JP2020031550A - Expression systems and recombinant cells - Google Patents

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Abstract

To provide novel, inducible protein expression systems.SOLUTION: Disclosed herein is an expression system comprising a first double-stranded DNA fragment comprising a first expression cassette and a second expression cassette, a second double-stranded DNA fragment comprising a third expression cassette, where the first expression cassette comprises a first promoter and a nucleic acid encoding a first repressor protein under the regulation of the first promoter, the second expression cassette comprises a second promoter, one or more of a first operator, and a nucleic acid encoding an RNA polymerase under the regulation of the second promoter, and the third expression cassette comprises a third promoter and a nucleic acid encoding a protein of interest under the regulation of the third promoter.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は目的タンパク質を発現させるための発現システム及び組換え細胞に関する。   The present invention relates to an expression system for expressing a target protein and a recombinant cell.

人為的に異種タンパク質を大量発現させると、宿主の生育能は著しく損なわれることがある。したがって、培養液あたりのタンパク質生産性を最大化するためには、目的タンパク質を発現させずに細胞を増殖させ、一定の細胞数に達した後に発現のスイッチをオンにする、いわゆる「発現誘導システム」が有効である。   When artificially expressing a large amount of a heterologous protein, the viability of the host may be significantly impaired. Therefore, in order to maximize the protein productivity per culture solution, a so-called “expression induction system” is used in which cells are grown without expressing the target protein and the expression is switched on after reaching a certain number of cells. Is valid.

転写速度等において優れた特徴を有する、T7ファージ由来のRNAポリメラーゼ(以下、「T7RNAポリメラーゼ」という)が実装された発現誘導システムにより、近代のタンパク質関連研究は大きな発展を遂げてきた。T7RNAポリメラーゼを用いた発現誘導システムには、環境中のラクトースに応答してタンパク質の生産を制御するlacI遺伝子が利用されている。つまり、培養液にラクトース又はラクトースアナログであるイソプロピル−β−チオガラクトピラノシド(以下IPTG)を加えることにより、宿主細胞を増殖フェイズから生産フェイズに切り替えることが可能である(非特許文献1、非特許文献2)。   Modern protein-related research has been greatly advanced by an expression induction system equipped with a T7 phage-derived RNA polymerase (hereinafter, referred to as “T7 RNA polymerase”) having excellent characteristics in transcription rate and the like. The expression induction system using T7 RNA polymerase utilizes a lacI gene that controls protein production in response to lactose in the environment. That is, by adding lactose or lactose analog isopropyl-β-thiogalactopyranoside (hereinafter IPTG) to the culture solution, the host cell can be switched from the growth phase to the production phase (Non-Patent Document 1, Non-patent document 2).

F.W.Studier,B.A.Moffatt, Use of bacteriophage T7 RNA polymerase to direct selective high−level expression of cloned genes,J.Mol.Biol.189(1986)113−130.F. W. Studier, B .; A. Moffatt, Use of bacteriophase T7 RNA polymerase to direct selective high-level expression of cloned genes, J. et al. Mol. Biol. 189 (1986) 113-130. F.W.Studier,A.H.Rosenberg,J.J.Dunn,J.W.Dubendorff,Use of T7 RNA polymerase to direct expression of cloned genes,Methods Enzymol.185(1990)60−89.F. W. Studier, A .; H. Rosenberg, J .; J. Dunn, J .; W. Dubendorff, Use of T7 RNA polymerase to direct expression of cloned genes, Methods Enzymol. 185 (1990) 60-89.

IPTGは非常に高価であり大量調達の難しい化合物である。そのため、IPTGを別の安価な物質に置き換えることが出来れば、培養を大規模化するにあたり、コスト的に大きな利点がある。したがって、本発明は、新たな誘導性タンパク質発現システムを提供することを目的とする。   IPTG is a very expensive and difficult-to-produce compound. Therefore, if IPTG can be replaced with another inexpensive substance, there is a great cost advantage in increasing the scale of culture. Therefore, an object of the present invention is to provide a new inducible protein expression system.

本発明の一形態に係る発現システムは、第一の発現カセット及び第二の発現カセットを含む第一の2本鎖DNA断片と、第三の発現カセットを含む第二の2本鎖DNA断片と、を含む。第一の発現カセットは、第一のプロモーターと、第一のプロモーターの制御下にあり第一のリプレッサータンパク質をコードする核酸と、を含む。第二の発現カセットは、第二のプロモーターと、1つ以上の第一のオペレーターと、第二のプロモーターの制御下にありRNAポリメラーゼをコードする核酸と、を含む。第三の発現カセットは、第三のプロモーターと、第三のプロモーターの制御下にあり目的タンパク質をコードする核酸と、を含む。第三のプロモーターは上記RNAポリメラーゼにより認識される。第一のリプレッサータンパク質は、マルトースの非存在下で上記1つ以上の第一のオペレーターに結合して、上記RNAポリメラーゼをコードする核酸の転写を抑制するが、マルトースの存在下で上記1つ以上の第一のオペレーターに結合しない。   An expression system according to one aspect of the present invention comprises a first double-stranded DNA fragment containing a first expression cassette and a second expression cassette, and a second double-stranded DNA fragment containing a third expression cassette. ,including. The first expression cassette includes a first promoter and a nucleic acid under the control of the first promoter and encoding a first repressor protein. The second expression cassette includes a second promoter, one or more first operators, and a nucleic acid under the control of the second promoter and encoding an RNA polymerase. The third expression cassette includes a third promoter and a nucleic acid under the control of the third promoter and encoding a protein of interest. The third promoter is recognized by the RNA polymerase. The first repressor protein binds to the one or more first operators in the absence of maltose and represses transcription of the nucleic acid encoding the RNA polymerase, but in the presence of maltose, Do not bind to the above first operator.

第一のリプレッサータンパク質は、MalRタンパク質であってもよい。   The first repressor protein may be a MalR protein.

第一のリプレッサータンパク質をコードする核酸は、配列番号1で示される塩基配列を有してもよい。   The nucleic acid encoding the first repressor protein may have a base sequence represented by SEQ ID NO: 1.

上記1つ以上の第一のオペレーターは、配列番号2で示される塩基配列を有するオペレーターであってもよい。   The one or more first operators may be an operator having a base sequence represented by SEQ ID NO: 2.

第一の発現カセットは、第一のオペレーターを2つ以上含んでもよい。   The first expression cassette may include more than one first operator.

RNAポリメラーゼは、T7RNAポリメラーゼであってもよく、第三のプロモーターはT7プロモーターであってもよい。   The RNA polymerase may be a T7 RNA polymerase and the third promoter may be a T7 promoter.

第二の2本鎖DNA断片は、第四のプロモーターと、第四のプロモーターの制御下にあり第二のリプレッサータンパク質をコードする核酸と、を含む第四の発現カセットをさらに含んでもよい。第三の発現カセットは、1つ以上の第二のオペレーターをさらに含んでもよい。第二のリプレッサータンパク質は、マルトースの非存在下で上記1つ以上の第二のオペレーターに結合して、目的タンパク質をコードする核酸の転写を抑制するが、マルトースの存在下で上記1つ以上の第二のオペレーターに結合しない。   The second double-stranded DNA fragment may further comprise a fourth expression cassette comprising a fourth promoter and a nucleic acid under the control of the fourth promoter and encoding a second repressor protein. The third expression cassette may further include one or more second operators. The second repressor protein binds to the one or more second operators in the absence of maltose and represses transcription of a nucleic acid encoding the protein of interest, but in the presence of maltose, Does not bind to the second operator.

本発明の一形態に係る組換え細胞は、上記タンパク質発現システムを備え、上記RNAポリメラーゼが外来性である。   A recombinant cell according to one aspect of the present invention includes the above protein expression system, and the above RNA polymerase is exogenous.

組換え細胞は大腸菌であってもよい。   The recombinant cell may be E. coli.

組換え細胞は、マルトースを資化できなくもてよい。   Recombinant cells may not be able to utilize maltose.

組換え細胞は、第一の2本鎖DNA断片を染色体DNAに含み、第二の2本鎖DNA断片を染色体外DNAとして含んでもよい。   Recombinant cells may include the first double-stranded DNA fragment in chromosomal DNA and the second double-stranded DNA fragment as extrachromosomal DNA.

染色体外DNAのコピー数は、1〜700であってもよい。   The copy number of the extrachromosomal DNA may be 1 to 700.

本発明の一形態に係る目的タンパク質の製造方法は、マルトース存在下で上記組換え細胞を培養する工程を含む。   The method for producing a target protein according to one aspect of the present invention includes a step of culturing the above-mentioned recombinant cell in the presence of maltose.

本発明によれば、発現誘導にIPTGを必要としない、新たな誘導性タンパク質発現システム及び該発現システムを備える組換え細胞が提供される。   According to the present invention, a novel inducible protein expression system which does not require IPTG for expression induction and a recombinant cell having the expression system are provided.

本発明の一実施形態に係る発現システムの概要を示す模式図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a schematic diagram which shows the outline | summary of the expression system which concerns on one Embodiment of this invention. SSP発現ベクターのベクターマップを示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the vector map of SSP expression vector. SSP発現ベクターのベクターマップを示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the vector map of SSP expression vector. SSP発現ベクターのベクターマップを示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the vector map of SSP expression vector. CRIMプラスミドをバックボーンとする、T7RNAポリメラーゼを含むプラスミドのベクターマップを示す模式図である。FIG. 4 is a schematic diagram showing a vector map of a plasmid containing T7 RNA polymerase, using a CRIM plasmid as a backbone. T7RNAポリメラーゼの発現ベクターのベクターマップを示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the vector map of the expression vector of T7 RNA polymerase. malQ破壊株におけるSDS−PAGEの泳動写真である。It is a migration photograph of SDS-PAGE in a malQ disruption strain. malQを有する株におけるSDS−PAGEの泳動写真である。It is an electrophoresis photograph of SDS-PAGE in a strain having malQ.

[1.発現システム]
本発明の一実施形態に係る発現システムは、マルトースによる誘導下において目的タンパク質を発現させるためのマルトース誘導性タンパク質発現システムである。本発明の一実施形態に係る発現システムの概要を図1に示す。図1に示す発現システムは、第一の発現カセット及び第二の発現カセットを含む第一の2本鎖DNA断片と、第三の発現カセットを含む第二の2本鎖DNA断片と、を含む。第一の発現カセットは、リプレッサータンパク質を発現させるための発現カセットであり、第二の発現カセットはRNAポリメラーゼを発現させるための発現カセットであり、第三の発現カセットは、目的タンパク質を発現させるための発現カセットである。第二の2本鎖DNA断片は、リプレッサータンパク質を発現させるための第四の発現カセットを任意で含む。
[1. Expression system]
The expression system according to one embodiment of the present invention is a maltose-inducible protein expression system for expressing a target protein under induction by maltose. FIG. 1 shows an outline of an expression system according to one embodiment of the present invention. The expression system shown in FIG. 1 includes a first double-stranded DNA fragment containing a first expression cassette and a second expression cassette, and a second double-stranded DNA fragment containing a third expression cassette. . The first expression cassette is an expression cassette for expressing a repressor protein, the second expression cassette is an expression cassette for expressing RNA polymerase, and the third expression cassette is for expressing a target protein. Expression cassette for The second double-stranded DNA fragment optionally contains a fourth expression cassette for expressing the repressor protein.

