JP2018099100A - トランス型ポリイソプレノイドの製造方法、ベクター、形質転換植物、空気入りタイヤの製造方法及びゴム製品の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 トランス型プレニルトランスフェラーゼ(tPT)ファミリー蛋白質をコードする遺伝子を利用し、当該遺伝子がコードする蛋白質を結合させたゴム粒子を利用した生体外でのトランス型ポリイソプレノイドの製造方法、または、乳管特異的に遺伝子を発現させるプロモーター活性を有するプロモーターに、tPTファミリー蛋白質をコードする遺伝子を結合させたベクターを植物に導入し、乳管特異的に当該遺伝子がコードする蛋白質を発現させることによるトランス型ポリイソプレノイドの製造方法。
【選択図】なし
Description
そのような中で、上記課題を解決するための一つのアプローチとしては、トランスゴムの生合成においてtPTの活性の安定化、増強を図ることによりトランスゴムの増産を目指す方法が考えられる。
DDX1X2D (A1)
(上記アミノ酸配列(A1)中、X1及びX2は同一又は異なって任意のアミノ酸残基を表す。)、又は、以下のアミノ酸配列(A2):
DDX1X2X3X4D (A2)
(上記アミノ酸配列(A2)中、X1、X2、X3、及びX4は同一又は異なって任意のアミノ酸残基を表す。)であり、かつ、配列番号2で示されるパラゴムノキ由来のHbSDSにおける310位から314位、及びこれに相当する位置のアミノ酸配列が、以下のアミノ酸配列(B):
DDX11X12D (B)
(上記アミノ酸配列(B)中、X11及びX12は同一又は異なって任意のアミノ酸残基を表す。)であることが好ましい。
(第1の本発明)
第1の本発明のトランス型ポリイソプレノイドの製造方法は、生体外で、トランス型プレニルトランスフェラーゼ(tPT)ファミリー蛋白質をコードする遺伝子を発現させた蛋白質をゴム粒子に結合させる結合工程を含む。
本発明者らは、生体外で、ゴム粒子にtPTファミリー蛋白質を結合させることで、ゴム粒子中にトランス型ポリイソプレノイド(トランスゴム)を合成することができることを初めて見出した。tPTファミリー蛋白質は、図1に示すようにゴム粒子上に配置され、ゴム合成を行っているものと推測される。図1には、一例として、tPTファミリー蛋白質としてtPTが描かれており、基質のイソペンテニル二リン酸(IPP)がtPTにより重合され、ゴム粒子中にトランスゴムが合成される様子が模式的に示されている。したがって、第1の本発明の製造方法のように、生体外で(例えば、反応槽(試験管、プラントなど)内で)、ゴム粒子にtPTファミリー蛋白質を結合させることで、ゴム粒子中にトランス型ポリイソプレノイド(トランスゴム)を合成することができ、効率的に反応槽(試験管、プラントなど)内でトランスゴムを生産することができる。
なお、第1の本発明の製造方法は、上記結合工程を含む限りその他の工程を含んでいてもよく、また、各工程は1回行われてもよいし、複数回繰り返し行われてもよい。
また、第1の本発明において、ゴム粒子に結合するtPTファミリー蛋白質の量は特に限定されない。
まず、例えば、シス型の天然ゴムの生合成に深く関与していると考えられているシス型プレニルトランスフェラーゼ(CPT)ファミリー蛋白質をゴム粒子に結合させることでシス型の天然ゴムを合成できることが知られていたとしても、tPTファミリー蛋白質はCPTファミリー蛋白質とは全く異なるタンパク質ファミリーに属し、両者のタンパク質構造は全く異なるものであることから、当業者であれば、上記CPTファミリー蛋白質での実験結果を受けて、単にCPTファミリー蛋白質をtPTファミリー蛋白質に変更しようとは思わないものである。
そして更には、tPTファミリー蛋白質は生体内(特に、シス型の天然ゴムを産生するゴム産生植物体内)でゴム粒子上には存在しないことから、当業者にはtPTファミリー蛋白質をゴム粒子に結合させようとする動機は存在せず、例え、tPTファミリー蛋白質をゴム粒子に結合させようと考えたとしても、上述のことから、tPTファミリー蛋白質をゴム粒子に結合させてゴムを合成することができるかは全く予測することができないといえる。
このような状況下、ゴム粒子にtPTファミリー蛋白質を結合させることで、ゴム粒子中にトランス型ポリイソプレノイド(トランスゴム)を合成することができる、という結果は、当業者の予測することのできない驚くべき結果といえる。
なお、上記マルチプルシーケンスアライメントは、後述の実施例の方法により実施できる。
DDX1X2D (A1)
(上記アミノ酸配列(A1)中、X1及びX2は同一又は異なって任意のアミノ酸残基を表す。)、又は、以下のアミノ酸配列(A2):
DDX1X2X3X4D (A2)
(上記アミノ酸配列(A2)中、X1、X2、X3、及びX4は同一又は異なって任意のアミノ酸残基を表す。)であり、かつ、配列番号2で示されるパラゴムノキ由来のHbSDSにおける310位から314位、及びこれに相当する位置のアミノ酸配列が、以下のアミノ酸配列(B):
DDX11X12D (B)
(上記アミノ酸配列(B)中、X11及びX12は同一又は異なって任意のアミノ酸残基を表す。)であることが好ましい。上述したように、上記tPTファミリー蛋白質がこのような配列を有していれば、tPTファミリー蛋白質としての機能を有すると考えられ、イソプレノイド化合物の鎖長をtrans型に延長する反応を触媒する酵素として機能することができ、ゴム粒子に結合させることで、ゴム粒子中にトランスゴムを合成することが可能となる。
