JP2001512318A - Production of mature proteins in plants - Google Patents

Production of mature proteins in plants

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Abstract

(57)【要約】 トランスジェニック単子葉植物細胞において以下のタンパク質の内の1つを産生する方法を開示する:(i)成熟グリコシル化α1−アンチトリプシン(AAT)であって、ヒトにおいて産生される成熟AATと同じN末端アミノ酸配列、および血清の半減期を成熟非グリコシル化AATの半減期よりも実質的に増加させるグリコシル化パターンを有する、成熟グリコシル化AAT;(ii)成熟グリコシル化アンチトロンビンIII(ATIII)であって、ヒトにおいて産生される成熟ATIIIと同じN末端アミノ酸配列を有する成熟グリコシル化ATIII;(iii)成熟ヒト血清アルブミン(HSA)であって、ヒトにおいて産生される成熟HSAと同じN末端アミノ酸配列を有し、そしてそのビリルビン結合特性によって証拠付けられるような天然の成熟HSAのフォールディングパターンを有する成熟HSA;ならびに(iv)成熟した活性なズブチリシンBPN'(BPN')であって、Bacillusにおいて産生されたBPN'と同じN末端アミノ酸配列を有する成熟した活性なズブチリシンBPN'。単子葉植物細胞は以下を有する融合タンパク質をコードするDNAコード配列を含むキメラ遺伝子で形質転換される:(i)イネα−アミラーゼシグナル配列ペプチドに対応するN末端部分、および(iii)前記ペプチドのC末端アミノ酸に直接隣接した、産生される成熟タンパク質に対応するタンパク質部分。 (57) SUMMARY Disclosed are methods of producing one of the following proteins in transgenic monocotyledonous plant cells: (i) mature glycosylated α1-antitrypsin (AAT), which is produced in humans. Mature glycosylated AAT having the same N-terminal amino acid sequence as mature AAT and a glycosylation pattern that substantially increases the half-life of serum over the half-life of mature non-glycosylated AAT; (ii) mature glycosylated antithrombin III (ATIII), a mature glycosylated ATIII having the same N-terminal amino acid sequence as mature ATIII produced in humans; (iii) mature human serum albumin (HSA), Fall of native mature HSA having the same N-terminal amino acid sequence and as evidenced by its bilirubin binding properties And (iv) mature active subtilisin BPN '(BPN'), which has the same N-terminal amino acid sequence as BPN 'produced in Bacillus. Monocot plant cells are transformed with a chimeric gene comprising a DNA coding sequence encoding a fusion protein having: (i) an N-terminal portion corresponding to the rice α-amylase signal sequence peptide; The protein portion immediately adjacent to the C-terminal amino acid corresponding to the mature protein to be produced.

Description

【発明の詳細な説明】 植物における成熟タンパク質の産生発明の分野 本発明は、植物細胞での成熟タンパク質の産生に関し、そして特に成熟分泌型 タンパク質の産生に関する。発明の背景 バイオテクノロジーの主要な商業的焦点は、工業的酵素および重要な治療用途 を有するタンパク質の両方を含むタンパク質の組換え産生である。 治療的タンパク質は、一般的に、微生物発現系(例えば、E.coli系および酵母 系であるS.cerevisiae)により組換え的に産生される。今日までに、微生物宿主 で産生される組換えタンパク質の経費は、種々の治療的に重要なタンパク質(例 えば、ヒト血清アルブミン(HSA)およびα1アンチトリプシン(AAT))の利用可能 性を、このタンパク質の供給が不十分である程度まで限定していた。 いくつかの治療的タンパク質は、最適な活性または安定性に関してはグリコシ ル化に依るようである。そして一般的に、微生物系は哺乳動物タンパク質をグリ コシル化または適切にグリコシル化し得ないために、これらの組換え発現系の有 用性もまた限定してきた。いくつかの場合では、哺乳動物特異的フォルダーゼま たは他の折り畳み条件が必要とされるため、適切なタンパク質の折り畳みが起こ り得ない。 ある程度は、培養された哺乳動物細胞またはトランスジェニック動物でのタン パク質発現は、微生物発現系の制限を克服し得る。しかし、タンパク質の重量あ たりの経費の割合は、哺乳動物発現系においても、なお高い。そして哺乳動物ウ イルスによるタンパク質汚染の危険性は、重大な統制されるべき問題であり得る 。トランスジェニック動物によるタンパク質産生はまた、ある世代から別の世代 への遺伝的な変化の危険性を有する。付随する危険性は、産生される組換えタン パク質の変化、例えば、異なるN末端残基を有する天然の活性タンパク質を生じ る タンパク質プロセシングにおける変化である。 それゆえ、微生物系および哺乳動物細胞系に関連する問題を大いに克服するタ ンパク質発現系での選択された治療的タンパク質または工業的タンパク質を産生 することが所望されている。特に、タンパク質の産生は、少ない経費で、大容量 の産生を可能にするべきであり、そして適切にプロセシングされ、グリコシル化 されたタンパク質の産生を可能にするべきである。産生系はまた、代々比較的安 定な遺伝形質を有するべきである。これらの目的は、治療的タンパク質であるAA T、HSA、およびアンチトロンビンIII(ATIII)ならびに工業的酵素であるズブチリ シンBPN'について本発明において、達成される。ヒトα1アンチトリプシン ヒトα1アンチトリプシン(AAT)は、分子量約52kDを有するモノマーである。通 常のAATは、394残基を含み、アスパラギン46、83、および247に結合し、分子の 表面に露出された3つの複合型オリゴ糖単位を有する(Carrell,P.ら、Nature(1 982)298:329)。 AATは、主な機能が血漿中のトリプシン、エラスターゼ、およびキモトリプシ ンのタンパク質分解活性を制御することである、主要な血漿プロテイナーゼイン ヒビターである。特に、このタンパク質は、好中球エラスターゼの強力なインヒ ビターであり、そしてAATの欠乏症は、慢性の肺気腫を有する多くの患者に認め られる。AATの血清欠乏症を有する患者のある割合は、肝硬変および肝不全に進 行し得る(例えば、Wu,Y.ら、BioEssays 13(4):163(1991))。 エラスターゼインヒビターとしてAATの重要な役割のため、そしてAAT血清レベ ルの欠乏を生じる遺伝性疾患の罹患率のために、ヒトの治療用途のためのAATの 組換え合成における盛んな興味が存在している。現在まで、このアプローチは、 上記で議論された理由のために、組換え方法によって産生されるAATに関して満 足のいく状態ではなかった。ヒトアンチトロンビンIII アンチトロンビンIII(ATIII)は、トロンビンおよび第Xa因子の主要なインヒ ビターであり、そしてより劣っている程度であるが、凝血プロセスの間に産生さ れる他のセリンプロテアーゼのインヒビターである(例えば、第IXa因子、第XIa 因子、および第XIIa因子)。ATIIIの阻害効果は、ヘパリンによって劇的に促進 される。深部静脈血栓および肺塞栓症の病歴を有する患者では、ATIII欠乏症の 罹患率は、2〜3%である。 ATIIIタンパク質は、遺伝性ATIII欠乏症を処置するに有用であり、そしてヘパ リンと組み合わせて用いた場合、例えば、手術および分娩のような高い危険性を 伴う状況における血栓症の予防のために、および急性の血栓症状の発現を処置す るために、広範な臨床適用がある。 ATIIIは、分子量58,200、432のアミノ酸を有する糖タンパク質であり、3つの ジスルフィド結合および4つのアスパラギン結合型バイアンテナリー糖鎖を含む 。アンチトロンビン因子としてのATIIIの重要な役割のため、そして抗血栓症治 療での広範な臨床的潜在能力のために、ヒト治療用途のためのATIIIの組換え合 成における盛んな興味が存在している。現在まで、このアプローチは、上記で議 論された理由のために、微生物または哺乳動物組換え方法によって産生されるAA TIIIに関して満足のいく状態ではなかった。ヒト血清アルブミン 血清アルブミンは、血漿の主要なタンパク質成分である。その主な機能は、血 流でのコロイド浸透圧の調節である。血清アルブミンは、Ca2+、Na+、K+、脂肪 酸、ホルモン、ビリルビンおよび特定の薬物を含む、非常に多くのイオンおよび 低分子と結合する。 ヒト血清アルブミン(HSA)は、609のアミノ酸プレプロタンパク質として発現さ れ、これは、1つのアミノ末端のペプチドおよびさらなる6つのアミノ酸残基の 除去によりさらにプロセシングされ、成熟タンパク質を形成する。ヒト血清中に 見出されるこの成熟タンパク質は、モノマーの、585アミノ酸長(66kDal)のグリ コシル化されていないタンパク質であり、17のジスルフィド結合により維持され た球状構造を有する。ジスルフィド結合のパターンは、高親和性のビリルビン結 合部位を形成する、1つの小さなジスルフィド結合したおよび2つの大きなジス ルフィド結合した二重ループの構造単位を形成する(Geisow,M.J.ら(1977)Bioch em.J.163:477-484)。 HSAは、血液容量を増すため、そしてショック、外傷、および手術後の回復の 場合に、低い血液タンパク質レベルを上昇させるために用いられる。HSAは、し ばしば、緊急事態に血圧を安定化させるために投与される。 浸透圧安定因子としてHSAの重要な役割のため、そして例えば、血漿置換治療 におけるその広範な臨床的潜在能力のために、ヒト治療用途のためのHSAの組換 え合成における盛んな興味が存在している。このアプローチは、上記で議論され た理由のために、微生物または哺乳動物組換え方法によって産生されるHSAに関 して満足のいく状態ではなかった。ズブチリシンBPN' ズブチリシンBPN'(BPN')は、特に界面活性剤酵素としての用途に重要な工業的 酵素である。いくつかのグループは、酵素の活性、至適pH、安定性および/また は治療的用途を増強させる際に効果的である酵素のアミノ酸置換改変を報告して いる。 BPN'は、381のアミノ酸プレプロ酵素として発現され、分泌に必要な35のアミ ノ酸配列および折り畳みを容易にするシャペロンとして作用する77アミノ酸部分 を含む。研究では、このプロ部分は、細胞外でトランスに作用することが示され ている。 現在まで、BPN'の大規模産生は、微生物発酵によるものが主である。この微生 物発酵に関しては、比較的高い経費が必要である。さらに、この酵素は、至適な 発酵増殖培地条件において自動分解する傾向がある。発明の要旨 1つの局面において、本発明は、単子葉植物細胞での、以下からなる群より選 択される成熟異種タンパク質を産生する方法を含む:(i)ヒトで産生される成熟 α1アンチトリプシン(AAT)と同一のN末端アミノ酸配列、および非グリコシル化 成熟AATの血清半減期を実質的に超えて血清半減期を増加させるグリコシル化パ ターンを有する、成熟なグリコシル化されたAAT;(ii)ヒトで産生される成熟ア ンチトロンビンIII(ATIII)と同一のN末端アミノ酸配列を有する、成熟なグリコ シル化されたATIII;(iii)ヒトで産生される成熟HSAと同一のN末端アミノ酸配 列を有し、そしてそのビリルビン結合特性により証明されるような、天然の成熟 ヒト血清アルブミン(HSA)の折り畳みパターンを有する成熟HSA;および(iv)Baci llusで産生されるズブチリシンBPN'(BPN')と同一なN末端アミノ酸配列を有する 、グリコシル化されたかまたはグリコシル化されていない、成熟な活性BPN'。 この方法は、以下を有するキメラ遺伝子で形質転換された単子葉植物細胞を得 る工程を包含する:(i)低分子の付加もしくは除去による、または種子成熟化の 間に誘導可能な単子葉植物転写調節領域;(ii)異種タンパク質をコードする第1 のDNA配列;および(iii)シグナルペプチドをコードする第2のDNA配列。第2のD NA配列は、転写調節領域に、および第1のDNA配列に作動可能に連結される。第 1のDNA配列は、第2のDNA配列とともに翻訳フレーム内にあり、そしてこの2つ の配列が融合タンパク質をコードする。形質転換細胞は、転写調節領域を誘導す るために効果的な条件下で培養され、それによって、融合タンパク質の発現およ び形質転換細胞からの成熟異種タンパク質の分泌を促進する。次いで、形質転換 細胞によって産生されたこの成熟異種タンパク質は、単離される。 この方法の1つの実施態様において、第1のDNA配列は、プロズブチリシンBPN '(proBPN')をコードし、培養工程は、pH5〜6で形質転換細胞を培養することを 包含し、そして単離する工程は、proBPN'を活性な成熟BPN'に自動変換させるの に効果的な条件下でproBPN'をインキュベートすることを包含する。別の実施態 様においては、第1のDNA配列は、成熟BPN'をコードし、そして細胞は以下を含 む第2のキメラ遺伝子で形質転換される:(i)低分子の付加または除去による誘 導可能な転写調節領域、(ii)BPN'のプロペプチド部分をコードする第3のDNA配 列、および(iii)シグナルポリペプチドをコードする第4のDNA配列。第4のDNA 配列は、転写調節領域に、および第3のDNA配列に作動可能に連結される。そし てシグナルポリペプチドは、プロペプチド部分とともに翻訳フレーム内にあり、 形質転換細胞から発現されるプロペプチド部分の分泌を容易にするのに効果的で ある。この培養工程は、pH5〜6で形質転換細胞を培養することを包含し、そし て単離する工程は、プロ部分により活性な成熟BPN'へのBPN'の変換を可能にする のに効果的な条件下で成熟BPN'およびプロ部分をインキュベートすることを包含 する。 この方法の別の実施態様においては、シグナルペプチドは、RAmy3Dシグナルペ プチド(配列番号1)またはRAmy1Aシグナルペプチド(配列番号4)である。シ グナルペプチドのコード配列は、例えば、配列番号3として同定されるコドン最 適化RAmy3D配列のようなコドン最適化配列であり得る。第1のDNA配列はまた、 コドンを最適化され得る。例示的なコドン最適化シグナルペプチド−異種タンパ ク質融合タンパク質コード配列には、3D-AAT(配列番号18)、3D-ATIII(配列番 号19)、および3D-HSA(配列番号20)が挙げられる。第1のDNA配列は、例えば 、3D-proBPN'をコードするコドン最適化配列(配列番号21)のような、異種タン パク質の天然のアミノ酸配列に存在する1つ以上の潜在的なグリコシル化部位を 排除するコドン置換をさらに含み得る。 この方法の他の実施態様においては、転写調節領域は、RAmy1A、RAmy1B、RAmy 2A、RAmy3A、RAmy3B、RAmy3C、RAmy3D、RAmy3E、pM/C、gKAmy141、gKAmy155、Am y32b、またはHV18を含む、イネまたはオオムギαアミラーゼ遺伝子由来のプロモ ーターであり得る。キメラ遺伝子は、転写調節領域と融合タンパク質コード領域 との間に、上記のイネまたはオオムギαアミラーゼ遺伝子の1つのような誘導可 能単子葉植物遺伝子の5'非翻訳領域(5'UTR)をさらに含み得る。1つの好ましい5 'UTRは、RAmy1A遺伝子由来のものであり、これは、遺伝子転写物の安定性を増強 するために有効である。キメラ遺伝子は、コード配列の下流に、上記のイネまた はオオムギαアミラーゼ遺伝子の1つのような誘導可能単子葉植物遺伝子由来の 3'非翻訳領域(3'UTR)をさらに含み得る。1つの好ましい3'UTRは、RAmy1A遺伝子 由来である。 この方法が、単子葉植物細胞培養でのタンパク質産生に用いられる場合、好ま しいプロモーターは、RAmy3DおよびRAmy3E遺伝子プロモーターであり、これは、 細胞培養において、糖の枯渇によりアップレギュレートされる。この遺伝子が発 芽種子でのタンパク質産生に用いられる場合、好ましいプロモーターは、RAmy1A 遺伝子プロモーターであり、これは、種子発芽の間にジベレリン酸によりアップ レギュレートされる。遺伝子が、種子成熟の間にアップレギュレートされる場合 、好ましいプロモーターは、オオムギ胚乳特異的B1ホルデインプロモーターであ る。 本発明はまた、上記の方法によって産生される成熟異種タンパク質を含む。こ のタンパク質は、タンパク質が産生される単子葉植物に特徴的であるグリコシル 化パターンを有する。このグリコシル化パターンは、以下からなる群より選択さ れる:(i)ヒトで産生された成熟α1アンチトリプシン(AAT)と同一のN末端アミ ノ酸配列を有する成熟グリコシル化AATおよび非グリコシル化成熟AATの血清半減 期を実質的に超えて血清半減期を増加するグリコシル化パターンを有する成熟グ リコシル化AAT;(ii)ヒトで産生された成熟アンチトロンビンIII(ATIII)と同一 のN末端アミノ酸配列を有する成熟グリコシル化ATIII;(iii)Bacillusで産生さ れたズブチリシンBPN'と同一なN末端アミノ酸配列を有する成熟グリコシル化BP N'。 本発明は、上記の方法に従って成熟異種タンパク質を産生し得る植物細胞およ び種子もまた含む。 本発明のこれらの目的および他の目的ならびに特徴は、以下の発明の詳細を添 付の図面と組み合わせて読む場合、より十分に理解される。 図面の簡単な説明 図1は、下部列において、配列番号1として同定される、本発明で使用される RAmy3Dシグナル配列部分のアミノ酸配列を示し;中央の列では、配列番号2とし て同定される、その対応する天然のコード配列を示し;および上部列では、配列 番号3として同定される対応するコドン最適化配列を示す; 図2は、本発明の実施態様に従って構築されたキメラ遺伝子の成分を示す; 図3Aおよび3Bは、本発明の1つの実施態様に従って細胞培養にて成熟タンパク 質を産生するために、単子葉植物を形質転換する際に使用するための例示的な形 質転換ベクターの構築を示す(RAmy3Dプロモーターおよびシグナル配列の制御下 の天然の成熟AATコード配列); 図4は、イネ細胞培養におけるAAT産生の代謝的調節の因子を示す; 図5は、AATのC末端領域に対して惹起された抗体を用いるAATの免疫検出を示 す; 図6は、形質転換されたイネ細胞株18F、11B、および27Fにより産生されたAAT のウェスタンブロット分析を示す; 図7は、ヒト産生形態AATおよびイネ産生形態AATのエラスターゼ:AAT複合体形 成の時間経過を示す; 図8は、本発明に従って産生され、本明細書中、配列番号22として同定される 成熟α1アンチトリプシン(AAT)のN末端配列を示す; 図9は、本発明に従って産生されるATIIIのウェスタンブロットを示す; 図10は、コドン最適化配列および天然のコード配列からの発現を比較した、 植物産生BPN'のウェスタンブロットを示す; 図11は、イネカルス細胞培養でのBPN'コドン最適化(AP106)対BPN'天然(AP101) 発現の比活性を比較する;そして 図12は、本発明に従った発芽種子で産生されたHSAのウェスタンブロットを示 す。 配列の簡単な説明 配列番号1は、RAmy3Dシグナルペプチドのアミノ酸配列である; 配列番号2は、RAmy3Dシグナルペプチドをコードするネイティブ配列である; 配列番号3は、RAmy3Dシグナルペプチドをコードするコドン最適化配列である ; 配列番号4は、RAmy1Aシグナルペプチドのアミノ酸配列である; 配列番号5は、RAmy1A遺伝子由来の5'UTRである; 配列番号6は、RAmy1A遺伝子由来の3'UTRである; 配列番号7は、成熟α1-アンチトリプシン(AAT)のアミノ酸配列である; 配列番号8は、成熟AATの配列のネイティブDNAコード配列である; 配列番号9は、成熟アンチトロンビンIII(ATIII)のアミノ酸配列である; 配列番号10は、成熟ATIIIの配列のネイティブDNAコード配列である; 配列番号11は、成熟ヒト血清アルブミン(HSA)のアミノ酸配列である; 配列番号12は、成熟HSAの配列のネイティブDNAコード配列である; 配列番号13は、ネイティブプロBPN'のアミノ酸配列である; 配列番号14は、プロBPN'のネイティブDNAコード配列である; 配列番号15は、BPN'の「プロ」部分のアミノ酸配列である; 配列番号16は、ネイティブ成熟BPN'のアミノ酸配列である; 配列番号17は、全ての強力なN-グリコシル化部位が表2に従って除去されて いる、成熟BPN'改変体のアミノ酸配列である; 配列番号18は、RAmy3Dシグナル配列/成熟α1-アンチトリプシン融合タンパ ク質をコードするコドン最適化配列である; 配列番号19は、ネイティブ成熟アンチトロンビンIIIコード配列と融合した コドン最適化RAmy3Dコード配列を有する、RAmy3Dシグナル配列/成熟ATIII融合 タンパク質をコードする配列である; 配列番号20は、ネイティブ成熟HSAコード配列と融合したコドン最適化RAmy3 Dコード配列を有する、RAmy3Dシグナル配列/成熟ヒト血清アルブミン融合タン パク質をコードする配列である; 配列番号21は、RAmy3Dシグナル配列/プロズブチリシンBPN'融合タンパク質 をコードするコドン最適化配列である; 配列番号22は、本発明に従って作製された成熟α1-アンチトリプシンのN-末 端配列である; 配列番号23は、実施例1の中間体p3DProSig構築物の調製に使用されるオリ ゴヌクレオチドである; 配列番号24は、配列番号23の相補体である; 配列番号25は、実施例1の中間体p3DProSigENDlink構築物の調製に使用され るオリゴヌクレオチドである; 配列番号26は、配列番号25の相補体である; 配列番号27は、実施例1の中間体p1AProSig構築物の調製に使用される6つ のオリゴヌクレオチドの1つである; 配列番号28は、実施例1の中間体p1AProSig構築物の調製に使用される6つ のオリゴヌクレオチドの1つである; 配列番号29は、実施例1の中間体p1AProSig構築物の調製に使用される6つ のオリゴヌクレオチドの1つである; 配列番号30は、実施例1の中間体p1AProSig構築物の調製に使用される6つ のオリゴヌクレオチドの1つである; 配列番号31は、実施例1の中間体p1AProSig構築物の調製に使用される6つ のオリゴヌクレオチドの1つである; 配列番号32は、実施例1の中間体p1AProSig構築物の調製に使用される6つ のオリゴヌクレオチドの1つである; 配列番号33は、実施例1に従うAATコード配列のPCR増幅に使用されるN-末端 プライマーである;および 配列番号34は、実施例1に従うAATコード配列のPCR増幅に使用されるC-末端 プライマーである; 発明の詳細な説明 I.定義: 下記の用語は、明細書中で他に示さない限り、次の意味を有する。 「細胞培養物」は、適切な増殖培地中で増殖しているかまたは懸濁されている 、細胞および細胞の集団、典型的にはカルス細胞をいう。 「発芽」は、種子の休止状態の破壊、および種子の胚乳のデンプンの効果的な 分解を行う酵素の産生を含む、種子の代謝活性の回復をいう。 「誘導可能」は、低分子の存在または非存在によってアップレギュレートされ るプロモーターを意味する。それは間接的な誘導および直接的な誘導の両方を含 む。 「発芽の間に誘導可能」は、発芽の前に実質的にサイレントであるが、全体的 にサイレントではなく、しかし、発芽および種子の中での発生の間、実質的に( 25%より大)活動(turn on)であるプロモーターをいう。発芽の間、誘導可能な プロモーターの例は下記に示される。 「低分子」は、プロモーター誘導の文脈において、代表的には1kDal未満の小 さい有機物または生物有機分子である。そのような低分子の例は、糖、糖誘導体 (リン酸誘導体を含む)、および植物ホルモン(例えば、ジベレリン酸またはア ブシジン酸)を含む。 「特異的に調節可能」は、例えば、低分子による、細胞内の全体的な転写の増 加または減少のような、非特異的な効果とは反対に、1つのプロモーターまたは プロモーターの一群(例えば、α-アミラーゼ遺伝子ファミリー)からの転写に 優先的に影響を与える低分子の能力をいう。 「種子成熟」または「穀粒発生」は、受精によって開始され、そこで代謝可能 な貯蔵物(例えば、糖類、オリゴ糖類、デンプン、フェノール類、アミノ酸、お よびタンパク質)が、液胞を標的にするかまたはせずに、種子(穀粒)中の多様 な組織(例えば、胚乳、種皮、糊粉層、および胚盤上皮(scutellar epithelium ))へ蓄積され、穀粒拡大、穀粒の充填を導き、そして穀粒の乾燥によって終了 する期間をいう。 「種子成熟の間に誘導可能」は、種子成熟の間に実質的に(25%より大)作動 するプロモーターをいう。 「異種DNA」または「外来DNA」は、別の供給源からの植物細胞、または同じ植 物の供給源を含む植物の供給源であるが、通常は異種DNAの発現を調節していな いプロモーターまたはターミネーターの制御下にある植物細胞に導入されたDNA をいう。 「異種タンパク質」は、異種DNAによりコードされる、ポリペプチドを含むタ ンパク質である。「転写調節領域」または「プロモーター」は、転写の開始に影 響を与えるかおよび/または促進する核酸配列をいう。プロモーターは、代表的 には、エンハンサーまたはインデューサーエレメントといった調節領域を含むと 考えられる。 「キメラ遺伝子」は、本発明の文脈において、代表的には、異種遺伝子産物を コードするDNA配列、例えば、選択マーカー遺伝子または融合タンパク質遺伝子 に作動可能に連結されたプロモーター配列を含む。キメラ遺伝子はまた、さらな る転写調節エレメント、例えば、転写終結シグナル、および終止コドンのような 翻訳調節シグナルを含み得る。 「作動可能に連結する」とは、異種タンパク質を発現する単位として機能する 、キメラ遺伝子または発現カセットの構成成分をいう。例えば、タンパク質をコ ー ドする異種DNAに作動可能に連結されたプロモーターは、異種DNAに対応する機能 的なmRNAの産生を促進する。 DNA分子によりコードされる「産物」は、例えば、RNA分子およびポリペプチド を含む。 代謝物の文脈における「除去」は、洗浄、および吸収を通しての代謝物の枯渇 といった物理的除去、ならびに細胞による代謝物の代謝の両方を含む。 「実質的に単離された」はいくつかの文脈で使用され、そして代表的には、関 係のないまたは混在する成分を分離する、タンパク質またはポリペプチドの少な くとも部分精製をいう。タンパク質またはポリペプチドの単離または精製の方法 および手順は、当該分野で公知である。 本発明で使用する「安定に形質転換された」とは、多くの世代を通して伝達さ れる、そのゲノムに安定に組み込まれた外来の核酸分子を有する、穀物の細胞ま たは植物をいう。 「α1-アンチトリプシン」または「AAT」は、配列番号7により同定されるAAT タンパク質と実質的に同一かまたは相同的なアミノ酸配列を有する、プロテアー ゼインヒビターをいう。 「アンチトロンビンIII」または「ATIII」は、トロンビンおよび第Xa因子のヘ パリン活性化インヒビターであり、そして配列番号9により同定されるATIIIタ ンパク質と実質的に同一かまたは相同的なアミノ酸配列を有するものをいう。 「ヒト血清アルブミン」または「HSA」は、配列番号11により同定される成 熟HSAタンパク質と実質的に同一かまたは相同的なアミノ酸配列を有するタンパ ク質をいう。 「ズブチリシン」または「ズブチリシンBPN」または「BPN」は、B.amyloliqu efaciensにより天然に産生されるプロテアーゼ酵素をいい、そして配列番号16 の配列またはそれに相同な配列を有する。 「プロBPN'」は、BPN'の折り畳みおよび活性化を補助するシャペロンポリペプ チドとして機能する約78アミノ酸の「プロ」部分を有し、そして配列番号13の 配列またはそれに相同な配列を有する、BPN'の形態をいう。 「コドン最適化」は、ネイティブコドンを、宿主植物中で最適なコドンに対応 するコドンに置換するための、遺伝子のコード配列における変化をいう。 DNA配列は、それがその遺伝子のセグメントまたは領域の配列に一致する場合 、例えば、イネまたはオオムギのα-アミラーゼ遺伝子に「由来する」。遺伝子 由来であり得る遺伝子のセグメントは、遺伝子のプロモーター領域、5'非翻訳領 域、および3'非翻訳領域を含む。II .形質転換植物細胞 本発明のプロセスに使用される植物は単子葉由来であり、特にGramineaeとし て知られる分類学的ファミリーのメンバーである。このファミリーは、その食用 種が穀物として知られる、草本のファミリーの全てのメンバーを含む。穀物は、 コムギ(Triticum sps.)、イネ(Oryza sps.)、オオムギ(Hordeum sps.)、 オートムギ(Avena sps.)、ライムギ(Secale sps.)、トウモロコシ(Zea sps .)およびキビ(Pennisettum sps.)といった広範な多様な種を含む。本発明に おいて、好ましいファミリーメンバーはイネおよびオオムギである。 ファミリーのメンバー由来の植物細胞または組織は、種々の標準的な技術(例 えば、エレクトロポレーション、プロトプラスト融合またはマイクロパーティク ルボンバードメント)を用いて、発現構築物(すなわち、目的の遺伝子が挿入さ れたプラスミドDNA)を用いて形質転換される。発現構築物は、転写調節領域( プロモーター)を含む。その転写は、糖(例えば、培養培地中または植物組織( 例えば、発芽種子)中のショ糖)の減少または欠乏のような、低分子の存在また は非存在により、特異的にアップレギュレートされる。本発明において、パーテ ィクルボンバードメントは、好ましい形質転換手順である。 構築物はまた、植物細胞からの分泌に適した形態である、成熟異種タンパク質 をコードする遺伝子を含む。組換え異種タンパク質をコードする遺伝子は、代謝 的に調節されるプロモーターの制御下に置かれる。代謝的に調節されるされるプ ロモーターは、mRNA合成または転写が低分子またはホルモン分子によって抑制さ れるかまたはアップレギュレートされるプロモーターであり、例えば、イネのRA my3DおよびRAmy3Eプロモーターである。