JP2003503006A

JP2003503006A - Ｃｏｒｙｎｅｂａｃｔｅｒｉｕｍｇｌｕｔａｍｉｃｕｍ由来のピルビン酸カルボキシラーゼ

Info

Publication number: JP2003503006A
Application number: JP2000591196A
Authority: JP
Inventors: アンソニージェイ．シンスキー，; フィリップエイ．レサード，; ローラビー．ウィリス，
Original assignee: Massachusetts Institute of Technology
Current assignee: Massachusetts Institute of Technology
Priority date: 1998-12-23
Filing date: 1998-12-23
Publication date: 2003-01-28
Also published as: AU2203399A; CA2356446A1; WO2000039305A1; BR9816106A; MXPA01006290A; KR20010112232A; CN1336958A; EP1147198A1

Abstract

(57)【要約】本発明は、産業的な発酵における、リジンおよびグルタミン酸の産生の間に消費されるオキサロ酢酸を補充する、Ｃｏｒｙｎｅｂａｃｔｅｒｉｕｍｇｌｕｔａｍｉｃｕｍ由来のアナプレロティックな酵素に関する。特に、ピルビン酸カルボキシラーゼタンパク質をコードする単離された核酸分子が提供される。ピルビン酸カルボキシラーゼポリペプチドもまた、提供される。寄託されたピルビン酸カルボキシラーゼコスミドクローンの配列決定によって決定されたヌクレオチド配列（図１（配列番号１）に示される）は、１１４０のアミノ酸残基のポリペプチド（約１２３．６ｋＤａの推定分子量を有する）をコードする、オープンリーディングフレームを含む。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】（本発明における政府権利の陳述）本発明の開発の間に行われた研究の一部は、米国政府基金を利用した。米国政
府は、本発明において、特定の権利を有する。

【０００２】（発明の背景）（発明の分野）本発明は、Ｃｏｒｙｎｅｂａｃｔｅｒｉｕｍｇｌｕｔａｍｉｃｕｍピルビン
酸カルボキシラーゼタンパク質、およびこのタンパク質をコードするポリヌクレ
オチドに関する。

【０００３】（背景情報）ピルビン酸カルボキシラーゼは、産業的発酵における増殖の間、またはリジン
およびグルタミン酸の産生の間の生合成について消費される、オキサロ酢酸を補
充する、重要なアナプレロティックな（ａｎａｐｌｅｒｏｔｉｃ）酵素である。

【０００４】ピルビン酸カルボキシラーゼによって触媒される、２工程反応機構を、以下に
示す：

【０００５】

【化１】反応（１）において、ＡＴＰ依存性ビオチンカルボキシラーゼドメインは、ビ
オチン−カルボキシル−キャリアタンパク質（ＢＣＣＰ）ドメインにおける特定
のリジン残基に結合した、ビオチン置換基をカルボキシル化する。アセチル補酵
素Ａは、重炭酸塩依存性ＡＴＰ切断の速度を増加させることによって、反応（１
）を活性化する。反応（２）において、ＢＣＣＰドメインは、トランスカルボキ
シラーゼドメインによって触媒される反応におけるピルベート（ｐｙｒｕｖａｔ
ｅ）に、ＣＯ₂を与える（Ａｔｔｗｏｏｄ，Ｐ．Ｖ．、Ｉｎｔ．Ｊ．Ｂｉｏｃｈ
ｅｍ．Ｃｅｌｌ．Ｂｉｏｌ．２７：２３１−２４９（１９９５））。

【０００６】ピルビン酸カルボキシラーゼ遺伝子は、以下からクローン化され、そして配列
決定されている：Ｒｈｉｚｏｂｉｕｍｅｔｌｉ（Ｄｕｎｎ，Ｍ．Ｆ．ら、Ｊ．
Ｂａｃｔｅｒｉｏｌ．１７８：５９６０−５９７０（１９９６））、Ｂａｃｉｌ
ｌｕｓｓｔｅａｒｏｔｈｅｒｍｏｐｈｉｌｕｓ（Ｋｏｎｄｏ，Ｈ．ら、Ｇｅｎ
ｅ１９１：４７−５０（１９９７））、Ｂａｃｉｌｌｕｓｓｕｂｔｉｌｌｉ
ｓ（Ｇｅｎｂａｎｋ登録番号Ｚ９７０２５）、Ｍｙｃｏｂａｃｔｅｒｉｕｍｔ
ｕｂｅｒｃｕｌｏｓｉｓ（Ｇｅｎｂａｎｋ登録番号Ｚ８３０１８）およびＭｅｔ
ｈａｎｏｂａｃｔｅｒｉｕｍｔｈｅｒｍｏａｕｔｏｔｒｏｐｈｉｃｕｍ（Ｍｕ
ｋｈｏｐａｄｈｙａｙ，Ｂ．、Ｊ．Ｂｉｏｌ．Ｃｈｅｍ．２７３：５１５５−５
１６６（１９９８）。ピルビン酸カルボキシラーゼ活性は、Ｂｒｅｖｉｂａｃｔ
ｅｒｉｕｍｌａｃｔｏｆｅｒｍｅｎｔｕｍ（Ｔｏｓａｋａ，Ｏ．ら、Ａｇｒｉ
ｃ．Ｂｉｏｌ．Ｃｈｅｍ．４３：１５１３−１５１９（１９７９））およびＣｏ
ｒｙｎｅｂａｃｔｅｒｉｕｍｇｌｕｔａｍｉｃｕｍ（Ｐｅｔｅｒｓ−Ｗｅｎｄ
ｉｓｃｈ，Ｐ．Ｇ．ら、Ｍｉｃｒｏｂｉｏｌｏｇｙ１４３：１０９５−１１０
３（１９９７））において、以前に測定されている。

【０００７】以前の研究は、アミノ酸のアスパラギン酸ファミリーの収率および生産性が、
アナプレロティックな経路を通じる炭素流出（ｃａｒｂｏｎｆｌｕｘ）に、き
わどく依存することを示している（Ｖａｌｌｉｎｏ，Ｊ．Ｊ．およびＳｔｅｐｈ
ａｎｏｐｏｕｌｏｓ，Ｇ．Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌ．Ｂｉｏｅｎｇ．４１：６３３
−６４６（１９９３））。代謝のバランスに基づいて、リジン産生の速度が、ア
ナプレロティックな経路を介したオキサロ酢酸合成の速度以下であることが、示
され得る。

【０００８】（発明の要旨）本発明は、図１（配列番号２）のアミノ酸配列、またはＡＴＣＣ受託番号＿と
して、細菌性宿主において寄託されたコスミドクローンによってコードされるア
ミノ酸配列を有するピルビン酸カルボキシラーゼポリペプチドをコードするポリ
ヌクレオチドを含む、単離された核酸分子を提供する。寄託されたピルビン酸カ
ルボキシラーゼコスミドクローンの配列決定によって決定されたヌクレオチド配
列（図１（配列番号１）に示される）は、１１４０のアミノ酸残基のポリペプチ
ド（約１２３．６ｋＤａの推定分子量を有する）をコードする、オープンリーデ
ィングフレームを含む。推定ピルビン酸カルボキシラーゼタンパク質の１１４０
のアミノ酸配列を、図１および配列番号２に示す。

【０００９】従って、本発明の１つの局面は、以下からなる群より選択されるヌクレオチド
配列を有するポリヌクレオチドを含む、単離された核酸分子を提供する：（ａ）
配列番号２の完全なアミノ酸配列を有するピルビン酸カルボキシラーゼポリペプ
チドをコードする、ヌクレオチド配列；（ｂ）ＡＴＣＣ受託番号＿において含ま
れるコスミドクローンによってコードされる、完全なアミノ酸配列を有するピル
ビン酸カルボキシラーゼポリペプチドをコードする、ヌクレオチド配列；および
（ｃ）上記の（ａ）または（ｂ）におけるヌクレオチド配列のいずれかに相補的
なヌクレオチド配列。

【００１０】本発明のさらなる実施形態は、上記の（ａ）、（ｂ）または（ｃ）におけるヌ
クレオチド配列のいずれかに、少なくとも９０％同一、そしてより好ましくは、
少なくとも９５％、９７％、９８％または９９％同一な、ヌクレオチド配列を有
するポリヌクレオチド、あるいは、ストリンジェントなハイブリダイゼーション
条件下で、上記の（ａ）、（ｂ）または（ｃ）におけるヌクレオチド配列に同一
なヌクレオチド配列を有するポリヌクレオチドにハイブリダイズする、ポリヌク
レオチドを含む、単離された核酸分子を含む。ハイブリダイズするポリヌクレオ
チドは、Ａ残基のみまたはＴ残基のみからなるヌクレオチド配列を有するポリヌ
クレオチドに、ストリンジェントなハイブリダイゼーション条件下で、ハイブリ
ダイズしない。

【００１１】本発明はまた、本発明の単離された核酸分子を含む組換えベクター、およびそ
の組換えベクターを含む宿主細胞、ならびにこのようなベクターおよび宿主細胞
を作製する方法、ならびに組換え技術により、ピルビン酸カルボキシラーゼポリ
ペプチドまたはペプチドの産生のために、このようなベクターおよび宿主細胞を
使用するための方法に関する。

【００１２】本発明は、以下からなる群より選択されるアミノ酸配列を有する単離されたピ
ルビン酸カルボキシラーゼポリペプチドをさらに提供する：（ａ）図１（配列番
号２）に示されるアミノ酸配列を有するピルビン酸カルボキシラーゼポリペプチ
ドのアミノ酸配列；および（ｂ）ＡＴＣＣ受託番号＿において含まれるコスミド
クローンによってコードされる完全なアミノ酸配列を有するピルビン酸カルボキ
シラーゼポリペプチドのアミノ酸配列。本発明のポリペプチドはまた、上記の（
ａ）または（ｂ）において記載されるポリペプチドと、少なくとも９０％の類似
性、より好ましくは少なくとも９５％の類似性を有するアミノ酸配列を有するポ
リペプチドを含み、ならびに上記のポリペプチドと、少なくとも７０％同一、よ
り好ましくは、少なくとも９０％同一、そしてなおより好ましくは、９５％、９
７％、９８％または９９％同一のアミノ酸配列を有するポリペプチドを含む。

【００１３】（発明の詳細な説明）本発明は、クローン化されたコスミドの配列決定により同定された、図１（配
列番号２）に示されるアミノ酸配列を有するピルビン酸カルボキシラーゼタンパ
ク質をコードするポリヌクレオチドを含む、単離された核酸分子を提供する。本
発明のピルビン酸カルボキシラーゼタンパク質は、Ｍ．ｔｕｂｅｒｃｕｌｏｓｉ
ｓピルビン酸カルボキシラーゼタンパク質およびヒトピルビン酸カルボキシラー
ゼタンパク質と、配列相同性を共有する。図１（配列番号１）において示される
ヌクレオチド配列は、ピルビン酸カルボキシラーゼポリペプチドをコードする、
コスミドＩＩＩＦ１０を配列決定することにより得られ、このヌクレオチド配
列は、ＡｍｅｒｉｃａｎＴｙｐｅＣｕｌｔｕｒｅＣｏｌｌｅｃｔｉｏｎ，
１０８０１ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙＢｌｖｄ．，Ｍａｎａｓｓａｓ，ＶＡ２
０１１０−２２０９に＿に寄託され、そして登録番号＿を与えられた。

【００１４】（核酸分子）他に示されなければ、本明細書中のＤＮＡ分子を配列決定することにより決定
された、すべてのヌクレオチド配列は、自動化ＤＮＡシーケンサー（例えば、Ａ
ＢＩＰｒｉｓｍ３７７）を用いて決定され、そして本明細書中で決定されたＤ
ＮＡ分子によりコードされたポリペプチドのすべてのアミノ酸配列は、上記で決
定されたＤＮＡ配列の翻訳によって推定された。従って、この自動化アプローチ
によって決定された任意のＤＮＡ配列について、当該分野で公知のように、本明
細書中で決定された任意のヌクレオチド配列が、いくつかのエラーを含み得る。
自動化によって決定されたヌクレオチド配列は、配列決定されたＤＮＡ分子の実
際のヌクレオチド配列と、代表的には、少なくとも約９０％同一、より代表的に
は、少なくとも約９５％〜少なくとも約９９．９％同一である。実際の配列は、
当該分野で周知の、手動のＤＮＡ配列決定法を含む他のアプローチによって、よ
り正確に決定され得る。当該分野でまた公知のように、実際の配列と比較して、
決定されたヌクレオチド配列における一つの挿入または一つの欠失は、ヌクレオ
チド配列の翻訳において、フレームシフトを引き起こし、その結果、決定された
ヌクレオチド配列によってコードされた推定アミノ酸配列が、このような挿入ま
たは欠失の点で開始される、配列決定されたＤＮＡ分子によって実際にコードさ
れたアミノ酸配列とは完全に異なる。

【００１５】他に示されなければ、本明細書中で示される各々の「ヌクレオチド配列」は、
デオキシリボヌクレオチド（Ａ、Ｇ、ＣおよびＴと省略される）の配列として示
される。しかし、核酸分子またはポリヌクレオチドの「ヌクレオチド配列」によ
って、ＤＮＡ分子またはポリヌクレオチド、デオキシリボヌクレオチドの配列、
およびＲＮＡ分子またはポリヌクレオチド、リボヌクレオチド（Ａ、Ｇ、Ｃおよ
びＵ）の対応する配列が意図され、ここで、特定化されたデオキシヌクレオチド
配列における、各々のチミジンデオキシヌクレオチド（Ｔ）が、リボヌクレオチ
ドウリジン（Ｕ）に置換される。例えば、デオキシリボヌクレオチドの略語を用
いて示された、配列番号１の配列を有するＲＮＡ分子に対する参照が、配列番号
１の各々のデオキシヌクレオチドＡ、ＧまたはＣが、対応するリボヌクレオチド
Ａ、ＧまたはＣで置換され、そして各々のデオキシヌクレオチドＴが、リボヌク
レオチドＵで置換されている配列を有するＲＮＡ分子を示すことが意図される。

【００１６】本明細書中で提供された情報（例えば、図１のヌクレオチド配列）を使用して
、ピルビン酸カルボキシラーゼポリペプチドをコードする本発明の核酸分子が、
標準的なクローニング手順およびスクリーニング手順（例えば、開始物質として
ｍＲＮＡを用いた、ＤＮＡをクローニングするための手順）を使用して、得られ
得る。図１（配列番号２）において示されるピルビン酸カルボキシラーゼタンパ
ク質は、Ｍ．ｔｕｂｅｒｃｕｌｏｓｉｓに約６３％同一であり、そしてヒトに４
４％同一である。当業者が理解するように、上記で議論した配列決定のエラーの
可能性、ならびに異なる既知のタンパク質におけるリーダーについての切断部位
の可変性に起因して、寄託されたコスミドによってコードされる実際のピルビン
酸カルボキシラーゼポリペプチドは、約１１４０アミノ酸を含むが、１１３３〜
１１４７アミノ酸の範囲のどこにでも存在し得る。