本明細書において、発現カセットとは、単一のプロモーターと、そのプロモーターの制御下にあり、タンパク質をコードする核酸と、を含み、RNAポリメラーゼによって連続的に転写される2本鎖DNAを意味する。本明細書において、2本鎖DNA断片とは、1つ以上の発現カセットを含む、連続的な線状又は環状の2本鎖DNA断片を意味する。該2本鎖DNA断片は、宿主細胞の染色体DNAに組み込まれる線状DNA断片であってもよく、また、染色体外DNAとして宿主細胞に導入される環状DNA断片であってもよい。本明細書において、核酸は特に明記しない限り2本鎖DNAを意味し、タンパク質をコードする核酸は、タンパク質をコードする遺伝子又はcDNAであってよい。   As used herein, an expression cassette refers to a double-stranded DNA comprising a single promoter and a nucleic acid encoding a protein under the control of the promoter and which is continuously transcribed by an RNA polymerase. . As used herein, a double-stranded DNA fragment refers to a continuous linear or circular double-stranded DNA fragment containing one or more expression cassettes. The double-stranded DNA fragment may be a linear DNA fragment incorporated into the chromosomal DNA of the host cell, or may be a circular DNA fragment introduced into the host cell as extrachromosomal DNA. In the present specification, a nucleic acid means a double-stranded DNA unless otherwise specified, and a nucleic acid encoding a protein may be a gene or cDNA encoding a protein.

本発現システムでは、第二の発現カセットから発現されるRNAポリメラーゼが、第三の発現カセットに含まれる第三のプロモーターを認識し、それによって第三のプロモーターの制御下にあり目的タンパク質をコードする核酸が発現される。第二の発現カセットにおいて、第二のプロモーターの制御下にあるRNAポリメラーゼをコードする核酸の発現は、マルトースの非存在下では、第一の発現カセットから発現される第一のリプレッサータンパク質が1つ以上の第一のオペレーターに結合することによって抑制される。一方、マルトースの存在下では、第一のリプレッサータンパク質が上記1つ以上の第一のオペレーターに結合しないため、RNAポリメラーゼによって目的タンパク質が発現される。すなわち、目的タンパク質の発現はマルトースの添加により誘導される。したがって、マルトースの存在下で本発現システムを備える組換え細胞を培養することで、目的タンパク質を生産することができる。   In the present expression system, the RNA polymerase expressed from the second expression cassette recognizes the third promoter contained in the third expression cassette, and thus is under the control of the third promoter and encodes the target protein The nucleic acid is expressed. In the second expression cassette, the expression of the nucleic acid encoding the RNA polymerase under the control of the second promoter is such that, in the absence of maltose, the first repressor protein expressed from the first expression cassette is 1 Inhibited by binding to one or more first operators. On the other hand, in the presence of maltose, the target protein is expressed by RNA polymerase because the first repressor protein does not bind to the one or more first operators. That is, the expression of the target protein is induced by the addition of maltose. Therefore, the target protein can be produced by culturing a recombinant cell having the present expression system in the presence of maltose.

本実施形態に係る発現システムを宿主細胞において機能させるためには、第二の発現カセットにおけるRNAポリメラーゼをコードする核酸から発現されるRNAポリメラーゼは、宿主細胞にとって外来性のRNAポリメラーゼ(以下、「外来性RNAポリメラーゼ」という。)である必要があり、かつ、第三のプロモーターは上記外来性RNAポリメラーゼにより認識され、内在性RNAポリメラーゼにより認識されないプロモーターである必要がある。仮に、第三のプロモーターが内在性RNAポリメラーゼによっても認識されるプロモーターであると、内在性RNAポリメラーゼによって第三のプロモーターが認識され、第三のプロモーターの制御下にある目的タンパク質をコードする核酸が、マルトースの有無に関わらず発現されてしまうからである。   In order for the expression system according to the present embodiment to function in a host cell, an RNA polymerase expressed from a nucleic acid encoding an RNA polymerase in the second expression cassette must be an RNA polymerase that is exogenous to the host cell (hereinafter referred to as “foreign DNA polymerase”). And the third promoter must be a promoter that is recognized by the exogenous RNA polymerase and not recognized by the endogenous RNA polymerase. If the third promoter is a promoter that is also recognized by endogenous RNA polymerase, the third promoter is recognized by endogenous RNA polymerase, and the nucleic acid encoding the target protein under the control of the third promoter is Is expressed regardless of the presence or absence of maltose.

<第一の2本鎖DNA断片>
第一の2本鎖DNA断片は、リプレッサータンパク質を発現させるための第一の発現カセットと、RNAポリメラーゼを発現させるための第二の発現カセットとを含む。第一の発現カセットは、第一のプロモーターと、第一のリプレッサータンパク質をコードする核酸と、を含む。第二の発現カセットは、第二のプロモーターと、1つ以上の第一のオペレーターと、RNAポリメラーゼをコードする核酸と、を含む。
<First double-stranded DNA fragment>
The first double-stranded DNA fragment contains a first expression cassette for expressing a repressor protein and a second expression cassette for expressing RNA polymerase. The first expression cassette includes a first promoter and a nucleic acid encoding a first repressor protein. The second expression cassette includes a second promoter, one or more first operators, and a nucleic acid encoding an RNA polymerase.

第一のプロモーターとしては、宿主細胞中で機能するものであれば限定されず、例えば、lacIプロモーター、lacUV5プロモーター、tacプロモーター、λPLプロモーター、λPRプロモーター、trpプロモーター、bioBプロモーター、recAプロモーター、strプロモーター、rpoAプロモーター、pBRtetプロモーター、malTプロモーター、leuプロモーター、araBADプロモーター、ompFプロモーター、tyrTプロモーター、ilvMプロモーター、cspAプロモーター、pTEF1プロモーター、pADH1プロモーター、pTPI1プロモーター、pHXT7プロモーター、pTDH3プロモーター、pPGK1プロモーター、pPYK1プロモーター、CMVプロモーター、及びlppプロモーターが挙げられる。第一のプロモーターとしては、宿主細胞中で恒常的に機能するプロモーターが好ましい。宿主細胞が大腸菌の場合、恒常的に機能するプロモーターとしては、lacIプロモーター、tacプロモーター、trpプロモーター、及びlppプロモーターが挙げられる。第一のプロモーターは、第二のプロモーターを制御するリプレッサータンパク質を供給する観点から、発現が過度に強くなく、かつ恒常的に機能するプロモーターであることがより好ましい。通常、微生物が有する、リプレッサータンパク質のプロモーターは、上記の特徴を有しているため、lacIプロモーター等、リプレッサータンパク質を転写するプロモーターがより好ましい。   The first promoter is not limited as long as it functions in a host cell, and examples thereof include a lacI promoter, a lacUV5 promoter, a tac promoter, a λPL promoter, a λPR promoter, a trp promoter, a bioB promoter, a recA promoter, and a str promoter. rpoA promoter, pBRtet promoter, malT promoter, leu promoter, araBAD promoter, ompF promoter, tyrT promoter, ilvM promoter, cspA promoter, pTEF1 promoter, pADH1 promoter, pTPI1 promoter, pHXT7 promoter, pTDH3 promoter, pPGK1 promoter, pVYK1 promoter, CMV promoter ,as well as lpp promoter. As the first promoter, a promoter that functions constantly in a host cell is preferable. When the host cell is Escherichia coli, promoters that function constantly include a lacI promoter, a tac promoter, a trp promoter, and an lpp promoter. From the viewpoint of supplying a repressor protein that controls the second promoter, the first promoter is more preferably a promoter whose expression is not excessively strong and functions constantly. Usually, a promoter of a repressor protein possessed by a microorganism has the above characteristics, and therefore, a promoter that transcribes the repressor protein, such as the lacI promoter, is more preferable.

第一のリプレッサータンパク質(以下、リプレッサータンパク質を「リプレッサー」ともいう。)は、マルトースオペロンにおける転写調節因子であり、第一のリプレッサーとしては、例えば、MalRタンパク質が挙げられる。第一のリプレッサーは、マルトースの非存在下では、後述する1つ以上の第一のオペレーターに結合しており、マルトースの存在下では、第一のオペレーターから解離する。第一のリプレッサーが第一のオペレーターに結合することにより、第一のオペレーターと機能的に連結した第二のプロモーターへのRNAポリメラーゼの結合が妨げられ、該プロモーターの制御下にある核酸の転写が抑制される。第一のリプレッサーをコードする核酸は、配列番号1で示される塩基配列を有するストレプトコッカス・ニューモニエのmalR遺伝子であってよく、該malR遺伝子と85%以上、好ましくは90%以上、さらに好ましくは95%以上の配列同一性を有する塩基配列を有する核酸であってよい。   The first repressor protein (hereinafter, the repressor protein is also referred to as “repressor”) is a transcriptional regulator in the maltose operon, and examples of the first repressor include MalR protein. The first repressor is bound to one or more first operators described below in the absence of maltose, and dissociates from the first operator in the presence of maltose. Binding of the first repressor to the first operator prevents binding of the RNA polymerase to a second promoter operably linked to the first operator, resulting in transcription of a nucleic acid under the control of the promoter. Is suppressed. The nucleic acid encoding the first repressor may be a Streptococcus pneumoniae malR gene having the nucleotide sequence represented by SEQ ID NO: 1, and the malR gene and the malR gene are at least 85%, preferably at least 90%, more preferably at least 95%. It may be a nucleic acid having a base sequence having at least% sequence identity.

第一の発現カセットにおける第一のリプレッサーをコードする核酸は、第一のプロモーターの制御下にあり、宿主細胞中に恒常的に存在するRNAポリメラーゼ(以下、内在性RNAポリメラーゼという。)により構成的に転写される。本明細書において、プロモーターの制御下にある核酸とは、プロモーターの下流にあり、内在性または外来性RNAポリメラーゼが該プロモーターに結合することによりその核酸の転写が開始される、核酸をいう。   The nucleic acid encoding the first repressor in the first expression cassette is under the control of the first promoter, and is constituted by an RNA polymerase (hereinafter, referred to as an endogenous RNA polymerase) that is constantly present in a host cell. Is transcribed. As used herein, a nucleic acid under the control of a promoter refers to a nucleic acid that is downstream of the promoter and whose transcription is initiated by binding of an endogenous or exogenous RNA polymerase to the promoter.

第二のプロモーターとしては、宿主細胞中で機能するものであれば限定されず、第一のプロモーターとして上記に列挙したプロモーターのうち、いずれを使用してもよい。第二のプロモーターの具体例としては、例えば、lacUV5プロモーターが挙げられる。   The second promoter is not limited as long as it functions in the host cell, and any of the above-listed promoters may be used as the first promoter. Specific examples of the second promoter include, for example, a lacUV5 promoter.

オペレーターは、リプレッサーが結合する配列である。第一のオペレーターは、マルトースオペロンにおけるオペレーターであることが好ましく、例えば、配列番号2で示される塩基配列を有するオペレーターであってよい。第二の発現カセットは、1つ以上の第一のオペレーターを含み、第一のリプレッサーによる第一のオペレーターへの結合を容易にするために、好ましくは2つ以上のオペレーター、より好ましくは3つのオペレーターを含む。   An operator is the sequence to which the repressor binds. The first operator is preferably an operator in the maltose operon, and may be, for example, an operator having a base sequence represented by SEQ ID NO: 2. The second expression cassette comprises one or more first operators, preferably two or more operators, more preferably three or more, to facilitate binding to the first operator by the first repressor. Includes two operators.