これらは細胞培養物中で糖欠乏によりア ップレギュレートされる。再生されたトランスジェニック植物由来の発芽種子中 のタンパク質産生のために、好ましいプロモーターは、種子が発芽する間にジベ レリン酸によってアップレギュレートされる、Ramy 1Aプロモーターである。発 現構築物はまた、以下で記載するように、AATの効果的な翻訳を促進するために 付加的な調節DNA配列(例えば、好ましいコドン、終止配列)を利用する。 A.植物発現ベクター 本発明の使用のための発現ベクターは、キメラ遺伝子(または発現カセット) を含む。これは植物における操作のために設計され、発現カセットから上流およ び下流のコンパニオン配列を有する。コンパニオン配列はプラスミドまたはウイ ルス起源であり、そしてベクターにバクテリアから所望される植物宿主へDNAを 移動させるためにベクターに必要な特徴を提供する。適切な形質転換ベクターは 、1995年5月25日に公開された、関連出願PCT WO 95/14099(これは、本明細書 中で参考として援用される)に記載されている。誘導可能なプロモーター、シグ ナルペプチドをコードする配列、成熟異種タンパク質をコードする配列、および 適切な終結配列を含む発現ベクターの適切な成分は、以下で議論される。1つの 例示的ベクターは、図3Aおよび3B中に図示されるp3D(AAT)v1.0ベクターである。 A1.プロモーター 転写調節領域またはプロモーター領域が、選択された培養条件下(例えば、培 養物中の糖欠乏または出芽種子中の水分の取り込み、続いてジベレリン酸の産生 )での誘導を可能にする様式で調節されるように選択される。適切なプロモータ ーおよびこれらの選択した方法は、上で援用したPCT出願WO 95/14099中で詳細に されている。このようなプロモーターの例は、穀物のα−アミラーゼ遺伝子およ びスクロースシンターゼ遺伝子を転写するプロモーターを含み、そして糖のよう な低分子、糖欠乏、または植物ホルモン(例えば、ジベレリン酸またはアブシジ ン酸(absissic acid))によって抑制されるかまたは誘導される。代表的なプロ モーターは、イネα−アミラーゼRAmy1A、RAmy1B、RAmy2A、RAmy3A、RAmy3B、RA my3C、RAmy3D、およびRAmy3E遺伝子由来のプロモーター、ならびにpM/C、gKAmy1 41、gKAmy155、Amy32b、およびHV18オオムギα−アミラーゼ遺伝子由来のプロ モーターを含む。これらのプロモーターは、例えば、ADVANCES IN PLANT BIOTEC HNOLOG YRyu,D.D.Y.ら編、Elsevier,Amsterdam,1994,37頁(これは、本明細 書中で参考として援用される)に記載される。他の適切なプロモーターは、イネ およびオオムギ由来のスクロースシンセターゼおよびスクロース−6−リン酸シ ンセターゼ(SPS)プロモーターを含む。 他の適切なプロモーターは種子成熟条件下での誘導を可能するための様式にお いて調節されるプロモーターを含む。このようなプロモーターの例は、以下の単 子葉植物保存タンパク質:イネグルテリン、オリジン(oryzin)、およびプロラミ ン、オオムギホルデイン(hordein)、コムギグリアジンおよびグルテリン、ト ウモロコシゼインおよびグルテリン、オートムギグルテリン、およびサトウモロ コシカフィリン(kafirin)、キビペニセチン(pennisetin)、およびライムギセカ リン(secalin)に関連するプロモーターを含む。 出芽種子における発現のための好ましいプロモーターは、イネαアミラーゼRA my1Aプロモーター(シベレリン酸によりアップレギュレートされる)である。細 胞培養物中での発現のための好ましいプロモーターは、イネαアミラーゼRAmy3D プロモーターおよびαアミラーゼRAmy3Eプロモーター(培養物中で糖欠失により 強くアップレギュレートされる)である。これらのプロモーターはまた、種子発 芽の間活性である。成熟している種子中の発現のための好ましいプロモーターは 、オオムギ胚乳特異的B1ホルデインプロモーターである(Brandt,A.ら、(1985 )Carlsberg Res.Commun.50:333-345)。 キメラ遺伝子はさらに、プロモーターとコード配列との間に、誘導可能な単子 葉植物遺伝子の5'非翻訳領域(5'UTR)(例えば、上述のイネαアミラーゼ遺伝子 またはオオムギαアミラーゼ遺伝子の1つ由来の5'UTR)を含み得る。1つの好 ましい5'UTRは、遺伝子転写の安定性を増強するために効果的なRAmy1A遺伝子由 来の5'UTRである。この5'UTRは、本明細書中の配列番号5により提供される配列 を有する。 A2.シグナル配列 目的のタンパク質をコードすることに加えて、キメラ遺伝子は、タンパク質の プロセシングおよび転移を可能にするシグナル配列(またはシグナルペプチド) を適切にコードする。適切なシグナル配列は上記で参考にしたPCT出願WO95/1409 9中に記載される。1つの好ましいシグナル配列は配列番号1として同定され、R Amy3Dプロモーター由来である。別の好ましいシグナル配列は配列番号4として 同定され、RAmy1Aプロモーター由来である。植物シグナル配列は成熟タンパク質 をコードする異種核酸を有してインフレームで配置され、シグナルペプチドに対 応するN-末端領域を有する融合タンパク質をコードし、そしてシグナルペプチド のC末端アミノ酸、成熟異種タンパク質のN−末端アミノ酸に直接隣接する構築 物を形成する。発現融合タンパク質は続いて分泌され、そしてシグナルペプチド と成熟タンパク質との接合部で正確にシグナルペプチダーゼによりプロセスされ 、成熟異種タンパク質を産生する。 本発明の別の実施態様において、融合タンパク質遺伝子中のコード配列(少な くともシグナル配列コード領域において)は、以下に記載されるような植物細胞 (例えば、イネ細胞)において最適な発現のためのコドン最適化であり得る。図 1中の上列は、配列番号3として本明細書中で同定されるRAmy3Dシグナル配列の ための1つのコドン最適化コード配列を示す。 A3.天然に存在する異種タンパク質コード配列 (i)αアンチトリプシン: 成熟ヒトAATは、配列番号7として本明細書中で同 定される配列を有する394のアミノ酸から構成される。タンパク質はアスパラギ ン46、83、および247にN−グリコシル化部位を有する。対応する天然のDNAコー ド配列は配列番号8として本明細書中で同定される。 (ii)アンチトロンビンIII:成熟ヒトATIIIは、配列番号9として本明細書中で 同定される配列を有する432のアミノ酸からなる。このタンパク質は、4つのア スパラギン残基96、135、155、および192にN-グリコシル化部位を有する。対応 する天然のDNAコード配列は、配列番号10として本明細書中で同定される。 (iii)ヒト血清アルブミン:ヒト血清中で見い出されるような成熟HSAは、配列 番号11として本明細書中で同定される配列を有する585アミノ酸からなる。この タンパク質はN結合化グルコシル化部位を有さない。対応する天然DNAコード配列 は、配列番号12として本明細書中で同定される。 (iv)ズブチリシンBPN':B.amyloliquefaciens中で産生されるような天然のプ ロBPN'は、配列番号13として本明細書中で同定される配列を有する352のアミノ 酸からなる。対応する天然のDNAコード配列は、配列番号14として本明細書中で 同定される。プロBPN'ポリペプチドは、配列番号15として本明細書中で同定され る77アミノ酸の「プロ」部分を含む。ポリペプチドの残部(成熟活性BPN'を形成 する)は、配列番号16により本明細書中で同定される275のアミノ酸配列である 。Bacillus中で産生されるような天然のBPN'はグリコシル化されない。 A4.コドン−最適化コード配列 本発明の1つの局面により、植物細胞宿主中に見出される、主にまたは排他的 に最も高い頻度のコドンを含むことによって異種遺伝子の天然のコード配列を改 変することによって、数倍の増強の発現レベルが植物細胞培養物中で達成され得 ることが発見されている。 この方法は、イネ植物細胞中の異種遺伝子の発現について示され、この方法は 任意の単子葉植物に一般に適用可能であることが認識されている。最初の工程と して、イネ由来の公知の遺伝子コード配列の代表的な組が組み立てられる。次い で、配列はそれぞれのアミノ酸におけるコドン頻度について分析され、そして最 も頻度の高いコドンがそれぞれのアミノ酸について選択される。このアプローチ は初期に報告したコドンマッチング方法とは異なり、この方法では、1回を超え る頻度のコドンが、少なくともいくつかのアミノ酸について選択される。イネお よびオオムギについてこの様式で選択される最適なコドンが表1に示される。 上記のように、キメラ遺伝子中の融合タンパク質をコードする配列は、シグナ ル配列中の最終(C-末端)コドンが異種タンパク質の成熟型におけるN-末端アミノ 酸のコドンに直接に続くように構築される。本発明に従って、例示的な融合タン パク質遺伝子が以下のように本明細書中で同定される: 配列番号18、これは、RAmy3Dシグナル配列/成熟α1−アンチトリプシンから なる融合タンパク質のコドン最適化コード配列に対応する; 配列番号19、これは、コドン最適化RAmy3Dシグナル配列および天然の成熟アン チトロンビンIII配列からなる融合タンパク質コード配列に対応する; 配列番号20、これは、コドン最適化RAmy3Dシグナル配列および天然の成熟ヒト 血清アルブミン配列からなる融合タンパク質コード配列に対応する; 配列番号21、これは、融合タンパク質RAmy3Dシグナル配列/プロスブチリジン BPN'のコドン最適化コード配列に対応する。この場合、プロズブチリシンは「成 熟」タンパク質分泌されたプロズブチリシンとみなされ、ここで活性な成熟ズブ チリシンへ自己触媒し得る。 好ましい実施態様において、BPN'をコードする配列は、天然のBPN'はグリコシ ル化されないので、強力なN-グリコシル化部位を取り除くためにさらに改変され る。表2は、ズブチリシンBPN'中の全ての強力なN-グリコシル化部位を取り除く 、好ましいコドン置換を示す。配列番号17は、表2に提供される置換体を含む成 熟BPN'アミノ酸配列に対応する。 1.熱安定的に改良された;Bryanら、Proteins:Structure,Function,and Genet ics 1:326(1986). A5.転写および翻訳のターミネーター キメラ遺伝子はまた、コード配列の下流、誘導可能な単子葉植物遺伝子(例え ば、上述した、一つのイネαアミラーゼ遺伝子またはオオムギαアミラーゼ遺伝 子)由来の3'非翻訳領域(3'UTR)を含む。1つの好ましい3'UTRは、RAmy1A遺伝子 由来の遺伝子である(この配列は配列番号6により提供される)。この配列は、 ポリアデニル化部位に対する非コード配列5'、ポリアデニル化部位、および転写 終結配列を含む。転写終結領域は、発現を増強するためのmRNAの安定性について 特に選択され得る。ポリアデニル化テール(AlberおよびKawasaki,1982,Mol.an d Appl.Genet.1:419-434)はまた、高いレベルの転写を最適化するために、およ び転写終結を適切にするために、それぞれ、発現カセットへ一般的に加えられる 。ポリアデニル化配列はAgrobacteriumオクトピンシンセターゼシグナル(Gielen ら、EMBO J.3:835-846(1984))、または同種のノパリンシンターゼ(Depickerら 、Mol.Appl.Genet.1:561-573(1982))を含むが、これらに限定されない。 異種タンパク質の究極的発現は、真核生物細胞(この場合、イネ科草本ファミ リーのメンバー)中でおこるので、クローン化遺伝子の任意の部位が、宿主のス プライシング機構によりイントロンとしてプロセスされる配列を含むかをどうか を決定することが所望される。その場合、「イントロン」領域の部位特異的突然 変異誘発は、偽イントロンコードとして遺伝子メッセージの一部の欠損を阻止す るように実施され得る(ReedおよびManiatis,Cell 41:95-105(1985))。 図2は、本発明に従って構築され、そしてイネ細胞懸濁液培養物におけるタン パク質発現の使用のために特に意図される、1つの好ましいキメラ遺伝子の要素 を示す。この遺伝子は、5'から3'方向において、RAmy3D遺伝子由来のプロモータ ー(細胞培養物中で糖欠損とともに誘導され得る)、RAmy1A遺伝子由来の5'UTR (遺伝子転写物へ増強した安定性を与える)、RAmy3Dシグナル配列をコードする 領域(上で同定されるような)、産生されるべき異種タンパク質のコード領域、 およびRAmy1A遺伝子由来の3'UTR領域を含む。 III.植物形質転換 植物の形質転換のために、キメラ遺伝子を、植物での操作のために設計した適 切な発現ベクター中におく。ベクターは、DNAを細菌から所望の植物宿主に移す ことをベクターが可能にするのに必要な性質をベクターに提供する、プラスミド またはウイルス起源の適切なエレメントを含有する。適切な形質転換ベクターは 、本明細書中参考として援用される、関連PCT出願WO 95/14099(1995年5月25日 に公開)に記載されている。上記のキメラ遺伝子を含む発現ベクターの適切な構 成要素を、下記に論ずる。1つの例示的なベクターは、実施例1に記載のp3Dv1. 0ベクターである。 A. 形質転換ベクター 本発明のキメラ遺伝子を含むベクターはまた、植物細胞において使用するため の選択マーカー(例えば、カナマイシンを含有する培地における選択のためのnp tIIカナマイシン耐性遺伝子、またはホスフィノスリシン(PPT)を含む培地におけ る選択のためのホスフィノスリシンアセチルトランスフェラーゼ遺伝子)を含有 し得る。 ベクターはまた、複製起点、ならびに抗生物質および除草剤耐性遺伝子(例え ば、HPH(Hagioら、Plant Cell Reports 14:329(1995);van der Elzer、Plant Mo l.Biol.5:299-302(1985))のような選択マーカーを含有する配列のような、第 2の宿主におけるこれらの選択および増殖を可能にする配列を含有し得る。代表 的な第2の宿主としては、細菌および酵母が挙げられる。1つの実施態様におい て、第2の宿主は、複製起点がcolE1型であり、そして選択的マーカーがアンピ シリン耐性遺伝子をコードする遺伝子であるEscherichia coliである。このよう な配列は、当該分野において周知であり、そしてその上商業的に利用可能である (例えば、Clontech,Palo Alto,CA;Stratagene,La Jolla,CA) 本発明のベクターはまた、Agrobacterium tumefaciensベクターと相同な領域 、Agrobacterium tumefaciens由来のT-DNA境界領域、ならびにキメラ遺伝子また は発現カセット(上記)を含有する中間体植物形質転換プラスミドに改変され得 る。さらに、本発明のベクターは、Agrobacterium tumefaciensの無力化された 植物腫瘍誘導可能プラスミドを含有し得る。 実施例1に記載され、そしてRAmy3D遺伝子由来のプロモーターを有するベクタ ーは、RAmy3Dプロモーターが細胞培地での糖の欠乏により誘導される、細胞培養 中での成熟タンパク質の生産方法における使用のために適切である。他のプロモ ーターも上記の他の用途で選択され得る。例えば、出芽中の種子における成熟タ ンパク質発現について、コード配列は、種子出芽中にジベレリン酸により誘導さ れるイネαアミラーゼRAmy1Aプロモーターの制御下におかれ得る。 B.植物細胞の形質転換 植物細胞(例えば、植物プロトプラスト細胞)の直接的あるいはベクターによ る形質転換の種々の方法が記載されている(例えば、上記に引用したPCT出願 WO 95/14099)。参考文献に記載されているとおり、植物形質転換に用いられる 選択マーカーの発現を指向するプロモーター(例えば、nptII)は、植物宿主で 効果的に作動するべきである。1つのこのようなプロモーターは、ネイティブTi プラスミド由来のnosプロモーター(Herrera-Estellaら、Nature,303:209-213( 1983))である。他に、カリフラワーモザイクウイルスの35Sおよび19Sプロモー ター(Odellら、Nature 313:810-812(1985))および2'プロモーター(Veltenら 、EMBO J.3:2723-2730(1984))が挙げられる。 1つの好ましい実施態様において、胚盤(scutulum)組織細胞を露出するため 、成熟種子の胚細胞および胚乳を除去する。細胞は、DNA衝撃もしくは注入、ま たはベクターによる形質転換(例えば、細胞をAgrobacterium感染に対して感受 性とするため、胚盤細胞をマイクロパーティクルで衝撃した後の、Agrobacteriu m感染(Bidneyら、Plant Mol.Biol.18:301-313,1992))により、形質転換され 得る。 1つの好ましい形質転換は、一般に、Sivamani,E.ら、Plant Cell Reports 1 5 :465(1996);Zhang,S.ら、Plant Cell Reports 15:465(1996);およびLi,L.ら 、Plant Cell Reports 12:250(1993)に詳述された方法に従う。手短に言えば、 イネ種子を標準的な方法で滅菌し、そして種子からのカルス誘導を、2,4Dを含む MB培地について行う。第一のインキュベーション期間中、カルス組織が種子の胚 周辺に形成される。インキュベーション期間の終わり(例えば、28℃で14日間) までに、カルスは約0.25〜0.5cmの直径である。次いで、カルスの固まりを種子 より引き離し、そして新しいNB培地上におき、再度、28℃で14日間インキュベー ションする。第2のインキュベーション期間の後、サテライトカルスは本来の「 マザー(mother)」カルスの固まりの周囲に発生する。これらのサテライトカル スは、最初の組織より、わずかにより小さく、より緻密であり、そして、より輪 郭がはっきりとしている。新しい培地へ移されるのは、これらのカルスである。 「マザー」カルスは、移さない。目的は、さらなる培養のために、最も強く、最 も精力的に増殖する組織を選ぶことのみににある。 衝撃されるカルスは、14日齢の2次培養より選択した。大きさ、形態、色およ び密度は全て、形質転換にとって至適な生理条件においてカルスを選択する際に 重要である。カルスは、直径0.8〜1.1mmの間であるべきである。カルスは、粗い 外面を有する球状の固まりとして出現するべきである。 形質転換は、上記に引用した参照に詳述しているとおり、粒子衝撃により行う 。形質転換の工程の後、細胞は代表的に、選択マーカー遺伝子の発現を可能にす る条件下で生育した。好適な実施態様において、選択マーカー遺伝子は、HPHで ある。均一に安定的に形質転換した細胞株を生産するために、形質転換細胞を、 多段階の選択下で培養することが好ましい。 IV. 成熟異種タンパク質の細胞培養産生 トランスジェニック細胞(代表的にはカルス細胞)を、植物細胞の増殖を支持 する条件下で、細胞が所望の細胞密度に到達するまで培養し、次いで、所定のプ ロモーターの制御下にある成熟タンパク質の発現を支持する条件下で培養した。 好ましい培養条件を、下記および実施例2に記載した。培地に分泌された成熟タ ンパク質の精製は、当業者に公知である標準的な技術による。 成熟AATの産生:好ましい実施態様において、培養培地は、金属により触媒さ れるAATの分解を減少させるために、リン酸緩衝液(例えば、20mMリン酸緩衝液p H6.8、実施例2に記載)を含有する。あるいは、または加えて、例えばEDTAのよ うな金属キレート試薬を、培地に添加し得る。 実施例2に記載の細胞培養方法に続き、細胞培養培地を部分精製し、そして図 4に示すように、AATを含む画分をウエスタンブロットで分析した。初めの2レ ーン(「リン酸」)は、エラスターゼの存在下および非存在下(「+E」および 「−E」)の両方における、AATのバンドを示す。この場合、エラスターゼ存在 下の高分子量のバンドは、およそ58〜59kdalのAAT/エラスターゼ複合体に相当 する。また、図に示されるように、発現はショ糖非存在下で高く、しかしショ糖 存在下でほとんど検出不可能であった。 グリコシル化の程度(SDS-PAGEの見かけ上の分子量より決定される)を確認す るために、培養中に産生されるタンパク質をSDS-PAGEで分画し、そして図5に示 すように、AATのC未端部分に対し産生させた標識抗体で免疫検出した。レーン 4は、ヒトAATを含み、そしてその移動位置は約52kdalに相当する。レーン3は 、 植物で産生したAATであり、約49〜50kdalの見かけ上の分子量を有し、グリコシ ル化の程度はヒトAATで見出されるグリコシル化の60〜80%に達することを示す (非グリコシル化AATの分子量は45kdalである)。 同様の結果を、図6のウエスタンブロットに示した。この図のレーン1〜3は 減少した量(15、10、および5ng)のヒトAATに;レーン4は非発現性の植物細胞 株由来の上清10μlに;レーン5および6はAATを発現している植物細胞株11Bお よび27F由来の上清10μlにそれぞれ相当し、そしてレーン7は250ngのトリプシ ンを加えた細胞株27F由来の上清10μlに相当する。レーン7の上向きの移動度の 変化は、トリプシンと植物で生産したAAT間の会合を示す。 植物で産生したAATのエラスターゼに結合する能力を図7に示す。図7は、52k dalヒトAAT(レーン1〜4)および49〜50kdalの植物で生産したAATの、30分 結合インターバルにわたる、分子量変化を示す。 成熟タンパク質が所望のN末端とともに分泌型として産生されることを示すた めに、上記のとおり構築し、そして成熟α1アンチトリプシンのコード配列を有 するキメラ遺伝子を発現し、実施例2に記載のとおり細胞培養中に分泌させた。 次いで、単離したタンパク質のN末端領域をシーケンスし、図8に示したN末端 配列を得た。本明細書中の配列番号22と同一であるこの配列は、ネイティブ成熟 α1アンチトリプシンと同一のN末端残基を有している。 成熟ATIIIの産生:好ましい実施態様において、培養培地はMES緩衝液,pH6.8 を含有する。図9のレーン4および6に示した、産生されたATIIIタンパク質の ウエスタンブロット分析は、ショ糖非存在下(存在下ではない)で生育した場合 、細胞株42および46において、ATIII(レーン1)に相当するバンドを示した。 成熟BPN'の生産:BPN'が酵素のプロBPN'型として分泌される本発明の1つの実 施態様において、酵素のシャペロン「プロ」部分は、酵素のフォールディングを 促進し、そして、活性な成熟型BPN'を残して酵素より切り出される。別の実施態 様において、酵素を遊離型のシャペロン存在下で生じる活性型に変換しながら( Ederら、Biochem.(1993)32:18-26;Ederら、(1993)J.Mol.Biol.223:293- 304)、成熟酵素は「プロ」シャペロン部分と同時発現し、そして同時分泌され る。本発明のさらに別の実施態様において、BPN'は、pHが6〜8の範囲であり得 る場合、不活性型として分泌され、引き続き不活性型の活性化がなされる(例え ば、酵素の単離後、「プロ」シャペロン部分にさらすことにより、例えば、固体 支持体に固定化することにより)。 これら両方の実施態様において、BPN'の活発な発現および分泌の期間の間、培 養培地を、5および6の間のpHに、好ましくは約5.5に維持して、通常アルカリpH で活性なBPN'を至適活性未満のpHに保つ。 コドンを宿主植物において最も頻繁にあるコドンへ最適化することは、図11 に示すように、細胞培養において発現された異種タンパク質のレベルの数倍の増 強をもたらした。増強の程度は、ウエスタンブロット分析からわかる(2つの細 胞株について図10に示し、および図11でさらに実証した)。図10のレーン 2(左より2番目)は、ネイティブプロBPN'コード配列で形質転換した細胞由来 の培養物で得られたBPN'のウエスタンブロットを示す。観察された2つのバンド は、プロBPN'の分子量に相当する分子量約35kdalの低分子量タンパク質に相当す る。上部のバンドは、おそらくグリコシル化された、いくらか高分子量の種に相 当する。 図の第1レーンは、配列番号21で同定されるコドンを最適化したプロBPN'配 列で形質転換した植物細胞による培養で生産されたBPN'ポリペプチドを示す。比 較する目的のために、細胞密度を調製した、同一容量の培養培地をレーン1およ び2の両方に加えた。示されるように、コドンを最適化した配列では、産生され たBPN'酵素の量は、ネイティブコード配列で生産されるズブチリシンBPN'より数 倍高かった。さらに、暗いバンドまたは成熟ペプチド(分子量27.5kdal)に相当 するバンドが観察された。しかし、真上の35kDのバンドは、さらに活性型に切り 出さる前成熟産物であり得る、より明白なバンドであることに注目すべきである 。 図11は、イネカルス細胞培養でのコドンを最適化したBPN'(AP106)対ネイテ ィブBPN'(AP101)発現物の比活性を、DelMar,E.G.ら、(1979;Anal.Biochem. 99:316-320)に記載された発色性ペプチド基質suc-Ala-Ala-Pro-Phe-pNAを用い アッセイし、比較する。図11に示すように、コドンを最適化したキメラ遺伝子 で形質転換された細胞株のいくつかは、培養培地の比活性を測定することより 証明されるように、ネイティブプロBPN'配列で形質転換された植物細胞で観察さ れる最も高いレベルの2〜5倍のレベルのBPN'を生産した。 本発明の別の側面に従い、形質転換した植物細胞培養は、細胞培養のpHが成熟 活性BPN'の自己分解を大きく阻害するpH5.5で、BPN'を発現および分泌し得るこ とが見出された。至適pH条件をアッセイするために、様々なpH条件下でBPN'形質 転換細胞株由来の培養液を試験するため、DelMar(前出)らによって開示された アッセイ(前出)を用いた。形質転換したイネカルス細胞は、実施例2で開示さ れたのと類似の条件下(しかし、培地のpHは5〜8.0の間の選択されたpHに維持さ れる)のMES培地中で培養した。各pHにおいて、BPN'の発現および分泌の総量は 、ウエスタンブロット分析により決定した。BPN'活性は、DelMarにより記載され たアッセイ(前出)により試験され得る。 V. 発芽中の種子での成熟異種タンパク質の生産 この実施態様において、上記のとおり形質転換された単子葉細胞は、植物を再 生するために用いられ、植物の種子は収穫され、次いで、出芽し、そして成熟タ ンパク質は出芽した種子より単離された。 培養プロトプラストまたはカルス組織からの植物の再生は、標準的な方法(例 えば、Evansら、HANDBOOK OF PLANT CELL CULTURES第1巻:(MacMillan Publishi ng Co.New York,1983);およびVasil I.R.(編)によるCELL CULTURE AND SOM ATIC CELL GENETICS OF PLANTS ,Acad.Press,Orlando,第I巻,1984,および 第III巻,1986によって記載されたとおり)、および上記で引用されたPCT出願に 記載されたとおりに行われた。 A. 種子発芽条件 再生植物より得られたトランスジェニック種子は収穫され、そして最初の浸潤 (steeping)工程(ここで、水に浸した、または水を噴霧した種子は、種子の水 分含有量を35〜45%の間まで増加させる)により発芽のために調製される。この 工程は、発芽を開始させる。浸潤は、代表的には、種子が自由に流出することが 可能なように、代表的に、円錐形の末端を備え付けられた浸潤タンクで行われる 。 浸潤過程に酸素を増し加えるため、圧縮空気を加えることは、選択肢である。温 度は、種子に依存して、約22℃で制御される。 浸潤の後、種子は、水分で飽和した空気を含み、そして制御された温度および 空気流下にある発芽コンパートメントに移される。代表的な温度は、12〜25℃の 間であり、発芽は3〜7日間継続させておく。 異種タンパク質をコードする遺伝子が、糖または植物ホルモンのような代謝産 物(例えば、2〜100μMのジベレリン酸)を必要とする誘導プロモーターに、作 動可能に連結された場合、この代謝産物は、浸潤水媒体に添加、除去もしくは涸 渇させられ、および/または発芽中に用いられた水分で飽和した空気に加えられ る。種子は水性媒体を吸収し、そして発芽を始め、異種タンパク質を発現する。 次いで、媒体は回収され得、そして種子を湿度温度を制御した通気した環境下に 維持することにより、モルト化(malting)が開始され得る。このようにして、 種子は、発現に先立ち成長を開始し得るので、発現産物は、過程の間に部分的に 分解または変性される可能性がより少なくなる。 より具体的には、吸収または浸潤期の間の温度は、約15〜25℃の範囲内に保た れ、一方、発芽中の温度は通常約20℃である。吸収の時間は、通常約1〜4日間で ある、一方、発芽の時間は通常さらなる1〜10日、より通常には3〜7日間である 。通常、モルト化の時間は、約10日を越えることはない。モルト化の期間は、吸 収中に植物ホルモン(特に、ジベレリン酸)を用い、短縮され得る。 モルト化より組換えタンパク質の最大量の生産を達成するために、モルト化手 順は、上記に引用したPCT出願WO 95/14099に記載されたように、外皮を取り除い た、および胚を取り除いた種子へ適応するように変更され得る。胚乳由来の糖の 非存在下において、RAmy3Dプロモーター活性、従って、異種タンパク質の発現が 5〜10倍上昇することが予想される。あるいは、胚のない半分の種子を、10mM Ca Cl2および5μMジベレリン酸中でインキュベートすると、RAmy1Aプロモーター活 性は50倍上昇する。 成熟HSAの生産:上記に概要を述べ、および実施例3により詳細に述べた発芽 条件に従い、上清をウエスタンブロットにより分析した。ウエスタンブロット分 析により、発芽中のイネ種子におけるHSAの生産が示される(種子サンプルは、 ジベレリンによる誘導の、24,72,120時間後に採取した)。HSAの生産は、誘導 後約24時間後に、最も高かった(図12、レーン3および4)。ビリルビン(biliru bin)の結合(植物で生産されたHSAの正確な折りたたみを測定)は、実施例3に 示した方法に従ってアッセイされる。 VI. 成熟中の種子における成熟異種タンパク質の産生 本実施態様においては、上記のとおり形質転換された単子葉細胞が、植物を再 生するために用いられ、そしてこの植物からの種子が、結果として種子中での異 種タンパク質の生産を伴って成熟すること(代表的には圃場で)を可能とする。 例えば、異種タンパク質が全体として種子に利点を与えることを意図される( 例えば、種子を選択されたタンパク質で富化する)場合、種子の成熟に続き、種 子およびその異種タンパク質は、直接、すなわちタンパク質の単離なしに、用い られ得る。 あるいは、種子は、標準的な方法により、富化されたあるいは精製された形態 で異種タンパク質を得るために、分画され得る。1つの一般的なアプローチとし ては、第一に種子を粉砕し、次いで、目的のタンパク質あるいは代謝産物を抽出 するために、種子を適切な抽出媒体(例えば、水性あるいは有機性溶媒)に懸濁 する。