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【発明の名称】 ベータセルリン遺伝子の発現不全動物
【発明者】 【氏名】佐々田 玲子

【氏名】五十嵐 貢一

【要約】 【課題】BTC発現不全非ヒト動物およびBTC遺伝子転移非ヒト動物の提供。

【解決手段】不活性化BTC遺伝子を有することを特徴とする非ヒト動物胚幹細胞、不活性化BTC遺伝子を有することを特徴とするトランスジェニック非ヒト動物、外来性BTC遺伝子またはその変異遺伝子を組み込んだDNAを有するトランスジェニック非ヒト動物、BTCの欠損に起因する疾病に予防・治療薬のスクリーニング方法、BTCプロモーター活性を促進または阻害する化合物またはその塩のスクリーニング方法および該スクリーニング方法で得られる化合物またはその塩、および遺伝治療用医薬に関する。
【特許請求の範囲】
【請求項1】不活性化ベータセルリン遺伝子配列を有することを特徴とするトランスジェニック非ヒト動物または当該遺伝子配列を有するその子孫。
【請求項2】胚形成初期において導入された不活性化ベータセルリン遺伝子配列を、生殖細胞または体細胞に有する請求項1記載の動物。
【請求項3】レポーター遺伝子を導入することにより不活性化されたベータセルリン遺伝子配列を有し、該レポーター遺伝子がベータセルリンプロモーターの制御下で発現し得る請求項1記載の動物。
【請求項4】レポーター遺伝子が大腸菌由来β−ガラクトシダーゼ遺伝子である請求項3記載の動物。
【請求項5】不活性化ベータセルリン遺伝子配列を有することを特徴とする非ヒト動物胚幹細胞。
【請求項6】レポーター遺伝子を導入することにより不活性化されたベータセルリン遺伝子配列を有する請求項5記載の胚幹細胞。
【請求項7】外来性ベータセルリン遺伝子またはその変異遺伝子を組み込んだDNAを有することを特徴とする非ヒト動物または該DNAを有するその子孫。
【請求項8】非ヒト動物が非ヒト哺乳動物である請求項1または請求項7記載の動物または請求項5記載の胚幹細胞。
【請求項9】非ヒト哺乳動物がゲッ歯動物である請求項9記載の動物または胚幹細胞。
【請求項10】ゲッ歯動物がマウスである請求項9記載の動物または胚幹細胞。
【請求項11】請求項1記載の動物を用いることを特徴とする、ベータセルリンの欠損に起因する疾病の予防・治療薬のスクリーニング方法。
【請求項12】請求項3記載の動物に、試験化合物を投与し、レポーター遺伝子の発現を検出することを特徴とするベータセルリンプロモーター活性を促進または阻害する化合物またはその塩のスクリーニング方法。
【請求項13】請求項11記載のスクリーニング方法を用いて得られるベータセルリンプロモーター活性を促進または阻害する化合物またはその塩。
【請求項14】外来性ベータセルリン遺伝子またはその変異遺伝子を含有し、動物において発現しうるベクターを含有してなる遺伝子治療用医薬。
【発明の詳細な説明】【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、不活性化ベータセルリン遺伝子配列を有することを特徴とするトランスジェニック非ヒト動物ならびに当該遺伝子配列を有するその子孫、該遺伝子配列を有することを特徴とする非ヒト動物胚幹細胞、外来性ベータセルリン遺伝子またはその変異遺伝子を組み込んだDNAを有することを特徴とする非ヒト動物ならびに該DNAを有するその子孫、外来性ベータセルリン遺伝子またはその変異遺伝子を含有し、動物において発現しうるベクターを含有してなる遺伝子治療用医薬、ベータセルリンの欠損に起因する疾病の予防・治療薬のスクリーニング方法、ベータセルリンプロモーター活性を促進または阻害する化合物またはその塩のスクリーニング方法、該スクリーニング方法を用いて得られるベータセルリンプロモーター活性を促進または阻害する化合物またはその塩などに関する。
【0002】
【従来の技術】遺伝子工学的技術の発展ならびに分子生物学の知識の急激な蓄積に伴い、遺伝子を人為的に操作し、さらに動物個体へ導入することが可能になり〔Gordon, J.W.ら,プロシーディングス・オブ・ナショナル・アカデミー・オブ・サイエンス・ユーエスエー(Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.),第77巻,7380-7384頁(1980)〕、元来その生物に備わっていない外来性の遺伝形質を人為的に付加、あるいは生物が持っている内在性の遺伝形質の発現を抑制する方法も開発されるに至り、様々な形質転換動物が作り出され、形質転換動物として報告されている。このような形質転換動物は、遺伝子工学等の技術によって単離されたクローン化された様々な遺伝子の機能を明らかにする上で、これまで株化細胞や初代培養細胞など体外培養細胞を用いていたため、得られる知見が限られていた遺伝子の機能解析について、個体レベルでの研究が可能となる点で重要である。特に、クローン化された遺伝子の生物体内での生理学的機能の解析や遺伝子疾患のモデル系としてこの形質転換動物を利用した実験や研究が盛んになってきている。
【0003】遺伝子導入動物は、動物またはこの動物の先祖の胚芽ラインの中へ初期(通常、単細胞)発育段階において導入された遺伝子を有している。例えば、(1)ワグナー(Wagner)等〔プロシーデイングス オブ ナショナル・アカデミー オブ サイエンス(Proc. Nat. Acad. Sc. U.S.A.,)第78巻、第5016頁、1981〕およびスチュワート(Stewart)等〔1982、サイエンス(Science)、第217巻、第1046頁〕は、ヒトグロビン遺伝子を含有する遺伝子導入マウスを、(2)コンスタンチーニ(Constantini)等〔ネイチャー(Nature)第294巻、第92頁、1981〕およびレーシ(Lacy)等〔セル(Cell)第34巻、第343頁、1983〕は、ウサギグロビン遺伝子を含有する遺伝子導入マウスを、(3)マックナイト(McKnight)等〔セル(Cell)第34巻、第335頁、1983〕はトランスフェリン遺伝子を含有する遺伝子導入マウスを、(4)ブリンスター(Brinstar)等〔ネイチャー(Nature)第306巻、第332頁、1983〕は、機能的に導入された免疫グロブリン遺伝子を含有する遺伝子導入マウスを、(5)パルミター(Palmiter)等〔ネイチャー(Nature)第300巻、第6ll頁、1982〕は、重金属誘発性メタロチオネインプロモーター配列に結合されたラット成長ホルモン遺伝子を含有する遺伝子導入マウスを、(6)パルミター等〔セル(Cell)第29巻、第701頁、1982〕は、メタロチオネインプロモーター配列に結合されたチミジンキナーセ遺伝子を含有する遺伝子導入マウスを、(7)パルミター等〔サイエンス(Science)第222巻、第809頁、1983〕は、メタロチオネインプロモーター配列に融合されたヒト成長ホルモン遺伝子を含有する遺伝子導入マウスを記載している。
【0004】胚幹細胞(Embryonic stem cell:以下、ES細胞と略記する)は、受精後の初期胚である胚盤胞の内部に存在する内部細胞塊から樹立され、未分化状態を保ったまま増殖、培養可能な細胞株である。この細胞は生体のあらゆる種類の細胞に分化することができる多分化能を有しており、正常初期胚に注入すると胚体の形成に参加してキメラ動物を形成することができる〔Evans M. J. 及び KaufmanM. H., ネイチャー(Nature),第292巻 154頁 (1981)〕。この性質を利用して、様々な遺伝子変異動物の作出が試みられてきた。その歴史は1981年のEvans及びKaufmanによるES細胞の樹立に始まり、BradleyらによるESキメラマウスの作製〔ネイチャー(Nature), 第309巻, 255頁 (1984)〕により本格的な研究が開始された。Thomas及びCapecchiがES細胞の遺伝子相同組換え〔セル(Cell),第51巻, 503頁 (1987)〕に続いて、Kollerらのグループなど3組の研究グループがES細胞形質のGermline Transmissionに次々に成功し〔プロシーディングス・オブ・ナショナル・アカデミー・オブ・サイエンス・ユーエスエー(Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.),第86巻,8927頁(1989)〕、遺伝子欠損マウスの作製とこれを用いた研究が急速に進展してきた。現在までに樹立が報告されているES細胞としては、Evans及びKaufmanのEK細胞〔前記文献〕の他に、DoetschmanのES−D3細胞〔ジャーナル・オブ・エンブリオロジー・アンド・エクスペリメンタル・モルフォロジー(J. Embryol.Exp. Molph.), 第87巻, 27頁 (1981)〕、RobertsonのCCE細胞〔ネイチャー(Nature), 第323巻, 445頁 (1986)〕、Ledermann及びBurkiのBL/6III細胞〔エクスペリメンタル・セル・リサーチ(Exp. Cell Res.), 第197巻, 254頁〕等があるが、これらの大部分が129系のマウスより樹立されたものである。ES細胞は特定の遺伝子を修飾する遺伝子ターゲッティング等において利用価値が非常に高いにもかかわらず、その樹立や未分化状態を保ったままでの継代維持が困難であるため利用が制限されているというのが現状である。ES細胞を用いた動物疾患モデルの作製を一般化するためには、絶えず良好なES細胞を樹立、供給していく体制を確立することが望まれている。
【0005】このようなES細胞を用いて作出された遺伝子発現不全動物としては、(1)Hooper等〔ネイチャー(Nature), 第326巻, 292頁 (1987年)〕及びKnehn等〔ネイチャー(Nature), 第326巻, 295頁 (1987年)〕の自然突然変異ES細胞を用いたHPRT遺伝子欠損マウス、(2)Donehower等〔ネイチャー(Nature), 第356巻, 215頁 (1992年)〕の癌抑制遺伝子の一つであるp53を欠失したp53欠失マウス、(3)Zijlstra等〔ネイチャー(Nature), 第344巻, 742頁 (1990年)〕のβ2ミクログロブリン遺伝子変異マウス、(4)免疫疾患モデルマウスの一つであるSinkai等〔セル(Cell), 第68巻, 855頁 (1992年)〕のRAG−2(V(D)J recombination activation gene)変異マウス、(5)Glimcher等〔サイエンス(Science), 第253巻,1417頁(1991年)〕及びCosgrove等〔セル(Cell),第66巻, 1051頁 (1991年)〕のMHC class II変異マウス、(6)発生・発育関連疾患モデルマウスの一つとしてMacMahon等〔セル(Cell),第62巻, 1073頁 (1990年)〕のint−1遺伝子欠損マウス及び(7)Soriano等〔セル(Cell),第64巻, 693頁 (1991年)〕の大理石病様症状を呈するsrc欠損マウスがそれぞれ報告されている。
