JP2000308494A - Hyperthermostable dna ligase - Google Patents

Hyperthermostable dna ligase

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JP2000308494A
JP2000308494A JP2000050356A JP2000050356A JP2000308494A JP 2000308494 A JP2000308494 A JP 2000308494A JP 2000050356 A JP2000050356 A JP 2000050356A JP 2000050356 A JP2000050356 A JP 2000050356A JP 2000308494 A JP2000308494 A JP 2000308494A
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Tadayuki Imanaka
忠行 今中
Haruyuki Atomi
晴幸 跡見
Satoshi Ezaki
聡 江崎
Toshiaki Fukui
俊昭 福居
Masaru Nakatani
勝 中谷
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Individual
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain the stable subject new enzyme of a hyperthermostable DNA ligase containing a specific amino acid sequence, useful in a recombinant DNA technique or the like, and suitably usable for a ligase chain reaction(LCR) or the like. SOLUTION: This hyperthermostable DNA ligase is the one containing an amino acid sequence of the 1- to 562-position of the formula, or the one of a modified body having an amino acid sequence having deletion, substitution or insertion of one to several amino acids in the amino acid sequence of the 1- to 562-position of the formula, and having a DNA ligase activities. The DNA ligase is an enzyme having activities for linking DNA chains, usable for a recombinant DNA technique or the like, and further usable for a ligase chain reaction or the like useful for the detection or the like of a target base sequence in a sample. The enzyme is obtained by separating chromosomal DNA from hyperthermostable archaebacteria KOD-1 strain, making a chromosomal library by using the chromosomal DNA, screening the library by using the partial sequence as a probe, incorporating the obtained gene into a vector, and expressing the gene in a host.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、超耐熱性DNAリガ
ーゼおよびそれをコードするDNAに関する。
[0001] The present invention relates to a hyperthermostable DNA ligase and a DNA encoding the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】DNAリガーゼは、DNA鎖を連結する活性を
有する酵素であり、組換えDNA技術において広く使用さ
れている(「Molecular Cloning: A Laboratory Manual
第2版」Sambrook, FritschおよびManiatis編, Cold Sp
ring Harbor Laboratory Press, 1989)を参照のこ
と)。
2. Description of the Related Art DNA ligase is an enzyme having an activity of linking DNA strands, and is widely used in recombinant DNA technology (see "Molecular Cloning: A Laboratory Manual").
Second Edition ", edited by Sambrook, Fritsch and Maniatis, Cold Sp.
ring Harbor Laboratory Press, 1989)).

【0003】さらに、DNAリガーゼは、試料中の、目的
のヌクレオチド配列の存在を検出するための方法である
「リガーゼ連鎖反応(LCR)」と称する特異的遺伝子増
幅方法において使用される(Landegren, U.ら, (1988)
Science, 241:1077-1080;Barany, F. (1991) PCR Meth
ods and Applications 1:5-16;Marsh, E.ら, (1992)St
rategies 5:73-76を参照のこと)。この反応は、高温に
おける変性工程を含むサイクリングを使用して実施され
るので、高い耐熱性を有するDNAリガーゼを使用するこ
とが所望される。耐熱性DNAリガーゼとして、Pyrococcu
s furiosus由来のPfu DNAリガーゼなどが単離されてい
る(Takahashi, M., Yamaguchi, E.,およびUchida, T.,
(1984) The Journal of Biological Chemistry, 259(1
6):10041-10047を参照のこと)。
[0003] Furthermore, DNA ligase is used in a specific gene amplification method called "ligase chain reaction (LCR)" which is a method for detecting the presence of a nucleotide sequence of interest in a sample (Landegren, U.S.A.). . Et al., (1988)
Science, 241: 1077-1080; Barany, F. (1991) PCR Meth
ods and Applications 1: 5-16; Marsh, E. et al., (1992) St.
rategies 5: 73-76). Since this reaction is performed using cycling that includes a denaturation step at elevated temperatures, it is desirable to use DNA ligase that has high thermostability. Pyrococcu as a thermostable DNA ligase
s furiosus-derived Pfu DNA ligase and the like have been isolated (Takahashi, M., Yamaguchi, E., and Uchida, T.,
(1984) The Journal of Biological Chemistry, 259 (1
6): 10041-10047).

【0004】上記のような利用のためには、従来公知で
あった常温生物由来または好熱菌由来のDNAリガーゼよ
りも構造的に安定である新規なDNAリガーゼが所望され
ていた。
[0004] For such uses, a novel DNA ligase that is more structurally stable than conventionally known DNA ligases derived from normal-temperature organisms or thermophilic bacteria has been desired.

【0005】超好熱始原菌は、高温で生存するので、こ
の微生物が生産するタンパク質(例えば、酵素)は、一
般に高度に耐熱性である(すなわち、構造的に安定であ
る)。さらに、超好熱始原菌が属する始原菌は従来から
知られていた原核生物および真核生物とは異なる生物で
あると提唱されていることからも明らかなように、進化
的にもこれらの生物とは異なる。従って、たとえ原核生
物および真核生物に由来する公知の酵素などと類似の機
能を有していても、超好熱始原菌由来の酵素は、構造的
にも酵素学的にも従来の酵素とは異なる場合が多い。例
えば、超好熱始原菌KOD-1株(Morikawa, M.ら、Appl. E
nviron. Microbiol. 60(12), 4559-4566(1994))から単
離されたシャペロニンは、Escherichia coli由来のGroE
Lと同様の機能を有している。しかし、GroELがこれ自体
が14量体を形成し、さらに7量体を形成しているGroES
とともに複合体を形成して機能するのに対し、KOD-1株
由来のシャペロニンは単独で機能する(Yan, Zら、App
l. Environ. Microbiol. 63:785-789)。
[0005] Because hyperthermophilic archaeons survive at high temperatures, the proteins (eg, enzymes) they produce are generally highly thermostable (ie, structurally stable). In addition, the evolution of these organisms is evident from the fact that it has been proposed that the archaeon to which hyperthermophilic archaea belong is different from the conventionally known prokaryotes and eukaryotes. And different. Therefore, even though they have similar functions to known enzymes derived from prokaryotes and eukaryotes, enzymes derived from hyperthermophilic archaea are structurally and enzymatically different from conventional enzymes. Is often different. For example, the hyperthermophilic archaeon KOD-1 strain (Morikawa, M. et al., Appl. E
nviron. Microbiol. 60 (12), 4559-4566 (1994)) was isolated from Escherichia coli GroE.
It has the same function as L. However, GroEL itself forms a 14-mer, and GroES forms a further 7-mer.
In contrast, chaperonins from the KOD-1 strain function alone (Yan, Z et al., App.
l. Environ. Microbiol. 63 : 785-789).

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、超耐熱性DN
AリガーゼおよびそれをコードするDNAを提供すること、
このDNAを含むベクターおよびこのベクターを含む宿主
細胞を提供すること、ならびにこの宿主細胞を培養する
工程を包含する超耐熱性DNAリガーゼの生産方法を提供
することをその目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention relates to a super heat-resistant DN
Providing A ligase and DNA encoding it;
It is an object of the present invention to provide a vector containing the DNA and a host cell containing the vector, and to provide a method for producing a hyperthermostable DNA ligase including a step of culturing the host cell.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明によれば、配列番
号2の1位または4位から562位のアミノ酸配列を含む
超耐熱性DNAリガーゼ、または配列番号2の1位または
4位から562位のアミノ酸配列において1もしくは数個
のアミノ酸が欠失、置換もしくは付加されたアミノ酸を
含みかつDNAリガーゼ活性を有するその改変体が提供さ
れる。
According to the present invention, a hyperthermostable DNA ligase comprising the amino acid sequence from position 1 or 4 to 562 of SEQ ID NO: 2, or from position 1 or 4 to 562 of SEQ ID NO: 2 The present invention provides a variant containing an amino acid in which one or several amino acids have been deleted, substituted or added in the amino acid sequence at position 1, and having DNA ligase activity.

【0008】1つの実施態様において、前記超耐熱性DN
Aリガーゼまたはその改変体は、超好熱始原菌KOD-1株に
由来する。
In one embodiment, the super heat resistant DN
A ligase or a variant thereof is derived from the hyperthermophilic archaeon KOD-1 strain.

【0009】本発明によれば、前記超耐熱性DNAリガー
ゼまたはその改変体をコードするDNAが提供される。
According to the present invention, there is provided a DNA encoding the above-mentioned hyperthermostable DNA ligase or a variant thereof.

【0010】1つの実施態様において、前記DNAは、配
列番号1の1位または10位から1686位のヌクレオチド配
列を含む。
[0010] In one embodiment, the DNA comprises the nucleotide sequence of positions 1 or 10 to 1686 of SEQ ID NO: 1.

【0011】1つの実施態様において、前記DNAは、超
好熱始原菌KOD-1株に由来する。
[0011] In one embodiment, the DNA is derived from the hyperthermophilic archaeon strain KOD-1.

【0012】本発明によれば、前記のDNAを含むベクタ
ーが提供される。
According to the present invention, there is provided a vector containing the above DNA.

【0013】本発明によれば、前記のベクターを含む組
換え宿主細胞が提供される。
According to the present invention, there is provided a recombinant host cell containing the above-mentioned vector.

【0014】本発明によれば、前記の宿主細胞を培養す
る工程を包含する、超耐熱性DNAリガーゼまたはその改
変体の生産方法が提供される。
According to the present invention, there is provided a method for producing a hyperthermostable DNA ligase or a variant thereof, comprising a step of culturing the host cell.

【0015】[0015]

【発明の実施の形態】本発明は、超好熱始原菌が産生す
る超耐熱性DNAリガーゼを、本来この酵素を生産する超
好熱始原菌を培養することにより、またはこの酵素をコ
ードするDNAを単離し、このDNAを含むベクターを構築
し、このベクターを含む宿主細胞を作製し、そしてこの
宿主細胞培養することによって超耐熱性DNAリガーゼを
産生する方法に関する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The present invention relates to a method of producing a hyperthermostable DNA ligase produced by a hyperthermophilic archaeon, by culturing a hyperthermophilic archaeon that originally produces the enzyme, or a DNA encoding the enzyme. And constructing a vector containing the DNA, producing a host cell containing the vector, and culturing the host cell to produce a hyperthermostable DNA ligase.

【0016】DNAリガーゼは、DNA鎖の3'-OH基と5'-リン
酸基をホスホジエステル結合で連結する活性を有する酵
素である。DNAリガーゼは組換えDNA技術において、DNA
鎖を連結するために使用される(「Molecular Cloning:
A Laboratory Manual第2版」Sambrook, Fritschおよ
びManiatis編, Cold Spring Harbor Laboratory Press,
1989)を参照のこと)。
[0016] DNA ligase is an enzyme having an activity of linking a 3'-OH group and a 5'-phosphate group of a DNA chain by a phosphodiester bond. DNA ligase is used in recombinant DNA technology.
Used to join chains ("Molecular Cloning:
A Laboratory Manual, 2nd ed., Edited by Sambrook, Fritsch and Maniatis, Cold Spring Harbor Laboratory Press,
1989)).

