JP2533671B2 - Method for producing thermophilic bacterium ribonuclease H by recombinant DNA technology - Google Patents

Method for producing thermophilic bacterium ribonuclease H by recombinant DNA technology

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JP2533671B2
JP2533671B2 JP2111065A JP11106590A JP2533671B2 JP 2533671 B2 JP2533671 B2 JP 2533671B2 JP 2111065 A JP2111065 A JP 2111065A JP 11106590 A JP11106590 A JP 11106590A JP 2533671 B2 JP2533671 B2 JP 2533671B2
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【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、好熱菌リボヌクレアーゼHのDNA組換え法
による製造に関し、さらに詳しくは、好熱菌リボヌクレ
アーゼH遺伝子を効率的に発現し得る発現ベクター、該
発現ベクターを含有している形質転換体、および該形質
転換体を用いて好熱菌リボヌクレアーゼHを製造する方
法に関するものである。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to production of thermophile ribonuclease H by a DNA recombination method, and more specifically, expression capable of efficiently expressing thermophile ribonuclease H gene. The present invention relates to a vector, a transformant containing the expression vector, and a method for producing thermophile ribonuclease H using the transformant.

[従来技術及び発明が解決しようとする課題] リボヌクレアーゼHは、DNA・RNAハイブリッドのRNA
鎖のみを特異的にエンド作用で切断するという基質特異
性を有する。そのような基質特異性に基づき、生化学分
野で極めて高い利用価値を有している。とりわけ、近年
その発達の著しい遺伝子工学において、下記の如き様々
な作用を有する酵素として大腸菌由来のものが大いに利
用されている。
[Problems to be Solved by Prior Art and Invention] Ribonuclease H is RNA of DNA / RNA hybrid.
It has a substrate specificity of specifically cleaving only the chain by the endo action. Based on such substrate specificity, it has extremely high utility value in the field of biochemistry. In particular, in genetic engineering, which has undergone remarkable development in recent years, Escherichia coli-derived enzymes are widely used as enzymes having various actions as described below.

1)cDNAのクローニングの際の鋳型mRNAの除去。1) Removal of template mRNA during cloning of cDNA.

2)mRNAのポリA領域の除去。2) Removal of the poly A region of mRNA.

3)RNAの断片化。3) Fragmentation of RNA.

本酵素の重要性は遺伝子工学の発展に伴って益々増大
しているが、大腸菌リボヌクレアーゼHの菌体における
生産量は、天然の状態では培養1あたり最高10μg程
度と著しく低く、需要に対する供給量の不足は明白であ
る。そこで、DNA組換え法を利用し、大腸菌を用いてク
ローン化酵素を生産する試みがなされ、そのようにして
得られた製品が既に様々な製造業者によって市販化され
ている[例、ベセスダ・リサーチ・ラボラトリー(Beth
esda Research Laboratory)、ファルマシア、および宝
酒造]。本発明者らも、大腸菌リボヌクレアーゼHの高
生産菌の開発に既に成功している(特開平01−202286
号)。
Although the importance of this enzyme is increasing with the development of genetic engineering, the production amount of Escherichia coli ribonuclease H in the bacterial cells is extremely low at a maximum of about 10 μg per culture in the natural state, and the supply amount to the demand is increased. The shortage is obvious. Therefore, an attempt was made to produce a cloned enzyme using Escherichia coli using the DNA recombination method, and the products thus obtained have already been commercialized by various manufacturers [eg, Bethesda Research・ Laboratory (Beth
Esda Research Laboratory), Pharmacia, and Takara Shuzo]. The present inventors have already succeeded in developing a high-producing bacterium of Escherichia coli ribonuclease H (JP-A-01-202286).
issue).

ところで、リボヌクレアーゼHを前述したようなcDNA
クローニングの際の試薬として用いる場合には、ヌクレ
アーゼ等の混入の全くない高純度精製標品が要求され
る。しかしながら、いかに大腸菌リボヌクレアーゼHの
生産レベルをあげても、本酵素を大腸菌から精製する限
り、極めて微量に存在するヌクレアーゼ等の混入を除去
することは極めて困難である。たとえ、そのような混入
の全くない高純度精製標品を調製できたとしても、酵素
希釈液、反応溶液、さらには空気中から微量のヌクレア
ーゼが混入してしまえばそれまでである。しかし、も
し、極めて熱に安定なリボヌクレアーゼHの調製が可能
になれば、そのような混入ヌクレアーゼ活性等は、加熱
処理により除去することが可能になるであろう。一般に
好熱菌由来の酵素は、常温菌由来のものよりT50値(酵
素活性が50%失われる時の温度)が30℃から40℃も高
く、100℃で数分間処理しても失活しないことが知られ
ている。従って、好熱菌リボヌクレアーゼHを遺伝子組
換え手法により大腸菌で生産させることができれば、加
熱処理により混入してくるヌクレアーゼ活性を除去でき
るので、その研究用試薬としての価値は著しく高まると
期待される。この場合、好熱菌から直接酵素を精製して
も意味のないことは、混入してくるヌクレアーゼも熱に
安定であろうことから明白であろう。
By the way, ribonuclease H is used as the cDNA described above.
When it is used as a reagent for cloning, a highly purified purified sample that does not contain nucleases is required. However, no matter how high the production level of Escherichia coli ribonuclease H is raised, it is extremely difficult to remove contaminants such as nucleases present in an extremely small amount as long as the present enzyme is purified from Escherichia coli. Even if such a highly purified purified sample can be prepared without any contamination, it is only necessary to mix a trace amount of nuclease from the enzyme diluent, the reaction solution, and the air. However, if it becomes possible to prepare an extremely heat-stable ribonuclease H, such contaminating nuclease activity etc. will be removed by heat treatment. Generally, the thermophilic bacterium-derived enzyme has a T 50 value (temperature at which enzyme activity is lost by 50%) of 30 to 40 ° C higher than that of a normal-temperature-derived enzyme, and is inactivated even if treated at 100 ° C for several minutes. It is known not to. Therefore, if thermophilic bacterium ribonuclease H can be produced in Escherichia coli by a gene recombination technique, the nuclease activity contaminated by the heat treatment can be removed, so that the value as a research reagent is expected to be significantly increased. In this case, it would be clear that purification of the enzyme directly from the thermophile is meaningless, since the contaminating nucleases would also be heat stable.

