JP2003510081A - Gene cluster involved in achracinomycin biosynthesis and its use for genetic engineering - Google Patents

Gene cluster involved in achracinomycin biosynthesis and its use for genetic engineering

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JP2003510081A
JP2003510081A JP2001526960A JP2001526960A JP2003510081A JP 2003510081 A JP2003510081 A JP 2003510081A JP 2001526960 A JP2001526960 A JP 2001526960A JP 2001526960 A JP2001526960 A JP 2001526960A JP 2003510081 A JP2003510081 A JP 2003510081A
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クリスティーナ・ユリホンコ
カイ・レティ
ユハ・ハカラ
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ガリラエウス・オサケ・ユキテュア
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Abstract

(57)【要約】 本発明は、ストレプトマイセス・ガリラエウス(Streptomyces galilaeus)由来の7kb XhoI−NotIフラグメントおよび隣接8.5kb BglIIフラグメント中に含まれるアクラシノマイシン生合成用遺伝子クラスター、およびハイブリッド抗生物質を得るためまたはアクラシノマイシンもしくは関連抗生物質の収率を高めるための該遺伝子クラスターに含まれる該遺伝子の使用に関する。 (57) Abstract: The present invention relates to a gene cluster for aracinomycin biosynthesis contained in a 7 kb XhoI-NotI fragment derived from Streptomyces galilaeus and an adjacent 8.5 kb BglII fragment, and a hybrid antibiotic. To the use of said genes in said gene cluster to obtain or to increase the yield of achracinomycin or related antibiotics.

Description

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

【0001】 (発明の分野) 本発明は、ストレプトマイセス・ガリラエウス(Streptomyces galilaeus)由
来のアクラシノマイシン生合成用遺伝子クラスター、およびハイブリッド抗生物
質を得るためかまたはアクラシノマイシンもしくは関連する抗生物質の収率を増
大させるための該遺伝子クラスターに含まれる該遺伝子の使用に関する。
FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to a gene cluster for aclacinomycin biosynthesis from Streptomyces galilaeus, and to obtain hybrid antibiotics or of aclacinomycin or related antibiotics. It relates to the use of said genes comprised in said gene cluster for increasing the yield.

【0002】 (発明の背景) アントラサイクリンは、広範囲にわたって使用される抗癌剤である。7種類の
アントラサイクリンが世界中で臨床使用中である:ダウノルビシン、ドキソルビ
シン、イダルビシン、エピルビシン、ピラルビシン、ゾルビシンおよびアクラル
ビシン。代表的な化合物は、ドキソルビシンであり、これは、最も有効であり、
広範囲に及ぶ悪性疾患に対して作用する。ドキソルビシンについて見られる蓄積
性心臓毒のような種々の毒作用は、しばしば、治療を中断させることがある。さ
らにまた、入手可能なアントラサイクリンに対して応答しない悪性疾患のタイプ
もある。アントラサイクリンの臨床効率に反映するアントラサイクリンの作用機
序は明らかではないが、ほとんどの研究者が望ましい効果としてトポイソメラー
ゼIIの阻害を考えている。キノン系構造由来のフリーラジカルの発生が心臓毒
のような副作用に関与することが示唆されている。アントラサイクリンは、最近
、ストール教授(Professor Strohl)および彼のグループにより論評された(1
997)。
BACKGROUND OF THE INVENTION Anthracyclines are widely used anticancer agents. Seven anthracyclines are in clinical use worldwide: Daunorubicin, Doxorubicin, Idarubicin, Epirubicin, Pirarubicin, Zorubicin and Aclarubicin. A representative compound is doxorubicin, which is the most effective,
Acts against a wide range of malignant diseases. Various toxic effects, such as the cumulative cardiotoxin seen with doxorubicin, can often interrupt treatment. Furthermore, there are also types of malignancy that do not respond to available anthracyclines. Although the mechanism of action of anthracyclines that reflects the clinical efficacy of anthracyclines is not clear, most researchers consider inhibition of topoisomerase II as a desirable effect. It has been suggested that the generation of free radicals derived from a quinone structure is involved in side effects such as cardiotoxin. Anthracyclines were recently reviewed by Professor Strohl and his group (1
997).

【0003】 オキら(Oki et al. (1975))により最初に開示されたアクラシノマイシンA
(アクラルビシン)は、ストレプトマイセス・グリラエウスATCC31133
およびストレプトマイセス・ガリラエウスATCC 31615により産生され
たアントラサイクリン抗生物質である。それは、腫瘍細胞に対して作用し、ドキ
ソルビシンと比較して軽減された毒物特性を示す。しかしながら、その活性は、
充実性腫瘍には及ばず、白血病治療におけるその使用は制限される。アクラルビ
シンは、その構造において他の対応物とは異なる。三糖部分であるロドサミン−
2−デオキシフコース−シネルロースAがグリコシド結合によりC−7で結合し
ているが、一方、ダウノマイシンの対応する位置では、唯一の糖残基であるダウ
ノサミンが結合しているだけである。
Aclacinomycin A first disclosed by Oki et al. (1975)
(Aclarubicin) is Streptomyces grillaeus ATCC31133
And the anthracycline antibiotic produced by Streptomyces galileaeus ATCC 31615. It acts on tumor cells and exhibits reduced toxic properties compared to doxorubicin. However, its activity is
It falls short of solid tumors and its use in treating leukemia is limited. Aclarubicin differs from its other counterparts in its structure. Rhodosamine which is a trisaccharide moiety
2-Deoxyfucose-Cinellulose A is linked at C-7 by a glycosidic bond, whereas at the corresponding position in daunomycin, only one sugar residue, daunosamine, is bound.

【0004】 アントラサイクリンには30年間ほどの長い歴史があるにもかかわらず、それ
らの生合成についての研究はいまだ続いており、癌の化学療法薬を創薬するため
に新規分子を得ることを目的としている。薬物スクリーニングのための新規分子
を見出すための現行法は、遺伝子操作である。アントラサイクリン生合成用遺伝
子のクローン化は、ハイブリッドアントラサイクリンの生成を容易にし、それら
をコンビナトリアル生合成に使用して新規分子を得ることができる。現在臨床使
用中のアントラサイクリンの化学的性質に関して、アクラルビシンは、その生合
成遺伝子を新規生成物の創作に関与させる固有の特徴を有する。
[0004] Despite the long history of anthracyclines of around 30 years, research into their biosynthesis is still ongoing and it has been sought to obtain new molecules for the development of cancer chemotherapeutic agents. Has an aim. The current method for finding new molecules for drug screening is genetic engineering. Cloning of genes for anthracycline biosynthesis facilitates the production of hybrid anthracyclines, which can be used in combinatorial biosynthesis to obtain novel molecules. With respect to the chemistry of anthracyclines currently in clinical use, aclarubicin has the unique characteristic that its biosynthetic genes are involved in the creation of new products.

【0005】 デオキシヘキソース経路用遺伝子に関して、Madduri et al., (1998) は、ア
ベルメクチン(avermectin)生合成クラスター由来の遺伝子をストレプトマイセ
ス・ピウセチウス株に導入すると糖部分を変更するハイブリッドアントラサイク
リンの生成を引き起こしたことを報告した。得られた生成物は、商業的に重要な
アントラサイクリンであるエピルビシンであった。この場合、ダウノサミン部分
におけるヒドロキシ基は、アベルメクチン生合成遺伝子の作用により反対の立体
化学であった。
Regarding the gene for the deoxyhexose pathway, Madduri et al., (1998) generated a hybrid anthracycline that changes the sugar moiety when a gene derived from the avermectin biosynthetic cluster is introduced into a Streptomyces piucetius strain. Reported that caused. The product obtained was epirubicin, a commercially important anthracycline. In this case, the hydroxy group in the daunosamine moiety had the opposite stereochemistry due to the action of the avermectin biosynthesis gene.

【0006】 ストレプトマイセス・ガリラエウスを宿主として用い、ストレプトマイセス・
プルプラッセンス(S. purpurascens)由来のロドマイシン経路由来の遺伝子を
用いて(Niemi et al., 1994)、およびストレプトマイセス・ノガラター由来の
ノガラマイシン生合成クラスター由来の遺伝子を用いて(Ylihonko et al., 199
6a)、ハイブリッドアントラサイクリンを製造した。ノガラマイシン経路用遺伝
子を用いて、典型的にはステッフィマイシンを産生するストレプトマイセス・ス
テッフィスブルゲンシス(S. steffisburgensis)中でハイブリッドアントラサ
イクリン産生を生じさせた(Kunnari et al., 1997)。以前には、アクチノロジ
ン(actinorhodin)用の生合成遺伝子をストレプトマイセス・ガリラエウスにて
発現させてアロエサポナリン(aloesaponarin)を形成させた(Strohl et al.,
1991)。これらのハイブリッド化合物は、アグリコン部分において修飾されてい
た。最近、ノガラマイシンのデオキシヘキソース経路に関与する生合成遺伝子を
用い、宿主としてストレプトマイセス・ガリラエウス変異株を用いてハイブリッ
ド化合物が得られた(フィンランド特許出願番号第982295号)。
[0006] Using Streptomyces galileaeus as a host, Streptomyces
Using genes from the rhodomycin pathway from S. purpurascens (Niemi et al., 1994) and from the nogaramycin biosynthetic cluster from Streptomyces nogarater (Ylihonko et al. , 199
6a), a hybrid anthracycline was produced. Genes for the nogaramycin pathway have been used to generate hybrid anthracycline production in S. steffisburgensis, which typically produces stepfimycin (Kunnari et al., 1997). Previously, a biosynthetic gene for actinorhodin was expressed in Streptomyces galileaeus to form aloesaponarin (Strohl et al.,
1991). These hybrid compounds were modified in the aglycone part. Recently, a hybrid compound was obtained using a biosynthetic gene involved in the deoxyhexose pathway of nogaramycin and a Streptomyces galileaeus mutant strain as a host (Finnish Patent Application No. 982295).

