KR102207352B1 - klotho knock-out porcine Models for klotho deficiency disease and the Use thereof - Google Patents

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Abstract

본 발명은 klotho 결핍 질환 모델용 형질전환 돼지 및 이의 제조방법, 그리고 이의 이용에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 klotho 유전자를 넉아웃(knock-out)시킨 형질전환 돼지를 질환 동물 모델로 이용하는 것에 관한 것이다.The present invention relates to a transgenic pig for a klotho deficiency disease model and a method for manufacturing the same, and to its use, and more specifically, to using a transgenic pig that has knocked out the klotho gene as a disease animal model. .

Description

Klotho 유전자 넉아웃 질환모델 동물 및 이의 용도{klotho knock-out porcine Models for klotho deficiency disease and the Use thereof}Klotho knock-out porcine models for klotho deficiency disease and the use thereof

본 발명은 klotho 결핍(deficiency) 질환 모델용 형질전환 돼지 및 이의 제조방법, 그리고 이의 이용에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 klotho 유전자를 넉아웃(knock-out)시킨 형질전환 돼지를 질환 동물 모델로 이용하는 것에 관한 것이다.The present invention relates to a transgenic pig for a klotho deficiency disease model and a method for producing the same, and to the use thereof, and more specifically, a transgenic pig that knocks out the klotho gene as a disease animal model. It's about things.

큰 DNA 구축물의 합리적(rational) 조작은 현재의 합성 생물학 및 게놈 조작 노력에 대한 주된 도전과제이다. 최근에, 이 도전과제를 다루고 돌연변이가 생성될 수 있는 특이성 및 속도를 증가시키기 위해 다양한 기술들이 개발되었다.Rational manipulation of large DNA constructs is a major challenge for current synthetic biology and genome manipulation efforts. Recently, various techniques have been developed to address this challenge and increase the specificity and rate at which mutations can be generated.

그러나, 효과적인 질환 모델로 사용 가능할 만큼 사람의 질환 증상을 모두 발현하는 모델동물은 좀처럼 찾기 어려운 실정이다. However, it is difficult to find a model animal that expresses all human disease symptoms enough to be used as an effective disease model.

인간과의 디멘존, 번식, 수명 및 행동양상의 확연한 차이로 인해 보다 인간과 가까운 종을 이용한 질환동물 모델에 대한 필요성이 제기되었고, 영장류의 경우 그 희소성 및 사육관리의 비용 및 어려움으로 인해 극히 제한적인 분야에서만 질환연구에 돼지는 해부 생리학적으로 인간과 유사성이 인정되어 이미 각종 질환의 병리학적 기전과 치료를 위한 연구에 이용되고 있으며, 특히 오랫동안 경제 동물로 가치가 인정되어 다른 중/대 동물을 질환모델로 사용할 때보다 윤리적인 문제점을 피해갈 수 있으며, 안정적인 사육 시스템이 구축되어 있어 실험동물 모델 개발시 유지 및 관리가 용이한 장점이 있다. The need for diseased animal models using species closer to humans has been raised due to the distinct differences in dimension, reproduction, longevity, and behavior from humans, and primates are extremely limited due to their scarcity and cost and difficulty in breeding management. Pigs are already used in research for pathological mechanisms and treatment of various diseases as they have been recognized for disease research only in the field of disease, and have been recognized as an economical animal for a long time. It can avoid ethical problems than when using it as a disease model, and it has the advantage of being easy to maintain and manage when developing an experimental animal model because a stable breeding system is established.

이에, 본 발명자들은 인간 유전자와 유사성이 인정되는 돼지를 이용하되, 인간 Klotho 유전자의 특이 서열 인식하여 절단하는 CRISPR 시스템을 이용하여 형질전환 체세포 복제 기법으로 적용함으로써, Klotho 유전자를 넉아웃 시켜 효과적인 질환 동물모델을 제작할 수 있음을 확인하고 본 발명을 완성하였다.Accordingly, the present inventors use pigs that are recognized for similarity with human genes, but use the CRISPR system to recognize and cut the specific sequence of human Klotho gene, and apply it as a transgenic somatic cell cloning technique, thereby knocking out the Klotho gene and effectively diseased animals. It was confirmed that the model could be produced and the present invention was completed.

본 발명의 목적은 klotho 결핍(deficiency) 질환 모델용 돼지 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a pig for a klotho deficiency disease model and a method for manufacturing the same.

본 발명의 다른 목적은 상기 질환 모델용 돼지의 제조방법에 필요한, CRISPR 시스템을 이용하는 유전자 넉아웃 또는 넉다운 방법을 제공하고자 한다.Another object of the present invention is to provide a gene knockout or knockdown method using the CRISPR system, which is necessary for the method of manufacturing a pig for the disease model.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 klotho 결핍 질환 모델용 돼지의 다양한 용도를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide various uses of the pig for the klotho deficiency disease model.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 In order to solve the above problems, the present invention

klotho 결핍 질환 모델용 돼지의 생산을 위한, klotho 유전자의 인위적 조작 및 이의 이용을 제공한다. 보다 구체적으로, klotho 유전자의 인위적인 조작 또는 변형을 이용하여 klotho 결핍 표현형을 가지는 돼지를 생산하는 방법 및 이의 이용에 관한 것이다. For the production of pigs for klotho deficiency disease models, artificial manipulation of the klotho gene and its use are provided. More specifically, it relates to a method for producing a pig having a klotho-deficient phenotype using artificial manipulation or modification of the klotho gene and its use.

본 발명은 특정 목적을 위해 klotho 유전자의 조작 또는 변형용 조성물 및 이를 이용하는 방법을를 제공한다. The present invention provides a composition for manipulation or modification of klotho gene and a method of using the same for a specific purpose.

"klotho 유전자"는 포유동물에서 노화관련 병의 전개와 노화를 조절하는 결정적인 역할을 한다. Klotho는 KL 유전자에 의해 생성되는 효소로서, 상기 유전자는 β-글루쿠로니다아제와 관련된 I형 막 단백질을 생성한다. 사람의 klotho 유전자는 13번 염색체의 33.59-33.64 Mb에 위치하고, 예컨대, NM_004795의 mRNA 서열을 갖는 것이다. 또한, NP_004786의 단백질 서열을 갖는 것이다The "klotho gene" plays a crucial role in regulating aging and the development of age-related diseases in mammals. Klotho is an enzyme produced by the KL gene, which produces a type I membrane protein related to β-glucuronidase. The human klotho gene is located at 33.59-33.64 Mb of chromosome 13, and has an mRNA sequence of, for example, NM_004795. In addition, it has the protein sequence of NP_004786.

Klotho 결핍 질환은 동맥경화, 골다공증, 뇌졸중 및 알츠하이머로 구성된 군에서 선택되는 1이상의 질환일 수 있다.The Klotho deficiency disease may be one or more diseases selected from the group consisting of arteriosclerosis, osteoporosis, stroke and Alzheimer's.

본 발명의 일 구현예에서는, klotho 유전자의 핵산서열 내 변형에 의해 klotho 유전자가 넉아웃된, klotho 단백질 발현이 불활성화된, Klotho 결핍 질환 돼지 모델을 제공한다.In one embodiment of the present invention, the klotho gene is knocked out by the modification in the nucleic acid sequence of the klotho gene, klotho protein expression is inactivated, provides a Klotho deficient disease pig model.

상기 핵산서열 내 변형은 하나 이상의 핵산의 결실, 치환, 삽입 또는 역위를 포함할 수 있다. The modification in the nucleic acid sequence may include deletion, substitution, insertion or inversion of one or more nucleic acids.

본 발명의 일 구체예에서는, 상기 핵산의 변형은 klotho 유전자의 엑손 3 영역에 일어난 것일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the modification of the nucleic acid may occur in the exon 3 region of the klotho gene.

본 발명의 일 구체예에서는, 핵산서열 내 변형은 뉴클레아제 제제에 의해 인위적으로 일으킬 수 있다.In one embodiment of the present invention, modifications in the nucleic acid sequence can be artificially caused by a nuclease preparation.

예를 들어, 상기 뉴클레아제 제제는 하기의 뉴클레아제 중 1 이상을 사용할 수 있다.:For example, the nuclease agent may use one or more of the following nucleases:

(a) 징크 핑거 뉴클레아제(ZFN);(a) zinc finger nuclease (ZFN);

(b) 전사 활성화 인자 유사 이펙터 뉴클레아제(TALEN); (b) transcription activating factor-like effector nuclease (TALEN);

(c) 메가뉴클레아제; 또는(c) meganucleases; or

(d) RNA-가이드 엔도뉴클레아제 (RNA-Guided Endonuclease; RGEN)(d) RNA-Guided Endonuclease (RGEN)

일 실시예에서, 상기 핵산서열 내 변형은 RNA-가이드 엔도뉴클레아제 (RNA-Guided Endonuclease; RGEN)에 의해 인위적으로 조작될 수 있다. 대상은 표적 핵산, 유전자, 염색체 또는 단백질일 수 있다.In one embodiment, the modification in the nucleic acid sequence may be artificially manipulated by RNA-Guided Endonuclease (RGEN). The subject can be a target nucleic acid, gene, chromosome or protein.

상기 엔도뉴클레아제는 스트렙토코커스 피오게네스(Streptococcus pyogenes), 스트렙토코커스 써모필러스(Streptococcus thermophilus), 스트렙토코커스 속(Streptococcus sp.), 황색포도상구균(Staphylococcus aureus), 노카르디옵The endonuclease is Streptococcus pyogenes, Streptococcus thermophilus, Streptococcus sp., Staphylococcus aureus, Nocardiop.

시스 다손빌레이(Nocardiopsis dassonvillei), 스트렙토마이세스 프리스티네스피랄리스(Streptomyces pristinaespiralis), 스트렙토마이세스 비리도크로모게네스(Streptomyces viridochromogenes), 스트렙토마이세스 비리도크로모게네스(Streptomyces viridochromogenes), 스트렙토스포랑기움 로세움(Streptosporangium roseum), 스트렙토스포랑기움 로세움(Streptosporangium roseum), 알리사이클로바클루스 아시도칼다리우스(AlicyclobacHlus acidocaldarius), 바실러스 슈도마이코이데스(Bacillus pseudomycoides), 바실러스 셀레니티레두센스(Bacillus selenitireducens), 엑시구오박테리움 시비리쿰(Exiguobacterium sibiricum), 락토바실러스 델브루에키이(Lactobacillus delbrueckii), 락토바실러스 살리바리우스(Lactobacillus salivarius), 미크로스킬라 마리나(Microscilla marina), 부르크홀데리아레스 박테리움(Burkholderiales bacterium), 폴라로모나스 나프탈레니보란스(Polaromonas naphthalenivorans), 폴라로모나스 속(Polaromonas sp.), 크로코스파에라 와트소니이(Crocosphaera watsonii), 시아노테세 속(Cyanothece sp.), 마이크로시스티스 아에루기노사(Microcystis aeruginosa), 시네코코커스 속(Synechococcus sp.), 아세토할로비움 아라바티쿰(Acetohalobium arabaticum), 암모니펙스 데겐시이(Ammonifex degensii), 칼디셀룰로시럽토 베시이(Caldicelulosiruptor bescii), 칸디다투스 데술포루디스(Candidatus Desulforudis), 클로스트리듐 보툴리눔(Clostridium botulinum), 클로스트리듐 디피실레(Clostridium difficile), 피네골디아 마그나(Finegoldia magna), 나트라나에로비우스 써모필러스 (Natranaerobius thermophilus), 펠로토마쿨럼 써모프로피오니쿰(Pelotomaculum thermopropionicum), 아시디티오바실러스 칼두스(Acidithiobacillus caldus), 아시디티오바실러스 페로옥시단스(Acidithiobacillus ferrooxidans), 알로크로마티움 비노숨(Allochromatium vinosum), 마리노박터 속(Marinobacter sp.), 니트로소코커스 할로필러스(Nitrosococcus halophilus), 니트로소코커스 와트소니(Nitrosococcus watsoni), 슈도알테로 모나스 할로플란크티스(Pseudoalteromonas haloplanktis), 크테도노박테르 라세미페르(Ktedonobacter racemifer), 메타노할로비움 에베스티가툼(Methanohalobium evestigatum), 아나베나 바리아빌리스(Anabaena variabilis), 노둘라리아 스푸미게나(Nodularia spumigena), 노스톡 속(Nostoc sp.), 아르트로스피라 맥시마(Arthrospira maxima), 아르트로스피라 플라텐시스(Arthrospira platensis), 아르트로스피라 속(Arthrospira sp.), 링비아속(Lyngbya sp.), 마이크로콜레우스 크토노플라스테스(Microcoleus chthonoplastes), 오실라토리아 속(Oscillatoria sp.), 페트로토가 모빌리스(Petrotoga mobilis), 써모시포 아프리카누스(Thermosipho africanus) 또는 아카리오클로리스 마리나(Acaryochloris marina)로부터 유래될 수 있다. Cas9 패밀리의 추가의 예는 그 전체 내용이 본 명세서에 참조로 포함되는 WO 2014/131833에 기재되어 있다. 스트렙토코커스 피오게네스(Streptococcus pyogenes)유래의 Cas9 단백질일 수 있다.Nocardiopsis dassonvillei, Streptomyces pristinaespiralis, Streptomyces viridochromogenes, Streptomyces viridochromogenes, Streptomyces viridochrom Streptosporangium roseum, Streptosporangium roseum, AlicyclobacHlus acidocaldarius, Bacillus sedomycoides, Bacillus pseudomycoides, Bacillus selenitilenduce ), Exiguobacterium sibiricum, Lactobacillus delbrueckii, Lactobacillus salivarius, Microscilla marina, Burkholderiales bacterium, Burkholderiales bacterium , Polaromonas naphthalenivorans, Polaromonas sp., Crocosphaera watsonii, Cyanothece sp., Microcystis ae Luginosa (Microcystis aeruginosa), Synechococcus sp., Acetohalobium arabaticum, Ammonifex degensii, Caldicellulose syrupor bescii, Caldicelruptor bescii Candidatus Desulforudis, Clostridium bot ulinum), Clostridium difficile, Finegoldia magna, Natranaerobius thermophilus, Pelotomaculum thermopropionicum, Ashidithio Acidithiobacillus caldus, Acidithiobacillus ferrooxidans, Allochromatium vinosum, Marinobacter sp., Nitrosococcus halophilus, Nitrosococcus halophilus Nitrosococcus watsoni, Pseudoalteromonas haloplanktis, Ktedonobacter racemifer, Metanohalobium evestigatum, Ana Anabaena variabilis, Nodularia spumigena, Nodularia sp., Arthrospira maxima, Arthrospira platensis, Arthrospira sp., Lyngbya sp., Microcoleus chthonoplastes, Oscillatoria sp., Petrotoga mobilis , Thermosipho africanus (Thermosipho africanus) or acariochloris marina (Acaryochloris marina) can be derived from. Further examples of the Cas9 family are described in WO 2014/131833, the entire contents of which are incorporated herein by reference. It may be a Cas9 protein derived from Streptococcus pyogenes.

예를 들어, 상기 Klotho 유전자는 RNA-가이드 엔도뉴클레아제에 의해 유전적으로 조작될 수 있는데, For example, the Klotho gene can be genetically engineered by RNA-guided endonuclease,

상기 Klotho 유전자를 구성하는 핵산서열 내 PAM(proto-spacer-adjacent Motif) 서열 중 또는 이의 5' 말단 및/또는 3' 말단에 인접하여 위치하는 연속하는 3bp 내지 25bp의 염기 서열 부위 내의 In the proto-spacer-adjacent Motif (PAM) sequence in the nucleic acid sequence constituting the Klotho gene, or in a contiguous 3bp to 25bp nucleotide sequence site located adjacent to the 5'end and/or 3'end thereof

하나 이상의 뉴클레오타이드의 결실 또는 삽입; Deletion or insertion of one or more nucleotides;

야생형 유전자와 상이한 하나 이상의 뉴클레오타이드로의 치환; Substitution with one or more nucleotides different from the wild-type gene;

외부 유래의 하나 이상의 뉴클레오타이드 삽입Insertion of one or more nucleotides from outside

중 하나 이상의 핵산의 변형을 포함할 수 있다. It may include modification of one or more of the nucleic acids.

상기 PAM 서열은 Cas 단백질의 유래 미생물에 따라 상이할 수 있다. 구체적인 설명은 이후 기술하기로 한다. 대표적인 예로서, 상기 RNA-가이드 엔도뉴클레아제가 스트렙토코커스 피오게네스(Streptococcus pyogenes) 유래 Cas9 단백질이고, 상기 PAM 서열이 NGG(N은 A, T, C 또는 G임)인 것을 이용할 수 있다.The PAM sequence may be different depending on the microorganism derived from the Cas protein. A detailed description will be described later. As a representative example, the RNA-guided endonuclease is a Cas9 protein derived from Streptococcus pyogenes, and the PAM sequence is NGG (N is A, T, C, or G).

상기 핵산의 변형은 염색체 전체 게놈 서열에서 2 이상의 복수 부위에서 일어날 수 있다. 구체적인 실시 형태에서, 적어도 한 부위 이상에서, 적어도 1, 2, 3, 4, 5, 7, 8, 9, 10개 또는 그 이상의 뉴클레오티드가 Klotho 유전자 핵산서열에서 변화될 수 있다. 이에 의해 Klotho 유전자는 넉아웃(knock out) 또는 넉다운(knock down)될 수 있다. The modification of the nucleic acid may occur at two or more sites in the genome sequence of the entire chromosome. In a specific embodiment, in at least one site, at least 1, 2, 3, 4, 5, 7, 8, 9, 10 or more nucleotides may be changed in the Klotho gene nucleic acid sequence. Thereby, the Klotho gene can be knocked out or knocked down.

상기 핵산의 변형은 유전자의 프로모터 영역에서 일어날 수 있다. The modification of the nucleic acid may occur in the promoter region of the gene.

상기 핵산의 변형은 유전자의 엑손 영역에서 일어날 수 있다. The modification of the nucleic acid may occur in the exon region of the gene.

상기 핵산의 변형은 유전자의 인트론 영역에서 일어날 수 있다. The modification of the nucleic acid may occur in the intron region of the gene.

상기 핵산의 변형은 유전자의 인핸서 영역에서 일어날 수 있다. The modification of the nucleic acid may occur in the enhancer region of the gene.

또한, 다른 구현예에서, 본 발명은 생식조절인자, 예를 들어, Klotho 유전자의 핵산 서열 중 타겟 서열에 각각 상보적인 결합을 형성할 수 있는 가이드 핵산을 제공한다. 상기 타겟 서열은 Klotho 유전자의 핵산 서열 중 1이상의 부위일 수 있다.In addition, in another embodiment, the present invention provides a guide nucleic acid capable of forming a complementary bond to a target sequence among the nucleic acid sequences of a reproductive regulatory factor, for example, a Klotho gene. The target sequence may be one or more sites in the nucleic acid sequence of the Klotho gene.

상기 가이드 핵산은 비제한적으로, 18 내지 25 bp, 18 내지 24 bp, 18 내지 23 bp, 19 내지 23 bp, 19 내지 23 bp, 또는 20 내지 23 bp의 뉴클레오타이드일 수 있다. The guide nucleic acid may be, but is not limited to, a nucleotide of 18 to 25 bp, 18 to 24 bp, 18 to 23 bp, 19 to 23 bp, 19 to 23 bp, or 20 to 23 bp.

예를 들어, 이하의 가이드 핵산을 제공할 수 있다: For example, the following guide nucleic acids can be provided:

5'-TAGAACAAGGCTGAAGACTTCGG-3′(서열번호 1)5'-TAGAACAAGGCTGAAGACTTCGG-3' (SEQ ID NO: 1)

또한, 구현예에서, 본 발명은 상기 인위적으로 조작된 Klotho 유전자 및 이로부터 발현되는 산물 중 1이상을 포함하는, 인위적으로 조작된 세포 또는 배아를 제공할 수 있다.In addition, in an embodiment, the present invention can provide an artificially engineered cell or embryo comprising at least one of the artificially engineered Klotho gene and products expressed therefrom.

상기 세포 또는 배아는 핵산서열 내 변형이 일어난 불활성화된 Klotho 유전자를 포함하고, 이의 표현형을 가지는 개체로 발달할 수 있다.The cell or embryo contains an inactivated Klotho gene that has undergone modification in a nucleic acid sequence, and can develop into an individual having a phenotype thereof.

또한, 구현예에서, 본 발명은 Klotho 유전자를 유전적으로 조작하기 위한 조성물 및 이의 이용을 제공할 수 있다. Further, in an embodiment, the present invention can provide a composition for genetically engineering a Klotho gene and use thereof.

일 실시예에서, Klotho 유전자를 구성하는 핵산 서열 중 1 이상의 부위에 상보적인 결합을 형성할 수 있는 가이드 핵산; 및 RNA-가이드 엔도뉴클레아제 또는 이를 암호화하는 핵산을 포함하는 Klotho 유전자 조작용 조성물을 제공한다.In one embodiment, a guide nucleic acid capable of forming a complementary bond to at least one portion of the nucleic acid sequence constituting the Klotho gene; And it provides a composition for Klotho genetic engineering comprising a RNA-guided endonuclease or a nucleic acid encoding the same.

관련 구성 설명은 상기 기술한 바와 같다. The related configuration description is as described above.

구현예에서, 본 발명은 In an embodiment, the present invention

Klotho 유전자 상의 표적 게놈 유전자좌를 포함하는 세포 또는 배아에, In a cell or embryo containing a target genomic locus on the Klotho gene,

(a) 상기 표적 게놈 유전자좌 부위와 상보적으로 결합할 수 있는 가이드 RNA; 및 (a) a guide RNA capable of complementarily binding to the target genomic locus site; And

(b)RNA-가이드 엔도뉴클레아제 (RNA-Guided Endonuclease; RGEN)을 (b) RNA-guided endonuclease (RNA-Guided Endonuclease; RGEN)

접촉시키는 단계를 포함하는, Klotho 유전자의 핵산 서열이 변경된 세포 또는 배아를 제조하는 방법을 제공할 수 있다. It may provide a method for producing a cell or embryo in which the nucleic acid sequence of the Klotho gene has been altered, comprising the step of contacting.

상기 가이드 RNA 및 엔도뉴클레아제는, 각각 핵산 서열의 형태로 1 이상의 벡터에 존재하거나, 또는 가이드 핵산과 RNA-가이드 엔도뉴클레아제의 결합으로 복합체를 형성하여 존재할 수 있다.The guide RNA and endonuclease may be present in one or more vectors in the form of a nucleic acid sequence, respectively, or may be present by forming a complex by binding of a guide nucleic acid and an RNA-guide endonuclease.

상기 접촉시키는 단계는 생체 내 또는 생체 외에서 수행될 수 있다. The contacting may be performed in vivo or ex vivo.

일 구체예에서, 상기 접촉시키는 단계는 Cas9 단백질 및 가이드 RNA로 구성되는 RNP(ribonucleoprotein) 형태로 in vitro에서 돼지 세포에 도입될 수 있다.In one embodiment, the step of contacting may be introduced into pig cells in vitro in the form of a ribonucleoprotein (RNP) consisting of a Cas9 protein and a guide RNA.

접촉시키는 단계는 전기천공법 (electroporation), 리포좀, 플라스미드, 바이러스벡터, 나노파티클(nanoparticles) 및 PTD (Protein translocation domain) 융합 단백질 방법 중 선택되는 1이상의 방법으로 수행될 수 있다. The contacting may be performed by at least one method selected from electroporation, liposomes, plasmids, viral vectors, nanoparticles, and PTD (Protein translocation domain) fusion protein methods.

바이러스 벡터는 레트로바이러스, 렌티바이러스, 아데노바이러스, 아데노-연관 바이러스(AAV), 백시니아바이러스, 폭스바이러스 및 단순포진 바이러스로 구성된 군에서 선택되는 1이상일 수 있다. The viral vector may be one or more selected from the group consisting of retrovirus, lentivirus, adenovirus, adeno-associated virus (AAV), vaccinia virus, poxvirus, and herpes simplex virus.

구현예에서, 본 발명은In an embodiment, the present invention

Klotho 유전자를 넉아웃(knock-out) 시키는 질환 돼지모델 제작용 재조합 벡터로 형질전환된 세포주, 및 이를 이용한 Klotho 유전자가 넉아웃된 질환 모델용 돼지를 제공한다. 이 때, 상기 형질전환은 체세포 핵 이식 기술(somatic cell nuclear transfer, SCNT)에 의해 이루어질 수 있다. It provides a cell line transformed with a recombinant vector for making a disease pig model that knocks out a Klotho gene, and a pig for a disease model in which the Klotho gene is knocked out using the same. In this case, the transformation may be performed by somatic cell nuclear transfer (SCNT).

본 발명은 상기 Klotho 결핍 질환 모델용 돼지의 제조방법의 과정에서 수득될 수 있는 Klotho 결핍 질환 모델 제작에 필요한 형질전환 벡터, 세포 및 핵 이식란 등을 모두 포함한다. The present invention includes all of the transformation vectors, cells, and nuclear transfer embryos required for the production of a Klotho deficiency disease model that can be obtained in the process of the manufacturing method of the pig for the Klotho deficiency disease model.

즉, 본 발명은 또 다른 구체예로서, That is, the present invention is another specific example,

Klotho 유전자 특정 서열을 인식하여 절단하는 활성을 가지는 가이드 핵산 및 RNA-가이드 엔도뉴클레아제를 코딩하는 서열을 함유하는 Klotho 결핍 질환 돼지모델 제작용 재조합 벡터가 도입된, 형질전환 세포를 제공할 수 있고, It is possible to provide a transformed cell into which a recombinant vector for constructing a Klotho deficient pig model containing a sequence encoding a guide nucleic acid and RNA-guided endonuclease having an activity of recognizing and cleaving a specific sequence of the Klotho gene was introduced, and ,

상기 형질전환된 돼지 유래 세포의 핵을, 탈핵된 난자에 이식하여 형성된 돼지의 핵 이식란도 제공할 수 있다. A nuclear transfer embryo of a pig formed by transplanting the nucleus of the transformed pig-derived cell into an enucleated egg may also be provided.

