JP3689736B2 - Thermostable enzyme with primase activity - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高温条件下においてプライマーゼ活性を有するタンパク質、該タンパク質をコードする遺伝子に関する。
【0002】
【従来の技術】
プライマーゼは、DNAプライマーゼとも呼ばれており、DNA複製開始のプライマーRNAを合成するRNAポリメラーゼである。すなわち、プライマーゼは、DNA複製機構において、リーディング鎖における複製起点及びラギング鎖における岡崎フラグメントの合成起点に、約10ヌクレオチドの短いRNAプライマーを合成する。したがって、プライマーゼは、DNA複製機構において必須な構成要素である。
【0003】
現在知られているプライマーゼとしては、大腸菌におけるdnaG遺伝子産物(60kDa)、T7ファージの遺伝子4産物(Gp4、63kDa)、T4ファージの遺伝子41産物(54kDa)並びに遺伝子61産物(40kDa)及び真核生物のDNAポリメラーゼαの2個のサブユニット(約60kDaと約50kDa)が挙げられる。
【0004】
ところが、これらのプライマーゼは、常温生物由来であるため、室温以上の温度条件下では極めて不安定であり、特に、2本鎖DNA熱変性温度条件下では速やかに熱失活してしまう。このため、例えば、2本鎖DNA熱変性温度と急冷と酵素反応とを繰り返すPCR反応等においては、現在知られているプライマーゼを用いることができない。耐熱性に優れたプライマーゼが発見されれば、PCR法によるDNA増幅反応とプライマー合成反応とを同一チューブ内で行なうことが可能となる。その結果、新規な遺伝子ラべリング法及び遺伝子変異法等を開発することができる。
したがって、高温条件下であっても、優れた活性を示すプライマーゼが渇望されている。しかしながら、現在のところ、耐熱性に優れたプライマーゼは知られていない。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明は、高温条件下であっても優れた活性を示して核酸プライマーを合成することの可能なプライマーゼ活性を有する耐熱酵素を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記の目的を達成すべく、90〜100℃で生育する超好熱性古細菌に着目し、その遺伝子配列からプライマーゼ活性を示すタンパク質をコードすると推定される遺伝子を見出した。さらに、その遺伝子を大腸菌に組み込んで、この形質転換された大腸菌を使って酵素を産生し、この酵素が高温(80℃以上)で安定に存在し、且つ、プライマーゼ活性を示すことを確認して、本発明を完成するに至った。
【0007】
すなわち、本発明は、塩基配列の所定の部位に結合するとともに当該塩基配列に対して相補的な核酸プライマーを合成するプライマーゼにおいて、80℃以上の環境下で生育可能な耐熱性古細菌から精製され、至適温度が80℃以上であることを特徴とするプライマーゼに関するものであり、本発明は以下(1)〜(6)に示されるとおりである
【0008】
(1)a)配列番号2で表されるアミノ酸配列を有するか、又は配列番号2で表わされるアミノ酸配列における少なくとも1個のアミノ酸が欠失、置換若しくは付加されたアミノ酸配列を有する、プライマーゼの大サブユニットからなり、配列番号1で表されるアミノ酸配列を有するか、又はb)配列番号1で表わされるアミノ酸配列における少なくとも1個のアミノ酸が欠失、置換若しくは付加されたアミノ酸配列を有する、プライマーゼの小サブユニットとの複合蛋白質を形成させるためのサブユニット。
(2) 配列番号2で表されるアミノ酸配列を有するか、又は配列番号2で表わされるアミノ酸配列における少なくとも1個のアミノ酸が欠失、置換若しくは付加されたアミノ酸配列を有する、プライマーゼの大サブユニットと、配列番号1で表されるアミノ酸配列を有するか、又は配列番号1で表わされるアミノ酸配列における少なくとも1個のアミノ酸が欠失、置換若しくは付加されたアミノ酸配列を有する、プライマーゼの小サブユニットとが、ヘテロダイマーを形成してなり、プライマーゼ活性を有する複合蛋白質。
(3) 配列番号2で表されるアミノ酸配列を有するか、又は配列番号2で表わされるアミノ酸配列における少なくとも1個のアミノ酸が欠失、置換若しくは付加されたアミノ酸配列を有する、プライマーゼの大サブユニットをコードするDNAと、配列番号1で表されるアミノ酸配列を有するか、又は配列番号1で表わされるアミノ酸配列における少なくとも1個のアミノ酸が欠失、置換若しくは付加されたアミノ酸配列を有する、プライマーゼの小サブユニットをコードするDNAとの組み合わせ。
(4)プライマーゼの大サブユニットをコードするDNAが、配列番号4で表わされる塩基配列を有するか、又は配列番号4で表わされる塩基配列における少なくとも1個の塩基が欠失、置換若しくは付加された塩基配列を有するDNAである、上記(3)に記載の組み合わせ。
(5) 上記(3)に記載の、プライマーゼの大サブユニットをコードするDNAとプライマーゼの小サブユニットをコードするDNA をそれぞれ含有する組換えベクターの組み合わせ。
(6) 上記(5)に記載の組換えベクターをそれぞれ含む形質転換体の組み合わせ。
配列番号1は、超好熱性古細菌から採取されたプライマーゼの小サブユニットのアミノ酸配列である。したがって、(1)のb)のタンパク質は、高温条件下で核酸プライマーを合成するプライマーゼの構成要素になるといった機能を有する。また、配列番号2は、超好熱性古細菌から採取されたプライマーゼの大サブユニットのアミノ酸配列である。したがって、同a)のタンパク質は、高温条件下で核酸プライマーを合成するプライマーゼの構成要素になり、上記小サブユニットとの複合蛋白質を形成する。
配列番号4は、超好熱性古細菌から採取されたプライマーゼの大サブユニットをコードする塩基配列であり、該塩基配列を有するDNAは、高温条件下で核酸プライマーを合成するプライマーゼの構成要素である大サブユニットをコードするといった機能を有する。
なお、上記(3)のプライマーゼの小サブユニットをコードするDNAの具体的な塩基配列は、配列番号3に示され、該塩基配列を有するDNAは超好熱古細菌から採取され、高温条件下で核酸プライマーを合成するプライマーゼの構成要素である小サブユニットをコードするといった機能を有する。
また上記(6)の形質転換体をそれぞれ培養し、得られる培養物から小サブユニット及び大サブユニットを採取し、これら小サブユニット及び大サブユニットからヘテロダイマ ーを形成させることにより、プライマーゼを製造できる。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明のプライマーゼは、80℃以上の環化下で生育可能な耐熱性古細菌から精製されたものであり、至適温度が80℃以上であることを特徴とするものである。言い換えると、このプライマーゼは、80℃以上の温度で、塩基配列の所定の部位に結合するとともに、当該塩基配列に対して相補的な核酸プライマーを合成するプライマーゼ活性を有するものである。
【0019】
ここで、80℃以上の環化下で生育可能な耐熱性古細菌としては、超好熱菌を使用でき、好ましくは好熱性古細菌を使用でき、より好ましくは硫黄代謝好熱性古細菌を使用できる。好熱性古細菌としては、例えば、パイロコッカス・ホリコシ(Pyrococcus horikosii)、パイロコッカス・フリオサス(Pyrococcus furiosus)及びパイロコッカス・ウォーセイ(Pyrococcus woesei)等のパイロコッカス属、サーモコッカス・リトラリス(Thermococcus litoralis)、サーモコッカス・セラー(Thermococcus celer)、サーモコッカス・プロファンダス(Thermococcus profundus)及びサーモコッカス・ペプトノフィラス(Thermococcus peptonopjilus)等のサーモコッカス属、或いはメタノバクテリウム属等を挙げることができる。
【0020】
また、ここで核酸プライマーとは、DNAプライマー及びRNAプライマーの両方を意味する。すなわち、本発明のプライマーゼは、DNAプライマー及びRNAプライマーのいずれも合成することができる。
本発明のプライマーゼは、上記の性質を有するものであれば、組換えDNA技術を用いて人工的に得ることも可能である。
【0021】
以下では、本発明の一例として、パイロコッカス・ホリコシ(Pyrococcus horikosii)を用いた耐熱性プライマーゼについて説明するが、上述したような耐熱性古細菌からも同様な手法により本発明のプライマーゼを得ることは可能である。
【0022】
1.耐熱性プライマーゼ遺伝子の単離
耐熱性プライマーゼ遺伝子は、硫黄代謝好熱性古細菌であるパイロコッカス・ホリコシ(Pyrococcus horikoshii,登録番号JCM9974)の染色体DNAから単離する。
すなわち、先ず、パイロコッカス・ホリコシを培養し、染色体DNAを抽出する。パイロコッカス・ホリコシの培養に際しては、通常用いられる培地を使用することができる。
【0023】
次に、培養したパイロコッカス・ホリコシを集菌し、そこから染色体DNAを調製する。染色体DNAを調製するには、通常用いられる手法を適用することができる。また、染色体DNAを調製するには、市販のキット(例えば、ISOPLANT(ニッポンジーン社製))を使用することもできる。
【0024】
次に、調製された染色体DNAを制限酵素により断片化し、断片化された染色体DNAを所定のプラスミドベクターやファージベクターに連結し、染色体DNAライブラリーを調製する。このとき、パイロコッカス・ホリコシの全染色体をカバーするようにクローンを選択して、この染色体DNAライブラリーを整列化する。
【0025】
次に、整列化した染色体DNAライブラリーの全塩基配列を決定する。具体的に、塩基配列の決定に際しては、いわゆるショットガンクローンを1個の染色体DNAライブラリークローンに対して500個程度作製し、これらショットガンクローンの塩基配列を順次決定した。そして、ショットガンクローンの塩基配列を市販のソフトウェアで連結編集することによって、染色体DNAライブラリーの全塩基配列を決定することができる。
【0026】
