JP2002325574A - Protein originating from extremely thermophilic bacterium and gene encoding the same - Google Patents

Protein originating from extremely thermophilic bacterium and gene encoding the same

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成紀 倉光
Shigeyuki Yokoyama
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To determine all sequence of a base of a genome of an extremely thermophilic bacterium Thermus thermophillus HB8 strain. SOLUTION: This gene provides a method producing a protein having a specific amino acid sequence originating from the bacterium, a gene having a base sequence encoding the protein, a vector including the same, a transformant, a protein obtained by culturing the transformant and collecting an expressed protein of the objective gene from culture product, for example, LexA protein known as a repressor protein, or a ferrochelatase which is an enzyme synthesizing protoheme from protoporphyrin IX or the like.

Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、好熱菌由来タンパ
ク質及びそれをコードする遺伝子に関する。
The present invention relates to a thermophilic bacterium-derived protein and a gene encoding the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】生命が生きていくために最小限必要な基
本的遺伝子は約1000個である。それらの遺伝子のほとん
どが、高等生物を含めたすべての生物に共通であるにも
かかわらず、そのうち約3分の1の遺伝子は、全く機能
が不明である。
2. Description of the Related Art The minimum number of basic genes required for life to survive is about 1,000. Although most of these genes are common to all organisms, including higher organisms, about one-third of them have completely unknown function.

【0003】現在、様々な生物のゲノム解析が進められ
ており、ヒトを含めた幾つかの生物についてはすでにそ
の全塩基配列解析が明らかにされている。同時に、機能
未知のタンパク質をコードする新規遺伝子が多数、発見
されている。ゲノムの塩基配列には、生命を営むための
全ての情報が書き込まれている。しかし、これらの塩基
配列のみから、新規遺伝子がコードする未知タンパク質
の機能、さらには未知タンパク質同士、あるいは既知タ
ンパク質との相互作用までをも解明することは限界があ
る。生命現象の全貌を解明し、その中から産業上有用な
情報を得るためには、今後は、個々のタンパク質の機能
解析がぜひとも必要となる。
[0003] At present, genome analysis of various organisms is underway, and analysis of the entire nucleotide sequence of some organisms including humans has already been made clear. At the same time, many new genes encoding proteins of unknown function have been discovered. All information for life is written in the base sequence of the genome. However, there is a limit to elucidating the functions of unknown proteins encoded by novel genes, and even the interactions between unknown proteins or known proteins, from only these nucleotide sequences. In order to elucidate all aspects of life phenomena and obtain industrially useful information from them, functional analysis of individual proteins will be absolutely necessary in the future.

【0004】未知タンパク質の機能を解明する上で、強
力な武器となるのがタンパク質の立体構造解析から得ら
れる知見である。タンパク質の種類は数万種あるが、そ
の構造は、数千種類の基本的なユニット(フォールド)
の組み合わせであると考えられる。従って、既知のタン
パク質を用いて、すべての基本的なフォールドの立体構
造を解き、これと機能の関連付けを行えば、これらの知
見を利用して、未知タンパク質の機能を明らかにするこ
とが可能と考えられる。このためには既知タンパク質の
大規模な立体構造解析システムの確立が望まれる。
A powerful weapon in elucidating the functions of unknown proteins is the knowledge obtained from the three-dimensional structure analysis of proteins. There are tens of thousands of protein types, but the structure is composed of thousands of basic units (folds)
It is considered to be a combination of Therefore, by solving the three-dimensional structure of all basic folds using known proteins and associating them with their functions, it is possible to clarify the functions of unknown proteins using these findings. Conceivable. For this purpose, it is desired to establish a large-scale three-dimensional structure analysis system for known proteins.

【0005】立体構造解析には、物理・化学的安定性に
優れ、結晶化しやすいタンパク質を、純度の高い状態
で、ミリグラムオーダーで準備する必要がある。構造解
析に適した、優れた安定性を有するタンパク質は55℃以
上で生育可能な好熱菌から得られる。特に、85℃におい
ても生育可能な高度好熱菌Thermus thermophilus(サー
マス・サーモフィルス)(T.th)は遺伝子操作系が確立
しており、タンパク質の量産化も可能である。また、T.
thは最小栄養培地でも生育可能であることから、生命の
維持に最小限必要な遺伝子のセットを揃えていると考え
られる。また、これらの必要最小限の遺伝子の構造は、
T.thに特有のものではなく、ヒトを含めた高等生物にも
共通のものである。従って、Tth由来のすべての遺伝子
を得て、そのコードするタンパク質の構造解析を行え
ば、生命現象を効果的に解明できるものと考えられてい
る。実際に、既にいくつかのT.th由来遺伝子がクローニ
ングされ、その産物であるタンパク質の構造が解かれて
いる。しかし従来は、これらの遺伝子クローニングは、
特定の活性を指標とした発現クローニングまたは他の生
物のホモログの配列から作成したプロ−ブやプライマー
を用いたものであり、時間と労力を要するものであっ
た。生命現象の全貌解明を目的としたタンパク質の大規
模立体解析を行うためには、T.thの遺伝子の全体像を明
らかにする必要があった。
For the three-dimensional structure analysis, it is necessary to prepare a protein having excellent physical and chemical stability and easy to crystallize in a milligram order in a state of high purity. Proteins with excellent stability suitable for structural analysis can be obtained from thermophiles that can grow at 55 ° C or higher. In particular, a gene manipulation system has been established for the highly thermophilic bacterium Thermus thermophilus (T. th) which can grow even at 85 ° C., and it is possible to mass-produce proteins. Also, T.
Since th can grow in a minimal nutrient medium, it is considered that th has a minimum set of genes necessary for maintaining life. In addition, the minimum required gene structure is
It is not unique to T.th and is common to higher organisms including humans. Therefore, it is thought that life phenomena can be effectively elucidated by obtaining all the genes derived from Tth and analyzing the structure of the protein encoded by them. In fact, several T.th-derived genes have already been cloned, and the structure of the resulting protein has been solved. However, conventionally, these gene cloning
It uses probes and primers prepared from expression cloning or homologous sequences of other organisms using specific activity as an index, and requires time and effort. In order to carry out a large-scale three-dimensional analysis of proteins for the purpose of elucidating the full picture of life phenomena, it was necessary to clarify the overall picture of the T.th gene.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、高度好熱菌
由来タンパク質及びそれをコードする遺伝子を提供する
ことを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a protein derived from an extremely thermophilic bacterium and a gene encoding the same.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明者は、上記課題を
解決するため鋭意研究を行った結果、高度好熱菌である
サーマス・サーモフィラスHB8株のゲノムの全塩基配列
を決定し、該ゲノムに含まれる1137個の遺伝子を同定す
ることに成功し、本発明を完成するに至った。
Means for Solving the Problems As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors have determined the entire nucleotide sequence of the genome of the thermophilic bacterium Thermos thermophilus HB8 strain, Successfully identified 1137 genes contained in the present invention and completed the present invention.

【0008】すなわち、本発明は以下の通りである。 (1) 以下の(a)又は(b)のタンパク質。 (a) 配列番号2n(nは1〜1137の整数を表す)に示される
アミノ酸配列から選ばれるいずれかのアミノ酸配列を含
むタンパク質 (b) 配列番号2n(nは1〜1137の整数を表す)に示される
アミノ酸配列から選ばれるいずれかのアミノ酸配列にお
いて1若しくは数個のアミノ酸が欠失、置換若しくは付
加された配列を含み、かつ、4℃〜100℃において安定性
を有するタンパク質 上記タンパク質としては、サーマス属に属する微生物
(例えばサーマス・サーモフィラス)由来のものが挙げ
られる。
That is, the present invention is as follows. (1) The following protein (a) or (b): (a) a protein containing any amino acid sequence selected from the amino acid sequences shown in SEQ ID NO: 2n (n represents an integer of 1 to 1137) (b) SEQ ID NO: 2n (n represents an integer of 1 to 1137) In one of the amino acid sequences selected from the amino acid sequence shown in 1 or a few amino acids is deleted, substituted or added, including a sequence, and a protein having a stability at 4 ℃ ~ 100 ℃ And microorganisms belonging to the genus Thermus (eg, Thermus thermophilus).

【0009】(2) 以下の(a)又は(b)のタンパク質をコー
ドする遺伝子。 (a) 配列番号2n(nは1〜1137の整数を表す)に示される
アミノ酸配列から選ばれるいずれかのアミノ酸配列を含
むタンパク質 (b) 配列番号2n(nは1〜1137の整数を表す)に示される
アミノ酸配列から選ばれるいずれかのアミノ酸配列にお
いて1若しくは数個のアミノ酸が欠失、置換若しくは付
加された配列を含み、かつ、4℃〜100℃において安定性
を有するタンパク質 (3) 以下の(c)又は(d)のDNAを含む遺伝子。 (c) 配列番号2n-1(nは1〜1137の整数を表す)に示され
る塩基配列から選ばれるいずれかの塩基配列からなるDN
A (d) 配列番号2n-1(nは1〜1137の整数を表す)に示され
る塩基配列から選ばれるいずれかの塩基配列からなるDN
Aとストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、か
つ、4℃〜100℃において安定性を有するタンパク質をコ
ードするDNA
(2) A gene encoding the following protein (a) or (b): (a) a protein containing any amino acid sequence selected from the amino acid sequences shown in SEQ ID NO: 2n (n represents an integer of 1 to 1137) (b) SEQ ID NO: 2n (n represents an integer of 1 to 1137) A protein comprising a sequence in which one or several amino acids are deleted, substituted or added in any one of the amino acid sequences selected from the amino acid sequences shown in (3) and having stability at 4 ° C to 100 ° C (3) or less A gene comprising the DNA of (c) or (d). (c) a DN consisting of any base sequence selected from the base sequences shown in SEQ ID NO: 2n-1 (n represents an integer of 1 to 1137)
A (d) DN consisting of any base sequence selected from the base sequences shown in SEQ ID NO: 2n-1 (n represents an integer of 1 to 1137)
DNA encoding a protein that hybridizes with A under stringent conditions and has stability at 4 ° C to 100 ° C

【0010】(4) 前記遺伝子を含有する組換えベクタ
ー。 (5) 前記ベクターを含む形質転換体。 (6) 前記形質転換体を培養し、得られる培養物から目的
遺伝子の発現タンパク質を採取することを特徴とする該
タンパク質の製造方法。 以下、本発明を詳細に説明する。
(4) A recombinant vector containing the gene. (5) A transformant containing the vector. (6) A method for producing the transformant, which comprises culturing the transformant and collecting an expressed protein of the target gene from the obtained culture. Hereinafter, the present invention will be described in detail.

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】本発明は、高度好熱菌由来の遺伝
子、及び該遺伝子によりコードされるタンパク質であ
る。これらの遺伝子及びタンパク質は、理化学的性質と
してpH安定性、温度安定性、変性剤に対する安定性に優
れている。特に70℃前後においても構造変化しないとい
う熱安定性を示す。さらに、尿素などの変性剤に対して
も安定性が高い。以下、本発明の遺伝子について詳細に
説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The present invention relates to a gene derived from a thermophilic bacterium and a protein encoded by the gene. These genes and proteins have excellent physicochemical properties such as pH stability, temperature stability, and stability to denaturing agents. In particular, it shows thermal stability such that the structure does not change even at around 70 ° C. Furthermore, it has high stability against denaturants such as urea. Hereinafter, the gene of the present invention will be described in detail.

