KR102493904B1 - Immunodeficient Animal Model Mutated IL2Rg Gene by EeCpf1 and Method for Producing the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 EeCpf1에 의해 IL2Rg 유전자가 돌연변이된 면역부전 동물모델 및 그 제조방법에 관한 것으로, 높은 효율로 IL2Rg 유전자 넉아웃에 의한 면역부전 동물모델의 제조가 가능하므로, 면역 관련 질환, 예를 들어, 암과 같은 질환에 대한 연구에 효과적으로 사용될 수 있는 동물모델의 제조가 가능하다.The present invention relates to an immunodeficiency animal model in which the IL2Rg gene is mutated by EeCpf1 and a method for preparing the same, and since it is possible to manufacture an immunodeficiency animal model by IL2Rg gene knockout with high efficiency, immune-related diseases such as, It is possible to manufacture animal models that can be effectively used for research on diseases such as cancer.
Description
본 발명은 EeCpf1에 의해 IL2Rg 유전자가 돌연변이된 면역부전 동물모델 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to an immunodeficiency animal model in which the IL2Rg gene is mutated by EeCpf1 and a method for preparing the same.
설치류 동물모델은 생체 내에서 유전자 기능, 질병의 메커니즘 및 새로운 치료제를 연구하는데 유용한 도구이다. 그러나 설치류와 인간의 종 차이로 인해 이러한 연구의 해석이 제한적이다. 비인간 영장류는 인간 질병의 최상의 대안 모델로 사용될 수 있으나, 매우 높은 비용과 윤리적 관심으로 인해 제한적으로 사용된다. 최근, 영장류를 대체하기 위해 인간화된 마우스가 개발되고 있다.Rodent animal models are useful tools for studying gene function, disease mechanisms, and novel therapeutics in vivo. However, species differences between rodents and humans limit the interpretation of these studies. Non-human primates can be used as the best alternative model for human diseases, but their use is limited due to very high cost and ethical concerns. Recently, humanized mice are being developed to replace primates.
T 세포 성장 인자로 알려진 IL2(interleukin 2)는 B 세포, NK 세포 및 대식세포의 성장 및 활성에 광범위한 기능적 역할을 하는 것으로 알려져 있다. IL-2의 작용은 α, β, γ 사슬을 갖는 IL2 수용체(IL2 receptor, IL2R)를 통해 매개된다. γ 사슬은 거의 모든 세포 집단에서 발현되는데, 그 중 IL-2 수용체 γ(IL2Rg) 사슬은 일반적인 사이토카인 수용체 γ 사슬 및 IL2, IL4, IL7, IL9 및 IL15에 대한 수용체의 가장 중요한 성분으로 알려져 있다. IL2가 없는 환자는 정상적인 수의 T 세포를 갖는다. 그러나, IL2Rg가 없는 환자는 T 세포가 부족한데, γ 사슬이 다수의 사이토카인 수용체 사이에 공유되기 때문이다. 따라서, 마우스에서 IL2Rg의 돌연변이는 T, B 및 NK 세포 발달 및 기능의 손상을 야기할 수 있으므로, NOD/Scid 유전적 배경을 가진 면역결핍 마우스는 발암, 암 치료, 종양 성장 및 종양 전이의 영상화를 분석하는데 특히 중요하다.Interleukin 2 (IL2), known as a T cell growth factor, is known to play a wide range of functional roles in the growth and activity of B cells, NK cells and macrophages. The action of IL-2 is mediated through the IL2 receptor (IL2R) having α, β, and γ chains. The γ chain is expressed in almost all cell populations, among which the IL-2 receptor γ (IL2Rg) chain is known as the most important component of the general cytokine receptor γ chain and the receptors for IL2, IL4, IL7, IL9 and IL15. Patients without IL2 have normal numbers of T cells. However, patients without IL2Rg lack T cells because the γ chain is shared between multiple cytokine receptors. Thus, as mutations in IL2Rg in mice can lead to impairment of T, B and NK cell development and function, immunodeficient mice with the NOD/Scid genetic background are suitable for carcinogenesis, cancer treatment, imaging of tumor growth and tumor metastasis. This is particularly important for analysis.
Cpf1은 RNA에 의해 유도되는(RNA guided) 엔도뉴클레아제(endonuclease)로서, 타겟 DNA를 절단하도록 프로그램할 수 있다. Cpf1은 타입 5로 분류되며, Cas9과 마찬가지로 하나의 효과기(effector) 단백질로 구성되는 클래스 2 시스템에 속한다. Cpf1은 표적을 인식하는 메커니즘이 Cas9 시스템과 유사하나, 일부 특성에서 차이가 있다. Cas9-RNA 복합체는 두 개의 RNA 분자를 포함하고 있으나, Cpf1은 하나의 crRNA(~41nt)에 의해 유도된다. Cas9의 PAM 사이트는 표적 DNA의 3'에 위치하지만, Cpf1의 PAM 사이트는 표적 DNA의 5'에 위치한다. Cas9은 전형적으로 NGG와 같은 구아닌이 풍부한 PAM을 인식하는 반면, Cpf1은 TTTN과 같은 타이미딘(thymidine)이 풍부한 PAM을 인식한다. 절단 형태에 있어서, Cas9은 PAM에 인접한 위치에서 뭉툭한 말단(Blunt End)를 생성하는 반면, Cpf1은 PAM의 하류(downstream)를 향해 약 17nt 떨어진 곳에서 약 5 염기쌍(bp)의 어긋난 절단(staggered cut)을 생성한다. Cpf1은 짧은 crRNA를 포함하며, 어긋난 절단 패턴(staggered cleavage pattern)을 생성하며, 비표적 절단율(off target rate)이 낮은 특징을 가지고 있어 유전자 편집 도구로서 Cas9보다 유용할 것으로 기대된다. Cpf1 is an RNA-guided endonuclease and can be programmed to cleave target DNA. Cpf1 is classified as
유전자 편집이 가능한 Cpf1 오소로그(ortholog)를 찾아내기 위해 PSI-Blast 프로그램을 통해 다양한 Cpf1 단백질을 탐색하고 52개의 비중복(nonredundant) CRISPR-Cpf1 유전자좌를 확인한 결과, 그 중 7종의 Cpf1 대장균, Francisella novicida U112(FnCpf1), Acidaminococcus sp. BV36L(AsCpf1), Lachnospiraceae 박테리아 ND2006(LbCpf1) Thiomicrospira sp. XS5(TsCpf1), Moraxella bovoculi AAX08_00205(Mb2Cpf1), Moraxella bovoculi AAX11_00205(Mb3Cpf1) 및 Butyrivibrio sp. NC3005(BsCpf1)는 생체 내에서 DNA 절단 기능을 갖는 것으로 확인되었고, 이 중 FnCpf1, AsCpf1 및 LbCpf1 Cpf1 변이체는 가장 집중적으로 연구되어 유전자 편집 도구로 사용되었다. 다만, 유박테리움 엘리겐스(Eubacterium eligens)의 EeCpf1은 서열의 상동성(sequence homology)은 확인되었으나, 생체내(in vivo) DNA 절단 활성은 보고된 적이 없다.In order to find Cpf1 orthologs capable of gene editing, various Cpf1 proteins were searched through the PSI-Blast program and 52 nonredundant CRISPR-Cpf1 loci were identified. Of these, 7 Cpf1 E. coli, Francisella novicida U112 (FnCpf1), Acidaminococcus sp. BV36L (AsCpf1), Lachnospiraceae bacteria ND2006 (LbCpf1) Thiomicrospira sp. XS5 (TsCpf1), Moraxella bovoculi AAX08_00205 (Mb2Cpf1), Moraxella bovoculi AAX11_00205 (Mb3Cpf1) and Butyrivibrio sp. NC3005 (BsCpf1) was confirmed to have DNA cleavage function in vivo, among which FnCpf1, AsCpf1 and LbCpf1 Cpf1 variants were studied most intensively and used as gene editing tools. However, EeCpf1 of Eubacterium eligens has sequence homology confirmed, but in vivo DNA cleavage activity has never been reported.
이에, 본 발명자들은 EeCpf1을 사용한 효과적인 면역부전 동물모델을 개발하기 위한 연구를 수행하여 본 발명을 완성하였다.Accordingly, the present inventors completed the present invention by conducting research to develop an effective immunodeficiency animal model using EeCpf1.
본 발명의 하나의 목적은 IL2Rg(interleukin 2 receptor gamma) 유전자를 암호화하는 DNA에 혼성화하는 gRNA를 암호화하는 뉴클레오티드 서열; EeCpf1(Eubacterium eligens Cpf1) 단백질을 암호화하는 뉴클레오티드 서열; 및 상기 뉴클레오티드 서열에 작동가능하게 연결된 프로모터를 포함하는 재조합 발현벡터를 제공하는 것이다.One object of the present invention is a nucleotide sequence encoding a gRNA that hybridizes to DNA encoding an IL2Rg (
본 발명의 다른 목적은 상기 재조합 발현벡터가 도입된 면역부전 동물모델 제작용 형질전환 세포주를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a transformed cell line for preparing an immunodeficiency animal model into which the recombinant expression vector is introduced.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 형질전환 세포주를 인간을 제외한 동물인 대리모의 난관에 이식하는 단계를 포함하는 면역부전 동물모델의 제조방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a method for preparing an immunodeficiency animal model comprising the step of transplanting the transformed cell line into the fallopian tube of a surrogate mother, which is an animal other than human.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 제조방법으로 제조된 IL2Rg(interleukin 2 receptor gamma) 유전자 돌연변이 면역부전 동물모델을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide an IL2Rg (
본 발명의 일 양상은 IL2Rg(interleukin 2 receptor gamma) 유전자를 암호화하는 DNA에 혼성화하는 gRNA를 암호화하는 뉴클레오티드 서열; EeCpf1(Eubacterium eligens Cpf1) 단백질을 암호화하는 뉴클레오티드 서열; 및 상기 뉴클레오티드 서열에 작동가능하게 연결된 프로모터를 포함하는 재조합 발현벡터를 제공한다.One aspect of the present invention is a nucleotide sequence encoding a gRNA that hybridizes to DNA encoding an
본 명세서에서는 CRISPR/Cpf1 시스템을 활용한 IL2Rg 특이적 유전자가위를 이용하여 마우스 수정란에서 IL2Rg 유전자를 돌연변이시키고, 이를 통하여 면역부전의 표현형을 나타내는 형질전환 동물을 생산하는 방법이 제공된다.In the present specification, there is provided a method of mutating the IL2Rg gene in a mouse fertilized egg using IL2Rg-specific genetic scissors using the CRISPR/Cpf1 system, and thereby producing a transgenic animal exhibiting an immunodeficiency phenotype.
본 발명에서 사용되는 용어, "발현"은 폴리뉴클레오티드가 DNA 주형으로부터(예를 들어, mRNA 또는 기타 RNA 전사물로) 전사되는 과정 및/또는 이후에 전사된 mRNA가 펩티드, 폴리펩티드 또는 단백질로 번역되는 과정을 지칭한다. 폴리뉴클레오티드가 게놈 DNA로부터 유래된다면, 발현은 진핵 세포에서의 mRNA의 스플라이싱을 포함할 수 있다.As used herein, the term "expression" refers to the process by which a polynucleotide is transcribed from a DNA template (e.g., to mRNA or other RNA transcripts) and/or the subsequent translation of the transcribed mRNA into a peptide, polypeptide or protein. refers to the process If the polynucleotide is derived from genomic DNA, expression may include splicing of mRNA in eukaryotic cells.
