JP2003525627A - 増加した熱安定性を有するrnaポリメラーゼ変異体 - Google Patents

増加した熱安定性を有するrnaポリメラーゼ変異体

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JP2003525627A JP2001565862A JP2001565862A JP2003525627A JP 2003525627 A JP2003525627 A JP 2003525627A JP 2001565862 A JP2001565862 A JP 2001565862A JP 2001565862 A JP2001565862 A JP 2001565862A JP 2003525627 A JP2003525627 A JP 2003525627A
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Abstract

(57)【要約】 本願は、例えば高温条件下で安定性が高まったバクテリオファージ由来の変異型RNAポリメラーゼに関する。本発明に係る好ましい変異型RNAポリメラーゼは、T7又はSP3バクテリオファージ由来の変異RNAポリメラーゼである。本発明の特に好ましい実施態様は、アミノ酸配列の633位にセリンからプロリンへのタンパク質内アミノ酸の変化を有するT7 RNAポリメラーゼである。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】 本願は、例えば高温条件下で安定性が高まるバクテリオファージ由来の変異型
RNAポリメラーゼに関する。バクテリオファージによりコードされるRNAポ
リメラーゼの一例は、T7 RNAポリメラーゼである。T7は、大腸菌に感染
することができるバクテリオファージである。その他の大腸菌感染性T7類似の
バクテリオファージの例は、T3、φI、φII、W31、H、Y、A1、cr
oC21、C22、及びC23である。サルモネラ・チフィムリウム(Salm
onella typhimurium)感染性バクテリオファージの一例は、
SP6である。バクテリオファージのRNAポリメラーゼは、自己のプロモータ
ー配列に対して高い選択性を有する。T7 RNAポリメラーゼは、T7 RN
Aポリメラーゼプロモーター配列とは結合するが、他のバクテリオファージのプ
ロモーター配列とは結合しないであろう。高度のプロモーター特異性によって、
バクテリオファージの転写反応は、自己のゲノムにのみ起こり、宿主のゲノムで
は起こらないことが確実となる。T7バクテリオファージのヌクレオチド配列の
完全長が既知であり、ファージRNAポリメラーゼは、T7遺伝子1によりコー
ドされている。T7 RNAポリメラーゼと類似しているその他のRNAポリメ
ラーゼは、バクテリオファージSP6及びT3のRNAポリメラーゼである。T
3 RNAPは、T7 RNAPとの約80%の相同性を示す。T7遺伝子1は
、クローニングされ、細菌において発現されており、酵素の大量生産が可能とな
っている(Studierらの米国特許第4952496号)。T7ポリメラー
ゼは、98.6Kdaという分子量を有する883アミノ酸の単鎖タンパク質で
ある。T7 RNAポリメラーゼは、正確に転写されるため補助因子を必要とし
ない。酵素は、単独で、そのプロモーターを認識し、転写を開始させ、RNA転
写物を伸長させ、転写を終結させることができる。T7 RNAポリメラーゼは
、自己のプロモーターからのDNAの転写効率が極めて高く、大腸菌RNAポリ
メラーゼと比較して5倍の速度でRNAを伸長させる。バクテリオファージ由来
のポリメラーゼは、その選択性、活性、及び完全な転写物生成能により、多様な
目的に極めて有用である。
【0002】 本発明は、変異しているT7様バクテリオファージのRNAポリメラーゼに関
する。
【0003】 T7様バクテリオファージRNAポリメラーゼの特定の変異体が、いくつか記
載されている。例えば、WO91/05866には、オルタナティブ発現系が記
載されている。その系は、細菌においてクローニングされた遺伝子を直接転写さ
せるため、バクテリオファージT7プロモーターを使用しようという試みである
。その系は、短縮型T7 RNAポリメラーゼを使用する。その遺伝子は、ヌク
レオチド(野生型T7ポリメラーゼ遺伝子の塩基3809及び3877に相当す
る塩基1個以上)の欠失により変異している。この欠失は、フレームシフトを起
こし、その結果、新たな翻訳終止コドンが作られる。米国特許第号538583
4号にも、変異T7 RNAPが記載されている。米国特許第5385834号
に記載された変異体は、グルタミン酸(222)をリジンに変換する、T7遺伝
子1のヌクレオチド664におけるGからAへの転位である。この変異体は、改
変されたプロモーターを認識し、従って、変異体は、通常は不活性であるT7プ
ロモーター点変異から転写を開始させることができる。
【0004】 Ikedaら(Ikeda,R.A.et al.Biochemistry
,31:9073−9080,1992及びIkeda,R.A.et al.