【0012】1.ゲノムDNA及び遺伝子のクローニング 高度好熱菌は、75〜85℃の温度環境で生育可能である。
高度好熱菌は、温泉の源泉、その周辺の土壌などに棲息
し、このような場所から採取した湯、土壌などのサンプ
ルを塗布した寒天培地を70℃〜80℃で培養することによ
り単離することができる。
1. Cloning of genomic DNA and genes Hyperthermophilic bacteria can grow in a temperature environment of 75-85 ° C.
Highly thermophilic bacteria inhabit the source of hot springs and the surrounding soil, etc., and are isolated by culturing an agar medium coated with a sample of hot water or soil from such a place at 70 ° C to 80 ° C. can do.

【0013】高度好熱菌としては、サーマス属に属する
微生物、例えばサーマス・サーモフィラス(Thermus th
ermophilus)、サーマス・アクアティカス(Thermus aq
uaticus)等が挙げられる。次に、上記高度好熱菌から
ゲノムDNAを調製する。ゲノムDNAの調製は公知の方法、
例えばフェノール・クロロホルム法等により調製する。
The highly thermophilic bacteria include microorganisms belonging to the genus Thermus, for example, Thermus thymophilus.
ermophilus, Thermus aq
uaticus). Next, genomic DNA is prepared from the thermophilic bacterium. Preparation of genomic DNA is a known method,
For example, it is prepared by a phenol-chloroform method or the like.

【0014】上記手法により得られたDNAを、本発明で
はホールゲノムショットガンシークエンス法により解析
することができる。ホールゲノムショットガンシークエ
ンス法とは、ゲノム全体を細切れにし、ランダムかつ大
量にシークエンスした後、それぞれの断片について、端
と端の重なった部分をコンピューターで探して連結し、
ゲノム全体のシークエンス情報を得る方法である。すな
わち、制限酵素処理したDNA断片、又は超音波処理等で
ランダムな位置で断片化したDNA断片ごとに塩基配列を
決定し、ある断片の配列と他の断片の配列とを比較し、
オーバーラップした部分を重ねることにより全体の配列
を決定する。
In the present invention, the DNA obtained by the above method can be analyzed by the whole genome shotgun sequence method. The whole genome shotgun sequencing method is to shred the whole genome, sequence it randomly and in large quantities, and then search for the end-to-end overlapping parts of each fragment using a computer and connect them.
This is a method to obtain sequence information of the whole genome. That is, the base sequence is determined for each DNA fragment treated with a restriction enzyme, or a DNA fragment fragmented at random positions by ultrasonic treatment or the like, and the sequence of a certain fragment is compared with the sequence of another fragment,
The overall sequence is determined by overlapping the overlapping parts.

【0015】上記DNA断片の塩基配列の決定は、公知方
法、例えばサンガー法(Molecular Cloning,2巻, 13.3
頁, 1989年) 、PCRをベースにした方法等によって行う
ことができる。通常は、Perkin Elmer社製の蛍光ダイデ
オキシターミネーターを含有するPRISMシークエンシン
グキット等を使って反応を行い、Applied Biosystem 社
製のオートシークエンサー(モデルABI 377)等で塩基配
列を決定する。
The nucleotide sequence of the DNA fragment is determined by a known method, for example, the Sanger method (Molecular Cloning, Vol. 2, 13.3).
P., 1989), PCR-based methods and the like. Usually, the reaction is carried out using a PRISM sequencing kit containing a fluorescent dideoxy terminator manufactured by Perkin Elmer, etc., and the base sequence is determined using an auto sequencer (Model ABI 377) manufactured by Applied Biosystem.

【0016】本発明の好熱菌由来遺伝子を表1に示す。
表1には、各遺伝子の塩基配列及びアミノ酸配列の配列
番号を示した。これらの配列番号は、遺伝子の塩基配
列、及びそのアミノ酸配列についてそれぞれ一般式2n-
1、2nで示され、表1の最も左側の列に記載の「番号」
を上記一般式のn(nは1〜1137の整数を表す)に当てはめ
たときの配列番号を表す。従って、例えばLexAタンパク
質(表の2番)のアミノ酸配列は配列番号4に示され、
LexA遺伝子の塩基配列は配列番号3に示される。
Table 1 shows the thermophilic bacterium genes of the present invention.
Table 1 shows the nucleotide sequence and the amino acid sequence of each gene. These SEQ ID NOs correspond to the nucleotide sequence of the gene and the amino acid sequence of the general formula 2n-
"No." indicated by 1, 2n and described in the leftmost column of Table 1
Is applied to n (n represents an integer of 1 to 1137) in the above general formula. Thus, for example, the amino acid sequence of the LexA protein (# 2 in the table) is shown in SEQ ID NO: 4,
The nucleotide sequence of the LexA gene is shown in SEQ ID NO: 3.

【0017】[0017]

【表1】 [Table 1]

【0018】但し、表1に記載の遺伝子によりコードさ
れるアミノ酸配列を含むタンパク質が、4℃〜100℃にお
いて安定性を有する限り、当該アミノ酸配列において複
数個、好ましくは1若しくは数個のアミノ酸に欠失、置
換、付加等の変異が生じてもよい。さらに、それぞれの
アミノ酸配列を有するタンパク質が本来持つ活性を有す
る限り、上記変異が生じてもよい。
However, as long as the protein containing the amino acid sequence encoded by the gene shown in Table 1 has stability at 4 ° C. to 100 ° C., a plurality of amino acids, preferably one or several Mutations such as deletion, substitution, and addition may occur. Furthermore, the above mutation may occur as long as the protein having the respective amino acid sequence has the intrinsic activity.

【0019】例えば、配列番号2n(nは1〜1137の整数を
表す)に示されるアミノ酸配列の1〜10個、好ましくは
1〜5個のアミノ酸が欠失してもよく、配列番号2n(nは
前記と同様)に示されるアミノ酸配列に1〜10個、好ま
しくは1〜5個のアミノ酸が付加してもよく、あるい
は、配列番号2n(nは前記と同様に示されるアミノ酸配列
の1〜10個、好ましくは1〜5個のアミノ酸が他のアミ
ノ酸に置換したものも、本発明のタンパク質に含まれ
る。
For example, 1 to 10, preferably 1 to 5 amino acids of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2n (n represents an integer of 1 to 1137) may be deleted. 1 to 10, preferably 1 to 5 amino acids may be added to the amino acid sequence shown in (n is the same as described above), or SEQ ID NO: 2n (n is 1 of the amino acid sequence shown in the above). Proteins of the present invention also include those in which 1 to 5, preferably 1 to 5, amino acids have been substituted with other amino acids.

【0020】一旦表1に記載の遺伝子の塩基配列が確定
すると、その後は化学合成によって、又は当該遺伝子の
5'及び3'末端の塩基配列をプライマーとし、ゲノムDNA
の全部又は一部を鋳型としたPCRによって、あるいは表1
に記載の遺伝子の塩基配列又はその相補配列を有するDN
A断片をプローブとしてハイブリダイズさせることによ
って、それぞれの遺伝子を得ることができる。また、部
位特異的突然変異誘発法等によって本発明の遺伝子の変
異型であって上記活性を有するものを合成することもで
きる。なお、遺伝子に変異を導入するには、Kunkel法、
Gapped duplex法等の公知の手法又はこれに準ずる方法
を採用することができる。例えば部位特異的突然変異誘
発法を利用した変異導入用キット(例えばMutan-K(TAKA
RA社製)やMutan-G(TAKARA社製))などを用いて変異の
導入が行われる。
Once the nucleotide sequence of the gene described in Table 1 has been determined, it is subsequently determined by chemical synthesis or
Using the base sequences at the 5 'and 3' ends as primers, genomic DNA
By PCR using all or part of
DN having the nucleotide sequence of the gene described in or the complementary sequence thereof
The respective genes can be obtained by hybridizing the A fragment as a probe. Alternatively, a mutant form of the gene of the present invention having the above activity can be synthesized by site-directed mutagenesis or the like. To introduce a mutation into a gene, the Kunkel method,
A known method such as the gapped duplex method or a method similar thereto can be employed. For example, a kit for mutagenesis using site-directed mutagenesis (for example, Mutan-K (TAKA
Mutations are introduced using RA) or Mutan-G (TAKARA).

【0021】さらに、上記DNAとストリンジェントな条
件下でハイブリダイズし、かつ、当該DNAの発現産物と
同一機能を有するタンパク質をコードする遺伝子も本発
明の遺伝子に含まれる。ストリンジェントな条件とは、
特異的なハイブリッドが形成され、非特異的なハイブリ
ッドが形成されない条件をいう。例えば、高い相同性
(相同性が60%以上、好ましくは80%以上)を有するDN
Aがハイブリダイズする条件をいう。より具体的には、
ナトリウム濃度が150〜900mM、好ましくは600〜900mMで
あり、温度が60〜68℃、好ましくは65℃での条件をい
う。
The gene of the present invention also includes a gene that hybridizes with the above-mentioned DNA under stringent conditions and encodes a protein having the same function as the expression product of the DNA. Stringent conditions are:
This refers to conditions under which a specific hybrid is formed and a non-specific hybrid is not formed. For example, DNs having high homology (homology is 60% or more, preferably 80% or more)
The condition under which A hybridizes. More specifically,
The sodium concentration is 150 to 900 mM, preferably 600 to 900 mM, and the temperature is 60 to 68 ° C, preferably 65 ° C.

【0022】2.組換えベクター及び形質転換体の作製 本発明の組換えベクターは、上記遺伝子を適当なベクタ
ーに連結することにより得ることができ、形質転換体
は、本発明の組換えベクターを、目的遺伝子が発現し得
るように宿主中に導入することにより得ることができ
る。
2. Preparation of Recombinant Vector and Transformant The recombinant vector of the present invention can be obtained by ligating the above gene to an appropriate vector, and the transformant expresses the recombinant vector of the present invention by expressing the target gene. It can be obtained by introducing it into a host as possible.

【0023】ベクターには、宿主微生物で自律的に増殖
し得るファージ又はプラスミドが使用される。プラスミ
ド DNAとしては、大腸菌由来のプラスミド(例えばpBR3
22,pBR325, pUC118, pUC119, pUC18, pUC19等)、枯草
菌由来のプラスミド(例えばpUB110, pTP5等)、酵母由
来のプラスミド(例えばYEp13, YEp24, YCp50等)などが
挙げられ、ファージDNAとしてはλファージ(Charon4
A、Charon21A、EMBL3、EMBL4、λgt10、λgt11、λZAP
等)が挙げられる。さらに、レトロウイルス又はワクシ
ニアウイルスなどの動物ウイルス、バキュロウイルスな
どの昆虫ウイルスベクターを用いることもできる。
A phage or plasmid capable of autonomous propagation in a host microorganism is used as the vector. As the plasmid DNA, a plasmid derived from E. coli (for example, pBR3
22, pBR325, pUC118, pUC119, pUC18, pUC19, etc.), Bacillus subtilis-derived plasmids (eg, pUB110, pTP5, etc.), yeast-derived plasmids (eg, YEp13, YEp24, YCp50, etc.). Phage (Charon4
A, Charon21A, EMBL3, EMBL4, λgt10, λgt11, λZAP
Etc.). Furthermore, animal viruses such as retrovirus or vaccinia virus, and insect virus vectors such as baculovirus can also be used.

