攪拌しながら。
500μlの2X Hepes緩衝塩水(280mM NaCl、’ 50 m
M Hepes、 1.5mM Na2PH04,pH7,1)に加えられる。
室温で30分のあいだ沈降物が形成されるのを待ち、 10 mlの培地の中
の100 mm Mの細胞に加えられる。 細胞は、トランスフェクションの1
日前に、1皿当たりに8×105 の割合で盛られ、トランスフェクションの4
時間前に新鮮な培地が与えられた。 トランスフェクションの1日後に、細胞は
選択HAT培地(15μg/mlのヒポキチンチン。
0.2μg/mlのアミノプテリン、及び5μg/mlのチミジン)に10μM
Cdを加えたもの或いは加えないものの中に置かれた。 選択培地は3日毎に
交換された。 選択にCdが使用された場合は。
細胞の収穫の2週間前に取り除かれた。 個々のコロニーは、ガラス試験管を用
いてクローニングされ1選択培地の中で拡張された。
pMKを用いたマウス”TK−細胞のトランスフェクションは、チミジンキナー
ゼ活動がカドミウムによって誘導出来るがデキサメサゾンによっては誘導出来な
いクローンを生した。
孤y
本例は、プラスミドpMKを注入されたマウス卵子内の1(SVチミジンキナー
ゼ活性の転写調節の研究を例示するものである。
微量注入の手順は例2のように実施された。 3H−チミジンキナーゼの検定は
下記の仕方で成された。 プラスミドの注入の後に、卵子はランダムに2つのグ
ループに分けられ、 Br1nsterの培地の中で22時間のあいだ培養され
、その後、200μmの低張性緩衝液(10mlのKCI、 2 mMのMgC
l、2.10 mM tris HCl−、pH7,4,1mM atp+ i
o mM のβ−メルカプトエタノール、 50 mMのε−アミノカプロン酸
、及び1 mg /mlのウシ血清アルブミン)21に移された。 1つのグル
ープは、培地中に50μiの力゛ドミウムを含み、もう1つのグループは含まな
かった。 細胞は3度凍結され溶解されて、20m1の反応混合物(150mM
Tris HCI、 pH7,5,10mM ATP、 10 mM MgC
l2.25 mM NaF、 10 mMβ−メルカプトエターノル)が加えら
れ、続いて、 5 pciH−チミジン(80Ci /mmof ; New
England Nuclear )を含む5μmの水が加えられた。
混合物は37度で2時間のあいだインキュベートされ、生成された3H−TMP
はDE−81へ吸着させてシンチレーション・カウンティングにより測定された
。
下記の表1は、各界なる数のプラスミドを注入した場合の、カドミウムの誘導を
伴う場合及び伴わない場合のそれぞれの、チミジンキナーゼ活性の分析の結果を
示す。 形成された3H−TMPの値は、2つの別々の実験の25卵子の平均値
である。
、表」−
融合pMK遺伝子により生成されたチミジンキナーゼ活性のカドミウムによる調
節
注入されたpMK ’H−TMP (cpm X 1O−3)b の生成プラス
ミドの数
Cd無しで培養 50μM Cdの中でされた卵子 培養された卵子
2.000 190.0 2,364.3200 25.3 268.4
20 8.3 12.2
0 8.5 8.8
デキ号メサヅン処理に応答したTK活性の増加は測定出来なかったが、その理由
は恐らく細胞内にグルココルチコイド・レセプターが欠乏していたからであろう
。
pMKから得られた制限断片による処理を受けた卵子内のチミジンキナーゼ活性
の研究は、Inによる制限の結果化じた断片に対して強いカドミウム制限がある
ことを明らかにした(DNAポリマラーゼを用いて末端を平坦にする場合もしな
い場合も)。 )IsV TK構造遺伝子及びMT−Iプロモーター/レギュレ
ーター配列が別々に注入されるか、或いは試験管内で再結合されてから一緒に単
−DNA線状断片として注入された場合にも、同様な結果が得られたが、その程
度は大幅に低かった。
桝■
この例は1本発明による別の融合遺伝子の調製の手順に関する。
この例においては、1つのDNAプラスミド、即ち、 pMGHが、1つのラッ