【0007】 上記で示したとおり、ストレプトマイセス・ガリラエウスをクローニング宿主
として用いて新規分子が得られたが、一方、遺伝子を提供するためのその使用は
開示されていない。アクラシノマイシン生合成に関与する同定された遺伝子とし
ては、ポリケチドレダクターゼ遺伝子(Tsukamoto et al., 1994)、アクラノン
酸メチルエステルシクラーゼ(GeneBank, ACCESSION AF043550)およびポリケチ
ドシンターゼに関する遺伝子(Hutchinson and Fujii, 1995;配列入手不可能)
が挙げられる。
As indicated above, a novel molecule has been obtained using Streptomyces galileaeus as a cloning host, while its use for providing genes has not been disclosed. As the identified genes involved in aclacinomycin biosynthesis, polyketide reductase gene (Tsukamoto et al., 1994), akranonate methyl ester cyclase (GeneBank, ACCESSION AF043550) and polyketide synthase gene (Hutchinson and Fujii, 1995; Sequence not available)
Is mentioned.

【0008】 (発明の概要) 本発明は、遺伝子のほとんどがロドサミン、2−デオキシフコースおよび/ま
たはロジノースに関するデオキシヘキソース経路由来のものである遺伝子クラス
ターに関する。該遺伝子クラスターは、ストレプトマイセス・ガリラエウスAT
CC 31615からクローン化され、アクラシノマイシンの生合成に関与する
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention relates to gene clusters where most of the genes are from the deoxyhexose pathway for rhodosamine, 2-deoxyfucose and / or rosinose. The gene cluster is Streptomyces galileaeus AT
It has been cloned from CC 31615 and is involved in the biosynthesis of aclacinomycin.

【0009】 (発明の詳細な記載) 本発明の実験方法は、当該技術分野において慣用的な生化学的および化学的方
法を包含する。該技法の詳細な開示は、本明細書では説明しないが、Hopwood et
al.,“Genetic manipulation of Streptomyces: a laboratory manual”The Jo
hn Innes Foundation, Norwich (1985) および Sambrook et al., (1989)“Mole
cular cloning: a laboratory manual”のマニュアルにて提供される。 本明細書にて引用されている刊行物、特許および特許出願は、文献リストに完
全に記載している。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The experimental methods of the present invention include biochemical and chemical methods conventional in the art. A detailed disclosure of the technique, not described herein, is provided by Hopwood et.
al., “Genetic manipulation of Streptomyces: a laboratory manual” The Jo
hn Innes Foundation, Norwich (1985) and Sambrook et al., (1989) “Mole
cular cloning: a laboratory manual ”. The publications, patents and patent applications cited in this specification are fully listed in the literature list.

【0010】 本発明は、特に、アクラシノマイシン生合成用の遺伝子クラスターの発見に関
する。該クラスターは、ストレプトマイセス・ピウセチウス株に導入されると、
それらの糖部分において修飾されたハイブリッド抗生物質の産生を引き起こす。
The invention relates in particular to the discovery of gene clusters for aclacinomycin biosynthesis. When the cluster is introduced into the Streptomyces piucetius strain,
Causes the production of hybrid antibiotics modified in their sugar moieties.

【0011】 抗生物質に関する遺伝子をクローン化するためにいくつかのストラテジーを採
用できる。遺伝子ライブラリーについての宿主としてイー・コリを用いる場合、
ハイブリダイゼーションは、最も有利なスクリーニングストラテジーである。ハ
イブリダイゼーション用プローブは、アクラルビシン糖に関する生合成クラスタ
ーに対して、該クラスターとハイブリダイズすることができるほど十分な相同性
を示すいずれの公知のフラグメントであってもよい。所望の領域に対して同一で
あるDNAフラグメントが好ましい。Sg−dhtと称されるかかるフラグメン
トは、4,6−デヒドラターゼ遺伝子の保存領域にアニーリングする退化したオ
リゴヌクレオチドを用いて、ストレプトマイセス・ガリラエウス染色体DNAの
PCR増幅により得られた。4,6−デヒドラターゼは、ヌクレオチドに結合し
たグルコース分子を抗生物質にて一般に見られる6−デオキシ糖に転換させる反
応シリーズに関与する第1の酵素である。このプローブを用いると、制限遺伝子
ライブラリーからのデオキシヘキソース経路のクラスターをクローン化すること
が可能であった。クローニングストラテジーを簡単にするために、該ライブラリ
ーを、イー・コリ中で複製するpUCベースのプラスミド(例えば、pBlue
scriptまたはpWHM1109)中にて調製した。
Several strategies are available for cloning genes for antibiotics. When E. coli is used as the host for the gene library,
Hybridization is the most advantageous screening strategy. The hybridization probe may be any known fragment that shows sufficient homology to a biosynthetic cluster for aclarubicin sugar so that it can hybridize with the cluster. DNA fragments that are identical to the desired region are preferred. Such a fragment, termed Sg-dht, was obtained by PCR amplification of Streptomyces galileaeus chromosomal DNA using degenerate oligonucleotides that anneal to the conserved region of the 4,6-dehydratase gene. 4,6-Dehydratase is the first enzyme involved in the reaction series that converts nucleotide-bound glucose molecules to 6-deoxy sugars commonly found in antibiotics. With this probe it was possible to clone clusters of the deoxyhexose pathway from a restriction gene library. To simplify the cloning strategy, the library is cloned into an E. coli pUC-based plasmid (eg, pBlue).
prepared in script or pWHM1109).

【0012】 本発明のアクラシノマイシン生合成に関与する遺伝子をクローン化するストラ
テジーは、簡単には、以下のとおりであった:全DNAをストレプトマイセス・
ガリラエウス(ATCC 31615)から単離し、平均10kbのフラグメン
トを生じるいくつかの制限酵素で消化した。制限フラグメントは、プローブとし
て相同性DNAフラグメントSg−dhtを用いてサザンハイブリダイゼーショ
ンにより分析した。BglIIにより、8.5kbのハイブリダイズしたフラグ
メントが得られ、XhoIおよびNotIを用いる二重消化により7kbのハイ
ブリダイズしたフラグメントが得られた。(i)BglIIおよび(ii)Xh
oI−NotIを用いてDNA消化を行ない、フラグメントを、各々、BamH
Iで消化したイー・コリ−ストレプトマイセス・シャトルベクターpWHM11
09、およびXhoI−NotIで消化したpBluescriptとライゲー
トした。ライゲーション混合物を、緩和された制限−修飾系を示すイー・コリX
L1BlueMRF'中に導入した。コロニーを、プレート当たり200〜60
0cfu(コロニー形成単位)となるように希釈して寒天プレート上にプレーテ
ィングした。十分に増殖したコロニーをハイブリダイゼーション用のナイロン膜
に移し、Sg−dhtプローブを用いてハイブリダイゼーションを行なった。B
glII消化クローン786個のうち6個からハイブリダイゼーションシグナル
が得られ、XhoI−NotIフラグメントを担持するこれらのクローン152
3個のうち7個からハイブリダイゼーションシグナルが得られた。ハイブリダイ
ゼーションおよび洗浄は、低い塩濃度で65℃のストリンジェント条件下で行な
った。プローブの標識化およびハイブリダイゼーションのためのいくつかの技法
が可能であるが、ベーリンガー・マンハイム(Boehringer Mannheim)の“The D
IG System User's Guide for Filter Hybridization”による方法が好ましい。
ハイブリダイゼーションシグナルが得られるコロニーをプラスミド単離のために
培養した。該プラスミドをサザンハイブリダイゼーションにより分析して、コロ
ニーハイブリダイゼーションの信頼性を確認した。所望のDNAフラグメント(
Sg4およびSg5)を含有するプラスミドは、pSgc4(BglII−フラ
グメント)およびpSgc5(XhoI−NotIフラグメント)と命名した(
図2を参照のこと)。
The strategy for cloning the genes involved in aclacinomycin biosynthesis of the present invention was simply as follows: total DNA was Streptomyces
It was isolated from Galileaeus (ATCC 31615) and digested with several restriction enzymes resulting in an average 10 kb fragment. The restriction fragments were analyzed by Southern hybridization using the homologous DNA fragment Sg-dht as a probe. BglII gave an 8.5 kb hybridized fragment and double digestion with XhoI and NotI gave a 7 kb hybridized fragment. (I) BglII and (ii) Xh
DNA digestion was carried out with oI-NotI and the fragments were digested with BamH, respectively.
E. coli-Streptomyces shuttle vector pWHM11 digested with I
09, and ligated with pBluescript digested with XhoI-NotI. The ligation mixture was transformed with E. coli X showing a relaxed restriction-modification system.
It was introduced into L1Blue MRF '. 200-60 colonies per plate
Diluted to 0 cfu (colony forming units) and plated on agar plates. The sufficiently grown colonies were transferred to a nylon membrane for hybridization, and hybridization was performed using Sg-dht probe. B
Hybridization signals were obtained from 6 out of 786 glII digested clones, and these clones 152 carrying the XhoI-NotI fragment.
Hybridization signals were obtained from 7 out of 3. Hybridization and washing were performed under low salt concentration and stringent conditions at 65 ° C. Several techniques for probe labeling and hybridization are possible, but are described by Boehringer Mannheim in “The D”.
IG System User's Guide for Filter Hybridization ”is preferred.
Colonies for which a hybridization signal was obtained were cultivated for plasmid isolation. The plasmid was analyzed by Southern hybridization to confirm the reliability of colony hybridization. The desired DNA fragment (
The plasmids containing Sg4 and Sg5) were named pSgc4 (BglII-fragment) and pSgc5 (XhoI-NotI fragment) (
See FIG. 2).

