JP3993816B2 - DNA encoding granulocyte colony stimulating factor receptor - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、顆粒球コロニー刺激因子レセプターをコードするDNAに関し、さらに詳しくは、顆粒球コロニー刺激因子(以下、G−CSFと称する)と特異的に結合し得るレセプターペプチドをコードするDNA、該DNAを含有する発現ベクター、該ベクターを含有する形質転換体、並びに該形質転換体を培養することにより、該レセプターを製造する方法に関するものである。さらにまた本発明は、このようにして製造された組換えG−CSFレセプターに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
血液細胞の増殖と分化はコロニー刺激因子(CSF)と称するホルモン様の増殖および分化因子によって制御されている[メトカルフ(Metcalf,D.)、ネイチャー(Nature)、339、27〜30(1989)]。CSFは、その作用する状況または段階に応じて顆粒球コロニー刺激因子(G−CSF)、顆粒球−マクロファージのコロニー刺激因子(GM−CSF)、マクロファージのコロニー刺激因子(M−CSF)およびインターロイキン3(IL−3)に大別される。それらの内、G−CSFは好中性顆粒球の増殖および分化に重要な役割を担っており、血液中の好中球濃度の制御、並びに成熟好中球の賦活化に深く関与していることが分かっている[ナガタ(Nagata,S.)、ハンドブック・オブ・エクスペリメンタル・ファルマコロジー(Handbook of Experimental Pharmacology)、「ペプチド・グロウス・ファクター・アンド・デア・レセプターズ(Peptide Growth Factors and Their Receptors)」、スポーン(Sporn,M.B.)およびロバーツ(Roberts,A.B.)編、スプリンガー−バーラグ、ハイデルベルク(Springer−Verlag,Heidelberg)、Vol.95/I、699〜722頁(1990);ニコラ(Nicola,N.A.)、Annu.Rev.Biochem.、58、45〜77(1989)]。即ち、G−CSFは好中球の前駆細胞に存在するレセプター(G−CSFレセプター)を介して該細胞に作用し、その増殖、あるいは分化を刺激して主に好中性顆粒球を与える[ニコラ(Nicola,N.A.)およびメトカルフ(Metcalf,D.)、プロシィーディングズ・オブ・ナショナル・アカデミー・オブ・サイエンシィーズ(Proc.Natl.Acad.Sci.USA)、81、3765〜3769(1984)]。
【0003】
G−CSFにはその他、様々な作用があり、例えば、組換えDNA技術で得られたG−CSFを用いたインビボの動物実験により、該G−CSFが好中球の調節因子であることが示唆された(ツチヤら、EMBO J.、611−616(1987);ニコラら、Annu.Rev.Biochem.58、45−77(1989))。
また、がん患者へのG−CSF投与が化学療法および骨髄移植療法に有利であることを示す臨床報告もある(モースチンら、Trends Pharmacol.Sci.10、154−159(1989))。その一方で骨髄性白血病細胞などのがん細胞の増殖がG−CSFによって刺激される場合のあることも知られている。
【0004】
このように、G−CSFは臨床上極めて重要な生理活性物質であるにもかかわらず、作用機構には不明な点が残されており、より有効な治療および診断を達成する上で、作用機構の解明が待たれている。そのためには細胞表面に存在するヒトG−CSFレセプターを生化学的に特性化し、該レセプターとG−CSFとの相互作用を研究する必要がある。
【0005】
ところで、G−CSFの作用する細胞は好中球の前駆体および成熟した好中球、および種々の骨髄性白血病細胞に限定されている(ニコラおよびメトカーフ、Proc.Natl.Acad.Sci.USA 81、3765−3769(1984)、ベグレーら、Leukemia 、1−8(1987)、パークら、Blood 74、56−65(1989))。ヒトG−CSFは174アミノ酸、ネズミG−CSFは178アミノ酸からなるポリペプチドであり、ヒトG−CSFとネズミG−CSFの相同性はアミノ酸配列レベルで72.6%と高く、種特異性は殆んど認められないことも明らかである(ニコラら、Nature 314、625−628(1985))。他方、G−CSFレセプターは非血液細胞、例えばヒト内皮細胞(ブッソリノら、Nature 337、471−473(1989))および胎盤(ウズマキら、Proc.Natl.Acad.Sci.USA 86、9323−9326(1989))にも存在していることが最近、報告され、G−CSFの作用は一層興味深いものがある。
【0006】
以上のように、G−CSFとG−CSFレセプターとの相互作用の解明は学問的な見地からも価値があるが、臨床面においても、造血性疾患または他の疾患の予防および治療におけるG−CSFの投与方法の確立、ひいてはより正確で有効な処置を達成するために重要である。他方、レセプター自身の用途として、可溶化型G−CSFレセプターが、ある種のG−CSF依存性ヒト白血病細胞(サントリら、J.Immunol 139、3348−3354(1987))の増殖阻害に臨床上有用である可能性も存在する。さらに、骨髄性白血病細胞などのがん細胞がG−CSFにより増殖する可能性もあり、該細胞におけるG−CSFレセプターの発現を検討し、G−CSFの臨床応用をより有効に行うことができる。このように、研究および実用化の両面でG−CSFレセプターには様々な有用性が指摘されており、G−CSFレセプター遺伝子およびそのタンパク質の安定的な供給が望まれる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
近年、多くの生理活性物質の製造に遺伝子工学の技術が利用されている。遺伝子工学による物質生産においては、通常、目的とするポリペプチドをコードするDNAのクローニングを行い、該DNAを適当な発現ベクターに組み込み、得られた組換えDNAを用いて微生物や動物細胞等を形質転換し、目的物質を発現させる。
G−CSFレセプターを遺伝子工学の技術により生産するには、まず目的物質であるG−CSFレセプターをコードするDNAのクローニングを行う必要があるが、G−CSFレセプターは細胞表面における存在が極めて少数(細胞あたり、数百〜2000個)であるためにそのcDNAのクローニングが容易でなかった。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、ヒトG−CSFとネズミG−CSFとのアミノ酸レベルでの相同性が72.6%と高く、種特異性は殆んど認められないことから、それぞれのG−CSFとG−CSFレセプターとの間に交差反応が予測される、ということに着目し、まず、研究ならびに診断分析に適用し得るG−CSFレセプターを得ることを目的として、ネズミ(マウス)骨髄性白血病NFS−60細胞から、そのレセプターを可溶化し、分子量100,000から130,000のタンパク質として精製した。精製方法としては、例えば、細胞膜懸濁液をCHAPS{3−[(3−コラミドプロピル)ジメチルアンモニオ]−1−プロパンスルホン酸}で抽出した後、その抽出液をG−CSFアフィニティークロマト(組換えヒトG−CSFをゲル樹脂に結合したアフィニティークロマト)で処理し、次いでゲル濾過で精製することができる。
【0009】
一方、NFS−60細胞から得たmRNAを逆転写し、ネズミのG−CSFレセプターをコードするcDNA(以下、G−CSFレセプターcDNAという)を単離、クローニングすることに初めて成功した。次いで、このcDNAの塩基配列を決定し、アミノ酸配列を推定した。ネズミG−CSFレセプターcDNAの塩基配列および推定のアミノ酸配列を第1図に示す。
【0010】
ネズミG−CSFレセプターcDNAを含有する発現クローニングベクターでCOS細胞を形質転換すると、該細胞はNFS−60細胞上に存在する天然のネズミG−CSFレセプターと同様の性質を有するレセプターを発現した。ネズミG−CSFレセプターcDNAの塩基配列に基づいてG−CSFレセプターのアミノ酸配列を類推し、他の増殖因子レセプターファミリーのそれと比較した結果、このネズミG−CSFレセプターは、それらと共通する特徴を有することが明らかになった(第7図参照)。また、このようにして得たネズミG−CSFレセプターをコードするDNAから調製したプローブは、ヒトG−CSFレセプターとハイブリダイズした。これはG−CSFレセプターには種特異性がなく、ヒトG−CSFレセプターはマウスG−CSFレセプターと非常に相似していることを示すものであり、従ってネズミG−CSFレセプターDNAは、ヒトG−CSFレセプターを製造する為のいわば中間体として極めて有用である。
【0011】
次に本発明者らはヒトG−CSFレセプターを十分な量、供給することを目的として、ネズミG−CSFレセプターをコードするDNAから調製したプローブを用い、ヒト胎盤およびU937細胞由来の全(total)mRNAから作成したcDNAライブラリーをスクリーニングし、ヒトG−CSFレセプターをコードするcDNAをクローニングすることに成功した。
【0012】
本発明のヒトG−CSFレセプターをコードするプラスミドで形質転換されたサルCOS細胞は天然のヒトG−CSFレセプターと同様のG−CSFとの特異的な結合特性を有するヒトG−CSFレセプターを産生した。
【0013】
即ち、本発明はG−CSFレセプターをコードするDNAを提供するものである。また本発明はG−CSFレセプターをコードしている発現ベクターを提供するものでもある。さらに本発明は、該発現ベクターで培養細胞を形質転換し、形質転換体を培地に培養し、培養物からG−CSFレセプターを回収することからなるG−CSFレセプターの製造方法を提供するものである。
【発明の実施の形態】
【0014】
本明細書中、G−CSFレセプターペプチドなる語句は、成熟G−CSFレセプターのみならず、該レセプター分子の一部であって、G−CSFとの特異的結合活性を有するペプチド分子の全てを指すものとする。
【0015】
本発明により、従来、単離が困難であったヒトG−CSFレセプターを遺伝子組換え法により容易に得ることが可能となったので、そのようにして得られた組換えG−CSFレセプターを用いてG−CSF、およびG−CSFレセプターの作用機構および臨床(診断および治療)適用のための研究、並びに実用化を推進することができる。また、G−CSFを白血病などの癌患者に臨床応用する際に、当該癌細胞がG−CSFレセプターを発現しているか否かを、G−CSFレセプターcDNAをプローブとして用いて容易に検討することができる。従って、そのようなcDNAはG−CSFの有効な臨床応用に役立つと考えられる。さらに、可溶化型G−CSFを遺伝子組換え法により大量に生産し、その三次構造を解析する、等により、G−CSFレセプターに、効率よく結合するタンパク質や化合物を開発することも可能である。
【0016】
ネズミG−CSFレセプターをコードするDNAのクローニングは、次記の方法により行われた。即ち、G−CSFレセプターの発現率が高いマウス骨髄性白血病細胞NFS−60からG−CSFレセプターを精製し、その分子量が100,000−130,000ダルトンであることを確認した。さらに、該細胞から、グアニジンチオイソシアネート/CsCl法で全RNAを調製し、poly(A)RNAを選択した。次いで、逆転写酵素、DNAポリメラーゼなどを用いて2本鎖cDNAを合成し、哺乳類発現ベクターCDM8(シード、Nature 329、840−842(1987))をベクターとするcDNAライブラリーを構築した(60−80クローンの884プール)。各プールからプラスミドDNAを調製してCOS−7細胞に導入し、放射性ヨウ素でラベルしたG−CSFを用いて結合活性を示す2つのプールI62およびJ17を選択した。これらのプールから、G−CSFとの結合活性が高い2個の独立のクローン、プラスミドpI62およびpJ17を同定した。これらのプラスミドで形質転換されたCOS細胞は、G−CSFと結合活性を有するレセプターを発現した。
【0017】
次いで、プラスミドpJ17およびpI62の塩基配列を決定した結果、これらはいずれもネズミG−CSFレセプターの完全なコーディング領域を含有しているが、poly(A)配列もpoly(A)付加シグナルも含有していないことが分かった。そこで、pJ17の2.5kb HindIII−XbaIをプローブとするコロニーハイブリザイゼーションによって、上記cDNAライブラリーを再度スクリーニングし、陽性クローンの1つ(pF1)を選択した。これは603bpの3'非コーディング領域と、2個の重複するpoly(A)付加シグナルを含有していた。これら3個のクローン化cDNA(pI62、pJ17およびpF1)の塩基配列およびそれより類推されるアミノ酸配列を図1−3、および配列表の配列番号1、2に示す。また、その模式図および制限酵素切断点地図、並びにハイドロパシープロットを第2図に示す。
【0018】
本発明によりクローニングされたネズミG−CSFレセプターcDNAは以下の特徴を有する。
ヌクレオチド180−182の開始コドンATGとヌクレオチド2691−2693の終止コドンTAGとの間に長いオープン・リーディング・フレーム(2,511ヌクレオチド)を有する。その5'上流側には3個の開始コドンとなり得るコドンが、73、105および126位に存在しているが、いずれの下流にも短いオープン・リーディング・フレームしか存在しない。プラスミドpI62をHindIII消化してcDNAからこれらATGコドンを欠失させてもCOS細胞内での組換えG−CSFレセプターの発現は増減しないということが分かった。
【0019】
さらに、ロング・オープン・リーディング・フレームのN−末端配列には疎水性アミノ酸からなる配列が存在し、これはシグナル配列と思われる。そして、代表的なシグナルペプチド開裂部位の配列との比較によりN−末端25アミノ酸がシグナル配列と類推された。
【0020】
以上から、成熟ネズミG−CSFレセプターは、812アミノ酸から成り、理論分子量90,814であると結論された。この値は125Iヨウ素放射G−CSFとの結合実験の値(実施例2(2)参照、図7)や精製ネズミG−CSFレセプターの分子量(95,000−125,000)と比較して5,000−35,000ダルトン少ない。この差異はおそらくG−CSFレセプターの細胞外領域に認められる11個の推定N−グリコシル化部位(Asn−X−Thr/Ser)の幾つかに糖鎖が結合していることによるものであろう(図1−3)。
成熟G−CSFレセプターのアミノ酸配列のヒドロパシープロット(図4、B)(カイトおよびドゥーライト、J.Mol.Biol.157、105−132(1982))によると、Leu−602からCys−625に至る24個のアミノ酸は非荷電アミノ酸であり、3個の塩基性アミノ酸がこれに続く。これらの特徴は多くの膜タンパク質における膜貫通領域に認められる特徴と一致している。
【0021】
このように、成熟G−CSFレセプターは601アミノ酸の細胞外ドメイン、24アミノ酸の膜貫通領域(単一のトランスメンブラン領域)、および187アミノ酸の細胞質ドメインからなる。細胞外ドメインのNH2末端373個のアミノ酸はシステイン残基に富んでおり(17/373アミノ酸)、これは多くのレセプターのリガンド結合領域に共通する性質である(マクドナルトら、BritishMedical Bulltein 455、54−569(1989))。エリスロポエチンレセプター(ドアンドレらCell 57、277−285(1989))と同様、G−CSFレセプターもプロリンに富み(80残基、9.9%)、また、ネズミG−CSFレセプターはトリプトファン残基をかなり高含有率で含有する(26残基、3.2%)。
【0022】
以上から明らかな様に、本発明により決定されたネズミG−CSFレセプターは、増殖および分化因子のレセプターに共通する特徴である、N末端のシグナル配列、単一のトランスメンブラン領域、N末端部分における細胞外ドメイン、C末端部分における細胞内ドメインから成る。
さらに、ネズミG−CSFレセプターのアミノ酸配列と他の増殖因子のレセプターのアミノ酸配列とを比較して以下の結果を得た(図9−11)。比較に用いたのは、成長ホルモン、プロラクチン、エリスロポエチン、IL−6、IL−2、IL−4、IL−3、GM−GSFのレセプターであって、これらはすべて増殖因子レセプター群に属する。図9に示されているように増殖因子レセプター群で共通に見い出されるシステインとトリプトファン残基はG−CSFレセプターにおいても保存されており、“WSXWS”モチーフ(ギアリング、EMBO J.83、667−3676(1989)、イトウら、Science 247、324−326(1990))もアミノ酸残基294−298に認められ、該G−CSFが同群に属することを示唆している。このG−CSFレセプターと他の血液細胞増殖因子レセプター群の比較により、G−CSFとIL−6の相同性は44.6%であるが、そのレセプター間の相同性はG−CSFレセプターとプロラクチンレセプターとの相同性に比較して低い。また、図10に示されているようにG−CSFレセプターの細胞外領域のアミノ酸配列(376−601)とニワトリコンタクチン(ランシト、J.Cell.Biol.107、1561−1573(1988))の細胞外領域の一部とに有意な相同性が認められる。コンタクチンは神経細胞表面糖タンパク質(130kD)であって神経系の細胞間情報伝達に関連しているとされている。コンタクチンのアミノ酸残基737−818は細胞、ヘパリンおよびDNAとの結合に関連するフィブロネクチンIII型セグメントと相同性を保持しており、この領域は細胞同士の付着に重要な役割を担っていると思われる。骨髄では常に顆粒球が形成されており、好中球の前駆細胞と骨髄質細胞との直接相互作用の存在が示されている(ロバートら、Nature 332、376−378(1988))。上記のネズミG−CSFレセプターとコンタクチンの細胞外領域の類似性はこの領域が好中球の前駆細胞と骨髄質細胞との相互作用に関与していることを示唆するものである。
【0023】
G−CSFの細胞質ドメインは、他の増殖因子レセプターと同様、セリン(12.8%)およびプロリン(12.3%)に富む。そして、G−CSFレセプターのトランスメンブランおよび細胞質領域の配列はIL−4レセプターと有意に類似する。
【0024】
