JP2008118967A - Expression vector and method for producing polypeptide using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、発現させるべき所望の外来遺伝子の発現効率が高く、生産される外来ポリペプチドが可溶性のポリペプチドとして生産される確率が高い発現ベクター及びそれを用いたポリペプチドの生産方法に関する。 The present invention relates to an expression vector having a high expression efficiency of a desired foreign gene to be expressed and a high probability that a produced foreign polypeptide is produced as a soluble polypeptide, and a method for producing a polypeptide using the expression vector.
所望の外来タンパク質をコードする外来遺伝子を、大腸菌のような微生物細胞中で発現させるための発現ベクターは、種々のものが開発され、市販されている。これらの発現ベクターは、基本的には、宿主細胞内でのベクターの複製を可能にする複製開始点、発現ベクターが細胞内に取り込まれた細胞のみを選択可能にするための、薬剤耐性マーカー、栄養選択マーカー及び温度感受性マーカーのような選択マーカー、宿主細胞内での転写を可能にするプロモーター、リボソームにおける翻訳を可能にするリボソーム結合部位、及び所望の外来遺伝子を挿入するための、種々の制限酵素部位を含むマルチクローニング部位を含む。さらに、生産されたタンパク質の精製や検出のために、種々のタグをベクター内に設けておき、所望の外来タンパク質をタグとの融合タンパク質として発現させる発現ベクターも種々のものが知られ、市販されている。 Various expression vectors for expressing a foreign gene encoding a desired foreign protein in a microbial cell such as E. coli have been developed and are commercially available. These expression vectors basically include a replication origin that enables replication of the vector in a host cell, a drug resistance marker that enables selection of only cells into which the expression vector has been incorporated into the cell, Various restrictions for insertion of selectable markers such as nutrient and temperature sensitive markers, promoters that allow transcription in host cells, ribosome binding sites that allow translation in ribosomes, and desired foreign genes Includes multiple cloning sites including enzyme sites. Furthermore, for purification and detection of the produced protein, various tags are provided in the vector, and various expression vectors for expressing a desired foreign protein as a fusion protein with the tag are known and commercially available. ing.
生産されたタンパク質の精製を容易にするためのタグとしては、ヒスチジンを6個連結したアミノ酸配列から成る6xHisタグ、ヒスチジンとアスパラギンを交互に6個ずつ並べた6xHNタグ、合計19個のアミノ酸から成り、ヘリックス構造をとり、ヘリックス構造をとった際にヒスチジンが一列に整列するように設計されているHATタグ(histidine affinity tag)等種々のものが知られており、これらをコードする領域を開始コドンの下流に設けた発現ベクターが市販されている(Clontech社)。ヒスチジンは、ニッケルに対して親和性を有するため、ニッケルを樹脂に固相化したカラムにタンパク質溶液を通すことにより、これらのヒスチジン含有タグがカラムに吸着される。これを利用してタンパク質を回収、精製することが行なわれている。 The tag to facilitate the purification of the produced protein consists of a total of 19 amino acids, a 6xHis tag consisting of an amino acid sequence consisting of 6 linked histidines, and a 6xHN tag consisting of 6 alternating histidines and asparagine. There are various known HAT tags (histidine affinity tags) that take a helix structure and are designed so that histidine is aligned in a line when the helix structure is taken. An expression vector provided downstream is commercially available (Clontech). Since histidine has an affinity for nickel, these histidine-containing tags are adsorbed to the column by passing the protein solution through a column in which nickel is immobilized on a resin. Proteins are collected and purified using this.
また、生産されたタンパク質を検出するためのタグとしては、Cys-Cys-Pro-Gly-Cys-Cys(配列番号4)から成るLumio(商品名)タグが知られており、Lumio(商品名)タグをコードする領域を組み込んだ発現ベクターも知られている(Invitrogen社)。Lumio(商品名)タグには、ある蛍光物質が特異的に結合し、この蛍光物質がLumio(商品名)タグに結合すると蛍光を発するようになるため、Lumio(商品名)タグを含むタンパク質を検出することができる。 In addition, as a tag for detecting the produced protein, a Lumio (trade name) tag composed of Cys-Cys-Pro-Gly-Cys-Cys (SEQ ID NO: 4) is known, and Lumio (trade name) An expression vector incorporating a region encoding a tag is also known (Invitrogen). A fluorescent substance specifically binds to the Lumio (trade name) tag and emits fluorescence when this fluorescent substance binds to the Lumio (trade name) tag. Can be detected.
さらに、精製や検出のためのタグを、タンパク質の精製や検出後に切り離すために、特定のアミノ酸配列部分を切断するプロテアーゼであるTEVプロテアーゼ、Factor Xa、エンテロキナーゼ、トロンビン等のプロテアーゼの認識部位を設けることも知られており、上記タグに加え、このような配列特異的プロテアーゼの認識部位を設けた発現ベクターも種々知られ、市販されている。 In addition, in order to separate the tag for purification and detection after purification and detection of the protein, a recognition site for a protease such as TEV protease, Factor Xa, enterokinase, thrombin or the like that cleaves a specific amino acid sequence portion is provided. In addition to the above tags, various expression vectors provided with such a sequence-specific protease recognition site are also known and commercially available.
上記の通り、生産されたタンパク質の精製や検出を容易にするための各種タグが公知であり、それらのタグや、精製、検出後にタグを切断除去するためのプロテアーゼ認識部位を組み込んだ発現ベクターが種々市販されている。しかしながら、それらを用いて外来遺伝子の発現を行なうと、発現効率が必ずしも高くなく、外来遺伝子の発現が起きない場合もしばしばある。また、本来は可溶性のタンパク質であるにもかかわらず、タグとの融合タンパク質として発現させることに起因して、本来可溶性のタンパク質が不溶性のタンパク質として生産されることも少なくない。現在、生体内で生産される種々のタンパク質の三次元構造の解析が進められており、解析処理のためにはタンパク質が可溶性であることが望まれる。所望の外来タンパク質が不溶性タンパク質として生産された場合には、可溶化するために高濃度の尿素等で処理する必要があり、このような処理を受けたタンパク質はその三次元構造が変化する可能性があり、正しい解析結果が得られない恐れがある。 As described above, various tags for facilitating purification and detection of the produced protein are known, and those tags and expression vectors incorporating a protease recognition site for cleaving and removing the tag after purification and detection are available. Various commercial products are available. However, when foreign genes are expressed using them, the expression efficiency is not necessarily high, and the expression of foreign genes often does not occur. Moreover, although it is originally a soluble protein, due to the expression as a fusion protein with a tag, the originally soluble protein is often produced as an insoluble protein. Currently, analysis of the three-dimensional structure of various proteins produced in vivo is in progress, and it is desired that the protein is soluble for analysis processing. If a desired foreign protein is produced as an insoluble protein, it must be treated with high-concentration urea to solubilize it, and the three-dimensional structure of such treated protein may change. There is a risk that correct analysis results cannot be obtained.
従って、本発明の目的は、外来遺伝子の発現効率が高く、宿主細胞内で生産される外来ポリペプチドが可溶性のポリペプチドとして生産される確率が高くなる発現ベクター及びそれを用いたタンパク質の生産方法を提供することである。 Accordingly, an object of the present invention is to provide an expression vector having a high expression efficiency of a foreign gene and a high probability that a foreign polypeptide produced in a host cell is produced as a soluble polypeptide, and a protein production method using the expression vector Is to provide.
本願発明者らは、鋭意研究の結果、精製用のタグとしてHATタグを採用するとともに、開始コドンとHATタグコード領域との間に所定の塩基配列を介在させることにより、所望の外来ポリペプチドとタグとの融合タンパク質の発現効率が高くなり、かつ、宿主細胞内で生産される外来ポリペプチドが可溶性のポリペプチドとして生産される確率が高くなることを見出し、本発明を完成した。 As a result of diligent research, the inventors of the present application adopt a HAT tag as a purification tag, and intervene a predetermined base sequence between an initiation codon and a HAT tag coding region to obtain a desired foreign polypeptide and The present inventors have found that the expression efficiency of the fusion protein with the tag is increased and the probability that a foreign polypeptide produced in the host cell is produced as a soluble polypeptide is increased, thereby completing the present invention.
