JP2891540B2 - 無細胞翻訳系におけるポリペプチドの製造方法 - Google Patents

無細胞翻訳系におけるポリペプチドの製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は分子生物学及び生物工学に関し、更に詳しく
は本発明は無細胞翻訳系でポリペプチドを製造する方法
に関する。
上記ポリペプチドは生物学的プロセスの調節物質とし
て医学上広く用いられる。例えば免疫系を活性化するポ
リペプチド、ポリペプチド神経媒介物質及び伝達物質、
塩代謝のポリペプチド調節物質等が先行技術で知られて
いる。ポリペプチドは生物学的促進物質、例えば成長ホ
ルモンとして農業でも用いられる。ポリペプチドは例え
ばロドプシンフィルムとして生物電子工学でも用いられ
る。
ポリペプチドを製造する2つの方法、即ち化学合成及
び遺伝子工学方法が従来技術で知られている。
化学合成は比較的小さな鎖長(15アミノ酸残基まで)
のポリペプチドの工業的製造で広く用いられる。更に長
いポリペプチドはこの方法で実際上製造できないが、そ
の理由は最終産物の収率が、アミノ酸基のラセミ化、ポ
リペプチド鎖の不完全な伸長並びに保護基の困難な選択
及びそれらの除去のせいで、ポリペプチド鎖長の増加に
従い指数的に減少するためである。すべてのこれらファ
クターは最終産物の精製で多大な困難性を与え、ポリペ
プチドのコストをそれらの鎖長増加に従い劇的に増加さ
せる。
ポリペプチドのプレパララィブ合成の遺伝子工学方法
でも実際の使用上ある制限を有する。これらは形質転換
された細胞による発現産物の困難な単離、一部の最終産
物がその細胞上で形質転換プラスミドの細胞からの除去
をもたらすという致命的な結果、及び外来遺伝子の発現
産物のタンパク質分解退化と関係している。
ポリペプチドを製造する上記記載方法は、アミノ酸残
基鎖長15〜70のポリペプチドを得る上で実際上用いるこ
とができない。しかしながら、これは医学、農業、生物
電子工学で大きな用途を有する多数の生物活性ポリペプ
チドの鎖長そのものである。
連続無細胞翻訳系の使用に基づくポリペプチドのプレ
パラティブ合成に関してもう1つの方法がある。
例えば小麦胚芽溶離物からの連続無細胞翻訳系におけ
るカルシトニン合成方法が従来技術で知られている〔Sc
ience,1988,v.242,A.S.Spirin,V.I.Baranov,L.A.Ryabov
a,S.Yu.Ovodov,Yu.B.Alakhov,A Continuous Cell−Free
Translations System Capable of Producting Polypep
tides in High Yield(高収率でポリペプチドを産生す
ることができる連続無細胞翻訳系),pp.1162−1164〕。
EP−A−0 312 617及びScience,vol.242、25/11/88、
pp.1162−1164は、連続無細胞翻訳系について記載して
いる。該系は、翻訳産物を採取する半透過性の膜を含む
限外濾過セル中に配置される。
無細胞系1mlは緩衝液:pH7.6の40mM HEPES、75mM K+
酸塩、1.9mM Mg2+酢酸塩、0.25mMスペルミジン、6mMジ
チオスレイトール、1.5%グリセロール、2mM ATP、50μ
M GTP、8mMリン酸クレアチン、25μM〔3H〕ロイシン
(活性50Ci/mmol)及び各25μMの残余19アミノ酸中
に、小麦胚芽溶離物0.5ml、0.1nmolカルシトニンmRNA、
クレアチンホスホキナーゼ64μg、ヒト胎盤からのリボ
ヌクレアーゼインヒビター10μg、各プロテアーゼイン
ヒビター(アプロチニン、ペプスタチン、ロイペプチ
ン)0.1μgを含有している。
無細胞系は透析濾過セル〔アミコン(Amicon)〕に入
れられ、ポリペプチド合成は25℃で行われる。最終産物
及び分解産物(AMP、GDP、ピロリン酸及び無機リン酸)
を含めた翻訳産物は半透過性膜で集められ、基質(AT
P、GTP及びアミノ酸)は20時間にわたり同時に供給され
る。結果的に、無細胞翻訳系の操作で10nmolのカルシト
ニンを生じるが、これは1pmolのmRNAにつき100pmolのポ
リペプチドを与える。
ポリペプチドを製造するこの方法は公知方法の中で最
も効率的である。上記方法では無細胞翻訳系を用いるた
め、実際上いかなるポリペプチドの合成も実施すること
ができる。
しかしながら、この方法において最終ポリペプチド及
び低分子量反応産物(GDP、AMP、ピロリン酸及び無機リ
ン酸)の除去には高価な限外濾過装置の使用を要する。
限外濾過の原理そのものは膜における最終産物の凝集の
せいでその方法の可能性を著しく制限し、比較的多量の
反応混合物中で合成を行う必要性は、異なる物理的及び
化学的ファクターの影響下でタンパク質合成系の酵素の
不活化を招いてしまう。すべてのこれら環境は系操作の
期間を制限し、工業的規模での使用を妨げる。
本発明の目的は、翻訳系作動の期間を延長してかつ大