【0017】さらに、DNAリガーゼは、「リガーゼ連鎖
反応(LCR)」と称する特異的遺伝子増幅方法において
使用される。リガーゼ連鎖反応は、目的のヌクレオチド
配列に相補的な2つの隣接するオリゴヌクレオチドおよ
びその各々に相補的なオリゴヌクレオチド、ならびにDN
Aリガーゼを、目的のテンプレートDNAを含む試料と混合
し、高温における変性工程および低温におけるアニーリ
ング/連結反応工程からなるサイクリングに供すること
によって実施される。2つの隣接するオリゴヌクレオチ
ドに相補的なヌクレオチド配列を有する目的のテンプレ
ートDNAが試料中に存在する場合、2つのオリゴヌクレ
オチド間の連結反応が生じる。反応生成物の確認は、電
気泳動などを用いて実施される(Landegren, U.ら, (19
88) Science, 241:1077-1080;Barany, F. (1991) PCR
Methods and Applications 1:5-16;Marsh, E.ら, (199
2) Strategies 5:73-76を参照のこと)。従って、リガ
ーゼ連鎖反応において使用されるDNAリガーゼは、高い
耐熱性を有することが好ましい。さらに、この場合、一
本鎖DNA同士の連結および二本鎖平滑末端DNA同士の連結
に比較して、アニールした2つのオリゴヌクレオチド間
を連結するテンプレート依存性連結反応に対する高い活
性を有することが好ましい。
Further, DNA ligase is used in a specific gene amplification method called "ligase chain reaction (LCR)". The ligase chain reaction involves two adjacent oligonucleotides complementary to the nucleotide sequence of interest and an oligonucleotide complementary to each, and a DN
A ligase is performed by mixing with a sample containing the template DNA of interest and subjecting it to a cycling consisting of a denaturation step at high temperature and an annealing / ligation step at low temperature. When a target template DNA having a nucleotide sequence complementary to two adjacent oligonucleotides is present in a sample, a ligation reaction between the two oligonucleotides occurs. Confirmation of the reaction product is performed using electrophoresis or the like (Landegren, U. et al., (19)
88) Science, 241: 1077-1080; Barany, F. (1991) PCR
Methods and Applications 1: 5-16; Marsh, E. et al., (199
2) See Strategies 5: 73-76). Therefore, the DNA ligase used in the ligase chain reaction preferably has high heat resistance. Furthermore, in this case, it is preferable to have a higher activity for a template-dependent ligation reaction for linking between two annealed oligonucleotides as compared to ligation between single-stranded DNAs and ligation between double-stranded blunt-ended DNAs. .

【0018】DNAリガーゼの酵素活性は、例えば、λフ
ァージDNAのHindIII消化物にDNAリガーゼを含む試料を
作用させた後、反応物をアガロースゲル電気泳動し、DN
Aフラグメントの移動度の変化を観察する方法、または
32Pで標識したオリゴdTにDNAリガーゼを含む試料を作用
させ、未反応の32Pをアルカリホスファターゼで除去
し、次いで放射活性を測定する方法などによって測定さ
れ得る(Rossi, Rら, (1997) Nucleic Acids Research,
25(11):2106-2113;Odell, M.ら, (1996) Virology 22
1:120-129;Sriskanda, V.ら, (1998) Nucleic Acids R
esearch, 26(20):4618-4625;Takahashi, M.ら, (1984)
The Journal of Biological Chemistry, 259(16):1004
1-10047)を参照のこと)。
The enzymatic activity of DNA ligase is determined, for example, by reacting a sample containing DNA ligase on HindIII digest of phage λ DNA and subjecting the reaction product to agarose gel electrophoresis.
Observing changes in the mobility of the A fragment, or
A sample containing DNA ligase is allowed to act on an oligo dT labeled with 32 P, unreacted 32 P is removed with alkaline phosphatase, and then radioactivity can be measured, for example, (Rossi, R et al., (1997) Nucleic Acids Research,
25 (11): 2106-2113; Odell, M. et al., (1996) Virology 22
1: 120-129; Sriskanda, V. et al., (1998) Nucleic Acids R
esearch, 26 (20): 4618-4625; Takahashi, M. et al., (1984)
The Journal of Biological Chemistry, 259 (16): 1004
1-10047)).

【0019】本発明において使用される超好熱始原菌
は、90℃以上で生育する微生物であると定義される。好
ましくは超好熱始原菌は、超耐熱DNAリガーゼを産生す
る、本発明者らが単離した耐熱性チオールプロテアーゼ
産生菌KOD-1株(Morikawa, M.ら、Appl. Environ. Micr
obiol. 60(12), 4559-4566(1994))である。KOD-1株は
工業技術院生命工学工業技術研究所に寄託されており、
その受託番号はFERM P-15007号である。なお、このKOD-
1株は、上記文献に記載されているように、分離された
当初Pyrococcus属に分類されていた。しかし、DNASIS
(日立ソフトウェアーエンジニアリング社製)に入力さ
れているGenBank R91.0 October, 1995+Daily Update
の登録データを用いた16S rRNAの配列の比較を実施した
ところ、KOD-1株はPyrococcus属よりはむしろThermococ
cus属に近縁であることが示唆されている。
The hyperthermophilic archaeon used in the present invention is defined as a microorganism that grows at 90 ° C. or higher. Preferably, the hyperthermophilic archaeon is a thermostable thiol protease-producing bacterium strain KOD-1 (Morikawa, M. et al., Appl. Environ. Micr), which produces a hyperthermostable DNA ligase.
obiol. 60 (12), 4559-4566 (1994)). The KOD-1 strain has been deposited at the National Institute of Bioscience and Human Technology,
Its accession number is FERM P-15007. This KOD-
One strain was initially classified as belonging to the genus Pyrococcus, as described in the above literature. But DNASIS
GenBank R91.0 entered in (Hitachi Software Engineering) October, 1995 + Daily Update
Comparison of the 16S rRNA sequences using the registered data of the KOD-1 strain revealed that the Thermococ strain was rather the Pyrococcus genus.
It has been suggested to be closely related to the genus cus.

【0020】本来の本発明の超耐熱性DNAリガーゼを生
産する超好熱始原菌の培養は、例えばAppl. Environ. M
icrobiol. 60(12), 4559-4566(1994)(前出)に記載の
培養条件下で実施し得る。培養は、静置培養または窒素
ガスによる通気撹拌培養のいずれかであり得、そして連
続的または回分的のいずれかであり得る。
Culture of the hyperthermophilic archaeon producing the original hyperthermostable DNA ligase of the present invention can be performed, for example, by the method of Appl. Environ.
icrobiol. 60 (12), 4559-4566 (1994) (supra). The culture can be either static culture or aeration and agitation culture with nitrogen gas, and can be either continuous or batch.

【0021】組換え宿主細胞を培養する条件は、使用さ
れる宿主細胞の種類に依存して適切に選択される。宿主
細胞としては、組換えDNA技術において使用可能な任意
の宿主細胞が使用され得る。これらは例えば、細菌細
胞、酵母細胞、動物細胞、植物細胞および昆虫細胞など
を包含する。好ましい宿主細胞は細菌細胞である。
The conditions for culturing the recombinant host cell are appropriately selected depending on the type of the host cell used. As the host cell, any host cell that can be used in recombinant DNA technology can be used. These include, for example, bacterial cells, yeast cells, animal cells, plant cells, insect cells, and the like. Preferred host cells are bacterial cells.

【0022】培養後、得られる培養物から当該分野に公
知の方法により本発明の超耐熱性DNAリガーゼを精製し
得る。発現産物が細胞外に分泌される場合は、例えば培
養物を遠心分離またはろ過することによって上清を得、
これを直接精製するかあるいは沈澱法または限外ろ過な
どにより濃縮してから精製する。発現産物が細胞中に蓄
積される場合は、細胞を、細胞壁溶解酵素、浸透圧の変
化、ガラスビーズ、ホモジナイザーまたは超音波処理な
どを用いて破壊して細胞抽出物を得、これを精製する。
精製は、イオン交換クロマトグラフィー、ゲルろ過、ア
フィニティークロマトグラフィー、電気泳動などの当該
分野で公知の方法を組み合わせて実施され得る。
After culturing, the hyperthermostable DNA ligase of the present invention can be purified from the resulting culture by a method known in the art. If the expression product is secreted extracellularly, a supernatant is obtained, for example, by centrifuging or filtering the culture,
This is purified directly or concentrated by precipitation or ultrafiltration and then purified. If the expression product accumulates in the cells, the cells are disrupted using cell wall lytic enzymes, changes in osmotic pressure, glass beads, homogenizer or sonication to obtain a cell extract, which is purified.
Purification can be performed by a combination of methods known in the art, such as ion exchange chromatography, gel filtration, affinity chromatography, and electrophoresis.

【0023】超耐熱性DNAリガーゼをコードするDNAは、
例えば、超好熱始原菌から染色体DNAを単離し、この染
色体DNAを含むライブラリーを作製し、このライブラリ
ーをスクリーニングすることにより取得され得る。
The DNA encoding the hyperthermostable DNA ligase is
For example, it can be obtained by isolating chromosomal DNA from hyperthermophilic archaeon, preparing a library containing the chromosomal DNA, and screening this library.

【0024】超好熱始原菌の染色体DNAは、培養された
細菌細胞を、界面活性剤(例えば、N-ラウリルサルコシ
ン)などを用いて溶解し、得られた溶解物を塩化セシウ
ムエチジウムブロミド平衡密度勾配超遠心分離法などに
より分画して得ることができる(例えば、Imanakaら、
J. Bacteriol. 147:776-786 (1981)を参照のこと)。ラ
イブラリーは、得られた染色体DNAを各種制限酵素で切
断した後、同一の制限酵素または共通の切断末端を与え
る制限酵素で切断したベクター(ファージまたはプラス
ミドなどのような)にT4 DNAリガーゼなどを用いて連結
することにより得ることができる。ライブラリーのスク
リーニングは、このライブラリーから目的の超耐熱性DN
AリガーゼをコードするDNAを含むクローンを選択するこ
とにより行い得る。選択は、例えば、予め決定された超
耐熱性DNAリガーゼの部分アミノ酸配列に基づいて設計
されたオリゴヌクレオチド、目的のDNAと相同性を有す
ると推測されるクローン化DNAなどをプローブとして用
いて実施され得る。あるいは、選択は、目的の酵素を発
現させることにより実施され得る。例えば、発現の検出
は、目的の酵素の活性が容易に検出され得る場合は、プ
レートに加えられた基質に対する発現産物の活性を検出
することにより、または目的の酵素に対する抗体が利用
可能である場合は、発現産物と抗体との反応性を利用し
て実施され得る。
The chromosomal DNA of the hyperthermophilic archaeon is obtained by lysing cultured bacterial cells using a surfactant (for example, N-lauryl sarcosine) and subjecting the lysate to an equilibrium density of cesium ethidium bromide. It can be obtained by fractionation by gradient ultracentrifugation or the like (for example, Imanaka et al.,
J. Bacteriol. 147 : 776-786 (1981)). The library is obtained by cleaving the obtained chromosomal DNA with various restriction enzymes, and then cutting the same restriction enzyme or a restriction enzyme giving a common cleavage end to a vector (such as a phage or plasmid), and then adding T4 DNA ligase or the like. And can be obtained by linking. Screening of the library is performed by using
This can be done by selecting a clone containing DNA encoding A ligase. The selection is performed using, for example, an oligonucleotide designed based on a predetermined partial amino acid sequence of the hyperthermostable DNA ligase, a cloned DNA that is presumed to have homology to the target DNA, or the like as a probe. obtain. Alternatively, selection can be performed by expressing the enzyme of interest. For example, expression can be detected by detecting the activity of an expression product against a substrate added to a plate when the activity of the enzyme of interest can be easily detected, or when an antibody against the enzyme of interest is available. Can be carried out by utilizing the reactivity between the expression product and the antibody.