구현예에서, 본 발명은 상기 방법에 의해 생산된 개체를 수득하는 방법 및 그러한 개체를 제공할 수 있다. In embodiments, the present invention can provide a method of obtaining an individual produced by the above method and such an individual.

상기 개체는 비-인간 영장류, 소, 말, 돼지, 양, 닭, 조류, 토끼, 염소, 개, 고양이 및 어류로 구성된 그룹으로부터 선택되는 1이상의 동물일 수 있다. The individual may be one or more animals selected from the group consisting of non-human primates, cattle, horses, pigs, sheep, chickens, birds, rabbits, goats, dogs, cats and fish.

또한, 본 발명은 상기 Klotho 결핍 질환 모델용 돼지의 다양한 용도를 제공한다.In addition, the present invention provides a variety of uses of the pig for the Klotho deficiency disease model.

일 예로써, 다음을 포함하는, Klotho 결핍 질환 예방 및 치료제를 스크리닝하는 방법을 제공한다:As an example, there is provided a method of screening for a Klotho deficiency disease prevention and treatment, comprising:

상기 Klotho 결핍 질환 모델용 돼지에 예방 및 치료제 후보물질을 투여하는 단계; 및Administering a candidate material for prevention and treatment to the pig for the Klotho deficiency disease model; And

후보물질 투여 후, 상기 돼지의 조직을 후보물질을 투여하지 않은 대조군과 비교하여 분석하는 단계.After administration of the candidate substance, analyzing the pig tissue compared to a control group to which the candidate substance was not administered.

이처럼, 본 발명은 생리학적으로 사람과 가장 유사한 동물인 돼지를 이용한 Klotho 결핍 질환 동물모델 및 이의 다양한 용도를 제공한다. As such, the present invention provides an animal model of Klotho deficiency disease using a pig, which is an animal most similar to a human physiologically, and various uses thereof.

본 발명의 Klotho 결핍 질환 모델용 돼지는, 인간과 유전적으로 유사하고 유전적 분석이 유용하며 정확한 질병원인과 기전을 연구하기에 유용할 뿐 아니라 독성 및 안전성 평가에도 최적 동물모델로서, Klotho 결핍 질병 기전의 규명, 치료물질의 탐색, 진단법의 개발 등에 다양하게 활용될 수 있으므로, Klotho 결핍 질환 동물 모델로서 매우 유용할 것이다. The pig for the Klotho deficiency disease model of the present invention is genetically similar to humans, is useful for genetic analysis, is useful for studying the exact cause and mechanism of the disease, as well as the optimal animal model for toxicity and safety evaluation. It will be very useful as an animal model for Klotho deficiency disease, as it can be used in various ways such as the identification of the drug, the search for therapeutic substances, and the development of diagnostic methods.

도 1은 돼지 Klotho 유전자의 엑손 3에 특이적인 sgRNA의 도식적인 표현이다. sgRNA 표적 서열은 적색으로 강조되고 protospacer 인접 모티프 (PAM)는 파란색으로 표시함.
도 2는 Cas9-sgRNA RNP로 형질 감염되지 않은 돼지 섬유아세포를 사용하여 SCNT에 의한 klotho 유전자 녹아웃 포배기 생성에 대하여, T7 endonuclease I (T7E1) assay 분석 결과이다.[T7E1 assay는 20 개의 복제 blastocyst에서 genomic DNA를 사용하여 수행됨 (M, Marker, WT, 야생형, BL, 배반포)]
도 3은 상기 도 2에 있어서, 배반포의 klotho 유전자의 엑손 3 에디팅 계획을 보여주는 다이어그램이다.
도 4는 임신 28 일째에 수혜자의 자궁(A) 및 태아(B)의 사진이다.
도 5는 Cas9-sgRNA RNP로 형질 감염된 비선택된 돼지 섬유아세포를 사용하여 SCNT에 의해 생성된 태아의 klotho 유전자의 엑손 3에 대한 에디팅 계획을 도식화한 표이다(Fetus A, absorbed fetus; Fetus L, living fetus).
도 6은 klotho monallelic knockout 태아 섬유아세포에서 노화와 세포 자멸 관련 유전자 발현를 나타낸 그래프로, (A) IGF1 신호 유전자 (IGF1 및 IGF1R), (B) FOXO1 및 항산화 유전자 (MnSOD 및 CAT), (C) Apoptosis 관련 유전자 (Bax / Bcl2 비율 및 Caspase3)에 관한 그래프이다. 데이터는 평균 ± SEM으로 표시되며, 각 범주 내에서 다른 문자로 표시된 그룹은 유의미한 차이를 보였다(P <0.05). 실험은 최소 세 번 반복되었다(WT, wild type; Fetus L2, living fetus 2 (WT/-17bp,+12bp)).
도 7은 klotho monallelic knockout과 야생형 태반 사이의 노화 관련 유전자와 klotho 단백질의 발현을 비교한 그래프로, (A) IGF1 신호 유전자 (IGF1 및 IGF1R), (B) FOXO1 및 항산화 유전자 (MnSOD 및 CAT), (C) Apoptosis 관련 유전자 (Bax / Bcl2 비율 및 Caspase3)에 관한 그래프이다. 데이터는 평균 ± SEM으로 표시되며, 각 범주 내에서 다른 문자로 표시된 그룹은 유의미한 차이를 보였다 (P <0.05). 실험은 최소 세 번 반복되었다. (D) 웨스턴 블롯 분석에 의해 검출된 klotho monallelic knockout 돼지 태반에서 klotho 단백질의 발현을 확인한 결과이다(WT, wild type; Fetus L2, living fetus 2 (WT/-17bp,+12bp)).
1 is a schematic representation of sgRNA specific to exon 3 of the porcine Klotho gene. The sgRNA target sequence is highlighted in red and the protospacer contiguous motif (PAM) is indicated in blue.
Figure 2 is a result of the analysis of the T7 endonuclease I (T7E1) assay for the generation of klotho gene knockout blastocysts by SCNT using porcine fibroblasts not transfected with Cas9-sgRNA RNP. [T7E1 assay is genomic in 20 replicated blastocysts. Performed using DNA (M, Marker, WT, wild type, BL, blastocyst)]
3 is a diagram showing an exon 3 editing scheme of the klotho gene of the blastocyst in FIG. 2.
4 is a photograph of a recipient's uterus (A) and fetus (B) on the 28th day of pregnancy.
FIG. 5 is a table schematically illustrating the editing scheme for exon 3 of the klotho gene of the fetus produced by SCNT using unselected porcine fibroblasts transfected with Cas9-sgRNA RNP (Fetus A, absorbed fetus; Fetus L, living) fetus).
6 is a graph showing the expression of senescence and apoptosis-related genes in klotho monallelic knockout fetal fibroblasts, (A) IGF1 signaling genes (IGF1 and IGF1R), (B) FOXO1 and antioxidant genes (MnSOD and CAT), (C) Apoptosis. It is a graph of related genes (Bax/Bcl2 ratio and Caspase3). Data are presented as mean±SEM, and groups marked with different letters within each category showed significant differences (P<0.05). The experiment was repeated at least three times (WT, wild type; Fetus L2, living fetus 2 (WT/-17bp, +12bp)).
7 is a graph comparing the expression of senescence-related genes and klotho proteins between klotho monallelic knockout and wild-type placenta, (A) IGF1 signaling genes (IGF1 and IGF1R), (B) FOXO1 and antioxidant genes (MnSOD and CAT), (C) It is a graph of Apoptosis-related genes (Bax/Bcl2 ratio and Caspase3). Data are presented as mean ± SEM, and groups marked with different letters within each category showed significant differences (P <0.05). The experiment was repeated at least three times. (D) The result of confirming the expression of klotho protein in the klotho monallelic knockout porcine placenta detected by western blot analysis (WT, wild type; Fetus L2, living fetus 2 (WT/-17bp, +12bp)).

정의Justice

"세포", "숙주 세포", "변형 숙주 세포" 등은 특정 대상 세포뿐만 아니라 이런 세포의 자손 또는 잠재적 자손을 의미한다. 특정 변형은 돌연변이 또는 환경 영향에 의해 후대에서 일어날 수 있기 때문에, 이런 자손은, 사실상, 부모 세포와 동일하지 않을 것이나 본 발명에 사용된 용어와 범위 내에 여전히 포함된다.“Cell”, “host cell”, “modified host cell” and the like refer to a particular target cell as well as progeny or potential progeny of such cells. Since certain modifications may occur laterally by mutation or environmental influences, such progeny, in fact, will not be identical to the parental cell, but are still included within the term and scope used herein.

핵산에 대해 적용된 용어 "변형된" 또는 "조작된"은 본 발명에서 교환적으로 사용되며, 이는 유전자를 구성하는 핵산서열 내 인위적인 변경을 가한 것을 의미한다. 상기 변경은 하나 이상의 핵산의 결실, 치환, 삽입 또는 역위 등을 포함할 수 있다. 변형된 또는 조작된 핵산 서열은 이들 핵산 또는 이의 발현 생성물의 발현 및/또는 기능적 활성의 변경, 예를 들어, 증가, 촉진, 감소 또는 소실 등의 양태로나타날 수 있다. The term "modified" or "engineered" applied to a nucleic acid is used interchangeably in the present invention, and refers to an artificial alteration in the nucleic acid sequence constituting a gene. The modification may include deletion, substitution, insertion or inversion of one or more nucleic acids. Modified or engineered nucleic acid sequences may appear in the form of altering, e.g., increasing, promoting, decreasing or disappearing the expression and/or functional activity of these nucleic acids or expression products thereof.

특히, 핵산에 대해 적용된 용어 "손상" 및 "파괴"는 본 발명에서 교환적으로 사용되어 핵산 또는 이의 발현 생성물의 발현 및/또는 기능적 활성을 감소 또는 제거하는 임의의 유전자 변형을 의미한다. 예를 들어, 유전자의 파괴는 유전자의 발현 및/또는 상응하는 유전자 생성물(예를 들어, mRNA 및/또는 단백질)의 기능적 활성을 감소 또는 제거하는 임의의 유전자 변형의 범위 내에 포함된다. 유전자 변형은 핵산(예를 들어, 유전자)의 완전 또는 부분 불활성화, 억제, 결실, 방해, 봉쇄 또는 하강 조절을 포함한다. 본 발명의 일 구체예에서는 생식 유전자의 활성 또는 생식 유전자의 발현 생성물의 수준 또는 기능적 활성을 억제하는 임의의 다른 분자의 사용을 포함하나 이에 제한되지 않는다.In particular, the terms “damage” and “destruction” as applied to a nucleic acid are used interchangeably in the present invention to mean any genetic modification that reduces or eliminates the expression and/or functional activity of a nucleic acid or its expression product. For example, disruption of a gene is included within the scope of any genetic modification that reduces or eliminates the expression of the gene and/or the functional activity of the corresponding gene product (eg, mRNA and/or protein). Genetic modification includes complete or partial inactivation, inhibition, deletion, disruption, blockade or downregulation of a nucleic acid (eg, a gene). One embodiment of the invention includes, but is not limited to, the use of any other molecule that inhibits the activity of the fertility gene or the level or functional activity of the expression product of the fertility gene.

'질환 모델 동물'이란 사람의 질병과 아주 유사한 형태의 질병을 가진 동물을 말한다. 사람의 질병 연구에 있어 질환 모델 동물이 의미를 갖는 것은 사람과 동물들 간의 생리적 또는 유전적인 유사성에 의한다. 질병 연구에 있어 생체의학 질환모델동물은 질병의 다양한 원인과 발병과정 및 진단에 대한 연구용 재료를 제공해주고, 질환모델 동물의 연구를 통해 질병에 관련된 유전자들을 알아내고, 유전자들 간의 상호작용을 이해할 수 있게 하고, 개발된 신약후보물질의 실제 효능 및 독성 검사를 통해 실용화 가능성의 여부를 판단하는 기초 자료를 얻을 수 있다.“Disease model animals” refer to animals with diseases very similar to human diseases. The significance of disease model animals in human disease research is based on the physiological or genetic similarity between humans and animals. In disease research, biomedical disease model animals provide materials for research on various causes, pathogenesis and diagnosis of diseases, and through the study of disease model animals, genes related to diseases can be identified, and interactions between genes can be understood. It is possible to obtain basic data to determine the possibility of practical use through the actual efficacy and toxicity test of the developed new drug candidate.

'동물' 또는 '실험동물'은 인간 이외의 임의의 포유류 동물을 의미한다. 상기 동물은 배아, 태아, 신생아 및 성인을 포함하는 모든 연령의 동물을 포함한다. 본 발명에서 사용하기 위한 동물들은, 예를 들어, 상업용 소스로부터 이용할 수 있다. 이런 동물들은 실험용 동물 또는 다른 동물, 토끼, 설치류(예를 들어, 생쥐, 쥐, 햄스터, 게르빌루스 및 기니피그), 소,양, 돼지, 염소, 말, 개, 고양이, 새(예를 들어, 닭, 칠면조, 오리, 거위), 영장류(예를 들어, 침팬지, 원숭이, 붉은털원숭이)를 포함하나 이에 한정되지 않는다. 가장 바람직한 동물은 돼지이다.“Animal” or “experimental animal” means any mammalian animal other than humans. The animal includes animals of all ages, including embryos, fetuses, newborns and adults. Animals for use in the present invention are available, for example, from commercial sources. These animals are laboratory animals or other animals, rabbits, rodents (e.g. mice, rats, hamsters, gerbils and guinea pigs), cattle, sheep, pigs, goats, horses, dogs, cats, birds (e.g., Chickens, turkeys, ducks, geese), primates (eg, chimpanzees, monkeys, rhesus monkeys). The most preferred animal is a pig.

'녹아웃(knock-out)'은 표적 유전자의 기능 저하를 가져다 주는 유전자 서열 상의 변형을 의미하는데, 바람직하게는 이로써 표적 유전자 발현이 탐지 가능하지 않거나 무의미하다. 본 발명에서 Klotho 유전자의 녹아웃은 Klotho 유전자의 기능이 실질적으로 저하되어 발현이 탐지될 수 없거나 또는 무의미한 수준으로만 존재하는 것을 의미한다. 녹아웃 형질전환체는 Klotho 유전자의 이형 접합성 녹아웃 또는 Klotho 유전자의 동형 접합성 녹아웃을 갖는 형질전환성 동물일 수 있다. 녹아웃에는 예를 들어, 표적 유전자 변형을 증진시키는 물질에 해당동물을 노출시키거나, 표적 유전자 부위에서 재조합을 증진시키는 효소를 도입시키거나 또는 출생 후에 표적 유전자 변형을 지시하는 기타 방법시, 표적 유전자의 변형이 일어날 수 있는 조건적 녹아웃이 또한 포함된다.'Knock-out' refers to a modification on the gene sequence that results in the deterioration of the function of the target gene, preferably whereby the expression of the target gene is not detectable or meaningless. In the present invention, the knockout of the Klotho gene means that the function of the Klotho gene is substantially degraded and expression cannot be detected or exists only at an insignificant level. The knockout transformant may be a transgenic animal having a heterozygous knockout of the Klotho gene or a homozygous knockout of the Klotho gene. Knockout includes, for example, exposing the animal to a substance that promotes target gene modification, introducing an enzyme that promotes recombination at a target gene site, or other methods of directing target gene modification after birth, of a target gene. Conditional knockouts in which deformation can occur are also included.

'표적 유전자'는, 구체적으로 달리 명시되지 않는 한, 세포 내 폴리펩티드를 인코딩하는 핵산을 가리킨다. "표적 서열"은, 구체적으로 달리 명시되지 않는 한, 표적 유전자의 일부분, 예를 들어, 표적 유전자의 하나 이상의 엑손 서열, 표적 유전자의 인트론 서열 또는 조절 서열, 또는 표적 유전자의 엑손 및 인트론 서열, 인트론 및 조절 서열, 엑손 및 조절 서열, 또는 엑손, 인트론 및 조절 서열의 조합을 가리킨다.'Target gene' refers to a nucleic acid encoding a polypeptide in a cell, unless specifically indicated otherwise. “Target sequence” means a portion of a target gene, eg, one or more exon sequences of the target gene, intron sequences or regulatory sequences of the target gene, or exon and intron sequences of the target gene, introns, unless specifically indicated otherwise. And regulatory sequences, exons and regulatory sequences, or combinations of exons, introns and regulatory sequences.

'서열-특이적 엔도뉴클레아제' 또는 '서열-특이적 뉴클레아제'는, 구체적으로 달리 명시되지 않는 한, 특정 뉴클레오티드 서열에서 폴리뉴클레오티드, 예컨대, 표적 유전자를 인식하고 결합하여, 상기 폴리뉴클레오티드에서의 단일- 또는 이중-가닥 파손을 촉매하는 단백질을 가리킨다.'Sequence-specific endonuclease' or'sequence-specific nuclease', unless specifically specified otherwise, recognizes and binds a polynucleotide, such as a target gene, in a specific nucleotide sequence, and the polynucleotide Refers to a protein that catalyzes single- or double-strand breaks in.

"벡터"는 핵산 서열이 그 내부로 삽입되거나 복제될 수 있는, 예를 들어 플라스미드, 박테리오파지, 식물 바이러스로부터 유래된 핵산 분자, 적절하게는 DNA 분자를 의미한다. 벡터는 통상적으로 하나 이상의 독특한 제한 부위(restriction site)를 함유하고, 표적 세포 또는 조직 또는 그의 자손 세포(progenitor cell) 또는 조직을 포함하는 정의된 숙주 세포에서 자율적으로 복제할 수 있거나, 또는 복제된 서열이 재생가능하도록 정의된 숙주의 게놈에 통합될 수 있다."Vector" means a nucleic acid molecule, suitably a DNA molecule, derived from, for example, a plasmid, bacteriophage, plant virus, into which a nucleic acid sequence can be inserted or replicated therein. Vectors typically contain one or more unique restriction sites and are capable of autonomously replicating in a target cell or tissue or a defined host cell, including its progenitor cell or tissue, or a sequence that has been replicated. It can be integrated into the genome of a host defined to be reproducible.

"야생형"은 자연적으로 발생하는 서열로부터 분리될 때 그 유전자 또는 유전자 생성물의 특징을 가지는 유전자 또는 유전자 생성물을 의미한다. 야생형 유전자는 집단에서 가장 빈번하게 관찰되며, 따라서 임의적으로 유전자의 "정상" 또는 "야생형" 형태를 나타내는 것이다."Wild type" means a gene or gene product that has the characteristics of that gene or gene product when separated from a naturally occurring sequence. Wild-type genes are most frequently observed in the population, and thus are those that optionally represent a "normal" or "wild-type" form of the gene.

"변형된", "변형체" 또는 "돌연변이체"는 야생형 유전자 또는 유전자 생성물과 비교할 때 서열 및/또는 기능적 특성에 변형을 나타내는 유전자 또는 유전자 생성물을 의미한다."Modified", "modified" or "mutant" means a gene or gene product that exhibits a modification in sequence and/or functional properties when compared to a wild-type gene or gene product.

"단백질", "폴리펩티드", 및 "펩티드"는 암호화 및 비암호화된 아미노산, 및 화학적으로 또는 생화학적으로 변형되거나 유도체화된 아미노산을 비롯하여, 임의의 길이의 아미노산의 폴리머 형태를 포함한다. 상기 용어는 또한 변형된 폴리머, 예컨대 변형된 펩티드 골격을 갖는 폴리펩티드를 포함한다. 이들 용어는 상호 교환적으로 사용될 수 있다. “Protein,” “polypeptide,” and “peptide” include polymeric forms of amino acids of any length, including encoded and unencoded amino acids, and chemically or biochemically modified or derivatized amino acids. The term also includes modified polymers, such as polypeptides having a modified peptide backbone. These terms can be used interchangeably.

"핵산" 및 "폴리뉴클레오티드"는 리보뉴클레오티드, 데옥시리보뉴클레오티드, 또는 이들의 유사체 또는 변형된 형태를 비롯한 임의의 길이의 뉴클레오티드의 폴리머 형태를 포함한다. 이들은 단일 가닥, 이중 가닥, 및 다중 가닥 DNA 또는 RNA, 게놈 DNA, cDNA, DNA-RNA 하이브리드, 및 푸린 염기, 피리미딘 염기, 또는 다른 천연, 화학적으로 변형된, 생화학적으로 변형된, 비천연, 또는 유도체화된 뉴클레오티드 염기를 포함하는 폴리머를 포함한다. 편의상, 핵산 크기는 핵산이 이중 가닥 형태이든지 단일 가닥 형태이든지 간에 bp로 나타낼 수 있다.“Nucleic acid” and “polynucleotide” include polymeric forms of nucleotides of any length, including ribonucleotides, deoxyribonucleotides, or analogs or modified forms thereof. These are single-stranded, double-stranded, and multi-stranded DNA or RNA, genomic DNA, cDNA, DNA-RNA hybrids, and purine bases, pyrimidine bases, or other natural, chemically modified, biochemically modified, unnatural, Or a polymer comprising a derivatized nucleotide base. For convenience, nucleic acid size can be expressed in bp whether the nucleic acid is in double stranded or single stranded form.

핵산의 "상보성"은 하나의 핵산 가닥의 뉴클레오티드 서열이 이의 핵산 염기 그룹의 배향으로 인해, 대향하는 핵산 가닥 상의 다른 서열과 수소 결합을 형성한다는 것을 의미한다. DNA의 상보적 염기는 전형적으로 A와 T, C와 G이다. RNA에서, 이들은 전형적으로 C와 G, U와 A이다."Complementary" of a nucleic acid means that the nucleotide sequence of one nucleic acid strand forms a hydrogen bond with another sequence on the opposite nucleic acid strand due to the orientation of its nucleic acid base group. The complementary bases of DNA are typically A and T, C and G. In RNA, these are typically C and G, U and A.

혼성화는 염기 간의 미스매치(mismatch)가 가능하더라도, 두 핵산이 상보적 서열을 포함하는 것을 요한다. 두 핵산 간의 혼성화에 적합한 조건은 당업계에 주지된 변수인 핵산 길이 및 상보성 정도에 따라 다르다.Hybridization requires that two nucleic acids contain complementary sequences, even if mismatches between bases are possible. Suitable conditions for hybridization between two nucleic acids depend on the length of the nucleic acid and the degree of complementarity, which are variables well known in the art.

'핵 이식'은 탈핵된 난자에 다른 세포 또는 핵을 인공적으로 결합시켜 동일한 형질을 갖도록 하는 유전자 조작기술을 말한다.'핵 이식란'은 핵 공여 세포가 도입 또는 융합된 난자를 말한다. 'Nuclear transplantation' refers to a genetic engineering technology that artificially binds another cell or nucleus to an enucleated egg to have the same traits.'Nuclear transplantation' refers to an egg into which a nuclear donor cell has been introduced or fused.

'핵 공여 세포'는 핵 수용체인 수핵 난자로 핵을 전달하는 세포 또는 세포의 핵을 말한다. '난자'는 바람직하게는 제2차 감수분열 중기까지 도달한 성숙난자를 말한다. 본 발명에서 상기 핵 공여 세포로는 돼지의 체세포 또는 줄기세포를 사용할 수 있다.A'nuclear donor cell' refers to a cell or nucleus of a cell that transfers the nucleus to a nuclear receptor, a recipient egg. "Ovum" preferably refers to a mature egg that has reached the middle of the second meiosis. In the present invention, as the nuclear donor cells, somatic cells or stem cells of pigs may be used.

'체세포(somatic cell)'란, 다세포 생물을 구성하는 세포 중 생식 세포 이외의 세포이며, 어떤 목적으로 특화하여 그 이외의 세포는 되지 않는 분화된 세포와, 몇종류인가의 다른 기능을 갖는 세포로 분화되는 능력을 갖는 세포를 포함한다.A'somatic cell' is a cell other than a germ cell among cells constituting a multicellular organism, and is a differentiated cell that specializes for a certain purpose and does not become a cell other than that, and a cell that has several types of different functions. It includes cells that have the ability to differentiate.

'줄기세포(stem cell)'는 어떤 조직으로든 발달할 수 있는 세포를 의미한다. 기본적인 특징으로는 두 가지가 있는데, 우선 반복 분열하여 자신을 만들어 내는 자기 재생산(self-renewal), 그리고 환경에 따라 특정한 기능을 지닌 세포로 분화할 수 있는 다분화 능력을 갖는다. 'Stem cell' refers to a cell that can develop into any tissue. There are two basic characteristics. First, it has the ability to differentiate into cells with specific functions according to the environment, self-renewal, which creates itself through repeated division.

'산자(living offspring)'는 자궁 밖에서 생존할 수 있는 동물을 말한다. 바람직하게는, 1초, 1분, 한 시간, 하루, 한 주, 한달, 6달 또는 일년 이상 생존할 수 있는 동물을 말한다. 상기 동물은 생존을 위해 자궁 내 환경을 필요로 하지 않는다.'Living offspring' refers to an animal that can survive outside the womb. Preferably, it refers to an animal that can survive for one second, one minute, one hour, one day, one week, one month, six months or more than one year. These animals do not require an intrauterine environment to survive.