図11に示すように、G−CSFレセプターのトランスメンブラン領域および細胞質領域の最初の46アミノ酸はネズミIL−4の対応する領域と相同である(50.0%)。さらに、G−CSFレセプターのアミノ酸残基672−808はIL−4レセプターのアミノ酸残基557−694と有意な類似性を持つ(45.4%)。このことは、G−CSFによる細胞への情報伝達とIL−4による情報伝達が同様の機構で起こっていることを示唆するものである。
【0025】
本発明においては、ネズミ白血病細胞NFS−60細胞から得たmRNAの逆転写によりcDNAを得たが、このcDNAは同一動物の他の細胞(例えば、WEHI−3BD細胞やマウス骨髄細胞)のmRNAからも得ることができる(図8参照)。また、それは他の動物種(例えばヒト)のゲノムとも相同である。
【0026】
G−CSFレセプターの3.7kb mRNAはNFS−60細胞のみならずWEHI−3BDにも検出された(同図)。このことはG−CSFによるNFS−60細胞の増殖とWEHI−3BD細胞の分化が同一G−CSFレセプターに関連していることを示唆するものである。NFS−60およびWEHI−3BD細胞に対するG−CSF作用が増殖と分化という異なる結果をもたらすのは、レセプターより下流のシグナル伝達機構が異なることに起因すると思われる。例えば、骨髄細胞の分化に関与すると思われるc−mybおよびevi−1部位がNFS−60細胞内では再編成されているが、WEHI−3BD細胞内では再編成されていないという相違点が報告されている(モリシタら、Cell 54、831−840(1989))。
【0027】
本発明のネズミG−CSFレセプターをコードするDNAは図1−3に記載の塩基配列に従って得ることができる。これは、受託番号、微工研菌寄第11353号(FERM P−11353)の下で通商産業省工業技術院微生物工業技術研究所に寄託され(寄託日:平成2年3月9日)、その後ブダペスト条約の下で国際寄託に移管されたEscherichia coli.pI62から常法通り単離することができる(国際寄託における受託番号:微工研条寄第3312号(FERM BP−3312;移管日:平成3年3月16日)。あるいは化学合成することも可能であり、さらには該配列に基づいて、通常、約30ヌクレオチドのプローブを合成し、これをゲノムライブラリーまたはcDNAライブラリーのハイブリザイゼーションプローブとして用いることにより、得ることもできる。そのようなライブラリーは、上記のごとく、G−CSFレセプターを発現する任意の種、例えばヒト、マウス、ラット、その他の動物から調製することができる。プローブとして用いるDNAの合成およびハイブリザイゼーション法は当業者に既知である。ゲノムライブラリーおよびcDNAライブラリーの調製も当業者既知である。
【0028】
また本発明のヒトG−CSFレセプターをコードするcDNAのクローニングは、次記の方法により行われた。即ち、G−CSFレセプターの発現率が高いヒト胎盤およびU937細胞(human histiocytic lymphoma,ATCC CRL1593)から全RNAを調製し、poly(A)RNAを選択した。次いで、逆転写酵素、DNAポリメラーゼなどを用いて2本鎖cDNAを合成し、哺乳類発現ベクターpEF−BOS(図21参照)を用いてcDNAライブラリーを構築した。一方、前述のネズミG−CSFをコードするDNAからハイブリダイゼーションプローブを調製し、該プローブを用いるコロニーハイブリダイゼーションあるいはプラークハイブリダイゼーションによって上記cDNAライブラリーをスクリーニングし、陽性クローンを選択した。
【0029】
U937細胞から調製したcDNAライブラーから5個の陽性クローンが単離された(pHQ1〜pHQ5)。他方、ヒト胎盤から調製したcDNAライブラリーから100個以上の陽性クローンが得られ、その内6個の陽性クローンを単離してEcoRI消化し、得られたEcoRI断片をpBluescript SK(+)でサブクローニングした。次いで、単離したcDNAを制限酵素マッピングおよびDNA配列決定により分析した。その結果、クローンは以下の3クラスに分類されることが分かった。胎盤およびU937細胞から得られたcDNAの大部分がクラス1に属していた。
【0030】
クラス1:プラスミドpHQ3(U937細胞)およびpHG12(胎盤)
このクラスのクローンは836アミノ酸のタンパク質をコードする大きいオープン・リーディング・フレームを有する。その塩基配列および推定のアミノ酸配列を図13、14および配列番号3、4に示す。推定のアミノ酸配列のヒドロパシー分析により、このクラスのcDNAによってコードされているG−CSFレセプターは、N末端から23アミノ酸残基のシグナル配列、604残基の細胞外ドメイン、26残基からなる膜貫通領域(トランスメンブラン・ドメイン)、および183残基の細胞質ドメインを含有することが示された。プラスミドpHQ3(pHG12と同一)の制限酵素切断点は図16に記載されている。
【0031】
このプラスミドにコードされているヒトG−CSFレセプター(813アミノ酸)の推定の分子量は従来のヒトG−CSFレセプターの分子量と30,000〜60,000ダルトン相違している。これは細胞外領域に存在する9個の潜在的N−グリコシル化部位がグリコシル化されていることによるものと考えられる。
【0032】
本発明によりクローニングされたヒトG−CSFレセプターとネズミG−CSFレセプターとの相同性はヌクレオチド配列レベルで72%、アミノ酸配列レベルで62.5%であり、アミノ酸配列における相同性は分子の全領域を通して均一であった。このヒトG−CSFレセプターの細胞外ドメインには17個のシステイン残基があり、その14個はヒトおよびネズミで保存されている。さらに該細胞外ドメインには、サイトカインレセプターに共通する保存的な“WSXWS"モチーフも存在しており、ヒトG−CSFレセプターがサイトカインレセプター群に属することが示された。
【0033】
クラス2:プラスミドpHQ2(U937細胞)
プラスミドpHQ2の塩基配列は、pHQ3の配列から、ヌクレオチド番号2,034−2,121の88ヌクレオチドが欠失していることを除いてpHQ3のそれと同一である。この88ヌクレオチド領域には膜貫通領域が含まれている。該プラスミドの欠失開始部位から下流のヌクレオチド配列を図15Aに示す。クラス2のクローンの塩基配列および推定のアミノ酸配列を配列番号5、6に示す。
【0034】
図から明らかに、pHQ2においては、欠失部位から下流の150アミノ酸をコードする翻訳リーディングフレームの配列がpHQ3の配列と異なっており、分泌、可溶化型のG−CSFレセプターをコードしていると考えられる。このレセプターは748アミノ酸からなり、分子量の計算値は82,707である。
【0035】
クラス3:プラスミドpHG11およびpHG5(胎盤)
これらのプラスミドはpHQ3の配列において、ヌクレオチド番号2,210位に81bpの挿入を含有するものである。挿入位置はG−CSFレセプターの細胞質ドメインであり翻訳オープンリーディングフレームは変化していない。挿入部分のヌクレオチド配列および推定のアミノ酸配列を図15Bに示す。また、クラス3のクローンの塩基配列および推定のアミノ酸配列を配列番号7、8に示す。プラスミドpHQ2によってコードされているレセプターのアミノ酸数はクラス1のG−CSFレセプターよりも27個多く、分子量は2,957大きい。この挿入部を有するcDNAの制限地図を図16に示す。
【0036】
上記3種のヒトG−CSFレセプターcDNAのG−CSFとの結合活性を調べたところ、クラス1のプラスミドpHQ3で形質転換されたサルCOS細胞はネズミ125I−G−CSFと高い親和性を有していた(結合における解離定数は550pMであり、レセプター数は3.4×104個/細胞)。この結合における親和性は、COS細胞によって発現されたネズミG−CSFレセプターに対するネズミG−CSFの結合における親和性とほぼ同一であった。天然にU937細胞表面に存在するレセプターに対するヒトG−CSFの結合親和性は解離定数424pMである[パーク(Park,L.S.)、ワルドロン(Waldron,P.E.)、フレンド(Friend,D.)、サッセンフェルド(Sassenfeld,H.M.)、プライス(Price,V.)、アンダーソン(Anderson,D.)、コスマン(Cosman,D.)、アンドリュー(Andrews,R.G.)、バーンステイン(Bernstein,I.D.)およびアーダル(Urdal,D.L.)、ブラッド(Blood)、74、56〜65(1989)]ことから、pHQ3によってコードされているポリペプチドはG−CSFと十分に高い親和性を有するレセプターである。
【0037】
他方、クラス2のpHQ2によりコードされたポリペプチドは一部を欠失していることから、pHQ2cDNAで形質転換されたCOS細胞とネズミ125I−G−CSFとの結合は極めて低レベルであった。解離定数は440pMであって結合部位は6×10/細胞であった。このことからも膜貫通領域を欠くpHQ2によりコードされているレセプターは細胞から分泌された可溶化型であると考えられる。
【0038】
クラス3のcDNAの結合特性を調べるために、pHQ3cDNAの5'側の配列とpHG11の3'側の配列とを哺乳類発現ベクターpEF−BOSに挿入して発現プラスミドpQW11を構築した。このプラスミドを用いてCOS細胞を形質転換し、得られた形質転換体とネズミ125−G−CSFとの結合分析を行った結果、細胞質ドメインにおける27アミノ酸挿入体は、G−CSFとの結合活性に殆んど影響していないことが分かった。
【0039】
本発明のヒトG−CSFレセプターをコードするDNAの塩基配列は図13、14および配列番号3、5、7に記載されている。このDNAは、受託番号、微工研菌寄第11566号、第11567号および第11568号の下で通商産業省工業技術院微生物工業技術研究所に寄託され(寄託日:平成2年6月28日)、その後ブダペスト条約の下、平成3年3月16日付けで国際寄託に移管されたEscherichia coli.pHQ2、Escherichia coli.pHQ3およびEscherichia coli.pHG11から常法通り単離することができる。これらの国際寄託における受託番号および移管日は下記の通りである。Escherichia coli.pHQ2;受託番号:微工研条寄第3313号(FERM BP−3313);Escherichia coli.pHQ3:微工研条寄第3314号(FERM BP−3314);Escherichia coli.pHG11:微工研条寄第3315号(FERM BP−3315)。
【0040】
本発明者らはまた、これらのヒトG−CSFレセプターcDNAから調製したプローブを用い、ノーザンハイブリダイゼーションにより、種々のヒト組織細胞をG−CSFレセプターRNAの存在に関して分析した。U937細胞、胎盤およびKG−1細胞が3.7kbの単一バンドを与え、中でも、胎盤がG−CSFレセプターのmRNAを大量に発現していることが確認された。
【0041】
さらに、PCR法により、細胞により発現されるレセプターの種類を検討し、クラス1G−CSFレセプターは、U937および胎盤細胞の両者、クラス2の可溶化型レセプターはU937細胞、挿入体を有するクラス3レセプターは胎盤細胞により発現されることを確認した。
【0042】
また、サザーンハイブリダイゼーションにより、G−CSFレセプターをコードする遺伝子の数を検討した結果、ヒトハプロイドゲノムあたり、単一の遺伝子が存在することを見いだした。
【0043】
本発明により、ヒトG−CSFレセプターをコードするDNAのヌクレオチド配列が明らかになったので、このDNAを用いて適当な宿主系で機能する発現ベクターを構築し、その発現ベクターで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により、組換えヒトG−CSFレセプターを製造することができる。このようにして得られた組換えヒトG−CSFレセプターは、白血病の診断やヒトG−CSFの作用機構の解明等、様々な目的に有用である。
【0044】
本発明のG−CSFレセプターをコードするcDNAのヌクレオチド配列はマウスについては図1−3および配列番号1、ヒトについては図13−15および配列番号3、5、7に記載されているが、当業者ならば、これらのDNAから、ヌクレオチドの挿入、置換または欠失により、容易に同様の活性を有する誘導体を導くことができるということを理解するであろう。従って、そのようにして導かれるDNAも本発明の範囲に包含されるものである。
【0045】
本発明の目的を達成するために用いるG−CSFと結合するポリペプチドは、必ずしも成熟G−CSFレセプターであることを必要としない。むしろ、G−CSFとの結合活性を有する断片であることが好ましい場合もある。同様に、成熟G−CSFレセプターをコードするDNAの全配列および、G−CSFをコードするDNAとの結合活性を有する、成熟G−CSFレセプターの一部をコードするDNA断片もまた有用である。
【0046】
従って本発明は、G−CSFと結合し得るレセプターペプチド、並びに該ペプチドをコードするDNAを提供するものである。
【0047】
このように、本発明のG−CSFレセプターペプチドをコードするDNAは、成熟G−CSFレセプター、並びに該成熟G−CSFレセプターのG−CSFとの結合活性を有するペプチド断片をコードするDNAを包含する。
【0048】
本発明のDNAを用いて他の動物種のG−CSFレセプターをコードするDNAを得、G−CSFレセプターの発現ベクターを構築し、適当な培養細胞に導入して、G−CSFレセプターを発現させることができる。
【0049】
本発明のG−CSFレセプターをコードするDNAを含有する発現ベクターは種々の方法で構築することができるので、当業者は適宜選択すればよい。G−CSFレセプター遺伝子の発現に適したベクターは、G−CSFレセプターDNA配列の挿入部位の直ぐ上流に転写開始のためのプロモーターを有するものが好ましい。適当なプロモーターも当該技術分野で既知であり、宿主細胞内での機能特性に応じて選択することができる。例えば、マウスメタロチオナインプロモーターおよびSV−40スモールTプロモーターを、それぞれ、ネズミおよびサル細胞に用いることができる。細菌プロモーターを、細菌内でG−CSFを発現させるのに用いることもできる。G−CSFレセプター配列の挿入部位下流にpoly−Aシグナルがあることが望ましい。ベクター中には薬物耐性マーカーのような選択可能マーカーが存在することが望ましい。特に望ましいマーカーとしてネオマイシン耐性遺伝子を挙げることができる。
【0050】
発現ベクターはG−CSFレセプターをコードするDNAを適当なベクターに挿入することにより構築することができる。適当なベクターは、プロモーター、polyAシグナル、選択マーカーその他の条件を考慮し、当該技術分野で既知のものから選択する。本発明のcDNAを挿入し、培養細胞に導入してこのcDNAを発現する目的に用いることができるDNAベクターとして、例えばpSV2、ウシパピローマウィルスDNAを挙げることができる。
【0051】
本発明のG−CSFレセプターの発現に用い得る培養細胞は複製可能で図1−3もしくは図13−15に記載のDNAを発現し得るものであればよい。例えば、大腸菌のような原核性微生物、S.セレビシエのような真核性微生物、さらには哺乳類細胞が用いられる。組織培養細胞にはトリ、または哺乳類細胞、例えばネズミ、ラットおよびサル細胞が含まれる。適当な宿主細胞−ベクターシステムの選択および使用方法等は、当業者に既知であり、それらの内から本発明のG−CSFレセプターをコードするcDNAの発現に適した系を任意に選択することができる。
【0052】
以下に実施例を挙げ、本発明をさらに詳しく説明するが、これらの実施例は本発明を制限するものではない。
【実施例】
実施例1 ネズミG−CSFレセプターDNAのクローニング
1)細胞
ネズミ骨髄性白血病細胞NFS−60(ワインシュタインら、Proc.Natl.Acad.Sci.USA 83、5010−5014(1986);セント・ジュード・チャイルドレンズ・リサーチ・ホスピタルのJ.Ihle氏から寄贈)を、10%ウシ胎児血清(FCS)および10〜20単位/mlの組換えマウスIL−3を加えたRPMI1640培地で培養した。
COS−7細胞は常法通り10%FCS含有ダルベッコの改良イーグル培地(DMEM)で維持した。
【0053】
2)組換えG−CSFなどの増殖、分化因子
ヒトG−CSFcDNA(ツチヤら、1987、前掲)を担持するウシパピローマウイルス発現ベクター(フクナガら、Proc.Natl.Acad.Sci.USA 81、5086−5090(1984))で形質転換したマウスC127I細胞の培養液より、ヒト組換えG−CSFを精製した。
マウスG−CSFを、同様の発現システムを用い、均一タンパク質として精製した。チャイニーズハムスターの卵巣細胞によって産生されたヒト組換えG−CSFおよびM−CSFは中外製薬(日本)から得た。
E.coliによって産生されるヒト組換えG−CSFはアマーシャム(Amersham)から購入した。
マウス組換えIL−3およびGM−CSFはミヤジマおよびアライ氏(DNAXインスティチュート)から得た。
マウス組換えIL−6およびマウス組換えLIFは、それぞれ、ヒラノ氏(大阪大学)およびニコラ氏(ウオルター・エリザ・ホール・インスティチュート)から得た。
ラットプロラクチンはケミコンインターナショナル、インコーポレーテッドから購入した。
放射性ヨウ素でラベルしたネズミ組換えG−CSFは、改良IODO−GEN法(フレイカーおよびスペック、Biochem.Biophys.Res.Commun.80、849−857(1978))により作成した[比活性:6−8×104cpm/ngタンパク質(1,200〜1,600cpm/fmole)]。
【0054】
3)CDM8cDNAライブラリー
対数増殖期のNFS−60細胞からグアニジンイソチオシアネート/CsC1法で全RNAを調製し、オリゴ(dT)ーセルロースカラムクロマトグラフィーでpoly(A)RNAを選択した。逆転写酵素(生化学工業から購入)とアマーシャム社のキットを用い、文献記載(ナガタら、Nature 319、415−418(1986))に従って2本鎖cDNAを合成した。
【0055】
得られた平滑末端cDNAにBstXIアダプターを付加し、1%アガロースゲルで電気泳動した。1.8kb以上のcDNAをゲルから回収し、BstXIー消化哺乳類発現ベクターCDM8(シード、1987、前掲)に結合(ライゲーション)させ、得られたDNAでE.coli MC1061/p3細胞を形質転換した(電気穿孔法、ダウエルら、Nucleic Acids Res.16、6127−6145(1988))。