【００１７】示されるように、本発明の核酸分子は、ＲＮＡの形態（例えば、ｍＲＮＡ）ま
たはＤＮＡの形態（例えば、クローニングまたは合成的に産生することによって
得られたｃＤＮＡおよびゲノムＤＮＡを含む）であり得る。ＤＮＡは、二本鎖ま
たは一本鎖であり得る。一本鎖ＤＮＡまたは一本鎖ＲＮＡは、コード鎖（センス
鎖としても公知である）であり得るか、または非コード鎖（アンチセンス鎖とも
よばれる）であり得る。

【００１８】「単離された」核酸分子によって、ネイティブの環境から取り出された核酸分
子（ＤＮＡまたはＲＮＡ）が意図される。例えば、ベクター中に含まれる組換え
ＤＮＡ分子は、本発明の目的のために単離されたと考えられる。単離されたＤＮ
Ａ分子のさらなる例は、異種宿主細胞において維持される組換えＤＮＡ分子、ま
たは溶液中の精製された（部分的または実質的に）ＤＮＡ分子を含む。単離され
たＲＮＡ分子は、本発明のＤＮＡ分子のＲＮＡ転写物を、インビボまたはインビ
トロで含む。本発明に従う単離された核酸分子は、合成的に産生されたこのよう
な分子をさらに含む。

【００１９】本発明の単離された核酸分子は、以下を含む：図１（配列番号１）において示
されるヌクレオチド配列の１９９〜２０１位の開始コドンを有するオープンリー
ディングフレーム（ＯＲＦ）を含むＤＮＡ分子；図１および配列番号２において
示されるピルビン酸カルボキシラーゼタンパク質のコード配列を含むＤＮＡ分子
；および上記のＤＮＡ分子と実質的に異なる配列を含むが、遺伝コードの縮重に
起因して、ピルビン酸カルボキシラーゼタンパク質をさらにコードするＤＮＡ分
子。もちろん、遺伝コードは、当該分野で周知である。従って、当業者が、上記
のように、縮重した改変体を産生することは慣用的である。

【００２０】別の局面において、本発明は、ＡＴＣＣ受託番号＿として寄託されたコスミド
クローンによってコードされるアミノ酸配列を有する、ピルビン酸カルボキシラ
ーゼポリペプチドをコードする、単離された核酸分子を提供する。好ましくは、
この核酸分子は、上記の寄託されたクローンによってコードされるポリペプチド
をコードする。本発明は、図１（配列番号１）において示されるヌクレオチド配
列または上記の寄託されたクローン中に含まれるピルビン酸カルボキシラーゼＤ
ＮＡのヌクレオチド配列を有する単離された核酸分子、あるいは上記の配列のう
ちの１つに相補的な配列を有する核酸分子をさらに提供する。

【００２１】別の局面において、本発明は、ストリンジェントなハイブリダイゼーション条
件下で、上記の本発明の核酸分子（例えば、ＡＴＣＣ受託番号＿において含まれ
るコスミドクローン）におけるポリヌクレオチドの一部分にハイブリダイズする
ポリヌクレオチドを含む、単離された核酸分子を提供する。「ストリンジェント
なハイブリダイゼーション条件」によって、以下を含む溶液中の、４２℃での一
晩のインキュベーションが意図される：５０％ホルムアミド、５×ＳＳＣ（１
５０ｍＭＮａＣｌ、１５ｍＭクエン酸三ナトリウム）、５０ｍＭリン酸ナ
トリウム（ｐＨ７．６）、５×Ｄｅｎｈａｒｄｔ’ｓ溶液、１０％硫酸デキス
トランおよび２０μｇ／ｍｌ変性剪断サケ精子ＤＮＡ。その後、約６５℃で、
０．１×ＳＳＣでフィルターを洗浄する。ポリヌクレオチドの「一部分」にハイ
ブリダイズするポリヌクレオチドによって、参照ポリヌクレオチドの少なくとも
約１５ヌクレオチド（ｎｔ）、そしてより好ましくは、参照ポリヌクレオチドの
少なくとも約２０ｎｔ、さらにより好ましくは、参照ポリヌクレオチドの少なく
とも約３０ｎｔ、そしてなおより好ましくは、参照ポリヌクレオチドの約３０〜
７０ｎｔにハイブリダイズするポリヌクレオチド（ＤＮＡまたはＲＮＡのいずれ
か）が意図される。これらは、診断プローブおよび診断プライマーとして有用で
ある。

【００２２】もちろん、参照ポリヌクレオチド（例えば、寄託されたコスミドクローン）の
より大きな一部に（例えば、５０〜７５０ｎｔ長の一部）、または参照ポリヌク
レオチドの完全長にさえ、ハイブリダイズするポリヌクレオチドはまた、本発明
に従ったプローブとして有用であるが、寄託されたＤＮＡのヌクレオチド配列、
または図１（配列番号１）において示されるヌクレオチド配列のほとんどに（全
てにではない場合）、対応するポリヌクレオチドである。例えば、「少なくとも
２０ｎｔ長」のポリヌクレオチドの一部とは、参照ポリヌクレオチドのヌクレオ
チド配列（例えば、寄託されたＤＮＡ、または図１（配列番号１）において示さ
れるヌクレオチド配列）由来の２０個以上連続したヌクレオチドを意図する。示
されるように、このような一部は、例えば、Ｓａｍｂｒｏｏｋ，Ｊ．，Ｆｒｉｔ
ｓｃｈ，Ｅ．Ｆ．およびＭａｎｉａｔｉｓ，Ｔ．によって編集された、Ｍｏｌｅ
ｃｕｌａｒＣｌｏｎｉｇ、ＡＬａｂｏｒａｔｏｒｙＭａｎｕａｌ、第２版
、（１９８９）、ＣｏｌｄＳｐｒｉｎｇＨａｒｂｏｒＬａｂｏｒａｔｏｒ
ｙＰｒｅｓｓ（その全体の開示が本明細書中で、本明細書の参考として援用さ
れる）において記載される、従来のＤＮＡハイブリダイゼーション技術に従った
プローブか、またはポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）による標的配列の増幅のた
めのプラスミドライマーのいずれかとして診断上有用である。

【００２３】ピルビン酸カルボキシラーゼコスミドクローンが寄託されており、そしてその
決定されたヌクレオチド配列が、図１（配列番号１）において提供されるので、
ピルビン酸カルボキシラーゼＤＮＡ分子の一部にハイブリダイズするポリヌクレ
オチドを生成することは、当業者にとって慣用的である。例えば、ピルビン酸カ
ルボキシラーゼコスミドクローンの制限エンドヌクレアーゼ切断または超音波処
理による剪断は、種々の大きさのＤＮＡ部分（これは、ピルビン酸カルボキシラ
ーゼＤＮＡ分子の一部にハイブリダイズするポリヌクレオチドである）を生成す
るために容易に使用され得る。あるいは、本発明のハイブリダイズするポリヌク
レオチドは、公知の技術に従って合成的に生成され得る。

【００２４】示されるように、ピルビン酸カルボキシラーゼポリペプチドをコードする本発
明の核酸分子は、以下を含み得るが、それらに制限されない；それ自体でこのポ
リペプチドのアミノ酸配列をコードするもの；そのポリペプチドのコード配列お
よび付加的配列（例えば、プレタンパク質配列、またはプロタンパク質配列、あ
るいはプレプロタンパク質配列）；例えば、イントロンならびに非コード５’配
列および非コード３’配列（例えば、転写、ｍＲＮＡプロセシング（スプライシ
ングを含む））およびポリアデニル化シグナルにおいて役割（例えば、ｍＲＮＡ
のリボソーム結合および安定性）を果たす、転写される非翻訳配列を含むがそれ
らに限定されない付加的非コード配列とともに上述の付加的コード配列配列を有
するか、または有さないポリペプチドのコード配列；付加的アミノ酸（例えば、
さらなる機能性を提供する付加的アミノ酸）をコードする付加的コード配列。従
って、ポリペプチドをコードする配列は、マーカー配列（例えば、融合されたポ
リペプチドの精製を容易にするペプチドをコードする配列）と融合され得る。本
発明のこの局面の特定の好ましい実施形態においては、このマーカーアミノ酸配
列は、とりわけ、ヘキサ−ヒスチジンペプチド（例えば、ｐＱＥベクター（ＱＩ
ＡＧＥＮ，Ｉｎｃ．）で提供されるタグ）であり、それらの多くは市販されてい
る。例えば、Ｇｅｎｔｚら、Ｐｒｏｃ．Ｎａｔｌ．Ａｃａｄ．Ｓｃｉ．ＵＳＡ
８６：８２１−８２４（１９８９）に記載されるように、ヘキサ−ヒスチジンは
、融合タンパク質の簡便な精製を提供する。「ＨＡ」タグは、インフルエンザ赤
血球凝集素タンパク質由来のエピトープに対応し、Ｗｉｌｓｏｎら、Ｃｅｌｌ
３７：７６７（１９８４）に記載されている、精製のために有用な別のペプチド
である。

【００２５】本発明はさらに、ピルビン酸カルボキシラーゼのタンパク質の一部、アナログ
または誘導体をコードする本発明の核酸分子の改変体に関する。改変体は、天然
に存在し得る（例えば、天然対立遺伝子改変体）。「対立遺伝子改変体」とは、
生物の染色体上の所定の遺伝子座を占有する遺伝子のいくつかの代替形態の１つ
を意図する。ＧｅｎｅｓＩＩ、Ｌｅｗｉｎ，Ｂ．編。天然に存在しない改変体
は、当該分野で公知の変異誘発技術を使用して生成され得る。

【００２６】そのような改変体は、ヌクオチドの置換、欠失または付加により生成される改
変体を含む。この置換、欠失または付加は、１以上のヌクレオチドを含み得る。
改変体は、コード領域もしくは非コード領域またはその両方の領域において変化
し得る。コード領域における改変は、保存的または非保存的なアミノ酸の置換、
欠失または付加を生じ得る。これらの間で特に好ましいのは、ピルビン酸カルボ
キシラーゼタンパク質またはそれらの一部の特性および活性を変化させない、サ
イレントな置換、付加および欠失である。この点で、保存的置換もまた特に好ま
しい。最も非常に好ましいのは、図１（配列番号２）において示されるアミノ酸
配列を有するピルビン酸カルボキシラーゼタンパク質をコードする核酸分子であ
る。

【００２７】また好ましいのは、Ｃ．ｇｌｕｔａｍｉｃｕｍならびにフィードバック阻害変
異体における、その発現よりも、２〜２０倍高くピルビン酸カルボキシラーゼを
好ましく発現する変異体または改変体である。

【００２８】本発明のさらなる実施形態は、以下のヌクレオチド配列と少なくとも９０％同
一、およびより好ましくは少なくとも９５％、９７％、９８％または９９％同一
であるヌクレオチド配列を有するポリヌクレオチドを含む、単離された核酸分子
を含む：（ａ）配列番号２における完全アミノ酸配列を有するピルビン酸カルボ
キシラーゼポリペプチドをコードする、ヌクレオチド配列；（ｂ）ＡＴＣＣ受託
番号に含まれるコスミドクローンによりコードされる完全アミノ酸配列を有す
る、ピルビン酸カルボキシラーゼポリペプチドをコードするヌクレオチド配列；
または（ｃ）（ａ）または（ｂ）における任意のヌクレオチド配列と相補的なヌ
クレオチド配列。

【００２９】ピルビン酸カルボキシラーゼポリペプチドをコードする参照ヌクレオチド配列
と、少なくとも例えば、９５％「同一な」ヌクレオチド配列を有するポリヌクレ
オチドとは、そのポリヌクレオチド配列が、ピルビン酸カルボキシラーゼポリペ
プチドをコードする参照ヌクレオチド配列の１００ヌクレオチド毎に５箇所まで
の点変異を含み得ることを除いて、そのポリヌクレオチドのヌクレオチド配列が
、参照配列と同一であることを意図する。換言すれば、参照ヌクレオチド配列と
少なくとも９５％同一であるヌクレオチド配列を有するポリヌクレオチドを得る
ために、その参照配列の５％までのヌクレオチドが、欠失または別のヌクレオチ
ドと置換され得、あるいは参照配列の総ヌクレオチドの５％までの多くのヌクレ
オチドが、参照配列の中に挿入され得る。参照配列のこれらの変異は、その参照
ヌクレオチド配列の５’末端位置または３’末端位置、あるいはそれらの末端位
置の間のどこかで生じ得、参照配列におけるヌクレオチドの間で個々に散在する
か、または参照配列内で１個以上連続した群として散在するかのいずれかである
。

【００３０】実際問題として、任意の特定の核酸分子が、例えば図１に示されるヌクレオチ
ド配列または寄託されたコスミドクローンのヌクレオチド配列に少なくとも９０
％、９５％、９７％、９８％または９９％同一であるか否かは、Ｂｅｓｔｆｉｔ
プログラム（ＷｉｓｃｏｎｓｉｎＳｅｑｕｅｎｃｅＡｎａｌｙｓｉｓＰａ
ｃｋａｇｅ，Ｖｅｒｓｉｏｎ８ｆｏｒＵｎｉｘ（登録商標），Ｇｅｎｅｔ
ｉｃｓＣｏｍｐｕｔｅｒＧｒｏｕｐ，ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙＲｅｓｅａｒ
ｃｈＰａｒｋ，５７５ＳｃｉｅｎｃｅＤｒｉｖｅ，Ｍａｄｉｓｏｎ，ＷＩ
５３７１１）のような公知のコンピュータープログラムを使用して従来どおり決
定され得る。Ｂｅｓｔｆｉｔは、ＳｍｉｔｈおよびＷａｔｅｒｍａｎ（Ａｄｖａ
ｎｃｅｓｉｎＡｐｐｌｉｅｄＭａｔｈｅｍａｔｉｃｓ２：４８２−４８
９（１９８１））の局所的相同性アルゴリズムを用いて、２つの配列間の最も相
同性の高いセグメントを見出す。特定の配列が、例えば、本発明に従う参照配列
と９５％同一か否かを決定するために、Ｂｅｓｔｆｉｔまたは任意の他の配列整
列化プログラムを使用する場合、パラメーターは、もちろん、参照ヌクレオチド
配列の全長にわたって同一性のパーセンテージが計算されるように、そして参照
配列のヌクレオチドの総数の５％までの、相同性におけるギャップが可能である
ように設定される。

