JP2004535772A - Soluble reporter gene structure - Google Patents

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Abstract

本発明は、タンパク質溶解性応答プロモーターレポーター遺伝子と操作可能にリンクするポリヌクレオチド及びターゲットタンパク質についての発現構造とともにこれらのポリヌクレオチドを含む遺伝子レポーターシステムを提供する。本発明は本発明のポリヌクレオチド及び遺伝子レポーターシステムを含む細胞も提供する。これらの組成物は細胞内のターゲットタンパク質の溶解性をモニターし、そして細胞に対する変異体及びターゲットタンパク質の溶解性を変化させるターゲットタンパク質を符号化するポリヌクレオチドに対する変異体を同定するために有用である。本発明は、ターゲットタンパク質の溶解性を変化させるタンパク質生合成プロセスにおけるバリエーションを同定する方法、及び組換えクローンの発現ライブラリーをスクリーンして溶解性タンパク質を発現するクローンを同定する方法も提供する。最後に、本発明は抗生物質試薬を同定する新規な方法を開示する。The present invention provides polynucleotides operably linked to a proteolytic response promoter reporter gene and gene reporter systems comprising these polynucleotides along with the expression structure for the target protein. The present invention also provides a cell containing the polynucleotide and the gene reporter system of the present invention. These compositions are useful for monitoring the solubility of a target protein in a cell and identifying variants against a polynucleotide encoding a target protein that alters the solubility of the target protein in cells and the solubility of the target protein. . The invention also provides methods for identifying variations in the protein biosynthesis process that alter the solubility of a target protein, and for screening recombinant library expression libraries for clones that express soluble proteins. Finally, the present invention discloses a novel method for identifying antibiotic reagents.

Description

【0001】
本発明の背景
発明の分野
本発明は医薬発見及び特に医薬発見プロセスを促進する組成物及び方法に関する。
【0002】
背景
遺伝子工学技術は、選択された細胞における事実上任意のタンパク質符号化ポリヌクレオチドの発現をモジュレートする能力を提供するものであったが、遺伝子修飾された細胞におけるタンパク質生成の重要なマニピュレーションが、不適切に折りたたまれ生物的に不活性なタンパク質分子の形成をしばしば導くことが観察される。多くの場合、これらの誤って折りたたまれたタンパク質(mis−folded protein)は、細胞の細胞質内に不溶性タンパク質集合体を形成する。ターゲットタンパク質の発現のマニピュレーションの目的が、細胞の表現型を変化させること、生物学的活性なタンパク質のソース若しくは構造分析に適したタンパク質のソースを提供することのいずれであっても、これらの不溶性集合体は生物学的に不活性であり、精製が困難で、そして活性な配列に再び折りたたまれることは困難である。
【0003】
機能性タンパク質分子の生合成は、ポリペプチド符号化メッセンジャーRNA分子の翻訳を通じて起こる。発生期のポリペプチド鎖は、3次元分子へ折りたたまれる。生物学的に活性な配列に折りたたまれるためのタンパク質の能力は、タンパク質の特定のアミノ酸シーケンス及びタンパク質が生成される間の細胞内の条件により決定される。さらに、シャペロンと呼ばれるアクセサリータンパク質が発見され、タンパク質の生合成のプロセスにおいて関係し、適切に折りたたまれたタンパク質分子の形成を助けることができる。
【0004】
Maxwell等(1999)Protein Science 8:1908−1911は、数種の不溶性タンパク質ターゲットの溶解性を改良するために有用な融合タンパク質構造を記載する。しかし、このアプローチはクロラムフェニコールアセチルトランスフェラーゼタンパク質を関心ある遺伝子へ符号化するポリヌクレオチドの融合へ依存することによりその有用性が限定された。それゆえ、遺伝子修飾細胞内へのターゲットタンパク質の折りたたみをモニター又はコントロールする技術の必要性がある。
【0005】
ヒートショック応答タンパク質(Hsp)の理解における最近の進歩は、これらのあるタンパク質とタンパク質折りたたみとの間に関連があることを示す。上昇した温度にされた細胞が、ヒートショック遺伝子として公知の遺伝子のセットの発現を誘導することにより応答することは公知である。これらの遺伝子より符号化されるタンパク質、ヒートショックタンパク質は、上昇した温度の有害な影響をコントロールすることを補助する機能を提供し、そしてシャペロン及びプロテアーゼ分子を含む。ヒートショック応答は、原核生物及び真核生物システムの両方において詳細に研究され、そして発展を通して、高度に維持される。ヒートショックにより誘導される遺伝子の詳細な分析は、グラム陰性菌E.coliのゲノムにおいて行われ、この刺激により誘導される遺伝子のセットを同定した(Richmond等(1999)Nicleic Acids Res.27(19):3821−3835)。この応答の分子の基礎は、E.coliにおいて詳細に研究されてきた(Liberek及びGeorgopoulos(1993)Proc.Nat’ l.Acad.Sci.USA90:11019−11023;及びMcCarty等(1996)J.Mol.Biol.256:829−837)。変化するpH、低酸素(Lindquist(1986)Ann.Rev.Biochem.55:1151−1191)又は不溶性タンパク質(Parcell及びSauer(1989)Genes and Development 3:1226−1232)のような別のストレスの多い刺激もヒートショックタンパク質誘導を引き起こすことが今般示された。ヒートショック遺伝子を誘導する別の条件の研究は、遺伝子の共通のセットが種々のストレスの多い刺激により誘導されることを示す。それゆえ、シャペロン及びプロテアーゼ分子を含むタンパク質の共通のセットを生成することにより、細胞が広範囲のストレスの多い条件に対し応答し、そしてこれらのタンパク質が有害条件の有害な影響を緩和するために機能することを表す(例えば、Parsell等(1994)Nature372(6505):475−478参照)。
【0006】
毒性の条件に対しモニター及び防御するヒートショック応答遺伝子の利点を獲得するための種々の努力が行われた。例えば、Farr(米国特許第5,589,337)は、アッセイ可能な生成物を符号化し、化合物の毒性を特徴化及び定量する遺伝子に融合したストレス応答プロモーターを利用する方法を記載する。さらに、Lindquist(米国特許第5,827,685号は、酵母Hsp104プロモーター並びに熱、アルコール及び重金属のような潜在的な毒性ストレス因子に対して細胞を防御する遺伝子の使用を記載する。これらの方法は所定の毒性刺激をモニターすることに有用であるが、それらは細胞内のタンパク質生成物の範囲の溶解性を測定又は改善する便利な手段を提供するものではない。それゆえ、細胞内のタンパク質の溶解性を測定及び改良する方法及び試薬についての要求がある。本発明はこれらの及び他の要求を満たすものである。
【0007】
発明の要約
本発明は、細胞、試薬及びホスト細胞が関心あるポリペプチドを溶解性又は不溶性いずれかの形態で発現するのかを測定するための方法を提供する。ある具体例において、本発明は:a)レポーター遺伝子と操作可能にリンクするタンパク質溶解性応答プロモーターを含む溶解性レポーター核酸;及びb)ターゲットポリペプチドを発現するポリヌクレオチドを含むターゲットポリペプチド発現核酸;を含むホスト細胞を提供する。ターゲットポリペプチドの不溶性形態での発現は、レポーター遺伝子の発現における変化を引き起こす。本発明の数種の具体例において、ターゲットポリペプチドが不溶性形態で発現する場合、溶解性応答プロモーターはアップレギュレートされる;他の具体例において、ターゲットポリペプチドが不溶性形態で発現する場合、溶解性応答プロモーターは、ダウンレギュレートされる。そのようなホスト細胞の2種又はそれ以上の集合のアレイも提供される;各集団のホスト細胞はホスト細胞により発現されるターゲットポリペプチドにおいて異なる。
【0008】
本発明は、ターゲットポリペプチドの溶解性を測定する方法も提供する。これらの方法は:a)レポーター遺伝子と操作可能にリンクするタンパク質溶解性応答プロモーターを含む溶解性レポーター核酸;及びb)ターゲットポリペプチドを発現するポリヌクレオチドを含むターゲットポリペプチド発現核酸;を含むホスト細胞を、ターゲットポリペプチドが発現される条件下で培養することを含む。それから、発現されたターゲットポリペプチドの溶解性は、レポーター遺伝子が増加又は減少するかを検出することにより、測定される。
【0009】
本発明のさらなる具体例は、ターゲットポリペプチドの溶解性を変える細胞における変異体を同定する方法を提供する。これらの方法は:a)変異原を用いて細胞を処理し;b)レポーター遺伝子と操作可能にリンクするタンパク質溶解性応答プロモーターを含む溶解性レポーター核酸並びにターゲットポリペプチドを符号化するポリヌクレオチドを含むターゲットポリペプチド発現核酸を細胞内に導入し;c)ターゲットポリペプチドの発現に有利な条件下で細胞を培養し;d)レポーター遺伝子の発現を測定し;e)細胞内のレポーター遺伝子の発現レベルと溶解性レポーター核酸及びターゲットポリペプチド発現核酸をも含む非変異細胞中に観察されるレベルとを比較し、ターゲットポリペプチドの溶解性を変化させる変異体を含む細胞を同定する;ことを含む。
【0010】
他の具体例において、本発明は、ターゲットポリペプチドの溶解性を変えるターゲットポリペプチドを符号化するポリヌクレオチドに対する変化を同定する方法を提供する。これらの方法は、a)ターゲットポリペプチドを符号化するポリヌクレオチドを変化させ、変化したポリヌクレオチドを形成させ;b)細胞内に、レポーター遺伝子と操作可能にリンクするタンパク質溶解性応答プロモーターを含む溶解性レポーター核酸並びに変化したポリヌクレオチドを含むターゲットポリペプチド発現核酸を導入する;c)ターゲットポリペプチドの発現に有利な条件下で細胞を培養する;d)レポーター遺伝子の発現を測定し;e)レポーター遺伝子の発現レベルとターゲットポリペプチドを符号化する変化していないポリヌクレオチドを有する細胞中に観察されるレベルとを比較し、符号化されたターゲットポリペプチドの溶解性を変えるポリヌクレオチドの変化を同定する;ことを含む。
【0011】
本発明は、ターゲットポリペプチドの溶解性を変えるターゲットポリペプチドの生合成のためのプロセスにおけるバリエーションを同定する方法をも提供する。これらの方法は、ターゲットポリペプチドが発現される別の条件下でホスト細胞を培養することを含む。ホスト細胞は、a)レポーター遺伝子と操作可能にリンクするタンパク質溶解性応答プロモーターを含む溶解性レポーター核酸;及びb)ターゲットポリペプチドを符号化するポリヌクレオチドを含むターゲットポリペプチド発現核酸;を含む。それからそれぞれ別の条件下で成長したホスト細胞によるレポーター遺伝子の発現が比較され、ターゲットポリペプチドの溶解性の所望のレベルを生じる条件を決定する。
【0012】
本発明により、溶解性ターゲットポリペプチドを発現するライブラリーメンバーを同定するための発現ライブラリーをスクリーニングする方法も提供される。これらの方法は、a)それぞれがターゲットポリヌクレオチドを符号化するポリヌクレオチドを含む複数の発現ベクターを、レポーター遺伝子に操作可能にリンクするタンパク質溶解性応答プロモーターを含む溶解性レポーター核酸を含む複数のホスト細胞中へ導入し、発現ライブラリーを生成させ、;b)ターゲットポリペプチドが発現される条件下でホスト細胞を培養し;及びc)レポーター遺伝子の発現を検出し、それにより溶解性ターゲットポリペプチドを発現するライブラリーメンバーを同定する;ことを含む。
【0013】
本発明は抗生物質を同定する方法も提供する。本方法は:a)レポーター遺伝子と操作可能にリンクするタンパク質溶解性応答プロモーターを含む溶解性レポーター核酸を含む細胞と候補抗生物質試薬とを接触させ;レポーター遺伝子の発現レベルを検出する;ことを含む。候補抗生物質試薬と接触しない細胞中のレポーター遺伝子発現レベルと比較して、候補抗生物質試薬と接触する細胞中のレポーター遺伝子の発現レベルにおける変化は、細胞内でのタンパク質折りたたみを抑制する試薬を表示する。
【0014】
本発明は、検出可能又は選択可能な生成物を符号化するポリヌクレオチドに操作可能にリンクするタンパク質溶解性応答プロモーターを含むポリヌクレオチドも提供する。ポリヌクレオチドは、さらにターゲットタンパク質について発現構造を含む。本発明は、これらの溶解性レポーターポリヌクレオチドをターゲットタンパク質についての発現構造とともに有する溶解性レポーターシステムも提供する。本発明は、遺伝子デリバリービヒクル並びに発現ベクター及びホストを又は少なくとも本発明のポリヌクレオチド及び遺伝子レポーターシステムを含む遺伝子修飾された細胞も提供する。
【0015】
図面の簡単な説明
図1は不溶性タンパク質の発現中に誘導される公知のヒートショック遺伝子のプロモーターを示す。ヌクレオチドシーケンスは手動で整列され、シーケンス内に1つのギャップを許容する。シーケンスは、そのオペロンの最も高度に誘導されるメンバーの減少した誘導レベルにおいて列挙される。翻訳の誤った折りたたみにより引き起こされる非−ヒートショック遺伝子のプロモーターが、図の下部に表される。RpoH認識シーケンス内に保持されるヌクレオチドは、灰色の影で表される
【0016】
図2A−Cは、予め測定された発現特性を有する18 Thermatoga maritimaタンパク質についてのスクリーニング結果の概要を表す。平均的な相対β−ガラクトシダーゼ活性(図2A)、Ni−HRP活性(図2B)及び18 T.maritimaタンパク質について生じた溶解性スコア(図2C)が表される。18タンパク質についての発現特性は、溶解性及び不溶性フラクションの両方のSDS−PAGEにより予め測定された。
【0017】
図3は、レポーター株における186 T.maritimaタンパク質の発現後に観察される相対Ni−HRP活性に対する相対β−ガラクトシダーゼ活性を表す。溶解性、不溶性又は混合としての各タンパク質の分類は、スクリーン後の溶解性及び不溶性分離物において行われるSDS−PAGEに基づく。
【0018】
図4は、第二構造予測のアライメント、並びにRep68の予測された及び同定されたドメインの両方を表す。Rep68の第一シーケンスに基づく疎水性のKyte−Doolittleプロットとともに整列するα−ヘリカル及びβ−シート構造のChou−Fasman第二構造予測が示される。下に整列されたものは:完全長Rep68タンパク質、Rep68の3種の予測されるドメイン、及びrep68遺伝子のランダムに発生したフラグメントのスクリーニングにより同定されるRep68ドメインの相対的なサイズ及び位置を表すブロックである。タンパク質についての溶解性スコアが示される。
【0019】
詳細な説明
定義
本開示を通して、種々の刊行物、特許及び発行された特許明細書が引用物を特定することにより参照される。これらの刊行物、特許及び公開特許明細書は参照として本開示中に導入され、これらの発明が関係する技術の状況を十分に記載する。
【0020】
本発明の実施は、他に示さない限り、当業界の技術範囲内である慣用の分子生物学技術(組換え技術を含む)、ミクロ生物学、細胞生物学、生化学及び免疫学を使用する。このような技術は、文献中で十分に説明される。これらの方法は、以下の刊行物中に記載される。例えば、Sambrook等、MOLECULAR CLONING:A LABORATORY MANUAL,3版(2001);CURRENT PROTOCOLS IN MOLECULAR BIOLOGY(F.M.Ausubel等編(1987));the series METHOD IN ENZYMOLOGY(Academic Press,Inc);PCR:A PRACTICAL APPROACH(M.MacPherson等.,IRL Press at Oxford University Press(1991));PCR2:A PRACTICAL APPROACH (M.MacPherson, B.D.Haines and G.R.Taylor編(1995));ANTIBODIES, A LABORATORY MANUAL(Harlow and Lane編(1988));及びANIMAL CELL CULTURE(R.I.Freshney編(1987))を参照されたい。
【0021】
本明細書中で使用されるとき、所定の用語は以下に定義される意味を有する。
【0022】
本明細書及び特許請求の範囲において使用されるとき、その意味が他に明確に示されない限り、単数形“a” 及び“the” は複数の意味も含む。例えば、用語“細胞(a cell)” は複数の細胞を含み、それらの混合物を含む。
【0023】
用語“ポリヌクレオチド” 及び“核酸分子” は交換可能に使用され、任意の長さのヌクレオチドのポリマー形態を意味する。ポリヌクレオチドは、デオキシリボヌクレオチド、リボヌクレオチド及び/又はそれらの同属体を含むことができる。ポリヌクレオチドは,任意の三次元構造を有することができ、そして公知又は非公知の任意の機能を実施できる。用語“ポリヌクレオチド” は、例えば一本−二本鎖及び三重螺旋分子、遺伝子又は遺伝子フラグメント、エクソン、イントロン、mRNA、tRNA、rRNA、リボザイム、cDNA、組換えポリヌクレオチド、分岐鎖ポリヌクレオチド、プラスミド、ベクター、任意のシーケンスの単離DNA、任意のシーケンスの単離RNA、核酸プローブ、及びプライマーを含む。核酸分子は、修飾された核酸分子も含むことができる。
【0024】
用語“ペプチド” は非常に広い意味で使用され、2種又はそれ以上のサブユニットアミノ酸、アミノ酸同属体、ペプチド様物質の化合物を意味する。サブユニットは、ペプチド結合とリンクできる。他の具体例において、サブユニットは、例えばエステル、エーテル等のような他の結合によりリンクされることができる。本明細書中で使用されるとき、“アミノ酸” とは、天然及び/又は非天然或いは合成アミノ酸を意味し、グリシン及びD若しくはL光学異性体の両方、及びアミノ酸同属体又はペプチド様物質を含む。ペプチド鎖が短い場合、3種又はそれ以上のアミノ酸のペプチドは、一般的にオリゴペプチドと呼ばれる。ペプチド鎖が長い場合(例えば約10−20アミノ酸より長い場合)、ペプチドは一般的にポリペプチド又はタンパク質と呼ばれる。
【0025】
“遺伝子修飾される” とは、細胞の遺伝子型又は表現型又はその後代(progeny)を順番に修飾する外部遺伝子又は核酸シーケンスを含むこと及び/又は発現することを意味する。言いかえれば、それは細胞の内因性ポリヌクレオチドに対する任意の付加、削除又は分裂を意味する。用語“異種” とは、特定の細胞又は細胞成分と天然には関連がないポリヌクレオチド又はポリペプチドも意味する。例えば、特定のホスト細胞に対して異種であるプロモーターは、その種の天然発生細胞においては見出すことができない。同様に、特定のタンパク質符号化ポリヌクレオチドに対して異種のプロモーターは、天然発生細胞における特定のポリヌクレオチドに対し、付着して見出されない。用語“組換え” は、組換え方法により非修飾化された細胞内において、互いに関連のないポリヌクレオチドを含む核酸を意味するものとしてしばしば使用される。
【0026】
本明細書中で使用される場合、“発現” とはポリヌクレオチドがmRNAに転写され、そしてペプチド、ポリペプチド又はタンパク質へ翻訳されるプロセスを意味する。ポリヌクレオチドがゲノムDNAから運ばれる場合、好適な真核生物ホストが選択された場合、発現はmRNAのスプライシング(splicing)を含む。発現に必要な調整エレメントは、RNAポリメラーゼを結合させるプロモーターシーケンス及びリボゾーム結合用の翻訳開始シーケンスを含む。例えば、バクテリア発現ベクターは、lacプロモーターのようなプロモーターを含み、そして転写及び翻訳開始用にShine−Dalgarnoシーケンス及び開始コドンATGを含む(上記Sambrook等(2001))。同様に、真核生物発現ベクターは、RNAポリメラーゼII用の異種構造又は同種構造プロモーター、下流ポリアデニル化信号、開始コドンAUG、及びリボゾームの分離用の終止(termination)コドンを含む。このようなベクターは市販入手でき、そして当業界で公知の方法、例えば通常のベクターを構成する下記方法、により記載されるシーケンスにより集められる。
【0027】
“プロモーター” とは、RNAポリメラーゼが結合しそして転写を開始するDNA分子における領域である。プロモーターのヌクレオチドシーケンスは、付着する酵素の性質及びRINA合成の速度を決定する。本開示において、用語“プロモーター” とは、RNAポリメラーゼ結合サイトだけでなく、転写のインデューサー又はリプレッサーのような転写開始をモジュレートする因子と相互作用する他の全ての隣接シーケンスエレメントを含むポリヌクレオチドを意味するために使用される。それゆえ、本明細書中で定義される“プロモーター” は、染色体におけるネイティブなエレメントと同じ様式で、遺伝子発現を調整するために必要なシーケンス情報の全てを含むポリヌクレオチドである。
【0028】
用語“タンパク質溶解性応答プロモーター” は、細胞質中の不溶性タンパク質の濃度増加に応答して細胞内で誘導又は抑制されるプロモーターエレメントを意味する。
【0029】
“転写コントロール下” とは、当業界で良く理解された用語であり、そしてポリヌクレオチドシーケンスの転写、通常はDNAシーケンス、が転写の開始又は促進に寄与するエレメントに操作可能にリンクすることに依存することを示す。“操作可能にリンクする” とは、エレメントを機能させるための配置にある近傍位置であることを意味する。
【0030】
用語“発現構造” とは、遺伝子と操作可能にリンクするポリヌクレオチドを意味する。発現構造は遺伝子デリバリービヒクルにおけるような種々の様式でフォーマットされ、そして細胞の染色体に挿入できる。該用語は、限定するものではないが、組換えDNA技術、相同組換え、遺伝子又はプロモーターエレメントのターゲット化される挿入、或いは遺伝子又はプロモーターエレメントのランダム挿入を含む任意の方法により生成されるプロモーター遺伝子融合を意味することを意図する。
【0031】
“遺伝子デリバリービヒクル” は、ホスト細胞内に挿入されたポリヌクレオチドを運搬できる任意の分子として定義される。遺伝子デリバリービヒクルの例は、リポソーム、天然ポリマー及び合成ポリマーを含むバイオコンパチブルポリマー、リポタンパク質、ポリペプチド、ポリサッカライド、リポポリサッカライド、人工ウイルスエンベロープ、金属粒子、並びにバクロウイルス、アデノウイルス及びレトロウイルスのようなバクテリア、ウイルス、バクテリオファージ、コスミド、プラスミド、真菌性ベクター、並びに種々の真核生物及び原核生物ホストにおける発現について記載される技術において典型的に使用され、そして単純タンパク質発現用と同様に遺伝子治療用にも使用される他の組換えビヒクルである。
【0032】
本明細書中で使用される“遺伝子デリバリー” 、“遺伝子運搬” 等は、導入に使用される方法にかかわりなく、外因のポリヌクレオチドのホスト細胞内への導入を意味する用語である(しばしば“導入遺伝子” と呼ばれる)。このような方法は、(エレクトロポレーション、“遺伝子銃” デリバリー及びポリヌクレオチドの導入に使用される種々の他の技術のような)“裸” ポリヌクレオチドのデリバリーを容易化する技術と同様に、(例えばウイルス感染/トランスフェクション、又は種々の他のタンパク質ベースの又は脂質ベースの遺伝子デリバリー複合物による)ベクター媒介遺伝子運搬のような種々の公知の技術を含む。導入されるポリヌクレオチドは、ホスト細胞中で安定に又は一時的に維持されることができる。安定な維持は、導入されたポリヌクレオチドがホスト細胞と相同性の複製の起源を含むか又は染色体外レプリコン(例えばプラスミド)のような或いは核若しくはミトコンドリア染色体のようなホスト細胞のレプリコン内に統合することを必要とする。多数のベクターが、公知或いは本明細書中で記載されるように、遺伝子の哺乳動物細胞への輸送を媒介できることが知られている。
【0033】
“ウイルスベクター” とは、インビボ、半ビボ又はインビトロのいずれかで、ホスト細胞へ運ばれるポリヌクレオチドを含む組換え生成されるウイルス又はウイルス粒子として定義される。ウイルスベクターの例は、レトロウイルスベクター、アデノウイルスベクター、アデノアソシエイトウイルスベクター等を含む。遺伝子運搬がレトロウイルスベクターにより媒介される態様において、ベクター構造は、レトロウイルスゲノム又はそれらの一部及び治療遺伝子を含むポリヌクレオチドをいう。本明細書中で使用される場合、“レトロウイルス媒介遺伝子運搬” 又は“レトロウイルス遺伝子導入” とは同じ意味を有し、そして遺伝子又は核酸シーケンスが、細胞に入りそのゲノムをホスト細胞ゲノムへ統合するウイルスにより安定にホスト細胞中へ移すプロセスをいう。ウイルスはその通常の感染機構を介してホスト細胞内へ入ることができ、そしてそれが異なるホスト細胞表面レセプタ−又はリガンドに結合して細胞へ入るように修飾されることができる。本明細書中で使用される場合、レトロウイルスベクターは、ウイルス又はウイルス様の導入機構を通じて外因性核酸を細胞内へ導入することができるウイルス粒子をいう。
【0034】
レトロウイルスは、それらの遺伝情報をRNAの形態で運ぶ;しかし一度ウイルスが細胞に感染すると、RNAは、感染細胞のゲノムDNAに統合されるDNA形態に逆転写される。統合されるDNA形態は、プロウイルスと呼ばれる。
【0035】
遺伝子運搬がアデノウイルス(Ad)又はアデノアソシエイトウイルス(AAV)のようなDNAウイルスベクターにより媒介される態様において、ベクター構造は、ウイルスゲノム又はそれらの部分並びに導入遺伝子を含むポリヌクレオチドをいう。アデノウイルス(Ads)は、ウイルスの比較的良く特徴化された均質な群であり、50を超える抗原型を含む。例えばWO95/27071を参照されたい。Adsは成長させることが容易で、そしてホスト細胞ゲノム内への統合を必要としない。組換えAd誘導ベクター、特に野生型ウイルスの組換え及び発生のためのポテンシャルを減じるものも構成されてきた。WO95/00655及びWO95/11984を参照されたい。野生型AAVは、高度の感染性及びホスト細胞のゲノム内に統合する特異性を有する。Hermonat及びMuzyczka(1984)Proc.Nat’ l.Acad.Sci.USA81:6466−6470及びLebkowski等(1988)Mol.Cell.Biol.8:3988−3996を参照されたい。
【0036】
ポリヌクレオチドがプロモーター及び操作可能にリンクできるクローニングサイトの両方を含むベクターは、当業界で公知である。このようなベクターは、RNAをインビトロ及びインビボで転写することができ、そして例えばStratagene(La Jolla,Ca)及びPromega Biotech(Madison,WI)のようなソースから市販入手できる。発現及び/又はインビトロの転写を最適化するために、クローンの5’ 及び/又は3’ 非翻訳化部分を除去、付加又は変化させ、転写又は翻訳のレベルのいずれかにおいて、余分な、潜在的な不適当な別の翻訳開始コドン又は発現を妨げ又は減じ得る他のシーケンスを除去することができる。代わりに、一致するリボゾーム結合サイトは、開始コドンの5’ へ直ちに挿入され、発現を増幅することができる。
【0037】
遺伝子デリバリービヒクルも、DNA/リポソーム複合物を含む種々の非ウイルスベクター及びターゲット化されたウイルスタンパク質DNA複合物を含む。ターゲット化抗体又はそれらのフラグメントも含むリポソームは、本発明の方法において使用され得る。細胞へのデリバリーを増幅させるために、本発明の核酸又はタンパク質は、抗体又は細胞表面抗原、例えばTCR、CD3若しくはCD4へ結合するそれらの結合フラグメントへコンジュゲートされることができる。
【0038】
