KR19990075173A - Epilepsy-induced Mutant Mice and Methods for Preparing the Same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 간질이 유발된 변이형 생쥐에 관한 것으로, 상세하게는 포스포리파아제 Cβ1(PLCβ1) 유전자를 결손시킨 변이형 생쥐 및 유전자 적중법을 이용한 변이형 생쥐의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a mutant mouse induced epilepsy, and more particularly, to a mutant mouse in which the phospholipase Cβ1 (PLCβ1) gene is deleted and a method of producing a mutant mouse using gene targeting.

Description

간질이 유발된 변이형 생쥐 및 이의 제조방법Epilepsy-induced Mutant Mice and Methods for Preparing the Same

본 발명은 간질이 유발된 변이형 생쥐에 관한 것으로, 상세하게는 포스포리파아제 C-β1 유전자를 결손시킨 변이형 생쥐 및 유전자 적중법을 이용한 변이형 생쥐의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a mutant mouse induced epilepsy, and more particularly, to a method of manufacturing a mutant mouse which lacks the phospholipase C-β1 gene and a mutant mouse using gene targeting.

간질은 뇌세포의 비정상적인 탈분극(depolarization)으로 인해 반복적이고도 비정상적인 뇌파의 발생(seizure)이 만성적 또는 재발적으로 나타나는 신경학적 상태로, 크게 국소적 간질과 전신성 간질로 구분된다. 특히 전신성 간질은 몸통 전체에 강직성(tonic)-간대성(clonic) 또는 강직성 확장을 특징으로 하며, 정상적인 생활을 방해하고 심하게는 간질 경련이 자주 반복해서 일어나고 그 발작 사이에 의식회복기가 없는 상태인 간질 지속상태(status epilepticus)가 계속되어 심각한 경우 사망에 이르게 된다. 그럼에도 불구하고 전신성 간질의 치료는 매우 어려운 실정으로, 그 이유는 대부분 간질의 기전이 규명되어 있지 않고 사용할 수 있는 치료제가 제한되어 있기 때문이다. 따라서 간질의 기전을 이해하고 이에 따른 간질 치료제의 개발이 매우 시급하다.Epilepsy is a neurological condition in which chronic and recurrent seizure occurs repeatedly or abnormally due to abnormal depolarization of brain cells, and is classified into local epilepsy and systemic epilepsy. In particular, systemic epilepsy is characterized by tonic-clonic or stiffening throughout the body, obstructing normal life and severely causing epilepsy convulsions frequently and repeatedly without consciousness recovery between seizures. The status epilepticus continues, leading to death in severe cases. Nevertheless, the treatment of systemic epilepsy is very difficult, because most of the mechanisms of epilepsy are not elucidated and the therapeutic agents that can be used are limited. Therefore, it is very urgent to understand the mechanism of epilepsy and to develop epilepsy treatments accordingly.

간질이 유발된 실험동물 모델은 간질 기전의 이해 및 간질 치료제의 개발에 매우 유용하다. 현재까지 사용되는 실험동물 모델은 전기자극 또는 메트라졸, 카이닌산(kainic acid) 등의 약물 투여로 간질이 유도되었는데, 이러한 모델들은 인위적인 환경하에서 유발된 간질을 관찰하였다는 점, 간질이 유발된 이후의 뇌조직 변화만을 관찰할 수 있었다는 점, 유전형질에 의한 것이 아니어서 간질의 발생기전을 이해하는데 한계가 있으며 이를 토대로 간질 치료제를 개발하는 데에는 어려움이 있다는 점, 전기 또는 약물로 인해 조직이 손상되는 결함을 수반한다는 점 등의 단점이 있다.Epilepsy-induced experimental animal models are very useful for understanding epilepsy mechanisms and developing epilepsy treatments. The experimental animal models used to date have been induced by epistimulation or by the administration of drugs such as metrazole and kainic acid. These models observed epilepsy induced in an artificial environment. Only brain tissue changes were observed, not because of genetic traits, but there is a limit in understanding the mechanism of epilepsy, and it is difficult to develop epilepsy treatments based on this. There are disadvantages such as accompanying defects.

이에 따라 인간의 간질 기전을 이해하고 간질 치료제를 개발하기 위하여는 유전학적으로 간질을 수반하는 새로운 모델이 필요하다.Accordingly, new models involving genetic epilepsy are needed to understand the epilepsy mechanisms of humans and to develop therapeutics for epilepsy.

유전자 적중법(gene targeting)은 적중 벡터를 염색체상의 특정 유전자에 도입함으로써 게놈 중의 특정 유전자를 파괴한 후 이 파괴된 유전자를 가지는 생물의 병리현상을 통해 개체 수준에서 파괴된 유전자의 본래의 기능을 연구하는 방법으로, 특히 파괴된 유전자가 간질과 관련이 있는 경우에는 이 유전자에 적중된 실험동물은 간질의 기전을 이해하고 간질 치료제를 개발하기 위한 실험동물 모델로서 매우 유용하게 사용될 수 있다.Gene targeting studies the inherent function of a gene that has been destroyed at the individual level through the introduction of a target vector into a particular gene on a chromosome to destroy that particular gene in the genome and then through the pathology of the organism with that destroyed gene. In particular, when a destroyed gene is associated with epilepsy, the animal that is hit by this gene can be very useful as an experimental animal model for understanding epilepsy mechanisms and developing epilepsy therapeutics.

한편, PLCβ 단백질은 수용체, G 단백질 등에 연결되어 세포 외부의 신호를 세포 내부로 전달하는 역할을 하는 중요한 단백질로, β1 내지 β4의 4개의 동위효소가 있다. 이중 PLCβ1은 1216 개의 아미노산으로 이루어지며, 도 1a에서 보듯이, 플레스트린(plecstrin)과 유사한 PH 도메인(domain)과 촉매 도메인인 X 도메인 및 Y 도메인을 가진다. 이 PLCβ1 단백질에 대한 유전자의 구조는 도 1b와 같다. 그러나 PLCβ1 단백질의 생체내 역할에 대하여는 현재까지 알려지지 않고 있으며, 더욱이 PLCβ1 단백질과 간질의 관계에 대하여는 아직 보고된 바 없다.On the other hand, PLCβ protein is an important protein that is connected to the receptor, G protein, etc. and serves to transmit signals outside the cell into the cell, there are four isoenzymes of β1 to β4. PLCβ1 consists of 1216 amino acids and has a PH domain similar to plecstrin and an X domain and a Y domain, which are catalytic domains, as shown in FIG. 1A. The structure of the gene for this PLCβ1 protein is shown in Fig. 1B. However, the in vivo role of PLCβ1 protein is not known so far, and further, the relationship between PLCβ1 protein and epilepsy has not been reported yet.

본 발명자들은 PLCβ1 유전자가 결손된 변이형 생쥐가 간질을 보임을 발견하여 본 발명을 완성하게 되었다.The present inventors have found that mutant mice lacking the PLCβ1 gene show epilepsy to complete the present invention.

따라서, 본 발명의 목적은 간질이 유발된 변이형 생쥐를 제공하는 데 있다.Accordingly, it is an object of the present invention to provide a mutant mouse in which epilepsy is induced.

본 발명의 다른 목적은 상기 생쥐의 제조방법을 제공하는 데 있다.Another object of the present invention to provide a method for producing the mouse.

도 1a는 PLCβ1 단백질의 구조이고, 도 1b는 PLCβ1 유전자의 구조이며, 도 1c는 PLCβ1 유전자의 적중 벡터이고, 도 1d는 적중 벡터로 적중된 변이형 PLCβ1 유전자의 구조이다.FIG. 1A shows the structure of the PLCβ1 protein, FIG. 1B shows the structure of the PLCβ1 gene, FIG. 1C shows the hit vector of the PLCβ1 gene, and FIG. 1D shows the structure of the variant PLCβ1 gene hit with the hit vector.

도 2는 본 발명에 따른 변이형 생쥐에 대해 서던 블랏한 결과이다.Figure 2 is the result of Southern blot for the variant mice according to the present invention.

도 3은 본 발명에 따른 변이형 생쥐에 대해 중합효소 연쇄 반응(PCR)한 결과이다.Figure 3 is a result of the polymerase chain reaction (PCR) for the variant mice according to the present invention.

도 4는 본 발명에 따른 변이형 생쥐의 뇌에 대해 노던 블랏한 결과이다.4 is a result of Northern blot for the brain of the variant mice according to the present invention.

도 5는 본 발명에 따른 변이형 생쥐의 대뇌 및 소뇌에 대해 웨스턴 블랏한 결과이다.5 is a result of Western blot for the cerebral and cerebellum of the variant mice according to the present invention.

도 6은 본 발명에 따른 변이형 생쥐의 출생후 시간 경과에 따른 생존률을 보여주는 그래프이다.Figure 6 is a graph showing the survival rate over time after birth of the variant mice according to the present invention.

도 7은 본 발명에 따른 변이형 생쥐의 간질을 보여주는 사진이다.Figure 7 is a picture showing the epilepsy of the variant mice according to the present invention.

도 8a 내지 8d는 카이닌산 또는 메트라졸에 대한 본 발명에 따른 변이형 생쥐의 높은 감수성을 나타내는 그래프이다.8a to 8d are graphs showing the high susceptibility of mutant mice according to the present invention for chiinic acid or metrazol.