【００３１】本出願は、図１（配列番号１）に示される核酸配列または寄託されたＤＮＡの
核酸配列と少なくとも９０％、９５％、９７％、９８％または９９％同一である
核酸分子に関し、それらがピルビン酸カルボキシラーゼ活性を有するポリペプチ
ドをコードするか否かとは無関係である。これは、特定の核酸分子がピルビン酸
カルボキシラーゼ活性を有するポリペプチドをコードしない場合でさえ、当業者
にはなお、例えばハイブリダイゼーションプローブまたはポリメラーゼ連鎖反応
（ＰＣＲ）プライマーとしての核酸分子の使用方法が公知であるからである。

【００３２】しかし、図１（配列番号１）に示される核酸配列、または実際に、ピルビン酸
カルボキシラーゼタンパク質活性を有するポリペプチドをコードする寄託された
ＤＮＡの核酸配列に対して少なくとも９０％、９５％、９７％、９８％または９
９％同一の配列を有する核酸分子が好ましい。「ピルビン酸カルボキシラーゼ活
性を有するポリペプチド」とは、特定の生物学的アッセイにおいて測定される場
合に、本発明のピルビン酸カルボキシラーゼタンパク質の活性に、類似するが同
一である必要はない活性を提示するポリペプチドを意図する。

【００３３】もちろん遺伝コードの縮重に起因して、寄託したＤＮＡの核酸配列または図１
（配列番号１）に示される核酸配列に対して、少なくとも９０％、９５％、９７
％、９８％または９９％同一である配列を有する大多数の核酸分子が「ピルビン
酸カルボキシラーゼタンパク質活性を有する」ポリペプチドをコードすることを
、当業者は直ちに認識する。実際、これらのヌクレオチド配列の縮重改変体は全
て同じポリペプチドをコードするので、このことは上記の比較アッセイを実施し
なくとも当業者に明らかである。縮重改変体でない、このような核酸分子につい
ても、妥当な数のものがまたピルビン酸カルボキシラーゼタンパク質活性を有す
るポリペプチドをコードすることは、当該分野においてさらに認識される。これ
は、タンパク質の機能を有意にもたらすようであるか、またはもたらさないよう
であるかのいずれかのアミノ酸置換（例えば、一つの脂肪族アミノ酸を第二の脂
肪族アミノ酸で置換すること）を当業者らは十分に承知しているからである。

【００３４】例えば、表現型的にサイレントなアミノ酸置換を作製する方法に関するガイダ
ンスが、Ｂｏｗｉｅ．Ｊ．Ｕ．ら、「ＤｅｃｉｐｈｅｒｉｎｇｔｈｅＭｅｓ
ｓａｇｅｉｎＰｒｏｔｅｉｎＳｅｑｕｅｎｃｅｓ：Ｔｏｌｅｒａｎｃｅ
ｔｏＡｍｉｎｏＡｃｉｄＳｕｂｓｔｉｔｕｔｉｏｎｓ」Ｓｃｉｅｎｃｅ
２４７：１３０６−１３１０（１９９０）に提供されており、その中で著者らは
、変化に対するアミノ酸配列の寛容性を研究するための２つの主なアプローチが
存在することを示す。第１の方法は進化の過程に依存し、ここで変異は自然選択
によって受け入れられるか、または拒絶されるかのいずれかである。第２のアプ
ローチは、遺伝子操作を使用して、クローニングされた遺伝子の特定の位置にア
ミノ酸の変化を導入し、そして選択またはスクリーニングを使用して機能性を維
持する配列を同定する。著者らがいうように、これらの研究は、タンパク質がア
ミノ酸置換に対して驚くべきほど寛容であることを明らかにしてきた。著者らは
さらに、どのアミノ酸変化がタンパク質の特定の位置において許容的である可能
性があるかを示す。例えば、大部分の埋没したアミノ酸残基は、非極性側鎖を必
要とするが、一方、表面側鎖の特徴は一般的にほとんど保存されていない。他の
このような表現型的にサイレントな置換は、Ｂｏｗｉｅ，Ｊ．Ｕ．ら（前出）お
よびそこに引用される参考文献中に記載される。

【００３５】（ベクターおよび宿主細胞）本発明はまた、本発明の単離されたＤＮＡ分子を含むベクター、この組換えベ
クターで遺伝子操作された宿主細胞、および組換え技術によるピルビン酸カルボ
キシラーゼポリペプチドまたはその一部の産生に関する。

【００３６】組換え構築物は、感染、形質導入、トランスフェクション、トランスベクショ
ン（ｔｒａｎｓｖｅｃｔｉｏｎ）、接合、エレクトロポレーション、および形質
転換のような周知の技術を使用して宿主細胞へ導入され得る。ベクターは、例え
ば、ファージベクター、プラスミドベクター、ウイルスベクター、またはレトロ
ウイルスベクターであり得る。

【００３７】ポリヌクレオチドは、宿主における増殖のために、選択マーカーを含むベクタ
ーに結合され得る。一般的に、プラスミドベクターは、リン酸カルシウム沈澱物
のような沈澱物か、または荷電された脂質との複合体で導入される。ベクターが
ウイルスである場合、ベクターは、適切なパッケージング細胞株を用いてインビ
トロでパッケージングされ得、次いで宿主細胞に形質導入され得る。

【００３８】目的のポリヌクレオチドに対するシス性作用制御領域を含むベクターが好まし
い。適切なトランス作用因子は、宿主への導入において、宿主によって供給され
るか、相補ベクターによって、供給されるか、またはベクターそれ自体によって
供給され得る。

【００３９】この点における特定の好ましい実施形態において、ベクターは、誘導性および
／または細胞型特異的であり得る特定の発現を提供する。このようなベクターの
うちで、温度および栄養添加物のような、操作が容易であるこれらの環境因子に
よる誘導性であるものが特に好ましい。

【００４０】本発明において有用な発現ベクターとして、以下が挙げられる：染色体ベクタ
ー、エピソームベクター、およびウイルス由来ベクター（例えば、細菌プラスミ
ド、バクテリオファージ、酵母エピソーム、酵母染色体エレメント由来のベクタ
ー）、ウイルス（例えば、バキュロウイルス、パポバウイルス、ワクシニアウイ
ルス、アデノウイルス、禽痘ウイルス、仮性狂犬病ウイルス、およびレトロウイ
ルス）、ならびにそれらの組み合わせ由来のベクター（例えば、コスミドおよび
ファージミド）。

【００４１】そのＤＮＡインサートは、例えば、いくつかの名前を挙げると、ファージλＰ _L プロモーター、Ｅ．ｃｏｌｉｌａｃ、ｔｒｐ、およびｔａｃプロモーター、
ＳＶ４０初期および後期プロモーター、ならびにレトロウイルスＬＴＲのプロモ
ーターなどのような、適切なプロモーターに作動可能に結合されるべきである。
他の適切なプロモーターは、当業者に公知である。発現構築物は、転写開始のた
めの部位、転写終結のための部位、および転写された領域において翻訳のための
リボソーム結合部位をさらに含む。構築物によって発現される成熟転写物のコー
ド部分は、翻訳されるポリペプチドの始めの翻訳開始コドン（ＡＵＧまたはＧＵ
Ｇ）および翻訳されるポリペプチドの最後に適切に位置する終結コドンを含む。

【００４２】示されたように、発現ベクターは、好ましくは、少なくとも１つの選択マーカ
ーを含む。このようなマーカーとしては、真核生物細胞培養についてはジヒドロ
葉酸レダクターゼ、またはネオマイシン耐性、ならびにＥ．ｃｏｌｉおよび他の
細菌における培養についてはテトラサイクリン耐性遺伝子、アンピシリン耐性遺
伝子、クロラムフェニコール耐性遺伝子、またはカナマイシン耐性遺伝子が挙げ
られる。適切な宿主の代表的な例としては、細菌細胞（例えば、Ｅ．ｃｏｌｉ細
胞、Ｃ．ｇｌｕｔａｍｉｃｕｍ細胞、Ｓｔｒｅｐｔｏｍｙｃｅｓ細胞、およびＳ
ａｌｍｏｎｅｌｌａｔｙｐｈｉｍｕｒｉｕｍ細胞）；真菌細胞（例えば酵母細
胞）が挙げられる。上記の宿主細胞のための適切な培養培地および条件は当該分
野で公知である。

【００４３】細菌における使用に好ましいベクターには、ｐＡ２、ｐＱＥ７０、ｐＱＥ６０
、およびｐＱＥ−９（ＱＩＡＧＥＮから入手可能）；ｐＢＳベクター、Ｐｈａｇ
ｅｓｃｒｉｐｔベクター、Ｂｌｕｅｓｃｒｉｐｔベクター、ｐＮＨ８Ａ、ｐＮＨ
１６ａ、ｐＮＨ１８Ａ、ｐＮＨ４６Ａ（Ｓｔｒａｔａｇｅｎｅから入手可能）；
ならびにｐｔｒｃ９９ａ、ｐＫＫ２２３−３、ｐＫＫ２３３−３、ｐＤＲ５４０
、ｐＲＩＴ５（Ｐｈａｒｍａｃｉａから入手可能）が含まれる。好ましい真核生
物ベクターの中には、Ｓｔｒａｔａｇｅｎｅから入手可能なｐＷＬＮＥＯ、ｐＳ
Ｖ２ＣＡＴ、ｐＯＧ４４、ｐＸＴ１およびｐＳＧ；ならびにＰｈａｒｍａｃｉａ
から入手可能なｐＳＶＫ３、ｐＢＰＶ、ｐＭＳＧ、およびｐＳＶＬがある。他の
適切なベクターは、当業者に容易に明らかである。

【００４４】本発明の使用に適切な公知の細菌プロモーターとしては、Ｅ．ｃｏｌｉｌａ
ｃＩプロモーターおよびＥ．ｃｏｌｉｌａｃＺプロモーター、Ｔ３プロモー
ターおよびＴ７プロモーター、ｇｐｔプロモーター、λＰ_Rプロモーターおよび
λＰ_Lプロモーター、ならびにｔｒｐプロモーターが挙げられる。適切な真核生
物プロモーターには、ＣＭＶ即時初期プロモーター、ＨＳＶチミジンキナーゼプ
ロモーター、初期ＳＶ４０および後期ＳＶ４０プロモーター、レトロウイルスＬ
ＴＲのプロモーター（例えば、ラウス肉腫ウイルス（ＲＳＶ）のプロモーター）
、ならびにメタロチオネインプロモーター（例えば、マウスメタロチオネインＩ
プロモーター）が含まれる。

【００４５】宿主細胞への構築物の導入は、リン酸カルシウムトランスフェクション、ＤＥ
ＡＥ−デキストラン媒介トランスフェクション、カチオン性脂質媒介トランスフ
ェクション、エレクトロポレーション、形質導入、感染または他の方法によって
もたらされ得る。このような方法は、多くの標準的研究室マニュアルに記載され
ている（例えば、Ｄａｖｉｓら、ＢａｓｉｃＭｅｔｈｏｄｓｉｎＭｏｌｅ
ｃｕｌａｒＢｉｏｌｏｇｙ（１９８６））。

【００４６】高等真核生物による本発明のポリペプチドをコードするＤＮＡの転写は、エン
ハンサー配列をベクターに挿入することにより増加され得る。エンハンサーは、
ＤＮＡのシス作用性エレメント（通常、約１０〜３００ｂｐであり、所定の宿主
細胞型においてプロモーターの転写活性を増加するために作用する）である。エ
ンハンサーの例として、複製起点の後側の１００〜２７０ｂｐに位置するＳＶ４
０エンハンサー、サイトメガロウイルス初期プロモーターエンハンサー、複製起
点の後側におけるポリオーマエンハンサー、ならびにアデノウイルスエンハンサ
ーが挙げられる。

【００４７】小胞体の管腔へか、細胞膜周辺腔へか、または細胞外環境へ翻訳されたタンパ
ク質の分泌のために、適切な分泌シグナルは、発現されたポリペプチドに取り込
まれる。このシグナルは、ポリペプチドに対して内在性であり得るか、または異
種シグナルであり得る。

【００４８】ポリペプチドは、融合タンパク質のような改変された形態で発現され得、そし
て分泌シグナルのみならず、付加的な異種機能的領域も含み得る。従って、例え
ば、付加的なアミノ酸（特に荷電されたアミノ酸）の領域は、精製の間、または
続く操作および保存の間、宿主細胞における安定性および持続性を改良するため
にポリペプチドのＮ末端へ付加され得る。また、ペプチド部分が、精製を容易に
するために、ポリペプチドに付加され得る。

【００４９】ピルビン酸カルボキシラーゼタンパク質は、硫酸アンモニウム沈澱またはエタ
ノール沈澱、酸抽出、陰イオンまたは陽イオン交換クロマトグラフィー、ホスホ
セルロースクロマトグラフィー、疎水性相互作用クロマトグラフィー、アフィニ
ティークロマトグラフィー、ヒドロキシアパタイトクロマトグラフィー、および
レクチンクロマトグラフィーを含む周知の方法によって組換え細胞培養物から回
収され、そして精製され得る。最も好ましくは、高速液体クロマトグラフィー（
「ＨＰＬＣ」）が精製のために用いられる。

【００５０】本発明のポリペプチドとしては以下が挙げられる：天然に精製された生成物；
化学合成手順の産物；および原核生物宿主または真核生物宿主（例えば、細菌細
胞、酵母細胞、高等植物細胞、昆虫細胞、および哺乳動物細胞を含む）から組換
え技術によって産生された産物。組換え産生手順において用いられる宿主に依存
して、本発明のポリペプチドは、グリコシル化されていてもよく、またはグリコ
シル化されていなくてもよい。さらに、本発明のポリペプチドはまた、いくつか
の場合、宿主媒介プロセスの結果として、改変された開始メチオニン残基を含み
得る。

【００５１】（ピルビン酸カルボキシラーゼポリペプチドおよびペプチド）本発明はさらに、寄託されたＤＮＡによりコードされるアミノ酸配列、もしく
は図１（配列番号２）のアミノ酸配列、または上記ポリペプチドの一部を含むペ
プチドまたはポリペプチドを有する、単離されたピルビン酸カルボキシラーゼポ
リペプチドを提供する。用語「ペプチド」および「オリゴペプチド」は（一般的
に認識されるように）、同義とみなされ、そして各々の用語は、文脈が必要とす
るように、少なくとも、ペプチジル結合により連結されるアミノ酸の鎖を示すた
めに可換的に使用され得る。語「ポリペプチド」は、１０を超えるアミノ酸残基
を含む鎖に対して、本明細書中で使用される。本明細書中の全てのオリゴペプチ
ドおよびポリペプチドの式および配列は、左から右へ、そしてアミノ末端からカ
ルボキシル末端への方向で、書かれる。