【0006】ベータセルリン(以下、BTCと略記する場合がある)は、トランスジェニックマウス由来膵臓ベータ腫瘍細胞が産生する蛋白性因子で、その全アミノ酸配列がcDNAの解析から明らかにされている〔Shingら;サイエンス(Science),259:1604(1993), Sasadaら;バイオケミカル・アンド・バイオフィジカル・リサーチ・コミュニケーションズ(Biochem. Biophys. Res. Commun.),190:1173(1993)〕。BTCは、当初マウス3T3細胞に対する増殖促進活性をもつ因子として見いだされたが、その後、血管平滑筋細胞、網膜色素上皮細胞に対しても増殖促進活性を有することが見いだされた〔Shingら;サイエンス(Science),259:1604(1993)〕。さらにBTCは、ラット未分化型膵臓癌由来細胞株AR42Jを、インシュリンを産生するベータ細胞に分化させることが報告された〔Mashimaら;ジャーナル・オブ・クリニカル・インベスティゲーション(J. Clin. Invest.),97:1647(1996)〕。天然に存在するヒトBTCは極めて微量であり、また、これをヒトの組織から得る試みは種々の制約によって極めて困難であった。しかし、遺伝子工学的手法を駆使して、高純度のヒトBTCが多量に、かつ比較的安価に生産されるようになった(特開平6−87894)。そして、BTCが、創傷、潰瘍や血管奇形の治療、あるいは糖尿病において認められるアテローム性動脈硬化症、糖尿病性網膜症のような平滑筋細胞増殖に起因する病気の治療に使用できる競合剤(例、抗体、偽ペプチド)の作成などに用いられることが報告されている(特開平4−352800および特開平6−87894)。しかしながら、外来性BTC遺伝子を導入した非ヒト動物やBTC遺伝子の発現が不全な非ヒト動物に関する報告は未だ見当たらない。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】したがって、BTC遺伝子が不活性化された非ヒト動物胚幹細胞の作製に成功すれば、BTC遺伝子発現不全非ヒト動物を作出することができる。そして、得られるBTC遺伝子発現不全非ヒト動物は、BTCにより誘導され得る種々の生物活性を欠失するため、BTCの生物活性の不活性化を原因とする疾病のモデルとなり、これらの疾病の原因究明および治療法の検討が可能となる。また、外来性BTC遺伝子を組み込んだDNAを有するBTC遺伝子導入動物の作製に成功すれば、正常BTC遺伝子導入動物においては、BTCの機能の解明、ベータセルリン関連疾患の発症機序の解明、治療方法の検討、正常BTC遺伝子高発現細胞の供給などが可能になり、一方、変異BTC遺伝子導入動物においては、BTC不全症の発症機序の解明、治療方法の検討、変異BTC遺伝子高発現細胞の供給などが可能になる。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記の課題に鑑み、鋭意研究を重ねた結果、BTC遺伝子発現不全非ヒト動物ならびに外来性BTC遺伝子を組み込んだDNAを有するBTC遺伝子導入動物を作製することに成功し、さらに研究を行なった結果、本発明を完成するに至った。すなわち、本発明は、(1)不活性化ベータセルリン遺伝子配列を有することを特徴とするトランスジェニック非ヒト動物または当該遺伝子配列を有するその子孫、(2)胚形成初期において導入された不活性化ベータセルリン遺伝子配列を、生殖細胞または体細胞に有する上記(1)記載の動物、(3)レポーター遺伝子を導入することにより不活性化されたベータセルリン遺伝子配列を有し、該レポーター遺伝子がベータセルリンプロモーターの制御下で発現し得る上記(1)記載の動物、(4)レポーター遺伝子が大腸菌由来β−ガラクトシダーゼ遺伝子である上記(3)記載の動物、(5)不活性化ベータセルリン遺伝子配列を有することを特徴とする非ヒト動物胚幹細胞、(6)レポーター遺伝子を導入することにより不活性化されたベータセルリン遺伝子配列を有する上記(5)記載の胚幹細胞、(7)外来性ベータセルリン遺伝子またはその変異遺伝子を組み込んだDNAを有することを特徴とする非ヒト動物または該DNAを有するその子孫、(8)非ヒト動物が非ヒト哺乳動物である上記(1)または上記(7)記載の動物または上記(5)記載の胚幹細胞、(9)非ヒト哺乳動物がゲッ歯動物である上記(8)記載の動物または胚幹細胞、(10)ゲッ歯動物がマウスである上記(9)記載の動物または胚幹細胞、(11)上記(1)記載の動物を用いることを特徴とする、ベータセルリンの欠損に起因する疾病の予防・治療薬のスクリーニング方法、(12)上記(3)記載の動物に、試験化合物を投与し、レポーター遺伝子の発現を検出することを特徴とするベータセルリンプロモーター活性を促進または阻害する化合物またはその塩のスクリーニング方法、(13)上記(12)記載のスクリーニング方法を用いて得られるベータセルリンプロモーター活性を促進または阻害する化合物またはその塩、および(14)外来性ベータセルリン遺伝子またはその変異遺伝子を含有し、動物において発現しうるベクターを含有してなる遺伝子治療用医薬などに関する。
【0009】
【発明の実施の形態】〔BTC遺伝子発現不全非ヒト動物〕不活性化BTC遺伝子配列を有することを特徴とする非ヒト動物ES細胞とは、非ヒト動物ES細胞が有するBTC遺伝子に人為的に変異を加えることにより、遺伝子の発現能を抑制するか、もしくは該遺伝子がコードしているBTCの活性を実質的に喪失させることにより、遺伝子が実質的にBTCの発現能を有さない不活性化された(以下、本発明のノックアウト遺伝子と称することがある)非ヒト動物のES細胞をいう。本明細書中、動物としては、いかなる動物でもよいが、哺乳動物が好ましい。哺乳動物としては、例えば、ヒト、ウシ、ブタ、ヒツジ、ヤギ、ウサギ、イヌ、ネコ、モルモット、ハムスター、マウス、ラットなどが用いられる。非ヒト動物としては、BTC遺伝子を有するヒト以外の動物ならば、いかなる動物でもよいが、非ヒト哺乳動物が好ましい。非ヒト哺乳動物としては、例えば、ウシ、ブタ、ヒツジ、ヤギ、ウサギ、イヌ、ネコ、モルモット、ハムスター、マウス、ラットなどが用いられる。非ヒト哺乳動物のなかでも、病体動物モデル系の作成の面から個体発生および生物サイクルが比較的短く、また、繁殖が容易なゲッ歯動物、とりわけマウス(例えば、純系として、C57BL/6系統,DBA2系統など、交雑系として、B6C3F1系統,BDF1系統,B6D2F1系統,BALB/c系統,ICR系統など(なかでも好ましくは、純系として、C57BL/6系統など、交雑系として、BDF1系統またはICR系統など))またはラット(例えば、Wistar,SDなど)などが特に好ましい。BTC遺伝子としては、動物から単離、抽出されたゲノム由来のBTC遺伝子であってもよく、あるいは、遺伝子工学的手法を用いてクローニングされたBTCcDNAであってもよい。具体的には、配列番号:1で表わされるアミノ酸配列を有するヒト由来BTC蛋白質の遺伝子としては、例えば、配列番号:3で表わされる塩基配列を有する遺伝子〔特開平6−87894〕などが用いられ、配列番号:2で表わされるアミノ酸配列を有するマウス由来BTC蛋白質の遺伝子としては、例えば、配列番号:4で表わされる塩基配列を有する遺伝子〔シング(Shing)等;サイエンス(Science)、第259巻、第1604頁、1993〕などが用いられる。これらの遺伝子は、自体公知の方法、例えば、特開平6−87894、シング(Shing)等;サイエンス(Science)第259環、第1604頁、1993などに従って入手することができる。
【0010】BTC遺伝子に人為的に変異を加える方法としては、例えば、遺伝子工学的手法により該遺伝子配列の一部又は全部の削除、他遺伝子を挿入または置換させることによって行なうことができる。これらの変異により、例えば、コドンの読み取り枠をずらすか、プロモーターあるいはエキソンの機能を破壊することにより本発明のノックアウト遺伝子を作製することができる。不活性化BTC遺伝子配列を有することを特徴とする非ヒト動物胚幹細胞(以下、BTC遺伝子不活性化ES細胞またはノックアウトES細胞と略記する)の具体例としては、例えば、薬剤耐性遺伝子(例えば、ネオマイシン耐性遺伝子、ハイグロマイシン耐性遺伝子またはゼオシン耐性遺伝子など、好ましくは、ネオマイシン耐性遺伝子など)、あるいは、レポーター遺伝子(例えば、lacZ(大腸菌β−ガラクトシダーゼ遺伝子)、cat(クロラムフェニコールアセチルトランスフェラーゼ遺伝子)、GUS(β−グルクロニダーゼ遺伝子)、ルシフェラーゼ遺伝子、エクオリン遺伝子、タウマリン遺伝子、GFP(Green Fluorescent Protein)遺伝子など、好ましくは、lacZなど)等を挿入することによりエキソンの機能を破壊するか、あるいはエキソン間のイントロン部分に遺伝子の転写を終結させるDNA配列(例えば、polyA付加シグナルなど)を挿入し、完全なメッセンジャーRNAを合成できなくすることによって、結果的に遺伝子を破壊するように構築したDNA配列を有するDNA(以下、ターゲッティングベクターと略記する)を作製する。レポーター遺伝子を挿入してエキソンの機能を破壊する場合、該レポーター遺伝子は、BTCプロモーターの制御下で発現するように挿入することが好ましい。上記「薬剤耐性遺伝子」とは、抗生物質などの薬剤耐性に関与する遺伝子を示し、導入される遺伝子が細胞において発現したか否かを選抜するマーカーとして利用される。また、上記「レポーター遺伝子」とは、遺伝子発現の指標になる遺伝子群のことを示し、通常、発光反応や呈色反応を触媒する酵素の構造遺伝子が利用されることが多く、■遺伝的バックグラウンドがないもの、■遺伝子発現を定量的に行える高感度の方法があるもの、■形質転換細胞への影響が少ないもの、■発現部位の局在性が示されるものなどが好ましく用いられる(植物細胞工学、第2巻、第721頁、1990)。また、上記の「薬剤耐性遺伝子」なども同じ目的で使用されるが、「レポーター遺伝子」は、単に導入される遺伝子が細胞において発現したかどうかだけではなく、どの組織でいつ発現したかを調べることができ、しかも定量的に発現量を精確に調べることができる点において異なるものである。さらに、遺伝子を破壊するように構築したDNA配列を有するDNAを、例えば、相同組換え法により該動物の染色体に導入し、得られたES細胞についてBTC遺伝子上あるいはその近傍のDNA配列をプローブとしたサザンハイブリダイゼーション解析あるいはターゲッティングベクター上のDNA配列とターゲッティングベクター作製に使用したBTC遺伝子以外の近傍領域のDNA配列をプライマーとしたPCR法により解析し、本発明のノックアウトES細胞を選別することにより得ることができる。上記のターゲッティングベクターとしては、例えば、大腸菌由来のプラスミド(例、pBR322,pBR325,pUC12,pUC13など)、枯草菌由来のプラスミド(例、pUB110,pTB5,pC194など)、酵母由来のプラスミド(例、pSH19,pSH15など)、λファージなどのバクテリオファージ、モロニー白血病ウイルスなどのレトロウイルス、ワクシニアウイルスまたはアデノウイルスベクター、バキュロウイルス、ウシ乳頭腫ウイルス、ヘルペスウイルス群からのウイルス、またはエプスタイン・バー・ウイルスなどの動物ウイルスなどが用いられる。
