JP2003512060A - Expression system for membrane proteins - Google Patents

Expression system for membrane proteins

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JP2003512060A
JP2003512060A JP2001532219A JP2001532219A JP2003512060A JP 2003512060 A JP2003512060 A JP 2003512060A JP 2001532219 A JP2001532219 A JP 2001532219A JP 2001532219 A JP2001532219 A JP 2001532219A JP 2003512060 A JP2003512060 A JP 2003512060A
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ミロックス,ブルーノ,ドナット,マイケル
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Abstract

(57)【要約】 本発明はポリペプチドを調製する方法に関し、その方法は:該ポリペプチドをタンパク質発現に用いるための宿主細胞、該宿主細胞は改変された膜構成を有しているものであるが、そのような宿主細胞中で発現させること、膜画分を該宿主細胞から単離すること、および該ポリペプチドを該膜画分から単離することを含む。   (57) [Summary] The present invention relates to a method for preparing a polypeptide, comprising: a host cell for using the polypeptide for protein expression, wherein the host cell has an altered membrane composition; Expressing in a host cell, isolating a membrane fraction from the host cell, and isolating the polypeptide from the membrane fraction.

Description

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

【0001】発明の分野 本発明はポリペプチドの発現系に関する。特に、本発明は改変された膜構成を
有するポリペプチド発現のための宿主細胞に関する。
FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to expression systems for polypeptides. In particular, the present invention relates to host cells for expressing polypeptides with modified membrane organization.

【0002】発明の背景 大腸菌(E.coli)中での多数のタンパク質の過剰発現が大腸菌の増殖を損ない、
さらに時には菌を死滅させる。これらの有毒な作用は膜タンパク質では特に激し
い。膜タンパク質の分析を妨害する要素の一つは膜タンパク質の過剰発現を調べ
るための一般的に適用しうる系がないことである(WalkerとSaraste, 1996)。
[0002] The over-expression of a number of proteins in the background of the invention E. coli (E.coli) is impair the growth of E. coli,
Furthermore, it sometimes kills bacteria. These toxic effects are especially severe with membrane proteins. One of the obstacles to the analysis of membrane proteins is the lack of a generally applicable system for examining membrane protein overexpression (Walker and Saraste, 1996).

【0003】 大腸菌は原核生物および真核生物のタンパク質を過剰発現させるための運搬媒
体としてしばしば成功を収めているが(Hockney, 1994参照)、膜タンパク質の大
多数および球状タンパク質の多くのものの発現によってその宿主細菌は殺滅され
る(Dongら, 1995; DurlandとDong, 1996; MirouxとWalker, 1996)。
Although E. coli is often successful as a delivery vehicle for overexpressing prokaryotic and eukaryotic proteins (see Hockney, 1994), it expresses the majority of membrane proteins and many of the globular proteins. The host bacterium is killed (Dong et al., 1995; Durland and Dong, 1996; Miroux and Walker, 1996).

【0004】 この問題は特に、宿主の大腸菌BL21(DE3)系統中でバクテリオファージT7 RNA
ポリメラーゼによって標的遺伝子が転写される、広く用いられている細菌の発現
系で起こる(Studierら, 1990)。
This problem is particularly relevant in the host Escherichia coli BL21 (DE3) strain, which contains bacteriophage T7 RNA.
It occurs in a widely used bacterial expression system in which the target gene is transcribed by a polymerase (Studier et al., 1990).

【0005】 これらのT7系での困難性を克服するために、BL21(DE3)では発現すると必ず毒
性を示すようないくつかの膜タンパク質およびいくつかの球状タンパク質を過剰
産生しうる変異体の宿主を、大腸菌BL21(DE3)から選択した。そのような変異体
宿主株は大腸菌C41(DE3)およびC43(DE3)である。BL21(DE3)での発現レベルが低
い場合には、C41(DE3)またはC43(DE3)でわずかながら高い発現レベルが得られた
(Mirouxと Walker, 1996)。しかし、これらのC41/C43系統を用いても、多数のポ
リペプチドでの過剰発現は依然として問題である。
To overcome these difficulties with the T7 system, a host of mutants that can overproduce some membrane proteins and some globular proteins that are necessarily toxic when expressed in BL21 (DE3). Were selected from E. coli BL21 (DE3). Such mutant host strains are E. coli C41 (DE3) and C43 (DE3). Lower expression levels in BL21 (DE3) resulted in slightly higher expression levels in C41 (DE3) or C43 (DE3)
(Miroux and Walker, 1996). However, even with these C41 / C43 lines, overexpression with multiple polypeptides remains a problem.

【0006】 本発明は従来のタンパク質発現系でのこれらの問題点を克服する方法を探索す
るものである。
The present invention seeks a method to overcome these problems in conventional protein expression systems.

【0007】発明の要旨 本発明は細胞質内の膜の産生が誘導されている宿主細胞中でのタンパク質の発
現に関する。本発明の細胞質内の膜は他の細胞の膜と比較すると改変された膜構
成を有しており、そのことはタンパク質の発現、特にポリペプチド産物の単離に
有用である。とりわけ、本発明はそのような宿主細胞中でのポリペプチドの調製
方法に関する。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention relates to protein expression in host cells in which the production of intracytoplasmic membranes has been induced. The intracytoplasmic membranes of the present invention have a modified membrane organization as compared to the membranes of other cells, which is useful for protein expression, particularly polypeptide product isolation. In particular, the invention relates to methods of preparing polypeptides in such host cells.

【0008】 このように、第1の態様においては、本発明はポリペプチドを産生する方法を
提供し、その方法は次のステップからなる; a)細胞質内に膜を含んでいる細菌性の宿主細胞であって、その細胞質内の膜
が宿主細胞の他の膜とは異なる構成を有するものである宿主細胞を提供し; b)該宿主細胞を該ポリペプチドをコードするコード配列を含んでいる核酸構
築物を用いて形質転換し、該ポリペプチドを該細菌性宿主細胞中で、その発現が
細胞質内の膜を伴うこととなるように発現させ;および c)該細胞質内の膜を他の細胞性構成要素から分離することによって該ポリペ
プチドを単離すること。
Thus, in a first aspect, the invention provides a method of producing a polypeptide, which method comprises the steps of: a) a bacterial host containing a membrane in the cytoplasm. Providing a host cell, the cytoplasmic membrane of which has a different structure than the other membranes of the host cell; b) the host cell comprising a coding sequence encoding the polypeptide. Transforming with a nucleic acid construct and expressing the polypeptide in the bacterial host cell such that its expression is associated with a cytoplasmic membrane; and c) the cytoplasmic membrane with other cells. Isolating the polypeptide by separating it from the sex component.

【0009】 該細胞質内の膜の構成は、タンパク質発現、特に膜タンパク質の発現による毒
性作用に対して抵抗性をいくらか有している。
The cytoplasmic membrane architecture has some resistance to protein expression, particularly to the toxic effects of membrane protein expression.

【0010】 「ポリペプチド」という用語は本明細書中では「タンパク質」という用語と同
義的に用いられており、長さがアミノ酸残基2個以上であるいかなるポリペプチ
ドをも意味する。タンパク質の発現とは、転写(必要に応じて)および翻訳のプロ
セスによって、あるポリペプチドをコードしている核酸からそのポリペプチドが
産生されることを意味する。
The term “polypeptide” is used interchangeably herein with the term “protein” and means any polypeptide that is two or more amino acid residues in length. Expression of a protein means that the process of transcription (if necessary) and translation produces the polypeptide from the nucleic acid encoding the polypeptide.

【0011】 本発明の宿主細胞は、組換え核酸分子を安定にまたは一時的に収容することの
できる細胞であれば、いかなる細胞であっても良い。好ましくは、本発明の宿主
細胞は大腸菌細胞などの細菌細胞である。適切な宿主細胞の例は下記により詳細
に述べる。
The host cell of the present invention may be any cell as long as it can stably or temporarily store the recombinant nucleic acid molecule. Preferably, the host cells of the present invention are bacterial cells such as E. coli cells. Examples of suitable host cells are described in more detail below.

【0012】 本発明の細胞質内の膜の構成は野生型細胞の膜構成とは異なっている。そのよ
うな相異が存在することが、その細胞の脂質含有画分の構成成分の質および/も
しくは量の相異を意味するものであることが好ましい。この点については下記で
より詳細に述べる。膜構成が異なっていることを本明細書中では「改変された」
膜構成と呼ぶ。本明細書で開示した宿主細胞は改変された膜構成を有する細胞質
内の膜を含んでいる。
The composition of the cytoplasmic membrane of the present invention is different from that of wild-type cells. The presence of such a difference preferably means a difference in the quality and / or amount of the constituent components of the lipid-containing fraction of the cell. This point will be described in more detail below. "Modified" herein as having different membrane configurations
It is called a film structure. The host cells disclosed herein contain an intracytoplasmic membrane with an altered membrane organization.

【0013】 本発明の膜の改変された膜構成は、当業者には既知の下記に説明する分析技法
によって特徴を調べることができる。好ましくは、本発明の膜は次の特性から選
択された1つ以上の特性を有するものとすることができる;脂質:タンパク質比が
約0.4を超える;カルジオリピンが約4%を超える比率である膜のリン脂質組成;
ホスファチジルグリセロールが約20%未満の比率である膜のリン脂質組成、もし
くはホスファチジルエタノールアミンのレベルが平均未満である膜のリン脂質組
成。
The modified membrane configurations of the membranes of the present invention can be characterized by the analytical techniques described below and known to those skilled in the art. Preferably, the membrane of the present invention may have one or more properties selected from the following properties; a lipid: protein ratio of greater than about 0.4; a cardiolipin ratio of greater than about 4%. Phospholipid composition of
Membrane phospholipid composition with a phosphatidyl glycerol ratio of less than about 20%, or membrane phospholipid composition with phosphatidyl ethanolamine levels below average.

【0014】 宿主細胞中でのタンパク質の発現による毒性作用は多種多様な様相で現れうる
が、そのようなものとしては増殖の遅延、生存率の低下、形態的な欠陥、もしく
は当業者には既知のその他の影響が含まれ、それらについては下記により詳細に
述べている。
The toxic effects of protein expression in host cells can manifest in a wide variety of ways, including delayed growth, reduced viability, morphological defects, or known to those of skill in the art. Other impacts of, and are discussed in more detail below.

【0015】 宿主細胞中のタンパク質発現の毒性作用はATP合成酵素のサブユニットbまたは
サブユニットcの少なくとも一部分の発現によってある程度緩和されることが本
明細書で示されている。本明細書ではさらに、ATP合成酵素のサブユニットbまた
はサブユニットcの発現が本発明の宿主細胞の膜構成の改変に驚くべき寄与をす
ることが判明している。従って、本発明は、宿主細胞中で膜の増加を誘導するこ
とのできるATP合成酵素のサブユニットbおよび/もしくはサブユニットc、または
それらの断片の発現によって誘導される細胞質内の膜の産生を提供するものであ
る。
It has been shown herein that the toxic effects of protein expression in host cells are partially mitigated by the expression of at least a portion of subunit b or subunit c of ATP synthase. It is further found herein that expression of subunit b or subunit c of ATP synthase makes a surprising contribution to the modification of the membrane organization of the host cells of the invention. Accordingly, the present invention provides for the production of intracytoplasmic membranes induced by the expression of subunit b and / or subunit c of ATP synthase, or a fragment thereof, which is capable of inducing increase of membranes in host cells. It is provided.

【0016】 本発明の方法で用いるための核酸構築物は、当業者には既知の組換えDNA技法
を用いて調製することができ、下記に述べる。簡潔に記せば、タンパク質発現の
ために用いる構築物は、発現されることとなるタンパク質をコードするヌクレオ
チド配列(「コード」配列、もしくはオープンリーディングフレーム(ORF)と呼ば
れる)を含み、また、該コード配列の発現を促進、指令、もしくは駆動するヌク
レオチド配列(本明細書では「プロモーター」と呼ぶ)も含むものとすることがで
きる。該核酸構築物には、その他のエレメントを含有させることもでき、その例
については下記に述べている。
Nucleic acid constructs for use in the methods of the invention can be prepared using recombinant DNA techniques known to those of skill in the art and are described below. Briefly, the construct used for protein expression comprises a nucleotide sequence (referred to as the "coding" sequence, or open reading frame (ORF)) that encodes the protein to be expressed, and the coding sequence It may also include a nucleotide sequence (referred to herein as a "promoter") that promotes, directs, or drives the expression of the. The nucleic acid construct may also contain other elements, examples of which are described below.

【0017】 「ATP合成酵素のサブユニットbまたはサブユニットc」とは好ましくは大腸菌A
TP合成酵素のF0膜領域から得たサブユニットbまたはサブユニットcである(Walk
erら, 1982 Nature vol.298, pp867-869)。非常に好ましい1実施形態においては
、これは大腸菌ATP合成酵素のF0膜領域のサブユニットbまたはその一部分を意
味し、その例は本明細書に述べている。
“ATP synthase subunit b or subunit c” is preferably Escherichia coli A
It is subunit b or subunit c obtained from the F0 membrane region of TP synthase (Walk
er et al., 1982 Nature vol.298, pp867-869). In a highly preferred embodiment, this means subunit b of the F0 membrane region of E. coli ATP synthase or a part thereof, examples of which are mentioned herein.

【0018】 対象とするポリペプチドの宿主細胞内での発現は核酸構築物によって都合よく
指令することができる。従って、本発明はある核酸構築物を含む宿主細胞であっ
て、該構築物が対象のポリペプチド、およびATP合成酵素のサブユニットbもしく
はサブユニットcの少なくとも一部分の発現を指令することができる宿主細胞を
提供する。非常に好ましい1実施形態においては、対象とするポリペプチドの発
現およびATP合成酵素のサブユニットbまたはサブユニットcの少なくとも一部分
の発現は単一の核酸構築物によって指令される。
Expression of a polypeptide of interest in a host cell can be conveniently directed by a nucleic acid construct. Accordingly, the invention provides a host cell comprising a nucleic acid construct, wherein the construct is capable of directing the expression of the polypeptide of interest and at least a portion of subunit b or subunit c of ATP synthase. provide. In a highly preferred embodiment, expression of the polypeptide of interest and expression of at least part of subunit b or subunit c of ATP synthase is directed by a single nucleic acid construct.

【0019】 本明細書で開示されている宿主細胞の特性は膜タンパク質の発現/産生に特に
有利なものである。膜タンパク質は、細胞の膜画分に伴う、もしくは膜画分に伴
いうるいかなるタンパク質でも良い。
The host cell characteristics disclosed herein are particularly advantageous for expression / production of membrane proteins. The membrane protein may be any protein associated with or capable of being associated with the membrane fraction of cells.

【0020】 本明細書に開示されているとおり、改変された膜構成を有する膜の産生は宿主
細胞中でのATP合成酵素のサブユニットbまたはサブユニットcの少なくとも一部
分の発現によって誘導することができる。この改変された膜構成は、細胞質内の
膜の産生の増大という形となって現れることができる。
As disclosed herein, the production of a membrane having an altered membrane constitution can be induced by expression of at least a portion of subunit b or subunit c of ATP synthase in a host cell. it can. This altered membrane organization can manifest itself in increased production of membranes in the cytoplasm.

【0021】 ATP合成酵素のサブユニットbまたはサブユニットcの少なくとも一部分の発現
ならびに対象のポリペプチドの発現は単一の核酸構築物から指令されることが有
利である。ATP合成酵素のサブユニットbまたはサブユニットcの少なくとも一部
分の発現ならびに対象のポリペプチドの発現は同時に起こることが好ましい。好
ましい1実施形態においては、その対象のポリペプチドは異種のものかまたは内
在性の膜タンパク質である。
Advantageously, the expression of at least a portion of subunit b or subunit c of ATP synthase as well as the expression of the polypeptide of interest is directed from a single nucleic acid construct. It is preferred that expression of at least part of subunit b or subunit c of ATP synthase as well as expression of the polypeptide of interest occur simultaneously. In a preferred embodiment, the polypeptide of interest is a heterologous or integral membrane protein.

【0022】 同時に発現する、とは対象のポリペプチドの発現およびATP合成酵素のサブユ
ニットbまたはサブユニットcの発現が時間的にオーバーラップすることを意味す
る。いくつかの実施形態においては、ATP合成酵素のサブユニットbまたはサブユ
ニットcの発現は対象のタンパク質の発現に先立って行うことができる。この場
合には、ある特定の時点で双方のタンパク質が同一の宿主細胞中に存在すればそ
れらの発現はオーバーラップしているものと見なされる。
By co-expressed is meant that the expression of the polypeptide of interest and the expression of subunit b or subunit c of ATP synthase temporally overlap. In some embodiments, expression of subunit b or subunit c of ATP synthase can precede expression of the protein of interest. In this case, if both proteins are present in the same host cell at a particular time, their expression is considered to overlap.

【0023】 有利なことに、本発明のベクターでは、ATP合成酵素またはその断片をコード
するコード配列はポリペプチドをコードするコード配列のプロモーターの近位(
例えば上流に)置かれ、これら2つのコード配列は同一のプロモーターから直列に
発現される。
Advantageously, in the vector of the invention, the coding sequence encoding ATP synthase or a fragment thereof is proximal to the promoter of the coding sequence encoding the polypeptide (
Placed (for example upstream), the two coding sequences are expressed in tandem from the same promoter.

【0024】 好ましくは、本発明のベクター中に用いられるプロモーターは誘導性プロモー
ターである。
Preferably, the promoter used in the vector of the present invention is an inducible promoter.

【0025】 細胞内の膜の産生の誘導は、好ましくはその宿主細胞中での該ポリペプチドの
産生の前、またはそれと同時に行われる。このことによって、細胞内の膜がポリ
ペプチド発現の際に存在している、ということが確保される。
Induction of intracellular membrane production is preferably performed prior to or concomitant with production of the polypeptide in the host cell. This ensures that the intracellular membrane is present during polypeptide expression.

【0026】 本発明はポリペプチドの発現に有用であり、該発現は当業者には既知のおよび
本明細書中に述べている多数の適切な方法のいずれによっても指令される。例え
ば、該発現系はバクテリオファージT7 RNAポリメラーゼ系を利用することができ
る。したがって、本発明は、宿主細胞がバクテリオファージRNAポリメラーゼを
発現し、その発現系にそのポリメラーゼによって認識されるプロモーター配列を
含んでいるような、宿主細胞中のタンパク質を発現するための方法を提供する。
好ましくは該ポリメラーゼはT7 RNAポリメラーゼである。
The present invention is useful for the expression of polypeptides, which expression is directed by any of the numerous suitable methods known to those of skill in the art and described herein. For example, the expression system can utilize the bacteriophage T7 RNA polymerase system. Accordingly, the present invention provides a method for expressing a protein in a host cell, such that the host cell expresses a bacteriophage RNA polymerase and the expression system contains a promoter sequence recognized by the polymerase. .
Preferably the polymerase is T7 RNA polymerase.

