JP2004513603A - Corynebacterium glutamicum gene encoding a protein involved in membrane synthesis and transport - Google Patents

Corynebacterium glutamicum gene encoding a protein involved in membrane synthesis and transport Download PDF

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Abstract

単離された核酸分子、指示されたMCT核酸であって、コリネバクテリウム−グルタミカム由来の新規MCTタンパク質をコードするものが記載されている。本発明は、アンチセンス核酸分子、MCT核酸分子を含む組み換え発現ベクター、および発現ベクターが導入される宿主細胞も提供する。本発明はさらに単離されたMCTタンパク質、突然変異させられたMCTタンパク質、融合タンパク質、抗原性ペプチド、およびC.グルタミカムからの、この生物のMCT遺伝子の遺伝子操作に基づく所望の化合物の製造を改善するための方法を提供する。An isolated nucleic acid molecule, the indicated MCT nucleic acid, which encodes a novel MCT protein from Corynebacterium glutamicum is described. The present invention also provides antisense nucleic acid molecules, recombinant expression vectors containing MCT nucleic acid molecules, and host cells into which the expression vectors are introduced. The present invention further relates to isolated MCT proteins, mutated MCT proteins, fusion proteins, antigenic peptides, and C.I. A method is provided for improving the production of a desired compound from Glutamicum based on genetic manipulation of the MCT gene of this organism.

Description

【0001】
[関連出願]
本願は、1999年6月25日出願米国仮出願第60/141031号明細書を優先権の基礎とするものである。更に本願は1999年7月8日出願ドイツ特許出願第19931454.3号明細書、 1999年7月8日出願ドイツ特許出願第 19931478.0号明細書、1999年7月8日出願ドイツ特許出願第19931563.9号明細書、1999年7月9日出願ドイツ特許出願第19932122.1号明細書、1999年7月9日出願ドイツ特許出願第19932124.8号明細書、1999年7月9日出願ドイツ特許出願第19932125.6号明細書、1999年7月9日出願ドイツ特許出願第.19932128.0号明細書、1999年7月9日出願ドイツ特許出願第 19932180.9号明細書、1999年7月9日出願ドイツ特許出願第19932182.5号明細書、1999年7月9日出願ドイツ特許出願第19932190.6号明細書、1999年7月9日出願ドイツ特許出願第19932191.4号明細書、1999年7月9日出願ドイツ特許出願第19932209.0号明細書、1999年7月9日出願ドイツ特許出願第19932212.0号明細書、1999年7月9日出願ドイツ特許出願第19932227.9号明細書、1999年7月9日出願ドイツ特許出願第19932228.7号明細書、1999年7月9日出願ドイツ特許出願第19932229.5号、1999年7月9日出願ドイツ特許出願第19932230.9号明細書、1999年7月14日出願ドイツ特許出願第19932927.3号明細書、1999年7月14日出願ドイツ特許出願第19933005.0号明細書、1999年7月14日出願ドイツ特許出願第19933006.9号明細書、1999年8月27日出願ドイツ特許出願第19940764.9号明細書、1999年8月27日出願ドイツ特許出願第19940765.7号明細書、1999年8月27日出願ドイツ特許出願第19940766.5号明細書、1999年8月27日出願ドイツ特許出願第19940830.0号明細書、1999年8月27日出願ドイツ特許出願第19940831.9号明細書、1999年8月27日出願ドイツ特許出願第19940832.7号明細書、1999年8月27日出願ドイツ特許出願第19940833.5号明細書、1999年8月31日出願ドイツ特許出願第19941378.9号明細書、1999年8月31日出願ドイツ特許出願第19941379.7号明細書、1999年8月31日出願ドイツ特許出願19941395.9号明細書、1999年9月3日出願ドイツ特許出願第19942077.7号明細書、1999年9月3日出願ドイツ特許出願第19942078.5号明細書、1999年9月3日出願ドイツ特許出願第19942079.3号明細書および1999年9月3日出願ドイツ特許出願第19942088.2号明細書を優先権の基礎とする。上記出願の全内容は、参考のため本明細書に全て組み込まれているものとする。
【0002】
[発明の背景]
細胞内の天然の代謝工程による産物および副産物は食品、飼料、化粧品および医薬業を含む多種産業で用いられる。集合的に「ファインケミカル」と呼ばれるこれらの分子には、有機酸、タンパク質源および非タンパク質源のアミノ酸、核酸、ヌクレオシド、脂質および脂肪酸、ジオール、炭水化物、芳香族化合物、ビタミン類、補助因子(コファクター)および酵素が含まれる。これらの生産は、所望の分子を大量に生産および分泌させるために開発されたバクテリアの大規模な培養により最も簡便に行われる。この目的における特に有用な生物の一種に、グラム陽性、非病原性のバクテリアであるコリネバクテリウム−グルタミカム(コリネバクテリウム−グルタミカム)がある。株(菌種)を選択することにより、多数の変異株が開発されており、これらにより一連の所望の化合物が産生する。しかしながら、特定分子生産のための改良された株の選択は時間のかかる困難な作業である。
【0003】
[発明の要約]
本発明によると、新規バクテリア核酸分子が提供され、種々の用途に用いられる。用途の例としては、ファインケミカルを生産するために使用される微生物の識別、C.グルタミカムまたは関連するバクテリアにおけるファインケミカル生産調整、C.グルタミカムまたは関連するバクテリアの分類または識別、C.グルタミカムゲノムマップ作成のための参照点としての使用、および形質転換の標識としての使用が挙げられる。これらの新規核酸分子は、本明細書で膜構成(合成)および膜輸送(MCT)タンパク質と呼ぶタンパク質をコードするものである。
【0004】
C.グルタミカムは、グラム陽性の好気性バクテリアであり、種々のファインケミカルの大量生産を行う産業分野において、および炭化水素(例えば石油中)の分解およびテルペイドの酸化に一般的に使用されている。本発明のMCT核酸分子の発現の調節または同MCT核酸分子の配列の修飾は、微生物から得られる1種類以上のファインケミカルの生産を調節するため(例えばコリネバクテリウム(Corynebacterium)またはブレビバクテリウム(Brefibacterium)種からの1種類以上のファインケミカルの終了または生産を向上させるため)に行われる。
【0005】
本発明のMCT核酸はコリネバクテリウム−グルタミカムまたはこれに密接に関連する微生物を識別するため、または微生物の混合集団におけるC.グルタミカムまたはこれに密接に関連する微生物の存在を認識するために用いられる。本発明は、多数のC.グルタミカム遺伝子の核酸の配列を提供するものであり、この配列は、緊縮(ストリンジェント)条件下で、微生物の単独培養体または微生物の混合集団培養体から抽出されたゲノムDNAを、C.グルタミカムに特有のプローブ領域のスパニングにより検出し、目的の生物が存在するか否かを評価するものである。コリネバクテリウム−グルタミカム自体は非病原性であるが、ヒトにおける病原体種、例えばコリネバクテリウム−ジフテリア(ジフテリアの原因物質)に関連する。従って、このような微生物の検出は重要な臨床関連性を有する。
【0006】
本発明のMCT核酸分子は、C.グルタミカムのゲノムまたは関連する微生物のゲノムの染色体地図作製の参照点としての作用も有する。
【0007】
同様に、これらの分子、これらの変異体または一部は、遺伝子工学的に得られたコリネバクテリウムまたはブレビバクテリウム種の標識としての作用も有する。
【0008】
本発明の新規核酸分子によりコードされるMCTタンパク質は、例えば膜(膜)の生合成に必要な化合物の代謝(例えば生合成または分解)に関して機能し、細胞内外への1種類以上の化合物の膜輸送を助けることが可能である。
コリネバクテリウム−グルタミカムに用いられるクローニングベクターの有効性は、例えばSinskey等、米国特許第4,649,119号、C.グルタミカムおよび関連のブレビバクテリウム種(例えばlactofermentum)の遺伝的複製技術(例えばlactofermentum)(Yoshihama等著、J. Bacteriol. 162: 591−597(1985); Katsumata等著、J. Bacteriol. 159: 306−311 (1984); and Santamaria等著、 J. Gen. Microbiol. 130: 2237−2246 (1984))に記載されている。本発明の核酸分子は、この生物の遺伝子操作に用いられてもよく、これにより1種類以上のファインケミカルの生産が改良されるか、または更に効率的な製造が行われる。ファインケミカルの製造および製造効率の改善は本発明の遺伝子の操作による直接的効果であることも、間接的効果であることもある。
【0009】
改変されたタンパク質を導入され、本発明のMCTタンパク質が改変(変化)したことにより、C.グルタミカム株から得られるファインケミカルの収率、生産および/または製造効率に直接的な影響が与えられることがある。この様な細胞からファインケミカルを放出するMCTタンパク質は数または活性の面で改善されており、大量の化合物を細胞外媒体に分泌することが可能であると共に、これを培地から回収することも以前より容易とされる。同様に、1種類以上のファインケミカル(例えばリン酸化合物、硫酸化合物、窒素化合物等)の生合成に必要な栄養の取り込みに関与するこれらのMCTタンパク質は、数および活性において改善されており、これらの前駆体、補助因子または中間産物の細胞内濃度を上昇させることも可能であるである。更に、脂肪酸および脂質は重要なファインケミカルであるが、これらの化合物の生合成に関与する本発明の1種類以上のMCTタンパク質の活性を最適化させ、数を増大させることにより、または上述の化合物の分解に関連する1種類以上のMCRタンパク質の作用を低下させることにより、C.グルタミカム由来の脂肪酸および脂質分子の収率、生産および/または製造効率を向上させることも可能である。
【0010】
本発明の1種類以上のMCT遺伝子を変異させることにより、C.グルタミカム由来の1種類以上の所望のファインケミカルの生産に間接的な影響を与える活性に変化を有するMCTタンパク質を製造することも可能である。例えば、細胞における正常な代謝排出物(所望のファインケミカルの過剰生産により数量が増加する可能性がある)を、これらが細胞内のヌクレオチドおよびタンパク質に悪影響を与えたり(細胞の生存力を低下させることがある)、ファインケミカル生合成経路を妨害する(所望のファインケミカルの収率、生産または製造効率を低下させることがある)以前に効率的に細胞から放出させるように、排出物の放出に関与する本発明のMCTタンパク質の数または活性を増加させてもよい。更に、所望のファインケミカルの細胞内質量が比較的大きい場合には、これが細胞に対して毒性に作用することがあるため、これらの化合物を細胞から放出することが可能な輸送体(トランスポータ)の活性または数量を増大させることにより、培養体中の細胞の生存力を増大させ、培養体中に所望のファインケミカルの製造を行う大量の細胞を得ることが可能である。本発明のMCTタンパク質を、相対的な量の種々の脂質および脂肪酸分子が得られるように操作することも可能である。脂質は種類ごとに異なる物理特性を有しているため、膜における脂質組成を変化させると膜の流動性が著しく変化する。膜の流動性の変化は、膜を通過する分子の輸送と細胞の完全性とに影響を与え、この双方が大規模発酵培養におけるC.グルタミカム由来のファインケミカル製造に重大な影響を与える。
【0011】
本発明によると、C.グルタミカムにおける細胞膜の合成に必要な化合物の代謝等に関与することが可能なタンパク質、すなわちMCTタンパク質をコードする新規核酸分子が提供される。本明細書では、MCTタンパク質をコードしている核酸分子をMCT核酸分子という。好ましい実施の形態において、MCTタンパク質は、C.グルタミカムにおける細胞膜の合成に必要な化合物の代謝、またはこの膜を通過して行われる分子の輸送に関与する。この様なタンパク質の例は、表1に記載の遺伝子によりコードされるものを含む。
【0012】
本発明は更に、MCTタンパク質をまたはこのうちの生物学的に活性なタンパク質をコードするヌクレオチド配列を含む単離された核酸分子(例えばcDNA、DNA、RNA)、およびMCTをコードする核酸(例えばDNAまたはmRNA)の検出または増幅のためのプライマーまたはハイブリダイゼーションプローブとして適する核酸フラグメントを含む。特に好ましい実施の形態において、単離された核酸分子は、配列表中の奇数のSEQ ID NOの配列(例えばSEQ ID NO:1、SEQ ID NO:3、SEQ ID NO:5、SEQ ID NO:7...)により示されるヌクレオチド配列のいずれか、配列表中の奇数のSEQ ID NOの配列(例えばSEQ ID NO:1、SEQ ID NO:3、SEQ ID NO:5、SEQ ID NO:7...)により示されるヌクレオチド配列のいずれか、またはこの様なヌクレオチド配列におけるコード領域または相補性領域を含むものである。他の特に好ましい実施の形態では、本発明の単離された核酸分子が、配列表中の奇数のSEQ ID NO(例えばSEQ ID NO:1, SEQ ID NO:3, SEQ ID NO:5, SEQ ID NO:7...)として示されているヌクレオチド配列にハイブリダイズするか、もしくは少なくとも約50%、好ましくは少なくとも約60%、更に好ましくは少なくとも約70%、80%または90%、および更に好ましくは約95%、96%、97%、98%、または99%以上相同なヌクレオチド配列またはその一部を含む。好ましい実施の形態では、単離された核酸分子が、偶数のSEQ ID NO(例えばSEQ ID NO:2, SEQ ID NO:4, SEQ ID NO:6, SEQ ID NO:8...)に示されたアミノ酸配列のいずれかをコードする。この好ましいMCTタンパク質は、本明細書に記載のMCT活性の少なくとも1種類を有することが好ましい。
【0013】
他の実施の形態において、単離された核酸分子はタンパク質またはタンパク質の一部をコードするが、この場合のタンパク質またはその一部には本発明のアミノ酸配列(例えば配列表中の、偶数のSEQ ID NOの配列)に十分に相同な、例えばタンパク質またはその一部がMCT活性を維持するに十分な程度に相同なアミノ酸配列を含む。上述の核酸によりコードされたタンパク質またはその一部は、C.グルタミカムの細胞膜の構成に必要な化合物の代謝、またはこの膜を横切って行われる分子の輸送に関与する能力を維持していることが好ましい。好ましい実施の形態において、核酸分子にコードされたタンパク質は、本発明のアミノ酸配列(例えば配列表中の偶数のSEQ ID NOの配列から選択されるアミン酸配列全体)に対して少なくとも約50%、好ましくは少なくとも約60%、更に好ましくは少なくとも約70%、80%または90%、および更に好ましくは約95%、96%、97%、98%または99%以上相同である。他の好ましい実施の形態においては、このタンパク質は本発明のアミノ酸配全体に対して実質的に相同なC.グルタミカムタンパク質全体である(配列表中の奇数のSEQ ID NOに対応するオープンリーディングフレームによりコードされたもの(例えばSEQ ID NO:1、SEQ ID NO:3、SEQ ID NO:5、SEQ ID NO:7...)。
【0014】
他の好ましい実施の形態において、単離された核酸分子はC.グルタミカム由来のものであり、本発明のアミノ酸配列(例えば配列表中の偶数のSEQ ID NOのいずれかの配列)のいずれかに少なくとも約50%以上相同な生物学的に活性なドメインを含むタンパク質(例えばMCT融合タンパク質)をコードし、かつC.グルタミカムの細胞膜の構成に必要な化合物の代謝、またはこの膜を横切って行われる分子の輸送に関与する能力を有するか、または表1に記載の1種類以上の活性を有するものである。この場合の核酸分子は、非相同のポリペプチドまたは調節領域をコードする非相同核酸配列も含まれる。
【0015】
他の実施形態において、単離された核酸分子の長さは少なくとも15ヌクレオチドであり、この核酸分子は本発明のヌクレオチド配列を含む核酸分子と緊縮条件下でハイブリダイズする(例えば配列表中の奇数のSEQ ID NOの配列)。単離された核酸分子は、天然に発生する核酸分子に対応するものであることが好ましい。単離された核酸が、天然に発生するC.グルタミカムMCTタンパク質またはその生物学的に活性な部分をコードしていると更に好ましい。
【0016】
更に、本発明はベクター、例えば本発明の核酸分子を含む組換え発現ベクター、およびこの様なベクターが組み込まれた宿主細胞を含む。一実施の形態においては、宿主細胞は、この様な宿主細胞を適当な培地で培養することによりMCTタンパク質を製造するため用いられる。このように製造されたMCTタンパク質は培地または宿主細胞から単離される。
【0017】
更に、本発明はMCT遺伝子が導入されているか、または変化している遺伝的に変化した微生物を含むものである。一実施の形態では、この微生物のゲノムを、野生型または変異型MCT配列をコードする本発明の核酸分子をトランス遺伝子として導入することにより変化させておく。他の実施の形態では微生物のゲノム中の内因性MCT遺伝子に対して、改変されたMCT遺伝子のとの相同組換えにより例えば機能的に混乱させる等の変性が行なわれる。他の実施の形態では、微生物中の内因性または誘導されたMCT遺伝子が、1カ所以上の点変異、欠失、逆位により変化しているにもかかわらず機能性MCTタンパク質をコードしている。更に他の実施の形態では、微生物のMCT遺伝子の1種類以上の領域(例えばプロモーター、リプレッサー、インデューサー)がMCT遺伝子の発現が調節されるように変化している(例えば欠失、切断、逆位、点変異による)。この微生物がコリネバクテリウムまたはブレビバクテリウム属に属していると好ましく、コリネバクテリウム−グルタミカムに属していると更に好ましい。好ましい実施の形態では、この微生物を、所望の化合物、例えばアミノ酸、特にリジンの製造に使用することが好ましい。
【0018】
更に、本発明は、コリネバクテリウム−ジフテリア(Corynebacterium diphteriae)の存在または活性を認識する方法を提供するものである。この方法は、被検体中の本発明の核酸またはアミノ酸分配列(例えば配列表中SEQ ID NO.1〜676に示された配列)の1種類以上の検体(被験者/患者)から検出を含み、これにより、被検体中のコリネバクテリウム−ジフテリアの存在または活性が検出される。
【0019】
また、本発明は単離されたMCTタンパク質またはその一部、例えば生物学的に活性な部分を含む。好ましい実施の形態においては単離されたMCTタンパク質またはその一部は化学的または環境的に有害な条件に対するC.グルタミカムの耐性を向上させる能力を有する。他の好ましい実施の形態では、単離されたMCTタンパク質またはその一部が、C.グルタミカムの細胞膜の構成に必要な化合物の代謝、またはこの膜を横切って行われる分子の輸送に関与する。他の好ましい実施の形態では、単離されたMCTタンパク質またはその一部が本発明のアミノ酸配列(例えば配列表の偶数のSEQ ID NO)に対して、C.グルタミカムにおける細胞膜の構成に必要な化合物の代謝、またはこの膜を横切って行われる分子の輸送に関与する能力を維持する程度に相同であることが好ましい。
【0020】
更に、本発明によると単離されたMCTタンパク質の製造法が提供される。好ましい実施の形態では、MCTタンパク質が本発明のアミノ酸配列(例えば配列表中の偶数のSEQ ID NOの配列)を含む。他の好ましい実施の形態において、本発明は、本発明の全アミノ酸配列(例えば配列表中の偶数のSEQ ID NOの配列)(配列表中の奇数のSEQ ID NOに示されたオープンリーディングフレームによりコードされている)に実質的に相同な、単離されたタンパク質全体を含む。更に他の実施の形態では、タンパク質は、本発明のアミノ酸配列(例えば配列表中の偶数のSEQ ID NOの配列)に対して少なくとも50%、好ましくは少なくとも60%、更に好ましくは少なくとも70%、80%または90%、および更に好ましくは少なくとも約95%、96%、97%、98%または99%以上相同である。他の好ましい実施の形態において、単離されたMCTタンパク質は、本発明のアミノ酸配列(例えば配列表中の偶数のSEQ ID NOのいずれかの配列)のいずれかに少なくとも約50%以上相同アミノ酸配列であり、C.グルタミカムの細胞膜の構成に必要な化合物の代謝、またはこの膜を横切って行われる分子の輸送に関与することができるか、または表1に記載の1種類以上の活性を有するものである。
【0021】
更に、単離されたMCTタンパク質は、例えば緊縮条件下で配列表に記載された偶数のSEQ ID NOのいずれかのヌクレオチド配列にハイブリダイズするヌクレオチド配列によりコードされているか、または少なくとも約50%、好ましくは少なくとも約60%、更に好ましくは約70%、80%、90%、更に好ましくは少なくとも約95%、96%、97%、98%または99%以上相同なヌクレオチド配列によりコードされたアミノ酸配列を含んでもよい。MCTタンパク質は本明細書に記載の1種類以上のMCT生物学的活性を有するモノであることが好ましい。
【0022】
MCTポリペプチド、またはこのペプチドの生物学的に活性な部分は、非MCTポリペプチドと協同的に結合して、融合タンパク質を形成する。好ましい実施の形態では、融合タンパク質はMCTタンパク質単独の場合と異なる活性を有する。他の好ましい実施の形態では、この融合タンパク質がC.グルタミカムの細胞膜の構成に必要な化合物の代謝、またはこの膜を横切って行われる分子の輸送に関与する。特に好ましい実施の形態では、この融合タンパク質を宿主細胞に導入することにより、細胞からの所望の化合物の生産が調節される。
【0023】
更に、本発明は、タンパク質自体、基質もしくはMCTタンパク質の結合対象との相互作用により、または本発明のMCT核酸分子の転写または翻訳を調節することにより、MCTタンパク質の活性を調節する分子をスクリーニングする方法を提供する。
【0024】
更に本発明は、ファインケミカルの製造法を含む。この方法では、本発明のMCT核酸分子の発現を支配するベクターを含む細胞を培養し、これによりファインケミカルを製造するものである。好ましい実施の形態によると、同製造法にはこの様なベクターを含む細胞を得る工程が含まれ、この工程でMCT核酸の発現を支配するベクターを細胞に移入する。他の好ましい実施の形態においては、この方法は、培養体から得られたファインケミカルを回収する工程を更に含む。好ましい実施の形態では、細胞がコリネバクテリウムまたはブレビバクテリウム種由来であるか、表3に記載された株から選択されたものである。
【0025】
更に、本発明の方法は、微生物由来の分子の製造を調節する方法を含む。この方法では、細胞をMCTタンパク質活性またはMCT核酸発現を調節する薬剤と接触させて、細胞に関連する活性を、この薬剤を用いない場合の活性に対して変化させる。この場合、細胞が細胞膜成分についての1種類以上のC.グルタミカム耐性経路の調節を行うか、この膜を通過する化合物の輸送を調節し、これにより微生物による所望のファインケミカルの収率または製造速度が向上することが好ましい。MCTタンパク質活性を調節する薬剤としては、MCTタンパク質の活性またはMCT核酸の発現を刺激する薬剤が使用可能である。MCTタンパク質の活性またはMCT核酸の発現を刺激する薬剤の例には小さい分子、活性MCTタンパク質、およびMCTタンパク質をコードする細胞中に導入された核酸がある。MCT活性または発現を阻害する薬剤の例には、小さい分子、アンチセンスMCT核酸分子がある。
【0026】
更に本発明は、別のプラスミドに存在するか、または宿主細胞のゲノムに組み込まれた、野生型もしくは変異型MCT遺伝子を導入して得られた細胞からの所望の化合物の収率を調整する方法を含む。ゲノムに組み込まれる場合の導入はランダムであってもよい。また、天然の遺伝子が導入されたコピーにより代替されるように相同な組換えを行うことも可能である。これにより、調節されるべき細胞から所望の化合物が製造される。好ましい実施の形態においては、収率が上昇する。特に好ましい実施の形態において得られるファインケミカルはアミノ酸である。アミノ酸がL−リジンであると特に好ましい。
【0027】
[発明の詳細な説明]
本発明は、C.グルタミカムの細胞膜成分の代謝、またはこの膜を横切って行われる分子の輸送に関与するMCT核酸およびタンパク質分子を提供する。本発明の分子は、C.グルタミカム等の微生物からのファインケミカルの製造調節に使用可能である。ファインケミカルの製造調節は直接的行われるか(例えば脂肪酸の生合成が過剰発現または最適化されると、タンパク質が、変性されたC.グルタミカム由来の脂肪酸の収率、製造および/または製造効率に直接的な影響を与える)、または所望の化合物の収量、生産および/または製造効率を結果的に上昇させる間接的な影響を与えるか(例えば細胞膜成分の代謝が調節されると、細胞膜成分の収率、製造および/または製造効率が変化し、これにより1種類以上のファインケミカルの製造に影響が与えられる)。本発明について、以下に更に詳細に説明する。
【0028】
[1.ファインケミカル]
「ファインケミカル」という用語は従来の認識どおり、生物から生産され、種々の産業、例えば医薬、農業、化粧品産業(これらに限定されるものではない)に用いられる分子を意味する。この様な化合物の例には、有機酸、例えば酒石酸、イタコン酸、ジアミノピメリン酸、タンパク質原またはタンパク質原以外のアミノ酸、プリンおよびピリミジン塩基、ヌクレオシド、ヌクレオチド(Kuninaka, A.著、(1996) Nucleotides and related compounds, p. 561−612、(Biotechnology第6巻における論考、Rehm等著、VCH編、Weinheim、および同文献中に記載された参考文献)、脂質、飽和および不飽和脂肪酸(例えばアラキドン酸)、ジオール(例えばプロパンジオールおよびブタンジオール)、炭水化物(例えばヒアルロン酸およびトレハロース)、芳香族化合物(例えば芳香族アミン、バニリンおよびインジゴ)、ビタミン類および補助因子(Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry, 第A27巻、“Vitamins”, p.443−613 (1996) VCH: Weinheimおよび同文献中に記載された参考文献、Ong, A.S., Niki, E. & Packer, L. 著、(1995) “Nutrition, Lipids, Health, and Disease ”Proceedings of the UNESCO/Confederation of Scientific and Technological Associations in Malaysia, and the Society for Free Radical Research−Asia(マレーシア、ペナンにおいて1994年9月1〜3日に開催)、(1995))、 酵素、ポリケタイド(Cane等 (1998) Science 282: 63−68)、およびGutcho (1983) Chemicals by Fermentation, Noyes Data Corporation, ISBN: 0818805086および同文献中に挙げられた参考文献中に記載されている他の全ての化学物質がある。これらのファインケミカルの代謝および所定の使用法について以下に詳細に説明する。
【0029】
A.アミノ酸代謝および使用法
アミノ酸はあらゆるタンパク質の塩基性構造単位であるため、全生物の正常な細胞機能に重要である。「アミノ酸」の用語は従来より公知である。タンパク質源となるアミノ酸は20種類存在し、タンパク質の構造単位としての役割を有し、ペプチド結合により結合する。一方、タンパク質原以外のアミノ酸(100種類が公知である)がタンパク質内に一般的に見出される(Ulmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry, 第A2巻、p. 57−97 VCH: Weinheim (1985)参照)。アミノ酸−は、D−またはL−光学的立体配置を有し、天然に発生するタンパク質には通常L−アミノ酸のみが存在する。20種類のタンパク質原アミノ酸の各生合成および分解経路は、原核細胞および真核細胞(例えばStryer, L. Biochemistry第3版、578−590頁、(1988)参照)の双方において顕著な特徴を有する。必須アミノ酸(ヒスチジン、イソロイシン、ロイシン、リジン、メチオニン、フェニルアラニン、スレオニン、トリプトファンおよびバリン)は、これらが通常、複雑な生合成における栄養的必須成分であるためにこのように呼ばれるものであり、簡単な生合成経路により残りの11種類の「非必須」アミノ酸(ヒスチジン、イソロイシン、ロイシン、リジン、メチオニン、フェニルアラニン、スレオニン、トリプトファンおよびバリン)に変換される。高等動物は、これらのアミノ酸の幾つかを合成する能力を保持するが、必須アミノ酸は食事から供給されなければならず、これにより、正常なタンパク質合成が起こる。
【0030】
タンパク質合成における機能は別に、これらのアミノ酸は、本来重要な化学物質であり、多くは食品、飼料、化学、化粧品、農業、医薬の各業界で様々に使用されている。リジンはヒトのみならず、単胃動物、例えば飼鳥類および豚においても栄養的に重要である。グルタミン酸塩は最も一般的に使用される香味添加物であり(グルタミン酸ソーダ、MSG)、アスパラギン酸塩、フェニルアラニン、グリシンおよびシステインと同様に食品業界全体で広く使用されている。グリシン、L−メチオニンおよびトリプトファンは、化粧品業界で全て使用されている。グルタミン、バリン、ロイシン、イソロイシン、ヒスチジン、アルギニン、プロリン、セリンおよびアラニンは医薬品および化粧品業界の双方で使用されている。スレオニン、トリプトファンおよびD/Lメチオニンは一般的な飼料添加剤である(Leuchtenberger, W.著、(1996) Amino aids−technical production and use, p. 466−502 (Rehm等著 (編) Biotechnology第6巻、第14a章, VCH: Weinheim)。更に、これらのアミノ酸は合成アミノ酸およびタンパク質合成の前駆体、として使用されることがわかっている。この例にはN−アセチルシステイン、S−カルボキシメチル−L−システイン、(S)−5−ヒドロキシトリプトファンおよび(Ulmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry, 第A2巻、p. 57−97, VCH: Weinheim 1985)に記載の他の物質がある。
【0031】
生物、例えばバクテリアにより製造される天然のアミノ酸は顕著な特徴を有する(bacterial amion biosynthesis and regulation thereof, Umbarger, H. E.著、(1978) Ann. Rev. Biochem. 47:533−606参照)。グルタミン酸塩は、クエン酸回路の中間体であるα−ケトグルタル酸の還元的アミン化により合成される。次いで、グルタミンからグルタミン、プロリン、アルギニンがそれぞれ製造される。セリンの生合成は、3−ホスホグリセレート(解糖の中間体)を出発物質として3工程から成り、酸化、アミノ基転移、および加水分解工程を経てこのアミノ酸が得られる。システインおよびグリセリンの双方はセリンから生産され、前者はホモシステインとセリンの縮合により、後者は側鎖β−炭素原子が、トランスヒドロキシメチラーゼにより触媒される反応において、テトラヒドロ葉酸塩に伝達されることにより製造される。
【0032】
フェニルアラニンおよびチロシンは、プレフェネート合成後の最後の2工程のみが異なる9工程の生合成経路において、解糖経路およびペントースリン酸経路の前駆体、エリトロース4−リン酸およびホスホエノールピルビン酸から合成される。トリプトファンもこれらの2つの主要な分子から製造されるが、合成は11工程の経路によるものである。チロシンは、フェニルアラニンヒドロキシラーゼにより触媒される反応においてフェニルアラニンから合成可能である。アラニン、バリンおよびロイシンは、全て、解糖の最終生成物であるピルビン酸の生合成産物である。アスパラギン酸塩は、クエン酸回路の中間体であるオキサロ酢酸から製造される。イソロイシンはスレオニンから生成する。複雑な9工程の経路により、活性化された糖の5−ホスホリボシル−1−ピロリン酸からヒスチジンが製造される。
【0033】
細胞のタンパク質合成に必要な分を上回るアミノ酸は貯蔵されずに劣化し、細胞の主要な代謝経路における中間体を提供する(Stryer, L. Biochemistry、第3版、 21章、“Amino Acid Degradation and the Urea Cycle” p. 495−516 (1988)参照)。細胞は不必要なアミノ酸を有用な代謝中間体に変換することができるが、合成によるアミノ酸合成ではエネルギー、前駆物質分子および必要な酵素において高コストとなる。すなわち、アミノ酸生合成がフィードバック阻害により調節されていることは驚くべきことではなく、特別なアミノ酸の存在により、製造速度が低下したり、完全に停止する(アミノ酸生合成経路におけるフィードバックメカニズムについてはUllman’s Encyclopedia of Industrial Chemistry, “Vitamins” 、第A27巻、p. 443−613, VCH: Weinheim, 1996を参照のこと)。従って、特定のアミノ酸の放出は、そのアミノ酸の細胞内における存在量により制御されている。
【0034】
B.ビタミン、補助因子、および機能性食品の代謝および使用法
ビタミン、補助因子、および機能性食品には他の種類の分子が含まれ、バクテリア等の生物はこれらを簡単に合成することができるが、高等動物はその合成能力を失い、摂取する必要がある。これらの分子は、生物学的に活性な物質そのものであるか、または種々の代謝経路における電子の担体および中間体として作用する。これらの化合物は栄養的な価値とは別に、着色剤、酸化防止剤、触媒または他の加工助剤としての重要な工業的価値を有する(これらの化合物の構造、活性および工業的用途についは例えばUllmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry、第A27巻、“Vitamins”, p.443−613 (1996) を参照のこと)。「ビタミン」という用語は従来より認識されているとおりであり、この物質は生物が通常の機能を得るために必要であるが、生物自身は合成不能な栄養分を含む。ビタミンは補助因子および機能性食品化合物を含む。補助因子(コファクター)という用語は、通常必要な酵素活性を得るための非タンパク質原化合物を含む。このような化合物は、有機物でも、無機物でもよいが、本発明のコファクター分子は有機物であると好ましい。「機能性食品化合物」という用語には動植物、特に動物の健康に利益を与える補助食品が含まれる。この様な分子の例はビタミン、酸化防止剤、および所定の脂質(例えば多価不飽和脂肪酸)である。
【0035】
これらの物質を製造することが可能な生物、例えばバクテリアにおけるこれらの物質の生合成は、顕著な特徴を有する(Ullman’s Encyclopedia of Industrial Chemistry, “Vitamins” 第A27巻, p. 443−613, VCH: Weinheim, 1996; Michal, G. (1999) Biochemical Pathways: An Atlas of Biochemistry and Molecular Biology, John Wiley & Sons; Ong, A.S., Niki, E. & Packer, L.著、(1995) “Nutrition, Lipids, Health, and Disease” Proceedings of the UNESCO/Confederation of Scientific and Technological Associations in Malaysia, およびthe Society for Free Radical Research Asia(マレーシア、ペナンにおいて1994年9月1〜3日に開催 )、AOCS Press: AOCS Press, Champaign, IL X, 374 S)。
【0036】
チアミン(ビタミンB)は、ピリミジンとチアゾール部分の化学的結合により製造される。リボフラビン(ビタミンB)は、グアノシン−5’−三リン酸(GTP)およびリボース−5’−リン酸から合成される。リボフラビンはフラビンモノヌクレオチド(FMN)およびフラビンアデニンジヌクレオチド(FAD)の合成に使用される。集合的に「ビタミンB」と呼ばれる化合物のファミリー(例えばピリドキシン、ピリドキシアミン、ピリドオキサ−5’−リン酸、および慣用の塩酸ピリドキシン)の全ては、一般的な構造単位である5−ヒドロキシ−6−メチルピリジンの誘導体である。パントテネート(パントテン酸、(R)−(+)−N−(2,4−ジヒドロキシ−3,3−ジメチル−1−オキソブチル)−β−アラニン)は、化学合成または発酵のいずれかにより製造される。パントテン酸生合成の最終工程は、β−アラニンとパントイン酸のATPにより稼働する縮合である。パントイン酸またはアラニンへの変換、およびパントテン酸への縮合における生合成工程にかかわる酵素は公知である。パントテン酸の代謝活性形は補酵素Aであり、これを得るために、酵素による5工程の生合成が起こる。パントテン酸、ピリドキサル−5’−リン酸、システインおよびATPは補酵素Aの前駆体である。これらの酵素はパントタン酸の生成を触媒するのみではなく、(R)−パントン酸、(R)−パントラクトン、(R)−パンテノール(プロビタミンB5)、パンテテイン(およびその誘導体)および補酵素Aも製造する。
【0037】
微生物中の前駆体物分子、ピメロイル−CoAからのビオチン生合成は、詳細に研究されており、関与する数種類の遺伝子が認識されている。対応のタンパク質の多くが、Feクラスター合成に関与することわかっており、nifSタンパク質のメンバーである。リポ酸は、オクタン酸から誘導され、エネルギー代謝の補酵素として作用し、ピルビン酸デヒドロゲナーゼ複合体およびα−ケトグルタル酸デヒドロゲナーゼ複合体の一部を構成している。葉酸塩(folate)は葉酸から誘導された全ての誘導体から構成される物質であり、葉酸はL−グルタル酸、p−アミノ安息香酸および6−メチルプテリンから誘導される。葉酸およびこの誘導体の生合成は代謝中間産物であるグアノシン−5’−酸リン酸(GTP)、L−グルタル酸およびp−アミノ安息香酸については特定の微生物において詳細に研究されている。
【0038】
コリノイド(例えばコバラミンおよび特にビタミンB12)およびポルフィリンは、テトラピロール環系により特徴づけられた化学物質の種類に属する。ビタミンB12の生合成は、非常に未だ完全に特徴が把握されていない程複雑であるが、これに関連する酵素および物質が公知である。ニコチン酸(ニコチン酸塩)およびニコチンアミドは、「ナイアシン」とも呼ばれるピリジン誘導体である。ナイアシンは、重要な補酵素NAD(ニコチンアミドアデニンジヌクレオチド)およびNADP(ニコチンアミドアデニンジヌクレオチドリン酸)およびその還元形態の前駆物質である。
【0039】
これらの化合物の大量生産は細胞を含まない化学合成に大きく依存している。しかしながら、これらの化学物質の一部、例えばリボフラビン、ビタミンB、パントテン酸およびビオチン等は微生物の大規模培養によっても製造される。ビタミンB12は、合成が複雑なことから発酵によってのみ製造される。In vitroの方法では、相当な材料と時間が必要であり、費用が嵩む場合も多い。
【0040】
C.プリン、ピリミジン、ヌクレオシドおよびヌクレオチドの代謝および使用法
プリンおよびピリミジン代謝遺伝子およびこれに対応するタンパク質は腫瘍による疾病およびウイルス感染の治療法に用いられる重要な標的である。「プリン」または「ピリミジン」という用語には、核酸、補酵素およびヌクレオチドの構成単位である窒素含有塩基が含まれる。「ヌクレオチド」とは核酸分子の塩基性構造単位であり、窒素含有塩基、五炭糖(RNAの場合の糖はリボースであり、DNAの場合のD−デオキシリボースである)およびリン酸から構成される。「ヌクレオシド」はヌクレオチドの前駆体として作用し、ヌクレオチドが有するリン酸部分を有さない分子である。これらの分子の生合成または核酸分子の代謝を阻害することにより、RNAおよびDNAの合成を阻害することが可能である。例えばガン細胞におけるこの様な活性が阻害されれば、ガン細胞の分裂と複製の能力を阻害することが可能であると考えられている。更に、核酸分子を形成しないが、エネルギー源(例えばAMP)または補酵素(例えばFADおよびNAD)として作用するヌクレオチドが存在する。
【0041】
複数の文献に、プリンおよび/またはピリミジン代謝に影響を与えることによりこれらの医薬用化学物質を使用する方法が記載されている(例えば、Christopherson, R.I.およびLyons, S.D. 著、(1990) “Potent inhibitors of de novo pyrimidine and purine biosynthesis as chemotherapeutic agents.” Med. Res. Reviews 10: 505−548)。プリンおよびピリミジン代謝に関与する酵素の研究では、例えば免疫抑制剤または抗増殖剤として使用される新しい薬剤の開発が主に取り上げられている(Smith, J.L., (1995) “Enzymes in nucleotide synthesis.” Curr. Opin. Struct. Biol. 5:752−757; (1995) Biochem Soc. Transact. 23: 877−902)。しかしながら、プリン、ピリミジン塩基、ヌクレオシドおよびヌクレオチドは、数種類のファインケミカルの生合成の中間体として(例えば、チアミン、S−アデノシルメチオニン、葉酸またはリボフラビン)、または細胞へのエネルギー担体(例えばATPまたはGTP)として、または調味料として一般に使用される薬剤そのもの(例えばIMPまたはGMP)として、または複数の医学的用途に(例えば、Kuninaka, A.著(1996) Nucleotides and Related Compounds in Biotechnology 第6巻, Rehm等編 VCH: Weinheim, p. 561−612)としての用途がある。更に、プリン、ピリミジン、ヌクレオシドおよびヌクレオチド代謝に関与する酵素も標的として、これに対する農作物保護用の化学物質、例えば殺菌剤、除草剤および殺虫剤の開発が進んでいる。
【0042】
バクテリアにおけるこれらの化合物の代謝は、顕著な特徴を有する(例えば、 Zalkin, H. およびDixon, J.E.著、 (1992) “de novo purine nucleotide biosynthesis”(Progress in Nucleic Acid Research and Molecular Biology、第42巻、Academic Pressにおける論考、p. 259−287;、Michal, G.著、(1999) “Nucleotides and Nucleosides”, 第8章(Biochemical Pathways: An Atlas of Biochemistry and Molecular Biology, Wiley: New Yorkにおける論考)参照)。プリン代謝は集中的な研究対象であり、細胞の正常な機能にとって重要なものである。高等生物のプリン代謝が悪影響を受けると、痛風などの深刻な疾患が生ずる。プリンヌクレオチドはリボース−5−リン酸から、中間体化合物イノシン−5’−リン酸(IMP)から複数工程を経て、グアノシン−5’−一リン酸(GMP)またはアデノシン−5’−一リン酸(AMP)が製造され、これらからヌクレオチドとして使用される三リン酸が迅速に生成する。これらの化合物はエネルギー源としても利用される。三リン酸は分解されて細胞内の種々の生合成経路にエネルギーをもたらすものである。
【0043】
ピリミジン生合成は、リボース−5−リン酸からのウリジン−5’−モノリン酸(UMP)の生成により行われる。このUMPは、次いでシチジン−5’−三リン酸(CTP)に変換される。これらの全てのヌクレオチドのデオキシ形態は、ヌクレオチドの二リン酸リボースからヌクレオチドの二リン酸デオキシリボースへの一工程の還元反応により行われる。これらの分子は加リン酸反応においてDNA合成に関与することがある。
【0044】
D.トレハロースの代謝および使用法
トレハロースはα,α−1,1結合により結合する2個のグルコース分子から構成される。トレハロースは食品産業において、甘味料、乾燥または冷凍食品における添加剤、および飲料用に使用される。しかしながら、トレハロースには医薬品、化粧品およびバイオテクノロジー業界での用途もある(例えばNishimoto等、(1998) 米国特許第5,759,610号明細書、Singer, M.A. およびLindquist, S.著、 (1998) Trends Biotech. 16: 460−467、Paiva, C.L.A. およびPanek, A.D.著、(1996) Biotech. Ann. Rev. 2: 293−314、およびShiosaka, M.著、 (1997) J. Japan 172: 97−102参照)。トレハロースは多種微生物から酵素により産生し、周辺の媒体に自然に放出されるものであり、これを公知方法により回収する。
【0045】
[II.膜の生合成および膜内外輸送]
細胞膜は、細胞の種々の機能を担う。第一に、膜は周辺環境により細胞成分に変化を与え、これにより細胞の完全性が得られる。膜は有害なまたは不適当な化合物の流入と、所望の化合物の流出に対する障壁として作用する。細胞膜は、その構造により、元来は、タンパク質、水分子およびイオン等の親水性化合物が促進拡散していない場合にはこれを通過させない。すなわち細胞膜は脂質分子の二重膜から成り、この二重膜において頭部を構成する極性基は外側を向き(それぞれ細胞の外部および内部方向に向いている)、尾部を構成する非極性基は二重膜中心内側を向いて疎水性の核を形成している(膜構造と機能については、Gennis R. B. 著、(1989), Biomembrans, Molecular Structure and Function, Springer: Heidelbergを参照のこと)。この障壁により、細胞は、これを取り巻く媒体中に含まれているよりも比較的高濃度の所望の化合物と、比較的低濃度の不適当な化合物を維持することが可能となっている。これは、細胞膜により各化合物の拡散が効率的にブロックされているためである。しかしながら、この膜は、所望の化合物を取り込み、排出物分子を放出する効率的な障壁としても作用する。この困難な操作を行うため、細胞膜は多種化合物の膜内外の輸送を効率的に行うことのできる多種の輸送体タンパク質を取り込む。この様な輸送体タンパク質は2種類に大別される。すなわち細孔もしくはチャンネルタンパク質および輸送体(トランスポーター)タンパク質である。前者は膜に調節された孔を形成する膜内在性タンパク質、例えばタンパク質複合体である。この調節または「ゲーティング」は、一般に孔またはチャネルにより輸送される分子に特異的であり、これらの膜内外構成が、特異的な物質群に選択的に透過性とされる。例えば、カリウムチャンネルは、カリウムと同様な電荷とサイズを有するイオンのみを通過可能とするように構成されている。チャンネルおよび孔タンパク質は不連続に疎水性ドメインと親水性ドメインを有し、タンパク質の疎水性部分が膜の内部と結合し、親水性部分がチャンネルの内部内側を覆うため、選択された親水性分子のみが通過可能な遮蔽された親水性環境が得られる。多くの孔/チャンネルは従来より公知であり、その例にはカリウム、カルシウム、ナトリウムおよび塩化物イオンのための孔/チャンネルがある。
【0046】
促進拡散の孔およびチャンネル−調節システムは、非常に小さい分子、例えばイオンのみに適応する。これは、タンパク質分子全体を促進核酸により通過可能とするような大きな孔またはチャンネルが存在すれば、小さな親水性分子の通過を妨害することも不可能となるからである。この方法による分子の輸送は、輸送を行うためには濃度勾配による促進力が必要であることから、「促進拡散(facilitated diffusion)」と呼ばれることもある。透過酵素(パーミアーゼ)は、膜の一方側の分子濃度が、他方側の分子濃度よりも大きい場合に、グルコースまたは他の糖類等の大きな分子の細胞内への促進拡散を可能とする(ユニポートとも呼ばれる)。孔またはチャンネルとは異なり、これらの膜内在性タンパク質(6〜14の膜結合αへリックスを有することも多い)は膜を貫通するオープンチャンネルを形成せず、膜表面で標的分子と結合し、これにより標的分子が膜の反対側に放出されるような構造変化(コンフォメーショナル・シフト)を行う。
【0047】