【0056】
4)DNAの調製
6×104個の細菌コロニーを24ウエルのマイクロタイタープレートに、ウエルあたり60〜80コロニーの密度でプレートした。コロニーの各プールごとにグリセリン培養を調製した。各グリセリン培養の一部をLBブロスに接種し、煮沸法(ボイリング法)で各プールからプラスミドDNAを調製し(マニアティスら、Molecular Cloning:A Laboratory Manual 1982)、フェノール抽出およびエタノール沈澱に付した。
【0057】
5)COS−7細胞のトランスフェクション
6ウエルのマイクロタイタープレートでCOS−7細胞の単層培養を得、この細胞を改良DEAEデキストラン法(ソンパイラックおよびダンナ、Proc.Natl.Acad.Sci.USA 787、575−7578(1981))により上記4)で調製したプラスミドDNAを用いてトランスフェクションした。
即ち、約50%の全面成長した細胞を血清不含DMEMで3回洗浄し、37℃で8時間、50mM Tris−HCl(pH7.3)、0.3mg/ml DEAE−デキストランおよびプラスミドDNA1μgを含有するDMEM0.6ml中でインキュベートした。20%グリセリン含有Tris−HCl緩衝化食塩水を用い、室温で2分間グリセリンショックに付した後、細胞をDMEMで2回洗浄し、10%FCS含有DMEM中でインキュベートした。
【0058】
6)G−CSFレセプターを発現しているCOS−7細胞(形質転換体)のスクリーニング
トランスフェクションから72時間後、COS−7細胞を、10%FCSおよび20mM HEPES含有DMEM(pH7.3)(結合培地)で洗浄し、結合培地0.6ml中の125I−G−CSF(1.7×105cpm(200pM))と共に37℃で2時間インキュベートした。結合しなかった放射活性G−CSFを除去し、細胞を0.7mM CaClと0.5mM MgClを補充したりん酸緩衝化食塩水(PBS)で3回、PBSで1回洗浄した。次いで、細胞をトリプシン処理して回収し、細胞と結合した放射活性をAUTO−GAMMA 5000 MINAXI ガンマカウンター(Packard)で計数した。125IでラベルしたG−CSFとCDM8ベクターでトランスフェクトされたCOS細胞とのバックグラウンド結合は308±38(SD)cpmであった。一方、cDNAを含むプラスミドDNAのプールで形質転換したCOS細胞のうち、2つのプール(I62とJ17)のプラスミドDNAを導入したCOS細胞が125I−G−CSFと有意な結合を示した(それぞれ500cpm、912cpm)。
【0059】
各陽性プール(I62とJ17)から得た144の独立のクローンを24ウエルのマイクロタイタープレート(6プレート)で培養し、12×12クローンを用いてsib選択に付した(マニアティスら、前述、1982)。プラスミドのミニプレパレーション、およびCOS−7細胞のトランスフェクションの後、125I−G−CSFとの結合反応を行い、各陽性プールから単一のクローンを選択した。
【0060】
すなわち、プールI62およびJ17の細菌クローンを各12クローンの12サブグループに分けた。幾つかのサブグループはCOS細胞への125I−G−CSFの結合反応が3710および4010cpmであった。そして各陽性サブグループの単一のクローンを分析して2個の独立のクローンpI62およびpJ17を同定した。pI62およびpJ17のプラスミドDNAでCOS−7細胞をトランスフェクトしたときの125I−G−CSF結合値はそれぞれ30300cpmおよび31600cpmであった。次いで、プラスミドpJ17およびpI62の塩基配列を決定したところ、これらはいずれもG−CSFレセプターの完全なコーディング領域を含有しているが、poly(A)配列もpoly(A)付加シグナルも含有していないことが分かった。そこで、pJ17の2.5kb HindIII−XbaIをプローブとするコロニーハイブリザイゼーションによって、上記cDNAライブラリーを再度スクリーニングし、陽性クローンの1つ(pF1)を選択した。これは603bpの3'非コーディング領域を含み、その領域には、2個の重複するpoly(A)付加シグナルが存在していた。これら3個のクローン化cDNA(pI62、pJ17およびpF1)の塩基配列およびそれより類推されるアミノ酸配列を図1−3に示す。また、その模式図および制限酵素切断点地図、並びにハイドロパシープロットを図4に示す。
【0061】
実施例2 クローニングしたネズミG−CSFレセプターDNAの特性化
1)クローン化G−CSFレセプターの結合活性
125I−G−CSFとCOS細胞およびNFS−60細胞との結合を調べた。
15cmのプレート上で培養したCOS細胞を、20μgのpI62またはpJ17でトランスフェクションした。グリセリンショック後、12時間後に6ウエルのマイクロタイタープレートに分割して入れ、10%FCS含有DMEM中、60時間培養した。細胞を結合培地で洗浄し、種々の量の125I−G−CSF(10pM−1.2nMの範囲)と一緒に4℃で4時間インキュベートした。125I−G−CSFと細胞の非特異結合を測定するために大過剰の非標識G−CSF(800nM)の存在下で結合反応を行い、全結合活性から非特異的に結合した放射活性を差し引くことにより特異的結合活性を求めた。
【0062】
一方、5.2×106個のNFS−60細胞を、種々の濃度の125I−G−CSFを含有する10%FCSと20mM HEPES(pH7.3)からなるRPMI−1640培地0.3ml中で4℃で4時間インキュベートすることにより、該細胞とG−CSFとを結合させた。図5に結果を示す。Aは125I−G−CSFとCOS細胞との飽和結合を示す。上記のごとく、プラスミドpJ17で1×106COS細胞をトランスフェクションした後、種々の量の125I−G−CSFの存在下、過剰量の非標識G−CSFの存在下または非存在下でインキュベートした。白丸は全結合、白三角は非特異結合、黒丸は特異結合を表し、特異結合は全結合と非特異結合の差として求めた値である。BはCOS細胞へのG−CSF結合データのスキャッチャードプロットを示すグラフである。Cは125I−G−CSFのNFS−60細胞への飽和結合を示すグラフであって、白丸は全結合、白三角は非特異結合、黒丸は特異結合を表し、特異結合は全結合と非特異結合の差として求めた値である。DはNFS−60細胞へのG−CSF結合データのスキャッチャードプロットを示すグラフである。該グラフから、COS細胞で発現されたG−CSFレセプターの平衡解離定数は290pMであって、細胞あたり3.0×104個のレセプターが存在することが分かる。COS細胞のトランスフェクション効率を10−20%とする(ソンパイラックおよびドナ、Proc.Natl.Acad.Sci.USA 78、7575−7578(1981))と、トランスフェクション陽性のCOS細胞は組換えG−CSFレセプターを1.5〜3.0×105個/細胞の頻度で発現していると予測される。NFS−60細胞上の固有のG−CSFレセプターの平衡解離定数は180pM(図5D)であるので、これらの結果はプラスミドpJ17にコードされているcDNAがネズミG−CSFに高い親和性を有するレセプターを発現するのに充分であることを示唆している。
【0063】
次いで、COS細胞で発現された組換えG−CSFレセプターのG−CSFとの結合特異性を調べた。上記と同様にG−CSFレセプターのcDNA(pJ17)でトランスフェクションされたCOS細胞を1μgの非標識ネズミG−CSF、ヒトG−CSF、ネズミGM−CSF、ネズミIL−6、ネズミLIF、ラットプロラクチンまたはヒトM−CSFの存在下または非存在下で2ngの125I−G−CSFと一緒にインキュベートした。ヒトG−CSFとしては、ネズミC127細胞、チャイニーズハムスターの卵巣細胞または大腸菌によって産生された組換えヒトG−CSFを用いた。各実験でCOS細胞と結合した125I−G−CSFの放射活性を競合物質不在の場合の値に対する%で表した。結果を図6に示す。
【0064】
ヒトG−CSFはネズミG−CSFとネズミWEHI−3B D細胞との結合に競合する(ニコラら、1985、前掲)。哺乳類細胞または大腸菌のいずれかによって産生された非標識組換えヒトG−CSFは、標識したネズミG−CSFと、プラスミドpJ17でトランスフェクションされたCOS細胞の結合反応において充分競合した(図6)。これに対し、非標識組換えネズミGM−CSF、ネズミIL−3、ネズミIL−6、ネズミ白血病阻害因子(LIF)、ラットプロラクチンまたはヒトM−CSFによっては125I−G−CSFのCOS細胞への結合は全く、阻害されなかった。
【0065】
2)クロスリンキング反応
G−CSF125I−G−CSFとCOS細胞によって発現されたレセプターとのクロスリンキング反応を以下のようにして行った。
上記のごとく、プラスミドpI62でトランスフェクションした8×105のCOS細胞(3.5cmプレート)を1.2nMの125I−G−CSFと一緒に、1.5μMの非標識G−CSFの存在または非存在下、結合培地0.6ml中、4℃で2.5時間インキュベートした。セルリフターを用いてプレートから細胞をかきとり、PBS1mlで3回洗浄した。クロスリンキング反応は、150μMスベリン酸ジスクシンイミジル(DSS)および150μM酒石酸ジスクシンイミジル(DST)を含有するPBS1ml中で20分間、氷上で行った。1MTris−HCl(pH7.4)50μlを加えて反応を止め、遠心して細胞を収集し、プロテアーゼインヒビター混合物(2mM EDTA、2mM(p−アミノフェニル)メタンスルホニルフルオリド塩酸塩、2mM O−フェナンスロリン、0.1mMロイペプチン、1μg/mlペプスタチンAおよび100単位/mlアプロチニン)を含有する1%Triton X−100 15μlで細胞を溶解した。遠心して上清を得、この澄明なライゼート(10μl)をSDSの存在下4〜20%ポリアクリルアミドゲルグラディエント電気泳動にかけて分析した(レムリ、Nature 227、680−685(1970))。強化スクリーンを用い、−80℃で2日間X−線フィルムに感光した。サイズマーカーとして14Cラベル分子量標準(レインボウマーカー、アマーシャム)を並行して電気泳動させた。
【0066】
結果を図7に示す。レーン2は過剰量の非標識ネズミG−CSFの存在下、レーン3および4は非存在下のクロスリンキング反応の結果を表す。ただし、レーン3ではDSSおよびDSTを含まない反応の結果である。レーン5はネズミNFS−60細胞(3×106細胞/レーン)を同様に125I−G−CSFと一緒に、過剰量の非標識G−CSFの存在下、レーン6は非存在下でインキュベートし、DSSおよびDSTによりクロスリンキングさせた実験の結果を表す。レーン1および7はそれぞれサイズマーカーとして用いた14Cラベル分子量標準(レインボウマーカー、アマーシャム)である。タンパク質標準の分子量をkDで示す。
【0067】
NFS−60細胞上のG−CSFレセプターと標識化ネズミG−CSF(分子量25,000)とのクロスリンキング反応で見掛けの分子量125,000−155,000(レーン6)が得られ、これはNFS−60上のネズミG−CSFレセプターの分子量が100,000−130,000であることを示唆している。同様に、ネズミ125I−G−CSFとCOS細胞上で発現したレセプターとのクロスリンキング反応で分子量120,000−150,000(レーン4)に主バンドを得、これはNFS−60細胞に検出した値とやや異なっている。これらのバンドはクロスリンキング反応を非標識G−CSFの存在下(レーン2および5)、または結合試薬が存在しないとき(レーン3)には認められなかった。COS細胞とNFS−60細胞の分子量に僅かな相違はこれらの細胞系でのレセプターのグリコシル化が相違することで説明することができる。
【0068】
3)ハイブリダイゼーション
コロニーハイブリダイゼーションとノーザンハイブリダイゼーションを文献記載の方法(マニアティス、Cold Spring Harbor、New York:Cold Spring Harbor Laboratory(1982))に従って行った。プローブとして、クローンpJ17の2.5kb HindIII−XbaI断片をランダムプライマーラベリング法(ファインバーグおよびボーゲルシュタイン、Anal.Biochem.13、26−13(1983))により32Pで標識したものを用いた。ノーザンハイブリダイゼーションの結果を図8に示す。
【0069】
ネズミの種々の組織から調製した全RNAまたはpoly(A)RNAを用いた。それらは、L929(レーン1)、NFS−60(レーン2および3)、FDC−P1(レーン4)、WHEI−3BD(レーン5)またはマウス組織、脳(レーン6)、肺(レーン7)、脾臓(レーン8)、骨髄(レーン9)、肝臓(レーン10)、および腎臓(レーン11)である。全RNA30μg(レーン1、および3〜11)またはpoly(A)RNA2μg(レーン2)を6.6%ホルムアルデヒド含有1.3%アガロースゲル電気泳動にかけ、上記の文献記載の方法に従い、ノーザンハイブリザイゼーションで分析した。
【0070】
実施例3 クローニングしたネズミG−CSFレセプターDNAの塩基配列および該DNAにコードされているポリペプチドのアミノ酸配列
1)ヌクレオチド配列決定
DNA配列決定はT7−DNAポリメラーゼ(ファルマシア)およびα−35S dATPαS(アマーシャム)を用いるジデオキシヌクレオチド鎖決定法で行った。結果を図1−3および図4に示す。
図1−3はネズミG−CSFレセプターcDNA(pI62、pJ17およびpF1)のヌクレオチド配列およびそれより類推されるアミノ酸配列を示す。各ラインの上下の数字はそれぞれ、ヌクレオチド位置およびアミノ酸位置を表し、アミノ酸は成熟G−CSFレセプターのCys−1から始まっている。アミノ酸配列でシグナル配列および膜貫通領域には下線を引いた。2つのオーバーラップしたpoly(A)付加シグナル(AATAAA)にも下線を引いて示した。潜在的なN−グリコシル化部位(Asn−X−Ser/Thr)(細胞外領域の11および細胞質領域の2)は箱で囲まれている。
【0071】
図4はネズミG−CSFレセプターcDNAであって、Aは3つの独立したcDNA(pI62,pJ17,pF1)の模式図および制限地図である。長方形で囲んだ部分はオープンリーディングフレームである。点描および塗り潰した部分はそれぞれ、シグナル配列および膜貫通領域を表す。制限酵素切断部位も示されている。BはネズミG−CSFレセプターのアミノ酸配列のヒドロパシープロットであって、これは10残基のウインドウを用いるカイトおよびドゥーライトの方法(1982)によって得られた。図の下の番号は前駆体タンパク質のアミノ酸残基の位置を表す。
【0072】
2)G−CSFレセプターのアミノ酸配列と他の成長因子レセプターアミノ酸配列との比較(図9−10)。
図9にG−CSFレセプターとプロラクチンおよび成長ホルモンレセプターを並列に示す。ネズミG−CSFレセプターの96−317アミノ酸配列とラットプロラクチンおよびヒト成長ホルモンレセプターとを比較し、幾つかのギャップ(−)を導入して得られる最大ホモロジーを示す。2配列における同一残基は実線で囲み、好ましい(favored)置換と見なされる残基は破線で囲まれている。好ましいアミノ酸置換は以下のグループのいずれか1つに属する対のアミノ酸間における置換と定義される:S,T,P,AおよびG;N,D,EおよびQ;H,RおよびK;M,I,LおよびV;F,YおよびW。増殖因子レセプター類(ファミリー)の9メンバー(G−CSF、プロラクチン、成長ホルモン、エレイスロポエチン、GM−CSF、IL−2β、IL−3、IL−4およびIL−6)の間で保存されているアミノ酸は、各ラインの下に括弧を付けて、また括弧なしに記載されている。括弧のない残基は8以上のメンバーに保存されていたが、括弧をした残基はファミリーの5〜7メンバーに保存されていた。
【0073】
図10は図9と同様に、ネズミG−CSFレセプターの376−601アミノ酸配列とニワトリコンタクチンのアミノ酸配列とを並行に示した図である。
図11はネズミG−CSFレセプターの602ー808アミノ酸配列を上記のようにネズミIL−4レセプターと並列に記載した図である。
図12はネズミG−CSFレセプターの模式図であって、箱で囲んだ範囲は成熟G−CSFレセプターを表す。"TM"はトランスメンブラン領域、領域"A"は他の成長因子レセプター(プロラクチンおよび成長ホルモンレセプター)と同様のドメイン(222アミノ酸)を表し、"WSXWS"モチーフが見られる。ネズミG−CSFレセプターの領域"B"(226アミノ酸)とニワトリコンタクチンとは類似する。領域"C"(211アミノ酸)はトランスメンブランドメイン(下線)およびG−CSFレセプターの細胞質ドメインを含み、ネズミIL−4レセプターの2個の領域と類似している。
【0074】
実施例4 ヒトG−CSFレセプターcDNAのクローニング
(1)ヒトG−CSFレセプターcDNAクローンの単離
U937細胞からpoly(A)RNAを調製し、逆転写酵素(生化学工業から購入)とアマーシャム社のcDNA合成キットを用い、文献記載(ナガタら、Nature、319、415〜418(1986))の方法に従って2本鎖cDNAを合成した。得られた平滑末端cDNAにBstX1アダプターを付加し、1%アガロースゲルで電気永動した。2.5kb以上のcDNAをゲルから回収し、哺乳類発現ベクターpEF−BOS(図21)に結合させ、得られたDNAで .coli DH1細胞を電気穿孔法(ダウエルら、Nucleic Acids Res.、16、6127−6145(1988))を用いて形質転換した。
次いで、得られたライブラリーの合計3.4×104個のクローンをコロニーハイブリダイゼーションでスクリーニングした。
【0075】
ハイブリダイゼーションプローブはネズミG−CSFレセプターcDNAの2.5kbHindIII−XbaI断片をランダムオリゴヌクレオチドプライマー標識法[サンブルック(Sambrook,J.)、フリッツ(Fritsch,E.F.)およびマニアティス(Maniatis,T.)、モレキュラー・クローニング(Molecular Cloning)(1989):ア・ラボラトリー・マニュアル(A Laboratory Manual)、第2版、コールド・スプリング・ハーバー、ニューヨーク(Cold Spring Harbor,New York):コールド・スプリング・ハーバー・ラボラトリー(Cold Spring Harbor Laboratory)]により32Pでラベルしたものを用いた。ここで用いたプローブはネズミG−CSFレセプターcDNA(pI62)である。そのヌクレオチド配列および推定のアミノ酸配列を添付の図1−3に示す。なお、この図1−3においてシグナル配列および膜貫通領域には下線が付されている。また、潜在的なN−グリフシル部位は四角で囲まれている。
