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Die Erfindung betrifft einen neuen
Promotor und ein Verfahren zur Expression eines Gens unter der Verwendung
des neuen Promotors. Im Besonderen betrifft die Erfindung eine DNA,
die den neuen Promotor, der in tierischen Zellen funktionieren kann,
umfasst und ein Verfahren zur Produktion eines Proteins unter der Verwendung
eines Vektors, in den eine DNA, die durch die Ligation eines nützlichen
Gens stromabwärts
des Promotors erhalten wurde, inseriert wird. Die vorliegende Erfindung
betrifft ebenfalls ein Verfahren zur Expression eines nützlichen
Gens, was das Ligieren des nützlichen
Gens stromabwärts
des Promotors und das Einbringen der resultierenden DNA oder eines
die resultierende DNA tragenden Vektors in eine tierische Zelle
umfasst.
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Wenn ein mikrobieller Wirt wie zum
Beispiel Escherichia coli, Bacillus subtilis oder Hefe verwendet wird,
um ein nützliches
Genprodukt tierischen Ursprungs durch Genmanipulationstechnologie
zu produzieren, ist die Genexpression oft erschwert. Das Erhalten
der gewünschten
Aktivität
ist oft wegen der falschen Konformation, der falschen post-translationalen
Modifikation des Genproduktproteins usw. erschwert. Um mit diesem
Problem fertig zu werden, werden oft tierische Zellen als Wirte
verwendet, in welchem Fall die Wahl des Promotors die Expressionseffizienz
eindeutig beeinflusst. Herkömmliche
Promotoren für
tierische Zellen im allgemeinen Gebrauch schließen den SV40-Promotor, den
Cytomegalovirus-Promotor und den Aktin-Promotor ein.
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Wenn eine große Menge eines nützlichen
Genproduktes unter der Verwendung einer tierischen Zelle als Wirt
produziert werden soll, sind die herkömmlich verwendeten Promotoren
für tierische
Zellen hinsichtlich ihrer Transkriptionsaktivität nicht befriedigend. Daher
war eine Entwicklung stärkerer
Promotoren gefragt.
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Das der vorliegenden Erfindung zugrunde
liegende technische Problem ist es dementsprechend, eine DNA mit
höherer
Promotoraktivität
als ein Promotor für
tierische Zellen und ebenso ein Verfahren zur Expression eines nützlichen
Gens unter der Verwendung eines solche Promotors bereitzustellen.
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Dieses technische Problem wird durch
die in den Patentansprüchen
reflektierten Ausführungsformen gelöst.
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Die vorliegende Erfindung beruht
nämlich
auf dem Befund, dass ein starker Promotor stromaufwärts des
menschlichen N-Acetylglucosaminyltransferase III (menschlichen GnT-III)-Gens vorhanden
ist.
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Die Ligation dieser Promotorsequenz
stromaufwärts
des Luciferase-Gens von Photinus und die Expression des Gens zeigen,
dass der Promotor eine viel höhere
Aktivität
als die von herkömmlichen
Promotoren für
tierische Zellen aufweist.
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Daher betrifft die vorliegende Erfindung
in einer Ausführungsform
eine DNA, ausgewählt
aus der Gruppe bestehend aus:
- (a) DNA, bestehend
aus der Nukleotidsequenz wie in SEQ ID NR: 1 dargestellt oder einem
Fragment davon, mit einer Promotoraktivität in einer tierischen Zelle;
- (b) DNA, bestehend aus der Nukleotidsequenz wie in SEQ ID NR:
2 dargestellt oder einem Fragment davon, mit einer Promotoraktivität in einer
tierischen Zelle;
- (c) DNA, bestehend aus der Nukleotidsequenz wie in SEQ ID NR:
3 dargestellt oder einem Fragment davon, mit einer Promotoraktivität in einer
tierischen Zelle;
- (d) DNA, bestehend aus der Nukleotidsequenz wie in SEQ ID NR:
4 dargestellt oder einem Fragment davon, mit einer Promotoraktivität in einer
tierischen Zelle;
- (e) DNA, welche in der Lage ist, an eine vorstehende DNA aus
(a) bis (d) zu hybridisieren, mit Promotoraktivität in einer
tierischen Zelle.
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In einer anderen Ausführungsform
betrifft die Erfindung eine rekombinante DNA, die die vorstehende DNA
und ein nützliches,
damit funktionell gekoppeltes Gen umfasst, einen die rekombinante
DNA umfassenden Vektor und eine Wirtszelle, in welche die rekombinante
DNA oder der Vektor eingefügt
wird. In einer bevorzugten Ausführungsform
ist die Wirtszelle eine tierische Zelle. Darüber hinaus betrifft die vorliegende
Erfindung ein nichtmenschliches Tier, das die der Erfindung entsprechenden,
tierische Zelle umfasst.
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In einer anderen Ausführungsform
betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Produktion eines Proteins und
ein Verfahren zur Expression eines nützlichen Gens unter der Verwendung
der rekombinanten DNA der vorliegenden Erfindung. Vorzugsweise umfasst
ein solches Verfahren die Züchtung
einer Wirtszelle entsprechend der Erfindung und gegebenenfalls die
Gewinnung des produzierten Proteins aus der Kultur.
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Darüber hinaus betrifft die vorliegende
Erfindung den der Erfindung entsprechenden Gebrauch der DNA zur
Expression eines damit funktionell gekoppelten, nützlichen
Gens in einer tierischen Zelle. In einer bevorzugten Ausführungsform
ist die DNA heterolog in Bezug auf die DNA.