【0024】ベクターに本発明の遺伝子を挿入するに
は、まず、精製されたDNAを適当な制限酵素で切断し、
適当なベクター DNAの制限酵素部位又はマルチクローニ
ングサイトに挿入してベクターに連結する方法などが採
用される。本発明の遺伝子は、その遺伝子の機能が発揮
されるようにベクターに組み込まれることが必要であ
る。そこで、本発明のベクターには、プロモーター、本
発明の遺伝子のほか、所望によりエンハンサーなどのシ
スエレメント、スプライシングシグナル、ポリA付加シ
グナル、選択マーカー、リボソーム結合配列(SD配列)
などを連結することができる。なお、選択マーカーとし
ては、例えばジヒドロ葉酸還元酵素遺伝子、アンピシリ
ン耐性遺伝子、ネオマイシン耐性遺伝子等が挙げられ
る。さらに、大腸菌及び酵母などの2種以上の宿主微生
物で自律的増殖が可能なベクターのほか、各種のシャト
ルベクターを使用することもできる。このようなベクタ
ーについても、前記制限酵素で切断し、その断片を得る
ことができる。
To insert the gene of the present invention into a vector, first, the purified DNA is cut with an appropriate restriction enzyme,
For example, a method of inserting into an appropriate restriction enzyme site or a multiple cloning site of vector DNA and ligating to the vector is employed. The gene of the present invention needs to be incorporated into a vector so that the function of the gene is exerted. Therefore, the vector of the present invention includes, in addition to the promoter and the gene of the present invention, cis elements such as enhancers, splicing signals, polyA addition signals, selection markers, ribosome binding sequences (SD sequences), if desired.
And so on. In addition, examples of the selection marker include a dihydrofolate reductase gene, an ampicillin resistance gene, a neomycin resistance gene, and the like. Furthermore, various shuttle vectors can be used in addition to vectors capable of autonomous propagation in two or more host microorganisms such as Escherichia coli and yeast. Such a vector can also be cleaved with the restriction enzyme to obtain a fragment thereof.

【0025】DNA断片とベクター断片とを連結させるに
は、公知のDNAリガーゼを用いる。そして、DNA断片とベ
クター断片とをアニーリングさせた後連結させ、組換え
ベクターを作製する。形質転換に使用する宿主として
は、本発明の遺伝子を発現できるものであれば特に限定
されるものではない。例えば、細菌(大腸菌、枯草菌
等)、酵母、動物細胞(COS細胞、CHO細胞等)、昆虫細
胞が挙げられる。
For linking the DNA fragment and the vector fragment, a known DNA ligase is used. Then, the DNA fragment and the vector fragment are annealed and then ligated to prepare a recombinant vector. The host used for transformation is not particularly limited as long as it can express the gene of the present invention. Examples include bacteria (such as Escherichia coli and Bacillus subtilis), yeast, animal cells (such as COS cells and CHO cells), and insect cells.

【0026】細菌を宿主とする場合は、本発明の組換え
ベクターが該細菌中で自律複製可能であると同時に、プ
ロモーター、リボゾーム結合配列、本発明の遺伝子、転
写終結配列により構成されていることが好ましい。ま
た、プロモーターを制御する遺伝子が含まれていてもよ
い。大腸菌としては、例えばエッシェリヒア・コリ(Esc
herichia coli) DH5αなどが挙げられ、枯草菌として
は、例えばバチルス・ズブチリス(Bacillus subtilis)
などが挙げられる。プロモーターは、大腸菌等の宿主中
で発現できるものであればいずれを用いてもよい。例え
ばtrpプロモーター、lacプロモーター、PLプロモータ
ー、PRプロモーターなどの、大腸菌やファージに由来す
るプロモーターが用いられる。tacプロモーターなどの
ように、人為的に設計改変されたプロモーターを用いて
もよい。細菌への組換えベクターの導入方法は、細菌に
DNAを導入する方法であれば特に限定されるものではな
い。例えばカルシウムイオンを用いる方法、エレクトロ
ポレーション法等が挙げられる。
When a bacterium is used as a host, the recombinant vector of the present invention must be capable of autonomous replication in the bacterium and be composed of a promoter, a ribosome binding sequence, the gene of the present invention, and a transcription termination sequence. Is preferred. Further, a gene controlling a promoter may be included. As Escherichia coli, for example, Escherichia coli (Esc
herichia coli) DH5α and the like, and as Bacillus subtilis, for example, Bacillus subtilis (Bacillus subtilis)
And the like. Any promoter can be used as long as it can be expressed in a host such as Escherichia coli. For example trp promoter, lac promoter, P L promoter, and P R promoter may be used from Escherichia coli or phage. An artificially designed and modified promoter such as a tac promoter may be used. The method of introducing a recombinant vector into bacteria depends on the bacteria.
There is no particular limitation on the method for introducing DNA. For example, a method using calcium ions, an electroporation method and the like can be mentioned.

【0027】酵母を宿主とする場合は、例えばサッカロ
ミセス・セレビシエ(Saccharomycescerevisiae)、シゾ
サッカロミセス・ポンベ(Schizosaccharomyces pombe)
などが用いられる。この場合、プロモーターは酵母中で
発現できるものであれば特に限定されず、例えばGAL1プ
ロモーター、GAL10プロモーター、ヒートショックタン
パク質プロモーター、MFα1プロモーター、PHO5プロモ
ーター、PGKプロモーター、GAPプロモーター、ADHプロ
モーター、AOX1プロモーター等を用いることができる。
酵母への組換えベクターの導入方法は、酵母にDNAを導
入する方法であれば特に限定されず、例えばエレクトロ
ポレーション法、スフェロプラスト法、酢酸リチウム法
等が挙げられる。
When yeast is used as a host, for example, Saccharomyces cerevisiae, Schizosaccharomyces pombe
Are used. In this case, the promoter is not particularly limited as long as it can be expressed in yeast, for example, GAL1 promoter, GAL10 promoter, heat shock protein promoter, MFα1 promoter, PHO5 promoter, PGK promoter, GAP promoter, ADH promoter, AOX1 promoter and the like. Can be used.
The method for introducing the recombinant vector into yeast is not particularly limited as long as it is a method for introducing DNA into yeast, and examples thereof include an electroporation method, a spheroplast method, and a lithium acetate method.

【0028】動物細胞を宿主とする場合は、サル細胞CO
S-7、Vero、チャイニーズハムスター卵巣細胞(CHO細
胞)、マウスL細胞、ラットGH3、ヒトFL細胞等が用いら
れる。プロモーターとしてSRαプロモーター、SV40プロ
モーター、LTRプロモーター、CMVプロモーター等が用い
られ、また、ヒトサイトメガロウイルスの初期遺伝子プ
ロモーター等を用いてもよい。動物細胞への組換えベク
ターの導入方法としては、例えばエレクトロポレーショ
ン法、リン酸カルシウム法、リポフェクション法等が挙
げられる。昆虫細胞を宿主とする場合は、Sf9細胞など
が用いられる。昆虫細胞への組換えベクターの導入方法
としては、例えばリン酸カルシウム法、リポフェクショ
ン法、エレクトロポレーション法などが挙げられる。
When an animal cell is used as a host, monkey cell CO
S-7, Vero, Chinese hamster ovary cells (CHO cells), mouse L cells, rat GH3, human FL cells and the like are used. As the promoter, SRα promoter, SV40 promoter, LTR promoter, CMV promoter and the like are used, and an early gene promoter of human cytomegalovirus may be used. Examples of a method for introducing a recombinant vector into animal cells include an electroporation method, a calcium phosphate method, and a lipofection method. When an insect cell is used as a host, an Sf9 cell or the like is used. Examples of a method for introducing a recombinant vector into insect cells include a calcium phosphate method, a lipofection method, and an electroporation method.

【0029】3.有用物質の生産等 本発明においては、高度好熱菌が高温域において安定で
あることを利用して、本発明の遺伝子又はタンパク質の
全部若しくは一部タンパク質の立体構造解析のための基
礎資料として使用することができる。また、本発明のタ
ンパク質は物理化学的に安定であるため、化学工業的な
物質生産において触媒などとして利用することができ
る。
3. Production of useful substances, etc. In the present invention, utilizing the fact that highly thermophilic bacteria are stable in a high temperature region, the gene or protein of the present invention is used as basic data for analyzing the three-dimensional structure of all or a part of the protein. can do. Further, since the protein of the present invention is physicochemically stable, it can be used as a catalyst or the like in chemical industrial substance production.

【0030】本発明において、目的のタンパク質(有用
物質)は、目的遺伝子を保有する前記形質転換体を培養
し、その培養物から採取することにより得ることができ
る。「培養物」とは、培養上清、あるいは培養細胞若し
くは培養菌体又は細胞若しくは菌体の破砕物のいずれを
も意味するものである。本発明の形質転換体を培地に培
養する方法は、宿主の培養に用いられる通常の方法に従
って行われる。
In the present invention, the target protein (useful substance) can be obtained by culturing the transformant having the target gene, and collecting from the culture. The term “culture” means any of a culture supernatant, a cultured cell or a cultured cell, or a crushed cell or a cell. The method for culturing the transformant of the present invention in a medium is performed according to a usual method used for culturing a host.

【0031】大腸菌や酵母菌等の微生物を宿主として得
られた形質転換体を培養する培地としては、微生物が資
化し得る炭素源、窒素源、無機塩類等を含有し、形質転
換体の培養を効率的に行うことができる培地であれば、
天然培地、合成培地のいずれを用いてもよい。
A culture medium for culturing a transformant obtained by using a microorganism such as Escherichia coli or yeast as a host contains a carbon source, a nitrogen source, inorganic salts, and the like, which can be assimilated by the microorganism. If the medium can be performed efficiently,
Either a natural medium or a synthetic medium may be used.

【0032】炭素源としては、グルコース、フラクトー
ス、スクロース、デンプン等の炭水化物、酢酸、プロピ
オン酸等の有機酸、エタノール、プロパノール等のアル
コール類が用いられる。窒素源としては、アンモニア、
塩化アンモニウム、硫酸アンモニウム、酢酸アンモニウ
ム、リン酸アンモニウム等の無機酸若しくは有機酸のア
ンモニウム塩、ペプトン、肉エキス、コーンスティープ
リカー、又はその他の含窒素化合物が用いられる。無機
物としては、リン酸第一カリウム、リン酸第二カリウ
ム、リン酸マグネシウム、硫酸マグネシウム、塩化ナト
リウム、硫酸第一鉄、硫酸マンガン、硫酸銅、炭酸カル
シウム等が用いられる。
As the carbon source, carbohydrates such as glucose, fructose, sucrose and starch, organic acids such as acetic acid and propionic acid, and alcohols such as ethanol and propanol are used. As a nitrogen source, ammonia,
Ammonium salts of inorganic or organic acids such as ammonium chloride, ammonium sulfate, ammonium acetate and ammonium phosphate, peptone, meat extract, corn steep liquor, and other nitrogen-containing compounds are used. As the inorganic substance, potassium (I) phosphate, potassium (II) phosphate, magnesium phosphate, magnesium sulfate, sodium chloride, ferrous sulfate, manganese sulfate, copper sulfate, calcium carbonate and the like are used.