本明細書中において使用される場合、“レポーター遺伝子” とは、細胞による発現が検出及び定量されるタンパク質を符号化するポリヌクレオチドである。それゆえ、レポーターの発現レベルの測定は、レポーター遺伝子の発現を指示するプロモーターエレメントの活性化のレベルを示す。このような検出は、例えば選択的な条件下でレポーター遺伝子を含む細胞を配置することによりレポーター遺伝子発現についての選択を含む。
【0039】
“ハイブリダイゼーション” とは、1種又はそれ以上のポリヌクレオチドが反応し、ヌクレオチド残渣の塩基間の水素結合を介して安定化される複合物を形成する反応をいう。水素結合は、Watson−Crick塩基対、Hoogestein結合又は任意の他のシーケンス特異的な様式により生じることができる。複合物は、二重構造を形成する二本鎖、多重鎖複合物を形成する3本又はそれ以上の鎖、又はそれらの組合せを含むことができる。ハイブリダイゼーション反応は、PCR反応の開始又はリボザイムによるポリヌクレオチドの酵素開裂のような、より広範囲のプロセスにおける段階を続けることができる。
【0040】
厳重なハイブリダイゼーション条件の例は:約25℃〜約37℃のインキュベーション温度;約6XSSC〜約10XSSCのハイブリダイゼーションバッファー濃度;約0%〜約25%のホルムアルデヒド濃度;及び約6XSSCの洗浄濃度、を含む。適度なハイブリダイゼーション条件の例は:約40℃〜約50℃のインキュベーション温度;約9XSSC〜約2XSSCのバッファー濃度;約30%〜約50%のホルムアルデヒド濃度;及び約5XSSC〜約2XSSCの洗浄濃度、を含む。高度に厳重なハイブリダイゼーション条件の例は:約55℃〜約68℃のインキュベーション温度;約55%〜約75%のホルムアルデヒド濃度;及び約1XSSC〜約0.1XSSCの洗浄濃度又は脱イオン水、を含む。一般的には、ハイブリダイゼーションインキュベーション時間は5分〜24時間であり、1,2又はそれ以上の洗浄段階を伴い、及び約1、2又は15分の洗浄インキュベーション時間を伴う。SSCは0.15MのNaCl及び15mMのクエン酸塩バッファーである。他のバッファーシステムを使用する同等のSSCが使用できるものと理解される。
【0041】
ポリヌクレオチド又はポリヌクレオチド領域(又はポリペプチド若しくはポリペプチド領域)は、他のシーケンスに対して所定のパーセント(例えば80%、85%、90%又は95%)の“シーケンス同一性” を有し、それは整列されたときに塩基(又はアミノ酸)が2種のシーケンスを比較した場合に同一であることを意味する。このアライメント及びパーセント相同性若しくはシーケンス同一性は、例えばCURRENT PROTOCOLS IN MOLECULAR BIOLOGY(F.M.Ausubel等.,eds.,1987)30版セクション7.7.18,表7.7.1に記載されるように、当業界で公知のソフトウェアプログラムを用いて測定できる。ポリヌクレオチド又はポリヌクレオチドシーケンスを配列させ、パーセント相同性を測定する好ましいプログラムは、欠陥(default)パラメーターを使用するCLUSRALWである。このプログラムは、Institute for Biological Computing at Washington University in Saint Louis,MO(www,ibc.wustl.edulmsalclustal.html)、Human Genome Sequencing Center of the Baylor College of Medicine in Houston,TX(dot.imgen.bcm.tmc.edu:9331/milti−align/multi−align.html)及びthe Pasteur Institute in Paris,France(bioweb.pasteur.fr/seqanal/interfaces/clusralw−simple.html)のようなワールドワイドウェブ上の種々のサイトで入手できる。
【0042】
参照ポリヌクレオチドの“生物学的に同等” とは、欠陥パラメーター(default parameter)下でシーケンスアライメントプログラムを使用して測定した場合に、少なくとも75%、又は少なくとも80%、又は少なくとも85%、又は少なくとも90%、又は少なくとも95%のシーケンス同一性を有することにより特徴付けられ、機能を変化させないヌクレオチドシーケンスにおけるシーケンスデータ及び変化における曖昧さを補正する。“生物学的に同等” なポリヌクレオチドは、ハイブリダイゼーションにより、適当な又は厳重なハイブリダイゼーション条件下で単離され得る。シーケンス類似性又は参照ポリヌクレオチドを用いたハイブリダイゼーションに加え、生物学的に同等なポリヌクレオチドは参照ポリヌクレオチドと同一又は類似の生物学的な機能を有する。
【0043】
種々のソフトウェアプログラムが当業界において入手でき、過度の量の実験なしに生物学的に同等なポリヌクレオチドを同定する。これらのプログラムの非限定的な例は、BLASTN、BLASTP、BLASTX、TBLASTN及びTBLASTXを含むBLASTファミリープログラム(BLASTは、http://www.ncbi.nlm.nih.gov/BLASTIにおいて、ワールドワイドウェブから入手できる)、FastA、Compare、DotPlot、BestFit、GAP、FrameAlign、ClustalW及びPileUpである。これらのプログラムは、GCG Inc.’ s Wisconsinのようなシーケンス分析ソフトウェアの包括的なパッケージにおいて市販入手できる。他の類似の分析及びアライメントプログラムは、DNA Star’ s MegAlign、又はGeneJockeyにおけるアライメントプログラムのような種々のプロバイダーより購入できる。代わりに、シーケンス分析及びアライメントプログラムは、www.sdsc.edu/ResTools/cmshp.htmlにて、CMS Molecular Biology Resourceのようなサイトにおけるワールドワイドウェブを通じてアクセスできる。DNA又は遺伝子若しくはそれらのセグメントに一致するタンパク質シーケンスを含む任意のシーケンスデータベースは、シーケンス分析に有用でありうる。一般的に利用されるデータベースは、限定するものではないがGenBank、EMBL、DDBJ、PDB、SWISS−PROT、EST、STS、GSS及びHTGSを含む。シーケンス類似性は、DNAシーケンスデータベースに対してタグシーケンスを整列させることにより認識され得る。その代わりに、タグシーケンスは6種の読み枠(reading frame)へ翻訳され得る;全ての可能な読み枠の予想されるペプチドシーケンスは、それからBLASTXプログラムを使用するs doneのようなタンパク質データベースに保存される個々のシーケンスと比較される。
【0044】
1種又はそれ以上の上記アライメントプログラムにより示される類似性の程度を想定するためのパラメーターは、当業界で良好に確立する。それらは限定するものではないが、p値、パーセントシーケンス同一性及びパーセントシーケンス類似性を含む。P値は、アライメントが偶然に生成される可能性である。単一のアライメントについて、p値はKarlin等(1990)Proc.Nat’ l.Acad.Sci.USA87:2246に従って計算できる。多重アライメントについては、BLASTにおいてプログラムされたもののような機能的なアプローチを使用して計算できる。パーセントシーケンス同一性は、2種のものが最適に配列された場合、疑問のシーケンスと公知のシーケンス間で一致するヌクレオチド及びアミノ酸の数の比により規定される。パーセント類似性を計算する場合、異なってはいるがポジティブなものと類似するアミノ酸をスコアすることを除いては、パーセントシーケンス類似性はパーセント同一性と同じ方法にて計算される。
【0045】
本明細書中で使用される“インビボ” 遺伝子デリバリー、遺伝子運搬、遺伝子治療等は、ヒト又はヒトでない哺乳動物のような有機体の体内へ、外因性ポリヌクレオチドを含むベクターを直接的に導入し、それにより外因性ポリヌクレオチドがそのような有機体にインビボで導入されることを意味する用語である。
【0046】
用語“単離される” とは、成分、細胞及びその他から分離されることを意味し、通常はポリヌクレオチド、ペプチド、ポリペプチド、タンパク質、抗体又はそれらのフラグメントが関連する。例えば、ポリヌクレオチドに関して、単離されたポリヌクレオチドとは、通常、染色体において結合する5’ 及び3’ シーケンスから分離されるものである。当業者に明らかであるように、非天然発生のポリヌクレオチド、ペプチド、ポリペプチド、タンパク質、抗体又はそれらのフラグメントは、その天然に発生した対照物から“単離され” 区別する必要はない。さらに、“濃縮され” 、“分離され” 又は“希釈された” ポリヌクレオチド、ペプチド、ポリペプチド、タンパク質、抗体又はそれらのフラグメントは、濃度又は体積当たりの数が、天然発生した対照物より“濃縮された” ものより大きく又は天然発生した対照物より“分離された” ものよりも小さいことで、その天然発生した対照物から区別できる。天然発生した対照物とはプライマリーシーケンスにおいて異なり又は例えばグリコシル化パターンにより異なるポリヌクレオチド、ペプチド、ポリペプチド、タンパク質、抗体又はそれらのフラグメントは、単離された形態で存在する必要はない、なぜならそれは天然発生した対照物からそのプライマリーシーケンスにより、又はその代わりにグリコシル化パターンのような他の性質により区別できるからである。本明細書中に開示される各発明について明確に述べてはいないけれども、以下に開示される及び適切な条件下における各構成についての具体例が本発明により提供されることは理解されるであろう。それゆえ、非天然に発生するポリヌクレオチドは単離された天然発生ポリヌクレオチドから分離した具体例として提供される。バクテリア細胞中で生成されるタンパク質は、天然に生成される真核生物細胞から単離される自然発生タンパク質から、別個の具体例として提供される。
【0047】
“ホスト細胞” 又は“遺伝子修飾された細胞” は、ベクターについての受容体又は或いは外因性核酸分子、ポリヌクレオチド及び/又はタンパク質の導入物であるか又はそれを有する任意の個々の細胞又は細胞培養物を含むことを意図する。それは単細胞の子孫を含むことを意図し、そして子孫は自然の、偶発的な又は計画的な変異のために、本来の親細胞と(形態学的に、又は遺伝学的に又は全体のDNA全数(complement)において)完全に同一である必要はない。細胞は原核生物細胞又は真核生物細胞で良く、限定するものではないが、バクテリア細胞、酵母細胞、動物細胞、及び哺乳動物細胞、例えばハツカネズミ、ラット、シミアン又はヒト、を含む。
【0048】
“対象” は脊椎動物、好ましくは哺乳動物、より好ましくはヒトである。哺乳動物は、限定するものではないがハツカネズミ、シミアン、ヒト、農場動物、スポーツ用動物及びペットを含む。
【0049】
“コントロール” とは、実験において比較目的のために使用される代替の対象又は試料である。“コントロール” は、“ポジティブ” 又は“ネガティブ” であることができる。例えば、実験の目的が、特定型の癌を有する遺伝子の改変した発現レベルの相関関係を測定することである場合は、一般的にはポジティブコントロール(そのような改変をもたらし、そしてその疾患に特徴的な病状を示す対象又は対象からの試料)及びネガティブコントロール(改変した発現及びその疾患の重要な病状を欠く対象又は対象からの試料)を使用することが好ましい。
【0050】
用語“培養” とは、広範囲の種類の媒体上で又はその中での細胞又は組織のインビトロの増殖を意味する。培地中で成長した細胞の子孫は親細胞と(形態学的に、遺伝学的に又は表原型が)完全に同一でないことは理解される。“拡張された” とは細胞の任意の増殖又は分裂を意味する。“組成物” とは活性試薬及び他の化合物及び組成物、補助剤のような不活性(例えば検出可能な試薬又はラベル)又は活性物質の組合せを意味する。
【0051】
“医薬組成物” とは、組成物を診断又は治療上のインビトロ、インビボ又は半ビボでの使用に適したものにする不活性又は活性キャリアを有する活性試薬の組合せを含むことを意図する。
【0052】
本明細書中で使用される場合、用語“医薬的に許容されるキャリア” とは、リン酸塩緩衝化(phosphate buffered)サリン溶液、水、並びに水/油又は油/水エマルジョンのようなエマルジョン、及び種々の型の湿潤剤を含む任意の標準的な医薬キャリアを含む。組成物は安定化剤及び防腐剤をも含むことができる。キャリア、安定化剤及び補助剤の例については、Martin REMINGTON’ S PHARM.SCI.,15版(Mack Publ.Co.,Easton(1975))を参照されたい。
【0053】
“効果的な量” とは、有益な又は所望の結果をもたらすに十分な量である。効果的な量が1又はそれ以上の投与、塗布又は服用により投与されることができる。
【0054】
“固体成長媒体” とは有機体が培養されるに適した成長媒体であり、十分な濃度の寒天を含み、細胞のクローン集団用の培養物を培養する目的のために固体表面を提供するものである。
【0055】
“指示染料” とは、レポーター遺伝子と反応し、容易にアッセイされる変化する特性を有する化合物を生成する化学物質である。好適な指示染料の例は、β−ガラクトシダーゼと反応するX−gal、lacZレポーターの遺伝子生成物であり、青い沈殿を生成する。
【0056】
好適な具体例の説明
本発明は、タンパク質が細胞により溶解性の形態又は不溶性の形態のいずれかで生成されるかを直ちに区別できるようにする溶解性レポーター遺伝子構造を提供する。細胞内のタンパク質溶解性状態を測定する方法と同様に、溶解性の形態にて製造されるタンパク質又はタンパク質ドメインを同定することに使用されるレポーターホスト細胞も提供される。さらなる具体例において、本発明は細胞内で発現されるターゲットタンパク質の溶解状態を測定する高処理量の方法を提供する。
【0057】
溶解性レポーター遺伝子構造
本発明は、プロモーターを含む細胞中に不溶性タンパク質が存在するか否かに依存して誘導又は抑制されるプロモーターを含む溶解性レポーター構造を含むホスト細胞を提供する。これらのタンパク質溶解性応答プロモーターは、好ましくは細胞内で発現される場合に直ちに検出できる遺伝子生成物を符号化するポリヌクレオチドと操作可能にリンクする。不溶性タンパク質によりアップレギュレートされるプロモーターを含む溶解性レポーター遺伝子構造が細胞内に存在する場合、例えば、不溶性タンパク質の存在は、レポーター遺伝子生成物のレベルの増加を生ずる。
【0058】
特定の種における使用のために好適なプロモーターを同定するために、不溶性形態で発現されることが公知なタンパク質を発現する種の細胞からの遺伝子発現プロファイルを、不溶性タンパク質を発現しない細胞と比較できる。例えば、コントロール細胞は、溶解性形態で見出されるタンパク質を発現できる。ひとたび、不溶性又は溶解性タンパク質のいずれかが発現されるかにより1種又はそれ以上の遺伝子が異なって発現される場合、遺伝子の上流領域はクローン化されそして溶解性レポーター構造を構成することに使用できる。上流領域を含むポリヌクレオチドの長さは、特定の遺伝子及び/又は種に依存してしばしば変化する。ひとたび、上流領域がクローン化されると、その上流領域をレポーター構造遺伝子と操作可能にリンクすることにより、その機能を直ちに試験でき、該構造をホスト細胞中に導入し、そして不溶性の形態で発現することが公知なタンパク質を発現する。誤って折りたたまれたタンパク質に応答するプロモーターシーケンスは、例えばAffymetrix GeneChip(登録商標)、cDNAアレイ、レポータースクリーニング、及び当業者に公知の他のアプローチにより同定できる。
【0059】
タンパク質溶解性応答プロモーターは、原核生物又は真核生物プロモーターであることができる。関心ある特定のホスト細胞において機能的であるプロモーターが利用される。例えば、バクテリアホスト細胞の使用について、Gramネガティブ又はGramポジティブバクテリアからタンパク質溶解性応答プロモーターを単離できる。このようなGramネガティブバクテリアは、例えば家族性腸内細菌科のメンバーを含む。腸内細菌科のメンバーの例は、エシェリキア属、サルモネラ属、シゲラ属、クレブシエラ属、又は腸内細菌属である。好適な原核生物は限定するものではないが、Salmonella typhomurium、Bacillus subtilis及びStreptomyces Lividansを含む。ある好適な種は、GramネガティブバクテリアE.coliから単離されるプロモーターエレメントである。好適なE.coliプロモーターの特定の例は、例えば以下の遺伝子からのプロモーターである:kgtP遺伝子(b2587;SEQ ID NO:1)、遺伝子b3913(SEQ ID NO:2)、proP(b4111;SEQ ID NO:3)、exbB(b3006;SEQ ID NO:4)、yegG(b2812;SEQ ID NO:5)、yojH(b2210;SEQ ID NO:6)、ybeD(b0631;SEQ ID NO:7)、yciS(b1279;SEQ ID NO:8)、yagU(b0287;SEQ ID NO:9)、ftsJ(b3179;SEQ ID NO:10)、grpE(b2614;SEQ ID NO:11)、htpX(b1829;SEQ ID NO:12)、clpB(b2592;SEQ ID NO:13)、fxsA(b4140;SEQ ID NO:14)、hslV(b3932;SEQ ID NO:15)、clpP(b0437;SEQ ID NO:16)、htpG(b0473;SEQ ID NO:17)、dnaK(b0014;SEQ ID NO:18)、yccV(b0966;SEQ ID NO:19)、yrfG(b3399;SEQ ID NO:20)、ibpA(b3687;SEQ ID NO:21)、及びyhdN(b3293;SEQ ID NO:22)。
【0060】
数種の具体例において、タンパク質溶解性応答プロモーターは、RpoH認識サイトを含む。このようなプロモーターの例は図1にSEQ ID NO23−43として表される。
【0061】
本発明は、Seq.ID.Nos.1−43において提供されるシーケンスと生物学的に同等のポリヌクレオチドの使用も含み、それはシーケンス同属体サーチ又は上述のような穏やかな又は厳重なハイブリダイゼーション条件下でのハイブリダイゼーションにより同定される。生物学的に同等なポリヌクレオチドの種々の具体例は、例えばシーケンスデータにおける曖昧さについて較正する欠陥パラメーター下のシーケンスアライメントプログラム及び機能を変化させないヌクレオチドシーケンスにおける変化を用いて測定した場合に、少なくとも75%又は少なくとも80%又は少なくとも85%又は少なくとも90%又は少なくとも95%シーケンス相同性にて処理することにより特徴付けられる発明の視野の範囲内である。生物学的に同等とは、穏やかな又は厳重な条件下でSeq.ID.Nos.1−43へハイブリダイズするもの又はそれらのそれぞれの捕体(complement)に対してハイブリダイズする。そのようなポリヌクレオチドは、本発明の方法に従ってテストされ、所望のタンパク質溶解性応答を示すものを同定する。
【0062】
真核生物細胞内における使用のために、タンパク質溶解性応答プロモーターは、通常は真核生物遺伝子から得られる。多くの真核生物ヒートショック及び他のストレス誘導遺伝子は当業者に公知である。
【0063】
本発明は、これらの又は他の遺伝子からのプロモーターを試験し、細胞内の不溶性タンパク質の存在に応答して異なって調整されるかどうかを測定する方法を提供する。これらの方法は、レポーター遺伝子と操作可能にリンクする推定のタンパク質溶解性応答プロモーターを含む溶解性レポーター核酸を含むホスト細胞を培養することを含む。ホスト細胞は、ターゲットポリペプチドを符号化するポリヌクレオチドを含むターゲットポリペプチド発現核酸をも含む。ホスト細胞は、ターゲットポリペプチドが不溶性の形態で発現される条件下で培養される。それからレポーター遺伝子の発現のレベルが検出され、推定のタンパク質溶解性応答プロモーターがホスト細胞中の不溶性ポリペプチドの発現に応答して異なって調整されるかどうかを測定する。
【0064】
好適な真核生物細胞は、例えば哺乳動物、昆虫又は植物細胞、或いは例えば酵母細胞又は菌細胞のような微生物を含む。好適な細胞の例は、特に例えばAzotobacter種(例えばA.vinelandii)、Pseudomonas種、Rhizobium種、Erwinia種、Escherichia種(例えばE.coli)、及びKlebsiella種を含む。酵母細胞は、多くの種類の中の任意のものであることができ、Saccharomyces(例えばS.cerevisiae)、Candida(例えばC.utilis,C.parapsilosis,C.krusei,C.versatilis,C.lipolytica,C.zeylanoides,C.guilliermondii,C,albicans及びC.humicola)、Pichia(例えば、P.farinosa及びP.ohmeri)、Torulopsis(例えばT.candida,T.sphaerica,T.xylinus,T.famata及びT.versatilis)、Debaryomyces(例えばD.subglobosus,D.cantarellii,D.globosus,D.hansenii及びD.japonicus)、Zygosaccharomyces(例えばZ.rouxii及びZ.bailii)、Kluyveromyces(例えばK.marxianus),Hansenula(例えばH.anomala及びH.jadinii)及びBrettanomyces(B.lambicus及びB.anomalus)を含む。好適な真核生物細胞のさらなる非限定的な例は、Jurkat細胞及びNIH3T3細胞を含む。
【0065】
上記同定されたタンパク質溶解性応答プロモーターは、細胞質内の溶解性タンパク質の存在又は不存在を同定するために機能するレポーター遺伝子と操作可能にリンクする。レポーター遺伝子は、選択可能な又は検出可能なポリペプチドを符号化するポリヌクレオチドを含む。“レポーター遺伝子” として有用な遺伝子の例は、限定するものではないが、代謝酵素、抗体耐性因子、発光タンパク質(例えばルシフェラーセ)、又は蛍光タンパク質を符号化する遺伝子を含む。このようなレポーター遺伝子は当業界で公知であり、そして特定の例はWood(1995)Curr.Opin.Biotechnol.6(1):50−58に記載される。ある態様において、代謝酵素はβ−ガラクトシダーゼである。他の態様において、代謝遺伝子はホスト細胞中での栄養要求株変異体(auxotrophic mutation)を補い、そして選択的な媒体上の遺伝子を発現する細胞の成長をさせる。
【0066】
レポーター発現を検出及び定量する方法は、一般的にはレポーターにより符号化されるタンパク質の活性を測定することをベースとする。広範囲の検出可能なマーカーは当業界で公知であり、アビジン/ビオチンのような蛍光、放射性、酵素的又は他のリガンドを含み、それは検出可能な信号を与えることが可能である。好適な具体例において、放射性又は他の環境上非所望な試薬の代わりに、おそらく蛍光ラベル又はウレアーゼ、アルカリホスフェート、ペルオキシダーゼのような酵素タグを使用することが望ましい。酵素タグの場合、比色分析指示薬サブストレートは人の目に可視であるか又は分光測定法で可視である手段を提供するために使用でき、補助の核酸含有試料を用いて特定のハイブリダイゼーションを同定することが公知である。
【0067】
レポーターが酵素の場合、代謝されて測定可能な生成物を生成する酵素用のサブストレートが使用できる。例えば、酵素により開裂されて青色の反応性生成物を生成するβ−ガラクトシダーゼサブストレートX−galは、β−ガラクトシダーゼレポーター発現をアッセイすることに頻繁に使用される(Miller J.ed.(1992)A short Course in Bacterial Genetics:A Laboratory Manual and Handbook for Escheichia Coli and Related Bacteria,Cold Spring Harbor Laboratory,Cold Spring Harbor,New York)。代わりに、β−ガラクトシダーゼにより代謝されるβ−ガラクトシダーゼサブストレートo−ニトロフィル−B−D−ガラクトピラノシド(ONPG)が黄色を有する化合物を生成する。酵素の量は、着色化合物の光学密度を分光測定的に測定し又はELISAリーダーを使用することにより、測定される。420nmにおける吸収が読み取られる(Miller J。H.ed.(1972)Experiments in Molecular Genetics,Cold Spring Harbor Laboratory,Cold Spring Harbor,New York)。他の一般的に使用されるレポーター遺伝子は、抗体耐性ファクタークロラムフェニコールアセチルトランスフェラーゼ(CAT)、ホタル(firefly)ルシフェラーゼ遺伝子、及びクラゲ緑蛍光タンパク質である(Valdvia及びFalkow(1997)Trends Microbiol.5(9):360−363;Naylor(1999)Biochem.Pharmacol.58(5):749−757;Himes and Shannon(2000)Methods Mol.Biol.130:165−174)。さらに、種々の別のタンパク質も、検出及び定量される能力に基づきレポーターとして使用することができる。そのような遺伝子の発現レベルを測定するためのアッセイは、良好に改良されそして当業者により一般的に実施される(Rosenthal(1987)Methods Enzymology 152:704−720;Davey等(1995)Method Mol.Biol.49:143−148;及びBronstein等(1994)Anal.Biochem.219(2):169−181)。
【0068】
有用なレポーター遺伝子を符号化するポリヌクレオチドは、Life Technologies Inc.(Gaithesburg,MD)、Clontech Inc.(Palo Alto,CA)、Promega Inc.(Madison,WI),Invitrogen Inc.(Carlsbad,CA)及びStrategene Inc.(San Diego,CA)のような、分子生物試薬の種々の商業的なサプライヤーから入手できる。さらに、レポーター遺伝子シーケンスを含むプラスミドベクターは、American Type Culture Collection及びYale大学のE.coli菌株コレクションのような遺伝子貯蔵所より入手できる。
【0069】
本発明の溶解性レポーター核酸は、リボゾーム結合サイト及びポリアデニル化サイトのようなエレメントをコントロールする同じ転写ユニット内のコーディングシーケンスのようなさらなるシーケンス、同じ又は異なるプロモーターのコントロール下でのさらなる転写ユニット、クローニング、発現及びホスト細胞の形質転換を許容するシーケンス、並びに本発明の具体例を提供する場合に所望であり得るそのような任意の構造を含むことができる。数種の具体例において、溶解性レポーター核酸は、レポーター遺伝子により符号化された検出可能なポリペプチドをホスト細胞の表面に向ける信号ペプチドを符号化するポリヌクレオチドを含む。それから検出可能なポリペプチドは、例えばセルソーターにより検出できる。例えば、レポーター遺伝子が、発現において細胞表面に表示される蛍光タンパク質を符号化する場合は、蛍光活性化されたセルソーターを利用し、レポーター遺伝子を発現する細胞を、そうでない細胞から分離する。
【0070】
溶解性レポーター核酸は、レポーター遺伝子を発現しないホスト細胞の分離を容易化する分子タグを符号化するポリヌクレオチドも含むことができる。例えば、抗体についてのエピトープは分子タグとして機能することができ;それからレポーター遺伝子を発現する細胞は、エピトープを特異的に認識する付着抗体である固体支持体と細胞を接触させることにより、固定できる。他の好適な分子タグは、当業者に公知であり、例えばポリヒスチジンタグ又はFLAG(登録商標)ペプチドを含む。特定のタンパク質溶解性応答プロモーターが使用において不溶性形態のターゲットポリペプチドの発現に応答してアップレギュレートされる場合、不溶性ターゲットポリペプチドを発現する細胞が支持体上に固定される。逆に、特定のタンパク質溶解性応答プロモーターが、使用において不溶性形態のターゲットポリペプチドの発現に応答してダウンレギュレートされる場合、溶解性形態のターゲットポリペプチドを発現する細胞が支持体上に固定される。
【0071】
本発明は、a)レポーター遺伝子と操作可能にリンクする少なくとも1種のタンパク質溶解性応答プロモーターを含む単離されたポリヌクレオチド、及びb)ターゲット遺伝子の発現を指示する発現構造、を含むレポーターシステムも提供する。発現構造はプロモーター及びレポーター遺伝子からの別々のポリヌクレオチドのいずれかにあり、又は発現構造はタンパク質溶解性応答プロモーター及びレポーター遺伝子をも含む単一のポリヌクレオチドの一部であることができる。それゆえ、本発明の特定の具体例において、レポーターシステムはレポーター遺伝子と操作可能にリンクするタンパク質溶解性応答プロモーターを含み、単離されたポリヌクレオチドは、さらに発現構造を含む。
【0072】