【００５２】ピルビン酸カルボキシラーゼポリペプチドのいくつかのアミノ酸配列が、タン
パク質の構造または機能に有意に影響することなく変化し得ることは、当該分野
で認識される。配列におけるこのような差が意図される場合、活性を決定するタ
ンパク質上の重大な領域が存在することは、記憶されるべきである。一般的に、
類似の機能を実行する残基が使用される場合、三次構造を形成する残基を置換す
ることは可能である。他の例では、改変がタンパク質の重大ではない領域で起こ
る場合、残基の型は、全く重要でない可能性がある。

【００５３】従って、本発明はさらに、実質的な活性を示すか、または以下で議論するタン
パク質部分のようなピルビン酸カルボキシラーゼタンパク質の領域を含むピルビ
ン酸カルボキシラーゼタンパク質のバリエーションを含む。このような変異体と
しては、欠失、挿入、逆位、反復および型置換（例えば、ある親水性残基から別
の残基へ置換すること、しかし、一般的に、強親水性残基から強疎水性残基へで
はない）が挙げられる。小さな変化、またはこのような「中性」アミノ酸置換は
、一般的に活性にほとんど効果がない。

【００５４】代表的に、脂肪族アミノ酸のＡｌａ、Ｖａｌ、Ｌｅｕ、およびＩｌｅの間の、
あるものから別のものへの置換（ｒｅｐｌａｃｅｍｅｎｔ）；ヒドロキシル残基
のＳｅｒおよびＴｈｒの置き換え（ｉｎｔｅｒｃｈａｎｇｅ）、酸性残基のＡｓ
ｐおよびＧｌｕの交換（ｅｘｃｈａｎｇｅ）、アミド残基のＡｓｎとＧｌｎとの
間の置換（ｓｕｂｓｔｉｔｕｔｉｏｎ）、塩基性残基のＬｙｓおよびＡｒｇの交
換（ｅｘｃｈａｎｇｅ）、芳香族残基のＰｈｅ、Ｔｙｒの間の置換（ｒｅｐｌａ
ｃｅｍｅｎｔ）は、保存的置換（ｓｕｂｓｔｉｔｕｔｉｏｎ）として、理解され
る。

【００５５】上記に詳細に記載されるように、アミノ酸の変化が表現型的にサイレントであ
るようであること（すなわち、機能に対して有意な有害効果を有さないようであ
ること）に関する、さらなるガイダンスは、Ｂｏｗｉｅ，Ｊ．Ｕ．ら、「Ｄｅｃ
ｉｐｈｅｒｉｎｇｔｈｅＭｅｓｓａｇｅｉｎＰｒｏｔｅｉｎＳｅｑｕ
ｅｎｃｅｓ：ＴｏｌｅｒａｎｃｅｔｏＡｍｉｎｏＡｃｉｄＳｕｂｓｔｉ
ｔｕｔｉｏｎｓ，」Ｓｃｉｅｎｃｅ２４７：１３０６−１３１０（１９９０）
において見い出され得る本発明のポリぺプチドは、好ましくは、単離された形態で提供され、そして好
ましくは実質的に精製される。ピルビン酸カルボキシラーゼポリペプチドの組換
え的に生成されたバージョン（ｖｅｒｓｉｏｎ）は、ＳｍｉｔｈおよびＪｏｈｎ
ｓｏｎ、Ｇｅｎｅ６７：３１−４０（１９８８）に記載される１工程の方法に
よって、実質的に精製され得る。

【００５６】本発明のポリペプチドとしては、寄託されたＤＮＡによってコードされるポリ
ペプチド、配列番号２のポリペプチド、ならびに上記のポリペプチドに対して少
なくとも９０％類似性、より好ましくは少なくとも９５％類似性、そしてなおよ
り好ましくは少なくとも９７％、９８％または９９％類似性を有するポリペプチ
ドが挙げられる。本発明のさらなるポリペプチドとしては、寄託されたＤＮＡに
よりコードされるポリペプチド、配列番号２のポリペプチドに対して、少なくと
も７０％同一、より好ましくは少なくとも９０％または９５％同一、なおより好
ましくは少なくとも９７％、９８％または９９％同一なポリペプチドが挙げられ
、そして少なくとも３０アミノ酸、およびより好ましくは少なくとも５０アミノ
酸を有する、このようなポリペプチドの部分もまた挙げられる。

【００５７】２つのポリペプチドに関する「％類似性」により、Ｂｅｓｔｆｉｔプログラム
（ＷｉｓｃｏｎｓｉｎＳｅｑｕｅｎｃｅＡｎａｌｙｓｉｓＰａｃｋａｇｅ
，Ｖｅｒｓｉｏｎ８ｆｏｒＵｎｉｘ（登録商標），ＧｅｎｅｔｉｃｓＣｏ
ｍｐｕｔｅｒＧｒｏｕｐ，ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙＲｅｓｅａｒｃｈＰａｒ
ｋ，５７５ＳｃｉｅｎｃｅＤｒｉｖｅ，，Ｍａｄｉｓｏｎ，ＷＩ５３７１１
）および類似性を決定するためのデフォルト設定を使用して、２つのポリペプチ
ドのアミノ酸配列を比較することにより生じる類似性スコアを意図する。Ｂｅｓ
ｔｆｉｔは、ＳｍｉｔｈおよびＷａｔｅｒｍａｎ（ＡｄｖａｎｃｅｓｉｎＡ
ｐｐｌｉｅｄＭａｔｈｅｍａｔｉｃｓ２：４８２−４８９，１９８１）の局
所的相同性アルゴリズムを使用し、２つの配列間の類似性の最良のセグメントを
見出す。

【００５８】ピルビン酸カルボキシラーゼポリペプチドの参照アミノ酸配列に、例えば、少
なくとも９５％「同一」であるアミノ酸配列を有するポリペプチドによって、ポ
リペプチドのアミノ酸配列は、ポリペプチド配列がピルビン酸カルボキシラーゼ
ポリペプチドの参照アミノ酸配列の各１００アミノ酸あたり５つまでのアミノ酸
点変異を含み得ることを除いて、参照配列に対して同一であることを意図される
。換言すれば、参照アミノ酸配列に対して少なくとも９５％同一のアミノ酸配列
を有するポリペプチドを得るために、参照配列のアミノ酸残基の５％までが欠失
され得るか、または別のアミノ酸で置換され得るか、あるいは参照配列中の総ア
ミノ酸残基の５％までの多数のヌクレオチドが参照配列中に挿入され得る。これ
らの参照配列の改変は、参照アミノ酸配列のアミノ末端位置またはカルボキシ末
端位置、あるいは参照配列、もしくは参照配列内の１つ以上の連続する群の残基
間のいずれかで個々に分散されるこれらの末端の位置の間ならどこでもで起こり
得る。

【００５９】実際問題として、任意の特定のポリぺプチドが、例えば、図１（配列番号２）
に示されるアミノ酸配列、または寄託されたコスミドクローンによりコードされ
るアミノ酸配列に対して少なくとも９０％、９５％、９７％、９８％、または９
９％同一であるか否かは、Ｂｅｓｔｆｉｔプログラム（ＷｉｓｃｏｎｓｉｎＳ
ｅｑｕｅｎｃｅＡｎａｌｙｓｉｓＰａｃｋａｇｅ，Ｖｅｒｓｉｏｎ８ｆｏ
ｒＵｎｉｘ（登録商標），ＧｅｎｅｔｉｃｓＣｏｍｐｕｔｅｒＧｒｏｕｐ
，ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙＲｅｓｅａｒｃｈＰａｒｋ，５７５Ｓｃｉｅｎｃ
ｅＤｒｉｖｅ，，Ｍａｄｉｓｏｎ，ＷＩ５３７１１）のような公知のコンピュ
ータープログラムを使用して従来的に決定され得る。本発明に従って、特定の配
列が、参照配列に対して、例えば９５％同一であるか否かを決定するために、Ｂ
ｅｓｔｆｉｔまたは任意の他の配列整列化プログラムを使用する場合、もちろん
、同一性の割合が参照アミノ酸配列の全長にわたって計算されるような、そして
参照配列中のアミノ酸残基の総数の５％までの相同性におけるギャップが容認さ
れるようなパラメーターが設定される。

【００６０】（Ｃｏｒｙｎｅｂａｃｔｅｒｉｕｍを操作するための遺伝的道具）Ｃｏｒｙｎｅｂａｃｔｅｒｉｕｍにおいて代謝工学のために必要な遺伝的変化
を作製するために、研究者は、標的経路に関連する遺伝子を同定し、クローニン
グできることを必要とする。彼らはまた、これらがコードする酵素の発現の調節
またはレベルに影響を与えるためにそれたの遺伝子を変化させるための、そして
アミノ酸生合成に対するそれらの効果をモニターするためにＣｏｒｙｎｅｂａｃ
ｔｅｒｉｕｍ中に変更遺伝子を続いて再導入するするための方法を必要とする。
従って、代謝操作は、Ｃｏｒｙｎｅｂａｃｔｅｒｉｕｍおよび他（より簡便には
操作された宿主（例えば、Ｅ．ｃｏｌｉ））の両方で複製され得るプラスミドの
それらの使い捨てアレイで行われなければならない。例えば、抗原耐性をコード
する選択マーカーのコレクション、改変遺伝子の調節を可能にするよく特徴づけ
られた転写プロモーター、およびプラスミドを標的Ｃｏｒｙｎｅｂａｃｔｅｒｉ
ｕｍ株中へ挿入させることを可能にする、効果的な形質転換または複合系もまた
必要とされる。

【００６１】（プラスミド）いくつかの異なるプラスミドは、単離され、そしてＣｏｒｙｎ
ｅｂａｃｔｅｒｉｕｍにおける遺伝子の導入および発現のために増殖された（Ｓ
ｏｎｎｅｎ，Ｈ．，ら、Ｇｅｎｅ１０７：６９−７４（１９９１））。これら
の大多数は、Ｃ．ｇｌｕｔａｍｉｃｕｍ、Ｃ．ｃａｌｌｕｎａｅおよびＣ．ｌａ
ｃｔｏｆｅｒｍｅｎｔｕｍ由来の小さい（３〜５ｋｂｐ）潜在的なプラスミドと
して本来同定された。これらは、４つの適合性グループに分類され、プラスミド
ｐＣＣ１、ｐＢＬ１、ｐＨＭ１５１９およびｐＧＡ１として例証される。シャト
ルベクター（ＣｏｒｙｎｅｂａｃｔｅｒｉｕｍおよびＥ．ｃｏｌｉの両方で複製
され得るプラスミド）は、公知のＥ．ｃｏｌｉプラスミド（特にｐＢＲ３２２ま
たはｐＵＣ１８由来のＣｏｌＥ１複製起点）由来のエレメント、および抗生物質
耐性マーカーを組み込むことにより、これらの潜在プラスミドから開発された。
Ｃｏｒｙｎｅｂａｃｔｅｒｉｕｍを操作するために非常に有用である、プラスミ
ドの第五クラスは、ｐＮＧ２（Ｃｏｒｙｎｅｂａｃｔｅｒｉｕｍｄｉｐｈｔｈ
ｅｒｉａｅから本来単離されたプラスミド）に基づく（Ｓｅｒｗｏｌｄ−Ｄａｖ
ｉｓ，Ｔ．Ｍ．，ら、Ｐｒｅｃ．Ｎａｔｌ．Ａｃａｄ．Ｓｃｉ．ＵＳＡ８４：
４９６４−４９６８（１９８７））。このプラスミドおよびその誘導体は、多く
のコリネバクテリウム種、ならびにＥ．ｃｏｌｉで効果的に複製される。ｐＮＧ
２中での唯一の複製起点（１．８ｋｂｐのみのエレメント）が、グラム陽性宿主
、およびグラム陰性宿主の両方において機能するので、これにさらなるＣｏｌＥ
１型エレメントを加える必要は無い。結果として、ｐＮＧ２誘導体（例えば、ｐ
ＥＰ２）は、他のＣｏｒｙｎｅｂａｃｔｅｒｉｕｍシャトルベクターよりずっと
小さく、そして従って、より容易に操作される。

【００６２】（選択マーカー）抗原耐性を与えるいくつかの遺伝子は、プラスミドの選択の
ため、そしてコリネバクテリウム中で働く他の組換えＤＮＡにおいて、有用であ
ることが証明された。これらは、Ｔｎ９０３由来のカナマイシン耐性決定因子、
Ｓｔｒｅｐｔｏｍｙｃｙｅｓｈｙｇｒｏｓｃｏｐｉｃｕｓから単離されたヒグ
ロマイシン耐性マーカー、Ｓｔｒｅｐｔｏｃｏｃｃｕｓｆａｅｃａｌｉｓ由来
のテトラサイクリン耐性遺伝子、Ｔｎ５由来のブレオマイシン耐性遺伝子、およ
びＳｔｒｅｐｔｏｍｙｃｙｅｓａｃｒｉｍｙｃｉｎｉ由来のクロラムフェニコ
ール耐性マーカーを含む。多くのＥ．ｃｏｌｉプラスミド（例えば、ｐＢＲ３２
２）において使用されるβラクタマーゼ遺伝子は、Ｃｏｒｙｎｅｂａｃｔｅｒｉ
ｕｍにおけるアンピシリン耐性を与えない。

【００６３】（形質転換系）いくつかの方法が、外来性ＤＮＡをＣｏｒｙｎｅｂａｃｔｅｒ
ｉｕｍ中に導入するために発明された。慣用的に使用される最新の方法は、ＤＮ
Ａおよびポリエチレングリコールの存在下でのスフェロプラストのインキュベー
ションを含む、他のグラム陽性種について成功したプロトコールに基づいた（Ｙ
ｏｓｈｉｈａｍａ，Ｍ．，ら、Ｊ．Ｂａｃｔｅｒｉｏｌ．１６２：５９１−５９
７（１９８５））。有用である一方、これらの方法は、一般的に非能率的であり
、しばしば、ＤＮＡ１ミリグラムあたり１０⁵未満の形質転換体を得る。Ｃｏｒ
ｙｎｅｂａｃｔｅｒｉｕｍスフェロプラストのエレクトロポレーションは、非常
により効率的であり、そして形質転換の信頼のおける手段であることが証明され
た。スフェロプラストは、グリシンおよび／または低濃度の細胞壁生合成の他の
阻害剤（例えば、イソニコチン酸ヒドラジン（イソニアジド）、アンピシリン、
ペニシリンＧ、またはＴｗｅｅｎ−８０）を含む濃厚な培地で、細胞を増殖する
ことにより生成される。次いで、エレクトロポーションに供される前に、このス
フェロプラストは、グリセロールを含む低塩濃度緩衝液中で洗浄され、濃縮され
、そしてＤＮＡと混合される。プラスミドＤＮＡの１μグラムあたり１０⁷の形
質転換体と同程度に高い効率が，このプロトコールを用いて報告された。

