ES2206443T3 - Procedimiento para producir peptidos. - Google Patents
Procedimiento para producir peptidos.Info
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Abstract
UN PROCESO PARA LA PRODUCCION DE UN PEPTIDO (PEPTIDO OBJETO) QUE COMPRENDE: A) EL CULTIVO DE CELULAS HUESPED TRANSFORMADAS CON UN PLASMIDO CAPAZ DE EXPRESAR UN GEN QUE CODIFICA PARA UNA PROTEINA DE FUSION REPRESENTADA EN LA SIGUIENTE FORMULA: A-L-B EN DONDE, B ES UN PEPTIDO OBJETO, A ES UN PEPTIDO PROTECTOR FORMADO POR DE 90 A 200 RESIDUOS DE AMINOACIDOS Y L ES UN PEPTIDO DE ENLACE SITUADO ENTRE EL C TERMINAL DE DICHO PEPTIDO PROTECTOR Y EL N TERMINAL DE DICHO PEPTIDO OBJETO Y SELECCIONADO DE TAL FORMA QUE SE TRATE LA PROTEINA DE FUSION CON UN ENZIMA O UNA SUBSTANCIA QUIMICA, SE SEPARA EL PEPTIDO OBJETO MENCIONADO ANTERIORMENTE Y SE SELECCIONAN DICHOS PEPTIDOS PROTECTOR Y DE ENLACE PARA QUE EL PUNTO ISOELECTRICO DE LA PROTEINA DE FUSION COMPLETA A-L-B ESTE COMPRENDIDA EN LA GAMA DE 4,9-6,9; B) LA OBTENCION DE UNA FRACCION INSOLUBLE QUE COMPRENDE CUERPOS DE INCLUSION MEDIANTE LA HOMOGENEIZACION DE LAS CELULAS CULTIVADAS DE DICHO CUERPO TRANSFORMANTE; C) LA SOLUBILIZACION DE UNA PROTEINA DE FUSION EN DICHOS CUERPOS DE INCLUSION MEDIANTE EL TRATAMIENTO DE DICHA FRACCION INSOLUBLE CON EL AGENTE SOLUBILIZANTE; Y D) LA DISOCIACION DEL ENLACE PEPTIDO ENTRE EL C TERMINAL DEL RESIDUO DEL AMINOACIDO DE ENLACE Y EL N TERMINAL DEL PEPTIDO OBJETO DE DICHA PROTEINA DE FUSION SOLUBILIZADA PARA LIBERAR DICHO PEPTIDO OBJETO DEL RESTO DE LOS PEPTIDOS, SEGUIDA POR LA PURIFICACION DE DICHO PEPTIDO OBJETO. LA PRESENTE INVENCION PUEDE EXPRESAR UN PEPTIDO OBJETO EN UNA CANTIDAD GRANDE Y ACUMULAR DICHO PEPTIDO OBJETO EN LAS CELULAS HUESPED EN FORMA DE CUERPOS DE INCLUSION.
Description
Procedimiento para producir péptidos.
El presente invento se refiere a un método para
producir péptidos o sus precursores (normalmente referidos como los
"péptidos diana" en el presente texto) como proteínas de
fusión.
Se han hecho hasta ahora numerosos esfuerzos para
producir péptidos o proteínas fisiológicamente activos en
microorganismos tales como Escherichia coli usando
tecnología de ADN recombinante. En tales casos, cuando péptidos
cortos que tienen pesos moleculares relativamente inferiores son
producidos mediante sistemas de expresión directos usando
microorganismos tales como Escherichia coli, el péptido
corto acaba siendo rápidamente descompuesto dentro del
microorganismo.
Para inhibir esta degradación, se usa un método
en el que, después de producir los péptidos diana en la forma de
proteínas de fusión con otras proteínas o polipéptidos (referidos
aquí como los péptidos protectores), se realiza un tratamiento
químico o enzimático para liberar específicamente los péptidos
diana a partir de las proteínas de fusión, seguido de una separación
y purificación.
Un método conocido para liberar el péptido diana
a partir de la proteína de fusión, en casos en que las moléculas
del péptido diana no contienen un residuo de metionina, comprende
producir una proteína de fusión en la que el residuo de metionina se
introduce en el aminoácido en posición C-terminal
de un péptido de unión entre el péptido protector y el péptido
diana, seguido del corte del residuo de metionina mediante
tratamiento con bromuro de cianógeno (CNBr) para liberar el péptido
diana (Science, 198, 1059 (1977), Proc. Natl. Acad. Sci., 76, 106
(1978).
Donde la molécula del péptido diana no contiene
ningún residuo de arginina o lisina, después de producir una
proteína de fusión en la que un residuo de arginina o un residuo de
lisina es introducido en el aminoácido en la posición
C-terminal de un péptido de unión entre un péptido
protector y el péptido diana, un método usado para liberar el
péptido diana comprende el tratamiento con tripsina que corta
específicamente en el extremo C de residuos de arginina o lisina
(Nature, 285, 456 (1980), o tratamiento con lisil endopeptidasa
(proteasa I de Achromobacter) que corta específicamente en el
extremo C de un residuo de lisina.
Un fragmento proteico que se origina en el
microorganismo hospedante usado en la producción es usado
comúnmente como el péptido protector para producir la proteína de
fusión. Se usa un polipéptido de un tamaño adecuado (longitud) desde
el extremo N (región amino terminal) de una proteína expresada en
grandes cantidades en las células de los microorganismo
hospedantes, y se sabe que la longitud de ese polipéptido tiene una
influencia considerable sobre la productividad de la proteína de
fusión.
Por ejemplo, aunque se podría esperar mejorar la
productividad reduciendo el tamaño (acortando la longitud) de la
región del péptido protector, para aumentar la proporción relativa
de proteína diana con respecto a dicha proteína de fusión, la
reducción de dicha región del péptido protector no siempre de
hecho, mejora la productividad del péptido diana. Por ejemplo,
cuando la insulina fue producida en Escherichia coli como
una proteína de fusión, aunque la productividad de la insulina
aumentó cuando la \beta-galactosidasa fue usada
como el péptido protector y el tamaño de la porción de
\beta-galactosidasa fue reducida, se sabe también
que la productividad de la insulina disminuyó con una reducción
adicional del tamaño (Gene, 29, 251, 1984).
Cuando se produce un péptido diana como una
porción de una proteína de fusión, no hay ninguna teoría
establecida acerca de cómo de largo debería ser el péptido
protector pese a que el tamaño del péptido protector está
íntimamente relacionado con la estabilidad de la proteína de fusión
dentro del microorganismo. En general, las proteínas de fusión
estables forman cuerpos de inclusión insolubles en las células
hospedantes. En otras palabras, para producir una gran cantidad de
proteína de fusión es ventajoso formar cuerpos de inclusión en las
células hospedantes.
Sin embargo, dependiendo del caso particular,
cuando el número de cuerpos de inclusión expresados por célula es
aumentado, los cuerpos de inclusión causan daño a las células,
dando como resultando una inhibición del crecimiento celular que
puede disminuir la productividad de los cuerpos de inclusión por
volumen de cultivo. Aunque el mecanismo de formación de cuerpos de
inclusión en microorganismos está descrito en detalle en el
artículo publicado por Catherine (Biotechnology, 7, 1141 (1989)),
numerosos factores están implicados en la formación de cuerpos de
inclusión y no hay ninguna teoría establecida en la actualidad.
Tampoco hay ningún método establecido para la producción a una
escala industrial para expresar una proteína de fusión como cuerpos
de inclusión estables en microorganismos.
Hay numerosos documentos de métodos en los que la
calcitonina humana es producida como una proteína de fusión en
Escherichia coli. Por ejemplo, Bennett y otros documentaron
un método para producir el precursor de calcitonina humano
(hCT-Gly) expresando una proteína de fusión de la
cloranfenicol acetiltransferasa y el precursor de calcitonina
humano (hCT-Gly)
(JP-A-60/501391).
Sin embargo, este método tiene un nivel bajo de
eficacia con sólo 1,1-2,0 mg de precursor de
calcitonina humano obtenido a partir de 44 mg de proteína de
fusión.
\newpage
El documento de patente europea de estos autores
EP-A-281418 (que corresponde a
JP-A-1/010999) describe un método
eficaz para producir péptidos diana en E. coli que usan una
proteína de fusión de la \beta-galactosidasa de
E. coli y el péptido diana (específicamente el precursor de
calcitonina humano
hCT-Gly-Lys-Lys-Arg).
La proteína de fusión A-L-B contiene
el péptido diana B, un residuo aminoacídico L de unión,
preferiblemente lisina, arginina, ácido glutámico o metionina, y un
polipéptido protector A "asociado" que es la secuencia de la
\beta-galactosidasa. La proteína de fusión se
expresa como cuerpos de inclusión que se obtienen como una fracción
insoluble después de afectar las células cultivadas, solubilizarlas
y luego tratarlas con endoproteasa u otro agente químico adecuado
para liberar el péptido diana de la proteína de fusión.
En otra de las descripciones de los autores que
se refiere a la producción de calcitonina humana, después de
solubilizar la proteína de fusión (como se describe anteriormente)
con urea, el precursor de calcitonina humano
(hCT-Gly-Lys-Lys-Arg)
fue liberado de la proteína de fusión con la proteasa V8, el
hCT-Gly fue obtenido eliminando el péptido
Lys-Lys-Arg de la porción
C-terminal del precursor de calcitonina humano
usando carboxipeptidasa B, y la calcitonina humana madura amidada en
el C-terminal fué obtenida con gran rendimiento
usando la enzima de amidación del C-terminal de
Xenopus laevis
(JP-A-2/190193).
Sin embargo, hay aún una necesidad para un método
eficaz para producir péptidos.
El presente invento pretende proporcionar un
nuevo método para producir péptidos, tales como péptidos
fisiológicamente activos o precursores de los mismos,
preferiblemente en grandes cantidades.
Como un resultado de los inventores del presente
invento que estudian los medios para solucionar los objetos
anteriormente mencionados, se verificó experimentalmente por
primera vez que para mejorar la productividad de proteínas de
fusión en células de Escherichia coli, la selección de un
punto isoeléctrico de la proteína de fusión dentro del intervalo de
pI 4,9 a pI 6,9 puede mejorar la estabilidad y la productividad de
dicha proteína de fusión. Además, hallazgos completamente nuevos
fueron obtenidos, en los que los objetos anteriormente mencionados
se solucionan regulando el número de aminoácidos que tienen una
carga dentro del péptido de unión (residuos aminoacídicos básicos o
ácidos) para ajustar el punto isoeléctrico de la proteína de fusión
dentro de un intervalo de pI 4,9 a pI 6,9.
Los aspectos del presente invento están expuestos
en las reivindicaciones independientes 1 a 10.
El invento se refiere a la producción de un
péptido diana seleccionado de entre calcitonina, precursor de
calcitonina, péptido natriurético (NP), factor de crecimiento
celular y hormona paratiroidea, que comprende
(a) cultivar células hospedantes transformadas
con el vector capaces de expresar un gen que codifica para una
proteína de fusión representable mediante la fórmula
A-L-B
en la
que
B es el péptido diana;
A es un péptido protector, siendo un fragmento
N-terminal de 90 a 210 aminoácidos de la
\beta-galactosidasa de E. coli, y L un
péptido de unión entre el extremo C del péptido protector y el
extremo N del péptido diana,
siendo seleccionado el péptido de unión L de modo
que la proteína diana se separe cuando la proteína de fusión se
trate con una sustancia química predeterminada tal como una
enzima;
(b) homogeinizar las células hospedantes
cultivadas para obtener una fracción insoluble que comprende
cuerpos de inclusión;
(c) solubilizar la proteína de fusión en los
cuerpos de inclusión tratando la fracción insoluble con agentes
solubilizantes, y
(d) escindir el enlace peptídico entre el residuo
aminoacídico terminado en C del péptido de unión y el extremo N del
péptido diana para liberar el péptido diana.
