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Monday, March 1, 2021

Efficient gene transfer in C. elegans: extrachromosomal maintenance and integration of transforming sequences

EMBO J. 1991 Dec;10(12):3959-70.

C C Mello, J M Kramer, D Stinchcomb, V Ambros.

外来DNAを線虫の生殖腺に微量注入して、形質転換する方法の開発。導入したDNAは、他の多くの生物種と異なり染色体DNAに挿入されず(稀に挿入されるが)、染色体外で多コピーのアレイ(Extrachromosomal array)を形成する。当時ハーバード大のMelloら。1991年。

https://www.embopress.org/doi/abs/10.1002/j.1460-2075.1991.tb04966.x


こんなに簡単に形質転換を起こせる種でなかったら(それなりに熟練は必要だが)、モデル生物としてここまで広まっていたかどうか…。この時代の線虫研究者は運が良かった?

Immobilizing nematodes for live imaging using an agarose pad generated with a Vinyl Record

The Worm Breeder's Gazette, July 18, 2017

Katherine Andrea Rivera-Gomez, Mara Schvarzstein.

「レコード盤」(レコ大など言葉として残っていても、もはや見たことない人が多い?)の上でアガロースを固め、レコードの溝(音溝)に沿ってできた壁で線虫を固定することで姿勢の良い線虫を顕微鏡観察する方法。ニューヨーク市大ブルックリン校のSchvarzstein研。2017年。

http://wbg.wormbook.org/2017/07/18/immobilizing-nematodes-for-live-imaging-using-an-agarose-pad-generated-with-a-vinyl-record/

CeMbio - The Caenorhabditis elegans Microbiome Resource

G3 (Bethesda). 2020 Sep 2;10(9):3025-3039.  

Philipp Dirksen, Adrien Assié, Johannes Zimmermann, Fan Zhang, Adina-Malin Tietje, Sarah Arnaud Marsh, Marie-Anne Félix, Michael Shapira, Christoph Kaleta, Hinrich Schulenburg, Buck S Samuel.

自然界でC.エレガンスと共生する代表的な腸内微生物を13種類選び、そのコレクションをCeMbioと命名。腸内微生物叢と宿主動物の相互作用をクリーンかつ遺伝学的に研究できるモデルになると主張。ベイラー医科大Samuel研など多数。2020年。

https://www.g3journal.org/content/10/9/3025


A histamine-gated channel is an efficient negative selection marker for C. elegans transgenesis

MicroPubl Biol. 2021 Jan 8;2021:10.17912/micropub.biology.000349.

Sonia El Mouridi, Sarah AlHarbi, Christian Frøkjær-Jensen.

ショウジョウバエ由来のヒスタミン作動性Clチャネルを広範囲に発現させ、ヒスタミン存在下でトランスジーンを持った個体が麻痺するネガティブセレクションマーカーとして利用するプロトコルを報告。従来のネガティブセレクションマーカーであるpeel-1より優れている? KAUSTのFrøkjær-Jensen研。2021年。

https://www.micropublication.org/journals/biology/micropub-biology-000349/



ハエ由来のヒスタミン作動性Clチャネルを最初に線虫に使ったのは下記論文。チャネルを神経特異的に発現させたうえでヒスタミンを投与すれば、神経活性を細胞特異的かつ時期特異的に抑制できる。ロックフェラー大学Bargmann研。2014年。

Widespread Genetic Incompatibility in C. elegans Maintained by Balancing Selection; A Novel Sperm-Delivered Toxin Causes Late-Stage Embryo Lethality and Transmission Ratio Distortion in C. elegans

Science. 2008 Feb 1;319(5863):589-94.

Hannah S Seidel, Matthew V Rockman, Leonid Kruglyak.


PLoS Biol. 2011 Jul;9(7):e1001115.

Hannah S Seidel, Michael Ailion, Jialing Li, Alexander van Oudenaarden, Matthew V Rockman, Leonid Kruglyak


野生線虫株には、有毒な遺伝子peel-1とそれを解毒する遺伝子zeel-1に多型がある。精子がpeel-1を持つのに胚がzeel-1を持たないと致死になる。peel-1はネガティブセレクションマーカーとして利用される。プリンストン大学Kruglyak研。2008/2011年。


https://science.sciencemag.org/content/319/5863/589.long

https://journals.plos.org/plosbiology/article?id=10.1371/journal.pbio.1001115

Monday, January 25, 2021

ConVarT: a search tool for orthologous variants: A method and server for functional inference of human genetic variants

bioRxiv.

