JP2008220240A - METHOD FOR PRODUCING HUMAN TYPE CYTOCHROME c AND PROTEIN DERIVED FROM EUKARYOTE - Google Patents

METHOD FOR PRODUCING HUMAN TYPE CYTOCHROME c AND PROTEIN DERIVED FROM EUKARYOTE Download PDF

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Hideo Akutsu
秀雄 阿久津
Hiroo Takayama
裕生 高山
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Osaka University NUC
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for mass-producing a protein (recombinant protein) holding the structure and function of natural protein derived from a eukaryote, particularly a hemoprotein such as human type cytochrome c using a genetic engineering technique, to provide a gene cassette useful for producing the protein by the genetic engineering technique, and to provide an expression vector comprising the gene cassette. <P>SOLUTION: The method for production comprises a step of culturing a bacterium transformed with a vector containing a gene encoding a signal peptide composed of an amino acid sequence described in sequence number 1 and a gene encoding the protein derived from the eukaryote and belonging to the genus Shewanella and collecting the protein derived from the eukaryote and produced in the periplasma of the bacterium from the resultant culture product. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、遺伝子工学的手法を用いて、真核生物に由来する天然タンパク質の構造と機能を保持したタンパク質(組換えタンパク質)を大量に製造するための方法に関する。特に本発明は、ヒトに由来するシトクロムcなどのヘムタンパク質を、遺伝子工学的手法を用いて大量に製造するための方法に関する。また本発明は、上記真核生物に由来するタンパク質を遺伝子工学的手法によって製造する上で有用な遺伝子カセットおよびそれを含有する発現ベクターに関する。   The present invention relates to a method for producing a large amount of a protein (recombinant protein) retaining the structure and function of a natural protein derived from a eukaryote using genetic engineering techniques. In particular, the present invention relates to a method for producing a large amount of a heme protein such as cytochrome c derived from human using genetic engineering techniques. The present invention also relates to a gene cassette useful for producing the protein derived from the eukaryote by genetic engineering techniques and an expression vector containing the gene cassette.

シトクロムcは、細胞呼吸における酸化還元反応をつかさどる電子伝達系の酵素(可溶性タンパク質)である。最近ではアポトーシスへの関与も指摘されているが、以前より脳血流、脳軟化症などの脳血管障害、一酸化炭素中毒症、肺疾患による呼吸困難などの組織酸素欠乏状態に起因する諸症状の改善に有効であることが知られており、現に組織呼吸賦活剤として、臨床においても使用されている(例えば、非特許文献1など)。しかしながら、従来ヒト型シトクロムcの工業的生産技術はなく、上記医薬品も供給源の制約からウマ心筋由来のシトクロムcを原料としている。かかるウマ型シトクロムcはヒト型シトクロムcと12箇所のアミノ酸残基の差異があるため、ウマ型シトクロムcを由来とする医薬品は、ヒトに対して抗原性のおそれがある。例えば、上記組織呼吸賦活剤の使用上の注意として、過敏症としてショック症状、時に顔面浮腫、発疹、麻疹などの症状が、胃腸に対しては吐き気、腹痛、下痢などの症状が、さらに精神・神経系に対しては頭痛、痺れ感、頭重感、不安感などの症状が現れることが知られている(非特許文献1)。   Cytochrome c is an electron transport enzyme (soluble protein) that controls the redox reaction in cellular respiration. Recently, involvement in apoptosis has been pointed out, but various symptoms caused by tissue oxygen deficiency such as cerebral blood flow, cerebrovascular disorders such as cerebral softening, carbon monoxide poisoning, dyspnea due to lung disease, etc. It is known to be effective in improving the blood pressure, and is actually used clinically as a tissue respiratory activator (for example, Non-Patent Document 1). However, there is no conventional industrial production technology of human cytochrome c, and the above pharmaceuticals are also made from equine myocardium-derived cytochrome c as a raw material due to restrictions on the supply source. Since equine cytochrome c has 12 amino acid residue differences from human cytochrome c, a pharmaceutical product derived from equine cytochrome c may be antigenic to humans. For example, precautions regarding the use of the above tissue respiratory activator include shock symptoms as hypersensitivity, sometimes facial edema, rash, measles, etc., gastrointestinal symptoms such as nausea, abdominal pain, diarrhea, It is known that symptoms such as headache, numbness, head feeling, and anxiety appear in the nervous system (Non-patent Document 1).

また試薬として販売されているシトクロムcの値段も、ウシ型シトクロムcが1gあたり6万円程度であるのに対し、ヒト型シトクロムcは10μgあたり7〜9万円と非常に高いのが現状である。   In addition, the price of cytochrome c sold as a reagent is about 60,000 yen per gram of bovine cytochrome c, but it is currently very high at 70 to 90,000 yen per 10 μg of human cytochrome c. is there.

このため、遺伝子工学的手法によってヒト型シトクロムcを工業的に製造する方法の開発が求められている。この目的で、遺伝子組換え法によるヒト型シトクロムcの合成法として、酵母を用いる方法が報告されているが、生産効率が低いという問題がある(特許文献1)。従って、シトクロムcを生産能力の高い原核生物、例えば大腸菌で合成することが望まれているが、現在のところシトクロムcを大腸菌で効率的に合成することに成功したとの報告はない。   For this reason, development of a method for industrially producing human cytochrome c by genetic engineering techniques is required. For this purpose, as a method for synthesizing human cytochrome c by a genetic recombination method, a method using yeast has been reported, but there is a problem that the production efficiency is low (Patent Document 1). Therefore, although it is desired to synthesize cytochrome c in a prokaryotic organism having a high production capacity, for example, E. coli, there is no report that cytochrome c has been synthesized efficiently in E. coli at present.

また特許文献2には、シトクロムcをコードするDNAの5’末端に、紅藻、特にスサビノリに由来するシグナルペプチドをコードするDNAを結合させたベクターを用いて、大腸菌などの原核生物に利用して、ほ乳類を含む真核生物のシトクロムcを製造する方法が記載されている。しかしながら、その生産効率は必ずしも高くなく、スサビノリ由来のリコンビナントシトクロムcでついても、その収量は培養物10リットルにつきわずか約2mgにすぎない。
組織呼吸賦活剤「チトレスト」(持田製薬株式会社)添付文書 特開昭64−37291号公報 特開2002−218979号公報
In Patent Document 2, a vector in which a DNA encoding a signal peptide derived from red algae, particularly Susavinori, is bound to the 5 ′ end of a DNA encoding cytochrome c is used for prokaryotes such as Escherichia coli. Thus, a method for producing eukaryotic cytochrome c including mammals is described. However, its production efficiency is not necessarily high, and even with the recombinant cytochrome c derived from Susabiori, the yield is only about 2 mg per 10 liters of culture.
Tissue respirator “Citrest” (Mochida Pharmaceutical Co., Ltd.) package insert JP-A 64-37291 JP 2002-218879 A

本発明は、遺伝子組換え法を用いて、動物や植物などの真核生物に由来するタンパク質を、その構造と機能を保持した活性型タンパク質として製造する方法を提供することを目的とする。具体的には、本発明は、シトクロムcなどのヘムを共有結合したタンパク質や、プロテインキナーゼなどの分子内または分子間にジスルフィド結合を有するタンパク質などを、その構造並びに機能・活性を保持した状態で発現製造するための方法を提供することを目的とする。さらに本発明は、上記ヘムタンパク質など、外来タンパク質の遺伝子工学的手法を用いた製造に有効に利用することができる遺伝子カセット、ならびに当該遺伝子カセットを含む発現ベクターを提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide a method for producing a protein derived from a eukaryote such as an animal or plant as an active protein having its structure and function by using a gene recombination method. Specifically, the present invention relates to proteins having covalently bound heme such as cytochrome c, proteins having a disulfide bond between molecules or between molecules such as protein kinases, etc. in a state in which the structure, function and activity are retained. The object is to provide a method for expression production. Furthermore, an object of the present invention is to provide a gene cassette that can be effectively used for the production of foreign proteins such as the above-mentioned heme protein using genetic engineering techniques, and an expression vector containing the gene cassette.

本発明者らは、上記従来の問題に鑑み、真核生物に由来するタンパク質、特にヘムタンパク質であるヒト型シトクロムcを、遺伝子組換え法によって簡便にしかも大量に製造する方法を開発すべく研究を重ねてきた。その結果、分泌シグナル遺伝子として、シュワネラ属に属する微生物に由来する特定のシグナルペプチドをコードする遺伝子を用いることによって、シュワネラ属に属する細菌のペリプラズム内に、ヘムを正常に結合した活性型のシトクロムcを大量に産生させることができることに成功した。大腸菌ではヘムをタンパク質に結合させるための酵素が不足しているのに対して、シュワネラ属はペリプラズムで恒常的にその酵素群を有している。そのため、ヘムをペリプラズムに輸送することは、活性型のシトクロムcを産生する第一条件となる。また、逆に言えば、活性型シトクロムcが産生できたということは、上記シグナルペプチドが、当該ペリプラズムにシトクロムcのヘム結合前の前駆体を移行させるのに有効に機能していると言える。   In view of the above-mentioned conventional problems, the present inventors have studied to develop a method for easily and in large quantities producing a protein derived from a eukaryote, particularly human cytochrome c, which is a heme protein, by a gene recombination method. Has been repeated. As a result, by using a gene encoding a specific signal peptide derived from a microorganism belonging to the genus Schwannella as a secretory signal gene, an active cytochrome c in which heme is normally bound in the periplasm of the bacterium belonging to the genus Schwannella. Was successfully produced in large quantities. In Escherichia coli, the enzyme for binding heme to protein is deficient, whereas the genus Shuwanella has periplasm and has its enzyme group constantly. Therefore, transporting heme to the periplasm is the first condition for producing active cytochrome c. In other words, the fact that active cytochrome c could be produced means that the signal peptide functions effectively to transfer the precursor of cytochrome c before heme binding to the periplasm.

また、本発明者らは、上記特定のシグナルペプチドをコードする遺伝子を用いることによって同様に、シュワネラ属に属する細菌のペリプラズム内に真核生物に由来するプロテインキナーゼ2を、その活性を正常に保持した状態で産生させることに成功した。一般に、大腸菌などのグラム陰性菌のペリプラズムでのタンパク質発現は、細胞質内での発現に比べてプロテアーゼによる影響が少なく、生成したタンパク質が消化される危険性は少ない。さらにペリプラズムは、細胞質内とは異なり、還元的環境であるため、間違った分子内あるいは分子間ジスルフィド結合を作る可能性がなくなる。そのため、本発明の方法によって正常な活性を有するプロテインキナーゼが産生できたということは、上記シグナルペプチドの働きによって、タンパク質がシュワネラ属に属する細菌のペリプラズムに移送されたことにより、プロテアーゼの消化から逃れ、誤ったジスルフィド結合の形成を抑えたことを意味するものと考えられる。   In addition, the present inventors similarly maintain the normal activity of protein kinase 2 derived from eukaryotes in the periplasm of bacteria belonging to the genus Shuwanella by using a gene encoding the specific signal peptide. We succeeded in producing in the state. In general, protein expression in the periplasm of Gram-negative bacteria such as Escherichia coli is less affected by proteases than in cytoplasm, and the risk of digestion of the produced protein is low. Furthermore, because the periplasm is a reducing environment, unlike the cytoplasm, there is no possibility of creating wrong intramolecular or intermolecular disulfide bonds. Therefore, the fact that a protein kinase having normal activity could be produced by the method of the present invention means that the protein is transferred to the periplasm of bacteria belonging to the genus Schwanella by the action of the signal peptide, thereby escaping from digestion of protease. This is considered to mean that the formation of an erroneous disulfide bond was suppressed.

これらのことから、本発明者らは、ヘムタンパク質やプロテインキナーゼなどの真核生物由来タンパク質について、シュワネラ属のシグナルペプチドをコードする遺伝子をシグナル遺伝子として用い、かつシュワネラ属に属する細菌を宿主として用いることにより、そのヘム結合構造やジスルフィド結合構造などの構造、ならびに機能・活性を維持した状態で、遺伝子工学的に容易にかつ収率よく製造することができることを確認し、本発明を完成するに至った。   Based on these facts, the present inventors use a gene encoding a Schwannella signal peptide as a signal gene and a bacterium belonging to the genus Schwannella as a host for eukaryotic proteins such as heme proteins and protein kinases. In order to complete the present invention, it was confirmed that it could be produced easily and in good yield in terms of genetic engineering while maintaining the structure such as the heme bond structure and disulfide bond structure, and the function and activity. It came.

本発明はかかる知見に基づくものであり、具体的には下記の態様を包含する:
(I)真核生物由来タンパク質の製造方法
I-1.配列番号1に記載するアミノ酸配列からなるシグナルペプチドをコードする遺伝子と真核生物由来のタンパク質をコードする遺伝子を含むベクターを用いて形質転換されたシュワネラ属に属する細菌を培養し、得られた培養物から当該細菌のペリプラズム内に産生された真核生物由来のタンパク質を採取する工程を有する、真核生物由来タンパク質の製造方法。
I-2.シグナルペプチドをコードする遺伝子が、配列番号2に記載する塩基配列を有するか、または当該塩基配列において1〜数個の塩基が置換されてなる塩基配列を有するものであるI-1に記載する製造方法。
I-3.真核生物由来のタンパク質がヘムタンパク質または分子内または分子間にジスルフィド結合を有するタンパク質であるI-1またはI-2に記載する製造方法。
I-4.ヘムタンパク質がヒト型シトクロムcであるI-3に記載する製造方法。
I-5.後述するIII-1に記載するシュワネラ属に属する細菌用の外来タンパク質発現ベクターを用いて、シュワネラ属に属する細菌を形質転換する工程を有するI-1乃至I-4いずれかに記載する製造方法。
The present invention is based on such findings, and specifically includes the following embodiments:
(I) Method for producing eukaryotic protein
I-1. Culturing a bacterium belonging to the genus Shuwanella transformed with a vector containing a gene encoding a signal peptide consisting of the amino acid sequence described in SEQ ID NO: 1 and a gene encoding a protein derived from a eukaryote, and the resulting culture A method for producing a eukaryotic protein, comprising a step of collecting a eukaryotic protein produced in the periplasm of the bacterium from a product.
I-2. Production according to I-1 wherein the gene encoding the signal peptide has the base sequence shown in SEQ ID NO: 2 or has a base sequence in which one to several bases are substituted in the base sequence Method.
I-3. The production method according to I-1 or I-2, wherein the eukaryotic protein is a heme protein or a protein having a disulfide bond within or between molecules.
I-4. The production method according to I-3, wherein the heme protein is human cytochrome c.
I-5. The production method according to any one of I-1 to I-4, which comprises a step of transforming a bacterium belonging to the genus Shuwanella using a foreign protein expression vector for the bacterium belonging to the genus Shuwanella described in III-1 described later.