【0011】また、相同組換え法等によりBTC遺伝子を不活性化させる元のES細胞としては、例えば、前述のような既に樹立されたものを用いてもよく、また公知 EvansとKaufmanの方法に準じて新しく樹立したものでもよい。例えば、マウスのES細胞の場合、現在、一般的には129系のES細胞が使用されているが、免疫学的背景がはっきりしていないので、これに代わる純系で免疫学的に遺伝的背景が明らかなES細胞を取得するなどの目的で例えば、C57BL/6マウスやC57BL/6の採卵数の少なさをDBA/2との交雑により改善したBDF1マウス(C57BL/6とDBA/2とのF1)を用いて樹立したものなども良好に用いうる。BDF1マウスは、採卵数が多く、かつ、卵が丈夫であるという利点に加えて、C57BL/6マウスを背景に持つので、これを用いて得られたES細胞は病態モデルマウスを作出したとき、C57BL/6マウスとバッククロスすることでその遺伝的背景をC57BL/6マウスに代えることが可能である点で有利に用い得る。また、ES細胞を樹立する場合、一般には受精後3.5日目の胚盤胞を使用するが、これ以外に8細胞期胚(受精後2.5日目頃の8細胞期胚が好ましい)を採卵し胚盤胞まで培養して用いることにより効率よく多数の初期胚を取得することができる。また、雌雄いずれのES細胞を用いてもよいが、通常雄のES細胞の方が生殖系列キメラを作出するのに都合が良い。また、煩雑な培養の手間を削減するためにもできるだけ早く雌雄の判別を行なうことが望ましい。ES細胞の雌雄の判定方法としては、例えば、PCR法によりY染色体上の性決定領域の遺伝子を増幅、検出する方法が、その1例として挙げることができる。この方法を使用すれば、従来、核型分析をするのに約106個の細胞数を要していたのに対して、1コロニー程度のES細胞数(約50〜100個)で済むので、培養初期におけるES細胞の第一次セレクションを雌雄の判別で行なうことが可能であり、早期に雄細胞の選定を可能にしたことにより培養初期の手間は大幅に削減できる。
【0012】また、第二次セレクションとしては、例えば、G−バンディング法による染色体数の確認等により行うことができる。得られるES細胞の染色体数は正常数の100%が望ましいが、樹立の際の物理的操作等の関係上困難な場合は、ES細胞の遺伝子をノックアウトした後、正常細胞(例えば、マウスでは染色体数が2n=40である細胞)に再びクローニングすることが望ましい。このようにして得られた胚幹細胞株は、通常その増殖性は大変良いが、個体発生できる能力を失いやすいので、注意深く継代培養することが必要である。例えば、STO繊維芽細胞のような適当なフィーダー細胞上でLIF(1−10000U/ml)存在下に炭酸ガス培養器内(好ましくは、5%炭酸ガス、95%空気または5%酸素、5%炭酸ガス、90%空気)で約37℃で培養するなどの方法で培養し、継代時には、例えば、トリプシン/EDTA溶液(通常0.001−0.5%トリプシン/0.1−5mM EDTA、好ましくは約0.1%トリプシン/1mM EDTA)処理により単細胞化し、新たに用意したフィーダー細胞上に播種する方法などがとられる。このような継代は、通常1−3日毎に行なうが、この際に細胞の観察を行い、形態的に異常な細胞が見受けられた場合は、その培養細胞は放棄することが望まれる。ES細胞は、適当な条件により、高密度に至るまで単層培養するか、または細胞集塊を形成するまで浮遊培養することにより、頭頂筋、内臓筋、心筋などの種々のタイプの細胞に分化させることが可能であり〔M. J. Evans及びM. H. Kaufman, ネイチャー(Nature)第292巻、154頁、1981年;G. R. Martin プロシーディングス・オブ・ナショナル・アカデミー・オブ・サイエンス・ユーエスエー(Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.)第78巻、7634頁、1981年;T. C. Doetschman ら、ジャーナル・オブ・エンブリオロジー・アンド・エクスペリメンタル・モルフォロジー、第87巻、27頁、1985年〕、本発明のES細胞を分化させて得られるBTC遺伝子発現不全細胞は、インビトロにおけるBTCの細胞生物学的検討において有用である。また、ES細胞を保存する場合には、適当な凍結用培地(例えば、10%DMSO、10%牛胎児血清を含むダルベッコ変法イーグル培地(DMEM)などを用いて、約−80℃以下で凍結保存する。
【0013】本発明の不活性化BTC遺伝子配列を有することを特徴とする非ヒト動物(以下、遺伝子発現不全非ヒト動物と称す場合がある)とは、例えば、前記の不活性化BTC遺伝子配列を有することを特徴とする非ヒト動物胚幹細胞由来の細胞を用いて遺伝子工学的に作出されたものであり、例えば、生殖細胞および体細胞に胚形成初期に該不活性化BTC遺伝子配列を導入された非ヒト動物である。該非ヒト動物としては、前記と同様のものが用いられる。BTC遺伝子をノックアウトさせるには、前記のターゲッティングベクターを非ヒト動物(例、マウスなど)ES細胞または非ヒト動物(例、マウスなど)卵細胞に自体公知の方法(例えば、エレクトロポレーション法、マイクロインジェクション法、リン酸カルシウム法、リポフェクション法、凝集法、パーティクルガン法、DEAE−デキストラン法など)によって導入し(好ましい導入法としては、ES細胞に導入する場合にはエレクトロポレーション法、卵細胞に導入する場合にはマイクロインジェクション法などがあげられる)、ターゲッティングベクターの不活性化されたBTC遺伝子配列を遺伝子相同組換えにより、非ヒト動物(例、マウスなど)ES細胞または非ヒト動物(例、マウスなど)卵細胞の染色体上のBTC遺伝子と入れ換えることにより行うことができる。BTC遺伝子がノックアウトされた細胞は、BTC遺伝子上またはその近傍のDNA配列をプローブとしたサザンハイブリダイゼーション解析またはターゲッティングベクター上のDNA配列と、ターゲッティングベクターに使用したマウス由来のBTC遺伝子以外の近傍領域のDNA配列とをプライマーとしたPCR法による解析で判定することができる。非ヒト動物ES細胞を用いた場合は、遺伝子相同組換えにより、BTC遺伝子が不活性化された細胞株をクローニングし、その細胞を胚形成の初期の適当な時期、例えば、8細胞期の非ヒト動物胚または胚盤胞に注入し(注入法)、またはBTC遺伝子が不活性化されたES細胞塊を2個の8細胞期胚ではさみ込む(集合キメラ法)ことにより作製したキメラ胚を偽妊娠させた該非ヒト動物の子宮に移植する。作出された動物は正常なBTC遺伝子座をもつ細胞と人為的に変異したBTC遺伝子座をもつ細胞との両者から構成されるキメラ動物である。該キメラ動物の生殖細胞の一部が変異したBTC遺伝子座をもつ場合、このようなキメラ個体と正常個体を交配することにより得られた個体群より、全ての組織が人為的に変異を加えたBTC遺伝子座をもつ細胞で構成された個体を、例えば、コートカラーの判定等により選別することにより得られる。このようにして得られた個体は、通常、BTCヘテロ発現不全個体であり、BTCヘテロ発現不全個体同志を交配し、それらの産仔からBTCホモ発現不全個体を得ることができる。卵細胞を使用する場合は、例えば、卵細胞核内にマイクロインジェクション法で遺伝子溶液を注入することによりターゲッティングベクターを染色体内に導入したトランスジェニック非ヒト動物を得ることができ、これらのトランスジェニック非ヒト動物を比較することにより、遺伝子相同組換えによりBTC遺伝子座に変異のあるものを選択することにより得られる。BTC遺伝子発現不全非ヒト動物は、該動物のmRNA量を公知方法を用いて測定して間接的にその発現量を比較することにより、正常動物と区別することが可能である。
【0014】このようにしてBTC遺伝子がノックアウトされている個体は、交配により得られた動物個体も該遺伝子がノックアウトされていることを確認して通常の飼育環境で飼育継代を行なうことができる。さらに、生殖系列の取得および保持についても常法に従って行うことができる。すなわち、該不活化遺伝子配列の保有する雌雄の動物を交配することにより、該不活化遺伝子配列を相同染色体の両方に持つホモザイゴート動物を取得することができる。得られたホモザイゴート動物は、母親動物に対して、正常個体1,ホモザイゴート複数になるような状態で飼育することにより効率的に得ることができる。ヘテロザイゴート動物の雌雄を交配することにより、該不活化遺伝子配列を有するホモザイゴートおよびヘテロザイゴート動物を繁殖継代することができる。このようにして得られた該不活化遺伝子配列を有する動物の子孫も本発明のBTC遺伝子発現不全非ヒト動物に含まれる。このようにBTC遺伝子が不活性化された非ヒト動物ES細胞は、BTC遺伝子発現不全非ヒト動物を作出する上で、非常に有用である。また、BTC遺伝子発現不全非動物は、BTCを欠損に起因する疾病、例えば、BTCにより誘導され得る種々の生物活性の欠失に基づく、BTCの生物活性の不活性化に起因する疾病(例えば、インシュリン依存性糖尿病、動脈硬化症、糖尿病性合併症、糖尿病性腎症、糖尿病性神経障害、糖尿病性網膜症、高コレステロール血症、高グリセリド血症、高脂血症、糖尿病性膵臓機能障害、老人性膵臓機能低下症、未分化型膵臓癌など)のモデルとなり得るので、これらの疾病の原因究明及び治療法の検討に有用である。すなわち、本発明のBTC遺伝子発現不全非動物は、該疾病の予防・治療薬のスクリーニングに用いることができる。
【0015】本発明のスクリーニング方法において用いられるBTC遺伝子発現不全非ヒト動物としては、前記と同様のものが挙げられる。試験化合物としては、例えば、ペプチド、タンパク、非ペプチド性化合物、合成化合物、発酵生産物、細胞抽出液、植物抽出液、動物組織抽出液などが挙げられ、これら化合物は新規な化合物であってもよいし、公知の化合物であってもよい。具体的には、本発明のBTC遺伝子発現不全非ヒト動物を、試験化合物で処理し、無処理の対照動物と比較し、該動物の各器官、組織、疾病の症状等の変化を指標として試験化合物の予防・治療効果を試験することができる。試験動物(BTC遺伝子発現不全非ヒト動物)を試験化合物で処理する方法としては、例えば、経口投与、静脈注射などが用いられ、試験動物の症状、試験化合物の性質などにあわせて適宜選択することができる。また、試験化合物の投与量は、投与方法、試験化合物の性質などにあわせて適宜選択することができる。例えば、糖尿病や糖尿病関連疾病の予防・治療薬をスクリーニングする場合、本発明のBTC遺伝子発現不全非動物に糖負荷処置を行い、糖負荷処置前または処置後に試験化合物を投与し、該動物の血糖値および体重変化などを経時的に測定することによりスクリーニングすることができる。