Nucl.Acid.Res.,20:2517−2524,1992)は、変
異型T7 RNAP遺伝子配列又はプロモーター配列の活性をスクリーニングす
るために使用されうる2つの適合性プラスミドを記載している。第一のプラスミ
ドは、大腸菌tacプロモーターと連結したT7遺伝子1(T7 RNAポリメ
ラーゼをコードする遺伝子)を保持しており、第二のプラスミドは、CAT(ク
ロラムフェニコールアセチルトランスフェラーゼ)をコードする遺伝子を保持し
ている。T7ポリメラーゼがT7プロモーターと相互作用し、第二のプラスミド
からCAT遺伝子を転写する場合、これらの2つのプラスミドを保持している大
腸菌は、CAM(クロラムフェニコール)耐性である。T7プロモーター又はT
7 RNAポリメラーゼのいずれかが不活性である場合には、CAT遺伝子は転
写されず、従って大腸菌はcam感受性であろう。Ikedaらは、それらのプ
ラスミドを使用して、いくつかの変異のT7 RNAポリメラーゼプロモーター
の活性に対する効果を調査した。T7 RNAポリメラーゼ遺伝子1が適当なプ
ロモーターの調節下にある1つのプラスミド上にあり、T7 RNAポリメラー
ゼプロモーターがCATのような耐性遺伝子を調節する第二のプラスミド上にあ
る、Ikedaらにより記載されたものと同様のプラスミド系を用いて、変異T
7 RNAポリメラーゼの活性に関してスクリーニングすることも可能である。
【0005】 バクテリオファージによりコードされたRNAポリメラーゼ(例えば、T7
RNAポリメラーゼ、T3 RNAポリメラーゼ、及びSP6 RNAポリメラ
ーゼ)を利用したインビトロ転写は、分子生物学において広範に適用される手法
となっている。インビトロ転写の後に、多量のRNAバクテリオファージを作製
する手法としてのRNAポリメラーゼは核酸増幅法の一部である。そのような方
法は、例えばNASBA、3SR、及びTMAである。インビトロ転写は、PC
R増幅後の付加的な長さの増幅工程として、PCRとの組み合わせても記載され
ている。
【0006】 前記の適用全てについて、転写反応の反応速度が改善され、より重要なことと
して、より高温で等温増幅法(NASBA、3SR、及びTMA)が実施できる
よう、反応温度を上昇させることが可能であれば有利であろう。より高温でのイ
ンキュベーションで該等温増幅反応を行うと、構築されたRNAがより効率よく
増幅できる。このことは、長いRNA配列が長い場合(500ヌクレオチド超)
の増幅及び多重反応(即ち、1つの反応混合物における複数のRNA配列の増幅
)の場合に重要となる。
【0007】 本発明は、安定性が向上したT7様バクテリオファージ由来RNAポリメラー
ゼの変異体に関する。
【0008】 ランダムに変異誘発されたT7 RNAポリメラーゼ変異体の分析より、T7 RNAポリメラーゼタンパク質に対して安定効果を有し、通常(通常は37か
ら41℃である)よりも高温で酵素活性を可能にする、可能な変異が多数明らか
となった。バチルス・ステアロサーモフィルス(Bacillus stear
othermophilus)において、Ikedaら(1992)に記載され
た、2プラスミド系でランダムに変異誘発されたT7 RNAポリメラーゼ配列
が、スクリーニングすることにより分析された。バチルス・ステアロサーモフィ
ルスを高温(45から50℃)で培養すると、これらの温度において、変異型T
7配列がポリメラーゼ活性を示し、より安定なT7 RNAポリメラーゼをコー
ドする場合にのみ、CAM耐性が得られた。バチルス・ステアロサーモフィルス
系において、一方のプラスミドはT7プロモーターの調節下にある抗生物質耐性
遺伝子(CAT)を含有し、他方のプラスミドはバチルスプロモーターの調節下
にあるT7 RNAポリメラーゼの変異体ライブラリーを含有する。変異によっ
て、T7 RNAポリメラーゼが高温において機能することが可能になった場合
、バチルス・ステアロサーモフィルスはCAM耐性となるであろう。安定性が向
上したT7ポリメラーゼ変異体は、同時係属中の共有の出願番号PCT/EP9
9/09716に既に記載されており、その内容は参照により本明細書に組み込
まれる。PCT/EP99/09716に記載された変異のうちの一つは、酵素
の633位におけるセリンからプロリンへの変異であった。本発明により、酵素
の安定性を高めるさらなる変異が見出された。本発明に係る変異には、T7配列
におけるF849I変異、F880Y変異、及びS430P変異が含まれる。好
ましいのは、これらの変異のうちの2個以上を、好ましくはS633P変異と組
み合わせて含む変異体である。本発明に係る変異体は、例えば、F849I変異
又はF880Y変異のいずれかと組み合わせてS633P変異を含みうる。本発
明に係るもう一つの変異体は、F880Y変異と組み合わせてF84I変異を含
む。改良された安定性に関する良好な結果は、S633P変異及びF849I変
