KR101067899B1 - Method for preparation of deletion cassette using synthesis of gene comprising artificial sequences linkers - Google Patents

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Abstract

본 발명은 인공서열 링커를 포함하는 유전자합성법을 이용한 결손 카세트의 제조방법에 관한 것으로서 유전자 적중 모델 제조 시 필요한 방법이다. 보다 상세하게는 (a) 결손 카세트를 제조하기 위하여 인공 서열 링커를 양 말단에 포함하는 유전자 단편의 올리고머를 설계하는 단계; (b) 상기 올리고머를 인산화 한 후, LCR(ligase chain reaction)을 이용하여 단편을 접합하는 단계; (c) 상기 접합된 LCR 산물을 주형으로 인공 서열 링커(artificial sequence linker)에 존재하는 프라이머쌍을 이용하여 증폭 PCR을 수행하는 단계; 및 (d) 상기 PCR 증폭된 결손 카세트 양 말단에 존재하는 인공 서열 링커를 제거하는 단계를 포함하는 결손 카세트(deletion cassette)의 제조 방법 및 상기 방법으로 제조된 결손 카세트에 관한 것이다. 상기 방법을 이용하면 체계적인 유전자합성이 가능하므로, 유전자합성 제조 효율을 획기적으로 증대시킬 수 있다.The present invention relates to a method for producing a defective cassette using a gene synthesis method including an artificial sequence linker, which is a method required for preparing a gene targeting model. More specifically, (a) designing oligomers of gene fragments comprising artificial sequence linkers at both ends to prepare a deletion cassette; (b) conjugating the fragments by phosphorylating the oligomer and then using a ligase chain reaction (LCR); (c) performing amplification PCR using the conjugated LCR product as a template using primer pairs present in an artificial sequence linker; And (d) removing the artificial sequence linker present at both ends of the PCR amplified deletion cassette, and a deletion cassette prepared by the method. By using the above method, systematic gene synthesis is possible, which can dramatically increase the efficiency of gene synthesis.

인공 서열 링커, 유전자합성법, 유전자 적중, 결손 카세트 Artificial sequence linkers, gene synthesis, gene targeting, deletion cassettes

Description

인공 서열 링커를 포함하는 유전자 합성법을 이용한 결손 카세트의 제조방법{METHOD FOR PREPARATION OF DELETION CASSETTE USING SYNTHESIS OF GENE COMPRISING ARTIFICIAL SEQUENCES LINKERS}METHODS FOR PREPARATION OF DELETION CASSETTE USING SYNTHESIS OF GENE COMPRISING ARTIFICIAL SEQUENCES LINKERS}

본 발명은 인공서열 링커를 포함하는 유전자합성법을 이용한 결손 카세트의 제조방법에 관한 것으로서 유전자 적중 모델 제조 시 필요한 방법이다. 보다 상세하게는 (a) 결손 카세트를 제조하기 위하여 인공 서열 링커를 양 말단에 포함하는 유전자 단편의 올리고머를 설계하는 단계; (b) 상기 올리고머를 인산화 한 후, LCR(ligase chain reaction)을 이용하여 단편을 접합하는 단계; (c) 상기 접합된 LCR 산물을 주형으로 인공 서열 링커(artificial sequence linker)에 존재하는 프라이머쌍을 이용하여 증폭 PCR을 수행하는 단계; 및 (d) 상기 PCR 증폭된 결손 카세트 양 말단에 존재하는 인공 서열 링커를 제거하는 단계를 포함하는 결손 카세트(deletion cassette)의 제조 방법 및 상기 방법으로 제조된 결손 카세트에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing a defective cassette using a gene synthesis method including an artificial sequence linker, which is a method required for preparing a gene targeting model. More specifically, (a) designing oligomers of gene fragments comprising artificial sequence linkers at both ends to prepare a deletion cassette; (b) conjugating the fragments by phosphorylating the oligomer and then using a ligase chain reaction (LCR); (c) performing amplification PCR using the conjugated LCR product as a template using primer pairs present in an artificial sequence linker; And (d) removing the artificial sequence linker present at both ends of the PCR amplified deletion cassette, and a deletion cassette prepared by the method.

유전자 적중법(gene targeting)은 개체 안의 특정 유전자를 상동 재조합의 방법으로 넉 아웃(knock-out)시키거나, 도입시키는 유전학적 기술로서, 최초로 유 전자 적중 쥐가 탄생한 1989년 이래로 다양한 기술로 발전되었는데, 그 결과 현재는 발생 성장 시기뿐만 아니라 다 자란 성체에도 표적 유전자를 주입할 수 있게 되었으며, 어느 특정 시기에만 발현되는 돌연변이 유전자의 주입도 가능해졌다. 이 방법을 고안한 공로로 마틴 에번스(Martin J. Evans), 올리버 스미시트(Oliver smithies), 마리오 카페키(Mario R. Capecchi)등 3명은 2007년 노벨 의학상을 수상하기도 하였다. Gene targeting is a genetic technique that knocks out or introduces a specific gene in an individual by homologous recombination, and has developed in various ways since 1989 when the first genetically targeted mouse was born. As a result, it is now possible to inject target genes into mature adults as well as developmental growth periods, and to inject mutant genes that are expressed only at certain times. Three people, Martin J. Evans, Oliver smithies, and Mario R. Capecchi, were awarded the 2007 Nobel Prize for their work.

유전자 적중을 위하여 결손 카세트(deletion cassette)란 DNA 단편 구조가 사용될 수 있다. 결손 카세트란 상동성을 지닌 DNA 서열을 이용하여 표적 유전자를 직접 타겟으로 삼아 결손시킴으로써 표적 돌연변이(targeted mutagenesis)를 유발하기 위한 위한 일정한 유전자 구조를 가진 도구로서, 결손 시키고자 하는 표적 유전자와 치환시킬 DNA 단편을 세포 내로 도입하여 표적 유전자 부위에서 상동성 재조합(homologous recombination)을 유발하여 표적 유전자가 결손되는 동시에 외부에서 도입시킨 DNA단편이 염색체 내로 들어가도록 하는 것이다.For gene targeting, a DNA fragment structure called a deletion cassette may be used. The deletion cassette is a tool having a constant genetic structure for inducing targeted mutagenesis by directly targeting and deleting a target gene using a homologous DNA sequence, and the DNA to be replaced with the target gene to be deleted. The fragment is introduced into the cell to induce homologous recombination at the target gene site so that the target gene is deleted and the externally introduced DNA fragment enters the chromosome.

상기 결손 카세트 제조를 위하여는 특정한 유전자 서열을 선택적으로 증폭시키는 기술이 필요한데, 현재 가장 많이 쓰이고 있는 기술이 중합 효소 연쇄 반응이다. 중합 효소 연쇄 반응(Polymerase Chain Reaction, PCR)은 DNA를 복제 및 증폭 시키는 분자 생물학적인 기술(미국등록특허 제4,683,195호, 미국등록특허 제4,683,202호, 미국등록특허 제4,800,159호, 유럽등록특허 제0200362호, 제0201184호 및 제0229701호 및 Methods in Enzymology, 1987, 155:335-350, Murakawa 등, DNA 1988, 7:287-295)로서, 미량의 DNA 용액에서 원하는 특정 DNA 단편만을 선택적으로 증폭시킬 수 있게 한다. PCR은 일반적으로 변성(denaturation), 어닐링(annealing) 및 신장(extension)의 세 단계를 30 ~ 40 회(cycle)정도 거쳐 원하는 DNA를 증폭시키는데, 이러한 PCR의 종류로는 다중 PCR(multiplex-PCR), 네스티드 PCR(nested PCR), 정량적 PCR(quantitative PCR), 실시간 PCR(real-time PCR), 역전사 PCR(RT-PCR), 터치다운 PCR(touchdown PCR) 등이 있다.In order to prepare the deletion cassette, a technique for selectively amplifying a specific gene sequence is required, and the most widely used technique is a polymerase chain reaction. Polymerase chain reaction (PCR) is a molecular biological technique for copying and amplifying DNA (US Patent No. 4,683,195, US Patent No. 4,683,202, US Patent No. 4,800,159, and European Patent No. 0200362). , 0201184 and 0229701 and Methods in Enzymology, 1987, 155 : 335-350, Murakawa et al., DNA 1988, 7 : 287-295), which can selectively amplify only specific DNA fragments of interest in trace amounts of DNA solution. To be. PCR generally amplifies the desired DNA through three to three cycles of denaturation, annealing, and extension. Such PCR is a multiplex PCR. , Nested PCR, quantitative PCR, real-time PCR, reverse transcription PCR, RT-PCR, touchdown PCR, and the like.

이와 같이 유전자 적중 모델을 제조하기 위해 PCR을 이용하여 결손 카세트를 제조한 후, 특정 개체에 결손 카세트를 도입하는 형질전환 과정을 거치게 된다. 형질전환(transformation)이란 외부 DNA를 받아들인 결과 한 생물체의 형질이 바뀌는 것으로서, 결손 카세트 내의 상동성 부위와 개체의 표적 유전자에서 재조합이 일어나게 되어 개체 내의 특정 유전자 부위와 결손 카세트 내의 선택 마커 부분이 치환된 결과 개체의 형질이 바뀌게 된다. 일반적으로, 도입하는 DNA에 선택 마커 (selectable marker)를 표지하여, 형질전환이 성공적으로 일어난 세포를 구분하게 된다. 선택 마커로서 아미노산의 영양에 관계되는 아데닌, 우라실 및 루신 등을 사용할 수 있으나, 선택시 비특이적인 균주가 같이 선택되는 단점이 있어, 현실적으로는 항생제 내성에 관여하는 마커가 사용되는 것이 일반적이다. 대표적으로 앰피실린(ampicillin), 테트라사이클린(tetracycline) 또는 카나마이신(kanamycin)등을 들 수 있으며, 형질 전환을 거친 후 해당 세균을 항생제가 포함된 배지에서 배 양하면 형질 전환이 성공적으로 일어난 균주만을 용이하게 수득할 수 있게 된다.As described above, after the deletion cassette is prepared by using PCR to prepare the gene targeting model, a transformation process of introducing the deletion cassette into a specific individual is performed. Transformation is the transformation of an organism by the acceptance of external DNA, resulting in recombination of homologous regions in the deletion cassette and the target gene of the individual, thereby replacing specific gene regions in the individual and the selection marker portion in the deletion cassette. As a result, the trait of the individual is changed. In general, selectable markers are labeled on the DNA to be introduced to distinguish cells which have been successfully transformed. As a selection marker, adenine, uracil, leucine, and the like, which are related to nutrition of amino acids, may be used. However, there is a disadvantage in that non-specific strains are selected at the time of selection, and in practice, a marker that is involved in antibiotic resistance is generally used. Representative examples include ampicillin, tetratracycline, or kanamycin, and after transformation, cultivating the bacteria in a medium containing antibiotics facilitates only strains that successfully transformed. Can be obtained.