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1 lässt die
Beziehung zwischen der DNA, die den Promotor der vorliegenden Erfindung (pPG204-1.1)
umfasst und der cDNA des menschlichen GnT-III-Gens erkennen.
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2 ist
eine Restriktionsenzym-Karte der Insertion von pHug5'-204.
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Der Ausdruck „Promotor", wie er hier verwendet wird, soll die
TATA-box oder eine ähnliche
Region einschließen,
die sich 20 bis 30 Basenpaare stromaufwärts des Transkriptions-Initiationspunktes
(+1) befindet und als Induktor der RNA-Polymerase bei der Transkriptions-Inititation
an der richtigen Position funktioniert, aber nicht auf Teile in
der Nähe
dieser Region beschränkt
ist. Zusätzlich
zu dieser Region kann eine andere, für die Assoziation eines anderen
Proteins als die RNA-Polymerase notwendige Region für die Regulation
der Expression vorhanden sein. Der Ausdruck „Promotorregion", wie er hier verwendet
wird, ist definiert als eine Region, die einen wie hier definierten
Promotor enthält.
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Der Ausdruck „Promotoraktivität", wie er hier verwendet
wird, bedeutet, dass, wenn ein nützliches
Gen stromabwärts
eines Promotors auf eine solchen Art und Weise ligiert wird, dass
das Gen exprimiert werden kann, und in einen Wirt (tierische Zelle)
eingebracht wird, der Wirt die Fähigkeit
und die Funktion der Produktion eines Produktes des nützlichen
Gens innerhalb oder außerhalb
des Wirtes zeigt.
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Im Allgemeinen wird die Promotoraktivität oder die
Anwesenheit oder die Abwesenheit oder die Stärke eines bestimmten Promotors
durch das Ligieren eines Gens, das ein einfach zu quantifizierendes
Protein kodiert (Reportergen), stromabwärts des Promotors, dergestalt,
dass das Gen exprimiert werden kann, durch das Einbringen des Gens
in einen Wirt und durch das Messen der Menge des exprimierten Proteins
bestimmt. Wenn ein nützliches
Gen stromabwärts
eines Promotors ligiert wird, dergestalt, dass das Gen exprimiert
werden kann, und in einen Wirt eingebracht wird und wenn das Expressionsprodukt
des nützlichen
Gens innerhalb oder außerhalb
des Wirtes nachgewiesen wird, kann man behaupten, dass der Promotor
in dem Wirt, in den er eingebracht wurde, Promotoraktivität besitzt.
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Der Ausdruck „tierische Zelle", wie er hier verwendet
wird, soll einschließen,
ist aber nicht beschränkt auf
menschliche Zellen, solange der Promotor der vorliegenden Erfindung
in einer tierischen Zelle Promotoraktivität zeigt. Solche tierischen
Zellen schließen
Zellen von nicht-menschlichen Säugern
(z. B. Mäusen,
Ratten, Kaninchen, Ziegen, Schweinen, Rindern, Pferden, Hunden,
Affen und Schimpansen), Vögeln
(z. B. Hühnern,
Truthähnen,
Wachteln, Enten und Wildenten), Reptilien (z. B. Schlangen, Krokodilen
und Schildkröten), Amphibien
(z. B. Fröschen,
Salamandern und Molchen) und Fischen (z. B. Stachelmakrelen, Makrelen,
Wolfsbarschen, Goldbrassen, Zackenbarschen, Gelbschwänzen, Thunfischen,
Lachsen, Forellen, Karpfen, Ayus, Aalen, Plattfischen, Haien, Rachen
und Stören)
ein.
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Der Ausdruck „nützliches Gen", wie er hier verwendet
wird, soll Gene, die ein in tierischen Zellen exprimierbares Protein
kodieren, Antisense-DNA oder Antisense-RNA von Genen tierischen
Ursprungs, Köder, z.
B. eine DNA-Sequenz, die ein Gen enthält, das ein Bindeprotein eines
Transkriptionsfaktors tierischen Ursprungs kodiert, oder eine DNA-Sequenz, die die
Bindestelle des Transkriptionsfaktors und eine ähnliche Sequenz enthält, und
Ribozyme, die mRNA aus dem Ursprung tierischer Zellen spalten, einschließen.
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Gene, die ein in tierischen Zellen
exprimierbares Protein kodieren, schließen ein, sind aber nicht beschränkt auf
Gene tierischen Ursprungs. Solange sie in tierischen Zellen exprimierbar
sind, sind Gene, die von Mikroorganismen wie Bakterien, Hefen, Actinomyceten,
Schimmelpilzen, Ascomycotina und Basidiomyceten stammen, und diejenigen,
die von nicht-mikrobiellen Organismen wie Pflanzen und Insekten
stammen, ebenfalls in den hier erwähnten, nützlichen Genen eingeschlossen.
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Der Ausdruck „Köder", wie er hier verwendet wird, soll eine
DNA-Sequenz mit einem Gen, das ein Bindeprotein eines Transkriptionsfaktors
tierischen Ursprungs kodiert, oder eine DNA-Sequenz mit einer Sequenz der
Bindestelle des Transkriptionsfaktors oder einer ähnlichen
Sequenz bedeuten, wobei die DNA-Sequenz des „Köders" in der Lage ist, die Funktion des Transkriptionsfaktors,
wenn sie in eine Zelle als „Köder" eingebracht wurde,
zu unterdrücken.
