JP2003503005A - Expression of functional eukaryotic proteins - Google Patents

Expression of functional eukaryotic proteins

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JP2003503005A
JP2003503005A JP2000562500A JP2000562500A JP2003503005A JP 2003503005 A JP2003503005 A JP 2003503005A JP 2000562500 A JP2000562500 A JP 2000562500A JP 2000562500 A JP2000562500 A JP 2000562500A JP 2003503005 A JP2003503005 A JP 2003503005A
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フランシス エイチ. アーノルド,
チャンリン リン,
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California Institute of Technology CalTech
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Abstract

(57)【要約】 本発明は、真核生物酵素(特に、ペルオキシダーゼ酵素)をコードする、進化されたポリヌクレオチドおよびポリペプチド配列の、従来の発現系または簡易の発現系における改善された発現に関する。ポリヌクレオチド配列の指向性進化のための種々の方法が、改善された配列を獲得するために使用され得る。この様式で生成されたポリペプチドまたはタンパク質の改善された特徴としては、改善された折り畳み、封入体の非形成、および維持された機能活性が挙げられる。特定の実施態様において、本発明は、西洋ワサビペルオキシダーゼ遺伝子および西洋ワサビペルオキシダーゼ酵素の改善された発現に関する。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention relates to improved expression of evolved polynucleotide and polypeptide sequences encoding eukaryotic enzymes, particularly peroxidase enzymes, in conventional or simplified expression systems. . Various methods for directed evolution of polynucleotide sequences can be used to obtain improved sequences. The improved characteristics of a polypeptide or protein produced in this manner include improved folding, non-formation of inclusion bodies, and maintained functional activity. In certain embodiments, the present invention relates to horseradish peroxidase gene and improved expression of horseradish peroxidase enzyme.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】 米国政府は、米国海軍により付与された助成金番号N0014−96−1−0
340およびN00014−98−1−0657に従って、本発明に対する特定
の権利を有する。
The US Government has a grant number N0014-96-1-0 awarded by the US Navy.
340 and N00014-98-1-0657 have certain rights to the invention.

【0002】 本出願は、米国特許出願第60/094,403号(1998年7月28日出
願)および同第60/106,840号(1998年11月3日出願)からの優
先権を主張する。
This application claims priority from US Patent Application No. 60 / 094,403 (filed July 28, 1998) and No. 60 / 106,840 (filed November 3, 1998). To do.

【0003】 (発明の背景) (発明の分野) 本発明は、機能的ポリペプチドまたはタンパク質(特に、真核生物タンパク質
)をコードするポリヌクレオチドの(特に、簡易の宿主細胞発現系における)選
択および産生のための方法に関する。簡易の発現系としては、頑強な原核生物細
胞(例えば、細菌)および真核生物系(例えば、酵母)が挙げられる。特に、本
発明は、高収率で、かつ失活、変性、封入体または構造もしくは機能の他の損失
を伴わない、宿主細胞による発現抵抗性機能的真核生物タンパク質の組換え産生
に関する。好ましい実施態様において、この発現されたタンパク質は、宿主細胞
によって分泌される。本発明の好ましいタンパク質としては、ペルオキシダーゼ
およびヘム含有タンパク質(例えば、西洋ワサビペルオキシダーゼ(HRP)お
よびシトクロムcペルオキシダーゼ(CCP))が挙げられる。組換え宿主細胞
発現系においてこれらのタンパク質をコードおよび発現するポリヌクレオチドも
また、本発明に含まれる。
BACKGROUND OF THE INVENTION Field of the Invention The present invention relates to the selection (particularly in simple host cell expression systems) of polynucleotides encoding functional polypeptides or proteins, particularly eukaryotic proteins. Relates to a method for production. Simple expression systems include robust prokaryotic cells (eg bacteria) and eukaryotic systems (eg yeast). In particular, the invention relates to recombinant production of expression resistant functional eukaryotic proteins by host cells in high yield and without inactivation, denaturation, inclusion bodies or other loss of structure or function. In a preferred embodiment, the expressed protein is secreted by the host cell. Preferred proteins of the present invention include peroxidase and heme-containing proteins such as horseradish peroxidase (HRP) and cytochrome c peroxidase (CCP). Polynucleotides encoding and expressing these proteins in recombinant host cell expression systems are also included in the invention.

【0004】 (関連技術の説明) 本明細書中に記載され、そして添付の文献目録に列挙される刊行物および参考
資料は、それらの全体が参考として各々援用される。これらは、以下の本文およ
び文献目録において数値で参照される。
Description of Related Art The publications and references mentioned herein and listed in the attached bibliography are each each incorporated by reference in their entirety. These are referenced numerically in the text and bibliography below.

【0005】 目的の多くのタンパク質は、「真核生物」細胞を有する生物体によって産生さ
れる。これらは、核膜によって囲まれ、そして染色体と呼ばれる構造上にDNA
を含む核を有する細胞である。全ての多細胞生物体(例えば、ヒトおよび動物)
ならびに多くの単細胞動物は、真核生物細胞を有する。他の単細胞生物体(例え
ば、細菌)は、「原核生物」細胞を有する。これらの細胞は、規定の構造にDN
Aを有するが、真核生物の特徴である染色体および核膜を有さない、原始的な核
を有する。原核生物生物体は、一般に、真核生物細胞よりも増殖、維持および操
作が、はるかに容易でかつ安価である。
Many proteins of interest are produced by organisms having “eukaryotic” cells. These are DNA surrounded by a nuclear envelope and on a structure called a chromosome.
Is a cell having a nucleus containing. All multicellular organisms (eg humans and animals)
And many unicellular animals have eukaryotic cells. Other unicellular organisms (eg, bacteria) have “prokaryotic” cells. These cells have a defined structure
It has a primitive nucleus with A but without the chromosomes and nuclear membranes characteristic of eukaryotes. Prokaryotic organisms are generally much easier and cheaper to grow, maintain, and manipulate than eukaryotic cells.

【0006】 遺伝子工学ならびに組換えDNAおよびRNA技術は、ある生物体に対してネ
イティブなタンパク質、ホルモンおよび酵素を、「工場」としての異なる生物体
の細胞、すなわち宿主細胞発現系を使用することによって産生することを可能に
してきた。特に、原核生物宿主細胞において真核生物起源のタンパク質の発現が
、しばしば所望される。なぜなら、原核生物を、大量の同一の細胞で増殖させて
、所望の外来タンパク質を大量に産生し得るからである。例えば、特定のヒトタ
ンパク質は、それらのタンパク質が、タンパク質欠損症を有する患者に十分な量
で供給され得る場合に、薬物として有用であり得る。このようなタンパク質は、
ヒト細胞からこれらを単離することによって、容易にまたは倫理的に得られない
かもしれないし、あるいは、これらは、直接的な化学合成または単離された組織
培養物中でこれらを増殖することによって、容易に作製することはできない。他
のタンパク質および酵素は、産業上有用である。例えば、特定の酵素は、食品製
品を分解し得、そして洗濯用洗剤において有用である。しかし、商業的適用は、
大量のタンパク質および高度な品質管理を必要とする。
[0006] Genetic engineering and recombinant DNA and RNA technologies are based on the use of proteins, hormones and enzymes native to one organism, cells of different organisms as "factories", ie host cell expression systems. Have made it possible to produce. In particular, expression of proteins of eukaryotic origin in prokaryotic host cells is often desired. This is because prokaryotes can be grown in large numbers on the same cells to produce large amounts of the desired foreign protein. For example, certain human proteins can be useful as drugs if those proteins can be supplied in sufficient quantity to patients with protein deficiencies. Such proteins are
It may not be readily or ethically obtainable by isolating them from human cells, or they may be obtained by direct chemical synthesis or by growing them in isolated tissue culture. , Cannot be easily manufactured. Other proteins and enzymes are industrially useful. For example, certain enzymes can degrade food products and are useful in laundry detergents. However, the commercial application is
Requires large amounts of protein and a high degree of quality control.

【0007】 これらの問題のいくつかを解決するために、組換え遺伝子工学技術は、他の細
胞(例えば、細菌および酵母)の遺伝子機構を使用して、ヒトまたは他のタンパ
ク質を産生するように発展してきた。選択された遺伝物質(例えば、所望のタン
パク質をコードするポリヌクレオチド)は、宿主細胞中の遺伝物質と「組換え」
られ、その結果、この宿主細胞は、その導入された該来遺伝物質を発現し、そし
て所望のポリペプチドまたはタンパク質を産生する。細菌および酵母は、適切な
宿主細胞であり得る。なぜなら、これらは、大量に増殖および維持させることが
容易かつ経済的であり、そしてこれらを使用して、外来タンパク質を確実にかつ
繰り返し産生し得るからである。
To solve some of these problems, recombinant genetic engineering techniques have used the genetic machinery of other cells (eg, bacteria and yeast) to produce humans or other proteins. It has developed. The selected genetic material (eg, the polynucleotide that encodes the desired protein) is "recombined" with the genetic material in the host cell.
So that the host cell expresses the introduced native genetic material and produces the desired polypeptide or protein. Bacteria and yeast can be suitable host cells. Because they are easy and economical to grow and maintain in large quantities, and they can be used to reliably and repeatedly produce foreign proteins.

【0008】 しかし、多くのタンパク質は、外来宿主細胞(細菌および酵母を含む)におい
て容易には発現され得ない。このような発現抵抗性のポリペプチドまたはタンパ
ク質は、全く発現されないか、または非効率的(例えば、低収率)に発現される
かもしれない。このタンパク質は、発現されるかもしれないが、その機能のいく
らかまたは全てを損失し得る。いくつかの場合において、この発現されたタンパ
ク質は、その活性な折り畳まれた構造のいくらかまたは全てを損失し得、そして
変性または完全に不活性にさえなり得る。発現されたタンパク質はまた、宿主細
胞内の封入体内に封入され得る。これらは、細胞の内部にありかつ細胞の残りと
分離した、別々の粒子または小球であり、そしてこれらは、おそらく凝集形態ま
たは不活性形態の発現されたタンパク質を含む。このことは、産生されたタンパ
ク質を宿主細胞から収集することを困難にし、そのため単離技術および精製技術
は、困難であり得、非効率的であり得、時間がかかり得、そしてコストが高くな
り得る。活性形態または機能的形態で、かつ比較的高収率で、発現抵抗性ポリペ
プチドを産生するための努力が、長年にわたり行われ、そして著しく不成功に終
わった。特に、商業的に重要である発現抵抗性酵素(例えば、西洋ワサビペルオ
キシダーゼのようなペルオキシダーゼ酵素)は、適度に高収率では機能的に発現
されていないか、あるいは簡便な宿主細胞、経済的な宿主細胞または簡易の宿主
細胞において機能的に発現されていない。その代わり、これらの酵素は、非機能
的形態または不活性形態(例えば、封入体)で産生され、そして実験的に操作お
よび再構成され、比較的低い収率で活性な酵素を得る。
However, many proteins cannot be easily expressed in foreign host cells, including bacteria and yeast. Such expression-resistant polypeptides or proteins may not be expressed at all or may be expressed inefficiently (eg, in low yield). This protein may be expressed but may lose some or all of its function. In some cases, the expressed protein may lose some or all of its active folded structure and may become denatured or even completely inactive. The expressed protein may also be encapsulated within inclusion bodies within the host cell. These are separate particles or globules inside the cell and separated from the rest of the cell, and they probably contain the aggregated or inactive form of the expressed protein. This makes it difficult to collect the produced protein from the host cell, which makes isolation and purification techniques difficult, inefficient, time consuming, and expensive. obtain. Efforts to produce expression-resistant polypeptides in active or functional form and in relatively high yield have been made for many years and have been largely unsuccessful. In particular, expression-resistant enzymes of commercial importance (eg, peroxidase enzymes such as horseradish peroxidase) have not been functionally expressed in reasonably high yields, or may be a convenient host cell, economical. Not functionally expressed in host cells or simple host cells. Instead, these enzymes are produced in non-functional or inactive forms (eg inclusion bodies) and are empirically engineered and reconstituted to obtain active enzymes in relatively low yields.

【0009】 細胞によって作製されるいくつかのタンパク質は、その細胞の外側に分泌また
は送達され、これは、収率ならびに後の単離および精製工程の効率を改善し得る
。しかし、多くのタンパク質は、天然で分泌されず、そして、例えば、それらが
細胞膜を容易には横切らない化学基を含むことから、人工的に分泌させることが
困難である。特に、封入体を形成する傾向を有するタンパク質を分泌するために
、適合性のタンパク質および宿主細胞系を操作することは困難である。従って、
外来タンパク質(特に真核生物起源のタンパク質、そして特に高収率で、かつ活
性の損失も機能の損失をも伴わずに宿主細胞によって分泌され得る組換えタンパ
ク質)を発現させるための改善された技術が必要とされる。
Some proteins made by cells are secreted or delivered outside the cell, which can improve yield and efficiency of subsequent isolation and purification steps. However, many proteins are not naturally secreted and are difficult to artificially secrete, for example because they contain chemical groups that do not readily cross cell membranes. In particular, it is difficult to engineer compatible proteins and host cell lines to secrete proteins that have a tendency to form inclusion bodies. Therefore,
Improved techniques for expressing foreign proteins, especially proteins of eukaryotic origin, and especially recombinant proteins that can be secreted by host cells in high yield and without loss of activity or function. Is required.

【0010】 議論されるように、宿主細胞発現系において外来タンパク質を産生する場合の
特定の難問は、通常の組換え宿主(例えば、E.coliおよび酵母)を使用す
る場合に、多くの外来タンパク質を機能的タンパク質へ適切に折り畳むことが不
可能であることである(1〜4)。結果として、組換え宿主細胞系において産生
されるポリペプチド鎖は、しばしば、合成または封入体中への蓄積の際に分解さ
れる。このことは、ネイティブ形態でジスルフィド結合を含むかまたはグリコシ
ル化される、真核生物タンパク質に特にあてはまる。明確には理解されず、そし
ておそらく多因子性である、この根本的な理由としては、タンパク質が蓄積する
「非天然」の組換え環境(35)、およびE.coli宿主における適切な折り
畳みの補因子(例えば、分子シャペロン)の欠損(3)が挙げられ得る。さらに
、グリコシル化は、真核生物生物体におけるタンパク質の折り畳みに関与してお
り(36)、その機能は細菌中に存在しない。
As discussed, the particular challenge of producing foreign proteins in host cell expression systems is that many foreign proteins are present when using conventional recombinant hosts (eg, E. coli and yeast). Cannot be properly folded into functional proteins (1-4). As a result, polypeptide chains produced in recombinant host cell lines are often degraded during synthesis or accumulation in inclusion bodies. This is especially true for eukaryotic proteins that contain disulfide bonds in their native form or are glycosylated. The underlying reason for this, which is not clearly understood and is probably multifactorial, is the "non-natural" recombinant environment in which the protein accumulates (35), and E. coli. E. coli hosts may be deficient in proper cofactors (eg molecular chaperones) (3). Furthermore, glycosylation is involved in protein folding in eukaryotic organisms (36) and its function is absent in bacteria.

【0011】 折り畳みの問題は、薬学的適用または産業適用のためのタンパク質の大規模生
産に、難しい障壁を提示する。高い効率の機能的発現系の欠如もまた、所望の用
途のためのタンパク質および反応条件を最適化するための指向性進化技術の適用
におけるネックの1つとなる。ランダム変異誘発および遺伝子組換え、それに続
くスクリーニングまたは選択を使用して、指向される進化は、産業適用にしばし
ば重要である種々の酵素特性(例えば、基質特異性、有機溶媒下での活性、およ
び高温での安定性)改善するために、首尾よく適用されている(5)。真核生物
酵素は、種々の既存のおよび潜在的な適用を有するが、指向性進化によるこれら
のタンパク質の改善は、簡易な組換え宿主においてこれらのタンパク質を機能的
に発現することが不可能であることによって限定されている。
The problem of folding presents a difficult barrier to large-scale production of proteins for pharmaceutical or industrial applications. The lack of highly efficient functional expression systems is also one of the bottleneck in the application of directed evolution techniques to optimize proteins and reaction conditions for desired applications. Using random mutagenesis and genetic recombination, followed by screening or selection, directed evolution is where a variety of enzymatic properties that are often important for industrial applications (eg, substrate specificity, activity in organic solvents, and It has been successfully applied (5) to improve stability at high temperature). Although eukaryotic enzymes have a variety of existing and potential applications, the improvement of these proteins by directional evolution makes it impossible to functionally express these proteins in facile recombinant hosts. Limited by being there.

【0012】 例えば、簡易な発現宿主においてペルオキシダーゼ酵素を発現することの困難
性は、生体触媒としてのペルオキシダーゼの可能性を実現するために少なくとも
2つの技術的難問を提起した。第1に、タンパク質工学方法によってこれらの酵
素を産業適用のために改変する試みが、妨げられている。指向性進化は、例えば
、E.coliまたはS.cerevisiaeのような宿主、すなわち変異体
または改変体の大きなライブラリーが作製され得る生物体における発現を利用す
る。第2に、適切な外来(異種)宿主における効率的な発現の欠如が、経済的規
模でのいくつかのこれらのタンパク質の大量生産を妨げる。
For example, the difficulty of expressing peroxidase enzymes in simple expression hosts has raised at least two technical challenges in order to realize the potential of peroxidase as a biocatalyst. First, attempts to modify these enzymes for industrial applications by protein engineering methods have been hampered. Directional evolution is described, for example, in E. coli or S. Utilizing expression in a host such as cerevisiae, an organism in which a large library of mutants or variants can be made. Second, the lack of efficient expression in a suitable foreign (heterologous) host prevents the large scale production of some of these proteins on an economic scale.

【0013】 組換え発現されたタンパク質の活性形態を得るための1つの方法は、これらの
タンパク質をインビトロで封入体から再折り畳みすることによるが、これらのプ
ロセスは、しばしば困難であり、かつ非効率的である(1〜3)。さらに、この
ことは、何万もの変異体のスクリーニングを必要とする指向性進化のための、実
行可能な選択肢ではない。この問題を解決する、より有利な方法は、宿主環境中
で折り畳みを促進し得る、標的遺伝子における変異を同定することであり得る。
多くの研究からの証拠は、アミノ酸配列の特定の残基が、タンパク質の折り畳み
自体に対する絶大な影響を有することを、ますます示唆する。従って、科学者が
宿主環境中で折り畳みを促進する標的遺伝子における変異を同定し得る場合、こ
れは非常に有利である。これは、封入体の障害を回避し得るが、このような技術
は、特定の有益な変異体の発見、同定および使用を必要とする。
One way to obtain active forms of recombinantly expressed proteins is by refolding these proteins from inclusion bodies in vitro, but these processes are often difficult and inefficient. Target (1-3). Moreover, this is not a viable option for directed evolution, which requires screening of tens of thousands of variants. A more advantageous way of solving this problem could be to identify mutations in the target gene that could facilitate folding in the host environment.
Evidence from many studies increasingly suggests that certain residues in the amino acid sequence have profound effects on the protein folding itself. Therefore, it would be a great advantage if scientists could identify mutations in target genes that promote folding in the host environment. While this may avoid inclusion body damage, such techniques require the discovery, identification and use of certain beneficial variants.

【0014】 例えば、Kingおよび共同研究者による一連の研究は、いくつかの単一のア
ミノ酸置換が、インビボでの制限された温度で、ファージp22テイルスパイク
(tailspike)タンパク質の生産的な折り畳みを妨害すること、および
第2部位サプレッサー変異(second−site suppresser
mutation)は、折り畳み欠損変異体をレスキューし得ることを示してい
る(6)。別の研究において、ウシ膵臓トリプシンインヒビター(BPTI)に
おけるチロシン35のロイシンでの置換は、インビトロでの折り畳み経路におけ
る速度論的トラップを排除した(7)。さらに、数個の選択された残基のカセッ
ト変異誘発によって作製された、ヒトインターロイキン1βのいくつの変異体は
、可溶性形態でE.coli中で発現されるが、野生型はほとんど不溶性であり
、そして封入体を形成することが報告された(8)。別の研究において、単一の
部位特異的変異は、組換え抗体の折り畳み効率を改善することが見出された(9
)。
For example, a series of studies by King and coworkers showed that several single amino acid substitutions interfere with the productive folding of the phage p22 tailspike protein at limited temperatures in vivo. And second-site suppressor mutation (second-site suppressor mutation)
Mutation) has shown that folding defective mutants can be rescued (6). In another study, substitution of tyrosine 35 with leucine in bovine pancreatic trypsin inhibitor (BPTI) eliminated a kinetic trap in the folding pathway in vitro (7). Moreover, several mutants of human interleukin 1β, produced by cassette mutagenesis of several selected residues, were found in soluble form in E. coli. Although expressed in E. coli, wild type was reported to be almost insoluble and to form inclusion bodies (8). In another study, a single site-directed mutation was found to improve the folding efficiency of recombinant antibodies (9
).

【0015】 どの残基が、タンパク質の折り畳みはもちろん、機能または安定性に重要であ
るかを予測することは困難である。従って、それは、生物学的活性を損なわずに
、タンパク質の折り畳みおよび発現に影響を及ぼす有益な変異について系統的に
検索するための方法が存在する場合に有利である。指向性進化技術は、この目標
の達成において有用であると分かり得る。この進化性アプローチは、同時ランダ
ム変異誘発および組換えのためのDNAシャッフリングを使用して、既存の野生
型タンパク質を超える改善された所望の特性を有する改変体を生成する。点変異
は、核酸配列の再アセンブリに関連する、Taqベースのポリメラーゼ連鎖反応
(PCR)の内因的な非忠実性に起因して生成される。1つの例において、St
emmerおよび共同研究者は、この技術を緑色蛍光タンパク質(GFP)をコ
ードする遺伝子に適用し、これは、E.coliにおいて野生型よりも良好に折
り畳まれるタンパク質を生じた(10)。
It is difficult to predict which residues are important for function or stability as well as protein folding. Therefore, it would be advantageous if there were methods for systematically searching for beneficial mutations that affect protein folding and expression without compromising biological activity. Directional evolution techniques may prove useful in achieving this goal. This evolutionary approach uses DNA shuffling for simultaneous random mutagenesis and recombination to generate variants with improved desired properties over existing wild-type proteins. Point mutations are generated due to the intrinsic infidelity of Taq-based polymerase chain reaction (PCR), which is associated with the reassembly of nucleic acid sequences. In one example, St
Emmer and coworkers applied this technique to the gene encoding green fluorescent protein (GFP), which is described in E. It produced a protein that folds better in E. coli than the wild type (10).

【0016】 特定の目的のタンパク質の1つの群は、ヘムタンパク質(すなわち、これらは
鉄含有ヘム族を有する)である。これらのタンパク質は、多くの生物学的および
生化学的な用途を有し、これらとしては、ペルオキシダーゼと呼ばれる特定の酵
素が挙げられる。ペルオキシダーゼは、過酸化物(例えば、過酸化水素)が反応
物の1つである、酸化反応または還元反応を促進する酵素である。過酸化物は、
分子状酸素以外の、酸素原子が互いに結合している化合物である。例えば、ヘム
酵素である西洋ワサビペルオキシダーゼ(HRP)は、診断アッセイのレポータ
ーとして広範に使用される。HRPは、出発物質または出発基質が、過酸化物(
例えば、過酸化水素(H22))の存在下で化学的に結合し、副産物として水(
2O)を生じる。この反応は、目的の別の反応が生じたか否か、あるいは特定
の物質(例えば、HRP出発物質)が、混合物またはサンプル中に存在するか否
かを示すために利用され得る。原核生物発現系のような効率的かつ費用効果の高
い系を使用して、大量のHRP、および他のヘム酵素またはペルオキシダーゼ酵
素を産生する方法を提供することが有益である。しかし、ネイティブHRPは、
4つのジスルフィドを含み、そして高度にグリコシル化(約21%)されている
が、炭水化物部分は、その活性または安定性に対して明らかな効果を有さない(
11)。結果として、細菌におけるHRPを発現する先の試みは、封入体を生じ
、機能的発現を伴わなかった(12〜14)。酵母における首尾よい発現もまた
、本発明の前には達成されていない。
One group of proteins of particular interest are heme proteins (ie, they have an iron-containing heme family). These proteins have many biological and biochemical applications, including specific enzymes called peroxidases. Peroxidase is an enzyme that promotes oxidation or reduction reactions, where peroxide (eg, hydrogen peroxide) is one of the reactants. Peroxide is
It is a compound in which oxygen atoms other than molecular oxygen are bonded to each other. For example, the heme enzyme horseradish peroxidase (HRP) is widely used as a reporter in diagnostic assays. In HRP, the starting material or starting substrate is a peroxide (
For example, chemically bound in the presence of hydrogen peroxide (H 2 O 2 ), water as a by-product (
H 2 O) is produced. This reaction can be used to indicate whether another reaction of interest has occurred or whether a particular substance (eg, HRP starting material) is present in the mixture or sample. It would be beneficial to provide a method for producing large amounts of HRP and other heme or peroxidase enzymes using efficient and cost effective systems such as prokaryotic expression systems. But the native HRP
Although containing four disulfides and highly glycosylated (about 21%), the carbohydrate moiety has no apparent effect on its activity or stability (
11). As a result, previous attempts to express HRP in bacteria resulted in inclusion bodies, with no functional expression (12-14). Successful expression in yeast has also not been achieved before the present invention.

【0017】 従って、困難なインビトロでの折り畳みプロトコルの必要性を排除するために
、通常は発現される困難性があるタンパク質を発現するための、新規でかつ改善
された方法を開発する必要性が存在する。特に、指向性進化技術と組み合わせた
使用に非常に適した、タンパク質発現方法の必要性が存在する。
Therefore, in order to eliminate the need for difficult in vitro folding protocols, there is a need to develop new and improved methods for expressing proteins that are normally difficult to express. Exists. In particular, there is a need for protein expression methods that are well suited for use in combination with directed evolution techniques.

【0018】 特に、本発明は、エラープローン(error−prone)PCRおよびD
NAシャッフリングによって生成されたHRP変異体のライブラリーをスクリー
ニングして、細菌(E.coli、B.subtilis)および酵母(S.c
erevisiae)における機能的発現を容易にする変異を同定するための方
法を記載する。1つの例示的実施態様において、本発明の改変体は、機能的かつ
活性な西洋ワサビペルオキシダーゼ(HRP)であり、これは、E.coliに
おいて封入体を伴わずに、約110μg/Lのレベルで発現される。これは、封
入体から他のHRP酵素を回収するために用いられた、よりさらにコストが高く
、時間がかかる、そして困難なインビトロでの再折り畳み技術から以前に得られ
た量に匹敵する。
In particular, the present invention relates to error-prone PCR and D
A library of HRP variants generated by NA shuffling was screened for bacterial (E. coli, B. subtilis) and yeast (S. c.
Described are methods for identifying mutations that facilitate functional expression in E. cerevisiae). In one exemplary embodiment, the variant of the invention is a functional and active horse radish peroxidase (HRP), which is an E. It is expressed in E. coli without inclusion bodies at a level of about 110 μg / L. This is comparable to the amounts previously obtained from the more costly, time-consuming and difficult in vitro refolding techniques used to recover other HRP enzymes from inclusion bodies.

