JPH09500025A - 敗血症モデル - Google Patents

敗血症モデル

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JPH09500025A JP7514946A JP51494695A JPH09500025A JP H09500025 A JPH09500025 A JP H09500025A JP 7514946 A JP7514946 A JP 7514946A JP 51494695 A JP51494695 A JP 51494695A JP H09500025 A JPH09500025 A JP H09500025A
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ラエ スク−マン ユーン、
タク ダブリュー. マク、
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Abstract

(57)【要約】 ダブルノックアウトダブルトランスジェニック非ヒト哺乳動物が提供される。この哺乳動物は、敗血症を治療もしくは予防するための療法を評価するモデルとして有用である。

Description

【発明の詳細な説明】 敗血症モデル 発明の背景 発明の技術分野 本発明は、組換DNA技術により生産される非ヒト哺乳動物に関する。より詳 細には本発明は、敗血症および他の病気に対し感受性であると共に有効な治療化 合物をスクリーニングするのに有用である非ヒト哺乳動物に関するものである。 関連技術の説明インビボ スクリーニング系 化合物をそのヒト治療剤としての能力について評価するには、インビボ系にお ける化合物の効能に関するデータおよび情報を必要とする。理想的には、データ 収集に用いるインビボ系は人間がよい。しかしながら倫理的および実用的な理由 から、人間でない実験動物が薬物開発のためのインビボ スクリーニングの系と して典型的に用いられる。 実験動物は有力な治療剤の効能を評価すると共に治療剤の生じうる副作用を確 認するモデル系として使用するのに役立つが、この種のモデルは限界を有してい る。1つの重要な限界は、病気の抵抗性および感受性における実験動物と人間と の間の相違である。これら相違は、し ばしば免疫系の構造および機能における種間の相違に基づいている。したがって 、化合物をヒトにおけるその治療価値につき評価するには、ヒト免疫系に類似す る免疫系を持った動物モデルを得ることが有用である。トランスジェニックおよびノックアウト技術 組換DNA技術における最近の進歩は、研究者がたとえばマウスのような動物 を遺伝子的に操作することを可能にした。トランスジェニック哺乳動物の発生お よびノックアウト哺乳動物の発生の技術は、内生の遺伝子を発現しない動物(ノ ックアウト動物)を生産すべく或いは1個もしくはそれ以上の外因性もしくは非 相同性の遺伝子を有する動物(トランスジェニック動物)を生産すべく研究者に より用いられている。 トランスジェニック哺乳動物の生産は、しばしばトランスジーン(transgene )と呼ばれる新規な核酸配列を哺乳動物の1個もしくはそれ以上の染色体に挿入 することを含む。典型的にはDNAで構成されるトランスジーンは特定のポリペ プチドをコードする。トランスジーンは典型的にはマイクロインジェクションに より卵子の前核(pronucleus)に挿入され、ここで発育中の胚のDNAに組込ま れる。次いで、この胚は妊娠継続のため「代理宿主」に移植される。代理宿主の 子孫を新規なDNAの存在について評価する。 トランスジーンの発現、すなわちトランスジーンDN A配列によりコードされる蛋白質の産生は哺乳動物に新規な表現型を付与するこ とができる。哺乳動物に挿入するトランスジーン、用いる制御要素(たとえばプ ロモータおよびエンハンサー/サイレンサー)、並びにトランスジーンの発現パ ターンおよび発現レベルに応じ、哺乳動物は多かれ少なかれ特定の病気または一 連の病気に対し感受性となりうる。この種のトランスジェニック哺乳動物は、病 気を治療もしくは予防するのに有用である化合物ををスクリーニングすると共に 試験し、かつ/または病気の治療もしくは診断に有用な方法を開発するのに価値 がある。 ノックアウト哺乳動物の生産は、「ノックアウト」すべき遺伝子の発現を抑制 するよう設計された核酸配列(一般にDNA)を胚性幹細胞(すなわちES細胞 )と呼ばれる未分化細胞ラインに挿入することを必要とする。核酸配列がES細 胞に挿入された後、このES細胞を発育中の哺乳動物胚に注入し、ここで望まし くは発育中に胚に組込まれて胚の1部となる。次いで胚を妊娠継続のため代理宿 主に移植する。免疫系成分 全ゆる哺乳動物種の免疫系は、極めて複雑に共同作用して哺乳動物をたとえば 各種の病原体、毒素などの危険な外来物質から保護する多くの特異的細胞で構成 されている。 免疫系における多くの細胞タイプはその作用を発揮して、MHC(主要組織適 合性遺伝子複合体)として知られる一連の蛋白質を介し外来物質の一部を認識す る。マウスのMHCはH−2複合体(「H−2」)として知らていれる。ヒトの MHCはHLA複合体(「HLA」)と呼ばれる。HLA複合体は100個以上 の遺伝子で構成されている[クライン(Klein)等、Sci.Am.、第269巻、第 78〜83頁(1993)]。 MHCの顕著な特徴は、MHC座(座は遺伝子の染色体位置として規定される )の多くがヌクレオチドおよび対応するアミノ酸配列において、異常なほど多く の対立遺伝子もしくは変異体を有している点である。MHC蛋白は一般にMHC クラスI(「MHC I」)およびMHCクラスII(「MHC II」)と呼ばれ る2種類に分類される。MHCクラスI蛋白は膜結合性蛋白質であって、ほとん ど全ての有核細胞の表面で発現されている。MHCクラスII蛋白も膜結合性蛋白 質であるが、或る種の免疫系細胞(すなわち樹状細胞、マクロファージおよびB 細胞)の表面でのみ発現されている。 MHCクラスII蛋白は免疫系での外来物質の認識および攻撃に対し重要な役割 を演ずる。大抵の外来物質が体内に浸入すると先ず最初にたとえばマクロファー ジのような抗原提示細胞(APC)により認識され、マクロファージはこの物質 に結合すると共にこれを摂取し、処理する。処理された物質の各部分はマクロフ ァージの表面 上のMHCクラスII蛋白に結合することができる。マクロファージの表面でMH Cに結合した物質の「誇示」に関するこの提示は、免疫系の他の細胞(たとえば 或る種のT細胞)が外来物質を認識してこれに反応することを可能にする。T細 胞は「活性化」状態となり、増殖すると共に外来物質に対し有害な化合物を放出 するよう誘発される。さらに、T細胞の活性化は免疫系の他の細胞を活性化させ て物質に対する攻撃を開始させるのに役立つ。 T細胞(すなわち免疫系細胞の1つのタイプ)はその細胞表面に各種の蛋白質 を発現する。これら蛋白質の多くは細胞外の物質の認識および結合および/また は細胞シグナリングに関与する。2つの重要なT細胞表面分子はCD4およびC D8である。CD4は分子量約55kDの糖蛋白モノマーである。ネズミCD4 はL3T4にコードされ、約26kbのおおきさである。CD8はジスルフィド 結合したヘテロダイマーである。ヒトにおいては、2個のCD8モノマーをコー ドする遺伝子はCD8αおよびCD8βと呼ばれる。マウスにおいては、CD8 ヘテロダイマーを構成するモノマーは遺伝子Lyt−2およびLyt−3にコー ドされている。Lyt−2は約4.4kbのおおきさであって5個のエクソンを 有している。 未成熟T細胞はその細胞表面にてCD4とCD8との両者を発現する。細胞が 成熟すると、これらはCD4もしくはCD8のいずれかの発現を停止する。すな わち成 熟T細胞は、これらがCD4もしくはCD8を発現するかどうかに基づいて分類 される。一般に、CD4のみを発現する成熟T細胞はヘルパーT細胞と呼ばれ、 MHCクラスII分子に結合した抗原を認識してこれと反応する。一般に、CD8 のみを発現する成熟T細胞は細胞障害T細胞と呼ばれ、MHCクラスI分子に結 合した抗原を認識してこれと反応する。 MHC、CD4およびCD8の各分子は種の間でアミノ酸配列が相違している 。すなわち、1つの種は病原体もしくは物質を外来物として認識すると共にこれ に対する反応を開始する一方、他の種はそのようには作用しない。さらに、いず れかの毒素もしくは病原体に対する反応は種内の間の差も存在する(すなわち、 異なる種および同一種の異なるメンバーは特定の毒素もしくは病原体に対し極め て感受性であるのに対し、他の種は体内におけるその存在に対して寛容性が高い )。これはMHC座の多くの異なる対立遺伝子の変化に起因する(上記した通り )。各々の種の個々のメンバーは各MHC座にてこれら対立遺伝子型の1個のみ 或いは多くとも2個を発現し、異なる対立遺伝子型は異なる病原体を提示もしく は結合する能力において相違する。 免疫系の分子の活性および認識における種間の差を理解する試みにおいて、研 究者等は(1)免疫系の蛋白質をコードするヒトのトランスジーンを有し、かつ /または(2)免疫系の蛋白質をコードする1個もしくはそれ 以上の内生の遺伝子を発現しないような実験動物を作り上げた。 ニシムラ(Nishimura)等、[J.Immunol.、第145巻、第353〜360頁 (1990)]は、ヒトのHLA−DQw6蛋白(すなわちMHCクラスII蛋白 ファミリーの1員)のαおよびβ鎖をコードするトランスジーンを持ったマウス について記載している。 バザガ−ギルバート(Barzaga-Gilbert)等、[J.Exp.Med.、第175巻、 第1707〜1715頁(1992)]は、ヒトのCD4をコードするトランス ジーンを持ったマウスについて記載している。得られたトランスジェニックマウ スの数種の系統はT細胞上にヒトおよびネズミの両CD4分子を発現しているが 、それらは異なるレベルであった。 キリーン(Killeen)等、[EMBO J.、第12巻、第1547〜1553頁(1 993)]は、内生のCD4の発現を欠くが、ヒトのCD4をコードするトラン スジーンを持ったマウスについて記載している。 ロベイ(Robey)等、[Cell、第64巻、第99〜107頁(1991)]は 、ヒトのCD2調節配列の制御下でネズミのCD8を発現するトランスジェニッ クマウスについて記載している。 テー(Teh)等、[Nature、第349巻、第241〜243頁(1991)] は、ネズミのlckプロモータの制御下でネズミのCD4トランスジーンを有す るマウ スについて記載している。報告によれば、得られたトランスジェニックマウスは 全ての胸腺細胞サブセットおよび全ての末梢T細胞にてCD4を発現した。 クリンペンフォルト(Krimpenfort)等、[1992年12月29日発行の米 国特許第5,175,384号]は、成熟T細胞もしくは形質細胞を実質的に欠 失したトランスジェニックマウスを記載している。 1992年12月22日公開のPCT特許出願WO92/22645号は、報 告によれば免疫欠損性であって、野生型マウスと比較し他の種から一層容易に組 織/器官移植体を維持しうるようなトランスジェニックマウスについて記載して いる。 ラヘムツラ(Rahemtulla)等、[Nature、第353巻、第180〜184頁( 1991)]は、内生のCD4を発現しないマウスについて記載している。 フング−ロイング(Fung-Leung)等、[Cell第65巻、第443〜449頁( 1991)]は、内生のCD8分子の発現を欠くマウスについて記載している。 シルハム(Schilham)等、[Eur.J.Immunol.、第23巻、第1299〜13 04頁(1993)]は、内生のCD4およびCD8の両者の発現を欠くマウス について記載している。敗血症(sepsls) ヒトの血液もしくは組織内の生物体および/またはそ れらの毒素を原因とする病気は、敗血症として知られる症状をもたらす。たとえ ば大腸菌(E coli)、肺炎杆菌(Klebsiella pneumoniae)、緑膿菌(Pseudomon as aeruginosa)、エンテロバクター・アエロゲネス(Enterobacter aerogenes )および髄膜炎菌(Neisseria meningitidis)のような微生物により誘発される 敗血症の徴候は発熱、下痢、血圧低下、血液漏洩および/または各種の器官にお ける播種性の血液凝固を包含する。敗血症のよる死亡率は約35%であり[アル ドリッジ(Aldridge)、TIBTech、第11巻、第373〜375頁(1993) ]、敗血症ショックでは50%に到ると推定されている。 