도 9a 내지 9f는 본 발명에 따른 변이형 생쥐의 해마에 대한 면역조직화학적 분석 결과를 보여주는 사진이다.9a to 9f are photographs showing the results of immunohistochemical analysis for the hippocampus of the variant mice according to the present invention.

도 10은 CCh, ACPD 또는 mCPP에 의해 유도된 포스포이노시티드 가수분해를 나타내는 그래프이다.10 is a graph showing phosphoinositide hydrolysis induced by CCh, ACPD or mCPP.

상기 목적에 따라, 본 발명에서는 PLCβ1의 N-말단으로부터 PH 도메인까지의 아미노산 서열에 해당하는 PLCβ1 유전자의 염기서열중에서 선택된 한 부위에서 결손이 일어난 변이형 PLCβ1 유전자를 동형접합체로 포함하는 것을 특징으로 하는, 간질이 유발된 무스 무쿨러스(mus muculus) 변이형 생쥐가 제공된다.In accordance with the above object, in the present invention, a homozygous variant mutant PLCβ1 gene having a deletion at one site selected from the base sequence of the PLCβ1 gene corresponding to the amino acid sequence from the N-terminal to the PH domain of PLCβ1 , Mus muculus mutant mice induced with epilepsy are provided.

또한 본 발명에서는 (1) PLCβ1의 N-말단으로부터 PH 도메인까지의 아미노산 서열에 해당하는 PLCβ1 유전자의 염기서열중에서 선택된 한 부위에 대한 적중 벡터를 배아간세포에 도입하는 단계, (2) 상기 배아간세포를 포배아의 포배강에 주입하여 키메라 생쥐를 얻는 단계, (3) 상기 키메라 생쥐를 교배시켜 이형접합체(heterozygote) 생쥐를 얻는 단계, 및 (4) 상기 이형접합체 생쥐를 교배시켜 동형접합체 변이형 생쥐를 얻는 단계를 포함하는 상기 변이형 생쥐의 제조방법이 제공된다.In addition, in the present invention (1) introducing a hit vector for a site selected from the nucleotide sequence of the PLCβ1 gene corresponding to the amino acid sequence from the N- terminal to the PH domain of PLCβ1 into the embryonic stem cells, (2) the embryonic stem cells Obtaining chimeric mice by injecting into the blastocyst of the blastocyst, (3) crossing the chimeric mice to obtain heterozygote mice, and (4) crossing the heterozygous mice to obtain homozygous variant mice. There is provided a method of producing the variant mouse comprising the step of obtaining.

이하, 본 발명의 변이형 생쥐를 상세히 설명한다.Hereinafter, the variant mice of the present invention will be described in detail.

본 발명에서 "PLCβ1의 N-말단으로부터 PH 도메인까지의 아미노산 서열에 해당하는 PLCβ1 유전자의 염기서열중에서 선택된 한 부위에서 결손이 일어난 변이형 PLCβ1 유전자"는 상기 부위가 파괴됨으로써 포스포리파아제 기능에 필수적인 염기 서열들이 포함된, PH 부위로부터 3' 말단까지의 부위가 전혀 발현되지 않은, 즉 상기 부위에서 결손된, 눌(null) 변이형 PLCβ1 유전자(이하, "변이형 PLCβ1 유전자"라 함)를 의미한다.In the present invention, "a variant PLCβ1 gene in which a deletion occurs at a site selected from the base sequence of the PLCβ1 gene corresponding to the amino acid sequence from the N-terminal to the PH domain of PLCβ1" is a base essential for phospholipase function by destroying the site. Refers to a null variant PLCβ1 gene (hereinafter referred to as the “variant PLCβ1 gene”) in which the region from the PH region to the 3 ′ end, which contains sequences, is not expressed at all, ie is deleted at that site. .

본 발명의 변이형 생쥐는 상기와 같은 PLCβ1 유전자의 결손이 상동 염색체 1쌍에서 모두 일어난 것으로 PLCβ1-/-의 유전형질을 가지는 동형접합체이며, 정상적으로 출생하지만 몸통 전체의 강직성-간대성 또는 강직성 확장으로 특징되는 전신성 간질을 보이는 표현형질을 갖는 특징이 있다.The mutant mice of the present invention are homozygotes having the PLCβ1 -/- genotype of defects in the same pair of homologous chromosomes, and are normally born, but due to the stiffness-moderation or stiffness expansion of the entire body. There is a characteristic with a phenotype showing systemic epilepsy characterized.

본 발명의 변이형 생쥐는 간질로 인해 출생후 약 20일이 경과된 때부터 사망하기 시작하여 시간이 경과됨에 따라 생존률이 급격히 감소하며, 이러한 이유로 생식이 불가능하다. 이에 반하여 PLCβ1+/-의 유전형질을 갖는 이형접합체 변이형 생쥐(이하 '이형접합체 생쥐'라 함)는 PLCβ1+/+의 유전형질을 갖는 야생형 생쥐(이하 '정상 생쥐'라 함)의 경우와 동일하게 정상적으로 성장하며 생식 가능한 표현형질을 가지며, 간질이 전혀 발현되지 않는다.Mutant mice of the present invention start to die from about 20 days after birth due to epilepsy, and the survival rate rapidly decreases with time, and for this reason, reproduction is impossible. In contrast, heterozygous mutant mice having a genotype of PLCβ1 +/- (hereinafter referred to as heterozygous mice) are similar to those of wild type mice having a genotype of PLCβ1 + / + (hereinafter referred to as 'normal mice'). Equally growing normally, with reproductive phenotypes, no epilepsy is expressed.

또한 본 발명의 변이형 생쥐는 메트라졸, 카이닌산 등의 간질 유도물질에 대한 감수성이 매우 높아, 정상 생쥐에서는 간질이 유도되지 않는 소량에 의하여도 간질이 유도된다.In addition, the mutant mice of the present invention have very high sensitivity to epileptic inducers such as metrazole and chinic acid, so that epilepsy is induced by a small amount of epilepsy not induced in normal mice.

본 발명의 변이형 생쥐에서 뇌의 해마(hippocampus) 부위의 문(hilus)에서 소마토스타틴을 함유하는 중간뉴런(interneuron)이 선택적으로 소실된다는 면역조직화학적 분석 결과, 상기 PLCβ1 단백질이 무스카린성 아세틸콜린(muscarinic acetylcholine) 수용체에 의한 신호전달에 중요한 역할을 함을 보이는 본 발명자들의 실험결과와 해마의 인접 과립세포에 전기 자극을 가하면 문의 중간뉴런이 소실된다는 보고(Sloviter, R.S., Science, 235, 73-76(1987))로부터 유추되는 본 발명의 생쥐의 간질 기전으로는, 뇌의 해마 부위에서의 무스카린성 아세틸콜린에 의한 신호전달과정중에 PLCβ1 단백질의 결손으로 인해 신호전달에 장애가 생김으로써 해마가 과잉흥분(hypersensitive)하게 되고 결국 해마 부위의 문에서 소마토스타틴을 함유하는 중간뉴런이 선택적으로 소실되어 간질이 유발되는 것으로 보인다.As a result of immunohistochemical analysis that the interneuron containing somatostatin is selectively lost in the hilus of the hippocampus of the brain in the mutant mouse of the present invention, the PLCβ1 protein is a muscarinic acetylcholine ( Experimental results of the present inventors showing an important role in signaling by muscarinic acetylcholine receptors and reports that electrical stimulation of adjacent granule cells in the hippocampus results in the loss of intermediate neurons (Sloviter, RS, Science, 235, 73-76). The epilepsy mechanism of the mouse of the present invention inferred from (1987)) is that the hippocampus is overexcited by the lack of PLCβ1 protein during the signaling process by muscarinic acetylcholine in the hippocampus of the brain. become hypersensitive and eventually lose the intermediate neurons containing somatostatin at the gate of the hippocampus, causing epilepsy It seems to be.

이하, 본 발명의 변이형 생쥐의 제조방법을 상세히 설명한다.Hereinafter, the method for producing a variant mouse of the present invention will be described in detail.

먼저 PLCβ1의 N-말단으로부터 PH 도메인까지의 아미노산 서열에 해당하는 PLCβ1 유전자의 염기서열중에서 선택된 한 부위에 대한 적중 벡터를 제작한다. 이때, 적중 벡터로는 PLCβ1 유전자 개시 부위로부터 PH 도메인까지의 염기서열중의 일부분에 대한 상동 절편 2개, PGK-neo 카세트, SV40 폴리(A) 서열 및 3' 말단에 위치하는 티미딘 키나제(thymidine kinase) 유전자 카세트를 포함하는 벡터를 사용할 수 있으며, 이때 상동 절편에서는 상동 재조합(homologous recombination)이 일어나고, PGK-neo 카세트는 정상적인 엑손에 삽입되며, SV40 폴리(A) 서열은 PLCβ1 유전자를 파괴하여 눌 변이를 일으키며, 티미딘 키나제는 유전자 적중 효율을 높이는 역할을 한다. 적중벡터의 대표적인 예로는 도 1c의 적중벡터 pDS-5(PLCβ1 유전자 엑손 부위에는 PGK-neo 카세트와 SV40 폴리(A) 서열이 삽입되어 있고 3' 말단에 티미딘 키나제 유전자 카세트가 위치함)를 들 수 있다. 적중 벡터의 제작방법으로는 통상적인 방법을 사용할 수 있는데, 적중 벡터 pDS-5를 예로 들면, PLCβ1 유전자의 엑손을 포함하는 게놈 DNA 절편의 3' 말단에 티미딘 키나제 유전자 카세트를 붙이고 엑손 중간에 PGK-neo 카세트를 삽입하여 제작하는 것이다.First, a hit vector is prepared for a site selected from the nucleotide sequence of the PLCβ1 gene corresponding to the amino acid sequence from the N-terminus to the PH domain of PLCβ1. At this time, the hit vector includes two homologous fragments, a PGK-neo cassette, an SV40 poly (A) sequence, and a thymidine kinase (thymidine) located at a portion of the nucleotide sequence from the PLCβ1 gene initiation site to the PH domain. A vector containing a kinase gene cassette can be used, wherein homologous recombination takes place in the homologous fragment, the PGK-neo cassette is inserted into a normal exon, and the SV40 poly (A) sequence destroys the PLCβ1 gene. Causing mutations, thymidine kinases play a role in enhancing gene targeting efficiency. Representative examples of the hit vector include the hit vector pDS-5 of FIG. 1C (the PGK-neo cassette and the SV40 poly (A) sequence are inserted at the PLCC1 gene exon region and the thymidine kinase gene cassette is located at the 3 'end). Can be. As a method for constructing a hit vector, a conventional method may be used. For example, the hit vector pDS-5 is attached with a thymidine kinase gene cassette at the 3 'end of a genomic DNA fragment containing an exon of the PLCβ1 gene, and a PGK in the middle of the exon. -Neo cassette is produced by inserting.