【0025】得られたクローン化DNAの解析は、例えば
選択されたDNAを単離し、この制限地図を作製するこ
と、およびヌクレオチド配列を決定することなどにより
実施され得る。クローン化DNAの調製、制限酵素処理、
サブクローニング、ヌクレオチド配列の決定などの技術
は当該分野において周知であり、例えば、「Molecular
Cloning: A Laboratory Manual第2版」(Sambrook, Fr
itschおよびManiatis編, Cold Spring Harbor Laborato
ry Press, 1989)に記載されている。
Analysis of the resulting cloned DNA can be performed, for example, by isolating the selected DNA, creating a restriction map thereof, and determining the nucleotide sequence. Preparation of cloned DNA, restriction enzyme treatment,
Techniques such as subcloning and nucleotide sequence determination are well known in the art, and include, for example, “Molecular
Cloning: A Laboratory Manual Second Edition "(Sambrook, Fr
edited by itsch and Maniatis, Cold Spring Harbor Laborato
ry Press, 1989).

【0026】次いで、得られたクローン化DNAを、使用
される宿主細胞に適合性の発現ベクター中に作動可能に
挿入し、この発現ベクターで宿主細胞を形質転換し、形
質転換された宿主細胞を培養することにより、超耐熱性
DNAリガーゼを発現させ得る。
Next, the obtained cloned DNA is operably inserted into an expression vector compatible with the host cell to be used, and the host cell is transformed with the expression vector. Super heat resistance by culturing
DNA ligase can be expressed.

【0027】本明細書中以下で、本発明を実施例により
詳細に説明する。しかし、本発明はこれらの実施例によ
り限定されない。
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples. However, the invention is not limited by these examples.

【0028】[0028]

【実施例】(実施例1:超耐熱性DNAリガーゼをコード
するDNAの単離) 1.1. KOD-1株の染色体DNAの調製 KOD-1株を、Appl. Environ. Microbiol. 60(12), 4559-
4566(1994)に記載の0.5×2216マリンブロース培地(221
6マリンブロース:18.7g/L、PIPES 3.48g/L、CaCl2・H2O
0.725g/L、0.4 mL 0.2%レザズリン、475mL人工海水(N
aCl 28.16 g/L、KCl 0.7 g/L、MgCl2・6H2O 5.5 g/L、Mg
SO4・7H2O 6.9 g/L)、蒸留水500 mL、pH7.0)1,000mlに
接種して、2リットルの発酵槽を用いて培養した。培養
に際しては、発酵槽内を窒素ガスで置換し、同ガスで内
圧を0.1Kg/cm2に維持した。培養は、温度85±1℃にて1
4時間培養した。なお、培養は静置培養で実施し、培養
中窒素ガスの通気および撹拌は行わなかった。培養終了
後、培養液(約1,000ml)を10,000rpmで10分間遠心分離
することにより菌体を回収した。
Examples (Example 1: Isolation of DNA encoding hyperthermostable DNA ligase) 1.1. Preparation of chromosomal DNA of KOD-1 strain KOD-1 strain was isolated from Appl. Environ. Microbiol. 60 (12), 4559-
4 × 2216 marine broth medium described in 4566 (1994) (221
6 Marine broth: 18.7 g / L, PIPES 3.48 g / L, CaCl 2・ H 2 O
0.725 g / L, 0.4 mL 0.2% resazurin, 475 mL artificial seawater (N
aCl 28.16 g / L, KCl 0.7 g / L, MgCl 2・ 6H 2 O 5.5 g / L, Mg
SO 4 · 7H 2 O 6.9 g / L), distilled water 500 mL, was inoculated into pH 7.0) 1,000 ml, it was incubated with a 2-liter fermenter. During the culture, the inside of the fermenter was replaced with nitrogen gas, and the internal pressure was maintained at 0.1 kg / cm 2 with the same gas. Culture is performed at a temperature of 85 ± 1 ℃
The cells were cultured for 4 hours. The cultivation was performed by stationary cultivation, and aeration and agitation of nitrogen gas were not performed during the culturing. After the completion of the culture, the culture was centrifuged at 10,000 rpm for 10 minutes to recover the cells.

【0029】得られた菌体1gを10mlのA溶液(50mM Tr
is-HCl、50mM EDTA、pH8.0)に懸濁し、遠心分離(8,00
0rpm、5分間、4℃)により集菌後、3mlの15%ショ糖
を含むA溶液に懸濁し、37℃にて30分間保温後、1%N
-ラウリルサルコシンを含むA溶液3mlを添加した。こ
の液にさらに5.4gの塩化セシウムおよび10mg/mlの臭化
エチジウム溶液300μlを添加し、55,000rpm、16時間、1
8℃にて超遠心分離を行い、染色体DNAを分画した。得ら
れた染色体DNA画分からn-ブタノール抽出により臭化エ
チジウムを除去後、TE溶液(10mM Tris-HCl(pH8.0)、
0.1mM EDTA)に対して一夜透析し、染色体DNAを得た。
1 g of the obtained cells was added to 10 ml of an A solution (50 mM Tr
is-HCl, 50 mM EDTA, pH 8.0) and centrifuged (8,00
After collecting cells by 0 rpm, 5 minutes, 4 ° C.), the cells were suspended in 3 ml of A solution containing 15% sucrose, incubated at 37 ° C. for 30 minutes, and then 1% N
3 ml of solution A containing lauryl sarcosine were added. To this solution, 5.4 g of cesium chloride and 300 μl of a 10 mg / ml ethidium bromide solution were added, and the mixture was added at 55,000 rpm for 16 hours.
Ultracentrifugation was performed at 8 ° C. to fractionate chromosomal DNA. After removing ethidium bromide from the obtained chromosomal DNA fraction by n-butanol extraction, a TE solution (10 mM Tris-HCl (pH 8.0),
(0.1 mM EDTA) overnight to obtain chromosomal DNA.

【0030】1.2.染色体ライブラリーのスクリーニング 上記1.1において調製した染色体DNAを制限酵素SacIで切
断し、これをプラスミドベクターpUC19のSacI部位に挿
入した。次いで、得られたプラスミド中のフラグメント
のヌクレオチド配列をランダムに配列決定し、公知のDN
Aリガーゼをコードする遺伝子のヌクレオチド配列との
相同性に基づいて、DNAリガーゼをコードするクローン
を同定した。
1.2. Screening of Chromosome Library The chromosomal DNA prepared in the above 1.1 was cut with the restriction enzyme SacI, and inserted into the SacI site of the plasmid vector pUC19. The nucleotide sequence of the fragment in the resulting plasmid was then sequenced randomly and a known DN
Clones encoding DNA ligase were identified based on homology to the nucleotide sequence of the gene encoding A ligase.

【0031】上記1.1において調製した染色体DNAを制限
酵素EcoRIで部分消化し、次いでT4DNAリガーゼを用いて
ファージベクターλEMBL4(Stratagene)と連結した。
この連結混合物をMax PlaxTM Packaging Extract(EPI
CENTRE TECHNOLOGIES)を用いてパッケージングした。
The chromosomal DNA prepared in the above 1.1 was partially digested with restriction enzyme EcoRI, and then ligated to phage vector λEMBL4 (Stratagene) using T4 DNA ligase.
This combined mixture is then converted to Max Plax Packaging Extract (EPI
(CENTER TECHNOLOGIES).

【0032】このファージライブラリーの1.1×109 pfu
をEscherichia coli XL1-Blue MRA(P2)株に感染させ、
出現したプラークを上記で同定されたクローンのフラグ
メントをプローブとして使用して常法によりスクリーニ
ングしてポジティブクローンを得た(「Molecular Clon
ing: A Laboratory Manual第2版」Sambrook, Fritsch
およびManiatis編, Cold Spring Harbor Laboratory Pr
ess, 1989)。
The phage library was 1.1 × 10 9 pfu
To Escherichia coli XL1-Blue MRA (P2) strain,
The appeared plaque was screened by a conventional method using the fragment of the clone identified above as a probe to obtain a positive clone ("Molecular Clon").
ing: A Laboratory Manual Second Edition "Sambrook, Fritsch
And Maniatis, Cold Spring Harbor Laboratory Pr
ess, 1989).

【0033】1.3.配列の解析 上記1.2で単離されたポジティブクローンのフラグメン
トのヌクレオチド配列を決定したとろ、公知のDNAリガ
ーゼのアミノ酸配列と相同なアミノ酸配列を有するポリ
ペプチドをコードする1686 bpのオープンリーディング
フレームが見出された。このヌクレオチド配列を配列番
号1に示す。
1.3. Sequence Analysis Upon determining the nucleotide sequence of the fragment of the positive clone isolated in 1.2 above, a 1686 bp open sequence encoding a polypeptide having an amino acid sequence homologous to the amino acid sequence of a known DNA ligase was determined. A reading frame was found. This nucleotide sequence is shown in SEQ ID NO: 1.

【0034】このオープンリーディングフレームは562
アミノ酸(配列番号2)からなるポリペプチドをコード
しており、その遺伝子産物の分子量は64.079 kDaである
と推定された。ただし、オープンリーディングフレーム
中の2番目のメチオニンコドンが開始コドンである場
合、オープンリーディングフレームの長さ、コードされ
るアミノ酸の数、および遺伝子産物の推定分子量はそれ
ぞれ1677 bp、559アミノ酸、および63.746 kDaとなる
(後述)。
This open reading frame has 562
It encodes a polypeptide consisting of amino acids (SEQ ID NO: 2), and the molecular weight of the gene product was estimated to be 64.079 kDa. However, if the second methionine codon in the open reading frame is the start codon, the length of the open reading frame, the number of encoded amino acids, and the estimated molecular weight of the gene product are 1677 bp, 559 amino acids, and 63.746 kDa, respectively. (Described later).

【0035】次いで、この推定アミノ酸配列をソフトウ
エアDNASIS、BLAST、およびCLUSTALWを使用して、EMB
L、PDBなどのデータベースに登録されている公知のタン
パク質のアミノ酸配列と比較した。この結果、公知の始
原菌由来のDNAリガーゼのアミノ酸との高い相同性が見
出された(図1)。次いで、近接接合法(NJ法)によっ
て系統樹を作成した。この結果、得られたクローンにコ
ードされるDNAリガーゼは、真核生物およびウイルスな
どに由来するATP依存性DNAリガーゼに属することが判明
した。
Next, this deduced amino acid sequence was converted to EMB using the software DNASIS, BLAST, and CLUSTALW.
Comparison was made with amino acid sequences of known proteins registered in databases such as L and PDB. As a result, high homology with amino acids of a known DNA ligase derived from an archaebacterium was found (FIG. 1). Next, a phylogenetic tree was created by the proximity junction method (NJ method). As a result, it was found that the DNA ligase encoded by the obtained clone belongs to ATP-dependent DNA ligase derived from eukaryotes and viruses.

【0036】(実施例2:DNAリガーゼ遺伝子の発現)
実施例1において決定したオープンリーディングフレー
ムのN末端コード配列付近には、開始コドンとして作用
し得る2つのメチオニンをコードするコドンが見出され
た(配列番号1、1位〜3位および10位〜12位)。前者
のコドンの利用はM. thermoformicicum、およびM. ther
moautotrophicum由来のDNAリガーゼのアミノ酸配列との
相同性から示唆され、そして後者のコドンの利用はP. h
orikoshii、M. jannaschii、およびD. ambivalens由来
のDNAリガーゼのアミノ酸配列との相同性から示唆され
た。それゆえ、この両方のメチオニンコドンがいずれも
開始コドンとして作用し得ることが予想された。
(Example 2: Expression of DNA ligase gene)
In the vicinity of the N-terminal coding sequence of the open reading frame determined in Example 1, two methionine-encoding codons capable of acting as initiation codons were found (SEQ ID NO: 1, 1 to 3 and 10 to 10). 12th). The former codon usage is based on M. thermoformicicum and M. ther
It is suggested by homology with the amino acid sequence of DNA ligase from moautotrophicum, and the latter codon usage is P. h
The results were suggested by homology with the amino acid sequences of DNA ligases derived from orikoshii, M. jannaschii, and D. ambivalens. Therefore, it was expected that both of these methionine codons could act as initiation codons.