敗血症の1つの重大な形態は敗血症性ショックと呼ばれ、敗血症を有する個人 は大きな血圧低下を体験する。敗血症ショックの治療は即座の血圧回復を必要と し、典型的には体液および/または変力剤、並びに広いスペクトルを有する抗生 物質を投与して行われる。 敗血症の原因として確認されている多数の毒素が存在する。これらにはエキソ トキシン(侵襲生物により分泌される毒素)およびエンドトキシン(侵襲生物の 細胞壁の成分である毒素、たとえばLPS、すなわちリポ多糖類)がある。 鋭意検討された1群のエキソトキシンはブドウ球菌エンテロトキシン(Staphy lococcal enterotoxin)および関連のエンテロトキシンである。これらのエンテ ロトキシンは、各種の連鎖球菌(Streptococcus)およびブドウ 球菌(Staphylococcus)により産生され、病原体に対する攻撃を開始するために 生体の免疫系を活性化するのと同様なメカニズムで作用する蛋白質である。エン テロトキシンのこの群のメンバーは「スーパー抗原」として知られる。MHCII およびT細胞に結合するスーパー抗原のメカニズムは他の抗原のメカニズムとは 異なる。スーパー抗原はT細胞リセプタとMHCII分子とに同時に結合し、これ によりT細胞の抗原結合特異性とは無関係に多数のT細胞を活性化する。この結 果、多量のサイトカインが体内に放出され、最終的にショックをもたらす。 通常の抗原に対する結合メカニズムは、特定のMHCII分子における極めて明 確なグルーブに結合することである。次いでこの抗原/MHCII複合体は極めて 特異性の高いT細胞サブセット(すなわち特定の抗原/MHCII複合体に対し特 異性であるリセプタをT細胞の表面に発現しているT細胞、107のT細胞で1 個)によってのみ認識される。したがって典型的には、全T細胞集団の40%ま でを作用させることができるスーパー抗原の反応に比べて、正常な抗原の結合に より少数のT細胞が活性化されるにすぎないものである。 広いスペクトルを有する抗生物質療法がしばしば敗血症の治療に使用されるが 、必ずしも有効でなく、多くの悪い副作用を示す。敗血症の原因によっては、ス テロイドも免疫系の活性を調整することが示されている。さらに、たとえば新鮮 な凍結血漿のような血液製剤またはた とえばヘパリンのような抗凝固剤も、凝固をもたらす免疫系の補体カスケード活 性の作用に対抗すべく使用することができる。 たとえば敗血症のような或る種のヒトの疾病をインビボで評価するための哺乳 動物モデルを開発することが当業界で必要とされ、このモデルは(1)病気に対 し感受性であり、さらに(2)ヒトで生ずる際の病気の進行にきわめて近似した ようなものである。 発明の要点 一面において本発明は内生のCD4およびCD8の発現を欠く非ヒト哺乳動物 もしくはその後代を提供し、この哺乳動物はヒトのCD4もしくはその生物学上 活性な断片をコードするDNAからなるヌクレオチド配列と、HLA DQ座の 対立遺伝子もしくはその生物学上活性な断片をコードするDNAからなるヌクレ オチド配列とが挿入されている。 他面において本発明は、哺乳動物にて内生のCD8をコードするヌクレオチド 配列の発現を抑制し;哺乳動物にて内生のCD4をコードするヌクレオチド配列 の発現を抑制し;HLA DQ座のαおよびβ鎖の対立遺伝子もしくはその生物 学上活性な断片を哺乳動物に挿入し;さらにヒトのCD4もしくはその生物学上 活性な断片のためのヌクレオチド配列を哺乳動物に挿入することからなる哺乳動 物もしくはその後代の作製方法をも提供する。 さらに他面において本発明は抗敗血症作用のための化合物のスクリーニング方 法をも提供し、この方法は内生のCD4およびCD8の発現を欠く哺乳動物(こ の哺乳動物はヒトのCD4もしくはその生物学上活性な断片をコードするDNA からなるヌクレオチド配列と、HLA DQ座の対立遺伝子もしくはその生物学 上活性な断片をコードするDNAからなるヌクレオチド配列とが挿入されている )を敗血症を誘発する能力を持った化合物もしくは生物体に露呈することからな り、この哺乳動物に治療上有効な量の化合物を投与し、敗血症または敗血症様症 状について哺乳動物をスクリーニングすることを特徴とする。 図面の簡単な説明 第1図はLyt−2、すなわちマウスのCD8遺伝子(mCD8−/−)の発 現を抑制すべく使用されるノックアウト構成物を示し、黒枠はLyt−2のエク ソンを表し(ローマ数字で示す)、コード化領域を示す陰影領域と共に示してあ る。ネオマイシンホスホトランスフェラーゼ遺伝子はハッチングで示され、選択 した制限酵素も示している。 第2図はマウスのCD4遺伝子(mCD4−/−)の発現を抑制すべく使用さ れるノックアウト構成物を示し、ネオマイシンホスホトランスフェラーゼ遺伝子 はハッチングで示されている。黒枠はmCD4遺伝子のエクソンを表し(ローマ 数字で示す)、選択した制限酵素も示し ている。 第3図は、ヒトのCD4(hCD4)トランスジェニックマウスを得るため使 用するトランスジーン構成物を示している。hCD2の5′プロモータ領域およ びhCD2の3′調節領域を、hCD4 cDNA挿入体およびhCD2ミニジ ーン(このhCD2ミニジーンは、hCD2エクソンIゲノム配列ならびに遺伝 子の残部に対するhCD2のcDNAコード化領域とで構成されている)と同じ ように示し、選択した制限酵素も示している。 第4図はダブルノックアウトダブルトランスジェニックマウスを得るために用 いる育種方式を示し、hCD4はヒトのCD4トランスジェニックマウスを示し 、DQw6はヒトのDQw6(αおよびβ鎖)トランスジェニックマウスを示し ;mCD4はマウスの内生のCD4を示し;mCD8はマウスの内生のCD8( Lyt−2遺伝子)を示している。記号「hCD4+/−」はhCD4トランス ジーンに対するマウスの異型接合を意味し;記号「mCD4/8−/−」および 「mCD4/8+/−」はCD4およびCD8の異型接合ノックアウトであるマ ウスを意味する。 第5図は新たに殺生したマウスの遺伝子型が異なる生体外(ex vivo)の細胞 においてSEBの量を減少させながら刺戟した際のT細胞の反応もしくは増殖( 3Hチミジン取り込みにより示される)を測定した投与量−応答曲線を示し、S EBの濃度をX軸に示し、黒丸印はダ ブルノックアウトダブルトランスジェニックマウス(mCD4−/−、mCD8 −/−、DQw6+、hCD4+)を示し、白丸印はhCD4トランスジーンを 有するダブルノックアウト(mCD4−/−、mCD8−/−)を示し、黒四角 印はC57BL/6野生型を示し、白五角形印はダブルノックアウトマウスを示 している。 発明の詳細な説明 「ノックアウト」と言う用語は、哺乳動物の単一細胞、選択された細胞もしく は全ての細胞にて内生のDNA配列によりコードされるポリペプチドの少なくと も1部の発現を部分的または完全に減少させることを意味する。 「ノックアウト構成物」という用語は、細胞内で内生のDNA配列によりコー ドされるポリペプチドの発現を減少もしくは抑制すべく設計されたヌクレオチド 配列を意味する。ノックアウト構成物として使用されるヌクレオチド配列は典型 的には(1)内生の遺伝子(エクソン配列、イントロン配列および/またはプロ モータ配列)の抑制すべき部分からのDNA、および(2)細胞内でノックアウ ト構成物の存在を検出すべく使用されるマーカー配列である。ノックアウト構成 物は細胞中に挿入されて、ネイティブなDNA配列の転写を妨げ或いは中断する ような位置で細胞のゲノムDNAに組み込まれる。この種の挿入は一般に相同組 換によって生ずる(すなわちノックアウト構成物を細胞中に挿入したとき、内生 の DNA配列に対し相同性であるノックアウト構成物の領域が互いにハイブリダイ ズして、ノックアウト構成物が内生のDNAの対応する位置に組み込まれるよう に組換が生ずる)。ノックアウト構成物のヌクレオチド配列は、(1)抑制すべ き遺伝子の1個もしくはそれ以上のエクソンおよび/またはイントロンの全体も しくは部分配列、(2)抑制すべき遺伝子の全体もしくは部分プロモータ配列、 または(3)それらの組合せで構成することができる。 典型的には、ノックアウト構成物は、通常注入された発育中の胚と同じ種の胚 から誘導された未分化細胞である胚性幹細胞(ES細胞)に挿入され、一般に相 同組換の方法によりES細胞のゲノムDNAに組込まれる。次いで、このES細 胞を発育中の胚に注入して一体化させる。 「遺伝子の破壊」、「遺伝子破壊」、「発現の抑制」および「遺伝子抑制」と いう表現は、内生の遺伝子の1つの領域(一般に1個もしくはそれ以上のエクソ ン)および/または遺伝子のプロモータ領域にヌクレオチド配列を挿入して細胞 におけるその遺伝子の発現を減少もしくは防止することを意味する。挿入は一般 に相同組換により行われる。本発明における目的で「遺伝子」、「ヌクレオチド 配列」および「核酸配列」という用語は全て、ポリペプチドまたはポリペプチド の断片をコードするヌクレオチドもしくはコドンの配列を意味する。例として、 ヌクレオチド配列ノックアウト構成物は、抗生物質耐性遺伝子からなるヌクレオ チド配列を、破壊すべき内生のDNA配列(プロモータおよび/またはコード化 領域)に対し相補性である分離したヌクレオチド配列の1部に挿入して作製する ことができる。抗生物質耐性配列構成物を含有するこの分離されたヌクレオチド 配列が細胞内に挿入されると、構成物は典型的にはゲノムDNAに組み込まれる 。すなわち、細胞の多くの後代はもはや少なくとも幾つかの細胞で遺伝子を発現 しないだろうし、または減少したレベルでしかこれを発現しないだろう。何故な ら、遺伝子のヌクレオチド配列が抗生物質耐性遺伝子により破壊されているから である。 「マーカー配列」という用語は、(1)興味の対象の遺伝子(たとえばCD4 および/またはCD8)の発現を破壊するより大きなヌクレオチド配列構成物( すなわち「ノックアウト構成物」)の1部として使用されるヌクレオチド配列、 および(2)ノックアウト構成物をゲノムに組込んだ細胞を識別する手段として 使用されるヌクレオチド配列を意味する。マーカー配列はこれら目的に役立つ任 意の配列としうるが、典型的には細胞に対し検出可能な形質を付与する蛋白をコ ードする配列、たとえば抗生物質耐性遺伝子または細胞には一般的に見出すこと ができない分析可能な酵素である。マーカー配列が蛋白をコードする場合、マー カー配列は典型的にはマーカーの発現を調節する相同性もしくは非相同性のプロ モ ータのいずれかを含有している。 「トランスジーン」という用語は、プロモータに作用的に結合していてもして いなくてもよいが、哺乳動物または哺乳動物の胚の1個もしくはそれ以上の細胞 に挿入される分離されたヌクレオチド配列を意味する。トランスジーンは、哺乳 動物の内生の遺伝子における特定ヌクレオチド配列に対し相同性もしくは非相同 性のいづれかであるか、或いはハイブリッド配列であるヌクレオチド配列である 。(すなわち、トランスジーンの1つもしくはそれ以上の部分は哺乳動物の遺伝 子に対し相同性であり、1つもしくはそれ以上の部分は非相同性である)。トラ ンスジーンヌクレオチド配列は哺乳動物に内因的に存在するポリペプチドもしく はポリペプチドの変異体をコードすることができ、哺乳動物に自然には存在しな いポリペプチド(すなわち外生のポリペプチド)をコードすることができ、或い は内生および外生のポリペプチドのハイブリッドをコードすることができる。ト ランスジーンがプロモータと作用的に結合していれば、このプロモータは哺乳動 物および/またはトランスジーンに対し相同性もしくは非相同性となりうる。或 いは、プロモータは内生および外生のプロモータ要素(エンハンサ、サイレンサ 、サップレッサなど)のハイブリッドとすることもできる。 「CD4」という用語は哺乳動物種のヘルパーT細胞で主として発現されてい る細胞表面糖蛋白質を意味し、 主として抗原を結合してT細胞リセプタにより認識されるMHCII分子に対する コリセプタ(co-receptor)として、認識および結合を介して細胞のシグナリン グに関与するものと信じられている。ここで用いるヒトのCD4は野生型ヌクレ オチド配列を有することができ、或いは挿入可能、欠失可能および/または置換 可能な変異体とすることもできる。同様に、マウスのCD4も野生型ヌクレオチ ド配列を有することができ、或いは挿入可能、欠失可能および/または置換可能 な変異体とすることもできる。ここで用いる挿入可能、欠失可能およ/または置 換可能な変異体は特に対立遺伝子型変異体を包含する。 