【0019】 (発明の要旨) ネイティブタンパク質の使用に対する観察された制約は、進化の結果であると
考えられる。タンパク質は、生存生物体の状況および環境下で進化し、生存を助
長する条件下(実験室または産業条件下でなく)で特定の生物学的機能を果たし
ている。いくつかの場合、進化は、最適よりも低い効率的な酵素を好まないか、
または必要とさえしないかもしれない。公知の発現系の産生量、効率、作用条件
、安定性および他の特性は、不変であるとは考えられず、またこれらは、細胞性
の発現系の性質に対して内因性であるとみなされるべき限定でもない。これらの
系において使用されるタンパク質がインビトロで進化され得ること、または類似
のタンパク質が別に開発されて、例えば、そのタンパク質の活性を維持しながら
、さらにより効率的な発現、折り畳みおよび分泌を得るために、タンパク質の特
性を変更もしくは増強し得ることが可能である。改善されたタンパク質はまた、
ネイティブの生物体の培養物または発現された遺伝子ライブラリーをスクリーニ
ングすることによって得られ得る(3)。
SUMMARY OF THE INVENTION The observed constraints on the use of native proteins are believed to be the result of evolution. Proteins evolve in the context and environment of living organisms and perform specific biological functions under conditions that favor survival (rather than laboratory or industrial conditions). In some cases evolution may not favor sub-optimal efficient enzymes,
Or you may not even need it. The yield, efficiency, operating conditions, stability and other properties of known expression systems are not considered to be invariant and they are considered endogenous to the nature of the cellular expression system. It is not a limitation that should be done. The proteins used in these systems can be evolved in vitro, or similar proteins have been developed separately, for example to obtain even more efficient expression, folding and secretion while maintaining the activity of the protein. In particular, it is possible to modify or enhance the properties of proteins. The improved protein also
It can be obtained by screening cultures of native organisms or expressed gene libraries (3).

【0020】 多くのタンパク質は、簡易な発現系(例えば、E.coli)を用いて発現さ
れる場合、封入体を生じるか、または適切に折り畳むことが不可能なことに起因
して不活性である。本発明は、指向性進化技術を利用して、変異された機能的タ
ンパク質をコードする新規なポリヌクレオチドを作製し、このタンパク質は、不
活性化も封入体をも伴わずに、発現系において産生される増大された能力を有す
る。好ましい実施態様において、このタンパク質は、細胞外に分泌される。
Many proteins are inactive when expressed using simple expression systems (eg, E. coli) resulting in inclusion bodies or inability to fold properly. is there. The present invention utilizes directed evolution techniques to generate novel polynucleotides that encode mutated functional proteins, which are produced in expression systems without inactivation or inclusion bodies. Have an increased ability to be. In a preferred embodiment, this protein is secreted extracellularly.

【0021】 細菌から培養培地中にタンパク質を分泌することのいくつかの利点が存在する
。なぜなら、多くの場合、所望の基質は、E.coliの膜を容易に通過し得な
いからである。分泌は指向性進化の研究において、スクリーニングを容易にし得
る。なぜなら、その分泌された酵素に培養培地中の反応を触媒させることによっ
て、細胞に侵入し得ない基質が使用され得るからである。これはまた、分泌レベ
ルが十分に高い場合、培養上清が、混入物質をほとんど含まないために、組換え
タンパク質の産生を有意に単純化し得る。それにもかかわらず、細菌からの培養
培地へのタンパク質の分泌は、特に、かさ高い補欠分子族(例えば、ヘム)を含
む酵素について、困難な作業のままである。
There are several advantages of secreting proteins from bacteria into the culture medium. Often, the desired substrate is E. This is because it cannot easily pass through the E. coli membrane. Secretion may facilitate screening in directed evolution studies. Because by catalyzing the secreted enzyme for the reaction in the culture medium, a substrate that cannot enter cells can be used. This can also significantly simplify the production of recombinant proteins, if the secretion levels are high enough, because the culture supernatant is almost free of contaminants. Nevertheless, the secretion of proteins from bacteria into the culture medium remains a daunting task, especially for enzymes containing bulky prosthetic groups (eg heme).

【0022】 この問題は、適切なシグナルペプチド(例えば、Erwinia carot
ovoraのペクチン酸リアーゼB(PelB)由来のシグナル(27))を使
用して、培養培地中へのHRPまたはCCPのようなペルオキシダーゼの分泌を
効率的に指向することによって解決され得る。このシグナルペプチドはまた、一
般に、ヘム補欠分子族を含有する他のタンパク質(例えば、シトクロムP450
酵素および他のペルオキシダーゼ)に適用可能である。
This problem is addressed by the appropriate signal peptides (eg Erwinia carot
The signal from ovora pectate lyase B (PelB) (27)) can be used to solve by efficiently directing the secretion of peroxidases such as HRP or CCP into the culture medium. This signal peptide is also commonly associated with other proteins containing the heme prosthetic group (eg, cytochrome P450).
Enzymes and other peroxidases).

【0023】 本発明の1つの実施態様に従って、指向性進化またはランダム変異誘発を使用
して、インビトロタンパク質を産生する。このタンパク質は、酵母および原核生
物発現系(例えば、E.coli)においてでさえ、発現後に容易に折り畳まれ
、そしてこのような発現系で産生されるタンパク質について予期される量で、宿
主細胞の外側に容易に分泌される。さらに、これらのタンパク質の活性は、適切
な選択がなされた後の変異誘発工程によって損なわれない。
According to one embodiment of the invention, directed evolution or random mutagenesis is used to produce in vitro proteins. The protein is readily folded after expression even in yeast and prokaryotic expression systems (eg, E. coli), and outside the host cell in the amount expected for proteins produced in such expression systems. Easily secreted by. Moreover, the activity of these proteins is not impaired by the mutagenesis step after proper selection has been made.

【0024】 従って、本発明は、指向性進化を使用することによってペルオキシダーゼ酵素
をコードするポリヌクレオチドの発現を改善するための方法、および従来の発現
系において改善された発現を有する改変西洋ワサビペルオキシダーゼをコードす
るポリヌクレオチドを提供する。
Accordingly, the present invention provides a method for improving the expression of a polynucleotide encoding a peroxidase enzyme by using directed evolution, and a modified horseradish peroxidase having improved expression in conventional expression systems. An encoding polynucleotide is provided.

【0025】 本発明の上記の特徴および多くの他の付随する利点は、以下の詳細な説明を添
付の図面と組み合わせて参照することによって、より良好に理解される。
The above features and many other attendant advantages of the present invention will be better understood with reference to the following detailed description in combination with the accompanying drawings.

【0026】 (発明の詳細な説明) 本発明は、タンパク質が、元来封入体を生じるか、または発現系の環境におい
て適切に折り畳むことが不可能であることに起因して、合成の際に分解される、
従来の発現系を使用するタンパク質の発現を改善するための方法に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention provides for the synthesis during synthesis due to the fact that the protein either originally gives rise to inclusion bodies or is unable to fold properly in the environment of the expression system. Disassembled,
It relates to methods for improving the expression of proteins using conventional expression systems.

【0027】 (定義) 本明細書中で使用される場合、「約」または「およそ」とは、所定の値または
範囲の20パーセント以内、好ましくは10パーセント以内、そしてより好まし
くは5パーセント以内を意味する。
Definitions As used herein, “about” or “approximately” means within 20 percent, preferably within 10 percent, and more preferably within 5 percent of a given value or range. means.

【0028】 用語「基質」とは、酵素触媒の作用によって別の化合物に変換されるか、また
は変換される傾向がある、任意の基質または化合物を意味する。この用語は、芳
香族化合物および脂肪族化合物を含み、そして単一の化合物だけでなく、化合物
の組み合わせ(例えば、溶液)、混合物および少なくとも1つの基質を含む他の
材料も含む。
The term “substrate” means any substrate or compound that is or tends to be converted to another compound by the action of an enzyme catalyst. The term includes aromatic compounds and aliphatic compounds, and includes not only single compounds, but also combinations of compounds (eg, solutions), mixtures and other materials including at least one substrate.

【0029】 本明細書中で使用される場合、「酸化反応」または「酸素付加反応」とは、基
質への酸素付加に関連し、酸素付加または酸化された基質もしくは産物を形成す
る、化学的または生化学的反応である。酸化反応は、代表的に還元反応を付随す
る(従って、用語「酸化還元」反応とは、酸化および還元についてをいう)。化
合物が酸素を受け取るか、または電子を失う場合、この化合物は「酸化」される
。(化合物が酸素を失うか、または電子を得る場合)この化合物は「還元」され
る。
As used herein, an “oxidation reaction” or “oxygenation reaction” refers to a chemical reaction involving oxygenation of a substrate to form an oxygenated or oxidized substrate or product. Or it is a biochemical reaction. Oxidation reactions are typically accompanied by reduction reactions (hence the term "redox" reaction refers to oxidation and reduction). When a compound receives oxygen or loses an electron, the compound is "oxidized". The compound is "reduced" (when it loses oxygen or gains electrons).

【0030】 用語「酵素」とは、1以上の化学反応または生化学反応を、多かれ少なかれ特
異的に触媒または促進する、タンパク質あるいはポリペプチドから全体または大
部分が構成される任意の物質を意味する。
The term “enzyme” means any substance composed wholly or in large part of a protein or polypeptide that more or less specifically catalyzes or promotes one or more chemical or biochemical reactions. .

【0031】 「ポリペプチド」(1以上のペプチド)とは、ペプチド結合と呼ばれる化学結
合によって共に連結される、アミノ酸と呼ばれる化学的構成単位の鎖である。タ
ンパク質またはポリペプチド(酵素を含む)は、それが、天然に存在することを
意味する「ネイティブ」または「野生型」であり得るか;あるいは、それが、ネ
イティブタンパク質または別の変異体から作製、変更、由来されるか、またはど
こか異なるかもしくは変化されたことを意味する、「変異体」、「改変体」また
は「修飾体(modified)」であり得る。「親」のポリペプチドまたは酵
素は、そこから任意の他のポリペプチドまたは酵素が、その親がそれ自体ネイテ
ィブまたは変異体のポリヌクレオチドもしくは酵素であるかのいずれにしろ、任
意の方法、道具または技術を使用して、誘導あるいは作製される、任意のポリペ
プチドまたは酵素である。親のポリヌクレオチドは、尾やのポリペプチドをコー
ドするポリヌクレオチドである。「試験酵素」とは、タンパク質含有物質であり
、これは、酵素の特性を有するかどうか決定するために試験される。用語「酵素
」とはまた、触媒性ポリヌクレオチド(例えば、RNAまたはDNA)をいい得
る。
A “polypeptide” (one or more peptides) is a chain of chemical building blocks called amino acids that are linked together by chemical bonds called peptide bonds. A protein or polypeptide (including an enzyme) can be "native" or "wild-type", meaning that it occurs naturally; or it is made from a native protein or another variant, It may be "variant", "variant" or "modified" which means altered, derived or somewhere different or altered. A "parental" polypeptide or enzyme is any method, tool, or any other polypeptide or enzyme from which any parent, whether its parent is itself a native or variant polynucleotide or enzyme. Any polypeptide or enzyme that is derived or produced using techniques. The parental polynucleotide is a polynucleotide that encodes a tail or polypeptide. A "test enzyme" is a protein-containing substance that is tested to determine if it has the properties of an enzyme. The term "enzyme" can also refer to a catalytic polynucleotide (eg, RNA or DNA).

【0032】 酵素の「活性」とは、反応を触媒するその能力の測度であり、そしてその反応
産物が生成される速度として表され得る。例えば、酵素活性は、単位時間あたり
、単位酵素(例えば、濃度または重量)あたりで生成される産物の量として表さ
れ得る。酵素の「安定性」とは、特定の環境または特定の状況下で、経時的に機
能するその能力を意味する。安定性を評価する1つの方法は、所定の条件下で、
経時的に活性の損失に耐えるその能力を評価することである。酵素の安定性はま
た、他の方法(例えば、酵素が折り畳まれた状態または折り畳まれていない状態
にある相対度を決定することによって)において評価され得る。従って、ある酵
素が他の酵素より、同じ条件下で活性の損失により耐性であるか、変性に対して
より耐性であるか、または任意の適切な測度によってより耐性である場合、その
酵素は、もう一方の酵素よりも安定であるか、または改善された安定性を有する
。例えば、より「熱的に安定」または「熱安定性」の酵素は、熱または上昇温度
に曝露された場合、構造の損失(変性)または機能の損失(酵素活性)により耐
性である酵素である。これを評価する1つの方法は。タンパク質について「融解
温度」すなわちTmを決定することである。融解温度(中点ともまた呼ばれる)
は、タンパク質の半分が、その完全に折り畳まれた状態から変性される温度であ
る。この中点は、代表的に、タンパク質の変性を温度の関数としてプロットする
滴定曲線の中点を計算することによって決定される。従って、より高いTmを有
するタンパク質は、変性を生じるためにより多くの熱を必要とし、そしてより安
定すなわちより熱安定性である。別の言い方をすると、より高いTmを有するタ
ンパク質は、同じ温度でより低いTmを有するタンパク質よりも、より少ないそ
のタンパク質分子が変性されることを示し、また、変性に対してより耐性である
そのタンパク質がより安定である(そのタンパク質が同じ温度でより少ない変性
を有する)ことを意味する。安定性の別の測度は、T1/2であり、これは、温度
の関数としたタンパク質の不活性化曲線の転移中点である。T1/2は、タンパク
質がその活性の半分を損失する温度である。従って、より高いT1/2を有するタ
ンパク質は、それを失活するためにより多くの熱を必要とし、そしてより安定す
なわちより熱安定性である。別の言い方をすると、より高いT1/2を有するタン
パク質は、同じ温度でより低いT1/2を有するタンパク質よりも、より少ないそ
のタンパク質分子が不活性化されることを示し、また、失活に対してより耐性で
あるそのタンパク質がより安定であること(そのタンパク質が同じ温度でより高
い活性を有する)を意味する。これらのアッセイはまた、「熱シフト」アッセイ
と呼ばれる。なぜなら、温度に対してプロットした、不活化曲線または変性曲線
は、安定性が増加または減少する場合、より高い温度またはより低い温度へ「シ
フト」するからである。熱安定性はまた、他の方法で測定され得る。例えば、上
昇温度での酵素活性についてのより長い半減期(t1/2)は、熱安定性の指標で
ある。
The "activity" of an enzyme is a measure of its ability to catalyze a reaction and can be expressed as the rate at which the reaction product is produced. For example, enzyme activity can be expressed as the amount of product produced per unit time, per unit enzyme (eg, concentration or weight). The "stability" of an enzyme means its ability to function over time in a particular environment or under certain circumstances. One method of assessing stability is:
To assess its ability to withstand loss of activity over time. The stability of an enzyme can also be assessed in other ways, for example by determining the relative degree to which the enzyme is in the folded or unfolded state. Thus, if one enzyme is more resistant to loss of activity under the same conditions, more resistant to denaturation, or more resistant by any suitable measure, than another enzyme, the enzyme is It is more stable than the other enzyme or has improved stability. For example, a more “thermally stable” or “thermostable” enzyme is an enzyme that is more resistant to loss of structure (denaturation) or loss of function (enzymatic activity) when exposed to heat or elevated temperatures. . One way to evaluate this is. It is to determine the "melting temperature" or T m for proteins. Melting temperature (also called midpoint)
Is the temperature at which half of the protein is denatured from its fully folded state. This midpoint is typically determined by calculating the midpoint of the titration curve, which plots protein denaturation as a function of temperature. Thus, a protein with a higher T m requires more heat to cause denaturation and is more stable or more thermostable. In other words, a protein with a higher T m shows that less of its protein molecule is denatured and more resistant to denaturation than a protein with a lower T m at the same temperature. It means that the protein is more stable (the protein has less denaturation at the same temperature). Another measure of stability is T 1/2 , which is the transition midpoint of the protein inactivation curve as a function of temperature. T 1/2 is the temperature at which a protein loses half its activity. Thus, a protein with a higher T 1/2 requires more heat to inactivate it and is more stable or more thermostable. Stated another way, a protein with a higher T 1/2 shows less of its protein molecule is inactivated and loses more than a protein with a lower T 1/2 at the same temperature. It means that the protein that is more resistant to activity is more stable (that protein has higher activity at the same temperature). These assays are also called "heat shift" assays. This is because the inactivation or denaturation curve, plotted against temperature, "shifts" to higher or lower temperatures as the stability increases or decreases. Thermal stability can also be measured in other ways. For example, the longer half-life (t 1/2 ) for enzyme activity at elevated temperatures is an indicator of thermostability.

【0033】 「酸化酵素」とは、代表的に、酸素を供給源またはドナーから基質へ付加、挿
入、付与または転移することによって、1以上の酸化反応を触媒する酵素である
。このような酵素はまた、オキシドレダクーゼまたはレドックス酵素と呼ばれ、
そしてオキシゲナーゼ、ヒドロゲナーゼまたはレダクターゼ、オキシダーゼおよ
びペルオキシダーゼを包含する。
An “oxidizing enzyme” is an enzyme that typically catalyzes one or more oxidative reactions by adding, inserting, imparting or transferring oxygen from a source or donor to a substrate. Such enzymes are also called oxidoreductases or redox enzymes,
And includes oxygenases, hydrogenases or reductases, oxidases and peroxidases.

【0034】 用語「酸素ドナー」、「酸化剤」および「オキシダント」とは、酸化反応にお
いて基質へ酸素を供与する基質、分子または化合物を意味する。代表的に、酸素
ドナーは還元される(電子を受け取る)。限定されない、例示的な酸素ドナーと
しては、分子酸素または二酸素(O2)および過酸化物(アルキルペルオキシド
(例えば、t−ブチルペルオキシド)、および最も好ましくは過酸化水素(H2
2)を含む)が挙げられる。過酸化物は互いに結合する2酸素原子を有する任
意の化合物である。
The terms “oxygen donor”, “oxidant” and “oxidant” mean a substrate, molecule or compound that donates oxygen to a substrate in an oxidation reaction. Typically, oxygen donors are reduced (accept electrons). Without limitation, exemplary oxygen donors, molecular oxygen or dioxygen (O 2) and peroxide (alkyl peroxides (e.g., t- butyl peroxide), and most preferably hydrogen peroxide (H 2
Including O 2 ). A peroxide is any compound that has two oxygen atoms bound to each other.

【0035】 「発光」基質とは、任意の機構(色の変化、UV吸収、蛍光およびリン光を含
む)による、検出可能な電磁放射、または電磁放射(最も通常は、可視光)にお
ける変化を生成する任意の基質を意味する。好ましくは、本発明に従う発光基質
は、検出可能な色、蛍光またはUV吸収を生成する。
A “luminescent” substrate is any detectable electromagnetic radiation, or a change in electromagnetic radiation (most commonly visible light), by any mechanism, including color change, UV absorption, fluorescence and phosphorescence. It means any substrate that is produced. Preferably, the luminescent substrate according to the invention produces a detectable color, fluorescence or UV absorption.

【0036】 用語「化学発光剤」とは、発光(例えば、蛍光)シグナルの検出能力を、例え
ば、シグナルの強度または半減期を増加することによって、増強する任意の基質
を意味する。1つの例示的かつ好ましい化学発光剤は、5−アミノ−2,3−ジ
ヒドロ−1,4−フタラジンジオン(phthalazinedione)(ル
ミノール)およびアナログである。他の化学発光剤としては、1,2−ジオキセ
タン(例えば、テトラメチル−1,2−ジオキセタン(TMD)、1,2−ジオ
キセタノン、および1,2−ジオキセタンジオン)が挙げられる。
The term “chemiluminescent agent” means any substrate that enhances the ability to detect a luminescent (eg, fluorescent) signal, eg, by increasing the intensity or half-life of the signal. One exemplary and preferred chemiluminescent agent is 5-amino-2,3-dihydro-1,4-phthalazinedione (luminol) and analogs. Other chemiluminescent agents include 1,2-dioxetanes (eg, tetramethyl-1,2-dioxetane (TMD), 1,2-dioxetanone, and 1,2-dioxetanedione).

【0037】 用語「ポリマー」とは、互いに繰り返して連結される2以上の構成単位「マー
」からなる任意の基質または化合物を意味する。例えば、「ダイマー」は、2つ
の構成単位が互いに結合されている化合物である。
The term “polymer” means any substrate or compound consisting of two or more building blocks “mers” that are repeatedly linked to each other. For example, a "dimer" is a compound in which two constitutional units are linked together.

【0038】 用語「補因子」は、酵素の活性に必須または有利な任意の非タンパク質物質を
意味する。「補酵素」とは、直接的に相互作用し、そして酵素によって触媒され
る反応を促進するよう働く補因子を意味する。多くの補酵素がキャリアとして働
く。例えば、NAD+およびNADP+は、水素原子をある酵素から別の酵素に運
ぶ。「補助的タンパク質」とは、酵素の活性に必須または有利な任意のタンパク
質物質を意味する。
The term “cofactor” means any non-protein substance essential or beneficial for the activity of the enzyme. By "coenzyme" is meant a cofactor that directly interacts and acts to promote the reaction catalyzed by the enzyme. Many coenzymes act as carriers. For example, NAD + and NADP + carry hydrogen atoms from one enzyme to another. By "auxiliary protein" is meant any protein substance that is essential or beneficial for the activity of the enzyme.

【0039】 用語「宿主細胞」とは、細胞による物質の産生(例えば、遺伝子、DNAまた
はRNA配列、タンパク質あるいは酵素の細胞による発現)について、任意の方
法で、選択、改変、形質転換、増殖、あるいは使用または操作される任意の生物
体の任意の細胞を意味する。
The term “host cell” refers to the production (eg, expression of a gene, DNA or RNA sequence, protein or enzyme by a cell) of a substance by a cell in any way, selecting, modifying, transforming, propagating, Alternatively, it means any cell of any organism used or manipulated.

【0040】 「DNA」(デオキシリボ核酸)とは、デオキシリボース糖骨格上に共に連結
される、ヌクレオチド塩基とよばれる化学構成単位アデニン(A)、グアニン(
G)、シトシン(C)およびチミン(T)の任意の鎖または配列を意味する。D
NAは一本鎖のヌクレオチド塩基を有し得るか、または二重らせん構造を形成し
得る2つの相補鎖を有し得る。「RNA」(リボ核酸)とは、リボース糖骨格上
に共に連結される、ヌクレオチド塩基とよばれる化学構成単位アデニン(A)、
グアニン(G)、シトシン(C)およびウラシル(U)の任意の鎖または配列を
意味する。RNAは代表的に1本鎖のヌクレオチド塩基を有する。
“DNA” (deoxyribonucleic acid) is a chemical constitutional unit called a nucleotide base, adenine (A) and guanine (which are linked together on the deoxyribose sugar skeleton).
G), any chain or sequence of cytosine (C) and thymine (T). D
NA can have a single-stranded nucleotide base or can have two complementary strands that can form a double helix structure. “RNA” (ribonucleic acid) is a chemical structural unit called a nucleotide base, adenine (A), which is linked together on the ribose sugar backbone.
By any chain or sequence of guanine (G), cytosine (C) and uracil (U). RNA typically has single-stranded nucleotide bases.

【0041】 「ポリヌクレオチド」または「ヌクレオチド配列」は、DNAおよびRNA中
の一連のヌクレオチド塩基(「ヌクレオチド」とも呼ばれる)であり、そして2
以上のヌクレオチドの任意の鎖を意味する。ヌクレオチド配列は、代表的に遺伝
情報(タンパク質および酵素を作製するための細胞機構によって使用される情報
を含む)を保有する。これらの用語は、二本鎖あるいは一本鎖の、ゲノムおよび
cDNA、RNA、任意の合成的および遺伝的に操作されたポリヌクレオチド、
ならびにセンスおよびアンチセンスの両方のポリヌクレオチド(センス鎖のみが
本明細書中に示されているが)を含む。これは、一本鎖および二本鎖の分子(す
なわち、DNA−DNA、DNA−RNAおよびRNA−RNAのハイブリッド
、ならびに「タンパク質核酸」(PNA)(これは、アミノ酸骨格に塩基を結合
することによって形成される))を含む。これはまた、修飾塩基(例えば、チオ
ウラシル、チオグアニンおよびフルオロウラシル)を含む核酸を含む。
“Polynucleotide” or “nucleotide sequence” is a series of nucleotide bases (also called “nucleotides”) in DNA and RNA, and 2
It means any chain of the above nucleotides. Nucleotide sequences typically carry genetic information, including the information used by cellular machinery to make proteins and enzymes. These terms refer to double-stranded or single-stranded genomic and cDNA, RNA, any synthetically and genetically engineered polynucleotide,
And both sense and antisense polynucleotides (although only the sense strand is shown herein). It includes single- and double-stranded molecules (ie, DNA-DNA, DNA-RNA and RNA-RNA hybrids, as well as "protein nucleic acids" (PNA), which bind bases to the amino acid backbone. Formed)). It also includes nucleic acids containing modified bases such as thiouracil, thioguanine and fluorouracil.

【0042】 本明細書中のポリヌクレオチドは、天然の調節配列に隣接され得るか、または
異種配列(プロモーター、エンハンサー、応答エレメント、シグナル配列、ポリ
アデニル化配列、イントロン、5’−非コード領域および3’−非コード領域な
どを含む)に結合され得る。核酸はまた、当該分野で公知の多くの手段によって
修飾され得る。このような修飾の非限定的な例としては、メチル化、「キャップ
」、1以上の天然に存在するヌクレオチドのアナログでの置換、およびヌクレオ
チド間の修飾(例えば、非荷電結合(例えば、メチルホスホネート、ホスホトリ
エステル、ホスホロアミダイト、カルバメートなど)および荷電結合(例えば、
ホスホロチオネート、ホスホロジチオネートなど)による修飾のような)が挙げ
られる。ポリヌクレオチドは、1以上のさらなる共有結合部分(例えば、タンパ
ク質(例えば、ヌクレアーゼ、毒素、抗体、シグナルペプチド、ポリ−L−リジ
ンなど)、インターカレーター(例えば、アクリジン、ソラレンなど)、キレー
ト剤(例えば、金属、放射性金属、鉄、酸化金属など)、およびアルキル化剤の
ような)を含み得る。ポリヌクレオチドは、メチルホスホトリエステルまたはエ
チルホスホトリエステルの形成、あるいはアルキルホスホロアミダイト連結によ
って誘導体化され得る。さらに、本明細書中のポリヌクレオチドはまた、直接的
または間接的のいずれかで、検出可能なシグナルを提供し得る標識によって修飾
され得る。例示的な標識としては、放射性同位体、蛍光分子、ビオチンなどを挙
げられる。
The polynucleotides herein may be flanked by naturally-occurring regulatory sequences, or may be heterologous sequences (promoter, enhancer, response element, signal sequence, polyadenylation sequence, intron, 5'-noncoding region and 3 '). '-(Including non-coding regions, etc.). Nucleic acids can also be modified by many means known in the art. Non-limiting examples of such modifications include methylation, "capping", replacement of one or more naturally occurring nucleotides with analogs, and internucleotide modifications (eg, uncharged bonds (eg, methylphosphonate). , Phosphotriesters, phosphoramidites, carbamates, etc.) and charge bonds (eg,
Phosphorothionate, phosphorodithionate, etc.)). Polynucleotides include one or more additional covalent moieties (eg, proteins (eg, nucleases, toxins, antibodies, signal peptides, poly-L-lysines, etc.), intercalators (eg, acridine, psoralens, etc.), chelating agents (eg. , Metals, radioactive metals, iron, metal oxides, etc.), and alkylating agents). Polynucleotides can be derivatized by formation of methylphosphotriesters or ethylphosphotriesters, or alkylphosphoramidite linkages. In addition, the polynucleotides herein can also be modified, either directly or indirectly, with a label that can provide a detectable signal. Exemplary labels include radioisotopes, fluorescent molecules, biotin and the like.