'약'이라는 것은 참조 양, 수준, 값, 수, 빈도, 퍼센트, 치수, 크기, 양, 중량 또는 길이에 대해 30, 25, 20, 25, 10, 9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2 또는 1% 정도로 변하는 양, 수준, 값, 수, 빈도, 퍼센트, 치수, 크기, 양, 중량 또는 길이를 의미한다.'About' means 30, 25, 20, 25, 10, 9, 8, 7, 6, 5, 4 for a reference amount, level, value, number, frequency, percentage, dimension, size, amount, weight or length. , Means an amount, level, value, number, frequency, percentage, dimension, size, amount, weight or length varying by 3, 2 or 1%.

본 명세서를 통해, 문맥에서 달리 필요하지 않으면, "함유하다" 및 "포함하다"란 말은 제시된 단계 또는 원소, 또는 단계 또는 원소들의 군을 포함하나, 임의의 다른 단계 또는 원소, 또는 단계 또는 원소들의 군이 배제되지는 않음을 내포하는 것으로 이해하여야 한다.Throughout this specification, unless the context requires otherwise, the terms "include" and "comprise" include the steps or elements presented, or groups of steps or elements, but any other step or element, or step or element It is to be understood as implying that the group of people is not excluded.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.

본 발명은 Klotho 결핍 질환 동물모델에 관한 것이다. The present invention relates to an animal model of Klotho deficiency disease.

보다 구체적으로, Klotho의 핵산서열을 인위적으로 변형시키는 방법 및 이의 이용한, Klotho 결핍 질환 동물모델에 관한 것이다.More specifically, it relates to a method of artificially modifying the nucleic acid sequence of Klotho and its use, to an animal model of Klotho deficiency disease.

[Klotho 결핍 돼지 모델][Klotho deficient pig model]

모델 동물로서의 돼지는 기존의 설치류 모델에 비해 생존 기간이 길며, 인간과 유사한 생체 메카니즘을 지니고 있다고 알려져있어 기존의 한계성을 극복 가능할 차세대 질환모델 동물 종으로서 각광받고 있다. Pigs as a model animal have a longer survival period compared to existing rodent models, and are known to have a biomechanism similar to that of humans, so they are in the spotlight as a next-generation disease model animal species that can overcome existing limitations.

따라서 본 발명자들은 대동물인 돼지를 이용하여 설치류 모델을 뛰어넘는 질환 모델의 생산, 행동을 통해 Klotho 결핍 질환의 유발을 확인함으로써, 보다 신뢰성있는 Klotho 결핍 질환 동물 모델을 개발하고 이를 활용하고자 하였다. Therefore, the present inventors have tried to develop and utilize a more reliable Klotho deficiency disease animal model by confirming the induction of Klotho deficiency disease through the production and behavior of a disease model that exceeds the rodent model using a large animal pig.

Klotho 결핍 질환 동물 모델은, klotho 유전자 발현의 결함으로 인해 인간 조기 노화 증후군과 유사한 여러 노화와 같은 표현형을 나타낸다. 성장 지연, 불임, 동맥 경화, 골다공증 및 조기 사망과 같은 여러 노화와 같은 표현형을 나타낸다. The Klotho deficiency disease animal model exhibits several aging-like phenotypes similar to human early aging syndrome due to defects in klotho gene expression. It exhibits several aging-like phenotypes such as growth retardation, infertility, atherosclerosis, osteoporosis and premature death.

Klotho의 단일염기 다형성은 수명단축, 골다공증, 뇌졸중 및 관상동맥질환과 연관되어 있음이 보고된 바 있다(Arking et al., 2002, Kawano et al., 2002; Mullin et al., 2005, Ogata et al., 2002; Yamada et al., 2005). 또한, Klotho 단백질 수치가 높으면 뇌세포 수명이 연장되고 심장질환 등 관련 질환의 발병을 감소시키며 주의력, 기억력, 인지력 등 인식 능력을 강화시켜 주고, 이 단백질이 부족하면 노화 과정이 촉진되는 것으로 나타났다. 그러므로, Klotho 결핍 질환은 예를 들어, 동맥경화, 골다공증, 뇌졸중 또는 알츠하이머 등일 수 있다.Klotho's monobasic polymorphism has been reported to be associated with shortened lifespan, osteoporosis, stroke and coronary artery disease (Arking et al., 2002, Kawano et al., 2002; Mullin et al., 2005, Ogata et al. ., 2002; Yamada et al., 2005). In addition, high levels of Klotho protein prolong brain cell lifespan, reduce the incidence of related diseases such as heart disease, and enhance cognitive abilities such as attention, memory, and cognition, and lack of this protein has been shown to promote the aging process. Therefore, the Klotho deficiency disease may be, for example, arteriosclerosis, osteoporosis, stroke or Alzheimer's.

본 발명은 일 관점에서, Klotho 유전자를 넉아웃 시킨 유전자 변형 동물모델, 바람직하게는 Klotho 결핍 질환의 돼지 모델에 관한 것이다. 본 발명의 일 구현예는 Klotho 유전자의 조작 및 변형에 관한 것이다In one aspect, the present invention relates to a genetically modified animal model in which Klotho gene is knocked out, preferably a pig model of Klotho deficiency disease. One embodiment of the present invention relates to the manipulation and modification of Klotho gene

즉, 유전적으로 변형된 동물, 그 중에서도 Klotho 유전자를 넉아웃 시킨 재조합 돼지에 관한 것이다. In other words, it relates to a genetically modified animal, particularly a recombinant pig that knocked out the Klotho gene.

돼지는 해부학적으로 장기의 크기가 인간과 비슷하여 이종 장기모델로서 적합할 뿐만 아니라 생리, 유전학적으로도 인간과 유사한 점이 아주 많다. 또한 높은 번식능력을 가지고 있으므로 생산 및 치료용 생물 신소재 개발에 있어서도 적합할 뿐만 아니라 독성 및 안전성 평가에 좋은 동물모델이라 할 수 있다.Pigs are anatomically similar in size to humans, making them not only suitable as a heterogeneous organ model, but also have many physiological and genetic similarities with humans. In addition, since it has high reproductive capacity, it is not only suitable for the development of new biological materials for production and treatment, but it is also a good animal model for toxicity and safety evaluation.

본 발명에서 사용되는 돼지는 당업자가 적절히 선택하여 사용할 수 있는, 공지된 임의의 종류를 사용할 수 있다.Pigs used in the present invention can be used any known type that can be appropriately selected and used by those skilled in the art.

돼지(학명 :SusscrofPDomestica)는 수아강, 진수하강, 맹수유제구 측추상목구, 우제목(소,염소를 포함), 멧돼지과에 속하며, 염색체 수는 2n=38이다. 본래 돼지는 육용 가축으로 육성된 잡식동물이나, 생리 해부학적 소견이 사람과 유사한 점과 근년 동물복지에 대한 높은 관심과 함께 실험동물로서도 크게 주목받고 있다. 돼지는 생리 해부학적으로서도 크게 주목받고 있다. 돼지는 생리 해부학적으로 많은 점에 있어 사람과 유사하므로 연구 전반에 넓게 이용되고 있다. Pigs (scientific name: SusscrofPDomestica) belong to the Suagang, Jinsuhagang, beast-fighting branch, side-abstract tree, right-headed tree (including cattle and goats), and boar family, and the number of chromosomes is 2n=38. Originally, pigs are omnivores raised as livestock for meat, but they are attracting great attention as experimental animals along with their physiological and anatomical findings similar to those of humans and high interest in animal welfare in recent years. Pigs are also attracting great attention in terms of physiological anatomy. Pigs are physiologically and anatomically similar to humans in many respects, so they are widely used throughout research.

일 구체예에서, 성숙시의 최대 체중이 사람에 가까운 60-70kg의 미니돼지(대표예:피트만,무어)를 사용하거나, 실험에 사용하기 더 쉬운 소형돈(성체중: 30-40kg) 괴팅겐계, 근교계 미니돼지(NIH계), 유카탄계 미니돼지, 마이크로 돼지 등을 사용할 수도 있다. In one embodiment, the maximum weight at maturity is 60-70 kg of mini pigs close to humans (e.g. Peteman, Moore), or small pigs that are easier to use in experiments (adult weight: 30-40 kg) Göttingen It is also possible to use mini-pigs (NIH-based), Yucatan-based mini-pigs, and micro-pigs.

[Klotho 유전자 조작 또는 변형][Klotho genetic manipulation or modification]

본 발명의 Klotho 결핍 질환 돼지 모델은 Klotho 단백질 발현이 불활성화된 돼지일 수 있다.The Klotho deficiency disease pig model of the present invention may be a pig in which Klotho protein expression is inactivated.

본 발명의 구현예들은 Klotho 유전자를 유전적으로 조작(engineering)하는 것을 포함한다. Klotho 유전자를 발현될 수 없도록 변경시킴으로써 일어날 수 있거나, 유전자의 전사 또는 해독을 억제할 인자들을 유전적으로 발현함으로써 일어날 수 있다.Embodiments of the present invention include genetically engineering the Klotho gene. It can be caused by altering the Klotho gene so that it cannot be expressed, or it can occur by genetically expressing factors that will inhibit the transcription or translation of the gene.

구체적인 실시 형태에서, Klotho 단백질의 농도 및/또는 활성은 Klotho 단백질의 레벨 및/또는 활성을 저하시키기 위한 변형이 유도되지 않은 대조군 세포에 비해, 적어도 1%, 5%, 10%, 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70%, 80% 또는 90% 저하된다.In a specific embodiment, the concentration and/or activity of Klotho protein is at least 1%, 5%, 10%, 20%, 30 compared to control cells in which modifications to lower the level and/or activity of Klotho protein are not induced. %, 40%, 50%, 60%, 70%, 80% or 90% decrease.

Klotho는 KL 유전자에 의해 생성되는 효소로서, 상기 유전자는 β-글루쿠로니다아제와 관련된 I형 막 단백질을 생성한다. 사람의 klotho 유전자는 13번 염색체의 33.59-33.64 Mb에 위치하고, 예컨대, NM_004795의 mRNA 서열을 갖는 것이다. 또한, NP_004786의 단백질 서열을 갖는 것이다Klotho is an enzyme produced by the KL gene, which produces a type I membrane protein related to β-glucuronidase. The human klotho gene is located at 33.59-33.64 Mb of chromosome 13, and has an mRNA sequence of, for example, NM_004795. In addition, it has the protein sequence of NP_004786.

임의의 구체예에서, Klotho 유전자를 넉아웃하도록 형질전환시켜 사용할 수 있다. In certain embodiments, it can be used by transforming the Klotho gene to knockout.

상기 Klotho을 암호화하는 각 핵산은 당업계에 공지된 Klotho를 암호화하는 염기서열을 가지는 것이라면 제한 없이 사용될 수 있다. Each nucleic acid encoding Klotho may be used without limitation as long as it has a base sequence encoding Klotho known in the art.

상기 Klotho을 암호화하는 핵산은 당업계에 공지된 유전자 재조합 방법에 의하여 제조될 수 있다. 예컨대, 게놈으로부터 핵산을 증폭시키기 위한 PCR 증폭, 화학적 합성법 또는 cDNA 서열을 제조하는 기술 등이 있다.The nucleic acid encoding Klotho can be prepared by genetic recombination methods known in the art. For example, there are PCR amplification for amplifying nucleic acids from the genome, chemical synthesis, or techniques for producing cDNA sequences.

또한 상기 핵산은 Klotho의 각 기능적 동등물을 암호화하는 염기서열을 가질 수 있다. In addition, the nucleic acid may have a nucleotide sequence encoding each functional equivalent of Klotho.

상기 기능적 동등물이란, 아미노산의 부가, 치환 또는 결실의 결과, 서열번호 1,2,3으로 표시되는 아미노산 서열과 적어도 70%, 바람직하게는 80%,보다 바람직하게는 90% 이상의 서열 상동성을 갖는 것으로서 본 발명의 본 발명의 SNCA와 실질적으로 동등한 생리활성을 나타내는 폴리펩티드를 말한다. The functional equivalent is at least 70%, preferably 80%, more preferably 90% or more sequence homology with the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 1,2,3 as a result of addition, substitution or deletion of amino acids. It refers to a polypeptide having a physiological activity substantially equivalent to that of the SNCA of the present invention.

이 때, 아미노산의 결실 또는 치환은 바람직하게는 본 발명의 폴리펩티드의 생리활성에 직접적으로 관련되지 않은 영역에 위치해있다. At this time, the amino acid deletion or substitution is preferably located in a region not directly related to the physiological activity of the polypeptide of the present invention.

공지의 임의의 방법을 이용하여 Klotho 유전자를 넉아웃할 수 있고, 예를 들어, RNA-가이드 엔도뉴클레아제 (RNA-Guided Endonuclease; RGEN)를 이용할 수 있다. Klotho gene can be knocked out using any known method, for example, RNA-Guided Endonuclease (RGEN) can be used.

다른 구체예에서, Klotho 유전자의 조작은 불활성화시키기 위해 세포 또는 배아에 적용될 수 있다. In other embodiments, manipulation of the Klotho gene can be applied to cells or embryos to inactivate.

일 실시예에서, 세포 또는 배아의 염색체 표적부위에 특이적으로 결합하여, 이중가닥 DNA 파괴를 일으켜서 유전자를 방해하여 생식세포 형성과정을 선택적으로 방해하는 제제를 포함하는 시험관내 세포 또는 배아이며, 상기 제제는 표적화 엔도뉴클레아제 및 재조합효소 융합 단백질로 구성된 그룹으로부터 선택될 수 있다.In one embodiment, it is an in vitro cell or embryo comprising an agent that specifically binds to a target site of a chromosome of the cell or embryo, causing double-stranded DNA destruction, thereby interfering with the gene to selectively interfere with the process of formation of germ cells, the The agent may be selected from the group consisting of a targeting endonuclease and a recombinase fusion protein.

다른 구체예에서, Klotho 유전자의 조작은 In another embodiment, the manipulation of the Klotho gene is

예를 들어, Klotho 유전자의 표적화된 변화 또는 다른 원하는 폴리뉴클레오티드의 표적화된 변화를 비롯한 대상으로 하는 폴리뉴클레오티드의 표적화된 변화를 포함할 수 있다.For example, it may include targeted changes in the Klotho gene or targeted changes in the polynucleotide of interest, including targeted changes in other desired polynucleotides.

이러한 표적화된 변형은 하나 이상의 뉴클레오티드의 부가, 하나 이상의 뉴클레오티드의 결실, 하나 이상의 뉴클레오티드의 치환, 대상으로 하는 폴리뉴클레오티드 또는 이의 부분의 녹아웃, 대상으로 하는 폴리뉴클레오티드 또는 이의 부분의 녹인, 내인성 핵산 서열의 이종 핵산 서열로의 치환, 또는 그 조합을 포함하나 이에 한정되지 않는다. 구체적인 실시 형태에서, 적어도 1, 2, 3, 4, 5, 7, 8, 9, 10개 또는 그 이상의 뉴클레오티드가 변화되어 표적화된 게놈 변형을 형성한다Such targeted modifications include addition of one or more nucleotides, deletion of one or more nucleotides, substitution of one or more nucleotides, knockout of a polynucleotide of interest or a portion thereof, knockout of a polynucleotide or portion thereof of interest, a heterologous endogenous nucleic acid sequence. Including, but not limited to, substitution with a nucleic acid sequence, or a combination thereof. In a specific embodiment, at least 1, 2, 3, 4, 5, 7, 8, 9, 10 or more nucleotides are changed to form a targeted genomic modification.

예시적 예에서, 표적 서열은 생식 유전자의 뉴클레오티드 서열에 적어도 60, 61, 62, 63, 64, 65, 66, 67, 68, 69, 70, 71, 72, 73, 74, 75, 76, 77, 78, 79, 80, 81, 82, 83, 84, 85, 86, 87, 88, 89, 90, 91, 92, 93, 94, 95, 96, 97, 98, 99% 상동성을 나타낸다.In illustrative examples, the target sequence is at least 60, 61, 62, 63, 64, 65, 66, 67, 68, 69, 70, 71, 72, 73, 74, 75, 76, 77 in the nucleotide sequence of the germ gene. , 78, 79, 80, 81, 82, 83, 84, 85, 86, 87, 88, 89, 90, 91, 92, 93, 94, 95, 96, 97, 98, 99% homology.

[유전적 조작 방법][Genetic manipulation method]

본 발명의 Klotho 유전자 조작은 유전자 발현 조절 과정을 고려하여 이루어질 수 있다.Klotho gene manipulation of the present invention can be performed in consideration of the gene expression control process.

구현예에서, 전사조절, RNA 가공 조절, RNA 수송 조절, RNA 분해 조절, 번역 조절 또는 단백질 변형 조절 단계에서 각 단계에 적합한 조작수단을 선택하여 이루어질 수 있다. In an embodiment, it may be achieved by selecting an appropriate operating means for each step in the steps of transcriptional regulation, RNA processing regulation, RNA transport regulation, RNA degradation regulation, translation regulation, or protein modification regulation.

구현예에서, RNAi (RNA 간섭 or RNA silencing)을 이용하여, small RNA(sRNAs)가 mRNA를 방해하거나 안정성을 저하시키며, 경우에 따라서는 파괴하여 단백질 합성정보가 중간에서 전달되지 못하게 함으로써 유전정보의 발현을 제어할 수 있다. 예시적 예에서, 발현 생성물은 생식 유전자의 뉴클레오티드 서열에 상응하는 표적 지역을 포함하며 생식 유전자의 발현을 약화 또는 파괴하는 RNA 분자(예를들어, siRNA, shRNA, miRNA, dsRNA 등)이다.In an embodiment, using RNAi (RNA interference or RNA silencing), small RNAs (sRNAs) interfere with or reduce the stability of mRNA, and in some cases, destroy the protein synthesis information to prevent transmission of the genetic information. Expression can be controlled. In an illustrative example, the expression product is an RNA molecule (e.g., siRNA, shRNA, miRNA, dsRNA, etc.) that contains a target region corresponding to the nucleotide sequence of the fertility gene and weakens or destroys the expression of the fertility gene.

구현예에서, DNA 또는 RNA 분자, 바람직하게는 DNA 분자 내 핵산들 사이의 결합들(bonds)의 가수분해(절단(cleavage))을 촉매화할 수 있는 야생형 또는 변종(variant) 효소를 이용할 수 있다. In an embodiment, wild-type or variant enzymes capable of catalyzing the hydrolysis (cleavage) of bonds between DNA or RNA molecules, preferably nucleic acids in DNA molecules, can be used.

임의의 구체예로서, 메가뉴클레아제(meganuclease); 징크핑거(Zinc finger) 뉴클레아제; TALE-뉴클레아제; RNA-가이드 엔도뉴클레아제 (RNA-Guided Endonuclease; RGEN), 예를 들어, CRISPR/Cas9 (Cas9 단백질), CRISPR-Cpf1(Cpf1 단백질) 등으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 뉴클레아제를 이용하여 유전자를 조작하여 유전정보의 발현을 제어할 수 있다.In certain embodiments, meganucleases; Zinc finger nuclease; TALE-nuclease; RNA-guided endonuclease (RNA-Guided Endonuclease; RGEN), for example, CRISPR/Cas9 (Cas9 protein), CRISPR-Cpf1 (Cpf1 protein), etc. Gene using one or more nucleases selected from the group consisting of You can control the expression of genetic information by manipulating.

일 양태에서, Klotho 유전자의 비 암호 또는 암호 영역의 일부 또는 전부를 타겟팅하여 유전자 조작하는 조성물 및 방법을 제공할 수 있다. In one aspect, a composition and method for genetic engineering by targeting some or all of the non-coding or coding region of the Klotho gene can be provided.

상기 조성물 및 방법은The composition and method

구현예에서, 목적하는 Klotho 불활성화를 위해, 이에 관여하는 Klotho 유전자 핵산 서열 중 일부를 조작하거나 변형시킬 수 있다. 조작 결과로서, 넉다운(knock down), 넉아웃(knock out), 넉인(knock in) 형태를 모두 포함한다. In embodiments, for the desired Klotho inactivation, some of the Klotho gene nucleic acid sequences involved therein may be manipulated or modified. As a result of the manipulation, it includes all types of knock down, knock out, and knock in.

구현예에서, 프로모터 영역, 또는 전사 서열, 예를 들어 인트론 또는 엑손 서열을 타겟으로 할 수 있다. 암호 서열, 예를 들어 암호 영역, 초기 암호 영역은 발현의 변경 및 넉아웃을 위해 표적화될 수 있다.In an embodiment, a promoter region, or a transcription sequence, such as an intron or exon sequence may be targeted. Coding sequences, such as coding regions, initial coding regions, can be targeted for alteration of expression and knockout.

구현예에서, 핵산 변형은 하나 이상의 뉴클레오타이드, 예컨대, 1 내지 30bp, 1 내지 27bp, 1 내지 25bp, 1 내지 23bp, 1 내지 20bp, 1 내지 15bp, 1 내지 10bp, 1 내지 5bp, 1 내지 3bp, 또는 1bp의 뉴클레오타이드의 치환, 결실, 및/또는 삽입일 수 있다.In an embodiment, the nucleic acid modification is one or more nucleotides, such as 1 to 30 bp, 1 to 27 bp, 1 to 25 bp, 1 to 23 bp, 1 to 20 bp, 1 to 15 bp, 1 to 10 bp, 1 to 5 bp, 1 to 3 bp, or It may be a substitution, deletion, and/or insertion of a 1 bp nucleotide.

구현예에서, Klotho 유전자 중 하나 이상 영역에서의 결실 또는 돌연변이를 포함하도록 표적화될 수 있다.In embodiments, it can be targeted to include deletions or mutations in one or more regions of the Klotho gene.

구현예에서, 유전자 넉다운은 원치않는 Klotho 유전자의 전사 부위가 표적화될 수 있다. 이 때, 엑손 영역을 표적화할 수 있다.In embodiments, gene knockdown may target unwanted transcription sites of the Klotho gene. At this time, the exon region can be targeted.

구현예에서, 프로모터, 인핸서, 인트론, 3'UTR, 및/또는 폴리아데닐화 신호의 비 암호 서열을 표적화함으로써 Klotho 유전자의 발현 또는 활성을 변경하기 위해 사용될 수 있다.In an embodiment, it can be used to alter the expression or activity of a Klotho gene by targeting a promoter, enhancer, intron, 3'UTR, and/or non-coding sequence of a polyadenylation signal.

상기 유전자 변형은 유전자의 전부 또는 일부 (예컨대, 하나 이상의 뉴클레오타이드)의 결실, 치환, 및/또는 하나 이상의 뉴클레오타이드의 삽입에 의한 유전자의 활성 조절, 예컨대, 불활성화를 의미하는 것일 수 있다. 상기 유전자 불활성화는 유전자의 발현 억제 또는 발현 감소 (downregulation) 또는 본래의 기능을 상실한 단백질을 코딩하도록 변형된 것을 의미한다. 또한 유전자 조절은 타겟 유전자의 하나 이상의 Exon을 둘러싸고 있는 양쪽 intron 부위를 동시에targeting함으로 인한 Exon 부위의 결실로 인해 얻어지는 단백질의 구조 변형, Dominant negative 형태의 단백질 발현, soluble 형태로 분비되는 경쟁적 저해제발현 등의 결과에 의한 유전자의 기능 변화를 의미하는 것일 수 있다The genetic modification may mean all or part of a gene (eg, one or more nucleotides) deletion, substitution, and/or regulation of the activity of a gene, such as inactivation, by insertion of one or more nucleotides. The gene inactivation refers to a modification to encode a protein that has lost its original function or suppressed or reduced expression of a gene. In addition, gene regulation includes structural modification of proteins obtained by deletion of exon sites by simultaneously targeting both intron sites surrounding one or more exons of target genes, expression of dominant negative proteins, and expression of competitive inhibitors secreted in soluble form. May mean a change in the function of a gene as a result

상기 유전자 변형은 유전자를 불활성화시킴으로써 이 유전자로부터 코딩되는 단백질이 본래의 기능을 갖는 단백질 형태로 발현되지 않도록 하는 것일 수 있다The genetic modification may be to inactivate the gene so that the protein encoded from the gene is not expressed in the form of a protein having an original function.

일 예에서, 상기 유전자 변형은 절단 엔도뉴클레아제를 포함하는 유전체 교정 시스템에 의하여 타겟된 유전자 내의 특정 부위의 단일가닥 또는 이중가닥 절단(cleavage)을 촉매화하여 타겟된 유전자를 불활성화시키는 것일 수 있다. In one example, the genetic modification may be to inactivate the targeted gene by catalyzing single-stranded or double-stranded cleavage of a specific site in the targeted gene by a genome editing system including a cleavage endonuclease. .

절단 엔도뉴클레아제에 의하여 촉매되는 핵산 가닥 손상(breaks)은 상동(homologous) 재조합(recombination) 또는 비상동 말단 연결(nonhomologous end joining; NHEJ) 등의 메커니즘들을 통하여 수선될 수 있다. 이 경우, NHEJ 메커니즘이 일어나면, 절단 위치(cleavage site)에서 DNA 서열에 변화가 유발되고, 이에 의하여 유전자가 불활성화될 수 있다.Nucleic acid strand breaks catalyzed by cleavage endonucleases can be repaired through mechanisms such as homologous recombination or nonhomologous end joining (NHEJ). In this case, when the NHEJ mechanism occurs, a change in the DNA sequence is induced at the cleavage site, whereby the gene may be inactivated.

이 경우, NHEJ 메커니즘이 일어나면, 절단 위치(cleavage site)에서 DNA 서열에 변화가 유발되고, 이에 의하여 유전자가 불활성화될 수 있다. NHEJ을 통한 수선은 짧은 유전자 단편의 치환들, 삽입들 또는 결실을 야기하고, 해당 유전자 넉아웃(knockouts)의 유도에 사용될 수 있다. In this case, when the NHEJ mechanism occurs, a change in the DNA sequence is induced at the cleavage site, whereby the gene may be inactivated. Repair through NHEJ results in substitutions, insertions or deletions of short gene fragments, and can be used to induce knockouts of the corresponding gene.