DDX1X2D (A1)
(上記アミノ酸配列(A1)中、X1及びX2は同一又は異なって任意のアミノ酸残基を表す。)、又は、以下のアミノ酸配列(A2):
DDX1X2X3X4D (A2)
(上記アミノ酸配列(A2)中、X1、X2、X3、及びX4は同一又は異なって任意のアミノ酸残基を表す。)であることが好ましいが、より好ましくは、上記アミノ酸配列(A1)及び(A2)中、X1がM、I、もしくはVを表し、また、X2がM、I、もしくはLを表すことである。
DDX11X12D (B)
(上記アミノ酸配列(B)中、X11及びX12は同一又は異なって任意のアミノ酸残基を表す。)であることが好ましいが、より好ましくは、上記アミノ酸配列(B)中、X11がY、M、I、もしくはVを表し、また、X12がLを表すことである。
[1]配列番号2で表されるアミノ酸配列からなる蛋白質
[2]配列番号2で表されるアミノ酸配列において、1若しくは複数個のアミノ酸の置換、欠失、挿入、及び/又は付加を含む配列からなり、かつイソプレノイド化合物の鎖長をtrans型に延長する反応を触媒する酵素活性を有する蛋白質
[3]配列番号2で表されるアミノ酸配列と80%以上の配列同一性を有するアミノ酸配列からなり、かつイソプレノイド化合物の鎖長をtrans型に延長する反応を触媒する酵素活性を有する蛋白質
[1]配列番号1で表される塩基配列からなるDNA
[2]配列番号1で表される塩基配列と相補的な塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつイソプレノイド化合物の鎖長をtrans型に延長する反応を触媒する酵素活性を有する蛋白質をコードするDNA
なお、縮重プライマーは、上記目的蛋白質と共通性の高い配列部位を有する植物由来の配列から作製することが好ましい。
また、上記蛋白質をコードする塩基配列が既知の場合には、その知られている塩基配列から開始コドンを含むプライマー及び終止コドンを含むプライマーを設計し、合成したcDNAを鋳型にしてRT−PCRを行うことで全長の塩基配列及びアミノ酸配列を同定することができる。
すなわち、tPTファミリー蛋白質をコードするmRNAを含む無細胞蛋白合成溶液とゴム粒子とを共存させて(より具体的には、tPTファミリー蛋白質をコードするmRNAを含む無細胞蛋白合成溶液とゴム粒子とを混合して)蛋白質合成を行うことで、tPTファミリー蛋白質の結合したゴム粒子を得ることが好ましい。
なお、リポソームはリン脂質、グリセロ糖脂質、コレステロール等から構成される脂質二重膜として人工的に製造されるため、製造されたリポソームの表面には蛋白質は結合していないのに対して、ゴム産生植物のラテックスから採取されるゴム粒子も脂質膜で覆われた粒子であるが、その膜は天然由来の膜であるため、その表面には植物体内で合成された蛋白質が既に結合している。このことから、蛋白質が結合していないリポソームなどに比べて、既に蛋白質が結合しており、蛋白質で覆われた状態にあるゴム粒子に更に蛋白質を結合させるのは困難であることが予想される。また、ゴム粒子に既に結合している蛋白質が無細胞蛋白合成を阻害することも懸念される。以上のような点から、ゴム粒子共存下での無細胞蛋白合成は実現が困難であると考えられてきた。このような状況下、本発明者らは、これまでに試みられていなかった、tPTファミリー蛋白質の無細胞蛋白合成をゴム粒子の共存下で行ったところ、tPTファミリー蛋白質の結合したゴム粒子を製造することができることを見出した。
上記tPTファミリー蛋白質をコードするmRNAの由来は特に制限されず、微生物由来であっても、動物由来であっても、植物由来であってもよいが、植物由来であることが好ましく、上述した植物由来であることがより好ましく、ゴム産生植物由来であることが更に好ましく、Hevea属、Sonchus属、Taraxacum属、及びParthenium属からなる群より選択される少なくとも1種の属に属する植物由来であることがより更に好ましい。中でも、パラゴムノキ、ノゲシ、グアユール及びロシアンタンポポからなる群より選択される少なくとも1種の植物由来であることが特に好ましく、最も好ましくは、パラゴムノキ由来であることである。
上記その他の蛋白質をコードするmRNAとしては、翻訳されてその他の蛋白質を発現することができるものを用いることができる。なお、その他の蛋白質としては、上述したものと同様のものを挙げることができる。
なお、上記特開2005−218357号公報に記載された方法で調製された胚芽抽出物には蛋白質合成反応に必要とされる量のtRNAが含まれているため、当該方法により調製された胚芽抽出物を無細胞蛋白合成溶液に用いる場合には、別途調製したtRNAを追加することは必須要件ではない。すなわち、無細胞蛋白合成溶液には、必要に応じてtRNAを追加すればよい。
また、無細胞蛋白合成溶液と共存させるゴム粒子の濃度は、5〜50g/Lであることが好ましい。すなわち、無細胞蛋白合成溶液1Lに対してゴム粒子を5〜50g共存させることが好ましい。無細胞蛋白合成溶液と共存させるゴム粒子の濃度が5g/L未満であると、合成されたtPTファミリー蛋白質が結合したゴム粒子を回収するために、超遠心分離等による分離処理を行った際に、ゴム層が形成されず、合成されたtPTファミリー蛋白質が結合したゴム粒子を回収することが困難になる場合がある。一方、無細胞蛋白合成溶液と共存させるゴム粒子の濃度が50g/Lを超えると、ゴム粒子同士が凝集し、合成されたtPTファミリー蛋白質がうまくゴム粒子に結合できなくなるおそれがある。上記ゴム粒子の濃度としてより好ましくは10〜40g/L、更に好ましくは15〜35g/L、特に好ましくは15〜30g/Lである。
