JP2005278537A - New polypeptide - Google Patents

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Shinichiro Yamachika
伸一郎 山近
Yoshisato Onodera
宜郷 小野寺
Hiroyuki Takase
浩之 高瀬
Keiichi Hiramatsu
啓一 平松
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Daiichi Pharmaceutical Co Ltd
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Daiichi Pharmaceutical Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a target polypeptide for searching new antimicrobial agents that can develop excellent effects against Staphylococcus aureus that is cited as a typical refractory infectious disease because of its resistance to multiple drugs and deterioration of medical sensitivity to diseases. <P>SOLUTION: This peptide originating from Staphylococcus aureus is essential for the growth or proliferation of bacteria, Staphylococcus aureus or the like, further has the ATP-hydrolytic activity. This peptide is represented by a specific sequence. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

近年、多剤に耐性化若しくは低感受性化した黄色ブドウ球菌、肺炎球菌、腸球菌、緑膿菌、結核菌などが増加し、難治性感染症の原因として問題視されている。このような既存薬耐性/低感受性菌に対しても優れた効力を発揮する薬剤としては、既存薬と異なる新規な作用機作を有する新規骨格(新規化学構造)の薬剤が最も有望である。 In recent years, Staphylococcus aureus, Streptococcus pneumoniae, Enterococcus, Pseudomonas aeruginosa, Mycobacterium tuberculosis, and the like that have become resistant or reduced in sensitivity to multiple drugs have increased and are regarded as a cause of intractable infections. As a drug that exerts excellent efficacy against such existing drug resistant / low-sensitive bacteria, a drug with a new skeleton (new chemical structure) having a new mechanism of action different from existing drugs is most promising.

近年の医薬探索のアプローチは、化合物の構造修飾が始点となる従来の方法論から変化しつつあり、薬剤の標的となりうる蛋白質を遺伝子解析等によって同定し、その機能又は活性に影響を与える物質を生化学的な手法で探索する方法論が重要となっている。また、ロボットを用いた高速スクリーニング技術や、バーチャルスクリーニング、ストラクチャーベースド・ドラッグ・デザイン技術等、多くの技術の進歩によって創薬研究パラダイムはより網羅的かつ効率的な方向に変化している。しかしながら、このような状況であっても、新たな創薬標的候補を同定するとともに検証し、有望な創薬標的(蛋白質)を提供することはひとつの重要な課題である。 Recent approaches to drug discovery are changing from conventional methodologies where the structural modification of compounds is the starting point. Proteins that can be targeted by drugs are identified by genetic analysis, etc., and substances that affect their functions or activities are produced. Methodologies to search by chemical methods are important. In addition, the drug discovery research paradigm is changing in a more comprehensive and efficient direction by the advancement of many technologies such as high-speed screening technology using robots, virtual screening, and structure-based drug design technology. However, even in such a situation, it is an important issue to identify and verify new drug discovery target candidates and to provide promising drug discovery targets (proteins).

現在、多数の細菌のゲノムDNA塩基配列が解読されているが、この様なゲノム情報が創薬研究上有用であることは言うまでもない。例えば、黄色ブドウ球菌のゲノム情報は2001年に、2種の菌株(N315株及びMu50株)で明らかにされた(非特許文献1:Kuroda, M. et al., Lancet, 357: 1225-1240, 2001)。2002年には、もう1種の菌株(MW2株)について報告がなされた(非特許文献2:Baba, T. et al., Lancet, 359: 1819-1827, 2002)。そして現在ではインターネットで公開されたデータベースには、少なくともさらに4種(252株、476株、COL株、およびNCTC8325株)の黄色ブドウ球菌株のゲノムDNA塩基配列情報が存在する(例えば、非特許文献3:http://www.ncbi.nlm.nih.gov/sutils/genom_table.cgi?にて相同性検索が可能)。
Lancet, 357: 1225-1240, 2001 Lancet, 359: 1819-1827, 2002 http://www.ncbi.nlm.nih.gov/sutils/genom_table.cgi? J. Biol. Chem., 277: 28380-28383, 2002 Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 100: 4678-4683, 2003 Science, 293: 2266-2269, 2001 Mol. Micobiol., 43: 1387-1400, 2002 EMBO J., 22: 427-437, 2003
At present, the genomic DNA base sequences of many bacteria have been decoded, but it goes without saying that such genomic information is useful in drug discovery research. For example, genome information of Staphylococcus aureus was revealed in 2001 in two strains (N315 strain and Mu50 strain) (Non-patent document 1: Kuroda, M. et al., Lancet, 357: 1225-1240). , 2001). In 2002, another strain (MW2 strain) was reported (Non-patent Document 2: Baba, T. et al., Lancet, 359: 1819-1827, 2002). In addition, at present, the database published on the Internet contains the genomic DNA base sequence information of at least 4 types (252 strain, 476 strain, COL strain, and NCTC8325 strain) of Staphylococcus aureus strains (for example, non-patent literature). 3: A homology search is possible at http://www.ncbi.nlm.nih.gov/sutils/genom_table.cgi?).
Lancet, 357: 1225-1240, 2001 Lancet, 359: 1819-1827, 2002 http://www.ncbi.nlm.nih.gov/sutils/genom_table.cgi? J. Biol. Chem., 277: 28380-28383, 2002 Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 100: 4678-4683, 2003 Science, 293: 2266-2269, 2001 Mol. Micobiol., 43: 1387-1400, 2002 EMBO J., 22: 427-437, 2003

本発明の課題は、新規抗菌薬の探索のための標的となる蛋白質(ポリペプチド)を提供することにある。この課題の解決のため、本発明者らは、いずれの黄色ブドウ球菌株ゲノムにも普遍的に見出されている推定上の遺伝子、特にN315株における一連番号としてSA0775に着目した。 The subject of this invention is providing the protein (polypeptide) used as the target for the search of a novel antibacterial agent. In order to solve this problem, the inventors focused on SA0775 as a sequence number in the putative gene ubiquitously found in any S. aureus genome, particularly the N315 strain.

該遺伝子の産物であるポリペプチドは、各種公開データベースを用いた一般的なバイオインフォマティクス解析の結果に基づくと、大腸菌において鉄-硫黄クラスター形成を担う機構の一種のSUFマシナリー(非特許文献4:Takahashi, Y. and Tokumoto, U., J. Biol. Chem., 277: 28380-28383, 2002)を構成する蛋白質のひとつ、SufBのホモログであると考えられた。すなわちこの遺伝子は、大腸菌のSUFマシナリーを構成する蛋白質の遺伝子(sufA,sufB,sufC,sufD,sufS,およびsufE)のオルソログと考えられる数種の遺伝子と隣接してゲノム上に存在し、アミノ酸配列においてSufBと25%の同一率が認められている。SufBは大腸菌の鉄-硫黄クラスター形成に必要であることは示唆されているが、具体的にどのように機能するのか、或いはSufB自体がどのような活性を有するのかは、未だ解明されていない(非特許文献4)。 Based on the results of general bioinformatics analysis using various public databases, the polypeptide that is the product of the gene is a kind of SUF machinery that is responsible for iron-sulfur cluster formation in E. coli (Non-Patent Document 4: Takahashi). , Y. and Tokumoto, U., J. Biol. Chem., 277: 28380-28383, 2002), and was considered to be a homologue of SufB. That is, this gene exists on the genome adjacent to several genes considered to be orthologs of protein genes (sufA, sufB, sufC, sufD, sufS, and sufE) constituting the SUF machinery of E. coli. The same rate of 25% as SufB is recognized. It has been suggested that SufB is necessary for the formation of iron-sulfur clusters in Escherichia coli, but it has not been clarified yet how it specifically functions or what kind of activity SufB itself has ( Non-patent document 4).

鉄-硫黄クラスターは、種々の酸化還元反応に関係する酵素の活性発現に必須であり、細菌の生育および増殖に必須である。大腸菌(およびプロテオバクテリア門の各種細菌)は鉄-硫黄クラスター形成を担う主要な機構としてISCマシナリーを有している。したがって、SUFマシナリーを構成する蛋白質は、大腸菌の増殖には必ずしも必須ではないことが知られている(非特許文献4)。しかしながら、黄色ブドウ球菌、表皮ブドウ球菌、腸球菌、肺炎球菌などのグラム陽性菌では、大腸菌(グラム陰性菌)とは異なりISCマシナリーが存在しないことが各種細菌のゲノム情報から推定されている。 Iron-sulfur clusters are essential for the expression of activities of enzymes involved in various redox reactions, and are essential for bacterial growth and proliferation. E. coli (and various proteobacteria) have ISC machinery as the main mechanism responsible for iron-sulfur cluster formation. Therefore, it is known that proteins constituting the SUF machinery are not necessarily essential for the growth of E. coli (Non-patent Document 4). However, it is estimated from the genome information of various bacteria that Gram-positive bacteria such as Staphylococcus aureus, Staphylococcus epidermidis, enterococci and pneumococci do not have ISC machinery unlike Escherichia coli (Gram-negative bacteria).

