RU2459870C2 - Promoter for tissue-specific gene expression in terminal mammal tissues - Google Patents
Promoter for tissue-specific gene expression in terminal mammal tissues Download PDFInfo
- Publication number
- RU2459870C2 RU2459870C2 RU2010148126/10A RU2010148126A RU2459870C2 RU 2459870 C2 RU2459870 C2 RU 2459870C2 RU 2010148126/10 A RU2010148126/10 A RU 2010148126/10A RU 2010148126 A RU2010148126 A RU 2010148126A RU 2459870 C2 RU2459870 C2 RU 2459870C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- promoter
- gene
- cells
- tissue
- sequence
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Micro-Organisms Or Cultivation Processes Thereof (AREA)
- Medicines That Contain Protein Lipid Enzymes And Other Medicines (AREA)
Abstract
Description
Настоящее изобретение относится к биотехнологии, в частности к генной инженерии животных, к искусственным ДНК-конструкциям, демонстрирующим высокую активность транскрипционного промотора, с которого осуществляется экспрессия расположенной ниже произвольной нуклеотидной последовательности, транскрибируемой РНК-полимеразой II. Активность промотора ограничена герминальными клетками (ГК) и соответствующими тканями млекопитающих. Промотор может быть использован для терапии терминальных тканей, а также для создания трансгенных животных или модифицированных клеточных линий с заданными функциями.The present invention relates to biotechnology, in particular to animal genetic engineering, to artificial DNA constructs demonstrating the high activity of the transcriptional promoter from which the expression of an arbitrary nucleotide sequence transcribed by RNA polymerase II is carried out. The activity of the promoter is limited to germ cells (HA) and the corresponding mammalian tissues. The promoter can be used to treat terminal tissues, as well as to create transgenic animals or modified cell lines with specified functions.
Экспрессия генов обеспечивается геномными регуляторными элементами, включающими, в том числе, промоторы, энхансоры и сайленсеры различной структуры.Gene expression is provided by genomic regulatory elements, including, but not limited to, promoters, enhancers, and silencers of various structures.
Эти регуляторные элементы содержат уникальный набор более коротких мотивов, связывающих регуляторные белки, например, различные белки-факторы транскрипции. Получающийся уникальный репертуар участков связывания регуляторных белков, по-видимому, в основном и обуславливает транскрипционный контроль генов. Некоторые гены транскрибируются во всех тканях организма, некоторые - в нескольких тканях, а некоторые другие - только в единственной ткани. Регуляторные участки генов, характеризующихся такой тканеспецифической транскрипцией, можно использовать для создания генно-инженерных конструкций с целью специфической экспрессии интересующих последовательностей (РНК или белка) в строго определенной ткани (или в группе тканей) организма. Такая задача может быть поставлена, например, при создании стратегии генной терапии или при решении исследовательских задач. Генно-терапевтические применения могут быть нацелены на восполнение дефицита какого-либо белкового продукта в организме (например, введение в гематопоэтические стволовые клетки пациентов, страдающих наследственными формами гемофилии, конструкций, содержащих экспрессионную кассету с нормальной копией гена фактора свертываемости IX (Mates, L., Chuah, M.K., Belay, E., Jerchow, В., Manoj, N., Acosta-Sanchez, A., Grzela, D.Р., Schmitt, A., Becker, K., Matrai, J., Ma, L., Samara-Kuko, E., Gysemans, C., Pryputniewicz, D., Miskey, C., Fletcher, В., Vandendriessche, Т., Ivies, Z., and Izsvak, Z, (2009). Molecular evolution of a novel hyperactive Sleeping Beauty transposase enables robust stable gene transfer in vertebrates. Nat Genet 41, 753-61)), а также на борьбу с аутоиммунными и раковыми заболеваниями (de Bruin, Е.С., and Medema, J. P. (2008). Apoptosis and non-apoptotic deaths in cancer development and treatment response. Cancer Treat Rev 34, 737-49).These regulatory elements contain a unique set of shorter motifs that bind regulatory proteins, for example, various transcription factor proteins. The resulting unique repertoire of regulatory protein binding sites, apparently, mainly determines the transcriptional control of genes. Some genes are transcribed in all tissues of the body, some in several tissues, and some others only in a single tissue. Regulatory regions of genes characterized by such tissue-specific transcription can be used to create genetic engineering constructs for the specific expression of sequences of interest (RNA or protein) in a strictly defined tissue (or group of tissues) of the body. Such a task can be posed, for example, when creating a gene therapy strategy or when solving research problems. Gene-therapeutic applications can be aimed at filling the deficiency of any protein product in the body (for example, introducing into the hematopoietic stem cells of patients suffering from hereditary forms of hemophilia structures containing an expression cassette with a normal copy of the coagulation factor IX gene (Mates, L., Chuah, MK, Belay, E., Jerchow, B., Manoj, N., Acosta-Sanchez, A., Grzela, D.P., Schmitt, A., Becker, K., Matrai, J., Ma, L., Samara-Kuko, E., Gysemans, C., Pryputniewicz, D., Miskey, C., Fletcher, B., Vandendriessche, T., Ivies, Z., and Izsvak, Z, (2009). Molecular evolution of a novel hyperactive Sleeping Beauty transposase enables robust stable gene transfer in vertebrates. Nat Genet 41, 753-61)), as well as the fight against autoimmune and cancer diseases (de Bruin, E.C. and Medema, JP (2008). Apoptosis and non-apoptotic deaths in cancer development and treatment response. Cancer Treat Rev 34, 737-49).
В настоящее время ведется интенсивная разработка препаратов нового поколения, способных селективно воздействовать на раковые клетки с уменьшенной амплитудой побочных эффектов на нормальные ткани организма. Принцип действия таких препаратов основан на знании природы развития того или иного типа опухолей и происходящих в них биохимических процессов, зачастую - с учетом индивидуальных особенностей пациента.Currently, intensive development of new generation drugs is underway that can selectively affect cancer cells with a reduced amplitude of side effects on normal body tissues. The principle of action of such drugs is based on knowledge of the nature of the development of a particular type of tumor and the biochemical processes that occur in them, often taking into account the individual characteristics of the patient.
Известны препараты, специфично узнающие и убивающие клетки, на повышенном уровне экспрессирующие те или иные поверхностные антигены (часто - рецепторы клеточных факторов роста), клетки с инактивированными генами онкосупрессоров, клетки с аберрантно блокированными путями апоптоза (Frenzel, A., Grespi, F., Chmelewskij, W., and Villunger, A. (2009). Bcl2 family proteins in carcinogenesis and the treatment of cancer. Apoptosis 14, 584-96).Known drugs that specifically recognize and kill cells expressing certain surface antigens (often cell growth factor receptors), cells with inactivated cancer suppressor genes, cells with aberrantly blocked apoptosis pathways (Frenzel, A., Grespi, F., Chmelewskij, W., and Villunger, A. (2009). Bcl2 family proteins in carcinogenesis and the treatment of cancer. Apoptosis 14, 584-96).
В качестве средств доставки геннотерапевтических препаратов используют липосомы, вирусные частицы, полиплексы (Sobolev, A.S. (2008). Modular transporters for subcellular cell-specific targeting of anti-tumor drugs. Bioessays 30,278-87), "голая" ДНК или ДНК-липосахаридные комплексы (Yu, H., and Wagner, E. (2009). Bioresponsive polymers for nonviral gene delivery. Curr Opin Mol Ther 11, 165-78).Liposomes, viral particles, polyplexes (Sobolev, AS (2008). Modular transporters for subcellular cell-specific targeting of anti-tumor drugs. Bioessays 30,278-87), naked DNA or DNA liposaccharide complexes are used as delivery vehicles for gene therapy drugs. (Yu, H., and Wagner, E. (2009). Bioresponsive polymers for nonviral gene delivery. Curr Opin Mol Ther 11, 165-78).