유전체 적중 모델생명체는 특정 유전자의 기능 및 상기 유전자에 의해 발현되는 단백질에 관한 정보를 알 수 있을 뿐만 아니라, 나아가 특정 약물이 작용하는 작용점을 탐색하는 도구로 사용될 수 있어 유전자와 질병과의 관련성 규명, 나아가 신약개발을 위한 의약 작용점을 예측할 수 있는 효과적인 도구로 이용될 수 있다 (Lum et al., Cell. 116:121-137). 상기 유전자 적중 모델을 제조하기 위해서는 결손 카세트의 제조가 필수적이다. The genome hit model organism can be used as a tool for not only knowing the function of a specific gene and information about the protein expressed by the gene, but also as a tool for detecting the action point at which a specific drug acts. Furthermore, it can be used as an effective tool to predict the point of action for drug development (Lum et al., Cell. 116: 121-137). The preparation of the deletion cassette is essential for preparing the gene targeting model.

다만 상기와 같은 유전자 적중용 결손 카세트를 제조함에 있어서, 상동성 재조합 부위 및 선택 마커 유전자 부위를 모두 포함하는 유전자를 합성하는 것은 결손 카세트 내 유전자의 프로모터와 터미네이터의 높은 A/T 비율로 인하여 균등한 Tm 값을 가지는 프라이머 쌍의 설계에 난점이 따르므로 PCR 증폭 단계에 어려움이 존재한다. 이는 PCR 증폭률이 낮아지게 되는 요인이 되며, 결과적으로 결손 카세트 제조 성공률이 50% 이하에 그치게 된다. However, in preparing the deletion cassette for gene targeting as described above, synthesizing a gene including both a homologous recombination site and a selection marker gene site is uniform due to the high A / T ratio of the promoter and the terminator of the gene in the deletion cassette. Difficulties in designing primer pairs with Tm values present difficulties in the PCR amplification step. This becomes a factor that lowers the PCR amplification rate, and as a result, the success rate of defective cassette production is only 50% or less.

이에 본 발명자들은 체계적이고 자동화된 효과적으로 결손 카세트를 제조하기 위하여 예의 노력한 결과, 유전자 합성법의 효율을 획기적으로 증대할 수 있는 "인공 서열 링커를 포함하는 유전자 합성법을 이용한 결손 카세트의 제조방법"을 개발하고 본 발명을 완성하기에 이르렀다.Accordingly, the present inventors have developed a method for producing a defective cassette using a gene synthesis method including an artificial sequence linker, which can dramatically increase the efficiency of gene synthesis method as a result of diligent efforts to produce a systematic and automated effective deletion cassette. The present invention has been completed.

본 발명의 목적은 (a) 결손 카세트를 제조하기 위하여 인공 서열 링커를 양 말단에 포함하는 유전자 단편의 올리고머를 설계하는 단계; (b) 상기 올리고머를 인산화 한 후, LCR(ligase chain reaction)을 이용하여 단편을 접합하는 단계; (c) 상기 접합된 LCR 산물을 주형으로 인공 서열 링커(artificial sequence linker)에 존재하는 프라이머쌍을 이용하여 증폭 PCR을 수행하는 단계; 및 (d) 상기 PCR 증폭된 결손 카세트 양 말단에 존재하는 인공 서열 링커를 제거하는 단계를 포함하는 결손 카세트(deletion cassette)의 제조 방법을 제공하는 것이다.An object of the present invention is to (a) design an oligomer of a gene fragment comprising an artificial sequence linker at both ends to prepare a deletion cassette; (b) conjugating the fragments by phosphorylating the oligomer and then using a ligase chain reaction (LCR); (c) performing amplification PCR using the conjugated LCR product as a template using primer pairs present in an artificial sequence linker; And (d) to provide a method for producing a deletion cassette (deletion cassette) comprising the step of removing the artificial sequence linker at both ends of the PCR amplified deletion cassette.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 방법으로 제조된 결손 카세트를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a deletion cassette prepared by the above method.

따라서 하나의 양태로서, 본 발명은 (a) 결손 카세트를 제조하기 위하여 인공 서열 링커를 양 말단에 포함하는 유전자 단편의 올리고머를 설계하는 단계; (b) 상기 올리고머를 인산화 한 후, LCR(ligase chain reaction)을 이용하여 단편을 접합하는 단계; (c) 상기 접합된 LCR 산물을 주형으로 인공 서열 링커(artificial sequence linker)에 존재하는 프라이머쌍을 이용하여 증폭 PCR을 수행하는 단계; 및 (d) 상기 PCR 증폭된 결손 카세트 양 말단에 존재하는 인공 서열 링커를 제거하는 단계를 포함하는 결손 카세트(deletion cassette)의 제조 방법에 관한 것이다.Thus, in one aspect, the present invention provides a method for preparing a deletion cassette comprising the steps of: (a) designing an oligomer of a gene fragment comprising artificial sequence linkers at both ends to prepare a deletion cassette; (b) conjugating the fragments by phosphorylating the oligomer and then using a ligase chain reaction (LCR); (c) performing amplification PCR using the conjugated LCR product as a template using primer pairs present in an artificial sequence linker; And (d) removing the artificial sequence linker present at both ends of the PCR amplified deletion cassette.

본 발명에서 사용되는 용어, "LCR(ligase chain reaction, 접합 효소 연쇄 반응)"이란 유전자 합성법의 주요 구성요소 중의 하나로서, 특정 길이의 올리고머 를 서로 중첩 시킨 후 접합 (ligation)을 통해 원하는 소량의 2가닥 DNA 절편을 얻기 위하여 필요한 반응이다. 올리고머 접합 반응은 핵산의 연결 원리에 입각한 통상적인 접합 반응으로 연결시켜 수행할 수 있다. 따라서 핵산의 연결을 유도하는 라이게이즈(ligase)로서 당업계에서 통상적으로 사용되는 효소를 제한없이 사용할 수 있다. 바람직하게는 접합 효율을 증대시키기 위하여, 열저항성 접합 효소(Tfi)를 사용할 수 있다. Tfi 효소를 사용하는 경우, PCR 반응처럼 반복적으로 접합반응을 수행하게 되어 접합 효율성을 높일 수 있게 되는데 이를 LCR이라고 한다. 유전자 합성법의 기본원리는 상기의 LCR 반응을 통하여 접합된 2가닥 DNA 절편을 주형으로 PCR 방법을 통해 최종 유전자를 증폭하여 얻는 기술이다. As used herein, the term "ligase chain reaction (LCR)" is one of the main components of the gene synthesis method, the desired small amount of 2 through the overlap (ligation) after overlapping the oligomer of a specific length This is the reaction required to obtain strand DNA fragments. The oligomeric conjugation reaction can be carried out by linking with conventional conjugation reactions based on the nucleic acid conjugation principle. Therefore, enzymes commonly used in the art may be used as a ligase for inducing linkage of nucleic acids without limitation. Preferably, in order to increase the conjugation efficiency, a heat resistant conjugation enzyme (Tfi) may be used. In the case of using the Tfi enzyme, the conjugation reaction is repeatedly performed like the PCR reaction, thereby increasing conjugation efficiency. This is called LCR. The basic principle of the gene synthesis method is a technique obtained by amplifying the final gene by PCR method using a double-stranded DNA fragment conjugated through the LCR reaction as a template.

한 번의 유전자 합성으로 성공할 수 있는 유전자 길이는 통상적으로 1000 bp 미만이며, 이보다 더 긴 유전자 합성을 위해서는 상기 방법으로 얻어진 1000 bp 미만의 DNA 절편을 LCR로 이어붙이는 방법을 사용할 수 있다. 결손 카세트의 유전자 적중 성공률은 상동성 재조합 효율에 의해 결정되며, 동일 균주에서의 상동성 재조합 효율은 염색체 상동성 부위의 길이에 의존하므로(Michael et al., Gene. 158:113-17; Palaniyandi et al., Nucl Acid Res. 3:2799-2800), 유전자 적중 성공률을 높이기 위하여는 결손 카세트 내의 염색체 상동성 부위의 길이가 길어져야 한다. 본 발명의 바람직한 실시예에서 사용된 결손 카세트 역시 상동 재조합 부위가 양 말단 각각 약 250 bp이며, 선택 마커의 길이가 약 1.43 kb에 해당하여 결손 카세트의 길이가 1000 bp가 훨씬 초과하므로, 효과적인 결손 카세트 제조를 위하여 결손 카세트를 크게 3조각의 단편으로 나누어 설계하였다. Block2Oligo 프로그램을 이용하여 제조된 각각 3조각에 해당하는 올리고머와 iBlocks2Assembly에 의해 제조된 이들 3 조각의 DNA 단편을 연결하는 연결 올리고머를 LCR을 이용하여 한 개의 DNA 조각으로 접합하여 하나의 결손 카세트를 완성하였다.Gene lengths that can be successful in one gene synthesis are typically less than 1000 bp, and for longer gene synthesis, a method of concatenating LCR with DNA fragments less than 1000 bp obtained by the above method can be used. The gene hit success rate of the deletion cassette is determined by homologous recombination efficiency, and homologous recombination efficiency in the same strain depends on the length of the chromosomal homology site (Michael et al., Gene. 158: 113-17; Palaniyandi et al., Nucl Acid Res. 3: 2799-2800), in order to increase the success rate of gene targeting, the length of the chromosomal homology region in the deletion cassette should be increased. The deletion cassette used in the preferred embodiment of the present invention also has a homologous recombination site of about 250 bp at both ends, and a selectable marker has a length of about 1.43 kb. The defect cassette was designed to be divided into three fragments. Each of the three oligomers prepared using the Block2Oligo program and the linking oligomers connecting these three fragments of the DNA fragments prepared by iBlocks2Assembly were joined to one DNA fragment using LCR to complete one missing cassette. .

본 발명에서 사용되는 3조각의 유전자 단편(fragment)은 결손 카세트를 제조하기 위하여 편의에 의하여 필요한 적당 크기로 조각 낸 것으로, 목적하는 표적 유전자의 5‘과 3’의 재조합 부위 혹은 선택마커의 서열을 가지게 된다. 또한 각 유전자 단편은 여러 개의 올리고머로 구성되어 지는데, 당업계에서 사용되는 어떠한 올리고머라도 제한 없이 사용될 수 있으며, 올리고머의 길이 또한 제한이 없으나 바람직하게는 약 10 bp 내지 60 bp 내, 더욱 바람직하게는 12 bp 내지 35 bp 일 수 있다. 본 발명에 따른 바람직한 실시예에서는 결손 카세트를 크게 3조각의 단편으로 나누어 설계하고 접합시켰으며, 각 단편을 구성하는 올리고머의 개수와 길이는 원하는 목적에 맞게 편리하게 가변적으로 설계하여 제조하였다. 올리고머의 길이는 유전자 특이적인 인공 서열 링커, 5' 및 3‘ 상동성 재조합 부위 및 바코드 부위의 올리고머 경우 평균 27 mer 길이의 올리고머를 사용하였는데, 다만 결손 카세트의 최첨단 양쪽 말단의 5' 윗 가닥 DNA의 경우에만 12 ~16 bp 길이의 올리고머를 사용하여 결손 카세트의 양말단을 평활 말단(blunt end)으로 제조하였다. 공통적인 Kanr 선택마커 조각의 올리고머는 30 혹은 31 mer를 사용하였다. 본 발명의 바람직한 실시예에서는 DNA 단편을 구성하는 올리고머 염기 서열을 결정하기 위하여 자체개발한 프로그램인 Block2Oligo를 사용하였다. The three fragments of the fragments used in the present invention are fragmented into appropriate sizes necessary for convenience in order to prepare a deletion cassette, and the sequences of 5 'and 3' recombination sites or selection markers of a target gene of interest are used. To have. In addition, each gene fragment is composed of a plurality of oligomers, any oligomer used in the art can be used without limitation, the length of the oligomer is also unlimited, but preferably within about 10 bp to 60 bp, more preferably 12 bp to 35 bp. In a preferred embodiment according to the present invention, the defect cassette was designed and joined in three fragments, and the number and length of oligomers constituting each fragment were conveniently designed and manufactured to suit a desired purpose. The length of the oligomers was average 27 mer in length for gene-specific artificial sequence linkers, 5 'and 3' homologous recombination sites and oligomers of barcode sites, except that the 5 'top strand of DNA at both ends of the deletion cassette was used. Only the sock end of the deletion cassette was prepared at the blunt end using an oligomer of 12-16 bp in length. Common oligomers of Kan r selective marker fragments used 30 or 31 mer. In a preferred embodiment of the present invention, Block2Oligo, a program developed by itself, was used to determine the oligomeric nucleotide sequences constituting the DNA fragment.