一方、グラム陽性菌である枯草菌では、大腸菌のSUFマシナリーを構成する蛋白質の遺伝子に対応する数種のオルソログ(yurU,yurV,yurX,およびyurY)が不活化(ノックアウト)され得ず、これらは菌の生育又は増殖に必須であると最近報告された(非特許文献5:Kobayashi, K. et. al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 100: 4678-4683, 2003)。それ以前には、黄色ブドウ球菌では、枯草菌のyurXと最も相同性が高い遺伝子(N315株におけるSA0775)が菌の生育又は増殖に必須である可能性が示されたが(非特許文献6:Ji, Y. et. al., Science, 293: 2266-2269, 2001)、また別の報告(非特許文献7:Forsyth, R.A. et. al., Mol. Micobiol., 43: 1387-1400, 2002)では、該遺伝子の必須性は示されていない(非特許文献7:Forsyth, R.A. et. al., Mol. Micobiol., 43: 1387-1400, 2002;両報告ともにアンチセンス法による解析)。すなわち、黄色ブドウ球菌におけるsufB或いはyurXのオルソログと推定された遺伝子の必須性は確立されていなかった。 On the other hand, Bacillus subtilis which is a Gram-positive bacterium cannot inactivate (knock out) several orthologs (yurU, yurV, yurX, and yurY) corresponding to the gene of the protein constituting the SUF machinery of E. coli. Recently, it was reported to be essential for the growth or proliferation of fungi (Non-Patent Document 5: Kobayashi, K. et. Al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 100: 4678-4683, 2003). Before that, in S. aureus, the gene having the highest homology with YurX of Bacillus subtilis (SA0775 in N315 strain) has been shown to be essential for the growth or proliferation of the fungus (Non-patent Document 6: Ji, Y. et. Al., Science, 293: 2266-2269, 2001) and another report (Non-patent document 7: Forsyth, RA et. Al., Mol. Micobiol., 43: 1387-1400, 2002) ) Does not show the essentiality of the gene (Non-patent Document 7: Forsyth, RA et. Al., Mol. Micobiol., 43: 1387-1400, 2002; both reports are analyzed by the antisense method). That is, the essentiality of the genes sufB or yurX orthologs in Staphylococcus aureus has not been established.

また、sufBと隣接して存在するsufCは、コードする蛋白質SufCがアミノ酸配列上公知のATPaseモチーフを有する。ある種の細菌(Erwinia chrysanthemi)におけるSufCホモログは、ATPase活性、及び自身のSufBホモログとの相互作用を示すことから(非特許文献8:Nachin, L., et. al., EMBO J., 22: 427-437, 2003)、sufBとsufCとの機能的関連性が示唆されていた。しかし、この示唆も、SufB及びそのホモログ自体の活性及び必須性を示すものではなく、該遺伝子の機能あるいはコード蛋白質の活性は不明なままであった。 In addition, sulfC existing adjacent to sulfB has a known ATPase motif in the amino acid sequence of the encoded protein SufC. SufC homologues in certain bacteria (Erwinia chrysanthemi) show ATPase activity and interaction with their SufB homologues (Non-patent document 8: Nachin, L., et. Al., EMBO J., 22 : 427-437, 2003), a functional relationship between sufB and sufC was suggested. However, this suggestion also does not indicate the activity and essentiality of SufB and its homologue itself, and the function of the gene or the activity of the encoded protein remained unknown.

本発明者らは、N315株におけるSA0775遺伝子がスタフィロコッカス属の黄色ブドウ球菌の生育又は増殖に必須であることを明らかにし、その産物にあたるポリペプチドを初めて遺伝子工学的に製造して該ポリペプチドがATP分解活性を有することを見出した。本発明は、該知見を基にして完成されたものである。 The present inventors revealed that the SA0775 gene in the N315 strain is essential for the growth or proliferation of Staphylococcus aureus, and the polypeptide corresponding to the product was first genetically engineered to produce the polypeptide. Was found to have ATP-degrading activity. The present invention has been completed based on this finding.

すなわち、本発明により、配列表の配列番号1で特定されるポリペプチドが提供される。また、本発明により、細菌の生育又は増殖に必須である上記ポリペプチド;細菌の生育又は増殖に必須であるポリペプチドであって、配列番号1に記載のアミノ酸配列において1ないし数個のアミノ酸が欠失、置換、又は挿入されたアミノ酸配列からなるポリペプチド;及びさらにATP分解活性を有する上記いずれかのポリペプチドが提供される。本発明の好ましい態様によれば細菌がグラム陽性菌である上記いずれかのポリペプチド、より好ましい態様によれば、細菌がスタフィロコッカス属の細菌である上記いずれかのポリペプチド、さらに好ましい態様によれば細菌が黄色ブドウ球菌である上記いずれかのポリペプチドが提供される。 That is, according to the present invention, a polypeptide specified by SEQ ID NO: 1 in the sequence listing is provided. In addition, according to the present invention, the above-mentioned polypeptide essential for bacterial growth or proliferation; a polypeptide essential for bacterial growth or proliferation, wherein 1 to several amino acids in the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 1 Provided is a polypeptide consisting of a deleted, substituted, or inserted amino acid sequence; and any of the aforementioned polypeptides having ATP-degrading activity. According to a preferred embodiment of the present invention, any one of the above polypeptides wherein the bacterium is a Gram-positive bacterium, and according to a more preferred embodiment, any one of the above polypeptides wherein the bacterium is a bacterium of the genus Staphylococcus, further preferred embodiments Thus, any one of the above polypeptides wherein the bacterium is Staphylococcus aureus is provided.

さらに、本発明により、上記いずれかのポリペプチドをコードする単離されたポリヌクレオチド;配列表の配列番号2で特定されるポリヌクレオチドである上記のポリヌクレオチド;上記いずれかのポリヌクレオチドを含むポリペプチド発現ベクター;及び該ベクターにより形質転換された微生物が提供される。 Furthermore, according to the present invention, an isolated polynucleotide encoding any one of the above polypeptides; the above polynucleotide which is a polynucleotide specified by SEQ ID NO: 2 in the Sequence Listing; a polynucleotide comprising any one of the above polynucleotides A peptide expression vector; and a microorganism transformed with the vector.

別の観点からは、本発明により、細菌の生育又は増殖を阻害する物質をスクリーニングする方法であって、下記の工程:
(A)被検物質存在下で上記いずれかのポリペプチドのATP分解活性及び/又はATP結合能を測定する工程
(B)上記工程(A)において該ポリペプチドのATP分解活性及び/又はATP結合能が阻害された場合に該被検物質を細菌の生育又は増殖を阻害する物質であると判定する工程を含む方法が提供される。
From another point of view, according to the present invention, there is provided a method for screening a substance that inhibits bacterial growth or proliferation, which comprises the following steps:
(A) A step of measuring the ATP degradation activity and / or ATP binding ability of any of the above polypeptides in the presence of a test substance (B) ATP degradation activity and / or ATP binding of the polypeptide in the above step (A) A method comprising the step of determining that the test substance is a substance that inhibits the growth or proliferation of bacteria when the ability is inhibited is provided.

また、本発明により、細菌の生育又は増殖を阻害する物質をスクリーニングするためのキットであって、上記いずれかのポリペプチド及びATPを含むキットが提供される。 The present invention also provides a kit for screening for a substance that inhibits the growth or proliferation of bacteria, which comprises any of the above polypeptides and ATP.