【0027】 このような発現方法を行うための通常用いられている系としてはpETまたはpMW
7発現系が含まれる。従って、本発明は、発現系に発現ベクターpETまたはpMW7が
含まれる宿主細胞中でのタンパク質の発現方法を提供する。
A commonly used system for carrying out such an expression method is pET or pMW.
7 expression systems are included. Therefore, the present invention provides a method for expressing a protein in a host cell, the expression system of which comprises the expression vector pET or pMW7.

【0028】 発現されるタンパク質に標識することが望ましいことがしばしばある。そのよ
うな標識は当業者には既知の適切な方法のいずれかを用いて行うことができ、例
えば、該ポリペプチドを緑色蛍光タンパク質(GFP)などの検出可能な部分との融
合タンパク質として発現させることが挙げられる。このように、本発明は、該発
現ベクターが検出可能な標識として機能するポリペプチドをコードする核酸配列
を含んでいる、宿主細胞中でのタンパク質の発現方法を提供する。好ましくは該
検出可能な標識は緑色蛍光タンパク質である。
It is often desirable to label the expressed protein. Such labeling can be done using any suitable method known to those skilled in the art, for example expressing the polypeptide as a fusion protein with a detectable moiety such as green fluorescent protein (GFP). It can be mentioned. Thus, the invention provides a method for expressing a protein in a host cell, wherein the expression vector comprises a nucleic acid sequence encoding a polypeptide that functions as a detectable label. Preferably the detectable label is green fluorescent protein.

【0029】 形質転換にはトランスフェクション、感染、形質導入、もしくはその他の手段
で核酸を宿主細胞中に導入することが含まれ、また、非複製性ベクター(「自殺
ベクター」)を用いた一時的なトランスフェクションもしくは形質転換、ならび
に裸の核酸もしくは核酸を担持している粒子のいずれかを用いる安定な形質転換
をも意図している。本明細書で用いているベクターという用語は、プラスミド、
コスミド、遺伝子カセット、ならびにバクテリオファージもしくはそれと類似の
ものなどの生物体由来のベクターを含んでいる。制御配列とは、対象のポリペプ
チドの発現を誘導、増強、促進、もしくは何らかの影響を及ぼす核酸配列である
Transformation includes introducing the nucleic acid into a host cell by transfection, infection, transduction, or other means, and also using a non-replicating vector (“suicide vector”) Transfection or transformation as well as stable transformation with either naked nucleic acid or particles carrying nucleic acid are also contemplated. The term vector as used herein refers to a plasmid,
It includes cosmids, gene cassettes, and vectors derived from organisms such as bacteriophage or the like. A control sequence is a nucleic acid sequence that induces, enhances, promotes, or exerts some influence on the expression of the polypeptide of interest.

【0030】 本発明で発現されたポリペプチドは細胞質内の膜をその他の細胞性の膜と分離
することによって単離することができる。好ましくは、その分離は遠心分離によ
って行われる。膜の画分は本明細書に記載の改変された膜構成を有する膜を含ん
でいる宿主細胞から調製することができ、その方法では従来の膜調製方法では必
要とされた高速遠心ステップを必要としない。本明細書で開示しているとおり、
本発明では、2,500〜10,000 × gなどの低速での遠心で、宿主細胞の細胞質画分
からの膜の分離には十分である。この方法の利点は、改変された膜構成を有する
細胞質内の膜もその他の細胞性の膜から分離されることであり、他の膜はより高
速になれば沈降してくるはずである。
The polypeptide expressed in the present invention can be isolated by separating the cytoplasmic membrane from other cellular membranes. Preferably, the separation is done by centrifugation. Membrane fractions can be prepared from host cells containing membranes having the modified membrane composition described herein, which method requires the high-speed centrifugation step required by conventional membrane preparation methods. Not. As disclosed herein,
In the present invention, centrifugation at a low speed such as 2,500 to 10,000 × g is sufficient for separating the membrane from the cytoplasmic fraction of host cells. The advantage of this method is that the intracytoplasmic membranes with modified membrane organization are also separated from other cellular membranes, which should sediment at higher rates.

【0031】 ここで調製されるポリペプチドは膜タンパク質とすることができる。別の1実
施形態においては、該膜タンパク質は膜ターゲティングタンパク質と融合された
ポリペプチドとすることができる。
The polypeptide prepared herein can be a membrane protein. In another embodiment, the membrane protein can be a polypeptide fused to a membrane targeting protein.

【0032】 本発明のさらなる1実施形態においては、スクリーニングアッセイに用いるた
めの膜タンパク質の産生方法が提供される。膜ポリペプチドとの会合もしくは結
合能について薬剤をスクリーニングするには該ポリペプチドの調製および/もし
くは発現が必要であろう。従って、本発明はまた、所望の膜タンパク質と結合す
る、影響を及ぼす、もしくは修飾する薬剤のスクリーニング方法にも関し、その
方法は、宿主細胞を本明細書に記載のとおり、本発明のベクターで形質転換し、
所望の膜タンパク質の発現を誘導し、宿主細胞を培養して所望の膜タンパク質を
産生させ、かつ細胞膜を担体上に固定化してその膜をスクリーニングしようとす
る薬剤に、その薬剤とポリペプチドとの相互作用を促進する条件下で、曝露する
ステップを含んでいる。
In a further embodiment of the invention there is provided a method of producing a membrane protein for use in a screening assay. Screening agents for their ability to associate or bind with membrane polypeptides may require preparation and / or expression of the polypeptides. Accordingly, the present invention also relates to a method of screening for agents that bind, affect or modify a desired membrane protein, which method comprises host cells as described herein with a vector of the invention. Transformed
A drug for inducing expression of a desired membrane protein, culturing a host cell to produce the desired membrane protein, and immobilizing a cell membrane on a carrier to screen the membrane Exposing under conditions that promote interactions.

【0033】 本明細書で用いている薬剤という用語は、膜タンパク質などのポリペプチドと
可逆的にもしくは不可逆的に会合することが知られているか、もしくは会合する
のではないかと考えられているいかなるものをも意味している。細胞膜が固定化
されることとなる担体は当業界ではよく知られており、そのようなものとしては
、ニトロセルロースをベースとするフィルター、サポートされたフィルター、ま
たはELISAプレートなどの活性化、もしくはコートした表面が含まれる。
The term agent, as used herein, refers to any agent that is known to or is believed to associate reversibly or irreversibly with a polypeptide, such as a membrane protein. It also means something. Carriers on which cell membranes are immobilized are well known in the art and include activated or coated filters such as nitrocellulose-based filters, supported filters, or ELISA plates. Included surface.

【0034】 ポリペプチドのスクリーニングは、本発明でのポリペプチド発現の途中もしく
は後に宿主細胞の分画を行うことなく細胞全体について行うことが望ましいであ
ろう。従って、さらなる1実施形態においては、本発明は所望のポリペプチドと
結合する、影響を及ぼす、もしくは修飾する薬剤のスクリーニング方法を提供す
るが、その方法は宿主細胞を本明細書に記載のとおり本発明のベクターで形質転
換し、大腸菌のF-ATPアーゼのサブユニットbまたはサブユニットcを第1の発現ユ
ニットから発現するように誘導し、その宿主細胞を膜の産生が誘導されるように
培養し、所望の膜タンパク質を第2の発現ユニットから発現するように誘導し、
その宿主細胞を培養して所望の膜タンパク質を産生させ、その細胞を担体上に固
定化し、かつスクリーニングしようとする薬剤に、その薬剤と該ポリペプチドと
の相互作用を促進する条件下でその細胞を曝露するステップを含んでいる。
It may be desirable to screen the polypeptides for whole cells without fractionating the host cells during or after expression of the polypeptides of the invention. Accordingly, in a further embodiment, the invention provides a method of screening for agents that bind, affect or modify a desired polypeptide, which method comprises the step of transforming a host cell as described herein. Transforming with the vector of the invention, inducing E. coli F-ATPase subunit b or subunit c to be expressed from the first expression unit and culturing the host cell to induce membrane production. And induce the desired membrane protein to be expressed from the second expression unit,
Culturing the host cell to produce the desired membrane protein, immobilizing the cell on a carrier, and allowing the drug to be screened under conditions that promote the interaction between the drug and the polypeptide Exposure step.

【0035】 毒性作用を有するポリペプチドの発現は宿主細胞を通常よりも低い温度で培養
することによって改善することができる。大腸菌の通常の増殖温度の1例は37℃
である。従って、本発明は宿主細胞が25℃で培養される該宿主細胞中でのポリペ
プチドの発現方法に関する。
Expression of polypeptides having toxic effects can be improved by culturing the host cells at subnormal temperatures. One common growth temperature for E. coli is 37 ° C.
Is. Accordingly, the present invention relates to a method of expressing a polypeptide in a host cell in which the host cell is cultured at 25 ° C.

【0036】本発明の説明 タンパク質という用語は2個以上のアミノ酸残基もしくはそれより長さの長い
ポリペプチドのどのようなものをも意味する。タンパク質およびポリペプチドと
いう用語は本明細書では相互に交換可能な形で用いることができ、とりわけ、翻
訳後に修飾されたポリペプチド、もしくは非天然のアミノ酸残基もしくはイミノ
酸残基、アミノ酸類似体等を含んでいる。
DESCRIPTION OF THE INVENTION The term protein means any polypeptide having two or more amino acid residues or longer. The terms protein and polypeptide may be used interchangeably herein and include, inter alia, post-translationally modified polypeptides, or unnatural amino acid or imino acid residues, amino acid analogs, etc. Is included.

【0037】宿主細胞 本発明の宿主細胞は、ポリペプチドの発現を誘導することのできる核酸分子を
安定的にもしくは一時的に保持することのできるいかなる細胞であっても良い。
好ましくは、本発明の宿主細胞は大腸菌細胞などの細菌細胞である。より好まし
くは、本発明の宿主細胞は大腸菌C43(DE3) (ECCC B96070445)、大腸菌C41(DE3)
(ECCC B96070444)、大腸菌DK8(DE3)S (NCIMB 40885)、もしくは大腸菌C2014(DE3
) (NCIMB 40884)、またはそれらから誘導されるものである。大腸菌株に関して
用いる「誘導される」という用語は、宿主細胞が本明細書に示された1種以上の
株と遺伝的に近縁であり得ることを意味する。例えば、ある大腸菌株がもしその
株が当業者には公知の基本的な遺伝子操作によって別の株から得られたものであ
る場合は、その別の株から誘導されたものと見なす。
Host Cell The host cell of the present invention may be any cell capable of stably or temporarily retaining a nucleic acid molecule capable of inducing the expression of the polypeptide.
Preferably, the host cells of the present invention are bacterial cells such as E. coli cells. More preferably, the host cells of the invention are E. coli C43 (DE3) (ECCC B96070445), E. coli C41 (DE3).
(ECCC B96070444), E. coli DK8 (DE3) S (NCIMB 40885), or E. coli C2014 (DE3
) (NCIMB 40884), or derived therefrom. The term "derived" as used with respect to E. coli strains means that the host cells can be genetically related to one or more strains set forth herein. For example, an E. coli strain is considered to be derived from another strain if the strain was obtained from another strain by basic genetic engineering known to those of skill in the art.

【0038】毒性 「毒性のある」、「有毒な」、および「毒性作用」という用語は当業界では容
易に理解されうる相対的な用語である。たとえば、Studierら(1990)は、宿主細
胞に対して毒性を有する産物を産生する遺伝子の問題について述べているが、そ
の際この毒性という用語をさらに詳細に定義することを必要とはしていない。
[0038] "toxic" toxic, "toxic" and "toxic effects" are relative terms that can be readily understood in the art. For example, Studier et al. (1990) address the problem of genes that produce products that are toxic to host cells, without requiring a more detailed definition of the term toxic. .

【0039】 しかし通常は、毒性は細胞への種々の作用として現れる。そのようなものとし
ては、細胞増殖障害、コピー数の減少、増殖培地中でのプラスミドを欠く細胞の
増加(Studierら, 1990)、細菌細胞のフィラメント化(Georgeら, 1994)、SOS応答
の誘導(MurliおよびWalker, 1993)、および/もしくはリボゾームの崩壊(Dongら,
1995)が含まれる。
However, toxicity usually manifests itself as a variety of effects on cells. These include impaired cell proliferation, decreased copy number, increased number of cells lacking plasmid in growth medium (Studier et al., 1990), filamentation of bacterial cells (George et al., 1994), induction of SOS response. (Murli and Walker, 1993), and / or ribosome decay (Dong et al.,
1995) is included.

【0040】ベクター 対象のポリペプチドをコードする本発明の核酸は、さらに操作を行うためにベ
クター中に組み込むことができる。本明細書で用いている通り、ベクター(もし
くはプラスミド)とは、異種DNAを発現もしくは複製させるために細胞中に該DNA
を導入するのに用いられる独立したエレメントを意味する。そのような運搬媒体
の選択と使用は当業者の技術の範囲内である。多数のベクターが利用可能であり
、適切なベクターの選択は、そのベクターの意図する使用(すなわちDNA増幅に
用いるのか、またはDNA発現に用いるのか)、ベクター中に挿入されることとな
るDNAのサイズ、およびそのベクターで形質転換されることとなる宿主細胞に応
じてなされる。各ベクターはその機能性(DNAの増幅もしくはDNAの発現)および該
ベクターが適合性を有する宿主細胞に応じて種々の構成要素を含有する。ベクタ
ーの構成要素としては、通常、限定はされないが次のものを1つ以上含む:複製
起点、1つ以上のマーカー遺伝子、エンハンサーエレメント、プロモーター、転
写終結配列、およびシグナル配列。
Vectors The nucleic acids of the invention which encode the subject polypeptides can be incorporated into vectors for further manipulation. As used herein, a vector (or plasmid) is a DNA in a cell for expressing or replicating heterologous DNA.
Means an independent element used to introduce Selection and use of such carrier media is within the skill of one in the art. A large number of vectors are available and the selection of the appropriate vector will depend on the intended use of the vector (ie whether it is used for DNA amplification or DNA expression), the size of the DNA that will be inserted into the vector. , And the host cell to be transformed with the vector. Each vector contains various components depending on its functionality (amplification of DNA or expression of DNA) and the host cell to which the vector is compatible. Vector components typically include, but are not limited to, one or more of the following: an origin of replication, one or more marker genes, enhancer elements, promoters, transcription termination sequences, and signal sequences.

【0041】 発現ベクターおよびクローニングベクターの双方とも、通常1種以上の選択さ
れた宿主細胞中でのベクターの複製を可能とする核酸配列を含んでいる。クロー
ニングベクター中では、通常は、この配列はそのベクターが宿主の染色体DNAと
は独立に複製することを可能とするものであり、それには複製起点、または自律
複製配列が含まれる。そのような配列は各種細菌、酵母、およびウイルスについ
てよく知られている。プラスミドpBR322の複製起点は大部分のグラム陰性菌に適
しており、2μプラスミド複製起点は酵母に適しており、種々のウイルス性複製
起点(例えばSV40、ポリオーマ、アデノウイルス)は哺乳動物細胞内で用いるクロ
ーニングベクターに有用である。通常は、複製起点構成要素は、高レベルのDNA
複製が可能なCOS細胞などの哺乳動物細胞に用いるのでない限りは、哺乳動物の
発現ベクターには必要ではない。
Both expression and cloning vectors usually contain a nucleic acid sequence that enables the vector to replicate in one or more selected host cells. In cloning vectors, this sequence usually enables the vector to replicate independently of the host chromosomal DNA, including origins of replication, or autonomously replicating sequences. Such sequences are well known for various bacteria, yeast, and viruses. The origin of replication of plasmid pBR322 is suitable for most Gram-negative bacteria, the 2μ plasmid origin of replication is suitable for yeast, and various viral origins of replication (e.g. SV40, polyoma, adenovirus) are used in mammalian cells. Useful as a cloning vector. Usually the origin of replication component is a high-level DNA
It is not required for mammalian expression vectors unless used in mammalian cells, such as COS cells, which are capable of replication.

【0042】 大多数の発現ベクターはシャトルベクターであり、すなわち、それらのベクタ
ーは少なくとも1つのクラスの生物体中で複製できる一方で、発現用に別のクラ
スの生物体にトランスフェクトされ得る。たとえば、あるベクターを大腸菌中で
クローン化し、次いでその同じベクターを酵母または哺乳動物細胞中へトランス
フェクトする。この場合、該ベクターは宿主細胞の染色体とは独立に複製するこ
とはできない。DNAを宿主ゲノム中に挿入することによって複製することができ
る。しかし、対象のポリペプチドをコードするゲノムDNAの回収は、対象のポリ
ペプチドをコードするDNAを切り出すために制限酵素による消化を必要とするた
め、外部的に複製されたベクターの回収より複雑である。DNAはPCRによって増幅
することができ、いかなる複製構成要素も用いずに宿主細胞中に直接的にトラン
スフェクトしてもよい。
The majority of expression vectors are shuttle vectors, that is, they are capable of replicating in at least one class of organism, while being transfectable for expression in another class of organism. For example, one vector is cloned in E. coli and then the same vector is transfected into yeast or mammalian cells. In this case, the vector cannot replicate independently of the host cell chromosome. It can be replicated by inserting the DNA into the host genome. However, the recovery of genomic DNA encoding the polypeptide of interest is more complicated than the recovery of an externally replicated vector because it requires digestion with a restriction enzyme to excise the DNA encoding the polypeptide of interest. . DNA can be amplified by PCR and may be directly transfected into host cells without any replication components.

【0043】選択マーカー 有利なことに、発現およびクローニングベクターに、選択マーカーと呼ばれる
選択遺伝子をも含ませることができる。この遺伝子は選択的培地中で増殖される
形質転換宿主細胞の生存または増殖に必要なタンパク質をコードする。選択遺伝
子を含有するベクターで形質転換されていない宿主細胞は、その培地中では生存
しない。典型的な選択遺伝子は、抗生物質およびその他の毒素、例えばアンピシ
リン、ネオマイシン、メトトレキセート、もしくはテトラサイクリンに対する耐
性を付与するか、または複合培地から得られない必須栄養素を供給するタンパク
質をコードする。
Selectable Markers Advantageously, the expression and cloning vectors may also include a selectable gene, termed a selectable marker. This gene encodes a protein required for the survival or growth of transformed host cells grown in a selective medium. Host cells not transformed with the vector containing the selection gene will not survive in the medium. Typical selection genes encode proteins that confer resistance to antibiotics and other toxins such as ampicillin, neomycin, methotrexate, or tetracycline, or that supply essential nutrients not available from complex media.