さらには、DNA/RNAハイブリドが、高次構造をとるた
めにリボヌクレアーゼHで切断されにくいというような
場合にも、そのような構造をとりえないような高温で酵
素を作用させることが可能であるという利点も、好熱菌
リボヌクレアーゼHは有する。以上のような観点から、
クローン化好熱菌リボヌクレアーゼHの調製法の開発が
望まれていた。ところで、好熱菌リボヌクレアーゼHの
構造遺伝子は、すでに三菱化成生命研:板谷光泰博士に
よってクローニングされ、そのDNA配列も決定されてい
るが(第1図)、開始コドンがGTGであるため、このま
までは大腸菌で発現させても発現効率が極めて悪いと予
測される。なぜなら、開始コドンは一般にMetのATGであ
り、GTGがMetをコードする効率は極めて低いことが知ら
れているからである。よって、クローン化好熱菌リボヌ
クレアーゼHを大腸菌で効率よく発現させるためには、
開始コドンの改変等も必要であることが予測されてい
た。
Further, even when the DNA / RNA hybrid has a higher-order structure and thus is less likely to be cleaved by ribonuclease H, it is possible to allow the enzyme to act at a high temperature at which such a structure cannot be obtained. Thermophilic ribonuclease H has the advantage of From the above viewpoints,
Development of a method for preparing cloned thermophile ribonuclease H has been desired. By the way, the structural gene of thermophile ribonuclease H has already been cloned by Mitsubishi Kasei Life Research Institute: Dr. Mitsuyasu Itaya, and its DNA sequence has also been determined (Fig. 1), but since the start codon is GTG, it remains as it is. Therefore, it is predicted that the expression efficiency will be extremely poor even when the expression is performed in E. coli. This is because the initiation codon is generally ATG of Met, and it is known that the efficiency of GTG to encode Met is extremely low. Therefore, in order to efficiently express the cloned thermophile ribonuclease H in E. coli,
It was predicted that modification of the start codon would be necessary.

[課題を解決するための手段] 本発明者らは、大腸菌における好熱菌リボヌクレアー
ゼHの発現を目的として、好熱菌リボヌクレアーゼH遺
伝子を効率良く発現させ得る発現ベクターを構築するた
めに種々検討を加えた結果、バクテリオファージラムダ
のPL及びPRプロモーター、および該プロモーターの支配
下にある好熱菌リボヌクレアーゼHの構造遺伝子を含有
するプラスミドで形質転換された大腸菌宿主細胞が、本
酵素を効率良く産生することを見出し、本発明を完成す
るに至った。なお、ここで、好熱菌リボヌクレアーゼH
の構造遺伝子は、その開始コドンがGTGからATGに改変さ
れている。
[Means for Solving the Problem] The present inventors have conducted various studies for constructing an expression vector capable of efficiently expressing the thermophilic ribonuclease H gene for the purpose of expressing thermophilic ribonuclease H in Escherichia coli. As a result, an E. coli host cell transformed with the P L and P R promoters of bacteriophage lambda and a thermophilic ribonuclease H structural gene under the control of the promoter efficiently transformed the enzyme into E. coli host cells. The inventors have found that they are produced and have completed the present invention. Here, thermophilic ribonuclease H
In the structural gene of, the start codon is modified from GTG to ATG.

即ち、本発明は、開始コドンを改変した好熱菌リボヌ
クレアーゼHの構造遺伝子がバクテリオファージλのPL
及びPRプロモーターの支配下にある、大腸菌内で複製お
よび発現可能な発現ベクターを提供するものである。
That is, according to the present invention, the structural gene of thermophile ribonuclease H whose start codon is modified is P L of bacteriophage λ.
And under the control of the P R promoter, there is provided a replication and expression vector capable of expressing in E. coli.