ト成長ホルモン(GH)構造遺伝子の為の1つのDNA配列コーディングを含む
ことが示され、前述の構造遺伝子は作用的にマウスmetallothione
in−I (MT−I)遺伝子のプロモーター/レギュレーターDNA配列に関
連する。 上記の例■の場合がそうであったように、融合遺伝子は、 Durn
am等、 P、N、A、S、、 77、pp、6511−6515 (1980
)により開示されたプラスミドm’xpE’E 3 、 s を用いて作成され
た。
第2図のパートAに図示するように、クローニングされたゲノム・マウス成長ホ
ルモン遺伝子の断片が、それからは5゛調節領域が除去されているが、1つのM
T4プロモーター/レギュレーター領域に融合されてプラスミドpMGHを形成
した。 より具体的には、 MT−I ゲノム・クローンm1pEE3.8ノ特
異t、K hLII fa 位置。
まず」れ■による消化、そして、 ATP、 GTP、 CTP及びTTPの存
在下で接着末端にDNAポリメラーゼの旧enow断片を詰めることにより、…
虹■部位に変換された。 亘虹■リンカ−(5’ −CCTCGAGG−3゛)
はそれから平坦末端に結合され、 E、 coli細菌株RR工はこのDNAに
よって形質転換された。pBR322の一ハ+u11部位は、MT4プロモータ
ーを含む珈旧断片に変換され、 pBR322DNAは、ラットGH構造遺伝子
(Barta等、 P、N、八、5.、79 、 pp、 4867−4871
(1981) ; Doehmer等、P、N、八、S、、7ン9 、pp、
2268−2272 (1982) ;及びGlanville等、 Natu
re、292. pp、 267−269 (1981)を参照のこと〕を含む
4.8 kb Xho I −Bam HI断片に接合されてpMGH(8,9
kb)を形成した。 第2図、パー)Bはそれに続く注入研究に使用された断片
、即ち、 Chen等、八na1. Biochem、、 10し。
pp、 339−341 (1980)のNaClO4法によりアガロースゲル
カラ分離された5、0 kbJlgl I −1旧断片を示している。 ゲノム
のSou thernプロットの為に、エクソン4及び5にまたがる1、0 k
bPst I断片が分離され5ニツク・トランスレートされ(Palmitte
r等、釦旦、ユ9 、 pp、 701−710 (1980)を参照のこと〕
、それからハイブリダイゼーション探針として使用された。 第2図。
バー)Cにおいては、融合遺伝子のエクソン1の予測された構造が示されている
。 線及び空白の帯は、 MT−Iの翻訳されない配列を示し5点を打った帯は
GHの翻訳されない配列を示し、塗りつぶした帯はG)lコーディング領域の始
まりを示している。
融合遺伝子は1つのmRNAの転写を指揮するものと予測されるが。
このmRNAは、MT−Iから得られた68塩基を含み、それに1つ+7)Xh
。
■リンカーから得られた1塩基が続き、更に、ヌクレオチド7で始まるラノ)G
HmRNA配列が続く。 この構造は、 G1合成用の位置124−−126
(第2図、パートC)に位置する(mRNA) AUG開始コドン、4つの介在
配列及びラットGH遺伝子のポリ (A )部位(第2図、パートB)及び3
kbの下流染色体配列を保つ。
桝W
この例は、融合遺伝子を担うプラスミド、 pl’1Gl(の断片を、前述の例
■のものと類イ以した微量注入研究用のベクターとして使用することに関する。
MT−I (−185)のBBL1部位からハmHI へ延びる5、Okb断
片(第2図、パートBを参照のこと)は、 pMGHから制限を受け、アガロー
ス・ゲル上でその他の断片から分離され。
卵への注入に使用される。 異種の末端を持つこの線状の断片が選択されたのは
、経験によって前述の断片が高次コイルのプラスミドよりもより効率的に宿主D
NA と一体化することが示唆されたからである。 授精卵の雄性前核には、こ
の断片の約600コピーを含む2ピコリツトルが微量注入され、 170 (!
