JP2834187B2 - DNA compound encoding luciferase and expression vector containing the same - Google Patents

DNA compound encoding luciferase and expression vector containing the same

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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、海洋性甲殻類であるウミボタル(Vargula
hilgendorfii、以前はCypridina hilgendorfiiと分類さ
れていた)の発光現象を触媒する酵素であるウミボタル
ルシフェラーゼをコードとするDNA化合物および該DNA化
合物を含有する発現ベクター、並びに該発現ベクターを
用いて適当な宿主細胞を形質転換し、得られた形質転換
体を培養することからなるウミボタルルシフェラーゼの
製造方法に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Application Field] The present invention relates to a marine crustacean, Vargula
hilgendorfii, formerly classified as Cypridina hilgendorfii), a DNA compound encoding sea urchin luciferase, which is an enzyme that catalyzes the luminescence phenomenon, an expression vector containing the DNA compound, and an appropriate host using the expression vector. The present invention relates to a method for producing Cypridina luciferase, which comprises transforming cells and culturing the obtained transformant.

[従来技術と発明が解決すべき課題] ルシフェラーゼは様々な生物種で観察されている化学
発光反応を触媒する酵素である。この発光反応は、酸素
の存在下、基質ルシフェリンがルシフェラーゼの酵素作
用によってオキシルシフェリンに酸化される反応であっ
て、下記式で示される。
[Prior Art and Problems to be Solved by the Invention] Luciferase is an enzyme that catalyzes a chemiluminescent reaction observed in various biological species. This luminescence reaction is a reaction in which substrate luciferin is oxidized to oxyluciferin by the enzymatic action of luciferase in the presence of oxygen, and is represented by the following formula.

ルシフェリン+O2→ オキシルシフェリン+CO2+光 反応機構は生物種によって異なっており、補助因子と
してATPなどのヌクレオチドを必要とするものもある。
近縁種間では相互に反応し得ることも知られているが、
基質特異性が極めて高く、同一種生物から得られたルシ
フェリンとルシフェラーゼとは反応するが、異種生物に
由来する酵素と基質とは原則として、交差反応しないと
されている。
Luciferin + O 2 → oxyluciferin + CO 2 + photo The reaction mechanism differs depending on the species, and some require nucleotides such as ATP as cofactors.
It is known that closely related species can react with each other,
It is said that substrate specificity is extremely high, and luciferin obtained from the same species of organism reacts with luciferase, but the enzyme derived from a different species and the substrate do not cross-react in principle.

このようにルシフェラーゼの基質(ルシフェリン)特
異性は極めて高く、その発光は鋭敏であることから、こ
の酵素−基質の化学発光反応を利用して様々な物質の検
出および/または定量を行うことができると考えられ
る。一般に酵素反応は、その基質特異性に起因して高感
受性であり、かつ反応条件が温和であるために、様々な
分野で応用されている。例えば、過酸化水素の存在下で
酸化反応を触媒する西洋ワサビのペルキシダーゼは、極
めて広範囲に利用されている酵素の1つである。とりわ
け、この酵素は過酸化水素の発生を伴う反応を通じて検
出し得る物質の分析には重要である。これ以外にも有用
な酵素が抽出、単離されているが、様々な分野で、多様
化する目的に応じて更に多くの利用可能な酵素が必要と
されている。従って、発光反応を触媒する酵素であるル
シフェラーゼを安定的に供給し得る方法が確立されれ
ば、該酵素の新たな用途が開発されると考えられる。
As described above, the substrate (luciferin) specificity of luciferase is extremely high, and its luminescence is sharp, so that various substances can be detected and / or quantified by utilizing the chemiluminescence reaction of this enzyme-substrate. it is conceivable that. In general, enzymatic reactions are highly sensitive due to their substrate specificity and are mild in reaction conditions, so that they are applied in various fields. For example, horseradish peroxidase, which catalyzes the oxidation reaction in the presence of hydrogen peroxide, is one of the most widely used enzymes. In particular, this enzyme is important for the analysis of substances detectable through reactions involving the generation of hydrogen peroxide. Other useful enzymes have been extracted and isolated. However, in various fields, more and more available enzymes are required for diversifying purposes. Therefore, if a method capable of stably supplying luciferase, which is an enzyme that catalyzes a luminescence reaction, is established, a new use of the enzyme will be developed.

ところでルシフェラーゼには、その触媒活性の発現
に、酵素およびルシフェリン以外の補助物質(微量のAT
Pなどのヌクレオチド)を必要とするものと、必要とし
ないものがある。前者に属するルシフェラーゼは補助物
質(微量のATP)の検出などに利用されている。これに
対して後者に属する酵素、例えばウミボタルルシフェラ
ーゼは酸素と基質(この場合はウミボタルルシフェリン
以外の物質を必要としないことから、反応が単純であ
り、従って応用範囲が広く、有用性が高いと推測され
る。ウミボタルルシフェラーゼの応用分野の開発研究、
並びに実用化を推進するためには、高純度のウミボタル
ルシフェラーゼが安定的に供給される必要がある。しか
しながら、他の生物由来の酵素と同様に、生物からの酵
素の抽出、単離および精製には、多くの時間と経費を要
するので上記の需要を満たすことは困難である。従っ
て、簡便かつ効率のよい、ウミボタルルシフェラーゼの
製造方法の確立が望まれている。
By the way, luciferase has an auxiliary substance other than the enzyme and luciferin (a trace amount of AT) to express its catalytic activity.
Some require nucleotides such as P) and others do not. Luciferase belonging to the former is used for detection of auxiliary substances (trace ATP). On the other hand, enzymes belonging to the latter, such as Cypridina luciferase, are simple in reaction because they do not require oxygen and a substrate (in this case, substances other than Cypridina luciferin, and therefore have a wide range of applications and high utility. Research and development of application fields of sea firefly luciferase,
In order to promote practical use, high-purity sea firefly luciferase must be supplied stably. However, as with enzymes from other organisms, extracting, isolating and purifying the enzyme from the organism requires a lot of time and money, making it difficult to satisfy the above demand. Therefore, establishment of a simple and efficient method for producing Cypridina luciferase is desired.

[課題を解決するための手段] 本発明者らは、このような状況に鑑み、ウミボタルル
シフェラーゼを遺伝子工学により製造することに着目
し、該酵素をコードするcDNAをクーニングし、そのDNA
配列を決定した。次いで、このようにして得たDNA化合
物を含有する発現ベクターを構築し、該発現ベクターを
哺乳類の細胞で発現させ、培地中にウミボタルルシフェ
ラーゼを分泌させることに成功した。
Means for Solving the Problems In view of such a situation, the present inventors focused on producing Cypridina luciferase by genetic engineering, cloned cDNA encoding the enzyme, and obtained the DNA
The sequence was determined. Next, an expression vector containing the DNA compound thus obtained was constructed, the expression vector was expressed in mammalian cells, and secretion of Cypridina luciferase into the medium was successful.

即ち、本発明は、ウミボタルルシフェラーゼをコード
するDNA化合物を提供するものである。
That is, the present invention provides a DNA compound encoding Cypridina luciferase.

また、本発明は、該DNA化合物を含有する発現ベクタ
ーを提供するものである。
The present invention also provides an expression vector containing the DNA compound.

また本発明は、該発現ベクターを用いて宿主細胞をト
ランスフェクトし、培養して培地からウミボタルルシフ
ェラーゼを回収することからなるウミボタルルシフェラ
ーゼの製造方法を提供するものである。
The present invention also provides a method for producing sea urchin luciferase, which comprises transfecting a host cell with the expression vector, culturing, and recovering sea firefly luciferase from a culture medium.