異を含み、さらにF880Y変異を含む変異体によっても得られた。本発明の最
も好ましい実施態様は、S430P変異とS633P変異とF8491変異とF
880Y変異とを含む四重変異体(4個の変異を含む変異体)である。この変異
体は、50℃において、野生型酵素よりも少なくとも44倍ほど熱安定性が高ま
る(野生型の1.9分に対し84.5分というT1/2を有する)。さらに、5
0℃における四重変異体の比活性は、50℃における野生型の比活性よりも約1
2倍大きい(野生型の4.8単位/μgに対し、変異体は56.8単位/μg)
。本発明に係る好ましい変異型RNAポリメラーゼは、T7又はSP3バクテリ
オファージ由来の変異RNAポリメラーゼである。これらの酵素間では相同性が
高いので、T7遺伝子1配列での変異は、T3バクテリオファージの対応する遺
伝子配列においても同一の効果を有する可能性が高い。T7 RNAポリメラー
ゼとT3 RNAポリメラーゼとの相同性は80%であるため、T7遺伝子にお
ける633セリン→プロリン変異と同一の効果が、T3 RNAポリメラーゼに
おける634セリン→プロリンアミノ酸変異についても予想されうる。
【0009】 特に、T7又はT3 RNAポリメラーゼをコードしている遺伝子に関する場
合は野生型タンパク質と比較するとコードされたRNAポリメラーゼの安定性を
高める変異を1個以上含有するRNAポリメラーゼをコードする遺伝子も、本発
明の一部である。T7 RNAポリメラーゼのアミノ酸配列の633位における
セリンからプロリンへのタンパク質内アミノ酸変化は、T7 RNAポリメラー
ゼヌクレオチド配列の1897位におけるT→C変異に起因している。バクテリ
オファージT7の完全ゲノム配列の3171番目のヌクレオチドであるT7 R
NAポリメラーゼ遺伝子の最初のヌクレオチドを1番として、Dunn,J.J
.及びStudier,F.W.[(1983)Complete nucle
otide sequence of bacteriophage T7 D
NA and the locations of T7 genetic e
lements J.Mol.Biol.166(4),477−535]によ
り発表されたT7 RNAポリメラーゼ野生型配列と比較して変異を、評価する
【0010】 本発明は、さらに、本発明に係る変異型RNAポリメラーゼの発現のための発
現方法に関する。
【0011】 遺伝子発現には、遺伝子を、該遺伝子によりコードされるタンパク質の発現を
可能にする制御配列の調節下に置く。通常、これは、発現させる遺伝子をそのよ
うな制御配列の下流にクローニングして実施される。遺伝子又は遺伝子断片の発
現を可能にする制御配列は、例えば、エンハンサー配列と組み合わせてもよいし
、又は組み合わせなくてもよいプロモーター配列でありうる。これらの配列は、
その天然形態において遺伝子と連結されていることが見出されるプロモーター配
列でありうる。又は、それは、異種プロモーターであってもよい。異種プロモー
ターを使用する利点は、遺伝子の天然プロモーターを認識しない宿主細胞におい
て遺伝子を発現させることが可能になる点である。さらに、異種プロモーターは
、遺伝子の発現を任意の所望の時点で開始させることができるよう、誘導可能プ
ロモーターであってもよい。プロモーター部位は、転写の最初に、RNAポリメ
ラーゼが結合する配列である。プロモーター部位は、それらの起源である細胞の
型に応じて、多様な型で存在する。プロモーター配列は、原核生物、真核生物、
及びウイルスの起源のプロモーターに関して記載されている。前記の型の組換え
DNA分子は、例えば、適当なDNA断片を適当な制限酵素で切断し、制御配列
を含有する断片を同酵素で切断し、そして発現させるべき核酸配列がプロモータ
ー配列の調節下に置かれるよう、両断片を連結することにより作成されうる。有
用な組換え体を作成するための多くの方法が、Sambrook(Sambro
ok et al.,Molecular Cloning,a labora
tory manual,Cold Spring Laboratory P
ress,Cold Spring Harbor,New York(198
9))に記載されている。一般に、組換え核酸配列は、いわゆるベクター分子に
クローニングされよう。次いで、クローニングされた核酸配列を細胞へと運ぶた
めに、適当な宿主細胞において自己複製能を有する組換えベクター分子が使用さ
れうる。これは、組換えベクター分子の複製が起こる細胞であり得る。それは、
本発明に係る変異型RNAポリメラーゼが発現されるよう、ベクターの制御配列
が認識されるような細胞であってもよい。細菌において使用するためのベクター
、例えばpBR322、325、及び328、様々なpUCベクター、即ちpU
C8、9、18、19、特異的発現ベクター;pGEM、pGEX、及びBlu
escript(R)、バクテリオファージに基づくベクター;ラムダ−gtW