規模にその再現をなし得ると同時に、高価な限外濾過装
置の使用なしで、無細胞翻訳系においてポリペプチドを
製造する方法を提供することである。
この目的は、鋳型RNAと、ATP、GTP及びアミノ酸の形
の基質とを含有したリボソーム上における無細胞翻訳系
でポリペプチドを製造する方法を提供することにより達
成され、その際翻訳系から除去される最終ポリペプチ
ド、AMP、GDP、ピロリン酸及び無機リン酸を含めた翻訳
産物が形成され、その一方で基質が消費され、同時にAT
P、GTP及びアミノ酸の形の基質がそれらの初期濃度を維
持するため系中に導入されるが、その場合に本発明によ
れば、エンベロープが高分子電解質複合体からなるマイ
クロカプセルに固定されたATP、GTP、アミノ酸の形の基
質と鋳型RNAとを含有したリボソーム上における翻訳系
が用いられる。
内在性及び外在性双方の天然又は人工mRNAを含有した
無原核及び真核細胞翻訳系が本発明による無細胞翻訳系
として用いられる。この方法では、多糖類との高分子電
解質複合体を形成しかつエンベロープが無細胞系タンパ
ク質に対して実際上不透過性であるが但し反応産物(最
終ポリペプチド、ATP、GTP、ピロリン酸、無機リン酸)
及び基質(ATP,GTP,アミノ酸)を保留しないマイクロカ
プセルの形成をなしうる、負荷電多糖類及び正荷電ポリ
マーに基づく固定系を用いる。このような複合体は、例
えばアルギン酸Na及びポリ−L−リジン、アルギン酸Na
及びキトサン、ペクチン及びポリアミン、ペクチン及び
キトンサンにより形成できる。
本発明は、 a) リボソーム b) 基質ATP、GTP及びアミノ酸 および c) 選択したペプチドをコードするmRNA を含む無細胞タンパク質翻訳系を含んだ溶液を調製し、 該無細胞タンパク質翻訳系を、無細胞系のタンパク質に
は実際上不透過性であるが、基質又は最終ポリペプチ
ド、AMP、GDP、ピロリン酸及び無機リン酸を含めた翻訳
産物を保留しない高分子電解質複合体エンベロープを有
するマイクロカプセル中に固定化し、 及び、 翻訳の間上記系中に上記基質を導入して基質の初期濃度
を維持する ことからなる、無細胞翻訳系中でポリペプチドを製造す
る方法を提供する。
本発明は、また、該方法において用いるマイクロカプ
セル組成物を提供する。
無細胞翻訳系でのポリペプチドの合成に関して提案さ
れた方法は限外濾過方法に固有の欠点を有さず、大規模
で容易に再現可能であり、あらゆる鎖長のポリペプチド
及びアミノ酸配列を産生するために使用可能である。
提案された方法は無細胞翻訳系におけるポリペプチド
の合成を一定速度で100時間以上にわたり確実にする。
最終ペプチドの量はmRNAコピー当たり400〜500ポリペプ
チドコピーである。
本発明は下記のような添付図面を参照して更に記載さ
れる: 図1、2は合成ポリペプチドの量/mRNA単位vs.合成時
間のグラフ依存関係について表す。
無細胞翻訳系におけるポリペプチドの製造方法は技術
的に簡単であり、下記のように理解することができる。
リボソーム、翻訳因子、tRNA、mRNAと、ATP、GTP及び
アミノ酸を含めた反応基質とを含有した原核又は真核生
物の無細胞翻訳系は公知の方法により製造された。
無細胞翻訳系は負荷電多糖類の溶液と混ぜられ、液滴
形成装置から正電荷ポリマーの溶液中に導入される。形
成されたマイクロカプセルは未反応ポリマーを除去する
ため緩衝液で洗浄され、カラムに入れられ、そこに翻訳
に必要な基質を含有した緩衝液が通される。
合成中に反応産物は半透過性膜を介してマイクロカプ
セルから除去される。同時に、ATP、GTP及びアミノ酸の
形の基質がその系に供給される。
更に最終産物の単離及び精製のために、マイクロカプ
セル含有カラムを通過した溶液は免疫親和性吸着剤で充
填されたカラムに供給され、そこで最終産物の選択的吸
着が起こる。合成の終了後、最終産物はカラムから溶出
され、脱塩される。
本発明を更に良く理解できるように、下記例が以下で
示されている。
例1 アルギン酸Na及びポリリジンからなるマイクロカプセ
ル中に固定された小麦胚芽からの無細胞真核翻訳系にお
けるカルシトニン合成は下記のように進める。
溶液(A)はpH7.6の35mM HEPER、2.1mM Mg(OA
c)、70mM KoAc、1mM ATP、25μM GTP、250μMスペ
ルミジン、比放射能24Ci/mmolの25μM〔3H〕ロイシン
からなっていた。各25μMの19残余アミノ酸、8mMリン
酸クレアチン、溶液(A)から調製されたインキュベー
ト混合物2.5mlは80(吸光度単位)の小麦胚芽からのA
260溶離物(S30)、80pmolのカルシトニンmRNA、150活
性単位のヒト胎盤リボヌクレアーゼインヒビターを含有
していた。調製されたインキュベート混合物は下記方法
に従いアルギネート−ポリ−L−リジンカプセル中に固
定した。
インキュベート混合物2.5mlを2%アルギン酸Na2.5ml
と混ぜた。得られた混合物を液滴形成装置で塩化Caの1.
