JP2774989B2 - 組換えdna、その製法、表現ベクター、その製法及びフラグメントの誘導可能で抑制可能な表現法 - Google Patents
組換えdna、その製法、表現ベクター、その製法及びフラグメントの誘導可能で抑制可能な表現法Info
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Description
換えDNA及び表現ベクターの製法並びにそれをフラグメ
ントの誘導可能で抑制可能な表現のために使用すること
に関する。
の蛋白質製造である。このためには、特別な群のベクタ
ーいわゆる表現ベクターが必要である。これは、組換え
DNAのクローニング、転移及び増殖のためのみならず、
蛋白質の表現のための構造的前提をも有する。このため
に、これら組換えDNA分子は、特別な調節配列、DNA配列
をRNA(その翻訳がリボソームにより最終蛋白質をもた
らす)中に転写する作用をするプロモーターを含有す
る。
メラーゼがそれに結合するDNA−領域をプロモーターと
称する。このようなプロモーターの多くは、特に特定の
蛋白質との相互作用において重要であると推測される構
造的共通性を有する。しかしながら、細胞蛋白質又は他
の分子とのこのような相互作用により、抑制は、プロモ
ーターの活性を誘発する作用をすることもできる。この
例は、λ−プロモーターP1とλ−リプレツサーCIとの相
互作用である。
存在するプロモーターをリプレツサー又はインダクター
の存在又は添加により調節することができる場合が特に
有利である。
制することにより行ない、その結果細胞の活力の最小悪
影響のもとに高いバイオマスを製造することができる。
引続き、適当な手段によりプロモーターを刺激し、生成
物の合成を行なうことができる。従つて、原則的に、こ
の醗酵法は、生長−及び生産相で異なつていてよい。
フアージλのPL−プロモーター、lac−プロモーター、t
rp−プロモーター、tac−プロモーター、trc−プロモー
ター及びrac−プロモーターが使用される。
めには、好適性が限られる。特に、λPL−プロモーター
の誘導のために必要であるような42℃まで温度を高める
と、50lまでの量での工業的使用の際に大きな困難と結
びつく。更に、早期生長相内で、λPL−プロモーターの
誘導を行なうと、大量生産のために必要なバイオマス
は、状況により達成できないことが判明した。
する際には、PL−プロモーターとは反対に、この系を、
リプレツサー遺伝子のコピーを用いて完全に抑制するこ
とは不可能である。それというのも、lac−オペレータ
のコピー数によりリプレツサーは滴定されるからであ
る。リプレツサー過剰提供体(Repressor−Ueberproduz
ent)の使用により、この抑制は再び得ることができる
が、このような株は部分的に誘導可能であるだけであ
る。相応するリプレツサー遺伝子が表現ベクター上に含
有されていない場合には、λPL、lac及びlac−プロモー
ターの他の誘導体においては、宿主株の選択が制限され
る。更に、醗酵の間にこの系で必要なインダクター(In
ductor)の添加は、高価であるばかりでなく、特に、そ
れが代謝可能なインダクター例えばラクトースである場
合には、原則的な困難をももたらす。
る。インダクターの使用の際と同様に、抑制のためのト
リプトフアンの添加によつても、醗酵は付加的に著るし
く高価になりうる。
ターが大抵は非常に高価であり、誘導又は抑制のための
適用方法が複雑であり、蛋白質の表現の調節のためには
限られてのみ好適であるので、工業的使用のためには好
適性が限られている。
F−遺伝子に由来し、ギ酸塩を用いて誘導されうる酸素
抑制可能なプロモーターが公知である。これにより、簡
単ば抑制及び誘導に関する可能性が提供されるが、これ
は、比較的弱いプロモーターである。
産生物の表現の調節並びに特にこの遺伝子の高い表現率
を可能にする組換えDNA及び表現ベクターを提供するこ
とである。
/又は−1308〜−1330塩基対からのレギュレーター領域