「CD8」という用語は、哺乳動物種で2つの非相同性のモノマーポリペプチ ドで構成された細胞表面糖蛋白質を意味する。CD8は主として細胞障害T細胞 の表面で発現され、主として抗原を結合してT細胞リセプタにより認識されるM HCI分子に対するコリセプタ(co-receptor)として、認識および結合を介し て細胞のシグナリングに関与するものと信じられている。ここで用いるヒトのC D8モノマーは野生型のαおよびβ鎖ヌクレオチド配列を有することができ、或 いは挿入可能、欠失可能および/または置換可能なその変異体とすることもでき 、特に対立遺伝子型変異体を包含する。マウスのCD8モノマーはLyt−2お よびLyt−3遺伝子の野生型ヌクレオチド配列を有することができ、或いは挿 入可能、欠失可能および/または置換可能なその変異体と することもでき、特に対立遺伝子型変異体を包含する。 「HLA DQ座の対立遺伝子」という用語は、ヒト主要組織適合性遺伝子複 合体クラスII(MHCII)DQ座の任意の或いは全ての変異体を意味し、その座 における全てのポリペプチドもしくはモノマー(すなわちαおよびβ鎖)を包含 し、これらを組合せてDQ座の産物として知られた最終蛋白質を生じさせる。例 として、DQw6対立遺伝子はαおよびβモノマーで構成され、これらモノマー は一緒になってDQ座における1個の対立遺伝子産物を構成する。 「作用的に結合」という用語は各種ヌクレオチド配列に関する配置を意味し、 各要素は機能的に連結して互いに相互作用することができる。この種の要素は限 定はしないが1種もしくはそれ以上のプロモータ、エンハンサ、ポリアデニル化 配列およびトランスジーンを包含する。ヌクレオチド配列要素は、適正に配置し 或いは作用的に結合されると、一緒になって作用し、相互の活性を調整すると共 に最終的にトランスジーンの発現レベルに影響を及ぼす。「調整」とは、特定の 要素の活性レベルの増加、減少または維持を意味する。他の要素に対する各々の 要素の位置は各々の要素の5′末端および3′末端によって現すことができ、特 定ないずれの要素の間の距離は介在する要素間のヌクレオチドまたは塩基対の個 数によって示すことができる。 「生物学上活性な断片」という用語は、遺伝子もしく はトランスジーンの全長ゲノムもしくはcDNAヌクレオチド配列より短いヌク レオチド配列を意味するが、生物学上活性な断片の遺伝子(もしくはトランスジ ーン)の産物が全長配列の遺伝子産物が有する生物学的活性の少なくとも1部を 有するのに十分な長さの全長ヌクレオチド配列中の一部を有することを意味する 。 「齧歯動物」は、系統発生的な齧歯類の全動物を意味し、それから将来発生す る全ての後代を包含する。 「ネズミ」と言う用語は、ネズミ科の全ての動物を意味し、ラットおよびマウ スを包含する。 「後代」という用語は、特定の哺乳動物(すなわちゲノムDNA中に挿入され たノックアウト構成物を有する哺乳動物)から発生し、或いは子孫となる将来の 全ての世代を意味する。したがって継承の世代における任意の後代がここに含ま れ、後代(すなわちF1、F2、F3……の世代)は無限にこの定義に含まれる 。 「哺乳動物」という用語はヒト以外の全哺乳動物を意味し、哺乳動物の後代を も包含する。 「免疫調整する」および「免疫調整」という用語は、特定の種に対し、免疫系 の或る特定成分の平均的な活性と対比してその成分の活性レベルの変化を意味す る。すなわち、ここで用いる免疫調整とは活性の上昇もしくは低下を意味する。 免疫調整はB細胞、いずれかのもしくは全ての種類のT細胞、抗原提示細胞およ び免疫機能に関与すると思われる他のすべての細胞のレベルもしくは 機能を分析することによって検出できる。追加的に或いは代案として、免疫調整 は(1)免疫系における役割を有すると思われる特定の遺伝子の発現レベル、( 2)免疫系における役割を有するたとえばサイトカイン(インターロイキンなど )のような特定な化合物もしくは他の分子のレベル、および/または(3)免疫 系の機能に関与する特定の酵素、蛋白質などのレベルを評価して検出することも できる。 「敗血症」という用語は、哺乳動物の血液および/または組織内の生物体およ び/またはそれらの毒素が原因となる病気を意味する。 「抗敗血症作用」という用語は、敗血症の徴候または敗血症の症状が減少もし くは無くなる状況を意味する。 「治療処方」という用語は特定の効果(すなわち悪性症状もしくは病気を減少 もしく無くすこと)を達成するよう計画された治療を意味する。この治療は1種 もしくはそれ以上の化合物を同時にまたは異なる時において同一の量もしくは異 なる量で投与することを包含する。代案として或いは追加的に、治療はたとえば 放射線照射、特定のダイエット、物理療法など他の療法も行うことを包含する。ノックアウト技術 1. ノックアウト遺伝子の選択 本発明は、免疫系の少なくとも2個の遺伝子が破壊もしくはノックアウトされ ている哺乳動物を企図する。し かしながら、本発明の範囲内には2個より多い遺伝子がノックアウトされた哺乳 動物も包含される。 本発明において、ノックアウトもしくは破壊されるべき遺伝子はCD4および CD8から選択される。破壊されるべき遺伝子に関して少なくとも幾つかの配列 情報を、ノックアウト構成物およびスクリーニングプローブとの両者を作製する ために入手しなければならない。配列情報は、ノックアウト構成物の挿入により 遺伝子操作すべき動物以外の種からとすることもできるが、好適には各々の種か らのヌクレオチド配列が実質的に相同性であると合理的に考えられる種から提供 される。一般に、ノックアウト構成物を含むヌクレオチド配列は、ゲノムDNA 配列からの1個もしくはそれ以上のエクソンおよび/またはイントロン領域、お よび/またはプロモータ領域で構成されている。しかしながら、使用されるDN Aは代案としてcDNA配列とすることもできるが、cDNAは充分に大きいも のとする。一般に、ノックアウト構成物に使用するDNAは少なくとも約1キロ ベース(kb)の長さであり、好ましくは3〜4kbの長さであって、これによ りノックアウト構成物をES細胞に導入した際にゲノムDNAに対する相同組換 もしくはハイブリッド化に充分な相補的配列が与えられる。 典型的には、ダブルノックアウト哺乳動物の作製を容易にするため、同一種の 2匹の哺乳動物のそれぞれから1個の遺伝子をノックアウトする。これら哺乳動 物を次 いで互いに交配し、次いで子孫を相互に交配させて、最終的にノックアウトされ た両方の選択遺伝子を有する単一の哺乳動物を得る。或いは最初から1個以上の ノックアウトされた遺伝子有するに単一の哺乳動物を得ることもできる(たとえ ば1個以上のノックアウト構成物を下記するようにES細胞に導入する)。 2個以上の遺伝子をノックアウトする場合も上記手順にしたがうことができる 。すなわちそれぞれ1個のノックアウト構成物を有する数匹の哺乳動物を作製し 、これら哺乳動物を適切にもしくはノックアウト構成物の全部を有する1匹の哺 乳動物を得られるように交配および戻し交配する。 例として、遺伝子Aのいずれのコピーをも発現しないマウス(すなわち、遺伝 子Aノックアウト;同型接合)と、遺伝子Bのいずれのコピーをも発現しないマ ウス(すなわち、遺伝子Bノックアウト;同型接合)とを交配し、子孫「F1」 を得、これは両変異につき異型接合である(すなわち両変異遺伝子の2つのコピ ー[A+/−、B+/−]の一方を有する)。次いで子孫(F1)を交配させ、 遺伝子が分離(メンデル方式)すれば子孫(F2)の1/16が両変異につき同 型接合となり、すなわちダブルノッタアウトとなる(すなわちA−/−、B−/ −)。これら遺伝子型を有するマウスを適する分析によりスタリーニングして、 各遺伝子産物の発現がないことを確認することができる。 ノックアウト構成物を構成するヌクレオチド配列は、たとえばサムブルック( Sambrok)等[Molecular Cloning:A Laboratory Manual、コールド・スプリン グ・ハーバー・ラボラトリー・プレス社、コールド・スプリング・ハーバー、N Y(1989)]により記載されたような当業界で周知された方法を用いて得る ことができる。この種の方法は、たとえばゲノム配列に対しゲノムクローンが同 定されるような適する相同性レベルを有するCDNAプローブによりゲノムライ ブラリーをスクリーニングすることを含む。或いは、cDNA配列をノックアウ ト構成物の1部として使用する場台は、cDNAライブラリーをオリゴヌクレオ チドプローブもしくは抗体でスクリーニングしてcDNAを得ることもできる( ライブラリーが発現ベクター中でクローン化される場合)。プロモータ配列をノ ックアウト構成物に使用する場合、合成DNAプローブをプロモータ配列を含む ゲノムライブラリーをスクリーニングするよう設計することができ、或いは適す る相同性プロモータをスクリーニング用プローブとして使用することもできる。 ノックアウト構成物を含むヌクレオチド配列を得るための他の方法は、たとえ ばエンゲルス(Engels)等[Agnew Chem.Int.Ed.Eng.、第28巻、第716 〜734頁(1989)]に記載されたような方法を用いて、この配列を合成的 に製造することである。これら方法は特に核酸合成のホスホトリエステル法、ホ スホルアミダイ ト法およびH−ホスホネート法を包含する。 ノックアウト構成物を含むヌクレオチド配列は、その後の遺伝子操作に充分な 量を得なければならない。所望量を得るためのヌクレオチド配列の増幅は、(1 )配列を適するベクターに挿入し、ベクターを急速に増幅しうる細菌もしくは他 の細胞をトランスフォームさせることにより或いは(2)PCR増幅により、或 いは(3)エンゲルス(Engels)等(上記)により示された方法を用いる合成に より行うことができる。2. ノックアウト構成物の調製 ノックアウト構成物を含むヌクレオチド配列は典型的には、マーカー遺伝子を コードする新たなDNA配列をこのヌクレオチド配列内の適正な位置に挿入しう るような位置にて切断すベく選択された1種もしくはそれ以上の制限酵素で切断 される。マーカー遺伝子挿入の適正な位置は、ネイティブ遺伝子の発現を防止も しくは減少させるよう作用する位置である。この位置は、たとえば切断すべき配 列内における制限部位の位置、およびエクソン配列もしくはプロモータ配列また はその両者を中断するかどうか(すなわちプロモータ機能を抑制するか或いはネ イティブなエクソンの合成を抑制するのに必要な正確な挿入位置)など種々の因 子に依存する。好ましくは、DNAを切断すべく選択される酵素はより長いアー ムとより短いアームとを発生し、短い方のアームは少なくとも約300塩基対( bP)の長さである。或る種の場合、 抑制すべき遺伝子の1個もしくはそれ以上のエクソンの1部または全部を実際に 除去して、マーカー遺伝子をノックアウト構成物に挿入した際に原ゲノム配列に 匹敵しうるノックアウト構成物の長さを保持するようにすることが望ましい。こ れらの場合、ゲノムDNAを適する制限エンドヌクレアーゼで切断して適正寸法 の断片を除去することができる。残留片をマーカー配列と下記のように結合する 。 マーカー遺伝子は検出可能および/または分析可能な任意のヌクレオチド配列 としうるが、典型的にはこれは抗生物質耐性遺伝または他の遺伝子であって、そ のゲノムにおける発現もしくは存在を容易に検出することができるものである。 マーカー遺伝子は、一般にそれ自身のプロモータまたは挿入した細胞で活性を示 すか或いは容易に活性化しうるいずれのソースからの他の強力なプロモータに作 用的に結合される。しかしながら、マーカー遺伝子は抑制すべき遺伝子のプロモ ータの制御下で転写されるように結合したそれ自身のプロモータを有する必要は ない。さらに、マーカー遺伝子は一般にその3′末端に結合したポリアデニル化 (ポリA)配列を有する。この配列は遺伝子の転写を停止させるよう作用する。 好適なマーカー遺伝子は、たとえばneo(ネオマイシン耐性遺伝子)のような いずれかの抗生物質耐性遺伝子およびβ−gal(β−ガラクトシダーゼ)であ る。 ノックアウト構成物を含むヌクレオチド配列が適する 制限酵素で切断された後、マーカー遺伝子配列を当業者に周知された方法、たと えばサムブルック(Sambrook)等(上記)に記載により結合する。一緒に結合す るDNA断片の各末端は互いに適合性でなければならない。これは、適合性末端 を発生する酵素で断片を切断するか或いは結合前に各末端を平滑断端化とするこ とにより達成される。平滑断端化は当業界で周知された幾つかの方法、たとえば 粘着末端を埋めるクレノウ断片(DNAポリメラーゼI)を使用して行われる。 