これら界面活性剤は、単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
これらの中でも、ポリオキシアルキレンエーテル系の非イオン性界面活性剤、多価アルコール脂肪酸エステル系の非イオン性界面活性剤が好ましい。
上記多価アルコール脂肪酸エステル系の非イオン性界面活性剤としては、例えば、炭素数2〜12の多価アルコールの脂肪酸エステル又はポリオキシアルキレン多価アルコールの脂肪酸エステル等が挙げられる。より具体的には、例えば、ソルビトール脂肪酸エステル、ソルビタン脂肪酸エステル、グリセリン脂肪酸エステル、ポリグリセリン脂肪酸エステル、ペンタエリトリトール脂肪酸エステル等が挙げられる。また、これらのポリアルキレンオキサイド付加物(例えば、ポリオキシアルキレンソルビタン脂肪酸エステル、ポリオキシアルキレングリセリン脂肪酸エステル等)も使用可能である。これらの中でも、ソルビタン脂肪酸エステルが好適に使用される。
上記糖脂肪酸エステル系の非イオン性界面活性剤としては、例えば、ショ糖、グルコース、マルトース、フルクトース、多糖類の脂肪酸エステル等が挙げられ、これらのポリアルキレンオキサイド付加物も使用可能である。
上記アルキルポリグリコシド系の非イオン性界面活性剤としては、グリコシドとしてグルコース、マルトース、フルクトース、ショ糖などが挙げられ、例えば、アルキルグルコシド、アルキルポリグルコシド、ポリオキシアルキレンアルキルグルコシド、ポリオキシアルキレンアルキルポリグルコシドなどが挙げられ、これらの脂肪酸エステル類も挙げられる。また、これらすべてのポリアルキレンオキサイド付加物も使用可能である。
特に、前記の両性イオン界面活性剤が一分子中に+と−の両電荷を有することが好ましく、前記の酸基の酸解離定数(pKa)が、5以下であることが好ましく、4以下であることがより好ましく、3以下であることが更に好ましい。
なお、上記mRNAの添加時間、添加回数、添加量等は特に制限されず、適宜設定することができる。
また、遠心分離処理温度としては、ゴム粒子に結合したtPTファミリー蛋白質のタンパク活性を維持するという観点から、0〜10℃が好ましく、2〜8℃がより好ましく、4℃が特に好ましい。
すなわち、トランス型ポリイソプレノイドを合成する方法であって、該方法は、生体外(例えば、反応槽(試験管、プラントなど)内)で、トランス型プレニルトランスフェラーゼ(tPT)ファミリー蛋白質をコードする遺伝子を発現させた蛋白質を、ゴム粒子に結合させる結合工程を含むトランス型ポリイソプレノイドを合成する方法もまた、第1の本発明の1つである。
なお、生体外で、トランス型プレニルトランスフェラーゼ(tPT)ファミリー蛋白質をコードする遺伝子を発現させた蛋白質を、ゴム粒子に結合させる結合工程については、上述したとおりである。
第1の本発明のゴム製品の製造方法は、上記第1の本発明のトランス型ポリイソプレノイドの製造方法により得られたトランス型ポリイソプレノイドと、添加剤とを混練して混練物を得る混練工程、上記混練物から生ゴム製品を成形する生ゴム製品成形工程、及び上記生ゴム製品を加硫する加硫工程を含むゴム製品の製造方法である。
混練工程では、上記トランス型ポリイソプレノイドの製造方法により得られたトランス型ポリイソプレノイドと、添加剤とを混練して混練物を得る。
生ゴム製品成形工程では、混練工程により得られた混練物から生ゴム製品(タイヤの場合は生タイヤ)を成形する。
生ゴム製品の成形方法としては特に限定されず、生ゴム製品の成形に用いられる方法を適宜適用すればよい。例えば、ゴム製品が空気入りタイヤの場合、混練工程により得られた混練物を、各タイヤ部材の形状に合わせて押し出し加工し、タイヤ成型機上にて通常の方法にて成形し、各タイヤ部材を貼り合わせ、生タイヤ(未加硫タイヤ)を成形すればよい。
加硫工程では、生ゴム製品成形工程により得られた生ゴム製品を加硫することにより、ゴム製品が得られる。
生ゴム製品を加硫する方法としては特に限定されず、生ゴム製品の加硫に用いられる方法を適宜適用すればよい。例えば、ゴム製品が空気入りタイヤの場合、生ゴム製品成形工程により得られた生タイヤ(未加硫タイヤ)を加硫機中で加熱加圧して加硫することにより空気入りタイヤが得られる。
(ベクター)
第2の本発明のベクターは、乳管特異的に遺伝子を発現させるプロモーター活性を有するプロモーターに、トランス型プレニルトランスフェラーゼ(tPT)ファミリー蛋白質をコードする遺伝子を機能的に連結させた塩基配列を含むベクターである。このようなベクターを植物に導入して形質転換を行うことにより、当該ベクターに含まれる、トランス型ポリイソプレノイド生合成に関わる蛋白質をコードする遺伝子が乳管特異的に発現し、当該植物におけるトランス型イソプレノイド、トランス型ポリイソプレノイドの生産量を向上させることが可能となる。これは、乳液の生産性向上のために導入した外来遺伝子の発現が乳管以外の部位で促進されると、植物体の代謝や乳液の生産に負荷がかかり、悪影響を及ぼすためと推測される。
Small Rubber Particle Protein(SRPP)は、パラゴムノキ(Hevea brasiliensis)等のゴム産生植物のラテックスに存在するゴム粒子に結合するゴム粒子結合蛋白質のことである。
