JP2009124993A - Method for producing virus protease - Google Patents

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Shigeyuki Yokoyama
茂之 横山
Tomonari Muramatsu
知成 村松
Ryutai Kin
龍泰 金
Wataru Nishii
亘 西井
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for sufficiently and efficiently producing a virus protease relating to polyprotein processing. <P>SOLUTION: The method for producing the virus protease comprises a process for expressing a fused protein in an acellular protein synthetic system; wherein the fused protein comprises a sequence in which a sequence containing the recognition sequence at an N-terminal side, a virus protease relating to the polyprotein processing and a sequence containing the recognition sequence at a C-terminal are arranged in this order from the N-terminal, and the recognition sequence at the N-terminal and the recognition sequence at the C-terminal are adjacent to the protease; and after expressing the fused protein, the protease is matured from the fused protein by cleaving the recognition sequence at the N-terminal and the recognition sequence at the C-terminal of the protease. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、例えば無細胞タンパク質合成系におけるウイルスプロテアーゼの生産方法に関する。   The present invention relates to a method for producing a viral protease in, for example, a cell-free protein synthesis system.

従来において、ウイルスプロテアーゼは融合タンパク質発現系において連結した精製用タグの除去等に有用であることが知られている。   Conventionally, it is known that viral protease is useful for removing a purification tag linked in a fusion protein expression system.

特定のウイルスにおいては、複数のウイルスタンパク質が一緒になってポリプロテインとして合成され、当該ポリプロテイン内のプロテアーゼや宿主細胞が有するプロテアーゼによりポリプロテインが切断されることで、各々のウイルスタンパク質が産生される。   In a specific virus, multiple viral proteins are synthesized together as a polyprotein, and each viral protein is produced by cleaving the polyprotein with a protease in the polyprotein or a protease possessed by the host cell. The

SARSコロナウイルス(以下、「SARS-CoV」という)は、重症急性呼吸器症候群(SARS)の原因ウイルスである。SARS-CoVはプラス鎖RNAウイルスであり、当該プラス鎖RNAはmRNAとして機能し、このmRNAよりポリプロテインが合成される。SARS-CoVのゲノム発現に関与する機構及び酵素が知られている(非特許文献1及び2)。SARS-CoVのゲノム発現は、ウイルスレプリカーゼ遺伝子によりコードされる2種類の大きなポリプロテイン(pp1a及びpp1ab)の翻訳により開始される。当該ポリプロテインは、このポリプロテイン内に存在するパパイン様システインプロテアーゼ(以下、「PL2pro」という)及び3C様システインプロテアーゼ(メインプロテアーゼ(main protease:Mpro)とも呼ばれる;以下、「3CLpro」という)により切断される。PL2proは、ポリプロテインのN末端近接領域側の3つの部位を切断する。一方、3CLproは、ポリプロテインの11個の部位において中心領域及びC末端近接領域を切断する。この際、3CLproはポリプロテイン内の自己の両端にある切断部位を切断し、発現することとなる。従って、3CLproは、自己プロセシングによりポリプロテイン内から発現することとなる。 SARS coronavirus (hereinafter referred to as “SARS-CoV”) is a causative virus for severe acute respiratory syndrome (SARS). SARS-CoV is a plus-strand RNA virus. The plus-strand RNA functions as mRNA, and polyprotein is synthesized from this mRNA. Mechanisms and enzymes involved in SARS-CoV genome expression are known (Non-Patent Documents 1 and 2). SARS-CoV genomic expression is initiated by translation of two large polyproteins (pp1a and pp1ab) encoded by the viral replicase gene. The polyprotein is also called papain-like cysteine protease (hereinafter referred to as “PL2 pro ”) and 3C-like cysteine protease (main protease (M pro )) present in the polyprotein; hereinafter referred to as “3CL pro ”. ). PL2 pro cleaves three sites on the N-terminal proximal region side of the polyprotein. On the other hand, 3CL pro cleaves the central region and the C-terminal proximate region at 11 sites of the polyprotein. At this time, 3CL pro is expressed by cleaving cleavage sites at both ends of the self in the polyprotein. Therefore, 3CL pro is expressed from within the polyprotein by self-processing.

ポリプロテイン由来のウイルスプロテアーゼをコードする遺伝子(以下、「プロテアーゼ遺伝子」という)を有する発現ベクターを用いて宿主細胞を形質転換させ、当該ウイルスプロテアーゼを産生する場合には、プロテアーゼ遺伝子の開始コドンがメチオニン(Met)をコードしていないので、そのままの遺伝子形態では宿主細胞においてウイルスプロテアーゼを発現させることができない。そこで、プロテアーゼ遺伝子の5'末端側にMetをコードするコドンを付加することが考えられる。しかしながら、この場合には、Metの付加により活性部位の構造が崩れて、得られるプロテアーゼは、天然のプロテアーゼの活性より低い(例えば、1/10以下)。   When a host cell is transformed with an expression vector having a gene encoding a viral protease derived from polyprotein (hereinafter referred to as “protease gene”) to produce the viral protease, the start codon of the protease gene is methionine. Since it does not encode (Met), it is not possible to express a viral protease in the host cell with the intact gene form. Therefore, it is conceivable to add a codon encoding Met to the 5 ′ end side of the protease gene. However, in this case, the structure of the active site is destroyed by the addition of Met, and the resulting protease is lower than the activity of the natural protease (for example, 1/10 or less).

また、ポリプロテイン由来のウイルスプロテアーゼを精製用タグとの融合タンパク質として発現させ、人為的に作製した切断部位を市販のプロテアーゼ(プレシジョンプロテアーゼ等)で切断することが考えられる。しかしながら、この場合には、複数の余分な残基が得られるプロテアーゼに残存することとなる。   It is also conceivable that a viral protease derived from a polyprotein is expressed as a fusion protein with a purification tag, and an artificially prepared cleavage site is cleaved with a commercially available protease (such as precision protease). However, in this case, a plurality of extra residues remain in the obtained protease.

非特許文献3には、N末端及び/又はC末端に付加配列を連結したSARS-CoV 3CLproを大腸菌で発現させたことが開示されている。当該N末端付加配列は、例えば上述のSARS-CoVのポリプロテイン(pp1a及びpp1ab)内の3CLproにN末端で隣接する配列(AVLQ(配列番号3))とGSTタグを含む配列である。一方、C末端付加配列は、例えばライノウイルスの3Cプロテアーゼの認識部位(GP)とHisタグを含む配列である。しかしながら、当該方法では、SARS-CoV 3CLproの発現効率が低い。また、宿主細胞として大腸菌を用いてSARS-CoV 3CLproを発現させているため、生産されたSARS-CoV 3CLproに対するコンタミネーションの危険が高い。さらに、大腸菌に由来するプロテアーゼによりSARS-CoV 3CLproが切断され、分解される可能性がある。 Non-Patent Document 3 discloses that SARS-CoV 3CL pro having an additional sequence linked to the N-terminal and / or C-terminal was expressed in E. coli. The N-terminal addition sequence is, for example, a sequence containing a GST tag (AVLQ (SEQ ID NO: 3)) adjacent to the 3CL pro in the above-described SARS-CoV polyprotein (pp1a and pp1ab) at the N-terminus. On the other hand, the C-terminal addition sequence is, for example, a sequence containing a recognition site (GP) of a rhinovirus 3C protease and a His tag. However, in this method, the expression efficiency of SARS-CoV 3CL pro is low. Moreover, since SARS-CoV 3CL pro is expressed using E. coli as a host cell, there is a high risk of contamination with the produced SARS-CoV 3CL pro . Furthermore, SARS-CoV 3CL pro may be cleaved and degraded by proteases derived from E. coli.

従って、in vitroでポリプロテイン由来のウイルスプロテアーゼを十分に且つ効率良く生産させる方法はこれまで知られていなかった。   Therefore, a method for producing a polyprotein-derived viral protease sufficiently and efficiently in vitro has not been known so far.

Volker Thielら, 「Journal of General Virology」, 2003年, 第84巻, p. 2305-2315Volker Thiel et al., "Journal of General Virology", 2003, Vol. 84, p. 2305-2315 John Ziebuhr, 「Current Opinion in Microbiology」, 2004年, 第7巻, p. 412-419John Ziebuhr, “Current Opinion in Microbiology”, 2004, Vol. 7, p. 412-419 Xiaoyu Xueら, 「Journal of Molecular Biology」, 2007年, 第366巻, p. 965-975Xiaoyu Xue et al., “Journal of Molecular Biology”, 2007, 366, p. 965-975

本発明は、上述した実情に鑑み、ポリプロテインプロセシングに関与するウイルスプロテアーゼを十分に且つ効率良く生産できる方法を提供することを目的とする。   In view of the above-described circumstances, an object of the present invention is to provide a method capable of producing a viral protease involved in polyprotein processing sufficiently and efficiently.

上記課題を解決するため鋭意研究を行った結果、無細胞タンパク質合成系において、N末端側認識配列を含む配列とポリプロテインプロセシングに関与するウイルスプロテアーゼとC末端側認識配列を含む配列とを含む融合タンパク質を発現させることで、当該融合タンパク質からウイルスプロテアーゼが成熟化され、生産できることを見出し、本発明を完成するに至った。   As a result of earnest research to solve the above problems, in a cell-free protein synthesis system, a fusion comprising a sequence containing an N-terminal recognition sequence, a viral protease involved in polyprotein processing, and a sequence containing a C-terminal recognition sequence By expressing the protein, it was found that the viral protease was matured and produced from the fusion protein, and the present invention was completed.

本発明は、無細胞タンパク質合成系において、N末端側認識配列を含む配列とポリプロテインプロセシングに関与するウイルスプロテアーゼとC末端側認識配列を含む配列とがN末端よりこの順で配列してなる融合タンパク質であって、該N末端側認識配列と該C末端側認識配列とが該プロテアーゼに隣接する前記融合タンパク質を発現させる工程を含み、前記融合タンパク質の発現後に、前記プロテアーゼのN末端側認識配列及びC末端側認識配列の切断により、前記融合タンパク質から前記プロテアーゼが成熟化されることを特徴とする、ウイルスプロテアーゼの生産方法に関する。   In the cell-free protein synthesis system, the present invention is a fusion comprising a sequence containing an N-terminal recognition sequence, a viral protease involved in polyprotein processing, and a sequence containing a C-terminal recognition sequence arranged in this order from the N-terminus. A protein comprising the step of expressing the fusion protein in which the N-terminal side recognition sequence and the C-terminal side recognition sequence are adjacent to the protease, and after the expression of the fusion protein, the N-terminal side recognition sequence of the protease And a method for producing a viral protease, wherein the protease is matured from the fusion protein by cleaving the C-terminal recognition sequence.

上記ウイルスプロテアーゼとしては、SARS-CoV 3CLproが挙げられる。また、上記ウイルスプロテアーゼがSARS-CoV 3CLproである場合には、上記N末端側認識配列としては配列番号1で示されるアミノ酸配列が挙げられ、上記C末端側認識配列としては配列番号2で示されるアミノ酸配列が挙げられる。
上記無細胞タンパク質合成系としては、大腸菌無細胞タンパク質合成系が挙げられる。
Examples of the viral protease include SARS-CoV 3CL pro . When the viral protease is SARS-CoV 3CL pro , the N-terminal recognition sequence includes the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 1, and the C-terminal recognition sequence is represented by SEQ ID NO: 2. Amino acid sequences.
Examples of the cell-free protein synthesis system include an E. coli cell-free protein synthesis system.