【0033】培養は、通常、振盪培養又は通気攪拌培養
などの好気的条件下、37℃で6〜24時間行う。培養期間
中、pHは中性付近に保持する。pHの調整は、無機又は有
機酸、アルカリ溶液等を用いて行う。培養中は必要に応
じてアンピシリンやテトラサイクリン等の抗生物質を培
地に添加してもよい。
The cultivation is usually carried out at 37 ° C. for 6 to 24 hours under aerobic conditions such as shaking culture or aeration and stirring culture. During the culture, the pH is kept near neutral. Adjustment of the pH is performed using an inorganic or organic acid, an alkaline solution or the like. During culture, antibiotics such as ampicillin and tetracycline may be added to the medium as needed.

【0034】プロモーターとして誘導性のプロモーター
を用いた発現ベクターで形質転換した微生物を培養する
場合は、必要に応じてインデューサーを培地に添加して
もよい。例えば、Lacプロモーターを用いた発現ベクタ
ーで形質転換した微生物を培養するときにはイソプロピ
ル-β-D-チオガラクトシド(IPTG)等を、trpプロモータ
ーを用いた発現ベクターで形質転換した微生物を培養す
るときにはインドール酢酸(IAA)等を培地に添加しても
よい。
When culturing a microorganism transformed with an expression vector using an inducible promoter as a promoter, an inducer may be added to the medium, if necessary. For example, when culturing a microorganism transformed with an expression vector using the Lac promoter, isopropyl-β-D-thiogalactoside (IPTG) or the like is used.When culturing a microorganism transformed with an expression vector using the trp promoter, indoleacetic acid is used. (IAA) and the like may be added to the medium.

【0035】動物細胞を宿主として得られた形質転換体
を培養する培地としては、一般に使用されているRPMI16
40培地、DMEM培地又はこれらの培地に牛胎児血清等を添
加した培地等が用いられる。培養は、通常、5%CO2
在下、37℃で1〜30日行う。培養中は必要に応じてカナ
マイシン、ペニシリン等の抗生物質を培地に添加しても
よい。
As a medium for culturing the transformant obtained using animal cells as a host, generally used RPMI16
For example, a 40-medium, a DMEM medium, or a medium obtained by adding fetal bovine serum or the like to such a medium is used. Culture is usually performed at 37 ° C. for 1 to 30 days in the presence of 5% CO 2 . During the culture, antibiotics such as kanamycin and penicillin may be added to the medium as needed.

【0036】培養後、目的タンパク質が菌体内又は細胞
内に生産される場合には、菌体又は細胞を破砕すること
によりタンパク質を抽出する。また、目的タンパク質が
菌体外又は細胞外に生産される場合には、培養液をその
まま使用するか、遠心分離等により菌体又は細胞を除去
する。その後、タンパク質の単離精製に用いられる一般
的な生化学的方法、例えば硫酸アンモニウム沈殿、ゲル
クロマトグラフィー、イオン交換クロマトグラフィー、
アフィニティークロマトグラフィー等を単独で又は適宜
組み合わせて用いることにより、前記培養物中から目的
のタンパク質を単離精製することができる。
After the culture, when the target protein is produced in the cells or cells, the proteins are extracted by disrupting the cells or cells. When the target protein is produced outside the cells or cells, the culture solution is used as it is, or the cells or cells are removed by centrifugation or the like. Thereafter, common biochemical methods used for the isolation and purification of proteins, such as ammonium sulfate precipitation, gel chromatography, ion exchange chromatography,
The target protein can be isolated and purified from the culture by using affinity chromatography or the like alone or in an appropriate combination.

【0037】目的のタンパク質が得られたか否かは、SD
S-ポリアクリルアミドゲル電気泳動等により確認するこ
とができる。さらに、目的タンパク質の理化学的性質又
は機能を調べるため、種々の試験を行うことができる。
試験項目としては、X線結晶解析、CDスペクトル解析、N
MR解析等が挙げられる。
Whether the target protein was obtained or not was determined by SD
It can be confirmed by S-polyacrylamide gel electrophoresis or the like. Furthermore, various tests can be performed to examine the physicochemical properties or functions of the target protein.
Test items include X-ray crystal analysis, CD spectrum analysis, N
MR analysis and the like.

【0038】4.理化学的性質の解析 (1) X線結晶構造解析 本発明において目的タンパク質を結晶化させるために
は、一般的なX線構造解析用の結晶化方法に準じて行う
ことができる。例えば、所定濃度のタンパク質溶液に沈
殿剤を加えてその濃度を変化させ、分子の溶解度を徐々
に下げて結晶として析出させることができる。タンパク
質の純度は結晶化に重要であり、純度の高いタンパク質
を用ることが必須である。タンパク質の濃度は、5mg/ml
〜20mg/mlである。沈殿剤としては、硫酸アンモニウ
ム、ポリエチレングリコールなどが挙げられる。
4. Analysis of physicochemical properties (1) X-ray crystal structure analysis Crystallization of a target protein in the present invention can be performed according to a general crystallization method for X-ray structure analysis. For example, a precipitant may be added to a protein solution having a predetermined concentration to change the concentration, and the solubility of the molecule may be gradually lowered to precipitate as a crystal. Protein purity is important for crystallization, and it is essential to use a protein with high purity. Protein concentration is 5mg / ml
2020 mg / ml. Examples of the precipitant include ammonium sulfate, polyethylene glycol and the like.

【0039】結晶化のためのpHは、5.0〜11.0であり、
温度は4℃〜25℃である。また、pHも重要なパラメータ
ーである。従って、pHを含む3つのパラメーター(例え
ば沈殿剤、pH及び濃度)を能率よく調べるために、フェ
ーズダイアグラムを作成しておくことが好ましい。一旦
結晶が析出した後は、さらにパラメーターを細かく変え
て最良の結晶が出現する条件を精密化する。ここで、結
晶化に際し、試料を平衡化することが好ましく、その場
合は、蒸気拡散法を採用することができる。
The pH for crystallization is between 5.0 and 11.0,
The temperature is between 4C and 25C. PH is also an important parameter. Therefore, it is preferable to prepare a phase diagram in order to efficiently examine three parameters including pH (eg, precipitant, pH and concentration). Once the crystals have been deposited, the parameters are further refined to refine the conditions under which the best crystals appear. Here, it is preferable to equilibrate the sample during crystallization, in which case a vapor diffusion method can be employed.

【0040】本発明において構造解析を行うに当たり、
目的タンパク質が他のタンパク質の構造と類似性が高い
場合は、分子置換法を用いることができる。一方、他の
タンパク質の構造と類似性が低い場合は、結晶の位相情
報を実験的に得て構造解析を行う必要がある。この場合
は、X線の波長を変えることができる放射光を用いるこ
とで測定可能な多波長異常分散法(以下MAD法という)と
呼ばれる手法を採用する。MAD法は、重原子誘導体のみ
で位相情報が得られるため、結晶格子が変わりやすいタ
ンパク質結晶であっても構造決定ができる点で好まし
い。
In conducting a structural analysis in the present invention,
When the target protein has a high similarity to the structure of another protein, a molecular replacement method can be used. On the other hand, when the similarity with the structure of another protein is low, it is necessary to obtain the phase information of the crystal experimentally and perform the structural analysis. In this case, a method called a multi-wavelength anomalous dispersion method (hereinafter, referred to as a MAD method) that can be measured by using radiation that can change the wavelength of X-rays is employed. The MAD method is preferable in that the phase information can be obtained only with the heavy atom derivative, so that the structure can be determined even for a protein crystal whose crystal lattice is easily changed.

【0041】結晶内に重原子を導入するには、浸透法が
一般的である。浸透法とは、すでに成長した結晶を重原
子試薬を含む溶液中に浸し、重原子試薬が拡散によって
結晶内に自然に浸透する性質を利用する導入法である。
重原子試薬としては、例えばイリジウム化合物、水銀化
合物、白金化合物、ウラン化合物、金化合物、ランタノ
イド化合物等の金属が挙げられる。タンパク質の結晶が
容易に壊れやすいときは、タンパク質結晶の重原子誘導
体を調製するには十分な時間が必要である。
In order to introduce heavy atoms into a crystal, a permeation method is generally used. The infiltration method is an introduction method in which a crystal that has already grown is immersed in a solution containing a heavy atom reagent, and the property that the heavy atom reagent naturally penetrates into the crystal by diffusion is used.
Examples of heavy atom reagents include metals such as iridium compounds, mercury compounds, platinum compounds, uranium compounds, gold compounds, and lanthanoid compounds. When protein crystals are easily broken, sufficient time is required to prepare heavy atom derivatives of protein crystals.

【0042】本発明において、結晶の構造解析はいわゆ
るMAD法に従って行うことができる。本発明では、放射
光を使って、入射X線波長を変えて結晶の回折データを
測定する。MAD法に使うことのできる放射光は、例えば
大型放射光施設SPring-8/理研(RIKEN)ビームラインII
(BL44B2)により発生させることができる。使用するX線
の波長範囲は1Å〜2Åである。
In the present invention, the crystal structure analysis can be performed according to the so-called MAD method. In the present invention, the diffraction data of the crystal is measured by changing the incident X-ray wavelength using the emitted light. Synchrotron radiation that can be used for the MAD method is, for example, the large synchrotron radiation facility SPring-8 / RIKEN (RIKEN) beamline II.
(BL44B2). The wavelength range of the X-ray used is 1 ° to 2 °.

【0043】(2) CDスペクトル解析 本発明のタンパク質の精製から立体構造決定を行うまで
のステップのうち、非常に重要な課程は立体構造決定が
可能なタンパク質の性質を有しているか否かを判断する
ことである。仮に発現、精製が順調に行われても、多数
のタンパク質は非天然の立体構造(多くはランダム構
造)になってしまうためである。
(2) CD spectrum analysis Among the steps from the purification of the protein of the present invention to the determination of the three-dimensional structure, a very important step is to determine whether or not the protein has the properties of the three-dimensional structure. It is to judge. This is because, even if expression and purification are performed smoothly, many proteins have an unnatural three-dimensional structure (mostly a random structure).

【0044】CD(円偏向二色性)スペクトルは比較的低
濃度(μMのオーダー)で立体構造(特に2次構造)を有
するか否かを容易に検査できるため、タンパク質精製が
完了し、立体構造決定の前段階の測定として非常に有用
である。そのスペクトルは、アミド結合の左右の円偏光
に対する吸収係数の違い(エネルギー差)を波長に対し
てあらわしたものであり、通常は遠紫外領域(190-230n
m)の吸収パターンから2次構造を判断する。2次構造
要素として、へリックスを豊富に有するタンパク質は20
8、222nmの負の極大吸収が、シートを豊富に有する場合
は195、215nm付近にそれぞれ正と負の極大吸収がスペク
トル上に観測される。また、各極大吸収の波長のみを温
度変化に対してスキャンすることにより、タンパク質の
熱的安定性が観測できる。一般に、変性温度付近でシグ
モイド曲線様の変化が観測されるが、この傾斜が緩い場
合、タンパク質の立体構造は不安定であり、X線やNMR解
析に向かない性質を有していると判断できる。
The CD (circular dichroism) spectrum can be easily inspected at a relatively low concentration (on the order of μM) to determine whether or not it has a tertiary structure (particularly a secondary structure). It is very useful as a measurement before the structure determination. The spectrum shows the difference in absorption coefficient (energy difference) of the amide bond to the left and right circularly polarized light with respect to the wavelength, and is usually in the far ultraviolet region (190-230n).
The secondary structure is determined from the absorption pattern of m). 20 helix-rich proteins as secondary structural elements
If the sheet has abundant negative maximum absorption at 8, 222 nm, positive and negative maximum absorption are observed on the spectrum at around 195, 215 nm, respectively. Further, by scanning only the wavelength of each maximum absorption with respect to the temperature change, the thermal stability of the protein can be observed. Generally, a sigmoid curve-like change is observed around the denaturation temperature, but if this slope is gentle, the tertiary structure of the protein is unstable and it can be determined that it has properties that are not suitable for X-ray and NMR analysis .