【００６４】コリネバクテリウム中へのＤＮＡ転移のための第三の方法は、トランス接合を
含む。この方法は、プラスミドＲＰ４の誘導体を保有する、乱雑なＥ．ｃｏｌｉ
株を利用する。Ｅ．ｃｏｌｉにおいて、ＲＰ４は、宿主株からＥ．ｃｏｌｉの他
のレシピエント株、またはさらに他の種までのプラスミドの接合性の転移を媒介
する多くの機能をコードする。これらの「ｔｒａ機能」は、線毛の形成およびプ
ラスミドの転移を媒介する。ＲＰ４はまた、プラスミドを、線毛を介して、そし
てレシピエント株中に伝達させる転換装置により認識される転移起点ｏｒｉＴ（
シス作用性エレメント）を保有する。この系より、Ｓｉｍｏｎら（Ｂｉｏ／Ｔｅ
ｃｈｎｏｌｏｇｙ１：７８４−７９１（１９８５））は、Ｅ．ｃｏｌｉからＣ
ｏｒｙｎｅｂａｃｔｅｒｉｕｍへのプラスミドの移入を可能にする有用なトラン
ス接合の道具を開発した。これらは、ＲＰ４からのｔｒａ機能をＳ−１７と呼ば
れる株のＥ．ｃｏｌｉ染色体中へ再配置する。ＲＰ４ｏｒｉＴを保有するプラ
スミドは、非常に効率的にＳ１７−１から他のレシピエント中へ移動され得る。
この方法は、Ｃｏｒｙｎｅｂａｃｔｅｒｉｕｍ中へ複製プラスミドを導入するこ
とに対する有用性を証明したが、遺伝子破壊を生じるためのさらなる有用性も証
明した。このことは、破壊に対して標的化されるＣｏｒｙｎｅｂａｃｔｅｒｉｕ
ｍ遺伝子のクローン中に選択マーカーを導入することにより達成される。次いで
、この構築物は、このＲＰ４ｏｒｉＴを保有するが、Ｃｏｒｙｎｅｂａｃｔｅ
ｒｉｕｍでの複製を支持するための起点を欠く、Ｅ．ｃｏｌｉプラスミド中へ連
結される。次いで、このプラスミドを保有するＳ１７−１は、レシピエント株を
用いてインキュベートされ、そしてこの混合物は、後に選択培地に移される。導
入されたプラスミドは、コリネバクテリウム有で複製され得ないので、選択マー
カーを発現するトランス接合物は、ゲノムＤＮＡ中で、交叉組換えを最もよく受
けるようである。

【００６５】（制限−欠乏株）使用される形質転換系とは関係なく、コリネバクテリウムが
、Ｅ．ｃｏｌｉ誘導性ＤＮＡを外来として認識し得、そしてこのＥ．ｃｏｌｉ誘
導性ＤＮＡを最もよく分解するという明確な前例が、文献において存在する。こ
の能力は、Ｃｏｒｙｎｅｂａｃｔｅｒｉｕｍ制限系および改変系に起因した。こ
の系を克服するために、いくつかの形質転換プロトコールおよびトランス接合プ
ロトコールは、形質転換前に、レシピエント株を簡単に加熱することを必要とす
る。この熱処理は、制限系を担う酵素をおそらく不活性化し、そして酵素が代謝
回転される前に、導入されたＤＮＡを確立させる。ＤＮＡの移入の効率を改良す
るための別のストラテジーは、制限系において欠乏性のＣｏｒｙｎｅｂａｃｔｅ
ｒｉｕｍ変異体を単離することであった。これらの株は、Ｃｏｒｙｎｅｂａｃｔ
ｅｒｉｕｍ中で繁殖されたプラスミドとほぼ同じ効率を有する、Ｅ．ｃｏｌｉ中
で繁殖されたプラスミドを取り込む。Ｃｏｒｙｎｅｂａｃｔｅｒｉｕｍにおける
制限系を回避するために使用される代替的ストラテジーにおいて、Ｌｅｂｌｏｎ
および共同研究者ら（Ｒｅｙｅｓ，Ｏ．，ら、Ｇｅｎｅ１０７：６１−６８（
１９９１））は、遺伝子破壊のための「インテグロン（ｉｎｔｅｇｒｏｎ）」系
を開発した。インテグロンは、標的宿主ＤＮＡと同じ制限／改変特性を有するＤ
ＮＡ分子であり、宿主ゲノムの部分（すなわち、破壊されるゲノムの領域）に相
同であるＤＮＡを保有し、そして宿主細胞において複製され得ない。Ｃｏｒｙｎ
ｅｂａｃｔｅｒｉｕｍからクローン化された遺伝子は、１つのＣｏｒｙｎｅｂａ
ｃｔｅｒｉｕｍ株中で繁殖されるプラスミド中の選択マーカーにより、始めに割
り込まれる。次いで、この構築物は、コリネバクテリウムのプラスミドから切除
され、そして自己連結され、非複製環状分子を形成する。次いで、この「インテ
グロン」は、制限宿主中にエレクトロポレートされる。ＤＮＡの改変は、このイ
ンテグロンにこの宿主制限系を溶出させ、そして宿主ゲノム中への組換えは、選
択マーカーの発現を可能にする。

【００６６】（プロモーター）信頼の置ける転写プロモーターは、Ｃｏｒｙｎｅｂａｃｔｅ
ｒｉｕｍ中の外来性遺伝子の効率的な発現のために必要とされる。特定の実験の
ために、調節プロモーターの必要性もまた存在し、この活性は、特定の培養条件
下で誘導され得る。プロモーター（例えば、Ｃｏｒｙｎｅｂａｃｔｅｒｉｕｍ遺
伝子由来のｆｄａプロモーター、ｔｈｒＣプロモーター、ｈｏｍプロモーター）
は、相同遺伝子の発現に対する有用性を証明した。Ｅ．ｃｏｌｉ由来の誘導プロ
モーター（例えば、ｌａｃリプレッサー（ｌａｃＩ）が存在する場合にイソプロ
ピルチオガラクトピラノシド（ＩＰＴＧ）によって誘導される、Ｐ_lacおよびＰ_t _rc 、ｔｒｐリプレッサー（ｔｒｐＲ）が存在する場合にインドールアクリル酸誘
導物質に応答するＰ_trp、および温度感応性λリプレッサー（ｃＩ８５７）の存
在下で抑制されるλＰ_l）は、全て、Ｃｏｒｙｎｅｂａｃｔｅｒｉｕｍにおける
遺伝子発現を調節するために使用された。

【００６７】（遺伝子の同定）適所に他の全ての他の遺伝的道具を用いても、Ｃｏｒｙｎｅ
ｂａｃｔｅｒｉｕｍ由来の関連遺伝子を同定することの試みは、未だ残存する。
Ｅ．ｃｏｌｉにおいて、遺伝子を単離するために使用された資源のいくつかは、
形質導入およびトランス接合実験からの、形質導入ファージ、転移因子、Ｅ．ｃ
ｏｌｉ染色体の遺伝子地図であり、そしてより最近では、染色体の完全な物理的
および配列地図である。現在まで、Ｃｏｒｙｎｅｂａｃｔｅｒｉｕｍ由来の遺伝
子を同定し、回収するための、成功した方法のほとんどは、既知のＥ．ｃｏｌｉ
の栄養要求体を補完するために、ＣｏｒｙｎｅｂａｃｔｅｒｉｕｍゲノムＤＮＡ
を使用することであった。この課題において、Ｃｏｒｙｎｅｂａｃｔｅｒｉｕｍ
ゲノムのフラグメントを保有するプラスミドのライブラリーは、特定の酵素また
は機能を欠くＥ．ｃｏｌｉ株中に導入される。栄養要求体（例えば、ホモセリン
欠損）をもはや提示しない形質転換体は、Ｃｏｒｙｎｅｂａｃｔｅｒｉｕｍ由来
の相補する遺伝子を保有するようである。このストラテジーは、アスパラギン酸
誘導アミノ酸および芳香族アミノ酸の合成、中間代謝および他の細胞プロセスを
担う経路からいくつかを含む、多くのＣｏｒｙｎｅｂａｃｔｅｒｉｕｍ遺伝子の
単離を導いた。このストラテジーに対する１つの制限は、Ｃｏｒｙｎｅｂａｃｔ
ｅｒｉｕｍ由来の全ての遺伝子がＥ．ｃｏｌｉ宿主で発現されるわけではないこ
とである。従って、遺伝子は、プラスミドライブラリーに提示され得るが、それ
は、Ｅ．ｃｏｌｉ変異体を相補し得ず、従って、選択の間に回復されない。この
制限を克服してより少ない遺伝子が同様のストラテジーで同定され、この中で野
生型Ｃｏｒｙｎｅｂａｃｔｅｒｉｕｍ由来のプラスミドライブラリーは、他のＣ
ｏｒｙｎｅｂａｃｔｅｒｉｕｍ株中の変異体を直接的に相補するために使用され
た。このストラテジーは、この栄養要求宿主における不完全な遺伝子発現の関連
を回避するが、その有用性は、栄養要求体における乏しいプラスミド形質転換効
率により制限される。なお、他の遺伝子は、他の種由来の相同遺伝子に基づく核
酸プローブ、ならびにポリメラーゼ連鎖反応および変性オリゴヌクレオチドプラ
イマーを使用する遺伝子の直接的な増幅を用いてハイブリダイゼーションにより
同定されている。

【００６８】（転移因子）転移因子は、遺伝子の同定における非常に強力な道具である。な
ぜなら、これらは、遺伝子回復と変異現性を結び付けるからである。遺伝子内に
点変異または小さな欠失を生じる古典的な変異誘発技術とは異なり、転移因子が
遺伝子内に挿入される場合、これらは、大きな破壊を形成し、それにより、より
容易な同定のために変更遺伝子を「タグ化（ｔａｇｇｉｎｇ）」する。多くの転
位因子が、Ｃｏｒｙｎｅｂａｃｔｅｒｉｕｍ中のトランスポゾンに見出されてい
る。プラスミド（Ｃ．ｘｅｒｏｓｉｓのｐＴＰ１０およびＣ．ｄｉｐｈｔｈｅｒ
ｉａｅのｐＮＧ２）中に見出されたトランスポゾンは、Ｃ．ｇｌｕｔａｍｉｃｕ
ｍにおけるトランスポゾンに示され、エリスロマイシンに対する耐性を与えた。
日本のＭｉｓｔｕｂｉｓｈｉＣｈｅｍｉｃａｌＣｏｍｐａｎｙからのグルー
プは、Ｃ．ｇｌｕｔａｍｉｃｕｍから発見した挿入配列（ＩＳ３１８３１）から
一連の人工トランスポゾンを開発した（Ｖｅｒｔｅｓ，Ａ．Ａ．，ら、Ｍｏｌ．
Ｇｅｎ．Ｇｅｎｅｔ．２４５：３９７−４０５（１９９４））。ＩＳ３１８３１
の逆方向反復の間に選択マーカーを挿入した後、これらの研究者は、エレクトロ
ポレーションを介して、生じたトランスポゾンをＥ．ｃｏｌｉプラスミドのＣ．
ｇｌｕｔａｍｉｃｕｍ株（Ｃｏｒｙｎｅｂａｃｔｅｒｉｕｍでは複製できない）
中へ導入し得た。彼らは、選択マーカーが、約４×１０⁴変異体／μｇＤＮＡの
頻度で、標的細胞のゲノム中に挿入されることを見出した。Ｃｏｒｙｎｅｂａｃ
ｔｅｒｉｕｍ栄養用球体を生じるためにこのようなトランスポゾンの使用は、コ
リネバクテリウムにおいて、アミノ酸生合成ならびに他の機能を担ういくつかの
遺伝子の単離を導いた。

【００６９】（形質導入ファージ）形質導入ファージは、遺伝子座をマッピングするため、
および遺伝子を単離するために他の系で使用された。１９７６年に、日本のＡｊ
ｉｎｏｍｏｔｏＣｏ．の研究者は、形質導入に有用であり得るファージを同定
するために、１５０株の特徴づけられたグルタミン酸生成コリネ型細菌の株、お
よび特徴づけられてないグルタミン酸産生コリネ型細菌の株を調査した（Ｍｏｒ
ｎｏｓｅ，Ｈ．，ら、Ｊ．Ｇｅｎ．Ａｐｐｌ．Ｍｉｃｒｏｂｉｏｌ，Ｒｅｖ．１
６：２４３−２５２（１９９５））。このスクリーニングから回収された２４の
異なるファージのうち、３つのみが任意の評価可能な頻度でｔｒｐマーカーを、
ｔｒｐ⁺ドナーからｔｒｐ^-レシピエントへ形質導入され得るが、しかしこの頻度
は、たった１０^-7以下である。これらの研究者は、４ｍＭの環状アデノシン一リ
ン酸（ｃＡＭＰ）または１．２Ｍの塩化マグネシウムを含むことにより、形質導
入効率をわずかに改良し得た。数人の別の研究者は、供給源（例えば、混入する
産業的発酵、土壌および動物の排泄物）からコリネファージを単離することによ
り、信頼のおける形質導入方法を開発することを試みた。多くのファージが単離
され、そして特徴づけられたが、ほとんど形質導入に関連せず、そして、グルタ
ミン酸産生細菌を用いる一般的な使用のための信頼のおける高効率な形質導入系
を開発する機会は、未だ存在する。

【００７０】（実施例）以下のプロトコルおよび実験の詳細は、続く実施例において参照される。

【００７１】（細菌株およびプラスミド）Ｃ．ｇｌｕｔａｍｉｃｕｍ２１２５３（ｈｏｍ^-、リジン過剰産生株）を染色
体ＤＮＡの調製のために使用した。ＥｓｃｈｅｒｉｃｈｉａｃｏｌｉＤＨ５
α（ｈｓｄＲ^-、ｒｅｃＡ^-）（Ｈａｎａｈａｎ，Ｄ．，Ｊ．Ｍｏｌ．Ｂｉｏｌ．
１６６：５５７−５８０（１９８３））を形質転換のために使用した。プラスミ
ドｐＣＲ２．１ＴＯＰＯ（Ｉｎｖｉｔｒｏｇｅｎ）を、ポリメラーゼ連鎖反応
（ＰＣＲ）産物のクローニングのために使用した。プラスミドｐＲＲ８５０は、
本研究において構築し、そしてｐＣＲ２．１ＴＯＰＯプラスミドにクローン化
した８５０−ｂｐＰＣＲフラグメントを含んだ。