본 발명에서 사용되는 용어, "절단"은 뉴클레오티드 분자의 공유 결합 백본(covalent backbone)의 파손(breakage)을 의미한다.As used herein, the term "cleavage" means breakage of the covalent backbone of a nucleotide molecule.
본 발명에서 사용되는 용어, "Cpf1 단백질"은 CRISPR/Cpf1 시스템에서 필수적인 단백질 요소로써, CRISPR RNA(crRNA)와 복합체를 형성하여, 활성 엔도뉴클레아제 또는 니카아제(nickase)로 작용할 수 있다. 본 발명의 Cpf1 단백질은 유박테리움 엘리겐스(Eubacterium eligens) 속 유래인 것이며, 본 발명에서는 E.eligens로부터 얻은 Cpf1의 생체 내 DNA 절단 활성이 최초로 확인되었다.As used herein, the term "Cpf1 protein" is an essential protein element in the CRISPR/Cpf1 system, and can act as an active endonuclease or nickase by forming a complex with CRISPR RNA (crRNA). The Cpf1 protein of the present invention is derived from the genus Eubacterium eligens , and in the present invention, the in vivo DNA cleavage activity of Cpf1 obtained from E.eligens was confirmed for the first time.
본 발명에서 사용되는 용어, "가이드 RNA(gRNA)"는 표적 DNA에 특이적인 RNA로, 가이드 RNA는 Cpf1 단백질과 복합체를 형성할 수 있고, Cpf1 단백질을 표적 DNA에 가져올 수 있다.As used herein, the term "guide RNA (gRNA)" is an RNA specific to a target DNA, and the guide RNA can form a complex with the Cpf1 protein and bring the Cpf1 protein to the target DNA.
본 발명에서, Cpf1 단백질과 함께 사용되는 가이드 RNA는 Cas 단백질과 함께 사용되는 가이드 RNA와 달리 tracrRNA를 필요로 하지 않는다. 즉, Cpf1 단백질은 하나의 crRNA로 작동하기 때문에 Cas9의 경우와 같이 crRNA와 trans-activating crRNA(tracrRNA)를 동시에 사용하거나 인위적으로 tracrRNA와 crRNA를 합친 single guide RNA(sgRNA)를 제작할 필요가 없다. In the present invention, the guide RNA used with the Cpf1 protein does not require tracrRNA, unlike the guide RNA used with the Cas protein. That is, since the Cpf1 protein operates as a single crRNA, there is no need to use crRNA and trans-activating crRNA (tracrRNA) at the same time or artificially create a single guide RNA (sgRNA) combining tracrRNA and crRNA, as in the case of Cas9.
본 발명의 재조합 발현벡터를 이용하여 세포를 형질전환하면 세포 내에 가이드 RNA 단편을 전달할 수 있고, 전달된 가이드 RNA 단편은 IL2Rg 유전자를 인식할 수 있다. 따라서, 재조합 발현벡터를 이용하여 세포를 형질전환하면 세포 내에 가이드 RNA를 전달할 수 있고, EeCpf1 단백질이 인식할 수 있는 구조가 형성될 수 있다.When cells are transformed using the recombinant expression vector of the present invention, a guide RNA fragment can be delivered into the cell, and the delivered guide RNA fragment can recognize the IL2Rg gene. Therefore, when cells are transformed using the recombinant expression vector, the guide RNA can be delivered into the cells and a structure that can be recognized by the EeCpf1 protein can be formed.
T 세포 성장 인자로 알려진 IL2(interleukin 2)는 B 세포, NK 세포 및 대식세포의 성장 및 활성에 광범위한 기능적 역할을 하는 것으로 알려져 있다. 따라서, 마우스에서 IL2Rg의 돌연변이를 유도할 경우, T, B 및 NK 세포의 발달 및 기능의 결실을 유도할 수 있으므로, 이와 같이 IL2Rg가 돌연변이된 면역결핍 동물모델은 발암, 암의 치료, 종양 성장 및 종양 전이와 관련된 실험에 유용하게 활용될 수 있다.Interleukin 2 (IL2), known as a T cell growth factor, is known to play a wide range of functional roles in the growth and activity of B cells, NK cells and macrophages. Therefore, when IL2Rg mutation is induced in mice, T, B, and NK cell development and loss of function can be induced. Thus, immunodeficient animal models in which IL2Rg is mutated are suitable for carcinogenesis, cancer treatment, tumor growth, and the like. It can be usefully used for experiments related to tumor metastasis.
본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 gRNA는 서열번호 1, 서열번호 2 및 서열번호 5 중 어느 하나의 염기서열로 이루어진 것일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the gRNA may consist of any one of SEQ ID NO: 1, SEQ ID NO: 2, and SEQ ID NO: 5.
서열번호 1, 서열번호 2 및 서열번호 5 중 어느 하나의 염기서열로 이루어진 gRNA를 사용함으로써, IL2Rg을 코딩하는 DNA의 넉아웃을 효율적으로 유도할 수 있다.By using a gRNA consisting of any one of SEQ ID NO: 1, SEQ ID NO: 2, and SEQ ID NO: 5, knockout of DNA encoding IL2Rg can be efficiently induced.
본 발명에서 사용되는 용어, "재조합 발현벡터"는 목적한 코딩 서열과, 특정 숙주 생물에서 작동가능하게 연결된 코딩 서열을 발현하는데 필수적인 적정 핵산 서열을 포함하는 재조합 DNA 분자를 의미한다. 진핵세포에서 이용 가능한 프로모터, 인핸서, 종결신호 및 폴리아데닐레이션 신호는 공지되어 있다.As used herein, the term "recombinant expression vector" refers to a recombinant DNA molecule containing a desired coding sequence and an appropriate nucleic acid sequence essential for expressing the operably linked coding sequence in a specific host organism. Promoters, enhancers, termination signals and polyadenylation signals available in eukaryotic cells are known.
본 발명에서 사용되는 용어, "작동가능하게 연결된"은 유전자 발현 조절 서열과 다른 뉴클레오티드 서열사이의 기능적인 결합을 의미한다. 상기 유전자 발현 조절 서열은 복제원점(replication origin), 프로모터 및 전사 종결 서열(terminator) 등으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있다. 전사 종결 서열은 폴리아데닐화 서열(pA)일 수 있으며, 복제 원점은 f1 복제원점, SV40 복제원점, pMB1 복제원점, 아데노 복제원점, AAV 복제원점 또는 BBV 복제원점 등일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.As used herein, the term "operably linked" means a functional linkage between a gene expression control sequence and another nucleotide sequence. The gene expression control sequence may be one or more selected from the group consisting of a replication origin, a promoter, and a transcription termination sequence. The transcription termination sequence may be a polyadenylation sequence (pA), and the origin of replication may be the f1 origin of replication, the SV40 origin of replication, the pMB1 origin of replication, the adeno origin of replication, the AAV origin of replication, or the BBV origin of replication, but is not limited thereto. .
본 발명에서 사용되는 용어, "프로모터"는 구조 유전자로부터의 DNA 업스트림의 영역을 의미하며, 전사를 개시하기 위하여 RNA 폴리머라아제가 결합하는 DNA 분자를 말한다.As used herein, the term "promoter" refers to a region of DNA upstream from a structural gene, and refers to a DNA molecule to which RNA polymerase binds to initiate transcription.
본 발명의 일 구체예에 따른 프로모터는 특정 유전자의 전사 개시를 조절하는 전사 조절 서열 중 하나로, 약 100bp 내지 약 2500bp 길이의 폴리뉴클레오티드 단편일 수 있다. 프로모터는 세포, 예를 들어, 진핵 세포(예컨대, 식물 세포, 또는 동물 세포(예를 들어, 인간, 마우스 등의 포유류 세포 등) 등)에서 전사 개시를 조절할 수 있으면, 제한 없이 사용 가능하다. 예를 들어, 프로모터는 CMV 프로모터(cytomegalovirus promoter(예를 들어, 인간 또는 마우스 CMV immediate-early 프로모터), U6 프로모터, EF1-alpha(elongation factor 1-a) 프로모터, EF1-alpha short(EFS) 프로모터, SV40 프로모터, 아데노바이러스 프로모터(major late promoter), pL λ 프로모터, trp 프로모터, lac 프로모터, tac 프로모터, T7 프로모터, 백시니아 바이러스 7.5K 프로모터, HSV의 tk 프로모터, SV40E1 프로모터, 호흡기 세포융합 바이러스(Respiratory syncytial virus; RSV) 프로모터, 메탈로티오닌 프로모터(metallothionin promoter), β-액틴 프로모터, 유비퀴틴 C 프로모터, 인간 IL-2(human interleukin-2) 유전자 프로모터, 인간 림포톡신(human lymphotoxin) 유전자 프로모터 및 인간 GM-CSF(human granulocyte-macrophage colony stimulating factor) 유전자 프로모터로 이루어진 군으로부터 선택되는 것일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. A promoter according to one embodiment of the present invention is one of the transcription control sequences that control the initiation of transcription of a specific gene, and may be a polynucleotide fragment with a length of about 100 bp to about 2500 bp. A promoter can be used without limitation as long as it can regulate transcription initiation in cells, for example, eukaryotic cells (eg, plant cells, or animal cells (eg, mammalian cells such as humans and mice), etc.). For example, the promoter may include a CMV promoter (cytomegalovirus promoter (eg, human or mouse CMV immediate-early promoter), U6 promoter, EF1-alpha (elongation factor 1-a) promoter, EF1-alpha short (EFS) promoter, SV40 promoter, adenovirus promoter (major late promoter), pL λ promoter, trp promoter, lac promoter, tac promoter, T7 promoter, vaccinia virus 7.5K promoter, tk promoter of HSV, SV40E1 promoter, respiratory syncytial virus virus; RSV) promoter, metallothionein promoter, β-actin promoter, ubiquitin C promoter, human interleukin-2 (IL-2) gene promoter, human lymphotoxin gene promoter and human GM -CSF (human granulocyte-macrophage colony stimulating factor) may be selected from the group consisting of gene promoters, but is not limited thereto.
본 발명의 일 구체예에 따른 재조합 발현벡터는 플라스미드 벡터, 코즈미드 벡터 및 박테리오파아지 벡터, 아데노바이러스 벡터, 레트로바이러스 벡터 및 아데노-연관 바이러스 벡터와 같은 바이러스 벡터로 이루어진 군으로부터 선택되는 것일 수 있다. 재조합 발현벡터로 사용될 수 있는 벡터는 당업계에서 사용되는 플라스미드(예를 들어, pcDNA 시리즈, pSC101, pGV1106, pACYC177, ColE1, pKT230, pME290, pBR322, pUC8/9, pUC6, pBD9, pHC79, pIJ61, pLAFR1, pHV14, pGEX 시리즈, pET 시리즈, pUC19 등), 파지(예를 들어, λgt4λB, λ-Charon, λΔz1, M13 등) 또는 바이러스 벡터(예를 들어, 아데노-연관 바이러스(AAV) 벡터 등) 등을 기본으로 하여 제작될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The recombinant expression vector according to one embodiment of the present invention may be selected from the group consisting of plasmid vectors, cosmid vectors and bacteriophage vectors, adenovirus vectors, retrovirus vectors and adeno-associated virus vectors. Vectors that can be used as recombinant expression vectors include plasmids used in the art (eg, pcDNA series, pSC101, pGV1106, pACYC177, ColE1, pKT230, pME290, pBR322, pUC8/9, pUC6, pBD9, pHC79, pIJ61, pLAFR1 , pHV14, pGEX series, pET series, pUC19, etc.), phage (eg, λgt4λB, λ-Charon, λΔz1, M13, etc.) or viral vectors (eg, adeno-associated virus (AAV) vectors, etc.) It may be manufactured based on, but is not limited thereto.
