JP2006500052A - アルデヒドデヒドロゲナーゼ遺伝子 - Google Patents
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Abstract
Description
(1)G.oxydansDSM4025から染色体DNAを単離し、例えばE.coliなどの適切な宿主細胞において染色体DNAを用いて遺伝子ライブラリーを作製し;
(2)コロニーハイブリダイゼーション、プラークハイブリダイゼーション、またはサザンハイブリダイゼーション、PCR(ポリメラーゼ連鎖反応)クローニング、ウェスタンブロット解析または当分野で既知の他の技術により染色体DNAからSNDH遺伝子をクローニングし;
(3)慣用的な方法により前記のようにして得られたSNDH遺伝子のヌクレオチド配列を決定して前記SNDH遺伝子を含むDNA分子を選択し、SNDH遺伝子を効率的に発現できる組換え発現ベクターを作製し;
(4)宿主細胞にDNAを導入する適切な方法、例えば形質転換、形質導入、接合および/または電気穿孔によりSNDH遺伝子を有する組換え微生物を作製し、ここでの宿主細胞は、よって、本発明の組換え微生物となる。
(i)部分的アミノ酸配列を、精製タンパク質またはそのペプチド断片から決定する。このような全タンパク質またはペプチド断片は、このような全タンパク質の単離により、または、SDSポリアクリルアミドゲル電気泳動後のゲルからのペプチダーゼ処理により調製できる。このようにして得られたタンパク質またはその断片を、アプライド・バイオシステムズ自動ガス相シークエンサー470Aなどのタンパク質シークエンサーに適用する。アミノ酸配列を使用して、アプライド・バイオシステムズ自動DNAシークエンサー381AなどのDNA合成機を用いてオリゴヌクレオチドプローブおよび/またはプライマーを設計および調製できる。プローブは、サザンハイブリダイゼーション、コロニーハイブリダイゼーション、またはプラークハイブリダイゼーションを用いて、標的遺伝子を有する株の遺伝子ライブラリーから、標的遺伝子を有するクローンを単離するために使用できる。
(ii)または、遺伝子ライブラリーから標的タンパク質を発現するクローンを選択する目的で、標的タンパク質に対して調製した抗体を用いる免疫学的方法を適用できる。
(iii)標的遺伝子のDNA断片を、1セットのプライマー、すなわち、前記のように決定したアミノ酸配列に従って合成した2つのオリゴヌクレオチドを用いて、PCR法により、全染色体DNAから増幅できる。その後、標的全遺伝子を有するクローンを、プローブとして前記で得られたPCR産物を用いて、サザンハイブリダイゼーション、コロニーハイブリダイゼーション、またはプラークハイブリダイゼーションにより、例えばE.coliにおいて作製した遺伝子ライブラリーから単離できる。
SNDHタンパク質のN末端75kDaサブユニットの部分アミノ酸配列を決定した。75kDaサブユニットからなる約10μgのSDS処理精製SNDHを、SDS−PAGEにかけ、タンパク質バンドをPVDFメンブランにエレクトロブロットした。メンブラン上にブロットされたタンパク質を、消化緩衝液(100mMリン酸カリウム緩衝液、5mMジチオトレイトール、10mM EDTA、pH8.0)に浸漬し、30℃で24時間、5.04μgのピログルタメートアミノペプチダーゼ(シグマ、米国)と共にインキュベートした。インキュベート後、メンブランを脱イオン水で洗浄し、自動アミノ酸シークエンサー(ABIモデル490、パーキンエルマー社、コネチカット州、米国)を使用したN末端アミノ酸シークエンスにかけた。結果として、配列番号3で示したようなN末端アミノ酸配列の14残基が得られた。
部分SNDH遺伝子断片の増幅を、G.oxydansDSM4025の染色体DNA(FERM BP−3812)ならびに縮重オリゴヌクレオチドDNAプライマーのP11(配列番号6)およびP12(配列番号7)を用いてPCRにより実施した。両方のプライマーが、Gluconobacterコドン使用に偏りを有する縮重DNA混合物であった。PCRは、熱安定tapポリメラーゼ(TAKARA ExTap(商標)、宝酒造株式会社、日本520−2193滋賀県大津瀬田3−4−1)を用いて、サーマルサイクラー(GeneAmpPCRシステム2400−R、PEバイオシステムズ、850リンカーン・センター・ドライブ、フォスターシティ、CA94404、米国)を使用して実施した。反応混合物(25μl)は、200μMのdNTP、50pmolの各プライマー(24〜48回縮重)、5ngの染色体DNA、および業者から提供された緩衝液中の1.25単位のDNAポリメラーゼから構成されていた。反応は、94℃で30秒間の変性工程、37℃で30秒間のアニーリング工程、70℃で1分間の合成工程を5サイクル、その後、94℃で30秒間の変性工程、50℃で30秒間のアニーリング工程、70℃で1分間の合成工程を25サイクルで実施した。結果として、41bpのDNA断片が特異的に増幅され、ベクターpCR2.1−TOPO(Invitrogen、1600ファラデイ・アベニュー・カールスバッド、カリフォルニア92008、米国)にクローニングし、組換えプラスミドpMTSN2を得た。成熟SNDHタンパク質のN末端部分アミノ酸配列をコードするクローニングされた41bpのDNA断片のヌクレオチド配列は、ジデオキシ鎖終結法(F. Sangerら、Proc. Natl .Acad. Sci. USA、74、5463〜5467、1977)により確認した。
