JP2003204784A - Recombinant production of new polyketide - Google Patents

Recombinant production of new polyketide

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JP2003204784A
JP2003204784A JP2002373049A JP2002373049A JP2003204784A JP 2003204784 A JP2003204784 A JP 2003204784A JP 2002373049 A JP2002373049 A JP 2002373049A JP 2002373049 A JP2002373049 A JP 2002373049A JP 2003204784 A JP2003204784 A JP 2003204784A
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マックダニエル ロバート
Hong Fu
フ ホン
Camilla Kao
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    • C12P17/162Heterorings having oxygen atoms as the only ring heteroatoms, e.g. Lasalocid
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    • C12P7/00Preparation of oxygen-containing organic compounds
    • C12P7/24Preparation of oxygen-containing organic compounds containing a carbonyl group
    • C12P7/26Ketones

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a genetically engineered cell and a new polyketide and effectively produce both the new and a known polyketides utilizing a recombinant technique. <P>SOLUTION: This cell comprises a nucleic acid encoding a plurality of modules of modular polyketide synthases (PKSs) and introduced thereinto. Each module comprises at least a PKS acyltransferase (AT) activity, a PKS ketoacyl carrier protein synthase (KS) activity and a PKS acyl carrier protein (ACP) activity and the introduced nucleotide sequence encoding the PKS modules is operatively linked to at least one control sequence. Thereby, the cell is capable of producing functional modular PKSs. At least one of the nucleotide sequence encoding the modules corresponding to the functional mudular PKSs or at least one of the control sequence is heterologous to the host cell. <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【発明の属する技術分野】(関連出願の相互参照)本出
願は、1993年12月8日に提出された米国特許出願
第08/164,301号の一部継続出願であり、米国
特許出願第08/164,301号は、1993年9月
20日に提出された米国特許出願第08/123,73
2号の一部継続出願(この出願から、米国特許法第12
0条に基づいて優先権が主張される)であり、これらの
開示の全体は本明細書中で参考として援用されている。 【0002】 【従来の技術】(技術分野)本発明は、一般に、ポリケ
チドおよびポリケチドシンターゼに関する。さらに特定
すると、本発明は、新規な宿主−ベクター系を用いる、
ポリケチドの組換え生産に関する。 【0003】(発明の背景)ポリケチドは、天然生成物
の大きな、構造的に多様なファミリーである。ポリケチ
ドは、抗生物質的特性および薬理学的特性を含む広範な
生物学的活性を有する。例えば、ポリケチドは、テトラ
サイクリンおよびエリスロマイシンのような抗生物質、
ダウノマイシン(daunomycin)を含む抗ガン
剤、免疫抑制剤(例えば、FK506およびラパマイシ
ン(rapamycin))、ならびに獣医学用の生成
物(例えば、モネンシン(monensin)およびア
ベルメクチン(avermectin))により代表さ
れる。ポリケチドは、微生物の殆どの種類に存在し、そ
して菌糸型細菌の1クラスである放線菌に特に豊富であ
る。この放線菌は、種々のポリケチドを産生する。 【0004】ポリケチドシンターゼ(PKS)は、脂肪
酸シンターゼ(FAS)に関連する多機能の酵素であ
る。PKSは、アシルチオエステル(通常、アセチル、
プロピオニル、マロニルまたはメチルマロニル)の間の
クライゼン縮合の繰り返し(脱カルボキシ化)を介し
て、ポリケチドの生合成を触媒する。各縮合に続いて、
これらは、成長するポリケチド鎖のβ−ケト基における
ケト還元、脱水、およびエノイル還元を含む還元回路の
全て、または一部を触媒するか、あるいは全く触媒しな
いことにより、産生物に構造的変化を導入する。炭素鎖
は各特定の産生物の特徴的な長さまで成長した後、これ
は、チオリシスまたはアシル転移により、シンターゼか
ら放出される。それゆえ、PKSは、所定のポリケチド
を産生するために共に働く酵素のファミリーから構成さ
れる。天然に生じるポリケチドに見られる変化に寄与す
るのは、各PKSに遺伝的にプログラム化された、鎖
長、鎖構成単位の選択、および還元回路の制御された変
化である。 【0005】2つのPKSの一般的クラスが存在する。
1クラスは、タイプI PKSとして知られ、エリスロ
マイシンのようなマクロライドのためのPKSにより代
表される。これらの「複合体」または「モジュール(m
odular)」PKSは、いくかの多機能の大型タン
パク質のアセンブリを含み、これらの大型タンパク質の
間には、炭素鎖のアセンブリおよび修飾の各工程のため
の別々の活性部位のセットを有する(Cortes,
J.ら、Nature(1990)348:176;D
onadio,S.ら、Science(1991)2
52:675;MacNeil,D.J.ら、Gene
(1992)115:119)。構造的多様性は、これ
らのPKS中の活性部位の数およびタイプの変化からこ
のクラスに生じる。このクラスのPKSは、PKSの1
次配列中の活性部位の数およびクラスタリングとポリケ
チド骨格との間において、一対一の相互関係を示す。 【0006】第2のクラスのPKSは、タイプII P
KSと呼ばれ、芳香族化合物のためのシンターゼにより
代表される。タイプII PKSは、単一のセットの反
復して使用される活性部位を有する(Bibb,M.
J.ら、EMBO J.(1989)8:2727;S
herman,D.H.ら、EMBOJ.(1989)
8:2717;Fernandez−Moreno,
M.A.ら、J.Biol.Chem.(1992)2
67:19278)。 【0007】Streptomycesは、芳香族ポリ
ケチドの大量生産者である放線菌である。現在までに研
究された各Streptomyces芳香族PKSで
は、炭素鎖アセンブリは、3つのオープンリーディング
フレーム(ORF)の産生物を必要とする。ORF1
は、ケトシンターゼ(KS)およびアシルトランスフェ
ラーゼ(AT)の活性部位をコードする;ORF2は、
ORF1の産生物と類似したタンパク質をコードする
が、KSおよびATモチーフを欠く;そしてORF3
は、別のアシルキャリアタンパク質(ACP)をコード
する。 【0008】Streptomyces coelic
olorは、ブルーに着色したポリケチドであるアクチ
ノロジン(actinorhodin)を産生する。ア
クチノロジン遺伝子クラスター(act)は、クローン
化され(Malpartida,F.およびHopwo
od,D.A. Nature(1984)309:4
62;Malpartida,F.およびHopwoo
d,D.A.Mol.Gen.Genet.(198
6)205:66)、そして完全に配列決定された(F
ernandez−Moreno,M.A.ら、J.B
iol.Chem.(1992)267:19278;
Hallam,S.E.ら、Gene(1988)7
4:305;Fernandez−Moreno,M.
A.ら、Cell(1991)66:769;Caba
llero,J.ら、Mol.Gen.Genet.
(1991)230:401)。このクラスターは、上
記のPKS酵素、シクラーゼ(cyclase)および
アクチノロジンを導く連続する修飾反応に関わる一連の
調整酵素、ならびにこの抗生物質の搬出に関わるタンパ
ク質およびこの遺伝子クラスターの転写を特異的に活性
化させる少なくとも1つのタンパク質をコードする。抗
生物質の生合成の全体的な制御、ならびにポリケチド生
合成の出発物質(アセチルCoA)および延長物質(マ
ロニルCoA)単位の供給のために必要とされる他の遺
伝子は、ゲノム中の他の部位に位置する。 【0009】S.coelicolor由来のact遺
伝子クラスターは、S.parvulusでアクチノロ
ジンを産生するために使用されている。Malpart
ida,F.およびHopwood,D.A. Nat
ure(1984)309:462)。Bartelら
(J.Bacteriol.(1990)172:48
16−4826)は、4つの遺伝子座actI、act
III、actIVおよびactVIIからなるS.c
oelicolor act遺伝子クラスターで形質転
換されたS.galilaeusを用いて、アロエサポ
ナリン(aloesaponarin)を組換えにより
産生した。基本act遺伝子を含むが、グラナチシン
(granaticin)、オキシテトラサイクリン、
テトラセノマイシン(tetracenomycin)
およびフレノリシン(frenolicin)のPKS
由来のACP遺伝子を有するハイブリッドPKSもま
た、設計され、これらは、機能性のシンターゼを発現し
得る。Khosla,Cら、J.Bacteriol.
(1993)175:2197−2204。Hopwo
od,D.A.ら(Nature (1985)31
4:642−644)は、組換え技術を用いるハイブリ
ッドポリケチドの産生を記載している。Sherma
n,D.H.ら(J.Bacteriol.(199
2)174:6184−6190)は、トランスで、
S.violaceoruber由来の対応するグラナ
チシン(gra)遺伝子を用いる、act PKS遺伝
子クラスターの異なる成分を欠いている種々のS.co
elicolor変異体の形質転換を報告している。 【0010】しかし、現在までは、実質的にネイティブ
な天然PKS遺伝子クラスター全てを欠く、遺伝子操作
した宿主細胞を用いるポリケチドの組換え産生は記載さ
れていない。 【0011】 【発明が解決しようとする課題】本発明は、新規ポリケ
チド、ならびに組換え技術を用いて新しいポリケチドお
よび公知のポリケチドの両方を効果的に生産することを
課題とする。 【0012】 【課題を解決するための手段】1つの局面において、本
発明は、ポリケチドシンターゼ(PKS)遺伝子クラス
ターをそのネイティブな、非形質転換の状態で発現する
遺伝子操作した細胞であって、この遺伝子操作した細胞
は、実質的に全ネイティブなPKS遺伝子クラスターを
欠く細胞に関する。 【0013】好ましい実施形態において、本発明は、原
核細胞である、上記遺伝子操作した細胞である。 【0014】さらに好ましい実施形態において、本発明
は、放線菌である、上記遺伝子操作した細胞である。 【0015】さらに好ましい実施形態において、本発明
は、Streptomyces属の放線菌である、上記
遺伝子操作した細胞である。 【0016】さらに好ましい実施形態において、本発明
は、Streptomyces coelicolor
である、上記遺伝子操作した細胞である。 【0017】さらに好ましい実施形態において、本発明
は、全ネイティブなアクチノロジンPKS遺伝子クラス
ターを実質的に欠く、上記遺伝子操作した細胞である。 【0018】さらに好ましい実施形態において、本発明
は、CH999株に等価である、上記遺伝子操作した細
胞である。 【0019】好ましい実施形態において、本発明は、上
記のいずれかの遺伝子操作した細胞であって、以下: (a)ポリケチドの合成を触媒し得るPKSをコードす
る置換PKS遺伝子クラスター;および(b)このPK
S遺伝子クラスターに作動可能に連結される1つまたは
それ以上の制御配列であって、これにより、この遺伝子
クラスター中のこの遺伝子がこの遺伝子操作した細胞中
で転写かつ翻訳され得る、制御配列、を含み、但し、こ
の置換PKS遺伝子クラスターが全PKS遺伝子セット
を含むとき、少なくとも1つのPKS遺伝子または制御
成分はこの細胞とは異種である細胞である。 【0020】さらに好ましい実施形態において、本発明
は、上記置換PKS遺伝子クラスターが、PKSケトシ
ンターゼおよびPKSアシルトランスフェラーゼの活性
部位(KS/AT)をコードする第1の遺伝子、PKS
鎖長決定因子(CLF)をコードする第2の遺伝子、な
らびにPKSアシルキャリアタンパク質(ACP)をコ
ードする第3の遺伝子を含む、上記遺伝子操作した細胞
である。 【0021】さらに好ましい実施形態において、本発明
は、上記置換PKS遺伝子クラスターが、さらにPKS
ケトレダクターゼ(KR)をコードする第4の遺伝子を
含む、上記遺伝子操作した細胞である。 【0022】さらに好ましい実施形態において、本発明
は、上記置換PKS遺伝子クラスターが、さらにPKS
シクラーゼ(CYC)をコードする第5の遺伝子を含
む、上記遺伝子操作した細胞である。 【0023】さらに好ましい実施形態において、本発明
は、上記置換PKS遺伝子クラスターが、さらにPKS
デヒドラターゼをコードする第6の遺伝子を含む、上記
遺伝子操作した細胞である。 【0024】さらに好ましい実施形態において、本発明
は、上記PKS KS/AT遺伝子が、アクチノロジン
KS/AT遺伝子、グラナチシンKS/AT遺伝子、テ
トラセノマイシンKS/AT遺伝子、フレノリシンB
KS/AT遺伝子、オキシテトラサイクリン KS/A
T遺伝子、およびグリセウシン KS/AT遺伝子から
なる群より選択されるPKS KS/AT遺伝子に由来
する、上記遺伝子操作した細胞である。 【0025】さらに好ましい実施形態において、本発明
は、上記PKS CLF遺伝子が、アクチノロジンCL
F遺伝子、グラナチシンCLF遺伝子、テトラセノマイ
シンCLF遺伝子、フレノリシンB CLF遺伝子、オ
キシテトラサイクリンCLF遺伝子、およびグリセウシ
ンCLF遺伝子からなる群より選択されるPKS CL
F遺伝子に由来する、上記遺伝子操作した細胞である。 【0026】さらに好ましい実施形態において、本発明
は、上記PKS ACP遺伝子が、アクチノロジンAC
P遺伝子、グラナチシンACP遺伝子、テトラセノマイ
シンACP遺伝子、フレノリシンB ACP遺伝子、オ
キシテトラサイクリンACP遺伝子、およびグリセウシ
ンACP遺伝子からなる群より選択されるPKS AC
P遺伝子に由来する、上記遺伝子操作した細胞である。 【0027】さらに好ましい実施形態において、本発明
は、上記PKS KR遺伝子が、アクチノロジンKR遺
伝子、グラナチシンKR遺伝子、テトラセノマイシンK
R遺伝子、フレノリシンB KR遺伝子、オキシテトラ
サイクリンKR遺伝子、およびグリセウシンKR遺伝子
からなる群より選択されるPKS KR遺伝子に由来す
る、上記遺伝子操作した細胞である。 【0028】さらに好ましい実施形態において、本発明
は、上記第1、第2および第3の遺伝子のそれぞれが、
別の発現カセットに含まれる、上記遺伝子操作した細胞
である。 【0029】さらに好ましい実施形態において、本発明
は、上記別の発現カセットが、単一のベクターに存在す
る、上記遺伝子操作した細胞である。 【0030】さらに好ましい実施形態において、本発明
は、上記別の発現カセットが、2つまたはそれ以上のベ
クターに存在する、上記遺伝子操作した細胞である。 【0031】さらに好ましい実施形態において、本発明
は、上記置換遺伝子クラスターが、PKSアシルトラン
スフェラーゼ(AT)をコードする第1の遺伝子、PK
Sケトアシルキャリアタンパク質シンターゼ(KS)を
コードする第2の遺伝子、PKSアシルキャリアタンパ
ク質(ACP)をコードする第3の遺伝子、PKSケト
レダクターゼ(KR)をコードする第4の遺伝子、PK
Sデヒドラターゼ(DH)をコードする第5の遺伝子、
PKSエノイルレダクターゼ(ER)をコードする第6
の遺伝子、およびチオエステラーゼ(TE)をコードす
る第7の遺伝子を含む、上記遺伝子操作した細胞であ
る。 【0032】さらに好ましい実施形態において、本発明
は、上記遺伝子が、6−デオキシエリスロノリドBシン
ターゼ遺伝子クラスターに由来する、上記遺伝子操作し
た細胞である。 【0033】1つの局面において、本発明は、組換えポ
リケチドを産生する方法であって、以下: (a)上記いずれかの細胞の集団を提供する工程;およ
び(b)この細胞に存在する置換PKS遺伝子クラスタ
ーが発現される条件下で、この細胞の集団を培養する工
程、を包含する方法に関する。 【0034】1つの局面において、本発明は、組換えポ
リケチドを産生する方法であって、以下: a.置換PKS遺伝子クラスターの第1の部分をドナー
プラスミドに挿入し、そして置換PKS遺伝子クラスタ
ーの第2の部分を受容体プラスミドに挿入する工程であ
って、ここで、この第1および第2の部分は、完全な置
換PKS遺伝子クラスターを集合的にコードし、さらに
ここで: i.このドナープラスミドは、第1の選択マーカーをコ
ードし、第1の許容温度で複製し得、そして第2の非許
容温度で複製し得ない遺伝子を発現する; ii.この受容体プラスミドは、第2の選択マーカーを
コードする遺伝子を発現する;および iii.このドナープラスミドは、相同組換えがこの置
換PKS遺伝子クラスターのこの第1の部分とこの置換
PKS遺伝子クラスターのこの第2の部分との間に起こ
り得るように、この受容体プラスミド中のDNA領域と
相補的なDNAの領域を含み、これにより、完全な置換
遺伝子クラスターが生成され得る、工程; b.このドナープラスミドおよびこの受容体プラスミド
を宿主細胞に形質転換させ、そしてこの第1の許容温度
ならびにこの第1および/またはこの第2の選択マーカ
ーを発現する宿主細胞を増殖させる条件下で、この形質
転換された宿主細胞を培養して、細胞の第1の集団を生
成する工程; c.第2の非許容温度ならびにこの第1および/または
この第2の選択マーカーを発現する細胞を増殖させる条
件下で、細胞のこの第1の集団を培養して、細胞の第2
の集団を生じる工程であって、この細胞は、完全なPK
S置換遺伝子クラスターを含む組換えプラスミドを含む
宿主細胞を包含する、工程; d.細胞のこの第2の集団由来の組換えプラスミドを、
上記遺伝子操作した細胞に移入して、形質転換された、
遺伝子操作した細胞を生成する工程;および e.この形質転換された、遺伝子操作した細胞を、この
細胞中に存在するこの置換PKS遺伝子クラスターが発
現される条件下で培養する工程、 を包含する方法に関する。 【0035】好ましい実施形態において、本発明は、工
程(c)の後、さらに上記第1の許容温度および上記第
1の選択マーカーを発現する細胞を増殖させる条件下
で、細胞の上記第2の集団を培養する工程を包含する、
上記方法である。 【0036】好ましい実施形態において、本発明は、上
記置換PKS遺伝子クラスターの上記第1および第2の
部分が、6−デオキシエリスロノリドBシンターゼ遺伝
子クラスターに由来する、上記方法である。 【0037】好ましい実施形態において、本発明は、上
記の方法のいずれかにより産生されるポリケチドであ
る。 【0038】1つの局面において、本発明は、組換えベ
クターであって、以下: (a)モジュール置換PKS遺伝子クラスターを含むD
NA配列;および(b)このDNA配列に作動可能に連
結される制御要素であって、これにより、このDNA配
列は宿主細胞で転写かつ翻訳され得、そして少なくとも
1つのこの制御要素はこのヌクレオチド配列とは異種で
ある、制御要素、を含む、組換えベクターに関する。 【0039】好ましい実施形態において、本発明は、上
記置換遺伝子クラスターが、6−デオキシエリスロノリ
ドBシンターゼ遺伝子クラスターである、上記組換えベ
クターである。 【0040】1つの局面において、本発明は、プラスミ
ドpCK7に関する。 【0041】好ましい実施形態において、本発明は、上
記のベクターのいずれかで形質転換された宿主細胞であ
る。 【0042】1つの局面において、本発明は、以下の構
造式: 【0043】 【化1】 【0044】を有するポリケチド化合物に関し、ここ
で、Rは、水素および低級アルキルからなる群より選
択され、そしてRは、水素、低級アルキル、および低
級アルキルエステルからなる群より選択され、あるいは
およびRは、任意に1個〜4個のヒドロキシル基
または低級アルキル基で置換される低級アルキレン架橋
を一緒に形成する;RおよびRは、独立して、水
素、ハロゲン、低級アルキル、低級アルコキシ、アミ
ノ、低級アルキルモノ−またはジ−置換のアミノ、およ
びニトロからなる群より選択される;Rは、ハロゲ
ン、低級アルキル、低級アルコキシ、アミノ、低級アル
キルモノ−またはジ−置換のアミノ、およびニトロから
なる群より選択される;Rは、ハロゲン、低級アルキ
ル、および−CHR−(CO)Rからなる群より選
択され、ここで、RおよびRは、独立して、水素お
よび低級アルキルからなる群より選択される;そしてi
は、1、2、または3である、ポリケチド化合物であ
る。 【0045】好ましい実施形態において、本発明は、R
が低級アルキルであり;R、R 、およびRが水
素であり;Rが−CHR−(CO)−Rであり;
そしてiが0である、上記化合物である。 【0046】好ましい実施形態において、本発明は、R
がメチルであり、そしてRが−CH−(CO)−
CHである、上記化合物である。 【0047】好ましい実施形態において、本発明は、R
およびRが低級アルキルであり;R、R、およ
びRが水素であり;そしてiが0である、上記化合物
である。 【0048】好ましい実施形態において、本発明は、R
およびRがメチルである、上記化合物である。 【0049】好ましい実施形態において、本発明は、R
およびRが、一緒に連結して、低級アルキレン架橋
−CHR−CHR10を形成し、ここで、Rおよび
は、独立して、水素、ヒドロキシル、および低級
アルキルからなる群より選択される、上記化合物であ
る。 【0050】好ましい実施形態において、本発明は、R
およびRが、一緒に連結して、低級アルキレン架橋
−CH−CHOH−を形成する、上記化合物である。 【0051】好ましい実施形態において、本発明は、R
およびRが水素であり;そしてiが0である、上記
化合物である。 【0052】さらに好ましい実施形態において、本発明
は、Rが−CHR−(CO)−Rであり、ここ
で、Rは水素または低級アルキルである、上記化合物
である。 【0053】さらに好ましい実施形態において、本発明
は、Rが−CH−(CO)−CHである、上記化
合物である。 【0054】さらに好ましい実施形態において、本発明
は、Rが低級アルキルである、上記化合物である。 【0055】さらに好ましい実施形態において、本発明
は、Rがメチルである、上記化合物である。 【0056】1つの局面において、本発明は、以下の構
造式: 【0057】 【化2】 【0058】を有するポリケチド化合物に関する。 【0059】1つの局面において、本発明は、以下の構
造式: 【0060】 【化3】 【0061】を有するポリケチド化合物に関する。 【0062】1つの局面において、本発明は、以下の構
造: 【0063】 【化4】 【0064】を有する酵素結合ケチドの触媒環化により
形成されるポリケチド化合物に関し、ここで、R
11は、メチル、−CH(CO)CHおよび−CH
(CO)CH(CO)CHからなる群より選択さ
れる;R12は−S−Eおよび−CH(CO)−S−
Eからなる群より選択される;そしてEは、上記遺伝子
操作した細胞により産生されるポリケチドシンターゼを
表し、R13とR14とのうちの一方が水素であり、そ
して他方がヒドロキシルであるか、またはR13とR
14とが一緒になって、カルボニルを表す、ポリケチド
化合物である。 【0065】好ましい実施形態において、本発明は、R
11がメチルであり、そしてR12が−CH(CO)
−S−Eである、上記化合物である。 【0066】好ましい実施形態において、本発明は、R
11が−CH(CO)CHであり、そしてR12
−S−Eである、上記化合物である。 【0067】好ましい実施形態において、本発明は、R
11が−CH(CO)CHであり、そしてR12
−CH(CO)−S−Eである、上記化合物である。 【0068】好ましい実施形態において、本発明は、R
11が−CH(CO)CH(CO)CHであり、
そしてR12が−CH(CO)−S−Eである、上記
化合物である。 【0069】好ましい実施形態において、本発明は、R
13とR14とのうちの一方が水素であり、そして他方
がヒドロキシルである、上記化合物である。 【0070】好ましい実施形態において、本発明は、R
13とR14とが一緒になって、カルボキシル部分を形
成する、上記化合物である。 【0071】1つの局面において、本発明は、以下の構
造式: 【0072】 【化5】 【0073】を有するポリケチド化合物に関し、ここ
で、R部分は、独立して、水素、低級アルキル、およ
び低級アルキルエステルからなる群より選択される;R
は、ハロゲン、低級アルキル、低級アルコキシ、アミ
ノ、低級アルキルモノ−またはジ−置換のアミノ、およ
びニトロからなる群より選択される;そしてiは、0、
1または2である、ポリケチド化合物である。 【0074】好ましい実施形態において、本発明は、R
が水素であり、そしてiが0である、上記化合物であ
る。 【0075】1つの局面において、本発明は、以下の構
造式: 【0076】 【化6】 【0077】を有するポリケチド化合物に関し、ここ
で、R部分は、独立して、水素、低級アルキル、およ
び低級アルキルエステルからなる群より選択される;R
は、ハロゲン、低級アルキル、低級アルコキシ、アミ
ノ、低級アルキルモノ−またはジ−置換のアミノ、およ
びニトロからなる群より選択される;そしてiは、0、
1または2である、ポリケチド化合物である。 【0078】好ましい実施形態において、本発明は、R
が水素であり、そしてiが0である、上記化合物であ
る。 【0079】1つの局面において、本発明は、以下の構
造式: 【0080】 【化7】 【0081】を有するポリケチド化合物に関し、ここ
で、R部分は、独立して、水素、低級アルキル、およ
び低級アルキルエステルからなる群より選択される;R
は、ハロゲン、低級アルキル、低級アルコキシ、アミ
ノ、低級アルキルモノ−またはジ−置換のアミノ、およ
びニトロからなる群より選択される;そしてiは、0、
1または2である、ポリケチド化合物である。 【0082】好ましい実施形態において、本発明は、R
が水素であり、そしてiが0である、上記化合物であ
る。 【0083】1つの局面において、本発明は、以下の構
造式: 【0084】 【化8】 【0085】を有するポリケチド化合物に関する。 【0086】1つの局面において、本発明は、以下の構
造式: 【0087】 【化9】 【0088】を有するポリケチド化合物に関する。 【0089】1つの局面において、本発明は、以下の構
造式: 【0090】 【化10】 【0091】を有するポリケチド化合物に関する。 【0092】1つの局面において、本発明は、芳香族ポ
リケチドを生産する方法であって、以下の構造: 【0093】 【化11】【0094】を有する酵素結合ケチドの環化を行う工程
を包含する方法に関し、ここで、R11は、メチル、−
CH(CO)CHおよび−CH(CO)CH
(CO)CHからなる群より選択される;R
12は、−S−Eおよび−CH(CO)−S−Eから
なる群より選択される;そしてEは、上記遺伝子操作し
た細胞により産生されるポリケチドシンターゼを表し、
13とR14とのうちの一方が水素であり、そして他
方がヒドロキシルであるか、またはR13とR14とが
一緒になって、カルボニルを表し、ここで環化はこのポ
リケチドシンターゼにより誘導される、方法である。 【0095】好ましい実施形態において、本発明は、R
11がメチルであり、そしてR12が−CH(CO)
−S−Eである、上記方法である。 【0096】好ましい実施形態において、本発明は、R
11が−CH(CO)CHであり、そしてR12
−S−Eである、上記方法である。 【0097】好ましい実施形態において、本発明は、R
11が−CH(CO)CHであり、そしてR12
−CH(CO)−S−Eである、上記方法である。 【0098】好ましい実施形態において、本発明は、R
11が−CH(CO)CH(CO)CHであり、
そしてR12が−CH(CO)−S−Eである、上記
方法である。 【0099】好ましい実施形態において、本発明は、R
13とR14とのうちの一方が水素であり、そして他方
がヒドロキシルである、上記方法である。 【0100】好ましい実施形態において、本発明は、R
13とR14とが一緒になって、カルボキシル部分を形
成する、上記方法である。 【0101】 【発明の実施の形態】(発明の要旨)本発明は、新規ポ
リケチド、ならびに組換え技術を用いて新しいポリケチ
ドおよび公知のポリケチドの両方を効果的に産生する新
規な方法を提供する。さらに特定すると、新規な宿主−
ベクター系を用いて、種々のポリケチドの産生を触媒す
るPKSもまた作製する。このようなポリケチドは、抗
生物質、抗腫瘍剤、免疫抑制剤として、および広範な他
の薬理学的目的に有用である。 【0102】従って、1つの実施態様においては、本発
明は、ポリケチドシンターゼ(PKS)遺伝子クラスタ
ーをそのネイティブの非形質転換の状態で発現する、遺
伝子操作した細胞に関し、この遺伝子操作した細胞は、