상기 적중 벡터를 생쥐 배아간세포에 도입한다. 이때, 배아간세포로는 배아간세포주 J1(MIT의 R.Jeanisch로부터 분양받음)를 ES 배지[15% 우 태아 혈청 (Hyclone Co.), 1x 페니실린-스트렙토마이신(Gibco Co.), 1x 비-필수 아미노산(Gibco Co.), 0.1mM 2-머캅토에탄올, DMEM 배지(Gibco Co.)]에 접종하고 37℃에서 2 내지 3일동안 배양한 후 배세포군을 0.25% 트립신이 포함된 1mM EDTA 용액에 가하여 단일세포들로 분리한다. 분리된 단일의 배아간세포와 상기 적중 벡터를 250V/500㎌ 내지 270V/500㎌, 바람직하게는 270V/500㎌에서 조건하에서 일렉트로포레이션(electroporation)을 수행한다. 적중 벡터가 도입된 배아간세포는 적절한 항생제가 포함된 ES 배지에서 5 내지 7일동안 배양하여 선별할 수 있으며, pDS-5의 경우에는 0.3㎎/㎖ G418과 2μM의 간사이클로비르가 함유된 배지에서 선별할 수 있다. 선별된 적중 배아간세포는 서던블랏 등의 통상적인 방법으로 확인할 수 있다.The targeting vector is introduced into mouse embryonic stem cells. At this time, as embryonic stem cells, embryonic stem cell line J1 (prepared from MIT's R. Jeananisch) was transferred to ES medium [15% fetal bovine serum (Hyclone Co.), 1x penicillin-streptomycin (Gibco Co.), 1x non-essential. Amino acid (Gibco Co.), 0.1 mM 2-mercaptoethanol, DMEM medium (Gibco Co.)] and incubated for 2 to 3 days at 37 ℃ and then the germ cell group in 1 mM EDTA solution containing 0.25% trypsin To separate into single cells. The isolated single embryonic stem cells and the hit vector are subjected to electroporation under conditions at 250V / 500 kV to 270V / 500 kV, preferably 270V / 500 kV. Embryonic stem cells into which a targeting vector has been introduced can be selected by incubating for 5 to 7 days in an ES medium containing an appropriate antibiotic, and in the case of pDS-5 in a medium containing 0.3 mg / ml G418 and 2 μM of liver cyclovir. Can be screened. Selected targeted embryonic stem cells can be identified by a conventional method such as Southern blot.

적중 벡터 pDS-5로 적중된 염색체상의 구조는 도 1d과 같다. 도 1b, 1c 및 1d에서 B는 BamHI, Bg는 BglII, E는 EcoRI, X는 XbaI, XI는 XhoI, 및 S는 SacI을 나타내고, 검은 박스는 적중되는 엑손을 표시하며 정상 유전자 밑에 표시된 흰 박스는 서던 블랏에 사용된 프로브를 나타낸다.The structure on the chromosome hit with the hit vector pDS-5 is shown in FIG. 1D. In FIGS. 1B, 1C and 1D, B represents BamHI, Bg represents BglII, E represents EcoRI, X represents XbaI, XI represents XhoI, and S represents SacI, the black box shows the exon hit and the white box shown below the normal gene The probe used for Southern blot is shown.

PLCβ1 유전자의 적중이 확인된 배아간세포 클론들은 ES 배지에 접종한후 12 내지 20시간이 경과한 때에 트립신을 처리하여 각각의 세포로 분리하고 이중 생존한 세포만을 선별하여 키메라 생쥐의 제조에 사용한다.Embryonic stem cell clones identified with the PLCβ1 gene hit were treated with trypsin at 12 to 20 hours after inoculation into ES medium, separated into individual cells, and only the surviving cells were selected for use in the production of chimeric mice.

선별한 세포를 포배아의 포배강에 주입하여 키메라 생쥐를 제조한다. 이때 포배아는, C57BL/6주와 같은 정상 생쥐 암컷과 수컷을 교배한 후 3.5 P.C. 된 암컷을 경부탈구법으로 죽이고 자궁을 적출한 다음 자궁 말단부를 가위로 절제하고 1㎖ 주사기를 이용하여 주사 용액[(20mM HEPES, 10% 우 태아 혈청(Hyclone Co.), 0.1mM 2-머캅토에탄올, DEME(Gibco Co.)] 1㎖를 2회 관류시킨 후 해부 현미경하에서 포배아를 미세유리관을 사용하여 분리하여 얻을 수 있으며, 얻어진 포배아는 미리 35㎜ 접시위에 떨어뜨려놓은 주사 용액 방울에 옮겨놓고 후속하는 도입과정에 사용한다. 이 포배아에 상기 선별된 배아간세포를 도입하는 방법으로는, 분리된 포배아를 미세주입기(Zeiss사)를 이용하여 홀딩(holding) 피펫으로 포배아의 내부세포괴(inner cell mass) 방향을 음압으로 잡고, 주사 피펫내로 10 내지 15개의 배아간세포를 흡입한 후, 이 주사 피펫을 포배아의 포배강내로 삽입하고 양압을 주어 세포가 포배강내로 주입하는 것이다.Selected cells are injected into the blastocyst of the blastocyst to prepare chimeric mice. At this time, blastocysts were bred from normal mouse females and males such as C57BL / 6 weeks, and then 3.5 P.C. The females were killed by cervical dislocation, the uterus was removed, the distal end of the uterus was excised with scissors, and a 1 ml syringe was used for injection solution [(20 mM HEPES, 10% fetal bovine serum (Hyclone Co.), 0.1 mM 2-mercapto). Ethanol, DEME (Gibco Co.)] was perfused twice with 1 ml, and blastocysts were separated using a microglass tube under a dissecting microscope, and the resulting blastocysts were placed in a drop of injection solution previously dropped on a 35 mm dish. The selected embryonic hepatocytes are introduced into the embryos, and the isolated embryos are held by a microinjector (Zeiss Corporation) and then held by a pipette. The direction of the inner cell mass (negative pressure) is taken, the inhalation of 10 to 15 embryonic stem cells into the injection pipette, and the injection pipette is inserted into the blastocyst of the blastocyst and given positive pressure to inject the cells into the blastocyst.

배아간세포가 주입된 포배아를 37℃에서 1 내지 2시간동안 배양한 다음, 정관 수술한 수컷과 교배시킨 후 2.5 P.C. 된, 가임신된 대리모 생쥐의 자궁에 이식하여 키메라 생쥐로 발생시킨다. 이때 대리모 생쥐는 FvB/N 주(Jacson laboratory, USA)와 같이 새끼 생쥐를 잘 관리하는 혈통이면 된다. 이식 방법으로는. 대리모를 1㎎/㎏의 아버틴(Avertin)으로 마취시킨 후 복부를 1㎝ 정도 절제하고 자궁상부를 포셉으로 집어 2㎝ 정도 체외로 잡아당기고 주사바늘로 자궁에 구멍을 낸 다음 이 구멍을 통하여 상기 포배아를 미세유리관으로 주입하고 내부 복강막을 봉합사로 2 바늘 꿰멘 다음 겉 가죽을 내과용 클립으로 봉입하는 것이다. 이렇게 발생된 생쥐는 약 19일이 경과된 때에 배아간세포 유래의 세포와 포배아 유래의 세포가 섞인 키메라 생쥐가 된다.Embryonic stem cells injected embryos were incubated for 1 to 2 hours at 37 ° C., and then mated with males subjected to vas deferens before 2.5 P.C. The chimera mice are transplanted into the womb of the surrogate, surrogate mother mice. The surrogate mouse may be a lineage that manages the young mice well, such as FvB / N (Jacson laboratory, USA). As a transplant method. After the surrogate mother was anesthetized with 1 mg / kg of Avertin, the abdomen was resected about 1 cm, the upper part of the uterus was picked up with forceps, and pulled out of the body by about 2 cm. Embryos are injected into a microglass tube, the inner peritoneal membrane is sewn with two stitches, and the outer skin is sealed with a medical clip. The mice generated in this way become chimeric mice in which cells derived from embryonic stem cells and cells derived from blastocysts are mixed when about 19 days have elapsed.

