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Metodo para la produccion de una transcriptasa inversa amv heterodimerica activa, en celulas procariotas.

Abstract

Método para la producción de una AMV-RT heterodimérica activa en células procariotas, en el que (i) se clonan una o varias secuencias de ADN que codifican las cadenas α y/o β de la AMV-RT en plásmidos de expresión, (ii) los plásmidos de expresión se transforman en células procariotas, (iii) se induce la expresión soluble de la AMV-RT heterodimérica, y (iv) se aísla la AMV-RT heterodimérica recombinante de las células, en el que la expresión se produce a una temperatura de crecimiento de aproximadamente 15ºC y a una concentración de inductor entre 0,1 M y 0,5 M.

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C12N9/1276 RNA-directed DNA polymerase (2.7.7.49), i.e. reverse transcriptase or telomerase

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Inventor
Harald Dr. Sobek
Rainer Dr. Mueller
Manfred Schmidt
Bruno Dr. Frey
Bernhard Dr. Suppmann
Rainer Dr. Schmuck
Johann-Peter Dr. Thalhofer
Peter Dr. Pallua
Markus Dr. Pajatsch
Current Assignee
HOFFMANN LA ROCHE
F Hoffmann La Roche AG

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2000 DE 2001 EP ES AT DE CA CN JP US

Application ES01121754T events
2010-10-18
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Description

Método para la producción de una transcriptasa inversa AMV heterodimérica activa, en células procariotas.
La presente invención se refiere a un método para la producción de una transcriptasa inversa AMV (AMV-RT) activa, heterodimérica recombinante mediante la expresión de una o varias secuencias de ADN que codifican las subunidades \alpha y/o \beta de la AMV-RT en células procariotas bajo ciertas condiciones de crecimiento e inducción.
El descubrimiento de estas transcriptasas inversas en los años setenta demostró que era falso el "dogma central" de la biología molecular sobre la transferencia de información desde el ADN a través del ARN a las proteínas como un proceso unidireccional (Termin H. y Mizutani S., 1970 Nature 226:1211-1213; Baltimore D., 1970, Nature 226:1209-1211). La caracterización enzimática de estas polimerasas de ADN dependientes de ARN es la base para la comprensión actual del ciclo de amplificación de los virus ARN y de este modo también del desarrollo y extensión de enfermedades provocadas por este tipo de virus (cáncer, SIDA, etc.).
Sin embargo, las transcriptasas inversas también son una herramienta para los biólogos moleculares para la síntesis, amplificación y clonación de ADNs complementarios (RT-PCR). Esta tecnología permite un examen simplificado y acelerado de la expresión génica en células eucariotas. Tras aislar el ARNm total a partir de extractos celulares o tejidos, el ARNm se traduce de nuevo en ADNc mediante la transcriptasa inversa y se amplifica mediante la etapa subsiguiente de PCR para permitir la clonación y caracterización. En consecuencia, no es necesario, por un lado, elucidar las estructuras de intrones y exones de los genes, pero, por otro lado, también es posible examinar la expresión génica en la célula durante varios ciclos vitales o durante el desarrollo de enfermedades (tales como el
cáncer).
Hasta ahora se han analizado en profundidad las transcriptasas inversas (RT) de tres retrovirus diferentes: La RT del Virus de la Leucemia Murina de Moloney (M-MLV). Este enzima está formado por una única subunidad con un peso molecular de 78 kDa (Prasad V.R., 1993 revisado en: Reverse Transcriptase ("Transcriptasas inversas"), Cold Spring Harbor, Nueva York: Cold Spring Harbor Laboratory Press, 135). Además se conoce una RT del Virus de la Inmunodeficiencia Humana (HIV). Esta RT es un heterodímero compuesto por dos subunidades, p66 y p51, formándose la subunidad p51 por la escisión proteolítica de p66 (Le Grice S.F.J., 1993 revisado en: Reverse Transcriptase ("Transcriptasas inversas"), Cold Spring Harbor, Nueva York: Cold Spring Harbor Laboratory Press, 163). Además se conocen RTs del Virus del Sarcoma-Leucosis Aviar (ASLV). La RT obtenible del Virus de la Mieloblastosis Aviar (AMV) también pertenece a la familia ASLV. Esta RT también es un heterodímero compuesto de una cadena-\alpha con un peso molecular de aproximadamente 63 kDa y una cadena-\beta con un peso molecular de aproximadamente 95 kDa. En este caso, la cadena-\alpha también se forma por el procesamiento proteolítico de la cadena-\beta (Golomb M. y Grandgenett D., 1979, J. Biol. Chem. 254: 1606-1613; Weiss R. y otros, eds. 1984, Molecular Biology of tumor viruses ("Biología molecular de los virus tumorales"), 2ª edición: RNA tumor viruses ("Virus tumorales ARN") 1/texto. Cold Spring Harbor Laboratory, Cold Spring Harbor, Nueva York).
Mientras que la RT de M-MLV se expresa en E. coli en forma de monómero y la RT de HIV como un heterodímero, no ha sido posible hasta la fecha expresar de forma satisfactoria la AMV-RT como un heterodímero soluble o activo en E. coli u otros procariotas. Aunque según la patente WO 00/42199 se expresan algunas variantes de la RT en E. coli o preferentemente en células eucariotas de insecto, la RT deseada que se obtiene mediante este proceso está formada principalmente (aproximadamente un 90%) por un componente insoluble.
Además es difícil medir la AMV-RT en extractos celulares crudos de E. coli dado, por un lado, que los moldes de ARN se degradan por ARNasas intrínsecas de E. coli y, por otro lado, las cepas de E. coli poseen una polimerasa de ADN que también posee actividad RT además de la actividad polimerasa de ADN (Ricchetti, M. y Huc, H., 1993 EMBO J. 12 (2), 387-396). Por tanto esta actividad RT intrínseca de E. coli interfiere de forma considerable con la determinación de la actividad de la AMV-RT recombinante en extractos crudos de E. coli y en las fracciones de la purificación.
Por ello, el objetivo de la presente invención es dar a conocer una AMV-RT heterodimérica activa recombinante en cantidades adecuadas.
El objetivo se consigue mediante un método para la producción de una AMV-RT heterodimérica activa en células huésped procariotas en el que se clonan una o varias secuencias de ADN que codifican las subunidades o cadenas \alpha y \beta de la AMV-RT en plásmidos de expresión, se transforman los plásmidos de expresión en células procariotas, se induce la expresión de la AMV-RT heterodimérica con una concentración de inductor entre 0,1 y 0,5 mM a una temperatura de crecimiento de aproximadamente 15ºC, y se purifica la AMV-RT heterodimérica recombinante, es decir se aísla de las células. Son genes y secuencias de ADN adecuadas, entre otras, aquellas que codifican solamente una de las subunidades de la AMV-RT. A continuación puede convertirse una parte del producto de expresión mediante algunos procedimientos, tales como la escisión proteolítica de la cadena \beta dando lugar a la otra subunidad. Las secuencias con identificador de secuencia nº4 y nº5 han demostrado ser particularmente adecuadas para el método de acuerdo con la invención que genera una AMV-RT heterodimérica activa compuesta por las subunidades con los identificadores de secuencia nº 6 y nº 7.
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Los genes estructurales y las secuencias de ADN que codifican las subunidades de la AMV-RT pueden clonarse o bien en plásmidos de expresión independientes y diferentes o bien en un solo plásmido de expresión, opcionalmente en presencia de los denominados plásmidos colaboradores, y expresarse en una célula huésped adecuada. Son plásmidos de expresión adecuados, por ejemplo, pDS, pKK177-3 o pKKT5. De acuerdo con la presente invención, es preferente el plásmido pKKT5 en el cual se insertan los correspondientes genes estructurales bajo el control del promotor T5. Otros promotores potenciales, que son preferentemente promotores inducibles por IPTG, son, por ejemplo, los promotores lac, lac UV5 o tac. Plásmidos colaboradores alternativos, tales como el plásmido pUBS520 y marcadores de selección como la ampicilina o la kanamicina son en principio conocidos por los expertos en la técnica.
Los plásmidos de expresión y opcionalmente otros plásmidos colaboradores se transforman en una célula procariota huésped adecuada. De acuerdo con la presente invención es preferente la utilización de una cepa de E. coli tal como E. coli K12 C600, DH5\alpha, LE392, JM83, JM105, NM522, M15, RR1\Delta15, UT5600, TG1, A1200 o las cepas de E. coli B, BL21, HB101. De acuerdo con la presente invención es particularmente preferente la cepa de E. coli LE392.
La expresión de la AMV-RT heterodimérica puede inducirse mediante diversos procedimientos. En particular ciertas condiciones de crecimiento e inducción tienen efectos positivos sobre la expresión de la AMV-RT activa. Una temperatura de crecimiento de aproximadamente 15ºC y una concentración de inductor entre 0,1 mM y 0,5 mM, preferentemente de aproximadamente 0,15 mM, han demostrado ser particularmente adecuadas. De acuerdo con la presente invención se utilizan preferentemente como inductores IPTG (isopropilo-\beta-D-tiogalactopiranósido) o lactosa.
