JP2002306181A - 大腸菌においてRsaI制限エンドヌクレアーゼをクローニングし製造するための方法 - Google Patents
大腸菌においてRsaI制限エンドヌクレアーゼをクローニングし製造するための方法Info
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Abstract
(Rhodopseudomonas sphaero
ides)由来の制限酵素であるRsaIは、DNA配
列5’−GTAC−3’を認識する。RsaIは商業的
に重要であるため、本発明者らは、RsaI遺伝子とそ
れに付随する修飾酵素とをクローニングすることによ
り、それを過剰産生させることに努めた。 【解決手段】RsaI RおよびM遺伝子が隣接してい
る(これは、ほとんどのR−M系に当てはまる)のでは
なく、未知機能の介在遺伝子により分離されていること
を見出した。この情報に基づき、メチラーゼ選択ではな
くポリメラーゼ連鎖反応(PCR)により、RsaIR
遺伝子をクローニングした。
Description
saI制限エンドヌクレアーゼおよびRsaIメチラー
ゼをコードする組換えDNA、および該組換えDNAか
らのRsaI制限エンドヌクレアーゼの製造に関する。
型制限エンドヌクレアーゼは、細菌中に天然に存在する
酵素のクラスである。それらが他の細菌タンパク質から
精製されている場合には、分子クローニングおよび遺伝
子の特徴づけのためにDNA分子を断片に切断するため
に、これらの制限エンドヌクレアーゼを実験室内で使用
することができる。
沿ったヌクレオチドの特定の配列(「認識配列」)に結
合することにより作用する。それらは、一旦結合する
と、該認識配列の内部、片側または両側で該DNA分子
を切断する。異なる制限エンドヌクレアーゼは、異なる
ヌクレオチド配列を認識し切断する。現在までに調べら
れている数千の細菌種において、特有の特異性を有する
200個を超える制限エンドヌクレアーゼが同定されて
いる(RobertsおよびMacelis,Nuc
l.Acids Res.27:223−235(19
96))。
る細菌に基づき命名される。したがって、例えば、デイ
ノコッカス・ラジオフィルス(Deinococcus
radiophilus)種は、DraI、DraI
IおよびDraIIIと称される3つの異なる制限エン
ドヌクレアーゼを産生する。これらの酵素は、それぞれ
配列5’−TTTAAA−3’、5’−PuGGNCC
Py−3’および5’−CACNNNGTG−3’を認
識し切断する。一方、大腸菌(Escherichia
coli)RY13は唯一の酵素EcoRIを産生
し、これは配列5’GAATTC3’を認識する。
トランスフェラーゼと称される1以上の同伴酵素と共に
見出され、全体として制限−修飾(R−M)系を形成す
る。メチルトランスフェラーゼは、それに伴う制限エン
ドヌクレアーゼを補完するものであり、それは、細菌が
それ自身のDNAを保護しそれを外来感染性DNAから
識別するのを可能にする手段を提供する。修飾メチラー
ゼは、対応する制限エンドヌクレアーゼと同じ認識配列
を認識しそれに結合するが、該DNAを切断することな
く、メチル基の付加により該配列内の或る特定のヌクレ
オチドを化学修飾して5−メチルシトシン、N4−メチ
ルシトシンまたはN6−メチルアデニンを形成する。メ
チル化後にはもはや、該認識配列は同族制限エンドヌク
レアーゼにより切断されることはない。細菌細胞のDN
Aは、その修飾メチラーゼの活性により常に完全に修飾
される。したがって、それは、内在性制限エンドヌクレ
アーゼの存在に対して完全に不感受性である。制限エン
ドヌクレアーゼの認識および切断に対して感受性なの
は、未修飾であり従って識別されうる外来DNAだけで
ある。
は、遺伝子をクローニングしそれがコードする酵素を大
量に過剰産生させることが可能となっている。制限エン
ドヌクレアーゼ遺伝子のクローンを単離する際に鍵とな
るのは、複雑な「ライブラリー」(すなわち、「ショッ
トガン」法により誘導されるクローンの集団)内の該ク
ローンを、それが10−3〜10−4の頻度でしか存在
しない場合に同定するための簡便かつ信頼しうる方法を
開発することである。好ましくは、望ましくない大部分
のクローンが破壊され、望ましい希少クローンが生存す
るように、そのような方法は選択的であるべきである。
頻度は益々増加しつつある。クローニングされた最初の
系では、制限エンドヌクレアーゼクローンを同定または
選択するための手段としてバクテリオファージ感染に対
する抵抗性が用いられた(EcoRII:Kosykh
ら,Mol.Gen.Genet.178:717−7
19,(1980);HhaII:Mannら,Gen
e 3:97−112,(1978);PstI:Wa
lderら,Proc.Nat.Acad.Sci.7
8:1503−1507,(1981))。細菌内の制
限−修飾系の存在により該細菌はバクテリオファージに
よる感染に抵抗することができるため、クローン化制限
−修飾遺伝子を保持する細胞は、原則として、ファージ
にさらされたライブラリーから生存体として選択的に単
離されうる。しかしながら、この方法は、限られた価値
しか有していないことが判明している。特に、クローン
化制限−修飾遺伝子は、選択的な生存性を付与するのに
十分なファージ抵抗性を常に現すわけではないことが判
明している。
ラスミドを保持することが初めに確認された系を大腸菌
(E.coli)クローニングプラスミド中に導入する
ことを含む(EcoRV:Bougueleretら,
Nucl.Acids.Res.12:3659−36
76,(1984);PaeR7:Gingerasお
よびBrooks,Proc.Natl.Acad.S
ci.USA 80:402−406,(1983);
TheriaultおよびRoy,Gene19:35
5−359(1982);PvuII:Blument
halら,J.Bacteriol.164:501−
509,(1985))。
アプローチは、活性メチラーゼ遺伝子に関する選択によ
るものである(米国特許第5,200,333号および
BsuRI:Kissら,Nucl.Acids.Re
s.13:6403−6421,(1985))。Rお
よびM遺伝子は通常は密接に連関しているため、両遺伝
子は、しばしば、一方のみの選択により同時にクローニ
ングされうる。しかしながら、M遺伝子に関する選択
は、完全な制限系を常に与えるわけではなく、むしろメ
チラーゼ遺伝子しか与えないことが多い(BspRI:
Szomolanyiら,Gene 10:219−2
25,(1980);BcnI:Janulaitis
ら,Gene 20:197−204(1982);B
suRI:KissおよびBaldauf,Gene
21:111−119,(1983);およびMsp
I:Walderら,J.Biol.Chem.25
8:1235−1241,(1983))。
伝子が、新たな宿主内にクローニングされ適切に発現さ
れた場合に、異なる制限遺伝子の存在を該宿主が許容す
るのを可能にすることを利用することにより、大腸菌
(E.coli)内のR−M系をクローニングするとい
うものである(Wilsonら;米国特許第5,24
6,845号)。
o−blue)法」)が、dinD::lacZ融合体
を含有する大腸菌(E.coli)の指示株に基づく大
腸菌(E.coli)における制限エンドヌクレアーゼ
遺伝子の直接クローニングに関して記載されている(F
omenkovら,米国特許第5,498,535号;
Fomenkovら,Nucl.Acids Res.
22:2399−2403,(1994))。この方法
は、制限エンドヌクレアーゼまたは非特異的ヌクレアー
ゼにより引き起こされたDNA損傷の後の大腸菌(E.