Hevein2.1(HEV2.1)は、パラゴムノキ(Hevea brasiliensis)等のゴム産生植物の乳管細胞に多く発現している蛋白質のことであり、ゴム粒子の凝集に関与し、抗真菌活性を有するものである。
また、MYC1 transcription factor(MYC1)は、パラゴムノキ(Hevea brasiliensis)等のゴム産生植物のラテックスで多く発現している、ジャスモン酸シグナルに関わる転写因子のことである。ここで、transcription factor(転写因子)とは、遺伝子の転写量を増加若しくは減少(好ましくは増加)させる活性を有する蛋白質を意味する。すなわち、本明細書において、MYC1は、ジャスモン酸シグナルに関わる蛋白質のうち少なくとも1種の蛋白質をコードする遺伝子の転写量を増加若しくは減少(好ましくは増加)させる活性(転写因子活性)を有する蛋白質のことである。
上記REFをコードする遺伝子のプロモーターは、その由来は特に制限されないが、上述した植物由来であることが好ましく、ゴム産生植物由来であることがより好ましく、Hevea属、Sonchus属、Taraxacum属、及びParthenium属からなる群より選択される少なくとも1種の属に属する植物由来であることが更に好ましい。中でも、パラゴムノキ、ノゲシ、グアユール及びロシアンタンポポからなる群より選択される少なくとも1種の植物由来であることがより更に好ましく、特に好ましくは、パラゴムノキ由来であることである。
[A1]配列番号10で表される塩基配列からなるDNA
[A2]配列番号10で表される塩基配列と相補的な塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつ乳管特異的に遺伝子を発現させるプロモーター活性を有するDNA
[A3]配列番号10で表される塩基配列と60%以上の配列同一性を有する塩基配列からなり、かつ乳管特異的に遺伝子を発現させるプロモーター活性を有するDNA
上記SRPPをコードする遺伝子のプロモーターは、その由来は特に制限されないが、上述した植物由来であることが好ましく、ゴム産生植物由来であることがより好ましく、Hevea属、Sonchus属、Taraxacum属、及びParthenium属からなる群より選択される少なくとも1種の属に属する植物由来であることが更に好ましい。中でも、パラゴムノキ、ノゲシ、グアユール及びロシアンタンポポからなる群より選択される少なくとも1種の植物由来であることがより更に好ましく、特に好ましくは、パラゴムノキ由来であることである。
[B1]配列番号11で表される塩基配列からなるDNA
[B2]配列番号11で表される塩基配列と相補的な塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつ乳管特異的に遺伝子を発現させるプロモーター活性を有するDNA
[B3]配列番号11で表される塩基配列と60%以上の配列同一性を有する塩基配列からなり、かつ乳管特異的に遺伝子を発現させるプロモーター活性を有するDNA
上記HEV2.1をコードする遺伝子のプロモーターは、その由来は特に制限されないが、上述した植物由来であることが好ましく、ゴム産生植物由来であることがより好ましく、Hevea属、Sonchus属、Taraxacum属、及びParthenium属からなる群より選択される少なくとも1種の属に属する植物由来であることが更に好ましい。中でも、パラゴムノキ、ノゲシ、グアユール及びロシアンタンポポからなる群より選択される少なくとも1種の植物由来であることがより更に好ましく、特に好ましくは、パラゴムノキ由来であることである。
[C1]配列番号12で表される塩基配列からなるDNA
[C2]配列番号12で表される塩基配列と相補的な塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつ乳管特異的に遺伝子を発現させるプロモーター活性を有するDNA
[C3]配列番号12で表される塩基配列と60%以上の配列同一性を有する塩基配列からなり、かつ乳管特異的に遺伝子を発現させるプロモーター活性を有するDNA
上記MYC1をコードする遺伝子のプロモーターは、その由来は特に制限されないが、上述した植物由来であることが好ましく、ゴム産生植物由来であることがより好ましく、Hevea属、Sonchus属、Taraxacum属、及びParthenium属からなる群より選択される少なくとも1種の属に属する植物由来であることが更に好ましい。中でも、パラゴムノキ、ノゲシ、グアユール及びロシアンタンポポからなる群より選択される少なくとも1種の植物由来であることがより更に好ましく、特に好ましくは、パラゴムノキ由来であることである。
[D1]配列番号13で表される塩基配列からなるDNA
[D2]配列番号13で表される塩基配列と相補的な塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつ乳管特異的に遺伝子を発現させるプロモーター活性を有するDNA
[D3]配列番号13で表される塩基配列と60%以上の配列同一性を有する塩基配列からなり、かつ乳管特異的に遺伝子を発現させるプロモーター活性を有するDNA
なお更には、第2の本発明のベクターを、上記DNAを導入する方法などにより、微生物、酵母、動物細胞、昆虫細胞等の、生物体、生物体の一部、器官、組織や培養細胞、スフェロプラスト、プロトプラストなどに導入することによって、トランス型イソプレノイド、トランス型ポリイソプレノイドを生産することも可能である。