【0016】本発明のスクリーニング方法を用いて得られる予防・治療薬は、上記した試験化合物から選ばれた化合物であり、BTC欠損によって引き起こされる疾患の予防・治療効果を有するので、BTCの欠損によって引き起こされる疾病に対する安全で低毒性な治療・予防薬などの医薬として有用である。また、該化合物から誘導される化合物も同様に用いることができる。該スクリーニング方法で得られた化合物は塩を形成していてもよく、該化合物の塩としては、例えば、無機塩基との塩、有機塩基との塩、無機酸との塩、有機酸との塩、塩基性または酸性アミノ酸との塩などの薬学的に許容し得る塩などがあげられる。無機塩基との塩の好適な例としては、例えばナトリウム塩、カリウム塩などのアルカリ金属塩、カルシウム塩、マグネシウム塩などのアルカリ土類金属塩、ならびにアルミニウム塩、アンモニウム塩などがあげられる。有機塩基との塩の好適な例としては、例えばトリメチルアミン、トリエチルアミン、ピリジン、ピコリン、2,6−ルチジン、エタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、シクロヘキシルアミン、ジシクロヘキシルアミン、N,N’−ジベンジルエチレンジアミンなどとの塩あげられる。無機酸との塩の好適な例としては、例えば塩酸、臭化水素酸、硫酸、リン酸などとの塩があげられる。有機酸との塩の好適な例としては、例えばギ酸、酢酸、プロピオン酸、フマル酸、シュウ酸、酒石酸、マレイン酸、クエン酸、コハク酸、リンゴ酸、メタンスルホン酸、ベンゼンスルホン酸、安息香酸などとの塩があげられる。塩基性アミノ酸との塩の好適な例としては、例えばアルギニン、リジン、オルチニンなどとの塩があげられ、酸性アミノ酸との好適な例としては、例えばアスパラギン酸、グルタミン酸などとの塩があげられる。
【0017】本発明のスクリーニング方法を用いて得られる化合物またはその塩を上述の治療・予防薬として使用する場合、常套手段に従って実施することができ、例えば、必要に応じて糖衣を施した錠剤、カプセル剤、エリキシル剤、マイクロカプセル剤などとして経口的に、あるいは水もしくはそれ以外の薬学的に許容し得る液との無菌性溶液、または懸濁液剤などの注射剤の形で非経口的に使用できる。例えば、該化合物またはその塩を薬学的に認められる担体、香味剤、賦形剤、ベヒクル、防腐剤、安定剤、結合剤などとともに一般に認められた製薬実施に要求される単位用量形態で混和することによって製造することができる。これら製剤における有効成分量は指示された範囲の適当な容量が得られるようにするものである。錠剤、カプセル剤などに混和することができる添加剤としては、例えば、ゼラチン、コーンスターチ、トラガントゴム、アラビアゴムのような結合剤、結晶性セルロースのような賦形剤、コーンスターチ、ゼラチン、アルギン酸などのような膨化剤、ステアリン酸マグネシウムのような潤滑剤、ショ糖、乳糖またはサッカリンのような甘味剤、ペパーミント、アカモノ油またはチェリーのような香味剤などが用いられる。調剤単位形態がカプセルである場合には、前記タイプの材料にさらに油脂のような液状担体を含有することができる。注射のための無菌組成物は注射用水のようなベヒクル中の活性物質、胡麻油、椰子油などのような天然産出植物油などを溶解または懸濁させるなどの通常の製剤実施に従って処方することができる。
【0018】注射用の水溶液としては、例えば、生理食塩水、ブドウ糖やその他の補助薬を含む等張液(例えば、D−ソルビトール、D−マンニトール、塩化ナトリウムなど)などが挙げられ、適当な溶解補助剤、例えば、アルコール(例えば、エタノールなど)、ポリアルコール(例えば、プロピレングリコール、ポリエチレングリコールなど)、非イオン性界面活性剤(例えば、ポリソルベート80TM、HCO−50など)などと併用してもよい。油性液としては、例えば、ゴマ油、大豆油などが挙げられ、溶解補助剤として安息香酸ベンジル、ベンジルアルコールなどと併用してもよい。また、緩衝剤(例えば、リン酸塩緩衝液、酢酸ナトリウム緩衝液など)、無痛化剤(例えば、塩化ベンザルコニウム、塩酸プロカインなど)、安定剤(例えば、ヒト血清アルブミン、ポリエチレングリコールなど)、保存剤(例えば、ベンジルアルコール、フェノールなど)、酸化防止剤などと配合してもよい。調製された注射液は通常、適当なアンプルに充填される。このようにして得られる製剤は安全で低毒性であるので、例えば、ヒトまたは温血動物(例えば、マウス、ラット、ウサギ、ヒツジ、ブタ、ウシ、ウマ、トリ、ネコ、イヌ、サル、チンパンジーなど)に対して投与することができる。該化合物またはその塩の投与量は、症状などにより差異はあるが、経口投与の場合、一般的に成人(体重60kgとして)の糖尿病患者においては、一日につき約0.1〜100mg、好ましくは約1.0〜50mg、より好ましくは約1.0〜20mgである。非経口的に投与する場合は、その1回投与量は投与対象、対象臓器、症状、投与方法などによっても異なるが、例えば、注射剤の形では通常成人(60kgとして)の糖尿病患者においては、一日につき約0.01〜30mg程度、好ましくは約0.1〜20mg程度、より好ましくは約0.1〜10mg程度を静脈注射により投与するのが好都合である。他の動物の場合も、60kg当たりに換算した量を投与することができる。
【0019】さらに、本発明は、本発明のBTC遺伝子発現不全非ヒト動物に、試験化合物を投与し、レポーター遺伝子の発現を検出することを特徴とするベータセルリンプロモーター活性を促進または阻害する化合物またはその塩のスクリーニング方法を提供する。本発明のスクリーニング方法において用いられるBTC遺伝子発現不全非ヒト動物としては、前記した本発明のBTC遺伝子発現不全非ヒト動物の中でも、レポーター遺伝子を導入することにより不活性化されたBTC遺伝子配列を有し、該レポーター遺伝子がBTCプロモーター(BTC遺伝子のプロモーター領域)の制御下で発現し得るものが用いられる。試験化合物としては、前記と同様のものが挙げられる。レポーター遺伝子としては、前記と同様のものが用いられ、β−ガラクトシダーゼ遺伝子(lacZ)が好ましく用いられる。BTCの構造遺伝子をレポーター遺伝子で置換されたBTC発現不全非ヒト動物では、レポーター遺伝子がBTCプロモーターの支配下に存在するので、レポーター遺伝子がコードする物質の発現をトレースすることにより、BTCプロモーターの活性を検出することができる。
【0020】例えば、BTCをコードする遺伝子領域の一部を大腸菌由来のβ−ガラクトシダーゼ遺伝子(lacZ)で置換している場合、本来、BTCの発現する組織で、BTCの代わりにβ−ガラクトシダーゼが発現する。従って、例えば、5−ブロモ−4−クロロ−3−インドリル−β−ガラクトピラノシド(X−gal)のようなβ−ガラクトシダーゼの基質となる試薬を用いて染色することにより、簡便にBTCの動物生体内における発現状態を観察することができる。具体的には、BTC欠損マウスまたはその組織切片をグルタルアルデヒドなどで固定し、ダルベッコ・リン酸緩衝生理食塩液(PBS)で洗浄後、X−galを含む染色液で、室温または7℃付近で、約30分ないし1時間反応させた後、組織標本を1mM EDTA/PBS溶液で洗浄することによって、β−ガラクトシダーゼ反応を停止させ、呈色を観察すればよい。また、常法に従い、lacZをコードするmRNAを検出してもよい。このように、本発明のBTC遺伝子発現不全非ヒト動物は、BTCプロモーターを促進または阻害不活化する化合物またはその塩をスクリーニングする上で極めて有用であり、BTC発現不全に起因する各種疾患の原因究明または予防・治療薬の開発に大きく貢献することができる。
【0021】上記スクリーニング方法を用いて得られる化合物またはその塩は、上記した試験化合物から選ばれた化合物であり、BTCプロモーター活性を促進または阻害する化合物である。BTCプロモーター活性を促進する化合物またはその塩は、BTCの発現を促進することができるので、例えば、創傷や糖尿病などの各種疾病に対する安全で低毒性な治療・予防剤などの医薬として有用である。一方、BTCプロモーター活性を阻害する化合物またはその塩は、BTCの発現を阻害することができるので、例えば、アテローム性動脈硬化症のような平滑筋細胞増殖に起因する疾病あるいは糖尿病性網膜症などの各種疾病に対する安全で低毒性な治療・予防剤などの医薬として有用である。上記スクリーニング方法を用いて得られる化合物またはその塩を上述の治療・予防剤として使用する場合、前記と同様に実施することができる。
【0022】〔ベータセルリン遺伝子導入動物〕本発明の外来性BTC遺伝子またはその変異遺伝子を組み込んだDNAを有するトランスジェニック非ヒト動物(以下、BTC遺伝子導入動物と略記する)は、未受精卵、受精卵、精子およびその始原細胞を含む生殖細胞などに対して、好ましくは、非ヒト動物の発生における胚形成初期の段階(さらに好ましくは、単細胞または受精卵細胞の段階で、かつ一般に8細胞期以前)に、自体公知の方法(例えば、リン酸カルシウム法、電気パルス法、リポフェクション法、凝集法、マイクロインジェクション法、パーティクルガン法、DEAE−デキストラン法など)により目的とするBTC遺伝子を導入することによって作出することができる。また、該BTC遺伝子導入方法により、体細胞、生体の臓器、組織細胞などに目的とする本発明の外来性BTC遺伝子を導入し、細胞培養、組織培養などに利用することもでき、さらに、これら細胞を上述の生殖細胞と自体公知の細胞融合法により融合させることにより本発明のBTC遺伝子導入動物を作出することもできる。
【0023】非ヒト動物としては、前記と同様のものが用いられる。外来性BTC遺伝子とは、非ヒト動物の体内に存在しているBTC遺伝子ではなく、いったん動物から単離・抽出されたBTC遺伝子、あるいは、遺伝子工学的手法を用いてクローニングされたBTCcDNAなどが用いられる。具体的には、前記した配列番号:3または配列番号:4で表わされる塩基配列を有する遺伝子などが用いられる。BTC遺伝子の変異遺伝子(以下、変異BTC遺伝子と略記する)としては、元のBTC遺伝子の塩基配列に変異(例えば、突然変異など)が生じたもの、具体的には、塩基の付加、欠損、他の塩基への置換などが生じたBTC遺伝子などが用いられ、また、BTC遺伝子の変異遺伝子(以下、変異BTC遺伝子と略記する)も含まれる。該変異BTC遺伝子としては、変異したBTCを発現させるBTC遺伝子を意味し、例えば、正常なBTCの機能を抑制するBTCを発現させるBTC遺伝子などが用いられる。外来性BTC遺伝子は、対象とする動物と同種あるいは異種のどちらの動物由来のものであってもよいがヒト由来BTC遺伝子が好ましい。外来性BTC遺伝子またはその変異遺伝子を組み込んだDNAとしては、外来性BTC遺伝子またはその変異遺伝子を含有するDNAであればいかなるものであってもよい。BTC遺伝子を対象動物に導入させるにあたっては、該BTC遺伝子を動物細胞で発現させうるプロモーターの下流に結合したDNAコンストラクトとして用いるのが一般に有利である。例えば、ヒトBTC遺伝子を導入させる場合、これと相同性が高いBTC遺伝子を有する各種非ヒト動物(例えば、ウサギ、イヌ、ネコ、モルモット、ハムスター、ラット、マウスなど)由来のBTC遺伝子を発現させうる各種プロモーターの下流に、ヒトBTC遺伝子を結合したDNAコンストラクト(例、ベクターなど)を対象動物の受精卵、例えば、マウス受精卵へマイクロインジェクションすることによってBTC遺伝子を高発現するBTC遺伝子導入動物を作出することができる。