coli)のSOS応答を利用するものである。多数の
耐熱性ヌクレアーゼ遺伝子(Tth111I、BsoB
I、Tfヌクレアーゼ)が、この方法によりクローニン
グされている(米国特許第5,498,535号)。
びそれより低度ではあるが修飾メチラーゼは、実験室内
でDNA分子を操作するための有用な手段であるため、
これらの酵素を大量に産生する細菌株を組換えDNA技
術により得ることが商業的に強く要請されている。ま
た、そのような過剰発現株は酵素精製の負担を軽減す
る。
ファエロイデス(Rhodopseudomonass
phaeroides)(NEB(New Engla
nd Biolabs,Beverly,MA))カル
チャーコレクション#233(Lynnら,J.Bac
teriol.142:380−383(1980))
由来のRsaIメチラーゼ遺伝子(rsaIM)を大腸
菌(E.coli)プラスミドベクターpBR322内
にクローニングするために、メチラーゼ選択方法を用い
た。サブクローニング、欠失マッピングおよびDNA配
列決定により、挿入されたRsaIメチラーゼ遺伝子
(ORF1)の位置を確認し、第2の不完全な収束(c
onverging)オープンリーディングフレーム
(ORF2)の存在が示された。
通常、細菌DNA内で互いに並んで存在するため、OR
F2はrsaIR遺伝子であると仮定され、ORF2の
欠落部分をクローニングするように努めた。サザンブロ
ットは、BclI、BstYIおよびPstI断片が、
rsaIMと、全ORF2を含むのに十分な程度に隣接
したDNAとを潜在的に含有しうることを示した。Bc
lIおよびBstYIならびにサイズ分画されゲル精製
されPstIで消化された染色体DNAで作製されたド
ゥノボ(de novo)ライブラリー上でのメチラー
ゼ選択は、RsaIメチラーゼクローンを全く与えなか
った。このことは、これらの断片が、おそらく、大腸菌
(E.coli)において毒性であったことを示唆して
いる。
ロドシュードモナス・スファエロイデス(Rhodop
seudomonas sphaeroides)細胞
抽出物から、ほぼ均一になるまで精製した。約18kD
aおよび22kDaの2つのタンパク質がSDS−PA
GEゲル分析による調製物中に存在することが判明し
た。これらの両タンパク質のN末端アミノ酸配列を決定
し、それらを用いて、RsaIMと該収束ORF2とを
含有する断片のPCR用のプライマーを合成した。これ
らのPCRの試みもまた、所望のクローンを与えなかっ
た。
Aを単離し、この断片をpCAB16内およびpUC1
9内の両方にクローニングし、配列決定した。前記の第
2収束ORF(ORF2)および追加的なORF(OR
F3)を含む2つの完全なオープンリーディングフレー
ム(ORF)が、rsaIM遺伝子の下流に見出され
た。ORF2およびORF3にコードされるタンパク質
の誘導アミノ酸配列は、潜在的制限エンドヌクレアーゼ
を示すGenbankデータベースの公知タンパク質の
いずれとも一致しなかった。しかしながら、第3ORF
(ORF3)の開始部分にコードされるアミノ酸配列
は、該18kDaエンドヌクレアーゼ候補タンパク質の
N末端アミノ酸配列と完全に一致した。ORF2の開始
部分にコードされるアミノ酸配列は、該18kDaまた
は22kDaタンパク質のいずれのN末端配列とも一致
しなかった。これは、おそらく、ORF2ではなくOR
F3がrsaIR遺伝子であること、およびRsaIエ
ンドヌクレアーゼタンパク質が18kDaのサイズを有
することを示した。
子および修飾遺伝子は、それらの間に他の遺伝子をはさ
まずに存在する。RsaI R−M系は、未知機能の遺
伝子であるORF2がRおよびM遺伝子を分離している
点で特異であるらしい。少数のR−M系においては介在
遺伝子が見出されているが、いずれの場合にも、これら
の介在遺伝子の機能は公知である。例えば、BsuRI
R−M系においては、vsr型ミスマッチ修復(V)
遺伝子がbsuRI RおよびM遺伝子を分離している
(J.BarsomianおよびG.Wilson、未
公開)。AhdI R−M系においては、DNA配列特
異性(S)遺伝子がAahdI RおよびM遺伝子を分
離している(K.Lunnen,T.CuiおよびG.
Wilson、未公開)。そしてBamHI R−M系
においては、調節遺伝子またはC遺伝子がbamHI
RおよびM遺伝子を分離している(Ivesら,J.B
acteriol.,174:7194−7201(1
992);Sohallら、Gene 157:227
−228(1995))。RsaI R−M系における
介在遺伝子は、これらの他の介在遺伝子とは異なり、そ
れは独特である。該遺伝子にコードされるタンパク質
は、V、CまたはSタンパク質のいずれにも類似してお
らず、GenBankデータベース中の他のいずれのタ
ンパク質にも類似していない。
anococcus jannascii)は、Mja
Vと称されるRsaIのアイソシゾマーをコードしてい
る。MjaV R−M系のRおよびM遺伝子は、Rsa
I R−M系の遺伝子とは異なる逆の配向で存在する
が、それらもまた、独特の遺伝子により分離されてい
る。この遺伝子にコードされるタンパク質は、RsaI
系の対応介在タンパク質とは類似しておらず、それはま
た、V、CまたはSタンパク質のいずれとも類似してお
らずGenBankデータベース中の他のいずれのタン
パク質にも類似していない点で独特である(Bult
ら,Science 273:1058−1073、
(1996);Morgan,R.,Posfai,
J.,Patti,J.,Roberts,R.J.,
未公開,New England Biolabs;
R.Morgan,K.LunnenおよびG.Wil
son,未公開,New England Biola
bs)。
修飾された大腸菌(E.coli)宿主内への形質転換
により活性RsaI制限遺伝子(ORF3)をpRRS
(Skoglundら,Gene,88:1−5(19
90))内に直接的にクローニングする試みは、失敗し
た。減少したRsaIエンドヌクレアーゼ活性を有する
2つのpRRS−rsaIRクローン#13および#1
4だけが、RsaIメチラーゼで予め修飾された大腸菌
(E.coli)宿主から単離された。MjaVメチラ
ーゼで予め修飾された大腸菌(E.coli)宿主内に
形質転換された同じ連結体もまた、いずれのクローンも
与えなかった。減少した活性のクローン#14のDNA
配列決定は、下流の遅延(delayed)GTG開始
コドンによりN末端でRsaIエンドヌクレアーゼを十
中八九トランケート化する開始コドン(ATG)のTの
欠失突然変異を示した。該トランケート化RsaIエン
ドヌクレアーゼクローンは、30℃で培養した場合には
低い活性を示すか又は全く活性を示さず、一方、37℃
で培養した培養に関しては持続的RsaI部分エンドヌ
クレアーゼ活性を示した。
デス(Rhodopseudomonas sphae
roides)染色体DNAからのrsaIR PCR
断片をクローニングし、BsaAI部位におけるpCA
B16内への連結の後で配列決定した。pCAB16
は、mspIRがPlacプロモーターと同調していて
pUC18のポリリンカー内にクローニングされた活性
mspIR遺伝子を含有するpUC18誘導体である。
pCAB16をmspIR中のBsaAI部位において
線状化してmspIR発現を遮断して(さもなければそ
れは致死的となるであろう)、該BsaAI部位内への
連結によるインサートに関する選択を行なった(図
7)。該rsaIR PCR断片をpCAB16内に連
結し、RsaIメチラーゼで予め修飾された大腸菌
(E.coli)宿主内に形質転換した。コロニーPC
Rを10個のコロニー上で行なった。1つの単離体#9
はPCR rsaIR断片を含有していた。配列決定
は、該18kDaタンパク質の推定N末端アミノ酸配列
と一致するrsaIRの正しいDNA配列を示した。p
CAB16−rsaIR#9は、Placおよびmsp
IRに対して逆配向であり、アッセイを行なったとこ
ろ、それは、検出可能ではあるが部分的なRsaI制限
エンドヌクレアーゼ活性を示した。
aIエンドヌクレアーゼ遺伝子(rsaIR)断片を、
PstIおよびBamHIで消化した後にゲル精製し、
ついでpRRS内に連結した。RsaIまたはMjaV
メチラーゼで予め修飾された別々の大腸菌(E.col
i)宿主内にこの連結体を形質転換しても、pRRS内
に活性RsaI制限クローンを保持する形質転換体を得
ることはできなかった。
デス(Rhodopseudomonas sphae
roides)染色体DNAからの全3個のORF、す