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Der Ausdruck „Ribozym", wie er hier verwendet wird, wird als
ein Enzym definiert, welches die mRNA eines bestimmten Proteins
spaltet, um die Translation des Proteins zu inhibieren. Ein Ribozym
kann aus der ein bestimmtes Protein kodierenden Gensequenz konstruiert
werden. Zum Beispiel kann ein Ribozym vom Hammerkopf-Typ durch das
in FEBS Letter, 228, 228–230
(1988) beschriebene Verfahren hergestellt werden. Zusätzlich zu
den Ribozymen vom Hammerkopf-Typ sind Ribozyme vom Haarnadelschleifen-Typ,
vom Delta-Typ oder von anderen Typen im Umfang der hier erwähnten Ribozyme
eingeschlossen, solange sie die mRNA eines bestimmten Proteins spalten,
um die Translation des Proteins zu inhibieren.
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Durch das funktionelle Koppeln eines
nützlichen
Gens stromabwärts
des DNA Fragments, das eine Promotoraktivität der vorliegenden Erfindung
besitzt, kann die Expression des nützlichen Gens verbessert werden.
Die Expression des nützlichen
Gens findet in tierischen Zellen statt, in welche das die Promotoraktivität der vorliegenden
Erfindung besitzende DNA-Fragment mit oder ohne Hilfe eines Vektors
eingebracht werden kann. Als Vektor wird vorzugsweise ein Plasmidvektor
oder ein Virusvektor verwendet. In dem Fall, dass kein Vektor verwendet
wird, kann das DNA-Fragment durch das in Virology, 53, 456 (1973),
Molecular and Cellular Biology, 7, 2745 (1987), Journal of the National
Cancer Institute, 41, 351 (1968), EMBO Journal, 1, 841 (1982) und
BioTechniques, 6, 682 (1988) beschriebene Verfahren direkt eingebracht
werden. Tierische Zellen, die das erfindungsgemäße DNA-Fragment tragen, und
nicht-menschliche Tiere, die solche tierischen Zellen besitzen, sind
ebenfalls im Umfang der Erfindung eingeschlossen. Die nützlichen
Gene, deren Expression durch die vorliegende Erfindung verbessert
werden kann, schließen
DNA, die ein Protein kodiert, Antisense-DNA, Antisense-RNA, ein
Polynukleotid, das einen Köder
kodiert, eine Nukleotidsequenz, die als Köder fungieren kann und ein
Ribozym ein. Die vorliegende Erfindung offenbart ebenfalls das Verfahren
zur Produktion eines gewünschten
Proteins und das Verfahren zur Expression eines nützlichen
Gens durch die Verwendung eines DNA-Fragments, das eine Promotoraktivität der vorliegenden
Erfindung besitzt.
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Die DNA der vorliegenden Erfindung
besitzt Promotoraktivität
für tierische
Zellen und enthält
die gesamte oder einen Teil der DNA-Sequenz von SEQ ID NR: 1 in
der Sequenzliste. In anderen Worten ist das DNA-Fragment der vorliegenden
Erfindung ein DNA-Fragment, das einen neuen Promotor enthält, und,
solange es diesen Promotor enthält,
kann es irgendein Fragment der DNA-Sequenz von SEQ ID NR: 1 oder
irgendein Fragment, das einen Teil der DNA-Sequenz von SEQ ID NR:
1 enthält,
sein. Solche DNA-Fragmente schließen ein, sind aber nicht beschränkt auf
die DNA-Fragmente von SEQ ID NR: 2, SEQ ID NR: 3 und SEQ ID NR:
4 und DNA-Fragmente, die einen Anteil des DNA-Fragmentes von SEQ
ID NR: 2 oder SEQ ID NR: 3 umfassen, und DNA-Fragmente, die die
gesamte oder einen Teil der DNA-Sequenz von SEQ ID NR: 4 enthalten.
DNA-Fragmente, die mit diesen DNA Fragmenten hybridisieren können und
Promotoraktivität
in tierischen Zellen besitzen, sind ebenfalls im Umfang des DNA-Fragments
der vorliegenden Erfindung eingeschlossen.
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Der Promotor für tierische Zellen der vorliegenden
Erfindung wurde wie folgt entdeckt:
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Das menschliche GnT-III-Gen, das
von Ihara et al. [Journal of Biochemistry, 113, 692–698 (1993)]
aus einer fötalen,
hepatischen cDNA-Genbank und einer genomischen Cosmid-Genbank isoliert
wurde, wurde für die
vorliegende Erfindung verwendet. Von den das menschliche GnT-III-Gen
kodierenden cDNA-Klonen H15 und H20 (offengelegtes, japanisches
Patent Nr. 6-62865) enthält
jeder eine 5'-seitige,
untranslatierte Region und die DNA-Sequenzen der zwei 5'-seitigen, untranslatierten
Regionen sind unterschiedlich zueinander, außer der 8 Basenpaare stromaufwärts des
erwarteten Initiationskodons. Die zwei Cosmide Hug3 und Hug5 wurden
als genomische Klone erhalten, von denen Hug3 die kodierende Region
des GnT-III-Gens und eine etwa 35 kb-große Region stromaufwärts davon
enthält.
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Mit dieser Tatsache im Sinn wurden
Southern-Hybridisierungen, DNA-Sequenzierungen
usw. des Hug3-Cosmidklons mit den 5'-seitigen, untranslatierten Regionen
von H15 und H20 als Sonden durchgeführt, was demonstrierte, dass
H15 Exonen etwa 29 kb (H15 Exon-2) und 1 kb (H15 Exon-1) stromaufwärts des
Initiationskodons und H20 ein Exon etwa 26 kb stromaufwärts des
Initiationskodons aufweist. Eine 5'-seitige, rasche cDNA-Enden-Amplifikation
(RACE) mit mRNA von menschlichem Gehirn als Matrize wurde unter
der Verwendung eines für
das GnT-III-Gens spezifischen Primers durchgeführt, was die Anwesenheit von
mRNA ohne Spleißen
an einer Position 7 Basenpaare stromaufwärts des Initiationskodons,
wo in H15 und H20 Spleißen
stattfindet, demonstrierte. Die aus dieser mRNA erhaltene cDNA wurde
mit H204 bezeichnet.