さらに別の観点からは、本発明により、上記のスクリーニング方法で選定された細菌の生育又は増殖を阻害する物質が提供される。また、本発明により、細菌の生育又は増殖を阻害するための医薬であって、該物質を有効成分として含む医薬、細菌がグラム陽性菌である上記の医薬、細菌がスタフィロコッカス属の細菌である上記の医薬及び細菌が黄色ブドウ球菌である上記の医薬が提供される。
また、別の観点からは、細菌感染症の予防及び/又は治療方法であって、上記物質の有効量をヒトを含む哺乳動物に投与する工程を含む方法;及び、細菌の生育又は増殖を阻害する方法であって、上記物質の有効量を該細菌に接触させる工程を含む方法が提供される。
From another viewpoint, the present invention provides a substance that inhibits the growth or proliferation of bacteria selected by the screening method described above. Further, according to the present invention, there is provided a medicament for inhibiting the growth or proliferation of bacteria, wherein the medicament comprises the substance as an active ingredient, the aforementioned medicament wherein the bacteria are Gram-positive bacteria, and the bacteria are Staphylococcus bacteria. There is provided the above medicament and the above medicament, wherein the bacterium is Staphylococcus aureus.
From another aspect, a method for preventing and / or treating a bacterial infection, the method comprising a step of administering an effective amount of the above substance to a mammal including a human; and inhibiting the growth or proliferation of the bacteria There is provided a method comprising the step of contacting an effective amount of the substance with the bacterium.

本発明のポリペプチドをコードする遺伝子は黄色ブドウ球菌などの細菌の生育又は増殖に必須であり、該ポリペプチドの機能を阻害する物質の探索によって、細菌の生育又は増殖を阻害するための医薬の開発が可能である。 The gene encoding the polypeptide of the present invention is essential for the growth or proliferation of bacteria such as Staphylococcus aureus, and by searching for substances that inhibit the function of the polypeptide, a gene for inhibiting the growth or proliferation of bacteria Development is possible.

一般に、ある遺伝子(およびコードされる蛋白質)の必須性の解析法としてはアンチセンス法よりも、上述の枯草菌を対象とした研究に適用されたような遺伝子を破壊或いは不活化できるか否か検討する方法が、より直接的で確実なアプローチである。本発明の配列番号1のポリペプチドをコードする配列番号2のポリヌクレオチドを含む黄色ブドウ球菌の染色体上の推定遺伝子は、後述の実施例に示すように不活化(破壊)することができない。この事実から、配列番号2のポリヌクレオチドを含む遺伝子は確かに機能し、該遺伝子がコードする配列番号1で特定されるポリペプチドは、黄色ブドウ球菌を含む細菌の生育又は増殖に必須であるものと理解できる。 In general, as a method for analyzing the essentiality of a certain gene (and encoded protein), it is possible to destroy or inactivate a gene as applied to the above-mentioned research targeting Bacillus subtilis rather than the antisense method. The way to consider is a more direct and reliable approach. The putative gene on the chromosome of S. aureus containing the polynucleotide of SEQ ID NO: 2 encoding the polypeptide of SEQ ID NO: 1 of the present invention cannot be inactivated (destroyed) as shown in Examples described later. From this fact, the gene containing the polynucleotide of SEQ ID NO: 2 functions reliably, and the polypeptide identified by SEQ ID NO: 1 encoded by the gene is essential for the growth or proliferation of bacteria including S. aureus I can understand.

細菌としては好ましくはグラム陽性菌、さらに好ましくはスタフィロコッカス属の細菌が挙げられる。スタフィロコッカス属の細菌としては、黄色ブドウ球菌(スタフィロコッカス・オーレウス)及び表皮ブドウ球菌のほか、腐性ブドウ球菌(スタフィロコッカス・サプロフィティカス)やスタフィロコッカス・ヘモリティカスを好ましい例として挙げることができるが、最も好ましいのは黄色ブドウ球菌である。 The bacterium is preferably a Gram-positive bacterium, more preferably a bacterium belonging to the genus Staphylococcus. Preferred examples of Staphylococcus bacteria include Staphylococcus aureus and Staphylococcus epidermidis, staphylococci (staphylococcus saprophyticus) and staphylococcus hemolyticus. Most preferred is S. aureus.

本発明の配列番号1のポリペプチドと高い相同性を有する蛋白質をコードすると推定される遺伝子は、スタフィロコッカス属に属する表皮ブドウ球菌(スタフィロコッカス・エピダーミデス)にも見出され、コードされる蛋白質のアミノ酸配列は87%の同一性を有していた。従って、配列表の配列番号1のポリペプチド或いは同じ機能を有する相同なポリペプチド(一般にホモログと呼ばれる)は、例えばスタフィロコッカス属に属する細菌には普遍的に存在すると考えることができる。 A gene presumed to encode a protein having high homology with the polypeptide of SEQ ID NO: 1 of the present invention is also found and encoded in Staphylococcus epidermides belonging to the genus Staphylococcus. The amino acid sequence of the protein had 87% identity. Therefore, it can be considered that the polypeptide of SEQ ID NO: 1 in the sequence listing or a homologous polypeptide having the same function (generally referred to as a homolog) exists universally in bacteria belonging to the genus Staphylococcus, for example.

このような観点からも、本発明の範囲には、細菌の生育又は増殖に必須でありかつATP分解活性を有するポリペプチドであって、配列番号1に記載のアミノ酸配列において1ないし数個若しくは数十個(例えば1ないし60個、より好ましくは1ないし40個、さらに好ましくは1ないし20個、特に好ましくは1ないし10個)のアミノ酸が欠失、置換、又は挿入されたアミノ酸配列からなるポリペプチド(以下、「改変ポリペプチド」と呼ぶ場合がある)が含まれる(以下、配列表の配列番号1に示されたポリペプチド及び改変ポリペプチドを「本発明のポリペプチド」と呼ぶ場合がある)。 Also from such a viewpoint, the scope of the present invention includes a polypeptide that is essential for bacterial growth or proliferation and has ATP-degrading activity, and is one to several or several in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1. A polymorphism comprising an amino acid sequence in which ten (for example, 1 to 60, more preferably 1 to 40, even more preferably 1 to 20, particularly preferably 1 to 10) amino acids have been deleted, substituted, or inserted. Peptides (hereinafter sometimes referred to as “modified polypeptides”) are included (hereinafter, the polypeptide shown in SEQ ID NO: 1 and the modified polypeptides in the sequence listing may be referred to as “polypeptides of the present invention”). ).

改変ポリペプチドのアミノ酸配列は、配列番号1に記載のアミノ酸配列と少なくとも30%以上、好ましくは50%以上、さらに好ましくは70%以上、特に好ましくは80%以上の同一性を有することが望ましい。改変ポリペプチドが所望の活性を有するか否かは、本明細書の実施例に具体的に記載された方法に従って改変ポリペプチドをコードするポリヌクレオチドを含む発現ベクターを作製し、該ベクターにより微生物を形質転換後、発現したポリペプチドを精製してその活性を調べることにより確認可能である。 It is desirable that the amino acid sequence of the modified polypeptide has at least 30%, preferably 50%, more preferably 70%, particularly preferably 80% or more identity with the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1. Whether or not the modified polypeptide has a desired activity is determined by preparing an expression vector containing a polynucleotide encoding the modified polypeptide according to the method specifically described in the examples of the present specification, and After transformation, it can be confirmed by purifying the expressed polypeptide and examining its activity.

本発明の範囲には、配列表の配列番号1により特定されるアミノ酸配列を有するポリペプチド及び上記の改変ポリペプチドのほか、これらのポリペプチドを部分配列として含むポリペプチドも包含される。このようなポリペプチドは、好ましくは全長(アミノ酸残基数)が400ないし2000程度、より好ましくは400ないし1000程度である。特定のアミノ酸配列を部分配列として有する蛋白質の発現方法は当業者に周知かつ慣用であり、当業者は本発明のポリペプチドを部分配列として含むポリペプチドを容易に入手可能である。 Within the scope of the present invention, in addition to the polypeptide having the amino acid sequence specified by SEQ ID NO: 1 in the Sequence Listing and the above-mentioned modified polypeptide, polypeptides containing these polypeptides as partial sequences are also included. Such a polypeptide preferably has a total length (number of amino acid residues) of about 400 to 2000, more preferably about 400 to 1000. Methods for expressing a protein having a specific amino acid sequence as a partial sequence are well known and commonly used by those skilled in the art, and those skilled in the art can easily obtain a polypeptide containing the polypeptide of the present invention as a partial sequence.

