JP2667261B2 - 発現エンハンサーおよび組換え遺伝子発現時の収量を増大させる方法 - Google Patents

発現エンハンサーおよび組換え遺伝子発現時の収量を増大させる方法

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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、発現促進DNA(以下発現エンハンサーとい
う)および組換え遺伝子を有する発現ベクターを含む適
当な宿主細胞の形質転換によつて組換え遺伝子の発現時
の収量を増大させる方法に関する。
従来の技術 組換え遺伝子、就中E.coli中の真核遺伝子の発現時に
は、しばしば、所望の遺伝子生成物の発現が不十分であ
る、という難点が生じる。これは、当該分野において従
事する研究者によつて種々の原因に帰せられているが、
就中特定の組換え遺伝子で形質転換されたE.coli細胞の
極めて小さい発酵速度に原因があるとされている。成程
E.coli細胞は部分的には組換え遺伝子の極めて良好な発
現を示すが、細胞成長は不良であつて、そのためにバイ
オマスが僅かしか得られず、その結果また所望の遺伝子
生成物の収量も極めて少なくなる。
発明が解決しようとする課題 したがつて本発明は、E.coliにおける発現時の所望の
遺伝子生成内の収量を増大させる方法および手段を提供
するという課題を基礎にしている。
課題を解決するための手段 前記課題は本発明により、発現エンハンサーが、転写
後にtRNAのクローバー葉構造を形成する能力のあるDNA
配列を有しかつ転写後にクローバー葉構造においてアン
チコドンループを形成するDNA領域で、配列5′−GACTT
AGAAGGTCGTT−3′またはこの配列と相補的な配列5′
−AACGACCTTCTAAGTC−3′、好ましくは5′−CACGACTT
AGAAGGTCGTTG−3′または同配列と相補的なオリゴ5′
−CAACGACCTTCTAAGTCGTG−3′とハイブリツドを形成し
ていることによつて解決される。
tRNA分子のクローバー葉構造は、一本鎖RNA分子の特
定領域の塩基対によつて形成され、すべてのtRNA分子に
おいて特定の規則性が生じる。クローバー葉構造のそれ
ぞれには、左のループ、すなわち所謂ジヒドロウリジン
ループ;第2番目のループ、すなわち相補的なトリプレ
ツトを有するtRNA分子の場合にはmRNAの塩基対を引受け
ることができ、それによつてtRNAの特異性を決める所謂
アンチコドンループおよび右に配置されたループ、すな
わち所謂プソイドウリジンループが存在し、アンチコド
ンループとプソイドウリジンループとの間にはしばしば
可変のエキストラループがある。
本発明による発現エンハンサーは、転写後にこのよう
なクローバー葉構造を形成することができるRNAを与え
るDNA構造を有する。従つて本発明は、クローバー葉構
造を形成する能力のある天然および合成遺伝子を包含し
ており、本発明の範囲内にはまた、クローバー葉構造を
形成する能力のあるDNA配列の他に別の配列を有しかつ
クローバー葉構造を有するRNAの形成下にプロセツシン
グされうるDNA配列も入る。しかし本発明による発現エ
ンハンサーは、アンチコドンループで前記オリゴヌクレ
オチドとハイブリツトを形成することを特徴としてい
る。本発明の好ましい実施態様においては、発現エンハ
ンサーは配列5′−CACGACTTAGAAGGTCGTTG−3′または
これと相補的な配列5′−CAACGACCTTCTAAGTCGTG−3′
のオリゴヌクレオチドとハイブリツドを形成する。
このような発現エンハンサーは合成することもできる
し、また例えばE.coli細胞から分離することもできる。
本発明の好ましい実施態様においては、発現エンハンサ
ーを製造するために、Pst Iで部分的に消化された染色
体E.coli DNAから成る遺伝子バンク(Genbank)を適当
なベクターに導入し、この遺伝子バンクベクターおよび
その発現時にE.coli細胞の成長を不良にする組換え遺伝
子を有する発現プラスミド(ここで“成長を不良にす
る”という表現は本発明の範囲では、細胞の成長を組換
え遺伝子のみの発現の場合には、発現エンハンサーの付
加的発現の場合よりも不良にすることを意味する)を含
むE.coli細胞が共同形質転換され、選択され、誘導さ
れ、培養され、増殖して大きなコロニーになつたクロー
ンを分離し、これらのクローンから遺伝子バンクベクタ
ーを分離する。配列5′−GACTTAGAAGGTCGTT−3′また
はこれと相補的な配列5′−AACGACCTTCTAAGTC−3′の
オリゴヌクレオチドとのハイブリツド形成によつて、発
現エンハンサーの存在を検べることができる。本発明の
特に好ましい実施態様においては配列5′−CACGACTTAG
AAGGTCGTTG−3′のオリゴヌクレオチドまたはこれと相
補手なオリゴヌクレオチド5′−CAACGACCTTCTAAGTCGTG
−3′を使用する。
本発明による好ましい製造方法は、E.coliでその遺伝
子が発現する際同細胞の成長を極めて不良にする組換え