Этот подход предусматривает введение в клетки организма генно-инженерных конструкций, специфично воздействующих на раковые клетки и приводящие к гибели последних. Широко рассматриваются, например, перспективы специфической активации внутриклеточных онкосупрессорных генов (Garcia-Echeverria, С., and Sellers, W.R. (2008). Drug discovery approaches targeting the PI3K/Akt pathway in cancer. Oncogene 27, 5511-26). Весьма многообещающим подходом представляется доставка в клетку "киллерных" генов (или "генов-убийц") под транскрипционным контролем промоторов, обладающих повышенной активностью в раковых клетках. При этом активность таких промоторов может характеризоваться сильной тканеспецифичностью, то есть быть специфичной для определенных типов тканей (соответственно, и определенных видов рака). Это свойство особенно полезно при лечении метастазов рака одной природы в ткани другого происхождения (например, метастазы рака груди в костную ткань (Rabbani, S.A., and Mazar, A.P. (2007). Evaluating distant metastases in breast cancer: from biology to outcomes. Cancer Metastasis Rev 26, 663-74)). Чрезвычайно важна "тонкая настройка" системы ген-промотор, которая должна обеспечить безвредность генно-терапевтического препарата для нормальных тканей организма. Иными словами, должно быть исключено "подтекание" промотора на уровне, обеспечивающем экспрессию гена-убийцы на достаточном для терапевтического эффекта уровне в здоровых клетках. Для этого в ряде случаев используемые промоторные последовательности модифицируют, удаляя или вводя в их состав регуляторные последовательности, как правило, - сайты узнавания транскрипционных факторов. Это позволяет модулировать тканеспецифичность экспрессии создаваемых генно-инженерных конструкций.This approach involves the introduction of genetic engineering constructs into the cells of the body that specifically affect cancer cells and lead to the death of the latter. Widely considered, for example, are the prospects for specific activation of intracellular oncosuppressive genes (Garcia-Echeverria, C., and Sellers, W.R. (2008). Drug discovery approaches targeting the PI3K / Akt pathway in cancer. Oncogene 27, 5511-26). A very promising approach seems to be delivery of killer genes (or “killer genes”) to the cell under transcriptional control of promoters with increased activity in cancer cells. Moreover, the activity of such promoters can be characterized by strong tissue specificity, that is, be specific for certain types of tissues (respectively, and certain types of cancer). This property is especially useful in treating cancer metastases of one nature in tissue of a different origin (for example, breast cancer metastases to bone tissue (Rabbani, SA, and Mazar, AP (2007). Evaluating distant metastases in breast cancer: from biology to outcomes. Cancer Metastasis Rev 26, 663-74)). Extremely important is the “fine tuning” of the gene promoter system, which should ensure the harmlessness of the gene therapeutic drug for normal body tissues. In other words, the “leakage” of the promoter should be excluded at a level that ensures the expression of the killer gene at a level sufficient for the therapeutic effect in healthy cells. For this, in some cases, the used promoter sequences are modified by removing or introducing into their composition regulatory sequences, as a rule, recognition sites of transcription factors. This allows you to modulate the tissue specificity of the expression of the created genetic engineering constructs.
В то же время ни одна из вышеперечисленных систем не может обеспечить сильной строго тканеспецифической экспрессии эффекторного гена в герминальных клетках (ГК).At the same time, none of the above systems can provide strong, strictly tissue-specific expression of the effector gene in germ cells.
Тканеспецифическая экспрессия генов в герминальных клетках (ГК) обусловлена наличием в этом типе клеток ряда уникальных транскрипционных факторов, узнающих особые нуклеотидные мотивы в составе промоторов регулируемых генов. Специфичность действия большего числа таких транскрипционных факторов пока не установлена, но для промоторов значительного числа генов известна их тканеспецифическая активация именно в ГК млекопитающих (Wu, H., Chen, Y., Miao, S., Zhang, С., Zong, S., Koide, S. S., and Wang, L. Sperm associated antigen 8 (SPAG8), a novel regulator of activator of CREM in testis during spermatogenesis. FEBS Lett 584, 2807-15). При этом характеристика регуляторных элементов в составе таких промоторов, как правило, не проведена, а точные границы промоторов не определены. Например, для гена человека MAST2, кодирующего особую форму ассоциированной с микротрубочками серин/треониновой киназы, известна ярко выраженная тканеспецифичность его экспрессии в клетках зародышевого пути, но регуляция экспрессии гена не исследована и последовательность промотора функционально не охарактеризована. Известно также, что в ГК активизируются промоторы некоторых повторяющихся элементов генома, в частности, длинные концевые повторы эндогенных ретровирусов человека семейства HERV-K(HML-2) (Buzdin, A. (2007). Human-specific endogenous retroviruses. ScientificWorldJournal 7, 1848-68). Как и в предыдущем случае, диапазон транскрипционных факторов, ответственных за регуляцию этих элементов в ГК, неизвестен.Tissue-specific gene expression in germ cells (HA) is due to the presence of a number of unique transcription factors in this type of cells that recognize specific nucleotide motifs in the promoters of regulated genes. The specificity of the action of a larger number of such transcription factors has not yet been established, but for promoters of a significant number of genes, their tissue-specific activation is known precisely in mammalian HA (Wu, H., Chen, Y., Miao, S., Zhang, C., Zong, S. , Koide, SS, and Wang, L. Sperm associated antigen 8 (SPAG8), a novel regulator of activator of CREM in testis during spermatogenesis. FEBS Lett 584, 2807-15). Moreover, the characteristic of regulatory elements in the composition of such promoters, as a rule, has not been carried out, and the exact boundaries of the promoters have not been determined. For example, for the human MAST2 gene, which encodes a special form of serine / threonine kinase associated with microtubules, the pronounced tissue specificity of its expression in germline cells is known, but the regulation of gene expression has not been studied and the promoter sequence has not been functionally characterized. It is also known that promoters of certain repeating elements of the genome are activated in HA, in particular, long terminal repeats of human endogenous retroviruses of the HERV-K family (HML-2) (Buzdin, A. (2007). Human-specific endogenous retroviruses. Scientific World Journal 7, 1848 -68). As in the previous case, the range of transcription factors responsible for the regulation of these elements in HA is unknown.
Ряд промоторов, преимущественно активных в ГК, был запатентован для получения различных тканеспецифичных генетических конструкций. Так, промотор гена сурвивина может быть использован для преимущественной транскрипции генно-инженерных кассет в клетках рака различной этиологии (Jyunichi, 2009).A number of promoters, mainly active in HA, were patented to obtain various tissue-specific genetic constructs. Thus, the survivin gene promoter can be used for preferential transcription of genetically engineered cassettes in cancer cells of various etiologies (Jyunichi, 2009).
Однако же такие промоторы имеют существенные недостатки: они или демонстрируют значительную транскрипционную активность и в других типах клеток, нежели ГК, или/и не могут обеспечить высокую транскрипцию нижележащих генов во вводимых конструкциях.However, such promoters have significant drawbacks: they either demonstrate significant transcriptional activity in other types of cells than HA, and / or cannot provide high transcription of the underlying genes in the introduced constructs.
Промоторы для тканеспецифической экспрессии генов в ГК высоковостребованы. Например, низкодифференцированные герминальные опухоли человека (около 1% всех детектируемых случаев рака) приводят к наиболее агрессивным видам злокачественных герминогенных опухолей. Создание терапевтических конструкций для их лечения с использованием новых высокоэффективных тканеспецифических промоторов является перспективным направлением биотехнологических и фармакогенетических исследований.Promoters for tissue-specific gene expression in HA are highly sought after. For example, low-differentiated germline human tumors (about 1% of all detected cases of cancer) lead to the most aggressive types of malignant germinogenic tumors. The creation of therapeutic constructs for their treatment using new highly effective tissue-specific promoters is a promising area of biotechnological and pharmacogenetic studies.