なわちrsaIM(ORF1)、収束未知ORF rs
aIU(ORF2)およびrsaIR(ORF3)を含
有するPCR断片上のRsaI制限−修飾系をpUC1
9内に直接的にクローニングすることを試みたが、無傷
RsaIエンドヌクレアーゼを得ることはできなかっ
た。RsaIエンドヌクレアーゼ消化に対して抵抗性で
あることが判明した僅か3個のpUC19クローン#
1、#6および#12が単離され、これらは、より小さ
な欠失DNA断片を含有していた。#1のDNA配列決
定は、未知遺伝子rsaIU(ORF2)の一部だけ及
びrsaIR(ORF3)の全部が欠失した無傷rsa
IM遺伝子を示した。
立するためのもう1つの試みは、高度に調節されるT7
プロモーターを含有するプラスミドpLT7K(NEB
#1285,New England Biolab
s,Inc.,Beverly,MA)の使用を含むも
のであった。pLT7Kは、pSX20およびpIH9
19の両方に和合性のcolE1複製起点を有する。該
プラスミドは、IPTG調節T7プロモーターとは反対
に配向したファージラムダからのPRプロモーターを含
有し、それはまた、アンピシリンおよびカナマイシン耐
性遺伝子を含有する。該PRプロモーターは、30℃で
はラムダcIリプレッサーにより抑制される。このリプ
レッサー(ファージラムダcI857遺伝子の産物であ
る)は温度感受性であり、37℃を超えるとPRを抑制
せず、PRプロモーターの発現を可能にする。Tn90
3由来のカナマイシン遺伝子は、一方の末端のクローニ
ング部位と共にPRプロモーターと同調して位置する
(それは、Kan感受性になるプラスミド上のインサー
トに関する直接的選択を可能にする)。もう一方の末端
には、IPTGの添加により誘導されるlacIリプレ
ッサーにより調節される対向(opposing)T7
プロモーターが存在する。pLT7Kを使用するエンド
ヌクレアーゼ遺伝子の過剰発現のための方法は以下のと
おりである。T7プロモーターと同調したエンドヌクレ
アーゼ遺伝子を含有するプラスミドを37℃で0.8〜
1.0のOD590まで培養して、該対向T7プロモー
ターからの該エンドヌクレアーゼ遺伝子の発現を妨げる
PRプロモーターからのアンチセンス発現を引き起こさ
せる。該培養温度を30℃まで低下させると、PRは抑
制される。ついでIPTGを加えて、該T7プロモータ
ーおよび該エンドヌクレアーゼ遺伝子(すなわち、rs
aIR)を誘導する。
を使用して、RsaIエンドヌクレアーゼ遺伝子(rs
aIR)をpCAB16−rsaIR#9からPCR増
幅し、XbaIおよびXhoIでの消化およびpLT7
K内への連結の後にクローニングした。該連結反応物
を、T7 RNAポリメラーゼを欠く大腸菌(E.co
li)DH5α内に形質転換し、20mMグルコースを
含有するLB+Ampプレート上で37℃でプレーティ
ングした。18個のカナマイシン感受性コロニーからプ
ラスミドDNAを単離した。12個が、XbaI+Xh
oI二重消化により攻撃されたとおりの正しいサイズの
rsaIR断片を含有していた。これらのpLT7K−
rsaIRクローンの4個を、T7 RNAポリメラー
ゼを含有するRsaIメチラーゼで予め修飾された大腸
菌(E.coli)ER2566宿主内に形質転換し
た。アッセイしたところ、該pLT7K−rsaIRク
ローンは、種々の量の検出可能なRsaI制限エンドヌ
クレアーゼ活性を示した。最大のRsaIエンドヌクレ
アーゼ活性を有するクローン(#5−3 pLT7K−
rsaIR)は、最大のRsaIエンドヌクレアーゼ活
性を示した。#5−3pLT7K−rsaIRプレート
からの4個のコロニーを再び培養し、ついでIPTGで
誘導し、RsaIエンドヌクレアーゼ活性に関してアッ
セイした。しかし、この場合、RsaIエンドヌクレア
ーゼ活性は全く検出されなかった。このことは、該クロ
ーンが不安定であったことを示唆している。
ゼクローンを作製するためには、もう1つの工程、すな
わち、両方のメチラーゼ(M.RsaIおよびM.Mj
aV)で予め修飾された大腸菌(E.coli)宿主を
使用することが必要であることが判明した。これらの2
つのメチラーゼを含有する和合性ベクタープラスミドを
使用して、高度に発現するRsaIエンドヌクレアーゼ
クローンを大腸菌(E.coli)において確立した。
これを行なうために、RsaIメチラーゼ遺伝子(rs
aIM)を、PlacプロモーターとpUC18由来の
ポリリンカーとを含有するpACYC184の誘導体で
あるpIH919内にクローニングした。MjaVメチ
ラーゼ遺伝子(mjaVM)を、pBR322とpAC
YCに基づくプラスミドとの両方に和合性のpSC10
1の誘導体であるpSX20内にクローニングした。つ
いでpSX20−mjaVMメチラーゼプラスミドを、
pIH919−rsaIMプラスミドを含有するコンピ
テント大腸菌(E.coli)宿主ER2744内に形
質転換した。両方のメチラーゼを含有するこの大腸菌
(E.coli)宿主ER2744株をコンピテントに
し、前記のpLT7K−rsaIR#5からの元のミニ
プレップDNAで形質転換した。宿主大腸菌(E.co
li)ER2744は、Thr T7プロモーターから
のrsaIRの発現に必要なT7ポリメラーゼを含有す
る。(注:M.RsaIおよびM.MjaVを含有する
この二重予備修飾大腸菌(E.coli)内への宿主形
質転換により活性RsaI制限遺伝子rsaIRをpR
RS内に直接的にクローニングする試みは、失敗した。
この形質転換からの12個のコロニーのプラスミドDN
Aを単離した。いずれのクローンも、正しいサイズのr
saIRインサートを含有せず、検出可能なRsaIエ
ンドヌクレアーゼ活性を示さないらしかった。
を、0.8〜1.0のOD590まで37℃で培養し、
ついで培養温度を30℃に低下させ、ついでIPTG誘
導を行なった。RsaIエンドヌクレアーゼ活性に関し
てアッセイしたところ、全5個のクローン#51、#5
2、#53、#54および#55が種々の量のRsaI
エンドヌクレアーゼ活性を示し、最高は106u/gを
超える#51であった(図8)。pLT7K−rsaI
R#51クローンのグリセロールストックを−70℃で
保存し、ついで#51グリセロールストックを融解し、
LBアンピシリン、クロラムフェニコールおよびカナマ
イシンプレート上で37℃で再びストリークし、再度、
個々のクローンを30℃で培養し誘導し、RsaIエン
ドヌクレアーゼ活性に関してアッセイした。1個のその
ようなクローンpKL167−51を含む全4個のクロ
ーンが、湿潤大腸菌(E.coli)細胞1グラム当た
りで産生されたRsaIエンドヌクレアーゼの5×10
6単位以上でR.RsaIを発現した。pKL167−
51からの組換えRsaIエンドヌクレアーゼは、ほぼ
均一になるまでクロマトグラフィーにより精製すること
ができる。
そのコード化アミノ酸配列(配列番号2)を示す。 図3.RsaIエンドヌクレアーゼ遺伝子(配列番号
3)およびそのコード化アミノ酸配列(配列番号4)を
示す。 図4.RsaI未知遺伝子(配列番号5)およびそのコ
ード化アミノ酸配列(配列番号6)を示す。 図5.pIH919−rsaIMメチラーゼクローンの
プラスミド地図を示す。 図6.pSX20−mjaVMメチラーゼクローンのプ
ラスミド地図を示す。図7.pCAB16のプラスミド
地図を示す。 図8.pLT7K−rsaIRエンドヌクレアーゼクロ
ーン#5のプラスミド地図を示す。 図9.pKL167−51の大腸菌(E.coli)細
胞抽出物からのRsaI制限酵素活性を表す写真を示
す。
クローンから巧く過剰産生させるためには、2つのメチ
ラーゼM.MjaVおよびM.RsaIで予め修飾され
た大腸菌(E.coli)宿主における特別に抑制され
たプラスミドベクターpLT7Kの使用を含む、メチラ
ーゼ選択を超える更なる工程が必要であった。大腸菌
(E.coli)DNAをRsaI消化から完全に保護
するためには、2つのMTaseが必要であった。2つ
の和合性プラスミド(一方はrsaIMを含有し、もう
一方はmjaVMを含有する)を使用して、それらを該
宿主に導入した。これらのプラスミドを、T7 RNA
ポリメラーゼを含有する大腸菌(E.coli)宿主内
に形質転換し、ついでこの株を、rsaIR遺伝子を含
有する第3の和合性プラスミドpLT7K−rsaIR
で形質転換し、ついで全3個の組換えプラスミドを含有
するコロニーを抗生物質含有ルリアブロスプレート上で
選択した。
制限エンドヌクレアーゼ遺伝子を、好ましくは、大腸菌
(E.coli)においてクローニングし発現させる本
明細書に記載の方法では、以下の工程を行なう。