第2の本発明のゴム製品の製造方法は、上記第2の本発明のベクターを植物に導入することにより得られる形質転換植物から得られるトランス型ポリイソプレノイドと、添加剤とを混練して混練物を得る混練工程、上記混練物から生ゴム製品を成形する生ゴム製品成形工程、及び上記生ゴム製品を加硫する加硫工程を含むゴム製品の製造方法である。
混練工程では、上記第2の本発明のベクターを植物に導入することにより得られる形質転換植物から得られるトランス型ポリイソプレノイドと、添加剤とを混練して混練物を得る。
なお、上記形質転換植物からのラテックスの採取方法は特に制限されず、通常行われる方法を採用することができるが、例えば、植物の幹を傷つけてにじみ出る乳液を回収したり(タッピング)、根など形質転換植物の一部を切断し、切断した部分からにじみ出る乳液を回収したり、切断した組織を粉砕し、有機溶媒を用いて抽出して採取したりすることができる。
上記採取されたラテックスは、固化工程に供される。固化する方法としては、特に限定されず、エタノール、メタノール、アセトン等のトランス型ポリイソプレノイド(トランスゴム)を溶解しない溶媒にラテックスを添加する方法やラテックスに酸を添加する方法等が挙げられる。固化工程を行うことにより、ラテックスからゴムを固形分として回収できる。得られたゴムは、必要に応じて乾燥してから使用すればよい。
生ゴム製品成形工程では、第1の本発明において上述した工程と同様である。
加硫工程は、第1の本発明において上述した工程と同様である。
〔HeveaラテックスからのTotal RNA抽出〕
パラゴムノキのラテックスからホットフェノール法により、Total RNAを抽出した。ラテックス6mLに100mM酢酸ナトリウム緩衝液6mL、10%SDS溶液1mLを添加し、さらに65℃で予温しておいた水飽和フェノールを12mL添加した。65℃で5分間インキュベートしたのち、ボルテックスで撹拌し、室温、7000rpmで10分間遠心分離を行った。遠心後、上清を新しいチューブに移し、フェノール:クロロホルム(1:1)溶液12mLを添加し、2分間振盪撹拌した。撹拌後、再度、室温、7000rpmで10分間遠心分離を行った後、上清を新しいチューブに移し、クロロホルム:イソアミルアルコール(24:1)溶液12mLを添加し、2分間振盪撹拌した。撹拌後、再度、室温、7000rpmで10分間遠心分離を行った後、上清を新しいチューブに移し、3M酢酸ナトリウム溶液1.2mLとイソプロパノール13mLを添加し、ボルテックスで撹拌した。Total RNAを沈殿させるために、−20℃で30分間インキュベートした。インキュベート後、4℃、15000rpmで10分間遠心し、上清を取除くことでTotal RNAの沈殿を回収した。回収したTotal RNAは70%エタノールで2度洗浄したのち、RNase freeの水で溶解させた。
回収したTotal RNAをもとに、cDNAを合成した。cDNAの合成はPrimeScript II 1st strand cDNA Synthesis Kit(Takara)の説明書に従って行った。
作製した1st strand cDNAを鋳型にtPT遺伝子の取得を行った。PCRはKOD−plus−Neo(TOYOBO社製)を使用し、説明書に従って行った。PCRは、98℃で10秒、58℃で30秒、68℃で1分を1サイクルとして、35サイクル行った。
tPT遺伝子の取得は、プライマーとして、
プライマー1:5’− ctgtattttcagggcggatatgtttcttcgaccaaggcc−3’
プライマー2:5’− caaaactagtgcggccgcgctaatcaatccgttcgagattg−3’
を使用した。
上記取得したDNA断片にdA付加を行った後、pGEM−T Easy Vector System(Promega)を利用してpGEM−T Easy Vectorに挿入し、pGEM−HbSDSを作製した。
上記作製したVectorを用いて大腸菌DH5αの形質転換を行い、形質転換体はアンピシリンとX−galを含むLB寒天培地上で培養し、青/白スクリーニング法によって目的遺伝子を導入した大腸菌の選別を行った。
目的遺伝子を含むプラスミドで形質転換された大腸菌は、LB液体培地上で37℃で一晩培養したのち、菌体を回収し、プラスミドの回収を行った。プラスミドの回収はFast Geneプラスミドミニキット(日本ジェネティクス社製)を使用した。
回収したプラスミドに挿入された遺伝子の塩基配列に変異がないことをシークエンス解析により確認した。
上記〔ベクターの構築〕で獲得したpGEM−HbSDSを制限酵素BstZ Iで処理したのち、HbSDS断片を回収した。それをEcoR IとKpn Iで制限酵素処理した無細胞発現用ベクターpEU−E01−His−TEV−MCS−N2と混合し、in vitro相同組換え反応により連結することで、pEU−His−N2−HbSDSを作製した。
上記作製したVectorを用いて大腸菌DH5αの形質転換を行い、形質転換体はアンピシリンとX−galを含むLB寒天培地上で培養し、コロニーPCRによって目的遺伝子を導入した大腸菌の選別を行った。
目的遺伝子を含むプラスミドで形質転換された大腸菌は、LB液体培地上で37℃で一晩培養したのち、菌体を回収し、プラスミドの回収を行った。プラスミドの回収はFast Geneプラスミドミニキット(日本ジェネティクス社製)を使用した。