(Regulatorregion)及び (b)この調節配列の3′−方向に、1個の35/−10−
プロモーターコンセンサス配列(Rosenberg,M.and Cou
r,D.(1979)Ann.Rev.Genet.13:319〜353)を有するプ
ロモーター領域を有し、かつ、このプロモーター領域
が、pf1−遺伝子でない1個の構造遺伝子とオペラティ
ブ(operative)に結合していることを特徴とする組換
えDNAにより解決される。
域の少なくとも65%が第10図の記載配列に対して相同で
ある。
引いたATG−スタートコドン+1(アデニン)に対して
数えられている。これの5′−部位の上に存在するヌク
レオチドは、負の番号を有する。
Aが付加的に、少なくとも80%が次のコンセンサス配
列: に対して相同である第3配列少なくとも1個を有する。
上含有されていてよい。
プロモーターは、前記定義のように1個のコンセンサス
配列を−35/−10−領域内に含有するすべてのプロモー
ターである。これらは、例えばlac−プロモーター、λ
−PL−プロモーター、trp−プロモーター、mgl−プロモ
ーター(EPA285152)又は第11図からのプロモーターも
しくはそれらの50%特に65%相同体である。
載の配列の1つに対して相同である配列を使用するのが
有利である。
スクリプト6及びトランスクリプト7のプロモーターの
少なくとも1個を使用する。
結導入された(einligiert)本発明による組換えDNAを
含有する表現ベクターである。
発明の表現ベクター中でこのプロモーターの制御下に表
現すべき遺伝子の転写開始の下流(即ち5′−部位上)
に存在し、この際、プロモーターと表現すべき遺伝子と
の間にはATG−コドン及び有利になおシヤイン−ダルガ
ルノ−配列(Shine−Dalgarno−Sequenz)が存在する。
ーが、表現すべき異種遺伝子が挿入される位置に、1個
のポリリンカー又は1個の単一制限切断位置即ち、この
表現ベクター中に1個だけ存在する制限切断位置を有す
る。
現すべき異種遺伝子との間に、PFL−遺伝子もしくはそ
の1部及び場合によつては、PFL−遺伝子の非翻訳上流
帯域(これは例えばATG−コドン及びシヤイン−ダルガ
ルノ−配列を有する)が存在する。特に、第10図に記載
の配列有利に全配列をそのために使用するのが有利であ
る。他の有利な実施形では、この表現ベクターは、本発
明による組換えDNA、第10図のPFL−遺伝子の下流領域か
らの非翻訳配列並びにシヤイン−ダルガルノ−配列及び
この異種遺伝子のATG及び場合によつては既にこの異種
遺伝子そのものを含有する。しかしながら、本発明によ
れば、この異種遺伝子は、もつぱらその開始コドンを本
発明による組換えDNAに直接結合することも可能であ
る。
の製法であり、この方法では、PFL−遺伝子を有する微
生物の遺伝子バンクから、その上流領域を有するものを
単離し、場合により、これから不要な部分を、自体公知
方法で除去し、所望の配列をプロモーター領域もしくは
第3配列と結合させる。
び欠失を慣用方法で実施する。
腸細菌属有利にE.コリーからの微生物の遺伝子バンクか
ら単離する。
ーの製法である。このために、本発明による組換えDNA
を、かつ場合によつてはポリリンカー、シヤイン−ダル
ガルノ−配列、開始コドン及び/又は所望の他の配列を
も適当なベクター中に挿入する。このために好適なベク
ター分子は当業者には公知であり、例えばpBR322又はそ
の誘導体である。
のような組換えDNA又は表現ベクターの本発明による使
用は、嫌気性条件下で、ピルベートによる誘導及び酸素
による抑制により作用させることよりなる。
ばE.コリー及びサルモネラ又は他のグラム陰性菌例えば
シユードモナス又はグラム陽性菌中で行なうことができ
る。
する宿主株中での表現を実施するのが有利である。これ
は、有利に西ドイツ微生物寄託局にDSM5312として寄託
されているE.コリーFM420である。
t,V.Microbiol.Rev.52(1988)、190〜232)は、本発明
によるプロモーターのオペレーターと相互に作用するこ