【0043】 タンパク質および酵素は、遺伝コードに従って、DNAおよびRNA中の指示
を使用して宿主細胞中で作製される。一般的に、特定のタンパク質または酵素に
ついての指示を有するDNA配列は、対応するRNAの配列に「転写」される。
次いで、RNA配列は、タンパク質または酵素を形成するアミノ酸の配列に「翻
訳」される。「アミノ酸配列」は、2以上のアミノ酸の任意の鎖である。各アミ
ノ酸は、1以上のヌクレオチドトリプレットによって、DNAまたはRNA中に
示される。各トリプレットは、アミノ酸に対応する、コドンを形成する。例えば
、アミノ酸リジン(Lys)は、ヌクレオチドトリプレットすなわちコドンAA
AまたはコドンAAGによってコードされ得る(遺伝コードは、いくらかの縮重
性(また変性性とも呼ばれる)を有し、これは、ほとんどのアミノ酸は1より多
い対応するコドンを有することを意味する)。DNAおよびRNA配列における
ヌクレオチドは、タンパク質産生のために3つの群で読まれるので、正しいアミ
ノ酸で配列を読み始めることが重要であり、その結果、正しいトリプレットが読
まれる。ヌクレオチド配列がコドンにグループ化される方法は、「リーディング
フレーム」と呼ばれる。
Proteins and enzymes are produced in host cells using the instructions in DNA and RNA according to the genetic code. Generally, a DNA sequence bearing the instructions for a particular protein or enzyme is "transcribed" into the sequence of the corresponding RNA.
The RNA sequence is then “translated” into a sequence of amino acids that form a protein or enzyme. An "amino acid sequence" is any chain of 2 or more amino acids. Each amino acid is represented in DNA or RNA by one or more nucleotide triplets. Each triplet forms a codon, which corresponds to an amino acid. For example, the amino acid lysine (Lys) is a nucleotide triplet or codon AA.
It may be encoded by A or the codon AAG (the genetic code has some degeneracy (also called degeneracy), meaning that most amino acids have more than one corresponding codon). Since nucleotides in DNA and RNA sequences are read in three groups for protein production, it is important to start reading the sequence at the correct amino acid, so that the correct triplet is read. The manner in which nucleotide sequences are grouped into codons is called a "reading frame."

【0044】 用語「遺伝子」(「構造遺伝子」とも呼ばれる)は、1以上のタンパク質また
は酵素の全部あるいは一部を含む、アミノ酸の特定の配列をコードするか、また
はそれに対応するDNA配列を意味し、そしてこれは、例えば、その遺伝子が発
現される条件を決定する調節性DNA配列(例えば、プロモーター配列)を含ん
でも、含まなくともよい。構造遺伝子ではないある遺伝子は、DNAからRNA
に転写され得るが、アミノ酸配列に翻訳されない。他の遺伝子は、構造遺伝子の
レギュレーターとして、またはDNA転写のレギュレーターとして機能し得る。
The term “gene” (also referred to as “structural gene”) means a DNA sequence that encodes or corresponds to a specific sequence of amino acids that includes all or part of one or more proteins or enzymes. , And may or may not include, for example, a regulatory DNA sequence (eg, a promoter sequence) that determines the conditions under which the gene is expressed. Some genes that are not structural genes are DNA to RNA
But is not translated into an amino acid sequence. Other genes may function as regulators of structural genes or as regulators of DNA transcription.

【0045】 「コード配列」またはポリペプチド、タンパク質または酵素を「コードする」
配列は、それが発現される場合、そのポリペプチド、タンパク質または酵素の産
生を生じるヌクレオチド配列であり、すなわち、このヌクレオチド配列は、その
ポリペプチド、タンパク質または酵素についてのアミノ酸配列をコードする。R
NAポリメラーゼがそのコード配列をmRNAに転写し、次いで、このmRNA
はトランス−RNAスプライシングされ、そしてそのコード配列にコードされる
タンパク質に翻訳される場合、コード配列は、細胞中で、転写および翻訳の制御
配列の「制御下」にある。好ましくは、コード配列は、二本鎖DNA配列であり
、これは、適切な調節配列の制御下に配置された場合、インビトロまたはインビ
ボで細胞においてポリペプチドに転写および翻訳される。コード配列の境界は、
5’(アミノ)末端の開始コドンおよび3’(カルボキシル)末端の翻訳終止コ
ドンによって決定される。コード配列としては、原核生物配列、真核生物mRN
AからのcDNA、真核生物(例えば、哺乳動物)DNAからのゲノムDNA配
列、および合成DNA配列さえ含まれ得るが、これらに限定されない。コード配
列は真核生物細胞における発現が意図される場合、ポリアデニル化シグナルおよ
び転写終結配列が、通常、コード配列の3’側に位置される。
“Coding sequence” or “encoding” a polypeptide, protein or enzyme
A sequence is a nucleotide sequence that results in the production of that polypeptide, protein or enzyme when it is expressed, ie, this nucleotide sequence encodes the amino acid sequence for that polypeptide, protein or enzyme. R
NA polymerase transcribes its coding sequence into mRNA, which is then
Is trans-RNA spliced and, when translated into a protein encoded by its coding sequence, the coding sequence is "under the control" of transcriptional and translational control sequences in the cell. Preferably, the coding sequence is a double-stranded DNA sequence, which is transcribed and translated into a polypeptide in cells in vitro or in vivo when placed under the control of appropriate regulatory sequences. The boundaries of the code array are
It is determined by a start codon at the 5 '(amino) terminus and a translation stop codon at the 3' (carboxyl) terminus. The coding sequence includes a prokaryotic sequence and a eukaryotic mRN.
It can include, but is not limited to, cDNA from A, genomic DNA sequences from eukaryotic (eg, mammalian) DNA, and even synthetic DNA sequences. If the coding sequence is intended for expression in eukaryotic cells, a polyadenylation signal and transcription termination sequence will usually be located 3'to the coding sequence.

【0046】 転写および翻訳の制御配列は、DNA調節配列(例えば、プロモーター、エン
ハンサー、ターミネーターなど)であり、これらは、宿主細胞におけるコード配
列の発現を提供する。真核生物細胞において、ポリアデニル化シグナルは、制御
配列である。
Transcriptional and translational control sequences are DNA regulatory sequences (eg, promoters, enhancers, terminators, etc.) that provide expression of the coding sequences in a host cell. In eukaryotic cells, polyadenylation signals are regulatory sequences.

【0047】 「プロモーター配列」は、細胞中のRNAポリメラーゼを結合し得、そして下
流(3’方向)へのコード配列の転写を開始し得るDNA調節領域である。本発
明を定義するために、プロモーター配列は、転写開始部位によってその3’末端
で結合され、そして上記バックグラウンドが検出可能なレベルで転写を開始する
ために必要な、最小数の塩基またはエレメントを含むように、上流(5’方向)
に延伸する。プロモーター配列内に、転写開始部位(例えば、ヌクレアーゼS1
によるマッピングによって、簡便に定義される)、ならびにRNAポリメラーゼ
の結合を担うタンパク質結合ドメイン(コンセンサス配列)が見出される。上記
のように、プロモーターDNAは、コードDNAの発現を、開始、調節、あるい
はさもなければ、媒介または制御するDNA配列である。プロモーターは、「誘
導性」であり得、これは、別の化合物(「誘導物質」)の存在または量によって
影響されることを意味する。例えば、誘導性プロモーターとしては、特定の誘導
物質化合物の存在下で、下流のコード配列の発現を開始または増加するプロモー
ターが挙げられる。「漏出性」の誘導性プロモーターは、誘導物質化合物の存在
下で高い発現レベルを提供し、そして誘導物質の非存在下で、相対的に非常に低
い発現レベル、および最小の検出可能な発現レベルを提供するプロモーターであ
る。
A “promoter sequence” is a DNA regulatory region capable of binding RNA polymerase in a cell and initiating transcription of a coding sequence downstream (3 ′ direction). To define the present invention, a promoter sequence is joined at its 3'end by a transcription start site and has the minimum number of bases or elements necessary to initiate transcription at a level where the background is detectable. Upstream to include (5 'direction)
Stretch. Within the promoter sequence, a transcription initiation site (eg, nuclease S1
By means of mapping), as well as protein binding domains (consensus sequences) responsible for the binding of RNA polymerase. As mentioned above, promoter DNA is a DNA sequence that initiates, regulates, or otherwise mediates or controls the expression of coding DNA. A promoter can be "inducible", meaning that it is influenced by the presence or amount of another compound ("inducer"). For example, inducible promoters include promoters that initiate or increase expression of downstream coding sequences in the presence of the particular inducer compound. A "leaky" inducible promoter provides high expression levels in the presence of inducer compounds, and in the absence of inducer, relatively very low expression levels, and minimal detectable expression levels. Is a promoter that provides

【0048】 「シグナル配列」は、周辺質空間においてまたはその細胞の外側に発現される
タンパク質のコード配列の始まりに含まれる。この配列は、成熟ポリペプチドに
対するN末端側にシグナルペプチドをコードし、このペプチドは、宿主細胞がこ
のポリペプチドをトランスロケートさせることを指示する。用語「トランスロケ
ーションシグナル配列」はまた、シグナル配列をいうのに使用される。トランス
ロケーションシグナル配列は、真核生物および原核生物に対してネイティブな種
々のタンパク質に付随して見出され得、そしてしばしば、両方の型の生物におい
て機能的である。本発明のタンパク質は、宿主細胞の外側のタンパク質の分泌を
指向する配列を付加することによって、さらに改変および改良され得る。シグナ
ル配列の付加は、分泌されるタンパク質の折り畳みには影響せず、そしてその証
拠は、当該分野で公知の技術を用いること、およびそのタンパク質に依存して容
易に試験される(例えば、改変後の所定のタンパク質の活性についての試験)。
A "signal sequence" is included at the beginning of the coding sequence for proteins expressed in the periplasmic space or outside the cell. This sequence encodes a signal peptide N-terminal to the mature polypeptide, which directs the host cell to translocate the polypeptide. The term "translocation signal sequence" is also used to refer to signal sequences. Translocation signal sequences can be found associated with a variety of proteins native to eukaryotes and prokaryotes, and are often functional in both types of organisms. The proteins of the invention may be further modified and improved by adding sequences that direct the secretion of the protein outside the host cell. The addition of the signal sequence does not affect the folding of the secreted protein, and the evidence is readily tested using techniques known in the art and depending on the protein (eg, after modification Test for activity of a given protein).

【0049】 本発明の好ましいシグナル配列は、pelBシグナル配列(これは、通常、細
菌の内膜と外膜との間の周辺質空間にタンパク質を指向させる)を含む。他のシ
グナル配列としては、例えば、ompAおよびompTが挙げられる(52)。
このシグナル配列は、そのタンパク質をコードするヌクレオチド配列の上流に連
結され、その結果、その配列が、発現後にそのタンパク質のN末端に存在する。
従来のクローニング技術が記載されるように使用され得る。当業者の範囲内のい
くつかの慣用的実験は、任意の所定のタンパク質に対するシグナル配列の付加を
最適化するに必要であり得る。
Preferred signal sequences of the present invention include the pelB signal sequence, which normally directs the protein to the periplasmic space between the bacterial inner and outer membranes. Other signal sequences include, for example, ompA and ompT (52).
This signal sequence is linked upstream of the nucleotide sequence encoding the protein so that the sequence is present at the N-terminus of the protein after expression.
Conventional cloning techniques can be used as described. Some routine experimentation within the skill of the art may be necessary to optimize the addition of the signal sequence to any given protein.

【0050】 用語「発現する」および「発現」とは、遺伝子もしくはDNAの配列における
情報が顕在化することを可能にするまたは発生させること(例えば、対応する遺
伝子またはDNAの配列の転写および翻訳に関与する細胞機能を活性化すること
によってタンパク質を産生すること)を意味する。DNA配列は、細胞内または
細胞によって発現されて、「発現産物」(例えば、タンパク質)を形成する。発
現産物自体(例えば、得られるタンパク質)もまた、その細胞によって「発現さ
れた」といわれ得る。ポリヌクレオチドまたはポリペプチドは、例えば外来のプ
ロモーターもしくはネイティブのプロモーターの制御下で外来の宿主細胞におい
て、または外来プロモーターの制御下でネイティブの宿主細胞において発現され
るかまたは産生されるときに、組換え的に発現される。
The terms “express” and “expression” allow or allow information in a gene or DNA sequence to be manifested (eg, into transcription and translation of the corresponding gene or DNA sequence). Producing a protein by activating the cell functions involved). A DNA sequence is expressed intracellularly or by a cell to form an "expression product" (eg, protein). The expression product itself (eg, the resulting protein) may also be said to be "expressed" by the cell. A polynucleotide or polypeptide is recombinant, eg, in a foreign host cell under the control of a foreign or native promoter, or when expressed or produced in a native host cell under the control of the foreign promoter. Is expressed.

【0051】 ポリヌクレオチドまたはポリペプチドは、それが、所定の基底線収率よりも実
質的に高い量または収率(例えば、天然に生じる収率)で発現または産生される
ときに、「過剰発現」される。例えば、ポリペプチドは、その収率が、所定の条
件(例えば、ネイティブ宿主細胞の生活環に適切な条件)下で、そのネイティブ
宿主細胞におけるいネイティブポリペプチドの正常、平均もしくは基底線収率よ
りも実質的に多い場合、過剰発現される。ポリペプチドの過剰発現は、例えば、
以下の1つ以上を変更することによって得られ得る:(a)宿主細胞の増殖もし
くは生存の条件;(b)過剰発現されるポリペプチドをコードするポリヌクレオ
チド;(c)そのポリヌクレオチドの発現を制御するために用いられるプロモー
ター;および(d)宿主細胞自体。これは、相対的なものであり、したがって、
「過剰発現」はまた、いずれかのポリペプチドがネイティブのポリペプチドであ
るか、またはネイティブのポリヌクレオチドによってコードされるものであるこ
とは関係なく、あるポリペプチドの発現レベルを、別のポリペプチドに対して比
較もしくは識別するために使用され得る。代表的には、過剰発現は、正常、平均
、または所定の基底線収率の少なくとも約2倍である収率を意味する。したがっ
て、ポリペプチドは、それが、親のポリペプチドの量もしくは収率または親の条
件下よりも実質的により高い量もしくは収率で産生される場合、過剰発現される
。同様に、ポリペプチドは、それが、親のポリペプチドの量もしくは収率または
親の条件下よりも実質的により低い(例えば、基底線収率の少なくともの半分の
)量もしくは収率で産生される場合、「過小発現」される。この状況において、
発現レベルもしくは発現収率とは、活性形態であると機能的形態であるとに拘ら
ず、発現されるポリヌクレオチドの量もしくは濃度、または産生されたポリペプ
チド(すなわち,発現産物)をいう。一例として、ポリヌクレオチドもしくはポ
リペプチドは、誘導性プロモーターの制御下で検出可能な量で発現されるが、誘
導がない場合(すなわち、誘導化合物の非存在下)は、過小発現されるといわれ
得る。
A polynucleotide or polypeptide is "overexpressed" when it is expressed or produced in an amount or yield that is substantially higher than a given baseline yield (eg, a naturally occurring yield). Will be done. For example, a polypeptide may be produced at a yield higher than the normal, average or baseline yield of native polypeptide in the native host cell under certain conditions (eg, conditions appropriate for the life cycle of the native host cell). Is also substantially abundant, it is overexpressed. Overexpression of a polypeptide can be, for example,
It may be obtained by modifying one or more of the following: (a) conditions for growth or survival of the host cell; (b) a polynucleotide encoding the overexpressed polypeptide; (c) expression of that polynucleotide. A promoter used to control; and (d) the host cell itself. This is relative and therefore
"Overexpression" also refers to the level of expression of one polypeptide, whether that polypeptide is the native polypeptide or is encoded by the native polynucleotide. Can be used to compare or identify against. Typically, overexpression means a yield that is at least about twice the normal, average, or given baseline yield. Thus, a polypeptide is overexpressed when it is produced in an amount or yield of the parent polypeptide or substantially higher amount or yield than under parental conditions. Similarly, the polypeptide is produced in an amount or yield that is substantially lower than the parent polypeptide amount or parent conditions (eg, at least half the baseline yield). "Underexpressed", In this situation,
The expression level or expression yield refers to the amount or concentration of the expressed polynucleotide or the produced polypeptide (ie, expression product) regardless of whether it is in the active form or the functional form. As an example, a polynucleotide or polypeptide may be said to be expressed in a detectable amount under the control of an inducible promoter, but underexpressed in the absence of induction (ie, in the absence of an inducing compound). .

【0052】 発現産物は、細胞内、細胞外もしくは分泌性と特徴付けられ得る。用語「細胞
内」とは、細胞の内側にあるなにかを意味する。用語「細胞外」とは、細胞の外
側にある何かを意味する。物質は、それが、細胞上のどこかもしくは内側から、
周辺質もしくは細胞の外側に送達される場合に、細胞によって「分泌」される。
The expression product may be characterized as intracellular, extracellular or secretory. The term "intracellular" means something that is inside a cell. The term "extracellular" means something that is outside a cell. The substance, from somewhere on the cell or from the inside,
It is “secreted” by a cell when delivered to the periplasm or outside the cell.

【0053】 本明細書において使用される用語「発現耐性ポリペプチド」および「機能的発
現に耐性」とは、類義語であり、そして選択された宿主細胞において機能的に発
現することが困難であるポリペプチドをいう。例えば、発現耐性ポリペプチドは
、そのポリペプチドをコードするポリヌクレオチドが、宿主細胞(例えば、簡易
な宿主細胞発現系)に形質転換もしくは導入される場合に、産生されないか、ま
たは非常に低収率でもしくは非機能的形態で産生される。
As used herein, the terms “expression resistant polypeptide” and “resistant to functional expression” are synonyms and polys that are difficult to express functionally in the host cell of choice. Refers to peptides. For example, expression resistant polypeptides are not produced or have very low yields when a polynucleotide encoding the polypeptide is transformed or introduced into a host cell (eg, a simple host cell expression system). Or in a non-functional form.

【0054】 これらのポリペプチドは、例えば、ジスルフィド架橋を有するポリペプチド、
複数のサブユニットから構成されるポリペプチド、またはグリコシル化を必要と
するポリペプチドを含む。発現耐性ポリペプチドはまた、折り畳みおよび非折り
畳み条件に対して、特に細胞内条件(細胞の内側)(例えば、温度、pH、タン
パク質濃度、および特定の補因子、補酵素、補助タンパク質などの存在もしくは
非存在など)に対して感受性であるポリペプチドを含む。発現耐性ポリペプチド
はまた、特定の発現系における特定のプロモーターもしくはシグナル配列に対し
て感受性であるポリヌクレオチドによってコードされるポリペプチドを含む。さ
らに、発現耐性ポリペプチドは、凝集する傾向にあるポリペプチド、封入体を形
成する傾向にあるポリペプチド、または不活性もしくは折り畳まれていない形態
で産生されるポリペプチドを含む。
These polypeptides include, for example, polypeptides having disulfide bridges,
Includes polypeptides that are composed of multiple subunits or that require glycosylation. Expression-resistant polypeptides may also be directed against folding and unfolding conditions, particularly intracellular conditions (inside the cell) (eg, temperature, pH, protein concentration, and the presence or presence of certain cofactors, coenzymes, coproteins, etc.). Polypeptides that are sensitive to (eg, absent). Expression resistant polypeptides also include polypeptides encoded by polynucleotides that are sensitive to a particular promoter or signal sequence in a particular expression system. Furthermore, expression-resistant polypeptides include polypeptides that tend to aggregate, polypeptides that tend to form inclusion bodies, or polypeptides produced in an inactive or unfolded form.

【0055】 本発明における発現耐性親ポリペプチドとしての使用に特に適切なものは、高
収率で産生(例えば、過剰発現される)場合に、不活性であるが、非常に低収率
(例えば、、過小発現される)場合に、活性である(例えば、ポリペプチドが凝
集しない)ポリペプチドがある。これらとしては、例えば、以下のポリペプチド
が挙げられる:(a)インデューサーの存在下で、誘導性プロモーターの制御下
にあるポリヌクレオチドによって発現される場合に、凝集するか、封入体を形成
するか、不活性であるかまたは折り畳まれない傾向にある;および(b)インデ
ューサーなしに、誘導性プロモーターの制御下にあるポリヌクレオチドによって
発現される場合、凝集しない傾向にあるなど、そして活性である。そのようなプ
ロモーターは、公知であり、そして「漏出性(leaky)」プロモーターと呼
ばれ得る。
Particularly suitable for use as expression resistant parent polypeptides in the present invention are inactive, but very low yield (eg, overexpressed) when produced in high yield (eg, overexpressed). , Is under-expressed, and is active (eg, the polypeptide does not aggregate). These include, for example, the following polypeptides: (a) aggregate or form inclusion bodies when expressed by a polynucleotide under the control of an inducible promoter in the presence of an inducer. Or, tend to be inactive or unfolded; and (b) if expressed by a polynucleotide under the control of an inducible promoter, without an inducer, tend not to aggregate, and so on. is there. Such promoters are known and may be referred to as "leaky" promoters.

【0056】 ヘム基を含むか、取り込むか、またはそれと会合するポリペプチドもまた、発
現耐性ポリペプチドの例である。本発明の特定の発現耐性ポリペプチドには、プ
レキシダーゼ酵素(例えば、西洋ワサビペルオキシダーゼ酵素)がある。「発現
耐性ポリヌクレオチド」は、発現耐性ポリペプチドをコードするポリヌクレオチ
ドである。
Polypeptides that include, incorporate, or associate with a heme group are also examples of expression resistant polypeptides. Specific expression resistant polypeptides of the present invention include plexidase enzymes (eg, horseradish peroxidase enzyme). An "expression resistant polynucleotide" is a polynucleotide that encodes an expression resistant polypeptide.

【0057】 発現系における使用のための本発明のタンパク質をコードする遺伝子は、ゲノ
ムDNAであれcDNAであれ、任意の供給源(特に、ヒトcDNAライブラリ
ーまたはゲノムライブラリー)から単離され得る。遺伝子を得る方法は、当該分
野で周知である(例えば、Sambrookら、(19))。
The gene encoding the protein of the present invention for use in the expression system can be isolated from any source, especially genomic DNA or cDNA, in particular a human cDNA library or a genomic library. Methods of obtaining genes are well known in the art (eg, Sambrook et al., (19)).

【0058】 したがって、任意の動物細胞は、潜在的に、目的の遺伝子を分子クローニング
するための核酸供給源として供し得る。DNAはまた、クローニングされたDN
A(例えば、DNA「ライブラリー」)から、そのタンパク質の高レベル発現を
有する組織から調製されたcDNAライブラリーから、化学合成により、cDN
Aクローニングにより、またはゲノムDNAもしくはそのフラグメントのクロー
ニングにより、所望の細胞から精製される、ような当該分野で公知の標準的な手
順によって得られ得る(19,51)。ゲノムDNAに由来するクローンは、調
節DNA領域およびイントロンDNA領域を、コード領域に加えて含み得;cD
NAに由来するクローンは、イントロン配列を含まない。
Thus, any animal cell can potentially serve as a nucleic acid source for molecular cloning of a gene of interest. DNA is also cloned DN
CDNA from a cDNA library prepared from tissue having high level expression of the protein from A (eg, a DNA “library”) by chemical synthesis.
It can be obtained by standard procedures known in the art, such as purified from the desired cells by A cloning or by cloning genomic DNA or fragments thereof (19,51). Clones derived from genomic DNA may contain regulatory and intron DNA regions in addition to the coding region; cD
Clones derived from NA do not contain intron sequences.

【0059】 ゲノムDNAからの遺伝子の分子クローニングにおいて、DNAフラグメント
が生成され、このうちいくつかは所望の遺伝子をコードする。このDNAは、種
々の制限酵素をもちいて特定の部位にて切断され得る。あるいは、マンガンの存
在下でDNAを用いて、DNAをフラグメント化し得るか、そのDNAを、例え
ば、超音波処理によって、物理的に剪断し得る。次いで、直鎖状DNAフラグメ
ントを標準的な技術(アガロースゲル電気泳動およびポリアクリルアミドゲル電
気泳動ならびにカラムクロマトグラフィーを含むがそれらに限定されない)によ
って大きさにしたがって分離し得る。
In molecular cloning of genes from genomic DNA, DNA fragments are generated, some of which encode the desired gene. This DNA can be cleaved at specific sites using various restriction enzymes. Alternatively, the DNA may be fragmented using the DNA in the presence of manganese or the DNA may be physically sheared, eg, by sonication. The linear DNA fragments can then be separated according to size by standard techniques including, but not limited to, agarose gel electrophoresis and polyacrylamide gel electrophoresis and column chromatography.

【0060】 用語「形質転換」とは、「外来」(すなわち、外来性または細胞外の)遺伝子
、DNAまたはRNAの配列の導入を宿主細胞に導入し、その結果、その宿主細
胞が、導入された遺伝子もしくは配列を発現して、所望の物質(代表的には、導
入した遺伝子もしくは配列によってコードされるタンパク質もしくは酵素)を生
成することを意味する。導入された遺伝子もしくは配列はまた、「クローニング
された」または「外来の」遺伝子もしくは配列と呼ばれ得、調節配列もしくは制
御配列(例えば、開始配列、終結配列、プロモータ配列、シグナル配列、分泌配
列または細胞の遺伝子機構によって使用される他の配列)を含み得る。この遺伝
子または配列は、未知の機能を有する非機能的配列を含み得る。導入されたDN
AもしくはRNAを受けそして発現する宿主細胞は、「形質転換され」、そして
それは、「形質転換体」もしくは「クローン」である。宿主細胞に導入されたD
NAもしくはRNAは、任意の供給源(宿主細胞と同じ属もしくは種、または異
なる属もしくは種の細胞を含む)に由来し得る。
The term “transformation” refers to the introduction of an “exogenous” (ie, foreign or extracellular) gene, DNA or RNA sequence into a host cell, so that the host cell is introduced. It means to express a desired gene or sequence to produce a desired substance (typically, a protein or enzyme encoded by the introduced gene or sequence). The introduced gene or sequence may also be referred to as a "cloned" or "foreign" gene or sequence and may contain regulatory or control sequences (eg, start sequences, termination sequences, promoter sequences, signal sequences, secretory sequences or Other sequences used by the genetic machinery of the cell). The gene or sequence may include non-functional sequences with unknown function. Introduced DN
A host cell that receives and expresses A or RNA is "transformed" and it is a "transformant" or a "clone." D introduced into the host cell
NA or RNA can be from any source, including cells of the same genus or species as the host cell, or a different genus or species.

【0061】 用語「ベクター」、「クローニングベクター」および「発現ベクター」とは、
DNAもしくはRNAの配列(例えば、外来遺伝子)が、宿主細胞に導入され得
、その結果、宿主を形質転換し、そしてその導入された配列の発現を促進(例え
ば、転写および翻訳)し得るビヒクルを意味する。
The terms “vector”, “cloning vector” and “expression vector” refer to
A vehicle capable of introducing DNA or RNA sequences (eg, foreign genes) into a host cell, thereby transforming the host and promoting expression (eg, transcription and translation) of the introduced sequences. means.