Además se ha evidenciado que la expresión soluble de la AMV-RT en células procariotas puede aumentarse mediante la expresión concomitante de genes colaboradores. En particular, son genes colaboradores potenciales el gen trpT que codifica el ARNt del triptófano. Además son adecuados para la expresión soluble los genes de chaperonas tales como los genes que codifican GroEL y GroES, GrpE, ClpB, Dnak y DnaJ. Los genes de una o varias chaperonas se ubican en un plásmido colaborador con un promotor inducible; los genes que codifican las chaperonas GroEL y GroES se encuentran bajo el control de un promotor constitucional en el plásmido de expresión en el que también se ubican los genes estructurales de las cadenas \alpha y/o \beta. Sin embargo, es particularmente preferente, de acuerdo con la presente invención, que los genes que codifican GroEL y GroES se clonen en el plásmido de expresión en el que se encuentran los genes de las cadenas \alpha y \beta y que los genes que codifican Dnak; DnaJ, GrpE y ClpB se clonen en un plásmido colaborador.
Además de métodos que son generalmente conocidos por los expertos en la técnica, es especialmente ventajoso utilizar materiales de cromatografía de afinidad tales como materiales quelantes de iones de metal o intercambiadores de cationes para purificar y aislar la AMV-RT heterodimérica recombinante del extracto celular. Es particularmente ventajoso para la purificación de la AMV-RT que los productos de expresión, es decir la cadena \alpha así como la cadena \beta se fusionen con secuencias de péptidos capaces de unirse de forma reversible a materiales de columna concretos tales como intercambiadores de cationes, materiales quelantes de iones de metal, tales como resinas de ácido nitriloacético (NTA) de zinc, níquel o cobre. Las secuencias de péptidos adecuadas, de acuerdo con la presente invención, pueden poseer entre dos y aproximadamente 100 aminoácidos o derivados de aminoácidos. Las secuencias de péptidos compuestas por entre dos y diez aminoácidos, por ejemplo, residuos arginina o histidina, se han demostrado particularmente adecuadas para la presente invención. Además también se ha demostrado particularmente ventajoso utilizar aquellas secuencias de péptidos que contienen ocho residuos arginina o seis residuos histidina. Además, también son adecuadas para el método, de acuerdo con la presente invención, secuencias de péptidos disponibles comercialmente tales como Strep-tag® (IBA GmbH, Göttingen/Alemania) o GST-tag (Pharmacia, Uppsala/Suecia).
La invención se describe en mayor detalle mediante los ejemplos siguientes:
1. Ejemplo
Aislamiento de genes que codifican la cadena \alpha y la cadena \beta
Se utilizó la secuencia del banco de datos (identificador MEDLINE 94366722, Baluda y otros, 1994) para diseñar oligonucleótidos cebadores para el aislamiento de la cadena \beta (ver identificadores de secuencia nº 1 y 2). Se incorporaron un sitio de escisión por endonucleasa de restricción EcoRI en el extremo 5' y un sitio de escisión de restricción PstI en el extremo 3' para la clonación subsiguiente en vectores. Además se diseñó un cebador 3' adicional (ver el identificador de secuencia nº 3) que permite el aislamiento de la cadena \alpha. Ambas cadenas se rescataron mediante PCR a partir de un lisado de virus (ATCC VR-265) mediante una PCR inversa así como a partir de una clona de E. coli (ATCC 31990) que porta una cadena \beta en un plásmido. Las mezclas de PCR se aplicaron a un gel de agarosa al 1%, los fragmentos de aproximadamente 1715 pares de bases correspondientes a la cadena \alpha y de aproximadamente 2570 pares de bases correspondientes a la cadena \beta se aislaron del gel de agarosa (Kit de extracción de geles, QIAEX II, Qiagen/Alemania), se escindieron con las endonucleasas de restricción mencionadas anteriormente y se clonaron en un fragmento de vector pUC19 que también se había linealizado con EcoRI y PstI y aislado. Para ello se tomaron con pipeta 1 \muL (20 ng) de fragmento de vector y 3 \muL (100 ng) de fragmento de PCR, 1 \muL de tampón ligasa 10x (Maniatis y otros, 1989 Molecular Cloning: A Laboratory Manual ("Clonación molecular: Un manual de laboratorio, 1989"), segunda edición, Cold Spring Harbor Laboratory Press, Nueva York (EE.UU.), vol. 27), 1 \muL de ligasa de ADN T4, 4 \muL de H_{2}O_{bidestilada} estéril, se mezclaron cuidadosamente y se incubaron durante una noche a 16ºC. A continuación se examinaron los genes clonados mediante análisis de restricción y secuenciación. Las secuencias se muestran con el identificador de secuencia nº4(cadena \alpha) y con el identificador de secuencia nº5 (cadena \beta).
La comparación con la secuencia del banco de datos (identificador MEDLINE 94366722, Baluda M.A., y Reddy, E.P., 1994, Oncogene 9:2761-2774) rindió una homología del 98,8% a nivel de ADN para la cadena \alpha así como para la cadena \beta. Cuando se comparan las secuencias de aminoácidos resultantes, se hace aparente que la mayoría de substituciones a nivel de ADN son mutaciones de las denominadas silentes es decir no suponen substituciones de aminoácidos. Solamente tres substituciones de bases dieron lugar a substituciones de aminoácidos pero se hallan de forma reproducible en cada producto de PCR aislado. Estas son las substituciones Arg273Met, Arg304Gln, y Asp495Glu. Las secuencias de aminoácidos de ambas cadenas se muestran en los identificadores de secuencia nº 6 (cadena \alpha) y nº 7 (cadena \beta).
2. Ejemplo
Expresión de la cadena \alpha y de la cadena \beta sin secuencias de péptidos (etiquetas) fusionadas 2.1 Construcción de los plásmidos de expresión pAMV-\alpha y pAMV-\beta
Para expresar la AMV-RT, se clonaron separadamente los genes de ambas cadenas en los vectores de expresión de manera que ambos genes estructurales se insertaron con la orientación correcta bajo el control del promotor T5. Para ello los genes correspondientes a la cadena \alpha y a la cadena \beta se cortaron del plásmido pUC19 mediante EcoRI y PstI, las mezclas de restricción se separaron mediante electroforesis en gel de agarosa y se aislaron del gel de agarosa el fragmento de 1715 pares de bases correspondiente a la cadena \alpha y el fragmento de 2570 pares de bases correspondiente a la cadena \beta. Para la expresión se utilizó el plásmido pKKT5, que se forma a partir de pKK177-3 (Kopetzki y otros, 1989, Mol. Gen. Genet. 216: 149-155) substituyendo el promotor tac con el promotor T5 de pDS (Bujard y otros, 1987, Methods Enzymol. 155: 416-433). Se eliminó el sitio de escisión de la endonucleasa de restricción EcoRI en la secuencia del promotor T5 mediante mutaciones de dos puntos. El plásmido de expresión resultante se cortó con EcoRI y PstI para la inserción de los genes de la AMV-RT, la mezcla de restricción se separó mediante electroforesis en gel de agarosa y el fragmento de vector resultante de aproximadamente 2500 pares de bases se aisló del gel de agarosa. El fragmento de vector obtenido de este modo se ligó separadamente tal como se ha descrito previamente con los genes de la cadena \alpha y de la cadena \beta descritos en el ejemplo 1. Se comprobó la inserción correcta de los genes mediante control de restricción y secuenciación. Primeramente el plásmido resultante pAMV-\alpha y pAMV-\beta se transformó concomitantemente por separado con el plásmido colaborador pUBS520 para controlar la expresión en varias cepas de E. coli. En este caso es concebible que la cadena \alpha y la cadena \beta puedan expresarse por separado para obtener homodímeros \alpha\alpha y \beta\beta. El plásmido colaborador pUBS520 (Brinkmann y otros., 1989, Gene 85: 109-114) porta entre otros el gen lacl^{q} que codifica el represor lac y el gen dnaY que codifica el infrecuente ARNt^{Arg} en E. coli que reconoce los codones AGA y AGG (García y otros, 1986, Cell 45: 453-459). Como marcador de selección se utilizó el gen de resistencia a la kanamicina del transposón TN903.