ウミボタルルシフェラーゼと基質ウミボタルルシフェ
リンの化学発光反応は十分に研究されている[ハーベィ
(Harvey,E.N.),Am.J.Physiol.42 318−341, 1917およ
びジョンソン(Johnson,F.H.)ら、Methods Enzymol.57
331−364, 1978]。その反応は下記の反応式で示され
る。
The chemiluminescent reaction between sea firefly luciferase and the substrate sea firefly luciferin has been well studied [Harvey, EN, Am. J. Physiol. 42 318-341, 1917 and Johnson, FH, et al., Methods Enzymol. . 57
331-364, 1978]. The reaction is shown by the following reaction formula.

(式中、 R3=−CH(CH3)CH2CH3を表す。) なお、λmax=460nmである。 (Where R 3 = —CH (CH 3 ) CH 2 CH 3 . Note that λ max = 460 nm.

ウミボタルルシフェラーゼのcDNAのスクーニング、ヌ
クレオチド配列の決定、発現ベクターの構築、宿主細胞
のトランスフェクションおよび培養は当該技術分野で既
知の方法を用いて行なわれた。その概要を以下に示す。
Screening of the Cypridina luciferase cDNA, determination of the nucleotide sequence, construction of the expression vector, transfection and cultivation of the host cells were performed using methods known in the art. The outline is shown below.

文献[ツジ(Tsuji,F.I.)Methods Enzymol.(57, 36
4−372, 1978)]記載の方法で部分精製したウミボタル
ルシフェラーゼをアフィニティーカラムを用いて完全に
精製した。この標本を、そのままエドマン分解法に付し
た場合にはアミノ酸を帰属することができなかった。こ
れはペプチドのN末端アミノ酸のアミノ基がブロックさ
れていることを意味する。そこで、精製ウミボタルルシ
フェラーゼをエンドペプチダーゼで消化し、得られたペ
プチド断片をエドマン分解法に付することによりアミノ
酸配列を決定した。次いで、適当な部分を用いてオリゴ
ヌクレオチドプローブを設計し、DNA合成装置(Applied
Biosystems Inc.,Model 381A)を用い、ホスホラミダ
イト法(phosphoramidite method)[カルーサーズ(Ca
ruthers,M.H.),Synthesis and Applications of DNA a
nd RNA,編集:ナラング(Narang,S.A.)(Academic Pre
ss,New York),pp.47−94, 1987]によりオレゴヌクレ
オチドプローブを合成した。
Literature [Tsuji (FI) Methods Enzymol. ( 57 , 36)
4-372, 1978)] The sea urchin luciferase partially purified by the method described above was completely purified using an affinity column. When this sample was directly subjected to the Edman degradation method, no amino acid could be assigned. This means that the amino group of the N-terminal amino acid of the peptide is blocked. Thus, the purified sea firefly luciferase was digested with endopeptidase, and the amino acid sequence was determined by subjecting the resulting peptide fragment to the Edman degradation method. Next, an oligonucleotide probe is designed using an appropriate part, and a DNA synthesizer (Applied
Biosystems Inc., Model 381A) using the phosphoramidite method [Carousers (Ca
ruthers, MH), Synthesis and Applications of DNA a
nd RNA, Editing: Narang (SA) (Academic Pre
ss, New York), pp. 47-94, 1987].

他方、千葉県で採集したウミボタル(ツジ、前掲)を
液体窒素中で微粉末に粉砕し、この粉末をチオシアン酸
グアニジン/塩化セシウム法[チグイン(Chigwin,J.
M.)ら、Biochemistry 18, 5294−5299, 1979]で処理
して全細胞RNAを抽出した。次いで、オリゴ(dT)セル
ロースカラムクロマトグラフィ[アビブ(Aviv,H.)
ら、Proc.Natl.Acad.Sci.USA 69,1408−1412,1972]に
かけてポリ(A)RANを精製し、モリシタ(Morishita,
K)らによるJ.Biol.Chem.(262, 3844−3851, 1987)の
記載に準じてcDNAライブラリーを構築した。
On the other hand, sea firefly (azalea, supra) collected in Chiba Prefecture is ground into fine powder in liquid nitrogen, and this powder is subjected to a guanidine thiocyanate / cesium chloride method [Chigwin, J. et al.
M.) et al., Biochemistry 18 , 5294-5299, 1979] to extract total cellular RNA. Then, oligo (dT) cellulose column chromatography [Aviv, H.)
USA, 69 , 1406-1412, 1972] to purify the poly (A) RAN, and obtain Morishita (Morishita,
K) et al., A cDNA library was constructed according to the description in J. Biol. Chem. ( 262 , 3844-3851, 1987).

このcDNAライブラリーを上記オリゴヌクレオチドプロ
ーブを用い、プラークハイブリダイゼーション法[ベン
トンおよびディビス(Benton,W.D. & Davis,R.W.),Sc
ience 196, 180−182, 1977]でスクリーニングした。
陽性を示す8個のクローンから2個のクローンVL16およ
びVL18を選択し、制限酵素地図を作成した。クローンVL
16はルシフェラーゼのN−末端側を、VL18はC−末端側
を夫々コードしており、互いに830ヌクレオチドの重複
部分を有する(第2図bおよびc)。そこでこれらの2
断片のEco R1消化し、得られた断片をサブクローニング
し、7−Deaza DNA配列決定キット(宝酒造)、および
[α−32P]dCTP(222 TBq/mmol)(New England Nucle
ar)を用いるジデオキシヌクレオチド鎖成長停止反応
[サンガー(Sanger,F.)ら、Proc.Natl.Acad.Sci.USA7
4, 5463−5467, 1977およびチェン(Chen,E.Y.)ら、DN
A , 165−170, 1985]によってヌクレオチド配列を決
定した。完全長のcDNAの制限酵素地図を第2図aに、ヌ
クレオチド配列および推定のアミノ酸配列を第3図に示
す。この推定のアミノ酸配列は上記のエドマン分解法で
決定したアミノ酸配列と完全に一致していた。
This cDNA library was subjected to plaque hybridization [Benton and WDs (Benton, WD & Davis, RW), Sc]
ience 196 , 180-182, 1977].
Two clones VL16 and VL18 were selected from the eight positive clones, and a restriction map was prepared. Clone VL
16 encodes the N-terminal side of luciferase, and VL18 encodes the C-terminal side, and has an overlapping portion of 830 nucleotides with each other (FIGS. 2b and 2c). So these two
The fragment was digested with Eco R1, the obtained fragment was subcloned, and 7-Deaza DNA sequencing kit (Takara Shuzo) and [α- 32 P] dCTP (222 TBq / mmol) (New England Nucleic Acid)
ar) [Sanger, F. et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA 7
4 , 5463-5467, 1977 and Chen, EY et al., DN
A 4, 165-170, the nucleotide sequence was determined by 1985. The restriction map of the full-length cDNA is shown in FIG. 2a, and the nucleotide sequence and deduced amino acid sequence are shown in FIG. This deduced amino acid sequence was completely consistent with the amino acid sequence determined by the Edman degradation method described above.