바람직하게 본 발명의 제조방법에 따라 결손 카세트를 구성하는 3조각의 유전자 단편들을 연결하기 위해서 연결 올리고머를 사용할 수도 있다.Preferably, the linking oligomer may be used to connect the three fragments of the gene fragments constituting the deletion cassette according to the production method of the present invention.

상기와 같이 LCR을 수행하여 3조각의 DNA 단편을 연결하여 결손 카세트를 수득할 수 있으나, 수득된 2 가닥의 결손 카세트 DNA의 양은 극미량에 불과하므로, 결손 카세트 DNA를 주형으로 하여 PCR을 통해 DNA의 양을 증폭하는 기술이 필수적이다. 따라서 충분한 양의 유전자 합성을 위해서는 PCR기술이 여전히 요구된다.By performing LCR as described above, three fragments of DNA fragments can be linked to obtain a deletion cassette. However, since the amount of the two-stranded deletion cassette DNA is only a very small amount, the deletion cassette DNA is used as a template. Amplification techniques are essential. Therefore, PCR technology is still required for sufficient gene synthesis.

그러나 배경기술에서 언급한 바와 같이 기존의 유전자 합성법은 유전자의 프로모터 (promoter)와 터미네이터 (terminator)의 높은 A/T 비율로 인하여 LCR 반응 후 극미량 존재하는 결손 카세트 DNA 절편의 최종 PCR 증폭 단계에 어려움이 존재하였다. 즉, 균등한 Tm 값을 가지는 PCR 증폭을 위한 프라이머 쌍의 설계에 어려움이 있어, PCR 증폭률이 매우 적고, 따라서 결손 카세트의 제조 성공률이 50% 이하로 감소하는 결과를 야기하였다 (여기에서 Tm 값이란, 이중 사슬 DNA가 단일 사슬 DNA로 되는 온도 변화에 있어서 그 중간값을 말하며, 이값은 DNA의 길이 및 염기조성에 따라 달라지게 된다. 또한 Tm 값이 높을수록 강하게 결합된다는 것을 의미한다. PCR의 경우 Tm값이란 프라이머와 그 대상 DNA와의 결합 정도를 의미하게 되는데, 이러한 Tm 값은 실험치를 바탕으로 한 계산식(Tm = 81.5 + 16.6 * (log10([Na+] + [K+])) + 0.41 * (%GC) - 675/N)을 통해 구할 수 있다.). However, as mentioned in the background, the conventional gene synthesis method has difficulty in final PCR amplification of trace cassette DNA fragments present in trace amounts after LCR reaction due to the high A / T ratio of promoter and terminator of the gene. Existed. In other words, it is difficult to design primer pairs for PCR amplification having an equivalent Tm value, resulting in a very low PCR amplification rate, thus reducing the success rate of the deletion cassette to 50% or less. The mean value of the double-stranded DNA becomes the single-stranded DNA, which is dependent on the length and base composition of the DNA, and the higher the Tm value, the stronger the binding. The Tm value refers to the degree of binding between the primer and the target DNA. The Tm value is calculated based on the experimental value (Tm = 81.5 + 16.6 * (log10 ([Na +] + [K +])) + 0.41 * (% GC)-675 / N).

그러나 본 발명의 제조방법과 같이 인공서열 링커를 LCR 결과물의 양 말단에 접합하는 경우 균등한 Tm 값을 가지는 프라이머 쌍을 용이하게 설계할 수 있게 되어 PCR 증폭 단계의 수득률을 획기적으로 증가시킬 수 있게 되며, 이는 곧 결손 카세트의 제조 성공률을 현저하게 높이는 결과를 야기한다. 이처럼 인공 서열 링커를 사용하여 유전자 합성법을 수행함으로써, 미량의 LCR 결과물을 대량으로 수득한 사례는 본 발명이 최초이다. However, when the artificial sequence linker is conjugated to both ends of the LCR resultant as in the manufacturing method of the present invention, it is possible to easily design a primer pair having an equal Tm value, thereby significantly increasing the yield of the PCR amplification step. This, in turn, results in a significant increase in the success rate of the deletion cassette. Thus, the present invention is the first time that a large amount of LCR output was obtained by performing gene synthesis using an artificial sequence linker.

본 발명에서 사용되는 용어, "인공 서열 링커(artificial sequence linker)"란 결손 카세트로 형질전환 시키고자 하는 대상 개체에 존재하지 않는 서열로 이루어진 링커로서, 당업계에서 사용되는 인공 서열이라면 제한없이 링커로서 사용될 수 있다. 인공 서열 링커는 유전자 적중 균주에게 존재하지 않는 서열로 이루어져 있어야 하며, 바람직하게 상기 링커는 PCR 프라이머(primer) 결합 부위, 또는 PCR 프라이머 결합 부위 및 제한 효소 절단 부위(restriction enzyme site)를 포함할 수 있다. 유전자 합성의 낮은 PCR 성공률을 개선하기 위하여 사용되는 본 발명의 인공 서열 링커의 PCR 프라이머 결합 부위는 균일한 Tm 값을 가지는 프라이머 쌍을 설계할 수 있게 하는데, 균일한 Tm 값을 가지는 인위적 염기서열을 가지는 링커를 프라이머쌍의 양 말단에 배치하여 PCR의 수율을 높일 수 있게 된다. 바람직한 양태로서 링커 서열은 두 쌍의 프라이머 결합 부위 및 제한 효소 부위를 포함할 수 있으나, 본 발명의 링커 서열이 상기 예에 의해서 제한되는 것은 아니다. As used herein, the term "artificial sequence linker" is a linker consisting of a sequence which does not exist in a subject to be transformed with a deletion cassette, and any artificial sequence used in the art as a linker without limitation. Can be used. The artificial sequence linker should consist of sequences that are not present in the gene hit strain, and preferably the linker may comprise a PCR primer binding site, or a PCR primer binding site and a restriction enzyme site. . The PCR primer binding site of the artificial sequence linker of the present invention, which is used to improve the low PCR success rate of gene synthesis, enables the design of primer pairs having a uniform Tm value, which has an artificial sequence having a uniform Tm value. Linkers can be placed at both ends of the primer pairs to increase the yield of PCR. As a preferred embodiment, the linker sequence may comprise two pairs of primer binding sites and restriction enzyme sites, but the linker sequences of the present invention are not limited by the above examples.

PCR(polymerase chain reaction)이란 배경 기술에서 설명한 바와 같이 DNA를 복제 및 증폭 시키는 분자생물학적 기술로서, 그 방법에 따른 예로서 다중 PCR(multiplex-PCR), 네스티드 PCR(nested PCR), 정량적 PCR(quantitative PCR), 실시간 PCR(real-time PCR), 역전사 PCR(RT-PCR) 및 터치다운 PCR(touchdown PCR) 등이 사용될 수 있으나, 본 발명이 상기예에 의해 제한되는 것은 아니다. 본 발명에 있어서 PCR의 목적은 증폭 횟수에 따른 PCR 산물의 정량을 측정하기보다는 반응 후의 높은 수득률을 얻는 것인 바, 일반적인 방법을 사용하여도 무방하다. 본 발명의 바람직한 실시예에서는 2차에 걸쳐 94℃에서 30초, 60℃에서 30초 및 72℃에서 2분 동안 35회 수행하였으며, 72℃에 추가적으로 5분간 반응시킴으로써 LCR에 의해 합성된 결손 카세트 유전자를 현저하게 높은 수득률로 얻을 수 있음을 확인하였다. 또한 상기의 증폭 PCR은 Tm 값이 균일한 프라이머를 사용하는 바, 96웰, 384웰 및 1536웰 등 어떠한 형태의 체계적인 PCR도 가능하다. Polymerase chain reaction (PCR) is a molecular biological technology that replicates and amplifies DNA as described in the background art. Examples of the method according to the method include multiplex-PCR, nested PCR, and quantitative PCR. PCR, real-time PCR, reverse transcription PCR (RT-PCR), touchdown PCR, and the like may be used, but the present invention is not limited by the above examples. In the present invention, the purpose of PCR is to obtain a high yield after the reaction, rather than to measure the quantification of the PCR product according to the number of amplifications, and a general method may be used. In a preferred embodiment of the present invention was carried out 35 times for 2 minutes at 94 ℃ 30 seconds, 60 ℃ 30 seconds and 72 ℃ 2 minutes over a second, the deletion cassette gene synthesized by LCR by reacting for an additional 5 minutes at 72 ℃ It was confirmed that can be obtained with a significantly high yield. In addition, the amplification PCR using a primer having a uniform Tm value, any type of systematic PCR, such as 96 well, 384 well and 1536 well is possible.

본 발명에 있어서 PCR의 또 다른 목적은 결손 카세트의 균주 도입 시 불필요한 링커를 잘라내기 위한 것일 수 있다. 불필요한 인공 서열 링커를 제거하기 위하 여 상기에 언급한 제한효소를 이용하는 방법 이외에 네스티드 PCR(nested PCR)을 이용하는 방법을 수행할 수 있다. 네스티드 PCR이란 기존 주형 DNA 절편의 내측 프라이머쌍을 사용하여 주형의 양 말단을 제거하는 PCR 방법으로써, 상기와 같은 PCR을 위하여 인공서열 링커는 3쌍의 프라이머 결합부위를 포함할 수 있다.Another object of the PCR in the present invention may be to cut out the unnecessary linker when introducing the strain of the deletion cassette. In order to remove unnecessary artificial sequence linker, a method using nested PCR may be performed in addition to the above-mentioned restriction enzyme. Nested PCR is a PCR method that removes both ends of a template using an inner primer pair of an existing template DNA fragment. For such PCR, the artificial sequence linker may include three pairs of primer binding sites.