본 발명의 재조합 발현벡터는 하나 이상의 선택성 마커를 더 포함할 수 있다. 상기 마커는 통상적으로 화학적인 방법으로 선택될 수 있는 특성을 갖는 핵산 서열로, 형질주입된 세포를 비형질주입 세포로부터 구별할 수 있는 모든 유전자가 이에 해당된다. 예를 들어, 글리포세이트(glyphosate), 글루포시네이트암모늄(glufosinate ammonium) 또는 포스피노트리신(phosphinothricin)과 같은 제초제 저항성 유전자, 암피실린(ampicillin), 카나마이신(kanamycin), G418, 블레오마이신(Bleomycin), 하이그로마이신(hygromycin), 클로람페니콜(chloramphenicol)과 같은 항생제 내성 유전자일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The recombinant expression vector of the present invention may further include one or more selectable markers. The marker is a nucleic acid sequence having characteristics that can be selected by conventional chemical methods, and includes all genes capable of distinguishing transfected cells from non-transfected cells. For example, herbicide resistance genes such as glyphosate, glufosinate ammonium or phosphinothricin, ampicillin, kanamycin, G418, bleomycin , hygromycin (hygromycin), may be an antibiotic resistance gene such as chloramphenicol (chloramphenicol), but is not limited thereto.
본 발명의 재조합 발현벡터의 제작은 당해 기술 분야에서 잘 알려진 유전자 재조합 기술을 이용하여 제조할 수 있으며, 부위-특이적 DNA 절단 및 연결은 당해 기술 분야에서 일반적으로 알려진 효소 등을 사용하여 수행될 수 있다.The recombinant expression vector of the present invention can be prepared using genetic recombination techniques well known in the art, and site-specific DNA cutting and linking can be performed using enzymes generally known in the art. there is.
본 발명의 다른 양상은 상기 재조합 발현벡터가 도입된 면역부전 동물모델 제작용 형질전환 세포주를 제공한다.Another aspect of the present invention provides a transformed cell line for constructing an immunodeficiency animal model into which the recombinant expression vector is introduced.
본 발명에서 사용되는 용어, "면역부전"은 효과적인 면역반응 능력이 결여된 상태를 말하며, 구체적으로, T, B 및 NK 세포의 발달 및 기능의 결실에 의해 야기된 것일 수 있다.As used herein, the term "immunodeficiency" refers to a state in which an effective immune response ability is lacking, and specifically, may be caused by loss of development and function of T, B, and NK cells.
본 발명의 일 구체예에 따른 재조합 발현벡터가 도입된 형질전환 세포주를 제조하기 위하여, 핵산 분자를 유기체, 세포, 조직 또는 기관에 도입하는 당 분야에서 공지된 방법을 사용할 수 있으며, 당 분야에서 공지된 바와 같이 숙주 세포에 따라 적합한 표준 기술을 선택하여 수행할 수 있다. 이런 방법에는 예를 들어, 전기천공법(electroporation), 인산칼슘(CaPO4) 침전, 염화칼슘(CaCl2) 침전, 미세주입법(microinjection), 폴리에틸렌글리콜(PEG)법, DEAE-덱스트란법, 양이온성 리포좀법, 및 초산 리튬-DMSO법 등이 포함될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.In order to prepare a transformed cell line into which the recombinant expression vector according to one embodiment of the present invention is introduced, a method known in the art for introducing nucleic acid molecules into organisms, cells, tissues or organs can be used, and known in the art. As described above, it can be performed by selecting suitable standard techniques according to the host cell. These methods include, for example, electroporation, calcium phosphate (CaPO4) precipitation, calcium chloride (CaCl2) precipitation, microinjection, polyethylene glycol (PEG) method, DEAE-dextran method, cationic liposome method. , And lithium acetate-DMSO method, etc. may be included, but is not limited thereto.
형질전환 세포주로 사용될 세포의 종류는 동물세포 또는 동물세포 유래의 세포일 수 있고, 바람직하게는 포유류, 가장 바람직하게는 마우스 유래의 수정된 단일세포 단계 배아일 수 있다. The type of cell to be used as the transformed cell line may be an animal cell or a cell derived from an animal cell, preferably a fertilized single-cell stage embryo derived from a mammal, most preferably a mouse.
본 발명의 또 다른 양상은 상기 형질전환 세포주를 인간을 제외한 동물인 대리모의 난관에 이식하는 단계를 포함하는 면역부전 동물모델의 제조방법을 제공한다.Another aspect of the present invention provides a method for preparing an immunodeficiency animal model comprising transplanting the transformed cell line into the oviduct of a surrogate mother, which is an animal other than human.
본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 동물은 마우스일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the animal may be a mouse.
마우스는 이미 각종 질환의 병리학적 기전과 치료를 위한 연구에 이용되고 있으며, 특히 오랫동안 경제 동물로 가치가 인정되어 다른 동물을 질환모델로 사용할 때보다 윤리적인 문제점을 피해갈 수 있으며, 안정적인 사육 시스템이 구축되어 있어 실험동물 모델 개발시 유지 및 관리가 용이한 장점이 있다.Mice have already been used for research on the pathological mechanisms and treatment of various diseases, and have been recognized for their value as economic animals for a long time, avoiding ethical problems compared to using other animals as disease models, and having a stable breeding system. Since it is built, it has the advantage of easy maintenance and management when developing an experimental animal model.
본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 면역부전은 IL2Rg 유전자의 넉아웃(knock-out)에 의한 것일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the immunodeficiency may be caused by knock-out of the IL2Rg gene.
본 발명에서 사용되는 용어, "넉아웃"은 염기서열 중 특정 유전자가 발현될 수 없도록 이를 변형 또는 제거하는 것을 의미한다.As used herein, the term "knockout" refers to modifying or removing a specific gene from a base sequence so that it cannot be expressed.
IL2Rg 유전자를 구성하는 염기 중 일부의 치환, 결실, 또는 일부 염기의 삽입, 바람직하게는 IL2Rg 유전자를 구성하는 염기 중 일부의 결실, 가장 바람직하게는 IL2Rg 유전자의 엑손(exon) 3 또는 8을 구성하는 염기의 돌연변이에 의한 IL2Rg 넉아웃에 의하여, 면역부전 동물모델의 제조가 가능하다.Substitution, deletion, or insertion of some of the bases constituting the IL2Rg gene, preferably deletion of some of the bases constituting the IL2Rg gene, most preferably
본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 넉아웃은 IL2Rg 유전자 엑손 3의 서열번호 6 또는 서열번호 7 및 엑손 8의 서열번호 10 중 어느 하나에 해당하는 염기서열이 돌연변이 되어 발생된 것일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the knockout may be generated by mutation of a nucleotide sequence corresponding to any one of SEQ ID NO: 6 or SEQ ID NO: 7 of
본 발명의 또 다른 양상은 상기 제조방법으로 제조된 IL2Rg(interleukin 2 receptor gamma) 유전자 돌연변이 면역부전 동물모델을 제공한다.Another aspect of the present invention provides an IL2Rg (
본 발명에서 사용되는 용어, "동물모델"은 사람의 질병과 아주 유사한 형태의 질병을 가진 동물을 말한다. 사람의 질병 연구에 있어 질환모델 동물이 의미를 갖는 것은 사람과 동물들 간의 생리적 또는 유전적인 유사성에 의한다. 질병 연구에 있어 생체의학 질환모델 동물은 질병의 다양한 원인과 발병과정 및 진단에 대한 연구용 재료를 제공해줄 수 있으므로, 질환모델 동물의 연구를 통해 질병에 관련된 유전자들을 알아내고, 유전자들 간의 상호작용을 이해할 수 있으며, 개발된 신약후보물질의 실제 효능 및 독성 검사를 통해 실용화 가능성의 여부를 판단하는 기초자료를 얻을 수 있다.As used herein, the term "animal model" refers to an animal having a disease very similar to a human disease. In the study of human disease, disease model animals have meaning due to physiological or genetic similarities between humans and animals. In disease research, biomedical disease model animals can provide materials for research on various causes, pathogenesis, and diagnosis of diseases. It is possible to understand, and basic data can be obtained to determine the possibility of commercialization through the actual efficacy and toxicity test of the developed new drug candidate.
본 발명의 면역부전 동물모델에 있어서, 전술한 내용과 중복되는 부분은 전술한 의미와 동일한 의미로 사용될 수 있다.In the immunodeficiency animal model of the present invention, parts overlapping with the above may be used with the same meaning as the above.
본 발명에서 사용되는 용어, "돌연변이"는 유전자를 이루는 염기서열의 변화로 유전정보가 변하면서 유전형질이 달라진 상태를 말하며, 이러한 돌연변이에는 점 돌연변이, 결실 돌연변이, 삽입 돌연변이, 미스센스 돌연변이 및 넌센스 돌연변이가 포함될 수 있다. 본 발명에서는 CRISPR/Cpf1 시스템에 의한 IL2Rg 유전자의 돌연변이에 따른 IL2Rg 유전자의 발현이 감소 또는 결실된 면역부전 동물모델이 제공된다.As used in the present invention, the term "mutation" refers to a state in which genetic information is changed due to a change in the nucleotide sequence constituting a gene and genetic characteristics are changed, and these mutations include point mutations, deletion mutations, insertion mutations, missense mutations and nonsense mutations. may be included. In the present invention, an immunodeficiency animal model in which the expression of the IL2Rg gene is reduced or deleted according to the mutation of the IL2Rg gene by the CRISPR/Cpf1 system is provided.
본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 동물모델은 IL2Rg 유전자가 넉아웃된 것일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the animal model may be one in which the IL2Rg gene is knocked out.
본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 넉아웃은 IL2Rg 유전자 엑손 3의 서열번호 6 또는 서열번호 7 및 엑손 8의 서열번호 10 중 어느 하나에 해당하는 염기서열이 돌연변이 되어 발생된 것일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the knockout may be generated by mutation of a nucleotide sequence corresponding to any one of SEQ ID NO: 6 or SEQ ID NO: 7 of
본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 동물은 마우스일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the animal may be a mouse.
EeCpf1에 의해 IL2Rg 유전자가 돌연변이된 면역부전 동물모델 및 그 제조방법에 따르면, 높은 효율로 IL2Rg 유전자 넉아웃에 의한 면역부전 동물모델의 제조가 가능하므로, 면역 관련 질환, 예를 들어, 암과 같은 질환에 대한 연구에 효과적으로 사용될 수 있는 동물모델의 제조가 가능하다.According to the immunodeficiency animal model in which the IL2Rg gene is mutated by EeCpf1 and the manufacturing method thereof, it is possible to manufacture an immunodeficiency animal model by knockout of the IL2Rg gene with high efficiency, so that immune-related diseases, such as cancer It is possible to manufacture animal models that can be effectively used for research on
도 1은 E.eligen의 게놈 내에서 유형 5(Type V)-CRISPR 유전자좌를 동정한 결과이다. 흰색 화살표는 E. eligens 유전체에 있는 ORF를 나타내며 파란색 화살표는 유형 5(Type V) cpf1 유전자를 나타낸다.