【0045】(3) NMRスペクトル解析 本発明における立体構造決定のステップのうち、X線結
晶構造解析と相補的に用いることができる手段がNMR
(核磁気共鳴)法である。前述のように、精製の終了し
た全てのタンパク質が立体構造を保持しているとは限ら
ず、運動性の高いループ領域を有している場合、あるい
は糖鎖等のポリペプチド鎖以外が化学修飾されている場
合、膜タンパク質の場合は結晶化が極めて困難である。
(3) NMR Spectrum Analysis Among the steps for determining the three-dimensional structure in the present invention, the means which can be used complementarily to the X-ray crystal structure analysis is NMR
(Nuclear magnetic resonance) method. As described above, not all purified proteins retain the three-dimensional structure, and may have a highly mobile loop region, or may be chemically modified other than polypeptide chains such as sugar chains. If so, crystallization is extremely difficult with membrane proteins.

【0046】一方、NMR法は試料を結晶化することなく
立体構造情報を収集することができる手段である。対象
とするタンパク質が、i)分子量10kDa以下の場合、ii)1
0〜30kDaの場合、iii)30kDa以上の場合 、又はiv)繊維
状若しくは膜タンパク質の場合は、試料の調整法とスペ
クトル解析の方法を変える必要がある。NMRスペクトル
上では、タンパク質中の水素原子が環境に応じて異なる
周波数(化学シフト)で観測される。このことを利用し
て、2−4次元方向に水素原子の化学シフトを分離し、
着目水素原子に関する距離、又は角度情報を抽出するこ
とができる。
On the other hand, the NMR method is a means capable of collecting three-dimensional structure information without crystallizing a sample. If the target protein is i) the molecular weight is 10 kDa or less, ii) 1
In the case of 0 to 30 kDa, iii) in the case of 30 kDa or more, or iv) in the case of fibrous or membrane protein, it is necessary to change the method of sample preparation and the method of spectral analysis. On the NMR spectrum, hydrogen atoms in the protein are observed at different frequencies (chemical shifts) depending on the environment. Utilizing this, the chemical shift of the hydrogen atom is separated in the 2-4 dimensional direction,
Distance information or angle information on the hydrogen atom of interest can be extracted.

【0047】一般に、上記i)の場合は、精製したタン
パク質をリン酸緩衝液、又は重水素化した緩衝液に置換
すれば、1H多次元NMR法により1H間距離、角度情報を収
集することができる。これらの立体構造情報に基づき、
距離、角度制限付き分子動力学計算を行うことにより、
目的とするタンパク質の立体構造を得る。ii)の場合
は、NMRシグナルの重なりを防ぐために、試料調製時に
タンパク質中に存在する1 2C、14Nを安定同位体の13C、
15Nに置き換える必要がある。これは、大腸菌最小培地
中の窒素源(多くは塩化アンモニウム)と炭素源(多く
はグルコース)を上記安定同位体として培養することに
よりタンパク質の均一ラベル化が可能となることを意味
する。その精製タンパク質について3重共鳴(1H,13C,15
N)多次元NMRスペクトル測定を行い、i)と同様にH間
距離、角度情報から分子動力学計算により立体構造を得
る。iii)及びiv)の場合については、重水中で培養する
ことにより側鎖原子の重水素化を施したり、タンパク質
を配向させることによりN-H,C-Hといった結合の配向情
報を得る、といった新たな手段が必要となる。
In general, in the case of the above i), if the purified protein is replaced with a phosphate buffer or a deuterated buffer, information on the distance between 1 H and angle is collected by the 1 H multidimensional NMR method. be able to. Based on these three-dimensional structure information,
By performing molecular dynamics calculations with distance and angle restrictions,
Obtain the three-dimensional structure of the target protein. For ii), in order to prevent overlapping of the NMR signal, 13 C for 1 2 C, 14 N stable isotope present in the protein during sample preparation,
Must be replaced with 15 N. This means that a protein can be uniformly labeled by culturing a nitrogen source (mostly ammonium chloride) and a carbon source (mostly glucose) in the Escherichia coli minimum medium as the stable isotope. Triple resonance ( 1 H, 13 C, 15
N) Multidimensional NMR spectrum measurement is performed, and a three-dimensional structure is obtained by molecular dynamics calculation from information on the distance between 1 H and the angle as in i). In the case of iii) and iv), new means such as performing deuteration of side chain atoms by culturing in heavy water or obtaining orientation information of bonds such as NH and CH by orienting proteins are available. Required.

【0048】[0048]

【実施例】以下、実施例により本発明をさらに具体的に
説明する。但し、本発明はこれら実施例にその技術的範
囲が限定されるものではない。 〔実施例1〕 ゲノムDNAの調製 Thermus thermophilus HB8(ATCC 27634)をThermus栄
養培地(0.4% トリプトン(DIFCO laboratories)、0.2%
酵母エキス(オリエンタル酵母)、0.1% NaCl, pH7.5)5
mlに植菌し、70℃、15時間培養した後、5,000rpm、10分
の遠心により菌体を回収した。得られた菌体を10mMトリ
ス塩酸(pH8.0)、10mM EDTA 500μlに懸濁し、10mgの
卵白リゾチーム(生化学工業株式会社)を加えて42℃で
20分間インキュベートし溶菌した。100℃、10分間の熱
処理を行ったRnaseA(Sigma社)溶液を最終濃度が0.1mg
/mlとなるように加えて37℃、30分間反応させた後、100
μlの10%SDS溶液を加えて37℃、20分間インキュベート
した。1mgのプロテアーゼKを加え50℃、30分間反応さ
せ、さらに65℃で15分間インキュベートした。フェノー
ル抽出、フェノール-クロロフォルム抽出、クロロフォ
ルム抽出を1回ずつ行った後、水層に1.5mlの100%冷エ
タノールを重層し、析出されたDNAを、先端を丸めたパ
スツールピペットで巻き取った。70%エタノール、100
%エタノールによりDNAをリンスし、乾燥させた後、一
晩かけて200μlの10mMトリス塩酸(pH8.0)、10mM EDTA
(TE)緩衝液に溶解した。
The present invention will be described more specifically with reference to the following examples. However, the technical scope of the present invention is not limited to these examples. Example 1 Preparation of Genomic DNA Thermus thermophilus HB8 (ATCC 27634) was added to a Thermus nutrient medium (0.4% tryptone (DIFCO laboratories), 0.2%
Yeast extract (Oriental yeast), 0.1% NaCl, pH7.5) 5
After inoculating the cells in a ml and culturing at 70 ° C. for 15 hours, the cells were collected by centrifugation at 5,000 rpm for 10 minutes. The obtained cells were suspended in 500 μl of 10 mM Tris-HCl (pH 8.0) and 10 mM EDTA, and 10 mg of egg white lysozyme (Seikagaku Corporation) was added.
The cells were incubated for 20 minutes and lysed. RnaseA (Sigma) solution that has been heat-treated at 100 ° C for 10 minutes has a final concentration of 0.1 mg.
/ ml, and react at 37 ° C for 30 minutes.
μl of 10% SDS solution was added and incubated at 37 ° C. for 20 minutes. 1 mg of protease K was added and reacted at 50 ° C. for 30 minutes, and further incubated at 65 ° C. for 15 minutes. After performing phenol extraction, phenol-chloroform extraction, and chloroform extraction once each, the aqueous layer was overlaid with 1.5 ml of 100% cold ethanol, and the precipitated DNA was wound up with a Pasteur pipette having a rounded tip. 70% ethanol, 100
After rinsing the DNA with ethanol and drying, 200 μl of 10 mM Tris-HCl (pH 8.0), 10 mM EDTA overnight.
(TE) Dissolved in buffer.

【0049】〔実施例2〕ゲノムDNAの塩基配列決定と遺
伝子の検出・同定 実施例1で得られたゲノムDNA5μgを100mM NaCl、10mM
MgCl2、1mM ジチオトレイトール(DTT)、50mMTris-HCl
バッファー(pH7.5) 50μl中にて制限酵素Sau3AI0.1ユニ
ットにより37℃、1時間分解した。反応液の一部を1%
アガロースゲル電気泳動にかけ、制限酵素反応の進行の
程度を確認した。反応液についてフェノール抽出、エタ
ノール沈殿を行い、分解物を得た。
[Example 2] Determination of base sequence of genomic DNA and detection / identification of gene 5 µg of genomic DNA obtained in Example 1 was added to 100 mM NaCl, 10 mM
MgCl 2 , 1 mM dithiothreitol (DTT), 50 mM Tris-HCl
The digestion was carried out at 37 ° C. for 1 hour by using 0.1 unit of Sau3AI restriction enzyme in 50 μl of a buffer (pH 7.5). 1% of the reaction solution
The degree of progress of the restriction enzyme reaction was confirmed by agarose gel electrophoresis. The reaction solution was subjected to phenol extraction and ethanol precipitation to obtain a decomposition product.

【0050】制限酵素BamHIによる分解およびバクテリ
ア由来アルカリフォスファターゼによる末端リン酸基の
除去を行ったベクター pUC18(アマシャムファルマシア
バイオテク)と、上述のThermus thermophilus HB8ゲノ
ムDNAのSau3AI分解物をライゲーション反応により接続
し、この反応物を用いて大腸菌JM109を形質転換した。
得られた形質転換体から、定法によりプラスミドを抽出
精製し、これらのプラスミド中のThermus thermophilus
HB8ゲノムDNA由来配列についてユニバーサルプライマ
ー(宝酒造)およびBigDyeKit(ABI)を用いてシークェ
ンス反応を行った。得られた反応産物は377Aシークェン
サー(ABI)を用いて解析した。読み取りプログラムPhr
ed(UWGC)を用いて得られた塩基配列データは、アセンブ
リプログラムPHRAP(UWGC:http://www.genome.washingto
n.edu/UWGC/analysistools/phrap.htm)を用いて連結し
た。得られたゲノム全体の塩基配列からORF検出プログ
ラム(Looper又はframe analyzer)を用いて遺伝子を検
出した。各遺伝子の配列についてBLAST(NCBI:http//ww
w.ncbi.nlm.nih.gov/BLAST/)、PHRED(UWGC:http://www.
genome.washington.edu/UWGC/analysistools/phred.ht
m)を用いてホモロジー検索を行った。本発明の各遺伝子
の塩基配列、該遺伝子によりコードされるタンパク質の
アミノ酸配列をまとめた一覧表を表1に示す。
The vector pUC18 (Amersham Pharmacia Biotech), which had been digested with the restriction enzyme BamHI and the terminal phosphate group was removed with bacterial alkaline phosphatase, and the above-mentioned Sau3AI digest of Thermus thermophilus HB8 genomic DNA were connected by ligation reaction, This reaction was used to transform E. coli JM109.
Plasmids were extracted and purified from the resulting transformants by a conventional method, and Thermus thermophilus contained in these plasmids was purified.
A sequence reaction was performed on the HB8 genomic DNA-derived sequence using Universal Primer (Takara Shuzo) and BigDyeKit (ABI). The obtained reaction product was analyzed using a 377A sequencer (ABI). Reading program Phr
The nucleotide sequence data obtained using ed (UWGC) is an assembly program PHRAP (UWGC: http: //www.genome.washingto
n.edu/UWGC/analysistools/phrap.htm). Genes were detected from the obtained base sequence of the whole genome using an ORF detection program (Looper or frame analyzer). BLAST (NCBI: http // ww
w.ncbi.nlm.nih.gov/BLAST/), PHRED (UWGC: http: // www.
genome.washington.edu/UWGC/analysistools/phred.ht
A homology search was performed using m). Table 1 summarizes the nucleotide sequence of each gene of the present invention and the amino acid sequence of the protein encoded by the gene.