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Diese Ergebnisse zeigen, dass es
mindestens drei Transkriptionsprodukte des menschlichen GnT-III-Gens
gibt. Da von den in der Transkription von H15, H20 und H204 involvierten
Promotoren angenommen wird, dass sie stromaufwärts des H15 Exons-2, stromaufwärts des
H20 Exons-1 bzw. stromaufwärts
des erwarteten Translations-Initiationspunktes
in dem Genom vorliegen, wurde die Promotoraktivität der DNA-Fragmente, die diese
Regionen enthalten, in COS1-Zellen mit dem Luciferase-Gen von Photinus
als Reportergen bestimmt. Wie in 1 gezeigt
(Kästen
sind Exon-Anteile; punktierte Linien sind Intron-Anteile), wurde
in dem etwa 3 kb-großen
Fragment (das Plasmid, das dieses Fragment enthält, ist mit pPG20B bezeichnet)
stromaufwärts
von H20 von der HindIII-Stelle in H15 Exon-2 bis zu der SacII-Stelle
in H20 Exon-1 keine Promotoraktivität nachgewiesen. Promotoraktivität wurde
jedoch in dem etwa 3 kb-großen
Fragment (das Plasmid, das dieses Fragment enthält, ist mit pPG15 bezeichnet)
von der EcoRI-Stelle stromaufwärts
von H15 bis zu der HindIII-Stelle in H15 Exon-2 und in dem etwa
1,1 kb großen
Fragment (das Plasmid, das dieses Fragment enthält, ist als pPG204-1.1 bezeichnet)
von der SphI-Stelle stromaufwärts
der kodierenden Region bis zu der NaeI-Stelle in der kodierenden
Region, d. h. dem H204 enthaltenden Fragment, nachgewiesen; es wurde
festgestellt, dass das letztere etwa 10 mal stärker als das erstere und etwa
1,5 mal stärker
als der SV40-Promotor ist.
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Darüber hinaus enthält dieses
1,1 kb-Fragment eine XhoI-Stelle etwa 0,8 kb, eine SspI-Stelle etwa
0,5 kb und eine HincII-Stelle etwa 0,2 kb entfernt von der NaeI-Stelle;
wenn pPG204-1.1 mit irgendeinem dieser Restriktionsenzyme in Kombination
mit BamHI, ein Restriktionsenzym mit einer Spaltstelle in der multiplen
Klonierungsstelle des Vektors, gespalten wird, kann ein 0,8 kb-großes Fragment
(Fragment A), ein 0,5 kb-großes Fragment
(Fragment B) und ein 0,2 kb-großes
Fragment (Fragment C), welche das GnT-III-Inititationskodon enthalten, herausgeschnitten
werden. Es wurde festgestellt, dass diese Fragment hinsichtlich
ihrer Promotoraktivität
etwa 2–3
mal stärker
als das vorstehend erwähnte
1,1 kb-Fragment und 3–5
mal stärker
als der SV40-Promotor sind. Die vorliegende Erfindung demonstriert
also, dass die DNA-Fragmente, die einen etwa 0,2–1,0 kb-großen Anteil stromaufwärts der
das menschliche GnT-III-Gen kodierenden Region enthalten, starke
Promotoraktivität
besitzen. Das Verfahren, um das DNA-Fragment der vorliegenden Erfindung
zu erhalten, ist hier im folgenden genau beschrieben.
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(1) Nukleotidsequenz des
DNA-Fragments, das in tierischen Zellen Promotoraktivität besitzt
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Ein genomischer Cosmid-Klon, der
einen Anteil stromaufwärts
des menschlichen GnT-III-Gens
enthält,
z. B. der Cosmid-Klon Hug3 von Ihara et al., wurde mit den Restriktionsenzymen
SphI und NaeI (beide produziert durch Takara Shuzo) gespalten; ein
1,1 kb-großes
DNA-Fragment, das eine Region unmittelbar stromaufwärts der
GnT-III-kodierenden
Region enthält,
wird isoliert. Dieses DNA-Fragment hat die Nukleotidsequenz von
SEQ ID Nr: 1. Dieses Fragment wird in einen Plasmidvektor, z. B.
pUC 19 (produzeirt durch Takara Shuzo), subkloniert, um seine Verwendung
zur Ligation mit einem nützlichen
Gen und zu anderen Zwecken zu vereinfachen.