【0037】2種類の開始コドンを有するDNAリガーゼ
をEscherichia coli内で発現させるために以下を実施し
た。プライマーDL-L-5T(配列番号3)およびDL-3T(配
列番号4)、またはDL-S-5T(配列番号5)およびDL-3T
(配列番号4)を使用して、上記ファージクローンのフ
ラグメントを鋳型として2種類のDNAリガーゼコード領
域のフラグメントを得、これをpUC18のHincII部位に挿
入した。なお、プライマーDL-L-5T(配列番号3)、DL-
3T(配列番号4)およびDL-S-5T(配列番号5)は、そ
れぞれORFのヌクレオチド1〜28、ヌクレオチド1
709〜1736、およびヌクレオチド10〜31を基
に設計した。挿入フラグメントのヌクレオチド配列を確
認し、このプラスミドをNdeIおよびBamHIで消化し、得
られたフラグメントをプラスミドpET21a(Novagen)に
挿入して、2種類のプラスミドを構築した(それぞれp
ET−ligLおよびpET−ligSと呼ぶ)。発現
および活性の確認は以下のように実施した。
The following was performed to express DNA ligase having two types of initiation codons in Escherichia coli. Primers DL-L-5T (SEQ ID NO: 3) and DL-3T (SEQ ID NO: 4), or DL-S-5T (SEQ ID NO: 5) and DL-3T
Using (SEQ ID NO: 4), fragments of the two DNA ligase coding regions were obtained using the phage clone fragment as a template and inserted into the HincII site of pUC18. The primers DL-L-5T (SEQ ID NO: 3), DL-L-5T
3T (SEQ ID NO: 4) and DL-S-5T (SEQ ID NO: 5) correspond to nucleotides 1-28 and 1 of the ORF, respectively.
709 to 1736, and nucleotides 10 to 31. The nucleotide sequence of the inserted fragment was confirmed, this plasmid was digested with NdeI and BamHI, and the resulting fragment was inserted into plasmid pET21a (Novagen) to construct two types of plasmids (p.
ET-ligL and pET-ligS). Confirmation of expression and activity was performed as follows.

【0038】上記のプラスミドをそれぞれ用いてEscher
ichia coli BL21(DE3)株を形質転換した。出現するアン
ピシリン耐性形質転換体をアンピシリン(50μg/ml)を
含有するNZCYM培地(1%NZアミン、0.5% NaCl、0.5%
イーストエキス、0.1%カザミノ酸、0.2%MgSO4・7H2O
(pH7))に接種し、37℃でOD660が1.0になるまで培
養し、次いでイソプロピル-β-D-チオガラクトピラノシ
ド(IPTG、0.1 mM)を添加し、さらに37℃で培養を継続
した。培養終了後、細胞を遠心分離により回収し、超音
波処理により破砕し、これを再度遠心分離することによ
り可溶性画分を回収し、次いで80℃30分間熱処理し
た。熱安定性可溶性画分を遠心分離することにより試料
を得た。この試料をさらに、以下に示す標準的な方法に
従って、陰イオン交換クロマトグラフィー、陽イオンク
ロマトグラフィー、およびゲル濾過を用いて精製した。
Using each of the above plasmids, Escher
The ichia coli BL21 (DE3) strain was transformed. Appearing ampicillin-resistant transformants were transformed into NZCYM medium (1% NZ amine, 0.5% NaCl, 0.5%) containing ampicillin (50 μg / ml).
Yeast extract, 0.1% casamino acid, 0.2% MgSO 4 · 7H 2 O
(PH 7)), and cultured at 37 ° C. until the OD 660 becomes 1.0. Then, isopropyl-β-D-thiogalactopyranoside (IPTG, 0.1 mM) was added, and the cells were further cultured at 37 ° C. Continued. After completion of the culture, the cells were collected by centrifugation, disrupted by sonication, and centrifuged again to collect the soluble fraction, and then heat-treated at 80 ° C for 30 minutes. A sample was obtained by centrifuging the thermostable soluble fraction. This sample was further purified using anion exchange chromatography, cation chromatography, and gel filtration according to the standard methods described below.

【0039】陰イオン交換クロマトグラフィー:pH
7.5の50mM Tris−HCl、10mM Mg
Cl2緩衝液で平衡化したAmersham phar
macia Biotech社製樹脂Resource
Qを充填したカラム(ベッド容量約6ml)を用いて行
った。上記試料をカラムに付与して夾雑物質を樹脂に吸
着させた。DNAリガーゼはカラムを通過する流出液と
して回収した。
Anion exchange chromatography: pH
7.5 of 50 mM Tris-HCl, 10 mM Mg
Amersham pha equilibrated with Cl 2 buffer
Macia Biotech Resin Resource
This was performed using a column packed with Q (about 6 ml bed volume). The sample was applied to the column, and the contaminants were adsorbed on the resin. DNA ligase was collected as effluent through the column.

【0040】陽イオン交換クロマトグラフィー:陰イオ
ンクロマトグラフィーで部分精製されたDNAリガーゼ
を、pH7.5の50mM Tris−HCl緩衝液で
平衡化したAmersham pharmacia B
iotech社製樹脂ResourceSに吸着させ、
樹脂を同緩衝液で洗浄した後、pH7.5の50mMT
ris−HCl、100mM MgCl2緩衝液を用い
てDNAリガーゼ活性を溶離させた。
Cation exchange chromatography: DNA ligase partially purified by anion chromatography was purified from Amersham pharmacia B equilibrated with 50 mM Tris-HCl buffer, pH 7.5.
Adsorbed on ResinResourceS manufactured by iotech,
After washing the resin with the same buffer, 50 mM T
DNA ligase activity was eluted using ris-HCl, 100 mM MgCl 2 buffer.

【0041】ゲル濾過:pH7.5の50mM Tri
s−HCl、100mM MgCl2緩衝液で平衡化し
たAmersham pharmacia Biote
ch社製樹脂Superdex 200HR10/30
を充填したカラム(ベッド容量約24ml)を用いて行
った。カラムに、カラム容量の約2倍の同緩衝液を通過
させ、DNAリガーゼをピーク画分として分離した。
Gel filtration: 50 mM Tri at pH 7.5
Amersham Pharmacia Biote equilibrated with s-HCl, 100 mM MgCl 2 buffer
ch Resin Superdex 200HR10 / 30
Was carried out using a column packed with (a bed capacity of about 24 ml). About 2 times the column volume of the same buffer was passed through the column, and DNA ligase was separated as a peak fraction.

【0042】図2は、各精製工程における試料を、1
2.5%のアクリアミドゲルに付与して電気泳動を行っ
た結果を示す。図2の1〜6は、それぞれ、1:分子量
マーカー、2:プラスミドpET−ligLを含む形質
転換体細胞を超音波処理した後の上清液、3:さらに8
0℃30分間熱処理した後の上清液、4:陰イオン交換
クロマトグラフィー流出液、5:陽イオン交換クロマト
グラフィー吸着画分、および6:ゲル濾過ピーク画分を
泳動したレーンを示す。図2に示されるように、DNA
リガーゼは、分子量約62.0kDa(図2のAで示
す)および56.2kDa(図2のBで示す)のバンド
として泳動された。これは、どちらも同一のDNAリガ
ーゼで、変性度合の違いにより異なる立体構造のバンド
が現れたためである。なお、図2中Cで示されるバンド
はDNAリガーゼの分解物であると考えられる。
FIG. 2 shows that the sample in each purification step was 1
The result of performing electrophoresis by applying to a 2.5% acrylamide gel is shown. 1 to 6 in FIG. 2 are respectively 1: a molecular weight marker, 2: supernatant liquid after sonication of transformant cells containing plasmid pET-ligL, 3: 3: 8
The lane in which the supernatant liquid after heat treatment at 0 ° C. for 30 minutes, 4: anion exchange chromatography effluent, 5: cation exchange chromatography adsorption fraction, and 6: gel filtration peak fraction are shown. As shown in FIG.
The ligase migrated as a band with a molecular weight of approximately 62.0 kDa (indicated by A in FIG. 2) and 56.2 kDa (indicated by B in FIG. 2). This is because both had the same DNA ligase, and bands having different three-dimensional structures appeared depending on the degree of denaturation. The band indicated by C in FIG. 2 is considered to be a degradation product of DNA ligase.

【0043】酵素活性は、λファージDNAのHindIII消化
物に得られた試料を作用させた後、反応物をアガロース
ゲル電気泳動し、DNAフラグメントの移動度の変化を観
察する方法、または32Pで標識したオリゴdTに得られた
試料を作用させ、未反応の32Pをアルカリホスファター
ゼで除去し、次いで放射活性を測定する方法などによっ
て測定される(Rossi, Rら, (1997) Nucleic Acids Res
earch, 25(11):2106-2113;Odell, M.ら, (1996) Virol
ogy 221:120-129;Sriskanda, V.ら, (1998) Nucleic A
cids Research, 26(20):4618-4625;Takahashi, M.ら,
(1984) The Journal of Biological Chemistry, 259(1
6):10041-10047)を参照のこと)。ここでは、図3に示
したオリゴマー(30マー、40マーおよび80マー、
それぞれ配列番号6、7および8)をDNAリガーゼ活
性測定用のDNA基質として用いDNAリガーゼの活性
を測定した。これらは、それぞれ、GC含量が50%前
後であって、primer dimerにならない様
に、および2次構造をとらない様に設計された。測定に
は、以下に示す反応系および反応条件を用いた。
The enzyme activity after the action of the sample obtained in HindIII digest of λ phage DNA, the reaction was subjected to agarose gel electrophoresis, a method for observing the change in mobility of DNA fragments or 32 P, The obtained sample is allowed to act on the labeled oligo dT, unreacted 32 P is removed with alkaline phosphatase, and then measured by a method of measuring radioactivity (Rossi, R et al., (1997) Nucleic Acids Res.
earch, 25 (11): 2106-2113; Odell, M. et al., (1996) Virol
ogy 221: 120-129; Sriskanda, V. et al., (1998) Nucleic A
cids Research, 26 (20): 4618-4625; Takahashi, M. et al.
(1984) The Journal of Biological Chemistry, 259 (1
6): 10041-10047)). Here, the oligomers shown in FIG. 3 (30 mer, 40 mer and 80 mer,
SEQ ID NOs: 6, 7, and 8) were used as DNA substrates for measuring DNA ligase activity, and the activity of DNA ligase was measured. These were designed to have a GC content of around 50%, not to be a primer dimer, and to have no secondary structure. The following reaction system and reaction conditions were used for the measurement.

【0044】反応系の組成:20mM Bicine−
KOH、pH8.0、15mM MgCl2、20mM
KCl、1mM ATP、10μM 30マー、10
μM40マー、5μM 80マー、270mg DNA
リガーゼ。 反応条件:80℃、15分 反応終了後、反応液を6%アミリルアミドゲル上で電気
泳動し、0.5μg/mlのエチジウムブロミド溶液で
染色した後、30マーと40マーの連結によって生じる
70マーの存在の有無によりリガーゼ活性を検出した。
なお、80マーは反応系においてテンプレートとして働
く。
Composition of reaction system: 20 mM Bicine-
KOH, pH 8.0, 15 mM MgCl 2 , 20 mM
KCl, 1 mM ATP, 10 μM 30 mer, 10
μM 40mer, 5μM 80mer, 270mg DNA
Ligase. Reaction conditions: 80 ° C., 15 minutes After completion of the reaction, the reaction solution is subjected to electrophoresis on a 6% amylylamide gel, stained with a 0.5 μg / ml ethidium bromide solution, and generated by ligation of a 30-mer with a 40-mer. Ligase activity was detected by the presence or absence of the 70-mer.
Note that the 80 mer functions as a template in the reaction system.