本発明は、本発明のポリヌクレオチドを含む細胞内への、本発明のポリヌクレオチドのデリバリー及び/又は発現に適した遺伝子デリバリービヒクルも、(インビボ、半ビボ又はインビトロで)提供する。本発明のポリヌクレオチドは、クローニング又は発現ベクター内へ含まれることができる。これらのベクター(特に発現ベクター)は、順番にマニピュレートされ、例えば細胞内へのデリバリー及び/又は導入を容易化できる多数の形態のうち任意のものを仮定することができる。好適な発現又はデリバリービヒクルの例は上記に提供される。
【0073】
本発明は、上記同定されたターゲットポリペプチドを符号化するポリヌクレオチドを含むターゲットポリペプチド−発現核酸と同様に、上述のタンパク質溶解性レポーター構造を含むホスト又は遺伝子修飾された細胞をも提供する。細胞のアレイも提供され、各集団の細胞は、細胞により発現されるターゲットポリペプチドにおいて異なる。例えば、ポリペプチドはアミノ酸置換、欠損又は挿入により参照アミノ酸シーケンスと比較して異なることができる。代わりに、ホスト細胞の集団により発現されるターゲットポリペプチドは、より大きなポリペプチドの異なるフラグメントであることができる。
【0074】
本発明において具体化されるポリヌクレオチド及びシーケンスは、化学的な合成、組換えクローニング手段、PCR、又はそれらの任意の組合せを使用して入手できる。PCR技術は、米国特許第4,683,195号;第4,800,159号;第4,754,065号;及び第4,683,202号の課題であり、並びにTHE POLYMERASE CHAIN REACTION(Mullis等編,Birkhauser Press,Boston(1994))又はMacPherson等(1991)及び(1995)上、並びにそれらの中で引用される参考文献のPCRに記載される。代わりに、当業者は本明細書中で提供されるシーケンス及びDNAを複製するための市販のDNAシンセサイザーを使用できる。従って、本発明は本発明のポリヌクレオチドを、ポリヌクレオチドの線状シーケンス、ヌクレオチド、適切なプライマー分子、酵素のような化学物質を提供することにより得るプロセス、並びにそれらの複製及び化学的複製又は適切な方向においてヌクレオチドをリンクさせポリヌクレオチドを得るための指示を提供する。別々の具体例において、これらのポリヌクレオチドはさらに単離される。さらに、当業者はポリヌクレオチドを好適な複製ベクター内へ挿入することができ、及び複製及び増幅用の好適なホスト細胞(原核生物又は真核生物)へ挿入できる。そのように増幅されるDNAは、当業者に公知の方法により細胞から単離される。この方法によりポリヌクレオチドを得る方法は、そのようにして得られたポリヌクレオチド同様に、本明細書中においてさらに提供される。
【0075】
RNAは、好適なホスト細胞へのDNAポリヌクレオチドの第一挿入により得られる。DNAは任意の好適な方法、例えば好適な遺伝子デリバリービヒクル(例えばリポソーム、プラスミド又はベクター)の使用又はエレクトロポレーションにより導入できる。細胞が複製しそしてDNAがRINA内へ転写される場合は;RNAは当業者に、例えばSambrook等(2001)上に記載されるような公知の方法で単離される。例えば、mRNAは、Sambrook等(2001)上に記載された種々の分解酵素又は化学溶液を使用して単離でき、又は製造者により提供される付随する指示を守って、核酸結合樹脂により抽出される。
【0076】
単離された形態の又はベクター若しくはホスト若しくは遺伝子修飾された細胞に含まれる本発明のキャリア及びポリヌクレオチド及びシーケンスを含む組成物は、本明細書中でさらに提供される。これらの組成物が医薬的に使用される場合は、それらは医薬的に許容されるキャリアと組み合わされる。
【0077】
ポリヌクレオチド、レポーターシステム及び細胞は、下記方法において有用である。
【0078】
産業上の利用
本明細書中に記載される構造は、細胞中のターゲットタンパク質の溶解性を迅速に及び正確に測定するために有用である。この方法を行うために、本発明の構造を含む細胞は、ターゲットタンパク質が発現されそしてレポーター遺伝子の発現が誘導可能な条件下で培養される。本明細書中で使用される場合、用語“誘導可能” とは、レポーター遺伝子の転写が特定の刺激に応答して開始されることを意味する。タンパク質溶解性応答プロモーターの転写を誘導する特定の刺激は、細胞の細胞質内における不溶性のタンパク質である。GramネガティブバクテリアE.coliの細胞を用いて、例えば細胞は寒天プレートよりも液体媒体中で成長され、誘導可能になる。
【0079】
レポーター遺伝子の発現は、ターゲット遺伝子の発現に続き測定される。これは、蛍光タンパク質の蛍光を測定することにより又はELISAアッセイのような免疫アッセイによりレポーター遺伝子を測定することによるように、タンパク質の量を直接的に測定することにより達成できる。その代わりに、レポーター遺伝子が酵素である場合は、生成されるレポーターの量はサブストレート化合物の例えばβ−ガラクトシダーゼによるX−gal又はONPGの代謝のような、酵素修飾により生成される生成物を定量するアッセイを使用して測定できる。生成されるレポータータンパク質の量は、細胞質内の不溶性ターゲットタンパク質の量に対して直接的に比例する。
【0080】
特定の試料における不溶性タンパク質の量は、レポーター遺伝子発現レベルを用いてターゲットタンパク質不溶性に関する標準曲線を初めに作成することにより測定され得る。これは、ターゲット発現構造とともにレポーター構造を含むホスト細胞を培養し及び種々の量の不溶性ターゲットタンパク質が生成される一連の試料を生成することにより達成できる。タンパク質不溶性レポーターの発現は、それらの試料の各々において測定される。
【0081】
溶解性及び不溶性ターゲットタンパク質の量は、ホスト細胞を溶解させ、例えば遠心分離及び濾過により溶解性及び不溶性物質を分離し、そして例えばELISA又はウエスタンブロットのような免疫アッセイにより各フラクションのターゲットタンパク質の量を測定することにより、定量的に測定される。ひとたびレポーター発現に対するタンパク質溶解性に関する標準曲線が作成されると、試験試料中に存在する不溶性タンパク質の量は、その試料中のタンパク質不溶性レポーターの発現を測定し、標準曲線から存在する不溶性タンパク質の量を計算することにより測定できる。
【0082】
本発明は、タンパク質の溶解性を改善する細胞内の変異体についてスクリーニングする方法も提供する。これらの方法は、変異原を有する細胞集団を処理し、溶解性形態におけるターゲットタンパク質の発現の増加を示すこれらの細胞を同定することを含む。“変異原” は、限定するものではないが、イオン化放射(ionizing radiation)のような物理的な試薬と同様に、エチルメタンスルホネート、N−メチル−N’ −ニトロソ−グアジニン及び亜硝酸のような化学的な変異原を含むことを意図する。別の具体例において、変異体は、ターゲットタンパク質を符号化するポリヌクレオチドシーケンス内へ導入できる。それから変化したポリヌクレオチドは試験され、ターゲットタンパク質の溶解性が変化するかどうか測定する。このような変異体は、例えば変異原により誘導される変異体である;システイン残渣の変異体のような特定のアミノ酸残渣を変化させ、二硫化物結合を除去する変異体を指示されたサイト;疎水性アミノ酸の連続的な伸張の欠損のような特定のアミノ酸のセットを除去する欠損;及び第二の、特に溶解性タンパク質へのターゲットタンパク質の融合、を含む。各場合において、ターゲットタンパク質の溶解性は、本明細書中に記載したようなタンパク質溶解性レポーター核酸の発現を測定することにより評価される。
【0083】
ターゲットタンパク質の溶解性を変化させる変異体を同定するために、このタンパク質を符号化するポリヌクレオチドは、レポーター遺伝子が不溶性タンパク質の発現に対して応答性であるような好適な条件で発現される。変異体がターゲットタンパク質の溶解性の増加を誘導する場合、タンパク質溶解性応答プロモーターが不溶性タンパク質の発現に応答してアップレギュレートされる場合には、それからレポーター遺伝子の発現のレベルは、変異を伴うこの細胞の処理前にホスト細胞中で観察されるレポーター遺伝子の発現レベルと比較して減少する。β−ガラクトシダーゼのように、個々の試料の大多数において発現が容易に測定されるレポーター遺伝子を選択することにより、この方法を使用して大多数の依存性変異体をスクリーンし、ターゲットタンパク質の溶解性を改良する変化を同定することができる。
【0084】
本構造は、ターゲットタンパク質の生合成の方法におけるバリエーションを同定するためにも有用である。該方法は変化して、ターゲットタンパク質の溶解性を修飾することができる。タンパク質溶解性レポーター核酸を含む細胞は、ターゲットタンパク質が発現され及びレポーター遺伝子が誘導可能である別の条件下で培養され、そしてレポーター遺伝子の発現を測定し、発現されたターゲットタンパク質の溶解性を改良する培養条件におけるバリエーションを同定する。例えば、タンパク質溶解性は、細胞が培養される温度、媒体組成、又は酸素濃度により影響される。レポーターの発現が測定される便利な方法は、種々の別の条件が最少の努力で試験されることを許容し、最も高い比率の溶解性ターゲットタンパク質が生成されるこれらの条件を同定する。
【0085】
本構造物は別の細胞を比較し、少なくとも2種の別の細胞を用いて本明細書中に特定される方法を行いそして発現されたレポーター遺伝子の量を比較して増加量の溶解性ターゲットタンパク質の発現する細胞を同定することにより、増加量の溶解性ターゲットタンパク質を合成する細胞を同定するために有用である。
【0086】
本発明は、クローンの発現ライブラリーをスクリーニングし、溶解性タンパク質を発現するそれらのクローンを同定する方法も提供する。このライブラリーは、関心のあるターゲットタンパク質を発現する遺伝子における改変からなる。遺伝子の改変は、広範囲に使用される種々任意の方法により提供できる。これらは、遺伝子の中にトランケーションを作成すること、ランダム化学変異誘発、誤ったヌクレオチド導入を通じたランダム変異誘発又は部位特異的変異誘発を含む。この改変のライブラリーは、タンパク質溶解性レポーターシステムを含む細胞内へ形質転換される。形質転換される細胞の個々のクローンは、それからターゲット遺伝子又はその改変が発現する条件下で培養される。各クローンにおけるレポーター遺伝子発現のレベルは、ターゲット遺伝子又はその改変の発現中に測定される。増加又は減少したレベルのレポーター遺伝子を発現するクローンは、各クローンのレポーター遺伝子レベルを測定し、そして改変されないターゲット遺伝子を発現するクローンと比較することにより同定される。そのように同定されたクローンは、より少ない不溶性タンパク質を発現し、そしてターゲットタンパク質のより溶解性のある誘導体を含むことができる。
【0087】
タンパク質溶解性レポーターシステムについての適切なレポーター遺伝子の選択が種々の効率的な高処理量手順を可能とし、溶解性ターゲットタンパク質を生成する特定の試料を同定するために多数の別の培養物を急速にスクリーンすることは当業者に公知である。β−ガラクトシダーゼ、ルシフェラーゼ及び緑蛍光タンパク質のようなレポーター遺伝子の検出の容易性が、ターゲットタンパク質溶解性について細胞をスクリーンする自動化手順の発達のためにさらに提供される。
【0088】
さらなる態様において、本明細書中に定義される構造は、抗生物質試薬を同定するために有用である。タンパク質溶解性レポーター構造を含む細胞は、候補試薬により接触される。タンパク質折りたたみプロセスを用いて妨げる潜在的な抗生物質試薬は、不溶性内因性細胞タンパク質の増加した発現を生じ、それにより、不溶性タンパク質の存在に応答してアップレギュレートされるプロモーターのコントロール下にあるレポーター遺伝子の発現を誘導する。レポーター遺伝子生成物の測定は、潜在的な抗生物質試薬を用いた処理後に行われる。コントロール物質に関して増加したレポーター活性を発現する細胞は、試験試薬が潜在的な抗生物質であることを示す。
【0089】
本発明のさらなる態様は、抗生物質治療の公知のターゲットである溶解性タンパク質をともに発現することを用いて上記プロセスを使用することである。公知のターゲットタンパク質の折りたたみを用いて妨げる試薬は、不溶性タンパク質及びレポーター遺伝子の増加した発現を生じる。そのように同定される試薬は、ネイティブなホスト内のこれらのターゲットタンパク質の適切な折りたたみを使用して妨げることにより、抗生物質として潜在的な有用性を有する。
【0090】

以下の例証のために提供するが本発明を限定するものではない。
【0091】
適切なタンパク質折りたたみは、構造決定用組換えタンパク質を生成するための鍵である。この例において、誤って折りたたまれた組換えタンパク質の、E.coliにおける遺伝子発現での影響が試験される。発現パターンの比較は、翻訳の誤った折りたたみに応答する遺伝子のユニークなセットを示す。応答は部分的にヒートショックに類似し、そして調節に対する翻訳成分を提案する。我々はさらに発現情報を利用し、タンパク質の間違った折りたたみに応答するレポーターを発生させた。これらのレポーターは、適切に折りたたまれた組換えタンパク質を同定し、そして構造の研究のために不溶性タンパク質の溶解性ドメインを生成させた。
【0092】
材料及び方法
クローニング
適切に折りたたまれ又は誤って折りたたまれたヒトタンパク質を発現するクローンを、GeneStorm collection(Invitrogen)から入手した。Unigene受け入れ番号L35545、U18291、M94856、M22146、D87116、M63167、M68520、M60527、M36881、M36981、U35003、S79522、X73460、D14968、M86400を含むクローンをpBADThio vector(Invitrogen)内に提供し、アラビノーズ(arabinose)−誘導可能な発現を提供した。T.martima遺伝子をゲノムDNAから増幅し、そして生成及び検出用の6X−ヒスチジン繰返しを含む12のアミノ酸N−末端タグを符号化する発現ベクターpMH1内へクローン化した。レポーターベクターは、pACYC184誘導体におけるベータ−ガラクトシダーゼの上流のibpAB、ybeD、yhgI又はyrfGHI遺伝子の300bp上流のPCRアンプリファーを挿入することにより構成した。
【0093】
Rep68を、ヒトアデノアソシエイトウイルス2(AAV2)の全体のゲノムを含むプラスミドからクローン化した。塩基1−646、647−1456及び1457−1611を含む推定ドメインを完全長の鋳型から増幅させ、そしてpMH1へクローン化させた。上記鋳型を、フラグメント化用の完全長遺伝子の増幅においても使用した。2μgのrep68増幅器を、Pfuポリメラーゼ及びdNTPと同様にDNase I(Bperinger Mannheim)の1、0.1、0.01、0.001又は0ユニットを含む5フラグメント化反応の各々において使用した。反応を氷上で、以下のMJ Reserarch thermocyclerにおける温度循環前に即座に加えられるDnaseを用いて行った:10分@25℃、15分@95℃、及び30分@72℃。各反応を1%アガロースゲル上で行い、そして1600−1000bp、1000−850bp、850−600bp及び600−300bpに対応するフラグメントを抽出した。各プールを上記平滑(blunt)クローニング及び上述のようにpMH1内へのライゲーションについてのものとして使用し、そしてスクリーニング用にレポーター細胞株HK57内へ導入した。
【0094】
細胞成長及びタンパク質発現
E.coli株MG1655(F lam rph1)及びKY1429(F−araD139Δ(argF−lac)169 lam flhD5301 fruA25 relA1 rpsL150 zhh50::rpoH606(ts)deoC1)を、発現プロファイリング用のM36881(LCK)又はM86400(PLA)を符号化する発現プラスミドを用いて形質転換した。細胞を、アンピシリンを含むLuria Broth中、37℃で培養した。タンパク質発現を、L−アラビノースの、1時間での最終濃度0.1%までの添加により誘導した。KY1429細胞を、rpoH606の非許容発現のために、初期の成長を32℃で行い続けて42℃にシフトしたことを除き、上述のように培養した。ibpABプロモーター融合(pHK57)を含むTop10細胞(FmcrAΔ(mrr−hsdRMS−mcrBC)Φ80lacZΔM15 ΔlacX74 deoR recA1 araD139Δ(ara−leu)7697 galU galK rpsL endA1 nupG)を、上記列挙された発現構造を用いて形質転換した。ベータ−ガラクトシダーゼアッセイを、本質的にMiller(24)に記載されるように行った。溶解性及び不溶性タンパク質の分画を、遠心分離により行った。培養物を50mMのTris pH7.9、50mMのNaCl、1mMのMgCl 3mMのメチオニン中で再懸濁し、そして氷上で2分間超音波処理した。細胞片及び不溶性タンパク質凝集物を、15分間の3000xgにおける遠心分離によりペレット化した。溶解性フラクションを除去し、そしてペレットを同等の量の溶解バッファー中で再懸濁した。
【0095】
プローブ製造並びにラベル化mRNAのハイブリダイゼーション及び分析
ラベル化mRNAを製造し、そしてE.coli全体のゲノムアレイ(Affymerix)へ、本質的に前述(25,26)のようにハイブリダイズした。標準的なAffymerix GeneChip分析ソフトウェアを使用し、個々の遺伝子発現を測定し、そして予備誘導及び後誘導試料用の遺伝子発現レベルの態様比較を行うことに使用した。適切に折りたたまれ及び誤って折りたたまれた遺伝子を、個々のプローブセットについて分析した。
【0096】
ミクロプレート溶解性スクリーニング
100μg/mLアンピシリンを有する200μLのLB及び34μg/mLのクロラムフェニコールを含む96ウェルミクロプレートを、上述からの単一のコロニーに植え付け、そして37℃で振盪して一晩成長させた。200μLの同じ媒体を植え付け、0.5の平均OD600 に到達するまで37℃でインキュベートするのに、一晩の培養をした。培養は、最終濃度が0.2%のアラビノースを用いて誘導した。30分後、各ウェルにcefatriaxone及びcefotaximeのカクテルを、それぞれの最終濃度が10μg/mLになるまで加え、そして該プレートをさらに1.5時間インキュベートした。15分間の最大速度での遠心分離による全2時間の誘導後に培養物を採取し、ウェルの底の細胞残渣をペレット化した。溶解性の分離物を、それから25μLをβ−ガラクトシダーゼ活性スクリーン用のミクロプレート内へ分け、75μLをNi−HRPスクリーニング用のNunc Maxisorp(登録商標)ELISAプレートへ分けた。
【0097】
分離物のβ−ガラクトシダーゼ活性スクリーニングを、Miller protocol(10)のバリエーションを使用して行った。50μLの4xZ−バッファー及び50μLの4xONPGバッファーを、25μLの溶解性分離物を含むミクロプレートへ加えた。ポジティブコントロールウェル内の黄色の進行後、反応を75μLの1M Na CO pH8を用いて停止した。A420 、A550 及び反応時間を記録し、そしてOD600 データに沿って使用し、β−ガラクトシダーゼ活性を計算した。
【0098】
Ni−HRPスクリーニングを、ELISAと同様に行った。75μLの分離物と25μLのTBSを、ミクロプレートへ、4℃で一晩中結合させ、そして25℃、TBA中1%BSAを用いて4時間ブロックした。それからプレートをTBSTで3x洗浄し、1:2500希釈で100μLのNi−HRPコンジュゲート(KPL Labs)を加え、そして25℃で1時間インキュベートした。それからプレートをTBSTで洗浄し、そして100μLのHRPサブストレート(KPL Labs)を加え、色はポジティブコントロールウェルが深青色になるまで顕色された。反応を100μLの1N HClで止め、そしてA420 を測定した。溶解性スコアを、β−ガラクトシダーゼ活性スコアの手段よりも一桁オーダーの強度が大きいようなNi−HRP A420 の読みを測り、そしてβ−ガラクトシダーゼ活性によりNi−HRP吸収を割ることにより計算した。
【0099】
結果
遺伝子発現の分析
間違って折りたたまれたタンパク質の結果として遺伝子発現を行うために、厳重に調整されたアラビノースプロモーターのコントロール下で、代表的な遺伝子を融合タンパク質としてチオレドキシンへクローン化した。ヒトホスホリパーゼA2(PLA)は、細胞分離物及び遠心分離による分画により測定されるとき、ほとんど完全に溶解性である。このタンパク質の適切な折りたたみのさらなる証拠は、精製されたタンパク質のダイナミックスな光散乱及び単一の類似の精製ステップからのそれを結晶化する能力を通じて得られる。同等の発現条件下で、ヒト細胞特異的なタンパク質チロシンキナーゼ(LCK)は、不溶性タンパク質としてほとんど排他的に発現される。両方のタンパク質が優れた翻訳生成物になるために十分なレベルで発現する。誘導及び非誘導培養からのmRNA製造物を製造し、そして遺伝子発現用のプローブを行うために使用した。
【0100】
E.coli内での組換えタンパク質発現は、遺伝子発現における実質的な変化を引き起こすことが予測される。実際に、遺伝子発現の予め誘導されたコントロールとの比較は、両方の場合の発現において、全遺伝子の6%が>3倍の差異を示した。不溶性組換えタンパク質の場合、溶解性組換えタンパク質の場合における10の遺伝子と比較して、27の遺伝子が発現において>10倍の変化を示した。2種のプロファイルの比較は、第1表に列挙される53の遺伝子を特定し、>3倍の差異を示し、それらは不溶性の場合においてユニークである。それから、これらの遺伝子はおそらく細胞内の誤って折りたたまれたタンパク質に対して応答性であり、そしてこれらの翻訳ストレスを扱うことにおいて、E.coli内での役目を果たす。
【0101】
ヒートショック転写ファクターRpoHは、通常はシャペロンタンパク質DnaKとの相互作用により抑制される。誤って折りたたまれたタンパク質の存在において、DnaKはそのタンパク質と結合し、RpoHにヒートショックプロモーター(7)の転写を刺激させる。第1表の誘導された遺伝子の多くの上流領域は、RpoH依存性プロモーターシーケンスの存在を示す。RpoHにより果たされる重要な役割のさらなる証拠は、非発現コントロールと比較された誤って折りたたまれたLCKタンパク質を発現するrpoH606変異(KY1429)から行われる結果をプロファイルする発現により提供される。著しく異なる発現プロファイルは、rpoH606変異体の場合において見られる(第1及び2表)。野生型菌株内の誤って折りたたまれたタンパク質により誘導される遺伝子の集団は、直接的に又は間接的に転写ファクターのコントロール下にあることを示すrpoH606変異内で不完全に誘導される。
【0102】
ヒートショック遺伝子の誘導
驚くべきことではないが、転写の誤った折りたたみにより誘導される遺伝子の多くは、公知のシャペロン活性である。これらは良好に特徴化されたdnaJ、dnaK及びgrpE遺伝子を含む。対応するタンパク質は、ATP依存性修復プロセスにおいて、誤って折りたたまれ又は変性されたタンパク質を有する複合物として相互作用する。同様に、GroELS折りたたみ修復複合物を形成するmopAB遺伝子は、翻訳の誤って折りたたまれた条件下で誘導される。IbpABは、組換えタンパク質(13)の含有本体凝集物と結合する小さいヒートショックポリペプチドである。それらが直接的に折りたたまれるシャペロンとして振舞うことを示さなくとも、それらは誤って折りたたまれたタンパク質と結合しそしてシャペロンシステム(14)としてDnaJK GrpEタンパク質と相互作用する。Hsp33、yrfI遺伝子の遺伝子生成物は、酸化条件に応答するシャペロンタンパク質として最近同定された(15)。変性タンパク質の分解において影響を受ける遺伝子は、翻訳の誤った折りたたみによっても誘導される。lon、clpBP及びhslUVプロテアーゼ遺伝子は、増加レベルにおいて発現される。通常の細胞成長下で、これらのプロテアーゼは、重要なリサイクル機能を行う。不溶性凝集物はタンパク質分解に対して比較的耐性であり、そしてリサイクル経路は組換えタンパク質発現について効果的ではない。
【表1】

Figure 2004535772
【表2】
Figure 2004535772
第2表 誤って折畳まれたタンパク質発現の誘導後のコールドショック
Figure 2004535772
【0103】
リボゾーム関連遺伝子の誘導
リボゾームに結合する他のヒートショック遺伝子は、翻訳の誤った折りたたみ条件下で誘導される。Hsp15(yrfH)はRNA(24)と結合し、そして発生期のポリペプチド鎖を含む自由50Sリボゾームサブユニットに結合する(16)。ヒートショックは、50S及び30Sサブユニットの増加した分解を含むHsp15−結合のレベルも増加させる。リボゾームの分解のさらなる提案は、ftsJ(rrmJ)(SEQ ID NO:10)に由来する。ftsJ遺伝子生成物は、50Sリボゾームサブユニットにおいて含まれる場合のみ、23SrRNAについて特異的なRNAメチラーゼである(17,18)。この酵素は23S rRNAをリボゾームのペプチジルトランスフェラーゼ中心内に位置する2552においてメチル化する(17)。ftsJのメチル化は23S rRNAを欠き、そして50S及び30Sサブユニットの分裂に対応するリボゾーム活性の65%までの減少を示す(19)。rpoH変異体において特に顕著なものは、コールドショックタンパク質(CSPs)の転写における大きな増加である(第2表)。これらの遺伝子はヒートショックにより影響を受けないが(9)、翻訳の一時的な停止に関連する。CSPは、翻訳化されていないメッセージについてのシャペロンとして作用し(20,21)、そして抗末端化活性(anti−termination)を提供するRNA結合タンパク質である(22)。シャペロン発現(rpoH606)を減少させる条件下でのCPSの増加された発現は、休止した翻訳を表す。まとめて考えると、これらの結果は、或いは脱メチル化の結果として、翻訳の誤った折りたたみの結果として、翻訳の調整応答を提案する。この仮定は、最近の調査における興味深い調整機構である。
【0104】
他の誘発された遺伝子
yccV、yhdN及びyrfGはヒートショック条件下で発現を増加することを示すが、機能が知られていないものである。これらの公知のヒートショック遺伝子に加え、yagU、yciS、ybeD、yejG及びyhgIは増加した発現を示した。これらのタンパク質のほとんどは比較的小さく、そして一般的に酸性である。ある推測では、これらのタンパク質のうち数種のものは直接的な認識及び誤って折りたたまれたタンパク質の封鎖においてIbpABに類似する役割を果たす。しかし、IbpABだけが間違って折りたたまれそして凝集したタンパク質と結合する。ibpABの誘導レベルは非常に高く、そしてこれらの他のタンパク質はより低いレベルで存在する。興味深いことには、ibpABのノックアウト変異は、細胞成長及び生存力における比較的小さな影響を有し(14)、そして細胞内の数種の機能的な余剰を意味する。
【0105】
タンパク質折りたたみの遺伝子レポーター
プロファイリング結果を確認し及び多数の組換えタンパク質の実験を容易化するために、ibpAB、ybeD、yhgI及びyrfGHIからのプロモーター領域をベータ−ガラクトシダーゼレポーターベクター内へクローン化した。各場合において、増加されたベータ−ガラクトシダーゼ活性は、折りたたまれたタンパク質PLAが活性における増加しないにもかかわらず、誤って折りたたまれたタンパク質LCKの発現が誘導される場合に観察される。これらの結果は、ibpAB−プロモーターベータ−ガラクトシダーゼ融合物の存在下でともに発現される(co−expressed)8の誤って折りたたまれたタンパク質及び6の適切に折りたたまれたタンパク質のセットを用いてさらに拡張された。各場合において、増加されたベータ−ガラクトシダーゼ活性は、誤って折りたたまれたタンパク質の発現に相当した。より詳細な説明を以下に示す。そして、観察された応答は、任意の特定のタンパク質に対する特異的な応答よりも、タンパク質の誤った折りたたみの通常の結果を示す。これらのレポーターは、感度の良い酵素アッセイを用いて誤って折りたたまれたタンパク質を同定する単純な方法を提供し、そしてさらなる研究のためのレポーターとしてibpABプロモーター融合物が選択された。
【0106】
溶解性タンパク質についてのELISA様アッセイ
組換え環境において改良された折りたたみ特性を有するタンパク質誘導体を同定するために、高処理量スクリーニング機械と融和するELISA様アッセイも発展させた。高処理量システムにおける溶解性タンパク質レベルを評価するために、非変性細胞分離物は、ミクロプレートにおける迅速なスクリーニングと融和する条件を使用して製造されなければならない。洗浄剤又は有機リーシスの代わりに、我々は抗生物質カクテルを各ウェルに加え、リーシスを誘導した。溶解性タンパク質融合物を除去し、ミクロプレートに結合し、組換えタンパク質は6X−ヒスチジンN−末端融合物に対するNi−HRPコンジュゲートの結合を介して検出した。His−Tagは組換えタンパク質間で不均一にアクセス可能ではないことがわかる。それゆえ、ネガティブNi−HRP応答は溶解性タンパク質の不存在を表示できないが、タンパク質折りたたみはHis−Tagに対するアクセスを妨げることができる。しかし、我々はこれを観察する必要は無く、一般的な問題である。それからこのアッセイは、SDSゲルを行うことなく、そしてHTスクリーン及びβ−ガラクトシダーゼアッセイに融和する形態で、溶解性組換えタンパク質のレベルの測定を提供する。