さらに、本発明は、上述の融合タンパク質をコードするDNAを有する無細胞タンパク質合成系におけるウイルスプロテアーゼ発現用ベクター又はカセットに関する。   Furthermore, the present invention relates to a viral protease expression vector or cassette in a cell-free protein synthesis system having DNA encoding the above fusion protein.

本発明によれば、優れた生産性でポリプロテインプロセシングに関与するウイルスプロテアーゼを生産することができる。また、本発明によれば、活性を失うことなく、安定したウイルスプロテアーゼを提供することができる。   According to the present invention, a viral protease involved in polyprotein processing can be produced with excellent productivity. In addition, according to the present invention, a stable viral protease can be provided without losing activity.

以下、本発明を詳細に説明する。
本発明に係るウイルスプロテアーゼの生産方法(以下、「ウイルスプロテアーゼ生産方法」という)は、無細胞タンパク質合成系において、N末端側認識配列を含む配列とポリプロテインプロセシングに関与するウイルスプロテアーゼとC末端側認識配列を含む配列とがN末端よりこの順で配列してなる融合タンパク質を発現させることを含む。融合タンパク質において、N末端側認識配列とC末端側認識配列とはウイルスプロテアーゼに隣接して位置する。また、融合タンパク質の発現後には、ウイルスプロテアーゼのN末端側認識配列及びC末端側認識配列の切断により、融合タンパク質から当該ウイルスプロテアーゼが成熟化され、生産されることとなる。
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
The method for producing viral protease according to the present invention (hereinafter referred to as “viral protease production method”) includes a sequence containing an N-terminal recognition sequence, a viral protease involved in polyprotein processing, and a C-terminal side in a cell-free protein synthesis system. Expressing a fusion protein in which a sequence containing a recognition sequence is arranged in this order from the N-terminus. In the fusion protein, the N-terminal recognition sequence and the C-terminal recognition sequence are located adjacent to the viral protease. In addition, after expression of the fusion protein, the viral protease is matured and produced from the fusion protein by cleaving the N-terminal recognition sequence and the C-terminal recognition sequence of the viral protease.

ここで、ポリプロテインプロセシングに関与するウイルスプロテアーゼとは、ポリプロテインのプロセシング(又は切断)を行い、個々のウイルスタンパク質を産生するウイルスプロテアーゼを意味する。以下では、ポリプロテインプロセシングに関与するウイルスプロテアーゼを、単に「ウイルスプロテアーゼ」という。本発明におけるウイルスプロテアーゼとしては、例えば、SARS-CoV 3CLpro(cDNA:配列番号4、アミノ酸配列:配列番号5)及びHIV protease(cDNA:配列番号6、アミノ酸配列:配列番号7; Coffin, J.M. (Ed.), RETROVIRUSES; 757; Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring Harbor, New York, NY, USA (1997)中のPetropoulos,C.J., Retroviral taxonomy, protein structure, sequences, and genetic maps及びGenBankアクセッション番号:NC_001802)が挙げられる。 Here, the viral protease involved in polyprotein processing means a viral protease that processes (or cleaves) a polyprotein to produce individual viral proteins. Hereinafter, a viral protease involved in polyprotein processing is simply referred to as “viral protease”. Examples of the viral protease in the present invention include SARS-CoV 3CL pro (cDNA: SEQ ID NO: 4, amino acid sequence: SEQ ID NO: 5) and HIV protease (cDNA: SEQ ID NO: 6, amino acid sequence: SEQ ID NO: 7; Coffin, JM ( Ed.), RETROVIRUSES; 757; Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring Harbor, New York, NY, USA (1997) Petropoulos, CJ, Retroviral taxonomy, protein structure, sequences, and genetic maps and GenBank accession numbers: NC_001802).

上述したウイルスプロテアーゼのアミノ酸配列及びそのcDNAの塩基配列は、上記の配列番号に示されるアミノ酸配列及び塩基配列に限定されない。ウイルスプロテアーゼは、上記の配列番号に示されるアミノ酸配列において1又は数個(例えば1〜10個、1〜5個)のアミノ酸が置換、欠失又は付加されたアミノ酸配列から成り、且つウイルスプロテアーゼ活性を有するタンパク質であってもよい。しかしながら、置換や欠失の対象のアミノ酸としては、ウイルスプロテアーゼの活性部位(活性残基)を除く。例えば、SARS-CoV 3CLproはシステインプロテアーゼであり、配列番号5に示されるアミノ酸配列における第145番目のシステインがSARS-CoV 3CLproの活性残基である。当該活性残基が他のアミノ酸に置換されると、変異型SARS-CoV 3CLproは自己プロセシング活性を失う。 The amino acid sequence of the viral protease described above and the base sequence of its cDNA are not limited to the amino acid sequence and base sequence shown in the above SEQ ID NO. The viral protease consists of an amino acid sequence in which one or several (for example, 1 to 10, 1 to 5) amino acids are substituted, deleted or added in the amino acid sequence shown in the above SEQ ID NO, and the viral protease activity It may be a protein having However, the amino acid to be substituted or deleted excludes the active site (active residue) of the viral protease. For example, SARS-CoV 3CL pro is a cysteine protease, and the 145th cysteine in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 5 is the active residue of SARS-CoV 3CL pro . When the active residue is substituted with another amino acid, mutant SARS-CoV 3CL pro loses its self-processing activity.

ウイルスプロテアーゼをコードするcDNAには、上述した配列番号に示されるcDNAと相補的な塩基配列から成るDNAとストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、且つウイルスプロテアーゼ活性を有するタンパク質をコードするDNAも含まれる。   The cDNA encoding the viral protease also includes DNA that hybridizes under stringent conditions with a DNA consisting of a base sequence complementary to the cDNA shown in SEQ ID NO. And encodes a protein having viral protease activity. It is.

ここで、ストリンジェントな条件とは、例えば、ナトリウム濃度が25〜500mM、好ましくは25〜300mMであり、温度が42〜68℃、好ましくは42〜65℃の条件をいう。より具体的には、5×SSC(83mM NaCl、83mMクエン酸ナトリウム)、温度42℃である。   Here, stringent conditions refer to, for example, conditions in which the sodium concentration is 25 to 500 mM, preferably 25 to 300 mM, and the temperature is 42 to 68 ° C, preferably 42 to 65 ° C. More specifically, 5 × SSC (83 mM NaCl, 83 mM sodium citrate), temperature 42 ° C.

N末端側認識配列は、一緒になって融合タンパク質の形態を成すウイルスプロテアーゼが天然のポリプロテインをプロセシングし、ウイルスタンパク質を産生する際に、当該ウイルスタンパク質のN末端側に存在する切断部位を意味する。例えば、ウイルスプロテアーゼがSARS-CoV 3CLproである場合には、N末端側認識配列はXXXQ(配列番号1:第1番目のXはA、V、P又はTであり、第2番目のXはT、V、K又はRであり、第3番目のXはL、F、M又はVである)であり、より具体的にはAVLQ(配列番号3)が挙げられる。AVLQ(配列番号3)は、SARS-CoVの2つのポリプロテイン(pp1a及びpp1ab)における、3CLpro(非構造タンパク質5(nsp(nonstructural protein)5)と称される)とそのN末端側のトランスメンブレン2(TM2)(nsp4と称される)との間に配置される切断部位である(非特許文献2のFigure 2)。すなわち、AVLQ(配列番号3)は、SARS-CoV 3CLproが自己プロセシングによりポリプロテインを切断する際の切断部位である。またウイルスプロテアーゼがHIV proteaseである場合には、N末端側認識配列としてはDRQGTVSFNF(配列番号8)が挙げられる(Coffin, J.M. (Ed.), RETROVIRUSES; 757; Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring Harbor, New York, NY, USA (1997)中のPetropoulos,C.J., Retroviral taxonomy, protein structure, sequences, and genetic maps及びGenBankアクセッション番号:NC_001802)。 N-terminal recognition sequence refers to the cleavage site present on the N-terminal side of the viral protein when the viral protease that forms the fusion protein together processes the natural polyprotein to produce the viral protein. To do. For example, when the viral protease is SARS-CoV 3CL pro , the N-terminal recognition sequence is XXXQ (SEQ ID NO: 1: the first X is A, V, P or T, and the second X is T, V, K or R, and the third X is L, F, M or V), and more specifically AVLQ (SEQ ID NO: 3). AVLQ (SEQ ID NO: 3) is composed of 3CL pro (called nonstructural protein (nsp (nonstructural protein) 5)) and its N-terminal trans in two polyproteins (pp1a and pp1ab) of SARS-CoV. This is a cutting site disposed between the membrane 2 (TM2) (referred to as nsp4) (Figure 2 of Non-Patent Document 2). That is, AVLQ (SEQ ID NO: 3) is a cleavage site when SARS-CoV 3CL pro cleaves a polyprotein by self-processing. When the viral protease is HIV protease, the N-terminal recognition sequence includes DRQGTVSFNF (SEQ ID NO: 8) (Coffin, JM (Ed.), RETROVIRUSES; 757; Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring Harbor , New York, NY, USA (1997), Petropoulos, CJ, Retroviral taxonomy, protein structure, sequences, and genetic maps and GenBank accession number: NC_001802).

N末端側認識配列を含む配列(以下、「N末端側隣接配列」という)のアミノ酸長は、例えば4〜500アミノ酸、好ましくは4〜10アミノ酸とする。ウイルスプロテアーゼがSARS-CoV 3CLproである場合には、当該隣接配列はSARS-CoVの2つのポリプロテイン(pp1a及びpp1ab)における3CLpro(nsp5)のN末端側の上流アミノ酸残基(例えば、TM2(nsp4)のN末端まで(500アミノ酸残基))を含むことができる。 The amino acid length of the sequence including the N-terminal recognition sequence (hereinafter referred to as “N-terminal adjacent sequence”) is, for example, 4 to 500 amino acids, preferably 4 to 10 amino acids. When the viral protease is SARS-CoV 3CL pro , the flanking sequences are upstream amino acid residues (e.g., TM2) on the N-terminal side of 3CL pro (nsp5) in two polyproteins (pp1a and pp1ab) of SARS-CoV. (nsp4) up to the N-terminus (500 amino acid residues)).