Los autores proponen seleccionar el péptido de
unión L de modo que dé a la proteína de fusión un punto
isoeléctrico en el intervalo de 4,9 a 6,9. Los autores encuentran
que esto puede mejorar la productividad.
En un primer aspecto (reivindicación 1) el
péptido de unión L es toda o parte de la secuencia aminoacídica
mostrada en SEQ ID NO: 1 y contiene de 3 a 8 residuos de
arginina.
Un segundo aspecto (reivindicación 10) especifica
que el péptido de unión L, seleccionado de modo que logre el punto
isoeléctrico especificado en la proteína de fusión, no es un único
residuo de lisina, arginina, ácido glutámico o metionina como se
sugiere en el documento de patente europea de los autores
EP-A-281418.
La Fig. 1 indica la secuencia de nucleótidos de
una porción del gen de resistencia a tetraciclina de las posiciones
nucleotídicas 403-495 dentro del plásmido pBR322,
la secuencia de aminoácidos correspondiente y las porciones que
codifican para cada péptido de unión. Esta secuencia de nucleótidos
se indica en SEQ ID NO 1.
La Fig. 2 indica un proceso para la construcción
de plásmidos pG97S4DhCT (G) R10 y pG97S4DhCT (G) R6.
La Fig. 3 indica un proceso para la construcción
del plásmido pG97S4DhCT (G) R8.
La Fig. 4 indica un proceso para la construcción
de plásmidos pG97S4DhCT (G) R1-R5.
La Fig. 5 indica las secuencias de nucleótidos de
R1 a R5 que son ADN codificantes para las porciones del péptido de
unión. Estas secuencias están también indicadas en la SEQ ID NOS 2
a 9.
La Fig. 6 indica la secuencia de aminoácidos de
cada péptido de unión.
La Fig. 7 es una fotografía de una electroforesis
en gel de poliacrilamida-SDS que indica los estados
de expresión de las proteínas de fusión de cada uno de los
plásmidos de expresión.
La Fig. 8 indica los resultados de la
cromatografía líquida de alto rendimiento de la calcitonina humana
obtenida mediante un método del presente invento.
La Fig. 9 indica la secuencia de aminoácidos de
CNP-22, la secuencia de nucleótidos que codifica
para ello, y los cebadores de PCR para la inserción de sitios de
enzimas de restricción en ambos extremos.
La Fig. 10 indica un proceso para la construcción
del plásmido pG97S4DhCNP-22.
La Fig. 11 indica un péptido de unión para
ajustar el punto isoeléctrico de una proteína de fusión y una
secuencia de oligonucleótidos que codifica para ella.
La Fig. 12 indica un proceso para la construcción
de los plásmidos pG97S4DhCNP-22R3-2
y pG97S4DhCNP-22R5-2.
La Fig. 13 indica un proceso para la construcción
del plásmido
pG97S4DhCNP-22R5-3.
La Fig. 14 es una fotografía de una
electroforesis en gel de poliacrilamida-SDS que
indica un resultado comparando las cantidades de proteínas de
fusión expresadas para las que los puntos isoeléctricos han sido
ajustados.
La Fig. 15 indica el perfil de elución de la
proteína de fusión antes de la liberación del
hCNP-22 en cromatografía líquida de alto
rendimiento.
La Fig. 16 indica el perfil de elución de la
proteína de fusión después de la liberación del
hCNP-22 en cromatografía líquida de alto
rendimiento.
El método del presente invento es aplicable para
la producción de las proteínas de fusión de péptidos diana
fisiológicamente activos y particularmente a su producción vía
cuerpos de inclusión. Además de la calcitonina humana explicada en
detalle en la presente especificación, ejemplos de tales péptido
incluyen calcitoninas no humanas y precursores de las mismas,
péptidos natriuréticos (NP) tales como el péptido natriurético
atrial, péptido natriurético cerebral o el péptido natriurético de
tipo C, factores de crecimiento celular y hormona paratiroidea
(PTH).
Los péptidos protectores particularmente
preferidos son los péptidos que consisten de los aminoácidos 1 a 97
del N- terminal de la \beta-galactosidasa de
Escherichia coli. Es aún más preferido el uso de péptidos en
los que el residuo de cisteína está sustituido por un residuo de
serina en péptidos que consisten de estos 97 residuos aminoacídicos.
Adicionalmente, es más preferible usar un péptido en el que el
residuo de cisteína se reemplaza por un residuo de serina en un
péptido que consiste de los anteriormente mencionados 97 residuos
aminoacídicos, y por otra parte, cuatro residuos de ácido glutámico
son reemplazados por residuos de ácido aspártico.
El presente invento se caracteriza por la
producción del péptido diana en la forma de una proteína de fusión
que tiene un punto isoeléctrico entre 4,9 y 6,9. En este caso, el
punto isoeléctrico de la proteína de fusión puede determinarse de
la siguiente manera a partir de la secuencia de aminoácidos. Un
método adecuado para calcular el punto isoeléctrico está de acuerdo
con el método descrito en Trends in Analytical Chemistry, Vol. 5,
Nº. 4, pp. 82-83 (1986). Por ejemplo, el programa
de estimación de puntos isoeléctricos DNASIS (Hitachi) preparado
basado en este método puede ser usado.
Para regular el punto isoeléctrico de la proteína
de fusión dentro del intervalo anteriormente mencionado, los
residuos aminoacídicos del péptido protector y/o el péptido de
unión tienen que estar regulados, puesto que los aminoácidos del
péptido diana no puede ser alterados. Un péptido natural o porción
de tal péptido que dé el punto isoeléctrico anteriormente mencionado
puede ser seleccionado para que el péptido protector y/o péptido de
unión formen el péptido de fusión con el péptido diana. Otro método
implica la regulación del punto isoeléctrico de la proteína de
fusión mediante la sustitución, eliminación o adición de residuos
aminoácidicos de péptidos naturales o porciones de esos
péptidos.
La adición o eliminiación de aminoácidos ácidos
tales como los residuos de ácido aspártico y de ácido glutámico, la
adición o eliminación de aminoácidos básicos tales como los
residuos de arginina y de lisina, la sustitución de otro aminoácido
por otros tales aminoácidos, o combinaciones de tales manipulaciones
de aminoácidos pueden ser usadas para esta regulación.
Como se menciona anteriormente, la regulación del
punto isoeléctrico de la proteína de fusión se realiza con el
péptido de unión.
Un péptido o una porción del mismo que puede
estar codificada por la secuencia de nucleótidos de 403 a 495 del
gen de resistencia a tetraciclina derivado de pBR322 puede ser
usado para este tipo de péptidos. Como se indica en la Fig. 1 y la
SEQ ID NO 1, esta región génica puede codificar para 10 residuos de
arginina de entre 33 residuos aminoacídicos, y usando las diversas
porciones en esta región, diversos péptidos de unión puede
obtenerse conteniendo diferentes números de residuos de arginina.
En este caso, es preferible usar una porción que contenga 1 o más,
preferiblemente 3 o más y particularmente preferible de 3 a 8
residuos de arginina.
Para liberar un péptido diana de una proteína de
fusión, es necesario que un residuo aminoacídico que pueda ser
cortado enzimática o químicamente esté presente en el
C-terminal del péptido de unión. Ejemplos de tales
residuos aminoacídicos que pueden son utilizables incluyen el
residuo arginina o el residuo lisina (cortado por tripsina), un
residuo de lisina (cortado por lisil endopeptidasa), residuo
glutamina (cortado por la proteasa V8), y residuo metionina
(cortado con bromuro de cianógeno).
Sigue ahora una explicación de la producción de
un plásmido que expresa una proteína de fusión, tomando un ejemplo
en el que el péptido diana es el precursor de la calcitonina
humana.
El plásmido pG97S4DhCT (G) se usa como un
plásmido de inicio para construir plásmidos de expresión para un
precursor de calcitonina humano expresado que comprende la
secuencia aminoacídica de la calcitonina humana y un residuo de
glicina añadido a su extremo C en forma de proteínas de fusión que
contiene varios sitios de unión.
En este plásmido, (a) el gen estructural
(\beta-gal97S4D) que codifica para un péptido
protector que consiste de 97 aminoácidos del
N-terminal de la
\beta-galactosidasa de Escherichia coli, en
la que el residuo de cisteína ahí contenido está sustituido por un
residuo de serina, y cuatro residuos de ácido glutámico están
sustituidos por residuos de ácido aspártico, y (b) un gen
estructural del precursor de la calcitonina humano, están unidos vía
los sitios de reconocimiento EcoRI y XhoI como se indica en la
Fig.2. El gen estructural que codifica para esta proteína de fusión
está bajo el control del promotor lac. Por otra parte, este
plásmido contiene un gen para un marcador de selección.
Este plásmido se deriva del plásmido pG97SHPCTLE
(G) descrito en el documento de patente
JP-A-2/190193.
La Escherichia coli W3110 que contiene el
plásmido pG97S4DhCT(G) anteriormente mencionado fue
depositada en el Fermentation Research Institute, Agency of
Industrial Science and Technology, como Escherichia coli
SBM323, el 8 de Agosto de 1991 basado en las provisiones del
tratado de Budapest, y dado el FERM BP-3503.
Una proteína de fusión codificada por el plásmido
pG97S4DhCT (G) comprende un péptido protector que consiste de 97
aminoácidos del extremo N de la
\beta-galactosidasa, en el que el residuo de
cisteína ahí contenido está sustituido por un residuo de serina, y
4 residuos de ácido glutámico están sustituidos por residuos de
ácido aspártico, y el precurosr de la calcitonina humano
anteriormente mencionado. Su expresión es estremadamente baja, y su
punto isoeléctrico es 4,43. Así, para expresar diversas proteínas
de fusión por encima de un amplio intervalo de puntos isoeléctricos,
secuencias de ADN que codifican para los péptidos de unión que
tienen diversos residuos aminoacídicos básicos son insertadas entre
el gen de la \beta-galactosidasa anteriormente
mencionada y el precursor de calcitonina humano usando el sitio
EcoRI-XhoI.
Es conveniente usar como péptido de unión un
péptido que comprenda 33 aminoácidos y capaces de ser codificados
por un gen derivado del gen de resistencia a tetraciclina de las
posiciones nucleotídicas 86-1273 en el plásmido
pBR322, o una porción de dicho péptido. Diez residuos de arginina se
distribuyen en esta región peptídica, y usando porciones adecuadas
para el péptido de unión, se pueden obtener proteínas de fusión que
tengan diversos puntos isoeléctricos.
Los péptidos de unión obtenidos de esta región
junto con las secuencias de nucleótidos que codifican para tales
péptidos de unión se indican en la Fig. 1. Los genes que codifican
para estos péptidos se obtienen por digestión del plásmido pBR322
con una enzima de restricción adecuada, o por síntesis química de
acuerdo con un método comúnmente usado. Estos péptidos de unión
R_{1}, R_{3}, R_{4}, R_{5}, R_{6}, R_{8} y R_{10}
contienen 1, 3, 4, 5, 6, 8 y 10 residuos de arginina,
respectivamente. Los plásmidos de expresión en los que un gen que
clona para uno de estos péptidos de unión es insertado en el sitio
EcoRI-XhoI en el plásmido pG97S4DhCT (G)
anteriormente mencionado son referidos como pG97S4DhCT (G) R1,
pG97S4DhCT (G) R3, pG97S4DhCT (G) R4, pG97S4DhCT (G) R5, pG97S4DhCT
(G) R6, pG97S4DhCT (G) R8 y pG97S4DhCT (G) R10.