しかしながら、細胞は既存の濃度勾配に対する分子の導入または放出(「能動輸送」)を行う必要があり、この場合には促進拡散は起こらない。この様な膜輸送について細胞が用いる2種類の一般的な機構は、シンポート(等方輸送)またはアンチポート(対向輸送)、およびABCトランスポーターに調節されるエネルギー連結輸送である。シンポートおよびアンチポートシステムは2つの異なる分子の動きを膜を通過して連結させるが(この2つの異なる分子用の2つの別々の結合部位を有するパーミアーゼ)、シンポートでは両分子が同方向に輸送され、アンチポートでは一方の分子が取り込まれ、他方の分子が放出される。このことは、2種類の分子の一方が濃度勾配に従って移動するため、エネルギー的に可能である。周囲の濃度勾配に逆らって所望の化合物が随伴して移動する場合のみにこのエネルギー的に好ましい現象が可能となる。エネルギー稼働工程において、一方の種類の分子が濃度勾配に逆らって膜を通過して輸送され、ABCトランスポーターによって利用される。この系では、膜に存在する輸送タンパク質がATP結合カセットを有し、標的分子が結合すると、ATPがADP+Piに変換され、この結果生じるエネルギーの放出により、トランスポーターに補助されて標的分子の膜の反対側への移動が起こされる。この様な輸送システムの更なる詳細については、Bamberg等著、(1993) “Charge transport of ion pumps on lipid bilayer membranes” 、Q. Rev. Biophys. 26: 1−25; Findlay、J.B.C. (1991)、“Structure and function in membrane transport systems”, Curr. Opin. Struct. Biol. 1:804−810; Higgins, C. F. (1992), “ABC transporters from microorganisms to man”, Ann. Rev. Cell boil. 8: 67−113; Gennis, R. B. (1989) “Pores, Channels and Transporters”, (Biomembrans, Molecular Structure and Function, Springer: Heidelbergにおける論考、p.270−322)、およびNakano, H. およbSaier, H. (1992) “Transport proteins in bacteria: common themes in their design”, Science 258:936−942、および上記各文献中に挙げられた参考文献に記載されている。
【0048】
膜の合成は、多数の成分が関与する特徴的な工程であり、このうちの最も重要な成分は脂質分子である。脂質の合成は2部分に分けられる。すなわち、脂質の合成とsn−グリセロール−3−リン酸への付加、および頭部極性基の付加または変性である。バクテリアの膜に用いられている一般的な脂質の例は、リン脂質、糖脂質、スフィンゴ脂質およびホスホグリセリドである。脂肪酸の生合成はアセチルCoAの、アセチルCoAカルボキシラーゼによるマロニルCoAへの変換か、またはアセチルトランスアシラーゼによるアセチルACPへの変換のいずれかにより開始する。縮合反応の後、このように生成した分子は、一連の縮合、還元および脱水反応により、共同でアセトアセチルACPを生成し、所望の長さの鎖を有する飽和脂肪酸分子となる。この様な分子からの不飽和脂肪酸の産生は、分子状の酸素の存在下に、特異的なデサチュラーゼにより好気的に、または嫌気的に触媒されて行われる(脂肪酸の合成については、F.C. Neidhardt等著、(1996)、E. coli and Salmonella. ASM Press: Washington, D.C.、p.612−636、および同文献中に記載の参考文献、Lengeler等編、(1999) Biology of Procaryotes. Thieme: Stuttgart, New York, および同文献中に記載の参考文献、およびMagnuson,K.等著、(1996) Microbiological Reviews 57:522−542,および同文献中に記載の参考文献を参照のこと)。シクロプロパン脂肪酸(CFA)は、補基質としてのSAMの使用により特異的EFAシンセターゼにより合成される。分岐状脂肪酸は、分岐アミノ酸の脱アミン化により分岐状2−オキソ酸が生成することにより合成される(例えばLangeler等編、(1999) Biology of Procaryotes. Thieme: Stuttgart, New Yorkおよびこの文献中に記載された参考文献参照)。脂質合成における他の重要な工程は、脂肪酸をグリセロール−リン酸−アシルトランスフェラーゼ等により頭部極性基上へ輸送する工程である。多種の前駆体分子と生合成酵素を結合することにより様々な脂肪酸分子の製造が行われ、これが膜組成に重大な影響を与える。
【0049】
[III.本発明の要素および方法]
本発明は新規分子(MCT核酸およびタンパク質分子という)に基づくものであり、これによりC.グルタミカムにおける細胞膜の製造が制御され、この膜を経る分子の移動が支配される。一実施の形態において、MCT分子はC.グルタミカムにおける細胞膜の構成に必要な化合物の代謝、またはこの膜を横切って行われる分子の輸送に関与する。好ましい実施の形態では、膜成分製造および膜輸送を調節する本発明のMCT分子の活性はこの生物による所望のファインケミカルの製造に影響をあたえる。特に好ましい実施の形態において、本発明のMCTタンパク質が調節するC.グルタミカム代謝経路の収率、生産および/または製造効率が調節され、および/または膜を通過する化合物の製造効率および輸送効率が変化し、これがC.グルタミカムによる所望のファインケミカルの収率、製造および生産および/または製造効率を直接的または間接的に調節するように、本発明のMCT分子の活性が調節される。
【0050】
「MCTタンパク質」または「MCTポリペプチド」という表現は、C.グルタミカムの細胞膜の構成に必要な化合物の代謝、またはこの膜を横切って行われる分子の輸送に関与するタンパク質を意味する。MCTタンパク質の例には、表1に記載されているか、または奇数のSEQ ID NOにより示されているMCT遺伝子にコードされるタンパク質を含む。「MCT遺伝子」または「MCT核酸配列」とは、MCTタンパク質をコードする核酸配列と、対応の未翻訳5’および3’配列領域とから成る。MCT遺伝子の例は表1に記載のものを含む。「製造」および「生産性」とは従来より理解されているとおりであり、所定時間内に所定発酵量(例えば生成物(kg)/時間/リットル)得られた発酵産物(例えば所望のファインケミカル)の濃度を含む。「製造効率」とは、所定量の生産が行われるために必要な時間を意味する(例えば細胞がファインケミカルを所定の割合で産生するに至るまでの所用時間)。「収率(収量)」または「生成物(産物)/炭素収率」とは、従来より理解されているとおりであり、炭素源が生成物(すなわちファインケミカル)に変換される効率を意味する。これは通常、例えば生成物(kg)/炭素源(kg)と表記される。化合物の収量または製造を増加させることにより、所定時間に所定量の培養体から回収された分子または回収された分子のうちの有用なものの量が増加する。「生合成」または「生合成経路」という表現は従来より理解されているとおりであり、細胞による、中間体化合物からの、多工程(等)の高度な制御(等)による、化合物、特に有機化合物の合成を意味する。「分解」および「分解経路」とは従来より理解されているとおりであり、細胞による、化合物、特に有機化合物の、多工程(等)の高度な制御(等)による、分解生成物(一般には小さいまたは複雑さの低下した分子)への分解を意味する。「代謝」とは、従来より理解されているとおりであり、生物中で起こる生体反応の全体を意味する。所定化合物の代謝(例えばグリシン等のアミノ酸の代謝)とは、この化合物に関連する細胞内での総合的な生合成、修飾、および分解経路を意味する。
【0051】
他の実施の形態において、本発明のMCT分子は、所望の分子、例えばファインケミカルのC.グルタミカム等の微生物中での産生を調節することが可能である。本発明のMCTタンパク質を変化させることにより、この様な変化したタンパク質をC.グルタミカムに導入することにより、このC.グルタミカムによるファインケミカルの収率、生産および/または製造効率に直接的な影響を与える多数のメカニズムが存在する。細胞からのファインケミカル分子の放出に関与するMCTタンパク質の数および活性を増大させ、この様な化合物が細胞外媒体に対して従来よりも大量に分泌され、媒体からの化合物の回収が従来よりも容易に行われるようにすることも可能である。同様に、これらのMCTタンパク質は、1種類以上のファインケミカル(例えばリン酸化合物、硫酸化合物、窒素化合物等)の生合成に必要な栄養の取り込みに関与しており、数および活性において改善されており、これらの前駆体、補助因子または中間産物の細胞内濃度を上昇させることも可能であるである。更に、脂肪酸および脂質は重要なファインケミカルであるが、これらの生合成に関与する本発明の1種類以上のMCTタンパク質の活性を最適化させ、数を増大させることにより、または上述の化合物の分解に関連する1種類以上のMCRタンパク質の作用を低下させることにより、C.グルタミカム由来の脂肪酸および脂質分子の収率、生産および/または製造効率を向上させることも可能である。
【0052】
本発明の1種類以上のMCT遺伝子を操作することにより、C.グルタミカム由来の1種類以上の所望のファインケミカルの生産に直接的な影響を与える活性に変化を有するMCTタンパク質を製造することも可能である。例えば、細胞(所望のファインケミカルの過剰生産により数量が増加する可能性がある)における正常な代謝排出物を、これらが細胞内のヌクレオチドおよびタンパク質に悪影響を与えたり(細胞の生存力を低下させることがある)、ファインケミカル生合成経路を妨害する(ファインケミカルの収率、生産または製造効率を低下させることがある)以前に効率的に細胞から放出させるように、排出物の放出に関与する本発明のMCTタンパク質の数または活性を増加させてもよい。更に、所望のファインケミカルの細胞内質量が比較的大きい場合には、これが細胞に対して毒性に作用することがあるため、これらの化合物を細胞から放出することが可能な輸送体(トランスポータ)の活性または数量を増大させることにより、培養体中の細胞の生存力を増大させ、培養体中に所望のファインケミカルの製造を行う大量の細胞を得ることが可能である。本発明のMCTタンパク質を、相対的な量の種々の脂質および脂肪酸分子が得られるように操作することも可能である。脂質は種類ごとに異なる物理特性を有しているため、膜における脂質組成を変化させると膜の流動性が著しく変化する。膜の流動性の変化は、膜を通過する分子の輸送と細胞の完全性とに影響を与え、この双方が大規模発酵培養におけるC.グルタミカム由来のファインケミカル製造に重大な影響を与える。
【0053】
本発明の単離された核酸配列は、ATCC 13032として認識される、American Type Culture Collectionにより市販されているコリネバクテリウム−グルタミカムのゲノム内に含まれている。単離されたC.グルタミカムMCT DNAのヌクレオチド配列が奇数のSEQ ID NOとして、C.グルタミカムMCTタンパク質において予想された(predicted)アミノ酸配列が偶数のSEQ ID NOとしてそれぞれ示されている。コンピュータ分析を行い、上記ヌクレオチド配列を、細胞膜成分の代謝に関与するタンパク質、またはこの膜を通過する化合物の輸送に関与するタンパク質をコードする配列として分類および/または同定した。
【0054】
本発明は、本発明のアミノ酸配列に実質的に相同なアミノ酸配列(例えば配列表中の偶数のSEQ ID NOによる配列)を有するタンパク質を含む。本明細書では、選択されたアミノ酸配列に対して実質的に相同なアミノ酸配列を有するタンパク質は、選択されたアミノ酸配列、例えば全体が選択されたアミノ酸配列に対して少なくとも50%相同である。選択されたアミノ酸配列に対して実質的に相同なアミノ酸配列を有するタンパク質は、選択されたアミノ酸配列に対して少なくとも約50〜60%、好ましくは少なくとも約60〜70%、更に好ましくは少なくとも約70%〜80&、80%〜90%、または90%〜95%、および更に好ましくは少なくとも約96%、97%、98%または99%以上相同である。上記各値の中間値により示される値の範囲(例えば75%〜80%同一、85〜87%同一、91〜92%同一)も本発明に含まれる。
【0055】
本発明のMCTタンパク質または生物学的に活性なタンパク質またはそのフラグメントは、C.グルタミカムの細胞膜の構成に必要な化合物の代謝、またはこの膜を横切って行われる分子の輸送に関与するか、または表1に記載の1種類以上の活性を有する。
【0056】
本発明の詳細を更に以下に説明する。
【0057】
A.単離された核酸分子
本発明はMCTポリペプチドまたはその生物学的に活性な部分をコードする単離された核酸分子、MCTをコードする核酸(SRT DNA)の認識(同定)または増幅のために用いられるハイブリダイゼーションプローブまたはプライマーとして使用可能な核酸分子フラグメントを含む。本明細書では、「核酸分子」とはDNA分子(例えばcDNAまたはゲノムDNA)およびRNA分子(例えばmRNA)およびヌクレオチドの類似体を用いて生成したDNAおよびRNAの類似体を含むものとする。この用語は、遺伝子のコード領域の3’および5’末端双方に存在する未翻訳の配列、すなわち遺伝子のコード領域の5’末端から上流の少なくとも約100ヌクレオチドの配列、および遺伝子のコード領域の3’末端から下流の少なくとも約20ヌクレオチドの配列も含む。ヌクレオチド分子は1本鎖または2本鎖であるが、2本鎖のDNAであることが好ましい。「単離された」核酸分子は、核酸の天然源に存在する他の核酸分子から分離されたものである。「単離された」核酸分子は、生物のゲノムDNAに由来し、天然にはこのゲノムDNAの核酸の側方に位置する配列(すなわち5’末端および3’末端に配置された配列)を有さないことが好ましい。例えば、種々の実施の形態において、単離されたMCT核酸分子は、天然の状態では、この核酸が得られた細胞(例えばC.グルタミカム細胞)のゲノムDNAの側方に位置し、約5kb、4kb、3kb、2kb、1kb、0.5kbまたは0.1kb未満の長さのヌクレオチド配列から成る。更に、「単離された」核酸分子、例えばDNA分子は、他の細胞材料、組換え技術により製造された場合に用いられた培地を含まず、また化学的に合成された場合も化学的前駆体や他の化学物質を含まない。
【0058】
本発明の核酸分子、例えば配列表の奇数のSEQ ID NOのヌクレオチド配列を有する核酸分子またはその一部は、標準的な分子生物学による技術により単離され、その情報は本明細書に記載する。例えばC.グルタミカムSRT DNAは、配列表の奇数のSEQ ID NO配列のいずれかの全体または一部と標準的なハイブリダイゼーション技術を用いてC.グルタミカムライブラリから単離可能である
(例えば、Sambrook, J., Fritsh, E.F., 、Maniatis, T. 共著、Molecular Cloning: A Laboratory Manual. 第2版., Cold Spring Harbor Laboratory, Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring Harbor, NY, 1989)。更に、本発明の核酸配列のいずれか(例えば奇数のSEQ ID NO)の、全体または一部を含む核酸分子を、この配列に基づき設計されたオリゴヌクレオチドプライマーを用いたポリメラーゼ連鎖反応により単離する(例えば本発明の核酸配列のいずれか(例えば奇数のSEQ ID NO)の、全体または一部を含む核酸分子は、同様の配列に基づき設計されたオリゴヌクレオチドプライマーを用いたポリメラーゼ連鎖反応により単離可能である)。例えば、mRNAは、通常の内皮細胞から単離され(例えばChirgwin 等著、 (1979) Biochemistry 18: 5294−5299に記載のグアニジニウム−チオシアン酸抽出操作による)、DNAは逆転写酵素を用いて製造される(例えばGibco/BRL、Bethesda, MD製、Moloney MLV 逆転写酵素、または Seikagaku America, Inc、AMV, St. Petersburg, FL製AMV、逆転写酵素)。ポリメラーゼ連鎖反応による増幅に用いられる合成オリゴヌクレオチドは配列表に記載のいずれかのヌクレオチド配列に基づき設計される。本発明の核酸は、テンプレートとしてのcDNAまたはゲノムDNAと、標準的なPCR増幅技術において適当とされるオリゴヌクレオチドプライマーを用いて増幅される。このように増幅された核酸は、適当なベクターにクローンされ、DNA配列分析により特徴付けが行われる。更に、MCT核酸配列に対応するオリゴヌクレオチドは、標準的合成技術により、例えば自動DNA合成機器を用いて製造される。
【0059】
好ましい実施の形態において、本発明の単離された核酸分子は、配列表に記載されたヌクレオチド配列のいずれかを含む。配列表に記載された本発明の核酸配列は本発明のコリネバクテリウム−グルタミカムMCT DNAに相当する。このDNAにはMCTタンパク質をコードする配列(すなわち配列表における奇数のSEQ ID NOの配列に示されている「コード領域」)、並びに配列表の奇数のSEQ ID NOの配列に示されている5’未翻訳配列および3’未翻訳配列を含む。また、この核酸分子は、配列表の核酸配列のいずれかのコード領域のみを含むものであってもよい。
【0060】
本発明において、配列表に記載された全ての核酸およびアミノ酸配列には、「RXA」、「RXN」、「RXS」または「RXC」の表示と、その後の5桁の数値とを含む識別用のRXA、RXN、RXS、RXC番号が付けられている(例えば、RXA02099、RXN03097、RXS00148またはRXC01748)。各核酸配列は、3個までの部分、すなわち5’上流領域、コード領域、下流領域を含む。これらの3領域は、混乱を防ぐため、それぞれ共通のRXA、RXN、RXS、RXC表示により識別される。「配列表の奇数の配列のいずれか」という表現は、異なるRXA、RXN、RXS、RXC表示により認識可能な、配列表中の核酸配列のいずれかであることを示している。各配列のコード領域は、配列表に偶数のSEQ ID NOとして、対応する核酸配列のすぐ下に記載されている対応のアミノ酸配列に翻訳される。例えば、RXA03097のコード領域はSEQ ID NO: 1に示され、これがコードするアミノ酸配列はSEQ ID NO: 2に記載されている。本発明の核酸配列は、これらがコードするアミノ酸分子と同じRXA、RXN、RXS、RXCの表示により示されており、相関性が容易に読みとれる。例えば、RXA02099と表示したアミノ酸配列は、核酸分子RXA02099のヌクレオチド配列のコード領域を翻訳したものであり、RXN03097と表示したアミノ酸配列は、核酸分子RXN03097のヌクレオチド配列におけるコード領域を翻訳したものであり、更にRXS00148と表示したアミノ酸配列は、核酸分子RXS00148のヌクレオチド配列におけるコード領域を翻訳したものであり、RXC01748と表示したアミノ酸配列は、核酸分子RXC01748のヌクレオチド配列におけるコード領域を翻訳て得られたものである。本発明のRXA、RXN、RXSまたはRXCによるヌクレオチド配列およびアミノ酸配列、並びにこれらの割り当てられたSEQ ID NOとの対応関係は表1に示されている。
【0061】
本発明における数種類の遺伝子は「F表示遺伝子(F−designated genes)」である。F表示遺伝子は、RXA、RXNまたはRXSの表示の前に「F」を有し、表1に記載の遺伝子を含む。例えば表1に記載されているようにSEQ ID NO: 7 は、「F RXA00498」というF表示遺伝子であり、SEQ ID NO:25、33、37もF表示遺伝子である(表1にそれぞれF RXA01345、F RXA02543、F RXA02282と記載されている)。
【0062】
一実施の形態において、本発明の核酸分子は、表2に記載されたもものは含まなくてもよい。dapD遺伝子の配列はWehrmann, A.等著、(1998) J. Bacteriol. 180(12): 3159−3165により発表された。しかしながら、本発明者により得られた配列は、上記文献により発表されたものよりもかなり長い。また上記文献に発表された配列では、開始コドンが不正確であるために、実際のコード領域のみのフラグメントが示されているものと考えられる。
【0063】
他の好ましい実施の形態では、本発明の単離された核酸分子は、本発明のヌクレオチド配列(例えば配列表の奇数のSEQ ID NOの配列またはその一部)に相補性を有する核酸分子を含む。本発明のヌクレオチド配列のいずれかに相補性な核酸分子は、配列表に示されたヌクレオチド配列のいずれか(例えば配列表中奇数のSEQ ID NOの配列)に対し十分な相補性を有し、これにハイブリダイズし、安定な二本鎖を形成する。
【0064】
更に他の実施の形態では、本発明の単離された核酸分子は、少なくとも約50%、51%、52%、53%、54%、55%、56%、57%、58%、59%、または60%、好ましくは少なくとも61%、62%、63%、64%、65%、66%、67%、68%、69%、または70%、更に好ましくは少なくとも約71%、72%、73%、74%、75%、76%、77%、78%、79%、または80%、81%、82%、83%、84%、85%、86%、87%、88%、89%、または 90%、または91%、92%、93%、94%、 更に好ましくは少なくとも約95%、96%、97%、98%、99%以上、本発明のヌクレオチド分子(配列表の奇数のSEQ ID NOの配列)またはその一部に相同である。上記各値の中間値により示される値の範囲(例えば75%〜80%同一、85〜87%同一、91〜92%同一)も本発明に含まれる。例えば、上限値および/または下限値として記載された上述の値のいずれを組み合わせて値の範囲としてもよい。更に他の好ましい実施の形態では、本発明の単離された核酸分子がハイブリダイズする、例えば緊縮条件下で、本発明の核酸分子またはその一部のいずれかとハイブリダイズする、ヌクレオチド配列を含む。
【0065】
更に、本発明の核酸分子は、配列表の奇数のSEQ ID NOのいずれかの配列におけるコード領域の一部のみ、例えばプローブもしくはプライマー用フラグメント、またはMCTタンパク質の生物学的に活性な部分をコードするフラグメントのみから成ってもよい。C.グルタミカム由来のMCT遺伝子のクローニングにより決定されたヌクレオチド配列により、他種の細胞および生物に相同なMCTおよび他のコリネバクテリアまたは関連種からのMCT類似体を認識および/またはクローニングするための、プローブまたはプライマーの生成が行われる。プローブ/プライマーは通常、実質的に精製されたオリゴヌクレオチドを含む。このオリゴヌクレオチドは、一般に、緊縮条件下で少なくとも約12、好ましくは約25、更に好ましくは40、50または75の連続した、本発明のヌクレオチド配列のいずれか(例えば配列表の奇数のSEQ ID NOのいずれかの配列)におけるセンス鎖ヌクレオチドとハイブリダイズするヌクレオチド配列部分、配列表のいずれかにおけるアンチセンス配列または天然に発生するこれらの変異体を含む。本発明のヌクレオチド配列に基づくプライマーは、PCR反応に使用可能であり、MCT相同体のクローンが行われる。MCTヌクレオチド配列に基づくプローブは、転写により得られた配列、または同配列または相同なタンパク質をコードするゲノム配列を検出する。好ましい実施の形態において、プローブは、更にラベルグループ(標識用官能基)を有している。ラジオグループの例は放射性同位体、紫外線化合物、酵素、酵素補助因子である。この様なプローブは、例えば細胞サンプル中のMCTコード核酸のレベルを、例えばMCTmRNAレベルの検出またはゲノムMCT遺伝子の変異または欠失を確認して測定することにより、MCTタンパク質の誤発現を行う細胞を調べるための医療用テストキットの一部として使用される。
【0066】
一実施の形態において、本発明の核酸分子は本発明のアミノ酸配列(例えば配列表の偶数のSEQ ID NOの配列)に、タンパク質またはその一部がC.グルタミカムの細胞膜の構成に必要な化合物の代謝、またはこの膜を横切って行われる分子の輸送に関与する能力を維持するために十分な程度に相同なアミノ酸配列によるタンパク質またはタンパク質部分をコードする。本明細書における「十分に相同」という表現は、本発明のアミノ酸配列と同一または等価(例えば配列表の偶数のSEQ ID NOのいずれかの配列におけるアミノ酸残基と類似する側鎖を有するアミノ残基)な最小数のアミノ酸残基を有するタンパク質またはタンパク質部分を有し、このタンパク質またはタンパク質部分がC.グルタミカムの細胞膜の構成に必要な化合物の代謝、またはこの膜を横切って行われる分子の輸送に関与することが可能であることを意味する。上述のように、膜成分代謝経路または膜輸送システムのタンパク質メンバーは、1種類以上の化学物質の製造または分泌において所定の役割を果たすことができる。この様な活性の例は本明細書に記載されている。「MCTタンパク質の機能」は1種類以上の化学物質の収率、製造および/または製造効率に直接的または間接的に関与するものである。MCTタンパク質活性の例を表1に記載する。
【0067】
他の実施の形態において、タンパク質は、本発明のアミノ酸の配列全体(例えば配列表の偶数のSEQ ID NOによる配列)に対して少なくとも約50−60%、好ましくは約60−70%、更に好ましくは少なくとも約70−80%、80−90%、90−95%、および特に好ましくは少なくとも約96%、97%、98%、99%以上相同である。
【0068】
本発明のMCT核酸分子によりコードされたタンパク質部分は、MCTタンパク質のいずれかにおける生物学的に活性な部分であることが好ましい。本明細書中、「MCTタンパク質の生物学的に活性な部分」という表現は、C.グルタミカムの細胞膜の構成に必要な化合物の代謝、またはこの膜を横切って行われる分子の輸送に関与するか、または表1に記載の活性を有する部分、例えばMCTタンパク質のドメイン/モチーフを含むものである。MCTタンパク質またはその生物学的に活性な部分がC.グルタミカムの細胞膜の構成に必要な化合物の代謝、またはこの膜を横切って行われる分子の輸送に関与するかどうかを判断するために、酵素活性の評価を行う。この様な評価方法は、当業者に公知であり、その具体例は実施例8に詳細に記載されている。
【0069】
MCTタンパク質の生物学的に活性な部分をコードしている他の核酸フラグメントは、本発明のアミノ酸配列(例えば配列表の偶数のSEQ ID NO)のいずれかの一部を単離することにより製造され、MCTタンパク質またはペプチドのコードされた部分を発現し(例えばin vitroでの組換え発現による)、MCTタンパク質またはペプチドのコードされた部分の活性を評価する。
【0070】
遺伝子コードの変化(ディジェネラシー)により本発明の核酸配列(例えば配列表の奇数のSEQ ID NOの配列)(およびその一部)とは異なる配列を有し、本発明の核酸配位列によりコードされていると同じMCTタンパク質をコードしている核酸分子を含む。他の実施の形態では、本発明の単離された核酸分子が配列表に記載のアミノ酸配列(例えば偶数のSEQ ID NO)を有するタンパク質をコードするヌクレオチド配列であると好ましい。更に他の実施の形態では、本発明の単離された核酸分子は、本発明のアミノ酸配列に実質的に相同なC.グルタミカムタンパク質の全体をコードする(例えば配列表中の奇数のSEQ ID NOに示されたオープンリーディングフレームによりコードされている)。
【0071】
一実施の形態において、本発明の配列は、本発明より以前に得られた表2または4に記載のBenbank配列等は含まないことは当業者には明白である。一実施の形態において、本発明は、従来技術による配列(例えば表2または4に記載のGenbank配列(またはこの配列によりコードされるタンパク質))よりも本発明のヌクレオチドまたはアミノ酸配列に同一な部分の割合が大きいヌクレオチド配列およびアミノ酸配列を含む。例えば、本発明は、RXA01420という表示によるヌクレオチド配列(SEQ ID NO:7)に38%以上、RXA00104という表示によるヌクレオチド配列(SEQ ID NO:5)に43%以上、およびRXA02173という表示によるヌクレオチド配列(SEQ ID NO: 25)に45%以上同一なヌクレオチド配列を含む。当業者は、本発明の所定の配列に対する同一性の割合の下限は、この所定配列についてヒットした表4に記載の上位3データからGAPにより計算された同一性スコアを検討し、GAPにより計算された最高の同一割合の値(%)を100%から差し引くことにより、計算により求めることができる。このように計算された下限値よりも同一な割合の高い核酸およびアミノ酸配列(例えば少なくとも50%、51%、52%、53%、54%、55%、56%、57%、58%、59%、または60%、好ましくは少なくとも約61%、62%、63%、64%、65%、66%、67%、68%、69%、または70%、更に好ましくは少なくとも約71%、72%、73%、74%、75%、76%、77%、78%、79%、または80%、81%、82%、83%、84%、85%、86%、87%、88%、89%、または 90%、または91%、92%、93%、94%、更に好ましくは少なくとも約95%、96%、97%、98%、99%以上同一)が本発明に含まれることは、当業者には明白に理解される。
【0072】
奇数のSEQ ID NOとして配列表に記載されているC.グルタミカムMCT核酸配列の他に、個体群(C.グルタミカム個体群)中にMCTタンパク質のアミノ酸配列の変化を起こすDNA配列多形性(polymorphism)が存在し得ることも当業者には理解される。MCT遺伝子におけるこの様な遺伝的多形性は、天然の変異により存在することもある。本明細書で用いられる「遺伝子」および「組換え遺伝子」という用語はMCTタンパク質、好ましくはC.グルタミカムMCTタンパク質をコードするオープン・リーディング・フレームを含む核酸分子を意味する。この様な天然の変異はMCT遺伝子のヌクレオチド配列において、通常は1〜5%変動する。MCTにおける、上述のような、または他の全てのヌクレオチドの変動およびこれにより得られるアミノ酸の多形性は天然の変異の結果であり、MCTタンパク質の機能的活性を変化させるものではなく、本発明に含まれるものである。
【0073】
本発明のC.グルタミカムMCT DNAの天然の変異体およびおよび非−C.グルタミカム相同体に対応する核酸分子は、C.グルタミカム、またはこれらの一部に関して上述したC.グルタミカムMCT核酸に対する相同性に基づいて、緊縮ハイブリダイゼーション条件下の標準的ハイブリダイゼーション技術によりハイブリダイゼーションプローブとして単離される。従って、他の実施の形態では、本発明の単離された核酸分子は15以上のヌクレオチドから成り、配列表の奇数のSEQ ID NOのヌクレオチド配列を含む核酸分子に対し、緊縮条件下でハイブリダイズする。他の実施の形態では、核酸分子は、少なくとも30、50、100、または250以上のヌクレオチドを有する。「緊縮条件下でハイブリダイズする」とは、相互に60%以上相同なヌクレオチドが相互にハイブリッドした状態を保つ、ハイブリダイゼーションとウォッシングの条件を示している。この条件は、少なくとも約65%、更に好ましくは少なくとも約70%、および更に好ましくは少なくとも約75%以上相互に相同な配列が相互にハイブリッドした状態を保つ条件であることが好ましい。この様な緊縮条件は、当業者に公知であり、Current Protocols in Molecular Biology, John Wiley & Sons, N.Y. (1989), 6.3.1−6.3.6.に記載されている。緊縮ハイブリダイゼーション条件の好ましい例(これに限定されない)は、6X塩化ナトリウム/クエン酸ナトリウム(SSC)にて約45℃でハイブリダイズした後、0.2 X SSC、0.1% SDS で、50〜65℃にて1回以上洗浄したことによるハイブリダイゼーションである。緊縮条件下で本発明の核酸配列にハイブリダイズする本発明の単離された核酸分子は、天然に発生する核酸分子に対応していることが好ましい。本明細書で、「天然に発生する」核酸とは、天然に起こるヌクレオチド配列を有するRNAまたはDNA分子(例えば天然のタンパク質をコードしている)を意味する。一実施の形態において、本発明の核酸は天然のC.グルタミカムMCTタンパク質をコードするものである。
【0074】
個体群中に存在する可能性のあるMCT配列の天然に発生する変異体の他に、本発明のヌクレオチド配列に変異による変化が生じ、これからコードされたMCTタンパク質アミノ酸配列に変化が生じ、MCTタンパク質の機能上の能力には変化が起こらないことも、当業者には理解される。例えば、「非必須」アミノ酸残基におけるアミノ酸の置換を引き起こすヌクレオチドの置換は、本発明のヌクレオチド配列中で起こり得る。「非必須」アミノ酸残基は、MCTタンパク質のいずれかの野生型の配列(例えば配列表の偶数のSEQ ID NO)から変化が生じた残基であり、MCTタンパク質の活性には変化のないものである。一方、「必須」アミノ酸残基は、MCTタンパク質活性に必要なアミノ酸残基である。しかしながら、他のアミノ酸残基(例えばMCT活性を有するドメインで保存されていないか、または半保存状態であるアミノ酸)は活性に必須でないこともあるため、MCT活性に変化のない状態で変化を受けやすい。
【0075】
従って、更に本発明は、MCT活性に必須ではないアミノ酸残基中に変化を含むMCTタンパク質を含む核酸分子を含むものである。この様なMCTタンパク質のアミノ酸配列は、配列表の偶数のSEQ ID NOの配列とは異なるが、本明細書中に記載した1種類以上のMCT活性を含むものである。一実施の形態において、単離された核酸分子とは、本発明のアミノ酸配列に少なくとも50%相同なアミノ酸配列を含み、かつC.グルタミカムの細胞膜の構成に必要な化合物の代謝、またはこの膜を横切って行われる分子の輸送に関与可能であるか、または表1に記載の1種類以上の活性を向上させるタンパク質をコードするヌクレオチド配列を含む。核酸分子にコードされるタンパク質は、配列表の奇数のSEQ ID NOのいずれかのアミノ酸配列に少なくとも約50〜60%、好ましくは少なくとも約60〜70%、更に好ましくは約70〜80%、80〜90%、90〜95%、特に好ましくは少なくとも約96%、97%、98%または99%相同なアミノ酸配列を有することが好ましい。
【0076】
2種類のアミノ酸配列(例えば、本発明のアミノ酸配列のいずれかと、この変異形)または2種類の核酸の相同な割合を測定するため、最適な比較が可能なように配列が決定される(一方のタンパク質または核酸と他方のタンパク質または核酸との最適な位置(アライメント)を得るためにギャップを設けることができる)。アミノ酸残基または核酸との、対応するアミノ酸位置または核酸位置同士を比較する。一方の配列の位置(例えば本発明のアミノ酸配列の一つ)に、他方の配列(例えばアミノ酸配列の変異形)の対応する位置と同一のアミノ酸残基またはヌクレオチドが存在する場合、この位置で分子は相同である(すなわち、本発明ではアミノ酸または核酸の「相同性」は、アミノ酸または核酸の「同一性」と等価である)。2つの配列の間の相同性の割合は、これらの配列間で同一な位置の数の関数である(すなわち相同性(%)=同一位置の数/位置の総数×100)。
【0077】
本発明のタンパク質配列(例えば配列表の偶数のSEQ ID NOの配列)に相同なMCTタンパク質をコードしている単離された核酸分子は、本発明のヌクレオチド配列に1個以上のヌクレオチドの置換、付加または欠失が起こり、これによりコードされたタンパク質の1個以上のアミノ酸の置換、付加、欠失が生ずることにより生成する。標準的方法、例えば特定部位の突然変異誘発およびPCR仲介突然変異等により、本発明のいずれかのヌクレオチド配列の変異が生ずる。保存的アミノ酸置換が1種類以上の予測された非必須アミノ酸残基上で起こる。「保存的アミノ酸置換」は、アミノ酸残基が、類似の側鎖を有するアミノ酸残基により置換されることを意味する。類似する側鎖を有するアミノ酸残基のファミリーはこの分野で定義されている。これらのファミリーには塩基性側鎖を有するアミノ酸(例えばリジン、アルギニン、ヒスチジン)、酸性側鎖を有するアミノ酸(例えばアスパラギン酸、グルタミン酸)、非荷電極性側鎖を有するアミノ酸(例えばグリシン、アスパラギン、グルタミン、セリン、スレオニン、チロシン、システイン)、非極性側鎖を有するアミノ酸(例えばアラニン、バリン、ロイシン、イソロイシン、プロリン、フェニルアラニン、メチオニン、トリプトファン)、β−分岐側鎖を有するアミノ酸(例えばスレオニン、バリン、イソロイシン)、および芳香性側鎖を有するアミノ酸(例えばチロシン、フェニルアラニン、トリプトファン、ヒスチジン)が含まれる。MCTタンパク質中の予測された非必須アミノ酸が同じ側鎖ファミリーに属する他のアミノ酸残基により代替されることが好ましい。他の好ましい実施の形態においては、MCTコード配列の全てまたは一部に対して、飽和変異生成(saturation mutagenesis)等によりランダムに変異を導入することができる。得られた変異体の上記MCT活性をスクリーニングし、変異体がMCT活性を保持していることを確認する。配列表の奇数のSEQ ID NOのいずれかのヌクレオチド配列の変異生成により、これによりコードされたタンパク質は組換えによる発現を行うため、このタンパク質の活性を、例えば本明細書に記載の(具体例として実施例8を参照)評価法により評価する。
【0078】
上述のMCTタンパク質をコードする核酸分子の他に、本発明は、これに対してアンチセンスな、単離された核酸分子を含む。「アンチセンス」な核酸とは、所定のタンパク質をコードする「センス」核酸に相補性を有するヌクレオチド配列、例えばcDNA分子のコードストランドまたはmRNA配列に相補性を有するヌクレオチド配列を意味する。従って、アンチセンス核酸はセンス核酸に水素結合することができる。アンチセンス核酸は全MCTコードストランドに相補性を有することも、その一部に相補性を有することも可能である。一実施の形態において、アンチセンスヌクレオチド分子はMCTタンパク質をコードするヌクレオチド配列のコードストランドの「コード領域に」アンチセンスである。「コード領域」とはアミノ酸残基に翻訳されるコドンを含むヌクレオチド配列の領域を意味する(例えばSEQ ID NO.: 5(RXA00104)のコード領域はヌクレオチド1〜756を含む)。他の実施の形態において、アンチセンス核酸分子はMCTをコードするヌクレオチド配列のコード鎖(コードストランド)の「非コード領域」にアンチセンスである。「非コード領域」とは、アミノ酸に翻訳されない、コード領域の側方に存在する5’および3’配列を意味する(5’および3’未翻訳領域ともいう)。
【0079】
本発明におけるMCTをコードするコード鎖(例えば配列表の奇数のSEQ ID NOに示された配列)として、本発明のアンチセンス核酸は、ワトソンとクリックによる塩基対のルールにより設計することができる。アンチセンス核酸分子は、MCTmRNAの全コード領域に相補性を有してもよいが、MCTmRNAのコード領域または非コード領域の一部のみにアンチセンスなオリゴヌクレオチドでると好ましい。例えば、アンチセンスオリゴヌクレオチドは、MCTmRNAの翻訳開始サイトを取り巻く領域に相補性を有することもある。アンチセンスオリゴヌクレオチドは、例えば約5、10、15、20、25、30、35、40、45または50ヌクレオチド長とされる。本発明のアンチセンスヌクレオチドは、この分野で公知の手法により化学合成および酵素的結紮反応により構成される。例えばアンチセンス核酸(例えばアンチセンスオリゴヌクレオチド)は、天然に発生するヌクレオチドを用いて化学的に合成することができるが、分子の生物学的安定性を向上させるため、もしくはアンチセンスとセンス核酸、例えばホスホロチオエート誘導体とアクリジン置換ヌクレオチドとの間の2本鎖の物理的安定性を向上させるために設計された種々の修飾を有するヌクレオチドを使用してもよい。アンチセンス核酸の生成に使用される修飾されたヌクレオチドの例は、5−フルオロウラシル、5−ブロモウラシル、5−クロロウラシル、5−ヨードウラシル、ヒポキサンチン、キサンチン、4−アセチルシトシン、5−(カルボキシヒドロキシメチル)ウラシル、5−カルボキシメチルアミノメチル−2−チオウリジン、5−カルボキシメチルアミノメチルウラシル、ジヒドロウラシル、β−D−ガラクトシルキノシン、イノシン、N6−イソペンテニルアデニン、1−メチルグアニン、1−メチルイノシン、2,2−ジメチルグアニン、2−メチルアデニン、2−メチルグアニン、3−メチルシトシン、5−メチルシトシン、N6−アデニン、7−メチルグアニン、5−メチルアミノメチルウラシル、5−メトキシアミノメチル−2−チオウラシル、β−D−マンノシルキノシン、5´−メトキシカルボキシメチルウラシル、5−メトキシウラシル、2−メチルチオ−N6−イソペンテニルアデニン、ウラシル−5−オキシ酢酸(v)、ワイブトキソシン(wybutoxosine)、プソイドウラシル、キノシン、2−チオシトシン、5−メチル−2−チオウラシル、2−チオウラシル、4−チオウラシル、5−メチルウラシル、ウラシル−5−オキシ酢酸メチルエステル、ウラシル−5−オキシ酢酸(v)、5−メチル−2−チオウラシル、3−(3−アミノ−3−N−2−カルボキシプロピル)ウラシル、(acp3)wおよび2,6−ジアミノプリンである。この他、アンチセンス核酸は、所定の核酸を発現ベクターにアンチセンス方向にサブクローニングしたものを用いて生物学的に製造することもできる(すなわち、挿入された核酸から転写されたRNAは、目的の核酸に対してアンチセンスな方向に配置される。これについては以下に更に詳細に説明する。)。
【0080】
本発明のアンチセンスな核酸分子は、MCTタンパク質をコードする細胞のmRNAおよび/またはゲノムDNAとハイブリッドまたは結合するように、一般的には細胞に投入されるか、または現場で生成され、転写および/または翻訳を阻害する等によりタンパク質の発現が阻害される。このハイブリダイゼーションは、安定な2本鎖を形成する本来のヌクレオチドの相補性により行うことができるが、DNA2本鎖に結合するアンチセンス核酸分子の場合等には二重らせんに結合する主溝での特異的相互作用により行ってもよい。アンチセンス分子は、所定の細胞表面の受容体または同細胞表面で発現する抗原に特異的に結合するように、細胞表面上の受容体または抗原と結合するペプチドまたは抗体と予め結合するなどして修飾される。抗原核酸分子を、例えばベクターを用いて細胞に導入することも可能である。アンチセンス分子の十分な細胞内濃度を得るために、原核細胞、ウイルスまたは真核細胞プロモータの強力な制御下にアンチセンス核酸分子が配置されたベクター構成体が好ましく用いられる。
【0081】
他の実施の形態において、本発明のアンチセンス核酸分子として、α−アノマー核酸分子が用いられる。α−アノマー核酸分子は、相補性RNAと特異的な2本鎖ハイブリッドを形成する。この場合は通常のβユニットとは異なり、核ストランドが互いに平行に伸長する(Gaultier等著、(1987) Nucleic Acids. Res. 15: 6625−6641)。アンチセンス核酸分子は、2’−o−メチルリボヌクレオチド(Inoue等著、(1987) Nucleic Acids Res. 15: 6131−6148)、またはキメラRNA−DNA類似体(Inoue等著、(1987) FEBS Lett. 215: 327−330)を含んでもよい。
【0082】
他の実施の形態では、本発明のアンチセンス核酸がリボザイムであってもよい。リボザイムは触媒活性を有するRNA分子であり、相補性領域を有する1本鎖核酸、例えばmRNAを切断することが可能なリボヌクレアーゼ活性を有する。リボザイム(例えばハンマーヘッドリボザイム(HaselhoffおよびGerlach著、 (1988) Nature 334: 585−591に記載))を用いてMCTmRNAの転写体を触媒的に切断し、MCTmRNAの翻訳を阻害することができる。MCTコード核酸に対する特異性を有するリボザイムは、本明細書に記載のMCTDNA(例えばSEQ ID NO: 5(RXA00104)のヌクレオチド配列に基づき設計可能である。例えばテトラヒメナL−19 IVS RNAは、活性部分のヌクレオチド配列がMCTコードmRNAにおいて切断可能なヌクレオチド配列に対して相補性を有する構成とされる。これについては例えばCech等、米国特許第4,987,071号、およびCech等、米国特許第5,116,742号各明細書に記載されている。更に、MCTmRNAを用いて、RNA分子のプール中の特異的リボヌクレアーゼ活性を有する触媒活性RNAを選択することもできる。これについてはBartel, D.およびSzostak, J.W. 共著、(1993) Science 261: 1411−1418が参考となる。
【0083】
また、MCTヌクレオチド配列の調節領域(例えばMCTプロモーターおよび/またはエンハンサー)に相補性を有するヌクレオチド配列を標的とすることによりMCT遺伝子の発現を阻害することができる。これについては、Helene, C. (1991) Anticancer Drug Des. 6(6): 569−84; Helene, C. 等著、(1992) Ann. N.Y. Acad. Sci. 660: 27−36、および Maher, L.J.等著(1992) Bioassays 14(12): 807−15を参照されたい。
【0084】
B.組換え発現ベクターおよび宿主細胞
本発明は、更にMCTタンパク質(またはその一部)をコードする核酸を含むベクター、好ましくは発現ベクターを含む。ここで、「ベクター」とは、核酸分子であって、この核酸分子が結合している他の核酸を運搬する能力のある分子を意味する。ベクターの一例には「プラスミド」があるが、これは、他のDNA部分を結紮することが可能な環状の2本鎖DNAループである。ベクターの他の例はウイルスベクターであり、このウイルスゲノムに他のDNAセグメントを結紮することが可能である。所定のベクターを宿主細胞に導入すると、この宿主細胞において自律的な複製が可能とされる(例えば複製によるバクテリア由来のバクテリアベクターおよびエピソーム上の哺乳類ベクター)。他のベクター(例えばエピソーム以外の哺乳類ベクター)を、宿主細胞に導入することにより宿主細胞のゲノムに導入し、宿主ゲノムと共に複製する。更に、ある種のベクターは、これが協同的に結合している遺伝子の発現を支配することが可能である。これらのベクターを、ここでは「発現ベクター」という。一般に、DNA組換え技術において使用される発現技術はプラスミドの形態をとることが多い。本明細書においては、「プラスミド」と「ベクター」は相互変換可能に用いられ、プラスミドがベクターの最も頻繁に使用される形態とされる。しかしながら、本発明は、同様の機能を有する他の形態の発現ベクター、例えばウイルスベクター(例えば複製欠陥レトロウイルス、アデノウイルスおよびアデノ随伴ウイルス)を含む。
【0085】
本発明の組換え発現ベクターは、宿主細胞中での発現に適する形態で核酸を含む。組換え発現ベクターは、発現に使用される宿主細胞を基準に選択された1種類以上の調節配列を含み、発現すべき核酸配列に協同的に結合されている。組換え発現ベクターにおいて、「協同的に結合された」とは、ヌクレオチド配列の発現が可能なように調節配列に(例えばin vitro転写/翻訳系で、または宿主細胞にベクターが導入される場合は宿主細胞中で)結合されていることを意味する。この「調節配列」とはプロモーター、エンハンサー、および他の発現調節要素(例えばポリアデニル化シグナル)を含むものである。この様な調節配列については、例えばGoeddel; Gene Expression Technology: Methods in Enzymology 185, Academic Press, San Diego, CA (1990)に記載されている。好ましい調節配列は、例えばcos−, tac−, trp−, tet−, trp−tet−, lpp−, lac−, lpp−lac−, lacI, T7−, T5−, T3−, gal−, trc−, ara−, SP6−, arny, SPO2, λ−P− または λ−P等のプロモーターであり、これらはバクテリアにおいて好ましく使用される。他の調節配列の例は、ADC1、MFα、AC、P−60、CYC1、GAPDH、TEF、rp28、ADH等の酵母および菌類由来のプロモーター、CaMV/35S、SSU、OCS、lib4、usp, STLS1, B33等の植物由来のプロモーター、nosまたはユビキチン−およびファセオリン−プロモーターである。人工のプロモーターを使用することも可能である。発現ベクターの設計は、形質転換すべき宿主細胞の選択等の要因、所望のタンパク質の発現程度等により変化することは、当業者に理解されることである。本発明の発現ベクターは宿主細胞に導入可能であり、これにより、核酸によりコードされた融合タンパク質またはペプチドを含むタンパク質またはペプチド(例えばSRT タンパク質、MCTタンパク質の変異形、融合タンパク質等)が製造される。
【0086】
本発明の組換え発現ベクターは、原核生物または真核生物の各細胞におけるMCTタンパク質の発現を行うために設計される。例えばMCT遺伝子は、C.グルタミカム等のバクテリア細胞、昆虫細胞(バキュロウイルス発現ベクター使用による)、酵母および他の菌類の細胞(Romanos, M.A. 等著、(1992) “Foreign gene expression in yeast: a review”, Yeast 8: 423−488; van den Hondel、 C.A.M.J.J. 等著、(1991) “Heterologous gene expression in filamentous fungi” (More Gene Manipulations in Fungiにおける論考、J.W. Bennet & L.L. Lasure編、p. 396−428: Academic Press: San Diego, およびvan den Hondel, C.A.M.J.J. & Punt, P.J. (1991) “Gene transfer systems and vector development for filamentous fungi(Applied Molecular Genetics of Fungiにおける論考)Peberdy J.F. 等編、p. 1−28, Cambridge University Press: Cambridge参照)、藻類および多細胞植物(Schmidt, R. 、Willmitzer, L.共著 (1988) High efficiency Agrobacterium tumefaciens mediated transformation of Arabidopsis thaliana leaf and cotyledon explants” Plant Cell ReP.: 583−586参照)、または哺乳類細胞において発現可能である。適する宿主細胞についてはGoeddel, Gene Expression Technology: Method in Enzymology185, Academic Press, San Diego, CA (1990)に詳細な説明がある。更に、組換え発現ベクターは、例えばT7プロモータ調節配列およびT7ポリメラーゼ等を用いることにより、in vitroで転写、翻訳することもできる。