第一のオペレーターは、第二のプロモーターと機能的に連結している。プロモーターと機能的に連結しているオペレーターとは、特定の位置であって、オペレーターにリプレッサーが結合したときに、該プロモーターへの内在性又は外来性RNAポリメラーゼの結合が妨げられるような位置に、配置されたオペレーターをいう。第一のオペレーターは、転写開始点から、例えば、150bp上流〜450bp下流に一番目の塩基が位置するように配置されてよく、転写開始点から、例えば、106〜119bp上流、1〜14bp下流、又は394〜408bp下流に一番目の塩基が位置するように配置されてよい。各オペレーター間は、約10.5bpの倍数離れていることが好ましい。   The first operator is operably linked to a second promoter. An operator operably linked to a promoter is defined as a position that is such that binding of an endogenous or exogenous RNA polymerase to the promoter is prevented when the repressor binds to the operator. , Means the deployed operator. The first operator may be arranged such that the first base is located, for example, 150 bp upstream to 450 bp downstream from the transcription start point, and, for example, 106 to 119 bp upstream, 1 to 14 bp downstream, Alternatively, they may be arranged such that the first base is located downstream of 394 to 408 bp. Preferably, each operator is separated by a multiple of about 10.5 bp.

RNAポリメラーゼは、所望の宿主細胞にとって外来性RNAポリメラーゼであれば、任意のRNAポリメラーゼであり得る。例えば、宿主細胞が大腸菌の場合、外来性RNAポリメラーゼとしては、例えば、T7RNAポリメラーゼ、T7様RNAポリメラーゼ、等のDNA依存性RNAポリメラーゼ、及びバクテリオファージN4ビリオンRNAポリメラーゼが挙げられる。RNAポリメラーゼは、好ましくはDNA依存性RNAポリメラーゼであり、より好ましくはT7RNAポリメラーゼ又はT7様RNAポリメラーゼであり、さらに好ましくはT7RNAポリメラーゼである。   The RNA polymerase can be any RNA polymerase that is exogenous to the desired host cell. For example, when the host cell is Escherichia coli, the exogenous RNA polymerase includes, for example, DNA-dependent RNA polymerase such as T7 RNA polymerase and T7-like RNA polymerase, and bacteriophage N4 virion RNA polymerase. The RNA polymerase is preferably a DNA-dependent RNA polymerase, more preferably a T7 RNA polymerase or a T7-like RNA polymerase, and still more preferably a T7 RNA polymerase.

T7様RNAポリメラーゼとは、配列番号3で示されるアミノ酸配列と、40%以上、60%以上、70%以上、80%以上、85%以上、90%以上、又は95%以上の配列同一性を有するアミノ酸配列を有するRNAポリメラーゼをいう。T7様RNAポリメラーゼは、後述するT7様プロモーターを特異的に認識する。T7様RNAポリメラーゼの具体例は、T3RNAポリメラーゼ、SP6RNAポリメラーゼ及びその他のT7様RNAポリメラーゼである。その他のT7様RNAポリメラーゼの具体例は、配列番号3で示されるアミノ酸配列を有するRNAポリメラーゼである。   T7-like RNA polymerase has a sequence identity of 40% or more, 60% or more, 70% or more, 80% or more, 85% or more, 90% or more, or 95% or more with the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 3. Refers to an RNA polymerase having an amino acid sequence. T7-like RNA polymerase specifically recognizes a T7-like promoter described below. Specific examples of T7-like RNA polymerases are T3 RNA polymerase, SP6 RNA polymerase and other T7-like RNA polymerases. Another specific example of the T7-like RNA polymerase is an RNA polymerase having an amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 3.

RNAポリメラーゼをコードする核酸は、第二のプロモーターの制御下にあり、マルトースの存在下で、内在性RNAポリメラーゼにより転写される。マルトースの非存在下では、第一のオペレーターに第一のリプレッサーが結合しており、第二のプロモーターに内在性RNAポリメラーゼが結合できないため、RNAポリメラーゼをコードする核酸の転写は抑制される。   The nucleic acid encoding the RNA polymerase is under the control of a second promoter and is transcribed by the endogenous RNA polymerase in the presence of maltose. In the absence of maltose, transcription of the nucleic acid encoding RNA polymerase is suppressed because the first repressor is bound to the first operator and the endogenous RNA polymerase cannot bind to the second promoter.

第一の発現カセット及び第二の発現カセットは、必要に応じてターミネーター、リボソーム結合部位等、遺伝子発現に関与する配列をさらに含むことができる。また、第一の2本鎖DNA断片は、第一の発現カセット及び第二の発現カセットの機能を妨げない限り、抗生物質耐性遺伝子を有する発現カセットなど、他のタンパク質を発現するための発現カセットをさらに含んでいてもよい。   The first expression cassette and the second expression cassette can further contain a sequence involved in gene expression, such as a terminator and a ribosome binding site, if necessary. The first double-stranded DNA fragment may be an expression cassette for expressing another protein, such as an expression cassette having an antibiotic resistance gene, as long as it does not interfere with the functions of the first expression cassette and the second expression cassette. May be further included.

第一の2本鎖DNA断片において、第一の発現カセットと第二の発現カセットとは、それぞれのカセットの転写方向が同一となる向きで連結されていてもよく、逆となる向きで連結されていてもよい。すなわち、第一のリプレッサーをコードする核酸のセンス鎖と、外来性RNAポリメラーゼをコードする核酸のセンス鎖とが、第一の2本鎖DNA断片の2本鎖のうち、同一鎖上にあってもよいし、異なる鎖上にあってもよい。   In the first double-stranded DNA fragment, the first expression cassette and the second expression cassette may be connected in a direction in which the transcription directions of the respective cassettes are the same or may be connected in opposite directions. May be. That is, the sense strand of the nucleic acid encoding the first repressor and the sense strand of the nucleic acid encoding the exogenous RNA polymerase are on the same strand among the two strands of the first double-stranded DNA fragment. Or on different chains.

<第二の2本鎖DNA断片>
第二の2本鎖DNA断片は、目的タンパク質を発現させるための第三の発現カセットを含み、リプレッサーを発現させるための第四の発現カセットを任意で含む。第三の発現カセットは、第三のプロモーターと、目的タンパク質をコードする核酸と、任意で1つ以上の第二のオペレーターと、を含むことができる。第四の発現カセットは、第四のプロモーターと、第二のリプレッサーをコードする核酸と、を含む。第四の発現カセットは、第二の発現カセットと同一であってもよい。
<Second double-stranded DNA fragment>
The second double-stranded DNA fragment contains a third expression cassette for expressing the target protein, and optionally contains a fourth expression cassette for expressing the repressor. The third expression cassette can include a third promoter, a nucleic acid encoding the protein of interest, and, optionally, one or more second operators. The fourth expression cassette includes a fourth promoter and a nucleic acid encoding a second repressor. The fourth expression cassette may be identical to the second expression cassette.

第三のプロモーターは、本発現システムを宿主細胞において機能させる観点から、上記外来性RNAポリメラーゼにより認識され、内在性RNAポリメラーゼにより認識されないプロモーターであれば限定されない。例えば、宿主細胞が大腸菌の場合、第三のプロモーターとしては、T7プロモーター及びT7様プロモーターが挙げられる。第三のプロモーターは、好ましくはT7プロモーター又はT7様プロモーターであり、より好ましくはT7プロモーターである。第三のプロモーターが外来性RNAポリメラーゼによって認識されると、外来性RNAポリメラーゼが第三のプロモーターに結合し、第三のプロモーターの制御下にある目的タンパク質をコードする核酸が発現される。   The third promoter is not limited as long as it is recognized by the above-described exogenous RNA polymerase and not recognized by the endogenous RNA polymerase from the viewpoint of making the present expression system function in host cells. For example, when the host cell is Escherichia coli, examples of the third promoter include a T7 promoter and a T7-like promoter. The third promoter is preferably a T7 promoter or a T7-like promoter, more preferably a T7 promoter. When the third promoter is recognized by the exogenous RNA polymerase, the exogenous RNA polymerase binds to the third promoter, and the nucleic acid encoding the protein of interest under the control of the third promoter is expressed.

T7様プロモーターとは、配列番号4で示されるT7プロモーター配列と、50%以上、50%〜95%、50%〜90%、50%〜85%、又は55%〜80%の配列同一性を有する塩基配列を含むプロモーターをいう。また、T7様プロモーターは、配列番号5で示される塩基配列と、60%以上、65%以上、70%以上、80%以上、85%以上、又は90%以上の配列同一性を有する塩基配列を含むプロモーターであってよい。T7様プロモーターは、T7様RNAポリメラーゼにより認識される。T7様プロモーターの具体例は、T3プロモーター、SP6プロモーター、及び配列番号5で示される塩基配列を含むプロモーターである。   The T7-like promoter has a sequence identity of 50% or more, 50% to 95%, 50% to 90%, 50% to 85%, or 55% to 80% with the T7 promoter sequence represented by SEQ ID NO: 4. Refers to a promoter containing a base sequence. In addition, the T7-like promoter has a nucleotide sequence having a sequence identity of 60% or more, 65% or more, 70% or more, 80% or more, 85% or more, or 90% or more with the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 5. The promoter may include. T7-like promoters are recognized by T7-like RNA polymerase. Specific examples of the T7-like promoter are a T3 promoter, an SP6 promoter, and a promoter containing the nucleotide sequence represented by SEQ ID NO: 5.

目的タンパク質は、特に限定されないが、好ましくは工業規模での製造を目的とするタンパク質である。目的タンパク質としては、例えば、工業に利用できるタンパク質、医療に利用できるタンパク質、及び構造タンパク質を挙げることができる。工業又は医療に利用できるタンパク質の具体例としては、酵素、制御タンパク質、受容体、ペプチドホルモン、サイトカイン、膜タンパク質、輸送タンパク質、予防接種に使用される抗原、ワクチン、抗原結合タンパク質、免疫刺激タンパク質、アレルゲン、完全長抗体又は抗体フラグメント若しくは抗体の誘導体を挙げることができる。構造タンパク質の具体例としては、スパイダーシルク、カイコシルク、ケラチン、コラ−ゲン、エラスチン及びレシリン、並びにこれらに由来するタンパク質を挙げることができる。   The target protein is not particularly limited, but is preferably a protein intended for production on an industrial scale. Examples of the target protein include a protein that can be used for industry, a protein that can be used for medical treatment, and a structural protein. Specific examples of proteins that can be used in industry or medicine include enzymes, regulatory proteins, receptors, peptide hormones, cytokines, membrane proteins, transport proteins, antigens used for vaccination, vaccines, antigen-binding proteins, immunostimulatory proteins, Mention may be made of allergens, full length antibodies or antibody fragments or derivatives of antibodies. Specific examples of the structural proteins include spider silk, silkworm silk, keratin, collagen, elastin, and resilin, and proteins derived therefrom.