Además, las cepas de Escherichia coli
W3110 obtenidas mediante la transformación con el plásmido de
inicio anteriormente mencionado y estos plásmidos referidos como
W3110/pG97S4DhCT (G), W3110/pG97S4DhCT (G) R1, W3110/pG97S4DhCT (G)
R3, W3110/pG97S4DhCT (G) R4, W3110/pG97S4DhCT (G) R5,
W3110/pG97S4DhCT (G) R6, W3110/pG97S4DhCT (G) R8 y W3110/pG97S4DhCT
(G) R10.
Los siguientes resultados se obtienen cuando los
puntos isoeléctricos de las proteínas de fusión producidas por
estos microorganismos son calculados:
W3110/pG97S4DhCT (G), (el número de residuos de
arginina en la región de unión = 0); punto isoeléctrico = 4,43,
W3110/pG97S4DhCT (G) R1, (el número de residuos
de arginina en la región de unión = 1); punto isoeléctrico =
4,70,
W3110/pG97S4DhCT (G) R3, (el número de residuos
de arginina en la región de unión = 3); punto isoeléctrico =
4,90,
W3110/pG97S4DhCT (G) R4, (el número de residuos
de arginina en la región de unión = 4); punto isoeléctrico =
5,80,
W3110/pG97S4DhCT (G) R5, (el número de residuos
de arginina en la región de unión =5); punto isoeléctrico =
5,91,
W3110/pG97S4DhCT (G) R6, (el número de residuos
de arginina en la región de unión =6); punto isoeléctrico =
6,01,
W3110/pG97S4DhCT (G) R8, (el número de residuos
de arginina en la región de unión =8); punto isoeléctrico = 6,83,
y
W3110/pG97S4DhCT (G) R10, (el número de residuos
de arginina en la región de unión =10); punto isoeléctrico =
7,85.
Las cepas de Escherichia coli
transformantes que producen la proteína de fusión anteriormente
mencionadas y que tiene un punto isoeléctrico desde 4,43 hasta 7,85
fueron cultivadas, y analizadas con respecto a la cantidad de
proteína de fusión producida por número de células mediante
electroforesis en gel de poliacrilamida-SDS. La
cepa W3110/pG97S4DhCT (G) que tiene un punto isoeléctrico de 4,43 y
la cepa W3110/pG97S4DhCT (G) R1 que tiene un punto isoeléctrico de
4,70 produjeron sólo una pequeña cantidad de proteína de fusión. Se
verificó también que las otras cepas produjeron una gran cantidad de
proteína de fusión como cuerpos de inclusión en células
bacterianas. Así, se indicó mediante estos resultados que si el
punto isoeléctrico de la proteína de fusión está en la proximidad
de 4,5-4,7, tanto la productividad de la proteína
de fusión como la cantidad de cuerpos de inclusión producidos son
bajas.
Por otra parte, aunque la productividad de
proteína de fusión por número de células en el caso de la cepa
W3110/
pG97S4DhCT (G) R10 que tiene un punto isoeléctrico de 7,85 fue aproximadamente equivalente a aquella de las otras cepas bacterianas, se verificó que la concentración bacteriana final durante el cultivo fue sólo la mitad de la de otras cepas. Se cree que, aunque la capacidad para formar proteínas de fusión por número de células aumento con el punto isoeléctrico débilmente alcalino de la proteína de fusión (pI 7,5) la inhibición del crecimiento celular tuvo lugar debido a la rápida formación de cuerpos de inclusión, o debido al punto isoeléctrico de la proteína de fusión que es débilmente alcalino, resultando así en una ausencia de aumento en la concentración bacteriana final.
pG97S4DhCT (G) R10 que tiene un punto isoeléctrico de 7,85 fue aproximadamente equivalente a aquella de las otras cepas bacterianas, se verificó que la concentración bacteriana final durante el cultivo fue sólo la mitad de la de otras cepas. Se cree que, aunque la capacidad para formar proteínas de fusión por número de células aumento con el punto isoeléctrico débilmente alcalino de la proteína de fusión (pI 7,5) la inhibición del crecimiento celular tuvo lugar debido a la rápida formación de cuerpos de inclusión, o debido al punto isoeléctrico de la proteína de fusión que es débilmente alcalino, resultando así en una ausencia de aumento en la concentración bacteriana final.
Basado en los resultados anteriores, se verificó
por primera vez por los inventores del presente invento que para
producir la proteína de fusión tanto establemente como en una gran
cantidad dentro de las células de Escherichi coli en la
forma de cuerpos de inclusión, es importante que el punto
isoeléctrico de la proteína de fusión esté dentro del pI ácido entre
4,9 y 6,9.
Después, los autores realizaron una separación y
purificación del precursor de calcitonina humano
(hCT-Gly) a partir de cuerpos de inclusión de la
proteína de fusión del precursor de calcitonina humano en
Escherichia coli en la manera descrita anteriormente. Por
otra parte, se verificó que la calcitonina humana que tiene el
C-terminal amidado puede ser producida eficazmente
usando una enzima de amidación derivada de Xenopus
laevis.
Lo siguiente proporciona otro ejemplo del
presente invento para la construcción de un plásmido que exprese
una proteína de fusión tomando como un ejemplo el caso en el que el
péptido diana es el péptido natriurético-22 humano
de tipo C (para ser abreviado como CNP-22) (SEQ ID
NO.10). El plásmido pG97S4DhCNP-22 fue usado como
un plásmido de inicio para la construcción de plásmidos de
expresión para expresar CNP-22 humano (que comprende
22 aminoácidos) como proteínas de fusión que contengan diversos
sitios de unión.
En este plásmido, (a) el gen estructura
(\betagal97S4D) que codifica para un péptido protector que
consiste de 97 aminoácidos del extremo N de Escherichia coli
\beta-galactosidasa en el que un residuo de
cisteína ahí contenido se sustituye por un residuo de serina y
cuatro residuos de ácido glutámico son sustituidos por residuos de
ácido aspártico, y (b) el gen estructural del
CNP-22 humano, están unidos vía los sitios de
reconocimiento EcoRI y XhoI como se indica en al Fig. 10. El gen
estructural que codifica para esta proteína de fusión está bajo el
control del promotor lac. Por otra parte, este plásmido contiene un
marcador para la resistencia a tetraciclina.
En la construcción del plásmido de expresión
pG97S4DhCNP-22, un gen estructural
CNP-22 humano y el plásmido pUCCNP1 usado para la
preparación de dicho gen se describe en el documento de patente
JP-A-4/139199.
Además, el plásmido pG97S4DhCT (GRRR) usado como
un plásmido que codifica para un péptido protector es esencialmente
idéntico al plásmido anteriormente mencionado pG97S4DhCT (G).
El punto isoeléctrico de la proteína de fusión
codificada por el plásmido pG97S4DhCNP-22 es 4,56.
Desde el punto de vista que el punto isoeléctrico de la proteína de
fusión para una alta expresión de proteína de fusión indicada
anteriormente es preferible dentro del intervalo de pI = 4,9 a pI =
6,9, no se puede esperar la producción de una gran cantidad de
proteína de fusión. Como tal, se llevó a cabo un estudio en el que
los genes del péptido de unión, que codifican para diversos
aminoácidos básicos, fueron insertados en la región
EcoRI-XhoI entre el gen de la
\beta-galactosidasa anteriormente mencionado y el
gen CNP humano para los propósitos de diseñar diversas proteínas de
fusión que tengan puntos isoeléctricos desde 4,9 a 6,9 y que
expresen una gran cantidad de dichas proteínas de fusión en
Escherichia coli.
Estos péptidos de unión pueden ser producidos
usando métodos en los que genes que codifican para aminoácidos
básicos son diseñados artificialmente y luego sintetizados
químicamente.
La Fig. 11 indica el diseño de genes de péptidos
de unión que codifican para aminoácidos básicos y las secuencias
génicas químicamente sintetizadas. Estos péptidos de unión,
R3-2 (SEQ ID Nos 13 y 14), R5-2 (SEQ
ID Nos 15 y 16), y R5-3 (SEQ ID Nos 17 y 18)
contienen 3, 5 y 5 residuos de arginina respectivamente. Los
plásmidos de expresión en los que los genes que codifican para
estos péptidos de unión han sido insertados en la región
EcoRI-XhoI en el anteriormente mencionado
pG97S4DhCNP-22 son referidos como
pG97S4DhCNP-22R3-2,
pG97S4DhCNP-22R5-2 y
pG97S4DhCNP-22R5-3,
respectivamente.
Además, las cepas de Escherichia coli
W3110 obtenidas mediante transformación con los plásmidos de inicio
anteriormente mencionados y estos plásmidos son referidos como
W3110/ pG97S4DhCNP-22, W3110/
pG97S4DhCNP-22R3-2, W3110/
pG97S4DhCNP-22R5-2, y W3110/
pG97S4DhCNP-22R3-2R5-3,
respectivamente.
Los siguientes resultados se obtienen cuando los
puntos isoeléctricos de las proteínas de fusión producidas por
estos microorganismos son calculados:
W3110/ pG97S4DhCNP-22 (el número
de residuos de arginina en la región de unión = 0); punto
isoeléctrico
= 4,56,
= 4,56,
W3110/
pG97S4DhCNP-22R3-2 (el número de
residuos de arginina en la región de unión = 3); punto isoeléctrico
= 4,95,
W3110/
pG97S4DhCNP-22R5-2 (el número de
residuos de arginina en la región de unión = 5); punto isoeléctrico
= 6,22, y
W3110/
pG97S4DhCNP-22R5-3 (el número de
residuos de arginina en la región de unión = 5); punto isoeléctrico
= 5,59.
Cuando las cepas de Escherichia coli que
producen la proteína de fusión anteriormente mencionada que tienen
puntos isoeléctricos desde pI 4,56 hasta pI 6,22 fueron cultivadas,
y analizadas con respecto a la cantidad de proteína de fusión
producida por número de células mediante electroforesis en gel de
poliacrilamida-SDS, aunque la cantidad de proteína
de fusión producida por la cepa
W3110/pG97S4DhCNP-22 (punto isoeléctrico de la
proteína de fusión = 4,56) no fue tan alta, en el caso de esas
cepas que demostraron puntos isoeléctricos de proteínas de fusión
desde pI 4,95 a pI 6,22, se verificó que la cantidad de proteína de
fusión expresada fue grande en comparación con la cepa
W3110/pG97S4DhCNP-22.
En particular, estuvo claro que una gran cantidad
de proteína de fusión fue expresada por la cepa W3110/
pG97S4DhCNP-22R5-2 proporcionando un punto isoeléctrico de 5,59 y la cepa W3110/pG97S4DhCNP-22R5-3 proporcionando un punto isoeléctrico de 6,22 en comparación con la cepa W3110/pG97S4DhCNP-22 (véase Fig. 14). Así, el caso del CNP-22 humano también indicó que el procesamiento con el punto isoeléctrico de la proteína de fusión dentro del intervalo de pI 4,9-6,9 dio como resultado una productividad mejorada de la proteína de fusión.
pG97S4DhCNP-22R5-2 proporcionando un punto isoeléctrico de 5,59 y la cepa W3110/pG97S4DhCNP-22R5-3 proporcionando un punto isoeléctrico de 6,22 en comparación con la cepa W3110/pG97S4DhCNP-22 (véase Fig. 14). Así, el caso del CNP-22 humano también indicó que el procesamiento con el punto isoeléctrico de la proteína de fusión dentro del intervalo de pI 4,9-6,9 dio como resultado una productividad mejorada de la proteína de fusión.
Por otra parte, los autores verificaron que el
CNP-22 humano de los cuerpos de inclusión de las
proteínas de fusión producidas en Escherichia coli en esta
manera es liberado eficazmente usando proteasa V8 dando como
resultado una producción eficaz del CNP-22 humano,
indicando de ese modo la utilidad de las técnicas actuales.