【0076】
ハイブリダイゼーションは、ハイブリダイゼーション温度を28℃に下げ、フィルターを37℃において150mM NaCl/15mM クエン酸ナトリウム、pH7.0/0.1%NaDodSoで洗浄する他は文献[フクナガ(Fukunaga,R.)、マツヤマ(Matsuyama,M.)、オカムラ(Okamura,H.)、ナガタ(Nagata,K.)、ナガタ(Nagata,S.)およびソカワ(Sokawa,Y.)、ヌクレイック・アシッズ・リサーチ(Nucl.Acids Res.)、14、4421〜4436(1986)]に従って行った。即ち、コロニーのレプリカフィルターを作製し、各ニトロセルロースフィルターと95℃で5分間加熱後急冷したプローブとを28℃で12時間ハイブリダイゼーションさせた。次いで、上記記載の方法でフィルターを洗浄後、オートラジオグラフィーにより目的のクローンを探索した。
【0077】
他方、λgt11を用いて構築されたヒト胎盤cDNAライブラリーをクローンティック(Clonetech)社より購入し、ネズミG−CSFレセプターcDNAを用いるプラークハイブリダイゼーションによりスクリーニングした。
即ち、約1.5×106個のクローンのファージDNAをベントンおよびディビスによって記載された方法(Benton,W.D.& Davis,R.W.,Science,196,180−182(1977))によってニトロセルロースフィルターに移した後、プラークハイブリダイゼーションによりスクリーニングした。用いたプローブDNAおよびハイブリダイゼーション条件は、上記に記載したU983 cDNAライブラリーのスクリーニングに用いたプローブおよび条件と同一である。
【0078】
U937細胞から調製したcDNAライブラリーから5個の陽性クローンを単離した(pHQ1〜pHQ5)。
他方、ヒト胎盤cDNAライブラリー(1.5×106個)とネズミG−CSFレセプターcDNAとのプラークハイブリダイゼーションにおいて100個以上の陽性シグナルを示すクローンが得られ、その6個の陽性クローン(λHG4、5、11、12、14および18)のEcoRI断片をpBluescript SK(+)ベクターにサブクローンし、pHG4、5、11、12、14あるいは18と命名した。
【0079】
DNAの塩基配列決定のために、エキソヌクレアーゼIIIおよびmung beanヌクレアーゼ(サンブルックら、前掲)を用いて約300bpづつ欠失した一連のプラスミドを調製した。そして、配列決定はT7DNAポリメラーゼ、deaza dGTPおよびα−35SdATPα−Sを用い、ジデオキシ鎖ターミネーション法で行なった。
配列決定の結果、U937および胎盤cDNAライブラリーから単離されたcDNAは以下の3クラスに分類されることが分かった。
【0080】
クラス1:プラスミドpHQ3(U937)およびpHG12(胎盤)
U937および胎盤cDNAライブラリーから単離された大部分のcDNAがこのクラスに属する。これらプラスミドの塩基配列および推定のアミノ酸配列を図13−14に示す。また、その制限酵素切断部位を示す地図を図16に示す。
【0081】
これらのクラス1のプラスミドは836アミノ酸からなるタンパク質をコードする大きいオープンリーディングフレームを有している。推定のアミノ酸配列のヒドロパシー分析の結果、図面から明らかなように、N−末端23アミノ酸残基がシグナル配列に相当し、604残基の細胞外ドメイン、26残基の、膜貫通領域、および183残基の細胞質ドメインが続く。この細胞外領域には9個の潜在的N−グリコシル化部位が存在する。
【0082】
また、このcDNAによってコードされているペプチドの細胞外ドメインには17個のシステイン残基が存在し、内14個はヒトおよびネズミで保存されている。また、該ドメインにはサイトカインレセプターで保存されている"WSXWS"モチーフも存在しており、ヒトG−CSFレセプターがサイトカインレセプターに属することが示された。
【0083】
このクラス1のプラスミドでコードされているヒトG−CSFレセプター(813アミノ酸)とネズミG−CSFレセプターの相同性はヌクレオチド配列レベルで72%、アミノ酸配列レベルで62.5%であった。また、アミノ酸配列における相同性は分子の全領域を通して均一であった。
【0084】
クラス2:プラスミドpHQ2(U937細胞)
プラスミドpHQ2の塩基配列は、pHQ3の配列から、ヌクレオチド番号2,034−2,121の88ヌクレオチドが欠失していることを除いてpHQ3のそれと同一である。欠失配列の末端は、図13−14記載の配列の黒い矢頭で示されている。
【0085】
図から明らかなように、この88ヌクレオチドの欠失領域には膜貫通領域が含まれている。欠失部分から下流のヌクレオチド配列を図15Aに示す。
pHQ2においては、欠失部位から下流の150アミノ酸をコードする翻訳リーディングフレームがこの欠失により変化しており(図16参照)、分泌、可溶化型のG−CSFレセプターをコードしていると考えられる。この可溶化型レセプターは748アミノ酸からなり、分子量計算値は82,707である。
【0086】
クラス3:プラスミドpHG11およびpHG5(胎盤)
これらプラスミドのヌクレオチド配列はpHQ3のヌクレオチド番号2,210位に81bpDNA断片が挿入されたものである。挿入位置はG−CSFレセプターの細胞質ドメイン内にあり、図13−14において太い矢印で表示した部位である。翻訳オープンリーディングフレームは変化していない。挿入体のヌクレオチド配列および推定の塩基配列を図15Bに示す。従ってプラスミドpHQ2にコードされているレセプターは第1クラスのG−CSFレセプターよりもアミノ酸数で27、分子量で2,957大きいことになる。
【0087】
これら3クラスのプラスミドのヌクレオチド配列および推定のアミノ酸配列は図13−15および配列番号3−8に記載されている。図13−14において、AにおけるpHQ2の配列における種々の記号等は以下の意味を有する。アミノ酸配列の番号はアミノ酸Gluを番号1とするものである。シグナル配列および膜貫通領域は太い下線、N−グリコシル化部位(Asn−X−Thr/Ser)は四角で示されている。サイトカインレセプターファミリーに保存されている"WSXWS"モチーフ部分は2重下線で示されている。黒の矢頭はpHQ2において欠失されている配列の末端、太い矢印はpHG11における挿入体の挿入部位を表す。細い矢印は後述のPCR法に用いたオリゴヌクレオチドプライマー部分を示す。図15Aにおいて、△から下流の配列は、pHQ2における、pHQ3の欠失されたヌクレオチド2,034から下流の配列に相当するヌクレオチド配列、および推定のアミノ酸配列を示す。図15BはpHG11に含有されている、pHQ3のアミノ酸657位への挿入体のヌクレオチド配列および推定のアミノ酸配列である。挿入された配列は括弧で囲まれている。
【0088】
上記3クラスのプラスミドの制限地図は図16に示されている。図中、四角で囲んだ部分はオープンリーディングフレーム、陰影を付けた部分はシグナル配列、塗りつぶした部分は膜貫通領域を表す。pHQ2における斜線部分は他のcDNAのオープンリーディングフレームから変化した部分であって、異なるアミノ酸をコードする配列を表す。pHG11における斜線部分は27アミノ酸をコードする挿入体配列部分を表す。
【0089】
(2)ヒト細胞におけるG−CSFレセプターmRNAの検出
上記cDNAから調製したプライマーを用い、ポリメラーゼ鎖反応(PCR)法によってヒトG−CSFレセプターmRNAを検出した。
1本鎖cDNAの合成およびPCRは実質上カワサキ[カワサキ(Kawasaki,E.S.)、ピーシーアール・プロトコールズ(PCR Protocols)、「ア・ガイド・トゥー・メソッズ・アンド・アプリケーション(A guide to methods and application)」、アイニス(Innis,M.A.)、ゲルファンド(Gelfand,D.H.)、シャインスキー(Shinsky,J.J.)およびホワイト(White,T.J.)ら編、(アカデミック・プレス、サン・ディエゴ、カリフォルニア(Academic Press,San Diego,CA))、21頁〜27頁(1990)]の方法に従って行い、結果を図19に示した。
【0090】
即ち、ヒト胎盤またはU937細胞から得た全RNA(レーン2および5)またはpoly(A)RNA(レーン21および4)、あるいはヒト胎盤(レーン3および6)2μgを反応混合物50μl中、ランダム6量体(ヘキサマー)0.5μgとAMV逆転写酵素80単位の存在下、既述(カワサキら、前掲)の如くし、cDNA合成に付した(カワサキら、前掲)。
反応混合物5μlをとり、下記の順(フォワード)および逆(リバース)プライマー各50pmolを含有するPCRバッファー100μlで希釈し、80℃に予備加熱したDNAサーマルサイクラー(パーキン−エルマー−セタス)中に置いた。
【0091】
次いで、Tagポリメラーゼ2.5単位を加えて反応を開始した。PCRの条件は以下の通りである。95℃で1.5分、70℃で1.5分、72℃で1.5分、のサイクルを30回行う。
【0092】
最後に、生成物(反応混合物の10%)をTBEバッファー中、1.5% アガロースゲル電気泳動にかけ臭化エチジウム蛍光で観察した。サイズマーカーとして、BamHIおよびMvaI消化pBR322を同時に電気泳動しDNA断片のサイズを塩基対で示した。単離したDNAに対応する増幅したDNA断片(A1、A2、B1およびB2)を矢印で示した。
【0093】
図19において、レーン1〜3の試料はヌクレオチド番号1,790−1,810の順プライマーと2,179−2,156の逆プライマーの組を用いて増幅したものである。レーン4〜6は、第2のオリゴヌクレオチド(ヌクレオチド番号2,086〜2,105および2,322〜2,303)を特異的プライマーとして増幅した試料である。
図から明らかなように、U937および胎盤細胞のいずれもクラスIG−CSFレセプターを発現し、U937細胞は可溶性G−CSFレセプターを発現し、さらに、胎盤細胞は細胞質領域に挿入体を有するG−CSFレセプターを発現することが確認された。
【0094】
実施例5 クローニングしたヒトG−CSFレセプターcDNAによるCOS細胞の形質転換および形質転換体の結合活性
ネズミ125SFと実施例4で得たcDNAで形質転換されたCOS細胞との結合を調べた。
ネズミ組換えG−CSFの標識化、ヒトG−CSFレセプターcDNAを含有する発現ベクターによるCOS細胞の形質転換、および125I−G−CSFのCOS細胞への結合アッセイは前述のネズミの実施例で開示した方法に従って行った。
【0095】
プラスミドpHG11を用いて、細胞質領域に挿入体を有する完全長さのcDNAを構築した。即ち、プラスミドpHG11を制限酵素(NheI、宝酒造より購入)完全消化、BstXI(1,425)(宝酒造より購入)部分消化した。制限酵素の反応条件は、宝酒造からの酵素に添付されている反応条件に従った。
次いで、1.38kb BstXI-NheI断片とpHQ3の6.9kb BstXI-NheI断片とをT4−DNAリガーゼ(宝酒造より購入)を用いて結合させてpQW11を構築した。そして、これらのcDNAを含有する発現プラスミド(pHQ2、pHQ3およびpQW11)でCOS細胞を形質転換し、125I−G−CSFに対する結合を検討した。
【0096】
即ち、15cmのプレート上で培養したCOS細胞と、20μgのpHQ2、pHQ3またはpQW11でトランスフェクションした。グリセリンショク後、12時間後に6ウエルのマイクロタイタープレートに分割して入れ、10%FCS含有DMEM中、60時間培養した。細胞を結合培地(10%FCSFおよび20mM HEPES(pH7.3)含有DMEM)で洗浄し、種々の量の125I−G−CSF(10pM〜1.2nMの範囲)と一緒に4℃で4時間インキュベートした。125I−G−CSFと細胞の非特異的結合を測定するために、大過剰の非標識G−CSF(800nM)の存在下で結合反応を行い、全結合活性から非特異的に結合した放射活性を差し引くことにより特異的結合活性を求めた。図17Aは、125I−G−CSFのCOS細胞への飽和結合活性、図17Bはそのスキャッチャード解析の結果を示す。この際、ネズミG−CSFレセプターcDNAも同様にCOS細胞へ導入し、G−CSFの結合活性を検討した。
【0097】
図17において、黒三角はネズミG−CSFレセプターcDNAで形質転換されたCOS細胞を示す。そしてヒトG−CSFレセプターcDNAで形質転換されたCOS細胞の内、pHQ3による形質転換体は白丸、pHQ2による形質転換体は黒丸、pQW11による形質転換体は白三角で示されている。
図17から、pHQ3あるいはpHQ11で形質転換されたサルCOS細胞はネズミ125I−G−CSFと高い親和性を有し、結合における解離定数は550pM、レセプター数は3.4×104個/細胞であることが分かる。また、pHQ2cDNAで形質転換されたCOS細胞とネズミ125I−G−CSFとの結合は、プラスミドpHQ2が一部を欠失したペプチドをコードしていることから、極めて低レベルであった(解離定数440pM、結合部位6×10/細胞)。このことは膜貫通領域を欠くpHQ2によりコードされたレセプターは細胞から分泌され、培地中に蓄積されている可能性を強く示唆している。
【0098】
また、プラスミドpQW11による形質転換体とpHQ3による形質転換体がほぼ同等のネズミ125I−G−CSFに対する結合活性を示すことは、細胞質ドメインにおける27アミノ酸挿入体がG−CSFの結合に殆ど影響していないことを示している。
なお、形質転換体の発現により取得されるヒトG−CSFレセプターの精製については、前述の天然のマウスG−CSFレセプターの精製方法を使用することができる。
【0099】
実施例6 ヒトG−CSFレセプターをコードするDNAおよびmRNAの分析ノーザンハイブリダイゼーションおよびサザーンハイブリダイゼーションにより、ヒトG−CSFレセプターをコードするDNAまたはRNAを分析した。
全RNAは種々の細胞系統および新鮮なヒト臨月胎盤から既述(サンブルック、前掲)のごとくグアニジンイソチオシアネート/CsCl法を用いて調製した。
【0100】
他方、細胞DNAはヒトTリンパ球から、文献(フクナガら、Nucleic.AcidsRes.、14、4421−4436(1986))に記載された方法に従い調製した。
サザーンおよびノーザンブロットハイブリダイゼーションはヒトG−CSFレセプターcDNAを含有するプラスミドpHQ3のXhoI DNAフラグメント(3kb)をプローブとして、文献記載の方法(マニアティスら、Molecular Cloning、Cold Spring Harbor Laboratory(1982))に従って行なった。
【0101】
1)G−CSFレセプター転写物およびゲノムDNAの分析
種々の細胞からのmRNAをヒトG−CSFレセプターcDNA
をプローブとするノーザンハイブリダイゼーションにより試験した。
結果を図18に示す。用いた細胞は以下の通りである。ヒトU937細胞(レーン1および2)、ヒトKG−1(レーン3)、ヒトHL−60(レーン4)、ヒトFL(レーン6)、ヒトCHU−2(レーン7)、およびヒト胎盤(レーン5および8)。
U937:human histiocytic lymphoma,ATCC CRL1593
KG−1:human acute myelogenous leukemia,ATCC CCL246
HL−60:human promyelocytec leukemia,ATCC CCL240
FL:human amnion,ATCC CCL62
また、レーン2〜6および8は全RNA(20μg)、レーン1および7はpoly(A)RNA(1μg)を表す。
【0102】
図18Aは、ヒトG−CSFレセプターcDNAをDNAプローブとし、ハイブリダイゼーション後フィルターをX−線フィルムに40時間、感光させて得た像の模写図である(ただし、レーン8は2時間)。
U937、胎盤およびKG−1から得たRNAでは3.7kbに単一のバンドが観察される。しかも、胎盤由来のRNAに検出されたシグナルはU937由来RNAにおけるそれの20倍以上である。
Bは、ブロットを再度、32P標識ヒト延長因子(エロンゲーションファクター)1αcDNA[ウエツキ(Uetsuki,T.)、ナイトウ(Naito,A.)、ナガタ(Nagata,S.)およびカジロ(Kaziro,Y.)、ジャーナル・オブ・バイシオロジカル・ケミストリー(J.Biol.Chem.)、264、5791〜5798(1990)]によるハイブリダイゼーションに付し、フィルターをX線フィルムに1時間感光させて得た像の模写図である。この場合には、どの細胞から調製したRNAも殆んど同様のシグナルが得られた。これらの結果は胎盤がG−CSFレセプターのmRNAを非常に大量に発現していることを示しており、G−CSFの胎盤成長促進作用を示唆するものである。
【0103】
2)サザーンハイブリダイゼーション
サザーンハイブリダイゼーション法によりヒトG−CSFレセプターをコードする遺伝子の数を検討した。
ヒトゲノムDNA10μgをEcoRI、HindIII、BamHI、BglII、XbaI、PstI、SacIおよびApaIで消化し、0.8%アガロースゲル電気泳動にかけた。DNAをニトロセルロースフィルターに移し、32P標識ヒトG−CSFレセプターcDNAとハイブリダイズした。この際、DNAサイズマーカーを同時に泳動した。
【0104】
結果を図20に示す。図はEcoRI(レーン1)、HindIII(レーン2)、BamHI(レーン3)、BglII(レーン4)、XbaI(レーン5)、PstI(レーン6)、SacI(レーン7)およびApaI(レーン8)の各消化断片に関する分析結果を示すものである。制限酵素EcoRI、HindIII、BglII、およびXbaIで消化したDNAには1〜2個のバンドしか認められないが、BamHI、PstI、SacI、およびApaIで消化したDNAはそれぞれ4〜5個のバンドが認められる。図16記載のごとく、ヒトG−CSFレセプターcDNAは3BamHI、6PstI、2SacI、および3ApaI制限酵素切断部位を有するので、この結果よりヒトハプロイドゲノムあたり1個のG−CSFレセプター遺伝子が存在すると推定される。