次にクローンVL16およびVL18から構築した完全長のcD
NAクローン(第2図d参照)を用いて発現ベクターを構
築した。発現ベクターは原核性または真核性のいずれで
あってもよい。当業者にとっては、適当な出発物質とし
てのベクターを選択し、これに所望のペプチドをコード
するDNA化合物を挿入し、該ペプチドの発現ベクターを
構築する方法は周知である。本明細書では、生成物が培
地に分泌されるために処理が容易であることから、哺乳
類の細胞で発現可能な発現ベクターを例示した。本発明
の例示ベクターであるプラスミドpRSVVLは、ウミボタル
ルシフェラーゼをコードするcDNAをラウス肉腫ウイルス
のロングターミナルリピートのプロモーターの下流に含
有している。このプラスミドpRSVVLを用い、常法通り宿
主細胞をトランスフェクトする。トランスフェクション
の方法および宿主細胞は適宜選択し得るが、本発明にお
いては、リン酸カルシウム法(Graham,F.L.ら、Virolog
y 52, 456−467, 1973およびWigler,M.ら、Cell 14, 72
5−731, 1978)によりサルのCOS細胞[グルツマン(Glu
zman,Y.),Cell 23, 175−182, 1981,(7×106)]を
トランスフェクトした。ウミボタルルシフェラーゼの発
現に適した培地でインキュベートした後、培地を回収
し、細胞を収穫して細胞抽出物を調製した。
Next, the full-length cD constructed from clones VL16 and VL18
An expression vector was constructed using the NA clone (see FIG. 2d). Expression vectors may be prokaryotic or eukaryotic. It is well known to those skilled in the art how to select an appropriate vector as a starting material, insert a DNA compound encoding a desired peptide into the vector, and construct an expression vector for the peptide. In the present specification, an expression vector that can be expressed in mammalian cells is exemplified because the product is secreted into the medium and processing is easy. Plasmid pRSVVL, which is an exemplary vector of the present invention, contains a cDNA encoding Cypridina luciferase downstream of the Rous sarcoma virus long terminal repeat promoter. Using this plasmid pRSVVL, host cells are transfected as usual. Although the transfection method and host cell can be appropriately selected, in the present invention, the calcium phosphate method (Graham, FL et al., Virolog
y 52 , 456-467, 1973 and Wigler, M. et al., Cell 14 , 72.
Monkey COS cells [Glutzman (Glu
zman, Y.), Cell 23 , 175-182, 1981, (7 × 10 6 )]. After incubation with a medium suitable for expression of Cypridina luciferase, the medium was collected and the cells were harvested to prepare a cell extract.

このようにして得られた培地および細胞抽出物のウミ
ボタルルシフェラーゼ活性をMitchell−Hastings光度計
により測定した[ミッチェル(Mitchell,G.W.)ら、Ana
l,Biochem. 39, 243〜250]。その結果、細胞抽出物か
ら検出されるウミボタルルシフェラーゼ活性は僅かであ
ったが、培地からは明確なトランスフェラーゼ活性が検
出された(第4図)。この発光は極めて鋭敏であって、
培地10ml中の5μを用いバックグラウンドよりも明ら
かに高いシグナルが検出された。
Cypridina luciferase activity of the medium and cell extracts thus obtained was measured with a Mitchell-Hastings photometer [Mitchell, GW et al., Ana.
l, Biochem. 39 , 243-250]. As a result, although the firefly luciferase activity detected from the cell extract was slight, clear transferase activity was detected from the medium (FIG. 4). This luminescence is extremely sensitive,
Using 5μ in 10ml of medium, a signal clearly higher than background was detected.

このように、本発明によればウミボタルルシフェラー
ゼを遺伝子光学的に、容易に製造することができる。
As described above, according to the present invention, Cypridina luciferase can be easily produced by genetic optics.

本発明によりホタルルシフェラーゼをコードするDNA
化合物をヌクレオチド配列明らかにされたので、当業者
は遺伝子工学における既知の手段を用いて容易にホタル
ルシフェラーゼを製造することができる。本発明のウミ
ボタルルシフェラーゼをコードするDNA化合物の発現に
適した発現ベクターの構築のための出発物質(プロモー
ター等を含む発現ベクター)および宿主細胞は多数知ら
れており、本明細書に例示したプロモーター−宿主系以
外の系を選択して本発明方法と同様の効果をあげること
ができる。当業者にとって、適当なプロモーター−宿主
系を選択し、発現ベクターを構築し、得られた発現ベク
ターを用いて宿主細胞を形質転換し、培養して生成物を
単離する方法は既知である。従って、当業者ならば、本
発明が例示のプラスミド、pRSVVLに限定されるものでは
なく、本発明のウミボタルルシフェラーゼをコードする
DNA化合物の発現に適したあらゆる発現ベクターを包含
するものであるということを容易に理解するであろう。
そのような他の発現ベクターに適するプロモーターとし
て、下記のものを挙げることができる。
DNA encoding firefly luciferase according to the present invention
Now that the compounds have been nucleotide sequenced, those skilled in the art can readily produce firefly luciferase using known means in genetic engineering. Many starting materials (expression vectors including a promoter and the like) and host cells for the construction of an expression vector suitable for expressing a DNA compound encoding a sea firefly luciferase of the present invention are known, and the promoter exemplified in the present specification is known. -A system other than the host system can be selected to achieve the same effect as the method of the present invention. Those skilled in the art know how to select an appropriate promoter-host system, construct an expression vector, transform host cells with the resulting expression vector, culture and isolate the product. Therefore, those skilled in the art will recognize that the present invention is not limited to the exemplified plasmid, pRSVVL, but encodes the sea urchin luciferase of the present invention.
It will be readily understood that any expression vector suitable for expressing a DNA compound is encompassed.
Suitable promoters for such other expression vectors include the following.

即ち、動物細胞での発現のプロモーターとしては、サ
ルSV40ウイルスプロモーター、サイトメガロウイルスプ
ロモーター、アデノウイルスプロモーター、AIDSウイル
スプロモーター、蚕多角形ウイルスプロモーターなどで
ある。この際、マウスNIH3T3細胞、C127細胞、L細胞、
ハムスターCHO細胞、ヒトHeLa細胞や蚕などを宿主細胞
として用いることができる。また、原核細胞での発現プ
ロモーターとしては、λファージPLプロモーター、Tac
プロモーター、T7プロモーター、lacプロモーターなど
が知られており、大腸菌を宿主として発現させることが
できる。さらに、酵母や枯草菌を宿主として、それに適
するプロモーターを使用して、ウミボタルルシフェラー
ゼを発現させることも可能である。
That is, promoters for expression in animal cells include simian SV40 virus promoter, cytomegalovirus promoter, adenovirus promoter, AIDS virus promoter, silkworm polygon virus promoter and the like. At this time, mouse NIH3T3 cells, C127 cells, L cells,
Hamster CHO cells, human HeLa cells, silkworms and the like can be used as host cells. In addition, as expression promoters in prokaryotic cells, λ phage PL promoter, Tac
Promoters, T7 promoters, lac promoters and the like are known, and can be expressed using Escherichia coli as a host. Furthermore, it is also possible to express Cypridina luciferase using yeast or Bacillus subtilis as a host and using a suitable promoter.

以下に実施例を示し、本発明をさらに詳細に説明す
る。
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples.