(II)外来タンパク質発現用遺伝子カセット
II-1.下記(1)〜(3)のいずれか1つの塩基配列を有することを特徴とする、シュワネラ属に属する細菌のペリプラズム内で外来タンパク質を産生させるために用いられる外来タンパク質発現用遺伝子カセット:
(1) (a) シュワネラ属に属する細菌で発現するプロモーターと、その下流に連結された、(b)配列番号1に記載するアミノ酸配列からなるシグナルペプチドをコードする遺伝子を含む塩基配列、
(2) (b)配列番号1に記載するアミノ酸配列からなるシグナルペプチドをコードする遺伝子の3’末端に、(c) 外来タンパク質構造遺伝子の5’末端が、アミノ酸フレームが一続きになるように連結してなる塩基配列、
(3) (a) シュワネラ属に属する細菌で発現するプロモーターと、その下流に連結された、(b)配列番号1に記載するアミノ酸配列からなるシグナルペプチドをコードする遺伝子の3’末端に、(c) 外来タンパク質構造遺伝子の5’末端が、アミノ酸フレームが一続きになるように連結してなる塩基配列。
(II) Gene cassette for foreign protein expression
II-1. A gene cassette for expressing a foreign protein used for producing a foreign protein in the periplasm of a bacterium belonging to the genus Shuwanella, which has any one of the following base sequences (1) to (3):
(1) (a) a promoter that is expressed in a bacterium belonging to the genus Shuwanella, and a base sequence comprising a gene encoding a signal peptide consisting of the amino acid sequence described in SEQ ID NO: 1 linked downstream thereof, (b)
(2) (b) The 3 'end of the gene encoding the signal peptide consisting of the amino acid sequence described in SEQ ID NO: 1 and (c) the 5' end of the foreign protein structural gene so that the amino acid frame is continuous. A base sequence formed by ligation,
(3) (a) a promoter expressed in a bacterium belonging to the genus Shuwanella, and (b) 3 ′ end of a gene encoding a signal peptide consisting of the amino acid sequence described in SEQ ID NO: 1 linked downstream thereof, ( c) A nucleotide sequence in which the 5 'end of a foreign protein structural gene is linked so that the amino acid frame is continuous.

II-2.上記(2)の塩基配列を有する遺伝子カセットであって、シュワネラ属に属する細菌で発現するプロモーターの下流に連結して用いられることを特徴とする、II-1に記載する外来タンパク質発現用遺伝子カセット。
II-3.シグナルペプチドをコードする遺伝子が、配列番号2に記載する塩基配列を有するか、または当該塩基配列において1〜数個の塩基が置換されてなる塩基配列を有するものであるII-1またはII-2に記載する遺伝子カセット。
II-4.外来タンパク質がヘムタンパク質または分子内または分子間にジスルフィド結合を有するタンパク質であるII-1乃至II-3のいずれかに記載する遺伝子カセット。
II-5.ヘムタンパク質がヒト型シトクロムcであるII-4に記載する遺伝子カセット。
II-2. A gene cassette for expressing a foreign protein according to II-1, wherein the gene cassette has the base sequence of (2) above and is used by being linked downstream of a promoter expressed in a bacterium belonging to the genus Shuwanella .
II-3. II-1 or II-2, wherein the gene encoding the signal peptide has the base sequence described in SEQ ID NO: 2 or has a base sequence in which 1 to several bases are substituted in the base sequence The gene cassette described in 1.
II-4. The gene cassette according to any one of II-1 to II-3, wherein the foreign protein is a heme protein or a protein having a disulfide bond within or between molecules.
II-5. The gene cassette described in II-4, wherein the heme protein is human cytochrome c.

(III)外来タンパク質発現ベクター
III-1.II-1乃至II-5のいずれかに記載する外来タンパク質発現用遺伝子カセットを含む、シュワネラ属に属する細菌用の外来タンパク質発現ベクター。
(III) Foreign protein expression vector
III-1. A foreign protein expression vector for bacteria belonging to the genus Shuwanella, comprising the gene cassette for expressing a foreign protein according to any one of II-1 to II-5.

(IV)形質転換体
IV-1.III-1に記載する外来タンパク質発現ベクターで形質転換されたシュワネラ属に属する細菌。
(IV) Transformant
IV-1. A bacterium belonging to the genus Shuwanella transformed with a foreign protein expression vector described in III-1.

(V)外来タンパク質の製造方法
V-1.III-1に記載する外来タンパク質発現ベクターを用いてシュワネラ属に属する細菌を形質転換し、次いで形質転換された当該細菌を培養し、得られた培養物から当該細菌のペリプラズム内に産生された外来タンパク質を採取する工程を有する、外来タンパク質の製造方法。
(V) Foreign protein production method
V-1. Transform bacteria belonging to the genus Shuwanella using the foreign protein expression vector described in III-1, then culture the transformed bacteria, and the foreign material produced in the periplasm of the bacteria from the obtained culture A method for producing a foreign protein, comprising a step of collecting a protein.

本発明において、分泌シグナル遺伝子として、配列番号2に記載するシュワネラ属に属する微生物に由来するシグナルペプチドをコードする遺伝子を用いることによって、シュワネラ属に属する細菌のペリプラズム内に、ヒト型シトクロムc等のヘムを正常に結合した活性型ヘムタンパク質などの真核生物に由来するタンパク質を、天然の構造および機能を保持した状態で収率よく産生させることが可能になった。すなわち、本発明が提供する技術を用いることにより、従来遺伝子組換え法では天然の構造や活性を保持した状態で製造することが困難であった、ヘムタンパク質(特に、ヒト型シトクロムc)を簡単に大量に製造することができる。   In the present invention, by using a gene encoding a signal peptide derived from a microorganism belonging to the genus Shuwanella described in SEQ ID NO: 2 as a secretory signal gene, human cytochrome c or the like is contained in the periplasm of a bacterium belonging to the genus Shuwanella. It has become possible to produce proteins derived from eukaryotes, such as activated heme protein, to which heme is normally bound, in a yield with the natural structure and function retained. That is, by using the technology provided by the present invention, it is difficult to produce a heme protein (particularly, human cytochrome c), which has been difficult to produce in a state in which the conventional gene recombination method retains its natural structure and activity. Can be manufactured in large quantities.

大腸菌ではヘムをタンパク質に結合させるための酵素が不足しているのに対して、シュワネラ属はペリプラズムで恒常的にその酵素群を有している。そのため、ヘムをペリプラズムに輸送することは、活性型のシトクロムcを産生する第一条件となる。また、シュワネラ属のペリプラズムでのタンパク質発現は、細胞質内での発現に比べてプロテアーゼによる影響が少ないため、大腸菌で発現していないように見えるタンパク質でも、当該発現系では正常に取得することが可能である。さらに、従来の大腸菌での発現は、細胞質内で発現させるため、間違った分子内あるいは分子間ジスルフィド結合を作る可能性があるのに対して、ペリプラズムは還元的環境にあるため、正常なジスルフィド結合を作ることができる。加えて、本発明が提供するシグナルペプチドは、タンパク発現後、宿主によって自動的に切断されるため、目的のタンパク質を成熟型として取得することができる。さらに、ペリプラズムで発現したタンパク質は、ペリプラズム画分を抽出することで取得できるため(Davidson, V. L. and Sun, D. (2002) Lysozyme-Osmotic Shock Methods for Localization of Periplasmic Redox Proteins in Bacteria. Meth. Enzymol. Vol. 353, pp. 121-130.)、宿主由来のタンパク質の混入が少なく、精製過程を少なくすることができるものと期待される。   In Escherichia coli, the enzyme for binding heme to protein is deficient, whereas the genus Shuwanella has periplasm and has its enzyme group constantly. Therefore, transporting heme to the periplasm is the first condition for producing active cytochrome c. In addition, protein expression in the periplasm of the genus Shuwanella is less affected by proteases than in the cytoplasm, so even proteins that do not appear to be expressed in E. coli can be obtained normally in the expression system. It is. In addition, conventional expression in E. coli is expressed in the cytoplasm and may create wrong intramolecular or intermolecular disulfide bonds, whereas the periplasm is in a reducing environment, so normal disulfide bonds Can be made. In addition, since the signal peptide provided by the present invention is automatically cleaved by the host after protein expression, the target protein can be obtained as a mature form. Furthermore, proteins expressed in the periplasm can be obtained by extracting the periplasmic fraction (Davidson, VL and Sun, D. (2002) Lysozyme-Osmotic Shock Methods for Localization of Periplasmic Redox Proteins in Bacteria. Meth. Enzymol. Vol. 353, pp. 121-130.), It is expected that there will be less contamination of host-derived proteins and the purification process can be reduced.

また本発明が提供する遺伝子カセットによれば、上記方法によるタンパク質の製造方法を簡便に実施することが可能になる。   Moreover, according to the gene cassette provided by the present invention, the protein production method according to the above method can be easily carried out.

(I)真核生物由来タンパク質の製造方法
本発明の真核生物由来タンパク質の製造方法は、シュワネラ属に由来するシグナルペプチドをコードする遺伝子と真核生物に由来する目的のタンパク質をコードする遺伝子とをシュワネラ属に属する細菌(宿主)内で発現可能な状態で含む発現ベクターを用いて形質転換した、シュワネラ属に属する細菌を培養し、当該細菌のペリプラズム内に産生されるタンパク質を培養物から採取することを特徴とするものである。
(I) Method for Producing Eukaryotic Protein The method for producing a eukaryotic protein of the present invention comprises a gene encoding a signal peptide derived from the genus Shuwanella and a gene encoding a target protein derived from a eukaryote. Culturing a bacterium belonging to the genus Shuwanella, transformed with an expression vector containing the protein in a state that can be expressed in the bacterium belonging to the genus Shuwanella (host), and collecting the protein produced in the periplasm of the bacterium from the culture It is characterized by doing.

本発明が対象とするタンパク質は、例えば真核生物(ヒトを含む脊椎動物および昆虫を含む無脊椎動物などの動物;植物;キノコ、カビおよび酵母を含む菌類;藻類を含む原生生物)に由来するものであれば特に制限されることはない。ここで真核生物としては、ヒトを含む脊椎動物および昆虫を含む無脊椎動物などの動物;植物;キノコ、カビおよび酵母を含む菌類;藻類を含む原生生物を挙げることができるが、好ましくは動物および植物、より好ましくはヒトを含む脊椎動物である。   The proteins targeted by the present invention are derived from eukaryotes (animals such as vertebrates including humans and invertebrates including insects; plants; fungi including mushrooms, molds and yeasts; protists including algae). If it is a thing, there will be no restriction | limiting in particular. Examples of eukaryotes include animals such as vertebrates including humans and invertebrates including insects; plants; fungi including mushrooms, molds and yeasts; and protists including algae, but preferably animals. And vertebrates including plants, more preferably humans.

タンパク質として具体的には、従来、大腸菌などの原核細胞や酵母などの真核細胞を用いた遺伝子組み換え法では製造が難しかったヘムタンパク質を好適に例示することができる。ヘムタンパク質は、分子中に鉄ポルフィリン錯体(ヘム)を有するタンパク質であり、これらのヘムタンパク質には、例えば酵素分子の運搬や貯蔵に関わるヘモグロビンやミオグロビン、様々な酸化反応を触媒するペルオキシダーゼ・カタラーゼ・チトクロームp-450、電子伝達に関わるシトクロム類などが含まれる。好ましくはシトクロム類である。当該シトクロム類は、含有するヘムの種類によって、シトクロムa1やシトクロムa3などのシトクロムa(フォルミルポルフィリン鉄);シトクロムb2、シトクロムb5、シトクロムb559およびシトクロムb563などのシトクロムb(プロトポルフィリン鉄);シトクロムc1、c2、c6、c551およびc553やシトクロムfなどのシトクロムc(メソポルフィリン誘導体鉄);ならびにシトクロムd(ジヒドロポルフィリン誘導体鉄)に分類することができる。好ましくは真核生物に由来するシトクロムcである。当該シトクロムcとしては動植物のミトコンドリア内膜に存在する電子伝達系の酵素(膜タンパク質)を挙げることができる。   Specific examples of the protein include a heme protein that has conventionally been difficult to produce by genetic recombination methods using prokaryotic cells such as E. coli and eukaryotic cells such as yeast. Heme proteins are proteins that have iron porphyrin complexes (heme) in their molecules. These hemoproteins include, for example, hemoglobin and myoglobin involved in the transport and storage of enzyme molecules, and peroxidase, catalase, Cytochrome p-450, cytochromes involved in electron transfer, etc. are included. Cytochromes are preferred. The cytochromes include cytochrome a (formyl porphyrin iron) such as cytochrome a1 and cytochrome a3; cytochrome b (prototoporphyrin iron) such as cytochrome b2, cytochrome b5, cytochrome b559 and cytochrome b563, depending on the type of heme contained; Cytochrome c (mesoporphyrin derivative iron) such as c1, c2, c6, c551 and c553 and cytochrome f; and cytochrome d (dihydroporphyrin derivative iron). Cytochrome c derived from eukaryotes is preferable. Examples of the cytochrome c include an electron transport enzyme (membrane protein) present in the inner mitochondrial membrane of animals and plants.

対象とするタンパク質として、より好ましくは脊椎動物、特にヒトのミトコンドリアに存在するシトクロムc(ヒト型シトクロムc)を挙げることができる。ヒト型シトクロムcは104残基のアミノ酸からなる分子量約13,000の塩基性タンパク質であり、そのアミノ酸配列(配列番号3)および塩基配列(配列番号4)はすでに公知である(Matsubara, H. et al., J. Biol. Chem. 238, 2732, 1963)(GeneID:54205)。   More preferably, the target protein includes cytochrome c (human cytochrome c) present in vertebrates, particularly human mitochondria. Human cytochrome c is a basic protein consisting of 104 amino acids and having a molecular weight of about 13,000, and its amino acid sequence (SEQ ID NO: 3) and base sequence (SEQ ID NO: 4) are already known (Matsubara, H. et al , J. Biol. Chem. 238, 2732, 1963) (GeneID: 54205).

また対象とするタンパク質は、これに限らず、他にもプロテインキナーゼのような細胞質内の発現ではプロテアーゼの影響を受けるもの、あるいは分子内もしくは分子間にジスルフィド結合を有するタンパク質を挙げることができる。   The protein of interest is not limited to this, and other proteins such as protein kinases that are affected by proteases in expression in the cytoplasm, or proteins having a disulfide bond within or between molecules.

なお、これらのタンパク質をコードする遺伝子(DNA)は、その公知の塩基配列に基づいて化学的に合成することもできるし、またそのcDNAライブラリーから核酸プローブを用いて、またPCR法により得ることができる。なお、cDNAライブラリーは、常法に従って、対象とする真核生物より調製した全RNAからオリゴ(dT)セルロースカラムなどを用いてポリ(A)RNAを調製し、次いで得られたポリ(A)RNAからcDNAを作成し、これで宿主細胞(例えば、大腸菌)を形質転換することによって調製することができる。   The genes (DNA) encoding these proteins can be chemically synthesized based on their known base sequences, or can be obtained from the cDNA library using a nucleic acid probe and by the PCR method. Can do. The cDNA library was prepared by preparing poly (A) RNA from total RNA prepared from the target eukaryote using an oligo (dT) cellulose column according to a conventional method, and then obtaining the poly (A) It can be prepared by making cDNA from RNA and transforming host cells (eg, E. coli) with it.