結合したノックアウト構成物は胚性幹細胞に直接挿入することができるし(下 記に説明)、或いは挿入の前に適切なベクター中に挿入して増幅させた後に挿入 することもできる。好適なベクターは、細菌細胞にて急速に増幅するようなもの 、たとえばpブルースクリプトII SKベクター(pBluescript II SK、ストラ タジーン(Stratagene)社、サンディエゴ、CA)またはpGEM7(プロメガ ・コーポレーション(Promega Corp.)社、マジソン、WI)である。3. 胚性幹細胞のトランスフェクション 本発明は、限定はしないがたとえばラット、ハムスターおよびマウスのような 齧歯動物を包含する任意の種の非ヒト哺乳動物からノックアウト哺乳動物を生産 することを企図する。好適な齧歯動物はネズミ科の動物、たとえばラットおよび マウスを包含する。 一般にノックアウト哺乳動物を生産すべく使用する胚 性幹細胞(ES細胞)は、得られるノックアウト哺乳動物と同一の種である。た とえば、ノックアウトマウスを得るためには一般にマウスの胚性幹細胞が使用さ れる。 胚性幹細胞は、たとえばドエッチェマン(Doetschman)等[J.Embryol.Exp .Morphol.、第87巻、第27〜45頁(1985)]により記載されたよう な当業者に周知された方法を用いて得ることができかつ維持することができる。 いずれのES細胞ラインも使用しうるが、選択する細胞ラインは典型的には発育 中の胚の生殖(germ)ラインと一体化し、その1部となることによりノックアウ ト構成物の生殖ラインの伝播を行うことができる細胞の能力により選択される。 すなわち、この能力を有すると思われるいずれのES細胞ラインもここで使用す るのに適している。ES細胞の生産につき典型的に使用される1つのマウス株は 129J株である。好適なES細胞ラインはネズミの細胞ラインD3[アメリカ ン・タイプ・カルチャー・コレクション(American Type Culture Collection) 、12301 パークローン・ドライブ、ロックビル、MD 20852、カタ ログNo.CRL1934]である。細胞はノックアウト構成物を挿入するため に、たとえばロバートソン(Robertson)[Teratocarcinomas and Embryonic St em Cells:A Practical Approach、E.J.ロバートソン(Robertson)編、I RLプレス社、ワシントン、D.C.(1987)]或いはブラッドレー(Brad ley)等[Current Topics in Devel.Biol.、第20巻、第357〜371頁(1986)]、或いはホー ガン(Hogan)等[Manipulatingthe Mouse Embryo:A Laboratory Manual、コー ルド・スプリング・ハーバー・ラボラトリー・プレス社、コールド・スプリング ・ハーバー、NY(1986)]により示されたような当業者に周知の方法で培 養され、作製される。 ES細胞中へのノックアウト構成物の挿入は、たとえばエレクトロポレーショ ン(電気穿孔法)、マイクロインジェクション(微小注入法)およびリン酸カル シウム処理を包含する当業者に周知された各種の方法により行うことができる[ ロベル・バッジ(Lovell-Badge)、ロバートソン(Robertson)編、上記参照] 。挿入の好適方法はエレクトロポレーションである。 細胞中に挿入すべき各ノックアウト構成物は最初に鎖状(linear)型でなけれ ばならない。したがって、ノックアウト構成物がベクター中に挿入されたならば 、DNAをベクター配列内でのみ切断してノックアウト構成物配列内では切断し ないように選択した適切な制限エンドヌクレアーゼで切断して鎖状化を行う。 挿入するには、ノックアウト構成物をES細胞に当業者に知らているように選 択した挿入法に対して適切な条件下で添加する。1個以上の構成物をES細胞に 導入する場合は、各ノックアウト構成物を同時に或いは1個づつ別に導入するこ とができる。 ES細胞をエレクトロポレーションすべき場合は、ES細胞およびノックアウ ト構成物DNAを、エレクトロポレーション装置を用い、製造業者の使用指針に したがい電気パルスをかける。エレクトロポレーションの後、典型的にはES細 胞を適するインキュベーション条件下で回収する。次いで細胞をノックアウト構 成物の存在についてスクリーニングする。 スクリーニングは各種の方法を用いて行うことができる。マーカー遺伝子が抗 生物質耐性遺伝子である場合には、ES細胞を致死濃度の抗生物質の存在下で培 養することができる。生き残ったES細胞は恐らくノックアウト構成物が組込ま れている。マーカー遺伝子が抗生物質耐性遺伝子以外のものであれば、ES細胞 ゲノムDNAのサウザン・ブロットによりマーカー配列のみにハイブリッドする よう設計されたDNAの配列でプローブすることができる。或いは、PCRを使 用することもできる。最後に、マーカー遺伝子が酵素活性を検出できる酵素(た とえばβ−ガラクトシダーゼ)をコードする遺伝子であれば、酵素基質を適する 条件下で細胞に添加し、酵素活性を分析することができる。当業者は他の有用な マーカーおよび所定の細胞におけるその存在の検出手段を熟知している。この種 の全てのマーカーが本発明の範囲内に包含されることを意図する。 ノックアウト構成物はES細胞ゲノムで数個の位置に組み込まれ、ランダムな 挿入現象の発生により各ES細 胞ゲノムにおける異なる位置に組み込まれるであろう。所望の挿入位置は、ノッ クアウトすべきDNA配列に対し相補的な位置である。典型的には、ノックアウ ト構成物を取り込んだES細胞の約1〜5%未満が実際にノックアウト構成物を 所望位置に組み込んでいる。ノックアウト構成物の適正な組み込みを有するES 細胞を同定するには、全DNAをES細胞から、たとえばサムブルック(Sambro ok)等(上記)により記載されたような標準的な方法を用いて抽出する。次いで DNAを、特定の制限酵素で切断されたゲノムDNAに対して特異的なパターン でハイブリッドするよう設計されたプローブを用いてサウザン・ブロットにより プローブする。代案として或いは追加的に、ゲノムDNAを、特定の大きさと配 列のDNA断片を増幅させるよう格別に設計したプローブを用いてPCRにより 増幅させることもできる(すなわち、適正位置にノックアウト構成物を有するよ うな細胞のみが適正な大きさのDNA断片を生じる)。4. 胚の注入/移植 正しい位置にノックアウト構成物を有する適切なES細胞が同定された後、こ れら細胞を胚中に挿入する。挿入は当業者に知られた各種の方法で行うことがで きるが、好適方法はマイクロインジェクション法である。マイクロインジェクシ ョンでは、約10〜30個の細胞をマイクロピペットに集め、これを適正な発育 段階にある胚に注入して、ノックアウト構成物を有する外来のES細胞 を発育中の胚と一体化する。 ES細胞の挿入に用いられる胚の適切な発育段階は極めて種依存性であるが、 マウスでは約3.5日である。胚は、妊娠した雌の子宮を灌流することにより得 られる。これを行うのに適する方法は当業者に公知であり、ブラッドレー(Brad ley)により示されている[ロバートソン(Robertson)編、上記]。 適齢/発育段階にあるいずれの胚も使用に適しているが、好適な胚は雄である 。マウスにおいて、好適な胚はES細胞遺伝子によりコードされる毛色とは異な る毛色をコードする遺伝子も有することができる。この方法にて、子孫をモザイ クの毛色の探索によりノックアウト構成物の存在につき容易にスクリーニングす ることができる(これはES細胞が発育中の胚に組み込まれたことを示す)。た とえばES細胞ラインが白毛に関する遺伝子を有する場合、選択される胚は黒毛 もしくは褐色毛の遺伝子を有する。 ES細胞が胚中に導入された後、この胚を妊娠させるため偽妊娠仮親の子宮に 移植することができる。任意の仮親を使用しうるが、典型的には仮親は良好に育 て、増やすことができる能力、並びに子供の面倒をみる能力につき選択される。 この種の仮親は典型的には同じ種の精管切除された雄と交配して作製される。偽 妊娠仮親の状態が移植の成功に重要であり、これは種依存性である。マウスでは この段階は約2〜3日目の偽妊娠である。5. ノックアウト遺伝子の存在のスクリーニング 仮親から生まれた子孫を先ず最初にモザイク毛色によりスクリーニングするこ とができ、(上記した)毛色選択技術を用いることができる。追加として或いは 代案として、子孫の尾組織からのDNAを上記したようなサウザン・ブロットお よび/またはPCRによりノックアウト構成物の存在につきスクリーニングする ことができる。モザイクとして出現する子孫がその生殖ラインにノックアウト構 成物を有すると思われれば、これらを同型接合ノックアウト動物を得るために互 いに交配させる。子孫が生殖ラインの伝播を有するかどうか不明瞭である場合は 、これらを親株もしくは他の株と交配し、子孫を異型接合性についてスクリーニ ングすることができる。異型接合体は、上記したようにDNAのサウザン・ブロ ットおよび/またはPCR増幅により確認される。 次いで異型接合体を互いに交配させて同型接合ノックアウト子孫を得る。同型 接合体は、この交配の結果であるマウスから、並びに既知の異型接合体および野 生型マウスであるマウスからの相当量のゲノムDNAをサウザン・ブロットして 同定することができる。サウザン・ブロットをスクリーニングするプローブは上 記したように設計することができる。 ノックアウト子孫を同定し、特性化する他の手段も可能である。たとえばノー ザン・ブロットを用いて、ノックアウト遺伝子、マーカー遺伝子またはその両者 のいず れかをコードする転写体の存在もしくは不存在にいてmRNAをプローブするこ とができる。さらにウエスタン・ブロットを用いて、これら子孫の各種の組織に てノックアウト遺伝子の発現レベルを評価することもでき、その際ウエスタン・ ブロットはノックアウト遺伝子によりコードされる蛋白質に対する抗体でプロー ブし或いはマーカー遺伝子が発現しているマーカー遺伝子産物に対する抗体でプ ローブする。最後に、その場での分析(in situ analysis)(たとえば細胞を固 定し、抗体で標識する)および/または子孫からの各種の細胞のFACS(蛍光 標示式細胞分取)分析を適する抗体を用いて行い、ノックアウト構成物の遺伝子 産物の存在もしくは不存在を探索することもできる。トランスジーン技術 1. トランスジーンの選択 典型的には本発明に有用なトランスジーンは免疫反応、造血、炎症、細胞増殖 および増殖、細胞系列分化および/またはストレス反応に関与するポリペプチド をコードするヌクレオチド配列である。好適トランスジーンはヒトの免疫系のポ リペプチド(たとえばCD4)およびHLA DQ座の全ゆる対立遺伝子型を含 むものである。特に好適なトランスジーンはヒトのCD4およびHLA DQ座 対立遺伝子DQw6(αおよびβ鎖の両者)である。 本発明の範囲内には、哺乳動物への2個もしくはそれ以上のトランスジーンの 挿入も包含される。 本発明に有用なトランスジーンは個々に調製し、挿入することができ、或いは 挿入するための1個の構成物として一緒に得ることもできる。トランスジーンは 各トランスジーンの発現を始動させるべく選択されるプロモータおよび/または 哺乳動物の両者に対し相同性もしくは非相同性である。さらに、トランスジーン は全長のcDNAもしくはゲノムDNA配列でもよいし、または少なくとも幾つ かの生物学的活性、すなわち野生型である同一の種の非トランスジェニック哺乳 動物には容易に観察されないあるレベルの作用(生化学的、細胞学的および/ま たは形態学的)を示すそれらのいずれかの断片、サブユニットもしくは変異体で もよい。必要に応じ、トランスジーンはハイブリッドヌクレオチド配列とするこ ともでき、すなわち相同性および/または非相同性のcDNAおよび/またはゲ ノムDNA断片から構成されるひとつのものとすることができる。さらにトラン スジーンは、必要に応じ1種もしくはそれ以上の自然に生じたCDNAおよび/ またはゲノム配列の変異体でもよいし、またはその対立遺伝子型変異体でもよい 。 各トランスジーンは、当業界で周知された1つもしくはそれ以上の方法を用い て適する量で分離し、入手することができる。トランスジーンを分離するのに有 用なこれら方法および他の方法は、たとえばサムブルック(Sa mbrook)等[Molecular Cloning: A Laboratory Manual、コールド・スプリング ・ハーバー・ラボラトリー・プレス社、コールド・スプリング・ハーバー、NY (1989)]、並びにベルガー(Berger)およびキンメル(Kimmel)[Method s in Enzymology: Guide to Molecular Cloning Techniques、第152巻、アカ デミック・プレス・インコーポレーション社、サンディエゴ、CA(1987) ]に示されている。 