filの卵が例■のように養母の生殖管に挿入された。 これらの卵から21匹
の動物が発生した。
■
この例は、伊ハゴに従って発生したマウスの組織に実施された検定に関する。
マウスが離乳した時点で、全核酸が尾から抽出され、どのマウスがMGH配列を
持つかを確認する為のDNA ドツト・ハイブリダイゼーションに使用された。
第2図、パートBのPst I 探針を用いて、7匹のマウス(MGH2,3
,10,14,16,19及び21)がハックグラウンドを上回るハイブリダイ
ゼーション信号を与え、これらのマウスのDNAは更に5stlによる制限と5
outhernブロツテイングにより分析された。 この分析は、7匹のマウス
が総て、第2図に示された制限地図から予測された完全な1.7 kb Sst
1断片を持つことを示した。 顕著な1.7 kbハイブリダイジング・ハン
ドを持つマウスは総て、 3.3 kbハンドをも示した。 このハンドは、
5−Okb」訂1 − Ram )II断片の環状体から予測されるものである
。多くのコピーを持つマウスの2匹(MGH40及び19)は、 Hindll
rで消化されると、 5.0 kbのハイブリダイジング断片を示したが、この
…ndlI+断片は注入された断片内で一度だけ切断を行う。 驚いたことには
、 Bam HIは1分析された総てのDNA (MC11−10,14,16
及び19)の中に1つの5.Okbのハイブリダイジング断片を生成し、これば
この制限部位は環状化の際には回復されているが、BEL■及びEcoRT(こ
の断片内では切断を行わない)はより大きな断片を生成したことを示唆している
。
このことから、総てのMGH陽性マウスは、少なくとも1つの完全な+71 r
−Bam II挿入部を持ち、4匹のマウスは、この5゜Qkb断片の先端か
ら終端までの反復を持つこと力l告諭出来るが。
しかしながら、この断片が何時どのようにして環状化され組み込まれるのかを識
別することは不可能である。
分娩から33日目に総てのマウスは離乳され、 5000 ppmのZn5O4
(76mM )を含む水を足した固形餌料を与えられ、成長率が定期的に記録さ
れた。 Znの投与量は、 5000 ppmが、多くの月に渡ってこの餌料で
飼育されたマウスの繁殖能力を損なうことなく。
肝臓内のMT−1mRNAを殆ど最大レベルに誘導することを示した実験に基づ
き選択された。
第3図は、 MGH配列を含む7匹のマウスの成長を示す。 MCI(配列を持
たない同腹子が便利な対照となっている;各性別ごとに体重は平均されている。
雄の体重は中を塗りつぶした記号で示され、3匹の兄弟の平均標準偏差値が示
されている。MGH−21は第72日に死亡した。
MCI+配列を持つ6匹のマウスが、対照を大幅に上回る体重増加(最大1.8
倍まで)を示した。 MCI+−16を例外として5体重増加とMGH遺伝子投
与量との間には相関がある。 MGH配列のコピーを最も多く持つマウスMGH
−21は、急速な成長を続けた7週間後に死亡したが、他のマウスは更に成長を
続けた。
例■のような、 metallothioneinチミジンキナーゼ融合遺伝子
を持つマウスの研究に基づき、 MGHの最大の発現は、肝臓、腸及び腎臓に見
られると予測された。 )IGH遺伝子発現の組織特異性の評価が、肝臓におけ
るその活性の分析によって開始された。。
第56日に実施した部分肝切除により、 MG)l特異性配列の分離とRNNス
スロットハイブリダイゼーションによる定量を行うことが出来た。 肝臓内のM
GHmRNAの発現のレベルは、遺伝子組替え(トランスジェニック)マウスの
成長と相関関係を示した。 最大のマウス、 MCI+−2,19及び21は肝
臓に多量のMGHmRNAを含んでいたが、より成長率の低いMGH−10,1
4及び16は約50倍はど低いレベルのMGHmRNAを含んでいた。 核酸を
ニトロセルロースにスポットする前に、即ち、ハイブリダイゼーションの後のR
Nase AにT1を加えたものによる処理の前に塩基の加水分解を行ったサン
プルの分析は、潜在的な汚染の可能性を持つDNAではな(RNAが探針にハイ
ブリダイズしていることを立証した。 これらのデータから、 MGH−2,1
9及び21の肝RNAの30μgは、それぞれ、ポリ (A)+ラット下垂体R