実施例1 ウミボタルcDNAのクローニング 1.ウミボタルルシフェラーゼの精製および配列決定 ツジ(Tsuji,F.I.)の方法[Methods Enzymol.(57,
364−372, 1978)]に従って部分精製したウミボタルル
シフェラーゼを2.0M NaCl/0.07M Tris−HCl(pH7.2)中
で平衡させたトリプタミンアフィニティカラム(Pierce
Chemical)を用い、30%エチレングリコール/0.17M Na
Cl/0.07M Tris−HCl(pH7.2)で段階的に溶離した。次
いで、限外濾過によって濃縮した後、p−アミノベンズ
アミジンアフィニティカラム(Pierce Chemical)を用
い、同様のクロマトグラフィ条件下、均質になるまで精
製した。
The method of Example 1 Cloning of Umibotaru cDNA 1. sea firefly luciferase purified and sequenced Tsuji (Tsuji, FI) [Methods Enzymol . (57,
364-372, 1978)]. A tryptamine affinity column (Pierce) equilibrated with 2.0 M NaCl / 0.07 M Tris-HCl (pH 7.2) with sea urchin luciferase partially purified according to
30% ethylene glycol / 0.17M Na
Elution was performed stepwise with Cl / 0.07M Tris-HCl (pH 7.2). Then, after concentration by ultrafiltration, purification was carried out using a p-aminobenzamidine affinity column (Pierce Chemical) under the same chromatography conditions until homogeneity.

精製したウミボタルルシフェラーゼのドデシル硫酸ナ
トリウム/勾配ポリアクリルアミドゲル電気泳動にかけ
た。勾配10−15%ファストゲル(PhastGel)(Pharmaci
a)により試料を分析し、ファストゲル銀染色キット(P
harmacia)でタンパク質を観察すると、Mr68,000の一本
の帯を示した。結果を第1図に示す。図中、レーン1は
ファルマシア製の低分子量マーカーであり、レーン2は
アフィニティクロマトグラフィで精製したウミボタルル
シフェラーゼ(50ng)である。マーカータンパク質の分
子量はキロダルトンで示されている。
Purified sea firefly luciferase was subjected to sodium dodecyl sulfate / gradient polyacrylamide gel electrophoresis. Gradient 10-15% fast gel (PhastGel) (Pharmaci
Analyze the sample by a) and use Fast Gel Silver Staining Kit (P
harmacia) showed a single band of Mr 68,000. The results are shown in FIG. In the figure, lane 1 is a low molecular weight marker manufactured by Pharmacia, and lane 2 is sea urchin luciferase (50 ng) purified by affinity chromatography. The molecular weight of the marker protein is shown in kilodaltons.

精製したタンパク質120μgを、トリプシン(Boehrin
ger−Mannheim)、リシルエンドペプチダーゼ(和光純
薬)またはアルギニルエンドペプチダーゼ(宝酒造)に
よってエンドペプチダーゼ消化した。この消化物をC18
−タンパク質−ペプチドHPLCカラム(Vydac)を用いる
逆相クロマトグラフィにかけ、各々のペプチド断片を単
離した。次いで気相タンパク質シークエネーター(Appl
ied Biosystems I nc.,Model 477A)を用いるエドマン
分解法によって、未消化のルシフェラーゼと精製ペプチ
ドのN−末端アミノ酸配列を決定した。
120 μg of the purified protein was added to trypsin (Boehrin
ger-Mannheim), lysyl endopeptidase (Wako Pure Chemical Industries) or arginyl endopeptidase (Takara Shuzo). C 18
-Each peptide fragment was isolated by reverse phase chromatography using a protein-peptide HPLC column (Vydac). Next, the gas phase protein sequenator (Appl
The N-terminal amino acid sequence of undigested luciferase and purified peptide was determined by Edman degradation using ied Biosystems Inc., Model 477A).

2.mRNAの調製およびcDNAのライブラリーの構築 千葉県で採集したウミボタル(ツジ、前掲)を即座に
液体窒素中で連結させた。このウミボタル(オスタコッ
ズ、ostacods)(重量5g)を、ウルトラターラックスホ
モジナイザー(ultraturrax homogenizer)(Janke &
Kunkel)を用い、液体窒素中で微粉砕した。この微粉末
をチオシアン酸グアニジン/塩化セシウム法[チグイン
(Chigwin,J.M.)ら、Biochemistry 18, 5294−5299, 1
979]に付して全細胞RNAを抽出した。次いで、オリゴ
(dT)セルロースカラムクロマトグラフィ法[アビブ
(Aviv,H.)ら、Proc.Natl.Acad.Sci.USA 69, 1408−14
12, 1972]によってポリ(A)RNAを精製した。このmRN
Aを用いてcDNAライブラリーを構築したが、その際低融
解アガロース(BioRad)を用いる2階の精製で二本鎖の
EcoR1消化cDNAをサイズ選別する外は、モリシタ(Moris
hita,K.)らの方法[J.Biol.Chem.(262, 3844−3851,
1987]に従った。
2. Preparation of mRNA and Construction of cDNA Library A sea firefly (azalea, supra) collected in Chiba Prefecture was immediately ligated in liquid nitrogen. This sea firefly (ostacods, ostacods) (weight 5g) is transferred to an ultraturrax homogenizer (Janke &
Using Kunkel) in liquid nitrogen. This fine powder was subjected to a guanidine thiocyanate / cesium chloride method [Chigwin, JM et al., Biochemistry 18 , 5294-5299, 1
979] to extract total cellular RNA. Then, oligo (dT) cellulose column chromatography [Aviv, H. et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA 69 , 1408-14].
12, 1972]. This mRN
A was used to construct a cDNA library, which was purified by double-strand purification using low melting agarose (BioRad).
Except for size selection of Eco R1 digested cDNA,
hita, K.) et al. [J. Biol. Chem. ( 262 , 3844-3851,
1987].