상기 Klotho 유전자의 변형은 다음 중 하나 이상에 의하여 유도된 것일 수 있다:The modification of the Klotho gene may be induced by one or more of the following:

1) 변형 대상 유전자 (이하, '타겟 유전자')의 전부 또는 일부 결실, 예컨대, 타겟 유전자의 1bp 이상의 뉴클레오타이드, 예컨대, 1 내지 30개, 1 내지 27개, 1 내지 25개, 1 내지 23개, 1 내지 20개, 1 내지 15개, 1 내지 10개, 1 내지 5개, 1 내지 3개, 또는 1개의 뉴클레오타이드의 결실,1) Deletion of all or part of the gene to be modified (hereinafter referred to as'target gene'), such as 1 bp or more nucleotides of the target gene, such as 1 to 30, 1 to 27, 1 to 25, 1 to 23, Deletion of 1 to 20, 1 to 15, 1 to 10, 1 to 5, 1 to 3, or 1 nucleotide,

2) 타겟 유전자의 1bp 이상의 뉴클레오타이드, 예컨대, 1 내지 30개, 1 내지 27개, 1 내지 25개, 1 내지 23개, 1 내지 20개, 1 내지 15개, 1 내지 10개, 1 내지 5개, 1 내지 3개, 또는 1개의 뉴클레오타이드의 원래(야생형)와 상이한 뉴클레오타이드로의 치환, 및2) 1 bp or more nucleotides of the target gene, such as 1 to 30, 1 to 27, 1 to 25, 1 to 23, 1 to 20, 1 to 15, 1 to 10, 1 to 5 , Substitution of 1 to 3, or 1 nucleotide with a nucleotide different from the original (wild type), and

3) 하나 이상의 뉴클레오타이드, 예컨대, 1 내지 30개, 1 내지 7개, 1 내지 25개, 1 내지 23개, 1 내지 20개, 1 내지 15개, 1 내지 10개, 1 내지 5개, 1 내지 3개, 또는 1개의 뉴클레오타이드 (각각 독립적으로 A, T, C 및 G 중에 서 선택됨)의 타겟 유전자의 임의의 위치에의 삽입.3) one or more nucleotides, such as 1 to 30, 1 to 7, 1 to 25, 1 to 23, 1 to 20, 1 to 15, 1 to 10, 1 to 5, 1 to Insertion of 3 or 1 nucleotide (each independently selected from A, T, C and G) at any position of the target gene.

상기 타겟 유전자의 변형되는 일부 ('타겟 부위')는 상기 유전자 중의 1bp 이상, 3bp 이상, 5bp 이상, 7bp 이상, 10bp 이상, 12bp 이상, 15bp 이상, 17bp 이상, 20bp 이상, 예컨대, 1bp 내지 30bp, 3bp 내지 30bp, 5bp 내지 30bp, 7bp 내지 30bp, 10bp 내지 30bp, 12bp 내지 30bp, 15bp 내지 30bp, 17bp 내지 30bp, 20bp 내지 30bp, 1bp 내지 27bp, 3bp 내지 27bp, 5bp 내지 27bp, 7bp 내지 27bp, 10bp 내지 27bp, 12bp 내지 27bp, 15bp 내지 27bp, 17bp 내지 27bp, 20bp 내지 27bp, 1bp 내지 25bp, 3bp 내지 25bp, 5bp 내지 25bp, 7bp 내지 25bp, 10bp 내지 25bp, 12bp 내지 25bp, 15bp 내지 25bp, 17bp 내지 25bp, 20bp 내지 25bp, 1bp 내지 23bp, 3bp 내지 23bp, 5bp 내지 23bp, 7bp 내지 23bp, 10bp 내지 23bp, 12bp 내지 23bp, 15bp 내지 23bp, 17bp 내지 23bp, 20bp 내지 23bp, 1bp 내지 20bp, 3bp 내지 20bp, 5bp 내지 20bp, 7bp 내지 20bp, 10bp 내지 20bp, 12bp 내지 20bp, 15bp 내지 20bp, 17bp 내지 20bp, 21bp 내지 25bp, 18bp 내지 22bp, 또는 21bp 내지 23bp의 연속하는 염기서열 부위일 수 있다.The modified part ('target site') of the target gene is 1bp or more, 3bp or more, 5bp or more, 7bp or more, 10bp or more, 12bp or more, 15bp or more, 17bp or more, 20bp or more, such as 1bp to 30bp, 3bp to 30bp, 5bp to 30bp, 7bp to 30bp, 10bp to 30bp, 12bp to 30bp, 15bp to 30bp, 17bp to 30bp, 20bp to 30bp, 1bp to 27bp, 3bp to 27bp, 5bp to 27bp, 7bp to 27bp, 10bp to 27bp, 12bp to 27bp, 15bp to 27bp, 17bp to 27bp, 20bp to 27bp, 1bp to 25bp, 3bp to 25bp, 5bp to 25bp, 7bp to 25bp, 10bp to 25bp, 12bp to 25bp, 15bp to 25bp, 17bp to 25bp, 20bp to 25bp, 1bp to 23bp, 3bp to 23bp, 5bp to 23bp, 7bp to 23bp, 10bp to 23bp, 12bp to 23bp, 15bp to 23bp, 17bp to 23bp, 20bp to 23bp, 1bp to 20bp, 3bp to 20bp, 5bp to 20bp, 7bp to 20bp, 10bp to 20bp, 12bp to 20bp, 15bp to 20bp, 17bp to 20bp, 21bp to 25bp, 18bp to 22bp, or 21bp to 23bp may be a contiguous nucleotide sequence site.

상기 Klotho 유전자 변형이 Cas9 단백질에 의하여 유도되는 경우, 상기 유전자 변형은 각 유전자의 염기서열 중 유래 미생물에 따른 Cas9 단백질 고유의 PAM(proto-spacer-adjacent Motif) 서열의 5' 말단에 인접하여 위치하는 연속하는 17bp 내지 25bp, 20bp 내지 25bp, 17bp 내지 23bp, 20bp 내지 23bp, 17bp 내지 20bp, 21bp 내지 25bp, 18bp 내지 22bp, 또는 21bp 내지 23bp의 염기서열 부위의 절단, 예컨대, 단일가닥 또는 이중가닥 절단, 또는 상기 절단이 수선되는 과정에서 하나 이상의 뉴클레오타이드의 결실 및/또는 삽입일 수 있다.When the Klotho genetic modification is induced by the Cas9 protein, the genetic modification is located adjacent to the 5'end of the PAM (proto-spacer-adjacent Motif) sequence unique to the Cas9 protein according to the derived microorganism among the base sequences of each gene. Consecutive 17bp to 25bp, 20bp to 25bp, 17bp to 23bp, 20bp to 23bp, 17bp to 20bp, 21bp to 25bp, 18bp to 22bp, or 21bp to 23bp of nucleotide sequence sites, such as single-stranded or double-stranded cut, Alternatively, it may be deletion and/or insertion of one or more nucleotides in the process of repairing the cleavage.

일 예에서, 상기 Cas9 단백질이 스트렙토코커스 피요게네스(Streptococcus pyogenes) 유래의 것인 경우, 상기 PAM 서열은 5'-NGG-3' (N은 A,T, G, 또는 C임)이다.In one example, when the Cas9 protein is derived from Streptococcus pyogenes, the PAM sequence is 5'-NGG-3' (N is A, T, G, or C).

다른 예에서, 상기 Cas9 단백질이 스트렙토코커스 써모필러스(Streptococcus thermophiles) 유래의 것인 경우, 상기 PAM 서열은 5'-NNAGAAW-3' (N은 각각 독립적으로 A, T, C 또는 G이고, W는 A 또는 T임)이다.In another example, when the Cas9 protein is derived from Streptococcus thermophiles, the PAM sequence is 5'-NNAGAAW-3' (N is each independently A, T, C or G, and W Is A or T).

다른 예에서, 상기 Cas9 단백질이 네이세리아 메닝기디티스 (Neisseria meningitidis) 유래의 것인 경우, 상기 PAM 서열은 5'-NNNNGATT-3'(N은 각각 독립적으로 A, T, C 또는 G임)이다.In another example, when the Cas9 protein is derived from Neisseria meningitidis, the PAM sequence is 5'-NNNNGATT-3' (N is each independently A, T, C, or G). .

다른 예에서, 상기 Cas9 단백질이 스트렙토코커스 아우레우스(Streptocuccus aureus) 유래의 것인 경우, 상기 PAM 서열은 5'-NNGRR(T)-3'(N은 각각 독립적으로 A, T, C 또는 G이고, R은 A또는 G이고, (T)는 임의로 포함가능한 서열을 의미함)이다.In another example, when the Cas9 protein is derived from Streptocuccus aureus, the PAM sequence is 5'-NNGRR(T)-3' (N is each independently A, T, C, or G And R is A or G, and (T) means an optionally inclusive sequence).

다른 예에서, Cpf1 단백질이 사용되는 경우, 상기 PAM 서열은 5'-TTN-3'(N은 A, T, C 또는 G임)이다.In another example, when a Cpf1 protein is used, the PAM sequence is 5'-TTN-3' (N is A, T, C or G).

그러므로, 본 발명의 대표적인 구현예에서는,Therefore, in a representative embodiment of the present invention,

Klotho 유전자를 구성하는 핵산 서열 중 1 이상의 부위를 타겟 서열 부위, 즉, 핵산 변형이 일어날 수 있는 부위를 유전적으로 변형 또는 조작함으로써, Klotho 유전자의 기능을 감소 또는 제거한다.The function of the Klotho gene is reduced or eliminated by genetically modifying or manipulating at least one site of the nucleic acid sequence constituting the Klotho gene, that is, a site where nucleic acid modification can occur.

상기 타겟 서열은 Klotho 유전자를 구성하는 핵산 서열 중 2 이상의 부위를 동시에 타겟으로 할 수 있다.The target sequence may simultaneously target two or more sites among the nucleic acid sequences constituting the Klotho gene.

일 실시예에서는 1종의 가이드 RNA를 이용하여 Klotho 유전자를 구성하는 핵산 서열 중 1이상의 부위를 타겟으로 할 수 있다. 이에 의해 Klotho 유전자를 넉아웃 또는 넉다운할 수 있다.In one embodiment, one or more of the nucleic acid sequences constituting the Klotho gene may be targeted using one kind of guide RNA. Thereby, the Klotho gene can be knocked out or knocked down.

일 실시예에서는 2종 이상의 가이드 RNA를 이용하여 Klotho 유전자를 구성하는 핵산 서열 중 1이상의 부위를 타겟으로 할 수 있다. 이에 의해 Klotho 유전자를 넉아웃 또는 넉다운할 수 있다.In one embodiment, two or more kinds of guide RNAs may be used to target at least one portion of the nucleic acid sequence constituting the Klotho gene. Thereby, the Klotho gene can be knocked out or knocked down.

일 구체예에서, Klotho 유전자의 레벨 및/또는 활성 저하는 Klotho 유전자를 구성하는 핵산서열의 변형, 예를 들어, 비암호화 영역, 암호화 영역, 및/또는 인트론 등에서의 변형 등에 기인할 수 있다. In one embodiment, the decrease in the level and/or activity of the Klotho gene may be due to a modification of the nucleic acid sequence constituting the Klotho gene, for example, a modification in a non-coding region, a coding region, and/or an intron.

이러한 Klotho 유전자 핵산서열 변형은 뉴클레오티드의 부가, 결실 또는 게놈으로의 치환을 포함하나 이에 한정되지 않는다.Such Klotho gene nucleic acid sequence modifications include, but are not limited to, addition, deletion or substitution of nucleotides in the genome.

Klotho 유전자 핵산서열로의 하나 이상의 뉴클레오티드의 삽입, Insertion of one or more nucleotides into the Klotho gene nucleic acid sequence,

Klotho 유전자 핵산서열로부터의 하나 이상의 뉴클레오티드의 결실, Deletion of one or more nucleotides from the Klotho gene nucleic acid sequence,

Klotho 유전자 핵산서열에서의 하나 이상의 뉴클레오티드의 치환, Substitution of one or more nucleotides in the Klotho gene nucleic acid sequence,

Klotho 유전자 핵산서열 또는 이의 부분의 녹아웃, Knockout of a Klotho gene nucleic acid sequence or a portion thereof,

Klotho 유전자 핵산서열 또는 이의 부분의 녹인, 내인성 핵산 서열의 이종 핵산 서열로의 치환, 또는 Melting of the Klotho gene nucleic acid sequence or a portion thereof, replacing the endogenous nucleic acid sequence with a heterologous nucleic acid sequence, or

그 조합을 포함한 Klotho 유전자 핵산서열 변화를 포함할 수 있다. It may include a Klotho gene nucleic acid sequence change including the combination.

따라서, 구체적인 실시 형태에서, Klotho 유전자의 활성을 가지는 단백질 또는 폴리펩티드를 암호화하는 유전자 등을 파괴함으로써 저하되거나 제거될 수 있다. 구체적인 실시 형태에서, 적어도 한 부위 이상에서, 적어도 1, 2, 3, 4, 5, 7, 8, 9, 10개 또는 그 이상의 뉴클레오티드가 Klotho 유전자 핵산서열에서 변화된다. 다양한 방법을 사용하여, 추가의 표적화된 변형을 일으킬 수 있다.Accordingly, in a specific embodiment, it may be degraded or eliminated by destroying a gene encoding a protein or polypeptide having the activity of the Klotho gene. In a specific embodiment, in at least one site, at least 1, 2, 3, 4, 5, 7, 8, 9, 10 or more nucleotides are changed in the Klotho gene nucleic acid sequence. Using a variety of methods, additional targeted modifications can be made.

일 구체예에서, Klotho 단백질의 레벨 및/또는 활성 저하는 Klotho 유전자의 유전자 변형(즉, 조절 영역, 암호화 영역, 및/또는 인트론 등에서의 유전자 변형)에 기인할 수 있다. In one embodiment, the decrease in the level and/or activity of Klotho protein may be due to genetic modification of the Klotho gene (ie, genetic modification in regulatory regions, coding regions, and/or introns, etc.).

이러한 유전자 변형은 뉴클레오티드의 부가, 결실 또는 게놈으로의 치환을 포함하나 이에 한정되지 않는다.Such genetic modifications include, but are not limited to, addition, deletion or substitution of nucleotides to the genome.

이러한 유전자 변형은 예를 들어, These genetic modifications, for example,

Klotho 유전자로의 하나 이상의 뉴클레오티드의 삽입, Insertion of one or more nucleotides into the Klotho gene,

Klotho 유전자로부터의 하나 이상의 뉴클레오티드의 결실, Deletion of one or more nucleotides from the Klotho gene,

Klotho 유전자에서의 하나 이상의 뉴클레오티드의 치환, Substitution of one or more nucleotides in the Klotho gene,

Klotho 유전자 또는 이의 부분의 녹아웃, Knockout of the Klotho gene or part thereof,

Klotho 유전자 또는 이의 부분의 녹인, 내인성 핵산 서열의 이종 핵산 서열로의 치환, 또는 그 조합을 포함한 Klotho 유전자 변화를 포함할 수 있다. Klotho gene changes, including melting of the Klotho gene or a portion thereof, substitution of an endogenous nucleic acid sequence with a heterologous nucleic acid sequence, or a combination thereof.

따라서, 구체적인 실시 형태에서, Klotho 폴리펩티드의 활성은 Klotho 폴리펩티드를 암호화하는 유전자를 파괴함으로써 저하되거나 제거될 수 있다. 구체적인 실시 형태에서, 적어도 1, 2, 3, 4, 5, 7, 8, 9, 10개 또는 그 이상의 뉴클레오티드가 Klotho 유전자에서 변화된다. 다양한 방법을 사용하여, 추가의 표적화된 유전자 변형을 일으킬 수 있다.Thus, in specific embodiments, the activity of the Klotho polypeptide can be reduced or eliminated by disrupting the gene encoding the Klotho polypeptide. In a specific embodiment, at least 1, 2, 3, 4, 5, 7, 8, 9, 10 or more nucleotides are changed in the Klotho gene. Using a variety of methods, further targeted genetic modifications can be made.

[뉴클레아제 시스템][Nuclease system]

본 발명의 대표적인 구현예에서, Klotho 유전자의 게놈을 변형시키기 위해 절단 뉴클레아제 시스템 또는 이러한 시스템의 성분을 이용할 수 있다. 뉴클레아제 제제로 총칭힌다. 바람직한 예에서, RNA-가이드 엔도뉴클레아제 (RNA-Guided Endonuclease; RGEN) 시스템을 이용할 수 있다.In an exemplary embodiment of the present invention, the cleavage nuclease system or components of such a system can be used to modify the genome of the Klotho gene. It is collectively referred to as a nuclease agent. In a preferred example, an RNA-Guided Endonuclease (RGEN) system can be used.

CRISPRCRISPR // CasCas 시스템 system

본 발명의 대표적인 구현예는 CRISPR 관련 뉴클레아제(nuclease) Cas9 및 서열 특이적 가이드(guide) RNA(gRNA)를 비롯한 CRISPR 시스템의 성분을 세포 내로 도입함으로써, 서열-유도된 이중 가닥 절단을 유도하는 CRISPR 시스템의 능력을 이용하여 상기 절단을 유도하는 단계를 포함한다.An exemplary embodiment of the present invention is to induce sequence-induced double strand cleavage by introducing components of the CRISPR system, including CRISPR-related nuclease Cas9 and sequence-specific guide RNA (gRNA), into cells. Using the capabilities of the CRISPR system to induce the cleavage.

CRISPR 관련 뉴클레아제 Cas9 및 서열 특이적 가이드 RNA(gRNA)를 비롯한 CRISPR 시스템의 성분은 하나 이상의 벡터, 예컨대, 플라스미드 상에 코딩된 상태로 세포 내로 도입될 수 있다.Components of the CRISPR system, including CRISPR-related nuclease Cas9 and sequence specific guide RNA (gRNA), can be introduced into cells as encoded on one or more vectors, such as plasmids.

CRISPR/Cas 시스템은 Cas 유전자의 발현 또는 활성 유도에 관여하는 전사물 및 다른 요소를 포함한다. CRISPR/Cas 시스템은 타입 I, 타입 II 또는 타입 III 시스템일 수 있다. 본 명세서에 개시된 방법 및 조성물은 핵산의 부위 특이적 절단을 위해 CRISPR 복합체(Cas 단백질과 복합체를 형성한 가이드RNA(gRNA)를 포함함)를 이용함으로써 CRISPR/Cas 시스템을 사용한다.The CRISPR/Cas system contains transcripts and other elements involved in inducing the expression or activity of the Cas gene. The CRISPR/Cas system can be a Type I, Type II or Type III system. The methods and compositions disclosed herein use a CRISPR/Cas system by using a CRISPR complex (including a guide RNA (gRNA) complexed with a Cas protein) for site-specific cleavage of nucleic acids.

RNA 가이드 RNA guide 엔도뉴클레아제Endonuclease

Cas 단백질은 일반적으로 적어도 하나의 RNA 인식 또는 결합 도메인을 포함한다. 이러한 도메인은 가이드 RNA(gRNA, 이하에 더욱 상세히 기술됨)와 상호작용할 수 있다.Cas proteins generally contain at least one RNA recognition or binding domain. These domains can interact with guide RNA (gRNA, described in more detail below).

뉴클레아제 도메인은 핵산 절단을 위한 촉매 활성을 갖는다. 절단은 핵산 분자의 공유 결합의 파괴를 포함한다. 절단은 평활 말단 또는 스태거된 말단을 생성할 수 있으며, 단일 가닥 또는 이중 가닥으로 될 수 있다.Nuclease domains have catalytic activity for nucleic acid cleavage. Cleavage involves breaking the covalent bond of a nucleic acid molecule. Cleavage can produce blunt ends or staggered ends, and can be single-stranded or double-stranded.

Cas 단백질의 예로는 Cas1, Cas1B, Cas2, Cas3, Cas4, Cas5, Cas5e(CasD), Cas6, Cas6e, Cas6f, Cas7, Cas8a1, Cas8a2, Cas8b, Cas8c, Cas9(Csn1 또는 Csx12), Cas10, Casl0d, CasF, CasG, CasH, Csy1, Csy2, Csy3, Cse1(CasA), Cse2(CasB), Cse3(CasE), Cse4(CasC), Csc1, Csc2, Csa5, Csn2, Csm2, Csm3, Csm4, Csm5, Csm6, Cmr1, Cmr3, Cmr4, Cmr5, Cmr6, Csb1, Csb2, Csb3, Csx17, Csx14, Csx10, Csx16, CsaX, Csx3, Csx1, Csx15, Csf1, Csf2, Csf3, Csf4, Cpf1 및 Cu1966, 및 이들의 상동체 또는 변형된 버전(modified version)을 들 수 있다.Examples of Cas proteins include Cas1, Cas1B, Cas2, Cas3, Cas4, Cas5, Cas5e (CasD), Cas6, Cas6e, Cas6f, Cas7, Cas8a1, Cas8a2, Cas8b, Cas8c, Cas9 (Csn1 or Csx12), Cas10, Casl0d, CasF , CasG, CasH, Csy1, Csy2, Csy3, Cse1(CasA), Cse2(CasB), Cse3(CasE), Cse4(CasC), Csc1, Csc2, Csa5, Csn2, Csm2, Csm3, Csm4, Csm5, Csm6, Cmr1 , Cmr3, Cmr4, Cmr5, Cmr6, Csb1, Csb2, Csb3, Csx17, Csx14, Csx10, Csx16, CsaX, Csx3, Csx1, Csx15, Csf1, Csf2, Csf3, Csf1966, Cpf1 and their homologues or modifications thereof A modified version.

Cas 단백질은 타입 II CRISPR/Cas 시스템으로부터 유래될 수 있다. 예를 들어, Cas 단백질은 Cas9 단백질이거나, Cas9 단백질로부터 유래될 수 있다.The Cas protein can be derived from the type II CRISPR/Cas system. For example, the Cas protein may be a Cas9 protein or may be derived from a Cas9 protein.

Cas9 단백질은 예를 들어, 스트렙토코커스 피오게네스(Streptococcus pyogenes), 스트렙토코커스 써모필러스(Streptococcus thermophilus), 스트렙토코커스 속(Streptococcus sp.), 황색포도상구균(Staphylococcus aureus), 노카르디옵Cas9 protein is, for example, Streptococcus pyogenes, Streptococcus thermophilus, Streptococcus sp., Staphylococcus aureus, Nocardiop.

시스 다손빌레이(Nocardiopsis dassonvillei), 스트렙토마이세스 프리스티네스피랄리스(Streptomyces pristinaespiralis), 스트렙토마이세스 비리도크로모게네스(Streptomyces viridochromogenes), 스트렙토마이세스 비리도크로모게네스(Streptomyces viridochromogenes), 스트렙토스포랑기움 로세움(Streptosporangium roseum), 스트렙토스포랑기움 로세움(Streptosporangium roseum), 알리사이클로바클루스 아시도칼다리우스(AlicyclobacHlus acidocaldarius), 바실러스 슈도마이코이데스(Bacillus pseudomycoides), 바실러스 셀레니티레두센스(Bacillus selenitireducens), 엑시구오박테리움 시비리쿰(Exiguobacterium sibiricum), 락토바실러스 델브루에키이(Lactobacillus delbrueckii), 락토바실러스 살리바리우스(Lactobacillus salivarius), 미크로스Nocardiopsis dassonvillei, Streptomyces pristinaespiralis, Streptomyces viridochromogenes, Streptomyces viridochromogenes, Streptomyces viridochrom Streptosporangium roseum, Streptosporangium roseum, AlicyclobacHlus acidocaldarius, Bacillus sedomycoides, Bacillus pseudomycoides, Bacillus selenitilenduce ), Exiguobacterium sibiricum, Lactobacillus delbrueckii, Lactobacillus salivarius, Micros

킬라 마리나(Microscilla marina), 부르크홀데리아레스 박테리움(Burkholderiales bacterium), 폴라로모나스 나프탈레니보란스(Polaromonas naphthalenivorans), 폴라로모나스 속(Polaromonas sp.), 크로코스파에라 와트소니이(Crocosphaera watsonii), 시아노테세 속(Cyanothece sp.), 마이크로시스티스 아에루기노사(Microcystis aeruginosa), 시네코코커스 속(Synechococcus sp.), 아세토할로비움 아라바티쿰(Acetohalobium arabaticum), 암모니펙스 데겐시이(Ammonifex degensii), 칼디셀룰로시럽토 베시이(Caldicelulosiruptor bescii), 칸디다투스 데술포루디스(Candidatus Desulforudis), 클로스트리듐 보툴리눔(Clostridium botulinum), 클로스트리듐 디피실레(Clostridium difficile), 피네골디아 마그나(Finegoldia magna), 나트라나에로비우스 써모필러스 (Natranaerobius thermophilus), 펠로토마쿨럼 써모프로피오니쿰(Pelotomaculum thermopropionicum), 아시디티오바실러스 칼두스(Acidithiobacillus caldus), 아시디티오바실러스 페로옥시단스(Acidithiobacillus ferrooxidans), 알로크로마티움 비노숨(Allochromatium vinosum), 마리노박터 속(Marinobacter sp.), 니트로소코커스 할로필러스(Nitrosococcus halophilus), 니트로소코커스 와트소니(Nitrosococcus watsoni), 슈도알테로 모나스 할로플란크티스(Pseudoalteromonas haloplanktis), 크테도노박테르 라세미페르(Ktedonobacter racemifer), 메타노할로비움 에베스티가툼(Methanohalobium evestigatum), 아나베나 바리아빌리스(Anabaena variabilis), 노둘라리아 스푸미게나(Nodularia spumigena), 노스톡 속(Nostoc sp.), 아르트로스피라 맥시마(Arthrospira maxima), 아르트로스피라 플라텐시스(Arthrospira platensis), 아르트로스피라 속(Arthrospira sp.), 링비아속(Lyngbya sp.), 마이크로콜레우스 크토노플라스테스(Microcoleus chthonoplastes), 오실라토리아 속(Oscillatoria sp.), 페트로토가 모빌리스(Petrotoga mobilis), 써모시포 아프리카누스(Thermosipho africanus) 또는 아카리오클로리스 마리나(Acaryochloris marina)로부터 유래될 수 있다. Cas9 패밀리의 추가의 예는 그 전체 내용이 본 명세서에 참조로 포함되는 WO 2014/131833에 기재되어 있다. 스트렙토코커스 피오게네스(Streptococcus pyogenes)유래의 Cas9 단백질 또는 이의 유도체는 바람직한 효소이다.Microscilla marina, Burkholderiales bacterium, Polaromonas naphthalenivorans, Polaromonas sp., Crocosphaera watsonii ), Cyanothece sp., Microcystis aeruginosa, Synechococcus sp., Acetohalobium arabaticum, Ammonifex degencii (Ammonifex degensii), Caldicelulosiruptor bescii, Candidatus Desulforudis, Clostridium botulinum, Clostridium difficile, Pinegoldia magna Finegoldia magna), Natranaerobius thermophilus, Pelotomaculum thermopropionicum, Acidithiobacillus caldus, Acidithiobacillus ferroooxidans feridanxthiobacillus ), Allochromatium vinosum, Marinobacter sp., Nitrosococcus halophilus, Nitrosococcus watsoni, Pseudoaltero Monas haloplanktis (Pseudoalteromonas haloplanktis), Ktedonobacter racemifer, Metanohalobium evestigatum, Anabaena variabilis, Nodularia spumigena, Nodularia sp., Arthrospira maxima, Arthrospira platensis , Arthrospira sp., Lyngbya sp., Microcoleus chthonoplastes, Oscillatoria sp., Petrotoga mobilis (Petrotoga mobilis) ), Thermosipho africanus (Thermosipho africanus) or Acaryochloris marina (Acaryochloris marina). Further examples of the Cas9 family are described in WO 2014/131833, the entire contents of which are incorporated herein by reference. The Cas9 protein or derivative thereof from Streptococcus pyogenes is a preferred enzyme.