es、Charon28、M13由来ファージ、SV40、パピローマウイルス
、アデノウイルス、又はポリオーマウイルスに基づくウイルス配列を含有する真
核細胞における発現のためのベクターを含む、広範囲のベクターが現在既知であ
る(Rodriquez,R.L.及びDenhardt,D.T.編;Vec
tors:A survey of molecular cloning v
ectors and their uses,Butterworths(1
988),Lenstra et al.Arch.Virol.;110:1
−24(1990))。変異型RNAポリメラーゼの発現を可能にする制御配列
の調節下にある核酸配列を含む全ての組換え分子が、本発明の一部と見なされる
【0012】 さらに、本発明は、変異型RNAポリメラーゼをコードする核酸配列、又は変
異型RNAポリメラーゼの発現を可能にする制御配列の調節下にある変異型RN
Aポリメラーゼをコードする組換え核酸配列を含有する宿主細胞を含む。本発明
は、変異型RNAポリメラーゼをコードする核酸配列、又は変異型RNAポリメ
ラーゼの発現を可能にする制御配列の調節下にある変異型RNAポリメラーゼを
コードする組換え核酸分子を含有するウイルスベクターを含有する宿主細胞も含
む。高頻度に使用される発現系は、細菌、酵母、真菌、昆虫、及び哺乳動物の細
胞の発現系である。そのような系は、当分野において周知であり、容易に入手可
能であり、例えばClontech Laboratories,Inc.40
30 Fablan Way,Palo Alto,California 9
4303−4607,USAより市販されている。宿主細胞は、pBR322の
ような細菌に基づくベクター、又はpGEMのような細菌発現ベクター、又はバ
クテリオファージと組み合わされた、細菌起源、例えば大腸菌、バチルス・ズブ
チリス、及びラクトバチルス属の細胞であり得る。宿主細胞は、真核生物起源の
細胞、例えば酵母特異的ベクター分子と組み合わされた酵母細胞、又はベクター
もしくは組換えバキュロウイルスと組み合わされた昆虫細胞(Luckow e
t al;Bio−technology 6:47−55(1988))、例
えばTiプラスミドに基づくベクターもしくは植物ウイルスベクターと組み合わ
された植物細胞(Barton,K.A.et al;Cell 32:103
3(1983))、やはり適切なベクターもしくは組換えウイルスと組み合わさ
れたHela細胞、チャイニーズハムスター卵巣細胞(CHO)、もしくはCr
andellネコ腎細胞のような哺乳動物細胞のような高等真核生物の細胞であ
ってもよい。
【0013】 従って、本発明に係るRNAポリメラーゼをコードする遺伝子と、適当な発現
調節配列とを含む発現ベクター、及びそれらで形質転換された宿主細胞も、本発
明の一部である。
【0014】 本発明に係る変異型RNAポリメラーゼは、RNAポリメラーゼが通常使用さ
れる過程、及びRNAポリメラーゼが例えば高温で使用され、従って改良された
安定性が向上し有利であろう過程、全てにおいて有用である。本発明に係る変異
型RNAポリメラーゼは、核酸の増幅のための等温転写介在増幅過程において特
に有用であろう。従って、等温転写介在増幅法におけるRNAポリメラーゼの使
用も、本発明の一部である。
【0015】 転写介在増幅技術は、RNAポリメラーゼにより認識されるプロモーターを含
む鋳型からの複数のRNAコピーの転写を含む。これらの方法によると、複数の
RNAコピーが、RNAポリメラーゼにより認識される機能的プロモーターを含
むDNA鋳型から転写される。該コピーは、再び標的として使用され、それらか
ら、ある量のDNA鋳型が新たに得られる、等である。そのような方法は、Gi
ngerasらのWO88/10315及びBurgらのWO89/1050に
記載されている。等温転写介在増幅技術は、DaveyらのEP323822(
NASBA法と関連)、GingerasらのEP373960、及びKaci
anらのEP408295に記載されている。転写介在増幅反応は、熱安定酵素
を用いても実施されうる。転写介在増幅は、通常、およそセ氏37から41度の
温度で実施される。これらの熱安定酵素は、より高温(41℃超)での反応が可
能である。そのような熱安定法は、Toyo Boseki KKの名称で出願
されたEP682121に記載されている。
【0016】 EP323822、EP373960、及びEP408295に記載された方
法は、等温連続法である。この方法は、増幅を達成するために、RNA依存性D
NAポリメラーゼ活性、DNA依存性DNAポリメラーゼ活性、RNase(H
)活性、及びRNAポリメラーゼ活性という4つの酵素活性が必要とされる。こ
れらの活性のうちのいくつかは、1つの酵素で一体化されうるため、通常必要な
のは2又は3個の酵素である。RNA依存性DNAポリメラーゼ活性を有する酵