実質的にネイティブなPKS遺伝子クラスター全てを欠
いている。 【0103】他の実施態様においては、本発明は、上記
遺伝子操作した細胞に関し、ここで、この細胞は、
(a)ポリケチドの合成を触媒し得るPKSをコードす
る、置換PKS遺伝子クラスター;および(b)このP
KS遺伝子クラスターと作動可能に連結される1つまた
はそれ以上の制御配列であって、これにより、この遺伝
子クラスター中の遺伝子は、この遺伝子操作した細胞内
で転写および翻訳され得る、制御配列、但し、この置換
PKS遺伝子クラスターが全PKS遺伝子セットを含む
ときには、少なくとも1つのPKS遺伝子または制御要
素は、この細胞とは異種である。 【0104】特に好ましい実施態様においては、遺伝子
操作される細胞は、Streptomyces coe
licolorであり、この細胞は、実質的にネイティ
ブなアクチノロジンPKS遺伝子クラスター全体を欠
き、そして置換PKS遺伝子クラスターは、PKSケト
シンターゼおよびPKSアシルトランスフェラーゼの活
性部位(KS/AT)をコードする第1の遺伝子、PK
S鎖長決定因子(CLF)をコードする第2の遺伝子、
およびPKSアシルキャリアタンパク質(ACP)をコ
ードする第3の遺伝子を含む。 【0105】他の実施態様においては、本発明は、組換
えポリケチドを産生するための方法に関し、この方法
は、以下の工程を包含する: (a)上記の細胞の集団を提供する工程;および(b)
この細胞に存在する置換PKS遺伝子クラスターが発現
される条件下で、細胞の集団を培養する工程。 【0106】さらに他の実施態様においては、本発明
は、組換えポリケチドを産生するための方法に関し、こ
の方法は、以下の工程を包含する: a.置換PKS遺伝子クラスターの第1の部分をドナー
プラスミドに挿入し、そして置換PKS遺伝子クラスタ
ーの第2の部分を受容体プラスミドに挿入する工程であ
って、ここで、この第1および第2の部分は、完全な置
換PKS遺伝子クラスターを集合的にコードし、さらに
ここで: i.このドナープラスミドは、第1の選択マーカーをコ
ードし、第1の許容温度で複製し得、そして第2の非許
容温度で複製し得ない遺伝子を発現する; ii.この受容体プラスミドは、第2の選択マーカーを
コードする遺伝子を発現する;そして iii.このドナープラスミドは、相同組換えが置換P
KS遺伝子クラスターの第1の部分と置換遺伝子クラス
ターの第2の部分との間に起こり得るように、受容体プ
ラスミド中のDNA領域と相補的なDNAの領域を含
み、これにより、完全な置換遺伝子クラスターが産生さ
れ得る、工程; b.このドナープラスミドおよび受容体プラスミドを宿
主細胞に形質転換させ、そして第1の許容温度ならびに
第1および/または第2の選択マーカーを発現する宿主
細胞を成長させる条件下で、形質転換された宿主細胞を
培養して、細胞の第1の集団を産生する工程; c.第2の非許容温度ならびに第1および/または第2
の選択マーカーを発現する宿主細胞を成長させる条件下
で、この細胞の第1の集団を培養して、細胞の第2の集
団を産生する工程であって、この細胞は、完全なPKS
置換遺伝子クラスターを含む組換えプラスミドを含有す
る宿主細胞を包含する、工程; d.細胞の第2の集団由来の組換えプラスミドを、請求
項1の遺伝子操作した細胞に移入して、形質転換され、
遺伝子操作した細胞を産生する工程;および e.この形質転換され、遺伝子操作した細胞を、細胞中
に存在する置換PKS遺伝子クラスターが発現される条
件下で培養する工程。 【0107】さらに他の実施態様においては、本発明
は、構造式(I)を有するポリケチド化合物に関する: 【0108】 【化12】 【0109】ここで、Rは、水素および低級アルキル
からなる群より選択され、そしてRは、水素、低級ア
ルキルおよび低級アルキルエステルからなる群より選択
され、あるいはRおよびRは、1個〜4個のヒドロ
キシル基または低級アルキル基で任意に置換される低級
アルキレン架橋を一緒に形成する;RおよびRは、
独立して、水素、ハロゲン、低級アルキル、低級アルコ
キシ、アミノ、低級アルキルモノ−またはジ−置換のア
ミノおよびニトロからなる群より選択される;Rは、
ハロゲン、低級アルキル、低級アルコキシ、アミノ、低
級アルキルモノ−またはジ−置換のアミノおよびニトロ
からなる群より選択される;Rは、水素、低級アルキ
ル、および−CHR−(CO)Rからなる群より選
択され、ここで、RおよびRは、独立して、水素お
よび低級アルキルからなる群より選択される;そしてi
は、1、2、または3である。 【0110】他の実施態様においては、本発明は、以下
の構造を有する新規ポリケチドに関する: 【0111】 【化13】 【0112】 【化14】【0113】他の実施態様においては、本発明は、構造
(II)を有する酵素結合ケチドの触媒環化により形成
される化合物ポリケチドに関する: 【0114】 【化15】 【0115】ここで、R11は、メチル、−CH(C
O)CHおよび−CH(CO)CH(CO)CH
からなる群より選択される;R12は、−S−Eおよ
び−CH(CO)−S−Eからなる群より選択され、
ここで、Eは、上記遺伝子操作した細胞により産生され
るポリケチドシンターゼを表す;そして、R13および
14の一方は、水素であり、そして他方は、ヒドロキ
シルであり、またはR13およびR14は共に、カルボ
ニルを表す。 【0116】さらに他の実施態様においては、本発明
は、芳香族ポリケチドを生成する方法に関し、この方法
は、構造(II)を有する酵素結合ケチドの環化を行う
工程を包含し、ここで、環化はポリケチドシンターゼに
より誘導される。 【0117】さらなる実施態様においては、本発明は、
構造式(III)を有するポリケチド化合物に関する: 【0118】 【化16】 【0119】ここで、RおよびRは、上記で定義さ
れたものと同じであり、そしてiは、0、1または2で
ある。 【0120】他の実施態様においては、本発明は、構造
式(IV)を有するポリケチド化合物に関する: 【0121】 【化17】 【0122】ここで、R、Rおよびiは、構造式
(III)についての上記定義と同じである。 【0123】さらに他の実施態様においては、本発明
は、構造式(V)を有するポリケチド化合物に関する: 【0124】 【化18】 【0125】ここで、R、Rおよびiは、構造式
(III)について上記で定義されたものと同じであ
る。 【0126】本発明のこれらおよび他の実施態様は、本
明細書中の開示を考慮すると、当業者が容易に行い得る
であろう。 【0127】(発明の詳細な説明)本発明の実施は、他
に指示がない限り、化学、微生物学、分子生物学および
組換えDNA技術の当該分野内で慣用の方法を利用す
る。このような技術は、文献に十分に開示されている。
例えば、Sambrookら、MolecularCl
oning:A Laboratory Manual
(最新版);DNACloning:A Practi
cal Approach,第IおよびII巻(D.G
lover編);Oligonucleotide S
ynthesis(N.Gait編、最新版);Nuc
leic Acid Hybridization
(B.HamesおよびS.Higgins編、最新
版);Transcription and Tran
slation(B.HamesおよびS.Higgi
ns編、最新版)を参照のこと。 【0128】前出または後出とは関係なく、本明細書中
で引用されている全ての出版物、特許および特許出願
は、その全体が本明細書中で参考として援用されてい
る。 【0129】本明細書および添付の請求の範囲で用いら
れるように、単数形「a」、「an」および「the」
は、文脈にて他に明らかに指示がない限り、複数形を包
含する。それゆえ、例えば、「ポリケチド(a pol
yketide)」との表示は、ポリケチドの混合物を
包含し、「ポリケチドシンターゼ(a polyket
ide synthase)」との表示は、ポリケチド
シンターゼの混合物を包含する。 【0130】(A.定義)本発明を記載する際に、次の
用語が使用され、そして以下に示すように定義されるこ
とが意図される。 【0131】「置換PKS遺伝子クラスター」とは、そ
れと共に形質転換された宿主細胞において、以下に定義
される1つまたはそれ以上の適合性制御要素の支配下に
ある場合に、機能性PKSを産生し得るPKS遺伝子の
あらゆるセットを意味する。機能性PKSは、ポリケチ
ドの合成を触媒するものである。用語「置換PKS遺伝
子クラスター」とは、1つまたはそれ以上の、ポリケチ
ドの産生を触媒するために必要とされる種々のタンパク
質をコードする遺伝子を含む。「置換PKS遺伝子クラ
スター」は、対応する天然クラスターに見出される全て
の遺伝子を包含する必要はない。むしろ、この遺伝子ク
ラスターは、活性ポリケチドの産生を触媒するために必
要なPKS成分をコードすることのみが必要である。そ
れゆえ、以下にさらに説明されるように、この遺伝子ク
ラスターが、例えば、ネイティブ状態で8個の遺伝子を
包含し、そしてこれらの遺伝子のうち3個のみが活性ポ
リケチドを提供するのに必要ならば、これらの3個の遺
伝子のみの存在が必要である。さらに、このクラスター
は、単一種由来のPKS遺伝子を包含し得るか、または
事実上、例えば、他のポリケチドの合成のためのクラス
ター由来の対応する遺伝子で置換される、特定のポリケ
チドの合成のためのクラスター由来の遺伝子を有するハ
イブリッドであり得る。ハイブリッドクラスターは、タ
イプI PKSおよびタイプII PKSの両方に由来
する遺伝子を包含し得る。上記のように、タイプI P
KSは、いくかの大型の多機能タンパク質を包含し、こ
れらの間には、炭素鎖のアセンブリおよび修飾の各工程
のための別々の活性部位のセットを有する。他方、タイ
プII PKSは、反復して使用される活性部位の単一
のセットを有する。これらの分類は周知である。例え
ば、Hopwood,D.A.およびKhosla,
C.Secondary metabolites:t
heir function and evoluti
on(1992)Wiley Chichester
(Ciba Foundation Symposiu
m 171)88−112頁;Bibb,M.J.ら、
EMBO J.(1989)8:2727;Sherm
an,D.H.ら、EMBO J.(1989)8:2
717;Fernandez−Moreno,M.A.
ら、J.Biol.Chem.(1992)267:1
9278);Cortes,J.ら、Nature(1
990)348:176;Donadio,S.ら、S
cience(1991)252:675;MacNe
il,D.J.ら、Gene(1992)115:11
9。ハイブリッドクラスターは、ここで例示され、そし
て以下にさらに記載される。遺伝子クラスターに含まれ
る遺伝子はネイティブな遺伝子である必要はないが、こ
れらの変異体またはアナログであり得る。変異体または
アナログは、コーディング配列の1つまたはそれ以上の
ヌクレオチドの欠失、挿入または置換により調製され得
る。ヌクレオチド配列を改変する技術(例えば、部位特
異的変異誘発)は、例えば、Sambrookら、前
出;DNACloning,第IおよびII巻、前出;
Nucleic Acid Hybridizatio
n, 前出に記載されている。 【0132】「置換PKS遺伝子クラスター」はまた、
PKSにより触媒されるコアポリケチドへの改変をコー
ドする遺伝子を含有し得、これらの遺伝子には、例え
ば、ヒドロキシラーゼ、メチラーゼまたは他のアルキラ
ーゼ、オキシダーゼ、レダクターゼ、グリコトランスフ
ェラーゼ、リアーゼ、エステルシンターゼまたはアミド
シンターゼ、および種々のヒドロラーゼ(例えば、エス
テラーゼおよびアミダーゼ)をコードする遺伝子が挙げ
られる。 【0133】以下にさらに説明されるように、置換遺伝
子クラスターに含まれる遺伝子は、同じプラスミドに存
在する必要がないか、または同じプラスミドに存在する
ならば、同じまたは異なる制御配列により制御され得
る。 【0134】「遺伝子操作した宿主細胞」とは、ネイテ
ィブなPKS遺伝子クラスターが組換えDNA技術を用
いることによって欠失した宿主細胞を意味する。それゆ
え、この用語は、自然に起こる変異事象を包含しない。
「宿主細胞」は、単細胞統一体として培養される原核微
生物または真核細胞株由来の細胞であり、これは、本発
明のPKS遺伝子クラスターを持つ組換えベクターの受
容体として使用され得るか、または使用されてきた。こ
の用語は、トランスフェクトされたもとの細胞の子孫を
包含する。単一の親細胞の子孫は、偶発的または故意の
変異のため、その形態学またはゲノムDNAもしくは全
DNA補体が、必ずしも元の親細胞と完全に同一であり
得ないことが理解される。関連の特性(例えば、所望の
PKSをコードするヌクレオチド配列の存在)により特
徴づけられる親細胞と十分に類似するこの親細胞の子孫
は、この定義に含まれ、そして上記用語によりカバーさ
れる。 【0135】用語「異種の」は、これがコーディング配
列および制御配列のような核酸配列に関する場合には、
通常なら組換え構築物の領域と会合しない配列、および
/または、通常なら特定の細胞と会合しない配列を示
す。それゆえ、核酸構築物の「異種の」領域は、他の分
子と天然に会合している状態で見出されていない他の核
酸分子内で、あるいは結合されている核酸の同定可能な
セグメントである。例えば、構築物の異種の領域は、コ
ーディング配列と天然に会合している状態で見出されて
いない配列により隣接されるコーディング配列を包含し
得る。異種のコーディング配列の他の例は、このコーデ
ィング配列自体(例えば、ネイティブな遺伝子とは異な
るコドンを有する合成配列)が自然には見出されない構
築物である。同様に、宿主細胞に通常存在しない構築物
で形質転換された宿主細胞は、本発明の目的のための異
種であると考えられる。本明細書中で使用されるよう
に、アレル変異または天然に起こる変異事象は、異種D
NAを生成しない。 【0136】「コーディング配列」または特定のPKS
を「コードする」配列は、インビトロまたはインビボ
で、適切な調節配列の制御下に置かれるときに、ポリペ
プチドに転写され(DNAの場合)、そして翻訳される
(mRNAの場合)核酸配列である。コーディング配列
の境界は、5’(アミノ)末端の開始コドンおよび3’
(カルボキシ)末端の翻訳終止コドンにより決定され
る。コーディング配列は、原核mRNAまたは真核mR
NA由来のcDNA、原核DNAまたは真核DNA由来
のゲノムDNA配列、および合成DNA配列さえを包含
し得るが、これらに限定されない。転写終結配列は、通
常、コーディング配列の3’に位置する。 【0137】「核酸」配列は、原核配列、真核mRN
A、真核mRNA由来のcDNA、真核(例えば、哺乳
類)DNA由来のゲノムDNA配列、および合成DNA
配列さえ包含し得るが、これらに限定されない。この用
語はまた、任意のDNAおよびRNAの既知の塩基アナ
ログを含む配列を包含する。これらの塩基アナログに
は、例えば、4−アセチルシトシン、8−ヒドロキシ−
N6−メチルアデノシン、アジリジニルシトシン、プソ
イドイソシトシン、5−(カルボキシヒドロキシルメチ
ル)ウラシル、5−フルオロウラシル、5−ブロモウラ
シル、5−カルボキシメチルアミノメチル−2−チオウ
ラシル、5−カルボキシメチルアミノメチルウラシル、
ジヒドロウラシル、イノシン、N6−イソペンテニルア
デニン、1−メチルアデニン、1−メチルプソイドウラ
シル、1−メチルグアニン、1−メチルイノシン、2,
2−ジメチルグアニン、2−メチルアデニン、2−メチ
ルグアニン、3−メチルシトシン、5−メチルシトシ
ン、N6−メチルアデニン、7−メチルグアニン、5−
メチルアミノメチルウラシル、5−メトキシアミノメチ
ル−2−チオウラシル、β−D−マンノシルキューオシ
ン(β−D−mannosylqueosine)、
5’−メトキシカルボニルメチルウラシル、5−メトキ
シウラシル、2−メチルチオ−N6−イソペンテニルア
デニン、ウラシル−5−オキシ酢酸メチルエステル、ウ
ラシル−5−オキシ酢酸、オキシブトキソシン、プソイ
ドウラシル、キューオシン(queosine)、2−
チオシトシン、5−メチル−2−チオウラシル、2−チ
オウラシル、4−チオウラシル、5−メチルウラシル、
N−ウラシル−5−オキシ酢酸メチルエステル、ウラシ
ル−5−オキシ酢酸、プソイドウラシル、キューオシ
ン、2−チオシトシン、および2,6−ジアミノプリン
が挙げられるが、これらに限定されない。転写終結配列
は、通常、コーディング配列の3’に位置する。 【0138】DNA「制御配列」とは、プロモーター配
列、リボゾーム結合部位、ポリアデニル化シグナル、転
写終結配列、上流調節ドメイン、エンハンサーなどを集
合的に意味し、これらは、宿主細胞において、コーディ
ング配列の転写および翻訳を集合的に提供する。所望の
遺伝子が転写かつ翻訳され得る限り、これらの制御配列
の全ては必ずしも組換えベクターに存在する必要がな
い。 【0139】「作動可能に連結される」とは、要素の配
置を意味し、ここで、このように記載される成分がこれ
らの通常の機能を果たすように配置される。それゆえ、
コーディング配列に作動可能に連結される制御配列は、
このコーディング配列の発現を行い得る。制御配列は、
これらがその発現に直接作用する限り、コーディング配
列と隣接する必要はない。それゆえ、例えば、翻訳され
ていないが転写はされた介在配列がプロモーター配列と
コーディング配列との間に存在し得、そしてプロモータ
ー配列はなお、コーディング配列に「作動可能に連結さ
れている」と考えられ得る。 【0140】「選択マーカー」とは、マーカーをそのゲ
ノムに持つ細胞の集団を選択するために使用され得る任
意の遺伝的マーカーを意味する。選択マーカーの例に
は、栄養要求性マーカー(このマーカーにより、細胞
が、栄養分または補充物(例えば、チミジン、ジアミノ
ピメリン酸またはビオチン)を有するかまたは有しない
最少培地で成長する能力により選択される);代謝マー
カー(このマーカーにより、細胞が、唯一の炭素源とし
て適切な糖を含有する最少培地で成長するその能力、あ
るいは適切な染料または染色基質を含有する染色コロニ
ーを形成する細胞の能力により選択される);および薬
物耐性マーカー(このマーカーにより、細胞が、1種ま
たはそれ以上の適切な薬物(例えば、テトラサイクリ
ン、アンピシリン、カナマイシン、ストレプトマイシン
またはナリジキシン酸)を含有する培地で成長するこの
能力により選択される)が挙げられる。 【0141】「組換え」とは、2つのDNA分子の間の
DNA配列の区分の再組立である。「相同組換え」は、
各DNA分子に存在する相同または相補的ヌクレオチド
配列によってハイブリダイズする2つのDNA分子の間
に起こる。 【0142】本明細書中で使用される用語「アルキル」
とは、1個〜24個の炭素原子の分枝状または非分枝状
の飽和炭化水素基(例えば、メチル、エチル、n−プロ
ピル、イソプロピル、n−ブチル、イソブチル、t−ブ
チル、オクチル、デシル、テトラデシル、ヘキサデシ
ル、エイコシル、テトラエイコシルなど)を意味する。
本明細書中の好ましいアルキル基は、1個〜12個の炭
素原子を含有する。用語「低級アルキル」とは、1個〜
6個の炭素原子、好ましくは1個〜4個の炭素原子のア
ルキル基を意図する。 【0143】本明細書中で使用される用語「アルキレ
ン」とは、1個〜24個の炭素原子を含有する二官能性
の飽和の分枝状または非分枝状の炭化水素鎖を意味し、
これには、例えば、メチレン(−CH−)、エチレン
(−CH−CH−)、プロピレン(−CH−CH
−CH−)、2−メチルプロピレン[−CH−C
H(CH)−CH−]、へキシレン[−(CH
−]などが挙げられる。「低級アルキレン」とは、1
個〜6個、より好ましくは1個〜4個の炭素原子のアル
キレン基を意味する。 【0144】本明細書中で使用される用語「アルコキ
シ」とは、単一の末端エーテル結合を介して結合したア
ルキル基を意図する;すなわち、「アルコキシ」基は、
−ORとして定義され得、ここで、Rは先に定義された
アルキルである。「低級アルコキシ」基とは、1個〜6
個、より好ましくは1個〜4個の炭素原子を含有するア
ルコキシ基を意図する。 【0145】「ハロ」または「ハロゲン」とは、フルオ
ロ、クロロ、ブロモまたはヨードを意図し、そして通
常、有機化合物中の水素原子のハロ置換に関する。ハロ
のうち、クロロおよびフルオロが一般に好ましい。 【0146】「任意の」または「任意に」とは、次に記
載される事象または情況が起こり得るかまたは起こり得
ないこと、および本明細書は上記事象または情況が起こ
る例および起こらない例を含むことを意味する。例え
ば、表現「任意に置換されるアルキレン」とは、アルキ
レン部分が置換され得るかまたは置換され得ないこと、
および本明細書は未置換のアルキレンおよび置換を有す
るアルキレンの両方を包含することを意味する。 【0147】(B.一般的方法)本発明の中核は、新規
および公知のポリケチドの両方の効果的組換え産生のた
めの宿主−ベクター系の発見である。特に、本発明は、
天然に生じるPKS遺伝子が実質的に欠失した、遺伝子
操作した細胞を利用する。これらの宿主細胞は、活性ポ
リケチドの産生のために、種々のPKS遺伝子クラスタ
ーをコードする組換えベクターで形質転換され得る。本
発明は、成長周期の適切な段階で大量の産生物の産生を
提供する。このように産生されたポリケチドは、問題の
ポリケチドのタイプに依存して、治療剤として多くの疾
患を治療するために使用され得る。例えば、本方法によ
って産生されたいくつかのポリケチドは、免疫抑制剤、
抗腫瘍剤として、ならびにウイルス、細菌および寄生虫
感染の治療のための使用が見出される。ポリケチドを組
換えによって産生する能力もまた、PKSおよびそれら
の作用のメカニズムを特徴づける強力な道具を提供す
る。 【0148】より特定すると、対象のポリケチドの組換
え産生のための宿主細胞は、組換えPKS遺伝子クラス
ターの宿主となる能力を有するいずれの生物にも由来し
得る。それゆえ、本発明の宿主細胞は、原核生物または
真核生物のいずれにも由来し得る。しかし、好ましい宿
主細胞は、多くのポリケチドの大量生産者である菌糸型
細菌の1クラスである放線菌から構築されるものであ
る。本発明の系と共に使用のための特に好ましい属は、
Streptomycesである。それゆえ、例えば、
S.ambofaciens、S.avermitil
is、S.azureus、S.cinnamonen
sis、S.coelicolor、S.curaco
i、S.erythraeus、S.fradiae、
S.galilaeus、S.glaucescen
s、S.hygroscopicus、S.livid
ans、S.parvulus、S.peucetiu
s、S.rimosus、S.roseofulvu
s、S.thermotolerans、S.viol
aceoruber他は、本発明に都合の良い宿主細胞
を提供し、中でも、S.coelicolorが好まし
い。(例えば、Hopwood,D.A.およびShe
rman,D.H.Ann.Rev.Genet.(1
990)24:37−66;O’Hagan,D.Th
e Polyketide Metabolites
(Ellis Horwood Limited,19
91)の種々のポリケチド産生生物およびこれらの天然
産生物に関する記載を参照せよ)。 【0149】上記の細胞は、標準の技術(例えば、相同
組換えにより)を用いて、この細胞由来の天然に生じる
PKS遺伝子を欠失させることにより、遺伝子操作され
る。(例えば、Khosla,C.ら、Molec.M
icrobiol.(1992)6:3237を参照せ
よ)。本明細書中で例示されるのは、遺伝子操作した
S.coelicolor宿主細胞である。S.coe
licolorのネイティブ株は、芳香族ポリケチドア
クチノロジン(構造3、図5)の生合成を触媒するPK
Sを産生する。新規な株であるS.coelicolo
r CH999(図2C、そして実施例に記載されてい
る)は、相同組換えによってS.coelicolor
CH1の染色体由来の天然actクラスター全てを欠
失させることにより構築された(Khosla,C.M
olec.Microbiol.(1992)6:32
37)。この株は、内因性プラスミドを欠き、そして他
の着色されたS.coelicolor抗生物質である
ウンデシルプロジギオシン(undecylprodi
giosin)の生合成をブロックする安定な変異を有
している。 【0150】上記の宿主細胞は、1つまたはそれ以上の
ベクターで形質転換され得、これにより、機能的なPK
Sセットを集合的にコードする。このベクターは、PK
Sのサブユニットのネイティブまたはハイブリッドの組
み合わせまたはその変異体を包含し得る。先に説明され
たように、置換遺伝子クラスターは、完全なネイティブ
遺伝子クラスターに一致する必要はなく、ポリケチドの
産生を触媒する必要なPKS成分をコードすることのみ
が必要である。例えば、現在までに研究された各Str
eptomyces芳香族PKSでは、炭素鎖アセンブ
リは、3つのオープンリーディングフレーム(ORF)
の生成物を必要とする。ORF1は、ケトシンターゼ
(KS)およびアシルトランスフェラーゼ(AT)の活
性部位(KS/AT)をコードする;本明細書中で明ら
かにされるように、ORF2は、鎖長決定因子(CL
F)(ORF1生成物と類似したタンパク質)をコード
するが、KSおよびATのモチーフを欠く;そしてOR
F3は、別のアシルキャリアタンパク質(ACP)をコ
ードする。いくかの遺伝子クラスターはまた、発生期の
ポリケチド骨格の環化に関与するケトレダクターゼ(K
R)およびシクラーゼをコードする。(図1の3つのP
KS遺伝子クラスターの概略的図を参照せよ)。しか
し、同定可能なポリケチドを産生するためには、KS/
AT、CLF、およびACPのみが存在する必要がある
ことが見出された。それゆえ、Streptomyce
s由来の芳香族PKSの場合、これらの3つの遺伝子
は、ネイティブなクラスターの他の成分無しで、1つま
たはそれ以上の組換えベクターに含まれて、「最小」の
置換PKS遺伝子クラスターを構成し得る。 【0151】さらに、組換えベクターは、単一のPKS
遺伝子クラスター由来の遺伝子を含み得るか、またはハ
イブリッド置換PKS遺伝子クラスターを含有し得、例
えば、このクラスターは、1つのクラスターに対する遺
伝子が他の遺伝子クラスター由来の対応する遺伝子で置
換されている。例えば、ACPは、産生物の構造に影響
することなく、異なるシンターゼの間で容易に互いに交
換し得ることが見出された。さらに、所定のKRは、異
なる鎖長のポリケチド鎖を認識し、そして還元させ得
る。従って、これらの遺伝子は、本明細書中に記載され
る構築物において自由に交換され得る。それゆえ、本発
明の置換クラスターは、同定可能なポリケチドを産生す
るために最終的に機能するPKS遺伝子セットの任意の
組み合わせに由来し得る。 【0152】ハイブリッド置換クラスターの例には、2
つまたはそれ以上のact遺伝子クラスター、フレノリ
シン(fren)、グラナチシン(gra)、テトラセ
ノマイシン(tcm)、6−メチルサリチル酸(6−m
sas)、オキシテトラサイクリン(otc)、テトラ
サイクリン(tet)、エリスロマイシン(ery)、
グリセウシン(griseusin)、ナナオマイシン
(nanaomycin)、メデルマイシン(mede
rmycin)、ダウノルビシン(daunorubi
cin)、チロシン(tylosin)、カルボマイシ
ン(carbomycin)、スピラマイシン(spi
ramycin)、アベルメクチン(avermect
in)、モネンシン(monensin)、ノナクチン
(nonactin)、クラマイシン(curamyc
in)、リファマイシン(rifamycin)および
カンジシジン(candicidin)シンターゼ遺伝
子クラスター他に由来する遺伝子を有するクラスターが
挙げられる。(種々のPKSの議論については、例え
ば、Hopwood,D.A.およびSherman,
D.H.Ann.Rev.Genet.(1990)2
4:37−66;O’Hagan,D.The Pol
yketide Metabolites(Ellis
Horwood Limited,1991)を参照
せよ)。 【0153】より特定すれば、多くのハイブリッド遺伝
子クラスターが本明細書で構築され、これらは、表1お
よび2に示されるように、act、fren、tcmお
よびgra遺伝子クラスター由来の成分を有する。いく
つかのハイブリッドクラスターは、S.coelico
lorCH999中で、新規および公知の両ポリケチド
を機能的に発現し得た(上記)。しかし、上記のよう
に、他のハイブリッド遺伝子クラスターは、同定可能な
ポリケチドの産生のために、本明細書の開示を用いて容
易に産生されおよびスクリーニングされ得る。例えば、
放線菌類(actinomycetes)のコレクショ
ンから、ランダムにクローン化されたORF1および2
ホモログのライブラリーが構築され得、そして同定可能
なポリケチドについてスクリーニングされ得た。より長
いポリケチドもまた、正確な長さの鎖を産生するPKS
遺伝子クラスター由来のホモログで、例えば、act、
gra、frenまたはtcmシクラーゼ遺伝子を置き
換えることにより環状化され得た。最後に、天然に生じ
る特定の芳香族PKS類の間には、非酢酸塩のスタータ
ー単位についてかなりの程度の変動が存在する;従っ
て、これらの単位もまた、遺伝子工学により新規なポリ
ケチドを得るために使用され得る。 【0154】さらに、組換えベクターは、モジュールの
PKS遺伝子クラスター由来の遺伝子を含み得る。その
ような遺伝子クラスターをさらに詳細に以下に記載す
る。 【0155】上記の遺伝子クラスターを有する組換えベ
クターは、当該分野で公知の技術を用いて都合よく生成
され得る。例えば、目的のPKSサブユニットは、PK
Sサブユニットを発現する生物から、組換え法を用い
て、例えばこの遺伝子を発現する細胞由来のcDNAま
たはゲノムライブラリーをスクリーニングすることによ
り、またはこの遺伝子を含むことが知られているベクタ
ーからこの遺伝子を得ることにより得られ得る。次いで
遺伝子は、標準の技術を用いて、単離されそしてその他
の所望のPKSサブユニットと組み合わされ得る。問題
の遺伝子がすでに、適切な発現ベクター中に存在する場
合、それは、例えば、その他のPKSサブユニットとイ
ンサイチュで所望のように組み合わされ得る。目的の遺
伝子はまた、クローン化よりもむしろ合成的に産生され
得る。ヌクレオチド配列は、所望の特定のアミノ酸配列
に対する適切なコドンを用いて設計され得る。一般に、
その配列が発現される目的の宿主に好適なコドンが選択
される。標準的な方法により調製された重複するオリゴ
ヌクレオチドから完全な配列がアセンブルされ、そして
完全なコーディング配列にアセンブルされる。例えば、
Edge(1981)Nature 292:756;
Nambairら、(1984)Science22
3:1299;Jayら、(1984)J.Biol.