もし望まれる場合、異種タンパク質は、標準的な精製方法を用いて、さら に分画および精製され得る。 以下の実施例は、限定するためではなく、例示のためのみに提供される。当業 者は、本質的に同様の結果をもたらすために変更され得るあるいは修正され得る 多種の重要でないパラメーターを、容易に認識する。一般的な方法 一般的に、標準的な組換えDNAの技法に関する命名法および実験室手順は、 Sambrookら、MOLECULAR CLONING-A LABORATORY MANUAL,Cold Spring Harbor La boratory,Cold Spring Harbor,New York 1989ならびにS.B.GelvinおよびR.A .Schilperoot,PLANT MOLECULAR BIOLOGY,1988に見出され得る。他の一般的な 参照は、本書類中の至る所に提供している。本明細書中の手順は、当該 分野で公知であり、読者の便宜のため提供する。実施例1 コドンを最適化したα1アンチトリプシン配列を 含む形質転換ベクターの構築 A. ハイグロマイシン耐性遺伝子の挿入 35Sプロモーター-Hph-NOSを含む3kbのBamHIフラグメントをプラスミドpMON410 (Monsanto,St.Louis,MO)より切り出し、部位特異的変異導入をしたpUC18の14 63位のBglII部位へ配置し、プラスミドpUCH18+を形成した。 B. ターミネーターの挿入 pOSg1ABK5は、pBluescript KS-(Stratagene,San Diego,CA)にクローン化さ れたラムダクローンλOSg1A(Huang,N.,ら、(1990)Nuc.Acids Res.18:7007) 由来の5kb BamHI-KpnIフラグメントである。プラスミドpOSg1ABK5をMspIで消化 し、T4 DNAポリメラーゼで平滑末端化し、その後、SpeIで消化した。350bpのタ ーミネーターフラグメントを、BamHIで消化し、T4 DNAポリメラーゼで平滑化し 、そしてXbaIで消化しておいたpUC19(New England BioLabs,Beverly,MA)にサ ブクローン化し、pUC19/ターミネーターを形成した。 C. RAmy3D プロモーターの挿入 p1AS1.5(Huang,N.ら、(1993)Plant Mol.Biol.23:737-747)由来の1.1kbの NheI-PstIフラグメントをベクターpGEM5zf-[多重クローニング部位(MCS)(Prome ga,Madison,WI):ApaI,AatII,SphI,NcoI,SstII,EcoRV,SpeI,NotI,PstI ,SalI,NdeI,SacI,MluI,NsiI]のSpeIおよびPstI部位にクローン化し、pGEM 5zf-(3D/NheI-PstI)を形成した。次いで、pGEM5zf-(3D/NheI-PstI)をPstIおよび SacIで消化し、そして相補的配列、5' GCTTG ACCTG TAACT CGGGC CAGGC GAGCT 3 '(配列番号23)および5' CGCCT AGCCC GAGTT ACAGG TCAAG CAGCT3'(配列番号24) を有する2つのキナーゼ未処理30マーをその中に連結し、p3DProSigを形成した 。p3DProSigのNcoI消化、T4 DNAポリメラーゼによる平滑化、およびSs tI消化により調製されたプロモーターフラグメントを、EcoRI消化、T4 DNAポリ メラーゼによる平滑化、およびSstI消化したpUC19/ターミネーターにサブクロー ン化し、p3DProSigENDを形成した。 D. 多重クローニング部位の挿入 p3DProSigENDをSstIおよびSmaIで消化した後、キナーゼ未処理相補オリゴヌク レオチド(5' AGCTC CATGG CCGTG GCTCG AGTCT AGACG CGTCC CC 3'(配列番号25) および5' GGGGA CGCGT CTAGA CTCGA GCCAC GGCCA TGG 3'(配列番号26))を用い て構築された新しい合成リンカーフラグメントを連結し、p3DProSigENDlinkを形 成した。 E. p3DProSigENDlink 側方部位の改変 p3DProSigENDlinkをSalIで消化し、そしてT4 DNAポリメラーセで平滑化した後 、EcoRVで消化した。次いで、HindIII部位がプロモーター配列の近位にあり、そ してEcoRI部位がターミネーター配列の近位にあるように、平滑フラグメントを 、pBluescript KS+(Stratagene)のEcoRV部位に連結した。次いで、HindIII-EcoR IフラグメントをpUCH18+のポリリンカー内に移し、p3Dv1.0発現ベクターを形成 した。 F. RAmy1A プロモーターの挿入 ラムダクローンλOSg2(Huangら、(1990)Plant Mol.Biol.14:655-668)由来 のサブクローンpOSG2CA2.3由来の1.9kb NheI-PstIフラグメントを、SpeIおよびP stI部位でベクターpGEM5zf-にクローン化し、pGEM5zf-(1A/NheI-PstI)を形成し た。pGEM5zf-(1A/NheI-PstI)をPstIおよびSacIで消化し、そして2つのキナーゼ 未処理35マーおよび4つのキナーゼ処理32マーを以下のような相補配列と連結し 、p1AProSigを形成した:5' GCATG CAGGT GCTGA ACACC ATGGT GAACAAACAC 3'(配 列番号27);5' TTCTT GTCCC TTTCG GTCCT CATCG TCCTC CT3'(配列番号28);5' T GGCC TCTCC TCCAA CTTGA CAGCC GGGAG CT 3'(配列番号29);5' TTCAC CATGG TGT TC AGCAC CTGCA TGCTG CA3'(配列番号30);5' CGATG AGGAC CGAA A GGGAC AAGAA GTGTT TG 3'(配列番号31);5' CCCGG CTGTC AAGTT GGAGG AGAGG CCAAG GAGGA 3'(配列番号32)。HindIII-SacI 0.8kbプロモーターフラグメントを 、p1AProSigより、HindIII-SacIで消化したp3Dv1.0ベクターにサブクローン化し 、p1Av1.0発現ベクターを得た。 G. p3D-AAT プラスミドの構築 Genebank登録番号K01396番として開示された配列に従い、AATをコードするフ ラグメントを増幅するために、2つのPCRプライマーを用いた:N末端プライマ ー5' GAGGA TCCCC AGGGA GATGC TGCCC AGAA3'(配列番号33)およびC末端プライ マー5' CGCGC TCGAG TTATT TTTGG GTGGG ATTCA CCAC3'(配列番号34)。N末端プ ライマーは、p3Dシグナルペプチドの末端とのインフレーム挿入のための平滑部 位を増幅し、そしてC末端プライマーは、図3Aおよび図3Bに示されるように フラグメントをベクターへクローニングするためのXhoI部位を含む。あるいは、 成熟AAT(配列番号8)またはコドンを最適化したAATをコードする配列は、上記 の発現ベクターへの挿入のために終結コドンの3'にXhoI制限部位を組み入れ、当 該分野で公知である技法を用いて、化学的に合成され得る。 実施例2 細胞培養物における成熟αアンチトリプシンの生産 トランスジェニックカルスの選択の後、カルス細胞を、AA2培地(Thompson,J .A.,ら、Plant Science 47:123(1986),3%ショ糖、pH15.8)を含む液体培養物 中に懸濁した。その後、細胞を、10mLマルチウエル(multi-well)組織培養プレ ートを用いるリン酸緩衝化媒体(20mMリン酸緩衝液、pH6.8)に移し、暗所にて 、48時間、120rpmで振盪した。その後上清を取り出し、ウエスタンブロッティン グ分析の前に、-80℃で貯蔵した。 上清をセントリコン(Centricon)-10フィルター(Amicon cat.#4207)を用い て濃縮し、そして誘導媒体で洗浄し、電気泳動移動を妨げる物質を取り除いた。 サンプルを約10倍に濃縮し、成熟AATをSDS PAGE電気泳動で精製した。精製タ ンパク質を電気泳動媒体より抽出し、そのN末端の配列を決定したところ、本 明細書中で配列番号22と同定した、図8に示す配列を示した。 実施例3 発芽中の種子でのHSA誘導 GA3-応答性RAmy1Aプロモーターにより駆動されるコドン最適化したHSA遺伝子 の存在につき陽性と検定されたトランスジェニック植物の選択の後、種子を収穫 し、25℃の暗所にて、100rpmで24時間回転振盪しつつ吸水させた。GA3を終濃度5 μMになるよう加え、さらに24〜120時間インキュベートした。120μl粉砕緩衝液 中で各種子を2度粉砕し、23,000×gで4℃、1分間遠心することにより、全可溶 性タンパク質を単離した。透明上清を、注意深くペレットより取り除き、新しい チューブに移した。 ビリルビン結合アッセイ 成熟HSAにおけるその高親和性部位に対するビリルビン結合を、Jacobsen,J. ら(1974;Clin.Chem.20:783)およびReed,R.G.ら(1975;Biochemistry 14:4 578-4583)に記載された方法を用いてアッセイする。手短に言えば、タンパク質 結合型ビリルビンと平衡状態にある遊離型ビリルビンの濃度を、過酸化物−ペル オキシダーゼの触媒による遊離型ビリルビンの酸化速度により決定する。ビリル ビン(Nutritional Biochemicals Corp.)のストック溶液を、毎日新たに5mM水 酸化ナトリウムを含む1mM EDTAで調製し、そして濃度を、440nmでの47,500M-1cm-1 のモル吸光度を用いて決定する。5から30nmolの間のビリルビンを含むアリコ ートを、37℃で、1mlのPBSおよび約30nmol HSAを含有するlcmキュベットに加え る。500から350nm間の吸収スペクトルを記録する。セイヨウワサビペルオキシダ ーセ(Sigma)(PBS中に0.05mg/ml)および0.05%のヒド リコートを加え、そしてλmaxにおける吸光度の変化を、3〜5分間記録する。 異なる全ビリルビン濃度を用いて観察された酸化速度より計算された遊離型およ び結合型のビリルビンの濃度を用いて、スキャッチャードプロットを作成し、こ こから単独結合部位での会合定数を決定する。 本発明は、特定の実施態様に関して記載されたが、本発明より外れることなく 、 多くの変更および修正がなされ得ることが、理解される。 DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION                     Production of mature proteins in plantsField of the invention   The present invention relates to the production of mature proteins in plant cells, and in particular to mature secreted forms. Regarding the production of proteins.Background of the Invention   The major commercial focus of biotechnology is industrial enzymes and important therapeutic applications Is a recombinant production of a protein containing both proteins having   Therapeutic proteins are commonly used in microbial expression systems (eg, E. coli systems and yeast). It is produced recombinantly by the strain S. cerevisiae). To date, the microbial host The cost of recombinant proteins produced in a variety of therapeutically important proteins (eg, For example, human serum albumin (HSA) and α1Antitrypsin (AAT)) available Sex was limited to some extent by an inadequate supply of this protein.   Some therapeutic proteins are glycosylated for optimal activity or stability. Seems to depend on And, generally, microbial systems glycemic mammalian proteins. Because of the inability to cosylate or properly glycosylate, these recombinant expression systems Utility has also been limited. In some cases, a mammal-specific folder Or other folding conditions are required to ensure proper protein folding. I can't.   To some extent, cultured mammalian cells or transgenic animals Protein expression can overcome the limitations of microbial expression systems. However, the weight of the protein The cost of spill is still high in mammalian expression systems. And mammals Danger of protein contamination by irs can be a serious issue to be controlled . Protein production by transgenic animals can also occur from one generation to another. Risk of genetic change to The associated danger is that the recombinant Changes in protein, for example, resulting in naturally occurring active proteins with different N-terminal residues To Changes in protein processing.   Therefore, a tool that greatly overcomes the problems associated with microbial and mammalian cell systems. Produce selected therapeutic or industrial proteins in protein expression systems It is desired to do so. In particular, protein production is low cost, large capacity And should be properly processed and glycosylated Should allow the production of the engineered protein. Production systems are also relatively inexpensive for generations. Should have a certain genetic trait. These goals are based on the therapeutic protein AA T, HSA, and antithrombin III (ATIII) and the industrial enzyme subtilis This is achieved in the present invention for thin BPN '.Human α 1 antitrypsin   Human α1Antitrypsin (AAT) is a monomer having a molecular weight of about 52 kD. Through A normal AAT contains 394 residues and binds to asparagine 46, 83, and 247, and It has three complexed oligosaccharide units exposed on the surface (Carrell, P. et al., Nature (1 982) 298: 329).   AAT is mainly responsible for trypsin, elastase, and chymotrypsin in plasma. A major plasma proteinase in which regulates the proteolytic activity of Hibiter. In particular, this protein is a potent inhibitor of neutrophil elastase. Bitter, and AAT deficiency is observed in many patients with chronic emphysema Can be A proportion of patients with AAT serum deficiency develop cirrhosis and liver failure (Eg, Wu, Y. et al., BioEssays 13 (4): 163 (1991)).   Because of the important role of AAT as an elastase inhibitor, and for AAT serum levels AAT for human therapeutic use due to the prevalence of genetic disorders resulting in There is great interest in recombinant synthesis. To date, this approach has For the reasons discussed above, we are not satisfied with AAT produced by recombinant methods. He was not in good condition.Human antithrombin III   Antithrombin III (ATIII) is the major inhibitor of thrombin and factor Xa. Bitter, and to a lesser extent, produced during the clotting process Inhibitors of other serine proteases (eg, factor IXa, XIa Factor, and factor XIIa). The inhibitory effect of ATIII is dramatically enhanced by heparin Is done. Patients with a history of deep vein thrombosis and pulmonary embolism have ATIII deficiency. The morbidity is 2-3%.   ATIII proteins are useful for treating hereditary ATIII deficiency and When used in combination with phosphorus, for example, high risks such as surgery and labor For the prevention of thrombosis in concomitant situations and to treat acute thrombotic episodes There are a wide range of clinical applications.   ATIII is a glycoprotein having a molecular weight of 58,200 and 432 amino acids. Contains disulfide bonds and four asparagine-linked biantennary sugar chains . Due to the important role of ATIII as an antithrombin factor, and antithrombotic treatment Recombinant ATIII for human therapeutic use due to its broad clinical potential in therapy There is a great interest in success. To date, this approach has been discussed above. AA produced by microbial or mammalian recombinant methods for the reasons discussed I was not satisfied with TIII.Human serum albumin   Serum albumin is a major protein component of plasma. Its main function is blood The regulation of the colloid osmotic pressure in the stream. Serum albumin is Ca2+, Na+, K+,fat Numerous ions and acids, including acids, hormones, bilirubin and certain drugs Binds with small molecules.   Human serum albumin (HSA) is expressed as a 609 amino acid preproprotein. This means that one amino-terminal peptide and six additional amino acid residues Removal further processes it to form the mature protein. In human serum The mature protein found is a monomeric, 585 amino acid long (66 kDal) Uncosylated protein maintained by 17 disulfide bonds It has a spherical structure. The disulfide bond pattern is high affinity bilirubin One small disulfide-bonded and two large dissociation to form a joining site Form a structural unit of a sulfide-bonded double loop (Geisow, M.J. et al. (1977) Bioch em. J. 163: 477-484).   HSA is used to increase blood volume, and to reduce shock, trauma, and postoperative recovery. In some cases, it is used to raise low blood protein levels. HSA then It is often given in emergency situations to stabilize blood pressure.   Due to the important role of HSA as an osmotic stabilizer, and for example, plasma replacement therapy Of HSA for human therapeutic applications due to its broad clinical potential in Japan There is great interest in synthesis. This approach is discussed above For HSA produced by microbial or recombinant mammalian methods for I was not in a satisfactory state.Subtilisin BPN '   Subtilisin BPN '(BPN') is an industrial grade that is particularly important for use as detergent enzymes. It is an enzyme. Some groups include enzyme activity, optimal pH, stability and / or Reports amino acid substitution modifications of enzymes that are effective in enhancing therapeutic use I have.   BPN 'is expressed as a 381 amino acid preproenzyme and has 35 amino acids required for secretion. No acid sequence and a 77 amino acid moiety that acts as a chaperone to facilitate folding including. Studies have shown that this pro moiety acts extracellularly in trans ing.   To date, large-scale production of BPN 'has been mainly through microbial fermentation. This creature Relatively high costs are required for product fermentation. In addition, this enzyme It tends to degrade automatically in fermentation growth medium conditions.Summary of the Invention   In one aspect, the present invention relates to a monocot plant cell selected from the group consisting of: Including methods of producing the mature heterologous protein of choice: (i) maturation produced in humans N-terminal amino acid sequence identical to α1 antitrypsin (AAT), and non-glycosylated Glycosylated proteins increase serum half-life substantially beyond the serum half-life of mature AAT A mature glycosylated AAT having turns; (ii) a mature Mature glycoprotein having the same N-terminal amino acid sequence as anti-thrombin III (ATIII) (III) N-terminal amino acid sequence identical to mature HSA produced in humans Natural maturation as has a sequence and is evidenced by its bilirubin binding properties Mature HSA having a folding pattern of human serum albumin (HSA); and (iv) Baci has the same N-terminal amino acid sequence as subtilisin BPN '(BPN') produced in llus Mature, active BPN ', glycosylated or unglycosylated.   This method obtains a monocot plant cell transformed with a chimeric gene having the following: (I) by addition or removal of small molecules, or by seed maturation A monocotyledonous plant transcriptional regulatory region inducible there between; (ii) a first encoding a heterologous protein; And (iii) a second DNA sequence encoding a signal peptide. Second D The NA sequence is operably linked to the transcription regulatory region and to the first DNA sequence. No. One DNA sequence, together with the second DNA sequence, is in the translation frame, and the two Sequence encodes the fusion protein. Transformed cells induce transcriptional regulatory regions Cultivated under conditions effective to effect expression and expression of the fusion protein. And the secretion of mature heterologous proteins from transformed cells. Then the transformation This mature heterologous protein produced by the cell is isolated.   