ーの構築 ロドシュードモナス・スファエロイデス(Rhodop
seudomonassphaeroides)ゲノム
DNAをApoIで消化して、所望の部分消化を行なっ
た。0.5〜20kbの該ApoI完全および部分消化
ゲノムDNAを、EcoRIで切断されCIPで処理さ
れたベクターpBR322内に17℃で一晩連結した。
ER2418大腸菌(E.coli)コンピテント細胞
および連結DNAを使用して、形質転換を行なった。該
形質転換体をプールし、増幅した。該一晩細胞培養物か
ら、プラスミドDNAを調製した。
イブラリーDNAの攻撃およびRsaIメチラーゼ遺伝
子の単離 該ApoI部分ライブラリーDNAをRsaIで37℃
で2時間消化した。該消化DNAをER2418コンピ
テント細胞内に形質転換した。個々の形質転換体の細胞
培養からプラスミドDNAを単離した。消化に対する抵
抗性を検出するために、個々のプラスミドDNAをRs
aIで消化した。2つのプラスミド単離体#1および#
2が、RsaI消化に対する完全な抵抗性を示した。こ
れらのクローンは該クローン化RsaI M遺伝子を保
持していた。
インサートの配列決定 DNA配列決定は、該インサート内の該挿入RsaIメ
チラーゼ遺伝子(ORF1)の位置を証明し、部分的な
収束オープンリーディングフレーム(ORF2)を示し
た。BLASTを使用して完全なORF1をGenBa
nk中の公知遺伝子産物と比較したところ、それは、N
4−メチルシトシンメチラーゼに対する相同性を示し
た。1230bpの完全なORF1は、RsaIメチラ
ーゼをコードしている(409アミノ酸の分子量=4
5.4kDa)。該部分的ORF2は、Genbank
データベース中の公知タンパク質のいずれに対する一致
も示さなかった。
アーゼのN末端アミノ酸の配列決定 該非組換えRsaIエンドヌクレアーゼを、ほぼ均一に
まで精製し、SDS−PAGEに付した。2つのタンパ
ク質バンドが、約18kDaおよび22kDaの分子量
で検出された。該18kDaタンパク質のN末端アミノ
酸配列は、(M)ERRFPLRWDEEELARAF
KVTTK(配列番号7)と決定された。該22kDa
タンパク質のN末端アミノ酸配列は、(M)AREIP
DLQAVVRTGTGKGAARQARX(配列番号
8)と決定された。(該18kDaタンパク質の配列
は、第5節に記載のとおりORF3にコードされる推定
N末端アミノ酸配列と完全に一致する)該22kDa配
列は、該クローン化ORFのいずれとも一致しなかっ
た。RsaI制限エンドヌクレアーゼは、十中八九、該
18kDaタンパク質であると結論された。
グするための逆PCR ロドシュードモナス・スファエロイデス(Rhodop
seudomonassphaeroides)ゲノム
DNAを、自己連結したHpaIIおよびNCiIで切
断されたDNAの逆PCRにより増幅した。該逆PCR
産物を、ApoIおよびPstIでの消化およびpUC
19内への連結によってクローニングした。該連結体
を、予め修飾されたM.RsaI株内に形質転換した。
プラスミドDNAを8個のコロニーから単離し、Apo
IおよびPstIで消化した。NciI#7、HpaI
I#2、#3、#4および#7は逆PCR断片を含有し
ていた。NciI#7およびHpaII#7のDNA配
列決定は、493bpの新規DNA配列を示した。該配
列は、ロドシュードモナス・スファエロイデス(Rho
dopseudomonas sphaeroide
s)の染色体上のApoI部位の位置を証明し、該収束
オープンリーディングフレームORF2の配列を完全な
ものにした。該逆PCR断片はApoI部位を含み、し
たがって該ロドシュードモナス・スファエロイデス(R
hodopseudomonas sphaeroid
es)染色体上のこのApoI部位からHpaII/N
ciI部位までの新規DNAを含有していた(該Hpa
II部位(CC/GG)はNciI部位(CC/GG
G)と重複する)。該逆PCR断片配列はまた、rsa
IMと同じ方向に伸長する102bpの新規ORFおよ
びATG開始コドンを含有していた。この新規ORF
(ORF3)の産物の誘導アミノ酸配列は、該18kD
a候補タンパク質の実験的に決定された配列および追加
的な14アミノ酸を含んでいた。BLASTを使用して
この新規部分的ORF(ORF3)をGenBank中
の公知遺伝子産物と比較したところ、それは、Genb
ankデータベース中の公知タンパク質とは一致しなか
った。これは、制限エンドヌクレアーゼの典型的な特徴
である。
の方向に、該収束未知ORF2の開始部位であると考え
られるGTG開始コドンが、ORF3の開始部位から3
1bp離れた部位に位置した。rsaIUと称されるこ
の未知ORF2は、元々はrsaIRであると仮定され
ていたが、前記のとおり、N末端R.RsaIエンドヌ
クレアーゼ(18kDa)タンパク質配列は、この仮定
が誤りであることを明らかにした。なぜなら、該N末端
18kDAタンパク質配列はORF3の開始部位とは一
致したが、ORF2の開始部位とは一致しなかったから
である。R.RsaIのC末端を同定するために、無傷
rsaIRの潜在的な毒性発現を最小限に抑えるために
該遺伝子のATG開始部位を排したrsaIRの3’末
端をPCRするためにPCRプライマーを設計した。自
己連結したMfeI切断DNAの逆PCRにより、ゲノ
ムDNAを増幅した。Vent(登録商標)ポリメラー
ゼPCR産物をPstIで消化し、SmaIおよびPs
tIで消化されたpUC19内にクローニングし、つい
で配列決定した。その新たに誘導された配列は、配列決
定された全DNAを2714bp(ApoI断片単離物
#1からの及び該HpaII/NciI染色体断片の逆
PCRからの配列を含む)にまで拡大した。全6個のリ
ーディングフレームにおけるこの完全なDNA配列の翻
訳は、RsaIメチラーゼ遺伝子の下流に2個の完全な
オープンリーディングフレーム、すなわち、未知収束r
saIU(ORF2)およびrsaIR(ORF3)が
存在することを示した(図1)。ORF2およびORF
3の産物の配列は、Genbankデータベース中の公
知タンパク質のいずれとも一致しなかった。
aIメチラーゼ遺伝子の発現 Vent(登録商標)ポリメラーゼとrsaIMに対す
る2個のオリゴヌクレオチドプライマーとを使用して、
全RsaIメチラーゼ遺伝子(1230bp)をゲノム
DNAからPCR増幅した。該PCR産物をKpnIお
よびBamHIで消化し、KpnIおよびBanHIで
消化されたpIH919内にクローニングし、ついで大
腸菌(E.coli)ER2502およびER2566
内に形質転換した。該形質転換体をプールし、増幅し
た。プラスミドDNAを一晩培養物から調製し、ついで
RsaIで37℃で1時間消化した。その消化されたプ
ールをER2502およびER2566内に再形質転換
した。個々のプラスミドDNAを精製し、RsaIで消
化してRsaI消化に対する抵抗性を検出した。4個の
単離物#1、#2、#4および#6はrsaIM PC
R断片を含有し、それらのすべては、RsaI消化に対
して完全に修飾されているらしかった。ついで#8を大
腸菌(E.coli)株ER2566およびER274
4内に形質転換し、該形質転換体を標準的なCaCl2
法でコンピテントにした。
aVメチラーゼ遺伝子の発現 mjaVMメチラーゼ遺伝子を含有するメタノコッカス
・ジャンナシイ(Methanococcus jan
naschii)由来の0.9kbのPCR断片をゲル
精製し、BamHIおよびSalIで消化し、BamH
IおよびSalIで切断されたpSX20内に連結し、
大腸菌(E.coli)内に形質転換した。得られたp
SX20−mjaVMプラスミドDNAを精製した。そ
れはRsaI消化に対して完全に修飾されていることが
示された。ついでpSX20−mjaVMプラスミドを
大腸菌(E.coli)株ER2566内に形質転換
し、標準的なCaCl2法でコンピテントにした。ま
た、該pSX20−mjaVMプラスミドを、pIH9
19−rsaIMプラスミドを含有するコンピテント大
腸菌(E.coli)ER2744(第11節)内に形
質転換した。
ゼ遺伝子のクローニング ロドシュードモナス・スファエロイデス(Rhodop
seudomonassphaeroides)染色体
DNAからのrsaIR遺伝子(ORF3)ののPCR
増幅用に、2つのプライマーを合成した。該PCR産物
をPstIおよびBamHIで消化し、ついでPstI
およびBamHIで消化されたpRRS内に連結し、つ
いで大腸菌(E.coli)株ER2566[pSX2
0−rsaIM]およびER2566[pSX20−m