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2.2 Transformación por separado de los plásmidos de expresión pAMV-\alpha y pAMV-\beta en E. coli
Se prepararon células competentes de varias cepas de E. coli de acuerdo con el método de Hanahan (J. Mol. Biol. 1983, vol. 166, 557). 200 \muL de células E. coli LE392 preparadas de este modo se mezclaron con 20 ng ADN de plásmido de expresión pAMV-\alpha o pAMV-\beta aislado y 40 ng de ADN de plásmido colaborador. Tras 30 minutos de incubación en hielo se realizó un choque térmico (90 segundos a 42ºC). A continuación las células se transfirieron a 1 mL de medio LB y se incubaron durante 1 hora a 37ºC en medio LB para la expresión fenotípica. Se pusieron alícuotas de esta mezcla de transformación en placas de LB que contenían ampicilina y kanamicina como marcadores de selección y se incubaron durante 15 horas a 37ºC.
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2.3 Expresión del gen de la cadena \alpha en E. coli
Para expresar el gen que codifica la cadena \alpha de la AMV-RT, se inocularon clonas que contenían el plásmido en 3 mL de medio LB_{ampkan} y se incubaron a 30ºC en un agitador. A una densidad óptica de 0,5 (medida a 550 nm, OD_{550}), las células se indujeron con IPTG 0,5 mM y se incubaron durante 4 horas a 30ºC en un agitador. A continuación se determinó la densidad óptica de las clonas de expresión individuales, se retiró una alícuota correspondiente a una OD_{550} de 5,0/mL y se centrifugaron las células (10 min, 6.000 rpm, 4ºC). La pastilla de células se resuspendió en 400 \muL de tampón TE (TRIS 50 mM/EDTA 50 mM, pH 8,0), se rompieron las células mediante ultrasonidos y se separó la fracción de proteínas solubles de la fracción de proteínas insolubles mediante centrifugación (10 minutos, 14.000 rpm, 4ºC). Se añadió tampón de aplicación con SDS y \beta-mercaptoetanol a todas las fracciones y se desnaturalizaron las proteínas mediante ebullición (5 minutos 100ºC). Tras ello se analizaron 10 \muL de cada fracción mediante un gel SDS analítico (10%) (Laemmli U.K., 1970, Nature 227: 555-557).
El análisis del gel SDS muestra una clara sobreexpresión de la cadena \alpha. Se observa una banda adicional fuertemente sobreexpresada de aproximadamente 63 kDa que no se observa con las clonas control no inducidas o las clonas control inducidas que no contienen el plásmido. Una pequeña parte de la cadena \alpha sobreexpresada aparece en la fracción de proteínas solubles mientras que la cantidad principal está formada por una proteína expresada insoluble.
2.4 Expresión del gen de la cadena \beta en E. coli
Para expresar el gen que codifica la cadena \beta de la AMV-RT, se inocularon 3 mL de medio LB_{ampkan} con clonas que contenían el plásmido y se incubaron a 30ºC en un agitador. A una OD_{550} (densidad óptica) de 0,5, las células se indujeron con IPTG 0,5 mM y se incubaron durante 4 horas a 30ºC en un agitador. A continuación se determinó la densidad óptica de las clonas de expresión individuales, se retiró una alícuota correspondiente a una OD_{550} de 5,0/mL y se centrifugaron las células (10 min, 6.000 rpm, 4ºC). La pastilla de células se resuspendió en 400 \muL de tampón TE (TRIS 50 mM/EDTA 50 mM, pH 8,0), se rompieron las células mediante ultrasonidos y se separó la fracción de proteínas solubles de la fracción de proteínas insolubles mediante centrifugación (10 minutos, 14.000 rpm, 4ºC). Se añadió tampón de aplicación con SDS y \beta-mercaptoetanol a todas las fracciones y se desnaturalizaron las proteínas mediante ebullición (5 minutos 100ºC). Tras ello se analizaron 10 \muL de cada fracción mediante un gel SDS analítico (8%) (Laemmli U.K., 1970, Nature 227: 555-557).
El análisis del gel SDS muestra una clara sobreexpresión de la cadena \beta. Se observa una banda adicional fuertemente sobreexpresada de aproximadamente 95 kDa que no se observa con las clonas control no inducidas o las clonas control inducidas que no contienen el plásmido. La mayoría de la cadena \beta sobreexpresada aparece en la fracción de proteínas insolubles, sin embargo, también se observa una ligera sobreexpresión en la fracción de proteínas solubles.
2.5 Expresión de ambas cadenas en plásmidos independientes en una célula
Para expresar ambas cadenas en una célula, primeramente deben volver a clonarse los casetes de expresión laqI^{q} y dnaY a partir del plásmido colaborador pUBS520 en los plásmidos de expresión. El casete de expresión lacl^{q} se clonó en pAMV-\alpha y el casete de expresión dnaY se clonó en el plásmido de expresión pAMV-\beta. Para garantizar una multiplicación estable de los plásmidos de expresión, se substituyó el gen de resistencia a la ampicilina de pAMV-\alpha por el gen de resistencia a la kanamicina de pUBS520. A continuación se transformaron concomitantemente los plásmidos de expresión resultantes pAMV-\alpha_{lacIq} y pAMV-\beta_{dnaY} en varias cepas de expresión de E. coli.
Para expresar los genes que codifican la cadena \alpha y la cadena \beta de la AMV-RT, se inocularon 3 mL de medio LB_{ampkan} con clonas que contenían los plásmidos y se incubaron a 30ºC en un agitador. A una OD_{550 \ nm} de 0,5, las células se indujeron con IPTG 0,5 mM y se incubaron durante 4 horas a 30ºC en un agitador. A continuación se determinó la densidad óptica de las clonas de expresión individuales, se retiró una alícuota correspondiente a una OD_{550} de 5,0/mL y se centrifugaron las células (10 min, 6.000 rpm, 4ºC). La pastilla de células se resuspendió en 400 \muL de tampón TE (TRIS 50 mM/EDTA 50 mM, pH 8,0), se rompieron las células mediante ultrasonidos y se separó la fracción de proteínas solubles de la fracción de proteínas insolubles mediante centrifugación (10 minutos, 14.000 rpm, 4ºC). Se añadió tampón de aplicación con SDS y \beta-mercaptoetanol a todas las fracciones y se desnaturalizaron las proteínas mediante ebullición (5 minutos 100ºC). Tras ello se analizaron 10 \muL de cada fracción mediante un gel SDS analítico (8%) (Laemmli U.K., 1970, Nature 227: 555-557).
El análisis del gel SDS muestra sorprendentemente una clara sobreexpresión de la cadena \alpha y de la cadena \beta. Se observan unas bandas adicionales fuertemente sobreexpresadas de aproximadamente 63 kDa y 95 kDa que no se observan en las clonas control no inducidas o en las clonas control inducidas que no contienen plásmido. La distribución de las bandas entre la fracción soluble e insoluble es similar a la de los experimentos en los que se expresan ambas cadenas de forma separada. El rendimiento de expresión de ambas cadenas es globalmente algo inferior a la de la expresión por separado.
3. Ejemplo
Expresión de la cadena \alpha y de la cadena \beta con etiquetas fusionadas para simplificar la purificación 3.1 Producción de varias proteínas de fusión
Para purificar de forma eficiente los heterodímeros de AMV-RT recombinantes, se fusionaron secuencias de péptidos adecuadas, denominadas etiquetas, al extremo 5' de ambas cadenas. Las etiquetas permiten realizar cromatografías de afinidad. Una serie de dos cromatografías de afinidad específicas cada una específica para uno de los dos etiquetas permite adicionalmente el aislamiento de heterodímeros puros (Wende W. y otros, 1996, Biol. Chem. 377, 625-632). Se utilizaron diseños de cebadores adecuados para unir ocho residuos arginina a la cadena \alpha y seis residuos de histidina a la cadena \beta mediante reacciones de PCR. Las secuencias de los cebadores sentido se muestran en el identificador de secuencia nº8 (cebador 5' para la cadena \alpha) y el identificador de secuencia nº9 (cebador 5' para la cadena \beta). Como cebadores antisentido se utilizaron los oligonucleótidos del identificador de secuencia nº2 (cadena \beta) y del identificador de secuencia nº3 (cadena \alpha) que ya se habían utilizado en el aislamiento de los genes.
Las mezclas de PCR se aplicaron a un gel de agarosa al 1%, se aislaron los fragmentos de PCR de 1739 pares de bases de la cadena \alpha y de 2597 pares de bases de la cadena \beta del gel de agarosa (Kit de extracción de geles, QIAEX II, Qiagen, Alemania), se escindieron con las endonucleasas de restricción EcoRI y PstI y se clonaron en un fragmento de vector del plásmido de expresión preferente que también se había linealizado con EcoRI y PstI y aislado. Para ello se tomaron con pipeta 1 \muL (20 ng) de fragmento de vector y 3 \muL (100 ng) de fragmento de PCR, 1 \muL de tampón ligasa 10x (Maniatis y otros, 1989 Molecular Cloning: A Laboratory Manual ("Clonación molecular: Un manual de laboratorio, 1989"), segunda edición, Cold Spring Harbor Laboratory Press, Nueva York (EE.UU.), vol. 27), 1 \muL de ligasa de ADN T4, 4 \muL de H_{2}O_{bidestilada} estéril, se mezclaron cuidadosamente y se incubaron durante una noche a 16ºC. A continuación, los genes clonados se examinaron mediante análisis de restricción y secuenciación. Los plásmidos de expresión resultantes se denominaron pAMV-\alpha_{laqI-Arg} y pAMV-\beta_{dnaY-His}.