Chem.259:6311を参照のこと。 【0156】ネイティブのPKSサブユニット配列に対
して変異が作成され得、そしてそのような変異体は、こ
の変異体がその他のPKSサブユニットとともに機能し
得、同定可能なポリケチドの合成を集合的に触媒し得る
限り、ネイティブの配列の代わりに使用され得る。その
ような変異は、例えば、変異を有する合成オリゴヌクレ
オチドを調製し、そして制限エンドヌクレアーゼ消化を
用いてPKSサブユニットをコードする遺伝子中に変異
した配列を挿入することによる従来技術を用いてネイテ
ィブな配列に作成され得る。(例えば、Kunkel,
T.A.Proc.Natl.Acad.Sci.US
A(1985)82:448;Geisselsode
rら、BioTechniques(1987)5:7
86を参照)。あるいは、変異は、ミスマッチプライマ
ー(一般に長さ10〜20のヌクレオチド)を用いてな
され得、このプライマーは、ミスマッチした二本鎖の融
解温度以下の温度で、ネイティブなヌクレオチド配列
(一般にRNA配列に対応するcDNA)にハイブリダ
イズする。このプライマーは、プライマーの長さおよび
塩基組成を比較的狭い限度内に保つことにより、および
変異体塩基を中心に位置させることにより特異的に作製
し得る。ZollerおよびSmith、Method
sEnzymol.(1983)100:468。プラ
イマー伸長は、DNAポリメラーゼを用いて行われ、生
成物はクローン化され、そしてプライマーが伸長した鎖
の分離から得た変異DNAを含むクローンが選択され
る。選択は、ハイブリダイゼーションプローブとして変
異体プライマーを用いてなされ得る。この技術はまた、
複数の点変異を生成するために適用し得る。例えば、D
albie−McFarlandら、Proc.Nat
l.Acad.SciUSA(1982)79:640
9を参照。PCR変異誘発もまた、所望の変異を行うた
めの使用を見い出すであろう。 【0157】置換PKS遺伝子クラスターを集合的にコ
ードする遺伝子配列は、当業者に公知の方法を用いて1
つまたはそれ以上の発現ベクター中に挿入され得る。発
現ベクターは、所望のPKSコーディング配列に作動可
能に連結された制御配列を含む。本発明に使用するため
の適切な発現系は、真核生物宿主細胞および原核生物宿
主細胞において機能する系を含む。しかし、上記で説明
したように、原核生物系が好適であり、そして特に、S
treptomycesspp.と適合する系が特に重
要である。そのような系で使用するための制御要素は、
任意にオペレーター配列を含むプロモーター、およびリ
ボソーム結合部位を含む。特に有用なプロモーターは、
1つまたはそれ以上のactプロモーターのような、P
KS遺伝子クラスター由来の制御配列を含む。しかし、
ガラクトース、ラクトース(lac)およびマルトース
のような糖代謝酵素由来のプロモーターのような、その
他の細菌プロモーターもまた、本発明の構築物における
使用を見い出す。さらなる例は、トリプトファン(tr
p)、βラクタマーゼ(bla)プロモーター系、バク
テリオファージλPL、およびT5のような生合成酵素
由来のプロモーター配列を含む。さらに、tacプロモ
ーター(米国特許第4,551,433号)のような、
合成のプロモーターもまた、天然には生じないが、細菌
宿主細胞で機能する。 【0158】他の調節配列もまた所望され得、この配列
は宿主細胞の成長に相関してPKS置換配列の発現の調
節を可能にする。調節配列は当業者に公知であり、そし
てこの例としては、遺伝子の発現を、化学的または物理
的刺激(調節化合物の存在を含む)に応答して開始(t
urnon)または停止(turnoff)させる調節
配列を含む。その他のタイプの調節要素(例えば、エン
ハンサー配列)もまたベクター中に存在し得る。 【0159】選択マーカーもまた、組換え発現ベクター
中に含まれ得る。形質転換細胞株の選択において有用で
あり、そして一般に、細胞が適切な選択培地中で生長す
るとき、その発現が形質転換細胞上の選択可能な表現型
を与える遺伝子を含む種々のマーカーが公知である。そ
のようなマーカーは、例えば、プラスミドに抗生物質の
耐性または感受性を付与する遺伝子を含む。あるいは、
いくつかのポリケチドは、本来着色されており、この特
徴は、本発明の構築物により首尾良く形質転換された細
胞を選択するための生来の(built−in)マーカ
ーを提供する。 【0160】目的の種々のPKSサブユニットが、別の
制御要素とともに、または例えば単一プロモーターの制
御下で1個のカセットとして、1つまたはそれ以上の組
換えベクター中にクローン化され得る。PKSサブユニ
ットは、隣接する制限部位を含んで、その他のPKSサ
ブユニットの容易な欠失および挿入を可能にし、その結
果、ハイブリッドPKSが生成され得る。そのようなユ
ニークな制限部位の設計は当業者に公知であり、そして
部位特異的変異誘発およびPCRのような、上記に記載
の技術を用いて達成され得る。 【0161】これらの技術を用いて、本明細書に記載の
ポリケチドの産生のためのシャトルベクターとして、新
規プラスミドpRM5(図3および実施例2)が構築さ
れた。プラスミドpRM5は、PacI、NsiIおよ
びXbaI制限部位が隣接する、KS/AT(ORF
1)、CLF(ORF2)およびACP(ORF3)P
KSサブユニットをコードするact遺伝子を含む。従
って、その他のPKS遺伝子によりコードされる類似の
(anologous)PKSサブユニットは、存在す
るact遺伝子を容易に置換し得る。(例えば、親プラ
スミドとしてpRM5を用いるハイブリッドベクターの
構築を記載する実施例4参照)。シャトルプラスミドは
また、actKR遺伝子(actIII)、シクラーゼ
遺伝子(actVII)、および推定のデヒドラターゼ
遺伝子(actIV)、ならびにColEIレプリコン
(E.coliの形質転換を可能にする)、適切な短縮
型(truncated)SCP2(低コピー数)S
treptomycesレプリコン、およびactクラ
スター由来のactII−ORF4アクティベーター遺
伝子(栄養菌糸において成長期から定常期への移行の間
にactプロモーターからの転写を誘導する)を含む。
pRM5は、多様なactI/actIIIプロモータ
ーペアを有する。 【0162】本発明の組換えベクターを適切な宿主中に
導入する方法は、当業者に公知であり、そして代表的に
は、CaClまたは2価のカチオンおよびDMSOの
ようなその他の薬剤の使用を包含する。DNAはまた、
エレクトロポーレーションにより細菌細胞中に導入され
得る。一旦PKSが発現されると、ポリケチド産生コロ
ニーが同定され得、そして公知の技術を用いて単離され
得る。次いで産生されたポリケチドがさらに特徴づけら
れ得る。 【0163】上記で説明したように、上記の組換え法は
また、大きなモジュールPKSによるポリケチドの触媒
的生合成に有用性を見い出す。例えば、6−デオキシエ
リスロノライドBシンターゼ(DEBS)は、エリスロ
マイシンアグリコンである6−デオキシエリスロノライ
ドB(17)の生合成を触媒する。3つのオープンリー
ディングフレーム(eryAI、eryAII、および
eryAIII)がDEBSポリペプチドをコードし、
そしてSaccharopolysporaeryth
raeaゲノムのeryクラスター中で32kbにわた
っている。この遺伝子は、それぞれが「モジュール」と
称される、6つの繰り返し単位で組織されている。各モ
ジュールは、1セットの活性部位をコードし、この活性
部位は、ポリケチド生合成の間に、付加モノマーの成長
鎖上への縮合を触媒する。各モジュールは、アシルトラ
ンスフェラーゼ(AT)、β−ケトアシルキャリアタン
パク質シンターゼ(KS)、およびアシルキャリアタン
パク質(ACP)、ならびに還元活性部位のサブセット
(β−ケトレダクターゼ(KR)、デヒドラターゼ(D
H)、エノイルレダクターゼ(ER))(図9)を含
む。モジュール内の還元部位の数は、各縮合サイクルに
おけるβケト還元の程度に対応する。モジュールの末端
でコードされるチオエステラーゼ(TE)は、ラクトン
形成を触媒するようである。 【0164】eryAI、eryAIIおよびeryA
IIIの大きなサイズ、および複数の活性部位の存在の
ために、これらの遺伝子は、インビボ組換え技術を用い
て、CH999のような、遺伝子操作した宿主細胞中で
の発現に適切なプラスミド中に便利にクローン化され得
る。実施例5に記載され、そして図10に要約されたこ
の技術は、プラスミドpMAK705の誘導体(Ham
iltonら、(1989)J.Bacteriol.
171:4617)を利用し、温度感受性ドナープラス
ミド(第1の許容温度で複製し得、そして第2の非許容
温度で複製し得ない)と、受容体プラスミドとの間のイ
ンビボ組換えを可能にする。このようにクローン化され
たeryA遺伝子は、pRM5(McDanielら、
(1993)Science262:1546)の誘導
体pCK7を与える。コントロールプラスミドpCK7
fを構築してeryAI中にフレームシフト変異をもた
らした。pCK7およびpCK7fは、E.coliに
おける遺伝子操作のためのColEIレプリコンならび
に短縮型SCP2(低コピー数)Streptomy
cesレプリコンを有する。これらのプラスミドはま
た、多様なactI/actIIIプロモーターペアお
よびactII−ORF4(これらプロモーターからの
転写に必要であり、そして栄養菌糸において成長期から
定常期への移行の間に発現を活性化するアクティベータ
ー遺伝子)を含む。PKS遺伝子の高レベル発現は、菌
糸成長の定常期の開始の際に起こる;従って、組換え株
は、あたかも天然のように、2次代謝物として「レポー
ター」ポリケチドを産生する。 【0165】大きな、モジュールPKSにより合成され
るポリケチドの上記の産生方法を用いて、糖類、βラク
タム、脂肪酸、アミノグリコシド、テルペノイド、非リ
ボソームペプチド、プロスタノイドホルモンなどのよう
な2次代謝物として他のポリケチドが産生され得る。 【0166】上記の組換え法を用いて、多くのポリケチ
ドが産生された。これらの化合物は、以下の一般構造
(I)を有する 【0167】 【化19】 【0168】ここでR、R、R、R、R、R
、R、Rおよびiは、上記で規定された通りであ
る。このような化合物の1つの群はここで:Rは、低
級アルキル、好ましくはメチルであり;R、R、お
よびRは水素であり;Rは、−CHR−(CO)
−Rであり;そしてiは0である。このような化合物
の第2番の群はここで:RおよびRは、低級アルキ
ル、好ましくはメチルであり;R、R、およびR
は、水素であり;そしてiは0である。このような化合
物のさらに第3の群はここで:RおよびRは、一緒
に連結して低級アルキレン架橋−CHR−CHR10
を形成し、ここでRおよびR10は、独立して、水
素、ヒドロキシルおよび低級アルキル(例えば、−CH
−CHOH−)からなる群より選択され;Rおよび
は水素であり;Rは、−CHR −(CO)−R
、ここで、Rは、水素または低級アルキル(例え
ば、−CH−(CO)−CH)であり;そしてiは
0である。そのような化合物の特定の例は、次のような
以下の化合物9、10および11を含む: 【0169】 【化20】 【0170】本発明の範囲内の他の新規なポリケチドは
以下の構造を有する: 【0171】 【化21】【0172】 【化22】 【0173】化合物9、10、11、12、13、1
4、15および16の調製は、構造(II)を有する酵
素結合ポリケチドの環化により行われる: 【0174】 【化23】 【0175】ここで、R11、R12、R13およびR
14およびEは、先に定義されるものと同じである。こ
のような化合物の例には:R11がメチルであり、そし
てR が−CH(CO)−S−Eである第1群;R
11が−CH(CO)CHであり、そしてR12
−S−Eである第2群; R11が−CH(CO)C
であり、そしてR12が−CH(CO)−S−E
である第3群;ならびにR11が−CH(CO)CH
(CO)CHであり、そしてR12が−CH (C
O)−S−Eである第4群が挙げられる(図8の構造の
具体例を参照せよ)。 【0176】一般式(I)に含まれる残りの構造、すな
わち、9、10および11以外の構造は、有機化学分野
の当業者に周知の慣用の有機合成方法を用いて、構造
9、10または11から調製され得る。これらの方法
は、例えば、H.O.HouseによるModern
Synthetic Reactions,第2版(M
enlo Park,CA:The Benjamin
/Cummings Publishing Comp
any,1972)、またはJ.March,Adva
nced Organic Chemistry:Re
action,Mechanisms and Str
ucture 第4版(New York:Wiley
−Interscience,1992)に記載され、
これらの開示は、本明細書中で参考として援用されてい
る。代表的には、当業者に理解されるように、芳香族環
への置換基の取り込みには、簡単な求電子性芳香族付加
反応が含まれる。構造12および13は同様の方法で改
変されて、ポリケチドを産生し得る。これらのポリケチ
ドもまた、本発明の範囲内にあると意図される。 【0177】さらに、上記組換え方法を用いて、以下の
一般式を有するポリケチド化合物が産生された:一般式
(III) 【0178】 【化24】 【0179】一般式(IV) 【0180】 【化25】 【0181】および一般式(V) 【0182】 【化26】 【0183】構造式(III)、(IV)および(V)
の特に好ましい化合物は、Rが水素であり、そしてi
が0であるものである。 【0184】C.実験 以下は、本発明を実施するための特定の実施態様の実施
例である。これらの実施例は、例示の目的のためだけに
提供され、どのような場合においても本発範囲を限定す
ることを意図していない。 【0185】使用される数字(例えば、量、温度など)
の正確さを確実にするために努力したが、いくつかの実
験誤差および偏差は、当然許容されるべきである。 【0186】(材料および方法) (細菌株、プラスミド、および培養条件)S.coel
icolor CH999を、全てのプラスミドによる
形質転換のための宿主として使用した。この株の構築を
以下に説明する。DNA操作を、Escherichi
a coliMC1061において行った。プラスミド
を、E.coli ET12567(dam dcm
hsdS Cm)(MacNeil,D.J.J.B
acteriol.(1988)170:5607)に
通して、S.coelicolorの形質転換の前にメ
チル化されていないDNAを生成した。E.coli株
を標準条件下で成長させた。S.coelicolor
株をR2YE寒天プレート上で成長させた(Hopwo
od,D.A.ら、Genetic manipula
tion of Streptomyces.A la
boratorymanual.The John I
nnes Foundation:Norwich,1
985)。 【0187】DNAおよび微生物の操作。ポリメラーゼ
連鎖反応(PCR)を、酵素製造者によって推薦された
条件下でTaqポリメラーゼ(Perkin Elme
rCetus)を用いて行った。標準のインビトロ技術
を、DNA操作のために使用した(Sambrook
ら、Molecular Cloning:A Lab
oratory Manual(最新版))。E.co
liを、Bio−Rad E.coliパルス装置でB
io−Rad.により提供されたプロトコールを用いて
形質転換させた。S.coelicolorを、標準の
手順により形質転換させ(Hopwood,D.A.
ら、Genetic manpulation of
Streptomyces.A laboratory
manual.The John Innes Fo
undation:Norwich,1985)、そし
て形質転換体を、500mg/mlチオストレプトンオ
ーバーレイ2mlを用いて選択した。 【0188】組換えPKSを含有するプラスミドの構
築。全てのプラスミドは、以下に記載するpRM5の誘
導体である。fren PKS遺伝子を、この遺伝子に
隣接する5’および3’制限部位を用いてPCRによ
り、pRM5のクローニング部位の位置(すなわち、O
RF1に対するPacI−NsiI、ORF2に対する
NsiI−XbaI、およびORF3に対するXbaI
−PstI)に従って増幅させた。サブクローニングお
よび配列決定に続いて、増幅させたフラグメントをpR
M5中の対応するフラグメントの位置にクローン化し
て、形質転換のためのプラスミドを生成した。 【0189】ポリケチドの産生および精製。最初のスク
リーニングのために、全ての株を、それぞれ約30ml
の寒天培地を含有する10〜30プレート上でコンフル
エントローンとして、30℃で6〜8日間成長させた。
完全な特徴付けのための十分な材料を得ることが必要と
されるので、さらなるプレートを作製した。CH999
は、潜在的なポリケチドをスクリーニングする場合のネ
ガティブコントロールであった。寒天を細かく切り、そ
して酢酸エチル/1%酢酸または酢酸エチル:メタノー
ル(4:1)/1%酢酸で抽出した。次いで、濃縮した
抽出物を、シリカゲル(Baker 40mm)クロマ
トグラフィーカラムを通して、酢酸エチル/1%酢酸で
フラッシュした。あるいは、抽出物をFlorisil
カラム(Fisher Scientific)にか
け、そして酢酸エチル:エタノール:酢酸(17:2:
1)で溶出した。初めの黄色画分を、調製用の逆相(C
−18)カラム(Beckman)でアセトニトリル/
水/1%酢酸の20〜60%グラジエントを用いる高速
液体クロマトグラフィー(HPLC)によりさらに精製
した。280nmおよび410nmでの吸収をモニター
した。一般に、これらの株からの精製産物の収率は、化
合物1および2(図4)については約10mg/lであ
り、そして化合物7および8(図7)については5mg
/lであった。 【0190】SEK4(12)を、以下のように産生お
よび精製した。CH999/pSEK4を、90寒天プ
レート(約34ml/プレート)上で30℃で7日間成
長させた。この寒天を細切し、そして1%酢酸の存在下
で酢酸エチル/メタノール(4/1)(3×1000m
l)で抽出した。減圧下での溶媒の除去に続いて、1%
酢酸を含有する酢酸エチル200mlを加えた。沈澱物
を濾過して廃棄し、そして溶媒を乾燥するまで蒸発させ
た。生成物の混合物を、Florisilカラム(Fi
sher Scientific)にかけ、そして3%
酢酸を含有する酢酸エチルで溶出した。初めの100m
l画分を収集し、そして5mlまで濃縮した。メタノー
ル1mlを加え、そして混合物を4℃で一晩保持した。
沈殿物を濾過により収集し、そして酢酸エチルで洗浄し
て、純粋な生成物850mgを得た。R=0.48
(1%酢酸の酢酸エチル)。SEK4に関するNMR分
析の結果を表4に示す。FAB HRMS(NBA)、
M++、計算値m/e 319.0818、実測値m
/e 319.0820。 【0191】SEK15(13)およびSEK15b
(16)を産生するために、CH999/pSEK15
を90寒天プレート上で成長させ、そして産生物をSE
K4と同様の方法で抽出した。混合物をFlorisi
lカラム(5%酢酸を有する酢酸エチル)にかけ、主要
産物を含有する画分を合わせ、そして乾燥するまで蒸発
させた。産生物を、調製用のC−18逆相HPLC(B
eckman)(移動相:1%酢酸の存在下のアセトニ
トリル/水=1/10〜3/5のグラジエント)を用い
てさらに精製した。SEK15(13)の収量は250
mgであった。R =0.41(1%酢酸の酢酸エチ
ル)。SEK4に関するNMR分析の結果を表4に示
す。FAB HRMS(NBA)、M+H+、計算値m
/e 385.0923、実測値m/e 385.09
20。 【0192】[1,2−13]アセテート供給実
験。それぞれ改変NMP培地(Strauch,E.
ら、Mol.Microbiol.(1991)5:2
89)400mlを含有する2つの2リットルのフラス
コに、S.coelicolorCH999/pRM1
8、CH999/pSEK4またはCH999/pSE
K15の胞子を接種し、そして振とう培養装置において
30℃で300rpmでインキュベートした。各フラス
コに、[1,2−13]酢酸ナトリウム(Aldr
ich)50mgを72時間および96時間の時点で加
えた。120時間後、培養物をプールし、そして2回の
500ml容量の酢酸エチル/1%酢酸で抽出した。有
機相を保持し、そして上記のように精製した。13
NMRデータは、CH999/pRM18産物について
約2〜3%の増加;SEK4について0.5〜1%の増
加およびSEK15について1〜2%の増加を示す。 【0193】NMRスペクトル分析。RM18(10)
(図8)のHETCOR分析をNicolet NT−
360で行った以外は,全てのスペクトルをVaria
nXL−400で記録した。13Cスペクトルを、連続
的ブロードバンドプロトンデカップリングで得た。RM
18(10)のNOEの研究のために、一次元の差をと
る方法(one−dimensional diffe
rence method)を利用した。全ての化合物
をDMSO−d(Sigma、99+原子%D)に溶
解させ、そしてスペクトルを溶媒を内部標準として対照
した。ヒドロキシル共鳴を、DO(Aldrich、
99原子%D)を添加し、そしてシグナルの消失を検査
することにより同定した。 【0194】 【実施例】(実施例1:S.coelicolorCH
999の生産)S.coelicolor宿主細胞を遺
伝子操作してネイティブなact遺伝子クラスターを除
去し、そしてCH999と呼ばれる宿主細胞を、図2に
示した戦略を用い、S.coelicolorCH1
(Khosla,C.Molec.Microbio
l.(1992)6:3237)を用いて構築した。
(CH1は、S.coelicolorB385(Ru
dd,B.A.M.GeneticsofPigmen
tedSecondaryMetabolitesin
Streptomycescoelicolor(19
78)博士論文,UniversityofEastA
nglia,Norwich,England)から得
た)。CH1は、ポリケチド抗生物質アクチノロジンの
生合成および分泌(export)に関与する酵素をコ
ードするact遺伝子クラスターを含む。このクラスタ
ーは、いくつかのPKS生合成後の遺伝子(環化、芳香
族化、および引き続く化学的改変(図2A)に関与する
遺伝子を含む)が隣接するPKS遺伝子から構成され
る。act遺伝子の転写活性化を行う遺伝子もまた存在
する。act遺伝子クラスターは、Khosla,C.