素は、RNA鋳型からDNAを合成する酵素である。DNA依存性DNAポリメ
ラーゼは、DNA鋳型からDNAを合成する。転写介在増幅反応においては、A
MV(トリ筋芽細胞腫ウイルス)又はMMLV(モロニーマウス白血病ウイルス
)のような逆転写酵素が、これらの活性のため使用されうる。そのような酵素は
、RNA依存性DNAポリメラーゼ活性及びDNA依存性DNAポリメラーゼ活
性を有するが、内因性RNaseH活性は有しない。さらに、大腸菌RNase
HのようなRNaseHが、転写介在増幅反応の反応混合物に添加されうる。
【0017】 転写介在増幅法において一般に使用されるRNAポリメラーゼは、T7 RN
Aポリメラーゼである。従って、複数のRNAコピーを転写するために使用され
る鋳型に組み込まれるプロモーターは、T7プロモーターであろう。通常、標的
配列を含む核酸から、プロモーターを含む鋳型が作出されなければならない。該
核酸は、増幅反応のために投入される出発材料中に存在しうる。出発材料中に存
在する核酸は、通常、はるかに長い配列の一部に標的配列を含有するであろう。
標的配列の3’末及び5’末の両方に、別の核酸配列が存在していてもよい。増
幅反応は、出発材料由来のこの核酸と、前記活性を共同で提供する適切な酵素と
、少なくとも1個、通常は2個のオリゴヌクレオチドとを混合することにより開
始する。これらのオリゴヌクレオチドのうちの少なくとも1個は、プロモーター
の配列を含むべきである。
【0018】 転写介在増幅法は、インプット材料が一本鎖RNAである場合に特に有用であ
るが、一本鎖又は二本鎖のDNAも、インプット材料として使用されうる。転写
介在増幅法が、標的配列の3’末及び5’末の両方に付加的な配列を含む(「プ
ラス」方向の)一本鎖RNAを含む試料に対して実施される場合、先行技術に記
載されたような方法により便利に使用されるオリゴヌクレオチド対は、 − 5’末にプロモーター(好ましくは、T7プロモーター)の配列が接着して
いる、標的配列の3’末とハイブリダイズすることができる第一オリゴヌクレオ
チド(通常、「プロモーター−オリゴヌクレオチド」と呼ばれる)(このオリゴ
ヌクレオチドのハイブリダイズする部分は、インプット材料として使用されるプ
ラスRNAと反対の極性を有する)、 − 標的配列の3’末を含む第二オリゴヌクレオチド(「プライマー」)(この
オリゴヌクレオチドは、プラスRNAと同一の極性を有する) からなるであろう。そのようなオリゴヌクレオチド対を、適切な活性を有する全
ての酵素と、十分な量の必要なリボヌクレオチド及びデオキシリボヌクレオチド
と共に1つの反応混合物中に混合し、適切な条件下で(即ち、適切な緩衝条件下
で、かつ適切な温度で)で十分な時間、保持した場合に、等温連続増幅反応が起
こる。
【0019】 本発明に係るRNAポリメラーゼは、他の核酸増幅法と共に使用されてもよい
。ポリメラーゼ連鎖反応では、バクテリオファージRNAポリメラーゼのための
プロモーター配列、特にT7 RNAポリメラーゼのプロモーター配列を組み込
んでいるプライマーが使用される場合がある。これによって、PCR反応のDN
A産物を生成するためのRNAの転写が可能となる。この場合にも、本発明に係
るRNAポリメラーゼが適用されうる。
【0020】 従って、本発明により提供されるようなRNAポリメラーゼと、逆転写酵素活
性を有する酵素と、RnaseH活性を有する酵素とを含む、等温転写介在増幅
反応において使用するための酵素混合物も、本発明の一部である。
【0021】 以下、実施例により本発明をさらに例示する。
【0022】 実施例1 発現プラスミド上のHisタグ化T7 RNAP遺伝子への(1個
以上の)変異の導入 変異の置換は、QuickChange部位特異的変異誘発キット(STRA
TAGENE)を使用した部位特異的変異誘発により実施した。全ての手順を、
キットに同封された製造業者のプロトコルに従い実施した。T7 RNAポリメ
ラーゼのアミノ酸633位におけるセリンからプロリンへの変異の導入に使用し
たオリゴプライマーは、以下の通りである。 A:5’−GTG−TGA−CTA−AGC−GTC−CGG−TCA−TGA
−CGC−TGG−3’ B:5’−CCA−GCG−TCA−TGA−CCG−GAC−GCT−TAG
−TCA−CAC−3’ オリゴヌクレオチドBは、オリゴヌクレオチドAと相補的である。下線が施さ
れた配列は、T7 RNAポリメラーゼヌクレオチド配列の1897位における
T→C変異を含むオリゴヌクレオチド配列を含有する変異クローンのスクリーニ
ングに使用されるMspI制限部位を示す。その他の変異を導入するために使用
したプライマーを、以下に示す。
【0023】 S430P(T1288C)置換: A:5’−GTT TAC GCT GTC CCA ATG TTC AAC CCG CAA−3’ B:5’−TTG CGG GTT GAA CAT TGG CAC AGC GTA AAC−3’