【0024】BTC発現用ベクターとしては、大腸菌由来のプラスミド(例、pBR322,pBR325,pUC12,pUC13など)、枯草菌由来のプラスミド(例、pUB110,pTB5,pC194など)、酵母由来のプラスミド(例、pSH19,pSH15など)、λファージなどのバクテリオファージ、モロニー白血病ウイルスなどのレトロウイルス、ワクシニアウイルスまたはアデノウイルスベクター、バキュロウイルス、ウシ乳頭腫ウイルス、ヘルペスウイルス群からのウイルス、またはエプスタイン・バー・ウイルスなどの動物ウイルスなどまたはその誘導体など)などが用いられる。なかでも、大腸菌由来のプラスミド、枯草菌由来のプラスミドまたは酵母由来のプラスミドなどが好ましく用いられる。上記のBTC遺伝子発現に用いられるプロモーターとしては、例えば、ウィルス(例、シミアンウィルス、サイトメガロウィルス、モロニー白血病ウィルス、JCウィルス、乳癌ウィルス、ポリオウィルスなど)に由来するプロモーター、各種動物(ヒト、ウサギ、イヌ、ネコ、モルモット、ハムスター、ラット、マウスなど)および鳥類(ニワトリなど)由来のものとしては、アルブミン、インシュリンII、ウロプラキンII、エラスターゼ、エリスロポエチン、エンドセリン、筋クレアチンキナーゼ、グリア線維性酸性タンパク質、グルタチオンS−トランスフェラーゼ、血小板由来成長因子β、ケラチンK1,K10およびK14、コラーゲンI型およびII型、サイクリックAMP依存タンパク質キナーゼβIサブユニット、ジストロフィン、酒石酸抵抗性アルカリフォスファターゼ、心房ナトリウム利尿性因子、内皮レセプターチロシンキナーゼ(一般にTie2と略される)、ナトリウムカリウムアデノシン3リン酸化酵素(Na,K−ATPase)、ニューロフィラメント軽鎖、メタロチオネインIおよびIIA、メタロプロティナーゼ1組織インヒビター、MHCクラスI抗原(H−2L)、H−ras、レニン、ドーパミンβ−水酸化酵素、甲状腺ペルオキシダーゼ(TPO)、ポリペプチド鎖延長因子1α(EF−1α)、βアクチン、αおよびβミオシン重鎖、ミオシン軽鎖1および2、ミエリン基礎タンパク質ク、チログロブリン、Thy−1、免疫グロブリン、H鎖可変部(VNP)、血清アミロイドPコンポーネント、ミオグロビン、トロポニンC、平滑筋αアクチン、プレプロエンケファリンA、バソプレシンなどのプロモーターなどが用いられる。なかでも、好ましくは、各種動物由来のインシュリンIIプロモーターなどが用いられる。
【0025】上記ベクターは、BTC遺伝子導入動物において目的とするメッセンジャーRNAの転写を終結する配列(一般にターミネターと呼ばれる)を有していることが好ましく、例えば、ウィルス由来、各種哺乳動物および鳥類由来の各BTC遺伝子の配列を用いることができ、好ましくは、シミアンウィルスのSV40ターミネターなどが用いられる。その他、目的BTC遺伝子をさらに高発現させる目的で遺伝子のスプライシングシグナル、エンハンサー領域、真核細胞の遺伝子のイントロンの一部などをプロモーター領域の5'上流、プロモーター領域と翻訳領域間あるいは翻訳領域の3'下流に連結することも目的により可能である。正常なBTCの翻訳領域は、各種動物(例えば、ウサギ、イヌ、ネコ、モルモット、ハムスター、ラット、マウス、ヒトなど)由来の肝臓、腎臓、甲状腺細胞、線維芽細胞由来DNAおよび市販の各種ゲノムライブラリーよりゲノム遺伝子の全てあるいは一部として、または肝臓、腎臓、甲状腺細胞、線維芽細胞由来RNAより公知の方法により調製された相補BTC遺伝子を原料として取得することが出来る。また、外来性変異BTC遺伝子は、上記の細胞または組織より得られた正常BTCの翻訳領域を点突然変異誘発法により変異させることにより作製することができる。該翻訳領域は導入動物において発現しうるDNAコンストラクトとして、前記のプロモーターの下流および所望により転写終結部位の上流に連結させる通常の遺伝子工学的手法により作製することができる。受精卵細胞段階におけるBTC遺伝子の導入は、対象動物の生殖細胞および体細胞のすべてに存在するように確保される。BTC遺伝子導入後の作出動物の生殖細胞において、BTC遺伝子が存在することは、作出動物の後代がすべて、その生殖細胞および体細胞のすべてにBTC遺伝子を保持することを意味する。BTC遺伝子を受け継いだこの種の動物の子孫はその生殖細胞および体細胞のすべてにBTC遺伝子を有する。
【0026】外来性正常BTC遺伝子を導入させた非ヒト動物は、交配によりBTC遺伝子を安定に保持することを確認して、該BTC遺伝子保有動物として通常の飼育環境で継代飼育することが出来る。受精卵細胞段階におけるBTC遺伝子の導入は、対象動物の生殖細胞および体細胞の全てに過剰に存在するように確保される。BTC遺伝子導入後の作出動物の生殖細胞においてBTC遺伝子が過剰に存在することは、作出動物の子孫が全てその生殖細胞および体細胞の全てにBTC遺伝子を過剰に有することを意味する。BTC遺伝子を受け継いだこの種の動物の子孫はその生殖細胞および体細胞の全てにBTC遺伝子を過剰に有する。導入BTC遺伝子を相同染色体の両方に持つホモザイゴート動物を取得し、この雌雄の動物を交配することによりすべての子孫が該BTC遺伝子を過剰に有するように繁殖継代することができる。このようにして得られた子孫も本発明の動物に含まれる。正常BTC遺伝子を有する非ヒト動物は、正常BTC遺伝子が高発現させられており、内在性の正常BTC遺伝子の機能を促進することにより最終的にBTC機能亢進症を発症することがあり、その病態モデル動物として利用することができる。例えば、正常BTC遺伝子導入動物を用いて、高BTC症や、BTC関連疾患(例えば、創傷、潰瘍、血管奇形、インシュリン依存性糖尿病、動脈硬化症(例、アテローム性動脈硬化症など)、糖尿病性合併症、糖尿病性腎症、糖尿病性神経障害、糖尿病性網膜症、高コレステロール血症、高グリセリド血症、高脂血症、糖尿病性膵臓機能障害、老人性膵臓機能低下症、未分化型膵臓癌など)の病態機序の解明およびこれらの疾患の治療方法の検討を行なうことが可能である。また、外来性正常BTC遺伝子を導入させた動物は、遊離BTCの増加症状を有することから、上記BTC関連疾患に対する治療薬のスクリーニング試験にも利用可能である。
【0027】一方、外来性変異BTC遺伝子を有する非ヒト動物は、交配によりBTC遺伝子を安定に保持することを確認して該BTC遺伝子保有動物として通常の飼育環境で継代飼育することが出来る。さらに、目的BTC遺伝子を前述のプラスミドに組み込んで原科として用いることができる。プロモーターとのDNAコンストラク卜は、通常のBTC遺伝子工学的手法によって作製することができる。受精卵細胞段階における変異BTC遺伝子の導入は、対象動物の生殖細胞および体細胞の全てに存在するように確保される。BTC遺伝子導入後の作出動物の生殖細胞において変異BTC遺伝子が存在することは、作出動物の子孫が全てその生殖細胞および体細胞の全てに本発明の変異BTC遺伝子を有することを意味する。変異BTC遺伝子を受け継いだこの種の動物の子孫は、その生殖細胞および体細胞の全てに変異BTC遺伝子を有する。導入BTC遺伝子を相同染色体の両方に持つホモザイゴート動物を取得し、この雌雄の動物を交配することによりすべての子孫が該変異BTC遺伝子を有するように繁殖継代することができる。変異BTC遺伝子を有する非ヒト動物は、変異BTC遺伝子が高発現させられており、内在性の正常BTC遺伝子の機能を阻害することにより最終的にBTC機能不全症となることがあり、その病態モデル動物として利用することができ、例えば、変異BTC遺伝子導入動物を用いて、BTC機能不全症の病態機序の解明およびこの疾患を治療方法の検討を行なうことが可能である。また、具体的な利用可能性としては、変異BTC遺伝子高発現動物は、BTC機能不全症における変異BTCによる低BTC症を解明するモデルとなる。また、外来変異BTC遺伝子を導入させた動物は、遊離BTCの増加症状を有することから、BTC機能不全症(例えば、インシュリン依存性糖尿病、動脈硬化症(例、アテローム性動脈硬化症など)、糖尿病性合併症、糖尿病性腎症、糖尿病性神経障害、糖尿病性網膜症、耐糖能異常、高コレステロール血症、高グリセリド血症、高脂血症、糖尿病性膵臓機能障害、老人性膵臓機能低下症、未分化型膵臓癌など)に対する治療薬スクリーニング試験にも利用可能である。
【0028】また、上記2種類のBTC遺伝子導入動物のその他の利用可能性として、例えば、■組織培養のための細胞源としての使用、■BTC遺伝子導入動物の組織中のBTC遺伝子もしくはRNAを直接分析するか、またはBTC遺伝子高発現組織を分析することによる、BTCにより特異的に発現あるいは活性化するタンパク質との関連性についての解析、■BTC遺伝子を有する組織の細胞を標準組織培養技術により培養し、これらを使用して、一般に培養困難な組織からの細胞の機能の研究、■上記■記載の細胞を用いることによる細胞の機能を高めるような薬剤のスクリーニング、および■変異BTCの単離精製およびその抗体作製などが考えられる。さらに、BTC遺伝子導入動物を用いて、BTC機能不全症を含む、BTC関連疾患の臨床症状を調べることができ、また、BTC関連疾患モデルの各臓器におけるより詳細な病理学的所見が得られ、新しい治療方法の開発、さらには、該疾患による二次的疾患の研究および治療に貢献することができる。また、BTC遺伝子導入動物から各臓器を取り出し、細切後、トリプシンなどのタンパク質分解酵素により、BTC遺伝子導入細胞の取得、その培養またはその培養細胞の系統化を行なうことが可能である。さらに、BTC産生細胞の特定化、分化あるいは増殖との関連性、またはそれらにおけるシグナル伝達機構を調べ、それらの異常を調べることなどができ、BTCおよびその作用解明のための有効な研究材料となる。さらに、BTC遺伝子導入動物を用いて、BTC機能不全症を含む、BTC関連疾患の治療薬の開発を行なうために、上述の検査法および定量法などを用いて、有効で迅速な該疾患治療薬のスクリーニング法を提供することが可能となる。また、BTC遺伝子導入動物または外来性BTC遺伝子発現ベクターを用いて、BTC関連疾患のBTC遺伝子治療法を検討、開発することが可能である。遺伝子治療法を検討する際には、例えば、レトロウイルスベクター、アデノウイルスベクター、AAVベクター、ヘルペスウイルスベクターなどのウイルスベクターあるいは、膜融合リポソーム法などが用いられる。上記の外来性BTC遺伝子発現ベクターは医薬としてBTC機能不全症または欠損症患者の遺伝子治療に用いることができる。具体的には、上記の外来性BTC遺伝子発現ベクターを(1)特表平9−501046記載の方法またはそれに準じた方法などにより、 BTC機能不全症または欠損症患者の骨髄細胞に移植することによる方法、(2)特表平9−505084に記載またはそれに準じた方法などにより、BTC機能不全症または欠損症患者の筋肉組織、血管系、腸、皮膚、眼、肺などに投与する方法、または(3)特表平9−505561に記載またはそれに準じた方法などにより、BTC機能不全症または欠損症患者の脳脊髄液に投与する方法などを用いることによってBTC遺伝子を患者の体内で発現させることを可能たらしめる。また、 BTC機能不全症または欠損症患者の卵細胞に上記の方法によりBTC遺伝子を導入することにより、患者の子孫におけるBTC機能不全症または欠損症を予防することも可能である。