jaVM]を形質転換した。該pSX20−rsaIM
プラスミドは、元のメチラーゼクローンApoI#1
(第2節)からのサブクローン化DNA断片を含有して
いた。
I消化に対して完全に保護されているようであったが、
ER2566[pSX20−rsaIM]細胞だけが、
RsaIエンドヌクレアーゼ活性を有するクローンを与
えた。20個中2個のクローン、すなわち単離体#13
および#14は、コロニーPCRによる検出では正しい
rsaIR断片を含有し、いくらかのエンドヌクレアー
ゼ活性を示した。ER2566[pSX20−mjaV
M]は、同じ連結体からのRsaIエンドヌクレアーゼ
クローンを与えなかった。また、#13および#14の
ミニプレップをER2566[pSX20−mjaV
M]内に形質転換し、再びRsaIエンドヌクレアーゼ
活性に関して再アッセイした。#14のいくつかの単離
体は種々の量のRsaI活性を示し、最高量のRsaI
活性は、30℃に対して37℃で培養した培養物から得
られた。減少した活性のクローン#14のDNA配列
は、より後の下流のGTGコドンにおける開始につなが
るN末端でのRsaIエンドヌクレアーゼを十中八九ト
ランケート化する開始コドン(ATG)のTの欠失突然
変異を示した。これらのトランケート化RsaIエンド
ヌクレアーゼクローンは、30℃で培養した場合にはR
saIエンドヌクレアーゼ活性をほとんど又は全く示さ
ず、37℃で培養した場合には部分的な活性を示した。
(ORF3)をpCAB16内にBsaAI部位におい
て平滑末端連結し、ついでER2566[pSX20−
rsaIM]細胞内に形質転換した。10個中1個の単
離物#9は、コロニーPCRによる検出では正しいrs
aIR断片を含有していた。配列決定は、該18kDa
タンパク質の推定N末端アミノ酸配列と一致するrsa
IRに関する正しいDNA配列を示した。クローン#9
中のrsaIR遺伝子は、PlacおよびmspIRに
対して逆配向であり、それをアッセイしたところ、該ク
ローンは、部分RsaI制限エンドヌクレアーゼ活性を
示した。
[pIH919−rsaIM]におけるRsaIエンド
ヌクレアーゼ遺伝子の発現 pCAB16−rsaIR#9クローンは、rsaIR
に関する正しいDNA配列を含有していたため、このプ
ラスミドからのRsaIエンドヌクレアーゼ遺伝子をp
RRS内にサブクローニングする試みを行なった。該P
CRプライマー内に設計された隣接するPstIおよび
BamHI部位を用いて、pCAB16−rsaIR#
9をPstIおよびBamHIで消化し、得られたrs
aIR遺伝子断片をゲル精製し、PstIおよびBam
HIで消化されたpRRS内に連結した。この連結反応
物をER2566[pIH919−rsaIM]内に形
質転換し、16個のコロニーからプラスミドDNAを個
々に精製した。該rsaIRインサートを同定するため
に、該プラスミドDNAをPstIおよびBamHIで
消化した。該クローンはいずれも、rsaIR DNA
断片を含有していなかった。
coli)遺伝子ER2566[pIH919−rsa
IM]におけるRsaIエンドヌクレアーゼの発現 Vent(登録商標)DNAポリメラーゼを使用して、
pCAB16−rsaIR#9内のRsaIエンドヌク
レアーゼ遺伝子(rsaIR)をPCR増幅し、Xba
IおよびXhoIで消化し、pLT7K内に連結した。
該連結反応物を、大腸菌(E.coli)DH5α内に
形質転換した。18個のコロニーからプラスミドDNA
を単離した。12個が、XbaIおよびXhoI二重消
化により攻撃されたとおりの正しいサイズのrsaIR
断片を含有していた。クローン#1、#4、#5および
#14を、T7 RNAポリメラーゼを含有するRsa
Iメチラーゼで予め修飾された大腸菌(E.coli)
ER2566宿主内に形質転換した。形質転換体の数
は、pLT7K−rsaIRクローンの4個の形質転換
の間で様々であった(すなわち、#14では1個、#5
では3個、#4では1000個、および#1では250
個)。#5および#14からのすべての形質転換体およ
び#1および#4のそれぞれの2個を接種し、再ストリ
ークし、37℃で培養し、ついでIPTGで誘導した。
アッセイしたところ、#1、#4、#5および#14
rsaIR−pLT7Kクローンは、種々の量の検出可
能なRsaI制限エンドヌクレアーゼ活性を示した。#
5−3 pLT7K−rsaIRは、最大のRsaIエ
ンドヌクレアーゼ活性を示した。#5−3 pLT7K
−rsaIRプレートからの4個のコロニーを再び37
℃で培養し、ついでIPTGで誘導し、RsaIエンド
ヌクレアーゼ活性に関してアッセイした。RsaIエン
ドヌクレアーゼ活性は全く検出されなかった。このこと
は、該クローンが非常に不安定であったことを示唆して
いる。
44[pIH919−rsaIM]および[pSX20
−mjaVM]におけるRsaIエンドヌクレアーゼ遺
伝子の過剰発現 RsaIエンドヌクレアーゼを過剰発現するクローンを
単離し維持することに本発明者らが失敗したのは、M.
RsaI MTaseによる不適切な保護の結果である
と判断された。アイソシゾマーメチラーゼM.MjaV
MTaseを含有する第3のプラスミドの添加によ
り、この問題を解決した。
IM)をPCR増幅し、PlacプロモーターとpUC
18からのポリリンカーとを含有するpACYC184
の誘導体であるpIH919上にクローニングした。M
jaVメチラーゼ遺伝子(mjaVM)を、pBR32
2およびpACYCに基づくプラスミドの両方に和合性
のpSC101の誘導体であるpSX20内にクローニ
ングした。それは、pBR322テトラサイクリン耐性
遺伝子、pSC101複製起点およびカナマイシン耐性
遺伝子を有する。ついでpSX20−mjaVMメチラ
ーゼプラスミドを、pIH919−rsaIMプラスミ
ドを含有するコンピテント大腸菌(E.coli)ER
2744内に形質転換した。前記の両メチラーゼを含有
する得られた株をコンピテントにした。注:M.Rsa
IおよびM.MjaVを含有するこの二重予備修飾大腸
菌(E.coli)内への宿主形質転換により活性Rs
aI制限遺伝子(rsaIR)(ORF3)をpRRS
内に直接的にクローニングする試みは、失敗した。この
形質転換からの12個のコロニーを単離した。いずれの
クローンも、正しいサイズのrsaIRインサートを含
有していないらしかった。pLT7Kを使用して、Rs
aIメチラーゼのみを含有する大腸菌(E.coli)
株内にrsaIRをクローニングする試みは、安定なR
saIエンドヌクレアーゼクローンを確立しなかった。
クローンを最終的に確立するために、pLT7K−rs
aIR#5(前記)からの元のミニプレップDNAを、
T7RNAポリメラーゼを含有し2つのメチラーゼ
(M.RsaIおよびM.MjaV)で予め修飾された
大腸菌(E.coli)宿主ER2744内に形質転換
した。5個のコロニーを、0.8〜1.0のOD590
まで37℃で培養し、ついで該培養温度を30℃まで低
下させ、ついでIPTG誘導を行なった。RsaIエン
ドヌクレアーゼ活性に関してアッセイしたところ、全5
個のクローン#51、#52、#53、#54および#
55が種々の量のRsaIエンドヌクレアーゼ活性を示
し、最高の活性は106u/gを超える#51からのも
のであった(図8)。pLT7K−rsaIR#51ク
ローンのグリセロールストックを−70℃で保存した。
ついで#51グリセロールストックを融解し、LBアン
ピシリン、クロラムフェニコールおよびカナマイシンプ
レート上で37℃で再ストリークし、再度、個々のクロ
ーンを30℃で培養し誘導し、RsaIエンドヌクレア
ーゼ活性に関してアッセイした。1個のそのようなクロ
ーンpKL167−51を含む全4個のクローンが、湿
潤大腸菌(E.coli)細胞1グラム当たりで産生さ
れたRsaIの5×106単位以上でR.RsaIを発
現した。pKL167−51からの組換えRsaIエン
ドヌクレアーゼは、ほぼ均一になるまでクロマトグラフ
ィーにより精製される。
精製 該組換えRsaIエンドヌクレアーゼを、アフィニティ
ークロマトグラフィー、イオン交換クロマトグラフィー
などの標準的なタンパク質精製技術により精製した。
する。これらの実施例は、本発明の理解を助けるために
記載するものであり、本発明を限定するものではない。
は、参照により本明細書に組入れるものとする。
のクローニング 1.ApoI部分ゲノムDNAライブラリーの構築 ロドシュードモナス・スファエロイデス(Rhodop
seudomonassphaeroides)、NE
Bカルチャーコレクション#233(Lynnら,J.