In one embodiment of this method, the first DNA sequence is prosubtilisin BPN '(proBPN'), and the culturing step comprises culturing the transformed cells at pH 5-6. The step of including and isolating automatically converts proBPN 'to active mature BPN' Incubating proBPN 'under conditions effective for Another embodiment In one embodiment, the first DNA sequence encodes mature BPN 'and the cell comprises (I) induction by addition or removal of small molecules (Ii) a third DNA sequence encoding the propeptide portion of BPN '; Sequence, and (iii) a fourth DNA sequence encoding a signal polypeptide. 4th DNA The sequence is operably linked to the transcription regulatory region and to a third DNA sequence. Soshi The signal polypeptide is in the translation frame with the propeptide portion, Effective for facilitating secretion of the propeptide moiety expressed from transformed cells is there. The culturing step involves culturing the transformed cells at pH 5-6, and Isolation step allows conversion of BPN 'to a more active mature BPN' by the pro moiety Involves incubating mature BPN 'and pro moieties under conditions effective for I do.   In another embodiment of the method, the signal peptide is a RAmy3D signal pair. It is a peptide (SEQ ID NO: 1) or a RAmy1A signal peptide (SEQ ID NO: 4). Shi The coding sequence of the signal peptide is, for example, the codon sequence identified as SEQ ID NO: 3. It can be a codon-optimized sequence such as an optimized RAmy3D sequence. The first DNA sequence also Codons can be optimized. Exemplary codon-optimized signal peptide-heterologous tamper 3D-AAT (SEQ ID NO: 18), 3D-ATIII (SEQ ID NO: No. 19), and 3D-HSA (SEQ ID NO: 20). The first DNA sequence is, for example, A heterologous protein, such as a codon-optimized sequence encoding 3D-proBPN '(SEQ ID NO: 21). One or more potential glycosylation sites present in the natural amino acid sequence of the protein It may further include codon substitutions that are eliminated.   In another embodiment of the method, the transcriptional regulatory region is RAmy1A, RAmy1B, RAmy1B. 2A, RAmy3A, RAmy3B, RAmy3C, RAmy3D, RAmy3E, pM / C, gKAmy141, gKAmy155, Am Promoters derived from rice or barley α-amylase gene, including y32b or HV18 Data. The chimeric gene contains a transcription regulatory region and a fusion protein coding region. Between the rice and barley α-amylase genes described above. It may further include a 5 'untranslated region (5'UTR) of a monocotyledonous plant gene. One preferred 5 'UTR is derived from the RAmy1A gene, which enhances gene transcript stability It is effective to do. The chimeric gene is located downstream of the coding sequence, Is derived from an inducible monocot gene such as one of the barley alpha amylase genes It may further include a 3 'untranslated region (3'UTR). One preferred 3 'UTR is the RAmy1A gene Origin.   This method is preferred when used for protein production in monocot cell cultures. A new promoter is the RAmy3D and RAmy3E gene promoters, In cell culture, it is upregulated by sugar depletion. This gene When used for protein production in bud seeds, a preferred promoter is RAmy1A Gene promoter, which is up-regulated by gibberellic acid during seed germination Regulated. Genes are up-regulated during seed maturation A preferred promoter is the barley endosperm-specific B1 hordein promoter. You.   The invention also includes the mature heterologous protein produced by the above method. This Is a glycosyl that is characteristic of monocotyledonous plants in which the protein is produced It has a chemical pattern. This glycosylation pattern is selected from the group consisting of: (I) N-terminal amino acid identical to mature α1 antitrypsin (AAT) produced in humans Serum halving of mature glycosylated and non-glycosylated mature AAT with no acid sequence Mature group with a glycosylation pattern that increases serum half-life substantially beyond the Lycosylated AAT; (ii) identical to mature antithrombin III (ATIII) produced in humans Mature glycosylated ATIII having the N-terminal amino acid sequence of: (iii) produced in Bacillus Glycosylated BP with an N-terminal amino acid sequence identical to subtilisin BPN ' N '.   The present invention provides a plant cell and a plant cell capable of producing a mature heterologous protein according to the above method. And seeds.   These and other objects and features of the invention are set forth in the following Detailed Description of the Invention. It will be more fully understood when read in conjunction with the accompanying drawings.                             BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES   FIG. 1 is used in the present invention, identified in the bottom row as SEQ ID NO: 1 The amino acid sequence of the signal sequence of RAmy3D is shown; The corresponding natural coding sequence identified in the upper row; and Shows the corresponding codon optimized sequence identified as No. 3;   FIG. 2 shows the components of the chimeric gene constructed according to an embodiment of the present invention;   3A and 3B show mature proteins in cell culture according to one embodiment of the present invention. Exemplary forms for use in transforming monocotyledonous plants to produce quality 1 shows the construction of a transduction vector (under the control of the RAmy3D promoter and signal sequence). Natural mature AAT coding sequence);   Figure 4 shows the factors of metabolic regulation of AAT production in rice cell culture;   FIG. 5 shows immunodetection of AAT using an antibody raised against the C-terminal region of AAT. You;   FIG. 6 shows AAT produced by transformed rice cell lines 18F, 11B, and 27F. Shows Western blot analysis of;   FIG. 7 shows elastase: AAT complex forms of human-produced form AAT and rice-produced form AAT. Showing the time course of the formation;   FIG. 8 is produced according to the present invention and is identified herein as SEQ ID NO: 22 Shows the N-terminal sequence of mature α1 antitrypsin (AAT);   FIG. 9 shows a Western blot of ATIII produced according to the present invention;   FIG. 10 compares expression from the codon-optimized sequence and the native coding sequence. Figure 5 shows a Western blot of plant-produced BPN ';   FIG. 11 shows BPN ′ codon optimization (AP106) versus BPN ′ native (AP101) in rice callus cell culture. Compare the specific activity of expression; and   FIG. 12 shows a Western blot of HSA produced in germinated seeds according to the present invention. You.                             A brief description of the array   SEQ ID NO: 1 is the amino acid sequence of a RAmy3D signal peptide;   SEQ ID NO: 2 is the native sequence encoding the RAmy3D signal peptide;   SEQ ID NO: 3 is the codon optimized sequence encoding the RAmy3D signal peptide ;   SEQ ID NO: 4 is the amino acid sequence of the RAmy1A signal peptide;   SEQ ID NO: 5 is the 5 'UTR from the RAmy1A gene;   SEQ ID NO: 6 is the 3′UTR from the RAmy1A gene;   SEQ ID NO: 7 is the amino acid sequence of mature α1-antitrypsin (AAT);   SEQ ID NO: 8 is the native DNA coding sequence for the sequence of mature AAT;   SEQ ID NO: 9 is the amino acid sequence of mature antithrombin III (ATIII);   SEQ ID NO: 10 is the native DNA coding sequence for the sequence of mature ATIII;   SEQ ID NO: 11 is the amino acid sequence of mature human serum albumin (HSA);   SEQ ID NO: 12 is the native DNA coding sequence for the sequence of mature HSA;   SEQ ID NO: 13 is the amino acid sequence of native pro BPN ';   SEQ ID NO: 14 is the native DNA coding sequence for pro-BPN ';   SEQ ID NO: 15 is the amino acid sequence of the "pro" portion of BPN ';   SEQ ID NO: 16 is the amino acid sequence of native mature BPN ';   SEQ ID NO: 17 shows that all strong N-glycosylation sites have been removed according to Table 2. The amino acid sequence of a mature BPN 'variant;   SEQ ID NO: 18 is a RAmy3D signal sequence / mature α1-antitrypsin fusion protein A codon-optimized sequence encoding a protein;   SEQ ID NO: 19 was fused to a native mature antithrombin III coding sequence RAmy3D signal sequence / mature ATIII fusion with codon optimized RAmy3D coding sequence Sequence encoding a protein;   SEQ ID NO: 20 is a codon optimized RAmy3 fused to a native mature HSA coding sequence RAmy3D signal sequence / mature human serum albumin fusion tan with D coding sequence A sequence encoding a protein;   SEQ ID NO: 21 is a RAmy3D signal sequence / prosubtilisin BPN ′ fusion protein A codon-optimized sequence encoding   SEQ ID NO: 22 is the N-terminus of mature α1-antitrypsin made in accordance with the present invention. End sequence;   SEQ ID NO: 23 shows the orientation used to prepare the intermediate p3DProSig construct of Example 1. Gonucleotides;   SEQ ID NO: 24 is the complement of SEQ ID NO: 23;   SEQ ID NO: 25 was used to prepare the intermediate p3DProSigENDlink construct of Example 1. Oligonucleotides;   SEQ ID NO: 26 is the complement of SEQ ID NO: 25;   SEQ ID NO: 27 shows the six amino acids used to prepare the intermediate p1AProSig construct of Example 1. One of the oligonucleotides of   SEQ ID NO: 28 shows the six amino acids used to prepare the intermediate p1AProSig construct of Example 1. One of the oligonucleotides of   SEQ ID NO: 29 is the six amino acids used to prepare the intermediate p1AProSig construct of Example 1. One of the oligonucleotides of   SEQ ID NO: 30 is the six amino acids used to prepare the intermediate p1AProSig construct of Example 1. One of the oligonucleotides of   SEQ ID NO: 31 shows the six amino acids used to prepare the intermediate p1AProSig construct of Example 1. One of the oligonucleotides of   SEQ ID NO: 32 shows the six amino acids used to prepare the intermediate p1AProSig construct of Example 1. One of the oligonucleotides of   SEQ ID NO: 33 is the N-terminus used for PCR amplification of the AAT coding sequence according to Example 1. A primer; and   SEQ ID NO: 34 is the C-terminus used for PCR amplification of the AAT coding sequence according to Example 1. Is a primer;                             Detailed description of the invention I.Definition:   The following terms have the following meanings unless otherwise indicated in the specification.   "Cell culture" is grown or suspended in a suitable growth medium , A cell and a population of cells, typically a callus cell.   "Sprouting" is the destruction of the dormant state of the seed and the effective Restoration of metabolic activity of seeds, including the production of enzymes that degrade.   "Inducible" is up-regulated by the presence or absence of small molecules Means a promoter. It includes both indirect and direct leads. No.   "Inducible during germination" is substantially silent prior to germination, but overall Not silent, but substantially during germination and emergence in the seed ( (Greater than 25%) A promoter that is turned on. Inducible during germination Examples of promoters are shown below.   "Small molecule" refers to small molecules, typically less than 1 kDal, in the context of promoter induction. They are organic matter or biological organic molecules. Examples of such small molecules are sugars, sugar derivatives (Including phosphate derivatives), and plant hormones (eg, gibberellic acid or Cisidic acid).   "Specifically regulatable" refers to, for example, an increase in the overall transcription within a cell by a small molecule. Contrary to non-specific effects, such as addition or reduction, one promoter or For transcription from a group of promoters (eg, the α-amylase gene family) Refers to the ability of small molecules to influence preferentially.   "Seed maturation" or "kernel development" is initiated by fertilization, where it can be metabolized Storage (eg sugars, oligosaccharides, starches, phenols, amino acids, And proteins), with or without targeting to vacuoles, Tissue (eg, endosperm, seed coat, aleurone layer, and scutellar epithelium) )) Accumulates, leads to grain expansion, grain filling, and ends by grain drying The period during which   "Inducible during seed maturation" is substantially active (greater than 25%) during seed maturation Promoter.   “Heterologous DNA” or “foreign DNA” refers to plant cells from another source or the same plant. Source of the plant, including the source of the product, but does not normally regulate the expression of the heterologous DNA. DNA introduced into plant cells under the control of a promoter or terminator Say.   "Heterologous protein" refers to a protein, including a polypeptide, encoded by heterologous DNA. It is protein. The “transcription regulatory region” or “promoter” influences the start of transcription. A nucleic acid sequence that affects and / or promotes. Promoters are typical Contains regulatory regions such as enhancer or inducer elements Conceivable.   A “chimeric gene” is, in the context of the present invention, typically a heterologous gene product. Encoding DNA sequence, eg, selectable marker gene or fusion protein gene A operably linked promoter sequence. Chimeric genes are also Transcriptional regulatory elements, such as transcription termination signals, and stop codons It may include translational control signals.   "Operably linked" functions as a unit for expressing a heterologous protein , A component of a chimeric gene or an expression cassette. For example, the protein ー The promoter operably linked to the heterologous DNA to be loaded To promote efficient mRNA production.   "Products" encoded by DNA molecules include, for example, RNA molecules and polypeptides. including.   "Removal" in the context of metabolites refers to depletion of metabolites through washing and absorption Physical removal, as well as metabolite metabolism by cells.   "Substantially isolated" is used in some contexts, and is typically Low protein or polypeptide to separate unrelated or mixed components At least refers to partial purification. Methods of isolating or purifying proteins or polypeptides And procedures are known in the art.   As used herein, "stably transformed" refers to a gene that has been transmitted through many generations. Cereal cells with foreign nucleic acid molecules stably integrated into their genome. Or plant.   “Α1-antitrypsin” or “AAT” is an AAT identified by SEQ ID NO: 7. A protein having an amino acid sequence substantially identical or homologous to a protein; Zein inhibitor.   "Antithrombin III" or "ATIII" is a combination of thrombin and factor Xa. ATIII inhibitor which is a palin activation inhibitor and is identified by SEQ ID NO: 9 A protein having an amino acid sequence substantially identical or homologous to a protein.   “Human serum albumin” or “HSA” is a component identified by SEQ ID NO: 11. A protein having an amino acid sequence substantially identical or homologous to the mature HSA protein Quality.   “Subtilisin” or “Subtilisin BPN” or “BPN” is a B.V. amyloliqu efaciens refers to a protease enzyme naturally produced, and Or a sequence homologous thereto.   "Pro-BPN '" is a chaperone polypeptide that assists in folding and activating BPN' Has a "pro" portion of about 78 amino acids that functions as a tide and Refers to a form of BPN 'having a sequence or a sequence homologous thereto.   "Codon optimization" converts native codons to optimal codons in the host plant Refers to a change in the coding sequence of a gene in order to replace it with a codon.   DNA sequence if it matches the sequence of a segment or region of that gene For example, "derived" from the rice or barley α-amylase gene. gene The segment of the gene, which may be derived, is the promoter region of the gene, the 5 'untranslated region. And the 3 ′ untranslated region.II . Transformed plant cells   The plants used in the process of the invention are of monocotyledonous origin, in particular Gramineae. Is a member of the taxonomic family known as. This family is edible The species includes all members of the herbaceous family, known as cereals. The grain is Wheat (Triticum sps.), Rice (Oryza sps.), Barley (Hordeum sps.), Barley (Avena sps.), Rye (Secale sps.), Corn (Zea sps) .) And millet (Pennisettum sps.). In the present invention In the above, preferred family members are rice and barley.   Plant cells or tissues from members of the family can be obtained using a variety of standard techniques (eg, For example, electroporation, protoplast fusion or microparticulation The expression construct (ie, the gene of interest is inserted) Transformed plasmid DNA). The expression construct comprises a transcription regulatory region ( Promoter). The transcription is performed on sugar (eg, in culture medium or in plant tissue ( The presence or absence of small molecules, such as, for example, a reduction or deficiency of sucrose in germinated seeds) Is specifically up-regulated by its absence. In the present invention, Cycle bombardment is a preferred transformation procedure.   The construct also comprises a mature heterologous protein in a form suitable for secretion from plant cells. And a gene encoding Genes encoding recombinant heterologous proteins Placed under the control of a specifically regulated promoter. Metabolically regulated Promoters inhibit mRNA synthesis or transcription by small or hormonal molecules. Or up-regulated promoters, such as rice RA my3D and RAmy3E promoters. These are caused by sugar deficiency in cell culture. It is regulated. In germinated seeds from regenerated transgenic plants For protein production of yeast, preferred promoters are dibe Ramy 1A promoter upregulated by rephosphoric acid. Departure The present constructs may also be used to facilitate efficient translation of AAT, as described below. Additional regulatory DNA sequences (eg, preferred codons, termination sequences) are utilized.   A.Plant expression vector   An expression vector for use in the present invention comprises a chimeric gene (or expression cassette). including. It is designed for operation in plants, upstream from the expression cassette and And downstream companion sequences. Companion sequences can be plasmid or And from the bacteria to the desired plant host in the vector. Provides the necessary features for the vector to be moved. A suitable transformation vector is No. PCT WO 95/14099, published May 25, 1995, which is hereby incorporated by reference. Which are incorporated herein by reference). Inducible promoter, sig A sequence encoding a null peptide, a sequence encoding a mature heterologous protein, and Suitable components of an expression vector containing a suitable termination sequence are discussed below. One An exemplary vector is the p3D (AAT) v1.0 vector illustrated in FIGS. 3A and 3B. A1.promoter   Transcriptional regulatory or promoter regions may be selected under selected culture conditions (eg, culture media). Sugar deficiency in nutrients or water uptake in budding seeds, followed by gibberellic acid production ) Is selected to be regulated in a manner that allows induction. The right promoter And their selected methods are described in detail in PCT application WO 95/14099, incorporated above. Have been. Examples of such promoters are the cereal α-amylase gene and And a promoter that transcribes the sucrose synthase gene, and Small molecules, sugar deficiency, or plant hormones (eg, gibberellic acid or abscisic acid) Abscissic acid). Representative professional The motor was rice α-amylase RAmy1A, RAmy1B, RAmy2A, RAmy3A, RAmy3B, RA promoters from the my3C, RAmy3D, and RAmy3E genes, and pM / C, gKAmy1 41, gKAmy155, Amy32b, and HV18 barley α-amylase gene-derived pro Including motor. These promoters are, for example, ADVANCES IN PLANT BIOTEC HNOLOG YRyu, D.D.Y. et al., Eds., Elsevier, Amsterdam, 1994, p. Which is incorporated herein by reference). Other suitable promoters are rice Synthase and sucrose-6-phosphate from barley and barley Includes the setase (SPS) promoter.   Other suitable promoters are available in a manner to allow induction under seed maturation conditions. And regulated promoters. Examples of such promoters are: Conserved cotyledon proteins: rice glutelin, oryzin, and prolami , Barley hordein, wheat gliadin and glutelin, Maize zein and glutelin, oat glutelin, and sugar corn Koshkafilin (kafirin), millet penisetin (pennisetin), and rye giseca Includes promoters related to phosphorus (secalin).   A preferred promoter for expression in budding seeds is rice α-amylase RA my1A promoter (upregulated by siberellic acid). Fine A preferred promoter for expression in vesicle culture is rice α-amylase RAmy3D Promoter and α-amylase RAmy3E promoter (due to sugar deletion in culture) Strongly up-regulated). These promoters are also Active during bud. Preferred promoters for expression in mature seeds are , A barley endosperm-specific B1 hordein promoter (Brandt, A. et al., (1985) ) Carlsberg Res. Commun. 50: 333-345).   A chimeric gene further comprises an inducible singleton between the promoter and the coding sequence. 5 ′ untranslated region (5 ′ UTR) of a leaf plant gene (for example, the rice α-amylase gene described above) Or 5 'UTR from one of the barley alpha amylase genes). One good The 5'UTR is effective for RAmy1A gene to enhance the stability of gene transcription. The next 5'UTR. The 5 'UTR has the sequence provided by SEQ ID NO: 5 herein. Having. A2.Signal sequence   In addition to encoding the protein of interest, the chimeric gene Signal sequence (or signal peptide) that enables processing and transposition Code properly. Suitable signal sequences are described in PCT application WO 95/1409 referenced above. Described in 9. One preferred signal sequence is identified as SEQ ID NO: 1; It is derived from the Amy3D promoter. Another preferred signal sequence is as SEQ ID NO: 4 Identified and derived from RAmy1A promoter. Plant signal sequence is mature protein Arranged in frame with a heterologous nucleic acid encoding A fusion protein having a corresponding N-terminal region, and a signal peptide C-terminal amino acid, construction immediately adjacent to the N-terminal amino acid of mature heterologous protein Form an object. The expressed fusion protein is subsequently secreted and the signal peptide Is precisely processed by signal peptidase at the junction of Produce mature heterologous proteins.   In another embodiment of the present invention, the coding sequence in the fusion protein gene (less At least in the signal sequence coding region) is a plant cell as described below. (Eg, codon optimization for optimal expression in rice cells). Figure The upper row in 1 is the RAmy3D signal sequence identified herein as SEQ ID NO: 3. 1 shows one codon-optimized coding sequence. A3.Naturally occurring heterologous protein coding sequence   (i)α-antitrypsin: Mature human AAT is identified herein as SEQ ID NO: 7. Consists of 394 amino acids with a defined sequence. Protein is asparagine Have N-glycosylation sites at positions 46, 83, and 247. Corresponding natural DNA code The nucleotide sequence is identified herein as SEQ ID NO: 8.   (ii)Antithrombin III: Mature human ATIII is referred to herein as SEQ ID NO: 9. Consists of 432 amino acids having the sequence identified. This protein has four It has N-glycosylation sites at sparagine residues 96, 135, 155, and 192. Correspondence The natural DNA coding sequence to be identified is identified herein as SEQ ID NO: 10.   (iii)Human serum albumin: The mature HSA as found in human serum has the sequence Consists of 585 amino acids having the sequence identified herein as No. 11. this The protein has no N-linked glucosylation sites. Corresponding natural DNA coding sequence Is identified herein as SEQ ID NO: 12.   (iv)Subtilisin BPN ': B. amyloliquefaciens BPN 'is a 352 amino acid having the sequence identified herein as SEQ ID NO: 13 Consists of acids. The corresponding natural DNA coding sequence is referred to herein as SEQ ID NO: 14. Identified. The pro-BPN 'polypeptide has been identified herein as SEQ ID NO: 15. It contains a "pro" portion of 77 amino acids. The remainder of the polypeptide (forming the mature active BPN ' Is the amino acid sequence of 275 identified herein by SEQ ID NO: 16 . Native BPN 'as produced in Bacillus is not glycosylated. A4. Codon-optimized coding sequence   According to one aspect of the invention, a predominantly or exclusively found in a plant cell host. Alter the native coding sequence of a heterologous gene by including the most frequent codons By varying, a several-fold enhanced expression level can be achieved in plant cell culture. Has been discovered.   This method has been demonstrated for the expression of heterologous genes in rice plant cells, It is recognized that it is generally applicable to any monocotyledonous plant. First steps and Thus, a representative set of known gene coding sequences from rice is assembled. Next The sequence was analyzed for codon frequency at each amino acid, and Frequent codons are selected for each amino acid. This approach Is different from the codon matching method reported earlier, Frequent codons are selected for at least some amino acids. Rice plant The optimal codons selected in this manner for and barley are shown in Table 1.   As described above, the sequence encoding the fusion protein in the chimeric gene is The final (C-terminal) codon in the sequence is the N-terminal amino acid in the mature form of the heterologous protein. It is constructed to directly follow the acid codon. In accordance with the present invention, an exemplary fusion tan The protein gene is identified herein as follows:   SEQ ID NO: 18, which is from the RAmy3D signal sequence / mature α1-antitrypsin Corresponding to the codon-optimized coding sequence of the fusion protein;   SEQ ID NO: 19, which contains the codon optimized RAmy3D signal sequence and the native mature Corresponds to a fusion protein coding sequence consisting of a Tithrombin III sequence;   SEQ ID NO: 20, which is a codon optimized RAmy3D signal sequence and native mature human Corresponds to a fusion protein coding sequence consisting of a serum albumin sequence;   SEQ ID NO: 21, which is the fusion protein RAmy3D signal sequence / prosbutyridine It corresponds to the codon-optimized coding sequence of BPN '. In this case, prosubtilisin is "Ripe" protein is considered secreted prosubtilisin, where active mature subtilis Can autocatalyze to tilisin.   In a preferred embodiment, the sequence encoding BPN 'is a native BPN' And is further modified to remove strong N-glycosylation sites. You. Table 2 removes all strong N-glycosylation sites in subtilisin BPN ' Shows preferred codon substitutions. SEQ ID NO: 17 comprises the substitutions provided in Table 2. Corresponds to mature BPN 'amino acid sequence. 1.Improved thermostable; Bryan et al., Proteins: Structure, Function, and Genet ics1: 326 (1986). A5.Transcription and translation terminators   Chimeric genes can also be derived from inducible monocot genes (eg, For example, as described above, one rice α-amylase gene or barley α-amylase gene Offspring) from the 3 'untranslated region (3'UTR). One preferred 3 'UTR is the RAmy1A gene (This sequence is provided by SEQ ID NO: 6). This array is Non-coding sequence 5 'to polyadenylation site, polyadenylation site, and transcription Including termination sequence. Transcription termination region is important for mRNA stability to enhance expression In particular it can be chosen. Polyadenylation tail (Alber and Kawasaki, 1982, Mol. An d Appl. (Genet. 