【0062】 ベクターは、代表的に、伝染性の因子のDNAを含み、この伝染性の因子には
、外来DNAが挿入される。DNAの1つのセグメントを、DNAの別のセグメ
ントへ挿入するための一般的な方法は、制限部位と呼ばれる特定の部位(ヌクレ
オチドの特定のグループ)でDNAを切断する制限酵素と呼ばれる酵素の使用を
包含する。一般に、外来DNAは、ベクターDNAの1つ以上の制限部位にて挿
入され、次いで伝染可能なベクターDNAとともに宿主中にベクターによって運
ばれる。挿入されたかもしくは付加されたDNAを有するDNAのセグメントも
しくは配列は(例えば、発現ベクター)もまた、「DNA構築物」と呼ばれ得る
The vector typically contains the DNA of the infectious agent, and the foreign DNA is inserted into the infectious agent. A common method for inserting one segment of DNA into another segment of DNA is the use of enzymes called restriction enzymes that cut the DNA at specific sites (specific groups of nucleotides) called restriction sites. Include. Generally, foreign DNA is inserted at one or more restriction sites in the vector DNA and then carried by the vector into the host along with the transmissible vector DNA. A segment or sequence of DNA that has inserted or added DNA (eg, an expression vector) may also be referred to as a "DNA construct."

【0063】 ベクターの一般的な型は、「プラスミド」である。プラスミドは、一般に、さ
らなる(外来の)DNAを容易に受け入れ、そして適切な宿主細胞に容易に導入
され得る二本鎖DNAの自己に含まれる分子である。プラスミドベクターはしば
しば、コードDNAおよびプロモーターDNAを含み、そして外来DNAを挿入
するために適切な1つ以上の制限部位を含む。プロモーターDNAおよびコード
DNAは、同じ遺伝子由来であっても、異なる遺伝子由来であってもよく、そし
て同じ生物由来であっても異なる生物由来であってもよい。多数のベクター(こ
れは、プラスミドおよび真菌のベクターを含む)が、種々の真核生物宿主および
原核生物宿主における複製および/または発現について記載されている。非限定
的な例としては、pKKプラスミド(Clonetech)、pUCプラスミド
、pETプラスミド(Novagen,Inc.,Madison,WI)、p
RSETもしくはpREPプラスミド(Invitrogen,San Die
go,CA)、またはpMALプラスミド(New England Biol
abs,Beverly,MA)、および多くの適切な宿主細胞(これらは、本
明細書において開示されるかもしくは引用される方法または関連分野における当
業者に公知の他の方法を用いる)が挙げられる。組換えクローニングベクターは
しばしば、クローニングもしくは発現のための1つ以上の複製系、宿主における
選択のための1つ以上のマーカー(例えば、抗生物質耐性)および1つ以上の発
現カセットを含み得る。好ましいベクターは実施例に記載されており、そして限
定することなく、以下を含む:pcWori、pET−26(b)、pXTD1
4、pYEX−S1、pMALおよびpET22−b(+)。他のベクターは、
当業者により所望される場合に使用され得る。実施例において記載されるのと異
なる場合に、バイオテクノロジーにおける慣用的な実験を使用して、どのベクタ
ーが本発明で用いられるために最も適切であるかを決定し得る。一般に、ベクタ
ーの選択は、本発明の方法において用いられるポリヌクレオチド配列の大きさお
よび宿主細胞に依存する。
A common type of vector is a “plasmid”. A plasmid is generally a molecule contained within the self of double-stranded DNA that readily accepts additional (foreign) DNA and can be readily introduced into a suitable host cell. Plasmid vectors often contain the coding DNA and promoter DNA and contain one or more restriction sites suitable for inserting foreign DNA. The promoter DNA and the coding DNA may be from the same gene or different genes, and may be from the same or different organisms. A large number of vectors, including plasmids and fungal vectors, have been described for replication and / or expression in various eukaryotic and prokaryotic hosts. Non-limiting examples include pKK plasmid (Clonetech), pUC plasmid, pET plasmid (Novagen, Inc., Madison, WI), p
RSET or pREP plasmid (Invitrogen, San Die
go, CA) or pMAL plasmid (New England Biol)
Abs, Beverly, MA), and many suitable host cells, using the methods disclosed or cited herein or other methods known to those of skill in the relevant art. Recombinant cloning vectors often may contain one or more replication systems for cloning or expression, one or more markers for selection in the host (eg, antibiotic resistance) and one or more expression cassettes. Preferred vectors are described in the examples and include, without limitation, the following: pcWori, pET-26 (b), pXTD1.
4, pYEX-S1, pMAL and pET22-b (+). Other vectors are
It can be used if desired by a person skilled in the art. Routine experimentation in biotechnology may be used to determine which vectors are most suitable for use in the present invention, when different from those described in the examples. In general, the choice of vector will depend on the size of the polynucleotide sequences used in the methods of the invention and the host cell.

【0064】 「カセット」とは、特定の制限部位にてベクター中に挿入され得るDNAのセ
グメントをいう。DNAのセグメントは、目的のポリペプチドをコードし、そし
てそのカセットおよび制限部位は、転写および翻訳について適切な読み枠におい
てカセットの挿入が確実になるように設計される。
“Cassette” refers to a segment of DNA that can be inserted into a vector at specific restriction sites. The segment of DNA encodes the polypeptide of interest, and its cassette and restriction sites are designed to ensure insertion of the cassette in proper reading frame for transcription and translation.

【0065】 用語「発現系」とは、適切な条件下(例えば、そのベクターにより保有され、
そしてその宿主細胞に導入される、外来DNAによってコードされるタンパク質
の発現のための)宿主細胞および適切なベクターを意味する。一般の発現系とし
ては、細菌(例えば、E.coliおよびB.subtilits)または酵母
(例えば、S.cervisiae)の宿主細胞およびプラスミドベクター、な
らびに昆虫宿主細胞およびBaculovirusベクターが挙げられる。本明
細書において使用される「簡易な発現系」とは、選択されたポリヌクレオチドま
たはポリペプチドに外来であるかまたは異種であり、そして選択されたポリヌク
レオチドもしくはポリペプチドに対してネイティブであるかまたは異種である細
胞よりも有利に増殖もしくは維持され得る宿主細胞を使用するか、またはより効
率よくまたはより高い収率でそのポリペプチドを生成し得る、任意の発現系を意
味する。例えば、強力な原核生物細胞を使用して真核生物起源のタンパク質を発
現することは、簡易な発現系であり得る。好ましい簡易な発現系としては、E.
coli宿主細胞、B.subtilis細胞およびS.cerevisiae
宿主細胞および任意の適切なベクターが挙げられる。
The term “expression system” refers to suitable conditions (eg, carried by the vector,
And the host cell and a suitable vector (for expression of the protein encoded by the foreign DNA, introduced into the host cell). Common expression systems include bacterial (eg, E. coli and B. subtilities) or yeast (eg, S. cervisiae) host cells and plasmid vectors, and insect host cells and Baculovirus vectors. As used herein, a "simple expression system" refers to a foreign or heterologous to a selected polynucleotide or polypeptide and native to the selected polynucleotide or polypeptide. Or any expression system that uses host cells that can be grown or maintained more favorably than cells that are heterologous, or that can produce the polypeptide more efficiently or in higher yields. For example, expressing proteins of eukaryotic origin using potent prokaryotic cells can be a convenient expression system. A preferred simple expression system is E.
E. coli host cells, B. subtilis cells and S. cerevisiae
Host cells and any suitable vector are included.

【0066】 用語「変異体」および「変異」とは、遺伝的材料(例えば、DNA)における
検出可能な変化またはそのような変化の任意のプロセス、機構もしくは結果を意
味する。これには、遺伝子変異(ここで、遺伝子の構造(例えば、DNA配列)
が変更される)、任意の変異プロセスから生じる任意の遺伝子もしくはDNA,
および改変された遺伝子もしくはDNA配列によって発現された任意の発現産物
(例えば、タンパク質もしくは酵素)が含まれる。用語「改変体」もまた、改変
された遺伝子もしくは変更された遺伝子、DNA配列、酵素、細胞など(すなわ
ち、任意の種類の変異体)を示すために使用され得る。
The terms “variant” and “mutation” refer to a detectable change in genetic material (eg, DNA) or any process, mechanism or result of such a change. This includes gene mutations, where the structure of the gene (eg, DNA sequence)
, Any gene or DNA resulting from any mutation process,
And any expression product (eg, protein or enzyme) expressed by the modified gene or DNA sequence. The term “variant” can also be used to indicate a modified or altered gene, DNA sequence, enzyme, cell, etc. (ie, any type of variant).

【0067】 ポリヌクレオチド配列の「配列保存的改変体」は、所定のコドン位置における
1つ≧のヌクレオチドの変化が、その位置でコードされるアミノ酸における変更
を生じない改変体である。
A “sequence conservative variant” of a polynucleotide sequence is a variant in which one ≧ nucleotide change at a given codon position does not result in a change in the amino acid encoded at that position.

【0068】 「機能保存的改変体」は、タンパク質もしくは酵素における所定のアミノ酸残
基が、そのポリペプチドの全体的なコンフォメーションおよび機能を変更せずに
変化される改変体であり、これらには、以下が含まれるがそれらに限定されない
:あるアミノ酸を類似の特性(例えば、酸性、塩基性、疎水性など)を有するア
ミノ酸に置換すること。類似の特性を有するアミノ酸は、当該分野において周知
である。例えば、アルギニン、ヒスチジンおよびリジンは、親水性の塩基性アミ
ノ酸であり、そして交換可能であり得る。同様に、疎水性アミノ酸であるイソロ
イシンは、ロイシン、メチオニンまたはバリンに置き換えられ得る。保存される
と言及されるアミノ酸以外のアミノ酸は、タンパク質もしくは酵素において異な
り得、その結果、類似の機能の任意の2つのタンパク質の間のタンパク質または
アミノ酸の配列類似性%は変動し得、そして例えば、Cluster Meth
odによる整列スキーム(ここでは、類似性は、MEGALIGNアルゴリズム
に基づく)にしたがって決定される場合、70〜99%であり得る。「機能保存
的改変体」はまた、BLASTもしくはFASTAのアルゴリズムによって決定
される場合、少なくとも60%、好ましくは少なくとも75%、最も好ましくは
少なくとも85%、および皿により好ましくは90%のアミノ酸同一性を有し、
そして比較されるネイティブもしくは親のタンパク質もしくは酵素と同じかまた
は実質的に類似する特性もしくは機能を有するポリペプチドもしくは酵素を含む
A “function conservative variant” is a variant in which a given amino acid residue in a protein or enzyme is altered without altering the overall conformation and function of the polypeptide. , Including but not limited to: Substituting an amino acid with an amino acid that has similar properties (eg, acidic, basic, hydrophobic, etc.). Amino acids with similar properties are well known in the art. For example, arginine, histidine and lysine are hydrophilic basic amino acids and may be interchangeable. Similarly, the hydrophobic amino acid isoleucine can be replaced with leucine, methionine or valine. Amino acids other than the amino acids referred to as conserved may differ in the protein or enzyme so that the% sequence similarity of a protein or amino acid between any two proteins of similar function may vary, and, for example, , Cluster Meth
It may be 70-99% when determined according to the alignment scheme according to od (where the similarity is based on the MEGALIGN algorithm). A "conservative variant" also has an amino acid identity of at least 60%, preferably at least 75%, most preferably at least 85%, and more preferably 90% as determined by the BLAST or FASTA algorithm. Have,
And a polypeptide or enzyme having the same or substantially similar properties or functions as the native or parental protein or enzyme being compared.

【0069】 用語「DNA再アセンブリ」とは、組換えが同一の配列の間に起こる場合に使
用される。用語「DNAシャフリング」は、実質的に相同ではあるが非同一の配
列の間の組換えを示す。
The term “DNA reassembly” is used when recombination occurs between identical sequences. The term "DNA shuffling" refers to recombination between substantially homologous but non-identical sequences.

【0070】 ポリペプチドもしくは酵素の「単離」または「精製」とは、その起源環境から
(例えば、そのポリペプチドもしくは酵素が、天然に存在する場合は天然の環境
から、またはそのポリペプチドもしくは酵素が組換えDNA方法によって生成さ
れる場合は、その宿主細胞から)そのポリペプチドもしくは酵素を取り出すこと
によってそのポリペプチドを入手することをいう。ポリペプチド精製方法は、当
該分野において周知であり、これらには以下が含まれるがそれらに限定されない
:分取用ディスクゲル電気泳動、等電点フォーカシング、HPLC、逆相HPL
C、ゲル濾過、イオン交換および分画クロマトグラフィー、および向流分配。い
くつかの目的で、組換え系においてそのポリペプチドを生成することが好ましい
。この組換え系において、そのタンパク質は、精製を容易にするさらなる配列タ
グ(例えば、ポリヒスチジン配列であるがこれに限定されない)を含む。次いで
、このポリペプチドを、その宿主細胞の粗溶解物から、適切な固相マトリクスに
おけるクロマトグラフィーによって精製され得る。あるいは、その他もしくはそ
れに由来するペプチドに対して生成された抗体を精製試薬として用い得る。他の
精製方法も可能である。精製されたポリヌクレオチドもしくはポリペプチドは、
そのポリヌクレオチドにもともと付随する細胞成分の50%未満の、好ましくは
約75%未満の、そして最も好ましくは約90%未満を含み得る。「実質的に純
粋な」酵素は、最も高い程度の純度を示し、これは、当該分野で公知の従来の精
製技術を用いて達成され得る。
“Isolation” or “purification” of a polypeptide or enzyme refers to its environment of origin (eg, the natural environment if the polypeptide or enzyme is naturally occurring, or the polypeptide or enzyme). Is produced by recombinant DNA methods, it means obtaining the polypeptide by removing the polypeptide or enzyme (from the host cell). Methods for purifying polypeptides are well known in the art and include, but are not limited to, preparative disc gel electrophoresis, isoelectric focusing, HPLC, reverse phase HPL.
C, gel filtration, ion exchange and fractionation chromatography, and countercurrent partitioning. For some purposes it is preferred to produce the polypeptide in a recombinant system. In this recombinant system, the protein includes additional sequence tags that facilitate purification, such as, but not limited to, polyhistidine sequences. The polypeptide can then be purified from the host cell crude lysate by chromatography on a suitable solid phase matrix. Alternatively, antibodies raised against other or peptides derived therefrom may be used as purification reagents. Other purification methods are possible. The purified polynucleotide or polypeptide is
It may comprise less than 50%, preferably less than about 75%, and most preferably less than about 90% of the cellular components originally associated with the polynucleotide. A "substantially pure" enzyme exhibits the highest degree of purity, which can be achieved using conventional purification techniques known in the art.

【0071】 ポリヌクレオチドは、規定のストリンジェンシー条件下で1つのポリヌクレオ
チドの少なくとも一方の鎖が別のポリヌクレオチドにアニールし得る場合に互い
に「ハイブリダイズ可能である」。ハイブリダイゼーションのストリンジェンシ
ーは、例えば、以下によって決定される:a)ハイブリダイゼーションおよび/
または洗浄が行われる温度、およびb)ハイブリダイゼーションおよび洗浄の溶
液のイオン強度および極性(ホルムアミド)ならびに他のパラメータ。ハイブリ
ダイゼーションは、その2つのポリヌクレオチドが実質的に相補的な配列を含む
ことを必要とする。しかし、ハイブリダイゼーションのストリンジェンシーに依
存して、ミスマッチが寛容され得る。代表的には、高いストリンジェンシーでの
2つの配列のハイブリダイゼーション(例えば、65℃での0.5×SSC水溶
液)は、その配列が、その配列全体に対していくらか高い程度の相補性を示すこ
とを必要とする。中程度のストリンジェンシー条件(例えば、65℃で2×SS
Cの水溶液)および低ストリンジェンシー条件(例えば、55℃で2×SSCの
水溶液)は、対応して、ハイブリダイズする配列の間で、より少ない全体の相補
性を必要とする。(1×SSCは、0.15M NaCl、0.015M クエ
ン酸ナトリウム)。本明細書におけるポリヌクレオチドに「ハイブリダイズ」す
るポリヌクレオチドは、どの長さであってもよい。1つの実施態様において、そ
のようなポリヌクレオチドは、少なくとも10ヌクレオチド長、好ましくは少な
くとも15ヌクレオチド長、そして最も好ましくは少なくとも20ヌクレオチド
長である。別の実施態様において、ハイブリダイズずるポリヌクレオチドは、ほ
ぼ同じ長さである。別の実施態様において、ハイブリダイズするポリヌクレオチ
ドには、適切なストリンジェンシー条件下でアニールするものおよび同じ機能(
例えば、本発明の酸化、オキシゲナーゼ、またはカップリング反応を触媒する能
力)を有するポリペプチドもしくは酵素をコードするものが含まれる。
Polynucleotides are “hybridizable” to each other if at least one strand of one polynucleotide is capable of annealing to another polynucleotide under defined stringency conditions. Hybridization stringency is determined, for example, by: a) hybridization and / or
Or the temperature at which the wash is performed, and b) the ionic strength and polarity (formamide) of the hybridization and wash solutions and other parameters. Hybridization requires that the two polynucleotides contain substantially complementary sequences. However, depending on the stringency of hybridization, mismatches can be tolerated. Typically, hybridization of two sequences at high stringency (eg, 0.5 × SSC in water at 65 ° C.) shows that the sequence has a somewhat higher degree of complementarity to the entire sequence. Need that. Moderate stringency conditions (eg, 2 x SS at 65 ° C)
Aqueous solutions of C) and low stringency conditions (eg, 2 × SSC in water at 55 ° C.) correspondingly require less total complementarity between the hybridizing sequences. (1 × SSC is 0.15M NaCl, 0.015M sodium citrate). A polynucleotide that "hybridizes" to a polynucleotide herein can be of any length. In one embodiment, such a polynucleotide is at least 10 nucleotides in length, preferably at least 15 nucleotides in length, and most preferably at least 20 nucleotides in length. In another embodiment, the hybridizing polynucleotides are about the same length. In another embodiment, the hybridizing polynucleotide comprises a polynucleotide that anneals under appropriate stringency conditions and the same function (
For example, those that encode polypeptides or enzymes having the ability to catalyze the oxidation, oxygenase, or coupling reactions of the invention.

【0072】 本明細書において議論した一般的な遺伝子操作ツールおよび技術(形質転換お
よび発現を含む)、宿主細胞、ベクター、発現系などの使用は、当該分野におい
て周知である。
The use of the general genetic engineering tools and techniques (including transformation and expression), host cells, vectors, expression systems, etc., discussed herein are well known in the art.

【0073】 (タンパク質の変異誘発および指向性進化) 従来の発現系を用いてタンパク質の発現を改良するために、本発明は,指向性
進化を使用してポリヌクレオチドの変異ライブラリーを生成し得るという予期せ
ぬ発明を行う。これは、従来の発現系または簡易な発現系を用いて発現される場
合、正常なまたはネイティブなタンパク質よりもさらに高い活性を有する機能的
タンパク質を生じる。封入体(これは、ジスルフィド結合を有するタンパク質を
発現する場合に一般的に形成される)および労働集約的なインビトロ再折り畳み
手順もまた、指向性進化によって回避され得る。
Protein Mutagenesis and Directed Evolution In order to improve expression of proteins using conventional expression systems, the present invention may use directed evolution to generate a mutant library of polynucleotides. Make an unexpected invention. This results in a functional protein with even higher activity than the normal or native protein when expressed using conventional expression systems or simple expression systems. Inclusion bodies, which are commonly formed when expressing proteins with disulfide bonds, and labor-intensive in vitro refolding procedures can also be avoided by directed evolution.

【0074】 本発明にしたがって、簡易な遺伝子発現系においてより簡易に発現されるタン
パク質は、指向性進化を用いて選択のためのライブラリー形式にインキュベート
おける変異体ポリヌクレオチドを生成することによって入手され得る。ライブラ
リーを生成し、ならびに指向性進化を用いて本発明にしたがって改良されたタン
パク質(「改変体」ともいう)を単離および同定するための一般的な方法は、以
下に簡潔に記載され、そして例えば、米国特許第5,741,691号および同
第5,811,238号により広汎に記載されている。発現系における使用のた
めに進化されたポリヌクレオチドを提供するためのポリヌクレオチド配列におけ
る変異を生成するための任意の方法が使用され得ることが理解され得る。次いで
、指向性進化方法によって生成されたタンパク質は、従来の方法にしたがって、
改良された発現,折り畳み,分泌および機能についてスクリーニングされ得る。
According to the present invention, a protein that is more easily expressed in a simple gene expression system is obtained by using directed evolution to produce a mutant polynucleotide that is incubated in a library format for selection. obtain. General methods for generating libraries and isolating and identifying proteins (also referred to as "variants") that have been improved according to the invention using directed evolution are briefly described below, It is extensively described, for example, by US Pat. Nos. 5,741,691 and 5,811,238. It can be appreciated that any method for generating a mutation in a polynucleotide sequence to provide an evolved polynucleotide for use in an expression system can be used. The protein produced by the directed evolution method is then labeled according to conventional methods.
It can be screened for improved expression, folding, secretion and function.

【0075】 精製形態の核酸の任意の供給源を出発核酸として利用し得る。したがって、こ
のプロセスは、DNAまたはRNA(メッセンジャーRNAを含む)を使用し得
、このDNAまたはRNAは、一本鎖でも二本鎖でもよい。さらに、各々の一方
の鎖を含むDNA−RNAハイブリッドが利用され得る。この核酸配列は、変異
されるべき核酸配列の大きさに依存して種々の長さであり得る。好ましくは特異
的な核酸配列は、50〜50,000塩基対である。目的のタンパク質をコード
する核酸を含むベクター全体が本発明の方法において使用され得ることが意図さ
れる。
Any source of nucleic acid in purified form can be utilized as the starting nucleic acid. Thus, the process may use DNA or RNA, including messenger RNA, which DNA or RNA may be single-stranded or double-stranded. In addition, DNA-RNA hybrids containing one strand of each can be utilized. The nucleic acid sequence can be of variable length depending on the size of the nucleic acid sequence to be mutated. Preferably the specific nucleic acid sequence is 50 to 50,000 base pairs. It is contemplated that the entire vector containing the nucleic acid encoding the protein of interest can be used in the methods of the invention.

【0076】 任意の特定の核酸配列が、本発明のプロセスによって変異体の集団を産生する
ために使用され得る。変異を有する特定の核酸配列の初期の集団は、多数の異な
る公知の方法によって作製され得、そのうちいくつかを以下に記載する。
Any particular nucleic acid sequence can be used to produce a population of variants by the process of the invention. The initial population of particular nucleic acid sequences with mutations can be generated by a number of different known methods, some of which are described below.

【0077】 エラープローンポリメラーゼ連鎖反応(20、45、46)およびカセット変
異誘発(38−44)(ここでは、最適化された特定の領域が、合成的に変異誘
発されたオリゴヌクレオチドに置き換わる)が本発明において使用され得る。エ
ラープローンPCRを使用して、未知配列のフラグメントの混合物を変異誘発し
得る。これらの技術はまた、低忠実度重合化条件下で使用して、長い配列に渡っ
てランダムに低レベルの点変異を誘導し得るか、または未知配列のフラグメント
の混合物を変異誘発し得る。
Error-prone polymerase chain reaction (20,45,46) and cassette mutagenesis (38-44), where specific regions of optimization are replaced by synthetically mutagenized oligonucleotides It can be used in the present invention. Error-prone PCR can be used to mutagenize a mixture of fragments of unknown sequence. These techniques can also be used under low fidelity polymerization conditions to randomly induce low levels of point mutations over long sequences or to mutagenize a mixture of fragments of unknown sequence.

【0078】 オリゴヌクレオチド特異的変異誘発(これは、合成的に変異誘発されたオリゴ
ヌクレオチドで短い配列を置き換える)を用いて、改善された発現を有する進化
されたポリヌクレオチドを生成し得る。
Oligonucleotide-directed mutagenesis, which replaces short sequences with synthetically mutagenized oligonucleotides, can be used to produce evolved polynucleotides with improved expression.

【0079】 あるいは、核酸またはDNAのシャフリング(これは、核酸フラグメントまた
はポリヌクレオチドのプールのインビトロまたはインビボの相同組換え方法を使
用する)を使用して、本発明の改変体配列を有するポリヌクレオチド分子を生成
し得る。
Alternatively, nucleic acid or DNA shuffling, which uses in vitro or in vivo homologous recombination methods of pools of nucleic acid fragments or polynucleotides, is used to carry polynucleotides having variant sequences of the invention. Molecules can be generated.

【0080】 並行PCRは、従来の発現系において発現を改良するためにポリヌクレオチド
を進化させるために使用され得る別の方法である。この方法は、同じ容器で並行
して生じる異なる多数のPCR反応を用い、その結果、1つの反応の産物が、別
の反応の産生をプライム刺激する。配列は、種々のレベルで、ランダムフラグメ
ント化および変異プライミングによるフラグメントの再アセンブリによってラン
ダムに変異誘発され得る。部位特異的変異誘発を、テンプレートのランダムなフ
ラグメント化、続いて変異誘発性オリゴヌクレオチドの存在下でのそのフラグメ
ントの再アセンブリによって、長い配列に導入し得る。
Parallel PCR is another method that can be used to evolve polynucleotides to improve expression in conventional expression systems. This method uses a number of different PCR reactions that occur in parallel in the same vessel, so that the products of one reaction prime the production of another reaction. Sequences can be randomly mutagenized at various levels by random fragmentation and reassembly of fragments by mutation priming. Site-directed mutagenesis can be introduced into long sequences by random fragmentation of the template, followed by reassembly of that fragment in the presence of the mutagenic oligonucleotide.

【0081】 本発明において用いられ得る並行PCRの特定の有用な適用を、セックス(s
exual)PCRと呼ぶ。DNAシャフリング(シャッフリング)としても知
られる、セックスPCRにおいて、並行PCRを使用して、DNA配列のプール
においてインビトロ組換えを行う。セックスPCRはまた、異なる種からの遺伝
子のキメラのライブラリーを構築するために使用され得る。
Certain useful applications of parallel PCR that can be used in the present invention have been described in
exual) PCR. In sex PCR, also known as DNA shuffling (shuffling), parallel PCR is used to perform in vitro recombination on a pool of DNA sequences. Sex PCR can also be used to construct chimeric libraries of genes from different species.

【0082】 本発明における使用のためのポリヌクレオチド配列はまた、化学的変異誘発に
よって変更され得る。化学的変異誘発としては、例えば、二硫化ナトリウム、亜
硝酸、ヒドロキシルアミン、ヒドラジンまたはギ酸が挙げられる。ヌクレオチド
前駆体のアナログである他の薬剤としては、ニトロソグアニジン、5−ブロモウ
ラシル、2−アミノプリンまたはアクリジンが挙げられる。一般に、これらの薬
剤は、ヌクレオチド前駆体の代わりにPCR反応物に添加され、それによって、
配列を変異させる。インターカレート剤(例えば、プロフラビン、アクリフラビ
ン、キナクリンなど)もまた使用され得る。ポリヌクレオチド配列のランダム変
異誘発はまた、X線または紫外線光を照射することにより、またはそのポリヌク
レオチドを、正常なDNA損傷修復機能を欠く宿主(例えば、E.coli)に
おける増殖に供することによって達成され得る。一般に、そのように変異誘発さ
れたプラスミドのDNAまたはDNAフラグメントは、E.coliに導入され
、そして変異体プラスミドのプールまたはライブラリーとして増幅される。
Polynucleotide sequences for use in the invention can also be altered by chemical mutagenesis. Chemical mutagenesis includes, for example, sodium disulfide, nitrous acid, hydroxylamine, hydrazine or formic acid. Other agents that are analogs of nucleotide precursors include nitrosoguanidine, 5-bromouracil, 2-aminopurine or acridine. Generally, these agents are added to the PCR reaction instead of the nucleotide precursor, thereby
Mutate the sequence. Intercalating agents such as proflavin, acriflavine, quinacrine and the like may also be used. Random mutagenesis of polynucleotide sequences is also accomplished by irradiation with X-rays or UV light, or by subjecting the polynucleotides to growth in a host lacking normal DNA damage repair function (eg, E. coli). Can be done. In general, the DNA or DNA fragment of the plasmid so mutagenized is described in E. E. coli and amplified as a pool or library of mutant plasmids.