(1)G.oxydansDSM4025の遺伝子ライブラリーの作製
G.oxydansDMS4025の染色体DNAを、4日間27℃で、5%D−マンニトール、1.75%コーンスティープリカー、5%パン酵母、0.25%MgSO4・7H2O、0.5%CaCO3(実践用等級)、0.5%尿素、および2.0%寒天(pH7.0)を含むM寒天培地上で増殖させた細胞から調製した。染色体DNA(4μg)を、20μlの反応混合物中の4単位のEcoRIで部分的に消化した。部分的に消化したDNA断片を含む試料の一部(8μl)を、1%アガロースゲルを使用して電気泳動により分離した。15〜35kbの範囲の断片を切り出し、QIAEXII(QIAGEN社、28159アベニュー・スタンフォード、バレンシア、CA91355、米国)を使用して化学的に融かして回収した。回収した目的のDNA断片を、H2O中に懸濁した。一方、2μgのコスミドベクターpVK100を、EcoRIで完全に消化し、細菌アルカリホスファターゼ(E.coliC75)(宝酒造)での処理により5’末端を脱リン酸化した。処理したpVK100(220ng)を、36μlの反応混合物中において、ライゲーションキット(宝酒造)を使用して、15〜35kbのEcoRI断片(1μg)とライゲートした。エタノール沈降し適切な量のTE緩衝液(10mMトリス−HClpH8.0、1mM EDTA)に溶かしておいたライゲートしたDNAを、インビトロでのパッケージングに使用し(GigapackIII Gold Packaging Extract、Stratagene、11011ノース・トーリー・パイン・ロード、ラ・ホーヤ、CA92037、米国)、ゲノムライブラリーの宿主株であるE.coliVCS257に感染させた。結果として、約25kbの挿入DNA断片を含む合計400,000〜670,000個のクローンを得た。
コロニーハイブリダイゼーション法により完全SNDH遺伝子を有するクローンを検出するための、前記したコスミドライブラリーのスクリーニングに使用するプローブを作製した。SNDHのN末端アミノ酸配列をコードする41bpDNA断片を増幅し、PCR−DIGラベリング法(Roche Molecular Systems社、1145アトランティック・アベニュー、アラバマ、CA94501、米国)により標識した。鋳型としてのプラスミドpMTSN2DNAおよびオリゴヌクレオチドDNAプライマーP13(配列番号8)およびP14(配列番号9)を用いてのPCRを、熱安定taqポリメラーゼ(TAKARA Ex Taq(商標)、宝酒造株式会社)を用いて、サーマルサイクラー(Gene Amp PCR System2400−R、PEバイオシステムズ)を使用して実施した。反応は、94℃で30秒間の変性工程、55℃で30秒間のアニーリング工程、70℃で1分間の合成工程を25サイクルで実施した。DIG標識プローブを使用して、コロニーハイブリダイゼーションによるコスミドライブラリーのスクリーニング(約1000クローン)および業者(Roche Molecular Systems Inc.、米国)により提供された方法に従っての化学ルミネセンス検出を実施した。結果として、3つの陽性クローンが単離され、その中の1つをpVSN5と称し、これはpVK100ベクター中に約25kbの挿入断片DNAを有していた。これから、異なるサイズの25kbDNA挿入断片をさらに、pUC18ベクター(図2)にサブクローニングした:(1)SNDH遺伝子の上流部分(N末端部分)を含む3.2kbのEcoRI断片によりpUCSN19が得られ、(2)SNDH遺伝子の下流部分(C末端部分)を含む7.2kbEcoRI断片によりpUCSN5が得られ、(3)無傷または完全SNDH遺伝子を含む1.8kbPstI断片によりそれぞれpUCSNP4およびpUCSNP9が得られた。pUSNP4およびpUSNP9における挿入断片は同じであるが逆の方向であることを注記する。
プラスミドpUCSN19、pUCSN5、およびpUCSNP4を、SNDH遺伝子または遺伝子断片を含む領域のヌクレオチドシークエンスに使用した。決定されたヌクレオチド配列(3,408bpを有する配列番号1)により、SNDH遺伝子のORF(1,827bp;配列番号1のヌクレオチド258〜2084)は、609アミノ酸残基(配列番号2)のポリペプチドをコードしていることが判明した。他のOPFであるORF−Aは、図1に示したように、SNDH ORFの下流に見られた。ORF−A(1,101bp;配列番号1のヌクレオチド2214〜3314)は367アミノ酸のポリペプチドをコードしていた。