키메라 생쥐에서 배아간세포(J1 주) 유래의 세포와 포배아(C57BL/6 주) 유래의 세포는 털색 등의 표현형질로 구별할 수 있는데, 예를 들면 배아간세포는 갈색의 털 유전자를 가지고 있는데 반해 포배아의 세포는 검정색 털 유전자를 가진다. 검은색 바탕중의 갈색의 점유율이 높을수록 키메라성이 높은 생쥐로 판정하고, 키메라성이 높은 수컷 키메라 생쥐를 C57BL/6와 같은 정상 생쥐와 교배시켜 자손을 얻는다. 이 자손들은 모두 갈색의 털을 가지며, 이중 50% 정도가 PLCβ1+/-의 유전형질을 갖는 이형접합체 생쥐로 이 유전형질은 PCR 등의 통상적인 방법으로 확인할 수 있다.In chimeric mice, cells derived from embryonic stem cells (J1) and cells derived from blastocysts (C57BL / 6) can be distinguished by phenotypes such as hair color. For example, embryonic stem cells have brown hair genes. The cells of the blastocyst carry a black hair gene. The higher the occupancy of brown color in the black background, the more chimeric mice are judged, and the higher chimeric male chimeric mice are bred with normal mice such as C57BL / 6 to obtain progeny. All of these offspring have brown hairs, 50% of which are heterozygous mice with a genotype of PLCβ1 +/- , which can be identified by conventional methods such as PCR.

상기 이형접합체 생쥐 암컷과 수컷을 교배시켜 PLCβ1-/-의 유전형질을 갖는 본 발명의 변이형 생쥐를 얻는다.The heterozygous mouse females and males are crossed to obtain variant mice of the present invention having a genotype of PLCβ1 − / − .

본 발명의 변이형 생쥐는 간질로 인해 생후 3주가 경과하면 대부분이 치사하고 생존하는 극소수의 생쥐들도 생식능력이 미미하므로, 상기 이형접합체 생쥐 암컷과 수컷을 교배시켜 얻거나, PLCβ1+/-의 유전형질을 갖는 이형접합체의 배아간세포로부터 상기와 같은 방법으로 키메라 생쥐, 이형접합체 생쥐 및 동형접합체 변이형 생쥐를 차례로 제조하여 용이하게 얻을 수 있다. 이에 따라 본 발명자들은 PLCβ1+/-의 유전형질을 갖는 이형접합체의 배아간세포주 β1+/-J1-ES를 생명공학연구소 부설 유전자은행에 1998년 2월 23일자기탁번호 제 KCTC 0437BP 호로 기탁하였다.Variant mice of the present invention, most of the lethal and surviving 3 weeks after birth due to epilepsy, so even a small number of surviving mice, fertility is not obtained, the heterozygous mice obtained by crossing the male and male, or PLCβ1 + / - Chimeric mice, heterozygous mice, and homozygous variant mice can be easily obtained from embryonic stem cells of a heterozygous heterozygous genome in this manner. Accordingly, the present inventors deposited the embryonic stem cell line β1 +/- J1-ES of a heterozygote having a genotype of PLCβ1 +/- to the gene bank affiliated with the Biotechnology Research Institute on February 23, 1998, with No. KCTC 0437BP.

이하, 본 발명을 실시예에 의하여 상세히 설명하나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in detail by way of examples, but the present invention is not limited thereto.

실시예 1: PLCβ1 적중 벡터의 제작Example 1: Construction of a PLCβ1 Hit Vector

래트 PLCβ1 유전자의 cDNA(포항공과대학교 서판길 교수님으로부터 입수함)을 BglII과 AccI로 절단하여 0.2kb의 BglII/AccI 절편을 얻은 후, 이 절편을 프로브로 사용하여 생쥐 게놈 DNA 라이브러리와 하이브리드화시켜 게놈 클론 파지 9.1을 얻고, 이 클론으로부터 7.6kb의 BamHI 절편을 얻었다. 이 절편에는 PLCβ1 단백질의 50번부터 82번까지의 아미노산 서열(PH 도메인의 일부)에 해당하는 염기서열이 포함된다. 이 절편을 플라스미드 pSK(Stratagene사)의 BamHI 절단부위에 삽입하여 플라스미드 pPLC-B7.6을 제작하였다.The cDNA of the rat PLCβ1 gene (obtained from Prof. Seopangil, Pohang University of Science and Technology) was digested with BglII and AccI to obtain a 0.2kb BglII / AccI fragment, which was then used as a probe to hybridize with the mouse genomic DNA library to make a genomic clone. Phage 9.1 was obtained, and a 7.6 kb BamHI fragment was obtained from this clone. This fragment contains base sequences corresponding to amino acid sequences 50-82 of the PLCβ1 protein (part of the PH domain). This fragment was inserted into the BamHI cleavage site of the plasmid pSK (Stratagene) to prepare plasmid pPLC-B7.6.

한편, 본 발명자들의 플라스미드 pWH11(포항공과대학교 생명공학과 신희섭교수 실험실)를 BamHI로 절단하여 PGK-neo 카세트를 얻고 클레나우 처리하여 플라스미드 pSKSV40pA(포항공과대학교 생명공학과 신희섭교수 실험실)의 SmaI 절단부위에 삽입하였다. 이 PGK-neo 카세트와 SV40 폴리(A) 서열을 NotI과 BamHI으로 절단한 뒤 클레나우 처리하고 7.6kb의 BamHI 절편의 BglII 절단부위에 삽입하여, 플라스미드 pDS-4를 제작하였다. 이때 BglII 절단부위는 PLCβ1 유전자의 엑손내에 위치하며 이 부위를 기준으로 7.6kb 절편이 2.8kb와 4.8kb 절편으로 나뉘게 된다. 따라서, 제작된 플라스미드 pDS-4에서는 PGK-neo 카세트와 SV 40 폴리(A)의 삽입으로 인해 PLCβ1 유전자는 파괴되며, 2.8kb의 PLCβ1 유전자 상동절편, PGK-neo 카세트, SV 40 폴리(A) 서열 및 4.8kb의 PLCβ1 유전자 상동절편이 차례로 위치하는 구조를 가진다.On the other hand, the plasmid pWH11 (Professor Shin Hee-sup Professor, Department of Biotechnology, POSTECH) was cut with BamHI to obtain a PGK-neo cassette, and treated with Klenow and inserted into the SmaI cleavage site of plasmid pSKSV40pA (Professor Hee-Sup Shin, Laboratory of Biotechnology, POSTECH). It was. The PGK-neo cassette and the SV40 poly (A) sequence were digested with NotI and BamHI and then treated with Klenow and inserted into the BglII cleavage site of the 7.6 kb BamHI fragment to prepare plasmid pDS-4. The BglII cleavage site is located in the exon of the PLCβ1 gene, and the 7.6kb fragment is divided into 2.8kb and 4.8kb fragments. Therefore, in the prepared plasmid pDS-4, the PLCβ1 gene is destroyed due to the insertion of the PGK-neo cassette and the SV 40 poly (A), and a 2.8 kb PLCβ1 gene homolog, PGK-neo cassette, and the SV 40 poly (A) sequence. And 4.8 kb of PLCβ1 gene homologous sequence.

티미딘 키나제(thymidine kinase) 유전자 카세트를 포함하는 플라스미드 pPNT(포항공과대학교 생명공학과 신희섭교수 실험실)를 EcoRI으로 절단한 후 클레나우로 처리하여 절편을 얻었다. 이 절편을, 플라스미드 pDS-4를 ClaI, 클레나우, 및 NotI으로 차례로 처리하여 얻은 8.2kb 절편과 리가제로 연결하여, PLCβ1의 적중벡터 pDS-5를 제작하였다. 이때, ClaI은 PLCβ1 유전자의 3'에 위치한다. 따라서 제작된 적중벡터 pDS-5는 PGKneo 카세트의 5'쪽에는 2.8kb 상동절편이, 3'쪽에는 4.8kb 상동절편과 티미딘 키나제가 차례로 붙어있는 구조를 가진다.Plasmid pPNTs containing thymidine kinase gene cassettes (Professor Shin Hee-seop, Laboratory of Biotechnology, Pohang University of Science and Technology) were digested with EcoRI and treated with Klenow to obtain sections. This fragment was connected to a 8.2 kb fragment obtained by sequentially treating plasmid pDS-4 with ClaI, Klenow, and NotI with a ligase to prepare a hit vector pDS-5 of PLCβ1. At this time, ClaI is located 3 'of PLCβ1 gene. Therefore, the constructed hit vector pDS-5 has a structure in which the 2.8 kb homologous fragment is attached to the 5 'side of the PGKneo cassette, and the 4.8 kb homologous fragment and the thymidine kinase are sequentially attached to the 3' side.

실시예 2: 배아간세포의 제조Example 2: Preparation of Embryonic Stem Cells

배아간세포주 J1(MIT의 R.Jeanisch로부터 분양받음)를 ES 배지[15% 우 태아 혈청 (Hyclone Co.), 1x 페니실린-스트렙토마이신(Gibco Co.), 1x 비-필수 아미노산(Gibco Co.), 0.1mM 2-머캅토에탄올, DMEM 배지(Gibco Co.)]에 접종하고 37℃에서 2 내지 3일동안 배양한 후 배세포군을 0.25% 트립신이 포함된 1mM EDTA 용액에 가하여 단일세포들로 분리하였다.Embryonic stem cell line J1 (available from MIT's R. Jeananisch) was treated with ES medium [15% fetal bovine serum (Hyclone Co.), 1x penicillin-streptomycin (Gibco Co.), 1x non-essential amino acid (Gibco Co.) , 0.1mM 2-mercaptoethanol, DMEM medium (Gibco Co.)] and incubated for 2 to 3 days at 37 ℃ after the germ cell group was added to 1mM EDTA solution containing 0.25% trypsin to separate into single cells It was.