フィブロイン様タンパク質であるスパイダーシルク又はカイコシルク由来のタンパク質として、例えば、式1:[(A)モチーフ−REP]で表されるドメイン配列を含むタンパク質を挙げることができる。式1中、(A)モチーフは4〜20アミノ酸残基から構成されるアミノ酸配列を示し、かつ(A)モチーフ中の全アミノ酸残基数に対するアラニン残基数が80%以上である。REPは10〜200アミノ酸残基から構成されるアミノ酸配列を示す。mは8〜300の整数を示す。複数存在する(A)モチーフは、互いに同一のアミノ酸配列でもよく、異なるアミノ酸配列でもよい。複数存在するREPは、互いに同一のアミノ酸配列でもよく、異なるアミノ酸配列でもよい。スパイダーシルク又はカイコシルク由来のタンパク質の具体的として、配列番号6(PRT410)又は配列番号7(PRT918)で示されるアミノ酸配列を含むタンパク質を挙げることができる。 Examples of proteins derived from spider silk or silkworm silk, which are fibroin-like proteins, include a protein containing a domain sequence represented by Formula 1: [(A) n motif-REP] m . In Formula 1, the (A) n motif represents an amino acid sequence composed of 4 to 20 amino acid residues, and the number of alanine residues is 80% or more of the total number of amino acid residues in the (A) n motif. REP indicates an amino acid sequence composed of 10 to 200 amino acid residues. m shows the integer of 8-300. The plurality of (A) n motifs may have the same amino acid sequence or different amino acid sequences. A plurality of REPs may have the same amino acid sequence or different amino acid sequences. Specific examples of the protein derived from spider silk or silkworm silk include a protein containing the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 6 (PRT410) or SEQ ID NO: 7 (PRT918).

コラーゲン由来のタンパク質として、例えば、式2:[REP2]で表されるドメイン配列を含むタンパク質を挙げることができる。式2中、oは5〜300の整数を示す。REP2は、Gly−X−Yから構成されるアミノ酸配列を示し、X及びYはGly以外の任意のアミノ酸残基を示す。複数存在するREP2は、互いに同一のアミノ酸配列でもよく、異なるアミノ酸配列でもよい。コラーゲン由来のタンパク質の具体例として、配列番号8で示されるアミノ酸配列を含むタンパク質を挙げることができる。配列番号8で示されるアミノ酸配列は、NCBIデータベースから入手したヒトのコラーゲンタイプ4の部分的な配列(NCBlのGenebankのアクセッション番号:CAA56335.1、GI:3702452)のリピート部分及びモチーフに該当する301残基目から540残基目までのアミノ酸配列のN末端に配列番号9で示されるアミノ酸配列(タグ配列及びヒンジ配列)が付加されたものである。 Examples of the collagen-derived protein include a protein containing a domain sequence represented by Formula 2: [REP2] o . In Formula 2, o represents an integer of 5 to 300. REP2 represents an amino acid sequence composed of Gly-XY, and X and Y represent any amino acid residue other than Gly. A plurality of REP2s may have the same amino acid sequence or different amino acid sequences. As a specific example of the protein derived from collagen, a protein containing the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 8 can be mentioned. The amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 8 corresponds to a repeat portion and a motif of a partial sequence of human collagen type 4 obtained from the NCBI database (Genebank accession number of NCB1: CAA56335.1, GI: 3702452). The amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 9 (tag sequence and hinge sequence) is added to the N-terminal of the amino acid sequence from residues 301 to 540.

レシリン由来のタンパク質として、例えば、式3:[REP3]で表されるドメイン配列を含むタンパク質を挙げることができる。式3中、pは4〜300の整数を示す。REP3はSer−J−J−Tyr−Gly−U−Proから構成されるアミノ酸配列を示す。Jは任意のアミノ酸残基を示し、特にAsp、Ser及びThrからなる群から選ばれるアミノ酸残基であることが好ましい。Uは任意のアミノ酸残基を示し、特にPro、Ala、Thr及びSerからなる群から選ばれるアミノ酸残基であることが好ましい。複数存在するREP3は、互いに同一のアミノ酸配列でもよく、異なるアミノ酸配列でもよい。レシリン由来のタンパク質の具体例として、配列番号10で示されるアミノ酸配列を含むタンパク質を挙げることができる。配列番号10で示されるアミノ酸配列は、レシリン(NCBlのGenebankのアクセッション番号NP 611157、Gl:24654243)のアミノ酸配列において、87残基目のThrをSerに置換し、かつ95残基目のAsnをAspに置換した配列の19残基目から321残基目までのアミノ酸配列のN末端に配列番号9で示されるアミノ酸配列(タグ配列及びヒンジ配列)が付加されたものである。 As a protein derived from resilin, for example, a protein containing a domain sequence represented by Formula 3: [REP3] p can be mentioned. In Formula 3, p represents an integer of 4 to 300. REP3 shows an amino acid sequence composed of Ser-JJ-Tyr-Gly-U-Pro. J represents any amino acid residue, particularly preferably an amino acid residue selected from the group consisting of Asp, Ser and Thr. U represents any amino acid residue, particularly preferably an amino acid residue selected from the group consisting of Pro, Ala, Thr and Ser. A plurality of REP3s may have the same amino acid sequence or different amino acid sequences. As a specific example of the protein derived from resilin, a protein containing the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 10 can be mentioned. In the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 10, in the amino acid sequence of resilin (Genebank Accession No. NP 611157 of NCBl, Gl: 246654243), Thr at the 87th residue is replaced with Ser, and Asn at the 95th residue is replaced with Ser. In which the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 9 (tag sequence and hinge sequence) is added to the N-terminal of the amino acid sequence from the 19th residue to the 321st residue of the sequence obtained by substituting Asp with Asp.

エラスチン由来のタンパク質として、例えば、NCBlのGenebankのアクセッション番号AAC98395(ヒト)、I47076(ヒツジ)、NP786966(ウシ)等のアミノ酸配列を有するタンパク質を挙げることができる。具体的には、配列番号11で示されるアミノ酸配列を含むタンパク質を挙げることができる。配列番号11で示されるアミノ酸配列は、NCBlのGenebankのアクセッション番号AAC98395のアミノ酸配列の121残基目から390残基目までのアミノ酸配列のN末端に配列番号9で示されるアミノ酸配列(タグ配列及びヒンジ配列)が付加されたものである。   Examples of the protein derived from elastin include a protein having an amino acid sequence such as GeneBank Accession Nos. AAC98395 (human), I47076 (sheep), NP786966 (bovine) of NCBl. Specifically, a protein containing the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 11 can be mentioned. The amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 11 corresponds to the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 9 (tag sequence) at the N-terminal of the amino acid sequence from residue 121 to residue 390 of the amino acid sequence of Genebank accession number AAC98395 of NCB1. And a hinge sequence).

ケラチン由来のタンパク質として、例えば、カプラ・ヒルクス(Capra hircus)のタイプIケラチン等を挙げることができる。具体的には、配列番号12で示されるアミノ酸配列(NCBlのGenebankのアクセッション番号ACY30466のアミノ酸配列)を含むタンパク質を挙げることができる。   Examples of keratin-derived proteins include, for example, Capra hircus type I keratin and the like. Specific examples include a protein comprising the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 12 (the amino acid sequence of Genebank accession number ACY30466 of NCB1).

目的タンパク質をコードする核酸は、第三のプロモーターの制御下にあり、マルトースの存在下で、第二の発現カセットから発現した外来性RNAポリメラーゼによりに転写される。マルトースの非存在下では、上述したように、外来性RNAポリメラーゼをコードする核酸の転写が抑制されている。したがって、マルトースの非存在下では、外来性RNAポリメラーゼが生産されず、それによって第三のプロモーターが機能せず、目的タンパク質をコードする核酸が転写されない。   The nucleic acid encoding the protein of interest is under the control of a third promoter and is transcribed by the exogenous RNA polymerase expressed from the second expression cassette in the presence of maltose. In the absence of maltose, as described above, transcription of a nucleic acid encoding an exogenous RNA polymerase is suppressed. Thus, in the absence of maltose, no exogenous RNA polymerase is produced, whereby the third promoter does not function and the nucleic acid encoding the protein of interest is not transcribed.

第三の発現カセットにおいて含まれてもよい上記1つ以上の第二のオペレーターは、マルトースオペロンにおけるオペレーターであることが好ましく、例えば、配列番号2で示される塩基配列を有するオペレーターであってよい。第三の発現カセットは、リプレッサーによるオペレーターへの結合を容易にするために、2つ以上のオペレーター含んでよく3つのオペレーターを含んでよい。上記1つ以上の第二のオペレーターは、第三のプロモーターと機能的に連結していてよい。各オペレーターの転写開始点からの位置、及び各オペレーター間の距離は、上述のとおりである。   The one or more second operators that may be included in the third expression cassette are preferably operators in the maltose operon, and may be, for example, an operator having a base sequence represented by SEQ ID NO: 2. The third expression cassette may include more than one operator and may include three operators to facilitate binding of the repressor to the operator. The one or more second operators may be operably linked to a third promoter. The position of each operator from the transfer start point and the distance between each operator are as described above.

第三の発現カセットに上記1つ以上の第二のオペレーターが含まれる場合、後述の第二のリプレッサーは、マルトースの非存在下で第二のオペレーターに結合する。また、第一のリプレッサーが第二のリプレッサーと同じである場合、第一のリプレッサーも、マルトースの非存在下で第二のオペレーターに結合し得る。第二のオペレーターに第一のリプレッサー又は第二のリプレッサーが結合すると、該オペレーターと機能的に連結した第三のプロモーターへの外来性RNAポリメラーゼの結合が妨げられ、第三のプロモーターの制御下にある目的タンパク質をコードする核酸の転写が抑制される。すなわち、第二の発現カセットに加えて第三の発現カセットにもオペレーターを配置することにより、目的タンパク質をコードする核酸の転写、すなわち目的タンパク質の発現を、より厳密に制御することができる。   If the third expression cassette includes the one or more second operators, the second repressor described below binds to the second operator in the absence of maltose. Also, if the first repressor is the same as the second repressor, the first repressor may also bind to the second operator in the absence of maltose. Binding of the first repressor or the second repressor to the second operator prevents binding of the exogenous RNA polymerase to a third promoter operably linked to the operator, thereby controlling the control of the third promoter. Transcription of the underlying nucleic acid encoding the protein of interest is suppressed. That is, by arranging an operator in the third expression cassette in addition to the second expression cassette, transcription of the nucleic acid encoding the target protein, that is, expression of the target protein can be more strictly controlled.

第二の2本鎖DNA断片は、第四のプロモーターと、第四のプロモーターの制御下にあり第二のリプレッサータンパク質をコードする核酸と、を含む第四の発現カセットをさらに含んでもよい。第四のプロモーターは、宿主細胞中で機能するものであれば限定されず、第一のプロモーターとして上記に列挙したプロモーターのうち、いずれを使用してもよい。第四のプロモーターは、第一のプロモーターと同一であってもよい。   The second double-stranded DNA fragment may further comprise a fourth expression cassette comprising a fourth promoter and a nucleic acid under the control of the fourth promoter and encoding a second repressor protein. The fourth promoter is not limited as long as it functions in the host cell, and any of the above-listed promoters may be used as the first promoter. The fourth promoter may be the same as the first promoter.

第二のリプレッサーをコードする核酸としては、第一のリプレッサーをコードする核酸として上記に列挙した核酸のうち、いずれを使用してもよい。第二のリプレッサーをコードする核酸は、第一のリプレッサーをコードする核酸と同一であってもよい。   As the nucleic acid encoding the second repressor, any of the nucleic acids listed above as the nucleic acid encoding the first repressor may be used. The nucleic acid encoding the second repressor may be the same as the nucleic acid encoding the first repressor.