NA 13,25.及び50ngと同量のGHmRNAを含むものと推定された
。 使用されたRNA標準は、 Rot分析に基づき約10%GHmRNAを含
み、従って、これら遺伝子組替えマウスの肝細胞1つは約800から3000
MCI(mRNA分子が存在するものと推定された。
融合遺伝子内の総てのプロセス信号が正しく判別されているとすると、1つの融
合mRNA (真正なGt(mRNAより63ヌクレオチド′はど大きい)が生
み出されることになる。 MGH−21の肝RNAの変性ゲル電気泳動法及びR
NA Northernプロット分析は、そのサイズが真正のマウス及びラット
下垂体GHmRNAと区別出来ないことを示した。 対照マウスの肝RNΔはG
H反応配列を示さない。 RNAプロット分析のために使用されたGHDNA探
針がラット及びマウスGHmRNAを共に識別するので、肝臓内のハイブリダイ
ゼーション種は実際に融合遺伝子の生成物であり、内在性のマウスGH遺伝子の
予期しない活動開始によるものではないことを証明する必要がある。 融合遺伝
子の構成にXho Iリンカ−を使用すると、 MGHmRNA内にのみ存在す
るある配列を生み出す。 それゆえ、pMGHのXho 1部位は、T32 P
−ATP及びポリヌクレオチドキナーゼを用いて標識をつけられ、 Sst I
によって切断される。 この217ヌクレオチド断片はゲルによって純化され、
変性され、一本鎖特異性ヌクレアーゼ保護検定におけるハイブリダイゼーション
探26 特表昭58−5(12180(8)針として使用される。MGHmRN
Aへのハイブリダイゼーションは874塩基ヌクレア一ゼ耐性断片を生み出すと
考えられるが、マウスG)I mRNA或いはmetallothionein
mRNAはキナーゼ末端を保護することが出来ず、従って陰性である。 この
分析の結果は、予測された74塩基断片がマウスMGH−21の肝RNAに存在
することを示したが、正常なマウスの下垂体RNA 、対照マウスの肝RNA
、或いは。
成長に関して陰性であったマウスMGH−3の肝RNA内には存在しないことを
示した。 このように、転写は、 GH遺伝子のMT−11西モーターにおいて
正しく開始し推定上の末端部位まで続いているように、4つのGH介在配列は正
しくスプライスされているように。
そして、 MGHmRNAはポリアデニル化されるように思われる。
MGHmRNAレベルとマウスの成長の相関関係は、 MGH遺伝子の発現は観
察された生物学的な結果を説明していることを示唆している。 この予測は、上
記の3つの独立したRNA分析によって支持され、 Gl(の循環レベルは上昇
していることを予測している。 遺伝子組替えマウス及び同腹子から血液が採取
され、 Doehmer等。
P、N、八、S、5皿、 pp、 2268−2272 (1982)の手順に
よって標識免疫検定法によりGHを検定された。 その結果は下記の累積表2に
示表1
マウス 性 MCI(遺(ゴial MGHmRNA(bl 成長ホルモンte
l 成長数/細胞 分子/細胞 μg/ml ダラム 率MGH−2雌 20
800 57 41.2 1.87MCl+−3雌 1 <50 0.87 2
2.5 1.02MGH−10雄 8 <50 0.28 34.4 1.32
MG)l−14雄 2 <50 0.31 30.6 1.17MGH−16雄
2 <50 17.9 36.4 1.40MGH−19雄 10 1500
32.0 44.0 1.69MGH−21雌 35 3000 112.0
39.3 1.78雌同復子 0 0 0.16±0.1 22.0±0.8
(n = 3)
雄同腹子 0 0 0.15±0.08 26.0±2(n =11)
fal DNA ドツト・ハイブリダイゼーション及びシンチレーション・カウ
ンティングによって推定された。
(1)) RNAスロット・ハイブリダイゼーションによって推定された。
tel D o e h m e r等が記述した標識免疫検定法(1?IA
’)によって測定された。
(dl 第64日の実験動物の体重。 同性の同腹子と比較した体重比を示す(
第3図をも参照のこと)。
4匹の遺伝子組替えマウスの値は、対照同腹子のレベルの100倍から800倍
大きかった;1匹のマウスはその血清に112μg/m1のGHを示した。 そ