실시예 3: 적중벡터의 도입Example 3 Introduction of the Hit Vector

분리된 단일의 배아간세포 2 x 107개와 실시예 1에서 제작한 적중 벡터 25㎍을 270V/500㎌에서 조건하에서 일렉트로포레이션을 실시하였다. 적중 벡터가 도입된 배아간세포를 0.3㎎/㎖ G418과 2μM의 간사이클로비르가 함유된 배지에서 선별하였다. 이 배아간세포 클론들은 ES 배지에 접종한후 12 내지 20시간이 경과한 때에 트립신을 처리하여 각각의 세포로 분리하고 이중 생존한 세포만을 선별하여 키메라 생쥐의 제조에 사용하였다.2 x 10 7 isolated single embryonic stem cells and 25 µg of the hit vector prepared in Example 1 were subjected to electroporation under the conditions at 270V / 500 ㎌. Embryonic stem cells into which the hit vector was introduced were selected in a medium containing 0.3 mg / ml G418 and 2 μM of liver cyclovir. These embryonic stem cell clones were treated with trypsin at 12 to 20 hours after inoculation into ES medium and separated into individual cells, and only the surviving cells were selected and used for the production of chimeric mice.

분리한 적중클론들로부터 게놈 DNA를 추출하고, BamHI으로 절단한 후 실시예 1에서 사용된 0.2kb의 BglII/AccI 절편을 프로브로 사용하여 서던블랏을 실시하였다. 그 결과, 적중되지 않은 정상세포에서는 7.6kb 크기의 하나의 밴드만이 관찰된데 반하여, 적중 클론에서는 4.8kb 크기와 7.6kb 크기의 두 개의 밴드가 관찰되었다. 이로부터 분리된 클론에서 PLCβ1 유전자가 적중되었으며, PLCβ1+/+의 유전자형을 가지고 있음을 확인할 수 있다. 분리된 배아간세포는 접종후 24시간이 경과한 때에 트립신을 처리한 다음 생존한 세포만을 골라 미세주입에 사용하였다.Genomic DNA was extracted from the isolated clones, digested with BamHI and subjected to Southern blot using a 0.2 kb BglII / AccI fragment used in Example 1 as a probe. As a result, only one band of 7.6kb size was observed in normal cells that were not hit, whereas two bands of 4.8kb and 7.6kb were observed in the hit clone. PLCβ1 gene was hit in the clone isolated from this, it can be confirmed that it has a genotype of PLCβ1 + / + . The isolated embryonic stem cells were treated with trypsin 24 hours after inoculation, and then only the surviving cells were used for microinjection.

실시예 4: 키메라 생쥐의 제조Example 4: Preparation of Chimeric Mice

C57BL/6주 생쥐의 암컷과 수컷을 자가교배시킨 후 교미 여부를 검사하고 교미후 3.5 P.C.된 암컷을 경부탈구법으로 죽이고 자궁을 적출하였다. 적출된 자궁 말단부를 가위로 절제하고 1㎖ 주사기를 이용하여 주사 용액[(20mM HEPES, 10% 우 태아 혈청(Hyclone Co.), 0.1mM 2-머캅토에탄올, DEME(Gibco Co.)] 1㎖를 2회 관류시킨 후 해부 현미경하에서 포배아를 미세유리관을 사용하여 분리하였다. 분리된 포배아를 미리 35㎜ 접시위에 떨어뜨려놓은 주사 용액 방울에 옮겨놓았다. 분리된 포배아를 미세주입기(Zeiss사)를 이용하여 홀딩(holding) 피펫으로 포배아의 내부세포괴(inner cell mass) 방향을 음압으로 잡고, 주사 피펫내로 적중 벡터가 도입된 배아간세포 10 내지 15개를 흡입한 후, 이 주사 피펫을 포배아의 포배강내로 삽입하고 양압을 주어 세포가 포배강내로 주입하였다. 이렇게 발생된 생쥐는 배아간세포 유래의 세포와 포배아 유래의 세포가 섞인 키메라 생쥐가 된다.Females and males of C57BL / 6 week mice were bred and examined for mating. After mating, 3.5 P.C. females were killed by cervical dislocation and the uterus was extracted. Excision of the distal uterine section with scissors and 1 ml injection solution ((20 mM HEPES, 10% Fetal Serum (Hyclone Co.), 0.1 mM 2-mercaptoethanol, DEME (Gibco Co.)] using a 1 ml syringe After perfusion, the embryos were separated using a microglass tube under a dissecting microscope The separated embryos were transferred to a drop of injection solution previously dropped on a 35 mm dish. Using a holding pipette to hold the inner cell mass of the embryos at negative pressure, inhale 10-15 embryonic stem cells into which the hit vector was introduced into the injection pipette, and then insert the injection pipette. The embryos were inserted into the blastocyst and injected under positive pressure into the blastocyst, resulting in a chimeric mouse with a mixture of embryonic stem cell-derived cells and blastocyst-derived cells.

실시예 5: 이형접합체 생쥐의 제조Example 5: Preparation of Heterozygous Mice

키메라 생쥐중 검은색 바탕중의 갈색의 점유율이 높은 수컷 키메라 생쥐를 선별하고, C57BL/6 생쥐와 교배시켜 자손을 얻었다. 이중 PLCβ1+/-의 유전형질을 갖는 이형접합체 생쥐를 선별하기 위하여, 다음과 같이 PCR을 실시하였다.Male chimeric mice with a high brown share of black background among the chimeric mice were selected and crossed with C57BL / 6 mice to obtain progeny. In order to select heterozygous mice having a genotype of PLCβ1 +/− , PCR was performed as follows.

자손 생쥐의 꼬리를 1.5㎝로 잘라낸 후, 용해 완충액[100mM Tris(pH8.0), 5mM EDTA, 200mM 염화나트륨 및 0.2% SDS] 0.4㎖에 넣고, 여기에 10㎎/㎖의 단백질분해효소 K 용액 10 ㎕를 가한 후 55℃에서 12시간 동안 처리하였다. 여기에 5M 포타슘아세테이트 150㎕를 가하고 흔들어 혼합한 후 4℃에서 30분 방치하고, 다시 클로로포름 0.4㎖를 가하고 흔들어 준 후, 15,000 rpm에서 원심분리하였다. 상층액 0.5㎖를 에탄올 1㎖에 넣어 게놈 DNA를 침전시킨 후 다시 70% 에탄올로 세척하고 건조시킨 다음 증류수 50㎕로 녹였다.The tails of the progeny mice were cut out to 1.5 cm and then placed in 0.4 ml of lysis buffer [100 mM Tris (pH 8.0), 5 mM EDTA, 200 mM sodium chloride and 0.2% SDS], where 10 mg / ml protease K solution 10 After addition of μl it was treated for 12 hours at 55 ℃. 150 μl of 5M potassium acetate was added thereto, shaken and mixed, and the mixture was left at 4 ° C. for 30 minutes. Then, 0.4 ml of chloroform was added thereto, shaken, and centrifuged at 15,000 rpm. 0.5 ml of the supernatant was added to 1 ml of ethanol to precipitate genomic DNA, which was then washed with 70% ethanol, dried and dissolved in 50 µl of distilled water.

이 게놈 DNA 1㎕에 대해 하기 서열 1의 프라이머(F1-PLC), 서열 2의 프라이머(B1-PLC) 및 서열 3의 프라이머(22-PGK)를 각각 10 pmol로 사용하여 PCR을 실시하였다.PCR was performed using 1 pL of this genomic DNA using 10 pmol of the primer of SEQ ID NO: 1 (F1-PLC), the primer of SEQ ID NO: 2 (B1-PLC), and the primer of SEQ ID NO: 3 (22-PGK), respectively.

5'-CAAGTTAAGTCCGGCAAACACC-3'5'-CAAGTTAAGTCCGGCAAACACC-3 '

5'-ACCTTGGGAGCTTTGGCGTG-3'5'-ACCTTGGGAGCTTTGGCGTG-3 '

5'-CTGACTAGGGGAGGAGTAGAAG-3'5'-CTGACTAGGGGAGGAGTAGAAG-3 '

이때 프라이머 F1-PLC와 B1-PLC는 정상 PLCβ1 유전자의 180 bp 크기의 영역을 증폭하고, 프라이머 F1-PLC와 22-PGK는 적중된 PLCβ1 유전자의 290 bp 크기의 영역을 증폭하도록 고안되었다. 대조구로는 정상 생쥐와 이형접합체 생쥐를 사용하였다.In this case, primers F1-PLC and B1-PLC amplify the region of 180 bp size of the normal PLCβ1 gene, and primers F1-PLC and 22-PGK are designed to amplify the 290 bp size region of the hit PLCβ1 gene. Normal mice and heterozygous mice were used as controls.