도 2는 EeCpr1의 crRNA의 2차 구조를 예측한 결과이다.
도 3은 본 발명의 EeCpf1과 다른 Cpf1 단백질의 다중서열정렬 결과이다. 적색 하이라이트는 촉매 잔기가 각각 보존되어 있음을 나타낸다.
도 4는 pUC19에 결합된 EeCpf1-crRNA의 모식도이다. pUC19의 빨간색 문자는 EeCpf1의 PAM 모티프이다.
도 5는 EeCpf1의 표적 DNA 절단 활성을 나타낸 것이다.
도 6은 EeCpf1의 금속 의존적인 DNase 활성을 나타낸 것이다.
도 7은 EeCpf1 야생형 및 D880A 돌연변이 EedCpf1의 DNase 활성을 비교한 것이다.
도 8은 IL2Rg 유전자에 대한 EeCpf1의 시험관 내 뉴클레아제 활성을 확인한 그림이다. 화살표는 절단 부위를 나타낸다.
도 9는 EeCpf1에 의해 절단된 표적 유전자를 생거 염기 서열로 분석한 결과를 나타낸 그림이다.
도 10은 마우스의 배반포에서 EeCpf1 효율을 검증한 결과를 나타낸 IL2Rg PCR 사진이다.
도 11은 마우스의 배반포에서 EeCpf1 효율을 검증한 결과를 나타낸 PCR 산물을 이용한 시퀀싱 분석 그림이다.
도 12는 마우스 태아에서 EeCpf1 효율을 검증한 결과를 나타낸 T7E1 분석결과이다. 화살표는 절단 부위를 나타낸다.
도 13은 마우스 태아에서 EeCpf1 효율을 검증한 결과를 나타낸 PCR 산물을 이용한 시퀀싱 분석 그림이다.
도 14는 제조된 G0 마우스 (#1, #3, #20 및 #24)의 유전자 분석 결과를 나타내는 그림이다.
도 15는 제조된 G2 마우스의 유전자 분석 결과를 나타내는 그림이다.
도 16은 NOD/SCID 마우스 및 eNIG 마우스의 흉선에서의 IL2Rg mRNA 발현량 확인 결과를 나타내는 그래프이다.
도 17 및 18는 NOD/SCID 마우스 및 제조된 eNIG 마우스의 체중 및 장기 무게를 확인한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 19는 NOD/SCID 마우스 및 제조된 eNIG 마우스의 혈청 내 AST, ALT, 총 콜레스테롤 (total cholesterol, CHO), 트리글리세라이드 (triglyceride, TG), ALP 및 크레아티닌 수준을 나타내는 그래프이다.
도 20 내지 22는 종양세포 (HepG2, A549)가 이식된 NOD/SCID 마우스와 eNIG 마우스에서의 종양 크기 및 무게 변화를 나타내는 결과를 나타내는 그림이다.
도 23 및 24는 C57BL/6 마우스, NOD/SCID 마우스 및 eNIG 마우스의 B세포, T세포 및 NK세포의 유세포 분석 결과를 나타내는 그래프이다. 1 shows the results of identifying the Type V-CRISPR locus in the genome of E.eligen. White arrows indicate ORFs in the E. eligens genome and blue arrows indicate the Type V cpf1 gene.
Figure 2 is the result of predicting the secondary structure of crRNA of EeCpr1.
3 is a result of multiple sequence alignment of EeCpf1 and other Cpf1 proteins of the present invention. Red highlights indicate that the catalytic residues are respectively conserved.
4 is a schematic diagram of EeCpf1-crRNA bound to pUC19. Red letters in pUC19 are PAM motifs in EeCpf1.
Figure 5 shows the target DNA cleavage activity of EeCpf1.
6 shows the metal-dependent DNase activity of EeCpf1.
Figure 7 compares the DNase activity of EeCpf1 wild-type and D880A mutant EedCpf1.
8 is a diagram confirming the in vitro nuclease activity of EeCpf1 for the IL2Rg gene. Arrows indicate cleavage sites.
9 is a diagram showing the results of analyzing target genes cleaved by EeCpf1 by Sanger sequencing.
10 is a photograph of IL2Rg PCR showing the result of verifying the efficiency of EeCpf1 in mouse blastocysts.
11 is a sequencing analysis using PCR products showing the results of verifying the efficiency of EeCpf1 in mouse blastocysts.
12 is a T7E1 analysis result showing the result of verifying the efficiency of EeCpf1 in a mouse fetus. Arrows indicate cleavage sites.
13 is a sequencing analysis using PCR products showing the results of verifying the efficiency of EeCpf1 in mouse embryos.
14 is a diagram showing the results of genetic analysis of prepared G0 mice (#1, #3, #20 and #24).
15 is a diagram showing the results of genetic analysis of the prepared G2 mouse.
16 is a graph showing the results of confirming the expression level of IL2Rg mRNA in the thymus of NOD/SCID mice and eNIG mice.
17 and 18 are graphs showing the results of confirming body weight and organ weight of NOD/SCID mice and prepared eNIG mice.
19 is a graph showing the levels of AST, ALT, total cholesterol (CHO), triglyceride (TG), ALP, and creatinine in serum of NOD/SCID mice and prepared eNIG mice.
20 to 22 are drawings showing the results of tumor size and weight changes in NOD/SCID mice and eNIG mice transplanted with tumor cells (HepG2, A549).
23 and 24 are graphs showing the results of flow cytometry analysis of B cells, T cells, and NK cells of C57BL/6 mice, NOD/SCID mice, and eNIG mice.
이하 하나 이상의 구체예를 실시예를 통해 보다 상세하게 설명한다. 그러나, 이들 실시예는 하나 이상의 구체예를 예시적으로 설명하기 위한 것으로 본 발명의 범위가 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다. Hereinafter, one or more specific examples will be described in more detail through examples. However, these examples are intended to illustrate one or more specific examples, and the scope of the present invention is not limited to these examples.
실시예 1. 시험관 내(Example 1. In vitro ( in vitroin vitro )에서 EeCpf1의 절단 활성 확인) confirmed the cleavage activity of EeCpf1
1-1. EeCpf1 및 돌연변이 Cpf1(EedCpf1)의 클로닝, 발현, 및 정제1-1. Cloning, expression, and purification of EeCpf1 and mutant Cpf1 (EedCpf1)
<1-1-1> 야생형 Cpf1 발현 및 정제<1-1-1> Expression and purification of wild-type Cpf1
Eubacterium eligens(ATCC 27750)의 유전체 DNA로부터 Cpf1을 암호화하는 유전자(WP_012739647.1)를 PCR에 의해 증폭시켰다. 증폭된 Cpf1 유전자는 수정된(modified) pET-22b(+) 플라스미드에 연결하였고, 생산되는 단백질의 C 말단에 6xHis-태그(6xHis-tag) 및 CPD 태그를 갖도록 하였다. 재조합한 pET22b_EeCpf1-CPD 플라스미드로 대장균 균주(strain) BL21-Codon Plus(DE3)-RIL(Agilent Technologies)를 형질전환시켰다. A gene encoding Cpf1 (WP_012739647.1) was amplified from genomic DNA of Eubacterium eligens (ATCC 27750) by PCR. The amplified Cpf1 gene was ligated into a modified pET-22b(+) plasmid, and the produced protein had a 6xHis-tag and a CPD tag at the C terminus. E. coli strain BL21-Codon Plus (DE3)-RIL (Agilent Technologies) was transformed with the recombinant pET22b_EeCpf1-CPD plasmid.
EeCpf1-CPD를 생산하도록 형질전환된 대장균(E.coli)을 암피실린(ampicillin)을 포함하는 LB 배지에서 OD600이 0.6이 될 때까지 배양하고, IPTG 1mM을 첨가한 다음, 18℃의 온도에서 16시간 동안 인큐베이션하여 EeCpf1-CPD 단백질 발현을 유도하였다. Escherichia coli transformed to produce EeCpf1-CPD ( E.coli ) was cultured in LB medium containing ampicillin until OD600 was 0.6, and IPTG 1mM was added, followed by 16 hours at a temperature of 18 ° C. During incubation, EeCpf1-CPD protein expression was induced.
세포를 원심분리(6000g, 30분)하여 수집하고, 300ml의 용해 완충액(30mM 트리스-HCl pH7.5, 150mM NaCl, 5mM 베타-메르캅토에탄올(mercaptoethanol), 10% 글리세롤)에 재현탁하고, 얼음 수조(ice bath, VC-600 sonicator; Sonics & Materials)에서 초음파처리(sonication)하여 파쇄(disrupt)하였다. Cells were collected by centrifugation (6000 g, 30 min), resuspended in 300 ml of lysis buffer (30 mM Tris-HCl pH7.5, 150 mM NaCl, 5 mM beta-mercaptoethanol, 10% glycerol) and stored on ice. It was disrupted by sonication in a water bath (VC-600 sonicator; Sonics & Materials).
상등액을 원심분리(10000g, 30분, 4℃)하여 정제하고, AKTA FPLC 시스템(GE Healthcare)이 장착된 HisTrap HP, Heparin 22HP, 및 Superdex 200pg 컬럼(GE Healthcare) 및 용출 버퍼(elution buffer, 30mM Tris-HCl, pH7.5, 150mM NaCl, 5mM 베타-메르캅토에탄올, 10% 글리세롤)를 사용하여 EeCpf1-CPD 단백질을 정제하였다. EeCpf1-CPD 단백질의 C 말단의 6xHis-태그 및 CPD 태그는 200μM의 피틴산(phytic acid)을 처리하여 절단하였다.The supernatant was purified by centrifugation (10000 g, 30 min, 4 ° C), and HisTrap HP equipped with an AKTA FPLC system (GE Healthcare), Heparin 22HP, and
<1-1-2> D880A 돌연변이 EedCpf1 발현 및 정제<1-1-2> D880A mutant EedCpf1 expression and purification
부위특이적 돌연변이 유발키트(site-directed mutagenesis kit, Enzynomics)로 D880A 치환체(pET22b-EedCpf1-CPD)를 함유하는 EedCpf1 돌연변이체를 생성시키고, 실시예 1-1-1의 방법과 동일한 방법으로 발현시켜 정제하였다. An EedCpf1 mutant containing the D880A substitution (pET22b-EedCpf1-CPD) was generated with a site-directed mutagenesis kit (Enzynomics) and expressed in the same manner as in Example 1-1-1. purified.
1-2. 시험관 내 전사에 의한 crRNA 준비1-2. Preparation of crRNA by in vitro transcription
EeCpf1 및 EedCpf1의 표적 서열은 약 24개의 뉴클레오티드로 이루어져 있고, 그 다음으로 TTTN으로 이루어진 PAM 서열이 존재한다. The target sequence of EeCpf1 and EedCpf1 consists of about 24 nucleotides, followed by a PAM sequence consisting of TTTN.