Cpf1 단백질은 Parcubacteria bacterium (GWC2011_GWC2_44_17), Lachnospiraceae bacterium (MC2017), Butyrivibrio proteoclasiicus, Peregrinibacteria bacterium (GW2011_GWA_33_10), Acidaminococcus sp. (BV3L6), Porphyromonas macacae, Lachnospiraceae bacterium (ND2006), Porphyromonas crevioricanis, Prevotella disiens, Moraxella bovoculi (237), Smiihella sp. (SC_KO8D17), Leptospira inadai, Lachnospiraceae bacterium (MA2020), Francisella novicida (U112), Candidatus Methanoplasma termitum, Eubacterium eligens 등의 미생물 유래의 것일 수 있으며, 예컨대, Parcubacteria bacterium (GWC2011_GWC2_44_17), Peregrinibacteria bacterium (GW2011_GWA_33_10), Acidaminococcus sp. (BV3L6), Porphyromonas macacae, Lachnospiraceae bacterium (ND2006), Porphyromonas crevioricanis, Prevotella disiens, Moraxella bovoculi (237), Leptospira inadai, Lachnospiraceae bacterium (MA2020), Francisella novicida (U112), Candidatus Methanoplasma termitum, 또는 Eubacterium eligens 유래의 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.Cpf1 protein is Parcubacteria bacterium (GWC2011_GWC2_44_17), Lachnospiraceae bacterium (MC2017), Butyrivibrio proteoclasiicus, Peregrinibacteria bacterium (GW2011_GWA_33_10), Acidaminococcus sp. (BV3L6), Porphyromonas macacae, Lachnospiraceae bacterium (ND2006), Porphyromonas crevioricanis, Prevotella disiens, Moraxella bovoculi (237), Smiihella sp. (SC_KO8D17), Leptospira inadai, Lachnospiraceae bacterium (MA2020), Francisella novicida (U112), Candidatus Methanoplasma termitum, Eubacterium eligens. . (BV3L6), Porphyromonas macacae, Lachnospiraceae bacterium (ND2006), Porphyromonas crevioricanis, Prevotella disiens, Moraxella bovoculi (237), Leptospira inadai, Lachnospiraceae bacterium (MA2020), Francisella novicida (Uplasmo112), Candida term derived from Methanoplasma, or Methanoplasma However, it is not limited thereto.

Cas 단백질은 야생형 단백질(즉, 천연에서 발생하는 것), 변형된 Cas 단백질(즉, Cas 단백질 변이체) 또는 야생형 또는 변형된 Cas 단백질의 단편일 수 있다. Cas 단백질은 또한 야생형 또는 변형된 Cas 단백질의 활성 변이체 또는 단편일 수 있다. 활성 변이체 또는 단편은 야생형 또는 변형된 Cas 단백질 또는 이의 부분에 대하여, 적어도 80%, 85%, 90%, 91%, 92%, 93%, 94%, 95%, 96%, 97%, 98%, 99% 또는 그 이상의 서열 동일성을 포함할수 있으며, 여기서 활성 변이체는 원하는 절단 부위에서 절단하는 능력을 보유하므로, 닉 유도 또는 이중 가닥절단 유도 활성을 보유한다. 닉 유도 또는 이중 가닥 절단 유도 활성의 측정법은 공지되어 있다.The Cas protein may be a wild-type protein (ie, a naturally occurring one), a modified Cas protein (ie, a Cas protein variant), or a fragment of a wild-type or modified Cas protein. Cas proteins may also be active variants or fragments of wild-type or modified Cas proteins. Active variants or fragments are at least 80%, 85%, 90%, 91%, 92%, 93%, 94%, 95%, 96%, 97%, 98% relative to the wild-type or modified Cas protein or portion thereof. , 99% or more sequence identity, wherein the active variant retains the ability to cleave at the desired cleavage site, thus retaining nick-inducing or double-stranding inducing activity. Methods for measuring nick-inducing or double-strand break-inducing activity are known.

Cas 단백질은 핵산 결합 친화성, 핵산 결합 특이성 및/또는 효소 활성을 증가시키거나 감소시키도록 변형될 수 있다. Cas 단백질은 또한 단백질의 다른 활성이나 특성, 예를 들어 안정성을 변화시키도록 변형될 수 있다. 예를 들어, Cas 단백질의 하나 이상의 뉴클레아제 도메인을 변형, 결실 또는 불활성화시킬 수 있거나, Cas 단백질을 절단하여 단백질의 기능에 필수적이지 않은 도메인을 제거하거나 Cas 단백질의 활성을 최적화시킬 수 있다.Cas proteins can be modified to increase or decrease nucleic acid binding affinity, nucleic acid binding specificity and/or enzymatic activity. Cas proteins can also be modified to change other activities or properties of the protein, such as stability. For example, one or more nuclease domains of the Cas protein can be modified, deleted, or inactivated, or the Cas protein can be cleaved to remove domains that are not essential to the function of the protein or optimize the activity of the Cas protein.

1개 또는 2개의 뉴클레아제 도메인이 결실되거나 돌연변이되어, 더 이상 기능적이지 않거나 뉴클레아제 활성 저하를 가져올 수 있다. One or two nuclease domains may be deleted or mutated, which may no longer be functional or result in decreased nuclease activity.

1개의 뉴클레아제 도메인이 결실되거나 돌연변이되는 경우, 생성된 Cas 단백질(예를 들어, Cas9)은 닉카아제(nickase)로 지칭될 수 있으며, 이중 가닥 DNA 내의 CRISPR RNA 인식 서열에서 단일 가닥 절단을 생성할 수 있다. When one nuclease domain is deleted or mutated, the resulting Cas protein (e.g., Cas9) may be referred to as a nickase, and single-stranded cleavage in the CRISPR RNA recognition sequence in the double-stranded DNA. Can be generated.

2개의 뉴클레아제 도메인이 결실되거나 돌연변이되는 경우, 생성된 Cas 단백질(예를들어, Cas9)은 이중 가닥 DNA의 두 가닥을 절단하는 능력이 저하될 것이다. Cas9를 닉카아제로 전환시키는 돌연변이의 예로는 sp.Cas9의 RuvC 도메인에서의 D10A 또는 H939A 또는 H840A가 있을 수 있다. If the two nuclease domains are deleted or mutated, the resulting Cas protein (eg, Cas9) will have a reduced ability to cleave both strands of double-stranded DNA. Examples of mutations that convert Cas9 to nickase may be D10A or H939A or H840A in the RuvC domain of sp.Cas9.

Cas 단백질은 또한 융합 단백질일 수 있다. 예를 들어, Cas 단백질은 절단 도메인, 후성적 변형 도메인, 전사활성화 도메인 또는 전사 억제인자 도메인에 융합될 수 있다. 융합된 도메인 또는 이종 폴리 펩티드는 N 말단, C 말단, 또는 Cas 단백질 내부에 위치할 수 있다.Cas protein can also be a fusion protein. For example, the Cas protein can be fused to a cleavage domain, an epigenetic modification domain, a transcription activation domain, or a transcription repressor domain. The fused domain or heterologous polypeptide may be located within the N-terminal, C-terminal, or Cas protein.

또한, Cas 단백질은 이종 폴리펩티드에 융합될 수 있다. 이종 펩티드는 예를 들어, 핵을 표적화하기 위한 SV40 NLS와 같은 핵 국재화 시그널 (NLS), 미토콘드리아를 표적화하기 위한 미토콘드리아 국재화 시그널, ER 보류 시그널(retention signal) 등을 포함한다. 이러한 시그널은 N 말단, C 말단 또는 Cas 단백질 내의 어디에도 위치할 수 있다.In addition, the Cas protein can be fused to a heterologous polypeptide. Heterologous peptides include, for example, nuclear localization signals (NLS) such as SV40 NLS for targeting the nucleus, mitochondrial localization signals for targeting mitochondria, ER retention signals, and the like. These signals can be located at the N terminus, C terminus or anywhere within the Cas protein.

Cas 단백질은 또한 세포 투과성 도메인에 연결될 수 있다. 예를 들어, 세포 투과성 도메인은 HIV-1 TAT단백질, 인간 B형 간염 바이러스 유래의 TLM 세포 투과성 모티프, MPG, Pep-1, VP22, 단순 헤르페스 바이러스 유래의 세포 투과성 펩티드, 또는 폴리아르기닌 펩티드 서열로부터 유래될 수 있다.Cas proteins can also be linked to the cell permeable domain. For example, the cell permeable domain is derived from an HIV-1 TAT protein, a TLM cell permeable motif derived from human hepatitis B virus, MPG, Pep-1, VP22, a cell penetrating peptide derived from herpes simplex virus, or a polyarginine peptide sequence. Can be.

Cas 단백질은 또한 추적 또는 정제를 용이하게 하기 위한 이종 폴리펩티드, 예를 들어 형광 단백질, 정제 태그 또는 에피토프 태그를 포함할 수 있다.Cas proteins may also include heterologous polypeptides, such as fluorescent proteins, purification tags, or epitope tags to facilitate tracking or purification.

Cas 단백질은 임의의 형태로 제공될 수 있다. 예를 들어, Cas 단백질은 gRNA와 복합체를 형성한 Cas 단백질과 같은 단백질의 형태로 제공될 수 있다. 대안적으로, Cas 단백질은 RNA(예를 들어, 메신저 RNA(mRNA)) 또는 DNA와 같은, Cas 단백질을 암호화하는 핵산의 형태로 제공될 수 있다. 임의로, Cas 단백질을 암호화하는 핵산은 특정 세포 또는 유기체에서 단백질로의 효율적인 번역을 위해 코돈 최적화될 수 있다.Cas protein can be provided in any form. For example, the Cas protein may be provided in the form of a protein such as a Cas protein complexed with gRNA. Alternatively, the Cas protein may be provided in the form of a nucleic acid encoding the Cas protein, such as RNA (eg, messenger RNA (mRNA)) or DNA. Optionally, the nucleic acid encoding the Cas protein can be codon optimized for efficient translation into the protein in a particular cell or organism.

Cas 단백질을 암호화하는 핵산은 세포의 게놈에 안정하게 통합될 수 있으며, 세포에서 활성인 프로모터에 작동 가능하게 연결될 수 있다. 대안적으로, Cas 단백질을 암호화하는 핵산은 발현 구축물의 프로모터에 작동가능하게 연결될 수 있다.The nucleic acid encoding the Cas protein can be stably integrated into the genome of a cell and can be operably linked to a promoter active in the cell. Alternatively, the nucleic acid encoding the Cas protein can be operably linked to the promoter of the expression construct.

가이드 RNA(Guide RNA ( gRNAgRNA ))

"가이드 RNA" 또는 "gRNA"는 Cas 단백질에 결합하고, 표적 DNA 내의 특정 위치의 Cas 단백질을 표적으로 하는 RNA 분자를 포함한다. 가이드 RNA는 2개의 세그먼트, 즉, "DNA 표적 세그먼트"와 "단백질 결합 세그먼트"를 포함할 수 있다. "세그먼트"는 RNA의 뉴클레오티드의 연속 스트레치와 같은, 분자의 세그먼트, 섹션 또는 영역을 포함한다. 일부 gRNA는 2개의 분리된 RNA 분자, 즉, "활성화(activator)-RNA"인 crRNA와 "표적화(targeter)-RNA"인 tracrRNA를 포함한다. 다른 gRNA는 "단일 분자 gRNA", "단일 가이드 RNA" 또는 "sgRNA"로도 지칭되는 단일 RNA 분자(단일 RNA 폴리뉴클레오티드)이다."Guide RNA" or "gRNA" includes an RNA molecule that binds to a Cas protein and targets the Cas protein at a specific location in the target DNA. The guide RNA may comprise two segments, a “DNA target segment” and a “protein binding segment”. “Segment” includes a segment, section or region of a molecule, such as a continuous stretch of nucleotides in RNA. Some gRNAs contain two separate RNA molecules, a "activator-RNA", a crRNA and a "targeter-RNA", a tracrRNA. Another gRNA is a single RNA molecule (single RNA polynucleotide), also referred to as “single molecule gRNA”, “single guide RNA” or “sgRNA”.

crRNA와 대응하는 tracrRNA는 혼성화하여, gRNA를 형성한다. crRNA는 CRISPR RNA 인식 서열에 혼성화하는 단일 가닥 DNA 표적화 세그먼트를 제공한다.세포 내에서의 변형에 사용된다면, 주어진 crRNA 또는 tracrRNA 분자의 완전 서열은 RNA 분자가 사용될 종류에 특이적이도록 설계될 수 있다.The crRNA and the corresponding tracrRNA hybridize to form a gRNA. The crRNA provides a single-stranded DNA targeting segment that hybridizes to a CRISPR RNA recognition sequence. If used for modification in a cell, the complete sequence of a given crRNA or tracrRNA molecule can be designed to be specific to the kind in which the RNA molecule will be used.

주어진 gRNA의 DNA 표적화 세그먼트(crRNA)는 표적 DNA의 서열과 상보적인 뉴클레오티드 서열을 포함한다.The DNA targeting segment (crRNA) of a given gRNA contains a nucleotide sequence that is complementary to the sequence of the target DNA.

gRNA의 DNA 표적화 세그먼트는 혼성화를 통해 서열 특이적으로 표적 DNA와 상호 작용한다(즉, 염기쌍 형성). 이와 같이, DNA 표적화 세그먼트의 뉴클레오티드 서열은 달라질 수 있으며, gRNA 및 표적 DNA가 상호 작용할 표적 DNA 내의 위치를 결정한다. 대상 gRNA의 DNA 표적화 세그먼트는 표적 DNA 내의 원하는 서열에 혼성화되도록 변형될 수 있다.The DNA targeting segment of the gRNA interacts sequence-specifically with the target DNA through hybridization (ie, base pairing). As such, the nucleotide sequence of the DNA targeting segment may vary, and the gRNA and target DNA determine the location within the target DNA to interact with. The DNA targeting segment of the gRNA of interest can be modified to hybridize to the desired sequence within the target DNA.

DNA 표적화 세그먼트는 약 12개의 뉴클레오티드 내지 약 100개의 뉴클레오티드의 길이를 가질 수 있다. 예를들어, DNA 표적화 세그먼트는 약 12개의 뉴클레오티드(nt) 내지 약 80개의 nt, 약 12개의 nt 내지 약 50개의nt, 약 12개의 nt 내지 약 40개의 nt, 약 12개의 nt 내지 약 30개의 nt, 약 12개의 nt 내지 약 25개의 nt, 약 12개의 nt 내지 약 20개의 nt, 또는 약 12개의 nt 내지 약 19개의 nt의 길이를 가질 수 있다.The DNA targeting segment can have a length of about 12 nucleotides to about 100 nucleotides. For example, the DNA targeting segment can be from about 12 nucleotides (nt) to about 80 nt, from about 12 nt to about 50 nt, from about 12 nt to about 40 nt, from about 12 nt to about 30 nt. , From about 12 nt to about 25 nt, from about 12 nt to about 20 nt, or from about 12 nt to about 19 nt.

tracrRNA는 임의의 형태(예를 들어, 전장 tracrRNA 또는 활성 부분 tracrRNA) 및 다양한 길이로 될 수 있다.The tracrRNA can be of any form (eg, full length tracrRNA or active partial tracrRNA) and of various lengths.

표적 DNA 내의 DNA 표적화 서열과 CRISPR RNA 인식 서열 사이의 상보성 비율은 적어도 60%(예를 들어, 적어도 65%, 적어도 70%, 적어도 75%, 적어도 80%, 적어도 85%, 적어도 90%, 적어도 95%, 적어도 97%, 적어도 98%, 적어도 99%, 또는 100%)일 수 있다.The complementarity ratio between the DNA targeting sequence and the CRISPR RNA recognition sequence in the target DNA is at least 60% (e.g., at least 65%, at least 70%, at least 75%, at least 80%, at least 85%, at least 90%, at least 95 %, at least 97%, at least 98%, at least 99%, or 100%).

가이드 RNA는 추가의 바람직한 특징, 예를 들어, 변형되거나 조절된 안정성; 세포내 표적화; 형광 표지를 이용한 추적; 단백질 또는 단백질 복합체에 대한 결합 부위 등을 제공하는 변형 또는 서열을 포함할 수 있다. The guide RNA has additional desirable characteristics, such as modified or regulated stability; Intracellular targeting; Tracking using fluorescent labels; It may include a modification or sequence that provides a binding site for the protein or protein complex.

이러한 변형의 예로는 예를 들어, 5' 캡(예를 들어, 7-메틸구아닐레이트 캡(m7G)); 3' 폴리아데닐화된 테일(즉, 3' 폴리(A) 테일); 리보스위치(riboswitch) 서열(예를 들어, 단백질 및/또는 단백질 복합체에 의한 조절된 안정성 및/또는 조절된 접근성을 고려함); 안정성 제어 서열; dsRNA 이중 나선 구조(즉, 헤어핀)를 형성하는 서열 등을 포함할 수 있다.Examples of such modifications include, for example, 5'caps (eg 7-methylguanylate caps (m7G)); 3'polyadenylated tail (ie, 3'poly(A) tail); Riboswitch sequences (eg, taking into account regulated stability and/or regulated accessibility by proteins and/or protein complexes); Stability control sequence; It may include a sequence that forms a dsRNA double helix structure (ie, a hairpin).

가이드 RNA는 임의의 형태로 제공될 수 있다. 예를 들어, gRNA는 2개의 분자(분리된 crRNA 및 tracrRNA) 또는 1개의 분자(sgRNA)로서의 RNA 형태 및 임의로 Cas 단백질과의 복합체 형태로 제공될 수 있다. gRNA는 또한 RNA를 암호화하는 DNA의 형태로 제공될 수 있다. gRNA를 암호화하는 DNA는 단일 RNA 분자(sgRNA) 또는 분리된 RNA 분자(예를 들어, 분리된 crRNA 및 tracrRNA)를 암호화할 수 있다.The guide RNA can be provided in any form. For example, the gRNA can be provided in the form of two molecules (separated crRNA and tracrRNA) or RNA as one molecule (sgRNA) and optionally in the form of a complex with a Cas protein. The gRNA can also be provided in the form of DNA encoding the RNA. DNA encoding gRNA may encode a single RNA molecule (sgRNA) or an isolated RNA molecule (eg, isolated crRNA and tracrRNA).

gRNA를 암호화하는 DNA는 세포의 게놈에 안정하게 통합될 수 있으며, 세포에서 활성인 프로모터에 작동가능하게 연결될 수 있다. 대안적으로, gRNA를 암호화하는 DNA는 발현 구축물의 프로모터에 작동가능하게 연결될 수 있다. 예를 들어, 인간 U6 프로모터를 이용할 수 있다. The DNA encoding the gRNA can be stably integrated into the genome of the cell and operably linked to a promoter active in the cell. Alternatively, the DNA encoding the gRNA can be operably linked to the promoter of the expression construct. For example, the human U6 promoter can be used.

핵산의 절단Cleavage of nucleic acids

Cas 단백질은 gRNA의 DNA 표적화 세그먼트가 결합할 표적 DNA에 존재하는 핵산 서열의 내부 또는 외부의 부위에서 핵산을 절단할 수 있다.The Cas protein can cleave a nucleic acid at a site inside or outside the nucleic acid sequence present in the target DNA to which the DNA targeting segment of the gRNA will bind.

"절단 부위"는 Cas 단백질이 단일 가닥 절단 또는 이중 가닥 절단을 일으키는 핵산위치를 포함한다. 예를 들어, CRISPR 복합체 형성은 gRNA의 DNA 표적화 세그먼트가 결합될 표적 DNA 내에 존재하는 핵산 서열 또는 그 부근에(예를 들어, 상기 핵산 서열로부터 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 20, 50개 또는 그 이상의 염기쌍 내에) 한 가닥 또는 두 가닥의 절단을 일으킬 수 있다.A “cleavage site” includes a nucleic acid site at which a Cas protein causes a single or double strand break. For example, CRISPR complex formation may be performed at or near a nucleic acid sequence present in the target DNA to which the DNA targeting segment of the gRNA is bound (e.g., 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, from the nucleic acid sequence. Within 8, 9, 10, 20, 50 or more base pairs) of one or two strands.

절단 부위는 핵산의 한 가닥에만 또는 두 가닥에 있을 수 있다. 절단 부위는 핵산의 두 가닥의 동일한 위치에 있을 수 있거나(평활 말단을 생성함), 각 가닥의 상이한 부위에 있을 수 있다(스태거된 말단을 생성함).The cleavage site may be on only one or both strands of the nucleic acid. The cleavage site can be at the same location on both strands of the nucleic acid (which produces a blunt end), or can be at a different site on each strand (which produces a staggered end).

Cas9에 의한 표적 DNA의 부위 특이적 절단은 표적 DNA에서, (i) gRNA와 표적 DNA 사이의 염기쌍 형성 상보성과 (ii) PAM으로 지칭되는 짧은 모티프에 의해 결정되는 위치에서 발생할 수 있다. Site-specific cleavage of the target DNA by Cas9 can occur in the target DNA at a position determined by (i) base pairing complementarity between the gRNA and the target DNA and (ii) a short motif referred to as PAM.

PAM(Protospacer adjacent motif)은 CRISPR RNA 인식 서열에 플랭킹될 수 있다. 임의로, CRISPR RNA 인식 서열은 PAM이 플랭킹될 수 있다. 예를 들어, Cas9의 절단 부위는 PAM 서열의 상류 또는 하류에 약 1 내지 약 10개, 또는 약 2 내지 약 5개의 염기쌍(예를 들어, 3개의 염기쌍)으로 될 수 있다.A Protospacer adjacent motif (PAM) can be flanked by a CRISPR RNA recognition sequence. Optionally, the CRISPR RNA recognition sequence may be flanked by PAM. For example, the cleavage site of Cas9 can be about 1 to about 10, or about 2 to about 5 base pairs (eg, 3 base pairs) upstream or downstream of the PAM sequence.

KlothoKlotho 유전자 조작을 위한 가이드 RNA Guide RNA for genetic manipulation

본 발명의 일 구체예에서, Klotho 유전자의 유전적인 조작을 위한 가이드 RNA 서열이 제공된다. 예를 들어, Klotho 유전자 타겟서열에 상응하는 가이드 RNA 서열이 제공된다. 예를 들어, 도 1에 도시하고 있는 가이드 RNA 서열을 제공할 수 있다.In one embodiment of the present invention, a guide RNA sequence for genetic manipulation of the Klotho gene is provided. For example, a guide RNA sequence corresponding to the Klotho gene target sequence is provided. For example, the guide RNA sequence shown in FIG. 1 can be provided.

본 발명의 일 구체예에서, Klotho 유전자의 유전적 조작을 위해 타겟서열에 상응하는 가이드 RNA와 상호작용하는, 예를 들어 복합체를 형성하는 CRISPR 관련 뉴클레아제가 제공된다.In one embodiment of the present invention, there is provided a CRISPR-related nuclease that interacts with a guide RNA corresponding to a target sequence for genetic manipulation of a Klotho gene, for example, forming a complex.

본 발명의 일 구체예에서, Klotho 유전자의 상기 타겟서열 부위에서 인위적인 유전적 조작이 일어난 각 핵산 변형 산물 및 이의 발현 산물이 제공된다. In one embodiment of the present invention, each nucleic acid modification product in which artificial genetic manipulation has occurred in the target sequence site of the Klotho gene and an expression product thereof are provided.