また本発明は、好熱菌リボヌクレアーゼHの製造方法
であって、上記の発現ベクターで大腸菌宿主を形質転換
し、得られた形質転換体を好熱菌のリボヌクレアーゼH
遺伝子の発現に適した条件下で培養し、各培養液中のリ
ボヌクレアーゼHを単離精製することからなる方法を提
供するものである。
The present invention also relates to a method for producing thermophile ribonuclease H, which comprises transforming an Escherichia coli host with the above expression vector and transforming the resulting transformant into thermophile ribonuclease H.
The present invention provides a method comprising culturing under conditions suitable for gene expression and isolating and purifying ribonuclease H in each culture solution.

また本発明は、本発明の発現ベクターを含有する形質
転換体を提供するものである。
The present invention also provides a transformant containing the expression vector of the present invention.

さらにまた本発明は、好熱菌リボヌクレアーゼHを培
養液中から単離精製する方法であって、形質転換体の培
養終了後、該培養液から集菌し、該菌を超音波処理して
溶解し、得られた細胞ライセイトを、8M以上の尿素の存
在下でP−11カラムクロマトグラフィーにかけることを
含む方法を提供するものである。
Furthermore, the present invention is a method for isolating and purifying thermophilic bacterium ribonuclease H from a culture broth, wherein after culturing a transformant, the bacterium is collected from the culture broth and sonicated to dissolve the bacterium. Then, the cell lysate thus obtained is subjected to P-11 column chromatography in the presence of 8 M or more of urea.

本発明の発現ベクター、プラスミドpJAL700Tは、三菱
化成生命研:板谷光泰博士によって好熱菌染色体からク
ローニングされた好熱菌リボヌクレアーゼH(以下、本
明細書中では単にリボヌクレアーゼHと称する)の構造
遺伝子(rnh)(第1図)を含有しているプラスミドpRE
T4004−3B6Aをrnhの供給源として用いて以下の如くにし
て構築された(第2図参照)。
The expression vector of the present invention, the plasmid pJAL700T, is a structural gene of thermophilic ribonuclease H (hereinafter, simply referred to as ribonuclease H in the present specification) cloned from thermophilic chromosome by Dr. Mitsuyasu Itaya, Mitsubishi Kasei Life Research Institute. Plasmid pRE containing (rnh) (Fig. 1)
It was constructed as follows using T4004-3B6A as a source of rnh (see Figure 2).

なお、好熱菌リボヌクレアーゼHのクローニングとDN
A配列については、すでに板谷により発表されており
(第61回日本生化学会)、プラスミドpRET4004−3B6A
は、板谷により提供されたものである。
In addition, cloning of thermophile ribonuclease H and DN
The A sequence has already been published by Itaya (61st Japan Biochemical Society), and the plasmid pRET4004-3B6A has been published.
Is provided by Itaya.

プラスミドpJAL700Tの構築 プラスミドpRET4004−3B6Aの700bp M1uI−HindIII断
片を切り出して、NdeIサイトを含む29merの合成DNAオリ
ゴマー(第3図参照)と共に、市販のプラスミドpUC19
のEcoRI−HindIII部位に挿入し、プラスミドpUC700EHを
得る。ここで、29merの合成DNAオリゴマーは、好熱菌リ
ボヌクレアーゼHの開始コドンを含むが、合成オリゴマ
ーにおいては、開始コドンが天然型のGTGからATGに改変
されている。プラスミドpUC700EHのHindIII部位をSa1I
部位に変換した後、650bp NdeI−Sa1I断片を切り出し、
市販の発現ベクターpJLA503のNdeI−Sa1I部位に挿入
し、本発明の発現ベクターpJAL700Tを構築する。プラス
ミドpJAL700Tの制限酵素切断地図を第4図に示す。プラ
スミドpJAL700Tでは、バクテリオファージラムダのPL
びPRプロモーターがその3′−下流の好熱菌rnh遺伝子
を支配している。さらに本プラスミドは、熱感受性リプ
レッサーcIts857の遺伝子を含むため、どのような大腸
菌宿主を本プラスミドで形質転換しようとも、好熱菌RN
aseHの発現は、培養温度を30℃から42℃にシフトするこ
とにより誘導される。
Construction of plasmid pJAL700T The 700 bp M1uI-HindIII fragment of plasmid pRET4004-3B6A was excised and commercialized plasmid pUC19 with a 29mer synthetic DNA oligomer containing NdeI site (see Fig. 3).
At the EcoRI-HindIII site to obtain plasmid pUC700EH. Here, the 29-mer synthetic DNA oligomer contains the initiation codon of thermophile ribonuclease H. In the synthetic oligomer, the initiation codon is modified from natural GTG to ATG. Saind the HindIII site of plasmid pUC700EH
After conversion to the site, cut out the 650 bp NdeI-Sa1I fragment,
A commercially available expression vector pJLA503 is inserted into the NdeI-Sa1I site to construct the expression vector pJAL700T of the present invention. A restriction map of plasmid pJAL700T is shown in FIG. In plasmid pJAL700T, P L and P R promoters of bacteriophage lambda dominates the thermophilic bacteria rnh gene of the 3'-downstream. Furthermore, since this plasmid contains the gene for the heat-sensitive repressor cI ts857 , whichever E. coli host is transformed with this plasmid, the thermophilic RN
The expression of aseH is induced by shifting the culture temperature from 30 ° C to 42 ° C.