1: 419-434) also states that to optimize high levels of transcription, And each are generally added to the expression cassette for proper transcription termination . The polyadenylation sequence is the Agrobacterium octopine synthetase signal (Gielen EMBO J. et al. 3: 835-846 (1984)), or a homologous nopaline synthase (Depicker et al.). , Mol. Appl. Genet. 1: 561-573 (1982)).   The ultimate expression of the heterologous protein is determined by eukaryotic cells (in this case, grass family families). As such, any site in the cloned gene may be Whether to include sequences that are processed as introns by the pricing mechanism It is desired to determine In that case, site-specific abrupt “intron” region Mutagenesis prevents deletion of some of the genetic messages as a pseudo-intron code (Reed and Maniatis, Cell41: 95-105 (1985)).   FIG. 2 shows a tandem cell suspension culture constructed according to the present invention. One preferred chimeric gene element specifically contemplated for use in protein expression Is shown. This gene is a promoter derived from the RAmy3D gene in the 5 'to 3' direction. -(Can be induced with sugar deficiency in cell culture), 5 'UTR from RAmy1A gene Encodes the RAmy3D signal sequence (confers enhanced stability to gene transcripts) Region (as identified above), the coding region of the heterologous protein to be produced, And the 3'UTR region from the RAmy1A gene. III.Plant transformation   For plant transformation, a chimeric gene was engineered for use in plants. In an expression vector. Vectors transfer DNA from bacteria to the desired plant host Plasmids that provide the necessary properties to the vector to enable it to Or contains appropriate elements of viral origin. A suitable transformation vector is The related PCT application WO 95/14099 (May 25, 1995, incorporated herein by reference). Published). Appropriate construction of the expression vector containing the above chimeric gene The components are discussed below. One exemplary vector is p3Dv1. Described in Example 1. 0 vector. A.Transformation vector   The vector containing the chimeric gene of the present invention can also be used for plant cells. Selectable markers (eg, np for selection in media containing kanamycin) In a medium containing the tII kanamycin resistance gene or phosphinothricin (PPT) Phosphinothricin acetyltransferase gene for selection I can do it.   Vectors also contain an origin of replication, and antibiotic and herbicide resistance genes (eg, HPH (Hagio et al., Plant Cell Reports14: 329 (1995); van der Elzer, Plant Mo l. Biol.Five: 299-302 (1985)). Sequences that allow for their selection and propagation in two hosts may be included. representative Typical second hosts include bacteria and yeast. In one embodiment Thus, the second host has an origin of replication of type colE1 and a selectable marker of Escherichia coli which is a gene encoding a sylin resistance gene. like this Sequences are well known in the art and are also commercially available (Eg, Clontech, Palo Alto, CA; Stratagene, La Jolla, CA)   The vector of the present invention also contains a region homologous to the Agrobacterium tumefaciens vector. , A T-DNA border region from Agrobacterium tumefaciens, and a chimeric gene or Can be modified into an intermediate plant transformation plasmid containing the expression cassette (described above). You. Furthermore, the vectors of the present invention have been neutralized for Agrobacterium tumefaciens. It may contain a plant tumor inducible plasmid.   Vector described in Example 1 and having a promoter from the RAmy3D gene -Cell culture, where the RAmy3D promoter is induced by sugar deficiency in the cell culture medium Suitable for use in a method of producing a mature protein in a plant. Other Promos Data may also be selected for the other uses described above. For example, mature tags in germinating seeds For protein expression, the coding sequence was induced by gibberellic acid during seed germination. Can be placed under the control of the rice α-amylase RAmy1A promoter. B.Transformation of plant cells   Plant cells (eg, plant protoplast cells) directly or by vector Various methods of transformation have been described (eg, in the PCT application cited above). WO 95/14099). Used for plant transformation as described in references Promoters that direct the expression of a selectable marker (eg, nptII) are useful in plant hosts. Should work effectively. One such promoter is native Ti Nos promoter derived from plasmid (Herrera-Estella et al., Nature,303: 209-213 ( 1983)). In addition, the 35S and 19S promoters of cauliflower mosaic virus (Odell et al., Nature313: 810-812 (1985)) and the 2 'promoter (Velten et al.). , EMBO J.Three: 2723-2730 (1984)).   In one preferred embodiment, for exposing scutulum tissue cells Germ cells and endosperm of mature seeds are removed. Cells can be bombarded or injected with DNA or Or vector transformation (for example, cells are susceptible to Agrobacterium infection). Agrobacteriu after blastocyst cells were bombarded with microparticles m infection (Bidney et al., Plant Mol. Biol.18: 301-313,1992)) obtain.   One preferred transformation is generally described in Sivamani, E. et al., Plant Cell Reports.1 Five : 465 (1996); Zhang, S. et al., Plant Cell Reports.Fifteen: 465 (1996); and Li, L. et al. , Plant Cell Reports12: 250 (1993). In short, Rice seeds are sterilized by standard methods and callus induction from seeds includes 2,4D Perform on MB medium. During the first incubation period, callus tissue is transformed into seed embryos. Formed around. End of incubation period (eg, 14 days at 28 ° C) By then the callus is about 0.25-0.5 cm in diameter. The callus mass is then seeded More detached, place on fresh NB medium and incubate again at 28 ° C for 14 days Work. After the second incubation period, the satellite callus is It occurs around the "mother" callus mass. These satellite culls Is slightly smaller, more dense, and more circular than the original tissue Guo is clear. It is these calli that are transferred to fresh medium. The "mother" callus is not transferred. The goal is to have the strongest and most The only choice is to select vigorous proliferating tissue.   Bombarded calli were selected from 14 day old subcultures. Size, form, color and And density are all important when selecting calli under optimal physiological conditions for transformation. is important. Calli should be between 0.8-1.1 mm in diameter. Callus is coarse It should appear as a spherical mass with an outer surface.   Transformation is performed by particle bombardment, as detailed in the references cited above. . After the transformation step, the cells typically allow expression of the selectable marker gene. Grown under different conditions. In a preferred embodiment, the selectable marker gene is HPH is there. To produce a uniformly and stably transformed cell line, the transformed cells are It is preferable to culture under multi-stage selection. IV.Cell culture production of mature heterologous proteins   Transgenic cells (typically callus cells) support plant cell growth Cells until they reach the desired cell density, and then Cultured under conditions supporting expression of the mature protein under the control of the promoter. Preferred culture conditions are described below and in Example 2. Mature secreted into the medium Purification of the protein is by standard techniques known to those skilled in the art.   Production of mature AAT: In a preferred embodiment, the culture medium is catalyzed by a metal. In order to reduce the degradation of AAT, a phosphate buffer (eg, 20 mM phosphate buffer p H6.8, described in Example 2). Or, or in addition, for example, EDTA Such a metal chelating reagent may be added to the medium.   Following the cell culture method described in Example 2, the cell culture medium was partially purified and As shown in 4, the fractions containing AAT were analyzed by Western blot. First two records ("Phosphate") in the presence and absence of elastase ("+ E" and A-A bands in both "-E") are shown. In this case, the presence of elastase Lower high molecular weight band corresponds to approximately 58-59 kdal AAT / elastase complex I do. Also, as shown in the figure, the expression was high in the absence of sucrose, Almost undetectable in the presence.   Check the degree of glycosylation (determined by apparent molecular weight on SDS-PAGE) For this purpose, the proteins produced in culture were fractionated by SDS-PAGE and shown in FIG. As described above, immunodetection was performed with a labeled antibody produced against the C-terminal portion of AAT. lane 4 contains human AAT and its movement position corresponds to about 52 kdal. Lane 3 , AAT produced in plants, having an apparent molecular weight of about 49-50 kdal, Degree of glycosylation indicates that it reaches 60-80% of the glycosylation found in human AAT (The molecular weight of unglycosylated AAT is 45 kdal).   Similar results are shown in the Western blot of FIG. Lanes 1-3 in this figure are To reduced amounts (15, 10, and 5 ng) of human AAT; lane 4 shows non-expressing plant cells In 10 μl of supernatant from the strain; lanes 5 and 6 show AAT expressing plant cell lines 11B and And lane 7 corresponds to 250 ng of trypsin. This corresponds to 10 μl of the supernatant derived from the cell line 27F to which the enzyme was added. Of the upward mobility of lane 7 Changes indicate an association between trypsin and AAT produced in the plant.   The ability of plant-generated AAT to bind elastase is shown in FIG. Figure 7 shows 52k 30 minutes of dal human AAT (lanes 1-4) and AAT produced in 49-50 kdal plants 3 shows the molecular weight change over the binding interval.   Demonstrates that the mature protein is produced as a secreted form with the desired N-terminus To construct, as described above, and mature α1Contains the coding sequence for antitrypsin The resulting chimeric gene was expressed and secreted into cell culture as described in Example 2. Next, the N-terminal region of the isolated protein was sequenced, and the N-terminal region shown in FIG. The sequence was obtained. This sequence, which is identical to SEQ ID NO: 22 herein, α1It has the same N-terminal residue as antitrypsin.   Production of mature ATIII: In a preferred embodiment, the culture medium is MES buffer, pH 6.8 It contains. The produced ATIII protein shown in lanes 4 and 6 of FIG. Western blot analysis shows growth in the absence (but not the presence) of sucrose In the cell lines 42 and 46, a band corresponding to ATIII (lane 1) was shown.   Production of mature BPN ': One embodiment of the present invention wherein BPN 'is secreted as the pro-BPN' form of the enzyme In embodiments, the chaperone "pro" portion of the enzyme is responsible for folding of the enzyme. Promotes and is excised from the enzyme leaving the active mature BPN '. Another embodiment In one embodiment, the enzyme is converted to the active form that occurs in the presence of the free chaperone ( Eder et al., Biochem. (1993)32: 18-26; Eder et al., (1993) J. Am. Mol. Biol.223: 293- 304), the mature enzyme is co-expressed with the “pro” chaperone moiety and co-secreted You. In yet another embodiment of the present invention, BPN 'may have a pH in the range of 6-8. In some cases, it is secreted as an inactive form, followed by activation of the inactive form (eg, For example, after isolation of the enzyme, exposure to a "pro" By immobilization on a support).   In both of these embodiments, during the period of active expression and secretion of BPN ', The nutrient medium is maintained at a pH between 5 and 6, preferably at about 5.5, and is usually alkaline pH. Keep the BPN 'active at a pH below the optimal activity.   Optimizing codons for the most frequent codons in the host plant is shown in FIG. As shown in the figure, several fold increase in the level of heterologous protein expressed in cell culture Brought strength. The extent of the enhancement can be seen from Western blot analysis (two detailed The cell line is shown in FIG. 10 and further demonstrated in FIG. 11). Lanes in FIG. 2 (second from left) is from cells transformed with native proBPN 'coding sequence 5 shows a western blot of BPN 'obtained in the culture of Example 1. Two bands observed Corresponds to a low molecular weight protein with a molecular weight of approximately 35 kdal, which corresponds to the molecular weight of pro-BPN ' You. The upper band is probably associated with a glycosylated, somewhat higher molecular weight species. Hit.   The first lane in the figure shows the codon-optimized proBPN 'sequence identified by SEQ ID NO: 21. 2 shows BPN 'polypeptide produced in culture with transformed plant cells. ratio For comparison purposes, the same volume of culture medium, prepared for cell density, was And 2 were added. As shown, the codon-optimized sequence produced BPN 'enzyme amount is less than subtilisin BPN' produced in the native coding sequence. It was twice as expensive. In addition, corresponds to a dark band or mature peptide (molecular weight 27.5 kdal) A band was observed. However, the 35kD band directly above was cut into more active forms. Note that this is a more pronounced band, which may be a premature product .   FIG. 11 shows codon-optimized BPN '(AP106) vs. native in rice callus cell culture. Specific activity of the expressed BPN '(AP101) expression was determined by DelMar, E. et al. G. et al., (1979; Anal. Biochem. 99: 316-320) using the chromogenic peptide substrate suc-Ala-Ala-Pro-Phe-pNA Assay and compare. As shown in FIG. 11, a codon-optimized chimeric gene Some of the cell lines transformed in As demonstrated, it was observed in plant cells transformed with the native proBPN 'sequence. 2-5 times the highest level of BPN 'produced.   