すなわち、本発明は、上流側から、プロモーターと、リボソーム結合部位と、開始コドンと、HATタグコード領域と、所望の外来遺伝子を挿入するクローニング部位とを少なくとも含む発現ベクターであって、前記開始コドンと前記HATタグコード領域との間に、4〜6アミノ酸から成り疎水性アミノ酸と極性アミノ酸が交互に配置されたアミノ酸配列をコードする領域を含む発現ベクターを提供する。また、本発明は、上記本発明の発現ベクターに、所望の外来遺伝子を挿入し、宿主細胞内で該外来遺伝子を発現させ、産生されたポリペプチドを回収することを含む、ポリペプチドの生産方法を提供する。 That is, the present invention is an expression vector including at least a promoter, a ribosome binding site, an initiation codon, a HAT tag coding region, and a cloning site for inserting a desired foreign gene from the upstream side, An expression vector comprising a region encoding an amino acid sequence consisting of 4 to 6 amino acids and having hydrophobic amino acids and polar amino acids alternately arranged between the HAT tag coding region and the HAT tag coding region is provided. The present invention also provides a method for producing a polypeptide, which comprises inserting a desired foreign gene into the expression vector of the present invention, expressing the foreign gene in a host cell, and collecting the produced polypeptide. I will provide a.
本発明により、所望の外来ポリペプチドとタグとの融合タンパク質の発現効率が高く、宿主細胞内で生産される外来ポリペプチドが可溶性のポリペプチドとして生産される確率が高い新規な発現ベクターが提供された。本発明の発現ベクターを用いて所望の外来遺伝子を発現させると、発現効率が高いためにほとんどの外来遺伝子が発現され、タンパク質の解析等の作業効率を高めることができる。また、本発明の発現ベクターを用いて外来ポリペプチドを宿主細胞内で生産させると、市販の発現ベクターを用いた場合に比べ、可溶性のポリペプチドとして生産される場合が多くなり、その後のタンパク質の三次元構造の解析等に有利である。 The present invention provides a novel expression vector having high expression efficiency of a fusion protein of a desired foreign polypeptide and tag, and a high probability that a foreign polypeptide produced in a host cell is produced as a soluble polypeptide. It was. When a desired foreign gene is expressed using the expression vector of the present invention, since the expression efficiency is high, most foreign genes are expressed, and the working efficiency of protein analysis and the like can be increased. In addition, when a foreign polypeptide is produced in a host cell using the expression vector of the present invention, it is often produced as a soluble polypeptide as compared with the case where a commercially available expression vector is used. This is advantageous for analyzing a three-dimensional structure.
上記の通り、本発明の発現ベクターは、上流側から、プロモーターと、リボソーム結合部位と、開始コドンと、HATタグと、所望の外来遺伝子を挿入するクローニング部位とを少なくとも含む。これらの各要素自体はいずれも周知であり、それらの塩基配列も周知であるので容易に化学合成することが可能である。また、これらを含む発現ベクターも種々市販されているので、それらに含まれているものを利用することもできる。 As described above, the expression vector of the present invention includes, from the upstream side, at least a promoter, a ribosome binding site, an initiation codon, a HAT tag, and a cloning site for inserting a desired foreign gene. Each of these elements is well known and their base sequences are also well known, so that they can be easily chemically synthesized. In addition, since various expression vectors containing these are also commercially available, those contained therein can be used.
プロモーターとしては、T7プロモーター、lacプロモーター、trpプロモーター、tacプロモーター等種々のものが周知であり、これらのいずれをも用いることができる。下記実施例において作製した発現ベクターのプロモーターの上流領域からターミネーター領域までの塩基配列を配列表の配列番号1に示す。配列番号1の5’末端から9個目の塩基(以下、「9nt」のように表記する)から27ntまでの領域がT7プロモーターである。 Various promoters such as T7 promoter, lac promoter, trp promoter, tac promoter are well known, and any of these can be used. The base sequence from the upstream region to the terminator region of the promoter of the expression vector prepared in the following Examples is shown in SEQ ID NO: 1 in the Sequence Listing. The region from the 9th base (hereinafter referred to as “9nt”) to 27nt from the 5 ′ end of SEQ ID NO: 1 is the T7 promoter.
プロモーターの下流にはリボソーム結合部位が存在する。リボソーム結合部位自体は周知であり、配列番号1中の76nt〜82ntがリボソーム結合部位である。なお、リボソーム結合部位は、配列番号1中の76nt〜82ntに限定されるものではなく、これに類似する周知の他のリボソーム結合部位を用いることもできる。また、配列番号1に示されるように、プロモーターとリボソーム結合部位との間には、通常、任意のスペーサー配列が位置する。このスペーサーの長さは特に限定されないが、通常、10塩基〜100塩基程度、好ましくは、30塩基〜70塩基程度である。 There is a ribosome binding site downstream of the promoter. Ribosome binding sites themselves are well known, and 76 nt to 82 nt in SEQ ID NO: 1 are ribosome binding sites. The ribosome binding site is not limited to 76 nt to 82 nt in SEQ ID NO: 1, and other known ribosome binding sites similar to this can also be used. Further, as shown in SEQ ID NO: 1, an arbitrary spacer sequence is usually located between the promoter and the ribosome binding site. The length of this spacer is not particularly limited, but is usually about 10 to 100 bases, preferably about 30 to 70 bases.
リボソーム結合位置の下流には開始コドンatgが位置する。リボソーム結合位置と開始コドンの間には、通常、任意のスペーサー配列が位置する。このスペーサーのサイズは、通常、3塩基〜15塩基程度、好ましくは5塩基〜10塩基程度である。 An initiation codon atg is located downstream of the ribosome binding position. An optional spacer sequence is usually located between the ribosome binding position and the initiation codon. The size of this spacer is usually about 3 to 15 bases, preferably about 5 to 10 bases.
開始コドンの下流には、該開始コドンと読み枠が一致した、HATタグをコードする領域(以下、便宜的に「HATタグコード領域」と呼ぶことがある)が位置する。HATタグコード領域自体は周知であり、これを含む発現ベクターも市販されている。配列番号1中、109nt〜165ntがHATタグコード領域である。HATタグコード領域は、化学合成することもできるし、市販のベクターから切り出すこともできる。また、PCRに用いるフォワード側プライマーにHATタグコード領域を付加したものを用いてPCRを行なうことにより、増幅断片にHATタグコード領域を含ませることができる。この場合、PCRを数回に分けて行い、HATタグコード領域を数回に分けて伸長させていくこともできる(下記実施例参照)。 A region encoding the HAT tag (hereinafter sometimes referred to as a “HAT tag coding region” for convenience) whose reading frame coincides with the start codon is located downstream of the start codon. The HAT tag coding region itself is well known, and expression vectors containing it are also commercially available. In SEQ ID NO: 1, 109 nt to 165 nt is a HAT tag coding region. The HAT tag coding region can be chemically synthesized or cut out from a commercially available vector. Moreover, by performing PCR using a forward primer used for PCR with a HAT tag coding region added, the amplified fragment can contain the HAT tag coding region. In this case, PCR can be performed in several times, and the HAT tag coding region can be extended in several times (see Examples below).
HATタグコード領域の下流には、外来遺伝子を挿入するクローニング部位が位置する。クローニング部位は、その中に少なくとも1個の制限酵素部位を有する配列であり、好ましくは、遺伝子工学分野において汎用されている複数の制限酵素の切断部位を有する。複数の制限酵素の切断部位を有する領域はマルチクローニング部位と呼ばれ、通常のいずれの市販の発現ベクターにもマルチクローニング部位が含まれている。本発明においても、周知のマルチクローニング部位を好ましく用いることができる。なお、本発明において、「遺伝子」は天然の遺伝子のみならず、cDNAや人為的に製造した所望の塩基配列を有する任意の核酸をも包含する意味で用いており、DNAでもRNAでもよい。通常、PCR等の核酸増幅法で増幅された核酸が好ましく用いられるが、これらに限定されるものではない。 A cloning site for inserting a foreign gene is located downstream of the HAT tag coding region. The cloning site is a sequence having at least one restriction enzyme site therein, and preferably has a plurality of restriction enzyme cleavage sites commonly used in the field of genetic engineering. A region having a plurality of restriction enzyme cleavage sites is called a multicloning site, and any ordinary commercial expression vector contains a multicloning site. Also in the present invention, a known multicloning site can be preferably used. In the present invention, “gene” is used to include not only a natural gene but also cDNA and any nucleic acid having an artificially produced desired base sequence, and may be DNA or RNA. Usually, a nucleic acid amplified by a nucleic acid amplification method such as PCR is preferably used, but is not limited thereto.