れより遅くはなるが充分に高い成長率を示した2匹の遺伝子組替えマウスは1通
常範囲の上限付近のGHレベルを血清に示した。 これらの動物内のGHの生理
学的な調節の欠如と異所性の生産が、それらの成長の促進を恐らく説明するもの
と思われる。 Znが成長率に与えた正確な影響は、これまでのところ完全には
検討されてはいない。 第3図に示されるように。
殆どの動物は、 Zn食餌が開始される前から正常なものよりも大きかったこと
は明白である。 更に、動物の1匹(MGI(−19)は、第56日以降ばZn
食餌を中止されたが、加速された成長率で成長を続けた。 MGH遺伝子の多く
のコピーを持つマウスは1重金属の誘導を必要とすることなしに、過剰なGHを
体質的に作り出すとも考えられる。 それゆえ、 Znに依存する成長という問
題は、マウスの子の分析によって最も容易に解答かえられるであろう。 1匹の
マウスMGH−10がMGH遺伝子をその子の半分(19匹のうちの10匹)に
伝え、これらの遺伝子がその染色体の1つに安定的に組み込まれていることを示
唆していることが、暫定的に指摘出来るように思われる。 MGH遺伝子を持つ
10匹の子は5匹づつの2つのグループにわけられた。 離乳の後に、1つのグ
ループは、その食餌に5000 ppm ZnSO4を加えられたが、もう1つ
のグループには加えられなかった。 亜鉛が投与されたちのは、「対照区の約1
0倍の循環G)lレベル(RIAにょゲご測定)を示した。
これらのデータは、これらマウスの変更された表現型はmeta11othio
nein成長ホルモン融合遺伝子の組み込みと発現の直接の結果であることを強
力に示唆している。 これらマウスの幾匹かに見られたGHの異常に高いレー・
ルは、肝臓内の高レベルの罰HmRNA (1細胞当たり最大3000分子)に
対応する。 肝臓内のMCII mRNへの蓄積量は、 ’MT−1mRNAの
内在性レベルとがわらないものであるが、先に研究されたmetallotbi
oneinチミジンキナーゼ融合遺伝子から得られたもののレベルの約100倍
はど高い。 コノ差は、 TK mRNAと比較してのGll mRNAの生来
の安定性の結果であるように思われるが、しかしながら、融合遺伝子の構造の相
違によるプロセス効率の転写率の違いによる可能性もある。 遺伝子組替えマウ
ス内の高レベルのMGH遺伝子の発現は、異なる組織内でのMGH(!:MT−
1mRNA生成の直接の比較に多いに役立ち、染色体内での位置がMT−1プロ
モーターの組織特異性発現に重要な影響を持つか否かの問題番取り扱うことを可
能にする。
遺伝子組み替えマウスの幾匹かの成長ホルモン・レベルは、正常なマウスのレベ
ルの800倍にも達し、影響を受けない同腹子の体重の2倍近くの動物を生み出
した。 この超生理学的なGHの蓄積は、疑うことなく、正常なフィードバック
機構の欠如と、肝臓。
腎臓、及び腸を含む多くの大きな器官内でのこの遺伝子の発現とを反映するもの
である。 高レベルのGHに長期に渡ってさらされる影響は、入念に研究されて
おり〔Richmond等7ム7、。
49、pp、 163−167 (1978)を参照のこと〕、巨大症と呼ばれ
る病的な状態をもたらす。 ヒトにおけるこの状態は1通常は下垂体腺腫に関連
するが、肺癌によるGHの異所性発現に関連することも稀にはある。
G)Iの法尻な影響のうちのあるものは、ホルモンによって直接媒介される。
しかしながら、 GHの主要な影響は肝臓内でのソマトメジンの生成を刺激する
ことであると一般には考えられている。
ソマトメジンは、インシュリンに似た成長要素であり、筋肉1軟骨、及び骨のよ
うな中胚葉組織の増殖を促進するものである。
GH反応へのソマトメジンの関与は、正常なものよりも循環GHレベルが僅かに
高いだけの動物、MGH−10,14,16等の成長に対する1つの説明を与え
る。 これらの動物においては、肝臓内で生成されたGHは1局所的なGH濃度
が比較的に高いので、ソマトメジンの生成を刺激するにば充分であるのかも知れ
ない。 このように。
これらの動物においては、 GHはある種のホルモンの局所的なparacri
ne機能を擬似する可能性がある。
上記の例は、マウスmetallothionein−1遺伝子プロモ一ター/
レギユレーターDNA配列のカドミウム及び亜鉛に対する応答という一般的なコ