ゴム粒子は、5段階の遠心分離によってHeveaラテックスから調製した。Heveaラテックス900mLに、20mMのジチオスレイトール(DTT)を含む1M Tris緩衝液(pH7.5)100mLを添加し、ラテックス溶液を調製した。得られたラテックス溶液を、1000×g、2000×g、8000×g、20000×g、50000×gの異なる遠心速度で段階的に遠心分離した。遠心分離はいずれも4℃、45分で行った。50000×gでの遠心分離で残ったゴム粒子層に、3−[(3−コラミドプロピル)ジメチルアミノ]−プロパンスルホン酸(CHAPS)を終濃度0.1〜2.0×CMC(臨界ミセル濃度CMCの0.1〜2.0倍)になるように加え、ゴム粒子を洗浄した。洗浄処理後、洗浄されたゴム粒子を超遠心分離(40000×g、4℃、45分)によって回収し、等量の2mMのジチオスレイトール(DTT)を含む100M Tris緩衝液(pH7.5)に再懸濁した。
無細胞蛋白合成は、WEPRO7240H Expression kit((株)セルフリーサイエンス製)を使用して行った。上記〔無細胞蛋白合成法用ベクターの作製〕で獲得したベクターを鋳型に、WEPRO7240H Expression kitのプロトコルに従って、mRNAの転写反応を行った。
転写反応後、得られたmRNAはエタノール沈殿により精製した。
透析カップ(MWCO 12000)(Bio−Teck社製)中に、以下の量をそれぞれ添加した。WEPRO7240H Expression kitのプロトコルに従って全量60μLで反応溶液を調整した。反応溶液にゴム粒子を1〜2mg添加した。さらに、PP容器No.2(マルエム容器)にSUB−AMIX 650μLを添加した。
透析カップをPP容器No.2にはめ、26℃で蛋白合成反応を開始した。反応開始から2度のmRNAの追加と透析外液(SUB−AMIX)の交換を行った。反応は24時間行った。透析法を行っている様子の概略図を図3に示す。
透析カップの溶液を新しい1.5μLチューブに移し、反応後のゴム粒子を超遠心分離(40000×g、4℃、45分)によって回収し、等量の2mMのジチオスレイトール(DTT)を含む100M Tris緩衝液(pH7.5)に再懸濁した。
回収した反応後のゴム粒子のゴム合成活性を以下の方法により測定した。
まず、50mM Tris−HCl(pH7.5)、2mM DTT、5mM MgCl2、15μM ファルネシル二リン酸(FPP)、100μM 1−14Cイソペンテニル二リン酸([1−14C]IPP)(比活性:5Ci/mol)、10μL ゴム粒子溶液を混合した反応溶液(Total 100μL)を調製し、30℃で16時間反応させた。
反応後、飽和NaClを200μL加え、1mLのジエチルエーテルでイソペンテノールなどを抽出した。次に、水相のポリプレニル二リン酸を1mLの食塩水飽和BuOHで抽出し、その後さらに、水相の超長鎖ポリイソプレノイド(トランス−1,4−ポリイソプレン)を1mLのトルエン/ヘキサン(1:1)で抽出し、放射活性を計測した。各層の放射活性は液体シンチレーションカウンターで14Cのカウントを計測した。放射活性(dpm)が高いほど、超長鎖ポリイソプレノイド(トランス−1,4−ポリイソプレン)が多く生産されており、ゴム合成活性が高いことを示す。
結果を表1に示す。なお、表1には、後述するゴム粒子に何も結合させない形態である比較例1における放射活性からの差分を「ゴム合成活性差(dpm)」として示している。
上記合成した超長鎖ポリイソプレノイド(トランス−1,4−ポリイソプレン)の分子量分布を下記の条件でRadio HPLCにより測定した。結果を図4に示す。
HPLCシステム:GILSON社製
カラム:TOSOH社製のTSKguardcolumn MP(XL),TSKgel Multipore HXL−M(2本)
カラム温度:40℃
溶媒:Merck社製のTHF
流速:1ml/分
UV検出:215nm
RI検出:Ramona Star(Raytest GmbH)
〔ゴム粒子の調製〕
実施例1と同様にして行った。
無細胞蛋白合成は、WEPRO7240H Expression kit((株)セルフリーサイエンス製)を使用して行った。無細胞発現用ベクターpEU−E01−His−TEV−MCS−N2を鋳型に、WEPRO7240H Expression kitのプロトコルに従って、mRNAの転写反応を行った。
転写反応後、得られたmRNAはエタノール沈殿により精製した。
上記mRNAを用いた以外は、実施例1と同様にして行った。
実施例1と同様にして反応後のゴム粒子を回収し、等量の2mMのジチオスレイトール(DTT)を含む100M Tris緩衝液(pH7.5)に再懸濁した。
回収した反応後のゴム粒子のゴム合成活性を、実施例1と同様にして測定した。
結果を表1に示す。
〔cDNAからCPT遺伝子の取得〕
実施例1の〔Total RNAからcDNAの合成〕で作製した1st strand cDNAを鋳型にCPT遺伝子の取得を行った。PCRはKOD−plus−Neo(TOYOBO社製)を使用し、説明書に従って行った。PCRは、98℃で10秒、58℃で30秒、68℃で1分を1サイクルとして、35サイクル行った。
CPT遺伝子の取得は、プライマーとして、
プライマー3:5’− tttggatccgatggaattatacaacggtgagagg−3’
プライマー4:5’− tttgcggccgcttattttaagtattccttatgtttctcc−3’