第三の発現カセット及び第四の発現カセットは、必要に応じてターミネーター、リボソーム結合部位等、遺伝子発現に関与する配列をさらに含むことができる。また、第二の2本鎖DNA断片は、第三の発現カセット及び第四の発現カセットの機能を妨げない限り、抗生物質耐性遺伝子を有する発現カセットなど、他のタンパク質を発現するための発現カセットをさらに含んでいてもよい。   The third expression cassette and the fourth expression cassette can further include a sequence involved in gene expression, such as a terminator and a ribosome binding site, if necessary. The second double-stranded DNA fragment may be an expression cassette for expressing another protein, such as an expression cassette having an antibiotic resistance gene, as long as the function of the third expression cassette and the fourth expression cassette is not hindered. May be further included.

第三の発現カセットと第四の発現カセットとは、それぞれのカセットの転写方向が同一となる向きで連結されていてもよく、逆となる向きで連結されていてもよい。すなわち、目的タンパク質をコードする核酸のセンス鎖と、第二のリプレッサーをコードする核酸のセンス鎖とが、第二の2本鎖DNA断片の2本鎖のうち、同一鎖上にあってもよいし、異なる鎖上にあってもよい。第二の2本鎖DNA断片をプラスミド等の環状の染色体外DNAとして宿主細胞に保持させる場合、第三の発現カセットと第四の発現カセットとは、好ましくは、それぞれのカセットの転写方向が逆となる向きで連結される。第三の発現カセットと第四の発現カセットとの転写の向きが同じであると、例えば、上流にある第三の発現カセットにおけるターミネーターがリードスルーされることにより、第四の発現カセット中の第二のリプレッサーをコードする核酸の過剰な転写が起こる場合がある。第三の発現カセットと第四の発現カセットとの転写の向きが逆であれば、このような、第二のリプレッサーをコードする核酸の過剰転写を防ぐことができる。   The third expression cassette and the fourth expression cassette may be connected in a direction in which the transcription directions of the respective cassettes are the same, or may be connected in opposite directions. That is, even if the sense strand of the nucleic acid encoding the target protein and the sense strand of the nucleic acid encoding the second repressor are on the same strand among the two strands of the second double-stranded DNA fragment Or on different chains. When the second double-stranded DNA fragment is retained in a host cell as circular extrachromosomal DNA such as a plasmid, the third expression cassette and the fourth expression cassette preferably have the transcription directions of the respective cassettes reversed. Are connected in the following direction. When the transcription direction of the third expression cassette and the fourth expression cassette are the same, for example, the terminator in the third expression cassette located upstream is read-through, so that the third expression cassette in the fourth expression cassette is read out. Excessive transcription of the nucleic acid encoding the two repressors may occur. When the transcription direction of the third expression cassette and that of the fourth expression cassette are reversed, such excessive transcription of the nucleic acid encoding the second repressor can be prevented.

第一の2本鎖DNA断片及び第二の2本鎖DNA断片は、それぞれ発現ベクターであってよい。発現ベクターは、宿主細胞において自立複製が可能であるか、又は、宿主細胞の染色体DNAへの組込みが可能なものであれば限定されず、宿主細胞に応じて適宜選択することができる。発現ベクターとしては、例えば、プラスミドベクター、ウイルスベクター、コスミドベクター、フォスミドベクター、及び人工染色体ベクターが挙げられる。発現ベクターとして機能する第一の2本鎖DNA断片は、例えば、第一の発現カセットと第二の発現カセットとを公知のベクターに挿入することにより得ることができる。発現ベクターとして機能する第二の2本鎖DNA断片は、例えば、第三の発現カセットと、任意で第四の発現カセットと、を公知のベクターに挿入することにより得ることができる。ただし、これらの公知のベクターにおけるlacI遺伝子及びlacオペレーターは、適宜除去されるか、上述のリプレッサー及びオペレーターで置換される。   Each of the first double-stranded DNA fragment and the second double-stranded DNA fragment may be an expression vector. The expression vector is not limited as long as it can replicate autonomously in the host cell or can be integrated into chromosomal DNA of the host cell, and can be appropriately selected depending on the host cell. Examples of the expression vector include a plasmid vector, a virus vector, a cosmid vector, a fosmid vector, and an artificial chromosome vector. The first double-stranded DNA fragment that functions as an expression vector can be obtained, for example, by inserting the first expression cassette and the second expression cassette into a known vector. The second double-stranded DNA fragment that functions as an expression vector can be obtained, for example, by inserting a third expression cassette and optionally a fourth expression cassette into a known vector. However, the lacI gene and the lac operator in these known vectors are appropriately removed or replaced with the above-described repressor and operator.

公知のベクターとしては、例えば、pUC19(タカラバイオ株式会社)、pTWV228(タカラバイオ株式会社)、pMW119(ニッポン・ジーン社)、CRIMプラスミドベクター、pBTrp2、pBTac1、pBTac2(いずれもベーリンガーマンハイム社製)、pKK233−2(ファルマシア社製)、pSE280(インビトロジェン社製)、pGEMEX−1(プロメガ社製)、pQE−8(キアゲン社製)、pKYP10(特開昭58−110600号公報)、pKYP200〔Agric.Biol.Chem.,48,669(1984)〕、pLSA1〔Agric.Biol.Chem.,53,277(1989)〕、pGEL1〔Proc.Natl.Acad.Sci.USA,82,4306(1985)〕、pBluescript II SK(−)(ストラタジーン社製)、pTrs30〔エシェリヒア・コリ JM109/pTrS30(FERM BP−5407)より調製〕、pTrs32〔エシェリヒア・コリ JM109/pTrS32(FERM BP−5408)より調製〕、pGHA2〔エシェリヒア・コリ IGHA2(FERM B−400)より調製、特開昭60−221091号公報〕、pGKA2〔エシェリヒア・コリ IGKA2(FERM BP−6798)より調製、特開昭60−221091号公報〕、pTerm2(US4686191、US4939094、US5160735)、pSupex、pUB110、pTP5、pC194、pEG400〔J.Bacteriol.,172,2392(1990)〕、pGEX(ファルマシア社製)、pACYC184(株式会社ニッポンジーン製、製品番号313−02201)、pETシステム(ノバジェン社製)、YEP13(ATCC37115)、YEp24(ATCC37051)、YCp50(ATCC37419)、YIp、pHS19、pHS15、pA0804、pHIL3Ol、pHIL−S1、pPIC9K、pPICZα、pGAPZα、pPICZ B、及び、夜盗蛾科昆虫に感染するウイルスであるアウトグラファ・カリフォルニカ・ヌクレアー・ポリヘドロシス・ウイルス(Autographa californica nuclear polyhedrosis virus)等のバキュロウイルス発現ベクター〔Baculovirus Expression Vectors, A Laboratory Manual,W.H.Freeman and Company,New York(1992)〕を挙げることができる。   Known vectors include, for example, pUC19 (Takara Bio Inc.), pTWV228 (Takara Bio Inc.), pMW119 (Nippon Gene), CRIM plasmid vector, pBTrp2, pBTac1, pBTac2 (all manufactured by Boehringer Mannheim), pKK233-2 (Pharmacia), pSE280 (Invitrogen), pGEMEX-1 (Promega), pQE-8 (Qiagen), pKYP10 (JP-A-58-110600), pKYP200 [Agric. Biol. Chem. , 48, 669 (1984)], pLSA1 [Agric. Biol. Chem. , 53, 277 (1989)], pGEL1 [Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 82, 4306 (1985)], pBluescript II SK (-) (Stratagene), pTrs30 (prepared from Escherichia coli JM109 / pTrS30 (FERM BP-5407)), pTrs32 [Escherichia coli JM109 / pTr32] FERM BP-5408)], pGHA2 [prepared from Escherichia coli IGHA2 (FERM B-400), JP-A-60-221091], pGKA2 [prepared from Escherichia coli IGKA2 (FERM BP-6798), No. 60-221091], pTerm2 (US Pat. No. 4,686,191, US Pat. No. 4,939,094, US Pat. No. 5,160,735), pSupex, pUB110, pTP5, pC194, pEG400 [J. Bacteriol. 172, 2392 (1990)], pGEX (manufactured by Pharmacia), pACYC184 (manufactured by Nippon Gene, product number 313-02201), pET system (manufactured by Novagen), YEP13 (ATCC37115), YEp24 (ATCC37051), YCp50 ( ATCC 37419), YIp, pHS19, pHS15, pA0804, pHIL3O1, pHIL-S1, pPIC9K, pPICZα, pGAPZα, pPICZB, and Autographa californica nuclei polyhedrosis virus, a virus that infects insects of the night moth family. Baculovirus expression vectors such as Autographa californica nuclei polyhedrolysis virus [Baculov rus Expression Vectors, A Laboratory Manual, W. H. Freeman and Company, New York (1992)].

発現ベクターのコピー数は特に限定されないが、マルトース資化能を欠いた細胞を宿主として使用する場合、第二の2本鎖DNA断片を含むベクターのコピー数は、好ましくは1〜700であり、より好ましくは1〜20であり、さらに好ましくは1〜5である。   The copy number of the expression vector is not particularly limited, but when a cell lacking maltose utilization ability is used as a host, the copy number of the vector containing the second double-stranded DNA fragment is preferably 1 to 700, More preferably, it is 1-20, and still more preferably 1-5.

[2.組換え細胞]
本発明の一実施形態に係る組換え細胞は、上記実施形態に係る発現システムを備える組換え細胞である。組換え細胞は、例えば、上記第一の2本鎖DNA断片及び上記第二の2本鎖DNA断片を宿主細胞に導入することにより得ることができる。
[2. Recombinant cell]
A recombinant cell according to one embodiment of the present invention is a recombinant cell including the expression system according to the above embodiment. Recombinant cells can be obtained, for example, by introducing the first double-stranded DNA fragment and the second double-stranded DNA fragment into host cells.

宿主細胞としては、細菌等の原核生物の細胞、並びに酵母、糸状真菌、昆虫細胞、動物細胞及び植物細胞等の真核生物の細胞のいずれも好適に用いることができる。   As the host cell, any of prokaryotic cells such as bacteria and eukaryotic cells such as yeast, filamentous fungi, insect cells, animal cells, and plant cells can be suitably used.

原核生物としては、例えば、エシェリヒア属、ビブリオ属、ブレビバチルス属、セラチア属、バチルス属、ミクロバクテリウム属、ブレビバクテリウム属、コリネバクテリウム属及びシュードモナス属等に属する微生物を挙げることができる。   Examples of prokaryotes include microorganisms belonging to the genus Escherichia, Vibrio, Brevibacillus, Serratia, Bacillus, Microbacterium, Brevibacterium, Corynebacterium, Pseudomonas, and the like.