【0087】
原核生物におけるタンパク質の発現は、融合タンパク質または非融合タンパク質の発現を支配する構成性または誘導性プロモーターを含むベクターにより行われるのが最も一般的である。融合ベクターは、コードされるタンパク質に対して、組換えタンパク質の通常はアミノ末端、更にC末端に、多数のアミノ酸数を付加するか、このタンパク質の適当な領域内で融合する。この様な結合ベクターは3つの役割を果たす。すなわち、1)組換えタンパク質の発現を増大させる、2)組換えタンパク質の溶解性を向上させる、および3)親和精製におけるリガンドとして作用することにより組換えタンパク質の精製を補助する。融合発現ベクターにおいて、融合部分と組換えタンパク質の結合部分に蛋白分解切断部位を導入し、融合タンパク質の精製を行うことにより融合部分を組換え部分から分離することを可能とすることも頻繁に行われている。この様な酵素およびそのコグネイト認識部位の例には、Xa因子、トロンビンおよびエンテロキナーゼがある。
【0088】
典型的な融合発現ベクターの例は、pGEX (Pharmacia Biotech Inc; Smith, D.B.、Johnson, K.S.共著、(1988) Gene 67: 31−40)、pMAL (New England Biolabs, Beverly, MA) およびpRIT5 (Pharmacia, Piscataway, NJ)であり、それぞれグルタチオンS−トランスフェラーゼ(GST)、マルトーゼE結合タンパク質、タンパク質Aを組換えタンパク質に融合させる。一実施の形態において、MCTタンパク質のコード配列はpGEX発現ベクターにクローンされ、N末端からC末端に向かって、GST−トロンビン切断部位−Xタンパク質を順に含む、融合タンパク質をコードするベクターが製造される。融合タンパク質は、グルタチオン−アガロース樹脂を用いたアフィニティー・クロマトグラフィーにより精製される。GSTとの融合から除去された組換えMCTタンパク質は、融合タンパク質の、トロンビンによる切断により回収される。
【0089】
適する誘導性非融合E.coli発現ベクターの例には、pTrc (Amann 等著、(1988) Gene 69: 301−315) pLG338、 pACYC184、 pBR322、 pUC18、 pUC19、 pKC30、 pRep4、 pHS1、 pHS2、 pPLc236、 pMBL24、 pLG200、 pUR290、 pIN−III 113−B1、λgt11、 pBdC1、およびpET11d (Studier等著、Gene Expression Technology: Methods in Enzymology 185, Academic Press, San Diego, California (1990) 60−89、およびPouwels等編、 (1985) Cloning Vectors. Elsevier: New York IBSN 0 444 904018)がある。pTrcベクターによる標的遺伝子の発現は、ハイブリッドtrp−lac融合プロモーターからの宿主RNAポリメラーゼ転写により行われる。pET11dベクターによる標的の遺伝子の発現は、協同発現するウイルスRNAポリメラーゼ(T7 gnl)により仲介されたT7 gn10−lac融合プロモータによる転写により行われる。このウイルスポリメラーゼは、lacUV5プロモータの転写支配下にT7gn1遺伝子を含む定住λファージによる宿主株 BL21(DE3) またはHMS174(DE3) から供給される。他の多種のバクテリアの形質転換には、適するベクターを選択することが可能である。例えばプラスミドpIJ101、 pIJ364、 pIJ702 および pIJ361はストレプトマイセスの形質転換に有効であることが公知であり、プラスミドpUB110、 pC194またはpBD214はバキュラス種の形質転換に適している。遺伝情報をコリネバクテリウムに移送するために使用される数種類のプラスミドの例はpHM1519、 pBL1、 pSA77 またはpAJ667 (Pouwels等編、(1985) Cloning Vectors. Elsevier: New York IBSN 0 444 904018)である。
【0090】
組換えタンパク質の発現を最大限に行う1つの方法は、組換えタンパク質の蛋白分解的切断を行う能力に欠陥を有する宿主バクテリア中でタンパク質を発現させることである(Gottesman, S.著、Gene Expression Technology: Methods in Enzymology 185, Academic Press, San Diego、California (1990) 119−128)。他の方法は、発現ベクターに挿入されるべき核酸の核酸配列を変化させ、各アミノ酸に対応するコドンの発現に用いられる所定のバクテリア、C.グルタミカムで優先的に使用することである(Wada等、(1992) Nucleic Acids Res. 20: 2111−2118)。この様な核酸配列の変更は、標準的なDNA合成技術により行われる。
【0091】
他の実施の形態においては、MCTタンパク質発現ベクターとして酵母発現ベクターが用いられる。酵母S. cerevisiaeにおける発現を行うベクターの例としては、pYepSec1 (Baldari等、(1987) Embo J. 6: 229−234)、2μ、pAG−1、Yep6、 Yep13、pEMBLYe23、pMFa(Kurjan、Herskowitz共著、(1982) Cell 30: 933−943)、pJRY88 (Schultz等著、(1987) Gene 54: 113−123),およびpYES2 (Invitrogen Corporation, San Diego, CA)が挙げられる。繊維状細菌等の他の菌類に好ましく使用されるベクターを構成するために用いるベクターおよび方法については、van den Hondel, C.A.M.J.J. & Punt, P.J. (1991) “Gene transfer systems and vector development for filamentous fungi、(Applied Molecular Genetics of Fungi)J.F. Peberdy等編、p. 1−28, Cambridge University Press: Cambridge、およびPouwels等編、(1985) Cloning Vectors. Elsevier: New York (IBSN 0 444 904018)に詳細に記載されている。
【0092】
更に、本発明のMCTタンパク質は、バキュロウイルス発現ベクターを用いて、昆虫細胞において発現する。培養された昆虫細胞(例えばSf9細胞)におけるタンパク質の発現が可能なバキュロウイルスベクターの例は、pAc系(Smith等著、(1983) Mol. Cell. Biol. 3:2156−2165)およびpVL系(Lucklow およびSummers著、(1989) Virology 170: 31−39)である。
【0093】
他の実施の形態において、本発明のMCTタンパク質は、単細胞植物細胞(例えば藻類)または高等植物由来の植物細胞(例えば農作物等の種子植物)において発現可能である。植物発現ベクターの例については、Becker, D., Kemper, E., Schell, J. およびMasterson, R.著、(1992) “New plant binary vectors with selectable markers located proximal to the left border”, Plant Mol. Biol. 20: 1195−1197、Bevan, M.W.著、(1984) “Binary Agrobacterium vectors for plant transformation”, Nucl. Acid. Res. 12: 8711−8721に詳細に記載されており、更にpLGV23、pGHlac+、pBIN19、pAK2004、およびpDH51 (Pouwels等編、(1985) Cloning Vectors. Elsevier: New York IBSN 0 444 904018)が、例として挙げられる。
【0094】
他の実施の形態では、本発明の核酸は、哺乳類発現ベクターを用いて哺乳類細胞において発現される。哺乳類発現ベクターの例は、pCDM8 (Seed, B. (1987) Nature 329:840) およびpMT2PC (Kaufman 等著、(EMBO J. 6: 187−195)である。哺乳動物の細胞中で使用される場合の発現ベクターの制御機能は、ウイルスの調節要素により提供されることが多い。例えば、通常使用されるプロモーターはポリオーマウイルス属、アデノウイルス2、サイトメガロウイルス、およびシミアンウイルス40由来のものである。原核細胞および真核細胞の双方における他の適する発現システムについては、Sambrook, J., Fritsh, E.F.およびManiatis, T.著、Molecular Cloning: A Laboratory Manual、第二版、第16 、17章、Cold Spring Harbor Laboratory, Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring Harbor, NY, 1989を参照されたい。
【0095】
他の実施の形態では、組換えによる哺乳類発現ベクターは、所定細胞種に選択的な核酸の発現を支配することが可能である(例えば、この様な核酸の発現には組織特異的調節要素が用いられる)。組織特異的調節要素はこの分野で公知である。組織特異的プロモータの例としては、アルブミンプロモーター(肝臓特異的: Pinkert等著、(1987) Genes Dev. 1: 268−277)、リンパ系特異的プロモーター(Calame、Eaton共著、(1988) Adv. Immunol. 43: 235−275)、特にT細胞受容体の特異的プロモーター(Winoto、Baltimore共著、(1989) EMBO J. 8: 729−733)、免疫グロブリン(Banerji等著、(1983) Cell 33: 729−740、Queen、Baltimore著、(1983) Cell 33: 741−748)、ニュウロン特異的プロモータ(例えばニュウロフィラメントプロモーター、ByrneおよびRuddle 著、(1989) PNAS 86: 5473−5477)、膵臓特異的プロモーター(Edlund 等著、(1985) Science 230: 912− 916)、乳腺特異的プロモータ(例えば乳漿プロモーター、米国特許第4,873,316号明細書およびヨーロッパ特許出願公開第264,166号公報)が挙げられるが、これらに限定されるものではない。発育中に調節されるプロモーターの例としては、ネズミ(マウス)のホックスプロモーター(Kessel、Gruss著、(1990) Science 249: 374−379)およびα−フェトプロテインプロモーター(Campes、Tilghman 著、(1989) Genes Dev. 3: 537−546)が挙げられる。
【0096】
本発明は、更に、発現ベクターにアンチセンス方向にクローニングされた本発明のDNAベクターを含む組換え発現ベクターを提供するものである。すなわち、DNA分子は、MCTmRNAにアンチセンスなRNA分子の(DNA分子の転写による)発現が可能なように、調節配列に協同的に結合している。例えばアンチセンス方向にクローンされた核酸に協同的に結合する調節配列が選択され、これが種々の細胞種におけるアンチセンスRNA分子の連続的な発現を支配する。調節配列の例には、ウイルスプロモーターおよび/またはエンハンサーがある。或いは、アンチセンスRNAの構成性の組織特異的または細胞種類に特異的な発現を支配する調節配列を選択してもよい。アンチセンス発現ベクターは、アンチセンス核酸を高効率の調節領域の支配下に産生する組換えプラスミド、ファージミドまたは弱毒化ウイルスの形態であってもよい。この場合の活性はベクターが導入された細胞の種類によって決定する。アンチセンス遺伝子の発現の調節に関してはWeintraub, H.等、Antisense RNA as a molecular tool for genetic analysis, Reviews Trends in Genetics, Vol. 1(1) 1986に詳述されている。
【0097】
更に、本発明は、本発明の組換え発現ベクターが導入された宿主細胞を含む。「宿主細胞」および「組換え宿主細胞」の双方の表現は、本明細書では相互変換可能である。これらの表現は、特定の細胞のみならず、次世代細胞および後世代の細胞に発達する可能性のあるものに対しても用いる。変異または環境的な影響のいずれかにより後の世代に修飾が起こる可能性があるため、この様な後の世代は実際には親細胞とは同一ではないこともあるが、この場合も上述の表現に含まれるものとする。
【0098】
宿主細胞はいかなる原核細胞または真核細胞であってもよい。例えばMCTタンパク質はC.グルタミカム等のバクテリア細胞、昆虫細胞、酵母または哺乳動物細胞(例えばチャイニーズハムスター卵巣細胞(CHO)またはCOS細胞)で発現される。他の適当な宿主細胞は、当業者に公知のものである。従来の宿主細胞として使用可能とされた、本発明の核酸およびタンパク質分子分子に用いられる、従来の宿主細胞として用いられていたコリネバクテリウム−グルタミカムに関連する微生物を表3に記載する。
【0099】
慣用の形質転換または形質移入技術によりベクターDNAが原核細胞または真核細胞に導入可能である。本明細書で、形質転換(トランスフォーメーション)、形質移入(トランスフェクション)、対合(コンジュゲーション)および形質導入(トランスダクション)とは、外来核酸(例えば鎖状DNAまたはRNA(例えば直鎖化ベクターまたはベクターを有さない遺伝子構成部分のみ)またはベクター状の核酸(例えばプラスミド、ファージ、ファスミド、ファージミド、トランスポロンまたは他のDNA))を宿主細胞に導入する種々の公知技術、例えばリン酸カルシウムまたは塩化カルシウム共同沈降法、DEAE−デキストラン仲介トランスフェクション、リポフェクション、天然受容能、化学物質仲介による導入、またはエレクトロポレーションを示す。宿主細胞の形質転換または形質移入についての適当な方法は、Sambrook等著、(Molecular Cloning: A Laboratory Manual、第二版、Cold Spring Harbor Laboratory, Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring Harbor, NY, 1989)、および他の研究マニュアルに記載されている。
【0100】
哺乳類細胞の安定な形質移入では、使用する発現ベクターと形質移入技術により、細胞の小部分により外来DNAがゲノム中に統合されることもあることが公知である。これらの構成要素全体を認識し選択するため、選択可能なマーカーをコードする遺伝子(例えば抗生物質に対する耐性)を所望の遺伝子と共に宿主細胞に導入する。適するマーカーの例には、薬剤に対して耐性を付与するもの、例えばG418、ハイグロマイシン、メトトレキセートがある。選択可能なマーカーをコードする核酸は、宿主細胞中の、MCTタンパク質をコードするベクターと同一のベクターに導入可能であるが、他のベクターに導入することもできる。導入された核酸により安定に形質移入された細胞は薬物の選択等により認識される(例えば選択可能なマーカー遺伝子が導入された細胞は維持され、他の細胞は死滅する)。
【0101】
相同な組換え微生物を得るためには、欠失、付加、置換が導入されたMCT遺伝子の少なくとも一部を含むベクターを製造し、これによりMCT遺伝子を、例えば機能的な混乱等により変化させる。このMCT遺伝子はコリネバクテリウム−グルタミカムMCT遺伝子であることが好ましいが、関連するバクテリアまたは哺乳動物、酵母または昆虫に相同なものであってもよい。好ましい実施の形態において、ベクターは相同な組換えの上、内因性MCT遺伝子が機能的に混乱するように設計されていることが好ましい(すなわち、機能的タンパク質をコードしないように設計される。これは「ノックアウト」ベクターとも呼ばれる)。あるいは、相同な組換えの後、内因性MCT遺伝子が変異または変化しているが、機能性タンパク質をコードしている状態を保つ(例えば上流の調節領域が変化し、これにより内因性MCTタンパク質の発現を変化させる)ようにベクターを設計することも可能である。相同な組換えベクターにおいて、MCT遺伝子の5’および3’末端側方に付加的な核酸が配置し、改変部分が得られる。このベクターによりもたらされた外因性MCT遺伝子と微生物における内因性MCTの間で相同組換えが可能とされる。この付加的に側方に位置するMCT核酸は十分な長さを有し、外来遺伝子による十分に相同な組換えを可能としている。通常は、数kbの側方配置DNA(5’末端および3’末端の双方において)がベクターに含まれている(Thomas, K.R.およびCapecchi, M.R.共著、(1987) Cell 51: 503 for a description of homologous recombination vector)。ベクターが微生物に導入され(例えばエレクトロポレーション)、導入されたMCT遺伝子と内因性MCT遺伝子との組み合わせを有する細胞が公知技術により選択される。
【0102】
他の実施の形態においては、導入された遺伝子の調節された発現を可能とする選択された系を有する組換え微生物が製造される。MCT遺伝子をベクター上に、lacオペロンの支配下に導入することにより、IPTGが存在する場合のみMCT遺伝子の発現を行うことが可能となる。この様な調節システムは従来技術より公知である。
【0103】
他の実施の形態では、宿主細胞における内因性MCT遺伝子を、これから得られたタンパク質産物が発現しないように混乱させる(相同組換えまたは従来技術による他の遺伝子上の手段による)。他の実施の形態では、宿主細胞中の内因性または導入されたMCT遺伝子が1カ所以上の点変異、欠失または逆位により変化しているが、機能性MCTタンパク質をコードしている。更に他の実施の形態では、微生物におけるMCT遺伝子の1カ所以上の調節領域(例えばプロモーター、リプレッサー、またはインデューサー)が、MCT遺伝子の発現が調節されるように変化させられている(例えば欠失、切断、逆位、点変異による)。当業者にいると、1種類以上の上述のMCT遺伝子とタンパク質の修飾を有する宿主細胞は、本発明の方法により簡単に製造され、これらも本発明に含まれるものであることが容易にわかる。
【0104】
本発明の宿細胞、例えば培養体における原核細胞または真核細胞を用い、MCTタンパク質を製造する(すなわち発現させる)ことができる。従って、本発明は、更に本発明の宿主細胞を使用してMCTタンパク質を製造する方法を提供するものである。好ましい実施の形態において、この方法では、MCTタンパク質が得られるまで本発明の細胞(MCTタンパク質をコードしている組換え発現ベクターが導入されているか、ゲノムが導入され、野生型または改変型MCTタンパク質をコードしている細胞)を適する培地中で培養する。他の実施の形態において、本発明の方法では培地または宿主細胞からMCTタンパク質を単離する工程を含んでいる。
【0105】
C.単離されたMCTタンパク質
本発明は、更に単離されたMCTタンパク質、およびその生物学的に活性な一部を含む。「単離された」または「精製された」タンパク質またはその生物学的に活性は部分は、組換えDNA技術で製造された場合に細胞質材料を実質的に含まず、化学的に合成された場合には化学的前駆体または他の化学物質を実質的に含まない。「細胞材料を実質的に含まない」とは、天然または組換え技術により製造された、細胞における細胞成分から分離したMCTタンパク質の調製を意味する。一実施の形態において、「細胞材料を実質的に含まない」とは、非MCTタンパク質(「汚染タンパク質」(contamining protein)ともいう)を約30%未満(乾重量で)、好ましくは約20%未満、更に好ましくは約10%未満、特に好ましくは5%未満含むMCTタンパク質の調製を意味する。MCTタンパク質またはこの生物学的に活性な部分が組換えにより製造可能である場合、培地を実質的に含まないことが好ましい。すなわち培地がタンパク質製造の容量の20%未満、更に好ましくは約10%未満、特に好ましくは約5%未満であることが好ましい。一実施の形態では、「化学的前駆体または他の化学物質を実質的に含まない」という表現は、「約30%(乾重量)未満、好ましくは約20%未満、更に好ましくは約10%未満、特に好ましくは約5%未満の化学的前駆体または非MCT化学物質を含むMCTタンパク質の調製を意味する。単離されたタンパク質またはこの生物学的に活性な部分は、このMCTタンパク質が誘導されたと同じ生物からの汚染(源)タンパク質を含まないことが好ましい。一般に、この様なタンパク質は、C.グルタミカム等の微生物におけるC.グルタミカムMCTタンパク質等の組換え発現により製造される。
【0106】
本発明の単離されたMCTタンパク質またはその一部は、C.グルタミカムの細胞膜の構成に必要な化合物の代謝、またはこの膜を横切って行われる分子の輸送に関与するか、または表1に記載の活性を有する。タンパク質またはその一部は、本発明の配列(例えば配列表中の偶数のSEQ ID NOによる配列)に十分に相同なアミノ酸配列を含み、このタンパク質または上述の一部が、C.グルタミカムの細胞膜の構成に必要な化合物の代謝、またはこの膜を横切って行われる分子の輸送に関与する能力を維持していることが好ましい。タンパク質の一部が、上述の生物学的な活性を有する部分であると好ましい。他の好ましい実施の形態では、本発明のMCTタンパク質は、配列表中の偶数のSEQ ID NOによるアミノ酸配列を有している。他の好ましい実施の形態では、MCTタンパク質は本発明のヌクレオチド配列(例えば配列表中の奇数のSEQ ID NOによる配列)とハイブリダイズする、例えば緊縮条件下でハイブリダイズするヌクレオチド配列によりコードされている。更に他の好ましい実施の形態では、MCTタンパク質は、本発明の核酸配列またはその一部に対して、少なくとも約50%、51%、52%、53%、54%、55%、56%、57%、58%、59%または60%、好ましくは少なくとも約61%、62%、63%、64%、65%、66%、67%、68%、69%、または70%、更に好ましくは少なくとも約71%、72%、73%、74%、75%、76%、77%、78%、79%、または80%、81%、82%、83%、84%、85%、86%、87%、88%、89%または90%、91%、92%、93%、94%、特に好ましくは少なくとも約95%、96%、97%、 98%、99%以上相同なヌクレオチド配列によりコードされているアミノ酸配列を有する。上記各値の中間値により示される値の範囲(例えば70〜90%同一または80〜95%同一)も本発明に含まれる。例えば、上限値および/または下限値として記載された上述の値のいずれを組み合わせて値の範囲としてもよい。本発明のMCTタンパク質は、本明細書に記載された少なくとも1種類のMCT活性を有することが好ましい。例えば、本発明のMCTタンパク質は、本発明の核酸配列に、ハイブリダイズする、例えば緊縮条件下でハイブリダイズするヌクレオチド配列によりコードされたアミノ酸配列と実質的に相同であり、C.グルタミカムの細胞膜の構成に必要な化合物の代謝、またはこの膜を横切って行われる分子の輸送に関与可能であるか、表1に記載の1種類以上の活性を有することが好ましい。
【0107】
好ましい実施の形態では、MCTタンパク質は、上述の第I欄で詳細に記載したように、本発明のアミノ酸配列(例えば配列表中の偶数のSEQ ID NOによる配列)と実質的に相同であり、天然の変化、変異生成によるアミノ酸配列が異なるものの、タンパク質の機能的活性を保持するものである。他の実施の形態では、MCTタンパク質は、本発明のアミノ酸配列の全体に対して、少なくとも約50%、51%、52%、53%、54%、55%、56%、57%、58%、59%または60%、好ましくは少なくとも約61%、62%、63%、64%、65%、66%、67%、68%、69%、または70%、更に好ましくは少なくとも約71%、72%、73%、74%、75%、76%、77%、78%、79%、または80%、81%、82%、83%、84%、85%、86%、87%、88%、89%または90%、91%、92%、93%、94%、特に好ましくは少なくとも約95%、96%、97%、 98%、99%以上相同なアミノ酸配列を含み、上述のMCT活性のいずれかを含むタンパク質である。上記各値の中間値により示される値の範囲(例えば70〜90%同一または80〜95%同一)も本発明に含まれる。例えば、上限値および/または下限値として記載された上述の値のいずれを組み合わせて値の範囲としてもよい。本発明は、本発明のアミノ酸配列の全体に対して実質的に相同なC.グルタミカムタンパク質の全体を含む。
【0108】
MCTタンパク質の生物学的に活性な部分は、MCTタンパク質のアミノ酸配列から誘導されたアミノ酸配列(例えば配列表中の偶数のSEQ ID NOによるアミノ酸配列)、またはMCTタンパク質に相同なタンパク質のアミノ酸配列から誘導されたアミノ酸配列(MCTタンパク質に全体よりも少ないアミノ酸を含むか、MCTタンパク質に相同なタンパク質全体を含む)を含み、MCTタンパク質の少なくとも1種類の活性を示す。
【0109】
一般的に、生物学的に活性な部分(ペプチド、例えば5、10、15、20、30、35、 36、37、38、39、40、50、100以上のアミノ酸長のペプチド)は、MCTタンパク質の少なくとも1種類の活性を有するドメインまたはモチーフを含む。更に、タンパク質の他の部分が欠失している、生物学的に活性な他のタンパク質を組換え技術により製造し、本明細書に記載された1種類以上の活性についての評価を行うことも可能である。MCTタンパク質の生物学的に活性な部分は、生物学的活性を有する1種類以上の選択されたドメイン/モチーフまたはその一部である。
【0110】
MCTタンパク質は、組換えDNA技術により製造されることが好ましい。例えばタンパク質をコードしている核酸分子を発現ベクターにクローンし(上記参照)、この発現ベクターを宿主細胞に導入し(上記参照)、このMCTタンパク質を宿主細胞中で発現させる。MCTタンパク質は、標準的なタンパク質精製技術を用いた適当な精製方法により細胞から単離される。組換え発現以外の方法では、標準的なペプチド合成法を用い、MCTタンパク質、ポリペプチド、またはペプチドを化学的に合成する。更に、例えば本発明のMCTタンパク質またはそのフラグメントを用いて標準的な技術により製造された抗MCT抗体を使用して未変性MCTタンパク質を細胞(例えば内皮細胞)から単離することができる。
【0111】
本発明は、更に、MCTキメラタンパク質または融合タンパク質を提供する。ここで、MCT「キメラタンパク質」または「融合タンパク質」とは、非MCTポリペプチドに協同的に結合するMCTポリペプチドを含む。MCT「ポリペプチド」とはMCTに対応するアミノ酸配列を有するポリペプチドを意味し、「非MCTポリペプチド」とはMCTタンパク質に実質的な相同性を有さないタンパク質、例えばMCTタンパク質と異なり、同一または異なる生物から誘導されたタンパク質に対応するアミノ酸配列を有するポリペプチドを意味する。融合タンパク質に関して、「協同的に結合した」とは、MCTポリペプチドと非MCTポリペプチドがインフレームで相互に融合していることを意味している。非MCTポリペプチドはMCTポリペプチドのC末端またはN末端に融合可能である。例えば、融合タンパク質の例には、MCT配列がGST配列のC末端に結合したGST−MCT融合タンパク質がある。この様な融合タンパク質は、組換えMCTタンパク質の精製に有効に用いられる。他の実施の形態では、融合タンパク質として、N末端に非相同のシグナル配列を含むMCTが用いられる。所定の宿主細胞(例えば哺乳動物宿主細胞)では、MCTタンパク質の発現および/または分泌は、非相同シグナル配列を使用することにより改善される。
【0112】
本発明のMCTキメラタンパク質または融合タンパク質は標準的組換えDNA技術により製造される。例えば、異なるポリペプチド配列をコードしているDNAフラグメントは、慣用の技術により相互に結紮される。例えば、結紮に平滑末端または付着末端を用いた処理、好ましい末端を得るための制限酵素による消化、適当な粘着末端を得るための充填、不適当な結合を回避するためのアルカリホスファターゼ処理、および酵素による結紮により行われることが好ましい。他の実施の形態では、融合遺伝子は自動DNA合成機の使用等による慣用の技術により合成される。この他の場合には、2本の平行する遺伝子フラグメントの間に相補的オーバーハングを生じさせるアンカープライマーを用いて遺伝子フラグメントのPCR増幅を行う。この場合の2本の遺伝子フラグメントは、後にアニーリングし、再増幅してキメラ遺伝子配列を生成する(例えば、Molecular Biology、Ausubel等編、John Wiley & Sons: 1992)。更に、予め融合部分をコードしている多種の発現ベクターが市販されている(例えばGSTポリペプチド)。MCTをコードしている核酸は、上述のような発現ベクターに、融合部分がMCTタンパク質に対してインフレームに結合するようにクローンされる。
【0113】
MCTタンパク質の相同体は変異生成、例えばMCTタンパク質の散在点変異または切断により生成する。本明細書では、「相同体」という用語は、MCTタンパク質活性のアゴニストまたはアンタゴニストとして作用するMCTタンパク質の変異形を意味する。MCTタンパク質のアゴニストは、MCTタンパク質と同等の生物学的活性またはサブセットを維持することができる。MCTタンパク質のアンタゴニストは、MCTタンパク質を含む細胞膜成分代謝カスケードの下流または上流メンバーに競争的に結合するか、膜を通過する化合物の輸送を仲介するMCTタンパク質に結合することにより、転位の発生を防止することができる。
【0114】
他の実施の形態において、MCTタンパク質の相同体は、MCTタンパク質アゴニストまたはアンタゴニスト活性を得るための、MCTタンパク質の変異体、例えば切断による変異体の組合わせライブラリーをスクリーニングすることにより同定される。一実施の形態において、MCT変異体の異形ライブラリは、核酸レベルでの組合わせ変異生成により得られ、異形遺伝子ライブラリによりコードされる。MCT変異体の異形ライブラリは、例えば合成オリゴヌクレオチドの混合物を遺伝子配列中に、MCT配列を構成する可能性のある一連の変性体が個々のポリペプチドとして、或いは一連のMCT配列を含む大きな融合タンパク質(例えばファージディスプレー)として発現可能であるように、酵素的結紮により製造される。分解されたオリゴヌクレオチド配列からMCT相同体を構成する可能性のあるライブラリーを形成するためは、種々の方法が使用される。分解した遺伝子配列の化学的合成は、自動DNA合成機中で行われ、合成された遺伝子は適当な発現ベクターに結紮させられる。分解された遺伝子をセットとして使用することにより、MCT配列を構成する可能性のある所望のセットをコードする全ての配列が混合物として提供される。分解されたオリゴヌクレオチドを合成する方法は従来技術により公知である(例えばNarang, S.A. 著、(1983) Tetrahedron 39: 3、Itakura等著、(1984) Annu. Rev. Biochem. 53: 323、Itakura 等著、(1984) Science 198: 1056、Ike等著、(1983) Nucleic Acid Res. 11: 477)。
【0115】
更に、MCTタンパク質コードのフラグメントライブラリを用いて、MCTタンパク質の相同体のスクリーニングと選択を行う、MCTフラグメントの異形個体群を製造することが可能である。他の実施の形態では、コード配列フラグメントのライブラリーは、以下の方法で得られる。すなわち、MCTコード配列の2本鎖PCRフラグメントを、分子ごとに約1回だけニッキングが起こる条件下で、ヌクレア―ゼで処理し、2本鎖DNAを変性させ、異なるニッキングを起こした産物からセンス/アンチセンス対を含むDNAが2本鎖DNAを形成するように復元し、再形成された2本鎖から、S1ヌクレアーゼでの処理により1本鎖タンパク質を除去し、得られたフラグメントライブラリを発現ベクターに結紮する。この方法により、発現ライブラリーは、種々の大きさMCTタンパク質のN末端、C末端および内部フラグメントをコードする発現ライブラリーが得られる。
【0116】
点変異または切断により得られた組合わせライブラリの遺伝子産物をスクリーニングし、所定の性質を有する遺伝子産物のcDNAライブラリのスクリーニングを行うための複数の技術が公知である。この様な技術はMCT相同体の組合わせ変異生成により得られた遺伝子ライブラリの迅速なスクリーニングに用いられる。この最も広く用いられている方法は、大きな遺伝子ライブラリのスクリーニングを行うための高速処理分析に用いられる。この方法では、一般に、遺伝子ライブラリを複製可能な発現ベクターにクローニングし、適当な細胞を形質転換してベクターのライブラリーを得、所望の機能の検出により遺伝子をコードするベクターが単離され、遺伝子からの産物が検出される条件下で、組換え遺伝子を発現させる。ライブラリにおける帰納的変異体の発生率を向上させる新しい技術、すなわち帰納的集合変異生成(REM: recursive ensemble mutagenesis)を、MCT相同体を同定するためのスクリーニング法と組み合わせて用いることができる(Arkin、Yourvan共著 (1992) PNAS 89: 7811−7815、Delgrave等著、(1993) Protein Engineering 6(3): 327−331)。
【0117】
他の実施の形態では、細胞を基準とする分析が行われ、公知方法を用いて異形MCTライブラリを分析することができる。
【0118】
D.本発明の方法および使用法
本明細書に記載されている核酸分子、タンパク質、タンパク質相同体、相同タンパク質、プライマー、ベクター、および宿主細胞は、以下温1種類以上の方法により用いられる。すなわち、C.グルタミカムおよび関連する生物の同定(認識)、C.グルタミカムに関連する生物のマップ作成、所望のC.グルタミカムの同定および存在位置の確認、進化の研究、機能を得るために必要なMCTタンパク質領域の決定、MCTタンパク質活性の調節、1種類以上の細胞膜成分の代謝調節、1種類以上の化合物の膜内外輸送の調節、および所望の化合物、例えばファインケミカルの細胞による産生の調節において用いられる。
【0119】
本発明のMCT核酸分子は種々の用途を有する。まず、同分子はコリネバクテリウム−グルタミカムまたはこれに密接に関連する生物を同定するために使用される。更に、MCT核酸分子は、微生物の混合個体群におけるC.グルタミカムまたはこれに密接に関連する生物の存在を認識するために使用される。更に、本発明は、微生物の単独種類の個体群または混合個体群の培養体中の抽出されたゲノムDNAを、緊縮条件下で、C.グルタミカム遺伝子特有の領域をスパニングするプローブを用いて調べることにより、この生物の存在を確認する。
【0120】
コリネバクテリウム−グルタミカム自体には病原性はないが、コリネバクテリウム−ジフテリア等の病原性種に関連を有する。コリネバクテリウム−ジフテリアはジフテリアの原因物質であり、急速に成長し、局所的および全身性病状の双方に関連する急性かつ熱性の感染を起こす。この疾病では、局所的障害が上部気道におよび壊死性損傷を内皮細胞まで到達させ、桿菌がトキシンを分泌し、障害が体の遠位の敏感な組織まで広がる。これらの組織、例えば心臓、筋肉、末梢神経、副腎、腎臓、肝臓および脾臓におけるタンパク質合成の阻害により変形性変化が生じ、この結果、疾病の全身性病状が示されるようになる。世界の多くの地域、例えばアフリカ、アジア、東ヨーロッパおよび旧ソビエト連邦から独立した国々において、ジフテリアは高発生率を示している。最後に挙げた2つの地域で続くジフテリアの流行により、1990年以来5000人の死亡者が出る結果となった。
【0121】
一実施の形態において、本発明によると、被検体(被検者/患者)におけるコリネバクテリウム−ジフテリアの活性の存在を認識(同定)する方法が提供される。この方法では、本発明の核酸またはアミノ酸配列(例えば配列表の奇数または偶数ののSEQ ID NOのヌクレオチド配列)の1種類以上の活性の存在を被検体より検出し、これによりコリネバクテリウム−ジフテリアの存在または活性を検出する。C.グルタミカムとC.ジフテリアとは関連するバクテリアであり、C.グルタミカムの核酸およびタンパク質分子の多くがC.ジフテリアの核酸およびタンパク質分子と相同であるため、この方法は被検体におけるC.ジフテリアの検出にも使用可能である。
【0122】
本発明の核酸およびタンパク質分子は、ゲノムの特定領域のマーカーとしての役割も果たす。これはゲノム地図作製のみならず、C.グルタミカムタンパク質の機能に関する研究にも利用される。例えば、特定のC.グルタミカムDNA−結合タンパク質が結合するゲノムの領域を同定するために、C.グルタミカムゲノムを消化することが可能であるが、フラグメントはDNA−結合タンパク質とインキュベートされる。タンパク質と結合する領域を、本発明の核酸に好ましくは検出が容易なラベルを付けたものを用いて詳細に調べることも可能であり、この様な核酸の遺伝子フラグメントに対する結合により、C.グルタミカムのゲノム地図におけるフラグメントの位置特定が可能となり、更に種々の酵素により複数回試行すれば、タンパク質が結合している核酸配列が迅速に決定される。更に、本発明の核酸分子は、関連種の配列に十分な相同性を有するため、関連するバクテリア、例えばブレビバクテリウム−ラクトフェルメントムにおけるゲノムマップ構造のマーカーとして作用する。
【0123】
本発明のMCTタンパク質分子は進化論的およびタンパク質構造学においても有用である。本発明の分子が関連する代謝および輸送の過程は、本発明の核酸分子の配列を他の生物から得られた同様の酵素をコードする分子の配列と比較し、この生物の進化上の関連性を評価することにより種々の原核および真核細胞で使用される。同様に、この様な比較により、配列のどの部分が変換され、どの部分が変換されないかの評価が可能となり、酵素の機能に重要なタンパク質領域の特定に利用される。この様な特定方法は、タンパク質工学において重要であり、機能を失なわずに変異を行うタンパク質の変異生成では、何に対する耐性が得られるかの指標となる。
【0124】
本発明のMCT核酸分子の加工により、野生型MCTタンパク質と異なる機能を有するMCTタンパク質を製造することが可能となる。この様なタンパク質により、その効率または活性を改善すること、細胞中に通常より多数これを存在させること、効率または活性を低下させることも可能である。
【0125】
本発明は、MCTタンパク質の活性を、このタンパク質自体、基質またはMCTタンパク質の結合対象との相互作用か、または本発明のMCT核酸分子の転写または翻訳の調節による分子のスクリーニング方法を提供する。この方法では、本発明の1種類以上のMCTタンパク質を発現する微生物を1種類以上の被検化合物と接触させ、各被検化合物の、MCTタンパク質の活性または発現水準についての効果を評価する。
【0126】
本発明のMCTタンパク質の改変が、この改変したタンパク質を組み込んだC.グルタミカム株から得られたファインケミカルの収率、生産および/または製造効率に直接的に関与する多数のメカニズムがある。C.グルタミカムの大規模な培養系からのファインケミカル化合物の回収は大幅に改善された。これは、C.グルタミカムが所望の化合物を生産する場合(C.グルタミカム細胞を大量生産する場合の抽出とは反対に)、この様な化合物が培地から容易に精製されるためである。細胞からファインケミカルを放出するトランスポーター分子の数または活性を増加させることにより、細胞外媒体中のファインケミカル量を増大させることが可能であり、これにより回収および精製が顕著に容易化される。反対に、1種類以上のファインケミカルを効率的に過剰生産するためには、好適な生合成経路には、補助因子、前駆体分子および中間体化合物を増量して用いることが必要である。従って、炭素源(例えば糖類)、窒素源(例えばアミノ酸、アンモニウム塩)、リン酸(塩)および硫黄糖の栄養分の導入に関与するトランスポータータンパク質の数および/または活性を増大させることにより、生合成工程の栄養分供給に関する制限がなくなり、ファインケミカル製造が改善されることになる。更に、脂肪酸および脂質自体が所望のファインケミカルであるため、これらの化合物の生合成に関与する本発明の1種類以上のMCTタンパク質の活性を最適化させるか、もしくは数を増大させることにより、またはこれらの化合物の分解に関与するMCTタンパク質の活性を低下させることにより、C.グルタミカム由来の脂肪酸および脂質分子の収率、生産および/または製造効率を向上させることが可能となる。
【0127】
本発明の1種類以上のMCT遺伝子を加工することにより、活性の変化したMCTタンパク質を得ることが可能であり、これが、C.グルタミカムから1種類以上の所望のファインケミカルを製造する際に間接的に影響を与える。例えば、代謝の正常な生合成工程により、種々の排出物(例えば過酸化水素および他の活性酸素種)の生産に影響が与えられ、同様の代謝工程に積極的に影響を与えることがある(例えば、ペルオキシニトリルはニトレートチロシン側鎖として公知であり、活性部位にチロシンが存在することにより、数種類の酵素が不活性化する(Groves,J.T.(1999) Cuur. Opin. Chem. Biol. 3(2):226−235)。大規模培養製造において、使用されるC.グルタミカム株が、1種類以上のファインケミカルを過剰生産するように調節されている場合、野生型C.グルタミカムに通常見られるよりも多くの排出物が分泌される。排出物分子の放出に関与する本発明の1種類以上のMCTタンパク質の活性を調節することにより、細胞の生存力を向上させ、効率的な代謝活性を維持することが可能となる。更に、所望のファインケミカルが高細胞内濃度で存在することにより、事実上細胞に有害となることもあり、このため、これらの化合物を分泌する細胞の能力を向上させることにより、細胞の生存力の向上が可能となる。
【0128】
更に、本発明のMCTタンパク質を加工して、製造される多種の脂質および脂肪酸分子の相対的な量を変化させることも可能である。これにより、細胞の膜の脂質組成に重大な影響を与えることがある。各種の脂質が異なる物理特性を有するため、膜における脂質組成を変化させると膜の流動性が著しく変化する。膜の流動性の変化は、膜を通過する分子の輸送に影響を与え、これが上述したように排出物もしくは製造されたファインケミカルの放出と、必要な栄養の導入に変化を与える。更に膜流動性の変化は細胞の完全性に重大な影響を与えることがあり、比較的弱い膜を有する細胞は、大規模発酵環境における機械的特性に敏感であり、これにより細胞の損傷または死がもたらされることがある。膜を構成する脂肪酸または脂質の産生に関与するMCTタンパク質を、得られた膜の組成がファインケミカルの製造に使用される培養体中における環境条件に影響を受けやすくなるように操作することにより、C.グルタミカムがより多く生存し、増殖することになる。培養体中により多くのC.グルタミカムが存在すれば、培養体からのファインケミカルの収率、生産または製造効率につながる。
【0129】
C.グルタミカムから得られるファインケミカルの収率を増大させるMCTタンパク質の変異生成は、上述の事項に限定されるものではなく、これらの操作を変形可能であることは当業者には明白である。これらの方法を用い、上記メカニズム夫w組み込むことにより、本発明の核酸およびタンパク質分子は、C.グルタミカムまたは変異MCT核酸およびタンパク質分子を発現する関連バクテリア株が、所望の化合物の収率、製造および/または製造効率が向上した状態で得られる。この所望の化合物はC.グルタミカムの天然産物であってもよく、その例には生合成経路の最終産物、天然発生代謝経路の中間産物、またはC.グルタミカムの代謝において天然には発生しないが本発明のC.グルタミカム株により製造される分子が含まれる。
【0130】
以下に本発明の実施例を記載するが、本発明はこれらに限定されるものではない。本明細書に記載の参考文献、特許出願、特許、特許公報、表および配列表は、参考のため本明細書に組みこまれているものである。
【0131】
【表1】

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【表2】
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【表3】
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【表4】
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【表5】
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【表6】
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【表7】
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【表8】
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【表9】
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【表10】
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【表11】
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【表12】
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【表13】
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【表14】
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【表15】
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【表16】
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【表17】
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【表18】
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【表19】
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【表20】
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【表21】
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【表22】
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【表23】
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【表24】
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【表25】
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【表26】
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【表27】
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【表28】
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【表29】
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【表30】
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【表31】
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【表32】
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【表33】
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【表34】
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【表35】
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【表36】
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【表37】
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【表38】
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【表39】
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【表40】
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【表41】
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【表42】
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【表43】
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【表44】
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【表45】