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3.2 Transformación de los plásmidos de expresión pAMV-\alpha_{laqI-Arg} y pAMV-\beta_{dnaY-His} en diversa cepas de expresión de E. coli
Se prepararon células competentes de varias cepas de E. coli de acuerdo con el método de Hanahan (J. Mol. Biol. 1983, vol. 166, 557). (ver ejemplo 2.2).
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3.3 Expresión de ambas cadenas con etiquetas fusionadas en plásmidos independientes en una célula
Para expresar ambas cadenas con etiquetas en una célula, diversas cepas de expresión de E. coli se transformaron concomitantemente con los plásmidos de expresión pAMV-\alpha_{laqIq-Arg} y pAMV-\beta_{dnaY-His}.
Para expresar los genes que codifican la cadena \alpha con un etiqueta-Arg y la cadena \beta con un etiqueta-His de la AMV-RT, se inocularon 3 mL de medio LB_{ampkan} con clonas que contenían los plásmidos y se incubaron a 30ºC en un agitador. A una OD_{550} de 0,5 las células se indujeron con IPTG 0,5 mM y se incubaron durante 4 horas a 30ºC en un agitador. A continuación se determinó la densidad óptica de las clonas de expresión individuales, se retiró una alícuota correspondiente a una OD_{550} de 5,0/mL y se centrifugaron las células (10 min, 6.000 rpm, 4ºC). La pastilla de células se resuspendió en 400 \muL de tampón TE (Tris 50 mM/EDTA 50 mM, pH 8,0), se rompieron las células mediante ultrasonidos y se separó la fracción de proteínas solubles de la fracción de proteínas insolubles mediante centrifugación (10 minutos, 14.000 rpm, 4ºC). Se añadió tampón de aplicación con SDS y \beta-mercaptoetanol a todas las fracciones y se desnaturalizaron las proteínas mediante ebullición (5 minutos, 100ºC). Tras ello se analizaron 10 \muL de cada fracción mediante un gel SDS analítico (8%) (Laemmli U.K., 1970, Nature 227: 555-557).
El análisis del gel SDS muestra sorprendentemente una clara sobreexpresión de la cadena \alpha y de la cadena \beta. Se observan unas bandas adicionales fuertemente sobreexpresadas de aproximadamente 63 kDa y 95 kDa que no se observan en las clonas control no inducidas o en las clonas control inducidas que no contienen plásmidos. La distribución de las bandas entre la fracción soluble e insoluble es similar a la de los experimentos en los que se expresan ambas cadenas de forma independiente sin etiquetas en una célula.
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3.4 Expresión de ambas cadenas con etiquetas fusionadas en un plásmido
Si los genes de las cadenas \alpha y \beta de la AMV-RT se distribuyen en dos plásmidos, diferencias en la estabilidad de estos plásmidos puede resultar en la producción de cantidades diferentes de las cadenas respectivas y con ello a un rendimiento inferior del heterodímero de cadena \alpha\beta. Por ello, con la excepción del gen de la \beta-lactamasa, se combinó toda la información genética de los dos plásmidos pAMV-\alpha_{laqIq-Arg} y pAMV-\beta_{dnaY-His} en un solo plásmido pAMV-\alpha\beta-1. Este plásmido se construyó insertando el fragmento Sspl-Afllll de pAMV-\beta_{dnaY-His} que contiene la secuencia del promotor T5, el gen que codifica la cadena \beta con un etiqueta His N-terminal, la secuencia para el terminal rrnB y el gen dnaY en el sitio de escisión SaII de pAMV-\alpha_{laqIq-Arg} que contiene la secuencia del promotor T5, el gen que codifica la cadena \alpha con un etiqueta-Arg N-terminal, la secuencia del finalizador rrnB, el gen de resistencia a la kanamicina y el gen lacl^{q}. Para ello se escindió 1 \mug de cada uno de los plásmidos de expresión pAMV-\alpha_{laqIq-Arg} y pAMV-\beta_{dnaY-His} con las endonucleasas de restricción descritas anteriormente según las instrucciones del fabricante, las mezclas de restricción se separaron en un gel de agarosa al 1% y se aislaron del gel de agarosa (Kit de extracción de geles, QIAEX II, Qiagen/Alemania) el fragmento Sspl-Afllll de 4124 pares de bases de pAMV-\beta_{dnaY-His} y el fragmento de 6024 pares de bases pAMV-\alpha_{laqI-Arg}. Los extremos no compatibles se prepararon con polimerasa Klenow (Roche Diagnostics GmbH) de acuerdo con las instrucciones del fabricante y se ligaron los dos fragmentos conjuntamente tal como se ha descrito anteriormente. El nuevo plásmido de expresión resultante pAMV\alpha\beta-1 se examinó mediante análisis de restricción.
El plásmido de expresión correcto según el análisis de restricción se transformó en la cepa E. coli K-12 LE392 tal como se ha descrito anteriormente y se sometió a un control de expresión. A continuación se examinó el contenido de proteína de las células tras 4 horas de crecimiento bajo condiciones inducidas mediante SDS-PAGE. De acuerdo con el análisis SDS-PAGE el nivel de rendimiento de la expresión y la proporción relativa de las fracciones soluble e insoluble son comparables a la expresión de los genes de las cadenas \alpha y \beta en plásmidos independientes, pero la cantidad de cadena \alpha y \beta expresada parece ser más homogénea. Además el etiqueta-Arg de la cadena \alpha se substituyó por un etiqueta-His como el de la cadena \beta para el procedimiento de purificación. Para ello un se preparó un constructo intermediario pAMV-\alpha_{laqIq-His} en el cual el fragmento EcoRI-NheI de pAMV-\alpha_{laqIq-Arg} se substituyó por el fragmento EcoRI-NheI de pAMV-\beta_{dnaY-His}. A continuación como en la construcción pAMV\alpha\beta-1, toda la información genética de los dos plásmidos pAMV-\alpha_{laqIq-His} y pAMV-\beta_{dnaY-His} a excepción del gen de la \beta-lactamasa se combinó en un plásmido único pAMV\alpha\beta-2. El nuevo vector de expresión se denominó pAMV\alpha\beta-2. Se transformaron células tal como se ha descrito anteriormente con pAMV\alpha\beta-2 y se sometieron a control de expresión bajo condiciones estándar. El rendimiento de expresión no se incrementó bajo estas condiciones.
4. Ejemplo
Optimización de la expresión 4.1 Incremento de la expresión de AMV-RT activa modificando las condiciones de expresión
Algunas condiciones de crecimiento e inducción en particular poseen efectos positivos sobre la expresión de AMV-RT activa. Tras disminuir la temperatura de crecimiento de 30ºC a 15ºC durante la fase de inducción, se redujo la concentración de IPTG de 0,5 mM a 0,15 mM para inducir la expresión y de incrementó el tiempo de inducción de 4 horas a 26 horas. Se examinó el contenido de proteínas de las células tras la fase de inducción tal como se ha descrito anteriormente mediante electroforesis en gel de poliacrilamida-SDS.
Tras ello el rendimiento de expresión total de las cadenas \alpha y \beta fue, como era de esperar, substancialmente menor en el análisis mediante SDS-PAGE, pero el contenido de cadenas \alpha y \beta expresadas solubles se incrementó de forma considerable en comparación con los experimentos de expresión bajo condiciones de crecimiento e inducción estándar. Este incremento en la expresión de AMV-RT activa también se confirmó en la purificación y determinación de la actividad subsiguientes.