본 발명에서 사용되는 용어 "결손 카세트(deletion cassette)"란 특정 유전자를 제거(gene deletion)하는데 사용되는 구성요소로서 당업계에서 통상적으로 사용되는 결손 카세트의 구조를 제한 없이 포함할 수 있다. 통상적인 결손 카세트의 구조는 선택마커, 선택마커의 양 말단에 상동 재조합 부위를 포함한다. 이러한 결손 카세트가 이형 접합체 균주 내로 형질전환(transformation)되어 도입되면, 염색체상에서 상기 상동 재조합 부위의 상동성 유전자 재조합에 의하여 결손 카세트 내의 선택마커 유전자가 염색체상의 표적 유전자와 치환이 일어나게 된다. 이때 결손 카세트 내의 마커 유전자는 염색체로 삽입되고 표적 유전자는 적중되어 결손되게 된다. As used herein, the term "deletion cassette" is a component used for gene deletion, and may include without limitation the structure of a deletion cassette commonly used in the art. The structure of a conventional deletion cassette includes a selection marker, a homologous recombination site at both ends of the selection marker. When the deletion cassette is transformed and introduced into a heterozygous strain, the selection marker gene in the deletion cassette is replaced with the target gene on the chromosome by homologous gene recombination of the homologous recombination site on the chromosome. The marker gene in the deletion cassette is then inserted into the chromosome and the target gene is hit and deleted.

본 발명에서 사용되는 결손 카세트 내의 선택 마커는 이에 제한되는 것은 아니나 영양요구 마커(auxotrophic markers), 네오마이신 저항성 유전자(neoR), 카나마이신 저항성 유전자(kanR), 히그로마이신(hyg), 히스티디놀 디하이드로게나제(hisD), 구아닌 포스포리모실 트랜스퍼라제(gpt), 테트라사이클린(tetR), 하이포 크산틴 포스포리보실 트랜스퍼라제(hprt), ura3, ble 및 sacB를 포함하며, 바람직하게는 카나마이신 저항성 유전자를 응용한 kanMX이다. 선택 마커를 포함하는 결손 카세트는 상동성을 갖는 염색체 DNA 부위에 유전자 재조합을 통해 균주 염색체 DNA 내로 치환될 수 있다. 바람직하게 영양 요구마커로는 ura4, leu1 및 his3등을 사용할 수 있으나, 이와 같은 마커를 사용하기 위하여는 반드시 한 개 또는 그 이상의 영양 요구 돌연변이(auxotrophic mutation)가 있는 균주를 반드시 사용해야 하는 제약이 따른다. 또한 DNA 도입에 의한 영양 요구 돌연변이의 유전자 전환(gene conversion)이 일어날 수 있고, 영양 요구 돌연변이 자체가 다른 돌연변이와 함께 삼투압 감수성(osmosensitivity) 또는 질소 결핍에 의한 분화(nitrogen-starvation regulated cellular differentiation), 포자형성(sporulation) 및 의사균사(pseudohyphae)등의 예측하기 힘든 표현형을 나타낼 수 있으며, 또한, 많은 영양요구 돌연변이는 일반 배지에서 성장 저해를 나타내는 경우가 있다. Selection markers in the deletion cassettes used in the present invention include, but are not limited to, auxotrophic markers, neomycin resistance gene (neo R ), kanamycin resistance gene (kan R ), hygromycin (hyg), histi Dinol dehydrogenase (hisD), guanine phosphoromosyl transferase (gpt), tetracycline (tet R ), hypoxanthine phosphoribosyl transferase (hprt), ura3, ble and sacB, preferably It is the kanMX which applied kanamycin resistance gene. The deletion cassette comprising the selection marker can be substituted into the strain chromosomal DNA through genetic recombination to a chromosomal DNA site with homology. Preferably, ura4, leu1, and his3 may be used as nutritional markers, but in order to use such markers, a strain having one or more auxotrophic mutations must be used. In addition, gene conversion of nutritionally demanding mutations by DNA introduction may occur, and the nutritional demand mutations themselves, along with other mutations, may be osmosensitivity or nitrogen-deficient differentiation, spores. Unpredictable phenotypes such as sporulation and pseudohyphae can be exhibited, and many nutritional mutations may also inhibit growth in normal media.

따라서 영양요구 마커의 이러한 한계를 극복하기 위하여 필립센 (Philipsen) 연구팀은 항생마커 (dominant drug resistance marker)인 kanMX 모듈을 개발하였다. 이것은 효모의 유전자를 결손시키는 사카로마이세스 세레비지에 (Saccharomyces cerevisiae)의 결손 프로젝트 (deletion project)에도 사용되었다(Giaever et al., Nature. 418:387-391, 2002). kanMX 모듈은 항생제인 G418에 저항성을 나타내어 선택마커 (selectable marker)로 사용 가능하도록 제조되었다. G418의 마커는 PCR-DNA 단편 사용시에도 유전자 결손의 성공률이 높아 영양 요구 마커에 비해 장점이 있다. 현재 히그로마이신 B (hygromycin B), 노우세오츠리신 (nourseothricin), 바이알라포소/포스피노츠리신 (bialaphos/phosphinothricin)의 우성적 약제 저항성 마커 (dominant drug resistance marker)가 개발되어 있다.Therefore, to overcome this limitation of nutritional markers, Philipsen's team developed the kanMX module, a dominant drug resistance marker. It has also been used in the deletion project of Saccharomyces cerevisiae , which lacks the gene of yeast (Giaever et al., Nature. 418: 387-391, 2002). The kanMX module is manufactured to be resistant to the antibiotic G418 and to be used as a selectable marker. The marker of G418 has advantages over nutritional requirement markers due to the high success rate of gene deletion even when using PCR-DNA fragments. Currently, dominant drug resistance markers of hygromycin B, nourseothricin, and bialaphos / phosphinothricin have been developed.

따라서, 바람직한 양태로서 본 발명에 사용되는 선택 마커인 810 bp의 KanMX4는 대장균 (Escherichia coli)의 트랜스포존 (transposon) Tn903 유전자에서 기원한 것으로, 아미노-글리코사이드 인산기를 전달하는 활성(amino-glycoside phosphotransferase activity)을 지녀 카나마이신이나 유도체인 G418의 활성을 억제한다고 보고 되어있다 (Lang-Hinrichs et al., Current Genetics. 18:511-6, Oka et al., J. Mol. Biol. 147:217-26). 항생 마커(dominant drug resistance marker)중 하나인 kanMX 모듈은 대장균 트랜스포존(transposon) Tn903의 kanr으로 알려진 전사 해독틀(open reading frame, 이하 'ORF')을 효모 종류인 아시바 고시피(Ashbya gossypii)의 TEF 유전자의 전사(transcriptional) 프로모터(promoter)와 종료 조절 부위(terminator)에 삽입시킨 것으로 항생제인 G418에 저항성을 나타내어 선택 마커로 사용 가능하도록 제조되었다. Thus, as a preferred embodiment, 810 bp KanMX4, the selection marker used in the present invention, originates from the transposon Tn903 gene of Escherichia coli , which is an amino-glycoside phosphotransferase activity. It is reported to inhibit the activity of kanamycin or its derivative G418 (Lang-Hinrichs et al., Current Genetics. 18: 511-6, Oka et al., J. Mol. Biol. 147: 217-26). . The kanMX module, one of the dominant drug resistance markers, uses an open reading frame (ORF) known as kan r of the E. coli transposon Tn903 to the yeast type Ashbya gossypii . It was inserted into the transcriptional promoter and terminator of the TEF gene, and was prepared to be used as a selection marker by showing resistance to the antibiotic G418.

본 발명의 바람직한 양태로서, kanMX4 모듈의 구조는 810 bp의 Tn903의 카나마이신 저항성 유전자를 효모에서 발현시키기 위하여 또 다른 효모의 일종인 아시바 고시피(Ashbya gossypii)의 TEF 프로모터 (promoter) 381 bp를 이 유전자의 시작 코돈인 ATG 앞쪽에 배치시키고, 역시 아시비아 고시피의 TEF 터미네이 터(terminator) 242 bp는 유전자의 종결 코돈(stop codon) 뒤에 배치된 형태로 이루어진다. 출아효모(Saccharomyces cerevisiae)나 분열효모 자체의 프로모터나 터미네이터를 사용하게 되면, 염색체 내의 상동성 부위가 중복으로 존재하여 잘못된 상동성 재조합이 발생할 수 있는바 이종 효모의 프로모터를 이용하는 것이 바람직하다. 상기의 과정을 거치면 KanMX4 모듈의 길이는 1,433 bp가 된다. 유전자 결손의 경우 PCR 산물을 사용하거나 결손 카세트 내의 재조합(recombination)이 일어날 표적 유전자(target gene)의 상동성(homology) 부위가 짧을 경우 삽입 실패의 빈도가 높아지게 된다. KanMX4와 같은 G418 마커는 우성적 저항성(dominant resistance)를 나타내는 이종 선택 마커(heterologous selection marker)로, PCR-DNA 단편 사용시에도 유전자 결손의 성공률이 높은 장점이 있다.In a preferred embodiment of the present invention, the structure of the kanMX4 module is another type of yeast ahsiba notice blood gene the TEF promoter (promoter) 381 bp of (Ashbya gossypii) to express the kanamycin resistance gene of the 810 bp Tn903 in yeast ATG is placed in front of the start codon of ATG, and 242 bp of the TEF terminator of the Assybian gossip is located after the stop codon of the gene. When using Saccharomyces cerevisiae or a cleavage yeast promoter or terminator, it is preferable to use a heterologous yeast promoter because overlapping homologous sites in the chromosome may occur and false homologous recombination may occur. After the above process, the length of KanMX4 module becomes 1,433 bp. In the case of gene deletion, the frequency of insertion failure increases when the PCR product is used or when the homology region of the target gene where recombination occurs in the deletion cassette is short. G418 markers such as KanMX4 are heterologous selection markers that exhibit dominant resistance, and have a high success rate of gene deletion even when using PCR-DNA fragments.

본 발명의 결손 카세트는 상기 원리에 의해 유전자를 적중 시키는 결손 카세트가 제한 없이 사용될 수 있으며, 바람직하게는 결손 카세트 내에 마이크로 어레이용 바코드 염기서열을 추가로 포함할 수 있다. 마이크로 어레이용 바코드 염기서열은 각 균주에 특이적으로 지정되는 일종의 식별 코드로서, 바람직하게는 20 mer의 올리고로 구성된 유전자 특이적 바코드가 결손 카세트의 선택 마커 양 말단에 각각 5' 상위바코드(uptag, UP-tag)와 3' 하위바코드(downtag, DN-tag)로 명명된 총 2개가 배정될 수 있다. 상기 바코드 서열을 포함하는 결손 카세트 모델은 본 발명자의 선행 출원(대한민국 특허출원 제2008-0037420호)에 개시되어 있다.The deletion cassette of the present invention can be used without limitation the deletion cassette that targets the gene by the above principle, and preferably may further include a barcode array sequence for the micro array in the deletion cassette. The barcode array sequence for the microarray is a kind of identification code specifically assigned to each strain. Preferably, a gene-specific barcode composed of 20 mer oligos has a 5 'up barcode at each end of a selection marker of a deletion cassette. A total of two can be assigned, named UP-tag and 3 'sub-barcode (downtag, DN-tag). The deletion cassette model comprising the barcode sequence is disclosed in the inventor's prior application (Korean Patent Application No. 2008-0037420).