【0045】図4に結果を示す。図4の1〜5は、それ
ぞれ、1:反応前の試料、2〜5:反応後の試料であっ
て、コファクターとして、2および5はATPを、そし
て4はNAD+を含めた反応後の試料を泳動した結果を
示し、3はコファクターを含まない反応系を、そして5
はテンプレートの80マーを含まない反応後の試料を泳
動した結果を示す。図4に示されるように、本発明のD
NAリガーゼは、ATPを含まない反応系で30マーと
40マーを連結せず(レーン3)、およびコファクター
としてNAD+を含む反応系においても30マーと40
マーを連結することが認められ、そしてそれ故、その活
性発現にATPを必要とすること、およびNAD+もコ
ファクターとして作用することがそれぞれ示された。
FIG. 4 shows the results. In FIG. 4, 1 to 5 are 1: samples before the reaction, 2 to 5: samples after the reaction, 2 and 5 as cofactors, 2 and 5 after the reaction including ATP, and 4 after the reaction including NAD +. 3 shows the results of electrophoresis of the sample of No. 3, the reaction system containing no cofactor, and
Indicates the result of electrophoresis of the sample after the reaction which does not contain the 80 mer of the template. As shown in FIG.
NA ligase did not link the 30-mer and the 40-mer in the reaction system without ATP (lane 3), and also in the reaction system containing NAD + as a cofactor.
It was shown to link the mers, and was therefore shown to require ATP for their active expression and that NAD + also acts as a cofactor.

【0046】(実施例3:DNAリガーゼの酵素学的性
質)得られたDNAリガーゼの以下に示す酵素学的性質
を調べた。
Example 3 Enzymatic Properties of DNA Ligase The following enzymatic properties of the obtained DNA ligase were examined.

【0047】1.反応最適pH 反応系:10mM MgCl2、50mM KCl、1
mM ATP、10μM30マー、10μM 40マ
ー、5μM 80マー、270mg DNAリガーゼを
含む反応系を用いた。なお、反応系のpHの調製は、2
0mM濃度の以下の緩衝液で行った。Citrate−
KOH(pH4.0、4.5、5.0、5.5)、ME
S−KOH(pH5.5、6.0、6.5、7.0)、
HEPES−KOH(pH7.0、7.5、8.0)、
Bicine−KOH(pH8.0、8.5、9.
0)、CHES−KOH(pH9.0、9.5、10.
0)。 反応条件:80℃、15分で行った。
1. Reaction optimum pH Reaction system: 10 mM MgCl 2 , 50 mM KCl, 1
A reaction system containing mM ATP, 10 μM 30 mer, 10 μM 40 mer, 5 μM 80 mer, and 270 mg DNA ligase was used. The pH of the reaction system is adjusted to 2
The test was performed with the following buffer at a concentration of 0 mM. Citrate-
KOH (pH 4.0, 4.5, 5.0, 5.5), ME
S-KOH (pH 5.5, 6.0, 6.5, 7.0),
HEPES-KOH (pH 7.0, 7.5, 8.0),
Bicine-KOH (pH 8.0, 8.5, 9.
0), CHES-KOH (pH 9.0, 9.5, 10.
0). Reaction conditions: Performed at 80 ° C. for 15 minutes.

【0048】結果を図5に示す。図5の縦軸は、pH8
で得られた活性を100としたリガーゼ活性の相対値で
ある。図5から明らかなように、得られたDNAリガー
ゼの反応最適pHはpH8.0付近であった。
FIG. 5 shows the results. The vertical axis in FIG.
Is the relative value of the ligase activity, where the activity obtained in step 1 is taken as 100. As is clear from FIG. 5, the optimal pH of the obtained DNA ligase was around pH 8.0.

【0049】2.Mg2+イオンの活性に及ぼす影響 反応系:20mM Bicine−KOH、pH8.
0、50mM KCl、1mM ATP、10μM 3
0マー、10μM 40マー、5μM 80マー、27
0mg DNAリガーゼを含む反応系に、0〜50mM
のMgCl2を添加した反応系を用いた。 反応条件:80℃、15分で行った。
2. Effect on activity of Mg 2+ ion Reaction system: 20 mM Bicine-KOH, pH8.
0, 50 mM KCl, 1 mM ATP, 10 μM 3
0 mer, 10 μM 40 mer, 5 μM 80 mer, 27
A reaction system containing 0 mg DNA ligase is mixed with 0 to 50 mM.
The reaction system to which MgCl 2 was added was used. Reaction conditions: Performed at 80 ° C. for 15 minutes.

【0050】結果を図6に示す。図6の縦軸は、18
mMのMg2+存在下で得られた活性を100としたリガ
ーゼ活性の相対値である。図6に示されるように、Mg
2+イオンが存在しないとリガーゼ活性は認められず、M
2+イオンはリガーゼ活性に必須なカチオンであること
が示された。Mg2+の最適濃度は約14〜18mMであ
った。
FIG. 6 shows the results. The vertical axis in FIG.
This is a relative value of ligase activity, where the activity obtained in the presence of mM Mg 2+ is defined as 100. As shown in FIG.
No ligase activity was observed in the absence of 2+ ions,
The g 2+ ion was shown to be a cation essential for ligase activity. The optimal concentration of Mg2 + was about 14-18 mM.

【0051】3.K+イオンの活性に及ぼす影響 反応系:20mM Bicine−KOH、pH8.
0、15mM MgCl2、1mM ATP、10μM
30マー、10μM 40マー、5μM 80マー、
270mg DNAリガーゼを含む反応系に、0〜20
0mMのKClを添加した反応系を用いた。 反応条件:80℃、15分で行った。
3. Effect on K + ion activity Reaction system: 20 mM Bicine-KOH, pH8.
0, 15 mM MgCl 2 , 1 mM ATP, 10 μM
30 mer, 10 μM 40 mer, 5 μM 80 mer,
The reaction system containing 270 mg DNA ligase was
A reaction system to which 0 mM KCl was added was used. Reaction conditions: Performed at 80 ° C. for 15 minutes.

【0052】結果を図7に示す。図7の縦軸は、30
mMのK+存在下で得られた活性を100としたリガー
ゼ活性の相対値である。K+は、リガーゼ活性促進効果
があり、その最適濃度は約10〜30mMの範囲であっ
た。
FIG. 7 shows the results. The vertical axis of FIG.
It is a relative value of ligase activity, where the activity obtained in the presence of mM K + is defined as 100. K + had a ligase activity promoting effect, and its optimal concentration was in the range of about 10 to 30 mM.

【0053】上記1〜3の酵素学的性質は、KOD−1
株を培養した得たDNAリガーゼの酵素学的性質に一致
した。
The enzymatic properties of above 1 to 3 are based on KOD-1
It was consistent with the enzymatic properties of the DNA ligase obtained by culturing the strain.

【0054】4.温度特性 得られたDNAリガーゼの温度特性を、DNAリガーゼ
の高濃度状態(210nM)および低濃度状態(21n
M)で調べた。
4. Temperature characteristics The temperature characteristics of the obtained DNA ligase were determined based on the high concentration state (210 nM) and low concentration state (21 nM)
M).

【0055】反応系:20mM Bicine−KO
H、pH8.0、15mM MgCl 2、20mM K
Cl、1mM ATP、10μM 30マー、10μM
40マー、5μM 80マーを含む反応系に、DNA
リガーゼを上記の濃度で添加して反応を行った。 反応条件:20〜100℃、15分で行った。
Reaction system: 20 mM Bicine-KO
H, pH 8.0, 15 mM MgCl Two, 20 mM K
Cl, 1 mM ATP, 10 μM 30 mer, 10 μM
 In a reaction system containing a 40 mer, 5 μM 80 mer, DNA
The reaction was performed by adding ligase at the above concentration. Reaction conditions: Performed at 20-100 ° C for 15 minutes.

【0056】図8および図9に、本発明のDNAリガー
ゼを高濃度(反応液中210nMのDNAリガーゼを含
む)で用いた場合のリガーゼ活性の温度特性を示す。図
9は、図8に示される各温度におけるDNAリガーゼ反
応液を、6%アクリルアミドゲルを用いて電気泳動した
結果を示す。各レーンにロードされた反応液は、図8に
示される被反応液の各々に対応する。図8の縦軸は、8
0℃における活性を100としたリガーゼ活性の相対値
である。図8に示されるように、本発明のDNAリガー
ゼを高濃度で用いた場合、約80℃でその活性は最大で
あり、そして100℃においてもなお活性が認められ
た。
FIGS. 8 and 9 show the temperature characteristics of the ligase activity when the DNA ligase of the present invention is used at a high concentration (including 210 nM DNA ligase in the reaction solution). FIG. 9 shows the results of electrophoresis of the DNA ligase reaction solution at each temperature shown in FIG. 8 using a 6% acrylamide gel. The reaction solution loaded in each lane corresponds to each of the reaction solutions shown in FIG. The vertical axis of FIG.
It is a relative value of ligase activity when the activity at 0 ° C. is set to 100. As shown in FIG. 8, when the DNA ligase of the present invention was used at a high concentration, its activity was maximum at about 80 ° C., and the activity was still observed at 100 ° C.

【0057】図10は、本発明のDNAリガーゼを低濃
度(反応液中21nMのDNAリガーゼを含む)で用い
た場合の温度特性を示す。図10の縦軸は、65℃にお
ける活性を100としたリガーゼ活性の相対値である。
図10に示されるように、本発明のDNAリガーゼを低
濃度で用いた場合、約65℃で最大の活性が認められ
た。
FIG. 10 shows temperature characteristics when the DNA ligase of the present invention was used at a low concentration (including 21 nM DNA ligase in the reaction solution). The vertical axis in FIG. 10 is a relative value of the ligase activity when the activity at 65 ° C. is set to 100.
As shown in FIG. 10, when the DNA ligase of the present invention was used at a low concentration, the maximum activity was observed at about 65 ° C.

【0058】なお、反応に用いたDNA基質のTm値
は、30マー、40マー、70マーおよび80マーにつ
いて、それぞれ66℃、73℃、79℃および81℃で
ある。リガーゼ反応は、通常、テンプレートの80マー
のTm値以上では理論上起こるはずはないのであるが、
本発明のDNAリガーゼを高濃度で用いた場合に認めら
れた100℃におけるDNAリガーゼ活性は、DNAリ
ガーゼが基質DNAに結合し、2本鎖構造の維持に関与
しているものと考えられる。
The Tm value of the DNA substrate used in the reaction is 66 ° C., 73 ° C., 79 ° C. and 81 ° C. for the 30 mer, 40 mer, 70 mer and 80 mer, respectively. The ligase reaction should not normally occur theoretically above the 80-mer Tm value of the template,
The DNA ligase activity at 100 ° C., which was observed when the DNA ligase of the present invention was used at a high concentration, is considered that the DNA ligase binds to the substrate DNA and is involved in maintaining the double-stranded structure.

【0059】[0059]

【発明の効果】本発明により、超耐熱性DNAリガーゼお
よびそれをコードするDNAが提供される。また、本発明
により、このDNAを含むベクターおよびこのベクターを
含む宿主細胞が提供される。さらに、本発明により、こ
の宿主細胞を培養する工程を包含する超耐熱性DNAリガ
ーゼの生産方法が提供される。
According to the present invention, a hyperthermostable DNA ligase and a DNA encoding the same are provided. The present invention also provides a vector containing the DNA and a host cell containing the vector. Further, the present invention provides a method for producing a hyperthermostable DNA ligase, which comprises a step of culturing the host cell.