【0083】 あるいは、特定の核酸の混合集団は、天然に見出され得、ここで、これら核酸
は、同一の遺伝子の異なる対立遺伝子、または異なる関連する種由来の同一の遺
伝子(すなわち、同族遺伝子)からなり得る。あるいは、これら核酸は、1つの
種内に見出される関連DNA配列(例えば、遺伝子のペルオキシダーゼクラス)
であり得る。一旦、特定の核酸配列の混合集団が生成されると、そのポリヌクレ
オチドは、直接使用され得るか、または当該分野で周知の技術を用いて適切なク
ローニングベクターに挿入され得る。
Alternatively, a mixed population of particular nucleic acids can be found in nature, where these nucleic acids are different alleles of the same gene, or the same gene from different related species (ie, a cognate gene). ). Alternatively, these nucleic acids are related DNA sequences found within a species (eg, the peroxidase class of genes).
Can be. Once a mixed population of specific nucleic acid sequences has been generated, the polynucleotide can be used directly or inserted into an appropriate cloning vector using techniques well known in the art.

【0084】 一旦進化したポリヌクレオチド分子が生成されると、それら分子は、当該分野
で周知の方法に従って当業者によって選択された適切なベクター中にクローニン
グされ得る。特定の核酸配列の混合集団がベクター中にクローニングされている
場合、その核酸配列の混合集団は、宿主細胞中に各ベクターを挿入すること、お
よびその宿主細胞にそのベクターを増幅させることによってクローン的に増幅さ
れ得る。その混合集団は、所望の組換え核酸フラグメントを同定するために試験
され得る。選択方法は、所望のDNAフラグメントに依存する。例えば、本発明
において、改良された折り畳み特性を有するタンパク質をコードするDNAフラ
グメントは、そのタンパク質の機能的活性についての試験および封入体形成の非
存在によって決定され得る。そのような試験は当該分野で周知である。
Once the evolved polynucleotide molecules are produced, they can be cloned into a suitable vector selected by one of skill in the art according to methods well known in the art. When a mixed population of specific nucleic acid sequences is cloned into a vector, the mixed population of nucleic acid sequences is clonally cloned by inserting each vector into a host cell and allowing the host cell to amplify the vector. Can be amplified to. The mixed population can be tested to identify the desired recombinant nucleic acid fragment. The selection method depends on the desired DNA fragment. For example, in the present invention, a DNA fragment encoding a protein with improved folding properties can be determined by testing for the functional activity of the protein and the absence of inclusion body formation. Such tests are well known in the art.

【0085】 指向性進化の方法を用いて、本発明は、適切に折り畳まれ、機能的で、かつ可
溶性のタンパク質を、従来のまたは簡易な発現系(例えば、E.coliまたは
酵母)中で生成するための新規な手段を提供する。従来の試験を使用して、発現
系から生成された目的のタンパク質が改良された発現、折り畳みおよび/または
機能的な特性を有するか否かを決定し得る。例えば、指向性進化に供され、そし
て外来宿主細胞中で発現されるポリヌクレオチドが改良された折り畳みを有する
タンパク質を生成するか否かを決定するために、当業者は、そのタンパク質の機
能的活性を試験するように設計された実験を行い得る。簡潔には、進化されたタ
ンパク質は、迅速にスクリーニングされ得、そして容易に単離され、そして分泌
される場合、発現系または発現培地から精製される。次いで、このタンパク質は
、ネイティブ形態において特定のタンパク質の機能的な活性を試験するように設
計されたアッセイに供され得る。種々のタンパク質のためのそのような実験は、
当該分野において周知であり、そして以下の実施例において説明される。
Using the method of directed evolution, the present invention produces properly folded, functional, and soluble proteins in conventional or facile expression systems (eg, E. coli or yeast). Provide a new means to do so. Conventional tests can be used to determine if the protein of interest produced from the expression system has improved expression, folding and / or functional properties. For example, to determine whether a polynucleotide that has been subjected to directed evolution and expressed in a foreign host cell produces a protein with improved folding, one skilled in the art will appreciate the functional activity of that protein. Experiments designed to test can be performed. Briefly, evolved proteins can be rapidly screened and, if readily isolated and secreted, purified from expression systems or media. The protein can then be subjected to an assay designed to test the functional activity of the particular protein in its native form. Such experiments for various proteins are
Well known in the art and described in the examples below.

【0086】 1つの実施態様において、本発明は、ヘム含有タンパク質の改変体をコードす
るポリヌクレオチドを使用することを意図する。従って、本発明は、指向性進化
を使用して、新規なペルオキシダーゼ酵素(例えば、HRP)を生成する。この
酵素は、発現系において使用した宿主細胞(例えば、E.coli)において適
切に折り畳まれ、機能的活性を維持し、そして封入体形成に関連する問題を回避
する。
In one embodiment, the present invention contemplates using a polynucleotide that encodes a variant of the heme-containing protein. Thus, the present invention uses directed evolution to generate novel peroxidase enzymes (eg, HRP). This enzyme folds properly in the host cell used in the expression system (eg, E. coli), maintains functional activity, and avoids problems associated with inclusion body formation.

【0087】 本発明はまた、発現系を選択または最適化するために適用され得る。これらに
は、宿主細胞、プロモーターおよびシグナル配列の選択が含まれる。発現条件も
また、本発明に従って最適化され得る。
The present invention can also be applied to select or optimize expression systems. These include selection of host cells, promoters and signal sequences. Expression conditions can also be optimized according to the present invention.

【0088】 以下の実施例は、本発明の方法をさらに記載し、そして特に、従来の発現系を
用いて発現される場合に、封入体を形成せず、そして機能的な活性を保持するH
RPの改変体を生成するための指向性進化の使用を教示する。通常、対応するネ
イティブタンパク質は、従来の発現系における発現の後、封入体を形成し、そし
て維持された機能的活性を殆ど示さない。
The following examples further describe the methods of the present invention, and in particular, H that does not form inclusion bodies and retains functional activity when expressed using conventional expression systems.
Teaching the use of directional evolution to generate variants of RP. Usually, the corresponding native proteins form inclusion bodies after expression in conventional expression systems and show little retained functional activity.

【0089】 本発明を実施する実施例が提供され、そしてこれは例示のためのみであると理
解され、本発明の範囲または添付の特許請求の範囲を制限しない。当業者は、本
発明が添付の特許請求の範囲および本明細書における開示に従って、多くの形態
で実施され得ることを理解する。
Examples of practicing the present invention are provided, and are understood to be illustrative only and not limiting of the scope of the invention or the scope of the appended claims. Those of skill in the art will understand that the invention can be implemented in numerous forms, in accordance with the appended claims and the disclosure herein.

【0090】 (実施例1:E.coliおよび酵母における西洋ワサビペルオキシダーゼの
機能的な発現) 産業用生物触媒として使用するための真核生物ペルオキシダーゼを開発するこ
とにおける関心が増加しつつある。しかし、特定の特性を改良するためのタンパ
ク質操作および指向性進化は、簡易な組換え発現系がないことにより複雑である
。西洋ワサビペルオキシダーゼ(HRP)の変異体の大量のスクリーニングに適
した機能的な細菌発現系を開発する試みにおいて、本実施例は、対応する遺伝子
をシグナルペプチドPelBとの融合物として挿入することによって、ヘム関連
タンパク質の細菌発現系(例えば、西洋ワサビペルオキシダーゼ(HRP))の
開発を記載する。さらに、これらの遺伝子を指向性進化に供することによってヘ
ム関連タンパク質は、E.coliにおいてより効率的に折り畳まれ、そして熱
に対してより抵抗性(熱安定性)にされ、そしてH22による不活化に対してよ
り抵抗性になる。本実施例は、有望な産業用生物触媒であるが、そのタンパク質
が封入体を形成するか、または細胞によって効率的に分泌されないことから、現
在適切な細菌発現系も酵母発現系も存在しない多くの酵素を「微調整」する試み
を大いに容易にするためのアプローチを提供する。
Example 1 Functional Expression of Horseradish Peroxidase in E. coli and Yeast There is increasing interest in developing eukaryotic peroxidases for use as industrial biocatalysts. However, protein engineering and directed evolution to improve certain properties is complicated by the lack of facile recombinant expression systems. In an attempt to develop a functional bacterial expression system suitable for large-scale screening of horseradish peroxidase (HRP) mutants, this example demonstrates that by inserting the corresponding gene as a fusion with the signal peptide PelB. The development of a bacterial expression system for heme-related proteins, such as horseradish peroxidase (HRP), is described. Furthermore, by subjecting these genes to directed evolution, heme-related proteins have been identified in E. coli. It folds more efficiently in E. coli and is more resistant to heat (thermostable), and more resistant to inactivation by H 2 O 2 . Although this example is a promising industrial biocatalyst, there are currently no suitable bacterial or yeast expression systems because the protein either forms inclusion bodies or is not efficiently secreted by cells. It provides an approach to greatly facilitate the attempt to "fine tune" the enzyme.

【0091】 (HRPのクローニング) HRP遺伝子(N末端に余分のメチオニン残基を伴う)を、プラスミドpBB
G10(British Biotechnologies,Ltd.、Oxf
ord、UK)から、PCR技術によりクローニングして、AatII部位を、
開始コドンに導入し、そしてHindIII部位を終止コドンから直ぐ下流に導
入した。このプラスミドは、Smithら(13)に記載される合成西洋ワサビ
ペルオキシダーゼ(HRP)遺伝子を含む。このDNA配列は、HRPタンパク
質について公開されたアミノ酸配列(49)に基づく。pBBG10は、HRP
配列を、周知のプラスミドpUC19におけるポリリンカーのHindIII部
位とEcoRI部位との間に挿入することによって作製した。このプラスミドか
ら得られたPCR産物を、AatIIでまず消化し、t4DNAポリメラーゼで
平滑末端化し、次いで、HindIIIでさらに制限消化した。消化産物をpE
T−22b(+)(Novagenから購入し、McsIおよびHindIII
で処理した)に連結して、ベクターpETpelBHRPを得た。この発現ベク
ターのマップを図1に示す。この構築物において、HRP遺伝子は、T7プロモ
ーターの制御下に配置され、そしてインフレームでpelBシグナル配列に融合
されている(配列番号1および配列番号2ならびに図2を参照のこと)。これら
は、理論的には、周辺質空間へのタンパク質の輸送(すなわち、細胞の細胞質の
外側への送達)を指向させる(27)。連結産物を、1mMのイソプロピル−b
−D−チオガラクトピラノシド(IPTG)による誘導ありおよびなしの両方で
の細胞におけるそのタンパク質の発現について、E.coli株BL21(DE
3)に形質転換した。
(HRP Cloning) The HRP gene (with an extra methionine residue at the N-terminus) was cloned into the plasmid pBB.
G10 (British Biotechnologies, Ltd., Oxford.
ord, UK) and cloned by PCR technology to create an AatII site
A start codon was introduced and a HindIII site was introduced immediately downstream from the stop codon. This plasmid contains the synthetic horseradish peroxidase (HRP) gene described in Smith et al. (13). This DNA sequence is based on the amino acid sequence published for the HRP protein (49). pBBG10 is HRP
The sequence was created by inserting between the HindIII and EcoRI sites of the polylinker in the well known plasmid pUC19. The PCR product obtained from this plasmid was first digested with AatII, blunt-ended with t4 DNA polymerase, and then further restricted with HindIII. Digest pE
T-22b (+) (purchased from Novagen, McsI and HindIII
Treated with) to obtain the vector pETpelBHRP. A map of this expression vector is shown in FIG. In this construct, the HRP gene is placed under the control of the T7 promoter and fused in frame to the pelB signal sequence (see SEQ ID NO: 1 and SEQ ID NO: 2 and FIG. 2). They theoretically direct the transport of proteins into the periplasmic space (ie, delivery outside the cytoplasm of cells) (27). The ligation product was treated with 1 mM isopropyl-b.
For expression of that protein in cells, both with and without induction by D-thiogalactopyranoside (IPTG), E. coli strain BL21 (DE
3).

【0092】 IPTGを用いて誘導された細胞において、バックグラウンドを超えるペルオ
キシダーゼ活性は、HRPポリペプチドのレベルが総細胞タンパク質の20%を
超えることを考慮したとしても、BL221(DE3)細胞でもpET−22b
(+)を有するBL21(DE3)細胞でも検出されなかった。これは、以前の
観察と一致する(12−14)。
In cells induced with IPTG, peroxidase activity above background was pET-due in BL221 (DE3) cells, even considering that the level of HRP polypeptide exceeds 20% of the total cellular protein. 22b
It was also not detected in BL21 (DE3) cells with (+). This is consistent with previous observations (12-14).

【0093】 IPTGを用いて誘導されなかった細胞において、アジノ−ジ−(エチルベン
ズチアゾリン硫酸)(ABTS)に対して弱いが測定可能な活性を示すクローン
が発見された。
Clones were discovered that showed weak but measurable activity against azino-di- (ethylbenzthiazoline sulfate) (ABTS) in cells that were not induced with IPTG.

【0094】 pET−22b(+)ベクターにおけるT7プロモーターは、もれやすいこと
が知られており(31)、従って、理論的には、この基底レベルで産生されたH
RPポリペプチド鎖のいくつかがネイティブ形態に折り畳まれ得ることが可能で
ある。逆に、IPTGの添加は、高レベルのHRP合成をもたらし、これは、代
わりに、鎖の凝集を優先させ、そしてその適切な折り畳みを妨げる。続いて、ラ
ンダム変異誘発およびスクリーニングを用いて、HRP活性のより高い発現をも
たらす変異を同定した。
The T7 promoter in the pET-22b (+) vector is known to be prone to leakage (31), and therefore, theoretically, the H produced at this basal level.
It is possible that some of the RP polypeptide chains may fold into their native form. Conversely, the addition of IPTG results in high levels of HRP synthesis, which in turn favors chain aggregation and prevents its proper folding. Subsequently, random mutagenesis and screening were used to identify mutations that resulted in higher expression of HRP activity.

【0095】 従って、本発明の1つの局面には、いくつかの条件下で少量のポリペプチド、
および他の条件下でより大量のポリペプチドの産生を調節し得るプロモーターの
使用が含まれる。例えば、「もれやすい」誘導性プロモーターが使用され得る。
この型のプロモーターは、高レベルの特定のタンパク質を、インデューサー化合
物の存在下で生成し、そしてインデューサーの非存在下ではるかに少ない量のそ
のタンパク質を生成する。いくつかの実施態様において、ポリペプチドは、特定
の条件下で(例えば、インデューサーの存在下で)過剰発現され得、そして他の
条件下(例えば、インデューサーなし)で過小発現され得る。正常レベルで発現
される場合または過剰発現される場合に不活性であるが、過小発現される場合に
活性であるポリペプチドは、本発明の親ポリペプチドとしての使用に特に適切で
ある。このような発現抵抗性ポリペプチドは、本発明の方法を用いて改良されて
、適切な高収率および活性レベルでの、機能的で、活性な発現を提供し得る。
Thus, in one aspect of the invention, a small amount of polypeptide under some conditions,
And the use of promoters that can regulate the production of larger amounts of the polypeptide under other conditions. For example, a "leaky" inducible promoter can be used.
This type of promoter produces high levels of specific proteins in the presence of inducer compounds, and much lesser amounts of that protein in the absence of inducer. In some embodiments, polypeptides can be overexpressed under certain conditions (eg, in the presence of an inducer) and underexpressed under other conditions (eg, no inducer). Polypeptides that are inactive when expressed at normal levels or overexpressed but active when underexpressed are particularly suitable for use as the parent polypeptide of the invention. Such expression-resistant polypeptides may be modified using the methods of the invention to provide functional, active expression, with reasonably high yields and levels of activity.

【0096】 (ランダムライブラリー生成およびスクリーニング) 検出可能なペルオキシダーゼ活性を示したHRPクローンの一つを、エラープ
ローンPCR変異誘発の第一世代において使用した。ランダムライブラリーを、
上記のエラープローンPCRプロトコルの改変(20、21および22)によっ
て生成した。ここで、0.15mMのMnCl2を0.5mMのMcCl2の代わ
りに用いた。このプロトコルは、マンガンイオンおよび非平衡ヌクレオチドの両
方を組み込み、そしてトランジションおよびトランスバージョンの両方を生成す
ることおよび従って、アミノ酸変化がより広いスペクトルを生成することが示さ
れている(50)。
Random Library Generation and Screening One of the HRP clones that showed detectable peroxidase activity was used in the first generation of error-prone PCR mutagenesis. Random library,
It was generated by a modification of the error-prone PCR protocol described above (20, 21 and 22). Here, 0.15 mM MnCl 2 was used instead of 0.5 mM McCl 2 . This protocol has been shown to incorporate both manganese ions and non-equilibrium nucleotides and produce both transitions and transversions, and thus amino acid changes produce a broader spectrum (50).

【0097】 簡潔には、このPCR反応溶液は、20フェムトモルのテンプレート、30ピ
コモルの各々の2つのプライマー、7mMのMgCl2、50mMのKCl、1
0mMのTris−HCl(pH8.3)、0.01%のゼラチン、0.2mM
のdGTP、0.2mM dATP、1mM dCTP、1mM dTTP、0
.15mM MnCl2、および5単位のTaqポリメラーゼを、100μl中
に含んだ。PCR反応を、MJ PTC−200サイクラー(MJ Resea
rch、MA)中で、以下のパラメータを30サイクルで行った:94℃で1分
間、50℃で1分間、および72℃で1分間。使用したプライマーは、以下: 5’−TTATTGCTCAGCGGTGGCAGCAGC(配列番号15)、
および 5’−AAGCGCTCATGAGCCCGAAGTGGC(配列番号16) であった。
Briefly, this PCR reaction solution consisted of 20 femtomolar template, 30 picomoles of each two primers, 7 mM MgCl 2 , 50 mM KCl, 1
0 mM Tris-HCl (pH 8.3), 0.01% gelatin, 0.2 mM
DGTP, 0.2 mM dATP, 1 mM dCTP, 1 mM dTTP, 0
. 15 mM MnCl 2 and 5 units of Taq polymerase were included in 100 μl. The PCR reaction was carried out using the MJ PTC-200 cycler (MJ Research).
The following parameters were performed for 30 cycles in rch, MA): 94 ° C for 1 minute, 50 ° C for 1 minute, and 72 ° C for 1 minute. The primers used are as follows: 5'-TTATTTGCTCAGCCGGTGGCAGCAGC (SEQ ID NO: 15),
And 5'-AAGCGCTCATGAGCCCGAAGTGGG (SEQ ID NO: 16).

【0098】 PCR産物を、Promega Wizard PCRキットを用いて精製し
、そしてNdeIおよびHindIIIで消化した。消化産物を、QIAEX
IIゲル抽出キットを用いたゲル精製に供し、そしてHRPフラグメントを、同
様に消化し、そしてゲル精製したpET−22b(+)ベクターに戻し連結した
。連結混合物を、Gene Pulser II(Bio−Rad)を用いたエ
レクトロポレーションによってBL21(DE3)細胞中で形質転換した。細胞
増殖および発現を、96ウェルまたは384ウェルのいずれかのマイクロプレー
ト中で、LB培地で30℃で行った。ペルオキシダーゼ活性試験を、H22およ
びABTSで行った(26)。
The PCR product was purified using the Promega Wizard PCR kit and digested with NdeI and HindIII. Digestion product, QIAEX
Subjected to gel purification using the II Gel Extraction Kit, and the HRP fragment was similarly digested and ligated back into the gel purified pET-22b (+) vector. The ligation mixture was transformed into BL21 (DE3) cells by electroporation with a Gene Pulser II (Bio-Rad). Cell growth and expression was performed at 30 ° C. in LB medium in either 96-well or 384-well microplates. Peroxidase activity tests were performed with H 2 O 2 and ABTS (26).

【0099】 各世代について、代表的に12,000〜15,000のコロニーを拾い、そ
して96ウェルプレート中でスクリーニングした。この数は、すべてのアクセス
可能な単一の変異体の徹底的な検索を意味し、ここで、任意の変異体について9
5%の確立で、少なくとも1回はサンプリングされる(25)。コロニーを、手
動で、または自動化されたコロニー拾い器(Caltech,Q−bot(Ge
netic,UK)を用いるかのいずれかで拾った。スクリーニングされた12
,000のコロニー(IPTG添加せず)のうち、HRP1A6と称する変異体
が、親クローンよりも10〜14倍高いペルオキシダーゼ活性を示した。図5A
および5B。この変異体クローンはまた、5μMほどのIPTGを添加したとき
に、顕著に減少した活性を示した。図6。Sigmaは、西洋ワサビから高度に
精製された1mgのHPRは、ABTSアッセイで決定したところ1,000単
位の総活性を有すると報告する。他の研究者らは、類似の結果を報告した(13
)。このデータに基づいて、活性のHRPの濃度は、約100μg/Lであると
見積もった。HRP1A6は、100単位/Lよりも大きな総活性を示す。これ
は、好ましくは、凝集したHRP鎖のインビトロでの再折り畳みから得られた収
率二匹敵する(13)。HRP変異体についてのこの発現レベルはまた、E.c
oliにおけるウシの膵臓トリプシンインヒビター(BPTI)(3つのジスル
フィド結合を有するグリコシル化されていないタンパク質である)についてのレ
ベルと類似する。ABTS活性によって判断したところ95%を超えるHRPの
活性が、LB培養培地に見出された。
For each generation, typically 12,000 to 15,000 colonies were picked and screened in 96 well plates. This number means an exhaustive search of all accessible single variants, where 9 for any variant.
At least once with a probability of 5% (25). Colonies were either manually or automated with a colony picker (Caltech, Q-bot (Ge
(Netic, UK). 12 screened
Among the 1,000 colonies (without addition of IPTG), the variant designated HRP1A6 showed 10-14 fold higher peroxidase activity than the parental clone. Figure 5A
And 5B. This mutant clone also showed significantly reduced activity when as little as 5 μM IPTG was added. Figure 6. Sigma reports that 1 mg of HPR highly purified from horseradish has a total activity of 1,000 units as determined by the ABTS assay. Other investigators reported similar results (13
). Based on this data, the concentration of active HRP was estimated to be approximately 100 μg / L. HRP1A6 shows total activity greater than 100 units / L. This compares favorably with the yields obtained from the refolding of aggregated HRP chains in vitro (13). This expression level for the HRP variant was also found in E. c
Similar to the levels for bovine pancreatic trypsin inhibitor (BPTI) in oli, which is an unglycosylated protein with three disulfide bonds. Greater than 95% activity of HRP was found in LB culture medium as judged by ABTS activity.

【0100】 変異体HRPは、4℃で1週間ほどまで安定のままであった。IPTGは、特
に言及する場合を除きすべてのHRP発現実験において省略した。HRPについ
てのペルオキシダーゼ活性試験を、古典的ペルオキシダーゼアッセイ、ABTS
および過酸化水素を用いて行った(26)。15μlの細胞懸濁物を、140μ
lのABTS/H22(2.9mM、ABTS,0.5mM H22、pH4.
5)とマイクロプレート中で混合した。そして、この活性を、SpectraM
axプレート読み取り機(Molecular Devices、Sunnyv
ale,CA)を用いて25℃で決定した。1単位のHRPを、アッセイ条件に
て1μモルのABTSを1分あたりで、酸化する酵素の量と定義する。
The mutant HRP remained stable at 4 ° C. for up to 1 week. IPTG was omitted in all HRP expression experiments unless otherwise noted. A peroxidase activity test for HRP was performed using a classical peroxidase assay, ABTS
And hydrogen peroxide (26). 15 μl of cell suspension was added to 140 μl
1 ABTS / H 2 O 2 (2.9 mM, ABTS, 0.5 mM H 2 O 2 , pH 4.
5) in a microplate. And this activity is called SpectraM
ax plate reader (Molecular Devices, Sunnyv)
ale, CA) at 25 ° C. One unit of HRP is defined as the amount of enzyme that oxidizes 1 μmol ABTS per minute under assay conditions.

【0101】 変異体遺伝子の配列決定によって、255位に変異が見出された。ここでは、
アミノ酸アスパラギン(AsnまたはN)についてのコドンAACが、アミノ酸
アスパラギン酸(AspまたはD)についてのコドンGACに変化していた。こ
の残基は、推定のグリコシル化部位であり、そしてそのタンパク質の表面に配置
されている。この変異体(HRP1A6)の配列を図3(配列番号3)に示す。
この変異体を含むプラスミドpETpelBHRP1A6のマップを、図4に示
す。
By sequencing the mutant gene, a mutation was found at position 255. here,
The codon AAC for the amino acids asparagine (Asn or N) was changed to the codon GAC for the amino acids aspartic acid (Asp or D). This residue is a putative glycosylation site and is located on the surface of the protein. The sequence of this mutant (HRP1A6) is shown in FIG. 3 (SEQ ID NO: 3).
A map of plasmid pETpelBHRP1A6 containing this mutant is shown in FIG.

【0102】 Asp255Asp変異を示すこのHRP変異体の構造の代表を図7に示す。[0102]   A representative structure of this HRP mutant showing the Asp255Asp mutation is shown in FIG.

【0103】 (酵母におけるHRPの機能的発現) ネイティブHRPタンパク質は、4つのジスルフィド結合を含み、そしてE.
coliは、ジスルフィド形成を支持するための限定された能力を有するのみで
ある。理論的には、HRP(および他の植物ペルオキシダーゼ)におけるこれら
の良く保存されたジスルフィドは、このタンパク質の構造的統一性について重要
であるようであり、そして他の場所の変異によって置換されないかもしれない。
酵母は、ジスルフィド結合の形成を支持するより大きな能力を有する。従って、
酵母は、特に、これが、E.coliにおいてジスルフィド形成における任意の
拘束が課されたHRPの折り畳みにおける見かけ上の制限を緩和することが所望
される場合には、E.coliの代わりに適切な発現宿主として用いられ得る。
例えば、S.cerevisiaeは、変異体HRPの遺伝子およびタンパク質
の発現のための宿主として使用され得る。
Functional Expression of HRP in Yeast The native HRP protein contains 4 disulfide bonds and is expressed in E. coli.
E. coli has only a limited ability to support disulfide formation. Theoretically, these well-conserved disulfides in HRP (and other plant peroxidases) appear to be important for the structural integrity of this protein and may not be replaced by mutations elsewhere. .
Yeast has a greater ability to support disulfide bond formation. Therefore,
Yeast, in particular, is If it is desired to relax the apparent restriction on the folding of HRP, which imposes any constraints on disulfide formation in E. coli, E. coli. Instead of E. coli, it can be used as a suitable expression host.
For example, S. cerevisiae can be used as a host for expression of mutant HRP genes and proteins.