本発明の発現ベクターでは、上記開始コドンとHATタグコード領域の間に、4〜6アミノ酸から成り疎水性アミノ酸と極性アミノ酸が交互に配置されたアミノ酸配列をコードする領域(以下、便宜的に「交互領域」と呼ぶことがある)を含む。ここで、「疎水性アミノ酸」は、低極性の側鎖を有する中性アミノ酸であるグリシン、イソロイシン、バリン、ロイシン、アラニン、メチオニン及びプロリンであり、「極性アミノ酸」は、親水性側鎖を有する中性アミノ酸であるアスパラギン、グルタミン、スレオニン、セリン、チロシン及びシステインである。開始コドンとHATタグコード領域の間に、この交互領域を介在させることにより、外来遺伝子産物とHATタグ(及び後述する他のタグやプロテアーゼ認識部位が存在する場合にはそれらも含む)との融合タンパク質の発現効率が高くなり、また、該融合タンパク質が可溶性のタンパク質として生産される確率が高くなる。交互領域の好ましい例として、Ile Thr Pro Ser Leu(配列番号2)から成るアミノ酸配列をコードする領域が好ましい。1つのアミノ酸配列をコードするコドンは複数存在する場合が多いので、配列番号2に示すアミノ酸配列をコードする塩基配列は複数存在する。配列番号2に示すアミノ酸配列をコードする塩基配列としては、attacaccaagttta(配列番号3)が最も好ましい。また、この場合、HATタグのN末端であるリジンをコードするコドンはaaaとすることが最も好ましい。交互領域を配列番号3の塩基配列とし、HATタグのN末端であるリジンをコードするコドンをaaaとすることにより、発現効率が最も高くなる。なお、開始コドンと交互領域の間、及び交互領域とHATタグコード領域の間にはスペーサー配列は存在しない。配列番号1に示す塩基配列の交互領域及びHATタグコード領域のN末端のリジンのコドンをaaaに改変した塩基配列を配列番号27に示す。 In the expression vector of the present invention, a region encoding an amino acid sequence consisting of 4 to 6 amino acids and having hydrophobic amino acids and polar amino acids alternately arranged between the initiation codon and the HAT tag coding region (hereinafter referred to as “ Which may be referred to as “alternating regions”). Here, “hydrophobic amino acid” is glycine, isoleucine, valine, leucine, alanine, methionine and proline, which are neutral amino acids having a low polarity side chain, and “polar amino acid” has a hydrophilic side chain. The neutral amino acids are asparagine, glutamine, threonine, serine, tyrosine and cysteine. Fusion of foreign gene products and HAT tags (and other tags and protease recognition sites, if any), by interposing this alternating region between the initiation codon and HAT tag coding region The protein expression efficiency increases, and the probability that the fusion protein is produced as a soluble protein increases. As a preferred example of the alternating region, a region encoding an amino acid sequence consisting of Ile Thr Pro Ser Leu (SEQ ID NO: 2) is preferred. Since there are many codons encoding one amino acid sequence, there are a plurality of base sequences encoding the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2. As the base sequence encoding the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2, attacaccaagttta (SEQ ID NO: 3) is most preferable. In this case, the codon encoding lysine at the N-terminal of the HAT tag is most preferably aaa. The expression efficiency is highest when the alternating region is the base sequence of SEQ ID NO: 3 and the codon encoding lysine at the N-terminal of the HAT tag is aaa. There is no spacer sequence between the start codon and the alternating region, and between the alternating region and the HAT tag coding region. SEQ ID NO: 27 shows the base sequence obtained by modifying the alternating region of the base sequence shown in SEQ ID NO: 1 and the N-terminal lysine codon of HAT tag coding region to aaa.
本発明のベクターは、前記HATタグコード領域と前記クローニング部位との間にCys-Cys-Pro-Gly-Cys-Cys(配列番号4)をコードする蛍光色素結合部位コード領域をさらに含むことが好ましい。配列番号4に示されるアミノ酸配列は、Lumio(商品名、Invitrogen社)タグと呼ばれ、これを含む発現ベクターはInvitrogen社から市販されている。Lumio(商品名)タグは、Lumio-Green Reagent(商品名、Invitrogen社)という商品名で市販されている、次式で表される化合物と結合して蛍光を発する。この化合物のみが存在し、Lumio(商品名)タグが存在しない状態では蛍光は発せられない。従って、生産されるポリペプチド内にLumio(商品名)タグが含まれていると、該化合物の存在下で蛍光が発せられるので、生産されたタンパク質を容易に可視化して検出することができる。配列番号1中、178ntから195ntが、Lumio(商品名)タグをコードする蛍光色素結合部位コード領域である。HATタグコード領域と蛍光色素結合部位コード領域との間には、通常、スペーサー領域が介在する。このスペーサーのサイズは、特に限定されないが、通常、3アミノ酸〜6アミノ酸程度のアミノ酸をコードするサイズである。 The vector of the present invention preferably further comprises a fluorescent dye-binding site coding region encoding Cys-Cys-Pro-Gly-Cys-Cys (SEQ ID NO: 4) between the HAT tag coding region and the cloning site. . The amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 4 is called a Lumio (trade name, Invitrogen) tag, and an expression vector containing this is commercially available from Invitrogen. The Lumio (trade name) tag emits fluorescence by binding to a compound represented by the following formula, which is commercially available under the trade name Lumio-Green Reagent (trade name, Invitrogen). Only this compound is present, and no fluorescence is emitted in the absence of the Lumio (trade name) tag. Accordingly, when a Lumio (trade name) tag is included in the produced polypeptide, fluorescence is emitted in the presence of the compound, so that the produced protein can be easily visualized and detected. In SEQ ID NO: 1, 178 nt to 195 nt is a fluorescent dye binding site coding region encoding a Lumio (trade name) tag. A spacer region is usually interposed between the HAT tag coding region and the fluorescent dye binding site coding region. The size of the spacer is not particularly limited, but is usually a size encoding an amino acid of about 3 to 6 amino acids.
本発明の発現ベクターは、さらに、配列特異的タンパク質分解酵素認識部位をコードする領域をさらに含んでいてもよい。配列特異的タンパク質分解酵素の例としては、TEVプロテアーゼ、エンテロキナーゼ、Factor Xa及びトロンビン等を挙げることができる。配列特異的タンパク質分解酵素認識部位コード領域は、複数存在してもよい。生産されたタンパク質が、配列特異的タンパク質分解酵素認識部位を有していると、融合タンパク質の精製、検出後に、該配列特異的タンパク質分解酵素で処理することにより、上記したHATタグや蛍光色素結合部位等を含む、目的ポリペプチドよりも上流の部分を切断除去することができる。配列特異的タンパク質分解酵素認識部位コード領域は、HATタグコード領域とクローニング部位の間(蛍光色素結合部位コード領域を含む場合には該領域とマルチクローニング部位の間)に位置する。配列番号1中、205nt〜225ntがTEVプロテアーゼ認識部位、235nt〜249ntがエンテロキナーゼ認識部位である。HATタグコード領域(蛍光色素結合部位コード領域が存在する場合には該領域)と配列特異的タンパク質分解酵素認識部位コード領域との間、及び複数の配列特異的タンパク質分解酵素認識部位コード領域が存在する場合にはそれらの間には、通常、スペーサー領域が介在する。これらのスペーサーのサイズは、特に限定されないが、通常、それぞれ3アミノ酸〜6アミノ酸程度のアミノ酸をコードするサイズである。 The expression vector of the present invention may further contain a region encoding a sequence-specific proteolytic enzyme recognition site. Examples of sequence-specific proteolytic enzymes include TEV protease, enterokinase, Factor Xa and thrombin. There may be a plurality of sequence-specific proteolytic enzyme recognition site coding regions. If the produced protein has a sequence-specific proteolytic enzyme recognition site, the fusion protein is purified and detected, and then treated with the sequence-specific proteolytic enzyme to bind to the above-mentioned HAT tag and fluorescent dye. A portion upstream of the target polypeptide including the site and the like can be cleaved and removed. The sequence-specific proteolytic enzyme recognition site coding region is located between the HAT tag coding region and the cloning site (or between the region and the multiple cloning site if a fluorescent dye binding site coding region is included). In SEQ ID NO: 1, 205nt to 225nt are TEV protease recognition sites, and 235nt to 249nt are enterokinase recognition sites. Between the HAT tag coding region (if there is a fluorescent dye binding site coding region) and the sequence-specific proteolytic enzyme recognition site coding region, and there are multiple sequence-specific proteolytic enzyme recognition site coding regions In general, a spacer region is interposed between them. The size of these spacers is not particularly limited, but is usually a size encoding about 3 to 6 amino acids.