Прототипом настоящего изобретения является модель использования тканеспецифического промотора человеческого гена инволюкрина для экспрессии различного рода белков в эпителиальных клетках (United States Patent Application 20050193431; Tissue specific promoters and transgenic mouse for the screening of pharmaceuticals). Эта модель использует свойство уникального фрагмента генома человека, заключающееся в тканеспецифичной промоторной активности. Изобретение позволяет получать тканеспецифическую экспрессию любых вводимых генов в эпителии почек, мочеточников, мочевого пузыря, матки, пищевода, предстательной железы, селезенки и бронхов. Вместе с тем, изобретение-прототип не позволяет добиться тканеспецифичной экспрессии вводимых генов в ГК.A prototype of the present invention is a model for using a tissue-specific promoter of the human involucrin gene for expression of various kinds of proteins in epithelial cells (United States Patent Application 20050193431; Tissue specific promoters and transgenic mouse for the screening of pharmaceuticals). This model uses the property of a unique fragment of the human genome, which consists in tissue-specific promoter activity. The invention allows to obtain tissue-specific expression of any introduced genes in the epithelium of the kidneys, ureters, bladder, uterus, esophagus, prostate, spleen and bronchi. However, the prototype invention does not allow tissue-specific expression of the introduced genes in the HA.
Изобретение решает задачу создания искусственного сильного промотора, обладающего высокой тканевой специфичностью экспрессии генов в ГК.The invention solves the problem of creating an artificial strong promoter with high tissue specificity of gene expression in HA.
Поставленная задача решается за счет структуры промотра, состоящего из вышележащей последовательности гена человека NDUFV1 длиной 3574 пары нуклеотидов с удаленной проксимальной последовательностью длиной 91 п.о.The problem is solved due to the structure of the promoter, consisting of the overlying sequence of the human gene NDUFV1 with a length of 3574 nucleotides with a deleted proximal sequence of 91 bp in length.
Ген человека NDUFV1 является геном домашнего хозяйства и кодирует белок, вовлеченный в осуществление клеточного метаболизма в митохондриях (Dieteren, С.Е., Willems, P.H., Vogel, R.О., Swarts, H.G., Fransen, J., Roepman, R., Crienen, G., Smeitink, J.A., Nijtmans, L.G., and Koopman, W. J. (2008). Subunits of mitochondrial complex I exist as part of matrix- and membrane-associated subcomplexes in living cells. J Biol Chem 283, 34753-61). Как на уровне РНК, так и на белковом уровне, этот ген экспрессируется во всех тканях человека. Транскрипционная регуляция этого гена осуществляется вышележащей (относительно точки начала транскрипции) последовательностью, включающей в себя промотор и ряд отдаленных регуляторных элементов. Эксперимент по транзиентной трансфекции плазмидных векторов, содержащих вышележащую регуляторную последовательностью гена NDUFV1 длиной 3665 пар нуклеотидов, показывает, что она обеспечивает экспрессию репортерного гена люциферазы на уровне, превышающем уровень экспрессии люцифеназы для раннего промотора вируса SV40, в большинстве из двенадцати протестированных человеческих клеточных линий различного происхождения (Фиг.1).The human gene NDUFV1 is a household gene and encodes a protein involved in the implementation of cellular metabolism in mitochondria (Dieteren, C.E., Willems, PH, Vogel, R.O., Swarts, HG, Fransen, J., Roepman, R. , Crienen, G., Smeitink, JA, Nijtmans, LG, and Koopman, WJ (2008). Subunits of mitochondrial complex I exist as part of matrix- and membrane-associated subcomplexes in living cells. J Biol Chem 283, 34753-61 ) Both at the RNA level and at the protein level, this gene is expressed in all human tissues. The transcriptional regulation of this gene is carried out by an overlying (relative to the point of transcription start) sequence, which includes a promoter and a number of distant regulatory elements. The transient transfection experiment of plasmid vectors containing an upstream 3665 nucleotide NDUFV1 gene regulatory sequence shows that it provides expression of the luciferase reporter gene at a level higher than the level of lucifenase expression for the early promoter of SV40 virus, in most of the twelve tested human origin of different cell lines (Figure 1).
Используют следующие клеточные линии: ЕР2102, Tera1 (недифференцированный зародышевый рак яичка), Tera-2 (зародышевый рак яичка, частично дифференцированный в клетки нервной трубки), NGP127 (клетки нейробластомы), HepG2 (гепатокарцинома), А549 (карцинома легкого) и HEK 293 (эмбриональный рак почки). Кроме того, используют первичные человеческие клеточные культуры: макрофаги периферической крови, пуповинные мезенхимальные стволовые клетки (UC-MSC), плацентарные мезенхимальные стволовые клетки (PMSC) и мезенхимальные стволовые клетки костного мозга (BM-MSC), а также трансформированные клетки зародышевого мозга (FBC).The following cell lines are used: EP2102, Tera1 (undifferentiated germinal testicular cancer), Tera-2 (germinal testicular cancer, partially differentiated into neural tube cells), NGP127 (neuroblastoma cells), HepG2 (hepatocarcinoma), A549 (lung carcinoma) and HEK 293 (embryonic kidney cancer). In addition, primary human cell cultures are used: peripheral blood macrophages, umbilical cord mesenchymal stem cells (UC-MSC), placental mesenchymal stem cells (PMSC) and bone marrow mesenchymal stem cells (BM-MSC), as well as transformed germ cells (FBC) )
Удаление 91 пары нуклеотидов, располагающихся на самом 3'-конце этой вышележащей последовательности, приводит к резкому падению экспрессии репортерного гена во всех клеточных линиях, кроме линий герминального рака яичка человека Tera 1 и ЕР-2102 (Фиг.2). В этих линиях, являющихся производными трансформированных низкодифференцированных клеток зародышевого пути, фиксируют уменьшение уровня экспрессии репортерного гена в ~2,9-2,4 раза до значений, превышающих таковые для раннего промотора вируса SV40, тогда как в других клеточных линиях уровень экспрессии упал в 15-80 раз до труднодетектируемых значений.Removal of 91 pairs of nucleotides located at the 3'-end of this overlying sequence leads to a sharp decrease in the expression of the reporter gene in all cell lines, except for the human germinal testicular cancer lines Tera 1 and EP-2102 (Figure 2). In these lines, which are derivatives of transformed, low-differentiated cells of the germinal pathway, a decrease in the expression level of the reporter gene by ~ 2.9-2.4 times to values higher than those for the early promoter of the SV40 virus is recorded, while in other cell lines the expression level fell by 15 -80 times to hard-to-detect values.
Такая укороченная регуляторная последовательность длиной 3574 пары нуклеотидов обеспечивает экспрессию репортерного гена в клеточной линии Tera 1 на высоком уровне, соответствующем стандартному промотору CMV и около двух раз превосходящем уровень промотора SV40, тогда как в остальных линиях экспрессия детектируется лишь на ничтожно малом уровне (Фиг.3).Such a shortened regulatory sequence with a length of 3574 nucleotides ensures the expression of the reporter gene in the
Карта потенциальных участков связывания транскрипционных факторов, построенная при помощи программы AliBaba и базы данных TRANSFAC (Фиг.4) показывает, что наибольшая частота таких участков приходится на последовательность расположенного на 5'-конце промотора одиночного длинного концевого повтора эндогенного ретровируса семейства HERV-K(HML-2). В дальнейших экспериментах сравнивают транскрипционную активность исходного промотора длиной 3574 пары нуклеотидов и варианта промотора, несущего делецию по полной последовательности длинного концевого повтора HERV-K(HML-2). При удалении элемента HERV-K(HML-2), промоторная активность падает в клеточных линиях Tera-1 and ЕР2102 в 3-4 раза, а в остальных протестированных клеточных линиях - остается без изменений. Таким образом, последовательность HERV-K(HML-2) является важным регуляторным элементом промотора, исполняющим функцию тканеспецифического энхансора.A map of potential transcription factor binding sites constructed using AliBaba program and TRANSFAC database (Figure 4) shows that the highest frequency of such sites is in the sequence of the single long terminal repeat of the endogenous HERV-K family (HML) located at the 5'-end of the promoter -2). Further experiments compare the transcriptional activity of the original promoter with a length of 3574 nucleotides and a variant of the promoter carrying a deletion in the complete sequence of the long terminal repeat of HERV-K (HML-2). When the HERV-K (HML-2) element is removed, the promoter activity drops 3-4 times in Tera-1 and EP2102 cell lines, and remains unchanged in the rest of the tested cell lines. Thus, the HERV-K (HML-2) sequence is an important regulatory element of the promoter, which acts as a tissue-specific enhancer.