各トランスジーンのヌクレオチド配列が公知である場合、トランスジーンは全 体的に或いは部分的に、たとえばエンゲルス(Engels)等に記載されたような化 学的合成法[Angew.Chem.Int.Ed.Engl.、第28巻、第716〜734頁( 1989)]で合成することができる。これら方法は特に核酸合成のホスホトリ エステル法、ホスホルアミダイト法およびH−ホスホネート法を包含する。或い はトランスジーンは、トランスジーンDNAと選択的にハイブリッドする1種も しくはそれ以上の核酸プローブ(クローン化すべきトランスジーンに対し許容し うる相同性レベルを有するオリゴヌクレオチド、cDNAもしくはゲノムDNA 断片など)を用いて、適切なcDNAもしくはゲノムライブラリーをスクリーニ ングすることにより得ることができる。 トランスジーンを得るための他の適する方法はポリメラーゼ連鎖反応(PCR )である。しかしながら、この方法を使用して成功するためには、トランスジー ンのヌ クレオチド配列に関する充分な情報を、適するヌクレオチド配列の増幅に対して 有用な適するオリゴヌクレオチドプライマーを設計するため入手することが必要 である。 選択される方法がオリゴヌクレオチドプライマーもしくはプローブの使用(た とえばPCR、cDNAもしくはゲノムライブラリーのスクリーニング)を必要 とする場合は、プローブもしくはプライマーとして選択されるオリゴヌクレオチ ド配列をライブラリースクリーニングもしくはPCRの際に生ずる非特異性結合 の量を最小化させるのに充分な長さと充分な明瞭性とを有するようにすべきであ る。プローブもしくはプライマーの実際の配列は一般に、他の生物からの同一も しくは類似した遺伝子の保存されているか或いは高度の相同性を有する配列もし くは領域に基づいている。必要に応じ、プローブもしくはプライマーを縮重(de generate)することもできる。 トランスジーンのアミノ酸配列のみが公知である場合は、推定可能かつ機能的 な核酸配列を各アミノ酸残基に対する既知の好適なコドンを用いトランスジーン について推定することもできる。この配列を次いで化学的に合成することができ る。 本発明は突然変異したトランスジーン配列の使用をも含む。突然変異したトラ ンスジーンは、野生型配列と対比して1個もしくはそれ以上のヌクレオチド置換 、欠失および/または挿入を有するトランスジーンである。ヌ クレオチドの置換、欠失および/または挿入は、野生型アミノ酸配列とはアミノ 酸配列が相違する遺伝子産物(すなわち蛋白質)を生じうる。この種の突然変異 体の作製は当業界で周知され、たとえばウエルス(Wells)等[Gene、第34巻 、第315頁(1985)]およびサムブルック(Sambrook)等(上記)に記載 されている。2. 調節要素の選択 本発明のトランスジーンは典型的にはプロモータに作用的に結合され、プロモ ータは特定の方法で各トランスジーンの発現を調節するよう選択されている。 各トランスジーンは同一または異なるプロモータにより調節することができる 。選択されるプロモータは相同性(すなわちトランスジーンでトランスフェクト される哺乳動物と同一種)または非相同性(すなわちトランスジーンでトランス フェクトされる哺乳動物の種とは異なる種)でもよい。たとえば各プロモータの ソースはいずれの単細胞、すなわち原核性もしくは真核性生物からのもの、或い はいずれの脊椎動物もしくは非脊椎動物からのものとすることができる。本発明 のより好適なプロモータは、たとえばヒトのCD2プロモータ、ヒトのCD4プ ロモータ、HLA DQw6のαおよびβプロモータ、マウスのCD4プロモー タ、マウスのp56lckプロモータ、マウスのI−Eのαプロモータおよびマウ スH−2kプロモータのような免疫系の遺伝子の発現を調節するヒトやマウスの プロモータがあげられる。特に好 適なプロモータはヒトのCD2プロモータ、並びにHLA DQw6のαおよび βプロモータである。 本発明のプロモータは単独で用いることもできるが、一層厳密な発現の調節を 可能とするように相同性および/または非相同性のエンハンサおよび/またはサ イレンサと組合せて使用するができる。 本発明におけるプロモータのヌクレオチド配列は当業界で周知された幾つかの 方法により得ることができる。典型的には、本発明に有用なプロモータは予めマ ッピングおよび/または制限エンドヌクレアーゼ切断により同定されており、し たがって適切な制限エンドヌクレアーゼを用いて適正な組織ソースのゲノムDN Aから分離することができる。或る種の場合、プロモータは配列決定がなされて いてもよい。ヌクレオチド配列が既知であるプロモータについては、このプロモ ータをトランスジーン合成について上記した方法により合成することができる。 プロモータ配列の全部もしくは1部のみが既知である場合は、PCRを用いて 或いはゲノムライブラリーを適するオリゴヌクレオチドおよび/または同一もし くは異なる種からのプロモータ配列断片でスクリーニングすることによりプロモ ータを得ることができる。 プロモータ配列が不明であれば、プロモータを含有するDNAの断片を、たと えばコード化配列または他の遺伝子を含有しているより大きなDNA片から分離 するこ とができる。分離は、適正なDNA断片を分離すべく慎重に選択された1種もし くはそれ以上の酵素を用いる制限エンドヌクレアーゼ切断により行うことができ る。切断の後、所望の断片をアガロースゲル精製[キアゲン(Qiagen、登録商標 )カラム(キアゲン・コーポレーション(Qiagen Corp.)社、チャットワース、 CA)]または当業者に知られた他の方法により分離する。この目的を達成する のに適する酵素の選択は当業者には既に自明である。3. 他のベクター成分の選択 トランスジーンおよびプロモータの他に、本発明のトランスジーンを調製する のに有用なベクターは典型的には(1)トランスジーンを挿入する哺乳動物にお けるトランスジーンの最適な発現、および(2)細菌もしくは哺乳動物の宿主細 胞におけるベクターの増幅につき有用な1種もしくはそれ以上の他の要素をも含 有する。これら要素のそれぞれは、それらの各々の活性を最大化させるように各 要素に対しベクター内に適切に配置される。この種の配置は当業者に周知されて いる。以下の要素を必要に応じベクター中に含ませることができる。 i. シグナル配列要素 トランスジーンによりコードされるポリペプチドを分泌させる本発明の実施形 態の場合、しばしばシグナル配列と称する小型ポリペプチドを存在させて、トラ ンスジーンによりコードされるポリペプチドをこれが合成され る細胞から外へ向かわせるように指令する。典型的には、シグナル配列をトラン スジーンのコード化領域にてコード化領域の5′末端の方向または5′末端の位 置に配置する。多くのシグナル配列が同定されており、機能的でありかつトラン スジェニック組織に対し適合性であるいずれのものでもトランスジーンと結合し て使用することができる。したがって、シグナル配列をコードするヌクレオチド 配列はトランスジーンに対して相同性もしくは非相同性であり、さらにトランス ジェニック哺乳動物に対しても相同性もしくは非相同性である。さらに、シグナ ル配列をコードするヌクレオチド配列は上記した各方法を用いて化学的に合成す ることもできる。しかしながら、本発明の目的で好適なシグナル配列はトランス ジーンと共に自然に存在するものである(すなわちトランスジーンに対し相同性 である)。 ii. 膜固定ドメイン要素 或る種の場合、特定の細胞内膜の表面または形質膜上で発現されるトランスジ ーンを得ることが望ましい。自然に生じる膜蛋白質は、蛋白質を膜に固定するよ う作用するアミノ酸の範囲をポリペプチドの1部として有する。しかしながら、 膜上に自然には見いだされない蛋白質については、この種のアミノ酸の範囲を付 加してこの特徴を付与することもできる。しばしば、固定ドメインはポリペプチ ド配列の内部にあり、したがってこれをコードするヌクレオチド配列を処理して トランスジーンヌクレ オチド配列の内部領域に挿入する。しかしながら他の場合には、固定ドメインを コードするヌクレオチド配列をトランスジーンヌクレオチド配列の5′もしくは 3′末端につけることもできる。この場合、固定ドメインをコードするヌクレオ チド配列を先ず最初にトランスジーンをコードするヌクレオチド配列とは別の成 分としてベクター中の適切な位置に挿入する。シグナル配列の場合と同様、固定 ドメインはどのようなソースからのものでもよく、したがってトランスジーンお よびトランスジェニック哺乳動物の両者に対して相同性もしくは非相同性となる 。或いは、固定ドメインは上記の方法を用いて化学的に合成することもできる。 iii. 複製要素のオリジン部 この成分は典型的には購入した市販の原核性の発現ベクターの1部であって、 宿主細胞におけるベクターの増幅を促進する。選択したベクターが複製部位のオ リジン部を持たなければ、既知の配列に基づき化学的に合成し、ベクター中に結 合することができる。 iv. 転写停止要素 ポリアデニル化配列もしくはポリA配列としても知られるこの要素は典型的に はベクター中のトランスジーンヌクレオチド配列に対し3′に位置し、トランス ジーンの転写を停止させるよう作用する。この要素をコードするヌクレオチド配 列がライブラリーから容易にクローン化されるかまたはベクターの1部として市 販されており 購入することができるし、また、これはたとえば上記したようなヌクレオチド配 列合成方法を用いて容易に合成することができる。 v. イントロン要素 多くの場合、トランスジーンの転写はベクター上の1個もしくはそれ以上のイ ントロンの存在により増大する。イントロンは、特にトランスジーンがゲノムD NA配列の全長または断片である場合にトランスジーンヌクレオチド配列内に自 然に生じているものである。イントロンがヌクレオチド配列内に自然に存在して いなければ(大抵のcDNAの場合)、イントロンは他のソースから得ることも できる。イントロンはトランスジーンおよび/またはトランスジェニック哺乳動 物に対し相同性もしくは非相同性である。プロモータおよびトランスジーンに対 するイントロンの位置が重要である。何故なら、イントロンは有効になるように 転写されなければならないからである。たとえばトランスジーンがcDNA配列 である場合、イントロンの好ましい位置は転写開始部位に対し3′であり、ポリ A転写停止配列に対し5′である。好ましくはcDNAトランスジーンでは、イ ントロンはトランスジーンヌクレオチド配列の一方の側または他方の側(すなわ ち5′もしくは3′)に位置して、トランスジーンヌクレオチド配列を中断しな いようにする。ウィルス、原核性および真核性(植物もしくは動物)生物を包含 するいずれのソースからのどのようなイントロン を用いても本発明を実施することができるが、ただしこれはイントロンが挿入さ れる宿主細胞に対し適合性でなければならない。さらに本発明には合成イントロ ンも包含される。必要に応じ、1個以上のイントロンをベクター中で使用するこ ともできる。 vi. 選択可能なマーカー要素 選択可能なマーカー遺伝子は、選択培地で増殖させたトランスフェクトされた 細胞の生存および増殖に必要な蛋白質をコードする。典型的な選択マーカー遺伝 子は、(a)抗生物質もしくは他の毒素、たとえば原核性宿主細胞についてはア ンピシリン、テトラサイクリンもしくはカナマイシンおよび哺乳動物細胞につい てはネオマイシン、ヒグロマイシンもしくはメトトレキセートに対し耐性を付与 し;(b)細胞の栄養素要求性欠損を補強し;または(c)たとえばこの遺伝子 はバチルス(Bacillus)の培養のためのD−アラニンラセマーゼをコードする遺 伝子のように複合培地からは得られない重要な栄養素を供給する蛋白質をコード している。 上記した全要素、並びに本発明に有用な他の要素は当業者に周知されており、 たとえばサムブルック(Sambrook)等[Molecular Cloning: ALaboratory Manua l)コールド・スプリング・ハーバー・ラボラトリー・プレス社、コールド・ス プリング・ハーバー、NY(1989)]およびベルガー(Berger)等編、[Gu ide to MolecularCloning Techniques、アカデミック・プレス・インコ ーポレーション社、サンディエゴ、CA(1987)]に記載されている。