【0105】
【配列表】

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【図面の簡単な説明】
【図1】 図1はネズミG−CSFレセプターのヌクレオチド配列およびそれより類推されるアミノ酸配列(N末端側)の模式図である。
【図2】 図2はネズミG−CSFレセプターのヌクレオチド配列およびそれより類推されるアミノ酸配列(中間部)の模式図である。
【図3】 図3はネズミG−CSFレセプターのヌクレオチド配列およびそれより類推されるアミノ酸配列(C末端側)の模式図である。
【図4】 図4はネズミG−CSFレセプターcDNA(pI62、pJ17およびpF1)の模式図、制限地図およびヒドロパシープロットを示すグラフ
【図5】 図5は組換えネズミG−CSFを発現するCOS細胞およびNFS−60細胞とネズミ125I−G−CSFとの結合を示すグラフであって、Aはネズミ125I−G−CSFとCOS細胞との飽和結合、BはCOS細胞へのネズミG−CSF結合データのスキャッチャードプロットを示すグラフ、Cはネズミ125I−G−CSFのNFS−60細胞への飽和結合を示すグラフ、DはNFS−60細胞へのネズミG−CSF結合データのスキャッチャードプロットを示すグラフ、
【図6】 図6はCOS細胞で発現された組換えネズミG−CSFレセプターとネズミG−CSFとの結合特異性を表すグラフ、
【図7】 図7はCOS細胞およびNF−60細胞で発現されたネズミG−CSFレセプターのクロスリンキング反応の結果を表すグラフ、
【図8】 図8はネズミG−CSFレセプターmRNAのノーザンハイブリザイゼーション分析の結果を表す写真の模写図、
【図9】 図9はネズミG−CSFレセプターのアミノ酸配列と、プロラクチンおよび成長ホルモンレセプターのアミノ酸配列とを並列に示した配列図である。
【図10】 図10はネズミG−CSFレセプターのアミノ酸配列と、ニワトリコンタクチンのアミノ酸配列とを並列に示した配列図である。
【図11】 図11はネズミG−CSFレセプターのアミノ酸配列と、ネズミIL−4レセプターのアミノ酸配列とを並列に示した配列図である。
【図12】 図12はネズミG−CSFレセプターの模式図である。
【図13】 図13はヒトG−CSFレセプターをコードするcDNA(プラスミドpHQ3およびpHG12)のヌクレオチド配列および推定のアミノ酸配列(N−末端側)を表す図である。
【図14】 図14はヒトG−CSFレセプターをコードするcDNA(プラスミドpHQ3およびpHG12)のヌクレオチド配列および推定のアミノ酸配列(C末端側)を表す図である。
【図15】 図15はヒトG−CSFレセプターをコードするcDNA(プラスミドpHQ2およびプラスミドpHG11)のヌクレオチド配列および推定のアミノ酸配列の一部を表す図である。Aは図13−14に記載のpHQ2の配列の内、pHQ3の配列と異なる配列部分であって、pHQ3のヌクレオチド番号2,034から下流に相当する配列のヌクレオチド配列および推定のアミノ酸配列、BはpHG11の配列の内、図13−14に記載のpHQ2に挿入されている挿入体のヌクレオチド配列および推定のアミノ酸配列を表す図である。
【図16】 図16は図13−15に記載のpHQ3およびpHG12、pHQ2、並びにpHG11の制限酵素地図の模式図である。
【図17】 図17はCOS細胞により発現された組換えヒトG−CSFレセプターのネズミG−CSFとの結合特性を示すグラフであり、Aは125I−G−CSFのCOS細胞への飽和結合を示すグラフ、BはG−CSF結合データのスキャッチャード解析の結果を示すグラフである。
【図18】 図18はヒトG−CSFレセプターmRNAのノーザンハイブリダイゼーション分析の結果を示す写真の模写図である。
【図19】 図19はヒトG−CSFレセプターmRNAのPCRにおける結果を示す写真の模写図である。
【図20】 図20はヒトG−CSFレセプターのサザーンハイブリダイゼーション分析の結果を示す写真の模写図、
【図21】 図21は発現ベクターpEF−BOSの模式図である。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a DNA encoding a granulocyte colony stimulating factor receptor, and more specifically, a DNA encoding a receptor peptide capable of specifically binding to a granulocyte colony stimulating factor (hereinafter referred to as G-CSF), the DNA An expression vector containing the vector, a transformant containing the vector, and a method for producing the receptor by culturing the transformant. Furthermore, the present invention relates to the recombinant G-CSF receptor thus produced.
[0002]
[Prior art]
Blood cell growth and differentiation is regulated by a hormone-like growth and differentiation factor called colony stimulating factor (CSF) [Metcalf, D., Nature,33927-30 (1989)]. CSF is granulocyte colony-stimulating factor (G-CSF), granulocyte-macrophage colony-stimulating factor (GM-CSF), macrophage colony-stimulating factor (M-CSF) and interleukins depending on the situation or stage of action. 3 (IL-3). Among them, G-CSF plays an important role in the proliferation and differentiation of neutrophil granulocytes, and is deeply involved in the control of blood neutrophil concentration and the activation of mature neutrophils. [Nagata, S., Handbook of Experimental Pharmacology, “Peptide Growth Factors and Their Receptors (Peptide Growth Factors and Their] Receptors), edited by Spawn, MB, and Roberts, AB, Springer-Verlag, Heidelberg, Vol. 95 / I, pages 699-722 (1990). ); Nicola, NA, Annu. Rev. Biochem.,5845-77 (1989)]. That is, G-CSF acts on a neutrophil progenitor cell via a receptor (G-CSF receptor) and stimulates its proliferation or differentiation to mainly give neutrophil granulocytes [ Nicola, N.A. and Metcalf, D., Proceedings of National Academy of Sciences (Proc. Natl. Acad. Sci. USA),813765-3769 (1984)].
[0003]
G-CSF has a variety of other actions. For example, G-CSF is a regulator of neutrophils by in vivo animal experiments using G-CSF obtained by recombinant DNA technology. (Tuchiya et al., EMBO J.6611-616 (1987); Nicola et al., Annu. Rev. Biochem.5845-77 (1989)).
There are also clinical reports showing that G-CSF administration to cancer patients is advantageous for chemotherapy and bone marrow transplantation (Moustin et al., Trends Pharmacol. Sci.10154-159 (1989)). On the other hand, it is also known that the growth of cancer cells such as myeloid leukemia cells may be stimulated by G-CSF.
[0004]
Thus, despite the fact that G-CSF is a clinically important physiologically active substance, unclear points remain in the mechanism of action, and in order to achieve more effective treatment and diagnosis, the mechanism of action The elucidation of is waiting. For this purpose, it is necessary to characterize the human G-CSF receptor present on the cell surface biochemically and to study the interaction between the receptor and G-CSF.
[0005]
By the way, the cells on which G-CSF acts are limited to neutrophil precursors and mature neutrophils, and various myeloid leukemia cells (Nikola and Metcalf, Proc. Natl. Acad. Sci. USA).813765-3769 (1984), Begley et al., Leukemia.11-8 (1987), Park et al., Blood7456-65 (1989)). Human G-CSF is a polypeptide consisting of 174 amino acids and murine G-CSF is a polypeptide consisting of 178 amino acids. The homology between human G-CSF and murine G-CSF is as high as 72.6% at the amino acid sequence level, and the species specificity is It is also clear that it is rarely recognized (Nikola et al., Nature314625-628 (1985)). On the other hand, G-CSF receptors are non-blood cells such as human endothelial cells (Bussolino et al., Nature337471-473 (1989)) and placenta (Uzumaki et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA).869323-9326 (1989)) was recently reported and the action of G-CSF is more interesting.
[0006]
As described above, elucidation of the interaction between G-CSF and the G-CSF receptor is valuable from an academic point of view, but G-CSF in the prevention and treatment of hematopoietic diseases or other diseases is also clinically relevant. It is important to establish a method for administering CSF and thus achieve a more accurate and effective treatment. On the other hand, as a use of the receptor itself, a solubilized G-CSF receptor is used for certain G-CSF-dependent human leukemia cells (Santori et al., J. Immunol).1393348-3354 (1987)) may also be clinically useful. Furthermore, cancer cells such as myeloid leukemia cells may be proliferated by G-CSF, and the expression of G-CSF receptor in the cells can be examined, and clinical application of G-CSF can be performed more effectively. . As described above, various usefulness has been pointed out for the G-CSF receptor in both research and practical application, and a stable supply of the G-CSF receptor gene and its protein is desired.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
In recent years, genetic engineering techniques have been used for the production of many physiologically active substances. In substance production by genetic engineering, DNA that encodes a target polypeptide is usually cloned, the DNA is incorporated into an appropriate expression vector, and microorganisms, animal cells, etc. are transformed using the obtained recombinant DNA. Convert to express the target substance.
In order to produce a G-CSF receptor by genetic engineering techniques, it is necessary to first clone DNA encoding the target substance, G-CSF receptor. However, G-CSF receptor has a very small presence on the cell surface ( It was difficult to clone the cDNA.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The present inventors have high homology at the amino acid level between human G-CSF and murine G-CSF at 72.6%, and almost no species specificity is observed. Focusing on the fact that cross-reactivity with G-CSF receptor is predicted, first, in order to obtain G-CSF receptor applicable to research and diagnostic analysis, murine (mouse) myeloid leukemia NFS From -60 cells, the receptor was solubilized and purified as a protein with a molecular weight of 100,000 to 130,000. As a purification method, for example, a cell membrane suspension is extracted with CHAPS {3-[(3-colamidopropyl) dimethylammonio] -1-propanesulfonic acid}, and then the extract is subjected to G-CSF affinity chromatography ( Recombinant human G-CSF can be treated with affinity chromatography coupled to a gel resin and then purified by gel filtration.