【0060】[0060]

【配列表】 SEQUENCE LISTING <110> Imanaka, Tadayuki <120> Highly heat-stable DNA ligase <130> J100432093 <160> 8 <170> PatentIn Ver. 2.0 <210> 1 <211> 1689 <212> DNA <213> KOD-1 <220> <221> CDS <222> (1)..(1686) <400> 1 atg agc gat atg cgc tac tct gaa ctg gcc gat ctc tat aga cgg ctc 48 Met Ser Asp Met Arg Tyr Ser Glu Leu Ala Asp Leu Tyr Arg Arg Leu 1 5 10 15 gaa aag acc acg ctc aag acc ctg aag aca aag ttc gtt gcc gat ttt 96 Glu Lys Thr Thr Leu Lys Thr Leu Lys Thr Lys Phe Val Ala Asp Phe 20 25 30 tta aaa aag act cca gac gag ctc ctt gag ata gtt cca tac cta atc 144 Leu Lys Lys Thr Pro Asp Glu Leu Leu Glu Ile Val Pro Tyr Leu Ile 35 40 45 ctc gga aag gtc ttt ccc gat tgg gac gag agg gag cta ggc gtg gga 192 Leu Gly Lys Val Phe Pro Asp Trp Asp Glu Arg Glu Leu Gly Val Gly 50 55 60 gag aag ctc cta ata aaa gct gtc tct atg gca acg gga gtc ccc gaa 240 Glu Lys Leu Leu Ile Lys Ala Val Ser Met Ala Thr Gly Val Pro Glu 65 70 75 80 aag gag ata gaa gac tcc gtt agg gac act ggc gac ctg gga gag agc 288 Lys Glu Ile Glu Asp Ser Val Arg Asp Thr Gly Asp Leu Gly Glu Ser 85 90 95 gtt gct ttg gcc ata aag aaa aag aag cag aag agc ttc ttc tca cag 336 Val Ala Leu Ala Ile Lys Lys Lys Lys Gln Lys Ser Phe Phe Ser Gln 100 105 110 ccg ctc acg ata aag cgt gtt tac gac acc ttt gtc aag ata gcg gag 384 Pro Leu Thr Ile Lys Arg Val Tyr Asp Thr Phe Val Lys Ile Ala Glu 115 120 125 gcc caa ggc gaa gga agc cag gac agg aag atg aag tac ctc gcc aac 432 Ala Gln Gly Glu Gly Ser Gln Asp Arg Lys Met Lys Tyr Leu Ala Asn 130 135 140 ctc ttc atg gac gct gaa ccg gag gaa ggc aag tac ctg gcg agg acg 480 Leu Phe Met Asp Ala Glu Pro Glu Glu Gly Lys Tyr Leu Ala Arg Thr 145 150 155 160 gtt ttg ggg acg atg cgc act gga gtc gct gag gga att ctt agg gat 528 Val Leu Gly Thr Met Arg Thr Gly Val Ala Glu Gly Ile Leu Arg Asp 165 170 175 gca ata gct gaa gcc ttc agg gtg aag cca gag ctc gtt gag agg gct 576 Ala Ile Ala Glu Ala Phe Arg Val Lys Pro Glu Leu Val Glu Arg Ala 180 185 190 tac atg ctg acg agc gac ttc gga tac gtt gcc aag ata gcc aag ctc 624 Tyr Met Leu Thr Ser Asp Phe Gly Tyr Val Ala Lys Ile Ala Lys Leu 195 200 205 gag ggc aac gag ggg ctc tca aag gtc agg ata cag ata ggc aag ccg 672 Glu Gly Asn Glu Gly Leu Ser Lys Val Arg Ile Gln Ile Gly Lys Pro 210 215 220 atc agg ccg atg ctt gcc cag aac gcg gcc agt gtt aaa gat gcc ctc 720 Ile Arg Pro Met Leu Ala Gln Asn Ala Ala Ser Val Lys Asp Ala Leu 225 230 235 240 atc gag atg ggt ggg gaa gcg gcc ttc gag ata aag tac gat ggc gcg 768 Ile Glu Met Gly Gly Glu Ala Ala Phe Glu Ile Lys Tyr Asp Gly Ala 245 250 255 aga gta cag gtg cac aag gac ggg gac aaa gtc atc gtg tat tcc aga 816 Arg Val Gln Val His Lys Asp Gly Asp Lys Val Ile Val Tyr Ser Arg 260 265 270 agg ctt gag aac gtc acg aga tca atc cca gaa gtc att gag gcc ata 864 Arg Leu Glu Asn Val Thr Arg Ser Ile Pro Glu Val Ile Glu Ala Ile 275 280 285 aaa gcg gcc ctg aag cca gag aaa gcc ata gtc gag gga gaa ctt gtc 912 Lys Ala Ala Leu Lys Pro Glu Lys Ala Ile Val Glu Gly Glu Leu Val 290 295 300 gca gtt gga gaa aat gga cgg cca agg ccc ttc caa tac gtg ctt agg 960 Ala Val Gly Glu Asn Gly Arg Pro Arg Pro Phe Gln Tyr Val Leu Arg 305 310 315 320 cgc ttc agg agg aag tac aac atc gac gag atg ata gag aag ata ccg 1008 Arg Phe Arg Arg Lys Tyr Asn Ile Asp Glu Met Ile Glu Lys Ile Pro 325 330 335 ctc gaa ctg aat ctc ttc gac gtc atg ttc gtt gac ggc gag agc ctg 1056 Leu Glu Leu Asn Leu Phe Asp Val Met Phe Val Asp Gly Glu Ser Leu 340 345 350 ata gag act aag ttc atc gac agg agg aat aag ctt gaa gaa ata gtg 1104 Ile Glu Thr Lys Phe Ile Asp Arg Arg Asn Lys Leu Glu Glu Ile Val 355 360 365 aag gag agc gag aag ata aag ctc gcc gaa cag ctt ata aca aag aaa 1152 Lys Glu Ser Glu Lys Ile Lys Leu Ala Glu Gln Leu Ile Thr Lys Lys 370 375 380 gtt gag gaa gcg gag gcc ttc tac agg aga gca ctt gag ctc ggc cat 1200 Val Glu Glu Ala Glu Ala Phe Tyr Arg Arg Ala Leu Glu Leu Gly His 385 390 395 400 gag ggg ctt atg gca aag agg ctt gat tcc atc tac gaa ccg ggg aac 1248 Glu Gly Leu Met Ala Lys Arg Leu Asp Ser Ile Tyr Glu Pro Gly Asn 405 410 415 aga ggc aag aag tgg ctc aag att aag ccc acg atg gag aac ctc gat 1296 Arg Gly Lys Lys Trp Leu Lys Ile Lys Pro Thr Met Glu Asn Leu Asp 420 425 430 ctc gtc atc atc ggt gca gag tgg gga gag gga agg agg gcc cat ctg 1344 Leu Val Ile Ile Gly Ala Glu Trp Gly Glu Gly Arg Arg Ala His Leu 435 440 445 ctt ggt tcg ttc ctc gtt gct gcc tac gac ccg cac agc ggc gag ttc 1392 Leu Gly Ser Phe Leu Val Ala Ala Tyr Asp Pro His Ser Gly Glu Phe 450 455 460 ctg cct gtg ggt aaa gtc ggg agc ggc ttc aca gac gag gac ttg gtc 1440 Leu Pro Val Gly Lys Val Gly Ser Gly Phe Thr Asp Glu Asp Leu Val 465 470 475 480 gag ttc acg aag atg ctc aag cca tac ata gta cgc cag gaa ggc aag 1488 Glu Phe Thr Lys Met Leu Lys Pro Tyr Ile Val Arg Gln Glu Gly Lys 485 490 495 ttc gtc gag ata gag ccg aag ttc gtc att gag gtc acc tac cag gag 1536 Phe Val Glu Ile Glu Pro Lys Phe Val Ile Glu Val Thr Tyr Gln Glu 500 505 510 ata cag aag agc ccg aag tac aag agc ggc ttc gcc ctg aga ttc ccg 1584 Ile Gln Lys Ser Pro Lys Tyr Lys Ser Gly Phe Ala Leu Arg Phe Pro 515 520 525 cgc tac gtc gcc ctt agg gaa gac aaa agc cca gaa gag gcc gac aca 1632 Arg Tyr Val Ala Leu Arg Glu Asp Lys Ser Pro Glu Glu Ala Asp Thr 530 535 540 att gaa agg gtg gcg gag ctc tac gag ctc cag gag agg ttc aag gcg 1680 Ile Glu Arg Val Ala Glu Leu Tyr Glu Leu Gln Glu Arg Phe Lys Ala 545 550 555 560 aag aag tga 1689 Lys Lys <210> 2 <211> 562 <212> PRT <213> KOD-1 <400> 2 Met Ser Asp Met Arg Tyr Ser Glu Leu Ala Asp Leu Tyr Arg Arg Leu 1 5 10 15 Glu Lys Thr Thr Leu Lys Thr Leu Lys Thr Lys Phe Val Ala Asp Phe 20 25 30 Leu Lys Lys Thr Pro Asp Glu Leu Leu Glu Ile Val Pro Tyr Leu Ile 35 40 45 Leu Gly Lys Val Phe Pro Asp Trp Asp Glu Arg Glu Leu Gly Val Gly 50 55 60 Glu Lys Leu Leu Ile Lys Ala Val Ser Met Ala Thr Gly Val Pro Glu 65 70 75 80 Lys Glu Ile Glu Asp Ser Val Arg Asp Thr Gly Asp Leu Gly Glu Ser 85 90 95 Val Ala Leu Ala Ile Lys Lys Lys Lys Gln Lys Ser Phe Phe Ser Gln 100 105 110 Pro Leu Thr Ile Lys Arg Val Tyr Asp Thr Phe Val Lys Ile Ala Glu 115 120 125 Ala Gln Gly Glu Gly Ser Gln Asp Arg Lys Met Lys Tyr Leu Ala Asn 130 135 140 Leu Phe Met Asp Ala Glu Pro Glu Glu Gly Lys Tyr Leu Ala Arg Thr 145 150 155 160 Val Leu Gly Thr Met Arg Thr Gly Val Ala Glu Gly Ile Leu Arg Asp 165 170 175 Ala Ile Ala Glu Ala Phe Arg Val Lys Pro Glu Leu Val Glu Arg Ala 180 185 190 Tyr Met Leu Thr Ser Asp Phe Gly Tyr Val Ala Lys Ile Ala Lys Leu 195 200 205 Glu Gly Asn Glu Gly Leu Ser Lys Val Arg Ile Gln Ile Gly Lys Pro 210 215 220 Ile Arg Pro Met Leu Ala Gln Asn Ala Ala Ser Val Lys Asp Ala Leu 225 230 235 240 Ile Glu Met Gly Gly Glu Ala Ala Phe Glu Ile Lys Tyr Asp Gly Ala 245 250 255 Arg Val Gln Val His Lys Asp Gly Asp Lys Val Ile Val Tyr Ser Arg 260 265 270 Arg Leu Glu Asn Val Thr Arg Ser Ile Pro Glu Val Ile Glu Ala Ile 275 280 285 Lys Ala Ala Leu Lys Pro Glu Lys Ala Ile Val Glu Gly Glu Leu Val 290 295 300 Ala Val Gly Glu Asn Gly Arg Pro Arg Pro Phe Gln Tyr Val Leu Arg 305 310 315 320 Arg Phe Arg Arg Lys Tyr Asn Ile Asp Glu Met Ile Glu Lys Ile Pro 325 330 335 Leu Glu Leu Asn Leu Phe Asp Val Met Phe Val Asp Gly Glu Ser Leu 340 345 350 Ile Glu Thr Lys Phe Ile Asp Arg Arg Asn Lys Leu Glu Glu Ile Val 355 360 365 Lys Glu Ser Glu Lys Ile Lys Leu Ala Glu Gln Leu Ile Thr Lys Lys 370 375 380 Val Glu Glu Ala Glu Ala Phe Tyr Arg Arg Ala Leu Glu Leu Gly His 385 390 395 400 Glu Gly Leu Met Ala Lys Arg Leu Asp Ser Ile Tyr Glu Pro Gly Asn 405 410 415 Arg Gly Lys Lys Trp Leu Lys Ile Lys Pro Thr Met Glu Asn Leu Asp 420 425 430 Leu Val Ile Ile Gly Ala Glu Trp Gly Glu Gly Arg Arg Ala His Leu 435 440 445 Leu Gly Ser Phe Leu Val Ala Ala Tyr Asp Pro His Ser Gly Glu Phe 450 455 460 Leu Pro Val Gly Lys Val Gly Ser Gly Phe Thr Asp Glu Asp Leu Val 465 470 475 480 Glu Phe Thr Lys Met Leu Lys Pro Tyr Ile Val Arg Gln Glu Gly Lys 485 490 495 Phe Val Glu Ile Glu Pro Lys Phe Val Ile Glu Val Thr Tyr Gln Glu 500 505 510 Ile Gln Lys Ser Pro Lys Tyr Lys Ser Gly Phe Ala Leu Arg Phe Pro 515 520 525 Arg Tyr Val Ala Leu Arg Glu Asp Lys Ser Pro Glu Glu Ala Asp Thr 530 535 540 Ile Glu Arg Val Ala Glu Leu Tyr Glu Leu Gln Glu Arg Phe Lys Ala 545 550 555 560 Lys Lys <210> 3 <211> 39 <212> DNA <213> Artificial Sequence <400> 3 cggtggtgca tatgagcgat atgcgctact ctgaactgg 39 <210> 4 <211> 38 <212> DNA <213> Artificial Sequence <400> 4 ctcgggatcc ctgggaggga aaaggaatct cactcgcc 38 <210> 5 <211> 35 <212> DNA <213> Artificial Sequence <400> 5 gagaatgagc catatgcgct actctgaact ggccg 35 <210> 6 <211> 30 <212> DNA <213> Artificial Sequence <400> 6 cagaggattg ttgaccggcc cgtttgtcag 30 <210> 7 <211> 40 <212> DNA <213> Artificial Sequence <400> 7 cgcaccgtga cgccaagctt gcattcctac aggtcgactc 40 <210> 8 <211> 80 <212> DNA <213> Artificial Sequence <400> 8 caaccgcgtg gcactgcggt tcgaacgtaa