次に、決定された塩基配列と公知のプライマーゼ遺伝子との相同性を、大型計算機により解析する。解析の結果、公知のプライマーゼ遺伝子と相同性の高い塩基配列が同定され、パイロコッカス・ホリコシにおけるプライマーゼをコードする小サブユニット遺伝子(配列番号3)及び大サブユニット遺伝子(配列番号4)を同定することができる。
【0027】
2.発現プラスミドの構築
発現プラスミドを構築するには、先ず、染色体DNAの塩基配列と小サブユニット遺伝子の塩基配列及び大サブユニット遺伝子の塩基配列とから設計されたプライマーを用いたPCR反応により、小サブユニット遺伝子及び大サブユニット遺伝子を増幅する。
【0028】
プライマーは、増幅する対象の構造遺伝子の3’末端側及び5’末端側に、発現用プラスミドベクターに組み込むための制限酵素サイトをそれぞれ付加するように設計することが好ましい。さらに好ましくは、3’末端及び5’末端にそれぞれ異なる制限酵素サイトを付加するように、プライマーを設計することが好ましい。これにより、増幅された構造遺伝子を、発現用プラスミドベクターに対して正確な方向に組み込むことができる。
【0029】
さらに、小サブユニット用の発現ベクターを構築する際には、発現した小サブユニットのN末端にヒスチジンタグ(His−Tag)を付加するようなプライマーを設計することが好ましい。これにより、得られた小サブユニットは、N末端にヒスチジンタグが付加された融合タンパク質となり、ヒスチジンタグの有無に応じて分画することができる。
【0030】
具体的に、小サブユニット遺伝子を増幅するための上流プライマーとしては、例えば、NedIサイトを付加した
5'-CTTTAAGAAGGAGATATACATATGCTGCTGCGTGAGGTAACCCGTGAGGAAAGAAAGAACTTTTAC-3'
(配列番号5)を使用することができ、また、下流プライマーとしては、例えば、BamHIサイトを付加した
5'-TTTTGAGCTCTTTGGATCCTTAGGCCATCTTTTAAGTTCCGAGACTTTC-3'
(配列番号6)を使用することができる。
【0031】
なお、小サブユニット遺伝子を増幅するための上流プライマー及び下流プライマーとしては、上記の塩基配列を有するものに限定されず、染色体DNAライブラリーの塩基配列から設計され、且つ、小サブユニット遺伝子全体を挟み込むように設計されれば如何なる塩基配列であっても良い。
【0032】
また、具体的に、大サブユニット遺伝子を増幅するための上流プライマーとしては、例えば、NedIサイトを付加した
5'-TTTTGTCGACTTACATATGGCGATCATGCTCGACCCA-3'
(配列番号7)を使用することができ、また、下流プライマーとしては、例えば、BamHIサイトを付加した
5'-TTTTAAGCTTTTTGGATCCTTATTCCATTCATTGGTGTAA-3'
(配列番号8)を使用することができる。
【0033】
なお、大サブユニット遺伝子を増幅するための上流プライマー及び下流プライマーとしては、上記の塩基配列を有するものに限定されず、染色体DNAライブラリーの塩基配列から設計され、且つ、大サブユニット遺伝子全体を挟み込むように設計されれば如何なる塩基配列であっても良い。
【0034】
次に、これらプライマーにより増幅された小サブユニット遺伝子及び大サブユニット遺伝子を所定の発現用プラスミドベクターにそれぞれ組み込むことにより、小サブユニットを発現することができる小サブユニット用の発現プラスミド及び大サブユニットを発現することができる大サブユニット用の発現ベクターを構築することができる。
【0035】
ここで、発現用プラスミドベクターとしては、通常用いられているものを使用することができる。使用可能な発現用プラスミドベクターとしては、pET11a又はpET15bを挙げることができる。
【0036】
具体的に、上記プライマーを使用した場合には、先ず、増幅した小サブユニット遺伝子及び大サブユニット遺伝子をNedI及びBamHIにより消化するとともに、発現用プラスミドベクターをNedI及びBamHIにより消化する。その後、小サブユニット遺伝子又は大サブユニット遺伝子と発現用プラスミドベクターとを、T4リガーゼ等の連結酵素により連結させる。
【0037】
その後、反応液の一部をコンピテントセルに導入し、形質転換体のコロニーを得る。ここで、使用可能なコンピテントセルとしては、通常形質転換に使用するものであればよく、例えば、大腸菌、枯草菌等を例示することができる。
そして、形質転換体のコロニーを純粋培養し、いわゆるアルカリ法等の手法により、小サブユニット用の発現ベクター及び大サブユニット用の発現ベクターを得る。
【0038】
3.耐熱性プライマーゼの精製
耐熱性プライマーゼを精製するには、先ず、上記小サブユニット用の発現ベクターと上記大サブユニット用の発現ベクターを別個に発現させ、小サブユニット(配列番号1)及び大サブユニット(配列番号2)をそれぞれ得る。その後、得られた小サブユニット及び大サブユニットからヘテロダイマーを形成することにより、耐熱性プライマーゼを得ることができる。
【0039】
具体的に、小サブユニット又は大サブユニットを単離精製する際には、発現させた菌体を融解して懸濁液を調製し、得られた懸濁液に、一般的な生化学的方法、例えば硫酸アンモニウム沈殿、ゲルクロマトグラフィー、イオン交換クロマトグラフィー、アフィニティークロマトグラフィー等を単独で又は適宜組み合わせて用いることにより、上記懸濁液中から目的の小サブユニット及び大サブユニットを単離精製することができる。
【0040】
4.耐熱性プライマーゼの評価
上記のようにして得られた耐熱性プライマーゼは、至適温度が80℃付近であり、80℃近傍におけるプライマーゼ活性を有している。このため、上記耐熱性プライマーゼは、以下に示すような用途に利用することができる。
・PCR法
鋳型となるDNA、本発明のプライマーゼ、dNTPミックス及び耐熱性DNAポリメラーゼ等を同一チューブ内に混合し、鋳型DNAの熱変性工程と核酸プライマーの合成工程とDNA鎖の伸長工程とを複数回繰り返すことによって、PCR反応を行うことができる。すなわち、このPCR反応においては、合成オリゴプライマーを必要とせず、上記チューブ内でプライマーの合成が可能となる。したがって、本発明のプライマーを使用することによって、PCR反応を迅速に且つ低コストで行うことができる。
【0041】
・遺伝子ラベリング法
本発明のプライマーゼと公知の耐熱性DNAポリメラーゼとを、鋳型DNA及びラベル化したヌクレオチドの存在下でカップリングし、DNA伸長反応を起こすと、5’末端がRNA分子或いはDNA分子からなる一本鎖DNAを得ることができる。得られた一本鎖DNAは、鋳型DNAにおけるランダムな位置から複製されたものであり、また、ラベル化されたものである。すなわち、本発明のプライマーゼを使用することによって、新規な遺伝子ラベリング法を確立することができる。
【0042】
・遺伝子変異法
上記遺伝子ラベリング法で合成された一本鎖DNAを鋳型DNAプラスミドと再アニールさせ、再アニールした一本鎖DNA間のギャップをDNAポリメラーゼで埋めた後にリガーゼで連結する。その後、宿主に形質転換し、宿主細胞内の修復系を作用させることによって、ラベル化されたヌクレオチドの位置に変異が導入される。このように、本発明のプライマーゼを使用することによって、新規な遺伝子変異法を確立することができる。
【0043】
【実施例】
以下、本発明を実施例により説明するが、本発明の技術範囲は、この実施例に限定されるものではない。
[実施例1]
(1).パイロコッカス・ホリコシ(JCM9974)の培養
パイロコッカス・ホリコシJCM9974(理化学研究所微生物系統保存施設より入手)は次の方法で培養した。13.5gの食塩、4gのNa2SO4、0.7 g のKCl 、 0.2g のNaHCO3、0.1gのKBr、30 mg のH3BO3、10gのMgCl2・6H2O、1.5gのCaCl2、25mgのSrCl2、1.0mlのレザスリン溶液(0.2g/L)、1.0g の酵母エキス、5gのバクトペプトンを1Lに溶かし、この溶液のpHを6.8に調整し加圧殺菌した。ついで、乾熱滅菌した元素硫黄を0.2%となるように加え、この培地をアルゴンで飽和して嫌気性とした後、JCM9974を植菌した。培地が嫌気性となったか否かはNa2S溶液を加えて、培養液中でNa2Sによるレザスリン溶液のピンク色が着色しないことにより確認した。この培養液を95℃で2〜4日培養し、その後遠心分離し集菌した。
【0044】
(2).染色体DNAの調整
JCM9974の染色体DNAは以下の方法により調製した。培養終了後5000rpm、10分間の遠心分離により菌体を集菌する。菌体を10mM Tris(pH 7.5) 1mM EDTA溶液で2回洗浄後InCert Agarose(FMC社製)ブロック中に封入する。このブロックを1%N-lauroylsarcosine、 1mg/ml プロテアーゼK溶液中で処理することにより、染色体DNAはアガロースブロック中に分離調製された。
【0045】
(3).染色体DNAを含むライブラリークローンの作製
(2)で得られた染色体DNAを制限酵素HindIIIにより部分分解後アガロースゲル電気泳動により約40kb長の断片を調製した。このDNA断片と制限酵素HindIIIによって完全分解したBacベクターpBAC108L及びpFOS1とをT4リガーゼを用いて結合させた。前者のベクターを用いた場合には結合終了後のDNAをただちに大腸菌内へ電気孔窄法により導入した。後者のベクターpFOS1を用いた場合には結合終了後のDNAをGIGA Pack Gold(ストラタジーン社製)により試験管内でλファージ粒子内に詰め込み、この粒子を大腸菌に感染させることによりDNAを大腸菌内に導入した。これらの方法により得られた抗生物質クロラムフェニコール耐性の大腸菌集団をBAC及びFosmidライブラリーとした。ライブラリーからJCM9974の染色体をカバーするのに適したクローンを選択して、クローンの整列化を行った。
【0046】
(4).塩基配列の決定