上記した各スペーサー領域の塩基配列は任意であるが、分子内ハイブリダイズが起きない(すなわち、いずれかの部位で二つ折りにした場合に、向い合う塩基同士が相補的にならない)ように設定することが、発現効率を高くする上で好ましい。 The base sequence of each spacer region described above is arbitrary, but it is set so that intramolecular hybridization does not occur (that is, the opposing bases do not become complementary when folded in half at any site). It is preferable to increase the expression efficiency.
以上のように設計された、好ましい発現ベクターの具体例の塩基配列が上記の通り配列番号27に示されており、このうち、T7プロモーターからエンテロキナーゼ認識部位の3’末端までの領域、すなわち、91nt〜249ntの領域を含む発現ベクターが特に好ましく、発現ベクターにこの領域を含めることにより、発現効率が特に高くなり、外来ポリペプチドが可溶性ポリペプチドとして得られる可能性も特に高くなる。 The nucleotide sequence of a specific example of a preferable expression vector designed as described above is shown in SEQ ID NO: 27 as described above, and among these, the region from the T7 promoter to the 3 ′ end of the enterokinase recognition site, An expression vector containing a region of 91 nt to 249 nt is particularly preferred. By including this region in the expression vector, the expression efficiency is particularly high, and the possibility that a foreign polypeptide is obtained as a soluble polypeptide is particularly high.
なお、上記は、プロモーターからクローニング部位までの領域について説明したが、本発明の発現ベクターは、他の発現ベクターと同様、通常、宿主細胞内での複製を可能にするための複製開始点を有する。さらに、クローニング部位の下流には、転写を完全に停止させるターミネーター配列を通常有する。配列番号1に示す塩基配列では、703nt〜746ntがT7ターミネーターである。さらに、通常、発現ベクターが細胞内に取り込まれた細胞のみを選択可能にするための、薬剤耐性マーカー、栄養選択マーカー及び温度感受性マーカーのような選択マーカーを含む。これらの各要素自体は周知であり、市販のいずれの発現ベクターにも含まれているものであり、各種市販品から容易に入手可能である。 In addition, although the above demonstrated the area | region from a promoter to a cloning site, the expression vector of this invention has the replication origin for enabling replication in a host cell like other expression vectors normally. . In addition, downstream of the cloning site, it usually has a terminator sequence that completely stops transcription. In the base sequence shown in SEQ ID NO: 1, 703nt to 746nt are T7 terminators. Furthermore, it usually contains a selection marker such as a drug resistance marker, a nutrient selection marker, and a temperature sensitive marker so that only cells in which the expression vector is incorporated into the cell can be selected. Each of these elements is well known and is included in any commercially available expression vector, and can be easily obtained from various commercially available products.
本発明の発現ベクターの宿主は限定されず、大腸菌や枯草菌のような原核生物、酵母、昆虫細胞、植物細胞、哺乳動物細胞等いずれのものでもよい。これらのうち、目的ポリペプチドの生産効率が高い大腸菌が好ましい。大腸菌用の発現ベクターは、大腸菌内で複製可能な複製開始点、例えばf1 origin、pBR322 origin等を含む。これらの複製開始点は周知であり、大腸菌用のいずれの市販の発現ベクターにも含まれている。なお、発現ベクターは、無細胞タンパク合成系用であってもよく、この場合には、複製開始点は特に必要ない。もっとも、複製開始点を持っていても無細胞タンパク合成系を利用できるので、発現ベクターの汎用性を高めるために、通常、複製開始点が含まれる。 The host of the expression vector of the present invention is not limited and may be any prokaryotic organism such as Escherichia coli or Bacillus subtilis, yeast, insect cell, plant cell, or mammalian cell. Of these, Escherichia coli having high production efficiency of the target polypeptide is preferable. An expression vector for E. coli contains an origin of replication that can replicate in E. coli, such as f1 origin, pBR322 origin, and the like. These origins of replication are well known and are included in any commercially available expression vector for E. coli. The expression vector may be used for a cell-free protein synthesis system. In this case, a replication origin is not particularly required. However, since the cell-free protein synthesis system can be used even if it has a replication origin, the replication origin is usually included in order to enhance the versatility of the expression vector.
本発明の発現ベクターを用いたポリペプチドの生産方法は、従来から周知の、市販されている各種の発現ベクターと全く同様である。すなわち、クローニング部位に含まれる制限酵素部位の制限酵素で発現ベクター及び挿入すべき外来遺伝子を消化し、それらをアニーリングして外来遺伝子をクローニング部位に挿入し、リガーゼで処理することにより閉環したプラスミドベクターとすることができる。宿主細胞を、得られた組換えベクターで常法により形質転換し、宿主細胞を培養して外来遺伝子を発現させて所望のポリペプチドを生産させる。生産されたポリペプチドは、HATタグを有するので、Ni固相化カラムに通し、吸着して回収する。回収したポリペプチドは、蛍光色素結合部位を有する場合には、上記した蛍光色素により可視化することができ、電気泳動にかけた場合には電気泳動のバンドを明確に可視化することができる。さらに、配列特異的プロテアーゼの認識部位を有する場合には、該プロテアーゼで処理することによりタグ部分を切断除去し、目的の外来タンパク質を得ることができる。あるいは、得られた組換えベクターを用いて、無細胞(セルフリー)タンパク合成系で外来ポリペプチドを生産することもできる。無細胞タンパク合成系も既に確立されており、そのためのキットも市販されているので、ベクターさえあれば容易に実施することができる。 The method for producing a polypeptide using the expression vector of the present invention is exactly the same as various conventionally known expression vectors that are commercially available. That is, the expression vector and the foreign gene to be inserted are digested with the restriction enzyme of the restriction enzyme site contained in the cloning site, the plasmid is closed by annealing them, inserting the foreign gene into the cloning site, and treating with a ligase It can be. A host cell is transformed with the obtained recombinant vector by a conventional method, and the host cell is cultured to express a foreign gene to produce a desired polypeptide. Since the produced polypeptide has a HAT tag, it is passed through a Ni-immobilized column, adsorbed and recovered. When the recovered polypeptide has a fluorescent dye-binding site, it can be visualized with the above-described fluorescent dye, and when subjected to electrophoresis, the electrophoresis band can be clearly visualized. Furthermore, when having a recognition site for a sequence-specific protease, the target foreign protein can be obtained by treating with the protease to cleave and remove the tag portion. Alternatively, the resulting recombinant vector can be used to produce a foreign polypeptide in a cell-free (cell-free) protein synthesis system. A cell-free protein synthesis system has already been established, and a kit for that purpose is also commercially available.