시험관 내 전사를 위해, 주형 DNA를 오버랩 PCR(overlap PCR)로 증폭시켰다. 증폭된 주형 DNA를 상업용 겔 추출 키트(Bioneer)로 정제하였다. 제조업자의 지시에 따라 MEGAshortscrip T7 전사 키트(Invitrogen)를 사용하여 정제된 DNA 주형으로 시험관 내 전사를 수행하였다. 합성된 crRNA를 에탄올 침전법으로 정제하였다. For in vitro transcription, template DNA was amplified by overlap PCR. The amplified template DNA was purified with a commercial gel extraction kit (Bioneer). In vitro transcription was performed with the purified DNA template using the MEGAshortscript T7 transcription kit (Invitrogen) according to the manufacturer's instructions. The synthesized crRNA was purified by ethanol precipitation.
1-3. 시험관 내 뉴클레아제 활성 분석 방법1-3. In vitro nuclease activity assay method
<1-3-1> pUC19 플라스미드를 표적으로 한 뉴클레아제 활성 분석<1-3-1> Analysis of nuclease activity targeting pUC19 plasmid
pUC19 플라스미드를 표적으로하여 시험관 내에서 뉴클레아제 활성을 분석하였다(in vitro nuclease activity assays). 정제된 EeCpf1 또는 EedCpf1(160nM), 및 crRNA(7.6μM)를 MnCl2가 5mM 첨가된 반응 버퍼(30mM Tris-HCl pH7.5, 100mM NaCl)에서 5분 동안 37℃에서 인큐베이션하였다. pUC19 플라스미드(200ng)를 첨가하여 반응을 개시하고, 37℃에서 20분간 인큐베이션하였다. 마지막으로, 프로티나제 K(Enzynomics)를 첨가하여 반응을 중단시키고, 37℃에서 20분간 인큐베이션하였으며, 1% 아가로스겔에서 모든 샘플을 분석하였다. The pUC19 plasmid was targeted and assayed for nuclease activity in vitro ( in vitro nuclease activity assays). Purified EeCpf1 or EedCpf1 (160 nM) and crRNA (7.6 μM) were incubated at 37° C. for 5 minutes in reaction buffer (30 mM Tris-HCl pH7.5, 100 mM NaCl) supplemented with 5 mM MnCl 2 . The reaction was initiated by adding pUC19 plasmid (200 ng) and incubated at 37°C for 20 minutes. Finally, the reaction was stopped by adding proteinase K (Enzynomics), incubated at 37° C. for 20 minutes, and all samples were analyzed on a 1% agarose gel.
<1-3-2> IL2Rg를 표적으로 한 뉴클레아제 활성 분석<1-3-2> Analysis of nuclease activity targeting IL2Rg
IL2Rg 서열에 대한 시험관 내 활성 분석을 위하여, IL2Rg 유전자 상에서 4개의 표적 서열을 함유하는 영역을 PCR로 증폭하였다. 겔 추출 키트를 사용하여 증폭 산물을 정제하고 IL2Rg 서열 표적화 분석(IL2Rg sequence targeting assay)을 위한 기질로 사용하였다. 플라스미드 대신 증폭된 IL2Rg 기질을 사용하는 것을 제외하고, 실시예 1-3-1과 동일한 방법으로 뉴클레아제 활성을 분석하였다.For in vitro activity assays on IL2Rg sequences, regions containing four target sequences on the IL2Rg gene were amplified by PCR. The amplification product was purified using a gel extraction kit and used as a substrate for IL2Rg sequence targeting assay. Nuclease activity was analyzed in the same manner as in Example 1-3-1, except that the amplified IL2Rg substrate was used instead of the plasmid.
1-4. EeCpf1의 뉴클레아제 활성 확인1-4. Confirmation of nuclease activity of EeCpf1
EeCpf1의 뉴클레아제 활성을 확인하기 위하여, 실시예 1-1을 수행하여, 대장균으로부터 EeCpf1 단백질을 발현 및 정제한 후, 실시예 1-2에 따라 시험관 내 전사된 crRNA로 Cpf1 리보뉴클레오단백질(Ribonucleoproteins, RNPs)을 재구성하였다. EeCpf1에서 프로토스페이서(protospacer) 서열의 5' 말단에 있는 T-rich PAM의 분석에 기초하여, DNA 기질로서 5'-TTTN PAM을 갖는 이중 가닥 플라스미드(pUC19)를 사용하고, 플라스미드 내의 표적에 상응하는 crRNA를 합성한 다음, 실시예 1-3을 수행하여, 시험관 내 뉴클레아제 활성을 분석하였다.In order to confirm the nuclease activity of EeCpf1, Example 1-1 was performed to express and purify the EeCpf1 protein from E. coli, and then the crRNA transcribed in vitro according to Example 1-2 was used as Cpf1 ribonucleoprotein ( Ribonucleoproteins, RNPs) were reconstituted. Based on the analysis of T-rich PAM at the 5' end of the protospacer sequence in EeCpf1, a double-stranded plasmid (pUC19) with 5'-TTTN PAM was used as a DNA substrate and After synthesizing crRNA, Examples 1-3 were performed to assay nuclease activity in vitro.
그 결과, EeCpf1은 crRNA 의존적으로 pUC19 플라스미드의 표적 DNA를 절단하여 선형 DNA를 생성하는 것으로 확인되었다. 반면, crRNA이 없는 없는 경우, EeCpf1은 Nt. BspQI에 의해 한쪽 가닥 절단된(nicking) pUC19 플라스미드와 상응하는 패턴으로 이동하여 밴드를 생성하였다. 즉, EeCpf1이 crRNA의 부재하에서 dsDNA를 한쪽 가닥 절단(nick) 활성을 나타내는 것으로 확인되었다.As a result, it was confirmed that EeCpf1 generates linear DNA by cleaving the target DNA of the pUC19 plasmid in a crRNA-dependent manner. On the other hand, when there is no crRNA, EeCpf1 is Nt. A band was generated by migrating in a pattern corresponding to the pUC19 plasmid nicked on one strand by BspQI. That is, it was confirmed that EeCpf1 exhibits dsDNA single-strand nick activity in the absence of crRNA.
한편, EeCpf1의 DNA 절단 활성에 있어서 금속 이온 의존성을 확인한 결과, Mn2+, Mg2+, Ni2+ 및 Ca2+에 대해 의존적이고, Cu2+, Zn2+는 활성과 관련이 낮은 것으로 확인되었다. 또한, D880A 치환을 비롯하여 RuvC 도메인의 활성 사이트 돌연변이를 생성하고 DNA 절단 활성에 미치는 영향을 분석한 결과, EeCpf1(D880A) 돌연변이에 의하여 한쪽 가닥 절단(nick) 활성과 이중 가닥 DNA 절단 활성이 모두 상실되는 것으로 확인되었다. On the other hand, as a result of confirming the metal ion dependence for DNA cleavage activity of EeCpf1, it was found to be dependent on Mn 2+ , Mg 2+ , Ni 2+ and Ca 2+ , while Cu 2+ and Zn 2+ were less related to activity. Confirmed. In addition, as a result of generating active site mutations of the RuvC domain, including D880A substitution, and analyzing the effect on DNA cleavage activity, both single-strand nick activity and double-strand DNA cleavage activity were lost due to the EeCpf1 (D880A) mutation. confirmed to be
이와 같은 결과를 통하여, EeCpf1이 crRNA 매개 DNA 절단 활성(뉴클레아제 활성)을 나타내는 것을 확인하였다.Through these results, it was confirmed that EeCpf1 exhibits crRNA-mediated DNA cleavage activity (nuclease activity).
실시예 2. 생체 내(Example 2. In vivo ( in vivoin vivo )에서 EeCpf1의 절단 활성 확인) confirmed the cleavage activity of EeCpf1
2-1. 세포질 미세주입(cytoplasm microinjection)2-1. Cytoplasm microinjection
암컷 C57BL6 마우스(4 내지 5 주령)에 5IU의 혈청 성생식선 자극호르몬(pregnant mare serum gonadotropin, PMSG, Seoil livestock medicine)을 복강내 주사(intraperitoneal injection)하여 과배란(superovulate)시키고, 46시간 후에 5IU의 인간 융모성 생식선 자극호르몬(human chorionic gonadotropin, hCG)을 주사하였다. hCG를 투여하고 14시간 후에 마우스를 희생시키고 난관(oviduct)을 수집하였다. 난관으로부터 난자난구복합체(oocyte cumulus complex)를 분리하고, 배아(embryo)를 미네랄 오일 하에 M2 배지(Sigma)를 포함한 마이크로인젝션 디쉬(microinjection dish)로 옮겼다. Female C57BL6 mice (4 to 5 weeks old) were superovulated by intraperitoneal injection of 5 IU of pregnant mare serum gonadotropin (PMSG, Seoil livestock medicine), and 46 hours later, 5 IU of human Human chorionic gonadotropin (hCG) was injected. 14 hours after administration of hCG, mice were sacrificed and oviducts were collected. The oocyte cumulus complex was separated from the fallopian tube, and the embryo was transferred to a microinjection dish containing M2 medium (Sigma) under mineral oil.
0.6μM Cpf1 단백질 및 6.1μM IL2Rg crRNA 농축액을 증류수로 희석하여 CRISPR/Cpf1 시약 혼합물을 제조한 다음, 배아의 세포질로 미세주입(microinjection)하였다. 시약 혼합물이 주입된 배아를 미네랄 오일하의 M16 배지(Sigma)에서 배반포(blastocyst) 단계까지 배양하였다. A CRISPR/Cpf1 reagent mixture was prepared by diluting 0.6 μM Cpf1 protein and 6.1 μM IL2Rg crRNA concentrate with distilled water, and then microinjected into the cytoplasm of embryos. Embryos injected with the reagent mixture were cultured in M16 medium (Sigma) under mineral oil until the blastocyst stage.
2-2. 유전체 서열분석2-2. Genome sequencing
PCR 증폭을 위하여, 배아를 배반포 용해 버퍼(blastocyst lysis buffer, 100mM Tris-HCl(pH8.3), 100mM KCl, 0.02% 젤라틴, 0.45% Tween 20, 10mg/μl yeast tRNA, 및 20mg/ml proteinase K) 10μL에 용해시켰다. For PCR amplification, embryos were lysed in blastocyst lysis buffer (100 mM Tris-HCl (pH8.3), 100 mM KCl, 0.02% gelatin, 0.45
용해된 샘플을 56℃에서 10분간, 95℃에서 10분간 인큐베이션한 후 -4℃에서 보관하였으며, 원액(crude sample)의 4㎕를 이용하여 IL2Rg 유전자에 대해 PCR로 증폭시켰다. IL2Rg 유전자의 PCR 증폭 산물을 생거 염기서열 분석(Sanger sequencing analysis, Bioneer, Korea)하여 배반포의 유전체 서열의 변화를 확인하였다.The lysed sample was incubated at 56°C for 10 minutes and 95°C for 10 minutes, then stored at -4°C, and the IL2Rg gene was amplified by PCR using 4 µl of the crude sample. Changes in the genome sequence of the blastocyst were confirmed by Sanger sequencing analysis (Bioneer, Korea) of the PCR amplification product of the IL2Rg gene.
2-3. EeCpf1에 의한 마우스 세포에서의 포유류 유전자 편집 확인2-3. Confirmation of Mammalian Gene Editing in Mouse Cells by EeCpf1
EeCpf1 단백질이 포유류 세포 내의 내재성 유전자좌(endogenous genomic loci)를 절단할 수 있는지 확인하였다. E. coli로부터 인간 코돈에 최적화된(human codon-optimized) EeCpf1 단백질을 발현 및 정제 하였다. EeCpf1가 포유류 세포 내에서 핵 구획화(nuclear compartmentalization)될 수 있도록 N 말단과 C 말단 각각에 핵위치화신호(nuclear localization signals, NLS)를 부착하였다.It was confirmed whether the EeCpf1 protein could cleave endogenous genomic loci in mammalian cells. Human codon-optimized EeCpf1 protein was expressed and purified from E. coli . To enable nuclear compartmentalization of EeCpf1 in mammalian cells, nuclear localization signals (NLS) were attached to each of the N- and C-termini.