整列化されたBAC或いはFosmidクローンについて順次以下の方法で塩基配列を決定していった。大腸菌より回収した各BAC或いはFosmidクローンのDNAを超音波処理することにより断片化し、アガロースゲル電気泳動により1kb及び2kb長のDNA断片を回収した。この断片をプラスミドベクターpUC118のHincII制限酵素部位に挿入したショットガンクローンを各BAC或いはFosmidクローン当たり500クローン作製した。各ショットガンクローンの塩基配列をパーキンエルマー、ABI社製自動塩基配列読み取り装置373または377を用いて決定していった。各ショットガンクローンから得られた塩基配列を塩基配列自動連結ソフトSequencherを用いて連結編集し、各BAC或いはFosmidクローンの全塩基配列を決定していった。
【0047】
(5).耐熱性プライマーゼ遺伝子の同定
(4)で決定した塩基配列と、公知のプライマーゼ遺伝子との相同性を大型計算機を用いて解析した結果、JCM9974におけるプライマーゼをコードする小サブユニット遺伝子(配列番号3)及び大サブユニット遺伝子(配列番号4)を同定した。
【0048】
[実施例2]
(1).小サブユニットを発現する発現プラスミドの構築
小サブユニット遺伝子領域の前後に制限酵素サイトを導入するとともに、発現した小サブユニットのN末端にヒスチジンタグを付加するために、上流プライマーUpri-S(5'-CTTTAAGAAGGAGATATACATATGCTGCTGCGTGAGGTAACCCGTGAGGAAAGAAAGAACTTTTAC-3':配列番号5)及び下流プライマーLpri-S(5'-TTTTGAGCTCTTTGGATCCTTAGGCCATCTTTTAAGTTCCGAGACTTTC-3':配列番号6)を設計し、合成した。なお、Upri-Sには、5’末端から数えて第19塩基から第24塩基にNdeIサイトが導入されている。Lpri-Sには、5’末端から数えて第14塩基から第19塩基にBamHIサイトが導入されている。
【0049】
これらUpri-S及びLpri-Sを用いてPCR反応後、制限酵素(NdeIとBamHI)で完全分解(37℃で2時間)した後、その構造遺伝子を精製した。pET15b(Novagen社製)を制限酵素NdeIとBamHIで切断・精製した後、上記の構造遺伝子とT4リガーゼで16℃、2時間反応させ連結した。連結したDNAの一部をE.coli XL1-Blue MRF'のコンピテントセルに導入し形質転換体のコロニーを得た。得られたコロニーから小サブユニットを発現できる発現プラスミド(以下「pET15b/PrimS」という)をアルカリ法で精製した。
【0050】
(2).大サブユニットを発現する発現プラスミドの構築
大サブユニット遺伝子領域の前後に制限酵素サイトを導入するために、上流プライマーUpri-L(5'-TTTTGTCGACTTACATATGGCGATCATGCTCGACCCA-3':配列番号7)及び下流プライマーLpri-L(5'-TTTTAAGCTTTTTGGATCCTTATTCCATTCATTGGTGTAA-3':配列番号8)を設計し、合成した。なお、Upri-Lには、5’末端から数えて第14塩基から第29塩基にNdeIサイトが導入されている。Lpri-Lには、5’末端から数えて第14塩基から第19塩基にBamHIサイトが導入されている。
【0051】
これらUpri-L及びLpri-Lを用いてPCR反応後、制限酵素(NdeIとBamHI)で完全分解(37℃で2時間)した後、その構造遺伝子を精製した。pET11a(Novagen社製)を制限酵素NdeIとBamHIで切断・精製した後、上記の構造遺伝子とT4リガーゼで16℃、2時間反応させ連結した。連結したDNAの一部をE.coli XL1-Blue MRF'のコンピテントセルに導入し形質転換体のコロニーを得た。得られたコロニーから大サブユニットを発現できる発現プラスミド(以下「pET11a/PrimL」という)をアルカリ法で精製した。
【0052】
(3).遺伝子の発現
大腸菌(E.coli BL21(DE3)、Novagen社製)と大腸菌(E.coli BL21(DE3) Codon Plus-RIL、Novagen社製)のコンピテントセルを融解して、ファルコンチューブにそれぞれ0.1mLづつ移す。前者のファルコンチューブにpET15b/PrimS溶液0.005mLを加え、後者のファルコンチューブにpET11a/PrimL溶液0.005mLを加え、その後、これら2本のファルコンチューブを氷中に30分間放置した後42度でヒートショックを30秒間行い、SOCmedium0.9mLを加え、37度で1時間振とう培養する。その後、これら2本のファルコンチューブ内の培養液を、アンピシリンを含む2枚の2YT寒天プレートそれぞれ別々に適量まき、37度で一晩培養し、2枚のプレートから2種の形質転換体を得た。
【0053】
なお、pET15b/PrimSを用いた形質転換体をE.coli BL21(DE3)/pET15b/PrimS と命名し、pET11a/PrimLを用いた形質転換体をE.coli BL21(DE3) Codon Plus-RIL/pET11a/PrimL と命名した。また、E.coli BL21(DE3)/pET15b/PrimSは、工業技術院生命工学工業技術研究所にFERM P-17883として寄託されている。さらに、E.coli BL21(DE3) Codon Plus-RIL/pET11a/PrimLは、工業技術院生命工学工業技術研究所にFERM P-17884として寄託されている。
【0054】
そして、小サブユニット遺伝子及び大サブユニット遺伝子を発現させるため、これら形質転換体を、アンピシリンを含む2YT液体培地(2リットル)で600nmの吸収が1に達するまでそれぞれ別個に培養した後、IPTG(Isopropyl-β-D-thiogalactopyranoside)を加えさらに6時間培養した。培養後遠心分離(6,000rpm,20min)で集菌した。
【0055】
[実施例3]
(1).小サブユニットの精製
集菌した菌体(E. coli BL21(DE3) pET15b/PrimS)を-20℃で凍結融解し、2倍量の50 mMトリス塩酸緩衝液(pH7.5)と0.5mgのDNaseを加え懸濁液を得た。得られた懸濁液を37℃で30分保温した後、85℃で30分加熱処理後、遠心分離(11,000rpm、20分)し上澄液を得た。これをNi-カラム(Novagen社製 、 His・Bind metal chelation resin & His・Bind buffer kitを使用)にかけ親和性クロマトグラムを行った。ここで得られた100mMイミダゾール流出画分(20ml)をセントリプレップ10(アミコン社)で2mlまで濃縮した。さらに、これを50mMトリス塩酸緩衝液(pH7.0)で平衡化したHiTrap SP(ファルマシア社製)カラムに吸着させ、同緩衝液を用いたNaCl濃度勾配による溶出を行った。次に、各画分のSDS-電気泳動を行い、含まれるタンパク質の分子量を測定した。遺伝子配列より当該小サブユニットの分子量は40,000 Daと予測されたので、この分子量のタンパク質を含む画分を集め、精製小サブユニットを得た。
なお、この小サブユニットは、実施例1(4)で決定した塩基配列から配列番号1に示すアミノ酸配列を有し、40,358Daの分子量を有するものである。
【0056】
(2).大サブユニットの精製
集菌した菌体(E.coli BL21(DE3) Codon Plus-RIL/pET11a/PrimL)を-20℃で凍結融解し、2倍量の50mMトリス塩酸緩衝液(pH7.5)を加え懸濁液を得た。得られた懸濁液を85℃で10分加熱処理し、遠心分離(11,000 rpm、20分)により上清液を得た。この上清液を50mMリン酸緩衝液(pH6.0)で平衡化したHiTrap SP(ファルマシア社製)カラムに吸着させ、同リン酸緩衝液を用いたNaCl濃度勾配により溶出を行った。次に、各画分のSDS-電気泳動を行い、含まれるタンパク質の分子量を測定した。遺伝子配列より当該大サブユニットの分子量は46,000 Daと予測されたので、この分子量のタンパク質を含む画分を集め、三倍量の蒸留水で希釈した。これをさらに50mMトリス塩酸緩衝液(pH8.0)で平衡化したHiTrap ヘパリン(ファルマシア社製)カラムに吸着させ、同緩衝液を用いたNaCl濃度勾配による溶出を行い精製大サブユニットを得た。
なお、この大サブユニットは、実施例1(4)で決定した塩基配列から配列番号2に示すアミノ酸配列を有し、46,271Daの分子量を有するものである。
【0057】
(3).ヘテロダイマー構造の確認
耐熱性プライマーゼが小サブユニットと大サブユニットとからなるヘテロダイマー構造を形成していることを、以下のようにして確認した。
先ず、ヒスチジンタグを付加した小サブユニット2μgと大サブユニット3μgとを、終濃度20mMのトリス塩酸緩衝液(pH7.9)中に加え全量を180μlとした。この中には0.5M NaCl、5mMイミダゾール、1%Triton X-100、0.04%牛血清アルブミンも含まれる。次に、この溶液を氷中で30分間保持した。これにより、小サブユニットと大サブユニットの複合体を形成させた。
【0058】
この溶液を用いて、小サブユニットに付加させたヒスチジンタグをニッケルを含むHis・Bindresin (Novagen)、16μlに吸着させ、遠心分離と懸濁を繰り返し、その後、Binding緩衝液(Novagen, His・Bind buffer kitを使用)で3回洗浄した。
【0059】
この遠心沈渣を50μlのSDSサンプル緩衝液に懸濁させ、100℃、5分間加温処理し、遠心分離により上清を得た。この上清に含まれるサブユニットの種類を確認するために、得られた上清をSDSポリアクリルアミドゲル電気泳動(SDS-PAGE)で分析した。
【0060】
SDS-PAGEの結果を図1に示す。図1において、レーン1は分子量マーカーであり、レーン2は得られたサンプルであり、レーン3は小サブユニットを加えない以外は上記と同様にして調製したサンプルであり、レーン4はコントロールで、ヒスチジンタグを付加した小サブユニットにSDSサンプル緩衝液を加え、煮沸したサンプルであり、レーン5はコントロールで、大サブユニットにSDSサンプル緩衝液を加え、煮沸したサンプルであり、レーン6はコントロールで、タンパク質が牛血清アルブミンにSDSサンプル緩衝液を加え、煮沸したサンプルである。
【0061】
図1から判るように、レーン2には、小サブユニット及び大サブユニットのバンドをそれぞれ検出することができる。また、レーン3には、大サブユニットのバンドを検出することができない。このことから、耐熱性プライマーゼは、小サブユニットと大サブユニットとからなるヘテロダイマー構造を有していることが判った。