【0013】 Sg4およびSg5フラグメントを配列決定するためにイー・コリベクターp
UC19およびpBluescript中にサブクローン化した。合計30個の
サブクローンを用いてSg4およびSg5のヌクレオチド配列を得た。配列決定
したクラスターは、アクラシノマイシンの生合成に関与する13個の遺伝子を明
らかにした。配列ライブラリー中にて見出された配列との比較により、アクチベ
ーターに関するsga2、デヒドラターゼに関するsga3、オキシドレダクタ
ーゼに関するsga4、dTDP−グルコース−4,6−デヒドラターゼに関す
るsga5、グリコシルトランスフェラーゼ(GTF)に関するsga6、推定
イソメラーゼに関するsga7、アクラビケトンレダクターゼに関するsga8
、推定ポリケチドアセンブラーに関するsga9、推定シクラーゼに関するsg
a10、アミノメチラーゼに関するsga11、グルコース−1−ホスフェート
チミジリルトランスフェラーゼに関するsga12、アミノトランスフェラーゼ
に関するsga13としての機能が示された。sga1の機能は、類似性検索に
基づいては示されてない。推定される機能に基づいて、9個の遺伝子がグリコシ
ル化経路に関与している。アグリコンの形成に関与する遺伝子は、sga8、s
ga9およびsga10である。アクチベーターSga2は、グリコシル化系お
よびポリケチド経路を経由するアクラビノンの形成の両方を制御できる。
E. coli vector p for sequencing the Sg4 and Sg5 fragments
Subcloned into UC19 and pBluescript. A total of 30 subclones were used to obtain the nucleotide sequences of Sg4 and Sg5. The sequenced cluster revealed 13 genes involved in aclacinomycin biosynthesis. By comparison with the sequences found in the sequence library, sga2 for activator, sga3 for dehydratase, sga4 for oxidoreductase, sga5 for dTDP-glucose-4,6-dehydratase, sga6 for glycosyl transferase (GTF), Sga7 for putative isomerase, sga8 for aclabiketone reductase
, Sga9 for putative polyketide assembler, sg for putative cyclase
The functions of a10, sga11 for aminomethylase, sga12 for glucose-1-phosphate thymidylyltransferase, and sga13 for aminotransferase were shown. The function of sga1 is not shown based on similarity searches. Nine genes are involved in the glycosylation pathway based on their putative function. Genes involved in the formation of aglycones are sga8, s
ga9 and sga10. The activator Sga2 can regulate both the glycosylation system and the formation of aclabinone via the polyketide pathway.

【0014】 pSgc4由来のSg4をストレプトマイセス・リビダンスTK24中でスト
レプトマイセス発現ベクターpIJ486中にクローン化して(Ylihonko et al
., 1996b)、pSgs4を得た。このベクターは、いくつかのストレプトマイセ
ス種にて複製する高コピー数プラスミドであり(Ward et al., 1986)、それは
、多重クローニング部位の上流に構成的に発現されるプロモーターermEを含
有している(Bibb et al., 1985)。TK24から単離したプラスミドpSgs
4を、アクラシノマイシン生合成のデオキシヘキソース経路においてブロックさ
れているストレプトマイセス・ガリラエウス株に導入し、グリコシル化遺伝子に
おける損傷に基づいてε−ロドマイシノンを産生するストレプトマイセス・ピウ
セチウス変異株に導入した。アクラシノマイシン産生能は、3種類のストレプト
マイセス・ガリラエウス変異株H063、H054およびH065により回復さ
れた。変異株H063は、アクラビノンを蓄積し、それは、プラスミドpSgs
4により完全に相補された。その代わりに、中性の糖を有するアクラビノングリ
コシドを産生するがロドサミンを産生しないH054およびH065は、pSg
s4により単に部分的に相補されるだけであった。意外にも、pSgs4を担持
するH063(H063/pSgs4)は、野生型ストレプトマイセス・ガリラ
エウスの2倍のアクラシノマイシンを産生することができた。ε−ロドマイシノ
ンを産生するストレプトマイセス・ピウセチウスM18およびM90は、pSg
s4に対する宿主に選択された。L−ラムノシル−ε−ロドマイシノン(El Kha
med et al., 1977)は、pSgs4が変異株M18およびM90にて発現された
場合に得られ、さらに、M18/pSgs4は、L−ダウノサミニル−ε−ロド
マイシノン(Essery and Doyle, 1980)を産生した。該構造は、新しいものでは
ないが、これは、本発明の遺伝子クラスターの、異種宿主においてハイブリッド
産生物を生じさせる能力を証明している。ハイブリッド化合物を産生するために
、本発明者らは、適当な抗生物質(この場合、チオストレプトン)を補充したE
1培地を用いて、プラスミド含有株についての選択圧を維持することを選んだ。
該生成物を有機溶媒により抽出し、クロマトグラフィーに付すことにより精製し
て、構造解明のために高純度の化合物を得た。
Sg4 from pSgc4 was cloned in Streptomyces expression vector pIJ486 in Streptomyces lividans TK24 (Ylihonko et al.
., 1996b), pSgs4 was obtained. This vector is a high copy number plasmid that replicates in several Streptomyces species (Ward et al., 1986), which contains the promoter ermE, which is constitutively expressed upstream of the multiple cloning site. (Bibb et al., 1985). Plasmid pSgs isolated from TK24
4 was introduced into a Streptomyces galileaeus strain that is blocked in the deoxyhexose pathway of aclacinomycin biosynthesis, and introduced into a Streptomyces piucetius mutant strain that produces ε-rhodomycinone based on damage in the glycosylation gene. did. The ability to produce aclacinomycin was restored by three Streptomyces galileaeus mutant strains H063, H054 and H065. Mutant H063 accumulates aclabinone, which is the plasmid pSgs
4 completely complemented. Instead, H054 and H065, which produce an aclabinone glycoside with a neutral sugar but not rhodosamine, are
It was only partially complemented by s4. Surprisingly, H063 carrying pSgs4 (H063 / pSgs4) was able to produce twice as much aclacinomycin as wild type Streptomyces galileaeus. Streptomyces piucetius M18 and M90, which produce ε-rhodomycinone, have pSg
Selected as host for s4. L-Rhamnosyl-ε-rhodomycinone (El Kha
med et al., 1977) was obtained when pSgs4 was expressed in mutant strains M18 and M90, and further, M18 / pSgs4 produced L-daunosaminyl-ε-rhodomycinone (Essery and Doyle, 1980). . The structure, although not new, demonstrates the ability of the gene cluster of the invention to give rise to hybrid products in heterologous hosts. To produce a hybrid compound, we supplemented E with a suitable antibiotic, in this case thiostrepton.
One medium was chosen to maintain the selective pressure for the plasmid containing strain.
The product was extracted with an organic solvent and purified by chromatography to obtain a highly pure compound for structure elucidation.

【0015】 本発明をさらに例示するための実施例を以下に記載する。[0015]   Examples are provided below to further illustrate the present invention.

【0016】 実験 使用材料 使用した制限酵素は、プロメガ(Promega)(米国ウィスコンシン州マディソ
ン)、ファーメンタス(Fermentas)(リトアニア国)またはベーリンガー・マ
ンハイム(ドイツ国)から購入し、アルカリホスファターゼは、ベーリンガー・
マンハイムから購入し、製造者の説明書に従って使用した。プロテイナーゼKは
、プロメガから購入し、リゾチームは、シグマ(Sigma)から購入した。ハイブ
リダイゼーションにおいて使用したHybondTM−Nナイロン膜は、アマシ
ャム(Amersham)(英国バッキンガムシャー)から購入し、DIG DNA La
belling KitおよびDIG Luminescent Detecti
on Kitは、ベーリンガー・マンハイムから購入した。キアゲン(Qiagen)
(ドイツ国ヒルデン)から入手したQiaquick Gel Extracti
on KitをアガロースからDNAを単離するのに用いた。
Experimental Materials The restriction enzymes used were purchased from Promega (Madison, WI, USA), Fermentas (Lithuania) or Boehringer Mannheim (Germany), and alkaline phosphatase was Boehringer
Purchased from Mannheim and used according to manufacturer's instructions. Proteinase K was purchased from Promega and lysozyme was purchased from Sigma. The Hybond -N nylon membrane used in the hybridization was purchased from Amersham (Buckinghamshire, UK) and purchased from DIG DNA La.
belling Kit and DIG Luminescent Detecti
on Kit was purchased from Boehringer Mannheim. Qiagen
Qiaquick Gel Extracti obtained from Hilden, Germany
on Kit was used to isolate DNA from agarose.