Bacteriol.142:380−383(198
0))からゲノムDNAを調製した。7.5μgのこの
ゲノムDNAを3、1.5、0.75、0.375、
0.18、0.09、0.045および0.025単位
/μgのApoIで50℃で1時間消化して、ある範囲
の完全および部分的な消化産物を得た。該チューブを6
8℃で10分間インキュベートして該酵素を熱失活さ
せ、ついで該消化物をプールした。ApoIで消化され
プールされたゲノムDNAを、EcoRIで切断されC
IPで処理されたベクターpBR322内に17℃で一
晩連結し、ついで大腸菌(E.coli)ER2418
内に形質転換し、LB+Amp(100μg/ml)上
にプレーティングした。形質転換から約1000個のコ
ロニーを得た。コロニー数を増加させるために、ER2
418細胞および連結DNAを使用して3×形質転換を
再び行なった。約5,000個の形質転換体を得た。す
べての形質転換体をプールし、500mlのLB+Am
p内に接種し、37℃で一晩インキュベートした。Cs
Cl遠心分離により該一晩培養細胞からプラスミドDN
Aを調製した。
ブラリーDNAへの攻撃および該RsaIメチラーゼ遺
伝子のクローニング 1μgの該ApoI部分的ライブラリーDNAを、30
単位のRsaIで37℃で2時間消化した。該消化DN
AをER2418内に形質転換し、LB+Ampプレー
ト上でプレーティングした。2つの形質転換体を得、プ
ラスミドDNAを各形質転換体から単離し、10単位/
μgのRsaIで37℃で2時間消化して、消化に対す
る抵抗性を検出した。プラスミド#1および#2の両方
は、RsaI消化に対する完全な抵抗性を有するらしか
った。両方が、約5.3kbおよび6.3kbのDNA
の2つのApoI断片を含有していた。
インサートの配列決定 pBR322 ApoI#1メチラーゼクローンの欠失
マッピングおよびサブクローニングは、rsaIMが
5.3kbのApoI断片上に位置することを示した。
#1プラスミドDNAの欠失インサートを、Ampli
Taq DNAポリメラーゼ色素デオキシターミネー
ターシークエンシングキットとABI373A自動DN
Aシークエンサーとを使用するジデオキシターミネーシ
ョン法を用いるプライマーウォーキング法により配列決
定した。DNA配列決定は該rsaIM遺伝子(ORF
1)の位置を証明し、部分的収束オープンリーディング
フレーム(ORF2)を同定した。1230bpのOR
F1は該RsaIメチラーゼ(409aa.分子量=4
5.4kDa)をコードしていた(図2)。該部分OR
F2は、GenBankデータベース中の公知タンパク
質とは一致しなかった。
アーゼのN末端アミノ酸配列決定 該非組換えRsaIエンドヌクレアーゼを、ほぼ均一に
まで精製し、その精製されたタンパク質をSDS−PA
GEに付した。2つのタンパク質バンド(約18kDa
および22kDa)が検出された。該18kDaタンパ
ク質のN末端アミノ酸配列は、(M)ERRFQLRW
DEEELARAFKVTTK(配列番号7)と決定さ
れた。該22kDaタンパク質のN末端アミノ酸配列
は、(M)AREIPDLQAVVRTGTGKGAA
RQARX(配列番号8)と決定された。該18kDa
タンパク質の配列は、第5節に記載のとおり、ORF3
の推定N末端アミノ酸配列と完全に一致する。該22k
Da配列は、該クローン化ORFのいずれとも一致しな
かった。RsaI制限エンドヌクレアーゼは、十中八
九、該18kDaタンパク質であると後に結論された。
グするための逆PCR ORF2の欠落部分をクローニングするために、ロドシ
ュードモナス・スファエロイデス(Rhodopseu
domonas sphaeroides)ゲノムDN
Aを逆PCRにより増幅した。10μgのゲノムDNA
をHpaIIで切断し、更に10μgをNciIで切断
した。両方の消化を37℃で1時間行い、65℃で10
分間熱失活させ、ついで氷上に配置した。それらの2つ
の切断されたDNAサンプルのそれぞれを低濃度(2μ
g/ml)で17℃で一晩自己連結させ、以下の2つの
プライマーを使用する逆PCR用の鋳型として使用し
た。
ATTGTTTTGTTGCAGCGGC 3’(C.
rsaIM)(配列番号9)。 5’AGGTCCCTGCAGTTGGTGCCTTT
GGAGCCGTTATCC 3’(c.rsaIM)
(配列番号10)。
で3分間の25サイクルPCR条件を用いた。Vent
(登録商標)(Exo−)ポリメラーゼを使用して、両
方の場合に約850bpの逆PCR産物を得た。1μg
の850bpのPCR断片を両方の反応からゲル精製
し、ApoIで消化して、元のメチラーゼクローン#1
のORF2内のApoI部位を確認した。rsaIMの
下流のORF2内のApoI部位は、C.rsaIM
PCRプライマーにより産生される約350bpの断片
を切り離した。このApoI部位から外側に、約500
bpの新規DNAが、外側逆PCRプライマーc.rs
aIMにより産生された。ついで各反応からの更に1μ
gのゲル精製された850bpのPCR断片をApoI
およびPstI(c.rsaIM PstI部位)で消
化し、ApoIおよびPstIで切断されたpUC19
に連結し、ついで、pSX20−rsaIMを含有する
大腸菌(E.coli)ER2566内に形質転換し、
LB+Amp+Kan(100/50μg/ml)上で
プレーティングし、37℃で一晩インキュベートした。
16個のコロニー(すなわち、該HpaII反応からの
8個および該NciI反応からの8個)からプラスミド
DNAを単離した。1μgの各プラスミドをApoIお
よびPstIで消化し、ゲル電気泳動により分析した。
NciI#7、HpaII#2、3、4および#7は、
逆PCR断片を含有していた。NciI#7およびHp
aII#7のDNA配列決定は、493bpの新規DN
A配列を示し、HpaII(CCGG)部位とNciI
(CCGGG)部位とが一致することを示した。この新
規配列はORF2を完全なものにし、rsaIMと同じ
方向に伸長するORF3からの102bpの新規DNA
オープンリーディングフレームおよびATG開始コドン
を含有していた。この新規ORFにコードされるタンパ
ク質の最初の20アミノ酸は、該18kDa候補R.R
saIタンパク質の認められたN末端タンパク質配列
(第4節)と同一であった。このことは、これがrsa
IR遺伝子の真の開始部であることを示している。
rsaIRの潜在的な毒性発現を最小限に抑えるために
該遺伝子のATG開始部位を排したrsaIRの3’末
端をPCRするためにもう1つの逆PCRプライマー
(R.Rsa.c)を設計した。
℃で1時間切断し、65℃で10分間熱失活させ、つい
で氷上に配置した。そのMfeIで切断されたDNAを
低濃度(2μg/ml)で17℃で一晩自己連結させ、
ついで、rsaIM(ORF1)内のMfeI部位に伸
びるc.rsaIMプライマーと共に新たに設計された
プライマー(R.Rsa.c)を使用する逆PCR反応
における鋳型として使用した。
GCCTTTGGAGCCGTTATCC 3’(c.
rsaIM)(配列番号11)。 5’TGCGCGCGCCTTCAAGGTCACGA
C 3’(R.Rsa.c)(配列番号12)。
のゲル精製PCR産物をPstIで消化し、SmaIお
よびPstIで切断されたpUC19内に連結し、つい
で大腸菌(E.coli)ER2685および大腸菌
(E.coli)ER2566[pSX20−rsaI
M]内に別々に形質転換し、それぞれLB+Ampまた
はLB+Amp+Kanプレート上でプレーティングし
た。プラスミドDNAをER2683およびER256
6[pSX20−rsaIM]形質転換体から単離し
た。そのような2つのクローンER2683#2−2お
よびER2566[pSX20−rsaIM]#5−4
をCsCl精製し、ついで配列決定した。#2−2およ
び#5−4からの新たに誘導された配列は、該全DNA
配列を2714bpにまで拡大し、ORF3を完全なも
のにした。このDNA中に3個の大きなORF、すなわ
ち、RsaIメチラーゼ遺伝子rsaIM(ORF
1)、未知収束遺伝子rsaIU(ORF2)、および
rsaIRとして最終的に同定された遺伝子(ORF
3)が存在していた(図1)。rsaIR遺伝子(OR
F3)は483bp長である。それは、PAGEにより
認められた18kDaの実測サイズと一致する18.7
kDaの推定分子量の160アミノ酸残基のタンパク質
をコードしている(図3)。
ング 完全な全RsaIエンドヌクレアーゼ遺伝子(rsaI
R)をクローニングするために、RsaIエンドヌクレ
アーゼによる消化に対して修飾された大腸菌(E.co
li)株を、rsaIMを和合性pACYC184誘導
体(pIH919)内にクローニングすることにより作
製した。95℃で1分間、54℃で1分間、72℃で1
分間、30サイクルのPCR条件および以下の2つのプ
ライマー(5mRsaI)および(3mRsaI)と共
にVent(登録商標)ポリメラーゼを用いて、ゲノム
DNAから全メチラーゼ遺伝子(1230bp)を増幅
した。
GGAGGTTTAAAATATGAACCAGCTC
TCCATGTTTGACCGAGTC 3’(5mR
saI)(配列番号13)。 5’TGGCGGCCGGGATCCTCACTAGT
GCCGCTGCAACAAAACAATCCG3’
(3mRsaI)(配列番号14)。
消化し、フェノール/CHCl3で抽出し、イソプロパ
ノールで沈殿させた。ついで該rsaIM PCR断片
を再懸濁させ、BamHIで37℃で2時間消化し、フ
ェノール/CHCl3で抽出し、再び沈殿させ、つい
で、KpnおよびBamHIで切断されたpIH919
内に17℃で一晩連結させた。該連結体を大腸菌(E.