【0024】 F849I(T2545A)置換(新たなSau3AI部位が出現) A:5’−TTC TAC GAC CAG ATC GCT GAC CAG TTG CAC−3’ B:5’−GTG CAA CTG GTC AGC GAT CTG GTC GTA GAA−3’
【0025】 F880Y(T2639A)置換(新たなMluI部位が出現) A:5’−TCT TAG AGT CGG ACT ACG CGT TCG CGT AAC−3’ B:5’−GTT ACG CGA ACG CGT AGT CCG ACT CTA AGA−3’
【0026】 PCR反応混合物及び条件は、以下の通りであった。 10×Pfu緩衝液 5μl オリゴヌクレオチドA(100ng/μl) 1.25μl オリゴB 1.25μl 2mM dNTP 1.25μl プラスミド鋳型 1μl H2O 41μl 計 50μl
【0027】 プラスミド鋳型は、後の手順における簡便な精製のためのヒスチジンタグと融
合した、データベースに発表されているような完全なT7 RNAポリメラーゼ
野生型遺伝子配列(Dunn,J.J.and Studiew,F.W.(1
983)Complete nucleotide sequence of
bacteriophage T7 DNA and the locatio
ns of T7 genetic elements J.Mol.Biol
.166(4),477−535)を含有している。T7 DNA(Sigma D4931)を鋳型として使用したPCRにより、T7 RNAポリメラーゼ
遺伝子をクローニングした。次いで、tag配列をpUC18のマルチプルクロ
ーニングサイト(MCS)へ挿入することにより予め作成しておいたpUC18
(tag)プラスミドの適切な制限部位へ、PCR増幅されたT7 RNAポリ
メラーゼDNAをクローニングした。配列決定によりT7 RNAP遺伝子のD
NA配列が挿入されたことを確認した後、Tag−T7 RNAポリメラーゼ融
合遺伝子を、pKK223−3発現プラスミド(Pharmacia Biot
ech 27−4935−01)の適切な部位へとサブクローニングし、Tag
−T7 RNAP/pKK223−3を作成した。以下の温度周期プロトコルに
よりPCR反応を実施した。 95℃ 30秒 55℃ 1分 68℃ 14分/18サイクル PCR反応の後、DpnI制限酵素10単位を添加し、37℃で1時間インキュ
ベートした。次いで、DpnI処理されたDNA1μlを使用して、大腸菌JM
109を形質転換した。最後に、MspI制限酵素を使用したプラスミドDNA
のスクリーニングにより、変異T7 RNAポリメラーゼクローンを単離した。
【0028】 実施例2 変異を含有する制限断片と、他の(1個以上の)変異を含有する変異遺伝子の
同断片との置換により、複数個の変異(アミノ酸置換)を含有する(1個以上の
)変異T7 RNAポリメラーゼ遺伝子を構築した。置換のため使用した制限部
位は、以下の通りであった。
【0029】
【化1】
【0030】 実施例3:インビトロ転写アッセイ インビトロ転写アッセイのための反応混合物は以下の通りである。 10×T7 RNAP緩衝液 5μl rNTP(各25mM) 0.8μl 0.1%BSA 5μl RNase阻害剤(40単位/μl) 0.5μl 鋳型プラスミド(0.5μg/μl) 1μl T7 RNAP 25単位 HO/ 計50μl 各温度で60分間インキュベート 前記の反応混合物3μlを0.7%アガロースゲルにアプライ 結果を、図1に示す。
【0031】 実施例4:W.T.及び四重変異体(F880Y+F8491I+S663P
+S430P)の比活性の比較 以下のプロトコルを使用して、T7 RNAポリメラーゼの酵素的転写活性を
決定する。
【0032】 1.以下の反応混合物を調製する。
【0033】
【表1】
【0034】 2.前記の反応混合物45μlを2mlエッペンドルフチューブに分散させる
【0035】 3.混合物を37℃で3分間インキュベートする(プレインキュベーション)
【0036】 4.アッセイする酵素溶液(1)5μlを添加し、短時間でよく混合する。
【0037】 5.37℃で10分間インキュベートする。
【0038】 6.3.6%PCA溶液(3.6%過塩素酸、0.1M Na)1
.5mlを添加して反応を停止させ、氷上で10分間インキュベートする。
【0039】 7.濾過し、標準的な方法に従い[3H]を測定する。
【0040】 このアッセイにおいて、転写活性は、以下の式を使用することにより計算され
る。 活性(単位/μl)=[cpm(試料)−cpm(ブランク)]×24/cpm
(全) (1単位とは、60分間に1nmolの標識ヌクレオチド三リン酸の酸不溶性材
料への組み込みを触媒する活性と定義される)
【0041】 (1)必要に応じて、酵素溶液は希釈緩衝液で0.5から4単位/μlに希釈