【0029】本明細書および図面において、塩基やアミノ酸などを略号で表示する場合、IUPAC−IUB Commision on Biochemical Nomenclature による略号あるいは当該分野における慣用略号に基づくものであり、その例を下記する。またアミノ酸に関し光学異性体があり得る場合は、特に明示しなければL体を示すものとする。
DNA :デオキシリボ核酸cDNA :相補的デオキシリボ核酸A :アデニンT :チミンG :グアニンC :シトシンRNA :リボ核酸mRNA :メッセンジャーリボ核酸Gly :グリシンAla :アラニンVal :バリンLeu :ロイシンIle :イソロイシンSer :セリンThr :スレオニンCys :システインMet :メチオニンGlu :グルタミン酸Asp :アスパラギン酸Lys :リジンArg :アルギニンHis :ヒスチジンPhe :フェニルアラニンTyr :チロシンTrp :トリプトファンPro :プロリンAsn :アスパラギンGln :グルタミン【0030】本明細書の配列表の配列番号は、以下の配列を示す。
〔配列番号:1〕ヒト由来BTCのアミノ酸配列を示す。
〔配列番号:2〕マウス由来BTCのアミノ酸配列を示す。
〔配列番号:3〕ヒト由来BTCをコードするDNAの塩基配列を示す。
〔配列番号:4〕マウス由来BTCをコードするDNAの塩基配列を示す。
〔配列番号:5〕プライマーRI−1の塩基配列を示す。
〔配列番号:6〕プライマーRI−3の塩基配列を示す。
〔配列番号:7〕プライマーRI−1Claの塩基配列を示す。
〔配列番号:8〕プライマーRI−3Xhoの塩基配列を示す。
〔配列番号:9〕プライマーNeo2の塩基配列を示す。
〔配列番号:10〕プライマーmBT40の塩基配列を示す。
〔配列番号:11〕プライマーREL−1の塩基配列を示す。
〔配列番号:12〕プライマーREL−2の塩基配列を示す。
〔配列番号:13〕プライマーREL−1Clの塩基配列を示す。
〔配列番号:14〕プライマーREL−2Xhの塩基配列を示す。
〔配列番号:15〕プライマーBT107hの塩基配列を示す。
【0031】後述の実施例1で得られたBTC遺伝子欠損ES細胞BB15F11は、平成9年2月26日から通商産業省工業技術院生命工学工業技術研究所(NIBH)に受託番号FERM BP−5842として寄託されている。
【0032】
【実施例】以下に、本発明を参考例および実施例を示してさらに詳細に説明するが、本発明の範囲はこれらに限定されるものではない。
【0033】
【参考例1】ES細胞用フィーダー細胞の調製フィーダーとして用いるSTO細胞は10%牛胎仔血清(FBS:Flow)、0.1mM非必須アミノ酸(NEAA:GIBCO)を含むダルベッコ変法イーグル培地(DMEM:日水製薬)(以下、STO細胞用培地と称する)で培養し、コンフルエントになる直前の約70〜80%コンフルエントまで培養した時点で培地に終濃度10μg/mlになるようマイトマイシンC(協和発酵工業)を加え37℃で2.5時間培養した後、1mM EDTA含有ダルベッコリン酸緩衝生理食塩液(PBS(−))で2回洗浄し、0.025%トリプシンを含む1mM EDTA−PBS(−)処理によりシングルセルサスペンジョンとした後培地を加え200×g 5分間遠心して細胞を集めた。STO細胞用培地で細胞を2×105個/mlの濃度に懸濁し、予め0.1%ゼラチン溶液(シグマ社)でコーティングしておいた24穴リンブロカルチャープレートあるいは35mm、60mm、100mmのペトリディシュ(ファルコン社)にそれぞれ1ml、2ml、3ml、10mlの細胞懸濁液を加えて単層のフィーダー細胞を調製した。
【0034】
【参考例2】ES細胞株の樹立BDF1の雌マウスに5IUの妊馬血清セロトロピン(PMS:帝国臓器製薬)を腹腔内に投与後、46〜48時間後にさらに5IUのヒト絨毛性ゴナドトロピン(hCG:帝国臓器製薬)を腹腔内投与することにより過排卵を誘起した。同系の雄マウスと交配後2.5日目に開腹し、子宮潅流により8細胞期の胚を採取した。該8細胞期の胚をLIF(Leukemia Inhibitory Factor:白血球増殖阻止因子)を含まないES細胞用培地(ESM:20%非働化FBS(牛胎仔血清:Flow),0.1mM NEAA(NE amino acid),1.0mM ピルビン酸ナトリウム(Flow),0.1mM 2−メルカプトエタノール(2−ME:シグマ社),0.1mM ヌクレオシド(シグマ社)およびリコンビナントマウスLIF(rmLIF)(1×103U/ml:AMRAD)を含むDMEM(日水製薬))中でゼラチン処理した24穴リンブロカルチャープレートで一晩培養した。胚盤胞まで卵割した胚をガラスキャピラリーで吸引採取し、予め培地を通常用いる量の5倍量(5×103U/ml)のLIFを含むESMに置き換えた参考例1記載のフィーダー細胞上に播種した。栄養外胚葉が破れて内部細胞塊が大きく成長してきた時に、ガラスキャピラリーで内部細胞塊を吸引採取し、0.025%トリプシン含有1mM EDTA−PBS(−)のマイクロドロップ内でシングルセルサスペンジョンとした後フィーダー細胞上に再び播種した。細胞塊の細胞数が100個程度まで増えた時点でPCR法を用いて、マウスのY染色体上の性決定領域(sex-determining region of the Y-chromosome:Sry)遺伝子を増幅し、これを検出することにより雄の核型を持つ細胞を選別した。選別した細胞を2〜3日毎にトリプシン−EDTA処理によりフィーダー細胞上への播種を行い、順次培養スケールを大きくして継代し、細胞数が約106個/mlまで増えた時点で、G−バンディング法により染色体数をカウントして、雄型で染色体数40(正常値)のものを選択し、細胞の劣化を防ぐため10%FBS、10%DMSO(シグマ社)を含むDMEMを凍結用培地として早期に-80℃で凍結保存した。このようにしてES細胞株BDM−3およびBDM−5を取得した。
【0035】
【参考例3】ターゲティングベクターpTB1875の構築既報のマウスBTC cDNA〔Science 第259巻, 1604頁 (1993年)〕をプローブとして、マウスゲノム遺伝子ライブラリー(BALB/cマウス)をスクリーニングした。スクリーニングはプラークハイブリダイゼーション法にて行い、15kb SalI断片のマウスゲノム遺伝子を得た。この15kb SalI断片はpBluescriptIISK+のSalI部位にクローニングし、プラスミドpTB1831とした。15kb断片をEcoRIまたはHindIIIで切断し、得られた3kbおよび6kbのEcoRI断片をpUC118のEcoRI部位にクローニングしてプラスミドpTB1832およびpTB1833を、また6.5kbおよび3.4kb HindIII断片をpUC119のHindIII部位にクローニングしてpTB1835およびpTB1836を取得した。これらマウスBTCゲノムDNAをクローニングしたプラスミド(pTB1831,pTB1832,pTB1833,pTB1835,pTB1836)を用いて、マウスBTCゲノムDNA 15kb断片の主要な制限酵素地図を作製した後、マウスBTC cDNAをプローブとしたサザンブロット解析、cDNA配列をもとに作製したプライマーを用いたPCR解析、および塩基配列解析により、15kb BTCゲノム上のエクソンの位置を決定した。〔図1〕に示すように、この15kb DNA上には、第3,第4,第5および第6エクソンが存在することが判明した。さらにマウス細胞DNAを用いた解析から、第3エクソンの上流11kbに第2エクソン、そのさらに上流15kbに第1エクソンが存在することが判った。
【0036】上記pTB1836のマウスBTCゲノムDNAの第4エクソンを含む1.2kb HindIII−EcoRV断片を、pBluescriptIISK+のマルチクローニング部位のBamHI,SmaI,PstI切断部位を欠失させたもののHindIIIとEcoRVの間にT4DNAリガーゼ反応により組み込み、プラスミドpTB1864を構築した。一方、プラスミドpKJ2から切り出した、ホスホグリセレートキナーゼ(PGK)プロモーターを含む0.5kb EcoRI−PstI断片(Biochem. Genet., 28 (1990) 299-308)を、EcoRIおよびPstIで切断したプラスミドpBluescriptIISK+に連結してpTB1863を得た。このpTB1863から0.5kb EcoRI−BamHI断片(PGKプロモーター)を単離し、プラスミドpMK〔Brinster, R.L.ら, Cell 第27巻, 223頁 (1981年)〕をBglII−SalIで切断して得られた3.0kb断片(HSV−TK遺伝子を含む)と共に、EcoRI−SalIで切断したpUC118に連結してプラスミドpTB1866を構築した。このpTB1866をEcoRIおよびPvuIIで切断してPGKプロモーターとHSU−TK遺伝子を含む2.2kb断片を単離し、先に構築したpTB1864のマウスBTC遺伝子下流に存在するEcoRI−EcoRVの間に挿入して、プラスミドpTB1867を得た〔図2〕。pTB1867はSalIで切断し、プラスミドpMC1neopolyA(STRATAGENE, VS-2132-01)から切り出した1.15kb SalI−XhoI断片(ネオマイシン耐性遺伝子発現ユニット)をこのSalI部位に組み込んでプラスミドpTB1870を得た。この時、EcoRI−HindIIIで切断して挿入断片の方向を確認し、ネオマイシン耐性遺伝子がマウスBTC遺伝子に対して逆向きに挿入されているものを選択した〔図3〕。