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Die Nukleotidsequenz des subklonierten
1,1 kb-SphI-NaeI-Fragmentes (pHug5'-204) kann zum Beispiel durch das Didesoxy-Verfahren
[Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA, 74,
5463 (1977)] bestimmt werden. Es ist üblicherweise schwierig, die
Nukleotidsequenz eines 1,1 kb-großen Fragmentes in einer einzigen
Reaktion zu bestimmen; zu diesem Zweck stehen einige Verfahren zur
Verfügung,
einschließlich
des Verfahrens, in dem das Fragment mit geeigneten Restriktionsenzymen
weiter gespalten und subkloniert wird, gefolgt durch die Didesoxy-Reaktion,
des Verfahrens, in dem unter der Verwendung von Exonuklease III
eine Reihe von Deletionsplasmiden hergestellt wird, gefolgt durch
die Didesoxy-Reaktion, und des Verfahrens, in dem auf der Basis
der bekannten Nukleotidsequenzen nacheinander Primer synthetisiert
werden, gefolgt durch die Didesoxy-Reaktion. In der vorliegenden Erfindung
wurde das Fragment mit den Restriktionsenzymen BstXI, XhoI, SspI,
KpnI und HincII weiter gespalten (Restriktionsenzymkarte für die pHug5'-204-Insertionen ist in 2 gezeigt), subkloniert und der Didesoxy-Reaktion
unterzogen, um die Nukleotidsequenz von pHug5'-204, wie in SEQ ID NR: 1 der Sequenzliste
gezeigt, zu bestimmen.
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Wie in 2 gezeigt,
enthält
dieses 1,1 kb-Fragment eine XhoI-Stelle etwa 0,8 kb, eine SspI-Stelle etwa
0,5 kb und eine HincII-Stelle etwa 0,2 kb entfernt von der NaeI-Stelle.
Wenn pHug5'-204
mit irgendeinem dieser Restriktionsenzyme in Kombination mit BamHI,
ein Restriktionsenzym mit einer Spaltstelle in der multiplen Klonierungsstelle
des Vektors, gespalten wird, kann das 0,8 kb-große Fragment (Fragment A) von
SEQ ID NR: 2 in der Sequenzliste, das 0,5 kb-große Fragment (Fragment B) von
SEQ ID NR: 3 und das 0,2 kb-große Fragment
(Fragment C) von SEQ ID NR: 4, welche alle das GnT-III-Inititationskodon
enthalten, herausgeschnitten werden.
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(2) Herstellung des DNA-Fragmentes,
das den Promotor der vorliegende Erfindung enthält
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Der einfachste Ansatz für die Herstellung
eines DNA-Fragmentes, das den Promotor der vorliegenden Erfindung
enthält,
ist es, es aus dem vorstehend beschriebenen Cosmid oder Plasmid
durch die Spaltung mit den Restriktionsenzymen SphI und NaeI (beide
produziert durch Takara Shuzo) herauszuschneiden, nötigenfalls
mit einer weiteren Spaltung mit solchen Restriktionsenzymen wie
XhoI, SspI und HincII. Andere nützliche Verfahren
schließen
Spaltung mit anderen Restriktionsenzymen, Ultraschallbehandlung,
chemische Syntheses mit Hilfe des Phosphoamidit-Verfahrens und Verfahren
unter Verwendung der Polymerase-Kettenreaktion ein.
Das erwünschte
DNA-Fragment kann zum Beispiel auf einfache Weise durch das Polymerase-Kettenreaktions-Verfahren
unter Verwendung eines geeigneten Primers, der zum Beispiel aus
der DNA-Sequenz von SEQ ID NR: 1 gewonnen wurde, hergestellt werden.
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Durch eine Hybridisierung unter der
Verwendung der Nukleotidsequenz des Promotors der vorliegenden Erfindung
kann der Promotor der vorliegenden Erfindung auch von einem aus
einer anderen Zelle stammenden Gen erhalten werden. In diesem Fall
ist zum Beispiel das folgende Verfahren anwendbar. Zuerst wird chromosomale
DNA, die aus einer anderen zellulären Genquelle erhalten wurde,
durch ein herkömmliches Verfahren
an ein Plasmid, einen Phagenvektor oder ähnliches ligiert und in einen
Wirt eingebracht, um eine Genbank herzustellen. Die Genbank wird
dann auf Platten gezüchtet;
die resultierenden Kolonien oder Plaques werden auf eine Nitrocellulose-
oder Nylonmembran transferiert, gefolgt durch eine Denaturierung, um
die DNA auf der Membran zu immobilisieren. Die Membran wird anschließend in
einer Lösung
inkubiert, die eine vorher mit 32P markierte
Sonde (nützliche
Sonden schließen
das DNA-Fragment von SEQ ID NR: 1 in der Sequenzliste und Anteile
davon, wie Fragment A (SEQ ID NR: 2), Fragment B (SEQ ID NR: 3)
und Fragment C (SEQ ID NR: 4 ein), usw. enthält, um ein Hybrid zwischen
der DNA auf der Membran und der Sonde zu erzeugen.
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Zum Beispiel wird die Membran mit
der immobilisierten DNA mit der Sonde für 20 Stunden bei 65°C in einer
Lösung,
die 6 SSC, 1% Natriumdodecylsulfat (SDS), 100 μg/ml Lachsspermien-DNA und 5 × Denhardt's enthält, hybridisiert.
Nach Beendigung der Hybridisierung wird unspezifische Adsorption
weggewaschen, gefolgt durch Autoradiographie usw., um Klone zu identifizieren,
die mit der Sonde ein Hybrid gebildet haben. Dieses Verfahren wird
wiederholt, bis ein einzelner Klon das Hybrid gebildet hat. Der
auf diese Weise erhaltene einzelne Klon trägt den gewünschten Promotor in sich inseriert.
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Die Nukleotidsequenz des erhaltenen
Gens wird zum Beispiel durch das nachstehend beschriebene Verfahren
bestimmt, um die Identität
des Gens als den gewünschten
Promotor zu beweisen. Die Nukleotidsequenzierung der durch die Hybridisierung
erhaltenen Klone wird wie nachstehend erwähnt bewerkstelligt, wenn die
Rekombinante Escherichia coli ist: die Rekombinante wird in Teströhrchen inkubiert
usw.; das Plasmid wird extrahiert und mit Restriktionsenzymen gespalten;
die Insertion wird herausgenommen und in den M13-Phagenvektor usw. subkloniert, gefolgt
durch eine Nukleotidsequenzierung durch das Didesoxy-Verfahren.