Los siguientes Ejemplos proporcionan una
explicación detallada de realizaciones.
Un plásmido de expresión que expresa una proteína
de fusión que tiene de 1 a 10 residuos de arginina en la región del
péptido de unión se construyó en la manera descrita a
continuación.
El procedimiento descrito a continuación fue
realizado para insertar un gen que codifica para los aminoácidos de
la región R10 indicada en la Fig. 1 dentro del péptido de unión que
codifica para la región entre un gen de \beta-gal
97S4D (péptido que consiste en 97 aminoácidos del
N-terminal de la
\beta-galactosidasa en la que un residuo de
cisteína está sustituido por un residuo de serina y cuatro residuos
de ácido glutámico están sustituidos por residuos de ácido
aspártico) y un gen de hCT(G) (precursor de la calcitonina
humano que tiene 1 residuo de glicina en el
C-terminal). Un proceso de construcción para
pG97S4DhCT (G) R10 se indica en la Fig. 2.
Lo primero de todo, el plásmido pBR322 fue
digerido con enzimas de restricción para aislar la región R10
dentro del gen de resistencia a tetraciclina de pBR322. Se
digirieron 150 \mug de pBR322 con 200 unidades de cada una de las
enzimas BamHI y Eco47III durante 60 minutos a 37ºC en 300 \mul de
tampón Superior (Tris/HCl 10 mM pH 7,5, NaCl 100 mM, MgCl_{2} 10
mM y ditiotreitol 1 mM abreviado como DTT).
Después de la reacción, 30 \mul de una
disolución de teñido (azul de bromofenol 0,25%, xileno cianol
0,25%, sacarosa 40%) fue añadida a la mezcla de reacción, y se
realizó una electroforesis en gel de agarosa 1,5% (disolución tampón
TAE; Tris-ácido acético 40 mM pH 8,0, EDTA 2 mM, 120 V, 2 horas).
Después de la electroforesis, el gel fue sumergido en 0,5 \mug/ml
de disolución de bromuro de etidio, el fragmento
BamHI-Eco47III de 119 pb fue recortado del gel.
El recorte del gel se colocó entonces en un tubo
de diálisis que contenía tampón TAE y se sometió a electroforesis
(120 V, 30 minutos) para eluir el fragmento de ADN de 119 pb del
gel. La disolución en el tubo de diálisis se recogió entonces
mediante tratamiento con fenol, tratamiento con cloroformo y
precipitación con etanol de acuerdo con los métodos usados
comúnmente, y el precipitado con etanol fue disuelto en 40 \mul
de tampón TE (Tris/HCl 10 mM pH 8,0, EDTA 1 mM). 2,5 \mul de
tampón Med concentrado 10 veces (Tris/HCl pH 7,5, 100 mM, NaCl 500
mM, MgCl_{2} 100 mM y DTT 10 mM) y 10 unidades de la enzima
HaeIII fueron añadidos a 20 \mul de esta disolución que contenía
el fragmento de ADN BamHI-Eco47III (119 pb), y se
digirió durante 2 horas a 37ºC. Después de la adición de la
disolución de teñido, se llevó a cabo una electroforesis en gel de
poliacrilamida 15% (tampón TBE; tampón Tris-ácido bórico 89 mM pH
8,0, EDTA 2 mM, 120 V, 90 minutos).
Y luego el gel fue teñido en una disolución de
bromuro de etidio, y la banda del fragmento de ADN
HaeIII-Eco47III (89 pb) fue recortada del gel. Este
gel recortado fue cortado en finos trozos y se dejó reposar durante
12 horas a 37ºC en 200 \mul de tampón de elución de ADN (acetato
amónico 0,5 M, EDTA 1 mM pH 8,0). El tratamiento con fenol, el
tratamiento con cloroformo y la precipitación con etanol fueron
luego realizados de acuerdo con los métodos comúnmente usados, y el
precipitado con etanol fue disuelto en 5 \mul de tampón TE
(Tris/HCl 10 mM pH 8,0, EDTA 1 mM).
Después, se digirieron 5 \mug del plásmido
pG97S4DhCT (G) durante 2 horas a 37ºC en 50 \mul de tampón TA
(Tris/ácido acético 33 mM pH 7,9, acetato de magnesio 10 mM, DTT
0,5 mM, acetato potásico 66 mM, albúmina de suero bovino 0,01%) con
30 unidades de la enzima EcoRI. Por otra parte, 1 \mul de dNTP 25
mM que consisten de dATP, dGTP, dCTP y dTTP y 4 unidades de ADN
polimerasa T4 fueron añadidos a esta disolución de reacción para
rellener los extremos cohesivos durante 5 minutos a 37ºC. Después
de la reacción, el tratamiento con fenol, el tratamiento con
cloroformo y la precipitación con etanol fueron realizados de
acuerdo con los métodos usados comúnmente, y el precipitado con
etanol fue disuelto en 10 \mul de tampón TE.
Cinco \mul de pG97S4DhCT (G) digerido con la
enzima EcoRI y de extremos romos y 5 \mul del fragmento de ADN
HaeIII-Eco47III (89 pb) fueron mezclados, y la
reacción de ligación fue llevada a cabo durante 12 horas a 16ºC con
un equipo de ligación de ADN (Takara Shuzo). La mezcla de ligación
fue usada para transformar la cepa W3110 de Escherichia coli
de acuerdo con los métodos comúnmente usados, y se obtuvieron
transformantes resistentes a tetraciclina. La estructura del
plásmido fue confirmada mediante el análisis con enzimas de
restricción con las enzimas BspHI y BglII, y uno de los
transformantes que llevaba una estructura deseada fue denominado
cepa W3110/pG97S4DhCT (G) R10.
El procedimiento descrito a continuación fue
realizado para insertar un gen que codifica para los aminoácidos de
la región R6 indicada en la Fig. 1 dentro del péptido de unión que
codifica entre el gen de \beta-gal 97S4D. La
construcción de pG97S4DhCT (G) R6 se muestra en la Fig. 2.
El pBR322 fue digerido con enzimas de restricción
para aislar la región R6 dentro del gen de resistencia a
tetraciclina de pBR322. 150 \mug de pBR322 fueron digeridos con
200 unidades de cada enzima BamHI y Eco47III durante 60 minutos a
37ºC en 300 \mul de tampón Superior (Tris/HCl 10 mM pH 7,5, NaCl
100 mM, MgCl_{2} 10 mM y DTT 1 mM). Después de la reacción, se
añadieron 30 \mul de una disolución de teñido (azul de bromofenol
0,25%, xileno cianol 0,25%, sacarosa 40%) a la mezcla de reacción,
y la mezcla de reacción fue usada para la electroforesis en gel de
agarosa 1,5% (disolución tampón TAE; Tris-ácido acético 40 mM pH
8,0, EDTA 2 mM, 120 V, 2 horas).
Después de la electroforesis en gel, el gel fue
teñido en 0,5 \mug/ml de una disolución de bromuro de etidio, y
la banda del fragmento de ADN BamHI-Eco47III (119
pb) fue recortada del gel. El gel recortado fue luego colocado en
un tubo de diálisis que contenía tampón TAE y sometido a
electroforesis (120 V, 30 minutos) para eluir el fragmento de ADN de
119 pb del gel. La disolución en el tubo de diálisis fue entonces
recogida seguida de tratamiento con fenol, tratamiento con
cloroformo y precipitación con etanol de acuerdo con los métodos
usados comúnmente, y el precipitado con etanol fue disuelto en 40
\mul del tampón TE (Tris/HCl 10 mM pH 8,0, EDTA 1 mM).
2,5 \mul de tampón TA concentrado 10 veces
(Tris/HCl 330 mM pH 7,9, acetato magnésico 100 mM, DTT 5 mM,
acetato potásico 660 mM y albúmina de suero bovino) y 10 unidades
de BanI fueron añadidas a 20 \mul de esta disolución que contenía
el fragmento BamHI-Eco47III (119 pb) e incubado
durante 2 horas a 37ºC. Adicionalmente 1 \mul de dNTP 25 mM y 4
unidades de ADN polimerasa T4 fueron añadidos para rellenar los
extremos cohesivos durante 5 minutos a 37ºC. Después de la adición
de 2,5 \mul de disolución de teñido a la mezcla de reacción, se
llevó a cabo una electroforesis en gel de poliacrilamida 15%
(tampón TBE; tampón Tris-ácido bórico 89 mM pH 8,0, EDTA 2 mM, 120
V, 90 minutos).
Después de la electroforesis, el gel fue teñido
en disolución de bromuro de etidio, y la banda del fragmento
HaeIII-Eco47III (56 pb) fue recortada del gel. Este
gel recortado fue cortado en finos trozos y dejado reposar durante
12 horas a 37ºC en 200 \mul de tampón de elución de ADN (acetato
amóonico 0,5 M, EDTA 1 mM pH 8,0). Tratamiento con fenol,
tratamiento con cloroformo y precipitación con etanol fueron luego
realizados de acuerdo con métodos usados comúnmente, y el
precipitado con etanol fue disuelto en 5 \mul del tampón TE
(Tris/HCl 10 mM pH 8,0, EDTA 1 mM).
5 \mug del plásmido pG97S4DhCT (G) fueron
digeridos con 30 unidades de EcoRI durante 2 horas a 37ºC en 50
\mul de tampón TA. Por otra parte, 1 \mul de dNTP 25 mM y 4
unidades de ADN polimerasa T4, fueron añadidos a esta disolución de
reacción para rellenar los extremos cohesivos durante 5 minutos a
37ºC. Después de la reacción, el tratamiento con fenol, el
tratamiento con cloroformo y la precipitación con etanol fueron
realizados de acuerdo con los métodos usados comúnmente, y el
precipitado con etanol fue disuelto en 10 \mul de tampón TE.
5 \mul de pG97S4DhCT (G) digerido con EcoRI y
de extremos romos y 5 \mul del fragmento
BanI-Eco47III (56 pb) fueron mezclados, y la
reacción de ligación fue realizada durante 12 horas a 16ºC con un
equipo de ligación de ADN (Takara Shuzo). La mezcla de reacción fue
usada para transformar la cepa W3110 de Escherichia coli de
acuerdo con los métodos usados comúnmente, y se obtuvieron
transformantes resistentes a tetraciclina. La estructura del
plásmido se confirmó mediante análisis de enzimas de restricción
con BspHI y BglII, y uno de los transformantes que llevaba la
estructura deseada fue denominado W3110/pG97S4DhCT (G) R6.
El procedimiento descrito a continuación fue
realizado para insertar un gen que codifica para los aminoácidos de
la región R8 indicada en al Fig. 1 en la región que codifica para
el péptido de unión entre el gen \beta-gal 97S4D
y un gen hCT (G). la construcción de pG97S4DhCT (G) R8 está indicada
en la Fig. 3.
Se prepararon tres tubos colocando 10 \mul
pG97S4DhCT (G) R10 dentro de cada tubo que contenía 50 \mul de
tampón Superior. 20 unidades de BbeI y BglII, BbeI y EcoRV, y BglII
y EcoRV fueron añadidas respectivamente en los tres tubos. Después
de dejar reaccionar durante 2 horas a 37ºC, se realizó una
electroforesis en gel de agarosa 1,5%, y las bandas
Bbe-BglII (84 pb), BbeI-EcoRV (353
pb) y BglII-EcoRV (2,7 Kb) y fueron recortadas del
gel, y se llevó a cabo una electroforesis.
El tratamiento con fenol, el tratamiento con
cloroformo y la precipitación con etanol fueron luego realizadas de
acuerdo con los métodos usados comúnmente, después de lo que el
precipitado con etanol fue disuelto en 5 \mul de tampón TE. Los
tres fragmentos de ADN obtenidos de esta manera fueron mezclados y
ligados durante 12 horas a 16ºC usando un equipo de ligación de ADN.