【0044】 酵母に適した選択遺伝子マーカーとしては、そのマーカー遺伝子の表現型の発
現によって形質転換体の選択が容易となるものであればどのようなマーカー遺伝
子でも用いることができる。酵母での適切なマーカーとしては、例えば、抗生物
質のG418、ハイグロマイシン、またはブレオマイシンに対する耐性を付与するも
の、または栄養要求性酵母変異体に原栄養性を与えるもの、例えばURA3、LEU2、
LYS2、TRP1、またはHIS3遺伝子が挙げられる。
As a selection gene marker suitable for yeast, any marker gene can be used as long as it can facilitate the selection of transformants by expressing the phenotype of the marker gene. Suitable markers in yeast include, for example, those that confer resistance to the antibiotics G418, hygromycin, or bleomycin, or those that confer prototrophy to auxotrophic yeast mutants, such as URA3, LEU2,
The LYS2, TRP1, or HIS3 genes may be mentioned.

【0045】 ベクターの複製は大腸菌中で都合よく行われるので、大腸菌の遺伝子マーカー
および大腸菌の複製起点を含ませることが有利である。これらはpBR322、Bluesc
ript(登録商標)ベクター、または、pUCプラスミド例えばpUC18もしくはpUC19な
どの、大腸菌の複製起点およびアンピシリンなどの抗生物質に対する耐性を付与
する大腸菌の遺伝子マーカーの双方を含む大腸菌プラスミドから得ることができ
る。
Since replication of the vector is conveniently carried out in E. coli, it is advantageous to include an E. coli genetic marker and an E. coli origin of replication. These are pBR322, Bluesc
It can be obtained from the ript® vector or an E. coli plasmid containing both the pUC plasmid, eg pUC18 or pUC19, of the E. coli origin of replication and the E. coli genetic marker conferring resistance to antibiotics such as ampicillin.

【0046】プロモーター 発現およびクローニングベクターは、通常は宿主生物に認識され、かつ対象の
ポリペプチドをコードする核酸に機能しうる形で連結されたプロモーターを含ん
でいる。そのようなプロモーターは誘導性のものもしくは構成的なものとするこ
とができる。そのようなプロモーターは、起源となるDNAから制限酵素消化によ
って取り出しその単離したプロモーター配列を該ベクター中に挿入することによ
って、対象のポリペプチドをコードするDNAと機能しうる形で連結される。対象
のポリペプチドの増幅および/または発現を誘導するために、多数の異種プロモ
ーターを用いることができる。「機能しうる形で連結された」という用語は複数
の構成要素がそれらの意図された様式で機能し得るような関係にあることを意味
する。コード配列に「機能しうる形で連結された」制御配列は、その制御配列と
適合する条件下で該コード配列の発現が行われるように連結されている。
Promoter expression and cloning vectors usually contain a promoter that is recognized by the host organism and is operably linked to the nucleic acid encoding the polypeptide of interest. Such promoters can be inducible or constitutive. Such a promoter is operably linked to the DNA encoding the polypeptide of interest by removing from the source DNA by restriction enzyme digestion and inserting the isolated promoter sequence into the vector. A large number of heterologous promoters can be used to drive the amplification and / or expression of the polypeptide of interest. The term "operably linked" means that the components are in a relationship such that they can function in their intended manner. A control sequence "operably linked" to a coding sequence is ligated in such a way that expression of the coding sequence is achieved under conditions compatible with the control sequences.

【0047】 原核生物宿主と共に用いるために適するプロモーターとしては、例えば、β-
ラクタマーゼおよびラクトースプロモーター系、アルカリホスファターゼ、トリ
プトファン(trp)プロモーター系、およびtacプロモーターなどのハイブリッドプ
ロモーターが挙げられる。それらのヌクレオチド配列は公表されており、それに
より当業者であれば、必要とする任意の制限酵素切断部位を提供するためのリン
カーまたはアダプターを用いて、それらを対象のポリペプチドをコードするDNA
へ機能しうる形で連結することができる。また細菌系で用いるためのプロモータ
ーは、通常、対象のポリペプチドをコードするDNAに対して機能しうる形で連結
されたシャイン・ダルガーノ配列を含んでいる。
Suitable promoters for use with a prokaryotic host include, for example, β-
Included are hybrid promoters such as the lactamase and lactose promoter systems, alkaline phosphatase, tryptophan (trp) promoter systems, and tac promoters. Their nucleotide sequences are publicly available, whereby those skilled in the art will use them to provide DNAs encoding the polypeptide of interest using linkers or adapters to provide any required restriction enzyme cleavage sites.
Can be operatively linked to. Promoters for use in bacterial systems also usually contain a Shine-Dalgarno sequence operably linked to the DNA encoding the polypeptide of interest.

【0048】 好ましい発現ベクターは、細菌中で機能しうるphagexもしくはT7などのバクテ
リオファージのプロモーターを含んでいる細菌性の発現ベクターである。最も広
く用いられている発現系の1つでは、融合タンパク質をコードする核酸はT7 RNA
ポリメラーゼを用いてベクターから転写することができる(Studierら, Methods
in Enzymol. 185; 60-89, 1990)。大腸菌BL21(DE3)宿主株を、pETベクターと共
に用いると、T7 RNAポリメラーゼが宿主細菌のλ-溶原ファージDE3から産生され
、その発現はIPTG誘導性lac UV5プロモーターの制御下にある。この系は多数の
タンパク質の過剰産生に用いられて成功を収めている。あるいはまた、そのポリ
メラーゼ遺伝子を、市販されているCE6ファージ(Novagen, Madison, 米国)など
のint-ファージを感染させることによってλファージ上に導入することができる
。その他のベクターとしては、PLEX(Invitrogen, NL)などのλPLプロモーターを
含んでいるベクター、pTrcHisXpressTm(Invitrogen)もしくはpTrc99(Pharmacia
Biotech, スウェーデン)などのtrcプロモーターを含んでいるベクター、またはp
KK223-3(Pharmacia Biotech)もしくはPMAL(New England Biolabs, 米国マサチュ
ーセッツ州)などのtacプロモーターを含んでいるベクターが含まれる。
A preferred expression vector is a bacterial expression vector containing a bacteriophage promoter such as phagex or T7 that is functional in bacteria. In one of the most widely used expression systems, the nucleic acid encoding the fusion protein is T7 RNA.
It can be transcribed from the vector using a polymerase (Studier et al., Methods
in Enzymol. 185; 60-89, 1990). When the E. coli BL21 (DE3) host strain is used with the pET vector, T7 RNA polymerase is produced from the host bacterium lambda-lysogen phage DE3 and its expression is under the control of the IPTG-inducible lac UV5 promoter. This system has been used successfully for the overproduction of many proteins. Alternatively, the polymerase gene can be introduced onto lambda phage by infecting an int-phage such as the commercially available CE6 phage (Novagen, Madison, USA). Other vectors include PLX (Invitrogen, NL) -containing λPL promoters, pTrcHisXpressTm (Invitrogen) or pTrc99 (Pharmacia).
Vector containing the trc promoter (e.g. Biotech, Sweden) or p
Vectors containing a tac promoter such as KK223-3 (Pharmacia Biotech) or PMAL (New England Biolabs, Massachusetts, USA) are included.

【0049】 酵母宿主と共に用いるために適したプロモーター配列は、調節性または構成性
のものであってよく、好ましくは高度に発現される酵母遺伝子、特にサッカロミ
セス・セレビシエ(Saccharomyces cerevisiae)遺伝子から由来するものである。
従って、TRP1遺伝子、ADHIもしくはADHII遺伝子、酸性ホスファターゼ(PH05)遺
伝子のプロモーター、a-もしくはα-因子をコードする酵母接合フェロモン遺伝
子のプロモーター、エノラーゼ、グリセルアルデヒド-3-リン酸デヒドロゲナー
ゼ(GAP)、3-ホスホグリセリン酸キナーゼ(PGK)、ヘキソキナーゼ、ピルビン酸デ
カルボキシラーゼ、ホスホフルクトキナーゼ、グルコース-6-リン酸イソメラー
ゼ、3-ホスホグリセリン酸ムターゼ、ピルビン酸キナーゼ、トリオースリン酸イ
ソメラーゼ、ホスホグルコースイソメラーゼもしくはグルコキナーゼ遺伝子、S.
セレビシエ(S. cerevisiae) GAL 4遺伝子、S. ポンベ(S. Pombe) nmt 1遺伝子
のプロモーターなどの解糖系酵素をコードする遺伝子由来のプロモーター、また
はTATA結合タンパク質(TBP)遺伝子由来のプロモーターを用いることができる。
さらに、ある酵母遺伝子の上流活性化配列(UAS)と、別の酵母遺伝子の機能性TAT
Aボックスを含んでいる下流プロモーターエレメントとを含んでなるハイブリッ
ドプロモーター、例えば酵母PH05遺伝子のUASおよび酵母GAP遺伝子の機能性TATA
ボックスを含んでいる下流プロモーターエレメントのハイブリッドプロモーター
(PH05-GAP ハイブリッドプロモーター)を用いることができる。適切な構成性PH0
5プロモーターは、例えば、PH05遺伝子のヌクレオチド-173から始まりヌクレオ
チド-9で終わるPH05(-173)プロモーターエレメントなどの上流調節エレメント(U
AS)を欠いた切詰型酸性ホスファターゼPH05プロモーターが挙げられる。
Suitable promoter sequences for use with yeast hosts may be regulatable or constitutive, preferably derived from highly expressed yeast genes, especially Saccharomyces cerevisiae genes. Is.
Therefore, TRP1 gene, ADHI or ADHII gene, promoter of acid phosphatase (PH05) gene, a- or promoter of yeast mating pheromone gene encoding α-factor, enolase, glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase (GAP), 3-phosphoglycerate kinase (PGK), hexokinase, pyruvate decarboxylase, phosphofructokinase, glucose-6-phosphate isomerase, 3-phosphoglycerate mutase, pyruvate kinase, triosephosphate isomerase, phosphoglucose isomerase or gluco Kinase gene, S.
Use a promoter derived from a gene encoding a glycolytic enzyme such as a promoter of the S. cerevisiae GAL4 gene or S. Pombe nmt1 gene, or a promoter derived from the TATA binding protein (TBP) gene be able to.
In addition, the upstream activation sequence (UAS) of one yeast gene and the functional TAT of another yeast gene.
A hybrid promoter comprising a downstream promoter element containing an A box, such as UAS of the yeast PH05 gene and functional TATA of the yeast GAP gene.
Hybrid promoter of a downstream promoter element containing a box
(PH05-GAP hybrid promoter) can be used. Proper configurability PH0
The 5 promoter includes upstream regulatory elements (U, such as the PH05 (-173) promoter element that begins at nucleotide -173 and ends at nucleotide-9 in the PH05 gene.
The truncated acid phosphatase PH05 promoter lacking (AS) is mentioned.

【0050】 発現ベクターとしては対象のポリペプチドをコードする核酸を発現することの
できるベクターであって、プロモーター領域などの調節配列と機能しうる形で連
結され、かつそのようなDNAの発現を行うことのできるいかなるベクターをも含
む。従って発現ベクターとは、適切な宿主細胞中に導入されるとクローン化され
たDNAの発現がもたらされるような、プラスミド、ファージ、組換えウイルス、
もしくはその他のベクターなどの組換えDNAもしくはRNA構築物を意味する。適切
な発現ベクターは当業者にはよく知られており、そのようなものとしては真核細
胞および/もしくは原核細胞中で複製可能なもの、およびエピソーム性のもの、
もしくは宿主細胞ゲノム中に組み込まれるものが含まれる。
The expression vector is a vector capable of expressing a nucleic acid encoding a polypeptide of interest, is operably linked to a regulatory sequence such as a promoter region, and expresses such DNA. Includes any vector capable of. Thus, expression vectors include plasmids, phages, recombinant viruses, which, when introduced into a suitable host cell, result in the expression of cloned DNA,
Alternatively, it means a recombinant DNA or RNA construct such as other vector. Suitable expression vectors are well known to those of skill in the art and include those that are replicable in eukaryotic cells and / or prokaryotic cells, and those that are episomal,
Alternatively, those that are integrated into the host cell genome are included.

【0051】組換えDNA技法 本発明のベクターの構築は従来法のライゲーション法を用いて行われる。単離
されたプラスミドもしくはDNA断片は必要とするプラスミドを作り出すために望
ましい形に切断し、調整し、および再連結される。所望により、構築したプラス
ミド中の配列が正しいことを確認するための分析が公知の方法で行われる。発現
ベクターを構築し、in vitroの転写産物を調製し、DNAを宿主細胞中に導入し、
発現および機能を調べる分析を行うための適切な方法は、当業者には公知である
。サンプル中の遺伝子の存在、増幅および/または発現は、例えば従来法のサザ
ンブロッティング法、mRNAの転写を定量するためのノーザンブロッティング法、
ドットブロッティング法(DNAもしくはRNA分析)、またはin situハイブリダイゼ
ーション法によって、本明細書で提供された配列に基づく適切な標識プローブを
用いて、直接的に測定することができる。当業者であれば、所望によりどのよう
にこれらの方法を改変しうるかを容易に理解するであろう。
Recombinant DNA Technique Construction of the vectors of the invention is carried out using conventional ligation techniques. The isolated plasmid or DNA fragment is cut, conditioned, and religated into the desired shape to produce the required plasmid. If desired, analysis is performed by known methods to confirm that the sequences in the constructed plasmid are correct. Construct an expression vector, prepare an in vitro transcript, introduce the DNA into a host cell,
Appropriate methods for performing assays for expression and function are known to those of skill in the art. The presence, amplification and / or expression of a gene in a sample can be determined, for example, by conventional Southern blotting, Northern blotting to quantify mRNA transcription,
It can be directly measured by a dot blotting method (DNA or RNA analysis) or an in situ hybridization method using an appropriate labeled probe based on the sequences provided herein. Those skilled in the art will readily understand how these methods can be modified if desired.

【0052】組換えポリペプチド 本明細書に記載の方法によって細胞中で産生されうる本発明の組換えポリペプ
チドとしては、限定はされないが、キモシン、インスリン、インターフェロン、
インスリン様増殖因子、ヒト化抗体を含む抗体、またはそれらの断片が含まれる
。しかし、特に好ましいものは、受容体タンパク質、シャペロンタンパク質およ
びその断片を含む原核生物および真核生物起源の膜タンパク質、医学的および薬
学的な有用性のあるタンパク質、ヌクレアーゼおよびその他の研究用ツールとし
て有用な酵素、醸造およびワイン醸造を含む食品加工に用いるタンパク質、解毒
に用いるタンパク質、ならびに産業廃棄物および家庭廃棄物の分解に用いるタン
パク質である。
Recombinant Polypeptides Recombinant polypeptides of the invention that may be produced in cells by the methods described herein include, but are not limited to, chymosin, insulin, interferon,
Insulin-like growth factors, antibodies including humanized antibodies, or fragments thereof are included. However, particularly preferred are useful as membrane proteins of prokaryotic and eukaryotic origin, including receptor proteins, chaperone proteins and fragments thereof, proteins of medical and pharmaceutical utility, nucleases and other research tools. Enzymes, proteins used in food processing, including brewing and winemaking, proteins used for detoxification, and proteins used for the decomposition of industrial and household waste.

【0053】 本発明の宿主細胞中で発現されるポリペプチドは、そうでないポリペプチドよ
りも可溶性を維持するものと思われる結果が観察されている。特に、選択してい
ない宿主株、例えば、BL21(DE3)などの中ではある程度の可溶性しか示さないポ
リペプチドが、本発明の細胞中で産生させるとより溶解性が高くなるか、もしく
は完全に溶解する。
It has been observed that the polypeptides expressed in the host cells of the invention appear to remain more soluble than the polypeptides that do not. In particular, polypeptides that are only partially soluble in unselected host strains, such as BL21 (DE3), are more soluble or completely lysed when produced in the cells of the invention. To do.

【0054】 培養の温度条件はポリペプチドの可溶性を決定する重要な因子である。従って
、培養は温度を下げて行うことが好ましい。細胞を約30から約20℃の間で、最も
好ましくは約25℃で培養することが有利である。
Culture temperature conditions are an important factor in determining the solubility of a polypeptide. Therefore, it is preferable to carry out the culture at a lowered temperature. It is advantageous to culture the cells at between about 30 and about 20 ° C, most preferably at about 25 ° C.

【0055】 本発明の方法で産生することのできる特に好ましい組換えポリペプチドのカテ
ゴリーは膜タンパク質である。従来はそのようなタンパク質を、培養において、
特に細菌細胞の培養において産生させることは、それらのタンパク質の毒性のた
め困難であった。さらに、従来の発現系では、膜タンパク質は合成時に膜の中に
効果的に挿入されず、従ってめったに機能を有しない。しかし本発明の発現系は
膜タンパク質の発現に効果的な系を提供する。
A particularly preferred category of recombinant polypeptides that can be produced by the methods of the present invention are membrane proteins. Conventionally, such proteins have been
Producing it, especially in culture of bacterial cells, has been difficult due to the toxicity of those proteins. Moreover, in conventional expression systems, membrane proteins are not effectively inserted into the membrane during synthesis and are therefore rarely functional. However, the expression system of the present invention provides an effective system for the expression of membrane proteins.

【0056】膜構成 上述のとおり、宿主細胞の改変された膜構成とは、野生型の細胞の膜構成と何
らかの点で異なる膜構成を意味する。ここで言う膜構成とは細胞の脂質含有画分
の量および/もしくは質を意味する。その組成が野生型細胞の組成と異なってい
ればそれは「改変された」ものと見なされる。その相異点とは、脂質画分の化学
的組成における相異であってもよく、各種の脂質含有成分の相互の比率における
相違であってもよく、または他の細胞画分、例えばタンパク質画分、核酸画分、
もしくは他の何らかの細胞性画分に対する脂質画分の比率であってもよい。宿主
細胞の膜構成が何らかの点で野生型細胞の膜構成と異なっていれば、それは「改
変された」ものと見なされる。
Membrane Composition As described above, a modified membrane composition of a host cell means a membrane composition that differs in some respect from the membrane composition of a wild-type cell. The term "membrane constitution" as used herein means the amount and / or quality of the lipid-containing fraction of cells. It is considered "modified" if its composition differs from that of the wild-type cell. The difference may be a difference in the chemical composition of the lipid fraction, a difference in the mutual proportions of the various lipid-containing components, or other cell fractions, such as protein fractions. Minute, nucleic acid fraction,
Alternatively, it may be the ratio of the lipid fraction to some other cellular fraction. If the membrane composition of the host cell differs in some way from that of the wild-type cell, it is considered "modified".