なお、真核生物由来タンパク質のアミノ酸配列をコードする遺伝子は、その真核生物に由来する塩基配列を有するものであってもよいが、上記アミノ酸配列をコードするものであれば、遺伝子組み換えに際して宿主として用いるシュワネラ属に属する細菌において高い頻度で使用されるコドンを用いて設計されたものであってもよい。例えば、各アミノ酸をコードする可能なコドンの種類として表1に記載するものが知られている。   The gene encoding the amino acid sequence of the eukaryotic protein may have a base sequence derived from the eukaryote, but any host encoding the amino acid sequence can be used for genetic recombination. It may be designed using a codon that is frequently used in a bacterium belonging to the genus Shuwanella. For example, those listed in Table 1 are known as possible codon types encoding each amino acid.

Figure 2008220240
Figure 2008220240

宿主として用いる細胞の種類に応じて繁用されるコドン(アミノ酸翻訳コドン)の種類はある程度判明しており、その参考文献として例えば、ガンサム他、Nuc Acids Res.,第8巻, 1893-1912頁, 1980年;ハアス他、Curr.Biol.,第6巻, 315-324頁, 1996年;ウエイン−ホブソン他、Gene, 第13巻, 355-364頁, 1981年;グロスジャンとファイアース、Gene, 第18巻, 199-209頁, 1982年;ホルム、Nuc Acids Res.,第14巻, 3075-3087頁, 1986年;イケムラ、J.Mol.Biol., 第158巻, 573-597頁, 1982年を挙げることができる。   The types of codons (amino acid translation codons) that are frequently used depending on the type of cells used as a host have been clarified to some extent, and for example, Gunsum et al., Nuc Acids Res., Vol. 8, pages 1893-1912 1980; Haas et al., Curr. Biol., 6, 315-324, 1996; Wayne-Hobson et al., Gene 13, 355-364, 1981; Gross Jean and Fierce, Gene , 18, 199-209, 1982; Holm, Nuc Acids Res., 14, 3075-3087, 1986; Ikemura, J. Mol. Biol., 158, 573-597, 1982 can be mentioned.

例えば、ヒト型シトクロムcのアミノ酸配列(配列番号3)をコードする天然の遺伝子は前述するように配列番号4に示す塩基配列を有するが、これに限られず、例えば配列番号5に示す塩基配列を有するものであってもよい。かかる塩基配列は、遺伝子組み換えに使用する宿主(シュワネラ属に属する微生物)のコドン使用頻度に応じて、表2に基づいて人為的に設計したヒト型シトクロムcのアミノ酸配列をコードする塩基配列である。なお、図3にヒト型シトクロムcをコードする天然由来の塩基配列(上段)と当該人為的に設計した塩基配列(下段)との対比を示すが、両者は93.02%(293/315)の割合で同一性を有している。   For example, the natural gene encoding the amino acid sequence of human cytochrome c (SEQ ID NO: 3) has the base sequence shown in SEQ ID NO: 4 as described above, but is not limited to this, for example, the base sequence shown in SEQ ID NO: 5 You may have. Such a base sequence is a base sequence encoding an amino acid sequence of human cytochrome c artificially designed based on Table 2 according to the codon usage frequency of a host (microorganism belonging to the genus Schwanella) used for genetic recombination. . FIG. 3 shows a comparison between the naturally occurring base sequence encoding human cytochrome c (upper) and the artificially designed base sequence (lower), and the ratio of both is 93.02% (293/315). It has the same.

本発明で用いられる発現ベクターは、上記目的の真核生物由来タンパク質をコードする遺伝子に加えてシュワネラ属に由来するシグナルペプチドをコードする遺伝子を、宿主として用いるシュワネラ属に属する細菌内で発現可能な状態で含むことを特徴とする。   The expression vector used in the present invention can express a gene encoding a signal peptide derived from the genus Schwannella in addition to the gene encoding the target eukaryotic protein, in a bacterium belonging to the genus Schwannella used as a host. It is characterized by including in a state.

一般に発現ベクターは、目的のタンパク質を対象とする宿主内で発現させるために、転写の下流方向順に必要に応じて(1) プロモーター機能領域、(2) リポソーム結合部位、(3) 翻訳開始コドン、(4) シグナルペプチドをコードする塩基配列をもつDNA、(5)目的構造タンパク質をコードする塩基配列をもつDNA、(6) 翻訳終始コドン、(7) ターミネーター、(8) 選択マーカー遺伝子、(9) 宿主中で自己複製可能な自律性複製配列(レプリコン)、(10)相同領域等を、含むように構築される。   In general, an expression vector is expressed as necessary in the order of the downstream direction of transcription in order to express a target protein in a target host (1) a promoter functional region, (2) a liposome binding site, (3) a translation initiation codon, (4) DNA having a base sequence encoding a signal peptide, (5) DNA having a base sequence encoding a target structural protein, (6) translation termination codon, (7) terminator, (8) selectable marker gene, (9 ) It is constructed so as to contain an autonomously replicating sequence (replicon) that can self-replicate in the host, (10) a homologous region, and the like.

本発明の製造方法で用いられる発現ベクターには、目的の真核生物に由来するタンパク質を、シュワネラ属に属する細菌内で発現させ、そして発現したタンパク質を当該菌体の細胞質内からペリプラズムに移行させるための成分を最小限含むことが求められる。   In the expression vector used in the production method of the present invention, a protein derived from a target eukaryote is expressed in a bacterium belonging to the genus Shuwanella, and the expressed protein is transferred from the cytoplasm of the cell to the periplasm. It is required to contain a minimum of components for the purpose.

かかる発現ベクターは、上記成分のうち、(1)「プロモーター機能領域」として、シュワネラ属に属する細菌で機能するプロモーターを、(4)「シグナルペプチドをコードする塩基配列をもつDNA」として、配列番号1に記載するアミノ酸配列からなるシグナルペプチドをコードする塩基配列をもつDNAを、(5)「構造タンパク質をコードする塩基配列をもつDNA」として、前述する真核生物由来タンパク質をコードする塩基配列をもつDNAを、(9)「宿主中で自己複製可能な自律性複製配列(レプリコン)」として、シュワネラ属に属する細菌内で機能するレプリコンを有する。   Such an expression vector includes, among the above components, (1) a promoter functioning as a `` promoter functional region '', a promoter that functions in bacteria belonging to the genus Shuwanella, (4) a `` DNA having a base sequence encoding a signal peptide '', SEQ ID NO: DNA having a base sequence encoding a signal peptide consisting of the amino acid sequence described in 1 is referred to as (5) “DNA having a base sequence encoding a structural protein”, and the base sequence encoding the eukaryotic protein described above is It has a replicon that functions as a (9) “autonomous replication sequence (replicon) capable of self-replication in a host” in bacteria belonging to the genus Shuwanella.

なお、発現ベクター内において、(4)「シグナルペプチドをコードする塩基配列をもつDNA」は、(5)「構造タンパク質をコードする塩基配列をもつDNA」の5’末端側に、アミノ酸フレームが一つ続きになるように結合した状態で、(1) プロモーター機能領域(シュワネラ属に属する細菌内で機能するプロモーター)の下流域に発現可能な状態で配置されており、他の構成成分もまた機能可能な状態で連結されて存在する。なお、ここで発現可能とは、発現ベクターをシュワネラ属に属する細菌に導入した場合に、発現ベクターが当該細菌内で目的のタンパク質をコードする遺伝子を発現するように機能することを意味する。また、機能可能とは、発現ベクターをシュワネラ属に属する細菌に導入した場合に、発現ベクターが当該細菌内で目的のタンパク質をコードする遺伝子を発現し、目的のタンパク質を産生するように機能することを意味する。   In the expression vector, (4) “DNA having a base sequence encoding a signal peptide” is identical to (5) “DNA having a base sequence encoding a structural protein” on the 5 ′ end side. It is arranged in such a way that it can be expressed in the downstream region of (1) promoter functional region (promoter that functions in bacteria belonging to the genus Shuwanella), and other components also function. It exists connected in a possible state. In addition, expression possible here means that, when an expression vector is introduced into a bacterium belonging to the genus Shuwanella, the expression vector functions so as to express a gene encoding a target protein in the bacterium. In addition, functioning means that when an expression vector is introduced into a bacterium belonging to the genus Shuwanella, the expression vector functions to express a gene encoding the target protein in the bacterium and produce the target protein. Means.

(4)「シグナルペプチドをコードする塩基配列をもつDNA」として本発明で使用するシグナルペプチドは配列番号1に記載するアミノ酸配列からなることを特徴とする。当該シグナルペプチドは、実施例1(1)に示すように、シュワネラ属に属するShewanella oneidensis MR-1(GenBank accession number NC_004347)に由来する4ヘムタンパク質のシグナルペプチドである。 (4) The signal peptide used in the present invention as “DNA having a base sequence encoding a signal peptide” is characterized by comprising the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 1. As shown in Example 1 (1), the signal peptide is a signal peptide of a 4-heme protein derived from Shewanella oneidensis MR-1 (GenBank accession number NC_004347) belonging to the genus Shuwanella.

図1は、当該Shewanella oneidensis MR-1に由来する4ヘムタンパク質をコードする遺伝子(GeneID: 1170426, locus tag: SO2727)の塩基配列(配列番号6)を示すが、斜体太字で示す4ヘムタンパク質のコード領域の前に位置する下線部領域(配列番号2)が上記シグナルペプチドをコードする領域(シグナルシークエンス)に相当する。なお、当該シグナルペプチドをコードする遺伝子の塩基配列は、配列番号1に示すアミノ酸配列をコードするものであれば、当該図1に示す塩基配列(配列番号2)に限定されず、当該塩基配列において1〜数個の塩基が置換されていてもよい。当該置換は、表1に示すコドン縮重に従って適宜選択することができる。 FIG. 1 shows the base sequence (SEQ ID NO: 6) of a gene encoding 4 heme protein derived from the Shewanella oneidensis MR-1 (GeneID: 1170426, locus tag: SO2727). The underlined region (SEQ ID NO: 2) located in front of the coding region corresponds to the region (signal sequence) encoding the signal peptide. The base sequence of the gene encoding the signal peptide is not limited to the base sequence (SEQ ID NO: 2) shown in FIG. 1 as long as it encodes the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1. One to several bases may be substituted. The substitution can be appropriately selected according to the codon degeneracy shown in Table 1.

かかるシグナルシークエンスは、本発明で示す塩基配列に基づいて、化学的に合成することによって調製することができる。なお、公知の塩基配列について1乃至複数の塩基を置換する技術は当業界で公知であり、例えば、かかる方法として部位特異的変異法(Site-directed Mutagenesis)、制限酵素処理、合成遺伝子による方法、PCR法などの通常の遺伝子工学的手法を挙げることができる。   Such a signal sequence can be prepared by chemically synthesizing based on the base sequence shown in the present invention. Techniques for substituting one or a plurality of bases in a known base sequence are known in the art. Examples of such methods include site-directed mutation (Site-directed Mutagenesis), restriction enzyme treatment, synthetic gene methods, The usual genetic engineering techniques such as PCR may be mentioned.

本発明が宿主として用いる微生物は、細胞膜と細胞壁の間にペリプラズムといわれる空隙を有するシュワネラ(Shewanella)属に属する細菌である。なお、シュワネラ属に属する細菌として、具体的にはShewanella abalonesis, Shewanella affinis, Shewanellaalgae, Shewanella amazonensis, Shewanella aquimarina, Shewanella arctica, Shewanella baltica, Shewanellabenthica, Shewanella colwelliana, Shewanella decolorations, Shewanella denitrificanis, Shewanella fidelis, Shewanellafrigidimarina, Shewanella gaetbuli, Shewanella gelidimarina, Shewanella hafniensis, Shewanella halifaxensis, Shewanellahanedai, Shewanella japonica, Shewanella kaireiae, Shewanella livingstonesis, Shewanella loihica, Shewanellamarinintestina, Shewanella marisflavi, Shewanella massilia, Shewanella morhuae, Shewanella olleyana, Shewanellaoneidensis, Shewanella pacifica, Shewanella pealeana, Shewanella piezotolerans, Shewanella pneumatophori, Shewanella profunda, Shewanella putrefaciens, Shewanellasaccharophilus, Shewanella sairae, Shewanella schlegeliana, Shewanella sedimentalis, Shewanella sediminis, Shewanellasurugaensis, Shewanella taiwanensis, Shewanella violacea, Shewanella waksmanii, Shewanella woodyi, 並びに各種のShewanellasp.を挙げることができる。 The microorganism used as a host in the present invention is a bacterium belonging to the genus Shewanella having a void called a periplasm between a cell membrane and a cell wall. As bacteria belonging to Shewanella genus, specifically Shewanella abalonesis, Shewanella affinis, Shewanellaalgae, Shewanella amazonensis, Shewanella aquimarina, Shewanella arctica, Shewanella baltica, Shewanellabenthica, Shewanella colwelliana, Shewanella decolorations, Shewanella denitrificanis, Shewanella fidelis, Shewanellafrigidimarina, Shewanella gaetbuli, Shewanella gelidimarina, Shewanella hafniensis, Shewanella halifaxensis, Shewanellahanedai, Shewanella japonica, Shewanella kaireiae, Shewanella livingstonesis, Shewanella loihica, Shewanellamarinintestina, Shewanella marisflavi, Shewanella massilia, Shewanella morhuae, Shewanella olleyana, Shewanellaoneidensis, Shewanella pacifica, Shewanella pealeana, Shewanella piezotolerans, Shewanella pneumatophori , Shewanella profunda , Shewanella putrefaciens , Shewanellasaccharophilus , Shewanella sairae , Shewanella schlegeliana , Shewanella sedimentalis , Shewanella sediminis , Shewanel lasurugaensis , Shewanella taiwanensis , Shewanella violacea , Shewanella waksmanii , Shewanella woodyi , and various Shewanellasp .

好ましくはShewanella frigidimarina, Shewanellaputrefaciens, Shewanella japonicaShewanella oneidensisを挙げることができる。より好ましくはShewanellaoneidensis、なかでもShewanella oneidensis MR-1を例示することができる。 Preferred examples include Shewanella frigidimarina , Shewanellaputrefaciens , Shewanella japonica , and Shewanella oneidensis . More preferable examples include Shewanellaoneidensis, especially Shewanella oneidensis MR-1.

本発明の発現ベクターに用いられるプロモーターは、かかるシュワネラ属に属する細菌内でプロモーター機能を発揮するものであれば、特に制限されない。好ましくは、グラム陰性菌に由来するものであり、その具体例としては、lacプロモーター、tacプロモーター、およびtrpプロモーターなどを例示することができるが、これらに限定されるものではない。より好ましくはシュワネラ属に属する細菌に由来するものである。   The promoter used in the expression vector of the present invention is not particularly limited as long as it exhibits a promoter function in bacteria belonging to the genus Shuwanella. Preferably, it is derived from Gram-negative bacteria, and specific examples thereof include, but are not limited to, the lac promoter, tac promoter, trp promoter, and the like. More preferably, it is derived from a bacterium belonging to the genus Shuwanella.