エシェリヒア属に属する微生物としては、例えば、エシェリヒア・コリ BL21(ノバジェン社)、エシェリヒア・コリ BL21(DE3)(ライフテクノロジーズ社)、エシェリヒア・コリ BL21(メルクミリポア社)、エシェリヒア・コリ BLR(DE3)(メルクミリポア社)、エシェリヒア・コリ DH1、エシェリヒア・コリ GI698、エシェリヒア・コリ HB101、エシェリヒア・コリ JM109、エシェリヒア・コリ K5(ATCC 23506)、エシェリヒア・コリ KY3276、エシェリヒア・コリ MC1000、エシェリヒア・コリ MG1655(ATCC 47076)、エシェリヒア・コリ No.49、エシェリヒア・コリ Rosetta(DE3)(ノバジェン社)、エシェリヒア・コリ TB1、エシェリヒア・コリ Tuner(ノバジェン社)、エシェリヒア・コリ Tuner(DE3)(ノバジェン社)、エシェリヒア・コリ W1485、エシェリヒア・コリ W3110(ATCC 27325)、エシェリヒア・コリ XL1−Blue、エシェリヒア・コリ XL2−Blue等を挙げることができる。   Examples of microorganisms belonging to the genus Escherichia include, for example, Escherichia coli BL21 (Novagen), Escherichia coli BL21 (DE3) (Life Technologies), Escherichia coli BL21 (Merck Millipore), Escherichia coli BLR (DE3) ( Merck Millipore), Escherichia coli DH1, Escherichia coli GI698, Escherichia coli HB101, Escherichia coli JM109, Escherichia coli K5 (ATCC 23506), Escherichia coli KY3276, Escherichia coli MC, Escherichia coli MMC 47076), Escherichia coli No. 49, Escherichia coli Rosetta (DE3) (Novagen), Escherichia coli TB1, Escherichia coli Tuner (Novagen), Escherichia coli Tuner (DE3) (Novagen), Escherichia coli W1485, Escherichia 110 (Escherichia coli) ATCC 27325), Escherichia coli XL1-Blue, Escherichia coli XL2-Blue, and the like.

酵母としては、例えば、サッカロマイセス(Saccharomyces)属、シゾサッカロマイセス(Schizosaccharomyces)属、クリベロマイセス(Kluyveromyces)属、トリコスポロン(Trichosporon)属、シワニオミセス(Schwanniomyces)属、ピキア(Pichia)属、キャンディダ(Candida)属、ヤロウィア属及びハンゼヌラ属等に属する酵母を挙げることができる。より具体的には、サッカロマイセス・セレビシエ(Saccharomyces cerevisiae)、シゾサッカロマイセス・ポンベ(Schizosaccharomyces pombe)、クリベロマイセス・ラクチス(Kluyveromyces lactis)、クリベロマイセス・マルキシアヌス(Kluyveromyces marxianus)、トリコスポロン・プルランス(Trichosporon pullulans)、シワニオマイセス・アルビウス(Schwanniomyces alluvius)、シワニオマイセス・オシデンタリス(Schwanniomyces occidentalis)、キャンディダ・ユーティリス(Candida utilis)、ピキア・パストリス(Pichia pastoris)ピキア・アングスタ(Pichia angusta)、ピキア・メタノリカ(Pichia methanolica)、ピキア・ポリモルファ(Pichia polymorpha)、ピキア・スチピチス(Pichia stipitis)、ヤロウィア・リポリティカ(Yarrowia lipolytica)、ハンゼヌラ・ポリモルファ(Hansenula polymorpha)等を挙げることができる。   Examples of the yeast include, for example, genus Saccharomyces, genus Schizosaccharomyces, genus Kluyveromyces, genus Trichosporon, genus Trichosponi, and genus Schiwanidas And yeasts belonging to the genus Yarrowia and the genus Hansenula. More specifically, Saccharomyces cerevisiae (Saccharomyces cerevisiae), Schizosaccharomyces pombe (Schizosaccharomyces pombe), Kluyveromyces lactis (Kluyveromyces lactis), Kluyveromyces marxianus (Kluyveromyces marxianus), Trichosporon pullulans (Trichosporon pullulans), Shiwaniomaisesu - Albius (Schwanniomyces alluvius), Schwanniomyces occidentalis, Candida utilis, Pichia pastoris (Pic) hia pastoris) Pichia Angusuta (Pichia angusta), Pichia methanolica (Pichia methanolica), Pichia polymorpha (Pichia polymorpha), Pichia stipitis (Pichia stipitis), Yarrowia lipolytica (Yarrowia lipolytica), Hansenula polymorpha (Hansenula polymorpha) And the like.

酵母としては、例えば、サッカロマイセス(Saccharomyces)属、シゾサッカロマイセス(Schizosaccharomyces)属、クリベロマイセス(Kluyveromyces)属、トリコスポロン(Trichosporon)属、シワニオミセス(Schwanniomyces)属、ピキア(Pichia)属、キャンディダ(Candida)属、ヤロウィア属及びハンゼヌラ属等に属する酵母を挙げることができる。   Examples of the yeast include, for example, genus Saccharomyces, genus Schizosaccharomyces, genus Kluyveromyces, genus Trichosporon, genus Trichosponi, and genus Schiwanidas And yeasts belonging to the genus Yarrowia and the genus Hansenula.

糸状真菌としては、例えば、アクレモニウム(Acremonium)属、アスペルギルス(Aspergillus)属、ウスチラーゴ(Ustilago)属、トリコデルマ(Trichoderma)属、ノイロスポラ(Neurospora)属、フザリウム(Fusarium)属、フミコーラ(Humicola)属、ペニシリウム(Penicillium)属、マイセリオフトラ(Myceliophtora)属、ボトリティス(Botryts)属、マグナポルサ(Magnaporthe)属、ムコア(Mucor)属、メタリチウム(Metarhizium)属、モナスカス(Monascus)属、リゾプス(Rhizopus)属、及びリゾムコア属に属する菌等を挙げることができる。   Examples of the filamentous fungi include the genus Acremonium, the genus Aspergillus, the genus Ustilago, the genus Trichoderma, the genus Neurospora, and the genus Fusarium, Fusarium, Fusarium. The genus Penicillium, the genus Myceliophtora, the genus Botrytis, the genus Magnaporthe, the genus Mucor, the genus Metahizium, the genus Monascus R. Monascus And bacteria belonging to the genus Rhizomucor.

宿主細胞としては、大腸菌(エシェリヒア・コリ)、バチルス・ズブチリス、シュードモナス、コリネバクテリウム、及びラクトコッカス等の原核生物が好ましく、大腸菌がより好ましい。   As host cells, prokaryotic organisms such as Escherichia coli (Escherichia coli), Bacillus subtilis, Pseudomonas, Corynebacterium, and Lactococcus are preferred, and Escherichia coli is more preferred.

組換え細胞は、目的タンパク質の発現誘導の持続性の観点から、マルトースを資化できない細胞であることが好ましい。マルトースを資化できない細胞は、マルトース資化遺伝子を有さないか、変異のあるマルトース資化遺伝子を有する。マルトース資化遺伝子としては、例えば、malQ、malP、malZ、及びmalSが挙げられる。組換え細胞は、malQを有さないことが好ましい。   The recombinant cell is preferably a cell that cannot assimilate maltose from the viewpoint of sustaining the induction of the expression of the target protein. Cells that cannot assimilate maltose do not have the maltose assimilation gene or have a maltose assimilation gene with a mutation. Examples of the maltose utilization gene include malQ, malP, malZ, and malS. Preferably, the recombinant cells do not have malQ.

組換え細胞において、第一の2本鎖DNA断片及び第二の2本鎖DNA断片は、それぞれ独立に、染色体DNAに組み込まれていてもよく、プラスミド等の染色体外DNAとして保持されていてもよい。組換え細胞は、例えば、染色体DNAに組み込まれた第一の2本鎖DNA断片と、プラスミドとして保持された第二の2本鎖DNA断片と、を有してもよい。   In the recombinant cells, the first double-stranded DNA fragment and the second double-stranded DNA fragment may be independently incorporated into chromosomal DNA, or may be retained as extrachromosomal DNA such as a plasmid. Good. Recombinant cells may have, for example, a first double-stranded DNA fragment integrated into the chromosomal DNA and a second double-stranded DNA fragment maintained as a plasmid.

宿主細胞への第一の2本鎖DNA断片又は第二の2本鎖DNA断片の導入は、公知の方法により行うことができる。例えば、第一の2本鎖DNA断片又は第二の2本鎖DNA断片を含む発現ベクターを宿主細胞に導入することができる。   Introduction of the first double-stranded DNA fragment or the second double-stranded DNA fragment into a host cell can be performed by a known method. For example, an expression vector containing the first double-stranded DNA fragment or the second double-stranded DNA fragment can be introduced into a host cell.

第一の2本鎖DNA断片又は第二の2本鎖DNA断片を宿主細胞の染色体に組み込む方法としては、公知の方法を使用することができる。公知の方法としては、例えば、λファージの2重鎖切断修復における組換え機構を応用したλred法、Red/ET相同組換え法、及び、pUT−mini Tn5を用いたトランスポゾン活性を利用した転移法が挙げられる。   As a method for integrating the first double-stranded DNA fragment or the second double-stranded DNA fragment into the chromosome of the host cell, a known method can be used. Known methods include, for example, the λ red method, the Red / ET homologous recombination method using a recombination mechanism in the double-strand break repair of λ phage, and the transfer method using transposon activity using pUT-mini Tn5. Is mentioned.

[3.目的タンパク質の製造方法]
本発明の一実施形態に係る目的タンパク質の製造方法は、マルトース存在下で上記組換え細胞を培養する工程を含む。マルトース存在下で上記組換え細胞を培養することにより、組換え細胞において目的タンパク質の発現を誘導することができる。組換え細胞は、例えば、マルトースを添加した培地中で培養することができる。培地は特に限定されず、組換え細胞の種類に応じて、公知の天然培地又は合成培地から選択することができる。培地は、好ましくは、組換え細胞が資化し得る、無機塩類、窒素源、及びマルトース以外の炭素源を含む。培地中のマルトースの濃度は、例えば、0.1〜4w/v%、1〜3w/v%、又は1.5〜2w/v%であってよい。培地のpHは、例えば、3.0〜9.0であってよい。培養温度は、例えば、15〜40℃である。培養時間は、例えば、1〜30時間であってよい。
[3. Method for producing target protein]
The method for producing a target protein according to one embodiment of the present invention includes a step of culturing the above-mentioned recombinant cell in the presence of maltose. By culturing the above recombinant cells in the presence of maltose, the expression of the target protein in the recombinant cells can be induced. The recombinant cells can be cultured, for example, in a medium supplemented with maltose. The medium is not particularly limited, and can be selected from known natural or synthetic media according to the type of the recombinant cell. The medium preferably contains inorganic salts, a nitrogen source, and a carbon source other than maltose that the recombinant cells can assimilate. The concentration of maltose in the medium may be, for example, 0.1-4 w / v%, 1-3 w / v%, or 1.5-2 w / v%. The pH of the medium may be, for example, between 3.0 and 9.0. The culture temperature is, for example, 15 to 40 ° C. The culture time may be, for example, 1 to 30 hours.

実施形態に係る目的タンパク質の製造方法には、マルトース存在下で組換え細胞を培養する工程の前に、マルトースの非存在下で組換え細胞を培養する工程が含まれてもよい。目的タンパク質の発現を誘導する前に組換え細胞を所定の量まで増殖させておくことで、目的タンパク質をより効率的に生産することができる。培養に用いる培地は、マルトースを含まないという点以外は、上記の培地と同じであってよい。培養温度は、例えば、15〜40℃である。培養時間は、例えば、3時間以上であってよく、5〜15時間であってよい。   The method for producing the target protein according to the embodiment may include, before the step of culturing the recombinant cell in the presence of maltose, a step of culturing the recombinant cell in the absence of maltose. By growing the recombinant cells to a predetermined amount before inducing the expression of the target protein, the target protein can be produced more efficiently. The medium used for the culture may be the same as the above-mentioned medium except that it does not contain maltose. The culture temperature is, for example, 15 to 40 ° C. The culture time may be, for example, 3 hours or more, and may be 5 to 15 hours.