【0107】
予め測定された発現特性を有するタンパク質の試験
Thermotoga maritimaの全プロテオームをクローニング、発現及び特徴化することにおいて意図する我々の試みの一部として、第3表に示される(6種の溶解性、6種の不溶性及び6種の混合溶解性)18T.maritimaタンパク質におけるレポーターの効果を試験した。アッセイパラメーターを最適化するために、菌株を96ウェル内に整列させ、3種の誘導レベル(0.02%、0.2%及び2%アラビノース)の3種類において及び溶解促進抗生物質添加について4種の後誘発時点(post−induction time)(アラビノース添加後のt=0、30分、60分及び120分)においてアッセイした。図2は、0.2%アラビノース誘導について、3種のプレート(溶解性、不溶性及び混合)についての平均化された結果を示す。不溶性及び混合プールの両方が、溶解性プールよりも4倍以上β−ガラクトシダーゼ活性を示した(図2A)。逆に、溶解性プールは、不溶性プールに対してNi−HRPにおける10倍以上高い応答を示した(図2B)。溶解性及び不溶性フラクションの両方においておよそ等しく発現されるタンパク質からなる混合プールは、溶解性プールの約半分強度でNi−HRP結合を示した。β−ガラクトシダーゼの欠損又はNi−HRP活性の存在のいずれかだけが、溶解性タンパク質の測定として使用されるが、良い効果的かつ便利なスクリーンを活性化する2つの比を選択する。
第3表: 予め測定された発現特性を有する T. maritimaタンパク質
Figure 2004535772
【0108】
非公知の発現特性を有するタンパク質の試験
我々は、次にこのスクリーンを非公知の折りたたみ特性を有するタンパク質の大きなセットへ適用した。我々は、タンパク質が発現について前もって特徴化されない186T.maritimaタンパク質において、上記最適条件下でスクリーンを行った。このスクリーンの結果を、第4表に要約する。ニッケル−キレーティング樹脂からの及び各クローンの溶解された不溶性フラクションからの溶出物のSDS−PAGEは、対応するβ−ガラクトシダーゼ活性、Ni−HRP応答及び186クローンについての溶解性スコアに沿って行われる。ゲルの結果に基づき、57のクローンは可視タンパク質バンドを過剰発現(overexpress)せず、62のクローンは溶解性タンパク質を優勢に発現し、27のクローンは不溶性凝集物を優勢に発現し、そして46は溶解性及び不溶性フラクション両方に対しておよそ等しく発現される。Ni−HRPアッセイに対するβ−ガラクトシダーゼ活性の比較を、図3に示す。点は溶解性及び不溶性タンパク質フラクションのSDSゲル分析により類別される。スクリーンは、62の溶解性タンパク質の54(87%)をポジティブに同定した。ゲルに従って溶解性である8の残留タンパク質のうち7が、おそらくそれらの融合タンパク質におけるHis−tagのアクセス不能性によって、低いNi−HRPアッセイを有した。単独では、β−ガラクトシダーゼ活性測定は27の不溶性タンパク質の22(81%)を同定した。部分的な溶解性を示すこれらのタンパク質は、種々の溶解性スコアを表し、部分的な折りたたみがレポーターを通じてβ−ガラクトシダーゼ活性を誘導することを示している。それから、このアッセイは折りたたみ特性を分類する効果的かつ便利な手段を提供する。
第4表: T. maritima タンパク質についての平均溶解性スクリーン値
Figure 2004535772
【0109】
溶解性タンパク質ドメインの同定
このシステムの有用性は、改良された性質に基づき完全長の遺伝子生成物の変異体、変異又はドメインを同定する能力にある。構造又は生化学的な研究のために、Rep68(GI:209617)、ターゲットDNA内へのウイルスゲノムの統合に関連する種々の活性を有するアデノアソシエイトウイルス非構造性タンパク質の溶解性フラグメントを同定するためのこのスクリーンの能力を試験した。このタンパク質は、E.coli内の折りたたまれない凝集体として優勢に発現することが、以前に見出された。我々は類似体に関してドメインの選択に基づくランダムなアプローチと合理的なアプローチの両方を行った。Rep68の3種のドメインを、RPS−BLAST調査(http//www.ncbi.nlm.nih.gov/Strucure/cdd/wrpsb.cgi)がパルボウイルス非−構造性タンパク質NP−1に対して相同性を有する内部ドメインを同定した後に選択した。Kyte−Doolittle hydropathyプロット(図4)と組み合わせた情報は、各ドメインについての5’ 及び3’ カットオフを整列させることに使用される。残存するN末端及びC末端残渣は他の2種のドメインを含み、そしてデータベースにおける他の任意のタンパク質に対する重要な相同性を有さない。Rep68のランダムフラグメントも、DNaseフラグメントによりスクリーンニング用に発生させた。
【0110】
3種の予測されるドメイン及びランダムに発生したフラグメントを、Rep68の溶解性フラグメントの同定に応答してスクリーンした。3種の予測されたドメインは溶解性として同定されたものはなかった(図4)。同時に、rep68の564のランダムに発生したフラグメントもスクリーンした。あるフラグメントは非常に高い溶解性スコアを生じた(第4表)。このクローンは大規模な発現により証明され、そして溶解性及び不溶性フラクションの両方において発現を示した。続けて同定されたクローンのシーケンシングは、それがアミノ酸1−95に対応するrep68のフラグメントからなることを証明した(図4)。この同定されたフラグメントは完全長タンパク質にわたる溶解性における実質的な改良を示し、結晶化の試みにおいて試験した。
【0111】
結論
インビボでのタンパク質折りたたみのほとんどの遺伝子発現の研究は、環境的なストレスの結果としての変性に焦点が当てられてきた。この応答は、常に変化する環境及び非理想的な成長条件を扱うためにインビボで必須である。翻訳の折りたたみの結果は、全てのタンパク質は翻訳されるときに必然的に折りたたまれていない状態であるので、細胞に対して等しく重要である。非天然のタンパク質の発現は、組換え手段又は変異のいずれかを通じ、それ自体においてストレスである。我々は、これらの遺伝子生成物が発生期のポリペプチドの折りたたみにどのように含まれるのかの明確な推理を用いて、ヒートショックのような翻訳の誤った折りたたみに対する細胞応答が公知のシャペロン遺伝子を含むことを示した。さらに、他のヒートショック遺伝子及び非公知の機能の遺伝子が誘導される。これらも折りたたみプロセスに含まれることができる。我々の結果は、転写及び翻訳調整の両方を提案する。DnaK−RpoH相互作用は良好に特徴付けられ、転写応答の主要なレギュレーターであることを示す。翻訳ストーリングにおいて複製された遺伝子の変化した発現及びリボゾームの分裂は興味深く、そしてこれらの効果が翻訳で誤って折りたたまれたタンパク質の結果であり得ることを意味する。これらの遺伝子は、50Sリボゾームサブユニットと結合するyrfHを含む(16)。cspABGIは、誘導されるシャペロンの不存在下で、翻訳ストーリング(stalling)を提案するrpoH606において誘導される。ftsJも誘導され、それは互いについて2種のサブユニットのより高い親和力を生じる50Sサブユニットの23SrRNAをメチル化することが公知である(19)。リボゾーム構造は、ftsJのメチル化の位置、23SrRNAの2552部分が興味深くペプチジルトランスフェラーゼ中心に対して閉じており(18)、誤って折りたたまれたタンパク質用のリボゾームセンサー用の明確な潜在的レギュレーター機構にすることを表す。このようなリボゾームセンサーは、翻訳中にチャージされないtRNAに対して良好に特徴化された厳重な応答により例証されるように、新規なものではない(23)。リボゾームストーリングはシャペロン合成及び補充のための時間を許容し、それにより不可逆性の凝集を妨げる機構を提供する。この方法において、細胞は、十分なシャペロンが補充されるまで翻訳リボゾームの比較的防御された環境において新たなタンパク質が折りたたまれるさらなる回収路を維持する。
【0112】
異なって調整された同定遺伝子は、細胞タンパク質の折りたたみ状態の新規なレポーターを、特に全体及び過剰に発現された組換えタンパク質として、提供するための価値ある機会を提供する。我々のレポーターアッセイは、ターゲットに対するレポーター遺伝子の直接的なカップリングに依存しないことにより、最近記載されたものとは異なり、それによりレポーターによる干渉を制限する。Ni−HRP及びβ−ガラクトシダーゼアッセイの組合せは、高処理量方法で溶解性組換えタンパク質をアッセイする効果的な方法を提供する。我々は本システムを拡張し、別の誤って折りたたまれた凝集タンパク質の溶解性ドメインを同定するための方法として、単一の遺伝子生成物の変異体及びトランケーションを同定した。このアプローチを使用して、我々はRep68の溶解性フラグメントを同定し、そしてこのアッセイが構造/機能作用のために好適な組換えタンパク質を単離する一般的な手段を提供するものと推測した。
参考文献
1. Sauer, R. T. & Parsell, D. A. (1989) Genes Dev. 3,1226−1232.
2. Mogk, A., Tomoyasu, T., Goloubinoff, P., Rudiger, S., Roder, D. Langen, H. & Bukau, B. (1999) EMBO J. 18,6934−6949.
3. Beckmann, R. P., Mizzen, L. A. & Welch, W. J. (1990) Science 248,850−854.
4. Hartl, F. U. (1996) Nature (London) 381,571−580.
5. Gething, M.−J. (1997) Nature (London) 388,329−331.
6. Goloubinoff, P., Mogk, A., Zui, A. P. B., Tomoyasu, T. & Bukau, B. (1999) Proc. Natl.Acad. Sci. USA 96,12732−12737.
7. Liberek, K. & Georgopoulos, C. (1993) Proc. Natl. Acad. Sci. USA 90,11019− 11023.
8. McCarty, J. S., Rudiger, S., Schonfeld, H.−J., Schneider−Mergener, J., Nakahigashi, K., Yura, T., & Bukau, B. (1996) J. Mol. Biol. 256,829−837.
9. Richmond, C. S., Glaner, J. D., Mau, R., Hongfan, J. & Blattner, F. R. (1999) Nucleic Acids Res. 27,3821−3835.
10. Maxwell, K. L., Mittermaier, A. K., Forman−Kay, J. D., & Davidson, A. R. (1999) Protein Sci. 8,1908−1911.
11. Waldo, G. S., Standish, B. M., Berendzen, J., & Terwilliger, T. C. (1999) Nat.Biotech. 17,691−695.
12. Wigley, W. C., Stidham, R. D., Smith, N. M., Hunt, J. F., & Thomas, P. J. (2001) Nat. Biotech. 19,131−135.
13. Allen, S. P., Polazzi, J. OL, Gierse, J. K. & Easton, A. M. (1992) J. Bacteriol. 174, 6938−6947.
14. Thomas, J. G. & Baneyx, F. (1998) J. Bacteriol. 180,5165−5172.
15. Veinger, L., Diamant, S., Buchner, J. & Goloubinoff, P. (1998) J. BIOL. Chem. 273, 11032−11037.
16. Korber, P., Stahl, J. M., Nierhaus, K. H. & Bardwell, J. C. A. (2000) Embo J. 19, 741−748.
17. Caldas, T., Binet, E., Bouloc, P., Costa, A., Gesgres, J. & Richarme, G. (2000) J. Biol. Chem. 275,16414−16419.
18. Puglisi, J. D., Blanchard, S. C. & Green, R. (2000) Nat. Struct. Biol. 7,855−861.
19. Caldas, T., Binet, E., Bouloc, P. & Richarme, G. (2000) Biochem. Biophys. Res. Coma. 271,714−718.
20. Wang, N., Yamanake, K. & Inouye, M. (1999) J. Bacteriol. 181,1603−1609.
21. Jing, W., Hou, Y. & Inouye, M. (1997) J. Biol. Chem. 272,196−202.
22. Bae, W., Xia, B., Inuoye, M. & Severinov, K. (2000) Proc. Natl. Acad. Sci. USA 97, 7784−7789.
23. Cashel, M., Gentry, D. R., Hernandez, V. J. & Vinella, D. (1996) The stringent response. in Escherichia coli and Salmonella Cellular and Molecular Biology, ed. Neidhardt, F. C. (ASM Press, Washington DC) pp. 1458−1496.
24. in Molecular Cloning a Laboratory Manual (1989) eds. Sambrook, J., Fritsch, E. F. & Maniatis, T., (Cold Spring Harbor Laboratory Press), p. 1735.
25. Lockhart, D. J., Dong, H., Byrne, M. C., Follettie, M. T., Gallo, M. V., Chee, M. S., Mittmann, M., Wang, C., Kobayashi, M., Horton, H. & Brown, E. L. (1996) Nat. Biotechnol. 14,1675−1680.
26. Wodicka, L., Dong, H., Mittmann, M., Ho, M. H., & Lockhart, D. J. (1997) Nat. Biotechnol. 15, 1359−1367.
【0113】
本明細書中に記載された例及び具体例は例証のみの目的であり、それらの適切な種々の改変又は変化が当業者に提案され、そしてそれらは本出願の精神及び範囲並びに請求項の範囲内に含まれることが理解される。本明細書中に引用される全ての刊行物、特許及び特許出願は、全ての目的について参考文献として本明細書中に導入される。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は不溶性タンパク質の発現中に誘導される公知のヒートショック遺伝子のプロモーターを示す。
【図2】図2A−Cは、予め測定された発現特性を有する18 Thermatoga maritimaタンパク質についてのスクリーニング結果の概要を表す。
【図3】図3は、レポーター株における186 T.maritimaタンパク質の発現後に観察される相対Ni−HRP活性に対する相対β−ガラクトシダーゼ活性を表す。
【図4】図4は、第二構造予測のアライメント、並びにRep68の予測された及び同定されたドメインの両方を表す。[0001]
Background of the invention
Field of the invention
The present invention relates to drug discovery and, in particular, to compositions and methods that facilitate the drug discovery process.
[0002]
background
While genetic engineering techniques have provided the ability to modulate the expression of virtually any protein-encoding polynucleotide in selected cells, the key manipulation of protein production in genetically modified cells has been limited. It is observed that it often leads to the formation of properly folded and biologically inactive protein molecules. Often, these mis-folded proteins form insoluble protein aggregates in the cytoplasm of cells. Whether the purpose of manipulation of target protein expression is to alter the phenotype of the cell, to provide a source of biologically active protein or a protein suitable for structural analysis, these insoluble Aggregates are biologically inert, difficult to purify, and difficult to refold into active sequences.
[0003]
Biosynthesis of a functional protein molecule occurs through translation of a polypeptide-encoding messenger RNA molecule. The nascent polypeptide chain folds into a three-dimensional molecule. The ability of a protein to fold into a biologically active sequence is determined by the particular amino acid sequence of the protein and the intracellular conditions during which the protein is produced. In addition, accessory proteins called chaperones have been discovered and can be involved in the process of protein biosynthesis and help to form properly folded protein molecules.
[0004]
Maxwell et al. (1999) Protein Science 8: 1908-1911 describes a fusion protein structure useful for improving the solubility of several insoluble protein targets. However, this approach was limited in its usefulness by relying on fusion of a polynucleotide encoding the chloramphenicol acetyltransferase protein to the gene of interest. Therefore, there is a need for a technique for monitoring or controlling the folding of a target protein into genetically modified cells.
[0005]
Recent advances in understanding heat shock response proteins (Hsp) indicate that there is a link between these certain proteins and protein folding. It is known that cells subjected to elevated temperatures respond by inducing expression of a set of genes known as heat shock genes. The proteins encoded by these genes, heat shock proteins, provide functions to help control the deleterious effects of elevated temperatures and include chaperones and protease molecules. Heat shock responses have been studied in detail in both prokaryotic and eukaryotic systems and are highly maintained throughout development. A detailed analysis of the genes induced by heat shock is described in A set of genes performed in the E. coli genome and induced by this stimulus was identified (Richmond et al. (1999) Nicoleic Acids Res. 27 (19): 3821-3835). The molecular basis of this response is described in E. E. coli (Liberek and Georgopoulos (1993) Proc. Nat'l. Acad. Sci. USA 90: 11019-11023; and McCarty et al. (1996) J. Mol. Biol. 256: 829-837). Altering pH, hypoxia (Lindquist (1986) Ann. Rev. Biochem. 55: 1151-1191) or another stressful such as insoluble proteins (Parcell and Sauer (1989) Genes and Development 3: 1226-1232). It has now been shown that stimulation also induces heat shock protein induction. Studies of alternative conditions for inducing heat shock genes indicate that a common set of genes is induced by various stressful stimuli. Thus, by generating a common set of proteins, including chaperones and protease molecules, cells respond to a wide range of stressful conditions and these proteins function to mitigate the deleterious effects of adverse conditions. (See, for example, Parsell et al. (1994) Nature 372 (6505): 475-478).
[0006]
Various efforts have been made to gain the benefit of heat shock response genes to monitor and protect against toxic conditions. For example, Farr (US Pat. No. 5,589,337) describes a method that utilizes a stress responsive promoter fused to a gene that encodes an assayable product and characterizes and quantifies the toxicity of the compound. In addition, Lindquist (US Pat. No. 5,827,685) describes the use of the yeast Hsp104 promoter and genes that protect cells against potential toxic stress factors such as heat, alcohol and heavy metals. These methods. Are useful for monitoring certain toxic stimuli, but they do not provide a convenient means of measuring or improving the solubility of a range of protein products in cells. There is a need for methods and reagents for measuring and improving the solubility of A. The present invention fulfills these and other needs.
[0007]
Summary of the Invention
The present invention provides methods for determining whether cells, reagents and host cells express a polypeptide of interest, either in soluble or insoluble form. In certain embodiments, the present invention provides: a) a soluble reporter nucleic acid comprising a protein solubility responsive promoter operably linked to a reporter gene; and b) a target polypeptide-expressing nucleic acid comprising a polynucleotide expressing the target polypeptide; A host cell comprising: Expression of the target polypeptide in an insoluble form causes a change in the expression of the reporter gene. In some embodiments of the invention, the solubility responsive promoter is up-regulated when the target polypeptide is expressed in an insoluble form; in other embodiments, the lytic promoter is lysed when the target polypeptide is expressed in an insoluble form. Sex-responsive promoters are down-regulated. Also provided are arrays of two or more sets of such host cells; the host cells of each population differ in the target polypeptide expressed by the host cells.