【００７２】（培地および培養条件）Ｅ．ｃｏｌｉ株を、Ｌｕｒｉａ−Ｂｅｒｔａｎｉ（ＬＢ）培地で３７℃で増殖
させた（Ｓａｍｂｒｏｏｋ，Ｊ．ら、Ｍｏｌｅｃｕｌａｒｃｌｏｎｉｎｇ：ａ
ｌａｂｏｒａｔｏｒｙｍａｎｕａｌ、第２版、ＣｏｌｄＳｐｒｉｎｇＨ
ａｒｂｏｒＬａｂｏｒａｔｏｒｙ，ＣｏｌｄＳｐｒｉｎｇＨａｒｂｏｒ，
ＮＹ（１９８９））。Ｃ．ｇｌｕｔａｍｉｃｕｍを、ＬＢ培地で３０℃で増殖さ
せた。記録した場合、アンピシリンを、以下の濃度で使用した：プレート中１０
０μｇ／ｍｌおよび液体培養において５０μｇ／ｍｌ。

【００７３】（ＤＮＡ操作）ゲノムＤＮＡを、Ｔｏｍｉｏｋａら（Ｔｏｍｉｏｋａ，Ｎ．ら、Ｍｏｌ．Ｇｅ
ｎ．Ｇｅｎｅｔ．１８４：３５９−３６３（１９８１））により記載されるよう
にＣ．ｇｌｕｔａｍｉｃｕｍから単離した。ＰＣＲフラグメントを、製造業者の
指示に従って、ｐＣＲ２．１ＴＯＰＯベクターにクローン化した。コスミドＤ
ＮＡおよびプラスミドＤＮＡを、Ｑｉａｐｒｅｐスピンカラムを用いて調製し、
そしてＤＮＡを、Ｑｉａｅｘキット（Ｑｉａｇｅｎ）を用いてアガロースゲルか
ら抽出した。配列決定のためのコスミドＤＮＡの大規模な高純度の調製物につい
ては、ＰｒｏｍｅｇａＷｉｚａｒｄキット（Ｐｒｏｍｅｇａ）を使用した。Ｅ
．ｃｏｌｉの形質転換およびアガロースゲル電気泳動のために、標準的な技術（
Ｓａｍｂｒｏｏｋ，Ｊ．ら、Ｍｏｌｅｃｕｌａｒｃｌｏｎｉｎｇ：ａｌａｂ
ｏｒａｔｏｒｙｍａｎｕａｌ、第２版、ＣｏｌｄＳｐｒｉｎｇＨａｒｂｏ
ｒＬａｂｏｒａｔｏｒｙ，ＣｏｌｄＳｐｒｉｎｇＨａｒｂｏｒ，ＮＹ（１
９８９））を使用した。制限酵素は、ＢｏｅｈｒｉｎｇｅｒＭａｎｎｈｅｉｍ
またはＮｅｗＥｎｇｌａｎｄＢｉｏｌａｂｓから購入した。

【００７４】（コスミドライブラリー）使用したコスミドライブラリーをＣ．ｇｌｕｔａｍｉｃｕｍ染色体ＤＮＡをＳ
ｕｐｅｒｃｏｓベクター（Ｓｔｒａｔａｇｅｎｅ）にクローニングすることによ
り構築した。

【００７５】（ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ））ＰＣＲを、ＢｏｅｈｒｉｎｇｅｒＭａｎｎｈｅｉｍＰＣＲコアキットを用
い、製造業者の指示に従って行った。ＰＣＲをＣｏｒｙｎｅｂａｃｔｅｒｉｕｍ
染色体ＤＮＡで行った場合、各反応に約１μｇのＤＮＡを使用した。ＰＣＲ反応
に使用した正方向プライマーは、５’ＧＴＣＴＴＣＡＴＣＧＡＧＡＴＧＡＡＴＣ
ＣＧＣＧ３’であり、使用した逆方向プライマーは、５’ＣＧＣＡＧＣＧＣＣＡ
ＣＡＴＣＧＴＡＡＧＴＣＧＣ３’であった。

【００７６】（ドットブロット分析）本研究において同定したコスミド由来のＤＮＡを含むドットブロットおよびポ
ジティブコントロールとしてのプローブを、Ｓ＆Ｓ（Ｓｃｈｌｅｉｃｈｅｒ＆Ｓ
ｃｈｕｅｌｌ）ｍｉｎｉｆｏｌｄ装置を用いて調製した。Ｃ．ｇｌｕｔａｍｉｃ
ｕｍピルビン酸カルボキシレート遺伝子の一部をコードする８５０−ｂｐフラグ
メントを、プローブとして使用した。このプローブを、ジゴキシゲニン−１１−
ｄＵＴＰ（ＢｏｅｈｒｉｎｇｅｒＭａｎｎｈｅｉｍ）を用いて、製造業者によ
り記載されるようなランダムにプライムしたＤＮＡ標識化反応で、標識した。ド
ットブロットのハイブリダイゼーション、洗浄および比色検出を、Ｂｏｅｈｒｉ
ｎｇｅｒからのＧｅｎｉｕｓシステムを用いて、フィルターハイブリダイゼーシ
ョンについてのそのユーザーズガイド中のプロトコルに従って行った。２９１コ
スミドとの最初のハイブリダイゼーションを、６５℃で一晩行い、そして洗浄を
このハイブリダイゼーション温度で行った。第二のスクリーニングにおいて使用
した１７のコスミドについては、ハイブリダイゼーションを、６５℃で、しかし
８時間だけ行い、そしてフィルムへの暴露時間を減少した。

【００７７】（ウエスタンブロッティングによるビオチン含有タンパク質の検出）Ｃ．ｇｌｕｔａｍｉｃｕｍ由来の細胞抽出物を、ＪｅｔｔｅｎおよびＳｉｎｓ
ｋｅｙ（Ｊｅｔｔｅｎ，Ｍ．Ｓ．Ｍ．およびＳｉｎｓｋｅｙ，Ａ．Ｊ．，ＦＥＭ
ＳＭｉｃｒｏｂｉｏｌ．Ｌｅｔｔ．１１１：１８３−１８８（１９９３））に
より記載されたように調製した。細胞抽出物中のタンパク質を、ＢｉｏＲａｄミ
ニゲル装置中のドデシル硫酸ナトリウム（ＳＤＳ）／７．５％ポリアクリルアミ
ドゲル中で分離し、そしてＴｏｗｂｉｎら（Ｔｏｗｂｉｎ，Ｈ．ら、Ｐｒｏｃ．
Ｎａｔｌ．Ａｃａｄ．Ｓｃｉ．ＵＳＡ７６：４３５０−４３５４（１９７９）
）により記載されたＢｉｏＲａｄミニトランスブロット装置を用いて、ニトロセ
ルロース上でエレクトロブロットした。ビオチン化したタンパク質を、ＢｉｏＲ
ａｄからのアビジン結合アルカリホスファターゼ、およびＳｃｈｌｅｉｃｈｅｒ
＆Ｓｃｈｕｌｌからの５−ブロモ−４−クロロ−３−インドイルホスフェート−
ｐ−トルイジン塩／ニトロブルー塩化テトラゾリウムを用いて検出した。

【００７８】（ＤＮＡ配列決定）自動化ＤＮＡ配列決定を、ＭＩＴＢｉｏｐｏｌｙｍｅｒｓ施設で、ＡＢＩ
Ｐｒｉｓｍ３７７ＤＮＡシーケンサーを用いて行った。

【００７９】（配列分析）ＤＮＡＳｔｒｉｄｅｒＶｅｒｓｉｏｎ１．０プログラム（Ｉｎｓｔｉｔｕ
ｔｄｅＲｅｃｈｅｒｃｈｅＦｏｎｄａｍｅｎｔａｌｅ，Ｆｒａｎｃｅ）を
、ＤＮＡ配列を転化、相補および翻訳するため、ならびにこの配列中のオープン
リーディングフレームを発見するために使用した。ＮａｔｉｏｎａｌＣｅｎｔ
ｅｒｆｏｒＢｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ（ＮＣＢ
Ｉ）からのＢＬＡＳＴプログラム（Ａｌｔｓｃｈｕｌ，Ｓ．Ｆ．ら、Ｊ．Ｍｏｌ
．Ｂｉｏｌ．２１５：４０３−４１０（１９９０））を、タンパク質とＤＮＡ配
列を比較するために使用した。タンパク質における相同性検策を、ＭＡＣＡＷソ
フトウェア（ＮＣＢＩ）を用いて行った。ＰＣＲプライマーを、Ｂｉｏｓｏｆｔ
ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌからのＰｒｉｍｅｒＰｒｅｍｉｅｒソフトウェ
アの助けにより設計した。ＥｘＰａｓｙ分子生物学サーバー（Ｕｎｉｖｅｒｓｉ
ｔｙｏｆＧｅｎｅｖａ）上のｐＩ／ＭＷ計算ツールを、推定アミノ酸配列の
分子量およびｐＩを推定するために使用した。

【００８０】（実施例１：ビオチン化酵素を検出するためのウエスタンブロッティング）ピルビン酸カルボキシレートがビオチンを含むことが知られているので、ウエ
スタンブロッティングを、Ｃ．ｇｌｕｔａｍｉｃｕｍによりビオチン化タンパク
質の産生を検出するために使用した。ＬＢ培地で増殖させた細胞から調製した抽
出物中に、２つのビオチン化タンパク質を検出し、（データは示されない）先の
報告と一致した。１つのバンド（約８０ｋＤａに位置する）を、アセチルＣｏＡ
カルボキシラーゼのビオチン−カルボキシル−キャリアドメイン（ＢＣＣＰ）（
Ｊａｇｅｒ，Ｗ．ら、Ａｒｃｈ．Ｍｉｃｒｏｂｉｏｌ．１６６：７６−８２（１
９９６））として同定した。第二のバンド（１２０ｋＤａに位置する）は、これ
らのタンパク質が１１３〜１３０ｋＤａの範囲にあるので、ピルビン酸カルボキ
シラーゼ酵素であると考えられる（Ａｔｔｗｏｏｄ，Ｐ．Ｖ．，Ｉｎｔ．Ｊ．Ｂ
ｉｏｃｈｅｍ．Ｃｅｌｌ．Ｂｉｏｌ．２７：２３１−２４９（１９９５））。

【００８１】（実施例２：ＰＣＲおよびクローニング）Ｃ．ｇｌｕｔａｍｉｃｕｍピルビン酸カルボキシラーゼ遺伝子を、先にクロー
ン化した遺伝子の高度な保存領域の相同性に基づいてクローン化した。１３の生
物体由来のピルビン酸カルボキシラーゼ遺伝子を検査し、そしてピルビン酸カル
ボキシラーゼに保存されたＡＴＰ結合サブモチーフに対応するプライマー、およ
びピルベート結合モチーフ（表１）に近接する領域を設計した。アミノ酸が異な
る場合、Ｍ．ｔｕｂｅｒｃｕｌｏｓｉｓのＣ．ｇｌｕｔａｍｉｃｕｍとの近い関
係のため、プライマーを、Ｍ．ｔｕｂｅｒｃｕｌｏｓｉｓに基づいて設計した。
８５０−ｂｐフラグメントを、ＰＣＲを用いてＣ．ｇｌｕｔａｍｉｃｕｍゲノム
ＤＮＡから増幅させ、そしてＩｎｖｉｔｒｏｇｅｎのｐＣＲ２．１ＴＯＰＯに
クローン化し、プラスミドｐＲＲ８５０を構築した。プライマーをまた、保存さ
れたビオチン結合部位およびピルベート結合部位に基づいて設計した（データは
示されない）。

【００８２】（実施例３：Ｃ．ｇｌｕｔａｍｉｃｕｍピルビン酸カルボキシラーゼ遺伝子を
含有するコスミドの単離）Ｃ．ｇｌｕｔａｍｉｃｕｍピルビン酸カルボキシラーゼ遺伝子の一部を含む８
５０塩基対フラグメントを、Ｃ．ｇｌｕｔａｍｉｃｕｍゲノムライブラリーをプ
ローブするために使用した。スクリーニングの第一ラウンドにおいて、ドットプ
ロットにおける２９１コスミドのうちの１７がポジティブを示した。同じプロー
ブであるが、よりストリンジェントなハイブリダイゼーション条件を用いて、ス
クリーニングの第二ラウンドを、これらの１７コスミドについて行い、ポジティ
ブシグナルを有する４コスミドを得た。これらのコスミドが、ピルビン酸カルボ
キシラーゼ遺伝子を確かに含むことを確認するために、これらの４つのポジティ
ブコスミドをテンプレートとして用い、そしてプローブを作製するために使用し
たのと同じプライマーを用いて、ＰＣＲを行った。８５０−ｂｐフラグメントを
４つのポジティブコスミド全てから増幅し、ＩＩＩＦ１０、ＩＩＥ９、ＩＩＩＧ
７およびＩＩＩＢ７と命名した。

【００８３】

【表１】（表１）１３の生物体のピルビン酸カルボキシラーゼ配列（ＧｅｎＢａｎｋから
入手した）を、ＭＡＣＡＷソフトウェアを用いて整列させた。２つの高度な保存
領域を選択し、そしてオリゴヌクレオチドプライマーを、これらの領域に対応す
るＭｙｃｏｂａｃｔｅｒｉｕｍｔｕｂｅｒｃｕｌｏｓｉｓＤＮＡ配列に基づ
いて設計した。正方向プライマーは、保存領域Ａに対応するＤＮＡ配列に基づき
、そして逆方向プライマーは、保存領域Ｂに対応するＤＮＡ配列に基づく。

【００８４】（実施例４：配列決定ストラテジー）プラスミドｐＲＲ８５０の８５０−ｂｐ挿入物を、Ｍ１３正方向プライマーお
よびＭ１３逆方向プライマーを用いて配列決定した。この配列に基づき、プライ
マーＢｅｇｒｅｖ１およびＥｎｄｆｏｒ１を設計し、そしてピルビン酸カルボキ
シラーゼ遺伝子の８５０−ｂｐ部分の始めおよび終わりから外向きの配列に使用
した。コスミドＩＩＩＦ１０を、配列決定テンプレートとして使用した。この配
列決定を、新しいプライマー（表２）を設計し、この遺伝子の端から端までを「
歩く」まで続けた。