La mezcla de ligación fue usada para transformar la cepa W3110 de
Escherichia coli de acuerdo con métodos usados comúnmente, y
se obtuvieron transformantes resistentes a tetraciclina. La
estructura del plásmido fue confirmada mediante análisis de enzimas
de restricción, y uno de los transformantes fue llamado cepa W3110/
pG97S4DhCT (G) R8 de E. coli.
El procedimiento descrito a continuación fue
realizado para insertar genes que codifican para los aminoácidos de
las regiones R1, R3, R4 ó R5 indicadas en la Fig. 1 en la región
codificante para el péptido de unión entre un gen
\beta-gal 97S4D y un gen hCT (G).
La construcción de pG97S4DhCT (G) R1, pG97S4DhCT
(G) R3, pG97S4DhCT (G) R4 y pG97S4DhCT (G) R5 se indica en la Fig.
4.
25 \mug de pG97S4DhCT (G) fueron digeridos con
30 unidades de la enzima XhoI, y con la enzima EcoRI en 50 \mul
de tampón superior durante 2 horas a 37ºC. Después de la reacción,
se realizó una electroforesis en gel de agarosa 1% y el fragmento
de ADN fue aislado a partir del gel mediante electroforesis. 100
pmoles de cada uno de este fragmento de ADN y el oligonucleótido
químicamente sintetizado indicado en la Fig. 5 fueron mezclados y
ligados. La mezcla de ligación fue usada para transformar la cepa
W3110 de Escherichia coli de acuerdo con un método usado
comúnmente, y se obtuvieron transformantes resistentes a
tetraciclina.
Después de analizar el plásmido de la cepa
transformada mediante electroforesis en gel tras el corte con
enzimas de restricción, se obtuvieron cepas W3110/ pG97S4DhCT (G)
R1, cepas W3110/pG97S4DhCT (G) R3, cepas W3110/pG97S4DhCT (G) R4 y
cepas W3110/pG97S4DhCT (G) R5.
Como se indica anteriormente, se construyeron 7
tipos de plásmidos en los que una porción de un gen resistente a
tetraciclina fue insertada en el sitio de corte EcoRI o el sitio de
corte EcoRI-XhoI de pG97S4DhCT (G). Puesto que estos
genes insertados contienen desde 1 a un máximo de 10 codones
correspondientes al aminoácido básico arginina, las cargas difieren
entre las proteínas quiméricas que dan así como resultado la
producción de proteínas de fusión que tienen diferentes puntos
isoeléctricos. Las estructuras de las proteínas de fusión
producidas están indicadas en la Fig.6.
Para examinar la relación entre los puntos
isoeléctricos de las proteínas de fusión producidas en
microorganismos y su productividad, los microorganismos fueron
cultivados y la productividad de la proteína de fusión por número de
células se determinó usando electroforesis en gel de
poliacrilamida-SDS.
Los microorganismos preparados fueron cultivados
en un frasco durante 12 horas a 37ºC en 500 ml de medio SB
(glicerina 0,5%, extracto de levadura 2,4%, triptona 1,2%,
hidrógeno fosfato de potasio 100 mM pH 7,5 y tetraciclina (10
\mug/ml)). Después del cultivo, se midió la turbidez del caldo de
cultivo con un espectrofotómetro (D.O._{660}), y se eliminó caldo
de cultivo de modo que el valor de [valor D.O._{660} x volúmen de
cultivo (ml)] llegara a ser 5, seguido de centrifugación durante 5
minutos a 12000 rpm para separar las células microbianas.
1 ml de tampón de muestra con SDS
(Tris-HCl 63 mM pH 6,8, glicerina 10%, SDS 10%,
2-mercaptoetanol 5% y 12,5 mg/L de azul de
bromofenol) fue añadido al precipitado celular seguido del
calentamiento durante 5 minutos a 95ºC para obtener la muestra para
electroforesis en gel de poliacrilamida-SDS. Se
realizó una electroforesis en gel de poliacrilamida 16%-SDS (TEFCO)
usando 5 \mul de la muestra anteriormente mencionada bajo las
condiciones de 18 mA durante 90 minutos. Después de la
electroforesis, el gel se tiñó con una disolución de teñido (ácido
acético 10%, metanol 40% y 2 g/L de azul brillante de Coomassie
R-250) y se comparó la productividad por número de
células de la proteína de fusión hCT (G) producida por cada cepa.
Los resultados de la electroforesis se indican en la Fig. 7.
Como queda claro a partir de la Fig. 7, la cepa
W3110/ pG97S4DhCT (G) que proporciona un punto isoeléctrico de 4,43
produjo sólo una cantidad extremadamente pequeña de proteína de
fusión, mientras que la cepa W3110/ pG97S4DhCT (G) R1 que
proporciona un punto isoeléctrico de 4,70 sólo produjo una pequeña
cantidad de proteína de fusión. Quedó también claro que las otras
cepas produjeron una gran cantidad de proteína de fusión en las
células. Así, estos resultados indicaron que la productividad de
proteína de fusión así como la cantidad de sus cuerpos de inclusión
que se forman se vuelve baja cuando el punto isoeléctrico de la
proteína de fusión está en las proximidades de
4,5-4,7.
Después, se llevó a cabo un estudio sobre la
productividad de la proteína de fusión y la eficacia a la que el
hCT (G) se libera de la proteína de fusión usando proteasa V8 bajo
condiciones de cultivo de cultivos de gran volumen realizando
cultivos de gran volumen y una producción en tanques de cultivo de
30 litros usando cepas W3110/ pG97S4DhCT (G) R3, cepas
W3110/pG97S4DhCT (G) R4, cepas W3110/pG97S4DhCT (G) R5 y cepas
W3110/pG97S4DhCT (G) R6, W3110/pG97S4DhCT (G) R8 y cepas
W3110/pG97S4DhCT (G) R10.
El siguiente experimento fue llevado a cabo para
estudiar la productividad de las proteínas de fusión bajo
condiciones de cultivo de grandes volúmenes y la eficacia de
liberación de hCT (G) de diversas proteínas de fusión hCT (G) por
la proteasa V8.
Seis cepas de alta expresión (W3110/pG97S4DhCT
(G) R3, W3110/pG97S4DhCT (G) R4, W3110/pG97S4DhCT (G) R5,
W3110/pG97S4DhCT (G) R6, W3110/pG97S4DhCT (G) R8 y W3110/pG97S4DhCT
(G) R10), en que la formación de cuerpos de inclusión fue observada
en frascos de cultivo usando el medio SB anteriormente mencionado,
fueron cultivadas en tanques de cultivo de 30 litros.
El medio que contenía 4 g/L de extracto de
levadura, 4 g/L de dihidrógeno fosfato de potasio, 4 g/L de
hidrógeno fosfato de dipotasio, 2,7 g/L de hidrógeno fosfato de
sodio, 1,2 g/L de sulfato amónico, 0,2 g/L de cloruro amónico, 2,0
g/L de L-metionina, 2,0 g/L de
MgSO_{4}\cdot7H_{2}0, 40 mg/L de FeSO_{4} \cdot7H_{2}0,
40 mg/L de CaCl_{2}\cdot2H_{2}0, 10 mg/L de
AlCl_{3}\cdot6H_{2}O, 4 mg/L de CoCl_{2}\cdot6H_{2}O, 2
mg/L de ZnSO_{4}\cdot7H_{2}O, 2 mg/L de
Na_{2}MoO_{4}\cdot2H_{2}O, 1,0 mg/L de
CuCl_{2}\cdot2H_{2}O, 0,5 mg/L de H_{3}BO_{3} y 10 mg/L de
MnSO_{4}\cdotnH_{2}O, usando glucosa (2%) para la fuente de
carbono en la fase inicial de cultivo, y usando glicerina (8%) como
la fuente de carbono después del consumo de glucosa. Los
resultados de la concentración bacteriana lograda finalmente se
indican en la Tabla 1.
Cepa | Concentración bacteriana | Cantidad de cuerpos de | Cantidad total de cuerpos de |
final (D.O._{660}) (a) | inclusión por bacteria | inclusión (valor relativo) | |
(valor relativo) | (a x b) | ||
W3110/pG97S4D | 53 | 116 | 6148 |
CT (G) R10 | |||
W3110/pG97S4Dh | 120 | 113 | 13560 |
CT (G) R8 | |||
W3110/pG97S4Dh | 110 | 106 | 11660 |
CT (G) R6 | |||
W3110/pG97S4Dh | 105 | 100 | 10500 |
CT (G) R5 | |||
W3110/pG97S4Dh | 94 | 100 | 9400 |
CT (G) R4 | |||
W3110/pG97S4Dh | 106 | 96 | 10176 |
CT (G) R3 |
Como queda claro a partir de la Tabla 1, la cepa
W3110/pG97S4DhCT (G) R10 demostró un crecimiento
extraordinariamente bajo en comparación con las otras cepas,
alcanzando una concentración bacteriana final lograda
aproximadamente de sólo la mitad que la de las otras cepas. Además,
aunque el punto isoeléctrico de la proteína de fusión producida por
la cepa W3110/pG97S4DhCT (G) R10 fue ligeramente alcalino a 7,85, y
que hubo un aumento en la productividad de la proteína de fusión
por célula, tal vez debido a la rápida formación de cuerpos de
inclusión o siendo el punto isoeléctrico de la proteína de fusión
ligeramente alcalino, el crecimiento celular fue inhibido lo que dio
como resultado una baja concentración celular.
Así, basado en los resultados de estos estudios,
se verificó por primera vez por los inventores del presente invento
que para producir proteínas de fusión como cuerpos de inclusión en
Escherichia coli tanto establemente como en grandes
cantidades, es importante mantener el punto isoeléctrico de la
proteína de fusión en la región ácida entre 4,9 y 6,9. Además,
después de la electroforesis en gel de
poliacrilamida-SDS y el teñido de proteínas, la
cantidad de proteínas de fusión producidas x por las células fue
determinado con un escáner para geles. Esos resultados se indican en
la Tabla 1 como la cantidad de cuerpos de inclusión por célula
(valor relativo).
Cuando la cantidad de proteína de fusión por
célula fue tomada de modo que fuera 100 para la cepa W3110/
pG97S4DhCT (G) R4, cada una de las cepas produjo 96-116 inclusiones. La cantidad total de los cuerpos de inclusión por cultivo líquido fue de 6.148 para la cepa W3110/pG97S4DhCT (G) R10 y 13560 para la cepa W3110/
pG97S4DhCT (G) R8, indicando una diferencia de casi un factor de 2. Aunque la cepa W3110/pG97S4DhCT (G) R8 demostró la mayor cantidad total de cuerpos de inclusión por caldo de cultivo, una reacción de corte tuvo lugar por la proteasa V8 de la proteína de fusión durante la producción de hCT, estando la eficacia de la reacción de corte por proteasa v8 de la proteína de fusión íntimamente comprometida con el rendimiento del proceso de producción.
pG97S4DhCT (G) R4, cada una de las cepas produjo 96-116 inclusiones. La cantidad total de los cuerpos de inclusión por cultivo líquido fue de 6.148 para la cepa W3110/pG97S4DhCT (G) R10 y 13560 para la cepa W3110/
pG97S4DhCT (G) R8, indicando una diferencia de casi un factor de 2. Aunque la cepa W3110/pG97S4DhCT (G) R8 demostró la mayor cantidad total de cuerpos de inclusión por caldo de cultivo, una reacción de corte tuvo lugar por la proteasa V8 de la proteína de fusión durante la producción de hCT, estando la eficacia de la reacción de corte por proteasa v8 de la proteína de fusión íntimamente comprometida con el rendimiento del proceso de producción.