配列表の配列番号1により特定されるアミノ酸配列を有するポリペプチドをコードするポリヌクレオチドの一例を配列表の配列番号2に示すが、上記ポリペプチドをコードするポリヌクレオチドはこの特定の態様に限定されるものではなく、該ポリペプチドをコードする任意のポリヌクレオチドはすべて本発明の範囲に包含されることを理解すべきである。また、上記の改変ポリペプチドをコードするポリヌクレオチドも本発明の範囲に包含される(以下、配列表の配列番号1に示されたポリペプチドをコードするポリヌクレオチド及び改変ポリペプチドをコードするポリヌクレオチドを「本発明のポリヌクレオチド」と呼ぶ場合がある)。本発明のポリヌクレオチドはDNA及びRNAを包含する概念である。さらに、本発明のポリヌクレオチドを部分配列として含むポリヌクレオチドも本発明の範囲に包含される。その好ましい例として、本発明のポリヌクレオチドを含むポリペプチド発現ベクターを挙げることができる。 An example of a polynucleotide encoding a polypeptide having the amino acid sequence specified by SEQ ID NO: 1 in the sequence listing is shown in SEQ ID NO: 2 in the sequence listing. However, the polynucleotide encoding the above polypeptide is limited to this specific embodiment. It is to be understood that any polynucleotide encoding the polypeptide is encompassed within the scope of the invention. In addition, a polynucleotide encoding the above-described modified polypeptide is also encompassed in the scope of the present invention (hereinafter, a polynucleotide encoding the polypeptide shown in SEQ ID NO: 1 in the sequence listing and a polynucleotide encoding the modified polypeptide). May be referred to as “polynucleotides of the invention”). The polynucleotide of the present invention is a concept including DNA and RNA. Furthermore, a polynucleotide containing the polynucleotide of the present invention as a partial sequence is also included in the scope of the present invention. A preferred example thereof is a polypeptide expression vector containing the polynucleotide of the present invention.

本発明のポリヌクレオチドを含むポリペプチド発現ベクターの製造方法は、本明細書の実施例に具体的に記載されており、当業者は容易に所望のポリペプチド発現ベクターを作製することができる。本発明で使用できるベクターとしては、pMAL-c2が好適な例として挙げられるが、ベクターの種類はこれに限定されることはなく、この分野で通常使用されるものを適宜選択してよい。また、発現ベクターにより微生物を形質転換する方法も当業者に周知かつ慣用であり、例えば、エレクトロポレーション法、超音波法、界面活性剤法などの遺伝子導入方法として利用可能ないかなる方法により形質転換体を製造してもよい。これらの方法の一例は本明細書の実施例に具体的に示されており、当業者は本発明の形質転換体を容易に製造できる。また、ポリペプチド発現ベクターで形質転換される微生物は、本発明のポリペプチドを発現できれば任意の微生物でよく、細菌、酵母、及び真菌のいずれを用いてもよい。ポリペプチド発現ベクターで形質転換された微生物などの細胞或いは無細胞蛋白質発現系の反応液から、該ベクターのポリヌクレオチド配列に基づき発現したポリペプチドを取得及び精製する方法も、特に限定されるものではなく、通常の蛋白質の単離、精製法を用いればよい。 The method for producing a polypeptide expression vector containing the polynucleotide of the present invention is specifically described in the examples of the present specification, and those skilled in the art can easily produce a desired polypeptide expression vector. A preferred example of a vector that can be used in the present invention is pMAL-c2, but the type of vector is not limited to this, and a vector that is usually used in this field may be appropriately selected. Also, methods for transforming microorganisms with expression vectors are well known and commonly used by those skilled in the art. For example, transformation can be performed by any method that can be used as a gene transfer method such as electroporation, ultrasonic method, or surfactant method. The body may be manufactured. An example of these methods is specifically shown in the examples of the present specification, and those skilled in the art can easily produce the transformant of the present invention. Moreover, the microorganism transformed with the polypeptide expression vector may be any microorganism as long as it can express the polypeptide of the present invention, and any of bacteria, yeasts and fungi may be used. A method for obtaining and purifying a polypeptide expressed based on the polynucleotide sequence of the vector from a reaction solution of a cell such as a microorganism transformed with a polypeptide expression vector or a cell-free protein expression system is not particularly limited. Instead, conventional protein isolation and purification methods may be used.

本発明のポリペプチドは、後述の実施例に示すようにATP分解活性を有する。従って、このATP分解活性を指標として、本発明のポリヌクレオチドを含む遺伝子が関与する細菌の生育又は増殖を阻害する物質のスクリーニングが可能である。具体的には下記の工程:
(A)被検物質存在下で本発明のポリペプチドのATP分解活性及び/又はATP結合能を測定する工程
(B)上記工程(A)において該ポリペプチドのATP分解活性及び/又はATP結合能が阻害された場合に該被検物質を細菌の生育又は増殖を阻害する物質であると判定する工程
を含む方法である。該方法におけるATP分解活性又はATP結合能の測定方法としては、具体的には、本明細書の実施例に示すATPの加水分解に伴って遊離するリン酸量を指標とする測定方法が挙げられるが、これに限定されることはない。
The polypeptide of the present invention has ATP-degrading activity as shown in Examples described later. Therefore, using this ATP degrading activity as an index, it is possible to screen for substances that inhibit the growth or proliferation of bacteria involving the gene containing the polynucleotide of the present invention. Specifically, the following steps:
(A) A step of measuring the ATP degradation activity and / or ATP binding ability of the polypeptide of the present invention in the presence of a test substance (B) The ATP degradation activity and / or ATP binding ability of the polypeptide in the above step (A) A method of determining that the test substance is a substance that inhibits the growth or proliferation of bacteria in the case where is inhibited. Specific examples of the method for measuring ATP-degrading activity or ATP-binding ability in the method include a measuring method using as an index the amount of phosphate released with hydrolysis of ATP as shown in the Examples of the present specification. However, it is not limited to this.

また、本発明のポリペプチドと物理化学的な相互作用を有する物質をスクリーニングすることにより細菌の生育又は増殖を阻害する物質をスクリーニングすることも可能である。このようなスクリーニングにより選抜された物質は、本発明のポリペプチドを直接の作用点とする物質であって、本発明のポリペプチドが有する細菌の生育又は増殖に必須な機能を阻害する物質の候補として有用である。本発明のポリペプチドと核酸、蛋白質、又は低分子化合物との物理化学的相互作用を確認する方法としては、当業界で利用可能な蛍光偏光解消法や表面プラズモン共鳴法の手法などを適宜利用することができる(例えば国際公開WO01/16600に説明されている相互作用確認法などを利用可能である)。 It is also possible to screen for substances that inhibit the growth or proliferation of bacteria by screening substances that have a physicochemical interaction with the polypeptide of the present invention. The substance selected by such screening is a substance that has the polypeptide of the present invention as a direct action point, and is a candidate for a substance that inhibits a function essential for the growth or proliferation of bacteria possessed by the polypeptide of the present invention. Useful as. As a method for confirming the physicochemical interaction between the polypeptide of the present invention and a nucleic acid, protein, or low molecular weight compound, a fluorescence depolarization method or a surface plasmon resonance method that can be used in the industry is appropriately used. (For example, an interaction confirmation method described in International Publication WO01 / 16600 can be used).

本発明のポリペプチドは細菌の生育又は増殖に必須であるため、新規抗菌薬の探索のための標的となり、該ポリペプチドを標的とした上記のスクリーニング方法で選定された物質は、医薬の有効成分として用いることが可能である。 Since the polypeptide of the present invention is essential for the growth or proliferation of bacteria, it becomes a target for searching for new antibacterial drugs, and the substance selected by the above screening method targeting the polypeptide is an active ingredient of a medicine Can be used.

以下、本発明を実施例によりさらに具体的に説明するが、本発明の範囲は下記の実施例に限定されることはない。
例1:遺伝子の必須性解析
(A)菌株
黄色ブドウ球菌はRN4220株を用いた。また、プラスミド調製のため、大腸菌MC1061株を用いた。
(B)培地
2×YT培地(Difco Laboratories, Sparks, MD, U.S.A.)およびLuria-Bertani寒天培地(Difco Laboratories)を用いて大腸菌を培養し、Brain Heart Infusion培地(BHI;Difco Laboratories)およびその寒天培地(BHIA;Difco Laboratories)を用いて黄色ブドウ球菌を培養した。尚、必要に応じてアンピシリン(Amp;Sigma-Aldrich Chemical Co., St. Louis, MO, U.S.A.) を終濃度が100μg/mlとなるように、あるいはテトラサイクリン(Tc;Sigma-Aldrich Chemical Co.)を5μg/mlとなるように添加した。
Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples. However, the scope of the present invention is not limited to the following examples.
Example 1: Gene essentiality analysis (A) Strain Staphylococcus aureus used RN4220 strain. In addition, E. coli strain MC1061 was used for plasmid preparation.
(B) Medium
E. coli was cultured using 2 × YT medium (Difco Laboratories, Sparks, MD, USA) and Luria-Bertani agar medium (Difco Laboratories), Brain Heart Infusion medium (BHI; Difco Laboratories) and its agar medium (BHIA; Difco Staphylococcus aureus was cultured using Laboratories). If necessary, ampicillin (Amp; Sigma-Aldrich Chemical Co., St. Louis, MO, USA) may be added to a final concentration of 100 μg / ml, or tetracycline (Tc; Sigma-Aldrich Chemical Co.) may be used. It added so that it might become 5 microgram / ml.