【0037】プラスミドpCH110(ファルマシア 27-4508-01)をEcoRIで切断して得られた1.2kb断片と、プラスミドpMC1871(ファルマシア 27-4945-01)をEcoRIで部分消化して得られた6.6kb断片を連結してpLacZpolyAを得た。これをSmaIで切断し、NcoIリンカーを連結することによりNcoI切断部位を挿入したプラスミドpLacZpolyA/Neoを得た。このプラスミドをHindIIIで切断後、DNAポリメラーゼKlenow断片で切断末端を平滑化し、BglIIリンカーをT4DNAリガーゼ反応により連結したのちNcoIおよびBglIIで切断して、lacZ遺伝子を含む4.2kb断片を単離した。次に、マウスBTCゲノム15kb断片を含むpTB1831を、SalIおよびNcoIで切断し、第3エクソンに存在するNcoIから上流の7.3kb断片を単離した。この7.3kb SalI−NcoI断片(マウスBTCゲノム)を前述の4.2kb NcoI−BglII断片(lacZ)と共に、先に構築したpTB1870のSalIとBamHIの間に挿入連結して、ターゲティングベクターpTB1875を構築した〔図3〕。
【0038】
【参考例4】BTC遺伝子導入ベクターの構築ラット尾から常法に従ってゲノムDNAを調製した。このDNAをテンプレートとして、既報のラットインシュリンII遺伝子プロモーターの塩基配列(GenBank:Accession No. J00748)をもとに合成したプライマーRI−1〔5'−AGAGTCAAGGATCCCCCAACCACT−3'(配列番号:5)〕およびRI−3〔5'−AGCTGGTCACTTAGGGCTGGGG−3'(配列番号:6)〕を用いてPCR法によりインシュリンプロモーター領域0.75kbを増幅した。さらに、このPCR産物をテンプレートとしてプライマーRI−1Cla〔5'−GAATCGATAGAGTCAAGGATCCCCCA−3'(配列番号:7)〕およびRI−3Xho〔5'−GACTCGAGCTGGTCACTTAGGG−3'(配列番号:8)〕を用いてPCRを行った。増幅された0.75kb DNA断片を単離し、pT7Blueベクター(Novagen 69820−1)に組み込んで得られたプラスミドpTB1881を用いてクローニングされた断片の塩基配列を決定し、ラットインシュリンプロモーターであることを確認した。プラスミドpTB1881をXhoI−ClaIで切断してラットインシュリンプロモーターである0.73kb DNA断片を得た。ヒトBTC cDNA発現プラスミドpTB1515(特開平4−352800)をXhoI−HindIIIで切断して得られた1.1kb断片(hBTC cDNA,SV40スプライシング部位およびSV40ポリA付加部位を含む)、およびHindIII−ClaIで切断して得られた2.3kb断片(pBR322由来oriおよびアンピシリン耐性遺伝子を含む)を単離し、これらと前述のラットインシュリンプロモーター領域を含む0.73kb XhoI−ClaI断片をT4DNAリガーゼ反応によって連結し、プラスミドpTB1884を得た〔図5〕。このプラスミドpTB1884をClaIで切断して得られる1.8kb断片をマウス受精卵にマイクロインジェクションすることによってBTC遺伝子が膵臓β細胞で高発現する導入動物を作出することができる。
【参考例5】BTC遺伝子導入ベクターpTB1969の構築ラット尾から調製したDNAをテンプレートとして,既報のラットエラスターゼI遺伝子プロモーターの塩基配列(GenBank:Accession No.J00730 )をもとに合成したプライマーREL−1[5’−TCCAGACCTGTTTGCTCTCCATAAC−3’(配列番号:11)]およびREL−2[5’−GAGTAGACCACTGCCCCTTGCCATG−3’(配列番号:12)]を用いてPCR法によりエラスターゼIプロモーター領域0.75kbを増幅した。さらに、このPCR産物をテンプレートとしてプライマーREL−1Cl [5’−GACTCAGTCCAGACCTGTTTGCTCTCC−3’(配列番号:13)]およびREL−2Xh [5’−GACTCGAGTAGACCACTGCCCCTTG−3’(配列番号:14)]を用いてPCRを行った。 増幅された0.75kb DNA断片を単離し、pT7Blueベクター(Novagen 69820-1)に組み込んでプラスミドpT7Blue/RELP−26を得た。組み込んだ断片の塩基配列を決定し、ラットエラスターゼIプロモーター であることを確認した。このプラスミドをプロモーター上流のクローニングベクター由来SmaI部位で切断後BglIIリンカーを付加し、BglII−XhoIで消化してラットエラスターゼIプロモーター0.75kb DNA断片を単離した。プラスミドpTB1560(プラスミドpTB1499(特開平4-352800)からヒトBTC cDNAを含む1.3kb XhoI DNA断片を切り出してプラスミドpUC119のSalI部位にサブクローニングしたもの)をSmaIで切断しBamHIリンカーをライゲーションして、ヒトBTC cDNAを含む1.0kb BamHI断片を単離した。このDNA断片を,参考例4記載のプラスミドpTB1884をBglIIで切断してBTC cDNA部分を除いたDNA断片と結合させpTB1964を得た。pTB1964ではpTB1884に比べてBTC cDNAの3’非翻訳領域が0.3kb長くBTC遺伝子の本来のpoly A付加シグナルが含まれている。pTB1964をXhoI−HindIIIで切断して得られた1.4kb断片(hBTC cDNA, SV40スプライシング部位およびSV40ポリA付加部位を含む)、およびHindIII−BamHIで切断して得られた2.3kb断片(pBR322由来oriおよびアンピシリン耐性遺伝子を含む)を単離し、これらと前述のラットエラスターゼIプロモーターを含む0.75kb BglII−XhoI断片をT4 DNAリガーゼ反応によって連結し,プラスミドpTB1969を得た[図10]。
【0039】
【実施例1】不活性化BTC遺伝子導入とBTC遺伝子欠損ES細胞の選別ほぼコンフルエントまで増殖した参考例2で得られたES細胞BDM−3(Cytotechnology 15, 1-5 (1996))をトリプシン処理により解離し、ES細胞用培地(ESM:DMEM、20% 非働化FBS、0.1mM 非必須アミノ酸、1.0mM ピルビン酸ナトリウム、0.1mM 2−ME、1×103U/ml rmLIF)を加えて反応を止め遠心後、上清を除去し、HEPES緩衝生理食塩液(21mM HEPES pH7.5、137mM NaCl、5mM KCl、0.7mM Na2HPO4、1g/リットル グルコース)で再懸濁し、ES細胞懸濁液を調製した。参考例3で得られたプラスミドpTB1875から制限酵素SalIで切り出したターゲティングベクターをフェノール−クロロホルム抽出し、エタノール沈殿を行って精製後、HEPES緩衝生理食塩液に溶かした。5×107個になるよう調製したES細胞懸濁液(0.5ml)に終濃度10μg/mlのターゲティングベクターを加え(ここで、より効率的な遺伝子導入細胞取得のためには終濃度100μg/mlとなるように加える)、バイオラッド(Bio−Rad )社のジーンパルサーを用い、250V 960μFでES細胞にベクターをエレクトロポレーションした。エレクトロポレーション後の細胞は直径10cmのペトリディッシュには3×106個ずつ播種し、播種後48時間はESMで培養し、その後培地にG418(200μg/ml:GIBCO)と1−(2−デオキシ−2−フルオロ−β−D−アラビノフラノシル)−5−ヨードウラシル(FIAU;0.2μM ネイチャー 第344巻、172頁(1990年)に準じて調製)を加えてBTC遺伝子欠損ES細胞の選択培養を開始した。2日ごとに培地を交換し9日から11日目に増殖したコロニーを採取し、順次スケールアップして培養した。得られたG418耐性株のBTC遺伝子欠損の判定は採取した各細胞の一部よりDNAを抽出し、制限酵素ApaIで消化した後、マウスゲノムDNAより調製した2.0kbのEcoRV−SacI断片〔図1〕をプローブAとして用いてサザンハイブリダイゼーション法により行った。BTC遺伝子のノックアウト細胞株では6.5kbp及び5.2kbpの位置にバンドが検出できた〔図4〕。これに対して対照である野生株(BDM−3)では6.5kbpのバンドのみが検出できた。サザンハイブリダイゼーションによる解析の結果、G418とFIAU両方に耐性を示した686クローンのうち、16クローンに変異が導入されている事が確認できた。BTCゲノムDNAおよびプラスミドpTB1875を用いたターゲッティングコンストラクトを〔図1〕に示す。
【0040】
【実施例2】BTC欠損マウスの作出実施例1で得られたBTC遺伝子がノックアウトされた16クローンのES細胞株のうち3クローンについてそれぞれ、田川らの集合キメラ法〔細胞工学第14巻,946頁(1995年)〕を行った。すなわち、参考例2に記載の方法でホルモン剤を投与して過排卵を誘起し、ICR雄マウスと交配後2.5日目に子宮潅流により採卵したICRマウス8細胞期胚を、酸性タイロード液(0.8g NaCl,0.02g KCl,0.024g CaCl2・2H2O,0.01g MgCl2・6H2O,0.1g グルコース,0.4g ポリビニルピロリドン:100ml,塩酸でpHを2.5に調整)のドロップに移して透明帯を溶解させたのちBWW−Hepes培地〔細胞工学 第13巻,1138頁(1994年)〕で洗浄した。予め直径6cmペトリディッシュに作った針穴にミネラルオイルでおおったBWW(Biggers, Whitten & Whittingham)培地小ドロップ中にES細胞塊(10〜15個の細胞)を入れ、ここに2.5日胚を2個ずつ入れて細胞塊と接着させてCO2インキュベーターで一晩培養した。この集合キメラ法によりできた胚盤胞(もしくは桑実胚)を精管結紮した雄との交配により作製した偽妊娠2.5日目のICRマウスを仮親として左右の子宮角へそれぞれ約10個の胚を移植した。その結果、BDM−3細胞の寄与率がほぼ100%および70%のキメラマウス(雄)が得られた。
【実施例3】BTC欠損マウスの作出−2実施例2で得られたキメラマウス(雄)をICRマウス(白色,雌)にバックク ロスし,その産仔のコートカラーの判定によりES細胞の生殖系列への分化能を調べた。BDM−3細胞の寄与率がほぼ100%のキメラマウス(Q2)から得られた75匹の子マウスはすべて黒色〜野生色を示し、産仔は全てES細胞由来であった。70 %のキメラマウス(Q1)から得られた120匹の子マウスでは、80匹がES細胞に 由来する黒色〜野生色を示した。ES細胞由来の子マウスの尾から定法に従ってDNAを抽出し、このゲノムDNAを 鋳型としてプライマーNeo2[5’−ACCTGCGTGCAATCCATCTTGTTC−3’(配列番号:9)]およびプライマーmBT40[5’−TACACCTGCCTTCAGGGCTAAATG−3’(配列番号:10)]を用いてPCRを行い産物をアガロースゲルにて解析した。Q2由来子マウス75匹のうち37匹、Q1由来子マウスのうち、ES細胞に由来する黒色〜野生色を示す80匹のうち32匹で、1.5kbpのバンドの増幅が認められ図6、BTC遺伝子に変異(欠損)が導入されたヘテロ接合体マウスであると考えられた。これらのマウスDNAについて,制限酵素EcoRIで消化したのち,実施例1と同様にプローブA(2.0kbのECcoRI−SacI断片図1)を用いてサザンハイブリダイゼーションにて解析した。実施例1で得られたBTC遺伝子欠損ES細胞株BB15F11と同様に6.1kbpおよび4.0kbpの位置にバンドが検出され(図6、図7)、ヘテロ接合体マウスであることが確認された。