3.cDNAクローンのスクリーニング 上記1.で調製したペプチドフラグメントの一部分はコ
ドンアンビギュイティが最小であるペプチド配列、Thr
−Met−Glu−Asn−Leu−Asp−Gly−Gln−Lysを有してい
た。これを用い、コドン縮重性が高い3箇所にデオキシ
イノシンを含ませ[オーツカ(Ohtsuka,E.)ら、J.Bio
l.Chem.260, 2605−2608, 1985]、下記の相補オリゴヌ
クレオチドプローブを設計した: 5′(T/C)TT(T/C)TGICC(A/G)TCIAGGTT(T/C)T
CCATIGT3′さらに、15位にGの代わりにAを有する第2
の相補プローブを合成した。オリゴヌクレオチドプロー
ブの合成はDNAシンセサイザー(Applied Biosystems In
c.,Model 381A)により、ホスホラミダイト法[カルー
サー(Caruthers,M.H.),Synthesis and Applications
of DNA and RNA,Narang,S.A.編、(Academic Press,New
York),pp.47−94,1987]で行った。このオリゴヌクレ
オチドプローブを、T4ポリヌクレオチドキナーゼ(宝酒
造)および[γ−32P]ATP(222 TBq/mmol、New Englan
d Nuclear)を用いて5′末端標識し(比活性:5−6×1
06cpm/pmol)、得られた2プローブの混合物を用いてプ
ラークハイブリッド法[ベントンおよびディビス(Bent
on,W.D. & Davis,R.W.),Science 196, 180−182, 197
7]により、上記2.で調製したウミボタルcDNAライブラ
リーをスクリーニングした。即ち、このプローブを用い
て1×106個の組換えファージをスクリーニングした。
ハイブリダイゼーションは、温度を28℃に下げ、フィル
ターを37℃でSSC(0.15MNaCl、15mMクエン酸ナトリウ
ム、pH7.0)により洗浄する外は、ウォール(Wahl,G.
M.)らの方法[Proc.Natl.Acad.Sci.USA(76, 3683−36
87, 1979])]に従って行われた。ライブラリーから8
つの陽性クローンを単離し、その内、挿入長さ1.2kbお
よび1.5kbのクローンVL16およびクローンVL18を選択し
てさらに分析し、制御酵素地図を作成した。これらのク
ローンの制限酵素地図を第2図に示す。
3. Screening of cDNA clone A part of the peptide fragment prepared in the above 1 is a peptide sequence with minimal codon ambiguity, Thr
-Met-Glu-Asn-Leu-Asp-Gly-Gln-Lys. Using this, three sites with high codon degeneracy include deoxyinosine [Ohtsuka, E., et al., J. Bio.
260 , 2605-2608, 1985], the following complementary oligonucleotide probes were designed: 5 '(T / C) TT (T / C) TGICC (A / G) TCIAGGTT (T / C) T
CCATIGT3 'In addition, the second having A at position 15 instead of G
Was synthesized. Oligonucleotide probes were synthesized using a DNA synthesizer (Applied Biosystems In
c., Model 381A) by the phosphoramidite method [Caruthers, MH], Synthesis and Applications
of DNA and RNA, Narang, SA, (Academic Press, New
York), pp. 47-94, 1987]. This oligonucleotide probe was used for T4 polynucleotide kinase (Takara Shuzo) and [γ- 32 P] ATP (222 TBq / mmol, New Englan
d Nuclear) (specific activity: 5-6 × 1)
0 6 cpm / pmol) and a plaque hybrid method [Benton and Divis (Bent
on, WD & Davis, RW), Science 196 , 180-182, 197
According to 7], the sea urchin firefly cDNA library prepared in 2. above was screened. That is, 1 × 10 6 recombinant phages were screened using this probe.
For hybridization, the temperature was lowered to 28 ° C., and the filters were washed with SSC (0.15 M NaCl, 15 mM sodium citrate, pH 7.0) at 37 ° C., except for the wall (Wahl, G. et al.).
M.) [Proc. Natl. Acad. Sci. USA ( 76 , 3683-36).
87, 1979])]. 8 from library
Two positive clones were isolated, of which clones VL16 and VL18 with insert lengths of 1.2 kb and 1.5 kb were selected for further analysis to create a control enzyme map. FIG. 2 shows a restriction map of these clones.

4.ウミボタルルシフェラーゼのヌクレオチド配列の決定 第2図bおよびcから分かるように、クローンVL16お
よびクローンVL18には夫々、単一の内部Eco R1部位があ
り、830個のヌクレオチド配列の重複部分がある。これ
らの両クローンのEco R1断片をpUC8でサブクローニング
した。7−Deaza DNA配列決定キット(Takara Shuzo)
を使用し、[α−32P]dCTP(222 TBq/mmol)(New Eng
land Nuclear)を用いるジデオキシヌクレオチド鎖成長
停止反応[サンガー(Sanger,F.)ら、Proc.Natl.Acad.
Sci.USA 74, 5463−5467, 1977およびチェン(Chen,E.
Y.)ら、DNA , 165−170, 1985)]に付してヌクレオ
チド配列を分析した結果、クローンVL16はルシフェラー
ゼのN−末端部分をコードし、クローンVL18はC−末端
部分をコードしていることがわかった。これらのクロー
ンから構築される完全長のウミボタルルシフェラーゼcD
NAの制限地図を第2図aに、ヌクレオチド配列および推
定のアミノ酸配列を第3図に示す。第2図aにおいて、
斜線部分は、推定のシグナル配列である。第3図におい
て、各列の上に記した番号はヌクレオチド位置であり、
各列の下に記した番号はアミノ酸位置である。水平方向
の矢印は、エンドペプチダーゼ消化によって得られたア
ミノ酸配列と同一のアミノ酸配列を有する領域を表す。
N−グリコシル化に適合する配列を四角で囲み、ポリア
デニル化シグナルAATAAAを下線で示した。
4. Determination of Nucleotide Sequence of Cypridina Luciferase As can be seen from FIGS. 2b and 2c, clones VL16 and VL18 each have a single internal Eco R1 site and an overlap of 830 nucleotide sequences. . The Eco R1 fragment of both these clones was subcloned with pUC8. 7-Deaza DNA sequencing kit (Takara Shuzo)
[Α- 32 P] dCTP (222 TBq / mmol) (New Eng
land Nuclear) using a dideoxynucleotide chain [Sanger, F. et al., Proc. Natl. Acad.
Sci. USA 74 , 5463-5467, 1977 and Chen, E.
Y. et al., DNA 4 , 165-170, 1985)], and the nucleotide sequence was analyzed. As a result, clone VL16 encoded the N-terminal part of luciferase, and clone VL18 encoded the C-terminal part. I knew it was there. Full-length sea firefly luciferase cD constructed from these clones
The restriction map of NA is shown in FIG. 2a, and the nucleotide sequence and deduced amino acid sequence are shown in FIG. In FIG. 2a,
The hatched part is the putative signal sequence. In FIG. 3, the numbers above each column are nucleotide positions,
The numbers below each column are amino acid positions. Horizontal arrows indicate regions having the same amino acid sequence as the amino acid sequence obtained by endopeptidase digestion.
Sequences compatible with N-glycosylation are boxed and the polyadenylation signal AATAAA is underlined.

この配列から計算されるウミボタルルシフェラーゼの
分子量は62,171ダルトンであり、555個のアミノ酸から
なるタンパク質をコードする、1665個のヌクレオチドか
らなるオープンリーディングフレームを含んでいる。こ
のオープンリーディングフレームには、オリゴヌクレオ
チドプローブの構築に用いたアミノ酸配列が含まれてい
る。また、エドマン分解法によって決定した他の7個の
ペプチドのアミノ酸配列は、ヌクレオチド配列から推定
されるアミノ酸配列と完全に一致していた。
The molecular weight of Cypridina luciferase calculated from this sequence is 62,171 daltons and contains an open reading frame of 1665 nucleotides encoding a protein of 555 amino acids. This open reading frame contains the amino acid sequence used to construct the oligonucleotide probe. In addition, the amino acid sequences of the other seven peptides determined by the Edman degradation method completely matched the amino acid sequences deduced from the nucleotide sequences.

翻訳開始コドンを16番目のヌクレオチドから始まるAT
Gコドンに当てた。この推定の開始コドンの周囲のヌク
レオチド配列は、多くの真核生物のmRNAに特徴的なコン
センサス配列CC(A/G)CCAUGGと一致している[コザッ
ク(Kozak,M.),Cell 15, 1109−1123, 1978]。N−末
端のアミノ酸配列は、分泌タンパク質としてのルシフェ
ラーゼの生物学的役割を果すために、シグナル配列の特
徴を多数有している[フォン・ハイネ(von Heijne,
G.),Eur.J.Biochem. 133, 17−21, 1983]。なお、ブ
ロックされているN−末端は後述の方法で予想された。
AT starting translation start codon from nucleotide 16
Applied to G codon. The nucleotide sequence around this putative start codon is consistent with the consensus sequence CC (A / G) CCAUGG characteristic of many eukaryotic mRNAs [Kozak, M., Cell 15 , 1109]. -1123, 1978]. The amino acid sequence at the N-terminus has many features of a signal sequence in order to play a biological role for luciferase as a secreted protein [von Heijne,
G.), Eur. J. Biochem. 133 , 17-21, 1983]. In addition, the blocked N-terminal was predicted by the method described later.