なお、これらのプロモーターは、発現系においてプロモーター機能(プロモーターの転写活性)を発揮することを限度として、それを構成する塩基配列の一部が変更または修飾されていてもよい。   These promoters may be partly modified or modified as long as they exhibit the promoter function (promoter transcription activity) in the expression system.

本発明の発現ベクターで用いられるレプリコンは、シュワネラ属に属する細菌内で自己複製可能なように機能するようなレプリコンであればよい。かかるレプリコンはシュワネラ属 に属する細菌に由来するものであってもよいが、後述する実施例に示すように、必ずしも宿主として使用するシュワネラ属 に属する細菌に由来するものである必要はなく、例えば他のグラム陰性菌に由来するレプリコンを使用することもできる。   The replicon used in the expression vector of the present invention may be any replicon that functions so as to be capable of self-replication in bacteria belonging to the genus Shuwanella. Such a replicon may be derived from a bacterium belonging to the genus Shuwanella, but as shown in the examples described later, it does not necessarily have to be derived from a bacterium belonging to the genus Shuwanella used as a host. It is also possible to use replicons derived from gram-negative bacteria.

本発明の発現ベクターは、宿主中で自己複製可能な自律性複製配列として、シュワネラ属に属する細菌内で機能するレプリコンを有するものであればよいが、他にそれ以外のレプリコン(シュワネラ属に属する細菌内で機能しないレプリコン)を含むものであってもよい。かかるレプリコンとしては、特に制限されず、例えば大腸菌、酵母、枯草菌、放射菌、藍藻等の藻類、植物細胞、昆虫細胞及び哺乳動物細胞に由来するレプリコンを挙げることができる。自律性複製配列としてシュワネラ属に属する細菌内で機能するレプリコンとそれ以外のレプリコンを有することによって、発現ベクターは、シュワネラ属に属する細菌とそれ以外の生物の細胞内(例えばレプリコン由来の生物細胞内)で複製可能な状態に構築されており、その意味でシャトルベクターとして位置づけることもできる。例えば、シュワネラ属に属する細菌内で機能するレプリコンと大腸菌由来のレプリコンの2つを含む発現ベクターは、シュワネラ属に属する細菌と大腸菌との間で相互に複製可能な状態に構築されたシャトルベクターということができる。   The expression vector of the present invention may have any replicon that functions in bacteria belonging to the genus Shuwanella as an autonomously replicating sequence that can self-replicate in the host. A replicon that does not function in bacteria). Such a replicon is not particularly limited, and examples thereof include replicons derived from algae such as E. coli, yeast, Bacillus subtilis, radiobacterium, cyanobacteria, plant cells, insect cells, and mammalian cells. By having a replicon that functions in bacteria belonging to the genus Schwanella and other replicons as autonomously replicating sequences, the expression vector can be expressed in the cells of the bacteria belonging to the genus Schwanella and other organisms (for example, in the biological cells derived from the replicon). ) And can be positioned as a shuttle vector in that sense. For example, an expression vector containing two replicons that function in bacteria belonging to the genus Schwanella and a replicon derived from Escherichia coli is a shuttle vector constructed in a state in which they can replicate with each other between the bacteria belonging to the genus Schwanella and E. coli. be able to.

かかる本発明の発現ベクターは、操作の便宜上、さらに好適には少なくとも1つの選択マーカー遺伝子を含むことができる。   Such an expression vector of the present invention may further contain at least one selectable marker gene for convenience of manipulation.

選択マーカー遺伝子としては、一般に、抗生物質耐性遺伝子または栄養要求性遺伝子などが例示される。具体的には、目的とするタンパク質をコードする遺伝子の発現に用いられる宿主が本発明のように細菌である場合、抗生物質耐性遺伝子を用いることができ、抗生物質耐性遺伝子としてはシクロヘキシミド耐性遺伝子、アンピシリン耐性遺伝子(β-ラクタマーゼ遺伝子)、テトラマイシン耐性遺伝子、カナマイシン耐性遺伝子、クロラムフェニコール耐性遺伝子、ブレオマイシン耐性遺伝子、ハイグロマイシン耐性遺伝子、G−418耐性遺伝子等が例示される。なお、これらの選択マーカーは、1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。しかし、アンピシリン耐性遺伝子およびリファンピシン耐性遺伝子は Shewanella oneidensis MR-1 の宿主に存在することが明らかとされているので、当該細菌を宿主として用いる場合は、これら2つ以外の抗生物質耐性遺伝子を用いることが好ましい。好ましくは、カナマイシン耐性遺伝子、およびテトラサイクリン耐性遺伝子を挙げることが好ましい。 As the selection marker gene, an antibiotic resistance gene or an auxotrophic gene is generally exemplified. Specifically, when the host used for expression of the gene encoding the target protein is a bacterium as in the present invention, an antibiotic resistance gene can be used, and the antibiotic resistance gene includes a cycloheximide resistance gene, Examples include ampicillin resistance gene (β-lactamase gene), tetramycin resistance gene, kanamycin resistance gene, chloramphenicol resistance gene, bleomycin resistance gene, hygromycin resistance gene, G-418 resistance gene and the like. In addition, these selection markers can be used 1 type or in combination of 2 or more types. However, it has been clarified that ampicillin resistance gene and rifampicin resistance gene exist in the host of Shewanella oneidensis MR-1, so when using the bacterium as a host, use antibiotic resistance genes other than these two. Is preferred. Preferably, a kanamycin resistance gene and a tetracycline resistance gene are preferable.

本発明の発現ベクターは、他の成分として必要に応じて、(2)リポソーム結合部位、(3)翻訳開始コドン、(6)翻訳終始コドン、(7)ターミネーター、(10)相同領域等、を1または2以上組み合わせて含むことができる。なおこれらの構成成分(DNA配列)は、当該発現ベクターを宿主に導入した場合に、目的とするタンパク質をコードする遺伝子が宿主内で発現及び産生可能に機能するように連結されなることが好ましい。   The expression vector of the present invention comprises, as necessary, other components (2) liposome binding site, (3) translation initiation codon, (6) translation termination codon, (7) terminator, (10) homology region, etc. One or a combination of two or more can be included. These components (DNA sequences) are preferably linked so that when the expression vector is introduced into the host, the gene encoding the target protein functions so that it can be expressed and produced in the host.

ここで、例えば翻訳開始コドンとしてはATG、翻訳終止コドンとしてはTAA、TGA、またはTAGが例示される。これらそれぞれのコドンは、必要に応じてその各領域において1つ以上組み合わされて配列されてもよく、これらに特に限定はない。   Here, for example, ATG is exemplified as a translation initiation codon, and TAA, TGA, or TAG is exemplified as a translation termination codon. Each of these codons may be arranged in combination of one or more in each region as necessary, and there is no particular limitation thereto.

ターミネーターとしては、目的とするタンパク質をコードする遺伝子の発現に用いられる宿主 に対応したものであれば、特に制限されず、当業界に技術常識に基づいて選択することができる。   The terminator is not particularly limited as long as it corresponds to a host used for expression of a gene encoding a target protein, and can be selected based on common technical knowledge in the art.

また、宿主染色体上に導入するための相同領域としても、目的とするタンパク質をコードする遺伝子の発現に用いられる宿主に対応したものであれば、特に制限されず、当業界に技術常識に基づいて選択することができる。   In addition, the homologous region for introduction into the host chromosome is not particularly limited as long as it corresponds to the host used for expression of the gene encoding the target protein, and is based on common general technical knowledge in the art. You can choose.

なお、かかる発現ベクターは、各機能成分(DNA成分)を公知のプラスミドに挿入することによって調製することができる。各機能成分のプラスミドへの挿入は、DNA組換えの一般方法、例えば Molecular Cloning.(1989),(Cold Spring Harbor Lab.) に記載の方法に従って行うことができる。   Such an expression vector can be prepared by inserting each functional component (DNA component) into a known plasmid. Each functional component can be inserted into a plasmid according to a general method of DNA recombination, for example, the method described in Molecular Cloning. (1989), (Cold Spring Harbor Lab.).

なお、以上説明する発現ベクターは、本発明の製造方法で好適に使用される発現ベクターであるが、本発明では、これに代えて、後述する外来タンパク質発現用遺伝子カセットを含む発現ベクターを用いることもできる。   The expression vector described above is an expression vector that is preferably used in the production method of the present invention. In the present invention, instead of this, an expression vector containing a gene cassette for expressing a foreign protein described later is used. You can also.

本発明の製造方法は、斯くして調製される発現ベクターをシュワネラ属に属する細菌に導入し、形質転換体を調製する工程を備える。   The production method of the present invention includes a step of preparing a transformant by introducing the expression vector thus prepared into a bacterium belonging to the genus Shuwanella.

当該形質転換体は、上述の発現ベクターを公知の方法によって、宿主となるシュワネラ属に属する細菌に導入することによって調製することができる。当該導入方法には、発現ベクターを大腸菌に導入するために使用される常法が同様に用いることができ、具体的には、コンピテント細胞法(J. Mol. Biol., 53, 154, 1970)、電気パルス法(Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 81, 7161, 1984)、塩化カルシウム法、塩化ルビジウム法などを制限なく例示することができる。 The transformant can be prepared by introducing the above-described expression vector into a bacterium belonging to the genus Shuwanella as a host by a known method. For the introduction method, a conventional method used for introducing an expression vector into E. coli can be used in the same manner. Specifically, the competent cell method (J. Mol. Biol., 53 , 154, 1970) can be used. ), Electric pulse method (Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 81 , 7161, 1984), calcium chloride method, rubidium chloride method and the like can be exemplified without limitation.

本発明において使用される宿主はシュワネラ属に属する細菌である。シュワネラ属に属する細菌として具体的には、前述するものを同様に挙げることができる。好ましくは、Shewanella frigidimarina, Shewanella putrefaciens, ShewanellajaponicaShewanella oneidensisであり、より好ましくはShewanella oneidensis、なかでもShewanella oneidensis MR-1である。 The host used in the present invention is a bacterium belonging to the genus Shuwanella. Specific examples of the bacterium belonging to the genus Shuwanella can include those described above. Preferably, Shewanella frigidimarina, Shewanella putrefaciens, Shewanellajaponica , a Shewanella oneidensis, more preferably Shewanella oneidensis, a inter alia Shewanella oneidensis MR-1.

発現ベクターの宿主細胞中での存在様式は、染色体中に挿入されて、あるいは置換されて組み込まれる。またはプラスミド状態で存在してもよい。宿主に導入される外来遺伝子のコピー数は1コピーでも複数であってもよい。   The expression vector in the host cell is inserted into the chromosome or replaced. Alternatively, it may exist in a plasmid state. The copy number of the foreign gene introduced into the host may be one copy or multiple copies.

このようにして得られた形質転換体は、次いで目的とするタンパク質を産生させるために、その宿主に応じて適切な培地中で培養することができる。なお、上記に記載する形質転換体もまた本発明の対象であり、本発明はかかる形質転換体をも提供するものである。   The transformant thus obtained can then be cultured in an appropriate medium depending on the host in order to produce the target protein. The transformant described above is also an object of the present invention, and the present invention also provides such a transformant.

培地には上記形質転換体の生育に必須な炭素源、窒素源、無機物、ビタミン、薬剤などが含有される。培地の一例としては、LB培地(日水製薬)、化学合成培地(Takayama, Y., Shen, Y., and Akutsu, H. (2007) J. Biochem. 141, 121-126)、2xYT培地(Molecular Cloning)、CHL培地(Takayama, Y., Kobayashi, Y., Yahata, N., Saitoh, T., Hori, H., Ikegami, T., and Akutsu, H. (2006) Biochemistry 45, 3163-3169)などを例示することができる。好ましくは2xYT培地である。 The medium contains a carbon source, a nitrogen source, an inorganic substance, a vitamin, a drug and the like essential for the growth of the transformant. Examples of the medium include LB medium (Nissui Pharmaceutical), chemical synthesis medium (Takayama, Y., Shen, Y., and Akutsu, H. (2007) J. Biochem . 141, 121-126), 2xYT medium ( Molecular Cloning), CHL medium (Takayama, Y., Kobayashi, Y., Yahata, N., Saitoh, T., Hori, H., Ikegami, T., and Akutsu, H. (2006) Biochemistry 45, 3163- 3169). A 2 × YT medium is preferable.

培養は、通常4〜30℃の温度範囲で数〜360時間程度実施され、必要に応じて通気、攪拌を加えることもできる。培養温度として、好ましくは25〜30℃である。   The culture is usually carried out in the temperature range of 4 to 30 ° C. for about several to 360 hours, and aeration and agitation can be added as necessary. The culture temperature is preferably 25 to 30 ° C.

本発明の製造方法は、さらに、斯くして得られる培養物から目的の真核生物由来タンパク質を採取することによって実施される。目的タンパク質の採取は、培養後、形質転換体(シュワネラ属に属する細菌)のペリプラズム中に蓄積された目的のタンパク質を公知の方法で抽出し、また必要に応じて精製することによって行うことができる。なお、この際に、培養によって得られた宿主細菌を破砕してもよく、こうすることでペリプラズム中に蓄積された目的のタンパク質を培養上清に取り出すことができる。分離精製は、例えば、塩析法、溶媒沈澱法、透析法、限外濾過法、ゲル電気泳動法、あるいはゲル濾過クロマトグラフィー、イオン交換クロマトグラフィー、逆相クロマトグラフィー、アフィニティークロマトグラフィー等の公知の手法を組み合わせて行うことができる。   The production method of the present invention is further carried out by collecting a target eukaryote-derived protein from the culture thus obtained. The target protein can be collected by extracting the target protein accumulated in the periplasm of the transformant (bacteria belonging to the genus Shuwanella) by a known method after the culture, and purifying it as necessary. . At this time, the host bacteria obtained by culturing may be disrupted, whereby the target protein accumulated in the periplasm can be taken out into the culture supernatant. Separation and purification are, for example, known methods such as salting out, solvent precipitation, dialysis, ultrafiltration, gel electrophoresis, gel filtration chromatography, ion exchange chromatography, reverse phase chromatography, affinity chromatography, etc. A combination of techniques can be performed.

(II)外来タンパク質発現用遺伝子カセット
本発明は、前述する真核生物由来タンパク質の製造を簡便に実施するうえで有用な外来タンパク質発現用遺伝子カセットを提供する。
(II) Gene cassette for expressing a foreign protein The present invention provides a gene cassette for expressing a foreign protein that is useful for simply producing the eukaryotic protein described above.