[0009]
On the other hand, mRNA obtained from NFS-60 cells was reverse transcribed, and cDNA encoding the murine G-CSF receptor (hereinafter referred to as G-CSF receptor cDNA) was successfully isolated for the first time. Subsequently, the base sequence of this cDNA was determined, and the amino acid sequence was deduced. The base sequence and the deduced amino acid sequence of murine G-CSF receptor cDNA are shown in FIG.
[0010]
When COS cells were transformed with an expression cloning vector containing murine G-CSF receptor cDNA, the cells expressed a receptor having properties similar to the native murine G-CSF receptor present on NFS-60 cells. As a result of analogizing the amino acid sequence of the G-CSF receptor based on the nucleotide sequence of the murine G-CSF receptor cDNA and comparing it with that of other growth factor receptor families, this murine G-CSF receptor has characteristics in common with them. (See Fig. 7). The probe prepared from the DNA encoding the murine G-CSF receptor thus obtained hybridized with the human G-CSF receptor. This indicates that the G-CSF receptor has no species specificity, and that the human G-CSF receptor is very similar to the mouse G-CSF receptor, so murine G-CSF receptor DNA is human G-CSF receptor. -It is extremely useful as an intermediate for producing a CSF receptor.
[0011]
Next, for the purpose of supplying a sufficient amount of the human G-CSF receptor, the present inventors used a probe prepared from DNA encoding the murine G-CSF receptor and used a total amount derived from human placenta and U937 cells (total ) A cDNA library prepared from mRNA was screened and a cDNA encoding the human G-CSF receptor was successfully cloned.
[0012]
Monkey COS cells transformed with a plasmid encoding the human G-CSF receptor of the present invention produce human G-CSF receptor having specific binding characteristics with G-CSF similar to natural human G-CSF receptor. did.
[0013]
That is, the present invention provides a DNA encoding a G-CSF receptor. The present invention also provides an expression vector encoding a G-CSF receptor. Furthermore, the present invention provides a method for producing a G-CSF receptor, comprising transforming cultured cells with the expression vector, culturing the transformant in a medium, and recovering the G-CSF receptor from the culture. is there.
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
[0014]
In the present specification, the phrase G-CSF receptor peptide refers not only to mature G-CSF receptor but also to all peptide molecules that are part of the receptor molecule and have specific binding activity to G-CSF. Shall.
[0015]
According to the present invention, it has become possible to easily obtain a human G-CSF receptor that has been difficult to isolate by genetic recombination, so that the recombinant G-CSF receptor thus obtained is used. The mechanism of action of G-CSF and G-CSF receptor and research for clinical (diagnostic and therapeutic) applications, and practical application can be promoted. In addition, when clinical application of G-CSF to cancer patients such as leukemia, whether or not the cancer cells express G-CSF receptor should be easily examined using G-CSF receptor cDNA as a probe. Can do. Therefore, such cDNA is thought to be useful for effective clinical application of G-CSF. Furthermore, it is possible to develop proteins and compounds that efficiently bind to the G-CSF receptor by producing a large amount of solubilized G-CSF by genetic recombination and analyzing its tertiary structure. .
[0016]
Cloning of DNA encoding the murine G-CSF receptor was performed by the following method. That is, G-CSF receptor was purified from mouse myeloid leukemia cell NFS-60 with high expression rate of G-CSF receptor, and it was confirmed that its molecular weight was 100,000-130,000 Dalton. Furthermore, total RNA was prepared from the cells by guanidine thioisocyanate / CsCl method, and poly (A) RNA was selected. Subsequently, double-stranded cDNA is synthesized using reverse transcriptase, DNA polymerase, etc., and mammalian expression vector CDM8 (seed, Nature329840-842 (1987)) as a vector was constructed (884 pool of 60-80 clones). Plasmid DNA was prepared from each pool and introduced into COS-7 cells, and two pools I62 and J17 showing binding activity were selected using G-CSF labeled with radioactive iodine. From these pools, two independent clones with high binding activity to G-CSF, plasmids pI62 and pJ17, were identified. COS cells transformed with these plasmids expressed a receptor having binding activity with G-CSF.
[0017]
Subsequently, the nucleotide sequences of plasmids pJ17 and pI62 were determined. As a result, both contained the complete coding region of the murine G-CSF receptor, but also contained the poly (A) sequence and the poly (A) addition signal. I found out. Therefore, the cDNA library was screened again by colony hybridization using 2.5 kb HindIII-XbaI of pJ17 as a probe, and one positive clone (pF1) was selected. This contained a 603 bp 3 ′ non-coding region and two overlapping poly (A) addition signals. The nucleotide sequences of these three cloned cDNAs (pI62, pJ17 and pF1) and the amino acid sequences analogized therefrom are shown in FIGS. 1-3 and SEQ ID NOs: 1 and 2 in the sequence listing. Moreover, the schematic diagram, a restriction enzyme cutting point map, and a hydropathy plot are shown in FIG.
[0018]
The murine G-CSF receptor cDNA cloned according to the present invention has the following characteristics.
It has a long open reading frame (2,511 nucleotides) between the start codon ATG at nucleotides 180-182 and the stop codon TAG at nucleotides 2691-2693. On the 5 ′ upstream side, codons that can be three initiation codons are present at positions 73, 105, and 126, but only a short open reading frame is present downstream. It was found that even when plasmid pI62 was digested with HindIII and these ATG codons were deleted from the cDNA, the expression of recombinant G-CSF receptor in COS cells did not increase or decrease.
[0019]
Furthermore, the N-terminal sequence of the long open reading frame contains a sequence consisting of hydrophobic amino acids, which is considered to be a signal sequence. The N-terminal 25 amino acids were inferred as a signal sequence by comparison with the sequence of a typical signal peptide cleavage site.
[0020]
From the above, it was concluded that the mature murine G-CSF receptor consists of 812 amino acids and has a theoretical molecular weight of 90,814. This value is125Compared with the value of the binding experiment with I-iodine-radiated G-CSF (see Example 2 (2), FIG. 7) and the molecular weight of purified murine G-CSF receptor (95,000-125,000) 35,000 daltons less. This difference is probably due to the sugar chain binding to some of the 11 putative N-glycosylation sites (Asn-X-Thr / Ser) found in the extracellular region of the G-CSF receptor. (FIGS. 1-3).
Hydropathy plot of the amino acid sequence of the mature G-CSF receptor (FIG. 4, B) (Kite and Doolite, J. Mol. Biol.157105-132 (1982)), the 24 amino acids from Leu-602 to Cys-625 are uncharged amino acids, followed by 3 basic amino acids. These features are consistent with those found in the transmembrane region of many membrane proteins.
[0021]
Thus, the mature G-CSF receptor consists of an extracellular domain of 601 amino acids, a 24 amino acid transmembrane region (single transmembrane region), and a 187 amino acid cytoplasmic domain. The NH2-terminal 373 amino acids of the extracellular domain are rich in cysteine residues (17/373 amino acids), a property common to the ligand binding regions of many receptors (McDonald et al., British Medical Bulltein).45554-569 (1989)). Erythropoietin receptor (Doandre et al. Cell57277-285 (1989)), the G-CSF receptor is also rich in proline (80 residues, 9.9%), and the murine G-CSF receptor contains a much higher content of tryptophan residues ( 26 residues, 3.2%).
[0022]
As is clear from the above, the murine G-CSF receptor determined according to the present invention is characterized by an N-terminal signal sequence, a single transmembrane region, and an N-terminal portion, which are features common to growth and differentiation factor receptors. It consists of an extracellular domain, an intracellular domain in the C-terminal part.
Furthermore, the following results were obtained by comparing the amino acid sequence of the murine G-CSF receptor with that of other growth factors (FIGS. 9-11). The receptors used for comparison were growth hormone, prolactin, erythropoietin, IL-6, IL-2, IL-4, IL-3, and GM-GSF, all of which belong to the growth factor receptor group. As shown in FIG. 9, cysteine and tryptophan residues commonly found in the growth factor receptor group are also conserved in the G-CSF receptor, and the “WSXWS” motif (Gearing, EMBO J. Biol.83667-3676 (1989), Ito et al., Science.247324-326 (1990)) are also found at amino acid residues 294-298, suggesting that the G-CSF belongs to the same group. According to the comparison of this G-CSF receptor with other blood cell growth factor receptor groups, the homology between G-CSF and IL-6 is 44.6%, but the homology between the receptors is G-CSF receptor and prolactin. Low compared to homology with receptor. In addition, as shown in FIG. 10, the amino acid sequence (376-601) of the extracellular region of G-CSF receptor and chicken contactin (Rancito, J. Cell. Biol.1071561-1573 (1988)), a significant homology is observed with a part of the extracellular region. Contactin is a nerve cell surface glycoprotein (130 kD) and is considered to be related to the transmission of information between cells of the nervous system. The amino acid residues 737-818 of contactin retain homology with fibronectin type III segments related to binding to cells, heparin and DNA, and this region seems to play an important role in cell-cell adhesion. It is. Granulocytes are always formed in the bone marrow, indicating the presence of a direct interaction between neutrophil progenitor cells and myeloid cells (Robert et al., Nature332376-378 (1988)). The similarity between the extracellular region of the murine G-CSF receptor and contactin suggests that this region is involved in the interaction between neutrophil progenitor cells and myeloid cells.
[0023]
The cytoplasmic domain of G-CSF, like other growth factor receptors, is rich in serine (12.8%) and proline (12.3%). And the transmembrane and cytoplasmic region sequences of G-CSF receptor are significantly similar to IL-4 receptor.
[0024]
As shown in FIG. 11, the first 46 amino acids of the transmembrane and cytoplasmic regions of the G-CSF receptor are homologous to the corresponding regions of murine IL-4 (50.0%). Furthermore, amino acid residues 672-808 of the G-CSF receptor have significant similarity (45.4%) with amino acid residues 557-694 of the IL-4 receptor. This suggests that information transmission to cells by G-CSF and information transmission by IL-4 occur by the same mechanism.
[0025]
In the present invention, cDNA was obtained by reverse transcription of mRNA obtained from murine leukemia cell NFS-60 cells. This cDNA was obtained from other cells of the same animal (for example, WEHI-3BD).+Cells and mouse bone marrow cells) (see FIG. 8). It is also homologous to the genome of other animal species (eg human).
[0026]
The 3.7-kb mRNA of G-CSF receptor is not only NFS-60 cells but also WEHI-3BD.+(Figure). This means that the growth of NFS-60 cells by G-CSF and WEHI-3BD+This suggests that cell differentiation is related to the same G-CSF receptor. NFS-60 and WEHI-3BD+It seems that G-CSF action on cells has different results of proliferation and differentiation due to different signaling mechanisms downstream from the receptor. For example, the c-myb and evi-1 sites that appear to be involved in bone marrow cell differentiation are rearranged in NFS-60 cells, but WEHI-3BD+Differences have been reported that are not rearranged within the cell (Morishita et al., Cell54831-840 (1989)).
[0027]
DNA encoding the murine G-CSF receptor of the present invention can be obtained according to the nucleotide sequence shown in FIGS. This was deposited with the Ministry of International Trade and Industry, Institute of Industrial Science, Microbial Industrial Technology Research Institute under the accession number, Mikuken Bacteria No. 11353 (FERM P-11353) (Deposit Date: March 9, 1990) Escherichia coli. Transferred to an international deposit under the Budapest Treaty. It can be isolated from pI62 in a conventional manner (Accession number in international deposits: MICRO KUJI No. 3312 (FERM BP-3312; transfer date: March 16, 1991), or chemically synthesized. It is possible and can also be obtained by synthesizing a probe of usually about 30 nucleotides based on the sequence and using it as a hybridization probe for a genomic library or cDNA library. The library can be prepared from any species that expresses the G-CSF receptor, such as humans, mice, rats, and other animals, as described above, and methods for synthesizing and hybridizing DNA used as probes are known to those skilled in the art. Preparation of genomic and cDNA libraries is also known to those skilled in the art. It is known.
[0028]
The cDNA encoding the human G-CSF receptor of the present invention was cloned by the following method. That is, total RNA was prepared from human placenta and U937 cells (human histiocytic lymphoma, ATCC CRL 1593) with high expression rate of G-CSF receptor, and poly (A) RNA was selected. Subsequently, double-stranded cDNA was synthesized using reverse transcriptase, DNA polymerase, etc., and a cDNA library was constructed using mammalian expression vector pEF-BOS (see FIG. 21). On the other hand, a hybridization probe was prepared from DNA encoding the above-mentioned murine G-CSF, and the cDNA library was screened by colony hybridization or plaque hybridization using the probe, and a positive clone was selected.
[0029]
Five positive clones were isolated from a cDNA library prepared from U937 cells (pHQ1-pHQ5). On the other hand, more than 100 positive clones were obtained from a cDNA library prepared from human placenta, 6 positive clones were isolated and EcoRI-digested, and the resulting EcoRI fragment was subcloned with pBluescript SK (+). . The isolated cDNA was then analyzed by restriction enzyme mapping and DNA sequencing. As a result, it was found that clones were classified into the following three classes. Most of the cDNAs obtained from placenta and U937 cells belonged to class 1.
[0030]
Class 1: Plasmids pHQ3 (U937 cells) and pH12 (placenta)
This class of clones has a large open reading frame encoding a protein of 836 amino acids. The nucleotide sequence and the deduced amino acid sequence are shown in FIGS. According to the hydropathic analysis of the deduced amino acid sequence, the G-CSF receptor encoded by this class of cDNA is transmembrane consisting of a signal sequence of 23 amino acid residues from the N-terminus, an extracellular domain of 604 residues, and 26 residues. It was shown to contain a region (transmembrane domain) and a cytoplasmic domain of 183 residues. The restriction enzyme cleavage points of plasmid pHQ3 (identical to pH12) are described in FIG.
[0031]
The estimated molecular weight of the human G-CSF receptor (813 amino acids) encoded in this plasmid differs from the molecular weight of the conventional human G-CSF receptor by 30,000-60,000 daltons. This is thought to be due to the glycosylation of nine potential N-glycosylation sites present in the extracellular region.
[0032]
The homology between the human G-CSF receptor cloned according to the present invention and the murine G-CSF receptor is 72% at the nucleotide sequence level and 62.5% at the amino acid sequence level. The homology in the amino acid sequence is the entire region of the molecule. Uniform throughout. There are 17 cysteine residues in the extracellular domain of this human G-CSF receptor, 14 of which are conserved in humans and mice. Furthermore, a conserved “WSXWS” motif common to cytokine receptors also exists in the extracellular domain, indicating that the human G-CSF receptor belongs to the cytokine receptor group.
[0033]
Class 2: Plasmid pHQ2 (U937 cells)
The nucleotide sequence of plasmid pHQ2 is identical to that of pHQ3 except that 88 nucleotides of nucleotide number 2,034-2,121 are deleted from the sequence of pHQ3. This 88 nucleotide region includes a transmembrane region. The nucleotide sequence downstream from the deletion start site of the plasmid is shown in FIG. 15A. The nucleotide sequence and the deduced amino acid sequence of the class 2 clone are shown in SEQ ID NOs: 5 and 6, respectively.
[0034]
As is apparent from the figure, in pHQ2, the sequence of the translational reading frame encoding 150 amino acids downstream from the deletion site is different from that of pHQ3, and it encodes a secreted and solubilized G-CSF receptor. Conceivable. This receptor consists of 748 amino acids, and the calculated molecular weight is 82,707.
[0035]
Class 3: Plasmids pHG11 and pHG5 (placenta)
These plasmids contain an 81 bp insertion at nucleotide position 2,210 in the pHQ3 sequence. The insertion position is the cytoplasmic domain of the G-CSF receptor, and the translational open reading frame is not changed. The nucleotide sequence of the insert and the deduced amino acid sequence are shown in FIG. 15B. In addition, the base sequences and deduced amino acid sequences of class 3 clones are shown in SEQ ID NOs: 7 and 8, respectively. The receptor encoded by plasmid pHQ2 has 27 more amino acids than the class 1 G-CSF receptor and a molecular weight of 2,957. FIG. 16 shows a restriction map of cDNA having this insertion part.