【００８５】（実施例５：配列分析）コスミドＩＩＩＦ１０の３６３７ｂｐを配列決定した。１１４０アミノ酸のタ
ンパク質をコードすると推定される、３４２０−ｂｐのオープンリーディングフ
レームを同定した。この推定タンパク質は、Ｍ．ｔｕｂｅｒｃｕｌｏｓｉｓピル
ビン酸カルボキシラーゼと６３％同一、そしてヒトピルビン酸カルボキシラーゼ
と４４％同一であり、そしてＣ．ｇｌｕｔａｍｉｃｕｍ遺伝子ｐｃを、この相同
性に基づいて命名した。この推定タンパク質は、５．４の推定ｐＩおよび１２３
．６ｋＤａの推定分子量を有し、これはＳＤＳ／ポリアクリルアミドゲル電気泳
動により見積もられた１２０ｋＤａのサブユニット分子量と同様である。開始メ
チオニンの上流に、コンセンサスリボソーム結合部位ＡＡＧＧＡＡがあるようで
ある。推定翻訳開始部位は、Ｍ．ｔｕｂｅｒｃｕｌｏｓｉｓ配列との相同性に基
づいて、他の細菌の配列において観察されている（Ｓｔｒｙｅｒ，Ｌ．，Ｂｉｏ
ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ、第３版、Ｆｒｅｅｍａｎ，ＮＹ（１９８８）；Ｋｅｉｌｈ
ａｕｅｒ，Ｃ．ら、Ｊ．Ｂａｃｔｅｒｉｏｌ．１７５：５５９５−５６０３（１
９９３））ように、ＧＴＧコドンである。このＤＮＡ配列は、ＧｅｎＢａｎｋに
提出されており、受託番号ＡＦ０３８５４８が付けられている。

【００８６】Ｃ．ｇｌｕｔａｍｉｃｕｍピルビン酸カルボキシラーゼのアミノ末端セグメン
トは、ヘキサペプチドＧＧＧＧＲＧを含み、これは、全てのビオチン結合タンパ
ク質において見出されており、そしてＡＴＰ−結合部位をであると考えられてい
るＧＧＧＧ（Ｒ／Ｋ）Ｇ配列（Ｆｒｙ，Ｄ．Ｃ．ら、Ｐｒｏｃ．Ｎａｔｌ．Ａｃ
ａｄ．Ｓｃｉ．ＵＳＡ８３：９０７−９１１（１９８６）；Ｐｏｓｔ，Ｌ．Ｅ
．ら、Ｊ．Ｂｉｏｌ．Ｃｈｅｍ．２６５：７７４２−７７４７（１９９０））と
マッチする。ＡＴＰ結合に関係し、そしてビオチン依存性カルボキシラーゼおよ
びカルバミルホスフェート（ｃａｒｂａｍｙｐｈｏｓｐｈａｔｅ）シンテターゼ
中に存在することが提案されている（Ｌｉｍ，Ｆ．ら、Ｊ．Ｂｉｏｌ．Ｃｈｅｍ
．２６３：１１４９３−１１４９７（１９８８））第二の領域は、Ｃ．ｇｌｕｔ
ａｍｉｃｕｍ配列に保存される。この推定Ｃ．ｇｌｕｔａｍｉｃｕｍピルビン酸
カルボキシラーゼタンパク質はまた、推定ピルベート結合モチーフ（ＦＬＦＥＤ
ＰＷＤＲ）を含み、これは、Ｍｙｃｏｂａｃｔｅｒｉｕｍヒトピルビン酸カルボ
キシラーゼ、Ｒｈｉｚｏｂｉｕｍヒトピルビン酸カルボキシラーゼおよびヒトピ
ルビン酸カルボキシラーゼのトランスカルボキシラーゼドメインに保存される（
Ｄｕｎｎ，Ｍ．Ｆ．ら、Ｊ．Ｂａｃｔｅｒｉｏｌ．１７８：５９６０−５９７０
（１９９６））。トランスカルボキシラーゼを用いるトリプトファン蛍光研究は
、このモチーフ中に存在するＴｒｐ残基が、ピルベート結合に関連することを示
している（Ｋｕｍｅｒ，Ｇ．Ｋ．ら、Ｂｉｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ２７：５９７
８−５９８３（１９８８））。この酵素のカルボキシ末端セグメントは、推定ビ
オチン結合部位（ＡＭＫＭ）を含み、これは、他のピルビン酸カルボキシラーゼ
および他のビオチン依存性酵素のビオチン−カルボキシル−キャリアタンパク質
（ＢＣＣＰ）ドメインにおいて見出された推定ビオチン結合部位と同一である。

【００８７】

【表２】（表２）コスミドＩＩＩＦ１０中のピルビン酸カルボキシラーゼ遺伝子の配列を
得るために使用したプライマーのＤＮＡ配列先の研究は、ホスホｅｎｏ／ピルビン酸カルボキシラーゼ（ｐｐｃ）が、Ｃ．
ｇｌｕｔａｍｉｃｕｍに対する主要なアナプレロティック酵素ではないことを示
している。なぜなら、その非存在は、リジン産生に影響しないからである（Ｇｕ
ｂｌｅｒ，Ｍ．ら、Ａｐｐｌ．Ｍｉｃｒｏｂｉｏｌ．Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌ．４
０：８５７−８６３（１９９４）；Ｐｅｔｅｒｓ−Ｗｅｎｄｉｓｃｈ，Ｐ．Ｇ．
ら、Ｍｉｃｒｏｂｉｏｌ．Ｌｅｔｔ．１１２：２６９−２７４（１９９３））。
さらに、多くの研究が、¹³Ｃ標識実験ならびにＮＭＲ分析およびＧＣ−ＭＳ分析
（Ｐａｒｋ，Ｓ．Ｍ．ら、ＡｐｐｌｉｅｄＭｉｃｒｏｂｉｏｌ．Ｂｉｏｔｅｃ
ｈｎｏｌ．４７：４３０−４４０（１９９７ｂ）；Ｐｅｔｅｒｓ−Ｗｅｎｄｉｓ
ｃｈ，Ｐ．Ｇ．ら、Ａｒｃｈ．Ｍｉｃｒｏｂｉｏｌ．１６５：３８７−３９６（
１９９６））または無細胞抽出物（Ｔｏｓａｋａ，Ｏ．，Ａｇｒｉｃ．Ｂｉｏｌ
．Ｃｈｅｍ．４３：１５１３−１５１９（１９７９））および浸透性の細胞（Ｐ
ｅｔｅｒｓ−Ｗｅｎｄｉｓｃｈ，Ｐ．Ｇ．ら、Ｍｉｃｒｏｂｉｏｌ．１４３：１
０９５−１１０３（１９９７））を用いる酵素アッセイを使用して、ピルビン酸
カルボキシル化酵素の存在を示している。非常に低いピルビン酸カルボキシル化
活性が、無細胞抽出物において検出されたが、この活性は、非常に高いＡＴＰバ
ックグラウンドから分離していない。この測定された活性が可逆的な糖新生酵素
（例えば、オキサロ酢酸デカルボキシラーゼおよびリンゴ酸酵素）に起因するこ
とは、非常にあり得ることである。Ｃ．ｇｌｕｔａｍｉｃｕｍ中のピルビン酸カ
ルボキシラーゼの存在は、上記の糖新生酵素がこの株のアナプレロティックな必
要性に役立ち得ることを、非常に見込みがないようにする。

【００８８】Ｃ．ｇｌｕｔａｍｉｃｕｍピルビン酸カルボキシラーゼ遺伝子の推定アミノ酸
配列は、生物体の多様な群由来のピルビン酸カルボキシラーゼ配列と顕著な類似
性を有する。これは、そのＮ末端領域にビオチンカルボキシラーゼドメイン、そ
のＣ末端領域にＢＣＣＰドメイン、およびその中心領域に、ピルベートに対して
特異的な結合部位を有するトランスカルボキシラーゼドメインを含む。このＣ．
ｇｌｕｔａｍｉｃｕｍピルビン酸カルボキシラーゼタンパク質は、Ｍ．ｔｕｂｅ
ｒｃｕｌｏｓｉｓピルビン酸カルボキシラーゼおよびヒトピルビン酸カルボキシ
ラーゼと強力な相同性を示した（Ｗｅｘｌｅｒ，Ｉ．Ｄ．ら、Ｂｉｏｃｈｉｍ．
Ｂｉｏｐｈｙｓ．Ａｃｔａ１２２７：４６−５２（１９９４））。

【００８９】Ｃ．ｇｌｕｔａｍｉｃｕｍが、オキサロ酢酸を再生するアナプレロティックな
機能を行う、１より多い酵素を含むことを見出した前例が存在する。Ｐｓｅｕｄ
ｏｍｏｎａｓｃｉｔｒｏｎｅｌｌｏｌｉｓ、Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓｆｌｕ
ｏｒｓｃｅｎｓ、ＡｚｏｔｏｂａｃｔｅｒｖｉｎｅｌａｎｄｉｉおよびＴｈｉ
ｏｂａｃｉｌｌｕｓｎｏｖｅｌｌｕｓは、ｐｐｃおよびピルビン酸カルボキシ
ラーゼの両方を含む（Ｏ’Ｂｒｉｅｎ，Ｒ．Ｗ．ら、Ｊ．Ｂｉｏｌ．Ｃｈｅｍ．
２５２：１２５７−１２６３（１９７７）；Ｓｃｒｕｔｔｏｎ，Ｍ．Ｃ．および
Ｔａｙｌｏｒ，Ｂ．Ｌ．、Ａｒｃｈ．Ｂｉｏｃｈｅｍ．Ｂｉｏｐｈｙｓ．１６４
：６４１−６５４（１９７４）；ＭｉｌｒａｄｄｅＦｏｒｃｈｅｔｔｉ，Ｓ
．Ｒ．およびＣａｚｕｌｌｏ，Ｊ．Ｊ．，Ｊ．Ｇｅｎ．Ｍｉｃｒｏｂｉｏｌ．９
３：７５−８１（１９７６）；Ｃｈａｒｌｅｓ，Ａ．Ｍ．およびＷｉｌｌｅｒ，
Ｄ．Ｗ．，Ｃａｎ．Ｊ．Ｍｉｃｒｏｂｉｏｌ．３０：５３２−５３９（１９８４
））。Ｚｅａｍａｙｓは、ｐｐｃの３つのアイソザイムを含み（Ｔｏｈ，Ｈ．
ら、ＰｌａｎｔＣｅｌｌＥｎｖｉｒｏｎ．１７：３１−４３（１９９４））
、そしてＳａｃｃｈａｒｏｍｙｃｅｓｃｅｒｅｖｉｓｉａｅは、ピルビン酸カ
ルボキシラーゼの２つのアイソザイムを含み（Ｂｒｅｗｓｔｅｒ，Ｎ．Ｋ．ら、
Ａｒｃｈ．Ｂｉｏｃｈｅｍ．Ｂｉｏｐｈｙｓ．３１１：６２−７１（１９９４）
）、各々差次的に調節される。Ｃ．ｇｌｕｔａｍｉｃｕｍ中のピルビン酸カルボ
キシラーゼ遺伝子の存在のこの発見により、この株において、ホスホｅｎｏ／ピ
ルベート（ＰＥＰ）、オキサロアセテートおよびピルベートを相互変換し得る酵
素の数は、６に増加する。１つの生物体における６つの酵素全てのこの存在は、
以前は報告されていなかった。Ｐ．ｃｉｔｒｏｎｅｌｌｏｌｉｓは、オキサロア
セテート、ＰＥＰおよびピルベートを相互変換する、１組の５つの酵素（すなわ
ち、ピルビン酸キナーゼ、ＰＥＰシンセターゼ、ＰＥＰカルボキシラーゼ、オキ
サロアセテートデカルボキシラーゼおよびピルビン酸カルボキシラーゼ）を含む
（Ｏ’Ｂｒｉｅｎ，Ｒ．Ｗ．ら、Ｊ．Ｂｉｏｌ．Ｃｈｅｍ．２５２：１２５７−
１２６３（１９７７））。Ａｚｏｔｏｂａｃｔｅｒは、ＰＥＰシンセターゼを除
く上記の酵素全てを含む（Ｓｃｒｕｔｔｏｎ，Ｍ．Ｃ．およびＴａｙｌｏｒ，Ｂ
．Ｌ．，Ａｒｃｈ．Ｂｉｏｃｈｅｍ．Ｂｉｏｐｈｙｓ．１６４：６４１−６５４
（１９７４））。

【００９０】Ｃ．ｇｌｕｔａｍｉｃｕｍにおける６つの代謝的に関連する酵素の存在は、エ
フェクターを介したこれらの酵素の調節が重要であることを示唆する。他の下流
の活性との協調における、６つの酵素全ての生化学的研究および遺伝子的研究は
、この産業的に重要な生物体による一次代謝産物の産生を最大にするために必要
な、正確な手順の解明を導き得る。

【００９１】（実施例６：ピルビン酸カルボキシラーゼ変異体の構築）ピルビン酸カルボキシラーゼＤＮＡのヌクレオチド１８０〜ヌクレオチド３６
３０のリーディングフレーム全体を、ＰＣＲを用いて増幅した。ＰＣＲに使用し
たオリゴヌクレオチドプライマーは、サイレントな変異誘発によりコード配列内
にあるＳａｌＩ部位を除去し、そしてＥｃｏＲＶ部位およびＳａｌＩ部位を、こ
のオープンリーディングフレームの上流および下流にそれぞれ導入するために設
計した。このＰＣＲ産物を、ＥｃｏＲＶおよびＳａｌＩを用いて消化し、そして
ベクターｐＢｌｕｅｓｃｒｉｐｔにクローン化した。得られるプラスミドは、ｐ
ＰＣＢｌｕｅｓｃｒｉｐｔである。ｐｙｃのプラスミド媒介性破壊を得るために
、ｐＰＣＢｌｕｅｓｃｒｉｐｔの誘導体を、ｐｙｃ遺伝子の中心部分を欠失させ
、そして抗生物質チオストレプトンに対する耐性をコードするｔｓｒ遺伝子と置
換させて作製した。次いで、ＲＰ４ｍｏｂエレメントをこのプラスミドに挿入し
、ｐＡＬ２４０を得た。このプラスミドは、Ｃｏｒｙｎｅｂａｃｔｅｒｉｕｍに
結合的に移され得るが、これは、ＣｏｌＥ１複製起点のみを有するので、次いで
複製することができない。ｐＡＬ２４０を、トランス接合を介してＥ．ｃｏｌｉ
Ｓ１７−１からＣ．ｇｌｕｔａｍｉｃｕｍへ移し、そしてトランス接合体を、
チオストレプトンおよびナリジクス酸を含む培地上で選択した。