を使用した。
上記取得したDNA断片にdA付加を行った後、pGEM−T Easy Vector System(Promega)を利用してpGEM−T Easy Vectorに挿入し、pGEM−HRT1を作製した。
上記作製したVectorを用いて、実施例1と同様にして行った。
実施例1と同様にして行った。
上記〔ベクターの構築〕で獲得したpGEM−HRT1を制限酵素Bam HIとNot Iで処理したのち、同様にBam HIとNot Iで制限酵素処理した無細胞発現用ベクターpEU−E01−His−TEV−MCS−N2に挿入し、pEU−His−N2−HRT1を作製した。
上記作製したVectorを用いて、実施例1と同様にして行った。
実施例1と同様にして行った。
実施例1と同様にして行った。
無細胞蛋白合成は、WEPRO7240H Expression kit((株)セルフリーサイエンス製)を使用して行った。上記〔無細胞蛋白合成法用ベクターの作製〕で獲得したベクターpEU−His−N2−HRT1を鋳型に、WEPRO7240H Expression kitのプロトコルに従って、mRNAの転写反応を行った。
転写反応後、得られたmRNAはエタノール沈殿により精製した。
上記mRNAを用いた以外は、実施例1と同様にして行った。
実施例1と同様にして反応後のゴム粒子を回収し、等量の2mMのジチオスレイトール(DTT)を含む100M Tris緩衝液(pH7.5)に再懸濁した。
回収した反応後のゴム粒子のゴム合成活性を、実施例1と同様にして測定した。
結果を表1に示す。
上記〔反応後のゴム粒子のゴム合成活性の測定〕で合成した超長鎖ポリイソプレノイドの分子量分布を、実施例1と同様にして測定した。結果を図4に示す。
図5で示される種々の生物由来のtPTファミリー蛋白質のマルチプルシーケンスアライメントを行い、保存性の高い配列部分(保存領域)を検索した。保存領域周辺のアライメントの結果を図5に示す。
なお、マルチプルシーケンスアライメントは、Genetyx Ver.11と呼ばれるソフトを用いて行った。
EuFPPS(Eucommia ulmoides TPT)は、配列番号4で示されるトチュウ由来のEuFPPSの90位から149位、及び、225位から283位を抜粋したものである。
HbFPPS(HeveaTPT)は、配列番号5で示されるパラゴムノキ由来のHbFPPSの84位から143位、及び、219位から277位を抜粋したものである。
Coq1p(YeastTPT)は、配列番号6で示される酵母由来のTPTの82位から135位、及び、249位から307位を抜粋したものである。
AtSDS1(ArabiTPT)は、配列番号7で示されるシロイヌナズナ由来のAtSDS1の162位から215位、及び、285位から343位を抜粋したものである。
HbSDS(HeveaTPT)は、配列番号2で示されるパラゴムノキ由来のHbSDSの174位から227位、及び、297位から355位を抜粋したものである。
HsTPT(HumanTPT)は、配列番号8で示されるヒト由来のHsTPTの132位から185位、及び、255位から313位を抜粋したものである。
MmTPT(MouseTPT)は、配列番号9で示されるマウス由来のMmTPTの92位から145位、及び、215位から273位を抜粋したものである。
配列番号2で示されるパラゴムノキ由来のHbSDSにおいて183位から187位に相当する囲みAの保存領域は、配列番号3で示される酵母由来のFPPSでは100位から104位に相当し、
配列番号4で示されるトチュウ由来のEuFPPSでは99位から103位に相当し、
配列番号5で示されるパラゴムノキ由来のHbFPPSでは93位から97位に相当し、
配列番号6で示される酵母由来のTPTでは91位から95位に相当し、
配列番号7で示されるシロイヌナズナ由来のAtSDS1では171位から175位に相当し、
配列番号8で示されるヒト由来のHsTPTでは141位から145位に相当し、
配列番号9で示されるマウス由来のMmTPTでは101位から105位に相当する。
配列番号4で示されるトチュウ由来のEuFPPSでは238位から242位に相当し、
配列番号5で示されるパラゴムノキ由来のHbFPPSでは232位から236位に相当し、
配列番号6で示される酵母由来のTPTでは262位から266位に相当し、
配列番号7で示されるシロイヌナズナ由来のAtSDS1では298位から302位に相当し、
配列番号8で示されるヒト由来のHsTPTでは268位から272位に相当し、
配列番号9で示されるマウス由来のMmTPTでは228位から232位に相当する。
配列番号1:パラゴムノキ由来のHbSDSをコードする遺伝子の塩基配列
配列番号2:パラゴムノキ由来のHbSDSのアミノ酸配列
配列番号3:酵母由来のFPPSのアミノ酸配列
配列番号4:トチュウ由来のEuFPPSのアミノ酸配列
配列番号5:パラゴムノキ由来のHbFPPSのアミノ酸配列
配列番号6:酵母由来のTPTのアミノ酸配列
配列番号7:シロイヌナズナ由来のAtSDS1のアミノ酸配列
配列番号8:ヒト由来のHsTPTのアミノ酸配列
配列番号9:マウス由来のMmTPTのアミノ酸配列
配列番号10:パラゴムノキ由来のRubber Elongation Factorをコードする遺伝子のプロモーターの塩基配列
配列番号11:パラゴムノキ由来のSmall Rubber ParticleProteinをコードする遺伝子のプロモーターの塩基配列