遺伝子を有する発現プラスミドを用いて行なうことがで
きる。このために好ましくは誘導可能な発現プラスミド
を使用すると、誘導までE.coli細胞の通常の発酵が起こ
りうる。誘導後に、再び本発明による発現エンハンサー
を有する遺伝子バンクベクターを含むようなクローンが
増殖して大きなコロニーになる。これは、前記配列のオ
リゴヌクレオチドとのハイブリツド形成によつて検べる
ことができる。次に、発現エンハンサーを有する遺伝子
バンクベクターを含むクローンから、遺伝子バンクの製
造のために使用した制限酵素による消化によつて該エン
ハンサーを分離することができる。
本発明の好ましい実施態様においては、発現プラスミ
ドとしてはt−PA発現プラスミドを使用し、特に好まし
くはプラスミドpUBS 98.slを使用する(例3参照)。
本発明により使用される誘導可能の発現プラスミド
は、好ましくはイソプロピル−β−D−チオガラクトピ
ラノジドによつて、極めて好ましくは5〜20mmol/の
量で誘導される。
遺伝子バンクを製造するためには、本発明により好ま
しくはベクターpACYC 177(DSM3693P)を使用する。
本発明の他の対象は、組換え遺伝子の発現時の収量
を、同組換え遺伝子を有する発現ベクターを含むE.coli
細胞の形質転換によつて増大させる方法であり、この際
本発明による発現エンハンサーを発現可能な形で同様に
宿主細胞に導入し、同エンハンサーの発現を前記発現べ
クターの発現前にまたはこの発現と同時に生起させる。
本発明による好ましい実施態様では、該発現エンハン
サーを組換え遺伝子を有する発現ベクター中に導入す
る。これは、本発明によれば、発現エンハンサーが特有
の別個のプロモーターに制御されるか、または組換え遺
伝子と一緒に同プロモーターに制御されるように行なわ
れる。
本発明の他の好ましい実施態様においては、発現ベク
ターを組換え遺伝子を有する発現ベクターに適合するベ
クターに導入する。適合するベクターとは、本発明の範
囲では、発現ベクターとは異なる複製源を有するベクタ
ーのことである。これによつて両プラスミドの細胞にお
ける同時的複製および転写が可能になる。
好ましくは、発現エンハンサーを有するベクターとし
ては、プラスミドpUBS 100を使用し、組換え遺伝子を有
する発現ベクターとしてはこれに適合するベクター、例
えばt−PA発現プラスミドpUBS 98.slを使用する。本発
明の好ましい実施態様においては、組換え遺伝子とし
て、t−PAまたはt−PA誘導体、ウロキナーゼまたはHI
Vタンパク質の遺伝子もしくはcDNAを使用する。
発現エンハンサーの発現は本発明によれば、組換え遺
伝子を有する発現ベクターの発現前にまたはその発現と
同時に行なつてよい。しかしこの発現エンハンサーの発
現は、発現ベクターの発現前に発現エンハンサーの遺伝
子生成物が宿主細胞でヌクレアーゼによつて著しく分解
されるように長時間で起つてはならない。従つて本発明
によれば該発現を発現ベクターの発現と同時に、極めて
好ましくは構成性発現または誘導によつて行なうのが有
利である。このために発現エンハンサーは本発明によれ
ば誘導性プロモーター、好ましくはlacプロモーターに
制御されてもよい。
次に本発明を実施例により詳述する。
例1 発現エンハンサーのクローニングおよび選択: 制限酵素Pst Iで部分的に消化されたE.coli DNAの遺
伝子バンクを、周知の分子生物学的手段(特にWinnacke
v E.L.,Gane und Klonp,VCH−Verlag 1985)を用いて、
pACYC 177,DSM 3693p(Chanq und Cohen,J.Bacteriol.1
34(1978),1141〜1156)中に導入した。このためにpst
Iで切断されたpACYC 177プラスミドDNAを、部分的にPs
t Iで消化された染色体E.coli DNAと結合した。pACYC 1
77のPst I位置に挿入断片を含むクローンを、アンピシ
リン感受性によつて、および挿入断片の長さだけ増大さ
れた分子量によつて固定することができる。このような
クローンのプラスミドDNAは、ゲル電気泳動法/ゲル溶
離によつて挿入断片を含まないプラスミドDNAから分離
し、単離することができる。この遺伝子バンクから、遺
伝子バンクプラスミドとt−PA発現プラスミドpUBS98.s
l(この製造は例3に記載する)との共同形質転換およ
びIPTG(イソプロピル−β−D−チオガラクトピラノシ
ド)10mmol/を含有するLB−カナマイシン/アンピシ
リン培地での選択によつて、プラスミドpUBS 100を分離
した。このプラスミドpUBS 100は、約3000塩基の長さを
有する染色体E.coli DNAの部分を含む。該プラスミドpU
BS 100は、同プラスミドpUBS 100および発現プラスミド
pUBS 98.slを有しかつIPTGの誘導によつてt−PAを産生
する。E.coli細胞(DSM 3689)が、pUBS 98.slおよびpA
CYC 177を有するE.coli細胞とは対照的に、誘導後に大
きなコロニーに増殖しうるという効果をもたらす。
例2 発現エンハンサーを含むプラスミドを用いる共同形質転