PCR의 조건으로는 94℃에서 1분, 58℃에서 1분, 72℃에서 1분동안 반응시키는 것을 42회 반복하였다. PCR 산물은 1.5% 아가로스 겔에서 전기영동시킨 후 에티디움 브로마이드로 염색하여 관찰하였다.As a condition of PCR, the reaction was repeated 42 times for 1 minute at 94 ° C, 1 minute at 58 ° C, and 1 minute at 72 ° C. PCR products were observed by electrophoresis on 1.5% agarose gel and stained with ethidium bromide.

그 결과로부터, 180 bp 크기와 290 bp 크기의 두 개의 밴드를 나타내는 생쥐를 PLCβ1+/-의 유전형질을 갖는 이형접합체 생쥐로서 선별하였다.From the results, mice showing two bands of 180 bp size and 290 bp size were selected as heterozygous mice having a genotype of PLCβ1 +/- .

실시예 6: 동형접합체 변이형 생쥐의 제조Example 6: Preparation of homozygous variant mice

실시예 5에서 제조된 이형접합체 생쥐 암컷과 수컷을 교배하여 PLCβ1-/-의 유전형질을 갖는 동형접합체 변이형 생쥐를 얻었다. 교배된 수정란으로부터 발생된 포배아로부터 얻은 배아간세포주 PLCβ1+/-J1-ES를 생명공학연구소 부설 유전자은행에 1998년 2월 23일자기탁번호 제 KCTC 0437BP 호로 기탁하였다.Heterozygous Mice Prepared in Example 5 Females and males were crossed to obtain homozygous variant mice having a genotype of PLCβ1 − / − . Embryonic stem cell line PLCβ1 +/- J1-ES obtained from blastocysts generated from crossed fertilized eggs was deposited with KCTC 0437BP, February 23, 1998, to the Gene Technology Bank.

제조된 변이형 생쥐의 유전형질을 확인하기 위하여 서던 블랏, PCR, 노던 블랏을 실시하였으며, 적중 생쥐에서 적중된 유전자가 발현되는지를 확인하기 위해 웨스턴 블랏을 실시하였다.Southern blot, PCR, and Northern blot were performed to confirm the genotype of the prepared mutant mice, and Western blot was performed to confirm whether the hit gene was expressed in the hit mice.

(1) 서던 블랏(1) Southern blot

실시예 5에서와 동일한 방법으로 변이형 생쥐의 꼬리 조직으로부터 게놈 DNA를 분리한 후, EcoRI으로 절단하였다. 이 게놈 DNA에 대해, 실시예 1에서 제작된 파지 9.1에서 얻은 2.0kb BamHI/EcoRI 절편을 프로브로 사용하여 서던 블랏을 실시하였다. 이때 대조구로는 PLCβ1+/+의 유전형질을 갖는 정상 생쥐와 PLCβ1+/-의 유전형질을 갖는 이형접합체 생쥐를 사용하였다.Genomic DNA was isolated from the tail tissues of variant mice in the same manner as in Example 5, and then digested with EcoRI. This genomic DNA was subjected to Southern blot using a 2.0 kb BamHI / EcoRI fragment obtained from phage 9.1 prepared in Example 1 as a probe. The control group was a normal mouse having a genotype of PLCβ1 + / + and a heterozygous mouse having a genotype of PLCβ1 +/- .

그 결과는 도 2와 같다. 도 2에서 제1열과 제2열은 대조구인 정상 생쥐, 제3열과 제4열은 또다른 대조구인 이형접합체 생쥐, 제5열은 동형접합체 변이형 생쥐, 제6열은 대조구인 이형접합체 생쥐의 게놈 DNA를 나타내며, 5.8kb 밴드는 정상 PLCβ1 유전자 유래의 밴드이고 5.0kb 밴드는 적중된 PLCβ1 유전자 유래의 밴드이다. 도 2에서 보듯이, 제조된 변이형 생쥐는 5.0 kb 밴드만을 보였으며, 이로부터 PLCβ1-/-의 유전형질을 갖고 있음을 확인할 수 있다.The result is shown in FIG. In Figure 2, the first and second rows of control mice, the third row and the fourth row is another control heterozygous mouse, the fifth row homozygous variant mice, the sixth row of the heterozygous mice control Genomic DNA, where the 5.8 kb band is from the normal PLCβ1 gene and the 5.0 kb band is from the targeted PLCβ1 gene. As shown in Figure 2, the prepared mutant mice showed only 5.0 kb band, from which it can be confirmed that it has a genotype of PLCβ1 -/- .

(2) PCR(2) PCR

실시예 5에서와 동일한 방법으로 변이형 생쥐의 꼬리 조직으로부터 게놈 DNA를 분리한 후, 이 게놈 DNA 1㎕에 대해 실시예 5에서와 동일한 프라이머를 사용하여 동일한 방법으로 PCR을 실시하였다.After genomic DNA was isolated from the tail tissue of the mutant mice in the same manner as in Example 5, PCR was performed on the same primer as in Example 5 with respect to 1 µl of this genomic DNA.

그 결과는 도 3과 같다. 도 3에서 M열은 Φ174 HaeHIII 표준 분자량 표지(NEB 사)이고 제1열과 제2열은 대조구인 정상 생쥐, 제3열과 제4열은 또다른 대조구인 이형접합체 생쥐, 제5열은 동형접합체 변이형 생쥐, 제6열은 대조구인 이형접합체 생쥐의 게놈 DNA를 나타내며, 180 bp 밴드는 정상 PLCβ1 유전자 유래의 밴드이고 290 bp 밴드는 적중된 PLCβ1 유전자 유래의 밴드이다. 도 3에서 보듯이, 변이형 생쥐는 290 bp만을 보임으로써 PLCβ1-/-의 유전형질을 갖고 있음을 확인할 수 있다.The result is shown in FIG. 3. In Figure 3, column M is Φ174 HaeHIII standard molecular weight label (NEB) and rows 1 and 2 are control mice, rows 3 and 4 are heterozygous mice, and control columns are homozygous variants. Type mouse, column 6 shows genomic DNA of heterozygous mice as controls, the 180 bp band is from the normal PLCβ1 gene and the 290 bp band is from the targeted PLCβ1 gene. As shown in Figure 3, the mutant mice show only 290 bp it can be confirmed that the genotype of PLCβ1 -/- .

(3) 노던 블랏(3) Northern Blot

변이형 생쥐를 경부탈구(cervical dislocation)법에 따라 죽인 후 두개골을 가위로 절제하였다. 척추 및 안신경섬유를 포셉으로 잘라낸 후 두개골에서 뇌를 분리하고 드라이 아이스에 넣어 보관하였다.The mutant mice were killed by cervical dislocation and the skulls were excised with scissors. The spinal cord and optic nerve fibers were cut out with forceps, and the brain was separated from the skull and stored in dry ice.

뇌조직으로부터 총 RNA를 트리졸 키트(Trizol kit, MRC사)를 사용하여 분리하고, 이 뇌 RNA에 대해 래트 PLCβ1 유전자의 cDNA를 프로브로 사용하여 하이브리드화시켰다. 이때 대조구로는 정상 생쥐의 뇌 RNA를 사용하였다.Total RNA from brain tissue was isolated using a Trizol kit (MRC) and hybridized to the brain RNA using the cDNA of the rat PLCβ1 gene as a probe. The control group was used brain RNA of normal mice.

그 결과는 도 4와 같다. 도 4에서 제1열은 대조구인 정상 생쥐의 RNA, 제2열은 변이형 생쥐의 뇌조직 RNA이다. 도 4에서 보듯이, 변이형 생쥐는 PLCβ1 유전자의 mRNA가 현저하게 감소되어 있음을 확인할 수 있다.The result is shown in FIG. 4. In FIG. 4, the first row is RNA of a normal mouse as a control, and the second row is brain tissue RNA of a variant mouse. As shown in Figure 4, the variant mice can be seen that the mRNA of PLCβ1 gene is significantly reduced.

(4) 웨스턴 블랏(4) Western Blot

상기 보관된 변이형 생쥐의 대뇌(cerebrum) 또는 소뇌(cerebellum)를 단백질 억제제(PMSF 0.2㎖, 2μM leupeptin, aprotinin 1㎍/㎖)가 첨가된 생리식염수 I(0.32M 수크로스, 10mM HEPES, pH 7.4)에 넣고 글라스-테플론(glass-Teflon)에서 파쇄하였다. 파쇄액을 4℃에서 8,000g로 원심분리한 후 침전된 세포막분획을 생리식염수II(0.1M sodium phosphate buffer, pH7.4)에 녹이고 다시 에탄올로 침전시켰다. 침전물을 생리식염수III(1% SDS, 5mM EDTA, 10mM Tris-HCl(pH 8.3), 10% sucrose)에 녹인 후 브레드포드(Bradford) 법에 따라 단백질 함량을 정량하였다. 단백질 0.2㎎을 12% 아크릴아미드 겔에서 전기영동하고 트랜스퍼 완충액(25mM Tris-HCl(pH 8.3), 192mM 글리신, 및 20% 메탄올)에서 니트로셀룰로즈 막에 옮겼다. 이 막을 5% 탈지유로 보호한 후 PLCβ1에 대한 항체(UBI Co.)와 결합시킨 다음, 1% BSA-TBST 용액(50mM Tris-Cl(pH 7.5), 0.5M NaCl, 0.2% 염화나트륨, 0.2% Tween 20)으로 세척하였다. 이어서 퍼옥시다제가 결합된 항 토끼 IgG 항체(Serotech 사)를 사용하여 ECL 키트(Amercham 사)을 기질로 사용하여 발색반응을 시켰다. 이때 대조구로는 정상 생쥐의 뇌 RNA를 사용하였다.The cerebrum or cerebellum of the stored variant mice were treated with saline I (0.32 M sucrose, 10 mM HEPES, pH 7.4) to which protein inhibitors (PMSF 0.2 ml, 2 μM leupeptin, aprotinin 1 μg / ml) were added. ) And crushed in glass-Teflon. The lysate was centrifuged at 8,000 g at 4 ° C., and then the precipitated cell membrane fractions were dissolved in physiological saline II (0.1 M sodium phosphate buffer, pH 7.4) and precipitated again with ethanol. The precipitate was dissolved in physiological saline III (1% SDS, 5 mM EDTA, 10 mM Tris-HCl (pH 8.3), 10% sucrose) and the protein content was quantified according to the Bradford method. 0.2 mg of protein was electrophoresed on a 12% acrylamide gel and transferred to the nitrocellulose membrane in transfer buffer (25 mM Tris-HCl, pH 8.3), 192 mM glycine, and 20% methanol). The membrane was protected with 5% skim milk and combined with an antibody to PLCβ1 (UBI Co.), followed by 1% BSA-TBST solution (50 mM Tris-Cl (pH 7.5), 0.5M NaCl, 0.2% sodium chloride, 0.2% Tween). 20). Subsequently, color reaction was performed using an ECL kit (Amercham) as a substrate using an anti-rabbit IgG antibody (Serotech) bound to peroxidase. The control group was used brain RNA of normal mice.