リボヌクレアーゼHの大腸菌内での発現 上記のプラスミドpJAL700Tを用いて大腸菌K−12株HB
101(F-、hsd.S20(rB -、mB -)、recA13、ara−14、pro
A2、lacY1、ga1K2、rpsL20(Smr)、xy1−5、mt1−
1、supE44、λ-)を形質転換する。この場合、前述し
たように形質転換する大腸菌宿主の種類は問わない。PL
プロモーターは、cIリプレッサーが安定である温度領域
(32℃以下)では機能せず、不安定な温度領域(40℃以
上)で初めて機能するという特徴を有するので、アンピ
シリン耐性に基づいて選択した形質転換体、E.coli HB1
01/pJAL700Tを、対数増殖期に培養温度を30℃から40℃
に上昇させて培養すると、該プロモーターが機能し、リ
ボヌクレアーゼHの発現が誘導され、所望の酵素リボヌ
クレアーゼHが大量生産されることになる。
Expression of ribonuclease H in Escherichia coli Escherichia coli K-12 strain HB was prepared using the above plasmid pJAL700T.
101 (F -, hsd.S20 (r B -, m B -), recA13, ara-14, pro
A2, lacY1, ga1K2, rpsL20 (Sm r ), xy1-5, mt1−
1, supE44, λ -) to the transformation. In this case, the type of E. coli host transformed as described above does not matter. P L
Since the promoter does not function in the temperature range where the cI repressor is stable (32 ° C or lower) and functions in the unstable temperature range (40 ° C or higher) for the first time, the trait selected on the basis of ampicillin resistance. Transformant, E. coli HB1
01 / pJAL700T culture temperature in the logarithmic growth phase from 30 ℃ to 40 ℃
When it is raised and cultured, the promoter functions, the expression of ribonuclease H is induced, and the desired enzyme ribonuclease H is mass-produced.

リボヌクレアーゼHの単離精製 本発明方法でのリボヌクレアーゼHの単離精製は下記
の順序で行なわれる。
Isolation and purification of ribonuclease H Isolation and purification of ribonuclease H in the method of the present invention are performed in the following order.

1)超音波処理 2)P−11カラムクロマトグラフィー 3)P−11カラムによる再クロマトグラフィー 上記の如くにして得られた本発明のリボヌクレアーゼ
H高生産菌を集菌後、超音波処理に付し、菌体内のリボ
ヌクレアーゼHを可溶化する。細胞ライセイトを遠心し
た後、遠心上清(粗抽出液)に、最終8〜10Mの濃度と
なるように尿素を加え、P−11セルロースカラムクロマ
トグラフィーにかけることにより精製標品を得る。
1) sonication 2) P-11 column chromatography 3) re-chromatography with P-11 column The ribonuclease H-highly producing bacterium of the present invention obtained as described above is collected and then sonicated. , Solubilizes ribonuclease H in cells. After centrifuging the cell lysate, urea was added to the centrifugation supernatant (crude extract) to a final concentration of 8 to 10 M, and the mixture was subjected to P-11 cellulose column chromatography to obtain a purified sample.

[発明の作用] 本発明のベクターを含有する形質転換体を上記の如く
にして培養し、得られた培養液から本発明方法に従って
単離精製されたリボヌクレアーゼHは、90℃で10分間処
理しても酵素活性を100%保持するので、混入している
ヌクレアーゼ活性等を加熱処理により除去することが可
能である。従って、本発明によれば、極めて高純度であ
ることを要求する遺伝子工学用の酵素を、効率良く、高
収率で得ることができる。以下に実施例を挙げ、本発明
をさらに詳しく説明する。
[Operation of the Invention] The transformant containing the vector of the present invention is cultured as described above, and the ribonuclease H isolated and purified from the obtained culture solution according to the method of the present invention is treated at 90 ° C for 10 minutes. However, since 100% of the enzyme activity is retained, it is possible to remove contaminating nuclease activity and the like by heat treatment. Therefore, according to the present invention, an enzyme for genetic engineering, which requires extremely high purity, can be efficiently obtained in high yield. Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples.

実施例1 プラスミドpJAL700Tの構築rnh遺伝子源とし
てpRET4004−3B6Aを用いた。このプラスミドpRET4004−
3B6A(10μg)を100μ1の反応溶液中、50ユニットず
つのHindIIIとM1uIにより37℃で1時間消化した。次い
で、消化物を1.5%アガロースゲル電気泳動にかけた。r
nh遺伝子を含む700bp HindIII−M1uI断片をエレクトロ
エリューション(電気溶出)によりアガロースゲルから
抽出した後、DE−52カラムクロマトグラフィーにより精
製した。エタノール沈殿により回収された700bp HindII
I−EcoRI断片の量は約1μgであった。一方、プラスミ
ドベクターpUC19(TOYOBO製)(2μg)を50μlの反
応溶液中、10ユニットずつのHindIIIとEcoRIにより37℃
で1時間完全に消化した消化物を0.7%アガロースゲル
電気泳動にかけ、2.7kb EcoRI−HindIII断片を700bp断
片と同様に溶出・精製した。回収率はほぼ100%であっ
た。
Example 1 Construction of plasmid pJAL700T pRET4004-3B6A was used as the rnh gene source. This plasmid pRET4004-
3B6A (10 μg) was digested with 50 units each of HindIII and M1uI in a 100 μl reaction solution at 37 ° C. for 1 hour. The digest was then subjected to 1.5% agarose gel electrophoresis. r
The 700 bp HindIII-M1uI fragment containing the nh gene was extracted from the agarose gel by electroelution (electroelution) and then purified by DE-52 column chromatography. 700bp HindII recovered by ethanol precipitation
The amount of I-EcoRI fragment was about 1 μg. On the other hand, plasmid vector pUC19 (manufactured by TOYOBO) (2 μg) was added to 50 μl of reaction solution at 37 ° C. with 10 units of HindIII and EcoRI.
The digested product that had been completely digested for 1 hour was subjected to 0.7% agarose gel electrophoresis, and the 2.7 kb EcoRI-HindIII fragment was eluted and purified in the same manner as the 700 bp fragment. The recovery rate was almost 100%.