(C)プラスミド
大腸菌と黄色ブドウ球菌のシャトルベクタープラスミドpYT3(Kuwahara-Arai, K. et al., Antimicrob. Agents Chemother., 40: 2680-2685, 1996)を用いた。本プラスミドは温度感受性の複製起点を有し、黄色ブドウ球菌体内では30℃で複製するが42℃では複製しない。また、本プラスミドはAmp耐性遺伝子およびTc耐性遺伝子を含む。
(D)PCR用プライマー(合成オリゴヌクレオチド)5'-TAGACAACTGATATTTTGAACATTT-3'[F1プライマー:組換え対象とした推定遺伝子の蛋白質翻訳開始コドン(ATG)を終止コドン(下線部)に置換した配列からなる]、5'-ATCAAGTAGGAGGAAAAAGTTATG-3'(F2プライマー)、5'-CATCACCTTTTACATCGTGTTGTTT-3'(R1プライマー)、および5'-GAGCGGATAACAATTTCACACAGG-3'(RV-Mプライマー)を用いた。尚、図1(A)に、後述の遺伝子相同組換え用プラスミドおよび期待されるゲノム上での遺伝子組換え(プラスミドインテグレーション)の概略とともに、上記プライマーが相補する凡その位置を示した。
(C) Plasmid E. coli and S. aureus shuttle vector plasmid pYT3 (Kuwahara-Arai, K. et al., Antimicrob. Agents Chemother., 40: 2680-2685, 1996) was used. This plasmid has a temperature-sensitive replication origin and replicates at 30 ° C. in S. aureus but does not replicate at 42 ° C. Moreover, this plasmid contains an Amp resistance gene and a Tc resistance gene.
(D) Primer for PCR (synthetic oligonucleotide) 5′- TAG ACAACTGATATTTTGAACATTT-3 ′ [F1 primer: from the sequence in which the protein translation initiation codon (ATG) of the putative gene targeted for recombination is replaced with a stop codon (underlined) ], 5′-ATCAAGTAGGAGGAAAAAGTTATG-3 ′ (F2 primer), 5′-CATCACCTTTTACATCGTGTTGTTT-3 ′ (R1 primer), and 5′-GAGCGGATAACAATTTCACACAGG-3 ′ (RV-M primer) were used. FIG. 1 (A) shows the approximate positions where the above-mentioned primers are complemented together with the plasmid for gene homologous recombination described below and the expected gene recombination (plasmid integration) on the genome.

(E)黄色ブドウ球菌ゲノムDNAの調製
黄色ブドウ球菌をBHIに接種後、37℃で16時間培養し、集菌した。菌体を緩衝液TE[10 mM Tris-HCl(pH 8.0)、1 mM EDTA(pH 8.0)]で懸濁後、終濃度10 μg/ml となるようにリソスタフィン(和光純薬工業株式会社、大阪)を加え、37℃で2時間保温した。さらに、0.7% SDS含有TEを等量加えた後、終濃度30 μg/ml となるようにプロテイナーゼK(Sigma-Aldrich Chemical Co.)を加え、55℃で2時間保温した。続いてフェノール処理、フェノール・クロロフォルム・イソアミルアルコール処理を行ない、エタノール沈殿によりゲノムDNAを精製した。該DNAは、終濃度が500 ng/ml となるようにRNaseA(Sigma-Aldrich Chemical Co.)を加えたTEを用い、4℃で溶解させた。
(E) Preparation of S. aureus genomic DNA S. aureus was inoculated into BHI, cultured at 37 ° C. for 16 hours, and collected. After suspending the cells in buffer TE [10 mM Tris-HCl (pH 8.0), 1 mM EDTA (pH 8.0)], lysostaphin (Wako Pure Chemical Industries, Ltd., Osaka) to a final concentration of 10 μg / ml ) Was added and incubated at 37 ° C. for 2 hours. Furthermore, after adding an equal amount of 0.7% SDS-containing TE, proteinase K (Sigma-Aldrich Chemical Co.) was added to a final concentration of 30 μg / ml, and the mixture was incubated at 55 ° C. for 2 hours. Subsequently, phenol treatment, phenol / chloroform / isoamyl alcohol treatment were performed, and genomic DNA was purified by ethanol precipitation. The DNA was dissolved at 4 ° C. using TE to which RNase A (Sigma-Aldrich Chemical Co.) was added so that the final concentration was 500 ng / ml.

(F)遺伝子相同組換え用プラスミドの構築
F1およびR1プライマーを用い、RN4220株ゲノムDNA(400 ng/reaction)を鋳型としてPCR[ExpandTM High-Fidelity PCR System(Roche Diagnostics, Basel, Switzerland)による;94℃で2分間反応後、94℃で30秒間、50℃で30秒間、72℃で30秒間の一連の反応を25サイクル、最後に72℃で2分間反応]を行ない、組換え対象とする推定遺伝子の5’(蛋白質翻訳開始コドン)および3’側欠失DNA断片(約200 bp)を増幅した。得られたDNA断片を精製後、末端に平滑化・リン酸化処理を施した。その後、該処理DNA断片と、予めBamHI処理、次いで末端の平滑化および脱リン酸化処理を施したpYT3をライゲーション後、大腸菌DH5α株に導入し、目的とするプラスミド[図1(A)参照]を取得した。構築プラスミドにおけるDNA断片(欠失遺伝子)挿入方向は、RV-M およびF1 プライマーを用いたPCR(30サイクルとした以外は上述の通り)によって増幅される向きとした[図1(A)参照]。
(F) Construction of plasmid for gene homologous recombination
Using F1 and R1 primers and PCR using the RN4220 strain genomic DNA (400 ng / reaction) as a template [Expand High-Fidelity PCR System (Roche Diagnostics, Basel, Switzerland); reaction at 94 ° C for 2 minutes, then at 94 ° C 25 cycles of a series of reactions of 30 seconds at 50 ° C for 30 seconds, 72 ° C for 30 seconds, and finally 2 minutes at 72 ° C for 2 minutes.] 5 '(protein translation start codon) And a 3 'deletion DNA fragment (about 200 bp) was amplified. The resulting DNA fragment was purified and subjected to blunting and phosphorylation treatment at the ends. Thereafter, the treated DNA fragment and pYT3 previously subjected to BamHI treatment, followed by blunting and dephosphorylation treatment, were ligated and then introduced into E. coli DH5α strain, and the target plasmid [see FIG. 1 (A)] was obtained. I got it. The direction of DNA fragment (deletion gene) insertion in the constructed plasmid was the direction amplified by PCR using RV-M and F1 primers (as described above except for 30 cycles) [see FIG. 1 (A)] .

(G)黄色ブドウ球菌へのプラスミド導入
黄色ブドウ球菌RN4220株をBHIに接種し、37℃でOD600が1.0となるまで培養した。集菌後、10% ショ糖溶液で2回、続いて10% ショ糖・10% グリセロール溶液で1回洗浄し、最後に同溶液で再懸濁したものをコンピテントセルとした。そのコンピテントセル(80μl)と遺伝子相同組換え用プラスミド(1μg)を混和し、25 μF、2.5 kV、100 Ωの条件でpulse controller(Bio-Rad, Hercules, CA, U.S.A.)によりエレクトロポレーションを行った。次いで10% ショ糖 含有BHI 1 mlを加えて37℃で1時間培養後、その菌液の一部をTc 含有BHIA プレートに播種し、30℃で約20時間培養後形成されたコロニーをプラスミド導入体(形質転換体)として取得した。
(G) Plasmid introduction into S. aureus S. aureus RN4220 strain was inoculated into BHI and cultured at 37 ° C. until OD600 was 1.0. After collection, the cells were washed twice with a 10% sucrose solution, then once with a 10% sucrose / 10% glycerol solution, and finally resuspended in the same solution as a competent cell. The competent cell (80 μl) and the plasmid for gene homologous recombination (1 μg) are mixed, and electroporation is performed with a pulse controller (Bio-Rad, Hercules, CA, USA) under the conditions of 25 μF, 2.5 kV, and 100 Ω. went. Next, add 1 ml of 10% sucrose-containing BHI and incubate at 37 ° C for 1 hour. Seed part of the bacterial solution on a Tc-containing BHIA plate and incubate at 30 ° C for about 20 hours. Obtained as a body (transformant).