Wenn die Rekombinante ein Phage ist, kann im wesentlichen den gleiche
Prozeduren nachgegangen werden, um eine Nukleotidsequenzierung zu bewerkstelligen.
Diese grundlegenden Arbeitsschritte von der Züchtung bis zur Nukleotidsequenzierung
können
durchgeführt
werden, wie zum Beispiel beschrieben in Molecular Cloning: A Laboratory
Manual, 2. Auflage, herausgegeben durch T. Maniatis et al., Kapitel
1, S. 90–104,
veröffentlicht
durch Cold Spring Harbor Laboratory, 1989.
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Die Identität des erhaltenen Gens als der
gewünschte
Promotor kann auf der Basis der Homologie der bestimmten Nukleotidsequenz
mit der Nukleotidsequenz des Promotors der vorliegenden Erfindung
eingeschätzt
werden. Wenn angenommen wird, dass das erhaltene Gen den vollständigen Promotor
nicht enthält, kann
die Nukleotidsequenz des vollständigen
Promotors, der an den Promotor der vorliegenden Erfindung hybridisiert,
bestimmt werden, indem auf der Basis des erhaltenen Gens ein synthetischer
DNA-Primer synthetisiert und der fehlende Bereich durch PCR amplifiziert
wird oder eine DNA- oder cDNA-Genbank unter der Verwendung eines
Fragmentes des erhaltenen Gens als Sonde durchmustert wird.
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Das Verfahren der vorliegenden Erfindung
zur Expression eines nützlichen
Gens ist dadurch gekennzeichnet, dass das nützliche Gen stromabwärts des
Promotors der vorliegenden Erfindung dergestalt ligiert wird, dass
das Gen exprimiert werden kann; ein auf diese Weise hergestelltes
DNA-Fragment wird in eine tierische Zelle eingebracht; und die resultierende
Zelle wird gezüchtet.
Um das gewünschte,
nützliche
Gen stromabwärts
des wie vorstehend hergestellten DNA-Fragments, welches den Promotor
der vorliegenden Erfindung dergestalt enthält, dass das Gen exprimiert
werden kann, zu ligieren, kann DNA-Ligase und das Homopolymer-Verfahren
verwendet werden. Wenn für
die Ligation von zwei DNA-Fragmenten,
denen die gleiche Restriktionsenzymschnittstelle gemeinsam ist,
DNA-Ligase verwendet wird, wird die Ligation bewerkstelligt, indem die
Fragmente mit dem entsprechenden Restriktionsenzym gespalten, in
dem in Molecular Cloning: A Laboratory Manual, 2. Ausgabe, herausgegeben
durch T. Maniatis et al., Kapitel 1, S. 62, veröffentlicht durch Cold Spring
Harbor Laboratory, 1989, beschriebenen Reaktionspuffer zusammengemischt
werden und DNA-Ligase zugegeben wird. In einer anderen Ausführungsform,
wenn den zwei DNA-Fragmenten nicht die gleiche Restriktionsenzymschnittstelle
gemeinsam ist, werden sie zusammen ligiert, indem ihre Enden unter
der Verwendung von T4-DNA-Polymerase (produziert durch Takara Shuzo)
geglättet
werden und sie wie vorstehend beschrieben mit DNA-Ligase behandelt
werden. Wenn das Homopolymer-Verfahren angewendet wird, wird an das
3'-seitige Ende
des Vektors, der vorher mit einem Restriktionsenzym linearisiert
wurde, unter der Verwendung der terminalen Desoxyribonukleotidyl-Transferase
und dGTP ein polyG-Schwanz angehängt; an
das 3'-seitige Ende
der Insertions-DNA wird auf die gleiche Weise ein polyC-Schwanz
angehängt;
diese polyG- und polyC-Schwänze
werden miteinander verschmolzen und zum Beispiel durch das Calciumchlorid-Verfahren
[Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA, 75,
3727 (1978)] in Escherichia coli eingebracht.
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Beispiele für gewünschte, nützliche Gene für die vorliegende
Erfindung schließen
ein, sind aber nicht beschränkt
auf die Interleukin 1 bis 12-Gene, Interferon α, β und γ-Gene, das Tumor-Nekrose-Faktor-Gen,
das Kolonie-stimulierender Faktor-Gen, das Erythropoietin-Gen, das
transformierender Wachstumsfaktor-β-Gen, Immunglobulin-Gen, das
Gewebe-Plasminogen-Aktivator-Gen,
das Urokinase-Gen und das Photinus-Luciferase-Gen.
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Das auf diese Weise erhaltene DNA-Fragment,
das aus der Ligation des DNA-Fragmentes
der vorliegenden Erfindung mit einem nützlichen Gen resultiert, kann
in einen geeignete Vektor, vorzugsweise ein Vektor für tierische
Zellen, inseriert werden, um ein Plasmid für die Genexpression zu ergeben.
Solche Vektoren schließen
pTM [Nucleic Acids Research, 10, 6715 (1982)], cos202 [The EMBO
Journal, 6, 355 (1987)], p91203(B) [Science, 228, 810 (1985)] und
BCMGSNeo [Journal of Experimental Medicine, 172, 969 (1990)] ein.