一方、C末端側認識配列は、一緒になって融合タンパク質の形態を成すウイルスプロテアーゼが天然のポリプロテインをプロセシングし、ウイルスタンパク質を産生する際に、当該ウイルスタンパク質のC末端側に存在する切断部位を意味する。例えば、ウイルスプロテアーゼがSARS-CoV 3CLproである場合には、C末端側認識配列はXXX(配列番号2:第1番目のXはA、S、G又はNであり、第2番目のXはP以外のいずれかのアミノ酸であり、第3番目のXはF、E又はNである)であり、より具体的にはGKF(配列番号9)が挙げられる。GKF(配列番号9)は、SARS-CoVの2つのポリプロテイン(pp1a及びpp1ab)における、3CLproとそのC末端側のトランスメンブレン3(TM3)(nsp6と称される)との間に配置される切断部位である(非特許文献2のFigure 2)。すなわち、GKF(配列番号9)は、上述のAVLQ(配列番号3)と共に、SARS-CoV 3CLproが自己プロセシングによりポリプロテインを切断する際の切断部位である。またウイルスプロテアーゼがHIV proteaseである場合には、C末端側認識配列としてはPISPIETVPV(配列番号10)が挙げられる(Coffin, J.M. (Ed.), RETROVIRUSES; 757; Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring Harbor, New York, NY, USA (1997)中のPetropoulos,C.J., Retroviral taxonomy, protein structure, sequences, and genetic maps及びGenBankアクセッション番号:NC_001802)。 On the other hand, the C-terminal recognition sequence is a cleavage site that is present on the C-terminal side of the viral protein when the viral protease that forms the fusion protein together processes the natural polyprotein and produces the viral protein. Means. For example, when the viral protease is SARS-CoV 3CL pro , the C-terminal recognition sequence is XXX (SEQ ID NO: 2: the first X is A, S, G or N, and the second X is Any amino acid other than P, and the third X is F, E or N), and more specifically GKF (SEQ ID NO: 9). GKF (SEQ ID NO: 9) is arranged between 3CL pro and transmembrane 3 (TM3) (referred to as nsp6) on the C-terminal side of two polyproteins (pp1a and pp1ab) of SARS-CoV. (Figure 2 of Non-Patent Document 2). That is, GKF (SEQ ID NO: 9) is a cleavage site when SARS-CoV 3CL pro cleaves a polyprotein by self-processing together with the above-mentioned AVLQ (SEQ ID NO: 3). When the viral protease is HIV protease, examples of the C-terminal recognition sequence include PISPIETVPV (SEQ ID NO: 10) (Coffin, JM (Ed.), RETROVIRUSES; 757; Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring Harbor , New York, NY, USA (1997), Petropoulos, CJ, Retroviral taxonomy, protein structure, sequences, and genetic maps and GenBank accession number: NC_001802).

C末端側認識配列を含む配列(以下、「C末端側隣接配列」という)のアミノ酸長は、例えば3〜290アミノ酸、好ましくは3〜10アミノ酸とする。ウイルスプロテアーゼがSARS-CoV 3CLproである場合には、当該隣接配列はSARS-CoVの2つのポリプロテイン(pp1a及びpp1ab)における3CLpro(nsp5)のC末端側の下流アミノ酸残基(例えば、TM3(nsp6)のC末端まで(290アミノ酸残基))を含むことができる。 The amino acid length of the sequence containing the C-terminal recognition sequence (hereinafter referred to as “C-terminal adjacent sequence”) is, for example, 3 to 290 amino acids, preferably 3 to 10 amino acids. When the viral protease is SARS-CoV 3CL pro , the flanking sequence is a downstream amino acid residue (e.g., TM3) on the C-terminal side of 3CL pro (nsp5) in two polyproteins (pp1a and pp1ab) of SARS-CoV. (nsp6) up to the C-terminus (290 amino acid residues)).

また、ウイルスプロテアーゼの成熟化とは、自己プロセシングにより融合タンパク質から切断され、正しくフォールディングされることで、ウイルスプロテアーゼ活性を示すようになることを意味する。   In addition, maturation of viral protease means that it is cleaved from the fusion protein by self-processing and correctly folded, thereby exhibiting viral protease activity.

ウイルスプロテアーゼ生産方法では、先ずN末端側隣接配列とウイルスプロテアーゼとC末端側隣接配列とがN末端よりこの順で配列してなる融合タンパク質(以下、「融合タンパク質」という)をコードするDNAを準備する。例えば、融合タンパク質をコードするDNAを、ウイルスゲノムDNA等を鋳型とし、特異的なプライマーセットを用いたPCRにより増幅し、単離することができる。また、N末端側隣接配列をコードするDNA、ウイルスプロテアーゼをコードするDNA及びC末端側隣接配列をコードするDNAをそれぞれPCRにより増幅した後、連結することで、融合タンパク質をコードするDNAを準備することができる。   In the viral protease production method, first, DNA encoding a fusion protein (hereinafter referred to as “fusion protein”) in which an N-terminal adjacent sequence, a viral protease, and a C-terminal adjacent sequence are arranged in this order from the N-terminal is prepared. To do. For example, DNA encoding a fusion protein can be amplified and isolated by PCR using a specific set of primers using viral genomic DNA or the like as a template. In addition, DNA encoding the fusion protein is prepared by PCR amplification of DNA encoding the N-terminal adjacent sequence, DNA encoding the viral protease, and DNA encoding the C-terminal adjacent sequence, followed by ligation. be able to.

あるいは、融合タンパク質をコードするDNAは、N末端側隣接配列をコードするDNA、ウイルスプロテアーゼをコードするDNA及びC末端側隣接配列をコードするDNAをそれぞれ適当なベクターのマルチクローニングサイト等に導入することで用意することができる。例えば、下記の実施例の無細胞タンパク質合成系では、T7 RNAポリメラーゼを用いてmRNA合成(転写反応)を行うため、ベクターとしてはT7 プロモーターを有するベクターであればいずれのものでもよく、一般的なpETシリーズ発現ベクター(例えばpET3、pET9、pET11、pET15、pET21及びpET29a(Novagen社))等が挙げられる。   Alternatively, for the DNA encoding the fusion protein, DNA encoding the N-terminal flanking sequence, DNA encoding the viral protease, and DNA encoding the C-terminal flanking sequence should be introduced into the appropriate multiple vector cloning sites, etc. Can be prepared. For example, in the cell-free protein synthesis system of the following example, since T7 RNA polymerase is used to synthesize mRNA (transcription reaction), any vector having a T7 promoter may be used. Examples include pET series expression vectors (for example, pET3, pET9, pET11, pET15, pET21 and pET29a (Novagen)).

さらに、融合タンパク質をコードするDNAは、発現カセットとして用意することもできる。   Furthermore, DNA encoding the fusion protein can be prepared as an expression cassette.

これら発現ベクター又はカセットにおいて、融合タンパク質をコードするDNAは、無細胞タンパク質合成系において機能的な制御領域(例えば、プロモーター、エンハンサー、ターミネーター等)の制御下に配置される。   In these expression vectors or cassettes, the DNA encoding the fusion protein is placed under the control of a functional control region (eg, promoter, enhancer, terminator, etc.) in a cell-free protein synthesis system.

次いで、ウイルスプロテアーゼ生産方法では、無細胞タンパク質合成系に、これら融合タンパク質をコードするDNAを有する発現ベクターや発現カセット等を添加し、融合タンパク質を発現させる。無細胞タンパク質合成系としては、例えば大腸菌無細胞タンパク質合成系、コムギ胚芽無細胞タンパク質合成系、カイコバキュロウイルス無細胞タンパク質合成系等が挙げられる。   Next, in the viral protease production method, an expression vector or an expression cassette having DNA encoding these fusion proteins is added to a cell-free protein synthesis system to express the fusion protein. Examples of the cell-free protein synthesis system include an E. coli cell-free protein synthesis system, a wheat germ cell-free protein synthesis system, and a silkworm baculovirus cell-free protein synthesis system.

無細胞タンパク質合成系に対する融合タンパク質をコードするDNAを有する発現ベクターや発現カセット等の添加量は、使用する無細胞タンパク質合成系により適宜調整することができる。   The amount of expression vector or expression cassette having a DNA encoding a fusion protein for the cell-free protein synthesis system can be appropriately adjusted depending on the cell-free protein synthesis system used.

また、無細胞タンパク質合成系における融合タンパク質の発現条件としては、例えば20〜37℃(好ましくは30℃)の温度で、2〜6時間(好ましくは4時間)である。   The expression conditions for the fusion protein in the cell-free protein synthesis system are, for example, 20 to 37 ° C. (preferably 30 ° C.) and 2 to 6 hours (preferably 4 hours).

発現後、融合タンパク質からウイルスプロテアーゼが成熟化され、ウイルスプロテアーゼが産生されることとなる。   After the expression, the viral protease is matured from the fusion protein, and the viral protease is produced.

産生したウイルスプロテアーゼを含む反応溶液は、そのまま使用してもよい。あるいは、ウイルスプロテアーゼの産生後、反応溶液から、例えば透析、陰イオン交換カラムクロマトグラフィー、等電点クロマトグラフィー、ゲル濾過クロマトグラフィー、濃縮等の1以上の精製手段によって、ウイルスプロテアーゼを精製してもよい。   The produced reaction solution containing the viral protease may be used as it is. Alternatively, after production of the viral protease, the viral protease can be purified from the reaction solution by one or more purification means such as dialysis, anion exchange column chromatography, isoelectric focusing chromatography, gel filtration chromatography, concentration, etc. Good.

得られたウイルスプロテアーゼの活性の測定方法としては、ウイルスプロテアーゼを基質となるアミノ酸配列から成るペプチド(N末端とC末端にはそれぞれ蛍光基と消光基が連結されている)と接触させ、次いで蛍光強度変化を測定する方法が挙げられる。例えば、蛍光基としてNma基を用い、消光基としてDnp基を用いた場合には、基質となるペプチド分子内でDnp基がNma基を消光している。当該ペプチドをウイルスプロテアーゼが切断した場合には、ペプチド分子内のDnp基で消光されていたNma基の蛍光強度(最大励起波長(Ex)=340nm、最大蛍光波長(Em)=440nm)が増加する。すなわち、ウイルスプロテアーゼによる切断の割合と蛍光強度の増加が正の相関を示す。従って、蛍光強度変化に基づくウイルスプロテアーゼ活性が、陰性対照と比較して統計的に有意な差で大きい場合には、得られたウイルスプロテアーゼは、良好にウイルスプロテアーゼ活性を有すると判断することができる。   As a method for measuring the activity of the obtained viral protease, the viral protease is brought into contact with a peptide consisting of an amino acid sequence serving as a substrate (a fluorescent group and a quenching group are linked to the N-terminal and C-terminal, respectively), and then the fluorescence is used. A method for measuring the intensity change is mentioned. For example, when an Nma group is used as the fluorescent group and a Dnp group is used as the quenching group, the Dnp group quenches the Nma group in the peptide molecule as a substrate. When the peptide is cleaved by the viral protease, the fluorescence intensity of the Nma group that has been quenched by the Dnp group in the peptide molecule (maximum excitation wavelength (Ex) = 340 nm, maximum fluorescence wavelength (Em) = 440 nm) increases. . That is, the rate of cleavage by viral protease and the increase in fluorescence intensity show a positive correlation. Therefore, when the viral protease activity based on the fluorescence intensity change is statistically significant compared to the negative control, the obtained viral protease can be judged to have good viral protease activity. .

以上に説明したウイルスプロテアーゼ生産方法によれば、優れた生産性で、活性を有するウイルスプロテアーゼを生産することができる。生産したウイルスプロテアーゼは、例えば融合タンパク質発現系において、当該ウイルスプロテアーゼの基質ペプチドを介して連結した精製用タグの除去に利用することができる。   According to the viral protease production method described above, an active viral protease can be produced with excellent productivity. The produced viral protease can be used, for example, in the fusion protein expression system to remove the purification tag linked via the viral protease substrate peptide.

本発明では、無細胞タンパク質合成系を使用する。そのため、大腸菌、酵母や動物細胞等の宿主細胞を使用しないので、生産されたウイルスプロテアーゼに対するコンタミネーションを最小限に抑えることができる。また、宿主細胞に由来するプロテアーゼが無細胞タンパク質合成系には含まれていないので、ウイルスプロテアーゼが他のプロテアーゼにより切断される可能性がない。さらに、宿主細胞を用いた場合と比較して、無細胞タンパク質合成系でのタンパク質発現にかかる時間は短いので、ウイルスプロテアーゼの生産時間を短縮することができる。   In the present invention, a cell-free protein synthesis system is used. For this reason, since host cells such as E. coli, yeast and animal cells are not used, contamination with the produced viral protease can be minimized. Moreover, since a protease derived from a host cell is not included in the cell-free protein synthesis system, there is no possibility that the viral protease is cleaved by other proteases. Furthermore, since the time required for protein expression in the cell-free protein synthesis system is shorter than when host cells are used, the production time of viral protease can be shortened.