본 발명의 결손 카세트 내의 상동 재조합 부위 길이는 제한이 없으나, 상기 언급한 바와 같이 상동 재조합 부위의 길이는 균주 마다 상이한 상동성 재조합 효율에 의해 결정되는바 균주 특성 의존적이나, 동일 균주에서의 상동성 재조합 효율은 염색체 상동성 부위의 길이에 좌우되는바(Michael et al., Gene. 158:113-17; Palaniyandi et al., Nucl Acid Res. 3:2799-2800), 유전자의 염색체 상동성 부위에 해당하는 DNA 단편의 길이를 최대한 길게 하여 최적화 하는 것이 바람직하다. 이러한 상동 재조합 부위의 길이는 바람직하게는 45 bp 이상일 수 있으며, 보다 바람직하게는 80 bp 이상일 수 있고, 보다 더 바람직하게는 80 내지 450 bp 사이일 수 있다. 본 발명의 바람직한 실시예에서는 분열효모의 경우에서 상동 재조합의 길이를 250 bp로 최적화하여 결손 카세트를 제조하였다.Although the length of the homologous recombination sites in the deletion cassette of the present invention is not limited, as mentioned above, the length of the homologous recombination sites is determined by different homologous recombination efficiencies for each strain, but is dependent on strain characteristics, but homologous recombination in the same strain is performed. Efficiency depends on the length of the chromosomal homology region (Michael et al., Gene. 158: 113-17; Palaniyandi et al., Nucl Acid Res. 3: 2799-2800), corresponding to the chromosomal homology region of the gene It is desirable to optimize the length of the DNA fragment to be as long as possible. The length of such homologous recombination sites may preferably be at least 45 bp, more preferably at least 80 bp, even more preferably between 80 and 450 bp. In a preferred embodiment of the present invention, the deletion cassette was prepared by optimizing the length of homologous recombination to 250 bp in the case of fission yeast.

본 발명은 LCR을 이용하여 유전자 단편을 붙이고, 제조하고자 하는 결손 카세트의 양 말단의 서열에 인공 서열 링커를 이용하여 PCR을 수행하는 한편, 상기 인공서열을 제거함으로써 결손 카세트를 제조하는 방법을 제공한다. 바람직하게 결손 카세트 양 말단의 인공 서열 링커는 상기 언급한 두 개 이상의 프라이머 결합 부위를 포함할 수 있으며, 더욱 바람직하게는 추가적으로 제한 효소 절단 부위를 포함할 수 있다. 인공 서열의 제거는 상기 프라이머 결합 부위가 아닌 프라이머를 사용하여 네스티드 PCR을 수행함으로써 제거할 수 있으며, 제한 효소 절단 부위가 포함되는 경우, 제한 효소를 이용하여 용이하게 제거할 수도 있다. 제한 효소는 DNA 특정한 염기 서열을 인식하고 2중 사슬을 절단하는 엔도뉴클리에이즈 (endonuclease)로서, 바람직하게는 타입 II의 제한 효소가 사용될 수 있다. 타입 II 제한 효소는 염기서열 4개, 5개 또는 6개를 인식하여 절단하게 되는데, 그 예로 EcoRI (GAATTC 절단, sticky end), BamHI (GGATTC 절단, sticky end), BglII (AGATCT절단, sticky end), HindIII (AAGCTT 절단, sticky end), PvuII (CAGCTG 절단, blunt end), SacI (GAGCTC 절단, sticky end) 및 SamI (CCCGGG 절단, blunt end)등이 있으나, 본 발명의 제한 효소 서열이 상기 예에 의해 제한되는 것은 아니다. 바람직하게 제한 효소는 BsaⅠ일 수 있으며, 본 발명의 바람직한 실시예에서는 5'-GGTCTC(N)1-3' 및 3'-CCAGAG(N)2-5'으로 이루어진 Bsa 제한 효소부위를 삽입함으로써, 제한 효소 처리시 결손 카세트의 양 말단의 염색체 상동성 부위가 노출되도록 하여 결손 카세트를 제조하였다.The present invention provides a method for attaching a gene fragment using LCR, performing PCR using an artificial sequence linker to sequences at both ends of a deletion cassette to be prepared, and removing the artificial sequence, thereby providing a method for producing a deletion cassette. . Preferably the artificial sequence linker at both ends of the deletion cassette may comprise two or more primer binding sites mentioned above, and more preferably may further comprise restriction enzyme cleavage sites. Removal of the artificial sequence can be removed by performing nested PCR using a primer other than the primer binding site, and if a restriction enzyme cleavage site is included, it may be easily removed using a restriction enzyme. Restriction enzymes are endonucleases that recognize DNA specific nucleotide sequences and cleave double chains, preferably type II restriction enzymes can be used. Type II restriction enzymes recognize and cleave four, five or six sequences, such as Eco RI (GAATTC cleavage, sticky end), Bam HI (GGATTC cleavage, sticky end), Bgl II (AGATCT cleavage, sticky end), Hind III (AAGCTT cleavage, sticky end), Pvu II (CAGCTG cleavage, blunt end), Sac I (GAGCTC cleavage, sticky end) and Sam I (CCCGGG cleavage, blunt end). Restriction enzyme sequences are not limited by the above examples. Preferably the restriction enzyme may be a Bsa Ⅰ, in the preferred embodiment of the present invention by inserting the 5'-GGTCTC (N) 1 -3 Bsa restriction sites consists of 'and 3'-CCAGAG (N) 2 -5 ' The deletion cassette was prepared by exposing the chromosomal homology sites at both ends of the deletion cassette during restriction enzyme treatment.

또 하나의 양태로서 본 발명은 상기 방법으로 제조된 결손 카세트에 관한 것이다.As another aspect, the present invention relates to a deletion cassette produced by the above method.

본 발명의 바람직한 실시예에서는 카나마이신 저항성 유전자(KanR)를 선택 마커로, 양 말단에 바코드 염기서열 및 상동성 재조합 부위를 삽입하는 데 있어서, 상기 인공 서열 링커를 포함하는 유전자 합성법을 이용한 결손 카세트를 제조하였다. 상기 결손 카세트는 우선 1) 5' 링커, 5' 상동성 재조합 부위 및 5' 바코드 부위, 2) 카나마이신 선택 마커 부위, 및 3) 3' 링커, 3' 상동성 재조합 부위 및 3' 바코드 부위의 3 조각으로 설계하였는데, 자체 개발한 프로그램인 Block2Oligo를 사용하여 각 조각의 올리고머 염기서열을 결정하였으며, 역시 자체 개발한 프로그램인 iBlocks2Assembly를 사용하여 상기 3조각을 연결하여주는 연결 올리고머를 설계하였다. 상기와 같은 방법으로 접합된 유전자를 네스티드 PCR을 통하여 증폭시켰으며,증폭된 결과물을 분열 효모인 스키조사카로마이세스 폼베(Schizosaccharomyces pombe)에 도입하여 성공적인 유전자 적중이 일어남을 확인하였다.In a preferred embodiment of the present invention, the kanamycin resistance gene (Kan R ) as a selection marker, in inserting the barcode sequence and homologous recombination site at both ends, the deletion cassette using the gene synthesis method comprising the artificial sequence linker Prepared. The deletion cassette first comprises 1) a 5 'linker, a 5' homologous recombination site and a 5 'barcode site, 2) a kanamycin selection marker site, and 3) a 3' linker, a 3 'homologous recombination site and a 3' barcode site. It was designed as a piece, and the oligomer sequence of each piece was determined using Block2Oligo, a program developed by itself, and a linking oligomer was designed to connect the 3 pieces using iBlocks2Assembly, which is also a program developed by itself. The conjugated gene was amplified by nested PCR as described above, and the amplified result was introduced into Schizosaccharomyces pombe , a cleavage yeast, to confirm that successful gene hits occurred.

본 발명의 인공서열 링커를 포함하는 유전자 합성법을 이용한 결손 카세트 제조방법을 사용하는 경우, 결손 카세트 제조를 위하여 사용하던 기존의 4번의 PCR 및 4번의 DNA 절편 정제 과정 대신에 1번의 인산화 반응, 중합 접합 반응 및 2번의 PCR 반응으로 결손 카세트를 제조할 수 있게 되어, 번거롭던 기존의 정제과정을 제거할 수 있을 뿐만 아니라, 높은 균주 제조 성공률 및 생산 효율성 및 낮은 점돌연변이 (point mutation)율을 갖는 결손 카세트를 이용하여 고효율의 이형접합체 유전자 적중 균주 제조가 가능하다.In the case of using a method for preparing a deletion cassette using a gene synthesis method including an artificial sequence linker of the present invention, one phosphorylation reaction and a polymerization conjugation instead of the four PCR and four DNA fragment purification processes used for the preparation of the deletion cassette were performed. Deletion cassettes can be prepared by the reaction and the two PCR reactions, which eliminates the cumbersome conventional purification process, as well as the deletion cassette having high strain production success rate and production efficiency and low point mutation rate. By using the highly efficient heterozygous gene hit strain can be produced.

이하, 본 발명을 실시예에 의해 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail by way of examples.

단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.However, the following examples are illustrative of the present invention, and the present invention is not limited to the following examples.

실시예 1. 결손 카세트의 구조 및 올리고머의 설계Example 1 Structure of Deletion Cassettes and Design of Oligomers

유전자합성법을 이용하여 도 1의 구조를 갖는 결손 카세트를 제조하였다. 이때 결손 카세트의 길이는 1) 카나마이신 저항성유전자 부위 1.43 kb, 2) 양말단의 70 bp 바코드 부위 및 250 bp 유전자 상동성부위, 3) 양말단의 46 bp 링커를 포함한 약 2160 bp이다. Using the gene synthesis method, a deletion cassette having the structure of FIG. 1 was prepared. The length of the deletion cassette is about 2160 bp including 1) kanamycin resistance gene region 1.43 kb, 2) 70 bp barcode region of the sock end and 250 bp gene homology region, and 3) 46 bp linker of the sock end.