Промотор протестирован на модели трансгенных животных. Созданы три линии мышей BALB/C, несущих вставленную в геномную ДНК кассету, включающую промотор и находящийся под его транскрипционным контролем ген красного флуоресцентного белка Ds-Red (Clontech). В дальнейшем микросрезы тканей гомозиготных и гетерозиготных по наличию вставки мышей анализируют на флуоресцентном микроскопе. Установлено, что как в гомо-, так и в гетерозиготных животных промотор обеспечивал сильный уровень экспрессии гена флуоресцентного белка в яичках, сравнимый с уровнем экспрессии гена GAPDH (преимущественно в ГК) и в меньшей мере - в яичниках, тогда как в других тканях экспрессия гена наблюдалась на уровне фона.The promoter is tested on a model of transgenic animals. Three lines of BALB / C mice were created that carry a cassette inserted into the genomic DNA, including the promoter and the gene for red fluorescent protein Ds-Red (Clontech) under its transcriptional control. Subsequently, microsections of tissues homozygous and heterozygous for the presence of an insert of mice are analyzed using a fluorescence microscope. It was found that in both homo- and heterozygous animals, the promoter provided a strong level of expression of the fluorescent protein gene in the testes, comparable to the level of expression of the GAPDH gene (mainly in HA) and, to a lesser extent, in the ovaries, while gene expression in other tissues observed at background level.
Промотор (SEQ ID NO 1) можно использовать для тканеспецифической экспрессии генов в клетках зародышевого пути человека и млекопитающих. На основе последовательности промотора можно создавать генно-инженерные конструкции для исследовательских нужд, для направленной дифференцировки клеток и для генной терапии различных заболеваний, например, рака герминальных тканей.The promoter (SEQ ID NO 1) can be used for tissue-specific gene expression in human and mammalian germ cells. Based on the promoter sequence, genetic engineering constructs can be created for research needs, for targeted differentiation of cells, and for gene therapy of various diseases, for example, cancer of germinal tissues.
Путем дальнейших генно-инженерных манипуляций размер и состав базового промотора длиной 3574 пар нуклеотидов может быть изменен для достижения дополнительных или особых целей, как то: получение более компактной регуляторной последовательности, повышение или понижение уровня тканеспецифичности, введение дополнительных участков связывания транскрипционных факторов, введение рестриктных сайтов, введение дополнительных последовательностей генов, и другие.By further genetic engineering manipulations, the size and composition of the base promoter with a length of 3574 nucleotides can be changed to achieve additional or special goals, such as obtaining a more compact regulatory sequence, increasing or decreasing the level of tissue specificity, introducing additional sites for the binding of transcription factors, introducing restriction sites , the introduction of additional gene sequences, and others.
На основе последовательности промотора могут быть созданы плазмидные, вирусные или иные векторные конструкции для тканеспецифической экспрессии любого гена или различных генов в клетках зародышевого пути, в эмбриональных и в стволовых клетках. При этом размер промотора может быть увеличен, может быть уменьшен до итогового значения 400 пар нуклеотидов, а нуклеотидная последовательность может быть изменена до конечного уровня идентичности 80% и более с последовательностью (SEQ ID NO 1). Последовательность может быть введена в качестве единственного промотора, либо в качестве дополнительного промотора, либо в составе генно-инженерной конструкции к ней могут быть добавлены другие регуляторные и генетические элементы.Based on the promoter sequence, plasmid, viral, or other vector constructs can be created for tissue-specific expression of any gene or various genes in germinal cells, embryonic and stem cells. Moreover, the size of the promoter can be increased, can be reduced to a total value of 400 pairs of nucleotides, and the nucleotide sequence can be changed to a final level of identity of 80% or more with the sequence (SEQ ID NO 1). A sequence can be introduced as a single promoter, or as an additional promoter, or as part of a genetic engineering construct, other regulatory and genetic elements can be added to it.
Изобретение иллюстрируют графические материалы.The invention is illustrated by graphic materials.
Фигура 1. Активность репортерного гена люциферазы светлячка в трансфицированных клеточных линиях.Figure 1. Activity of the firefly luciferase reporter gene activity in transfected cell lines.
Активность репортерного гена измеряют при помощи метода «двойной люциферазы» и нормируют на активность контрольного вектора pRL-TK (Promega), содержащего промотор тимидинкиназы вируса простого герпеса. По оси абсцисс отложена нормализованная активность люциферазы светлячка. Черные столбцы соответствуют трансфекции вектором, содержащим перед геном люциферазы поздний промотор вируса SV40 (PV); светлые столбцы соответствуют трансфекции вектором, содержащим регуляторную последовательность длиной 3665 пар нуклеотидов гена человека ND UFV1 (NUS). Трансфекция проводят для человеческих клеточных линий следующего происхождения: герминогенные опухоли - недифференцированная (линия Tera1) и сильно дифференцированная (Tera2), нейроглиальная опухоль (NGP127), рак печени (HepG2), рак легкого (А549), первичная культура макрофагов, первичная культура плацентарных фибробластов (FBTs), первичная культура фибробластов пуповинной крови (PCF), первичная культура клеток костного мозга (ВМ), рак эмбриональной почки (HEK293). Для всех линий, кроме HEK293, трансфекцию проводят в 6 повторностях во время двух независимых экспериментов, для линии HEK293 - в 4 повторностях во время одного эксперимента. Видна в целом более сильная промоторная активность промотора NDUFV1 по сравнению с промотором вируса SV40.The activity of the reporter gene is measured using the double luciferase method and normalized to the activity of the control vector pRL-TK (Promega) containing the herpes simplex virus thymidine kinase promoter. The abscissa shows the normalized activity of firefly luciferase. Black bars correspond to transfection with a vector containing the late promoter of the SV40 virus (PV) before the luciferase gene; the light columns correspond to transfection with a vector containing a regulatory sequence of 3665 nucleotide pairs of the human gene ND UFV1 (NUS). Transfection is performed for human cell lines of the following origin: germ cell tumors - undifferentiated (Tera1 line) and highly differentiated (Tera2), neuroglial tumor (NGP127), liver cancer (HepG2), lung cancer (A549), primary macrophage culture, primary culture of placental fibroblasts (FBTs), primary cord blood fibroblast culture (PCF), primary bone marrow cell (BM) culture, fetal kidney cancer (HEK293). For all lines except HEK293, transfection was performed in 6 replicates during two independent experiments, for the HEK293 line, in 4 replicates during one experiment. A generally stronger promoter activity of the NDUFV1 promoter is seen compared to the SV40 virus promoter.
Фигура 2. Активность репортерного гена люциферазы светлячка в трансфицированных клеточных линиях.Figure 2. Activity of the firefly luciferase reporter gene activity in transfected cell lines.