(H)プラスミドインテグレーションの誘起および検出
菌体内に染色体上の配列と同一の配列を有するプラスミドが存在する場合、その同一の配列間で相同組換えが起こり、プラスミドが染色体内へ組み込まれることがある。この現象をプラスミドインテグレーション(plasmid integration: PI)と呼ぶ。本実施例ではこの現象を利用し、複製温度感受性の上記遺伝子相同組換え用プラスミドがPIを起こした場合、組換えを起こした遺伝子が不活化(破壊)されるように設計された。すなわち、本来の蛋白質コード領域は、PIによって3’側を欠損する;同時に、ゲノムに挿入されたプラスミドの下流には蛋白質翻訳開始コドン(ATG)が終止コドン(TAG)となった遺伝子が残るが、蛋白質の発現は不可能な塩基配列である[図1(B)参照]。
(H) Induction and detection of plasmid integration When a plasmid having the same sequence as that on the chromosome is present in the bacterial body, homologous recombination may occur between the same sequences, and the plasmid may be integrated into the chromosome. . This phenomenon is called plasmid integration (PI). In this example, this phenomenon was utilized, and when the above gene homologous recombination plasmid sensitive to replication temperature caused PI, the recombination gene was designed to be inactivated (disrupted). That is, the original protein coding region is deficient in the 3 ′ side by PI; at the same time, a gene in which the protein translation start codon (ATG) becomes a stop codon (TAG) remains downstream of the plasmid inserted into the genome. It is a base sequence incapable of protein expression [see FIG. 1 (B)].

実施手順としてはまず、遺伝子相同組換え用プラスミド導入RN4220株を再度Tc含有BHIAプレートに播種し、30℃で20時間培養した。その後、形成されたコロニーをBHIに接種し、プラスミド複製非許容温度である42℃で約20時間培養した(培養<1>:PIを誘起)。次いで、その菌液をTc含有BHIに1:10希釈となるように接種し、42℃で20時間培養した(培養<2>:PIが非必須遺伝子で起こった場合、そのPI体は増殖)。さらに、その菌液を適宜希釈してTc含有BHIA プレートに播種し、42℃で16時間培養した(培養<3>:PI体のコロニーの取得)。相同組換えに基づく特異的PIの検出は、培養<1>および<2>由来菌体から抽出したゲノムDNA(400 ng/reaction)あるいは培養<3>で形成されたコロニーを用い、F2プライマーおよびプラスミドに特異的なRV-M プライマー[図1(B)参照]によるPCR[(F)に記載した条件下、30サイクル]で行った。 As an execution procedure, first, a plasmid-introduced RN4220 strain for gene homologous recombination was seeded again on a Tc-containing BHIA plate and cultured at 30 ° C. for 20 hours. Thereafter, the formed colonies were inoculated into BHI, and cultured at 42 ° C., a non-permissive temperature for plasmid replication, for about 20 hours (culture <1>: PI was induced). Next, the bacterial solution was inoculated into Tc-containing BHI at a 1:10 dilution and cultured at 42 ° C. for 20 hours (culture <2>: if PI occurred in a non-essential gene, the PI body would grow) . Furthermore, the bacterial solution was appropriately diluted and seeded on a Tc-containing BHIA plate and cultured at 42 ° C. for 16 hours (culture <3>: acquisition of PI colonies). Detection of specific PI based on homologous recombination uses genomic DNA (400 ng / reaction) extracted from cells derived from culture <1> and <2> or colonies formed from culture <3>, F2 primer and PCR was carried out by PCR using RV-M primers specific to the plasmid [see FIG. 1 (B)] [30 cycles under the conditions described in (F)].

その結果、培養<1>由来菌体から抽出したゲノムDNAでは特異的PIが検出されたものの、培養<2>由来菌体から抽出したゲノムDNAを用いた場合、PCR産物量、つまりPI体の量が明らかに少なかった。また、培養<3>で形成されたコロニーでは特異的PIを検出できなかった。すなわち、特異的PIを起こした菌は増殖できないと判断され、相同組換え対象とした推定上の遺伝子は確かに機能し、菌の生育又は増殖に必須であることが判った。(培養<3>でコロニーが得られたのは、相同組換えに基づかなくともプラスミドがゲノム中にランダムに取り込まれることがあるため、あるいは極めて低頻度であるが菌が突然変異によってTc耐性となることがあるためと理解できる。) As a result, although specific PI was detected in the genomic DNA extracted from the cells derived from the culture <1>, when the genomic DNA extracted from the cells derived from the culture <2> was used, the amount of PCR product, that is, the amount of PI The amount was clearly small. In addition, specific PI could not be detected in colonies formed in culture <3>. That is, it was determined that a bacterium that caused a specific PI could not proliferate, and the putative gene targeted for homologous recombination functioned reliably and was essential for the growth or proliferation of the bacterium. (The reason why colonies were obtained in culture <3> is that plasmids may be randomly incorporated into the genome even if not based on homologous recombination, or, at a very low frequency, the bacteria may become Tc resistant by mutation. It can be understood that it may be.)

例2:遺伝子の単離と蛋白質の取得
(A)菌株および培地
黄色ブドウ球菌はRN4220株を用いた。プラスミド調製のため、大腸菌DH5α株(東洋紡株式会社、大阪)を用いた。また、蛋白質生産のため、大腸菌BL21(DE3)株(Invitrogen Corp., Carlsbad, CA, U.S.A.)を用いた。使用培地は上述の実施例1に準じた。
(B)プラスミド
マルトース・バインディング・プロテイン(MBP)融合蛋白質発現用プラスミドpMAL-c2(New Englad Biolabs, Beverly, MA, U.S.A.)、グルタチオン S-トランスフェラーゼ(GST)融合蛋白質発現用プラスミドpGEX-5X-1(Amersham Biosciences, Piscataway, NJ, U.S.A.)、およびHisタグ付 蛋白質発現用プラスミドpET28a(Novagen brand, EMD Biosciences, Inc., Darmstadt, Germany)を用いた。pMAL-c2およびpGEX-5X-1はAmp耐性遺伝子を、pET28aはカナマイシン耐性遺伝子を含む。
Example 2: Gene isolation and protein acquisition (A) Strain and medium S. aureus used RN4220 strain. For plasmid preparation, Escherichia coli DH5α strain (Toyobo Co., Ltd., Osaka) was used. In addition, E. coli BL21 (DE3) strain (Invitrogen Corp., Carlsbad, CA, USA) was used for protein production. The medium used was in accordance with Example 1 above.
(B) Plasmid pMAL-c2 for plasmid maltose binding protein (MBP) fusion protein expression (New Englad Biolabs, Beverly, MA, USA), plasmid pGEX-5X-1 for glutathione S-transferase (GST) fusion protein expression ( Amersham Biosciences, Piscataway, NJ, USA) and His-tagged protein expression plasmid pET28a (Novagen brand, EMD Biosciences, Inc., Darmstadt, Germany). pMAL-c2 and pGEX-5X-1 contain the Amp resistance gene, and pET28a contains the kanamycin resistance gene.

(C)PCR用プライマー(合成オリゴヌクレオチド)
5'-ACACACGGATCCATGACAACTGATATTTTG-3'(F3プライマー;下線部はBamHI認識配列)、5'-ATGACAACTGATATTTTGAACATTTC-3'(F4プライマー)、5'-ACACACGGATCCTTATGACAACTGATATTT-3'(F5プライマー;下線部はBamHI認識配列)、および5'-ACACACGTCGACTTATTTAGAAACTTTGCG-3'(R3プライマー;下線部はSalI認識配列)を用いた。
(C) PCR primer (synthetic oligonucleotide)
5'-ACACAC GGATCC ATGACAACTGATATTTTG-3 '(F3 primer; underlined BamHI recognition sequence), 5'-ATGACAACTGATATTTTGAACATTTC-3' (F4 primer), 5'-ACACAC GGATCC TTATGACAACTGATATTT-3 '(F5 primer; underlined BamHI Recognition sequence), and 5′-ACACAC GTCGAC TTATTTAGAAACTTTGCG-3 ′ (R3 primer; underlined SalI recognition sequence).