또한, 일 구체예에서, 본 발명은 Klotho 유전자의 타겟 부위에서의 핵산 변형을 위해 사용되는 '가이드 RNA - CRISPR 관련 뉴클레아제'의 복합체(complex)를 제공한다.In addition, in one embodiment, the present invention is a nucleic acid in the target site of the Klotho gene It provides a complex of'guide RNA-CRISPR related nuclease' used for modification.

특히, 유전자로부터의 표적 부위와 상보적 결합을 할 수 있는 도메인을 포함하는 gRNA 분자, 예를 들어 단리된 또는 비천연 유래 gRNA 분자 및 이를 암호화하는 DNA를 제공할 수 있다. In particular, a gRNA molecule comprising a domain capable of complementary binding to a target site from a gene, for example, an isolated or non-naturally derived gRNA molecule, and a DNA encoding the same can be provided.

또한, 2 개 이상의 gRNA가 표적 핵산에서 2 개 이상의 절단 사건, 예를 들어 이중 가닥 또는 단일 가닥 파손을 위치시키기 위해 사용될 때, 2 개 이상의 절단 사건이 동일 또는 상이한 Cas9 단백질에 의해 생성될 수 있다.In addition, when two or more gRNAs are used to locate two or more cleavage events, such as double stranded or single stranded breaks, in a target nucleic acid, two or more cleavage events may be generated by the same or different Cas9 proteins.

상기 gRNA 는 예를 들어, The gRNA is, for example,

Klotho 유전자에서 2이상의 부위를 타겟으로 할 수 있고, Can target more than 2 sites in the Klotho gene,

Klotho 유전자 각각에 대하여 2이상의 부위를 타겟으로 할 수 있고, Two or more sites can be targeted for each Klotho gene,

Klotho 유전자의 이중 가닥 및/또는 단일 가닥 절단을 독립적으로 유도할 수 있고Can independently induce double-stranded and/or single-stranded cleavage of the Klotho gene,

Klotho 유전자의 절단 부위에 하나 외부 유래 뉴클레오타이드의 삽입을 유도할 수도 있다.It is also possible to induce the insertion of an external nucleotide at the cleavage site of the Klotho gene.

또한, 본 발명의 다른 구체예로서 '가이드 RNA - CRISPR 관련 뉴클레아제'의 복합체(complex)를 구성하는 핵산은 In addition, as another specific embodiment of the present invention, the nucleic acid constituting the complex of'guide RNA-CRISPR-related nuclease' is

(a) 본 명세서에 개시된 바와 같은 Klotho 유전자에서 타겟 부위 서열에 상보성인 gRNA 분자를 암호화하는 서열; 및(a) a sequence encoding a gRNA molecule complementary to a target site sequence in the Klotho gene as disclosed herein; And

(b) CRISPR 관련 뉴클레아제를 암호화하는 서열을 포함할 수 있다. (b) a sequence encoding a CRISPR-related nuclease may be included.

이때, 상기 (a)는 타겟 부위에 따라 2 이상 존재할 수 있고, (b)는 동종 또는 2종 이상의 뉴클레아제를 사용할 수 있다. In this case, (a) may be present in two or more depending on the target site, and (b) may use the same or two or more nucleases.

구현예에서, 핵산은 Klotho 유전자의 기능 또는 발현을 감소시키거나, 줄이거나 또는 억제하기 위해 넉다운 표적 위치에 충분히 가까운 효소적으로 불활성인 에디터단백질 또는 이의 융합단백질(예를 들어, 전사 리프레서 도메인 융합)을 표적화하도록 구성할 수 있다.In an embodiment, the nucleic acid is an enzymatically inactive editor protein or a fusion protein thereof (e.g., transcriptional repressor domain fusion protein) sufficiently close to the knockdown target site to reduce, reduce or inhibit the function or expression of the Klotho gene. ) Can be configured to target.

TALENTALEN 시스템 system

TALEN은 전사 활성인자-유사(TAL) 이펙터 결합 도메인 및 뉴클레아제 도메인을 포함하는 단백질을 의미하며, 그 자체로 기능성인 모노머 TALEN 뿐만 아니라, 다른 모노머 TALEN과의 다이머화를 요구하는 다른 것들을 포함한다.TALEN refers to a protein comprising a transcriptional activator-like (TAL) effector binding domain and a nuclease domain, and includes not only the functional monomer TALEN itself, but also others that require dimerization with other monomeric TALENs. .

TALEN은 동일한 부위에서 DNA를 제거하기 위해 함께 작업하도록 조작된 한 TALEN 또는 한쌍의 TALEN들을 의미하도록 사용된다. 함께 작업하는 TALEN은 왼쪽-TALEN 및 오른쪽-TALEN으로 언급될 수 있으며, DNA 또는 TALEN-쌍의 잘쓰는 손(handedness)을 참조한다.TALEN is used to mean a TALEN or a pair of TALENs engineered to work together to remove DNA at the same site. TALENs working together can be referred to as left-TALEN and right-TALEN, and refer to the handedness of DNA or TALEN-pairs.

TALEN은 2개의 주요 진핵 DNA 수선 경로들, 비-상동 단부 결합(NHEJ) 및 상동직통 수선에 의해, 불멸의 사람 세포들의 유전자 조작을 유도한다.TALEN induces the genetic engineering of immortal human cells by two major eukaryotic DNA repair pathways, non-homologous end binding (NHEJ) and homologous repair.

일부 구현예에서, TAL 이펙터는 특정 뉴클레오티드 서열에 대하여 다른 단백질 도메인들(예를 들면, 비-뉴클레아제 단백질 도메인)을 타겟팅하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들면, TAL 이펙터는 제한없이, DNA 20 상호작용 효소(예를 들면, 메틸라제, 토포아이소머라제, 인테그라아제, 트란스포사제 또는 리가아제), 전사 활성인자 또는 억제인자, 또는 히스톤과 같은 다른 단백질들과 상호작용하거나 변형시키는 단백질로부터의 단백질 도메인에 결합될 수 있다. 상기 TAL 이펙터 융합의 적용예는 예를 들면 후생적 조절요소들을 생산 또는 변형시키는 것, DNA내 부위-특이적 삽입, 결실, 또는 수선을 하는 것, 유전자 발현을 조절하는 것, 및 크로마틴 구조를 변경시키는 것을 포함한다.In some embodiments, a TAL effector can be used to target other protein domains (eg, non-nuclease protein domains) for a particular nucleotide sequence. For example, the TAL effector is, without limitation, a DNA 20 interacting enzyme (e.g., methylase, topoisomerase, integrase, transferase or ligase), a transcriptional activator or inhibitor, or a histone. It can be bound to a protein domain from a protein that interacts with or modifies other proteins. Examples of applications of the TAL effector fusion include, for example, producing or modifying epigenetic regulatory elements, site-specific insertion, deletion, or repair in DNA, regulating gene expression, and chromatin structure. Includes changing.

아연 zinc 핑거Finger 뉴클레아제 시스템 Nuclease system

아연-핑거 뉴클레아제(ZFN)는 아연 핑거 DNA-결합 도메인을 융합시킴으로써 생성된 인공 제한효소이다. 아연 핑거 도메인은 원하는 DNA 서열들을 타겟팅하기 위해 조작될 수 있으며, 이것은 아연-핑거 뉴클레아제가 복합 게놈내 특별한 서열들을 타겟팅할 수 있게 한다. 내인성 DNA 수선 기계의 잇점을 취하여, 상기 시약들은 고등 유기체의 게놈을 변형시키기 위해 사용될 수 있다. ZFN은 유전자들을 불활성화시키는 방법에 사용될 수 있다.Zinc-finger nuclease (ZFN) is an artificial restriction enzyme produced by fusing zinc finger DNA-binding domains. The zinc finger domain can be engineered to target the desired DNA sequences, which allows the zinc-finger nuclease to target specific sequences within the complex genome. Taking advantage of the endogenous DNA repair machine, these reagents can be used to modify the genome of higher organisms. ZFN can be used in a method of inactivating genes.

아연 핑거 DNA-결합 도메인은 약 30개의 아미노산들을 가지며, 안정한 구조로 접힌다. 각 핑거는 DNA 기질내에서 1차적으로 삼중체에 결합한다. 중요한 위치에서의 아미노산 잔기들은 DNA 부위와의 서열-특이적 상호작용의 대부분에 기여한다. 이들 아미노산들은 필수 구조를 보존하기 위해 남은 아미노산들을 유지하면서 변화될 수 있다. The zinc finger DNA-binding domain has about 30 amino acids and folds into a stable structure. Each finger binds primarily to a triplet within the DNA matrix. Amino acid residues at critical positions contribute most of the sequence-specific interactions with the DNA site. These amino acids can be changed while retaining the remaining amino acids to preserve the essential structure.

더 긴 DNA 서열들에 결합하는 것은 여러 도메인들을 동시에 결합시킴으로써 이루어진다. 비-특이적 FokI 분열 도메인(N), 전사활성인자 도메인(A), 전사 억제인자 도메인(R) 및 메틸라아제(M)와 같은 다른 작용기들은 ZFP에 융합되어, 각각 ZFN, 아연 핑거 전사 활성인자(ZFA), 아연 핑거 전사 억제인자(ZFR), 및 아연 핑거 메틸라아제(ZFM)를 형성할 수 있다. Binding to longer DNA sequences is achieved by binding several domains simultaneously. Other functional groups such as non-specific FokI cleavage domain (N), transcription activator domain (A), transcription repressor domain (R) and methylase (M) are fused to ZFP, respectively, and ZFN, zinc finger transcriptional activity Factor (ZFA), zinc finger transcription inhibitory factor (ZFR), and zinc finger methylase (ZFM).

유전자조작 동물을 생산하기 위해 아연 핑거 및 아연 핑거 뉴클레아제를 사용하기 위한 물질 및 방법들은 예를 들면, 미국특허 제8,106,255호, 미국특허 제2012/0192298호, 미국특허 2011/0023159, 및 미국특허 제2011/0281306호에 개시되어 있다.Materials and methods for using zinc fingers and zinc finger nucleases to produce genetically engineered animals are described, for example, in US Pat. No. 8,106,255, US 2012/0192298, US 2011/0023159, and US patents. It is disclosed in 2011/0281306.

유전자 조작용 조성물Composition for genetic manipulation

본 발명의 일 구현예에서, Klotho 유전자의 유전적 조작 또는 변형용 조성물 및 이의 이용방법을 제공한다. In one embodiment of the present invention, a composition for genetic manipulation or modification of the Klotho gene and a method of using the same are provided.

일 구체예에서, Klotho 유전자의 유전적 조작 또는 변형용 조성물은 상기 RNA-가이드 엔도뉴클레아제 (RNA-Guided Endonuclease; RGEN) 시스템의 구성성분을 포함할 수 있다. In one embodiment, the composition for genetic manipulation or modification of the Klotho gene may include components of the RNA-Guided Endonuclease (RGEN) system.

예를 들어, 가이드 RNA 또는 이를 암호화하는 핵산 분자와 RNA-가이드 엔도뉴클레아제 (RNA-Guided Endonuclease; RGEN) 또는 이를 암호화하는 핵산 분자를 포함하는 유전체 조작용 조성물을 제공한다.For example, it provides a composition for genome manipulation comprising a guide RNA or a nucleic acid molecule encoding the same and an RNA-guided endonuclease (RNA-Guided Endonuclease; RGEN) or a nucleic acid molecule encoding the same.

예를 들어, (i) 가이드 RNA 또는 상기 가이드 RNA를 암호화하는 DNA 분자, 또는 (ii) 상기 가이드 RNA 또는 상기 가이드 RNA를 암호화하는 DNA 분자 및 RNA-가이드 엔도뉴클레아제 또는 상기 RNA-가이드 엔도뉴클레아제를 암호화하는 유전자를 포함하는, Klotho 유전자 불활성화 조성물을 제공한다.For example, (i) a guide RNA or a DNA molecule encoding the guide RNA, or (ii) a guide RNA or a DNA molecule encoding the guide RNA and an RNA-guide endonuclease or the RNA-guide endonuclease It provides a Klotho gene inactivation composition comprising a gene encoding a clease.

예를 들어, (i) 가이드 RNA 또는 상기 가이드 RNA를 암호화하는 DNA 분자,For example, (i) guide RNA or a DNA molecule encoding the guide RNA,

또는 (ii) 상기 가이드 RNA 또는 상기 가이드 RNA를 암호화하는 DNA 분자 및 RNA-가이드 엔도뉴클레아제 또는 상기 RNA-가이드 엔도뉴클레아제를 암호화하는 유전자를 포함하는 조성물을 제공한다.Or (ii) the guide RNA or a DNA molecule encoding the guide RNA, and an RNA-guide endonuclease or a gene encoding the RNA-guide endonuclease.

상기 조성물은 발현 카세트 형태로 제공될 수 있다.The composition may be provided in the form of an expression cassette.

[세포로의 도입][Introduction into cells]

본 발명의 일 구체예는, Klotho 유전자의 유전적 조작 또는 변형용 조성물을 돼지의 세포에 도입하는 방법에 관한 것이다.One embodiment of the present invention relates to a method for introducing a composition for genetic manipulation or modification of the Klotho gene into a pig cell.

예를 들어, 일시적 형질감염(transient transfection), 미세주사, 형질도입(transduction), 세포융합, 칼슘 포스페이트 침전법, 리포좀 매개된 형질감염(liposome-mediated transfection), DEAE 덱스트란-매개된 형질감염(DEAEDextran- mediated transfection), 폴리브렌-매개된 형질감염(polybrene-mediated transfection), 전기침공법(electroporation), 유전자 총(gene gun) 및 세포 내로 핵산을 유입시키기 위한 다른 공지의 방법에 의해 형질전환 동물 제작을 위한 세포 내로 도입할 수 있다. For example, transient transfection, microinjection, transduction, cell fusion, calcium phosphate precipitation, liposome-mediated transfection, DEAE dextran-mediated transfection ( Transgenic animals by DEAEDextran-mediated transfection), polybrene-mediated transfection, electroporation, gene gun, and other known methods for introducing nucleic acids into cells It can be introduced into cells for fabrication.

본 발명의 일 구현예에서, 상기 유전적 조작 또는 변형을 위해, 예를 들어, 넉아웃, 유전자 불활성화, 또는 특정 유전자의 발현을 얻기 위해, 또는 다른 목적을 위해, 세포에 다양한 핵산들이 도입될 수 있다. In one embodiment of the present invention, for the genetic manipulation or modification, for example, knockout, gene inactivation, or to obtain the expression of a specific gene, or for other purposes, various nucleic acids are introduced into the cell. I can.

핵산은 예를 들면, cDNA, 게놈 DNA, 합성(예를 들면, 화학합성된) DNA 뿐만 아니라, 자연발생 및 화학변형 핵산들, 예를 들면 합성 염기 또는 교대 백본들을 포함하는 RNA 및 DNA 둘다 의미한다. 핵산 분자는 이중-가닥 또는 단일-가닥일 수 있다.Nucleic acid refers to both RNA and DNA, including, for example, cDNA, genomic DNA, synthetic (e.g., chemically synthesized) DNA, as well as naturally occurring and chemically modified nucleic acids, such as synthetic bases or alternating backbones. . Nucleic acid molecules can be double-stranded or single-stranded.

상기 핵산은 벡터에 포함될 수 있다. The nucleic acid may be included in a vector.

벡터는 발현 벡터 또는 벡터 시스템을 의미할 수 있으며, 에피솜, 플라스미드, 또는 심지어 바이러스/파지 DNA 세그먼트와 같은, 게놈 또는 다른 타겟팅되는 DNA 서열로 DNA 삽입을 일으키는 데 필요한 성분들의 셋트이다. A vector may refer to an expression vector or vector system and is a set of components necessary to effect DNA insertion into a genome or other targeted DNA sequence, such as an episome, a plasmid, or even a viral/phage DNA segment.

동물에서 유전자 전달을 위해 사용되는 바이러스 벡터를 사용할 수 있다. 또한, 비-바이러스 벡터를 사용할 수 있다. Viral vectors used for gene transfer in animals can be used. In addition, non-viral vectors can be used.

많은 다른 종류의 벡터들이 알려져 있다. 예를 들면, 플라스미드 및 바이러스 벡터, 예를 들면 레트로바이러스 벡터가 알려져 있다. 포유류 발현 플라스미드는 전형적으로, 복제기원, 적당한 프로모터, 및 선택적인 인핸서, 및 임의의 필수 리보솜 결합부위, 폴리아데닐화 부위, 스플라이스 도너 및 수용체 부위, 전사종결서열, 및 5'플랭킹 비-전사서열을 가진다. 벡터들의 예들은: 플라스미드(벡터의 다른 타입의 담체일 수도 있음), 아데노바이러스, 아데노-관련 바이러스(AAV), 렌티바이러스(예를 들면, 변형된 HIV-1, SIV 또는 FIV), 레트로바이러스(예를 들면, ASV, ALV 또는 MoMLV), 및 트랜스포손(예를 들면, Sleeping Beauty, P-elements, Tol-2, Frog Prince, piggyBac)을 포함한다.Many different types of vectors are known. For example, plasmid and viral vectors, such as retroviral vectors, are known. Mammalian expression plasmids are typically origins of replication, appropriate promoters, and optional enhancers, and any essential ribosome binding sites, polyadenylation sites, splice donors and receptor sites, transcription termination sequences, and 5'flanking non-transcriptional Have a sequence. Examples of vectors are: plasmid (which may be another type of carrier), adenovirus, adeno-associated virus (AAV), lentivirus (e.g., modified HIV-1, SIV or FIV), retrovirus ( For example, ASV, ALV or MoMLV), and transposons (eg, Sleeping Beauty, P-elements, Tol-2, Frog Prince, piggyBac).

일 구체예에서, 표적 핵산서열은 프로모터와 같은 조절영역에 조작가능하게 결합될 수 있다In one embodiment, the target nucleic acid sequence may be operably linked to a regulatory region such as a promoter.

일 구체예에서, 추가의 조절영역들을 함께 도입할 수 있다. 폴리아세틸화 서열, 해독조절서열들(예를 들면, 내부 리보솜 유입 세그먼트, IRES), 인핸서, 유도성 요소들 또는 인트론들을 포함하며, 여기에 국한되지 않는다.In one embodiment, additional regulatory regions can be introduced together. Polyacetylation sequences, translational regulatory sequences (eg, internal ribosome entry segment, IRES), enhancers, inducible elements or introns, but are not limited thereto.

일 구체예에서, 신호 펩티드 또는 선택가능한 마커들을 인코딩하는 핵산 구조물들이 사용될 수 있다.In one embodiment, nucleic acid constructs encoding signal peptides or selectable markers may be used.

일 구체예에서, 외인성 핵산은 폴리펩티드를 인코딩한다. "tag"를 인코딩하는 tag 서열을 포함할 수 있다.In one embodiment, the exogenous nucleic acid encodes a polypeptide. It may include a tag sequence encoding "tag".

상기 핵산은 non-viral 벡터 전달 방식으로 전달될 수 있다., The nucleic acid can be delivered by a non-viral vector delivery method.,

예를 들어, mRNA형태의 Cas9과 sgRNA를 지질 나노 입자에 패키지하여 전달할 수 있다. 음이온을 띠는 CRISPR/Cas9을 이루는 DNA 혹은 핵산은 양이온을 띠는 물질들과 electrostatic하게 결합(electrostatically complexed)하여 나노입자 (nanoparticles)를 형성할 수 있고, 이는 세포로 receptor-mediated endocytosis 혹은 phagocytosis 등으로 침투할 수 있다. 핵산을 전달함에 있어 가장 널리 알려진 양이온 물질에는 천연 폴리머(naturally-occurring polymer), 합성 폴리머(synthetic polymer) 그리고 지질(lipids)이 있다 For example, Cas9 and sgRNA in the form of mRNA can be packaged and delivered in lipid nanoparticles. DNA or nucleic acids that make up CRISPR/Cas9 with negative ions can form nanoparticles by electrostatically complexing with substances with positive ions, which can lead to receptor-mediated endocytosis or phagocytosis. Can penetrate. Naturally-occurring polymers, synthetic polymers, and lipids are the most widely known cationic materials for delivering nucleic acids.

예를 들어, Cas9/sgRNA 복합체(Complex)의 형태로 전달할 수 있다. For example, it can be delivered in the form of a Cas9/sgRNA complex.

Cas9 단백질과 sgRNA를 투여 전에 RNP(ribonucleoprotein)형태로 만든 후에 리포좀(liposome)과 같은 전달물질을 이용하여 원하는 세포로 전달하는 방법이다. RNP 형태는 세포 내로 전달과 동시에 발현하여 앞서 말한 mRNA 형태로 전달하였을 때 단백질로 translate 되기까지의 지체가 없고 발현이 일시적인 장점이 있다. sgRNA와 Cas9 단백질을 RNP complex 형태로 세포에 도입함으로써 Active Cas9 protein 상태로 도입하게 되므로, 보다 빠르고 오프 타겟 효과(off-target effect)를 최소화한 에디팅(editing)이 가능한 장점이 있다. 본 발명의 일 실시예에서는 sgRNA와 Cas9 단백질을 RNP(Ribonucleoprotein) 복합체 형태로 돼지 배아세포에 도입하였다Cas9 protein and sgRNA are made into RNP (ribonucleoprotein) form before administration, and then delivered to desired cells using a delivery material such as a liposome. The RNP form is expressed at the same time as it is delivered into cells, and when delivered in the aforementioned mRNA form, there is no delay until it is translated into a protein, and its expression is temporary. Since sgRNA and Cas9 proteins are introduced into cells in the form of RNP complex, they are introduced in the Active Cas9 protein state, so there is an advantage that editing can be performed faster and with minimal off-target effects. In one embodiment of the present invention, sgRNA and Cas9 protein were introduced into pig embryonic cells in the form of a RNP (Ribonucleoprotein) complex.

일 구체예에서, 본 발명은 불활성화된 또는 제거된 Klotho 유전자를 가진 돼지 세포를 제공할 수 있다. In one embodiment, the present invention can provide a porcine cell having an inactivated or removed Klotho gene.

예를 들어, Klotho 넉아웃용 조성물을 포함하는 재조합 벡터를 핵 공여 세포로 도입하는 방법 및 상기 재조합 벡터가 도입된 세포에 관한 것이다. For example, it relates to a method for introducing a recombinant vector containing a composition for Klotho knockout into a nuclear donor cell, and to a cell into which the recombinant vector has been introduced.

예를 들어, Klotho 넉아웃용 조성물을 포함하는 RNP 복합체를 핵 공여 세포로 도입하는 방법 및 상기 RNP 복합체가 도입된 세포에 관한 것이다. For example, it relates to a method for introducing an RNP complex comprising a composition for Klotho knockout into a nuclear donor cell, and to a cell into which the RNP complex has been introduced.

일 구체예에서, 상기 세포는 돼지의 배아세포, 체세포 또는 줄기세포일 수 있다. In one embodiment, the cells may be porcine embryonic cells, somatic cells, or stem cells.

임의의 구체예에서, 예를 들면, 이에 한정되지는 않으나 난구세포, 상피세포, 섬유아세포, 신경세포, 각질세포, 조혈세포, 멜라닌 세포, 연골세포, 마크로파지, 단구세포, 근육세포, B 림프구, T 림프구, 배아 줄기세포, 배아 생식세포, 태아 유래 세포, 태좌세포 및 배아세포 등이 있다. 또한, 다양한 기원 조직으로부터 유래된 성체 줄기세포, 예를 들어, 지방, 자궁, 골수, 근육, 태반, 제대혈 또는 피부(상피) 등의 조직 유래 줄기세포를 사용할 수 있다. 비-인간 숙주 배아는 일반적으로 2-세포 단계, 4-세포 단계, 8-세포 단계, 16-세포 단계, 32-세포 단계, 64-세포 단계, 상실배, 또는 배반포를 포함하는 배아일 수 있다. In certain embodiments, for example, but not limited to, cumulus cells, epithelial cells, fibroblasts, nerve cells, keratinocytes, hematopoietic cells, melanocytes, chondrocytes, macrophages, monocytes, muscle cells, B lymphocytes, T lymphocytes, embryonic stem cells, embryonic germ cells, embryo-derived cells, placental cells, and embryonic cells. In addition, adult stem cells derived from various tissues of origin, for example, stem cells derived from tissues such as fat, uterus, bone marrow, muscle, placenta, umbilical cord blood, or skin (epithelial) may be used. The non-human host embryo may generally be an embryo comprising a 2-cell stage, a 4-cell stage, an 8-cell stage, a 16-cell stage, a 32-cell stage, a 64-cell stage, a morula, or a blastocyst. .

보다 바람직하게는, 태아 유래 세포 및 성체 섬유아세포, 난구세포일 수 있다. 가장 바람직하게는, 돼지의 태아 및 성체에서 분리한 섬유아세포를 이용한다. 이 세포의 특징은 초기 분리시 다수의 세포를 얻을 수 있고, 세포 배양도 비교적 쉬우며 체외에서 배양 및 조작이 용이하다는 장점을 지니고 있다. More preferably, it may be fetal-derived cells, adult fibroblasts, and cumulus cells. Most preferably, fibroblasts isolated from fetuses and adults of pigs are used. The characteristics of these cells are that a large number of cells can be obtained during initial separation, cell culture is relatively easy, and culture and manipulation in vitro are easy.

핵 공여 세포로서 제공되는 상기 배아세포, 체세포 또는 줄기세포는 당업계에 공지되어 있는 통상적인 방법을 사용하여 외과용 표본 또는 생체검사용 표본을 제조하는 방법으로부터 수득될 수 있다. The embryonic cells, somatic cells, or stem cells provided as nuclear donor cells can be obtained from a method of preparing a surgical specimen or a biopsy specimen using a conventional method known in the art.