По оси абсцисс отложена нормализованная активность люциферазы светлячка. Столбцы соответствуют трансфекции вектором, содержащим перед геном люциферазы модифицированную регуляторную последовательность гена человека NDUFV1 (mNUS) длиной 3574 пары нуклеотидов. Наблюдают наличие значимой промотрной активности mNUS, сравнимой с активностью промотора CMV, только в клеточных линиях Tera-1 и ЕР2102.The abscissa shows the normalized activity of firefly luciferase. The columns correspond to transfection with a vector containing, in front of the luciferase gene, a modified regulatory sequence of the human gene NDUFV1 (mNUS) with a length of 3574 nucleotides. The presence of significant promoter activity of mNUS, comparable to the activity of the CMV promoter, is observed only in Tera-1 and EP2102 cell lines.
Фигура 3. Схема вышележащего района гена NDUFV1 человек.Figure 3. Scheme of the overlying region of the human NDUFV1 gene.
Последовательность NUS длиной 3665 пар нуклеотидов содержит высококонсервативный участок длиной 91 п.н., расположенный непосредственно выше точки начала транскрипции гена NDUFV1. На 5'-конце последовательности NUS располагается одиночный концевой повтор эндогенного ретровируса HERV-K (HML-2).The 3665 nucleotide length NUS sequence contains a highly conserved 91 bp region located immediately above the transcription start point of the NDUFV1 gene. At the 5'-end of the NUS sequence, there is a single terminal repeat of the endogenous retrovirus HERV-K (HML-2).
Фигура 4. Схема предсказанных участков связывания транскрипционных факторов в пределах всей последовательности NUS длиной 3665 п.н.Figure 4. Scheme of the predicted binding sites of transcription factors within the entire NUS sequence of 3665 bp.
Отдельно показан элемент HERV-K(HML-2) и консервативная последовательность длиной 91 п.н. Знаки выше и ниже черты обозначают предсказанных участков связывания транскрипционных факторов в прямой и обратной ориентациях, соответственно. Темные овалы обозначают предсказанные участки связывания транскрипционного фактора SRY/SOX3 соответствующие консенсусной последовательности АСААААСА.Separately shown is the HERV-K element (HML-2) and a conservative sequence of 91 bp long. The signs above and below the lines indicate the predicted binding sites of transcription factors in the forward and reverse orientations, respectively. Dark ovals indicate the predicted binding sites of the transcription factor SRY / SOX3 corresponding to the consensus sequence ACAAAACA.
Фигура 5. Сравнение активности промотора длиной 3574 пары нуклеотидов (mNUS) в транспозиционном тесте с использованием системы транспозона Sleeping Beauty на клеточных линиях Tera-1 и HEK293.Figure 5. Comparison of the activity of the promoter with a length of 3574 nucleotide pairs (mNUS) in a transposition test using the Sleeping Beauty transposon system on Tera-1 and HEK293 cell lines.
(А) Общая схема транспозиционного теста. Только клетки, получившие геномную вставку кассеты устойчивости к пуромицину, могут делиться и формировать колонии на среде с антибиотиком. При случайных геномных вставках, не связанных с SB 100-системой, число колоний в десятки раз ниже числа колоний, наблюдаемого при высокой активности гена транспозазы SB100X. (В) Репрезентативный скрининг числа колоний. Для каждого типа эксперимента, под репрезентативными чашками Петри, показаны сосчитанные числа колоний.(A) General outline of the transposition test. Only cells that receive the genomic insertion of the puromycin resistance cassette can divide and form colonies on an antibiotic medium. In case of random genomic inserts not related to the SB 100 system, the number of colonies is ten times lower than the number of colonies observed with high activity of the SB100X transposase gene. (B) Representative screening of the number of colonies. For each type of experiment, under the representative Petri dishes, the counted numbers of colonies are shown.
Изобретение иллюстрируют примеры.The invention is illustrated by examples.
Пример 1.Example 1
a) клонирование последовательности промотора в вектор pGL3 basic (Promega). Последовательность промотора, ПЦР-амплифицированная с матрицы геномной ДНК человека с использованием праймеров: NDfor, ACGCGTTGAGTATGCTGCAGGCTTGG; NDrev, AGATCTGCTGCGCCCCTTCAACTTCGCC, клонируют в вектор pGL3 basic в прямой ориентации в положение выше гена люциферазы с использованием сайтов рестрикции ферментов MluI и BglII. Первичная структура клонированного промотора была проверена прямым секвенированием и оказалась на 100% идентичной референтной последовательности генома человека (геномный контиг, размещенный в GenBank с кодом доступа NT_167190.1, координаты 12676563-12680136).a) cloning the promoter sequence into the pGL3 basic vector (Promega). The promoter sequence is PCR amplified from a human genomic DNA template using primers: NDfor, ACGCGTTGAGTATGCTGCAGGCTTGG; NDrev, AGATCTGCTGCGCCCCTTCAACTTCGCC, is cloned into the pGL3 basic vector in direct orientation upstream of the luciferase gene using restriction sites of the MluI and BglII enzymes. The primary structure of the cloned promoter was verified by direct sequencing and turned out to be 100% identical to the reference sequence of the human genome (genomic contig located in GenBank with access code NT_167190.1, coordinates 12676563-12680136).
b) тестирование полученного вектора на клеточных линиях.b) testing the resulting vector on cell lines.
Проводят серии транзиентных трансфекций с использованием трансфицирующего реагента Lipofectamine 2000 (Invitrogen) или Унифектин 5000 (Русбиолинк). Клетки исследуемых культур (ЕР2102, Tera1 (недифференцированный зародышевый рак яичка), Tera-2 (зародышевый рак яичка, частично дифференцированный в клетки нервной трубки), NGP127 (клетки нейробластомы), HepG2 (гепатокарцинома), А549 (карцинома легкого) и HEK 293 (эмбриональный рак почки), макрофаги периферической крови, пуповинные мезенхимальные стволовые клетки (UC-MSC), плацентарные мезенхимальные стволовые клетки (PMSC) и мезенхимальные стволовые клетки костного мозга (BM-MSC), а также трансформированные клетки зародышевого мозга (FBC)) высаживают на 24-луночные планшеты. Для скрининга активности люциферазы, используют набор Dual luciferase system (Promega). Для каждой трансфекций, используют 0.5 мкг смеси в пропорции 10:1 аналитической плазмиды (содержащей исследуемый промотор выше гена люциферазы светлячка) и нормализационной плазмиды. Для нормализации используют плазмиду pRL-TK (Promega), содержащую другой репортерный ген - люциферазу Renilla reniformis, под контролем промотора тимидинкиназы вируса простого герпеса. Вектор pRL-TK обеспечивает постоянный уровень экспрессии люциферазы Renilla в различных типах человеческих клеточных линий. Обе люциферазные активности измеряют только для экспериментов с эффективностью трансфекций, лежащей в диапазоне ~50-85%. Эффективность трансфекций измеряют при котрансфекции с вектором pTurbo-GFP (Evrogen), при измерении флуоресценции зеленого флуоресцентного белка. Через 24 часа после трансфекций, клетки лизируют и измеряют активности люцифераз светлячка и Renilla с помощью Dual-Luciferase Reporter Assay System (Promega) на люминометре «GENios Pro» (Tecan). Для минимизации значения ошибки полученные значения для люциферазы светлячка нормализуют на значения люциферазы Renilla. Каждый эксперимент проводят как минимум в четырех повторностях.A series of transient transfections is performed using the Lipofectamine 2000 (Invitrogen) or Unifectin 5000 (Rusbiolink) transfection reagent. Cells of the studied cultures (EP2102, Tera1 (undifferentiated germinal testicular cancer), Tera-2 (germinal testicular cancer, partially differentiated into neural tube cells), NGP127 (neuroblastoma cells), HepG2 (hepatocarcinoma), A549 (lung carcinoma) and
с) Результаты.c) Results.