過ヨウ素酸−シッフ反応によるルシフェラーゼ陽性染
色によっても示されたが、アミノ酸残基186および408位
に2つのN−グリコシル化部位(Asn−X−Ser/Thr)が
ある。残基258位には配列Asn−Pro−Serが存在している
が、一般にこの配列は効率良くグリコシル化されない
[マーシャル(Marshall,R.D.),Ann.Rev.Biochem.41,
673−702, 1972]。N−グリコシダーゼFを作用させる
とルシフェラーゼ分子の大きさは2000−3000ダルトン減
少するが、O−グリコシル化部位に特異的な消化酵素で
はこのような減少は認められない。これらの結果は、ウ
ミボタルルシフェラーゼがN−グリコシル化されるこ
と、ならびにヌクレオチド配列から推定されるポリペプ
チドの理論分子量と、ゲル電気泳動(第1図)およびゲ
ル濾過と沈降平衡分析(ツジら、Biochemistry 13, 520
4−5209, 1974)で測定した天然タンパク質の分子量と
の差が炭水化物部分の非存在または存在に関連している
ことを示している。
There are two N-glycosylation sites (Asn-X-Ser / Thr) at amino acid residues 186 and 408, as also shown by luciferase positive staining by the periodate-Schiff reaction. At residue 258, the sequence Asn-Pro-Ser is present, but this sequence is generally not efficiently glycosylated [Marshall, RD, Ann. Rev. Biochem. 41 ,
673-702, 1972]. When N-glycosidase F is acted on, the size of the luciferase molecule is reduced by 2000-3000 daltons, but such a reduction is not observed in digestive enzymes specific to O-glycosylation sites. These results indicate that Cypridina luciferase is N-glycosylated, and the theoretical molecular weight of the polypeptide deduced from the nucleotide sequence, gel electrophoresis (FIG. 1) and gel filtration and sedimentation equilibrium analysis (Tsuji et al. Biochemistry 13 , 520
4-5209, 1974), indicating that the difference from the molecular weight of the native protein is related to the absence or presence of the carbohydrate moiety.

アミノ末端は、ルシフェリンの構造および反応機構が
類似している他の海洋生物の生物発光反応を触媒する酵
素の構造から類推した。そのような生物としてクラゲ
(Aequorea victoria)を選び、その生物発光反応と直
接比較した[ジョンソン(Johnson,F.H.)ら、Methods
Enzymol.57, 271−291, 1978]。
The amino terminus was deduced from the structure of the enzyme that catalyzes the bioluminescence reaction of other marine organisms with similar luciferin structures and mechanisms. We chose jellyfish (Aequorea victoria) as such an organism and compared it directly with its bioluminescence reaction [Johnson, FH et al., Methods
Enzymol. 57 , 271-291, 1978].

クラゲの発光は、カルシウム結合タンパク質、エクオ
リンによるものであって、このエクオリンがカルシウム
イオンの存在下で励起されて発光する。エクオリンは、
アポエクオリン(アポタンパク質)、コエレンテラジン
および酸素分子の錯体であって、エクオリンがカルシウ
ムイオンと結合すると、配座変化が起こり、タンパク質
がオキシゲナーゼに転換され、次いで、分子内反応によ
りコエレンテラジンが酸化される。この反応における発
光体はアポエクオリンに結合した励起状態のコエレンテ
ラジンである[シモムラ(Shimomura,O.)ら、Tetrahed
ron Lett.No.31, 2963−2966, 1973]。
The jellyfish emits light from a calcium-binding protein, aequorin, which emits light when excited in the presence of calcium ions. Aequorin,
A complex of apoaequorin (apoprotein), coelenterazine and oxygen molecules. When aequorin binds to calcium ions, a conformational change occurs, the protein is converted to oxygenase, and then coelenterazine is oxidized by an intramolecular reaction. The illuminant in this reaction is excited coelenterazine bound to apoaequorin [Shimomura, O. et al., Tetrahed.
ron Lett. No. 31 , 2963-1966, 1973].

ウミボタルとクラゲの生物発光反応の基質構造および
機構は相互に類似しているが殆ど交差反応しない。しか
しながら、両者のアミノ酸配列の比較から、ウミボタル
ルシフェラーゼの2領域(残基97〜154および残基353〜
411)のアミノ酸配列が、アポエクオリンの1領域(残
基82〜144)のアミノ酸配列と有意な類似性を示すこと
が分かった(第5図参照)。第5図は、ウミボタルルシ
フェラーゼ(a)とクラゲ(Aequrea)のエクオリン
(b)とのアミノ酸配列の相同性を示す図であって、Da
yhoffの突然変異データーマトリックス[デイホッフ(D
ayhoff,M.O.),Schwartz,R.M.ら、Atlas of Protein Se
quence and Structure(National Biochemical Researc
h Foundation,Washington,D.C.),Vol.5,pp. 345−352,
1978]における同一残基を2つの点(:)で示し、類
似アミノ酸を1つの点(・)で示したものである。番号
は各タンパク質のN−末端からの位置を表す。アポエク
オリン分子の大きさはウミボタルルシフェラーゼの約1/
3であり、189個のアミノ酸残基からなっており、ウミボ
タルルシフェラーゼの類似領域の一方または両方が発光
に関与していると予測される。
The substrate structure and mechanism of the bioluminescent reaction of sea firefly and jellyfish are similar to each other but hardly cross-react. However, comparison of the amino acid sequences of the two showed that two regions of Cypridina luciferase (residues 97 to 154 and 353 to 353).
411) was found to exhibit significant similarity to the amino acid sequence of one region of apoaequorin (residues 82 to 144) (see FIG. 5). FIG. 5 is a diagram showing the amino acid sequence homology between Cypridina luciferase (a) and jellyfish (Aequrea) aequorin (b).
yhoff mutation data matrix [Dayhoff (D
ayhoff, MO), Schwartz, RM, et al., Atlas of Protein Se
quence and Structure (National Biochemical Researc
h Foundation, Washington, DC), Vol. 5, pp. 345-352,
1978] are indicated by two dots (:), and similar amino acids are indicated by one dot (•). The numbers represent the position from the N-terminus of each protein. The size of the apoaequorin molecule is about 1 /
3, and consists of 189 amino acid residues, and it is predicted that one or both of similar regions of Cypridina luciferase are involved in luminescence.

アポエクオリンの残基87〜144に相当するウミボタル
ルシフェラーゼの領域は残基97〜154であり、明らかに1
0アミノ酸残基のシフトが認められる。このことは、最
初の11個のアミノ酸残基が分泌に必要なリーダーペプチ
ドであり、ウミボタルルシフェラーゼのN−末端が12番
目のチロシンであることを示唆するものである(第3図
参照)。さらに、アラニンと隣接アミノ酸残基との関係
はシグナル配列の開裂部位に適合している[フォン・ハ
イネ(von Heijne,G.)ら、Eur.J.Biochem.133, 17−2
1, 1983]。以上から、ペプチドの開裂部位は11位であ
り、アミノ末端はチロシンであると予想される。
The region of Cypridina luciferase corresponding to residues 87-144 of apoaequorin is residues 97-154, clearly 1
A shift of 0 amino acid residues is observed. This suggests that the first 11 amino acid residues are leader peptides required for secretion, and that the N-terminus of Cypridina luciferase is the 12th tyrosine (see FIG. 3). Furthermore, the relationship between alanine and adjacent amino acid residues is adapted to the cleavage site in the signal sequence [von Heijne, G. et al., Eur. J. Biochem. 133 , 17-2.
1, 1983]. From the above, it is expected that the cleavage site of the peptide is at position 11 and the amino terminus is tyrosine.