なお、クローニング部位に外来遺伝子を挿入する方法は、上記の通り、制限酵素とリガーゼを用いた常法により行なってもよいが、外来遺伝子が、PCRにより増幅されたものである場合には、LIC(ligation independent cloning)法を用いることが好ましい。LIC法自体は周知であり、LIC法を用いる発現用キットも市販されている(Novagen社)。LIC法は、T4 DNAポリメラーゼの一本鎖エキソヌクレアーゼ活性(二本鎖のうちの一本鎖を3'末端から切断していく活性)を利用して通常の制限酵素接着末端よりも接着部分が長い(十数塩基)接着末端を人工的に作り出し、発現ベクターと外来遺伝子とをアニーリング後、ライゲーション反応なしでそのまま宿主細胞に形質転換する方法である。すなわち、外来遺伝子をPCRで増幅する際のフォワード側及びリバース側プライマーとして、増幅すべき外来遺伝子と相補的な塩基配列の5'側に、発現ベクターのマルチクローニング部位中の部分領域と相補的な塩基配列(十数塩基)を付加(以下、「付加領域」)したオリゴヌクレオチドを用いる。PCRの1サイクル目において、各プライマーは、増幅すべき外来遺伝子と相補的な部分がハイブリダイズし、これがプライマーとして機能して伸長が起きる。このとき、付加領域は、外来遺伝子とはハイブリダイズせず、一本鎖のまま残る。しかし、1サイクル目で形成されるDNA鎖は、末端に付加領域を含むものであるので、2サイクル目以降は付加領域も鋳型として機能し、結局、外来遺伝子の両末端に、各付加領域が付加された二本鎖DNA断片が増幅産物として得られる。これをT4DNAポリメラーゼで処理すると、そのエキソヌクレアーゼ活性により二本鎖のうちの一本が末端から1塩基ずつ切断されていき、接着末端が形成される。一本鎖の突出領域が十数塩基になる条件で処理する。一方、発現ベクターも、適当な制限酵素で消化して開環し、同様にT4DNAポリメラーゼで処理して、付加領域と相補的な配列が一本鎖となるように調製し、これらをアニーリングすると、二本鎖の閉じたプラスミドが得られる。この閉じたプラスミドは、発現ベクターと挿入断片とがハイブリダイズしている領域が各十数塩基と長いので安定であり、リガーゼによるライゲーション反応を行なわなくてもそのまま形質転換や無細胞合成系に用いることができる。なお、形質転換後、宿主細胞内で、宿主細胞が有する天然のリガーゼによりライゲーションが起きて、DNAの背骨が共有結合された完全に閉じた二本鎖プラスミドとなる。LIC法を用いると、リガーゼを用いたライゲーション反応が不要になるので簡便である。配列番号1に示す塩基配列では、エンテロキナーゼ認識部位の直下流にEcoT22I部位(配列番号1の250nt〜255nt)が位置し、593nt〜600ntにNotI部位が位置する。なお、配列番号1に示すLICベクターでは、該ベクターを制限酵素EcoT22IとNotIで消化して開環し、上記の通りT4DNAポリメラーゼで処理するので、EcoT22I部位とNotI部位の間(配列番号1の256nt〜592nt)は、EcoT22I-NotI処理により除去される領域であるから、この部分は任意の配列であってよい。 As described above, the method for inserting the foreign gene into the cloning site may be performed by a conventional method using a restriction enzyme and ligase. However, when the foreign gene is amplified by PCR, LIC is used. Preferably, the (ligation independent cloning) method is used. The LIC method itself is well known, and an expression kit using the LIC method is also commercially available (Novagen). The LIC method uses the single-stranded exonuclease activity of T4 DNA polymerase (the activity of cleaving one of the double strands from the 3 'end), so that the adhesion part is more than the normal restriction enzyme adhesive end. This is a method in which a long (ten bases) cohesive end is artificially created, an expression vector and a foreign gene are annealed, and then transformed directly into a host cell without a ligation reaction. That is, as a forward and reverse primer for amplifying a foreign gene by PCR, complementary to a partial region in the multicloning site of the expression vector on the 5 ′ side of the base sequence complementary to the foreign gene to be amplified. An oligonucleotide to which a base sequence (ten bases) is added (hereinafter referred to as “addition region”) is used. In the first cycle of PCR, each primer hybridizes with a portion complementary to the foreign gene to be amplified, which functions as a primer and causes elongation. At this time, the additional region does not hybridize with the foreign gene and remains single-stranded. However, since the DNA strand formed in the first cycle contains an additional region at the end, the additional region also functions as a template after the second cycle, and eventually each additional region is added to both ends of the foreign gene. Double stranded DNA fragments are obtained as amplification products. When this is treated with T4 DNA polymerase, one of the double strands is cleaved one base at a time from the end due to its exonuclease activity, and an adhesive end is formed. The treatment is performed under the condition that the single-stranded protruding region becomes 10 or more bases. On the other hand, the expression vector is also digested with an appropriate restriction enzyme and opened, and similarly treated with T4 DNA polymerase to prepare a sequence complementary to the additional region to be a single strand, and annealing these, A double-stranded closed plasmid is obtained. This closed plasmid is stable because the region where the expression vector and the insert fragment are hybridized is as long as several dozen bases, and can be used as it is for transformation or cell-free synthesis system without ligation reaction by ligase. be able to. In addition, after transformation, ligation occurs in the host cell by the natural ligase of the host cell, resulting in a completely closed double-stranded plasmid in which the DNA backbone is covalently bound. Use of the LIC method is convenient because a ligation reaction using ligase is not necessary. In the base sequence shown in SEQ ID NO: 1, the EcoT22I site (250 nt to 255 nt of SEQ ID NO: 1) is located immediately downstream of the enterokinase recognition site, and the NotI site is located from 593 nt to 600 nt. In the LIC vector shown in SEQ ID NO: 1, the vector is digested with restriction enzymes EcoT22I and NotI, and then opened and treated with T4 DNA polymerase as described above. Therefore, between the EcoT22I site and NotI site (256 nt of SEQ ID NO: 1) ˜592nt) is a region removed by EcoT22I-NotI treatment, and this portion may be an arbitrary sequence.
以下、本発明を実施例に基づきより具体的に説明する。もっとも、本発明は下記実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described more specifically based on examples. However, the present invention is not limited to the following examples.
実施例1
1. 発現ベクターの構築
(1) 市販のベクターであるpET160-DEST(商品名、Invitrogen社)は、大腸菌用の発現ベクターであり、本実施例で利用するLumio(商品名)タグコード領域とTEVプロテアーゼ認識部位を含む。pET160-DEST(商品名、Invitrogen社)の6xHisタグの直下流からT7ターミネーター領域までの部分をPCRにより増幅した(図1参照)。用いたフォワード側プライマーは、tgtcctggctgttgcggtggcggcgaaaacctgtattttcag(配列番号5)、リバース側プライマーは、aaggggttatgctagttattgctcagcggtggcagcag(配列番号6)であった。PCRは、94℃、15秒間の変性工程、50℃、30秒間のアニーリング工程及び74℃、1分間の伸長工程から成るサイクルを30回繰り返すことにより行なった。得られた増幅断片を鋳型とし、2回目のPCRを行なった。2回目のPCRでは、リバース側プライマーとしては上記と同様、配列番号6に示す塩基配列を有するオリゴヌクレオチドを用い、フォワード側プライマーとしては、acaacaagggtggtggtggctgttgtcctggctgtt(配列番号7)を用いた。配列番号7に示す塩基配列を有するプライマーは、鋳型とハイブリダイズしない領域を5'側に付加したものである。このようなフォワード側プライマーを用いてPCRを行なうと、得られる増幅断片は、フォワード側プライマーの5'末端までを含む二本鎖DNAとなるので、結局、増幅断片は、1回目のPCRで得られた増幅断片に、2回目のPCRで用いたフォワード側プライマーの、5’側の付加領域までを含むものとなり、5’側にその分だけ伸長されたものになる。そして、この新たに5’側に伸長した領域は、化学合成するプライマーの塩基配列となるので、任意の塩基配列を5’側に伸長させることができる。以下、同様にして、3回目、4回目、5回目のPCRを行い、開始コドン上流のスペーサー領域、開始コドン、交互領域及びHAT領域を含む領域を2回目〜5回目のPCRにより5’側に伸長していき、最終的には、開始コドン上流のスペーサー領域からT7ターミネーターまでを含む断片を増幅した(図2参照)。なお、3回目、4回目、5回目のPCRで用いたフォワード側プライマーは、それぞれ配列番号8、配列番号9及び配列番号10に示す。リバース側プライマーは全てのPCRにおいて、1回目のPCRで用いたものと同じであり、PCR条件も上記した1回目と同じであった。なお、開始コドンとその上流の3塩基、すなわち、catatgの領域は制限酵素NdeI切断部位である。なお、各増幅産物は、アガロースゲル電気泳動で精製して用いた(以下、同様)。
Example 1
1. Construction of expression vector
(1) A commercially available vector, pET160-DEST (trade name, Invitrogen) is an expression vector for Escherichia coli, and contains a Lumio (trade name) tag coding region and a TEV protease recognition site used in this example. A portion from the immediately downstream of the 6xHis tag of pET160-DEST (trade name, Invitrogen) to the T7 terminator region was amplified by PCR (see FIG. 1). The forward primer used was tgtcctggctgttgcggtggcggcgaaaacctgtattttcag (SEQ ID NO: 5), and the reverse primer was aaggggttatgctagttattgctcagcggtggcagcag (SEQ ID NO: 6). PCR was performed by repeating 30 cycles of a denaturation step at 94 ° C. for 15 seconds, an annealing step at 50 ° C. for 30 seconds, and an extension step at 74 ° C. for 1 minute. A second PCR was performed using the obtained amplified fragment as a template. In the second PCR, an oligonucleotide having the base sequence shown in SEQ ID NO: 6 was used as the reverse primer, and acaacaagggtggtggtggctgttgtcctggctgtt (SEQ ID NO: 7) was used as the forward primer. The primer having the base sequence shown in SEQ ID NO: 7 has a region that does not hybridize with the template added to the 5 ′ side. When PCR is performed using such a forward primer, the resulting amplified fragment becomes a double-stranded DNA containing up to the 5 ′ end of the forward primer, so that the amplified fragment can be obtained by the first PCR. The obtained amplified fragment includes the forward primer used in the second PCR up to the 5 ′ additional region, and is extended to the 5 ′ side accordingly. And since this newly extended | extended area | region is set to the base sequence of the primer to chemically synthesize | combine, arbitrary base sequences can be extended to the 5 'side. Thereafter, the third, fourth and fifth PCRs are performed in the same manner, and the region including the spacer region, start codon, alternating region and HAT region upstream of the start codon is moved to the 5 ′ side by the second to fifth PCR. Finally, a fragment including the spacer region upstream from the start codon to the T7 terminator was amplified (see FIG. 2). The forward primers used in the third, fourth and fifth PCR are shown in SEQ ID NO: 8, SEQ ID NO: 9 and SEQ ID NO: 10, respectively. The reverse primer was the same as that used in the first PCR in all PCRs, and the PCR conditions were also the same as in the first time. Note that the initiation codon and three bases upstream thereof, that is, the catatg region is a restriction enzyme NdeI cleavage site. Each amplification product was used after purification by agarose gel electrophoresis (hereinafter the same).