【0017】 細菌株およびその使用 エシェリキア・コリXL1BlueMRF'(カリフォルニア州ラ・ホーヤの
ストラタジーン(Stratagene))をクローニングに用いた。 ストレプトマイセス・リビダンスTK24は、遺伝子発現用の第一のクローニ
ング宿主であった。該株は、イギリス国ジョン・イネス・センター(John Innes
Centre)のデイビッド・ホップウッド教授(prof. Sir David Hopwood)により
提供された。 野生型ストレプトマイセス・ガリラエウスATCC 31615は、アクラシ
ノマイシンを産生する。それは、本発明の遺伝子を得るために用いた。 ストレプトマイセス・ガリラエウスH039(Ylihonko et al., 1994)は、
Akv−(Rho)0−3を産生する。それは、pSgs4に関する発現宿主として用
いられ、他の変異株または野生型よりも容易に形質転換された。 ストレプトマイセス・ガリラエウスH054(Ylihonko et al., 1994)は、
Akv−Rho−dF−(CinA)0−1、Akv−dF−dF−(CinA)0−1およびAk
v−dF−Rho−Rhoを産生する。それは、pSgs4に関する発現宿主として用
いられた。 ストレプトマイセス・ガリラエウスH063は、アクラビノンを産生する。そ
れは、野生型ストレプトマイセス・ガリラエウス由来の変異株である。H063
は、pSgs4に関する発現宿主として用いられた。 ストレプトマイセス・ガリラエウスH065は、中性グリコシドを有するアク
ラビノンを産生する。それは、野生型ストレプトマイセス・ガリラエウス由来の
変異株である。H065は、pSgs4に関する発現宿主として用いられた。 ε−ロドマイシノンを産生するストレプトマイセス・ピウセチウスM18およ
びM90は、ストレプトマイセス・ピウセチウス変種ケシウス(S. peucetius v
ar. caesius)(ATCC27952)由来の変異株である。それらは、pSg
s4に関する発現宿主として用いられた。
Bacterial strains and their use Escherichia coli XL1 Blue MRF '(Stratagene, La Jolla, Calif.) Was used for cloning. Streptomyces lividans TK24 was the primary cloning host for gene expression. The strain is sold by John Innes Center of England.
Center Prof. Sir David Hopwood). Wild-type Streptomyces galileus ATCC 31615 produces aclacinomycin. It was used to obtain the gene of the invention. Streptomyces galileaeus H039 (Ylihonko et al., 1994)
It produces Akv- (Rho) 0-3 . It was used as an expression host for pSgs4 and was transformed more easily than other mutants or wild type. Streptomyces galileaeus H054 (Ylihonko et al., 1994)
Akv-Rho-dF- (CinA) 0-1 , Akv-dF-dF- (CinA) 0-1 and Ak
Produces v-dF-Rho-Rho. It was used as an expression host for pSgs4. Streptomyces galileaeus H063 produces aclabinone. It is a mutant strain derived from wild-type Streptomyces galileaeus. H063
Was used as the expression host for pSgs4. Streptomyces galileaeus H065 produces aclavinone with a neutral glycoside. It is a mutant strain derived from wild-type Streptomyces galileaeus. H065 was used as an expression host for pSgs4. The ε-rhodomycinone producing Streptomyces piucetius M18 and M90 are Streptomyces piucetius var.
ar. caesius) (ATCC 27952). They are pSg
Used as an expression host for s4.

【0018】 プラスミド イー・コリ・クローニングベクターpBluescript SK(ストラタ
ジーン)およびpUC19(スウェーデン国のファルマシア(Pharmacia))を
、配列決定のためのサブクローンの調製に用い、pBluescriptは、遺
伝子ライブラリーのベクターとしても用いた。 pWHM1109(アメリカ合衆国ウィスコンシン州のシー・アール・ハッチ
ンソン教授(prof CR Hutchinson)により提供された)は、イー・コリおよびス
トレプトマイセスにおいて複製するシャトルベクターである。それは、遺伝子ラ
イブラリーのベクターとして用いられた。 pIJ486は、英国ジョン・イネス・センターのデイビッド・ホップウッド
教授により提供された高コピープラスミドベクターである(Ward et al., 1986
)。 pIJE486(Ylihonko et al., 1996b)は、クローン遺伝子の発現を促進
するためのermEを含有する発現ベクターである(Bibb et al., 1985)。
Plasmids E. coli cloning vectors pBluescript SK (Stratagene) and pUC19 (Pharmacia, Sweden) were used to prepare subclones for sequencing, and pBluescript was used as a vector for gene libraries. Was also used. pWHM1109 (provided by Professor prof CR Hutchinson, Wisconsin, USA) is a shuttle vector that replicates in E. coli and Streptomyces. It was used as a vector for a gene library. pIJ486 is a high copy plasmid vector provided by Professor David Hopwood of John Innes Centre, England (Ward et al., 1986).
). pIJE486 (Ylihonko et al., 1996b) is an expression vector containing ermE to promote the expression of cloned genes (Bibb et al., 1985).

【0019】 栄養培地および溶液 全DNA単離のためのストレプトマイセス・ガリラエウスの培養にTSB培地
を用いた。リゾチーム溶液(0.3Mスクロース、25mM Tris(pH8)
および25mM EDTA(pH8))を用いて全DNAの単離した。TEバッ
ファー(10mM Tris(pH8.0)および1mM EDTA)を用いてD
NAを溶解した。
Nutrient medium and solution TSB medium was used for culturing Streptomyces galileaeus for total DNA isolation. Lysozyme solution (0.3 M sucrose, 25 mM Tris (pH 8)
And total DNA was isolated using 25 mM EDTA (pH 8). D with TE buffer (10 mM Tris (pH 8.0) and 1 mM EDTA)
NA was dissolved.

【0020】 トリプトン−大豆ブロス(TSB) 1リットル当たり:オキソイド(Oxoid)トリプトン−大豆ブロス粉末30g。 ISP4 Bacto ISP培地4、ディフコ(Difco);37g/リットル。 E1 水道水中1リットル当たり: グルコース 20g 可溶性デンプン 20g ファーマメディア(Farmamedia) 5g 酵母エキス 2.5g KHPO・3HO 1.3g MgSO・7HO 1g NaCl 3g CaCO 3g オートクレーブに付す前にpHを7.4に調節した。Tryptone-soy broth (TSB) Per liter: Oxoid tryptone-soy broth powder 30 g. ISP4 Bacto ISP medium 4, Difco; 37 g / l. E1 Per liter of tap water: Glucose 20 g Soluble starch 20 g Farmamedia 5 g Yeast extract 2.5 g K 2 HPO 4 / 3H 2 O 1.3 g MgSO 4 / 7H 2 O 1 g NaCl 3 g CaCO 3 3 g Before autoclaving The pH was adjusted to 7.4.

【0021】 一般的な方法 JEOL JNM−GX 400分光計を用いてNMRデータを取った。Hお
よび13C NMR試料は、TMSを内部参照とした。 アントラサイクリン系代謝物を、(i)LiChroCART RP−18カ
ラムを用いてHPLC(LaChrom、Merck Hitachi、ポンプ
L−7100、検出器L−7400およびインテグレーターD−7500)によ
り測定した。移動相としてアセトニトリル:リン酸水素カリウムバッファー(6
0mM、クエン酸でpH3.0に調節)を用いた。リン酸二水素カリウムバッフ
ァーの65%から始まり30%までの勾配系を用いて化合物を分取した。流速は
、1ml/分であり、検出は、480nmで、(ii)トルエン:酢酸エチル:
メタノール:ギ酸(50:50:15:3)からなる溶離液を用い、予めコーテ
ィングしたキーゼルゲル(Kieselgel) 60 F254ガラスプレート
(ドイツ国ダルムシュタットのメルク(Merck))を用いてTLCにより行なっ
た。 チオストレプトン(50μg/ml)で補足したISP4プレートを用いてプ
ラスミド担持培養物を維持した。
General Method NMR data were taken using a JEOL JNM-GX 400 spectrometer. 1 H and 13 C NMR samples had TMS as internal reference. Anthracycline metabolites were measured by (i) LiChroCART RP-18 column by HPLC (LaChrom, Merck Hitachi, pump L-7100, detector L-7400 and integrator D-7500). Acetonitrile as mobile phase: potassium hydrogen phosphate buffer (6
0 mM, adjusted to pH 3.0 with citric acid) was used. Compounds were fractionated using a gradient system starting from 65% to 30% potassium dihydrogen phosphate buffer. Flow rate was 1 ml / min, detection at 480 nm, (ii) Toluene: Ethyl acetate:
Performed by TLC using pre-coated Kieselgel 60 F 254 glass plates (Merck, Darmstadt, Germany) with an eluent consisting of methanol: formic acid (50: 50: 15: 3). Plasmid-bearing cultures were maintained using ISP4 plates supplemented with thiostrepton (50 μg / ml).