coli)ER2502およびER2566内中に形質
転換し、LB+クロラムフェニコール(25μg/m
l)上、37℃で一晩プレーティングした。該形質転換
体をプールし、増幅した。プラスミドDNAを10ml
の一晩培養物から調製し、ついで各プールをRsaIで
37℃で1時間消化した。該消化プールをER2502
およびER2566内に形質転換し、各形質転換からの
8個のコロニーからの個々のプラスミドDNAを単離し
た。すべては、正しいサイズのプラスミドであるらしか
った。各形質転換からの4個の単離物#1、#2、#4
および#6を更に分析したところ、rsaIM PCR
断片を含有することが判明し、すべては、RsaI消化
に対して完全に修飾されているらしかった。ついで#1
を大腸菌(E.coli)株ER2566およびER2
744内に形質転換し、標準的なCaCl2法によりコ
ンピテントにした。
ング mjaVMのPCR増幅用の2つのプライマーを合成し
た。95℃で1分間、54℃で1分間、72℃で1分
間、25サイクルのPCR条件および以下の2つのプラ
イマー(mj1498フォワード)および(mj149
8リバース)と共にVent(登録商標)ポリメラーゼ
を用いて、全MjaVメチラーゼ遺伝子(879bp)
をゲノムDNAから増幅した。
GGAGGTAATTCATATGGAGATAAAT
AAAATCTAC 3’(mj1498フォワード)
(配列番号15)。 5’GTTGAATCCGTCGACTATTTAAA
TAAATGCATC3’(mj1498リバース)
(配列番号16)。
タノコッカス・ジャンナシイ(Methanococc
us jannaschii)由来の約0.9kbのP
CR断片をゲル精製し、BamHIおよびSalIで消
化し、ついで、BamHIおよびSalIで切断された
pSX20内に17℃で一晩連結した。この反応物を大
腸菌(E.coli)内に形質転換し、LB+Kan
(50μg/ml)上でプレーティングし、37℃で一
晩インキュベートした。該pSX20−mjaVMプラ
スミドDNAを精製した。それは、RsaI消化に対し
て完全に修飾されているらしかった。該pSX20−m
jaVMプラスミドをER2744[pIH919−r
saIM]内に形質転換し、LB+Kan+Cam K
an(50/25μg/ml)プレート上で37℃でプ
レーティングした。pIH919−rsaIMおよびp
SX20−mjaVMプラスミドを含有するER274
4を、過剰発現のために、標準的なCaCl2法でコン
ピテントにした(第11節)。
ゼ遺伝子のクローニング 全rsaIR遺伝子(ORF3)のPCR増幅用の2つ
のプライマーを合成した。95℃で1分間、54℃で1
分間、72℃で3分間、25サイクルのPCR条件およ
び以下の2つのプライマー(rsa.r5)および(r
sa.3r−2)と共にVent(登録商標)ポリメラ
ーゼを用いて、該遺伝子をゲノムDNAから増幅した。
GGTTTAAAATATGGAAAGACGTTTT
CAACTTCGGTGG 3’(rsa.r5)(配
列番号17)。 5’TTGGGATCCTCAGTGCCGAATGT
CCCGGACCATGTC 3’(rsa.3r−
2)(配列番号18)。
びBamHIで消化し、ついでPstIおよびBamH
Iで切断されたpRRS内に連結し、ついで大腸菌
(E.coli)株ER2566[pSX20−rsa
IM]およびER2566[pSX20−mjaVM]
内に形質転換し、LB+Amp+Kan(100/50
μg/ml)プレート上で37℃で一晩プレーティング
した。
I消化に対して完全に保護されているようであるが、E
R2566[pSX20−rsaIM]細胞だけが、R
saIエンドヌクレアーゼ活性を有するクローンを与え
た。20個の単離物中2個のクローン、すなわちER2
566[pSX20−rsaIM]細胞からの#13お
よび#14は、正しいサイズのrsaIR断片を含有し
ていた。これは、以下のとおり、pUC19汎用プライ
マー#1233および1224(New Englan
d Biolabs)を使用する20個のコロニーのコ
ロニーPCRにより確認された。個々のコロニーをLB
寒天プレートから拾い、100μlのdH2O中に配置
し、5分間煮沸し、ついでそれぞれを室温で冷却した。
Vent(登録商標)ポリメラーゼと共に50μlの反
応内の2.5μlの煮沸DNAを使用して、95℃で1
0秒間、62℃で1分間、72℃で1分間、30サイク
ルの直接的またはコロニーPCR条件を用いた。ER2
566[pSX20−rsaIM]からの#13および
#14だけが該rsaIR断片を含有し、アッセイした
ところ、低レベルのRsaIエンドヌクレアーゼ活性を
示した。配列決定したところ、#14は開始コドン(A
TG)におけるTの欠失突然変異を示した。
a.3r−2からのrsaIR PCR断片を、Bsa
AI部位においてpCAB16内に平滑末端連結し、つ
いでER2566[pSX20−rsaIM]内に形質
転換し、LB+Amp+Kanプレート上で37℃で一
晩プレーティングした。10個のコロニーのコロニーP
CRは1個のクローン#9を同定し、これは、コロニー
PCRによる検出では正しいrsaIR断片を含有して
いた。pCAB16−rsaIR#9の配列決定は、該
18.7kDaタンパク質のアミノ酸配列と一致するr
saIRに関する正しいDNA配列を示した。
li)株ER2566[pIH919−rsaIM]に
おけるRsaIエンドヌクレアーゼ遺伝子の発現 該pCAB16−rsaIR#9クローンは、rsaI
Rに関する正しいDNA配列を含有していたため、この
ベクターからのRsaIエンドヌクレアーゼ遺伝子をp
RRS内にサブクローニングし、それを、RsaI−メ
チラーゼで予め修飾された大腸菌(E.coli)宿主
内に形質転換する試みを行なった。該PCRプライマー
内に設計された隣接するPstIおよびBamHI部位
を用いて、10μgのpCAB16−rsaIR#9プ
ラスミド(第8節)をPstIおよびBamHIで37
℃で2時間消化し、該rsaIRインサートをゲル精製
し、PstIおよびBamHIで切断されたpRRS内
に連結した。この連結反応物をER2566[pIH9
19−rsaIM]内に形質転換し、LB+Amp+C
amプレート上で37℃でプレーティングした。プラス
ミドDNAを16個のコロニーから精製し、ついでPs
tIおよびBamHIで消化した。該クローンはいずれ
も、所望のrsaIR遺伝子インサートを含有していな
かった。同じ連結反応物をER2566[pSX20−
mjaVM]内に形質転換し、LB+Amp+Kanプ
レート上で37℃でプレーティングした。20個のコロ
ニーを拾い、pUC19汎用プライマー#1233およ
び#1224を使用するコロニーPCRにより分析し
た。この場合もまた、該単離体はいずれも、該rsaI
R遺伝子インサートを含有しないことが判明した
coli)株ER2566[pIH919−rsaI
M]におけるRsaIエンドヌクレアーゼ遺伝子の発現 pLT7K内へのクローニングのためのrsaIRのP
CR増幅用の2つのプライマーを合成した。95℃で1
分間、54℃で1分間、72℃で1分間、25サイクル
のPCR条件および以下の2つのプライマー(Xba5
RT7)および(Xho3RT7)と共にVent(登
録商標)ポリメラーゼを用いて、該全RsaI制限エン
ドヌクレアーゼ遺伝子(483bp)を鋳型pCAB1
6−rsaIR#9から増幅した。
AACATATGGAAAGACGTTTTCAACT
TCGGTGGGATGAGGAGGAGC 3’(X
ba5RT7)(配列番号19)。 5’TTGGGTCTCGAGTCAGTGCCGAA
TGTCCCGGACCATGTCACG 3’(Xh
o3RT7)(配列番号20)。
たrsaIR PCR産物をゲル精製し、XbaIおよ
びXhoIで消化し、ついでXbaIおよびXhoIで
切断されたpLT7K内に17℃で一晩連結した。該連
結反応物を大腸菌(E.coli)DH5α内に形質転
換し、20mMグルコースを含有する予め37℃に加温