【0051】〔実施例3〕 Thermus thermophilus HB8
由来LexA遺伝子産物の調製 原核生物では、DNAの異常に対応する機構としてLexAリ
プレッサータンパク質によるSOS応答が存在する。SOS応
答とは、DNA修復、複製、細胞分裂に関わる遺伝子の上
流に存在するSOSボックスと呼ばれる領域にリプレッサ
ータンパク質であるLexAが結合し、一本鎖DNAに結合し
たRecAがLexAの自己切断を促進することで、抑制されて
いた遺伝子の発現が誘導される応答機構である(図
1)。大腸菌の場合、LexAタンパク質は、LexA遺伝子自
身を含む20個以上の遺伝子を抑制していることが知られ
ている。本実施例では、LexA遺伝子を単離して大腸菌で
発現させ、得られた発現産物のCDスペクトル解析をする
目的でLexA遺伝子産物の発現及びその解析を行った。
Example 3 Thermus thermophilus HB8
Preparation of Derived LexA Gene Product In prokaryotes, there is an SOS response by LexA repressor protein as a mechanism corresponding to DNA abnormality. The SOS response is defined as the repressor protein LexA binding to a region called the SOS box located upstream of genes involved in DNA repair, replication, and cell division, and RecA bound to single-stranded DNA causes LexA to self-cleave. This is a response mechanism in which the expression of the suppressed gene is induced by promoting it (FIG. 1). In the case of Escherichia coli, the LexA protein is known to suppress 20 or more genes including the LexA gene itself. In this example, the LexA gene product was expressed and analyzed in order to isolate and express the LexA gene in Escherichia coli and to analyze the CD spectrum of the obtained expression product.

【0052】以下のプライマーを用いて、実施例1によ
り得られたThermus thermophilusHB8 ゲノムDNAを鋳型
としてPCRを行った。 5'側プライマー:5'-ATATCATATggCTCCCCCTTTgCCgACTggg
CAAAAgC-3'(配列番号2275) 3'側プライマー:5'-ATATAgATCTTTATTAgTgCTCATAgCTCCA
CCTCAAAAgA-3'(配列番号2276)
Using the following primers, PCR was performed using the Thermus thermophilus HB8 genomic DNA obtained in Example 1 as a template. 5 'primer: 5'-ATATCATATggCTCCCCCTTTgCCgACTggg
CAAAAgC-3 '(SEQ ID NO: 2275) 3' primer: 5'-ATATAgATCTTTATTAgTgCTCATAgCTCCA
CCTCAAAAgA-3 '(SEQ ID NO: 2276)

【0053】反応混合液を10分間煮沸後、2.5ユニット
のTaqDNAポリメラーゼを添加し、Program Temp Control
SystemPC-700(アステック社)を用いてPCRを行い、Le
xAをコードするDNAフラグメントを増幅した。増幅反応
条件は95℃、3分間加熱後、95℃-1分、55℃-3分、72℃-
1分のサイクルを30回繰り返し、最後に72℃-5分で伸長
を完全に停止した。このPCR産物とベクターpT7 Blue(No
vagen)をTAクローニング法の原理でライゲーション反応
により接続し、得られた組換えベクターpT7Blue-LexA
を、100mM NaCl、10mM MgCl2、1mM ジチオトレイトー
ル、50mMTris-HClバッファー(pH7.5)40μl中にて制限酵
素NdeI 2ユニット、BglII 1ユニットにより37℃で1時間
分解した。制限酵素NdeI、BamHIによる分解およびバク
テリア由来アルカリフォスファターゼによる末端リン酸
基の除去を行ったベクター pET15bと、上述の処理を行
ったLexAフラグメントをライゲーション反応により接続
し、得られた組換えベクターpET15b-LexAを用いて大腸
菌BL21(DE3)pLysEを形質転換した。
After boiling the reaction mixture for 10 minutes, 2.5 units of Taq DNA polymerase were added, and
Perform PCR using SystemPC-700 (Astec), and
The DNA fragment encoding xA was amplified. The amplification reaction conditions were 95 ° C for 3 minutes, then 95 ° C for 1 minute, 55 ° C for 3 minutes, 72 ° C
The 1 minute cycle was repeated 30 times, and finally the extension was completely stopped at 72 ° C. for 5 minutes. This PCR product and the vector pT7 Blue (No.
vagen) by the ligation reaction based on the principle of the TA cloning method, and the obtained recombinant vector pT7Blue-LexA
Was digested with 2 units of restriction enzyme NdeI and 1 unit of BglII at 37 ° C. for 1 hour in 40 μl of 100 mM NaCl, 10 mM MgCl 2 , 1 mM dithiothreitol, 50 mM Tris-HCl buffer (pH 7.5). Restriction enzymes NdeI, vector pET15b, which had been digested with BamHI and the terminal phosphate group had been removed with bacterial alkaline phosphatase, and the above-treated LexA fragment were connected by a ligation reaction, and the resulting recombinant vector pET15b-LexA was obtained. Was used to transform Escherichia coli BL21 (DE3) pLysE.

【0054】この形質転換体をLBamp培地(1%バクト
トリプトン、0.5%イーストエクストラクト、1%NaC
l、50μg/mlアンピシリン)2mlに植菌し、37℃、16時
間培養した。得られた培養液をLBamp培地1lに加え、3
7℃、3〜4時間培養し、対数増殖期に達したところで5
0μg/mlイソプロピル-1-チオ-β-D-ガラクトシド(IPT
G)を加え、さらに5〜6時間培養した。遠心により菌体
を回収し、TEにより洗浄した後、0.2M NaCl、5mMイミダ
ゾール、1mM 2-メルカプトエタノールを含む20mMトリス
塩酸緩衝液(pH8.0)20mlに懸濁し、超音波処理により
菌体を破砕した。この破砕液を10,000gで30分間遠心
し、上清を得た。
This transformant was transformed into an LBamp medium (1% bactotryptone, 0.5% yeast extract, 1% NaC
l, 50 μg / ml ampicillin) 2 ml, and cultured at 37 ° C for 16 hours. The obtained culture solution was added to 1 liter of LBamp medium, and 3
Incubate at 7 ° C for 3 to 4 hours.
0 μg / ml isopropyl-1-thio-β-D-galactoside (IPT
G) was added, and the cells were further cultured for 5 to 6 hours. The cells were collected by centrifugation, washed with TE, suspended in 20 ml of 20 mM Tris-HCl buffer (pH 8.0) containing 0.2 M NaCl, 5 mM imidazole, and 1 mM 2-mercaptoethanol, and the cells were sonicated. Crushed. This crushed liquid was centrifuged at 10,000 g for 30 minutes to obtain a supernatant.

【0055】得られた上清中のヒスチジンタグ付LexA蛋
白質をキレーティングセファロースに吸着させた。すな
わち、ニッケルイオンを結合させた後、吸着バッファー
(0.2M NaCl、5mMイミダゾール、1mM 2-メルカプトエ
タノールを含む20mMトリス塩酸(pH8.0))で十分に洗
浄したキレーティングセファロースに、菌体破砕液の上
清を加え、4℃、1時間インキュベートした。遠心により
セファロース担体を回収し、吸着バッファーで十分に洗
浄した。この担体にトロンビン10ユニットを含む吸着バ
ッファー10mlを加え、37℃、1時間反応させることによ
りヒスチジンタグ部分とLexAを切り離した。遠心により
担体を除去した後、上清を吸着バッファーで平衡化した
ベンズアミジンセファロース6Bカラム(ファルマシ
ア)にかけ、LexAを吸着させた。0.2M NaCl、5mM EDTA
を含む50mM Tris-HCl緩衝液(pH8.0)でカラムを十分に
洗浄した後、0.5M NaCl、5mM EDTAを含む50mM Tris-HC
l緩衝液(pH8.0)によりLexAを溶出した。LexAの純度は
12.5%SDSポリアクリルアミドゲル電気泳動により確認
した(図2)。また、Superdex200 HRを用いて50mM Tris
-HCl及び0.5M KCl(pH8.0)を含む緩衝液によりゲルろ過
を行い、分子量を求めたところ、39.8kDaであった(図
3)。
The histidine-tagged LexA protein in the obtained supernatant was adsorbed to chelating Sepharose. That is, after the nickel ions are bound, the cells are disrupted into chelating sepharose which has been sufficiently washed with an adsorption buffer (20 mM Tris-HCl (pH 8.0) containing 0.2 M NaCl, 5 mM imidazole, and 1 mM 2-mercaptoethanol). The supernatant of the solution was added and incubated at 4 ° C. for 1 hour. The Sepharose carrier was recovered by centrifugation and washed sufficiently with an adsorption buffer. 10 ml of an adsorption buffer containing 10 units of thrombin was added to this carrier, and the mixture was reacted at 37 ° C. for 1 hour to separate the histidine tag portion from LexA. After removing the carrier by centrifugation, the supernatant was applied to a benzamidine sepharose 6B column (Pharmacia) equilibrated with an adsorption buffer to adsorb LexA. 0.2M NaCl, 5mM EDTA
After thoroughly washing the column with 50 mM Tris-HCl buffer (pH 8.0) containing 50 mM Tris-HC1 containing 0.5 M NaCl and 5 mM EDTA
LexA was eluted with 1 buffer (pH 8.0). LexA purity
It was confirmed by 12.5% SDS polyacrylamide gel electrophoresis (FIG. 2). In addition, 50 mM Tris using Superdex200 HR
Gel filtration was performed using a buffer solution containing -HCl and 0.5 M KCl (pH 8.0), and the molecular weight was determined to be 39.8 kDa (Fig. 3).

【0056】上記の通り得られたThermus thermophilus
HB8由来LexAタンパク質2μMを、0.5M NaClを含む50mM
リン酸カリウム緩衝液(pH7.0)に溶解し、25℃におい
てCDスペクトル解析を行った(図4)。その結果、約40
%のαへリックス構造を含有することが明らかになっ
た。また、同じ緩衝液中にて、熱安定性を調べたとこ
ろ、このLexA蛋白質の構造は14〜82℃、好ましくは80℃
まで安定に保持された(図4)。
Thermus thermophilus obtained as described above
2 μM of HB8-derived LexA protein, 50 mM containing 0.5 M NaCl
It was dissolved in a potassium phosphate buffer (pH 7.0) and subjected to CD spectrum analysis at 25 ° C. (FIG. 4). As a result, about 40
% Α-helix structure. In addition, in the same buffer, when the thermostability was examined, the structure of this LexA protein was 14 to 82 ° C, preferably 80 ° C.
Until stable (Fig. 4).