Como tal, se llevó a cabo un estudio de la
eficacia de la reacción de corte por la proteasa V8 usando los
cuerpos de inclusión obtenidos. Después del cultivo usando los
tanques de cultivo de 30 litros anteriormente mencionados, 1000 ml
de caldo de cultivo se eliminaron seguido de homogenización de las
células usando un homogenizador de alta presión (Manton Gaulin
Laboratory Homogenizer 15M-8TA) a 600 kg/cm^{2}.
El precipitado que contenía los cuerpos de inclusión fue recogido
por centrifugación durante 30 minutos a 7000 rpm. Después de la
adición de agua desionizada a la fracción precipitada para hacer la
cantidad de la fracción igual al volumen inicial, la suspensión se
centrifugó de nuevo para lavar el precipitado.
Después de repetir el procedimiento de lavado una
vez más, el precipitado obtenido finalmente fue resuspendido con
agua desionizada de modo que el valor de D.O._{660} fue de 800, y
se usó en la reacción de corte por la proteasa V8 como se describe
a continuación. Después de eliminar 0,6 ml de suspensión, añadir 75
\mul de Tris-HCl 1 M (pH 8,0), 540 mg de urea y
185 \mul de DTT 100 mM a esta suspensión, y dejar reposar durante
10 minutos a 30ºC, se añadió agua desionizada para llevar el
volumen final a 3,7 ml. Después de precalentar durante 10 minutos a
30ºC, se añadieron 7 \mul de proteasa V8 (1 mg/ml) y se dejó
reaccionar durante 1 hora.
Una determinación cuantitativa del hCT (G)
cortado se realizó mediante cromatografía líquida de alto
rendimiento (HPLC) usando una columna empaquetada YMC
A-302 (0,46 cm x 15 cm, Yamamura Chemical Research).
Se realizó una elución con un gradiente de concentración lineal
usando ácido trifluoroacético (TFA) y TFA 0,1%/acetonitrilo 50%.
Como resultado, se verificó que la eficacia de corte de hcT (G) de
la proteína de fusión se diferenció mucho dependiendo de la
proteína de fusión hCT (G).
La cepa W3110/pG97S4DhCT (G) R4 demostró la
eficacia de corte máxima de 97%, mientras que la cepa
W3110/pG97S4DhCT (G) R5 demostró la eficacia de corte mínima de 7%.
No hubo correlación en absoluto entre esta eficacia de corte y la
concentración final bacteriana. Además, no se observó correlación
para el número de residuos aminoacídicos básicos del péptido de
unión insertado en la proteína de fusión. Por el contrario, la
eficacia de corte se cree que está influenciada por la secuencia de
aminoácidos de la región del sitio de reconocimiento del corte para
la proteasa V8. En cualquier caso, como la cepa W3110/pG97S4DhCT
(G) R4 demostró la mayor cantidad de recuperación de hCT (G), la
conversión del precursor de calcitonina humano a calcitonina humana
por una enzima de amidación fue realizada usando esta cepa
bacteriana.
Después de cultivar la cepa W3110/pG97S4DhCT (G)
R4 en un tanque de cultivo de 20 litros de la manera descrita
anteriormente, una suspensión de cuerpos de inclusión de la
proteína de fusión fue obtenida de acuerdo al método descrito
anteriormente. Después de eliminar 0,6 ml de esta suspensión de
cuerpos de inclusión, añadiendo 750 \mul de
Tris-HCl 1 M (pH 8,0), 75 \mul de EDTA 0,5 M (pH
8,0), 5,4 g de urea y 17 mg de DTT y dejar reposar durante 10
minutos, se añadió agua desionizada para llevar el volumen final a
37 ml. Después, se añadieron 40 \mul de proteasa V8 (1 mg/ml) para
tratar la suspensión durante 90 minutos a 37ºC.
Después de diluir la disolución de reacción por
un factor de 2 con agua desionizada, se añadió ácido acético
después de dejar reposar durante 30 minutos para llevar el pH a
4,6. El \beta-gal97S4D del péptido protector
precipitó como resultado de disminuir el pH a 4,6 mientras que el
hCT (G) quedó en la fracción sobrenadante. La fracción sobrenadante
se separó por centrifugación durante 15 minutos después de lo que
se aplicó esta fracción sobrenadante a una columna de Sefarosa SP
(Tosoh) equilibrada con acetato amónico 10 mM (pH 4,6) seguido por
una columna de cromatografía. El hCT (G) se eluyó en etapas con
acetato amónico 40 mM (pH 6,5). Aproximadamente 0,4 g de hCT (G)
fueron obtenidos por litro de líquido de cultivo.
La calcitonina humana fue capaz de ser producida
con una buena eficacia haciendo reaccionar el hCT (G) obtenido de
la manera anterior con una enzima de amidación de acuerdo con el
método descrito en el documento de patente
JP-A-2/190193.
Después de la reacción de amidación, se realizó
una cromatografía líquida de alto rendimiento usando una columna
empaquetada A-301 YMC (Yamamura Chemical Research),
resultados que se indican en la Fig. 8. Bajo estas condiciones de
elución se eluye la calcitonina humana a un tiempo de retención de
9,7 minutos, y como queda claro a partir de esta figura, es posible
obtener calcitonina humana que tenga una pureza elevada con un
rendimiento extremadamente elevado.
Un gen que codifica para el
CNP-22 humano, en el que un residuo de ácido
glutámico, el sitio de corte de la proteasa V8, se añade al
N-terminal, fue preparado como se indica a
continuación usando una amplificación de ADN in vitro
(PCR).
El plásmido pUCCNP1 se usó para el molde de ADN.
1,57 \mug de pUCCNP1 fueron digeridos durante 60 minutos a 37ºC
en 157 \mul de tampón K (Tris/HCl 20 mM pH 8,5, KCl 100 mM y
ditiotreitol 1mM abreviado como DTT) con 12 unidades de EcoRI para
cortar el plásmido. El tratamiento con fenol, el tratamiento con
2-butanol y la precipitación con etanol fueron
realizados sobre la disolución de reacción de acuerdo con los
métodos usados comúnmente, y el fragmento de ADN digerido con EcoRI
fue disuelto en 157 \mul de tampón TE (Tris/HCl 10 mM pH 8,0 y
EDTA 1 mM).
Los diseños de los cebadores usados para la
reacción de PCR se indican en la Fig. 9. El cebador 1 (SEQ ID No
11) fue diseñado de modo que un residuo de ácido glutámico que se
corta por la proteasa V8 se añade al N-terminal del
CNP-22 humano, y los sitios de corte de las enzimas
de restricción EcoRI y XhoI son proporcionados mas corriente
arriba, mientras que el cebador 2 (SEQ ID NO 12) fue diseñado de
modo que un sitio de corte de la enzima de restricción SalI es
proporcionado inmediatamente después del gen de
CNP-22 humano. Estos cebadores fueron sintetizados
usando un sintetizador de ADN (Applied Biosystems, Model 380A).
Después de la síntesis, se realizó una electroforesis usando un gel
de poliacrilamida 20% que contiene urea 8 M y los fragmentos de ADN
de una longitud correspondiente a los cebadores fueron liberados
para producir cada uno de los cebadores.
Después de dejar 10 ng de pUCCNP1 cortado con la
enzima EcoRI anteriormente mencionada y 100 \mul de disolución de
reacción (Tris/HCl 10 mM pH 8,3, 50 mM KCl, MgCl_{2} 1,5 mM,
gelatina 0,1% y 200 \muM de cada uno de dGTP, dATP, dTTP y dCTP)
que contenía los cebadores (1 pmol de cada) que reposara durante 5
minutos a 95ºC, las disoluciónes fueron enfriadas rápidamente con
hielo. 0,5 unidades de ADN polimerasa Taq
(Ampli-Taq, Takara Shuzo) fueron luego añadidas
mediante la adición de aceite mineral para llevar a cabo la
reacción de PCR usando un reactor térmico (Hybaid).
La reacción de PCR se repitió durante 30 ciclos,
con un único ciclo que consistía de reacciones consecutivas que
consistían de desnaturalización térmica (92ºC, 1 minuto),
acoplamiento (55ºC, 2 minutos) y elongación de ADN (72ºC, 3
minutos). La reacción de elongación de ADN del ciclo final fue
realizada adicionalmente durante unos 7 minutos adicionales. Después
de la reacción, tras la adición del tampón TE para llevar a un
volumen de 400 \mul, el volumen entero fue colocado en un tubo
SUPREC-02 (Takara Shuzo) y centrifugado durante 8
minutos a 2.000 G. El filtrado se eliminó y el tampón TE fue de
nuevo añadido para llevar la cantidad de líquido hasta 400 \mul.
El procedimiento de centrifugación fue luego realizado de nuevo de
la misma manera. La disolución de la reacción de PCR sobrante en
la copa de filtro fue llevada a un volumen de 40 \mul con tampón
TE.
5 \mul de tampón Superior concentrado 10 veces
(Tris/HCl pH 7,5 100 mM, NaCl 1 M, MgCl_{2} 100 mM y DTT 10 mM),
36 unidades de enzima EcoRI y 60 unidades de enzima SalI fueron
añadidas a los 40 \mul de mezcla de reacción de PCR. Después de
llevar el volumen total de 50 \mul con agua, la reacción se dejó
proceder durante 60 minutos a 37ºC. Después de la reacción, se
realizaron un tratamiento con fenol, un tratamiento con
2-butanol y una precipitacion con etanol, y el
precipitado fue disuelto finalmente en tampón TE para preparar el
gen CNP-22 humano que tiene extremos cohesivos EcoRI
y SalI en ambos extremos del gen.
Ejemplo 6-
(a)
El producto de PCR del gen CNP-22
indicado en la Fig. 10 se insertó en el plásmido pG97S4DhCT (GRRR)
que contenía el gen \beta-gal97S4D (péptido que
consistía de 97 aminoácidos del N-terminal de la
\beta-galactosidasa, en el que el residuo de
cisteína se sustituye por un residuo de serina, y cuatro residuos de
ácido glutámico son sustituidos por residuos de ácido aspártico).
Ese proceso de construcción se describe a continuación.
10 \mug de pG97S4DhCT (GRRR) fueron digeridos
con 36 unidades de EcoRI y 60 unidades de SalI en 70 \mul de
tampón Superior durante 6 minutos a 37ºC. Después de la reacción,
se realizó una electroforesis en gel de agarosa 1,0% de acuerdo con
los métodos usados comúnmente, y una banda del fragmento
EcoRI-SalI de 3,2 Kb fue recortada del gel. El
fragmento de ADN en el trozo de gel se extrajo usando un tubo de
microcentrifuga SUPREC-01 (Takara Shuzo) seguido de
purificación mediante tratamiento con fenol, tratamiento con
cloroformo y precipitación con etanol.
Después, 5 \mul de cada uno de este fragmento
de ADN EcoRI-SalI y el fragmento génico de
CNP-22 humano producto de PCR (fragmento de ADN
EcoRI-SalI) fue mezclado, y ligado con un equipo de
ligación de ADN (Takara Shuzo). La mezcla de ligación fue usada
para transformar la cepa W3110 de Escherichia coli, y uno de
los transformantes fue denominado cepa
pG97S4DhCNP-22.
Ejemplo 6-
(b)
El siguiente procedimiento fue realizado para
insertar un gen de péptido de unión que codifica para la secuencia
de aminoácidos de R3-2 ó R5-2
indicada en la Fig.11 dentro de la región codificante para el
péptido de unión entre el gen \beta-gal197S4D y
el gen CNP-22 humano. La construcción de
pG97S4DhCNP-22R3-2 y
pG97S4DhCNP-22R5-2 se indica en la
Fig. 12.