[0008]
The present invention also provides a method for measuring the solubility of a target polypeptide. These methods comprise a host cell comprising: a) a soluble reporter nucleic acid comprising a protein solubility responsive promoter operably linked to a reporter gene; and b) a target polypeptide-expressing nucleic acid comprising a polynucleotide expressing the target polypeptide. Is cultured under conditions in which the target polypeptide is expressed. The solubility of the expressed target polypeptide is then measured by detecting whether the reporter gene increases or decreases.
[0009]
A further embodiment of the invention provides a method for identifying a variant in a cell that alters the solubility of a target polypeptide. These methods include: a) treating cells with a mutagen; b) a lytic reporter nucleic acid comprising a proteolytic response promoter operably linked to a reporter gene, as well as a polynucleotide encoding a target polypeptide. Introducing the target polypeptide-expressing nucleic acid into the cell; c) culturing the cell under conditions favorable for the expression of the target polypeptide; d) measuring the expression of the reporter gene; e) the expression level of the reporter gene in the cell Comparing the levels observed in non-mutant cells that also contain the soluble reporter nucleic acid and the target polypeptide-expressing nucleic acid to identify cells that contain the mutant that alters the solubility of the target polypeptide.
[0010]
In another embodiment, the invention provides a method of identifying a change to a polynucleotide encoding a target polypeptide that alters the solubility of the target polypeptide. These methods include: a) altering the polynucleotide encoding the target polypeptide to form the altered polynucleotide; b) lysis in the cell comprising a proteolytic response promoter operably linked to a reporter gene. Introducing a target polypeptide-expressing nucleic acid comprising the sex reporter nucleic acid as well as the altered polynucleotide; c) culturing the cells under conditions that favor expression of the target polypeptide; d) measuring the expression of the reporter gene; e) the reporter Compare gene expression levels to levels observed in cells with unaltered polynucleotides encoding the target polypeptide to identify alterations in the polynucleotide that alter the solubility of the encoded target polypeptide Include;
[0011]
The invention also provides a method of identifying a variation in a process for biosynthesis of a target polypeptide that alters the solubility of the target polypeptide. These methods include culturing the host cell under another condition under which the target polypeptide is expressed. The host cell comprises: a) a soluble reporter nucleic acid comprising a protein solubility responsive promoter operably linked to a reporter gene; and b) a target polypeptide-expressing nucleic acid comprising a polynucleotide encoding the target polypeptide. The expression of the reporter gene by the host cells, each grown under different conditions, is then compared to determine the conditions that produce the desired level of target polypeptide solubility.
[0012]
The invention also provides a method of screening an expression library to identify library members that express a soluble target polypeptide. These methods include: a) a plurality of host vectors containing a soluble reporter nucleic acid comprising a protein solubility responsive promoter operably linking a plurality of expression vectors, each comprising a polynucleotide encoding a target polynucleotide, to a reporter gene. B) culturing host cells under conditions in which the target polypeptide is expressed; and c) detecting expression of the reporter gene, thereby dissolving the soluble target polypeptide. Identifying a library member that expresses
[0013]
The present invention also provides a method for identifying an antibiotic. The method comprises: a) contacting a cell containing a soluble reporter nucleic acid comprising a protein solubility responsive promoter operably linked to a reporter gene with a candidate antibiotic reagent; detecting the expression level of the reporter gene. . Changes in reporter gene expression levels in cells that come into contact with the candidate antibiotic reagent, compared to reporter gene expression levels in cells that do not come into contact with the candidate antibiotic reagent, indicate a reagent that suppresses protein folding in the cell I do.
[0014]
The invention also provides a polynucleotide comprising a proteolytic response promoter operably linked to a polynucleotide encoding a detectable or selectable product. The polynucleotide further includes an expression structure for the target protein. The present invention also provides a soluble reporter system having these soluble reporter polynucleotides together with an expression structure for a target protein. The invention also provides a gene delivery vehicle and a genetically modified cell comprising an expression vector and a host or at least a polynucleotide and a gene reporter system of the invention.
[0015]
BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES
FIG. 1 shows the promoter of a known heat shock gene induced during the expression of insoluble proteins. Nucleotide sequences are manually aligned, allowing one gap in the sequence. The sequences are listed at the reduced induction level of the most highly induced member of the operon. The promoter of the non-heat shock gene caused by translation misfolding is represented at the bottom of the figure. Nucleotides retained within the RpoH recognition sequence are represented by gray shades
[0016]
FIGS. 2A-C outline the results of screening for 18 Thermotoga maritima proteins with pre-measured expression characteristics. Average relative β-galactosidase activity (FIG. 2A), Ni-HRP activity (FIG. 2B) and 18T. The resulting solubility score for the maritima protein (FIG. 2C) is represented. Expression characteristics for 18 proteins were previously determined by SDS-PAGE of both soluble and insoluble fractions.
[0017]
FIG. 3 shows 186 T.D. in the reporter strain. Figure 3 shows the relative β-galactosidase activity relative to the relative Ni-HRP activity observed after expression of the maritima protein. Classification of each protein as soluble, insoluble or mixed is based on SDS-PAGE performed on soluble and insoluble isolates after screening.
[0018]
FIG. 4 depicts the alignment of the second structure prediction, as well as both the predicted and identified domains of Rep68. Shown are Chou-Fasman second structure predictions of α-helical and β-sheet structures aligned with a hydrophobic Kyte-Doolittle plot based on the first sequence of Rep68. Aligned below: the full-length Rep68 protein, three predicted domains of Rep68, and a block representing the relative size and location of the Rep68 domain identified by screening for randomly generated fragments of the rep68 gene. It is. The solubility score for the protein is shown.
[0019]
Detailed description
Definition
Throughout this disclosure, various publications, patents and issued patent specifications are referenced by an identifying citation. These publications, patents and published patent specifications are incorporated by reference into this disclosure and fully describe the state of the art to which these inventions pertain.
[0020]
The practice of the present invention will employ, unless otherwise indicated, conventional molecular biology techniques (including recombinant techniques), microbiology, cell biology, biochemistry and immunology which are within the skill of the art. . Such techniques are explained fully in the literature. These methods are described in the following publications: For example, Sambrook et al., MOLECULAR CLONING: A LABORATORY MANUAL, 3rd edition (2001); A PRACTICAL APPROACH (M. MacPherson et al., IRL Press at Oxford University Press (1991)); PCR2: A PRACTICAL APPROACH (M. MacPherson, BD D.H.A.I.N.T. , A LABORATORY MANUAL (Harlow and Lane eds. (1988)); and ANIMAL CELL CULTURE (R.I.Freshney ed (1987)), incorporated herein by reference.
[0021]
As used herein, certain terms have the meanings defined below.
[0022]
As used herein and in the claims, the singular forms "a" and "the" include plural referents unless the meaning is explicitly stated otherwise. For example, the term “a cell” includes a plurality of cells and includes a mixture thereof.
[0023]
The terms "polynucleotide" and "nucleic acid molecule" are used interchangeably and refer to a polymeric form of nucleotides of any length. Polynucleotides can include deoxyribonucleotides, ribonucleotides and / or their congeners. Polynucleotides can have any three-dimensional structure and can perform any function, known or unknown. The term "polynucleotide" refers to, for example, single-double stranded and triple helical molecules, genes or gene fragments, exons, introns, mRNA, tRNA, rRNA, ribozymes, cDNA, recombinant polynucleotides, branched polynucleotides, plasmids, Vector, any sequence of isolated DNA, any sequence of isolated RNA, nucleic acid probes, and primers. Nucleic acid molecules can also include modified nucleic acid molecules.
[0024]
The term "peptide" is used in a very broad sense and refers to a compound of two or more subunit amino acids, homologs of amino acids, peptidomimetics. Subunits can be linked to peptide bonds. In other embodiments, the subunits can be linked by other bonds, such as, for example, esters, ethers, and the like. As used herein, "amino acid" means a natural and / or unnatural or synthetic amino acid, including both glycine and D or L optical isomers, and amino acid homologs or peptidomimetics. . If the peptide chain is short, a peptide of three or more amino acids is commonly called an oligopeptide. If the peptide chain is long (eg, longer than about 10-20 amino acids), the peptide is commonly called a polypeptide or protein.
[0025]
"Genetically modified" means including and / or expressing an external gene or nucleic acid sequence that in turn modifies the genotype or phenotype or progeny of the cell. In other words, it means any addition, deletion or division of the cell's endogenous polynucleotide. The term "heterologous" also refers to polynucleotides or polypeptides that are not naturally associated with a particular cell or cell component. For example, a promoter that is heterologous to a particular host cell cannot be found in that type of naturally occurring cell. Similarly, a heterologous promoter for a particular protein-encoding polynucleotide is not found attached to the particular polynucleotide in naturally occurring cells. The term "recombination" is often used to refer to nucleic acids containing unrelated polynucleotides in cells that have been unmodified by recombinant methods.
[0026]
As used herein, "expression" refers to the process by which a polynucleotide is transcribed into mRNA and translated into a peptide, polypeptide or protein. If the polynucleotide is carried from genomic DNA, expression involves mRNA splicing, if a suitable eukaryotic host is selected. The regulatory elements required for expression include a promoter sequence for binding RNA polymerase and a translation initiation sequence for ribosome binding. For example, bacterial expression vectors include a promoter, such as the lac promoter, and include a Shine-Dalgarno sequence and an initiation codon, ATG, for initiation of transcription and translation (Sambrook et al., Supra (2001)). Similarly, eukaryotic expression vectors include a heterologous or homologous promoter for RNA polymerase II, a downstream polyadenylation signal, an initiation codon AUG, and a termination codon for separation of ribosomes. Such vectors are commercially available and may be collected by the sequences described by methods known in the art, for example, the following methods that make up conventional vectors.
[0027]
A "promoter" is a region in a DNA molecule to which RNA polymerase binds and initiates transcription. The nucleotide sequence of the promoter determines the nature of the attached enzyme and the rate of RINA synthesis. In the present disclosure, the term “promoter” refers to a poly-protein that includes not only an RNA polymerase binding site, but all other flanking sequence elements that interact with factors that modulate transcription initiation, such as inducers or repressors of transcription. Used to mean nucleotide. Thus, a "promoter", as defined herein, is a polynucleotide that contains all of the necessary sequence information to regulate gene expression in the same manner as native elements in the chromosome.
[0028]
The term "proteolytic response promoter" refers to a promoter element that is induced or repressed in cells in response to increasing concentrations of insoluble protein in the cytoplasm.
[0029]
"Under transcription control" is a term well understood in the art, and relies upon the operable linking of transcription of a polynucleotide sequence, usually a DNA sequence, to elements that contribute to the initiation or promotion of transcription. To do so. "Operably linked" means a nearby location in the arrangement for functioning the element.
[0030]
The term "expression structure" refers to a polynucleotide operably linked to a gene. The expression construct can be formatted in various ways, such as in a gene delivery vehicle, and inserted into the chromosome of the cell. The term includes promoter genes produced by any method, including but not limited to recombinant DNA technology, homologous recombination, targeted insertion of genes or promoter elements, or random insertion of genes or promoter elements. It is intended to mean fusion.
[0031]
"Gene delivery vehicle" is defined as any molecule capable of carrying a polynucleotide inserted into a host cell. Examples of gene delivery vehicles include liposomes, biocompatible polymers including natural and synthetic polymers, lipoproteins, polypeptides, polysaccharides, lipopolysaccharides, artificial virus envelopes, metal particles, and baculoviruses, adenoviruses and retroviruses. Such bacteria, viruses, bacteriophages, cosmids, plasmids, fungal vectors, and techniques typically used in the techniques described for expression in various eukaryotic and prokaryotic hosts, and genes as well as for simple protein expression Another recombinant vehicle that is also used for therapy.
[0032]
As used herein, "gene delivery", "gene delivery" and the like are terms that refer to the introduction of an exogenous polynucleotide into a host cell, regardless of the method used for the introduction (often referred to as "gene delivery"). Called "transgene"). Such methods are similar to techniques that facilitate the delivery of "naked" polynucleotides (such as electroporation, "gene gun" delivery and various other techniques used to introduce polynucleotides). Various known techniques such as vector-mediated gene delivery (eg, by viral infection / transfection, or various other protein-based or lipid-based gene delivery complexes). The introduced polynucleotide can be stably or temporarily maintained in the host cell. Stable maintenance means that the introduced polynucleotide contains an origin of replication homologous to the host cell or integrates into a host cell replicon such as an extrachromosomal replicon (eg, a plasmid) or a nuclear or mitochondrial chromosome. Need that. Numerous vectors are known to be capable of mediating the transfer of genes to mammalian cells, as known or described herein.
[0033]
“Viral vector” is defined as a recombinantly produced virus or viral particle containing a polynucleotide that is delivered to a host cell, either in vivo, ex vivo or in vitro. Examples of viral vectors include retroviral vectors, adenoviral vectors, adeno-associated viral vectors, and the like. In embodiments where gene delivery is mediated by a retroviral vector, the vector structure refers to a polynucleotide comprising the retroviral genome or a portion thereof and a therapeutic gene. As used herein, “retroviral-mediated gene transfer” or “retroviral gene transfer” has the same meaning, and a gene or nucleic acid sequence enters a cell and integrates its genome into the host cell genome. Refers to the process by which the virus stably transfers it into host cells. The virus can enter the host cell via its normal mechanism of infection, and can be modified to bind to a different host cell surface receptor or ligand and enter the cell. As used herein, a retroviral vector refers to a virus particle capable of introducing an exogenous nucleic acid into a cell through a virus or virus-like transfer mechanism.
[0034]
Retroviruses carry their genetic information in the form of RNA; however, once the virus infects a cell, the RNA is reverse transcribed into a DNA form that is integrated into the genomic DNA of the infected cell. The integrated DNA form is called a provirus.
[0035]
In embodiments where gene delivery is mediated by a DNA viral vector such as adenovirus (Ad) or adenoassociated virus (AAV), the vector structure refers to the polynucleotide comprising the viral genome or portions thereof as well as the transgene. Adenoviruses (Ads) are a relatively well-characterized, homogeneous group of viruses, containing over 50 serotypes. See, for example, WO 95/27071. Ads are easy to grow and do not require integration into the host cell genome. Recombinant Ad-derived vectors, particularly those that reduce the potential for recombination and development of wild-type virus, have also been constructed. See WO 95/00655 and WO 95/11984. Wild-type AAV has a high degree of infectivity and specificity that integrates into the genome of the host cell. Hermonat and Muzyczka (1984) Proc. Nat'l. Acad. Sci. USA 81: 6466-6470 and Lebkowski et al. (1988) Mol. Cell. Biol. 8: 3988-3996.
[0036]
Vectors containing both a promoter and a cloning site to which the polynucleotide can be operably linked are known in the art. Such vectors are capable of transcribing RNA in vitro and in vivo, and are commercially available from sources such as, for example, Stratagene (La Jolla, Ca) and Promega Biotech (Madison, WI). To optimize expression and / or in vitro transcription, the 5 'and / or 3' untranslated portions of the clone are removed, added or altered, and extra, potential, either at the level of transcription or translation. Any other inappropriate translation initiation codons or other sequences that may prevent or reduce expression can be removed. Alternatively, a matching ribosome binding site can be inserted immediately 5 'of the start codon to amplify expression.
[0037]
Gene delivery vehicles also include various non-viral vectors, including DNA / liposome complexes, and targeted viral protein DNA complexes. Liposomes that also contain a targeting antibody or fragment thereof can be used in the methods of the invention. To amplify delivery to cells, the nucleic acids or proteins of the invention can be conjugated to antibodies or binding fragments thereof that bind to a cell surface antigen, eg, TCR, CD3 or CD4.
[0038]
As used herein, a "reporter gene" is a polynucleotide that encodes a protein whose expression by a cell is detected and quantified. Therefore, measurement of the reporter expression level indicates the level of activation of the promoter element that directs reporter gene expression. Such detection includes selection for reporter gene expression, for example, by placing cells containing the reporter gene under selective conditions.
[0039]
“Hybridization” refers to a reaction in which one or more polynucleotides react to form a complex that is stabilized via hydrogen bonding between bases of nucleotide residues. Hydrogen bonding can occur by Watson-Crick base pairing, Hoogstein binding, or any other sequence-specific manner. The complex can include double strands forming a duplex structure, three or more strands forming a multi-stranded complex, or a combination thereof. Hybridization reactions can continue with steps in a wider range of processes, such as initiating a PCR reaction or enzymatic cleavage of a polynucleotide by a ribozyme.
[0040]
Examples of stringent hybridization conditions include: an incubation temperature of about 25 ° C. to about 37 ° C .; a hybridization buffer concentration of about 6 × SSC to about 10 × SSC; a formaldehyde concentration of about 0% to about 25%; and a wash concentration of about 6 × SSC. Including. Examples of moderate hybridization conditions include: an incubation temperature of about 40 ° C. to about 50 ° C .; a buffer concentration of about 9 × SSC to about 2 × SSC; a formaldehyde concentration of about 30% to about 50%; and a wash concentration of about 5 × SSC to about 2 × SSC; including. Examples of highly stringent hybridization conditions include: an incubation temperature of about 55 ° C. to about 68 ° C .; a formaldehyde concentration of about 55% to about 75%; and a wash concentration of about 1 × SSC to about 0.1 × SSC or deionized water. Including. Generally, hybridization incubation times are from 5 minutes to 24 hours, with one, two or more washing steps, and with a wash incubation time of about 1, 2, or 15 minutes. SSC is 0.15 M NaCl and 15 mM citrate buffer. It is understood that equivalent SSCs using other buffer systems can be used.
[0041]
A polynucleotide or polynucleotide region (or polypeptide or polypeptide region) has a predetermined percentage (eg, 80%, 85%, 90% or 95%) of “sequence identity” to another sequence; That means that the bases (or amino acids) when aligned are the same when comparing the two sequences. This alignment and percent homology or sequence identity are described, for example, in CURRENT PROTOCOLS IN MOLECULAR BIOLOGY (FM Ausubel et al., Eds., 1987) 30th Edition Section 7.7.18, Table 7.7.1. As such, it can be measured using software programs known in the art. A preferred program for sequencing polynucleotides or polynucleotide sequences and measuring percent homology is CLUSRALW, which uses the default parameter. This program, Institute for Biological Computing at Washington University in Saint Louis, MO (www, ibc.wustl.edulmsalclustal.html), Human Genome Sequencing Center of the Baylor College of Medicine in Houston, TX (dot.imgen.bcm.tmc .Edu: 9331 / milti-align / multi-align.html) and the Pasteur Institute in Paris, France (bioweb.pasteur.fr/sequalal/interfaces/classura). Available in a variety of sites on the World Wide Web, such as w-simple.html).
[0042]
A "biologically equivalent" of a reference polynucleotide is at least 75%, or at least 80%, or at least 85%, or at least, as measured using a sequence alignment program under a defect parameter. It is characterized by having 90% or at least 95% sequence identity and corrects for ambiguity in sequence data and changes in nucleotide sequences that do not change function. "Biologically equivalent" polynucleotides can be isolated by hybridization under appropriate or stringent hybridization conditions. In addition to sequence similarity or hybridization with a reference polynucleotide, a biologically equivalent polynucleotide has the same or similar biological function as the reference polynucleotide.
[0043]
Various software programs are available in the art to identify bioequivalent polynucleotides without undue experimentation. Non-limiting examples of these programs include the BLAST family programs including BLASTN, BLASTP, BLASTX, TBLASTN and TBLASTX (BLAST is available from the World Wide Web at http://www.ncbi.nlm.nih.gov/BLASTI). Available), FastA, Compare, DotPlot, BestFit, GAP, FrameAlign, ClustalW and PileUp. These programs are available from GCG Inc. It is commercially available in a comprehensive package of sequence analysis software such as' s Wisconsin. Other similar analysis and alignment programs can be purchased from various providers, such as DNA Star's MegAlign, or the alignment program at GeneJockey. Alternatively, the sequence analysis and alignment program is available at www. sdsc. edu / ResTools / cmshp. at html, accessible through the World Wide Web at sites like CMS Molecular Biology Resources. Any sequence database containing protein sequences that match DNA or genes or segments thereof can be useful for sequence analysis. Commonly used databases include, but are not limited to, GenBank, EMBL, DDBJ, PDB, SWISS-PROT, EST, STS, GSS and HTGS. Sequence similarity can be recognized by aligning the tag sequence against a DNA sequence database. Alternatively, the tag sequence can be translated into six reading frames; the predicted peptide sequence for all possible reading frames is then stored in a protein database such as s done using the BLASTX program. Are compared to the individual sequences performed.
[0044]
Parameters for assuming the degree of similarity exhibited by one or more of the above alignment programs are well established in the art. They include, but are not limited to, p-values, percent sequence identity and percent sequence similarity. The P value is the probability that an alignment will be generated by accident. For a single alignment, the p-value is determined by Karlin et al. (1990) Proc. Nat'l. Acad. Sci. USA 87: 2246. For multiple alignments, it can be calculated using a functional approach such as that programmed in BLAST. Percent sequence identity is defined by the ratio of the number of nucleotides and amino acids that match between the sequence in question and the known sequence when the two are optimally sequenced. When calculating percent similarity, percent sequence similarity is calculated in the same way as percent identity, except that amino acids that are different but similar to the positive are scored.
[0045]
As used herein, "in vivo" gene delivery, gene delivery, gene therapy, etc., involves introducing a vector comprising an exogenous polynucleotide directly into the body of an organism, such as a human or non-human mammal. , Whereby exogenous polynucleotides are introduced into such organisms in vivo.
[0046]
The term “isolated” means separated from components, cells and the like, and usually involves polynucleotides, peptides, polypeptides, proteins, antibodies or fragments thereof. For example, with respect to a polynucleotide, an isolated polynucleotide is one that is normally separated from the 5 'and 3' sequences that associate on the chromosome. As will be apparent to one of skill in the art, a non-naturally occurring polynucleotide, peptide, polypeptide, protein, antibody or fragment thereof need not be "isolated" and distinguished from its naturally occurring counterpart. In addition, "enriched", "isolated" or "diluted" polynucleotides, peptides, polypeptides, proteins, antibodies or fragments thereof are more concentrated or concentrated per volume than naturally occurring controls. Greater than "isolated" or less than "isolated" than the naturally occurring control. A polynucleotide, peptide, polypeptide, protein, antibody, or fragment thereof that differs from a naturally occurring control in the primary sequence or, for example, by a glycosylation pattern, need not exist in an isolated form because it This is because they can be distinguished from generated controls by their primary sequence, or alternatively by other properties, such as glycosylation patterns. Although each invention disclosed in this specification is not explicitly described, it is to be understood that specific examples of each configuration disclosed below and under appropriate conditions are provided by the invention. Would. Thus, a non-naturally occurring polynucleotide is provided as a separate embodiment from an isolated naturally occurring polynucleotide. Proteins produced in bacterial cells are provided as a separate embodiment from naturally occurring proteins that are isolated from naturally occurring eukaryotic cells.
[0047]
A “host cell” or “genetically modified cell” is any individual cell or cell culture that is or has a receptor for a vector or alternatively an exogenous nucleic acid molecule, polynucleotide and / or protein introduction. It is intended to include things. It is intended to include unicellular progeny, and the progeny may, due to natural, accidental or deliberate mutations, be associated with the original parent cell (morphologically or genetically or by total DNA) It need not be exactly the same (in the completion). The cells can be prokaryotic or eukaryotic cells and include, but are not limited to, bacterial cells, yeast cells, animal cells, and mammalian cells such as mice, rats, simians or humans.
[0048]
A “subject” is a vertebrate, preferably a mammal, more preferably a human. Mammals include, but are not limited to, mice, simians, humans, farm animals, sports animals and pets.
[0049]
A “control” is an alternative subject or sample used in an experiment for comparison purposes. “Control” can be “positive” or “negative”. For example, if the purpose of the experiment is to determine the correlation of the altered expression level of a gene with a particular type of cancer, it will generally be a positive control (providing such alterations and characterizing the disease). It is preferred to use a subject or a sample from a subject that exhibits a pathological condition) and a negative control (a subject or sample from a subject that lacks altered expression and a significant condition of the disease).
[0050]
The term “culture” refers to the in vitro growth of cells or tissues on or in a wide variety of media. It is understood that the progeny of the cells grown in culture will not be completely identical (morphologically, genetically or in a prototypic manner) to the parent cell. "Expanded" means any growth or division of a cell. "Composition" means an inert (eg, a detectable reagent or label) or combination of active agents, such as active agents and other compounds and compositions, adjuvants.
[0051]
"Pharmaceutical composition" is intended to include a combination of active agents with an inert or active carrier that renders the composition suitable for diagnostic or therapeutic use in vitro, in vivo or ex vivo.
[0052]
As used herein, the term "pharmaceutically acceptable carrier" refers to a phosphate buffered sarin solution, water, and an emulsion such as a water / oil or oil / water emulsion. And any standard pharmaceutical carrier, including various types of wetting agents. The composition can also include stabilizers and preservatives. For examples of carriers, stabilizers and adjuvants, see Martin REMINGTON 'S PHARM. SCI. , 15th edition (Mack Publ. Co., Easton (1975)).
[0053]
An "effective amount" is an amount sufficient to effect beneficial or desired results. An effective amount can be administered by one or more administrations, applications or dosages.