(D)遺伝子の単離ならびに蛋白質発現ベクターの構築
F4およびR3プライマーを用い、RN4220株ゲノムDNA(400 ng/reaction)を鋳型としてPCR[ExpandTM High-Fidelity PCR System(Roche Diagnostics)による;94℃で2分間反応後、94℃で30秒間、50℃で30秒間、72℃で1分30秒間の一連の反応を25サイクル、最後に72℃で2分間反応]を行ない、DNA断片(約1.3 kbp)を増幅した。そのDNA断片を精製し、末端に平滑化・リン酸化処理を施した後、SalIにて処理した。これを予めXmnIおよびSalIで処理したpMAL-c2とライゲーション後、大腸菌DH5α株に導入し、MBP融合蛋白質発現ベクターを取得した。
また、F5およびR3プライマーを用いて上述のようにPCRを行ない得られたDNA断片(約1.3 kbp)を精製し、BamHIおよびSalIにて処理した。これを予めBamHIおよびSalIで処理したpGEX-5X-1とライゲーション後、大腸菌DH5α株に導入し、GST融合蛋白質発現ベクターを取得した。
(D) Isolation of gene and construction of protein expression vector
PCR using F4 and R3 primers and RN4220 strain genomic DNA (400 ng / reaction) as a template (Expand High-Fidelity PCR System (Roche Diagnostics)); reaction at 94 ° C for 2 minutes, then at 94 ° C for 30 seconds, 50 A series of reactions at 30 ° C. for 30 seconds and 72 ° C. for 1 minute and 30 seconds was performed 25 cycles, and finally, reaction was performed at 72 ° C. for 2 minutes] to amplify a DNA fragment (about 1.3 kbp). The DNA fragment was purified, blunted and phosphorylated at the ends, and then treated with SalI. This was ligated with pMAL-c2 previously treated with XmnI and SalI, and then introduced into E. coli DH5α strain to obtain an MBP fusion protein expression vector.
In addition, a DNA fragment (about 1.3 kbp) obtained by PCR as described above using F5 and R3 primers was purified and treated with BamHI and SalI. This was ligated with pGEX-5X-1 previously treated with BamHI and SalI, and then introduced into E. coli DH5α strain to obtain a GST fusion protein expression vector.

さらに、F3およびR3プライマーを用いて上述のようにPCRを行ない得られたDNA断片(約1.3 kbp)を精製し、BamHIおよびSalIにて処理した。これを予めBamHIおよびSalIで処理したpET28aとライゲーション後、大腸菌DH5α株に導入し、Hisタグ付蛋白質発現ベクターを取得した。
尚、いずれの蛋白質発現ベクターについても、挿入DNA断片の塩基配列を解析・決定し、決定した塩基配列から、発現される蛋白質のアミノ酸配列を配列表の配列番号1であると確認した。
Furthermore, a DNA fragment (about 1.3 kbp) obtained by PCR as described above using F3 and R3 primers was purified and treated with BamHI and SalI. This was ligated with pET28a previously treated with BamHI and SalI, and then introduced into Escherichia coli DH5α strain to obtain a His-tagged protein expression vector.
For any protein expression vector, the base sequence of the inserted DNA fragment was analyzed and determined, and the amino acid sequence of the expressed protein was confirmed to be SEQ ID NO: 1 in the sequence listing from the determined base sequence.

(E)蛋白質の取得
上記各種蛋白質発現ベクターをそれぞれ、大腸菌BL21(DE3)株に導入した。MBP融合蛋白質発現ベクターあるいはGST融合蛋白質発現ベクターを導入した大腸菌株はAmp(100μg/ml)含有2×YT培地にて、Hisタグ付蛋白質発現ベクターを導入した大腸菌株はカナマイシン(50μg/ml)含有2×YT培地にて、それぞれ37℃で一晩培養後、一部を新鮮な各同培地に再接種し(1:100希釈)、37℃でOD600が0.8となるまで培養した。その後、蛋白質発現を誘導するためイソプロピル-(-D-チオガラクトピラノシド(Sigma-Aldrich Chemical Co.)を終濃度0.4 mMとなるように添加し、さらに37℃で2時間培養した。回収した菌は緩衝液TGED(10 mM Tris-HCl、1 mM EDTA、1 mM DTT、10% グリセロール)にて懸濁後、超音波破砕した。その破砕液を遠心(15,000 rpm、2分間)して得られた上清および沈殿物をそれぞれ、可溶性画分および不溶性画分とした。
この時点で、各蛋白質発現ベクター導入大腸菌株由来の上記両画分に含まれる蛋白質をSDS-PAGEにより解析した。その結果、MBP融合蛋白質のみが可溶性画分に主に存在することが判明した。
(E) Acquisition of protein Each of the above protein expression vectors was introduced into Escherichia coli BL21 (DE3) strain. E. coli strains with MBP fusion protein expression vector or GST fusion protein expression vector introduced are in Amp (100 μg / ml) containing 2 × YT medium, and E. coli strains with His-tagged protein expression vector are introduced with kanamycin (50 μg / ml) After culturing overnight at 37 ° C. in 2 × YT medium, a portion was reinoculated into each of the same medium (1: 100 dilution) and cultured at 37 ° C. until OD600 was 0.8. Thereafter, in order to induce protein expression, isopropyl-(-D-thiogalactopyranoside (Sigma-Aldrich Chemical Co.) was added to a final concentration of 0.4 mM, and further cultured at 37 ° C. for 2 hours. Bacteria were suspended in buffer TGED (10 mM Tris-HCl, 1 mM EDTA, 1 mM DTT, 10% glycerol) and then sonicated, and the lysate was centrifuged (15,000 rpm, 2 minutes). The obtained supernatant and precipitate were used as a soluble fraction and an insoluble fraction, respectively.
At this point, the proteins contained in both fractions derived from each protein expression vector-introduced Escherichia coli strain were analyzed by SDS-PAGE. As a result, it was found that only the MBP fusion protein was mainly present in the soluble fraction.

そこで、MBP融合蛋白質発現ベクター導入大腸菌株由来の可溶性画分から該蛋白質を精製・取得した。すなわち、上記可溶性画分とアミロースレジン(New Englad Biolabs)を混和後、TGEDによってレジンを遠心洗浄し(3回)、10 mM maltose含有TGEDによってレジン吸着蛋白質を溶出させた。
pMAL-c2プラスミドは、MBPと融合して発現する蛋白質の連結部分に蛋白質分解酵素Factor Xa認識配列が付加されるように設計されている。そこで、上述のようにして得た融合蛋白質をFactor Xa(New Englad Biolabs)にて処理後、SDS-PAGEによって解析した。その結果、期待されたように一ヶ所でポリペプチドの切断が起こり、該処理によってMBPは除去されることが確認された(図2)。
Therefore, the protein was purified and obtained from the soluble fraction derived from the E. coli strain introduced with the MBP fusion protein expression vector. That is, after mixing the soluble fraction and amylose resin (New Englad Biolabs), the resin was centrifuged and washed with TGED (three times), and the resin-adsorbed protein was eluted with TGED containing 10 mM maltose.
The pMAL-c2 plasmid is designed such that a proteolytic enzyme Factor Xa recognition sequence is added to a ligation part of a protein expressed by fusion with MBP. Therefore, the fusion protein obtained as described above was treated with Factor Xa (New Englad Biolabs) and analyzed by SDS-PAGE. As a result, it was confirmed that cleavage of the polypeptide occurred in one place as expected, and MBP was removed by the treatment (FIG. 2).