표적 유전자는 인터루킨 2 수용체 감마(IL2Rg)으로 하였다. IL2Rg 유전자는 림프구(lymphocyte) 발달에 필수적인 효소를 암호화하며 면역결핍 마우스 모델을 제조하기 위해 필수적인 유전자이다. 마우스 배아(embryo)에 IL2Rg 유전자에 대한 다중 표적(multitargeting) crRNA 및 EeCpf1를 주입하고, IL2Rg 넉아웃 마우스가 발생하는지를 조사하여, EeCpf1이 생체 내 유전자 편집 도구(gene-editing tool in vivo)로 사용할 수 있는지 여부를 확인하였다.The target gene was
비표적(off-target) 돌연변이 유발을 피하기 위해 IL2Rg 유전자 내에서 다른 서열과 서열 상동성이 낮은 4개의 부위(엑손 3의 2개 부위, 엑손 4의 1개 부위 및 엑손 5의 1개 부위)를 선택하고 이에 상응하는 4개의 crRNA(이하 crRNA1, crRNA2, crRNA3, crRNA4로 지칭함)를 설계하였다. EeCpf1의 유전자 편집 효율을 높이기 위해 각각의 crRNA에 RNA의 3' 말단에 U-rich 서열(U-rich tail, U4AU6)을 갖도록 디자인하였다.In order to avoid off-target mutagenesis, four sites with low sequence homology to other sequences within the IL2Rg gene (two sites in
그 결과, PCR로 증폭시킨 IL2Rg 유전자의 4 개의 표적 부위는 미리 조립된(preassembled) EeCpf1 RNP에 의해 모두 특이적으로 절단된 것으로 확인되었다 (도 8).As a result, it was confirmed that all four target sites of the IL2Rg gene amplified by PCR were specifically cleaved by the preassembled EeCpf1 RNP (FIG. 8).
생체 내에서도 뉴클레아제 활성을 나타내는지 확인하기 위하여, 실시예 2-1에 따라 재조합 EeCpf1 단백질과 4 개의 crRNA 혼합물을 단세포 배아(one-cell-stage embryo)에 미세주입(microinjection)하고 마우스 배아를 배양하여 배반포(blastocyst)를 얻었다. 그 후, 실시예 2-2에 따라 배반포를 T7EI 분석 및 생거 염기서열 분석한 결과, 34개의 배반포 중 5개의(15%) 배반포가 IL2Rg 유전자에서 EeCpf1 매개 돌연변이를 가지고 있음을 확인하였다. 엑손 3에서, 6%의 효율로 crRNA1 및 crRNA2의 표적 사이에 해당하는 20bp 서열이 결실된 것으로 확인되었다(도 9). 엑손 4에서는 crRNA3에 의한 돌연변이가 나타나지 않았으나, 엑손 5에서는 10%의 효율로 crRNA4에 의해 하나의 뉴클레오타이드 결실이 나타났다. 그 외에도, DNA 염기 서열 차트에 따르면 EeCpf1에 의해 엑손 4를 제외한 나머지 3개의 표적 부위에서 2종류의 삽입 및 결실 돌연변이가 일어남으로써 IL2Rg 유전자의 돌연변이가 유발된 것으로 확인되었다. 이와 같은 결과를 통하여, EeCpf1은 포유 동물 세포에서 강력한 멀티플렉스 유전체 교정(multiplex genome editing)에 사용할 수 있음을 확인하였다.In order to confirm whether nuclease activity is exhibited in vivo, the recombinant EeCpf1 protein and 4 crRNA mixtures were microinjected into one-cell-stage embryos according to Example 2-1 and the mouse embryos were cultured. to obtain a blastocyst. Then, as a result of T7EI analysis and Sanger sequencing of the blastocysts according to Example 2-2, it was confirmed that 5 (15%) of 34 blastocysts had an EeCpf1-mediated mutation in the IL2Rg gene. In
실시예 3. EeCpf1을 사용한 IL2Rg 유전자 넉아웃 마우스 제작Example 3. Construction of IL2Rg Gene Knockout Mice Using EeCpf1
3-1. Cpf1 가이드 RNA 설계3-1. Design of Cpf1 guide RNA
IL2Rg 유전자의 3번 엑손 내지 5번 엑손에서 표 1과 같이 Cpf1 가이드 RNA(guide RNA, gRNA, crRNA)를 디자인하였다.As shown in Table 1, Cpf1 guide RNAs (guide RNA, gRNA, crRNA) were designed in
3-2. gRNA의 오프-타겟(off-target) 분석3-2. Off-target analysis of gRNAs
최근의 연구(analysis of off-target effects of CRISPR/Cas-derived RNA-guided endonucleases and nickases, Genome Res. 2014 Jan; 24(1): 132-141)에 따르면 다른 서열과 2개 이상의 뉴클레오티드가 불일치(mismatch)하는 gRNA는 오프-타겟을 나타내지 않는 것으로 보고되었다. 따라서, NCBI 블라스트 시스템을 사용하여 IL2Rg에서 표 1의 sgRNA의 오프-타겟을 분석하였다. According to a recent study ( analysis of off-target effects of CRISPR/Cas-derived RNA-guided endonucleases and nickases, Genome Res. 2014 Jan; 24(1): 132-141 ), mismatches of 2 or more nucleotides with other sequences ( gRNAs that mismatch) have been reported not to represent off-targets. Therefore, the off-targets of the sgRNAs in Table 1 were analyzed in IL2Rg using the NCBI blast system.
그 결과, 표 2에서와 같이, 각각의 gRNA는 오프-타겟을 나타내지 않는 것으로 확인되었다.As a result, as shown in Table 2, it was confirmed that each gRNA did not represent an off-target.
3-3. 배반포에서 EeCpf1 효율 검증3-3. Verification of EeCpf1 efficiency in blastocysts
50개의 수정란에 실시예 1-1-1의 EeCpf1 단백질 및 표 1의 4개의 가이드 RNA 를 실시예 2-1의 방법으로 미세주입하고, 발달된 총 38개의 배반포(blastocyst)를 확보하여 실시예 2-2의 방법에 따라 유전형을 분석하였다.The EeCpf1 protein of Example 1-1-1 and the four guide RNAs of Table 1 were microinjected into 50 fertilized eggs by the method of Example 2-1, and a total of 38 developed blastocysts were obtained to obtain Example 2 Genotypes were analyzed according to the method of -2.
그 결과, 엑손 3번 부분의 1번 gRNA 및 2번 gRNA에서 10%로 이상의 효율이 나타난 것으로 확인되어(도 10 및 도 11), 1번 gRNA 및 2번 gRNA를 IL2Rg 유전자 결손 마우스 생산에 사용하였다.As a result, it was confirmed that
3-4. 마우스 태아에서 EeCpf1 효율 검증 3-4. Verification of EeCpf1 efficiency in mouse embryos
총 125개의 마우스 수정란에 실시예 1-1-1의 EeCpf1 단백질 및 실시예 3-3에서 효율이 검증된 가이드 RNA를 실시예 2-1의 방법으로 미세주입하고, 발달된 세포를 대리모 4마리에 이식하여 9마리의 산자를 확보하였다(표 3). 그 후, T7E1 assay(T7endonuclease1, ToolGen, Daejeon, Korea) 및 시퀀싱(Bioneer, Daejeon, Korea)을 수행하여 IL2Rg 유전자형을 분석하였다.A total of 125 mouse fertilized eggs were microinjected with the EeCpf1 protein of Example 1-1-1 and the guide RNA whose efficiency was verified in Example 3-3 by the method of Example 2-1, and the developed cells were transferred to four surrogate mothers. Nine offspring were obtained by transplantation (Table 3). Then, the IL2Rg genotype was analyzed by performing T7E1 assay (T7endonuclease1, ToolGen, Daejeon, Korea) and sequencing (Bioneer, Daejeon, Korea).
(2019.06.18)
(2019.06.18)
그 결과, 9번 마우스에서 밴드의 절단이 확인되었다(도 12).As a result, cutting of the band was confirmed in mouse No. 9 (FIG. 12).
또한, 실시예 2-2에 따라 PCR 산물을 이용한 시퀀싱 분석을 수행한 결과, 9번 마우스에서 IL2Rg 유전자의 결손이 나타나(도 13), 결과와 일치한 것으로 확인되었으며, 실시예 3-3에서 확인된 EeCpf1 효율(13%)과 유사한 효율이 G0 마우스에서도 확인되었다(11%). 한편, 돌연변이 마우스가 태어나 분석되었으므로 EeCpf1의 안전성(safety)에도 문제가 없는 것으로 확인되었다.In addition, as a result of sequencing analysis using the PCR product according to Example 2-2, a deletion of the IL2Rg gene was found in mouse No. 9 (FIG. 13), which was confirmed to be consistent with the result, confirmed in Example 3-3 EeCpf1 efficiency (13%) and similar efficiency was also confirmed in G0 mice (11%). On the other hand, since the mutant mouse was born and analyzed, it was confirmed that there is no problem with the safety of EeCpf1.
실시예 4. EeCpf1을 사용한 IL2Rg 유전자 넉아웃 마우스의 면역부전 확인Example 4. Confirmation of Immunodeficiency in IL2Rg Gene Knockout Mice Using EeCpf1
4-1. IL2Rg crRNA 합성4-1. IL2Rg crRNA synthesis
상기 실시예 1-2과 유사한 방법으로 IL2Rg 유전자의 8번 엑손을 표적하는 가이드 RNA(guide RNA, gRNA, crRNA)를 디자인하였다 (표 4).Guide RNAs (guide RNA, gRNA, crRNA) targeting
4-2. 세포질 미세주입 (cytoplasm microinjection)4-2. Cytoplasm microinjection
암컷 NOD/SCID 마우스 (4 내지 5주령)에 5IU의 혈청 성생식선 자극호르몬(pregnant mare serum gonadotropin, PMSG, Seoil livestock medicine)을 복강내 주사(intraperitoneal injection)하여 과배란(superovulate)시키고, 46시간 후에 5IU의 인간 융모성 생식선 자극호르몬(human chorionic gonadotropin, hCG)을 주사하였다. hCG를 투여하고 14시간 후에 마우스를 희생시키고 난관(oviduct)을 수집하였다. 난관으로부터 난자난구복합체(oocyte cumulus complex)를 분리하고, HTF 배양액으로 구성된 pre-equilibrated fertilization drops에 위치시켰다. 신성한 정자는 수컷 NOD/SCID 마우스 (5개월)의 경피와 vas deferens에서 분리하여 HTF 배지에 옮겨두었다. HTF 배지에서 상기 정자에 난자난구복합체를 옮김으로서 수정시켰고, 8시간 (37°C, 5% CO2) 배양하였다. 배양이후, 난모세포는 HTF로 세척하여 여분의 정자를 제거하고 M16 배지에서 7시간 (37°C, 5% CO2)배양하였다. 그리고 미네랄 오일 하에 M2 배지에서 마이크로인젝션을 수행하였다.Female NOD/SCID mice (4 to 5 weeks old) were superovulated by intraperitoneal injection of 5 IU of pregnant mare serum gonadotropin (PMSG, Seoil livestock medicine), and 46 hours later, 5 IU of human chorionic gonadotropin (hCG) was injected. 14 hours after administration of hCG, mice were sacrificed and oviducts were collected. The oocyte cumulus complex was isolated from the fallopian tube and placed in pre-equilibrated fertilization drops composed of HTF culture medium. Sacred sperm were isolated from the epidermis and vas deferens of male NOD/SCID mice (5 months old) and transferred to HTF medium. In HTF medium, the sperm was fertilized by transferring the egg ovule complex, and incubated for 8 hours (37°C, 5% CO 2 ). After incubation, the oocytes were washed with HTF to remove excess sperm and cultured in M16 medium for 7 hours (37°C, 5% CO 2 ). And microinjection was performed in M2 medium under mineral oil.