ら、Molec.Microbiol.(1992)
6:3237に記載されるような相同組換えを用いてC
H1から欠失された。 【0195】特に、プラスミドpLRermETs(図
2B)は、次の特徴を有して構築された:pBR322
由来のColEIレプリコン、pSG5由来の温度感受
性レプリコン(Muth,Gら、Mol.Gen.Ge
net.(1989)219:341)、アンピシリン
およびチオストレプトン耐性マーカー、ならびにact
クラスターの5’末端由来の2kbBamHI/Xho
Iフラグメント、1.5kbermEフラグメント(K
hosla,C.ら、Molec.Microbio
l.(1992)6:3237)、およびactクラス
ターの3’末端由来の1.9kbSphI/PstIフ
ラグメントを含む分離カセット。5’フラグメントは、
BamHI部位1(Malpartida,F.および
Hopwood,D.A.Nature(1984)3
09:462;Malpartida,F.およびHo
pwood,D.A.Mol.Gen.Genet.
(1986)205:66)から下流のXhoI部位に
までわたった。3’フラグメントは、PstI部位20
から上流にSphI部位19.2にまでわたった(Fe
rnandez−Moreno,M.A.ら、J.Bi
ol.Chem.(1992)267:19278)。
5’および3’フラグメント(図2で斜線で示されるD
NA)は、actクラスターにおけるように、同じ相対
方向にクローン化された。CH1は、pLRermEt
sで形質転換された。このプラスミドは、引き続いて、
39℃で非選択的に画線することによって候補形質転換
体で保存された。リンコマイシン耐性、チオストレプト
ン感受性であり、かつアクチノロジンを産生し得ないい
くつかのコロニーを単離し、そしてサザンブロッティン
グによりチェックした。それらの1つをCH999と称
した。 【0196】(実施例2:組換えベクターpRM5の生
産)pRM5(図3)は、CH999でPKSを発現す
るために用いたシャトルプラスミドであった。それは、
E.coliにおいて遺伝子操作を可能にするColE
Iレプリコン、適切な短縮型のSCP2(低コピー
数)Streptomycesレプリコン、および栄養
菌糸で増殖期から定常期への移行の間にactプロモー
ターからの転写を誘導する、actクラスター由来のa
ctII−ORF4アクチベーター遺伝子を含む。図3
に示されるように、pRM5は、多様なactI/ac
tIIIプロモーターペアを有し、同時に、両プロモー
ターの下流に種々の加工されたPKS遺伝子の挿入を容
易にするために便利なクローニング部位を有する。pR
M5は、SCP2のpar遺伝子座を欠いている;そ
の結果このプラスミドは、わずかに不安定である(チオ
ストレプトンの非存在下で約2%が損失)。この特徴
は、目的の表現型が、このプラスミド由来の変異体PK
Sに明確に割り当てられ得ることを、迅速に確認するた
めに、故意に導入された。pRM5由来の組換えPKS
は、ほぼ、対数増殖期から定常増殖期への移行期に、良
好な収率で発現される。 【0197】pRM5は以下のように構築された。pI
J903由来の10.5kbのSphI/HindII
Iフラグメント(SCP2の稔性遺伝子座の部分およ
び複数起点、ならびにcolEI複製起点およびpBR
327由来のβラクタマーゼ遺伝子を含む)(Lydi
ate、D.J.Gene(1985)35:223)
を、1.5kbのHindIII/SphItsr遺伝
子カセットと連結しpRM1を得た。pRM5は、pR
M1のユニークなHindIIIとEcoRI部位との
間に以下の2つのフラグメントを挿入することにより構
築された:ファージfd由来の転写ターミネーター(K
hosla,C.ら、Molec.Microbio
l.(1992)6:3237)を有する0.3kbの
HindIII/HpaI(平滑)フラグメント、およ
びNcoI部位(actII−ORF4アクチベーター
遺伝子の1kb上流)(Hallam,S.E.ら、G
ene(1988)74:305;Fernandez
−Moreno,M.A.ら、Cell(1991)6
6:769;Caballero,J.L.Mol.G
en.Genet.(1991)230:401)から
actI−VII−IV遺伝子(Fernandez−
Moreno,M.A.らJ.Biol.Chem.
(1992)267:19278)の下流のPstI部
位まで伸びるactクラスター由来の10kbフラグメ
ント。 【0198】actIプロモーター(これはactII
−ORF4遺伝子産物により活性化される)の制御下に
ある任意の所望の組換え体PKSの発現を促進するため
に、PacI、NsiI、XbaI、およびPstIに
対する制限部位を、シストロン間の位置で、actDN
A中に設けた。pRM5、および本明細書に記載のすべ
てのその他のPKS発現プラスミドでは、ORF1、
2、および3対立遺伝子が、それら自身のRBSを用い
て加工されたカセットとしてこれら部位の間にクローン
化された。 【0199】特に、放線菌においては、大部分の天然に
存在する芳香族ポリケチドシンターゼ遺伝子クラスター
では、ORF1とORF2とは、翻訳共役される。組換
えPKSの構築を容易にするために、本明細書で用いら
れるORF1およびORF2対立遺伝子は、独立の(共
役していない)カセットとしてクローン化された。ac
tORF1については、以下の配列がpRM5中に設け
られた:CCACCGGACGAACGCATCGAT
TAATTAAGGAGGACCATCATG、ここで
下線の配列は、actI領域から上流のDNAに対応
し、TTAATTAAは、PacI認識部位であり、そ
してATGは、actIORF1の開始コドンである。
以下の配列が、actORF1とORF2との間に設け
られた:NTGAATGCATGGAGGAGCCAT
CATG、ここでTGAおよびATGは、それぞれ、O
RF1およびORF2の停止および開始コドンである。
ATGCATは、NsiI認識部位であり、そしてN
(actDNAではA、その他のPKS由来の対立遺伝
子ではAまたはG)のCによる置換は、翻訳脱共役(t
ranslational decoupling)を
生じる。以下の配列を、actORF2の下流に設け
た:TAATCTAGA、ここでTAAは停止コドン、
そしてTCTAGAはXbaI認識部位である。これに
より、actORF3の上流に設けられたXbaI部位
(Khosla,C.ら、Molec.Microbi
ol.(1992)6:3237)へのactORF1
およびORF2(上記のように設けられた)の融合を可
能にした。コントロールとして、pRM5と同一である
が、設けられた任意の配列を欠いているpRM2が構築
された。pRM2におけるORF1とORF2とは翻訳
共役する。CH999/pRM2およびCH999/p
RM5の生成物プロフィールの比較は、本明細書に記載
された脱共役戦略が生成物分布または生成物レベルに対
し検出可能な影響がなかったことを示した。 【0200】(実施例3:pRM5で形質転換されたC
H999を用いて産生されたポリケチド)プラスミドp
RM5を、標準の技術を用いてS.coelicolo
rCH999中に導入した。(例えば、Sambroo
kら、MolecularCloning:ALabo
ratoryManual(最新版)を参照)。pRM
5で形質転換されたCH999は、大量の黄褐色物質を
産生した。2種の最も豊富な産物を、NMRおよび質量
スペクトル分析により、アロエサポナリンII(2)
(Bartel,P.L.らJ.Bacteriol.
(1990)172:4816)およびそのカルボキシ
ル化アナログ、3,8−ジヒドロキシ−1−メチルアン
トラキノン−2−カルボン酸(1)(Cameron,
D.W.らLiebigsAnn.Chem.(198
9)7:699)(図4)と特徴付けた。2は非酵素的
な脱カルボキシル化(Bartel,P.L.らJ.B
acteriol.(1990)172:4816)に
より1から得られると推定される。化合物1および2
は、約1:5のモル比で存在した。約100mgの混合
物が、1リットルの培養から容易に精製され得た。従っ
て、CH999/pRM5宿主ベクター系は、予期され
たように機能し、顕著な量の安定な、最小限に改変され
ただけのポリケチド代謝物を産生した。1および2の生
産は、アクチノロジン生合成の提案された経路(Bar
tel,P.L.らJ.Bacteriol.(199
0)172:4816)と一致している。両代謝物は、
アクチノロジン骨格のように、C−9における単一のケ
ト還元を有する16炭素のポリケチドに由来する。 【0201】CH999を、pSEK4(actKR遺
伝子内の140bp SphI/SalIフラグメント
を、pUC19由来のSphI/SalIフラグメント
により置換したことを除いてpRM5と同一)で形質転
換したとき、得られる株は、大量の芳香族ポリケチドS
EK4(12)を産生した。この産物の正確な構造は、
デスオキシエリスロラクシン(Bartel,P.L.
らJ.Bacteriol.(1990)172:48
16)とはわずかに異なる。しかし、1,2− 13
−標識アセテートを用いるインビボのアイソトープ標識
研究により、ポリケチド骨格が8アセテートに由来する
ことが確認された。さらに、この産物の Hスペクトル
および13CNMRスペクトルの芳香族領域は、1に類
似の3環(tricyclic)構造と一致するが、任
意のケト還元を欠いている(表4参照)。 【0202】(実施例4:ハイブリッドポリケチドシン
ターゼの構築と分析) (A.act、gra、およびtcmPKS由来の成分
を含むハイブリッドPKSの構築)図1は、相同な推定
のKS/ATおよびACPサブユニット、ならびにOR
F2産物を含む、アクチノロジン(3)、グラナチシン
(4)、およびテトラセノマイシン(5)(図5に示さ
れた構造)の炭素鎖骨格を合成するためのPKSを示
す。actPKSおよびgraPKSはまたKRを有す
るが、tcmPKSでは欠いている。各クラスター由来
の対応するタンパク質は、高い程度の配列同一性を示
す。3つのクラスターにおける対応するPKSタンパク
質間の同一性百分率は、以下のようである:KS/A
T:act/gra76、act/tcm64、gra
/tcm70;CLF:act/gra60、act/
tcm58、gra/tcm54;ACP:act/g
ra60、act/tcm43、gra/tcm44。
actPKSおよびgraPKSは、C−9でケト還元
された8アセテート残基(図6)由来の同一の16個の
炭素の骨格を合成する。対照的に、図6中でまた示され
るように、tcmポリケチド骨格は、全体の炭素鎖長が
異なり(16炭素の代わりに20炭素)、ケト還元され
ておらず、そして第1の環化の位置特異性は、actお
よびgraでは炭素7と12と間である代わりに炭素9
と14との間で起こる。 【0203】特性の範囲が異なる新規ポリケチドを生成
し、そして芳香族PKSをプログラミングする局面を解
明する試みにおいて、表1で示されたように、系統的
な、最小のPKS遺伝子クラスターのシリーズを、ac
t、gra、およびtcm遺伝子クラスター由来の、O
RF1(KS/ATサブユニットをコードする)、OR
F2(CLFサブユニットをコードする)、およびOR
F3(ACPサブユニットをコードする)遺伝子産物の
種々の並べ換えを用いて、存在するact遺伝子の代わ
りにpRM5中にクローン化した。得られるプラスミド
を、上記のように、CH999を形質転換するために用
いた。 【0204】KS/AT、ORF2産物、およびPKS
のACPサブユニットの間の種々の並べ換えを含む組換
えPKS(すべての構築物はまた、actKR、シクラ
ーゼ、およびデヒドラターゼ遺伝子を含む)の産物の分
析は、シンターゼが3つのカテゴリー:ポリケチドを産
生しないグループ;化合物1を産生するグループ(少量
の2に加えて);および新規ポリケチド9(RM20と
称される)(図6)を産生するグループに、分けられ得
る(表1)ことを示した。9の構造は、この分子のポリ
ケチド骨格前駆体がC−9位置に1ヶ所ケト還元を有す
る10個のアセテート残基に由来することを示唆する。 【0205】異種のポリケチド鎖の還元および環化パタ
ーンに対するactKRの影響を調査するために、pS
EK15もまた構築した。これは、tcmORF1〜3
を含むが、actKRは欠いていた。(この構築物のa
ctKR遺伝子における欠失は、pSEK4における欠
失と同一であった。)CH999/pSEK15の分析
は、20炭素鎖の産物SEK15(13)は、テトラセ
ノマイシンCまたはその短絡(shunt)産物と同一
ではないが、類似していた。NMRスペクトル分析もま
た、完全に非還元のデカケチド骨格と一致した(表4参
照)。 【0206】すべてのact/graハイブリッドは、
推定されるアクチノロジンおよびグラナチシンポリケチ
ドの同一の構造と一致して、化合物1を産生した。各場
合において、tcm/actハイブリッドから産物が単
離され得る場合、ポリケチドの鎖長は、ORF2の供給
源に対応する天然産物の鎖長と同一であった。このこと
は、ACPまたはKS/ATではなくORF2産物が、
炭素鎖長を制御することを示唆する。さらに、本明細書
に記載されるハイブリッド(KRを欠いているもの(C
H999/pSEK4およびCH999/pSEK1
5)を除く)により産生されるすべてのポリケチドが、
1ヶ所、ケト還元されたので、(i)KRは、ケト還元
が起こるために必要でありかつ十分である;(ii)こ
の還元は、常に、最終ポリケチド骨格中のC−9位置
(鎖のカルボキシ末端から数えて)で起こる;および
(iii)非還元のポリケチドは、ケト還元された未完
成ポリケチド鎖においていく通りかの環化パターンで環
化され得るが、第1環化の位置化学(regioche
mistry)は、非還元産物においてこの環化がいか
にして起こるかにかかわらず、得られるヒドロキシルの
位置により指定されることが結論され得る。換言すれ
ば、tcmPKSは、ケトレダクターゼを含むことによ
り、新規な環化特異性を示すように加工され得る。 【0207】RM20(9)の顕著な特徴は、第1環化
後の環化のパターンである。actVII変異体由来の
ムタクチン(6)の単離は、actVII産物およびそ
のtcm同族体が、アクチノロジン(3)およびテトラ
セノマイシン(5)それぞれの生合成において第2の環
の環化を触媒することを示唆した(Sherman,
D.H.らTetrahedron(1991)47:
6029;Summers,R.G.らJ.Bacte
riol.(1992)174:1810)。RM20
(9)の環化パターンは、pRM20(9)上のact
VII遺伝子の存在にかかわらず、1およびテトラセノ
マイシンF1の環化パターンと異なる。従って、act
シクラーゼは、より長いポリケチド鎖を環化し得ないよ
うである。 【0208】予期せぬことに、最小のtcmPKSを単
独で含む株(CH999/pSEK33)は、図8で示
されるような、2つのポリケチドSEK15(13)お
よびSEK15b(16)を、ほぼ等しい量で産生し
た。しかし、化合物(13)および(16)はまたCH
999/pSEK15からも単離され、化合物(16)
の量より多い量の化合物(13)が、この構築物から単
離された。 【0209】SEK15bは新規化合物であり、その構
造は、NMRスペクトル分析、[1,2−13]酢
酸ナトリウム供給実験および質量スペクトル分析の組み
合わせにより解明された。Hおよび13CNMRの結
果は、SEK15bは、非還元のアントラキノン部分お
よびピロン部分から構成されていることを示した。
[1,2−13]酢酸ナトリウム供給実験は、SE
K15bの炭素鎖が10アセテート単位に由来すること
を証明した。SEK15bに富んだ試料の13CNMR
スペクトルから計算されたカップリング定数は、ピーク
帰属を容易にした。高速原子衝撃(FAB)質量スペク
トル分析は、C2012と一致した381(M+
)の分子量を与えた。重水素交換を用いてSEK1
5b中の各ヒドロキシルの存在を確認した。 【0210】活性シクラーゼの非存在下で環化するため
の未完成ポリケチド鎖に対してインビボで利用可能な自
由度を同定するために、組換え体S.coelicol
orCH999/pRM37により産生されたポリケチ
ド(McDanielら(1993)、上述)を分析し
た。pRM37によりコードされた生合成酵素は、tc
mケトシンターゼ/アシルトランスフェラーゼ(KS/
AT)、tcm鎖長決定因子(CLF)、tcmアシル
キャリアプロテイン(ACP)、およびactケトレダ
クターゼ(KR)である。 【0211】2つの新規化合物RM20b(14)およ
びRM20c(15)(図8)が、先にRM20(9)
を生じたCH999/pRM37の培養培地中で発見さ
れた。回収された3つの化合物の相対量は、3:7:1
(RM20:RM20b:RM20c)であった。(1
4)および(15)の構造は、質量スペクトル分析、N
MRスペクトル分析、およびアイソトープ標識実験の組
み合わせにより解明された。Hおよび13CNMRス
ペクトルは、RM20bおよびRM20cがそれぞれピ
ロン部分を含むジアステレオマーであることを示唆し
た。旋光度[α] 20は、RM20bについては+2
10.8゜(EtOH、0.55%)、そしてRM20
cについては+78.0゜(EtOH、0.33%)で
あることが見出された。[1,2−13]酢酸ナト
リウム供給実験によって、RM20b(そして推論によ
ってRM20c)の炭素鎖が、10個のアセテート単位
に由来することが確認された。重水素交換研究を、RM
20bおよびRM20cの両方の上の可能なヒドロキシ
ル基に対応するHNMRピークを同定するために実施
した。プロトンカップリング定数は、HNMRおよび
1次元デカップリング実験の結果から計算された。特
に、スペクトルの高磁場領域におけるカップリングパタ
ーンは、中央のカルビノールのメチンプロトンを取り囲
む2つのメチレン基の5−プロトンスピン系を示した。
高分解能高速原子衝撃(FAB)質量スペクトル分析
は、RM20bについて(519.0056)(M=C
)、そしてRM20cについて387.1070
(M+H)の分子量を与え、それは、C2018
(M+Cs、519.0056;M+H、38
7.1080)と一致する。これらのデータに基づき、
構造(14)および(15)(図8)を、それぞれ、R
M20bおよびRM20cに割り当てた。 【0212】Hおよび13CNMRからのデータは、
H−9とC−8上のジェミカルプロトンとの間のカップ
リング定数は、RM20bまたはRM20cについて、
それぞれ12.1または12.2、および2.5または
2.2Hzであることを示した。H−9とC−10上の
ジェミカルプロトンとの間のカップリング定数は、Rm
20bまたはRM20cについて、それぞれ9.6また
は9.7、および5.7または5.8Hzであった。こ
れらの値は、Ja,a(J9a,8aまたはJ
9a,10a)およびJa,e(J9a,8eまたはJ
9a,10e)カップリングパターンに典型的であり、
そしてRM20bまたはRm20cの両方においてH−
9がアキシアル位置であることを示す。対照的に、2つ
の分子上のC−7ヒドロキシルの化学シフトは、RM2
0bおよびRM20cについて、それぞれ16.18お
よび6.14ppmであった。これらの値は、RM20
bにおいて、C−7ヒドロキシルと適切に位置するアク
セプター原子との間に水素結合が存在し、RM20cに
は存在しないことを示す。そのような水素結合のための
最も可能性の高い候補アクセプター原子は、共役ピロン
環系におけるC−13カルボニル酸素、または孤立した
ピロン環中の架橋酸素である。後者の場合、(14)と
(15)との間を区別することが不可能であるので、前
者でありそうである。さらに、RM20bおよびRM2
0cの13CNMRスペクトルの比較によって、(1
4)および(15)間の最も大きな差異は、共役ピロン
環を構成する炭素の化学シフトにあることが明らかとな
った(C−11、C−12、C−13、C−14、およ
びC−15のそれぞれについて、+5.9、−6.1、
+8.9、−7.8、および+2.0ppm)。高磁場
および低磁場シフトが交互するこのようなパターンは、
C−7ヒドロキシルが、C−13カルボニルに水素結合
するという事実により説明され得る。何故なら、水素結
合は、C−11、C−13、およびC−15の周囲の電
子密度を減少させるが、C−12およびC−14の周囲
の電子密度を増加させると予想され得るからである。C
−7/C−13水素結合の帰属を確認するために、RM
20bおよびRM20cの交換可能なプロトンを、重水
素で置換し(DOの存在下でインキュベートすること
により)、そして試料を13CNMRにより分析した。
RM20b中のC−13ピークが、高磁場シフト(1.
7ppm)し、RM20cではしなかったことは、水素
が重水素で置換された場合のRM20bにおけるより弱
いC−7/C−13非共有結合により説明され得る。C
−13カルボニルと水素結合を形成するために、RM2
0bのC−7ヒドロキシルはエカトリアル位置を占めな
ければならない。従って、C−7およびC−9ヒドロキ
シルは、主要な異性体(RM20b)中で共役環系の同
一面(syn)上にあり、その一方、それらは少ない方
の異性体(RM20c)中では、反対側(anti)に
あると推断され得る。 【0213】CH999/pRM15、/pRM35、
および/pRM36中でポリケチドは検出され得なかっ
た。従って、いくつかのORF1−ORF2組み合わせ
のみが機能的である。各サブユニットは、少なくとも1
つの組換えシンターゼにおいて機能的であったので、タ
ンパク質発現/折り畳み問題は起こりそうもない。代わ
りに、これらの酵素複合物の異なるサブユニットの間の
不完全または抑制の会合、あるいは迅速に分解される
(失敗した)短鎖産生物の生合成は、ふさわしい説明で
ある。 【0214】(B.actおよびfren PKS由来
の成分を含むハイブリッドPKSの構築)Strept
omyces roseofulvusは、フレノリシ
ンB(7)(Iwai,Yら、J.Antibiot.
(1978)31:959)およびナナオマイシンA
(8)(Tsuzuki,K.ら、J.Antibio
t.(1986)39:1343)の両方を産生する。
10kb DNAフラグメント(以下、fren座と呼
ぶ)を、S.roseofulvusのゲノムライブラ
リー(Bibb,M.J.ら、前出)から、S.coe
licolor A3(2)のact PKSのKS/
ATおよびKR成分をコードするDNAをプローブとし
て用いてクローン化した(Malpartida,F.
ら、Nature(1987))325:818)。
(図7の構造図を参照せよ)。fren座のDNA配列
決定は、act KS/AT、CLF、ACP、KR、
およびシクラーゼをコードするものと高度の同一性を有
する遺伝子の存在を(とりわけ)示した。 【0215】新規ポリケチドを産生するために、pRM
5に存在するORF1、2、および3act遺伝子を、
表2に示されるように、対応するfren遺伝子で置換
した。上記のように構築したS.coelilcolo
r CH999を、これらのプラスミドで形質転換し
た。(act KRおよびactシクラーゼをコードす
る遺伝子もまた、これらの遺伝的構築物のそれぞれに存
在した。)上記のようにactおよびtcm PKSを
用いる同様の実験からの結果に基づいて、actKRは
全ての機能性組換えPKSの産生物を還元させ得るのに
対して、第2の環化を触媒するactシクラーゼの能力
は、fren PKSの産生物の鎖長に依存することが
予想された。 【0216】表2にまとめた結果は、殆どの形質転換体
が、芳香族ポリケチドを産生するそれらの能力によりア
ッセイされたように、機能性PKSを発現したことを示
す。主産生物の構造的分析は、産生株が2つのカテゴ
リ:化合物1(より少量のその脱カルボキシル化副生成
物(2)と共に)を合成した株、および化合物1、1
0、および11の混合物(約1:2:2の比)を合成し
た株に分類され得ることを示した。(少量の2もまた、
1を産生する全ての株に見出された)。化合物1および
2は、天然産生物として以前から分かっており、実施例
3に記載されるように、全体的にactサブユニットか
らなるPKSによって産生された代謝物であった。化合
物10および11(それぞれ、RM18およびRM18
bと称される)は、新規な構造であり、これらの化学合
成または天然産生物としての単離は以前に報告されてい
なかった。 【0217】10および11の構造を、質量スペクトル
分析、NMRスペクトル分析、およびアイソトープ標識
実験の組み合わせにより明らかにした。Hおよび13
Cスペクトル帰属を、10についての[1,2−13
]酢酸ナトリウム供給実験(以下に記載される)によ
り得られる13C−13Cカップリング定数と共に表3
に示す。化合物10の明らかな帰属を、1D核オーヴァ
ーハウザー効果(NOE)およびロングレンジヘテロ核
相互作用(HETCOR)研究を用いて樹立した。重水
素交換により、化合物10のC−15および化合物11
のC−13でのヒドロキシルの存在が確認された。2の
電界脱離(field desorption)質量分
析(FD−MS)により、C1714(282.