無細胞タンパク質合成系には、適宜添加物を加えることができる。そこで、生産目的のウイルスプロテアーゼ以外のプロテアーゼに対するプロテアーゼインヒビターを無細胞タンパク質合成系に加えることで、さらにウイルスプロテアーゼの発現効率を向上させることができる可能性がある。   Additives can be appropriately added to the cell-free protein synthesis system. Thus, there is a possibility that the expression efficiency of the viral protease can be further improved by adding a protease inhibitor for a protease other than the production viral protease to the cell-free protein synthesis system.

本発明では、生産目的のウイルスプロテアーゼの自己プロセシングを利用することで、当該ウイルスプロテアーゼが成熟化される。従って、タグ等を利用して、ウイルスプロテアーゼを成熟化する必要がない。すなわち、本発明によれば、タグの切断に必要な他のプロテアーゼを使用することなく、成熟化したウイルスプロテアーゼを容易に得ることができる。   In the present invention, the viral protease is matured by utilizing self-processing of the viral protease for production. Therefore, it is not necessary to mature the viral protease using a tag or the like. That is, according to the present invention, a mature viral protease can be easily obtained without using other proteases necessary for tag cleavage.

以下、実施例を用いて本発明をより詳細に説明するが、本発明の技術的範囲はこれら実施例に限定されるものではない。
〔実施例1〕無細胞タンパク質合成系におけるSARS-CoV 3CLproの発現
1.SARS-CoV 3CLpro発現ベクターの構築
SARS-CoV 3CLpro(アミノ酸配列:配列番号5)をコードするDNA(cDNA:配列番号4)を含有するプラスミドを鋳型とし、以下のプライマーを用いたPCRにより、SARS-CoV 3CLproをコードするDNAを増幅した。
EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated in detail using an Example, the technical scope of this invention is not limited to these Examples.
[Example 1] Expression of SARS-CoV 3CL pro in a cell-free protein synthesis system Construction of SARS-CoV 3CL pro expression vector
DNA encoding SARS-CoV 3CL pro by PCR using a plasmid containing DNA (cDNA: SEQ ID NO: 4) encoding SARS-CoV 3CL pro (amino acid sequence: SEQ ID NO: 5) as a template. Was amplified.

フォワードプライマー:
5'-CGTGGATCCCAGACATCAATCACTTCTGCTGTTCTGCAGAGTGGTTTTAGGAAAATGGC-3'(配列番号11)
リバースプライマー:
5'-GGTGCTCGAGAGTGCCCTTAACAATTTTCTTGAACTTACCTTGGAAGGTAACACCAGAGC-3'(配列番号12)
Forward primer:
5'-CGT GGATCC CAGACATCAATCACTTCTGCTGTTCTGCAGAGTGGTTTTAGGAAAATGGC-3 '(SEQ ID NO: 11)
Reverse primer:
5'-GGTG CTCGAG AGTGCCCTTAACAATTTTCTTGAACTTACCTTGGAAGGTAACACCAGAGC-3 '(SEQ ID NO: 12)

上記フォワードプライマー(配列番号11)によれば、SARS-CoV 3CLproをコードするDNAに、BamHI制限部位(下線)及びSARS-CoV 3CLproのN末端に付加する天然のpp1aポリプロテイン由来の10アミノ酸(QTSITSAVLQ:配列番号13)をコードする30ヌクレオチドが導入される。当該10アミノ酸(配列番号13)は、pp1aポリプロテインにおいて、3CLpro(nsp5)のN末端側で隣接するアミノ酸配列である(非特許文献2のFigure 2)。 According to the forward primer (SEQ ID NO: 11), 10 amino acids derived from natural pp1a polyprotein added to the DNA encoding SARS-CoV 3CL pro at the BamHI restriction site (underlined) and the N-terminus of SARS-CoV 3CL pro 30 nucleotides encoding (QTSITSAVLQ: SEQ ID NO: 13) are introduced. The 10 amino acids (SEQ ID NO: 13) are amino acid sequences adjacent to the N-terminal side of 3CL pro (nsp5) in the pp1a polyprotein (FIG. 2 of Non-Patent Document 2).

一方、上記リバースプライマー(配列番号12)によれば、SARS-CoV 3CLproをコードするDNAに、XhoI制限部位(下線)及びSARS-CoV 3CLproのC末端に付加する天然のpp1aポリプロテイン由来の10アミノ酸(GKFKKIVKGT:配列番号14)をコードする30ヌクレオチドが導入される。当該10アミノ酸(配列番号14)は、pp1aポリプロテインにおいて、3CLpro(nsp5)のC末端側で隣接するアミノ酸配列である(非特許文献2のFigure 2)。 On the other hand, according to the reverse primer (SEQ ID NO: 12), the DNA derived from the natural pp1a polyprotein added to the DNA encoding SARS-CoV 3CL pro , the XhoI restriction site (underlined) and the C-terminus of SARS-CoV 3CL pro . 30 nucleotides encoding 10 amino acids (GKFKKIVKGT: SEQ ID NO: 14) are introduced. The 10 amino acids (SEQ ID NO: 14) is an amino acid sequence adjacent to the C-terminal side of 3CL pro (nsp5) in the pp1a polyprotein (FIG. 2 of Non-Patent Document 2).

PCR条件は、熱変性(98℃, 20秒)、アニーリング(50℃, 30秒)及び伸長反応(68℃, 90秒)で、サイクル数が25サイクルであった。   PCR conditions were heat denaturation (98 ° C., 20 seconds), annealing (50 ° C., 30 seconds) and extension reaction (68 ° C., 90 seconds), and the number of cycles was 25.

次いで、得られたPCR産物を制限酵素BamHI及びXhoIで切断した。一方、pET29a発現ベクター(Novagen社)を制限酵素BamHI及びXhoIで切断した。当該pET29a発現ベクターは、N末端Sタグ/トロンビン構成とC末端Hisタグ配列を有する。   Subsequently, the obtained PCR product was cleaved with restriction enzymes BamHI and XhoI. On the other hand, the pET29a expression vector (Novagen) was cleaved with restriction enzymes BamHI and XhoI. The pET29a expression vector has an N-terminal S tag / thrombin configuration and a C-terminal His tag sequence.

切断したPCR産物をpET29a発現ベクターのBamHI切断部位とXhoI切断部位との間に導入し、クローン化し、SARS-CoV 3CLproをコードするDNAを有する発現ベクターを作製した。得られた発現ベクターを「pET29a/SARS-3CLP wild-type (WT)」と呼ぶ。pET29a/SARS-3CLP WTにおけるSARS-CoV 3CLproをコードするDNAの塩基配列(配列番号15)を、図1に示す。図1において、2つの下線の塩基配列は、それぞれN末端側認識配列を含む配列(QTSITSAVLQ:配列番号13)をコードするDNA及びC末端側認識配列を含む配列(GKFKKIVKGT:配列番号14)をコードするDNAを示す。一方、2つの下線の塩基配列間の塩基配列は、SARS-CoV 3CLproをコードするDNA(配列番号4)を示す。 The cleaved PCR product was introduced between the BamHI cleavage site and the XhoI cleavage site of the pET29a expression vector and cloned to prepare an expression vector having a DNA encoding SARS-CoV 3CL pro . The obtained expression vector is called “pET29a / SARS-3CLP wild-type (WT)”. FIG. 1 shows the nucleotide sequence (SEQ ID NO: 15) of DNA encoding SARS-CoV 3CL pro in pET29a / SARS-3CLP WT. In FIG. 1, the two underlined base sequences each encode a DNA encoding a sequence containing an N-terminal recognition sequence (QTSITSAVLQ: SEQ ID NO: 13) and a sequence containing a C-terminal recognition sequence (GKFKKIVKGT: SEQ ID NO: 14). DNA to be used. On the other hand, the base sequence between the two underlined base sequences represents DNA (SEQ ID NO: 4) encoding SARS-CoV 3CL pro .

図2は、pET29a/SARS-3CLP WTによってコードされるSARS-CoV 3CLproを含む融合タンパク質のアミノ酸配列を示す図である。図2(A)は、プロセシング前の融合タンパク質(配列番号16)を示す図である。図2(B)は、プロセシング後のSARS-CoV 3CLpro(配列番号5)を示す図である。 FIG. 2 shows the amino acid sequence of a fusion protein containing SARS-CoV 3CL pro encoded by pET29a / SARS-3CLP WT. FIG. 2 (A) shows the fusion protein (SEQ ID NO: 16) before processing. FIG. 2 (B) is a diagram showing SARS-CoV 3CL pro (SEQ ID NO: 5) after processing.

図2(A)において、(1)のアミノ酸配列は、Sタグである。(2)のアミノ酸配列は、天然のpp1aポリプロテイン由来の10アミノ酸(配列番号13)である。(3)のアミノ酸配列は、天然のpp1aポリプロテイン由来の10アミノ酸(配列番号14)である。(4)のアミノ酸配列は、Hisタグである。   In FIG. 2A, the amino acid sequence of (1) is an S tag. The amino acid sequence of (2) is 10 amino acids (SEQ ID NO: 13) derived from natural pp1a polyprotein. The amino acid sequence of (3) is 10 amino acids (SEQ ID NO: 14) derived from natural pp1a polyprotein. The amino acid sequence of (4) is a His tag.

また、SARS-CoV 3CLproのC145A変異体(配列番号5に示すアミノ酸配列において、第145番目のシステインがアラニンに置換されている:以下、「SARS-CoV 3CLpro-C145A」という)をコードするDNAを、pET29a/SARS-3CLP WTを鋳型として用いたオリゴヌクレオチド指向性突然変異誘発方法(Bramanら, 「Methods in Molecular Biology」, 1996年, 第57巻, p. 31-44)によって作製した。使用したプライマーは、以下の通りであった。 In addition, it encodes a C145A mutant of SARS-CoV 3CL pro (in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 5, the 145th cysteine is substituted with alanine: hereinafter referred to as “SARS-CoV 3CL pro- C145A”). DNA was generated by the oligonucleotide-directed mutagenesis method using pET29a / SARS-3CLP WT as a template (Braman et al., “Methods in Molecular Biology”, 1996, Vol. 57, p. 31-44). The primers used were as follows.

フォワードプライマー:
5'-GGTTCTTTCCTTAATGGATCAGCTGGTAGTGTTGGTTTTAAC-3'(配列番号17)
リバースプライマー:
5'-GTTAAAACCAACACTACCAGCTGATCCATTAAGGAAAGAACC-3'(配列番号18)
Forward primer:
5'-GGTTCTTTCCTTAATGGATCAGCTGGTAGTGTTGGTTTTAAC-3 '(SEQ ID NO: 17)
Reverse primer:
5'-GTTAAAACCAACACTACCAGCTGATCCATTAAGGAAAGAACC-3 '(SEQ ID NO: 18)

PCR条件は、上述のSARS-CoV 3CLproをコードするDNAを増幅した際と同様であった。 The PCR conditions were the same as those when the DNA encoding SARS-CoV 3CL pro was amplified.

得られたプラスミドにおいて、上述の変異に対応する塩基配列を、ジデオキシヌクレオチド配列決定分析により確認した。得られたベクターを、以下では「pET29a/SARS-3CLP-C145A」と呼ぶ。   In the obtained plasmid, the base sequence corresponding to the above-mentioned mutation was confirmed by dideoxynucleotide sequencing analysis. The obtained vector is hereinafter referred to as “pET29a / SARS-3CLP-C145A”.