【実施例4】BTC欠損マウスの性質実施例3で得られたBTCヘテロ欠損マウスの雌雄を交配することにより、ほぼ4分の1の確率でBTCホモ欠損マウスが得られた。図8に実施例3と同様のサザンハイブリダイゼーション法による解析結果を示した。TCホモ欠損マウスでは4.0kbpのバンドのみが検出された。さらに,マウス腎臓からmRNAを調製し、BTCのORF領域をプローブとしてノーザンブロット解析を行った結果を図9に示した。 野生型マウス(BTC+/+)では本来のBTC遺伝子に由来する3kbのバンドが見られ、ヘテロマウス(BTC+/−)では3kbのバンドおよびBTCとlacZの融合遺伝子に相当する4.5kbのバンドが、またホモマウス(BTC−/−)ではBTC/lacZ融合遺伝子の4.5kbのバンドのみが検出された。すなわちBTCホモ欠損マウスではBTC遺伝子が破壊されBTCとlacZの融合遺伝子が発現していることがmRNAレベルで確認された。BTCホモ欠損マウスは外見上特に異常は認められず、出生後の体重の増加もホモ、ヘテロ、野生型群の間に明らかな差は認められなかった。4週令、6週令、8週令の各群を用いて絶食後グルコース投与(2g/kg,ip)を行い、前後の血糖値を測定したが3群間に有意の耐糖能の差を認めなかった。4週令および6週令のホモ欠損マウスを用いて免疫組織化学および電顕による形態学的検討を行った結果、膵島の成熟障害を示唆する知見が得られた。(1)生後4週において神経組織に接した膵島が高頻度に認められた。(2)生後6週において,膵導管に取り囲まれた膵島や,導管を囲む膵島が多数認められ、電顕において膵島細胞と膵外分泌細胞や導管細胞との間に細胞間接着装置が観察された。
【実施例5】BTC遺伝子導入動物の作出参考例5記載のプラスミドpTB1969を制限酵素ClaIで切断し、2.2kb DNA断片(ラットエラスターゼIプロモーターによるhBTC発現ユニット)を単離した。このDNA溶液(10μg/ml,5mM Tris−HCl(pH7.4),0.1mMEDTA)をBDF1マウスの受精卵にマイクロインジェクション法により注入したのち、偽妊娠0.5日目のICRマウスの卵管に移植した(Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.、第78巻、第5016 頁、1981年)。生まれた子マウス121匹の尾からゲノムDNAを調製し、プライマーREL−1(参考例5に記載)およびプライマーBT107h[5’−AGCAGTGGCAGGGAGCTGGC−3’(配列番号:15)]を用いてPCR法により導入遺伝子の検定を行った。PCRの結果、期待される1.0kbのバンドが増幅された14匹のマウスについて、そのDNAを制限酵素BamHI消化したのち、ヒトBTCcDNAをプローブとしてサザンハイブリダイゼーション法による解析を行った。結果を図11に示した。1コピーから10コピーの導入遺伝子が組み込まれたヒトBTC遺伝子導入マウスが得られた。これらのマウスでは膵臓acinar細胞でのBTCの特異的発現が期待される(Nature vol.313,600−602,1985)。
【0041】
【発明の効果】本発明のBTC遺伝子が不活性化された非ヒト動物胚幹細胞は、BTC遺伝子発現不全非ヒト動物を作出する上で、非常に有用である。本発明のBTC発現不全非ヒト動物は、BTCにより誘導され得る種々の生物活性を欠失するため、BTCの生物活性の不活性化を原因とする疾病のモデルとなり得るので、BTC欠損に起因する各種疾病の予防・治療薬にスクリーニングや、BTC関連疾患の原因究明および治療法の検討に有用である。さらに、BTCプロモーター活性の促進または阻害活性を有する化合物またはその塩のスクリーニングに有用である。本発明のBTC遺伝子導入非ヒト動物は、高BTC症、BTC機能不全症などのBTC関連疾患の病態機序の解明およびこれらの疾患の治療方法の検討を行なうことができる。また、上記BTC関連疾患に対する治療薬のスクリーニングに使用することができる。さらに、外来性BTC遺伝子またはその変異遺伝子を含有し、動物において発現し得るベクターを含有してなる遺伝子治療用医薬はBTC関連疾患の遺伝子治療薬として有用である。本発明のスクリーニング方法は、BTC欠損に起因する各種疾病の予防・治療薬、またはBTCプロモーター活性の促進または阻害活性を有する化合物またはその塩を効率良くスクリーニングすることができる。
【0042】
【配列表】
【配列番号:1】
配列の長さ:80配列の型:アミノ酸トポロジー:直鎖状配列の種類:タンパク質配列Asp Gly Asn Ser Thr Arg Ser Pro Glu Thr Asn Gly Leu Leu Cys Gly 1 5 10 15Asp Pro Glu Glu Asn Cys Ala Ala Thr Thr Thr Gln Ser Lys Arg Lys 20 25 30Gly His Phe Ser Arg Cys Pro Lys Gln Tyr Lys His Tyr Cys Ile Lys 35 40 45Gly Arg Cys Arg Phe Val Val Ala Glu Gln Thr Pro Ser Cys Val Cys 50 55 60Asp Glu Gly Tyr Ile Gly Ala Arg Cys Glu Arg Val Asp Leu Phe Tyr 65 70 75 80【0043】
【配列番号:2】
配列の長さ:80配列の型:アミノ酸トポロジー:直鎖状配列の種類:タンパク質配列Asp Gly Asn Thr Thr Arg Thr Pro Glu Thr Asn Gly Ser Leu Cys Gly 1 5 10 15Ala Pro Gly Glu Asn Cys Thr Gly Thr Thr Pro Arg Gln Lys Val Lys 20 25 30Thr His Phe Ser Arg Cys Pro Lys Gln Tyr Lys His Tyr Cys Ile His 35 40 45Gly Arg Cys Arg Phe Val Val Asp Glu Gln Thr Pro Ser Cys Ile Cys 50 55 60Glu Lys Gly Tyr Phe Gly Ala Arg Cys Glu Arg Val Asp Leu Phe Tyr 65 70 75 80【0044】
【配列番号:3】
配列の長さ:240配列の型:核酸鎖の数:二本鎖トポロジー:直鎖状配列の種類:cDNA配列GATGGGAATT CCACCAGAAG TCCTGAAACT AATGGCCTCC TCTGTGGAGA CCCTGAGGAA 60AACTGTGCAG CTACCACCAC ACAATCAAAG CGGAAAGGCC ACTTCTCTAG GTGCCCCAAG 120CAATACAAGC ATTACTGCAT CAAAGGGAGA TGCCGCTTCG TGGTGGCCGA GCAGACGCCC 180TCCTGTGTCT GTGATGAAGG CTACATTGGA GCAAGGTGTG AGAGAGTTGA CTTGTTTTAC 240【0045】
【配列番号:4】
配列の長さ:240配列の型:核酸鎖の数:二本鎖トポロジー:直鎖状配列の種類:cDNA配列GATGGGAACA CAACCAGAAC ACCAGAAACC AATGGCTCTC TTTGTGGAGC TCCTGGGGAA 60AACTGCACAG GTACCACCCC TAGACAGAAA GTGAAAACCC ACTTCTCTCG GTGCCCCAAG 120CAGTACAAGC ATTACTGCAT CCATGGGAGA TGCCGCTTCG TGGTGGACGA GCAAACTCCC 180TCCTGCATCT GTGAGAAAGG CTACTTTGGG GCTCGGTGTG AGCGAGTGGA CCTGTTTTAC 240【0046】
【配列番号:5】
配列の長さ:24配列の型:核酸鎖の数:一本鎖トポロジー:直鎖状配列の種類:他の核酸 合成DNA配列AGAGTCAAGG ATCCCCCAAC CACT 24【0047】
【配列番号:6】
配列の長さ:22配列の型:核酸鎖の数:一本鎖トポロジー:直鎖状配列の種類:他の核酸 合成DNA配列AGCTGGTCAC TTAGGGCTGG GG 22【0048】
【配列番号:7】
配列の長さ:26配列の型:核酸鎖の数:一本鎖トポロジー:直鎖状配列の種類:他の核酸 合成DNA配列GAATCGATAG AGTCAAGGAT CCCCCA 26【0049】
【配列番号:8】
配列の長さ:22配列の型:核酸鎖の数:一本鎖トポロジー:直鎖状配列の種類:他の核酸 合成DNA配列GACTCGAGCT GGTCACTTAG GG 22【0050】
【配列番号:9】
配列の長さ:24配列の型:核酸鎖の数:一本鎖トポロジー:直鎖状配列の種類:他の核酸 合成DNA配列ACCTGCGTGC AATCCATCTT GTTC 24【0051】
【配列番号:10】
配列の長さ:24配列の型:核酸鎖の数:一本鎖トポロジー:直鎖状配列の種類:他の核酸 合成DNA配列TACACCTGCC TTCAGGGCTA AATG 24【0052】
【配列番号:11】
配列の長さ:25配列の型:核酸鎖の数:一本鎖トポロジー:直鎖状配列の種類:他の核酸 合成DNA配列TCCAGACCTG TTTGCTCTCC ATAAC 25【0053】
【配列番号:12】
配列の長さ:25配列の型:核酸鎖の数:一本鎖トポロジー:直鎖状配列の種類:他の核酸 合成DNA配列GAGTAGACCA CTGCCCCTTG CCATG 25【0054】
【配列番号:13】
配列の長さ:27配列の型:核酸鎖の数:一本鎖トポロジー:直鎖状配列の種類:他の核酸 合成DNA配列GACTCAGTCC AGACCTGTTT GCTCTCC 27【0055】
【配列番号:14】
配列の長さ:25配列の型:核酸鎖の数:一本鎖トポロジー:直鎖状配列の種類:他の核酸 合成DNA配列GACTCGAGTA GACCACTGCC CCTTG 25【0056】
【配列番号:15】
配列の長さ:20配列の型:核酸鎖の数:一本鎖トポロジー:直鎖状配列の種類:他の核酸 合成DNA配列AGCAGTGGCA GGGAGCTGGC 20【0057】
【出願人】 【識別番号】000002934
【氏名又は名称】武田薬品工業株式会社
【出願日】 平成10年(1998)3月16日
【代理人】 【弁理士】
【氏名又は名称】朝日奈 忠夫 (外1名)
【公開番号】 特開平11−285332
【公開日】 平成11年(1999)10月19日
【出願番号】 特願平10−65852