[0054]
“Solid growth medium” is a growth medium suitable for culturing organisms, containing agar at a sufficient concentration and providing a solid surface for the purpose of culturing a culture for a clonal population of cells. It is.
[0055]
An "indicator dye" is a chemical that reacts with a reporter gene to produce a compound with changing properties that is easily assayed. An example of a suitable indicator dye is the gene product of the X-gal, lacZ reporter, which reacts with β-galactosidase, producing a blue precipitate.
[0056]
Description of the preferred embodiment
The present invention provides a soluble reporter gene structure that allows one to immediately distinguish whether a protein is produced by a cell in a soluble or insoluble form. A reporter host cell for use in identifying a protein or protein domain produced in a soluble form is also provided, as is a method for measuring the protein solubility state in a cell. In a further embodiment, the invention provides a high-throughput method for determining the solubility of a target protein expressed in a cell.
[0057]
Soluble reporter gene structure
The present invention provides a host cell comprising a soluble reporter structure comprising a promoter which is induced or suppressed depending on whether or not an insoluble protein is present in the cell containing the promoter. These proteolytic responsive promoters are preferably operably linked to a polynucleotide encoding a gene product that is readily detectable when expressed in a cell. When a soluble reporter gene structure is present in a cell that includes a promoter that is up-regulated by the insoluble protein, for example, the presence of the insoluble protein results in an increase in the level of the reporter gene product.
[0058]
To identify a promoter suitable for use in a particular species, gene expression profiles from cells of the species that express the protein known to be expressed in an insoluble form can be compared to cells that do not express the insoluble protein . For example, control cells can express a protein found in a soluble form. Once one or more genes are differentially expressed, depending on whether insoluble or soluble proteins are expressed, the upstream regions of the genes are cloned and used to construct soluble reporter structures. it can. The length of the polynucleotide comprising the upstream region often varies depending on the particular gene and / or species. Once the upstream region has been cloned, its function can be immediately tested by operably linking the upstream region to a reporter structural gene, introducing the structure into host cells and expressing it in an insoluble form To express a protein known to do so. Promoter sequences that respond to misfolded proteins can be identified by, for example, Affymetrix GeneChip®, cDNA arrays, reporter screening, and other approaches known to those of skill in the art.
[0059]
The proteolytic response promoter can be a prokaryotic or eukaryotic promoter. A promoter is utilized that is functional in the particular host cell of interest. For example, for the use of bacterial host cells, proteolytic response promoters can be isolated from Gram negative or Gram positive bacteria. Such Gram-negative bacteria include, for example, members of the familial Enterobacteriaceae family. Examples of members of the family Enterobacteriaceae are Escherichia, Salmonella, Shigella, Klebsiella, or Enterobacteriaceae. Suitable prokaryotes include, but are not limited to, Salmonella typhomurium, Bacillus subtilis and Streptomyces Livedans. One suitable species is the Gram negative bacterium E. coli. It is a promoter element isolated from E. coli. Suitable E. Specific examples of E. coli promoters are, for example, promoters from the following genes: kgtP gene (b2587; SEQ ID NO: 1), gene b3913 (SEQ ID NO: 2), proP (b4111; SEQ ID NO: 3). ExbB (b3006; SEQ ID NO: 4), yegG (b2812; SEQ ID NO: 5), yojH (b2210; SEQ ID NO: 6), ybeD (b0631; SEQ ID NO: 7), yciS (b1279; SEQ) ID NO: 8), yagU (b0287; SEQ ID NO: 9), ftsJ (b3179; SEQ ID NO: 10), grpE (b2614; SEQ ID NO: 11), htpX (b1829; SEQ ID NO: 12), clpB (b2592 SEQ ID NO: 13), fxsA (b4140; SEQ ID NO: 14), hslV (b3932; SEQ ID NO: 15), clpP (b0437; SEQ ID NO: 16), htpG (b0473; SEQ ID NO: 17) , DnaK (b0014; SEQ ID NO: 18), yccV (b0966; SEQ ID NO: 19), yrfG (b3399; SEQ ID NO: 20), ibpA (b3687; SEQ ID NO: 21), and yhdN (b3293; SEQ ID NO: 22).
[0060]
In some embodiments, the proteolytic response promoter comprises an RpoH recognition site. An example of such a promoter is represented in FIG. 1 as SEQ ID NOs 23-43.
[0061]
The present invention relates to Seq. ID. Nos. Also includes the use of polynucleotides that are biologically equivalent to the sequences provided in 1-43, which are identified by sequence homolog search or hybridization under mild or stringent hybridization conditions as described above. Various embodiments of bioequivalent polynucleotides may be at least 75% as measured using, for example, a sequence alignment program under defect parameters that calibrate for ambiguities in the sequence data and changes in nucleotide sequence that do not alter function. % Or at least 80% or at least 85% or at least 90% or at least 95% within the scope of the invention characterized by processing with sequence homology. Bioequivalent means that Seq. ID. Nos. It hybridizes to those that hybridize to 1-43 or their respective complements. Such polynucleotides are tested according to the methods of the invention and identify those that exhibit a desired proteolytic response.
[0062]
For use in eukaryotic cells, proteolytic responsive promoters are usually derived from eukaryotic genes. Many eukaryotic heat shock and other stress-inducing genes are known to those skilled in the art.
[0063]
The present invention provides methods for testing promoters from these or other genes and determining whether they are differentially regulated in response to the presence of insoluble proteins in the cell. These methods include culturing host cells that contain a soluble reporter nucleic acid that includes a putative protein solubility responsive promoter operably linked to a reporter gene. The host cell also contains a target polypeptide-expressing nucleic acid, including a polynucleotide encoding the target polypeptide. The host cells are cultured under conditions in which the target polypeptide is expressed in an insoluble form. The level of reporter gene expression is then detected to determine whether the putative protein solubility responsive promoter is differentially regulated in response to expression of the insoluble polypeptide in the host cell.
[0064]
Suitable eukaryotic cells include, for example, mammalian, insect or plant cells, or microorganisms such as, for example, yeast or fungal cells. Examples of suitable cells include, for example, Azotobacter species (eg, A. vinelandii), Pseudomonas species, Rhizobium species, Erwinia species, Escherichia species (eg, E. coli), and Klebsiella species, among others. Yeast cells can be any of a number of types, including Saccharomyces (eg, S. cerevisiae), Candida (eg, C. utilis, C. parapsilosis, C. krusei, C. versatilis, C. lipolytica, C. zeylanoides, C. guilliermondii, C, albicans and C. humicola), Pichia (eg, P. farinosa and P. ohmeri), Torulopsis (eg, T. candida, T. sphaerica, T. sateria, T. sp. Versatilis), Debaryomyces (eg, D. subglobossus, D. cantarellii, lobousus, D. hansenii and D. japonicus), Zygosaccharomyces (for example, Z. rouxii and Z. bailii), Kluyveromyces (for example, K. marxianus), Hansenulas (for example, H. anomalineb. Anomalus). Further non-limiting examples of suitable eukaryotic cells include Jurkat cells and NIH3T3 cells.
[0065]
The identified protein solubility responsive promoter is operably linked to a reporter gene that functions to identify the presence or absence of the soluble protein in the cytoplasm. Reporter genes include polynucleotides that encode a selectable or detectable polypeptide. Examples of genes useful as "reporter genes" include, but are not limited to, genes encoding metabolic enzymes, antibody resistance factors, photoproteins (eg, luciferase), or fluorescent proteins. Such reporter genes are known in the art, and specific examples are described in Wood (1995) Curr. Opin. Biotechnol. 6 (1): 50-58. In some embodiments, the metabolic enzyme is β-galactosidase. In other embodiments, the metabolic gene complements auxotrophic mutations in the host cell and allows the growth of cells expressing the gene on a selective medium.
[0066]
Methods for detecting and quantifying reporter expression are generally based on measuring the activity of the protein encoded by the reporter. A wide range of detectable markers are known in the art and include fluorescent, radioactive, enzymatic or other ligands such as avidin / biotin, which can provide a detectable signal. In a preferred embodiment, it is desirable to use a fluorescent label or an enzyme tag, such as urease, alkaline phosphate, peroxidase, instead of radioactive or other environmentally undesirable reagents. In the case of an enzyme tag, the colorimetric indicator substrate can be used to provide a means that is visible to the human eye or spectrophotometrically, and that a particular nucleic acid-containing sample can be used for specific hybridization. It is known to identify.
[0067]
If the reporter is an enzyme, a substrate for the enzyme that can be metabolized to produce a measurable product can be used. For example, β-galactosidase substrate X-gal, which is cleaved by an enzyme to produce a blue reactive product, is frequently used to assay β-galactosidase reporter expression (Miller J. ed. (1992)). A short Course in Bacterial Genetics: A Laboratory Manual and Handbook for Escheichia Coli and Related Bacteria, Cold Spring Harbor Laboratory, Colorado Harbor Laboratory, Canada. Instead, β-galactosidase substrate o-nitrophyl-BD-galactopyranoside (ONPG), which is metabolized by β-galactosidase, produces a compound having a yellow color. The amount of enzyme is measured by spectrophotometrically measuring the optical density of the colored compound or using an ELISA reader. The absorbance at 420 nm is read (Miller J. H. ed. (1972) Experiments in Molecular Genetics, Cold Spring Harbor Laboratory, Cold Spring Harbor, New York). Other commonly used reporter genes are the antibody resistance factor chloramphenicol acetyltransferase (CAT), firefly luciferase gene, and the jellyfish green fluorescent protein (Valdvia and Falkow (1997) Trends Microbiol. 5). (9): 360-363; Naylor (1999) Biochem. Pharmacol. 58 (5): 749-757; Himes and Shannon (2000) Methods Mol. Biol. 130: 165-174). In addition, various other proteins can also be used as reporters based on their ability to be detected and quantified. Assays for measuring the expression levels of such genes are well-modified and commonly performed by those skilled in the art (Rosenthal (1987) Methods Enzymology 152: 704-720; Davey et al. (1995) Method Mol. Biol. 49: 143-148; and Bronstein et al. (1994) Anal. Biochem. 219 (2): 169-181).
[0068]
Polynucleotides encoding useful reporter genes are available from Life Technologies Inc. (Gaithesburg, MD), Clontech Inc. (Palo Alto, CA), Promega Inc. (Madison, WI), Invitrogen Inc. (Carlsbad, CA) and Strategene Inc. Available from a variety of commercial suppliers of molecular biological reagents, such as (San Diego, CA). In addition, plasmid vectors containing the reporter gene sequence can be obtained from the American Type Culture Collection and E. coli from Yale University. available from gene repositories such as the E. coli strain collection.
[0069]
Soluble reporter nucleic acids of the invention can be used to control additional elements such as ribosome binding sites and polyadenylation sites, such as coding sequences within the same transcription unit, additional transcription units under the control of the same or different promoters, cloning. And sequences that allow expression and transformation of host cells, and any such structures that may be desirable when providing embodiments of the present invention. In some embodiments, the soluble reporter nucleic acid comprises a polynucleotide that encodes a signal peptide that directs a detectable polypeptide encoded by the reporter gene to the surface of a host cell. The detectable polypeptide can then be detected, for example, by a cell sorter. For example, if the reporter gene encodes a fluorescent protein that is displayed on the cell surface in expression, a fluorescence-activated cell sorter is used to separate cells that express the reporter gene from those that do not.
[0070]
The soluble reporter nucleic acid can also include a polynucleotide encoding a molecular tag that facilitates isolation of host cells that do not express the reporter gene. For example, the epitope for an antibody can function as a molecular tag; cells expressing the reporter gene can then be fixed by contacting the cells with a solid support, which is an attached antibody that specifically recognizes the epitope. Other suitable molecular tags are known to those of skill in the art and include, for example, a polyhistidine tag or a FLAG® peptide. If a particular proteolytic response promoter is upregulated in use in response to expression of an insoluble form of the target polypeptide, cells expressing the insoluble target polypeptide are immobilized on the support. Conversely, if a particular protein solubility responsive promoter is down-regulated in use in response to expression of an insoluble form of the target polypeptide, cells expressing the soluble form of the target polypeptide are immobilized on the support. Is done.
[0071]
The present invention also provides a reporter system comprising: a) an isolated polynucleotide comprising at least one proteolytic response promoter operably linked to a reporter gene; and b) an expression structure that directs expression of a target gene. provide. The expression construct can be on either a separate polynucleotide from the promoter and the reporter gene, or the expression construct can be part of a single polynucleotide that also contains the proteolytic response promoter and the reporter gene. Thus, in certain embodiments of the invention, the reporter system comprises a proteolytic response promoter operably linked to the reporter gene, and the isolated polynucleotide further comprises an expression construct.
[0072]
The invention also provides (in vivo, ex vivo or in vitro) a gene delivery vehicle suitable for delivering and / or expressing the polynucleotide of the invention into a cell containing the polynucleotide of the invention. A polynucleotide of the invention can be included in a cloning or expression vector. These vectors (especially expression vectors) are sequentially manipulated and can assume any of a number of forms that can facilitate, for example, delivery and / or introduction into a cell. Examples of suitable expression or delivery vehicles are provided above.
[0073]
The present invention also provides a host or genetically modified cell comprising a proteolytic reporter structure as described above, as well as a target polypeptide-expressing nucleic acid comprising a polynucleotide encoding the identified target polypeptide. An array of cells is also provided, wherein the cells of each population differ in the target polypeptide expressed by the cells. For example, the polypeptides can differ from the reference amino acid sequence by amino acid substitutions, deletions or insertions. Alternatively, the target polypeptide expressed by the population of host cells can be a different fragment of a larger polypeptide.
[0074]
Polynucleotides and sequences embodied in the present invention can be obtained using chemical synthesis, recombinant cloning means, PCR, or any combination thereof. The PCR technique is the subject of U.S. Pat. Nos. 4,683,195; 4,800,159; 4,754,065; and 4,683,202, and THE POLYMERASE CHAIN REACTION (Mullis Id., Birkhauser Press, Boston (1994)) or MacPherson et al. (1991) and (1995) and in the PCR of references cited therein. Alternatively, one of skill in the art can use the commercial DNA synthesizers provided herein to replicate the sequences and DNA. Thus, the present invention provides a process for obtaining the polynucleotides of the present invention by providing chemicals such as linear sequences of polynucleotides, nucleotides, suitable primer molecules, enzymes, and their replication and chemical replication or appropriate replication. Instructions for linking nucleotides in different directions to obtain a polynucleotide. In a separate embodiment, these polynucleotides are further isolated. In addition, one of skill in the art can insert the polynucleotide into a suitable replicating vector and insert it into a suitable host cell (prokaryotic or eukaryotic) for replication and amplification. The DNA so amplified is isolated from the cells by methods known to those skilled in the art. Methods for obtaining a polynucleotide by this method are provided further herein, as are the polynucleotides thus obtained.
[0075]
RNA is obtained by first inserting a DNA polynucleotide into a suitable host cell. DNA can be introduced by any suitable method, for example, using a suitable gene delivery vehicle (eg, liposomes, plasmids or vectors) or by electroporation. If the cell replicates and the DNA is transcribed into RINA; the RNA is isolated to those skilled in the art by known methods, for example, as described in Sambrook et al. (2001). For example, mRNA can be isolated using various degrading enzymes or chemical solutions described in Sambrook et al. (2001), or extracted with a nucleic acid binding resin, observing the accompanying instructions provided by the manufacturer. You.
[0076]
Compositions comprising the carriers and polynucleotides and sequences of the invention in isolated form or contained in a vector or host or genetically modified cell are further provided herein. When these compositions are used pharmaceutically, they are combined with a pharmaceutically acceptable carrier.
[0077]
Polynucleotides, reporter systems and cells are useful in the methods described below.
[0078]
Industrial use
The structures described herein are useful for quickly and accurately measuring the solubility of a target protein in a cell. To perform this method, cells containing the structures of the present invention are cultured under conditions in which the target protein is expressed and reporter gene expression can be induced. As used herein, the term "inducible" means that reporter gene transcription is initiated in response to a specific stimulus. A particular stimulus that drives transcription of the proteolytic response promoter is an insoluble protein in the cytoplasm of the cell. Gram negative bacteria E. coli Using E. coli cells, for example, cells are grown in liquid media rather than agar plates and become inducible.
[0079]
Reporter gene expression is measured following expression of the target gene. This can be achieved by directly measuring the amount of the protein, such as by measuring the fluorescence of the fluorescent protein or by measuring the reporter gene by an immunoassay such as an ELISA assay. Alternatively, if the reporter gene is an enzyme, the amount of reporter produced will quantify the product produced by enzyme modification, such as the metabolism of X-gal or ONPG by a substrate compound, eg, β-galactosidase. It can be measured using an assay that performs The amount of reporter protein produced is directly proportional to the amount of insoluble target protein in the cytoplasm.
[0080]
The amount of insoluble protein in a particular sample can be measured by first generating a standard curve for target protein insolubility using reporter gene expression levels. This can be achieved by culturing host cells containing the reporter structure along with the target expression structure and generating a series of samples from which various amounts of insoluble target protein are produced. Expression of the protein-insoluble reporter is measured in each of those samples.
[0081]
The amount of soluble and insoluble target protein is determined by lysing the host cells, separating soluble and insoluble material by, for example, centrifugation and filtration, and determining the amount of target protein in each fraction by immunoassay such as, for example, ELISA or Western blot. Is measured quantitatively. Once a standard curve for protein solubility versus reporter expression has been generated, the amount of insoluble protein present in the test sample is determined by measuring the expression of the protein-insoluble reporter in that sample and determining the amount of insoluble protein present from the standard curve. Can be measured by calculating
[0082]
The invention also provides a method of screening for intracellular variants that improve protein solubility. These methods involve treating the mutagen-bearing cell population and identifying those cells that show increased expression of the target protein in a soluble form. “Mutagens” include, but are not limited to, physical reagents such as ionizing radiation, as well as ethyl methanesulfonate, N-methyl-N′-nitroso-guadinine and nitrite. It is intended to include chemical mutagens. In another embodiment, the variant can be introduced into a polynucleotide sequence encoding the target protein. The altered polynucleotide is then tested to determine if the solubility of the target protein is altered. Such mutants are, for example, mutagen-induced mutants; sites directed to mutants that alter particular amino acid residues and remove disulfide bonds, such as mutants of cysteine residues; Deficiencies that remove a specific set of amino acids, such as deficient stretches of hydrophobic amino acids; and fusion of the target protein to a second, especially soluble protein. In each case, the solubility of the target protein is assessed by measuring the expression of the protein soluble reporter nucleic acid as described herein.
[0083]
To identify a mutant that alters the solubility of the target protein, the polynucleotide encoding this protein is expressed under suitable conditions such that the reporter gene is responsive to expression of the insoluble protein. If the mutant induces increased solubility of the target protein, then if the proteolytic response promoter is up-regulated in response to expression of the insoluble protein, then the level of reporter gene expression will be accompanied by the mutation The level of reporter gene expression is reduced compared to the level observed in the host cells prior to treatment of the cells. By selecting a reporter gene whose expression is easily measured in the majority of individual samples, such as β-galactosidase, this method is used to screen the majority of dependent mutants and to lyse target proteins. Changes that improve gender can be identified.
[0084]
This structure is also useful for identifying variations in the method of target protein biosynthesis. The method can vary to modify the solubility of the target protein. Cells containing the proteolytic reporter nucleic acid are cultured under other conditions under which the target protein is expressed and the reporter gene is inducible, and the expression of the reporter gene is measured to improve the solubility of the expressed target protein. Variations in culture conditions to be performed are identified. For example, protein solubility is affected by the temperature, medium composition, or oxygen concentration at which the cells are cultured. A convenient method by which reporter expression is measured allows a variety of alternative conditions to be tested with minimal effort and identifies those conditions that produce the highest percentage of soluble target protein.
[0085]
The construct can be used to compare another cell, perform the method specified herein using at least two other cells, and compare the amount of the expressed reporter gene to increase the amount of the soluble target. Identifying cells that express the protein is useful for identifying cells that synthesize increasing amounts of soluble target protein.
[0086]
The invention also provides a method of screening an expression library of clones and identifying those clones that express soluble proteins. This library consists of modifications in the gene that expresses the target protein of interest. Modification of the gene can be provided by any of a variety of widely used methods. These include making truncations in the gene, random chemical mutagenesis, random mutagenesis through incorrect nucleotide introduction or site-directed mutagenesis. This library of modifications is transformed into cells containing a proteolytic reporter system. Individual clones of the cells to be transformed are then cultured under conditions in which the target gene or its modification is expressed. The level of reporter gene expression in each clone is measured during the expression of the target gene or its modification. Clones expressing increased or decreased levels of the reporter gene are identified by measuring the reporter gene level of each clone and comparing to clones expressing the unmodified target gene. Clones so identified express less insoluble protein and can include more soluble derivatives of the target protein.
[0087]
Selection of the appropriate reporter gene for a protein-soluble reporter system allows for a variety of efficient high-throughput procedures, and rapidly elaborates multiple separate cultures to identify specific samples that produce soluble target proteins. Screening is well known to those skilled in the art. The ease of detection of reporter genes such as β-galactosidase, luciferase and green fluorescent protein is further provided for the development of an automated procedure to screen cells for target protein solubility.
[0088]
In a further aspect, the structures defined herein are useful for identifying antibiotic reagents. Cells containing the proteolytic reporter structure are contacted with the candidate reagent. A potential antibiotic reagent that interferes with the protein folding process results in increased expression of insoluble endogenous cellular proteins, whereby the reporter is under the control of a promoter that is upregulated in response to the presence of the insoluble protein Induces gene expression. Measurement of the reporter gene product is performed after treatment with a potential antibiotic reagent. Cells expressing increased reporter activity with respect to the control agent indicate that the test reagent is a potential antibiotic.
[0089]
A further aspect of the present invention is to use the above process with co-expression of a soluble protein that is a known target of antibiotic therapy. Reagents that interfere with the folding of known target proteins result in increased expression of insoluble proteins and reporter genes. Reagents so identified have potential utility as antibiotics by interfering with the proper folding of these target proteins in the native host.
[0090]
An example
The following is provided by way of illustration, but not limitation.
[0091]
Proper protein folding is the key to generating recombinant proteins for structure determination. In this example, the misfolded recombinant protein, E. coli. The effect on gene expression in E. coli is tested. Comparison of expression patterns shows a unique set of genes that respond to translational misfolding. The response is partly similar to heat shock, and suggests a translational component for regulation. We also used expression information to generate reporters that respond to protein misfolding. These reporters identified properly folded recombinant proteins and generated soluble domains of insoluble proteins for structural studies.
[0092]
Materials and methods
Cloning
Clones expressing the properly folded or misfolded human protein were obtained from GeneStorm collection (Invitrogen). The clones containing the Unigene accession numbers L35545, U18291, M94856, M22146, D87116, M63167, M68520, M60527, M36881, M36981, U35003, S79522, X73460, D14968, M86400 and the M86400 are provided in p.B.A. -Provided inducible expression. T. The martima gene was amplified from genomic DNA and cloned into an expression vector pMH1 encoding a 12 amino acid N-terminal tag containing a 6X-histidine repeat for production and detection. The reporter vector was constructed by inserting a PCR ampli? Er 300 bp upstream of the ibpAB, ybeD, yhgI or yrfGHI gene upstream of beta-galactosidase in the pACYC184 derivative.
[0093]
Rep68 was cloned from a plasmid containing the entire genome of human adeno-associated virus 2 (AAV2). Putative domains containing bases 1-646, 647-1456 and 1457-1611 were amplified from the full-length template and cloned into pMH1. The above template was also used in the amplification of the full length gene for fragmentation. 2 μg of rep68 amplifier was used in each of the five fragmentation reactions containing 1, 0.1, 0.01, 0.001 or 0 units of DNase I (Bperinger Mannheim) as well as Pfu polymerase and dNTP. The reaction was performed on ice with Dnase added immediately before temperature cycling in the following MJ Research thermocycler: 10 minutes @ 25 ° C, 15 minutes @ 95 ° C, and 30 minutes @ 72 ° C. Each reaction was performed on a 1% agarose gel and the fragments corresponding to 1600-1000 bp, 1000-850 bp, 850-600 bp and 600-300 bp were extracted. Each pool was used for blunt cloning and ligation into pMH1 as described above, and was introduced into reporter cell line HK57 for screening.
[0094]
Cell growth and protein expression
E. FIG. E. coli strains MG1655 (Flam rph1) and KY1429 (F-araD139Δ (argF-lac) 169 lam flhD5301 fruA25 relA1 rpsL150 zhh50 :: rpoH606 (ts) deoC1) or LC for expression profiling MK86 (MKA36) with M36A for M36A80 (M). Transformation was performed using the encoding expression plasmid. Cells were cultured at 37 ° C. in Luria Broth with ampicillin. Protein expression was induced by the addition of L-arabinose to a final concentration of 0.1% in 1 hour. KY1429 cells were cultured as described above, except that initial growth continued at 32 ° C. and shifted to 42 ° C. due to non-permissive expression of rpoH606. Top10 cells (FmcrAΔ (mrr-hsdRMS-mcrBC)) containing ibpAB promoter fusion (pHK57) Φ80lacZΔM15 ΔlacX74 deorecrecA1 araD139Δ (ara-leu) . Beta-galactosidase assays were performed essentially as described by Miller (24). Fractionation of soluble and insoluble proteins was performed by centrifugation. Cultures were treated with 50 mM Tris pH 7.9, 50 mM NaCl, 1 mM MgCl2   Resuspended in 3 mM methionine and sonicated for 2 minutes on ice. Cell debris and insoluble protein aggregates were pelleted by centrifugation at 3000 × g for 15 minutes. The soluble fraction was removed and the pellet was resuspended in an equivalent volume of lysis buffer.