【0022】 実施例1 アクラシノマイシン生合成用遺伝子クラスターのクローニング 1.1 ハイブリダイゼーションによるクローンの選択 全DNAの単離のために、ストレプトマイセス・ガリラエウスを、0.5%グ
リシンで補足したTSB培地50ml中で4日間増殖した。12mlのFalc
on管中にて15分間(3900xg)遠心分離することにより細胞を収穫し、
−20℃で貯蔵した。培養物50mlからの細胞を用いてDNAを単離した。5
mg/mlのリゾチームを含有するリゾチーム溶液5mlを各Falcon管の
細胞に添加し、37℃で20分間インキュベートした。プロテイナーゼK 0.7
mgを含有する10%SDS 500μlを該細胞に添加し、62℃で80分間
インキュベートし、さらに、プロテイナーゼK 0.7mgを含有する10%SD
S 500μlを添加し、インキュベーションを60分間続けた。該試料を氷上
で冷却し、3M NaAc(pH5.8)600μlを添加し、該混合物を平衡フェ
ノール(シグマ)で抽出した。10分間遠心分離(1400xg)することによ
り相を分離させた。DNAを、同量のイソプロパノールを用いて水相から沈澱さ
せて、ガラス棒で巻き取ることにより回収し、70%エタノールに浸漬すること
により洗浄し、風乾させ、TEバッファー500μlに溶解した。
Example 1 Cloning of the gene cluster for aclacinomycin biosynthesis 1.1 Selection of clones by hybridization Streptomyces galileaeus supplemented with 0.5% glycine TSB for isolation of total DNA. It was grown in 50 ml of medium for 4 days. 12 ml Falc
Harvest the cells by centrifugation in an on tube for 15 minutes (3900 xg),
Stored at -20 ° C. DNA was isolated using cells from 50 ml of culture. 5
5 ml of lysozyme solution containing mg / ml lysozyme was added to the cells of each Falcon tube and incubated at 37 ° C for 20 minutes. Proteinase K 0.7
500 μl of 10% SDS containing mg was added to the cells, incubated at 62 ° C. for 80 minutes, and 10% SD containing proteinase K 0.7 mg was added.
500 μl S was added and the incubation was continued for 60 minutes. The sample was cooled on ice, 600 μl of 3M NaAc (pH 5.8) was added and the mixture was extracted with equilibrated phenol (Sigma). The phases were separated by centrifugation (1400 xg) for 10 minutes. DNA was precipitated from the aqueous phase using the same amount of isopropanol, collected by winding with a glass rod, washed by immersion in 70% ethanol, air dried and dissolved in 500 μl TE buffer.

【0023】 制限プラスミドライブラリーの調製に適した制限酵素を決定するためのサザン
ハイブリダイゼーションは、BglII、XhoI、NotIおよびそれらの組
合せを用いて行なった。Sg−dhtプローブとハイブリダイズする約9kbの
フラグメントが好ましかった。ハイブリダイゼーションについては、消化された
ストレプトマイセス・ガリラエウスDNA 600ngをアガロースゲル上に負
荷し、電気泳動後、真空ブロッテングによりDNAをゲルからナイロン膜に移し
た。ベーリンガー・マンハイムのマニュアル“The DIG System User's Guide fo
r Filter Hybridization”に従ってハイブリダイゼーションを行なった。4,6
−デヒドラターゼ遺伝子に対して内部にあり、配列番号14にて示される634
5〜6861のフラグメントに相当するストレプトマイセス・ガリラエウスDN
A由来の遺伝子フラグメントを増幅することにより、コロニーハイブリダイゼー
ションにも同様に用いたハイブリダイゼーション用のプローブSg−dhtを得
た。増幅のためにPCRを用い、縮重オリゴヌクレオチドプライマーの配列は、
5'−CSGGSGSSGCSGGSTTCATSGG−3'(フォワード、配列
番号15)および5'−GGGWRCTGGYRSGGSCCGTAGTTG−
3'(リバース、配列番号16)であった。適当なフラグメントは、9kbのB
glIIフラグメントおよび7kbのXhoI−NotIフラグメントであった
Southern hybridizations to determine suitable restriction enzymes for the preparation of restriction plasmid libraries were performed with BglII, XhoI, NotI and combinations thereof. A fragment of approximately 9 kb that hybridized with the Sg-dht probe was preferred. For hybridization, 600 ng of digested Streptomyces galileaeus DNA was loaded on an agarose gel, and after electrophoresis, the DNA was transferred from the gel to a nylon membrane by vacuum brotting. Boehringer Mannheim Manual “The DIG System User's Guide fo
Hybridization was performed according to "r Filter Hybridization".
-634, which is internal to the dehydratase gene and is shown in SEQ ID NO: 14
Streptomyces galileaeus DN corresponding to the fragment of 5 to 6861
By amplifying the gene fragment derived from A, a hybridization probe Sg-dht, which was also used for colony hybridization, was obtained. PCR was used for amplification and the sequence of the degenerate oligonucleotide primer was
5'-CSGGSGSSGCGSGSTTCATSGG-3 '(forward, SEQ ID NO: 15) and 5'-GGGGWRCTGGYRSGGSCCCGTTAGTG-
It was 3 '(reverse, SEQ ID NO: 16). A suitable fragment is 9 kb B
It was the glII fragment and the 7 kb XhoI-NotI fragment.

【0024】 染色体DNA 10μgをBglIIで消化した。DNAフラグメントをアガ
ロースゲル電気泳動により分離し、8〜9kbのバンドを0.6%低ゲル化温度
SeaPlaqueアガロースから切断した。Qiagen Gel Extr
action Kitを用いてDNAバンドをゲルから単離した。単離したフラ
グメントを、BamHIで消化して脱リン酸化したpWHM1109プラスミド
ベクターに、ベクターDNA 1モルに対して挿入DNA 3モルの割合でライゲ
ートした。エレクトロポレーションにより、ライゲートしたDNAをイー・コリ
XL1BlueMRF'に導入した。全ライゲーション混合物を用いて、コロニ
ー786個を得た。該コロニーを寒天プレート上で少なくとも12時間増殖させ
、ナイロン膜に移した。プローブとしてSg−dhtを用いて、コロニー膜のハ
イブリダイゼーションをサザンと同様に行なった。クローン6個からハイブリダ
イゼーションにおけるシグナルが得られ、対応するコロニーを寒天上にプレーテ
ィングし、プラスミドDNAの単離のためにLB培地3ml中に接種した。サザ
ンハイブリダイゼーションを用いて、該クローン由来のプラスミドが所望の挿入
体を担持するか否かを実験した。これらのプラスミドのうち4個が4,6−デヒ
ドラターゼ遺伝子フラグメントを含有し、同一の制限地図を提供し、かくして、
両方の配向を提示する同一フラグメントを担持していた。該フラグメントをSg
4と命名し、該フラグメントを含有するプラスミドをpSgc4と命名した。
10 μg of chromosomal DNA was digested with BglII. DNA fragments were separated by agarose gel electrophoresis and the 8-9 kb band was cleaved from 0.6% low gel temperature SeaPlaque R agarose. Qiagen Gel Extr
DNA bands were isolated from the gel using the action Kit. The isolated fragment was ligated to BamHI digested and dephosphorylated pWHM1109 plasmid vector at a ratio of 3 moles of insert DNA to 1 mole of vector DNA. The ligated DNA was introduced into E. coli XL1Blue MRF 'by electroporation. Using the entire ligation mixture, 786 colonies were obtained. The colonies were grown on agar plates for at least 12 hours and transferred to nylon membranes. Hybridization of the colony membrane was performed in the same manner as Southern using Sg-dht as a probe. Signals for hybridization were obtained from 6 clones and the corresponding colonies were plated on agar and inoculated into 3 ml LB medium for isolation of plasmid DNA. Southern hybridization was used to study whether the plasmid from the clone carried the desired insert. Four of these plasmids contained the 4,6-dehydratase gene fragment and provided the same restriction map, thus
It carried the same fragment presenting both orientations. Sg the fragment
4 and the plasmid containing the fragment was named pSgc4.

【0025】 同様に、ストレプトマイセス・ガリラエウス由来の7kbのXhoI−Not
I DNAフラグメントを提示するプラスミドライブラリーを構築した。pBl
uescriptをXhoI−NotIで消化し、約7kbの遺伝子フラグメン
トを含有するライブラリーを構築した。全部で1523個のコロニーをハイブリ
ダイズし、7個が所望のクローンであった。上記のとおり、該クローンをXho
I−NotIフラグメントについて実験した。挿入フラグメントをSg5と命名
し、プラスミドをpSgc5と命名した。得られた株イー・コリXL1Blur
MRF'/pSgc5を、1999年8月12日にドイッチェ・サムルンク・フ
ォン・ミクロオーガニズメン・ウント・ツェルクルトゥレン・ゲゼルシャフト・
ミット・ベシュレンクテル・ハフツング(Deutsche Sammlung von Mikroorganis
men und Zellkulturen GmbH)(DSMZ)にブダペスト条約の規則に従って寄
託し、受託番号DSM 12999が付与された。フラグメントSg4およびS
g5は、配列番号14における6181〜7016の塩基に対応する836bp
内で重複している。
Similarly, a 7 kb XhoI-Not from Streptomyces galileaeus
A plasmid library displaying the I DNA fragment was constructed. pBl
uescript was digested with XhoI-NotI to construct a library containing a gene fragment of about 7 kb. A total of 1523 colonies hybridized, 7 of which were the desired clones. The clone was cloned into Xho as described above.
Experiments were performed on the I-NotI fragment. The insert fragment was named Sg5 and the plasmid was named pSgc5. Obtained strain E. coli XL1Blur
MRF '/ pSgc5 was released on August 12, 1999 by Deutsche Samlunk von Microorganism und Zerkulturen Gesellschaft.
Mitt Beschlenktel Haftung (Deutsche Sammlung von Mikroorganis
It has been deposited with men und Zellkulturen GmbH (DSMZ) in accordance with the rules of the Budapest Treaty and has been given the deposit number DSM 12999. Fragments Sg4 and S
g5 is 836 bp corresponding to bases 6181 to 7016 in SEQ ID NO: 14
Duplicated within.