2952)と一致する282の分子量を示した。 【0218】先の研究は、2(および、推論による1)
のポリケチド骨格(Bartel,P.L.ら、J.B
acteriol.(1990)172:4816)が
8個のアセテート残基の繰り返し縮合とC−9での1回
のケト還元から誘導されることを示した。また、ナナオ
マイシン(8)が同一の炭素鎖骨格に由来することも主
張され得る。従って、ナナオマイシンがS.roseo
fulvus中のfren PKS遺伝子の産生物であ
ることは非常に可能性が高い。1の形成を導く第1の環
化の位置特異性は、ケト還元の位置により導かれ、これ
に対して、第2の環化の位置特異性は、actシクラー
ゼにより制御される(Zhang,H.L.ら、J.O
rg.Chem.(1990)55:1682)。 【0219】RM18(10)炭素鎖骨格を追跡するた
めに、[1,2−13]アセテートを用いるインビ
ボ供給実験を、CH999/pRM18において行い、
続いて、標識RM18(10)のNMR分析を行った。
13Cカップリングデータ(表3にまとめた)は、RM
18(10)のポリケチド骨格が9個のアセテート残基
から誘導され、続いて、恐らく非酵素的に起こる、末端
の脱カルボキシル化(C−213C共鳴が強められたシ
ングレットとして現れる)により誘導されることを示
す。さらに、C−9位のヒドロキシル基の非存在は、ケ
ト還元がこの炭素で起こることを示唆する。これらの2
つの特徴が推定のフレノリシン(7)骨格に存在すると
予想されるので、これらの結果は、ナナオマイシンを合
成することに加え、fren PKS遺伝子がS.ro
seofulvusでフレノリシンの生合成に寄与する
ことを示唆する。これは、鎖長特異性がゆるやかなPK
Sの初めてのはっきりした例であるようである。しか
し、フレノリシンの推定の骨格とは異なり、RM18
(10)のC−17カルボニルは還元されない。これ
は、pRM18由来の特異的ケトレダクターゼ、デヒド
ラターゼ、およびエノイルレダクターゼ(S.rose
ofulvus中のfren遺伝子クラスターに存在す
る)の非存在を反映し得るか、またはフレノリシン中の
炭素15〜18の異なる起源を反映し得る。 【0220】RM18(10)の形成を導く第1の環化
の位置特異性は、ケト還元の位置により導かれる;しか
し、第2の環化は、7または1とは異なって起こり、そ
してRM20(9)(先に記載される、tcm PKS
により産生されるデカケチド)に見られる環化パターン
と類似する。従って、RM20(9)の場合のように、
actシクラーゼはRM18前駆体の第2の環化を触媒
し得ないこと、およびこの続いて起こる環化(恐らく非
酵素的に起こる)は、水性環境への未完成のポリケチド
鎖の異なる部分の放出の時間的差により制御されること
が主張される。1を産生するCH999/pRM18
(およびCH999/pRM34)の能力を考慮する
と、シクラーゼがfren PKS(KS/AT、CL
F、およびACP)と共同で働き(associate
with)得ないという可能性は排除され得る。より
適切な解釈は、actシクラーゼが鎖長の異なる基質を
認識し得ないことである。これはまた、推定のRM20
(9)の生合成スキームと一致する。 【0221】表2に報告されたハイブリッドシンターゼ
の産生物のプロフィールとactおよびtcm PKS
成分の間の類似のハイブリッドとの比較(表1)は、O
RF2産生物が鎖長決定因子(CLF)であるという仮
説を支持する。酵素結合ケチドの環化による化合物9、
10および11の調製を、図8に概略的に例示する。 【0222】(実施例5:モジュールポリケチドシンタ
ーゼの構築および分析)組換えモジュールDEBS P
KS遺伝子を含む発現プラスミドは、図10に示すよう
に、温度感受性「ドナー」プラスミド(すなわち、第1
の許容温度で複製し得、そして第2の非許容温度で複製
し得ないプラスミド)由来の増加するDNAを、二重組
換えを行うことによって「受容体」シャトルベクターに
移入することにより構築された。完全なeryA遺伝子
を含むシャトルプラスミドであるpCK7(図11)
(これは、pS1から初めにクローン化された(Tua
nら(1990)Gene90:21))を、以下のよ
うに構築した。pS1由来の25.6kb SphIフ
ラグメントを、pMAK705(Hamiltonら、
(1989)J.Bacteriol.171:461
7)のSphI部位に挿入して、eryAII、ery
AIII、およびeryAIの3’末端を含むドナープ
ラスミドであるpCK6(Cm)を得た。この温度感
受性pSC101誘導体の複製が30℃で起こるが、4
4℃で終止する。受容体プラスミドであるpCK5(A
、Tc)は、eryAI開始コドン(Caffr
eyら、(1992)FEBS Lett.304:2
25)からeryAIIの始端に近接するXcmI部位
までの12.2kb eryAフラグメント、テトラサ
イクリン耐性遺伝子(Tc)をコードする1.4kb
EcoRI−BsmI pBR322フラグメント、お
よびeryAIIIの終端由来の4.0kb NotI
−EcoRIフラグメントを含む。PacI、Nde
l、およびリボソーム結合部位を、pCK5中のery
AI開始コドンで設計した。pCK5は、pRM5の誘
導体である(McDanielら、(1993)、前
出)。5’および3’相同領域(図10、縞模様区域お
よび白抜き区域)は、それぞれ4.1kbおよび4.0
kbである。MC1061 E.coliを、pCK5
およびpCK6で形質転換し(Sambrookら、前
出を参照せよ)、そして30℃でカルベニシリンおよび
クロラムフェニコール選択に供した。次いで、両方のプ
ラスミド(Ap、Cm)を有するコロニーを、カル
ベニシリンおよびクロラムフェニコールプレートにて4
4℃で再度画線した。この2つのプラスミドの間の単一
の組換え事象により形成された同時組込みだけが見られ
た。生存コロニーを、カルベニシリンの選択下で30℃
で繁殖させ、第2の組換え事象を通して同時組込みの分
解(resolution)を強制した。pCK7組換
え体を増やすために、コロニーを、カルベニシリンプレ
ートにおいて44℃で再度画線した。得られたコロニー
の約20%は、所望の表現型(Ap、Tc、C
)を示した。最後のpCK7候補物を、制限マッピ
ングにより徹底的に検査した。対照プラスミドである、
eryAIでフレームシフト誤差を含むpCK7fを、
同様の方法で構築した。pCK7およびpCK7fを、
E.coli ET12567(MacNeil(19
88)J.Bacteriol.170:5607)に
形質転換させて、メチル化されていないプラスミドDN
Aを生成し、続いて、標準プロトコールを用いてStr
eptomyces coelicolor CH99
9に移入した(Hopwoodら、(1985)Gen
etic manipulation of Stre
ptomyces.A laboratory man
ual.The John Innes Founda
tion:Norwich)。 【0223】R2YE培地でのCH999/pCK7の
成長に伴い、微生物は、2つのポリケチド(図X)を大
量に産生した。この成長培地にプロピオネート(300
mg/L)を添加することにより、ポリケチド産生物の
収率が約2倍増加した。プロピオン酸−1−13C供給
実験と共に、プロトンおよび13CNMRスペクトル分
析により、6dEB(17)としての主産生物が確認さ
れた(>40mg/L)。少量の産生物を、8,8a−
デオキシオレアンドリド(18)として同定し(>10
mg/L)、これは、6dEB生合成経路中のプロピオ
ネートに代わるアセテート開始ユニットに由来するよう
である。13酢酸ナトリウム供給実験により、(1
8)へのアセテートの組込みが確認された。DEBS
1、DEBS2、およびDEBS3であると推定される
3つの高分子量タンパク質(>200kDa)(Caf
freyら、(1992)FEBS Lett.30
4:225)もまた、SDS−ポリアクリルアミドゲル
電気泳動により、CH999/pCK7の粗抽出物中に
確認された。CH999/pCK7fからは、ポリケチ
ド産生物が確認されなかった。 【0224】それゆえ、新規ポリケチド、およびポリケ
チドを組換えに産生する方法が開示されている。本発明
の好ましい実施態様がやや詳細に記載されているが、明
らかな改変は、添付の請求の範囲により定義される本発
明の精神および範囲から逸脱するこく行われることが理
解される。 【0225】 【表1】 【0226】 【表2】 【0227】 【表3】【0228】 【表4】 【0229】 【発明の効果】本発明は、新規ポリケチド、ならびに組
換え技術を用いて新しいポリケチドおよび公知のポリケ
チドの両方を効果的に生産する。特に、種々のポリケチ
ドの産生を順番に触媒するポリケチドシンターゼを産生
するために使用される新規な宿主−ベクター系を得る。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [0001] TECHNICAL FIELD (Cross-reference of related applications)
Request for US Patent Application filed on December 8, 1993
No. 08 / 164,301, a continuation-in-part application
Patent application No. 08 / 164,301 was filed in September 1993.
U.S. patent application Ser. No. 08 / 123,73, filed on the 20th.
No. 2 continuation application (from this application, U.S. Pat.
Priority is claimed under Article 0).
The entire disclosure is incorporated herein by reference. [0002] BACKGROUND OF THE INVENTION (Technical Field) The present invention generally relates to
It relates to tide and polyketide synthases. More specific
The present invention then employs a novel host-vector system,
It relates to recombinant production of polyketide. BACKGROUND OF THE INVENTION Polyketides are natural products
A large, structurally diverse family. Polykechi
Has a wide range of properties, including antibiotic and pharmacological properties.
Has biological activity. For example, polyketides are
Antibiotics such as cyclin and erythromycin,
Anticancer containing daunomycin
Agents, immunosuppressants (eg, FK506 and Rapamisi
(Rapamycin), as well as veterinary production
Products (eg, monensin and
Represented by avermectin)
It is. Polyketides are present in most types of microorganisms and
Is particularly abundant in actinomycetes, a class of mycelial bacteria.
You. This actinomycete produces various polyketides. [0004] Polyketide synthase (PKS) is a fat
A multifunctional enzyme related to acid synthase (FAS)
You. PKS is an acylthioester (usually acetyl,
Between propionyl, malonyl or methylmalonyl)
Through repeated Claisen condensation (decarboxylation)
Catalyze the biosynthesis of polyketides. Following each condensation,
These are at the β-keto group of the growing polyketide chain.
Reduction circuits including keto reduction, dehydration, and enoyl reduction
Catalyze all, some, or none
This introduces a structural change into the product. Carbon chain
After growing to the characteristic length of each particular product,
Is a synthase by thiolysis or acyl transfer
Is released. Therefore, PKS is a defined polyketide
Consists of a family of enzymes that work together to produce
It is. Contributes to the changes seen in naturally occurring polyketides
Are the genetically programmed chains of each PKS
The choice of length, chain building units, and controlled variation of the reduction circuit
It is. [0005] There are two general classes of PKS.
One class, known as Type I PKS, is Erythro
PKS for macrolides like mycin
expressed. These "complexes" or "modules (m
Odular) "PKS is a multi-function large tank
Including the assembly of protein,
In between, for each step of carbon chain assembly and modification
With a separate set of active sites (Cortes,
J. Et al., Nature (1990) 348: 176; D
onadio, S.M. Et al., Science (1991) 2
52: 675; MacNeil, D .; J. Et al., Gene
(1992) 115: 119). This structural diversity
From changes in the number and type of active sites in PKSs.
Occurs in the class. PKS of this class is 1 of PKS
Number of active sites in the next sequence and clustering and polyke
It shows a one-to-one relationship with the tide skeleton. [0006] A second class of PKS is the type II P
Called KS, by the synthase for aromatic compounds
Be represented. Type II PKS is a single set of anti-
Has an active site that can be used again (Bibbb, M .;
J. EMBO J. et al. (1989) 8: 2727; S
Herman, D .; H. Et al., EMBOJ. (1989)
8: 2717; Fernandez-Moreno,
M. A. J. et al. Biol. Chem. (1992) 2
67: 19278). [0007] Streptomyces is an aromatic poly
Actinomycetes, a mass producer of ketides. To date
In each Streptomyces aromatic PKS studied
Has three open readings in the carbon chain assembly
Requires the product of a frame (ORF). ORF1
Are keto synthase (KS) and acyl transfer
ORF2 encodes the active site of Rase (AT);
Encodes a protein similar to the product of ORF1
Lacks the KS and AT motifs; and ORF3
Encodes another acyl carrier protein (ACP)
I do. [0008] Streptomyces coelic
color is a blue-colored polyketide acti
It produces actinorhodin. A
Cutinorhodin gene cluster (act) is cloned
(Malpartida, F. and Hopwo)
o.d. A. Nature (1984) 309: 4.
62; Malpartida, F .; And Hopwood
d, D. A. Mol. Gen. Genet. (198
6) 205: 66), and completely sequenced (F
ernandez-Moreno, M .; A. J. et al. B
iol. Chem. (1992) 267: 19278;
Hallam, S.M. E. FIG. Et al., Gene (1988) 7
4: 305; Fernandez-Moreno, M .;
A. Et al., Cell (1991) 66: 769; Caba.
llero, J .; Et al., Mol. Gen. Genet.
(1991) 230: 401). This cluster is
PKS enzymes, cyclases and
A series of processes involved in a continuous modification reaction leading to actinorhodin
Regulatory enzymes and proteins involved in the export of this antibiotic
Specifically activates transcription of proteins and this gene cluster
Encodes at least one protein to be converted. Anti
Overall control of biosynthesis of biomaterials, as well as polyketide production
The starting material for synthesis (acetyl-CoA) and elongation material
Ronyl CoA) Other artifacts needed for the supply of units
The gene is located elsewhere in the genome. S. act remains from coelicolor
The gene cluster is S. Actinoro in parvulus
It has been used to produce gin. Malpart
ida, F .; And Hopwood, D .; A. Nat
ure (1984) 309: 462). Bartel et al.
(J. Bacteriol. (1990) 172: 48.
16-4826) has four loci, actI, act
III, actIV and actVII. c
Transformation with oelicolor act gene cluster
S. aloe sapo using galilaeus
Naline (alesaponarin) by recombination
Produced. Contains the basic act gene, but granaticin
(Granaticin), oxytetracycline,
Tetracenomycin
PKS of frenolicin and frenolicin
Hybrid PKS with ACP gene
Designed, these express functional synthases
obtain. Khosla, C et al. Bacteriol.
(1993) 175: 2197-2204. Hopwo
o.d. A. (Nature (1985) 31)
4: 642-644) is a hybrid using recombinant technology.
Describes the production of polyketides. Sherma
n, D. H. (J. Bacteriol. (199)
2) 174: 6184-6190) is a transformer,
S. The corresponding grana from violaceorber
Act PKS inheritance using thycin (gra) gene
Various S. americans lacking different components of the child cluster co
transformation of the elicolor mutant has been reported. However, until now, virtually native
Genetic manipulation that lacks all natural PKS gene clusters
Recombinant production of polyketides using isolated host cells is described.
Not. [0011] SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a novel polycarbonate
And new polyketides using recombinant technology.
And the efficient production of both known and polyketides.
Make it an issue. [0012] Means for Solving the Problems In one aspect, a book
The invention relates to the polyketide synthase (PKS) gene class
Expression in its native, untransformed state
A genetically modified cell, wherein said genetically modified cell
Introduces virtually all native PKS gene clusters
For cells that lack. In a preferred embodiment, the present invention provides an
A genetically engineered cell, which is a nuclear cell. In a further preferred embodiment, the present invention
Is the genetically engineered cell, which is an actinomycete. In a further preferred embodiment, the present invention
Is an actinomycete belonging to the genus Streptomyces,
Genetically modified cells. In a further preferred embodiment, the present invention
Is Streptomyces coelicolor
The genetically engineered cell is: In a further preferred embodiment, the present invention
Is the all native actinorhodin PKS gene class
Genetically engineered cells that are substantially devoid of protein. In a further preferred embodiment, the present invention
Is the genetically engineered cell equivalent to strain CH999.
Vesicles. In a preferred embodiment, the present invention relates to
Any of the above genetically engineered cells, wherein: (A) encodes a PKS capable of catalyzing the synthesis of a polyketide
A replacement PKS gene cluster; and (b) the PK
One or operably linked to the S gene cluster
A further regulatory sequence, whereby this gene
This gene in the cluster is
Control sequences that can be transcribed and translated at
Replacement PKS gene cluster is the entire PKS gene set
At least one PKS gene or control
The component is a cell that is heterologous to this cell. In a further preferred embodiment, the present invention
Indicates that the substituted PKS gene cluster is a PKS ketosi.
Of Peptide and PKS acyltransferase
The first gene encoding the site (KS / AT), PKS
A second gene encoding a chain length determinant (CLF)
PKS acyl carrier protein (ACP)
Genetically modified cells containing a third gene to be loaded
It is. In a further preferred embodiment, the present invention
Indicates that the replacement PKS gene cluster is
A fourth gene encoding ketoreductase (KR)
The genetically engineered cells. In a further preferred embodiment, the present invention
Indicates that the replacement PKS gene cluster is
Contains a fifth gene encoding cyclase (CYC)
That is, the genetically engineered cells. In a further preferred embodiment, the present invention
Indicates that the replacement PKS gene cluster is
The above, comprising the sixth gene encoding dehydratase;
Genetically modified cells. In a further preferred embodiment, the present invention
Means that the PKS KS / AT gene is actinorhodin
KS / AT gene, granaticin KS / AT gene, te
Tracenomycin KS / AT gene, frenolicin B
KS / AT gene, oxytetracycline KS / A
From the T gene and the glyceusin KS / AT gene
Derived from the PKS KS / AT gene selected from the group
The genetically engineered cells. In a further preferred embodiment, the present invention
Is that the PKS CLF gene is actinorhodin CL
F gene, granaticin CLF gene, tetracenomy
Syn CLF gene, frenolicin B CLF gene,
Xytetracycline CLF gene, and griseus
PKS CL selected from the group consisting of CLF genes
The genetically engineered cells derived from the F gene. In a further preferred embodiment, the present invention
Indicates that the PKS ACP gene is an actinorhodin AC
P gene, granaticin ACP gene, tetracenomy
Syn ACP gene, frenolicin B ACP gene,
Xytetracycline ACP gene, and griseus
PKS AC selected from the group consisting of ACP genes
The genetically engineered cells derived from the P gene. In a further preferred embodiment, the present invention
Indicates that the PKS KR gene is an actinorhodin KR gene.
Gene, granaticin KR gene, tetracenomycin K
R gene, frenolicin B KR gene, oxytetra
Cyclin KR gene and glycesin KR gene
Derived from a PKS KR gene selected from the group consisting of
The genetically engineered cells. In a further preferred embodiment, the present invention
Is that each of the first, second and third genes is
The genetically engineered cells contained in another expression cassette
It is. In a further preferred embodiment, the present invention
Indicates that the other expression cassette is present in a single vector.
The genetically engineered cells. In a further preferred embodiment, the present invention
Means that the other expression cassette is two or more vectors
The genetically engineered cells present in the vector. In a further preferred embodiment, the present invention
Indicates that the replacement gene cluster is a PKS acyltran
First gene encoding spherase (AT), PK
S ketoacyl carrier protein synthase (KS)
Encoding second gene, PKS acyl carrier protein
PKS Keto, a third gene encoding protein (ACP)
PK, a fourth gene encoding reductase (KR)
A fifth gene encoding S dehydratase (DH),
Sixth encoding PKS enoyl reductase (ER)
And a gene encoding thioesterase (TE)
A genetically engineered cell comprising a seventh gene,
You. In a further preferred embodiment, the present invention
Means that the gene is 6-deoxyerythronolide B synth
The above-mentioned genetic manipulations derived from the
Cells. [0033] In one aspect, the present invention provides a recombinant polypeptide.
A method for producing liqutide, comprising: (A) providing a population of any of the above cells; and
And (b) the replacement PKS gene cluster present in this cell
Culture of this population of cells under conditions in which
The method comprising: [0034] In one aspect, the present invention provides a recombinant polypeptide.
A method for producing liqutide, comprising: a. Donor First Part of Replaced PKS Gene Cluster
PKS gene cluster inserted into plasmid and replaced
Inserting the second part of the plasmid into the receptor plasmid.
Here, the first and second parts are completely
Collectively encode the replacement PKS gene cluster,
here: i. This donor plasmid carries the first selectable marker.
Can be replicated at a first permissive temperature, and
Expresses a gene that cannot replicate at room temperature; ii. This receptor plasmid carries a second selectable marker.
Express the encoding gene; and iii. This donor plasmid is used for homologous recombination.
This first part of the replacement PKS gene cluster and this replacement
What happens between this second part of the PKS gene cluster and
So that the DNA region in this receptor plasmid
Contains a region of complementary DNA, which allows for complete replacement
A step in which a gene cluster can be generated; b. The donor plasmid and the acceptor plasmid
To a host cell and the first permissive temperature
And the first and / or the second selection marker
Under conditions that allow the growth of host cells expressing the
Culturing the transformed host cells to produce a first population of cells;
Forming step; c. A second non-permissible temperature and the first and / or
Conditions for growing cells expressing the second selectable marker.
Culturing this first population of cells under a
Producing a population of
Includes a recombinant plasmid containing the S-substituted gene cluster
Including host cells; d. A recombinant plasmid from this second population of cells is
Transformed into the genetically engineered cells,
Producing a genetically modified cell; and e. The transformed, genetically engineered cells are
This replacement PKS gene cluster present in cells
Culturing under the conditions presented, And a method comprising: In a preferred embodiment, the present invention
After the step (c), the first allowable temperature and the second
Conditions for Proliferating Cells Expressing One Selectable Marker
And culturing the second population of cells.
The above method. In a preferred embodiment, the invention relates to
The first and second PKS gene clusters.
The part is the 6-deoxyerythronolide B synthase gene
The above method derived from a child cluster. In a preferred embodiment, the invention relates to
A polyketide produced by any of the methods described above.
You. [0038] In one aspect, the present invention provides a recombinant vector
And the following: (A) D containing the module replacement PKS gene cluster
NA sequence; and (b) operably linked to this DNA sequence.
Control element that is linked to the DNA
The sequence can be transcribed and translated in the host cell, and at least
One of the regulatory elements is heterologous to the nucleotide sequence.
A recombinant vector comprising certain regulatory elements. In a preferred embodiment, the invention relates to
The replacement gene cluster is 6-deoxyerythronori.
The recombinant B, which is
Is a doctor. [0040] In one aspect, the present invention provides
PCK7. In a preferred embodiment, the present invention relates to
A host cell transformed with any of the vectors described above.
You. In one aspect, the present invention provides the following:
Model: [0043] Embedded image The polyketide compound having
And R1Is selected from the group consisting of hydrogen and lower alkyl.
Selected and R2Is hydrogen, lower alkyl, and lower
Selected from the group consisting of primary alkyl esters, or
R1And R2Is optionally one to four hydroxyl groups
Or a lower alkylene bridge substituted with a lower alkyl group
Together; R3And R5The water independently
Element, halogen, lower alkyl, lower alkoxy, amine
, Lower alkyl mono- or di-substituted amino, and
And nitro; R4Is a haloge
, Lower alkyl, lower alkoxy, amino, lower alkyl
From killed mono- or di-substituted amino and nitro
Selected from the group consisting of: R6Is halogen, lower alkyl
And -CHR7-(CO) R8Selected from the group consisting of
Where R7And R8Is, independently, hydrogen
And lower alkyl; and i
Is a polyketide compound which is 1, 2, or 3
You. In a preferred embodiment, the present invention provides
1Is lower alkyl; R2, R 3, And R5But water
Prime; R6Is -CHR7-(CO) -R8Is;
And the compound wherein i is 0. In a preferred embodiment, the present invention provides
1Is methyl and R6Is -CH2-(CO)-
CH3The above compound is In a preferred embodiment, the present invention provides
1And R6Is lower alkyl; R2, R3, And
And R5Is hydrogen; and i is 0
It is. In a preferred embodiment, the invention relates to
1And R6Is methyl. In a preferred embodiment, the present invention provides
1And R2Are linked together to form a lower alkylene bridge
-CHR9-CHR10Where R9and
R1 0Is independently hydrogen, hydroxyl, and lower
The above compound selected from the group consisting of alkyl.
You. In a preferred embodiment, the present invention provides
1And R2Are linked together to form a lower alkylene bridge
-CH2The above compound which forms -CHOH-. In a preferred embodiment, the invention relates to
3And R5Is hydrogen; and i is 0,
Compound. In a further preferred embodiment, the present invention
Is R6Is -CHR7-(CO) -R8And here
And R8Is hydrogen or lower alkyl;
It is. In a further preferred embodiment, the present invention
Is R6Is -CH2-(CO) -CH3Is the above
It is a compound. In a further preferred embodiment, the present invention
Is R6Is a lower alkyl. In a further preferred embodiment, the present invention
Is R6Is methyl. In one aspect, the present invention provides the following:
Model: [0057] Embedded image The present invention relates to a polyketide compound having In one aspect, the present invention provides the following:
Model: [0060] Embedded image The present invention relates to a polyketide compound having In one aspect, the present invention provides the following:
Construction: [0063] Embedded image By catalytic cyclization of an enzyme-linked ketide having
Regarding the polyketide compound formed, where R
11Is methyl, -CH2(CO) CH3And -CH
2(CO) CH2(CO) CH3Selected from the group consisting of
R12Is -SE and -CH2(CO) -S-
Selected from the group consisting of E;
Polyketide synthase produced by the engineered cells
Represents, RThirteenAnd R14One of which is hydrogen,
And the other is hydroxyl, or RThirteenAnd R
14And polyketide, taken together to represent carbonyl
Compound. In a preferred embodiment, the present invention provides
11Is methyl and R12Is -CH2(CO)
The above compound, which is -SE. In a preferred embodiment, the present invention provides
11Is -CH2(CO) CH3And R12But
The above compound, which is -SE. In a preferred embodiment, the present invention relates to
11Is -CH2(CO) CH3And R12But
-CH2The above compound, which is (CO) -SE. In a preferred embodiment, the present invention provides
11Is -CH2(CO) CH2(CO) CH3And
And R12Is -CH2(CO) -SE, the above
Compound. In a preferred embodiment, the present invention relates to
ThirteenAnd R14One of is hydrogen and the other
Is the above compound, wherein is hydroxyl. In a preferred embodiment, the present invention relates to
ThirteenAnd R14Together form a carboxyl moiety
And the above compound. In one aspect, the present invention provides the following:
Model: [0072] Embedded image The polyketide compound having
And R2The moieties are independently hydrogen, lower alkyl, and
And lower alkyl esters; R
4Is halogen, lower alkyl, lower alkoxy,
, Lower alkyl mono- or di-substituted amino, and
And nitro; and i is 0,
1 or 2, which is a polyketide compound. In a preferred embodiment, the present invention relates to
2Is hydrogen, and i is 0.
You. In one aspect, the present invention provides the following:
Model: [0076] Embedded image The polyketide compound having
And R2The moieties are independently hydrogen, lower alkyl, and
And lower alkyl esters; R
4Is halogen, lower alkyl, lower alkoxy,
, Lower alkyl mono- or di-substituted amino, and
And nitro; and i is 0,
1 or 2, which is a polyketide compound. In a preferred embodiment, the present invention relates to
2Is hydrogen, and i is 0.
You. In one aspect, the present invention provides the following:
Model: [0080] Embedded image The polyketide compound having
And R2The moieties are independently hydrogen, lower alkyl, and
And lower alkyl esters; R
4Is halogen, lower alkyl, lower alkoxy,
, Lower alkyl mono- or di-substituted amino, and
And nitro; and i is 0,
1 or 2, which is a polyketide compound. In a preferred embodiment, the present invention provides
2Is hydrogen, and i is 0.
You. In one aspect, the present invention provides the following:
Model: [0084] Embedded image A polyketide compound having In one aspect, the present invention provides the following:
Model: [0087] Embedded image A polyketide compound having In one aspect, the present invention provides the following:
Model: [0090] Embedded image And a polyketide compound having [0092] In one aspect, the present invention provides an aromatic polyether
A method for producing ricketides, having the following structure: [0093] Embedded imageCyclizing an enzyme-linked ketide having
Wherein R11Is methyl,-
CH2(CO) CH3And -CH2(CO) CH
2(CO) CH3Selected from the group consisting of: R
12Is -SE and -CH2From (CO) -SE
Is selected from the group consisting of:
Represents a polyketide synthase produced by the cells,
RThirteenAnd R14One of which is hydrogen, and the other
Is hydroxyl or RThirteenAnd R14And
Together, they represent a carbonyl, where cyclization is
It is a method induced by ricketide synthase. In a preferred embodiment, the present invention provides
11Is methyl and R12Is -CH2(CO)
The above method, wherein the method is -SE. In a preferred embodiment, the present invention relates to
11Is -CH2(CO) CH3And R12But
The above method, wherein the method is -SE. In a preferred embodiment, the present invention relates to
11Is -CH2(CO) CH3And R12But
-CH2The above method, wherein the method is (CO) -SE. In a preferred embodiment, the present invention provides
11Is -CH2(CO) CH2(CO) CH3And
And R12Is -CH2(CO) -SE, the above
Is the way. In a preferred embodiment, the present invention provides
ThirteenAnd R14One of is hydrogen and the other
Is a hydroxyl group. In a preferred embodiment, the present invention relates to
ThirteenAnd R14Together form a carboxyl moiety
This is the method described above. [0101] DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Summary of the Invention)
Riketides and new polyketides using recombinant technology
New, which effectively produce both
Provide a regular method. More specifically, the novel host
Use vector systems to catalyze the production of various polyketides
A PKS is also made. Such polyketides are
As a biomaterial, antitumor agent, immunosuppressant, and a wide range of others
Useful for pharmacological purposes. Therefore, in one embodiment, the present invention
Ming is a polyketide synthase (PKS) gene cluster
Expression in its native, untransformed state.
Regarding the genetically engineered cells, the genetically engineered cells
Virtually all native PKS gene clusters are missing
Have been. In another embodiment, the present invention provides a method as described above.
For genetically engineered cells, where the cells are:
(A) encodes a PKS capable of catalyzing the synthesis of a polyketide
The replacement PKS gene cluster; and (b) the PKS gene cluster.
One or operably linked to a KS gene cluster
Is a further regulatory sequence, which
The genes in the offspring cluster are located in this engineered cell.