[0095]
Probe production and hybridization and analysis of labeled mRNA
A labeled mRNA is produced and E. coli. E. coli was hybridized to a genome array (Affymetrix) essentially as described (25, 26). Individual gene expression was measured using standard Affymetrix GeneChip analysis software and used to make an aspect comparison of gene expression levels for pre-induced and post-induced samples. Properly folded and misfolded genes were analyzed for individual probe sets.
[0096]
Microplate solubility screening
A 96-well microplate containing 200 μL LB with 100 μg / mL ampicillin and 34 μg / mL chloramphenicol was inoculated into a single colony from above and grown with shaking at 37 ° C. overnight. Inoculate 200 μL of the same medium, average OD of 0.5600 Overnight at 37 ° C. until the temperature reached. Cultures were induced with arabinose at a final concentration of 0.2%. Thirty minutes later, a cocktail of cefatriaxone and cefotaxime was added to each well until the respective final concentration was 10 μg / mL, and the plates were incubated for an additional 1.5 hours. Cultures were harvested after a total of 2 hours of induction by centrifugation at maximum speed for 15 minutes and the cell debris at the bottom of the well was pelleted. The soluble isolate was then split into 25 μL into a microplate for β-galactosidase activity screen and 75 μL into a Nunc Maxisorp® ELISA plate for Ni-HRP screening.
[0097]
Isolates were screened for β-galactosidase activity using a variation of the Miller protocol (10). 50 μL of 4 × Z-buffer and 50 μL of 4 × ONPG buffer were added to the microplate containing 25 μL of lysate. After the progression of the yellow color in the positive control wells, the reaction was2 CO3 Stopped with pH 8. A420 , A550 And the reaction time is recorded and the OD600 Used along with the data, the β-galactosidase activity was calculated.
[0098]
Ni-HRP screening was performed as in ELISA. 75 μL of the isolate and 25 μL of TBS were bound to the microplate overnight at 4 ° C. and blocked with 1% BSA in TBA at 25 ° C. for 4 hours. Plates were then washed 3 × with TBST, 100 μL of Ni-HRP conjugate (KPL Labs) at a 1: 2500 dilution was added and incubated at 25 ° C. for 1 hour. The plate was then washed with TBST and 100 μL of HRP substrate (KPL Labs) was added and the color was developed until the positive control wells became deep blue. The reaction is stopped with 100 μL of 1N HCl and A420 Was measured. The solubility score is determined by Ni-HRPA such that the intensity is one order of magnitude greater than that of the β-galactosidase activity score.420 Was calculated and calculated by dividing Ni-HRP absorption by β-galactosidase activity.
[0099]
result
Gene expression analysis
To effect gene expression as a result of a misfolded protein, a representative gene was cloned as a fusion protein into thioredoxin under the control of a tightly regulated arabinose promoter. Human phospholipase A2 (PLA) is almost completely soluble as measured by cell separation and centrifugation. Further evidence of proper folding of this protein is obtained through the dynamic light scattering of the purified protein and the ability to crystallize it from a single similar purification step. Under comparable expression conditions, human cell-specific protein tyrosine kinase (LCK) is almost exclusively expressed as an insoluble protein. Both proteins are expressed at levels sufficient to be excellent translation products. MRNA products from induced and uninduced cultures were prepared and used to probe for gene expression.
[0100]
E. FIG. Recombinant protein expression in E. coli is expected to cause substantial changes in gene expression. Indeed, comparison of gene expression with a pre-induced control showed that in both cases, 6% of all genes showed a> 3-fold difference in expression. For the insoluble recombinant protein, 27 genes showed a> 10-fold change in expression as compared to 10 genes for the soluble recombinant protein. Comparison of the two profiles identified 53 genes listed in Table 1, showing a> 3-fold difference, which are unique in the case of insoluble. Then, these genes are probably responsive to misfolded proteins in the cell, and in dealing with these translational stresses, E. coli. play a role in E. coli.
[0101]
The heat shock transcription factor RpoH is normally suppressed by interaction with the chaperone protein DnaK. In the presence of a misfolded protein, DnaK binds to the protein and causes RpoH to stimulate transcription of the heat shock promoter (7). Many upstream regions of the derived genes in Table 1 indicate the presence of an RpoH-dependent promoter sequence. Further evidence of the important role played by RpoH is provided by expression profiling the results performed from the rpoH606 mutation expressing the misfolded LCK protein (KY1429) compared to non-expression controls. Significantly different expression profiles are seen in the case of the rpoH606 mutant (Tables 1 and 2). The population of genes induced by the misfolded protein in the wild-type strain is imperfectly induced within the rpoH606 mutation, which indicates that it is directly or indirectly under the control of the transcription factor.
[0102]
Heat shock gene induction
Not surprisingly, many of the genes induced by misfolding of transcription are known chaperone activities. These include the well-characterized dnaJ, dnaK and grpE genes. The corresponding proteins interact as a complex with misfolded or denatured proteins in the ATP-dependent repair process. Similarly, the mopAB gene that forms the GroELS folding repair complex is induced under misfolded conditions of translation. IbpAB is a small heat shock polypeptide that binds to the main body aggregate containing recombinant protein (13). Even though they do not show to behave as directly folded chaperones, they bind to misfolded proteins and interact with the DnaJK GrpE protein as a chaperone system (14). The gene product of the Hsp33, yrfI gene, was recently identified as a chaperone protein that responds to oxidative conditions (15). Genes that are affected in the degradation of denatured proteins are also induced by translational misfolding. The lon, clpBP and hslUV protease genes are expressed at increasing levels. Under normal cell growth, these proteases perform important recycling functions. Insoluble aggregates are relatively resistant to proteolysis and the recycling pathway is not effective for recombinant protein expression.
[Table 1]
Figure 2004535772
[Table 2]
Figure 2004535772
Table 2 Cold shock after induction of misfolded protein expression
Figure 2004535772
[0103]
Induction of ribosome-related genes
Other heat shock genes that bind to ribosomes are induced under translational misfolding conditions. Hsp15 (yrfH) binds RNA (24) and binds to the free 50S ribosomal subunit, which contains the nascent polypeptide chain (16). Heat shock also increases the level of Hsp15-binding, including increased degradation of the 50S and 30S subunits. Further proposals for ribosome degradation are from ftsJ (rrmJ) (SEQ ID NO: 10). The ftsJ gene product is an RNA methylase specific for 23S rRNA only when included in the 50S ribosomal subunit (17, 18). This enzyme methylates 23S rRNA at 2552 located within the ribosome peptidyl transferase center (17). Methylation of ftsJ lacks 23S rRNA and shows up to 65% reduction in ribosomal activity corresponding to 50S and 30S subunit cleavage (19). Of particular note in the rpoH variants is a large increase in the transcription of cold shock proteins (CSPs) (Table 2). These genes are not affected by heat shock (9), but are associated with a temporary cessation of translation. CSPs are RNA binding proteins that act as chaperones for untranslated messages (20, 21) and provide anti-termination (22). Increased expression of CPS under conditions that reduce chaperone expression (rpoH606) indicates a quiescent translation. Taken together, these results, or as a result of demethylation, suggest a translational regulatory response as a result of translational misfolding. This assumption is an interesting adjustment mechanism in recent studies.
[0104]
Other induced genes
Although yccV, yhdN and yrfG are shown to increase expression under heat shock conditions, their functions are unknown. In addition to these known heat shock genes, yagU, yciS, ybeD, yejG and yhgI showed increased expression. Most of these proteins are relatively small and are generally acidic. Some speculations suggest that some of these proteins play a role similar to IbpAB in direct recognition and sequestration of misfolded proteins. However, only IbpAB binds misfolded and aggregated proteins. Induced levels of ibpAB are very high, and these other proteins are present at lower levels. Interestingly, knockout mutations of ibpAB have a relatively small effect on cell growth and viability (14) and imply some functional redundancy within the cell.
[0105]
Gene folding reporter for protein folding
To confirm the profiling results and to facilitate experiments with a large number of recombinant proteins, the promoter regions from ibpAB, ybeD, yhgI and yrfGHI were cloned into a beta-galactosidase reporter vector. In each case, increased beta-galactosidase activity is observed when expression of the misfolded protein LCK is induced, despite the fact that the folded protein PLA does not increase in activity. These results were further extended with a set of 8 misfolded proteins and 6 properly folded proteins co-expressed in the presence of the ibpAB-promoter beta-galactosidase fusion. Was done. In each case, increased beta-galactosidase activity corresponded to the expression of misfolded protein. A more detailed description is given below. And the observed response is more indicative of the normal consequences of protein misfolding than the specific response to any particular protein. These reporters provided a simple way to identify misfolded proteins using a sensitive enzyme assay, and the ibpAB promoter fusion was selected as the reporter for further studies.
[0106]
ELISA-like assay for soluble proteins
To identify protein derivatives with improved folding properties in a recombinant environment, an ELISA-like assay compatible with a high-throughput screening machine was also developed. In order to assess soluble protein levels in high-throughput systems, non-denaturing cell isolates must be produced using conditions that integrate with rapid screening in microplates. Instead of detergent or organic lysis we added an antibiotic cocktail to each well to induce lysis. The soluble protein fusion was removed, bound to microplates, and the recombinant protein was detected via binding of the Ni-HRP conjugate to the 6X-histidine N-terminal fusion. It can be seen that His-Tag is not heterogeneously accessible between recombinant proteins. Therefore, a negative Ni-HRP response cannot indicate the absence of soluble protein, but protein folding can prevent access to His-Tag. However, we do not need to observe this, it is a general problem. This assay then provides a measure of the level of soluble recombinant protein without performing an SDS gel and in a form compatible with the HT screen and β-galactosidase assays.
[0107]
Testing for proteins with pre-determined expression characteristics
As part of our attempt at cloning, expressing and characterizing the entire proteome of Thermotoga maritima, it is shown in Table 3 (6 solubilities, 6 insolubles and 6 mixed solubilities). 18T. The effect of the reporter on the maritima protein was tested. To optimize assay parameters, strains were aligned in 96 wells and at three of three induction levels (0.02%, 0.2% and 2% arabinose) and four for lysis enhancing antibiotic addition. Species were assayed at a post-induction time (t = 0, 30, 60 and 120 minutes after addition of arabinose). FIG. 2 shows the averaged results for the three plates (soluble, insoluble and mixed) for 0.2% arabinose induction. Both the insoluble and mixed pools showed more than 4-fold β-galactosidase activity than the soluble pool (FIG. 2A). Conversely, the soluble pool showed a 10-fold higher response in Ni-HRP to the insoluble pool (FIG. 2B). A mixed pool of proteins expressed approximately equally in both the soluble and insoluble fractions showed Ni-HRP binding at about half the intensity of the soluble pool. Only either a lack of β-galactosidase or the presence of Ni-HRP activity is used as a measure of soluble protein, but choose two ratios that activate a good, effective and convenient screen.
Table 3: T. with pre-measured expression characteristics maritima protein
Figure 2004535772
[0108]
Testing for proteins with unknown expression characteristics
We then applied this screen to a large set of proteins with unknown folding properties. We assume that the protein has not been previously characterized for expression. The screen was performed on the maritima protein under the above optimal conditions. The results of this screen are summarized in Table 4. SDS-PAGE of the eluate from the nickel-chelating resin and from the dissolved insoluble fraction of each clone is performed along the corresponding β-galactosidase activity, Ni-HRP response and solubility score for 186 clones. . Based on the gel results, 57 clones did not overexpress the visible protein band, 62 clones predominantly expressed soluble protein, 27 clones predominantly expressed insoluble aggregates, and 46 Is approximately equally expressed for both soluble and insoluble fractions. A comparison of β-galactosidase activity for the Ni-HRP assay is shown in FIG. Points are categorized by SDS gel analysis of soluble and insoluble protein fractions. The screen positively identified 54 (87%) of the 62 soluble proteins. Seven out of eight residual proteins that were soluble according to the gel had a low Ni-HRP assay, presumably due to His-tag inaccessibility in their fusion proteins. Alone, β-galactosidase activity measurements identified 22 (81%) of 27 insoluble proteins. Those proteins that show partial solubility show various solubility scores, indicating that partial folding induces β-galactosidase activity through a reporter. This assay then provides an effective and convenient means of classifying folding properties.
Table 4: T.I. average solubility screen value for maritima protein
Figure 2004535772
[0109]
Identification of soluble protein domains
The utility of this system lies in the ability to identify variants, mutations or domains of the full-length gene product based on the improved properties. For structural or biochemical studies, Rep68 (GI: 209617), to identify soluble fragments of adeno-associated virus nonstructural proteins with various activities associated with the integration of the viral genome into target DNA The ability of this screen was tested. This protein is E. coli. It has previously been found to predominantly express as unfolded aggregates in E. coli. We have taken both random and rational approaches based on domain selection for analogs. The three domains of Rep68 were homologous to the RPS-BLAST survey (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/Structure/cdd/wrpsb.cgi) for the parvovirus non-structural protein NP-1. Were selected after identifying an internal domain with The information combined with the Kyte-Doolittle hydropathy plot (FIG. 4) is used to align the 5 'and 3' cutoffs for each domain. The remaining N- and C-terminal residues contain the other two domains and have no significant homology to any other protein in the database. A random fragment of Rep68 was also generated for screening with the DNase fragment.
[0110]
The three predicted domains and randomly generated fragments were screened in response to the identification of a soluble fragment of Rep68. None of the three predicted domains were identified as soluble (FIG. 4). At the same time, 564 randomly generated fragments of rep68 were also screened. Certain fragments resulted in very high solubility scores (Table 4). This clone was evidenced by large-scale expression and showed expression in both soluble and insoluble fractions. Sequencing of the subsequently identified clone demonstrated that it consisted of a fragment of rep68 corresponding to amino acids 1-95 (Figure 4). This identified fragment showed a substantial improvement in solubility over the full length protein and was tested in a crystallization attempt.
[0111]
Conclusion
Most gene expression studies of protein folding in vivo have focused on degeneration as a result of environmental stress. This response is essential in vivo to handle constantly changing environments and non-ideal growth conditions. The result of translational folding is equally important for cells, as all proteins are necessarily unfolded when translated. Expression of a non-naturally occurring protein is itself a stress, either through recombinant means or mutation. We use clear inferences about how these gene products are involved in the folding of nascent polypeptides to create a known cellular response to translational misfolding such as heat shock. It was shown to include. In addition, other heat shock genes and genes of unknown function are induced. These can also be included in the folding process. Our results suggest both transcription and translation regulation. The DnaK-RpoH interaction is well characterized and indicates that it is a major regulator of the transcriptional response. The altered expression of the replicated gene and the disruption of ribosomes in translational stalling are interesting, and imply that these effects may be the result of misfolded proteins in translation. These genes contain yrfH, which binds to the 50S ribosomal subunit (16). cspABGI is induced in rpoH606, which suggests translation stalling, in the absence of the induced chaperone. ftsJ is also induced, which is known to methylate the 23S rRNA of the 50S subunit resulting in a higher affinity of the two subunits for each other (19). Ribosomal structure is an obvious potential regulator mechanism for ribosomal sensors for misfolded proteins, where the methylation site of ftsJ, the 2552 portion of 23S rRNA is interestingly closed to the peptidyl transferase center (18). It represents that. Such ribosomal sensors are not novel, as exemplified by a well-characterized stringent response to tRNAs that are not charged during translation (23). Ribosome stalling allows time for chaperone synthesis and recruitment, thereby providing a mechanism to prevent irreversible aggregation. In this way, the cells maintain an additional collection pathway for new proteins to fold in the relatively protected environment of the translation ribosome until sufficient chaperones are recruited.
[0112]
Differentially regulated identification genes offer a valuable opportunity to provide novel reporters of the folded state of cellular proteins, especially as whole and overexpressed recombinant proteins. Our reporter assay differs from that recently described by not relying on direct coupling of the reporter gene to the target, thereby limiting reporter interference. The combination of the Ni-HRP and β-galactosidase assays provides an effective way to assay soluble recombinant proteins in a high-throughput manner. We extended this system to identify single gene product variants and truncations as a way to identify the solubility domain of another misfolded aggregate protein. Using this approach, we identified a soluble fragment of Rep68 and speculated that this assay would provide a general means of isolating recombinant proteins suitable for structure / function action.
References
1. Sauer, R .; T. & Parsell, D.A. A. (1989) Genes Dev. 3,1226-1232.
2. Mogk, A .; , Tomoyasu, T .; Golubinoff, P .; Rudiger, S .; , Roder, D.A. Langen, H .; & Bukau, B.S. (1999) EMBO J .; 18, 6934-6949.
3. Beckmann, R .; P. , Mizzen, L.A. A. & Welch, W.C. J. (1990) Science 248, 850-854.
4. Hartl, F.S. U. (1996) Nature (London) 381,571-580.
5. Gething, M .; -J. (1997) Nature (London) 388, 329-331.
6. Golubinoff, P .; Mogk, A .; , Zui, A .; P. B. , Tomoyasu, T .; & Bukau, B.S. (1999) Proc. Natl. Acad. Sci. USA 96, 12732-12737.
7. Liberek, K .; & Geogopoulos, C.E. (1993) Proc. Natl. Acad. Sci. USA 90, 11019-11023.
8. McCarty, J.M. S. Rudiger, S .; , Schonfeld, H .; -J. , Schneider-Mergener, J .; , Nakahigashi, K .; , Yura, T .; , & Bukau, B .; (1996) Mol. Biol. 256,829-837.
9. Richmond, C.I. S. Glaner, J .; D. Mau, R .; , Hongfan, J. et al. & Blattner, F.A. R. (1999) Nucleic Acids Res. 27, 3821-3835.
10. Maxwell, K .; L. Mittermaier, A .; K. , Forman-Kay, J.M. D. , & Davidson, A.J. R. (1999) Protein Sci. 8, 1908-1911.
11. Waldo, G .; S. , Standish, B .; M. , Berendzen, J. et al. , & Terwilliger, T.W. C. (1999) Nat. Biotech. 17, 691-695.
12. Wigley, W.C. C. , Stidham, R .; D. , Smith, N.W. M. Hunt, J .; F. , & Thomas, P.M. J. (2001) Nat. Biotech. 19, 131-135.
13. Allen, S.M. P. , Polazzi, J. et al. OL, Gierse, J.M. K. & Easton, A.S. M. (1992) Bacteriol. 174, 6938-6947.
14. Thomas, J.M. G. FIG. & Baneyx, F.A. (1998) J. Am. Bacteriol. 180, 5165-5172.
15. Weinger, L .; , Diamant, S.M. Buchner, J .; & Golubinoff, P.M. (1998) J. Am. BIOL. Chem. 273, 11032-11037.
16. Korber, P .; , Stahl, J .; M. , Nierhaus, K .; H. & Bardwell, J.M. C. A. (2000) Embo J. et al. 19, 741-748.
17. Caldas, T .; , Binet, E.A. Bouloc, P .; , Costa, A .; Gesgres, J .; & Richardson, G.A. (2000) Biol. Chem. 275, 16414-16419.
18. Pugliisi, J .; D. , Blanchard, S .; C. & Green, R.A. (2000) Nat. Struct. Biol. 7, 855-861.
19. Caldas, T .; , Binet, E.A. Bouloc, P .; & Richardson, G.A. (2000) Biochem. Biophys. Res. Coma. 271, 714-718.
20. Wang, N.W. , Yamatake, K .; & Inouye, M .; (1999) Bacteriol. 181, 1603-1609.
21. Jing, W.C. Hou, Y .; & Inouye, M .; (1997) Biol. Chem. 272, 196-202.
22. Bae, W.C. Xia, B .; Inouye, M .; & Severinov, K. et al. (2000) Proc. Natl. Acad. Sci. USA 97, 7784-7789.
23. Cashel, M .; Gentry, D .; R. , Hernandez, V .; J. & Vinella, D.A. (1996) The stringent response. in Escherichia coli and Salmonella Cellular and Molecular Biology, ed. Neidhardt, F .; C. (ASM Press, Washington DC) pp. 1458-1496.
24. in Molecular Cloning a Laboratory Manual (1989) eds. Sambrook, J .; Fritsch, E .; F. & Maniatis, T .; , (Cold Spring Harbor Laboratory Press), p. 1735.
25. Lockhart, D.M. J. , Dong, H .; , Byrne, M.A. C. , Follettie, M .; T. Gallo, M .; V. Chee, M .; S. , Mittmann, M .; Wang, C .; Kobayashi, M .; , Horton, H .; & Brown, E.A. L. (1996) Nat. Biotechnol. 14, 1675-1680.
26. Woodicka, L .; , Dong, H .; , Mittmann, M .; Ho, M .; H. , & Lockhart, D.C. J. (1997) Nat. Biotechnol. 15, 1359-1367.
[0113]
The examples and embodiments described herein are for illustrative purposes only, and various modifications or alterations thereof will be suggested to those skilled in the art and are not intended to limit the spirit and scope of the present application or the claims. It is understood to be included within. All publications, patents and patent applications cited herein are hereby incorporated by reference for all purposes.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows the promoter of a known heat shock gene induced during the expression of insoluble proteins.
FIGS. 2A-C show a summary of the screening results for 18 Thermotoga maritima proteins with pre-measured expression characteristics.
FIG. 3. 186 T.D. in reporter strain. Figure 3 shows the relative β-galactosidase activity relative to the relative Ni-HRP activity observed after expression of the maritima protein.
FIG. 4 depicts the alignment of the second structure prediction, as well as both the predicted and identified domains of Rep68.

Claims (76)

a)レポーター遺伝子と操作可能にリンクするタンパク質溶解性応答プロモーターを含む溶解性レポーター核酸;及び
b)ターゲットポリペプチドを符号化するポリヌクレオチドを含むターゲットポリペプチド発現核酸;
を含むホスト細胞であって、不溶性形態におけるターゲットポリペプチドの発現がレポーター遺伝子の発現における変化を引き起こす該ホスト細胞。
a) a soluble reporter nucleic acid comprising a protein solubility responsive promoter operably linked to a reporter gene; and b) a target polypeptide-expressing nucleic acid comprising a polynucleotide encoding the target polypeptide;
A host cell comprising: a host cell, wherein expression of the target polypeptide in an insoluble form causes a change in reporter gene expression.