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【表46】
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【表47】
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【表48】
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【表49】
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【0132】
[実施例]
実施例1:コリネバクテリウム−グルタミカム ATCC13032の全ゲノムDNAの製造
コリネバクテリウム−グルタミカム (ATCC13032)の培養は、激しく攪拌したBHI媒体(Difco)中で、30℃で終夜行なわれた。細胞は遠心分離により回収され、上澄みを処分し、細胞は、5mlの緩衝液I(最初の培養容積の5%、すべての示された容積は、100mlの培養容積のために計算されたものである。)中再懸濁された。緩衝液Iの組成は、140.34g/lのショ糖、2.46g/lのMgSOx7HO、10ml/lのKHPO溶液(100g/l、KOHでpH6.7に調整)、50ml/lのM12濃縮物(10g/lの(NHSO、1g/lのNaCl、2g/lのMgSOx7HO、0.2g/lのCaCl、0.5g/lの酵母抽出物(Difco)、10ml/lのトレース−エレメンツ−ミックス(200mg/lのFeSOxHO、10mg/lのZnSOx7HO、3mg/lのMnClx4HO、30mg/lのHBO、20mg/lのCoClx6HO、1mg/lのNiClx6HO、3mg/lのNaMoOx2HO、500mg/lの錯化剤(EDTAまたはクエン酸)、100ml/lのビタミン−ミックス(0.2mg/lのビオチン、0.2mg/lの葉酸、20mg/lのp−アミノ安息香酸、20mg/lのリボフラビン、40mg/lのパントテン酸カルシウム、140mg/lのニコチン酸、40mg/lの塩酸ピリドキソール、200mg/lのミオ−イノシトール)である。リゾチームを最終濃度が2.5mg/mlになるまで懸濁液に加えた。約4時間、37℃での培養の後、細胞壁を劣化させ得られたプロトプラストを遠心分離によって回収した。ペレットを5mlの緩衝液Iで一度、5mlのTE緩衝液(10mMのトリスHCl、1mMのEDTA、pH8)で一度洗浄した。ペレットを4mlのTE緩衝液に再懸濁し、0.5mlのSDS溶液(10%)と0.5mlのNaCl溶液(5M)を加えた。プロテイナーゼKを最終濃度200μg/mlになるまで加えた後、懸濁液を約18時間、37℃で培養した。DNAを標準的な操作で、フェノール、フェノール−クロロホルム−イソアミルアルコールおよびクロロホルム−イソアミルアルコールによる抽出により精製した。それから、DNAを1/50容積の3M酢酸ナトリウムおよび2容積のエタノールを加えて析出させ、次いで30分間、−20℃でインキュベートし、SS34ローター(Sorvall)を使用した高速遠心分離機で12000rpmで遠心分離を30分間行なった。DNAを20μg/mlのRNアーゼAを含む1mlのTE緩衝液に溶解し、4℃で、少なくとも3時間1000mlのTE緩衝液に対して透析した。この間、緩衝液を3度交換した。透析したDNA溶液の0.4mlの部分に、0.4mlの2MLiClと0.8mlのエタノールを加えた。30分間、−20℃でインキュベートした後、遠心分離(13000rpm、Biofuge Fresco,Heraeus,Hanau,Germany)によりDNAを集めた。DNAペレットをTE緩衝液に溶解した。この操作により製造されたDNAは、すべての目的、サザンブロット法またはゲノムライブラリーの構築に使用することができた。
【0133】
実施例2:コリネバクテリウム−グルタミカム ATCC13032のEscherichia Coliにおけるゲノムライブラリーの構築
実施例1に記載したように製造されたDNAを用いて、コスミッドおよびプラスミドライブラリーが、公知で、よく確立された方法に従って構築された(例えば、Sambrook,Jら、(1989)’Molecular Cloning:A Laboratory Manual’, Cold Spring Harbor Laboratory PressまたはAusubel,F.Mら(1994) ’Current Protocols in Molecular Biology’, John Wiley and Sons.を参照)。
【0134】
どんなプラスミドまたはコスミッドでも使用することができた。特別に、プラスミドpBR322(Sutcliffe, J.G.(1979) Proc.Natl.Acad.Sci.USA,75:3737−3741);pACYC177 (Change とCohen(1978) J.Bacteriol 134:1141−1156),pBSの系列のプラスミド(pBSSK+,pBSSK−およびその他;Stratagene LaJolla,USA),またはSuperCos1(Stratagene LaJolla,USA)、Lorist6(Gibson,T.J.,Rosenthal A.およびWaterson,R.H.(1987) Gene 53:283−286)のコスミッドが使用された。特にC.glutamicumにおいて使用するためのジーンライブラリーは、プラスミドpSL109( Lee,H.S.およびA.J.Sinskey(1994) J.Microbiol.Biotechnol.4:256−263)を用いて構築することができる。
【0135】
実施例3:DNAシーケンスとコンピューターによる機能解析
実施例2に記載されたゲノムライブラリーを標準的な方法、特にABI377シーケンスマシーンを用いた鎖成長停止反応法(例えばFleischman,R.D.ら(1995)’Whole−genome Random Sequencing and Assembly of Haemophilus Influenzae Rd.’,Science, 269:496−512参照)に従ったDNAシーケンスに使用した。以下のヌクレオチド配列のシーケンスプライマーが使用された:5’−GGAAACAGTATGACCATG−3’または5’−GTAAAACGACGGCCAGT−3’。
【0136】
実施例4:生体内突然変異誘発
コリネバクテリウム−グルタミカムの生体内突然変異誘発が、E.coliまたは他の微生物(例えばBacillus spp.またはSaccharomyces cerevisiaeなどの酵母)であってその遺伝子情報の完全性を保つための能力が減じられているものを通して、プラスミド(または他のベクター)の通過により行なうことができる。典型的なミューテーター株は、DNA修復システム(例えばmutHLS,mutD,mutTその他;Rupp,W.D.(1996) DNA repair mechanisms,Escherichia coli and Salmonella,p2277−2294,ASM:Washington参照)の遺伝子に変異を持っている。このような株は当業者によく知られている。このような株の使用は、例えばGreener,A.およびCallahan,M.(1994) Strategies 7:32−34に記載されている。
【0137】
実施例5:Escherichia coli および コリネバクテリウム−グルタミカムの間のDNA転換
いくつかのコリネバクテリウムとブレビバクテリウム種は自律的に複製する(例えば、Martin, J.F.ら(1987) Biotechnology, 5:137−146参照)内因性プラスミド(例えばpHM1519またはpBL1)を含む。Escherichia coliとCorynebacuterium glutamicumのシャトルベクターは、E.coliの標準ベクター(Sambrook,J.et al.(1989),’Molecular Cloning:A Laboratory Manual’,Cold Spring Harbor Laboratory PressまたはAusubel,F.M.et al.(1994)’Current Protocols in Molecular Biology’, John Wiley and Sons)を用いて、これに、開始または複製のおよび適当なコリネバクテリウム−グルタミカム由来のマーカーを加えることで容易に構築することができる。このような複製の開始点は、好ましくはコリネバクテリウムとブレビバクテリウム種から単離された内因性プラスミドからもたらされる。これらの種の形質転換マーカーとして、カナマイシン耐性の遺伝子(Tn5またはTn903トランスポゾンから誘導されたもの)またはクロラムフェニコール耐性遺伝子(Winnacker,E.L.(1987)’From Genes to Clones−Introduction to Gene Technology,VCH,Weinheim)が特に用いられる。E.coli とC.glutamicumの双方でおいて複製するシャトルベクターの広範囲の構築の文献は数多く例があり、遺伝子過剰発現を含むいくつかの目的に使用することができる(例えば、Yoshihama,M.et al.(1985) J.Bacteriol. 162:591−597, Martin,J.F.et al.(1987) Biotechnology,5:137−146 およびEikmanns,B.J.et al.(1991) Gene, 102:93−98参照)。
【0138】
標準的な方法を用いて、上述のように注目の遺伝子をシャトルベクターの一つヘクローンすることが可能であり、またこのようなハイブリッドベクターをコリネバクテリウム−グルタミカム株に導入することが可能である。C.glutamicumの形質転換を、プロトプラスト形質転換(Kastsumata,R.et al.(1984) J.Bacteriol. 159306−311),エレクトロポレーション(Liebl,E.et al.(1989)FEMS Microbiol.Letters,53:399−303)そして特別のベクターが用いられた場合には、接合(例えば Schaefer,A et al.(1990)J.Bacteriol.172:1663−1666に記載)によって達成することができる。C.glutamicumからのプラスミドDNAの製造(周知の標準的な方法を用いて)およびそのE.Coliへの形質転換によるC.glutamicumからE.coliへのシャトルベクターの転換も可能である。この形質転換の段階は、標準的な方法を用いて行なうことができるが、MCT−不足E.coli株、例えばNM522(Gough and Murray(1983)J.Mol.Biol.166:1−19)を使用することが有利である。
【0139】
遺伝子は、pCG1(U.S.patent No.4617267)またはその断片、任意でTN903(Grindley,N.D.and Joyce,C.M.(1980)Proc.Natl.Acad.Sci.USA 77(12):7176−7180)からのカナマイシン耐性遺伝子を含むプラスミドを用いたC.glutamicum 株中に過剰発現させることができる。加えて、遺伝子は、プラスミドpSL109(Lee,H.S and A.J.Sinskey(1994) J.Microbiol Biotechnol.4:256−263)を用いてC.Glutamicum株中に過剰発現することができる。
【0140】
複製プラスミドに加えて、遺伝子の過剰発現は、ゲノムへの組み込みによって達成することができる。C.glutamicum または他のコリネバクテリウムまたはブレビバクテリウム種における遺伝子組み込みは、周知の方法、例えばゲノム領域での相同性組換え、制限エンドヌクレアーゼ仲介の組み込み(REMI)(例えばDE patent 19823834)またはトランスポゾンの使用などによって達成することができる。調節領域(例えば、プロモーター、レプレッサー、および/またはエンハンサー)を配列の修飾、挿入、サイト−ダイレクテド法(例えば相同性組換え)による削除、またはランダムイベントに基づく方法(例えばトランスポゾン突然変異誘発またはREMI)により変形することにより、注目遺伝子の活性を変化させることもできる。転写ターミネーターとして機能する核酸配列は、本発明の一以上の遺伝子のコード領域へ3’挿入されることもできる。このようなターミネーターは、周知であり、例えばWinnacker, E.L. (1987)From Genes to Clones−Introduction to Gene Technology. VCH: Weinheim中に記載されている。
【0141】
実施例6:変異タンパク質の発現の評価
形質転換された宿主細胞中の変異タンパク質の活性の観察は、変異タンパク質が、野生種のタンパク質と類似した形態と類似した量で発現されるという事実に基づいている。変異遺伝子(遺伝子産物に対する転写に用いられるmRNAの量のインジケーター)の転写のレベルを確認するために有用な方法は、ノーザン・ブロット法(Ausubel et al.(1988) Current Protocols in Molecular Biology, Wiley: New York参照)であり、注目遺伝子に結合するように設計されたプライマーが、検出タグ(通常放射性または化学ルミネセンス)により、生物の培養の総RNAを抽出し、ゲルに流し、安定マトリックスに移動させ、このプローブでインキュベートする場合に、プローブの結合および結合の量が、この遺伝子のmRNAの存在と量を示すようにラベルされている。この情報は、変異遺伝子の転写の程度の証拠である。全部の細胞のRNAは、いくつかの周知の方法、例えば、 Bormann, E.R. et al. (1992) Mol. Microbiol. 6:317−326に記載された方法により、コリネバクテリウム−グルタミカムから製造することができる。
【0142】
このmRNAから翻訳されたタンパク質の存在と比較量の評価のために、ウェスタン・ブロッド法などの標準的な技術が使用され得る(例えばAusubel et al. (1988) Current Protocols in Molecular Biology, Wiley: New York参照)。この方法では、全部の細胞のタンパク質は、抽出され、ゲル電気泳動により分離され、ニトロセルロースのようなマトリックスに移され、設計されたタンパク質に特異的に結合する抗体などのプローブとともにインキュベートされる。このプローブは、一般に容易に検出可能な化学ルミネセンスまたは比色のラベルでタグがつけられている。観察されたラベルの存在と量は、細胞中の所望の変異タンパク質の存在と量を示す。
【0143】
実施例7:遺伝子的に修飾されたCorynebacteriaの成長−媒体および培養条件
遺伝子的に修飾されたコリネバクテリウム−グルタミカムは、合成または天然成長媒体中で培養される。Corynebacteriaの異なった成長媒体の多くはどちらも知られており、容易に入手可能である(Lieb et al. (1989) Appl. Microbiol. Biotechnol., 32:205−210; von der Osten et al. (1998) Biotechnology Letters, 11:11−16; Patent DE 4,120,867; Liebl (1992)
’The Genus Corynebacterium, in: The Procaryotes, Volume II, Balows, A. et al., eds. Spring−Verlag)。これらの媒体は、一種以上の炭素源、窒素源、無機塩、ビタミンおよび痕跡の要素からなる。好ましい炭素源は、モノ−、ジ−またはポリサッカライドなどの砂糖である。例えば、グルコース、フルクトース、マンノース、ガラクトース、リボース、ソルボース、リブロース、ラクトース、マルトース、スクロース、ラフィノース、デンプンまたはセルロースが非常によい炭素源として働く。糖蜜または他の砂糖精製の副生成物のような複合化合物によって媒体に砂糖を供給することも可能である。異なった炭素源の混合物を供給することも有利である。他の可能な炭素源は、メタノール、エタノール、酢酸、乳酸などのアルコールおよび有機酸である。窒素源は通常有機または無機の窒素化合物か、またはこれらの化合物を含む材料である。窒素源として例えば、アンモニアガス、アンモニウム塩(例えばNHClまたは(NHSO)、NHOH、硝酸塩、尿素、アミノ酸、コーンスティープリカー、大豆粉、大豆タンパク質、酵母抽出物、肉抽出物などの複合窒素源が含まれる。
【0144】
媒体に含まれる無機塩化合物は、クロリド−、リン酸、硫酸のカルシウム塩、マグネシウム塩、ナトリウム塩、コバルト塩、モリブデン塩、カリウム塩、マグネシウム塩、亜鉛塩、銅塩、鉄塩を含む。金属イオンを溶液中に保持するために媒体中にキレート化合物を加えることができる。特に有用なキレート化合物は、カテコールやプロトカテチュエートなどのジヒドロキシフェノールまたはクエン酸などの有機酸を含む。ビタミンなどの成長因子または成長促進剤、例えばビオチン、リボフラビン、チアミン、葉酸、ニコチン酸、パントテン酸塩、ピリドキシンなどを含む媒体が典型的である。成長因子および塩はしばしば酵母抽出物、糖蜜、コーンスティープリカーなどの複合媒体成分に由来する。正確な媒体化合物の組成は、直接の実験に強く依存し、各々の特定の場合に個々に決定される。媒体の最適化の情報は、テキストブックApplied Microbiol. Physiology, A Practical Approach (eds. P.M. Rhodes, P.F. Stanbury, IRL Press (1997) pp.53−73, ISBN 019 963577 3) から入手可能である。成長媒体を市販品、例えば標準1(Merck)またはBHI(grain heart infusion, DIFCO)などから選定することも可能である。
【0145】
すべての媒体成分は、熱(1.5×10Pa、121℃で20分間)またはろ過殺菌法のいずれかにより殺菌される。成分は、一緒に、または所望により分割して殺菌することができる。すべての媒体成分は、成長の初期に存在させるか、または任意に連続的にまたは回分式に加えることができる。
【0146】
培養条件は各々の実験のために分けて定義される。温度は、15℃から45℃の範囲であるべきである。温度を一定に保つか、実験中に変えることができる。媒体のpHは、5から8.5、好ましくは7.0前後の範囲であるべきであり、媒体に緩衝液を添加することで一定に保つことができる。この目的のための緩衝液の例は、リン酸カリウム緩衝液である。MOPS, HEPES, ACESその他の合成緩衝液を代わりに、または同時に使用することができる。成長の間にNaOHまたはNHOHを添加することより一定の培養pHを保つことも可能である。酵母抽出物などの複合媒体成分が使用される場合、多くの複合成分は高い緩衝能力があるという事実によって、追加の緩衝液が必要ないかもしれない。微生物の培養に発酵槽を使用する場合、pHはアンモニアガスにより制御することもできる。
【0147】
インキュベート時間は通常数時間から数日の範囲である。この時間は、ブロスの中に蓄積される生成物を最大にするように選択される。開示された成長実験は、種々の容器、例えばミクロタイター板、ガラス管、ガラスフラスコ、または種々のサイズのガラスまたは金属発酵槽等の中で行なうことができる。多数のクローンのスクリーニングのために、微生物をミクロタイター板、ガラス管、振とうフラスコ中、バッフル付きで、またはなしで培養すべきである。好ましくは100mlの振とうフラスコを使用し、所望の成長媒体の10容積%で満たす。フラスコを100から300rpmの速さの範囲を使用して、ロータリーシェーカー(ふり幅25mm)で振とうすべきである。蒸発ロスは湿潤雰囲気中に保つことによって少なくすることができる。代わりに、蒸発ロスの数学的補正が行なわれるべきである。
【0148】
遺伝子的に修飾されたクローンを試験した場合、修飾されていないコントロールのクローンまたはいかなる挿入もなされていない基本的なプラスミドを含むコントロールのクローンも試験するべきである。媒体を寒天平板上、例えばCMプレート(10g/lのグルコース、2.5g/lのNaCl、2g/lの尿素、10g/lのポリペプトン、5g/lの酵母抽出物、5g/lの肉抽出物、22g/lの寒天、2M NaOHによるpH6.8としたもの)を30℃でインキュベートしたもので成長させた細胞を用いて0.5−1.5のOD600まで接種する。媒体の接種は、CMプレートからのC.glutamicum細胞のサリーン懸濁液の導入、またはこのバクテリアの前培養液の添加のいずれかによりなされる。
【0149】
実施例8:変異タンパク質の機能のインビトロ解析
酵素の活性と速度論的パラメーターの決定は、先行技術でよく確立されている。得られた改変された酵素の活性決定のための実験は、当業者の能力の範囲内で、野生種酵素の比活性に対して行なわれなければならない。一般に酵素についての概要は、構造、速度論的、原理、方法、適用および多数の酵素の活性の決定例に関する特定の詳細と同様に、例えば以下の参照に見出される:Dixon, M., and Webb, E.C., (1979) Enzymes. Longmans: London; Fersht, (1985) Enzyme Structure and Mechanism. Freeman: New York; Walsh, (1979) Enzymatic Reaction Mechanisms. Freeman: San Francisco; Price, N.C., Stevens, L. (1982) Fundamentals of Enzymology. Oxford Univ. Press:Oxford; Boyer, P.D., ed(1983) The Enzymes, 3rd ed. Academic Press: New York; Bisswanger, H., (1994) Enzymkinetic, 2nd ed. VCH: Weinheim (ISBN 3527300325), Bergmeyer, H.U., Bergmeyer, J., Grassl, M., eds. (1983−1986) Methods of Enzymatic Analysis, 3rd ed., vol. I−XII, Verlag Chemie: Weinheim; and Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry (1987) vol. A9, ’Enzymes’. VCH: Weinheim, p. 352−363.。
【0150】
DNAと結合するタンパク質の活性は、数種のよく確立された方法、例えばDNAバンド−シフトアッセイ(ゲル遅延アッセイとも呼ばれる)により測定することができる。他の分子の発現におけるこのようなタンパク質の効果は、レポーター遺伝子アッセイ(例えばKolmar, H. et al. (1995) EMBO J. 14: 3895−3904および引用文献に記載されたような) を用いて測定される。レポーター遺伝子試験系は、周知であり、ベータ−ガラクトシダーゼ、緑蛍光性タンパク質およびその他数種の酵素を用いて、原核および真核細胞のどちらにでも適用が確立されている。
【0151】
膜輸送タンパク質の活性の決定は、例えばGennis, R.B. (1989) ’Pores, Channels and Transporters’, in Biomembranes, Molecular Structure and Function, Springer; Heidelberg, p. 85−137; 199−234; and 270−322に記載されたような技術に従って行なわれる。
【0152】
実施例9:所望の製造物の製造における変異タンパク質の感化の解析
所望の化合物(例えばアミノ酸)の製造におけるC.Glutamicumの遺伝子修飾の効果は、適当な条件(例えば上述の)下の改変された微生物成長および媒体及び/または細胞成分の増加した所望の製造物(即ちアミノ酸)の生成の解析によって評価することができる。このような解析法は当業者に周知であり分光法、薄層クロマトグラフィー、種々の染色法、酵素的および微生物学的方法、高速液体クロマトグラフィーのような解析クロマトグラフィー(例えばUllman, Encyclopedia of Industrial Chemistry, vol. A2, p. 89−90 and p. 443−613, VCH: Weinheim (1985); Fallon, A. et al., (1987) ’Applications of HPLC in Biochemistry ’in: Laboratory Techniques in Biochemistry and Molecular Biology, vol. 17; Rehm et al. (1993) Biotechnology, vol. 3, Chapter III: ’Product recovery and purification’, page 469−714, VCH: Weinheim; Belter, P.A. et al. (1988) Bioseparations: downstream processing for biotechnology, John Wiley and Sons; Kennedy, J.F. and Cabral, J.M.S. (1992) Recovery processes for biological materials, John Wiley and Sons; Shaeiwitz, J.A. and Henry, J.D.(1988) Biochemical separations, in: Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry, vol. B3, Chapter 11, page 1−27, VCH: Weinheim; and Dechow, F.J. (1989) Separation and purification techniques in biotechnology, Noyes Publications参照)を含む。
【0153】
最終発酵生成物の測定に加えて、所望の化合物の生産に使用された代謝経路の他の成分、例えば中間体、副産物を、化合物の製造の効率を決定するために解析することもできる。解析法は、媒体中の栄養剤(例えば砂糖、炭化水素、窒素源、ホスファートおよび他のイオン)のレベルの測定、バイオマス組成物と成長の測定、通常の生合成経路の代謝物の製造の解析、発酵の間に生成したガスの測定を含む。これらの測定のための標準的な方法は、Applied Micro Physiology, A Practical Approach, P.M. Rhodes and P.F. Stanbury, eds., IRL Press, p. 103−129; 131−163; and 165−192 (ISBN: 0199635773) および引用文献に概説してある。
【0154】
実施例10:C.glutamicum培養からの所望の製造物の精製
C.glutamicum細胞からまたは上述の培養物の上澄みからの所望の製造物の回収は、周知の種々の方法により行なうことができる。所望の製造物が細胞から隠されていない場合、細胞を培養物から低速遠心分離により回収することができ、細胞を機械的力または超音波のような標準的な方法で溶解することができる。細胞の破片を遠心分離で取り除き、可溶性タンパク質を含む上澄み画分を所望の化合物のさらなる精製のために保持する。製造物がC.glutamicum細胞から隠されている場合、細胞を培養物から低速遠心分離により取り除き、上澄み画分をさらなる精製のために保持する。
【0155】
双方の精製法からの上澄み画分を、適当なレジンであって、所望の分子がクロマトグラフィーレジンに保持され、サンプル中の多くの不純物が保持されないか、または不純物がレジンにより保持され、サンプルが保持されないようなレジンを用いたクロマトグラフィーで処理する。このようなクロマトグラフィーの工程は、必要に応じて、同じまたは異なるクロマトグラフィーレジンを用いて繰り返すことができる。当業者は、適当なクロマトグラフィーレジンの選択と、精製される特別の分子への最も効率的な適用に精通しているであろう。精製された製造物はろ過または限外ろ過により濃縮し、製造物の安定性が最も大きくなる温度で保存することができる。
【0156】
広い範囲の精製法が周知であり、前述した精製法は範囲の減縮を意味しない。このような精製法が、例えば Bailey, J.E. & Ollis, D.F. Biochemical Engineering Fundamentals, McGraw−Hill: New York (1986)に記載されている。
【0157】
単離した化合物の同定と純度が、先行技術で標準的な方法で評価される。これらは、高速液体クロマトグラフィー(HPLC)、分光学的方法、染色法、薄層クロマトグラフィー、NIRS、酵素的または微生物学的アッセイを含む。このような解析方法は、Petek et al. (1994) Appl. Environ. Microbiol. 60: 133−140; Malakhova et al.(1996) Biotekhnologiya 11: 27−32; and Schmidt et al. (1988) Bioprocess Engineer. 19: 67−70. Ulmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry, (1996) vol. A27, VCH: Weinheim, p. 89−90, p. 521−540, p.540−547, p. 559−566, 575−581 and p. 581−587; Michal, G. (1999) Biochemical Pathways: An Atlas of Biochemistry and Molecular Biology, John Wiley and Sons; Fallon, A. et al. (1987) Applications of HPLC in Biochemistry in: Laboratory Techniques in Biochemistry and Molecular Biology, vol. 17に記載されている。
【0158】
実施例11:本発明の遺伝子配列の解析
配列の比較と、2個の配列の間の相同性の百分率の決定は、公知の技術であり、数学的アルゴリズム、例えばKarlin and Altschul (1990) Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 87: 2264−68のアルゴリズムで、Karlin and Altschul (1993) Proc. Natl. Acad. Sci. USA 90: 5873−77に記載のように変形されたものなどを使用して行なうことができる。このようなアルゴリズムは、Altschul, et al. (1990) J. Mol. Biol. 215: 403−10のNBLASTおよびXBLASTプログラム(バージョン2.0)に組み入れられている。BLASTヌクレオチド探索は、NBLASTプログラム、スコア=100、語長=12によって、本発明のMCT核酸分子に対するヌクレオチド配列の相同性を得るために行なうことができる。BLASTタンパク質探索は、XBLASTプログラム、スコア=50、語長=3によって、本発明のMCTタンパク質分子に対するアミノ酸配列の相同性を得るために行なうことができる。比較の目的で、間隙のあけられたアライメントを得るために、ギャップドBLASTをAltschul et al., (1997) Nucleic Acids Res. 25(17):3389−3402に記載のように使用することができる。BLASTおよびギャップドBLASTプログラムの使用に際して、当業者はプログラム(例えばXBLASTおよびNBLAST)のパラメーターの、解析される特定の配列のための最適化の方法についてよく知っている。
【0159】
配列の比較に使用される数学的アルゴリズムの他の例は、Meyers とMiller ((1988) Comput. Appln. Biosci. 4: 11−17)のアルゴリズムである。このようなアルゴリズムは、GCGシーケンスアライメントソフトウェアパッケージの一部であるALIGNプログラム(バージョン2.0)に組み入れられている。ALIGNプログラムをアミノ酸配列の比較のために使用する場合、PAM120重量残渣表、12のギャップ長さペナルティー、4のギャップペナルティーを使用することができる。さらに配列解析に使用されるアルゴリズムが公知であり、ADVANCEおよびADAM(Torelli and Robotti (1994) Comput. Appl. Biosci. 10:3−5に記載)および FASTA( Pearson and Lipman (1988) P.N.A.S. 85:2444−8に記載)を含む。
【0160】
2本のアミノ酸配列の間の相同性の百分率は、GCGソフトウェアパッケージ中のGAPプログラム(http: //www.gcg.comで入手可能)を用い、Blosum62マトリックスまたはPAM250マトリックスのいずれか、12、10、8、6、または4の間隙重さ、2、3または4の長さ重さを用いて行なうことができる。2本の核酸配列の間の相同性の百分率は、標準的なパラメーター、例えば間隙重さが50、および長さ重さが3などを用いて、GCGソフトウェアパッケージ中のGAPプログラムを用いて決定することができる。
【0161】
本発明の遺伝子配列と、遺伝子バンクに存在する配列の比較解析が先行技術において公知の技術を用いて行なわれた(例えばBexevanis and Ouellette, eds. (1998) Bioinformatics: A Practical Guide to the Analysis of Genes and Proteins. John Wiley and Sons: New York参照)。本発明の遺伝子配列が、遺伝子バンクに存在する遺伝子と、3段階の工程で比較された。第一段階で、遺伝子バンクに存在するヌクレオチド配列に対する本発明の配列の各々について、BLASTN解析(例えばローカルアライメント解析)が行なわれた。最初にヒットした500個についてさらに解析が続けられた。次いでFASTA探索(例えば、結合されたローカルおよびグローバルアライメント解析で、配列の限定された領域を整列させる)が、これらの500個について行われた。各々の本発明の遺伝子配列は次いで全体的に、FASTAの頭の3個のヒットの各々について、GCGソフトウェアパッケージ中のGAPプログラムを用いて(標準的なパラメーターを使用して)整列させられる。正しい結果を得るために、遺伝子バンクから抽出された配列の長さは、周知の方法により質問の配列の長さに調整された。この解析の結果は、表4にまとめられている。得られた結果は、遺伝子バンクの参照の各々と比較した本発明の遺伝子の各々においてGAP(グローバル)解析を単独で行なったときに得られるであろう結果と一致したが、このようなデータベースを広げて行なったGAP(グローバル)解析と比較して明らかに計算時間が短縮された。切り捨て値を上回るアライメントが得られなかった本発明の配列を、アライメントの情報なく表4に示した。表4に、’%相同性(GAP)’の見出しで記載されたGAPアライメント相同性百分率は、’,’は小数点を表すヨーロッパの数の形式で、並べられているということは、当業者によってさらに理解されるであろう。例えば、このカラム中の’40,345’の値は、40.345%を表す。
【0162】
実施例12:DNAマイクロアレイの構築と操作
本発明の配列を追加で、DNAマイクロアレイ(デザイン、方法論、DNAアレイの使用は周知であり、例えばSchena, M. et al. (1995) Science 270: 467−470; Wodicka, L. et al. (1997) Nature Biotechnology 15:1359−1367; DeSaizieu, A. et al. (1998) Nature Biotechnology 16: 45−48; and DeRisi, J.L. et al. (1997) Science 278: 680−686に記載されている。)の構築と適用に使用することができる。
【0163】
DNAマイクロアレイは、ニトロセルロース、ナイロン、ガラス、シリコーンまたは他の材料からなる固体または柔軟性のある支持体である。核酸分子を、注文された方法で表面に取り付けることができる。適当なラベリングのあと、他の核酸または核酸混合物を固定された核酸分子にハイブリダイズすることができ、限定された領域でハイブリダイズされた分子の個々の信号強度を検知し、測定するためにラベルを使用することができる。この方法論は、適用された核酸サンプルまたは混合物中のすべてあるいは選択された核酸の相対量または絶対量を同時に定量化することを可能にする。このためDNAマイクロアレイは、並行して多数の(6800以上)核酸の発現を解析することを可能とする(Schena, M. (1996) BioEssays 18(5): 427−431参照)。
【0164】
本発明の配列は、ポリメラーゼ連鎖反応のような核酸増幅反応によって、1種以上のC.glutamicum遺伝子の限定された領域を増幅することができるオリゴヌクレオチドプライマーの設計に使用することができる。5’または3’オリゴヌクレオチドプライマーあるいは適当なリンカーの選択と設計は、上述の支持媒体(例えばSchena, M. et al. (1995) Science 270: 467−470にも記載されている。)の表面に対する、得られたPCR産物の共有結合を可能とする。
【0165】
核酸マイクロアレイは、Wodicka,L.et al.(1997) Nature Biotechnology 15:1359−1367に記載されたようにその場のオリゴヌクレオチド合成によっても構築することができる。写真平板法により、マトリックスの正確に限定された領域が露光される。光不安定な保護基はこれによって活性化され、ヌクレオチド付加が進行し、一方光からマスクされた領域はいかなる修飾も進行しない。続く保護と光活性化のサイクルは、限定された位置における異なったオリゴヌクレオチドの合成を可能とする。小さい、限定された本発明の遺伝子の領域は、マイクロアレイ上で、固相オリゴヌクレオチド合成により合成することができる。
【0166】
ヌクレオチドのサンプルまたは混合物の中に存在する本発明の核酸分子は、マイクロアレイに対してハイブリダイズすることができる。これらの核酸分子は標準的な方法でラベルすることができる。要するに、核酸分子(例えば、mRNA分子またはDNA分子)は、例えば、逆転写またはDNA合成の間、放射性同位元素によりまたは蛍光によりラベルされたヌクレオチドの組み込みによりラベルされる。ラベルされた核酸のマイクロアレイに対するハイブリダイゼーションは、例えば Schena, M. et al. (1995) supra; Wodicka, L. et al. (1997), supra; and DeSaizieu A. et al (1998), supraに記載されている。ハイブリダイズされた分子の検出と定量化は、特定の組み込まれたラベルにより行なわれる。放射性のラベルは例えばSchena, M. et al. (1995) supraに記載されたように検出することができ、蛍光ラベルは例えばShalon et al. (1996) Genome Research 6: 639−645の方法により検出することができる。
【0167】
本発明の配列のDNAマイクロアレイ技術に対する適用は、上述したように、C.glutamicumまたは他のCorynebacteriaの異なった株の比較解析を可能とする。例えば、個々の転写の特徴に基づく内部株の変種の研究および特定するために重要な遺伝子の同定および/または所望の株の特性、例えば病原性、生産性、およびストレス寛容などの同定は、核酸アレイ方法論により促進される。発酵反応の進行の間の、本発明の遺伝子の発現の特徴の比較は、核酸アレイ技術を用いることで可能である。
【0168】
実施例13:細胞タンパク質ポピュレーションの動力学的解析(プロテオミクス)
本発明の遺伝子、組成、方法は、タンパク質のポピュレーションの相互作用および動力学(プロテオミクスと定義する)の研究に適用することができる。注目のタンパク質ポピュレーションは、C.glutamicum(例えば他の生物のタンパク質ポピュレーションと比較して)、特定の環境または代謝条件下(例えば高いまたは低い温度で、または高いまたは低いpHでの発酵の間)で活性なタンパク質または特定の成長および発達の相の間に活性なタンパク質の総タンパク質ポピュレーションを含むが、これに限定されない。
【0169】
タンパク質ポピュレーションは、種々の周知の技術、例えばゲル電気泳動などにより解析することができる。細胞タンパク質は、例えば細胞溶解または抽出により得られ、種々の電気泳動技術を用いて互いに分離することができる。ドデシル硫酸ナトリウムポリアクリルアミドゲル電気泳動(SDS−PAGE)は、タンパク質をその分子量に基づいて大部分分離する。等電点のポリアクリルアミドゲル電気泳動(IEF−PAGE)は、タンパク質をその等電点(アミノ酸配列を反映するのみならずタンパク質の後翻訳修飾も反映する)により分離する。他の、さらに好ましいタンパク質解析の方法は、2−D−ゲル電気泳動(例えばHermann et al. (1998) Electrophoresis 19: 3217−3221; Fountoulakis et al. (1998) Electrophoresis 19: 1193−1202; Langen et al. (1997) Electrophoresis 18: 1184−1192; Antelmann et al. (1997) Electrophoresis 18: 1451−1463に記載されている)として知られるIEF−PAGEとSDS−PAGEの連続する組み合わせである。他の分離技術、例えばキャピラリーゲル電気泳動などもタンパク質の分離に利用することができ、このような技術は、周知である。
【0170】
これらの方法論により分離されたタンパク質は、標準的な技術、例えば染色またはラベリングにより可視化することができる。適当な染色は公知であり、Coomassie ブリリアントブルー、銀染色、蛍光染料、例えばSypro Ruby(Molecular Probes)を含む。C.glutamicumの媒体中にある、放射性物質によりラベルされたアミノ酸またはその他のタンパク質前駆体(例えば35S−メチオニン、35S−システイン、14C−ラベルされたアミノ酸、15N−アミノ酸、15NOまたは15NH またはC13ラベルされたアミノ酸)の含有物は、分離に先立ってこれらの細胞からタンパク質をラベルすることを可能とする。同様に、蛍光ラベルを使用することができる。これらのラベルされたタンパク質は、抽出され、単離され、前述した技術に従って分離される。
【0171】
これらの技術により可視化されたタンパク質はさらに、使用された染料またはラベルの量を測定することにより解析することができる。得られたタンパク質の量は、定量的に、例えば光学的方法を用いて決定することができ、同様のゲルまたは他のゲル中の他のタンパク質の量と比較することができる。ゲル上のタンパク質の比較は、例えば光学的比較、分光学的、ゲルのイメージスキャンおよび解析、または写真フィルムおよびスクリーンの使用を通じて行なうことができる。このような技術は周知である。
【0172】
得られたタンパク質を同定するために、直接シーケンスまたは他の標準的な技術を使用することができる。例えば、N−および/またはC末端アミノ酸シーケンス(例えばエドマン分解)を、マススペクトロメトリー(特にMALDIまたはESI技術(例えばLangen et al. (1997) Electrophoresis 18: 1184−1192参照))として使用することができる。ここで提供されたタンパク質配列を、これらの技術によりC.glutamicumタンパク質の同定のために使用することができる。
【0173】
これらの方法により得られた情報は、タンパク質の存在、活性、種々の生物学的条件(例えば、異なった生物、発酵の時点、媒体条件、または異なったビオトープ、その他)からの異なったサンプルの間の修飾の様式の比較に使用することができる。このような実験から単独で、または他の技術との組み合わせにより得られたデータは、様々な適用、例えば与えられた(例えば代謝的)状況にある種々の生物の挙動の比較、ファインケミカルを産出する株の生産性の上昇、またはファインケミカルの製造の効率の上昇などに使用することができる。
【0174】
同等物
当業者は、わずかの型にはまった実験を用いて、ここに記載された発明の特定の態様に対する多くの同等物を認識するか、確認することができるであろう。このような同等物は、請求の範囲に含まれる。[0001]
[Related application]
This application is based on priority of US provisional application Ser. No. 60 / 141,031 filed on Jun. 25, 1999. Further, the present application relates to German Patent Application No. 19931454.3 filed on Jul. 8, 1999, German Patent Application No. 19931478.0 filed on Jul. 8, 1999, and German Patent Application No. filed on Jul. 8, 1999. German Patent Application No. 19932122.1, filed on Jul. 9, 1999 German Patent Application No. 19932124.8, filed on Jul. 9, 1999, filed on Jul. 9, 1999 German Patent Application No. 199 32125.6, filed Jul. 9, 1999, German Patent Application No. German Patent Application No. 19933218.0, filed on July 9, 1999, German Patent Application No. 199322180.9, filed on July 9, 1999, German Patent Application No. 199,312,82.5, filed July 9, 1999 German Patent Application No. 199332190.6, filed on Jul. 9, 1999 German Patent Application No. 19932191.4, filed on Jul. 9, 1999 German Patent Application No. 19932209.0, Jul. 1999 German Patent Application No. 19933222.0 filed on May 9, German Patent Application No. 1993227.9 filed on Jul. 9, 1999, German Patent Application No. 1993228.7 filed on Jul. 9, 1999 German Patent Application No. 1993229.5, filed on Jul. 9, 1999, German Patent Application No. Patent Application No. 19932230.9, filed on July 14, 1999 German Patent Application No. 19932927.3, filed on July 14, 1999 German Patent Application No. 19933005.0, July 1999 German Patent Application No. 19933006.9 filed on the 14th, German Patent Application No. 199407764.9 filed on August 27, 1999, German Patent Application No. 199407765.7 filed on August 27, 1999, German Patent Application No. 199 40 766.5 filed on Aug. 27, 1999, German Patent Application No. 199 40830.0 filed on Aug. 27, 1999, German Patent Application No. 199 40831.9 filed on Aug. 27, 1999 Patent Specification, filed Aug. 27, 1999, German Patent Application No. 19940832.7 German Patent Application No. 199 40833.5 filed on Aug. 27, 1999, German Patent Application No. 1941378.9 filed on Aug. 31, 1999, German Patent Application No. 19941379.7 filed on Aug. 31, 1999 German Patent Application No. 19941395.9, filed on Sep. 3, 1999 German Patent Application No. 19942077.7, filed on Aug. 31, 1999, German Patent Application No. No. 19942078.5, German Patent Application No. 19942079.3 filed on Sep. 3, 1999 and German Patent Application No. 19942088.2 filed on Sep. 3, 1999 are the priority basis. The entire contents of the above application are incorporated herein by reference in their entirety.