ンチクストの中で本発明の実際を例示するものであるが、それに対して特定の配
列が応答を示すので融合遺伝子発現を調節するのに使用出来る可能性のあるその
他の物質が数多く存在することは明白である。 本発明の実施において有用なそ
の他の金属には、鉄、コハルトニソケル、銅、銀、金、水銀、及びビスマスがあ
る。 マウスにおける?lT−’Iプロモーター/レギュレーター配列の研究に
よると、この配列が応答を示す可能性があるステロイドとしては1発情ホルモン
物質、プロゲスチン、アンドロゲン及び、特に、デキサメサゾンのようなグルコ
コルチコイドがある。上記のプラスミドpMKに関連した形質転換においてMT
−■プロモーター/レギュレーター配列がデキサメサゾンにはっきりした応答を
示さなかったことは、(pMKに存在するものよりも)幾分か大きな5’ MT
−1配列が、ステロイド応答性を保持するのに必要であるか1或いは8単に実験
操作手順になんらかの変更が必要であるかを示している可能性がある。 既に指
摘したように。
本発明の実施における使用に通したその他の金属及び/或いはステロイド・ホル
モン応答性プロモーター/レギュレーター配列が意図される。 それらは哺乳類
及び鳥類の細胞超厚のもの〔例えばチキン・オハルブミン及びトランスフェリン
(コナルブミン)遺伝子及びマウスmetallothionein−II遺伝
子の転写と発現に関連する配列〕及びウィルス性配列(例えば、マウス乳房腫瘍
ウィルス配列)を含むことになろう。 これらのプロモーター/レギュレーター
配列は9種々のステロイド、例えばエストロゲン、プロゲスチン、アンドロゲン
、及びグルココルチコイドに応答する可能性がある。
pMK及びpMGHに代表されるようなプラスミド・ヘクターは。
本発明に基づく多くの胚注入及び形質転換手順に適しているが。
選択されたDNA配列を、そしてそれには金属及び/或いはステロイド・ホルモ
ン応答性プロモーター/レギュレーターDNA配列が融合されるが3運ぶために
その他の多くのヘクターを構成することが出来ることは理解されるであろう。
外来性DNA配列を宿主細胞に安定的に組み込む際に使用される融合遺伝子の生
成は、上記の例において特に例示された。 真核細胞の及びウィルスのゲノムを
5例えばMocarski等、並旦1例。
pp、 243−245 (1980) ;Po5t等、並旦、 24. pp
、 555−565 (1981);及びPos を等、並置、 25.227
−232 (1981)に示された手順によって8内在性或いは外来性金属及び
/或いはステロイド・ホルモン応答性プロモーター/レギュレーターDNA配列
の部位特異性挿入の対象とすることが出来ることは1本発明の考察内にある。
これまで説明し例示した本発明の多数の改良及び変更が本技術に熟達した方々に
着想されると予測される。 −例として2本発明は、高等動物、 (例えば畜生
)及び植物のDNA配列の転写の調節を確実に行って、遺伝的欠陥を直し、病気
に対する耐性を与え。
或いは好ましい遺伝的特性を与えるのにもっとも有用であると予測される。
内包された可能性としては1例■、■及び■に例示されたように本発明を使用し
て、商業的に価値のある動物5例えば畜生の早い成長を刺激することがある。
利益はより短い生産期間と、?3らく上昇する食餌利用効率とからもたらされる
ものと考えられる。
肉の品質も、GHがアデュボサイトの生成を培養下で刺激することが最近明らか
にされたように(Morikawa等、 Ce1l、 29.783−789
(1982>を参照のこと〕、生体内においても刺激するとすると。
改善されるであろう。 GHがプロラクチンと同種であり、プロラクチン・リセ
プクーに結合することを考慮すると、牛乳の生産も格段に増加される可能性があ
る(Shiu等、 J、Biol、 Chem、+ 249、pp、 7902
−7911 (1974) 、及びPeel等、 J、 Nutrition、
LLLLpp、 1662−1671 (1981) )。 調節可能なプロ
モーターを確保することは、 GHの時機にかなった発現にも特に有利である。
これらの技術の大動物への適用は、上述したマウスへの適用例よりも幾分かは
難しいように思われる。 にもかかわらず、望ましい形質をもたらす遺伝子が分