Mustafa S. Pir, Halil I. Bilgin, Ahmet Sayici, Fatih Coşkun, Furkan M. Torun, Pei Zhao, Yahong Kang, Sebiha Cevik, Oktay I. Kaplan.

ヒト・マウス・線虫で報告された変異/バリアントが、別の2種に存在するオーソログではどのような変化に相当するかを調べられるウェブツール(ConVarT)の報告。アブドラ・ギュル大学(トルコ)のKaplan研。2021年1月9日プレプリント。

https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2021.01.07.424951v2

Simultaneous Expression of Multiple Proteins Under a Single Promoter in Caenorhabditis elegans via a Versatile 2A-Based Toolkit

Genetics. 2014 Mar;196(3):605-13.

Arnaud Ahier, Sophie Jarriault.

一つのmRNAから複数のタンパク質を発現させる方法として、前投稿のSL2を利用する方法に加えて、2Aペプチドがある。タンパク間に2Aペプチドを入れると、リボソームが2Aに達したところで翻訳が終了し、次のタンパクの翻訳が始まる。線虫での使用の最初の報告はストラスブール大学Jarriault研。2014年。

https://www.genetics.org/content/196/3/605.long


(補足:SL2と2Aの使い分け)

SL2ドナー配列を挟む方法は、下流の遺伝子の発現がおよそ半分に減ってしまうが、遺伝子産物に余計なペプチドを付加せずに済む。2Aペプチドは、上流遺伝子に2Aペプチド(約20アミノ酸)の大半が余計に付加されてしまうが、上流/下流の遺伝子をほぼ同量発現させられる。


そもそもどういう時に1つのmRNAから複数タンパク質を発現させたくなるかというと、例えば「導入する遺伝子が転写されているか確かめたいが、GFPを直接つなぐのは機能が阻害されるので避けたい」とか、「同じプロモーターで複数遺伝子を発現させたいが、普通に並べるとDNAが長すぎる」といった状況。

Monday, January 18, 2021

Genome Sequence of the Nematode C. elegans: A Platform for Investigating Biology

Science. 1998 Dec 11;282(5396):2012-8.  

The C. elegans Sequencing Consortium

MRCのSulstonやワシントン大セントルイスにいたWaterstonが中心となって、8年がかりでC. elegansのゲノム配列を解読。線虫はゲノムが読まれた最初の多細胞生物となった。1998年。SulstonとWaterstonはその後のヒトゲノム解読プロジェクトでも旗振り役となった。

https://science.sciencemag.org/content/282/5396/2012/tab-pdf

Friday, January 15, 2021

WormPaths: Caenorhabditis elegans metabolic pathway annotation and visualization

bioRxiv.

Melissa D. Walker, Gabrielle E. Giese, Amy D. Holdorf, Sushila Bhattacharya, Cédric Diot, Aurian P. García-González, Brent Horowitz, Yong-Uk Lee, Thomas Leland, Xuhang Li, Zeynep Mirza, Huimin Na, Shivani Nanda, Olga Ponomarova, Hefei Zhang, Jingyan Zhang, L. Safak Yilmaz, Albertha J.M. Walhout.

線虫の多数の代謝経路と各反応に関わる遺伝子を詳細にアノテーションし、Web上で見られるデータベース(WormPaths)を構築。COVID-19流行で在宅を強いられ実験ができない期間に作った、と始まる要旨がユニーク。UMMSのWalhout研。2020年12月23日プレプリント。

https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2020.12.22.424026v1

Visualizing the metazoan proliferation-quiescence decision in vivo

Elife. 2020 Dec 22;9:e63265.

Rebecca C Adikes, Abraham Q Kohrman, Michael A Q Martinez, Nicholas J Palmisano, Jayson J Smith, Taylor N Medwig-Kinney, Mingwei Min, Maria Danielle Sallee, Ononnah B Ahmed, Nuri Kim, Simeiyun Liu, Robert D Morabito, Nicholas Weeks, Qinyun Zhao, Wan Zhang, Jessica L Feldman, Michalis Barkoulas, Ariel M Pani, Sabrina Leigh Spencer, Benjamin Louis Martin, David Q Matus.

サイクリン依存性キナーゼの活性に応じて核局在が変化する蛍光タンパク質センサーを線虫とゼブラフィッシュに発現させて、細胞分裂周期のどの状態にあるかを可視化できることを報告。ストーニーブルック大学Matus研など。2020年12月22日。

https://elifesciences.org/articles/63265

Thursday, January 7, 2021

Random and targeted transgene insertion in Caenorhabditis elegans using a modified Mos1 transposon

Nat Methods. 2014 May;11(5):529-34.