とができ、その際に表現を活性化するジマー蛋白質であ
る。
は、活性化を達成するためにFER−蛋白質を細胞に供給
すべきである。このために、このFNR−遺伝子を、所望
の異種遺伝子をも担持する本発明による表現ベクター中
に連結導入することができ、この際、異種遺伝子の表現
と同時にFNR−蛋白質の表現も達成される。同様に、こ
のFNR−遺伝子も宿主細胞中の付加的ベクター上に存在
していてよい。この場合は、FNR−蛋白質の産生は、異
種遺伝子の産生とは無関係であるが、この際、これは、
FNR−蛋白質により誘導される。従つて、これらの実施
形即ち分離ベクター上の少なくとも1個のFNR−遺伝子
の導入は、本発明により有利である。
ーにより、簡単な方法で、異種遺伝子の表現を調節する
ことができる。例えば、使用微生物の好気性早期生長相
で、この異種遺伝子の障害性表現は抑制される。後の嫌
気性対数生長相への移行の際に、微生物により形成され
たピルベートによりこの表現が誘導され、生長媒体中へ
のプルベートの添加によりこの表現の強化が達成され
る。後の嫌気性対数生長相中で細胞は既に高度生長して
おり、最適密度に達することは異なる簡略化である。こ
の場合に、醗酵技術的になお強化又は調節することので
きる酸素制限が自動的に起こる。この微生物の高い細胞
密度により、異種遺伝子の最適表現を達成することがで
きる。
A及び表現ベクターを使用することは、経費節減及び調
節の簡略化可能性を提供する。即ち、高価かつ複雑な誘
導(インダクター添加、温度シフト等)は、もはや不要
である。
及び引続くターミネーターを有するpfl−構造遺伝子。
ているプラスミドp29からの切片: 第2図:M13−誘導体M13pec23の構成を示す図。
合するための欠失突然変異誘発を図式的に示している
図;M13pec23Sの例で描出。クレアチナーゼ−配列は斜線
で示されている;EcoK−カセットは黒塗りで示されてい
る。
プラスミドpPFL23S−C、pPFL23A−C及びpPFL39−Cか
らの切片が描出されている。
からのpfl−クレアチナーゼ−融合の再クローニングを
示す図。
合。
C)。醗酵装置:BiofloII(New Brunswick); 充填量:4.0l; 攪拌速度:300upmで一定; 4.0l/minで一定通気; 曲線:−生長の経過(logOD600としての細胞密度) −酸素不足増大時のクレアチナーゼ−遺伝子の表現(容
量活性:logU/媒体ml); −生長過程での溶解酸素含分(%)の減少 第10図:pfl−プロモーター領域の配列。
る。第1のヌクレオチドの位置(ATGのA)が+1であ
る。
法で血清フラスコ中で実施した。
動下に行なつた(このフラスコには、規定容量の最大1/
10を充填)。この培養物を37℃でインキユベートした。
7)。
法(Maniatis1982)により行なつた。
84)で行なつた。
質mg)で表示。
の方法(1972)で行なつた。活性はミラー単位で示す。
等による方法(1987)により行なつた。株RM102(fnr
−、DSM5311)から出発し、次の形質転換体を得た:RM13
5、RM136、RM409、RM415、RM412。株FM420(fnr+、DSM
5312)から出発して、次の形質転換体を得た:RM123、RM
124、RM401、RM404、RM407。
は、M13−構造体の1本鎖DNAの所での所望の欠失突然変
異誘発により行なつた。これは、pfl−フラグメント
(構造遺伝子の調節配列及び開始)、突然変異誘発のた
めの選択マーカー(Ecok−カセツト:連続的に、E.コリ
ーからの制限系に関する認識配列4回を有する)及びク
レアチナーゼ−遺伝子のフラグメント(5′−非翻訳配
列の1部を有する構造遺伝子の開始)を含有する。
29(Christiansen&Pedersen,1981、DSM5380)、pRS551
(DSM5382)、pRS552(DSM5381)(Simons等1989)を使
用した。
ラグメントのクローニング欠失突然変異誘発の準備のた