【0057】 本発明の宿主細胞の改変された膜構成は当業者には公知の分析技法によって特
性解析を行うことができ、それについては下記に述べている。好ましくは本発明
の宿主細胞は次のものから選択した1つ以上の特性によって判定するとき、改変
された膜構成を有するものである;脂質対タンパク質比率が改変されていること
、カルジオリピン、ホスファチジルグリセロール、もしくはホスファチジルエタ
ノールアミンのうちの1種以上に関して膜リン脂質組成が改変されていること;
または当業者には公知のその他の膜もしくは脂質関連の特性の何らかのもの。
The modified membrane composition of the host cells of the present invention can be characterized by analytical techniques known to those of skill in the art, which are described below. Preferably, the host cells of the invention have an altered membrane organization, as determined by one or more properties selected from the following: altered lipid to protein ratio, cardiolipin, phosphatidylglycerol. Or, the membrane phospholipid composition is modified with respect to one or more of phosphatidylethanolamines;
Or some other membrane or lipid related property known to those of skill in the art.

【0058】 宿主細胞は、その脂質対タンパク質比率が、約0.4以上、好ましくは0.414を超
え、より好ましくは約0.5以上、さらに好ましくは約0.6以上、さらにより好まし
くは約0.7以上、またはそれ以上の値であるとき、改変された膜リン脂質組成を
有するものと見なされる。
The host cell has a lipid to protein ratio of about 0.4 or greater, preferably greater than 0.414, more preferably about 0.5 or greater, even more preferably about 0.6 or greater, even more preferably about 0.7 or greater, or greater. A value is considered to have an altered membrane phospholipid composition.

【0059】 宿主細胞は、その膜リン脂質組成においてカルジオリピンを、約2〜4%以上、
好ましくは4.3%を超えて、好ましくは5%を超えて、好ましくは6%を超えて、好ま
しくは8%を超えて、好ましくは10%を超えて、より好ましくは11%を超えて、さら
により好ましくは11.3%を超えて、またはそれ以上の比率で含有するとき、改変
された膜リン脂質組成を有するものと見なされる。
The host cell contains about 2-4% or more of cardiolipin in its membrane phospholipid composition,
Preferably more than 4.3%, preferably more than 5%, preferably more than 6%, preferably more than 8%, preferably more than 10%, more preferably more than 11%, and further More preferably, it is considered to have an altered membrane phospholipid composition when it is contained in a proportion of more than 11.3% or more.

【0060】 宿主細胞は、その膜リン脂質組成においてホスファチジルグリセロールを、約
20%以下、好ましくは19%未満、好ましくは17%未満、好ましくは15%未満、より好
ましくは約13.2%以下の比率で含有するとき、改変された膜リン脂質組成を有す
るものと見なされる。
The host cell will reduce phosphatidylglycerol in its membrane phospholipid composition to about
It is considered to have an altered membrane phospholipid composition when it is included in a proportion of 20% or less, preferably less than 19%, preferably less than 17%, preferably less than 15%, more preferably less than about 13.2%.

【0061】 宿主細胞は、その膜リン脂質組成においてホスファチジルエタノールアミンを
平均的なレベルより少なく含有するときに、改変された膜リン脂質組成を有する
ものと見なされる。ホスファチジルエタノールアミンの平均的なレベルは約76.6
%ホスファチジルエタノールアミンである。好ましくは本発明の宿主細胞はホス
ファチジルエタノールアミンを76.6%未満、好ましくは75.45%かそれ未満で含む
A host cell is considered to have an altered membrane phospholipid composition when it contains less than the average level of phosphatidylethanolamine in its membrane phospholipid composition. Average level of phosphatidylethanolamine is about 76.6
% Phosphatidyl ethanolamine. Preferably the host cells of the invention contain less than 76.6% phosphatidylethanolamine, preferably less than 75.45%.

【0062】 さらに、改変された膜構成とは、脂質組成比率が実質的には同一に保たれてい
るが膜の形態が改変されているものをも意味している。この場合には、野生型の
細胞と形態学的に異なっている場合には、膜構成が改変されているものと見なさ
れる。宿主細胞が改変された膜構成を有するものと本明細書において示されるよ
うな形態学的相異とは、小胞、封入体、管様構造もしくはネットワーク、または
ラメラ増加などの特徴が1つ以上存在することが含まれる。その他の改変された
膜の形態は当業者には公知である。
Furthermore, the modified membrane constitution also means that the lipid composition ratio is kept substantially the same, but the morphology of the membrane is modified. In this case, if the morphologically different from the wild-type cells, it is considered that the membrane constitution is modified. A host cell having a modified membrane configuration and a morphological difference as shown herein means that one or more features such as vesicles, inclusion bodies, tube-like structures or networks, or increased lamellae. Being present is included. Other modified membrane morphologies are known to those of skill in the art.

【0063】ATP合成酵素のサブユニット 本明細書で開示しているとおり、大腸菌ATP合成酵素のF0膜領域から得たサブ
ユニットbもしくはサブユニットc(Walkerら, 1982 Nature vol.298, pp867-869(
サブユニットb);Fillingame(1996) Curr. Op. Struct. Biol. vol.6 pp491-498
(サブユニットc))は、本発明の宿主細胞の調製に有用である。非常に好ましい1
実施形態においては、大腸菌ATP合成酵素のF0膜領域のサブユニットbが本発明の
宿主細胞の調製に用いられる。さらに別の1実施形態においては、本発明は、本
発明の改変された膜構成を有する宿主細胞の調製における、サブユニットbもし
くはその一部分の使用に関する。
ATP Synthase Subunit As disclosed herein, subunit b or c obtained from the F 0 membrane region of E. coli ATP synthase (Walker et al., 1982 Nature vol.298, pp867- 869 (
Subunit b); Fillingame (1996) Curr. Op. Struct. Biol. Vol.6 pp491-498
(Subunit c)) is useful for preparing the host cells of the invention. Highly preferred 1
In an embodiment, subunit b of the F 0 membrane region of E. coli ATP synthase is used in the preparation of host cells of the invention. In yet another embodiment, the invention relates to the use of subunit b or a portion thereof in the preparation of host cells with modified membrane composition of the invention.

【0064】 本発明において有用なサブユニットbの部分としては、限定はされないが、サ
ブユニットb全体、サブユニットbのアミノ酸1-157、サブユニットbのアミノ酸1-
25、サブユニットbのアミノ酸1-34、サブユニットbのアミノ酸1-48、サブユニッ
トbのアミノ酸25-157、または本明細書記載の宿主細胞中で改変された膜構成を
もたらすサブユニットbのその他の任意の部分もしくは部分の組み合わせが含ま
れる。同様に、本発明で有用なサブユニットcの部分としては、限定はされない
が、サブユニットc全体、もしくはその断片が含まれる。
Subunit b moieties useful in the present invention include, but are not limited to, subunit b as a whole, subunit b amino acids 1-157, subunit b amino acids 1-
25, amino acids 1-34 of subunit b, amino acids 1-48 of subunit b, amino acids 25-157 of subunit b, or of subunit b that results in a modified membrane organization in a host cell described herein. Any other portion or combination of portions is included. Similarly, portions of subunit c useful in the present invention include, but are not limited to, entire subunit c, or fragments thereof.

【0065】膜の調製 本明細書に記載のとおり膜画分を宿主細胞から容易に調製しうることが本発明
の有利な特徴の1つである。従来のポリペプチド発現用細胞からの膜の調製には
、100,000×g以上の高速遠心ステップが必要である。このステップは時間がかか
り、しばしば高速のステージで何時間も必要とするのみならず、手間もかかる。
サンプルを単回使用用チューブに調製して注入し、次にそれらのチューブをグラ
ム未満の単位で丁寧に釣合いを取ってから密封して遠心にかけなければならない
。遠心それ自体は、高性能の減圧超遠心機を必要とし、それはしばしば、初期費
用と運転および維持費用との両面で多額の出費を必要とする。これに対して、本
発明ではそのような高速遠心を必要とせずに膜を宿主細胞から調製することがで
きる。本発明の宿主細胞の改変された膜は、約2,500〜10,000×gの低速遠心のみ
を用いて都合よく調製することができる。この方法は従来法で膜を調製するより
も、コストがはるかに安く、かなり迅速で、実質上により便利である。このこと
は実施例の項でより詳細に論じる。
Membrane Preparation It is one of the advantageous features of the present invention that the membrane fraction can be easily prepared from host cells as described herein. Conventional preparation of a membrane from cells for expressing a polypeptide requires a high speed centrifugation step of 100,000 × g or more. This step is time consuming and often not only time consuming on fast stages, but also laborious.
Samples should be prepared and infused into single-use tubes, which should then be carefully balanced to the nearest gram, sealed, and centrifuged. Centrifugation itself requires a high-performance vacuum ultracentrifuge, which often requires a large outlay in both initial and operating and maintenance costs. In contrast, the present invention allows membranes to be prepared from host cells without the need for such high speed centrifugation. The modified membranes of the host cells of the invention can be conveniently prepared using only low speed centrifugation at about 2,500-10,000 xg. This method is much cheaper, considerably faster, and substantially more convenient than preparing membranes by conventional methods. This will be discussed in more detail in the Examples section.

【0066】スクリーニング ポリペプチドは、スクリーニングしようとする物質との相互作用を同定するこ
とが望まれるポリペプチドであればどのようなものであっても良い。しかし、膜
タンパク質、特に受容体タンパク質が特に望ましい。
The screening polypeptide may be any polypeptide as long as it is desired to identify the interaction with the substance to be screened. However, membrane proteins, especially receptor proteins, are particularly desirable.

【0067】 膜は破壊した細胞から得ることができる。それらの細胞は、容易に、例えば遠
心によって単離することができるが、またはインタクトな細胞の形態であっても
よい。本発明の破壊した細胞からの膜画分の一部分は、リポソーム様小胞の形態
で得られ、それをリポソーム特異的担体、例えばBiacoreから市販されているも
のなどの上に固定化することができる。
Membranes can be obtained from disrupted cells. The cells can be easily isolated, eg by centrifugation, or may be in the form of intact cells. A portion of the membrane fraction from the disrupted cells of the invention is obtained in the form of liposome-like vesicles, which can be immobilized on liposome-specific carriers such as those commercially available from Biacore. .

【0068】 必要に応じて、膜のリン脂質量は、スクリーニングしようとするポリペプチド
の天然環境中の存在量に近似するように調節することができる。
If desired, the amount of phospholipids in the membrane can be adjusted to approximate the abundance of the polypeptide to be screened in the natural environment.

【0069】 膜タンパク質に結合するリガンドを調べる方法は当業界ではよく知られている
。結合したリガンドと遊離のリガンドとを分離するために用いられる主な方法に
は、急速ろ過、遠心分離、透析、ゲルろ過、沈降、もしくは吸着が含まれる。あ
るいはまた、スクリーニングしようとするポリペプチドを含有している「リポソ
ーム」をBiacoreシステムに適合する担体に結合させる。リガンドのライブラリ
ーを作製し、対象のポリペプチドとの結合能でリガンドをスクリーニングする。
対象のポリペプチドに対して高い結合定数を有するリガンドについてさらにin v
itroで分析する。
Methods for investigating ligands that bind to membrane proteins are well known in the art. The main methods used to separate bound and free ligands include rapid filtration, centrifugation, dialysis, gel filtration, sedimentation, or adsorption. Alternatively, the "liposomes" containing the polypeptide to be screened are bound to a carrier compatible with the Biacore system. A library of ligands is prepared and the ligands are screened for their ability to bind to the polypeptide of interest.
Further in v for ligands with high binding constants for the polypeptide of interest
Analyze itro.

【0070】実施例 実施例1:大腸菌ATP合成酵素のサブユニットbおよびcの宿主細胞中での過剰発現 ポリペプチドの発現における使用に適した、改変された膜構成を有する宿主細
胞を産生するために、ATP合成酵素のサブユニットbおよびcを大腸菌宿主株C41(D
E3)およびC43(DE3)中で発現させる。
Examples Example 1: To produce host cells with modified membrane organization suitable for use in expressing overexpressed polypeptides of E. coli ATP synthase subunits b and c in host cells. The ATP synthase subunits b and c in E. coli host strain C41 (D
It is expressed in E3) and C43 (DE3).

【0071】 大腸菌宿主株C41(DE3)およびC43(DE3)については既に報告されている(Miroux
とWalker, 1996)。
The E. coli host strains C41 (DE3) and C43 (DE3) have already been reported (Miroux
And Walker, 1996).

【0072】 大腸菌ATP合成酵素のサブユニットcおよびbをコードするunc Eおよびunc F遺
伝子を大腸菌DNAからPCRで増幅する。各遺伝子を別々に発現プラスミドpMWI72(W
ayら, 1990)中にクローン化し、発現プラスミドpMW172(Ecc)およびpMW172(Ecb)
をそれぞれ作製する。
The unc E and unc F genes encoding subunits c and b of E. coli ATP synthase are amplified by PCR from E. coli DNA. Expression genes pMWI72 (W
ay et al., 1990) and cloned into expression plasmids pMW172 (Ecc) and pMW172 (Ecb).
Are manufactured respectively.

【0073】 大腸菌cbのインサートは、制限酵素EcoRIおよびNdeIで切断される部位を含む
フォワードプライマー: TAG GAA TTC ATA TGG AAA ACC TGA ATA TGG ATC TGC TGT HindIII部位を含むリバースプライマー: CGA AAG CTT TTA TTA CAG TTC AGC GAC AAG TTT ATC CAC G ならびに大腸菌の細胞を鋳型として用いてPCRで生成される。このPCR産物を、M
13のEcoRI部位およびHindIII部位の間にクローン化し配列決定分析によって確認
する。Rf M 13 DNAをこのクローンから増殖、精製し、インサートをNdeIおよびH
indIIIで切り出して発現ベクターPMW172中に連結する。
The E. coli cb insert has a forward primer containing a site cleaved by restriction enzymes EcoRI and NdeI: TAG GAA TTC ATA TGG AAA ACC TGA ATA TGG ATC TGC TGT Hind III site reverse primer: CGA AAG CTT TTA TTA CAG It is generated by PCR using TTC AGC GAC AAG TTT ATC CACG and E. coli cells as templates. Replace this PCR product with M
Clone between 13 EcoRI and HindIII sites and confirm by sequencing analysis. Rf M 13 DNA was grown and purified from this clone and the insert was filled with NdeI and H
It is cut out with indIII and ligated into the expression vector PMW172.

【0074】 大腸菌bc用の構築物は、次のシストロン内(intracistronic)配列: AAT AAT TTT GTT TAA CTT TAA GAA GGA GAT ATA を有し、これはサブユニットbおよびcのためのDNA配列の間にある。これも2つの
別個のPCR反応で作製され、各サブユニットあたり1反応で、第3の反応は最初の
2つの反応からの産物を結合させる。反応1はサブユニットbのためのもので、次
のEcoRIおよびNdeIの制限酵素切断部位を組み込むフォワードプライマー: TAG GAA TTC ATA TGA ATC TTA ACG CAA CAA TCC TCG GCC および、リボソーム結合部位の配列を含むリバースプライマー: ATC TCC TTC TTA AAG TTA AAC AAA ATT ATT TTA CAG TTC AGC GAC AAG TTT ATC
を用いて行われる。反応2はサブユニットcのためのもので、リボソーム結合部位
と同一の配列を含んでいるフォワードプライマー: TTT GTT TAA CTT TAA GAA GGA GAT ATA ATG GCT TCA GAA AAT ATG ACG CCG およびHindIIIの制限酵素切断部位を組み込むリバースプライマー: CGA AAG CTT TTA CTA CGC GAC AGC GAA CAT CAC GTA CAG を用いて行われる。これらの反応は双方とも鋳型として大腸菌細胞を用いる。第
3番目のPCRは反応1の精製産物およびフォワードプライマー、ならびに反応2の精
製産物およびリバースプライマーを用いて行う。最終産物をNdeIおよびHindIII
で消化し、pMW172中に直接クローン化する。サブユニットbのアミノ酸1-25、1-3
4、1-48、および26-157をコードするunc Fのセグメント(下記の実施例参照)をpM
W172中にクローン化することで、プラスミドpEc.bN25、pEc.bN34、pEc.bN48、お
よびpEc.b132Cがそれぞれ得られる。pMW172中のサブユニットbおよびcの同時発
現のためのベクターは、サブユニットbプロモーター近位(PEc.bc6)およびサブユ
ニットcプロモーター近位(それぞれpEc.cb4およびpEC.cb5)から作製される。プ
ラスミドpEc.cb4は天然のシストロン間(intercistronic)配列を含み(Walkerら,
1984)、一方pEC.cb5中には遺伝子間にリボソーム結合部位が挿入される。
The construct for E. coli bc has the following intracistronic sequence: AAT AAT TTT GTT TAA CTT TAA GAA GGA GAT ATA, which is between the DNA sequences for subunits b and c. . This was also made in two separate PCR reactions, one reaction for each subunit, the third reaction was the first
The products from the two reactions are combined. Reaction 1 is for subunit b and is a forward primer that incorporates the following EcoRI and NdeI restriction sites: TAG GAA TTC ATA TGA ATC TTA ACG CAA CAA TCC TCG GCC and a reverse containing the ribosome binding site sequence. Primer: ATC TCC TTC TTA AAG TTA AAC AAA ATT ATT TTA CAG TTC AGC GAC AAG TTT ATC
Is performed using. Reaction 2 is for subunit c and is a forward primer containing the same sequence as the ribosome binding site: TTT GTT TAA CTT TAA GAA GGA GAT ATA ATG GCT TCA GAA AAT ATG ACG CCG and HindIII restriction enzyme cleavage sites. Reverse primer incorporating: CGA AAG CTT TTA CTA CGC GAC AGC GAA CAT CAC GTA CAG. Both of these reactions use E. coli cells as a template. First
The third PCR is performed using the purified product of reaction 1 and the forward primer and the purified product of reaction 2 and the reverse primer. The final product is NdeI and HindIII
Digested with and cloned directly into pMW172. Amino acids 1-25, 1-3 of subunit b
Segments of unc F encoding 4, 1-48, and 26-157 (see examples below) with pM
Cloning into W172 yields plasmids pEc.bN25, pEc.bN34, pEc.bN48, and pEc.b132C, respectively. The vector for co-expression of subunits b and c in pMW172 is made from subunit b promoter proximal (PEc.bc6) and subunit c promoter proximal (pEc.cb4 and pEC.cb5, respectively). Plasmid pEc.cb4 contains the natural intercistronic sequence (Walker et al.,
1984), on the other hand, a ribosome binding site is inserted between genes in pEC.cb5.