그 결과는 도 5와 같다. 도 5에서 C는 래트로부터 정제된 PLCβ1 단백질이고, 제1열은 대조구인 정상 생쥐의 대뇌 단백질이고, 제2열은 변이형 생쥐의 대뇌 단백질이며, 제3열은 대조구인 정상 생쥐의 소뇌 단백질이고, 제4열은 변이형 생쥐의 소뇌 단백질이다. 도 5에서 보듯이 변이형 생쥐에서 정제된 PLCβ1 단백질이 전혀 생성되지 않고 있음을 확인할 수 있었다.The result is shown in FIG. In Figure 5, C is a PLCβ1 protein purified from rats, the first column is the cerebral protein of the normal mouse control, the second column is the cerebral protein of the variant mouse, the third column is the cerebellar protein of the normal mouse control , Column 4 is the cerebellar protein of variant mice. As shown in FIG. 5, the purified PLCβ1 protein was not produced at all in the mutant mice.

실시예 7: 변이형 생쥐의 표현형질 분석Example 7: Phenotypic analysis of variant mice

실시예 6에서 제조된 변이형 생쥐의 표현형질을 분석하기 위해, 육안 관찰 및 간질 유발 물질에 대한 감수성 분석을 실시하였다.In order to analyze the phenotype of the mutant mice prepared in Example 6, visual observation and sensitivity analysis of the epileptic-inducing substance were performed.

(1) 육안 관찰(1) visual observation

출생한 변이형 생쥐 36 마리를 25℃에서 12시간 암조건, 12시간 광조건하에 사육하면서 생존률을 측정하였다. 이때 대조구로는 정상 생쥐를 사용하였다. 그 결과는 도 6과 같고, 여기서 □는 대조구 생쥐이고, ■는 변이형 생쥐이다. 도 6에서 보듯이, 변이형 생쥐는 정상적으로 출생하지만 생후 20일째에 사망하기 시작하며 시간이 경과함에 따라 생존률이 급격히 감소하였다.36 mutant mice were bred at 25 ° C for 12 hours under dark conditions and 12 hours under light conditions to measure survival. Normal mice were used as a control. The results are shown in Figure 6, where □ is a control mouse, ■ is a variant mouse. As shown in Figure 6, the mutant mice are born normally but begins to die at 20 days of age and the survival rate is drastically decreased with time.

또한 변이형 생쥐를 사육하면서 비디오 촬영한 후 이 비디오를 통해 육안 관찰한 결과, 사망 원인은 반복적인 간질이었다. 즉, 도 7에서 보듯이, 몸통 전체로는 강직성 확장(tonic extension)을 보이고 꼬리와 다리는 강직성-간대성 경련을 나타내는 전신성 간질을 보였다.In addition, the video was taken while breeding mutant mice and visually observed through this video. The cause of death was repeated epilepsy. That is, as shown in Figure 7, the entire body showed tonic extension (tonic extension) and the tail and legs showed systemic epilepsy indicating the tonic-clonic spasms.

(2) 간질 유발 물질에 대한 감수성 분석(2) Sensitivity analysis of epileptics

정상 생쥐에 대하여는 간질을 유도하는데 요구되는 양보다 작은 양의 간질 유도 물질인, 카이닌산 50㎎/㎖ 또는 메트라졸 10㎎/㎖를 3주령의 변이형 생쥐의 복강에 투여하고 경련 행동을 관찰하였다. 이때 대조구로는 이형접합체 생쥐를 사용하였다.In normal mice, 50 mg / ml of kininic acid or 10 mg / ml of quinine acid, which is less than the amount required to induce epilepsy, was administered to the abdominal cavity of three-week-old mutant mice, and the seizure behavior was observed. . At this time, a heterozygous mouse was used as a control.

그 결과는 도 8a 내지 8d와 같다. 여기서 도 8a는 카이닌산이 투여된 변이형 생쥐이고, 도 8b는 카이닌산이 투여된 대조구 생쥐이며, 도 9c는 메트라졸이 투여된 변이형 생쥐이고, 도 8d는 메트라졸이 투여된 대조구생쥐이며, 검은 박스는 간대성, 강직성-간대성 또는 강직성 확장을 보이는 전신성 간질을 표시하고, 교차된 평행선 표시의 박스는 다리 또는 꼬리의 일시적인 강직성 확장 또는 간질이 없음을 나타내며, 회색 박스는 반복적인 긁기, 회전, 뒷다리 세우기 등의 상동증(stereotype)을 표시하며, 사각형 패턴화된 것은 정지행동(hypokinasia), 수면 또는 신체 통제력의 회복을 포함하는 발작후기(post-letal period)를 나타내며, 시간 간격은 도 8a와 8b에서는 한 박스 당 2분에 해당하고 도 8c와 8d에서는 흰 박스 또는 교차된 평행선 표시의 박스 당 20초, 검은 박스 또는 점 표시의 박스 당 200초에 해당한다. 도 8a 내지 8d에서 보듯이, 변이형 생쥐는 카이닌산과 메트라졸에 대한 감수성이 높음을 알 수 있다.The results are shown in Figures 8a to 8d. Here, Figure 8a is a mutant mouse administered with the chininic acid, Figure 8b is a control mouse administered with the kinanic acid, Figure 9c is a mutant mouse administered with the metrazol, Figure 8d is a control mouse administered with the metrazol , The black box indicates systemic epilepsy showing hepatic, tonic-clonic or tonic expansion, the box with crossed parallel lines indicates no temporary stiffness or epilepsy of the legs or tail, and the gray box shows repeated scratches, Stereotypes such as rotation, hindlimb, etc., and square patterning represent post-letal periods including hypokinasia, recovery of sleep or physical control, and the time interval is shown in FIG. 8A Equivalent to 2 minutes per box in and 8b, 20 seconds per box in white boxes or crossed parallel lines, and 200 seconds per box of black boxes or dot marks in FIGS. 8C and 8D. Suffer As shown in Figure 8a to 8d, the mutant mice can be seen that the sensitivity to chiinic acid and metrazole.

실시예 8: 면역조직화학적 분석Example 8: Immunohistochemical Analysis

자발적인 간질이 발생된 변이형 생쥐를 1㎎/㎏ 애버틴(Avertin)으로 마취시킨 후 4% 파라포름알데히드를 심장에 관류시켰다. 이 생쥐로부터 뇌를 적출하고 파라핀 왁스에 봉입한 후 비브라톰(vibratome)을 이용하여 50 ㎛ 두께로 절단하였다. 이 절편중 해마를 포함하는 절편에 소마토스타틴 다클론성 항체를 1차 항원으로 사용하여 4℃에서 6시간동안 반응시켜 결합시키고 퍼옥시다제 키트(Vector사)를 사용하여 염색하여, 면역조직화학적 분석(immunohistochemical analysis)을 실시하였다. 이때 대조구로는 정상 생쥐를 사용하였다.Mutant mice with spontaneous epilepsy were anesthetized with 1 mg / kg Avertin and 4% paraformaldehyde was perfused to the heart. Brains were extracted from the mice, encapsulated in paraffin wax, and cut into 50 μm thickness using vibratome. The fragment containing the hippocampus in this section was reacted for 6 hours at 4 ° C. using a somatostatin polyclonal antibody as the primary antigen, stained using a peroxidase kit (Vector), and immunohistochemical analysis ( immunohistochemical analysis) was performed. Normal mice were used as a control.