A control sequence, which can be transcribed and translated at
PKS gene cluster contains the entire PKS gene set
Sometimes at least one PKS gene or regulatory element
The element is different from this cell. In a particularly preferred embodiment, the gene
The manipulated cells are Streptomyces coe
licolor and the cells are substantially native
Complete actinorhodin PKS gene cluster missing
And the replacement PKS gene cluster
Activities of synthase and PKS acyltransferase
First gene encoding sex site (KS / AT), PK
A second gene encoding an S chain length determinant (CLF),
And PKS acyl carrier protein (ACP)
A third gene to be loaded. In another embodiment, the present invention provides
A method for producing a polyketide
Comprises the following steps: (A) providing a population of the above cells; and (b)
The replacement PKS gene cluster present in this cell is expressed
Culturing a population of cells under the conditions to be performed. In still another embodiment, the present invention
Relates to a method for producing recombinant polyketides.
Comprises the following steps: a. Donor First Part of Replaced PKS Gene Cluster
PKS gene cluster inserted into plasmid and replaced
Inserting the second part of the plasmid into the receptor plasmid.
Here, the first and second parts are completely
Collectively encode the replacement PKS gene cluster,
here: i. This donor plasmid carries the first selectable marker.
Can be replicated at a first permissive temperature, and
Expresses a gene that cannot replicate at room temperature; ii. This receptor plasmid carries a second selectable marker.
Express the encoding gene; and iii. This donor plasmid contains a homologous recombination
First part of KS gene cluster and replacement gene class
As may occur with the second part of the receptor
Includes a region of DNA complementary to the DNA region in the plasmid
This produces a complete replacement gene cluster.
Steps that can be performed; b. The donor and acceptor plasmids
Transforming the primary cells and a first permissive temperature;
Host expressing first and / or second selectable marker
Under transformed cell conditions, transform the transformed host cells.
Culturing to produce a first population of cells; c. A second non-permissible temperature and a first and / or second
For growing host cells expressing different selectable markers
Culturing the first population of cells to produce a second collection of cells.
Producing a population of cells, wherein the cells comprise complete PKS
Contains recombinant plasmids containing replacement gene clusters
Including a host cell. d. Claiming recombinant plasmids from the second population of cells
Transfected into the genetically engineered cells of item 1 and transformed;
Producing a genetically modified cell; and e. The transformed, genetically engineered cells can be
In which the substituted PKS gene cluster present in Escherichia coli is expressed
Culturing under conditions. In still another embodiment, the present invention provides
Relates to a polyketide compound having the structural formula (I): [0108] Embedded image Here, R1Is hydrogen and lower alkyl
And R is selected from the group consisting of2Is hydrogen, lower
Select from the group consisting of alkyl and lower alkyl esters
Or R1And R2Is one to four hydro
Lower optionally substituted with a xyl group or a lower alkyl group
Forming an alkylene bridge together;3And R5Is
Independently hydrogen, halogen, lower alkyl, lower alcohol
Xy, amino, lower alkyl mono- or di-substituted
Selected from the group consisting of mino and nitro; R4Is
Halogen, lower alkyl, lower alkoxy, amino, low
Primary alkyl mono- or di-substituted amino and nitro
Selected from the group consisting of: R6Is hydrogen, lower alkyl
And -CHR7-(CO) R8Selected from the group consisting of
Where R7And R8Is, independently, hydrogen
And lower alkyl; and i
Is 1, 2, or 3. In another embodiment, the present invention provides:
Regarding the novel polyketide having the structure: [0111] Embedded image [0112] Embedded imageIn another embodiment, the present invention provides a method comprising:
Formation by catalytic cyclization of an enzyme-linked ketide having (II)
Regarding the compound polyketide used: [0114] Embedded image Here, R11Is methyl, -CH2(C
O) CH3And -CH2(CO) CH2(CO) CH
3Selected from the group consisting of: R12Are -SE and
And -CH2(CO) -SE selected from the group consisting of:
Here, E is produced by the genetically engineered cells.
And R represents a polyketide synthase;Thirteenand
R14One is hydrogen and the other is hydroxy
Syl or RThirteenAnd R14Are both Carbo
Represents nil. In yet another embodiment, the present invention
Relates to a method for producing an aromatic polyketide, comprising:
Performs the cyclization of an enzyme-linked ketide having the structure (II)
Cyclization to polyketide synthase
More induced. In a further embodiment, the present invention provides
For a polyketide compound having structural formula (III): [0118] Embedded image Here, R2And R4Is defined above
And i is 0, 1 or 2
is there. In another embodiment, the present invention provides a method comprising:
For the polyketide compound having formula (IV): [0121] Embedded image Here, R2, R4And i are structural formulas
The definition is the same as that for (III). In still another embodiment, the present invention provides
Relates to a polyketide compound having the structural formula (V): [0124] Embedded image Here, R2, R4And i are structural formulas
The same as defined above for (III)
You. These and other embodiments of the present invention
Given the disclosure in the specification, those skilled in the art can easily make the
Will. (Detailed Description of the Invention)
Chemistry, microbiology, molecular biology and
Utilize conventional methods within the art of recombinant DNA technology.
You. Such techniques are explained fully in the literature.
See, for example, Sambrook et al., Molecular Cl.
oning: A Laboratory Manual
(Latest version); DNA Cloning: A Practi
cal Approach, Volumes I and II (DG
lover edition); Oligonucleotide S
ynthesis (edited by N. Gait, latest edition); Nuc
leic Acid Hybridization
(Edited by B. Hames and S. Higgins, latest
Edition); Transcription and Tran
slation (B. Hames and S. Higgi
ns, latest edition). Regardless of the foregoing or the following,
All publications, patents and patent applications cited in
Is incorporated herein by reference in its entirety.
You. As used herein and in the appended claims.
Singular forms "a", "an" and "the"
Wraps the plural unless the context clearly indicates otherwise.
Include. Therefore, for example, "polyketide (a pol
yketide) ”refers to a mixture of polyketides.
And "polyketide synthase (a polyket).
"ide synthase)" means polyketide
And mixtures of synthases. (A. Definition) In describing the present invention, the following
Terms used and defined as shown below
Is intended. The “substituted PKS gene cluster” is
In the transformed host cell,
Subject to one or more conformance control elements
In some cases, a PKS gene capable of producing functional PKS
Means any set. Functional PKS is polyke
It catalyzes the synthesis of metal. The term "substituted PKS inheritance
“Child cluster” means one or more polyke
Various proteins required to catalyze the production of
Contains genes encoding quality. "Replacement PKS gene class
Stars are all that are found in the corresponding natural cluster
Need not be included. Rather, this gene group
Raster is required to catalyze the production of active polyketides.
It is only necessary to code the required PKS components. So
Therefore, as described further below, this gene
Raster, for example, has 8 genes in their native state
And only three of these genes are active
If necessary to provide liquetide, these three remains
Only the presence of the gene is required. In addition, this cluster
May include a PKS gene from a single species, or
In fact, for example, classes for the synthesis of other polyketides
Specific polynucleotide that is replaced by the corresponding gene from
C with genes from the cluster for the synthesis of tide
It can be an hybrid. Hybrid clusters
From both Ip and Type II PKS
The gene may be included. As described above, type I P
KS encompasses several large multifunctional proteins,
In between, each step of carbon chain assembly and modification
With a separate set of active sites. On the other hand, Thailand
II PKS is a single active site that is used repeatedly.
With a set of These classifications are well known. example
See Hopwood, D .; A. And Khosla,
C. Secondary metabolites: t
hair function and evoluti
on (1992) Wiley Chichester
(Ciba Foundation Symposium
m 171) pp. 88-112; Bibb, M .; J. Et al.,
EMBO J.S. (1989) 8: 2727; Sherm.
an, D .; H. EMBO J. et al. (1989) 8: 2.
717; Fernandez-Moreno, M .; A.
J. et al. Biol. Chem. (1992) 267: 1
9278); Courtes, J .; Et al., Nature (1
990) 348: 176; Donadio, S .; S
science (1991) 252: 675; MacNe.
il, D .; J. Et al., Gene (1992) 115: 11.
9. A hybrid cluster is illustrated here and
And further described below. Included in the gene cluster
The gene does not need to be a native gene, but
These variants or analogs may be used. Mutant or
Analog is one or more of the coding sequences
Can be prepared by deletion, insertion or substitution of nucleotides
You. Techniques for modifying nucleotide sequences (eg,
Mutagenesis is described, for example, in Sambrook et al.
DNA Cloning, Volumes I and II, supra;
Nucleic Acid Hybridizatio
n, described above. The “substituted PKS gene cluster” also
Modifications to core polyketide catalyzed by PKS
Genes, which may include, for example,
For example, hydroxylase, methylase or other alkyla
Enzyme, oxidase, reductase, glycotransfection
Enzyme, lyase, ester synthase or amide
Synthase, and various hydrolases (eg, S
Terases and amidases)
Can be As described further below, replacement genetics
The genes contained in the offspring cluster are located on the same plasmid.
Does not need to be present or is on the same plasmid
Can be controlled by the same or different control sequences
You. "Genetically modified host cells"
Active PKS gene cluster uses recombinant DNA technology
Means a host cell that has been deleted. Souyu
This term does not, however, encompass naturally occurring mutational events.
“Host cells” are prokaryotic microbes cultured as a single cell
Cells from an organism or a eukaryotic cell line,
Receiving a recombinant vector with the PKS gene cluster
It can or has been used as a condition. This
The term refers to the progeny of the original cell that was transfected.
Include. The progeny of a single parent cell may be accidental or intentional
Due to mutation, its morphology or genomic DNA or whole
The DNA complement is not necessarily completely identical to the original parent cell
It is understood that it cannot be obtained. Related properties (eg, desired
Presence of the nucleotide sequence encoding PKS)
Progeny of this parent cell, sufficiently similar to the parent cell to be marked
Are included in this definition and are covered by the above terms
It is. The term “heterologous” means that
When referring to nucleic acid sequences such as sequences and control sequences,
Sequences that would not normally associate with the region of the recombinant construct, and
And / or sequences that do not normally associate with specific cells
You. Therefore, the "heterologous" region of the nucleic acid construct is
Other nuclei not found in natural association with offspring
Identifiable nucleic acids within or bound to acid molecules
Segment. For example, heterogeneous regions of the construct
Found in a state naturally associated with the loading sequence
Include coding sequences flanked by sequences that are not
obtain. Another example of a heterogeneous coding sequence is this code.
Sequence itself (for example, different from the native gene)
(Synthetic sequence with multiple codons)
It is a structure. Similarly, constructs not normally present in the host cell
The host cell transformed with
It is considered a seed. As used herein
Alternatively, an allelic or naturally occurring mutation event is a heterologous D
Does not generate NA. “Coding sequence” or specific PKS
Can be in vitro or in vivo.
And when placed under the control of appropriate regulatory sequences,
Transcribed into peptides (for DNA) and translated
(In the case of mRNA) the nucleic acid sequence. Coding sequence
Borders the 5 '(amino) terminal initiation codon and 3'
Determined by the translation stop codon at the (carboxy) terminus
You. The coding sequence may be prokaryotic or eukaryotic mRNA.
NA-derived cDNA, prokaryotic DNA or eukaryotic DNA
Genomic DNA sequences, and even synthetic DNA sequences
But not limited to these. The transcription termination sequence is
Usually located 3 'of the coding sequence. A “nucleic acid” sequence is a prokaryotic sequence, a eukaryotic mRN.
A, cDNA from eukaryotic mRNA, eukaryotic (eg, mammalian
Classification) Genomic DNA sequence derived from DNA, and synthetic DNA
Even sequences can be included, but are not limited to these. For this
The term also refers to the known base analog of any DNA and RNA.
Include sequences containing logs. These base analogs
Is, for example, 4-acetylcytosine, 8-hydroxy-
N6-methyladenosine, aziridinyl cytosine, pso
Idoisocytosine, 5- (carboxyhydroxylmethyl
L) uracil, 5-fluorouracil, 5-bromoura
Sil, 5-carboxymethylaminomethyl-2-thiou
Lacil, 5-carboxymethylaminomethyluracil,
Dihydrouracil, inosine, N6-isopentenylyl
Denine, 1-methyladenine, 1-methylpseudoura
Syl, 1-methylguanine, 1-methylinosine, 2,
2-dimethylguanine, 2-methyladenine, 2-methyl
Luguanine, 3-methylcytosine, 5-methylcytosine
, N6-methyladenine, 7-methylguanine, 5-
Methylaminomethyluracil, 5-methoxyaminomethyl
Ru-2-thiouracil, β-D-mannosyl cuoshi
(Β-D-mannosylqueosine),
5'-methoxycarbonylmethyluracil, 5-methoxy
Ciuracil, 2-methylthio-N6-isopentenylyl
Denine, uracil-5-oxyacetic acid methyl ester, c
Racyl-5-oxyacetic acid, oxybutoxocin, psoy
Douracil, queosine, 2-
Thiocytosine, 5-methyl-2-thiouracil, 2-thio
Uracil, 4-thiouracil, 5-methyluracil,
N-uracil-5-oxyacetic acid methyl ester, urashi
Le-5-oxyacetic acid, pseudouracil, Cuoshi
, 2-thiocytosine, and 2,6-diaminopurine
But not limited thereto. Transcription termination sequence
Is usually located 3 'of the coding sequence. [0138] DNA "control sequences" refers to promoter sequences.
Sequence, ribosome binding site, polyadenylation signal,
Collection of transcription termination sequence, upstream regulatory domain, enhancer, etc.
Collectively, these are the
Collectively provide transcription and translation of the signaling sequence. Desired
As long as the gene can be transcribed and translated, these regulatory sequences
Need not necessarily be present in the recombinant vector.
No. "Operably linked" refers to the arrangement of elements.
Where the component so described is
They are arranged to perform their normal functions. therefore,
The control sequence operably linked to the coding sequence comprises:
Expression of this coding sequence can be effected. The control array is
As long as they directly affect their expression,
It does not need to be adjacent to a column. So, for example, translated
Not transcribed intervening sequence is a promoter sequence
Between the coding sequence and the promoter
-The sequence is still "operably linked" to the coding sequence.
Have been ". A “selectable marker” is a marker that
A task that can be used to select a population of cells with nom
Mean genetic marker. Examples of selection markers
Is an auxotrophic marker (this marker
Are nutrients or supplements (eg, thymidine, diamino
With or without pimelic acid or biotin)
Selected by ability to grow in minimal medium);
Kerr (this marker allows cells to be the only carbon source
Its ability to grow on minimal media containing appropriate sugars
Or a dye colony containing the appropriate dye or dye substrate.
Selected by the ability of the cells to form cells); and drugs
Substance resistance marker (this marker allows cells to
Or more suitable drugs (eg, tetracycline)
, Ampicillin, kanamycin, streptomycin
Or nalidixic acid)
Selected by ability). “Recombination” refers to the sequence between two DNA molecules.
Reassembly of sections of DNA sequence. "Homologous recombination"
Homologous or complementary nucleotides present in each DNA molecule
Between two DNA molecules that hybridize by sequence
Happens. As used herein, the term “alkyl”
Is a branched or unbranched structure of 1 to 24 carbon atoms
(E.g., methyl, ethyl, n-pro
Pill, isopropyl, n-butyl, isobutyl, t-butyl
Chill, octyl, decyl, tetradecyl, hexadecyl
, Eicosyl, tetraeicosyl, etc.).
Preferred alkyl groups herein are from 1 to 12 carbons
Contains elemental atoms. The term “lower alkyl” refers to
Of 6 carbon atoms, preferably 1 to 4 carbon atoms
Intended for alkyl groups. As used herein, the term “alkyl
Is a difunctional group containing 1 to 24 carbon atoms
Means a saturated branched or unbranched hydrocarbon chain of
This includes, for example, methylene (-CH2−), Ethylene
(-CH2-CH2-), Propylene (-CH2-CH
2-CH2-), 2-methylpropylene [-CH2-C
H (CH)3-CH2-], Hexylene [-(CH2)
6−]. “Lower alkylene” means 1
From 6 to 6, more preferably from 1 to 4 carbon atoms.
Means a kylene group. As used herein, the term “alkoxy”
"S" means an atom linked through a single terminal ether bond.
An alkyl group is intended; that is, an "alkoxy" group is
-OR can be defined as where R is as defined above
Alkyl. “Lower alkoxy” groups refer to one to six
, More preferably one containing 1 to 4 carbon atoms.
A lkoxy group is intended. “Halo” or “halogen” refers to fluoro
Intended for b, chloro, bromo or iodo, and
Usually relates to halo substitution of hydrogen atoms in organic compounds. Halo
Of these, chloro and fluoro are generally preferred. "Any" or "arbitrarily" means
The event or situation described may or may not occur
That this event or situation has not occurred.
And examples that do not occur. example
For example, the expression "optionally substituted alkylene" refers to an alkyl
That the ren moiety can be substituted or unsubstituted;
And the specification have unsubstituted alkylene and substitution
Is meant to include both alkylenes. (B. General Method) The core of the present invention is a novel method.
And efficient recombinant production of both known and polyketides.
Discovery of a host-vector system. In particular, the present invention
A gene wherein the naturally occurring PKS gene is substantially deleted
Use the engineered cells. These host cells are
Various PKS gene clusters for production of ricketides
Can be transformed with a recombinant vector encoding Book
The invention provides for the production of large quantities of product at the appropriate stage of the growth cycle.
provide. The polyketide produced in this way is
Depending on the type of polyketide, many diseases may be therapeutic.
It can be used to treat a disease. For example, the method
Some of the polyketides produced are immunosuppressants,
As an antitumor agent, as well as viruses, bacteria and parasites
It finds use for the treatment of infections. Polyketide set
The ability to produce by replacement also depends on PKS and their
Provides powerful tools to characterize the mechanism of action
You. More specifically, recombination of the target polyketide
The host cell for the production is a recombinant PKS gene class.
Derived from any organism capable of hosting
obtain. Therefore, the host cells of the invention can be prokaryotic or
It can be from any eukaryote. But the preferred inn
The main cells are hyphal-type, a large producer of many polyketides
It is constructed from actinomycetes, a class of bacteria.
You. A particularly preferred genus for use with the system of the invention is
Streptomyces. So, for example,
S. ambofaciens, S.A. avermitil
is, S. azureus, S.A. cinnamonen
sis, S.P. coelicolor, S.C. curaco
i, S. erythraeus, S.E. fradiae,
S. galilaeus, S.A. gloussen
s, S.S. hygroscopicus, S .; lived
ans, S.M. parvulus, S.P. peucetiu
s, S.S. rimosus, S .; roseofulvu
s, S.S. thermotolerans, S.M. viol
aceorber et al., a host cell convenient for the present invention.
And among others, S.I. coelicolor is preferred
No. (See, for example, Hopwood, DA and She.
rman, D .; H. Ann. Rev .. Genet. (1
990) 24: 37-66; O'Hagan, D .; Th
e Polyketide Metabolites
(Ellis Horwood Limited, 19
91) Various polyketide producing organisms and their natural
See product description). The cells described above can be prepared using standard techniques (eg, homologous
(By recombination) using naturally occurring cells from this cell
Genetically engineered by deleting the PKS gene
You. (See, for example, Khosla, C. et al., Molec. M.
microbiol. (1992) 6: 3237.
Yo). Illustrated herein are genetically engineered
S. coelicolor host cells. S. coe
Licolor native strains are aromatic polyketides
PK catalyzing the biosynthesis of cutinolodine (structure 3, Fig. 5)
Produce S. The new strain S. coelicolo
r CH999 (FIG. 2C and described in the Examples).
) By homologous recombination. coelicolor
  All natural act clusters from CH1 chromosome are deleted
(Khosla, CM)
olec. Microbiol. (1992) 6:32.
37). This strain lacks the endogenous plasmid and
Colored S. coelicolor antibiotic
Undecylprodigiosin (undecylprodi)
giosin) has a stable mutation that blocks biosynthesis
are doing. [0150] The host cells described above may comprise one or more host cells.
Vector to obtain a functional PK
Collectively code the S sets. This vector contains the PK
Native or hybrid set of S subunits
Combinations or variants thereof may be included. Explained earlier
As shown, the replacement gene cluster
It does not need to match the gene cluster,
Only encoding the necessary PKS components that catalyze production
is necessary. For example, each Str studied to date
In eptomyces aromatic PKS, carbon chain assembly
Li has three open reading frames (ORFs)
Requires the product of ORF1 is a keto synthase
Activity of (KS) and acyltransferase (AT)
Encoding a sex site (KS / AT);
As described, ORF2 is a chain length determinant (CL
F) encodes (protein similar to ORF1 product)
But lacks the KS and AT motifs; and OR
F3 co-locates another acyl carrier protein (ACP)
To load. Some gene clusters also
Ketoreductase (K) involved in cyclization of the polyketide backbone
R) and cyclase. (Three Ps in FIG. 1
(See schematic diagram of KS gene cluster). Only
However, to produce identifiable polyketides, KS /
Only AT, CLF and ACP need to be present
Was found. Therefore, Streptomyce
s-derived aromatic PKS, these three genes
Is one-step, without the other components of the native cluster.
Or more contained in the recombinant vector
A replacement PKS gene cluster may be constructed. Furthermore, the recombinant vector contains a single PKS
May contain genes from the gene cluster, or
Can contain the hybrid substituted PKS gene cluster, eg
For example, this cluster is
The gene is replaced with the corresponding gene from another gene cluster.
Has been replaced. For example, ACP affects product structure
Easily exchange between different synthases without
It has been found that they can be interchanged. Further, the predetermined KR is different
Can recognize and reduce polyketide chains of
You. Accordingly, these genes have been described herein.
Can be freely exchanged in different constructs. Therefore,
Light substitution clusters produce identifiable polyketides
Any of the PKS gene sets that ultimately function to
It can be derived from a combination. Examples of hybrid replacement clusters include 2
One or more act gene clusters, frenoli
Shin (fren), granaticin (gra), tetrase
Nomycin (tcm), 6-methylsalicylic acid (6-m
sas), oxytetracycline (otc), tetra
Cyclin (tet), erythromycin (ery),
Griseusin, Nanaomycin
(Nanamycin), medelmycin (mede
rmycin), daunorubicin (daunorubi)
cin), tyrosine (tylosin), carbomacy
(Carbomycin), spiramycin (spi)
ramycin), avermectin (avermect)
in), monensin, nonactin
(Nonactin), kuramyc (curamyc)
in), rifamycin and
Candicidin synthase inheritance
Clusters with genes derived from offspring clusters
No. (For various PKS discussions,
See Hopwood, D .; A. And Sherman,
D. H. Ann. Rev .. Genet. (1990) 2
4: 37-66; O'Hagan, D .; The Pol
yketide Metabolites (Ellis
  Horwood Limited, 1991).
Let's do it.) More specifically, many hybrid genetics
Child clusters have been constructed herein and these are
And 2, act, fren, tcm and
And components from the gra gene cluster. Go
Some hybrid clusters have coelico
new and known polyketides in lorCH999
Could be functionally expressed (above). But as above
In addition, other hybrid gene clusters are identifiable
For production of polyketides, use the disclosure herein to
It can be easily produced and screened. For example,
Collection of actinomycetes
ORFs 1 and 2 randomly cloned from
A library of homologs can be constructed and identified
Could be screened for different polyketides. Longer
Polyketides also produce PKSs that produce the correct length chains.
A homolog derived from a gene cluster, for example, act,
Place the gra, fren or tcm cyclase gene
By exchange, it could be cyclized. Finally, naturally occurring
Among certain aromatic PKSs, non-acetate starters
-There is a considerable degree of variation in units;
Therefore, these units can also
Can be used to obtain ketides. Further, the recombinant vector is
It may include genes from the PKS gene cluster. That
Such gene clusters are described in more detail below.
You. The recombinant vector having the above-described gene cluster
Is conveniently produced using techniques known in the art.
Can be done. For example, the PKS subunit of interest is PK
Using recombinant methods from organisms expressing the S subunit
Thus, for example, cDNA derived from cells expressing this gene or
Or by screening genomic libraries
Or a vector known to contain this gene
Can be obtained by obtaining this gene from Then
The gene is isolated and standardized using standard techniques.
With the desired PKS subunit. problem
If the gene is already present in the appropriate expression vector,
If it is, for example,
It can be combined in situ as desired. Remains of purpose
Genes are also produced synthetically, rather than cloned.
obtain. The nucleotide sequence is the specific amino acid sequence desired.
Can be designed with the appropriate codons for In general,
Select a codon suitable for the intended host in which the sequence is expressed
Is done. Overlapping oligos prepared by standard methods
The complete sequence is assembled from the nucleotides, and
Assembled into a complete coding sequence. For example,
Edge (1981) Nature 292: 756;
Nambair et al., (1984) Science 22.
3: 1299; Jay et al., (1984) J. Am. Biol.
Chem. 259: 6311. For native PKS subunit sequences
Mutations can be made, and such variants are
Variant works with other PKS subunits
Collectively catalyze the synthesis of obtainable and identifiable polyketides
As long as it can be used instead of the native sequence. That
Such a mutation is, for example, a synthetic oligonucleotide having a mutation.
Prepare otide and perform restriction endonuclease digestion
Used to mutate the gene encoding the PKS subunit
Using the conventional technique by inserting
Live arrays. (For example, Kunkel,
T. A. Proc. Natl. Acad. Sci. US
A (1985) 82: 448; Geisselsode.
et al., BioTechniques (1987) 5: 7.
86). Alternatively, the mutation is a mismatch primer
(Generally 10-20 nucleotides in length).
The primer can be used to bind mismatched duplexes.
Native nucleotide sequence at temperatures below the solution temperature
(Generally cDNA corresponding to RNA sequence)
To This primer has the primer length and
By keeping the base composition within relatively narrow limits, and
Specific production by centering mutant bases
I can do it. Zoller and Smith, Method
sEnzymol. (1983) 100: 468. Plastic
Immer extension is performed using DNA polymerase,
The product is cloned and the primer is
Clones containing the mutated DNA obtained from the isolation of
You. Selection changes as a hybridization probe
This can be done using heterologous primers. This technology also
It can be applied to generate multiple point mutations. For example, D
albie-McFarland et al., Proc. Nat
l. Acad. SciUSA (1982) 79: 640.
See No. 9. PCR mutagenesis also provides the desired mutation.
Will find use. The replacement PKS gene cluster is collectively
The gene sequence to be loaded is determined using a method known to those skilled in the art.
It can be inserted into one or more expression vectors. Departure
The current vector can operate on the desired PKS coding sequence
And a control sequence linked to the function. For use in the present invention
Suitable expression systems for eukaryotic host cells and prokaryotic hosts
Includes systems that function in primary cells. But explained above
Thus, prokaryotic systems are preferred, and in particular, S
Treptomycespp. Is particularly heavy
It is important. The control elements for use in such a system are:
A promoter, optionally containing an operator sequence, and
It contains a bosome binding site. Particularly useful promoters are
P, such as one or more act promoters
Contains control sequences from the KS gene cluster. But,
Galactose, lactose (lac) and maltose
Such as promoters derived from sugar metabolizing enzymes such as
Other bacterial promoters may also be present in the constructs of the invention.