(2) 上記(1)で得られた二本鎖DNA増幅断片を鋳型として用い、該増幅断片の5'末端からTEVプロテアーゼ認識部位コード領域の少し下流までの領域を増幅した。この際、リバース側プライマーの5'側に、BamHI部位を含む領域を付加したものをリバース側プライマーとして用いた(図3参照)。この際に用いたフォワード側プライマーを配列番号11、リバース側プライマーを配列番号12に示す。得られた増幅断片をNdeIとBamHIで消化し、両端にそれぞれNdeIとBamHI消化による接着末端を有する二本鎖DNA断片を得た。なお、制限酵素消化物は、アガロースゲル電気泳動で精製して用いた(以下同様)。一方、市販の発現ベクターであるpET-23b(商品名、Novagen社)は、T7プロモーター、リボソーム結合部位、マルチクローニング部位(MCS)、T7ターミネーター、f1 origin、アンピシリン耐性遺伝子などを含む発現ベクターである(図4参照、MCS及びその近傍の塩基配列を配列番号13に示す)。pET-23b(商品名、Novagen社)を同様にNdeIとBamHIで消化し、上記二本鎖DNA断片とアニーリングし、T4DNAリガーゼによりライゲーションした(図3参照)。 (2) Using the double-stranded DNA amplified fragment obtained in (1) above as a template, a region from the 5 ′ end of the amplified fragment to a little downstream of the TEV protease recognition site coding region was amplified. At this time, a reverse primer was added with a region containing a BamHI site on the 5 ′ side of the reverse primer (see FIG. 3). The forward primer used in this case is shown in SEQ ID NO: 11, and the reverse primer is shown in SEQ ID NO: 12. The obtained amplified fragment was digested with NdeI and BamHI to obtain double-stranded DNA fragments having sticky ends at both ends by NdeI and BamHI digestion, respectively. The restriction enzyme digest was purified by agarose gel electrophoresis (hereinafter the same). On the other hand, a commercially available expression vector, pET-23b (trade name, Novagen) is an expression vector containing a T7 promoter, a ribosome binding site, a multicloning site (MCS), a T7 terminator, f1 origin, an ampicillin resistance gene, and the like. (See FIG. 4, MCS and its base sequence are shown in SEQ ID NO: 13). pET-23b (trade name, Novagen) was similarly digested with NdeI and BamHI, annealed with the above double-stranded DNA fragment, and ligated with T4 DNA ligase (see FIG. 3).
(3) 得られた組換えベクターを、常法により大腸菌株TOP10(Invitrogen社)に形質転換を行い、寒天プレートに撒きコロニーを形成させた。得られた形質転換株からプラスミドDNAを回収し、DNAシーケンサーにより、意図した塩基配列が含まれていることを確認した。 (3) The obtained recombinant vector was transformed into E. coli strain TOP10 (Invitrogen) by a conventional method, and seeded on an agar plate to form colonies. Plasmid DNA was recovered from the obtained transformant and confirmed to contain the intended base sequence by a DNA sequencer.
2. 外来遺伝子の挿入
(1) 外来遺伝子の挿入は、LIC法により行なった。すなわち、外来遺伝子をPCRにより増幅する際に用いるフォワード側プライマーとして、増幅する外来遺伝子の5’末端領域と同一の塩基配列を有する15塩基対の領域の5'側に、さらに、cgggatccggatgacgacgacaagatgcat(配列番号14)を付加したものを用いた。リバース側プライマーとしては、増幅する外来遺伝子の3’末端領域の相補鎖と同一の塩基配列を有する13塩基対の領域の5’側にさらにcgccggcgaagaggatgagctcgcc(配列番号15)を付加したものを用いた。これにより、所望の外来遺伝子の両端にそれぞれ配列番号14及び配列番号15に示す塩基配列が付加された二本鎖DNA断片が増幅された。なお、用いたフォワード側プライマーにはBamHI部位及びエンテロキナーゼ認識部位が含まれ、リバース側プライマーにはXhoI部位及びNotI部位が含まれる。得られた増幅産物をBamHIとXhoIで消化し、両末端を接着末端とした。
2. Inserting foreign genes
(1) Foreign gene was inserted by LIC method. That is, as a forward primer used when a foreign gene is amplified by PCR, cgggatccggatgacgacgacaagatgcat (SEQ ID NO: 5) is further added to the 5 ′ side of a 15 base pair region having the same base sequence as the 5 ′ end region of the foreign gene to be amplified. What added 14) was used. As the reverse primer, a primer obtained by further adding cgccggcgaagaggatgagctcgcc (SEQ ID NO: 15) to the 5 ′ side of a 13 base pair region having the same base sequence as the complementary strand of the 3 ′ end region of the foreign gene to be amplified was used. As a result, double-stranded DNA fragments having the nucleotide sequences shown in SEQ ID NO: 14 and SEQ ID NO: 15 added to both ends of the desired foreign gene were amplified. The forward primer used contains a BamHI site and an enterokinase recognition site, and the reverse primer contains an XhoI site and a NotI site. The obtained amplification product was digested with BamHI and XhoI, and both ends were used as adhesive ends.
(2) 一方、上記1で作製した発現ベクターと、同様にBamHIとXhoIで消化し、上記(2)で作製した、BamHIとXhoIで消化した増幅断片とをアニーリングし、T4 DNAリガーゼでライゲーションして、外来遺伝子を組み込んだ組換えベクターを得た。 (2) On the other hand, the expression vector prepared in 1 above was similarly digested with BamHI and XhoI, and the amplified fragment digested with BamHI and XhoI prepared in (2) above was annealed and ligated with T4 DNA ligase. Thus, a recombinant vector incorporating a foreign gene was obtained.
3. 外来タンパク質の生産
得られた組換えベクターを用い、コムギ胚芽無細胞合成系で外来タンパク質を生産した。コムギ胚芽無細胞合成系は、市販のキット(セルフリーサイエンス社製)を用い、キットに添付されている指示書通りに実験操作を行った。生成物は、アガロースゲル電気泳動により精製し、バンドは、Lumioタグ(商品名)を利用して蛍光検出した。なお、バンドの強度から、タンパク質の発現効率を概ね知ることができる。
3. Production of foreign protein Using the obtained recombinant vector, a foreign protein was produced in a wheat germ cell-free synthesis system. For the wheat germ cell-free synthesis system, a commercially available kit (manufactured by Cell Free Science) was used, and the experimental operation was performed according to the instructions attached to the kit. The product was purified by agarose gel electrophoresis, and the band was detected with fluorescence using a Lumio tag (trade name). The protein expression efficiency can be generally known from the band intensity.