[0002]
[Background of the Invention]
Products and by-products from natural metabolic processes in cells are used in a variety of industries, including the food, feed, cosmetics and pharmaceutical industries. Collectively called "fine chemicals," these molecules include organic acids, amino acids of protein and non-protein sources, nucleic acids, nucleosides, lipids and fatty acids, diols, carbohydrates, aromatic compounds, vitamins, cofactors (cofactors). ) And enzymes. These productions are most conveniently performed by large-scale cultivation of bacteria developed to produce and secrete large quantities of the desired molecule. One particularly useful organism for this purpose is the gram-positive, non-pathogenic bacterium Corynebacterium glutamicum (Corynebacterium glutamicum). By selecting strains (species), a number of mutant strains have been developed which produce a range of desired compounds. However, selecting an improved strain for the production of a particular molecule is a time-consuming and difficult task.
[0003]
[Summary of the Invention]
According to the present invention, a novel bacterial nucleic acid molecule is provided and used for various purposes. Examples of applications include identification of microorganisms used to produce fine chemicals, C.I. B. Fine chemical production regulation in G. glutamicum or related bacteria; C. glutamicum or related bacteria classification or identification; Use as a reference point for generating a glutamicum genome map, and as a marker for transformation. These novel nucleic acid molecules encode proteins referred to herein as membrane constituent (synthetic) and membrane transport (MCT) proteins.
[0004]
C. Glutamicum is a gram-positive aerobic bacterium and is commonly used in the industrial sector for the mass production of various fine chemicals and for the degradation of hydrocarbons (eg in petroleum) and the oxidation of terpaids. Modulation of the expression of the MCT nucleic acid molecule of the invention or modification of the sequence of the MCT nucleic acid molecule modulates the production of one or more fine chemicals obtained from the microorganism (eg, Corynebacterium or Brevibacterium). ) To enhance the termination or production of one or more fine chemicals from the seed).
[0005]
The MCT nucleic acids of the invention can be used to identify Corynebacterium glutamicum or microorganisms closely related thereto, or to C. elegans in a mixed population of microorganisms. Used to recognize the presence of glutamicum or a microorganism closely related thereto. The present invention relates to a number of C.I. The present invention provides a sequence of the nucleic acid of the G. glutamicum gene, which is capable of extracting genomic DNA extracted from a single culture of microorganisms or a mixed population culture of microorganisms under stringent conditions. The detection is performed by spanning a probe region specific to Glutamicum to evaluate whether or not the target organism exists. Corynebacterium glutamicum itself is nonpathogenic, but is associated with pathogenic species in humans, such as Corynebacterium diphtheria (causative agent of diphtheria). Therefore, detection of such microorganisms has important clinical relevance.
[0006]
The MCT nucleic acid molecule of the present invention comprises C.I. It also acts as a reference point for chromosomal mapping of the glutamicum genome or the genome of a related microorganism.
[0007]
Similarly, these molecules, variants or parts thereof, also act as genetically engineered Corynebacterium or Brevibacterium species markers.
[0008]
The MCT proteins encoded by the novel nucleic acid molecules of the present invention function, for example, with respect to the metabolism (eg, biosynthesis or degradation) of compounds required for membrane (membrane) biosynthesis, It is possible to help transport.
The effectiveness of the cloning vector used in Corynebacterium glutamicum is described, for example, in Sinskey et al., US Pat. No. 4,649,119, C.I. G. glutamicum and related Brevibacterium species (eg, lactofermentum) genetic replication techniques (eg, lactofermentum) (Yoshihama et al., J. Bacteriol. 162: 591-597 (1985); Katsumata et al., J. Bacteriol. -311 (1984); and Santamaria et al., J. Gen. Microbiol. 130: 2237-2246 (1984)). The nucleic acid molecules of the present invention may be used for genetic manipulation of this organism, thereby improving the production or more efficient production of one or more fine chemicals. The production of fine chemicals and the improvement of production efficiency may be a direct effect or an indirect effect by manipulating the gene of the present invention.
[0009]
When the modified protein was introduced and the MCT protein of the present invention was modified (changed), C.I. The yield, production and / or production efficiency of the fine chemical obtained from the glutamicum strain may be directly affected. The MCT protein that releases fine chemicals from such cells has been improved in number or activity, and is capable of secreting large amounts of compounds into the extracellular medium and recovering them from the culture medium more than before. Easy. Similarly, those MCT proteins involved in the uptake of nutrients required for the biosynthesis of one or more fine chemicals (eg, phosphate compounds, sulfate compounds, nitrogen compounds, etc.) have been improved in number and activity, and It is also possible to increase the intracellular concentration of precursors, cofactors or intermediate products. In addition, while fatty acids and lipids are important fine chemicals, the activity or activity of one or more of the MCT proteins of the invention involved in the biosynthesis of these compounds may be optimized or increased, or By reducing the effects of one or more MCR proteins associated with degradation, C.I. It is also possible to improve the yield, production and / or production efficiency of glutamicum-derived fatty acids and lipid molecules.
[0010]
By mutating one or more MCT genes of the present invention, C.I. It is also possible to produce MCT proteins with altered activity that indirectly affect the production of one or more desired fine chemicals derived from Glutamicum. For example, normal metabolic excretion in cells, which may increase in quantity due to overproduction of the desired fine chemicals, may adversely affect nucleotides and proteins in the cell (decrease cell viability) Books involved in the release of excreta so that they can be efficiently released from cells before disrupting the fine chemical biosynthetic pathway (which may reduce the yield, production or production efficiency of the desired fine chemical). The number or activity of the MCT proteins of the invention may be increased. Furthermore, if the intracellular mass of the desired fine chemical is relatively large, this may have a toxic effect on the cells, so that a transporter capable of releasing these compounds from the cells may be used. By increasing the activity or the number, it is possible to increase the viability of the cells in the culture and obtain a large number of cells in the culture for producing the desired fine chemical. The MCT proteins of the present invention can also be engineered to provide relative amounts of various lipid and fatty acid molecules. Since lipids have different physical properties for each type, changing the lipid composition in the membrane significantly changes the fluidity of the membrane. Changes in membrane fluidity affect the transport of molecules across the membrane and the integrity of the cell, both of which affect C. elegans in large-scale fermentation cultures. It has a significant impact on the production of fine chemicals derived from glutamicum.
[0011]
According to the present invention, C.I. A novel nucleic acid molecule encoding a protein capable of participating in metabolism of a compound necessary for the synthesis of a cell membrane in Glutamicum, that is, an MCT protein is provided. As used herein, a nucleic acid molecule encoding an MCT protein is referred to as an MCT nucleic acid molecule. In a preferred embodiment, the MCT protein is C. It is involved in the metabolism of compounds required for the synthesis of cell membranes in Glutamicum, or the transport of molecules across this membrane. Examples of such proteins include those encoded by the genes listed in Table 1.
[0012]
The present invention further relates to isolated nucleic acid molecules (eg, cDNA, DNA, RNA) comprising nucleotide sequences encoding MCT proteins or biologically active proteins thereof, and nucleic acids encoding MCTs (eg, DNA Or nucleic acid fragments suitable as primers or hybridization probes for the detection or amplification of mRNA). In a particularly preferred embodiment, the isolated nucleic acid molecule is an odd sequence of SEQ ID NO in the sequence listing (eg, SEQ ID NO: 1, SEQ ID NO: 3, SEQ ID NO: 5, SEQ ID NO: 5). 7), SEQ ID NO: NO, SEQ ID NO: 5, SEQ ID NO: 5, SEQ ID NO: 7, SEQ ID NO: 5, SEQ ID NO: 7 ...) or any of the nucleotide sequences represented by these coding sequences or complementary regions in such nucleotide sequences. In another particularly preferred embodiment, the isolated nucleic acid molecule of the invention comprises an odd number of SEQ ID NO in the sequence listing (eg, SEQ ID NO: 1, SEQ ID NO: 3, SEQ ID NO: 5, SEQ ID NO: 7 ...) or hybridizes to at least about 50%, preferably at least about 60%, more preferably at least about 70%, 80% or 90%, and more. Preferably, it comprises about 95%, 96%, 97%, 98%, or more than 99% homologous nucleotide sequences or portions thereof. In a preferred embodiment, the isolated nucleic acid molecule is represented by an even number SEQ ID NO (eg, SEQ ID NO: 2, SEQ ID NO: 4, SEQ ID NO: 6, SEQ ID NO: 8 ...). Encoding any of the amino acid sequences identified. This preferred MCT protein preferably has at least one of the MCT activities described herein.
[0013]
In other embodiments, the isolated nucleic acid molecule encodes a protein or a portion of a protein, wherein the protein or portion thereof has an amino acid sequence of the invention (eg, an even SEQ ID NO in the sequence listing). ID NO), for example, an amino acid sequence that is sufficiently homologous to a protein or a portion thereof to maintain MCT activity. The protein encoded by the above-described nucleic acid or a part thereof is C.I. Preferably, Glutamicum retains its ability to participate in the metabolism of compounds necessary for the formation of the cell membrane or the transport of molecules across the membrane. In a preferred embodiment, the protein encoded by the nucleic acid molecule has at least about 50% of the amino acid sequence of the invention (eg, the entire amino acid sequence selected from the even SEQ ID NO sequence in the sequence listing), Preferably, they are at least about 60%, more preferably at least about 70%, 80% or 90%, and more preferably about 95%, 96%, 97%, 98% or 99% or more homologous. In another preferred embodiment, the protein is a C. cerevisiae substantially homologous to the entire amino acid sequence of the invention. Glutamicum protein (encoded by an open reading frame corresponding to an odd number of SEQ ID NO in the sequence listing (eg, SEQ ID NO: 1, SEQ ID NO: 3, SEQ ID NO: 5, SEQ ID NO: 5, SEQ ID NO: 5) : 7 ...).
[0014]
In another preferred embodiment, the isolated nucleic acid molecule is C.I. A protein derived from Glutamicum and containing a biologically active domain at least about 50% homologous to any of the amino acid sequences of the present invention (eg, any of the even SEQ 数 ID NO sequences in the sequence listing) (Eg, an MCT fusion protein), and It has the ability to participate in the metabolism of compounds required for the construction of the cell membrane of Glutamicum, or the transport of molecules across this membrane, or has one or more of the activities listed in Table 1. The nucleic acid molecule in this case also includes a heterologous polypeptide or a heterologous nucleic acid sequence encoding a regulatory region.
[0015]
In another embodiment, the isolated nucleic acid molecule is at least 15 nucleotides in length, and the nucleic acid molecule hybridizes under stringent conditions to a nucleic acid molecule comprising a nucleotide sequence of the invention (eg, an odd number in the sequence listing). Sequence of SEQ ID NO). Preferably, the isolated nucleic acid molecule corresponds to a naturally occurring nucleic acid molecule. The isolated nucleic acid can be a naturally occurring C. aureus. More preferably, it encodes the glutamicum MCT protein or a biologically active part thereof.
[0016]
In addition, the present invention includes vectors, such as recombinant expression vectors containing a nucleic acid molecule of the present invention, and host cells into which such vectors have been incorporated. In one embodiment, the host cells are used to produce the MCT protein by culturing such host cells in a suitable medium. The MCT protein thus produced is isolated from the medium or host cells.
[0017]
Further, the invention includes genetically altered microorganisms into which the MCT gene has been introduced or altered. In one embodiment, the genome of the microorganism has been altered by introducing a nucleic acid molecule of the invention encoding a wild-type or mutant MCT sequence as a transgene. In another embodiment, the endogenous MCT gene in the genome of the microorganism is modified by homologous recombination with the modified MCT gene, eg, functionally disrupted. In another embodiment, the endogenous or derived MCT gene in the microorganism encodes a functional MCT protein despite being altered by one or more point mutations, deletions, or inversions. . In yet other embodiments, one or more regions (eg, promoter, repressor, inducer) of the microbial MCT gene are altered such that expression of the MCT gene is regulated (eg, deletion, truncation, Inversion, point mutation). The microorganism preferably belongs to the genus Corynebacterium or Brevibacterium, and more preferably belongs to Corynebacterium glutamicum. In a preferred embodiment, the microorganism is preferably used for the production of a desired compound, for example an amino acid, especially lysine.
[0018]
Furthermore, the present invention provides a method for recognizing the presence or activity of Corynebacterium diphtheriae. The method includes detecting from a sample (subject / patient) one or more of the nucleic acid or amino acid sequence of the present invention (eg, the sequence shown in SEQ ID NO: 1 to 676 in the sequence listing) in the subject; Thereby, the presence or activity of Corynebacterium diphtheria in the subject is detected.
[0019]
The invention also includes an isolated MCT protein or a portion thereof, eg, a biologically active portion. In a preferred embodiment, the isolated MCT protein, or a portion thereof, is isolated from C. elegans against chemically or environmentally hazardous conditions. It has the ability to improve the resistance of glutamicum. In another preferred embodiment, the isolated MCT protein or a portion thereof is C. It is involved in the metabolism of compounds required for the formation of the cell membrane of glutamicum, or the transport of molecules across this membrane. In another preferred embodiment, the isolated MCT protein, or a portion thereof, is derived from the amino acid sequence of the invention (e.g., even SEQ ID NO: It is preferably homologous to the extent that it maintains the ability of Glutamicum to participate in the metabolism of compounds required for the formation of cell membranes or the transport of molecules across this membrane.
[0020]
Further, according to the present invention, there is provided a method for producing an isolated MCT protein. In a preferred embodiment, the MCT protein comprises an amino acid sequence of the invention (eg, an even SEQ 数 ID NO sequence in the sequence listing). In another preferred embodiment, the present invention relates to the entire amino acid sequence of the present invention (for example, the sequence of even SEQ 数 ID NO in the sequence listing) (open reading frame indicated by the odd SEQ ID NO in the sequence listing). (Encoded) substantially homologous to the isolated protein. In yet another embodiment, the protein comprises at least 50%, preferably at least 60%, more preferably at least 70%, based on the amino acid sequence of the invention (eg, the even SEQ ID NO sequence in the sequence listing). 80% or 90%, and more preferably at least about 95%, 96%, 97%, 98% or more than 99% homologous. In another preferred embodiment, the isolated MCT protein is at least about 50% or more homologous amino acid sequence to any of the amino acid sequences of the invention (eg, any of the even SEQ 数 ID NO sequences in the Sequence Listing). And C.I. It is capable of participating in the metabolism of compounds required for the construction of the cell membrane of Glutamicum, or the transport of molecules across this membrane, or having one or more of the activities listed in Table 1.
[0021]
Further, the isolated MCT protein may be encoded by, for example, a nucleotide sequence that hybridizes under stringent conditions to any of the even SEQ ID NO NO nucleotide sequences listed in the sequence listing, or at least about 50%, Amino acid sequence encoded by a nucleotide sequence that is preferably at least about 60%, more preferably at least about 70%, 80%, 90%, more preferably at least about 95%, 96%, 97%, 98% or more than 99% homologous May be included. Preferably, the MCT protein is one having one or more of the MCT biological activities described herein.
[0022]
The MCT polypeptide, or a biologically active portion of the peptide, cooperates with the non-MCT polypeptide to form a fusion protein. In a preferred embodiment, the fusion protein has a different activity than the MCT protein alone. In another preferred embodiment, the fusion protein is C. It is involved in the metabolism of compounds required for the formation of the cell membrane of glutamicum, or the transport of molecules across this membrane. In a particularly preferred embodiment, the production of the desired compound from the cell is modulated by introducing the fusion protein into a host cell.
[0023]
In addition, the present invention screens for molecules that modulate the activity of the MCT protein by interacting with the protein itself, the substrate or the binding target of the MCT protein, or by modulating the transcription or translation of the MCT nucleic acid molecule of the present invention. Provide a method.
[0024]
Further, the present invention includes a method for producing a fine chemical. In this method, cells containing a vector that controls the expression of the MCT nucleic acid molecule of the present invention are cultured, thereby producing a fine chemical. According to a preferred embodiment, the method includes the step of obtaining a cell containing such a vector, in which the vector governing MCT nucleic acid expression is transferred to the cell. In another preferred embodiment, the method further comprises recovering the fine chemical obtained from the culture. In a preferred embodiment, the cells are derived from a Corynebacterium or Brevibacterium species or are selected from the strains listed in Table 3.
[0025]
Furthermore, the method of the present invention includes a method for regulating the production of a molecule derived from a microorganism. In this method, a cell is contacted with an agent that modulates MCT protein activity or MCT nucleic acid expression to alter the activity associated with the cell relative to the activity without the agent. In this case, the cells may have more than one C.I. Preferably, the glutamicum resistance pathway is regulated or the transport of the compound across the membrane is regulated, thereby increasing the yield or production rate of the desired fine chemical by the microorganism. As an agent that modulates MCT protein activity, an agent that stimulates MCT protein activity or MCT nucleic acid expression can be used. Examples of agents that stimulate the activity of the MCT protein or the expression of the MCT nucleic acid include small molecules, active MCT protein, and nucleic acid introduced into cells encoding the MCT protein. Examples of agents that inhibit MCT activity or expression include small molecules, antisense MCT nucleic acid molecules.
[0026]
Further, the present invention provides a method for adjusting the yield of a desired compound from cells obtained by introducing a wild-type or mutant MCT gene, which is present on a separate plasmid or integrated into the genome of a host cell. including. The introduction when integrated into the genome may be random. It is also possible to perform homologous recombination such that the natural gene is replaced by the introduced copy. This produces the desired compound from the cells to be regulated. In a preferred embodiment, the yield is increased. Fine chemicals obtained in a particularly preferred embodiment are amino acids. It is particularly preferred that the amino acid is L-lysine.
[0027]
[Detailed description of the invention]
The present invention relates to C.I. MCT nucleic acid and protein molecules involved in the metabolism of cell membrane components of Glutamicum or the transport of molecules across this membrane are provided. The molecules of the present invention are C.I. It can be used to control the production of fine chemicals from microorganisms such as glutamicum. The regulation of the production of fine chemicals is directly controlled (for example, when the biosynthesis of fatty acids is overexpressed or optimized, the protein is directly linked to the yield, production and / or production efficiency of the modified C. glutamicum-derived fatty acids). Or the indirect effect that results in an increase in the yield, production and / or production efficiency of the desired compound (eg, when the metabolism of cell membrane components is regulated, the yield of cell membrane components , Manufacturing and / or manufacturing efficiency, thereby affecting the manufacture of one or more fine chemicals). The present invention will be described in more detail below.
[0028]
[1. Fine Chemical]
The term "fine chemical" refers to a molecule that, as is generally recognized, is produced from living organisms and used in various industries, such as, but not limited to, the pharmaceutical, agricultural, and cosmetic industries. Examples of such compounds include organic acids such as tartaric acid, itaconic acid, diaminopimelic acid, proteinogenic or non-proteinogenic amino acids, purine and pyrimidine bases, nucleosides, nucleotides (Kuninaka, A., (1996) Nucleotides and related compounds, p. 561-612, (discussed in Biotechnology Volume 6, Rehm et al., VCH, Ed., Weinheim, and references cited therein), lipids, saturated and unsaturated fatty acids (eg, arachidonic acid). , Diols (eg, propane diol and butane diol), carbohydrates (eg, hyaluronic acid and trehalose), aromatic compounds (eg, aromatic amines, vanillin and indigo), vitamins and Cofactors (Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, Vol. A27, "Vitamins", p. 443-613 (1996) VCH: Weinheim and references described therein, Ong, Nii, A.S. E. & Packer, L. al., (1995) "Nutrition, Lipids, Health, and Disease" Proceedings of the UNESCO / Confederation of Scientific and Technological Associations in Malaysia, and the Society for Free Radical Research-Asia (Malaysia, Penang smell (September 1-3, 1994), (1995)), enzymes, polyketides (Cane et al. (1998) Science 282: 63-68), and Gutcho (1983) Chemicals by Fermentation, Noyes Data Corporation, ISBN 508 0808. And all the other chemicals mentioned in the references cited therein, the metabolism and certain uses of these fine chemicals are described in detail below.
[0029]
A. Amino acid metabolism and usage
Since amino acids are the basic structural unit of any protein, they are important for the normal cellular function of all organisms. The term "amino acid" is conventionally known. There are 20 types of amino acids serving as protein sources, which have a role as a structural unit of a protein and are linked by peptide bonds. On the other hand, amino acids other than the original protein (100 types are known) are commonly found in proteins (see Ulmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, Vol. A2, p. 57-97 VCH: Weinheim (1985)). . The amino acid has a D- or L-optical configuration, and naturally occurring proteins usually have only L-amino acids. Each of the biosynthetic and degradation pathways of the twenty proto-amino acids has prominent features in both prokaryotic and eukaryotic cells (see, eg, Stryer, L. Biochemistry, 3rd edition, pp. 578-590, (1988)). . The essential amino acids (histidine, isoleucine, leucine, lysine, methionine, phenylalanine, threonine, tryptophan and valine) are so called because they are usually nutritionally essential components in complex biosynthesis, The biosynthetic pathway converts the remaining 11 "non-essential" amino acids (histidine, isoleucine, leucine, lysine, methionine, phenylalanine, threonine, tryptophan and valine). Higher animals retain the ability to synthesize some of these amino acids, but essential amino acids must be supplied from the diet, which results in normal protein synthesis.
[0030]
Apart from their function in protein synthesis, these amino acids are naturally important chemicals, many of which are used variously in the food, feed, chemistry, cosmetics, agriculture, and pharmaceutical industries. Lysine is nutritionally important not only in humans but also in monogastric animals such as poultry and pigs. Glutamate is the most commonly used flavor additive (sodium glutamate, MSG) and is widely used throughout the food industry as well as aspartate, phenylalanine, glycine and cysteine. Glycine, L-methionine and tryptophan are all used in the cosmetics industry. Glutamine, valine, leucine, isoleucine, histidine, arginine, proline, serine and alanine are used in both the pharmaceutical and cosmetic industries. Threonine, tryptophan and D / L methionine are common feed additives (Leuchtenberger, W., (1996) Amino aids-technical production and use, p. 466-502 (ed. By Rehm et al. (Ed.) Biotech. Vol., Chapter 14a, VCH: Weinheim) Additionally, these amino acids have been found to be used as synthetic amino acids and precursors to protein synthesis, including N-acetylcysteine, S-carboxymethyl- L-cysteine, (S) -5-hydroxytryptophan and (Ulmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, A2, p. 57-97, VCH: Wei There are other substances as set forth in heim 1985).
[0031]
Natural amino acids produced by organisms, such as bacteria, have remarkable characteristics (see bacterial amion biosynthesis and regulation thereof, Umberger, HE, (1978) Ann. Rev. Biochem. 47: 533-606). Glutamate is synthesized by reductive amination of α-ketoglutaric acid, an intermediate in the citric acid cycle. Next, glutamine, proline, and arginine are produced from glutamine, respectively. Serine biosynthesis consists of three steps starting from 3-phosphoglycerate (intermediate of glycolysis), and the amino acid is obtained through oxidation, transamination, and hydrolysis steps. Both cysteine and glycerin are produced from serine, the former by the condensation of homocysteine and serine, and the latter by the transfer of the side chain β-carbon atom to tetrahydrofolate in a reaction catalyzed by transhydroxymethylase. Manufactured.
[0032]
Phenylalanine and tyrosine are synthesized from precursors of the glycolytic and pentose phosphate pathways, erythrose 4-phosphate and phosphoenolpyruvate in a nine-step biosynthetic pathway that differs only in the last two steps after prephenate synthesis. Tryptophan is also made from these two major molecules, but the synthesis is by an 11-step route. Tyrosine can be synthesized from phenylalanine in a reaction catalyzed by phenylalanine hydroxylase. Alanine, valine and leucine are all biosynthetic products of pyruvate, the end product of glycolysis. Aspartate is produced from oxaloacetic acid, an intermediate in the citric acid cycle. Isoleucine is produced from threonine. Histidine is produced from the activated sugar 5-phosphoribosyl-1-pyrophosphate by a complex nine-step route.
[0033]
Amino acids in excess of that required for cellular protein synthesis degrade without storage and provide intermediates in the cell's major metabolic pathways (Stryer, L. Biochemistry, Third Edition, Chapter 21, "Amino Acid Degradation and the Urea Cycle "p. 495-516 (1988)). Although cells can convert unwanted amino acids into useful metabolic intermediates, synthetic amino acid synthesis is costly in energy, precursor molecules and required enzymes. That is, it is not surprising that amino acid biosynthesis is regulated by feedback inhibition, and the presence of a special amino acid decreases the production rate or completely stops the production (the feedback mechanism in the amino acid biosynthetic pathway is described by Ullman. 's Encyclopedia of Industrial Chemistry, "Vitamins", Vol. A27, p. 443-613, VCH: Weinheim, 1996). Therefore, the release of a particular amino acid is controlled by the abundance of that amino acid in the cell.
[0034]
B. Metabolism and use of vitamins, cofactors, and functional foods
Vitamins, cofactors, and functional foods contain other types of molecules, and organisms such as bacteria can easily synthesize them, but higher animals lose their ability to synthesize and must be consumed . These molecules are either biologically active substances themselves, or act as electron carriers and intermediates in various metabolic pathways. Apart from their nutritional value, these compounds have important industrial value as colorants, antioxidants, catalysts or other processing aids (for their structure, activity and industrial use, for example, See Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, Volume A27, "Vitamins", p. 443-613 (1996)). The term "vitamin" is as previously recognized, and this substance is necessary for the organism to perform its normal functions, but the organism itself contains nutrients that cannot be synthesized. Vitamins include cofactors and functional food compounds. The term cofactor usually includes non-proteinogenic compounds to obtain the required enzymatic activity. Such compounds may be organic or inorganic, but the cofactor molecule of the present invention is preferably organic. The term "functional food compound" includes supplements that benefit animal and plant health, especially animal health. Examples of such molecules are vitamins, antioxidants, and certain lipids (eg, polyunsaturated fatty acids).
[0035]
The biosynthesis of these substances in organisms capable of producing these substances, such as bacteria, has remarkable characteristics (Ullman's Encyclopedia of Industrial Chemistry, “Vitamins” Vol. A27, p. 443-613, VCH: Weinheim, 1996; Michal, G. (1999) Biochemical Pathways: An Atlas of Biochemistry and Molecule Biotechnology, Nihon University, Nik. "Nutrition, Lipids, Health, and Disease" Proceedings of the UN ESCO / Confederation of Scientific and Technological Associations in Malaya, and the Society for Free Radical Research Research, Asia, Pennsylvania, 1st to 3rd, Oc. .
[0036]
Thiamine (vitamin B1) Is produced by the chemical coupling of a pyrimidine and a thiazole moiety. Riboflavin (vitamin B2) Is synthesized from guanosine-5'-triphosphate (GTP) and ribose-5'-phosphate. Riboflavin is used for the synthesis of flavin mononucleotide (FMN) and flavin adenine dinucleotide (FAD). Collectively, "Vitamin B6All of the families of compounds referred to as "" (e.g., pyridoxine, pyridoxyamine, pyridoxa-5'-phosphate, and conventional pyridoxine hydrochloride) are derivatives of the general structural unit 5-hydroxy-6-methylpyridine. Pantothenate (pantothenic acid, (R)-(+)-N- (2,4-dihydroxy-3,3-dimethyl-1-oxobutyl) -β-alanine) is produced by either chemical synthesis or fermentation. . The final step in pantothenic acid biosynthesis is the ATP driven condensation of β-alanine and pantoic acid. Enzymes involved in the biosynthesis step in the conversion to pantoic acid or alanine and in the condensation to pantothenic acid are known. The metabolically active form of pantothenic acid is coenzyme A, which is obtained by a five-step biosynthesis by the enzyme. Pantothenic acid, pyridoxal-5'-phosphate, cysteine and ATP are precursors of coenzyme A. These enzymes not only catalyze the production of pantotanic acid, but also (R) -pantonic acid, (R) -pantolactone, (R) -panthenol (provitamin B5), pantethein (and derivatives thereof) and coenzymes A is also manufactured.
[0037]
Biotin biosynthesis from the precursor molecule, pimeloyl-CoA, in microorganisms has been studied in detail and several genes involved have been recognized. Many of the corresponding proteins have been shown to be involved in Fe cluster synthesis and are members of the nifS protein. Lipoic acid is derived from octanoic acid, acts as a coenzyme for energy metabolism, and forms part of the pyruvate dehydrogenase complex and the α-ketoglutarate dehydrogenase complex. Folate is a substance composed of all derivatives derived from folic acid, which is derived from L-glutaric acid, p-aminobenzoic acid and 6-methylpterin. The biosynthesis of folic acid and its derivatives has been studied in detail in certain microorganisms for the metabolic intermediates guanosine-5'-phosphate (GTP), L-glutaric acid and p-aminobenzoic acid.
[0038]
Corinoids such as cobalamin and especially vitamin B12) And porphyrins belong to a class of chemicals characterized by the tetrapyrrole ring system. Vitamin B12The biosynthesis of is so complex that it has not yet been fully characterized, but enzymes and substances related to this are known. Nicotinic acid (nicotinate) and nicotinamide are pyridine derivatives also called "niacin". Niacin is a precursor of the important coenzymes NAD (nicotinamide adenine dinucleotide) and NADP (nicotinamide adenine dinucleotide phosphate) and its reduced form.
[0039]
Mass production of these compounds is highly dependent on cell-free chemical synthesis. However, some of these chemicals, such as riboflavin, vitamin B6, Pantothenic acid and biotin are also produced by large-scale culture of microorganisms. Vitamin B12Is produced only by fermentation due to its complex synthesis. In vitro methods require considerable material and time, and are often expensive.
[0040]
C. Purine, pyrimidine, nucleoside and nucleotide metabolism and use
Purine and pyrimidine metabolism genes and their corresponding proteins are important targets for use in the treatment of disease and viral infection by tumors. The term "purine" or "pyrimidine" includes nitrogen-containing bases, which are building blocks for nucleic acids, coenzymes, and nucleotides. A "nucleotide" is a basic structural unit of a nucleic acid molecule and is composed of a nitrogen-containing base, a pentose (the sugar in the case of RNA is ribose, and in the case of DNA it is D-deoxyribose) and phosphate. You. A “nucleoside” is a molecule that acts as a precursor of a nucleotide and does not have the phosphate moiety of the nucleotide. By inhibiting the biosynthesis of these molecules or the metabolism of nucleic acid molecules, it is possible to inhibit the synthesis of RNA and DNA. For example, if such activity in cancer cells is inhibited, it is believed that the ability of cancer cells to divide and replicate can be inhibited. In addition, there are nucleotides that do not form nucleic acid molecules but act as energy sources (eg, AMP) or coenzymes (eg, FAD and NAD).
[0041]
Several documents describe methods of using these medicinal chemicals by affecting purine and / or pyrimidine metabolism (see, eg, Christopherson, RI and Lyons, SD, (1990) "Potent inhibitors of de novo pyrimidine and purine biosynthesis as chemotherapeutic agents." Med. Res. Reviews 10: 505-48. Studies of enzymes involved in purine and pyrimidine metabolism have focused primarily on the development of new drugs that are used, for example, as immunosuppressants or antiproliferatives (Smith, JL, (1995) "Enzymes in nucleotides"). Synthesis. "Curr. Opin. Struct. Biol. 5: 752-757; (1995) Biochem Soc. Transact. 23: 877-902). However, purines, pyrimidine bases, nucleosides and nucleotides can be used as intermediates in the biosynthesis of several fine chemicals (eg, thiamine, S-adenosylmethionine, folate or riboflavin) or as energy carriers for cells (eg, ATP or GTP). Or as a drug commonly used as a condiment (eg, IMP or GMP), or for multiple medical uses (eg, Kuninaka, A., (1996) Nucleotides and Related Compounds in Biotechnology Vol. 6, Rehm et al. VCH: Weinheim, p. 561-612). In addition, purines, pyrimidines, nucleosides and enzymes involved in nucleotide metabolism are also targeted, and chemicals for protecting crops, such as fungicides, herbicides and insecticides, are being developed.
[0042]
The metabolism of these compounds in bacteria has prominent features (see, for example, Zalkin, H. and Dixon, JE, (1992) "de novo purine nucleotide biosynthesis" (Progress in Nucleic Acid Medicine, Acidic Acid Medicine, Medical and Medical Sciences). Vol. 42, Academic Press, pp. 259-287; ). Phosphorus metabolism is an intensive study and is important for the normal functioning of cells: adverse effects on purine metabolism in higher organisms can lead to serious diseases such as gout. Guanosine-5'-monophosphate (GMP) or adenosine-5'-monophosphate (AMP) is produced from phosphoric acid through an intermediate compound inosine-5'-phosphate (IMP) through a plurality of steps, They rapidly produce triphosphates used as nucleotides, which are also used as energy sources, which are degraded to provide energy to various biosynthetic pathways in cells. .
[0043]
Pyrimidine biosynthesis is performed by the production of uridine-5'-monophosphate (UMP) from ribose-5-phosphate. This UMP is then converted to cytidine-5'-triphosphate (CTP). The deoxy form of all these nucleotides is achieved by a one-step reduction reaction of the nucleotide diphosphate ribose to the nucleotide diphosphate deoxyribose. These molecules may be involved in DNA synthesis in the phosphorylation reaction.
[0044]
D. Metabolism and use of trehalose
Trehalose is composed of two glucose molecules linked by an α, α-1,1 bond. Trehalose is used in the food industry for sweeteners, additives in dried or frozen foods, and for beverages. However, trehalose also has uses in the pharmaceutical, cosmetic, and biotechnology industries (eg, Nishimoto et al., (1998) US Patent No. 5,759,610, Singer, MA, and Lindquist, S .; (1998) Trends Biotech. 16: 460-467, by Paiva, CLA and Panek, AD, (1996) Biotech. Ann. Rev. 2: 293-314, and by Shiosaka, M. , (1997) J. Japan 172: 97-102). Trehalose is produced by enzymes from various microorganisms and is naturally released into a surrounding medium, and is collected by a known method.
[0045]
[II. Membrane biosynthesis and transmembrane transport]
Cell membranes perform various functions of cells. First, the membrane alters cellular components depending on the surrounding environment, thereby obtaining cellular integrity. The membrane acts as a barrier to the entry of harmful or inappropriate compounds and the exit of the desired compounds. Due to its structure, cell membranes originally do not allow the passage of hydrophilic compounds, such as proteins, water molecules and ions, unless they have been promoted and diffused. That is, the cell membrane consists of a bilayer of lipid molecules, in which the head-forming polar groups face outward (towards the outside and inside of the cell, respectively), and the tail-forming nonpolar groups A hydrophobic nucleus is formed toward the center of the double membrane (for the membrane structure and function, see Gennis RB, (1989), Biomembrans, Molecular Structure and Function, Springer: Heidelberg). ). This barrier allows the cell to maintain a relatively high concentration of the desired compound and a relatively low concentration of the unsuitable compound than are contained in the surrounding medium. This is because the diffusion of each compound is efficiently blocked by the cell membrane. However, this membrane also acts as an efficient barrier to entrap the desired compounds and release the effluent molecules. To perform this difficult operation, the cell membrane incorporates a variety of transporter proteins that can efficiently transport multiple compounds across the membrane. Such transporter proteins are roughly classified into two types. A pore or channel protein and a transporter protein. The former are integral membrane proteins that form regulated pores in the membrane, such as protein complexes. This modulation or "gating" is generally specific for the molecules transported by the pore or channel, and their transmembrane organization is made selectively permeable to specific groups of substances. For example, a potassium channel is configured to allow only ions having the same charge and size as potassium to pass through. Channels and pore proteins have discontinuous hydrophobic and hydrophilic domains, the hydrophobic part of the protein binds to the inside of the membrane, and the hydrophilic part covers the inside of the channel. A shielded hydrophilic environment is obtained which only allows passage. Many pores / channels are known in the art, examples of which are pores / channels for potassium, calcium, sodium and chloride ions.
[0046]
Facilitated diffusion pores and channel-regulation systems accommodate only very small molecules, such as ions. This is because the presence of large pores or channels that allow the entire protein molecule to pass through the facilitating nucleic acid makes it impossible to prevent the passage of small hydrophilic molecules. Transport of molecules by this method is sometimes referred to as "facilitated diffusion" because transport requires a driving force due to a concentration gradient. Permease allows permeation of large molecules, such as glucose or other saccharides, into cells when the molecular concentration on one side of the membrane is greater than the molecular concentration on the other side (also Uniport). Called). Unlike pores or channels, these integral membrane proteins (often with 6-14 membrane-bound α-helices) do not form open channels across the membrane and bind to target molecules at the membrane surface, This causes a conformational shift (conformational shift) such that the target molecule is released to the opposite side of the membrane.