[スパイダーシルクタンパク質発現ベクターの作製]
まず、ストレプトコッカス・ニューモニエのmalR遺伝子を含むDNA断片を以下のとおり合成した。表1に示すプライマーの水溶液(100pmol/μL)を2μLずつ混合した。この混合水溶液1μLを、25μLのPrimeSTAR(登録商標) Max DNA Polymerase Premix(タカラバイオ株式会社)と混合した。最終容量が50μLとなるように超純水を添加し、反応混合液を得た。上記反応混合液を98℃で1分加温した後、98℃で10秒間、55℃で5秒間、72℃で5秒間のPCRプロフィールを15サイクル繰り返し、反応混合液をさらに72℃で2分間反応させた。得られたPCR産物10μに、表1に示すプライマーの水溶液(10pmol/μL)1μLずつと、25μLのPrimeSTAR Max DNA Polymerase Premixとを加えた。最終容量が50μLとなるように超純水を添加し、反応混合液を得た。上記反応混合液を、98℃で1分加温した後、98℃で10秒間、55℃で5秒間、72℃で5秒間のPCRプロフィールを25サイクル繰り返し、反応混合液をさらに72℃で10秒間反応させた。得られたPCR産物を精製した。なお、本実施例におけるDNAの精製には、innuPREP PCRpure Kit | innuPREP PCRpure 96 Kit(アナリティクイエナ社)を使用した。精製したPCR産物に、配列番号37及び配列番号38で示される塩基配列を有するプライマーの水溶液(10pmol/μL)1μLずつと、22μLの超純水と、25μLのPrimeSTAR Max DNA Polymerase Premixとを加えて、PCRを行った。PCRの条件は次のとおりである:98℃で1分加温した後、98℃で10秒間、55℃で5秒間、72℃で7秒間のPCRプロフィールを、30サイクル繰り返し、反応混合液をさらに72℃で10秒間反応させた。これ以降のPCRも同様の条件で行った。得られたPCR産物を精製し、lacIプロモーター、malR遺伝子、及びrrnB T1ターミネーターをこの順に含むDNA断片1を得た。
[Preparation of spider silk protein expression vector]
First, a DNA fragment containing the malR gene of Streptococcus pneumoniae was synthesized as follows. An aqueous solution (100 pmol / μL) of the primer shown in Table 1 was mixed in an amount of 2 μL. 1 μL of this mixed aqueous solution was mixed with 25 μL of PrimeSTAR (registered trademark) Max DNA Polymerase Premix (Takara Bio Inc.). Ultrapure water was added to a final volume of 50 μL to obtain a reaction mixture. After heating the reaction mixture at 98 ° C. for 1 minute, the PCR profile of 98 ° C. for 10 seconds, 55 ° C. for 5 seconds, and 72 ° C. for 5 seconds was repeated for 15 cycles, and the reaction mixture was further heated at 72 ° C. for 2 minutes. Reacted. To 10 µ of the obtained PCR product, 1 µL of an aqueous solution of a primer (10 pmol / µL) shown in Table 1 and 25 µL of PrimeSTAR Max DNA Polymerase Premix were added. Ultrapure water was added to a final volume of 50 μL to obtain a reaction mixture. After heating the reaction mixture at 98 ° C. for 1 minute, the PCR profile of 98 ° C. for 10 seconds, 55 ° C. for 5 seconds, and 72 ° C. for 5 seconds was repeated 25 cycles, and the reaction mixture was further heated at 72 ° C. for 10 seconds. The reaction was performed for seconds. The obtained PCR product was purified. In this example, innuPREP PCR pure Kit | innuPREP PCR pure 96 Kit (Analytical Jena) was used for purification of DNA. To the purified PCR product, 1 μL of an aqueous solution (10 pmol / μL) of a primer having the nucleotide sequence represented by SEQ ID NO: 37 or SEQ ID NO: 38, 22 μL of ultrapure water, and 25 μL of PrimeSTAR Max DNA Polymerase Premix were added. PCR was performed. The PCR conditions were as follows: After heating at 98 ° C. for 1 minute, the PCR profile of 98 ° C. for 10 seconds, 55 ° C. for 5 seconds, and 72 ° C. for 7 seconds was repeated 30 cycles, and the reaction mixture was subjected to the reaction. The reaction was further performed at 72 ° C. for 10 seconds. The subsequent PCR was performed under the same conditions. The obtained PCR product was purified to obtain a DNA fragment 1 containing the lacI promoter, the malR gene, and the rrnBT1 terminator in this order.

次に、鋳型としてベクターを、プライマーとして配列番号39及び配列番号40で示される塩基配列を有するプライマーを用いて、PCRを行った。ベクターとしては、pUC19(タカラバイオ株式会社)、pTWV228(タカラバイオ株式会社)、又はpMW119(ニッポン・ジーン社)を用いた。得られたPCR産物を精製し、ベクター配列を含む3種類のDNA断片2を得た。   Next, PCR was performed using a vector as a template and primers having the base sequences of SEQ ID NOs: 39 and 40 as primers. As a vector, pUC19 (Takara Bio Inc.), pTWV228 (Takara Bio Inc.), or pMW119 (Nippon Gene) was used. The obtained PCR product was purified to obtain three kinds of DNA fragments 2 containing a vector sequence.

DNA断片1とベクター配列を含むDNA断片2とをNEBuilder HiFi DNA Assembly Master Mix(ニュー・イングランド・バイオラボ・ジャパン株式会社)を用いて融合した。得られたプラスミドでE. coli HST02(タカラバイオ株式会社)を形質転換した。翌日、形質転換体のコロニーからプラスミドを回収し、シーケンス解析により、正しい配列のプラスミドを選択した。このプラスミドに対してPCRを行い、lacIプロモーター、malR遺伝子、rrnB T1ターミネーターをこの順に含むベクターである、DNA断片3を得た。DNA断片3には、上記ベクター配列のほぼ全長が含まれる。pUC19又はpMW119を含むDNA断片3の合成には、配列番号41及び配列番号42で示される塩基配列を有するプライマーを用いた。pTWV228を含むDNA断片3の合成には、配列番号43及び配列番号44で示される塩基配列を有するプライマーを用いた。   DNA fragment 1 and DNA fragment 2 containing the vector sequence were fused using NEBuilder HiFi DNA Assembly Master Mix (New England Biolabs Japan). The resulting plasmid is E. coli. coli HST02 (Takara Bio Inc.) was transformed. The next day, plasmids were collected from the transformant colonies, and plasmids having the correct sequence were selected by sequence analysis. PCR was performed on this plasmid to obtain a DNA fragment 3, which is a vector containing the lacI promoter, the malR gene, and the rrnBT1 terminator in this order. DNA fragment 3 contains almost the entire length of the vector sequence. For the synthesis of DNA fragment 3 containing pUC19 or pMW119, a primer having the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 41 and SEQ ID NO: 42 was used. For the synthesis of DNA fragment 3 containing pTWV228, primers having the nucleotide sequences of SEQ ID NO: 43 and SEQ ID NO: 44 were used.

また、T7プロモーター、lacオペレーター、スパイダーシルクタンパク質(以下、SSPともいう。)をコードする核酸、T7ターミネーター、及びrrnBターミネーターをこの順に含むDNA断片4を作製した。上記SSPをコードする核酸としては、配列番号7で示されるアミノ酸配列を有するSSPをコードする核酸を用いた。   In addition, a DNA fragment 4 containing a T7 promoter, a lac operator, a nucleic acid encoding a spider silk protein (hereinafter also referred to as SSP), a T7 terminator, and a rrnB terminator in this order was prepared. As the nucleic acid encoding the SSP, a nucleic acid encoding an SSP having the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 7 was used.

DNA断片3と、DNA断片4とを、NEBuilder HiFi DNA Assembly Master Mixによって融合した。得られた3種類のプラスミドでE. coli HST02を形質転換した。翌日、形質転換体のコロニーからプラスミドを回収し、シーケンス解析により、正しい配列のプラスミドを選択した。   DNA fragment 3 and DNA fragment 4 were fused by NEBuilder HiFi DNA Assembly Master Mix. The resulting three plasmids were used for E. coli. coli HST02 was transformed. The next day, plasmids were collected from the transformant colonies, and plasmids having the correct sequence were selected by sequence analysis.

次に、上記プラスミド内のlacオペレーターを以下の方法で、配列番号2で示される塩基配列を有するオペレーター(Str−binding site)に置き換えた。鋳型としてプラスミドを、プライマーとして配列番号45及び配列番号46で示される塩基配列を有するプライマー用いて、PCRを行った。得られたPCR産物をDpnIで処理をした。得られた3種類のプラスミドでE. coli HST02を形質転換した。翌日、形質転換体のコロニーからプラスミドを回収し、シーケンス解析により、正しい配列のプラスミドを選択した。得られたSSP発現ベクターのベクターマップを図2〜図4に示す。   Next, the lac operator in the above plasmid was replaced with the operator having the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 2 (Str-binding site) by the following method. PCR was performed using a plasmid as a template and primers having the nucleotide sequences of SEQ ID NOs: 45 and 46 as primers. The resulting PCR product was treated with DpnI. The resulting three plasmids were used for E. coli. coli HST02 was transformed. The next day, plasmids were collected from the transformant colonies, and plasmids having the correct sequence were selected by sequence analysis. FIGS. 2 to 4 show vector maps of the obtained SSP expression vectors.

[T7RNAポリメラーゼ発現ベクターの作製]
表2に示すプライマーを用いて、DNA断片1の合成と同様にPCRを繰り返し、DNA断片5を得た。DNA断片5は、lacUV5プロモーターと、それぞれ配列番号2で示される塩基配列を有する3つのオペレーター(Str−binding site)と、を含む。
[Preparation of T7 RNA polymerase expression vector]
Using the primers shown in Table 2, PCR was repeated in the same manner as in the synthesis of DNA fragment 1 to obtain DNA fragment 5. DNA fragment 5 contains a lacUV5 promoter and three operators (Str-binding sites) each having a base sequence represented by SEQ ID NO: 2.

また、DNA断片1を鋳型として、配列番号59及び配列番号60で示される塩基配列を有するプライマーを用いてPCRを行い、DNA断片6を得た。DNA断片6は、lacIプロモーター及びmalR遺伝子を含む。   In addition, PCR was performed using DNA fragment 1 as a template and primers having the nucleotide sequences of SEQ ID NOS: 59 and 60 to obtain DNA fragment 6. DNA fragment 6 contains the lacI promoter and the malR gene.