本発明において「外来タンパク質発現用遺伝子カセット」とは、所望の外来タンパク質をシュワネラ属に属する細胞のペリプラズム内で発現させるために、「外来タンパク質発現ベクター」に組み込んで使用されるDNAのセットである。なお、本発明が対象とする「外来タンパク質発現ベクター」は、宿主として用いるシュワネラ属に属する細胞に導入して用いられるものであって、導入された際に外来タンパク質を発現させるために必要なDNAのセットからなる。当該ベクターは、シュワネラ属に属する細胞内で複製可能な線状または環状構造物であり、上記「外来タンパク質発現用遺伝子カセット」を含むことを特徴とする。   In the present invention, the “gene cassette for expressing a foreign protein” is a set of DNAs that are incorporated into a “foreign protein expression vector” and used to express a desired foreign protein in the periplasm of a cell belonging to the genus Shuwanella. . The “foreign protein expression vector” targeted by the present invention is used by being introduced into a cell belonging to the genus Shuwanella used as a host, and is a DNA necessary for expressing the foreign protein when introduced. Consisting of a set of The vector is a linear or circular structure that can be replicated in cells belonging to the genus Shuwanella, and includes the above-mentioned “gene cassette for expressing foreign protein”.

当該外来タンパク質発現カセットがセットとして有するDNAとしては、下記の(a)〜(c)の2種以上の組み合わせを挙げることができる:
(a)シュワネラ属に属する細菌で発現するプロモーター
(b)配列番号1に記載するアミノ酸配列からなるシグナルペプチドをコードする遺伝子、
(c) 外来タンパク質構造遺伝子。
Examples of DNA that the foreign protein expression cassette has as a set include the following combinations of two or more of (a) to (c):
(a) Promoter expressed in bacteria belonging to the genus Shuwanella
(b) a gene encoding a signal peptide consisting of the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 1,
(c) Foreign protein structural gene.

これらの組み合わせとしては、(a)と(b)、(b)と(c)、および(a)と(b)と(c)を挙げることができ、具体的には、これらのDNAを下記の(1)〜(3)のいずれかの態様で含むことを特徴とする:
(1) (a)シュワネラ属に属する細菌で発現するプロモーターと、その下流に、(b)配列番号1に記載するアミノ酸配列からなるシグナルペプチドをコードする遺伝子が連結された態様、
(2) (b)配列番号1に記載するアミノ酸配列からなるシグナルペプチドをコードする遺伝子の3’末端に、(c) 外来タンパク質構造遺伝子の5’末端が、アミノ酸フレームが一続きになるように連結してなる態様、
(3) (a)シュワネラ属に属する細菌で発現するプロモーターと、その下流に連結された、(b)配列番号1に記載するアミノ酸配列からなるシグナルペプチドをコードする遺伝子の3’末端に、(c) 外来タンパク質構造遺伝子の5’末端が、アミノ酸フレームが一続きになるように連結してなる態様。
Examples of these combinations include (a) and (b), (b) and (c), and (a), (b), and (c). (1) to (3) are included in any of the embodiments:
(1) (a) a promoter expressed in a bacterium belonging to the genus Shuwanella, and (b) a gene encoding a signal peptide consisting of the amino acid sequence described in SEQ ID NO: 1 linked downstream thereof,
(2) (b) The 3 'end of the gene encoding the signal peptide consisting of the amino acid sequence described in SEQ ID NO: 1 and (c) the 5' end of the foreign protein structural gene so that the amino acid frame is continuous. An aspect formed by linking,
(3) (a) a promoter expressed in a bacterium belonging to the genus Shuwanella, and (b) linked to the downstream thereof (b) at the 3 ′ end of a gene encoding a signal peptide consisting of the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 1, c) An embodiment in which the 5 ′ end of the foreign protein structural gene is linked so that the amino acid frame is continuous.

(3)の態様からなる本発明のタンパク質発現カセットは、必要に応じて、さらに(i)リポソーム結合部位、(ii) 翻訳開始コドン、(iii) 翻訳終始コドン、(iv) ターミネーター、(v) 選択マーカー遺伝子、(vi) 宿主中で自己複製可能な自律性複製配列(レプリコン)、(vii)相同領域等を、1種または2種以上含んでいてもよい。また、(1)の態様からなる本発明のタンパク質発現カセットは、上記(i)〜(vii)からなる1種以上の任意のDNAに加えて、(c)外来タンパク質構造遺伝子をコードするDNAを、また(2)の態様からなる本発明のタンパク質発現カセットは、上記(i)〜(vii)からなる1種以上の任意のDNAに加えて、(a)シュワネラ属に属する細菌で発現するプロモーターを含んでいてもよい。   The protein expression cassette of the present invention comprising the aspect of (3) is further optionally (i) a liposome binding site, (ii) a translation initiation codon, (iii) a translation termination codon, (iv) a terminator, (v) A selection marker gene, (vi) an autonomously replicating sequence (replicon) capable of self-replication in a host, (vii) one or more homologous regions may be included. Moreover, the protein expression cassette of the present invention comprising the aspect of (1) comprises (c) a DNA encoding a foreign protein structural gene in addition to one or more arbitrary DNAs comprising the above (i) to (vii). In addition, the protein expression cassette of the present invention according to the embodiment (2) includes, in addition to one or more arbitrary DNAs comprising (i) to (vii), (a) a promoter expressed in a bacterium belonging to the genus Shuvanella May be included.

なお、これらのDNAは、導入された宿主(シュワネラ属に属する細菌)内で、目的とする外来タンパク質を発現させるために、転写の下流方向の順に、(a)シュワネラ属に属する細菌で発現するプロモーター、(i)リポソーム結合部位、(ii)翻訳開始コドン、(b)配列番号1に記載するアミノ酸配列からなるシグナルペプチドをコードする遺伝子、(c)外来タンパク質構造遺伝子、(iii) 翻訳終始コドン、(iv) ターミネーター、(v)選択マーカー遺伝子、(vi) 宿主中で自己複製可能な自律性複製配列(レプリコン)、(vii)相同領域となるような順で構築されることが望ましい。   In addition, in order to express the target foreign protein in the introduced host (bacteria belonging to the genus Shuwanella), these DNAs are expressed in the order of downstream transcription (a) in the bacteria belonging to the genus Schwannella. A promoter, (i) a liposome binding site, (ii) a translation initiation codon, (b) a gene encoding a signal peptide comprising the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 1, (c) a foreign protein structural gene, (iii) a translation termination codon It is desirable that (iv) a terminator, (v) a selectable marker gene, (vi) an autonomously replicating sequence (replicon) capable of self-replication in a host, and (vii) a homologous region.

ここで「(a)シュワネラ属に属する細菌で発現するプロモーター」としては、シュワネラ属 に属する細菌内でプロモーター機能を発揮するものを広く用いることができる。好ましくは、グラム陰性菌に由来するものであり、その具体例としては、lacプロモーターや tacプロモーター、trpプロモーターを例示することができる。より好ましくはシュワネラ属 に属する細菌に由来するものである。   Here, “(a) promoters expressed in bacteria belonging to the genus Shuwanella” can be widely used those that exhibit a promoter function in bacteria belonging to the genus Shuwanella. Preferably, it is derived from Gram-negative bacteria, and specific examples thereof include lac promoter, tac promoter and trp promoter. More preferably, it is derived from a bacterium belonging to the genus Shuwanella.

また「(b)配列番号1に記載するアミノ酸配列からなるシグナルペプチドをコードする遺伝子」は、前述するように、シュワネラ属に属するShewanella oneidensis MR-1(GenBank accession number NC_004347)に由来する4ヘムタンパク質のシグナルペプチドをコードする遺伝子に相当する。この遺伝子の塩基配列としては配列番号2に示すものを挙げることができるが、これに限定されず、塩基配列において1〜複数の塩基が置換されてなる塩基配列であってもよく、かかる塩基配列は前述する表1に示すコドン縮重に従って適宜設計調製することができる。なお、公知の塩基配列について1乃至複数の塩基を置換する技術は当業界で公知であり、例えば、かかる方法として部位特異的変異法(Site-directed Mutagenesis)、制限酵素処理、合成遺伝子による方法、PCR法などの通常の遺伝子工学的手法を挙げることができる。 Further, “(b) a gene encoding a signal peptide consisting of the amino acid sequence described in SEQ ID NO: 1” is a 4-heme protein derived from Shewanella oneidensis MR-1 (GenBank accession number NC_004347) belonging to the genus Shewanella , as described above. Correspond to the gene encoding the signal peptide. Examples of the base sequence of this gene include those shown in SEQ ID NO: 2, but are not limited thereto, and may be a base sequence in which one to a plurality of bases are substituted in the base sequence. Can be appropriately designed and prepared according to the codon degeneracy shown in Table 1 described above. Techniques for substituting one or a plurality of bases in a known base sequence are known in the art. Examples of such methods include site-directed mutation (Site-directed Mutagenesis), restriction enzyme treatment, synthetic gene methods, The usual genetic engineering techniques such as PCR may be mentioned.

また「(c)外来タンパク質構造遺伝子」は、本発明で宿主として使用するシュワネラ属に属する細菌が有しない遺伝子、すなわち当該細胞が本来産生しないタンパク質をコードしている遺伝子を意味する。この限りにおいて、原核生物、真核生物、植物、動物(ヒトなどの脊椎動物、および昆虫などの無脊椎動物を含む)、微生物などの由来の別を特に問うものではない。産業的価値からいえば、好ましくは、真核生物、特に動物(好ましくは、ヒトを含む脊椎動物)や植物などの高等生物に由来するタンパク質構造遺伝子である。   Further, “(c) foreign protein structural gene” means a gene that is not possessed by a bacterium belonging to the genus Shuwanella used as a host in the present invention, that is, a gene encoding a protein that is not originally produced by the cell. As long as this is the case, the origin of prokaryotic organisms, eukaryotic organisms, plants, animals (including vertebrates such as humans, and invertebrates such as insects), microorganisms, etc. is not particularly questioned. In terms of industrial value, protein structural genes are preferably derived from eukaryotes, particularly higher organisms such as animals (preferably vertebrates including humans) and plants.

より好ましい外来タンパク質として、従来、大腸菌などの原核細胞や酵母などの真核細胞を用いた遺伝子組み換え法では製造が難しかったヘムタンパク質を挙げることができる。ヘムタンパク質は、分子中に鉄ポルフィリン錯体(ヘム)を有するタンパク質であり、これらのヘムタンパク質には、例えば酵素分子の運搬や貯蔵に関わるヘモグロビンやミオグロビン、様々な酸化反応を触媒するペルオキシダーゼ・カタラーゼ・チトクロームp-450、電子伝達に関わるシトクロム類などが含まれる。好ましくはシトクロム類である。当該シトクロム類は、含有するヘムの種類によって、シトクロムa1やシトクロムa3などのシトクロムa(フォルミルポルフィリン鉄);シトクロムb2、シトクロムb5、シトクロムb559およびシトクロムb563などのシトクロムb(プロトポルフィリン鉄);シトクロムc1、c2、c6、c551およびc553やシトクロムfなどのシトクロムc(メソポルフィリン誘導体鉄);ならびにシトクロムd(ジヒドロポルフィリン誘導体鉄)に分類することができる。好ましくは真核生物に由来するシトクロムc、特にヒトに由来するヒト型シトクロムc(配列番号3)である。   More preferred foreign proteins include heme proteins that have been difficult to produce by genetic recombination methods using prokaryotic cells such as E. coli and eukaryotic cells such as yeast. Heme proteins are proteins that have iron porphyrin complexes (heme) in their molecules. These hemoproteins include, for example, hemoglobin and myoglobin involved in the transport and storage of enzyme molecules, and peroxidase, catalase, Cytochrome p-450, cytochromes involved in electron transfer, etc. are included. Cytochromes are preferred. The cytochromes include cytochrome a (formyl porphyrin iron) such as cytochrome a1 and cytochrome a3; cytochrome b (prototoporphyrin iron) such as cytochrome b2, cytochrome b5, cytochrome b559 and cytochrome b563, depending on the type of heme contained; Cytochrome c (mesoporphyrin derivative iron) such as c1, c2, c6, c551 and c553 and cytochrome f; and cytochrome d (dihydroporphyrin derivative iron). Preferred is cytochrome c derived from a eukaryote, particularly human cytochrome c derived from a human (SEQ ID NO: 3).

また他の好適な外来タンパク質として、プロテインキナーゼのような細胞質内の発現ではプロテアーゼの影響を受けるもの、あるいは分子内もしくは分子間にジスルフィド結合を有するタンパク質を挙げることができる。   Other suitable foreign proteins include proteins that are affected by proteases in cytoplasmic expression, such as protein kinases, or proteins that have disulfide bonds within or between molecules.

なお、これらの外来タンパク質をコードする「(c)外来タンパク質構造遺伝子」は、それが由来する生物が本来有する塩基配列を有するものであってもよいが、そのアミノ酸配列をコードするものであれば、宿主として用いるシュワネラ属に属する細菌において高い頻度で使用されるコドンを用いて設計されたものであってもよい。例えば、ヒト型シトクロムcのアミノ酸配列(配列番号3)をコードする天然の遺伝子は配列番号4に示す塩基配列を有するが、これに限られず、例えば配列番号5に示す塩基配列を有するものであってもよい。かかる塩基配列は、遺伝子組み換えに使用する宿主(シュワネラ属に属する細菌)のコドン使用頻度に応じて、前述する表2に基づいて人為的に設計したヒト型シトクロムcのアミノ酸配列をコードする塩基配列である。   The “(c) foreign protein structural gene” encoding these foreign proteins may have a base sequence originally possessed by the organism from which it is derived, but it can be any one that encodes its amino acid sequence. Alternatively, it may be designed using a codon frequently used in a bacterium belonging to the genus Shuwanella used as a host. For example, the natural gene encoding the amino acid sequence of human cytochrome c (SEQ ID NO: 3) has the base sequence shown in SEQ ID NO: 4, but is not limited thereto, and has, for example, the base sequence shown in SEQ ID NO: 5. May be. This base sequence is a base sequence that encodes the human cytochrome c amino acid sequence artificially designed based on Table 2 described above according to the codon usage of the host (bacteria belonging to the genus Shuwanella) used for genetic recombination. It is.

当該「(c)外来タンパク質構造遺伝子」は、その5’末端が、(b)配列番号1に記載するアミノ酸配列からなるシグナルペプチドをコードする遺伝子の3’末端に、アミノ酸フレームが一続きになるように連結してなる態様で用いられ、斯くして、外来タンパク質は、シュワネラ属に属する細菌のペリプラズム内で、正常な構造および活性を有する成熟タンパク質として発現産生することができる。   The “(c) foreign protein structural gene” has a continuous amino acid frame at the 5 ′ end thereof and (b) the 3 ′ end of a gene encoding a signal peptide consisting of the amino acid sequence described in SEQ ID NO: 1. Thus, the foreign protein can be expressed and produced as a mature protein having normal structure and activity in the periplasm of bacteria belonging to the genus Shuwanella.

なお、本発明の「外来タンパク質発現用遺伝子カセット」の構築は、当業界で一般に広く用いられている遺伝子工学的技術並びに分子生物学的実験操作に従って行うことができる。例えば、J.,Sambrook, E., F., Frisch,T.,Maniatis著、モレキュラークローニング第2版(Molecular Cloning 2nd edition)、コールド・スプリング・ハーバーラボラトリー(Cold Spring Harbor Laboratory press)発行、1989年、及びD.,M.,Glover著、DNAクローニング、IRL発行、1985年などに記載されている方法に従って行うことができる。   The “gene cassette for expressing foreign protein” of the present invention can be constructed according to genetic engineering techniques and molecular biological experimental procedures that are generally widely used in the art. For example, J., Sambrook, E., F., Frisch, T., Maniatis, published by Molecular Cloning 2nd edition, Cold Spring Harbor Laboratory press, 1989 And D., M., Glover, DNA cloning, IRL publication, 1985, and the like.