【0104】 HRP変異体(HRP1A6)を、Clontech(Palo Alto、
CA)(35)から入手した分泌ベクターpYEX−S1中にクローニングし、
pYEXS1−HRPを得た(図8)。このベクターは、Kluveromyc
es lactisからの構成性のホスホグリセレートキナーゼプロモーターお
よび分泌シグナルペプチドを利用する。このプラスミドを、まず、E.coli
中で増幅し、次いで、記載される(36)ようにLiAc方法を用いてS.ce
revisiae株BJ5465(Yeast Genetic Stock
Center(YGSC),University of Californi
a、Berkeleyから得た)へと形質転換した。BJ5465は、プロテー
ゼ欠損であり、そして分泌について一般的に適切であることが見出されている。
The HRP variant (HRP1A6) was cloned into Clontech (Palo Alto,
CA) (35) and cloned into the secretion vector pYEX-S1,
pYEXS1-HRP was obtained (FIG. 8). This vector is Kluveromyc
Utilizes the constitutive phosphoglycerate kinase promoter and secretory signal peptide from es lactis. This plasmid was first transformed into E. coli
Amplification in S. cerevisiae and then using the LiAc method as described (36). ce
revisiae strain BJ5465 (Yeast Genetic Stock
Center (YGSC), University of California
a, obtained from Berkeley). BJ5465 is prosthesis deficient and has been found to be generally suitable for secretion.

【0105】 酵母においてHRPのエラープローンPCRの第一世代を行った。スクリーニ
ングした最初の7,400の変異体のうち、4つの改変体が酵母中のHRP1A
6より400%高い活性を示した。さらなる詳細および結果を図2に示す。
The first generation of HRP error-prone PCR was performed in yeast. Of the first 7,400 mutants screened, four were HRP1A in yeast.
The activity was 400% higher than that of No. 6. Further details and results are shown in FIG.

【0106】 (実施例2:指向性進化による酵母でのHRPの機能的発現) この実施例は、HRPの機能的な発現をさらに改良するための指向性進化の使
用を記載する。実施例1において説明したように、西洋ワサビペルオキシダーゼ
の改変体(HRP1A6)を単離した。HRPは、4つの良く保存されたジスル
フィドを含み、そしてE.coliはジスルフィド結合形成を支持する限定され
た能力を有するのみであることから、E,coliにおけるHRPの細菌発現に
おいてさらなる改良は、ジスルフィド含有システインの正確な対合によって拘束
され得る。酵母細胞(例えば、S.serevisiae)は、ジスルフィド結
合の形成を支持するはるかに大きな能力を有し、そしてペルオキシダーゼ酵素に
おけるジスルフィド結合をよりよく適合され得る。理論的には、HRP(および
他の植物ペルオキシダーゼ)におけるこれらの良く保存されたジスルフィドは、
このタンパク質の構造的統一性について重要であるようであり、そして他の場所
の変異によって置換されないかもしれない。従って、酵母は、特に、これが、E
.coliにおけるジスルフィド形成において任意の拘束が課されたHRPの折
り畳みにおける見かけ上の制限を緩和することが所望される場合には、E.co
liの代わりに適切な発現宿主として用いられ得る。
Example 2: Functional expression of HRP in yeast by directed evolution This example describes the use of directed evolution to further improve the functional expression of HRP. A variant of horseradish peroxidase (HRP1A6) was isolated as described in Example 1. HRP contains four well-conserved disulfides, and E. Since E. coli only has a limited ability to support disulfide bond formation, further improvements in bacterial expression of HRP in E. coli could be constrained by the exact pairing of disulfide-containing cysteines. Yeast cells, such as S. cerevisiae, have a much greater ability to support disulfide bond formation and can better adapt disulfide bonds in peroxidase enzymes. Theoretically, these well-conserved disulfides in HRP (and other plant peroxidases) are:
It appears to be important for the structural integrity of this protein, and may not be replaced by mutations elsewhere. Therefore, yeast is
. If it was desired to relax the apparent restriction on the folding of HRP, which imposes any constraints on disulfide formation in E. coli. co
can be used as a suitable expression host instead of li.

【0107】 従って、S.cerevisiaaeを、HRPの発現のための代替宿主とし
て選択した。S.cerevisiaeは、微生物でかつ真核生物であり、そし
て真核生物タンパク質翻訳後機構および分泌機構(例えば、ERおよびゴルジ、
これらは、ジスルフィド結合の形成を触媒し、そしてポリペプチドをグリコシル
化する)の多くを有する。遺伝子操作技術(特に、遺伝子形質転換)もまた、容
易に利用可能である。欠点は、酵母は天然には殆どタンパク質を分泌しないこと
である。さらに、酵母のグリコシル化は、高等真核生物のものとは顕著に異なる
。これは、糖タンパク質の分泌について問題を提示し得る(4)。それにもかか
わらず、いくつかのタンパク質が、酵母から効率よく分泌された(4)。戦略的
には、この実施例の実験は、指向性進化のプロセスを通じてグリコシル化の因子
を微調整しながら酵母がジスルフィド結合の形成を触媒する能力を利用する。
Therefore, S. cerevisiae was selected as an alternative host for expression of HRP. S. cerevisiae is a microbial and eukaryotic, and eukaryotic protein post-translational and secretory machinery (eg, ER and Golgi,
They catalyze the formation of disulfide bonds and glycosylate polypeptides). Genetic engineering techniques, especially genetic transformation, are also readily available. The disadvantage is that yeast naturally secretes little protein. Moreover, yeast glycosylation is significantly different from that of higher eukaryotes. This may present problems with glycoprotein secretion (4). Nevertheless, some proteins were efficiently secreted from yeast (4). Strategically, the experiments in this example exploit the ability of yeast to catalyze the formation of disulfide bonds while fine-tuning glycosylation factors through the process of directional evolution.

【0108】 (HRPについての酵母発現系の構築) 実施例1からのHRP変異体HRP1A6を酵母分泌ベクターpYEX−S1
(Clontech、Palo Alto,CAから入手)中にクローニングし
(35)、pYEXS1−HRPを得た(図8)。このベクターは、K.lac
tisからの構成性ホスホグリセレートキナーゼプロモーターおよび分泌シグナ
ルペプチドを利用する。pYEX−S1をSacIで消化し、次いで、T4 D
NAポリメラーゼで平滑末端化した。成熟HRP1A6遺伝子を、平滑末端化産
物を生成する、プルーフリーディングポリメラーゼpfu(Stratagen
e、CA)を用いてpETpelBHRP1A6からPCR技術によってクロー
ニングした。使用した順向きプライマーおよび逆向きプライマーは、それぞれ、
以下のとおりであった:5’−CAGTTAACCCCTACATTC−3’(
配列番号25)および5’−TCATTAAGAGTTGCTGTTGAC−3
’(配列番号26)。次いで、このPCRフラグメントを、制限消化され、そし
て平滑末端化したpYEX−S1中に連結し、そしてE.coli DH5α細
胞中に形質転換した。多数のコロニーを拾い、そしてHRP遺伝子の存在につい
て、これら2つのプライマー:5’「CGTAGTTTTTCAAGTTCTT
AG3’(配列番号27)および5’TCCTTACCTTCCAATAATT
C−3’(配列番号28)を用いたコロニーPCR 反応18によってスクリー
ニングした。このHEP遺伝子の正確な配向を、配列決定によってさらに確認し
た。この酵母発現ベクターは、本明細書中以下において一般に、pYEXS1−
HRPと称する(図8)。この構築物において、HRP遺伝子を、K.lact
isからの分泌シグナルペプチドの直ぐ下流に配置し、そして発現は構成性のホ
スホグリセレートキナーゼプロモーターの制御下である。このベクターはまた、
E.coliのAmp抵抗性遺伝子および酵母選択マーカーleu2−dおよび
URA3を有する(47)。
Construction of Yeast Expression System for HRP The HRP variant HRP1A6 from Example 1 was transformed into the yeast secretion vector pYEX-S1.
Cloning (35) in (obtained from Clontech, Palo Alto, Calif.) Yielded pYEXS1-HRP (FIG. 8). This vector is based on K. lac
Utilizes the constitutive phosphoglycerate kinase promoter and secretory signal peptide from tis. pYEX-S1 was digested with SacI, then T4 D
Blunt-ended with NA polymerase. The mature HRP1A6 gene is generated by proofreading polymerase pfu (Stratagen), which produces blunt-ended products.
e, CA) and was cloned by PCR technology from pETpelBHRP1A6. The forward primer and reverse primer used were
It was as follows: 5'-CAGTTAACCCCCTACATTC-3 '(
SEQ ID NO: 25) and 5'-TCATTAAGAGTTGCTGTTGAC-3
'(SEQ ID NO: 26). This PCR fragment was then ligated into restriction digested and blunt ended pYEX-S1 and E. E. coli DH5α cells were transformed. Multiple colonies were picked, and for the presence of the HRP gene, these two primers: 5 '"CGTAGTTTTTTCAAGTTCTT.
AG 3 '(SEQ ID NO: 27) and 5'TCCTTACCTTCCAATAATT
Screened by colony PCR reaction 18 with C-3 '(SEQ ID NO: 28). The correct orientation of this HEP gene was further confirmed by sequencing. This yeast expression vector is referred to hereafter generally as pYEXS1-
It is called HRP (FIG. 8). In this construct, the HRP gene was cloned into K. lact
It is located immediately downstream of the secretory signal peptide from is and expression is under the control of the constitutive phosphoglycerate kinase promoter. This vector also
E. It has the E. coli Amp resistance gene and the yeast selectable markers leu2-d and URA3 (47).

【0109】 発現実験のために、このプラスミドをまずE.coli株DH5α中で増幅し
、次いで、Gietzら(48)に記載されるような一本鎖DNAを利用するL
iAc方法を用いて、S.cerevisiae株BJ5465(Yeast
Genettic Stock Center(YGSC;Universit
y of California、Berkeley)から入手した)中に形質
転換した。形質転換後、細胞を、20μg/mlのロイシン、20μg/mlの
ヒスチジン、20μg/mlのアデニンおよび20μg/mlのトリプトファン
を補充したYNB選択培地にプレートした。コロニーを拾い、そしてYEPD培
地中で30℃で、空気循環インキュベーターにおいて、2日および16時間、9
6ウェルマイクロプレート中で増殖した。HRP活性試験を、古典的ペルオキシ
ダーゼアッセイ、ABTSおよび過酸化水素を用いて行った(26)。酵母から
HRP1A6について得られた活性は、E.coliからのもののおよそ1/1
0のみであった。そして、これは、この構築物における野生型について得られた
ものよりも実際にわずかに低かった。
For expression experiments, this plasmid was first transformed into E. coli. E. coli strain DH5α followed by L utilizing single stranded DNA as described by Gietz et al. (48).
Using the iAc method, S. cerevisiae strain BJ5465 (Yeast
Genetic Stock Center (YGSC; Universit)
Y of California (obtained from Berkeley)). After transformation, cells were plated in YNB selection medium supplemented with 20 μg / ml leucine, 20 μg / ml histidine, 20 μg / ml adenine and 20 μg / ml tryptophan. Colonies were picked and in YEPD medium at 30 ° C. in a circulating air incubator for 2 days and 16 hours, 9
Grow in 6-well microplates. The HRP activity test was performed using the classical peroxidase assay, ABTS and hydrogen peroxide (26). The activity obtained for HRP1A6 from yeast was determined by E. about 1/1 of that from E. coli
It was only 0. And this was actually slightly lower than that obtained for the wild type in this construct.

【0110】 (HRP変異体の生成およびスクリーニング) HRP変異体のライブラリーを、HRP遺伝子に隣接する以下の2つのプライ
マーを変異誘発PCR反応において使用したことを除いて(53)に記載される
ようにエラープローンPCRにより構築した(20):5’−CAGTTAAC
CCCTACATTC−3’(配列番号25)および5’−TGATGCTGT
CGCCGAAGAAG−3’(配列番号29)。また、熱サイクルパラメータ
は、95℃で2分(94℃で1分、50℃で1分、および72℃で1分を30サ
イクル)であった。
Generation and Screening of HRP Variants A library of HRP variants as described in (53) except that the following two primers flanking the HRP gene were used in a mutagenic PCR reaction. (20): 5'-CAGTTAAC constructed by error-prone PCR in
CCCTACATTC-3 '(SEQ ID NO: 25) and 5'-TGATGCTGT
CGCCGAAGAAG-3 '(SEQ ID NO: 29). The thermal cycle parameters were 95 ° C. for 2 minutes (94 ° C. for 1 minute, 50 ° C. for 1 minute, and 72 ° C. for 1 minute for 30 cycles).

【0111】 PCR産物を、Promega Wizard PCRキット(Madiso
n、WI)を用いて精製し、そしてSacIおよびBamHIで消化した(HR
Pの最初の27アミノ酸残基は改変しないままにした)。次いで、消化産物を、
QIAEX IIゲル抽出キット(QIAGEN、Valencia,CA)を
用いたゲル精製に供し、そしてHRPフラグメントを、同様に消化し、そしてゲ
ル精製したpYEXS1−HRP1A6に戻し連結した。連結混合物を、Gen
e Pulser II(Bio−Rad)を用いたエレクトロポレーションに
よってE.coli HB101細胞中で形質転換し、そして100mg/ml
のアンピシリンを補充したLB培地上で選択した。コロニーを、直接LBプレー
トから採集した。次いで、このプラスミドDNAを、上記のように酵母BJ54
65中への形質転換に用いた。
The PCR product was transferred to the Promega Wizard PCR kit (Madiso).
n, WI) and digested with SacI and BamHI (HR
The first 27 amino acid residues of P were left unmodified). The digested product is then
Subjected to gel purification using the QIAEX II gel extraction kit (QIAGEN, Valencia, CA), and the HRP fragment was similarly digested and ligated back into gel purified pYEXS1-HRP1A6. The ligation mixture was added to Gen
E. coli by electroporation with a Pulser II (Bio-Rad). E. coli HB101 cells and 100 mg / ml
Were selected on LB medium supplemented with ampicillin. Colonies were picked directly from LB plates. This plasmid DNA was then added to yeast BJ54 as described above.
Used for transformation into 65.

【0112】 単一のコロニーを、酵母窒素塩基(YNB)プレートから拾い、そしてYEP
D培地(1%酵母抽出物、1%ペプトン、2%グルコース)を含む96ウェルマ
イクロプレート中で64時間30℃でインキュベーター中で増殖させた。次いで
、マイクロプレートを1,500gで10分間遠心分離し、そして各ウェルにお
ける10μlの上清を、Beckman 96チャネルピペットステーション(
Maltimek、Beckman、Fulerton,CA)を用いて新たな
マイクロプレートに移し、そして総HRP活性についてアッセイした。この測定
の全体的な標準偏差(ピペット操作誤差を含む、これは、約2%であった)は、
10%を超えなかった。改良された変異体(これは、最高の総HRP活性を示す
)を、そのマイクロプレートから直接取り出し、3回滅菌H22で洗浄し、そし
てYNB選択培地中で再度増殖させた。HRP変異体を含むプラスミドを、Zy
mo酵母プラスミドミニプレップキット(Zymo Research,Ora
nge,CA)を用いてまず酵母から抽出し、次いで、E.coli ×10−
Goldに戻して、さらに増殖および調製物の単離をした。
Single colonies were picked from yeast nitrogen base (YNB) plates, and YEP
The cells were grown in a 96-well microplate containing D medium (1% yeast extract, 1% peptone, 2% glucose) for 64 hours at 30 ° C. in an incubator. The microplate was then centrifuged at 1,500 g for 10 minutes and 10 μl of supernatant in each well was added to the Beckman 96 channel pipette station (
(Maltimek, Beckman, Fullerton, CA) were transferred to new microplates and assayed for total HRP activity. The overall standard deviation of this measurement (including pipetting error, which was about 2%) was
It did not exceed 10%. The improved mutant, which shows the highest total HRP activity, was removed directly from the microplate, washed 3 times with sterile H 2 O 2 and regrown in YNB selective medium. The plasmid containing the HRP mutant was designated as Zy
mo yeast plasmid miniprep kit (Zymo Research, Ora
n., CA) and first extracted from yeast, and then E. coli x 10-
Returned to Gold for further growth and isolation of preparation.

【0113】 言及される場合、HRP発現酵母クローンの予備スクリーニングを以下のとお
りに行った。YNBプレートにおけるコロニーを、MSI支持された純粋なニト
ロセルロースメンブレン(Micron Separations Inc.W
estboro,MA)へ複製し、これを、新たなYEPD寒天上で、30℃で
で34時間増殖させた。次いで、メンブレンを100mlのTMBメンブレン基
質(0.8mM TMB、2.9mMのH22、および0.12%(W/V)デ
キストラン硫酸(エンハンサーとして))に5分間浸漬させて産物の発色をさせ
た。明るい緑の色を示したこれらの酵母クローンを、マスターYNB選択プレー
トに戻って追跡し、そしてこれを拾って、そして以下のようなさらなるスクリー
ニングのためにYEPDにおいて増殖した。
Where mentioned, preliminary screening of HRP-expressing yeast clones was performed as follows. Colonies on YNB plates were plated on MSI-supported pure nitrocellulose membrane (Micron Separations Inc. W.
estboro, MA), which was grown on fresh YEPD agar at 30 ° C. for 34 hours. Then, the membrane was immersed in 100 ml of TMB membrane substrate (0.8 mM TMB, 2.9 mM H 2 O 2 , and 0.12% (W / V) dextran sulfate (as an enhancer)) for 5 minutes to develop the product. I was allowed to. Those yeast clones that showed a bright green color were traced back to the master YNB selection plate, picked up and grown in YEPD for further screening as follows.

【0114】 (発現を改善するための酵母における初代HRP変異誘発) 酵母におけるHRP1A6の初代のエラープローン(error−prone
)PCRを発現レベル改善のために行った。エラープローンPCRのプロトコー
ルには、以前に記載された(20、21)ように、非平衡のヌクレオチド濃度お
よびマンガンイオンの両方を組み込んで用いた。このプロトコールは、おおよそ
ランダムな変異体を生成することが示され、これはアミノ酸残基変化のより広範
なスペクトルのサンプリングを可能にした。用いられるマンガンイオン濃度は、
100μMであり、これは1遺伝子あたり平均で約1〜2変異の誤差率を生じた
(22)。PCR産物を、Promega Wizard PCRキットで精製
し、SacIおよびBamHIを用いて消化した(従って、HRPの最初の27
アミノ酸残基は、未改変のまま残っている)。次いで、この消化産物をQIAE
X IIゲル抽出キットを用いたゲル精製に供し、そしてHRPフラグメントを
、同様に消化しゲル精製したPEXS1−HRP1A6に戻して連結した。連結
した混合物をGene Pluser II(Bio−Rad)を用いたエレク
トロポレーションによりHB101細胞に形質転換した。コロニーをE.col
iのプレートからスクラッチし、そしてLB培地に再懸濁し、ここからプラスミ
ドを調製した。次いで、このプラスミドを酵母に形質転換し、そして酵母のコロ
ニーを得て増殖した(上記のように)。
Primary HRP Mutagenesis in Yeast to Improve Expression The first error-prone of HRP1A6 in yeast.
) PCR was performed to improve expression levels. The error-prone PCR protocol used incorporated both non-equilibrium nucleotide concentrations and manganese ions as previously described (20, 21). This protocol was shown to generate approximately random variants, which allowed for a broader spectrum of amino acid residue changes to be sampled. The manganese ion concentration used is
100 μM, which resulted in an error rate of about 1-2 mutations per gene on average (22). The PCR product was purified with the Promega Wizard PCR kit and digested with SacI and BamHI (hence the first 27 of the HRP.
Amino acid residues remain unchanged). This digestion product is then QIAE
Subjected to gel purification using the XII gel extraction kit, and the HRP fragment was ligated back into similarly digested and gel purified PEXS1-HRP1A6. The ligated mixture was transformed into HB101 cells by electroporation with Gene Pluser II (Bio-Rad). The colony was transformed into E. col
The plasmids were prepared from scratched plates from i and resuspended in LB medium. This plasmid was then transformed into yeast and yeast colonies were obtained and propagated (as above).

【0115】 合計約14,000のコロニーを拾い上げ、そしてこの世代についてスクリー
ニングした。これは全ての接触可能な単一の変異体の徹底的な検索、および少な
くとも1回サンプリングされる任意の変異体について95%の確率を示した(2
5)。これらのコロニーのうちの多数の変異体が、酵母において親(HRP1A
6)よりも有意に高い活性を示した。改善された変異体の2つの例、をHRP1
−117G4[配列番号12および配列番号13]ならびにHRP1−77E2
[配列番号5および配列番号6]と命名する。HRP1−117G4は、親より
も16倍高い活性、すなわち約220ユニット/Lの総活性を得た(図9)。H
RP1−77E2は、約147ユニット/Lの総活性を示した。これらの両方は
、E.coliで得られる最高レベルよりも高かった。図12(HRP1−77
E2)および図16(HRP1−117G4)を参照のこと。
A total of approximately 14,000 colonies were picked and screened for this generation. This showed an exhaustive search for all single accessible variants, and a 95% probability for any variant sampled at least once (2
5). Many mutants of these colonies were found in yeast to have the parent (HRP1A
The activity was significantly higher than that of 6). Two examples of improved mutants, HRP1
-117G4 [SEQ ID NO: 12 and SEQ ID NO: 13] and HRP1-77E2
It is named [SEQ ID NO: 5 and SEQ ID NO: 6]. HRP1-117G4 obtained a 16-fold higher activity than the parent, ie about 220 units / L total activity (FIG. 9). H
RP1-77E2 showed a total activity of about 147 units / L. Both of these are described in E. It was higher than the highest level obtained in E. coli. Figure 12 (HRP1-77
See E2) and FIG. 16 (HRP1-117G4).

【0116】 (発現を改善するための酵母における二世代目のHRP変異誘発) エラープローンPCRの二代目には親としてHRP1−117G4を用いた。
この世代について、より高い濃度のマンガンイオンを用いて、変異率を上昇させ
た。この変化を、以下の考察に基いて行った。スクリーニングは、現在、約10 4 〜105の変異体のライブラリーしか取り扱えないので、変異誘発率は、過去に
は、優先的に単一変異を作製することに伝統的に制限されていた(15)。この
例では、所定の世代のための親よりもより活性なクローンの画分は、比較的一定
のままであり、1遺伝子あたりの誤差率は6変異までであった。より高い誤差率
を用いる利点は、より高い誤差率では、中立な変異体がスクリーニングを通じて
単離される有利な変異体とともに存在することを可能にするということである。
これらの発生した中立の変異体は、新しい型の変異体を生成する架橋を提供する
ことによるか、または新しく作製された変異体との相乗作用を提供することのい
ずれかにより、引き続く世代において有用となり得る。この世代で用いられるマ
ンガンイオン濃度は350μMであり、これは1遺伝子あたり平均で約4〜5の
変異体の誤差率を生成した。
[0116]   (Second generation HRP mutagenesis in yeast to improve expression)   HRP1-117G4 was used as a parent in the second generation of error-prone PCR.
For this generation, higher concentrations of manganese ions were used to increase the mutation rate.
It was This change was made based on the following considerations. Screening is currently about 10 Four -10FiveSince only the mutant library of
Were traditionally limited to preferentially making single mutations (15). this
In the example, the fraction of clones that were more active than the parent for a given generation was relatively constant.
The error rate per gene was up to 6 mutations. Higher error rate
The advantage of using is that at higher error rates, neutral mutants
It is possible to exist with the advantageous variant that is isolated.
These generated neutral mutants provide cross-links that generate new types of mutants
Possibly or not to provide synergy with the newly created variant
Depending on the offset, it can be useful in subsequent generations. Ma used in this generation
The gangan ion concentration is 350 μM, which averages about 4-5 per gene.
Variant error rates were generated.

【0117】 さらに、ニトロセルロース膜を用いる、コロニーの事前のスクリーニングを実
施した。これが可能であったのは、より高い誤差率が、親と同等かまたはより高
い活性を示すコロニーの数を有意に低下させるためである。この手順は、以下で
あった。コロニーを、まずマスタープレートからニトロセルロース膜へ複製し、
YEPDプレート上で30℃で、1日と6時間、増殖させた。次いで、この膜を
プレートから取り出し、そしてTMB(テトラメチルベンジジン)およびH22 の混合物中に浸漬した。最も明るい色のコロニーを同定し、そして対応する母コ
ロニーをマスタープレートから拾い上げ、そして増殖した。この世代について約
120,000個のコロニーをスクリーニングし(約5,000個を実際に拾い
上げそして増殖させた)、そして変異体HRP2−28D6を得た。これは、そ
の親HRP1−117G4よりも85%高い活性、すなわち410ユニット/L
の総活性を示した(図9)。
In addition, a preliminary screening of colonies was performed using a nitrocellulose membrane. This was possible because the higher error rate significantly reduces the number of colonies that show equivalent or higher activity than the parent. This procedure was as follows. Colonies are first replicated from the master plate to a nitrocellulose membrane,
Grow on YEPD plates at 30 ° C. for 1 day and 6 hours. Then removed the film from the plate and immersed in a mixture of TMB (tetramethylbenzidine) and H 2 O 2. The brightest colored colonies were identified and the corresponding mother colonies were picked from the master plate and grown. Approximately 120,000 colonies were screened for this generation (approximately 5,000 picked and grown) and mutant HRP2-28D6 was obtained. It has 85% higher activity than its parent HRP1-117G4, ie 410 units / L
The total activity was shown (Fig. 9).

【0118】 (発現を改善するための酵母における三世代目のHRP変異誘発) 三回目のランダム変異誘発を、親としてHRP2−28D6を用いて類似の条
件下で実行した。この代については、90,000の総コロニー数を事前スクリ
ーニングし、そして3,000個を拾い上げ、そして増殖した。最良の変異体で
あるHRP3−17E12は、親のHRP2−28D6を超える160%の増加
、すなわち開始変異体HRP1A6を85倍超える、1080ユニット/Lの発
現レベルを得た。
Third Generation HRP Mutagenesis in Yeast to Improve Expression A third round of random mutagenesis was performed under similar conditions using HRP2-28D6 as the parent. For this generation, a total colony count of 90,000 was prescreened and 3,000 picked and grown. The best variant, HRP3-17E12, gave a 160% increase over the parental HRP2-28D6, an expression level of 1080 units / L that was 85-fold greater than the starting variant HRP1A6.

【0119】 (安定性改善のための、酵母における初代のHRP変異誘発) 熱安定性およびH22に対する抵抗性の改善のためのHRPのランダム変異誘
発の第1代を、親としてHRP1−77E2を用いて実行した。ランダム変異誘
発(100μMのマンガンを用いる)および細胞増殖を、本質的に上記のように
(事前スクリーニングなしで)実施した。熱安定性試験を、PTC−200サイ
クラー(MJ Research,MA)を用いて73℃で10分のインキュベ
ーション時間で実施した。H22抵抗性試験を、別々に、25mMのH22にお
いて、室温でそして30分のプレインキュベーション時間で、続いて25mMH 22中でのABTSスクリーニングにより実施した。親よりもより熱安定性かま
たは化学的に安定性(H22抵抗性)である変異体を、種々の温度で(熱安定性
について)またはH22濃度で(H22安定性について)さらに特徴付けした。
[0119]   (Primary HRP mutagenesis in yeast to improve stability)   Thermal stability and H2O2Mutagenesis of HRP for improved resistance to
The first generation of expulsion was performed with HRP1-77E2 as the parent. Random mutation
Evolving (using 100 μM manganese) and cell proliferation were performed essentially as described above.
Performed (without prior screening). Thermal stability test is performed on PTC-200
Incubation at 73 ° C for 10 minutes using Cler (MJ Research, MA)
It was carried out at the option time. H2O2Resistance tests were performed separately with 25 mM H2O2To
At room temperature and a pre-incubation time of 30 minutes, followed by 25 mMH 2 O2Was performed by ABTS screening in. More heat stable bite than parents
Or chemically stable (H2O2Mutants that are resistant to heat (thermal stability)
About) or H2O2At concentration (H2O2Further stability was characterized).