溶解性応答プロモーターが、SEQ ID NOS:1−22からなる群から選択されるポリヌクレオチドと少なくとも75%が同一であるポリヌクレオチドシーケンスを含む請求項1のホスト細胞。The host cell of claim 1, wherein the solubility responsive promoter comprises a polynucleotide sequence that is at least 75% identical to a polynucleotide selected from the group consisting of SEQ ID NOS: 1-22. 溶解性応答プロモーターがSEQ ID NOS:1−22からなる群から選択されるポリヌクレオチドを含む請求項2のホスト細胞。3. The host cell of claim 2, wherein the solubility responsive promoter comprises a polynucleotide selected from the group consisting of SEQ ID NOS: 1-22. 溶解性応答プロモーターが第1表に列挙された遺伝子の調整領域を含むポリヌクレオチドを含む請求項1のホスト細胞。2. The host cell of claim 1, wherein the solubility responsive promoter comprises a polynucleotide comprising a regulatory region of a gene listed in Table 1. 溶解性応答プロモーターがRpoH認識サイトを含むポリヌクレオチドを含む請求項1のホスト細胞。2. The host cell of claim 1, wherein the solubility responsive promoter comprises a polynucleotide containing an RpoH recognition site. 溶解性応答プロモーターが、SEQ ID NOS:23−43からなる群から選択されるポリヌクレオチドと少なくとも75%が同一であるポリヌクレオチドを含む請求項5のホスト細胞。The host cell of claim 5, wherein the solubility responsive promoter comprises a polynucleotide that is at least 75% identical to a polynucleotide selected from the group consisting of SEQ ID NOS: 23-43. 溶解性応答プロモーターがSEQ ID NOS:23−43からなる群から選択されるポリヌクレオチドを含む請求項6のホスト細胞。7. The host cell of claim 6, wherein the solubility responsive promoter comprises a polynucleotide selected from the group consisting of SEQ ID NOS: 23-43. 溶解性応答プロモーターが、ターゲットポリヌクレオチドが不溶性形態で発現される場合にアップレギュレートされる請求項1のホスト細胞。2. The host cell of claim 1, wherein the solubility-responsive promoter is up-regulated when the target polynucleotide is expressed in an insoluble form. 溶解性応答プロモーターが、ターゲットポリヌクレオチドが不溶性形態で発現される場合にダウンレギュレートされる請求項1のホスト細胞。2. The host cell of claim 1, wherein the solubility responsive promoter is down-regulated when the target polynucleotide is expressed in an insoluble form. ターゲットポリペプチドを符号化するポリヌクレオチドがホスト細胞に対し異種である請求項1のホスト細胞。The host cell of claim 1, wherein the polynucleotide encoding the target polypeptide is heterologous to the host cell. ターゲットタンパク質発現核酸が、ターゲットポリペプチドを符号化するポリヌクレオチドと操作可能にリンクするプロモーターを含む請求項1のホスト細胞。2. The host cell of claim 1, wherein the target protein expressing nucleic acid comprises a promoter operably linked to a polynucleotide encoding the target polypeptide. ターゲットタンパク質発現核酸が、ホスト細胞に対し同種であるプロモーターを含む請求項11のホスト細胞。12. The host cell of claim 11, wherein the target protein expressing nucleic acid comprises a promoter that is homologous to the host cell. ターゲットタンパク質発現核酸が、ターゲットポリペプチドを符号化するポリヌクレオチドに対し異種であるプロモーターを含む請求項11のホスト細胞。12. The host cell of claim 11, wherein the target protein-expressing nucleic acid comprises a promoter that is heterologous to the polynucleotide encoding the target polypeptide. タンパク質溶解性応答プロモーターが原核生物プロモーターである請求項1のホスト細胞。2. The host cell of claim 1, wherein the proteolytic response promoter is a prokaryotic promoter. タンパク質溶解性応答プロモーターがGramネガティブバクテリアプロモーターである請求項14のホスト細胞。15. The host cell of claim 14, wherein the proteolytic response promoter is a Gram negative bacterial promoter. Gramネガティブバクテリアが家族性腸内細菌科である請求項15のホスト細胞。16. The host cell of claim 15, wherein the Gram negative bacterium is a familial Enterobacteriaceae. 家族性腸内細菌科のメンバーが、エシェリキア属、サルモネラ属、シゲラ属、クレブシエラ属及び腸内細菌属からなる群より選択される請求項16のホスト細胞。17. The host cell of claim 16, wherein the member of the familial Enterobacteriaceae is selected from the group consisting of Escherichia, Salmonella, Shigella, Klebsiella, and Enterobacteriaceae. GramネガティブバクテリアがE.coliである請求項17のホスト細胞。Gram negative bacteria are E. coli. 18. The host cell of claim 17, which is E. coli. タンパク質溶解性応答プロモーターが、Gramポジティブバクテリアプロモーターである請求項14のホスト細胞。15. The host cell of claim 14, wherein the proteolytic response promoter is a Gram positive bacterial promoter. タンパク質溶解性応答プロモーターが、真核生物プロモーターである請求項1のホスト細胞。2. The host cell of claim 1, wherein the proteolytic response promoter is a eukaryotic promoter. プロモーターが哺乳動物、植物、昆虫、菌類又は酵母プロモーターである請求項20のホスト細胞。21. The host cell of claim 20, wherein the promoter is a mammalian, plant, insect, fungal or yeast promoter. レポーター遺伝子が、選択可能又は検出可能なポリペプチドを符号化するポリヌクレオチドを含む請求項1のホスト細胞。2. The host cell of claim 1, wherein the reporter gene comprises a polynucleotide encoding a selectable or detectable polypeptide. 選択可能又は検出可能なポリペプチドが代謝酵素、抗生物質耐性ファクター、化学蛍光タンパク質及び蛍光タンパク質からなる群より選択される請求項22のホスト細胞。23. The host cell of claim 22, wherein the selectable or detectable polypeptide is selected from the group consisting of a metabolic enzyme, an antibiotic resistance factor, a chemiluminescent protein, and a fluorescent protein. 検出可能なポリペプチドがβ−ガラクトシダーゼである請求項23のホスト細胞。24. The host cell of claim 23, wherein the detectable polypeptide is β-galactosidase. 検出可能なポリペプチドが発光又は蛍光タンパク質である請求項23のホスト細胞。24. The host cell of claim 23, wherein the detectable polypeptide is a luminescent or fluorescent protein. レポーター遺伝子が、検出可能なポリペプチドをホスト細胞の表面へ向ける信号ペプチドを符号化するポリヌクレオチドをさらに含む請求項22のホスト細胞。23. The host cell of claim 22, wherein the reporter gene further comprises a polynucleotide encoding a signal peptide that directs the detectable polypeptide to the surface of the host cell. レポーター遺伝子が、レポーター遺伝子を発現しないホスト細胞からのレポーター遺伝子を発現するホスト細胞の分離を容易化する分子タグをさらに含む請求項26のホスト細胞。27. The host cell of claim 26, wherein the reporter gene further comprises a molecular tag that facilitates separation of a host cell that expresses the reporter gene from a host cell that does not express the reporter gene. タンパク質溶解性応答プロモーターがホスト細胞と同種からのものである請求項1のホスト細胞。The host cell of claim 1, wherein the proteolytic response promoter is from the same species as the host cell. ターゲットポリペプチドがより大きなポリペプチドのフラグメントを含む請求項1のホスト細胞。2. The host cell of claim 1, wherein the target polypeptide comprises a fragment of a larger polypeptide. フラグメントがより大きなポリペプチドのドメインを含む請求項29のホスト細胞。30. The host cell of claim 29, wherein the fragment comprises a domain of a larger polypeptide. ドメインが、他のポリペプチドと同種のものにより、hydropathyプロットにより又は両方により同定される請求項30のホスト細胞。31. The host cell of claim 30, wherein the domain is identified by a homolog of another polypeptide, by a hydropathy plot, or by both. フラグメントがより大きなポリペプチドを符号化するポリヌクレオチドのランダムフラグメントにより符号化されたポリペプチドを含む請求項29のホスト細胞。30. The host cell of claim 29, wherein the fragment comprises a polypeptide encoded by a random fragment of a polynucleotide that encodes a larger polypeptide. ターゲットポリペプチドが、ポリペプチドの変異した形態を含む請求項1のホスト細胞。2. The host cell of claim 1, wherein the target polypeptide comprises a mutated form of the polypeptide. 各集団のホスト細胞が、ホスト細胞により発現されるターゲットポリペプチドにおいて異なる請求項1のホスト細胞の2又はそれ以上のアレイ。2. The two or more arrays of host cells of claim 1, wherein the host cells of each population differ in the target polypeptide expressed by the host cells. ポリペプチドが、参照アミノ酸シーケンスと比較して、アミノ酸置換、欠損又は挿入により異なる請求項34のアレイ。35. The array of claim 34, wherein the polypeptides differ by amino acid substitutions, deletions or insertions as compared to a reference amino acid sequence. ホスト細胞の集団により発現されるターゲットポリペプチドがより大きなポリペプチドの異なるフラグメントを含む請求項34のアレイ。35. The array of claim 34, wherein the target polypeptide expressed by the population of host cells comprises different fragments of a larger polypeptide. a)請求項1のホスト細胞を、ターゲットポリペプチドが発現される条件下で培養し;そして
b)レポーター遺伝子の発現が増加されるか又は減少されるかを測定し、それにより発現されたターゲットポリペプチドの溶解性を測定する、
ことを含むターゲットポリペプチドの溶解性を測定する方法。
a) culturing the host cell of claim 1 under conditions in which the target polypeptide is expressed; and b) determining whether the expression of the reporter gene is increased or decreased, and thereby expressing the expressed target. Measuring the solubility of the polypeptide,
And measuring the solubility of the target polypeptide.
ホスト細胞が原核生物細胞である請求項37の方法。38. The method of claim 37, wherein the host cell is a prokaryotic cell. ホスト細胞がE.coli細胞である請求項38の方法。The host cell is E. coli. 39. The method of claim 38, which is an E. coli cell. 溶解性応答プロモーターが、SEQ ID NOS:1−43からなる群から選択されるポリヌクレオチドシーケンスと少なくとも75%が同一であるポリヌクレオチドシーケンスを含む請求項37の方法。38. The method of claim 37, wherein the solubility responsive promoter comprises a polynucleotide sequence that is at least 75% identical to a polynucleotide sequence selected from the group consisting of SEQ ID NOS: 1-43. 溶解性応答プロモーターが、SEQ ID NOS:1−43からなる群から選択されるポリヌクレオチドシーケンスを含む請求項40の方法。41. The method of claim 40, wherein the solubility responsive promoter comprises a polynucleotide sequence selected from the group consisting of SEQ ID NOS: 1-43. ホスト細胞が真核生物細胞である請求項37の方法。38. The method of claim 37, wherein the host cell is a eukaryotic cell. レポーター遺伝子の発現が定量アッセイを行うことにより測定され、そして細胞内の検出可能又は選択可能なポリペプチドの量を測定する請求項37の方法。38. The method of claim 37, wherein reporter gene expression is measured by performing a quantitative assay, and measuring the amount of a detectable or selectable polypeptide in the cell. ターゲットポリペプチドの発現がレポーター遺伝子の発現レベルを変化させない細胞からのレポーター遺伝子の増加又は減少した発現を有する細胞を分離するためにホスト細胞が細胞分類を受ける請求項37の方法。38. The method of claim 37, wherein the host cells undergo cell sorting to separate cells having increased or decreased expression of the reporter gene from cells in which expression of the target polypeptide does not alter expression levels of the reporter gene. レポーター遺伝子が蛍光タンパク質を符号化し、そして細胞分類が蛍光活性化細胞分類を含む請求項44の方法。46. The method of claim 44, wherein the reporter gene encodes a fluorescent protein and the cell classification comprises a fluorescence activated cell classification. 溶解性レポーター核酸が、さらに:
a)分子タグを符号化するポリヌクレオチド;及び
b)信号ペプチドを符号化するポリヌクレオチド、
を含む請求項37の方法であって、
信号ポリペプチド、分子タグ、及びレポーター遺伝子により符号化される検出可能又は選択可能なポリペプチドが融合タンパク質として発現され、そして信号ポリペプチドが細胞表面に対して検出可能又は選択可能なポリペプチドを向け;そしてさらに分子タグが結合できる固体支持体とホスト細胞を接触させ、レポーター遺伝子を発現する細胞が固体支持体上に固定される該方法。
The soluble reporter nucleic acid further comprises:
a) a polynucleotide encoding a molecular tag; and b) a polynucleotide encoding a signal peptide;
38. The method of claim 37, comprising:
A detectable or selectable polypeptide encoded by a signal polypeptide, a molecular tag, and a reporter gene is expressed as a fusion protein, and the signal polypeptide directs the detectable or selectable polypeptide to the cell surface. A method wherein the host cell is contacted with a solid support to which a molecular tag can be attached, and the cells expressing the reporter gene are fixed on the solid support.
ターゲットポリペプチドが不溶性形態で発現する場合に溶解性応答プロモーターがダウンレギュレートされ、そして不溶性形態でターゲットポリペプチドを発現するホスト細胞が固体支持体に結合しない請求項46の方法。47. The method of claim 46, wherein the solubility responsive promoter is downregulated when the target polypeptide is expressed in an insoluble form, and host cells expressing the target polypeptide in an insoluble form do not bind to a solid support. ターゲットポリペプチドが不溶性形態で発現する場合に溶解性応答プロモーターがアップレギュレートされ、そして不溶性形態でターゲットポリペプチドを発現するホスト細胞が固体支持体に結合する請求項46の方法。47. The method of claim 46, wherein the solubility responsive promoter is up-regulated when the target polypeptide is expressed in an insoluble form, and host cells expressing the target polypeptide in an insoluble form bind to the solid support. 分子タグが抗体用のエピトープ、ポリヒスチジンタグ又はFLAG(登録商標)ペプチドを含む請求項46の方法。47. The method of claim 46, wherein the molecular tag comprises an epitope for an antibody, a polyhistidine tag or a FLAG® peptide. さらに:ターゲットポリペプチド発現後の非変性条件下でホスト細胞を分離し、ここでターゲットポリペプチドが溶解性形態で発現する場合は液相中にあり、不溶性形態で発現する場合には固相中にあり;そして、
液相中の溶解性ターゲットポリペプチドの量を測定する;
ことを含む請求項37の方法。
Furthermore: the host cells are separated under non-denaturing conditions after expression of the target polypeptide, wherein the target polypeptide is in the liquid phase if expressed in a soluble form and in the solid phase if expressed in an insoluble form In; and
Measuring the amount of soluble target polypeptide in the liquid phase;
38. The method of claim 37, comprising:
ターゲットポリペプチドが分子タグを含み、そしてさらに:
細胞を分離後に液相の部分を除去し;
ターゲットポリペプチドを、分子タグと結合する検出試薬と接触させ、液相中の溶解性ターゲットポリペプチドの量を測定する、
ことを含む請求項50の方法。
The target polypeptide comprises a molecular tag, and further:
After separation of the cells, a part of the liquid phase is removed;
Contacting the target polypeptide with a detection reagent that binds to the molecular tag and measuring the amount of soluble target polypeptide in the liquid phase;
51. The method of claim 50, comprising:
分子タグが抗体用のエピトープ、ポリヒスチジンタグ又はFLAG(登録商標)ペプチドを含む請求項51の方法。52. The method of claim 51, wherein the molecular tag comprises an epitope for an antibody, a polyhistidine tag or a FLAG® peptide. 該部分が、ポリペプチドを検出試薬と接触させる前にターゲットポリペプチドが結合する固体支持体上に静置される請求項51の方法。52. The method of claim 51, wherein said moiety is placed on a solid support to which the target polypeptide binds before contacting the polypeptide with the detection reagent. 固体支持体がガラス、プラスチック、ポリマー、金属、メタロイド、セラミックス及び有機体からなる群より選択される材料により構成される請求項53の方法。54. The method of claim 53, wherein the solid support comprises a material selected from the group consisting of glass, plastic, polymer, metal, metalloid, ceramics, and organic. 固体支持体がミクロ滴定プレート、ニトロセルロース膜、ナイロン膜、誘導化ナイロン膜又はアガロース粒子を含む請求項54の方法。55. The method of claim 54, wherein the solid support comprises a microtiter plate, a nitrocellulose membrane, a nylon membrane, a derivatized nylon membrane, or agarose particles. ターゲットポリペプチドの溶解性を変化させる細胞内の変異体を同定する方法であって:
a)細胞を変異原で処理し;
b)i)レポーター遺伝子と操作可能にリンクするタンパク質溶解性応答プロモーターを含む溶解性レポーター核酸;及び
ii)ターゲットポリペプチドを符号化するポリヌクレオチドを含むターゲットポリペプチド発現核酸;を細胞内へ導入し;
c)細胞を、ターゲットポリペプチドの発現に適した条件下で培養し;
d)レポーター遺伝子の発現を測定し;そして
e)細胞内のレポーター遺伝子の発現のレベルを溶解性レポーター核酸及びターゲットポリペプチド発現核酸を含む非変異細胞内で観察されるレベルと比較し、ターゲットポリペプチドの溶解性を変化させる変異体を含む細胞を同定する、
ことを含む該方法。
A method for identifying an intracellular variant that alters the solubility of a target polypeptide, comprising:
a) treating the cells with a mutagen;
b) introducing into a cell: i) a soluble reporter nucleic acid comprising a protein solubility responsive promoter operably linked to the reporter gene; and ii) a target polypeptide-expressing nucleic acid comprising a polynucleotide encoding the target polypeptide. ;
c) culturing the cells under conditions suitable for expression of the target polypeptide;
d) measuring the expression of the reporter gene; and e) comparing the level of expression of the reporter gene in the cell with the level observed in non-mutant cells containing the soluble reporter nucleic acid and the target polypeptide-expressing nucleic acid. Identify cells containing mutants that alter the solubility of the peptide,
The method comprising:
溶解性レポーター核酸及びターゲットポリペプチド発現核酸のいずれか又は両方を細胞内へ導入した後に、細胞が変異原を用いて処理される請求項56の方法。57. The method of claim 56, wherein the cells are treated with a mutagen after introducing one or both of the soluble reporter nucleic acid and the target polypeptide expressing nucleic acid into the cell. 細胞が原核生物細胞である請求項56の方法。57. The method of claim 56, wherein the cell is a prokaryotic cell. 細胞がE.coli細胞である請求項58の方法。The cells are E. coli. 59. The method of claim 58 which is an E. coli cell. 細胞が真核生物細胞である請求項56の方法。57. The method of claim 56, wherein the cell is a eukaryotic cell. 溶解性が増幅された溶解性へ変化される請求項56の方法。57. The method of claim 56, wherein the solubility is changed to an amplified solubility. 溶解性が減少された溶解性へ変化される請求項56の方法。57. The method of claim 56, wherein the solubility is changed to reduced solubility. ターゲットポリペプチドの溶解性を変化させるターゲットポリペプチドを符号化するポリヌクレオチドへの変化を同定する方法であって、
a)ターゲットポリペプチドを符号化するポリヌクレオチドを変化させ、変化したポリヌクレオチドを形成させ;
b)i)レポーター遺伝子と操作可能にリンクするタンパク質溶解性応答プロモーターを含む溶解性レポーター核酸;及び
ii)変化したポリヌクレオチドを含むターゲットポリペプチド発現核酸;を細胞内へ導入し;
c)細胞を、ターゲットポリペプチドの発現に適した条件下で培養し;
d)レポーター遺伝子の発現を測定し;そして
e)レポーター遺伝子の発現のレベルをターゲットポリペプチドを符号化する非変性ポリヌクレオチドを有する細胞内で観察されるレベルと比較し、符号化されたターゲットポリペプチドの溶解性を変化させるポリヌクレオチドへの変化を同定する、
ことを含む該方法。
A method of identifying a change to a polynucleotide encoding a target polypeptide that alters the solubility of the target polypeptide,
a) altering the polynucleotide encoding the target polypeptide to form an altered polynucleotide;
b) introducing into a cell: i) a soluble reporter nucleic acid comprising a protein solubility responsive promoter operably linked to the reporter gene; and ii) a target polypeptide-expressing nucleic acid comprising the altered polynucleotide;
c) culturing the cells under conditions suitable for expression of the target polypeptide;
d) measuring the expression of the reporter gene; and e) comparing the level of expression of the reporter gene with the level observed in a cell having a non-denatured polynucleotide encoding the target polypeptide; Identify changes to the polynucleotide that alter the solubility of the peptide,
The method comprising:
ターゲットポリペプチドの溶解性を変化させるターゲットポリペプチドの生合成用プロセスにおけるバリエーションを同定する方法であって、
a)レポーター遺伝子と操作可能にリンクするタンパク質溶解性応答プロモーターを含む溶解性レポーター核酸;及び
b)ターゲットポリペプチドを符号化するポリヌクレオチドを含むターゲットポリペプチド発現核酸;を含むホスト細胞を、ターゲットポリペプチドが発現される選択的な条件下で培養し;
選択的な各条件下で成長したホスト細胞によりレポーター遺伝子の発現を比較する、
ことを含む該方法。
A method for identifying a variation in a process for biosynthesis of a target polypeptide that alters the solubility of the target polypeptide,
A host cell comprising: a) a soluble reporter nucleic acid comprising a protein solubility responsive promoter operably linked to a reporter gene; and b) a target polypeptide expression nucleic acid comprising a polynucleotide encoding the target polypeptide; Culturing under selective conditions under which the peptide is expressed;
Comparing reporter gene expression by host cells grown under each selective condition,
The method comprising:
少なくとも2種の細胞が培養されそして各細胞におけるレポーター遺伝子の発現が比較され、それにより変化した量の溶解性ターゲットポリペプチドを発現する細胞を同定する請求項64の方法。65. The method of claim 64, wherein at least two cells are cultured and the expression of the reporter gene in each cell is compared, thereby identifying cells that express an altered amount of a soluble target polypeptide. ターゲットポリペプチドが不溶性形態で発現する場合にタンパク質溶解性応答プロモーターがアップレギュレートされ、そして低レベルでのレポーター遺伝子の発現が溶解性ターゲットポリペプチドのより大きな発現を生じるプロセス条件を表示する請求項64の方法。A protein solubility responsive promoter is up-regulated when the target polypeptide is expressed in an insoluble form, and expression of the reporter gene at low levels indicates process conditions that result in greater expression of the soluble target polypeptide. 64 methods. 発現ライブラリーをスクリーニングし、溶解性ターゲットポリペプチドを発現するライブラリーメンバーを同定する方法であって、
a)ターゲットポリペプチドを符号化するポリヌクレオチドをそれぞれが含む複数の発現ベクターを、レポーター遺伝子と操作可能にリンクするタンパク質溶解性応答プロモーターを含む溶解性レポーター核酸を含む複数のホスト細胞中へ導入して発現ライブラリーを生成させ、
b)ターゲットポリペプチドが発現される条件下でホスト細胞を培養し;そして
c)レポーター遺伝子の発現を検出し、それにより溶解性ターゲットポリペプチドを発現するライブラリーメンバーを同定する、
ことを含む該方法。
A method of screening an expression library to identify library members that express a soluble target polypeptide,
a) introducing a plurality of expression vectors, each containing a polynucleotide encoding a target polypeptide, into a plurality of host cells containing a soluble reporter nucleic acid containing a protein solubility responsive promoter operably linked to a reporter gene; To generate an expression library,
b) culturing the host cells under conditions in which the target polypeptide is expressed; and c) detecting expression of the reporter gene, thereby identifying a library member that expresses the soluble target polypeptide.
The method comprising:
ターゲットポリペプチドが不溶性形態で発現する場合にタンパク質溶解性応答プロモーターがアップレギュレートされ、そして溶解性ターゲットポリペプチドを発現するホスト細胞が、不溶性ターゲットポリペプチドを発現するホスト細胞と比較して減少したレベルでレポーター遺伝子を発現する請求項67の方法。The proteolytic response promoter was up-regulated when the target polypeptide was expressed in an insoluble form, and the number of host cells expressing the soluble target polypeptide was reduced as compared to the host cells expressing the insoluble target polypeptide 68. The method of claim 67, wherein the reporter gene is expressed at the level. ターゲットポリペプチドが不溶性形態で発現する場合にタンパク質溶解性応答プロモーターがダウンレギュレートされ、そして溶解性ターゲットポリペプチドを発現するホスト細胞が、不溶性ターゲットポリペプチドを発現するホスト細胞と比較して増加したレベルでレポーター遺伝子を発現する請求項67の方法。The proteolytic response promoter was down-regulated when the target polypeptide was expressed in an insoluble form, and the number of host cells expressing the soluble target polypeptide was increased as compared to the host cells expressing the insoluble target polypeptide 68. The method of claim 67, wherein the reporter gene is expressed at the level. レポーター遺伝子が選択可能なマーカーを含み、そしてホスト細胞が選択的な条件下で成長され、それにより溶解性ターゲットポリペプチドを発現するホスト細胞について選択する請求項69の方法。70. The method of claim 69, wherein said reporter gene comprises a selectable marker, and said host cells are grown under selective conditions, thereby selecting for host cells expressing a soluble target polypeptide. 抗生物質試薬を同定する方法であって、
レポーター遺伝子と操作可能にリンクするタンパク質溶解性応答プロモーターを含む溶解性レポーター核酸を含む細胞を候補抗生物質試薬と接触させ;そしてレポーター遺伝子の発現のレベルを検出し、ここで候補抗生物質試薬と接触される細胞内のレポーター遺伝子の発現レベルの変化は、候補抗生物質試薬と接触されない細胞内のレポーター遺伝子発現レベルと比較して、細胞内のタンパク質折りたたみを抑制する試薬を表す、
ことを含む該方法。
A method of identifying an antibiotic reagent, comprising:
Contacting a cell containing a lytic reporter nucleic acid containing a protein lytic response promoter operably linked to the reporter gene with a candidate antibiotic reagent; and detecting the level of expression of the reporter gene, wherein contacting the candidate antibiotic reagent A change in the expression level of the reporter gene in the cell that is expressed is a reagent that inhibits protein folding in the cell, as compared to a reporter gene expression level in the cell that is not contacted with the candidate antibiotic reagent,
The method comprising:
タンパク質溶解性応答プロモーターが第1表に列挙された遺伝子の調整領域を含むポリヌクレオチドを含む請求項71の方法。72. The method of claim 71, wherein the proteolytic response promoter comprises a polynucleotide comprising a regulatory region of a gene listed in Table 1. プロモーターを含むホスト細胞内の不溶性ポリペプチドの発現に応答して異なって調整されるプロモーターを同定する方法であって、
a)i)レポーター遺伝子と操作可能にリンクする推定タンパク質溶解性応答プロモーターを含む溶解性レポーター核酸;及び
ii)ターゲットポリペプチドを符号化するポリヌクレオチドを含むターゲットポリペプチド発現核酸;を含むホスト細胞を提供し;
b)ターゲットポリペプチドが不溶性形態で発現される条件下でホスト細胞を培養し;
c)レポーター遺伝子の発現が増加するか又は減少するかを測定し、それにより推定タンパク質溶解性応答プロモーターがホスト細胞中の不溶性ポリペプチドの発現に応答して異なって調整されるか否かを測定する
ことを含む該方法。
A method for identifying a promoter that is differentially regulated in response to expression of an insoluble polypeptide in a host cell containing the promoter, comprising:
a) a soluble reporter nucleic acid comprising a putative protein solubility responsive promoter operably linked to a reporter gene; and ii) a target polypeptide-expressing nucleic acid comprising a polynucleotide encoding the target polypeptide. Offer to;
b) culturing the host cells under conditions in which the target polypeptide is expressed in an insoluble form;
c) determining whether the expression of the reporter gene is increased or decreased, thereby determining whether the putative proteolytic response promoter is differentially regulated in response to expression of the insoluble polypeptide in the host cell. The method comprising:
推定タンパク質溶解性応答プロモーターがヒートショックプロモーターである請求項73の方法。74. The method of claim 73, wherein the putative protein solubility responsive promoter is a heat shock promoter. 推定タンパク質溶解性応答プロモーターが真核生物プロモーターである請求項73の方法。74. The method of claim 73, wherein the putative protein solubility responsive promoter is a eukaryotic promoter. 推定タンパク質溶解性応答プロモーターが原核生物プロモーターである請求項73の方法。74. The method of claim 73, wherein the putative protein solubility responsive promoter is a prokaryotic promoter.
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EP0793729B1 (en) * 1994-11-23 2002-08-21 E.I. Du Pont De Nemours & Company Incorporated Lyophilized bioluminescent bacterial reagent for the detection of toxicants

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2021517806A (en) * 2018-08-28 2021-07-29 浙江新和成股▲分▼有限公司Zhejiang Nhu Co.,Ltd. Use in the production of recombinant microorganisms, their production methods and coenzyme Q10
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