図3は、pET29a/SARS-3CLP WT及びpET29a/SARS-3CLP-C145Aによってそれぞれコードされる融合タンパク質の模式図である。図3において、「S」はSタグを示し、「HIS」はHisタグを示す。また、「N10」は天然のpp1aポリプロテイン由来の10アミノ酸(配列番号13)を示し、「C10」は天然のpp1aポリプロテイン由来の10アミノ酸(配列番号14)を示す。   FIG. 3 is a schematic diagram of the fusion protein encoded by pET29a / SARS-3CLP WT and pET29a / SARS-3CLP-C145A, respectively. In FIG. 3, “S” indicates an S tag, and “HIS” indicates a His tag. “N10” represents 10 amino acids (SEQ ID NO: 13) derived from natural pp1a polyprotein, and “C10” represents 10 amino acids (SEQ ID NO: 14) derived from natural pp1a polyprotein.

2.無細胞タンパク質合成系でのSARS-CoV 3CLproの発現
pET29a/SARS-3CLP WTを用いた無細胞タンパク質合成系の透析モードにより、組換え型SARS-CoV 3CLproを合成した。当該無細胞タンパク質合成系は、Kigawaら(「FEBS Letters」, 1999年, 第442巻, p. 15-19; 「Journal of Structural and Functional Genomics」, 2004年, 第5巻, p. 63-68)の方法に準じた。使用した無細胞タンパク質合成系は、大腸菌S30抽出物を用いた大腸菌無細胞タンパク質合成系である。
2. Expression of SARS-CoV 3CL pro in cell-free protein synthesis system
Recombinant SARS-CoV 3CL pro was synthesized by dialysis mode of cell-free protein synthesis system using pET29a / SARS-3CLP WT. The cell-free protein synthesis system is described in Kigawa et al. (“FEBS Letters”, 1999, 442, p. 15-19; “Journal of Structural and Functional Genomics”, 2004, 5, p. 63-68. ). The cell-free protein synthesis system used is an E. coli cell-free protein synthesis system using an E. coli S30 extract.

無細胞タンパク質合成系には、以下の表1に示す組成から成る供給溶液及び表2に示す組成から成る反応溶液を用いた。   For the cell-free protein synthesis system, a feed solution having the composition shown in Table 1 below and a reaction solution having the composition shown in Table 2 were used.

Figure 2009124993
Figure 2009124993

Figure 2009124993
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表2において、鋳型DNAはpET29a/SARS-3CLP WT含有溶液である。   In Table 2, the template DNA is a solution containing pET29a / SARS-3CLP WT.

次いで、反応混合物を、30℃で4時間振盪しながらインキュベートした。インキュベーション後、反応混合物を回収し、4℃で20分間、16,000rpmの遠心分離に供し、上清を分離した。   The reaction mixture was then incubated with shaking at 30 ° C. for 4 hours. After incubation, the reaction mixture was collected and subjected to centrifugation at 16,000 rpm for 20 minutes at 4 ° C. to separate the supernatant.

図4は、無細胞タンパク質合成系で合成したSARS-CoV 3CLproのSDS-PAGEにおける結果を示す図である。図4において、各レーンは、以下を示す。
レーンM:分子量マーカー、レーン1:インキュベーション前の反応混合物サンプル、レーン2:インキュベーション後の反応混合物サンプル、レーン3:インキュベーション後の反応混合物に由来する上清サンプル
また、図4における矢印で示すバンドがSARS-CoV 3CLproのバンドである。
FIG. 4 shows the results of SDS-PAGE of SARS-CoV 3CL pro synthesized in a cell-free protein synthesis system. In FIG. 4, each lane shows the following.
Lane M: molecular weight marker, lane 1: reaction mixture sample before incubation, lane 2: reaction mixture sample after incubation, lane 3: supernatant sample derived from reaction mixture after incubation In addition, the band indicated by the arrow in FIG. SARS-CoV 3CL pro band.

図4に示すように、SARS-CoV 3CLproは発現した後、自己プロセシングされ、約34kDa付近にそのバンドがあった。 As shown in FIG. 4, SARS-CoV 3CL pro was expressed and then self-processed, and there was a band around 34 kDa.

また、pET29a/SARS-3CLP-C145Aを用いた無細胞タンパク質合成系において、組換え型SARS-CoV 3CLpro-C145Aを合成した。合成方法は、pET29/SARS-3CLP WTを用いた場合と同様の方法であった。 In addition, recombinant SARS-CoV 3CL pro- C145A was synthesized in a cell-free protein synthesis system using pET29a / SARS-3CLP-C145A. The synthesis method was the same as that using pET29 / SARS-3CLP WT.

図5は、無細胞タンパク質合成系で合成したSARS-CoV 3CLpro及びSARS-CoV 3CLpro-C145AのSDS-PAGE及びウエスタンブロッティングにおける結果を示す図である。 FIG. 5 is a diagram showing the results of SDS-PAGE and Western blotting of SARS-CoV 3CL pro and SARS-CoV 3CL pro- C145A synthesized in a cell-free protein synthesis system.

図5(A)は、SARS-CoV 3CLproの自己プロセシングによる発現及びSARS-CoV 3CLpro-C145Aの非プロセシングの模式図である。図5(A)における略語は、図3に示す略語と同様である。 FIG. 5 (A) is a schematic diagram of SARS-CoV 3CL pro self-processing expression and SARS-CoV 3CL pro -C145A non-processing. Abbreviations in FIG. 5A are the same as the abbreviations shown in FIG.

図5(B)は、無細胞タンパク質合成系で合成したSARS-CoV 3CLpro及びSARS-CoV 3CLpro-C145AのSDS-PAGEにおける結果を示す図である。各レーンは以下を示す。
「レーンCtrl」:対照(pET29aを用いたインキュベーション後の反応混合物に由来する上清液)、「レーンWT」:pET29a/SARS-3CLP WTを用いたインキュベーション後の反応混合物に由来する上清液、「レーンC145A」:pET29a/SARS-3CLP-C145Aを用いたインキュベーション後の反応混合物に由来する上清液
FIG. 5 (B) is a diagram showing the results of SDS-PAGE of SARS-CoV 3CL pro and SARS-CoV 3CL pro -C145A synthesized by a cell-free protein synthesis system. Each lane shows:
“Lane Ctrl”: control (supernatant derived from the reaction mixture after incubation with pET29a), “lane WT”: supernatant derived from the reaction mixture after incubation with pET29a / SARS-3CLP WT, “Lane C145A”: supernatant derived from the reaction mixture after incubation with pET29a / SARS-3CLP-C145A

図5(B)において、レーンWTにおいて矢印で示すバンドは、自己プロセシング後のSARS-CoV 3CLproのバンドである。一方、レーンC145Aにおいて矢印で示すバンドは、非プロセシングのため切断されていないSARS-CoV 3CLpro-C145Aのバンドである。 In FIG. 5B, a band indicated by an arrow in the lane WT is a band of SARS-CoV 3CL pro after self-processing. Meanwhile, a band indicated by an arrow in lane C145A is a band of SARS-CoV 3CL pro -C145A uncleaved for unprocessed.

図5(C)は、無細胞タンパク質合成系で合成したSARS-CoV 3CLpro及びSARS-CoV 3CLpro-C145Aのウエスタンブロッテイングにおける結果を示す図である。各レーンは以下を示す。
「レーンWT」:pET29a/SARS-3CLP WTを用いたインキュベーション後の反応混合物に由来する上清液、「レーンC145A」:pET29a/SARS-3CLP-C145Aを用いたインキュベーション後の反応混合物に由来する上清液
FIG. 5 (C) is a diagram showing the results of Western blotting of SARS-CoV 3CL pro and SARS-CoV 3CL pro -C145A synthesized in a cell-free protein synthesis system. Each lane shows:
“Lane WT”: supernatant derived from the reaction mixture after incubation with pET29a / SARS-3CLP WT, “Lane C145A”: top from the reaction mixture after incubation with pET29a / SARS-3CLP-C145A Clear liquid

図5(C)において、「α-3CLpro」の結果は、一次抗体として抗SARS-CoV 3CLpro抗体(Genesis Biotech社)を用いた結果である。「α-His」の結果は、一次抗体として抗Hisタグ抗体(Novagen社)を用いた結果である。「S-protein」の結果は、一次抗体として抗Sタグ抗体(Novagen社)を用いた結果である。また、図5(C)において、矢印(1)で示すバンドは、自己プロセシング後のSARS-CoV 3CLproのバンドである。一方、矢印(2)で示すバンドは、非プロセシングのため切断されていないSARS-CoV 3CLpro-C145Aのバンドである。 In FIG. 5C, the result of “α-3CLpro” is a result of using an anti-SARS-CoV 3CL pro antibody (Genesis Biotech) as a primary antibody. The result of “α-His” is a result of using an anti-His tag antibody (Novagen) as a primary antibody. The result of “S-protein” is a result of using an anti-S tag antibody (Novagen) as a primary antibody. In FIG. 5C, the band indicated by arrow (1) is the band of SARS-CoV 3CL pro after self-processing. On the other hand, the band indicated by the arrow (2) is a band of SARS-CoV 3CL pro- C145A that is not cut due to non-processing.

図5に示すように、SARS-CoV 3CLproは自己プロセシングし、発現するのに対して、SARS-CoV 3CLpro-C145Aは自己プロセシングすることなく、融合タンパク質の形態のままであった。 As shown in FIG. 5, SARS-CoV 3CL pro self-processes and expresses, whereas SARS-CoV 3CL pro- C145A does not self-process and remains in the form of a fusion protein.

非特許文献3には、大腸菌においてSARS-CoV 3CLproを発現させたことが開示されている。非特許文献3において示される大腸菌でのSARS-CoV 3CLproの発現量(Figure 1(d))と比較すると、図5(B)に示す無細胞タンパク質合成系で合成したSARS-CoV 3CLproの発現量は、非常に高いことが分かる。 Non-Patent Document 3 discloses that SARS-CoV 3CL pro is expressed in E. coli. Expression of SARS-CoV 3CL pro in E. coli shown in Non-Patent Document 3 when compared with (Figure 1 (d)), the synthesized SARS-CoV 3CL pro in a cell-free protein synthesis system shown in FIG. 5 (B) It can be seen that the expression level is very high.