【0062】
(4).耐熱性プライマーゼの調整
耐熱性プライマーゼを以下の手順に従って調製した。先ず、ヒスチジンタグを付加した小サブユニット16μgと大サブユニット24μgとを、1%Triton X-100及び0.01%の牛血清アルブミンを含有する溶液中に加え、該溶液の全量を200μlとした。この溶液を氷中に10分間保持することにより、ヘテロダイマー構造を形成させた。
【0063】
その後、溶液をマイクロコンYM-10に添加し、限外濃縮した。これに25%グリセロール、10mM MgCl2、1mMジチオスレートール(DTT)を含む50mMのトリス塩酸緩衝液(pH7.5)(以後A緩衝液と略記する)を500μl加え、限外濃縮操作を3回くり返すことにより、A緩衝液に完全に置換された200μlの耐熱性プライマーゼ酵素液を得た。この耐熱性プライマーゼ酵素液において、耐熱性プライマーゼ濃度は2μMであった。
【0064】
(5).耐熱性プライマーゼの活性評価
(4)で調製した耐熱性プライマーゼ酵素液を用いて、高温条件下におけるRNAプライミング反応を以下の手順で行ない、耐熱性プライマーゼの活性を評価した。
先ず、20μlの耐熱性プライマーゼ酵素液中に、12.5mMのトリス塩酸(pH7.5)、6.25%グリセロール、0.5μgの鋳型一本鎖DNA(ssM13 DNA)、10mM MgCl2、4mM DTT、250μMのATP、GTP、UTP、20μMのCTP、5μCiの[α-32P]CTPを加え、反応液を調製した。なお、この反応液中には0.5μMの耐熱性プライマーゼが含まれる。
【0065】
また、耐熱性プライマーゼ酵素液を用いて、高温条件下におけるDNAプライミング反応を以下の手順で行なった。20μlの耐熱性プライマーゼ酵素液中に、12.5mMのトリス塩酸(pH7.5)、6.25%グリセロール、0.5μgの鋳型一本鎖DNA(ssM13 DNA)、10mM MgCl2、4mM DTT、250μMのdCTP、dGTP、dTTP、20μMのdATP、5μCiの[α-32P]dATPを加え、反応液を調製した。なお、この反応液中には0.5μMの耐熱性プライマーゼが含まれる。
【0066】
次に、これら反応液を80℃、30分間加温して反応を進行させ、EDTAを終濃度10mM加えることにより反応停止させた。
反応産物はエタノール沈澱操作により未反応のヌクレオチドを除去し、沈澱を10μlのホルムアミド溶液に溶解し、7M尿素を含む15%PAGEで分析した。このとき、分子量マーカーとしては10mer、26mer、50merの合成DNAオリゴマーを、各々T4 polynucleotide kinaseと[γ-32P]ATPとを用いて5'末端にラベル化して用いた。また、比較のために、反応液中の酵素を小サブユニットのみとしたサンプルと、反応液中の酵素を大サブユニットのみとしたサンプルとを用意し、これらについても、同様に活性を評価した。
【0067】
7M尿素を含む15%PAGEの電気泳動パターンをPhosphoImager(Bio-Rad社製)でオートラジオグラフィー化し、合成反応物の長さと量を測定した結果を図2A,Bに示す。
図2Aは、RNAプライミング合成反応物を示す電気泳動パターンである。図2Aにおいて、レーン1は10merの合成DNAオリゴマーを流した分子量マーカーであり、レーン2は26merの合成DNAオリゴマーを流した分子量マーカーであり、レーン3は50merの合成DNAオリゴマーを流した分子量マーカーであり、レーン4はヘテロダイマーを形成した耐熱性プライマーゼを使用したサンプルであり、レーン5は小サブユニットのみを使用したサンプルであり、レーン6は大サブユニットのみを使用したサンプルである。
【0068】
また、図2Bは、当該ヘテロダイマー耐熱性プライマーゼのDNAプライマー合成活性とRNAプライマー合成活性と比較した電気泳動パターンである。図2Bにおいて、レーン1はDNAプライミング合成反応物であり、レーン2はRNAプライミング合成反応物であり、レーン3はDNAプライミング反応において鋳型一本鎖DNA(ssM13 DNA)を加えないときの反応産物であり、レーン4はRNAプライミング反応において鋳型一本鎖DNA(ssM13 DNA)を加えないときの反応産物であり、レーン5はDNAプライミング反応において耐熱性プライマーゼを加えないときの反応産物であり、レーン6はRNAプライミング反応において耐熱性プライマーゼを加えないときの反応産物である。
【0069】
図2Aから判るように、小サブユニット又は大サブユニットを単独で使用した場合には、合成されたRNAオリゴマーを検出することができず、RNAプライミング反応が殆ど起っていない。これに対して、小サブユニット及び大サブユニットからなるヘテロダイマー構造をとるものを使用した場合には、鋳型DNAの複製起点に相当する長さのRNAオリゴマーを検出することができ、RNAプライミング活性を認めることができる。
【0070】
また、図2Bから判るように、耐熱性プライマーゼは、DNAプライマー及びRNAプライマーを合成する活性を有している。また、図2Bから判るように、耐熱性プライマーゼの活性は、鋳型DNA及び当該耐熱性プライマーゼの存在に依存している。さらに、図2Bに示すように、耐熱性プライマーゼにおけるDNAプライミング活性は、RNAプライミング活性と比較して約10倍程度高いことが判った。
【0071】
(6).耐熱性プライマーゼの特性評価
・至適温度
耐熱性プライマーゼの至適温度を、(5)で行なったRNAプライミング反応における温度を50℃〜95℃まで変化させたときの反応産物を定量することによって評価した。具体的には、各温度における反応産物を(5)と同様の電気泳動で分離し、PhosphoImagerで定量することによって、所定の温度における比活性を算出し、至適温度を求めた。結果を図3に示す。この図3より、耐熱性プライマーゼの至適温度は80℃であることが判った。
【0072】
・至適pH
耐熱性プライマーゼの至適pHを、(5)で行なったRNAプライミング反応におけるpHを6.5〜9.6まで変化させたときの反応産物を定量することによって評価した。具体的には、終濃度20mMのリン酸緩衝液(pH6.5から8.0まで)とNa2B4O7-HCl緩衝液(pH8.0から9.6まで)を用いてpHを変化させ、各pHにおける反応産物を(5)と同様の電気泳動で分離し、PhosphoImagerで定量することによって、所定のpHにおける比活性を算出し、至適pHを求めた。結果を図4に示す。この図4より、耐熱性プライマーゼの至適pHは8.0であることが判った。
【0073】
・至適Mg2+濃度
耐熱性プライマーゼの至適Mg2+濃度を、(5)で行なったRNAプライミング反応におけるMgSO4濃度を0〜30mMまで変化させたときの反応産物を定量することによって評価した。具体的には、各MgSO4濃度における反応産物を(5)と同様の電気泳動で分離し、PhosphoImagerで定量することによって、所定のMgSO4濃度における比活性を算出し、至適Mg2+濃度を求めた。結果を図5に示す。この図5より、耐熱性プライマーゼの至適Mg2+濃度は10mMであることが判った。
【0074】
・至適塩濃度
耐熱性プライマーゼの至適塩濃度を、(5)で行なったRNAプライミング反応におけるNaCl濃度又はKCl濃度をそれぞれ2.5〜100mMまで変化させたときの反応産物を定量することによって評価した。具体的には、各塩濃度における反応産物を(5)と同様の電気泳動で分離し、PhosphoImagerで定量することによって、所定の塩濃度における比活性を算出し、至適塩濃度を求めた。結果を図6に示す。この図6より、耐熱性プライマーゼの至適塩濃度は、NaClの場合2.5mMであり、NaCl及びKClともに40mMでは強い活性阻害を引き起こしていることが判った。したがって、塩濃度は、20mM以下であることが好ましいことが判った。
【0075】
・熱安定性
耐熱性プライマーゼの熱安定性を、(4)で調製した耐熱性プライマーゼ酵素液を80℃で0〜60分間加熱処理し、加熱処理時間の異なる耐熱性プライマーゼを使用して(5)と同様にRNAプライミング反応を行ない、反応産物を定量することによって評価した。具体的には、各加熱処理時間における反応産物を(5)と同様の電気泳動で分離し、PhosphoImagerで定量することによって、所定の加熱処理時間における残存活性を算出し、熱安定性を評価した。結果を図7に示す。この図7より、耐熱性プライマーゼの半減期は、80℃で30分であることが判った。
【0076】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明により、新規な耐熱性プライマーゼが提供された。この耐熱性プライマーゼは、高温環境下で正確な核酸プライミングが行えるので、遺伝子増幅反応(PCR反応)等に有用である。また、この耐熱性プライマーゼは、遺伝子ラベリング法や遺伝子変異法にも利用できるので、当該酵素を用いた遺伝子配列解析に関する新手法の開発が可能になる。
【0077】
【配列表】

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【図面の簡単な説明】
【図1】耐熱性プライマーゼのヘテロダイマー構造を確認するために行なったSDS-PAGEの電気泳動写真である。
【図2】 (A)ヘテロダイマー構造を有する耐熱性プライマーゼのRNAプライミング反応の結果を示す電気泳動写真である。(B)耐熱性プライマーゼのDNAプライミング反応及びRNAプライミング反応の結果を示す電気泳動写真である。
【図3】耐熱性プライマーゼにおける温度と比活性との関係を示す特性図である。
【図4】耐熱性プライマーゼにおけるpHと比活性との関係を示す特性図である。
【図5】耐熱性プライマーゼにおけるMg2+と比活性との関係を示す特性図である。
【図6】耐熱性プライマーゼにおける塩濃度と比活性との関係を示す特性図である。
【図7】耐熱性プライマーゼにおける加熱時間と残存活性との関係を示す特性図である。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a protein having primase activity under high temperature conditions, and a gene encoding the protein.