換によるE.coliにおけるt−PAの発現: この例では、発現エンハンサーを含むプラスミドとし
てプラスミドpUBS 100を使用た。pUBS 100およびt−PA
発現プラスミドを含むE.coli(DSM 3689)の共同形質転
換を、プラスミドpUBS 98.slのみによる形質転換の際の
宿主細胞における発現率と比較した。さらにこの発現率
を同一菌株におけるプラスミドpe Pa 98.1(DE 361340
1)の発現率と比較した。この比較の結果を表1に記載
する。さらに、発現エンハンサーおよびt−PA遺伝子を
含むプラスミド、つまりプラスミドpUBS 98.sky 1
(DSM 4898)を使用したt−PAの発現も実験した。これ
に関する結果も表1に記載する。
表1で示した結果から、発現エンハンサーを含むE.co
li細胞で発現されるt−PAの発現率は、発現エンハンサ
ーを含まない細胞の場合と比べると明らかに高くなつた
ことがわかる。これは得られたクローンの生存能力と相
関している。
例3 プラスミドpUBS 98.slを構成するための出発プラスミ
ドとしてプラスミドpePa 98.1(ヨーロツパ特許出願公
開第242836号)を使用した。このプラスミドにおけるt
−PAのcDNAの、約400塩基対の長さの3′−未翻訳領域
を、361塩基対の長さXho II断片の欠失によつて約40塩
基対に短縮した。この結果生じるプラスミドはpePa 12
6.1命名した。
このプラスミドは、例えば、プラスミドpePa 98.1の
場合には同プラスミドを制限エンドヌクレアーゼBamH I
およびHind IIIで二重消化する際、2234塩基対および43
72塩基対の長さの2個の断片を検出することができる
が、プラスミドpePa 126.1の場合には1873塩基対および
4372塩基対の長さを有する2個の断片が得られることに
よつて区別されうる。
該プラスミドrePa 126.1を単一のHind III切断位置で
線状化し、残つている両末端をクレノウ酵素およびdNTP
で充填する。また同様にプラスミドpePa 126.1から、47
2塩基対の長さのEcoR I断片を分離し、S1ヌクレアーゼ
で処理した。プラスミドpePa 126.1から得られた2つの
断片を結合することによつてプラスミドpUBS 98.slが得
られた。
pUBS 98.slは制限解析によつてpePa 126.1から区別さ
れうる:Ban II消化pePa 126.1 DNAは、1175塩基対、393
塩基対、165塩基対および4560塩基対の長さの断片によ
つて定義される;pUBS 98.sl DNAは、Ban II断片が約117
5塩基対、393塩基対、14塩基対、165塩基対、470塩基対
および4540塩基対の長さを有することを特徴としてい
る。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ラルフ・マツテス ドイツ連邦共和国シユツツトガルト75・ フリートリツヒ‐ツンデル‐シユトラー セ 14 (72)発明者 ペーター・ブツケル ドイツ連邦共和国ベルンリート・アイヒ エンシユトラーセ 19

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】遺伝子でコードされたアルギニン含有タン
    パク質の収量を増大させる方法において、この方法は、 (a)E.コリー宿主細胞を (1)アルギニンtRNA分子をコードするDNA配列(ここ
    で、前記DNA配列のセグメントは、配列5′−GACTTAGAA
    GGTCGTT−3′を有するオリゴヌクレオチドに相補的で
    ある前記アルギニンtRNA分子のアンチコドンループを暗
    号化する) 及び (2)前記タンパク質をコードしている前記遺伝子を有
    する発現ベクターで形質転換させ、 (b)前記E.コリー宿主細胞を、前記タンパク質の発現
    に好適な条件下で培養して、同じ条件で培養された前記
    E.コリー中の前記アルギニンtRNAをコードする前記DNA
    配列の不存在での発現と比べて、前記タンパク質の発現
    を高めることを特徴とする、アルギニン含有タンパク質
    の収量を増大させる方法。
  2. 【請求項2】前記DNA配列を、前記発現ベクター中に導
    入する、特許請求の範囲1に記載の方法。
  3. 【請求項3】前記DNA配列を、前記発現ベクターと相容
    性である第2のベクター中に導入する、特許請求の範囲
    1に記載の方法。
  4. 【請求項4】前記第2のベクターは、前記DNA配列を有
    し、プラスミドpUBS 100である、特許請求の範囲3に記
    載の方法。
  5. 【請求項5】前記タンパク質は、t−PA、t−PA誘導
    体、ウロキナーゼ又はヒト免疫欠損ウイルスタンパク質
    である、特許請求の範囲1に記載の方法。
  6. 【請求項6】前記発現ベクターは、プラスミドpUBS 98.
    s1である、特許請求の範囲4に記載の方法。
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