JP3711658B2

JP3711658B2 - コリネバクテリウム・アンモニアゲネス由来の新規な細胞表層蛋白質

Info

Publication number: JP3711658B2
Application number: JP26566196A
Authority: JP
Inventors: 佳弘臼田; 寿川崎; 隆宇多川
Original assignee: Ajinomoto Co Inc
Current assignee: Ajinomoto Co Inc
Priority date: 1996-10-07
Filing date: 1996-10-07
Publication date: 2005-11-02
Anticipated expiration: 2016-10-07
Also published as: JPH10108675A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アミノ酸、ポリペプチドまたは蛋白質の発現及び分泌に関する。
【０００２】
【従来の技術】
コリネバクテリウム属細菌を用いて有用蛋白質を発現分泌させる試みは、コリネバクテリウム・グルタミカムにおいて知られている（ＷＯ９３／０３１５８）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
コリネバクテリウム・アンモニアゲネスにおいてアミノ酸、ポリペプチドまたは蛋白質の発現及び分泌のための新たな系を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、コリネバクテリウム・アンモニアゲネス由来の細胞表層蛋白質の発現・分泌のしくみに着目し、そのプロモーター配列、リボゾーム結合配列、シグナル配列および構造遺伝子を単離し、構造を解析することによって本発明を完成するに至った。
【０００５】
すなわち、本発明は、コリネバクテリウム・アンモニアゲネスに由来し、細胞表層蛋白質をコードするＤＮＡ（ａ）である。
また、本発明は、コリネバクテリウム・アンモニアゲネスに由来するプロモーター配列、リボゾーム結合配列、シグナル配列のいずれかまたはすべてを含むＤＮＡ（ｂ）である。
さらに、本発明は、前記ＤＮＡ（ｂ）の下流に有用蛋白質をコードする構造遺伝子が連結されて得られるＤＮＡである。
さらに、本発明は、前記ＤＮＡ（ｂ）の下流に前記ＤＮＡ（ａ）が連結され、さらにその下流に有用蛋白質をコードする構造遺伝子が連結されて得られるＤＮＡである。
さらに、本発明は、前記ＤＮＡとベクターが連結されて得られる組換えＤＮＡであり、前記ＤＮＡが導入された微生物である。
本発明は、前記微生物を培地に培養し、有用蛋白質を細胞外に分泌させることを特徴とする有用タンパク質の製造法である。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明のコリネバクテリウム・アンモニアゲネスに由来するプロモーター配列、リボゾーム結合配列、シグナル配列、細胞表層蛋白質をコードするＤＮＡは、コリネバクテリウム・アンモニアゲネス由来で細胞表層蛋白質をコードする遺伝子であればいずれの遺伝子からのものも用いることができる。コリネバクテリウム・アンモニアゲネスとしては
コリネバクテリウム・アンモニアゲネスＡＴＣＣ６８７２
コリネバクテリウム・アンモニアゲネスＡＴＣＣ６８７１
などがある。
コリネバクテリウム・アンモニアゲネスに由来するプロモーター配列、リボゾーム結合配列、シグナル配列は、例えば配列表配列番号４に記載される塩基配列において１番目のアデニン残基から６０１番目のグアニン残基までの配列中に存在する。コリネバクテリウム・アンモニアゲネスに由来する細胞表層蛋白質をコードするＤＮＡは、例えば配列表配列番号４に記載されるアミノ酸配列において１番目のアラニン残基から３３３番目のフェニルアラニン残基までの配列を含むものがある。
【０００７】
コリネバクテリウム・アンモニアゲネスに由来するプロモーター配列、リボゾーム結合配列、シグナル配列、細胞表層蛋白質をコードするＤＮＡは、コリネバクテリウム・アンモニアゲネスＡＴＣＣ６８７２株の染色体ＤＮＡから、以下のようにして得ることができる。