[0002]
[Prior art]
The primase is also called a DNA primase and is an RNA polymerase that synthesizes a primer RNA for initiating DNA replication. That is, the primase synthesizes a short RNA primer of about 10 nucleotides at the origin of replication in the leading strand and the origin of synthesis of the Okazaki fragment in the lagging strand in the DNA replication mechanism. Thus, primase is an essential component in the DNA replication mechanism.
[0003]
Currently known primases include the dnaG gene product in E. coli (60 kDa), the T4 phage gene 4 product (Gp4, 63 kDa), the T4 phage gene 41 product (54 kDa) and the gene 61 product (40 kDa) and eukaryotic. There are two subunits (about 60 kDa and about 50 kDa) of the DNA polymerase α of the organism.
[0004]
However, since these primases are derived from room temperature organisms, they are extremely unstable under temperature conditions above room temperature, and in particular, they are quickly heat-inactivated under conditions of double-stranded DNA heat denaturation. For this reason, currently known primase cannot be used in, for example, a PCR reaction in which double-stranded DNA heat denaturation temperature, rapid cooling, and enzymatic reaction are repeated. If a primer with excellent heat resistance is discovered, a DNA amplification reaction and a primer synthesis reaction by PCR can be performed in the same tube. As a result, a novel gene labeling method and gene mutation method can be developed.
Accordingly, there is a need for a primase that exhibits excellent activity even under high temperature conditions. However, at present, no primase with excellent heat resistance is known.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
Accordingly, an object of the present invention is to provide a thermostable enzyme having a primase activity that exhibits excellent activity even under high temperature conditions and can synthesize a nucleic acid primer.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present inventor has focused on a hyperthermophilic archaea that grows at 90 to 100 ° C., and has found a gene presumed to encode a protein exhibiting primase activity from its gene sequence. Furthermore, the gene was incorporated into E. coli, and an enzyme was produced using this transformed E. coli, and it was confirmed that this enzyme is stably present at high temperature (over 80 ° C.) and exhibits primase activity. Thus, the present invention has been completed.
[0007]
  That is, the present invention is a primase that binds to a predetermined site of a base sequence and synthesizes a nucleic acid primer complementary to the base sequence, purified from heat-resistant archaea that can grow in an environment of 80 ° C. or higher. Primase characterized in that the optimum temperature is 80 ° C. or higherThe present invention is as shown in the following (1) to (6)..
[0008]
(1) a) a primase having the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2 or having an amino acid sequence in which at least one amino acid in the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2 has been deleted, substituted or added Consisting of a large subunit and having the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 1, or b) having an amino acid sequence in which at least one amino acid in the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 1 has been deleted, substituted or added, A subunit for forming a complex protein with the small subunit of primase.
(2) A large subprime of primase having the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2 or having an amino acid sequence in which at least one amino acid in the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2 has been deleted, substituted or added A small sub-primase having a unit and an amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 1 or having an amino acid sequence in which at least one amino acid in the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 1 has been deleted, substituted or added A complex protein having a primase activity, wherein a unit forms a heterodimer.
(3) A large subprime of primase having the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2 or having an amino acid sequence in which at least one amino acid in the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2 has been deleted, substituted or added Primer having a DNA encoding the unit and the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 1, or having an amino acid sequence in which at least one amino acid in the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 1 has been deleted, substituted or added In combination with DNA encoding the small subunit of
(4) The DNA encoding the large subunit of primase has the base sequence represented by SEQ ID NO: 4, or at least one base in the base sequence represented by SEQ ID NO: 4 has been deleted, substituted or added The combination according to (3) above, which is a DNA having a different base sequence.
(5) DNA encoding the large subunit of primase and DNA encoding the small subunit of primase according to (3) above Recombinant vector combinations each containing
(6) A combination of transformants each containing the recombinant vector according to (5) above.
SEQ ID NO: 1 is the amino acid sequence of the small subunit of primase collected from a hyperthermophilic archaea. Accordingly, the protein (b) in (1) has a function of becoming a primase component that synthesizes nucleic acid primers under high temperature conditions. SEQ ID NO: 2 is the amino acid sequence of the large subunit of primase collected from a hyperthermophilic archaea. Therefore, the protein a) becomes a primase component that synthesizes a nucleic acid primer under high temperature conditions, and forms a complex protein with the small subunit.
SEQ ID NO: 4 is a base sequence encoding a large subunit of primase collected from a hyperthermophilic archaea, and the DNA having the base sequence is a component of primase that synthesizes a nucleic acid primer under high temperature conditions It has a function of encoding a large subunit.
The specific base sequence of the DNA encoding the small subunit of the primase of (3) is shown in SEQ ID NO: 3, and the DNA having the base sequence was collected from a hyperthermophilic archaea and subjected to high temperature conditions. It has a function of encoding a small subunit that is a constituent element of a primase that synthesizes a nucleic acid primer.
In addition, the transformant of (6) above is cultured, small subunits and large subunits are collected from the resulting culture, and heterodimers are obtained from these small subunits and large subunits. By forming a primase, primase can be produced.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
The primase of the present invention is purified from a heat-resistant archaea that can grow under cyclization at 80 ° C. or higher, and is characterized by an optimum temperature of 80 ° C. or higher. In other words, this primase binds to a predetermined site of the base sequence at a temperature of 80 ° C. or higher and has a primase activity for synthesizing a nucleic acid primer complementary to the base sequence.
[0019]
Here, as the thermostable archaea that can grow under cyclization at 80 ° C. or higher, hyperthermophilic bacteria can be used, preferably thermophilic archaea can be used, more preferably sulfur metabolizing thermophilic archaea. it can. Examples of thermophilic archaea include Pyrococcus horikosii, Pyrococcus furiosus and Pyrococcus woesei, Thermococcus litoralis (Thermococ litorris) Examples include Thermococcus genus such as Thermococcus celer, Thermococcus profundus and Thermococcus peptonopjilus, and genus Metanobacterium.
[0020]
In addition, here, the nucleic acid primer means both a DNA primer and an RNA primer. That is, the primer of the present invention can synthesize both DNA primers and RNA primers.
The primase of the present invention can be artificially obtained by using recombinant DNA technology as long as it has the above properties.
[0021]
In the following, a heat-resistant primase using Pyrococcus horikosii will be described as an example of the present invention, but the primase of the present invention is obtained from the heat-resistant archaea as described above by the same technique. It is possible.
[0022]
1. Isolation of thermostable primase gene
The thermostable primase gene is isolated from the chromosomal DNA of Pyrococcus horikoshii (registration number JCM9974), which is a sulfur-metabolizing thermophilic archaea.
That is, first, Pyrococcus horikoshi is cultured, and chromosomal DNA is extracted. In culturing Pyrococcus horikoshi, a commonly used medium can be used.
[0023]
Next, the cultured Pyrococcus horikoshi is collected and chromosomal DNA is prepared therefrom. In order to prepare chromosomal DNA, a commonly used technique can be applied. In order to prepare chromosomal DNA, a commercially available kit (for example, ISOPLANT (manufactured by Nippon Gene)) can also be used.
[0024]
Next, the prepared chromosomal DNA is fragmented with a restriction enzyme, and the fragmented chromosomal DNA is ligated to a predetermined plasmid vector or phage vector to prepare a chromosomal DNA library. At this time, clones are selected so as to cover all chromosomes of Pyrococcus horikoshi, and this chromosomal DNA library is aligned.
[0025]
Next, the entire nucleotide sequence of the aligned chromosomal DNA library is determined. Specifically, in determining the base sequence, about 500 so-called shotgun clones were prepared for one chromosomal DNA library clone, and the base sequences of these shotgun clones were sequentially determined. The entire base sequence of the chromosomal DNA library can be determined by linking and editing the base sequence of the shotgun clone with commercially available software.
[0026]
Next, the homology between the determined base sequence and a known primase gene is analyzed by a large computer. As a result of analysis, a nucleotide sequence having high homology with a known primase gene was identified, and a small subunit gene (SEQ ID NO: 3) and a large subunit gene (SEQ ID NO: 4) encoding primase in Pyrococcus horicosi Can be identified.
[0027]
2. Construction of expression plasmid
In order to construct an expression plasmid, first, a small subunit gene and a large subunit are synthesized by PCR using primers designed from the base sequence of the chromosomal DNA, the base sequence of the small subunit gene, and the base sequence of the large subunit gene. Amplify subunit genes.
[0028]
The primer is preferably designed so that restriction enzyme sites for incorporation into the expression plasmid vector are respectively added to the 3 'end side and 5' end side of the structural gene to be amplified. More preferably, the primer is designed so that different restriction enzyme sites are added to the 3 'end and the 5' end, respectively. Thus, the amplified structural gene can be incorporated in the correct direction with respect to the expression plasmid vector.
[0029]
Furthermore, when constructing an expression vector for a small subunit, it is preferable to design a primer that adds a histidine tag (His-Tag) to the N-terminus of the expressed small subunit. Thereby, the obtained small subunit becomes a fusion protein with a histidine tag added to the N-terminus, and can be fractionated according to the presence or absence of the histidine tag.
[0030]
Specifically, as an upstream primer for amplifying a small subunit gene, for example, a NedI site was added.
5'-CTTTAAGAAGGAGATATACATATGCTGCTGCGTGAGGTAACCCGTGAGGAAAGAAAGAACTTTTAC-3 '
(SEQ ID NO: 5) can be used, and as a downstream primer, for example, a BamHI site was added.
5'-TTTTGAGCTCTTTGGATCCTTAGGCCATCTTTTAAGTTCCGAGACTTTC-3 '
(SEQ ID NO: 6) can be used.
[0031]
The upstream primer and the downstream primer for amplifying the small subunit gene are not limited to those having the above base sequence, and are designed from the base sequence of the chromosomal DNA library, and the entire small subunit gene Any base sequence may be used as long as it is designed to be sandwiched.