4. TEVプロテアーゼ認識部位中のリボソーム結合部位の消去
得られた組換えベクターを無細胞合成系で発現させると、電気泳動バンドから、2種類のタンパク質が生産されていることがわかった。これはTEVプロテアーゼ認識部位中に、リボソーム結合部位様の配列があり、これがリボソーム結合部位として機能して、その下流をN末端とする、不所望の第2のタンパク質が生産されていることがわかった。そこで、この部分にサイレントミューテーションを導入して、不所望のリボソーム結合部位を解消した。すなわち、配列番号1に示す塩基配列中の217nt〜219ntのtctをtttに変更し、223nt〜225ntのggaをtccに変更した。これにより、TEVプロテアーゼ認識部位中のリボソーム結合部位は解消され、不所望のタンパク質が生産される問題は解消した。なお、このサイレントミューテーションは具体的に次のようにして導入した。変異導入前ベクターをテンプレートとして、217nt〜219ntのtctをtttに変更し、223nt〜225ntのggaをtccに変更したプライマーを以下の配列のように準備した(変更した配列は下線部分に相当)。For-1:5'-ATATACATATGATTACGCCAAGCTTGAAGGATCATCTCATCCAC-3'(配列番号28)
Rev-1:5'-GCTCGAATTCGGATCCCGGGACTGAAAATACAGGTTTTCGCCGCCACCGCAACAGCCAGGACAACAGCC-3'(配列番号29)
For-2:5'-GGCGAAAACCTGTATTTTCAGTCCCGGGATCCGAATTCGAGCTCCGTCGACAAGCTTGCGGCCGCA-3'(配列番号30)
Rev-2:5'-GGTGGCAGCAGCCAACTCAGCTTCCTTTCGGG-3'(配列番号31)
それぞれ、(For-1,Rev-1)と(For-2,Rev-2)をペアでPCRを行いそれぞれにフラグメント1とフラグメント2のPCR断片を得た。さらにプライマーFor-1とRev-2とフラグメント1と2を加えて2回目のPCRを行った。得られたフラグメントはインサート側として制限酵素NdeIとBpu1102Iで処理した。また、同様に変異導入前ベクターにもホスト側として制限酵素NdeIとBpu1102Iで処理した。インサートとホストをアニーリングし大腸菌Top10(インビトロジェン社)へ形質転換し、寒天プレートへ殖菌した。37℃に静置してできたコロニーをさらに10mLのLB培地で一晩培養を行い、そこからプラスミドを抽出した。抽出後、DNAシーケンサー(ABI3700)により配列を確認した。得られた組換えベクターのT7プロモーター近傍からT7ターミネーターまでの塩基配列を配列番号1に示す。
4). Elimination of the ribosome binding site in the TEV protease recognition site When the obtained recombinant vector was expressed in a cell-free synthesis system, it was found from the electrophoresis band that two types of proteins were produced. This shows that there is a ribosome binding site-like sequence in the TEV protease recognition site, which functions as a ribosome binding site and produces an undesired second protein whose downstream is the N-terminus. It was. Therefore, silent mutation was introduced into this part to eliminate an unwanted ribosome binding site. That is, tct of 217nt to 219nt in the base sequence shown in SEQ ID NO: 1 was changed to ttt, and gga of 223nt to 225nt was changed to tcc. As a result, the ribosome binding site in the TEV protease recognition site was eliminated, and the problem of producing unwanted proteins was solved. This silent mutation was specifically introduced as follows. Using the pre-mutation vector as a template, primers having 217 nt to 219 nt tct changed to ttt and 223 nt to 225 nt gga changed to tcc were prepared as shown below (the changed sequence corresponds to the underlined portion). For-1: 5'-ATATACATATGATTACGCCAAGCTTGAAGGATCATCTCATCCAC-3 '(SEQ ID NO: 28)
Rev-1: 5'-GCTCGAATTCGGATCCCG GGA CTG AAA ATACAGGTTTTCGCCGCCACCGCAACAGCCAGGACAACAGCC-3 '(SEQ ID NO: 29)
For-2: 5'-GGCGAAAACCTGTAT TTT CAG TCC CGGGATCCGAATTCGAGCTCCGTCGACAAGCTTGCGGCCGCA-3 '(SEQ ID NO: 30)
Rev-2: 5'-GGTGGCAGCAGCCAACTCAGCTTCCTTTCGGG-3 '(SEQ ID NO: 31)
PCR was performed in pairs of (For-1, Rev-1) and (For-2, Rev-2) to obtain PCR fragments of fragment 1 and fragment 2, respectively. Furthermore, primers For-1 and Rev-2 and fragments 1 and 2 were added, and a second PCR was performed. The obtained fragment was treated with restriction enzymes NdeI and Bpu1102I on the insert side. Similarly, the pre-mutation vector was treated with restriction enzymes NdeI and Bpu1102I on the host side. The insert and host were annealed, transformed into E. coli Top10 (Invitrogen), and propagated to an agar plate. A colony formed by standing at 37 ° C. was further cultured overnight in 10 mL of LB medium, and a plasmid was extracted therefrom. After extraction, the sequence was confirmed by a DNA sequencer (ABI3700). The nucleotide sequence from the vicinity of the T7 promoter to the T7 terminator of the obtained recombinant vector is shown in SEQ ID NO: 1.
実施例2 交互領域のサイレントミューテーションによる発現効率の向上
実施例1で得られた発現ベクターは、それ自体でも十分な発現効率を有するが、発現効率をさらに向上させることを目指して、交互領域及びHATタグの5’末端のリジンをコードする領域に種々のサイレントミューテーションを導入し、発現効率を比較した。導入したサイレントミューテーションを図5に示す。これらのサイレントミューテーションの導入は、実施例1(1)で用いたフォワード側プライマーの塩基配列を図5に示す配列を含むように改変することにより行なった。コムギ胚芽無細胞合成系にてタンパク合成し、アガロースゲル電気泳動にかけ、Lumioタグ(商品名)を利用してバンドを検出した結果、図5に示すS1の場合が最もバンド強度が高く、発現量が多いことが確認された。すなわち、交互領域を配列番号3の塩基配列とし、HATタグのN末端であるリジンをコードするコドンをaaaとすることにより最も発現量が多かった。従って、以下の実験では、図5に示すS1の塩基配列を持つ発現ベクターを用いた。この発現ベクターの塩基配列を配列番号27に示す。
Example 2 Improvement of Expression Efficiency by Silent Mutation of Alternating Regions Although the expression vector obtained in Example 1 has sufficient expression efficiency by itself, the aim is to further improve the expression efficiency. Various silent mutations were introduced into the region encoding lysine at the 5 ′ end of the HAT tag, and the expression efficiency was compared. The introduced silent mutation is shown in FIG. These silent mutations were introduced by modifying the base sequence of the forward primer used in Example 1 (1) to include the sequence shown in FIG. As a result of protein synthesis in a wheat germ cell-free synthesis system, agarose gel electrophoresis, and band detection using a Lumio tag (trade name), S1 shown in FIG. 5 has the highest band intensity and expression level. It was confirmed that there are many. That is, the expression level was the highest when the alternating region was the base sequence of SEQ ID NO: 3 and the codon encoding lysine at the N-terminal of the HAT tag was aaa. Therefore, in the following experiment, an expression vector having the base sequence of S1 shown in FIG. 5 was used. The base sequence of this expression vector is shown in SEQ ID NO: 27.