[0036]
When the binding activity of the above three human G-CSF receptor cDNAs to G-CSF was examined, monkey COS cells transformed with class 1 plasmid pHQ3 were found to be murine.125It had high affinity with IG-CSF (dissociation constant in binding was 550 pM and the number of receptors was 3.4 × 10FourCells / cell). The affinity for this binding was almost identical to the affinity for binding of murine G-CSF to the murine G-CSF receptor expressed by COS cells. The binding affinity of human G-CSF to the receptor naturally present on the surface of U937 cells has a dissociation constant of 424 pM [Park, L.S., Waldron, P.E., Friend (Friend, D. Sassenfeld, H.M., Price, V., Anderson, D., Cosman, D., Andrews, R.G., Bernstein (Bernstein, I.D.) and Ardal (D.L.), Blood,7456-65 (1989)], the polypeptide encoded by pHQ3 is a receptor with sufficiently high affinity for G-CSF.
[0037]
On the other hand, since the polypeptide encoded by class 2 pHQ2 is partially deleted, COS cells and mice transformed with pHQ2 cDNA125Binding to IG-CSF was very low. The dissociation constant is 440 pM and the binding site is 6 × 103/ Cells. This also suggests that the receptor encoded by pHQ2 lacking the transmembrane region is a solubilized form secreted from cells.
[0038]
In order to examine the binding characteristics of class 3 cDNA, the expression plasmid pQW11 was constructed by inserting the 5 ′ sequence of pHQ3 cDNA and the 3 ′ sequence of pH11 into the mammalian expression vector pEF-BOS. COS cells were transformed with this plasmid, and the resulting transformants and mice125-As a result of binding analysis with G-CSF, it was found that the 27 amino acid insert in the cytoplasmic domain had little influence on the binding activity with G-CSF.
[0039]
The nucleotide sequences of DNAs encoding the human G-CSF receptor of the present invention are described in FIGS. 13 and 14 and SEQ ID NOs: 3, 5, and 7. This DNA was deposited with the Institute of Microbial Industrial Technology, Ministry of International Trade and Industry under the deposit number No. 11666, No. 11567, and No. 11568 (Deposit date: June 28, 1990). After that, under the Budapest Treaty, Escherichia coli transferred to the international deposit on March 16, 1991. pHQ2, Escherichia coli. pHQ3 and Escherichia coli. It can be isolated from pHG11 as usual. The accession numbers and transfer dates for these international deposits are as follows. Escherichia coli. pHQ2; accession number: fine work Kenjo No. 3313 (FERM BP-3313); Escherichia coli. pHQ3: Fine Work Research Institute No. 3314 (FERM BP-3314); Escherichia coli. pH11: Fine Work Research Institute, No. 3315 (FERM BP-3315).
[0040]
We also analyzed various human tissue cells for the presence of G-CSF receptor RNA by Northern hybridization using probes prepared from these human G-CSF receptor cDNAs. U937 cells, placenta and KG-1 cells gave a single band of 3.7 kb, and among them, it was confirmed that the placenta expressed a large amount of mRNA of G-CSF receptor.
[0041]
Furthermore, the type of receptor expressed by the cells was examined by PCR method. Class 1G-CSF receptor was U937 and placental cells, class 2 solubilized receptor was U937 cells, and class 3 receptor having an insert. Was confirmed to be expressed by placental cells.
[0042]
Further, as a result of examining the number of genes encoding the G-CSF receptor by Southern hybridization, it was found that a single gene exists per human haploid genome.
[0043]
According to the present invention, the nucleotide sequence of DNA encoding the human G-CSF receptor has been clarified. An expression vector that functions in an appropriate host system is constructed using this DNA, and a host cell is transformed with the expression vector. The recombinant human G-CSF receptor can be produced by culturing the obtained transformant. The recombinant human G-CSF receptor thus obtained is useful for various purposes such as diagnosis of leukemia and elucidation of the mechanism of action of human G-CSF.
[0044]
The nucleotide sequence of the cDNA encoding the G-CSF receptor of the present invention is described in FIGS. 1-3 and SEQ ID NO: 1 for mice, and FIGS. 13-15 and SEQ ID NOs: 3, 5, and 7 for humans. Those skilled in the art will understand that derivatives of this activity can be easily derived from these DNAs by nucleotide insertions, substitutions or deletions. Therefore, the DNA thus derived is also included in the scope of the present invention.
[0045]
The polypeptide that binds to G-CSF used to achieve the object of the present invention is not necessarily required to be a mature G-CSF receptor. Rather, it may be preferable that the fragment has a binding activity to G-CSF. Similarly, a DNA fragment encoding a part of the mature G-CSF receptor having binding activity with the entire sequence of DNA encoding the mature G-CSF receptor and DNA encoding the G-CSF is also useful.
[0046]
Therefore, the present invention provides a receptor peptide capable of binding to G-CSF, and a DNA encoding the peptide.
[0047]
Thus, the DNA encoding the G-CSF receptor peptide of the present invention includes DNA encoding a mature G-CSF receptor and a peptide fragment having the binding activity of the mature G-CSF receptor to G-CSF. .
[0048]
Using the DNA of the present invention, DNA encoding G-CSF receptor of other animal species is obtained, an expression vector for G-CSF receptor is constructed, and introduced into an appropriate cultured cell to express G-CSF receptor. be able to.
[0049]
Since an expression vector containing DNA encoding the G-CSF receptor of the present invention can be constructed by various methods, those skilled in the art may select as appropriate. A vector suitable for expression of the G-CSF receptor gene preferably has a promoter for initiation of transcription immediately upstream of the insertion site of the G-CSF receptor DNA sequence. Appropriate promoters are also known in the art and can be selected according to functional properties in the host cell. For example, the mouse metallothionein promoter and SV-40 small T promoter can be used for murine and monkey cells, respectively. Bacterial promoters can also be used to express G-CSF in bacteria. It is desirable that there is a poly-A signal downstream of the insertion site of the G-CSF receptor sequence. Desirably, a selectable marker such as a drug resistance marker is present in the vector. A particularly desirable marker is a neomycin resistance gene.
[0050]
An expression vector can be constructed by inserting DNA encoding the G-CSF receptor into an appropriate vector. A suitable vector is selected from those known in the art in consideration of the promoter, polyA signal, selection marker and other conditions. Examples of DNA vectors that can be used for the purpose of inserting the cDNA of the present invention and introducing it into cultured cells to express the cDNA include pSV2 and bovine papilloma virus DNA.
[0051]
The cultured cells that can be used for expression of the G-CSF receptor of the present invention may be any cells that can replicate and can express the DNA described in FIG. 1-3 or FIG. 13-15. For example, prokaryotic microorganisms such as E. coli, eukaryotic microorganisms such as S. cerevisiae, and mammalian cells are used. Tissue culture cells include avian or mammalian cells such as murine, rat and monkey cells. Selection and use methods of an appropriate host cell-vector system are known to those skilled in the art, and a system suitable for expression of the cDNA encoding the G-CSF receptor of the present invention can be arbitrarily selected from them. it can.
[0052]
The present invention will be described in more detail with reference to examples below, but these examples do not limit the present invention.
【Example】
Example 1  Cloning of murine G-CSF receptor DNA
1) Cells
Murine myeloid leukemia cells NFS-60 (Weinstein et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA)835010-5014 (1986); donated by J. Ihle of St. Jude Childress Research Hospital) 10% fetal calf serum (FCS) and 10-20 units / ml recombinant mouse IL-3 Cultured in RPMI 1640 medium supplemented with
COS-7 cells were maintained in Dulbecco's modified Eagle medium (DMEM) containing 10% FCS as usual.
[0053]
2) Growth and differentiation factors such as recombinant G-CSF
Bovine papillomavirus expression vector (Fukunaga et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA) carrying human G-CSF cDNA (Tsuchiya et al., 1987, supra).81, 5086-5090 (1984)), human recombinant G-CSF was purified from the culture solution of mouse C127I cells transformed.
Mouse G-CSF was purified as a homogeneous protein using a similar expression system. Human recombinant G-CSF and M-CSF produced by Chinese hamster ovary cells were obtained from Chugai Pharmaceutical, Japan.
Human recombinant G-CSF produced by E. coli was purchased from Amersham.
Mouse recombinant IL-3 and GM-CSF were obtained from Miyajima and Allai (DNAX Institute).
Mouse recombinant IL-6 and mouse recombinant LIF were obtained from Mr. Hirano (Osaka University) and Mr. Nicola (Walter Eliza Hall Institute), respectively.
Rat prolactin was purchased from Chemicon International, Inc.
Murine recombinant G-CSF labeled with radioactive iodine is produced by the modified IODO-GEN method (Fraker and Spec, Biochem. Biophys. Res. Commun.80849-857 (1978)) [specific activity: 6-8 × 10Fourcpm / ng protein (1,200-1,600 cpm / fmole)].
[0054]
3) CDM8 cDNA library
Total RNA was prepared from logarithmic growth phase NFS-60 cells by guanidine isothiocyanate / CsC1 method, and poly (A) RNA was selected by oligo (dT) -cellulose column chromatography. Using the reverse transcriptase (purchased from Seikagaku) and Amersham kit, the literature description (Nagata et al., Nature319415-418 (1986)), and double-stranded cDNA was synthesized.
[0055]
A BstXI adapter was added to the resulting blunt-end cDNA and electrophoresed on a 1% agarose gel. A cDNA of 1.8 kb or more was recovered from the gel, ligated to BstXI-digested mammalian expression vector CDM8 (Seed, 1987, supra), and E. coli MC1061 / p3 cells were transformed with the obtained DNA ( Electroporation, Dowell et al., Nucleic Acids Res.166127-6145 (1988)).
[0056]
4) Preparation of DNA
6x10FourIndividual bacterial colonies were plated in 24-well microtiter plates at a density of 60-80 colonies per well. Glycerin cultures were prepared for each pool of colonies. A part of each glycerin culture was inoculated into LB broth, and plasmid DNA was prepared from each pool by boiling method (boiling method) (Maniatis et al., Molecular Cloning: A Laboratory Manual 1982), and subjected to phenol extraction and ethanol precipitation. .
[0057]
5) Transfection of COS-7 cells
A monolayer culture of COS-7 cells was obtained in a 6-well microtiter plate and the cells were treated with the modified DEAE dextran method (Sonpyirak and Danna, Proc. Natl. Acad. Sci. USA).787575-7578 (1981)), and was transfected with the plasmid DNA prepared in 4) above.
That is, about 50% of the fully grown cells were washed three times with serum-free DMEM and contained 50 mM Tris-HCl (pH 7.3), 0.3 mg / ml DEAE-dextran and 1 μg of plasmid DNA for 8 hours at 37 ° C. Incubated in 0.6 ml DMEM. After 20% glycerin-containing Tris-HCl buffered saline for 2 minutes at room temperature, the cells were washed twice with DMEM and incubated in DMEM containing 10% FCS.
[0058]
6) Screening of COS-7 cells (transformants) expressing G-CSF receptor
72 hours after transfection, COS-7 cells were washed with DMEM (pH 7.3) (binding medium) containing 10% FCS and 20 mM HEPES in 0.6 ml of binding medium.125I-G-CSF (1.7 × 10Fivecpm (200 pM)) at 37 ° C. for 2 hours. Unbound radioactive G-CSF was removed and the cells were treated with 0.7 mM CaCl.2And 0.5 mM MgCl2Washed 3 times with phosphate buffered saline (PBS) supplemented with 1 and once with PBS. Cells were then harvested by trypsinization and the radioactivity bound to the cells was counted with an AUTO-GAMMA 5000 MINAXI gamma counter (Packard).125Background binding between I-labeled G-CSF and COS cells transfected with CDM8 vector was 308 ± 38 (SD) cpm. On the other hand, among COS cells transformed with a plasmid DNA pool containing cDNA, COS cells into which plasmid DNAs of two pools (I62 and J17) were introduced were125Significant binding with IG-CSF was observed (500 cpm and 912 cpm, respectively).
[0059]
144 independent clones from each positive pool (I62 and J17) were cultured in 24-well microtiter plates (6 plates) and subjected to sib selection using 12 × 12 clones (Maniatis et al., Supra, 1982). After plasmid mini-preparation and COS-7 cell transfection,125A binding reaction with IG-CSF was performed and a single clone was selected from each positive pool.
[0060]
That is, pool I62 and J17 bacterial clones were divided into 12 subgroups of 12 clones each. Some subgroups are directed to COS cells125The binding reaction of IG-CSF was 3710 and 4010 cpm. A single clone of each positive subgroup was then analyzed to identify two independent clones pI62 and pJ17. When COS-7 cells were transfected with plasmid DNAs of pI62 and pJ17125The IG-CSF binding values were 30300 cpm and 31600 cpm, respectively. Subsequently, the nucleotide sequences of plasmids pJ17 and pI62 were determined. Both of these contained the complete coding region of the G-CSF receptor, but also contained the poly (A) sequence and the poly (A) addition signal. I found that there was no. Therefore, the cDNA library was screened again by colony hybridization using 2.5 kb HindIII-XbaI of pJ17 as a probe, and one positive clone (pF1) was selected. This contained a 603 bp 3 'non-coding region, in which there were two overlapping poly (A) addition signals. The base sequences of these three cloned cDNAs (pI62, pJ17 and pF1) and the amino acid sequences deduced therefrom are shown in FIG. 1-3. Moreover, the schematic diagram, a restriction enzyme cutting point map, and a hydropathy plot are shown in FIG.
[0061]
Example 2  Characterization of cloned murine G-CSF receptor DNA
1) Binding activity of cloned G-CSF receptor
125The binding of IG-CSF to COS cells and NFS-60 cells was examined.
COS cells cultured on 15 cm plates were transfected with 20 μg pI62 or pJ17. Twelve hours after glycerin shock, the cells were divided into 6-well microtiter plates and cultured in DMEM containing 10% FCS for 60 hours. Cells are washed with binding medium and various amounts of125Incubated with I-G-CSF (range 10 pM-1.2 nM) at 4 ° C. for 4 hours.125In order to measure non-specific binding between IG-CSF and cells, a binding reaction is performed in the presence of a large excess of unlabeled G-CSF (800 nM), and the non-specifically bound radioactivity is subtracted from the total binding activity. Specific binding activity was determined.
[0062]
On the other hand, 5.2 × 106Individual NFS-60 cells at various concentrations125By incubating at 4 ° C. for 4 hours in 0.3 ml of RPMI-1640 medium consisting of 10% FCS containing I-G-CSF and 20 mM HEPES (pH 7.3), the cells were allowed to bind to G-CSF. It was. The results are shown in FIG. A is125Saturation binding between IG-CSF and COS cells is shown. As above, 1 × 10 5 with plasmid pJ176After transfection of COS cells, various amounts of125Incubation was performed in the presence or absence of excess amounts of unlabeled G-CSF in the presence of IG-CSF. White circles indicate total binding, white triangles indicate non-specific binding, black circles indicate specific binding, and specific binding is a value obtained as a difference between total binding and non-specific binding. B is a graph showing a Scatchard plot of G-CSF binding data to COS cells. C is125FIG. 2 is a graph showing saturation binding of I-G-CSF to NFS-60 cells, in which white circles indicate total binding, white triangles indicate non-specific binding, black circles indicate specific binding, and specific binding indicates total binding and non-specific binding. It is a value obtained as a difference. D is a graph showing a Scatchard plot of G-CSF binding data to NFS-60 cells. From the graph, the equilibrium dissociation constant of G-CSF receptor expressed in COS cells is 290 pM, and 3.0 × 10 6 per cell.FourIt can be seen that there are individual receptors. COS cell transfection efficiency of 10-20% (Songpilac and Donna, Proc. Natl. Acad. Sci. USA)78, 7575-7578 (1981)) and transfection-positive COS cells expressed recombinant G-CSF receptor 1.5-3.0 × 10FiveIt is predicted that it is expressed at the frequency of individual / cell. Since the equilibrium dissociation constant of the intrinsic G-CSF receptor on NFS-60 cells is 180 pM (FIG. 5D), these results indicate that the cDNA encoded by plasmid pJ17 has a high affinity for murine G-CSF. Suggesting that it is sufficient to express
[0063]
Subsequently, the binding specificity of the recombinant G-CSF receptor expressed in COS cells with G-CSF was examined. As described above, COS cells transfected with G-CSF receptor cDNA (pJ17) were treated with 1 μg of unlabeled murine G-CSF, human G-CSF, murine GM-CSF, murine IL-6, murine LIF, rat prolactin. Or 2 ng in the presence or absence of human M-CSF125Incubated with IG-CSF. Recombinant human G-CSF produced by murine C127 cells, Chinese hamster ovary cells or E. coli was used as human G-CSF. Bound to COS cells in each experiment125The radioactivity of IG-CSF was expressed as a percentage of the value in the absence of competitor. The results are shown in FIG.