【0075】タンパク質の過剰発現および宿主細胞の採取 細菌を2 x TY培地(16g/L トリプトン、10g/L 酵母抽出物、5g/L NaCl、pH7.4)
中で37℃で600nmにおける吸光度が0.6となるまで増殖させる。次いでIPTGを最終
濃度が0.7mMとなるように添加する。その細胞をさらに37℃または25℃のいずれ
かで増殖させ、次いで遠心する(2,000 x g, 10分間)。その細胞を脱イオン水中
に再懸濁し、再遠心し、20倍量のTEPバッファー(10mM Tris, pH8.0, 1mM EDTA,
および0.001%(w/v)フェニルメチルスルホニルフルオリド)中に再懸濁する。寒天
プレート上での増殖は、当業者には既知のとおり上述の液体培地に1%の寒天を添
加してプレートを調製することによって達成される。
Protein Overexpression and Host Cell Harvesting Bacteria were harvested in 2 × TY medium (16 g / L tryptone, 10 g / L yeast extract, 5 g / L NaCl, pH 7.4).
Grow at 37 ° C. in vitro until the absorbance at 600 nm is 0.6. IPTG is then added to a final concentration of 0.7 mM. The cells are further grown at either 37 ° C or 25 ° C and then centrifuged (2,000 xg, 10 minutes). The cells were resuspended in deionized water, re-centrifuged, and 20 volumes of TEP buffer (10 mM Tris, pH8.0, 1 mM EDTA,
And 0.001% (w / v) phenylmethylsulfonyl fluoride). Growth on agar plates is accomplished by preparing plates by adding 1% agar to the liquid medium described above as is known to those skilled in the art.

【0076】 37℃で増殖させた大腸菌C43(DE3)の培養はサブユニットbの発現誘導後3〜4時
間で定常期に入り、次いで細胞密度が減少するが(図1A)、一方、25℃で増殖させ
た培養での発現誘導後の定常期細胞密度は一定に保たれる。
Culture of E. coli C43 (DE3) grown at 37 ° C entered stationary phase 3-4 hours after induction of subunit b expression, followed by a decrease in cell density (Fig. 1A), while at 25 ° C. The cell density in the stationary phase after expression induction in the culture grown in 1. is kept constant.

【0077】 2つの培養物の双方から得た細胞の生存率を、それらの細胞をTYプレート上に
プレーティングし、アンピシリンおよびIPTGを単独と併用の双方で、それらの存
在下および不在下で調べる(MirouxとWalker, 1996)。37℃での培養物から得た細
胞は全てのタイプのプレート上で大きなコロニーを形成したが、アンピシリン含
有プレートから得たコロニーはサブユニットbを発現する能力を失っており、こ
のことは37℃でのサブユニットbの発現が有毒なものであることを示している。
The viability of cells obtained from both of the two cultures is examined by plating the cells on TY plates and in the presence and absence of ampicillin and IPTG both alone and in combination. (Miroux and Walker, 1996). Cells from cultures at 37 ° C formed large colonies on all types of plates, whereas colonies from plates containing ampicillin lost the ability to express subunit b, which was 37 ° C. It is shown that the expression of subunit b in E. coli is toxic.

【0078】 これに対して25℃での培養物から得たサンプルではIPTG存在下で小さなコロニ
ーを形成し、液体培地中でこれらのコロニー集団の90%はサブユニットbを発現す
る能力を保持している。
In contrast, samples obtained from cultures at 25 ° C. formed small colonies in the presence of IPTG, and in liquid medium 90% of these colony populations retained the ability to express subunit b. ing.

【0079】 ATP合成酵素サブユニット発現の反応速度論を適切なタンパク質の存在もしく
は不在をモニターすることによって調べる。タンパク質濃度はビシンコニン酸ア
ッセイによって評価する(Pierce Chemicals, Rockford, IL)。タンパク質は、調
製した12-22%の濃度勾配ゲル中でのSDS-PAGEをLaemmliのバッファー(1970)中で
行って分析する。アミノ末端配列は、Applied Biosystems Prociseモデル494プ
ロテインシーケンサーを用いて決定する。ペプチドとタンパク質はPerkin Elmer
-Sciex API III三連四重極型(triple quadrupole)機器におけるエレクトロス
プレーイオン化質量分析によって調べる。
The kinetics of ATP synthase subunit expression is examined by monitoring the presence or absence of the appropriate protein. Protein concentration is assessed by the bicinchoninic acid assay (Pierce Chemicals, Rockford, IL). Proteins are analyzed by SDS-PAGE in prepared 12-22% gradient gels in Laemmli's buffer (1970). The amino terminal sequence is determined using an Applied Biosystems Procise model 494 protein sequencer. Peptides and proteins are Perkin Elmer
-Investigated by electrospray ionization mass spectrometry on a Sciex API III + triple quadrupole instrument.

【0080】 25℃ではサブユニットb産生の開始は、37℃に比べ2時間の遅延があるが、どち
らの増殖温度でもサブユニットbの発現の最終的なレベルはほぼ同じである(図1
のパネルBとパネルCを比較せよ)。
At 25 ° C, initiation of subunit b production is delayed by 2 hours compared to 37 ° C, but the final level of expression of subunit b is almost the same at both growth temperatures (Fig. 1).
(Compare panel B and panel C in).

【0081】 サブユニットcは、C41(DE3)およびC43(DE3)の双方で高いレベルで過剰発現さ
れる。37℃ではC41(DE3)中での過剰発現は有毒なものと思われるが、サブユニッ
トbの発現に伴う毒性よりは激しいものではない。C41(DE3)培養の過剰増殖は細
胞を25℃で増殖させることによって部分的には克服される。その培養物は、最終
的にOD600が4.7に達し、それには37℃で増殖させた培養物中のサブユニットcの2
倍の量のサブユニットc(培養物1Lあたり50mg)を含む。サブユニットbで認められ
たものと同様なパターンで、25℃でのC43(DE3)中のサブユニットcの過剰発現はC
41(DE3)中での過剰発現と比べて遅延する。この特定の場合には、培養物の最終
のOD600は約6.3に達し、わずかに低い量の組換えタンパク質を含んでいる(培養
物1Lあたり約30mg)。
Subunit c is overexpressed at high levels in both C41 (DE3) and C43 (DE3). Overexpression in C41 (DE3) appears to be toxic at 37 ° C, but less severe than the toxicity associated with subunit b expression. Overgrowth of C41 (DE3) cultures is partially overcome by growing cells at 25 ° C. The culture finally reached an OD 600 of 4.7, which contained 2 of subunit c in the culture grown at 37 ° C.
Contains double the amount of subunit c (50 mg per liter of culture). In a pattern similar to that seen for subunit b, overexpression of subunit c in C43 (DE3) at 25 ° C resulted in C
Delayed compared to overexpression in 41 (DE3). In this particular case, the final OD 600 of the culture reached about 6.3 and contained a slightly lower amount of recombinant protein (about 30 mg / L culture).

【0082】 サブユニットbとcの同時発現を、それらの遺伝子をジシストロン性(dicistron
ic)配置で調べる。サブユニットbプロモーター近位(プラスミドpEc.bc6)の遺伝
子を用いると、2種の突然変異体宿主の双方において2種のタンパク質の過剰産生
が非常に高いレベルで得られる。その増殖はサブユニットbのみを過剰発現して
いる培養物と同様である。サブユニットcプロモーター近位の遺伝子を用いると
、uncオペロンにおけるのと同様であり、天然のシストロン間配列(Walkerら, 19
84)(プラスミドpEc.cb4)を用いると、2種のタンパク質の発現はどちらも低い。
合成シストロン間配列(プラスミドpEc.cb5)を挿入すると2種のタンパク質の発現
はどちらも向上する(図2)。
Co-expression of subunits b and c can be achieved by modifying their genes to dicistronic.
ic) Check with placement. Using the gene proximal to the subunit b promoter (plasmid pEc.bc6), very high levels of overproduction of the two proteins are obtained in both mutant hosts. Its growth is similar to cultures overexpressing only subunit b. Using the gene proximal to the subunit c promoter, it is similar to that in the unc operon, and the native intercistronic sequence (Walker et al., 19
84) (plasmid pEc.cb4), the expression of both proteins is low.
Insertion of a synthetic intercistronic sequence (plasmid pEc.cb5) improves expression of both proteins (Fig. 2).

【0083】 このように、どのようにしてATP合成酵素のサブユニットbおよびcが宿主細胞
中で効率的に発現しうるかが示されている。また、それらの発現がどのようにす
れば最適化され、増強されうるかも示されている。さらに、このような過剰発現
の毒性効果をどのようにすれば克服しうるかも示されている。
Thus, it has been shown how ATP synthase subunits b and c can be efficiently expressed in host cells. It also shows how their expression can be optimized and enhanced. Furthermore, it is also shown how the toxic effects of such overexpression can be overcome.

【0084】実施例2: 宿主細胞中での膜増殖の誘導 本明細書では、本発明の宿主細胞の改変された膜構成をATP合成酵素のサブユ
ニットの発現によって得ることができることが示されている。該サブユニットの
発現は上述の実施例1で示されている。上記で説明しているとおり、改変された
膜構成とは1つ以上の膜の特性を意味し、それらの特性には形態学的な特性も含
まれる。
Example 2: Induction of Membrane Proliferation in Host Cells It is shown herein that the modified membrane organization of the host cells of the invention can be obtained by expression of subunits of ATP synthase. There is. Expression of the subunit is shown in Example 1 above. As explained above, modified membrane composition refers to the properties of one or more membranes, which properties also include morphological properties.

【0085】 ATP合成酵素のサブユニットを実施例1に記載のとおり宿主細胞中で発現させ、
膜の形態に及ぼす影響を調べる。
ATP synthase subunits are expressed in host cells as described in Example 1,
Examine the effect on the morphology of the membrane.

【0086】 膜の構造は電子顕微鏡を用いて調べる。細菌をまず2%グルタールアルデヒドで
固定し、カコジレートバッファー(50mM, pH7.2)、次いで4%のオスミウムテトラ
オキシドで2回洗浄し、その後Kellenbergerバッファー(Kellenbergerら、1958)
で3回洗浄ステップを行う。ペレットを2%の寒天中に包埋し、1mm角の立方体に切
り、暗所で0.5%(w/v)酢酸ウランで2時間染色する。サンプルをアルコール(60%〜
100%)で脱水し、プロピレンオキシドとプロピレンオキシド/Epon混合物へ移し、
最後にEpon 812中に包埋する。樹脂を60℃で2日間重合させる。薄片を切り取り
、プラスチックフィルムでコートした電子顕微鏡用グリッド上に吸着させ、2%の
酢酸ウランおよびクエン酸鉛で染色する(Reynolds, 1963)。
The structure of the film is examined using an electron microscope. Bacteria were first fixed with 2% glutaraldehyde, washed twice with cacodylate buffer (50 mM, pH 7.2), then twice with 4% osmium tetraoxide, then Kellenberger buffer (Kellenberger et al., 1958).
Repeat the washing step 3 times with. The pellet is embedded in 2% agar, cut into 1 mm cubes, and stained with 0.5% (w / v) uranium acetate for 2 hours in the dark. Sample the alcohol (60% ~
Dehydrated with 100%), transferred to propylene oxide and propylene oxide / Epon mixture,
Finally, it is embedded in Epon 812. The resin is polymerized at 60 ° C for 2 days. Thin sections are cut, adsorbed on plastic film coated electron microscopy grids and stained with 2% uranium acetate and lead citrate (Reynolds, 1963).

【0087】 別の実験では、細菌をフレンチプレスもしくはEDTA-リゾチーム処理と浸透圧
ショックの併用(Osbornら, 1972)のどちらかで破壊する。上清とペレットを低速
遠心(3000 x g)で回収し、次いで炭素をコートした銅グリッド上に吸着させ、2%
(w/v)酢酸ウランでネガティブ染色する。ショ糖密度勾配から得られた膜サンプ
ルを同様に処理する。
In another experiment, bacteria are disrupted either by French press or EDTA-lysozyme treatment in combination with osmotic shock (Osborn et al., 1972). The supernatant and pellet were collected by low speed centrifugation (3000 xg) and then adsorbed on a carbon-coated copper grid to give 2%
(w / v) Stain negatively with uranium acetate. Membrane samples obtained from the sucrose density gradient are treated similarly.

【0088】 全てのサンプルを120kVで作動させるPhilips CM12 透過型電子顕微鏡において
調査し、顕微鏡写真はKodakフィルムで記録する。
All samples were examined in a Philips CM12 transmission electron microscope operating at 120 kV and micrographs are recorded with Kodak film.

【0089】 C41(DE3)およびC43(DE3)中でのサブユニットbの過剰発現は、発現誘導の直前
に採取したもの(図3、パネルEおよびF)、または発現プラスミドを欠くもの(図3
、パネルGおよびH)のどちらの対照でも観察されない、内部構造の増加(図3、パ
ネルA〜D)を伴う。
Overexpression of subunit b in C41 (DE3) and C43 (DE3) was either taken immediately before induction of expression (FIG. 3, panels E and F) or lacking the expression plasmid (FIG. 3).
, Panels G and H), with an increase in internal structure (FIG. 3, panels AD), not observed in either control.

【0090】 C41(DE3)中に誘導された内部の膜は多層構造であるが、C43(DE3)中では25℃お
よび37℃の双方とも細胞質ネットワークが形成される。サブユニットbの発現が
最大となる条件下では内部構造形成はC43(DE3)中ではC41(DE3)より広範囲にわた
る(図3のパネルAとパネルCを比較せよ)。
Although the inner membrane induced in C41 (DE3) is a multi-layered structure, in C43 (DE3) cytoplasmic networks are formed at both 25 ° C and 37 ° C. Under conditions that maximize expression of subunit b, internal structure formation is more extensive in C43 (DE3) than in C41 (DE3) (compare panel A and panel C in Figure 3).

【0091】 誘導後18時間37℃におけるC41(DE3)およびC43(DE3)中でのサブユニットbの過
剰発現の毒性効果は細菌の電子顕微鏡写真でも明らかである。多数の細胞が溶解
し、その溶解は多量の細胞外破片の蓄積を伴う。これに対して、25℃ではサブユ
ニットbを過剰産生しているC43(DE3)細胞のほとんど全てが無傷のままであり(図
3、パネルD)、内部ネットワーク形成後においてもそのままである。C41(DE3)お
よびC43(DE3)の双方におけるサブユニットcの過剰産生は図3(パネルAおよびB)に
示した構造と同様な内部の多層構造の増加を伴う。
The toxic effect of overexpression of subunit b in C41 (DE3) and C43 (DE3) at 37 ° C. for 18 hours after induction is also evident in the electron micrographs of the bacteria. Large numbers of cells are lysed and the lysis is accompanied by the accumulation of large amounts of extracellular debris. In contrast, at 25 ° C, almost all C43 (DE3) cells overproducing subunit b remained intact (Fig.
3, panel D), remains the same even after forming the internal network. Overproduction of subunit c in both C41 (DE3) and C43 (DE3) is accompanied by an increase in internal multilayer structure similar to that shown in Figure 3 (panels A and B).

【0092】 このように、C41(DE3)およびC43(DE3)などの大腸菌株中でATP合成酵素のサブ
ユニットを発現させることによって本発明の宿主細胞を調製すると、上記で説明
したとおり、改変された膜構成が生じることが示されている。
Thus, host cells of the invention prepared by expressing subunits of ATP synthase in E. coli strains such as C41 (DE3) and C43 (DE3) were modified as described above. It has been shown that different membrane configurations occur.

【0093】実施例3:改変された膜の調製 実施例2で示したサブユニットbを過剰発現しているC43(DE3)から得た増加され
た膜は、誘導後25℃で18時間増殖させた培養物から得た破砕された細胞を低速で
遠心し、その結果得られるペレットを回収することによって採取される。
Example 3: Preparation of modified membranes Increased membranes obtained from C43 (DE3) overexpressing subunit b shown in Example 2 were grown for 18 hours at 25 ° C after induction. The disrupted cells obtained from the culture are harvested by centrifugation at low speed and collecting the resulting pellet.

【0094】 細菌を採取し、4℃でフレンチプレスのセルに懸濁液を2回通過させて細胞を破
壊することによって膜を調製する。いくつかの実験では、採取した細菌をEDTAと
リゾチームで処理し、その後浸透圧ショックをかけることによって破壊する(Osb
ornら, 1972; Yamatoら, 1978)。
Membranes are prepared by harvesting the bacteria and passing the suspension twice through a French press cell at 4 ° C. to disrupt the cells. In some experiments, harvested bacteria were treated with EDTA and lysozyme and subsequently destroyed by osmotic shock (Osb
orn et al., 1972; Yamato et al., 1978).

【0095】 誘導後25℃で18時間増殖させた、サブユニットbを発現している大腸菌C43(DE3
)細胞を2,500 x gで遠心することによって膜を回収する。そのペレットを同量の
TEPバッファー中に再懸濁し10,000 x gで遠心して、破壊されていない細胞およ
び細胞の破片を含まないものとする。さもなければ、2,500 x gの上清を直接10,
000 x gで遠心する。残存した上清は100,000 x gで3時間超遠心する。
Escherichia coli C43 (DE3 expressing subunit b, which was grown at 25 ° C. for 18 hours after induction.
) Collect the membranes by centrifuging the cells at 2,500 xg. The same amount of pellets
Resuspend in TEP buffer and centrifuge at 10,000 xg to ensure unbroken cells and cell debris. Otherwise, directly add 2,500 xg of supernatant 10,
Centrifuge at 000 xg. The remaining supernatant is ultracentrifuged at 100,000 xg for 3 hours.