めに、個々の成分をM13mp18中でクローニングした。第
1工程で、Ecok−カセツト及びクレアチナーゼ−フラグ
メントをXbaI/SphI−切断ベクター中に挿入した。このE
cok−カセツトを90bpXbaI/BamHI−フラグメントとしてM
13K11RXから単離した(Waye等、1985)。クレアチナー
ゼ−フラグメントを580bp XhoII/SphI−フラグメントと
してpBT2a−1から単離した。これは、構造遺伝子の最
初の460ヌクレオチド及び5′−非翻訳配列のヌクレオ
チド120を含有する。XhoII−切断位置の5′−突出末端
は、BamHI−切断位置の突出末端(Ecok−カセツト)と
相容性である。Ecok−カセツト、クレアチナーゼフラグ
メント及びベクターを一緒にし、相応する切断位置上に
連結させた(第2図)。E.コリーRR1dM15(rk−、mk−;
ATCC35102)を移入した。得られた構成体をM13ecと称し
た。
ニング pfl−遺伝子のプロモーター範囲を1786bp MluI/BamHI
−フラグメントとしてプラスミドp29から単離した(pfl
−配列:pfl−構造遺伝子の第1ヌクレオチド、第10図の
ATGのAに対して相対的に+390〜−1396)。p29をMluI
で切断し、5′−突出末端に全ての4dNTP′Sの存在でT
7−ポリメラーゼを充填し、BamHIで後切断した。ベクタ
ーM13ecをまずAvaIIで切断し、突出末端を同様に充填
し、次いでBamHIで後切断した。単離されたpfl−フラグ
メントを、調整してM13ec内に挿入し、得られた構成体
をM13pec23と称する(第2図)。E.コリーRR1dM15(rk
−、mk−;ATCC35102)を移入した。M13pec23中のクレア
チナーゼ−フラグメントの配向はpfl−プロモーターの
転写方向に一致する。
るために、オリゴヌクレオチドを用いて、2欠失突然変
異誘発を実施した(Waye等の方法1085と同様に)。各々
翻訳融合体(開始コドンの下流でpfl−構造遺伝子をク
レアチナーゼ−構造遺伝子で代える)及び転写融合体
(クレアチナーゼ−遺伝子とシヤイン−ダルガルノ−配
列(SD−配列)とのプロモーターの所での融合)を製造
した。
照)。
クレオチドのハイブリド形成。融合点の間で欠失すべき
DNA−配列は対合しないままである。
充填して2本鎖にする。
内で、E.コリーJM83(rk+、mk+;ATCC35607)内形質転
換後に行なう。
子適用作用によるorf−遺伝子生成物の過表現を避ける
ために、クンケルによる所望の突然変異誘発(Kunkel;1
985,Kunkel等、1987)によりorf−遺伝子の読み取り範
囲内に2個の配列性停止コドンを導入した。
Aの所で突然変異オルゴヌクレオチドを用いて実施し
た。交換された塩基及びそれらの位置は、次の図から知
ることができる: 中段のストランドは、M13pc23SのPlus−ストランド内
の配列(5′−−>3′)に、下段のそれ(3′−−>
5′)は、突然変異オリゴヌクレオチドのそれに相応す
る。上段のストランドは、突然変異誘発後の配列に相応
する;交換された塩基は2重点(:)で示されている。
pfl−構造遺伝子に対する−570の位置に星印を付した。
かつた。ここで、完全orf−遺伝子を含めて、pfl−プロ
モーター範囲を切断位置AvaI及びHindIIを介して除去
し、M13pc23Sのorf−突然変異体からの相応するセグメ
ントで置換した。
−Cの構成 出発ベクター:1)pBTac1(Boehringer Mannheim GmbH,
製造No.1081 365) 2)pBT2a−1 この表現ベクター製造用の基本ベクターとしてpGH−
Cを用いる。このプラスミドは完全クレアチナーゼ−構
造遺伝子及び末端配列を有し;pGH−C中のM13−誘導体
からの融合体のクローニング変換により、表現カセツト
を完全にすることができる。
のプラスミドをEcoRIで切断し、5′−突出末端にT7−
ポリメラーゼを充填した。引続き、PvuIIを用いて切断
し、ベクター部分を単離した。平滑末端の連結によりEc