【0120】 スクリーニングした3,000のコロニーのうち、1つの熱安定性変異体(H
RP−14B6)は、親のT1/2よりも6℃を超える高いT1/2を示した(T1/2
は、温度の関数としてHRP不活化曲線の転移中間点である)(図10)。別の
変異体であるHRP1−28B11もまた、熱安定性においていくらかの改善を
示した。変異体HRP1−24D11は、その親であるHRP1−77E2より
も顕著に熱安定性ではなかったが、H22分解にはより抵抗性であった。(HR
P酵素に対して共通なフィードバック機構は、それらがH22(HRPが促進す
る酵素反応における反応物である)により分解されるということである)。HR
P1−24D11変異体は、25mM H22を用いた30分間のインキュベー
ション後、約60%の活性を保持しており、一方その親は同じ条件下で42%の
残留活性を示した(図11)。
Of the 3,000 colonies screened, one thermostable mutant (H
RP-14B6) showed a T 1/2 higher than 6 ° C. over the parent T 1/2 (T 1/2
Is the transition midpoint of the HRP inactivation curve as a function of temperature) (FIG. 10). Another variant, HRP1-28B11, also showed some improvement in thermostability. Mutant HRP1-24D11 was significantly less thermostable than its parent, HRP1-77E2, but more resistant to H 2 O 2 degradation. (HR
A common feedback mechanism for P enzymes is that they are degraded by H 2 O 2 (which is a reactant in HRP-promoted enzymatic reactions). HR
P1-24D11 variants after incubation for 30 minutes with 25 mM H 2 O 2, holds about 60% of the activity, whereas the parent showed 42% residual activity under the same conditions (Fig. 11).

【0121】 (Pichia pastorisにおけるHRP発現のためのベクター構築
) 改善されたHRP変異体を、さらにPichia発現ベクターpPIZaB(
Invitrogen Corp.,Carlsbad,CA)にクローニング
し、生化学的特徴付けのための変異体の生成を容易にした(54)。このベクタ
ーは、a因子シグナルペプチド(分泌シグナルのC末端に4つの残基Glu−A
la−GLu−Alaのスペーサー配列を含む)、およびメタノール誘導性PA
OX1プロモーターを含む。pPIZaBを、まずPstIで制限し、T4 D
NAポリメラーゼで平滑末端化し、次いでEcoRIでさらに消化した。このサ
ンプルを、Promega DNA精製キットで精製した。HRP改変体のコー
ド配列を、プルーフリーディングポリメラーゼPfuを用いるPCR技術により
、対応するpYEXS1−HRPプラスミドから得た。以下の2つのプライマー
をPCR反応に用いた:5’−TCAGTTAACCCCTACATTC−3’
(順方向)[配列番号30]および5’CCACCACCAGTAGAGACA
TGG−3’(逆方向)[配列番号31]。このPCR産物をEcoRIで制限
し、そして消化されかつ精製されたpPIZaBに連結し、pPIZaB−HR
P(図1)を生成する。ここでHRP遺伝子は、a因子シグナルのすぐ下流に配
置された。連結産物をまず、E.coli株XL10−Goldに形質転換し、
そして25mg/mlのZeocin(Cayla,Toulouse ced
ex,France)を補充した低塩LB培地(1%トリプトファン、0.5%
酵母抽出物、0.5%NaCl、pH7.5に調整)上で選択した。クローンを
、以下の2つのプライマーを用いたコロニーPCR反応(55)によりHRP遺
伝子の存在についてスクリーニングした:5’−GAGAAAAGAGAGGC
TGAAGCTC−3’(順方向)[配列番号32]および5’−TCCTTA
CCTTCCAATAATTC−3(逆方向)[配列番号33]。順方向プライ
マーは、シグナル配列の最後の3ヌクレオチド、およびHRP配列の最初のヌク
レオチド(下線)を含んだ。これは、陽性コロニーが正しい方向に全長HRP遺
伝子を保有したことを確認した。QIAgenミニプレップキットを用いてプラ
スミドを陽性の形質転換体の液体培養物から単離し、そしてHRPの発現のため
のPichiaへのさらなる形質転換に用いた。
(Construction of Vector for HRP Expression in Pichia pastoris) The improved HRP mutant was further transformed into Pichia expression vector pPIZaB (
Invitrogen Corp. , Carlsbad, CA) to facilitate the generation of variants for biochemical characterization (54). This vector contains a factor peptide (4 residues Glu-A at the C-terminus of the secretory signal).
la-GLu-Ala spacer sequence), and methanol-induced PA
Contains the OX1 promoter. pPIZaB is first restricted with PstI, then T4 D
Blunt-ended with NA polymerase and then further digested with EcoRI. This sample was purified with the Promega DNA Purification Kit. The coding sequence for the HRP variant was obtained from the corresponding pYEXS1-HRP plasmid by PCR technology using the proofreading polymerase Pfu. The following two primers were used in the PCR reaction: 5'-TCAGTTAACCCCCTACATTC-3 '.
(Forward direction) [SEQ ID NO: 30] and 5'CCACCACCACAGTAGAGACA
TGG-3 '(reverse direction) [SEQ ID NO: 31]. The PCR product was restricted with EcoRI and ligated into digested and purified pPIZaB, pPIZaB-HR.
Generate P (FIG. 1). Here, the HRP gene was placed immediately downstream of the factor a signal. The ligation product was first transformed into E. E. coli strain XL10-Gold,
And 25 mg / ml Zeocin (Cayla, Toulouse ced
ex, France) supplemented low salt LB medium (1% tryptophan, 0.5%
Yeast extract, 0.5% NaCl, adjusted to pH 7.5). Clones were screened for the presence of the HRP gene by a colony PCR reaction (55) with the following two primers: 5'-GAGAAAAGAGAGGC.
TGAA GCTC -3 '(forward) [SEQ ID NO: 32] and 5'-TCCTTA
CCTCTCAAATAATTC-3 (reverse direction) [SEQ ID NO: 33]. The forward primer contained the last 3 nucleotides of the signal sequence and the first nucleotide of the HRP sequence (underlined). This confirmed that the positive colonies carried the full length HRP gene in the correct orientation. Plasmids were isolated from liquid cultures of positive transformants using the QIAgen miniprep kit and used for further transformation into Pichia for expression of HRP.

【0122】 Pichiaの形質転換を、製造業者(Invitrogen)の指示に従っ
てエレクトロポレーションにより実施した。形質転換の前に、プラスミドをPm
eIで直線化し、Promega DNA精製キットで精製し、そしてさらに、
d.d.H2Oテ゛平衡化したPrinceton Centri−Sepカラム
で処理し、あらゆる残留不純物を除去した。直線化したベクターを、形質転換D
NAとPichiaゲノムとの間の相同組換えを介して、形質転換の際に、Pi
chiaゲノムに組み込んだ。形質転換した細胞を、100mg/mlのZeo
cinを補充したYPDS培地(1%酵母抽出液、2%ペプトン、2%グルコー
ス、1Mソルビトール)上にプレートした。異なるHRP変異体を含有するそれ
ぞれの構築物について、代表的に4〜6の形質転換体を拾い上げ、そして新しい
YPDSプレート(100mg/mlのZeocinを補充)上で精製し、単一
のコロニーを単離し、次いでこれを最高の発現レベルを付与されたクローンを同
定するためにスクリーニングした。Pichia株X−33をすべての発現実験
において用いた。最初の試験において、X−33(Mut+)が、KM17(M
utS)よりも有意に良好なHRP発現を生じたことが決定された。
Transformation of Pichia was performed by electroporation according to the manufacturer's instructions (Invitrogen). Prior to transformation, the plasmid was
linearized with eI, purified with the Promega DNA Purification Kit, and further
d. d. Was treated with H 2 O Te Bu equilibrated Princeton Centri-Sep column, to remove any residual impurities. The linearized vector was transformed with D
Upon transformation through homologous recombination between NA and Pichia genome, Pi
It was integrated into the chia genome. Transformed cells with 100 mg / ml Zeo
It was plated on YPDS medium (1% yeast extract, 2% peptone, 2% glucose, 1M sorbitol) supplemented with cin. For each construct containing different HRP variants, typically 4-6 transformants were picked and purified on fresh YPDS plates (supplemented with 100 mg / ml Zeocin) to isolate single colonies. This was then screened to identify the clones that were conferred the highest expression levels. Pichia strain X-33 was used in all expression experiments. In the first test, X-33 (Mut +) was replaced by KM17 (M
utS) was determined to yield significantly better HRP expression.

【0123】 (Pichia pastorisにおけるHRP発現) Pichiaの細胞増殖を、振盪機で30℃で実行した。pPIZaB−HR
P保有細胞をまず、1%カザミノ酸を補充したBMGY(1%酵母抽出物、2%
ペプトン、100mMリン酸カリウム、pH6.0、1.34%YNB、4×1
0〜5%ビオチン、1%グリセロール)で終夜増殖し、1.2〜1.6のOD60 0 にした。次いで細胞をペレット化し、そして再懸濁して、1%カザミノ酸を補
充したBMMY培地(1%グリセロールのかわりの0.5%メタノール以外はB
MGYと同一)において1.0のOD600にした。増殖をさらに54〜72時間
継続した。滅菌メタノールを24時間ごとに添加し、誘導条件を維持した。上清
のHRPレベルは、誘導後約54〜60時間あたりでピークに達した(ここでO
600は、約8.0〜10.0に達した)。適用可能であれば、誘導時点で、1
.0mMビタミンB1、1.0mM d−ALA、および0.5ml/Lの微量
元素混液(0.5g/L MgCl2、30g/L FeCl2・6H2O、1g
/L ZnCl2・4H2O、0.2g/L CoCl2・6H2O、1g/L N
2MoO4・2H2O、0.5g/L CaCl2・2H2O、1g/L CuC
2、および0.2g/L H2BO3)を増殖培地に添加した。
[0123]   (HRP expression in Pichia pastoris)   Cell growth of Pichia was performed at 30 ° C. on a shaker. pPIZaB-HR
First, P-bearing cells were supplemented with BMGY supplemented with 1% casamino acid (1% yeast extract, 2%
Peptone, 100 mM potassium phosphate, pH 6.0, 1.34% YNB, 4x1
0-5% biotin, 1% glycerol) overnight growth with an OD of 1.2-1.660 0 I chose The cells were then pelleted and resuspended and supplemented with 1% casamino acid.
Filled BMMY medium (B except for 0.5% methanol instead of 1% glycerol)
OD of 1.0 in the same as MGY)600I chose Propagation for an additional 54-72 hours
Continued. Sterile methanol was added every 24 hours to maintain induction conditions. Supernatant
HRP levels peaked around 54-60 hours after induction (where O
D600Reached about 8.0-10.0). 1 if applicable, at the time of induction
. 0 mM vitamin B1, 1.0 mM d-ALA, and a trace amount of 0.5 ml / L
Element mixture (0.5g / L MgCl2, 30 g / L FeCl2・ 6H2O, 1g
/ L ZnCl2・ 4H2O, 0.2g / L CoCl2・ 6H2O, 1g / L N
a2MoOFour・ 2H2O, 0.5g / L CaCl2・ 2H2O, 1g / L CuC
l2, And 0.2 g / L H2BO3) Was added to the growth medium.

【0124】 (ペルオキシダーゼ活性アッセイ) HRPについてのペルオキシダーゼ試験を、古典的ペルオキシダーゼアッセイ
、ABTSおよび過酸化水素で実行した(26)。10μl(または15μl)
の細胞懸濁物を、マイクロプレート中で、140μl(または150μl)のA
BTS/H22(ABTSおよびH22の濃度は、それぞれ0.5mMおよび2
.9mM(pH4.5)である)と混合した。そして405nmでの吸光度の増
加(酸化されたABTSのeは34.700cm-1-1)をSpectraMa
xプレートリーダー(Molecular Devices,Sunnyval
e,CA)を用いて25℃で決定した。HRPの単位を、アッセイ条件下で1分
あたり1μモルのABTSを酸化する酵素の量と規定する。
Peroxidase Activity Assay The peroxidase test for HRP was performed with the classical peroxidase assay, ABTS and hydrogen peroxide (26). 10 μl (or 15 μl)
Of the cell suspension of 140 μl (or 150 μl) of A
BTS / H 2 O 2 (ABTS and H 2 O 2 concentrations of 0.5 mM and 2 respectively)
. 9 mM (pH 4.5)). Then, the increase in absorbance at 405 nm (the e of oxidized ABTS was 34.700 cm -1 M -1 ) was changed to SpectraMa.
x Plate Reader (Molecular Devices, Sunnyvale)
e, CA) at 25 ° C. The unit of HRP is defined as the amount of enzyme that oxidizes 1 μmol ABTS per minute under assay conditions.

【0125】 (グアヤコールアッセイ) このアッセイを、50mMのリン酸緩衝液pH7.0中に1mMのH22およ
び5mMのGuajacol(グアヤコール)を用いて実施する。そして470
nmでの吸光度の増加を、酵母上清を添加した後に追跡した(酸化された産物の
εは470nmで26.000cm-1-1である)。
Guaiacol Assay This assay is performed with 1 mM H 2 O 2 and 5 mM Guajacol (Guayacol) in 50 mM phosphate buffer pH 7.0. And 470
The increase in absorbance at nm was followed after the addition of yeast supernatant (ε of the oxidized product is 26.000 cm −1 M −1 at 470 nm).

【0126】 変異体の安定性を、最初の活性(Ai)および残留活性(Aresid)(基質とし
てABTSを用いて上記のように実行した)についてのアッセイを用いて評価し
た。Aresidを、H22を含まないかまたは1mMのH22を含有するNaOA
c緩衝液pH4.5中でのHRP変異体のインキュベーション後、および50℃
10分間のインキュベーション後に測定する。
The stability of the variants was evaluated using an assay for initial activity (A i ) and residual activity (A resid ) (implemented as above with ABTS as substrate). The A resid, NaOA containing of H 2 contain no O 2 or 1mM of H 2 O 2
After incubation of the HRP variant in c buffer pH 4.5 and at 50 ° C
Measure after 10 minutes of incubation.

【0127】 有機溶媒/緩衝液(NaOAc緩衝液50mM pH4.5)混合物における
安定性についてのアッセイを、ジオキサン/緩衝液(20/80)中の酵母にお
いて発現されたHRP変異体の上清(10μl)を用いて、1mM H22およ
び2mM ABTSで行った。
Assays for stability in organic solvent / buffer (NaOAc buffer 50 mM pH 4.5) mixtures were performed using supernatants (10 μl) of HRP variants expressed in yeast in dioxane / buffer (20/80). ) Was used at 1 mM H 2 O 2 and 2 mM ABTS.

【0128】 (PichiaにおけるHRP変異体の産生) 精製酵素の十分な量を得るために、Pichiaを、HRP変異体の産生を増
加させるさらなる試みにおいて用いた。HRP−C(野生型)、HRP 2−1
3A10(図19、[配列番号21および配列番号22])ならびにHRP 3
−17E12(図20、[配列番号23および配列番号24])を、Pichi
a分泌ベクターpPICZaBにクローニングした。この構築物(pPICZa
B−HRP、図1b)において、HRPをa因子シグナルペプチドに融合させ、
そしてその発現をメタノールを用いて誘導した。代表的な発現曲線を図25に示
す。HRP3−17E12については、55時間の培養後、約6,500ユニッ
ト/LのHRP活性(すなわち、酵母から得られた活性の6.5倍)を上清中に
検出した(図25、白四角)。本発明者らの研究所のみならず、他の研究所から
の研究もまた、増殖培地への微量金属元素、ヘム合成中間体アミノレブリン酸、
およびビタミン補充物(例えば、チアミン)の添加が、E.coliにおけるヘ
ム含有タンパク質のホロ酵素の収率において実質的な改善を生じたことを見出し
た(59〜62)。本発明者らの実験におけるPichia増殖培地へのこれら
の添加物の添加は、上清で検出されたHRP3−17E12活性において32%
の増加を導いた(図25、黒四角)。
Production of HRP Variants in Pichia To obtain sufficient amounts of purified enzyme, Pichia was used in a further attempt to increase production of HRP variants. HRP-C (wild type), HRP 2-1
3A10 (FIG. 19, [SEQ ID NO: 21 and SEQ ID NO: 22]) and HRP 3
-17E12 (FIG. 20, [SEQ ID NO: 23 and SEQ ID NO: 24]) was added to Pichi
It was cloned into the a secretion vector pPICZaB. This construct (pPICZa
In B-HRP, FIG. 1b), HRP was fused to a factor a signal peptide,
And the expression was induced using methanol. A representative expression curve is shown in FIG. Regarding HRP3-17E12, after culturing for 55 hours, about 6,500 units / L of HRP activity (that is, 6.5 times the activity obtained from yeast) was detected in the supernatant (FIG. 25, open square). ). Not only our laboratory, but also research from other laboratories, trace metal elements to the growth medium, heme synthesis intermediate aminolevulinic acid,
And the addition of vitamin supplements (e.g. thiamine) has been described by E. It was found that there was a substantial improvement in the yield of the heme-containing protein holoenzyme in E. coli (59-62). Addition of these additives to Pichia growth medium in our experiments resulted in 32% in HRP3-17E12 activity detected in the supernatant.
(Fig. 25, black square).

【0129】 (配列決定データ) 熱安定性研究およびH22安定性研究に用いた親であるHRP1−77E2が
復帰変異体(reverent)D255〜N255(GAC〜AAC)、およ
び第2変異体L371(TTA〜ATA)を保有することが、配列決定により示
された。この残基は、ヘリックス2の一部であり、そしてヘムポケットに近接す
る(34)。例えば、図2[配列番号5]および[配列番号6]を参照のこと。
(Sequencing Data) The parent HRP1-77E2 used in thermostability and H 2 O 2 stability studies was revertants D255-N255 (GAC-AAC), and the second variant. Sequencing has been shown to carry L371 (TTA-ATA). This residue is part of helix 2 and is adjacent to the heme pocket (34). See, eg, FIG. 2 [SEQ ID NO: 5] and [SEQ ID NO: 6].

【0130】 変異体HRP1−4B6は、L371に加えて、K232M(AAG〜ATG
)を保有する。この残基は、ヘリックス14の一部であり、そしてその表面で溶
媒に露出される。例えば、図13[配列番号7]および[配列番号8]を参照の
こと。
Mutant HRP1-4B6, in addition to L371, K232M (AAG-ATG
) Own. This residue is part of helix 14 and is solvent exposed on its surface. See, eg, FIG. 13 [SEQ ID NO: 7] and [SEQ ID NO: 8].

【0131】 HRP1−77E2とHRP1−4B6との間の熱安定性を有する変異体であ
るHRP1−28B11は、L371に加えて、変異体F221L(TTT〜T
TA)を有する。この残基は、ループ構造にあり、そして基質接近チャネルの一
部である(34)。図14[配列番号9]および[配列番号10]を参照のこと
HRP1-28B11, a thermostable mutant between HRP1-77E2 and HRP1-4B6, contains mutants F221L (TTT-T) in addition to L371.
TA). This residue is in a loop structure and is part of the substrate access channel (34). See Figure 14 [SEQ ID NO: 9] and [SEQ ID NO: 10].

【0132】 変異体HRP1−24D11は、L371に加えて変異体L131P(CTA
〜CCA)を含む。この残基は、ヘリックス7の先端部にあり、そしてその表面
上にある。図15[配列番号11]および[配列番号12]を参照のこと。
Mutant HRP1-24D11 includes mutant L131P (CTA in addition to L371.
~ CCA). This residue is at the tip of helix 7 and is on its surface. See Figure 15 [SEQ ID NO: 11] and [SEQ ID NO: 12].

【0133】 総活性について初代由来の好ましい変異体である変異体HRP1−117G4
は、その親について5つの変異体を含む:(1)D255〜N255の復帰変異
体(reversion)(GAC〜AAC)(野生型配列);(2)L131
P(CTA〜CCA);(3)L223Q(CTG〜CAG);サイレント変異
を伴う(4)N135(AAC〜AAT)で、および(5)T257(ACT〜
ACA)。変異体L223Qについて、このアミノ酸残基は、ループにあり、そ
して溶媒に露出される。図16[配列番号13]および[配列番号14]を参照
のこと。
Mutant HRP1-117G4, which is a preferred mutant of primary origin for total activity
Contains 5 variants for its parent: (1) D255-N255 reversion (GAC-AAC) (wild-type sequence); (2) L131.
P (CTA-CCA); (3) L223Q (CTG-CAG); (4) N135 (AAC-AAT) with silent mutations, and (5) T257 (ACT-.
ACA). For mutant L223Q, this amino acid residue is in the loop and is solvent exposed. See Figure 16 [SEQ ID NO: 13] and [SEQ ID NO: 14].

【0134】 顕著なことに、改善されたHRP変異体であるHRP1−80C12(図17
[配列番号17]および[配列番号18])、ならびにHRP1−77E2(図
20、[配列番号23]および[配列番号24])はまた、復帰変異体D255
〜N255(GAC〜AAC)を保有する。さらに、HRP1−80C12は、
HRP1−77G4に見られるL131P(CTA−>CCA)を含む。一方で
、HRP−77E2は、第2の変異体L371(TTA−−>ATA)を有する
。これはヘリックスBの一部であり、そしてヘムポケットにあり、おそらく同様
に溶媒に接触可能である。
Remarkably, the improved HRP variant, HRP1-80C12 (FIG. 17).
[SEQ ID NO: 17] and [SEQ ID NO: 18]), as well as HRP1-77E2 (FIG. 20, [SEQ ID NO: 23] and [SEQ ID NO: 24]) are also revertants D255.
Possesses N255 (GAC to AAC). Furthermore, HRP1-80C12 is
Includes L131P (CTA-> CCA) found in HRP1-77G4. On the other hand, HRP-77E2 has the second mutant L371 (TTA-> ATA). It is part of helix B and is in the heme pocket and is probably solvent accessible as well.

【0135】 HRP2−28D6(図18[配列番号19]および[配列番号20])は、
HRP1−117G4について2つのさらなる変異体:T102A(ACT−−
>GCT)およびP226Q(CCA−−>CAA)を含む。T102Aは、ヘ
リックスDの一部であり、そしてその構造の内側に埋め込まれることが見出され
た唯一の変異体である。P226Qは、L223Qと同じループに位置する。一
方で、HRP2−13A10は、HRP1−117G4についてさらに4つの変
異体:R93L(CGA−−>CTA);T102A(ACT−−>GCT);
K241T(AAA−−>ACA);およびV303E(GTG−−>GAG)
を含む。R93L(溶媒接近可能である)は、ヘリックスCおよびヘリックスD
を連結するループ構造にある。K241Tは、ヘリックスGおよびヘリックスH
を連結するループ構造にある。この残基は先と同様に、溶媒に露出される。最終
的に、V303Eは、タンパク質のC末端でヘリックスJから伸長する長鎖の一
部である。これらの3つの変異体は、他の変異体と比較して、この変異体の安定
性の増加に寄与するようである。
HRP2-28D6 (FIG. 18 [SEQ ID NO: 19] and [SEQ ID NO: 20])
Two additional variants for HRP1-117G4: T102A (ACT ---
> GCT) and P226Q (CCA-> CAA). T102A is part of helix D and is the only variant found to be embedded inside the structure. P226Q is located in the same loop as L223Q. On the other hand, HRP2-13A10 has four further variants for HRP1-117G4: R93L (CGA->CTA); T102A (ACT->GCT);
K241T (AAA->ACA); and V303E (GTG-> GAG)
including. R93L (solvent accessible) has helix C and helix D
It is in a loop structure that connects K241T is a helix G and a helix H
It is in a loop structure that connects This residue is exposed to solvent as before. Finally, V303E is part of a long chain extending from helix J at the C-terminus of the protein. These three variants appear to contribute to the increased stability of this variant compared to the other variants.

【0136】 HRP3−17E12は、親HRP2−28D6についてさらに3つの変異体
:N47S(AAT−−>AGT);K241T(AAA−−>ACA)および
G121でのサイレント変異体の1つ(GGT−−>GGC)を含む。K241
Tがまた、HRP2−13A10に見出されたことは注目すべきである。N47
Sは、ヘリックスBおよび1つの3−ヘリックスを連結するループ構造に位置し
、そしてまた溶媒接触可能である。
HRP3-17E12 is an additional three variants for the parent HRP2-28D6: N47S (AAT->AGT); K241T (AAA-> ACA) and one of the silent variants at G121 (GGT ---). > GGC). K241
It should be noted that T was also found in HRP2-13A10. N47
S is located in a loop structure connecting helix B and one 3-helix, and is also solvent accessible.

【0137】 (変異体の分析) 進化の初代の改善された変異体形態の3つすべてが、親HRP1A6について
復帰変異体D255Nを保有する。これは、HRP上のグリコシル化部位が、折
り畳みおよび発現に有利であることを示唆するようである。タンパク質における
グリコシル化の機能は、興味深い問題であったが、タンパク質折り畳み、プロセ
シングおよび分泌におけるその役割は、徐々に認識されてきている(56〜58
)。
Variant Analysis All three of the first improved variant forms of evolution carry the revertant D255N for the parent HRP1A6. This seems to suggest that the glycosylation site on HRP favors folding and expression. Although the function of glycosylation in proteins has been an interesting issue, its role in protein folding, processing and secretion has been gradually recognized (56-58).
).

【0138】 3つの同義の変異体は、コドン用法における変化によっては容易に説明され得
ない(63)。それらのうちの2つであるN135(AAC−−>AAT)およ
びT257(ACT−−>ACA)は、使用の頻度にわずかな変化しか生じず、
一方、G121(GGT−−>GGC)については、より頻繁に用いられるコド
ン(GCT、61%)が、わずかに頻度の低いコドン(GGC、16%)により
置換された。しかし、この置換が、HRP mRNAの翻訳にどの程度有意に影
響するかは明確でない。
The three synonymous variants cannot be easily explained by changes in codon usage (63). Two of them, N135 (AAC-> AAT) and T257 (ACT-> ACA), produced only slight changes in frequency of use,
On the other hand, for G121 (GGT-> GGC), the more frequently used codon (GCT, 61%) was replaced by the slightly less frequent codon (GGC, 16%). However, it is not clear how significantly this substitution affects the translation of HRP mRNA.

【0139】 (反応性および安定性に関する変異体の特徴付け) ABTSアッセイに加えて、HRP変異体についての第2の独立した活性のア
ッセイとしてグアヤコール系もまた使用される(図21)。両方のアッセイは、
変異体の活性に関して良好な相関関係を示す。
Characterization of Variants for Reactivity and Stability In addition to the ABTS assay, the guaiacol system is also used as a second independent activity assay for HRP variants (FIG. 21). Both assays are
It shows a good correlation with the activity of the mutants.

【0140】 図22aおよび図22bは、H22なし(a)および1mM H22(b)で
50℃でインキュベートした後の、反応性と安定性との間の相関関係を示す。両
方の場合、変異体HRP 2−13A10は、良好な反応性と合わせて最高の安
定性を示す。配列決定により表されるように、3つのアミノ酸変化が、この安定
性の原因であるようである。
22a and 22b show the correlation between reactivity and stability after incubation at 50 ° C. without H 2 O 2 (a) and 1 mM H 2 O 2 (b). In both cases the mutant HRP 2-13A10 shows the highest stability combined with good reactivity. Three amino acid changes appear to be responsible for this stability, as demonstrated by sequencing.