Find use. A further example is tryptophan (tr
p), β-lactamase (bla) promoter system, bac
Biosynthetic enzymes such as Teriophage λPL and T5
Includes promoter sequences from In addition, tac promo
(US Pat. No. 4,551,433).
Synthetic promoters are also not found in nature, but
Functions in host cells. Other regulatory sequences may also be desired,
Regulates the expression of PKS replacement sequences in relation to host cell growth.
Enable clauses. Regulatory sequences are known to those skilled in the art, and
Examples of leverage include gene expression, chemical or physical
(T) in response to a stimulus (including the presence of a modulatory compound)
adjustment to turn on or turn off
Contains an array. Other types of regulatory elements (eg,
Hanser sequence) may also be present in the vector. The selection marker may also be a recombinant expression vector.
May be included within. Useful in selecting transformed cell lines
Yes, and generally cells grow in a suitable selective medium
Phenotype on the transformed cell
Various markers are known, including genes that give So
Markers such as, for example,
Contains genes that confer resistance or sensitivity. Or
Some polyketides are inherently colored and this feature
The signature is a cell that has been successfully transformed with the construct of the present invention.
Native (built-in) markers for selecting vesicles
Offer. The various PKS subunits of interest are
Together with control elements or, for example, control of a single promoter
One or more sets under the control of one cassette
It can be cloned into a replacement vector. PKS Sub Uni
The kit includes other PKS sites, including adjacent restriction sites.
Allows easy deletion and insertion of
As a result, a hybrid PKS can be generated. Such yu
The design of a unique restriction site is known to those skilled in the art, and
As described above, such as site-directed mutagenesis and PCR
Can be achieved using the techniques of Using these techniques, the techniques described herein
New shuttle vector for polyketide production
The normal plasmid pRM5 (FIG. 3 and Example 2) was constructed.
Was. Plasmid pRM5 contains PacI, NsiI and
And KS / AT (ORF) flanked by XbaI restriction sites
1), CLF (ORF2) and ACP (ORF3) P
Contains the act gene encoding the KS subunit. Subordinate
Thus, similar PKS genes encode similar
The (analogous) PKS subunit is present
Act gene can be easily replaced. (For example, parent plastic
Hybrid vector using pRM5 as the sumid
See Example 4 describing the construction). Shuttle plasmid
Also, actKR gene (actIII), cyclase
Gene (actVII), and putative dehydratase
Gene (actIV) and ColEI replicon
(Allows transformation of E. coli), appropriate truncation
Type (truncated) SCP2*(Low copy number) S
Treptomyces replicon and act class
ActII-ORF4 activator remains from star
Genes (during the transition from growth to stationary phase in vegetative mycelium)
To induce transcription from the act promoter).
pRM5 is a diverse actI / actIII promoter
Have a pair. [0162] The recombinant vector of the present invention is placed in a suitable host.
Methods of introduction are known to those skilled in the art, and are typically
Is CaCl2Or of a divalent cation and DMSO
And the use of other such agents. DNA is also
Introduced into bacterial cells by electroporation
obtain. Once PKS is expressed, polyketide production
Knee can be identified and isolated using known techniques.
obtain. The polyketide produced is then further characterized
Can be As explained above, the above recombination method
Also, polyketide catalysts with large module PKS
Find usefulness in biosynthesis. For example, 6-deoxye
Lithronolide B synthase (DEBS)
6-deoxyerythronolai, which is a mycin aglycone
Catalyzes the biosynthesis of de B (17). Three openly
Coding frames (eryAI, eryAII, and
eryAIII) encodes a DEBS polypeptide;
And Saccharopolysporeeryth
32 kb in the ery cluster of the raea genome
ing. Each of these genes is called a “module”
It is organized in six repeating units, referred to as: Each model
Joules encode a set of active sites,
The site is responsible for the growth of additional monomers during polyketide biosynthesis.
Catalyzes condensation on the chain. Each module is an acyl tiger
Transferase (AT), β-ketoacyl carrier tan
Protein synthase (KS) and acyl carrier tan
Protein (ACP) and a subset of reducing active sites
(Β-keto reductase (KR), dehydratase (D
H), enoyl reductase (ER)) (FIG. 9).
No. The number of reduction sites in the module is
Corresponding to the degree of β-keto reduction in End of module
The thioesterase (TE) encoded by
It seems to catalyze the formation. EryAI, eryAII and eryA
Large size of III and the presence of multiple active sites
For these genes, using in vivo recombination technology
And in genetically engineered host cells such as CH999
Can be conveniently cloned into a suitable plasmid for expression of
You. As described in Example 5 and summarized in FIG.
Describes a derivative of plasmid pMAK705 (Ham
ilton et al., (1989) J. Am. Bacteriol.
171: 4617), using temperature-sensitive donor plus
Mid (capable of replicating at a first permissive temperature and a second non-permissive
Cannot replicate at temperature) and the receptor plasmid.
Enables ex vivo recombination. Cloned like this
The eryA gene is pRM5 (McDaniel et al.,
(1993) Science 262: 1546)
Give body pCK7. Control plasmid pCK7
f to construct a frameshift mutation in eryAI
I did. pCK7 and pCK7f are E. coli. to coli
ColEI replicons for genetic manipulation in
Shortened SCP2*(Low copy number) Streptomy
ces replicon. These plasmids are
Various actI / actIII promoter pairs and
And actII-ORF4 (from these promoters)
Necessary for transcription and in vegetative mycelium from anagen
Activators that activate expression during the transition to stationary phase
-Gene). High level expression of the PKS gene
Occurs at the onset of the stationary phase of thread growth; thus, the recombinant strain
Is a metabolite as if it were natural
Ter "polyketides. Synthesized by a large module PKS
Saccharide, β-lactide
Toms, fatty acids, aminoglycosides, terpenoids,
Like bososome peptides, prostanoid hormones, etc.
Other polyketides may be produced as secondary metabolites. Using the above recombinant method, many polyke
Was produced. These compounds have the general structure
Having (I) [0167] Embedded image Where R1, R2, R3, R4, R5, R
6, R7, R8And i are as defined above.
You. One group of such compounds is here: R1Is low
Lower alkyl, preferably methyl; R2, R3,
And R6Is hydrogen; R6Is -CHR7-(CO)
-R8And i is 0. Such compounds
The second group of is here: R1And R6Is a lower alk
R, preferably methyl; R2, R3, And R5
Is hydrogen; and i is 0. Such a compound
A further third group of objects is here: R1And R2Is together
To lower alkylene bridge -CHR9-CHR10
Where R9And R10The water independently
Hydrogen, hydroxyl and lower alkyl (e.g., -CH
2-CHOH-); R3and
R5Is hydrogen; R6Is -CHR 7-(CO) -R
8, Where R8Is hydrogen or lower alkyl (eg,
If -CH2-(CO) -CH3); And i is
0. Specific examples of such compounds include:
Including the following compounds 9, 10 and 11: [0169] Embedded image Other novel polyketides within the scope of the present invention are
Has the following structure: [0171] Embedded image[0172] Embedded image Compounds 9, 10, 11, 12, 13, 1
The preparation of 4, 15 and 16 comprises the use of an enzyme having the structure (II)
This is done by cyclization of the elementally linked polyketide: [0174] Embedded image Here, R11, R12, RThirteenAnd R
14And E are the same as defined above. This
Examples of compounds such as: R11Is methyl, and
R1 2Is -CH2A first group which is (CO) -SE; R
11Is -CH2(CO) CH3And R12But
A second group that is -SE; R11Is -CH2(CO) C
H3And R12Is -CH2(CO) -SE
A third group that is; and R11Is -CH2(CO) CH
2(CO) CH3And R12Is -CH 2(C
O) -SE, and a fourth group (of the structure of FIG. 8).
See specific examples). The remaining structure included in the general formula (I),
That is, structures other than 9, 10 and 11 are in the organic chemistry field.
Using conventional organic synthesis methods well known to those skilled in the art,
9, 10 or 11 can be prepared. These methods
Is, for example, H. O. Moden by House
Synthetic Reactions, 2nd edition (M
enlo Park, CA: The Benjamin
/ Cummings Publishing Comp
any, 1972); March, Adva
nounced Organic Chemistry: Re
action, Mechanisms and Str
result 4th edition (New York: Wiley
-Interscience, 1992),
These disclosures are incorporated herein by reference.
You. Typically, as will be appreciated by those skilled in the art, aromatic rings
A simple electrophilic aromatic addition for incorporation of substituents into
Reactions are involved. Structures 12 and 13 are modified in a similar manner.
Can be modified to produce polyketides. These polyketz
Are also intended to be within the scope of the present invention. Further, using the above recombination method, the following
Polyketide compounds having the general formula were produced:
(III) [0178] Embedded image Formula (IV) [0180] Embedded image And the general formula (V) [0182] Embedded image Structural formulas (III), (IV) and (V)
Particularly preferred compounds of the formula are2Is hydrogen, and i
Is 0. C. Experiment The following are implementations of particular embodiments for practicing the present invention.
It is an example. These examples are provided for illustrative purposes only.
Provided to limit the scope of the invention in any case
Not intended to be. Numbers used (eg, amount, temperature, etc.)
Tried to ensure the accuracy of the
Experimental errors and deviations should of course be tolerated. (Materials and Methods) (Bacterial strain, plasmid, and culture conditions) coel
icolor CH999 with all plasmids
Used as host for transformation. Build this strain
This will be described below. DNA manipulation, Escherichi
a coli MC1061. Plasmid
To E. coli ET12567 (dam dcm
hsdS Cmr) (MacNeil, DJJB)
acteriol. (1988) 170: 5607).
Through S. Before transformation of coelicolor
Non-chilled DNA was generated. E. FIG. coli strain
Was grown under standard conditions. S. coelicolor
Strains were grown on R2YE agar plates (Hopwo
o.d. A. Et al., Genetic manipula
Tion of Streptomyces. A la
Boratory manual. The John I
nnes Foundation: Norwich, 1
985). Manipulation of DNA and microorganisms. Polymerase
Chain reaction (PCR) was recommended by the enzyme manufacturer
Under conditions Taq polymerase (Perkin Elme)
rCetus). Standard in vitro technology
Was used for DNA manipulation (Sambrook
Et al., Molecular Cloning: A Lab
operative manual (latest version)). E. FIG. co
li, Bio-Rad E.I. E. coli pulse device B
io-Rad. Using the protocol provided by
It was transformed. S. coelicolor, the standard
Transformation (Hopwood, DA).
Et al., Genetic manipulation of
Streptomyces. A laboratory
  manual. The John Innes Fo
undation: Norwich, 1985)
Transformants to 500 mg / ml thiostrepton
-Selection using 2 ml of burley. Construction of plasmid containing recombinant PKS
Construction. All plasmids have the pRM5 induction described below.
Conductor. fren PKS gene
PCR with adjacent 5 'and 3' restriction sites
The position of the cloning site of pRM5 (ie,
PacI-NsiI for RF1, ORF2
NsiI-XbaI, and XbaI for ORF3
-PstI). Subcloning
Following sequencing and sequencing, the amplified fragment was
Cloned to the position of the corresponding fragment in M5
To generate a plasmid for transformation. Polyketide production and purification. The first screen
For leaning, all strains are about 30 ml each
Confluence on 10-30 plates containing agar medium
They were grown at 30 ° C. for 6-8 days as entrons.
Need to get enough material for full characterization
As such, additional plates were made. CH999
Can be used to screen for potential polyketides.
It was a positive control. Cut the agar into small pieces,
And ethyl acetate / 1% acetic acid or ethyl acetate: methanol
(4: 1) / 1% acetic acid. Then concentrated
The extract was purified by silica gel (Baker 40 mm) chromatography.
Pass through a chromatography column with ethyl acetate / 1% acetic acid
Flash. Alternatively, extract the Florisil
Column (Fisher Scientific)
And ethyl acetate: ethanol: acetic acid (17: 2:
Eluted in 1). The first yellow fraction is separated from the preparative reverse phase (C
-18) Acetonitrile / column on column (Beckman)
High speed using a 20-60% gradient of water / 1% acetic acid
Further purification by liquid chromatography (HPLC)
did. Monitor absorption at 280 nm and 410 nm
did. In general, the yield of purified product from these strains
About 10 mg / l for Compounds 1 and 2 (FIG. 4)
And 5 mg for compounds 7 and 8 (FIG. 7)
/ L. SEK4 (12) was produced and produced as follows.
And purified. CH999 / pSEK4, 90 agar plates
At 30 ° C for 7 days on a plate (about 34 ml / plate).
Lengthened. Slice the agar and in the presence of 1% acetic acid
With ethyl acetate / methanol (4/1) (3 × 1000 m
Extracted in l). Following removal of the solvent under reduced pressure, 1%
200 ml of ethyl acetate containing acetic acid were added. Sediment
Is filtered off and the solvent is evaporated to dryness
Was. The product mixture is applied to a Florisil column (Fi
she Scientific) and 3%
Elution was performed with ethyl acetate containing acetic acid. First 100m
One fraction was collected and concentrated to 5 ml. Methaneau
1 ml was added and the mixture was kept at 4 ° C. overnight.
The precipitate was collected by filtration and washed with ethyl acetate
850 mg of pure product was obtained. Rf= 0.48
(1% acetic acid in ethyl acetate). NMR fraction for SEK4
Table 4 shows the results of the analysis. FAB HRMS (NBA),
M +H+, Calculated m / e 319.0818, measured m
/ E 319.0820. SEK15 (13) and SEK15b
CH999 / pSEK15 to produce (16)
Are grown on 90 agar plates and the product is SE
Extracted in the same manner as for K4. Mix the mixture in Florisi
column (ethyl acetate with 5% acetic acid)
Combine product-containing fractions and evaporate to dryness
I let it. The product was purified by preparative C-18 reverse phase HPLC (B
eckman) (mobile phase: acetonitrile in the presence of 1% acetic acid)
(Tril / water = 1/10 to 3/5 gradient)
And further purified. The yield of SEK15 (13) is 250
mg. R f= 0.41 (1% acetic acid in ethyl acetate
Le). Table 4 shows the results of NMR analysis on SEK4.
You. FAB HRMS (NBA), M + H +, calculated m
/ E 385.923, measured m / e 385.09
20. [1,2-ThirteenC2] Acetate supply
Experiment. Each modified NMP medium (Struch, E. et al.
Et al., Mol. Microbiol. (1991) 5: 2.
89) Two 2 liter flasks containing 400 ml
To S. coelicolorCH999 / pRM1
8, CH999 / pSEK4 or CH999 / pSE
Inoculate spores of K15 and in shaker
Incubated at 30 ° C. and 300 rpm. Each frus
[1,2-ThirteenC2] Sodium acetate (Aldr
ich) 50 mg was added at 72 and 96 hours
I got it. After 120 hours, the cultures were pooled and two times
Extracted with 500 ml volume of ethyl acetate / 1% acetic acid. Yes
The phase was retained and purified as described above.ThirteenC
NMR data for CH999 / pRM18 product
About 2-3% increase; 0.5-1% increase for SEK4
In addition, a 1-2% increase is observed for SEK15 and SEK15. NMR spectrum analysis. RM18 (10)
(FIG. 8) was analyzed by Nicolet NT-
All spectra were converted to Varia except for 360
Recorded with nXL-400.ThirteenContinuous C spectrum
Broadband proton decoupling. RM
For the study of NOE on 18 (10), one-dimensional differences were calculated.
Method (one-dimensional diffusion)
response method) was used. All compounds
To DMSO-d6(Sigma, 99+ atomic% D)
And compare spectra with solvent as internal standard
did. The hydroxyl resonance is2O (Aldrich,
99 atomic% D) and check for loss of signal
Identified. [0194] EXAMPLES (Example 1: S. coelicolor CH)
999)). coelicolor host cells
Manipulate genes to remove native act gene clusters
Removed and a host cell designated CH999 is shown in FIG.
Using the strategy shown, S.D. coelicolorCH1
(Khosla, C. Molec. Microbio
l. (1992) 6: 3237).
(CH1 is S. coelicolorB385 (Ru
dd, B. A. M. GeneticsofPigmen
tedSecondaryMetabolitesin
Streptomycescoelicolor (19
78) Doctoral dissertation, University of EastA
nglia, Norwich, England)
T). CH1 is a polyketide antibiotic actinorhodin
Enzymes involved in biosynthesis and secretion (export)
Act gene cluster to be loaded. This cluster
-Indicates several post-PKS biosynthetic genes (cyclization, aromatic
Involved in homologation and subsequent chemical modification (FIG. 2A)
Gene, including the adjacent PKS gene
You. There are also genes that activate act gene transcription
I do. The act gene cluster is described in Khosla, C .;
Et al., Molec. Microbiol. (1992)
6: 3237 using homologous recombination as described in
Deleted from H1. In particular, the plasmid pLRemETs (see FIG.
2B) was constructed with the following features: pBR322
ColEI replicon from pSG5 and temperature sensitivity from pSG5
Replicon (Muth, G et al., Mol. Gen. Ge)
net. (1989) 219: 341), ampicillin.
And thiostrepton resistance markers, and act
2 kb BamHI / Xho from 5 'end of cluster
I fragment, 1.5 kbermE fragment (K
hosla, C.E. Et al., Molec. Microbio
l. (1992) 6: 3237), and the act class
1.9 kb SphI / PstI fragment from the 3 'end of the
Separation cassette including fragment. The 5 'fragment is
BamHI site 1 (Malpartida, F. and
Hopwood, D .; A. Nature (1984) 3
09: 462; Malpartida, F .; And Ho
pwood, D.C. A. Mol. Gen. Genet.
(1986) 205: 66) to the XhoI site downstream
Up to The 3 'fragment has a PstI site 20
Upstream to the SphI site 19.2 (Fe
rnandez-Moreno, M .; A. J. et al. Bi
ol. Chem. (1992) 267: 19278).
The 5 'and 3' fragments (D shaded in FIG. 2)
NA) is the same relative as in the act cluster
Directionally cloned. CH1 is pLRermEt
s. This plasmid was subsequently
Candidate transformation by non-selective streaking at 39 ° C
Saved by the body. Lincomycin resistance, thiostrepto
Is sensitive and cannot produce actinorhodin
Isolate some colonies and Southern Blottin
Checked by bug. One of them is called CH999
did. Example 2 Production of Recombinant Vector pRM5
PRM5 (FIG. 3) expresses PKS on CH999
This was the shuttle plasmid used for that is,
E. FIG. ColE enables genetic manipulation in E. coli
I replicon, appropriate shortened SCP2*(Low copy
Number) Streptomyces replicon and nutrition
During the transition from the growth phase to the stationary phase, the act promoter
A from the act cluster that induces transcription from
ctII-ORF4 activator gene. FIG.
As shown in pRM5, various actI / ac
It has a tIII promoter pair and simultaneously
The insertion of various engineered PKS genes downstream of the
It has a convenient cloning site for ease of use. pR
M5 is SCP2*Lacks the par locus;
As a result, this plasmid is slightly unstable (thio
About 2% loss in the absence of strepton). This feature
Indicates that the target phenotype is a mutant PK derived from this plasmid.
To quickly confirm that they can be clearly assigned to S
Intentionally introduced. Recombinant PKS from pRM5
Is good during the transition from logarithmic growth phase to stationary growth phase.
Expressed in good yield. [0197] pRM5 was constructed as follows. pI
A 10.5 kb SphI / HindII from J903
I fragment (SCP2*Part of the fertility locus and
And multiple origins, and colEI origin of replication and pBR
327-derived β-lactamase gene) (Lydi
ate, D.E. J. Gene (1985) 35: 223).
With the 1.5 kb HindIII / SphItsr gene
This was ligated with the daughter cassette to obtain pRM1. pRM5 is pR
Between the unique HindIII and EcoRI sites of M1
By inserting the following two fragments between
Built: transcription terminator from phage fd (K
hosla, C.E. Et al., Molec. Microbio
l. (1992) 6: 3237).
HindIII / HpaI (blunt) fragments and
And NcoI site (actII-ORF4 activator
(1 kb upstream of the gene) (Hallam, SE et al., G
ene (1988) 74: 305; Fernandez.
-Moreno, M .; A. Et al., Cell (1991) 6
6: 769; Caballero, J .; L. Mol. G
en. Genet. (1991) 230: 401)
The actI-VII-IV gene (Fernandez-
Moreno, M .; A. J. et al. Biol. Chem.
(1992) 267: 19278) PstI section downstream
10kb fragment from act clusters
And The actI promoter (this is the actII promoter)
-Activated by ORF4 gene product)
To enhance the expression of any desired recombinant PKS
To PacI, NsiI, XbaI and PstI
The restriction site for actDN at the position between the cistrons was actDN.
A. pRM5, and all of the components described herein
In all other PKS expression plasmids, ORF1,
Two and three alleles use their own RBS
Cloned between these sites as a processed cassette
Was Particularly, in actinomycetes, most of naturally occurring actinomycetes
Existing aromatic polyketide synthase gene cluster
Then, ORF1 and ORF2 are translationally conjugated. Recombination
In order to facilitate the construction of PKS,
ORF1 and ORF2 alleles are independent (common)
Cloned as a (non-useful) cassette. ac
For tORF1, the following sequence is provided in pRM5:
Was:CCACCGGACGAACCGCATCGAT
TAATTAAGGAGGACCATCATG, where
The underlined sequence corresponds to the DNA upstream from the actI region
However, TTAATTAA is a PacI recognition site,
ATG is thus the start codon of actIORF1.
The following sequence is provided between actORF1 and ORF2
Was: NTGAATGCCATGGAGGAGCCAT
CATG, where TGA and ATG are each O
Stop and start codons for RF1 and ORF2.
ATGCAT is an NsiI recognition site and
(ActDNA: A, other alleles derived from PKS
Substitution of C for A or G in the offspring results in translation uncoupling (t
translational coupling)
Occurs. The following sequence is provided downstream of actORF2
Was: TAATCTAGA, where TAA was the stop codon,
TCTAGA is an XbaI recognition site. to this
XbaI site provided upstream of actORF3
(Khosla, C. et al., Molec. Microbi.
ol. ActORF1 to (1992) 6: 3237)
And ORF2 (provided above) can be fused
Made it work. As control, same as pRM5
Constructs pRM2 lacking any provided sequence
Was done. Translation of ORF1 and ORF2 in pRM2
Conjugate. CH999 / pRM2 and CH999 / p
A comparison of the product profile of RM5 is described herein.
The uncoupling strategy applied to the product distribution or product level
And showed no detectable effects. (Example 3: C transformed with pRM5)
Polyketide) plasmid p produced using H999
RM5 was purchased using standard techniques. coelicolo
Introduced in rCH999. (For example, Sambrook
k, et al., Molecular Cloning: Alabo
ratationManual (latest version)). pRM
CH999 transformed in 5 gave large amounts of tan material
Produced. NMR and mass analysis of the two most abundant products
According to the spectral analysis, aloe saponalin II (2)
(Bartel, PL et al., J. Bacteriol.
(1990) 172: 4816) and its carboxy
Analog, 3,8-dihydroxy-1-methylan
Traquinone-2-carboxylic acid (1) (Cameron,
D. W. Liebigs Ann. Chem. (198
9) 7: 699) (FIG. 4). 2 is non-enzymatic
Decarboxylation (Bartel, PL et al. JB
acteriol. (1990) 172: 4816)
It is estimated to be obtained from 1 more. Compounds 1 and 2
Was present in a molar ratio of about 1: 5. About 100mg mixture
The material could be easily purified from a 1 liter culture. Follow
Thus, the CH999 / pRM5 host vector system is expected
Works as well as a remarkable amount of stable, minimally modified
Only polyketide metabolites were produced. Raw of 1 and 2
Is the proposed pathway for actinorhodin biosynthesis (Bar
tel, P .; L. J. et al. Bacteriol. (199
0) 172: 4816). Both metabolites
Like actinorhodin skeleton, a single case at C-9
Derived from a 16-carbon polyketide with reduction. CH999 was replaced with pSEK4 (actKR residue).
140 bp SphI / SalI fragment in the gene
Is the SphI / SalI fragment from pUC19
(Same as pRM5 except replaced by
When exchanged, the obtained strain is a large amount of aromatic polyketide S
EK4 (12) was produced. The exact structure of this product is
Desoxyerythrolaccin (Bartel, P.L.
J. et al. Bacteriol. (1990) 172: 48
Slightly different from 16). However, 1,2- ThirteenC2
In vivo isotope labeling using labeled acetate
Studies show polyketide skeleton is derived from 8 acetate
It was confirmed that. In addition, this product 1H spectrum
andThirteenThe aromatic region of the CNMR spectrum is similar to 1
It is similar to a similar tricyclic structure.
Lack of keto reduction (see Table 4). Example 4 Hybrid Polyketidesin
Construction and analysis of the enzyme (A. components from act, gra, and tcmPKS
Figure 1. Construction of a hybrid PKS containing
KS / AT and ACP subunits and OR
Actinorhodin (3), granaticin containing F2 product
(4), and tetracenomycin (5) (shown in FIG. 5).
PKS for synthesizing the carbon chain skeleton of
You. actPKS and graPKS also have KR
However, it is lacking in tcmPKS. From each cluster
Corresponding proteins show a high degree of sequence identity
You. The corresponding PKS proteins in the three clusters
The percent identity between qualities is as follows: KS / A
T: act / gra76, act / tcm64, gra
/ Tcm70; CLF: act / gra60, act /
tcm58, gra / tcm54; ACP: act / g
ra60, act / tcm43, gra / tcm44.
actPKS and graPKS reduce keto at C-9
16 identical residues from 8 acetate residues (Figure 6)
Synthesize a carbon skeleton. In contrast, also shown in FIG.
As shown, the tcm polyketide skeleton has an overall carbon chain length of
Different (20 carbons instead of 16 carbons)
And the regiospecificity of the first cyclization is
And in gram carbon 9 instead of between carbon 7 and 12
And between 14. Generation of New Polyketides with Different Ranges of Properties
And solve the phase of programming aromatic PKS
In an effort to clarify, as shown in Table 1,
The smallest series of PKS gene clusters is ac
O from the t, gra, and tcm gene clusters
RF1 (encoding KS / AT subunit), OR
F2 (encoding the CLF subunit), and OR
F3 (encoding ACP subunit) gene product
Various permutations can be used to replace the existing act gene.
And cloned into pRM5. The resulting plasmid
Was used to transform CH999, as described above.
Was. KS / AT, ORF2 product, and PKS
Including various permutations between ACP subunits
PKS (all constructs are also actKR, Cycla
And the product of the product (including the dehydratase gene)
Analysis shows that synthase produces three categories: polyketides
Non-producing group; Compound 1 producing group (small amount
And polyketide 9 (RM20 and RM20)
(FIG. 6).
(Table 1). The structure of 9 is the poly-
Ketide backbone precursor has one keto reduction at C-9 position
From 10 acetate residues. Reduction and Cyclization Pattern of Heterologous Polyketide Chain
To investigate the effect of actKR on
EK15 was also constructed. This is tcmORF1-3
, But lacked actKR. (A of this construct
Deletion in the ctKR gene is due to deletion in pSEK4.