さらに、図5に示すベクター(attlambda-Cm2-Tsp-lac-T7P)を鋳型として、配列番号61及び配列番号62で示される塩基配列を有するプライマーを用いてPCRを行い、DNA断片7を得た。図5に示すベクターは、CRIMプラスミド(Haldimann and Wanner (“Conditional-replication, integration,excision, and retrieval plasmid-host systems for gene structure-functionstudies of bacteria,” J Bacteriology, 183:6384-6393 (2001)))をバックボーンとしたプラスミドである。DNA断片7は、attlambda-Cm2-Tsp-lac-T7Pから一部配列を除去した断片であり、T7RNAポリメラーゼをコードする遺伝子を含む。   Further, PCR was performed using the vector (attlambda-Cm2-Tsp-lac-T7P) shown in FIG. 5 as a template and primers having the nucleotide sequences shown in SEQ ID NO: 61 and SEQ ID NO: 62 to obtain DNA fragment 7. . The vector shown in FIG. 5 is a CRIM plasmid (Haldimann and Wanner (“Conditional-replication, integration, excision, and retrieval plasmid-host systems for gene structure-functionstudies of bacteria,” J Bacteriology, 183: 6384-6393 (2001)). ) Is a backbone plasmid. DNA fragment 7 is a fragment obtained by removing a partial sequence from atlambda-Cm2-Tsp-lac-T7P, and contains a gene encoding T7 RNA polymerase.

DNA断片5、6、及び7をNEBuilder HiFi DNA Assembly Master Mixによって融合し、図6に示すT7RNAポリメラーゼ発現ベクターを得た。T7RNAポリメラーゼ発現ベクターは、クロラムフェニコール(Cm)耐性遺伝子も含む。   DNA fragments 5, 6, and 7 were fused with NEBuilder HiFi DNA Assembly Master Mix to obtain a T7 RNA polymerase expression vector shown in FIG. The T7 RNA polymerase expression vector also contains a chloramphenicol (Cm) resistance gene.

[形質転換]
T7RNAポリメラーゼ発現ベクターを、ヘルパープラスミドpAH69(米国特許出願公開第2004/0033608号明細書参照)を用いて、J Bacteriol.2001 Nov;183(21):6384−6393に記載される方法により、E. coli HST02のattHK022部位に挿入した。単一のプラスミドが組み込まれた形質転換体を、クロラムフェニコールを含むプレート上で選択した。
[Transformation]
The T7 RNA polymerase expression vector was prepared using the helper plasmid pAH69 (see US Patent Application Publication No. 2004/0033608) in J Bacteriol. 2001 Nov; 183 (21): 6384-6393. E. coli HST02 was inserted into the attHK022 site. Transformants incorporating a single plasmid were selected on plates containing chloramphenicol.

上記形質転換体のmalQ遺伝子を、PNAS June6,2000.97(12)6640−6645に記載される方法により破壊した。その後、得られたmalQ破壊株をSSP発現ベクターで形質転換し、malQ遺伝子を有さない19株、228株、及び119株を得た。19株、228株、及び119株は、それぞれをpUC19(コピー数:500〜700)、pTWV228(コピー数:15〜20)、及びpMW119(コピー数:5以下)、に由来するSSP発現ベクターを有する。   The malQ gene of the above transformant was disrupted by the method described in PNAS June 6, 200.97 (12) 6640-6645. Thereafter, the obtained malQ-disrupted strain was transformed with an SSP expression vector to obtain 19, 228, and 119 strains without the malQ gene. The 19 strains, 228 strains and 119 strains were obtained from SSP expression vectors derived from pUC19 (copy number: 500 to 700), pTWV228 (copy number: 15 to 20), and pMW119 (copy number: 5 or less), respectively. Have.

[発現誘導]
アンピシリンを含む10mLのLB培地を用いて、malQ遺伝子を有さない19株、228株、119株をコロニーから培養した。ODが1を超えた段階で培養液を5mLずつ2本のチューブに分け、終濃度が1.5%(w/v)になるようにグルコース又はマルトースを培養液に加えた。上記糖を添加する前と上記糖を添加してから2時間後の培養液のOD600nmの値を表3に示す。糖を添加してから2時間後に集菌してSDS−PAGEを行った。SDS−PAGEの泳動写真を図7に示す。図7において、「G」、「M」は、それぞれグルコース、マルトースを表す。
[Expression induction]
Using 10 mL of LB medium containing ampicillin, 19, 228, and 119 strains without the malQ gene were cultured from colonies. When the OD exceeded 1, the culture was divided into two tubes of 5 mL each, and glucose or maltose was added to the culture so that the final concentration was 1.5% (w / v). Table 3 shows the OD600 nm value of the culture solution before the addition of the sugar and 2 hours after the addition of the sugar. Two hours after the sugar was added, the cells were collected and subjected to SDS-PAGE. FIG. 7 shows an SDS-PAGE electrophoresis photograph. In FIG. 7, "G" and "M" represent glucose and maltose, respectively.

上記と同様の実験を、malQ遺伝子を有する19株、228株、及び119株を用いて行った。SDS−PAGEの泳動写真を図8に示す。図8において、「G」、「M」は、それぞれグルコース、マルトースを表す。   The same experiment as described above was carried out using 19 strains, 228 strains and 119 strains having the malQ gene. FIG. 8 shows an SDS-PAGE electrophoresis photograph. In FIG. 8, “G” and “M” represent glucose and maltose, respectively.

表3に示されるとおり、malQ破壊株は正常な増殖能を有していた。また、図7及び図8に示されるとおり、malQ遺伝子の有無に関わらず、マルトース添加により、SSP遺伝子の発現が顕著に誘導されていた。一方、malQ破壊株では、コピー数の低いプラスミドを有する株でより強い発現誘導が認められたのに対し(図7)、malQを有する株では、コピー数の高いプラスミドを有する株でより強い発現誘導が認められた(図8)。   As shown in Table 3, the malQ-disrupted strain had normal growth ability. In addition, as shown in FIGS. 7 and 8, expression of the SSP gene was significantly induced by the addition of maltose regardless of the presence or absence of the malQ gene. On the other hand, in the malQ-disrupted strain, stronger expression induction was observed in the strain having the low-copy-number plasmid (FIG. 7), whereas in the malQ-strain, stronger expression was observed in the strain having the high-copy-number plasmid. Induction was observed (FIG. 8).

Claims (13)

第一の発現カセット及び第二の発現カセットを含む第一の2本鎖DNA断片と、第三の発現カセットを含む第二の2本鎖DNA断片と、を含む、発現システムであって、
前記第一の発現カセットは、第一のプロモーターと、第一のプロモーターの制御下にあり第一のリプレッサータンパク質をコードする核酸と、を含み、
前記第二の発現カセットは、第二のプロモーターと、1つ以上の第一のオペレーターと、第二のプロモーターの制御下にありRNAポリメラーゼをコードする核酸と、を含み、
前記第三の発現カセットは、第三のプロモーターと、第三のプロモーターの制御下にあり目的タンパク質をコードする核酸と、を含み、前記第三のプロモーターは前記RNAポリメラーゼにより認識され、
前記第一のリプレッサータンパク質は、マルトースの非存在下で前記1つ以上の第一のオペレーターに結合して、前記RNAポリメラーゼをコードする核酸の転写を抑制するが、マルトースの存在下で前記1つ以上の第一のオペレーターに結合しない、発現システム。
An expression system, comprising: a first double-stranded DNA fragment containing a first expression cassette and a second expression cassette; and a second double-stranded DNA fragment containing a third expression cassette,
The first expression cassette comprises a first promoter, and a nucleic acid under the control of the first promoter and encoding a first repressor protein,
The second expression cassette comprises a second promoter, one or more first operators, and a nucleic acid under the control of the second promoter and encoding an RNA polymerase;
The third expression cassette includes a third promoter and a nucleic acid that is under the control of the third promoter and encodes a target protein, wherein the third promoter is recognized by the RNA polymerase;
The first repressor protein binds to the one or more first operators in the absence of maltose and represses transcription of the nucleic acid encoding the RNA polymerase, but in the presence of maltose, An expression system that does not bind to more than one primary operator.
前記第一のリプレッサータンパク質がMalRタンパク質である、請求項1に記載の発現システム。   The expression system according to claim 1, wherein the first repressor protein is a MalR protein. 前記第一のリプレッサータンパク質をコードする核酸が、配列番号1で示される塩基配列を有する、請求項1又は2に記載の発現システム。   The expression system according to claim 1 or 2, wherein the nucleic acid encoding the first repressor protein has a base sequence represented by SEQ ID NO: 1. 前記1つ以上の第一のオペレーターが、配列番号2で示される塩基配列を有するオペレーターである、請求項1〜3のいずれか一項に記載の発現システム。   The expression system according to any one of claims 1 to 3, wherein the one or more first operators are operators having a base sequence represented by SEQ ID NO: 2. 前記第一の発現カセットが、前記第一のオペレーターを2つ以上含む、請求項1〜4のいずれか一項に記載の発現システム。   The expression system according to any one of claims 1 to 4, wherein the first expression cassette includes two or more of the first operators. 前記RNAポリメラーゼがT7RNAポリメラーゼであり、前記第三のプロモーターがT7プロモーターである、請求項1〜5のいずれか一項に記載の発現システム。   The expression system according to any one of claims 1 to 5, wherein the RNA polymerase is a T7 RNA polymerase, and the third promoter is a T7 promoter. 前記第二の2本鎖DNA断片が、第四のプロモーターと、第四のプロモーターの制御下にあり第二のリプレッサータンパク質をコードする核酸と、を含む第四の発現カセットをさらに含み、
前記第三の発現カセットが、1つ以上の第二のオペレーターをさらに含み、
前記第二のリプレッサータンパク質は、マルトースの非存在下で前記1つ以上の第二のオペレーターに結合して、前記目的タンパク質をコードする核酸の転写を抑制するが、マルトースの存在下で前記1つ以上の第二のオペレーターに結合しない、請求項1〜6のいずれか一項に記載の発現システム。
Wherein the second double-stranded DNA fragment further comprises a fourth expression cassette comprising a fourth promoter and a nucleic acid under the control of the fourth promoter and encoding a second repressor protein;
Said third expression cassette further comprises one or more second operators;
The second repressor protein binds to the one or more second operators in the absence of maltose and represses transcription of a nucleic acid encoding the protein of interest, but in the presence of maltose, The expression system according to any one of claims 1 to 6, wherein the expression system does not bind to one or more second operators.
請求項1〜7のいずれか一項に記載の発現システムを備え、
前記RNAポリメラーゼが外来性である、組換え細胞。
An expression system according to any one of claims 1 to 7,
A recombinant cell wherein the RNA polymerase is exogenous.
前記組換え細胞が大腸菌である、請求項8に記載の組換え細胞。   The recombinant cell according to claim 8, wherein the recombinant cell is Escherichia coli. 前記組換え細胞がマルトースを資化できない、請求項8又は9に記載の組換え細胞。   The recombinant cell according to claim 8, wherein the recombinant cell is unable to utilize maltose. 前記第一の2本鎖DNA断片を染色体DNAに含み、前記第二の2本鎖DNA断片を染色体外DNAとして含む、請求項8〜10のいずれか一項に記載の組換え細胞。   The recombinant cell according to any one of claims 8 to 10, wherein the first double-stranded DNA fragment is contained in chromosomal DNA, and the second double-stranded DNA fragment is contained as extrachromosomal DNA. 前記染色体外DNAのコピー数が1〜700である、請求項11に記載の組換え細胞。   The recombinant cell according to claim 11, wherein the number of copies of the extrachromosomal DNA is 1 to 700. 請求項8〜12のいずれか一項に記載の組換え細胞をマルトース存在下で培養する工程を含む、目的タンパク質の製造方法。   A method for producing a target protein, comprising a step of culturing the recombinant cell according to any one of claims 8 to 12 in the presence of maltose.
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