以上のようにして得られた700bp HindIII−M1uI断片
および2.7kb EcoRI−HindIII断片それぞれ0.1μgと、2
9mer合成DNAオリゴマー(第3図)0.01μgを混合し、2
0μlの反応溶液中、5ユニットのT4DNAリガーゼ(TOYO
BO製)と共に16℃で30分間反応させ、プラスミドの環化
を行なった。次いで、環化したプラスミドで大腸菌JM10
9を形質転換し、形質転換体よりプラスミドpUC700EHを
得た。
The 700 bp HindIII-M1uI fragment and the 2.7 kb EcoRI-HindIII fragment thus obtained were each 0.1 μg and 2
9mer Synthetic DNA oligomer (Fig. 3) 0.01 μg was mixed, and 2
5 units of T4 DNA ligase (TOYO
(Manufactured by BO) and reacted at 16 ° C. for 30 minutes to cyclize the plasmid. The circularized plasmid was then used to transform E. coli JM10.
9 was transformed, and the plasmid pUC700EH was obtained from the transformant.

次いで、このpUC700EH(2μg)を20μlの反応溶液
中、10ユニットのHindIIIにより37℃で1時間完全に消
化した。エタノール沈澱によりDNAを回収した後、20μ
lの反応溶液中、2ユニットのDNAポリメラーゼ(クレ
ノウ)を加えて37℃で30分間反応させた後、65℃で10分
間処理した。エタノール沈澱により回収したDNAを20μ
lの反応溶液中、1ユニットの大腸菌アルカリ性フォス
ファターゼを加えて37℃で30分間処理した後、反応溶液
を0.7%アガロースゲル電気泳動にかけた。3.5kb DNA断
片を700bp HindIII−M1uI断片と同様に溶出・精製し
た。DNAの回収量は約1μgであった。得られたDNA0.1
μgをSa1Iリンカー(宝酒造製)0.01μgと混合(モル
比1:50)し、20μlの反応溶液中、5ユニットのT4 DNA
リガーゼを加えて16℃で30分間処理した。このようにし
て環化したプラスミドで大腸菌JM109を形質転換し、形
質転換体よりプラスミドpUC700ESを得た。
Then, this pUC700EH (2 μg) was completely digested with 10 units of HindIII in 20 μl of the reaction solution at 37 ° C. for 1 hour. After collecting the DNA by ethanol precipitation,
After adding 2 units of DNA polymerase (Klenow) to the reaction solution of 1 and reacting at 37 ° C for 30 minutes, the mixture was treated at 65 ° C for 10 minutes. 20μ of DNA recovered by ethanol precipitation
After adding 1 unit of Escherichia coli alkaline phosphatase to the reaction solution of 1 and treating at 37 ° C. for 30 minutes, the reaction solution was subjected to 0.7% agarose gel electrophoresis. The 3.5 kb DNA fragment was eluted and purified in the same manner as the 700 bp HindIII-M1uI fragment. The recovered amount of DNA was about 1 μg. Obtained DNA 0.1
μg was mixed with 0.01 μg of Sa1I linker (Takara Shuzo) (molar ratio 1:50), and 5 units of T4 DNA in 20 μl of reaction solution.
Ligase was added and the mixture was treated at 16 ° C for 30 minutes. Escherichia coli JM109 was transformed with the plasmid thus cyclized, and a plasmid pUC700ES was obtained from the transformant.

最後に、以下のようにして発現ベクターpJAL700Tを構
築した。プラスミドpUC700ES(10μg)を100μlの反
応溶液中、50ユニットのNdeIと50ユニットのSa1Iを用い
て37℃で1時間、完全消化した後、1.5%アガロースゲ
ル電気泳動にかけた。650bp NdeI−Sa1I断片を切り出
し、700pb HindIII−M1uI断片の場合と同様に溶出・精
製を行なった。エタノール沈澱により回収されたDNAの
量は約1μgであった。
Finally, the expression vector pJAL700T was constructed as follows. The plasmid pUC700ES (10 μg) was completely digested with 50 units of NdeI and 50 units of Sa1I in 100 μl of the reaction solution at 37 ° C. for 1 hour, and then subjected to 1.5% agarose gel electrophoresis. The 650 bp NdeI-Sa1I fragment was cut out and eluted and purified in the same manner as in the case of the 700pb HindIII-M1uI fragment. The amount of DNA recovered by ethanol precipitation was about 1 μg.