ウミボタルルシフェラーゼのアミノ酸配列のもう1つ
の特徴は、非常にシステインに富む領域がN−末端部分
に存在することである。この領域ではアミノ酸残基39〜
82の間に9個のシステイン残基が認められる。しかしな
がら、ウミボタルルシフェラーゼには遊離のスルフヒド
リル基が検出されなかった(ツジら、前掲)ことから、
システイン残基はおそらく分子内のジスルフィド架橋結
合を形成していると考えられる。
Another feature of the amino acid sequence of Cypridina luciferase is that a highly cysteine-rich region is present in the N-terminal portion. In this region, amino acid residues 39 to
Nine cysteine residues are found between 82. However, since no free sulfhydryl group was detected in Cypridina luciferase (Tsuji et al., Supra),
The cysteine residue probably forms an intramolecular disulfide bridge.

実施例2 ウミボタルルシフェラーゼを含有する発現ベ
クターの構築 完全長のウミボタルルシフェラーゼのcDNAをラウス肉
腫ウイルスのロングターミナルリピートのプロモーター
の下に置いて発現ベクターを構築した。即ち、ウミボタ
ルルシフェラーゼcDNAの5′末端および3′末端に、そ
れぞれHin d IIIおよびBgl IIリンカー(宝酒造)を連
結した。Dr.S.Subramaniから得たホタルルシフェラーゼ
をコードするプラスミドpRSVL[ドゥエット(deWet,J.
R.)ら、Mol.Cell.Biol., 725−737, 1987]をSma I
で消化し、Bgl IIリンカーと連結した。次いで、Hin d
IIIおよびBgl IIで切断して得た線状プラスミドと、上
記cDNAのHin d IIIおよびBgl II断片と連結することに
より、ホタルルシフェラーゼcDNAの代わりにウミボタル
ルシフェラーゼcDNAを含有するHin d III−Bgl II断片
を含有する発現プラスミドpRSVVLを得た。このプラスミ
ドで形質転換した大腸菌、Escherichia coli pRSVVLは
工業技術院微生物工業技術研究所に寄託されている(受
託日:平成元年6月15日、受託番号:FERMP−10782)。
Example 2 Construction of Expression Vector Containing Cypridina Luciferase An expression vector was constructed by placing the full-length Cypridina luciferase cDNA under the promoter of Rous sarcoma virus long terminal repeat. That is, the 5 'and 3' ends of the sea firefly luciferase cDNA, were ligated their <br/> respectively Hin d III and Bgl II linker (Takara Shuzo). Plasmid pRSVL encoding firefly luciferase obtained from Dr. S. Subramani [deWet, J. et al.
R.), et al., Mol.Cell.Biol. 7, 725-737, 1987 ] the Sma I
And ligated with Bgl II linker. Then, Hin d
A linear plasmid obtained by cutting with III and Bgl II, by coupling with Hin d III and Bgl II fragments of the above cDNA, Hin d III- Bgl II containing sea firefly luciferase cDNA instead of firefly luciferase cDNA An expression plasmid pRSVVL containing the fragment was obtained. Escherichia coli pRSVVL transformed with this plasmid has been deposited with the Research Institute of Microbial Industry and Technology (Department date: June 15, 1989, accession number: FERMP-10782).

実施例3 プラスミドpRSVVLによるCOS細胞のトランス
フェクションおよびウミボタルルシフェラーゼの発現 1.トランスフェクション 10cmのペトリ皿に入れた10%ウシ胎児血清(Hyclon
e)を含有するダルベッコ(Dulbecco)の改良イーグル
培地(日水)10mlにサルCOS細胞[グルツマン(Gluzma
n,Y.,Cell 23, 175−182, 1981:ATCC CRL1650)を播い
た(7×106)。この細胞を、リン酸カルシウム法[グ
ラハム(Graham,F.L.)ら、Virology 52, 456−467, 19
73およびヴィグラー(Wigler,M)ら、Cell 14, 725−73
1, 1978]を用い、実施例2で調製したプラスミドpRSVV
L DNA 10μgでトランスフェクトした。48時間インキュ
ベートした後、培地を回収し、細胞を収穫した。次い
で、細胞を凍結および解凍を繰り返した後、遠心分離す
ることによって細胞抽出物を調製した(deWet,J.R.ら、
前掲)。
Example 3 Transfection of COS Cells with Plasmid pRSVVL and Expression of Cypridina Luciferase 1. Transfection 10% fetal calf serum (Hyclon) in a 10 cm Petri dish
Monkey COS cells [Gluzma (Gluzma) in 10 ml of Dulbecco's modified Eagle's medium (Nissui) containing e)
n, Y., Cell 23 , 175-182, 1981: ATCC CRL 1650) (7 × 10 6 ). The cells were subjected to the calcium phosphate method [Graham, FL, et al., Virology 52 , 456-467, 19].
73 and Wigler (M) et al., Cell 14 , 725-73.
1, 1978] and the plasmid pRSVV prepared in Example 2.
Transfected with 10 μg of L DNA. After incubation for 48 hours, the medium was collected and the cells were harvested. The cell extract was then prepared by repeatedly freezing and thawing the cells, followed by centrifugation (deWet, JR et al.,
Supra).

2.ウミボタルルシフェラーゼ活性の測定 1.で調製した細胞抽出物および培地のウミボタルルシ
フェラーゼ活性を、ウミボタルルシフェリンを基質とし
て測定した。
2. Measurement of Cypridina luciferase activity The Cypridina luciferase activity of the cell extract and the medium prepared in 1. was measured using Cypridina luciferin as a substrate.

容量20mlのシンチレーションバイアル中、上記1.で得
た培地あるいは細胞抽出物を、200mM Tris−HCl(pH7.
6)により希釈して全量を1.5mlとし、Mitchell−Hastin
gs光度計に入れた「ミッチェル(Mitchell,G.W.)ら、A
nal.Biochem. 39, 243−250, 1971」。他方、ツジの方
法[Methods Enzymol.(57, 364−372, 1978)]に従っ
て調製したウミボタルルシフェリンを200mMリン酸ナト
リウム緩衝液(pH6.8)に溶解(濃度50nM)し、その1.5
mlをシンチレーションバイアルに注入した。ルシフェリ
ンを注入する直前に光度計のシャッターを開放し、注入
した点を0minとし、1.5min後にシャッターを閉じ、その
間の発光を記録した。
In a scintillation vial having a capacity of 20 ml, the medium or the cell extract obtained in the above 1. was added to 200 mM Tris-HCl (pH 7.
6) Dilute to a total volume of 1.5 ml with Mitchell-Hastin
Mitchell, GW, et al., A in gs photometer
nal. Biochem. 39 , 243-250, 1971 ". On the other hand, Cypridina luciferin prepared according to the azalea method [Methods Enzymol. ( 57 , 364-372, 1978)] was dissolved (at a concentration of 50 nM) in a 200 mM sodium phosphate buffer (pH 6.8), and the 1.5
ml was injected into scintillation vials. Immediately before the injection of luciferin, the shutter of the photometer was opened, the injection point was set to 0 min, and after 1.5 min, the shutter was closed, and the light emission during that time was recorded.