그 결과는 도 9a 내지 9f와 같고, 여기서 9a, 9c와 9d는 정상 생쥐의 해마이고, 9b, 9e와 9f는 변이형 생쥐의 해마이며, 9a와 9b에서 바의 실제 크기는 200㎛이고, 9c 내지 9f에서 바의 실제 크기는 40㎛이다. 도 9a 내지 9f에서 보듯이, 해마의 문에서 소마토스타틴-함유 중간뉴런이 선택적으로 소실되었다. 이로부터 변이형 생쥐의 간질은 해마의 과잉흥분에 기인하는 것임을 알 수 있다. 또한 이러한 현상은 사람의 간질에서도 관찰되므로, 본 발명의 변이형 생쥐의 간질이 인간의 경우에서와 유사하고 또한 발작이 주로 일어나는 부위가 소마토스타틴-함유 중간 뉴런이 괴사된 해마 부위임을 알 수 있다.The results are shown in Figures 9A-9F, where 9a, 9c and 9d are hippocampus of normal mice, 9b, 9e and 9f are hippocampus of mutant mice, and the actual size of the bars in 9a and 9b is 200 μm, 9c The actual size of the bar from 9 to 9f is 40 μm. As shown in FIGS. 9A-9F, somatostatin-containing intermediate neurons were selectively lost at the gate of the hippocampus. This suggests that epilepsy in mutant mice is due to overexcitement of the hippocampus. In addition, since this phenomenon is also observed in human epilepsy, it can be seen that the epilepsy of the mutant mice of the present invention is similar to that in humans, and the site where seizures mainly occur is the hippocampal area where the somatostatin-containing intermediate neurons are necrotic.

실시예 9: 포스포이노시티드(phosphoinositide)의 가수분해Example 9 Hydrolysis of Phosphoinositide

절단된 0.35 ㎜의 해마, 0.35㎝ x 0.35㎝의 측두 피질(temporal cortex) 및 0.4㎝ x 0.35㎝의 소뇌에 대하여 포스포이노시티드 가수분해 실험을 베리드지 등의 방법(Beriddge et al., Biochem. J., 212, 473-482(1983))을 변형하여 다음과 같이 실시하였다. 즉, 뇌 절편(gravity-packed brain slice) 20㎕를 5μCi/㎖의 2-3[H]-마이오-이노시톨이 함유된 크렙스 중탄산 완충용액(1.3 mM 염화칼슘 용액을 95% 산소/5% 이산화탄소 기체하에서 포화시킴) 0.25㎖에 가하고 33℃에서 1시간동안 반응시켜 방사능 표지를 한 후, 10mM 염화리튬 및 10mM 마이오-이노시톨로 33℃에서 20분간 처리하고, 이어서 1mM 카바콜(CCh), 100μM 1-아미노-1,3-사이클로펜탄이카르복실산(ACPD) 또는 2mM 1-(3-클로로페닐)피페라진(mCPP)과 37℃에서 40분동안 반응시켰다. 이 반응액에 클로로포름과 메탄올의 혼합액(혼합비는 1:2) 1㎖를 가하여 반응을 종료시키고, 여기에 클로로포름과 물의 혼합액(혼합비는 1:1) 0.6㎖를 가하여 추출하였다. 수용액층중의 총 이노시톨 폴리포스페이트는 AGIX-8 칼럼(Bio-rad 사)을 이용하여 분리한 후 정량하였다. CCh, ACPD 또는 mCPP에 의해 유도되는 포스포이노시티드 가수분해는 시약을 처리하지 않은 대조구(기초) c.p.m.의 백분율로 나타내었다.Phosphoinositiated hydrolysis experiments were performed on a cut 0.35 mm hippocampus, 0.35 cm x 0.35 cm temporal cortex and 0.4 cm x 0.35 cm cerebellum (Beriddge et al., Biochem. J., 212, 473-482 (1983)) was modified as follows. In other words, 20 μl of a gravity-packed brain slice was prepared using Krebs bicarbonate buffer solution containing 1.3 μl of 2- 3 [H] -myo-inositol (1.3 mM calcium chloride solution in 95% oxygen / 5% carbon dioxide gas). Saturated under) to 0.25 ml and reacted for 1 hour at 33 ° C. for radiolabeling, then treated with 10 mM lithium chloride and 10 mM myo-inositol for 20 minutes at 33 ° C., followed by 1 mM carbacol (CCh), 100 μM 1 Amino-1,3-cyclopentanedicarboxylic acid (ACPD) or 2 mM 1- (3-chlorophenyl) piperazine (mCPP) was reacted at 37 ° C. for 40 minutes. 1 ml of a mixture of chloroform and methanol (mixing ratio of 1: 2) was added to the reaction solution to terminate the reaction, and 0.6 ml of a mixture of chloroform and water (mixing ratio of 1: 1) was added and extracted. Total inositol polyphosphate in the aqueous layer was quantified after separation using an AGIX-8 column (Bio-rad). Phosphoinositide hydrolysis induced by CCh, ACPD or mCPP was expressed as a percentage of control (base) cpm untreated with reagents.

그 결과는 도 10과 같다. 도 10에서 보듯이, 변이형 생쥐의 해마에서는 CCh에 의해 유도된 포스포이노시티드의 가수분해가 현저히 지연되는데 반하여, ACPD에 의해 유도된 포스포이노시티드의 가수분해는 유의미하게 증가되고, mCPP에 의해 유도된 포스포이노시티드의 가수분해는 전혀 변화되지 않는다. 또한 가수분해의 지연 현상은 변이형 생쥐의 측두 피질 및 소뇌에서도 동일하게 나타난다. 이러한 결과와, CCh가 무스카린성 아세틸콜린 수용체에 대한 비선택적 작용물질(agonist)이고, ACPD가 메타보트로픽 글루탐산 수용체에 대한 비선택적 작용물질이며, mCPP가 세로토닌 (5-HT) 형-2 수용체에 대한 비선택적 작용물질이라는 점으로부터, 변이형 생쥐는 해마 부위에서 무스카린성 아세틸콜린에 의한 신호 전달이 선택적으로 손상이 일어나 차단된 것임을 알 수 있다.The result is shown in FIG. As shown in FIG. 10, in the hippocampus of mutant mice, the hydrolysis of phosphoinositide induced by CCh was significantly delayed, whereas the hydrolysis of phosphoinositide induced by ACPD was significantly increased and increased in mCPP. The hydrolysis of the phosphoinositide induced by does not change at all. The delay in hydrolysis is also the same in the temporal cortex and cerebellum of variant mice. These results indicate that CCh is a nonselective agonist for the muscarinic acetylcholine receptor, ACPD is a nonselective agonist for the metabotropic glutamic acid receptor, and mCPP is a serotonin (5-HT) type-2 receptor. From the fact that it is a non-selective agonist for mutant mice, it can be seen that the signal transmission by muscarinic acetylcholine at the hippocampus is selectively damaged and blocked.

PLCβ1 단백질이 측두피질 및 해마에서 무스카린성 아세틸콜린 수용체에 연결됨으로써 신호전달체계에 관련된다는 점은 본 발명에서 처음으로 발견된 것이다.It was first discovered in the present invention that PLCβ1 protein is involved in the signaling system by being linked to muscarinic acetylcholine receptors in the temporal cortex and hippocampus.

본 발명의 변이형 생쥐는 유전자 적중법에 따라 PLCβ1 유전자가 결손되어 유전적으로 간질을 가지는 것으로, 간질 기전의 이해 및 간질 치료제의 개발을 위한 실험동물 모델로서 유용하다.Mutant mice of the present invention have a genetic epilepsy due to a deletion of the PLCβ1 gene according to the gene targeting method, and is useful as an experimental animal model for understanding epilepsy mechanisms and developing epileptic therapeutic agents.

Claims (4)

PLCβ1 유전자 개시 부위로부터 PH 도메인까지의 염기서열중에서 선택된 한 부위에서 결손된 변이형 PLCβ1 유전자를 동형접합체로 포함하는 것을 특징으로 하는, 간질이 유발된 무스 무쿨러스(mus muculus) 변이형 생쥐.An epilepsy-induced mus muculus mutant mouse, characterized in that it comprises a homozygous variant mutant PLCβ1 gene selected from the base sequence from the PLCβ1 gene initiation site to the PH domain. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 부위가 PH 도메인인, 무스 무쿨러스 변이형 생쥐.Mousse muculus mutant mouse, wherein the site is the PH domain. 제 2 항에 있어서,The method of claim 2, 배아간세포(기탁번호 제 KCTC 0437BP호)로부터 유래된, 무스 무쿨러스 변이형 생쥐.Moose muculus mutant mice derived from embryonic stem cells (Accession No. KCTC 0437BP). (1) PLCβ1의 N-말단으로부터 PH 도메인까지의 아미노산 서열에 해당하는 PLCβ1 유전자의 염기서열중에서 선택된 한 부위에 대한 적중 벡터를 배아간세포에 도입하는 단계, (2) 상기 배아간세포를 포배아의 포배강에 주입하여 키메라 생쥐를 얻는 단계, (3) 상기 키메라 생쥐를 교배시켜 이형접합체 생쥐를 얻는 단계, 및 (4) 상기 이형접합체 생쥐를 교배시켜 동형접합체 변이형 생쥐를 얻는 단계를 포함하는 제 1 항의 변이형 생쥐의 제조방법.(1) introducing a hit vector for a site selected from the nucleotide sequence of the PLCβ1 gene corresponding to the amino acid sequence from the N-terminus to the PH domain of PLCβ1 into embryonic stem cells, and (2) introducing the embryonic stem cells into blastocysts. Obtaining chimeric mice by injecting into the lumen, (3) crossing the chimeric mice to obtain heterozygous mice, and (4) crossing the heterozygous mice to obtain homozygous variant mice Method for producing a variant mouse of claim.
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KR20150056445A (en) * 2013-11-15 2015-05-26 한국과학기술원 Animal model for epilepsy and method for producing the same
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