도 1의 유전자적중용 결손 카세트를 유전자합성법으로 제조하기 위하여서는 고비용의 올리고머가 다수 필요하므로, 비용의 최소화를 위하여 올리고머 합성비용을 최소화할 수 있는 전략이 필요하였다. 따라서 설계시 하기의 두 가지 점을 고려하였다. 첫째, 균주 제조 시 균주제조의 효율을 결정하는 가장 중요한 인자인 염색체상동성 부위의 길이는 효율성과 비용의 측면을 고려하여 250 bp로 설정하였다. 5' 염색체상동성 부위는 단백질 코딩(coding) 시작 코돈인 ATG를 기준으로 유전자의 프로모터 방향으로 250 bp, 3' 염색체 상동성 부위는 단백질 코딩 종료 코돈인 TGA, TAG 혹은 TAA를 기준으로 폴리-A 방향으로 250 bp를 염색체에서 가져와 사용하였다. 250 bp 길이의 5'과 3' 염색체상동성 부위의 염기서열은 각 유전자 마다 상이하고, 통상적인 유전체 정보에 대한 지식만 있으면 당업자가 용이하게 염기서열을 추정할 수 있으므로 생략하였다. 둘째, 모든 결손 카세트에 공통으로 존재하는 1.43 kb 길이의 Kanr 모듈에 해당하는 올리고머는 공통으로 사용하여 비용을 절감하였다. 모든 결손 카세트에는 1.43 kb 길이의 Kanr 모듈과 각 46 bp의 인공서열 5' 및 3' 링커에 해당하는 92 bp가 공통으로 존재하지만, 인공서열 링커를 공통으로 사용하는 것은 난해한 올리고머의 설계 때문에 현실적으로 불가능하였다. In order to manufacture the gene deletion deficiency cassette of FIG. 1 by a gene synthesis method, a large number of expensive oligomers are required, and thus a strategy for minimizing the cost of oligomer synthesis was required. Therefore, the following two points were considered in design. First, the length of the chromosomal homology region, which is the most important factor for determining the efficiency of strain preparation, was set to 250 bp in consideration of efficiency and cost. The 5 'chromosomal homology region is 250 bp in the direction of the gene's promoter relative to the protein coding start codon ATG, and the 3' chromosomal homology region is the poly-A based on the protein coding end codon TGA, TAG or TAA. 250 bp was taken from the chromosome and used. The base sequences of the 5 ′ and 3 ′ chromosomal homology regions of 250 bp length are different for each gene and are omitted because those skilled in the art can easily estimate the base sequences with knowledge of general genome information. Second, oligomers corresponding to the 1.43 kb long Kan r module, which are common to all missing cassettes, were commonly used to reduce costs. Although all deletion cassettes have a common Kan r module of 1.43 kb length and 92 bp corresponding to each of the 46 bp artificial sequence 5 'and 3' linkers, the common use of the artificial sequence linker is realistic due to the difficulty of the oligomer design. It was impossible.

도 2에서 보는 바와 같이, 결손 카세트를 1) 5' 링커를 포함하는 유전자 특이적 5' 염색체 상동성 부위와 5' 바코드 부위, 2) 공통의 카나마이신 저항성유전자(Kanr)부위, 3) 3' 링커를 포함하는 유전자 특이적 3' 바코드 부위와 3' 염색체 상동성 부위의 3 조각 (fragment)으로 나누어 설계하였다. 이때 상기의 3 조각을 연결하여 한 개의 결손 카세트로 제조하기 위하여, 상호 중첩되는 부분에는 각 조각의 연결에 필요한 염기서열을 가진 “연결올리고머”를 배치하였다. 유전자 특이적인 설계조각 1 과 3 부위는 각각 27 mer 길이의 올리고머 27개 정도로 설계되었으며, 공통으로 사용되는 설계조각 2에 해당하는 카나마이신 저항성유전자(Kanr) 조각은 공지의 염기서열을 이용하여 30 혹은 31 mer 올리고머 93개로 설계하였다. 다만 결손 카세트 양 말단의 5' 윗 가닥 DNA에 해당하는 올리고머는 상대적으로 길이가 짧은 12 ~ 16 bp짜리 올리고머를 배치하여 결손 카세트의 양 말단을 평활하게(blunt end) 만들었다. 각 부분에 해당하는 올리고머는 유전체에 대한 통상적 지식이 있는 당업자가 용이하게 설계 가능하므로 생략하였다As shown in FIG. 2, the deletion cassette was identified as 1) a gene specific 5 ′ chromosomal homology region and 5 ′ barcode region comprising a 5 ′ linker, 2) a common kanamycin resistance gene (Kan r ) region, 3) 3 ′ The design was divided into three fragments of the gene-specific 3 'barcode region including the linker and the 3' chromosome homology region. At this time, in order to prepare the missing cassette by connecting the three pieces of the above, the overlapping portion of the "linking oligomer" having the base sequence necessary for the connection of each piece was disposed. The gene-specific fragments 1 and 3 were designed with 27 oligomers of 27 mer length each, and the kanamycin resistance gene (Kan r ) fragment corresponding to the commonly used fragment 2 was 30 or 30 using a known sequence. 93 were designed with 31 mer oligomers. However, oligomers corresponding to the 5 'strand of DNA at both ends of the deletion cassette were arranged to have blunt ends at both ends of the deletion cassette by placing a relatively short 12 to 16 bp oligomer. The oligomer corresponding to each part is omitted because it can be easily designed by those skilled in the art having ordinary knowledge about the genome.

결손 카세트 제조용 올리고머는 상호간의 간격(gap)이 없이 중첩되게 설계하여, 올리고머만의 중첩으로 간극(nick)을 가진 2가닥의 결손 카세트 DNA 절편을 제조하였다. 이때 올리고머들의 Tm값은 모두 60±3℃으로 균일하게 설계하였으며, 이 때 올리고머의 Tm값 계산을 위해서는 공지의 가장 많이 사용되는 SantaLucia의 계산식을 사용하였으며, 계산식은 하기와 같다 (SantaLucia PNAS. 95:1460-5).The oligomers for the deletion cassette preparation were designed to overlap without gaps between each other to prepare two strands of missing cassette DNA fragments having nicks with overlapping oligomers alone. At this time, all Tm values of the oligomers were designed to be 60 ± 3 ° C. uniformly, and the calculation of Tm values of the oligomers was used by SantaLucia's well-known formula, which is as follows (SantaLucia PNAS. 95: 1460-5).

Figure 112008070919738-pat00001
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Figure 112008070919738-pat00002
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결손 카세트의 3 조각에 해당하는 유전자 특이적 올리고머 염기서열을 결정하기 위해서는 Block2Oligo라는 자체개발한 프로그램을 사용하였다. 또한 각각 설계된 3조각을 연결해 주는 올리고머의 설계를 위해서는 역시 자체개발한 iBlocks2Assembly 프로그램을 사용하였다. 각 프로그램의 올리고머 설계 원리는 정해진 길이 안에서 G/C 비율을 적절히 배분해 각 올리고머의 Tm 값이 일정하게 되도록 하는 것이다.To determine the gene specific oligomer sequences corresponding to three fragments of the deletion cassette, a self-developed program called Block2Oligo was used. In addition, the iBlocks2Assembly program, which was developed in-house, was also used for the design of oligomers connecting each of the three designed pieces. The oligomer design principle of each program is to properly dissociate the G / C ratio within a given length so that the Tm value of each oligomer is constant.

실시예 2. 올리고머의 인산화 및 접합효소연쇄반응 (LCR, ligase chain reaction) Example 2. Phosphorylation of oligomers and ligase chain reaction (LCR)

본 단계는 중첩 올리고머의 5‘ 말단을 인산화효소 (카이네이즈, T4 polynucleotide kinase)로 인산화시킨 후, 중첩 올리고머 간의 모든 간극을 접합(ligation)시켜 2가닥으로 이루어진 결손 카세트 DNA절편을 제조하는 단계이다. 본 단계는 96웰(96-well format) 혹은 384웰(384-well format) 형태로 진행할 수 있으나, 조작의 편의성을 위하여 96웰 형태로 진행하였다. 첫 번째 과정은 올리고머를 인산화시키는 과정으로, 하기 표 1에 나타난 바와 같이 각각의 용액을 혼합하여 37℃에서 5시간 반응 시킨 후, 추가로 인산화효소를 3 ㎕ 가하여 5시간 더 반응시켰다. 두 번째 과정은 인산화 된 올리고머에 Tfi 내열성 접합효소(ligase)를 첨가한 후 LCR 반응을 수행하는 접합과정이다. 하기 표 2에서 보듯이 용액을 혼합한 후, 95℃에서 5분간 DNA의 변형(denaturation)과 50 ~ 60℃에서 5분간 접합시키는 반응을 40회 반복하여 접합효소연쇄반응을 수행하였다.In this step, the 5 'end of the overlapping oligomer is phosphorylated with a kinase (kinase, T4 polynucleotide kinase), followed by ligation of all gaps between the overlapping oligomers to prepare a defective cassette DNA fragment consisting of two strands. This step can proceed in 96-well format (96-well format) or 384 well (384-well format), but in the 96-well format for ease of operation. The first process is a process of phosphorylating oligomers, as shown in Table 1 below, each solution was mixed and reacted at 37 ° C. for 5 hours, and then 3 μl of kinase was added for 5 hours. The second process is a conjugation process that adds Tfi heat-resistant ligase to phosphorylated oligomer and then performs LCR reaction. As shown in Table 2 below, after the solution was mixed, the reaction of condensation enzyme chain reaction was performed by repeating the reaction of condensation of DNA for 5 minutes at 95 ° C. and conjugation at 50 to 60 ° C. for 5 minutes.

인산화반응 용액 혼합 및 반응조건 Phosphorylation solution mixing and reaction conditions 용액solution 부피 혹은 양Volume or quantity 올리고머 Oligomer 29 (20 pmole)29 (20 pmole) 인산화반응 완충용액 (buffer)Phosphorylation Buffer 5 ㎕5 μl 인산화 효소 (T4 polynucleotide kinase)Phosphatase (T 4 polynucleotide kinase) 5 ㎕5 μl ATP [10 mM]ATP [10 mM] 8 ㎕8 μl 총 부피Total volume 47 ㎕47 μl 반응조건: 37℃에서 5시간 반응 시킨 후, 추가로 효소 3 ㎕ 가하여 5시간 더 반응 Reaction conditions: After reaction at 37 ° C. for 5 hours, additionally 3 μl of enzyme was added for 5 hours.

LCR반응 용액 혼합 및 반응조건LCR reaction solution mixing and reaction conditions 용액solution 부피 (㎕)Volume (μl) 인산화 올리고머 (각 oligo 8.7 pmole)Phosphorylated oligomers (each oligo 8.7 pmole) 25 ㎕25 μl 접합 완충용액 (buffer)Junction Buffer 3 ㎕3 μl Tfi 접합효소 (Bioneer사) Tfi Conjugation Enzyme (Bioneer) 3 ㎕3 μl 총 부피Total volume 31 ㎕31 μl 반응조건: 95℃에서 5분간 DNA의 변형과 50~60℃에서 (통상 58.6℃) 5분간 접합반응을 40회 반복수행Reaction conditions: 40 cycles of DNA modification at 95 ° C for 5 minutes and conjugation of 40 times at 50 ~ 60 ° C (typically 58.6 ° C) for 5 minutes

실시예 3. LCR된 결손 카세트의 PCR을 통한 증폭 Example 3. Amplification by PCR of LCR Defected Cassette

상기의 LCR 반응을 거친 결손 카세트의 DNA 양은 형질전환이 불가능한 극미량이므로, 성공적인 형질전환을 위하여 결손 카세트의 양을 PCR로 증폭시킬 수 있는 방안이 필요하다. Since the DNA amount of the defective cassette which has undergone the LCR reaction is extremely small, the method for amplifying the defective cassette by PCR is necessary for successful transformation.