【0026】 1.2 配列決定のためのフラグメントのサブクローニング Sg4およびSg5のクラスター全体のヌクレオチド配列を決定するのに適し
たサブクローンを構築した。好都合な制限部位を、プラスミドpUC19および
pBluescriptにおいて14806bp領域をサブクローニングするの
に用いた。Sg4を配列決定するのに19個のサブクローンを必要とし、Sg5
については11個のサブクローンを必要とした。
1.2 Subcloning of Fragments for Sequencing Subclones suitable for determining the nucleotide sequence of the entire cluster of Sg4 and Sg5 were constructed. A convenient restriction site was used to subclon the 14806 bp region in plasmids pUC19 and pBluescript. 19 subclones are required to sequence Sg4 and Sg5
Required 11 subclones.

【0027】 サブクローン化プラスミドを含有するイー・コリXL1BlueMRF'細胞
を、50μg/mlのアンピシリンを補充したLB培地5ml中、37℃で一夜
培養した。配列決定反応のためにプラスミドを単離するために、プロメガのWi
zard Plus Minipreps DNA Purification S
ystemキット、またはビオメジツィニシェ・アナリティク・ゲゼルシャフト
・ミット・ベシュレンクテル・ハフツング(Biomedizinische Analytik GmbH)
のBiometra Silica Spin Plasmid DNA Mini
prepキットを製造者の説明書に従って用いた。 DNA配列決定は、自動ABI DNAシークエンサー(パーキン−エルマー
(Perkin-Elmer))を製造者の説明書に従って用いて行なった。
E. coli XL1Blue MRF ′ cells containing subcloned plasmids were cultured overnight at 37 ° C. in 5 ml of LB medium supplemented with 50 μg / ml ampicillin. To isolate the plasmid for the sequencing reaction, Promega Wi
zard Plus Minipreps DNA Purification S
system kit, or Biomedizinische Analytik GmbH, Biomedizinische Analytik GmbH
Biometa Silica Spin Plasmid DNA Mini
The prep kit was used according to the manufacturer's instructions. DNA sequencing was performed using an automated ABI DNA sequencer (Perkin-Elmer) according to the manufacturer's instructions.

【0028】 1.3 配列分析および該遺伝子の推定された機能 配列分析は、GCG配列分析ソフトウェアパッケージ(バージョン8;米国ウ
ィスコンシン州マディソンのジェネティクス・コンピューター・グループ(Gene
tics Computer Group))を用いて行なった。GTGも開始コドンとみなすよう
に翻訳表を変更した。コドン使用を、公表データ(Wright and Bibb 1992)を用
いて分析した。
1.3 Sequence Analysis and Deduced Function of the Gene Sequence analysis was performed using the GCG sequence analysis software package (version 8; Genetics Computer Group, Madison, WI, USA).
tics Computer Group)). The translation table was changed so that GTG was also regarded as a start codon. Codon usage was analyzed using published data (Wright and Bibb 1992).

【0029】 CODONPREFERENCEプログラムによると、配列決定したDNAフ
ラグメントは、11個の完全なオープン・リーディング・フレーム(ORF)、
および2つの他のORFの5'末端(sga1およびsga13)を示した。該
遺伝子の機能を、それらの塩基配列から翻訳されたアミノ酸配列とデータバンク
における既知の配列とを比較することにより決定した。結果を、本明細書にて提
供された配列データを引用する表1に示す。
According to the CODEN PREFERENCE program, the sequenced DNA fragments consisted of 11 complete open reading frames (ORFs),
And the 5'ends of two other ORFs (sga1 and sga13). The function of the gene was determined by comparing the amino acid sequences translated from their base sequences with the known sequences in the databank. The results are shown in Table 1 which cites the sequence data provided herein.

【0030】 遺伝子について示された機能は、アクラシノマイシンの糖の提案された生合成
経路(図3)によく適合する。アクラシノマイシンの三糖部分における最後の残
基は、酵素的にシネルロースに転換されるロジノースである。アクラルビシンの
前駆体であるアクラシノマイシンNは、第三の糖残基としてロジノースを含有す
る。
The function demonstrated for the gene fits well with the proposed biosynthetic pathway for the sugar of aclacinomycin (FIG. 3). The last residue in the trisaccharide portion of aclacinomycin is rosinose, which is enzymatically converted to sinerulose. Aclacinomycin N, the precursor of aclarubicin, contains rosinose as the third sugar residue.

【0031】[0031]

【表1】 [Table 1]

【0032】 1.4 ストレプトマイセス株における発現クローニング pSgc4からの8kb BamHI−HindIIIフラグメントをpIJ
E486においてライゲートしてpSgs4を得た。プラスミドpSgs4をプ
ロトプラスト形質転換によりストレプトマイセス・リビダンスTK24に導入し
た。得られたストレプトマイセス・リビダンスTK24/pSgs4株を、19
99年8月12日にドイッチェ・サムルンク・フォン・ミクロオーガニズメン・
ウント・ツェルクルトゥレン・ゲゼルシャフト・ミット・ベシュレンクテル・ハ
フツング(DSMZ)にブダペスト条約の規則に従って寄託し、受託番号DSM 12998が付与された。該プラスミドpSgs4を株から単離し、さらに、
ストレプトマイセス・ガリラエウス変異株H039に導入した。次いで、H03
9から単離したプラスミド調製物を、アクラシノマイシンのグリコシル化系が欠
損しているH063、H054およびH065変異株に導入した。第一のストレ
プトマイセス・ガリラエウス宿主としてのH039の使用は、外来DNAの摂取
に関する良好な効率によるものであった。
1.4 Expression Cloning in Streptomyces Strains The 8 kb BamHI-HindIII fragment from pSgc4 was inserted into pIJ.
Ligation at E486 gave pSgs4. The plasmid pSgs4 was introduced into Streptomyces lividans TK24 by protoplast transformation. The obtained Streptomyces lividans TK24 / pSgs4 strain was
August 12, 1999 Deutsche Samlunk von Microorganismen
It has been deposited with Und Zerkulturen Geselschaft Mitt Beschlenktel Haftung (DSMZ) in accordance with the rules of the Budapest Treaty and has been given accession number DSM 12998. The plasmid pSgs4 was isolated from the strain and further
It was introduced into the Streptomyces galileaeus mutant strain H039. Then H03
The plasmid preparation isolated from 9 was introduced into the H063, H054 and H065 mutant strains deficient in the glycosylation system of aclacinomycin. The use of H039 as the primary Streptomyces galileaeus host was due to its good efficiency in uptake of foreign DNA.

【0033】 チオストレプトン(10μg/ml)を補充したE1培地においてpSgs4
を含有するクローンを培養することにより、ストレプトマイセス・ガリラエウス
変異株を相補性について研究した。培養ブロスの500μl試料からの産生物を
pH7でトルエン:メタノール(1:1)で抽出した。形質転換クローンおよび
変異株の両方からの代謝物をTLCおよびHPLCにより分析して、pSgs4
により引き起こされる差異を見出した。内因的にアクラビノンを産生するH06
3は、pSgs4を用いてアクラシノマイシンプロデューサーに復帰した。アク
ラビノンは、H063/pSgs4の培養ブロス中には見られなかった。しかし
ながら、pSgs4がH054およびH065中で発現された場合、相補性は、
完全ではなかった。両方の変異株は、中性グリコシドを有するアクラビノンを産
生する。おそらく、不完全な相補性は、培養の間のいくつかの細菌細胞のプラス
ミドの欠失によるものであったか、または、アクチベーターとして必要とされる
遺伝子の低い発現がpSgs4において存在しない。
PSgs4 in E1 medium supplemented with thiostrepton (10 μg / ml)
Streptomyces galileaeus mutants were studied for complementation by culturing clones containing The product from a 500 μl sample of culture broth was extracted with toluene: methanol (1: 1) at pH 7. Metabolites from both transformed clones and mutants were analyzed by TLC and HPLC to determine pSgs4
We found the differences caused by. H06 that endogenously produces aclabinone
3 reverted to an aclacinomycin producer using pSgs4. No aclabinone was found in the culture broth of H063 / pSgs4. However, when pSgs4 was expressed in H054 and H065, the complementarity was:
It wasn't perfect. Both mutants produce aclabinone with a neutral glycoside. Possibly incomplete complementation was due to plasmid deletion in some bacterial cells during culture, or low expression of the gene required as an activator was absent in pSgs4.