【0096】 サブユニットbを含んでいる洗浄した膜をTEPバッファー中に2.5mgのタンパク
質/mLの濃度で懸濁する。この懸濁液の一部(1mL)を遠心管(14 x 95mm)中に調製
した不連続ショ糖勾配の最上部にアプライするが、その勾配は50%(w/v)ショ糖の
クッション(2mL)に、30%(w/v)ショ糖(3mL)、10%(w/v)ショ糖(3mL)、および5%(w/
v)ショ糖(2mL)を重層して作製するが、これら全ては20mM Tris, pH8.0、および0
.001%フェニルメチルスルホニルフルオリドからなるバッファーで溶解したもの
である。サンプルを155,000 x gで18時間遠心する。
The washed membrane containing subunit b is suspended in TEP buffer at a concentration of 2.5 mg protein / mL. A portion (1 mL) of this suspension is applied to the top of a discontinuous sucrose gradient prepared in a centrifuge tube (14 x 95 mm), but the gradient is 50% (w / v) sucrose cushion ( 2 mL), 30% (w / v) sucrose (3 mL), 10% (w / v) sucrose (3 mL), and 5% (w / v
v) Overlaid with sucrose (2 mL), all 20 mM Tris, pH 8.0, and 0
It was dissolved in a buffer composed of .001% phenylmethylsulfonyl fluoride. Centrifuge the sample at 155,000 xg for 18 hours.

【0097】 過剰発現させたサブユニットbの大部分は低速遠心で得られるペレットにあり
、サブユニットbはその画分のタンパク質の約40%をなしている。このレベルは洗
浄ステップ(図4、レーンbおよびd参照)によって約75〜80%へと上昇する。洗浄し
た膜画分でサブユニットb含量が最も高いもの(図4、レーン10)はショ糖密度勾配
で1.18g/mLの浮遊密度を有している。サブユニットbの含量がより低い、少量の
その他の画分もこれらの勾配の位置に認められ、サブユニットbを含まない別の
膜画分は超遠心で得られる。
Most of the overexpressed subunit b is in the pellet obtained by low speed centrifugation, and subunit b constitutes about 40% of the protein in that fraction. This level is increased to about 75-80% by the wash step (see Figure 4, lanes b and d). The washed membrane fraction with the highest subunit b content (Figure 4, lane 10) has a buoyant density of 1.18 g / mL on the sucrose density gradient. Smaller fractions with a lower content of subunit b are also found at the position of these gradients, another membrane fraction without subunit b is obtained by ultracentrifugation.

【0098】 低速遠心で得られる膜画分も、同時発現プラスミドpEc.bc6を含有するC43(DE3
)細胞から得られる。サブユニットcのみを過剰発現している細胞では低速遠心ペ
レットは得られず、過剰産生されたサブユニットcの多くは高速遠心画分(100,00
0 x g)にあるものと思われる(図5)。
The membrane fraction obtained by low speed centrifugation also contained C43 (DE3 containing the coexpression plasmid pEc.bc6.
) Obtained from cells. Slow centrifugation pellets were not obtained with cells overexpressing only subunit c, and most of the overproduced subunit c was a high-speed centrifugation fraction (100,00
It seems to be at 0 xg) (Fig. 5).

【0099】 サブユニットbを含有する洗浄した膜は大きな小胞を連結したチューブ状もし
くはリボン状の外観を有し(図6、パネルA)、同様の構造はEDTA-リゾチーム処理
と浸透圧ショックによって破砕した細胞(Osbornら, 1972)中にも観察される(図6
、パネルB)。チューブ状(もしくはリボン状)構造および小胞はそれぞれショ糖勾
配1.10g/mLおよび1.18g/mLの浮遊密度を有する。小胞はリボン状構造よりも多く
のサブユニットbを含有している(図6、パネルCおよびD)。EDTA-リゾチーム処理
後、細胞は膨潤せず、このことは細胞質内ネットワークが大腸菌の内膜の延長し
たものではないことを示している。
Washed membranes containing subunit b had a tubular or ribbon-like appearance with large vesicles attached (FIG. 6, panel A), a similar structure was obtained by EDTA-lysozyme treatment and osmotic shock. It is also observed in disrupted cells (Osborn et al., 1972) (Fig. 6).
, Panel B). Tubular (or ribbon-like) structures and vesicles have buoyant densities of sucrose gradients of 1.10 g / mL and 1.18 g / mL, respectively. Vesicles contain more subunit b than the ribbon-like structure (Figure 6, panels C and D). After EDTA-lysozyme treatment, cells did not swell, indicating that the intracytoplasmic network is not an extension of the E. coli inner membrane.

【0100】 このように、本発明は本明細書に記載したように、宿主細胞の改変された膜の
調製に便利な方法を提供する。この方法は低速(2,500〜10,000 x g)の遠心しか
必要とせず高価で時間のかかる高速遠心の必要性がないので、特に有利である。
さらに、本発明の宿主細胞の改変された膜の形態学的特徴をここに示している。
Thus, the present invention provides a convenient method for the preparation of modified membranes of host cells, as described herein. This method is particularly advantageous because it requires only low speed (2,500-10,000 xg) centrifugation and no need for expensive and time consuming high speed centrifugation.
In addition, the morphological characteristics of the modified membranes of the host cells of the invention are shown here.

【0101】実施例4:宿主細胞の膜の特性付け 内部の膜の組成 大多数の増殖条件下では、細菌は一定の脂質:タンパク質比を維持し(Cronanと
Rock, 1984)、大腸菌の内膜では0.4が典型的な値である(Ingrahamら, 1983)。
Example 4 Membrane Characterization of Host Cells Inner Membrane Composition Under the majority of growth conditions, bacteria maintain a constant lipid: protein ratio (Cronan and
Rock, 1984), and 0.4 is a typical value for the inner membrane of E. coli (Ingraham et al., 1983).

【0102】 サブユニットbを過剰発現していないC41(DE3)およびC43(DE3)の細胞では、そ
の比は正常な値であるが(表1参照)、サブユニットbを過剰発現しているC43(DE3)
細胞では増加させた膜についての脂質含量および比の値ははるかに高い値である
。この高い脂質含量は膜の粘度が高いことに反映している。これに対して、フマ
ル酸還元酵素を過剰発現している大腸菌細胞(これは内部の膜の増加を伴うこと
ができる)の膜について報告されている値は、正常な値に近い(Weinerら, 1984)
In C41 (DE3) and C43 (DE3) cells that do not overexpress subunit b, the ratio is normal (see Table 1), while C43 overexpressing subunit b is present. (DE3)
In cells, the values of lipid content and ratio for increased membranes are much higher. This high lipid content reflects the high viscosity of the membrane. In contrast, the values reported for membranes of E. coli cells overexpressing fumarate reductase, which can be accompanied by an increase in internal membranes, are close to normal (Weiner et al., (1984)
.

【0103】[0103]

【表1】表1. 大腸菌C43(DE3)におけるATP合成酵素サブユニットbの過剰発現に伴う増加
した膜のリン脂質含量 上記の値は3〜4回の独立した測定から得られたものである。
[Table 1] Table 1. Increase with overexpression of ATP synthase subunit b in Escherichia coli C43 (DE3)
Phospholipid content of the permeated membrane The above values were obtained from 3-4 independent measurements.

【0104】 本発明の宿主細胞の改変された膜をさらに特性付けるために、膜のリン脂質分
析を行う。
To further characterize the modified membranes of the host cells of the invention, membrane phospholipid analysis is performed.

【0105】 脂質はBlighとDyer(1959)の方法に従って抽出する。膜画分の一部分に対して1
M HCl(20μL)を水と共に添加して総容量を200μLとする。クロロホルム:メタノ
ール(体積比1:2.2、640μL)を添加し、サンプルを1分間ボルテックスする。次い
で0.1M HCl(200μL)およびクロロホルム(200μL)を添加し、サンプルを再度1分
間ボルテックスする。混合物を遠心しクロロホルム相を移す。クロロホルム(200
μL)を添加して水相と1分間混合し、次いでその混合物を遠心する。クロロホル
ム画分をプールし、バッファー(50mM Tris-HCl, pH8.25、0.1M NaCl、0.1M EGTA
)と混合する。その混合物を遠心し、クロロホルム相を移し、蒸発させる。脂質
抽出物を過塩素酸(300μL)を用いて180℃で3時間加水分解し、次いでリン濃度を
測定する(Rouserら, 1970)。
Lipids are extracted according to the method of Bligh and Dyer (1959). 1 for part of the membrane fraction
M HCl (20 μL) is added with water to bring the total volume to 200 μL. Chloroform: methanol (volume ratio 1: 2.2, 640 μL) is added and the sample is vortexed for 1 minute. Then 0.1 M HCl (200 μL) and chloroform (200 μL) are added and the sample is vortexed again for 1 minute. Centrifuge the mixture and transfer the chloroform phase. Chloroform (200
μL) is added and mixed with the aqueous phase for 1 minute, then the mixture is centrifuged. The chloroform fractions were pooled and buffered (50 mM Tris-HCl, pH8.25, 0.1M NaCl, 0.1M EGTA.
). The mixture is centrifuged, the chloroform phase is transferred and evaporated. The lipid extract is hydrolyzed with perchloric acid (300 μL) at 180 ° C. for 3 hours and then the phosphorus concentration is measured (Rouser et al., 1970).

【0106】 膜画分の脂質抽出物のリン脂質組成(150ナノモルのリン)を、シリカ60プレー
ト上で65:25:10(体積比)のクロロホルム:メタノール:酢酸を溶媒として薄層ク
ロマトグラフィー(TLC)で分析する。脂質をヨウ素蒸気で可視化し、掻き取り、
煮沸し遠心してシリカの痕跡量を除去し、リン含量を上述のとおり測定する。
The phospholipid composition (150 nmoles of phosphorus) of the lipid extract of the membrane fraction was subjected to thin layer chromatography on silica 60 plate using 65:25:10 (volume ratio) of chloroform: methanol: acetic acid as a solvent. Analyze by TLC). Visualize lipid with iodine vapor, scrape,
Boil and centrifuge to remove traces of silica and measure phosphorus content as described above.

【0107】 ホスファチジン酸(PA)およびカルジオリピン(CL)はこの系では溶解しないが、
これらは他の2つの系では溶解する;第1の系は2次元の系でクロロホルム:メタ
ノール:水:アンモニア(体積比68:28:2:2)を第1次元の溶媒とし、クロロホルム
:メタノール:酢酸(体積比65:25:10)を第2次元の溶媒とする。
Phosphatidic acid (PA) and cardiolipin (CL) do not dissolve in this system,
These are soluble in the other two systems; the first system is a two-dimensional system and chloroform: methanol: water: ammonia (volume ratio 68: 28: 2: 2) is the first dimension solvent, chloroform: methanol. : Acetic acid (volume ratio 65:25:10) is used as the second-dimensional solvent.

【0108】 第2の系(FineとSprecher, 1982)では、、リン脂質は1.2%ホウ酸で前処理した
シリカプレート上でクロロホルム:メタノール:水:アンモニア(体積比120:75:
6:2)を溶媒として分離する。どちらのクロマトグラフィーの系を用いてもサンプ
ル中にはホスファチジン酸は認められない。
In the second system (Fine and Sprecher, 1982), the phospholipids were chloroform: methanol: water: ammonia (volume ratio 120: 75: 120: 1) on silica plates pretreated with 1.2% boric acid.
6: 2) is separated as a solvent. No phosphatidic acid is found in the sample using either chromatographic system.

【0109】 シリカプレート上のリン脂質はリン試薬(酸化モリブデン(IV))をスプレーして
可視化し、次いで青色が現れるまで加熱する。
Phospholipids on silica plates are visualized by spraying with phosphoreagent (molybdenum (IV) oxide), then heated until a blue color appears.

【0110】 平均的な大腸菌細胞のリン脂質組成は、76%がホスファチジルエタノールアミ
ン、20%がホスファチジルグリセロールで、カルジオリピンおよび同定し得ない
種が少量ある(Ames, 1968; Raetzら, 1978; Randleら, 1969; Cronan, 1968)。
主要な群の組成は増殖条件を変えても影響を受けないが、増殖サイクルの間に変
化を受け、ホスファチジルグリセロールは定常期の初期にホスファチジルグリセ
ロールの2分子が縮合して部分的にカルジオリピンに転換される(CronanとVagelo
s, 1972)。カルジオリピンは、細菌が活発に増殖および分裂を行っていない場合
におそらくは膜の最低限必要なリン脂質含量を確保し膜構造を安定化させること
によって細菌の生存を助けているのではないかと示唆されている(Hiraokaら, 19
93)。
The average phospholipid composition of E. coli cells is 76% phosphatidylethanolamine, 20% phosphatidylglycerol, with small amounts of cardiolipin and unidentifiable species (Ames, 1968; Raetz et al., 1978; Randle et al. , 1969; Cronan, 1968).
The composition of the main group is unaffected by changing growth conditions, but is changed during the growth cycle and phosphatidylglycerol is partially converted to cardiolipin by condensation of two molecules of phosphatidylglycerol in the early stationary phase. Be done (Cronan and Vagelo
s, 1972). It has been suggested that cardiolipin may help bacterial survival, perhaps by ensuring a minimal membrane phospholipid content and stabilizing membrane structure when the bacteria are not actively growing and dividing. (Hiraoka et al., 19
93).

【0111】 サブユニットbが発現されていないC41(DE3)およびC43(DE3)細胞から単離され
た膜は約2〜4%のカルジオリピンを含んでいるが、サブユニットbを過剰発現して
いるC43(DE3)では、増加した膜でのカルジオリピンのレベルはそれの生合成の前
駆体であるホスファチジルグリセロールを消費して約14%へと劇的な上昇を示し
、ホスファチジルグリセロールは対照での約20%から約13%へと低下する(表1参照
)。増加した膜でのホスファチジルエタノールアミンのレベルも対照よりやや低
くなる。
Membranes isolated from C41 (DE3) and C43 (DE3) cells in which subunit b is not expressed contain about 2-4% cardiolipin but overexpress subunit b. In C43 (DE3), increased membrane cardiolipin levels showed a dramatic increase to about 14% by consuming its biosynthetic precursor phosphatidylglycerol, with phosphatidylglycerol at about 20% in controls. % To about 13% (see Table 1)
). The level of phosphatidylethanolamine in the increased membrane is also slightly lower than the control.

【0112】 カルジオリピンは膜を通過するタンパク質の輸送に役割を果たしていることが
提案されており、陰イオン性リン脂質は膜への挿入をモジュレートし(Liuら, 19
97; van Klompenburgら, 1997)、膜タンパク質のアセンブリーにおいてシャペロ
ンとして作用する(Bogdanovら, 1996)ことが示されている。このように、本明細
書に報告している観察結果は、本発明の宿主株が膜タンパク質の過剰発現、折り
畳み、および膜への挿入プロセスを促進することに有用であることを示している
Cardiolipin has been proposed to play a role in transporting proteins across the membrane, and anionic phospholipids modulate membrane insertion (Liu et al., 19
97; van Klompenburg et al., 1997) and have been shown to act as chaperones in the assembly of membrane proteins (Bogdanov et al., 1996). Thus, the observations reported herein indicate that the host strains of the invention are useful in facilitating the overexpression, folding, and membrane insertion processes of membrane proteins.

【0113】 サブユニットbの過剰発現に伴うカルジオリピン含量の増加は、対照の細胞で
のレベルが正常であるので、カルジオリピンの生合成経路の突然変異の結果だと
は思えない。C41(DE3)およびC43(DE3)ではタンパク質過剰産生の開始がBL21(DE3
)に比べて遅れることは転写と翻訳のカップリング(coupling)を改善するのみな
らず、サブユニットb産生とカルジオリピン生合成の間のカップリングをも改善
する。
The increase in cardiolipin content with overexpression of subunit b does not appear to be the result of mutations in the cardiolipin biosynthetic pathway, as normal levels in control cells. In C41 (DE3) and C43 (DE3), the onset of protein overproduction is BL21 (DE3
), Not only improves the coupling between transcription and translation, but also improves the coupling between subunit b production and cardiolipin biosynthesis.

【0114】サブユニットbは内部の膜に取り込まれる 大腸菌ATP合成酵素のサブユニットbは膜貫通N末端疎水性セグメントを有し、
それに続いて、膜から突き出しF触媒ドメインと相互作用する高度に荷電され
た親水性ドメインを有する(Walkerら, 1982)。単離したFにおいては、サブユ
ニットbの表在性ドメインはタンパク分解され、それによってFの再会合を妨げ
る(Perlinら, 1983)。
Subunit b is incorporated into the internal membrane. Subunit b of Escherichia coli ATP synthase has a transmembrane N-terminal hydrophobic segment,
It is followed by a highly charged hydrophilic domain that projects from the membrane and interacts with the F 1 catalytic domain (Walker et al., 1982). In isolated F 0 , the superficial domain of subunit b is proteolytically, thereby preventing F 1 reassociation (Perlin et al., 1983).

【0115】 従って、過剰発現したサブユニットbが本発明の宿主細胞の増加した膜中に正
しく取り込まれたかどうかを調べるために、単離した膜内のサブユニットbの分
布状態をトリプシン分解によって調べる。
Therefore, in order to investigate whether the overexpressed subunit b was correctly incorporated into the increased membrane of the host cell of the present invention, the distribution state of the subunit b in the isolated membrane was examined by trypsin degradation. .

【0116】 サブユニットbが過剰産生された(上記参照)大腸菌C43(DE3)を25℃で増加させ
たものから膜を単離し、2.5mgタンパク質/mLの濃度でTEPバッファー中に懸濁す
る。トリプシン(1:20, w/v)を添加し懸濁液を30℃で1時間保持する。サンプルを
一定時間間隔で取り、ダイズトリプシンインヒビター(重量で5倍過剰)を添加し
てタンパク質の分解を終了させる。タンパク質分解の経過は、その断片ポリペプ
チドのSDS-PAGE分析でモニターする。サンプルを4℃に冷却し、膜を128,000 x g
で1時間遠心して採取し、6M塩酸グアニジン中に溶解し、C8 Aquapore RP-300カ
ラム(粒子径7μm、孔径300オングストローム、100mm x 2.1mm内径; Applied Bi
osystems, Warrington, Cheshire, 英国)を用いた逆相クロマトグラフィーでペ
プチドを単離する。カラムを0.1% トリフルオロ酢酸で平衡化し、アセトニトリ
ルの直線密度勾配で溶出する。ペプチドをエレクトロスプレーイオン化マススペ
クトルで分析し、SDS-PAGEで分離した後、ポリ(二フッ化ビニリデン)膜に移し、
PAGE Blue 83染料で染色しN末端配列分析で分析する。
Membranes are isolated from elevated E. coli C43 (DE3) at 25 ° C. that overproduced subunit b (see above) and are suspended in TEP buffer at a concentration of 2.5 mg protein / mL. Trypsin (1:20, w / v) is added and the suspension is kept at 30 ° C for 1 hour. Samples are taken at regular time intervals and soybean trypsin inhibitor (5-fold excess by weight) is added to terminate protein degradation. The progress of proteolysis is monitored by SDS-PAGE analysis of the fragment polypeptide. Sample cooled to 4 ° C and membrane measured at 128,000 xg
C1 Aquapore RP-300 column (particle size 7 μm, pore size 300 Å, 100 mm x 2.1 mm ID; Applied Bi
Peptides are isolated by reverse phase chromatography using osystems, Warrington, Cheshire, UK). Equilibrate the column with 0.1% trifluoroacetic acid and elute with a linear density gradient of acetonitrile. Peptides were analyzed by electrospray ionization mass spectrometry, separated by SDS-PAGE, transferred to poly (vinylidene difluoride) membrane,
Stain with PAGE Blue 83 dye and analyze by N-terminal sequence analysis.