4. ベクターの作製 本発明によるトランスジェニック哺乳動物の作製に最も有用なベクターは、原 核性細胞宿主に対し適合性であるベクターである。しかしながら、真核性宿主細 胞およびこれら細胞に対し適合性であるベクターも本発明の範囲内である。 或る種の場合、種々のベクター要素のいくつか、たとえばpUC18、pUC 19、pBR322、pGEMベクター(プロメガ・コーポレーション(Promeg a Corp.)社、マジソン、WI)、たとえばpBIISK+/−のようなpブル ースクリプト(pBluescript、登録商標)ベクター、[ストラトジーン・コーポ レーション(Stratagene Corp.)社、ラ・ヨラ、CA]などに既に市販され入手 しうるベクターがあり、これらは全て原核性細胞宿主に適したものである。この 場合、トランスジーンをベクター中へ挿入することのみが必要である。 しかしながら、使用すべき1種もしくはそれ以上の要素がベクター内に既に存 在していないときは、これらを個々に入手し、ベクター中に結合する。各要素を 入手し、これらを結合する方法は当業者に周知されており、トランスジーンを得 るための上記方法と同じものである(すなわちDNAの合成、ライブラリーのス クリーニングなど)。 トランスジーンヌクレオチド配列を増幅し、および/または哺乳動物の胚をト ランスフェクトするのに使用するベクターは、当業界で周知された方法により作 製される。この種の方法はたとえばDNAおよび/またはRNAの制限エンドヌ クレアーゼによる切断、結合、アガロースおよびアクリルアミドゲルによる精製 、DNAおよび/またはRNAのカラムクロマトグラフィーによる精製、DNA のフェノール/クロロホルム抽出、DNA配列決定、ポリメラーゼ連鎖反応によ る増幅などサムブルック(Sambrook)等(上記)に示された標準的な技術を包含 する。 本発明を実施すべく使用する最終ベクターは典型的には、たとえば入手しうる 市販のベクターのような出発ベクターから作製される。このベクターは、完成ベ クターに含まれるべきいくつかの要素を含有していても、していなくともよい。 所望ないずれの要素も出発ベクターに存在しなければ、各要素を個々にベクター 中に結合させることができ、これはベクター中に結合すべき要素の末端およびベ クターの末端を結合に対して適合するようにベクターを適する制限エンドヌクレ アーゼで切断することによって行うことができる。或る種の場合、満足すべき結 合を得るために、一緒に結合すべき末端を「平滑断端化(blunt)」しておく必 要がある。平滑断端化は、先ず最初に4種全てのヌクレオチドの存在下にクレノ ウDNAポリメラーゼもしくはT4DNAポリメラーゼを 用いて「粘着末端(sticy end)」を充填することにより行われる。この手法は 当業界で周知されており、たとえばサムブルック(Sambrook)等(上記)に記載 されている。 代案として、ベクター中に挿入すべき2種もしくはそれ以上の要素を先ず最初 に互いに結合し(これらが互いに隣接した配置の場合)、次いでベクター中に結 合する。 ベクターを作製する他の1つの方法は、種々の要素の全ての結合を1つの反応 混合物にて同時に行うことである。この場合、各要素の不適切な結合もしくは挿 入により多くのナンセンスもしくは機能しないベクターが得られるが、機能する ベクターを制限エンドヌクレアーゼ切断により同定し、選択することができる。 ベクターが作製された後、これを増幅するため原核性宿主細胞にトランスフェ クトすることができる。増幅に典型的に使用される細胞はイー・コリ(E.coll )DH5−α[ギブコ/BRL(Gibco/BRL)社、グランド・アイランド、NY ]およびDH5−αと同様な特性を有する他のイー・コリ(E.coli)菌株であ る。 哺乳動物宿主細胞を使用する場合は、たとえばチャイニーズハムスター卵巣細 胞[CHO細胞;ウルラブ(Urlab)等、Proc.Natl.Acad.Scl.USA、第77 巻、第4216頁(1980)]およびヒト胚性腎細胞ライン293[グラハム (Graham)等、J.Gen.Virol.、第36巻、第59頁(1977)]などの細胞 ラインが適し ている。 増幅させるため選択された宿主細胞ラインへのベクターのトランスフェクショ ンは、たとえばリン酸カルシウム法、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、リポフェクションまたはDEAE−デキストランなどの方法を 用いて行うことができる。選択される方法は部分的に、トランスフェクトすべき 宿主細胞の種類に依存する。これら方法および他の適する方法は当業者に周知さ れており、サムブルック(Sambrook)等(上記)に示されている。 ベクターを充分に増幅させるのに十分な時間(一般にイー・コリ(E.coli) 細胞では1晩)細胞を培養した後、ベクター(しばしば、この段階にてプラスミ ドと呼ばれる)を細胞から分離し、精製する。典型的には、細胞を溶解し、プラ スミドを他の細胞内容物から抽出する。プラスミド精製に適する方法は特にアル カリ溶解ミニ−プレプ(alkaline lysis mini-prep)法[サムブルック(Sambro ok)等、上記]を包含する。5. 挿入用プラスミドの作製 典型的にはトランスジーンを含有するプラスミドを、胚に挿入する前に選択さ れた制限エンドヌクレアーゼにより鎖状にする。或る種の場合、トランスジーン 、プロモータおよび調節要素とをベクターの他の部分から鎖状の断片として分離 することによって、トランスジーン、プロモータ、イントロン(1個のみを使用 する場合)、 エンハンサ、ポリA配列および必要に応じシグナル配列もしくは膜固定ドメイン とを含む鎖状ヌクレオチド配列のみを胚に注入することが好ましい。これは、こ れらの要素を含む核酸配列領域を取り出すようにプラスミドを切断し、この領域 をアガロースゲル電気泳動または他の適する精製法により精製して行うことがで きる。6. トランスジェニック哺乳動物の作製 本発明を実施すべく使用する哺乳動物の特定の系統を一般的に良好な健康状態 、良好な胚収率、胚における良好な前核可視性および良好な繁殖適性により選択 する。さらに、ハプロタイプが重要な因子である。たとえばトランスジェニック マウスを作製する場合、たとえばC57BL/6またはC57BL/6 × D BA/2のF1、もしくはFVB系統のような株がしばしば使用される[チャー ルス・リバー・ラブス(Charles River Labs)社、ボストン、MA、ジャクソン ・ラボラトリース(The Jackson Laboratory)社、バー・ハーバー、MEまたは タコニック・ラブス(Taconic Labs.)社から市販され入手できる]。好適な株 はたとえばC57BL/6もしくはDBA/1のようなH−2b、H−2dもしく はH−2qハプロタイプを有するものである。本発明を実施すべく使用する系統 自身もトランスジェニックとすることができ、および/またはノックアウト(す なわち、部分的または完全に抑制された1個もしくはそれ以上の遺伝子を有する 哺乳動物)とすることができる。好まし くは、同一の系統を最初のノックアウト哺乳動物およびトランスジェニック哺乳 動物の両者を作製するために使用する。これは、その後の交配および戻し交配を より効率的にする。 胚を入手し、代理宿主として振る舞うように使用する哺乳動物の年齢は使用す る動物種に依存するが、当業者により容易に決定される。たとえばマウスを使用 する場合、青春期前の雌が好適である。何故なら、これらはより多くの胚を産生 すると共にホルモン注射に対し良好に反応するからである。 同様に、種動物として使用する雄の哺乳動物は、一般にいろいろな選択基準の うち性的成熟の年齢により選択される。 卵子の生産、交配、および/または胚を再移植するために雌にホルモンまたは 他の化合物を投与することが必要である。ホルモン/補助因子の種類および使用 量、並びにホルモン投与のタイミングは哺乳動物の種により変化する。この種の 考慮は当業者に容易に了解されよう。 典型的には、前処理された雌(すなわち受精しうる卵子を生産する雌)を種雄 と交配させ、次いで得られた受精胚をトランスジーンの導入のため取り出す。或 いは、卵子および精子を適する雌および雄から得、インビトロで受精させ、トラ ンスジーンの導入に適する胚を得ることもできる。 一般に、受精した胚を適する培地で前核が出現するま でインキュベートする。ほぼこの時点にて、トランスジーンを含むヌクレオチド 配列を雌または雄の前核に下記するように導入する。たとえばマウスのような或 る種においては、雄の前核が好適である。 胚へのトランスジーンヌクレオチド配列の導入は、当業界で知られた任意の手 段、たとえばマイクロインジェクション、エレクトロポレーションもしくはリポ フェクションによって行うことができる。胚中にトランスジーンヌクレオチド配 列を導入した後、胚をインビトロで種々の時間にわたりインキュベートするか、 或いは代理宿主に再移植するか、或いはその両者を行うことができる。成熟する までのインビトロでのインキュベートも本発明の範囲内である。1つの一般的な 方法は、胚を動物種に応じて約1〜7日間にわたりインビトロでインキュベート し、次いでこれらを代理宿主に再移植することである。 再移植は標準的な方法を用いて行われる。一般に、代理宿主を麻酔し、次いで 胚を卵管に挿入する。特定の宿主に移植される胚の個数は動物種により変化する が、一般にこの種が自然に生む子孫の数に匹敵する。 代理宿主のトランスジェニック子孫は、いずれかの適する方法によりトランス ジーンの存在および/または発現についてスクリーニングされる。スクリーニン グはしばしばサウザン・ブロットもしくはノーザン・ブロット分析により、トラ ンスジーンの少なくとも1部に対し相補的であるプローブを用いて行われる。ト ランスジーン によりコードされる蛋白質に対する抗体を用いるウエスタン・ブロット分析も、 トランスジーン産物の存在につきスクリーニングするための代案法もしくは迫加 法として用いることができる。典型的には、DNAを尾組織(尾の先端から約1 cmを除去する)から調製し、トランスジーンについてサウザン分析もしくはP CRによって分析する。また、いずれの組織もしくは細胞もこの分析に用いるこ とができるが、最高レベルでトランスジーンを発現すると思われる組織もしくは 細胞をサウザン分析もしくはPCRを用いてトランスジーンの存在および発現に ついて試験する。 トランスジーンの存在を評価する代案もしくは追加の方法は限定はしないが、 たとえば酵素および/または免疫学的分析、特定のマーカーもしくは酵素活性に 対する組織学的染色、フローサイトメトリー(流動細胞計測法)分析などのよう な適切な生化学的分析法を包含する。血液の分析も、血液におけるトランスジー ン産物の存在を検出すると共に各タイプの血液細胞および他の血液成分のレベル に対するトランスジーンの作用を評価するのに有用である。 トランスジェニック哺乳動物の後代は、トランスジェニック哺乳動物を適する 相手と交配させるか、或いはトランスジェニック哺乳動物から得られた卵子およ び/または精子をインビトロで受精させることによって得ることができる。相手 との交配を行う場合、この相手はトラ ンスジェニックおよび/またはノックアウトであってもなくてもよい。トランス ジェニックである場合、これは同一もしくは異なるトランスジーンまたはその両 者を含有するだろう。或いは、相手は親系列であってもよい。インビトロでの受 精を用いる場合、受精した胚を代理宿主に移植するか、或いはインビトロでイン キュベートするか、或いはその両者を行うことができる。いずれの方法を用いて も、後代を上記の方法或いは他の適する方法によりトランスジーンの存在につい て評価する。ノックアウト/トランスジェニック哺乳動物の作製 1個以上のノックアウト構成物および/または1個以上のトランスジーンを含 有する哺乳動物は、幾つかある方法の内いずれかの方法で作製される。好適な作 製方法は、それぞれ所望のノックアウト構成物もしくはトランスジーンのうちひ とつを含有する一連の哺乳動物を得ることである。このような哺乳動物を一連の 交配、戻し交配および選別により互いに育種して、最終的に全ての所望のノック アウト構成物および/またはトランスジーンを含有する単一の哺乳動物を得る。 この哺乳動物はノックアウト構成物および/またはトランスジーンが存在すると いう点を除いて野生型と他の点においてはコンジェニック(遺伝的に同一)とな る。