また、本発明の「外来タンパク質発現用遺伝子カセット」によれば、既存のベクター(プラスミド)にこれを組み込むことによって、前述する外来タンパク質をシュワネラ属に属する細菌のペリプラズム内で発現産生させるための「外来タンパク質発現ベクター」を調製することができるが、当該操作も上記慣用の遺伝子工学的技術ならびに分子生物学的実験操作に従って行うことができる。   Further, according to the “gene cassette for expressing foreign protein” of the present invention, by incorporating this into an existing vector (plasmid), the above-mentioned foreign protein is expressed and produced in the periplasm of bacteria belonging to the genus Schwanella. A "foreign protein expression vector" can be prepared, but the operation can also be performed according to the above-described conventional genetic engineering techniques and molecular biological experimental procedures.

斯くして調製される発現ベクターをシュワネラ属に属する細菌に導入することによって形質転換体を調製することができる。なお、シュワネラ属に属する細菌として具体的には、前述するものを同様に挙げることができる。好ましくは、Shewanella frigidimarina, Shewanella putrefaciens, ShewanellajaponicaShewanella oneidensisであり、より好ましくはShewanella oneidensis、なかでもShewanella oneidensis MR-1である。 A transformant can be prepared by introducing the expression vector thus prepared into a bacterium belonging to the genus Shuwanella. Specific examples of the bacterium belonging to the genus Shuwanella include those described above. Preferably, Shewanella frigidimarina, Shewanella putrefaciens, Shewanellajaponica , a Shewanella oneidensis, more preferably Shewanella oneidensis, a inter alia Shewanella oneidensis MR-1.

このようにして得られた形質転換体は、次いで目的とする外来タンパク質を産生させるために、その宿主(シュワネラ属に属する細菌)に応じて適切な培地中で培養することができる。なお、当該形質転換体もまた本発明の対象であり、本発明はかかる形質転換体をも提供するものである。   The transformant thus obtained can then be cultured in a suitable medium depending on the host (bacteria belonging to the genus Shuwanella) in order to produce the desired foreign protein. Note that the transformant is also an object of the present invention, and the present invention also provides such a transformant.

培地には上記形質転換体の生育に必須な炭素源、窒素源、無機物、ビタミン、薬剤などが含有される。培地の一例としては、LB培地(日水製薬)、化学合成培地(Takayama, Y., Shen, Y., and Akutsu, H. (2007) J. Biochem. 141, 121-126)、2xYT培地(Molecular Cloning)、CHL培地(Takayama, Y., Kobayashi, Y., Yahata, N., Saitoh, T., Hori, H., Ikegami, T., and Akutsu, H. (2006) Biochemistry 45, 3163-3169)などを例示することができる。好ましくは2xYT培地である。 The medium contains a carbon source, a nitrogen source, an inorganic substance, a vitamin, a drug and the like essential for the growth of the transformant. Examples of the medium include LB medium (Nissui Pharmaceutical), chemical synthesis medium (Takayama, Y., Shen, Y., and Akutsu, H. (2007) J. Biochem . 141, 121-126), 2xYT medium ( Molecular Cloning), CHL medium (Takayama, Y., Kobayashi, Y., Yahata, N., Saitoh, T., Hori, H., Ikegami, T., and Akutsu, H. (2006) Biochemistry 45, 3163- 3169). A 2 × YT medium is preferable.

培養は、通常4〜30℃の温度範囲で数〜360時間程度実施され、必要に応じて通気、攪拌を加えることもできる。培養温度として、好ましくは25〜30℃である。   The culture is usually carried out in the temperature range of 4 to 30 ° C. for about several to 360 hours, and aeration and agitation can be added as necessary. The culture temperature is preferably 25 to 30 ° C.

本発明の製造方法は、さらに、斯くして得られる培養物から目的のタンパク質を採取することによって実施される。目的とする外来タンパク質の採取は、培養後、形質転換体(シュワネラ属に属する細菌)のペリプラズム中に蓄積された目的の外来タンパク質を公知の方法で抽出し、また必要に応じて精製することによって行うことができる。なお、この際に、培養によって得られた宿主細菌を破砕してもよく、こうすることでペリプラズム中に蓄積された目的の外来タンパク質を培養上清に取り出すことができる。分離精製は、例えば、塩析法、溶媒沈澱法、透析法、限外濾過法、ゲル電気泳動法、あるいはゲル濾過クロマトグラフィー、イオン交換クロマトグラフィー、逆相クロマトグラフィー、アフィニティークロマトグラフィー等の手法を組み合わせて行うことができる。   The production method of the present invention is further carried out by collecting the target protein from the culture thus obtained. The target foreign protein can be collected by extracting the target foreign protein accumulated in the periplasm of the transformant (bacteria belonging to the genus Shuwanella) by a known method after culture, and purifying it as necessary. It can be carried out. At this time, the host bacteria obtained by the culture may be disrupted, whereby the target foreign protein accumulated in the periplasm can be taken out into the culture supernatant. Separation and purification can be performed by, for example, salting out, solvent precipitation, dialysis, ultrafiltration, gel electrophoresis, or gel filtration chromatography, ion exchange chromatography, reverse phase chromatography, affinity chromatography, etc. Can be combined.

以下、本発明を実施例によって更に詳細に説明するが、下記実施例は本発明を何ら限定するものではない。なお、本発明で用いられる遺伝子工学的技術並びに分子生物学的実験操作は、一般に広く用いられている方法、例えばJ.,Sambrook, E., F., Frisch,T.,Maniatis著、モレキュラークローニング第2版(Molecular Cloning 2nd edition)、コールド・スプリング・ハーバーラボラトリー(Cold Spring Harbor Laboratory press)発行、1989年、及びD.,M.,Glover著、DNAクローニング、IRL発行、1985年などに記載されている方法に従って行うことができる。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention further in detail, the following Example does not limit this invention at all. The genetic engineering technique and molecular biological experimentation used in the present invention are generally performed by methods widely used, for example, molecular cloning by J., Sambrook, E., F., Frisch, T., Maniatis. Second edition (Molecular Cloning 2nd edition), published by Cold Spring Harbor Laboratory press, 1989, by D., M., Glover, DNA cloning, IRL published, 1985, etc. Can be done according to the method.

実施例1 ヒト型シトクロムcの製造
(1)ヒト型シトクロムc発現ベクターの構築(図1〜7参照)
宿主である Shewanella oneidensis MR-1(GenBank accession number NC_004347)に由来する4ヘムタンパク質をコードする遺伝子(GeneID: 1170426, locus tag: SO2727)をゲノム PCR により得た(図1)。図1中、太字斜体部は、Shewanella oneidensis MR-1由来の4ヘムタンパク質のコード領域であり、その前に位置する下線部領域はシグナルペプチドをコードする領域(シグナルシークエンス)である。
Example 1 Production of human cytochrome c (1) Construction of human cytochrome c expression vector (see FIGS. 1 to 7)
A gene (GeneID: 1170426, locus tag: SO2727) encoding a 4-heme protein derived from the host Shewanella oneidensis MR-1 (GenBank accession number NC_004347) was obtained by genomic PCR (FIG. 1). In FIG. 1, a bold italic part is a coding region of a 4-heme protein derived from Shewanella oneidensis MR-1, and an underlined region located in front of it is a region encoding a signal peptide (signal sequence).

次いで、図1中、四角で囲んだ部分に、それぞれ制限酵素部位 Pst I と Eco RI の認識部位を導入して、これをpKF19k DNA(GenBank accession number D63847)の制限酵素部位(Pst I と Eco RI)に導入した(図2)。なお、pKF19k DNAは、カナマイシン耐性遺伝子にダブルアンバー変異をもつ(Kmam2)pUCタイプのベクターである。上記GenBankに登録されているpKF19kの塩基配列は、Nde I部位の前のCが欠失した2,203bpのものであるが、Nde I部位の前のCが含まれた2,204bpのものは、タカラバイオからpKF19k-2 DNAとして入手することができる。宿主(Shewanella oneidensis MR-1)内で、pKF19k プラスミドに含まれるカナマイシン耐性遺伝子(Kmam2)を働かせるために、遺伝子中の2つのアンバーコドンを元に戻し(Gene 1995, 152, 271-275)、Shewanella oneidensisMR-1由来の4ヘムタンパク質の遺伝子を含むベクター(pKF19STC)を構築した。次いで、このシグナルシークエンス(下線部)を利用するために、シグナルシークエンス(下線部)と4ヘムタンパク質のコード領域(太字斜体部)の境界域である前後3塩基(GCCGCG)を、 GCC↓GGC と平滑末端で切れるようにNae I 部位を導入した(pKF19sigベクター)。 Next, in FIG. 1, recognition sites for restriction enzyme sites Pst I and Eco RI were introduced into the portions enclosed by squares, respectively, and these were converted into restriction enzyme sites (Pst I and Eco RI) of pKF19k DNA (GenBank accession number D63847). ) (FIG. 2). Incidentally, pKF19k DNA has a double-amber mutation on the kanamycin resistance gene (Km r am2) is a pUC-type vectors. The base sequence of pKF19k registered in the above GenBank is 2,203 bp with deletion of C before the Nde I site, but 2,204 bp with C before the Nde I site is Takara. It can be obtained as pKF19k-2 DNA from biotechnology. Host (Shewanella oneidensis MR-1) in a back to work the kanamycin resistance gene (Km r am2) contained in the pKF19k plasmid, based on the two amber codons in the gene (Gene 1995, 152, 271-275) A vector (pKF19STC) containing a gene of 4 heme protein derived from Shewanella oneidensis MR-1 was constructed. Next, in order to use this signal sequence (underlined part), the front and back three bases (GCCGCG), which is the boundary between the signal sequence (underlined part) and the coding region (bold italic part) of the 4 heme protein, GCC ↓ GGC and A Nae I site was introduced so as to cut at the blunt end (pKF19sig vector).

一方、ヒトのミトコンドリア由来のシトクロムcの遺伝子(GeneID: 54205)を宿主(Shewanella oneidensis MR-1)のコドン使用頻度、および GC 含有量にそろえて、 5’ 末端をリン酸化したプライマーで PCR をした。斯くして調製したヒト型シトクロムcをコードする遺伝子の塩基配列を図3に示す。なお、図3はヒト型シトクロムcの遺伝子のもとの塩基配列(上)と、コドン調整した上記の塩基配列(下)を対比したものである。両者は93.02%(293/315)の割合で同一であった。両者はいずれも、図4に示すヒト型シトクロムc(タンパク質)のアミノ酸配列をコードする。 On the other hand, a cytochrome c gene (GeneID: 54205) derived from human mitochondria was subjected to PCR with a primer phosphorylated at the 5 'end in line with the codon usage and GC content of the host ( Shewanella oneidensis MR-1). . The base sequence of the gene encoding human cytochrome c thus prepared is shown in FIG. FIG. 3 compares the original base sequence of the human cytochrome c gene (top) with the above-mentioned base sequence (bottom) adjusted for codons. Both were identical at the rate of 93.02% (293/315). Both encode the amino acid sequence of human cytochrome c (protein) shown in FIG.

上記PCRで得られたDNAをEco RI 部位で処理して、3’ 末端にEco RI 部位を有する、ヒト型シトクロムcの遺伝子を含有するDNAを調製した(図5)。図5中、四角の囲い部分はEco RI 部位を意味する。 It processes the DNA obtained above PCR with Eco RI site at the 3 'terminus has the Eco RI site, was prepared a DNA containing the gene for human cytochrome c (Fig. 5). In FIG. 5, the square box indicates the Eco RI site.

上記で調製したpKF19sig ベクターを、 制限酵素Nae IとEco RI で消化して、精製した後、上記のヒト型シトクロムc遺伝子を含むDNA(図5)をライゲーションした(図6)。斯くして、図7aに示すDNA配列が入ったヒト型シトクロムc発現ベクター(pKF19signalHcyc)を構築した(図7b)。 The pKF19sig vector prepared above was digested with restriction enzymes Nae I and Eco RI and purified, and then the DNA containing the above human cytochrome c gene (FIG. 5) was ligated (FIG. 6). Thus, a human cytochrome c expression vector (pKF19signalHcyc) containing the DNA sequence shown in FIG. 7a was constructed (FIG. 7b).

(2)ヒト型シトクロムcの製造
pKF19signalHcyc のプラスミドを宿主 Shewanella oneidensis MR-1 (American Type Culture Collection 番号: BAA-1096。本実験では Nealson K. H. 博士、California Institute of Technology 所属より頂いた)にエレクトロポレーション法を用いて形質転換した。得られた形質転換体を 10μg/ml リファンピシンと 100μg/ml カナマイシンを含む LB プレート培地で一晩、30℃で培養した。シングルコロニーを3ml の試験管培地(10μg/ml リファンピシンと 100μg/ml カナマイシンを含む LB 培地)に移して、一晩、微好気的に30℃で振とう培養した。培養液1ml を 100ml のフラスコ培地(10μg/ml リファンピシンと 100μg/ml カナマイシンを含む LB 培地)に移して、OD600が 0.5 になるまで、微好気的に30℃で振とう培養した。培養液 100ml を 1L の大型フラスコ培地(10μg/ml リファンピシンと 200μg/ml カナマイシンを含む 2 x YT 培地)に移して、二晩、微好気的に30℃で振とう培養した後、集菌した。なお、シトクロムcは補欠分子族としてヘムを持つ。このため、シトクロムcが発現したかどうかは菌体がピンク色になるか否かで、目視により容易に判断することができる。
(2) Production of human cytochrome c
The plasmid pKF19signalHcyc was transformed into the host Shewanella oneidensis MR-1 (American Type Culture Collection number: BAA-1096, obtained from Dr. Nealson KH, a member of the California Institute of Technology in this experiment) using electroporation. The obtained transformant was cultured at 30 ° C. overnight in an LB plate medium containing 10 μg / ml rifampicin and 100 μg / ml kanamycin. Single colonies were transferred to 3 ml of test tube medium (LB medium containing 10 μg / ml rifampicin and 100 μg / ml kanamycin) and cultured overnight at 30 ° C. with microaerobic shaking. 1 ml of the culture solution was transferred to a 100 ml flask medium (LB medium containing 10 μg / ml rifampicin and 100 μg / ml kanamycin), and cultured with shaking at 30 ° C. until the OD 600 reached 0.5. 100 ml of the culture solution was transferred to a 1 L large flask medium (2 x YT medium containing 10 μg / ml rifampicin and 200 μg / ml kanamycin) and cultured overnight at 30 ° C with microaerobic shaking. . Cytochrome c has heme as a prosthetic group. Therefore, whether or not cytochrome c is expressed can be easily determined by visual observation based on whether or not the bacterial body becomes pink.