4.2 Incremento de la expresión de AMV-RT activa mediante la expresión concomitante de genes colaboradores 4.2.1 Expresión concomitante del gen del ARNt del triptófano (ARNt^{trp})
Una propiedad del la AMV-RT es que utiliza un ARNt endógeno para el triptófano (ARNt^{trp}) como cebador para la reacción de la polimerasa tras la infección de una célula huésped eucariota (Leis y otros, 1993, en: Reverse Transcriptasa (Transcriptasa inversa), Series monográficas Cold Spring Harbor, editores: Skala, A.M. y Goff, S.P., Cold Spring Harbor NY (USA), 33-48). Sin embargo, no se ha demostrado si AMV-RT puede utilizar como cebador el ARNt^{trp} endógeno de E. coli. En E. coli el ARNt^{trp} está codificado por un solo gen trpT, cuya expresión está adaptada a los requisitos normales de la célula. Para excluir una deficiencia potencial de ARNt^{trp} en la célula, se aisló el gen trpT según el identificador se secuencia nº: 10 mediante PCR a partir de E. coli LE392 (los cebadores utilizados para ello se muestran en los identificadores de secuencia nº: 11 y 12), se volvió a escindir con PstI para insertarlo en pAMV-\alpha_{laclq-His} y se ligó al fragmento de vector de pAMV-\alpha_{laclq-His} que también se había linealizado con PstI tal como se ha descrito anteriormente. Se comprobaron las clonas que habían integrado el gen trpT en el sitio de escisión de la endonucleasa de restricción PstI mediante análisis de restricción y secuenciación. En este constructo intermedio pAMV-\alpha_{laclq-His-trpT} el gen de la cadena \alpha y el gen del ARNt^{trp} de E. coli forman una unidad de trascripción, cuya expresión está regulada por el promotor T5 inducible por IPTG. A continuación, de forma similar a la construcción de pAMV\alpha\beta-1 o pAMV\alpha\beta-2, se combinó toda la información genética de los plásmidos pAMV-\alpha_{laclq-His-trpT} y pAMV-\beta_{dnaY-His} con excepción del gen de la \beta-lactamasa en un único plásmido pAMV\alpha\beta-3. Las células se transformaron tal como se ha descrito anteriormente pAMV\alpha\beta-3 y se sometieron a un control de expresión utilizando condiciones de expresión modificadas. Tras ello el rendimiento de AMV-RT activa se incrementa de forma significativa.
4.2.2 Expresión concomitante de genes de chaperonas
En E. coli existen dos sistemas principales de chaperonas formados por la maquinaria GroESL y un sistema de 4 componentes formado por DnaK, DnaJ, GrpE y ClpB (Kedzierska, 1999). Ambos sistemas juegan un papel importante en el plegamiento correcto de las proteínas de nueva formación así como en la renaturalización de proteínas que se han agregado como resultado del estrés (Hartl F.U., 1996, Nature 381, 571-580; Bukau H. y Horwich A.L., 1998, Cell 92, 351-366; MogK A. y otros., EMBO J. 18, 6934-6949; Zolkiewski M., 1999, J. Biol. Chem. 274, 28083-28086; Goloubinoff P. y otros, 1999, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 96, 13732-13737).
En una primera etapa el operón groESL de E. coli debe sobreexpresarse en las cepas productoras de AMV-RT. Para ello, el fragmento EcoRI-HindIII de pOF39 (Fayet O., Louarn J.-M., Georgopoulos C., 1986, Mol. Gen. Genet. vol. 202, pags. 335-345) se integró en el sitio de escisión SspI del plásmido pAMV-\beta_{dnaY-His}. Los extremos no compatibles se prepararon con la polimerasa Klenow (Roche Diagnostics) de acuerdo con las instrucciones del fabricante antes de la ligadura. La secuencia de greESL se muestra en el identificador de secuencia nº: 13. En este nuevo constructo pAMV-\beta_{dnaY-His-groESL}, el operón groESL forma una unidad de trascripción artificial que contiene el gen de la \beta-lactamasa situado en 3'. La expresión está entonces o bien bajo el control del promotor constitutivo bla endógeno que se halla ahora en el lado 5' del operón groESL y/o bajo el control del promotor dependiente de \sigma^{32} del operón groESL. A continuación se combinó de nuevo toda la información genética de los dos plásmidos de expresión pAMV-\alpha_{lacIq-His-trpT} y pAMV-\beta_{dnaY-His-groESL} a excepción del gen de la \beta-lactamasa tal como se ha descrito anteriormente para el plásmido único pAMV\alpha\beta-4.
Las células se transformaron con pAMV\alpha\beta-4 tal como se ha descrito previamente y se sometieron a un control de expresión bajo condiciones de expresión modificadas. La sobreproducción concomitante de GroESL provoca un incremento de la biomasa y de la cantidad de AMV-RT activa. Se obtuvieron valores entre tres y cuatro veces superiores a los de las mejores cepas productores previas tras la purificación y la evaluación de la actividad.
Tras demostrarse que la sobreproducción concomitante de GroESL en las cepas productoras de AMV-RT es una medida positiva, en una segunda etapa se procedió adicionalmente a la sobreproducción concomitante del otro sistema principal de chaperonas de E. coli. Además de las supuestas ventajas generales de esta sobreproducción concomitante, ésta puede compensar una desventaja de la maquinaria GroESL, es decir su volumen de exclusión de aproximadamente 65 kDa (Deuerling E. y otros, 1999, Nature 400, 693-696). Ello debería ser particularmente importante para el plegamiento correcto de la cadena \beta de la AMV-RT (93 kDa) dado que no puede ser dividida en dominios individuales que se formen independientemente el uno del otro. Los genes DnaK, DnaJ y GrpE se combinaron en un operón artificial correspondiente a la combinación fisiológica (Diamant S. y Goloubinoff P., 1998, Biochemistry 37, 9688-9694; Pierpaoli E.V. y otros, 1998, J. Biol. Chem. 273, 6643-6649) mientras que el gen de ClpB forma su propia unidad de trascripción. Ambas unidades de trascripción se situaron bajo el control de promotores T5 inducibles por IPTG para coordinar la expresión con los genes de las subunidades de la AMV-RT.
Por razones técnicas el proceso de clonación requiere un número de etapas intermedias en la trayectoria hasta el constructo final pCHAP-5. Así, primeramente se construyen los derivados pKKT5, pCHAP-1 y pCHAP-2. pCHAP-1 contiene la información genética del operón dnaKJ de E. coli empezando en el codón de inicio de dnaK hasta el codón de finalización de dnaJ; pCHAP-2 contiene la unidad de trascripción artificial de las regiones de codificación de los genes de GrpE y ClpB en forma de inserto; los fragmentos de ADN correspondientes se amplificaron mediante PCR a partir del ADN genómico de E. coli K12KE392. La secuencia de operón dnaKJ se muestra en el identificador de secuencia nº 14, los cebadores correspondientes utilizados para aislar el operón dnaKJ se muestran en el identificador de secuencia nº 15 y 16. La secuencia del gen grpE se muestra en el identificador de secuencia nº: 17, los cebadores correspondientes utilizados para aislar el gen grpE se muestran en el identificador de secuencia nº 18 y 19. La secuencia del gen clpB se muestra en el identificador de secuencia nº 20, los cebadores correspondientes utilizados para aislar el gen clpB se muestran en el identificador de secuencia nº 21 y 22. Para construir pCHAP-1 se volvió a escindir el fragmento PCR que contenía el operón dnaKJ con SmaI y BamHI tal como se ha descrito anteriormente, se ligó en un fragmento de vector de pKKT5 que también se había linealizado con SmaI y BamHI. pCHAP-2 se construyó mediante una ligadura triple con el fragmento EcoRI-PstI del gen grpE, el fragmento PstIHindIII del gen clpB y un fragmento de vector pKKT5 linealizado con EcoRI y HindIII. pCHAP-3 en el cual se encuentre el gen clpB como una unidad de trascripción, se deriva a partir de pCHAP-2 ligando el fragmento PstI-HindIII de pCHAP-2 en el fragmento de vector pKKT5 linealizado con EcoRI y HindI tal como se ha descrito anteriormente. Previamente a la ligadura se preparó la reacción de los extremos no compatibles de los dos fragmentos con la polimerasa Klenow (Roche Diagnostics) de acuerdo con las instrucciones del fabricante. pCHAP-4 es un derivado de pCHAP-1 cuyo inserto se extiende por el gen grpE de pCHAP-2 y así, la unidad de trascripción artificial está formada por los genes DnaK, DnaJ, y GrpE. Como resultado de la secuencia Shine Dalgarno que en este caso es subóptima, la expresión de grpE debe reducirse en comparación don pCHAP-2 para que de este modo se adapte mejor a la expresión de dnaKJ (Diamant y Goloubinoff, 1998; Pierpaoli y otros, 1998). Para construir pCHAP-4 se insertó el fragmento EcoRI-AvaI de pCHAP-2 en el sitio de escisión de BamHI de pCHAP-1 tras preparar los extremos no compatibles de los dos fragmentos con la polimerasa Klenow (Roche Diagnostics) de acuerdo con las instrucciones del fabricante. El constructo final pCHAP-5 es un derivado de pCHAP-4 que contiene el inserto de pCHAP-3 como información genética adicional. Para ello el fragmento BspLU11I de pCHAP-4 se substituyó por el fragmento BspLU11I-SspI de pCHAP-3 mediante restricción y ligadura tal como ya se ha descrito varias veces. Para garantizar la compatibilidad de los extremos, los extremos sobresalientes generados por NdeI se rellenaron previamente con la polimerasa Klenow (Roche Diagnostics) de acuerdo con las instrucciones del fabricante.