3.SARS-CoV 3CLproの精製
上記第2節で合成した組換え型SARS-CoV 3CLproを精製した。なお、精製に際して使用したバッファーは、以下の通りであった。
(1)バッファーA: 20mM Tris-HCl, pH 7.6, 1mM EDTA, 1mM DTT
(2)バッファーB: 20mM Tris-HCl, pH 7.6, 1mM EDTA, 1mM DTT, 1M NaCl
(3)バッファーC: 25mM Imidazole-HCl, pH 7.6, 1mM DTT
(4)バッファーD: 1/8 Polybuffer74, pH 5.0, 1mM DTT
(5)バッファーE: 20mM Tris-HCl, pH 7.5, 1mM EDTA, 1mM DTT, 0.1M NaCl
(6)バッファーF: 10mM Tris-HCl, pH 7.5, 0.1mM EDTA, 1mM DTT
3. Purification of SARS-CoV 3CL pro The recombinant SARS-CoV 3CL pro synthesized in Section 2 above was purified. The buffers used for purification were as follows.
(1) Buffer A: 20 mM Tris-HCl, pH 7.6, 1 mM EDTA, 1 mM DTT
(2) Buffer B: 20 mM Tris-HCl, pH 7.6, 1 mM EDTA, 1 mM DTT, 1 M NaCl
(3) Buffer C: 25 mM Imidazole-HCl, pH 7.6, 1 mM DTT
(4) Buffer D: 1/8 Polybuffer74, pH 5.0, 1mM DTT
(5) Buffer E: 20 mM Tris-HCl, pH 7.5, 1 mM EDTA, 1 mM DTT, 0.1 M NaCl
(6) Buffer F: 10 mM Tris-HCl, pH 7.5, 0.1 mM EDTA, 1 mM DTT

先ず、第2節で合成した組換え型SARS-CoV 3CLproを含有する反応混合物(27ml)を回収した。次いで、回収した反応混合物をバッファーA(2L)に対する透析に供した。 First, the reaction mixture (27 ml) containing the recombinant SARS-CoV 3CL pro synthesized in Section 2 was recovered. The recovered reaction mixture was then subjected to dialysis against buffer A (2 L).

透析後のタンパク質をエコノパックHighQカートリッジ(5 ml)カラムクロマトグラフィー(Bio-Rad社)に供した。バッファーとしてバッファーA及びバッファーBを用いて、NaCl濃度勾配を0〜0.15Mとした。また、アプライ容量は、5又は10mlとした。図6は、エコノパックHighQカートリッジカラムクロマトグラフィーによる画分の吸光度波形を示す図である。SDS-PAGEによって組換え型SARS-CoV 3CLproを含有する画分(図6において、四角で囲んだ画分)を確認し、当該画分を回収した。 The dialyzed protein was subjected to Econopack HighQ cartridge (5 ml) column chromatography (Bio-Rad). Buffer A and buffer B were used as buffers, and the NaCl concentration gradient was adjusted to 0 to 0.15M. The apply volume was 5 or 10 ml. FIG. 6 is a diagram showing absorbance waveforms of fractions by Econopack HighQ cartridge column chromatography. The fraction containing the recombinant SARS-CoV 3CL pro (the fraction surrounded by a square in FIG. 6) was confirmed by SDS-PAGE, and the fraction was collected.

次いで、回収した画分をバッファーC(2L)に対する透析に供した。この際、バッファーを2回交換した。   The collected fraction was then subjected to dialysis against buffer C (2 L). At this time, the buffer was changed twice.

透析後のタンパク質をMono P 5/200 GLカラム(GE Healthcare社)を用いた等電点クロマトグラフィーに供した。バッファーとしてバッファーC及びバッファーDを用いた。またアプライ容量は、25又は50mlとした。図7は、Mono P 5/200 GLカラムを用いた等電点クロマトグラフィーによる画分の吸光度波形を示す図である。組換え型SARS-CoV 3CLproを含有する画分(図7において、画分番号. 19〜21)を回収した。 The dialyzed protein was subjected to isoelectric focusing using a Mono P 5/200 GL column (GE Healthcare). Buffer C and buffer D were used as buffers. The apply volume was 25 or 50 ml. FIG. 7 is a diagram showing the absorbance waveform of fractions by isoelectric point chromatography using a Mono P 5/200 GL column. Fractions containing the recombinant SARS-CoV 3CL pro (fraction numbers 19 to 21 in FIG. 7) were collected.

得られた画分を、更にHiPrep 26/60 Sephacryl S-300カラム(GE Healthcare社)を用いたゲル濾過クロマトグラフィーに供した。使用したバッファーはバッファーEであった。アプライ容量は2mlであった。図8は、HiPrep 26/60 Sephacryl S-300カラムを用いたゲル濾過クロマトグラフィーによる画分の吸光度波形を示す図である。組換え型SARS-CoV 3CLproを含有する画分(図8において、画分番号. 66〜82)を回収した。 The obtained fraction was further subjected to gel filtration chromatography using HiPrep 26/60 Sephacryl S-300 column (GE Healthcare). The buffer used was buffer E. The apply volume was 2 ml. FIG. 8 is a diagram showing the absorbance waveform of a fraction obtained by gel filtration chromatography using a HiPrep 26/60 Sephacryl S-300 column. Fractions containing recombinant SARS-CoV 3CL pro (fraction number 66-82 in FIG. 8) were collected.

次いで、回収した画分中の組換え型SARS-CoV 3CLpro濃度を、Quick Startプロテインアッセイ(Bio-Rad社)を用いて決定した。 Next, the recombinant SARS-CoV 3CL pro concentration in the collected fraction was determined using the Quick Start protein assay (Bio-Rad).

濃度決定後、回収した画分中の組換え型SARS-CoV 3CLproを限外ろ過(Millipore社)によって約10mg/mlまで濃縮した。この際、バッファーFを用いたバッファー交換を行った。 After determining the concentration, the recombinant SARS-CoV 3CL pro in the collected fraction was concentrated to about 10 mg / ml by ultrafiltration (Millipore). At this time, buffer exchange using buffer F was performed.

以上のようにして、約7mgの組換え型SARS-CoV 3CLproを、無細胞タンパク質合成系の反応混合物27mlから精製することができた。一方、非特許文献3の開示によれば、大腸菌で発現させ、精製した場合には、約7mgの組換え型SARS-CoV 3CLproを得るためには、多量の細胞培養物を必要すると考えられる(同文献, Figure 1(d))。 As described above, about 7 mg of recombinant SARS-CoV 3CL pro was purified from 27 ml of the reaction mixture of the cell-free protein synthesis system. On the other hand, according to the disclosure of Non-Patent Document 3, it is considered that a large amount of cell culture is required to obtain about 7 mg of recombinant SARS-CoV 3CL pro when expressed in E. coli and purified. (Id., Figure 1 (d)).

図9は、精製した組換え型SARS-CoV 3CLproのSDS-PAGEによる結果を示す図である。各レーンは、以下を示す。
「レーン1」:分子量マーカー、「レーン2」:無細胞タンパク質合成系で合成した後の反応混合物に由来する上清液(精製前のSARS-CoV 3CLproサンプル)、「レーン3」:精製した組換え型SARS-CoV 3CLproサンプル
FIG. 9 is a diagram showing the results of SDS-PAGE of purified recombinant SARS-CoV 3CL pro . Each lane shows:
Lane 1”: molecular weight marker, “Lane 2”: supernatant from the reaction mixture after synthesis in a cell-free protein synthesis system (SARS-CoV 3CL pro sample before purification), “Lane 3”: purified Recombinant SARS-CoV 3CL pro sample

また、図9における矢印で示すバンドがSARS-CoV 3CLproのバンドである。
図9に示すように、SARS-CoV 3CLproを上述の方法で完全精製する事に成功した。
Moreover, the band shown by the arrow in FIG. 9 is the band of SARS-CoV 3CL pro .
As shown in FIG. 9, SARS-CoV 3CL pro was successfully purified completely by the method described above.

4.SARS-CoV 3CLproのウイルスプロテアーゼ活性
上記第3節で精製した組換え型SARS-CoV 3CLproのウイルスプロテアーゼ活性を測定した。
4). Viral protease activity of SARS-CoV 3CL pro The viral protease activity of the recombinant SARS-CoV 3CL pro purified in Section 3 above was measured.

使用した基質は、Nma-TSAVLQSGFRK(Dnp)-NH2(配列番号19)から成るペプチドであった。当該ペプチドは、SARS-CoVの2つのポリプロテイン(pp1a及びpp1ab)における3CLpro(nsp5)のN末端側の部分アミノ酸配列とそれに隣接するアミノ酸配列を含むアミノ酸配列(TSAVLQ/SGFRK: 「/」は切断点である)に由来するものである。なお、当該ペプチドのN末端及びC末端には、それぞれNma基及びDnp基が付加されている。
バッファーは、ストック溶液(62.5mM Tris-HCl, pH7.3, 1.25mM DTT)として準備した。
The substrate used was a peptide consisting of Nma-TSAVLQSGFRK (Dnp) -NH2 (SEQ ID NO: 19). The peptide is a partial amino acid sequence on the N-terminal side of 3CL pro (nsp5) in two polyproteins (pp1a and pp1ab) of SARS-CoV and an amino acid sequence (TSAVLQ / SGFRK: "/" Is the cutting point). Note that an Nma group and a Dnp group are added to the N-terminus and C-terminus of the peptide, respectively.
The buffer was prepared as a stock solution (62.5 mM Tris-HCl, pH 7.3, 1.25 mM DTT).

アッセイの反応液組成は、以下の通りであった。
最終濃度(合計容量:200μl)
(1)50mMバッファー(50mM Tris-HCl, pH 7.3, 1mM DTT)
(2)0〜200nM組換え型SARS-CoV 3CLpro
(3)100μM基質
(4)蒸留水(DW):合計容量まで
The reaction solution composition of the assay was as follows.
Final concentration (total volume: 200 μl)
(1) 50 mM buffer (50 mM Tris-HCl, pH 7.3, 1 mM DTT)
(2) 0 ~ 200nM recombinant SARS-CoV 3CL pro
(3) 100 μM substrate
(4) Distilled water (DW): Up to the total capacity

先ず、バッファーストック溶液160μlを96穴マイクロタイタープレートの各ウエルに添加した。次いで、DWを各ウエルに添加し、その後、組換え型SARS-CoV 3CLproを含む溶液を添加した。さらに1mM基質溶液20μlを各ウエルに添加し、ウエル中の溶液を混合した。 First, 160 μl of buffer stock solution was added to each well of a 96-well microtiter plate. DW was then added to each well followed by a solution containing recombinant SARS-CoV 3CL pro . Further, 20 μl of 1 mM substrate solution was added to each well, and the solution in the well was mixed.

10分間のインキュベーション後、蛍光分光測定装置(TECAN社)により蛍光強度(Ex=340nm、Em=440nm)を測定した。   After incubation for 10 minutes, the fluorescence intensity (Ex = 340 nm, Em = 440 nm) was measured with a fluorescence spectrometer (TECAN).

同様に、SARS-CoV 3CLproのN末端にGPLG(配列番号20)又はGPを連結した融合タンパク質(以下、それぞれ「GPLG-SARS-CoV 3CLpro」及び「GP-SARS-CoV 3CLpro」という)についても、ウイルスプロテアーゼ活性を測定した。 Similarly, a fusion protein in which GPLG (SEQ ID NO: 20) or GP is linked to the N-terminus of SARS-CoV 3CL pro (hereinafter referred to as “GPLG-SARS-CoV 3CL pro ” and “GP-SARS-CoV 3CL pro ”, respectively) The viral protease activity was also measured.

なお、GPLG-SARS-CoV 3CLpro及びGP-SARS-CoV 3CLproを以下のように作製した。 In addition, GPLG-SARS-CoV 3CL pro and GP-SARS-CoV 3CL pro were produced as follows.

GPLG-SARS-CoV 3CLproをコードするDNAを、SARS-CoV 3CLpro(アミノ酸配列:配列番号5)をコードするDNA(cDNA:配列番号4)を含有するプラスミドを鋳型とし、以下のプライマーを用いたPCRにより増幅した。 Using the DNA containing GPLG-SARS-CoV 3CL pro as a template with a plasmid containing DNA (cDNA: SEQ ID NO: 4) encoding SARS-CoV 3CL pro (amino acid sequence: SEQ ID NO: 5), and using the following primers: Amplified by PCR.