Christian Frøkjær-Jensen, M Wayne Davis, Mihail Sarov, Jon Taylor, Stephane Flibotte, Matthew LaBella, Andrei Pozniakovsky, Donald G Moerman, Erik M Jorgensen.

短く改良したMos1トランスポゾン(miniMos)で、長い外来遺伝子(45kbまで)を染色体にランダムに挿入できることを報告。この技術で、同じMosSCIベクターを全染色体に挿入できるようにした株(universal MosSCI)や、蛍光レポーター・lacOの挿入株を多数作製。Frøkjær-Jensenら。2014年。

https://www.nature.com/articles/nmeth.2889

Tuesday, January 5, 2021

Single-copy insertion of transgenes in Caenorhabditis elegans;
Improved Mos1-mediated transgenesis in C. elegans

Nat Genet. 2008 Nov;40(11):1375-83.  

Christian Frøkjær-Jensen, M Wayne Davis, Christopher E Hopkins, Blake J Newman, Jason M Thummel, Søren-Peter Olesen, Morten Grunnet & Erik M Jorgensen.

Nat Methods. 2012 Jan 30;9(2):117-8.

Christian Frøkjær-Jensen, M Wayne Davis, Michael Ailion, Erik M Jorgensen.


MosTICを応用し、染色体上の特定の場所に外来遺伝子を1コピーだけ挿入する手法(MosSCI)の報告。挿入場所は限定されるが、十分に実用的なレベルで形質転換効率が高いので広く普及した。どちらもFrøkjær-Jensenら。2008年と2012年。

https://www.nature.com/articles/ng.248

https://www.nature.com/articles/nmeth.1865

Targeted gene deletions in C. elegans using transposon excision

Nat Methods. 2010 Jun;7(6):451-3.

Christian Frøkjaer-Jensen, M Wayne Davis, Gunther Hollopeter, Jon Taylor, Todd W Harris, Paola Nix, Rachel Lofgren, Michael Prestgard-Duke, Michael Bastiani, Donald G Moerman, Erik M Jorgensen.

Mos1トランスポゾンが標的遺伝子の近くに(たまたま)入った株でMos1を飛ばすことでDNA切断を誘導し、相同組み換えで標的遺伝子をノックアウトする方法(MosDEL)。Frøkjær-Jensenら。2010年。

https://www.nature.com/articles/nmeth.1454

Targeted engineering of the Caenorhabditis elegans genome following Mos1‐triggered chromosomal breaks

EMBO J. 2007 Jan 10;26(1):170-83.

Valérie Robert, Jean-Louis Bessereau

CRISPR-Cas9以前は線虫はゲノム編集が難しかったと前に書いたが、Mos1トランスポゾンがたまたま都合いい場所に挿入された株でMos1を飛ばすことでDNAを切断し、ゲノム編集する方法(MosTIC)が使われていたこともあった。パリ高等師範学校のBessereau研。2007年。

https://www.embopress.org/doi/full/10.1038/sj.emboj.7601463



線虫のゲノムを自由に編集できるように、Mos1の挿入場所が同定された変異株を大量に作製・保存・配布するコンソーシアム(NemaGENETAG)が活動していたこともあった。しかし現在ではCRISPR-Cas9の登場で必要性が薄れてしまい、ほとんどの株は入手できなくなっているようだ。

Engineering rules that minimize germline silencing of transgenes in simple extrachromosomal arrays in C. elegans

Nat Commun. 2020 Dec 9;11(1):6300.

Mohammed D Aljohani, Sonia El Mouridi, Monika Priyadarshini, Amhed M Vargas-Velazquez, Christian Frøkjær-Jensen.

PATCを多く含むイントロンの挿入など様々な方法を組み合わせて、外来遺伝子を生殖腺で(ゲノムに挿入せずに)簡単に安定発現させる方法の報告。KAUST(サウジアラビア)のFrøkjær-Jensen研。2020年12月9日。

https://www.nature.com/articles/s41467-020-19898-0


Heritable genome editing in C. elegans via a CRISPR-Cas9 system

Nat Methods. 2013 Aug;10(8):741-3.

Ari E Friedland, Yonatan B Tzur, Kevin M Esvelt, Monica P Colaiácovo, George M Church, John A Calarco.