한편, 본 발명에 따른 Klotho 유전자 결핍 질환 돼지 모델 제작용의, Klotho 유전자를 넉아웃용 벡터로 형질전환된 핵 공여 세포는 당업계에 공지된 방법에 따라 증식 및 배양될 수 있다. Meanwhile, the nuclear donor cells transformed with a Klotho gene knockout vector for making a Klotho gene deficiency disease pig model according to the present invention may be proliferated and cultured according to a method known in the art.

적절한 배지는 동물 세포 및 특히, 포유동물 세포의 배양을 위해 개발되거나, 또는 동물 세포 성장에 필요한 적절한 성분, 예컨대 동화성 탄소, 질소 및/또는 미량 영양소와 함께 실험실 내에서 제조될 수 있는 임의의 이용 가능한 배지를 사용할 수 있다. A suitable medium is any use that can be developed in the laboratory for the cultivation of animal cells and, in particular, mammalian cells, or prepared in the laboratory with the appropriate components necessary for animal cell growth, such as anabolic carbon, nitrogen and/or micronutrients Any possible medium can be used.

상기 배지는 동물 세포 성장에 적절한 임의의 기본 배지, 비제한적인 예로서, 일반적으로 배양에 이용되는 기본 배지로는 MEM(Minimal Essential Medium), DMEM(Dulbecco modified Eagle Medium), RPMI(Roswell Park Memorial Institute Medium), K-SFM(Keratinocyte Serum Free Medium)이 있으며, 이 외에도 당해 업계에서 이용되는 배지라면 제한없이 사용할 수 있다. 바람직하게는, α-MEM 배지(GIBCO), K-SFM 배지, DMEM배지(Welgene), MCDB 131배지(Welgene), IMEM배지(GIBCO), DMEM/F12 배지, PCM 배지, M199/F12(mixture)(GIBCO), 및 MSC 확장배지(Chemicon)로 구성된 군에서 선택될 수 있다. The medium is any basic medium suitable for animal cell growth, as a non-limiting example, and the basic medium generally used for culture includes MEM (Minimal Essential Medium), DMEM (Dulbecco modified Eagle Medium), RPMI (Roswell Park Memorial Institute). Medium), K-SFM (Keratinocyte Serum Free Medium), and in addition, any medium used in the industry can be used without limitation. Preferably, α-MEM medium (GIBCO), K-SFM medium, DMEM medium (Welgene), MCDB 131 medium (Welgene), IMEM medium (GIBCO), DMEM/F12 medium, PCM medium, M199/F12 (mixture) (GIBCO), and MSC expansion medium (Chemicon) may be selected from the group consisting of.

이러한 기본 배지에, 탄소, 질소 및 미량 영양소의 동화성 공급원, 비제한적인 예로서, 혈청 공급원, 성장 인자, 아미노산, 항생제, 비타민, 환원제, 및/또는 당 공급원이 첨가될 수 있다. To this basal medium, anabolic sources of carbon, nitrogen and micronutrients, such as, but not limited to, serum sources, growth factors, amino acids, antibiotics, vitamins, reducing agents, and/or sugar sources can be added.

당업계에서 통상의 지식을 가진 자가 적합한 배지를 선택 또는 조합하여 공지의 방법으로 적절히 배양할 수 있음은 자명할 것이다. 또한, 이 분야의 통상의 지식에 기초하여 적합한 배양 환경, 시간, 온도 등의 조건을 조절하면서 배양할 수 있음은 자명하다. It will be apparent that one of ordinary skill in the art can select or combine a suitable medium and properly culture it by a known method. In addition, it is obvious that the culture can be cultured while controlling conditions such as suitable culture environment, time, temperature, etc. based on common knowledge in this field.

[형질전환 동물][Transgenic animals]

키메릭Chimeric 동물 animal

본 발명의 일 구현예에서, klotho 단백질 발현이 불활성화된 돼지를 생산하기 위해, 적합한 조건하에서 배아를 임신시킬 수 있다. In one embodiment of the present invention, in order to produce a pig in which klotho protein expression is inactivated, embryos may be conceived under suitable conditions.

예를 들어, 형질전환된 돼지의 체세포를 사용하여 상기의 체세포핵 이식법(SCNT)을 이용할 수 있다. For example, the somatic cell nucleus transplantation method (SCNT) described above can be used using somatic cells of a transformed pig.

본 발명은 일 구체예에서, 체세포핵 이식법(SCNT)에 의해 산자를 생산함으로써, Klotho 유전자을 넉아웃 시킨 Klotho 결핍 질환 모델용 형질전환 돼지의 제조방법 및 이에 의해 제조된 Klotho 결핍 질환 모델용 돼지에 관한 것이다. In one embodiment, the present invention relates to a method for producing a transgenic pig for a Klotho deficiency disease model in which Klotho gene is knocked out by producing litter by somatic cell nucleus transplantation (SCNT), and a pig for a Klotho deficiency disease model prepared thereby will be.

체세포핵 이식법(SCNT)은 공지의 방법을 이용할 수 있다. The somatic cell nucleus transplantation method (SCNT) can use a known method.

본 발명은 일 구체예로서, Klotho 유전자를 넉아웃시키는 조성물로 형질전환된 돼지 유래 체세포, 배아세포 또는 줄기세포의 핵을, 탈핵된 난자에 이식하여 형성된 돼지의 핵 이식란 제조방법 및 이에 의해 제조된 핵 이식란을 제공할 수 있다.In one embodiment, the present invention is a method for preparing a nuclear transfer egg of a pig formed by transplanting the nucleus of a pig-derived somatic cell, embryonic cell, or stem cell transformed with a composition that knocks out the Klotho gene into an enucleated egg, and prepared thereby Nuclear transfer embryos can be provided.

본 발명은 다른 구체예로서, 상기 핵 이식란을 대리모의 난관에 이식하여 산자를 생산하는 단계를 포함하는 Klotho 유전자을 넉아웃 시킨 Klotho 결핍 질환 모델용 형질전환 돼지의 제조방법 및 이에 의해 제조된 Klotho 유전자가 넉아웃 된 것을 특징으로 하는 Klotho 결핍 질환 모델용 돼지를 제공한다.In another embodiment, the method of preparing a transgenic pig for a Klotho deficiency disease model by knocking out a Klotho gene comprising the step of producing a litter by transplanting the nuclear transfer egg into the fallopian tube of a surrogate mother, and the Klotho gene produced by it It provides a pig for Klotho deficiency disease model, characterized in that the knock-out.

임의의 구체예에서, 본 발명은 유전자조작 동물의 생산방법을 포함하며, In certain embodiments, the present invention includes a method for producing a genetically engineered animal,

상기 방법은 배아 또는 세포를 타겟팅 뉴클레아제(예를 들면, 메가뉴클레아제, 아연 핑거, TALEN, 안내 RNA, 재조합효소 융합 분자들)를 인코딩하는 mRNA에 노출시키는 단계, The method includes exposing the embryo or cell to an mRNA encoding a targeting nuclease (e.g., meganuclease, zinc finger, TALEN, intraocular RNA, recombinase fusion molecules),

대리모내 세포를 클로닝하거나, 대리모내 배아들을 이식하는 단계를 포함하며, 상기 타겟팅 뉴클레아제는 배아 또는 세포내 표적 염색체 부위에 특이적으로 결합하여 세포 염색체에 변화를 일으키며, 대리모는 표적 염색체 부위에서 유전자조작된 동물을 임신시킬 수 있다. Cloning cells within the surrogate mother or transplanting embryos within the surrogate mother, wherein the targeting nuclease specifically binds to an embryo or an intracellular target chromosome site to cause a change in the cellular chromosome, and the surrogate mother is at the target chromosome site. Genetically engineered animals can be conceived.

[용도][Usage]

본 발명의 일 구체예는 klotho 유전자의 핵산서열 내 변형에 의해 klotho 유전자가 넉아웃된, klotho 단백질 발현이 불활성화된 돼지의 용도를 제공한다. One embodiment of the present invention provides a use of a pig in which the klotho gene is knocked out by modification in the nucleic acid sequence of the klotho gene, and the expression of the klotho protein is inactivated.

본 발명에 따른 klotho 유전자 넉아웃된 klotho 결핍 질환 모델용 돼지는 교배를 통해 산자 생산이 가능하며, 후대로 상기 외부 유전자의 전달이 가능하다.Pigs for klotho deficiency disease model knocked out of the klotho gene according to the present invention can produce litter through mating, and transfer of the foreign gene is possible in the future.

그러므로, 본 발명의 klotho유전자가 넉아웃 된 것을 특징으로 하는 돼지는 용이한 재현 가능성을 장점으로 가지고 있는 바, klotho 결핍 질환 동물 모델로서 매우 유용하다.Therefore, the pig characterized in that the klotho gene of the present invention is knocked out has the advantage of easy reproducibility, and is very useful as an animal model of klotho deficiency disease.

즉, 본 발명의 klotho 결핍 질환 모델 돼지를 이용하여 klotho 결핍 질병 기전의 규명, 치료물질의 탐색, 진단법의 개발 등 다양한 활용이 가능할 것이다.That is, the klotho deficiency disease model pig of the present invention may be used in various ways, such as the identification of the klotho deficiency disease mechanism, the search for therapeutic substances, and the development of diagnostic methods.

그러므로, 본 발명은 다른 관점에서, 상기 방법으로 제작한 klotho 결핍 질환 모델용 돼지의 다양한 용도를 포함한다.Therefore, in another aspect, the present invention includes various uses of a pig for a klotho deficiency disease model produced by the above method.

예를 들어, 본 발명에 따른 동물모델은 klotho 결핍 질환을 치료하거나 예방하는데 필요한 연구에, 예를 들어 피험 약제를 스크리닝하는 방법으로 사용될 수 있다. For example, the animal model according to the present invention can be used in studies necessary to treat or prevent klotho deficiency disease, for example, as a method of screening a test drug.

일 구체예로서, 본 발명의 상기 스크리닝 방법은In one embodiment, the screening method of the present invention

1) klotho 결핍 질환 모델 돼지에 예방 및 치료제 후보물질을 투여하는 단계;1) administering a prophylactic and therapeutic candidate substance to the klotho deficiency disease model pig;

2) 후보물질 투여 후, 상기 돼지의 조직을 후보물질을 투여하지 않은 대조군과 비교하여 분석하는 단계를 포함할 수 있다. 2) After administration of the candidate substance, the pig tissue may be compared with a control group to which the candidate substance was not administered and analyzed.

후보 물질은 펩티드, 단백질, 비펩티드성 화합물, 합성 화합물, 발효 생산물,세포 추출액, 식물 추출액, 동물 조직 추출액 및 혈장으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나인 것이 바람직하나 이에 한정되지 않는다. 상기 화합물은 신규 화합물이어도 되고, 널리 알려진 화합물이어도 된다. 이러한 후보 물질은 염을 형성하고 있어도 된다. The candidate substance is preferably any one selected from the group consisting of peptides, proteins, non-peptidic compounds, synthetic compounds, fermentation products, cell extracts, plant extracts, animal tissue extracts, and plasma, but is not limited thereto. The compound may be a novel compound or a widely known compound. These candidate substances may form salts.

상기와 같은 후보 물질을 투여하는 방법으로는 예를 들면, 경구투여, 정맥주사, 피하투여, 피내투여 또는 복강 투여 등 중에서 대상 동물의 증상, 후보 물질의 성질 등에 맞추어 적당히 선택할 수 있다. 또한, 후보 물질의 투여량은 투여 방법 또는 후보 물질의 성질 등에 맞추어 적당히 선택할 수 있다.As a method of administering such a candidate substance, for example, oral administration, intravenous injection, subcutaneous administration, intradermal administration, or intraperitoneal administration can be appropriately selected according to the symptoms of the target animal and the properties of the candidate substance. In addition, the dosage of the candidate substance can be appropriately selected according to the administration method or the properties of the candidate substance.

[실시예][Example]

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail through examples.

이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로서, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되지 않는다는 것은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 자명할 것이다.These examples are for illustrative purposes only, and it will be apparent to those of ordinary skill in the art that the scope of the present invention is not limited by these examples.

1One 동물과 시약Animals and reagents

이 연구에서 사용된 동물들은 R&F농장(보령, 한국)과 경기 가축 수의 연구 농장 (오산, 한국)에 의해 유지되었다. 모든 동물실험은 서울대학교병원 동물실험실 사용설명서(SNU-160613-16)의 승인을 받아 수행하였다.The animals used in this study were maintained by R&F farm (Boryeong, Korea) and Gyeonggi livestock veterinary research farm (Osan, Korea). All animal experiments were performed with the approval of the user manual (SNU-160613-16) of the animal laboratory of Seoul National University Hospital.

2.2. CRISPRCRISPR // Cas9Cas9 시스템을 System 타겟으로Target 하는 doing Klotho의Klotho's 디자인 및 설계 Design and design

돼지 klotho 유전자를 인식할 수 있는 sgRNA는 온라인 CRISPR 디자인 도구 (http :/ zifit.partners.org/ZiFiT/Disclaimer.aspx)를 사용하여 설계하였다. 설계한 sgRNA에 대한 DNA 염기서열 정보는 5'-TAGAACAAGGCTGAAGACTTCGG-3 '(서열번호 1)이다.The sgRNA capable of recognizing the porcine klotho gene was designed using the online CRISPR design tool (http:/zifit.partners.org/ZiFiT/Disclaimer.aspx). The DNA sequence information for the designed sgRNA is 5'-TAGAACAAGGCTGAAGACTTCGG-3' (SEQ ID NO: 1).

protospacer 인접 모티프(PAM) 및 sgRNA 표적 서열은 각각 청색 및 적색 글꼴로 식별 할 수 있다 (도 1). 설계된 sgRNA의 특이성은 GenBank에서 유사한 돼지서열을 검색하여 확인하였다. sgRNA는 klotho의 exon 3에서 이중 가닥 절단을 위해 설계하였다.The protospacer contiguous motif (PAM) and sgRNA target sequence can be identified by blue and red fonts, respectively (Fig. 1). The specificity of the designed sgRNA was confirmed by searching for similar pig sequences in GenBank. The sgRNA was designed for double-stranded cleavage in exon 3 of klotho.

3. 3. CRISPRCRISPR // Cas9Cas9 ribonucleoproteins의of ribonucleoproteins 전달 relay

ribonucleotroteins (RNPs)를 사용하여 야생형 돼지태아 섬유아세포에서 이중 가닥 절단 (DSBs)를 유도하기 위해, 9x105 세포는 1400 V, 30 ms 펄스 폭 및 펄스 번호 1 로 설정한 뉴클레오펙션(nucleofection) (Neon, Invitrogen)을 통해 생체외 전사된 sgRNA (7.2 μg)와 미리 혼합한 Cas9 단백질(28.8 μg)로 형질감염 하였다. 형질 감염된 세포는 4-웰 세포 배양 접시에서 수행하였다. 형질 감염 1~2일 후, 비 선택된 세포 집단을 체세포 핵이식에 직접 사용하였다. 보관 용액(20mM HEPES pH 7.5, 150mM KCl, 1mM DTT 및 10 % glycerol)의 Cas9 단백질을 nuclease-free 물에 용해된 sgRNA와 혼합하고 사용 전에 상온에서 10분간 배양하였다To induce double-strand breaks (DSBs) in wild-type porcine fetal fibroblasts using ribonucleotroteins (RNPs), 9x10 5 cells were 1400 V, 30 ms pulse width and nucleofection set to pulse number 1 (Neon , Invitrogen) transfected in vitro with sgRNA (7.2 μg) and Cas9 protein (28.8 μg) mixed in advance. Transfected cells were performed in 4-well cell culture dishes. One to two days after transfection, non-selected cell populations were used directly for somatic cell nuclear transplantation. Cas9 protein in storage solution (20mM HEPES pH 7.5, 150mM KCl, 1mM DTT and 10% glycerol) was mixed with sgRNA dissolved in nuclease-free water and incubated for 10 minutes at room temperature before use.

4. 체세포 4. Somatic cells 핵이식과Nuclear Transplantation Department 배아이식Bae Ai Sik

체외 성숙 배양 40시간 뒤, 0.1% 히알루로니다아제로 부드럽게 피펫팅하여 난구 난자 복합체(COC)를 제거하였다. 탈피된 난모세포는 5μg/mL의 Hoechst 33342를 포함하는 Tyrode의 알부민 락테이트 피루베이트(TALP)배지에서 10분 동안 배양하고 epifluorescence가 장착된 도립 현미경 하에서 관찰하였다. After 40 hours of in vitro maturation culture, the oocyte complex (COC) was removed by gently pipetting with 0.1% hyaluronidase. The molten oocytes were incubated for 10 minutes in Tyrode's albumin lactate pyruvate (TALP) medium containing 5 μg/mL of Hoechst 33342 and observed under an inverted microscope equipped with epifluorescence.

난모세포를 지주용 마이크로 피펫으로 고정시키고 투명대를 미세한 유리 바늘로 부분적으로 해부하여 제1극체 부근에 슬릿을 만들었다. The oocytes were fixed with a micropipette for a post, and the translucency was partially dissected with a fine glass needle to make a slit near the first pole body.

탈핵은 7.5μg/mL의 cytochalasin B를 함유하는 TALP 배지에서 흡인 피펫으로 중기 II 염색체를 함유한 첫번째 극체와 인접한 세포질을 흡인하여 수행하였다. 그 다음, 미세 피펫을 사용하여, 매끈한 세포 표면을 가진 트립신 처리된 태아 섬유아세포를 탈핵된 난모세포의 위란강으로 옮겼다. Denucleation was performed by aspirating the cytoplasm adjacent to the first polar body containing the metaphase II chromosome with a suction pipette in TALP medium containing 7.5 μg/mL cytochalasin B. Then, using a fine pipette, the trypsin-treated fetal fibroblasts having a smooth cell surface were transferred to the upper cavity of the enucleated oocytes.

이들을 4분간 융합용액 (0.5mM HEPES 및 MgSO4를 함유하는 0.26M mannitol 용액)으로 균형화시킨 다음, 전기적 펄스 기계를 사용하여 30μs동안 1.2kV/cm의 단일 DC펄스로 융합용액 20㎕로 융합시켰다 (LF101; NepaGene, Chiba, Japan). 30분 뒤, 융합된 couplet을 활성화용액(0.5 mM HEPES, 0.1 mM CaCl2 및 MgSO4를 함유하는 0.28 M mannitol 용액)으로 4분간 균형화시켰고, 활성화 용액이 담긴 2개의 전극이 있는 챔버로 옮긴 다음, BTX Electro-Cell Manipulator 2001 (BTX, Inc., San Diego, CA, USA)을 사용하여 30μs동안 1.5kV/ cm의 단일 DC펄스로 활성화시켰다.They were balanced with a fusion solution (0.26M mannitol solution containing 0.5mM HEPES and MgSO4) for 4 minutes, and then fused with 20 µl of the fusion solution with a single DC pulse of 1.2 kV/cm for 30 μs using an electric pulse machine (LF101). ; NepaGene, Chiba, Japan). After 30 minutes, the fused couplet was balanced with an activation solution (0.28 M mannitol solution containing 0.5 mM HEPES, 0.1 mM CaCl 2 and MgSO 4 ) for 4 minutes, and then transferred to a chamber with two electrodes containing the activation solution, BTX Electro-Cell Manipulator 2001 (BTX, Inc., San Diego, CA, USA) was used to activate a single DC pulse of 1.5 kV/cm for 30 μs.

전기적으로 활성화된 배아를 7일 동안 5% O2, 5% CO2 및 90% N2의 39°C에서, Porcine Zygote Medium-5 (PZM-5, Funakoshi Corporation, Tokyo, Japan)으로 배양하였다.Electrically activated embryos were cultured with Porcine Zygote Medium-5 (PZM-5, Funakoshi Corporation, Tokyo, Japan) at 39°C in 5% O2, 5% CO2 and 90% N2 for 7 days.

5. 5. 배아이식Bae Ai Sik 및 태아회수 And fetal recovery

활성화 후 1~2일째에 서기 발정이 관찰된 후 2일째에 1-4 세포 단계 SCNT 태아를 자연 순환하는 수령 돼지로 옮겼다. Isoflurane(아이소플루레인)을 이용한 전신 마취 하에서 midventral 개복술을 시행하였다. After activation, on the 1st to 2nd day, postoperative estrus was observed, and on the 2nd day, 1-4 cell stage SCNT embryos were transferred to naturally circulating recipient pigs. Midventral laparotomy was performed under general anesthesia with Isoflurane (Isoflulane).

생식 기관을 노출시키고 SCNT 태아 (150-250 배아)를 수령 돼지의 난관으로 옮겼다. 임신 25일째(SCNT의 날은 0일로 간주) 초음파검사를 통해 태아를 진단하였고, 태아는 옮긴 후 28일째에 회복되었다.The reproductive organs were exposed and SCNT fetuses (150-250 embryos) were transferred to the fallopian tubes of recipient pigs. The fetus was diagnosed through ultrasound on the 25th day of pregnancy (the day of SCNT is considered as day 0), and the fetus recovered on the 28th day after transfer.

6. 돼지 태아 섬유아세포의 일차배양6. Primary culture of pig fetal fibroblasts

7개의 복제된 돼지 태아에서 복제된 태아 섬유아세포를 분리하고 배양하였다.Replicated fetal fibroblasts were isolated from 7 cloned pig embryos and cultured.

안락사시킨 태아를 머리, 몸, 꼬리의 세 부분으로 해부하였다.The euthanized fetus was dissected into three parts: head, body, and tail.

태아의 몸 부분만 1% Penicillin/Streptomycin (P/S; Gibco)이 함유된 phosphate-buffered saline (PBS; Gibco, Carlsbad, CA)으로 3회 세척하고 Dulbecco’s Modified Eagle’s Medium (DMEM; Gibco)이 담긴 60 mm 디쉬에서 작은 조각으로 잘랐다.Only the body part of the fetus was washed 3 times with phosphate-buffered saline (PBS; Gibco, Carlsbad, CA) containing 1% Penicillin/Streptomycin (P/S; Gibco) and 60 containing Dulbecco's Modified Eagle's Medium (DMEM; Gibco) Cut into small pieces in mm dishes.

잘 해리된 조직을 1,500rpm으로 2분간 원심분리하였다. 상층액을 버리고, 펠렛은 DMEM으로 재현탁 시킨 다음 1,500rpm으로 2분간 원심 분리하였다. 이러한 과정들을 2회 반복하였다. 최종적으로, 상층액을 버리고 펠렛을 튜브를 여러번 뒤집어서 20% 소태아혈청 (FBS, Gibco), 1% P/S, 1% 비필수아미노산(NEAA, Gibco) 및 100mM β- mercaptoethanol(β-ME)이 포함된 DMEM에 재현탁 시켰다. 현탁액을 ~10일 동안 2-3일마다 배양배지를 교환하여 세포배양 접시로 옮겼다. 이들 1 차 세포를 배양하고, 늘이고, 추후 사용을 위해 -196℃에서 동결시켰다. 세포배양은 20% FBS, 1% P/S, 1% NEAA, 및 100 mM β-ME이 포함된 DMEM으로 유지하였다.The well-dissociated tissue was centrifuged for 2 minutes at 1,500 rpm. The supernatant was discarded, the pellet was resuspended in DMEM, and then centrifuged at 1,500 rpm for 2 minutes. These processes were repeated twice. Finally, discard the supernatant and turn the pellet over the tube several times to prepare 20% fetal bovine serum (FBS, Gibco), 1% P/S, 1% non-essential amino acids (NEAA, Gibco) and 100 mM β-mercaptoethanol (β-ME). It was resuspended in DMEM containing this. The suspension was transferred to a cell culture dish by changing the culture medium every 2-3 days for ~10 days. These primary cells were cultured, stretched, and frozen at -196°C for later use. Cell culture was maintained in DMEM containing 20% FBS, 1% P/S, 1% NEAA, and 100 mM β-ME.

7. 7. T7E1T7E1 분석 analysis

제조사의 지시에 따라 ExgeneTM cell SV (GeneAll Biotech, Seoul, Korea)를 이용하여 게놈 DNA를 추출하였다. 표1에 기재한 프라이머를 사용하여 CRISPR/Cas9 표적부위를 포함하는 PCR 증폭물을 생성 하였다. T7E1 분석은 이전에 기술한대로 분석하였다 (Kim et al., 2009). 요약하자면, PCR 증폭물을 95℃에서 변성시키고 어낼링하여 heteroduplex DNA를 형성시킨 다음 T7 endonuclease 1 (ToolGen Inc., Seoul)을 5단위로 37℃에서 20분간 처리한 뒤 2 % 아가로오스 겔 전기 영동으로 분석하였다.Genomic DNA was extracted using ExgeneTM cell SV (GeneAll Biotech, Seoul, Korea) according to the manufacturer's instructions. Using the primers shown in Table 1, a PCR amplification product containing the CRISPR/Cas9 target site was generated. The T7E1 assay was analyzed as previously described (Kim et al., 2009). In summary, PCR amplification products were denatured at 95℃ and analyzed to form heteroduplex DNA, and then T7 endonuclease 1 (ToolGen Inc., Seoul) was treated with 5 units at 37℃ for 20 minutes, followed by 2% agarose gel electrolysis. It was analyzed by Yeongdong.

8. 딥 시퀀싱(Deep sequencing)8. Deep sequencing

온타겟 영역은 게놈 DNA로 증폭하여 라이브러리 구축에 사용하였다. The on-target region was amplified with genomic DNA and used for library construction.