В результате было установлено, что из 12 видов клеточных культур исследованный промотор обладает промоторной активностью лишь в ГК. В ГК его промоторная сила в 2-2,5 раза превосходит силу промотора SV40. Тканеспецифическая экспрессия люциферазы может быть полезна при сокультивировании клеток различного типа для маркировки ГК, а также при изготовлении стабильно трансфицированных клеточных линий и отработке механизмов их направленной дифференцировки для нужд клеточной биологии или тканевой инженерии.As a result, it was found that of the 12 types of cell cultures, the studied promoter has promoter activity only in HA. In HA, its promoter strength is 2-2.5 times greater than the strength of the SV40 promoter. Tissue-specific expression of luciferase can be useful in co-cultivation of various types of cells for labeling HA, as well as in the production of stably transfected cell lines and development of mechanisms for their directed differentiation for the needs of cell biology or tissue engineering.
Пример 2. Использование промотора для тканеспецифической экспрессии гена рекомбинантной цитозиндезаминазы в ГКExample 2. The use of a promoter for tissue-specific expression of the gene of recombinant cytosine deaminase in HA
а) клонирование гена рекомбинантной цитозиндезаминазы под контроль исследуемого промотора.a) cloning of the recombinant cytosine deaminase gene under the control of the promoter under study.
Бифункциональный ген рекомбинантной цитозиндезаминазы (RCD) является геном фермента метаболизма нуклеиновых кислот, эффективно используемым при суицидальной терапии опухолей. В присутствии в среде нетоксичного специфического субстрата белкового продукта этого гена - 5-фторцитозина - под действием фермента тот превращается в набор высокотоксичных для клетки продуктов. Благодаря способности токсических метаболитов выходить из клетки и проникать в соседние клетки, оказывается воздействие не только на клетки, получившие и экспрессирующие RCD, но и на соседние клетки, что значительно повышает терапевтическую ценность гена. Ген RCD, ранее в работе (Graepler, F., Lemken, M.L., Wybranietz, W.A., Schmidt, U., Smimow, I., Gross, C.D., Spiegel, M., Schenk, A., Graf, H., Lauer, U.A., Vonthein, R., Gregor, M., Armeanu, S., Bitzer, M., and Lauer, U.M. (2005). Bifunctional chimeric SuperCD suicide gene -YCD: YUPRT fusion is highly effective in a rat hepatoma model. World J Gastroenterol 11, 6910-9) названный "SuperCD suicide fusion gene", клонируют согласно экспериментальному протоколу, опубликованному в этой работе. Ген RCD ставят под контроль исследуемого промотора в вектор согласно пункту а) из примера 1 с использованием рестриктных сайтов ферментов NotI-SalI. Аналогично ген клонируют под контроль цитомегаловирусного промотора CMV и в вектор pGL3 basic (Promega), не несущий никакого промотора, с использованием рестриктных сайтов HindIII и NotI. Идентичность гена RCD ожидаемой последовательности во всех конструкциях подтверждают полным прямым секвенированием плазмидных векторов.The bifunctional recombinant cytosine deaminase (RCD) gene is a gene for the nucleic acid metabolism enzyme that is effectively used in suicidal tumor therapy. In the presence of a protein product of this gene, 5-fluorocytosine, in the medium of a non-toxic specific substrate, the enzyme turns it into a set of highly toxic products for the cell. Due to the ability of toxic metabolites to leave the cell and penetrate into neighboring cells, the effect is not only on cells that received and expressing RCD, but also on neighboring cells, which significantly increases the therapeutic value of the gene. RCD gene, previously in the work (Graepler, F., Lemken, ML, Wybranietz, WA, Schmidt, U., Smimow, I., Gross, CD, Spiegel, M., Schenk, A., Graf, H., Lauer , UA, Vonthein, R., Gregor, M., Armeanu, S., Bitzer, M., and Lauer, UM (2005). Bifunctional chimeric SuperCD suicide gene -YCD: YUPRT fusion is highly effective in a rat hepatoma model. World J Gastroenterol 11, 6910-9) named "SuperCD suicide fusion gene", is cloned according to the experimental protocol published in this work. The RCD gene is placed under the control of the studied promoter in the vector according to paragraph a) of Example 1 using restriction sites of NotI-SalI enzymes. Similarly, the gene is cloned under the control of the CMV cytomegalovirus promoter and into the pGL3 basic vector (Promega), which does not carry any promoter, using the HindIII and NotI restriction sites. The identity of the RCD gene of the expected sequence in all constructs is confirmed by complete direct sequencing of plasmid vectors.
b) тестирование полученных векторов с геном RCD на клеточных линиях.b) testing the resulting vectors with the RCD gene on cell lines.
Проводят серии транзиентных трансфекций с использованием трансфицирующего реагента Унифектин 2000 (Русбиолинк). Клетки исследуемых культур (в этом примере - Tera1 (недифференцированный зародышевый рак яичка) и HEK 293 (эмбриональный рак почки) высаживают на 6-луночные планшеты. Экспрессию RCD подтверждают Вестерн-блот анализом с поликлональными овечьими антителами против фрагмента RCD (Abeam) через 24 часа после трансфекций. Функциональное тестирование проводят следующим образом: клетки котрансфецируют смесью в пропорции 10:1 из вектора, содержащего RCD, и вектора pTurbo-GFP (Evrogen). pTurbo-GFP служит нормализационным вектором для оценки эффективности трансфекций. Для расчетов берут только результаты экспериментов с эффективностью трансфекций в диапазоне 65-80%. Через 12 часов после трансфекций, к клеткам добавляют среду, содержащую 500µМ 5-фторцитозин (5FC). Жизнеспособность клеток анализировали через 24 часа после добавления среды с 5FC. Каждый эксперимент повторяли в четырех повторностях для теста с использованием пропидиум иодида (PI) и в трех повторностях - для теста на аннексии V (Annexin V test). Результаты PI - теста анализируют на проточном цитофлуориметре согласно стандартному протоколу (например, как описано в работе (Kholodenko, R., Kholodenko, I., Sorokin, V., Tolmazova, A., Sazonova, O., and Buzdin, A. (2007). Anti-apoptotic effect ofretinoic acid on retinal progenitor cells mediated by a protein kinase A-dependent mechanism. Cell Res 17, 151-62). Тест на аннексии V и подсчет мертвых и апоптотических клеток проводят с использованием набора Annexin V kit (Caltag Laboratories) согласно рекомендациям производителя, при помощи проточного цитофлуориметра Coulter EPICS XL (Beckman Coulter).A series of transient transfections was performed using the transfection reagent Unifectin 2000 (Rusbiolink). Cells of the studied cultures (in this example, Tera1 (undifferentiated germinal testicular cancer) and HEK 293 (embryonic kidney cancer) were plated on 6-well plates. RCD expression was confirmed by Western blot analysis with polyclonal sheep antibodies against the RCD fragment (Abeam) after 24 hours after transfections Functional testing is performed as follows: cells are cotransfected with a 10: 1 mixture from a vector containing RCD and pTurbo-GFP (Evrogen) vector. pTurbo-GFP serves as a normalization vector for assessing transfection efficiency. only experimental results with transfection efficiencies in the range of 65-80% are taken. 12 hours after transfections, medium containing 500 μM 5-fluorocytosine (5FC) is added to the cells. Cell viability was analyzed 24 hours after adding 5FC medium. Each experiment was repeated in four replicates for a test using propidium iodide (PI) and in three replicates for annexin V test (Annexin V test). The results of the PI test are analyzed on a flow cytometer according to a standard protocol (for example, as described in (Kholodenko, R., Kholodenko, I., Sorokin, V., Tolmazova, A., Sazonova, O., and Buzdin, A. ( 2007) .Anti-apoptotic effect of retinoic acid on retinal progenitor cells mediated by a protein kinase A-dependent mechanism. Cell Res 17, 151-62). Annexation V test and counting dead and apoptotic cells are performed using the Annexin V kit ( Caltag Laboratories) according to the manufacturer's recommendations using a Coulter EPICS XL flow cytometer (Beckman Coulter).
c) Результаты.c) Results.