フォワードプライマー:
5'-GGTGGATCCGGTTTTAGGAAAATGGCATTCCCGTC-3'(配列番号21)
リバースプライマー:
5'-GTCCTCGAGTCATTGGAAGGTAACACCAGAGC-3'(配列番号22)
Forward primer:
5'-GGTGGATCCGGTTTTAGGAAAATGGCATTCCCGTC-3 '(SEQ ID NO: 21)
Reverse primer:
5'-GTCCTCGAGTCATTGGAAGGTAACACCAGAGC-3 '(SEQ ID NO: 22)

PCR条件は、上述のSARS-CoV 3CLproをコードするDNAを増幅した際と同様であった。 The PCR conditions were the same as those when the DNA encoding SARS-CoV 3CL pro was amplified.

次いで、得られたPCR産物を制限酵素BamHI及びXhoIで切断した。一方、pGEX-6P-1ベクター(GE Healthcare社)も同様に制限酵素BamHI及びXhoIで切断した。   Subsequently, the obtained PCR product was cleaved with restriction enzymes BamHI and XhoI. On the other hand, pGEX-6P-1 vector (GE Healthcare) was similarly cleaved with restriction enzymes BamHI and XhoI.

切断したPCR産物をpGEX-6P-1ベクターのBamHI切断部位とXhoI切断部位との間に導入し、クローン化し、GPLG-SARS-CoV 3CLproをコードするDNAを有する発現ベクターを構築した。 The cleaved PCR product was introduced between the BamHI cleavage site and XhoI cleavage site of the pGEX-6P-1 vector, cloned, and an expression vector having a DNA encoding GPLG-SARS-CoV 3CL pro was constructed.

また、GP-SARS-CoV 3CLproをコードするDNAを、上述のGPLG-SARS-CoV 3CLproをコードするDNAを有する発現ベクターを鋳型として用いたオリゴヌクレオチド指向性突然変異誘発方法によって作製した。使用したプライマーは、以下の通りであった。 In addition, DNA encoding GP-SARS-CoV 3CL pro was prepared by an oligonucleotide-directed mutagenesis method using the above-described expression vector having DNA encoding GPLG-SARS-CoV 3CL pro as a template. The primers used were as follows.

フォワードプライマー:
5'-GGAAGTTCTGTTCCAGGGGCCCTCCGGTTTTAGGAAAATGGC-3'(配列番号23)
リバースプライマー:
5'-GCCATTTTCCTAAAACCGGAGGGCCCCTGGAACAGAACTTCC-3'(配列番号24)
Forward primer:
5'-GGAAGTTCTGTTCCAGGGGCCCTCCGGTTTTAGGAAAATGGC-3 '(SEQ ID NO: 23)
Reverse primer:
5'-GCCATTTTCCTAAAACCGGAGGGCCCCTGGAACAGAACTTCC-3 '(SEQ ID NO: 24)

PCR条件は、上述のSARS-CoV 3CLproをコードするDNAを増幅した際と同様であった。 The PCR conditions were the same as those when the DNA encoding SARS-CoV 3CL pro was amplified.

以上のように作製したGPLG-SARS-CoV 3CLproをコードするDNAを有する発現ベクター及びGP-SARS-CoV 3CLproをコードするDNAを有する発現ベクターをそれぞれ用いて、大腸菌BL21を形質転換させ、それぞれのタンパク質を発現させた。 Using each of the expression vector having the DNA encoding GPLG-SARS-CoV 3CL pro and the expression vector having the DNA encoding GP-SARS-CoV 3CL pro produced as described above, E. coli BL21 was transformed, The protein of was expressed.

得られた形質転換体(大腸菌)を破砕し、GST融合タンパク質精製用アフィニティーゲル(GE Healthcare社)及びUnoQ(Bio Rad社)カラムクロマトグラフィーを用いてGPLG-SARS-CoV 3CLpro及びGP-SARS-CoV 3CLproを完全精製した。このようにして精製したGPLG-SARS-CoV 3CLpro及びGP-SARS-CoV 3CLproを、ウイルスプロテアーゼ活性測定に用いた。 The obtained transformant (Escherichia coli) was disrupted, and GPLG-SARS-CoV 3CL pro and GP-SARS- using an affinity gel for purification of GST fusion protein (GE Healthcare) and UnoQ (Bio Rad) column chromatography. CoV 3CL pro was completely purified. The thus-purified GPLG-SARS-CoV 3CL pro and GP-SARS-CoV 3CL pro were used for measurement of viral protease activity.

組換え型SARS-CoV 3CLpro、GPLG-SARS-CoV 3CLpro及びGP-SARS-CoV 3CLproのウイルスプロテアーゼ活性を図10に示す。図10における縦軸は、基質の切断により生じた蛍光強度(F)である。一方、横軸は、基質との混合を開始時間としたインキュベーション時間(分)である。図10において、「WT」は組換え型SARS-CoV 3CLproであり、「GP-WT」はGP-SARS-CoV 3CLproであり、「GPLG-WT」はGPLG-SARS-CoV 3CLproである。 The viral protease activities of recombinant SARS-CoV 3CL pro , GPLG-SARS-CoV 3CL pro and GP-SARS-CoV 3CL pro are shown in FIG. The vertical axis in FIG. 10 is the fluorescence intensity (F) generated by the cleavage of the substrate. On the other hand, the horizontal axis represents the incubation time (minutes) starting from mixing with the substrate. In FIG. 10, “WT” is a recombinant SARS-CoV 3CL pro , “GP-WT” is a GP-SARS-CoV 3CL pro , and “GPLG-WT” is a GPLG-SARS-CoV 3CL pro . .

図10に示すように、組換え型SARS-CoV 3CLproの酵素活性はGP-SARS-CoV 3CLproとGPLG-SARS-CoV 3CLproの活性に比べかなり高いことが明らかとなった。 As shown in FIG. 10, it was revealed that the enzyme activity of recombinant SARS-CoV 3CL pro was considerably higher than that of GP-SARS-CoV 3CL pro and GPLG-SARS-CoV 3CL pro .

非特許文献3には、大腸菌で発現させた組換え型SARS-CoV 3CLpro及び当該組換え型SARS-CoV 3CLproのN末端又はC末端に付加配列を有する融合タンパク質のプロテアーゼ活性について開示している(同文献, Table 3)。非特許文献3のTable 3との結果と比較して、本実施例で作製した組換え型SARS-CoV 3CLpro、GP-SARS-CoV 3CLpro及びGPLG-SARS-CoV 3CLproの酵素活性はほぼ同じであった。 Non-Patent Document 3 discloses the protease activity of recombinant SARS-CoV 3CL pro expressed in Escherichia coli and a fusion protein having an additional sequence at the N-terminus or C-terminus of the recombinant SARS-CoV 3CL pro. (Id., Table 3). Compared with the results in Table 3 of Non-Patent Document 3, the enzyme activities of the recombinant SARS-CoV 3CL pro , GP-SARS-CoV 3CL pro and GPLG-SARS-CoV 3CL pro produced in this example are almost the same. It was the same.

〔比較例1〕大腸菌における組換え型SARS-CoV 3CLproの発現
pET29a/SARS-3CLP WTを用いて、大腸菌(BL21(DE3))を形質転換した。このように作製した形質転換体(BL21(DE3)/pET29a/SARS-3CLP WT株)をLB/アンピシリン液体培地に加え、37℃で振とう培養し、IPTGにより目的タンパク質の誘導を掛け、大腸菌内でSARS-CoV 3CLproを発現させた。
[Comparative Example 1] Expression of recombinant SARS-CoV 3CL pro in E. coli
pET29a / SARS-3CLP WT was used to transform E. coli (BL21 (DE3)). The transformant thus prepared (BL21 (DE3) / pET29a / SARS-3CLP WT strain) is added to LB / ampicillin liquid medium, cultured with shaking at 37 ° C., and the target protein is induced by IPTG, and then transformed into E. coli. Was used to express SARS-CoV 3CL pro .

同様の方法により、pET29a/SARS-3CLP-C145Aを用いて大腸菌を形質転換し、SARS-CoV 3CLpro-C145Aを発現させた。 In the same manner, pET29a / SARS-3CLP-C145A was used to transform E. coli to express SARS-CoV 3CL pro- C145A.

結果を図11に示す。図11は、大腸菌及び無細胞タンパク質合成系で合成したSARS-CoV 3CLpro及びSARS-CoV 3CLpro-C145AのSDS-PAGEにおける結果を示す図である。図11(A)に示す結果が大腸菌で合成したSARS-CoV 3CLpro及びSARS-CoV 3CLpro-C145AのSDS-PAGEにおける結果であり、図11(B)に示す結果が無細胞タンパク質合成系で合成したSARS-CoV 3CLpro及びSARS-CoV 3CLpro-C145AのSDS-PAGEにおける結果である。なお、図11(B)は、図5(B)と同一である。 The results are shown in FIG. FIG. 11 shows the results of SDS-PAGE of SARS-CoV 3CL pro and SARS-CoV 3CL pro- C145A synthesized in E. coli and a cell-free protein synthesis system. The results shown in FIG. 11 (A) are the results of SDS-PAGE of SARS-CoV 3CL pro and SARS-CoV 3CL pro- C145A synthesized in E. coli, and the results shown in FIG. 11 (B) are in the cell-free protein synthesis system. It is the result in SDS-PAGE of the synthesized SARS-CoV 3CL pro and SARS-CoV 3CL pro -C145A. Note that FIG. 11B is the same as FIG.

図11(A)の各レーンは以下を示す。
「レーンWT」:pET29a/SARS-3CLP WTを用いた形質転換体(大腸菌)に由来する溶菌液、「レーンC145A」:pET29a/SARS-3CLP-C145Aを用いた形質転換体(大腸菌)に由来する溶菌液
Each lane in FIG. 11A shows the following.
“Lane WT”: lysate derived from transformant (E. coli) using pET29a / SARS-3CLP WT, “Lane C145A”: derived from transformant (E. coli) using pET29a / SARS-3CLP-C145A Lysate

また、図11(A)における矢印のバンドは、非プロセシングのため切断されていないSARS-CoV 3CLpro-C145Aのバンドである。 Further, the band indicated by an arrow in FIG. 11A is a band of SARS-CoV 3CL pro -C145A that is not cut due to non-processing.

図11に示すように、大腸菌ではSARS-CoV 3CLproの発現量が低かった。しかしながら、大腸菌において、SARS-CoV 3CLpro-C145Aは、活性残基に変異を入れて活性を失うことで発現した。これは活性型のSARS-CoV 3CLproが大腸菌内の何らかの機構を刺激して、分解されてしまうためだと考えられた。 As shown in FIG. 11, the expression level of SARS-CoV 3CL pro was low in E. coli. However, in Escherichia coli, SARS-CoV 3CL pro- C145A was expressed by mutating active residues and losing activity. This was thought to be because the active SARS-CoV 3CL pro stimulated some mechanism in E. coli and was degraded.

〔参考例1〕SARS-CoV 3CLproの基質特異性
N末端が正しくプロセシングされており、C末端に10残基のC末端側隣接配列(配列番号14)を有するSARS-CoV 3CLPro-C145A変異体の結晶構造解析を行ったところ、隣接配列を含むC末端領域が結晶内において隣の非対称単位の活性部位に結合していたため、これが基質認識並びに自己プロセシングの様式を示していると考えた。
[Reference Example 1] Substrate specificity of SARS-CoV 3CL pro
A crystal structure analysis of a SARS-CoV 3CL Pro- C145A mutant that is correctly processed at the N-terminus and has a C-terminal adjacent sequence (SEQ ID NO: 14) of 10 residues at the C-terminus Since the C-terminal region was bound to the active site of the adjacent asymmetric unit in the crystal, this was considered to indicate a mode of substrate recognition as well as self-processing.