[0032]
Specifically, as an upstream primer for amplifying the large subunit gene, for example, a NedI site was added.
5'-TTTTGTCGACTTACATATGGCGATCATGCTCGACCCA-3 '
(SEQ ID NO: 7) can be used, and as a downstream primer, for example, a BamHI site was added.
5'-TTTTAAGCTTTTTGGATCCTTATTCCATTCATTGGTGTAA-3 '
(SEQ ID NO: 8) can be used.
[0033]
The upstream primer and the downstream primer for amplifying the large subunit gene are not limited to those having the above-mentioned base sequence, and are designed from the base sequence of the chromosomal DNA library, and the entire large subunit gene Any base sequence may be used as long as it is designed to be sandwiched.
[0034]
Next, by incorporating the small subunit gene and the large subunit gene amplified by these primers into a predetermined expression plasmid vector, respectively, an expression plasmid and a large subunit for expressing the small subunit can be expressed. An expression vector for a large subunit capable of expressing the unit can be constructed.
[0035]
Here, as a plasmid vector for expression, a commonly used plasmid vector can be used. Examples of expression plasmid vectors that can be used include pET11a and pET15b.
[0036]
Specifically, when the above primers are used, first, the amplified small subunit gene and large subunit gene are digested with NedI and BamHI, and the expression plasmid vector is digested with NedI and BamHI. Thereafter, the small subunit gene or large subunit gene and the plasmid vector for expression are ligated with a linking enzyme such as T4 ligase.
[0037]
Thereafter, a part of the reaction solution is introduced into a competent cell to obtain transformant colonies. Here, usable competent cells may be those that are usually used for transformation, and examples thereof include Escherichia coli and Bacillus subtilis.
Then, a colony of the transformant is purely cultured, and an expression vector for a small subunit and an expression vector for a large subunit are obtained by a technique such as a so-called alkaline method.
[0038]
3. Purification of heat-resistant primase
In order to purify the thermostable primase, first, the expression vector for the small subunit and the expression vector for the large subunit are separately expressed, and the small subunit (SEQ ID NO: 1) and the large subunit (SEQ ID NO: 1) are expressed. 2) is obtained respectively. Thereafter, a heat-stable primase can be obtained by forming a heterodimer from the obtained small subunit and large subunit.
[0039]
Specifically, when isolating and purifying small subunits or large subunits, a suspension is prepared by thawing the expressed bacterial cells. Using methods such as ammonium sulfate precipitation, gel chromatography, ion exchange chromatography, affinity chromatography, etc. alone or in appropriate combination, the desired small subunit and large subunit are isolated and purified from the suspension. be able to.
[0040]
4). Evaluation of heat-resistant primase
The heat-resistant primase obtained as described above has an optimum temperature of around 80 ° C. and has primase activity at around 80 ° C. For this reason, the said heat-resistant primase can be utilized for the uses as shown below.
・ PCR method
The template DNA, the primase of the present invention, the dNTP mix, the heat-resistant DNA polymerase, etc. are mixed in the same tube, and the template DNA thermal denaturation step, nucleic acid primer synthesis step, and DNA strand extension step are repeated multiple times. Thus, a PCR reaction can be performed. That is, in this PCR reaction, a synthetic oligo primer is not required, and the primer can be synthesized in the tube. Therefore, by using the primer of the present invention, the PCR reaction can be performed rapidly and at a low cost.
[0041]
・ Gene labeling method
When the primase of the present invention and a known thermostable DNA polymerase are coupled in the presence of template DNA and labeled nucleotides to cause a DNA extension reaction, the 5 ′ end is composed of an RNA molecule or a DNA molecule. Strand DNA can be obtained. The obtained single-stranded DNA is replicated from a random position in the template DNA and is labeled. That is, a novel gene labeling method can be established by using the primase of the present invention.
[0042]
・ Gene mutation method
The single-stranded DNA synthesized by the gene labeling method is reannealed with the template DNA plasmid, and the gap between the reannealed single-stranded DNAs is filled with DNA polymerase and then ligated with ligase. The mutation is then introduced at the labeled nucleotide position by transforming the host and acting a repair system in the host cell. Thus, a novel gene mutation method can be established by using the primase of the present invention.
[0043]
【Example】
EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention, the technical scope of this invention is not limited to this Example.
[Example 1]
(1) Cultivation of Pyrococcus horikoshi (JCM9974)
Pyrococcus horikoshi JCM9974 (obtained from the microbial strain storage facility of RIKEN) was cultured by the following method. 13.5g salt, 4g Na2SOFour, 0.7 g KCl, 0.2 g NaHCOThree, 0.1 g KBr, 30 mg HThreeBOThree, 10g MgCl2・ 6H2O, 1.5g CaCl225 mg SrCl21.0 ml of resasulin solution (0.2 g / L), 1.0 g of yeast extract and 5 g of bactopeptone were dissolved in 1 L, and the pH of this solution was adjusted to 6.8 and pasteurized under pressure. Next, elemental sulfur sterilized by dry heat was added to 0.2%, and the medium was saturated with argon to make anaerobic, and then JCM9974 was inoculated. Whether the medium is anaerobic or not is Na2Add S solution and add Na2This was confirmed by the fact that the pink color of the resazurin solution by S was not colored. This culture solution was cultured at 95 ° C. for 2 to 4 days, and then centrifuged to collect bacteria.
[0044]
(2). Chromosomal DNA preparation
  The chromosomal DNA of JCM9974 was prepared by the following method. After culturing, the cells are collected by centrifugation at 5000 rpm for 10 minutes. The cells are washed twice with 10 mM Tris (pH 7.5) 1 mM EDTA solution and then enclosed in an InCert Agarose (FMC) block. Chromosomal DNA was separated and prepared in an agarose block by treating this block in 1% N-lauroylsarcosine, 1 mg / ml protease K solution.
[0045]
(3). Creation of library clones containing chromosomal DNA
The chromosomal DNA obtained in (2) was partially decomposed with the restriction enzyme HindIII, and then a fragment of about 40 kb was prepared by agarose gel electrophoresis. This DNA fragment was ligated with Bac vectors pBAC108L and pFOS1 that had been completely degraded by the restriction enzyme HindIII using T4 ligase. When the former vector was used, the DNA after completion of binding was immediately introduced into E. coli by electroporation. When the latter vector pFOS1 is used, the DNA after binding is packed into λ phage particles in a test tube using GIGA Pack Gold (manufactured by Stratagene). Introduced. The E. coli population resistant to the antibiotic chloramphenicol obtained by these methods was used as BAC and Fosmid libraries. A clone suitable for covering the chromosome of JCM9974 was selected from the library, and the clones were aligned.
[0046]
(4). Determination of nucleotide sequence
The nucleotide sequence of the aligned BAC or Fosmid clone was sequentially determined by the following method. Each BAC or Fosmid clone DNA recovered from E. coli was fragmented by sonication, and 1 kb and 2 kb long DNA fragments were recovered by agarose gel electrophoresis. 500 shotgun clones were prepared for each BAC or Fosmid clone in which this fragment was inserted into the HincII restriction enzyme site of plasmid vector pUC118. The base sequence of each shotgun clone was determined using an automatic base sequence reader 373 or 377 manufactured by PerkinElmer, ABI. The base sequence obtained from each shotgun clone was ligated and edited using the base sequence automatic linking software Sequencher, and the entire base sequence of each BAC or Fosmid clone was determined.
[0047]
(5). Identification of thermostable primase gene
As a result of analyzing the homology between the base sequence determined in (4) and a known primase gene using a large computer, a small subunit gene (SEQ ID NO: 3) and a large subunit gene encoding primase in JCM9974 (SEQ ID NO: 4) was identified.
[0048]
[Example 2]
(1). Construction of expression plasmid expressing small subunit
In order to introduce restriction enzyme sites before and after the small subunit gene region and to add a histidine tag to the N-terminus of the expressed small subunit, the upstream primer Upri-S (5'-CTTTAAGAAGGAGATATACATATGCTGCTGCGTGAGGTAACCCGTGAGGAAAGAAAGAACTTTTAC-3 ': SEQ ID NO: 5 ) And downstream primer Lpri-S (5′-TTTTGAGCTCTTTGGATCCTTAGGCCATCTTTTAAGTTCCGAGACTTTC-3 ′: SEQ ID NO: 6) were designed and synthesized. In Upri-S, NdeI sites are introduced from the 19th base to the 24th base from the 5 'end. In Lpri-S, a BamHI site is introduced from the 14th base to the 19th base from the 5 'end.
[0049]
After PCR reaction using these Upri-S and Lpri-S, complete structural degradation (37 hours at 37 ° C.) with restriction enzymes (NdeI and BamHI) was followed by purification of the structural gene. pET15b (manufactured by Novagen) was cleaved and purified with restriction enzymes NdeI and BamHI, and then reacted with the above structural gene and T4 ligase at 16 ° C. for 2 hours for ligation. A part of the ligated DNA was introduced into competent cells of E. coli XL1-Blue MRF ′ to obtain transformant colonies. An expression plasmid (hereinafter referred to as “pET15b / PrimS”) capable of expressing a small subunit from the obtained colony was purified by an alkaline method.
[0050]
(2). Construction of expression plasmid expressing large subunit
In order to introduce restriction enzyme sites before and after the large subunit gene region, upstream primer Upri-L (5'-TTTTGTCGACTTACATATGGCGATCATGCTCGACCCA-3 ': SEQ ID NO: 7) and downstream primer Lpri-L (5'-TTTTAAGCTTTTTGGATCCTTATTCCATTCATTGGTGTAA-3': SEQ ID NO: 8) was designed and synthesized. In Upri-L, NdeI sites are introduced from the 14th base to the 29th base from the 5 'end. In Lpri-L, a BamHI site is introduced from the 14th base to the 19th base from the 5 'end.
