The production of therapeutic proteins from transgenic animals is one of the most important successes of animal biotechnology. Milk is presently the most mature system for production of therapeutic proteins from a transgenic animal. Specifically, ${\beta}$-casein is a major component of cow, goat and sheep milk, and its promoter has been used to regulate the expression of transgenic genes in the mammary gland of transgenic animals. Here, we cloned the porcine ${\beta}$-casein gene and analyzed the transcriptional activity of the promoter and intron 1 region of the porcine ${\beta}$-casein gene. Sequence inspection of the 5'-flanking region revealed potential DNA elements including SRY, CdxA, AML-a, GATA-3, GATA-1 and C/EBP ${\beta}$. In addition, the first intron of the porcine ${\beta}$-casein gene contained the transcriptional enhancers Oct-1, SRY, YY1, C/EBP ${\beta}$, and AP-1, as well as the retroviral TATA box. We estimated the transcriptional activity for the 5'-proximal region with or without intron 1 of the porcine ${\beta}$-casein gene in HC11 cells stimulated with lactogenic hormones. High transcriptional activity was obtained for the 5'-proximal region with intron 1 of the porcine ${\beta}$-casein gene. The ${\beta}$-casein gene containing the mutant TATA box (CATAAAA) was also cloned from another individual pig. Promoter activity of the luciferase vector containing the mutant TATA box was weaker than the same vector containing the normal TATA box. Taken together, these findings suggest that the transcription of porcine ${\beta}$-casein gene is regulated by lactogenic hormone via intron 1 and promoter containing a mutant TATA box (CATAAAA) has poor porcine ${\beta}$-casein gene activity.
Lee, Sang Mi;Kim, Ji Woo;Jeong, Young-Hee;Kim, Se Eun;Kim, Yeong Ji;Moon, Seung Ju;Lee, Ji-Hye;Kim, Keun-Jung;Kim, Min-Kyu;Kang, Man-Jong
Asian-Australasian Journal of Animal Sciences
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제27권11호
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pp.1644-1651
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2014
Transgenic animals have become important tools for the production of therapeutic proteins in the domestic animal. Production efficiencies of transgenic animals by conventional methods as microinjection and retrovirus vector methods are low, and the foreign gene expression levels are also low because of their random integration in the host genome. In this study, we investigated the homologous recombination on the porcine ${\beta}$-casein gene locus using a knock-in vector for the ${\beta}$-casein gene locus. We developed the knock-in vector on the porcine ${\beta}$-casein gene locus and isolated knock-in fibroblast for nuclear transfer. The knock-in vector consisted of the neomycin resistance gene (neo) as a positive selectable marker gene, diphtheria toxin-A gene as negative selection marker, and 5' arm and 3' arm from the porcine ${\beta}$-casein gene. The secretion of enhanced green fluorescent protein (EGFP) was more easily detected in the cell culture media than it was by western blot analysis of cell extract of the HC11 mouse mammary epithelial cells transfected with EGFP knock-in vector. These results indicated that a knock-in system using ${\beta}$-casein gene induced high expression of transgene by the gene regulatory sequence of endogenous ${\beta}$-casein gene. These fibroblasts may be used to produce transgenic pigs for the production of therapeutic proteins via the mammary glands.
Promoters for milk proteins have been used far producing transgenic animals due to their temporal and spatial expression patterns. ${\beta}$-casein, a calcium-sensitive casein, is a major milk protein that corresponds ca. 30 per cent of total milk protein. Expression of ${\beta}$-casein is controlled by lactogenic hormones such as prolactin (PRL), composite response elements (CoREs) and transcription factors. CoREs are clusters of transcription factor binding sites containing both positive and negative regulatory elements. ${\beta}$-casein gene promoter contains various regions (CoREs) for gene transcription. We analyzed the promoter region by mutagenesis using exonuclease III and linker-scanning. Transcription control elements usually are positioned in 5'-flanking region of the gene. However, in some cases, these elements are located in other regions such as intron 1. The nucleotide sequences of ${\beta}$-casein promote. region has been reported (E12614). However, the properties of the promoter is not yet clear. In this study, we plan to investigate the properties of cis-regulating elements of porcine ${\beta}$-casein by mutation analysis and expression analysis using dual-luciferase repoter assay system.
본 연구는 돼지 $\beta$-casein 유전자 위치에서 EGFP가 발현될 수 있는 knock-in 벡터를 구축하기 위하여 실시되었다. 돼지의 $\beta$-casein 유전자를 이용하여 knock-in 벡터를 구축하기 위해 돼지의 태아 섬유아세포로부터 $\beta$-casein 유전자를 동정하였고 EGFP, SV4O polyA signal을 동정하였다. Knock-in 벡터는 5' 상동 영역 약 5 kb와 3' 상동 영역 약 2.7 kb로 구성되어있으며, positive selection marker로 $neo^{r}$ 유전자를, negative selection marker로 DT-A 유전자를 사용하였다. 구축된 knock-in 벡터로부터 EGFP의 발현을 확인하기 위하여 생쥐 유선 세포인 HC11 세포에 knock-in 벡터를 도입하였다. 그 결과 EGFP의 발현을 HC11 세포에서 확인하였다. 이와 같은 결과로서 이 block-in 벡터는 knock-in 형질전환 돼지를 생산하는데 사용될 수 있을 것으로 생각된다.
Tissue plasminogen activator (tPA) plays important roles in the brain after excitotoxic injury. This study was conducted to produce transgenic pig harboring human tissue plasminogene activator (htPA) gene. Recombinent htPA(rhtPA) genes containing bovine-β-casein promoter (bBC) were prepared for microinjection and testified the expression level of htPA protein from the Chinese hamster ovary (CHO) cell lines before NDA microinjection into the porcine pronuclei. (omitted)
형질 전환 동물 생산에는 조직 및 시기 특이적 발현 조절이 가능하다는 장점 때문에 유즙 내로 외부 유전자를 발현시키는 시스템이 널리 이용되고 있다. 유전자 발현 즉, 단백질 생산은 프로모터의 강도뿐만 아니라 mRNA의 안정성에 의해서도 조절된다. 특히, polyadenylation에 의한 poly A의 길이는 in vivo와 올 in vitro에서 mRNA 안정성 및 목적 유전자의 번역효율에 영향을 준다. 본 연구에서는 이러한 mRNA 안정성이 목적 유전자의 발현에 미치는 영향을 알아보기 위해 3'-UTR 염기 서열을 분석하였다. 이 3'-untranslated region(UTR) 내의 poly A signal을 기준으로 putative cytoplasmic polyadenylation element(CPE) 부위와 downstream elements(DSE: U-rich, G-rich, GU-rich)의 염기 서열을 분석하고, 각각의 element를 기준으로 15 종의 luciferase reporter vector를 제작하여, 생쥐 유선 세포주(HC11)와 돼지 유선 세포주(PMGC)에 각각 transfection시킨 후 48시간 동안 배양하고 luciferase 발현량을 분석하였다. PMGC의 경우, luciferase의 발현은 exon 9의 CPE 2,3 및 DSE 1을 포함한 #6 construct에서 유의적으로 높은 발현량을 보였으며, exon 9의 CPE 2, 3과 DSE를 모두 포함하고 있는 #11 construct에서도 유의적으로 높은 발현량을 보였다. 이러한 결과는 형질 전환 돼지 생산에 있어 #6 및 11 construct의 사용은 목적의 유전자를 효과적으로 발현시키는데 기여할 것으로 사료된다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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