14C−ヘキサデカン光を標準として光度測定し、光度
を1秒当たりの光量子数に変換した[ハッシング(Hast
ings J.W.)ら、J.Opt.Soc.Am. 53, 1410−1415, 196
3]。その結果、トランスフェクトされたCOS細胞の細胞
抽出物に僅かなルシフェラーゼ活性が検出された。しか
し、COS細胞の培養培地には大量のルシフェラーゼ活性
が検出された(第4図参照)。この培養培地からの発光
は被検培地の容量に正比例しており、発光は極めて鋭敏
であった。即ち、ウミボタルルシフェラーゼ発現ベクタ
ーでトランスフェクトされたCOS細胞の培養培地10mlか
ら得た僅か5μの試料から、バックグラウンドよりも
明らかに高いシグナルが検出された。これに対して、DN
AをトランスフェクトしていないCOS細胞の培養液かまた
はpSVOCAT[ゴーマン(Gorman,C.M.)ら、Mol.Cell.Bio
l., 1044−1051, 1982]もしくはpRSVL[ドゥウェッ
ト(deWet,J.R.)ら、Mol.Cell.Biol., 725−737, 19
87]でトランスフェクトされたCOS細胞の培地および細
胞抽出物からの発光は、第4図記載の発光よりも2桁以
上弱かった。
The luminous intensity was measured using 14 C-hexadecane light as a standard, and the luminous intensity was converted into photons per second [Hasting (Hast
ings JW) et al., J. Opt. Soc. Am. 53 , 1410-1415, 196
3]. As a result, slight luciferase activity was detected in the cell extract of the transfected COS cells. However, a large amount of luciferase activity was detected in the culture medium of COS cells (see FIG. 4). The luminescence from this culture medium was directly proportional to the volume of the test medium, and the luminescence was extremely sharp. That is, a signal clearly higher than the background was detected from a sample of only 5 μl obtained from 10 ml of the culture medium of COS cells transfected with the Cypridina luciferase expression vector. In contrast, DN
Culture medium of COS cells not transfected with A or pSVOCAT [Gorman, CM, et al., Mol. Cell. Bio.
2 , 1044-1051, 1982] or pRSVL [deWet, JR, et al., Mol. Cell. Biol. 7 , 725-737, 19].
87], the luminescence of the COS cells transfected in the medium and the cell extract was at least two orders of magnitude lower than the luminescence described in FIG.

以上の結果は、再構成されたcDNAが完全長のウミボタ
ルルシフェラーゼcDNAであること、そのcDNAがタンパク
質を分泌するのに必要なシグナル配列をもコードしてい
ることを示すものである。
The above results indicate that the reconstructed cDNA is a full-length sea firefly luciferase cDNA, and that the cDNA also encodes a signal sequence necessary for secreting the protein.

[作用] 本発明のウミボタルルシフェラーゼをコードするDNA
化合物を用いて所望の宿主内でホタルルシフェラーゼを
発現させることができる。ウミボタルルシフェラーゼと
ウミボタルルシフェリンとの化学発光反応は酸素分子の
みを必要とする単純な反応である。しかし基質特異性が
高く、発光の測定感度は鋭敏である。しかも、実施例を
示すように、本発明の発現ベクターでトランスフェクト
されたCOS細胞は、ウミボタルルシフェラーゼを培養培
地に分泌することから、生成物の回収が極めて容易であ
る。これらの事実は、本発明のウミボタルルシフェラー
ゼをコードするDNA化合物の有用性を明確に示すもので
ある。従って、本発明のDNA化合物は生物医学の分野に
限らず、環境を始め、様々な分野で有用と思われる。
[Action] DNA encoding sea firefly luciferase of the present invention
The compound can be used to express firefly luciferase in the desired host. The chemiluminescence reaction between Cypridina luciferase and Cypridina luciferin is a simple reaction requiring only oxygen molecules. However, the substrate specificity is high, and the luminescence measurement sensitivity is sharp. Moreover, as shown in the Examples, COS cells transfected with the expression vector of the present invention secrete Cypridina luciferase into the culture medium, so that the product can be recovered extremely easily. These facts clearly demonstrate the usefulness of the DNA compound encoding sea urchin luciferase of the present invention. Therefore, the DNA compound of the present invention is considered to be useful not only in the field of biomedicine but also in various fields including the environment.

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

第1図は、精製したウミボタルルシフェラーゼのドデシ
ル硫酸ナトリウム/勾配ポリアクリルアミドゲル電気泳
動の結果を表す写真の模写図である。第2図は、ウミボ
タルルシフェラーゼcDNAの制限酵素地図および全長クロ
ーンの構築に用いたクローンの制限酵素地図である。
(a)は完全長のウミボタルルシフェラーゼcDNA、
(b)はクローンVL16、(c)はクローンVL18の制限酵
素部位を示す制限酵素地図であり、(d)はクローンVL
16およびVL18から構築された完全長cDNAの制限酵素地図
である。第3図は、ウミボタルルシフェラーゼcDNAのヌ
クレオチド配列および推定のアミノ酸配列を示す模式図
である。第4図は、COS細胞によって合成され分泌され
たウミボタルルシフェラーゼの活性の測定結果を示すグ
ラフである。第5図はウミボタルルシフェラーゼ(a)
とクラゲのエクオリン(b)アミノ酸配列の相同性を示
す模式図である。
FIG. 1 is a schematic drawing of a photograph showing the results of purified sodium firefly luciferase subjected to sodium dodecyl sulfate / gradient polyacrylamide gel electrophoresis. FIG. 2 is a restriction map of Cypridina luciferase cDNA and a restriction map of a clone used for construction of a full-length clone.
(A) is full-length sea firefly luciferase cDNA,
(B) is a restriction map showing the restriction enzyme sites of clone VL16 and (c), and (d) is a restriction map showing the restriction enzyme sites of clone VL18.
It is a restriction map of the full length cDNA constructed from 16 and VL18. FIG. 3 is a schematic diagram showing the nucleotide sequence and deduced amino acid sequence of Cypridina luciferase cDNA. FIG. 4 is a graph showing the results of measuring the activity of Cypridina luciferase synthesized and secreted by COS cells. FIG. 5 shows sea firefly luciferase (a)
FIG. 4 is a schematic diagram showing the homology between the amino acid sequences of aequorin (b) and jellyfish.

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C12N 15/53 C12N 9/02 BIOSIS(DIALOG) WPI(DIALOG) GenBank/EMBL(Senes eq)Continued on the front page (58) Fields investigated (Int. Cl. 6 , DB name) C12N 15/53 C12N 9/02 BIOSIS (DIALOG) WPI (DIALOG) GenBank / EMBL (Senez eq)

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】第3図における第1番目から555番目のア
ミノ酸配列で示されるウミボタルルシフェラーゼをコー
ドするDNA化合物。
1. A DNA compound encoding sea urchin luciferase represented by the amino acid sequence from the 1st to the 555th amino acid in FIG.
【請求項2】第3図における第16番目から1680番目のヌ
クレオチド配列で示される請求項1記載のDNA化合物。
2. The DNA compound according to claim 1, which is represented by the nucleotide sequence from the 16th position to the 1680th position in FIG.
【請求項3】請求項1又は2記載のDNA化合物を含有す
る発現ベクター。
[3] An expression vector containing the DNA compound according to [1] or [2].
【請求項4】プラスミドpRSVVLである請求項3記載の発
現ベクター。
4. The expression vector according to claim 3, which is a plasmid pRSVVL.
【請求項5】請求項3または4記載の発現ベクターを用
いて宿主細胞をトランスフェクトし、培養することから
なるウミボタルルシフェラーゼの製造方法。
5. A method for producing sea firefly luciferase, comprising transfecting a host cell with the expression vector according to claim 3 or 4, and culturing the host cell.
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