According to another aspect of the invention, the transformed plant cell culture comprises a cell culture having a mature pH. It is capable of expressing and secreting BPN 'at pH 5.5, which greatly inhibits autolysis of active BPN'. Was found. To assay for optimal pH conditions, the BPN ' For testing cultures from transformed cell lines, disclosed by DelMar (supra) et al. The assay (supra) was used. The transformed rice callus cells were disclosed in Example 2. Under similar conditions (but the pH of the medium was maintained at the selected pH between 5 and 8.0) ) In MES medium. At each pH, the total amount of BPN 'expression and secretion is Was determined by Western blot analysis. BPN 'activity was described by DelMar Can be tested by the assay described above (supra). V.Production of mature heterologous proteins in germinating seeds   In this embodiment, the monocotyledon cells transformed as described above, Used to grow, plant seeds are harvested, then emerged and matured Protein was isolated from germinated seeds.   Regeneration of plants from cultured protoplasts or callus tissue is performed using standard methods (eg, For example, Evans et al.HANDBOOK OF PLANT CELL CULTURESVolume 1: (MacMillan Publishi ng Co. New York, 1983); and Vasil I.R. (Ed)CELL CULTURE AND SOM ATIC CELL GENETICS OF PLANTS Acad. Press, Orlando, Volume I, 1984, and (As described by Vol. III, 1986), and in the PCT application cited above. Performed as described. A.Seed germination conditions   Transgenic seeds from regenerated plants are harvested and first infiltrated (Steeping) process (where the seeds soaked or sprayed with water are treated with seed water (The content is increased to between 35-45%). this The process initiates germination. Infiltration typically causes the seeds to flow freely Where possible, it is typically done in an infiltration tank equipped with a conical end . Adding compressed air to add oxygen to the infiltration process is an option. Warm The degree is controlled at about 22 ° C., depending on the seed.   After infiltration, the seeds contain air saturated with moisture, and have a controlled temperature and It is transferred to a germination compartment under air flow. Typical temperature is 12-25 ° C And germination is continued for 3-7 days.   The gene encoding the heterologous protein is produced by metabolic production such as sugar or plant hormones (Eg, 2-100 μM gibberellic acid). When operably linked, this metabolite can be added, removed or depleted to the infiltration medium. Thirst and / or added to air saturated with moisture used during germination You. Seeds absorb the aqueous medium and begin to germinate, expressing heterologous proteins. The media can then be recovered and the seeds can be placed in a controlled humidity and temperature aerated environment. By maintaining, malting can be initiated. In this way, Since the seed can begin to grow prior to expression, the expression product may be partially Less likely to be degraded or denatured.   More specifically, the temperature during the absorption or infiltration phase was kept in the range of about 15-25 ° C On the other hand, the temperature during germination is usually about 20 ° C. Absorption time is usually about 1 to 4 days Yes, while germination time is usually an additional 1-10 days, more usually 3-7 days . Normally, the malting time does not exceed about 10 days. During the malting period, Plant hormones (especially gibberellic acid) can be used during harvesting and shortened.   To achieve maximum production of recombinant protein over malting, The order is to remove the hull as described in PCT application WO 95/14099 cited above. And can be modified to accommodate seeds from which embryos have been removed. Of endosperm-derived sugar In the absence of RAmy3D promoter activity, and therefore expression of the heterologous protein, It is expected to rise 5 to 10 times. Alternatively, half of the seeds without embryos are ClTwoAnd 5 μM gibberellic acid incubate RAmy1A promoter activity. Sex increases by 50 times.   Production of mature HSA: Germination as outlined above and in more detail in Example 3 According to the conditions, the supernatant was analyzed by Western blot. Western blot The analysis shows HSA production in germinating rice seeds (seed samples 24, 72, and 120 hours after induction with gibberellin). HSA production induced Approximately 24 hours later, it was highest (FIG. 12, lanes 3 and 4). Biliru bin) (measuring the correct folding of HSA produced in plants) is described in Example 3. Assayed according to the indicated method. VI.Production of mature heterologous proteins in maturing seeds   In this embodiment, the monocotyledon cells transformed as described above Seeds from this plant and the resulting seeds It allows maturation (typically in the field) with production of the seed protein.   For example, it is intended that the heterologous protein as a whole provides benefits to the seed ( For example, enriching a seed with a selected protein), following seed maturation, The offspring and its heterologous protein are used directly, i.e., without protein isolation. Can be   Alternatively, the seed is enriched or purified by standard methods. Can be fractionated to obtain a heterologous protein. One general approach First, crush the seeds and then extract the desired protein or metabolite Seeds in a suitable extraction medium (eg, aqueous or organic solvent) I do. If desired, heterologous proteins can be further purified using standard purification methods. Can be fractionated and purified.   The following examples are provided by way of illustration, not limitation. Business Can be changed or modified to yield essentially similar results A variety of non-critical parameters are easily recognized.General method   In general, nomenclature and laboratory procedures for standard recombinant DNA techniques are: Sambrook et al.MOLECULAR CLONING-A LABORATORY MANUAL, Cold Spring Harbor La boratory, Cold Spring Harbor, New York 1989 and S.B. Gelvin and R.A . Schilperoot,PLANT MOLECULAR BIOLOGY, 1988. Other common References are provided throughout this document. The procedure herein is It is known in the art and is provided for the convenience of the reader.Example 1 The α 1 antitrypsin sequences to optimize the codon Of transformation vector containing A.Insertion of hygromycin resistance gene   A 3 kb BamHI fragment containing 35S promoter-Hph-NOS was transferred to plasmid pMON410. (Monsanto, St. Louis, MO) Plasmid pUCH18 + was placed at the BglII site at position 63. B.Inserting a terminator   pOSg1ABK5 was cloned into pBluescript KS- (Stratagene, San Diego, CA). Lambda clone λOSg1A (Huang, N., et al. (1990) Nuc. Acids Res. 18: 7007) This is a 5 kb BamHI-KpnI fragment derived from the present invention. Digest plasmid pOSg1ABK5 with MspI And blunt-ended with T4 DNA polymerase, followed by digestion with SpeI. 350bp Digested with BamHI and blunted with T4 DNA polymerase And pUC19 (New England BioLabs, Beverly, MA) digested with XbaI. It was cloned to form pUC19 / terminator. C.RAmy3D Promoter insertion   1.1 kb from p1AS1.5 (Huang, N. et al. (1993) Plant Mol. Biol. 23: 737-747). The NheI-PstI fragment was transferred to the vector pGEM5zf- [Multiple Cloning Site (MCS) (Prome ga, Madison, WI): ApaI, AatII, SphI, NcoI, SstII, EcoRV, SpeI, NotI, PstI , SalI, NdeI, SacI, MluI, NsiI] and cloned into the SpeI and PstI sites, and pGEM 5zf- (3D / NheI-PstI) was formed. Then, pGEM5zf- (3D / NheI-PstI) was converted to PstI and Digest with SacI and the complementary sequence, 5 ′ GCTTG ACCTG TAACT CGGGC CAGGC GAGCT 3 '(SEQ ID NO: 23) and 5' CGCCT AGCCC GAGTT ACAGG TCAAG CAGCT3 '(SEQ ID NO: 24) Two kinase-untreated 30-mers having the following were ligated into it to form p3DProSig . NcoI digestion of p3DProSig, blunting with T4 DNA polymerase, and Ss The promoter fragment prepared by tI digestion is digested with EcoRI, and T4 DNA Subcloned into pUC19 / terminator digested with Merase and SstI digested. To form p3DProSigEND. D.Insertion of multiple cloning sites   After digestion of p3DProSigEND with SstI and SmaI, the untreated kinase Reotide (5 'AGCTC CATGG CCGTG GCTCG AGTCT AGACG CGTCC CC 3' (SEQ ID NO: 25) And 5 'GGGGA CGCGT CTAGA CTCGA GCCAC GGCCA TGG 3' (SEQ ID NO: 26)) The new synthetic linker fragment constructed in Step 3 to form p3DProSigENDlink. Done. E. FIG.p3DProSigENDlink Modification of lateral part   After digesting p3DProSigENDlink with SalI and blunting with T4 DNA polymerase , Digested with EcoRV. Next, a HindIII site is located proximal to the promoter sequence, The blunt fragment so that the EcoRI site is proximal to the terminator sequence. And pBluescript KS + (Stratagene) at the EcoRV site. Then, HindIII-EcoR Transfer the I fragment into the pUCH18 + polylinker to form the p3Dv1.0 expression vector did. F.RAmy1A Promoter insertion   From lambda clone λOSg2 (Huang et al., (1990) Plant Mol. Biol. 14: 655-668). 1.9 kb NheI-PstI fragment from subclone pOSG2CA2.3 of SpeI and P Cloned into the vector pGEM5zf- at the stI site to form pGEM5zf- (1A / NheI-PstI) Was. pGEM5zf- (1A / NheI-PstI) is digested with PstI and SacI and the two kinases The untreated 35-mer and the four kinase-treated 32-mers were ligated with their complementary sequences as follows: , P1AProSig: 5 ′ GCATG CAGGT GCTGA ACACC ATGGT GAACAAACAC 3 ′ Column number 27); 5 'TTCTT GTCCC TTTCG GTCCT CATCG TCCTC CT 3' (SEQ ID NO: 28); 5 'T GGCC TCTCC TCCAA CTTGA CAGCC GGGAG CT 3 '(SEQ ID NO: 29); 5' TTCAC CATGG TGT TC AGCAC CTGCA TGCTG CA 3 '(SEQ ID NO: 30); 5' CGATG AGGAC CGAA A GGGAC AAGAA GTGTT TG 3 ′ (SEQ ID NO: 31); 5 ′ CCCGG CTGTC AAGTT GGAGG AGAGG CCAAG GAGGA 3 '(SEQ ID NO: 32). HindIII-SacI 0.8kb promoter fragment Was subcloned from p1AProSig into HindIII-SacI digested p3Dv1.0 vector Thus, a p1Av1.0 expression vector was obtained. G. FIG.p3D-AAT Plasmid construction   According to the sequence disclosed as Genebank Accession No. Two PCR primers were used to amplify the fragment: N-terminal primer -5 'GAGGA TCCCC AGGGA GATGC TGCCC AGAA 3' (SEQ ID NO: 33) and C-terminal primer Mer 5 'CGCGC TCGAG TTATT TTTGG GTGGG ATTCA CCAC 3' (SEQ ID NO: 34). N-terminal Primers are blunt for in-frame insertion with the end of the p3D signal peptide Position and the C-terminal primer was used as shown in FIGS. 3A and 3B. Includes an XhoI site for cloning the fragment into the vector. Or, The sequence encoding mature AAT (SEQ ID NO: 8) or codon-optimized AAT is described above. An XhoI restriction site was incorporated 3 ′ to the termination codon for insertion into the expression vector, It can be chemically synthesized using techniques known in the art.                                 Example 2 Production of mature α-antitrypsin in cell culture   After selection of transgenic calli, callus cells were transferred to AA2 medium (Thompson, J. .A., Et al., Plant Science47: 123 (1986), liquid culture containing 3% sucrose, pH15.8) Suspended in it. The cells were then transferred to a 10 mL multi-well tissue culture plate. Transfer to a phosphate buffered medium (20 mM phosphate buffer, pH 6.8) Shaking at 120 rpm for 48 hours. After that, remove the supernatant and Western Blotting Before analysis, they were stored at -80 ° C.   The supernatant was purified using a Centricon-10 filter (Amicon cat. # 4207). Concentrated and washed with induction medium to remove substances that interfere with electrophoretic migration. Samples were concentrated approximately 10-fold and mature AAT was purified by SDS PAGE electrophoresis. Purifier The protein was extracted from the electrophoresis medium and its N-terminal sequence was determined. The sequence shown in FIG. 8 identified as SEQ ID NO: 22 in the description is shown.                                 Example 3 HSA induction in germinating seeds   GAThree-Codon-optimized HSA gene driven by responsive RAmy1A promoter Seeds are harvested after selection of transgenic plants that test positive for the presence of Then, in a dark place at 25 ° C., water was absorbed while being rotationally shaken at 100 rpm for 24 hours. GAThreeThe final concentration 5 It was added to μM and incubated for a further 24-120 hours. 120 μl grinding buffer All the lysates are crushed twice and centrifuged at 23,000 xg at 4 ° C for 1 minute to obtain all soluble Sex protein was isolated. Carefully remove the clear supernatant from the pellet and remove Transferred to tube.   Bilirubin binding assay   Bilirubin binding to its high affinity site in mature HSA was determined by Jacobsen, J. et al. (1974; Clin. Chem. 20: 783) and Reed, R.G. (1975; Biochemistry 14: 4 Assay using the method described in 578-4583). In short, protein The concentration of free bilirubin in equilibrium with bound bilirubin is determined by peroxide Determined by the rate of oxidation of free bilirubin catalyzed by oxidase. Biril Bottle (Nutritional Biochemicals Corp.) stock solution with 5 mM water Prepared in 1 mM EDTA containing sodium oxide and concentration was 47,500 M at 440 nm-1cm-1 Determined using the molar absorbance of Alico containing between 5 and 30 nmol bilirubin The plate was added at 37 ° C. to an lcm cuvette containing 1 ml of PBS and about 30 nmol HSA. You. The absorption spectrum between 500 and 350 nm is recorded. Horseradish peroxida (Sigma) (0.05 mg / ml in PBS) and 0.05% Recoat is added and the change in absorbance at λmax is recorded for 3-5 minutes. Free and calculated as calculated from oxidation rates observed using different total bilirubin concentrations. Scatchard plots were made using the concentrations of From this, the association constant at the single binding site is determined.   Although the present invention has been described with respect to particular embodiments, without departing from the invention, , It is understood that many changes and modifications can be made.