기존의 방법으로 링커 없이 증폭 PCR을 수행하기 위해서는 결손 카세트의 양 말단에 증폭용 PCR 프라이머 결합 부위를 선정하는 힘든 작업을 수행하여야만 한다. 하지만 링커를 사용하는 경우 이러한 문제점을 극복하여 용이한 PCR 증폭이 가능하다. 링커로 사용된 염기서열은 분열효모의 유전체에는 존재하지 않는 인위적 염기 서열로써, 2차에 걸친 PCR 증폭을 위한 20 mer 프라이머인 L1, L2, L3 및 L4의 서열과 링커서열을 제거하기 위한 BsaI 제한효소 부위를 포함하여야 하며, 각 프라이머의 Tm 값이 60℃ 정도가 되어야 한다. 인공서열 링커와 L1, L2, L3 및 L4의 염기서열은 하기 표 3에 명시하였다. 1차 PCR은 프라이머 L1과 L4를 이용하고, 2차 PCR은 L2와 L3를 이용하여 수행하였다(도 3). 이를 위하여 통상적인 조건(94℃ 30초, 60℃ 30초, 72℃ 2분을 35회 반복 수행 후, 72℃에서 추가 5분)에서 각각의 프라이머 세트를 이용하여 각각 35번 반복(cycle)된 1차 및 2차 PCR과정을 수행하였다. PCR 증폭을 위한 용액의 혼합 및 반응 조건은 하기 표 4에 나타내었다.In order to perform amplification PCR without a linker by the conventional method, it is necessary to perform a difficult task of selecting amplification PCR primer binding sites at both ends of the defective cassette. However, in the case of using a linker, it is possible to easily PCR amplification by overcoming these problems. The nucleotide sequence used as the linker is an artificial nucleotide sequence not present in the genome of the cleavage yeast, and the BsaI restriction for removing the linker sequence and the sequences of L1, L2, L3 and L4, which are 20 mer primers for the second round PCR amplification. The enzyme site should be included, and the Tm value of each primer should be about 60 ° C. The nucleotide sequence of the artificial sequence linker and L1, L2, L3 and L4 is shown in Table 3 below. Primary PCR was performed using primers L1 and L4, and secondary PCR was performed using L2 and L3 (FIG. 3). To this end, each cycle was repeated 35 times using each primer set at the normal conditions (30 ° C, 60 ° C, 30 seconds, 72 ° C, and 35 minutes, followed by an additional 5 minutes at 72 ° C). Primary and secondary PCR procedures were performed. The mixing and reaction conditions of the solution for PCR amplification are shown in Table 4 below.

결손 카세트 증폭용 링커의 염기 서열Base sequence of linker for amplifying a deletion cassette 이름name Tm
(℃)
Tm
(℃)
링커 염기서열Linker sequences 서열의 방향성Sequence orientation 서열
번호
order
number
5'-L5'-L 5'-TGCAATGCGTTGGGCAACAATTACGCTTGTGCAAACGCCAGGTCTC-3'5'-TGCAATGCGTTGGGCAACAATTACGCTTGTGCAAACGCCAGGTCTC-3 ' 정방향 (sense)Forward 1One 3'-L3'-L 5'-GAGACCTTTTAATGCGCGCCCTTGCATCATAACGCGTTTGCGGCAT-3'5'-GAGACCTTTTAATGCGCGCCCTTGCATCATAACGCGTTTGCGGCAT-3 ' 역방향 (anti-sense)Anti-sense 22 L1L1 60.660.6 5'-TGCAATGCGTTGGGCAACAA-3'5'-TGCAATGCGTTGGGCAACAA-3 ' 정방향 (sense)Forward 33 L2L2 60.160.1 5'-TTACGCTTGTGCAAACGCCA-3'5'-TTACGCTTGTGCAAACGCCA-3 ' 역방향 (anti-sense)Anti-sense 44 L3L3 60.060.0 5'-TGCAAGGGCGCGCATTAAAA-3'5'-TGCAAGGGCGCGCATTAAAA-3 ' 정방향 (sense)Forward 55 L4L4 60.560.5 5’-ATGCCGCAAACGCGTTATGA-35’-ATGCCGCAAACGCGTTATGA-3 역방향 (anti-sense)Anti-sense 66

결손 카세트 증폭 PCR을 위한 용액 혼합 및 반응 조건Solution Mixing and Reaction Conditions for Defect Cassette Amplification PCR 용액solution 부피 (ul) Volume (ul) 1차 PCR Primary PCR 주형: LCR반응액 (총 31 ul)Template: LCR reaction solution (total 31 ul) 1 One 완충용액 (buffer)Buffer 2 2 Pfu 중합효소 (Bioneer사)[5U/ul] Pfu polymerase (Bioneer) [5U / ul] 0.5 0.5 링커 L1과 L4 [각 100 pmole/ul]Linker L1 and L4 [100 pmole / ul each] 1 (각 0.5)1 (0.5 each) dNTP [10 mM]dNTP [10 mM] 0.50.5 water 1515 총 부피Total volume 2020 반응조건: 94℃ 30초, 60℃ 30초, 72℃ 2분을 35회 반복 수행 후, 72℃에서 추가 5분Reaction conditions: After repeated 35 times at 94 ℃ 30 seconds, 60 ℃ 30 seconds, 72 ℃ 2 minutes, an additional 5 minutes at 72 ℃ 2차 PCR2nd PCR 주형: 1차 PCR 반응액 (총 20 ul)Template: Primary PCR reaction solution (20 ul total) 1One 완충용액 (buffer)Buffer 22 중합효소Polymerase 0.5 0.5 링커 L2과 L3 [각 100 pmole/ul]Linker L2 and L3 [100 pmole / ul each] 1 (각 0.5)1 (0.5 each) dNTP [10 mM]dNTP [10 mM] 0.50.5 water 1515 총 부피Total volume 2020 반응조건: 94℃ 30초, 60℃ 30초, 72℃ 2분을 35회 반복 수행 후, 72℃에서 추가 5분Reaction conditions: After repeated 35 times at 94 ℃ 30 seconds, 60 ℃ 30 seconds, 72 ℃ 2 minutes, an additional 5 minutes at 72 ℃

체계적 유전자명이 SPCC548.04과 SPAC19B12.09인 두 유전자를 이용하여 결손 카세트를 증폭할 수 있는 최적의 접합온도를 확인하였으며(도 4), 도 4의 하단 빨간색 점선 박스에서 보듯이 58.6℃ LCR 조건에서만 약 2.2 kb의 증폭된 결손 카세트를 얻을 수 있었다. 만일 58.6℃에서 접합반응이 실패한 경우에는 54℃ 혹은 더 낮은 온도에서 접합반응을 수행하였다. 또한 2차 증폭 PCR 시 최적의 1차 PCR 산물의 희석비율을 확인한 결과, 1차 PCR 산물의 양을 각각 1/10, 1/20, 1/40로 희석하여 실험을 수행하였을 때, 1/10에서 가장 많은 양의 2차 PCR 산물을 얻을 수 있었으며, 도 4의 하단 그림의 흰색 화살표가 가리키는 부분과 같이 아가로즈젤에서 육안으로 결손 카세트를 확인할 수 있었다. 이때 희석배율이 증가할수록 수율이 비례하여 감소함을 알 수 있었다. 결론적으로 LCR 반응은 58.6℃에서 수행하고, 1차 PCR 산물의 희석비율은 1/10로 결정하여 실험을 진행하였다.Using two genes with systematic gene names SPCC548.04 and SPAC19B12.09 The optimal conjugation temperature for amplifying the deletion cassette was confirmed (FIG. 4), and the amplified deletion cassette of about 2.2 kb was obtained only at 58.6 ° C. LCR conditions as shown in the red dotted line box at the bottom of FIG. 4. If the conjugation reaction failed at 58.6 ° C, the conjugation reaction was performed at 54 ° C or lower. In addition, as a result of confirming the optimal dilution ratio of the primary PCR product in the second amplification PCR, when the experiment was performed by diluting the amount of the primary PCR product to 1/10, 1/20, 1/40, respectively, 1/10 The highest amount of secondary PCR product was obtained at, and the defect cassette was visually identified in the agarose gel as indicated by the white arrow in the lower figure of FIG. 4. At this time, as the dilution rate increases, the yield decreased. In conclusion, the LCR reaction was performed at 58.6 ℃, and the dilution ratio of the primary PCR product was determined to be 1/10.

실시예 4. 결손 카세트의 양말단에 존재하는 링커부위의 제거Example 4 Removal of Linker Sites Present at Socks of Missing Cassettes

PCR 증폭용 링커는 LCR 반응을 거친 극미량의 결손 카세트의 양을 증폭하는데는 필수적이였으나, 균주 내로 형질전환 후 상동성재조합 시 방해가 되므로 분열효모 내로 형질전환 하기 전에 링커를 제거하여야 한다. 이를 위하여 염색체상동성 부위와 링커 사이에 인식 염기서열이 5'-GGTCTC(N)1-3' 및 3'-CCAGAG(N)2-5'(상보적 가닥)인 BsaI 제한효소 부위를 삽입하였다. BsaI 제한효소로 처리된 결손 카세트의 양쪽 말단에는 염색체 상동성 부위가 노출됨으로서, 형질전환 시 상동성재조합의 효율이 높아져서 균주제조의 성공률이 높아진다.The linker for PCR amplification was essential to amplify the trace amount of the defective cassette after the LCR reaction. However, the linker should be removed before transformation into cleavage yeast because it will interfere with homologous recombination after transformation into the strain. Recognition between chromosome homology region and the linker nucleotide sequence is 5'-GGTCTC (N) 1 -3 ' and 3'-CCAGAG (N) 2 -5 ' ( complementary strand) insert the Bsa I restriction site to this It was. Chromosomal homology sites are exposed at both ends of the deletion cassette treated with Bsa I restriction enzymes, thereby increasing the efficiency of homologous recombination during transformation, thereby increasing the success rate of strain production.

상기의 언급된 96-웰의 형태로 LCR과 PCR 증폭 반응을 거친 결손 카세트는 BsaI 제한효소로 처리한 후 아가로즈젤에서 농도를 확인하여 형질전환에 사용하였다(도 6). The defective cassettes subjected to PCR amplification with LCR in the form of the 96-wells mentioned above were used for transformation by checking the concentration in agarose gel after treatment with Bsa I restriction enzymes (FIG. 6).

상기 실시예 1 내지 4에서 언급한 내용을 도 6에 다시 종합적으로 도시하였다.The contents mentioned in Examples 1 to 4 are collectively shown again in FIG. 6.