一方、プラスミドpJLA503(西独:Medac社より購入)
5μgを100μlの反応溶液中、50ユニットのNdeIと50
ユニットのSa1Iを用いて37℃で1時間消化した後、0.7
%アガロースゲル電気泳動にかけた。4.9kb NdeI−Sa1I
断片を切り出し、700bp HindIII−M1uI断片の場合と同
様に溶出・精製を行なった。エタノール沈澱により回収
されたDNAの量は約1μgであった。
On the other hand, plasmid pJLA503 (West Germany: purchased from Medac)
5 μg was added to 100 μl of reaction solution with 50 units of NdeI and 50
After digesting with 1 unit of Sa1I for 1 hour at 37 ℃, 0.7
% Agarose gel electrophoresis. 4.9kb NdeI-Sa1I
The fragment was cut out and eluted and purified in the same manner as in the case of the 700 bp HindIII-M1uI fragment. The amount of DNA recovered by ethanol precipitation was about 1 μg.

以上のようにして得られた650pb NdeI−Sa1I断片0.1
μgと4.9 NdeI−Sa1I断片0.1μgを混合し、20μlの
反応溶液中、5ユニットのT4 DNAリガーゼにより16℃で
30分間処理し、プラスミドを環化した。環化したプラス
ミドで大腸菌HB101を形質転換し、形質転換体よりプラ
スミドpJAL700Tを得た(第2図参照)。
650 pb NdeI-Sa1I fragment 0.1 obtained as described above
μg and 0.1 μg of 4.9 NdeI-Sa1I fragment were mixed, and 20 units of reaction solution was added with 5 units of T4 DNA ligase at 16 ℃.
After treatment for 30 minutes, the plasmid was circularized. Escherichia coli HB101 was transformed with the cyclized plasmid, and the plasmid pJAL700T was obtained from the transformant (see FIG. 2).

上記のようにして得た、所望のプラスミドpJAL700Tの
詳細な制限酵素切断地図を第4図に示した。形質転換体
エシェリシア・コリ(coli)HB101/pJAL700Tは、工
業技術院微生物工業技術研究所に寄託されている(微工
研菌寄第11416号、寄託日:平成2年4月18日)。
A detailed restriction enzyme digestion map of the desired plasmid pJAL700T obtained as described above is shown in FIG. The transformant Escherichia coli ( E. coli ) HB101 / pJAL700T has been deposited at the Institute for Microbial Technology, Institute of Industrial Science and Technology (Microbiology Research Institute No. 11416, Deposit date: April 18, 1990). .

実施例2 形質転換体の培養とリボヌクレアーゼH含有
菌体の調製 実施例1記載のプラスミドpJAL700Tで形質転換した大
腸菌K−12株HB101(フェノタイプは前述)を80μg/lア
ンピシリンを含むLB培地中、30℃で振盪培養した。培養
液の濁度がクレット値で100前後まで生育した時点で培
養温度を42℃に上げ、更に4時間振盪を続けた後、集菌
した。得た菌体を−20℃で凍結保存した。
Example 2 Cultivation of transformants and preparation of ribonuclease H-containing cells Escherichia coli K-12 strain HB101 (phenotype was the above) transformed with the plasmid pJAL700T described in Example 1 was added to LB medium containing 80 μg / l ampicillin. The culture was performed at 30 ° C with shaking. At the time when the turbidity of the culture broth reached a Klett value of around 100, the culture temperature was raised to 42 ° C., and the mixture was further shaken for 4 hours and then collected. The obtained cells were stored frozen at -20 ° C.

実施例3 形質転換体からのリボヌクレアーゼHの抽出
及び精製 実施例2で得た40mlの培養液から集めたHB101/pJAL70
0T菌体約300mgを、1mM EDTAを含む10mM トリス塩酸緩
衝液(pH7.5)、5mlに懸濁した後、超音波処理により菌
体を破砕した。次いで、15,000rpmで30分間遠心した。
得られた遠心上清約5mlに、3.5gの尿素と120μlの1M酢
酸緩衝液(pH5.5)を加えた。この時の、遠心上清中の
尿素と、酢酸緩衝液の最終濃度は、それぞれ、約9M及び
約20mMである。上記の操作で、菌体内のリボヌクレアー
ゼHは、ほぼ80%可溶化された。
Example 3 Extraction and purification of ribonuclease H from transformants HB101 / pJAL70 collected from 40 ml of the culture broth obtained in Example 2.
About 300 mg of 0T microbial cells was suspended in 5 ml of 10 mM Tris-HCl buffer (pH 7.5) containing 1 mM EDTA, and the microbial cells were disrupted by sonication. Then, it was centrifuged at 15,000 rpm for 30 minutes.
To about 5 ml of the obtained centrifugation supernatant, 3.5 g of urea and 120 μl of 1M acetate buffer (pH 5.5) were added. At this time, the final concentrations of urea and acetate buffer in the centrifugal supernatant are about 9 M and about 20 mM, respectively. By the above operation, the ribonuclease H in the cells was solubilized by almost 80%.