ggatgtccag ctgagtctc ctaacaactg gccgggc aaa cagtcgttgc 80[Sequence List] SEQUENCE LISTING <110> Imanaka, Tadayuki <120> Highly heat-stable DNA ligase <130> J100432093 <160> 8 <170> PatentIn Ver. 2.0 <210> 1 <211> 1689 <212> DNA <213 > KOD-1 <220> <221> CDS <222> (1) .. (1686) <400> 1 atg agc gat atg cgc tac tct gaa ctg gcc gat ctc tat aga cgg ctc 48 Met Ser Asp Met Arg Tyr Ser Glu Leu Ala Asp Leu Tyr Arg Arg Leu 1 5 10 15 gaa aag acc acg ctc aag acc ctg aag aca aag ttc gtt gcc gat ttt 96 Glu Lys Thr Thr Leu Lys Thr Leu Lys Thr Lys Phe Val Ala Asp Phe 20 25 30 tta aaa aag act cca gac gag ctc ctt gag ata gtt cca tac cta atc 144 Leu Lys Lys Thr Pro Asp Glu Leu Leu Glu Ile Val Pro Tyr Leu Ile 35 40 45 ctc gga aag gtc ttt ccc gat tgg gac gag agg gag cta ggc gtg gga 192 Leu Gly Lys Val Phe Pro Asp Trp Asp Glu Arg Glu Leu Gly Val Gly 50 55 60 gag aag ctc cta ata aaa gct gtc tct atg gca acg gga gtc ccc gaa 240 Glu Lys Leu Leu Ile Lys Ala Val Ser Met Ala Thr Gly Val Pro Glu 65 70 75 80 aag gag ata gaa gac tcc gtt agg gac act ggc gac ctg gga gag agc 288 Lys Glu Ile Glu Asp Ser Val Arg Asp Thr Gly Asp Leu Gly Glu Ser 85 90 95 gtt gct ttg gcc ata aag aaa aag aag cag aag agc ttc ttc tca cag 336 Val Ala Leu Ala Ile Lys Lys Lys Lys Gln Lys Ser Phe Phe Ser Gln 100 105 110 ccg ctc acg ata aag cgt gtt tac gac acc ttt gtc aag ata gcg gag 384 Pro Leu Thr Ile Lys Arg Val Tyr Asp Thr Phe Val Lys Ile Ala Glu 115 120 125 gcc caa ggc gaa gga agc cag gac agg aag atg aag tac ctc gcc aac 432 Ala Gln Gly Glu Gly Ser Gln Asp Arg Lys Met Lys Tyr Leu Ala Asn 130 135 140 ctc ttc atg gac gct gaa ccg gag gaa ggc aag tac ctg gcg agg acg 480 Leu Phe Pro Glu Glu Gly Lys Tyr Leu Ala Arg Thr 145 150 155 160 gtt ttg ggg acg atg cgc act gga gtc gct gag gga att ctt agg gat 528 Val Leu Gly Thr Met Arg Thr Gly Val Ala Glu Gly Ile Leu Arg Asp 165 170 175 gca ata gct gaa gcc ttc agg gtg aag cca gag ctc gtt gag agg gct 576 Ala Ile Ala Glu Ala Phe Arg Val Lys Pro Glu Leu Val Glu Arg Ala 180 185 190 tac atg ctg acg agc gac ttc gga tac gtt gcc ag aag ctc 624 Tyr Met Leu Thr Ser Asp Phe Gly Tyr Val Ala Lys Ile Ala Lys Leu 195 200 205 gag ggc aac gag ggg ctc tca aag gtc agg ata cag ata ggc aag ccg 672 Glu Gly Asn Glu Gly Leu Ser Lys Val Arg Ile Ile Gly Lys Pro 210 215 220 atc agg ccg atg ctt gcc cag aac gcg gcc agt gtt aaa gat gcc ctc 720 Ile Arg Pro Met Leu Ala Gln Asn Ala Ala Ser Val Lys Asp Ala Leu 225 230 235 240 atc gag atg ggt ggg gaa gcg gcc ttc gag ata aag tac gat ggc gcg 768 Ile Glu Met Gly Gly Glu Ala Ala Phe Glu Ile Lys Tyr Asp Gly Ala 245 250 255 aga gta cag gtg cac aag gac ggg gac aaa gtc atc gtg Gt tat tccaga Val His Lys Asp Gly Asp Lys Val Ile Val Tyr Ser Arg 260 265 270 agg ctt gag aac gtc acg aga tca atc cca gaa gtc att gag gcc ata 864 Arg Leu Glu Asn Val Thr Arg Ser Ile Pro Glu Val Ile Glu Ala Ile 275 280 285 aaa gcg gcc ctg aag cca gag aaa gcc ata gtc gag gga gaa ctt gtc 912 Lys Ala Ala Leu Lys Pro Glu Lys Ala Ile Val Glu Gly Glu Leu Val 290 295 300 gca gtt gga gaa aat gga cgg cca agg ccc tac gtg ctt agg 960 Ala Val Gly Glu Asn Gly Arg Pro Arg Pro Phe Gln Tyr Val Leu Arg 305 310 315 320 cgc ttc agg agg aag tac aac atc gac gag atg ata gag aag ata ccg 1008 Arg Phe Arg Arg Lys Tyr Asn Ile Asp Glu Met Ile Glu Lys Ile Pro 325 330 335 ctc gaa ctg aat ctc ttc gac gtc atg ttc gtt gac ggc gag agc ctg 1056 Leu Glu Leu Asn Leu Phe Asp Val Met Phe Val Asp Gly Glu Ser at Ru 340 act aag ttc atc gac agg agg aat aag ctt gaa gaa ata gtg 1104 Ile Glu Thr Lys Phe Ile Asp Arg Arg Asn Lys Leu Glu Glu Ile Val 355 360 365 aag gag agc gag aag ata aag ctc gcc gaa cag ctt ataa aca Lys Glu Ser Glu Lys Ile Lys Leu Ala Glu Gln Leu Ile Thr Lys Lys 370 375 380 gtt gag gaa gcg gag gcc ttc tac agg aga gca ctt gag ctc ggc cat 1200 Val Glu Glu Ala Glu Ala Phe Tyr Arg Arg Ala Leu Glu Gly His 385 390 395 400 gag ggg ctt atg gca aag agg ctt gat tcc atc tac gaa ccg ggg aac 1248 Glu Gly Leu Met Ala Lys Arg Leu Asp Ser Ile Tyr Glu Pro Gly Asn 405 410 415 aga ggc aag aag tgg ctc a ag att aag ccc acg atg gag aac ctc gat 1296 Arg Gly Lys Lys Trp Leu Lys Ile Lys Pro Thr Met Glu Asn Leu Asp 420 425 430 ctc gtc atc atc ggt gca gag tgg gga gag gga agg agg gcc cat ctg 1344 Leu Val Ile Gly Ala Glu Trp Gly Glu Gly Arg Arg Ala His Leu 435 440 445 ctt ggt tcg ttc ctc gtt gct gcc tac gac ccg cac agc ggc gag ttc 1392 Leu Gly Ser Phe Leu Val Ala Ala Tyr Asp Pro His Ser Gly Glu 455 460 ctg cct gtg ggt aaa gtc ggg agc ggc ttc aca gac gag gac ttg gtc 1440 Leu Pro Val Gly Lys Val Gly Ser Gly Phe Thr Asp Glu Asp Leu Val 465 470 475 480 gag ttc acg aag atg ctc aagca cgc cag gaa ggc aag 1488 Glu Phe Thr Lys Met Leu Lys Pro Tyr Ile Val Arg Gln Glu Gly Lys 485 490 495 ttc gtc gag ata gag ccg aag ttc gtc att gag gtc acc tac cag gag 1536 Phe Val Glu Ile Glu Val Ile Glu Val Thr Tyr Gln Glu 500 505 510 ata cag aag agc ccg aag tac aag agc ggc ttc gcc ctg aga ttc ccg 1584 Ile Gln Lys Ser Pro Lys Tyr Lys Ser Gly Phe Ala Leu Arg Phe Pro 515 520 525 cgta c gtc gcc ctt agg gaa gac aaa agc cca gaa gag gcc gac aca 1632 Arg Tyr Val Ala Leu Arg Glu Asp Lys Ser Pro Glu Glu Ala Asp Thr 530 535 540 att gaa agg gtg gcg gag ctc tac gag agc cag agag gcg 1680 Ile Glu Arg Val Ala Glu Leu Tyr Glu Leu Gln Glu Arg Phe Lys Ala 545 550 555 560 aag aag tga 1689 Lys Lys <210> 2 <211> 562 <212> PRT <213> KOD-1 <400> 2 Met Ser Asp Met Arg Tyr Ser Glu Leu Ala Asp Leu Tyr Arg Arg Leu 1 5 10 15 Glu Lys Thr Thr Leu Lys Thr Leu Lys Thr Lys Phe Val Ala Asp Phe 20 25 30 Leu Lys Lys Thr Pro Asp Glu Leu Leu Glu Ile Val Pro Tyr Leu Ile 35 40 45 Leu Gly Lys Val Phe Pro Asp Trp Asp Glu Arg Glu Leu Gly Val Gly 50 55 60 Glu Lys Leu Leu Ile Lys Ala Val Ser Met Ala Thr Gly Val Pro Glu 65 70 75 80 Lys Glu Ile Glu Asp Ser Val Arg Asp Thr Gly Asp Leu Gly Glu Ser 85 90 95 Val Ala Leu Ala Ile Lys Lys Lys Lys Gln Lys Ser Phe Phe Ser Gln 100 105 110 Pro Leu Thr Ile Lys Arg Val Tyr Asp Thr Phe Val Lys Ile Ala Glu 115 120 125 Ala Gln Gly Glu Gly Ser Gln Asp Arg Lys Met L ys Tyr Leu Ala Asn 130 135 140 Leu Phe Met Asp Ala Glu Pro Glu Glu Gly Lys Tyr Leu Ala Arg Thr 145 150 155 160 Val Leu Gly Thr Met Arg Thr Gly Val Ala Glu Gly Ile Leu Arg Asp 165 170 175 Ala Ile Ala Glu Ala Phe Arg Val Lys Pro Glu Leu Val Glu Arg Ala 180 185 190 Tyr Met Leu Thr Ser Asp Phe Gly Tyr Val Ala Lys Ile Ala Lys Leu 195 200 205 Glu Gly Asn Glu Gly Leu Ser Lys Val Arg Ile Gln Ile Gly Lys Pro 210 215 220 Ile Arg Pro Met Leu Ala Gln Asn Ala Ala Ser Val Lys Asp Ala Leu 225 230 235 240 Ile Glu Met Gly Gly Glu Ala Ala Phe Glu Ile Lys Tyr Asp Gly Ala 245 250 255 255 Arg Val Gln Val His Lys Asp Gly Asp Lys Val Ile Val Tyr Ser Arg 260 265 270 270 Arg Leu Glu Asn Val Thr Arg Ser Ile Pro Glu Val Ile Glu Ala Ile 275 280 285 Lys Ala Ala Leu Lys Pro Glu Lys Ala Ile Val Glu Gly Glu Leu Val 290 295 300 Ala Val Gly Glu Asn Gly Arg Pro Arg Pro Phe Gln Tyr Val Leu Arg 305 310 315 320 Arg Phe Arg Arg Lys Tyr Asn Ile Asp Glu Met Ile Glu Lys Ile Pro 325 330 335 Leu Glu Leu Asn Leu Phe Asp Val Met Phe Val A sp Gly Glu Ser Leu 340 345 350 350 Ile Glu Thr Lys Phe Ile Asp Arg Arg Asn Lys Leu Glu Glu Ile Val 355 360 365 Lys Glu Ser Glu Lys Ile Lys Leu Ala Glu Gln Leu Ile Thr Lys Lys Lys 370 375 380 Val Glu Glu Alu Glu Ala Phe Tyr Arg Arg Ala Leu Glu Leu Gly His 385 390 395 400 Glu Gly Leu Met Ala Lys Arg Leu Asp Ser Ile Tyr Glu Pro Gly Asn 405 410 415 Arg Gly Lys Lys Trp Leu Lys Ile Lys Pro Thr Met Glu Asn Leu Asp 420 425 430 Leu Val Ile Ile Gly Ala Glu Trp Gly Glu Gly Arg Arg Ala His Leu 435 440 445 Leu Gly Ser Phe Leu Val Ala Ala Tla Asp Pro His Ser Gly Glu Phe 450 455 460 Leu Pro Val Gly Lys Val Gly Ser Gly Phe Thr Asp Glu Asp Leu Val 465 470 475 480 480 Glu Phe Thr Lys Met Leu Lys Pro Tyr Ile Val Arg Gln Glu Gly Lys 485 490 495 Phe Val Glu Ile Glu Pro Lys Phe Val Ile Glu Val Thr Tyr Gln Glu 500 505 510 Ile Gln Lys Ser Pro Lys Tyr Lys Ser Gly Phe Ala Leu Arg Phe Pro 515 520 525 Arg Tyr Val Ala Leu Arg Glu Asp Lys Ser Pro Glu Glu Ala Asp Thr 530 535 540 Ile Glu Arg Val Ala Glu Leu Tyr Glu Leu Gln Glu A rg Phe Lys Ala 545 550 555 560 Lys Lys <210> 3 <211> 39 <212> DNA <213> Artificial Sequence <400> 3 cggtggtgca tatgagcgat atgcgctact ctgaactgg 39 <210> 4 <211> 38 <212> DNA <213 > Artificial Sequence <400> 4 ctcgggatcc ctgggaggga aaaggaatct cactcgcc 38 <210> 5 <211> 35 <212> DNA <213> Artificial Sequence <400> 5 gagaatgagc catatgcgct actctgaact ggccg 35 <210> 6 <211> 30 <212> DNA <213> Artificial Sequence <400> 6 cagaggattg ttgaccggcc cgtttgtcag 30 <210> 7 <211> 40 <212> DNA <213> Artificial Sequence <400> 7 cgcaccgtga cgccaagctt gcattcctac aggtcgactc 40 <210> 8 <211> 80 <212> DNA <213> Artificial Sequence <400> 8 caaccgcgtg gcactgcggt tcgaacgtaa ggatgtccag ctgagtctc ctaacaactg gccgggc aaa cagtcgttgc 80