Показано, что исследованный промотор на высоком уровне (сравнимом с таковым для промотора CMV) обуславает экспрессию гена RCD только в ГК, тогда как в контрольной клеточной линии HEK 293 продукт RCD под его контролем не нарабатывается. В ГК его промоторная сила составляет около 85-90% силы промотора CMV. Клетки, экспрессирующие RCD, чувствительны к 5FC и отправляются в апоптоз, в отличие от большинства клеток, не экспрессирующих RCD (Табл. 1). Пример показывает возможность использования промотора для направленной терапии опухолей ГК, таких как семинома. Терапевтическая конструкция, которая может включать RCD или любой другой ген, активна только в ГК (например, в клетках герминального рака), но безвредна для других тканей.It was shown that the studied promoter at a high level (comparable to that for the CMV promoter) determines the expression of the RCD gene only in HA, while in the control
Пример 3. Использование промотора для тканеспецифической стабильной трансфекции ГКExample 3. The use of a promoter for tissue-specific stable transfection of HA
a) Клонирование гена транспозазы Sleeping Beauty под контроль исследуемого промотора.a) Cloning of the Sleeping Beauty transposase gene under the control of the promoter under study.
Из вектора на основе плазмиды pGL3 basic по пункту а) примера 1, содержащего ген люциферазы светлячка под контролем исследуемого промотора, при помощи эндонуклеаз рестрикции BglII u XbaI ген люциферазы заменяют на ген транспозазы ДНК-транспозона Sleeping Beauty, вариант гена транспозаы SBlOOXva плазмидного вектора pCMV-SBlOOX (Mates, L., Chuah, M.K., Belay, E., Jerchow, В., Manoj, N., Acosta-Sanchez, A., Grzela, D.P., Schmitt, A., Becker, K., Matrai, J., Ma, L., Samara-Kuko, E., Gysemans, C., Pryputniewicz, D., Miskey, C., Fletcher, В., Vandendriessche, Т., Ivies, Z., and Izsvak, Z. (2009). Molecular evolution of a novel hyperactive Sleeping Beauty transposase enables robust stable gene transfer in vertebrates. Nat Genet 41, 753-61).From the vector based on the pGL3 basic plasmid according to paragraph 1 a) of Example 1 containing the firefly luciferase gene under the control of the promoter under investigation, using the BglII u XbaI restriction endonucleases, the luciferase gene is replaced with the Sleeping Beauty transposon DNA transposase gene, a variant of the translase gene pCMV SBlOOX (Mates, L., Chuah, MK, Belay, E., Jerchow, B., Manoj, N., Acosta-Sanchez, A., Grzela, DP, Schmitt, A., Becker, K., Matrai, J ., Ma, L., Samara-Kuko, E., Gysemans, C., Pryputniewicz, D., Miskey, C., Fletcher, B., Vandendriessche, T., Ivies, Z., and Izsvak, Z. ( 2009) Molecular evolution of a novel hyperactive Sleeping Beauty transposase enables robust stable gene transfer in vertebrates. Nat Genet 41, 753-61).
Транспозаза высокоэффективно осуществляет встройку в геном фрагментов ДНК различной длины, ограниченных опознаваемыми ей особыми последовательностями - так называемыми инвертированными концевыми повторами (англ. ITR, inverted terminal repeats). Кассета, предназначенная для встройки в геном и ограниченная ITR, доставляется в клетку в составе плазмидного вектора. При одновременной доставке вектора и осуществляющейся в клетке экспрессии транспозазы, кассета вырезается из вектора и встраивается в произвольное место в геноме клетки-хозяина. Таким образом, высокоэффективно осуществляется стабильная трансфекция клеточных культур, а также изготавление трансгенных животных.Transposase highly efficiently embeds DNA fragments of various lengths into the genome, limited by special sequences recognized by it - the so-called inverted terminal repeats (ITR, inverted terminal repeats). A cassette designed for insertion into the genome and limited by ITR is delivered to the cell as part of a plasmid vector. With the simultaneous delivery of the vector and transposase expression in the cell, the cassette is cut out of the vector and inserted into an arbitrary location in the genome of the host cell. Thus, stable transfection of cell cultures, as well as the manufacture of transgenic animals, is highly effective.
b) Получение стабильно трансфицированных линий ГК.b) Obtaining stably transfected HA lines.
Клетки линий, относящихся к ГК: Tera-1 u EP2102, а также линии HEK293 (контрольные клетки), высаживают на 6-луночные пластиковые культуральные планшеты, и растят до достижения 70-100% уровня конфлюентности. Затем клетки трансфицируют набором плазмид при помощи трансфицирующих реагентов Унифектин 2000 (Русбиолинк) и FuGENE (Roche). Используют следующие векторы: pTIB/puro, включающий ограниченный ITR ген устойчивости к антибиотику пуромицину под контролем промотора SV40; pCMV-SB100X, содержащий ген SB100X под контролем промотора CMV; pNo-SB100X, не содеражащий промотора перед геном транспозазы; pMNUS-SB100X, содержащий ген SB100X под контролем исследуемого промотора; pTurboGFP (Evrogen), включающий ген GFP под контролем промотора CMV. Эффективность трансфекции оценивают по флуоресценции GFP. Используют следующие комбинации векторов: а) только pT2B/puro, b) pT2B/puro+no-SB100X, с) pT2B/puro+CMV-SB100X, d) pT2B/puro+mNUS-SB100X. После трансфекции, клетки инкубируют при 37С, 5% CO2, в течение 48 часов. Клетки отмывают от среды и пересаживают на 10 см чашки Петри для пуромициновой селекции (~7 дней). В каждую чашку добавляют 10 ml среды с пуромицином. По окончании периода селекции, выжившие клетки формируют колонии диаметром 2-3 мм каждая. Колонии окрашивают после фиксации в 10% формальдегиде в PBS и инкубации в течение 20 минут при комнатной температуре под тягой. Клетки дважды отмывают PBS и добавляют к каждой чашке 5 мл окрашивающего раствора (0,5% метиленовый синий в PBS), затем инкубируют в течение 30 минут. Краситель удаляют, чашки промывают и высушивают. Эффективность образования стабильно трансфицированных колоний считают как отношение числа колоний, образованных в присутствии транспозазы, к числу колоний, сформированных без транспозазы благодаря случайной вставке в геном вектора с кассетой устойчивости к пуромицину.Cells of the HA-related lines: Tera-1 and EP2102, as well as the HEK293 lines (control cells), are plated on 6-well plastic culture plates and grown to reach a 70-100% level of confluency. Then the cells are transfected with a set of plasmids using the transfection reagents Unifectin 2000 (Rusbiolink) and FuGENE (Roche). The following vectors are used: pTIB / puro, including the limited ITR antibiotic resistance gene puromycin under the control of the SV40 promoter; pCMV-SB100X containing the SB100X gene under the control of the CMV promoter; pNo-SB100X not containing a promoter in front of the transposase gene; pMNUS-SB100X containing the SB100X gene under the control of the promoter under study; pTurboGFP (Evrogen), comprising the GFP gene under the control of the CMV promoter. Transfection efficiency is evaluated by GFP fluorescence. The following combinations of vectors are used: a) only pT2B / puro, b) pT2B / puro + no-SB100X, c) pT2B / puro + CMV-SB100X, d) pT2B / puro + mNUS-SB100X. After transfection, cells are incubated at 37 ° C, 5% CO2, for 48 hours. Cells are washed from the medium and transplanted onto 10 cm Petri dishes for puromycin selection (~ 7 days). 10 ml of puromycin medium is added to each cup. At the end of the selection period, the surviving cells form colonies with a diameter of 2-3 mm each. Colonies are stained after fixation in 10% formaldehyde in PBS and incubation for 20 minutes at room temperature under traction. Cells were washed twice with PBS and 5 ml of staining solution (0.5% methylene blue in PBS) was added to each dish, then incubated for 30 minutes. The dye is removed, the plates are washed and dried. The efficiency of the formation of stably transfected colonies is considered as the ratio of the number of colonies formed in the presence of transposase to the number of colonies formed without transposase due to random insertion of a vector with a puromycin resistance cassette into the genome.