【0057】〔実施例4〕 LexA遺伝子の機能解析 (1) LexAの自己切断 RecA、ATPγS存在及び非存在下におけるLexAの自己切断
の様子をSDS-ポリアクリルアミドゲル電気泳動により解
析した(図5)。50mM Tris-HCl、pH8.0、50μlにLexA
2μg、RecA 0.5μg及びATPγSを加え、37℃で0.5時間ま
たは3時間インキュベートした後、SDS-ポリアクリルア
ミドゲル電気泳動を行った。LexAが自己切断を起こす
と、アルカリ処理で生じるもの(レーン7)と同じ2種類
の分解産物を生じる。しかしながら、RecA非存在下にお
いてATPγSとともに3時間インキュベートした場合は、
分解産物はほとんど観察されなかった(レーン3)。Re
cA及びATPγSの存在下では、約10kDa及び15kDaの位置に
LexAの2種類の分解産物が観察された(レーン5及び
6)。これらの反応は、ATP非存在下において著しく低下
した(レーン4)。これらの結果から、LexAの自己切断
は、ATP存在下においてRecAにより促進されることが示
された。
Example 4 Functional Analysis of LexA Gene (1) Self-Cleavage of LexA The state of self-cleavage of LexA in the presence and absence of RecA and ATPγS was analyzed by SDS-polyacrylamide gel electrophoresis (FIG. 5). . LexA in 50 mM Tris-HCl, pH 8.0, 50 μl
After 2 μg, 0.5 μg of RecA and ATPγS were added, and incubated at 37 ° C. for 0.5 or 3 hours, SDS-polyacrylamide gel electrophoresis was performed. When LexA undergoes self-cleavage, it produces the same two degradation products as those produced by alkaline treatment (lane 7). However, when incubated for 3 hours with ATPγS in the absence of RecA,
Almost no degradation products were observed (lane 3). Re
In the presence of cA and ATPγS, they are located at about 10 kDa and 15 kDa.
Two degradation products of LexA were observed (lanes 5 and
6). These reactions were significantly reduced in the absence of ATP (lane 4). These results indicated that LexA self-cleavage is promoted by RecA in the presence of ATP.

【0058】(2) LexAの推定SOS遺伝子上流配列への結
合 LexAと、4種類の推定SOS遺伝子の上流配列との結合をゲ
ルシャフトアッセイにより解析した(図6)。各遺伝子
の上流に由来するフラグメントを放射標識したものとLe
xAとをインキュベートした後、ポリアクリルアミドゲル
電気泳動を行った。その結果、いずれの場合も、反応に
用いた標識DNAフラグメントよりも泳動度の遅いバンド
が確認された。従って、LexAが上記フラグメントと結合
することが示された。
(2) Binding of LexA to Upstream Sequences of Putative SOS Gene The binding between LexA and the upstream sequences of four putative SOS genes was analyzed by a gel shaft assay (FIG. 6). Radiolabeled fragments derived from the upstream of each gene and Le
After incubation with xA, polyacrylamide gel electrophoresis was performed. As a result, in each case, a band having a lower electrophoresis than the labeled DNA fragment used in the reaction was confirmed. Therefore, it was shown that LexA binds to the above fragment.

【0059】(3) LexA遺伝子上流配列への結合 LexA遺伝子上流約200bpの領域について、LexAとの結合
を調べた。この領域を約50bpに分け、それぞれのフラグ
メントとLexAをインキュベート後、ポリアクリルアミド
ゲル電気泳動を行い、このゲルをエチジウムブロマイド
及びCBBで染色した。この結果、-50bp〜-1bpの領域のフ
ラグメントは、LexA存在下においては泳動度が高分子側
にシフトしていることが分かった(図7)。また、この
バンドはCBB染色においても検出されたことから、タン
パク質とDNAとの複合体によるものであることが示され
た。以上の結果から、LexAは、LexA遺伝子上流の-50bp
の領域に特異的に結合することが分かった。
(3) Binding to LexA Gene Upstream Sequence About 200 bp upstream of the LexA gene, binding to LexA was examined. This region was divided into about 50 bp. After incubating each fragment with LexA, polyacrylamide gel electrophoresis was performed, and the gel was stained with ethidium bromide and CBB. As a result, it was found that the mobility of the fragment in the region of -50 bp to -1 bp shifted to the high molecular side in the presence of LexA (FIG. 7). This band was also detected by CBB staining, indicating that the band was due to a complex of protein and DNA. From the above results, LexA is -50 bp upstream of LexA gene
Was specifically bound to the region.

【0060】〔実施例5〕 フェロケラターゼ遺伝子産
物の調製 フェロケラターゼは、ヘム合成経路の最終段階に位置
し、プロトポルフィリンIXにFe2+をATP非依存的に挿入
してプロトヘムを合成する酵素である(図8)。フェロ
ケラターゼを欠損すると、ヒトにおいては骨髄性プロト
ポルフィリン症を発症することが知られている。各生物
間で完全に保存されているアミノ酸は少ないが、金属イ
オンを結合すると考えられるヒスチジンはすべてのフェ
ロケラターゼに保存されている。このことから、反応機
構や構造は、真核生物や原核生物において広く保存され
ていると考えられる。そこで、本実施例では、フェロケ
ラターゼの構造及び機能を調べるため、好熱菌からフェ
ロケラターゼを調製し、変性実験、活性測定、結晶化を
行った。
Example 5 Preparation of Ferrochelatase Gene Product Ferrochelatase is an enzyme that is located at the final stage of the heme synthesis pathway and synthesizes protoheme by inserting Fe2 + into protoporphyrin IX in an ATP-independent manner (FIG. 8). ). It is known that deficiency of ferrochelatase causes myeloid protoporphyria in humans. Although few amino acids are completely conserved between organisms, histidine, which is thought to bind metal ions, is conserved in all ferrochelatase. From this, it is considered that the reaction mechanism and structure are widely conserved in eukaryotes and prokaryotes. Therefore, in this example, in order to examine the structure and function of ferrochelatase, ferrochelatase was prepared from a thermophilic bacterium, and a denaturation experiment, activity measurement, and crystallization were performed.

【0061】(1) フェロケラターゼ遺伝子のクローニン
グ 以下の5'側プライマー及び3'側プライマーを用いたこと
以外は、実施例3と同様にして、実施例1により得られた
Thermus thermophilus HB8 ゲノムDNAを鋳型としてPCR
を行った。
(1) Cloning of Ferrokeratase Gene The procedure of Example 1 was repeated, except that the following 5 ′ primer and 3 ′ primer were used.
Thermus thermophilus HB8 PCR using genomic DNA as template
Was done.

【0062】5'側プライマー: 5'-ATATCATATGAACGTCCT
GCTCATGGCCTACGGCACCCCTTA-3'(配列番号2277) 3'側プライマー:5'-ATATAGATCTTTATTATCTCGGCCACGCCGC
CTCCACCAGGTC-3'(配列番号2278)
5'-side primer: 5'-ATATCATATGAACGTCCT
GCTCATGGCCTACGGCACCCCTTA-3 '(SEQ ID NO: 2277) 3' primer: 5'-ATATAGATCTTTATTATCTCGGCCACGCCGC
CTCCACCAGGTC-3 '(SEQ ID NO: 2278)

【0063】PCRの反応条件は実施例3と同様である。こ
のPCR産物とベクターpT7 Blue(Novagen)をTAクローニン
グ法の原理でライゲーション反応により接続し、得られ
た組換えベクターpT7Blue-FERRを、100mM NaCl、10mM M
gCl2、1mM ジチオトレイトール、50mMTris-HClバッファ
ー(pH7.5)40μl中にて制限酵素NdeI 2ユニット、BglII
1ユニットにより37℃で1時間分解した。制限酵素NdeI、
BamHIによる分解およびバクテリア由来アルカリフォス
ファターゼによる末端リン酸基の除去を行ったベクター
pET15bと、上述の処理を行ったフラグメントをライゲ
ーション反応により接続し、得られた組換えベクターpE
T15b-FERRを用いて大腸菌BL21(DE3)pLysEを形質転換し
た。
The PCR reaction conditions are the same as in Example 3. The PCR product and the vector pT7 Blue (Novagen) were connected by a ligation reaction based on the principle of the TA cloning method, and the obtained recombinant vector pT7Blue-FERR was added to 100 mM NaCl, 10 mM M
gCl 2 , 1 mM dithiothreitol, 50 mM Tris-HCl buffer (pH 7.5) in 40 μl of restriction enzyme NdeI 2 units, BglII
Degraded by 1 unit at 37 ° C for 1 hour. Restriction enzyme NdeI,
Vector digested with BamHI and terminal phosphate group removed with bacterial alkaline phosphatase
pET15b and the fragment subjected to the above treatment were connected by a ligation reaction, and the obtained recombinant vector pE
Escherichia coli BL21 (DE3) pLysE was transformed using T15b-FERR.

【0064】(2) フェロケラターゼの精製 上記の通り得られた形質転換体をLBamp培地(1%バク
トトリプトン、0.5%イーストエクストラクト、1%NaC
l、50μg/mlアンピシリン)2mlに植菌し、37℃、16時
間培養した。得られた培養液をLBamp培地1lに加え、3
7℃、3〜4時間培養し、対数増殖期に達したところで5
0μg/mlのIPTGを加え、さらに5〜6時間培養した。遠心
により菌体を回収し、TEにより洗浄した後、0.2M NaC
l、5mMイミダゾール、1mM 2-メルカプトエタノールを含
む20mMトリス塩酸緩衝液(pH8.0)20mlに懸濁し、超音
波処理により菌体を破砕した。この破砕液を10,000gで
30分間遠心し、上清を得た。上清を70℃で15分熱処理し
た後、Blue-Sepharose FFを用いたアフィニティークロ
マトグラフィーにより、0→2M NaClグラジエントで溶出
した。続いて、Sephacryl S-200によるゲルろ過により
フェロケラターゼを精製した。フェロケラターゼの純度
は12.5%SDSポリアクリルアミドゲル電気泳動により確
認した(図9)。
(2) Purification of ferrochelatase The transformant obtained as described above was transformed into an LBamp medium (1% bactotryptone, 0.5% yeast extract, 1% NaC
l, 50 μg / ml ampicillin) 2 ml, and cultured at 37 ° C for 16 hours. The obtained culture solution was added to 1 liter of LBamp medium, and 3
Incubate at 7 ° C for 3 to 4 hours.
IPTG at 0 μg / ml was added, and the cells were further cultured for 5 to 6 hours. Collect the cells by centrifugation, wash with TE, then add 0.2M NaC
l, the cells were suspended in 20 ml of 20 mM Tris-HCl buffer (pH 8.0) containing 5 mM imidazole and 1 mM 2-mercaptoethanol, and the cells were disrupted by sonication. 10,000 g of this crushed liquid
After centrifugation for 30 minutes, a supernatant was obtained. After the supernatant was heat-treated at 70 ° C. for 15 minutes, it was eluted with a 0 → 2 M NaCl gradient by affinity chromatography using Blue-Sepharose FF. Subsequently, ferrochelatase was purified by gel filtration using Sephacryl S-200. The purity of ferrochelatase was confirmed by 12.5% SDS polyacrylamide gel electrophoresis (FIG. 9).