[0047]
However, cells need to introduce or release molecules ("active transport") into existing concentration gradients, in which case facilitated diffusion does not occur. Two common mechanisms used by cells for such membrane transport are symport (isotropic transport) or antiport (counter transport), and energy-coupled transport regulated by the ABC transporter. The symport and antiport systems link the movement of two different molecules across the membrane (permease with two separate binding sites for the two different molecules), but in the symport both molecules are transported in the same direction. In the antiport, one molecule is taken in and the other molecule is released. This is energetically possible because one of the two molecules moves according to a concentration gradient. This energetically favorable phenomenon is only possible if the desired compound moves with it against the surrounding concentration gradient. In the energy run process, one type of molecule is transported across the membrane against a concentration gradient and utilized by the ABC transporter. In this system, the transport protein present at the membrane has an ATP-binding cassette, and upon binding of the target molecule, ATP is converted to ADP + Pi, and the resulting release of energy results in the transporter assisting the transport of the target molecule's membrane. Movement to the other side is caused. For further details of such transport systems, see Bamberg et al., (1993) {"Charge transport of ion pumps on lipid bilayer membranes", Q.A. Rev .. Biophys. 26: 1-25; Findlay, J. M .; B. C. (1991), "Structure and Function in Membrane Transport Systems", Curr. Opin. Struct. Biol. 1: 804-810; Higgins, C.I. F. (1992), "ABC transports from microorganisms to man", Ann. Rev .. Cell boil. 8: 67-113; Gennis, R .; B. (1989) "Portes, Channels and Transporters", (Biomembrans, Molecular Structure and Function, Springer: Review of Heidelberg, p. 270-322), and Nakao. And bSaier, H .; (1992) "Transport proteins in bacteria: common themes in the air design", Science 258: 936-942, and the references cited in each of the above references.
[0048]
Membrane synthesis is a characteristic step involving a number of components, the most important of which are lipid molecules. Lipid synthesis is divided into two parts. That is, lipid synthesis and addition to sn-glycerol-3-phosphate and addition or modification of a head polar group. Examples of common lipids used in bacterial membranes are phospholipids, glycolipids, sphingolipids and phosphoglycerides. Fatty acid biosynthesis is initiated by the conversion of acetyl-CoA to malonyl-CoA by acetyl-CoA carboxylase or to acetyl-ACP by acetyl transacylase. After the condensation reaction, the molecules thus formed undergo a series of condensation, reduction and dehydration reactions to jointly produce acetoacetyl ACP, resulting in saturated fatty acid molecules having a chain of the desired length. The production of unsaturated fatty acids from such molecules is carried out aerobically or anaerobically catalysed by specific desaturases in the presence of molecular oxygen. C. Neidhardt et al., (1996), E. coli and Salmonella.ASM Press: Washington, DC, p.612-636, and references described therein, Lengeller et al., Ed., (1999) Biology. of Procaryotes. Theme: Stuttgart, New York, and references cited therein, and Magnuson, K. et al., (1996) Microbiological Reviews 57: 522-542 and references cited therein. That). Cyclopropane fatty acids (CFA) are synthesized by specific EFA synthetases by using SAM as a co-substrate. Branched fatty acids are synthesized by the generation of branched 2-oxo acids by deamination of branched amino acids (eg, Langeler et al., Eds., (1999) Biology of Procaryotes. Thieme: Stuttgart, New York and in this document). References listed). Another important step in lipid synthesis is the step of transporting fatty acids onto the head polar group by glycerol-phosphate-acyltransferase or the like. The binding of biosynthetic enzymes to various precursor molecules leads to the production of various fatty acid molecules, which have a significant effect on membrane composition.
[0049]
[III. Elements and Methods of the Invention]
The present invention is based on novel molecules (referred to as MCT nucleic acid and protein molecules), whereby C.I. The production of cell membranes in Glutamicum is controlled and the movement of molecules through this membrane is governed. In one embodiment, the MCT molecule is C.I. It is involved in the metabolism of compounds required for the formation of cell membranes in Glutamicum, or in the transport of molecules across this membrane. In a preferred embodiment, the activity of the MCT molecules of the present invention to regulate membrane component production and transport affects the production of the desired fine chemical by the organism. In a particularly preferred embodiment, the M.C.T. The yield, production and / or production efficiency of the glutamicum metabolic pathway is regulated, and / or the production and transport efficiency of the compound across the membrane is altered, which is The activity of the MCT molecule of the present invention is adjusted so as to directly or indirectly adjust the yield, production and production and / or production efficiency of the desired fine chemical by Glutamicum.
[0050]
The expressions "MCT protein" or "MCT polypeptide" are used in C.I. It refers to proteins involved in the metabolism of compounds required for the formation of the cell membrane of Glutamicum or the transport of molecules across this membrane. Examples of MCT proteins include those proteins listed in Table 1 or encoded by the MCT gene indicated by an odd SEQ ID NO. "MCT gene" or "MCT nucleic acid sequence" consists of the nucleic acid sequence encoding the MCT protein and the corresponding untranslated 5 'and 3' sequence regions. Examples of MCT genes include those described in Table 1. “Production” and “productivity” are as conventionally understood, and a fermentation product (eg, a desired fine chemical) obtained in a predetermined fermentation amount (eg, product (kg) / hour / liter) within a predetermined time period Including the concentration of "Manufacturing efficiency" means the time required for a predetermined amount of production to be performed (for example, the time required for cells to produce fine chemicals at a predetermined ratio). "Yield (yield)" or "product (product) / carbon yield" is as conventionally understood and means the efficiency with which a carbon source is converted to a product (ie, a fine chemical). This is usually described, for example, as product (kg) / carbon source (kg). Increasing the yield or production of the compound increases the amount of molecules recovered or useful of the recovered molecules from a given amount of culture at a given time. The expression "biosynthesis" or "biosynthetic pathway" is as conventionally understood, and refers to compounds, especially organic compounds, by a multi-step (e.g.) advanced control (e.g.) of an intermediate compound by a cell. Refers to the synthesis of a compound. The terms “degradation” and “degradation pathway” are as conventionally understood, and the degradation products (generally, in general) of a compound, particularly an organic compound, by a multi-step (such as) advanced control (such as) by cells. (Small or less complex molecules). "Metabolism" is as conventionally understood, and refers to the entire body reaction taking place in an organism. Metabolism of a given compound (eg, the metabolism of an amino acid such as glycine) refers to the overall intracellular biosynthesis, modification, and degradation pathways associated with this compound.
[0051]
In another embodiment, the MCT molecule of the present invention comprises a desired molecule, such as C.I. It is possible to regulate production in microorganisms such as glutamicum. By altering the MCT protein of the present invention, such altered proteins can be transformed into C. elegans. By introducing the C. glutamicum, There are a number of mechanisms that directly affect the yield, production and / or production efficiency of glutamicum fine chemicals. Increases the number and activity of MCT proteins involved in the release of fine chemical molecules from cells, secretes larger amounts of such compounds into extracellular media and makes recovery of compounds from media easier than ever It is also possible to be performed. Similarly, these MCT proteins are involved in the uptake of nutrients required for the biosynthesis of one or more fine chemicals (eg, phosphate compounds, sulfate compounds, nitrogen compounds, etc.) and are improved in number and activity. It is also possible to increase the intracellular concentrations of these precursors, cofactors or intermediate products. In addition, fatty acids and lipids, which are important fine chemicals, may be used to optimize the activity and increase the number of one or more MCT proteins of the invention involved in their biosynthesis, or to degrade the aforementioned compounds. By reducing the action of one or more related MCR proteins, C.I. It is also possible to improve the yield, production and / or production efficiency of glutamicum-derived fatty acids and lipid molecules.
[0052]
By manipulating one or more MCT genes of the present invention, C.I. It is also possible to produce MCT proteins having altered activity that directly affects the production of one or more desired fine chemicals derived from Glutamicum. For example, normal metabolic excretion in cells, which may increase in quantity due to overproduction of the desired fine chemicals, may adversely affect nucleotides and proteins in the cell (eg, decrease cell viability). Of the present invention that are involved in the release of excreta so that they can be efficiently released from cells prior to disrupting the fine chemical biosynthetic pathway (which can reduce the yield, production or production efficiency of the fine chemical). The number or activity of MCT proteins may be increased. Furthermore, if the intracellular mass of the desired fine chemical is relatively large, this may have a toxic effect on cells, so that a transporter capable of releasing these compounds from cells may be used. By increasing the activity or the number, it is possible to increase the viability of the cells in the culture and obtain a large number of cells in the culture for producing the desired fine chemical. The MCT proteins of the present invention can also be engineered to provide relative amounts of various lipid and fatty acid molecules. Since lipids have different physical properties for each type, changing the lipid composition in the membrane significantly changes the fluidity of the membrane. Changes in membrane fluidity affect the transport of molecules across the membrane and the integrity of the cell, both of which affect C. elegans in large-scale fermentation cultures. Significantly affects the production of glutamicum-derived fine chemicals.
[0053]
The isolated nucleic acid sequence of the present invention is contained within the genome of Corynebacterium glutamicum marketed by the American Type Culture Collection, known as ATCC 13032. The isolated C. The nucleotide sequence of Glutamicum MCT DNA is an odd-numbered SEQ ID NO. The predicted amino acid sequence in the glutamicum MCT protein is shown as each even SEQ ID NO. Computer analysis was performed to classify and / or identify the nucleotide sequence as a sequence encoding a protein involved in the metabolism of cell membrane components, or a protein involved in the transport of compounds across this membrane.
[0054]
The present invention includes proteins having an amino acid sequence substantially homologous to the amino acid sequence of the present invention (for example, a sequence according to an even SEQ ID NO in the sequence listing). As used herein, a protein having an amino acid sequence substantially homologous to a selected amino acid sequence is at least 50% homologous to the selected amino acid sequence, eg, the entire selected amino acid sequence. A protein having an amino acid sequence substantially homologous to the selected amino acid sequence is at least about 50-60%, preferably at least about 60-70%, more preferably at least about 70%, relative to the selected amino acid sequence. % -80 &, 80% -90%, or 90% -95%, and more preferably at least about 96%, 97%, 98% or more than 99% homologous. Ranges of values indicated by intermediate values of the above values (for example, 75% to 80% identical, 85 to 87% identical, 91 to 92% identical) are also included in the present invention.
[0055]
The MCT proteins or biologically active proteins or fragments thereof of the present invention may be C.I. It is involved in the metabolism of compounds required for the construction of the cell membrane of Glutamicum, or in the transport of molecules across this membrane, or has one or more of the activities listed in Table 1.
[0056]
The details of the present invention are described further below.
[0057]
A. Isolated nucleic acid molecule
The present invention relates to an isolated nucleic acid molecule encoding an MCT polypeptide or a biologically active portion thereof, a hybridization probe used for recognition (identification) or amplification of a nucleic acid encoding SCT DNA (SRT DNA) or Includes nucleic acid molecule fragments that can be used as primers. As used herein, “nucleic acid molecule” is intended to include DNA molecules (eg, cDNA or genomic DNA) and RNA molecules (eg, mRNA) and analogs of DNA and RNA generated using analogs of nucleotides. The term refers to the untranslated sequence present at both the 3 'and 5' ends of the coding region of the gene, ie, a sequence of at least about 100 nucleotides upstream from the 5 'end of the coding region of the gene, and 3' of the coding region of the gene. 'A sequence of at least about 20 nucleotides downstream from the terminus. The nucleotide molecule may be single-stranded or double-stranded, but preferably is double-stranded DNA. An "isolated" nucleic acid molecule is one that is separated from other nucleic acid molecules that are present in the natural source of the nucleic acid. An “isolated” nucleic acid molecule is derived from the genomic DNA of an organism and naturally has sequences that flank the nucleic acid of the genomic DNA (ie, sequences located at the 5 ′ and 3 ′ ends). Preferably not. For example, in various embodiments, the isolated MCT nucleic acid molecule is naturally located on the side of the genomic DNA of the cell from which the nucleic acid was obtained (eg, a C. glutamicum cell) and has a size of about 5 kb, Consists of a nucleotide sequence of less than 4 kb, 3 kb, 2 kb, 1 kb, 0.5 kb or 0.1 kb. Further, an "isolated" nucleic acid molecule, eg, a DNA molecule, is free of other cellular materials, the media used when produced by recombinant techniques, and also contains a chemical precursor when chemically synthesized. Contains no body or other chemicals.
[0058]
A nucleic acid molecule of the invention, for example, a nucleic acid molecule having an odd SEQ ID NO nucleotide sequence in the sequence listing, or a portion thereof, is isolated by standard molecular biology techniques, the information of which is provided herein. . For example, C.I. Glutamicum SRT DNA can be C. mutated using standard hybridization techniques with all or part of any of the odd SEQ ID NO sequences in the Sequence Listing. Can be isolated from Glutamicum library
(For example, Sambrook, J., Fritsh, EF, Maniatis, T., co-authored, Molecular Cloning: A Laboratory Manual. Second Edition, Cold Spring Harbor, Colorado Harbor, Colorado Harbor Laboratory, California) , 1989). Further, a nucleic acid molecule comprising all or part of any of the nucleic acid sequences of the invention (eg, odd SEQ ID NO) is isolated by polymerase chain reaction using oligonucleotide primers designed based on this sequence. (For example, a nucleic acid molecule comprising all or a portion of any of the nucleic acid sequences of the invention (eg, odd SEQ ID NOs) is isolated by polymerase chain reaction using oligonucleotide primers designed based on similar sequences. Is possible). For example, mRNA is isolated from normal endothelial cells (eg, by the guanidinium-thiocyanate extraction procedure described by Chirgwin et al., (1979) Biochemistry 18: 5294-5299), and DNA is produced using reverse transcriptase. (Eg, Gibco / BRL, Bethesda, MD, Moloney MLV reverse transcriptase, or Seikagaku America, Inc., AMV, St. Petersburg, FL AMV, reverse transcriptase). Synthetic oligonucleotides used for amplification by the polymerase chain reaction are designed based on any of the nucleotide sequences described in the Sequence Listing. The nucleic acids of the invention are amplified using cDNA or genomic DNA as a template and oligonucleotide primers as appropriate in standard PCR amplification techniques. The nucleic acid so amplified is cloned into a suitable vector and characterized by DNA sequence analysis. In addition, oligonucleotides corresponding to MCT nucleic acid sequences are produced by standard synthetic techniques, eg, using an automated DNA synthesizer.
[0059]
In a preferred embodiment, the isolated nucleic acid molecule of the present invention comprises any of the nucleotide sequences set forth in the Sequence Listing. The nucleic acid sequence of the present invention described in the sequence listing corresponds to Corynebacterium glutamicum MCT DNA of the present invention. This DNA contains the sequence encoding the MCT protein (ie, the “coding region” shown in the odd SEQ ID NO sequence in the sequence listing), as well as the 5 coding sequence shown in the odd SEQ ID NO sequence in the sequence listing. Includes 'untranslated and 3' untranslated sequences. Further, the nucleic acid molecule may include only one of the coding regions of the nucleic acid sequence in the sequence listing.
[0060]
In the present invention, all nucleic acid and amino acid sequences described in the sequence listing include identifications including “RXA”, “RXN”, “RXS” or “RXC”, and a 5-digit numerical value thereafter. RXA, RXN, RXS, RXC numbers are assigned (eg, RXA02099, RXN03097, RXS00148 or RXC01748). Each nucleic acid sequence contains up to three portions: a 5 'upstream region, a coding region, and a downstream region. These three regions are each identified by a common RXA, RXN, RXS, RXC designation to prevent confusion. The phrase "any of the odd sequences in the Sequence Listing" indicates any of the nucleic acid sequences in the Sequence Listing that are recognizable by different RXA, RXN, RXS, RXC designations. The coding region of each sequence is translated as an even SEQ ID NO in the sequence listing into the corresponding amino acid sequence listed immediately below the corresponding nucleic acid sequence. For example, the coding region of RXA03097 is shown in SEQ ID NO: 1, and the amino acid sequence encoded by it is described in SEQ ID NO: 2. The nucleic acid sequences of the present invention are indicated by the same RXA, RXN, RXS, and RXC designations as the amino acid molecules they encode, and the correlation can be easily read. For example, the amino acid sequence labeled RXA02099 is a translation of the coding region of the nucleotide sequence of the nucleic acid molecule RXA02099, and the amino acid sequence labeled RXN03097 is a translation of the coding region in the nucleotide sequence of the nucleic acid molecule RXN03097, Further, the amino acid sequence designated as RXS00148 is a translation of the coding region in the nucleotide sequence of the nucleic acid molecule RXS00148, and the amino acid sequence designated as RXC01748 is obtained by translating the coding region in the nucleotide sequence of the nucleic acid molecule RXC01748. is there. The nucleotide and amino acid sequences by RXA, RXN, RXS or RXC of the present invention, and their correspondence to assigned SEQ ID NOs are shown in Table 1.
[0061]
Several types of genes in the present invention are “F-designated genes”. F-display genes have a “F” before the display of RXA, RXN or RXS and include the genes listed in Table 1. For example, as described in Table 1, SEQ ID NO: 7 is an F-display gene called “FRXA00498”, and SEQ ID NOs: 25, 33, and 37 are also F-display genes (FRXA01345 in Table 1, respectively). , F RXA02543, F RXA02282).
[0062]
In one embodiment, the nucleic acid molecules of the invention may not include those listed in Table 2. The sequence of the dapD gene is described in Wehrmann, A .; Et al., (1998) Bacteriol. 180 (12): 3159-3165. However, the sequences obtained by the inventor are considerably longer than those published by the above references. In addition, it is considered that the sequence published in the above-mentioned document shows a fragment of only the actual coding region due to the incorrect start codon.
[0063]
In another preferred embodiment, an isolated nucleic acid molecule of the invention comprises a nucleic acid molecule having complementarity to a nucleotide sequence of the invention (eg, an odd SEQ ID NO sequence in the Sequence Listing or a portion thereof). . A nucleic acid molecule complementary to any of the nucleotide sequences of the present invention has sufficient complementarity to any of the nucleotide sequences shown in the sequence listing (eg, the odd SEQ ID NO sequence in the sequence listing), It hybridizes to this to form a stable double strand.
[0064]
In still other embodiments, the isolated nucleic acid molecules of the present invention comprise at least about 50%, 51%, 52%, 53%, 54%, 55%, 56%, 57%, 58%, 59%. Or 60%, preferably at least 61%, 62%, 63%, 64%, 65%, 66%, 67%, 68%, 69%, or 70%, more preferably at least about 71%, 72%, 73%, 74%, 75%, 76%, 77%, 78%, 79%, or 80%, 81%, 82%, 83%, 84%, 85%, 86%, 87%, 88%, 89 %, Or 90%, or 91%, 92%, 93%, 94%, more preferably at least about 95%, 96%, 97%, 98%, 99% or more of the nucleotide molecules of the invention (odd numbers in the sequence listing). SEQ ID NO :) or a portion thereof. Ranges of values indicated by intermediate values of the above values (for example, 75% to 80% identical, 85 to 87% identical, 91 to 92% identical) are also included in the present invention. For example, any of the above values described as the upper limit value and / or the lower limit value may be combined to form a value range. In yet another preferred embodiment, the isolated nucleic acid molecule of the invention comprises a nucleotide sequence that hybridizes, eg, hybridizes under stringent conditions, to any of the nucleic acid molecules of the invention or any portion thereof.
[0065]
Furthermore, the nucleic acid molecules of the present invention may encode only a portion of the coding region in any of the odd SEQ ID NO sequences of the Sequence Listing, for example, a fragment for a probe or primer, or a biologically active portion of an MCT protein. It may consist only of fragments that do. C. A probe or probe for recognizing and / or cloning MCTs homologous to cells and organisms of other species and MCT analogs from other Corynebacterium or related species, depending on the nucleotide sequence determined by cloning of the MCT gene from G. glutamicum. A primer is generated. Probes / primers usually include substantially purified oligonucleotides. The oligonucleotide generally comprises at least about 12, preferably about 25, more preferably 40, 50 or 75 contiguous nucleotide sequences of the invention under stringent conditions (eg, an odd SEQ ID NO: In any of the sequence listings, the antisense sequence in any of the sequence listings or naturally occurring variants thereof. Primers based on the nucleotide sequences of the present invention can be used in PCR reactions to clone MCT homologs. Probes based on the MCT nucleotide sequence detect sequences obtained by transcription or genomic sequences encoding the same or homologous proteins. In a preferred embodiment, the probe further has a label group (labeling functional group). Examples of radio groups are radioisotopes, ultraviolet compounds, enzymes, enzyme cofactors. Such probes can be used, for example, to measure the level of MCT-encoding nucleic acid in a cell sample, for example, by detecting the level of MCT mRNA or confirming the mutation or deletion of the genomic MCT gene, to measure cells that mis-express the MCT protein. Used as part of a medical test kit for testing.
[0066]
In one embodiment, the nucleic acid molecule of the invention comprises an amino acid sequence of the invention (e.g., an even SEQ ID NO sequence in the sequence listing) comprising a protein or a portion thereof comprising C.I. It encodes a protein or protein portion with an amino acid sequence that is sufficiently homologous to maintain the metabolism of compounds required for the formation of the cell membrane of Glutamicum, or the ability to participate in the transport of molecules across this membrane. As used herein, the expression “sufficiently homologous” refers to the same or equivalent amino acid sequence of the present invention (for example, an amino acid residue having a side chain similar to an amino acid residue in any of the even SEQ ID NO sequences in the sequence listing). A protein or protein part having a minimum number of amino acid residues, wherein the protein or protein part It means that it is possible to participate in the metabolism of compounds required for the construction of the cell membrane of Glutamicum or the transport of molecules across this membrane. As mentioned above, protein members of the membrane component metabolic pathway or membrane transport system can play a role in the production or secretion of one or more chemicals. Examples of such activities are described herein. "Function of MCT protein" is directly or indirectly involved in the yield, production and / or production efficiency of one or more chemicals. Examples of MCT protein activity are described in Table 1.
[0067]
In another embodiment, the protein is at least about 50-60%, preferably about 60-70%, more preferably about the entire sequence of amino acids of the invention (eg, the sequence according to the even SEQ ID NO in the sequence listing). Is at least about 70-80%, 80-90%, 90-95%, and particularly preferably at least about 96%, 97%, 98%, 99% or more homologous.
[0068]
Preferably, the protein portion encoded by the MCT nucleic acid molecule of the present invention is a biologically active portion of any of the MCT proteins. As used herein, the expression “biologically active portion of the MCT protein” refers to C.T. It is involved in the metabolism of compounds required for the formation of the cell membrane of Glutamicum, or the transport of molecules across this membrane, or has a moiety having the activity described in Table 1, such as the domain / motif of the MCT protein. The MCT protein or a biologically active portion thereof is C. Enzyme activity is assessed to determine whether it is involved in the metabolism of compounds required for the formation of the cell membrane of Glutamicum or the transport of molecules across this membrane. Such evaluation methods are known to those skilled in the art, and specific examples are described in detail in Example 8.
[0069]
Other nucleic acid fragments encoding a biologically active portion of the MCT protein can be produced by isolating a portion of any of the amino acid sequences of the present invention (eg, even SEQ ID NOs in the Sequence Listing). And expressing the encoded portion of the MCT protein or peptide (eg, by recombinant expression in vitro) and assessing the activity of the encoded portion of the MCT protein or peptide.
[0070]
It has a sequence that differs from the nucleic acid sequence of the present invention (for example, the sequence of odd SEQ ID NO in the sequence listing) (and a part thereof) due to a change in the genetic code (degeneracy). Includes nucleic acid molecules encoding the same MCT protein as encoded. In another embodiment, it is preferred that the isolated nucleic acid molecule of the present invention is a nucleotide sequence encoding a protein having the amino acid sequence set forth in the Sequence Listing (eg, even SEQ ID NO). In yet another embodiment, the isolated nucleic acid molecule of the present invention comprises a C. subtilis substantially homologous to an amino acid sequence of the present invention. Encodes the entire glutamicum protein (eg, encoded by the open reading frame indicated by the odd SEQ ID NO in the sequence listing).
[0071]
It will be apparent to those skilled in the art that in one embodiment, the sequences of the present invention do not include the Benbank sequences described in Table 2 or 4 obtained prior to the present invention. In one embodiment, the present invention relates to the use of portions of the nucleotide or amino acid sequences of the present invention that are more identical to prior art sequences (eg, Genbank sequences (or proteins encoded by the sequences) as set forth in Tables 2 or 4). Includes large percentages of nucleotide and amino acid sequences. For example, the present invention provides a nucleotide sequence labeled RXA01420 (SEQ ID NO: 7) of 38% or more, a nucleotide sequence labeled RXA00104 (SEQ ID NO: 5) of 43% or more, and a nucleotide sequence labeled RXA02173 ( SEQ ID NO: 25) contains a nucleotide sequence that is 45% or more identical. One skilled in the art can determine the lower limit of the percentage of identity for a given sequence of the present invention by examining the identity score calculated by GAP from the top three data listed in Table 4 that hit for this given sequence, and calculated by GAP. It can be obtained by calculation by subtracting the highest value (%) of the same ratio from 100%. Nucleic acid and amino acid sequences with an identical percentage higher than the lower limit thus calculated (eg at least 50%, 51%, 52%, 53%, 54%, 55%, 56%, 57%, 58%, 59%) %, Or 60%, preferably at least about 61%, 62%, 63%, 64%, 65%, 66%, 67%, 68%, 69%, or 70%, more preferably at least about 71%, 72%. %, 73%, 74%, 75%, 76%, 77%, 78%, 79%, or 80%, 81%, 82%, 83%, 84%, 85%, 86%, 87%, 88% , 89%, or 90%, or 91%, 92%, 93%, 94%, and more preferably at least about 95%, 96%, 97%, 98%, 99% or more) are included in the present invention. Will be clearly understood by those skilled in the art.
[0072]
C. listed in the sequence listing as odd SEQ ID NO. It is also understood by those skilled in the art that, in addition to the glutamicum MCT nucleic acid sequence, there may be DNA sequence polymorphisms (polymorphism) that cause changes in the amino acid sequence of the MCT protein in the population (C. glutamicum population). Such genetic polymorphism in the MCT gene may exist due to natural mutation. As used herein, the terms “gene” and “recombinant gene” refer to the MCT protein, preferably C.I. A nucleic acid molecule comprising an open reading frame encoding a Glutamicum MCT protein. Such natural variations usually vary from 1 to 5% in the nucleotide sequence of the MCT gene. Such or any other nucleotide variations and the resulting amino acid polymorphisms in MCTs are the result of natural mutations and do not alter the functional activity of the MCT protein, It is included in.
[0073]
C. of the present invention. Natural variants of G. glutamicum MCT DNA and and non-C. The nucleic acid molecule corresponding to the glutamicum homolog is C. glutamicum. C. glutamicum, or C. glutamicum described above with reference to a part thereof. Based on homology to glutamicum MCT nucleic acids, they are isolated as hybridization probes by standard hybridization techniques under stringent hybridization conditions. Thus, in another embodiment, the isolated nucleic acid molecule of the invention consists of 15 or more nucleotides and hybridizes under stringent conditions to a nucleic acid molecule comprising an odd SEQ ID NO nucleotide sequence in the Sequence Listing. I do. In other embodiments, the nucleic acid molecule has at least 30, 50, 100, or 250 or more nucleotides. "Hybridizes under stringent conditions" refers to hybridization and washing conditions in which nucleotides that are 60% or more homologous to each other remain hybridized to each other. Preferably, the conditions are such that sequences that are homologous to each other at least about 65%, more preferably at least about 70%, and more preferably at least about 75%, remain hybridized to each other. Such stringent conditions are known to those of skill in the art and are described in Current Protocols in Molecular Biology, John Wiley & Sons, NJ. Y. (1989), 6.3.1-6.3.6. It is described in. Preferred examples of stringent hybridization conditions include, but are not limited to, hybridization at about 45 ° C. with 6 × sodium chloride / sodium citrate (SSC), followed by 50 × with 0.2 × SSC, 0.1% SDS. Hybridization by washing at 6565 ° C. at least once. Preferably, an isolated nucleic acid molecule of the invention that hybridizes under stringent conditions to a nucleic acid sequence of the invention corresponds to a naturally occurring nucleic acid molecule. As used herein, "naturally occurring" nucleic acid refers to an RNA or DNA molecule having a naturally occurring nucleotide sequence (eg, encoding a naturally occurring protein). In one embodiment, the nucleic acids of the invention are naturally occurring C. It encodes the glutamicum MCT protein.
[0074]
In addition to naturally occurring variants of the MCT sequence that may be present in a population, the nucleotide sequence of the present invention may be altered by mutation, resulting in a change in the amino acid sequence of the encoded MCT protein, It will be understood by those skilled in the art that the functional capabilities of this will not change. For example, nucleotide substitutions leading to amino acid substitutions at "non-essential" amino acid residues can occur in the nucleotide sequences of the present invention. "Non-essential" amino acid residues are those residues that differ from any wild-type sequence of the MCT protein (eg, even SEQ ID NOs in the Sequence Listing) without altering the activity of the MCT protein. It is. On the other hand, “essential” amino acid residues are those amino acids required for MCT protein activity. However, other amino acid residues (eg, amino acids that are not conserved in the domain having MCT activity or are in a semi-conserved state) may not be essential for activity, and therefore may be altered without change in MCT activity. Cheap.
[0075]
Accordingly, the present invention further includes nucleic acid molecules that include MCT proteins that include changes in amino acid residues that are not essential for MCT activity. The amino acid sequence of such an MCT protein differs from the even SEQ ID NO sequence in the sequence listing, but contains one or more of the MCT activities described herein. In one embodiment, an isolated nucleic acid molecule comprises an amino acid sequence that is at least 50% homologous to an amino acid sequence of the present invention, and Nucleotide sequences encoding proteins that are capable of participating in the metabolism of compounds required for the construction of the cell membrane of Glutamicum, or for transporting molecules across this membrane, or that enhance one or more of the activities listed in Table 1. including. The protein encoded by the nucleic acid molecule may contain at least about 50-60%, preferably at least about 60-70%, more preferably about 70-80%, 80% of the amino acid sequence of any of the odd SEQ ID NOs in the sequence listing. It is preferred to have an amino acid sequence that is -90%, 90-95%, particularly preferably at least about 96%, 97%, 98% or 99% homologous.
[0076]
In order to measure the homology ratio of two kinds of amino acid sequences (for example, any one of the amino acid sequences of the present invention and its variant) or two kinds of nucleic acids, the sequences are determined so that optimal comparison can be performed ( A gap can be provided to obtain an optimal position (alignment) between the protein or nucleic acid of the present invention and the other protein or nucleic acid). Compare the corresponding amino acid position or nucleic acid position with the amino acid residue or nucleic acid. If a position in one sequence (eg, one of the amino acid sequences of the invention) has the same amino acid residue or nucleotide as the corresponding position in the other sequence (eg, a variant of the amino acid sequence), the molecule at this position Are homologous (ie, "homology" of an amino acid or nucleic acid is equivalent to "identity" of an amino acid or nucleic acid in the present invention). The percentage of homology between two sequences is a function of the number of identical positions between the sequences (ie, homology (%) = number of identical positions / total number of positions x 100).
[0077]
An isolated nucleic acid molecule encoding an MCT protein that is homologous to a protein sequence of the invention (eg, an even SEQ ID NO sequence in the Sequence Listing) can be obtained by substituting one or more nucleotides for a nucleotide sequence of the invention. An addition or deletion occurs when one or more amino acids of the encoded protein are replaced, added, or deleted. Standard methods, such as site-directed mutagenesis and PCR-mediated mutagenesis, result in mutations of any of the nucleotide sequences of the present invention. Conservative amino acid substitutions occur at one or more predicted non-essential amino acid residues. "Conservative amino acid substitution" means that an amino acid residue is replaced with an amino acid residue having a similar side chain. Families of amino acid residues having similar side chains have been defined in the art. These families include amino acids with basic side chains (eg, lysine, arginine, histidine), amino acids with acidic side chains (eg, aspartic acid, glutamic acid), and amino acids with uncharged electrode side chains (eg, glycine, asparagine, glutamine). , Serine, threonine, tyrosine, cysteine), amino acids having non-polar side chains (eg, alanine, valine, leucine, isoleucine, proline, phenylalanine, methionine, tryptophan), amino acids having β-branched side chains (eg, threonine, valine, Isoleucine), and amino acids with aromatic side chains (eg, tyrosine, phenylalanine, tryptophan, histidine). Preferably, the predicted nonessential amino acids in the MCT protein are replaced by other amino acid residues belonging to the same side chain family. In another preferred embodiment, mutations can be randomly introduced into all or a part of the MCT coding sequence by saturation mutagenesis or the like. The MCT activity of the obtained mutant is screened to confirm that the mutant retains the MCT activity. Mutagenesis of any of the odd SEQ ID NOs in the sequence listing results in recombinant expression of the protein encoded thereby, and the activity of this protein may be determined, for example, as described herein (see specific examples). (See Example 8 for evaluation).
[0078]
In addition to the nucleic acid molecules encoding the MCT proteins described above, the present invention includes isolated nucleic acid molecules that are antisense thereto. By “antisense” nucleic acid is meant a nucleotide sequence that is complementary to a “sense” nucleic acid that encodes a given protein, eg, a nucleotide sequence that is complementary to the coding strand or mRNA sequence of a cDNA molecule. Thus, an antisense nucleic acid can hydrogen bond to a sense nucleic acid. An antisense nucleic acid can have complementarity to all MCT coding strands, or part of it. In one embodiment, the antisense nucleotide molecule is antisense "in the coding region" of the coding strand of the nucleotide sequence encoding the MCT protein. “Coding region” refers to a region of a nucleotide sequence that includes codons translated into amino acid residues (eg, the coding region of SEQ ID NO .: 5 (RXA00104) includes nucleotides 1 to 756). In another embodiment, the antisense nucleic acid molecule is antisense to the "non-coding region" of the coding strand (coding strand) of the nucleotide sequence encoding MCT. "Non-coding region" refers to the 5 'and 3' sequences flanking the coding region, which are not translated into amino acids (also referred to as 5 'and 3' untranslated regions).
[0079]
The antisense nucleic acid of the present invention can be designed as a coding strand encoding MCT in the present invention (for example, the sequence shown in the odd SEQ ID NO in the sequence listing) by the base pairing rule of Watson and Crick. The antisense nucleic acid molecule may have complementarity to the entire coding region of MCT mRNA, but is preferably an oligonucleotide that is antisense to only a part of the coding region or non-coding region of MCT mRNA. For example, an antisense oligonucleotide may have complementarity to a region surrounding the translation initiation site of MCT mRNA. Antisense oligonucleotides are, for example, about 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45 or 50 nucleotides in length. The antisense nucleotide of the present invention is constituted by a chemical synthesis and an enzymatic ligation reaction by a method known in the art. For example, antisense nucleic acids (eg, antisense oligonucleotides) can be chemically synthesized using naturally occurring nucleotides, but to improve the biological stability of the molecule, or to antisense and sense nucleic acids, For example, nucleotides with various modifications designed to improve the physical stability of the duplex between the phosphorothioate derivative and the acridine substituted nucleotide may be used. Examples of modified nucleotides used to generate antisense nucleic acids include 5-fluorouracil, 5-bromouracil, 5-chlorouracil, 5-iodouracil, hypoxanthine, xanthine, 4-acetylcytosine, 5- (carboxy (Hydroxymethyl) uracil, 5-carboxymethylaminomethyl-2-thiouridine, 5-carboxymethylaminomethyluracil, dihydrouracil, β-D-galactosylquinosine, inosine, N6-isopentenyl adenine, 1-methylguanine, 1- Methyl inosine, 2,2-dimethylguanine, 2-methyladenine, 2-methylguanine, 3-methylcytosine, 5-methylcytosine, N6-adenine, 7-methylguanine, 5-methylaminomethyluracil, 5-methoxyamino Methyl-2- Uracil, β-D-mannosyl quinosine, 5′-methoxycarboxymethyluracil, 5-methoxyuracil, 2-methylthio-N6-isopentenyladenine, uracil-5-oxyacetic acid (v), wybutoxosine, pseudouracil, Quinosine, 2-thiocytosine, 5-methyl-2-thiouracil, 2-thiouracil, 4-thiouracil, 5-methyluracil, uracil-5-oxyacetic acid methyl ester, uracil-5-oxyacetic acid (v), 5-methyl- 2-thiouracil, 3- (3-amino-3-N-2-carboxypropyl) uracil, (acp3) w and 2,6-diaminopurine. Alternatively, an antisense nucleic acid can be biologically produced by using a predetermined nucleic acid that is subcloned in an antisense direction into an expression vector (that is, RNA transcribed from the inserted nucleic acid is It is placed in an antisense orientation with respect to the nucleic acid, as described in more detail below.)
[0080]
The antisense nucleic acid molecules of the invention are typically introduced into cells or generated in situ, so that they hybridize or bind to the mRNA and / or genomic DNA of the cells encoding the MCT protein, and are transcribed and synthesized. Protein expression is inhibited by inhibiting translation. This hybridization can be carried out by the complementarity of the original nucleotides forming a stable double strand. However, in the case of an antisense nucleic acid molecule binding to a DNA double strand, the hybridization is carried out at the main groove binding to the double helix. May be performed by the specific interaction of The antisense molecule binds to a peptide or antibody that binds to a receptor or antigen on the cell surface in advance so as to specifically bind to a receptor on the cell surface or an antigen expressed on the cell surface. Qualified. An antigen nucleic acid molecule can be introduced into a cell using, for example, a vector. To obtain a sufficient intracellular concentration of the antisense molecule, a vector construct in which the antisense nucleic acid molecule is placed under the strong control of a prokaryotic, viral or eukaryotic promoter is preferably used.
[0081]
In another embodiment, an α-anomeric nucleic acid molecule is used as the antisense nucleic acid molecule of the present invention. The α-anomeric nucleic acid molecule forms a specific double-stranded hybrid with the complementary RNA. In this case, unlike normal β units, the nuclear strands extend parallel to each other (Gaultier et al., (1987) Nucleic Acids. Res. 15: 6625-6641). Antisense nucleic acid molecules can be 2'-o-methyl ribonucleotides (Inoue et al., (1987) @ Nucleic Acids Res. 15: 6131-6148) or chimeric RNA-DNA analogs (Inoue et al., (1987) FEBS Lett). 215: 327-330).
[0082]
In another embodiment, the antisense nucleic acid of the present invention may be a ribozyme. A ribozyme is an RNA molecule having catalytic activity and has a ribonuclease activity capable of cleaving a single-stranded nucleic acid having a complementary region, for example, mRNA. Ribozymes (e.g., hammerhead ribozymes (described by Haselhoff and Gerlach, (1988) Nature 334: 585-591)) can be used to catalytically cleave MCT mRNA transcripts and inhibit MCT mRNA translation. A ribozyme having specificity for an MCT-encoding nucleic acid can be designed based on the nucleotide sequence of MCT DNA described herein (eg, SEQ ID NO: 5 (RXA00104). For example, Tetrahymena L-19 IVS RNA has an active moiety The nucleotide sequence is configured to have complementarity to a cleavable nucleotide sequence in the MCT-encoded mRNA, as described, for example, in Cech et al., U.S. Patent No. 4,987,071, and Cech et al. 116, 742. In addition, MCT mRNA can be used to select catalytically active RNAs having specific ribonuclease activity in a pool of RNA molecules, as described by Bartel, D. and Szostak, JW, co-author, 993) Science 261: 1411-1418 becomes the reference.
[0083]
In addition, the expression of the MCT gene can be inhibited by targeting a nucleotide sequence having complementarity to a regulatory region (eg, an MCT promoter and / or enhancer) of the MCT nucleotide sequence. For this, see Helene, C .; (1991) Anticancer Drug Des. 6 (6): 569-84; Helene, C.E. Et al., (1992) Ann. N. Y. Acad. Sci. 660: 27-36, and Maher, L. et al. J. Et al. (1992) Bioassays 14 (12): 807-15.
[0084]
B. Recombinant expression vectors and host cells
The invention further includes a vector, preferably an expression vector, containing a nucleic acid encoding the MCT protein (or a portion thereof). Here, “vector” means a nucleic acid molecule capable of transporting another nucleic acid to which the nucleic acid molecule is bound. One example of a vector is a "plasmid," which is a circular double stranded DNA loop into which other DNA segments can be ligated. Another example of a vector is a viral vector, to which other DNA segments can be ligated to the viral genome. Introduction of a given vector into a host cell allows for autonomous replication in the host cell (eg, bacterial vectors derived from bacteria by replication and episomal mammalian vectors). Other vectors (eg, non-episomal mammalian vectors) are introduced into the genome of the host cell by introduction into the host cell, and replicate along with the host genome. In addition, certain vectors are capable of controlling the expression of genes to which they are cooperatively linked. These vectors are referred to herein as "expression vectors". Generally, expression techniques used in DNA recombination techniques often take the form of a plasmid. As used herein, "plasmid" and "vector" are used interchangeably, with plasmid being the most frequently used form of vector. However, the invention includes other forms of expression vectors having similar functions, such as viral vectors (eg, replication defective retroviruses, adenoviruses and adeno-associated viruses).
[0085]
The recombinant expression vector of the present invention contains a nucleic acid in a form suitable for expression in a host cell. Recombinant expression vectors contain one or more regulatory sequences selected based on the host cell used for expression, and are cooperatively linked to the nucleic acid sequence to be expressed. In a recombinant expression vector, "cooperatively linked" refers to regulatory sequences that permit expression of the nucleotide sequence (e.g., when the vector is introduced into an in vitro transcription / translation system or into a host cell). (In a host cell). The "regulatory sequence" includes a promoter, enhancer, and other expression control elements (eg, a polyadenylation signal). Such regulatory sequences are described, for example, in Goeddel; Gene Expression Technology: Methods in Enzymology 185, Academic Press, San Diego, CA (1990). Preferred regulatory sequences are, for example, cos-, tac-, trp-, tet-, trp-tet-, lpp-, lac-, lpp-lac-, lacI.q, T7-, T5-, T3-, gal-, trc-, ara-, SP6-, any, SPO2, [lambda] -PR− Or λ-PLAnd these are preferably used in bacteria. Examples of other regulatory sequences include promoters from yeast and fungi such as ADC1, MFα, AC, P-60, CYC1, GAPDH, TEF, rp28, ADH, CaMV / 35S, SSU, OCS, lib4, usp, STLS1, B33 and other plant-derived promoters, nos or ubiquitin- and phaseolin-promoters. It is also possible to use artificial promoters. It is understood by those skilled in the art that the design of an expression vector varies depending on factors such as selection of a host cell to be transformed and the degree of expression of a desired protein. The expression vector of the present invention can be introduced into a host cell, whereby a protein or peptide containing a fusion protein or peptide encoded by a nucleic acid (eg, an SRT protein, a mutant form of MCT protein, a fusion protein, etc.) is produced. .