Se examinó el efecto de la expresión combinada del plásmido pAMV\alpha\beta-4 con los diversos plásmidos colaboradores pCHAP-1 a -5 sobre la sobreproducción de AMV-RT. Al menos bajo las condiciones de expresión estándar modificadas todos los plásmidos colaboradores incrementaron considerablemente el rendimiento previo de AMV-RT activa y como era esperable el plásmido colaborador pCHAP-5 dio el mejor resultado. Ello se confirmó mediante SDS-PAGE así como por la subsiguiente purificación y determinación de actividad.
5. Ejemplo
Métodos analíticos 5.1 Ensayo de actividad de transcriptasa inversa (ensayo A)
Durante la purificación se detectó la actividad de la transcriptasa inversa en las fracciones mediante un sistema de ensayo no radioactivo. Para ello se utilizó el "ensayo de transcriptasa inversa no radioactivo" (Roche Molecular Biochemicals, nº cat. 1468120). El período de incubación se acortó a 30 minutos.
5.2 Ensayo de actividad de transcriptasa inversa (ensayo B)
La actividad específica de transcriptasa inversa de las muestras se determinó mediante un sistema de ensayo radioactivo. La actividad de transcriptasa inversa se determinó en un volumen de ensayo de 100 \muL (Tris/HCl 50 mM, pH 8,3 (37ºC), KCl 40 mM, MgCl_{2} 6 mM, dTTP 0,5 mM, poli (A) x dT_{15} 0,04 OD_{260 \ nm}, [3H]-dTTP 0,1 \muM). Se añadió AMV-RT (5 \muL) en diluciones adecuadas. Tras incubar durante 10 minutos a 37ºC, se detuvo la reacción con solución TCA al 10% (500 \muL). El producto marcado radioactivamente formado se lavó en un filtro de nitrocelulosa tras precipitación. La tasa de incorporación de radioactividad se determinó en un contador de centelleo y se calculo la actividad RT de la muestra. Se definió una unidad de enzima como la cantidad de AMV-RT que incorporaba 1,0 nMol de TMP en un producto insoluble ácido en 10 minutos a 37ºC.
5.3 Ensayo de la polimerasa de ADN
La actividad de la polimerasa de ADN de E. coli se determinó midiendo el desplazamiento de mella. La polimerasa de ADN se detectó mediante un ensayo de desplazamiento de mella no radioactivo. La desplazamiento de mella se realizó en un volumen de ensayo de 50 \muL (Tris/HCl 50 mM, pH 7,5, MgCl_{2} 10 mM, DTE 0,1 mM, DIG-dUTP 28,875 \muM, bio-16-dUTP 1,444 \muM, dTTP 95,865 \muM, dATP 20 \muM, dCTP 20 \muM, dGTP 20 \muM, pBR322 1 \mug, ADNasaI 1 pg). Tras añadir las muestras (1 \muL) se incubó la mezcla de reacción durante 30 minutos a 37ºC. Tras ello, la mezcla de reacción se transfirió placas de microtitulación recubiertas de estreptavidina. El tratamiento y la evaluación subsiguientes del ensayo se llevaron a cabo de forma análoga al "ensayo de transcriptasa inversa, no radioactivo" (Roche Molecular Biochemicals, nº cat. 1468120).
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5.4 Ensayo de actividades contaminantes
El ensayo de la presencia de actividades extrañas contaminantes se realizó en una solución compuesta por Tris/HCl 10 mM, pH 7,5, MgCl_{2} 10 mM, DTE 1 mM.
Se incubaron muestras adecuadas de las fracciones enzimáticas individuales con los ácidos nucleicos correspondientes. La denominada actividad de mella se detectó mediante incubación con el plásmido pBR322 (1 \mug) durante 2-16 horas a 37ºC. Las nucleasas inespecíficas se detectaron mediante incubación con lambda-ADN/EcoRI, HindIII (1 \mug) durante 2-16 horas a 37ºC. Las ARNasas inespecíficas se detectaron mediante incubación durante 2-4 horas a 37ºC con MSII-ARN (5 \mug).
Para el ensayo de contaminación por exonucleasas, las muestras se incubaron durante 4 horas a 37ºC con 4 \mug de ADN marcado con [3H], determinándose a continuación los nucleótidos marcados con [3H] liberados.
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6. Ejemplo
Purificación y ensayo funcional 6.1 AMV-RT del constructo pAMV-\alpha_{lacIq-Arg}/pAMV-\beta_{dnaY-His} en E. coli LE392 6.1.1 Purificación
Como material de partida para purificar la AMV-RT recombinante se utilizaron las células de E. coli que sobreexpresaban ambas cadenas de AMV-RT (ver anteriormente).
La AMV-RT se purificó a 4ºC. La purificación se llevó a cabo mediante métodos cromatográficos tras la lisis de las células y la separación de los ácidos nucleicos. El proceso de purificación proporciona una AMV-RT recombinante libre de actividades enzimáticas contaminantes y en la RT-PCR posee la misma funcionalidad que la AMV-RT purificada de material nativo.
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Tampón
tampón A:
Tris/HCl 50 mM, pH 7,9, KCl 0,5 M, Tritón X-100 0,02%, glicerol 20%,
tampón B:
Tris/HCl 20 mM, pH 7,9, KCl 0,25 M, Tritón X-100 0,02%, glicerol 10%,
tampón C:
Tris/HCl 20 mM, pH 7,9, KCl 0,25 M, Tritón X-100 0,02%, glicerol 10%, imidazol 1M,
tampón D:
Tris/HCl 50 mM, pH 8,2, EDTA 0,1 mM, DTT 1 mM, Tritón X-100 0,02%, glicerol 10%,
tampón E:
fosfato potásico 20 mM, pH 7,1, EDTA 0,1 mM, DTT 1 mM, Tritón X-100 0,02%, glicerol 10%,
tampón de almacenamiento: fosfato potásico 200 mM, pH 7,2, DTT 2 mM, Tritón X-100 0,2%, glicerol 50%.
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Lisis celular
Se añadieron 200 mL de tampón A a aproximadamente 50 g de células E. coli LE392 (pAMV-\alpha_{lacIq-Arg}/pAMV-\beta_{dnaY-His}) que se descongelaron y suspendieron. Se añadieron a la suspensión dos comprimidos de Complete (Roche Molecular Biochemicals, nº cat. 1697498). A continuación se lisaron las células mediante ultrasonidos (sonicador Branson) en frío (temperatura: < 10ºC). El nivel de lisis de la suspensión celular que se consiguió fue característicamente del 40-50%.
Precipitación de ácidos nucleicos
A continuación se eliminaron los ácidos nucleicos mediante precipitación con polimina. Se añadieron gota a gota 5 mL de solución de polimina P al 10%. Si la precipitación era incompleta, se realizó una adición gota a gota adicional. Tras incubar durante 30 minutos a 4ºC, se procedió a centrifugar (30 minutos, 13.000 rpm, 4ºC).
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Purificaciones cromatográficas Cromatografía de afinidad en columna de quelato de Ni
El sobrenadante transparente de la centrifugación se diluyó con tampón B (1 + 1) y se absorbió en una columna de sefarosa ff quelante cargada de níquel (2,6 cm x 10 cm, Pharmacia) que se había equilibrado con tampón B, a continuación se lavó con aproximadamente 500 mL de tampón B, y a continuación con 200 mL de tampón B + imidazol 10 mM y 200 mL de tampón B + imidazol 20 mM. El enzima se eluyó con un gradiente lineal de tampón B + imidazol 20 mM y tampón C en un volumen total de 500 mL. La velocidad de flujo fue de 5 mL por minuto, el tamaño de las fracciones fue de 20 mL por fracción. El enzima se eluyó entre 50 mM y 200 mM de imidazol. La acumulación o "pool" de fracciones activas se dializó frente a tampón D.
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Cromatografia en heparina-sefarosa
El "pool" dializado se absorbió a continuación en una columna de heparina-sefarosa ff (1,6 cm x 10 cm, Pharmacia) equilibrada con tampón D y se lavó con aproximadamente 200 mL de tampón D, a continuación con aproximadamente 200 mL de tampón D + KCl 300 mM. El enzima se eluyó con un gradiente lineal de tampón D + KCl 300 mM y tampón D + KCl 1M en un volumen total de 200 mL. La velocidad de flujo fue de 2,5 mL por minuto, el tamaño de las fracciones fue de 10 mL. La AMV-RT se eluyó a una concentración de KCl de entre 500 mM y 700 mM.
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Cromatografía en S-sefarosa ff
Las fracciones con actividad RT se agruparon y dializaron frente a tampón E. El dializado se cargó en una columna S-sefarosa ff equilibrada con tampón E (1,6 cm x 10 cm, Pharmacia). Tras lavado con aproximadamente 200 mL de tampón E, se eluyó el enzima con un gradiente lineal de tampón E y tampón E + KCl 1M en un volumen total de 400 mL. La velocidad de flujo fue de 2,5 mL por minuto, el tamaño de las fracciones fue de 10 mL.