oRI−切断位置を再生させる。得られる構成体をpBTdtac
と称した。
のプラスミドをAvaIで切断し、クレアチナーゼ−遺伝子
を有するこのフラグメント(約1600bp)を単離した。突
出末端を充填させ、BamHI−リンカー(BM)を備えた。
このフラグメントをpBTdtacのBamHI−切断位置内に挿入
した。得られた構成体をpGH−Cと称した。
onierung) M13pc23S及びM13pc23Aからの融合フラグメントを切断
部位StuI及びMluI上で単離させた。このプラスミドpGH
−CをSmaI及びMluIを用いて切断し、ベクター部分を単
離した。この融合フラグメントを、クレアチナーゼ−遺
伝子の配向のpfl−プロモーターによる転写方向に一致
する方向でベクター中に挿入した(第5図)。
FL23S−C及びpPFL23A−Cと称した。
分を有する: pPFL23A Pos. −1〜−1364 pPFL23S Pos.−12〜−1364 例7 表現ベクターpPFL39−Cの構成 このプラスミド中には、短縮された5′−位のプロモ
ーターエレメントのみが含有されている(プロモーター
6及び7、fnr−ボツクス1及び2、第1図)。このエ
レメントはp29からの577bpMluI/AflII−フラグメントに
相当し、pfl−開始コドン(ATGのA=+1)に対して−
819〜1396の位置のpfl−配列を有する。このフラグメン
トをEcoRI−切断部位の上でプラスミドpRM39(例10)か
ら単離し、プラスミドpGH−CのEcoRI−部位内に挿入し
た。得られた構成体をpFL−39Cと称した。
訳的結合。
Iで切断し、突出末端を全ての4dNTP′sの存在下にクレ
ノフで充填させた。引続き、BamHI−リンカー(8−me
r)を連結させ、BamHIで切断した。1791bp−フラグメン
ト(BamHI−リンカーを包含)を単離させ、pRS552のBam
HI−切断部位内に挿入した(第8図)。このpfl−フラ
グメントは、塩基−1396〜+390(pfl−構造遺伝子の第
1ヌクレオチドに相対的に)より成り、プロモーター1
〜7及びfnr−ボツクス1及び2を有する。
との翻訳的結合。
でp29から単離し、切断部位SmaI及びBamHI上でpRS552内
に挿入した。このpfl−フラグメントは塩基−1045〜+3
90(pfl−開始コドンに相対的に)から成り、プロモー
ター1〜7及びfnr−ボツクス2を有する。
−遺伝子との転写結合。
I上でp29から単離し、EcoRI−リンカー(10−mer)を与
え、pRS551のEcoRI−切断位置内に挿入した。このpfl−
フラグメントは、塩基−819〜−1396(pfl−構造遺伝子
の第1ヌクレオチドに相対的に)から成り、プロモータ
ー6及び7及びfur−ボツクス1及び2を有する。
−遺伝子との転写結合。
p29から単離し、EcoRI−リンカー(10−mer)を与え、p
RS551のEcoRI−切断位置に挿入した。
構造遺伝子の第1ヌクレオチドに対して相対的に)より
成り、プロモーター7及びfnr−ボツクス2を有する。
写結合。
レメントを単離し、EcoRI−リンカーを与え、pRS551のE
coRI−切断位置内に挿入した。このpfl−フラグメント
は、塩基−861〜−1016(このpfl−構造遺伝子の第1ヌ
クレオチドに対して相対的)から成り、プロモーター6
及びfur−ボツクス1を含有する。
7)、fur−ボツクス1及び2)によるピルベート−ホ
ルミエート−リアーゼの表現:相同表現。
ルミエート−リアーゼ分を付与する。測定は、生じたピ
ルベート−ホルミエート−リアーセの特異活性の測定を
介して行なつた。
ミエート−リアーゼ−β−ガラクトシダーゼ−融合蛋白
質の表現(MluI−BamHI、プロモーター1〜7、fnr−ボ
ツクス1及び2): 翻訳融合。
I、プロモーター1〜6、fur−ボツクス1)によるピル
ベート−ホルミエート−β−ガラクトシダーゼ−融合蛋
白質の表現: 翻訳結合。
クトシダーゼ−蛋白質の表現(MluI−AflII、プロモー