───────────────────────────────────────────────────── 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) C12R 1:91) C12N 5/00 C (31)優先権主張番号 60/038,169 (32)優先日 平成9年2月13日(1997.2.13) (33)優先権主張国 米国(US) (31)優先権主張番号 60/038,170 (32)優先日 平成9年2月13日(1997.2.13) (33)優先権主張国 米国(US) (81)指定国 EP(AT,BE,CH,DE, DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,IT,L U,MC,NL,PT,SE),OA(BF,BJ,CF ,CG,CI,CM,GA,GN,ML,MR,NE, SN,TD,TG),AP(GH,GM,KE,LS,M W,SD,SZ,UG,ZW),EA(AM,AZ,BY ,KG,KZ,MD,RU,TJ,TM),AL,AM ,AT,AU,AZ,BA,BB,BG,BR,BY, CA,CH,CN,CU,CZ,DE,DK,EE,E S,FI,GB,GE,GH,GM,GW,HU,ID ,IL,IS,JP,KE,KG,KP,KR,KZ, LC,LK,LR,LS,LT,LU,LV,MD,M G,MK,MN,MW,MX,NO,NZ,PL,PT ,RO,RU,SD,SE,SG,SI,SK,SL, TJ,TM,TR,TT,UA,UG,US,UZ,V N,YU,ZW 【要約の続き】 遺伝子で形質転換される:(i)イネα−アミラーゼシ グナル配列ペプチドに対応するN末端部分、および(i ii)前記ペプチドのC末端アミノ酸に直接隣接した、 産生される成熟タンパク質に対応するタンパク質部分。──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme court ゛ (Reference) C12R 1:91) C12N 5/00 C (31) Priority claim number 60 / 038,169 (32) Priority date February 13, 1997 (Feb. 13, 1997) (33) Priority claim country United States (US) (31) Priority claim number 60/038, 170 (32) Priority date February 13, 1997 ( (Feb. 13, 1997) (33) Priority country United States (US) (81) Designated country EP (AT, BE, CH, DE, DK, ES, FI, FR, GB, GR, IE, IT, LU , MC, NL, PT, SE), OA (BF, BJ, CF, CG, CI, CM, GA, GN, ML, MR, NE, SN, TD, TG), AP (GH, GM, KE, LS) , MW, SD, SZ, UG, Z ), EA (AM, AZ, BY, KG, KZ, MD, RU, TJ, TM), AL, AM, AT, AU, AZ, BA, BB, BG, BR, BY, CA, CH, CN, CU , CZ, DE, DK, EE, ES, FI, GB, GE, GH, GM, GW, HU, ID, IL, IS, JP, KE, KG, KP, KR, KZ, LC, LK, LR, LS, LT, LU, LV, MD, MG, MK, MN, MW, MX, NO, NZ, PL, PT, RO, RU, SD, SE, SG, SI, SK, SL, TJ, TM, TR , TT, UA, UG, US, UZ, VN, YU, ZW Transformed with the gene: (i) an N-terminal portion corresponding to the rice α-amylase signal sequence peptide, and (i iii) C.) Immediately adjacent to the C-terminal amino acid of said peptide, Protein portion corresponding to that the mature protein.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1.以下: (i)成熟グリコシル化α1−アンチトリプシン(AAT)であって、ヒトにおい て産生される成熟AATと同じN末端アミノ酸配列、および血清の半減期を成熟非 グリコシル化AATの半減期よりも実質的に増加させるグリコシル化パターンを有 する、成熟グリコシル化AAT; (ii)成熟グリコシル化アンチトロンビンIII(ATIII)であって、ヒトにお いて産生される成熟ATIIIと同じN末端配列を有する成熟グリコシル化ATIII; (iii)成熟ヒト血清アルブミン(HSA)であって、ヒトにおいて産生され る成熟HSAと同じN末端アミノ酸配列を有し、そしてそのビリルビン結合特性に よって証拠付けられる様な天然の成熟HSAのフォールディングパターンを有する 成熟HSA;ならびに (iv)成熟した活性なズブチリシンBPN'(BPN')であって、Bacillusにおい て産生されたBPN'と同じN末端アミノ酸配列を有する成熟した活性なズブチリシ ンBPN'; からなる群から選択された成熟異種タンパク質を、単子葉植物細胞において、生 成する方法であって、該方法は以下: (a)(i)低分子の添加もしくは除去によって、または種子の成熟化の間に 、誘導可能な単子葉転写調節領域、(ii)異種タンパク質をコードする第1の DNA配列、および(iii)シグナルペプチドをコードする第2のDNA配列、を有 するキメラ遺伝子で形質転換された単子葉植物細胞を得る工程であって、該第1 のDNA配列および第2のDNA配列が翻訳フレーム内にあり、そして融合タンパク質 をコードし、そしてここで(i)該転写調節領域は該第2のDNA配列に作動可能 に連結されており、そして(ii)該シグナルペプチドは該形質転換細胞から成 熟異種タンパク質の分泌を容易にするのに有効である工程; (b)該転写調節領域を誘導するのに有効な条件下で該形質転換細胞を培養す る工程であって、それによって該融合タンパク質発現、および該成熟異種タンパ ク質の該形質転換細胞からの分泌を促進させる工程;ならびに (c)該形質転換細胞によって生成された該成熟異種タンパク質を単離する工 程、 を包含する方法。 2.請求項1に記載の方法であって、ここで前記第1のDNA配列はプロBPN'をコ ードし、前記培養工程は該形質転換細胞からプロBPN'の発現および分泌を促進す るために5〜6の間のpHで該形質転換細胞を培養する工程を包含し、そして前記 単離工程はプロBPN'の活性な成熟BPN'への自動変換を可能にするのに有効な条件 下でプロBPN'をインキュベートする工程を包含する方法。 3.請求項1に記載の方法であって、ここで前記第1のDNA配列が成熟BPN'をコ ードし、そして該方法がさらに以下: (i)低分子の添加もしくは除去によって、または種子の成熟化の間に、誘導 可能な転写調節領域、(ii)BPN'のプロペプチド部分をコードする第3のDNA 配列、ならびに(iii)シグナルポリペプチドをコードする第4のDNA配列を 含む第2のキメラ遺伝子で前記細胞を形質転換する工程であって、ここで該第4 のDNA配列が、該転写調節領域および該第3のDNA配列に作動可能に連結されてお り、ここで該シグナルポリペプチドは該プロポリペプチド部分と翻訳フレーム内 に存在し、そして前記形質転換細胞から発現されたプロペプチド部分の分泌を容 易にするのに有効である、工程、を包含し; 前記培養工程が、該形質転換細胞からのBPN'およびプロペプチド部分の発現お よび分泌を促進するために5〜6の間のpHで該細胞を培養することを包含し; そして前記単離工程が、BPN'を活性な成熟BPN'への変換を可能にするのに有効 な条件下で該BPN'および該プロ部分をインキュベートすること、および該活性な 成熟BPN'を単離することを包含する、 方法。 4. 前記シグナルペプチドが、配列番号1によって同定されるアミノ酸配列を 有するRAmy3Dシグナルペプチドである、請求項1に記載の方法。 5. 前記第2のDNA配列が、RAmy3Dシグナルペプチド(配列番号1)をコード し、そして配列番号3によって同定されるコドン最適化ヌクレオチド配列を有す る、請求項1に記載の方法。 6. 前記シグナルペプチドが、配列番号4によって同定されるアミノ酸配列を 有するRAmy1Aシグナルペプチドである、請求項1に記載の方法。 7. 前記第2のDNA配列、前記第1のDNA配列、または該第2および該第1のDN A配列の両方が、前記植物において増強された発現のためにコドン最適化されて いる、請求項1に記載の方法。 8. 前記転写調節領域が、RAmy1A、RAmy1B、RAmy2A、RAmy3A、RAmy3B、RAmy3C 、RAmy3D、およびRAmy3E、pM/C、gKAmy141、gKAmy155、Amy32b、ならびにHV18遺 伝子からなる群から選択される、イネまたはオオムギα−アミラーゼ遺伝子由来 のプロモーターである、請求項1に記載の方法。 9. 前記キメラ遺伝子が、前記転写調節領域と前記第2のDNAコード配列との 間に、RAmy1A、RAmy3B、RAmy3C、RAmy3D、HV18、およびRAmy3Eからなる群から選 択される、誘導可能単子葉植物遺伝子の5'非翻訳領域をさらに含む、請求項8に 記載の方法。 10. 前記キメラ遺伝子が、前記融合タンパク質をコードする配列の下流に、 RAmy1A、RAmy1B、RAmy2A、RAmy3A、RAmy3B、RAmy3C、RAmy3D、およびRAmy3E、pM /C、gKAmy141、gKAmy155、Amy32b、ならびにHV18遺伝子からなる群から選択され る、イネまたはオオムギα−アミラーゼ遺伝子由来誘導可能単子葉植物遺伝子の 3'非翻訳領域をさらに含む、請求項8に記載の方法。 11. 前記培養工程が、前記形質転換植物細胞を糖を含まない培地または糖欠 乏培地中で培養することを包含する、請求項1に記載の方法であって、前記転写 調節領域が前記RAmy3EまたはRAmy3D遺伝子由来であり、前記5'非翻訳領域がRAmy 1A遺伝子由来であってかつ配列番号5によって同定される配列を有し、そして前 記3'非翻訳領域がRAmy1A遺伝子由来である、方法。 12. 前記形質転換細胞が成熟種子の糊粉細胞であり、前記転写調節領域が種 子の発芽を促進する低分子の添加によってアップレギュレートされ、そして前記 培養工程が胚を有する形態または胚を有さない形態のいずれかの該種子を発芽さ せることを含む、請求項1に記載の方法。 13. 前記転写調節領域がイネα−アミラーゼRAmy1Aプロモーターまたはオオ ムギHV18プロモーターであり、そして前記低分子がジベレリン酸である、請求項 12に記載の方法。 14. 請求項1に記載の方法によって作製される成熟異種タンパク質であって 、ここで該タンパク質が、以下: (i)成熟グリコシル化α1−アンチトリプシン(AAT)であって、ヒトにお いて産生される成熟AATと同じN末端アミノ酸配列を有し、そして血清の半減期 を成熟非グリコシル化AATの半減期よりも実質的に増加させるグリコシル化パタ ーンを有する、成熟グリコシル化AAT; (ii)成熟グリコシル化アンチトロンビンIII(ATIII)であって、ヒトにお いて産生される成熟ATIIIと同じN末端アミノ酸配列を有する成熟グリコシル化A TIII;ならびに (iii)成熟したグリコシル化ズブチリシンBPN'(BPN')であって、Bacill usにおいて産生されたBPN'と同じN末端アミノ酸配列を有する成熟グリコシル化 ズブチリシンBPN'; からなる群から選択され、ここで該タンパク質が前記単子葉植物において作製さ れるタンパク質に特徴的なグリコシル化パターンを有する、成熟異種タンパク質 。 15. 前記単子葉植物細胞が、形質転換されたイネ、オオムギ、トウモロコシ 、コムギ、オートムギ、ライムギ、サトウモロコシ、またはキビ細胞である、請 求項1に記載の方法。 16. 前記単子葉植物細胞が形質転換されたイネまたはオオムギ細胞である、 請求項1に記載の方法。 17. 請求項1に記載の方法に従って、前記成熟異種タンパク質を産生し得る 植物細胞であって、ここで前記培養工程が該形質転換植物細胞を糖を含まない培 地または糖欠乏培地中で培養することを含み、前記転写調節領域がRAmy3Eまたは RAmy3D遺伝子由来であり、5'非翻訳領域がRAmy1A遺伝子由来であって、かつ配列 番号5によって同定される配列を有し、そして3'非翻訳領域がRAmy1A遺伝子由来 である、植物細胞。 18. 請求項1に記載の方法に従って、前記成熟異種タンパク質を産生し得る 種子であって、ここで前記形質転換細胞が糊粉細胞であり、前記転写調節領域が 種子の発芽を促進する低分子の添加によってアップレギュレートされ、そして前 記培養工程が胚を有する形熊または胚を有さない形態のいずれかの該種子を発芽 することを含む、種子。[Claims] 1. Less than:   (I) mature glycosylated α 1 -antitrypsin (AAT) The same N-terminal amino acid sequence as mature AAT produced and the half-life of serum Has a glycosylation pattern that substantially increases the half-life of glycosylated AAT Mature glycosylated AAT;   (Ii) mature glycosylated antithrombin III (ATIII), which Mature glycosylated ATIII having the same N-terminal sequence as mature ATIII produced in   (Iii) mature human serum albumin (HSA) produced in humans Has the same N-terminal amino acid sequence as mature HSA and its bilirubin binding properties. Has the folding pattern of natural mature HSA as evidenced by Mature HSA; and   (Iv) Mature, active subtilisin BPN '(BPN'), which is odorant to Bacillus Active subtilis having the same N-terminal amino acid sequence as BPN 'produced BPN '; Mature heterologous proteins selected from the group consisting of A method comprising:   (A) (i) by addition or removal of small molecules or during seed maturation An inducible monocot transcriptional regulatory region, (ii) a first encoding a heterologous protein. A DNA sequence, and (iii) a second DNA sequence encoding a signal peptide. Obtaining monocotyledonous plant cells transformed with the chimeric gene The DNA sequence of the second and the second DNA sequence are in frame and the fusion protein And (i) the transcriptional regulatory region is operable on the second DNA sequence And (ii) the signal peptide is composed of the transformed cells. A step effective to facilitate secretion of the mature heterologous protein;   (B) culturing the transformed cells under conditions effective to induce the transcription regulatory region The fusion protein expression and the mature heterologous protein Promoting secretion of cytoplasm from the transformed cells; and   (C) a step of isolating the mature heterologous protein produced by the transformed cell About A method comprising: 2. 2. The method of claim 1, wherein said first DNA sequence encodes proBPN '. And the culturing step promotes the expression and secretion of pro-BPN 'from the transformed cells. Culturing said transformed cells at a pH between 5 and 6 to Conditions effective for the isolation step to allow automatic conversion of pro-BPN 'to active mature BPN' Incubating pro-BPN 'below. 3. 2. The method of claim 1, wherein said first DNA sequence encodes mature BPN '. And the method further comprises:   (I) induction by addition or removal of small molecules or during seed maturation A third DNA encoding a possible transcriptional regulatory region, (ii) the propeptide portion of BPN ' Sequence, and (iii) a fourth DNA sequence encoding a signal polypeptide. Transforming said cells with a second chimeric gene comprising: Is operably linked to the transcription control region and the third DNA sequence. Where the signal polypeptide is in the translation frame with the propolypeptide portion. And allows for secretion of the expressed propeptide moiety from the transformed cells. Steps that are effective to facilitate;   The culturing step includes the step of expressing BPN 'and the propeptide moiety from the transformed cells. And culturing the cells at a pH between 5 and 6 to promote secretion;   And the isolation step is effective to allow the conversion of BPN 'to active mature BPN' Incubating the BPN 'and the pro-moiety under Isolating mature BPN ', Method. 4. The signal peptide comprises an amino acid sequence identified by SEQ ID NO: 1. The method according to claim 1, which is a signal peptide having RAmy3D. 5. The second DNA sequence encodes a RAmy3D signal peptide (SEQ ID NO: 1) And has a codon optimized nucleotide sequence identified by SEQ ID NO: 3 The method of claim 1, wherein 6. The signal peptide comprises an amino acid sequence identified by SEQ ID NO: 4. The method according to claim 1, which is a signal peptide having RAmy1A. 7. The second DNA sequence, the first DNA sequence, or the second and the first DN Both A sequences are codon-optimized for enhanced expression in the plant The method of claim 1, wherein 8. The transcription regulatory region is RAmy1A, RAmy1B, RAmy2A, RAmy3A, RAmy3B, RAmy3C. , RAmy3D, and RAmy3E, pM / C, gKAmy141, gKAmy155, Amy32b, and HV18 Rice or barley α-amylase gene selected from the group consisting of genes The method according to claim 1, which is a promoter of 9. The chimeric gene comprises the transcription regulatory region and the second DNA coding sequence; In between, selected from the group consisting of RAmy1A, RAmy3B, RAmy3C, RAmy3D, HV18, and RAmy3E. 9. The method of claim 8, further comprising a selected 5 'untranslated region of an inducible monocot gene. The described method. 10. The chimeric gene, downstream of the sequence encoding the fusion protein, RAmy1A, RAmy1B, RAmy2A, RAmy3A, RAmy3B, RAmy3C, RAmy3D, and RAmy3E, pM / C, gKAmy141, gKAmy155, Amy32b, and the HV18 gene Of an inducible monocot gene derived from rice or barley α-amylase gene 9. The method of claim 8, further comprising a 3 'untranslated region. 11. The culturing step comprises converting the transformed plant cells into a sugar-free medium or a sugar-free medium. 2. The method of claim 1, comprising culturing in a poor medium. The regulatory region is derived from the RAmy3E or RAmy3D gene, and the 5 ′ untranslated region is RAmy3E. Having the sequence derived from the 1A gene and identified by SEQ ID NO: 5, and The method wherein the 3 ′ untranslated region is derived from the RAmy1A gene. 12. The transformed cells are mature seed aleurone cells, and the transcription regulatory region is Up-regulated by the addition of small molecules that promote germination of offspring, and The culturing step germinates the seed in either an embryo-less or embryoless form. The method of claim 1, comprising causing to occur. 13. The transcription control region is a rice α-amylase RAmy1A promoter or The wheat HV18 promoter, and wherein the small molecule is gibberellic acid. 12. The method according to 12. 14. A mature heterologous protein produced by the method of claim 1, Where the protein is:   (I) mature glycosylated α1-antitrypsin (AAT), which Has the same N-terminal amino acid sequence as mature AAT produced in Glycosylation pattern significantly increases the half-life of mature unglycosylated AAT over half-life Mature glycosylated AAT with   (Ii) mature glycosylated antithrombin III (ATIII), which Glycosylated A having the same N-terminal amino acid sequence as mature ATIII produced in TIII; and   (Iii) mature glycosylated subtilisin BPN '(BPN'), comprising Bacill Mature glycosylation with the same N-terminal amino acid sequence as BPN 'produced in us Subtilisin BPN '; Wherein the protein is produced in said monocotyledonous plant. Mature heterologous protein with a glycosylation pattern characteristic of the protein to be . 15. The monocotyledon plant cells are transformed rice, barley, corn , Wheat, oats, rye, sugar corn, or millet cells, The method of claim 1. 16. The monocot plant cell is a transformed rice or barley cell, The method of claim 1. 17. The mature heterologous protein may be produced according to the method of claim 1. A plant cell, wherein the culturing step comprises culturing the transformed plant cell without sugar. Culturing in a medium or in a sugar-deficient medium, wherein the transcription regulatory region is RAmy3E or Derived from the RAmy3D gene, the 5 'untranslated region is derived from the RAmy1A gene, and the sequence Has the sequence identified by No. 5 and the 3 'untranslated region is from the RAmy1A gene Is a plant cell. 18. The mature heterologous protein may be produced according to the method of claim 1. A seed, wherein the transformed cells are aleurone cells, and the transcription regulatory region is Upregulated by the addition of small molecules that promote seed germination, and The culturing step germinates the seed in a form having an embryo or a form having no embryo Seeds, including to do.
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