実施例3 種々の外来タンパク質の生産
実施例2で作製した組換えベクターをBamHIとXhoIで処理して外来遺伝子を切り出し、この部分に他の各種外来遺伝子を挿入して外来タンパク質の生産を行なった。なお、実施例1及び2で作製した組換えベクターは、LIC法を容易に行なうことができる、いわゆるLICベクターである。すなわち、他の外来遺伝子を発現させる場合には、上記の組換えベクターをBamHIとXhoIで消化して、組換えベクターに含まれていた元の外来遺伝子を除去し、T4 DNAポリメラーゼで処理してそのエキソヌクレアーゼ活性により両末端の二本鎖部分を消化して十数塩基の一本鎖部分を突出させ、一方、増幅すべき新たな外来遺伝子をPCRにより増幅する際のプライマーとして、上記配列番号14及び配列番号15に示す塩基配列又はその部分領域をそれぞれフォワード側プライマー及びリバース側プライマーの5’末端に付加したプライマーを用いて増幅し、T4 DNAポリメラーゼで処理して末端に一本鎖を突出させ、それらをアニーリングすることにより、十数塩基のサイズでハイブリダイズした安定な組換えベクターが得られる。これは、ライゲーション反応を行なうことなくそのまま形質転換や無細胞タンパク合成系に供することができる。なお、LIC法は、これを行なうためのキットがNovagen社から市販されており、その添付文書に記載された常法に従って行なった。なお、増幅断片は、上記したLICベクターの創製の場合と異なり、BamHI部位及びXho部位を有する必要性はないので、フォワード側プライマーとしては、増幅する外来遺伝子の5’末端領域15塩基と同一の配列を有するオリゴヌクレオチドの5'末端にgac gac gac aag atg(配列番号25)を付加したものを用い、リバース側プライマーとしては、増幅する外来遺伝子の3’末端領域の相補鎖の13塩基と同一の配列を有するオリゴヌクレオチドの5’末端にtc ctc ttc gcc gga aat(配列番号26)を付加したオリゴヌクレオチドを用いた。増幅断片、及びBamHIとXhoIで消化後のベクターをそれぞれ、0.1%ウシ血清アルブミン(BSA)及び1.7 mM dTTP存在下、T4DNAポリメラーゼで処理し(0℃で5分、37℃で5分)両末端にそれぞれ一本鎖を突出させた。次いで、これらをアニーリングして閉じた組換えベクターを得た。この組換えベクターは、ライゲーション反応を行なうことなくそのままコムギ胚芽無細胞合成系に供し、外来タンパク質を生産させた。
Example 3 Production of various foreign proteins The recombinant vector prepared in Example 2 was treated with BamHI and XhoI to cut out foreign genes, and other various foreign genes were inserted into this part to produce foreign proteins. . The recombinant vectors prepared in Examples 1 and 2 are so-called LIC vectors that can be easily subjected to the LIC method. That is, when expressing other foreign genes, the above recombinant vector is digested with BamHI and XhoI to remove the original foreign gene contained in the recombinant vector and treated with T4 DNA polymerase. As a primer for amplifying a new foreign gene to be amplified by PCR, the double-stranded portion at both ends is digested by the exonuclease activity to project a single-stranded portion of more than a dozen bases. 14 and SEQ ID NO: 15 or a partial region thereof is amplified using a primer added to the 5 ′ end of each of the forward and reverse primers, and treated with T4 DNA polymerase to protrude a single strand at the end. And annealing them, a stable recombinant vector hybridized with a size of dozens of bases can be obtained. This can be directly used for transformation or cell-free protein synthesis system without performing ligation reaction. The LIC method was performed according to a conventional method described in the package insert of a kit for this purpose, which is commercially available from Novagen. The amplified fragment does not need to have a BamHI site and an Xho site unlike the case of creation of the LIC vector described above, and therefore, the forward primer is the same as the 15 base region of the 5 ′ terminal region of the foreign gene to be amplified. The oligonucleotide having a sequence having a 5 'end added with gac gac gac aag atg (SEQ ID NO: 25) is used, and the reverse primer is the same as the 13 bases of the complementary strand of the 3' end region of the foreign gene to be amplified An oligonucleotide having tc ctc ttc gcc gga aat (SEQ ID NO: 26) added to the 5 ′ end of the oligonucleotide having the sequence of: The amplified fragment and the vector digested with BamHI and XhoI were treated with T4 DNA polymerase in the presence of 0.1% bovine serum albumin (BSA) and 1.7 mM dTTP, respectively (5 min at 0 ° C, 5 min at 37 ° C). Each single strand was projected. These were then annealed to obtain a closed recombinant vector. This recombinant vector was directly subjected to a wheat germ cell-free synthesis system without performing a ligation reaction to produce a foreign protein.
この方法により、数十種類の外来遺伝子を発現させ、タンパク質が生産されるか否か、生産された場合、可溶性タンパク質として生産されるか否かを調べた。発現させた外来遺伝子のGenBankアクセッション番号、その遺伝子の塩基配列及びアミノ酸配列を記載した配列表中の配列番号、本実験において発現させた各外来遺伝子中の領域を下記表1に示す。なお、表1中、「発現させた領域の塩基配列」の欄は、もとになる遺伝子全長の塩基配列を記載した配列番号と、その塩基配列中で本実験において発現させた領域及び必要に応じて該領域に付加させた終止コドンを示す。例えば、番号1では、配列番号32のうちの245番塩基から895番塩基までの領域に終止コドンTAAを付加した配列を発現させたことを示す。同様に、「発現させた領域のアミノ酸配列」の欄は、例えば番号1では、配列番号33のうちの15番アミノ酸から231番アミノ酸までの領域を発現させたことを示す。 By this method, dozens of foreign genes were expressed, and it was examined whether or not a protein was produced, and if produced, it was produced as a soluble protein. Table 1 below shows the GenBank accession number of the expressed foreign gene, the sequence number in the sequence listing describing the base sequence and amino acid sequence of the gene, and the region in each foreign gene expressed in this experiment. In Table 1, the column of “base sequence of expressed region” is a sequence number describing the base sequence of the full length of the original gene, the region expressed in this experiment in the base sequence, and necessary Accordingly, the stop codon added to the region is indicated. For example, No. 1 shows that a sequence in which the stop codon TAA is added to the region from the 245th base to the 895th base of SEQ ID NO: 32 is expressed. Similarly, the column “amino acid sequence of expressed region” indicates that, for example, in No. 1, the region from amino acid 15 to amino acid 231 in SEQ ID NO: 33 was expressed.
上記生産実験の結果、65種類の外来タンパク質のうち、57種類が生産された(88%)。また、65種類のうち、39種類が可溶性タンパク質として生産された(60%)。 As a result of the above production experiment, 57 types out of 65 types of foreign proteins were produced (88%). Of 65 types, 39 types were produced as soluble proteins (60%).
比較例1
比較のため、種々の市販の発現ベクター(pET-19b、pET-11d、pET-15b、pET-21a及びpET-28a (以上、Novagen社製))、(pET-160(Invitrogen社製)、並びにpGEX-1、pGEX-2T、pGEX-4T2及びpGEX-6P(以上、GEヘルスケア社製)を用い、常法によりそれらのMCS中に外来遺伝子を組み込み、上記と同じ合成系でタンパク質生産させた。その結果、86種類の外来タンパク質のうち、20種類が生産された(23%)。
Comparative Example 1
For comparison, various commercially available expression vectors (pET-19b, pET-11d, pET-15b, pET-21a and pET-28a (from Novagen)), (pET-160 (Invitrogen)), and Using pGEX-1, pGEX-2T, pGEX-4T2 and pGEX-6P (manufactured by GE Healthcare), foreign genes were incorporated into their MCS by a conventional method, and protein was produced in the same synthetic system as above. As a result, 20 out of 86 foreign proteins were produced (23%).
これらの結果から、本発明の発現ベクターでは、市販の発現ベクターよりも発現効率が明らかに高く(すなわち、多くの種類の外来ポリペプチドが生産可能)、また、可溶性ポリペプチドとして生産される確率も明らかに高くなることが明らかとなった。 From these results, the expression vector of the present invention has clearly higher expression efficiency than the commercially available expression vector (that is, many kinds of foreign polypeptides can be produced), and the probability of being produced as a soluble polypeptide is also high. It became clear that it was obviously higher.
Claims (13)
A desired foreign gene is inserted into the expression vector according to any one of claims 1 to 12, the foreign gene is expressed in a host cell or in a cell-free synthesis system, and the produced polypeptide is recovered. A method for producing a polypeptide, comprising:
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JP2014500022A (en) * | 2010-11-24 | 2014-01-09 | クロンテック・ラボラトリーズ・インコーポレーテッド | Inducible expression system transcription modulators containing distributed protein transduction domains and methods of use thereof |
WO2017198562A1 (en) * | 2016-05-19 | 2017-11-23 | Siemens Healthcare Gmbh | Method of producing domains of protein |
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