ター6〜7、fur−ボツクス1及び2): 転写結合。
プロモーター7、fur−ボツクス2)によるβ−ガラク
トシダーゼ−蛋白質の表現: 転写結合。
I、プロモーター6、fur−ボツクス1)によるβ−ガラ
クトシダーゼ−蛋白質の表現: 転写結合。
7、fur−ボツクス1及び2)によるクレアチナーゼ−
蛋白質の表現:転写結合(クレアチナーゼ遺伝子の翻訳
開始領域)。
経過を示す(容量−活性:単位/ml)。
ン:10g/l;酵母エキス(ohly kav):32.4g/l;MgSO4(1
M):4ml/l;グルコース:0.4%。温度:32℃ pH:7.2(一定) 攪拌速度(300upm)及び通気速度(4l/min)を全工程
の間一定に保持した。
影響はない。
ーフラグメント(プロモーター1〜7、fur−ボツクス
1及び2)によるクレアチナーゼ−蛋白質の表現(翻訳
結合)。
れたプロモーターフラグメント(プロモーター6及び
7、fur−ボツクス1及び2)によるクレアチナーゼ−
蛋白質の表現(翻訳結合)。
プラスミドp29からの制限酵素の重要な切断部位が記入
されている切片を示す図、第2図はM13−誘導体M13pec2
3の構成を示す図、第3図は、pfl−プロモーターにクレ
アチナーゼ遺伝子を結合するための欠失突然変異誘発を
図式的に示す図、第4図はプラスミドpPFL23S−C、pPF
L23A−C及びpPFL39−Cからの切片のpfl−クレアチナ
ーゼ−融合を示す図、第5図は、M13pc23Sの例でのM13
からのpfl−クレアチナーゼ−融合体のプラスミドpGH−
C中への再クローニングを示す図、第6A図は、pBTacIの
プラスミド地図、第6B図はpBT2a−1のプラスミド切
図、第6C図はpBTdtacのプラスミド地図、第6D図は、pGH
−4のプラスミド地図、第7A図は、pRS552のプラスミド
地図、第7B図はpBS551のプラスミド地図、第8図は、完
全なpfl−プロモーターフラグメントをlacZに翻訳連結
するプラスミドpRM23の構成を示す図、第9図は、FM420
(pPFL23S−C)の生長経過(logOD600としての細胞密
度)、酵素不足とクレアチナーゼ−遺伝子の表現(容量
活性:logU/ml)との関係及び生長経過における溶存酸素
含分(DO:%)を示す曲線図、第10図は、pfl−プロモー
ター領域の配列を示す図、第11図はプロモーター領域1
〜7の配列を示す図である。
Claims (5)
- 【請求項1】pf1−プロモーター領域の配列: の−861〜−1016塩基対及び/又は−1075〜−1396塩基
対をレギュレーター領域として含み、このレギュレータ
ー配列の3′−方向に−35/−10プロモーター配列を有
するプロモーター領域少なくとも1個を有し、このレギ
ュレーター領域およびプロモーター領域がPf1−遺伝子
ではない1個の構造遺伝子の発現を制御しうるように該
遺伝子に結合していることを特徴とする、組換えDNA。 - 【請求項2】請求項1に記載の組換えDNAを適当なベク
ター分子内に連結導入して含有する、発現ベクター。 - 【請求項3】pf1−遺伝子を含有する微生物の遺伝子バ
ンクから、その上流領域を有するものを単離し、pf1−
遺伝子の上流の−861〜−1016塩基対又は−1075〜−139
6塩基対を自体公知の方法で入手し、所望の他の配列お
よびプロモーターと結合させることを特徴とする、請求
項1に記載の組換えDNAの製法。 - 【請求項4】単離された組換えDAN−配列を、場合によ
りポリリンカー、シャイン−ダルガルノ配列、スタート
コドン及び/又は場合により他の配列と共に適当なベク
ター中に挿入することを特徴とする、請求項2記載の発
現ベクターの製法。 - 【請求項5】請求項1記載の組換えDNA又は請求項2記
載の発現ベクターを用い、誘導を嫌気性条件でかつピル
ベートにより、そして抑制を酸素により行うことを特徴
とする、フラグメントの誘導可能で抑制可能な発現法。
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