例として、第4図はCD4、CD8ダブルノックアウト(mCD4−/−、 mCD8−/−)であり、2個のトランスジーン(ヒトのDQw6のαおよびβ 鎖[DQw6]およびヒトのCD 4[hCD4])を有するマウスを得るための育種方式を示している。 典型的には、交配および戻し交配は、育種法における各特定の段階の目標に応 じて子孫と同胞株もしくは親株とを交配させて行われる。或る場合には、各々の ノックアウト構成物および/またはトランスジーンが染色体中で適正な位置にあ る単一の子孫を得るために、多数の子孫を得ることが必要となるだろう。たとえ ばCD4およびCD8をコードするネズミの遺伝子は同じ染色体上に比較的近接 して位置している。すなわち、ノックアウトされたCD4およびCD8の両者を 有するマウスを得るには、実質的に2つの実用的な選択枝がある。第1に、単一 のES細胞にCD4およびCD8ノックアウト構成物の両者を注入してダブルノ ックアウトを作製するように試み、各構成物が同じES細胞中で同じ染色体に組 込まれ、次いでこのES細胞が胚中に適切に一体化され、その結果ES細胞が胚 に挿入されるようになることを期待する。これら全ての現象が最終産物を得るの に必要なこととして生ずる確率は極めて低い。 代案として、一方がCD4ノックアウト構成物を含有し、他方がCD8ノック アウト構成物を含有する2種のノックアウト哺乳動物を得ることができる。次い で、これら哺乳動物を最初に交配し、続いて、同じ染色体上に両者のノックアウ ト構成物を含有する子孫が得られるまで子孫を交配しスクリーニングを続ける( マウスにおい て、この結果は乗換え(cross over)現象が適正位置、すなわちCD4遺伝子と CD8遺伝子との間で生じなければ得ることができない。何故なら、CD4およ びCD8をコードする遺伝子は同じ染色体上に存在するからである)。 いずれの場合にも、数回の交配からの100もしくはそれ以上の子孫をスクリ ーニングして、ノックアウト構成物および/またはトランスジーンを適正な染色 体の位置に含有する単一の哺乳動物を同定する必要がある。トランスジェニック/ノックアウト哺乳動物の使用 本発明の哺乳動物およびその後代は、発現されるトランスジーンおよびこれら が含有するノックアウト構成物に応じて各種の用途を有する。哺乳動物を使用し て、たとえば敗血症または他の免疫学的障害などの病気の予防もしくは治療に有 用な薬物もしくは治療処方をスクリーニングすることができる。有用な薬物のス クリーニングは、先ず最初に哺乳動物に病気を誘発させ(すなわち哺乳動物に敗 血症をもたらす病原体もしくは毒素に露呈する)、次いで候補となる薬物を広範 囲の投与量で哺乳動物に投与し、種々の時点で評価している病気もしくは障害に 対する薬物の作用を分析することを含む。代案として或いは追加的に、薬物を病 気の誘発に露呈する前に或いはそれと同時に投与することもできる。 病気もしくは症状を治療するのに使用する薬物をスクリーニングする他、本発 明の哺乳動物は病気もしくは症 状を予防もしくは治癒することを目的とした治療養生法を設計するにも有用であ る。たとえば哺乳動物を特定のダイエット、運動、放射線処置および/または1 種もしくはそれ以上の化合物もしくは物質と組合せて、病気もしくは症状の発症 前もしくはそれと同時にまたはその後に処方することができる。この種の全体的 な療法もしくは養生法は、化合物単独での治療よりも病気もしくは症状を克服す るのに一層効果的であるかもしれない。 化合物および/または治療養生法の効能を評価する分析は、たとえばT細胞お よびB細胞レベルの増加もしくは減少、免疫グロブリン産生の増加もしくは減少 、たとえばサイトカイン(たとえば腫瘍壊死因子など)のような化学メッセンジ ャーのレベルの増加もしくは減少、および/または免疫反応に関与する特定遺伝 子の発現レベルの増加もしくは減少を調べることを含む。さらに血圧、体温、体 重、心拍、挙動、毛の外観(波打ち毛(ruffled fur))などのような基準も評 価することができる。 たとえば、敗血症の患者はしばしば血圧の低下、発熱、体重減少および/また は血液凝固などを体験する。患者に対してこの種のことを予防もしくは減少させ うる治療剤を投与することが望ましい。本発明の哺乳動物を用いて、種々の化合 物を単独で或いは組合せてスクリーニングすることにより、このような病気の徴 候の出現が減少するかまたは軽減するかどうかについて決定することができる。 さらに本発明の哺乳動物は、免疫系の発生を評価し、特定遺伝子の突然変異の 効果を検討するにも有用である。 本発明のトランスジェニックノックアウト哺乳動物は、1種もしくはそれ以上 の細胞ラインを得るためにも使用することができる。このような細胞ラインは、 たとえば特定の組織もしくは器官に対するトランスジーンノックアウトの作用を 評価し、組織におけるトランスジーンの活性レベルに影響を及ぼしうる化合物を スクリーニングするなど多くの用途を有する。この種の化合物は、トランスジー ンの活性を調節するための治療剤として有用である。 この種の細胞ラインの産出は当業者に知られた各種の方法により行うことがで きる。実際の培養条件は、培養すべき組織および細胞の種類に依存する。細胞に 関して細胞の成長および増殖に対する最適条件を決定するために過度な実験をす ることなしに、異なる濃度のマクロおよびミクロ栄養素、増殖因子、血清などを 含有する各種の培地を試験することができる。同様に、たとえば細胞密度、培地 温度およびインキュベーター中の二酸化炭素濃度などの他の培養条件も容易に評 価することができる。この過程に影響を及ぼす化合物の改変および同定も可能で ある。 本発明の他の用途は当業者に容易に明かとなるであろう。 以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明する。 これら実施例は本発明の範囲を決して限定するものでない。 実施例 実施例1:CD8ノックアウトマウス マウス株C57BL/6、BALB/cおよびDBAを使用し、これらはジャ クソン・ラボラトリース(Jackson Laboratories)社(バー・ハーバー、ME) から購入した。 Lyt−2遺伝子のエクソン1〜3を含有する約2.2kb(キロベース)の マウスのゲノムのHindIII−BamHIDNA断片を分離して、CD8ノッ クアウト構成物の出発物質として使用した。断片をエクソン1の内側部位を切断 するEcoRIで切断した。細菌性ネオマイシン耐性遺伝子(neo)をこのE coRI部位に挿入した。neoDNA構成物は、プラスミドpMCIneoP olA[トーマス(thomas)等、Cell、第51巻、第503頁(1987)]か ら前記プラスミドを制限エンドヌクレアーゼで切断し、neoDNAを抽出し、 精製することにより入手した。この構成物の略図を第1図に示す。構成物をベク ター中に挿入し、イー・コリ(E.Coli)細胞で増幅させた後、DNA構成プラ スミドを標準的なアルカリ溶解およびCsCl濃度勾配精製法によって精製した 。 プラスミドを精製した後、Lyt−2/neo構成物を制限エンドヌクレアー ゼ切断により鎖状となし、次い でエレクトロポレーションの手法を用いてD3ネズミ胚性幹細胞にエレクトロポ レーションした[ドエチマン(Doetschman)等、J.Embryol.Exp.Morph.、第 87巻、第27〜45頁(1985)]。エレクトロポレーションには、約5n モルの鎖状化した構成物を約800μlの容積の培地中の約5×106のES細 胞に添加した。これら細胞を約0.34キロボルトおよび250μFにてパルス 処理し、次いで各バイアル(vial)における細胞を胚性繊維芽フィーダー細胞を 含有する2枚の10cm細胞培養プレートに載せた。これら培養プレートは1% ゼラチンでプレコートされ、これらのプレートは、15%のウシ胎仔血清[ギブ コ/BRL(Gibco/BRL)社、グランド・アイランド、NYまたはハイクローン ・ラブス(Hyclone Labs)社、ローガン、UTからの均等物]と白血病増殖阻止 因子[フング・ロイング(Fung-Leung)等、Cell、第65巻、第443〜449 頁(1991)]とを添加した10mlのDMEM培地[ギブコ/BRL(Gibc o/BRL)社、グランド・アイランド、NY]を含有している。2日の後、約25 0〜300μg/mlの抗生物質G418を培養物に添加してneo選択を開始 し、培地はほぼ2日毎に交換した。G418の存在下で生存した細胞はほとんど 、発現に対して適切な配置でneo遺伝子を有するノックアウト構成物を含有し ている。次いで、これら細胞をスクリーニングして、ノックアウト構成物がDN Aに組込まれたことを確かめ た。スクリーニングはPCRを用いて行った。 Lyt−2/neoノックアウト構成物を含有するD3細胞をアメリカン・タ イプ・カルチャー・コレクション(American Type Culture Collection)に受託 番号CRL−11116として寄託した。 Lyt−2/neo構成物を含有する細胞ラインを、ロバートソン(Robertso n)により記載された方法[Teratocarcinomas and Embryonic Stem Cell: A Pra ctical Approach、IRLプレス社、ワシントン、D.C.(1987)]にし たがい、トリプシン処理によってネズミ胚にマイクロインジェクションできるよ うにした。注入した胚は、雄マウスと交配させた雌マウスの子宮を灌流すること により得た3.5日齢の胚である。 胚中へ胚性幹細胞を注入した後、これら胚を妊娠継続のため偽妊娠の雌に移植 した。子孫をノックアウト構成物を有するマウスを検出しうるように互いに或い は適する毛色を有するマウスと交配した。 これらマウスの子孫を、neo遺伝子を検出するように設計されたプローブを 用いて尾組織から得られたDNAのサウザン・ブロットをプローブし、ノックア ウト構成物の存在について評価した。 実施例2:CD4ノックアウトマウス イントロン4の1部とエクソン4、5および6の全長とに跨がるマウスのゲノ ムCD4のcDNA配列の約2.8kb断片を分離した。ポリA停止シグナルお よびチミ ジンキナーゼプロモータ(単純疱疹ウィルスから)を含有する約1.2kbの細 菌性ネオマイシンホスホトランスフェラーゼ遺伝子構成物をXhoIおよびSa lIによる切断を用いてプラスミドpMCIneoPolA[トーマス(Thomas )等、Cell、第51巻、第503〜512頁(1987)]から得た。neo− ポリA挿入物を分離し、次いで予めKpnI、これはCD4の転写方向に対しア ンチセンス方向でエクソン5の内側部位を切断するものであるが、KpnIで切 断したCD4構成物に結合した。得られたノックアウト構成物を第2図に示す。 構成物をイー・コリ(E.coll)細胞で増幅させ、次いで構成物を含有するプラ スミドを精製した。 ノックアウト構成物を制限エンドヌクレアーゼ切断により鎖状とし、次いでD NAを精製した。次いで約5nモルのこのDNAをD3胚性幹細胞にエレクトロ ポレーションし、次いでエレクトロポレーションされた細胞を選択すると共に実 施例1に記載したようにスクリーニングした。 CD4ノックアウト構成物を含有するD3細胞ラインをアメリカン・タイプ・ カルチャー・コレクション(American Type Culture Collection)に受託番号C RL−11114として寄託した。 CD4/neo構成物を含有するES細胞を同定した後、これら細胞を3.5 日齢のネズミの胚にマイクロインジェクションした。この胚は雄と交配させた雌 から得 た。次いで胚を妊娠継続のため偽妊娠の仮親に移植した。 これらマウスの子孫を、尾組織から得られたDNAのサウザン・ブロットをプ ローブすることによりノックアウト構成物の存在について評価した。 実施例3:CD4/CD8ダブルノックアウトマウス 上記したCD4およびCD8ノックアウトマウスを用いて、mCD4−/−/m CD8−/−ダブルノックアウトマウスを得た。mCD4+/−mCD8+/+ マウスをmCD4+/+mCD8−/−マウスと交配し、mCD4+/−mCD 8+/−異型接合のF1子孫を得た。異型接合の同胞を交配し、子孫を次のよう にしてスクリーニングした。約20μlの血液を各マウスの尾静脈から得、ヘパ リン処理された毛細管に集めた。血液を免疫蛍光染色緩衝液(「IBS」、カル シウムおよびマグネシウムを含まないリン酸塩緩衝生理的食塩水[サムブルック (Sambrook)等、上記]と0.1%のナトリウムアジドと5%のウシ胎仔血清と で構成される)で1回洗浄した。