【0065】〔実施例7〕フェロケラターゼの理化学的
性質 本実施例では、プロトポルフィリンIXからプロトヘムを
合成するフェロケラターゼの構造と機能を調べるため、
高度好熱菌サーマス・サーモフィラスHB8由来フェロケ
ラターゼを用いて、変性実験、活性測定、結晶化を行っ
た。
[Example 7] Physicochemical properties of ferrochelatase In this example, to examine the structure and function of ferrochelatase that synthesizes protoheme from protoporphyrin IX,
A denaturation experiment, activity measurement, and crystallization were performed using ferrochelatase derived from the extreme thermophile Thermus thermophilus HB8.

【0066】(1) 熱・pH判定性 上記の通り得られたフェロケラターゼ5μMを、100mM KC
lを含む50mMリン酸カリウム緩衝液(pH8.0)に溶解し、
25℃〜100℃においてCDスペクトル解析を行い、熱安定
性を調べた。その結果、フェロケラターゼは25℃〜80℃
において安定であった(図10上パネル)。また、100mM
KClを含む各種緩衝液を用いてpHを2〜12の範囲に設定
し、pH安定性を調べた。その結果、本発明のフェロケラ
ターゼはpH6〜11において安定であった(図10下パネ
ル)。
(1) Determination of heat and pH 5 μM of ferrochelatase obtained as described above was added to 100 mM KC
dissolved in 50 mM potassium phosphate buffer (pH 8.0) containing
CD spectrum analysis was performed at 25 ° C to 100 ° C to examine the thermal stability. As a result, ferrochelatase is 25 ° C to 80 ° C
(Fig. 10, upper panel). Also, 100mM
The pH was set in the range of 2 to 12 using various buffers containing KCl, and the pH stability was examined. As a result, the ferrochelatase of the present invention was stable at pH 6 to 11 (lower panel in FIG. 10).

【0067】(2) 結晶構造解析 さらに詳細な解析を行うため、フェロケラターゼの結晶
構造解析を行った。結晶化は、沈殿剤としてポリエチレ
ングリコールとグリセロールを用い、ハンギングドロッ
プ蒸気拡散法によって行った。その結果、10%PEG400
0、10%グリセロール、pH6.5で結晶化に成功し(図1
1)、2.7Åの分解能を得た。結晶学的パラメータ、回折
強度データ及び電子密度マップは表2の通りである。
(2) Crystal Structure Analysis For more detailed analysis, the crystal structure of ferrokeratase was analyzed. The crystallization was performed by hanging drop vapor diffusion using polyethylene glycol and glycerol as precipitants. As a result, 10% PEG400
Crystallized successfully at 0, 10% glycerol, pH 6.5 (Fig. 1
1), 2.7Å resolution was obtained. Table 2 shows the crystallographic parameters, diffraction intensity data and electron density map.

【0068】[0068]

【表2】 また、回折像の図を図12に、電子密度マップの図を図13
に示す。
[Table 2] FIG. 12 shows a diffraction image, and FIG. 13 shows an electron density map.
Shown in

【0069】[0069]

【発明の効果】本発明により、好熱菌由来タンパク質及
びそれをコードする遺伝子が提供される。本発明のタン
パク質は、立体構造解析用試薬として有用であり、ま
た、本発明の遺伝子は、タンパク質の大量生産のための
原料として有用である。
According to the present invention, a thermophilic bacterium-derived protein and a gene encoding the same are provided. The protein of the present invention is useful as a reagent for analyzing a three-dimensional structure, and the gene of the present invention is useful as a raw material for mass production of a protein.

【0070】[0070]

【配列表】[Sequence list]

【0071】[0071]

【配列表フリーテキスト】配列番号2275:合成DNA 配列番号2276:合成DNA 配列番号2277:合成DNA 配列番号2278:合成DNA[Sequence List Free Text] SEQ ID NO: 2275: Synthetic DNA SEQ ID NO: 2276: Synthetic DNA SEQ ID NO: 2277: Synthetic DNA SEQ ID NO: 2278: Synthetic DNA

【配列表】[Sequence list]

配列表は公開・登録公報長大データCD−ROM「14
(2002)−002(003)」を参照
The sequence listing is published and registered in the Large Data CD-ROM "14
(2002) -002 (003) "

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

【図1】LexAの機能を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing the function of LexA.

【図2】LexAのSDS-ポリアクリルアミドゲル電気泳動の
結果を示す図である。
FIG. 2 shows the results of SDS-polyacrylamide gel electrophoresis of LexA.

【図3】LexAのゲルろ過の結果を示す図である。FIG. 3 shows the results of LexA gel filtration.

【図4】LexAのCDスペクトルと熱安定性を示す図であ
る。
FIG. 4 shows a CD spectrum and thermal stability of LexA.

【図5】LexAの自己切断を示す図である。FIG. 5 shows the self-cleavage of LexA.

【図6】LexAの推定SOS遺伝子上流配列への結合を示す
図である。
FIG. 6 shows the binding of LexA to a putative SOS gene upstream sequence.

【図7】LexA遺伝子上流配列への結合を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing binding to a LexA gene upstream sequence.

【図8】フェロケラターゼの触媒反応を示す図である。FIG. 8 is a diagram showing a catalytic reaction of ferrochelatase.

【図9】フェロケラターゼのSDS-ポリアクリルアミドゲ
ル電気泳動の結果を示す図である。
FIG. 9 shows the results of SDS-polyacrylamide gel electrophoresis of ferrochelatase.

【図10】フェロケラターゼの熱安定性及びpH安定性の
試験結果を示す図である。
FIG. 10 is a graph showing test results of thermostability and pH stability of ferrochelatase.

【図11】フェロケラターゼの結晶を示す図である。FIG. 11 shows a crystal of ferrochelatase.

【図12】フェロケラターゼの結晶解析結果を示す図
(X線回折像)である。
FIG. 12 is a view (X-ray diffraction image) showing the result of crystal analysis of ferrochelatase.

【図13】フェロケラターゼの結晶解析結果を示す図
(電子密度マップ)である。
FIG. 13 is a view (electron density map) showing the result of crystal analysis of ferrochelatase.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) C12N 1/21 C12P 21/02 C 5/10 C12R 1:01 9/88 C12N 15/00 ZNAA C12P 21/02 A //(C12N 9/88 5/00 A C12R 1:01) (C12N 15/09 C12R 1:01) (C12P 21/02 C12R 1:01) Fターム(参考) 4B024 AA01 AA11 BA07 BA80 CA03 DA06 EA04 GA11 HA01 HA11 4B050 CC03 DD02 FF14 4B064 AG01 BA14 CA02 CA19 CC24 DA01 4B065 AA01Y AA26X AB01 AC02 BA22 CA24 CA27 4H045 AA10 CA11 DA89 FA74 GA26 HA05 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) C12N 1/21 C12P 21/02 C 5/10 C12R 1:01 9/88 C12N 15/00 ZNAA C12P 21 / 02 A // (C12N 9/88 5/00 A C12R 1:01) (C12N 15/09 C12R 1:01) (C12P 21/02 C12R 1:01) F term (reference) 4B024 AA01 AA11 BA07 BA80 CA03 DA06 EA04 GA11 HA01 HA11 4B050 CC03 DD02 FF14 4B064 AG01 BA14 CA02 CA19 CC24 DA01 4B065 AA01Y AA26X AB01 AC02 BA22 CA24 CA27 4H045 AA10 CA11 DA89 FA74 GA26 HA05

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 以下の(a)又は(b)のタンパク質。 (a) 配列番号2n(nは1〜1137の整数を表す)に示される
アミノ酸配列から選ばれるいずれかのアミノ酸配列を含
むタンパク質 (b) 配列番号2n(nは1〜1137の整数を表す)に示される
アミノ酸配列から選ばれるいずれかのアミノ酸配列にお
いて1若しくは数個のアミノ酸が欠失、置換若しくは付
加された配列を含み、かつ、4℃〜100℃において安定性
を有するタンパク質
1. A protein of the following (a) or (b): (a) a protein containing any amino acid sequence selected from the amino acid sequences shown in SEQ ID NO: 2n (n represents an integer of 1 to 1137) (b) SEQ ID NO: 2n (n represents an integer of 1 to 1137) A protein having a sequence in which one or several amino acids are deleted, substituted or added in any one of the amino acid sequences selected from the amino acid sequences shown in 4, and having a stability at 4 ° C to 100 ° C.
【請求項2】 タンパク質がサーマス属に属する微生物
由来のものである請求項1記載のタンパク質。
2. The protein according to claim 1, wherein the protein is derived from a microorganism belonging to the genus Thermus.
【請求項3】 サーマス属に属する微生物がサーマス・
サーモフィラスである請求項2記載のタンパク質。
3. The microorganism belonging to the genus Thermus is S. cerevisiae.
3. The protein according to claim 2, which is a thermophilus.
【請求項4】 以下の(a)又は(b)のタンパク質をコード
する遺伝子。 (a) 配列番号2n(nは1〜1137の整数を表す)に示される
アミノ酸配列から選ばれるいずれかのアミノ酸配列を含
むタンパク質 (b) 配列番号2n(nは1〜1137の整数を表す)に示される
アミノ酸配列から選ばれるいずれかのアミノ酸配列にお
いて1若しくは数個のアミノ酸が欠失、置換若しくは付
加された配列を含み、かつ、4℃〜100℃において安定性
を有するタンパク質
4. A gene encoding the following protein (a) or (b): (a) a protein containing any amino acid sequence selected from the amino acid sequences shown in SEQ ID NO: 2n (n represents an integer of 1 to 1137) (b) SEQ ID NO: 2n (n represents an integer of 1 to 1137) A protein having a sequence in which one or several amino acids are deleted, substituted or added in any one of the amino acid sequences selected from the amino acid sequences shown in 4, and having a stability at 4 ° C to 100 ° C.
【請求項5】 以下の(c)又は(d)のDNAを含む遺伝子。 (c) 配列番号2n-1(nは1〜1137の整数を表す)に示され
る塩基配列から選ばれるいずれかの塩基配列からなるDN
A (d) 配列番号2n-1(nは1〜1137の整数を表す)に示され
る塩基配列から選ばれるいずれかの塩基配列からなるDN
Aとストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、か
つ、4℃〜100℃において安定性を有するタンパク質をコ
ードするDNA
5. A gene containing the following DNA (c) or (d): (c) a DN consisting of any base sequence selected from the base sequences shown in SEQ ID NO: 2n-1 (n represents an integer of 1 to 1137)
A (d) DN consisting of any base sequence selected from the base sequences shown in SEQ ID NO: 2n-1 (n represents an integer of 1 to 1137)
DNA encoding a protein that hybridizes with A under stringent conditions and has stability at 4 ° C to 100 ° C
【請求項6】 請求項4又は5記載の遺伝子を含有する
組換えベクター。
6. A recombinant vector containing the gene according to claim 4 or 5.
【請求項7】 請求項6記載のベクターを含む形質転換
体。
7. A transformant comprising the vector according to claim 6.
【請求項8】 請求項6記載の形質転換体を培養し、得
られる培養物から目的遺伝子の発現タンパク質を採取す
ることを特徴とする該タンパク質の製造方法。
8. A method for producing a protein, comprising culturing the transformant according to claim 6, and collecting an expressed protein of the target gene from the obtained culture.
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