eeCpf1 시약 혼합물은 증류수를 혼합, 희석하여 0.3 μM eeCpf1 protein (Scientific Reports (2019) 9:13911) 및 80 ng/μl IL2Rg guide RNA의 농도로 맞추어 준비하였다. 상기 준비된 시약은 배아의 세포질로 미세주입하였고, 생존한 배아는 가임기 암컷의 난관에 외과적 수술로 이식하였다. 그리고 태어난 마우스들 중 유전적 변이가 확인된 마우스들 (G0 마우스: #1, #3, #20 및 #24)을 얻었다 (표 5 참조).The eeCpf1 reagent mixture was prepared by mixing and diluting with distilled water to match the concentration of 0.3 μM eeCpf1 protein (Scientific Reports (2019) 9:13911) and 80 ng/μl IL2Rg guide RNA. The prepared reagent was microinjected into the cytoplasm of embryos, and the surviving embryos were surgically transplanted into the fallopian tubes of females of childbearing age. And among the mice born, mice with confirmed genetic mutations (G0 mice: #1, #3, #20, and #24) were obtained (see Table 5).
4-3. IL2Rg 유전자 분석 4-3. IL2Rg gene analysis
태어난 새끼의 유전자형은 T7E1 분석 (T7 endonuclease1, ToolGen, 서울, 한국)을 적용하여 IL2Rg 엑손 8을 증폭시킨 PCR 조각을 사용하여 분석하였다 (사용된 프라이머: FR 5'- TACCATCAGGATGTGGCTGA -3', RP 5'- ATTGGATCCAGATTGCCAAG -3'). The genotype of the offspring was analyzed using a PCR fragment amplifying
그 결과, 제조된 마우스 (G0 마우스: #1, #3, #20 및 #24)는 헤테로 인 것을 확인하였다. 또한, 야생형 유전자의 경우 502bp에서 하나의 밴드만이 확인되는데 비하여, 이형 접합체 에서는 200bp, 300bp 및 502bp의 세가지의 밴드가 확인되었다. IL2Rg 유전자의 돌연변이를 확인한 결과 마우스들은 crRNA 목표 위치에서 12bp, 14bp, 18bp의 결손 및 7bp의 삽입을 확인하였다(도 14). As a result, it was confirmed that the prepared mice (G0 mice: #1, #3, #20 and #24) were hetero. In addition, in the case of the wild type gene, only one band was identified at 502 bp, whereas three bands of 200 bp, 300 bp and 502 bp were identified in the heterozygous gene. As a result of confirming the mutation of the IL2Rg gene, 12bp, 14bp, and 18bp deletion and 7bp insertion were confirmed in the mice at the target crRNA site (FIG. 14).
4-4. IL2Rg 유전자 결손의 생식 전달 (germline transmission) 확인4-4. Confirmation of germline transmission of IL2Rg gene deletion
상기 4-2.에서 제작된 마우스 (G0 마우스: #1, #3, #20 및 #24)를 NOD/SCID 마우스와 각각 교배시켰고 G0 #3 마우스만이 G1 마우스를 출산하였다. 그리고 G1 마우스들을 다시 교배하여 G2 마우스를 얻었다. The mice prepared in 4-2. (G0 mice: #1, #3, #20 and #24) were crossed with NOD/SCID mice, respectively, and only the
PCR로 G2 마우스의 유전자를 분석한 결과 호모 돌연변이를 가진 것을 확인하였다 (도 15). As a result of analyzing the gene of the G2 mouse by PCR, it was confirmed that it had a homo mutation (FIG. 15).
상기 호모 돌연변이 G2 마우스는 eNIG (또는, e-NSIG)로 분류하였고, IL2Rg의 불활성화를 확인하기 위하여 RNA 분석을 수행하였다. The homo mutant G2 mice were classified as eNIG (or e-NSIG), and RNA analysis was performed to confirm IL2Rg inactivation.
전체 RNA는 TRIzol (Molecular Research Center, Cincinnati, OH, USA)dmf 사용하여 마우스 꼬리 조직으로부터 분비하였고, first-strand cDNA synthesis kit (Fermentas, Burlington, Ontario, Canada)를 이용하여 전체 RNA 샘플로부터 cDNA를 합성하였다. Real-time qRT-PCR 분석은 Exicycler™ 96 Real-Time Quantitative Thermal Block (Bioneer, Daejeon, Korea) 및 SYBR Premix Ex Taq (Takara, Otsu, Japan) 프로토콜에 따라 수행되었다. 사용된 프라이머 서열들은 다음과 같다: IL2Rg, FP 5'-TGCCTAGTGTGGATGAGCTG-3', RP 5'-CAGGCTGGCTCCATTTACTC-3'; GAPDH, FP 5'-AGAACATCATCCCTGCATGG-3', RP 5'-CACATTGGGGGTAGGAACAC-3'Total RNA was secreted from mouse tail tissue using TRIzol (Molecular Research Center, Cincinnati, OH, USA), and cDNA was synthesized from total RNA samples using first-strand cDNA synthesis kit (Fermentas, Burlington, Ontario, Canada). did Real-time qRT-PCR analysis was performed according to the Exicycler™ 96 Real-Time Quantitative Thermal Block (Bioneer, Daejeon, Korea) and SYBR Premix Ex Taq (Takara, Otsu, Japan) protocols. Primer sequences used were as follows: IL2Rg, FP 5'-TGCCTAGTGTGGATGAGCTG-3', RP 5'-CAGGCTGGCTCCATTTACTC-3'; GAPDH,
그 결과 eNIG 마우스의 경우 흉선 조직에서의 IL2Rg의 mRNA가 확인되지 않았고 (도 16), 이를 통해 NOD/SCID 마우스에서 결손된 IL2Rg의 특성이 생식 전달됨을 확인하였다. As a result, in the case of eNIG mice, IL2Rg mRNA was not confirmed in the thymus tissue (FIG. 16), and through this, it was confirmed that the characteristics of IL2Rg, which were deleted in NOD/SCID mice, were transmitted to reproduction.
이후 eNIG 마우스의 IL2Rg 유전자 내 14bp의 결손은 돌연변이 수컷 마우스와 돌연변이 암컷 마우스를 교배함으로써 유지하였다. Thereafter, the 14 bp deletion in the IL2Rg gene of eNIG mice was maintained by mating mutant male mice with mutant female mice.
4-5. eNIG 마우스의 특성 확인 4-5. Characterization of eNIG mice
제조된 eNIG 마우스의 체중 및 장기 무게를 측정하여 NOD/SCID 마우스와 비교하였다.The body weight and organ weight of the prepared eNIG mice were measured and compared with NOD/SCID mice.
그 결과 NOD/SCID 마우스와 비교하여 eNIG 마우스의 흉선과 비장의 무게가 유의적으로 감소하였다 (도 17 및 18). 이는 T, B, NK세포의 결손으로 인해 무게 감소가 발생한 것으로 판단된다.As a result, compared to NOD/SCID mice, the weight of the thymus and spleen of eNIG mice was significantly reduced (FIGS. 17 and 18). It is believed that the weight loss occurred due to T, B, and NK cell defects.
제조된 eNIG 마우스의 말초 혈액 내 혈청 분석을 위해, 말초 혈액 내 혈청 분석은 마우스는 먹이 섭식 후 4시간 동안 단식되었고, isourane를 사용하여 마취시켰다. 혈청은 냉각된 원심분리기에서 1500g로 10분간 혈액을 원심분리하였고, 상등액을 채취하여 -70℃에서 저장하고 사용하였다. 혈청 AST, ALT, 총 콜레스테롤 (total cholesterol, CHO), 트리글리세라이드 (triglyceride, TG), ALP 및 크레아티닌 수준을 auto analyzer (AU480 Chemistry System, Beckman Coulter, USA)를 사용하여 분석하였다. For serum analysis in the peripheral blood of prepared eNIG mice, the mice were fasted for 4 hours after feeding and anesthetized using isourane. Serum was centrifuged for 10 minutes at 1500 g in a cooled centrifuge, and the supernatant was collected and stored at -70 ° C before use. Serum AST, ALT, total cholesterol (CHO), triglyceride (TG), ALP, and creatinine levels were analyzed using an auto analyzer (AU480 Chemistry System, Beckman Coulter, USA).
그 결과, NOD/SCID 마우스와 eNIG 마우스 사이의 유의적인 차이는 확인되지 않았다 (도 19).As a result, no significant difference between NOD/SCID mice and eNIG mice was confirmed (FIG. 19).
실시예 5 면역부전 동물모델로의 활용 가능성 확인Example 5 Confirmation of the possibility of use as an immunodeficiency animal model
5-1. 암세포 이식5-1. cancer cell transplant
본 발명의 eNIG 마우스의 종양생성 가능성을 human hepatocarcinoma cell line (HepG2) 및 adenocarcinomic human alveolar basal epithelial cells (A549) 세포를 이용하여 확인하였다. 구체적으로 matrigel 100μl에 현탁된 1x106개의 세포를 12주령 NOD/SCID 및 eNIG 수컷 마우스 (각각 n=4)에 피하 주입하였고 이식 후 6일 후에 확인하였다. 이때 형성된 고형암의 크기 (mm3)은 캘리퍼스 및 L Х W2 Х ð/6 공식으로 도출되었으며, 상기 L은 길이, W는 종양의 폭을 나타낸다.The tumorigenic potential of the eNIG mouse of the present invention was confirmed using human hepatocarcinoma cell line (HepG2) and adenocarcinomic human alveolar basal epithelial cells (A549) cells. Specifically, 1x10 6 cells suspended in 100 μl of matrigel were subcutaneously injected into 12-week-old NOD/SCID and eNIG male mice (n=4 each), and confirmed 6 days after transplantation. The size (mm 3 ) of the solid tumor formed at this time was derived using a caliper and the L Х W2 Х ð/6 formula, where L represents the length and W represents the width of the tumor.
그 결과, eNIG 마우스에서 종양이 형성되는 것을 확인하였고, 이식 후 27일 시점 외에는 종양의 크기 및 무게에 있어서 NOD/SCID 마우스와 eNIG 마우스의 유의적인 차이가 확인되지 않았다 (도 20 내지 22). (데이터는 평균±SD으로 표시되었음; *p<0.05).As a result, it was confirmed that the tumor was formed in the eNIG mouse, and no significant difference between the NOD/SCID mouse and the eNIG mouse was confirmed in the size and weight of the tumor except 27 days after transplantation (FIGS. 20 to 22). (Data are expressed as mean±SD; *p<0.05).