[0086]
The recombinant expression vectors of the present invention are designed for expression of the MCT protein in prokaryotic or eukaryotic cells. For example, the MCT gene is C.I. Bacterial cells such as glutamicum, insect cells (using a baculovirus expression vector), yeast and other fungal cells (Romanos, MA, et al., (1992) “Foreign gene expression in yeast: areview”, Yeast 8). : 423-488; van den Honda, C.A.M.J.J., et al., (1991) "Heterologous gene expression in filamentous fungi" (Mole Gene Manipulations in W. F., J. F., and J. F. in Gene Gene. L. Lasure, ed., P.396-428: Academic Press: San Diego, and van den Honda, CA. MJJ & Punt, PJ (1991) "Gene transfer systems and vector development for filamentous fungi (Applied Molecular Genetics, etc., in Applied Molecular Genetics, Applied Molecular Genetics, etc.) Cambridge University Press: See Cambridge, Algae and Multicellular Plants (Schmidt, R., Willmitzer, L., 1988) High efficiency radiation adatomifation adatomifation adatomifation edifice explants "Plant Cell ReP .: 583-586) or suitable host cells for suitable host cells Goeddel, Gene Expression Technology: Method in Enzymology 185, Academic Medicine, Canada, Canada, Canada. Furthermore, the recombinant expression vector can be transcribed and translated in vitro by using, for example, a T7 promoter regulatory sequence and T7 polymerase.
[0087]
Expression of proteins in prokaryotes is most commonly carried out by vectors containing constitutive or inducible promoters that govern the expression of fusion or non-fusion proteins. Fusion vectors add a large number of amino acids to the encoded protein, usually at the amino terminus and also at the C-terminus, or are fused within an appropriate region of the protein. Such ligation vectors serve three roles. That is, it assists in the purification of recombinant proteins by 1) increasing the expression of the recombinant protein, 2) improving the solubility of the recombinant protein, and 3) acting as a ligand in affinity purification. In a fusion expression vector, a proteolytic cleavage site is often introduced into the junction between the fusion portion and the recombinant protein, and the fusion portion can be separated from the recombinant portion by purifying the fusion protein. Has been done. Examples of such enzymes and their cognate recognition sites include factor Xa, thrombin and enterokinase.
[0088]
Examples of typical fusion expression vectors are pGEX (Pharmacia Biotech Inc; Smith, DB, Johnson, KS, co-authored, (1988) Gene 67: 31-40), pMAL (New England Biolabs, MA) and pRIT5 (Pharmacia, Piscataway, NJ), each of which fuses glutathione S-transferase (GST), maltose E binding protein, and protein A to the recombinant protein. In one embodiment, the coding sequence of the MCT protein is cloned into a pGEX expression vector to produce a vector encoding the fusion protein, comprising, in order from N-terminus to C-terminus, a GST-thrombin cleavage site-X protein. . The fusion protein is purified by affinity chromatography using glutathione-agarose resin. Recombinant MCT protein removed from the fusion with GST is recovered by cleavage of the fusion protein with thrombin.
[0089]
Suitable inducible non-fusion E. Examples of E. coli expression vectors include pTrc (Amann et al., (1988) Gene 69: 301-315) pLG338, pACYC184, pBR322, pUC18, pUC19, pKC30, pRep4, pHS1, pMPL2, pMc2, pMc2, pM2 pIN-III 113-B1, λgt11, pBdC1, and pET11d (Studier et al., Gene Expression Technology: eds. Vectors Elsevier: New York IBSN 0 444 904018). Expression of the target gene by the pTrc vector is performed by host RNA polymerase transcription from a hybrid trp-lac fusion promoter. Expression of the target gene by the pET11d vector is performed by transcription with a T7 gn10-lac fusion promoter mediated by co-expressing viral RNA polymerase (T7 gnl). This viral polymerase is supplied from host strains BL21 (DE3) or HMS174 (DE3) by a resident phage containing the T7gn1 gene under the transcriptional control of the lacUV5 promoter. For transformation of other various bacteria, suitable vectors can be selected. For example, plasmids pIJ101, pIJ364, pIJ702 and pIJ361 are known to be effective for transformation of Streptomyces, and plasmids pUB110, pC194 or pBD214 are suitable for transformation of Bacillus species. Examples of several plasmids used to transfer genetic information to Corynebacterium are pHM1519, pBL1, pSA77 or pAJ667 (eds. Pouwels et al., (1985) Cloning Vectors. Elsevier: New York IBSN 044404018).
[0090]
One way to maximize expression of a recombinant protein is to express the protein in a host bacterium that is defective in its ability to perform proteolytic cleavage of the recombinant protein (Gottesman, S., Gene Expression). Technology: Methods in Enzymology 185, Academic Press, San Diego, California (1990) 119-128). Another method is to change the nucleic acid sequence of the nucleic acid to be inserted into the expression vector and to use a given bacterium, C. elegans, which is used to express codons corresponding to each amino acid. Preferential use in glutamicum (Wada et al., (1992) Nucleic Acids Res. 20: 2111-2118). Such alterations in nucleic acid sequence are made by standard DNA synthesis techniques.
[0091]
In another embodiment, a yeast expression vector is used as the MCT protein expression vector. Yeast S. Examples of vectors for expression in S. cerevisiae include pYepSec1 (Baldari et al., (1987) Embo J. 6: 229-234), 2μ, pAG-1, Yep6, Yep13, pEMBLYe23, pMFa (Kurjan, Herskow82, ) Cell 30: 933-943), pJRY88 (Schultz et al., (1987) Gene 54: 113-123), and pYES2 (Invitrogen Corporation, San Diego, CA). Vectors and methods used to construct vectors preferably used for other fungi such as filamentous bacteria are described in van den Honda, C. et al. A. M. J. J. & Punt, P.M. J. .. (1991) "Gene transfer systems and vector development for filamentous fungi, (Applied Molecular Genetics of Fungi) J.F Peberdy et al., Eds., P 1-28, Cambridge University Press: Cambridge, and Pouwels et al., Eds., (1985) Cloning Vectors Elsevier: New York (IBSN 0 444 904018).
[0092]
Furthermore, the MCT protein of the present invention is expressed in insect cells using a baculovirus expression vector. Examples of baculovirus vectors capable of expressing a protein in cultured insect cells (eg, Sf9 cells) include the pAc system (Smith et al., (1983) Mol. Cell. Biol. 3: 2156-2165) and the pVL system ( Lucklow and Summers, (1989) Virology 170: 31-39).
[0093]
In other embodiments, the MCT proteins of the invention can be expressed in unicellular plant cells (eg, algae) or plant cells from higher plants (eg, seed plants such as crops). For examples of plant expression vectors, see Becker, D.W. Kemper, E .; , Schell, J. et al. And Masterson, R.A. Authors, (1992) “New plant binary vectors with selectable markers located proximal to the left border”, Plant Mol. Biol. 20: 1195-1197, Bevan, M .; W. Authors, (1984) "Binary Agrobacterium vectors for plant transformation", Nucl. Acid. Res. 12: 8711-8721, and furthermore, pLGV23, pGHlac +, pBIN19, pAK2004, and pDH51 (edited by Pouwels et al., (1985) Cloning Vectors. Elsevier: New York: Examples of IBSN 01844, which are listed as New York). .
[0094]
In another embodiment, the nucleic acids of the invention are expressed in mammalian cells using a mammalian expression vector. Examples of mammalian expression vectors are pCDM8 (Seed, B. (1987) Nature 329: 840) and pMT2PC (Kaufman et al., (EMBO J. 6: 187-195) for use in mammalian cells. The control functions of the expression vector in some cases are often provided by viral regulatory elements, for example, commonly used promoters from polyomavirus, adenovirus 2, cytomegalovirus, and simian virus 40. For other suitable expression systems in both prokaryotic and eukaryotic cells, see Sambrook, J., Fritsh, EF and Maniatis, T., Molecular Cloning: A Laboratory Manual, Second Edition, 16th Edition. , Chapter 17, Cold Spring Harbor Laboratory, Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring Harbor, NY, 1989.
[0095]
In another embodiment, a recombinant mammalian expression vector is capable of directing the expression of a nucleic acid that is selective for a given cell type (eg, the expression of such a nucleic acid requires a tissue-specific regulatory element). Used). Tissue-specific regulatory elements are known in the art. Examples of tissue-specific promoters include albumin promoters (liver-specific: by Pinkert et al., (1987) Genes Dev. 1: 268-277) and lymphoid-specific promoters (by Calame and Eaton, (1988) Adv. Immunol). 43: 235-275), especially T cell receptor specific promoters (Winoto, Baltimore, (1989) EMBO J. 8: 729-733), immunoglobulins (Banerji et al., (1983) Cell 33: 729). -740, Queen, Baltimore, (1983) Cell 33: 741-748), a neuron-specific promoter (eg, the neurofilament promoter, Byrne and Ruddle, (1989) P AS 86: 5473-5577), pancreas-specific promoter (Edlund et al., (1985) Science 230: 912-916), mammary gland-specific promoter (e.g., whey promoter, U.S. Pat. No. 4,873,316 and European Patent Application Publication No. 264,166), but is not limited thereto. Examples of promoters that are regulated during development include the murine (mouse) hox promoter (Kessel, Gruss, (1990) Science 249: 374-379) and the α-fetoprotein promoter (Campes, Tilghman, (1989) Genes). Dev. 3: 537-546).
[0096]
The present invention further provides a recombinant expression vector comprising the DNA vector of the present invention cloned in an antisense direction into an expression vector. That is, the DNA molecule is cooperatively linked to a regulatory sequence such that expression (by transcription of the DNA molecule) of an RNA molecule antisense to MCT mRNA is possible. For example, a regulatory sequence is selected that binds cooperatively to the cloned nucleic acid in the antisense orientation, which governs the continuous expression of the antisense RNA molecule in various cell types. Examples of regulatory sequences are viral promoters and / or enhancers. Alternatively, regulatory sequences that govern the constitutive tissue-specific or cell type-specific expression of the antisense RNA may be selected. The antisense expression vector may be in the form of a recombinant plasmid, phagemid or attenuated virus that produces the antisense nucleic acid under the control of a highly efficient regulatory region. The activity in this case is determined by the type of cell into which the vector has been introduced. For the regulation of antisense gene expression, see Weintraub, H. et al. Antisense RNA as a molecular tool for genetic analysis, Reviews @ Trends in Genetics, Vol. 1 (1) 1986.
[0097]
Furthermore, the present invention includes a host cell into which the recombinant expression vector of the present invention has been introduced. The expressions “host cell” and “recombinant host cell” are interchangeable herein. These expressions are used not only for specific cells, but also for those that may develop into next generation cells and cells of later generations. Such later generations may not actually be identical to the parent cell, since modifications may occur in later generations either due to mutations or environmental effects, but again in this case, as described above. Shall be included in the expression.
[0098]
A host cell can be any prokaryotic or eukaryotic cell. For example, the MCT protein is C.I. It is expressed in bacterial cells such as glutamicum, insect cells, yeast or mammalian cells (eg Chinese hamster ovary cells (CHO) or COS cells). Other suitable host cells are known to those skilled in the art. Table 3 shows microorganisms related to Corynebacterium glutamicum used as the conventional host cells, which are used for the nucleic acid and protein molecules of the present invention, which can be used as the conventional host cells.
[0099]
Vector DNA can be introduced into prokaryotic or eukaryotic cells by conventional transformation or transfection techniques. As used herein, transformation (transformation), transfection (transfection), pairing (conjugation), and transduction (transduction) refer to foreign nucleic acids (eg, linear DNA or RNA (eg, linearized vectors). Or various known techniques for introducing a vector-like nucleic acid (eg, a plasmid, a phage, a phsmid, a phagemid, a transporon or other DNA) into a host cell, such as calcium phosphate or calcium chloride. Shows co-precipitation, DEAE-dextran mediated transfection, lipofection, natural competence, chemical mediated transfer, or electroporation. Suitable methods for the transformation or transfection of host cells can be found in Sambrook et al., (Molecular Cloning: A Laboratory Manual, Second Edition, Cold Spring Harbor Laboratory, Cold Spring Harbor, Nd., USA). And other research manuals.
[0100]
For stable transfection of mammalian cells, it is known that foreign DNA may be integrated into the genome by a small portion of the cell, depending on the expression vector and transfection technique used. To recognize and select all of these components, a gene encoding a selectable marker (eg, resistance to an antibiotic) is introduced into the host cell along with the desired gene. Examples of suitable markers include those that confer resistance to the drug, such as G418, hygromycin, methotrexate. The nucleic acid encoding the selectable marker can be introduced into the same vector as the vector encoding the MCT protein in the host cell, but can also be introduced into another vector. Cells stably transfected with the introduced nucleic acid are recognized by drug selection or the like (for example, cells into which a selectable marker gene has been introduced are maintained, and other cells die).
[0101]
In order to obtain a homologous recombinant microorganism, a vector containing at least a part of the MCT gene into which a deletion, addition, or substitution has been introduced is produced, and thereby the MCT gene is changed due to, for example, functional disruption. The MCT gene is preferably the Corynebacterium glutamicum MCT gene, but may be homologous to the relevant bacteria or mammals, yeasts or insects. In a preferred embodiment, the vector is preferably designed such that upon homologous recombination, the endogenous MCT gene is functionally disrupted (ie, designed to not encode a functional protein. Are also known as "knockout" vectors). Alternatively, after homologous recombination, the endogenous MCT gene is mutated or altered but remains functionally encoding (eg, an upstream regulatory region is altered, thereby altering the endogenous MCT protein). It is also possible to design the vector to alter expression). In a homologous recombination vector, additional nucleic acids are placed 5 'and 3' to the side of the MCT gene, resulting in a modified portion. This vector allows for homologous recombination between the exogenous MCT gene provided by the vector and the endogenous MCT in the microorganism. This additionally laterally located MCT nucleic acid is of sufficient length to allow for sufficiently homologous recombination with foreign genes. Usually, several kb of laterally arranged DNA (both at the 5 'and 3' ends) is included in the vector (Thomas, KR and Capecchi, MR, co-authored, (1987) Cell 51. : 503 for a description of homologous recombination vector). The vector is introduced into a microorganism (eg, electroporation), and cells having a combination of the introduced MCT gene and the endogenous MCT gene are selected by known techniques.
[0102]
In another embodiment, a recombinant microorganism is produced having a selected system that allows for regulated expression of the introduced gene. By introducing the MCT gene into a vector under the control of the lac operon, it becomes possible to express the MCT gene only when IPTG is present. Such adjustment systems are known from the prior art.
[0103]
In other embodiments, the endogenous MCT gene in the host cell is disrupted (by homologous recombination or other genetic means by conventional techniques) so that the resulting protein product is not expressed. In other embodiments, the endogenous or introduced MCT gene in the host cell has been altered by one or more point mutations, deletions or inversions, but encodes a functional MCT protein. In still other embodiments, one or more regulatory regions (eg, promoter, repressor, or inducer) of the MCT gene in the microorganism are altered (eg, deleted) such that expression of the MCT gene is regulated. Loss, truncation, inversion, point mutation). Those skilled in the art will readily recognize that host cells having one or more of the above-described MCT gene and protein modifications are readily produced by the methods of the present invention and are also included in the present invention.
[0104]
MCT proteins can be produced (ie, expressed) using the host cells of the invention, eg, prokaryotic or eukaryotic cells in culture. Accordingly, the present invention further provides a method for producing an MCT protein using the host cell of the present invention. In a preferred embodiment, the method comprises the steps of introducing a cell of the invention (recombinant expression vector encoding the MCT protein or genome) into the wild-type or modified MCT protein until the MCT protein is obtained. Are cultured in a suitable medium. In another embodiment, the method of the invention comprises the step of isolating the MCT protein from the medium or the host cell.
[0105]
C. MCT protein isolated
The invention further includes the isolated MCT protein, and biologically active portions thereof. An "isolated" or "purified" protein or biologically active portion thereof is substantially free of cytoplasmic material when produced by recombinant DNA technology, and when chemically synthesized. Is substantially free of chemical precursors or other chemicals. By "substantially free of cellular material" is meant the preparation of MCT proteins, produced by natural or recombinant techniques, separated from cellular components in cells. In one embodiment, "substantially free of cellular material" refers to less than about 30% (by dry weight) non-MCT protein (also referred to as "contaminating protein"), preferably about 20% Less than, more preferably less than about 10%, particularly preferably less than 5%. If the MCT protein or a biologically active part thereof can be produced recombinantly, it is preferred that it is substantially free of medium. That is, it is preferred that the medium comprises less than 20% of the volume of protein production, more preferably less than about 10%, and particularly preferably less than about 5%. In one embodiment, the phrase "substantially free of chemical precursors or other chemicals" refers to "less than about 30% (dry weight), preferably less than about 20%, more preferably about 10%. Refers to the preparation of an MCT protein containing less than about 5%, particularly preferably less than about 5%, of a chemical precursor or non-MCT chemical, wherein the isolated protein or biologically active portion thereof is Preferably, it is free of contaminating (source) proteins from the same organism as that produced, generally such proteins are produced by recombinant expression of the C. glutamicum MCT protein or the like in a microorganism such as C. glutamicum.
[0106]
The isolated MCT protein of the present invention, or a portion thereof, may be a C.I. It is involved in the metabolism of compounds required for the formation of the cell membrane of Glutamicum, or the transport of molecules across this membrane, or has the activities listed in Table 1. The protein or a part thereof contains an amino acid sequence sufficiently homologous to a sequence of the present invention (for example, a sequence according to an even SEQ ID NO in the sequence listing). Preferably, Glutamicum retains its ability to participate in the metabolism of compounds necessary for the formation of the cell membrane or the transport of molecules across the membrane. It is preferred that a part of the protein is a part having the above-mentioned biological activity. In another preferred embodiment, the MCT protein of the present invention has an even amino acid sequence according to SEQ ID NO in the sequence listing. In another preferred embodiment, the MCT protein is encoded by a nucleotide sequence that hybridizes to a nucleotide sequence of the invention (eg, a sequence according to an odd SEQ ID NO in the sequence listing), eg, hybridizes under stringent conditions. . In still other preferred embodiments, the MCT protein is at least about 50%, 51%, 52%, 53%, 54%, 55%, 56%, 57% relative to a nucleic acid sequence of the invention or a portion thereof. %, 58%, 59% or 60%, preferably at least about 61%, 62%, 63%, 64%, 65%, 66%, 67%, 68%, 69%, or 70%, more preferably at least About 71%, 72%, 73%, 74%, 75%, 76%, 77%, 78%, 79%, or 80%, 81%, 82%, 83%, 84%, 85%, 86%, 87%, 88%, 89% or 90%, 91%, 92%, 93%, 94%, particularly preferably encoded by a nucleotide sequence that is at least about 95%, 96%, 97%, 98%, 99% or more homologous Having the amino acid sequence shown. The present invention also includes a range of values represented by intermediate values of the above values (for example, 70 to 90% identical or 80 to 95% identical). For example, any of the above-described values described as the upper limit value and / or the lower limit value may be combined to form a value range. Preferably, the MCT proteins of the present invention have at least one MCT activity described herein. For example, an MCT protein of the present invention is substantially homologous to an amino acid sequence encoded by a nucleotide sequence that hybridizes to a nucleic acid sequence of the present invention, eg, hybridizes under stringent conditions; It is preferred that it is capable of participating in the metabolism of compounds required for the construction of the cell membrane of Glutamicum or the transport of molecules across this membrane, or has one or more of the activities listed in Table 1.
[0107]
In a preferred embodiment, the MCT protein is substantially homologous to an amino acid sequence of the invention (eg, a sequence according to an even SEQ ID NO in the sequence listing), as described in detail in column I above, Although the amino acid sequence differs due to natural changes and mutations, it retains the functional activity of the protein. In another embodiment, the MCT protein comprises at least about 50%, 51%, 52%, 53%, 54%, 55%, 56%, 57%, 58% of the total amino acid sequence of the invention. , 59% or 60%, preferably at least about 61%, 62%, 63%, 64%, 65%, 66%, 67%, 68%, 69%, or 70%, more preferably at least about 71%, 72%, 73%, 74%, 75%, 76%, 77%, 78%, 79%, or 80%, 81%, 82%, 83%, 84%, 85%, 86%, 87%, 88 %, 89% or 90%, 91%, 92%, 93%, 94%, particularly preferably at least about 95%, 96%, 97%, 98%, 99% or more of the above-mentioned MCT A protein that contains any of the activities. The present invention also includes a range of values represented by intermediate values of the above values (for example, 70 to 90% identical or 80 to 95% identical). For example, any of the above-described values described as the upper limit value and / or the lower limit value may be combined to form a value range. The present invention relates to C. elegans substantially homologous to the entire amino acid sequence of the present invention. Contains the entirety of glutamicum protein.
[0108]
The biologically active portion of the MCT protein may be derived from the amino acid sequence derived from the amino acid sequence of the MCT protein (eg, the amino acid sequence according to the even SEQ ID NO in the sequence listing) or the amino acid sequence of a protein homologous to the MCT protein. It contains the derived amino acid sequence (comprising less than the whole amino acid in the MCT protein or including the whole protein homologous to the MCT protein) and exhibits at least one activity of the MCT protein.
[0109]
Generally, biologically active moieties (peptides, such as peptides of 5, 10, 15, 20, 30, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 50, 100 or more amino acids in length) are MCT Contains at least one activity domain or motif of the protein. In addition, other biologically active proteins in which other portions of the protein have been deleted can be produced recombinantly and evaluated for one or more of the activities described herein. It is possible. The biologically active portion of an MCT protein is one or more selected domains / motifs or portions thereof that have biological activity.
[0110]
Preferably, the MCT protein is produced by recombinant DNA technology. For example, a nucleic acid molecule encoding a protein is cloned into an expression vector (see above), the expression vector is introduced into a host cell (see above), and the MCT protein is expressed in the host cell. MCT protein is isolated from cells by a suitable purification method using standard protein purification techniques. In methods other than recombinant expression, MCT proteins, polypeptides, or peptides are chemically synthesized using standard peptide synthesis techniques. In addition, native MCT protein can be isolated from cells (eg, endothelial cells) using, for example, anti-MCT antibodies produced by standard techniques using the MCT protein of the present invention or fragments thereof.
[0111]
The present invention further provides MCT chimeric or fusion proteins. Here, the MCT “chimeric protein” or “fusion protein” includes an MCT polypeptide that cooperatively binds to a non-MCT polypeptide. MCT “polypeptide” means a polypeptide having an amino acid sequence corresponding to MCT, and “non-MCT polypeptide” is a protein having no substantial homology to MCT protein, such as MCT protein, Or a polypeptide having an amino acid sequence corresponding to a protein derived from a different organism. With respect to a fusion protein, "cooperatively linked" means that the MCT and non-MCT polypeptides are fused together in frame. Non-MCT polypeptides can be fused to the C-terminal or N-terminal of the MCT polypeptide. For example, an example of a fusion protein is a GST-MCT fusion protein in which the MCT sequence is linked to the C-terminus of the GST sequence. Such a fusion protein is effectively used for purification of a recombinant MCT protein. In another embodiment, an MCT containing a heterologous signal sequence at the N-terminus is used as the fusion protein. In certain host cells (eg, mammalian host cells), expression and / or secretion of the MCT protein is improved by using a heterologous signal sequence.
[0112]
The MCT chimeric or fusion proteins of the present invention are produced by standard recombinant DNA techniques. For example, DNA fragments encoding different polypeptide sequences are ligated together by conventional techniques. For example, treatment with blunt or cohesive ends for ligation, digestion with restriction enzymes to obtain preferred ends, packing to obtain suitable sticky ends, alkaline phosphatase treatment to avoid improper ligation, and enzymes It is preferred to be carried out by ligation. In another embodiment, the fusion gene is synthesized by conventional techniques, such as by using an automatic DNA synthesizer. In other cases, PCR amplification of the gene fragment is performed using an anchor primer that creates a complementary overhang between two parallel gene fragments. The two gene fragments in this case are subsequently annealed and reamplified to produce a chimeric gene sequence (eg, Molecular Biology, Ausubel et al., John Wiley & Sons: 1992). In addition, various expression vectors are commercially available that previously encode a fusion moiety (eg, a GST polypeptide). The nucleic acid encoding MCT is cloned into an expression vector as described above such that the fusion moiety binds in-frame to the MCT protein.
[0113]
Homologs of the MCT protein are generated by mutagenesis, eg, scattered point mutation or truncation of the MCT protein. As used herein, the term "homolog" refers to a variant of the MCT protein that acts as an agonist or antagonist of MCT protein activity. An agonist of the MCT protein can maintain a biological activity or subset that is equivalent to the MCT protein. MCT protein antagonists prevent the occurrence of translocation by competitively binding to downstream or upstream members of the cell membrane component metabolic cascade, including the MCT protein, or by binding to the MCT protein, which mediates the transport of compounds across the membrane can do.
[0114]
In another embodiment, homologs of the MCT protein are identified by screening a combinatorial library of mutant, eg, truncated, mutants of the MCT protein to obtain MCT protein agonist or antagonist activity. In one embodiment, a variant library of MCT variants is obtained by combinatorial mutagenesis at the nucleic acid level and is encoded by a variant gene library. A variant library of MCT variants may be, for example, a mixture of synthetic oligonucleotides in a gene sequence, a series of variants that may constitute the MCT sequence as individual polypeptides, or a large fusion protein containing a series of MCT sequences. (Eg, phage display) produced by enzymatic ligation. Various methods are used to form a library that may constitute an MCT homolog from the degraded oligonucleotide sequence. Chemical synthesis of the degraded gene sequence is performed in an automatic DNA synthesizer, and the synthesized gene is ligated to an appropriate expression vector. By using the degraded genes as a set, all sequences encoding the desired set that may constitute the MCT sequence are provided as a mixture. Methods for synthesizing degraded oligonucleotides are known in the art (eg, Narang, SA, (1983) Tetrahedron 39: 3, Itakura et al., (1984) Annu. Rev. Biochem. 53: 323). (1984) Science 198: 1056; Ike et al., (1983) Nucleic Acid Res. 11: 477).
[0115]
Furthermore, it is possible to produce a heterogeneous population of MCT fragments by screening and selecting homologues of the MCT protein using the fragment library encoding the MCT protein. In another embodiment, the library of coding sequence fragments is obtained in the following manner. That is, a double-stranded PCR fragment of the MCT coding sequence is treated with a nuclease under conditions in which nicking occurs only once for each molecule to denature the double-stranded DNA, and a sense is obtained from a product having different nicking. / Restore the DNA containing the antisense pair to form double-stranded DNA, remove single-stranded proteins from the re-formed double strand by treatment with S1 nuclease, and express the resulting fragment library Ligation to the vector. By this method, an expression library is obtained which encodes N-terminal, C-terminal and internal fragments of MCT proteins of various sizes.
[0116]
A plurality of techniques for screening gene products of a combination library obtained by point mutation or truncation and screening a cDNA library of a gene product having predetermined properties are known. Such techniques are used for rapid screening of gene libraries obtained by combinatorial mutagenesis of MCT homologs. This most widely used method is used for high-throughput analysis to screen large gene libraries. In this method, generally, a gene library is cloned into a replicable expression vector, an appropriate cell is transformed to obtain a library of vectors, and a vector encoding the gene is isolated by detecting a desired function. The recombinant gene is expressed under conditions where the product from is detected. A new technique for increasing the incidence of recursive variants in libraries, namely recursive ensemble mutagenesis (REM), can be used in combination with screening methods to identify MCT homologs (Arkin, Youvan (1992) PNAS 89: 7811-7815, Delgrave et al., (1993) Protein Engineering 6 (3): 327-331).
[0117]
In another embodiment, a cell-based analysis is performed and the variant MCT library can be analyzed using known methods.
[0118]
D. Methods and uses of the invention
The nucleic acid molecules, proteins, protein homologs, homologous proteins, primers, vectors, and host cells described herein are used by one or more methods below. That is, C.I. Identification (recognition) of glutamicum and related organisms, C.I. Mapping of organisms related to G. glutamicum; Identification and location of glutamicum, study of evolution, determination of MCT protein region required for function, regulation of MCT protein activity, regulation of metabolism of one or more cell membrane components, transmembrane of one or more compounds It is used in regulating transport and in regulating the production of desired compounds, for example fine chemicals, by cells.
[0119]
The MCT nucleic acid molecules of the present invention have various uses. First, the molecule is used to identify Corynebacterium glutamicum or an organism closely related thereto. In addition, MCT nucleic acid molecules can be found in C. elegans in mixed populations of microorganisms. Used to recognize the presence of glutamicum or an organism closely related thereto. In addition, the present invention provides a method for transforming a genomic DNA extracted from a culture of a single or mixed population of microorganisms into C. elegans under stringent conditions. The presence of this organism is confirmed by examining with a probe spanning a region specific to the glutamicum gene.
[0120]
Corynebacterium glutamicum itself is not pathogenic, but has relevance to pathogenic species such as Corynebacterium diphtheria. Corynebacterium diphtheria is the causative agent of diphtheria and grows rapidly, causing acute and febrile infections associated with both local and systemic pathologies. In this disease, local lesions reach the upper respiratory tract and necrotic damage reaches the endothelial cells, bacilli secrete toxins, and the lesions spread to sensitive tissues distal to the body. Inhibition of protein synthesis in these tissues, such as the heart, muscle, peripheral nerves, adrenal glands, kidneys, liver and spleen, results in deformable changes, which are indicative of a systemic pathology of the disease. Diphtheria has a high incidence in many parts of the world, such as Africa, Asia, Eastern Europe and the former Soviet Union. Subsequent epidemics of diphtheria in the last two regions have resulted in 5,000 deaths since 1990.
[0121]
In one embodiment, the present invention provides a method for recognizing (identifying) the presence of Corynebacterium diphtheria activity in a subject (subject / patient). In this method, the presence of one or more activities of a nucleic acid or amino acid sequence of the invention (eg, an odd or even SEQ ID NO nucleotide sequence in the sequence listing) is detected in a subject, thereby providing a Corynebacterium diphtheria. Detect the presence or activity of. C. Glutamicum and C.I. Diphtheria is a related bacterium, Many of the nucleic acid and protein molecules of G. glutamicum are C. glutamicum. This method is homologous to nucleic acid and protein molecules of diphtheria, and therefore, the method is useful for C. elegans in a subject. It can also be used to detect diphtheria.
[0122]
The nucleic acid and protein molecules of the present invention also serve as markers for specific regions of the genome. This is not limited to genomic mapping, but also to C.I. It is also used for research on the function of glutamicum protein. For example, a specific C.I. To identify the region of the genome to which the glutamicum DNA-binding protein binds, C. glutamicum DNA-binding protein is It is possible to digest the glutamicum genome, but the fragments are incubated with the DNA-binding protein. The region that binds to the protein can also be examined in detail using the nucleic acid of the present invention, preferably with a label that is easily detectable. The location of the fragment in the glutamicum genomic map is made possible, and the nucleic acid sequence to which the protein is bound can be quickly determined by multiple attempts with various enzymes. In addition, the nucleic acid molecules of the invention have sufficient homology to the sequence of the relevant species and thus act as markers for the structure of the genomic map in related bacteria, such as Brevibacterium lactofermentum.
[0123]
The MCT protein molecules of the present invention are also useful in evolutionary and protein structural studies. The metabolic and transport processes to which the molecules of the present invention are related compare the sequence of the nucleic acid molecule of the present invention to the sequence of a molecule encoding a similar enzyme obtained from another organism, and the evolutionary relevance of this organism. Used in a variety of prokaryotic and eukaryotic cells. Similarly, such comparisons allow one to evaluate which parts of the sequence are converted and which are not, and are used to identify protein regions that are important for enzyme function. Such a specific method is important in protein engineering, and serves as an indicator of what resistance can be obtained by mutagenesis of a protein that mutates without losing its function.
[0124]
By processing the MCT nucleic acid molecule of the present invention, it becomes possible to produce an MCT protein having a function different from that of a wild-type MCT protein. With such a protein, it is also possible to improve its efficiency or activity, to make it present in a cell in a higher number than usual, or to reduce its efficiency or activity.
[0125]
The present invention provides a method for screening a molecule by measuring the activity of the MCT protein by interacting with the protein itself, a substrate or a binding target of the MCT protein, or regulating the transcription or translation of the MCT nucleic acid molecule of the present invention. In this method, a microorganism expressing one or more MCT proteins of the present invention is contacted with one or more test compounds, and the effect of each test compound on MCT protein activity or expression level is evaluated.
[0126]
The modification of the MCT protein of the present invention is characterized by the fact that the modified CCT protein incorporates the modified protein. There are a number of mechanisms directly involved in the yield, production and / or production efficiency of the fine chemical obtained from the glutamicum strain. C. Recovery of fine chemical compounds from large scale glutamicum cultures has been greatly improved. This is C.I. This is because when glutamicum produces the desired compound (as opposed to extraction when C. glutamicum cells are produced in large quantities), such compound is easily purified from the culture medium. By increasing the number or activity of transporter molecules that release fine chemicals from cells, it is possible to increase the amount of fine chemicals in the extracellular medium, thereby significantly facilitating recovery and purification. Conversely, to efficiently overproduce one or more fine chemicals, a suitable biosynthetic pathway requires the use of increasing amounts of cofactors, precursor molecules and intermediate compounds. Thus, by increasing the number and / or activity of transporter proteins involved in the introduction of carbon sources (eg, sugars), nitrogen sources (eg, amino acids, ammonium salts), phosphates (salts) and sulfur sugar nutrients, There are no restrictions on the nutrient supply in the synthesis process, which will lead to improved fine chemical manufacturing. Furthermore, because the fatty acids and lipids themselves are the desired fine chemicals, by optimizing or increasing the activity of one or more MCT proteins of the invention involved in the biosynthesis of these compounds, or By reducing the activity of MCT protein involved in the degradation of the compound of It is possible to improve the yield, production and / or production efficiency of glutamicum-derived fatty acids and lipid molecules.
[0127]
By processing one or more MCT genes of the present invention, it is possible to obtain an MCT protein having an altered activity. It has an indirect effect on the production of one or more desired fine chemicals from glutamicum. For example, the normal biosynthetic process of metabolism affects the production of various effluents (eg, hydrogen peroxide and other reactive oxygen species) and may positively affect similar metabolic processes ( For example, peroxynitrile is known as a nitrate tyrosine side chain, and the presence of tyrosine in the active site inactivates several enzymes (Groves, JT. (1999) {Cuur. Opin. Chem. Biol). 3 (2): 226-235) In large-scale culture production, when the C. glutamicum strain used is regulated so as to overproduce one or more fine chemicals, the wild type C. glutamicum is usually More excretion is secreted than is seen.The activity of one or more MCT proteins of the invention involved in the release of excretion molecules The regulation can improve cell viability and maintain efficient metabolic activity, and the presence of the desired fine chemical at a high intracellular concentration is actually harmful to the cell. In some cases, therefore, by improving the ability of cells to secrete these compounds, it is possible to improve cell viability.
[0128]
Furthermore, the MCT proteins of the present invention can be processed to change the relative amounts of the various lipid and fatty acid molecules produced. This can have a significant effect on the lipid composition of cell membranes. Since the various lipids have different physical properties, changing the lipid composition in the membrane significantly changes the fluidity of the membrane. Changes in the fluidity of the membrane affect the transport of molecules across the membrane, which in turn alters the release of effluents or manufactured fine chemicals and the introduction of required nutrients as described above. In addition, changes in membrane fluidity can have a significant effect on cell integrity, and cells with relatively weak membranes are sensitive to mechanical properties in large-scale fermentation environments, which can lead to cell damage or death. May be brought. The MCT protein involved in the production of fatty acids or lipids constituting the membrane is manipulated such that the composition of the obtained membrane is susceptible to the environmental conditions in the culture used for the production of fine chemicals, whereby C . Glutamicum will survive and proliferate more. More C. in cultures The presence of glutamicum leads to a fine chemical yield, production or production efficiency from the culture.
[0129]
C. Mutagenesis of the MCT protein that increases the yield of fine chemicals obtained from Glutamicum is not limited to the above, and it will be apparent to those skilled in the art that these procedures can be modified. By using these methods and incorporating the above mechanism w, the nucleic acid and protein molecule of the present invention can be transformed into C. elegans. A glutamicum or related bacterial strain expressing a mutant MCT nucleic acid and protein molecule is obtained with improved yield, production and / or production efficiency of the desired compound. The desired compound is C.I. It may be a natural product of G. glutamicum, such as an end product of a biosynthetic pathway, an intermediate of a naturally occurring metabolic pathway, or C. Although it does not occur naturally in the metabolism of glutamicum, the C. glutamicum of the present invention does not. Includes molecules produced by the Glutamicum strain.
[0130]
Examples of the present invention will be described below, but the present invention is not limited to these. The references, patent applications, patents, patent publications, tables, and sequence listings set forth herein are incorporated herein by reference.
[0131]
[Table 1]
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[Table 2]
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[Table 3]
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[Table 4]
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[Table 5]
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[Table 6]
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[Table 7]
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[Table 8]
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[Table 9]
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[Table 10]
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[Table 48]
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[Table 49]
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[0132]
[Example]
Example 1: Production of whole genomic DNA of Corynebacterium glutamicum ATCC13032
Cultivation of Corynebacterium glutamicum (ATCC 13032) was carried out at 30 ° C. overnight in a vigorously stirred BHI medium (Difco). The cells were harvested by centrifugation and the supernatant was discarded, and the cells were treated with 5 ml of Buffer I (5% of the initial culture volume, all indicated volumes were calculated for a 100 ml culture volume) ). The composition of Buffer I was 140.34 g / l sucrose, 2.46 g / l MgSO4x7H2O, 10 ml / l KH2PO4Solution (100 g / l, adjusted to pH 6.7 with KOH), 50 ml / l M12 concentrate (10 g / l (NH4)2SO41 g / l NaCl, 2 g / l MgSO4x7H2O, 0.2 g / l CaCl20.5 g / l yeast extract (Difco), 10 ml / l trace-elements-mix (200 mg / l FeSO4xH2O, 10 mg / l ZnSO4x7H2O, 3 mg / l MnCl2x4H2O, 30 mg / l H3BO3, 20 mg / l CoCl2x6H2O, 1mg / l NiCl2x6H2O, 3 mg / l Na2MoO4x2H2O, 500 mg / l complexing agent (EDTA or citric acid), 100 ml / l vitamin-mix (0.2 mg / l biotin, 0.2 mg / l folic acid, 20 mg / l p-aminobenzoic acid, 20 mg / l riboflavin, 40 mg / l calcium pantothenate, 140 mg / l nicotinic acid, 40 mg / l pyridoxol hydrochloride, 200 mg / l myo-inositol). Lysozyme was added to the suspension to a final concentration of 2.5 mg / ml. After culturing at 37 ° C. for about 4 hours, the protoplasts obtained by degrading the cell wall were collected by centrifugation. The pellet was washed once with 5 ml Buffer I and once with 5 ml TE buffer (10 mM Tris HCl, 1 mM EDTA, pH 8). The pellet was resuspended in 4 ml of TE buffer and 0.5 ml of SDS solution (10%) and 0.5 ml of NaCl solution (5M) were added. After adding proteinase K to a final concentration of 200 μg / ml, the suspension was incubated for about 18 hours at 37 ° C. DNA was purified by standard procedures by extraction with phenol, phenol-chloroform-isoamyl alcohol and chloroform-isoamyl alcohol. The DNA was then precipitated by adding 1/50 volume of 3M sodium acetate and 2 volumes of ethanol, then incubated for 30 minutes at -20 ° C and centrifuged at 12000 rpm in a high speed centrifuge using an SS34 rotor (Sorvall). Separation was performed for 30 minutes. The DNA was dissolved in 1 ml of TE buffer containing 20 μg / ml RNase A and dialyzed at 4 ° C. for at least 3 hours against 1000 ml of TE buffer. During this time, the buffer was changed three times. To the 0.4 ml portion of the dialyzed DNA solution, 0.4 ml of 2M LiCl and 0.8 ml of ethanol were added. After incubating for 30 minutes at -20 ° C, the DNA was collected by centrifugation (13000 rpm, Biofuge @ Fresco, Heraeus, Hanau, Germany). The DNA pellet was dissolved in TE buffer. The DNA produced by this procedure could be used for all purposes, Southern blotting or construction of genomic libraries.
[0133]
Example 2 Construction of Genomic Library of Corynebacterium glutamicum ATCC13032 in Escherichia Coli
Using DNA produced as described in Example 1, cosmid and plasmid libraries were constructed according to known and well-established methods (eg, Sambrook, J et al., (1989) 'Molecular Cloning: A Laboratory Manual ', Cold Spring Harbor Laboratory Press or Ausubel, FM et al. (1994)' Current Protocols in Molecular Biology ', John Wileyand.
[0134]
Any plasmid or cosmid could be used. In particular, plasmid pBR322 (Sutcliffe, JG (1979) Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 75: 3737-3741); pACYC177 (Change and Cohen (1978) J. Bacteriol 134: 1141-1156), pBS series of plasmids. (pBSSK +, pBSSK- and others; Stratagene LaJolla, USA), or SuperCos1 (Stratagene LaJolla, USA), Lorist6 (Gibson, T.J., Rosenthal A. and Waterson, R.H (1987) Gene 53: 283-286) was used. In particular, C.I. Gene libraries for use in G. glutamicum can be constructed using plasmid pSL109 (Lee, HS and AJ Sinskey (1994) J. Microbiol. Biotechnol. 4: 256-263).
[0135]
Example 3: DNA sequence and functional analysis by computer
The genomic library described in Example 2 was prepared using standard methods, in particular, a chain growth termination reaction using an ABI377 sequence machine (eg, Fleischman, RD, et al. (1995) 'Whole-genome Random Sequencing and Assembly of Haemophilus). Influenzae Rd. ', Science, 269: 496-512). Sequence primers of the following nucleotide sequence were used: 5'-GGAAACAGTATGACCATG-3 'or 5'-GTAAAACGACGGCCAGT-3'.
[0136]
Example 4 In Vivo Mutagenesis
In vivo mutagenesis of Corynebacterium glutamicum has been described in E. coli. E. coli or other microorganisms (eg, yeast such as Bacillus spp. or Saccharomyces cerevisiae), which have a reduced ability to maintain the integrity of their genetic information, by passage through a plasmid (or other vector). be able to. Typical mutator strains include DNA repair systems (see, for example, mutHLS, mutD, mutT, and others; Rupp, WD (1996) DNA repair mechanisms, Escherichia coli and Salmonella, p2277-2294, ASM: Washingon gene). Have a mutation. Such strains are well-known to those skilled in the art. The use of such strains is described, for example, in Greener, A .; And Callahan, M .; (1994) Strategies 7: 32-34.