今年ノーベル賞が出たCRISPR-Cas9の線虫への応用を最初に報告。同じような試みが片手(両手?)に余るほどの研究室で行われる熾烈な競争となったが、遺伝子破壊についてはハーバード大のCalarcoらがわずかに先着。2013年。

https://www.nature.com/articles/nmeth.2532


GFPノックインなどの相同組み換えを利用したゲノム編集についてはUNCのGoldstein研とMRCのde Bono研がほぼ同着。2013年。

https://academic.oup.com/nar/article/41/20/e193/2414882

https://www.nature.com/articles/nmeth.2641


他の研究室の多くも調整できたようで、少しずつ違うアプローチでほぼ同時にGeneticsに報告。2013年。当事者は相当なストレスだったのでは?

https://www.genetics.org/content/195/2/331

https://www.genetics.org/content/195/3/1177

https://www.genetics.org/content/195/3/1167

https://www.genetics.org/content/195/3/1181

https://www.genetics.org/content/195/3/1173

https://www.genetics.org/content/195/3/1187


線虫は酵母やマウスと比較してDNAを自由に書き換えるゲノム編集が難しかったので、このことが線虫の最大の弱点と言われることもあったが、CRISPR-Cas9の登場でこの問題は解決した(使うにはそれなりに熟練が必要だが…)。


Monday, December 28, 2020

Molecular topography of an entire nervous system

bioRxiv

Seth R Taylor, Gabriel Santpere, Alexis Weinreb, Alec Barrett, Molly B. Reilly, Chuan Xu, Erdem Varol, Panos Oikonomou, Lori Glenwinkel, Rebecca McWhirter, Abigail Poff, Manasa Basavaraju, Ibnul Rafi, Eviatar Yemini, Steven J Cook, Alexander Abrams, Berta Vidal, Cyril Cros, Saeed Tavazoie, Nenad Sestan, Marc Hammarlund,  Oliver Hobert, David M. Miller III.

CeNGENコンソーシアムによる、線虫全神経細胞の遺伝子発現プロファイルの記述。かなり前からウェブサイトでデータが公開されていて、既に多くの研究者が利用していると思われる。ヴァンダービルト大学Miller研など多数。2020年12月16日プレプリント。

https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2020.12.15.422897v1

Monday, December 7, 2020

An Abundant Class of Non-coding DNA Can Prevent Stochastic Gene Silencing in the C. elegans Germline

Cell. 2016 Jul 14;166(2):343-357.  

Christian Frøkjær-Jensen, Nimit Jain, Loren Hansen, M Wayne Davis, Yongbin Li, Di Zhao, Karine Rebora, Jonathan R M Millet, Xiao Liu, Stuart K Kim, Denis Dupuy, Erik M Jorgensen, Andrew Z Fire 

前々投稿に続き生殖腺でのサイレンシングのルールの報告。連続したAもしくは連続したTが約10塩基ごとに周期的に並ぶような配列(PATC)が非翻訳領域にある場合に、遺伝子がサイレンシングを逃れて発現する。Frøkjær-Jensenら。2016年。

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0092867416306766


外来遺伝子を生殖腺もしくは初期胚で高発現させたい場合は、PATCを多く含むイントロン(smu-1遺伝子のイントロンなど)を入れれば、安定して発現しやすくなる(前々投稿のpiRNAの論文でも使用)。

https://science.sciencemag.org/content/359/6375/587


(12月9日追記)

PATCを多く含むイントロンの挿入など様々な方法を組み合わせて、外来遺伝子を生殖腺で(ゲノムに挿入せずに)簡単に安定発現させる方法の報告。KAUST(サウジアラビア)のFrøkjær-Jensen研。2020年12月9日。

https://www.nature.com/articles/s41467-020-19898-0



pirScan: a webserver to predict piRNA targeting sites and to avoid transgene silencing in C. elegans

Nucleic Acids Res. 2018 Jul 2;46(W1):W43-W48.

Wei-Sheng Wu, Wei-Che Huang, Jordan S Brown, Donglei Zhang, Xiaoyan Song, Hao Chen, Shikui Tu, Zhiping Weng, Heng-Chi Lee.

遺伝子中のpiRNA標的配列を予測して、piRNAによるサイレンシングを受けない配列に変えることができるウェブツールの「pirScan」の報告。これもシカゴ大学Lee研。2018年。

https://academic.oup.com/nar/article/46/W1/W43/4979435

OrthoList 2: A New Comparative Genomic Analysis of Human and Caenorhabditis elegans Genes

Genetics. 2018 Oct;210(2):445-461.

Woojin Kim, Ryan S Underwood, Iva Greenwald, Daniel D Shaye.

線虫とヒトの遺伝子の対応関係をまとめた「OrthoList」の最新版。線虫の遺伝子がヒトにもあるか(あるいはその逆)が知りたくなったら、彼らのウェブサイトかエクセルファイル(FigshareのFile_S7)を見るとよい。イリノイ大学シカゴ校Shaye研など。2018年。

https://www.genetics.org/content/210/2/445