ついで各血液試料を以下のモノクローナル抗体 と共にインキュベートした(PEはフィコエリトリンであり、FITCはフルオ レセインイソチオシアネートである): (1)PE−結合抗−ヒトCD4(Leu3a;ベクトン・ジキンソン・カンパ ニー(Becton-Dickinson Co.)社) (2)FITC−結合抗−HLA DQ(Leu10; ベクトン・ジキンソン・カンパニー(Becton-Dickinson Co.)社) (3)PE−結合抗−マウスL3T4(ベクトン・ジキンソン・カンパニー(Be cton-Dickinson Co.)社) (4)FITC−結合抗−マウスLyt−2(ベクトン・ジキンソン・カンパニ ー(Becton-Dickinson Co.)社)。 インキュベーションは全て4℃で20分間行った。次いで赤血球をFACS溶 解緩衝液(ベクトン・ジキンソン・カンパニー(Becton-Dickinson Co.)社)を 用いて2分間溶解させ、次いでIBSで2回洗浄した。 次いで細胞をLysisIIソフトウェアー(ベクトン・ジキンソン・カンパニ ー(Becton-Dickinson Co.)社)を用いるフローサイトメトリー(流動細胞計測 法)分析により分析した。野生型および異型接合型のCD4/CD8ノックアウ ト変異体を互いに染色の強度に基づき区別した。同型接合型のCD4/CD8ノ ックアウト変異体をCD4+もしくはCD8+細胞の完全な不存在下で同定した (抗体による免疫蛍光染色の欠如に基づいて)。 両者の座における変異について子孫の同型接合の頻度は2%であった(200 個のうち4個)。これは、両遺伝子とも第6染色体にあるので、未連鎖遺伝子に 対して予想される頻度(1/16)よりも低い[パルネス(Parnes)、Adv.Imm unol.、第44巻、第265頁(1989)]。 実施例4:ヒトのCD4トランスジェニックマウス ヒトのCD4(hCD4)トランスジェニックマウスを次のように作製した: 約2.8kbのヒトのCD4のcDNA配列[マドン(Maddon)等、Cell、第 42巻、第93〜104頁(1985)]を、人工的に作製されたヒトのCD2 プロモーターレギュレータカセットのEcoRI部位に挿入した[グリーブス( Greaves)等、Cell、第56巻、第979〜986頁(1989)]。このカセ ットは約4.8kbのhCD2の5′配列と約5.5kbのhCD2の3′配列 とを含有する。CD2カセット中へのCD4のcDNAの挿入はCD2の第1エ クソンを除去して、CD2の5′プロモータ配列とCD2の3′調節イントロン 配列とを完全に残すようにした。第3図に示す最終的な構成物はコピー数依存性 であって、トランスジェニックマウスのゲノムにおける組込部位とは無関係にリ ンパ球で特異的に発現される。 この構成物を上記の手順を用いてCBA/Ca × C57BL/10の胚に注 入した。子孫をトランスジーン構成物の存在についてスクリーニングし、この構 成物を有する子孫を5世代にわたりC57BL/6マウスと戻し交配した。F5 世代の子孫を次いでCD4/CD8ダブルノックアウトマウスと交配させて、ヒ トのCD4トランスジーンを含有するCD4/CD8ダブルノックアウトである マウスを得た。 実施例5:ヒトのMHCII DQw6トランスジェニクマウス トランスジーンであるヒトのHLA−DQw6のαとHLA−DQw6のβと を有するC57B46マウスを次のようにして作製した。 HLA−DQw6のα鎖をコードする遺伝子を、クローニングベクターとして のλシャロン4Aを用い、予めEBV(エプスタイン−バール ウィルス)でト ランスフォームされているヒトのBリンパ芽球細胞ライン(EB−TOK)から 得られたDNAのゲノムライブラリーから分離した。この細胞ラインはHLA− DR2−DQw6−Dw12ハプロタイプに関し同型接合型である。 この遺伝子は、約0.8kbの5′配列と全長のコード化領域と約6kbの3 ′未翻訳配列とを含む約13kbのEcoRI断片として得られた。 DQw6のβ鎖をコードする遺伝子をツカモト(Tsukamoto)等[Immunogenet ics、第25巻、第343〜346頁(1987)]に記載されているようにし て分離した。約18kbのDQw6のβ鎖ヌクレオチド配列のEcoRI断片を 、DQw6のβのエクソン6および幾つかの3′未翻訳配列とを含有するEco RI−PstIのcDNA配列に結合させ、完全なDQw6のβ遺伝子を得た。 DQw6のαおよびβの両遺伝子をEcoRIによる制限エンドヌクレアーゼ 切断により鎖状とした。 DQw6のαおよびβ遺伝子の混合物を次いでC57B46マウスの胚にマイ クロインジェクションした。この胚を妊娠継続のため仮親に移植した。 子供をトランスジーンの存在について次のようにスクリーニングした。尾組織 を各マウスから得、この組織からのDNAをSDS−プロテイナーゼK法により 調製した。DNAをBamHIで切断し、次いで0.9%のアガロースゲル上で 電気泳動した。次いでサウザン・ブロット分析を行って、トランスジーンを含有 する子供を確認した。 次いでMHCIIトランスジェニックマウスをC57BL/6マウスと10世代 にわたり戻し交配を行った。F10世代の子孫を次いで互いに交配し、同型接合 のDQw6+/+トランスジェニックマウスを得た。次いで同型接合体をCD4 /CD8ダブルノックマウスと交配させて、CD4/CD8ダブルノックアウト でありかつDQw6のαおよびβトランスジーンを含有するマウスを得た。 実施例6:CD4−/−/CD8−/−hDQw6のhCD4マウス ヒトのCD4トランスジーンを含有するCD4/CD8ダブルノックアウトマ ウスを、DQw6トランスジーンを含有するCD4/CD8ダブルノックアウト マウスと交配させて、ダブルノックアウトダブルトランスジェニックマウスであ る子孫を得た。これらマウスを上記の 免疫蛍光染色法を用いてノックアウト構成物およびトランスジーンの存在につい てそれらのタイプを決定した。この子孫を得るために使用した完全育種方式を第 5図に示す。 実施例7:敗血症感受性のスクリーニング SEB((ブドウ球菌エンテロトキシンB、Staphylococcus enterotoxin B) 、シグマ・ケミカル・カンパニー(Sigma Chemical Co.)社、セントルイス、M O)とLPS(リポ多糖類、シグマ・ケミカル・カンパニー(Sigma Chemical C o.)社)と抗−CD3モノクローナル抗体(ファルミンゲン(Pharmingen)社、 サンディエゴ、CA)との作用を野生型、トランスジェニック、ノックアウトお よびダブルノックアウトダブルトランスジェニックの各マウス、それらは全て6 〜12週齢のマウスであるが、それらのマウスについて評価した。特に、次のマ ウスについて評価した: (1)ヒトのCD4+、DQw6+、マウスのCD4−/−、マウスのCD8− /−(hCD4+、DQw6+、mCD4−/−、mCD8−/−) (2)ヒトのCD4+、マウスのCD4−/−、マウスのCD8−/−(hCD 4+、mCD4−/−、mCD8−/−) (3)DQw6+、マウスのCD4−/−、マウスのCD8−/−(DQw6+ 、mCD4−/−、mCD8−/−) (4)マウスのCD4−/−、マウスのCD8−/−(mCD4−/−、mCD 8−/−) (5)DQw6 (6)野生型(C57BL/6) (7)野生型(BALB/c) 野生型の齧歯動物は一般にエンテロトキシンの作用に対し耐性である。したが って、感作剤であるD−ガラクトサミン(D−gal)約20mg(100μl のPBS中)を各マウスに対し試験物質の注入の約5〜15分前に腹腔内投与し た。各試験物質の投与は約100μlのPBS中で腹腔内に行った。投与した各 試験物質の量を第1表に示す。 SEBもしくはLPSに露呈してから72時間以内に死亡したマウスの個数を 第1表に示す。 驚くことに、ダブルノックアウトダブルトランスジェニックマウスは、他の全 ての評価した遺伝子型と比較してこれらマウスにおける致死率が極めて高く、S EBに対する極めて高い感受性を示している。 種々の遺伝子型のマウスからのT細胞のSEBに対すインビトロでの投与反応 性を評価するため、6〜12週齢のマウスから収集された脾臓から、脾臓組織を 針金網を通すことによって単一細胞懸濁物を作製した。次いで、これら細胞を9 6穴マイクロタイタープレートに約1×106/穴の密度で入れ、10%の熱で 失活させたウシ胎仔血清(FCS;ハイクローン・ラブス(Hyclone Labs)社) と50μMのβ−メルカプトエタノールと0.01%のペニシリンと0.01% のストレプトマイシンとを補充した約200μlのイスコウブ(Iscove)改良ジ ュルベッコ(Dulbecco)培地(IMDM)に懸濁した。次いで第5図に示したよ うに細胞をSEBの濃度を減少させながら刺激した。37℃および5%のCO2 下で約72時間インキュベートした後、細胞を約16時間にわたり約1μCiの 3H−チミジンを用いて脈動した。次いで細胞を放射能についてカウントした。 結果を第5図に示す。黒丸印はダブルノックアウトダブルトランスジェニック を示し、白丸印はhCD4トランスジーンを有するダブルノックアウトを示し、 黒四角印はC57B46野生型を示し、白五角形印はダブルノックアウトを示す 。 これから判るように、ダブルノックアウトダブルトランスジェニックマウスの T細胞は、野生型および他の変異遺伝子型と比較してSEBの存在に対し反応性 が大であった。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 EP(AT,BE,CH,DE, DK,ES,FR,GB,GR,IE,IT,LU,M C,NL,PT,SE),OA(BF,BJ,CF,CG ,CI,CM,GA,GN,ML,MR,NE,SN, TD,TG),AP(KE,MW,SD,SZ),AM, AT,AU,BB,BG,BR,BY,CA,CH,C N,CZ,DE,DK,ES,FI,GB,GE,HU ,JP,KE,KG,KP,KR,KZ,LK,LT, LU,LV,MD,MG,MN,MW,NL,NO,N Z,PL,PT,RO,RU,SD,SE,SI,SK ,TJ,TT,UA,UZ,VN (72)発明者 マク、 タク ダブリュー. カナダ国 エム4ダブリュー 2ダブリュ ー3 オンタリオ州 トロント グレン ロード 130

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1. 内生のCD4およびCD8の発現を欠く非ヒト哺乳動物またはその後代で あって、前記哺乳動物は (a)ヒトのCD4をコードするトランスジーンまたはその生物学上活性な断 片と; (b)HLA DQ座の対立遺伝子をコードするトランスジーンまたはその生 物学上活性な断片と を備えることを特徴とする非ヒト哺乳動物またはその後代。 2. HLA DQ座の対立遺伝子がDQw6である請求の請求項1に記載の哺 乳動物。 3. 各トランスジーンがプロモータに作用的に結合している請求項1に記載の 哺乳動物。 4. プロモータがヒトのCD2プロモータ、ヒトのCD4プロモータ、HLA DQw6のαおよびβプロモータ、マウスのCD4プロモータ、マウスのp5 61ckプロモータ、マウスのIE−αプロモータおよびマウスのH2kプロモ ータよりなる群から選択されるプロモータである請求項3に記載の哺乳動物。 5. ヒトのCD4をコードするトランスジーンがヒトのCD2プロモータに作 用的に結合し、HLA DQw6のαおよびβ鎖をコードするトランスジーンが その内生のDQw6のαおよびβプロモータにそれぞれ作用的に結合している請 求項4に記載の哺乳動物。 6. 哺乳動物もしくはその後代を作製するに方法であって、 (a)哺乳動物における内生のCD8の発現を抑制し、 (b)哺乳動物における内生のCD4の発現を抑制し、 (c)HLA DQ座の対立遺伝子をコードするトランスジーンまたはその生 物学上活性な断片を哺乳動物に挿入し、 (d)ヒトのCD4をコードするトランスジーンまたはその生物学上活性な断 片を哺乳動物に挿入する ことを備える哺乳動物もしくはその後代の作製方法。 7. HLA DQ座の対立遺伝子がDQw6である請求項6に記載の方法。 8. 敗血症防止作用について治療処方を評価する方法であって、 (a)請求項1に記載の哺乳動物に治療処方物を投与する際、治療処方物の投 与の前に、または投与と同時に、または投与の後に敗血症を誘発する能力を持っ た化合物および/または生物に露呈しながら治療処方物を投与し、 (b)哺乳動物を敗血症または敗血症様徴候につきスクリーニングする ことを特徴とする治療処方物の評価方法。
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