配列番号12:パラゴムノキ由来のHevien2.1をコードする遺伝子のプロモーターの塩基配列
配列番号13:パラゴムノキ由来のMYC1 transcription factorをコードする遺伝子のプロモーターの塩基配列
配列番号14:プライマー1
配列番号15:プライマー2
配列番号16:プライマー3
配列番号17:プライマー4
配列番号18:パラゴムノキ由来のHRT1をコードする遺伝子の塩基配列
配列番号19:パラゴムノキ由来のHRT1のアミノ酸配列
Claims (17)
- 生体外で、トランス型プレニルトランスフェラーゼ(tPT)ファミリー蛋白質をコードする遺伝子を発現させた蛋白質をゴム粒子に結合させる結合工程を含むトランス型ポリイソプレノイドの製造方法。
- 前記トランス型プレニルトランスフェラーゼ(tPT)ファミリー蛋白質は、配列番号2で示されるパラゴムノキ由来のHbSDSにおける183位から187位、及びこれに相当する位置のアミノ酸配列が、以下のアミノ酸配列(A1):
DDX1X2D (A1)
(上記アミノ酸配列(A1)中、X1及びX2は同一又は異なって任意のアミノ酸残基を表す。)、又は、以下のアミノ酸配列(A2):
DDX1X2X3X4D (A2)
(上記アミノ酸配列(A2)中、X1、X2、X3、及びX4は同一又は異なって任意のアミノ酸残基を表す。)であり、かつ、配列番号2で示されるパラゴムノキ由来のHbSDSにおける310位から314位、及びこれに相当する位置のアミノ酸配列が、以下のアミノ酸配列(B):
DDX11X12D (B)
(上記アミノ酸配列(B)中、X11及びX12は同一又は異なって任意のアミノ酸残基を表す。)である請求項1記載のトランス型ポリイソプレノイドの製造方法。 - 前記トランス型プレニルトランスフェラーゼ(tPT)ファミリー蛋白質をコードする遺伝子が、植物由来である請求項1又は2記載のトランス型ポリイソプレノイドの製造方法。
- 前記トランス型プレニルトランスフェラーゼ(tPT)ファミリー蛋白質をコードする遺伝子が、ゴム産生植物由来である請求項3記載のトランス型ポリイソプレノイドの製造方法。
- 前記トランス型プレニルトランスフェラーゼ(tPT)ファミリー蛋白質をコードする遺伝子が、パラゴムノキ由来である請求項4記載のトランス型ポリイソプレノイドの製造方法。
- 前記結合工程が、トランス型プレニルトランスフェラーゼ(tPT)ファミリー蛋白質をコードするmRNAを含む無細胞蛋白合成溶液とゴム粒子とを共存させて蛋白質合成を行い、ゴム粒子に、tPTファミリー蛋白質を結合させる工程である請求項1〜5のいずれかに記載のトランス型ポリイソプレノイドの製造方法。
- 前記無細胞蛋白合成溶液が、胚芽抽出物を含む請求項6記載のトランス型ポリイソプレノイドの製造方法。
- 前記胚芽抽出物が、小麦由来である請求項7記載のトランス型ポリイソプレノイドの製造方法。
- 前記無細胞蛋白合成溶液と共存させるゴム粒子の濃度が、5〜50g/Lである請求項6〜8のいずれかに記載のトランス型ポリイソプレノイドの製造方法。
- 請求項1〜9のいずれかに記載のトランス型ポリイソプレノイドの製造方法により得られたトランス型ポリイソプレノイドと、添加剤とを混練して混練物を得る混練工程、前記混練物から生タイヤを成形する生タイヤ成形工程、及び前記生タイヤを加硫する加硫工程を含む空気入りタイヤの製造方法。
- 請求項1〜9のいずれかに記載のトランス型ポリイソプレノイドの製造方法により得られたトランス型ポリイソプレノイドと、添加剤とを混練して混練物を得る混練工程、前記混練物から生ゴム製品を成形する生ゴム製品成形工程、及び前記生ゴム製品を加硫する加硫工程を含むゴム製品の製造方法。
- 乳管特異的に遺伝子を発現させるプロモーター活性を有するプロモーター、及び、該プロモーターに機能的に連結されたトランス型プレニルトランスフェラーゼ(tPT)ファミリー蛋白質をコードする遺伝子を含むベクター。
- 前記乳管特異的に遺伝子を発現させるプロモーター活性を有するプロモーターが、Rubber Elongation Factor(REF)をコードする遺伝子のプロモーター、Small Rubber Particle Protein(SRPP)をコードする遺伝子のプロモーター、Hevein2.1(HEV2.1)をコードする遺伝子のプロモーター、及び、MYC1 transcription factor(MYC1)をコードする遺伝子のプロモーターからなる群より選択される少なくとも1種である請求項12記載のベクター。
- 請求項12又は13記載のベクターが導入された形質転換植物。
- 請求項12又は13記載のベクターを植物に導入することにより、該植物におけるトランス型ポリイソプレノイドの生産量を向上させる方法。
- 請求項12又は13記載のベクターを植物に導入することにより得られる形質転換植物から得られるトランス型ポリイソプレノイドと、添加剤とを混練して混練物を得る混練工程、前記混練物から生タイヤを成形する生タイヤ成形工程、及び前記生タイヤを加硫する加硫工程を含む空気入りタイヤの製造方法。
- 請求項12又は13記載のベクターを植物に導入することにより得られる形質転換植物から得られるトランス型ポリイソプレノイドと、添加剤とを混練して混練物を得る混練工程、前記混練物から生ゴム製品を成形する生ゴム製品成形工程、及び前記生ゴム製品を加硫する加硫工程を含むゴム製品の製造方法。
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