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Das erhaltene Plasmid kann für die Genexpression
durch herkömmliche
Verfahren wie das Calciumphosphat-Verfahren [Molecular and Cellular
Biology, 7, 2745 (1987)], das Elektroporations-Verfahren [Proceedings
of the National Academy of Sciences of the USA, 81, 7161 (1984)],
das DEAE-Dextran-Verfahren [Methods in Nucleic Acids Research, S.
283, herausgegeben durch Karam, J. D. et al., veröffentlicht
durch CRC Press, 1991] und das Liposomen-Verfahren [BioTechniques,
6, 682 (1989)] in eine geeignete Wirtszelle eingebracht werden.
Solche Wirtszellen sind vorzugsweise tierische Zellen und schließen zum
Beispiel COS 1-Zellen, HELA-Zellen, CHO-21-Zellen und BHK-21-Zellen
ein. Durch das Züchten
der erhaltenen transformierten Zellen in einem geeigneten Medium
kann das gewünschte,
nützliche
Genprodukt auf effiziente Weise produziert werden.
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Durch die Verwendung des DNA-Fragmentes
der vorliegenden Erfindung als Promotor kann ein gewünschtes,
nützliches
Genprodukt in großen
Mengen in einer tierischen Zelle exprimiert werden.
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Die folgenden Beispiele veranschaulichen
die vorliegende Erfindung.
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Beispiel 1
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Der Cosmid-Klon Hug3, der eine Genomregion
birgt, die das durch Ihara et al. [Journal of Biochemistry, 113,
692 (1993)] berichtete GnT-III-Gen enthält, wurde mit den Restriktionsenzymen
SphI und NaeI (beide produziert durch Takara Shuzo) gespalten und
einer Agarosegelelektrophorese unterzogen. Ein 1,1 kb-großes Fragment
wurde aus dem Gel ausgeschnitten, gefolgt durch eine DNA-Gewinnung
unter Verwendung von EASYTRAPTM (hergestellt
von Takara Shuzo). Dieses DNA-Fragment wurde mittels T4-DNA-Ligase
an pUC19, das vorher mit SphI und HincII gespalten wurde, ligiert,
wonach es durch das Calciumchlorid-Verfahren in Escherichia coli
XL1-Blue eingebracht wurde. Die resultierenden Ampicillin-resistenten
Kolonien wurden abgepickt und gezüchtet; aus den gezüchteten
Zellen wurde mit Hilfe des Alkali-Verfahrens ein Plasmid gewonnen.
An der multiplen Klonierungsstelle von pUC19 sind HindIII-, SphI-,
HincII- und BamHI-Stellen in dieser Reihenfolge nah zueinander angeordnet.
Das Plasmid wurde mit BamHI und HindIII doppelt gespalten und einer
Agarosegelelektrophorese unterzogen; es wurde gefunden, dass das
Plasmid ein 1,1 kb-großes
HindIII-BamHI-Fragment (die Nukleotidsequenz dieses Fragmentes wurde
als die Sequenz von SEQ ID NR: 1 identifiziert) enthält und das
Plasmid wurde mit pHug5'-204
bezeichnet. Escherichia coli XL1-Blue wurde mit diesem Plasmid transformiert,
um die Transformante Escherichia coli X11-Blue/pHug3'-204 zu ergeben (hinterlegt unter
FERM BP-5532 am Nationalen Institut für Biowissenschaften und Human-Technologie, Geschäftsstelle für industrielle
Wissenschaft und Technologie).
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pHug5'-204 wurde dann mit BamHI und HindIII
gespalten; das resultierende 1,1 kb-Fragment wurde unter der Verwendung
von EASYTRAPTM aus dem Agarosegel gewonnen, gefolgt durch ein Glätten der
Enden unter der Verwendung der T4-DNA-Polymerase (hergestellt durch
Takara Shuzo) in der Anwesenheit von dATP, dGTP, dCTP und dTTP.
In einem separaten Ansatz wurde ein Enhancer-Vektor (hergestellt
durch Toyo Ink) als ein Plasmid, dem ein Promotor fehlt und das
das Photinus-Luciferase-Gen, den SV40-Enhancer, den Replikations-Initiationspunkt
von Escherichia coli und das Ampicillin-Resistenzgen enthält, an der
SmaI-Stelle unmittelbar stromaufwärts des Photinus-Luciferase-Gens
gespalten und unter der Verwendung der T4-DNA-Ligase an das vorher
gewonnene 1,1 kb-Fragment
ligiert, wonach das Ligationsprodukt mit Hilfe des Calciumchlorid-Verfahrens
in Escherichia coli XL1-Blue eingebracht wurde.
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Um die Orientierung des 1,1 kb-Fragmentes
festzustellen, wurde ein Plasmid von dem Ampicillin-resistenten
Bakterium präpariert,
mit XhoI gespalten und einer Agarosegel elektrophorese unterzogen.
Durch die Beurteilung der Restriktionsenzymkarte wurde erwartet,
dass ein 0,8 kb-großes
Fragment auftreten wird, wenn das 1,1 kb-Fragment in der gleichen
Orientierung wie das Photinus-Luciferasegen inseriert wurde, und
dass ein 0,3 kb-großes Fragment
auftreten wird, wenn das 1,1 kb-Fragment in der umgekehrten Orientierung
inseriert wurde. Mit dieser Tatsache im Sinn wurde ein Plasmid,
das ein 0,8 kb-großes
XhoI-Fragment trägt, ausgewählt, um
pPG204-1.1 zu ergeben.