無傷の、すなわち完全なSNDH遺伝子を有する8.0kbのPstI断片を含むプラスミドpUCSNP4およびpUCSNP9(図3)を、E.coliJM109に形質転換し、SNDHタンパク質の発現および活性を確認した。酵素活性として産生されるビタミンCの量を、UV検出器(TOSOH UV8000;Tosoh、日本)、デュアルポンプ(TOSOH CCPE;Tosoh)、積分器(島津C−R6A;島津、日本)およびカラム(YMC−Packポリアミン−II;内径[i.d.]4.6mm×15cm、YMC、米国)から構成される高速液体クロマトグラフィーシステム(HPLC)により264nmの波長で測定した。
図4は、SNDH遺伝子標的化ベクター、GOMTR1SN::Km(SNDH破壊物)の作製のスキームを示す。最初に、プラスミドpSUPSNを、プラスミドpUCSNP4からのSNDH遺伝子を含む8.0kbのPstI断片を、自殺ベクターpSUP202とライゲートすることにより作製した(参照については、Simonet et., Abroad host range mobilization system for in vitro genetic engineering: transposon mutagenesis in Gram negative bacteria、Biotechnology、1、784〜791、1983を参照のこと)。第二に、カナマイシン耐性遺伝子カセット(Kmカセット)を、プラスミドpSUPSNにクローニングしたSNDH遺伝子のEcoRI部位に挿入して、プラスミドpSUPSN::Km(KmrTcr)を得た。その後、プラスミドpSUPSN::Kmを、リファンピシン(Rif)耐性で野生型G.oxydansDSM4025株から自発的に派生したGOMTR1に導入し、SNDH−ヌル変異体(KmrRifrTcs)を得た。
広宿主域ベクターpVK100を使用した数種類のSNDH発現プラスミドを、図5に示したように作製した。このようなプラスミドは、以下のように記載したpVK100のHindIII部位において、異なる挿入断片DNAを有していた:pVSN117は、配列番号5のGly535(配列番号2のアミノ酸残基566)で終結するポリペプチドをコードする不完全なSNDH遺伝子、すなわち、僅か55kDaのタンパク質を発現するC末端欠失SNDH遺伝子を含む、挿入断片DNAを有する。プラスミドpVSN106およびpVSN114は、それぞれ、完全なSNDH遺伝子を含む挿入断片DNAを有していた。このようなプラスミドは、接合導入法によりGOMTR1SN::Km株に導入した。
Claims (9)
- 配列番号1のヌクレオチド配列に少なくとも95%同一であるポリヌクレオチドを含むアルデヒドデヒドロゲナーゼをコードする単離核酸分子。
- (a)配列番号1のヌクレオチド258〜2084;(b)配列番号1のヌクレオチド351〜2084;(c)配列番号1のヌクレオチド258〜1955、および(d)配列番号1のヌクレオチド351〜1955からなる群より選択されるポリヌクレオチドに少なくとも95%同一であるポリヌクレオチドを含むアルデヒドデヒドロゲナーゼをコードする単離核酸分子。
- (a)配列番号2の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、(b)配列番号2のアミノ酸32〜609からなるポリペプチドをコードするポリヌクレオチド、(c)配列番号2のアミノ酸1〜566からなるポリペプチドをコードするポリヌクレオチド、および(d)配列番号2のアミノ酸32〜566からなるポリペプチドをコードするポリヌクレオチドからなる群より選択されるポリヌクレオチドを含むアルデヒドデヒドロゲナーゼをコードする単離核酸分子。
- アルデヒドデヒドロゲナーゼ活性を有するポリペプチドをコードする単離核酸分子であって、前記核酸分子は、標準的な条件下で請求項1〜3のいずれか一項の核酸分子の相補鎖にハイブリダイズする、前記単離核酸分子。
- 請求項1〜4のいずれか一項の核酸分子を含む発現ベクター。
- ベクターが、pQE、pUC、pBluescriptII、pACYC177、pACYC184、pVK100、およびRSF1010からなる群より選択されるベクターまたはその誘導体から選択される、請求項5記載の発現ベクター。
- 請求項5記載の発現ベクターで形質転換されている組換え微生物。
- その染色体DNAに組み込まれている請求項1〜4のいずれか一項記載の核酸分子を含む、組換え微生物。
- 微生物が、細菌、酵母、および植物細胞からなる群より選択される、請求項7または8の組換え微生物。
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