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1A】DNAリガーゼのアラインメントを示す図で
ある。
FIG. 1A shows the alignment of DNA ligase.

【図1B】DNAリガーゼのアラインメントを示す図で
ある。
FIG. 1B shows an alignment of DNA ligase.

【図2】精製したDNAリガーゼを電気泳動したゲルを
示す写真である。
FIG. 2 is a photograph showing a gel obtained by electrophoresing purified DNA ligase.

【図3】DNAリガーゼの活性測定に用いたオリゴヌク
レオチドの構造を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing the structure of an oligonucleotide used for measuring the activity of DNA ligase.

【図4】DNAリガーゼ反応液を電気泳動したゲルを示
す写真である。
FIG. 4 is a photograph showing a gel obtained by electrophoresis of a DNA ligase reaction solution.

【図5】DNAリガーゼの反応最適pHを示す図であ
る。
FIG. 5 is a view showing a reaction optimum pH of DNA ligase.

【図6】Mg+イオンのDNAリガーゼ活性に及ぼす影
響を示す図である。
FIG. 6 is a graph showing the effect of Mg + ions on DNA ligase activity.

【図7】K+イオンのDNAリガーゼ活性に及ぼす影響
を示す図である。
FIG. 7 shows the effect of K + ions on DNA ligase activity.

【図8】高濃度状態のDNAリガーゼの反応の温度特性
を示す図である。
FIG. 8 is a diagram showing temperature characteristics of a reaction of DNA ligase in a high concentration state.

【図9】異なる温度で反応させたDNAリガーゼ反応液
を電気泳動したゲルを示す写真である。
FIG. 9 is a photograph showing a gel obtained by electrophoresis of a DNA ligase reaction solution reacted at different temperatures.

【図10】低濃度状態のDNAリガーゼの反応の温度特
性を示す図である。
FIG. 10 is a diagram showing temperature characteristics of a reaction of DNA ligase in a low concentration state.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) (C12N 9/00 C12R 1:19) (72)発明者 江崎 聡 京都府京都市北区上賀茂池端町64 フロー ラル北山II−108 (72)発明者 福居 俊昭 京都府京都市左京区修学院犬塚町8−11 プチドエル修学院102号 (72)発明者 中谷 勝 京都府京都市上京区葭屋町通出水上ル亀屋 町360 宮崎スチューデント302──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI theme coat ゛ (Reference) (C12N 9/00 C12R 1:19) (72) Inventor Satoshi Ezaki Ikebatamachi, Kamigamo, Kita-ku, Kyoto-shi, Kyoto 64 Floral Kitayama II-108 (72) Inventor Toshiaki Fukui 8-11 Shugakuin Inuzukacho, Sakyo-ku, Kyoto, Kyoto Prefecture 102 Petit-Dell Shugakuin 102 (72) Inventor Masaru Nakatani, Yoshiya-cho, Kamigyo-ku, Kyoto, Kyoto Pref. Town 360 Miyazaki Student 302

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 配列番号2の1位〜562位のアミノ酸配
列を含む超耐熱性DNAリガーゼ、または配列番号2の1
位〜562位のアミノ酸配列において1もしくは数個のア
ミノ酸が欠失、置換もしくは付加されたアミノ酸を含み
かつDNAリガーゼ活性を有するその改変体。
1. A hyperthermostable DNA ligase comprising the amino acid sequence of positions 1 to 562 of SEQ ID NO: 2, or 1 of SEQ ID NO: 2
A variant thereof comprising an amino acid in which one or several amino acids have been deleted, substituted or added in the amino acid sequence at positions 562 to 562 and having DNA ligase activity.
【請求項2】 配列番号2の4位〜562位のアミノ酸配
列を含む超耐熱性DNAリガーゼ、または配列番号2の4
位〜562位のアミノ酸配列において1もしくは数個のア
ミノ酸が欠失、置換もしくは付加されたアミノ酸を含み
かつDNAリガーゼ活性を有するその改変体。
2. A hyperthermostable DNA ligase comprising the amino acid sequence of positions 4 to 562 of SEQ ID NO: 2, or 4 of SEQ ID NO: 2.
A variant thereof comprising an amino acid in which one or several amino acids have been deleted, substituted or added in the amino acid sequence at positions 562 to 562 and having DNA ligase activity.
【請求項3】 超好熱始原菌KOD-1株に由来する、請求
項1または2に記載の超耐熱性DNAリガーゼまたはその
改変体。
3. The hyperthermostable DNA ligase according to claim 1 or 2, which is derived from the hyperthermophilic archaeon KOD-1 strain.
【請求項4】 請求項1〜3のいずれかに記載の超耐熱
性DNAリガーゼまたはその改変体をコードするDNA。
4. A DNA encoding the hyperthermostable DNA ligase according to claim 1 or a variant thereof.
【請求項5】 配列番号1の1位〜1686位のヌクレオチ
ド配列を含む、請求項4に記載のDNA。
5. The DNA according to claim 4, comprising the nucleotide sequence at positions 1 to 1686 of SEQ ID NO: 1.
【請求項6】 配列番号1の10位〜1686位のヌクレオチ
ド配列を含む、請求項4に記載のDNA。
6. The DNA according to claim 4, comprising the nucleotide sequence of positions 10 to 1686 of SEQ ID NO: 1.
【請求項7】 超好熱始原菌KOD-1株に由来する、請求
項4〜6のいずれかに記載のDNA。
7. The DNA according to claim 4, which is derived from the hyperthermophilic archaeon KOD-1 strain.
【請求項8】 請求項4〜7のいずれかに記載のDNAを
含むベクター。
A vector comprising the DNA according to any one of claims 4 to 7.
【請求項9】 請求項8に記載のベクターを含む組換え
宿主細胞。
9. A recombinant host cell comprising the vector according to claim 8.
【請求項10】 請求項9に記載の宿主細胞を培養する
工程を包含する、超耐熱性DNAリガーゼまたはその改変
体の生産方法。
10. A method for producing a hyperthermostable DNA ligase or a variant thereof, comprising the step of culturing the host cell according to claim 9.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1514938A1 (en) * 2003-02-24 2005-03-16 National Institute of Advanced Industrial Science and Technology Heat-resistant DNA ligase
WO2007035439A1 (en) * 2005-09-15 2007-03-29 New England Biolabs, Inc. Discovery, cloning and purification of thermococcus sp. (strain 9°n-7) dna ligase

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WO2007035439A1 (en) * 2005-09-15 2007-03-29 New England Biolabs, Inc. Discovery, cloning and purification of thermococcus sp. (strain 9°n-7) dna ligase

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