次いで、8M尿素を含む20mM酢酸緩衝液(pH5.5)(以
下、緩衝液Aと略称する)で平衡化したP−11カラム
(0.6ml)に、上記試料液を適用した。試料の適用終了
後、約2mlの緩衝液A及び2mlの0.2M NaClを含む緩衝液
Aでこの順序にカラムを洗浄した後、NaCl濃度を0.7Mま
で直線的に上昇させることにより、酵素を溶出した。P
−11カラムクロマトグラフィーにおけるリボヌクレアー
ゼHの回収率は約50%であり、精製純度は約20%から95
%に上昇した。P−11カラムからの溶出画分を、緩衝液
Aで3倍希釈した後、同緩衝液で平衡化したP−11カラ
ム(0.5ml)に再度適用するという、いわゆる再カラム
クロマトグラフィーを行うことにより、リボヌクレアー
ゼHをSDS−PAGEで単一バンドが示されるまでに精製し
た(第5図)。このP−11による再クロマトグラフィー
における本酵素の回収率は約80%であった。従って、全
精製過程を通してのリボヌクレアーゼHの精製収率は約
40%となる。精製標品からの8M尿素の除去は、10mM酢酸
緩衝液(pH5.5)で平衡化したPD−10(ファルマシア)
で脱塩することにより行った。本脱塩操作におけるリボ
ヌクレアーゼHの回収は、ほぼ100%であった。結局、
精製標品の収量は約10mg/lであった。このようにして得
られた好熱菌リボヌクレアーゼHの、M13・DNA/RNAハイ
ブリド加水分解に対する比活性は、37℃で測定した場
合、約10,000ユニット/mgと、大腸菌リボヌクレアーゼ
Hの約8%であった。
Then, the sample solution was applied to a P-11 column (0.6 ml) equilibrated with a 20 mM acetate buffer (pH 5.5) containing 8 M urea (hereinafter abbreviated as buffer A). After application of the sample, the column was washed with about 2 ml of buffer A and 2 ml of buffer A containing 0.2 M NaCl in this order, and then the enzyme was eluted by increasing the NaCl concentration linearly to 0.7 M. did. P
The recovery rate of ribonuclease H in -11 column chromatography is about 50%, and the purification purity is about 20% to 95%.
Rose to%. Performing so-called re-column chromatography, in which the elution fraction from the P-11 column is diluted 3 times with buffer A and then applied again to the P-11 column (0.5 ml) equilibrated with the same buffer. Ribonuclease H was purified by SDS-PAGE until a single band was shown (Fig. 5). The recovery rate of this enzyme in this re-chromatography with P-11 was about 80%. Therefore, the purification yield of ribonuclease H through the entire purification process is about
40%. The removal of 8M urea from the purified sample was performed by PD-10 (Pharmacia) equilibrated with 10 mM acetate buffer (pH 5.5).
It was carried out by desalting with. Recovery of ribonuclease H in this desalting operation was almost 100%. After all,
The yield of the purified preparation was about 10 mg / l. The specific activity of the thermophilic bacterium ribonuclease H thus obtained against M13.DNA / RNA hybrid hydrolysis was about 10,000 units / mg, which was about 8% of E. coli ribonuclease H, when measured at 37 ° C. It was

実施例4 好熱菌リボヌクレアーゼHの熱安定性 実施例3で得られた好熱菌リボヌクレアーゼHの熱安
定性を、大腸菌リボヌクレアーゼHと比較したところ、
第6図に示すように、大腸菌リボヌクレアーゼHの酵素
活性が、60℃で10分間処理することによりほぼ完全に失
活するのに対し、好熱菌リボヌクレアーゼHの酵素活性
は、90℃で10分間処理しても、全く影響を受けなかっ
た。
Example 4 Thermostability of thermophile ribonuclease H When the thermostability of thermophile ribonuclease H obtained in Example 3 was compared with that of Escherichia coli ribonuclease H,
As shown in FIG. 6, the enzyme activity of Escherichia coli ribonuclease H is almost completely inactivated by treating at 60 ° C. for 10 minutes, whereas the enzyme activity of thermophilic ribonuclease H is at 90 ° C. for 10 minutes. The treatment did not have any effect.

[発明の効果] リボヌクレアーゼHは、前述の如く試薬として価値の
高い酵素である。これまで、クローン化大腸菌リボヌク
レアーゼHが市販されているが、微量のヌクレアーゼ活
性等の混入を除去しきれないという問題があった。本発
明は、熱処理により混入するヌクレアーゼ活性を除去す
ることが可能な、クローン化好熱菌リボヌクレアーゼH
の調製法を提供するものであり、該酵素を利用する研究
の発展を促すものである。
[Effect of the Invention] As described above, ribonuclease H is an enzyme having a high value as a reagent. Up to now, cloned Escherichia coli ribonuclease H is commercially available, but there is a problem that it is not possible to completely remove contaminants such as a trace amount of nuclease activity. The present invention provides a cloned thermophile ribonuclease H capable of removing nuclease activity contaminated by heat treatment.
The present invention provides a method for preparing the above, and promotes the development of research utilizing the enzyme.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は好熱菌リボヌクレアーゼHの構造遺伝子のDNA
配列と、DNA配列から予測されるアミノ酸配列を示す模
式図、第2図はプラスミドpJAL700Tの組立て模式図、第
3図は合成DNAリンカー(29mer)の配列及び制限酵素部
位を示す模式図、第4図はプラスミドpJAL700Tの制限酵
素切断地図、第5図はSDS−PAGE後CBB染色した結果の写
真の模式図、第6図は不可逆的な熱失活に対する安定性
を好熱菌と大腸菌のリボヌクレアーゼH間で比較したグ
ラフである。
Figure 1 shows the DNA of the thermophilic ribonuclease H structural gene.
Sequence and a schematic diagram showing the amino acid sequence predicted from the DNA sequence. Fig. 2 is a schematic diagram of the assembly of plasmid pJAL700T. Fig. 3 is a schematic diagram showing the sequence of the synthetic DNA linker (29mer) and restriction enzyme sites. The figure shows the restriction enzyme digestion map of plasmid pJAL700T. Figure 5 is a schematic diagram of the photograph of SDS-PAGE followed by CBB staining. Figure 6 shows the stability against irreversible heat inactivation. It is the graph which compared between.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 (C12N 9/22 (C12N 9/22 C12R 1:19) C12R 1:19) ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification number Office reference number FI technical display location (C12N 9/22 (C12N 9/22 C12R 1:19) C12R 1:19)