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Cromatografía en hidroxiapatita
Las fracciones con actividad RT se agruparon y dializaron frente a tampón E. El dializado se cargó en una columna HA-ultrogel equilibrada con tampón E (1,6 cm x 10 cm, Biosepra). Tras lavado con aproximadamente 200 mL de tampón E, se eluyó el enzima con un gradiente lineal de tampón E y tampón E + 0,5 M de fosfato potásico en un volumen total de 400 mL. La velocidad de flujo fue de 2,5 mL por minuto, el tamaño de las fracciones fue de 10 mL.
Las fracciones con actividad RT se agruparon y dializaron frente a tampón de almacenamiento. Se añadió tampón de aplicación con SDS y \beta-mercaptoetanol a la proteína purificada y se desnaturalizó la muestra mediante ebullición (5 minutos, 100ºC). A continuación se analizaron alícuotas de 20 \muL con un gel analítico SDS (4-20%) (Laemmli UK., 1970, Nature 227: 555-557). Las subunidades \alpha y \beta se hallaron en relación equimolar.
El método descrito proporciona una AMV-RT estable con una distribución equimolar de las subunidades \alpha y \beta. El enzima obtenido es funcional en RT-PCR.
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6.1.2 Ensayo funcional en RT-PCR
La transcriptasa inversa de AMV recombinante obtenida se examinó en un ensayo funcional. El ensayó funcional consistió en una trascripción inversa (RT) acoplada con una reacción en cadena de la polimerasa (PCR). Para ello, se utilizaron 5 unidades de transcriptasa inversa de AMV recombinante como mezcla enzimática del Titan TM One Tube PCR System (nº cat. 1888382, Roche Molecular Biochemicals). Se amplificó un fragmento de 1,8 kb del gen de la distrofina humana. Como molde se utilizaron 10 ng de ARN muscular humano. Los cebadores (400 nM) fueron el cebador Dys 2reV (5'GAG TGA ATA CAG TTT GCC CAT GGA TTG-3) y el cebador Dys 8 (5'-AAG AAG ETIQUETA AGG ACT GTT ATG AAA GAG AAG-3'). La diana se amplificó en un RT-PCR utilizando el programa siguiente: 50ºC durante 30 minutos, 94ºC durante 2 minutos seguido de 10 ciclos (94ºC durante 10 segundos, 58ºC durante 30 segundos, 68ºC durante 1 minuto 10 segundos) y 20 ciclos (94ºC durante 10 segundos, 58ºC durante 30 segundos, 68ºC durante 1 minuto 10 segundos; +10 segundos/ciclo). A continuación se incubó durante 7 minutos a 68ºC. Los productos de reacción de la RT-PCR se separaron tras detener la reacción en un gel de agarosa al 1%
(figura 1).
La figura 1 muestra el producto de la amplificación de la RT-PCR que posee un tamaño de 1,8 kb obtenido AMV-RT purificada nativa (carril 2) y la AMV-RT obtenida mediante medios recombinantes (carril 3). Los carriles 1 y 4 muestra el marcador de peso molecular de ADN VI (nº cat. 1062590, Roche Molecular Biochemicals).
6.2 AMV-RT a partir del constructo pAMV\alpha\beta-4 + pCHAP-5 de E. coli LE392 6.2.1 Purificación
Como material de partida para purificar la AMV-RT recombinante se utilizaron células E. coli LE392 pAMV\alpha\beta-4 + pCHAP-5 que sobreexpresan ambas cadenas de la AMV-RT (ver más arriba).
La AMV-RT se purificó a 4ºC. La purificación se realizó mediante métodos cromatográficos tras lisis celular y separación de los ácidos nucleicos. La purificación dio lugar a AMV-RT recombinante libre de actividades enzimáticas contaminantes y que en la RT-PCR posee la misma funcionalidad que la AMV-RT purificada a partir de material nativo.
Tampón
tampón A:
NaPO_{4} 50 mM, pH 7,2, NaCl 1 M, 2-mercaptoetanol 3 mM, glicerol 10%,
tampón B:
NaPO_{4} 50 mM, pH 5,0, NaCl 1 M, 2-mercaptoetanol 3 mM, glicerol 10%,
tampón C:
NaPO_{4} 50 mM, pH 6,0, NaCl 1 M, 2-mercaptoetanol 3 mM, glicerol 10%, imidazol 0,2 M,
tampón D:
NaPO_{4} 50 mM, pH 7,7, NaCl 1 M, 2-mercaptoetanol 3 mM, glicerol 10%, imidazol 0,5 M,
tampón E:
NaPO_{4} 50 mM, pH 6,0, 2-mercaptoetanol 3 mM, glicerol 10%,
tampón de almacenamiento: fosfato potásico 200 mM, pH 7,2, DTT 2 mM, Tritón X-100 0,2%, glicerol 50%.
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Lisis celular
Se mezclaron aproximadamente 50 g de células E. coli LE392 pAMV-\alpha\beta-4+pCHAP-5 con 400 mL de tampón A, se descongelaron y suspendieron. Se añadieron a la suspensión dos comprimidos de Complete (Roche Molecular Biochemicals, nº cat. 1697498). A continuación se lisaron las células mediante ultrasonidos (sonicador Branson) en frío (temperatura: < 10ºC). El nivel de lisis de la suspensión celular que se consiguió fue característicamente del 40-50%.
Precipitación de ácidos nucleicos
A continuación se eliminaron los ácidos nucleicos mediante precipitación con polimina. Se añadieron gota a gota 5 mL de solución de polimina P al 10%. Si la precipitación era incompleta, se realizó una adición gota a gota adicional. Tras incubar durante 30 minutos a 4ºC, se procedió a centrifugar (30 minutos, 13.000 rpm, 4ºC).
Purificaciones cromatográficas Cromatografía de afinidad en columna de quelato de Ni
El sobrenadante transparente de la centrifugación se absorbió en una columna de sefarosa ff quelante cargada de níquel (2,6 cm x 10 cm, Pharmacia) que se había equilibrado con tampón A, a continuación se lavó con aproximadamente 500 mL de tampón B, y a continuación con 500 mL de tampón B y 500 mL de tampón C. El enzima se eluyó con tampón D en un volumen total de 500 mL. La velocidad de flujo fue de 5 mL por minuto, el tamaño de las fracciones fue de 20 mL por fracción. El "pool" de fracciones activas se dializó frente a tampón E.
Cromatografia en heparina-sefarosa
El "pool" dializado se absorbió a continuación en una columna de heparina-sefarosa ff (1,6 cm x 10 cm, Pharmacia) equilibrada con tampón E + NaCl 250 mM y se lavó con aproximadamente 200 mL de tampón E + NaCl 250 mM. El enzima se eluyó con un gradiente lineal de tampón E + NaCl 250 mM y tampón E + NaCl 1M en un volumen total de 200 mL. La velocidad de flujo fue de 2,5 mL por minuto, el tamaño de las fracciones fue de 10 mL. La AMV-RT se eluyó a una concentración de NaCl de entre 500 mM y 700 mM.
Las fracciones con actividad RT se agruparon y dializaron frente a tampón de almacenamiento. Se añadió tampón de aplicación con SDS y \beta-mercaptoetanol a la proteína purificada y se desnaturalizó la muestra mediante ebullición (5 minutos, 100ºC). A continuación se analizaron alícuotas de 20 \muL con un gel analítico SDS (4-20%) (Laemmli UK., 1970, Nature 227: 555-557). Las subunidades \alpha y \beta de AMV-RT se hallaron en relación equimolar (figura 2, carril 6).
La figura 2 muestra un gel SDS con muestras de la purificación de la AMV-RT
Carril 1:
marcador de peso molecular
Carril 2:
AMV nativa
Carril 3:
lisis celular
Carril 4:
Sefarosa quelato de Ni, lavado con tampón C
Carril 5:
"Pool" de quelato de Ni
Carril 6:
Preparación final de AMV-RT recombinante
El método descrito da lugar a una AMV-RT estable con una distribución equimolar de las subunidades \alpha y \beta. El enzima obtenido es funcional en RT-PCR.
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6.2.2 Ensayo funcional en RT-PCR
La transcriptasa inversa de AMV recombinante obtenida se examinó en un ensayo funcional. El ensayó funcional consistió en una trascripción inversa (RT) acoplada con una reacción en cadena de la polimerasa (PCR). Para ello, se utilizaron 10 unidades de transcriptasa inversa de AMV recombinante. Se amplificaron los fragmentos de 8 kb, 10 kb, 12 kb y a 13,5 kb del gen de la distrofina humana.