2%溶液中に導入した。得られた微小顆粒を120mM KoAc
及び2mM Mg(OAc)含有溶液(B)で3回洗浄した。
溶液Bを除去し、顆粒を0.025%ポリ−L−リジン溶液
(MW−50000)で満たし、6分間インキュベートした。
ポリ−L−リジン溶液の除去後、顆粒を緩衝液Bで2回
洗浄し、3ml/hrの速度で緩衝液(A)含有0.6%ポリイ
ミンP中に入れた。溶出液を集め、合成産物の存在に関
して分析した。
図1は鋳型RNAの単位当たりで得られるカルシトニン
の量vs.合成時間の依存関係について表す。横軸はhrで
合成時間を表し、縦軸はpmolで鋳型RNAの単位当たりか
ら形成された産物の量pmolを表す。その結果32000pmol
を100時間で得た。
例2 インキュベート混合物がアルギネートゲル中で重合さ
れた例である無細胞原核翻訳系におけるファージMS2mRN
A鋳型でのファージMS2コートタンパク質の合成を下記の
ように行った。
反応混合物1mlは緩衝液A:pH7.5の20mMトリスHCl、10m
M MgCl2、100mM NH4Cl、1mM ATP、0.2mM GTP、5mMホス
ホエノールピルビン酸、比放射能52Ci/mmolの25μM〔3
H〕ロイシン及び各25μMの19残余アミノ酸中に、70Sリ
ボソーム0.6mmol、S100画分1mg、tRNA0.6mg、ファージM
S2コートタンパク質のmRNA0.06nmol、ピルビン酸キナー
ゼ5μg、ヒト胎盤リボヌクレアーゼインヒビター2〜
10μg、各プロテアーゼインヒビター(アプロチニン、
ロイペプチン、キモスタチン)0.1μgを含有してい
た。
マイクロカプセル中におけるインキュベート混合物の
固定化は例1で記載されたように行った。得られたマイ
クロカプセルをカラムに入れ、緩衝液Aで洗浄した。カ
ラム中での合成は37℃で行った。最終産物及び分解産物
はカラムを通過したフィード混合物を回収すると同時に
100時間にわたりカラムに緩衝液Aを供給することによ
り集めた。
図2は鋳型RNAの単位当たりで得られるコートタンパ
ク質の量vs.合成時間の依存関係について表す。その結
果、ファージMS2コートタンパク質3000pmolが無細胞翻
訳系の100時間作動で合成された。
本発明により製造されたポリペプチドは医学、農業及
び生物電子工学で用いることができる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 アラホフ,ユリー、ボリソウィッチ ロシア共和国モスコフスカヤ、オーブラ スト、プスチノ、ミクロライオン、ベ ー、デー、32、カーベー、38 (72)発明者 リャボワ,リュボフ アナトリエウナ ロシア共和国モスコフスカヤ、オーブラ スト、プスチノ、ミクロライオン、ゲ ー、デー、22、カーベー、81 (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C12N 15/00 - 15/90 C12P 21/00 - 21/02 BIOSIS(DIALOG) WPI(DIALOG)

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】a) リボソーム b) 基質ATP、GTP及びアミノ酸 および c) 選択したペプチドをコードするmRNA を含む無細胞タンパク質翻訳系を含んだ溶液を調製し、 該無細胞タンパク質翻訳系を、無細胞系のタンパク質に
    は実際上不透過性であるが、基質又は最終ポリペプチ
    ド、AMP、GDP、ピロリン酸及び無機リン酸を含めた翻訳
    産物を保留しない高分子電解質複合体エンベロープを有
    するマイクロカプセル中に固定化し、 及び、 翻訳の間上記系中に上記基質を導入して基質の初期濃度
    を維持する ことからなる、無細胞翻訳系中でポリペプチドを製造す
    る方法。
  2. 【請求項2】選択したペプチドを製造するに際して用い
    るマイクロカプセル組成物であって、高分子電解質複合
    体エンベロープを有するマイクロカプセル、及び、該マ
    イクロカプセルエンベロープ中に含まされた、 a) リボソーム b) 基質ATP、GTP及びアミノ酸 および c) 選択したペプチドをコードするmRNA を含む無細胞タンパク質翻訳系の成分からなり、上記マ
    イクロカプセルエンベロープが無細胞系のタンパク質に
    は実際上不透過性であり、該エンベロープが基質又は最
    終ポリペプチド、AMP、GDP、ピロリン酸及び無機リン酸
    を含めた翻訳産物を保留しない、上記マイクロカプセル
    組成物。
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