Claims (12)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】好熱菌リボヌクレアーゼHを暗号化してい
るDNA断片であって、開始コドンを天然型のGTGからATG
に変換したものを大腸菌の遺伝子発現系制御下に含有し
ている組換え体発現ベクター。
1. A DNA fragment encoding thermophile ribonuclease H, the start codon of which is natural GTG to ATG.
Recombinant expression vector containing the Escherichia coli under control of the gene expression system.
【請求項2】プラスミドpBR322由来の複製起源、熱感受
性リプレッサーcIts857の遺伝子、バクテリオファージ
ラムダのPL、PR両プロモーター、及び該PL、PR両プロモ
ーターの支配下にある好熱菌リボヌクレアーゼHの構造
遺伝子を含有しており、大腸菌内で複製及び発現可能な
請求項1記載の発現ベクター。
2. A replication origin derived from plasmid pBR322, a gene of heat-sensitive repressor cI ts857 , both P L and P R promoters of bacteriophage lambda, and a thermophilic bacterium under the control of both P L and P R promoters. The expression vector according to claim 1, which contains a structural gene for ribonuclease H and is capable of replication and expression in E. coli.
【請求項3】プラスミドpJAL700Tである請求項2記載の
発現ベクター。
3. The expression vector according to claim 2, which is the plasmid pJAL700T.
【請求項4】選択マーカーとしてアンピシリン耐性遺伝
子を含有する請求項3記載の発現ベクター。
4. The expression vector according to claim 3, which contains an ampicillin resistance gene as a selectable marker.
【請求項5】請求項1〜4のいずれかに記載の発現ベク
ターで大腸菌宿主を形質転換することにより得られる形
質転換体。
5. A transformant obtained by transforming an Escherichia coli host with the expression vector according to any one of claims 1 to 4.
【請求項6】宿主が大腸菌K−12株HB101である請求項
5記載の形質転換体。
6. The transformant according to claim 5, wherein the host is Escherichia coli K-12 strain HB101.
【請求項7】大腸菌HB101/pJAL700Tである請求項6記載
の形質転換体。
7. The transformant according to claim 6, which is Escherichia coli HB101 / pJAL700T.
【請求項8】請求項5〜7のいずれかに記載の形質転換
体を好熱菌リボヌクレアーゼHの発現に適した条件下で
培養し、得られた大腸菌菌体から好熱菌リボヌクレアー
ゼHを回収することからなる好熱菌リボヌクレアーゼH
の製造方法。
8. The transformant according to claim 5 is cultured under conditions suitable for expression of thermophilic ribonuclease H, and thermophilic ribonuclease H is recovered from the obtained E. coli cells. Thermophilic ribonuclease H consisting of
Manufacturing method.
【請求項9】大腸菌HB101/pJAL700Tの培養温度を対数増
殖期に30℃から42℃に変えて培養することからなる請求
項8記載の方法。
9. The method according to claim 8, which comprises culturing while changing the culture temperature of Escherichia coli HB101 / pJAL700T from 30 ° C. to 42 ° C. in the logarithmic growth phase.
【請求項10】培養終了後、形質転換体の菌体を超音波
処理して破粋し、得られた溶液をカラムクロマトグラフ
ィーに付して、所望のタンパク質を単離することからな
る請求項9記載の方法。
10. After completion of the culture, the transformant cells are sonicated to be disrupted, and the resulting solution is subjected to column chromatography to isolate the desired protein. 9. The method described in 9.
【請求項11】8M以上の濃度の尿素存在下、陽イオン交
換カラムクロマトグラフィーに付して、所望のタンパク
質を精製した後、脱塩カラムにより尿素を除くことから
なる請求項10記載の方法。
11. The method according to claim 10, which comprises subjecting the desired protein to purification by subjecting it to cation exchange column chromatography in the presence of urea at a concentration of 8 M or more, and then removing the urea by a desalting column.
【請求項12】陽イオン交換樹脂としてホスフォセルロ
ースを用いることからなる請求項11記載の方法。
12. The method according to claim 11, which comprises using phosphocellulose as the cation exchange resin.
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