실시예 5. 결손 카세트의 형질전환 (transformation) 및 유전자 적중 균주의 확인Example 5 Transformation of Defect Cassettes and Identification of Gene Hit Strains

상기 실시예 1 내지 4의 과정을 거쳐 제조된 결손 카세트를 2배체 분열효모 SP286 균주 (ade6-M210/ade6-M216, ura4-D18/ura4-D18, leu1-32/leu1-32) 세포 내로 도입하기 위하여 공지의 리튬아세테이트 (lithium acetate) 방법을 이용하여 형질전환하였다 (Moreno et al., Methods Enzymol. 194:795-823). 형질전환 된 균주는 G418항생제(200 mg/L)를 포함하는 YES 한천 고체배지에 도말한 후 콜로니(colony)가 생성될 때까지 30℃에서 3 ~ 4일 배양하였다. 형질전환 된 콜로니들이 원하는 유전자가 적중된 것인지 확인하기 위하여 콜로니 PCR을 수행하였다. 고체배지에서 자란 형질전환 콜로니 가장자리에서 소량의 세포를 취하여 3차 증류수에 현탁한 후, 이중 일부를 취하여 균주확인용 올리고머 프라이머 쌍을 이용하여 PCR로 확인하였다. Introducing the deletion cassette prepared through the procedure of Examples 1 to 4 into diploid split yeast SP286 strain (ade6-M210 / ade6-M216, ura4-D18 / ura4-D18, leu1-32 / leu1-32) cells For this purpose, the cells were transformed using a known lithium acetate method (Moreno et al., Methods Enzymol. 194: 795-823). The transformed strains were plated in a YES agar solid medium containing G418 antibiotics (200 mg / L) and incubated for 3 to 4 days at 30 ℃ until colonies were produced. Colony PCR was performed to confirm that the transformed colonies were the desired genes. A small amount of cells were taken from the edge of the transformed colonies grown in solid medium and suspended in tertiary distilled water, and some of them were taken and confirmed by PCR using oligomeric primer pairs for strain identification.

결손 카세트가 삽입된 염색체의 5'쪽의 부위는 CP5와 CPN1 혹은 CPN10 올리고머 프라이머 쌍을 이용하여 5' 콜로니 PCR을 수행하였고, 3'쪽 부위는 CP3와 CPC1 혹은 CPC3 올리고머 프라이머 쌍을 이용하여 3' 콜로니 PCR를 수행하여 확인하였다. CP5와 CP3는 염색체상동성 부위의 100 ~ 200 bp 바깥쪽 염색체 부위에, CPN1과 CPC1은 KanMX4 유전자쪽으로 200 bp 안쪽에, CPN10과 CPC3는 KanMX4 유전자쪽으로 300 bp 안쪽에 위치한다. 그러므로 통상적인 콜로니 PCR 된 DNA 절편의 크기는 염색체상동성 부위 250 bp에 70 bp 바코드 부위, 100 ~ 200 bp 염색체 바깥쪽 길이 및 200 ~300 bp의 KanMX4 유전자쪽의 길이를 합한 것과 같은 620 ~ 820 bp 정도가 된다. 콜로니 PCR의 반응조건 및 수행방법 등은 대한민국 선행 특허출원 제2008-0037420호에 명시되어 있다. 또한 CP5와 CP3의 올리고머 염기서열은 모든 유전자에 특이적으로 상이하나, 유전체의 지식이 있는 당업자가 용이하게 알 수 있으므로 생략한다. 카나마이신 저항성유전자 내에 존재하는 CPN1, CPN10, CPC1 및 CPC3의 올리고머 부위의 염기서열 또한 대한민국 선행 특허출원 제2008-0037420호에 명시되어 있으므로 생략한다.The 5 'region of the chromosome into which the deletion cassette was inserted was subjected to 5' colony PCR using CP5 and CPN1 or CPN10 oligomeric primer pairs, and the 3 'region was 3' using CP3 and CPC1 or CPC3 oligomer primer pairs. Confirmation was performed by colony PCR. CP5 and CP3 are located on the chromosomal region 100 to 200 bp outside the chromosomal homology region, CPN1 and CPC1 are located within 200 bp toward the KanMX4 gene, and CPN10 and CPC3 are located 300 bp inside the KanMX4 gene. Therefore, the size of a conventional colony PCR DNA fragment is 620-820 bp, which is equal to 250 bp of chromosomal homology, 70-bp barcode, 100-200 bp chromosome outside, and 200-300 bp KanMX4 gene length. It is about. Reaction conditions and method of colony PCR are described in Korean Patent Application No. 2008-0037420. In addition, the oligomeric sequences of CP5 and CP3 are specifically different for all genes, but are omitted because those skilled in the art can easily know. The nucleotide sequence of oligomer sites of CPN1, CPN10, CPC1 and CPC3 present in the kanamycin resistance gene is also specified in Korean Patent Application No. 2008-0037420, so it is omitted.

도 1은 유전자합성으로 제조할 결손 카세트의 구조도이다.1 is a structural diagram of a deletion cassette to be produced by gene synthesis.

도 2는 결손 카세트의 3조각 설계도이다.2 is a three-piece design diagram of a missing cassette.

도 3은 인공서열 링커를 이용한 LCR 산물의 PCR 증폭도이다. Figure 3 is a PCR amplification of the LCR product using an artificial sequence linker.

도 4는 PCR 증폭을 위한 LCR의 최적 Tm 값 및 주형의 양을 결정하는 방법을 나타낸 그림이다.4 is a diagram illustrating a method of determining an optimal Tm value and the amount of template for PCR amplification.

도 5는 형질전환용으로 BsaI 제한효소 처리 된 결손 카세트를 96-웰 형태로 아가로즈 젤에서 확인한 결과이다. 5 is a result of confirming the deletion cassette treated with BsaI restriction enzyme for transformation in agarose gel in 96-well form.

도 6은 인공서열 링커를 이용한 유전자합성법에 의한 결손 카세트 제조의 모식도를 나타낸 그림이다.Figure 6 is a diagram showing a schematic diagram of the deletion cassette by the gene synthesis method using an artificial sequence linker.

<110> KOREA RESEARCH INSTITUTE BIOSCIENCE AND BIOTECHNOLOGY <120> METHOD FOR PREPARATION OF DELETION CASSETTE USING SYNTHESIS OF GENE COMPRISING ARTIFICIAL SEQUENCES LINKERS <130> PA080412/KR <160> 6 <170> KopatentIn 1.71 <210> 1 <211> 46 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> forward primer for linker <400> 1 tgcaatgcgt tgggcaacaa ttacgcttgt gcaaacgcca ggtctc 46 <210> 2 <211> 46 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> reverse primer for linker <400> 2 gagacctttt aatgcgcgcc cttgcatcat aacgcgtttg cggcat 46 <210> 3 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer for L1 <400> 3 tgcaatgcgt tgggcaacaa 20 <210> 4 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer for L2 <400> 4 ttacgcttgt gcaaacgcca 20 <210> 5 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer for L3 <400> 5 tgcaagggcg cgcattaaaa 20 <210> 6 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer for L4 <400> 6 atgccgcaaa cgcgttatga 20 <110> KOREA RESEARCH INSTITUTE BIOSCIENCE AND BIOTECHNOLOGY <120> METHOD FOR PREPARATION OF DELETION CASSETTE USING SYNTHESIS OF          GENE COMPRISING ARTIFICIAL SEQUENCES LINKERS <130> PA080412 / KR <160> 6 <170> KopatentIn 1.71 <210> 1 <211> 46 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> forward primer for linker <400> 1 tgcaatgcgt tgggcaacaa ttacgcttgt gcaaacgcca ggtctc 46 <210> 2 <211> 46 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> reverse primer for linker <400> 2 gagacctttt aatgcgcgcc cttgcatcat aacgcgtttg cggcat 46 <210> 3 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer for L1 <400> 3 tgcaatgcgt tgggcaacaa 20 <210> 4 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer for L2 <400> 4 ttacgcttgt gcaaacgcca 20 <210> 5 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer for L3 <400> 5 tgcaagggcg cgcattaaaa 20 <210> 6 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer for L4 <400> 6 atgccgcaaa cgcgttatga 20  

Claims (9)

(a) 결손 카세트를 제조하기 위하여 인공 서열 링커를 양 말단에 포함하는 유전자 단편의 올리고머를 설계하는 단계; (b) 상기 올리고머를 인산화 한 후, LCR(ligase chain reaction)을 이용하여 단편을 접합하는 단계; (c) 상기 접합된 LCR 산물을 주형으로 인공 서열 링커(artificial sequence linker)에 존재하는 프라이머쌍을 이용하여 증폭 PCR을 수행하는 단계; 및 (d) 상기 PCR 증폭된 결손 카세트 양 말단에 존재하는 인공 서열 링커를 제거하는 단계를 포함하는 결손 카세트(deletion cassette)의 제조 방법.(a) designing oligomers of gene fragments comprising artificial sequence linkers at both ends to prepare a deletion cassette; (b) conjugating the fragments by phosphorylating the oligomer and then using a ligase chain reaction (LCR); (c) performing amplification PCR using the conjugated LCR product as a template using primer pairs present in an artificial sequence linker; And (d) removing the artificial sequence linker present at both ends of the PCR amplified deletion cassette. 제1항에 있어서, 상기 (c) 단계는 96웰(well), 384웰 및 1536웰로 구성된 군으로부터 선택된 어느 하나의 웰 시스템에 의해 PCR을 수행하는 단계인 결손 카세트의 제조방법.The method of claim 1, wherein step (c) is a step of performing a PCR by any one well system selected from the group consisting of 96 wells, 384 wells and 1536 wells. 제1항에 있어서, 상기 (d) 단계의 인공서열 링커를 제거하는 단계는 제한효소 처리 또는 네스티드 PCR(nested PCR)을 수행함으로써 제거하는 결손 카세트의 제조방법.The method of claim 1, wherein the removing of the artificial sequence linker of step (d) is performed by performing restriction enzyme treatment or nested PCR. 제1항에 있어서, 상기 인공 서열 링커는 PCR 프라이머(primer) 결합 부위 및 제한 효소 절단 부위를 포함하는 것을 특징으로 하는 결손 카세트의 제조방법.The method of claim 1, wherein the artificial sequence linker comprises a PCR primer binding site and a restriction enzyme cleavage site. 제4항에 있어서, 상기 프라이머 결합 부위는 결합 부위의 Tm 값이 균일한 것을 특징으로하는 결손 카세트의 제조방법.The method of claim 4, wherein the primer binding site has a uniform Tm value of the binding site. 제4항에 있어서, 각 프라이머 결합 부위의 염기서열은 17 내지 25 mer임을 특징으로 하는 결손 카세트의 제조방법.The method of claim 4, wherein the base sequence of each primer binding site is a manufacturing method of the deletion cassette, characterized in that 17 to 25 mer. 제4항에 있어서, 상기 제한 효소 절단 부위는 타입 Ⅱ 제한 효소에 의해 절단되는 서열을 포함하는 결손 카세트의 제조방법.5. The method of claim 4, wherein said restriction enzyme cleavage site comprises a sequence cleaved by a type II restriction enzyme. 제4항에 있어서, 제한 효소 절단 부위는 제한 효소 BsaⅠ에 의해 절단 되는 것을 특징으로 하는 결손 카세트의 제조방법.5. A method according to claim 4, wherein the restriction enzyme cleavage site is cleaved by the restriction enzyme Bsa I. 삭제delete
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