離される時が来れば、このアプローチは伝統的な繁殖法への貴重な追加となるで
あろう。 マウスにおける外来性の遺伝子の組み込み及び調節された発現の条件
を最適化することは、これらの技術のその他の動物へ適用を促進するものと信す
る。
その他の大きな可能性としては、この技術を成る種の遺伝病を直す或いは模擬す
ることがある。 マウスには幾つかの生まれつきの短小形系統がある。 その1
つである1ittleは、GHを欠き。
同型接合の場合は約半分のサイズであるCBeamer等、 J、 Endoc
riシー、 71. pp、 37−45 (1976)を参照のこと〕。 こ
こに記述した融合遺伝子を導入すれば、これらの動物の正常な成長を回復させる
可能性がある。 一方5これらの実験は巨大症を起こすことも可能であることを
示している。 これらのマウスが同型接合のストックを持って生まれると、過剰
GH生産の結果に関する生化学研究に有用なモデル・システムを提供するであろ
う。
最後に、実験■から■までの幾匹かのマウスにおける成長ホルモンの生産の成功
は1本発明の手順を家畜のその他の重要なポリペプチドにまで拡張して適用する
可能性があることを示唆している。 MG!(−21血清のGll濃度は、 G
Hの生産の為に遺伝子工学的操作を受けた細菌細胞或いは哺乳類細胞培養から収
穫されたと報告された濃度よりも10倍から100倍高かった[Goedell
等、 Nature。
2B1. pI+、 544−548 (1979) ; Pavlakis等
、 P N A S 、 l、pp、 7398−7402 (1981) ;
Doehmer等、 P、N、A、S、、 79. pp、 2268−22
72(1982) ;及びRobins等、仮置、 29. pp、 623−
631 (1982)を参照のこと〕。 この「遺伝農業」概念は、動物内で貴
重な抗血清を生成することと似ているが、授精卵へ遺伝子を1度注入することが
、多数回の身体への注入と代わっている点が異なる。 そればかりか2選択され
た遺伝子の発現が遺伝的なものになることは充分に考えられる。 このアプロー
チは特に、関心のある蛋白質が、活性或いは安定性を得るために特別な共有変更
(例えば、蛋白質分解切断、グリコジル化5或いはT−カルボキシル化)を必要
とする場合に適用出来ると考えられる。
従って1本発明には請求の範囲に述べた限定のみが与えられるものである。
国際調査報告
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 16 選択されたDNA配列を外部の制御下に置く為のプロセスで。 前述の配列に金属及び/或いはステロイド・ホルモン反応性プロモーター/レギ ュレーターDNA配列を操作的に関連させることから成るもの。 2、請求の範囲第1項のプロセスで、前述のプロモーター/レギュレーターDN A配列がマウスmetallothionein−Iプロモーター/レギュレー ター配列であるもの。 3、選択された外来性DNAの転写と発現を宿主細胞内で確実に生しさせる為の 遺伝子工学的プロセスの、前述の細胞内では前述の選択されたDNA配列は宿主 の染色体内或いは染色体外物質として安定的に組み込まれるが1次のような改良 :操作的にプロモーター/レギュレーターDNA配列を前述の選択されたDNA 配列に関連させることによって前述の選択されたDNA配列を外部の制御下に置 くことで、前述のプロモーター/レギュレーター配列は金属イオン及び/或いは ステロイド・ホルモンの濃度の環境的変化に反応する。 4、請求の範囲第3項の改良であり、前述のプロモーター/レギュレーターDN A配列が、マウスmetallothionein−1と作用的に関連するプロ モーター/レギュレーター配列グループから選択されたものであるもの。 5、宿主細胞或いはウィルスの遺伝子的形質転換への使用に適した融合遺伝子生 成物であり、前述の生成物が次のものからなるもの:金属及び/或いはステロイ ド・ホルモン反応性プロモーター/レギュレーターDNA配列と関連した前述の 宿主細胞に操作的に取りこまれるDNA配列う 6、請求の範囲第5項に従う融合遺伝子を含むDNAプラスミドを含んだ遺伝子 的形質転換ヘクター。
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