【０００８】
まず、コリネバクテリウム・アンモニアゲネスＡＴＣＣ６８７２株を培養し、培養液あるいは菌体抽出物から細胞表層蛋白質を精製し、Ｎ末端のアミノ酸配列を決定する。具体的にはソディウムドデシルサルフェイト−ポリアクリルアミドゲル電気泳動（ＳＤＳ−ＰＡＧＥ）の後ポリビニリデンフルオリド（ＰＶＤＦ）膜に転写し、アミノ酸解析を行うことができる。コリネバクテリウム・アンモニアゲネスＡＴＣＣ６８７２株から得られる分子量４６，０００Ｄａの蛋白質のＮ末端アミノ酸配列は配列表配列番号１に示す通りである。
【０００９】
次に、適当な制限酵素で切断された染色体ＤＮＡ断片をカセットと呼ばれる二本鎖のオリゴヌクレオチドと連結し、Ｎ末端のアミノ酸配列をもとに合成されたオリゴヌクレオチドと、カセットの配列を基に合成されたオリゴヌクレオチドとをプライマとして用いてポリメラーゼ・チェイン・リアクション法（ＰＣＲ法）を行うことにより、目的ＤＮＡ断片を取得できる（Molecular and Cellular Probes, 6, 467 (1992)）。プライマーとしては、塩基組成がランダムでＧ＋Ｃ含量が５０％付近であり、特殊な２次構造を形成せず、プライマー同士が互いに相補的でない、との条件を満たすものであり、長さは通常１８ないし３０塩基のものがよく用いられる。プライマーの配列は具体的に例示すると、配列表配列番号２および３に示すようなものが挙げられる。
【００１０】
ＰＣＲ法によって増幅されたＤＮＡ断片をベクターに連結して組換えＤＮＡとしてクローニングを行う。ベクターとしてはエシェリヒア・コリ由来のベクター、例えば、ｐＵＣ１９、ｐＢＲ３２２等が用いられる。作成した組換えＤＮＡの受容菌としては、ベクターの複製に好適なものであればいずれの菌株でもよく、例えばＨＢ１０１、ＪＭ１０９、ＤＨ５等のエシェリヒア・コリ菌株が用いられる。
【００１１】
上記で得られたＤＮＡは細胞表層蛋白質構造遺伝子を含むが、同時にプロモーター配列、リボゾーム結合配列およびシグナル配列を含む構造遺伝子上流の機能性配列を得ることができる。具体的には、コリネバクテリウム・アンモニアゲネス染色体ＤＮＡを適当な制限酵素で切断した物をエシェリヒア・コリ由来のベクターに連結し、これで適当な受容菌を形質転換する。コロニーハイブリダイゼーション法により、形質転換されたエシェリヒア・コリのうち、ラベルした細胞表層蛋白質構造遺伝子断片とハイブリダイズする組換えＤＮＡを有するものを選択する。
【００１２】
選択された形質転換体から組換えＤＮＡを抽出し、挿入された断片の塩基配列を決定することで細胞表層蛋白質構造遺伝子および構造遺伝子上流の機能性配列を決定することが出来る。決定された２３２３塩基対の塩基配列と、そこにコードされる細胞表層蛋白質のアミノ酸配列を配列表配列番号４に示した。細胞表層蛋白質は３５８アミノ酸残基からなり、３３３アミノ酸残基からなる成熟蛋白質と、そのＮ末端側に位置する２５アミノ酸残基のシグナルペプチドとからなる。成熟蛋白質の分子量は３６、６５４Ｄａと計算される。予想されるアミノ酸配列を蛋白質データベース（ＮＢＲＦ）上で検索したところ、新規蛋白質であることが判明した。
【００１３】
リボゾーム結合配列は翻訳開始点の数塩基上流にあることが知られていることから推定することができる（Nature, 254, 34 (1975)）。配列表配列番号４に記載される塩基配列においては、４６３番目のシトシン残基から４６８番目のチミン残基までの領域である。
【００１４】
また、プロモーター配列は転写開始点の数塩基上流にあることが知られていることから、公知の方法によって転写開始点を決定し、決定される転写開始点の情報に基づいて推定できる。転写開始点の決定法は、例えばプライマー伸張法によって決定できる。配列表配列番号４に記載される塩基配列においては、４３８番目のチミン残基から４４４番目のチミン残基までの領域である。
【００１５】
こうして得られた、コリネバクテリウム・アンモニアゲネスに由来し、プロモーター配列、リボゾーム結合配列、およびシグナル配列の下流に、有用蛋白質をコードする構造遺伝子を連結し、さらにこれとベクターＤＮＡとを連結して組換えＤＮＡを得る。
【００１６】