【0117】 5分間消化させた後、見かけのM値が12、8、7、および6 kDaである4種の主要
なタンパク質分解断片が可溶性画分中に検出される(図7A)。それらは全てN末端
配列としてSQILDEKAE…を有しており、これは83番目の残基からその先に対応し
ている。SDS-PAGEによるペレット画分中のペプチドの分析では(図7B)、見かけの
Mが7 kDaである断片を示している。この断片はクーマシーブルー染料ではわず
かしか染色されず、このことはその断片が疎水性であることを示している。その
N末端はインタクトのサブユニットbと同じものであり、エレクトロスプレーイオ
ン化マススペクトルで測定した分子量は4113.3で、これはサブユニットbの1-36
番目の残基に対応するもので(分子量の計算値は4115.1)、アルギニン-36の後ろ
でのトリプシンによる開裂によって生ずる。リジン-23の後ろで開裂するとの証
拠はなく、このことはNMRで調べた構造から示唆されている、この残基の周囲の
領域が膜と会合しているα-ヘリックス中にあることによってトリプシン分解か
ら保護されている(Dimitrievら, 1999)ということと一致するものである。
[0117] After digestion for 5 minutes, M r values of apparent 12,8,7, and major proteolytic fragments of four is 6 kDa is detected in the soluble fraction (Figure 7A). They all have SQILDEKAE ... as the N-terminal sequence, which corresponds to residue 83 and beyond. Analysis of peptides in pellet fractions by SDS-PAGE (Figure 7B) revealed
M r indicates the fragment is a 7 kDa. This fragment was only slightly stained with Coomassie blue dye, indicating that the fragment is hydrophobic. That
The N-terminus is the same as intact subunit b, and the molecular weight measured by electrospray ionization mass spectrometry is 4113.3, which is 1-36 of subunit b.
It corresponds to the second residue (calculated molecular weight 4115.1) and results from cleavage by trypsin after arginine-36. There is no evidence of cleavage behind lysine-23, which is suggested by the NMR-examined structure, which suggests that the region around this residue is in an α-helix associated with the membrane, which causes trypsin. This is consistent with being protected from degradation (Dimitriev et al., 1999).

【0118】 これらの特徴は膜中へ正しく挿入されたサブユニットbと一致するものなので
、本発明の宿主細胞がその細胞中で発現されるポリペプチドの正しい折り畳みと
プロセシングを提供することを示している。
These features are consistent with subunit b being correctly inserted into the membrane, indicating that the host cells of the invention provide the correct folding and processing of the polypeptide expressed in that cell. There is.

【0119】実施例5:ATPaseサブユニットの様々な断片の発現による種々の膜の特徴の産生 大腸菌中で細胞内の膜構造の増加を起こさせるために必要な条件を調べるため
に、インタクトなタンパク質に用いられたのと同じ条件下でサブユニットbの末
端切断型を発現ベクターでC41(DE3)およびC43(DE3)中に導入する。
Example 5: Production of different membrane features by expression of different fragments of the ATPase subunit. To investigate the conditions necessary to bring about an increase in intracellular membrane structure in E. coli, the intact protein is examined. The truncated form of subunit b is introduced into C41 (DE3) and C43 (DE3) with an expression vector under the same conditions used for.

【0120】 この実施例で用いる断片はサブユニットbのアミノ酸1-25、1-34、1-48、およ
び25-157に対応する。ペプチド1-25および1-34は疎水性でサブユニットbの膜貫
通部分を形成する。ペプチド1-25もしくは1-34をC41(DE3)中で発現させると、細
胞の切片の電子顕微鏡写真で封入体が観察され、C43(DE3)中で発現させると細胞
内の膜構造は観察されない。
The fragments used in this example correspond to amino acids 1-25, 1-34, 1-48, and 25-157 of subunit b. Peptides 1-25 and 1-34 are hydrophobic and form the transmembrane portion of subunit b. Inclusion bodies are observed in electron micrographs of cell sections when peptides 1-25 or 1-34 are expressed in C41 (DE3), and intracellular membrane structures are not observed when expressed in C43 (DE3). .

【0121】 ペプチド1-48の発現によってC41(DE3)中では小胞構造の形成が誘導され、C43(
DE3)中では封入体の形成が誘導される。残基25-157、これはサブユニットbの疎
水性ドメインを欠いているものであるが、この発現はC41(DE3)およびC43(DE3)の
双方の細胞中でインタクトなタンパク質の場合よりも低い膜の増加を伴い、形態
も異なる(表2参照)。
Expression of peptide 1-48 induces the formation of vesicular structures in C41 (DE3),
The formation of inclusion bodies is induced in DE3). Residues 25-157, which lack the hydrophobic domain of subunit b, but whose expression is lower than that of the intact protein in both C41 (DE3) and C43 (DE3) cells The morphology is different with the increase of the membrane (see Table 2).

【0122】[0122]

【表2】 このことは、改変された膜形態などの改変された膜組成を有する宿主細胞を作
成する目的で、本発明のサブユニットbペプチドもしくはその断片を発現させる
ことの有用性を示すものである。
[Table 2] This indicates the utility of expressing the subunit b peptide of the present invention or a fragment thereof for the purpose of producing a host cell having an altered membrane composition such as an altered membrane morphology.

【0123】実施例6:本発明の宿主細胞中でのポリペプチドの発現 細胞内の膜増加に伴う膜タンパク質の、異種内での過剰産生がRhodobacter sp
heroides中の細菌性集光性複合体で観察されており(Fowlerら, 1995)、Saccharo
myces cerevisiae中(Supplyら, 1993)およびその他(Ohkumaら, 1995)でのPMA2 A
TPaseの過剰発現には細胞内の膜の増加を伴うことが観察されている。これらの
系のいくつかは組換え膜内在性タンパク質を過剰発現するための一般的な道具で
あることが示唆されている(Fowlerら, 1995; Gongら, 1996)。しかし大腸菌の遺
伝学は広範囲によく知られており、そのため大腸菌は膜タンパク質の過剰産生に
は理想的な宿主である。
Example 6 Expression of Polypeptides in Host Cells of the Invention Rhodobacter sp. Is a heterologous overproduction of membrane proteins associated with intracellular membrane increase.
It has been observed in bacterial light-harvesting complexes in heroides (Fowler et al., 1995), Saccharo.
PMA2A in myces cerevisiae (Supply et al., 1993) and others (Ohkuma et al., 1995)
It has been observed that overexpression of TPase is accompanied by an increase in intracellular membranes. It has been suggested that some of these systems are general tools for overexpressing recombinant integral membrane proteins (Fowler et al., 1995; Gong et al., 1996). However, the genetics of E. coli are well known, making it an ideal host for overproduction of membrane proteins.

【0124】 膜タンパク質の細菌での過剰発現は宿主系の最適化によって改善することがで
きる。膜を高レベルで過剰産生させるためには、転写と翻訳は、リン脂質の合成
と膜タンパク質の合成、折り畳み、および挿入とがそうであるように、連動され
ていなければならない。
Bacterial overexpression of membrane proteins can be improved by optimization of the host system. To overproduce the membrane at high levels, transcription and translation must be coordinated, as are phospholipids and membrane protein synthesis, folding, and insertion.

【0125】 C43(DE3)中でのサブユニットbの過剰産生の場合には、そのタンパク質の膜可
溶型での取り込みによって管状構造のネットワークの形成をもたらす。その組換
えタンパク質のリン脂質組成と構造とは、ともにこれらの構造の形成に影響を及
ぼすものと考えられる。
In the case of overproduction of subunit b in C43 (DE3), the incorporation of the protein in its membrane-soluble form leads to the formation of a network of tubular structures. Both the phospholipid composition and the structure of the recombinant protein are considered to influence the formation of these structures.

【0126】 サブユニットbの遺伝子がプロモーター近位にある場合にはサブユニットbおよ
びcの同時発現に同様な影響が伴うが、近位でない場合には伴わない。
A similar effect is associated with co-expression of subunits b and c when the gene for subunit b is proximal to the promoter, but not proximally.

【0127】 このように、膜タンパク質を過剰発現させること、およびそれらを本発明の宿
主細胞中でサブユニットbと直列に発現させることによって、それらの膜タンパ
ク質の折り畳みと膜への挿入をアレンジすることが可能である。
Thus, by overexpressing membrane proteins and expressing them in tandem with subunit b in the host cells of the invention, they arrange the folding and insertion of the membrane proteins into the membrane. It is possible.

【0128】参照文献 Ames, G.F. (1968) ネズミチフス菌と大腸菌の脂質;構造と代謝 Lipids of Sa
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【配列表】 [Sequence list]

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

【図1】 図1は、大腸菌C43(DE3)の増殖に及ぼす大腸菌F-ATPアーゼサブユニットbの発
現の影響を示している、グラフ(パネルA)、およびクーマシー染色ポリペプチド(
パネルBおよびC)である。サブユニットbを過剰発現させるためのプラスミドを含
んでいる宿主細胞の新鮮なコロニーを、アンピシリンを添加した2×TY培地中に
接種する。培養液は37℃で4〜5時間増殖させ、培養液の600nmでのO.D.が0.6に達
したときにIPTG(0.7mM)を添加する。次いで、細胞を37℃もしくは25℃のいずれ
かで増殖させる。パネルA:25℃(○)および37℃(●)でのC43(DE3)の増殖。パネ
ルBおよびC:それぞれ37℃および25℃で増殖させたC43(DE3)培養物のサンプル10
μLのSDS-PAGEによる分析。サブユニットbは約20 kDaのバンドである。
FIG. 1 shows the effect of expression of E. coli F-ATPase subunit b on the growth of E. coli C43 (DE3), graph (panel A), and Coomassie-stained polypeptide (
Panels B and C). Fresh colonies of host cells containing plasmids for overexpressing subunit b are inoculated into 2xTY medium supplemented with ampicillin. The culture is grown at 37 ° C. for 4-5 hours and IPTG (0.7 mM) is added when the OD at 600 nm of the culture reaches 0.6. The cells are then grown at either 37 ° C or 25 ° C. Panel A: Growth of C43 (DE3) at 25 ° C (○) and 37 ° C (●). Panels B and C: Sample 10 of C43 (DE3) culture grown at 37 ° C and 25 ° C, respectively.
Analysis by μL SDS-PAGE. Subunit b is a band of about 20 kDa.

【図2】 図2は大腸菌C43(DE3)の大腸菌F-ATPアーゼのサブユニットbおよびcの同時発
現を示しているクーマシー染色ポリペプチドを示す。プラスミドpEc.bc6(bc)お
よびpEe.cb5(cb)からの発現を比較している。C43(DE3)の新たに形質転換したコ
ロニーをアンピシリンを添加した2×TY培地(50mL)に接種する。培養物は37℃で4
〜5時間増殖させ、培養液の600nmでのO.D.が0.6に達したときにIPTG(0.7mM)を添
加する。次いで、細胞を37℃で1、2、もしくは3時間増殖させる。培養液20μLを
各スロット上に示された時間にSDS-PAGEで分析する。中央のレーンには大腸菌F1 F0-ATPアーゼ(ATP合成酵素)を1μg、マーカーとしてロードする。それらの種々
のサブユニットの位置は右側に示す。
FIG. 2 shows a Coomassie-stained polypeptide showing co-expression of E. coli C43 (DE3) E. coli F-ATPase subunits b and c. Expressions from plasmids pEc.bc6 (bc) and pEe.cb5 (cb) are compared. Freshly transformed colonies of C43 (DE3) are inoculated into 2xTY medium (50 mL) supplemented with ampicillin. Cultures at 37 ° C 4
Grow for ~ 5 hours and add IPTG (0.7 mM) when the OD at 600 nm of the culture reaches 0.6. The cells are then grown at 37 ° C for 1, 2 or 3 hours. 20 μL of culture is analyzed by SDS-PAGE at the times indicated on each slot. E. coli F 1 F 0 -ATPase (ATP synthase) (1 μg) is loaded as a marker in the center lane. The positions of their various subunits are shown on the right.

【図3】 図3は大腸菌ATP合成酵素のサブユニットbを過剰産生している大腸菌細胞の薄
切片の電子顕微鏡写真を示している。パネルAおよびパネルB: 発現の誘導後37℃
または25℃でそれぞれ3時間および18時間増殖させた、サブユニットbを過剰産生
しているC41(DE3)細胞。パネルCおよびパネルD: 誘導後37℃または25℃でそれぞ
れ3時間および18時間増殖させた、サブユニットbを過剰産生しているC43(DE3)細
胞。パネルEおよびF:培養液にIPTGを添加後4時間37℃で増殖させた、インサート
を有さないプラスミドを含有しているC41(DE3)およびC43(DE3)細胞。パネルGお
よびH: 上記と同じ条件下で増殖させたプラスミドを含まないC41(DE3)およびC43
(DE3)細胞。スケールバーはパネルA〜Dでは0.2μm、パネルE〜Hでは0.28μmを示
している。
FIG. 3 shows an electron micrograph of a thin section of Escherichia coli cells overproducing subunit b of Escherichia coli ATP synthase. Panels A and B: 37 ° C after induction of expression
Or C41 (DE3) cells overproducing subunit b, grown at 25 ° C. for 3 hours and 18 hours, respectively. Panels C and D: Subunit b overproducing C43 (DE3) cells grown for 3 and 18 hours at 37 ° C or 25 ° C, respectively, after induction. Panels E and F: C41 (DE3) and C43 (DE3) cells containing the plasmid without insert grown at 37 ° C. for 4 hours after adding IPTG to the culture. Panels G and H: Plasmid-free C41 (DE3) and C43 grown under the same conditions as above
(DE3) cells. The scale bar shows 0.2 μm in panels A to D and 0.28 μm in panels E to H.

【図4】 図4はサブユニットbを過剰産生している大腸菌C43(DE3)細胞から単離された
増加膜のタンパク含量を示している、クーマシー染色ポリペプチドを示す。発現
を誘導した後、細胞を25℃で18時間保持し、サンプルをSDS-PAGEで分析する。レ
ーン(a):全細胞抽出物(10μL);レーン(b):低速遠心でのペレット(3,000×g、タ
ンパク質30μg);レーン(c):レーン(b)から得た上清を高速遠心(100,000×g)し
て得た膜画分(タンパク質35μg);レーン(d):レーン(b)中の物質を再懸濁し洗浄
して得られた高速ペレット(タンパク質20μg)。レーン(1-11):レーン(d)中の物
質のショ糖段階勾配分画から得た画分(1mLの画分からサンプルを5μL採取)。
FIG. 4 shows a Coomassie-stained polypeptide showing the protein content of increased membranes isolated from E. coli C43 (DE3) cells overproducing subunit b. After induction of expression, cells are kept at 25 ° C for 18 hours and samples are analyzed by SDS-PAGE. Lane (a): whole cell extract (10 μL); lane (b): pellet by low speed centrifugation (3,000 × g, protein 30 μg); lane (c): supernatant obtained from lane (b) by high speed centrifugation ( Membrane fraction (35 μg protein) obtained by 100,000 × g); Lane (d): High-speed pellet (20 μg protein) obtained by resuspending and washing the substance in lane (b). Lane (1-11): Fraction obtained from sucrose step gradient fractionation of the material in lane (d) (5 μL sample from 1 mL fraction).

【図5】 図5は大腸菌ATP合成酵素のサブユニットbおよびcを過剰発現している大腸菌C
43(DE3)細胞から単離した改変された膜のタンパク含量を示している、クーマシ
ー染色ポリペプチドを示す。サンプルはSDS-PAGEで分析する。レーン(a)および(
b)は、それぞれサブユニットbのみを、およびサブユニットbおよびcを一緒に(bc
配置の遺伝子)、過剰産生している細胞から低速遠心(3,000×g)で得たペレット(
タンパク質25μg)を示している。レーン(c)はサブユニットcのみを過剰発現して
いる細胞から高速遠心(100,000×g)で得たペレット(タンパク質35μg)を示して
いる。見かけの分子量が16 kDaの強度バンドは、タンパク質配列決定によって熱
ショックタンパク質Hsp16と同定される。
FIG. 5: E. coli C overexpressing subunits b and c of E. coli ATP synthase
4 shows a Coomassie-stained polypeptide showing the protein content of modified membranes isolated from 43 (DE3) cells. Samples are analyzed by SDS-PAGE. Lane (a) and (
b) includes only subunit b and subunits b and c together (bc
(Disposition genes), pellets obtained by low-speed centrifugation (3,000 xg) from overproducing cells (
Protein 25 μg) is shown. Lane (c) shows a pellet (35 μg of protein) obtained by high speed centrifugation (100,000 × g) from cells overexpressing only subunit c. The intensity band with an apparent molecular weight of 16 kDa is identified as the heat shock protein Hsp16 by protein sequencing.

【図6】 図6は単離された増加膜のネガティブ染色の電子顕微鏡写真を示す。その膜は
サブユニットbを過剰発現している大腸菌C43(DE3)宿主細胞を、フレンチプレス(
パネルA)、またはEDTAおよびリゾチーム処理の後の浸透圧ショック(パネルB)に
よって破壊し、それから低速遠心(3,000×g)で得たものである。前者の膜をショ
糖密度勾配で分画し、ネガティブ染色して電子顕微鏡で分析する。パネルCはシ
ョ糖密度勾配の画分10を示す(図3参照、浮遊密度1.18g/mL)。パネルDはショ糖
密度勾配の画分7を示す(図3参照、浮遊密度1.10g/mL)。(スケールバー0.28μm)
FIG. 6 shows an electron micrograph of negative staining of isolated increasing membranes. The membrane was constructed in Escherichia coli C43 (DE3) host cells overexpressing subunit b by French press (
Panel A), or disrupted by osmotic shock (panel B) after EDTA and lysozyme treatment, and then obtained by low speed centrifugation (3,000 × g). The former membrane is fractionated by sucrose density gradient, negatively stained and analyzed by electron microscopy. Panel C shows fraction 10 of the sucrose density gradient (see Figure 3, buoyant density 1.18 g / mL). Panel D shows fraction 7 of the sucrose density gradient (see Figure 3, buoyant density 1.10 g / mL). (Scale bar 0.28 μm)
.