されたLB+ampプレート上で37℃で一晩プレーテ
ィングした。プラスミドDNAを18個のアンピシリン
耐性カナマイシン感受性コロニーから単離した。12個
が、XbaIおよびXhoIでの消化により示されると
おり、正しいサイズのrsaIR断片を含有していた。
1個のクローンpLT7K−rsaIR#5をER25
66[pIH919−rsaIM]内に形質転換し、L
B+Amp/Cam(100/25μg/ml)プレー
ト(予め37℃に加温されたもの)上でプレーティング
し、37℃で一晩インキュベートした。僅か3個の形質
転換体が得られた。全3個のコロニー#5−1、#5−
2および#5−3を、予め加温されたLB+Amp/C
amプレート上に再ストリークし、また、LB+Amp
/Camを含有する予め加温された10mlの培養内に
接種し、37℃で一晩培養した。0.5mlの該一晩培
養物を、37℃で培養されたLB+Amp/Camを含
有する予め加温された50mlの培養物内で希釈し、
0.8〜1.0のOD590まで培養し、IPTGを8
5mg/Lまで加え、30℃で約2時間誘導した。アッ
セイしたところ、全3個のrsaIR−pLT7Kクロ
ーンは、検出可能であるが種々の量のRsaI制限エン
ドヌクレアーゼ活性を示した。pLT7K−rsaIR
#5−3は、最大のRsaIエンドヌクレアーゼ活性を
示した。pLT7K−rsaIR#5−3プレート(4
℃で保存したもの)からの4個のコロニーを37℃で再
培養し、IPTGで30℃で誘導し、RsaIエンドヌ
クレアーゼ活性に関して再アッセイした。RsaIエン
ドヌクレアーゼ活性が検出された。
44[pIH919−rsaIM];[pSX20−m
jaVM]におけるRsaIエンドヌクレアーゼ遺伝子
の過剰発現 rsaIM遺伝子またはmjaVM遺伝子を保持する大
腸菌(E.coli)宿主におけるRsaIエンドヌク
レアーゼの発現クローンを単離し維持することに本発明
者らが失敗したのは、不適切なMTase保護の結果で
あると判断された。そのため、両方のMTaseを含有
する新規大腸菌(E.coli)宿主を調製した。そし
て、この宿主をrsaIR遺伝子で形質転換したとこ
ろ、安定なR.RsaI過剰発現クローンが最終的に得
られた。この過剰発現RsaIエンドヌクレアーゼクロ
ーンを最終的に確立するために、pLT7K−rsaI
R#5(第10節)からの元のミニプレップDNAを、
2つのメチラーゼ(M.RsaIおよびM.MjaV)
で予め修飾されたT7 RNAポリメラーゼ含有大腸菌
(E.coli)宿主ER2744内に形質転換し、
(予め37℃に加温された)LB+Amp+Cam+K
anプレート(100/25/50μg/ml)上でプ
レーティングし、37℃で一晩配置した。5個のコロニ
ー#51、#52、#53、#54および#55を10
mlの(予め37℃に加温された)LB+Amp+Ca
m+Kan内に接種し、37℃で一晩培養した。1ml
の各一晩培養物を50mlの(予め37℃に加温され
た)LB+Amp+Cam+Kan内に接種し、0.8
〜1.0のOD590まで培養し。ついで培養温度を3
0℃まで低下させ、ついでIPTG(85mg/L)で
30℃で一晩誘導した。RsaIエンドヌクレアーゼ活
性に関してアッセイしたところ、全5個のクローンが種
々の量のRsaIエンドヌクレアーゼ活性を示し、最高
の活性は106u/gを超える#51からのものであっ
た(図8)。pLT7K−rsaIR#51クローンの
グリセロールストックを−70℃で保存した。ついで#
51グリセロールストックを融解し、予め加温されたL
B+Amp+Cam+Kanプレート上で37℃で一晩
再ストリークした。4個のコロニーを10mlの(予め
37℃に加温された)LB+Amp+Cam+Kan内
に接種し、37℃で一晩培養した。1mlの各一晩培養
物を50mlの(予め37℃に加温された)LB+Am
p+Can+Kan内に接種し、0.8〜1.0のOD
590まで培養し、ついで該培養温度を30℃まで低下
させ、ついでIPTG(85mg/L)で30℃で一晩
誘導した。全4個のクローンがR.RsaIを106u
/g以上で発現した。そのような1個のクローンpKL
167−51は、湿潤大腸菌(E.coli)細胞1グ
ラム当たりで産生されたRsaIエンドヌクレアーゼの
5×106単位でR.RsaIを発現した。このアッセ
イは、以下のとおりに行なった。IPTG誘導細胞を回
収し、5mlの超音波処理バッファーに再懸濁させ、つ
いでリゾチームを25μg/mlまで加え、該懸濁液を
氷上で1時間インキュベートした。1mlを3回の10
秒間のパルスで超音波処理し、ついで4℃で10分間の
遠心分離により清澄化した。ついで、50μlの反応バ
ッファー中の1μgのλDNAを1μlの抽出物と混合
することにより、該清澄化細胞抽出物をRsaIエンド
ヌクレアーゼ活性に関してアッセイした。25μlを取
り出し、ついで一連の9本のチューブで毎回2倍希釈
し、ついで37℃で1時間インキュベートした(図
9)。pKL167−51からの組換えRsaIエンド
ヌクレアーゼは、ほぼ均一になるまでクロマトグラフィ
ーにより精製される。
−mjaVM、pLT7K−rsaIR](NEB#1
242)を含有する大腸菌(E.coli)ER274
4のサンプルは、ブダペスト条約の条項および条件に基
づき、American Type Culture
Collectionに2000年5月26日に寄託さ
れており、ATCC受託番号PTA−1926が付与さ
れている。
精製 該組換えRsaI制限エンドヌクレアーゼは、アフィニ
ティークロマトグラフィー、イオン交換クロマトグラフ
ィーなどの標準的なタンパク質精製技術により精製され
る。
よびそのコード化アミノ酸配列(配列番号2)を示す。
よびそのコード化アミノ酸配列(配列番号2)を示す。
3)およびそのコード化アミノ酸配列(配列番号4)を
示す。
コード化アミノ酸配列(配列番号6)を示す。
のプラスミド地図を示す。
ラスミド地図を示す。
ローン#5のプラスミド地図を示す。
細胞抽出物からのRsaI制限酵素活性を表す写真を示
す。
9)
アーゼのN末端アミノ酸の配列決定 該非組換えRsaIエンドヌクレアーゼを、ほぼ均一に
まで精製し、SDS−PAGEに付した。2つのタンパ
ク質バンドが、約18kDaおよび22kDaの分子量
で検出された。該18kDaタンパク質のN末端アミノ
酸配列は、(M)ERRFQLRWDEEELARAF
KVTTK(配列番号7)と決定された。該22kDa
タンパク質のN末端アミノ酸配列は、(M)AREIP
DLQAVVRTGTGKGAARQARX(配列番号
8)と決定された。(該18kDaタンパク質の配列
は、第5節に記載のとおりORF3にコードされる推定
N末端アミノ酸配列と完全に一致する)該22kDa配
列は、該クローン化ORFのいずれとも一致しなかっ
た。RsaI制限エンドヌクレアーゼは、十中八九、該
18kDaタンパク質であると結論された。
Claims (6)
- 【請求項1】 ロドシュードモナス・スファエロイデス
(Rhodopseudomonas sphaero
ides)から入手可能な、RsaI制限エンドヌクレ
アーゼをコードする単離されたDNA。 - 【請求項2】 RsaI制限エンドヌクレアーゼをコー
ドするDNAセグメントが挿入されているベクターを含
んでなる組換えDNAベクター。 - 【請求項3】 ATCC番号PTA−1926から入手
可能な、RsaI制限エンドヌクレアーゼおよびメチラ
ーゼをコードする単離されたDNA。 - 【請求項4】 請求項3に記載の単離されたDNAを含
んでなるクローニングベクター。 - 【請求項5】 請求項2または4に記載のクローニング
ベクターで形質転換された宿主細胞。 - 【請求項6】 RsaI制限エンドヌクレアーゼの製造
方法であって、請求項2または4に記載のベクターで形
質転換された宿主細胞を該エンドヌクレアーゼの発現に
適した条件下で培養することを含んでなる製造方法。
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