本発明の有用蛋白質は特に限定されないが、例えば、酵素、生理活性蛋白質などがあげられ、由来も、微生物、植物、動物等のものが用いられる。天然に存在する蛋白質であってもよく、人工的に変異が導入された蛋白質であってもよい。
【００１７】
ベクターＤＮＡとは、ＤＮＡを人為的に細胞に導入するためのいわゆる「運び屋」である。これには、プラスミド、ファージ、トランスポゾン等がある。コリネバクテリウム属細菌で機能するベクターとしては、ｐＨＭ１５１９、ｐＡＭ３３０等のプラスミドベクターがあり、トランスポゾンをベクターとして用いた例は特表平５−８１８１５１号公報に記載されている。
【００１８】
コリネバクテリウム・アンモニアゲネス由来のシグナル配列と、有用蛋白質との間に、コリネバクテリウム・アンモニアゲネス由来の細胞表層蛋白質構造遺伝子全部またはＮ末端側一部分をコードするＤＮＡを挿入しても良い。該挿入によって有用蛋白質の発現・分泌が効率的になる場合がある。ただし、分泌される有用蛋白質はコリネバクテリウム・アンモニアゲネス由来の細胞表層蛋白質との融合蛋白質となるので、ペプチダーゼを用いて不要な部分を除去する工程が必要となる場合がある。
【００１９】
組換えＤＮＡは公知の方法によって宿主細胞に導入される。宿主細胞としては、コリネバクテリウム・アンモニアゲネスＡＴＣＣ６８７２
コリネバクテリウム・アンモニアゲネスＡＴＣＣ６８７１
などがある。
【００２０】
組換えＤＮＡが導入された形質転換体を適当な培地で培養して、有用蛋白質を細胞外に分泌させ、これを回収する。形質転換体を培養する培地、培養方法、有用蛋白質の回収方法はいずれも公知の方法を採用できる。
【００２１】
【実施例】
以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明する。なお、制限酵素は市販品（宝酒造社製）を用いた。
【００２２】
実施例１（コリネバクテリウム・アンモニアゲネス由来の細胞表層蛋白質のＮ末端アミノ酸配列の決定）
コリネバクテリウム・アンモニアゲネスＡＴＣＣ６８７２株をグルコース２０ｇ／ｌ、硫酸マグネシウム０．５ｇ／ｌ、リン酸１カリウム１ｇ／ｌ、リン酸２カリウム３ｇ／ｌ、塩化カルシウム０．０１ｇ／ｌ、硫酸鉄０．０１ｇ／ｌ、硫酸マンガン０．００５ｇ／ｌ、チアミン塩酸塩０．０１ｇ／ｌ、パントテン酸カルシウム０．０１ｇ／ｌ、ビオチン３０μｇ／ｌ、硫酸アンモニウム５ｇ／ｌ、イーストエキストラクト１ｇ／ｌ、尿素２ｇ／ｌからなる培地で３２℃，２４時間培養した。この培養液４００ｍｌから遠心分離により集菌し、得られた菌体を２０ｍｌの５０ｍＭトリス−塩酸緩衝液（ｐＨ７．５）、２％ＳＤＳに懸濁し、１００℃で５分間処理した。この処理液を遠心分離し上清を細胞壁画分とした。細胞壁画分をＳＤＳ−ＰＡＧＥで解析したところ最も多量な蛋白質として、分子量４６，０００の蛋白質が検出された。細胞壁画分４０μｌをＳＤＳ−ＰＡＧＥで分画した後、ＰＶＤＦ膜（ミリポア社製）にセミドライブロッティングした（遺伝子クローニングのためのタンパク質構造解析東京化学同人(1993)）。ＰＶＤＦ膜をクマシーブリリアントブルー染色した後、脱染、風乾した。分子量４６、０００の蛋白質部分を切り取り、プロテインシークエンサー（モデル４７６Ａ、パーキン・エルマー社製）でＮ末端アミノ酸配列の解析を行った。決定したアミノ酸配列を配列表配列番号１に示した。２９アミノ酸残基のうち２アミノ酸残基は同定できなかった。
【００２３】
実施例２（コリネバクテリウム・アンモニアゲネス由来の細胞表層蛋白質遺伝子の取得）
Ｎ末端アミノ配列から推定される塩基配列中で縮重の少ない部位を選びプライマーを作製した。作製したプライマーの配列を配列表配列番号２および３に示した。鋳型としては、斉藤、三浦の方法（Biochem. Biophys. Acta., 72, 619, (1963)）により調製したコリネバクテリウム・アンモニアゲネスＡＴＣＣ６８７２株染色体のＥｃｏＲＩ切断断片とカセットとの連結物を調製した。反応には宝酒造社製ＬＡインビトロクローニングキットを用い、反応条件は供給者の指示に従って行った。約１，９００塩基の特異的なバンドの増幅が認められた。この断片をグラスパウダー（宝酒造社製）を用いて回収した。