【0034】 同様に、TK24から単離したpSgs4をストレプトマイセス・ピウセチウ
ス変異株M18およびM90に導入した。これらの変異株に関する特徴的な産生
物は、ε−ロドマイシノンである。プラスミドを含有するM18/pSgs4株
およびM90/pSgs4株を、チオストレプトン(10μg/ml)ほ補充し
たE1培地中で培養し、その中の代謝物をTLCおよびHPLCにより分析した
。両方のクローンは、該変異株から得られた産生物と比較して変更された産生プ
ロフィールを示した。M90/pSgs4は、グリコシル化産生物を蓄積し、ア
グリコンとしてε−ロドマイシノンを得た。該化合物は、El Khamed et al. (19
77) により従前に合成されたL−ラムノシル−ε−ロドマイシノン(CAS=6
3252−11−9)と同定された。
Similarly, pSgs4 isolated from TK24 was introduced into Streptomyces piucetius mutant strains M18 and M90. The characteristic product for these mutants is ε-rhodomycinone. The plasmid-containing M18 / pSgs4 and M90 / pSgs4 strains were cultured in E1 medium supplemented with thiostrepton (10 μg / ml), and the metabolites therein were analyzed by TLC and HPLC. Both clones showed an altered production profile compared to the product obtained from the mutant strain. M90 / pSgs4 accumulated glycosylation products, yielding ε-rhodomycinone as an aglycone. The compound is described by El Khamed et al. (19
77) previously synthesized by L-rhamnosyl-ε-rhodomycinone (CAS = 6
3252-11-9).

【0035】 M18/pSgs4は、親株とは異なる2種類の化合物を産生した。HPLC
およびTLCデータに従って、一の化合物は、M90/pSgs4により産生さ
れたものと同一のL−ラムノシル−ε−ロドマイシノンであり、もう1つの化合
物は、Essery and Doyle (1980) により従前に特徴付けられたL−ダウノサミニ
ル−ε−ロドマイシノンであった。
M18 / pSgs4 produced two compounds that differed from the parent strain. HPLC
And according to TLC data, one compound is L-rhamnosyl-ε-rhodomycinone identical to that produced by M90 / pSgs4 and another compound was previously characterized by Essery and Doyle (1980). It was L-daunosaminyl-ε-rhodomycinone.

【0036】[0036]

【表2】 [Table 2]

【0037】 1.5 株改良のためのpSgs4の適用 H063がpSgs4により完全に相補されなかったので、アミノグリコシド
の産生レベルを研究した。この目的には、H063/pSgs4、H063およ
び野生型ストレプトマイセス・ガリラエウスを、エルレンマイヤーボトル中でE
1培地にて4日間培養した。各培養物から2mlの試料2つずつを、まず、酸性
条件下、トルエン:メタノール(1:1)で抽出して、中性グリコシドおよびア
グリコンを除去した。中性グリコシドおよびアグリコンが水相から消失するまで
、この抽出工程を繰り返した。トルエン相中のアントラサイクリン代謝物の量を
測定し、表3に示す。ロドサミンを含有するアクラシノマイシンをクロロホルム
により水相から抽出した。トルエン抽出物およびクロロホルム抽出物の両方をT
LCにより分析し、トルエン相は、主として、アクラビノンおよび分解生成物を
含有していた。クロロホルム相は、主に、アミノグリコシドを含有していたが、
少量のアグリコンも検出された。抽出物を蒸発乾固させ、次いで、メタノール1
mlに溶解した。アントラサイクリン代謝物の量を、430nmで分光光度計に
より検出した。吸光係数13000を用いて吸光度に対する相対量を算出した。
培養ブロス1リットル当たりのmgとして得られた結果を表3に示す。H063
/pSgs4によるアクラシノマイシンの産生は、野生型により得られたものよ
りも少なくとも2倍良好であった。
1.5 Application of pSgs4 for strain improvement Since H063 was not completely complemented by pSgs4, the production level of aminoglycosides was studied. For this purpose, H063 / pSgs4, H063 and wild-type Streptomyces galileaeus were transformed into E.
The cells were cultured in 1 medium for 4 days. Two 2 ml samples from each culture were first extracted with toluene: methanol (1: 1) under acidic conditions to remove neutral glycosides and aglycones. This extraction process was repeated until neutral glycosides and aglycones disappeared from the aqueous phase. The amount of anthracycline metabolites in the toluene phase was measured and is shown in Table 3. Aclacinomycin containing rhodosamine was extracted from the aqueous phase with chloroform. Both toluene and chloroform extracts were
Analyzed by LC, the toluene phase mainly contained aclabinone and decomposition products. The chloroform phase contained mainly aminoglycosides,
A small amount of aglycone was also detected. The extract was evaporated to dryness, then methanol 1
Dissolved in ml. The amount of anthracycline metabolites was detected spectrophotometrically at 430 nm. The extinction coefficient of 13000 was used to calculate the relative amount to the absorbance.
The results obtained as mg per liter of culture broth are shown in Table 3. H063
The production of aclacinomycin by / pSgs4 was at least 2-fold better than that obtained with wild type.

【0038】[0038]

【表3】 [Table 3]

【0039】 変異株H063においてpSgs4によりアクラシノマイシンの収量を増加さ
せる能力は、本発明の遺伝子が株改良に有用であることを示している。
The ability of pSgs4 to increase aclacinomycin yield in the mutant strain H063 indicates that the gene of the present invention is useful for strain improvement.

【0040】 実施例2 pSgs4により得られる化合物 種培養液であるプラスミド含有株M18/pSgs4またはM90/pSgs
4のE1培養液180mlを、チオストレプトン(5μg/ml)を補充したE
1培地50mlを含有する250mlのエルレンマイヤーフラスコ3個にて各株
を30℃、330rpmで4日間培養することにより得た。合わせた培養ブロス
(180ml)を用いて、発酵槽(Biostat E)中でE1培地13リットルを接
種した。発酵を28℃で5日間行なった(330rpm、エアレーション:45
0リットル/分)。
Example 2 Compound Obtained by pSgs4 Plasmid-containing strain M18 / pSgs4 or M90 / pSgs that is a seed culture
180 ml of E1 culture solution of 4 was supplemented with thiostrepton (5 μg / ml) E
It was obtained by culturing each strain in three 250 ml Erlenmeyer flasks containing 50 ml of one medium for 4 days at 30 ° C. and 330 rpm. The combined culture broth (180 ml) was used to inoculate 13 liters of E1 medium in a fermentor (Biostat E). Fermentation was carried out at 28 ° C. for 5 days (330 rpm, aeration: 45
0 liter / minute).

【0041】 細胞を遠心分離することにより収穫した。メタノール2.6リットルを用いて
細菌細胞を破壊した。アントラサイクリン代謝物を、酢酸エチル2リットルを用
いてpH8にてメタノール溶液から抽出し、該抽出物を蒸発乾固させた。粘稠残
留物を4×10cmのシリカカラムに負荷し、溶離液としてトルエン:酢酸エチ
ル:ギ酸(50:50:3)を漸増量のメタノールと共に用いた。純粋なフラク
ションをプールし、1Mリン酸バッファー(pH8.0)および水で抽出した。
有機相を無水NaSOで乾燥させ、次いで、ヘキサンで処理して、沈澱させ
た。赤色粉末として現れた純粋な化合物を真空乾燥させた。
The cells were harvested by centrifugation. Bacterial cells were disrupted with 2.6 liters of methanol. Anthracycline metabolites were extracted from a methanol solution at pH 8 with 2 liters of ethyl acetate and the extracts were evaporated to dryness. The viscous residue was loaded onto a 4 × 10 cm silica column and toluene: ethyl acetate: formic acid (50: 50: 3) was used as eluent with increasing amounts of methanol. Pure fractions were pooled and extracted with 1M phosphate buffer (pH 8.0) and water.
The organic phase was dried over anhydrous Na 2 SO 4 , then treated with hexane and precipitated. The pure compound, which appeared as a red powder, was dried under vacuum.

【0042】 NMRにより化合物の完全な構造決定を行なった。プロトンおよび炭素割り当
ては、慣用的なNOE差異、pHSQCおよびHMBC測定値に基づいた。結合
性は、特に、HMBC実験に非常に頼っている。 表4に示したデータから推論すると、明らかになった構造は、図4に示すL−
ラムノシル−ε−ロドマイシノン(1)およびL−ダウノサミニル−ε−ロドマ
イシノン(2)であった。 これらの構造は、新規ではないが、アクラシノマイシン生合成のグリコシル化
部分に関与する遺伝子によるハイブリッド産生物が得られることは、pSgs4
の遺伝子が機能的であり、創薬において新規分子を見出すために用いるのが容易
であることを十分に証明している。
A complete structure determination of the compound was made by NMR. Proton and carbon assignments were based on conventional NOE differences, pHSQC and HMBC measurements. The binding, in particular, relies heavily on HMBC experiments. Inferred from the data shown in Table 4, the structure revealed was L- shown in FIG.
Rhamnosyl-ε-rhodomycinone (1) and L-daunosaminyl-ε-rhodomycinone (2). Although these structures are not new, the availability of a hybrid product with genes involved in the glycosylation portion of aclacinomycin biosynthesis has been shown to be pSgs4.
The gene has been shown to be functional and easy to use to find new molecules in drug discovery.