図12に示す基質ペプチドと結合したSARS-CoV 3CLProの立体構造モデルにおいて、切断される基質の切断箇所よりN末端側を青のバックボーンで示したスティックで、C末端側を赤のバックボーンで示したスティックで示す。酵素側は表面モデルで示し、活性残基のC145に対応するAla残基は黄色で示した。ここで、上述の基質ペプチド(配列番号19)のアミノ酸配列において、切断点から上流(N末端側)に向かってアミノ酸残基を順にP1、P2、P3・・・と定義する。一方、切断点から下流(C末端側)に向かってアミノ酸残基を順にP1'、P2'、P3'・・・と定義する。 In the three-dimensional structure model of SARS-CoV 3CL Pro bound to the substrate peptide shown in Fig. 12, the N-terminal side is shown with a blue backbone from the cleavage site of the substrate to be cleaved, and the C-terminal side is shown with a red backbone. Shown with a stick. The enzyme side is shown by a surface model, and the Ala residue corresponding to the active residue C145 is shown in yellow. Here, in the amino acid sequence of the substrate peptide (SEQ ID NO: 19), amino acid residues are defined as P1, P2, P3,... Sequentially from the cleavage point to the upstream (N-terminal side). On the other hand, amino acid residues are defined as P1 ′, P2 ′, P3 ′... In order from the cleavage point to the downstream (C-terminal side).

非特許文献1には、SARS-CoV 3CLproの基質特異性について開示されている(同文献, Fig. 6)。 Non-patent document 1 discloses the substrate specificity of SARS-CoV 3CL pro (same document, Fig. 6).

図12に示す結果と非特許文献1のFig. 6bとを比較すると、P4、P3、P2、P1、P1'、P2'の特異性は図12の構造からよく説明できる。ただし、P3'については非特許文献1では特異性が低いのに対し、立体構造上では側鎖が結合するポケットの存在が見出されたため、少なくとも自己プロセシングに関してはP3'部位の認識も重要であることが明らかとなった。   Comparing the results shown in FIG. 12 with FIG. 6b of Non-Patent Document 1, the specificity of P4, P3, P2, P1, P1 ′, and P2 ′ can be well explained from the structure of FIG. However, the specificity of P3 ′ is low in Non-Patent Document 1, whereas the presence of a pocket to which a side chain binds was found on the three-dimensional structure. Therefore, recognition of the P3 ′ site is also important at least for self-processing. It became clear that there was.

pET29a/SARS-3CLP WTにおけるSARS-CoV 3CLproをコードするDNAの塩基配列(配列番号15)を示す図である。It is a figure which shows the base sequence (sequence number 15) of DNA which codes SARS-CoV 3CL pro in pET29a / SARS-3CLP WT. pET29a/SARS-3CLP WTによってコードされるSARS-CoV 3CLproを含む融合タンパク質のアミノ酸配列を示す図である。It is a figure which shows the amino acid sequence of the fusion protein containing SARS-CoV 3CL pro encoded by pET29a / SARS-3CLP WT. pET29a/SARS-3CLP WT及びpET29a/SARS-3CLP-C145Aによってそれぞれコードされる融合タンパク質の模式図である。FIG. 2 is a schematic diagram of fusion proteins encoded by pET29a / SARS-3CLP WT and pET29a / SARS-3CLP-C145A, respectively. 無細胞タンパク質合成系で合成したSARS-CoV 3CLproのSDS-PAGEにおける結果を示す図である。It is a figure which shows the result in SDS-PAGE of SARS-CoV 3CL pro synthesize | combined with the cell-free protein synthesis system. 無細胞タンパク質合成系で合成したSARS-CoV 3CLpro及びSARS-CoV 3CLpro-C145AのSDS-PAGE及びウエスタンブロッティングにおける結果を示す図である。It is a figure which shows the result in SDS-PAGE and Western blotting of SARS-CoV 3CL pro and SARS-CoV 3CL pro- C145A which were synthesize | combined with the cell-free protein synthesis system. エコノパックHighQカートリッジカラムクロマトグラフィーによる画分の吸光度波形を示す図である。It is a figure which shows the light absorbency waveform of the fraction by Econopack HighQ cartridge column chromatography. Mono P 5/200 GLカラムを用いた等電点クロマトグラフィーによる画分の吸光度波形を示す図である。It is a figure which shows the light absorption waveform of the fraction by the isoelectric point chromatography using a Mono P 5/200 GL column. HiPrep 26/60 Sephacryl S-300カラムを用いたゲル濾過クロマトグラフィーによる画分の吸光度波形を示す図である。It is a figure which shows the light absorption waveform of the fraction by the gel filtration chromatography using a HiPrep 26/60 Sephacryl S-300 column. 精製した組換え型SARS-CoV 3CLproのSDS-PAGEによる結果を示す図である。It is a figure which shows the result by SDS-PAGE of purified recombinant SARS-CoV 3CL pro . 組換え型SARS-CoV 3CLpro、GPLG-SARS-CoV 3CLpro及びGP-SARS-CoV 3CLproのウイルスプロテアーゼ活性を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the viral protease activity of recombinant SARS-CoV 3CL pro , GPLG-SARS-CoV 3CL pro, and GP-SARS-CoV 3CL pro . 大腸菌及び無細胞タンパク質合成系で合成したSARS-CoV 3CLpro及びSARS-CoV 3CLpro-C145AのSDS-PAGEにおける結果を示す図である。It is a figure which shows the result in SDS-PAGE of SARS-CoV 3CL pro and SARS-CoV 3CL pro- C145A which were synthesize | combined with E. coli and a cell-free protein synthesis system. 基質ペプチドと結合したSARS-CoV 3CLproの立体構造モデルである。This is a three-dimensional structure model of SARS-CoV 3CL pro bound to a substrate peptide.

Claims (9)

無細胞タンパク質合成系において、N末端側認識配列を含む配列とポリプロテインプロセシングに関与するウイルスプロテアーゼとC末端側認識配列を含む配列とがN末端よりこの順で配列してなる融合タンパク質であって、該N末端側認識配列と該C末端側認識配列とが該プロテアーゼに隣接する前記融合タンパク質を発現させる工程を含み、
前記融合タンパク質の発現後に、前記プロテアーゼのN末端側認識配列及びC末端側認識配列の切断により、前記融合タンパク質から前記プロテアーゼが成熟化されることを特徴とする、ウイルスプロテアーゼの生産方法。
In a cell-free protein synthesis system, a fusion protein comprising a sequence containing an N-terminal recognition sequence, a viral protease involved in polyprotein processing, and a sequence containing a C-terminal recognition sequence in this order from the N-terminus. Expressing the fusion protein in which the N-terminal recognition sequence and the C-terminal recognition sequence are adjacent to the protease,
A method for producing a viral protease, wherein after the expression of the fusion protein, the protease is matured from the fusion protein by cleaving the N-terminal recognition sequence and the C-terminal recognition sequence of the protease.
上記ウイルスプロテアーゼがSARSコロナウイルスの3C様システインプロテアーゼであり、上記N末端側認識配列が配列番号1で示されるアミノ酸配列であり、且つ上記C末端側認識配列が配列番号2で示されるアミノ酸配列であることを特徴とする、請求項1記載の方法。   The viral protease is a SARS coronavirus 3C-like cysteine protease, the N-terminal recognition sequence is the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 1, and the C-terminal recognition sequence is the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2. The method of claim 1, wherein: 上記無細胞タンパク質合成系が大腸菌無細胞タンパク質合成系であることを特徴とする、請求項1記載の方法。   2. The method according to claim 1, wherein the cell-free protein synthesis system is an E. coli cell-free protein synthesis system. N末端側認識配列を含む配列とポリプロテインプロセシングに関与するウイルスプロテアーゼとC末端側認識配列を含む配列とがN末端よりこの順で配列してなる融合タンパク質であって、該N末端側認識配列と該C末端側認識配列とが該プロテアーゼに隣接する前記融合タンパク質をコードするDNAを有する、無細胞タンパク質合成系におけるウイルスプロテアーゼ発現用ベクター。   A fusion protein comprising a sequence containing an N-terminal recognition sequence, a viral protease involved in polyprotein processing, and a sequence containing a C-terminal recognition sequence in this order from the N-terminus, the N-terminal recognition sequence A viral protease expression vector in a cell-free protein synthesis system, comprising a DNA encoding the fusion protein in which the C-terminal recognition sequence is adjacent to the protease. 上記ウイルスプロテアーゼがSARSコロナウイルスの3C様システインプロテアーゼであり、上記N末端側認識配列が配列番号1で示されるアミノ酸配列であり、且つ上記C末端側認識配列が配列番号2で示されるアミノ酸配列であることを特徴とする、請求項4記載のウイルスプロテアーゼ発現用ベクター。   The viral protease is a SARS coronavirus 3C-like cysteine protease, the N-terminal recognition sequence is the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 1, and the C-terminal recognition sequence is the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2. The viral protease expression vector according to claim 4, wherein the vector is a viral protease expression vector. 上記無細胞タンパク質合成系が大腸菌無細胞タンパク質合成系であることを特徴とする、請求項4記載のウイルスプロテアーゼ発現用ベクター。   The viral protease expression vector according to claim 4, wherein the cell-free protein synthesis system is an E. coli cell-free protein synthesis system. N末端側認識配列を含む配列とポリプロテインプロセシングに関与するウイルスプロテアーゼとC末端側認識配列を含む配列とがN末端よりこの順で配列してなる融合タンパク質であって、該N末端側認識配列と該C末端側認識配列とが該プロテアーゼに隣接する前記融合タンパク質をコードするDNAを有する、無細胞タンパク質合成系におけるウイルスプロテアーゼ発現用カセット。   A fusion protein comprising a sequence containing an N-terminal recognition sequence, a viral protease involved in polyprotein processing, and a sequence containing a C-terminal recognition sequence in this order from the N-terminus, the N-terminal recognition sequence And a cassette for expressing a viral protease in a cell-free protein synthesis system, wherein the C-terminal recognition sequence has a DNA encoding the fusion protein adjacent to the protease. 上記ウイルスプロテアーゼがSARSコロナウイルスの3C様システインプロテアーゼであり、上記N末端側認識配列が配列番号1で示されるアミノ酸配列であり、且つ上記C末端側認識配列が配列番号2で示されるアミノ酸配列であることを特徴とする、請求項7記載のウイルスプロテアーゼ発現用カセット。   The viral protease is a SARS coronavirus 3C-like cysteine protease, the N-terminal recognition sequence is the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 1, and the C-terminal recognition sequence is the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2. 8. The viral protease expression cassette according to claim 7, wherein the cassette is for expression of viral protease. 上記無細胞タンパク質合成系が大腸菌無細胞タンパク質合成系であることを特徴とする、請求項7記載のウイルスプロテアーゼ発現用カセット。   8. The viral protease expression cassette according to claim 7, wherein the cell-free protein synthesis system is an E. coli cell-free protein synthesis system.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN102021145B (en) * 2009-09-10 2013-05-01 中国人民解放军军事医学科学院放射与辐射医学研究所 Drug screening model of targeting coronavirus protease and application thereof
CN112851763A (en) * 2021-03-02 2021-05-28 中国医学科学院基础医学研究所 Novel affinity peptide M1 of coronavirus main protease and application thereof

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