増幅された遺伝子断片をプローブとしてコリネバクテリウム・アンモニアゲネス染色体をMolecular Cloning 2nd edition (J. Sambrook, E. F. Fritsch and T. Maniatis, Cold Spring Harbour Laboratory Press, p9.31(1989)）記載のサザンハイブリダイゼーション法により解析したところＥｃｏＲＩ切断により６，３００塩基のバンドが検出された。コリネバクテリウム・アンモニアゲネス染色体のＥｃｏＲＩ切断断片をアガロースゲル電気泳動の後、目的の長さ周辺の断片を回収、ｐＭＷ２１８（日本ジーン社製）に連結し、Molecular Cloning 2nd edition (J. Sambrook, E. F. Fritsch and T. Maniatis, Cold Spring Harbour Laboratory Press, p1.90(1989)）記載のコロニーハイブリダイゼーション法により目的遺伝子断片の選択を行い、同断片を含むプラスミドｐＭＷＥ６．３を得た。この断片の制限酵素地図を図１に示した。この断片のうち目的遺伝子を含むと考えられた７００塩基のＨｉｎｄIII切断断片と１，６００塩基のＨｉｎｄIII-ＥｃｏＲＩ切断断片をｐＵＣ１８（宝酒造社製）に挿入した。これらの断片の塩基配列を決定し、コリネバクテリウム・アンモニアゲネス由来の細胞表層蛋白質構造遺伝子の塩基配列及びその機能性配列の塩基配列を明らかにした。塩基配列の決定は、ダイターミネーターサイクルシークエンシングキット（パーキン・エルマー社製）とＤＮＡシークエンサー（モデル３７３Ａ、パーキン・エルマー社製）を用いて行った。
【００２４】
実施例３（プライマー伸張法による転写開始点の決定）
コリネバクテリウム・アンモニアゲネスＡＴＣＣ６８７２株を実施例１記載の培地に植菌し、３２℃で５時間培養した。この培養液１００ｍｌを遠心分離により集菌した。この菌体からＩＳＯＧＥＮ（日本ジーン社製）を用いてその指示に従って全ＲＮＡ抽出を行った。得られた全ＲＮＡ濃度は０．２ｇ／ｌであった。配列表配列番号５に示した配列のプライマーを合成し、[γ-32Ｐ] ＡＴＰとＴ４ポリヌクレオチドキナーゼによって末端標識を行った。全ＲＮＡ１０μｇに対し、１０ｐｍｏｌのラベルしたプライマーを混合し、４０℃で１２時間アニールした。これを１０ＵのＡＭＶ逆転写酵素（プロメガ社製）と混合し、逆転写反応を行った。反応にはリバーストランスクリプションシステム（プロメガ社製）を用いて、反応条件はその指示に従った。Molecular Cloning 2nd edition (J. Sambrook, E. F. Fritsch and T. Maniatis, Cold Spring Harbour Laboratory Press, p7.79(1989)）記載の方法に従って、変性ゲルにて反応物を解析し、転写開始点を決定した。その結果、転写開始点は配列表配列番号４に記載される塩基配列の４５４番目のシトシン残基であった。
【００２５】
【配列表】

【００２６】

【００２７】

【００２８】

【００２９】

【図面の簡単な説明】
【図１】コリネバクテリウム・アンモニアゲネス染色体のＥｃｏＲＩ切断６，３００塩基断片の制限酵素地図。矢印は塩基配列決定の戦略を示す。太矢印は細胞表層蛋白質構造遺伝子の位置及び方向を示す。

Claims

コリネバクテリウム・アンモニアゲネスに由来し、配列表配列番号４に記載されるアミノ酸配列において−２５番目のメチオニン残基から−１番目のアラニン残基までの配列を含む、シグナルペプチドをコードするＤＮＡ。
コリネバクテリウム・アンモニアゲネスに由来し、配列表配列番号４に記載される塩基配列において４７９番目のアデニン残基から５５３番目のアデニン残基までの配列を含むＤＮＡ。
請求項１または２記載のＤＮＡの下流に有用蛋白質をコードする構造遺伝子が連結されて得られるＤＮＡ。
請求項３記載のＤＮＡとベクターが連結されて得られる組換えＤＮＡ。
請求項３または４記載のＤＮＡが導入された微生物。
請求項５記載の微生物を培地に培養し、有用蛋白質を細胞外に分泌させることを特徴とする有用タンパク質の製造法。