シトクロムcの精製は4℃で行った。具体的には、シトクロムcを発現した菌体を超音波で破砕後、遠心(70,000 g, 1時間)して上清を取り,50% 硫酸アンモニウム分画をした。上清を透析して脱塩後、陽イオン交換カラムクロマトグラフィにより精製した。カラムはアマシャムファルマシア社製の Q-Sepharose カラム (26/10) を用いた。リン酸緩衝液(pH 7.4)で 0から300mM の塩化ナトリウム勾配により溶出した。シトクロムcはおよそ 250 mM の塩濃度の時に溶出した。精製はSDS-ポリアクリルアミドゲル電気泳動と可視紫外吸収スペクトル(3-2 参照)で還元型 410nm の吸収と酸化型 280nm の吸収の比をとり、 4.66 という値から精製度を確認した。410nm はヘムの吸収を、280nm はその他タンパク質を含む吸収を示し、シトクロムcでは 4.45 以上の値で精製が十分であることが知られている(Jeng, W.-Y., Chen, C.-Y., Chang, H.-C., and Chuang, W.-J. 2002, J. Bioenergetics and Biomembranes Vol. 34, pp. 423-431)。その結果、培地1L当り 11mg のシトクロムc を得た。収量は酸化型 410 nm の吸光係数 e410 = 106.1 mM-1 cm-1および還元型 416 nm の吸光係数 e416 = 129.1 mM-1 cm-1より算出した。 Cytochrome c was purified at 4 ° C. Specifically, the cells expressing cytochrome c were disrupted with ultrasonic waves, centrifuged (70,000 g, 1 hour), the supernatant was taken, and 50% ammonium sulfate fraction was obtained. The supernatant was dialyzed and desalted, and then purified by cation exchange column chromatography. The column used was a Q-Sepharose column (26/10) manufactured by Amersham Pharmacia. Elution was performed with a phosphate buffer (pH 7.4) with a sodium chloride gradient of 0 to 300 mM. Cytochrome c was eluted at a salt concentration of approximately 250 mM. For purification, SDS-polyacrylamide gel electrophoresis and visible ultraviolet absorption spectrum (see 3-2) were used to obtain a ratio of reduced 410 nm and oxidized 280 nm, and a purity of 4.66 was confirmed. 410nm indicates absorption of heme, 280nm indicates absorption including other proteins, and cytochrome c is known to be sufficiently purified at a value of 4.45 or more (Jeng, W.-Y., Chen, C.- Y., Chang, H.-C., and Chuang, W.-J. 2002, J. Bioenergetics and Biomembranes Vol. 34, pp. 423-431). As a result, 11 mg of cytochrome c was obtained per liter of the medium. The yield was calculated from the extinction coefficient e 410 = 106.1 mM -1 cm -1 of the oxidized form 410 nm and the extinction coefficient e 416 = 129.1 mM -1 cm -1 of the reduced form 416 nm.

(3)ヒト型シトクロムcの機能確認
上記方法で得られたヒト型シトクロムcについて、下記の試験を行い、機能および構造を確認した。
(3) Confirmation of function of human cytochrome c The human cytochrome c obtained by the above method was subjected to the following test to confirm the function and structure.

(3-1) アミノ酸シークエンス
上記で脱塩精製したシトクロムcについて、定法に従ってアミノ酸シークエンスを行った。その結果、上記(2)で得られたヒト型シトクロムcのN領域15残基のアミノ酸配列は、GDVEKGKKIFIMKxS(xは不明。)であった。ここで14番目のアミノ酸は検出できなかったが、後述するように質量分析により Cys と同定された。当該Cys はアミノ酸分析では検出できなかったことから、ヘムと共有結合していると考えられた。斯くして、この配列はヒト型シトクロムcのアミノ酸配列(GenBank accession number: NP_061820;Matsubara, H. et al., J.Biol. Chem, 238, 2732,1963)のN領域15残基のアミノ酸配列と同一であることが確認された。
(3-1) Amino acid sequence The cytochrome c desalted and purified as described above was subjected to amino acid sequencing according to a conventional method. As a result, the amino acid sequence of the N region 15 residues of human cytochrome c obtained in (2) above was GDVEKGKKIFIMKxS (x is unknown). The 14th amino acid was not detected here, but was identified as Cys by mass spectrometry as described later. Since the Cys could not be detected by amino acid analysis, it was considered to be covalently bound to heme. Thus, this sequence is the amino acid sequence of the N region 15 residues of the amino acid sequence of human cytochrome c (GenBank accession number: NP — 061820; Matsubara, H. et al., J. Biol. Chem, 238, 2732, 1963). It was confirmed to be the same.

(3-2) 酸化還元特性(図8)
上記で得られたシトクロムcを空気酸化した。当該空気酸化したシトクロムc 溶液 1.8mM を1mm 長の石英セルに入れ、Beckman DU-640 スペクトロメータで測定した。また、シトクロムcの還元は、シトクロムc溶液にジチオナイトナトリウム塩を少量加えて行った。
(3-2) Redox characteristics (Fig. 8)
The cytochrome c obtained above was air oxidized. The air-oxidized cytochrome c solution (1.8 mM) was placed in a 1 mm long quartz cell and measured with a Beckman DU-640 spectrometer. Cytochrome c was reduced by adding a small amount of dithionite sodium salt to the cytochrome c solution.

結果を図8に示す。この結果からわかるように、上記(2)で得られたヒト型シトクロムcは、ヘムタンパク質に特徴的なソーレー帯に、酸化型はα,γバンドが、還元型ではα,β,γバンドが現れるという挙動を示した。このことから、上記ヒト型シトクロムcが酸化還元能を有していることが確認できた。   The results are shown in FIG. As can be seen from this result, the human cytochrome c obtained in (2) above has a characteristic of the Soray band characteristic of the heme protein, the α and γ bands in the oxidized form, and the α, β and γ bands in the reduced form. It showed the behavior of appearing. From this, it was confirmed that the human cytochrome c has redox ability.

(3-3) 質量分析(図9)
上記で脱塩精製したシトクロムc 溶液 1μl に1μl のマトリクス(10mg/ml シナピン酸を 50% アセトニトリルと 0.1% トリフルオロ酢酸溶液に溶かしたもの)を混ぜて、 質量分析用のプレートにのせた。これを MALDI-TOF 質量分析装置(Autoflex, Bruker) を用いて解析した。
(3-3) Mass spectrometry (Figure 9)
1 μl of the cytochrome c solution desalted and purified as described above was mixed with 1 μl of matrix (10 mg / ml sinapinic acid dissolved in 50% acetonitrile and 0.1% trifluoroacetic acid solution) and placed on a plate for mass spectrometry. This was analyzed using a MALDI-TOF mass spectrometer (Autoflex, Bruker).

結果を図9に示す。この結果からわかるように、上記(2)で得られたヒト型シトクロムcの質量(実測値)は約12,224であった。計算上、 ヒト型シトクロムcのペプチド(315 a.a.)(11,586)とヘム(620)の質量の総計は、12,206であり、上記実測値とほぼ同一であることから、上記で得られたヒト型シトクロムcは、ヘムが共有結合しているヘムタンパク質であると判断された。またこの結果から、(2)で得られたヒト型シトクロムcは、アミノ酸の置換、欠損および挿入といった変異がないことが判明した。このことから、(3-1)のアミノ酸シークエンスで検出できなかったN末端から14 番目のアミノ酸は Cys であり、ここにヘムが結合しているために確認できなかったと考えられる。   The results are shown in FIG. As can be seen from this result, the mass (actually measured value) of human cytochrome c obtained in (2) above was about 12,224. In calculation, the total mass of human cytochrome c peptides (315 aa) (11,586) and heme (620) is 12,206, which is almost the same as the actual measured value. Therefore, the human cytochrome obtained above is used. c was determined to be a heme protein with covalently bound heme. Further, from this result, it was found that the human cytochrome c obtained in (2) has no mutation such as amino acid substitution, deletion and insertion. From this, it is considered that the 14th amino acid from the N-terminus that could not be detected by the amino acid sequence of (3-1) was Cys and could not be confirmed because heme was bound here.

(3-4) NMR分析(図10)
30mM のリン酸緩衝液に溶かした 0.5 mM シトクロムc溶液を凍結乾燥して、溶媒を重水に置き換えた。この際、自然酸化する試料を 5mm の NMR 管にいれ、 Bruker Avance DRX-600 分光器を用いて測定した。この試料に少量のジチオナイトナトリウム塩を加えることで試料の還元を行った。
(3-4) NMR analysis (Figure 10)
A 0.5 mM cytochrome c solution dissolved in 30 mM phosphate buffer was lyophilized and the solvent was replaced with heavy water. At this time, a sample that spontaneously oxidizes was placed in a 5 mm NMR tube and measured using a Bruker Avance DRX-600 spectrometer. The sample was reduced by adding a small amount of dithionite sodium salt to the sample.

結果を図10に示す。ヒト型シトクロムcのNMRについては既にシグナルの帰属がなされている(BMRB5406)。図10に示す結果は、これと一致していた。特に、配位しているメチオニンのシグナル(還元型)およびヘムメチルシグナル(酸化型)のシグナルはヒト型シトクロムcに特徴的なシグナルであるが、上記(2)で得られたヒト型シトクロムcは、このシグナルを同様に備えていた。このことから、上記(2)で得られたヒト型シトクロムcは、ヒト由来の天然シトクロムcの構造を同様に保持していることが確認された。   The results are shown in FIG. Signals have already been assigned to NMR of human cytochrome c (BMRB5406). The results shown in FIG. 10 were consistent with this. In particular, the coordinated methionine signal (reduced form) and the heme methyl signal (oxidized form) are signals characteristic of human cytochrome c, but the human cytochrome c obtained in (2) above. Had this signal as well. From this, it was confirmed that the human cytochrome c obtained in the above (2) similarly holds the structure of human-derived natural cytochrome c.

以上(3-1)〜(3-4)の結果から、本発明の方法で製造された組換えヒト型シトクロムcは、ヒトから得られる天然のシトクロムcと同じ構造および機能を保持した、ヘムタンパク質であると判断することができる。   From the results of (3-1) to (3-4) above, the recombinant human cytochrome c produced by the method of the present invention has the same structure and function as natural cytochrome c obtained from humans. It can be determined that it is a protein.

実施例2 カルシウム依存性プロテインキナーゼ2(CDPK2)の製造
・ CDPK2発現ベクターの構築(図11〜12参照)
プライマー(5’-pGCCGAACCAAAACCAGCAACTGAGCCCAAG-3 [5’ 末端をリン酸化したプライマー](配列番号11)、5’-TTGGTGAATTCTTATAAGATTTCTTCACTC-3’ (配列番号12) [下線部領域はEco RI部位])を用いて、PCRにより、Solanum tuberosum(ジャガイモ)由来のカルシウム依存性プロテインキナーゼ2(CDPK2)をコードする遺伝子を含むDNAを取得した。なお、ジャガイモ由来のCDPK2をコードする遺伝子(cdpk2)の塩基配列は、GenBank AB051809に登録されている(12-15025領域が構造遺伝子)(図11)(配列番号9と10)。上記PCRで得られたDNAをEco RI で処理して、3’ 末端にEco RI 部位を有する、ジャガイモ由来のCDPK2をコードする遺伝子(cdpk2)を含有するDNAを調製した(図12の[2])。
Example 2 Production of Calcium Dependent Protein Kinase 2 (CDPK2) Construction of CDPK2 Expression Vector (See FIGS. 11-12)
Primer (5'-pGCCGAACCAAAACCAGCAACTGAGCCCAAG-3 [primer with 5 'end phosphorylated] (SEQ ID NO: 11), 5'-TTGGT GAATTC TTATAAGATTTCTTCACTC-3' (SEQ ID NO: 12) [underlined region is Eco RI site]) Then, DNA containing a gene encoding calcium-dependent protein kinase 2 (CDPK2) derived from Solanum tuberosum (potato) was obtained by PCR. The base sequence of the gene encoding potato-derived CDPK2 (cdpk2) is registered in GenBank AB051809 (the 12-15025 region is a structural gene) (FIG. 11) (SEQ ID NOs: 9 and 10). The DNA obtained by the PCR was treated with Eco RI to prepare a DNA containing a gene (cdpk2) encoding CDPK2 derived from potato having an Eco RI site at the 3 ′ end ([2] in FIG. 12). ).

実施例1(1)で調製したpKF19sig ベクターを、 制限酵素Nae I と Eco RI で消化して精製した後、上記のCDPK2をコードする遺伝子(cdpk2)を含むDNAをライゲーションした(図12)。斯くして、シグナルシークエンスの下流にcdpk2が挿入されたCDPK2発現ベクター(pKFcdpk2sig)を構築した(図13)。 The pKF19sig vector prepared in Example 1 (1) was purified by digestion with restriction enzymes Nae I and Eco RI, and then ligated with DNA containing the gene encoding CDPK2 (cdpk2) (FIG. 12). Thus, a CDPK2 expression vector (pKFcdpk2sig) in which cdpk2 was inserted downstream of the signal sequence was constructed (FIG. 13).

(2)CDPK2の製造
実施例1(2)と同様、pKFcdpk2sig [実施例1(2)ではpKF19signalHcycを使用] のプラスミドを宿主 Shewanella oneidensis TSP-C にエレクトロポレーション法を用いて形質転換した。形質転換体を 10μg/ml リファンピシンと 100μg/ml カナマイシンを含む LB プレート培地で一晩、30℃で培養した。シングルコロニーを 3ml の試験管培地(10μg/ml リファンピシンと 100μg/ml カナマイシンを含む LB 培地)に移して、一晩、微好気的に30℃で振とう培養した。培養液1ml を 100ml のフラスコ培地(10μg/ml リファンピシンと 100μg/ml カナマイシンを含む LB 培地)に移して、一晩、微好気的に30℃で振とう培養した後、集菌した。これを超音波破砕後、遠心して上清と沈殿にわけ、SDS-ポリアクリルアミド電気泳動によりタンパク質の発現を確認した。
(2) Production of CDPK2 As in Example 1 (2), the plasmid pKFcdpk2sig [pKF19signalHcyc was used in Example 1 (2)] was transformed into the host Shewanella oneidensis TSP-C by electroporation. The transformant was cultured overnight at 30 ° C. in LB plate medium containing 10 μg / ml rifampicin and 100 μg / ml kanamycin. Single colonies were transferred to 3 ml of test tube medium (LB medium containing 10 μg / ml rifampicin and 100 μg / ml kanamycin) and cultured overnight at 30 ° C. with microaerobic shaking. 1 ml of the culture solution was transferred to a 100 ml flask medium (LB medium containing 10 μg / ml rifampicin and 100 μg / ml kanamycin) and cultured overnight at 30 ° C. with microaerobic shaking. This was sonicated, centrifuged, and separated into a supernatant and a precipitate, and protein expression was confirmed by SDS-polyacrylamide electrophoresis.

(3)CDPK2の発現の確認
(2)の集菌体を超音波破砕後に遠心分離して、上清と沈殿にわけ、10%アクリルアミド濃度で SDS-ポリアクリルアミド電気泳動を行った。なお、ゲルはクマシーブリリアントブルー色素で染色した。
(3) Confirmation of CDPK2 expression The collected cells of (2) were centrifuged after sonication, separated into supernatant and precipitate, and subjected to SDS-polyacrylamide electrophoresis at 10% acrylamide concentration. The gel was stained with Coomassie Brilliant Blue dye.