3 \mug de pG97S4DhCNP-22 fueron
digeridos con 10 unidades de cada enzima EcoRI y XhoI durante 2
horas a 37ºC en 50 \mul de tampón Superior. Después de la
reacción, se realizó una electroforesis en gel de agarosa 1% y un
fragmento de ADN de 3,2 kb fue aislado del gel mediante
electroelución. Se realizó una ligación sobre este fragmento de ADN
y 20 pmoles de un oligonucleótido sintetizado químicamente que
codifica para las secuencias R3-2 y
R5-2 usando un equipo de ligación (Takara Shuzo).
La mezcla de ligación fue usada para transformar la cepa W3110 de
Escherichia coli. Después del aislamiento del plásmido de la
cepa transformada resistente a tetraciclina, se realizó un análisis
estructural del plásmido usando enzimas de restricción para obtener
la diana W3110/pG97S4DhCNP-22R3-2 y
W3110/pG97S4DhCNP-22R5-2.
\newpage
Ejemplo
6-(c)
El siguiente procedimiento fue realizado para
insertar un gen que codifica para un péptido de unión para la
secuencia de aminoácidos de R5-3 indicada en la
Fig. 11 en el plásmido pG97S4DhCNP-22. La
construcción de pG97S4DhCNP-22R5-3
se indica en la Fig. 13.
3 \mug de pG97S4DhCNP-22 fueron
digeridos con 10 unidades de enzima Eco RI durante 2 horas a 37ºC
en 50 \mul de tampón Superior. Después de la digestión, se
añadieron 0,5 unidades de fosfatasa alcalina para defosforilar el
extremo 5' terminal durante 1 hora a 37ºC. Y luego, se realizó el
tratamiento con fenol para inactivar la fosfatasa alcalina. Se
llevó a cabo una electroforesis en gel de agarosa 1%, y el
fragmento de ADN de 3,2 kb fue aislado del gel mediante
electroforesis. Después, 3 \mug de oligonucleótido sintetizado
químicamente que codifica para la secuencia de aminoácidos de
R5-3 fue tratada con 20 unidades de polinucleótido
quinasa T4 en 100 \mul de disolución de reacción de
polinucleótido kinasa T4 (Tris/HCl 50 mM pH 8,0, MgCl_{2} 10 mM,
2-mercaptoetanol 10 mM y ATP 1 mM) para fosforilar
el extremo 5' durante 1 hora a 37ºC.
La ligación fue luego realizada sobre 2 \mul de
este oligonucleótido fosforilado y el anteriormente mencionado
pG97S4DhCNP-22 cortado con EcoRI, tratado con
fosfatasa alcalina. La mezcla de ligación fue usada para transformar
la cepa W3110 de Escherichia coli, y se obtuvieron
transformantes resistentes a tetraciclina. Los plásmidos fueron
analizados mediante enzimas de restricción, y se obtuvo
W3110/pG97S4DhCNP-22R5-3.
Para examinar la relación entre los puntos
isoeléctricos de las proteínas de fusión expresadas en células
microbianas y la productividad, se cultivaron microorganismos y la
productividad de proteínas de fusión por número de células fue
investigada usando una electroforesis en gel de
poliacrilamida-SDS.
Las cepas de Escherichia coli fueron
cultivadas en frascos durante 12 horas a 37ºC en 500 ml de medio
NuI (0,4 g/L de extracto de levadura, 4 g/L de dihidrógeno fosfato
de potasio, 4 g/L de hidrógeno fosfato de dipotasio, 2,7 g/L de
hidrógeno fosfato de disodio, 1,2 g/L de sulfato amónico, 0,2 g/L de
cloruro amónico, glicerina 0,8%, 2 g/L de sulfato de magnesio y 10
mg/L de tetraciclina).
Después del cultivo, se midió la turbidez
(D.O._{660}) del caldo de cultivo con un espectrofotómetro y el
caldo de cultivo se ajustó para que el valor de (valor
D.O._{660}x volumen de cultivo (ml)) llegara a ser 5, y se llevó
a cabo una centrifugación durante 5 minutos a 12000 rpm para separar
las células microbianas. Se añadió 1 ml de tampón de
muestra-SDS (Tris/HCl 63 mM pH 6,8, glicerina 10%,
SDS 10%, 2-mercaptoetanol 5% y 12,5 mg/L de azul de
bromofenol) a este precipitado celular y se calentó durante 5
minutos a 95ºC para obtener las muestras para electroforesis en gel
de poliacrilamida-SDS.
La electroforesis en gel de poliacrilamida
15%-SDS (TEFCO) fue realizada usando 5 \mul de la muestra
anteriormente mencionada bajo las condiciones de 18 mA durante 90
minutos. Después de la electroforesis, el gel se tiñó en una
disolución de teñido (ácido acético 10%, metanol 40% y 2 g/L de azul
brillante de Coomassie R-250) y la productividad
por célula de proteína de fusión CNP-22 humana
producida en cada cepa fue comparada. Los resultados de la
electroforesis están indicados en la Fig.14.
Como se indica en la Fig. 14, está claro que
cuando la cepa W3110/pG97S4DhCNP-22 que proporciona
un punto isoeléctrico de 4,56 se compara con las otras cepas
(W3110/pG97S4DhCNP-22R3-2 que
proporciona un punto isoeléctrico de 4,95,
W3110/pG97S4DhCNP-22R5-2 que
proporciona un punto isoeléctrico de 6,22 yW3110/
pG97S4DhCNP-22R5-3 que proporciona un punto isoeléctrico de 5,59), las cepas W3110/pG97S4DhCNP-22R3-2, W3110/pG97S4DhCNP-22R5-2 y W3110/pG97S4DhCNP-22R5-3 demostraron una productividad mayor de proteína de fusión que la cepa W3110/pG97S4DhCNP-22.
pG97S4DhCNP-22R5-3 que proporciona un punto isoeléctrico de 5,59), las cepas W3110/pG97S4DhCNP-22R3-2, W3110/pG97S4DhCNP-22R5-2 y W3110/pG97S4DhCNP-22R5-3 demostraron una productividad mayor de proteína de fusión que la cepa W3110/pG97S4DhCNP-22.
Se indicó en particular que las cepas
W3110/pG97S4DhCNP-22R5-2 y
W3110/pG97S4DhCNP-22R5-3 expresaron
una gran cantidad de proteína de fusión. Así, se verificó en este
Ejemplo así como que el ajuste del punto isoeléctrico de la
proteína de fusión dentro del intervalo de 4,9-6,9
da como resultado una productividad aumentada de proteína de
fusión.
El siguiente experimento fue llevado a cabo para
examinar la eficacia de liberación de CNP-22 humano
de proteína de fusión usando la proteasa V8.
\newpage
Después de cultivar las cepas
W3110/pG97S4DhCNP-22R3-2,
W3110/pG97S4DhCNP-22R5-2 y
W3110/
pG97S4DhCNP-22R5-3 en el medio Nul anteriormente mencionado, se recogieron 400 ml del caldo de cultivo y se homogeneizó mediante un homogenizador de alta presión (Manton Gaulin Laboratory Homogenizer 15M-8TA) a 600 Kg/cm^{2}.
pG97S4DhCNP-22R5-3 en el medio Nul anteriormente mencionado, se recogieron 400 ml del caldo de cultivo y se homogeneizó mediante un homogenizador de alta presión (Manton Gaulin Laboratory Homogenizer 15M-8TA) a 600 Kg/cm^{2}.
Un precipitado que contenía los cuerpos de
inclusión fue recogido mediante centrifugación durante 30 minutos a
7000 rpm. 400 ml de tampón A (Tris/HCl 50 mM pH 8,0, EDTA 2 mM y
Triton X-100 1%) fueron añadidos a la fracción
precipitada resultante, y el precipitado se lavó mediante
centrifugación de nuevo después de resuspenderlo. Este
procedimiento de precipitación fue realizado dos veces usando un
tampón A y una vez usando agua desionizada. Después de resuspender
el precipitado finalmente obtenido en agua desionizada de modo que
el valor de D.O._{660} se volviera 20, se cortó la proteína de
fusión mediante la proteasa V8 usando el método indicado a
continuación.
6 \mul de Tris/HCl 1 M (pH 8,0), 0,6 \mul de
EDTA 0,5 mM, 36 mg de urea y 3 \mul de DTT 1 M fueron añadidos a
60 \mul de la suspensión de cuerpos de inclusión y luego se dejó
reposar durante 10 minutos. Después de reposar, se añadió agua
desionizada para llevar el volumen final a 300 \mul. Se añadió
entonces 1 \mul de proteasa V8 (1 mg/ml) y se dejó proceder una
reacción de corte durante 1 hora a 30ºC. La determinación
cuantitativa del CNP-22 humano cortado de la
proteína de fusión fue realizada mediante cromatografía líquida de
alto rendimiento (HPLC) usando un columna empaquetada
A-302 YMC ( 2,46 cm x 15 cm, Yamaura Chemical
Research).
La disolución de reacción de la proteasa V8 se
diluyó por un factor de 20 con urea 2 M y una disolución de ácido
acético 6% seguido por análisis de HPLC usando 20 \mul de esa
disolución diluida. Se realizó una elución por HPLC con un gradiente
de concentración lineal usando ácido
trifluoro-acético (TFA) 0,1%, FA 0,1% y
acetonitrilo 50%. Los patrones de elución antes y después del corte
de la proteína de fusión
\beta-gal97S4DhCNP-22R5-3
por la proteasa V8 se indican en la Fig. 15 y Fig. 16,
respectivamente. Como queda claro a partir de las Figs. 15 y 16, un
pico que apareció de la proteína de fusión digerida con la proteasa
V8 fue coincidente con el del CNP-22 humano
estándar, indicando así que el CNP-22 humano se
libera específicamente de la proteína de fusión.
La liberación del CNP-22 humano
también tuvo lugar eficazmente en
\beta-gal97S4DhCNP-22R5-2
y \beta-
gal97S4DhCNP-22R3-2, con picos que se identificó que emparejaban con el CNP-22 humano estándar. La eficacia de liberación del CNP-22 humano cortado bajo las condiciones anteriormente mencionadas fue de 99% para \beta-gal97S4DhCNP-22R3-2 y 92% para \beta-gal97S4DhCNP-22R5-3.
gal97S4DhCNP-22R3-2, con picos que se identificó que emparejaban con el CNP-22 humano estándar. La eficacia de liberación del CNP-22 humano cortado bajo las condiciones anteriormente mencionadas fue de 99% para \beta-gal97S4DhCNP-22R3-2 y 92% para \beta-gal97S4DhCNP-22R5-3.
Basados en los resultados descritos
anteriormente, se verificó no sólo en el ejemplo de la calcitonina
humana previamente documentada por los inventores del presente
invento, sino también en este Ejemplo así como, que en la producción
de CNP-22 humano, se puede producir
CNP-22 humano en gran cantidad alterando la carga
de los aminoácidos de la región del péptido de unión de modo que el
punto isoeléctrico de la proteína de fusión se encuentre dentro del
intervalo de 4,9-6,9, y también que el
CNP-22 se libere específicamente de la proteína de
fusión producida en una gran cantidad en la manera anterior usando
la proteasa V8.
En el presente trabajo, se verificó por primera
vez por los presentes inventores que la proteína de fusión puede
producirse en grandes cantidades de la forma de cuerpos de
inclusión dentro de células microbianas diseñando la proteína de
fusión de modo que su punto isoeléctrico esté en el lado ácido,
permitiendo de ese modo la producción de una gran cantidad de
proteína de fusión que contiene el péptido diana.
Así, un elevado nivel de productividad de
proteína de fusión que contiene la proteína diana puede obtenerse
cultivando grandes volúmenes usando células hospedantes obtenidas
en el presente método, permitiendo de ese modo que ésto sea usado
adecuadamente en la producción de péptidos activos fisiológicamente
a una escala industrial.