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In einen 2 Liter-fassenden, konischen
Kolben, der LB-Medium [1% Bacto-Trypton, 0,5% Bacto-Hefeextrakt
(beides hergestellt von DIFCO), 0,5% NaCl] und 100 μg/ml Ampicillin
enthält,
wurde der pPG204-1.1 tragende Escherichia coli angeimpft, gefolgt
durch eine Schüttelkultur über Nacht
bei 37°C,
nach der das Plasmid durch das in Molecular and Cellular Biology,
7, 2745 (1987) beschriebene Cäsiumchlorid-Gleichgewichts-Dichtegradienten-Zentrtfugations-Verfahren
präpariert
wurde. pPG204-1.1, 20 μg
pro 10 cm-Petrischale,
wurde durch das in Molecular and Cellular Biology, 7, 2745 (1987)
beschriebene Calciumphosphat-Verfahren in COSI-Zellen (ATCC CRL
1650) transfiziert.
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Die Luciferase-Aktivität der transfizierten
COS1-Zellen wurde unter der Verwendung eines PicaGeneTM-Kits (hergestellt
durch Toyo Ink) bestimmt, wie in der Bedienungsanleitung des Kits
angegeben. 48 Stunden nach der Transfektion wurden die Zellen in
0,7 ml der in dem Kit enthaltenen zelllysierenden Lösung suspendiert;
20 μl der Überstandes
und 100 μl
eines Luminiszenz-Substrates wurden zusammengemischt, wonach unmittelbar
die Intensität
der Luminiszenz unter der Verwendung eines Flüssig-Szintillationszählers bestimmt
wurde. Als Positivkontrolle wurden die Zellen mit dem in dem Kit
enthaltenen Kontrollvektor (SV40-Promotor) transfiziert; als Negativkontrolle
wurden die Zellen mit dem Enhancer-Vektor transfiziert.
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Als Ergebnis wurde herausgefunden,
dass pPG204-1.1, das das DNA-Fragment der vorliegenden Erfindung
beinhaltet, hinsichtlich der Promotoraktivität viel stärker als der SV40-Promotor
ist.
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Beispiel 2
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pHug5'-204 wurde mit XhoI gespalten, gefolgt
durch ein Glätten
der Enden in Anwesenheit von dATP, dGTP, dCTP und dTTp unter der
Verwendung der T4-DNA-Polymerase,
wonach es weiter mit BamHI gespalten und einer Agarosegelelektrophorese
unterzogen wurde, gefolgt durch die Gewinnung eines 0,8 kb-großen Fragmentes
(Fragment A) unter Verwendung des EASYTRAPTM. In einem separaten
Ansatz wurde pHug5'-204
mit SspI und BamHI gespalten, gefolgt durch die Gewinnung eines
0,5 kb-großen
Fragmentes (Fragment B) auf die gleiche Weise wie für Fragment
A. pHug5'-204 wurde
ebenfalls mit HincII und BamHI gespalten, gefolgt durch die Gewinnung
eines 0,2 kb-großen
Fragmentes (Fragment C) auf die gleiche Weise wie für Fragment
A.
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Fragment A ist 817 bp-langes DNA-Fragment,
das die Region vom 300sten C bis zu dem 1116ten C des DNA-Fragmentes
von SEQ ID NR: 1 abdeckt; Fragment B ist ein 522 bp-langes DNA-Fragment,
das die Region von dem 595sten A bis zu dem 1116ten C des DNA-Fragmentes von SEQ
ID NR: 1 abdeckt; Fragment C ist ein 200 bp-langes DNA-Fragment,
das die Region von dem 917ten G bis zum 1116ten C des DNA-Fragmentes
von SEQ ID NR: 1 abdeckt. Fragment A, B oder C wurde an den Enhancer-Vektor,
der vorher mit SmaI und BamHI gespalten wurde, ligiert und in Escherichia
coli XL1-Blue eingebracht. Von dem auf diese Weise erhaltenen Ampicillin-reisitenten
Stamm wurde Plasmid-DNA extrahiert und mit ScaI und HindIII gespalten;
die Insertion des gewünschten
Fragmentes wurde bestätigt.
Im Besonderen wird erwartet, dass ein 2,0 kb-großes Fragment auftritt, wenn
Fragment A inseriert wurde, dass ein 1,7 kb-großes Fragment auftritt, wenn
Fragment B inseriert wurde, und das ein 1,4 kb-großes Fragment
auftritt, wenn Fragment C inseriert wurde. pPG204-0.8, das Fragment
A trägt,
pPG204-0.5, das Fragment B trägt,
und pPG204-0.2, das Fragment C trägt, wurde somit erhalten.
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Von Escherichia coli-Stämmen, die
pPG204-0.8, pPG204-0.5 bzw. pPG204-0.2 tragen, wurden Plasmide durch
das Cäsiumchlorid-Gleichgewichts-Dichtegradienten-Zentrifugations-Verfahren
auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 präpariert, gefolgt durch eine
Transfektion von COS1-Zellen. Die Luciferase-Aktivität der Extrakte
der transfizierten COS1-Zellen wurde auf die gleiche Weise wie in
Beispiel 1 bestimmt, außer
dass die Intensität
der Luminiszenz unter der Verwendung eines Luminometers (LB 9501,
hergestellt durch Belthold) bestimmt wurde.
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Als Ergebnis wurde festgestellt,
dass die kleineren Fragmente hinsichtlich ihrer Promotoraktivität 2 bis 3
mal stärker
als das 1,1 kb-SphI-NaeI-Fragment sind.
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Andere Modifikationen der vorstehend
beschriebenen, erfindungsgemäßen Ausführungsformen,
die für
Fachleute offensichtlich sind, sollen im Umfang der folgenden Patentansprüche enthalten
sein.
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