5-2. 비장 세포 분리5-2. Isolation of splenocytes
비장세포를 분리하기 위해 수확한 비장을 세포 스트레이너에 넣고, 4웰 플레이트에 위치시켰다. 여과된 배지 (7ml)를 첨가하고 비장을 분쇄하였다. 상기 분쇄된 세포는 1200rpm에서 5분간 원심분리하였고, 상등액을 제거하였다. 적혈구들은 펠렛에 RBC lysis buffer (1ml)를 첨가하여 제거하였고 상온에서 10분간 위치시켰다. 현탁된 세포들은 FACS buffer (7ml)와 혼합하고 1200rpm에서 5분간 원심분리하고 상등액을 제거하였다. 상기 절차는 총 2회 반복하고, 최종 펠릿은 1ml FACS 버퍼로 재현탁하였다. To isolate splenocytes, the harvested spleen was placed in a cell strainer and placed in a 4-well plate. Filtered medium (7 ml) was added and the spleen was ground. The pulverized cells were centrifuged at 1200 rpm for 5 minutes, and the supernatant was removed. Red blood cells were removed by adding RBC lysis buffer (1ml) to the pellet and placed at room temperature for 10 minutes. The suspended cells were mixed with FACS buffer (7ml), centrifuged at 1200 rpm for 5 minutes, and the supernatant was removed. This procedure was repeated a total of 2 times and the final pellet was resuspended in 1ml FACS buffer.
5-3. T, B 및 NK 세포의 확인5-3. Identification of T, B and NK cells
T, B 및 NK 세포 수를 측정하기 위해 비장세포들은 APC-conjugated anti-CD45, APC-cy7-conjugated anti-CD3, PerCP-Cy5.5-conjugated anti-NK1.1 및 fluorescein isothiocyanate (FITC)--conjugated anti-B220으로 4℃에서 20분간 염색하였다. 이후 염색된 세포들은 FACS 버퍼를 첨가, 5분간 1200rpm에서 원심분리하여 세척하였다. 상기 세포들은 Fix 버퍼로 재현탁하였고, Gallios flow cytometer (Beckman Coulter, USA)를 이용하여 유세포 분석하였다. To measure T, B and NK cell numbers, splenocytes were stained with APC-conjugated anti-CD45, APC-cy7-conjugated anti-CD3, PerCP-Cy5.5-conjugated anti-NK1.1 and fluorescein isothiocyanate (FITC)-- It was stained with conjugated anti-B220 at 4°C for 20 minutes. Then, the stained cells were washed by adding FACS buffer and centrifuging at 1200 rpm for 5 minutes. The cells were resuspended in Fix buffer and analyzed by flow cytometry using a Gallios flow cytometer (Beckman Coulter, USA).
그 결과 C57BL/6 마우스와 비교하여, NOD/SCID 마우스는 T 및 B세포의 결손을 확인할 수 있으나, NK세포들은 감소된 수준인 것을 확인하였다. 본 발명의 eNIG 마우스는 T, B 및 NK세포의 결손을 확인하였다 (도 23 및 24). As a result, compared to C57BL/6 mice, it was confirmed that NOD/SCID mice had T and B cell defects, but NK cells were at a reduced level. Defects in T, B and NK cells were confirmed in the eNIG mice of the present invention (FIGS. 23 and 24).
상기한 결과들을 통해 본 발명의 eNIG 마우스는 종래 NOD/SCID 마우스에 비하여 NK 세포가 더 결손된 면역부전 동물모델로서, 종양 세포를 이식하였을 때 종양이 자랄 수 있는 것을 확인하였다. Through the above results, it was confirmed that the eNIG mouse of the present invention is an immunodeficiency animal model in which NK cells are more deficient than the conventional NOD/SCID mouse, and tumors can grow when transplanted with tumor cells.
이제까지 본 발명에 대하여 그 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.So far, the present invention has been examined focusing on the embodiments. Those skilled in the art to which the present invention pertains will be able to understand that the present invention can be implemented in a modified form without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the disclosed embodiments should be considered from an illustrative rather than a limiting point of view. The scope of the present invention is shown in the claims rather than the foregoing description, and all differences within the equivalent range should be construed as being included in the present invention.
<110> KOREA RESEARCH INSTITUTE OF BIOSCIENCE AND BIOTECHNOLOGY <120> Immunodeficient Animal Model Mutated IL2Rg Gene by EeCpf1 and Method for Producing the same <130> PN190225-P1 <150> KR 10-2019-0166426 <151> 2019-12-13 <160> 14 <170> KoPatentIn 3.0 <210> 1 <211> 24 <212> RNA <213> Artificial Sequence <220> <223> IL2Rg sgRNA-1 <400> 1 uuguccagcu ccaggacccc caga 24 <210> 2 <211> 24 <212> RNA <213> Artificial Sequence <220> <223> IL2Rg sgRNA-2 <400> 2 gcuucuguac agcucgccuc uggg 24 <210> 3 <211> 24 <212> RNA <213> Artificial Sequence <220> <223> IL2Rg sgRNA-3 <400> 3 auaugucugc uuuuccaucu cagc 24 <210> 4 <211> 24 <212> RNA <213> Artificial Sequence <220> <223> IL2Rg sgRNA-4 <400> 4 ggguucggag ccgcuauaac ccaa 24 <210> 5 <211> 19 <212> RNA <213> Artificial Sequence <220> <223> IL2Rg sgRNA-5 <400> 5 uaauuucuac uuuguagau 19 <210> 6 <211> 24 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> IL2Rg sgRNA-1 target sequence (Exon3) <400> 6 tctgggggtc ctggagctgg acaa 24 <210> 7 <211> 24 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> IL2Rg sgRNA-2 target sequence (Exon3) <400> 7 cccagaggcg agctgtacag aagc 24 <210> 8 <211> 24 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> IL2Rg sgRNA-3 target sequence (Exon4) <400> 8 gctgagatgg aaaagcagac atat 24 <210> 9 <211> 24 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> IL2Rg sgRNA-4 target sequence (Exon5) <400> 9 ttgggttata gcggctccga accc 24 <210> 10 <211> 23 <212> RNA <213> Artificial Sequence <220> <223> IL2Rg sgRNA-5 target sequence (Exon8) <400> 10 ugccacguca gcgagauucc ccc 23 <210> 11 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> IL2Rg, FP <400> 11 tgcctagtgt ggatgagctg 20 <210> 12 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> IL2Rg, RP <400> 12 caggctggct ccatttactc 20 <210> 13 <211> 19 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> GAPDH, FP <400> 13 gaacatcatc cctgcatgg 19 <210> 14 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> GAPDH, RP <400> 14 cacattgggg gtaggaacac 20 <110> KOREA RESEARCH INSTITUTE OF BIOSCIENCE AND BIOTECHNOLOGY <120> Immunodeficient Animal Model Mutated IL2Rg Gene by EeCpf1 and Method for producing the same <130> PN190225-P1 <150> KR 10-2019-0166426 <151> 2019-12-13 <160> 14 <170> KoPatentIn 3.0 <210> 1 <211> 24 <212> RNA <213> artificial sequence <220> <223> IL2Rg sgRNA-1 <400> 1 uuguccagcu ccaggacccc caga 24 <210> 2 <211> 24 <212> RNA <213> artificial sequence <220> <223> IL2Rg sgRNA-2 <400> 2 gcuucuguac agcucgccuc uggg 24 <210> 3 <211> 24 <212> RNA <213> artificial sequence <220> <223> IL2Rg sgRNA-3 <400> 3 auaugucugc uuuuccaucu cagc 24 <210> 4 <211> 24 <212> RNA <213> artificial sequence <220> <223> IL2Rg sgRNA-4 <400> 4 ggguucggag ccgcuauaac ccaa 24 <210> 5 <211> 19 <212> RNA <213> artificial sequence <220> <223> IL2Rg sgRNA-5 <400> 5 uaauuucuac uuuguagau 19 <210> 6 <211> 24 <212> DNA <213> artificial sequence <220> <223> IL2Rg sgRNA-1 target sequence (Exon3) <400> 6 tctgggggtc ctggagctgg acaa 24 <210> 7 <211> 24 <212> DNA <213> artificial sequence <220> <223> IL2Rg sgRNA-2 target sequence (Exon3) <400> 7 cccagaggcg agctgtacag aagc 24 <210> 8 <211> 24 <212> DNA <213> artificial sequence <220> <223> IL2Rg sgRNA-3 target sequence (Exon4) <400> 8 gctgagatgg aaaagcagac atat 24 <210> 9 <211> 24 <212> DNA <213> artificial sequence <220> <223> IL2Rg sgRNA-4 target sequence (Exon5) <400> 9 ttggttata gcggctccga accc 24 <210> 10 <211> 23 <212> RNA <213> artificial sequence <220> <223> IL2Rg sgRNA-5 target sequence (Exon8) <400> 10 ugccacguca gcgagauucc ccc 23 <210> 11 <211> 20 <212> DNA <213> artificial sequence <220> <223> IL2Rg, FP <400> 11 tgcctagtgt ggatgagctg 20 <210> 12 <211> 20 <212> DNA <213> artificial sequence <220> <223> IL2Rg, RP <400> 12 caggctggct ccatttactc 20 <210> 13 <211> 19 <212> DNA <213> artificial sequence <220> <223> GAPDH, FP <400> 13 gaacacatc cctgcatgg 19 <210> 14 <211> 20 <212> DNA <213> artificial sequence <220> <223> GAPDH, RP <400> 14 cacattgggg gtaggaacac 20
Claims (11)
EeCpf1(Eubacterium eligens Cpf1) 단백질을 암호화하는 뉴클레오티드 서열; 및
상기 뉴클레오티드 서열에 작동가능하게 연결된 프로모터
를 포함하는 재조합 발현벡터로서,
상기 gRNA는 서열번호 1, 또는 서열번호 2의 염기서열로 이루어진 것이고,
상기 재조합 발현벡터는 IL2Rg 유전자의 넉아웃(knock-out)에 의한 면역부전 동물모델의 제조용으로서, 상기 넉아웃은 IL2Rg 유전자 엑손 3의 서열번호 6 또는 서열번호 7에 해당하는 염기서열이 돌연변이 되어 발생되는 것인, 재조합 발현벡터.
a nucleotide sequence encoding a gRNA that hybridizes to DNA encoding an interleukin 2 receptor gamma (IL2Rg) gene;
A nucleotide sequence encoding EeCpf1 ( Eubacterium eligens Cpf1) protein; and
A promoter operably linked to said nucleotide sequence
As a recombinant expression vector containing,
The gRNA is composed of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 2,
The recombinant expression vector is for preparing an immunodeficiency animal model by knock-out of the IL2Rg gene, and the knock-out is caused by mutation of the nucleotide sequence corresponding to SEQ ID NO: 6 or SEQ ID NO: 7 of exon 3 of the IL2Rg gene That is, a recombinant expression vector.
A transformed cell line for preparing an immunodeficiency animal model into which the recombinant expression vector of claim 1 is introduced.
를 포함하는 면역부전 동물모델의 제조방법.
Transplanting the transformed cell line of claim 3 into the fallopian tube of a surrogate mother other than human
Method for producing an immunodeficiency animal model comprising a.
The method of claim 4, wherein the animal is a mouse.
An IL2Rg (interleukin 2 receptor gamma) gene mutant immunodeficiency animal model prepared by the method of claim 4.
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