【0141】 安定性の類似のパターンが、有機溶媒系で観察される(図23)。ここで、変
異体HRP2−13A10は、緩衝液単独における活性比に対して、ジオキサン
/緩衝液系において最良の活性比を示す。
A similar pattern of stability is observed with the organic solvent system (Figure 23). Here, the mutant HRP2-13A10 shows the best activity ratio in the dioxane / buffer system relative to the activity ratio in the buffer alone.

【0142】 (実施例3) (E.coliにおけるCCPの発現および分泌) (CCPについての発現ベクターの構築) Dave Goodin博士(The Scripps Research
Institute,La Jolla,CA)により寄贈された、pT7CC
P(16、17)由来のS.cerevisiaeシトクロムCペルオキシダー
ゼ(CCP)遺伝子を、PCR技術により再クローニングし、開始コドンにMs
cI部位、および終止コドンのすぐ下流にHindIII部位を導入した。この
PCR産物を、MsCIおよびHindIIIで制限し、次いで同様に消化した
pET−22b(+)に連結し、pETCCPを生成した(図26)。このpT
7CCPは、CCPの遺伝子を保有する。この遺伝子のN末端配列は、Good
inら(17)およびFitzgeraldら(16)に記載される様に、アミ
ノ酸Met−Lys−Thrをコードするように改変されている。このように、
この構築物において、CCP遺伝子を、T7プロモーターの制御下に配置し、そ
してペリプラズム局在化のためのpelBシグナル配列にインフレームで融合し
た。
(Example 3) (Expression and secretion of CCP in E. coli) (Construction of expression vector for CCP) Dr. Dave Goodin (The Scripps Research)
PT7CC, donated by Institute, La Jolla, CA)
S. p. From P (16, 17). The C. cerevisiae cytochrome C peroxidase (CCP) gene was recloned by PCR technology and the Ms
A HindIII site was introduced immediately downstream of the cI site and the stop codon. This PCR product was restricted with MsCI and HindIII and then ligated into similarly digested pET-22b (+), generating pETCCP (Figure 26). This pT
7CCP carries the gene for CCP. The N-terminal sequence of this gene is Good
It has been modified to encode the amino acids Met-Lys-Thr as described in in et al. (17) and Fitzgerald et al. (16). in this way,
In this construct, the CCP gene was placed under the control of the T7 promoter and fused in frame to the pelB signal sequence for periplasmic localization.

【0143】 (CCPの発現) E coli BL21(DE3)におけるCCPの発現実験を、100μg
/mlアンピシリンを含有するLB培地中で実行した。細胞を0.7〜0.8の
600にまで37℃で増殖した。この時、IPTGを最終濃度1mMにまで、添
加し、T7プロモーターからのCCPの合成を誘導した。増殖を30℃でさらに
20時間継続し、そして細胞および上清を遠心分離により収集した。
(Expression of CCP) The expression experiment of CCP in E. coli BL21 (DE3) was performed at 100 μg.
/ LB ampicillin in LB medium. Cells were grown at 37 ° C. to an A 600 of 0.7-0.8. At this time, IPTG was added to a final concentration of 1 mM to induce the synthesis of CCP from the T7 promoter. Growth was continued at 30 ° C. for a further 20 hours and cells and supernatant were collected by centrifugation.

【0144】 CCPはE.coli内で正しく折り畳まれることが公知である。驚くべきこ
とに、95%を越えるCCPタンパク質が高レベル(SDS−PAGEにより評
価した場合、約100mg/リットル)でLB培養培地中に見られた。このタン
パク質はABTSに対して活性であり、このことは、分泌されたCCPが折り畳
まれ、そして必要なヘム第二鉄を含むことを示した。
CCP is an E. It is known to fold correctly in E. coli. Surprisingly, over 95% of CCP protein was found at high levels (approximately 100 mg / liter as assessed by SDS-PAGE) in the LB culture medium. This protein was active against ABTS, indicating that the secreted CCP folds and contains the required heme ferric iron.

【0145】 このように、本発明の例示的実施態様を記載してきたが、本開示内は、例示の
みであり、そして種々の他の代替物、適合および改変が本発明の範囲内でなされ
得ることは、当業者に注目されるべきである。例えば、本発明の任意の方法の工
程が、本発明の実施のために、特定の順序が特に必要であるか、または必然的に
固有であるかもしくは絶対であるかにもかかわらず、一般に、任意の順序(同時
(simultaneouslyもしくはcontemporaneously
を含む)で実行され得ることは実施者により理解される。従って、本発明は、本
明細書における任意の特定の実施態様または例示に限定されない。本発明は添付
の請求の範囲に従って規定され、そして請求項のみによって限定される。
Thus, while exemplary embodiments of the present invention have been described, the present disclosure is exemplary only and various other alternatives, adaptations and modifications may be made within the scope of the present invention. It should be noted to those skilled in the art. For example, although any method step of the invention generally requires a particular order, or is necessarily inherent or absolute, for the practice of the invention, Any order (simultaneous or contemporaneously
It will be understood by the practitioner. Therefore, the present invention is not limited to any particular embodiment or illustration herein. The invention is defined according to the appended claims and is limited only by the claims.

【0146】 (参考文献)[0146]   (References)

【0147】[0147]

【化1】 [Chemical 1]

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

【図1】 図1Aは、E.coli HRP発現ベクターpETHRPである、プラスミ
ドpETpelBHRPの模式マップである。HRP遺伝子(N末端に余分なメ
チオニン残基を含む)を、pET−22b(+)内へ、ペリプラズム局在のため
にErwinia carotovoraのペクチン酸リアーゼB(PelB)
のシグナル配列のすぐ下流に挿入した。発現は、T7プロモーターの制御下にあ
る。 図1Bは、P.pastoris発現ベクターpPICZαB−HRPの模式
マップである。HRP遺伝子を、このプラスミドのα因子シグナルのすぐ下流に
挿入した。発現は、メタノール誘導性のPAOX1プロモーターの制御下にある。
FIG. 1A shows that E. 1 is a schematic map of the plasmid pETpelBHRP, which is the E. coli HRP expression vector pETHRP. The HRP gene (containing an extra methionine residue at the N-terminus) was introduced into pET-22b (+) and Erwinia carotovora pectate lyase B (PelB) for periplasmic localization.
Was inserted immediately downstream of the signal sequence of. Expression is under the control of the T7 promoter. FIG. 1 is a schematic map of the pastoris expression vector pPICZαB-HRP. The HRP gene was inserted immediately downstream of the alpha factor signal in this plasmid. Expression is under the control of the methanol-inducible PAOX1 promoter.

【図2】 図2は、pelBシグナルペプチドの核酸配列およびアミノ酸配列を示す(配
列番号1および配列番号2)。
FIG. 2 shows the nucleic acid and amino acid sequences of the pelB signal peptide (SEQ ID NO: 1 and SEQ ID NO: 2).

【図3】 図3は、HRP1A6と命名されたHRP酵素改変体をコードするヌクレオチ
ド配列およびアミノ酸配列を示す(配列番号3および配列番号4)。
FIG. 3 shows the nucleotide and amino acid sequences encoding the HRP enzyme variant designated HRP1A6 (SEQ ID NO: 3 and SEQ ID NO: 4).

【図4】 図4は、発現ベクターpETpelBHRP1A6のマップである。[Figure 4]   FIG. 4 is a map of the expression vector pETpelBHRP1A6.

【図5】 図5Aは、野生型およびE.coliにおいて進化されたHRP変異体(1A
6)の相対活性を示す。 図5Bは、降順で活性によって分類した第一世代のHRP変異体の代表的なラ
ンドスケープを示す。活性を、野生型の活性に対して正規化する。
FIG. 5A shows wild type and E. HRP mutants evolved in E. coli (1A
The relative activity of 6) is shown. FIG. 5B shows a representative landscape of first generation HRP variants sorted by activity in descending order. Activity is normalized to wild-type activity.

【図6】 図6は、種々のITPG濃度での変異体HRP1A6の活性レベルを示す。[Figure 6]   FIG. 6 shows the activity level of mutant HRP1A6 at various ITPG concentrations.

【図7】 図7は、HRPの構造を示す。これは、HRP変異体1A6の表面ループ中の
Asn255からAspへの変異の位置を示す。この図は、公開されたHRP配
座(34)から、Insight IIソフトウェア(Molecular B
iosystems)を使用して、作製した。
FIG. 7 shows the structure of HRP. This indicates the position of the Asn255 to Asp mutation in the surface loop of HRP variant 1A6. This figure is based on the published HRP conformation (34) from Insight II software (Molecular B).
iosystems).

【図8】 図8は、分泌プラスミドpYEX−S1内へクローン化されたHRPのコード
配列を含む、発現ベクターpYEXS1−HRPのマップである。
FIG. 8 is a map of the expression vector pYEXS1-HRP containing the coding sequence of HRP cloned into the secretion plasmid pYEX-S1.

【図9】 図9は、HRP1A6ならびにS.cerevisiaeにおける指向性進化
によって得られた3つの他の変異体:HRP1−77E2、HRP1−117G
4、およびHRP2−28D6の活性のレベルを示す。本実施例において、HR
P1A6は、HRP1−77E2およびHRP1−117G4の親であったが、
HRP1−117G4は、HRP2−28D6の親であった。
FIG. 9 shows HRP1A6 as well as S. Three other variants obtained by directed evolution in S. cerevisiae: HRP1-77E2, HRP1-117G
4 and the level of activity of HRP2-28D6. In this embodiment, HR
P1A6 was the parent of HRP1-77E2 and HRP1-117G4,
HRP1-117G4 was the parent of HRP2-28D6.

【図10】 図10は、いくつかのHRP変異体の残存活性を、温度の関数として熱不活化
曲線で示す。この熱不活化曲線は、変異体の相対的な熱安定性を示す。
FIG. 10 shows residual activity of some HRP variants as a function of temperature as a heat inactivation curve. This heat inactivation curve shows the relative thermostability of the mutants.

【図11】 図11は、いくつかのHRP変異体の残存活性を、過酸化水素濃度の関数とし
て滴定曲線で示す。この滴定曲線は、過酸化水素存在下での分解に耐える変異体
の相対的な能力を示す。
FIG. 11 shows residual activity of some HRP variants as a function of hydrogen peroxide concentration in a titration curve. This titration curve shows the relative ability of the mutants to withstand degradation in the presence of hydrogen peroxide.

【図12】 図12は、HRP1−77E2と命名されるHRP酵素改変体をコードするヌ
クレオチド配列およびアミノ酸配列を示す(配列番号5および配列番号6)。
FIG. 12 shows the nucleotide and amino acid sequences encoding the HRP enzyme variant designated HRP1-77E2 (SEQ ID NO: 5 and SEQ ID NO: 6).

【図13】 図13は、HRP1−4B6と命名されるHRP酵素改変体をコードするヌク
レオチド配列およびアミノ酸配列を示す(配列番号7および配列番号8)。
FIG. 13 shows the nucleotide and amino acid sequences encoding the HRP enzyme variant designated HRP1-4B6 (SEQ ID NO: 7 and SEQ ID NO: 8).

【図14】 図14は、HRP1−28B11と命名されるHRP酵素改変体をコードする
ヌクレオチド配列およびアミノ酸配列を示す(配列番号9および配列番号10)
FIG. 14 shows the nucleotide and amino acid sequences encoding the HRP enzyme variant designated HRP1-28B11 (SEQ ID NO: 9 and SEQ ID NO: 10).
.

【図15】 図15は、HRP1−24D11と命名されるHRP酵素改変体をコードする
ヌクレオチド配列およびアミノ酸配列を示す(配列番号11および配列番号12
)。
FIG. 15 shows the nucleotide and amino acid sequences encoding the HRP enzyme variant designated HRP1-24D11 (SEQ ID NO: 11 and SEQ ID NO: 12).
).

【図16】 図16は、HRP1−117G4と命名されるHRP酵素改変体をコードする
ヌクレオチド配列およびアミノ酸配列を示す(配列番号12および配列番号13
)。
FIG. 16 shows the nucleotide and amino acid sequences encoding the HRP enzyme variant designated HRP1-117G4 (SEQ ID NO: 12 and SEQ ID NO: 13).
).

【図17】 図17は、HRP1−80C12と命名されるHRP酵素改変体をコードする
ヌクレオチド配列およびアミノ酸配列を示す(配列番号17および配列番号18
)。
FIG. 17 shows the nucleotide and amino acid sequences encoding the HRP enzyme variant designated HRP1-80C12 (SEQ ID NO: 17 and SEQ ID NO: 18).
).

【図18】 図18は、HRP2−28D6と命名されるHRP酵素改変体をコードするヌ
クレオチド配列およびアミノ酸配列を示す(配列番号19および配列番号20)
FIG. 18 shows the nucleotide sequence and amino acid sequence encoding the HRP enzyme variant designated HRP2-28D6 (SEQ ID NO: 19 and SEQ ID NO: 20).
.

【図19】 図19は、HRP2−13A10と命名されるHRP酵素改変体をコードする
ヌクレオチド配列およびアミノ酸配列を示す(配列番号21および配列番号22
)。
FIG. 19 shows the nucleotide sequence and amino acid sequence encoding the HRP enzyme variant designated HRP2-13A10 (SEQ ID NO: 21 and SEQ ID NO: 22).
).

【図20】 図20は、HRP3−17E12と命名されるHRP酵素改変体をコードする
ヌクレオチド配列およびアミノ酸配列を示す(配列番号23および配列番号24
)。
FIG. 20 shows the nucleotide sequence and amino acid sequence encoding the HRP enzyme variant designated HRP3-17E12 (SEQ ID NO: 23 and SEQ ID NO: 24).
).

【図21】 図21は、S.cerevisiae株BJ5465における、野生型、親(
HRP1A6)および進化されたHRP変異体の活性を示す。値は、ABTSア
ッセイを用いて得た。細胞は、振盪フラスコ中、30℃で64時間増殖させた。
FIG. 21 is a schematic diagram of S.M. cerevisiae strain BJ5465 in wild type, parent (
HRP1A6) and the activity of evolved HRP variants. Values were obtained using the ABTS assay. Cells were grown in shake flasks at 30 ° C. for 64 hours.

【図22】 図22は、HRP変異体の反応性と安定性(Aresid/Ai)との間の相関を示
す。
FIG. 22 shows the correlation between reactivity and stability (A resid / A i ) of HRP variants.

【図23】 図23は、有機溶媒/水系におけるHRP変異体の反応性を示す。FIG. 23   FIG. 23 shows the reactivity of HRP variants in an organic solvent / water system.

【図24】 図24は、変異体の系統を示す。ヌクレオチド置換は、対応するアミノ酸置換
の後に括弧内に示し、そして同義的変異をイタリックで示す。各世代について、
新しい変異に「*」を与える。
FIG. 24 shows mutant strains. Nucleotide substitutions are shown in parentheses after the corresponding amino acid substitutions and synonymous mutations are italicized. For each generation,
Give " * " to the new mutation.

【図25】 図25は、改変体HRP3−17E2についてPichiaから分泌されたH
RP活性の蓄積を示す。
Figure 25: H secreted from Pichia for variant HRP3-17E2
Shows the accumulation of RP activity.

【図26】 図26は、酵母チトクロムcペルオキシダーゼ発現ベクターpETCCPの模
式マップである。
FIG. 26 is a schematic map of the yeast cytochrome c peroxidase expression vector pETCCP.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) C12R 1:865) C12N 15/00 ZNAA (C12N 1/21 C12R 1:19) (C12N 9/08 C12R 1:865) (C12N 9/08 C12R 1:19) (81)指定国 EP(AT,BE,CH,CY, DE,DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,I T,LU,MC,NL,PT,SE),OA(BF,BJ ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GW,ML, MR,NE,SN,TD,TG),AP(GH,GM,K E,LS,MW,SD,SL,SZ,UG,ZW),E A(AM,AZ,BY,KG,KZ,MD,RU,TJ ,TM),AE,AL,AM,AT,AU,AZ,BA ,BB,BG,BR,BY,CA,CH,CN,CU, CZ,DE,DK,EE,ES,FI,GB,GD,G E,HR,HU,ID,IL,IN,IS,JP,KE ,KG,KP,KR,KZ,LC,LK,LR,LS, LT,LU,LV,MD,MG,MK,MN,MW,M X,NO,NZ,PL,PT,RO,RU,SD,SE ,SG,SI,SK,SL,TJ,TM,TR,TT, UA,UG,US,UZ,VN,YU,ZA,ZW (72)発明者 リン, チャンリン アメリカ合衆国 カリフォルニア 91106, パサデナ, エス. チェスター アベ ニュー 101, アパートメント ナンバ ー Fターム(参考) 4B024 AA20 BA08 CA02 DA06 DA12 EA04 HA03 4B050 CC04 DD13 4B065 AA26 AA80 AB01 BA02 CA28─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI theme code (reference) C12R 1: 865) C12N 15/00 ZNAA (C12N 1/21 C12R 1:19) (C12N 9/08 C12R 1 : 865) (C12N 9/08 C12R 1:19) (81) Designated countries EP (AT, BE, CH, CY, DE, DK, ES, FI, FR, GB, GR, IE, IT, LU, MC , NL, PT, SE), OA (BF, BJ, CF, CG, CI, CM, GA, GN, GW, ML, MR, NE, SN, TD, TG), AP (GH, GM, KE, LS, MW, SD, SL, SZ, UG, ZW), EA (AM, AZ, BY, KG, KZ, MD, RU, TJ, TM), AE, AL, AM, AT, AU, A Z, BA, BB, BG, BR, BY, CA, CH, CN, CU, CZ, DE, DK, EE, ES, FI, GB, GD, GE, HR, HU, ID, IL, IN, IS , JP, KE, KG, KP, KR, KZ, LC, LK, LR, LS, LT, LU, LV, MD, MG, MK, MN, MW, MX, NO, NZ, PL, PT, RO, RU, SD, SE, SG, SI, SK, SL, TJ, TM, TR, TT, UA, UG, US, UZ, VN, YU, ZA, ZW (72) Inventor Lin, Chan Lin United States California 91106, Pasadena , S. Chester Avenue 101, Apartment Number F Term (reference) 4B024 AA20 BA08 CA02 DA06 DA12 EA04 HA03 4B050 CC04 DD13 4B065 AA26 AA80 AB01 BA02 CA28

Claims (35)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 発現抵抗性ポリペプチドの産生を獲得および改善する方法で
あって、以下の工程: 選択された宿主細胞における機能的発現に抵抗性である親ポリペプチドをコー
ドする、少なくとも1つの親ポリヌクレオチドを提供する工程、 該親ポリヌクレオチドのヌクレオチド配列を、変異体ポリペプチドの集団を産
生するように変更する工程、 該宿主細胞を該変異体ポリペプチドを発現するように形質転換する工程、およ
び 該宿主細胞によって産生され、そして改善された折り畳みまたは封入体を伴わ
ない発現の少なくとも1つを有する機能的変異体についてスクリーニングする工
程、 を包含する、方法。
1. A method of obtaining and improving the production of an expression resistant polypeptide, the method comprising the steps of: at least one encoding a parent polypeptide that is resistant to functional expression in a selected host cell. Providing a parent polynucleotide, altering the nucleotide sequence of the parent polynucleotide to produce a population of variant polypeptides, transforming the host cell to express the variant polypeptide , And screening for a functional variant produced by said host cell and having at least one of improved expression without folding or inclusion bodies.
【請求項2】 前記親ポリペプチドが、前記宿主細胞において過剰発現され
た場合、封入体を形成する、請求項1に記載の方法。
2. The method of claim 1, wherein the parent polypeptide forms an inclusion body when overexpressed in the host cell.
【請求項3】 前記親ポリペプチドが、ジスルフィド架橋構造およびグリコ
シル化構造の少なくとも1つを有する、請求項1に記載の方法。
3. The method of claim 1, wherein the parent polypeptide has at least one of a disulfide bridge structure and a glycosylation structure.
【請求項4】 前記親ポリペプチドが、少なくとも1つのヘム族を有するか
、またはヘム族に結合する、請求項1に記載の方法。
4. The method of claim 1, wherein the parent polypeptide has or binds to at least one heme family.
【請求項5】 前記親ポリペプチドが、前記宿主細胞において過剰発現され
た場合、非機能的形態で産生され、かつ該宿主細胞において過小発現される場合
、機能的形態で産生される、請求項1に記載の方法。
5. The parent polypeptide is produced in a non-functional form when overexpressed in the host cell and in a functional form when underexpressed in the host cell. The method according to 1.
【請求項6】 前記親ポリペプチドが、誘導物質の存在下で誘導性プロモー
ターの制御下で過剰発現され、かつ誘導物質の非存在下で誘導性プロモーターの
制御下で過小発現される、請求項5に記載の方法。
6. The parent polypeptide is overexpressed under the control of an inducible promoter in the presence of an inducer and underexpressed under the control of an inducible promoter in the absence of the inducer. The method according to 5.
【請求項7】 請求項1に記載の方法であって、該方法を多数のサイクルで
繰り返す工程を包含し、ここで各サイクルにおける前記親ポリヌクレオチドが、
前のサイクル由来の変異体ポリヌクレオチドである、方法。
7. The method of claim 1, comprising repeating the method for multiple cycles, wherein the parent polynucleotide in each cycle is
The method, which is a variant polynucleotide from the previous cycle.
【請求項8】 前記ヌクレオチド配列を変更する工程が、ランダム変異誘発
、部位特異的変異誘発およびDNAシャッフリングの少なくとも1つによって行
われる、請求項1に記載の方法。
8. The method of claim 1, wherein the step of altering the nucleotide sequence is performed by at least one of random mutagenesis, site-directed mutagenesis and DNA shuffling.
【請求項9】 前記ヌクレオチド配列を変更する工程が、ランダム変異誘発
、部位特異的変異誘発およびDNAシャッフリングの少なくとも1つによって行
われる、請求項7に記載の方法。
9. The method of claim 7, wherein the step of altering the nucleotide sequence is performed by at least one of random mutagenesis, site-directed mutagenesis and DNA shuffling.
【請求項10】 請求項1に記載の方法に従って進化された、ポリヌクレオ
チド。
10. A polynucleotide evolved according to the method of claim 1.
【請求項11】 請求項7に記載の方法に従って進化された、ポリヌクレオ
チド。
11. A polynucleotide evolved according to the method of claim 7.
【請求項12】 請求項9に記載の方法に従って進化された、ポリヌクレオ
チド。
12. A polynucleotide evolved according to the method of claim 9.
【請求項13】 前記宿主細胞が、変異体ポリヌクレオチドによってコード
されるポリペプチドの分泌を指向するシグナル配列を有するベクターによって形
質転換される、請求項1に記載の方法。
13. The method of claim 1, wherein the host cell is transformed with a vector having a signal sequence that directs secretion of the polypeptide encoded by the variant polynucleotide.
【請求項14】 前記シグナル配列が、PelBシグナル配列である、請求
項13に記載の方法。
14. The method of claim 13, wherein the signal sequence is the PelB signal sequence.
【請求項15】 前記宿主細胞が、簡易の宿主細胞である、請求項1に記載
の方法。
15. The method of claim 1, wherein the host cell is a simple host cell.
【請求項16】 前記宿主細胞が、酵母および細菌から選択される、請求項
1に記載の方法。
16. The method of claim 1, wherein the host cell is selected from yeast and bacteria.
【請求項17】 前記宿主細胞が、酵母および細菌から選択される、請求項
7に記載の方法。
17. The method of claim 7, wherein the host cell is selected from yeast and bacteria.
【請求項18】 前記宿主細胞が、酵母および細菌から選択される、請求項
9に記載の方法。
18. The method of claim 9, wherein the host cell is selected from yeast and bacteria.
【請求項19】 前記宿主細胞が、E.coli細胞である、請求項1に記
載の方法。
19. The host cell is E. The method according to claim 1, which is an E. coli cell.
【請求項20】 前記宿主細胞が、S.cerevisiae細胞である、
請求項1に記載の方法。
20. The host cell is S. cerevisiae cells,
The method of claim 1.
【請求項21】 前記宿主細胞が、P.pastoris細胞である、請求
項1に記載の方法。
21. The host cell is a P. The method according to claim 1, which is a pastoris cell.
【請求項22】 前記宿主細胞が、E.coli細胞である、請求項9に記
載の方法。
22. The host cell is E. 10. The method according to claim 9, which is an E. coli cell.
【請求項23】 前記宿主細胞が、S.cerevisiae細胞である、
請求項9に記載の方法。
23. The host cell is S. cerevisiae cells,
The method according to claim 9.
【請求項24】 前記宿主細胞が、P.pastoris細胞である、請求
項9に記載の方法。
24. The host cell is a P. The method according to claim 9, which is a pastoris cell.
【請求項25】 前記ポリペプチドがヘム含有タンパク質である、請求項7
に記載の方法。
25. The polypeptide of claim 7, wherein the polypeptide is a heme-containing protein.
The method described in.
【請求項26】 前記ポリペプチドがヘム含有タンパク質である、請求項9
に記載の方法。
26. The polypeptide of claim 9, wherein the polypeptide is a heme-containing protein.
The method described in.
【請求項27】 前記ポリペプチドがヘム含有タンパク質である、請求項1
8に記載の方法。
27. The polypeptide of claim 1, wherein the polypeptide is a heme-containing protein.
The method according to 8.
【請求項28】 前記ポリペプチドがペルオキシダーゼ酵素である、請求項
7に記載の方法。
28. The method of claim 7, wherein the polypeptide is a peroxidase enzyme.
【請求項29】 前記ポリペプチドがペルオキシダーゼ酵素である、請求項
9に記載の方法。
29. The method of claim 9, wherein the polypeptide is a peroxidase enzyme.
【請求項30】 前記ポリペプチドがペルオキシダーゼ酵素である、請求項
18に記載の方法。
30. The method of claim 18, wherein the polypeptide is a peroxidase enzyme.
【請求項31】 前記ポリペプチドが西洋ワサビペルオキシダーゼ酵素であ
る、請求項26に記載の方法。
31. The method of claim 26, wherein the polypeptide is a horseradish peroxidase enzyme.
【請求項32】 前記ポリペプチドが西洋ワサビペルオキシダーゼ酵素であ
る、請求項27に記載の方法。
32. The method of claim 27, wherein the polypeptide is a horseradish peroxidase enzyme.
【請求項33】 前記ポリペプチドが西洋ワサビペルオキシダーゼ酵素であ
る、請求項28に記載の方法。
33. The method of claim 28, wherein the polypeptide is a horseradish peroxidase enzyme.
【請求項34】 255位、371位、131位および223位から選択さ
れるアミノ酸位置で1以上の変異を有する西洋ワサビペルオキシダーゼをコード
するポリヌクレオチドであって、ここで、開始メチオニン残基が、0位にある、
ポリヌクレオチド。
34. A polynucleotide encoding horseradish peroxidase having one or more mutations at amino acid positions selected from positions 255, 371, 131 and 223, wherein the initiation methionine residue is 0th place,
Polynucleotide.
【請求項35】 N255D、L371IおよびL131Pから選択される
少なくとも1つの変異を有する西洋ワサビペルオキシダーゼをコードする、ポリ
ヌクレオチド。
35. A polynucleotide encoding a horseradish peroxidase having at least one mutation selected from N255D, L371I and L131P.
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