Además, se estableció un método en el que después
de cultivar en gran volumen usando células hospedantes obtenidas
usando la técnica actual, el precursor de la calcitonina humano o
CNP-22 humano se libera y purifica de la proteína
de fusión. Adicionalmente, se demostró que el precursor de la
calcitonina humano fue convertido a calcitonina madura a gran
escala, usando una enzima amidante.
SEQ ID NO: 1
LONGITUD DE SECUENCIA: 99
TIPO DE SECUENCIA: ácido nucleico con la proteína
correspondiente
TIPO DE HEBRA: doble
TOPOLOGÍA: lineal
TIPO DE MOLÉCULA:
FUENTE: plásmido pBR322
SECUENCIA
SEQ ID NO: 2
LONGITUD DE SECUENCIA: 30
TIPO DE SECUENCIA: ácido nucleico
TIPO DE HEBRA: única
TOPOLOGÍA: lineal
TIPO DE MOLÉCULA: ADN sintético
SECUENCIA
\vskip0.333000\baselineskip
\dddseqskipAATTCTCGGG CTCGCCACTT CGGGCTCATC
\hfill30
SEQ ID NO: 3
LONGITUD DE SECUENCIA: 30
TIPO DE SECUENCIA: ácido nucleico
TIPO DE HEBRA: única
TOPOLOGÍA: lineal
TIPO DE MOLÉCULA: ADN sintético
SECUENCIA
\vskip0.333000\baselineskip
\dddseqskipTCGAGATGAG CCCGAAGTGG CGAGCCCGAG
\hfill30
SEQ ID NO: 4
LONGITUD DE SECUENCIA: 21
TIPO DE SECUENCIA: ácido nucleico
TIPO DE HEBRA: única
TOPOLOGÍA: lineal
TIPO DE MOLÉCULA: ADN sintético
SECUENCIA
\vskip0.333000\baselineskip
\dddseqskipAATTCCGCCT ATATCGCCGA C
\hfill21
SEQ ID NO: 5
LONGITUD DE SECUENCIA: 21
TIPO DE SECUENCIA: ácido nucleico
TIPO DE HEBRA: única
TOPOLOGÍA: lineal
TIPO DE MOLÉCULA: ADN sintético
SECUENCIA
\vskip0.333000\baselineskip
\dddseqskipTCGAGTCGGC GATATAGGCG G
\hfill21
SEQ ID NO: 6
LONGITUD DE SECUENCIA: 27
TIPO DE SECUENCIA: ácido nucleico
TIPO DE HEBRA: única
TOPOLOGÍA: lineal
TIPO DE MOLÉCULA: ADN sintético
SECUENCIA
\vskip0.333000\baselineskip
\dddseqskipAATTCCGGCA TCACCGGCGC CACAGGC
\hfill27
SEQ ID NO: 7
LONGITUD DE SECUENCIA: 27
TIPO DE SECUENCIA: ácido nucleico
TIPO DE HEBRA: única
TOPOLOGÍA: lineal
TIPO DE MOLÉCULA: ADN sintético
SECUENCIA
\vskip0.333000\baselineskip
\dddseqskipTCGAGCCTGT GGCGCCGGTG ATGCCGG
\hfill27
SEQ ID NO: 8
LONGITUD DE SECUENCIA: 39
TIPO DE SECUENCIA: ácido nucleico
TIPO DE HEBRA: única
TOPOLOGÍA: lineal
TIPO DE MOLÉCULA: ADN sintético
SECUENCIA
\vskip0.333000\baselineskip
\dddseqskipAATTCCGCCT ATATCGCCGA CATCACCGAT GGGGAAGAC
\hfill39
SEQ ID NO: 9
LONGITUD DE SECUENCIA: 39
TIPO DE SECUENCIA: ácido nucleico
TIPO DE HEBRA: única
TOPOLOGÍA: lineal
TIPO DE MOLÉCULA: ADN sintético
SECUENCIA
\vskip0.333000\baselineskip
\dddseqskipTCGAGTCTTC CCCATCGGTG ATGTCGGCGA TATAGGCGG
\hfill39
SEQ ID NO: 10
LONGITUD DE SECUENCIA: 69
TIPO DE SECUENCIA: ácido nucleico con la proteína
correspondiente
TIPO DE HEBRA: doble
TOPOLOGÍA: lineal
TIPO DE MOLÉCULA:
FUENTE: plásmido pUCCNP1
SECUENCIA
SEQ ID NO: 11
LONGITUD DE SECUENCIA: 31
TIPO DE SECUENCIA: ácido nucleico
TIPO DE HEBRA: única
TOPOLOGÍA: lineal
TIPO DE MOLÉCULA: ADN sintético
SECUENCIA
\vskip0.333000\baselineskip
\dddseqskipTAAGAATTCC TCGAGGGCTT GTCCAAGGGC T
\hfill31
SEQ ID NO: 12
LONGITUD DE SECUENCIA: 30
TIPO DE SECUENCIA: ácido nucleico
TIPO DE HEBRA: única
TOPOLOGÍA: lineal
TIPO DE MOLÉCULA: ADN sintético
\newpage
SECUENCIA
\vskip0.333000\baselineskip
\dddseqskipTAAGTCGACT TAACATCCCA GGCCGCCGCT
\hfill30
SEQ ID NO: 13
LONGITUD DE SECUENCIA: 21
TIPO DE SECUENCIA: ácido nucleico
TIPO DE HEBRA: única
TOPOLOGÍA: lineal
TIPO DE MOLÉCULA: ADN sintético
SECUENCIA
\vskip0.333000\baselineskip
\dddseqskipAATTCCGGCG CCGAGAGTTC C
\hfill21
SEQ ID NO: 14
LONGITUD DE SECUENCIA: 21
TIPO DE SECUENCIA: ácido nucleico
TIPO DE HEBRA: única
TOPOLOGÍA: lineal
TIPO DE MOLÉCULA: ADN sintético
SECUENCIA
\vskip0.333000\baselineskip
\dddseqskipTCGAGGAACT CTCGGCGCCG G
\hfill21
SEQ ID NO: 15
LONGITUD DE SECUENCIA: 36
TIPO DE SECUENCIA: ácido nucleico
TIPO DE HEBRA: única
TOPOLOGÍA: lineal
TIPO DE MOLÉCULA: ADN sintético
SECUENCIA
\vskip0.333000\baselineskip
\dddseqskipAATTCCGGCG CCATCACCGG CGCCACCGAG AGTTCC
\hfill36
SEQ ID NO: 16
LONGITUD DE SECUENCIA: 36
TIPO DE SECUENCIA: ácido nucleico
TIPO DE HEBRA: única
TOPOLOGÍA: lineal
TIPO DE MOLÉCULA: ADN sintético
SECUENCIA
\vskip0.333000\baselineskip
\dddseqskipTCGAGGAACT CTCGGTGGCG CCGGTGATGG CGCCGG
\hfill36
SEQ ID NO: 17
LONGITUD DE SECUENCIA: 21
TIPO DE SECUENCIA: ácido nucleico
TIPO DE HEBRA: única
TOPOLOGÍA: lineal
TIPO DE MOLÉCULA: ADN sintético
SECUENCIA
\vskip0.333000\baselineskip
\dddseqskipAATTTCGACG CCGTCGCCGA G
\hfill21
SEQ ID NO: 18
LONGITUD DE SECUENCIA: 21
TIPO DE SECUENCIA: ácido nucleico
TIPO DE HEBRA: única
TOPOLOGÍA: lineal
TIPO DE MOLÉCULA: ADN sintético
SECUENCIA
\vskip0.333000\baselineskip
\dddseqskipAATTCTCGGC GACGGCGTCG A
\hfill21
Claims (9)
1. Un proceso para la producción de un péptido
diana seleccionado de entre calcitonina, precursor de calcitonina,
péptido natriurético (NP), factor de crecimiento celular y hormona
paratiroidea, que comprende:
(a) cultivar células hospedantes transformadas
con vector capaces de expresar un gen que codifica para una
proteína de fusión representable mediante la fórmula
A-L-B
en la
que
B es el péptido diana;
A es un péptido protector, siendo un fragmento
terminado en N de 90 a 210 aminoácidos de la
\beta-galactosidasa de E. coli, y L es un
péptido de unión entre el extremo C del péptido protector y el
extremo N del péptido diana,
siendo el péptido de unión L una porción de la
secuencia aminoacídica mostrada en SEQ ID No:1 que contiene de 3 a
8 residuos de arginina, seleccionados de modo que la proteína diana
se separe cuando la proteína de fusión se trate con una sustancia
química predeterminada tal como una enzima, y dando la proteína de
fusión entera un punto isoeléctrico en el intervalo de 4,9- 6,9;
(b) homogeneizar las células hospedantes
cultivadas para obtener una fracción insoluble que comprende
cuerpos de inclusión;
(c) solubilizar la proteína de fusión en los
cuerpos de inclusión tratando la fracción insoluble con un agente
solubilizante; y,
(d) escindir el enlace peptídico entre el residuo
aminoacídico terminado en C del péptido de unión y el extremo N
del péptido diana para liberar el péptido diana.
2. Un proceso de acuerdo con la reivindicación 1,
en el que el péptido de unión está codificado por una parte de la
secuencia de nucleótidos de 403 a 495 del gen de resistencia a
tetraciclina de pBR322.
3. Un proceso de acuerdo con las reivindicaciones
1 ó 2, en el que el péptido diana es calcitonina humana.
4. Un proceso de acuerdo con una cualquiera de
las reivindicaciones 1 a 3, en el que el péptido diana es el
péptido natriurético atrial, el péptido natriurético cerebral o el
péptido natriurético tipo C (CNP).
5. Un proceso de acuerdo con la reivindicación 4,
en el que el péptido diana es CNP-22.
6. Un proceso de acuerdo con una cualquiera de
las reivindicaciones 1 a 5, en el que las células hospedantes son
E.coli.
7. Un proceso de acuerdo con una cualquiera de
las reivindicaciones 1 a 6, en el que el péptido protector consiste
en los aminoácidos 1 a 97 del extremo N de la
\beta-galactosidasa.
8. Un proceso de acuerdo con la reivindicación 7,
en el que en dicho fragmento del péptido protector del extremo N de
la \beta-galactosidasa, residuos de serina
reemplazan a los residuos de cisteína y los residuos de ácido
aspártico reemplazan a cuatro residuos de ácido glutámico.
9. Un proceso para la producción de un péptido
diana seleccionado de entre calcitonina, precursor de calcitonina,
péptido natriurético (NP), factor de crecimiento celular y hormona
paratiroidea, que comprende:
(a) cultivar células hospedantes transformadas
con vector capaces de expresar un gen que codifica para una
proteína de fusión representable mediante la fórmula
A-L-B
en la
que
B es el péptido diana;
A es un péptido protector, siendo un fragmento
terminado en N de 90 a 210 aminoácidos de la
\beta-galactosidasa de E.coli, y L es un
péptido de unión entre el extremo C del péptido protector y el
extremo N del péptido diana,
siendo el péptido de unión L seleccionado en
primer lugar de modo que la proteína diana se separe cuando la
proteína de fusión se trate con una sustancia química
predeterminada tal como una enzima, y en segundo lugar de modo que
la proteína de fusión entera dé un punto isoeléctrico en el
intervalo 4,9-6,9;
(b) homogeneizar las células hospedantes
cultivadas para obtener una fracción insoluble que comprenda
cuerpos de inclusión;
(c) solubilizar la proteína de fusión en los
cuerpos de inclusión tratando la fracción insoluble con un agente
solubilizante, y
(d) escindir el enlace peptídico entre el residuo
aminoacídico terminado en C del péptido de unión y el extremo N del
péptido diana para liberar el péptido diana,
pero excluyendo procesos en los que el péptido de
unión es un solo residuo de lisina, arginina, ácido glutámico o
metionina, que es escindido en la etapa (d).
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