с) Результаты.c) Results.
Судя по эффективности образования стабильно трансфицированных колоний (Фиг.5), установлено, что исследуемый промотор направляет экспрессию гена SB100X только в ГК, но не в контрольных клетках. Сила промотора сравнима с промотором CMV. Таким образом, данный пример наглядно демонстрирует, что исследуемый промотор может быть использован для эффективной селективной стабильной трансфекции ГК любыми генетическими кассетами.Judging by the efficiency of the formation of stably transfected colonies (Figure 5), it was found that the promoter under study directs the expression of the SB100X gene only in HA, but not in control cells. The strength of the promoter is comparable to the CMV promoter. Thus, this example clearly demonstrates that the promoter under study can be used for effective selective stable transfection of HAs by any genetic cassettes.
Пример 4. Получение трансгенных животных, экспрессирующих ген флуоресцентного белка в ГК и соответствующих тканях и органахExample 4. Obtaining transgenic animals expressing the fluorescent protein gene in HA and related tissues and organs
Согласно методике, подробно описанной в статье (Zaitseva, I., Zaitsev, S., Alenina, N.. Bader, M., and Krivokharchenko, A. (2007). Dynamics of DNA-demethylation in early mouse and rat embryos developed in vivo and in vitro. Mol Reprod Dev 74, 1255-61), получают трансгенные линии мышей BALB/C. При этом мышам в ооциты вводят плазмидную конструкция по пункту а) из примера 1, содержащую под контролем исследуемого промотора ген флуоресцентного белка Ds-red (Clontech, США) вместо гена люциферазы светлячка. Мыши, в геном которых произошла вставка, определяют из первого помета в ходе ПЦР-анализа геномной ДНК, выделенной из мышиных хвостов, по появлению новых генетических маркеров. В общей сложности было получено три новых трансгенных линии мышей. Затем для животных, гомо- и гетерозиготных по геномной вставке вышеописанной конструкции, проводят микроскопическое исследование гистологических срезов. Во всех случаях для самцов в яичках наблюдалась флуоресценция, характерная для белка Ds-red, тогда как в других органах сопоставимых уровней флуоресценции не отмечалось. У самок отмечалась более слабая, нежели у самцов в яичках, флуоресценция в области яичников, на фоне отсутствия флуоресценции в других органах.According to the methodology described in detail in the article (Zaitseva, I., Zaitsev, S., Alenina, N .. Bader, M., and Krivokharchenko, A. (2007). Dynamics of DNA-demethylation in early mouse and rat embryos developed in vivo and in vitro. Mol Reprod Dev 74, 1255-61), transgenic lines of BALB / C mice were obtained. In this case, the plasmid construct according to point a) from Example 1 is introduced into the oocytes in mice, containing, under the control of the promoter under study, the Ds-red fluorescent protein gene (Clontech, USA) instead of the firefly luciferase gene. The mice in whose genome the insertion occurred were determined from the first litter during PCR analysis of genomic DNA isolated from mouse tails by the appearance of new genetic markers. A total of three new transgenic mouse lines were obtained. Then, for animals homo- and heterozygous for the genomic insert of the above construction, microscopic examination of histological sections is performed. In all cases, for males in the testes, fluorescence characteristic of the Ds-red protein was observed, while in other organs comparable levels of fluorescence were not observed. In females, fluorescence in the ovary region was weaker than in males in the testes, against the background of a lack of fluorescence in other organs.
Пример доказывает применимость настоящего промотора для создания трансгенных животных, обладающих характерными профилями тканеспецифической экспрессии генов в ГК. Кроме того, пример показывает возможность использования промотора для генной терапии, в части отсутствия побочных эффектов для иных, нежели целевые, тканей и органов.The example proves the applicability of this promoter for the creation of transgenic animals with characteristic profiles of tissue-specific gene expression in HA. In addition, the example shows the possibility of using a promoter for gene therapy, in terms of the absence of side effects for other than target tissues and organs.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010148126/10A RU2459870C2 (en) | 2010-11-26 | 2010-11-26 | Promoter for tissue-specific gene expression in terminal mammal tissues |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010148126/10A RU2459870C2 (en) | 2010-11-26 | 2010-11-26 | Promoter for tissue-specific gene expression in terminal mammal tissues |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2010148126A RU2010148126A (en) | 2012-06-10 |
| RU2459870C2 true RU2459870C2 (en) | 2012-08-27 |
Family
ID=46679369
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2010148126/10A RU2459870C2 (en) | 2010-11-26 | 2010-11-26 | Promoter for tissue-specific gene expression in terminal mammal tissues |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2459870C2 (en) |
-
2010
- 2010-11-26 RU RU2010148126/10A patent/RU2459870C2/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| . KUCEROVA L et al., Cytosine deaminase expressing human mesenchymal stem cells mediated tumor regression in melanomabearing mice, J Gene Med, 2008, Vol.10, No.10, p.p.1071-1082. * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2010148126A (en) | 2012-06-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| FI113787B (en) | A vector for expressing a gene product in a cell | |
| US11649455B2 (en) | Micro RNA expression constructs and uses thereof | |
| US11345926B2 (en) | Transposon system, kit comprising the same, and uses thereof | |
| EP3359676B1 (en) | Transposon system, kit comprising the same, and uses thereof | |
| JP2024133642A (en) | Active DNA transposon system and methods of use thereof | |
| KR20210030941A (en) | Gene therapy | |
| CN107012158B (en) | A kind of telomerase initiating gene expression method and its application | |
| KR20120132594A (en) | Cancer gene therapeutic agent through regulation using microRNA | |
| WO2005054463A1 (en) | Development of mammalian genome modification technique using retrotransposon | |
| WO2000024912A9 (en) | Use of a self-cleaving rna motif to modulate gene expression | |
| US7741113B2 (en) | Cell-specific molecule and method for importing DNA into osteoblast nuclei | |
| Illenye et al. | Functional analysis of bacterial artificial chromosomes in mammalian cells: mouse Cdc6 is associated with the mitotic spindle apparatus | |
| RU2459870C2 (en) | Promoter for tissue-specific gene expression in terminal mammal tissues | |
| US20070135368A1 (en) | Cell-to-cell transmission of siRNA induced gene silencing in mammalian cells | |
| CN114729021B (en) | Amino acid sequence capable of destroying cells, related nucleotide sequence and related application | |
| US9879278B2 (en) | Non-viral episomal suicide construct | |
| RU2447150C1 (en) | Agent for gene therapy of malignant growths | |
| Kang et al. | The piggyBac transposon is an integrating non-viral gene transfer vector that enhances the efficiency of GDEPT | |
| JP4268169B2 (en) | Determinants of self-renewal of embryonic stem cells | |
| Ramirez-Gordillo et al. | Optimization of gene delivery methods in Xenopus laevis kidney (A6) and Chinese hamster ovary (CHO) cell lines for heterologous expression of Xenopus inner ear genes | |
| EP4585689A1 (en) | Novel genomic safe harbor and use thereof | |
| JP2003500336A (en) | Use of apoptosis inducers in the treatment of (auto) immune diseases | |
| JP3376412B2 (en) | Active ribozyme selection method | |
| Hattori et al. | Generation and analysis of cartilage-specific CCN2 overexpression in transgenic mice | |
| WO2003070932A1 (en) | Polynucleotide for target gene |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20151127 |