【００９２】各々のトランス接合体の薬物耐性表現型を確認した後、このトランス接合体を
、異なる炭素源上で増殖するそれらの能力について試験した。ｐＡＬ２４０は、
Ｃ．ｇｌｕｔａｍｉｃｕｍ中で複製できないので、生存する細胞のみが、そのゲ
ノムがこのプラスミドとの組換えを受けた細胞でなければならない。いくつかの
候補が、表現型の適切なセットと同一であった：これらは、チオストレプトンお
よびナリジクス酸に対して耐性であり、唯一の炭素源としてグルコースまたはア
セテートを含む最小プレート上で良好に増殖し、そして唯一の炭素源としてラク
テートを含む最小プレート上では不十分に増殖するかまたは全く増殖しない。サ
ザンハイブリダイゼーションおよびＰＣＲに基づくアッセイを、このゲノム中に
ピルビン酸カルボキシラーゼ遺伝子の１つのコピーのみが存在するか否かという
こと、およびそれがチオストレプトン耐性マーカーを用いて破壊されることを確
認するために使用した。この株によるリジン産生およびビオチン化タンパク質の
産生を試験し、そしてΔｐｙｃ株を、活性アッセイにおけるネガティブコントロ
ールとし、そして相補性試験のための宿主株とした。

【００９３】（実施例７：過剰発現株の開発）ピルビン酸カルボキシラーゼの増加したレベルがリジンの増加した産生を導く
という仮説を試験するために、そのピルビン酸カルボキシラーゼ遺伝子の発現が
、誘導プロモーターの制御下にある株を作製する必要がある。

【００９４】ベクターｐＡＰＥ１２（これは、ＩＰＴＧ制御ｔｒｃプロモーターの下流に、
ＮＧ２複製起点およびマルチクローニング部位を有する）を、Ｃ．ｇｌｕｔａｍ
ｉｃｕｍにおける発現ベクターとして使用した。Ｐｔｒｃの下流にピルビン酸カ
ルボキシラーゼ遺伝子を含むｐＡＰＥ１２の誘導体を作製した。このｐｙｃ遺伝
子を、ＳａｌＩおよびＸｂａＩを用いてｐＰＣＢｌｕｅｓｃｒｉｐｔから切り出
し、そして同じ酵素で切断したｐＡＰＥ１２に連結し、ｐＬＷ３０５を形成した
。ＰＣＢｌｕｅｓｃｒｉｐｔに（そしてそれ故、ｐＬＷ３０５に）存在するこの
ピルビン酸カルボキシラーゼ遺伝子は野生型ＧＴＧ開始コドンを有し、そしてこ
の野生型遺伝子の５’末端付近に存在するＳａｌＩ制限部位は、ピルビン酸カル
ボキシラーゼ遺伝子の増幅の間の、１塩基のサイレントな変異の導入により除去
された。

【００９５】ｐＬＷ３０５およびｐＡＰＥ１２を、いくつかの他のＣｏｒｙｎｅｂａｃｔｅ
ｒｉｕｍ遺伝子のバックグラウンドへエレクトロポレートした。

【００９６】ｐＬＷ３０５のピルビン酸カルボキシラーゼ遺伝子は、ＧＴＧ開始コドンを有
し、そしてｔｒｃプロモーターと開始コドンとの間に、いくつかの介在ＤＮＡを
保有するので、これらの欠点を排除する、ピルビン酸カルボキシラーゼ過剰発現
プラスミド（ｐＸＬ１）を設計した。この遺伝子の５’末端を、同時にＧＴＧ開
始コドンをＡＴＧに変化し、そしてＢｓｐＬＵ１１−Ｉ制限部位（これはＮｃｏ
Ｉと適合性である）を導入するオリゴヌクレオチドプライマーを用いて、ｐＬＷ
３０５から増幅した。次いで、このＰＣＲ産物を、ＢｓｐＬＵ１１−ＩおよびＡ
ｆｅＩで切断し、そして、ＮｃｏＩを用いるｐＬＷ３０５の部分的な消化、続い
てＡｆｅＩを用いる完全な切断により得られる７．５ｋｂの骨格に、連結した。
連結および形質転換の２つの独立したセットは、推定ｐＸＬ１クローンを生じた
。

【００９７】（実施例８：発酵の結果）ピルビン酸カルボキシラーゼ活性のレベルは、この遺伝子が、そのネイティブ
のＣ．ｇｌｕｔａｍｉｃｕｍプロモーターから発現される場合、使用される炭素
源により大いに変化することが示されている。従って、これらの炭素源上で増殖
した株におけるピルビン酸カルボキシラーゼの産生を試験した。

【００９８】株ＮＲＲＬＢ−１１４７４、ＮＲＲＬＢ−１１４７４（ｐＬＷ３０５）、
およびＮＲＲＬＢ−１１４７４Δｐｙｃ候補３５を、２つの異なる炭素源：グ
ルコースまたはラクテート、を有するＮＲＲＬＢ−１１４７４のための最小培
地上でフラスコ中で培養した。増殖およびアミノ酸産生の結果を以下に示す。

【００９９】

【表３】ＮＲＲＬＢ−１１４７４およびｐＬＷ３０５は、グルコース上で同じ挙動を
示す。両方の株は、同じ量のバイオマスおよびリジンを産生する。ラクテート上
でもまた、これらの株は、同様なリジンの産生量を有する。ＮＲＲＬＢ−１１
４７４（ｐＬＷ３０５）が、培地中の全てのラクテート（１７ｇ／ｌ）を消費し
たのに対して、野生型ＮＲＲＬＢ−１１４７４は、同じ時間の間に４０％少な
いラクテートを消費した。ＮＲＲＬＢ−１１４７４は、ラクテートを０．３７
ｇラクテート／時の速度で消費すると計算されたのに対して、ＮＲＲＬＢ−１
１４７４（ｐＬＷ３０５）株は、この基質を０．６５ｇラクテート／時の速度で
消費した。

【０１００】ＮＲＲＬＢ−１１４７４Δｐｙｃは、ラクテート上で増殖せず、これは予想
された表現型と一致する。Ｂ−１１４７４Δｐｙｃのグルコース上での増殖は非
常に低く、そしてこの株はリジンを産生しない。これらの株の挙動をさらに特徴
付けるために、動力学的研究を行う。

【０１０１】（実施例９：ビオチン化タンパク質の可視化）ピルビン酸カルボキシラーゼは、ビオチンを含む。従って、細胞における特定
のビオチン化産物の出現をモニターすることにより、この酵素の蓄積の検出が可
能であるはずである。

【０１０２】（実施例１０：電気泳動ゲル）電気泳動ゲル中でビオチン化タンパク質を検出するために、市販のアルカリホ
スホターゼに結合したストレプトアビジンを使用した。Ｅ．ｃｏｌｉＤＨ５α
またはＮＲＲＬＢ−１１４７４の誘導培養物および非誘導培養物からの粗タン
パク質は、ｐＡＰＥ１２またはｐＬＷ３０５を保有し、これらのタンパク質を、
２連の７．５％ポリアクリルアミド変性電気泳動ゲル上で分離した。全てのタン
パク質を可視化し、そして各レーンにロードしたタンパク質の等しいレベルを確
実にするために、各対の１つのゲルを、ＣｏｏｍａｓｓｉｅＢｒｉｌｌｉａｎ
ｔＢｌｕｅで染色する。他方のゲルを、ビオチン化タンパク質と結合するスト
レプトアビジン−アルカリホスファターゼ試薬で処理する。次いで、これらのタ
ンパク質の位置を、比色基質（５−ブロモ−４−クロロ−３−インドリルホスフ
ェート（ＢＣＩＰ））とともにアルカリホスファターゼを提供することにより可
視化し得る。他者より報告されたように、２つの主要なビオチン化タンパク質を
検出した。より大きい分子量の種（約１２０ｋＤａ）は、ピルビン酸カルボキシ
ラーゼであり、そしてより小さい分子量の種（約６０ｋＤａ）は、アセチルＣｏ
Ａカルボキシラーゼのビオチン化サブユニットであることが示された。

【０１０３】本明細書中上記に言及された全ての刊行物は、本明細書中に参考としてその全
体が援用される。

【０１０４】上記の発明を、明瞭さおよび理解の目的でいくぶん詳細に記載しているが、形
態および詳細における種々の変更が、本発明および添付の特許請求の範囲の真の
範囲から逸脱することなくなされ得ることは、本発明の開示を読むことにより、
当業者により理解される。

【０１０５】

【表４】

【０１０６】

【表５】

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、ＡＴＣＣ受託番号＿において含まれるＤＮＡクローンの配列決定によ
って決定された、完全なピルビン酸カルボキシラーゼタンパク質のヌクレオチド
（配列番号１）および推定アミノ酸（配列番号２）の配列を示す。このタンパク
質は、約１１４０アミノ酸残基の配列を有し、そして推定分子量約１２３．６ｋ
Ｄａを有する。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｃ１２Ｎ 9/00 Ｃ１２Ｎ 15/00 ＺＮＡＡＣ１２Ｐ 13/08 5/00 Ａ (81)指定国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，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ) ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，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，ＺＷ (72)発明者シンスキー，アンソニージェイ．アメリカ合衆国マサチューセッツ 02115，ボストン，コモンウェルスアベニュー 285 (72)発明者レサード，フィリップエイ．アメリカ合衆国マサチューセッツ 01701，フラミンガム，フォスタードライブ 11 (72)発明者ウィリス，ローラビー．アメリカ合衆国マサチューセッツ 02139，ケンブリッジ，ナンバー１，エルムストリート 32 Ｆターム(参考） 4B024 AA03 AA05 BA07 BA72 CA01 EA06 GA11 4B050 CC03 DD02 EE10 HH00 LL02 LL05 4B064 AE25 CA19 CB30 CC24 CD07 DA01 DA10 4B065 AA24Y AB01 AC14 BA02 BD29 CA17 CA27 CA42 CA44

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】単離された核酸分子であって、該核酸分子が、以下：（ａ）配列番号２のアミノ酸配列を有するピルビン酸カルボキシラーゼポリペ
プチドをコードする、ヌクレオチド配列；（ｂ）ＡＴＣＣ受託番号＿に含まれるコスミドクローンによってコードされる
、完全なアミノ酸配列を有するピルビン酸カルボキシラーゼポリペプチドをコー
ドする、ヌクレオチド配列；および（ｃ）（ａ）または（ｂ）のいずれかのヌクレオチド配列に相補的なヌクレオ
チド配列、からなる群より選択される配列に、少なくとも９５％同一なヌクレオチド配列を
有するポリヌクレオチドを含む、単離された核酸分子。
【請求項２】前記ポリヌクレオチドが、配列番号１の完全なヌクレオチド
配列を有する、請求項１に記載の核酸分子。
【請求項３】前記ポリヌクレオチドが、配列番号２のアミノ酸配列を有す
るピルビン酸カルボキシラーゼポリペプチドをコードする、配列番号１のヌクレ
オチド配列を有する、請求項１に記載の核酸分子。
【請求項４】前記ポリヌクレオチドが、ＡＴＣＣ受託番号＿に含まれるコ
スミドクローンによってコードされる、完全なアミノ酸配列を有するピルビン酸
カルボキシラーゼポリペプチドをコードする、ヌクレオチド配列を有する、請求
項１に記載の核酸分子。
【請求項５】単離された核酸分子であって、該核酸分子が、請求項１に記
載の（ａ）、（ｂ）または（ｃ）のヌクレオチド配列に同一なヌクレオチド配列
を有するポリヌクレオチドに、ストリンジェントなハイブリダイゼーション条件
下で、ハイブリダイズするポリヌクレオチドを含み、ここで、該ハイブリダイズ
するポリペプチドが、ストリンジェントなハイブリダイゼーション条件下で、Ａ
残基のみまたはＴ残基のみからなるヌクレオチド配列を有するポリヌクレオチド
にハイブリダイズしない、単離された核酸分子。
【請求項６】前記ポリヌクレオチドが、ＤＮＡである、請求項１に記載の
単離された核酸分子。
【請求項７】前記ポリヌクレオチドが、ＲＮＡである、請求項１に記載の
単離された核酸分子。
【請求項８】組換えベクターを作製するための方法であって、該方法が、
ベクターに、請求項１に記載の単離された核酸分子を挿入する工程、を包含する
、方法。
【請求項９】請求項８に記載の方法によって産生される、組換えベクター
。
【請求項１０】組換え宿主細胞を作製する方法であって、該方法が、宿主
細胞に、請求項９に記載の組換えベクターを導入する工程、を包含する、方法。
【請求項１１】請求項１０に記載の方法によって産生される、組換え宿主
細胞。
【請求項１２】ピルビン酸カルボキシラーゼを産生するための組換え方法
であって、該方法が、前記ポリペプチドが発現されるような条件下で、請求項１
１に記載の組換え宿主細胞を培養する工程、および該ポリペプチドを回収する工
程、を包含する、組換え方法。
【請求項１３】前記ピルビン酸カルボキシラーゼが、Ｃｏｒｙｎｅｂａｃ
ｔｅｒｉｕｍｇｌｕｔａｍｉｃｕｍにおける発現よりも、２〜２０倍高く発現
される、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】単離されたピルビン酸カルボキシラーゼポリペプチドであ
って、該ポリペプチドが、以下：（ａ）配列番号２の完全なアミノ酸配列を有するピルビン酸カルボキシラーゼ
ポリペプチドのアミノ酸配列；（ｂ）ＡＴＣＣ受託番号＿において含まれるコスミドクローンによってコード
される完全なアミノ酸配列を有する、ピルビン酸カルボキシラーゼポリペプチド
のアミノ酸配列；およびからなる群より選択される配列に、少なくとも９５％同一なアミノ酸配列を有す
る、単離されたピルビン酸カルボキシラーゼポリペプチド。
【請求項１５】アミノ酸配列を作製する方法であって、該方法が、請求項
１に記載のヌクレオチド配列を発現する工程、および該アミノ酸配列を回収する
工程、を包含する、方法。
【請求項１６】前記アミノ酸が、リジンである、請求項１５に記載の方法
。
【請求項１７】ピルビン酸カルボキシラーゼが、Ｃｏｒｙｎｅｂａｃｔｅ
ｒｉｕｍｇｌｕｔａｍｉｃｕｍにおける発現よりも、２〜２０倍高く発現され
る、請求項１５に記載の方法。