[0137]
Example 5: DNA conversion between Escherichia coli and Corynebacterium glutamicum
Some Corynebacterium and Brevibacterium species contain an endogenous plasmid (eg, pHM1519 or pBL1) that replicates autonomously (see, eg, Martin, JF et al. (1987) Biotechnology, 5: 137-146). . The shuttle vector of Escherichia coli and Corynebacterium glutamicum is E. coli. coli standard vectors (Sambrook, J. et al. (1989), 'Molecular Cloning: A Laboratory Manual', Cold Spring Harbor Laboratory Press or Ausubel, F.M. et al. , John Wiley and Sons) and can be readily constructed by adding markers for initiation or replication and appropriate Corynebacterium glutamicum. Such an origin of replication preferably comes from an endogenous plasmid isolated from Corynebacterium and Brevibacterium species. Transformation markers for these species include kanamycin resistance gene (derived from the Tn5 or Tn903 transposon) or chloramphenicol resistance gene (Winnacker, EL (1987) 'From Genes to Clones-Introduction to Gene). (Technology, VCH, Weinheim) are particularly used. E. FIG. coli and C.E. The literature on the extensive construction of shuttle vectors that replicate in both G. glutamicum is numerous and can be used for several purposes, including gene overexpression (eg, Yoshihama, M. et al. (1985)). J. Bacteriol. 162: 591-597, Martin, JF et al. (1987) Biotechnology, 5: 137-146 and Eikmanns, BJ. Et al. (1991) Gene, 102: 93-98. ).
[0138]
Using standard methods, the gene of interest can be cloned into one of the shuttle vectors as described above, and such a hybrid vector can be introduced into a Corynebacterium glutamicum strain. . C. glutamicum was transformed by protoplast transformation (Kastsumata, R. et al. (1984) J. Bacteriol. 159306-311), electroporation (Liebl, E. et al. (1989) FEMS Microbiol. Letters, 53: 399-303) and, if special vectors are used, can be achieved by conjugation (eg, as described in Schaeffer, A et al. (1990) J. Bacteriol. 172: 1663-1666). C. production of plasmid DNA from C. glutamicum (using well-known standard methods) and its E. coli. C. by transformation into E. coli. glutamicum from E. coli. The transfer of the shuttle vector to E. coli is also possible. This transformation step can be performed using standard methods, but can include MCT-deficient E. coli. It is advantageous to use E. coli strains, such as NM522 (Gough and Murray (1983) J. Mol. Biol. 166: 1-19).
[0139]
The gene may be pCG1 (U.S. patent No. 4617267) or a fragment thereof, optionally TN903 (Grindley, ND and Joyce, CM (1980) Proc. Natl. Acad. Scad. Sci. USA 77 (12). C.) using a plasmid containing the kanamycin resistance gene from 7176-7180). glutamicum strain can be overexpressed. In addition, the gene was cloned using the plasmid pSL109 (Lee, H.S. and AJ Sinskey (1994) J. Microbiol Biotechnol. 4: 256-263). It can be overexpressed in Glutamicum strains.
[0140]
In addition to replicating plasmids, overexpression of the gene can be achieved by integration into the genome. C. Gene integration in G. glutamicum or other Corynebacterium or Brevibacterium species can be performed by well-known methods, such as homologous recombination in genomic regions, restriction endonuclease-mediated integration (REMI) (eg, DE patent 198238334) or use of transposons. And so on. Regulatory regions (eg, promoters, repressors, and / or enhancers) can be modified, inserted, deleted by site-directed (eg, homologous recombination), or random event-based methods (eg, transposon mutagenesis or REMI). ) Can change the activity of the gene of interest. A nucleic acid sequence that functions as a transcription terminator can also be inserted 3 'into the coding region of one or more genes of the invention. Such terminators are well known and are described, for example, in Winnacker, E .; L. (1987) From Genes to Clones-Induction to Gene Technology. VCH: described in Weinheim.
[0141]
Example 6: Evaluation of mutant protein expression
Observation of the activity of the mutein in the transformed host cell is based on the fact that the mutein is expressed in a similar form and in a similar amount to the wild-type protein. A method useful for confirming the level of transcription of a mutant gene (an indicator of the amount of mRNA used for transcription for a gene product) is described in Northern blotting (Ausubel et al. (1988) Current Protocols in Molecular Biology, Wiley: New York), a primer designed to bind to the gene of interest, uses detection tags (usually radioactive or chemiluminescent) to extract total RNA from the culture of the organism, run it on a gel, and migrate to a stable matrix And when incubated with the probe, the binding and the amount of binding of the probe are labeled to indicate the presence and amount of mRNA for this gene. This information is evidence of the degree of transcription of the mutated gene. Whole cell RNA can be obtained by several well-known methods, such as those described in Bormann, E .; R. et al. (1992) Mol. Microbiol. 6: 317-326, can be produced from Corynebacterium glutamicum.
[0142]
Standard techniques such as the Western Brod method can be used to assess the presence and comparative amount of proteins translated from this mRNA (eg, Ausubel et al. (1988) Current Protocols in Molecular Biology, Wiley: New). York). In this method, whole cell proteins are extracted, separated by gel electrophoresis, transferred to a matrix such as nitrocellulose, and incubated with a probe such as an antibody that specifically binds to the designed protein. The probe is generally tagged with a readily detectable chemiluminescent or colorimetric label. The presence and amount of the label observed indicates the presence and amount of the desired mutein in the cell.
[0143]
Example 7: Growth of genetically modified Corynebacteria-media and culture conditions
Genetically modified Corynebacterium glutamicum is cultured in synthetic or natural growth media. Many of the different growth media of Corynebacteria are both known and are readily available (Lieb et al. (1989) Appl. Microbiol. Biotechnol., 32: 205-210; von der Osten et al. 1998) Biotechnology Letters, 11: 11-16; Patent DE 4,120,867; Liebl (1992).
'The Genus Corynebacterium, in: The Procaryotes, Volume II, Barrows, A .; et al. , Eds. Spring-Verlag). These media consist of one or more carbon sources, nitrogen sources, inorganic salts, vitamins and trace elements. Preferred carbon sources are sugars such as mono-, di- or polysaccharides. For example, glucose, fructose, mannose, galactose, ribose, sorbose, ribulose, lactose, maltose, sucrose, raffinose, starch or cellulose serve as very good carbon sources. It is also possible to supply the medium with sugar by complex compounds such as molasses or other by-products of sugar refining. It is also advantageous to supply a mixture of different carbon sources. Other possible carbon sources are alcohols and organic acids such as methanol, ethanol, acetic acid, lactic acid. The nitrogen source is usually an organic or inorganic nitrogen compound or a material containing these compounds. As a nitrogen source, for example, ammonia gas, ammonium salt (eg, NH4Cl or (NH4)2SO4), NH4Complex nitrogen sources such as OH, nitrate, urea, amino acids, corn steep liquor, soy flour, soy protein, yeast extract, meat extract and the like are included.
[0144]
The inorganic salt compound contained in the medium includes chloride, phosphoric acid, and calcium, magnesium, sodium, cobalt, molybdenum, potassium, magnesium, zinc, copper, and iron salts of sulfuric acid. Chelate compounds can be added to the medium to keep the metal ions in solution. Particularly useful chelating compounds include dihydroxyphenols such as catechol and protocatechuate or organic acids such as citric acid. Mediums containing growth factors or growth promoters such as vitamins, for example, biotin, riboflavin, thiamine, folate, nicotinic acid, pantothenate, pyridoxine and the like are typical. Growth factors and salts are often derived from complex media components such as yeast extract, molasses, corn steep liquor. The exact composition of the media compound depends heavily on direct experimentation and is determined individually in each particular case. Information on media optimization can be found in the textbook Applied Microbiol. Physiology, A Practical Approach (eds. PM Rhodes, PF Stanbury, IRL Press (1997) pp. 53-73, ISBN 019 9635773). It is also possible to select the growth medium from commercial products, such as standard 1 (Merck) or BHI (grain heart infusion, DIFCO).
[0145]
All media components are heat (1.5 × 105(Pa, 121 ° C. for 20 minutes) or filtration sterilization method. The components can be sterilized together or, if desired, in portions. All media components can be present at the beginning of growth or optionally added continuously or batchwise.
[0146]
Culture conditions are defined separately for each experiment. The temperature should be in the range 15 ° C to 45 ° C. The temperature can be kept constant or changed during the experiment. The pH of the medium should be in the range of 5 to 8.5, preferably around 7.0, and can be kept constant by adding a buffer to the medium. An example of a buffer for this purpose is a potassium phosphate buffer. MOPS, HEPES, ACES and other synthetic buffers can be used alternatively or simultaneously. NaOH or NH during growth4It is also possible to maintain a constant culture pH by adding OH. If a complex media component such as yeast extract is used, no additional buffer may be needed due to the fact that many complex components have a high buffer capacity. When a fermenter is used for culturing microorganisms, the pH can be controlled by ammonia gas.
[0147]
Incubation times usually range from hours to days. This time is chosen to maximize the product that accumulates in the broth. The disclosed growth experiments can be performed in various vessels, such as microtiter plates, glass tubes, glass flasks, or various sizes of glass or metal fermenters. For screening of large numbers of clones, the microorganisms should be cultured in microtiter plates, glass tubes, shake flasks, with or without baffles. Preferably a 100 ml shake flask is used and is filled with 10% by volume of the desired growth medium. The flask should be shaken on a rotary shaker (25 mm shake width) using a speed range of 100 to 300 rpm. Evaporation loss can be reduced by keeping it in a humid atmosphere. Instead, a mathematical correction of the evaporation loss should be made.
[0148]
When testing genetically modified clones, unmodified control clones or control clones containing the basic plasmid without any insertions should also be tested. The medium is placed on an agar plate, for example a CM plate (10 g / l glucose, 2.5 g / l NaCl, 2 g / l urea, 10 g / l polypeptone, 5 g / l yeast extract, 5 g / l meat extraction OD of 0.5-1.5 using cells grown on agar, 22 g / l agar, pH 6.8 with 2M NaOH) at 30 ° C.600Inoculate until The medium was inoculated with C.I. This is accomplished either by introducing a G. glutamicum cell line suspension or by adding a pre-culture of this bacterium.
[0149]
Example 8: In vitro analysis of the function of mutant proteins
The determination of enzyme activity and kinetic parameters is well established in the prior art. Experiments to determine the activity of the resulting modified enzyme must be performed on the specific activity of the wild-type enzyme within the skill of the art. A general description of enzymes, as well as specific details regarding structure, kinetics, principles, methods, applications and examples of determining the activity of a number of enzymes, can be found, for example, in the following references: Dixon, M .; , And Webb, E.A. C. , (1979) Enzymes. Longmans: London; Fersht, (1985) Enzyme Structure and Mechanism. @ Freeman: New York; Walsh, (1979) Enzymatic Reaction Mechanisms. Freeman: San Francesco; Price, N.M. C. , Stevens, L .; (1982) Fundamentals of Enzymology. Oxford Univ. Press: Oxford; Boyer, P .; D. , Ed (1983) The Enzymes, 3rd ed. Academic Press: New York; Bisswanger, H .; , (1994) Enzymetic, 2nd ed. VCH: Weinheim (ISBN 3527300325), Bergmeyer, H .; U. , Bergmeyer, J. et al. , Grassl, M .; , Eds. (1983-1986) Methods of Enzymatic Analysis, 3rd ed. , Vol. I-XII, Verlag Chemie: Weinheim; and Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry (1987) vol. A9, 'Enzymes'. VCH: Weinheim, p. 352-363. .
[0150]
The activity of a protein that binds to DNA can be measured by several well-established methods, such as a DNA band-shift assay (also called a gel retardation assay). The effect of such proteins on the expression of other molecules can be determined using reporter gene assays (eg, as described in Kolmar, H. et al. (1995) EMBO J. 14: 3895-3904 and references). Measured. Reporter gene test systems are well known and have established applications in both prokaryotic and eukaryotic cells using beta-galactosidase, green fluorescent protein and several other enzymes.
[0151]
Determination of the activity of membrane transport proteins is described, for example, in Gennis, R .; B. (1989) 'Ports, Channels and Transporters', in Biomembranes, Molecular Structure and Function, Springer; Heidelberg, p. 85-137; 199-234; and 270-322.
[0152]
Example 9: Analysis of sensitization of mutant proteins in the production of the desired product
C.I. in the production of the desired compound (eg, an amino acid) The effect of the genetic modification of Glutamicum can be assessed by analysis of modified microbial growth under appropriate conditions (eg, as described above) and production of the desired product (ie, amino acid) with increased media and / or cellular components. it can. Such analytical methods are well known to those skilled in the art, and analytical chromatography such as spectroscopy, thin layer chromatography, various staining methods, enzymatic and microbiological methods, high performance liquid chromatography (eg, Ullman, Encyclopedia of Industrial). Chemistry, vol. A2, p. 89-90 and p. 443-613, VCH: Weinheim (1985); Fallon, A. et al., (1987) 'Applications of Chemistry's Pharmaceuticals in HPLC. Molecular Biology, vol. 17; Rehm et al. (1993) Biotechnology. , Vol.3, Chapter III: 'Product recovery and purification', page 469-714, VCH: Weinheim; Belter, PA, et al., Memorial, (reviewed). JF and Cabral, JMS (1992) Recovery processes for biological materials, John Wiley and Sons; Shaeiwitz, J.A. . Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, vol B3, Chapter 11, page 1-27, VCH: Weinheim; and Dechow, F.J. (1989) Separation and purification techniques in biotechnology, including the Noyes see Publications).
[0153]
In addition to measuring the final fermentation product, other components of the metabolic pathway used to produce the desired compound, such as intermediates and by-products, can also be analyzed to determine the efficiency of compound production. Analytical methods include measuring levels of nutrients (eg, sugars, hydrocarbons, nitrogen sources, phosphates and other ions) in the medium, measuring biomass composition and growth, and analyzing the production of metabolites in the normal biosynthetic pathway , Including the measurement of gas produced during fermentation. Standard methods for these measurements are described in Applied Micro Physiology, A Practical Approach, M. Rhodes and P.S. F. Stanbury, eds. , IRL Press, p. 103-129; 131-163; and 165-192 (ISBN: 0196635773) and references cited therein.
[0154]
Example 10: C.I. Purification of the desired product from glutamicum culture
C. Recovery of the desired product from glutamicum cells or from the supernatant of the culture described above can be performed by various well-known methods. If the desired product is not hidden from the cells, the cells can be harvested from the culture by low speed centrifugation and the cells can be lysed by standard methods such as mechanical force or ultrasound. Cell debris is removed by centrifugation and the supernatant fraction containing the soluble protein is retained for further purification of the desired compound. The product is C.I. If hidden from glutamicum cells, the cells are removed from the culture by low speed centrifugation and the supernatant fraction is retained for further purification.
[0155]
The supernatant fraction from both purification methods is the appropriate resin, where the desired molecules are retained on the chromatographic resin and many impurities in the sample are not retained, or the impurities are retained by the resin and the sample is retained. Work up by chromatography on a resin that does not retain. Such chromatographic steps can be repeated, if desired, using the same or different chromatographic resins. Those skilled in the art will be familiar with selecting an appropriate chromatography resin and most efficiently applying it to the particular molecule being purified. The purified product can be concentrated by filtration or ultrafiltration and stored at a temperature at which the stability of the product is greatest.
[0156]
A wide range of purification methods are well known and the purification methods described above do not imply a reduction in range. Such purification methods are described, for example, in Bailey, J .; E. FIG. & Ollis, D.S. F. Biochemical Engineering Fundamentals, McGraw-Hill: New York (1986).
[0157]
The identity and purity of the isolated compound is assessed by standard methods in the prior art. These include high performance liquid chromatography (HPLC), spectroscopic methods, staining methods, thin layer chromatography, NIRS, enzymatic or microbiological assays. Such an analysis method is described in Petek et al. (1994) Appl. Environ. Microbiol. 60: 133-140; Malakhova et al. (1996) Bioteknologiya 11: 27-32; and Schmidt et al. (1988) Bioprocess Engineer. 19: 67-70. See Ulmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, (1996) vol. A27, VCH: Weinheim, p. 89-90, p. 521-540, p. 540-547, p. 559-566, 575-581 and p. 581-587; Michel, G .; (1999) Biochemical Pathways: An Atlas of Biochemistry and Molecular Biology, John Wiley and Sons; Fallon, A .; et al. (1987) Applications of HPLC in Biochemistry in: Laboratory Technologies in Biochemistry and Molecular Biology, vol. 17.
[0158]
Example 11: Analysis of the gene sequence of the present invention
Comparison of sequences and determination of the percentage of homology between the two sequences are well known in the art and can be performed using mathematical algorithms, such as those described in Karlin and Altschul (1990) Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 87: 2264-68, by the algorithm of Karlin and Altschul (1993) Proc. Natl. Acad. Sci. USA 90: 5873-77. Such an algorithm is described in Altschul, et al. (1990) J. Am. Mol. Biol. 215: 403-10 incorporated into the NBLAST and XBLAST programs (version 2.0). BLAST nucleotide searches can be performed with the NBLAST program, score = 100, wordlength = 12 to obtain nucleotide sequence homology to the MCT nucleic acid molecules of the invention. BLAST protein searches can be performed with the XBLAST program, score = 50, wordlength = 3 to obtain amino acid sequence homology to MCT protein molecules of the present invention. For purposes of comparison, gapped BLAST was performed by Altschul et al. , (1997) Nucleic Acids Res. 25 (17): 3389-3402. In using the BLAST and gapped BLAST programs, one skilled in the art is familiar with how to optimize the parameters of the programs (eg, XBLAST and NBLAST) for the particular sequence being analyzed.
[0159]
Another example of a mathematical algorithm used for comparing sequences is the algorithm of Meyers and Miller ((1988) Comput. Appln. Biosci. 4: 11-17). Such an algorithm has been incorporated into the ALIGN program (version 2.0) which is part of the GCG sequence alignment software package. When using the ALIGN program for comparing amino acid sequences, a PAM120 weight residue table, a gap length penalty of 12, and a gap penalty of 4, can be used. Further, algorithms used for sequence analysis are known, and are described in ADVANCE and ADAM (described in Torelli and Robotti (1994) Comput. Appl. Biosci. 10: 3-5) and FASTA (Pearson and Lipman (1988) P.N. A. S. 85: 2444-8).
[0160]
The percentage of homology between the two amino acid sequences was determined using the GAP program (available at http://www.gcg.com) in the GCG software package, either Blosum62 or PAM250 matrices, 12, 10 , 8, 6, or 4 gap weights, 2, 3, or 4 length weights. The percentage of homology between the two nucleic acid sequences is determined using the GAP program in the GCG software package, using standard parameters, such as 50 for gap weight and 3 for length weight. be able to.
[0161]
Comparative analysis of the gene sequences of the present invention with sequences present in the gene bank was performed using techniques known in the prior art (eg, Bexevanis and Oullette, eds. (1998) Bioinformatics: A Practical Guide to Analysis of Genesis of the Analysis). and Proteins. John Wiley and Sons: See New York). The gene sequence of the present invention was compared with the genes present in the gene bank in three steps. In the first step, BLASTN analysis (eg, local alignment analysis) was performed on each of the sequences of the present invention for nucleotide sequences present in the gene bank. Further analysis was performed on the first 500 hits. A FASTA search (eg, aligning restricted regions of the sequence with combined local and global alignment analysis) was then performed on these 500. Each inventive gene sequence is then generally aligned (using standard parameters) using the GAP program in the GCG software package for each of the three hits in the head of FASTA. To obtain the correct result, the length of the sequence extracted from the gene bank was adjusted to the length of the query sequence by a well-known method. The results of this analysis are summarized in Table 4. Although the results obtained were consistent with those that would be obtained when performing a GAP (global) analysis alone on each of the genes of the invention compared to each of the gene bank references, such a database was The calculation time was clearly shortened as compared to the GAP (global) analysis performed in an expanded manner. The sequences of the present invention in which an alignment exceeding the truncated value was not obtained are shown in Table 4 without alignment information. It is understood by those skilled in the art that the GAP alignment homology percentages listed in Table 4 under the heading '% Homology (GAP)' are ordered in the form of ',' where European numbers represent decimal points. It will be further understood. For example, the value of '40, 345 'in this column represents 40.345%.
[0162]
Example 12: Construction and operation of DNA microarray
In addition to the sequences of the present invention, DNA microarrays (design, methodology, use of DNA arrays are well known and described, for example, in Schena, M. et al. (1995) Science 270: 467-470; Wodicka, L. et al. (1997) Nature Biotechnology 15: 1359-1467; DeSaizieu, A. et al. (1998) Nature Biotechnology 16: 45-48; and DeRisi, J.L. 78-76, et al. Can be used for construction and application.
[0163]
DNA microarrays are solid or flexible supports made of nitrocellulose, nylon, glass, silicone or other materials. Nucleic acid molecules can be attached to a surface in an ordered manner. After appropriate labeling, other nucleic acids or a mixture of nucleic acids can be hybridized to the immobilized nucleic acid molecule and labeled to detect and measure the individual signal strength of the hybridized molecule in a defined area. Can be used. This methodology makes it possible to simultaneously quantify the relative or absolute amounts of all or selected nucleic acids in the applied nucleic acid sample or mixture. For this reason, DNA microarrays make it possible to analyze the expression of a large number (6800 or more) of nucleic acids in parallel (see Schena, M. (1996) BioEssays 18 (5): 427-431).
[0164]
The sequences of the present invention may be prepared by a nucleic acid amplification reaction such as the polymerase chain reaction. It can be used to design oligonucleotide primers that can amplify a limited region of the glutamicum gene. The selection and design of 5 ′ or 3 ′ oligonucleotide primers or suitable linkers is described above on the support medium (eg, also described in Schena, M. et al. (1995) Science 270: 467-470). Allows the covalent binding of the resulting PCR product to
[0165]
Nucleic acid microarrays are described in Wodicka, L .; et al. (1997) Nature Biotechnology 15: 1359-1367 as described in in situ oligonucleotide synthesis. Photolithography exposes precisely defined areas of the matrix. The photolabile protecting group is thereby activated and nucleotide addition proceeds, while the region masked from light does not proceed with any modifications. Subsequent cycles of protection and photoactivation allow the synthesis of different oligonucleotides at defined locations. Small, confined regions of the gene of the invention can be synthesized by solid phase oligonucleotide synthesis on microarrays.
[0166]
Nucleic acid molecules of the invention present in a sample or mixture of nucleotides can hybridize to a microarray. These nucleic acid molecules can be labeled by standard methods. Briefly, nucleic acid molecules (eg, mRNA or DNA molecules) are labeled, for example, during reverse transcription or DNA synthesis, by incorporation of nucleotides labeled with radioisotopes or by fluorescence. Hybridization of labeled nucleic acids to microarrays is described, for example, in Schena, M .; et al. (1995) supra; Wodicka, L .; et al. (1997), supra; and DeSaizieu A. et al. et al (1998), supra. Detection and quantification of the hybridized molecule is performed by means of a specific incorporated label. Radioactive labels are described, for example, in Schena, M .; et al. (1995) can be detected as described in supra, and fluorescent labels are described, for example, in Shalon et al. (1996) Genome Research 6: 639-645.
[0167]
The application of the sequences of the present invention to DNA microarray technology is described in It allows the comparative analysis of different strains of G. glutamicum or other Corynebacteria. For example, identification of genes important for studying and identifying internal strain variants based on individual transcription characteristics and / or identification of desired strain characteristics, such as pathogenicity, productivity, and stress tolerance, can be accomplished by using nucleic acids. Driven by array methodology. Comparison of the expression characteristics of the genes of the present invention during the course of the fermentation reaction is possible using nucleic acid array technology.
[0168]
Example 13: Kinetic analysis of cellular protein populations (proteomics)
The genes, compositions, and methods of the present invention can be applied to study the interaction and kinetics of protein populations (defined as proteomics). The protein population of interest is C.I. glutamicum (eg, as compared to the protein population of other organisms), proteins or specific growths that are active under certain environmental or metabolic conditions (eg, at high or low temperatures, or during fermentation at high or low pH). And the total protein population of proteins active during the developmental phase.
[0169]
The protein population can be analyzed by various well-known techniques, for example, gel electrophoresis. Cellular proteins are obtained, for example, by cell lysis or extraction and can be separated from one another using various electrophoretic techniques. Sodium dodecyl sulfate polyacrylamide gel electrophoresis (SDS-PAGE) largely separates proteins based on their molecular weight. Isoelectric point polyacrylamide gel electrophoresis (IEF-PAGE) separates proteins by their isoelectric point (which reflects not only the amino acid sequence but also the post-translational modification of the protein). Other, more preferred methods of protein analysis are 2-D-gel electrophoresis (e.g., Hermann et al. (1998) Electrophoresis 19: 3217-3221; Fontourakis et al. (1998) Electrophoresis 19: 1193-1202; Langenet). al. (1997) Electrophoresis 18: 1184-1192; described in Antelmann et al. (1997) Electrophoresis 18: 1451-1463), which is a continuous combination of IEF-PAGE and SDS-PAGE. Other separation techniques, such as capillary gel electrophoresis, can also be used to separate proteins, and such techniques are well known.
[0170]
Proteins separated by these methodologies can be visualized by standard techniques, such as staining or labeling. Suitable stains are known and include Coomassie brilliant blue, silver stains, fluorescent dyes such as Sypro @ Ruby (Molecular @ Probes). C. radioactively labeled amino acids or other protein precursors in the medium of G. glutamicum (eg,35S-methionine,35S-cysteine,14C-labeled amino acids,FifteenN-amino acids,FifteenNO3OrFifteenNH4 +Or CThirteenThe inclusion of (labeled amino acids) makes it possible to label proteins from these cells prior to separation. Similarly, fluorescent labels can be used. These labeled proteins are extracted, isolated and separated according to the techniques described above.
[0171]
Proteins visualized by these techniques can be further analyzed by measuring the amount of dye or label used. The amount of protein obtained can be determined quantitatively, for example using optical methods, and can be compared to the amount of other proteins in a similar or other gel. Comparison of proteins on a gel can be performed, for example, through optical comparison, spectroscopy, image scanning and analysis of the gel, or through the use of photographic films and screens. Such techniques are well-known.
[0172]
Direct sequencing or other standard techniques can be used to identify the resulting protein. For example, using N- and / or C-terminal amino acid sequences (e.g., Edman degradation) as mass spectrometry (especially MALDI or ESI techniques (e.g., see Langen et al. (1997) Electrophoresis 18: 1184-1192)). it can. The protein sequences provided herein can be used to convert C. glutamicum protein can be used for identification.
[0173]
The information obtained by these methods can be used to determine the presence, activity, and the presence of different proteins in different samples from different biological conditions (eg, different organisms, time of fermentation, media conditions, or different biotopes, etc.). Can be used to compare the modes of modification. Data obtained from such experiments, alone or in combination with other techniques, yields a variety of applications, such as comparing the behavior of various organisms in a given (eg, metabolic) situation, producing fine chemicals. It can be used for increasing the productivity of a strain or increasing the efficiency of producing fine chemicals.
[0174]
Equivalent
Those skilled in the art will recognize, or be able to ascertain using no more than routine experimentation, many equivalents to the specific embodiments of the invention described herein. Such equivalents are included in the claims.

Claims (38)

核酸分子が表1に記載されたF表示遺伝子のいずれも含まない、MCTタンパク質をコードするコリネバクテリウム−グルタミカムから単離された核酸分子またはその一部。A nucleic acid molecule isolated from Corynebacterium glutamicum encoding an MCT protein, wherein the nucleic acid molecule does not comprise any of the F-display genes listed in Table 1, or a portion thereof. 核酸分子がファインケミカルの製造に関与するMCTタンパク質をコードしている請求項1に記載の単離された核酸分子。2. The isolated nucleic acid molecule of claim 1, wherein the nucleic acid molecule encodes an MCT protein involved in the production of fine chemicals. 核酸分子が表1に記載されたF表示遺伝子のいずれも含まない、配列表の奇数の番号付けがされた配列番号(SEQ ID NO)に示された配列からなる群より選択された、単離されたコリネバクテリウム−グルタミカムの核酸分子またはその一部。An isolated nucleic acid molecule selected from the group consisting of the sequences shown in the odd numbered SEQ ID NOs (SEQ ID NO) of the Sequence Listing that does not contain any of the F-displayed genes listed in Table 1. The isolated Corynebacterium glutamicum nucleic acid molecule or a part thereof. 核酸分子が表1に記載されたF表示遺伝子のいずれも含まない、配列表の偶数の番号付けがされた配列番号(SEQ ID NO)に示された配列からなる群より選択されたポリペプチド配列をコードする単離された核酸分子。A polypeptide sequence selected from the group consisting of the even numbered sequence numbers (SEQ ID NOs) of the sequence listing, wherein the nucleic acid molecule does not include any of the F-displayed genes listed in Table 1. An isolated nucleic acid molecule encoding 核酸分子が表1に記載されたF表示遺伝子のいずれも含まない、配列表の偶数の番号付けがされた配列番号(SEQ ID NO)に示された配列からなるアミノ酸配列の群から選択された、ポリペプチドの自然に発生する対立性変異体をコードする単離された核酸分子。The nucleic acid molecule is selected from the group of amino acid sequences consisting of the sequence shown in the even numbered SEQ ID NO (SEQ ID NO) of the sequence listing, which does not contain any of the F-display genes listed in Table 1. An isolated nucleic acid molecule encoding a naturally occurring allelic variant of a polypeptide. 核酸分子が表1に記載されたF表示遺伝子のいずれも含まない、配列表の奇数の番号付けがされた配列番号(SEQ ID NO)に示された配列からなる群より選択されたヌクレオチド配列に対し、少なくとも50%の相同性を持つヌクレオチド配列を含む、単離された核酸分子またはその一部。A nucleotide sequence selected from the group consisting of the sequences shown in the odd numbered SEQ ID NOs in the Sequence Listing (SEQ ID NO), wherein the nucleic acid molecule does not include any of the F-displayed genes listed in Table 1. An isolated nucleic acid molecule or a portion thereof comprising a nucleotide sequence having at least 50% homology. 核酸分子が表1に記載されたF表示遺伝子のいずれも含まない、配列表の奇数の番号付けがされた配列番号(SEQ ID NO)に示された配列からなる群より選択されたヌクレオチド配列を含み、少なくとも15個のヌクレオチドの核酸フラグメントを含む、単離された核酸分子。A nucleotide sequence selected from the group consisting of the sequences shown in the odd numbered SEQ ID NOs in the sequence listing (SEQ ID NO), wherein the nucleic acid molecule does not include any of the F-displayed genes listed in Table 1. An isolated nucleic acid molecule comprising a nucleic acid fragment of at least 15 nucleotides. 緊縮条件下で請求項1から7のいずれかに記載の核酸分子とハイブリダイズする単離された核酸分子。An isolated nucleic acid molecule that hybridizes under stringent conditions to a nucleic acid molecule according to any of the preceding claims. 請求項1から8のいずれかに記載の核酸分子またはその部分、および異種ポリペプチドをコードするヌクレオチド配列を含む単離された核酸。An isolated nucleic acid comprising a nucleic acid molecule according to any of claims 1 to 8, or a portion thereof, and a nucleotide sequence encoding a heterologous polypeptide. 請求項1から9のいずれかに記載の核酸分子を含むベクター。A vector comprising the nucleic acid molecule according to claim 1. 発現ベクターである、請求項10に記載のベクター。The vector according to claim 10, which is an expression vector. 請求項11に記載の発現ベクターによりトランスフェクションされた宿主細胞。A host cell transfected with the expression vector according to claim 11. 前記細胞が微生物である請求項12に記載の宿主細胞。13. The host cell according to claim 12, wherein said cell is a microorganism. 前記細胞が、コリネバクテリウム属またはブレビバクテリウム属に属する請求項13に記載の宿主細胞。14. The host cell according to claim 13, wherein the cell belongs to the genus Corynebacterium or the genus Brevibacterium. 前記核酸分子の発現により、前記細胞からのファインケミカルの製造が調節される請求項12に記載の宿主細胞。13. The host cell according to claim 12, wherein expression of the nucleic acid molecule regulates the production of fine chemicals from the cell. ファインケミカルが、有機酸、タンパク質原アミノ酸および非タンパク質原アミノ酸、プリンおよびピリミジン塩基、ヌクレオシド、ヌクレオチド、脂質、飽和および不飽和の脂肪酸、ジオール、炭水化物、芳香族化合物、ビタミン、補助因子、ポリケチド、および酵素からなる群より選択される請求項15に記載の宿主細胞。Fine chemicals include organic acids, proteinogenic and non-proteinogenic amino acids, purine and pyrimidine bases, nucleosides, nucleotides, lipids, saturated and unsaturated fatty acids, diols, carbohydrates, aromatics, vitamins, cofactors, polyketides, and enzymes 16. The host cell according to claim 15, wherein the host cell is selected from the group consisting of: 適当な培地中で請求項12に記載の宿主細胞を培養し、これによりポリペプチドを製造することを含む、ポリペプチドの製造方法。A method for producing a polypeptide, comprising culturing the host cell according to claim 12 in a suitable medium, and producing the polypeptide with the cultivation. コリネバクテリウム−グルタミカム由来の単離されたMCTポリペプチドまたはその一部。An isolated MCT polypeptide from Corynebacterium glutamicum or a portion thereof. ポリペプチドがファインケミカルの製造に関与する請求項18に記載のタンパク質。19. The protein of claim 18, wherein the polypeptide is involved in the production of a fine chemical. アミノ酸配列が、表1に記載されたF表示遺伝子のいずれによってもコードされていない、配列表の偶数の番号付けがされた配列番号(SEQ ID NO)に示された配列からなる群より選択されたアミノ酸配列を含む、単離されたポリペプチド。The amino acid sequence is selected from the group consisting of the sequences shown in the even numbered SEQ ID NOs of the Sequence Listing (SEQ ID NO), which are not encoded by any of the F-displayed genes listed in Table 1. An isolated polypeptide comprising the amino acid sequence of claim 1. アミノ酸配列が、表1に記載されたF表示遺伝子のいずれによってもコードされていない、配列表の偶数の番号付けがされた配列番号(SEQ ID NO)に示された配列からなる群より選択されたアミノ酸配列を含むポリペプチドの、自然に発生する対立性変異体を含む単離されたポリペプチドおよびその部分。The amino acid sequence is selected from the group consisting of the sequences shown in the even numbered SEQ ID NOs of the Sequence Listing (SEQ ID NO), which are not encoded by any of the F-displayed genes listed in Table 1. Isolated polypeptides and naturally-occurring allelic variants of the polypeptides comprising the amino acid sequence and portions thereof. さらに異種アミノ酸配列を含む、請求項18から21のいずれかに記載の単離されたポリペプチド。22. The isolated polypeptide according to any of claims 18 to 21, further comprising a heterologous amino acid sequence. 核酸分子が表1に記載されたF表示遺伝子のいずれも含まない、配列表の奇数の番号付けがされた配列番号(SEQ ID NO)に示された配列からなる群より選択された核酸に対し、少なくとも50%の相同性を持つヌクレオチド配列を含む核酸分子によりコードされた単離されたポリペプチド。For nucleic acids selected from the group consisting of the sequences shown in the odd numbered SEQ ID NOs in the Sequence Listing (SEQ ID NO), wherein the nucleic acid molecule does not include any of the F-displayed genes listed in Table 1. An isolated polypeptide encoded by a nucleic acid molecule comprising a nucleotide sequence having at least 50% homology. アミノ酸配列が、表1に記載されたF表示遺伝子のいずれによってもコードされていない、配列表の偶数の番号付けがされた配列番号(SEQ ID NO)に示された配列からなる群より選択されたアミノ酸配列に対し、少なくとも50%の相同性を持つアミノ酸配列を含む単離されたポリペプチド。The amino acid sequence is selected from the group consisting of the sequences shown in the even numbered SEQ ID NOs of the Sequence Listing (SEQ ID NO), which are not encoded by any of the F-displayed genes listed in Table 1. An isolated polypeptide comprising an amino acid sequence having at least 50% homology to the amino acid sequence. 請求項12に記載のベクターを含む細胞を培養してファインケミカルを製造する、ファインケミカルの製造方法。A method for producing a fine chemical, comprising culturing cells containing the vector according to claim 12 to produce a fine chemical. さらに培養物からファインケミカルを回収する工程を含む、請求項25に記載の方法。26. The method of claim 25, further comprising recovering the fine chemical from the culture. さらに請求項11に記載のベクターで細胞をトランスフェクションし、ベクターを含む細胞を得る工程を含む請求項25に記載の方法。The method according to claim 25, further comprising a step of transfecting a cell with the vector according to claim 11 to obtain a cell containing the vector. 細胞が、コリネバクテリウム属またはブレビバクテリウム属に属する、請求項25に記載の方法。26. The method of claim 25, wherein the cell belongs to the genus Corynebacterium or Brevibacterium. 当該細胞が、コリネバクテリウム−グルタミカム, コリネバクテリウム−ヘルキュリス、コリネバクテリウム−リリウム、コリネバクテリウム−アセトアシドフィリウム、コリネバクテリウム−アセトグルタミカム、コリネバクテリウム−アセトフィリウム、コリネバクテリウム−アンモニアゲン、 コリネバクテリウム−フジオケンス、コリネバクテリウム−ニトリロフィリウス、 ブレビバクテリウム−アンモニアゲン、ブレビバクテリウム−ブタニカム、 ブレビバクテリウム−ジバリカツム、ブレビバクテリウム−フラビン、ブレビバクテリウム−ヘアリ、ブレビバクテリウム−ケトグルタミカム、ブレビバクテリウム−ケトソレダクタム、ブレビバクテリウム−ラクトフェルメンツム、ブレビバクテリウム−リネンス、ブレビバクテリウム−パラフィノリティカム、および表3に記載の株からなる群より選択される、請求項25に記載の方法。The cells are Corynebacterium-glutamicum, Corynebacterium-herculis, Corynebacterium-lilium, Corynebacterium-acetoacidophilium, Corynebacterium-acetoglutamicum, Corynebacterium-acetophyllium, Corynebacterium -Ammoniagen, Corynebacterium-fugiokens, Corynebacterium-nitrilofilius, Brevibacterium-ammonogen, Brevibacterium-butanicam, Brevibacterium-divacatum, Brevibacterium-flavin, Brevibacterium-hairy, Brevi Bacterium-ketoglutamicum, Brevibacterium-ketosoledactum, Brevibacterium-lactofermentum, Brevibacterium-linens, Brevibacterium 26. The method of claim 25, wherein the method is selected from the group consisting of Um-parafinolity cam and the strains listed in Table 3. 前記ベクターによる核酸分子の発現により、前記ファインケミカルの製造の調節される請求項25に記載の方法。The method according to claim 25, wherein the expression of the nucleic acid molecule by the vector regulates the production of the fine chemical. 当該ファインケミカルが、有機酸、タンパク質原アミノ酸およびタンパク質原アミノ酸、プリンおよびピリミジン塩基、ヌクレオシド、ヌクレオチド、脂質、飽和および不飽和の脂肪酸、ジオール、炭水化物、芳香族化合物、ビタミン、補助因子、ポリケチド、および酵素からなる群より選択される、請求項25に記載の方法。The fine chemicals include organic acids, proteinogenic amino acids and proteinogenic amino acids, purine and pyrimidine bases, nucleosides, nucleotides, lipids, saturated and unsaturated fatty acids, diols, carbohydrates, aromatic compounds, vitamins, cofactors, polyketides, and enzymes. 26. The method of claim 25, wherein the method is selected from the group consisting of: ファインケミカルがアミノ酸である、請求項25に記載の方法。26. The method of claim 25, wherein the fine chemical is an amino acid. アミノ酸が、リジン、グルタマート、グルタミン、アラニン、アスパルタート、グリシン、セリン、トレオニン、メチオニン、システイン、バリン、ロイシン、イソロイシン、アルギニン、プロリン、ヒスチジン、チロシン、フェニルアラニン、およびトリプトファンから成る群より選択される、請求項32に記載の方法。The amino acid is selected from the group consisting of lysine, glutamate, glutamine, alanine, aspartate, glycine, serine, threonine, methionine, cysteine, valine, leucine, isoleucine, arginine, proline, histidine, tyrosine, phenylalanine, and tryptophan; 33. The method according to claim 32. 請求項1から9のいずれかに記載の核酸分子の含有によってゲノムDNAが変異した細胞を培養する工程を含むファインケミカルの製造方法。A method for producing a fine chemical, comprising a step of culturing a cell whose genomic DNA has been mutated by containing the nucleic acid molecule according to any one of claims 1 to 9. 配列が表1に記載のF−指示配列のいずれでもなく、F−指示配列のいずれにもコードされていない、配列表の1から676の配列番号(SEQ ID NO)の1種以上の存在を患者から検出する工程を含み、これにより患者のコリネバクテリウム−ジフテリアの存在または活性を診断する、コリネバクテリウム−ジフテリアの存在または活性を診断する方法。The presence of one or more of SEQ ID NOs from 1 to 676 of the Sequence Listing (SEQ ID NO) wherein the sequence is not any of the F-indicating sequences listed in Table 1 and is not encoded by any of the F-indicating sequences A method of diagnosing the presence or activity of Corynebacterium diphtheria, comprising the step of detecting from a patient, thereby diagnosing the presence or activity of Corynebacterium diphtheria in the patient. 配列表の奇数の番号付けがされた配列番号(SEQ ID NO)に示された核酸分子からなる群より選択される核酸分子を含み、核酸分子が混乱している宿主細胞。A host cell comprising a nucleic acid molecule selected from the group consisting of the nucleic acid molecules set forth in the odd numbered SEQ ID NOs of the Sequence Listing (SEQ ID NO), wherein the nucleic acid molecule is confused. 配列表の奇数の番号付けがされた配列番号(SEQ ID NO)に示された核酸分子からなる群より選択される核酸分子を含み、核酸分子が配列表の奇数の番号付けがされた配列番号に示された配列からの1個以上の核酸の修飾を含む宿主細胞。An odd-numbered SEQ ID NO in the sequence listing comprises a nucleic acid molecule selected from the group consisting of the nucleic acid molecules set forth in the odd-numbered SEQ ID NOs in the Sequence Listing (SEQ ID NO) A host cell comprising one or more nucleic acid modifications from the sequences set forth in 1. 配列表の奇数の番号付けがされた配列番号(SEQ ID NO)に示された核酸分子からなる群より選択される核酸分子を含み、核酸分子の調節領域が、分子の野生型の調節領域と関連して修飾されている宿主細胞。A nucleic acid molecule selected from the group consisting of the nucleic acid molecules set forth in the odd-numbered SEQ ID NOs of the sequence listing (SEQ ID NO), wherein the regulatory region of the nucleic acid molecule corresponds to the wild-type regulatory region of the molecule. A host cell that has been modified in a related manner.
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