Como molde se utilizó 1 \mug de ARN muscular humano. Los cebadores (400 nM) fueron el cebador 2 Dys (5'CAA TCC ATG GGC AAA CTG TAT TCA CTC-3') y el cebador Dys 5 rev (5'-CGT CCC GTA TCA TAA ACA TTC AGC AGC-3') para 8kb, el cebador Dys 8 (5'-AAG AAG ETIQUETA AGG ACT GTT ATG AAA GAG AA-3') y 5 rev para 10 kb, el cebador Dys 8 y el cebador Dys 9 (5'-AGC AGG TAA GCC TGG ATG ACT GAC ETIQUETA AAG-3') para 12 kb y los cebadores Dys 8 y 10 rev (5'-AAT CAA TCA ACC AAC CGA AAT CTC ACT CTG-3') para 13,5 kb . La síntesis de ADNc se llevó a cabo durante 60 minutos a 42ºC.
La síntesis de ADNc se realizó según las instrucciones en la información del producto de la transcritaza inversa (nº cat. 1495062, Roche Molecular Biochemicals).
Para la PCR se utilizó el Expand Long Template PCR System (nº cat. 1681834, Roche Molecular Biochemicals). La diana se amplificó utilizando el siguiente programa de PCR: 94ºC durante 2 minutos, seguido de 10 ciclos (94ºC durante 10 segundos, 60ºC durante 30 segundos, 68ºC durante 10 minutos) y 20 ciclos (94ºC durante 10 segundos, 60ºC durante 30 segundos, 68ºC durante 10 minutos 10 + 10 segundos/ciclo). A continuación se incubó durante 5 minutos a 68ºC. Tras detener la reacción, se separaron los productos de reacción de la RT-PCR en un gel de agarosa al 1% (figura 3). Los carriles 3 y 6 muestran el marcador de peso molecular del ADN X (nº cat. 1498037, Roche Molecular Biochemicals).
La figura 3 muestra un gel de agarosa en el que se separaron los productos de la RT-PCR realizada utilizando AMV-RT recombinante; carril 1: producto de amplificación de 8 kb, carril 2; producto de amplificación de 10 kb, carril 3: estándar X de longitud de ADN, carril 4: producto de amplificación de 12 kb, carril 5: producto de amplificación de 13,5 kb, carril 6: estándar X de longitud de ADN.
<110> Roche Diagnostics GmbH
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<120> Método para la producción de AMV-RT heterodimérica activa en células procariotas
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<130> 5272/00/DE
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<140>
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<141>
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<160> 22
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<170> Patente Ver. 2.1
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<210> 1
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<211> 38
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<212> DNA
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<213> Secuencia artificial
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<220>
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<223> Descripción de la secuencia artificial: Cebador
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<400> 1
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<210> 2
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<211> 40
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<212> ADN
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<213> Secuencia artificial
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<220>
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<223> Descripción de la secuencia artificial: Cebador
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<400> 2
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<210> 3
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<211> 41
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<212> ADN
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<213> Secuencia artificial
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<220>
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<223> Descripción de la secuencia artificial: Cebador
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<400> 3
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<210> 4
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<211> 1716
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<212> ADN
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<213> Virus de la mieloblastosis aviar
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<400> 4
4
40
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<210> 5
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<211> 2574
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<212> ADN
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<213> Virus de la mieloblastosis aviar
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<400> 5
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5
50
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<210> 6
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<211> 572
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<212> PRT
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<213> Virus de la mieloblastosis aviar
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<400> 6
6
7
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<210> 7
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<211> 858
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<212> PRT
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<213> Virus de la mieloblastosis aviar
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<400> 7
8
9
10
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<210> 8
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<211> 62
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<212> ADN
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<213> Secuencia artificial
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<223> Descripción de la secuencia artificial: Cebador
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<210> 9
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<211> 65
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<212> ADN
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<213> Secuencia artificial
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<223> Descripción de la secuencia artificial: Cebador
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<210> 10
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<211> 425
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<212> ADN
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<213> Escherichia coli
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<400> 10
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13
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<210> 11
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<211> 31
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<212> ADN
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<213> Secuencia artificial
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<223> Descripción de la secuencia artificial: Cebador
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<400> 11
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<210> 12
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<211> 31
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<212> ADN
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<213> Secuencia artificial
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<223> Descripción de la secuencia artificial: Cebador
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<400> 12
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<210> 13
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<211> 2155
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<212> ADN
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<213> Escherichia coli
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<400> 13
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16
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<210> 14
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<211> 3139
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<212> ADN
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<213> Escherichia coli
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<400> 14
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17
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<210> 15
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<211> 34
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<212> ADN
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<213> Secuencia artificial
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<223> Descripción de la secuencia artificial: Cebador
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<400> 15
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<210> 16
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<211> 37
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<212> ADN
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<213> Secuencia artificial
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<223> Descripción de la secuencia artificial: Cebador
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<400> 16
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<210> 17
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<211> 594
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<212> ADN
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<213> Escherichia coli
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<212> ADN
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<213> Secuencia artificial
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<223> Descripción de la secuencia artificial: Cebador
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<212> ADN
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<213> Secuencia artificial
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<223> Descripción de la secuencia artificial: Cebador
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<211> 2574
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<212> ADN
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<213> Escherichia coli
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<211> 34
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<212> ADN
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<213> Secuencia artificial
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<223> Descripción de la secuencia artificial: Cebador
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<212> DNA
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<213> Secuencia artificial
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<223> Descripción de la secuencia artificial: Cebador
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<400> 22
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Claims (19)
Hide Dependent

1. Método para la producción de una AMV-RT heterodimérica activa en células procariotas, en el que
(i) se clonan una o varias secuencias de ADN que codifican las cadenas \alpha y/o \beta de la AMV-RT en plásmidos de expresión,
(ii) los plásmidos de expresión se transforman en células procariotas,
(iii) se induce la expresión soluble de la AMV-RT heterodimérica, y
(iv) se aísla la AMV-RT heterodimérica recombinante de las células, en el que la expresión se produce a una temperatura de crecimiento de aproximadamente 15ºC y a una concentración de inductor entre 0,1 M y 0,5 M.
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2. Método, según la reivindicación 1, en el que las secuencias de ADN que codifican las cadenas \alpha y \beta se expresan en plásmidos de expresión independientes en una célula.
3. Método, según la reivindicación 1, en el que las secuencias de ADN que codifican las cadenas \alpha y \beta se expresan en un plásmido de expresión en una célula.
4. Método, según las reivindicaciones 1 a 3, en el que tanto la cadena \alpha como la \beta se fusionan con una secuencia de péptido.
5. Método, según la reivindicación 4, en el que la cadena \alpha o la cadena \beta se fusionan con una secuencia de péptido compuesta por entre 2 y 10 residuos arginina y la cadena \beta o la cadena \alpha se fusionan con una secuencia de péptido compuesta por entre 2 y 10 residuos histidina.
6. Método, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que las secuencias de ADN que codifican las cadenas \alpha y \beta que están unidas a secuencias de ADN que codifican secuencias de péptido que son capaces de unión reversible, se expresan en un plásmido de expresión en una célula.
7. Método, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en el que las cadenas \alpha y \beta se fusionan con la misma secuencia de péptido capaz de unión reversible.
8. Método, según la reivindicación 7, en el que las cadenas \alpha y \beta están cada una de ellas fusionadas con una secuencia de péptido compuesta por entre 2 y 10 residuos histidina.
9. Método, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en el que la expresión se incrementa mediante la expresión concomitante de genes colaboradores.
10. Método, según la reivindicación 9, en el que se utiliza como gen colaborador el gen trpT que codifica el ARNt del triptófano.
11. Método, según la reivindicación 9, en el que la expresión se incrementa mediante la expresión concomitante de genes chaperona.
12. Método, según las reivindicaciones 9 u 11, en el que se expresan de forma concomitante los genes de GroEL y GroES, Dnak y DnaJ, GrpE y/o ClpB.
13. Método, según las reivindicaciones 11 o 12, en el que se clonan los genes GroEL y GroES en el plásmido de expresión que también porta los genes de las cadenas \alpha y \beta y en el que los genes de Dnak, DnaJ, GrpE y ClpB se clonan en un plásmido colaborador.
14. Método, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en el que se utilizan materiales de cromatografía de afinidad adecuados para aislar o purificar la AMV-RT heterodimérica recombinante.
15. Método, según la reivindicación 14, en el que los materiales de cromatografía de afinidad utilizados para la purificación se unen de forma reversible a las diferentes secuencias de péptido unidas a las cadenas \alpha y/o \beta.
16. Método, según las reivindicaciones 14 o 15, en el que los materiales de cromatografía de afinidad utilizados para la purificación son materiales quelantes de iones de metal o intercambiadores de cationes.
17. Método, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 16, en el que la secuencia de ADN con el identificador de secuencia nº 5 o las secuencias de ADN con los identificadores de secuencia nº 4 y nº 5 se expresan en una célula huésped procariota.
18. Método, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 17, en el que se utiliza E. coli como célula huésped.
19. Método, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 18, en el que la AMV-RT heterodimérica activa está compuesta por las subunidades con los identificadores de secuencia nº 6 y nº 7.