동일한 양의 PCR 증폭물을 Illumina MiSeq (v2, 300 주기)을 사용하여 쌍방향 읽기 시퀀싱을 수행하였다. 시퀀싱 반응 및 증폭과 관련된 오류 제거를 위해 한 번만 발생하는 희귀 서열 판독을 제외하였다. CRISPR/Cas9 절단부위(PAM의 3bp 상류)주위에 삽입 또는 결실된 것은 CRISPR/ Cas9에 의해 유도된 돌연변이로 간주되었다.Bidirectional read sequencing was performed on the same amount of PCR amplification products using Illumina MiSeq (v2, 300 cycles). Rare sequence reads that occur only once were excluded to eliminate errors related to sequencing reactions and amplification. Insertions or deletions around the CRISPR/Cas9 cleavage site (3bp upstream of PAM) were considered to be CRISPR/Cas9-induced mutations.

[표 1] [Table 1]

T7E1 assay 및 딥 시퀀싱에 사용된 프라이머Primers used for T7E1 assay and deep sequencing

Figure 112018096365776-pat00001
Figure 112018096365776-pat00001

상기 표 1의 프라이머 서열을, 순차적으로 서열번호 2 내지 서열번호 5로 명명한다. The primer sequences in Table 1 are sequentially named as SEQ ID NOs: 2 to 5.

9. 정량 실시간 PCR(Quantitative real-time PCR)9. Quantitative real-time PCR

모든 시료는 분석 할 때까지 -80℃에서 보관하였다. Easy-Spin Total RNA Extraction Kit (iNtRON)를 사용하여 제조업체의 프로토콜에 따라 총 RNA를 추출하고, 총 RNA 농도를 NanoDrop 2000 분광 광도계 (Thermo Fisher Scientific)를 사용하여 정량화하였다. 제조사의 프로토콜에 따라 Maxime RT Premix (iNtRON)를 사용하여 cDNA를 합성하였다. cDNA 1 ㎕, 정방향 프라이머 0.4 ㎕ (10 pmol/㎕), 역방향 프라이머 0.4 ㎕ (10 pmol/㎕), SYBR Premix Ex Taq (Takara) 10 ㎕ 및 Nuclease-free water (Ambion) 8.2 ㎕를 첨가하여 PCR 플레이트 (MicroAmp optical 96-well reaction plate)를 만들었다. 반응은 40 사이클 동안 수행되었고, 사이클링 파라미터는 다음과 같다: 95 ℃에서 15 초 동안 변성, 60 ℃에서 1 분간 어닐링 및 72 ℃에서 1 분간 연장. 모든 올리고 뉴클레오티드 프라이머 서열을 표 2에 나타내었다. 각 유전자에 대하여 Forward 와 Reverse 순으로, 상기 표 2의 프라이머 서열을, 순차적으로 서열번호 6 내지 서열번호 23으로 명명한다. 각각의 표적 유전자의 발현은 R = 2-[ΔCt 샘플 -ΔCt 대조군] 방정식을 사용하여 내부 대조 유전자(GAPDH)의 발현과 비교하여 정량화 하였다.All samples were stored at -80°C until analysis. Total RNA was extracted according to the manufacturer's protocol using the Easy-Spin Total RNA Extraction Kit (iNtRON), and the total RNA concentration was quantified using a NanoDrop 2000 spectrophotometer (Thermo Fisher Scientific). CDNA was synthesized using Maxime RT Premix (iNtRON) according to the manufacturer's protocol. PCR plate with 1 μl of cDNA, 0.4 μl of forward primer (10 pmol/μl), 0.4 μl of reverse primer (10 pmol/μl), 10 μl of SYBR Premix Ex Taq (Takara) and 8.2 μl of Nuclease-free water (Ambion) (MicroAmp optical 96-well reaction plate) was made. The reaction was carried out for 40 cycles, and the cycling parameters were as follows: denaturation at 95° C. for 15 seconds, annealing at 60° C. for 1 minute and extension at 72° C. for 1 minute. All oligonucleotide primer sequences are shown in Table 2. For each gene, in the order of Forward and Reverse, the primer sequences in Table 2 are sequentially named as SEQ ID NOs: 6 to 23. Expression of each target gene was quantified by comparison with the expression of the internal control gene (GAPDH) using the equation R = 2- [ΔCt sample -ΔCt control] .

[표 2] [Table 2]

Real-time PCR 프라이머 리스트Real-time PCR primer list

Figure 112018096365776-pat00002
Figure 112018096365776-pat00002

10. 웨스턴 블롯 분석(Western blot analysis)10. Western blot analysis

조직을 균질화기에 의해 미세하게 분쇄하고 인산 완충액 (PBS, pH 7.4)으로 세척하고 빙냉 용해 완충액 (50 mM Tris-HCl, pH 7.2, 150 mM NaCl, 1 mM EDTA, 1 % Triton X-100 0.1 % 아프로 티닌, 0.1 % SDS, 1mM PMSF)으로 용해하였다. 용해물을 원심 분리(13,000 rpm, 4 ℃에서 10 분)하였다. 상청액으로부터 10 ㎍의 단백질을 10 % SDS-PAGE로 분획하고 PVDF 멤브레인 상으로 전기 이동시켰다. 블롯은 4 % C에서 5 % 탈지유로 밤새 블로킹하였다. 다음날, 0.1 % Tween 20을 함유 한 5 % 탈지유 Tris- 완충 식염수 (TBST)에 희석한 rabbit anti-klotho polyclonal antibody (1 : 1000) 및 rabbit anti-β-actin (1:5000)과 함께 PVDF 멤브레인을 2 시간동안 인큐베이션하였다. 그 다음, 멤브레인을 TBST로 10 분 동안 3 회 각각 세척한 후 horseradish peroxidase가 콘쥬게이트 된 goat anti-rabbit IgG (1 : 5000)와 함께 1 시간 동안 인큐베이션하였다. 블롯은 Pierce SuperSignal West Pico Chemiluminescent System (Thermo Fisher Scientific)을 사용하여 확인하였다. Immunoblot의 밀도는 이미지 획득 시스템 (VilberLourmat, Fusion SL3500)으로 스캔하였다.The tissue was finely crushed by a homogenizer, washed with phosphate buffer (PBS, pH 7.4) and ice-cold lysis buffer (50 mM Tris-HCl, pH 7.2, 150 mM NaCl, 1 mM EDTA, 1% Triton X-100 0.1% afro). Tinine, 0.1% SDS, 1mM PMSF). The lysate was centrifuged (13,000 rpm, 4° C. for 10 minutes). 10 μg of protein from the supernatant was fractionated by 10% SDS-PAGE and electrophoresed onto a PVDF membrane. Blots were blocked overnight with 5% skim milk at 4% C. The next day, PVDF membranes were prepared with rabbit anti-klotho polyclonal antibody (1:1000) and rabbit anti-β-actin (1:5000) diluted in 5% skim milk Tris-buffered saline (TBST) containing 0.1% Tween 20. Incubated for 2 hours. Then, the membrane was washed three times with TBST for 10 minutes, and incubated with horseradish peroxidase conjugated goat anti-rabbit IgG (1:5000) for 1 hour. The blot was confirmed using Pierce SuperSignal West Pico Chemiluminescent System (Thermo Fisher Scientific). The density of the Immunoblot was scanned with an image acquisition system (VilberLourmat, Fusion SL3500).

11. 통계 분석11. Statistical Analysis

통계 분석은 SPSS 22.0 (SPSS, Inc., Chicago, IL, USA)를 사용하여 분석하였다.Statistical analysis was performed using SPSS 22.0 (SPSS, Inc., Chicago, IL, USA).

Man-Whitney's 테스트로 백분율 데이터(에를 들어, 융합, 절단 및 배반포 생성속도)를 실험군과 비교하였다. 데이터는 평균±SEM으로 표시하였다. <0.05는 통계적으로 유의하다고 판단하였다.Percent data (eg, fusion, cleavage and blastocyst production rates) were compared with the experimental group by Man-Whitney's test. Data are expressed as mean±SEM. <0.05 was judged to be statistically significant.

실시예 : 1Example: 1 CRISPRCRISPR -- sgRNAsgRNA RNPs를RNPs 표적으로 하는 Targeted klotho로by klotho 형질감염된 Transfected 비선택된Unselected 선별세포를 이용한 Using selection cells SCNT후After SCNT 배아발달Embryonic development And 게놈편집Genome editing 효율평가 Efficiency evaluation

SCNT 이후의 배아의 이식 전 발달을 Cas9-sgRNA RNPs(klotho 유전자 표적화) 또는 형질전환되지 않은 섬유아세포(표 3)와 비교했다. The pre-transplant development of embryos after SCNT was compared with Cas9-sgRNA RNPs (klotho gene targeting) or untransformed fibroblasts (Table 3).

[표 3][Table 3]

SCNT 후 돼지 태아의 이식전 발달과 Cas9-sgRNA RNPs (klotho 유전자를 표적으로 함)로 트랜스펙션된 또는 비트랜스펙션된 섬유아세포의 비교Post-SCNT development of pig embryos before transplantation and comparison of transfected or non-transfected fibroblasts with Cas9-sgRNA RNPs (targeting the klotho gene)

Figure 112018096365776-pat00003
Figure 112018096365776-pat00003

형질전환되지 않은 공여세포(n=58)와 형질전환된 공여세포(n=195)을 사용하여 총 253개의 SCNT 배아를 만들었다. 그들 중 일부는 낭포로 발전하였고 (n=6 및 20), 낭포 형성속도에는 유의한 차이가 없었다. A total of 253 SCNT embryos were made using untransformed donor cells (n=58) and transformed donor cells (n=195). Some of them developed cysts (n=6 and 20), and there was no significant difference in the rate of cyst formation.

그러나, 형질감염되지 않은 군과 형질감염된 군간의 융합률에는 유의한 차이가 있었다. However, there was a significant difference in the fusion rate between the non-transfected group and the transfected group.

T7E1 분석에서, Cas9-sgRNA RNPs 형질감염 세포에서 유래된 낭포 중 20개 (65%)가 klotho 유전자 변형을 보였다(도 2A). 수정을 확인하기 위해 우리는 심층 시퀀싱 분석을 수행하였고 8개의 낭포는 40.0%의 단일성 변형을 보였고 5개의 낭포는 25.0%의 이중대립을 보였다(표 4 및 도 2B).In the T7E1 analysis, 20 (65%) of cysts derived from Cas9-sgRNA RNPs transfected cells showed klotho genetic modification (FIG. 2A ). To confirm fertilization, we performed an in-depth sequencing analysis and 8 cysts showed 40.0% monolithic deformation and 5 cysts showed 25.0% double antagonism (Table 4 and FIG.

[표 4] [Table 4]

Cas9-sgRNA RNP로 트랜스펙션되지 않은 돼지 섬유 아세포를 사용하여 SCNT에 의해 생성된 배반포의 klotho 유전자에 대한 DNA 에디팅 비율DNA editing ratio for the klotho gene of blastocysts produced by SCNT using porcine fibroblasts not transfected with Cas9-sgRNA RNP

Figure 112018096365776-pat00004
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실시예Example 2 : 2 : 배아이식Bae Ai Sik And klothoklotho 넉아웃Knockout 태아세포주Fetal cell line 확립 후 게놈 편집 효율 평가 Evaluation of genome editing efficiency after establishment

이식 전 배아에서의 높은 수정률에 기반하여, CRISPR-sgRNA RNP를 표적으로 하는 Klotho로 형질감염된 비선택된 공여세포를 SCNT후에 배아이식하였다.Based on the high fertilization rate in embryos before transplantation, non-selected donor cells transfected with Klotho targeting CRISPR-sgRNA RNP were embryonicated after SCNT.

총936개의 SCNT 배아를 5명의 수혜자에게 양도하였으며, 1명의 수혜자는 임신을했다(표 5). A total of 936 SCNT embryos were transferred to 5 recipients, and 1 recipient became pregnant (Table 5).

[표 5][Table 5]

수혜자에게 배아 이식을 위한 체세포 핵 이식 결과Results of somatic cell nuclear transplantation for embryo transfer to recipient

Figure 112018096365776-pat00005
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28일 후에 복제된 16개의 태아가 회수되었다. After 28 days, 16 cloned embryos were recovered.

그들 중 9 마리는 흡수되었고 그 중 7 마리는 생존했다 (도 3). 우리는 7개의 살아있는 태아의 신체 부위를 사용하여 일차 배양을 하여 klotho 넉아웃 태아세포주를 만들고 살아서 생존한 태아의 남아있는 조직을 사용하여 딥 시퀀싱을 수행했다. Nine of them were absorbed and 7 of them survived (Figure 3). We made a klotho knockout fetal cell line by primary culture using 7 live fetus body parts, and deep sequencing was performed using the remaining tissues of alive and surviving fetus.

심층 서열 분석에서, 9 마리의 흡수된 태아 중 4 마리(44.4 %)과 7 마리의 생존한 태아 조직 중 3마리(42.9 마리)은 단일차 수정을 보였다(표 6 및 도 4).In in-depth sequencing analysis, 4 out of 9 absorbed fetuses (44.4%) and 3 out of 7 surviving fetal tissues (42.9) showed single-order fertilization (Table 6 and FIG. 4).

[표 6][Table 6]

Figure 112018096365776-pat00006
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실시예 3 : 태아 섬유 아세포의 유전자 발현 및 세포주에서 복제 된 배아의 착상 전 발달에서 klotho monallelic knockout의 효과Example 3: Effect of klotho monallelic knockout on gene expression of fetal fibroblasts and preimplantation development of cloned embryos from cell lines

Klotho monallelic knockout 태아 섬유 아세포 (Fetus L2)와 야생형 태아 섬유 아세포의 유전자 발현을 비교 하였다. 이 실험에서는 노화 (IGF1 신호 유전자, FOXO1 및 항산화 유전자) 및 세포 사멸과 관련된 유전자의 발현을 평가하였다. 도 6에 나타낸 바와 같이, IGF1 및 IGF1R의 발현은 태아 (Fetus) L2 섬유 아세포에서 유의하게 감소하였다. 또한, Fetus L2 섬유 아세포는 FOXO1 및 항산화 기능으로 그 하류 표적 유전자(MnSOD 및 CAT)의 발현을 유의적으로 감소시켰다. 세포 자멸 관련 유전자와 관련하여, Fetus L2 섬유 아세포에서 Bax / Bcl2 비율과 Caspase3의 발현이 유의하게 증가하였다. klotho monallelic knockout fetal fibroblast에서 노화 관련 유전자의 발현에는 유의한 변화가 있었지만, wild type과 Fetus L2 섬유 모세포에서 유래 된 복제 배아 사이에는 절단 비율과 배반포 생성 속도에 유의한 차이가 없었다(각각 82.8 %와 15.2 % vs. 85.5 % 및 14.3 %)(표 7).The gene expression of Klotho monallelic knockout fetal fibroblasts (Fetus L2) and wild-type fetal fibroblasts was compared. In this experiment, the expression of genes related to senescence (IGF1 signaling gene, FOXO1 and antioxidant gene) and cell death was evaluated. As shown in Figure 6, the expression of IGF1 and IGF1R was significantly reduced in the fetal (Fetus) L2 fibroblasts. In addition, Fetus L2 fibroblasts significantly reduced the expression of their downstream target genes (MnSOD and CAT) with FOXO1 and antioxidant functions. Regarding apoptosis-related genes, the Bax/Bcl2 ratio and Caspase3 expression were significantly increased in Fetus L2 fibroblasts. Although there were significant changes in the expression of senescence-related genes in klotho monallelic knockout fetal fibroblasts, there were no significant differences in cleavage rate and blastocyst generation rate between wild type and cloned embryos derived from Fetus L2 fibroblasts (82.8% and 15.2, respectively). % vs. 85.5% and 14.3%) (Table 7).

[표 7][Table 7]

야생형 및 klotho monallelic knockout 돼지 섬유아세포에서 유래 한 SCNT 배아의 이식 전 발달 비교Comparison of pre-transplantation development of SCNT embryos derived from wild-type and klotho monallelic knockout porcine fibroblasts

Figure 112018096365776-pat00007
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실시예 4 : klotho monallelic knockout fetal fibroblast로부터 복제 된 SCNT 배아의 전이 및 태아 유래 태반의 노화 관련 유전자와 klotho 단백질의 발현 비교 결과Example 4: Result of comparison of expression of klotho monallelic knockout fetal fibroblast cloned SCNT embryos and aging-related genes and klotho protein in fetal placenta

표 8에서 볼 수 있듯이, klotho monallelic knockout pigcine fibroblast (Fetus L2 및 L3)에서 복제 된 총 2088 개의 SCNT 배아를 11 개체의 동기화 된 수혜개체에게 전달했다. 11 개의 수혜개체 중 7 개체(63.6 %)가 임신하였다. 하지만 그들 모두는 중단되었다. klotho monallelic knockout 태아가 왜 낙태되었는지 알아보기 위해, 4 ~ 5 주에 klotho monallelic 태아와 야생형 (인위적으로 수정된) 태아로 부터 태반을 회수하고 노화 관련 유전자와 klotho 단백질의 발현을 조사하였다(도 7). Fetus L2 태반에서 IGF1, FOXO1 및 하류 표적 유전자 (MnSOD 및 CAT)의 발현을 유의하게 감소하였다. 세포 자멸 관련 유전자의 경우, Fetus L2 태반에서 Bax / Bcl2 비율과 Caspase3 발현이 유의하게 증가하였다. 웨스턴 블 랏팅을 사용하여 Fetus L2 섬유 아세포에서 복제 한 태아의 태반에서 klotho 단백질 발현을 확인한 결과, klotho의 발현이 상대적으로 낮았다(도 7).As shown in Table 8, a total of 2088 SCNT embryos cloned from the klotho monallelic knockout pigcine fibroblast (Fetus L2 and L3) were delivered to 11 synchronized recipients. Seven of the 11 recipient subjects (63.6%) were pregnant. But all of them stopped. To find out why the klotho monallelic knockout fetus was aborted, placenta was recovered from the klotho monallelic fetus and wild-type (artificially fertilized) fetus at 4 to 5 weeks, and the expression of aging-related genes and klotho protein was investigated (Fig. 7). . The expression of IGF1, FOXO1 and downstream target genes (MnSOD and CAT) was significantly reduced in the Fetus L2 placenta. In the case of apoptosis-related genes, the Bax/Bcl2 ratio and Caspase3 expression were significantly increased in Fetus L2 placenta. As a result of confirming the expression of klotho protein in the placenta of fetuses cloned from Fetus L2 fibroblasts using western blotting, the expression of klotho was relatively low (Fig. 7).

[표 8][Table 8]

klotho monallelic knockout 돼지 태아 섬유 아세포에서 복제 된 SCNT 배아의 전달 결과Delivery outcome of cloned SCNT embryos from klotho monallelic knockout porcine fetal fibroblasts

Figure 112018096365776-pat00008
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<110> seoul national university <120> klotho knock-out porcine Models for klotho deficiency disease and the use thereof <130> CP18-186 <160> 23 <170> KoPatentIn 3.0 <210> 1 <211> 23 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> DNA encoding guide RNA <400> 1 tagaacaagg ctgaagactt cgg 23 <210> 2 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Klotho(T7E1)F <400> 2 cctcaagtag taaaaccctc 20 <210> 3 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Klotho(T7E1)R <400> 3 ggttttgtca gctgacttac 20 <210> 4 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Klotho(Deep sequencing)F <400> 4 cttgctcttg tcctctttcc 20 <210> 5 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Klotho(Deep sequencing)R <400> 5 caacaattcc ccaagcaaag 20 <210> 6 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> GAPDH F <400> 6 gtcggttgtg gatctgacct 20 <210> 7 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> GAPDH R <400> 7 ttgacgaagt ggtcgttgag 20 <210> 8 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> IGF1 F <400> 8 aggaggctgg agatgtactg 20 <210> 9 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> IGF1 R <400> 9 tggcatgtca ttcttcactc 20 <210> 10 <211> 18 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> IGF1R F <400> 10 attcgcacca atgcttca 18 <210> 11 <211> 17 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> IGF1R R <400> 11 agggcgggtt ccacttc 17 <210> 12 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> FOXO1 F <400> 12 cattgagcgc ttagactgtg 20 <210> 13 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> FOXO1 R <400> 13 tctcagttcc tgctgtcaga 20 <210> 14 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> MNSOD F <400> 14 gcttacagat tgctgcttgt 20 <210> 15 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> MNSOD R <400> 15 aaggtaataa gcatgctccc 20 <210> 16 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> CAT F <400> 16 ttaatccatt cgatctcacc 20 <210> 17 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> CAT R <400> 17 ggcggtgagt gtcaggatag 20 <210> 18 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> BAX F <400> 18 tgcctcagga tgcatctacc 20 <210> 19 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> BAX R <400> 19 aagtagaaaa gcgcgaccac 20 <210> 20 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> BCL2 F <400> 20 agggcattca gtgacctgac 20 <210> 21 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> BCL2 R <400> 21 cgatccgact caccaatacc 20 <210> 22 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> CASPASE3 F <400> 22 cgtgcttcta agccatggtg 20 <210> 23 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> CASPASE3 R <400> 23 gtcccactgt ccgtctcaat 20 <110> seoul national university <120> klotho knock-out porcine Models for klotho deficiency disease and the use thereof <130> CP18-186 <160> 23 <170> KoPatentIn 3.0 <210> 1 <211> 23 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> DNA encoding guide RNA <400> 1 tagaacaagg ctgaagactt cgg 23 <210> 2 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Klotho(T7E1)F <400> 2 cctcaagtag taaaaccctc 20 <210> 3 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Klotho(T7E1)R <400> 3 ggttttgtca gctgacttac 20 <210> 4 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Klotho (Deep sequencing) F <400> 4 cttgctcttg tcctctttcc 20 <210> 5 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Klotho (Deep sequencing) R <400> 5 caacaattcc ccaagcaaag 20 <210> 6 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> GAPDH F <400> 6 gtcggttgtg gatctgacct 20 <210> 7 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> GAPDH R <400> 7 ttgacgaagt ggtcgttgag 20 <210> 8 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> IGF1 F <400> 8 aggaggctgg agatgtactg 20 <210> 9 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> IGF1 R <400> 9 tggcatgtca ttcttcactc 20 <210> 10 <211> 18 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> IGF1R F <400> 10 attcgcacca atgcttca 18 <210> 11 <211> 17 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<220> <223> BCL2 F <400> 20 agggcattca gtgacctgac 20 <210> 21 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> BCL2 R <400> 21 cgatccgact caccaatacc 20 <210> 22 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> CASPASE3 F <400> 22 cgtgcttcta agccatggtg 20 <210> 23 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> CASPASE3 R <400> 23 gtcccactgt ccgtctcaat 20

Claims (16)

노화관련 질환 돼지 모델로서,
상기 돼지의 게놈 DNA 서열 중 klotho 유전자의 핵산서열 내에 인위적인 변형을 포함하고,
상기 변형은 하나 이상의 핵산의 결실, 치환, 삽입 또는 역위이고,
상기 변형은 상동 염색체 중 하나의 염색체에만 존재하며,
이때, 상기 돼지는, 야생형과 비교하였을 때, IGF1, IGFR1, FOXO1, MnSOD, 및 CAT 유전자로 구성된 군에서 선택되는 1 이상의 유전자의 감소된 발현을 가지는 세포를 포함하는 것을 특징으로 하는 돼지 모델.
As a pig model for age-related diseases,
Contains an artificial modification in the nucleic acid sequence of the klotho gene in the genomic DNA sequence of the pig,
The modification is a deletion, substitution, insertion or inversion of one or more nucleic acids,
The modification is present only in one of the homologous chromosomes,
At this time, the pig, when compared to the wild type, pig model, characterized in that it comprises cells having reduced expression of one or more genes selected from the group consisting of IGF1, IGFR1, FOXO1, MnSOD, and CAT genes.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 핵산의 변형은 klotho 유전자의 엑손 3 영역에 일어난 것을 특징으로 하는 돼지 모델
The method of claim 1,
Pig model, characterized in that the modification of the nucleic acid occurs in the exon 3 region of the klotho gene
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 klotho 유전자는 RNA-가이드 엔도뉴클레아제에 의해 유전적으로 조작되고,
상기 klotho 유전자를 구성하는 핵산서열 내 PAM(proto-spacer-adjacent Motif) 서열 중 또는 이의 5' 말단 및/또는 3' 말단에 인접하여 위치하는 연속하는 3bp 내지 25bp의 염기 서열 부위 내의
하나 이상의 뉴클레오타이드의 결실 또는 삽입;
야생형 유전자와 상이한 하나 이상의 뉴클레오타이드로의 치환;
외부 유래의 하나 이상의 뉴클레오타이드 삽입
중 하나 이상의 핵산의 변형
을 포함하는 것을 특징으로 하는 돼지 모델.
The method of claim 1,
The klotho gene is genetically engineered by RNA-guided endonuclease,
In the proto-spacer-adjacent Motif (PAM) sequence in the nucleic acid sequence constituting the klotho gene, or in a contiguous 3bp to 25bp nucleotide sequence site located adjacent to the 5'end and/or 3'end thereof
Deletion or insertion of one or more nucleotides;
Substitution with one or more nucleotides different from the wild-type gene;
Insertion of one or more nucleotides from outside
Modification of one or more nucleic acids of
Pig model comprising a.
삭제delete 제1항에 있어서,
Klotho 결핍 질환은 동맥경화, 골다공증, 뇌졸중 및 알츠하이머로 구성된 군에서 선택되는 1이상의 질환인 것을 특징으로 하는 돼지 모델.









The method of claim 1,
Klotho deficiency disease is a pig model, characterized in that at least one disease selected from the group consisting of arteriosclerosis, osteoporosis, stroke and Alzheimer's.









삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete
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