Lost and identical. ) Analysis of CH999 / pSEK15
Is a 20 carbon chain product SEK15 (13)
Identical to Nomycin C or its shunt product
Not, but similar. NMR spectrum analysis
In addition, it was consistent with a completely non-reduced deketide skeleton (see Table 4)
See). All act / gra hybrids are
Putative actinorhodin and granaticin polykety
Compound 1 was produced, consistent with the same structure of the compound. Each place
In some cases, the product from the tcm / act hybrid
If they can be separated, the chain length of the polyketide will be
It was identical to the chain length of the natural product corresponding to the source. this thing
Indicates that ORF2 product but not ACP or KS / AT
It suggests controlling the carbon chain length. In addition, this specification
Hybrids (those lacking KR (C
H999 / pSEK4 and CH999 / pSEK1
All polyketides produced by (except 5) are
(I) KR is keto-reduced since one place was keto-reduced
Is necessary and sufficient to occur; (ii)
Is always reduced to the C-9 position in the final polyketide backbone.
(Counting from the carboxy terminus of the chain); and
(Iii) Non-reduced polyketide is a keto-reduced unfinished polyketide
Rings in several cyclization patterns in the polyketide chain
But the regiochemistry of the first cyclization (regioche
mystry) is how this cyclization is in non-reduced products.
Regardless of what happens to the resulting hydroxyl
It can be concluded that the location is specified. Paraphrase
For example, tcmPKS may contain ketoreductase.
And can be engineered to exhibit novel cyclization specificities. The remarkable feature of RM20 (9) is that the first cyclization
It is a pattern of later cyclization. from the actVII mutant
Mutactin (6) was isolated from the actVII product and its
The tcm homolog of actinorhodin (3) and tetra
Senomycin (5) Second ring in each biosynthesis
(Sherman,
D. H. Tetrahedron (1991) 47:
6029; Summers, R .; G. FIG. J. et al. Bacte
riol. (1992) 174: 1810). RM20
The cyclization pattern of (9) is defined as the act on pRM20 (9).
1 and tetraceno regardless of the presence of the VII gene
Differs from the cyclization pattern of mycin F1. Therefore, act
Cyclase cannot cyclize longer polyketide chains
It is. Unexpectedly, the minimum tcmPKS was simply
The strain included in Germany (CH999 / pSEK33) is shown in FIG.
Two polyketide SEK15 (13) and
And SEK15b (16) in approximately equal amounts
Was. However, compounds (13) and (16) also have CH
999 / pSEK15, compound (16)
An amount of compound (13) greater than the amount of
Released. SEK15b is a novel compound and its structure
The structure was determined by NMR spectrum analysis, [1,2-ThirteenC2]vinegar
Of sodium phosphate feeding experiment and mass spectrometry
It was elucidated by the combination.1H andThirteenCNMR results
The result is that SEK15b has a non-reducing anthraquinone moiety and
And a pyrone moiety.
[1,2-ThirteenC2] Sodium acetate feeding experiment is SE
That the carbon chain of K15b is derived from 10 acetate units
Proved. Of a sample rich in SEK15bThirteenCNMR
The coupling constant calculated from the spectrum is the peak
Assignment was facilitated. Fast atom bombardment (FAB) mass spec
Toll analysis is C20H12O8381 (M +
H+). SEK1 using deuterium exchange
The presence of each hydroxyl in 5b was confirmed. For cyclization in the absence of active cyclase
Available in vivo for unfinished polyketide chains of
To identify the origin, the recombinant S. coelicol
orCH99 / pRM37-produced polykety
(McDaniel et al. (1993), supra).
Was. The biosynthetic enzyme encoded by pRM37 is tc
m keto synthase / acyltransferase (KS /
AT), tcm chain length determinant (CLF), tcm acyl
Carrier protein (ACP) and act ketreda
Kutase (KR). The two new compounds RM20b (14) and
And RM20c (15) (FIG. 8)
Was found in the culture medium of CH999 / pRM37 that produced
Was. The relative amounts of the three compounds recovered were 3: 7: 1
(RM20: RM20b: RM20c). (1
The structures of 4) and (15) are based on mass spectrometry, N
Set of MR spectrum analysis and isotope labeling experiments
Elucidated by combination.1H andThirteenCNMR
The RM20b and RM20c are each
Suggests that it is a diastereomer containing
Was. Optical rotation [α] D 20Is +2 for RM20b
10.8% (EtOH, 0.55%) and RM20
For c, at + 78.0 ° (EtOH, 0.33%)
It was found to be. [1,2-ThirteenC2] Nato acetate
RM20b (and by inference)
RM20c) has 10 acetate units
It was confirmed to be derived from. Deuterium exchange research by RM
Possible hydroxy on both 20b and RM20c
Corresponding to the radical1Performed to identify HNMR peaks
did. The proton coupling constant is1HNMR and
It was calculated from the results of a one-dimensional decoupling experiment. Special
The coupling pattern in the high magnetic field region of the spectrum
Surrounds the methine proton of central carbinol
A 5-proton spin system of two methylene groups is shown.
High resolution fast atom bombardment (FAB) mass spectrometry
Is (519.0056) for RM20b (M = C
s+) And 387.1070 for RM20c
(M + H+), Which gives C20H18O
8(M + Cs+, 519.00056; M + H+, 38
7.1080). Based on these data,
Structures (14) and (15) (FIG. 8)
Assigned to M20b and RM20c. [0212]1H andThirteenThe data from CNMR is
Cup between H-9 and the chemical proton on C-8
The ring constant for RM20b or RM20c is
12.1 or 12.2 and 2.5 or respectively
2.2 Hz. On H-9 and C-10
The coupling constant between the gemical proton is Rm
20b or RM20c, respectively, at 9.6 or
Was 9.7, and 5.7 or 5.8 Hz. This
These values are Ja, a(J9a, 8aOr J
9a, 10a) And Ja, e(J9a, 8eOr J
9a, 10e) Typical for coupling patterns,
And H- at both RM20b and Rm20c.
9 indicates an axial position. In contrast, two
The chemical shift of the C-7 hydroxyl on the molecule of
0b and RM20c, respectively.
And 6.14 ppm. These values are RM20
In b, an act appropriately located with C-7 hydroxyl
A hydrogen bond exists between the sceptor atom and RM20c
Indicates that it does not exist. For such a hydrogen bond
The most likely candidate acceptor atom is the conjugated pyrone
C-13 carbonyl oxygen in the ring system, or isolated
It is a bridging oxygen in the pyrone ring. In the latter case, (14) and
Since it is impossible to distinguish between (15) and
Likely to be. Further, RM20b and RM2
0cThirteenBy comparison of CNMR spectra, (1
The largest difference between 4) and (15) is the conjugated pyrone
It is clear that there is a chemical shift of the carbon constituting the ring
(C-11, C-12, C-13, C-14, and
+5.9, -6.1,
+8.9, -7.8, and +2.0 ppm). High magnetic field
And such a pattern of alternating low field shifts
C-7 hydroxyl forms a hydrogen bond to C-13 carbonyl
Can be explained by the fact that Because hydrogen bonding
The current around C-11, C-13, and C-15
Reduces the density of particles, but around C-12 and C-14
This can be expected to increase the electron density of. C
To confirm the assignment of -7 / C-13 hydrogen bond, RM
The exchangeable protons of 20b and RM20c are
Replace with prime (D2Incubating in the presence of O
And the sampleThirteenAnalyzed by CNMR.
The C-13 peak in RM20b shows a high magnetic field shift (1.
7 ppm) and what RM20c did not
Is weaker in RM20b when is replaced with deuterium
Can be explained by a non-covalent C-7 / C-13 bond. C
RM2 to form a hydrogen bond with the -13 carbonyl
Ob C-7 hydroxyl does not occupy the equatorial position
I have to. Therefore, C-7 and C-9 hydroxy
Sil is the conjugated ring system in the major isomer (RM20b).
On one side (syn), while they are less
Isomer (RM20c), the opposite side (anti)
It can be inferred. CH999 / pRM15, / pRM35,
And / or no detectable polyketide in pRM36
Was. Therefore, some ORF1-ORF2 combinations
Only is functional. Each subunit has at least one
Functional in two recombinant synthases,
Protein expression / folding problems are unlikely. Substitute
In addition, between the different subunits of these enzyme complexes
Incomplete or suppressed association, or rapidly degraded
Biosynthesis of (failed) short-chain products is a good explanation
is there. (B. from act and fren PKS)
Construction of hybrid PKS containing components of
omyces roseofulvus is frenolisi
B (7) (Iwai, Y et al., J. Antibiot.
(1978) 31: 959) and nanaomycin A.
(8) (Tsuzuki, K. et al., J. Antibio
t. (1986) 39: 1343).
10 kb DNA fragment (hereinafter referred to as fren locus)
), S. Roseofulbus Genome Library
Lee, Bibb, MJ et al., Supra. coe
licor A3 (2) act PKS KS /
DNA encoding AT and KR components is used as a probe
And cloned (Malpartida, F. et al.
Et al., Nature (1987) 325: 818).
(See the structural diagram in FIG. 7). DNA sequence of fren locus
The decisions are as follows: act KS / AT, CLF, ACP, KR,
And a high degree of identity with those encoding cyclase
(Inter alia). To produce novel polyketides, pRM
ORF1, 2, and 3act genes present in 5
Replaced with the corresponding fren gene as shown in Table 2.
did. S. constructed as described above. coelilcolo
rCH999 was transformed with these plasmids.
Was. (Encoding act KR and act cyclase
Genes are also present in each of these genetic constructs.
There. ) Act and tcm PKS as described above
Based on the results from similar experiments used, actKR is
To be able to reduce the products of all functional recombinant PKS
In contrast, the ability of act cyclase to catalyze the second cyclization
May depend on the chain length of the product of fren PKS
As expected. The results summarized in Table 2 show that most of the transformants
But their ability to produce aromatic polyketides
As shown, it showed that functional PKS was expressed.
You. The structural analysis of the main product shows that
Li: Compound 1 (a smaller amount of its decarboxylation by-product
With compound (1) and compound 1, 1
A mixture of 0 and 11 (ratio of about 1: 2: 2) was synthesized.
It can be classified into strains. (A small amount of 2 is also
1 was found in all strains). Compound 1 and
2 was previously known as a natural product and
3, the act subunit as a whole.
Was a metabolite produced by PKS. Compound
Objects 10 and 11 (RM18 and RM18, respectively)
b) is a novel structure,
Isolation as a natural or natural product has been previously reported.
Did not. The structures of 10 and 11 were analyzed by mass spectrometry.
Analysis, NMR spectral analysis, and isotope labeling
It was revealed by a combination of experiments.1H andThirteen
The C spectral assignments were determined using [1,2-ThirteenC
2] According to the sodium acetate feeding experiment (described below)
ObtainedThirteenC-ThirteenTable 3 with C coupling constant
Shown in The apparent assignment of compound 10 was determined by 1D nuclear
-Hauser effect (NOE) and long-range heteronuclear
Established using interaction (HETCOR) studies. heavy water
By elementary exchange, C-15 of compound 10 and compound 11
The presence of a hydroxyl at C-13 was confirmed. Two
Field desorption mass fraction
By FD-MS, C17H14O4(282.
2952). The previous study showed that 2 (and 1 by inference)
Polyketide backbone (Bartel, PL et al., JB
acteriol. (1990) 172: 4816)
Repeated condensation of eight acetate residues and once at C-9
Derived from keto reduction. Also, Nanao
The main reason is that mycin (8) is derived from the same carbon chain skeleton.
Can be tensioned. Thus, nanaomycin is S. roseo
product of the fren PKS gene in Fulbus
It is very likely that. The first ring leading to the formation of 1
Regiospecificity is derived from the position of the keto reduction,
In contrast, the regiospecificity of the second cyclization is that of the act cycler
(Zhang, HL, et al., JO
rg. Chem. (1990) 55: 1682). To track the RM18 (10) carbon chain backbone
For example, [1,2-ThirteenC2] Invitation using acetate
A feed experiment was performed on CH999 / pRM18,
Subsequently, NMR analysis of the labeled RM18 (10) was performed.
ThirteenC coupling data (summarized in Table 3)
The polyketide skeleton of 18 (10) has 9 acetate residues
, Followed by possibly non-enzymatic, terminal
Decarboxylation (C-2)ThirteenC resonance enhanced
Appear as a glet)
You. Furthermore, the absence of the hydroxyl group at the C-9 position indicates that
Suggest that the reduction occurs at this carbon. These two
That two features exist in the putative frenolicin (7) skeleton
As expected, these results indicate that
In addition to the fren PKS gene, the fren PKS gene ro
Contributes to biosynthesis of frenolicin in seofulbus
Suggest that. This is because PK with a slow chain length specificity
Seems to be the first clear example of S. Only
However, unlike the putative skeleton of frenolicin, RM18
The C-17 carbonyl of (10) is not reduced. this
Is a specific ketoreductase derived from pRM18,
Latase, and enoyl reductase (S. rose
in the fren gene cluster in ofofulbus
May reflect the absence of, or in frenolicin
It may reflect different origins of carbon 15-18. First cyclization leading to formation of RM18 (10)
Is guided by the position of the keto reduction;
However, the second cyclization occurs differently than 7 or 1, and
RM20 (9) (tcm PKS described above)
Pattern seen in deketide produced by
And similar. Therefore, as in the case of RM20 (9),
act cyclase catalyzes the second cyclization of the RM18 precursor
And the subsequent cyclization (possibly non-
Enzymatically occurs) unfinished polyketide into aqueous environment
Controlled by the time difference of release of different parts of the chain
Is claimed. CH999 / pRM18 producing 1
(And consider the capabilities of CH999 / pRM34)
And cyclase is fren PKS (KS / AT, CL
F, and ACP)
  with) the possibility of not being obtained can be ruled out. Than
A proper interpretation is that act cyclase requires substrates of different chain lengths.
It is not recognizable. This is also the estimated RM20
This is consistent with the biosynthesis scheme of (9). The hybrid synthase reported in Table 2
Product profile and act and tcm PKS
Comparison with similar hybrids between the components (Table 1)
The hypothesis that the RF2 product is a chain length determinant (CLF)
I support the theory. Compound 9, by cyclization of an enzyme-linked ketide,
The preparation of 10 and 11 is schematically illustrated in FIG. Example 5 Module Polyketide Sinter
Construction and analysis) Recombination module DEBS P
The expression plasmid containing the KS gene is as shown in FIG.
First, the temperature-sensitive "donor" plasmid (ie, the first
Can be replicated at a permissive temperature of and duplicate at a second non-permissive temperature
DNA that cannot be obtained from the plasmid
The "receptor" shuttle vector
Built by importing. Complete eryA gene
PCK7, a shuttle plasmid containing (FIG. 11)
(This was originally cloned from pS1 (Tua
n et al. (1990) Gene 90:21))
I built it. 25.6 kb SphI plasmid from pS1
The fragmentation was performed using pMAK705 (Hamilton et al.,
(1989) J. Am. Bacteriol. 171: 461
Insertion into the SphI site of 7), eryAII, ery
AIII, and donor donor containing the 3 'end of eryAI
PCK6 (CmR) Got. This feeling of temperature
Replication of the competent pSC101 derivative occurs at 30 ° C.
Terminate at 4 ° C. The receptor plasmid pCK5 (A
pR, TcR) Is the eryAI start codon (Caffr
ey et al., (1992) FEBS Lett. 304: 2
25) XcmI site close to the beginning of eryAII
12.2 kb eryA fragment, tetrasa
1.4 kb encoding the eculin resistance gene (Tc)
EcoRI-BsmI pBR322 fragment,
And 4.0 kb NotI from the end of eryAIII
-Contains the EcoRI fragment. PacI, Nde
l and the ribosome binding site are defined as ery in pCK5.
Designed with AI start codon. pCK5 induces pRM5
Conductor (McDaniel et al., (1993), supra)
Out). 5 'and 3' homology regions (Figure 10, striped area and
And white area) are 4.1 kb and 4.0 kb, respectively.
kb. MC1061E. coli, pCK5
And pCK6 (Sambrook et al., Supra).
And at 30 ° C. carbenicillin and
Chloramphenicol selection was performed. Then, both
Rasmid (ApR, CmRColonies with
4 on benicillin and chloramphenicol plates
Re-streaking at 4 ° C. A single between the two plasmids
Only the simultaneous integration formed by the recombination event
Was. Surviving colonies were grown at 30 ° C under selection for carbenicillin.
Breeding at the same time through the second recombination event
A solution was forced. pCK7 recombination
In order to increase the body size, colonies are
Streaked again at 44 ° C. on the plate. The resulting colony
About 20% of the desired phenotype (ApR, TcS, C
mS)showed that. The last pCK7 candidate was
Inspection was carried out thoroughly. A control plasmid,
pCK7f including a frame shift error in eryAI,
Constructed in a similar way. pCK7 and pCK7f,
E. FIG. coli ET12567 (MacNeil (19
88) J. et al. Bacteriol. 170: 5607)
The transformed, unmethylated plasmid DN
A, followed by Str using standard protocols.
eptomyces coelicolor CH99
9 (Hopwood et al., (1985) Gen.
etic manipulation of Street
ptomyces. A laboratory man
ual. The John Innes Founda
tion: Norwich). CH999 / pCK7 in R2YE medium
As they grow, microorganisms grow two polyketides (Figure X).
Produced in quantity. Propionate (300
mg / L) of the polyketide product.
The yield increased about two-fold. Propionic acid-1-ThirteenC supply
Along with experiments, proton andThirteenCNMR spectrum component
Analysis confirmed the main product as 6dEB (17).
(> 40 mg / L). A small amount of the product, 8.8a-
Identified as deoxyoleandlide (18) (> 10
mg / L), which is the ratio of propio in the 6dEB biosynthesis pathway.
Derived from acetate start unit instead of nate
It is.ThirteenC2According to the sodium acetate feeding experiment, (1
Incorporation of acetate into 8) was confirmed. DEBS
Estimated to be 1, DEBS2, and DEBS3
Three high molecular weight proteins (> 200 kDa) (Caf
Frey et al., (1992) FEBS Lett. 30
4: 225) is also an SDS-polyacrylamide gel
In the crude extract of CH999 / pCK7 by electrophoresis
confirmed. From CH999 / pCK7f, polyke
No product was found. Therefore, novel polyketides and polyketides
Methods for recombinantly producing tide have been disclosed. The present invention
Preferred embodiments are described in some detail,
Variations on the subject matter are defined in the appended claims.
It is reasonable to do this without departing from the spirit and scope of
Understood. [0225] [Table 1] [0226] [Table 2] [0227] [Table 3][0228] [Table 4] [0229] The present invention relates to novel polyketides,
New polyketides and known polyketides
Produce both tides effectively. In particular, various polyke
Produces polyketide synthase, which in turn catalyzes the production of
A new host-vector system used to

【図面の簡単な説明】 【図1】図1は、act、gra、およびtcm PK
Sおよびシクラーゼの遺伝子クラスターを示す。 【図2】図2は、S.coelicolor CH99
9を作製するためのストラテジーを示す。図2Aは、
S.coelicolor CH1染色体に存在するa
ct遺伝子クラスターの構造を示す。図2Bは、pLR
emEtsの構造を示し、そして図2Cは、act遺伝
子クラスターが欠失したCH999染色体の部分を示
す。 【図3】図3は、プラスミドpRM5の図である。 【図4】図4は、実施例3に記載されているアロエサポ
ナリンII(2)およびそのカルボキシル化アナログで
ある3,8−ジヒドロキシ−1−メチルアントラキノン
−2−カルボン酸(1)の形成を概略的に例示する。 【図5】図5は、実施例4で言及されているアクチノロ
ジン(3)、グラナチシン(4)、テトラセノマイシン
(5)およびムタクチン(mutactin)(6)の
構造を示す。 【図6】図6は、ポリケチド前駆体の環化による、実施
例4のA部分に記載されているアロエサポナリンII
(2)、そのカルボキシル化アナログである3,8−ジ
ヒドロキシ−1−メチルアントラキノン−2−カルボン
酸(1)、テトラセノマイシン(5)および新規化合物
RM20(9)の調製を概略的に示す。 【図7】図7は、ポリケチド前駆体の環化による、フレ
ノリシン(7)、ナノマイシン(nanomycin)
(8)およびアクチノロジン(3)の調製を概略的に示
す。 【図8A】図8Aは、ポリケチド前駆体の環化による、
新規化合物RM20(9)、RM18(10)、RM1
8b(11)、SEK4(12)、SEK15(1
3)、RM20b(14)、RM20c(15)および
SEK15b(16)の調製を概略的に示す。 【図8B】図8Bは、ポリケチド前駆体の環化による、
新規化合物RM20(9)、RM18(10)、RM1
8b(11)、SEK4(12)、SEK15(1
3)、RM20b(14)、RM20c(15)および
SEK15b(16)の調製を概略的に示す。 【図8C】図8Cは、ポリケチド前駆体の環化による、
新規化合物RM20(9)、RM18(10)、RM1
8b(11)、SEK4(12)、SEK15(1
3)、RM20b(14)、RM20c(15)および
SEK15b(16)の調製を概略的に示す。 【図9】図9は、6−デオキシエリスロノリドBシンタ
ーゼ(DEBS)の遺伝子モデルを示す。 【図10】図10は、組換えモジュールPKSの構築の
ためのストラテジーを示す。 【図11】図11は、プラスミドpCK7の図である。
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 shows act, gra, and tcm PK
1 shows the gene clusters for S and cyclase. FIG. coelicolor CH99
9 shows a strategy for making 9. FIG. 2A
S. coelicolor a present in CH1 chromosome
1 shows the structure of the ct gene cluster. FIG. 2B shows pLR
The structure of emEts is shown, and FIG. 2C shows the portion of the CH999 chromosome where the act gene cluster has been deleted. FIG. 3 is a diagram of plasmid pRM5. FIG. 4 shows the formation of aloe saponalin II (2) and its carboxylated analog 3,8-dihydroxy-1-methylanthraquinone-2-carboxylic acid (1) described in Example 3. Are schematically illustrated. FIG. 5 shows the structures of actinorhodin (3), granaticin (4), tetracenomycin (5) and mutactin (6) referred to in Example 4. FIG. 6 shows aloesaponalin II as described in Part A of Example 4 by cyclization of a polyketide precursor.
(2) Schematically illustrates the preparation of its carboxylated analogs 3,8-dihydroxy-1-methylanthraquinone-2-carboxylic acid (1), tetracenomycin (5) and a new compound RM20 (9). FIG. 7 shows frenolicin (7), nanomycin by cyclization of a polyketide precursor.
1 schematically illustrates the preparation of (8) and actinorhodin (3). FIG. 8A illustrates cyclization of a polyketide precursor.
Novel compounds RM20 (9), RM18 (10), RM1
8b (11), SEK4 (12), SEK15 (1
3) shows schematically the preparation of RM20b (14), RM20c (15) and SEK15b (16). FIG. 8B shows cyclization of the polyketide precursor.
Novel compounds RM20 (9), RM18 (10), RM1
8b (11), SEK4 (12), SEK15 (1
3) shows schematically the preparation of RM20b (14), RM20c (15) and SEK15b (16). FIG. 8C shows the cyclization of the polyketide precursor,
Novel compounds RM20 (9), RM18 (10), RM1
8b (11), SEK4 (12), SEK15 (1
3) shows schematically the preparation of RM20b (14), RM20c (15) and SEK15b (16). FIG. 9 shows a gene model for 6-deoxyerythronolide B synthase (DEBS). FIG. 10 shows a strategy for the construction of the recombinant module PKS. FIG. 11 is a diagram of plasmid pCK7.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 チェイタン コスラ アメリカ合衆国 カリフォルニア 94305, スタンフォード, ピーター クーツ サークル 132 (72)発明者 ディビッド エイ. ホップウッド イギリス国 エヌアール2 2エイエイチ ノリッジ, アンサンク ロード 244 (72)発明者 スザーン エバート−コスラ アメリカ合衆国 カリフォルニア 94305, スタンフォード, ピーター クーツ サークル 132 (72)発明者 ロバート マックダニエル アメリカ合衆国 カリフォルニア 94306, パロ アルト, ナンバー ディ, ア ルマ ストリート 2891 (72)発明者 ホン フ アメリカ合衆国 カリフォルニア 94305 −5025, スタンフォード, スタンフォ ード ユニバーシティ, ストウファー ザ サード, ケミカル エンジニアリン グ(番地なし) (72)発明者 キャミーラ カオ アメリカ合衆国 カリフォルニア 94305, スタンフォード, エスコンディド ビ レッジ 19エイ Fターム(参考) 4B024 AA01 AA11 BA07 BA10 BA80 CA04 DA05 EA04 FA02 GA11 4B065 AA50X AB01 AC14 BA02 CA18 CA24 CA29 CA34 CA44   ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page    (72) Inventor Cheytan Kosla             United States California 94305,               Stanford, Peter Koots             Circle 132 (72) Inventor David A. Hopwood             UK N2 2H               Norwich, Ensunk Road 244 (72) Inventor Suzanne Evert-Kosra             United States California 94305,               Stanford, Peter Koots             Circle 132 (72) Inventor Robert McDaniel             United States California 94306,               Palo Alto, Number D, A             Luma Street 2891 (72) Inventor Hong Hu             United States California 94305             −5025, Stanford, Stanford             Leeds University, Stouffer             The Third, Chemical Engineer             (No address) (72) Inventor Camilla Kao             United States California 94305,               Stanford, Escondido             Ledge 19A F term (reference) 4B024 AA01 AA11 BA07 BA10 BA80                       CA04 DA05 EA04 FA02 GA11                 4B065 AA50X AB01 AC14 BA02                       CA18 CA24 CA29 CA34 CA44

Claims (1)

【特許請求の範囲】 【請求項1】 モジュールポリケチドシンターゼ(PK
S)の複数のモジュールをコードする核酸を導入されて
いる細胞であって、各モジュールが、少なくともPKS
アシルトランスフェラーゼ(AT)活性、PKSケトア
シルキャリアタンパク質シンターゼ(KS)活性、およ
びPKSアシルキャリアタンパク質(ACP)活性を含
み、 該導入されたPKSモジュールをコードするヌクレオチ
ド配列が少なくとも1つの制御配列に作動可能に連結さ
れ、これによって該細胞が機能性モジュールPKSを産
生し、 ここで、該機能性モジュールPKSに対する該モジュー
ルをコードするヌクレオチド配列のうちの少なくとも1
つまたは該制御配列の少なくとも1つが、該宿主細胞に
対して異種である、細胞。
Claims 1. A module polyketide synthase (PK)
A cell into which a nucleic acid encoding a plurality of modules of S) has been introduced, wherein each module has at least PKS.
A nucleotide sequence encoding the introduced PKS module, including an acyltransferase (AT) activity, a PKS ketoacyl carrier protein synthase (KS) activity, and a PKS acyl carrier protein (ACP) activity, can operate on at least one control sequence , Whereby the cell produces a functional module PKS, wherein at least one of the nucleotide sequences encoding the module for the functional module PKS
Or at least one of said regulatory sequences is heterologous to said host cell.
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