結果を図14に示す。CDPK2発現ベクター(pKFcdpk2sig)を導入した菌体(+vec)と導入しない菌体(-vec)とで、CDPK2の発現量をウエスタンブロッティングにて比較した。なお、図中、「+vec1」と「+vec2」とは、相違するコロニーについて実験した結果を示す。また「+vec1&Mag」とは、形質転換体の培養に0.5mM MgCl2を添加して培養した場合の結果を示す。各ベクターを導入して培養した菌体を破砕して、上清(可溶性画分:sup)と沈殿(不溶性画分:pellet)に分けて、SDS-PAGEを行ったところ、図14に示すように、可溶性画分にCDPK2の発現が確認された(検出分子量:59kDa)。 The results are shown in FIG. The expression level of CDPK2 was compared by Western blotting between the microbial cells (+ vec) into which the CDPK2 expression vector (pKFcdpk2sig) was introduced and the non-introduced microbial cells (-vec). In the figure, “+ vec1” and “+ vec2” indicate the results of experiments on different colonies. “+ Vec1 & Mag” indicates the result of culturing the transformant with 0.5 mM MgCl 2 added thereto. The cells cultured after introducing each vector were disrupted and separated into a supernatant (soluble fraction: sup) and a precipitate (insoluble fraction: pellet) and subjected to SDS-PAGE, as shown in FIG. In addition, the expression of CDPK2 was confirmed in the soluble fraction (detected molecular weight: 59 kDa).

(3)CDPK2の機能の確認
CDPK2は、ATPとCa2+により自己リン酸化される。このため、上記で製造したCDPK2について自己リン酸能を測定することでその機能を評価した。具体的には、ProQ diamond gel stain法(Takeda, H. et al, Rapid Communications in Mass Spectrometry 17(8), 2075 -081 (2003); Kinoshita, M. et al. Dalton Transactions 1189-1193 (2004); Kinoshita E. et al. Journal of Separation Science 28(2) 155-162 (2005))により自己リン酸化反応を測定した。なお、自己リン酸化反応の測定は、PerkinElmer Japan に委託した。
(3) Confirmation of CDPK2 functions
CDPK2 is autophosphorylated by ATP and Ca 2+ . Therefore, the function of the CDPK2 produced above was evaluated by measuring the autophosphate ability. Specifically, ProQ diamond gel stain method (Takeda, H. et al, Rapid Communications in Mass Spectrometry 17 (8), 2075 -081 (2003); Kinoshita, M. et al. Dalton Transactions 1189-1193 (2004) Kinoshita E. et al. Journal of Separation Science 28 (2) 155-162 (2005)) was used to measure autophosphorylation. The measurement of autophosphorylation was commissioned to PerkinElmer Japan.

結果を図15に示す。この結果から、上記で得られたCDPK2は、自己リン酸化能を有していることが確認された。またこの分子量から、製造に使用したシグナルペプチドは切断され、matureなジャガイモ由来のCDPK2が得られていることが確認された。   The results are shown in FIG. From this result, it was confirmed that CDPK2 obtained above has autophosphorylation ability. Further, from this molecular weight, it was confirmed that the signal peptide used in the production was cleaved, and mature potato-derived CDPK2 was obtained.

Shewanella oneidensis MR-1に由来する4ヘムタンパク質をコードする遺伝子の塩基配列を示す。図中、太字斜体部は、Shewanella oneidensis MR-1由来の4ヘムタンパク質のコード領域であり、その下流域に位置する下線部領域はシグナルペプチドをコードする領域(シグナルシークエンス)である。四角で囲んだ部分は、5’末側が Pst I認識部位、3’ 末側が Eco RI の認識部位である。 This shows the base sequence of the gene encoding 4 heme protein derived from Shewanella oneidensis MR-1. In the figure, the bold italic part is the coding region of the 4-heme protein derived from Shewanella oneidensis MR-1, and the underlined region located in the downstream region is a region encoding a signal peptide (signal sequence). In the boxed area, the 5 ′ end is the Pst I recognition site and the 3 ′ end is the Eco RI recognition site. Shewanella oneidensis MR-1に由来する4ヘムタンパク質をコードする遺伝子を含むベクター(pKF19STC)の構築を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows construction | assembly of the vector (pKF19STC) containing the gene which codes 4 heme protein derived from Shewanella oneidensis MR-1. ヒト型チロクロームcをコードする遺伝子の天然由来の塩基配列(上段)と実施例1(1)で作成した塩基配列(下段)とを対比した図である。It is the figure which contrasted the natural origin base sequence (upper part) of the gene which codes human type | mold cytochrome c, and the base sequence created in Example 1 (1) (lower part). ヒト型チロクロームcのアミノ酸配列を示す。The amino acid sequence of human-type cytochrome c is shown. 実施例1(1)で作成したヒト型チロクロームcをコードする遺伝子の塩基配列(波線部)を示す。四角で囲んだ部分は、3’末側に付加したEco RI の認識部位である。The base sequence (dashed line part) of the gene which codes the human type | mold cytochrome c created in Example 1 (1) is shown. The part enclosed by a square is a recognition site for Eco RI added to the 3 'end. ヒト型シトクロムc遺伝子を含むDNAの、pKF19sig ベクターへのライゲーション方法を示す概略図である。(1)pKF19STC のインサーション部分をNaeI、Eco RI で消化する[1]。(2) ヒト型シトクロムc遺伝子の5’ 末をリン酸化して、Eco RI で消化する[2]。次いで、(3)上記[1]と[2]を平滑末端、Eco RI 部位で入れ替える。It is the schematic which shows the ligation method of DNA containing a human type | mold cytochrome c gene to a pKF19sig vector. (1) Digest the insertion part of pKF19STC with Nae I and Eco RI [1]. (2) Phosphorylate the 5 'end of human cytochrome c gene and digest with Eco RI [2]. Next, (3) The above [1] and [2] are replaced with blunt ends and Eco RI sites. 構築したヒト型シトクロムc発現ベクター(pKF19signalHcyc)(図b)と、それに導入したヒト型シトクロムc遺伝子を含むDNA 配列(図a)を示す。配列中、直線状の下線部領域は、シグナルペプチドをコードする塩基配列、波線はヒト型シトクロムcをコードする塩基配列である。The constructed human cytochrome c expression vector (pKF19signalHcyc) (Fig. B) and the DNA sequence (Fig. A) containing the human cytochrome c gene introduced therein are shown. In the sequence, the linear underlined region is a base sequence encoding a signal peptide, and the wavy line is a base sequence encoding human cytochrome c. ヒト型シトクロムcの酸化還元特性を示す可視吸収スペクトルである。It is a visible absorption spectrum which shows the redox characteristic of human-type cytochrome c. ヒト型シトクロムcの質量分析結果を示す。The mass spectrometry result of human type | mold cytochrome c is shown. ヒト型シトクロムcのNMR分析結果を示す。The NMR analysis result of human-type cytochrome c is shown. Solanum tuberosum(ジャガイモ)由来のカルシウム依存性プロテインキナーゼ2(CDPK2)のアミノ酸配列およびそれをコードする遺伝子(cdpk2)の塩基配列を示す。2 shows the amino acid sequence of calcium-dependent protein kinase 2 (CDPK2) derived from Solanum tuberosum (potato) and the base sequence of the gene (cdpk2) encoding it. pKF19sig ベクターに、Solanum tuberosum(ジャガイモ)由来のカルシウム依存性プロテインキナーゼ2(CDPK2)をコードする遺伝子を含むDNAをライゲーションする方法を示す概略図である。(1)pKF19STC のインサーション部分をNaeI、Eco RI で消化する[1]。(2) CDPK2遺伝子の5’ 末をリン酸化して、Eco RI で消化する[2]。次いで、(3)上記[1]と[2]を平滑末端、Eco RI 部位で入れ替える。It is the schematic which shows the method of ligating DNA containing the gene which codes the calcium-dependent protein kinase 2 (CDPK2) derived from Solanum tuberosum (potato) to pKF19sig vector. (1) Digest the insertion part of pKF19STC with Nae I and Eco RI [1]. (2) Phosphorylate the 5 'end of CDPK2 gene and digest with Eco RI [2]. Next, (3) The above [1] and [2] are replaced with blunt ends and Eco RI sites. 構築したCDPK2発現ベクター(pKFcdpk2sigd)を示す。The constructed CDPK2 expression vector (pKFcdpk2sigd) is shown. CDPK2の発現を確認した SDS-ポリアクリルアミド電気泳動の結果を示す。The result of SDS-polyacrylamide electrophoresis which confirmed the expression of CDPK2 is shown. CDPK2の機能(自己リン酸化能)を確認した結果を示す。The result of having confirmed the function (autophosphorylation ability) of CDPK2 is shown.

配列番号11はCDPK2をコードする遺伝子を含むDNAの取得に使用したセンスプライマーの塩基配列を示す。
配列番号12はCDPK2をコードする遺伝子を含むDNAの取得に使用したアンチセンスプライマーの塩基配列を示す。
SEQ ID NO: 11 shows the base sequence of the sense primer used to obtain DNA containing the gene encoding CDPK2.
SEQ ID NO: 12 shows the base sequence of the antisense primer used to obtain DNA containing the gene encoding CDPK2.

Claims (11)

配列番号1に記載するアミノ酸配列からなるシグナルペプチドをコードする遺伝子と真核生物由来のタンパク質をコードする遺伝子を含むベクターを用いて形質転換されたシュワネラ属に属する細菌を培養し、得られた培養物から当該細菌のペリプラズム内に産生された真核生物由来のタンパク質を採取する工程を有する、真核生物由来タンパク質の製造方法。   Culturing a bacterium belonging to the genus Shuwanella transformed with a vector containing a gene encoding a signal peptide consisting of the amino acid sequence described in SEQ ID NO: 1 and a gene encoding a protein derived from a eukaryote, and the resulting culture A method for producing a eukaryotic protein, comprising a step of collecting a eukaryotic protein produced in the periplasm of the bacterium from a product. シグナルペプチドをコードする遺伝子が、配列番号2に記載する塩基配列を有するか、または当該塩基配列において1〜数個の塩基が置換されてなる塩基配列を有するものである請求項1記載の製造方法。   2. The production method according to claim 1, wherein the gene encoding the signal peptide has the base sequence shown in SEQ ID NO: 2 or has a base sequence in which 1 to several bases are substituted in the base sequence. . 真核生物由来のタンパク質がヘムタンパク質または分子内または分子間にジスルフィド結合を有するタンパク質である請求項1または2に記載する製造方法。   The production method according to claim 1 or 2, wherein the eukaryotic protein is a heme protein or a protein having an intramolecular or intermolecular disulfide bond. ヘムタンパク質がヒト型シトクロムcである請求項3に記載する製造方法。   The production method according to claim 3, wherein the heme protein is human cytochrome c. 下記(1)〜(3)のいずれか1つの塩基配列を有することを特徴とする、シュワネラ属に属する細菌のペリプラズム内で外来タンパク質を産生させるために用いられる外来タンパク質発現用遺伝子カセット:
(1) (a)シュワネラ属に属する細菌で発現するプロモーターと、その下流に連結された、(b)配列番号1に記載するアミノ酸配列からなるシグナルペプチドをコードする遺伝子を含む塩基配列、
(2) (b)配列番号1に記載するアミノ酸配列からなるシグナルペプチドをコードする遺伝子の3’末端に、(c) 外来タンパク質構造遺伝子の5’末端が、アミノ酸フレームが一続きになるように連結してなる塩基配列、
(3) (a)シュワネラ属に属する細菌で発現するプロモーターと、その下流に連結された、(b)配列番号1に記載するアミノ酸配列からなるシグナルペプチドをコードする遺伝子の3’末端に、(c) 外来タンパク質構造遺伝子の5’末端が、アミノ酸フレームが一続きになるように連結してなる塩基配列。
A gene cassette for expressing a foreign protein used for producing a foreign protein in the periplasm of a bacterium belonging to the genus Shuwanella, which has any one of the following base sequences (1) to (3):
(1) (a) a promoter that is expressed in a bacterium belonging to the genus Shuwanella, and a base sequence comprising a gene encoding a signal peptide consisting of the amino acid sequence described in SEQ ID NO: 1 linked downstream thereof, (b)
(2) (b) The 3 'end of the gene encoding the signal peptide consisting of the amino acid sequence described in SEQ ID NO: 1 and (c) the 5' end of the foreign protein structural gene so that the amino acid frame is continuous. A base sequence formed by ligation,
(3) (a) a promoter expressed in a bacterium belonging to the genus Shuwanella, and (b) linked to the downstream thereof (b) at the 3 ′ end of a gene encoding a signal peptide consisting of the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 1, c) A nucleotide sequence in which the 5 'end of a foreign protein structural gene is linked so that the amino acid frame is continuous.
シグナルペプチドをコードする遺伝子が、配列番号2に記載する塩基配列を有するか、または当該塩基配列において1〜数個の塩基が置換されてなる塩基配列を有するものである請求項5に記載する外来タンパク質発現用遺伝子カセット。   The foreign gene according to claim 5, wherein the gene encoding the signal peptide has the base sequence shown in SEQ ID NO: 2 or has a base sequence in which 1 to several bases are substituted in the base sequence. Gene cassette for protein expression. 外来タンパク質がヘムタンパク質または分子内または分子間にジスルフィド結合を有するタンパク質である請求項5または6に記載する外来タンパク質発現用遺伝子カセット。   The gene cassette for expressing a foreign protein according to claim 5 or 6, wherein the foreign protein is a heme protein or a protein having a disulfide bond within or between molecules. ヘムタンパク質がヒト型シトクロムcである請求項7に記載する外来タンパク質発現用遺伝子カセット。   The gene cassette for foreign protein expression according to claim 7, wherein the heme protein is human cytochrome c. 請求項5乃至8のいずれかに記載する外来タンパク質発現用遺伝子カセットを含む、シュワネラ属に属する細菌用の外来タンパク質発現ベクター。   A foreign protein expression vector for a bacterium belonging to the genus Shuwanella, comprising the gene cassette for expressing a foreign protein according to any one of claims 5 to 8. 請求項9に記載する外来タンパク質発現ベクターで形質転換されたシュワネラ属に属する細菌。   A bacterium belonging to the genus Shuwanella transformed with the foreign protein expression vector according to claim 9. 請求項9に記載する外来タンパク質発現ベクターを用いてシュワネラ属に属する細菌を形質転換し、次いで形質転換された当該細菌を培養し、得られた培養物から当該細菌のペリプラズム内に産生された外来タンパク質を採取する工程を有する、外来タンパク質の製造方法。   10. Transforming a bacterium belonging to the genus Shuwanella using the foreign protein expression vector according to claim 9, then culturing the transformed bacterium, and the foreign product produced in the periplasm of the bacterium from the obtained culture A method for producing a foreign protein, comprising a step of collecting a protein.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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