【0043】 寄託微生物 ドイツ国、デー−38124ブラウンシュヴェイク、マシェロダー・ヴェク1
ベーのドイッチェ・サムルンク・フォン・ミクロオーガニズメン・ウント・ツェ
ルクルトゥレン・ゲゼルシャフト・ミット・ベシュレンクテル・ハフツング(D
SMZ)にブダペスト条約に従って以下の微生物を寄託した。
Deposited Microorganisms Germany-De-38124 Braunschweig, Mascherodawek 1
Bee's Deutsche Samrunk von Microorganism und Zerkulturen Gesellschaft Mitt Beschlenktel Haftung (D
The following microorganisms have been deposited with SMZ) according to the Budapest Treaty.

【0044】 微生物 受託番号 寄託日 ストレプトマイセス・リビダンスTK24/pSgs4 DSM 12998 1999年8月12日 イー・コリXL1BlueMRF'/pSgc5 DSM 12999 1999年8月12日[0044] Microorganism deposit number Deposit date Streptomyces lividans TK24 / pSgs4 DSM 12998 August 12, 1999 E. coli XL1 BlueMRF '/ pSgc5 DSM 12999 August 12, 1999

【0045】[0045]

【表4】 [Table 4]

【0046】[0046]

【表5】 [Table 5]

【0047】 参考文献 Bibb, M. J., Janssen, G. R., and Ward, J. M. 1985. Cloning and analysis
of the promoter region of the erythromycin resistance gene (ermE) of Str
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domycinone, daunosaminyl-10-epi-ε-rhodomycinone, daunosaminyl-ε-pyrrom
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501. Madduri, K., Kennedy, J., Rivola,G., Inventi-Solari, A., Filippini, S.,
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94. Isolation and characterization of aclacinomycin A-non-producing Stre
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94. Isolation and characterization of aclacinomycin A-non-producing Stre
ptomyces galilaeus (ATCC 31615) mutants. Microbiol 140: 1359-1365.

【配列表】 [Sequence list]

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

【図1】 アクラシノマイシン、ダウノマイシンおよびε−ロドマイシノン
の構造を示す図。
FIG. 1 shows the structures of aclacinomycin, daunomycin and ε-rhodomycinone.

【図2】 アクラシノマイシン生合成に関する遺伝子クラスターを示す図。FIG. 2 is a diagram showing a gene cluster relating to aclacinomycin biosynthesis.

【図3】 アクラシノマイシンにて見出された糖に関する提案された生合成
経路を示す図。
FIG. 3 shows the proposed biosynthetic pathway for sugars found in aclacinomycin.

【図4】 M18/pSgs4(1および2)およびM90/pSgs4(
2)により産生されたハイブリッド化合物の構造を示す図。
FIG. 4. M18 / pSgs4 (1 and 2) and M90 / pSgs4 (
The figure which shows the structure of the hybrid compound produced by 2).

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ユハ・ハカラ フィンランド、エフイーエン−20540トゥ ルク、ヘメーンティエ34番 Fターム(参考) 4B024 AA01 BA67 CA01 DA06 EA04 GA11 4B064 AH05 CA04 CA19 CC24 DA02 DA05 4B065 AA50X AA50Y AB01 AC14 BA02 CA34 CA44 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    (72) Inventor Yuha Hakara             Finland, FIEN-20540 Tu             Luk, Hemaintier 34 F-term (reference) 4B024 AA01 BA67 CA01 DA06 EA04                       GA11                 4B064 AH05 CA04 CA19 CC24 DA02                       DA05                 4B065 AA50X AA50Y AB01 AC14                       BA02 CA34 CA44

Claims (13)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 ストレプトマイセス・ガリラエウス(Streptomyces galilae
us)ゲノムの7kb XhoI−NotIフラグメントおよび8.5kb 隣接B
glIIフラグメント中に含まれる、細菌ストレプトマイセス・ガリラエウスの
アントラサイクリン生合成経路用遺伝子クラスターである単離され精製されたD
NAフラグメント。
1. Streptomyces galilae
us) 7 kb XhoI-NotI fragment of the genome and 8.5 kb flanking B
isolated and purified D, a gene cluster for the anthracycline biosynthetic pathway of the bacterium Streptomyces galileaeus, contained in a glII fragment.
NA fragment.
【請求項2】 配列番号14に示されるヌクレオチド配列、または類似の特
徴を有するその一部、または、該配列に対して少なくとも84%の相同性を示す
配列を含む、請求項1記載のDNAフラグメント。
2. The DNA fragment according to claim 1, comprising the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 14, or a part thereof having similar characteristics, or a sequence showing at least 84% homology to the sequence. .
【請求項3】 ストレプトマイセスまたはイー・コリ(E. coli)中で複製
するプラスミド中にてクローン化される、請求項1または2記載のDNAフラグ
メントまたは類似の特徴を有するその一部を含む組換えDNA。
3. A DNA fragment according to claim 1 or 2 which is cloned in a plasmid which replicates in Streptomyces or E. coli or a part thereof having similar characteristics. Recombinant DNA.
【請求項4】 受託番号DSM 12998を有するストレプトマイセス・
リビダンス(S. lividans)TK24/pSgs4株にて寄託されているプラス
ミドpSgs4である請求項3記載の組換えDNA。
4. Streptomyces with accession number DSM 12998.
The recombinant DNA according to claim 3, which is the plasmid pSgs4 deposited in the S. lividans TK24 / pSgs4 strain.
【請求項5】 受託番号DSM 12999を有するイー・コリXL1Bl
ueMRF'/pSgc5株にて寄託されているプラスミドpSgc5である請
求項3記載の組換えDNA。
5. E. coli XL1Bl with accession number DSM 12999
The recombinant DNA according to claim 3, which is the plasmid pSgc5 deposited in the ueMRF '/ pSgc5 strain.
【請求項6】 アントラサイクリン代謝物の産生における請求項1または2
記載のDNAフラグメント由来の遺伝子の使用。
6. The method according to claim 1 or 2 in the production of anthracycline metabolites.
Use of genes derived from the described DNA fragments.
【請求項7】 アクラシノマイシン産生を増加させるための請求項1または
2記載のDNAフラグメント由来の遺伝子の使用。
7. Use of a gene derived from the DNA fragment according to claim 1 or 2 for increasing aclacinomycin production.
【請求項8】 遺伝子が、アクチベーター、デヒドラターゼ、オキシドレダ
クターゼ、dTDP−グルコース4,6−デヒドラターゼ、グリコシルトランス
フェラーゼ、イソメラーゼ、アクラビケトンレダクターゼ、ポリケチドアセンブ
ラー、シクラーゼ、アミノメチラーゼ、グルコース−1−ホスフェートチミジリ
ルトランスフェラーゼ、およびアミノトランスフェラーゼをコードする請求項6
または7記載の使用。
8. The gene has an activator, dehydratase, oxidoreductase, dTDP-glucose 4,6-dehydratase, glycosyltransferase, isomerase, aclaviketone reductase, polyketide assembler, cyclase, aminomethylase, glucose-1-phosphate thymidylyl. Rutransferase and aminotransferase are encoded.
Or the use according to 7.
【請求項9】 請求項1または2記載のDNAフラグメントをストレプトマ
イセス宿主に導入する工程、得られた組換え株を培養する工程、および生成され
たアクラシノマイシンを単離する工程を含む、細菌宿主におけるアクラシノマイ
シン産生を増加させる方法。
9. A step of introducing the DNA fragment according to claim 1 or 2 into a Streptomyces host, a step of culturing the obtained recombinant strain, and a step of isolating the produced aclacinomycin. A method of increasing aclacinomycin production in a bacterial host.
【請求項10】 ストレプトマイセス宿主がストレプトマイセス・ガリラエ
ウス宿主である請求項9記載の方法。
10. The method according to claim 9, wherein the Streptomyces host is a Streptomyces galileaeus host.
【請求項11】 ストレプトマイセス・ガリラエウス宿主がストレプトマイ
セス・ガリラエウスATCC 31615由来の変異株である請求項10記載の
方法。
11. The method according to claim 10, wherein the Streptomyces galileus host is a mutant strain derived from Streptomyces galileus ATCC 31615.
【請求項12】 請求項1または2記載のDNAフラグメントをストレプト
マイセス宿主に導入する工程、得られた組換え株を培養する工程、および生成さ
れた化合物を単離する工程を含む、代謝物の製造方法。
12. A metabolite comprising the steps of introducing the DNA fragment according to claim 1 or 2 into a Streptomyces host, culturing the obtained recombinant strain, and isolating the produced compound. Manufacturing method.
【請求項13】 請求項1または2記載のDNAフラグメントをストレプト
マイセス・ピウセチウス(Streptomyces peucetius)宿主に導入する工程、得ら
れた組換え株を培養する工程、および生成された化合物を単離する工程を含む、
アントラサイクリン代謝物の製造方法。
13. A step of introducing the DNA fragment according to claim 1 or 2 into a Streptomyces peucetius host, culturing the obtained recombinant strain, and isolating the produced compound. Including the process,
A method for producing anthracycline metabolites.
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