[0051]
After PCR reaction using these Upri-L and Lpri-L, complete digestion with restriction enzymes (NdeI and BamHI) (2 hours at 37 ° C.) was followed by purification of the structural gene. pET11a (Novagen) was cleaved and purified with restriction enzymes NdeI and BamHI, and then reacted with the above structural gene and T4 ligase at 16 ° C. for 2 hours for ligation. A part of the ligated DNA was introduced into competent cells of E. coli XL1-Blue MRF ′ to obtain transformant colonies. An expression plasmid (hereinafter referred to as “pET11a / PrimL”) capable of expressing a large subunit from the obtained colony was purified by an alkaline method.
[0052]
(3). Gene expression
Thaw E. coli BL21 (DE3), Novagen and E. coli BL21 (DE3) Codon Plus-RIL, Novagen competent cells and transfer 0.1 mL each to the Falcon tube. . Add 0.005 mL of pET15b / PrimS solution to the former Falcon tube, add 0.005 mL of pET11a / PrimL solution to the latter Falcon tube, and then leave these two Falcon tubes in ice for 30 minutes, then heat shock at 42 degrees For 30 seconds, add 0.9 mL of SOC medium, and incubate with shaking at 37 degrees for 1 hour. Thereafter, the culture solution in these two Falcon tubes is separately spread on each of two 2YT agar plates containing ampicillin and cultured overnight at 37 degrees to obtain two types of transformants from the two plates. It was.
[0053]
The transformant using pET15b / PrimS was named E. coli BL21 (DE3) / pET15b / PrimS, and the transformant using pET11a / PrimL was named E. coli BL21 (DE3) Codon Plus-RIL / pET11a Named / PrimL. E. coli BL21 (DE3) / pET15b / PrimS is deposited as FERM P-17883 at the Institute of Biotechnology, National Institute of Advanced Industrial Science and Technology. Furthermore, E. coli BL21 (DE3) Codon Plus-RIL / pET11a / PrimL is deposited as FERM P-17884 at the Institute of Biotechnology, National Institute of Advanced Industrial Science and Technology.
[0054]
In order to express a small subunit gene and a large subunit gene, these transformants were separately cultured in a 2YT liquid medium (2 liters) containing ampicillin until absorption at 600 nm reached 1, respectively, and then IPTG ( Isopropyl-β-D-thiogalactopyranoside) was added and further cultured for 6 hours. After incubation, the cells were collected by centrifugation (6,000 rpm, 20 min).
[0055]
[Example 3]
(1). Purification of small subunits
The collected cells (E. coli BL21 (DE3) pET15b / PrimS) are frozen and thawed at -20 ° C and suspended in 2 volumes of 50 mM Tris-HCl buffer (pH 7.5) and 0.5 mg of DNase. A liquid was obtained. The obtained suspension was kept at 37 ° C. for 30 minutes, then heat-treated at 85 ° C. for 30 minutes, and then centrifuged (11,000 rpm, 20 minutes) to obtain a supernatant. This was applied to a Ni-column (Novagen, His / Bind metal chelation resin & His / Bind buffer kit), and affinity chromatography was performed. The 100 mM imidazole effluent fraction (20 ml) obtained here was concentrated to 2 ml with Centriprep 10 (Amicon). Further, this was adsorbed to a HiTrap SP (Pharmacia) column equilibrated with 50 mM Tris-HCl buffer (pH 7.0), and elution was performed with a NaCl concentration gradient using the same buffer. Next, SDS-electrophoresis of each fraction was performed, and the molecular weight of the contained protein was measured. Since the molecular weight of the small subunit was predicted to be 40,000 Da from the gene sequence, fractions containing the protein of this molecular weight were collected to obtain a purified small subunit.
This small subunit has the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1 from the base sequence determined in Example 1 (4) and has a molecular weight of 40,358 Da.
[0056]
(2). Purification of large subunits
The collected cells (E.coli BL21 (DE3) Codon Plus-RIL / pET11a / PrimL) are frozen and thawed at -20 ° C, and 2 volumes of 50 mM Tris-HCl buffer (pH 7.5) are added to the suspension. Got. The obtained suspension was heat-treated at 85 ° C. for 10 minutes, and a supernatant was obtained by centrifugation (11,000 rpm, 20 minutes). The supernatant was adsorbed on a HiTrap SP (Pharmacia) column equilibrated with 50 mM phosphate buffer (pH 6.0) and eluted with a NaCl concentration gradient using the phosphate buffer. Next, SDS-electrophoresis of each fraction was performed, and the molecular weight of the contained protein was measured. Since the molecular weight of the large subunit was predicted to be 46,000 Da from the gene sequence, fractions containing this molecular weight protein were collected and diluted with three times the amount of distilled water. This was further adsorbed on a HiTrap heparin (Pharmacia) column equilibrated with 50 mM Tris-HCl buffer (pH 8.0), and eluted with a NaCl concentration gradient using the same buffer to obtain a purified large subunit.
This large subunit has the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 from the base sequence determined in Example 1 (4) and has a molecular weight of 46,271 Da.
[0057]
(3). Confirmation of heterodimer structure
It was confirmed as follows that the heat-resistant primase formed a heterodimer structure composed of a small subunit and a large subunit.
First, 2 μg of a small subunit added with a histidine tag and 3 μg of a large subunit were added to a final concentration of 20 mM Tris-HCl buffer (pH 7.9) to make a total volume of 180 μl. This includes 0.5 M NaCl, 5 mM imidazole, 1% Triton X-100, 0.04% bovine serum albumin. The solution was then kept in ice for 30 minutes. As a result, a complex of a small subunit and a large subunit was formed.
[0058]
Using this solution, the histidine tag added to the small subunit is adsorbed to His / Bindresin (Novagen) containing nickel, 16 μl, and centrifuged and suspended repeatedly, and then binding buffer (Novagen, His • Bind Washed 3 times with buffer kit).
[0059]
This centrifugal sediment was suspended in 50 μl of SDS sample buffer, heated at 100 ° C. for 5 minutes, and a supernatant was obtained by centrifugation. In order to confirm the types of subunits contained in the supernatant, the obtained supernatant was analyzed by SDS polyacrylamide gel electrophoresis (SDS-PAGE).
[0060]
The results of SDS-PAGE are shown in FIG. In FIG. 1, lane 1 is a molecular weight marker, lane 2 is a sample obtained, lane 3 is a sample prepared in the same manner as above except that a small subunit is not added, lane 4 is a control, Sample sample with boiled SDS sample buffer added to small subunit with histidine tag, lane 5 is a control, sample boiled with SDS sample buffer added to large subunit, lane 6 is control The protein is a sample obtained by adding SDS sample buffer to bovine serum albumin and boiling.
[0061]
As can be seen from FIG. 1, bands of small subunits and large subunits can be detected in lane 2. In lane 3, a large subunit band cannot be detected. From this, it was found that the heat-resistant primase has a heterodimer structure composed of a small subunit and a large subunit.
[0062]
(4). Adjustment of heat-resistant primase
A thermostable primase was prepared according to the following procedure. First, 16 μg of a small subunit to which a histidine tag was added and 24 μg of a large subunit were added to a solution containing 1% Triton X-100 and 0.01% bovine serum albumin to make the total volume of the solution 200 μl. This solution was kept in ice for 10 minutes to form a heterodimer structure.
[0063]
Thereafter, the solution was added to Microcon YM-10 and subjected to ultraconcentration. 25% glycerol, 10 mM MgCl2Add 500 μl of 50 mM Tris-HCl buffer (pH 7.5) (hereinafter abbreviated as A buffer) containing 1 mM dithiothreitol (DTT), and repeat the ultraconcentration operation three times to A completely substituted 200 μl heat-resistant primase enzyme solution was obtained. In this thermostable primase enzyme solution, the thermostable primase concentration was 2 μM.
[0064]
(5). Activity evaluation of heat-resistant primase
Using the heat-resistant primase enzyme solution prepared in (4), an RNA priming reaction under high temperature conditions was performed according to the following procedure, and the activity of the heat-resistant primase was evaluated.
First, in 20 μl heat-resistant primase enzyme solution, 12.5 mM Tris-HCl (pH 7.5), 6.25% glycerol, 0.5 μg template single-stranded DNA (ssM13 DNA), 10 mM MgCl2, 4 mM DTT, 250 μM ATP, GTP, UTP, 20 μM CTP, 5 μCi [α-32P] CTP was added to prepare a reaction solution. This reaction solution contains 0.5 μM heat-resistant primase.
[0065]
In addition, a DNA priming reaction under high temperature conditions was performed using the thermostable primase enzyme solution according to the following procedure. In 20 μl of thermostable primase enzyme solution, 12.5 mM Tris-HCl (pH 7.5), 6.25% glycerol, 0.5 μg template single-stranded DNA (ssM13 DNA), 10 mM MgCl2, 4 mM DTT, 250 μM dCTP, dGTP, dTTP, 20 μM dATP, 5 μCi [α-32P] dATP was added to prepare a reaction solution. This reaction solution contains 0.5 μM heat-resistant primase.
[0066]
Next, these reaction solutions were heated at 80 ° C. for 30 minutes to advance the reaction, and the reaction was stopped by adding EDTA to a final concentration of 10 mM.
Unreacted nucleotides were removed from the reaction product by ethanol precipitation, and the precipitate was dissolved in 10 μl of formamide solution and analyzed by 15% PAGE containing 7M urea. At this time, 10-mer, 26-mer, and 50-mer synthetic DNA oligomers were used as molecular weight markers, T4 polynucleotide kinase and [γ-32P] ATP was used to label the 5 ′ end. In addition, for comparison, a sample in which the enzyme in the reaction solution was only a small subunit and a sample in which the enzyme in the reaction solution was only a large subunit were prepared, and the activity was similarly evaluated for these samples. .
[0067]
FIGS. 2A and 2B show the results of autoradiography of a 15% PAGE electrophoresis pattern containing 7M urea by PhosphoImager (manufactured by Bio-Rad), and measuring the length and amount of the synthetic reaction product.