【図7】 図7は改変された膜に取り込まれた大腸菌ATP合成酵素のサブユニットbをトリ
プシン分解した結果得られた、クーマシー染色ポリペプチドを示す。上清(パネ
ルA)およびペレット(パネルB)はそれぞれ、示された時間にわたりトリプシン消
化することによって得られたもの、およびそれをSDS-PAGEで分析したものである
。5分間の消化後の上清中に観察されたMrが12、8、7および6 kDaのバンド(パネ
ルAで左側に矢印で示している)は、残基83までの同一N末端配列を有している。
パネルBでは、矢印で示したMrが7 kDaのバンドはサブユニットbの残基1-36に相
当する。
FIG. 7 shows a Coomassie-stained polypeptide obtained as a result of trypsin degradation of subunit b of Escherichia coli ATP synthase incorporated into a modified membrane. Supernatants (panel A) and pellets (panel B) are each obtained by trypsin digestion for the times indicated and analyzed by SDS-PAGE. The M r 12 , 8, 7 and 6 kDa bands observed in the supernatant after 5 minutes of digestion (indicated by the arrow on the left in panel A) show the same N-terminal sequence up to residue 83. Have
In panel B, the band with an M r of 7 kDa indicated by the arrow corresponds to residues 1-36 of subunit b.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 EP(AT,BE,CH,CY, DE,DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,I T,LU,MC,NL,PT,SE),OA(BF,BJ ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GW,ML, MR,NE,SN,TD,TG),AP(GH,GM,K E,LS,MW,MZ,SD,SL,SZ,TZ,UG ,ZW),EA(AM,AZ,BY,KG,KZ,MD, RU,TJ,TM),AE,AG,AL,AM,AT, AU,AZ,BA,BB,BG,BR,BY,BZ,C A,CH,CN,CR,CU,CZ,DE,DK,DM ,DZ,EE,ES,FI,GB,GD,GE,GH, GM,HR,HU,ID,IL,IN,IS,JP,K E,KG,KP,KR,KZ,LC,LK,LR,LS ,LT,LU,LV,MA,MD,MG,MK,MN, MW,MX,MZ,NO,NZ,PL,PT,RO,R U,SD,SE,SG,SI,SK,SL,TJ,TM ,TR,TT,TZ,UA,UG,US,UZ,VN, YU,ZA,ZW (72)発明者 ミロックス,ブルーノ,ドナット,マイケ ル フランス国 エフ−92190 メドン,リュ ジー.エッツェル,9,シーエヌアール エス−セレモド (72)発明者 アレチャガ,イグナシオ イギリス国 ケンブリッジ シービー2 2エックスワイ,ヒルス ロード,ウェル カム トラスト/エムアールシー ビルデ ィング,エムアールシー ダン ヒューマ ン ニュートリション ユニット Fターム(参考) 4B024 AA01 BA80 CA04 DA06 EA04 FA02 GA11 HA01 HA03 4B063 QA01 QA18 QQ06 QQ13 QQ79 QR33 QR59 QR75 QR80 QS05 QS12 QS36 QX02 4B065 AA26X AA26Y AB01 BA01 CA24 CA44 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    (81) Designated countries EP (AT, BE, CH, CY, DE, DK, ES, FI, FR, GB, GR, IE, I T, LU, MC, NL, PT, SE), OA (BF, BJ , CF, CG, CI, CM, GA, GN, GW, ML, MR, NE, SN, TD, TG), AP (GH, GM, K E, LS, MW, MZ, SD, SL, SZ, TZ, UG , ZW), EA (AM, AZ, BY, KG, KZ, MD, RU, TJ, TM), AE, AG, AL, AM, AT, AU, AZ, BA, BB, BG, BR, BY, BZ, C A, CH, CN, CR, CU, CZ, DE, DK, DM , DZ, EE, ES, FI, GB, GD, GE, GH, GM, HR, HU, ID, IL, IN, IS, JP, K E, KG, KP, KR, KZ, LC, LK, LR, LS , LT, LU, LV, MA, MD, MG, MK, MN, MW, MX, MZ, NO, NZ, PL, PT, RO, R U, SD, SE, SG, SI, SK, SL, TJ, TM , TR, TT, TZ, UA, UG, US, UZ, VN, YU, ZA, ZW (72) Inventor Milox, Bruno, Donat, Mike             Le             France F-92190 Medon, Ryu               Gee. Etzel, 9, CNR             S-Celemod (72) Inventor Arechaga, Ignacio             UK CB2             2 Xwai, Hills Road, Well             Come Trust / MRC Bilde             Ding, MRC Dan Huma             Nutrition unit F term (reference) 4B024 AA01 BA80 CA04 DA06 EA04                       FA02 GA11 HA01 HA03                 4B063 QA01 QA18 QQ06 QQ13 QQ79                       QR33 QR59 QR75 QR80 QS05                       QS12 QS36 QX02                 4B065 AA26X AA26Y AB01 BA01                       CA24 CA44

Claims (26)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 ポリペプチドを産生するための方法であって、次のステップ: a)細胞質内に膜を含んでいる細菌性の宿主細胞であって、その細胞質内の膜
が宿主細胞の他の膜とは異なる構成を有するものである宿主細胞を提供し; b)該宿主細胞を該ポリペプチドをコードするコード配列を含んでいる核酸構
築物を用いて形質転換し、該ポリペプチドを該細菌性宿主細胞中で、その発現が
細胞質内の膜を伴うこととなるように発現させ;および c)該細胞質内の膜を他の細胞性構成要素から分離することによって該ポリペ
プチドを単離すること、 を含んでなる方法。
1. A method for producing a polypeptide, which comprises the following steps: a) a bacterial host cell comprising a cytoplasmic membrane, the intracytoplasmic membrane being other than the host cell. A host cell having a configuration different from that of the membrane of b); b) transforming the host cell with a nucleic acid construct containing a coding sequence encoding the polypeptide, In a sex host cell so that its expression is associated with the cytoplasmic membrane; and c) isolating the polypeptide by separating the cytoplasmic membrane from other cellular constituents. A method comprising:
【請求項2】 細胞質内の膜の産生が、細菌性宿主細胞中で該ポリペプチドの発現の前に、も
しくは発現と同時に誘導される、請求項1記載の方法。
2. The method of claim 1, wherein the production of intracellular membranes is induced in the bacterial host cell prior to or concomitant with expression of the polypeptide.
【請求項3】 細胞質内の膜が宿主細胞中のその他の膜と次の群からなる特性: a)脂質:タンパク質比が約0.4より大きいこと; b)膜のリン脂質組成が約4%より大きいカルジオリピンを含むものであること
; c)膜のリン脂質組成が約20%未満のホスファチジルグリセロールを含むもの
であること;および d)膜のリン脂質組成が通常より低いレベルのホスファチジルエタノールアミ
ンを含むものであること; からなる群から選択された1つ以上の特性を有するという点で異なるものである
、請求項1または請求項2記載の方法。
3. The characteristics of the cytoplasmic membrane consisting of other membranes in host cells and the following groups: a) a lipid: protein ratio of greater than about 0.4; b) a phospholipid composition of about 4% or less. Including large cardiolipin; c) having a phospholipid composition of less than about 20% phosphatidylglycerol; and d) having a lower than normal level of phosphatidylethanolamine in the membrane. 3. The method of claim 1 or claim 2 differing in that it has one or more properties selected from the group consisting of:
【請求項4】 細胞質内の膜の産生が、膜の増加を誘導することのできるATP合成酵素のサブ
ユニットbおよび/もしくはc、またはその断片の宿主細胞内での発現によって誘
導されるものである、請求項2または請求項3に記載の方法。
4. The production of a cytoplasmic membrane is induced by the expression in the host cell of subunits b and / or c of ATP synthase capable of inducing an increase in the membrane, or a fragment thereof. The method of claim 2 or claim 3, wherein:
【請求項5】 ATP合成酵素が大腸菌ATP合成酵素のF0膜領域である、請求項4に記載の方法。5.   The method according to claim 4, wherein the ATP synthase is the F0 membrane region of Escherichia coli ATP synthase. 【請求項6】 ATP合成酵素の断片がATP合成酵素のサブユニットbのアミノ酸1-25、1-34、1-2
8、1-157、または25-157から本質的になる、請求項4または請求項5に記載の方法
6. The ATP synthase fragment is amino acids 1-25, 1-34, 1-2 of subunit A of ATP synthase.
6. The method of claim 4 or claim 5 consisting essentially of 8, 1-157, or 25-157.
【請求項7】 宿主細胞が、膜の増加を誘導し、プロモーターと機能しうる形で連結されてい
る、ATP合成酵素のサブユニットbおよび/もしくはcまたはその断片をコードする
コード配列を含んでなる核酸構築物を用いて形質転換されたものである、請求項
4〜6のいずれか1項に記載の方法。
7. A host cell comprising a coding sequence encoding subunits b and / or c of ATP synthase or a fragment thereof, which induces an increase in the membrane and is operably linked to a promoter. Which is transformed with the nucleic acid construct of
The method according to any one of 4 to 6.
【請求項8】 膜の増加を誘導することのできるATP合成酵素のサブユニットbおよび/もしく
はcまたはその断片、ならびにポリペプチドが同一の核酸構築物上にコードされ
ている、請求項7に記載の方法。
8. The method according to claim 7, wherein the subunits b and / or c of ATP synthase or a fragment thereof capable of inducing increase of membrane and the polypeptide are encoded on the same nucleic acid construct. Method.
【請求項9】 膜の増加を誘導することのできるATP合成酵素のサブユニットbおよび/もしく
はcまたはその断片をコードするコード配列が、ポリペプチドをコードするコー
ド配列の上流に置かれ、それらの2つのコード配列が同一のプロモーターから直
列に発現される、請求項8に記載の方法。
9. A coding sequence encoding subunits b and / or c of ATP synthase or a fragment thereof capable of inducing an increase in the membrane is placed upstream of the coding sequence encoding the polypeptide, 9. The method of claim 8, wherein the two coding sequences are expressed in tandem from the same promoter.
【請求項10】 宿主細胞が大腸菌細胞である、請求項1〜9のいずれか1項に記載の方法。10.   The method according to any one of claims 1 to 9, wherein the host cell is an E. coli cell. 【請求項11】 細胞が、大腸菌C43(DE3)(ECCC B96070455)、大腸菌C41(DE3)(ECCC B96070444)
、大腸菌DK8(DE3)S (NCIMB 40885)もしくは大腸菌C2014(DE3)(NCIMB 40884)から
なる群から選択された細胞そのものであるか、またはそれから誘導されたもので
ある、請求項10記載の方法。
11. The cells are Escherichia coli C43 (DE3) (ECCC B96070455) and Escherichia coli C41 (DE3) (ECCC B96070444).
11. The method according to claim 10, which is the cell itself selected from the group consisting of E. coli DK8 (DE3) S (NCIMB 40885) or Escherichia coli C2014 (DE3) (NCIMB 40884), or derived therefrom.
【請求項12】 ポリペプチドが膜タンパク質である、請求項1〜11のいずれか1項に記載の
方法。
12. The method according to any one of claims 1 to 11, wherein the polypeptide is a membrane protein.
【請求項13】 ポリペプチドならびに/またはATP合成酵素のサブユニットbおよび/もしくはc
をコードするコード配列が誘導性のプロモーターと機能しうる形で連結されてい
る、請求項1〜12のいずれか1項に記載の方法。
13. Polypeptide and / or subunits b and / or c of ATP synthase
13. The method according to any one of claims 1-12, wherein the coding sequence coding for is operably linked to an inducible promoter.
【請求項14】 膜の増加を誘導することのできる、該ポリペプチドをコードするコード配列な
らびにATP合成酵素のbおよび/もしくはcサブユニットまたはその断片をコードす
るコード配列を含んでなる細菌宿主中でのポリペプチドの発現のための核酸構築
物。
14. A bacterial host comprising a coding sequence coding for said polypeptide and a coding sequence coding for the b and / or c subunit of ATP synthase or a fragment thereof capable of inducing an increase in membranes. A nucleic acid construct for expression of a polypeptide in.
【請求項15】 膜の増加を誘導することのできる、ATP合成酵素のbおよび/もしくはcサブユニ
ットまたはその断片をコードするコード配列が、該ポリペプチドをコードするコ
ード配列の上流に置かれている、請求項14に記載の核酸構築物。
15. A coding sequence coding for the b and / or c subunit of ATP synthase or a fragment thereof capable of inducing an increase in the membrane is placed upstream of the coding sequence coding for said polypeptide. 15. The nucleic acid construct according to claim 14, which is present.
【請求項16】 膜の増加を誘導することのできる、ATP合成酵素のbおよび/もしくはcサブユニ
ットまたはその断片をコードするコード配列、ならびに/または該ポリペプチド
をコードするコード配列が誘導性のプロモーターの調節下にある、請求項14また
は請求項15に記載の核酸構築物。
16. A coding sequence encoding a b and / or c subunit of ATP synthase or a fragment thereof capable of inducing an increase in membrane, and / or a coding sequence coding for said polypeptide is inducible. The nucleic acid construct according to claim 14 or 15, which is under the control of a promoter.
【請求項17】 膜の増加を誘導することのできる、ATP合成酵素のbおよび/もしくはcサブユニ
ットまたはその断片をコードするコード配列、ならびに該ポリペプチドをコード
するコード配列が、同一のプロモーターの調節下にある、請求項16に記載の核酸
構築物。
17. A coding sequence encoding a b and / or c subunit of ATP synthase or a fragment thereof capable of inducing an increase in membrane, and a coding sequence coding for the polypeptide are of the same promoter. The nucleic acid construct according to claim 16, which is under control.
【請求項18】 検出可能な標識をコードするコード配列をさらに含んでなる、請求項14〜17の
いずれか1項に記載の核酸構築物。
18. The nucleic acid construct according to any one of claims 14 to 17, further comprising a coding sequence encoding a detectable label.
【請求項19】 検出可能な標識が緑色蛍光タンパク質である、請求項18に記載の核酸構築物。19.   19. The nucleic acid construct according to claim 18, wherein the detectable label is green fluorescent protein. 【請求項20】 コード配列の少なくとも1つがバクテリオファージRNAポリメラーゼで認識され
るプロモーターの調節下にある、請求項14〜19のいずれか1項に記載の核酸構築
物。
20. The nucleic acid construct according to any one of claims 14 to 19, wherein at least one of the coding sequences is under the control of a promoter recognized by bacteriophage RNA polymerase.
【請求項21】 ATP合成酵素が大腸菌ATP合成酵素のF0膜領域である、請求項14〜20のいずれ
か1項に記載の核酸構築物。
21. The nucleic acid construct according to any one of claims 14 to 20, wherein the ATP synthase is the F0 membrane region of Escherichia coli ATP synthase.
【請求項22】 ATP合成酵素の断片がATP合成酵素のサブユニットbのアミノ酸1-25、1-34、1-4
8、1-157、または25-157から本質的になる、請求項14〜21のいずれか1項に記載
の核酸構築物。
22. ATP synthase fragments are amino acids 1-25, 1-34, 1-4 of subunit b of ATP synthase.
22. A nucleic acid construct according to any one of claims 14 to 21 consisting essentially of 8, 1-157, or 25-157.
【請求項23】 請求項14〜33のいずれか1項に記載の核酸構築物を含んでなる宿主細胞。23.   A host cell comprising a nucleic acid construct according to any one of claims 14 to 33. 【請求項24】 請求項10または請求項11に記載の大腸菌細胞である、請求項23に記載の宿主細
胞。
24. The host cell according to claim 23, which is the Escherichia coli cell according to claim 10 or 11.
【請求項25】 所望の膜タンパク質と結合する、所望の膜タンパク質に影響を及ぼす、または
所望の膜タンパク質を修飾する薬剤をスクリーニングする方法であって、請求項
14〜24のいずれか1項に記載のベクターを用いて宿主細胞を形質転換し、所望の
膜タンパク質の発現を誘導し、その宿主細胞を培養して所望の膜タンパク質を産
生させ、細胞の膜を担体上に固定化し、かつ薬剤とポリペプチドの相互作用が促
進される条件下でその膜をスクリーニングしようとする薬剤に曝露させることを
含んでなる方法。
25. A method of screening for an agent that binds to, affects, or modifies a desired membrane protein, the method comprising:
14. A host cell is transformed with the vector according to any one of 14 to 24 to induce expression of a desired membrane protein, and the host cell is cultured to produce the desired membrane protein. Immobilized on a carrier, and exposing the membrane to the drug to be screened under conditions that promote the drug-polypeptide interaction.
【請求項26】 所望のポリペプチドと結合する、所望のポリペプチドに影響を及ぼす、または
所望ポリペプチドを修飾する薬剤をスクリーニングする方法であって、次のステ
ップ: a)請求項14〜24のいずれか1項に記載のベクターを用いて宿主細胞を形質転
換すること; b)第1の発現ユニットからATP合成酵素のサブユニットbまたはサブユニットc
の発現を誘導し、その宿主細胞を膜の産生が誘導されるように培養すること; c)第2の発現ユニットから所望の膜タンパク質の発現を誘導し、その宿主細
胞を培養して所望の膜タンパク質を産生させること;および d)細胞を担体上に固定化し、薬剤とポリペプチドの相互作用が促進される条
件下でその細胞をスクリーニングしようとする薬剤に曝露させること を含んでなる方法。
26. A method of screening for an agent that binds to, affects, or modifies a desired polypeptide, the method comprising the steps of: a) claims 14-24. Transforming a host cell with the vector according to any one of the items; b) the subunit b or subunit c of the ATP synthase from the first expression unit
And culturing the host cell so that the production of the membrane is induced; c) inducing expression of the desired membrane protein from the second expression unit and culturing the host cell to produce the desired Producing a membrane protein; and d) immobilizing the cells on a carrier and exposing the cells to the agent to be screened under conditions that promote the interaction of the agent with the polypeptide.
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