する。 希釈緩衝液:20mM KPO(pH7.5) 100mM NaCl 1mM EDTA 1mM DTT 50%(V/V)グリセロール
【0042】 (2)10×転写緩衝液 400mM トリス−HCl(pH8.0) 200mM MgCl 50mM DTT 結果を表2に示す。
【0043】
【表2】
【0044】 実施例5 この実施例では、以下のプロトコルを使用して、異なるT7 RNAポリメラ
ーゼの半減期T1/2を決定する。
【0045】 1.以下の反応混合物を調製する。 (1アッセイ用) 10×転写緩衝液 10μl 0.5M KCl 14μl BSA(1mg/ml) 10μl H2O 56μl 計 90μl (転写緩衝液:400mM トリス−HCl(pH=8.0)、200mM M
gCl、及び50mM DTT)
【0046】 2.アッセイすべき酵素溶液10μlを添加し、よく混合する。
【0047】 3.適切な温度でインキュベートする。
【0048】 4.5又は10分毎に5μlを採取し、直ちに転写活性アッセイの反応混合物
(実施例3参照)へと移し、(残存)活性を測定する。
【0049】 5.T(インキュベーション時間)に対しln[cpm(t=T)−cpm(
ブランク)]−[cpm(t=0)−cpm(ブランク)]]をプロットする。
【0050】 6.e(=2.718)/傾きとしてT1/2(分)を導出する。 野生型T7 RNAポリメラーゼと変異体との比較の結果
【0051】
【表3】
【0052】 実施例6:T7 RNAP酵素の大規模産生系の確立 大量の酵素を得るため、大腸菌の培養及びT7 RNAP酵素の精製の条件を
調査した。最終的に決定された条件は、以下の通りであった。精製条件に関して
は、Studier(P.N.A.S.,USA,81,2035−2039,
1984)による発表を参照のこと。
【0053】 6.1:T7 RNAP発現プラスミドを保有する大腸菌の培養の手順 1.T7 RNAP発現プラスミドを保有する単一コロニー大腸菌BL21を
LB培地2mlへと接種し、30℃で16時間培養(種種培養)。
【0054】 2.種培養物1mlをLB培地100mlに接種し、30℃で16時間培養(
種培養)。
【0055】 3.種培養物100mlをTB培地6Lに接種し、37℃で10から12時間
培養(主培養)。(使用される培地は、全て、1ml当たり50μgのアンピシ
リンを含有する。)
【0056】 LB培地:トリプトンペプトン(Difco) 10g イーストエキストラクト(Difco) 5g NaCl 10g/L NaOHでpH7.5に調整 TB培地:トリプトンペプトン(Difco) 12g イーストエキストラクト(Difco) 24g KHPO 2.31g KHPO 12.5g グリセロール 4ml/L 結果を表2に与える。
【0057】
【表4】
【0058】 6.2 T7 RNAPの精製の手順 1.大腸菌100gを緩衝液A 500mlに懸濁させ、フレンチプレスによ
り破砕した。次いで、この溶解物を遠心分離し、上清(粗抽出物)を得た。
【0059】 2.粗抽出物に、5%ポリエチレンイミン(PEI)溶液16.9mlを添加
し、核酸を沈殿させた。遠心分離により上清を得た。
【0060】 3.PEI処理後の上清に、硫酸アンモニウムを最終45%飽和で添加した。
混合物を45℃で30分間攪拌し、沈殿を可能にした。硫酸アンモニウム沈殿物
を遠心分離により収集し、緩衝液B(+50mM NaCl)200mlに溶解
させ、次いで同緩衝液に対し透析した。
【0061】 4.酵素溶液をAffi−Gel blue(Bio−Rad)の100ml
カラムに担荷させた。カラムを緩衝液B(+100mM NaCl)で洗浄し、
緩衝液B(+2mM NaCl)でタンパク質を溶出させた。ピーク画分をプー
ルした。
【0062】 5.収集したプールに、硫酸アンモニウムを最終45%飽和で添加した。次い
で、硫酸アンモニウム沈殿物を収集し、緩衝液B(+25mM NaCl)20
0mlに溶解させ、同緩衝液に対し透析し、DEAE−セルロファイン(cel
lulofine)カラムの200mlカラムに担荷させた。カラムを緩衝液B
(+25mM NaCl)で洗浄し、25mM NaClから150mM Na
Clへの勾配1000mlでタンパク質を溶出させた。ピーク画分を収集した。
【0063】 6.収集したプールに、硫酸アンモニウムを最終45%飽和で添加した。次い
で、硫酸アンモニウム沈殿物を収集し、保存緩衝液30mlに溶解させ、同緩衝
液に対し透析した。 得られた酵素は、最後に濾過し、−300℃で保存した。
【0064】
【表5】
【0065】 結果を表3に示す。
【0066】
【表6】
【0067】 6.3 精製されたT7 RNAPの品質管理アッセイ 精製された酵素を、以下の品質管理アッセイ(Quality Contro
l Assays)及びインビトロ転写アッセイにより試験した。