FIG. 2A is an electrophoresis pattern showing the RNA priming synthesis reaction product. In FIG. 2A, lane 1 is a molecular weight marker in which a 10-mer synthetic DNA oligomer is flown, lane 2 is a molecular weight marker in which a 26-mer synthetic DNA oligomer is flowed, and lane 3 is a molecular weight marker in which a 50-mer synthetic DNA oligomer is flowed. Yes, lane 4 is a sample using a heat-resistant primase in which a heterodimer is formed, lane 5 is a sample using only a small subunit, and lane 6 is a sample using only a large subunit.
[0068]
FIG. 2B is an electrophoresis pattern comparing the DNA primer synthesis activity and the RNA primer synthesis activity of the heterodimer heat-resistant primase. In FIG. 2B, lane 1 is a DNA priming synthesis reaction product, lane 2 is an RNA priming synthesis reaction product, lane 3 is a reaction product when no template single-stranded DNA (ssM13 DNA) is added in the DNA priming reaction. Yes, lane 4 is a reaction product when no template single-stranded DNA (ssM13 DNA) is added in the RNA priming reaction, and lane 5 is a reaction product when no heat-resistant primase is added in the DNA priming reaction. 6 is a reaction product when no heat-resistant primase is added in the RNA priming reaction.
[0069]
As can be seen from FIG. 2A, when the small subunit or the large subunit is used alone, the synthesized RNA oligomer cannot be detected, and the RNA priming reaction hardly occurs. In contrast, when using a heterodimer structure consisting of a small subunit and a large subunit, an RNA oligomer having a length corresponding to the replication origin of the template DNA can be detected, and RNA priming activity can be detected. Can be recognized.
[0070]
Further, as can be seen from FIG. 2B, the heat-resistant primase has an activity of synthesizing a DNA primer and an RNA primer. As can be seen from FIG. 2B, the activity of the heat-resistant primase depends on the presence of the template DNA and the heat-resistant primase. Furthermore, as shown in FIG. 2B, it was found that the DNA priming activity of the thermostable primase was about 10 times higher than the RNA priming activity.
[0071]
(6). Characterization of heat-resistant primase
・ Optimum temperature
The optimum temperature of the heat-resistant primase was evaluated by quantifying the reaction product when the temperature in the RNA priming reaction performed in (5) was changed from 50 ° C to 95 ° C. Specifically, the reaction products at each temperature were separated by electrophoresis similar to (5), and the specific activity at a predetermined temperature was calculated by quantifying with a PhosphoImager, and the optimum temperature was determined. The results are shown in FIG. From FIG. 3, it was found that the optimum temperature for the heat-resistant primase was 80 ° C.
[0072]
・ Optimum pH
The optimum pH of the heat-resistant primase was evaluated by quantifying the reaction product when the pH in the RNA priming reaction performed in (5) was changed from 6.5 to 9.6. Specifically, a phosphate buffer (pH 6.5 to 8.0) with a final concentration of 20 mM and Na2BFourO7By changing the pH using an HCl buffer (pH 8.0 to 9.6), separating the reaction products at each pH by electrophoresis similar to (5), and quantifying with PhosphoImager, the ratio at a given pH The activity was calculated and the optimum pH was determined. The results are shown in FIG. From FIG. 4, it was found that the optimum pH of the heat-resistant primase was 8.0.
[0073]
・ Optimum Mg2+concentration
Optimal Mg for heat-resistant primase2+Concentration was adjusted to MgSO in the RNA priming reaction performed in (5).FourThe reaction product was evaluated by quantifying the concentration when the concentration was changed from 0 to 30 mM. Specifically, each MgSOFourThe reaction product at a concentration is separated by electrophoresis similar to (5), and quantified with a PhosphoImager to obtain a predetermined MgSO.FourCalculate the specific activity at the concentration and optimize Mg2+The concentration was determined. The results are shown in FIG. From FIG. 5, the optimum Mg for heat-resistant primase2+The concentration was found to be 10 mM.
[0074]
・ Optimum salt concentration
The optimum salt concentration of the thermostable primase was evaluated by quantifying the reaction product when the NaCl concentration or KCl concentration in the RNA priming reaction performed in (5) was changed from 2.5 to 100 mM, respectively. Specifically, the reaction products at each salt concentration were separated by electrophoresis similar to (5), and quantified with PhosphoImager to calculate the specific activity at a predetermined salt concentration, and to determine the optimum salt concentration. The results are shown in FIG. From FIG. 6, it was found that the optimum salt concentration of the heat-resistant primase was 2.5 mM in the case of NaCl, and both NaCl and KCl caused strong activity inhibition at 40 mM. Therefore, it was found that the salt concentration is preferably 20 mM or less.
[0075]
・ Thermal stability
The heat stability of the heat-resistant primase was determined by heating the heat-resistant primase enzyme solution prepared in (4) at 80 ° C. for 0 to 60 minutes, and using heat-resistant primases with different heat treatment times (5) The RNA priming reaction was performed in the same manner as described above, and the reaction products were evaluated by quantification. Specifically, the reaction products in each heat treatment time were separated by electrophoresis similar to (5), and quantified with PhosphoImager to calculate the residual activity in a predetermined heat treatment time, and the thermal stability was evaluated. . The results are shown in FIG. From FIG. 7, it was found that the half-life of the heat-resistant primase was 30 minutes at 80 ° C.
[0076]
【The invention's effect】
As described above in detail, the present invention provides a novel heat-resistant primase. This thermostable primase is useful for gene amplification reaction (PCR reaction) and the like because it can perform accurate nucleic acid priming in a high temperature environment. In addition, since this heat-resistant primase can be used for gene labeling and gene mutation methods, it becomes possible to develop a new method for gene sequence analysis using the enzyme.
[0077]
[Sequence Listing]
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[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an electrophoresis photograph of SDS-PAGE performed to confirm the heterodimer structure of heat-resistant primase.
FIG. 2 (A) is an electrophoresis photograph showing the results of RNA priming reaction of a thermostable primase having a heterodimer structure. (B) Electrophoresis photograph showing results of DNA priming reaction and RNA priming reaction of thermostable primase.
FIG. 3 is a characteristic diagram showing the relationship between temperature and specific activity in heat-resistant primase.
FIG. 4 is a characteristic diagram showing the relationship between pH and specific activity in heat-resistant primase.
FIG. 5: Mg in heat-resistant primase2+It is a characteristic view which shows the relationship between and specific activity.
FIG. 6 is a characteristic diagram showing the relationship between salt concentration and specific activity in heat-resistant primase.
FIG. 7 is a characteristic diagram showing the relationship between heating time and residual activity in heat-resistant primase.

Claims (6)

配列番号2で表されるアミノ酸配列を有するか、又は配列番号2で表わされるアミノ酸配列における少なくとも1個のアミノ酸が欠失、置換若しくは付加されたアミノ酸配列を有する、プライマーゼの大サブユニットからなり、配列番号1で表されるアミノ酸配列を有するか、又は配列番号1で表わされるアミノ酸配列における少なくとも1個のアミノ酸が欠失、置換若しくは付加されたアミノ酸配列を有する、プライマーゼの小サブユニットとの複合蛋白質を形成させるためのサブユニット。It consists of a large primase subunit having the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2 or having an amino acid sequence in which at least one amino acid in the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2 has been deleted, substituted or added. A small subunit of primase having the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 1 or having an amino acid sequence in which at least one amino acid in the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 1 has been deleted, substituted or added; Subunit for forming complex proteins. 配列番号2で表されるアミノ酸配列を有するか、又は配列番号2で表わされるアミノ酸配列における少なくとも1個のアミノ酸が欠失、置換若しくは付加されたアミノ酸配列を有する、プライマーゼの大サブユニットと、配列番号1で表されるアミノ酸配列を有するか、又は配列番号1で表わされるアミノ酸配列における少なくとも1個のアミノ酸が欠失、置換若しくは付加されたアミノ酸配列を有する、プライマーゼの小サブユニットとが、ヘテロダイマーを形成してなり、プライマーゼ活性を有する複合蛋白質。A large primase subunit having the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2 or having an amino acid sequence in which at least one amino acid in the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2 has been deleted, substituted or added; A small subunit of primase having the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 1 or having an amino acid sequence in which at least one amino acid in the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 1 has been deleted, substituted or added, A complex protein that forms a heterodimer and has primase activity. 配列番号2で表されるアミノ酸配列を有するか、又は配列番号2で表わされるアミノ酸配列における少なくとも1個のアミノ酸が欠失、置換若しくは付加されたアミノ酸配列を有する、プライマーゼの大サブユニットをコードするDNAと、配列番号1で表されるアミノ酸配列を有するか、又は配列番号1で表わされるアミノ酸配列における少なくとも1個のアミノ酸が欠失、置換若しくは付加されたアミノ酸配列を有する、プライマーゼの小サブユニットをコードするDNAとの組み合わせ。It encodes the large subunit of primase having the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2 or having an amino acid sequence in which at least one amino acid in the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2 has been deleted, substituted or added A primase having the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 1 or an amino acid sequence in which at least one amino acid in the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 1 has been deleted, substituted or added Combination with DNA encoding subunit. プライマーゼの大サブユニットをコードするDNAが、配列番号4で表わされる塩基配列を有するか、又は配列番号4で表わされる塩基配列における少なくとも1個の塩基が欠失、置換若しくは付加された塩基配列を有するDNAである、請求項3に記載の組み合わせ。The DNA encoding the large subunit of primase has the base sequence represented by SEQ ID NO: 4, or the base sequence in which at least one base in the base sequence represented by SEQ ID NO: 4 has been deleted, substituted or added The combination according to claim 3, which is DNA having 請求項3に記載の、プライマーゼの大サブユニットをコードするDNAとプライマーゼの小サブユニットをコードするDNAをそれぞれ含有する組換えベクターの組み合わせ。4. A combination of recombinant vectors each comprising DNA encoding the large subunit of primase and DNA encoding the small subunit of primase. 請求項5に記載の組換えベクターをそれぞれ含む形質転換体の組み合わせ。A combination of transformants each comprising the recombinant vector according to claim 5.
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