例3:蛋白質活性の測定
活性測定に供した蛋白質は、基本的には上述の実施例2に記載したように大腸菌にて発現させ精製・取得したが、MBP融合蛋白質発現ベクター導入大腸菌株の培養温度を30℃;菌破砕(超音波処理)時の菌懸濁緩衝液 を200 mM NaCl、1 mM EDTA、および10 mM 2-メルカプトエタノールを含む20 mM Tris-HClとしたことが条件として異なる。但し、この差異は蛋白質に本質的な影響を与えるものではない。尚、対照として、pMAL-c2導入大腸菌BL21(DE3)株から上述の場合と同様にして得たMBP も用いた。
ATP分解活性は、ATPの加水分解に伴って遊離するリン酸量を指標として測定した。5 mM MgCl2を含む25 mM Tris-HCl(pH7.5)に精製蛋白質あるいはMBP 42 pmol、Factor Xa 250 ng、およびATP 100 nmolを加え(反応容量0.2 ml)、37℃で1時間反応させた。その後、反応液にマラカイト・グリーン試薬(5.7 %モリブデン酸アンモニウム含有6 N HCl、2.3 %ポリビニルアルコール、0.081 %マラカイトグリーン、および水を1:1:2:2の分量で混和して30分間放置)を1 ml加え、15分間静置後にOD630値を測定した。遊離リン酸量は、上記反応系において精製蛋白質の替わりに各種濃度のKH2PO4を用い、その濃度と最終的に測定したOD630値との関係から作成した検量線(一次回帰直線)に基づいて算出した。
Example 3: Measurement of protein activity The protein used for activity measurement was basically expressed and purified and obtained in E. coli as described in Example 2 above, but culture of an E. coli strain introduced with an MBP fusion protein expression vector was performed. The temperature is 30 ° C .; the condition is that the bacterial suspension buffer during bacterial disruption (sonication) is 20 mM Tris-HCl containing 200 mM NaCl, 1 mM EDTA, and 10 mM 2-mercaptoethanol. However, this difference has no essential effect on the protein. As a control, MBP obtained from pMAL-c2-introduced Escherichia coli BL21 (DE3) strain in the same manner as described above was also used.
ATP-degrading activity was measured using as an index the amount of phosphoric acid liberated with ATP hydrolysis. Purified protein or MBP 42 pmol, Factor Xa 250 ng, and ATP 100 nmol were added to 25 mM Tris-HCl (pH 7.5) containing 5 mM MgCl 2 (reaction volume 0.2 ml) and reacted at 37 ° C. for 1 hour. Then, malachite green reagent (6% HCl containing 5.7% ammonium molybdate, 2.3% polyvinyl alcohol, 0.081% malachite green, and water in a 1: 1: 2: 2 volume and left for 30 minutes) 1 ml was added, and after standing for 15 minutes, the OD630 value was measured. The amount of free phosphoric acid was calculated based on a calibration curve (primary regression line) created from the relationship between the concentration and the final measured OD630 value using various concentrations of KH2PO4 instead of purified protein in the above reaction system. .

その結果、MBP融合蛋白質として取得した精製蛋白質(およびFactor Xa)存在下では、約3 nmolの遊離リン酸が検出された。一方、MBP(およびFactor Xa)存在下ではそれが、0.2 nmol以下であった。以上の結果とMBP融合蛋白質はFactor XaによってMBP部分が分離されうる事実(実施例2参照)から、ATP分解活性を有するのはMBPではなく、それと融合して発現した蛋白質/ポリペプチドであると理解できる。 As a result, about 3 nmol of free phosphate was detected in the presence of the purified protein (and Factor Xa) obtained as an MBP fusion protein. On the other hand, in the presence of MBP (and Factor Xa), it was 0.2 nmol or less. Based on the above results and the fact that the MBP fusion protein can be separated by Factor Xa (see Example 2), it is not MBP but the protein / polypeptide expressed by fusion with ATP-degrading activity. Understandable.

黄色ブドウ球菌の推定遺伝子の組換えに用いたプラスミドの概略、並びに組換え[プラスミドインテグレーション(PI)]後の染色体上の該遺伝子の状態を、PCRに用いたプライマーが相補する位置の概略とともに示した図である。図中、(A)はPI用プラスミドの概略とPCRプライマーが相補する位置、(B)はPI後の染色体上遺伝子の状態と特異的PI検出PCRに用いたプライマーが相補する位置を示す。The outline of the plasmid used for recombination of the putative S. aureus gene and the state of the gene on the chromosome after recombination [plasmid integration (PI)] are shown together with the outline of the position where the primers used for PCR complement. It is a figure. In the figure, (A) shows the outline of the plasmid for PI and the position where the PCR primer complements, and (B) shows the state of the gene on the chromosome after PI and the position where the primer used for the specific PI detection PCR complements. 大腸菌を用いて生産・取得した蛋白質のSDS-PAGE解析像を示した図である。It is the figure which showed the SDS-PAGE analysis image of the protein produced and acquired using colon_bacillus | E._coli.

Claims (18)

配列表の配列番号1で特定されるポリペプチド。 A polypeptide identified by SEQ ID NO: 1 in the sequence listing. 細菌の生育又は増殖に必須である請求項1に記載のポリペプチド。 The polypeptide according to claim 1, which is essential for the growth or proliferation of bacteria. 細菌の生育又は増殖に必須であるポリペプチドであって、配列番号1に記載のアミノ酸配列において1ないし数個のアミノ酸が欠失、置換、又は挿入されたアミノ酸配列からなるポリペプチド。 A polypeptide that is essential for the growth or proliferation of bacteria and comprises an amino acid sequence in which one to several amino acids are deleted, substituted, or inserted in the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 1. さらにATP分解活性を有する請求項2又は3に記載のポリペプチド。 Furthermore, the polypeptide of Claim 2 or 3 which has ATP degradation activity. 細菌がグラム陽性菌である請求項2ないし4のいずれか一項に記載のポリペプチド。 The polypeptide according to any one of claims 2 to 4, wherein the bacterium is a Gram-positive bacterium. 細菌がスタフィロコッカス属の細菌である請求項2ないし4のいずれか一項に記載のポリペプチド。 The polypeptide according to any one of claims 2 to 4, wherein the bacterium is a bacterium of the genus Staphylococcus. 細菌が黄色ブドウ球菌である請求項2ないし4のいずれか一項に記載のポリペプチド。 The polypeptide according to any one of claims 2 to 4, wherein the bacterium is Staphylococcus aureus. 請求項1ないし7のいずれか一項に記載のポリペプチドをコードする単離されたポリヌクレオチド。 An isolated polynucleotide encoding the polypeptide of any one of claims 1-7. 配列表の配列番号2で特定されるポリヌクレオチドである請求項8に記載のポリヌクレオチド。 The polynucleotide according to claim 8, which is a polynucleotide specified by SEQ ID NO: 2 in the sequence listing. 請求項8又は9に記載のポリヌクレオチドを含むポリペプチド発現ベクター。 A polypeptide expression vector comprising the polynucleotide according to claim 8 or 9. 請求項10に記載のベクターで形質転換された微生物。 A microorganism transformed with the vector according to claim 10. 細菌の生育又は増殖を阻害する物質をスクリーニングする方法であって、下記の工程:
(A)被検物質存在下で請求項1ないし7のいずれか一項に記載のポリペプチドのATP分解活性及び/又はATP結合能を測定する工程
(B)上記工程(A)において該ポリペプチドのATP分解活性及び/又はATP結合能が阻害された場合に該被検物質を細菌の生育又は増殖を阻害する物質であると判定する工程を含む方法。
A method for screening a substance that inhibits the growth or proliferation of bacteria, comprising the following steps:
(A) A step of measuring the ATP degrading activity and / or ATP binding ability of the polypeptide according to any one of claims 1 to 7 in the presence of a test substance (B) The polypeptide in the step (A) A method comprising the step of determining that the test substance is a substance that inhibits the growth or proliferation of bacteria when ATP-degrading activity and / or ATP-binding ability is inhibited.
細菌の生育又は増殖を阻害する物質をスクリーニングするためのキットであって、請求項1ないし7のいずれか一項に記載のポリペプチド及びATPを含むキット。 A kit for screening for a substance that inhibits bacterial growth or proliferation, comprising the polypeptide according to any one of claims 1 to 7 and ATP. 請求項12に記載のスクリーニング方法で選定された、細菌の生育又は増殖を阻害する物質。 A substance that inhibits the growth or proliferation of bacteria selected by the screening method according to claim 12. 細菌の生育又は増殖を阻害するための医薬であって、請求項14に記載の物質を有効成分として含む医薬。 A medicament for inhibiting the growth or proliferation of bacteria, comprising the substance according to claim 14 as an active ingredient. 細菌がグラム陽性菌である請求項15に記載の医薬。 The medicine according to claim 15, wherein the bacterium is a Gram-positive bacterium. 細菌がスタフィロコッカス属の細菌である請求項15に記載の医薬。 The medicine according to claim 15, wherein the bacterium is a bacterium of the genus Staphylococcus. 細菌が黄色ブドウ球菌である請求項15に記載の医薬。 The medicine according to claim 15, wherein the bacterium is Staphylococcus aureus.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2002059148A2 (en) * 2001-01-26 2002-08-01 Intercell Ag A method for identification, isolation and production of antigens to a specific pathogen
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