【0068】 エキソヌクレアーゼ活性の機能的欠如: 精製された酵素120単位を3H−大腸菌(NET−561)10μlと共に
37℃で4時間インキュベートした。酸可溶性DNAの放出は、0.01%/単
位/時間である。
【0069】 エンドヌクレアーゼ活性の機能的欠如: 精製された酵素60単位をphiX174 DNA1μgと共に37℃で4時
間インキュベートする。アガロースゲル電気泳動におけるバンドパターンに可視
的変化は検出されない。
【0070】 Rnase活性の機能的欠如: 精製された酵素200単位を16S&24SリボソームRNA(Boerin
ger)2μgと共に37℃で4時間インキュベートする。アガロースゲル電気
泳動におけるバンドパターンに可視的変化は検出されない。
【0071】 転写反応の性能 各30単位の精製された酵素及び市販のRNAPを、以下の前記インビトロ転
写アッセイにおいて使用した。混合物をセ氏37度及び48度の両方で1時間イ
ンキュベートした。精製された酵素によりセ氏48度で産生されたRNAの量は
、市販の酵素により37度で産生されたRNAの量とほぼ同一であった。
【図面の簡単な説明】
【図1】 様々な温度における、野生型及び四重変異体の転写アッセイの結果を示す図で
ある。
【配列表】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) C12N 9/10 C12N 5/00 A (81)指定国 EP(AT,BE,CH,CY, DE,DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,I T,LU,MC,NL,PT,SE,TR),OA(BF ,BJ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GW, ML,MR,NE,SN,TD,TG),AP(GH,G M,KE,LS,MW,MZ,SD,SL,SZ,TZ ,UG,ZW),EA(AM,AZ,BY,KG,KZ, MD,RU,TJ,TM),AE,AG,AL,AU, BA,BB,BG,BR,BZ,CA,CN,CR,C U,CZ,DM,DZ,EE,GD,GE,HR,HU ,ID,IL,IN,IS,JP,KP,KR,LC, LK,LR,LT,LV,MA,MG,MK,MN,M X,MZ,NO,NZ,PL,RO,RU,SG,SI ,SK,SL,TR,TT,UA,US,UZ,VN, YU,ZA Fターム(参考) 4B024 AA11 AA20 BA10 CA02 CA20 DA06 EA04 GA11 GA19 GA25 HA03 HA08 4B050 CC04 CC05 CC08 DD01 EE01 FF03E FF04E FF11E FF12E FF14E LL03 LL05 4B065 AA26X AA58X AA72X AA87X AA95Y AB01 AC14 BA02 BA16 BB01 BC03 BD01 BD14 BD15 CA29 CA46

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 S430P、F8491I、及びF880Yからなる群より
    選択される変異を少なくとも1個含み、安定性が改良された、野生型配列と比較
    して変異しているT7 RNAポリメラーゼ。
  2. 【請求項2】 少なくとも、アミノ酸配列の633位にセリンからプロリン
    へのアミノ酸変化を有するという点でも変異している、請求項1記載のT7 R
    NAポリメラーゼ。
  3. 【請求項3】 該群より選択される変異を2個以上含むことを特徴とする、
    請求項1記載のT7 RNAポリメラーゼ。
  4. 【請求項4】 S663P変異とF849I変異とF880Y変異とを少な
    くとも含む、請求項2記載のT7 RNAポリメラーゼ。
  5. 【請求項5】 S430P変異とS663P変異とF849I変異とF88
    0Y変異とを含む、請求項4記載のT7 RNAポリメラーゼ。
  6. 【請求項6】 請求項1記載の変異型T7 RNAポリメラーゼをコードす
    る、RNAポリメラーゼをコードする遺伝子。
  7. 【請求項7】 請求項6記載の遺伝子と適当な発現調節配列とを含む発現ベ
    クター。
  8. 【請求項8】 請求項7記載のベクターで形質転換されており、かつ変異型
    T7 RNAポリメラーゼを発現することができる細胞。
  9. 【請求項9】 等温転写介在核酸増幅反応における請求項1から5のいずれ
    かに記載のRNAポリメラーゼの使用。
  10. 【請求項10】 −請求項1から5のいずれかに記載のRNAポリメラーゼ
    と、 −逆転写酵素活性を有し、場合によりRnaseH活性も有する酵素とを含む
    、等温転写介在増幅反応において使用するための酵素混合物。
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