[0064]
Human G-CSF is murine G-CSF and murine WEHI-3B D+Compete for binding with cells (Nicola et al., 1985, supra). Unlabeled recombinant human G-CSF produced by either mammalian cells or E. coli competed well with labeled murine G-CSF in the binding reaction of COS cells transfected with plasmid pJ17 (FIG. 6). In contrast, depending on unlabeled recombinant murine GM-CSF, murine IL-3, murine IL-6, murine leukemia inhibitory factor (LIF), rat prolactin or human M-CSF125The binding of IG-CSF to COS cells was not inhibited at all.
[0065]
2) Cross-linking reaction
G-CSF125A cross-linking reaction between IG-CSF and a receptor expressed by COS cells was performed as follows.
8 × 10 transfected with plasmid pI62 as aboveFiveCOS cells (3.5 cm plate) of 1.2 nM125Incubated with I-G-CSF for 2.5 hours at 4 ° C. in 0.6 ml binding medium in the presence or absence of 1.5 μM unlabeled G-CSF. Cells were scraped from the plate using a cell lifter and washed 3 times with 1 ml of PBS. The cross-linking reaction was performed on ice for 20 minutes in 1 ml PBS containing 150 μM disuccinimidyl suberate (DSS) and 150 μM disuccinimidyl tartrate (DST). The reaction was stopped by adding 50 μl of 1 M Tris-HCl (pH 7.4), centrifuged to collect the cells, protease inhibitor mixture (2 mM EDTA, 2 mM (p-aminophenyl) methanesulfonyl fluoride hydrochloride, 2 mM O-phenanthroline). The cells were lysed with 15 μl of 1% Triton X-100 containing 0.1 mM leupeptin, 1 μg / ml pepstatin A and 100 units / ml aprotinin). The supernatant was obtained by centrifugation, and this clear lysate (10 μl) was analyzed by 4-20% polyacrylamide gel gradient electrophoresis in the presence of SDS (Lemli, Nature).227680-685 (1970)). The film was exposed to X-ray film at -80 ° C for 2 days using a reinforced screen. As a size marker14A C-label molecular weight standard (rainbow marker, Amersham) was electrophoresed in parallel.
[0066]
The results are shown in FIG. Lane 2 represents the result of the cross-linking reaction in the presence of an excess amount of unlabeled murine G-CSF, and lanes 3 and 4 represent the absence. However, in lane 3, it is a result of reaction which does not contain DSS and DST. Lane 5 shows murine NFS-60 cells (3 x 106Cell / lane) in the same way125Lane 6 represents the results of an experiment that was incubated with IG-CSF in the presence of excess unlabeled G-CSF and in the absence and cross-linked by DSS and DST. Lanes 1 and 7 were each used as a size marker14C label molecular weight standard (rainbow marker, Amersham). The molecular weight of the protein standard is indicated in kD.
[0067]
A cross-linking reaction between G-CSF receptor on NFS-60 cells and labeled murine G-CSF (molecular weight 25,000) yields an apparent molecular weight of 125,000-155,000 (lane 6), which is NFS This suggests that the molecular weight of the murine G-CSF receptor on -60 is 100,000-130,000. Similarly, mice125A main band was obtained with a molecular weight of 120,000-150,000 (lane 4) by cross-linking reaction between IG-CSF and a receptor expressed on COS cells, which is slightly different from the value detected in NFS-60 cells. ing. These bands were not observed for cross-linking reactions in the presence of unlabeled G-CSF (lanes 2 and 5) or in the absence of binding reagent (lane 3). Slight differences in the molecular weights of COS and NFS-60 cells can be explained by the different glycosylation of the receptors in these cell lines.
[0068]
3) Hybridization
Colony hybridization and Northern hybridization were performed according to the method described in the literature (Maniatis, Cold Spring Harbor, New York: Cold Spring Harbor Laboratory (1982)). As a probe, a 2.5 kb HindIII-XbaI fragment of clone pJ17 was subjected to random primer labeling (Fineberg and Bogelstein, Anal. Biochem.1326-13 (1983))32Those labeled with P were used. The result of Northern hybridization is shown in FIG.
[0069]
Total RNA or poly (A) RNA prepared from various murine tissues was used. They are L929 (lane 1), NFS-60 (lanes 2 and 3), FDC-P1 (lane 4), WHEI-3BD.+(Lane 5) or mouse tissue, brain (lane 6), lung (lane 7), spleen (lane 8), bone marrow (lane 9), liver (lane 10), and kidney (lane 11). 30 μg of total RNA (lanes 1 and 3-11) or 2 μg of poly (A) RNA (lane 2) were subjected to electrophoresis on 1.3% agarose gel containing 6.6% formaldehyde, and Northern hybridization was performed according to the method described in the above literature. Analyzed with
[0070]
Example 3  The base sequence of the cloned murine G-CSF receptor DNA and the amino acid sequence of the polypeptide encoded by the DNA
1) Nucleotide sequencing
DNA sequencing was performed using T7-DNA polymerase (Pharmacia) and α-35This was performed by a dideoxynucleotide chain determination method using S dATPαS (Amersham). The results are shown in FIGS. 1-3 and FIG.
FIG. 1-3 shows the nucleotide sequence of murine G-CSF receptor cDNA (pI62, pJ17 and pF1) and the amino acid sequence deduced therefrom. The numbers above and below each line represent the nucleotide position and amino acid position, respectively, starting with the mature G-CSF receptor Cys-1. In the amino acid sequence, the signal sequence and the transmembrane region are underlined. Two overlapping poly (A) addition signals (AATAAA) are also underlined. Potential N-glycosylation sites (Asn-X-Ser / Thr) (11 in the extracellular region and 2 in the cytoplasmic region) are boxed.
[0071]
FIG. 4 is a murine G-CSF receptor cDNA, and A is a schematic diagram and restriction map of three independent cDNAs (pI62, pJ17, pF1). The part enclosed by a rectangle is an open reading frame. The stippled and filled portions represent the signal sequence and the transmembrane region, respectively. Restriction enzyme cleavage sites are also shown. B is a hydropathy plot of the amino acid sequence of the murine G-CSF receptor, which was obtained by the Kite and Dolite method (1982) using a 10 residue window. The numbers at the bottom of the figure represent the positions of the amino acid residues of the precursor protein.
[0072]
2) Comparison of amino acid sequence of G-CSF receptor with other growth factor receptor amino acid sequences (FIGS. 9-10).
FIG. 9 shows the G-CSF receptor, prolactin and growth hormone receptor in parallel. A comparison of the murine G-CSF receptor 96-317 amino acid sequence with rat prolactin and human growth hormone receptors shows the maximum homology obtained by introducing several gaps (-). Residues that are considered identical in the two sequences are surrounded by a solid line, and residues that are considered favored substitutions are surrounded by a dashed line. Preferred amino acid substitutions are defined as substitutions between pairs of amino acids belonging to any one of the following groups: S, T, P, A and G; N, D, E and Q; H, R and K; M , I, L and V; F, Y and W. Conserved among 9 members of the growth factor receptors (family) (G-CSF, prolactin, growth hormone, eleslopoietin, GM-CSF, IL-2β, IL-3, IL-4 and IL-6) Amino acids are listed with parentheses below each line and without parentheses. Residues without parentheses were conserved in more than 8 members, whereas residues in parentheses were conserved in 5-7 members of the family.
[0073]
FIG. 10, like FIG. 9, shows the 376-601 amino acid sequence of murine G-CSF receptor and the amino acid sequence of chicken contactin in parallel.
FIG. 11 shows the murine G-CSF receptor amino acid sequence 602-808 in parallel with the murine IL-4 receptor as described above.
FIG. 12 is a schematic diagram of the murine G-CSF receptor, and the boxed area represents the mature G-CSF receptor. “TM” represents a transmembrane region, region “A” represents a domain (222 amino acids) similar to other growth factor receptors (prolactin and growth hormone receptors), and a “WSXWS” motif can be seen. The region "B" (226 amino acids) of the murine G-CSF receptor is similar to chicken contactin. Region "C" (211 amino acids) contains the transmembrane domain (underlined) and the cytoplasmic domain of the G-CSF receptor and is similar to the two regions of the murine IL-4 receptor.
[0074]
Example 4  Cloning of human G-CSF receptor cDNA
(1) Isolation of human G-CSF receptor cDNA clone
Poly (A) RNA was prepared from U937 cells, and reverse transcriptase (purchased from Seikagaku Corporation) and Amersham cDNA synthesis kit were used to describe the literature (Nagata et al., Nature,319415-418 (1986)), a double-stranded cDNA was synthesized. A BstX1 adapter was added to the resulting blunt-end cDNA, and electropermanent was performed on a 1% agarose gel. A cDNA of 2.5 kb or more was recovered from the gel and bound to the mammalian expression vector pEF-BOS (FIG. 21).E .coli DH1 cells were electroporated (Dowell et al., Nucleic Acids Res.,166127-6145 (1988)).
The total number of libraries obtained was then 3.4 x 10FourIndividual clones were screened by colony hybridization.
[0075]
Hybridization probes were prepared by random oligonucleotide primer labeling of 2.5 kb HindIII-XbaI fragment of murine G-CSF receptor cDNA (Sambrook, J., Fritsch, EF and Maniatis, T). .. Molecular Cloning (1989): A Laboratory Manual, 2nd edition, Cold Spring Harbor, New York: Cold Spring Harbor・ In the laboratory (Cold Spring Harbor Laboratory)]32Those labeled with P were used. The probe used here is murine G-CSF receptor cDNA (pI62). The nucleotide sequence and the deduced amino acid sequence are shown in FIGS. 1-3. In FIG. 1-3, the signal sequence and the transmembrane region are underlined. Potential N-glyphsyl sites are also boxed.
[0076]
Hybridization was achieved by lowering the hybridization temperature to 28 ° C. and filtering the filter at 37 ° C. with 150 mM NaCl / 15 mM sodium citrate, pH 7.0 / 0.1% NaDodSo.4Other than washing in the literature [Fukunaga, R., Matsuyama, M., Okamura, H., Nagata, K., Nagata, S. and Sokawa] , Y.), Nucleic Acids Research,144421-4436 (1986)]. That is, a colony replica filter was prepared, and each nitrocellulose filter and a probe heated at 95 ° C. for 5 minutes and then rapidly cooled were hybridized at 28 ° C. for 12 hours. Subsequently, after the filter was washed by the method described above, the target clone was searched for by autoradiography.
[0077]
On the other hand, a human placenta cDNA library constructed using λgt11 was purchased from Clonetech and screened by plaque hybridization using murine G-CSF receptor cDNA.
That is, about 1.5 × 106The phage DNA of individual clones was obtained by the method described by Benton and Divis (Benton, WD & Davis, RW, Science,196, 180-182 (1977)), followed by screening by plaque hybridization. The probe DNA and hybridization conditions used are the same as the probes and conditions used for screening the U983 cDNA library described above.
[0078]
Five positive clones were isolated from a cDNA library prepared from U937 cells (pHQ1-pHQ5).
On the other hand, human placental cDNA library (1.5 × 10 56Clones showing 100 or more positive signals in plaque hybridization of mouse G-CSF receptor cDNA and EcoRI fragments of 6 positive clones (λHG4, 5, 11, 12, 14 and 18) Was subcloned into the pBluescript SK (+) vector and designated pHG4, 5, 11, 12, 14 or 18.
[0079]
For DNA sequencing, a series of plasmids deleted approximately 300 bp in length were prepared using exonuclease III and mung bean nuclease (Sunbrook et al., Supra). Sequencing was then performed using T7 DNA polymerase, deaza dGTP and α-35This was performed by the dideoxy chain termination method using SdATPα-S.
As a result of sequencing, it was found that cDNAs isolated from U937 and placental cDNA libraries were classified into the following three classes.
[0080]
Class 1: Plasmids pHQ3 (U937) and pH12 (placenta)
Most cDNAs isolated from U937 and placental cDNA libraries belong to this class. The nucleotide sequences of these plasmids and the deduced amino acid sequences are shown in FIGS. 13-14. A map showing the restriction enzyme cleavage site is shown in FIG.
[0081]
These class 1 plasmids have a large open reading frame encoding a protein of 836 amino acids. As a result of hydropathic analysis of the deduced amino acid sequence, as is apparent from the figure, the N-terminal 23 amino acid residues correspond to the signal sequence, a 604 residue extracellular domain, a 26 residue transmembrane region, and 183 Followed by the cytoplasmic domain of the residue. There are nine potential N-glycosylation sites in this extracellular region.
[0082]
In addition, there are 17 cysteine residues in the extracellular domain of the peptide encoded by this cDNA, 14 of which are conserved in humans and mice. The domain also has a “WSXWS” motif conserved in cytokine receptors, indicating that the human G-CSF receptor belongs to cytokine receptors.
[0083]
The homology between human G-CSF receptor (813 amino acids) and murine G-CSF receptor encoded by this class 1 plasmid was 72% at the nucleotide sequence level and 62.5% at the amino acid sequence level. Also, the homology in the amino acid sequence was uniform throughout the entire region of the molecule.
[0084]
Class 2: Plasmid pHQ2 (U937 cells)
The nucleotide sequence of plasmid pHQ2 is identical to that of pHQ3 except that 88 nucleotides of nucleotide number 2,034-2,121 are deleted from the sequence of pHQ3. The end of the deleted sequence is indicated by a black arrowhead in the sequence described in FIGS. 13-14.
[0085]
As is apparent from the figure, the 88 nucleotide deletion region includes a transmembrane region. The nucleotide sequence downstream from the deletion is shown in FIG. 15A.
In pHQ2, the translational reading frame encoding 150 amino acids downstream from the deletion site has been altered by this deletion (see FIG. 16), and is thought to encode a secreted and solubilized G-CSF receptor. It is done. This solubilized receptor consists of 748 amino acids, and the calculated molecular weight is 82,707.
[0086]
Class 3: Plasmids pHG11 and pHG5 (placenta)
The nucleotide sequences of these plasmids are those in which an 81 bp DNA fragment is inserted at nucleotide number 2,210 of pHQ3. The insertion position is in the cytoplasmic domain of the G-CSF receptor, and is the site indicated by the thick arrow in FIGS. 13-14. The translation open reading frame has not changed. The nucleotide sequence of the insert and the deduced base sequence are shown in FIG. 15B. Therefore, the receptor encoded by plasmid pHQ2 is 27 amino acids larger and 2,957 larger in molecular weight than the first class G-CSF receptor.
[0087]
The nucleotide sequences and deduced amino acid sequences of these three classes of plasmids are set forth in FIGS. 13-15 and SEQ ID NOs: 3-8. 13-14, various symbols in the sequence of pHQ2 in A have the following meanings. The amino acid sequence number is such that the amino acid Glu is number 1. The signal sequence and transmembrane region are indicated by bold underlining, and the N-glycosylation site (Asn-X-Thr / Ser) is indicated by a square. The “WSXWS” motif portion conserved in the cytokine receptor family is indicated by a double underline. The black arrowhead represents the end of the sequence deleted in pHQ2, and the thick arrow represents the insertion site of the insert in pH11. A thin arrow indicates an oligonucleotide primer part used in the PCR method described later. In FIG. 15A, the sequence downstream from Δ indicates the nucleotide sequence corresponding to the sequence downstream of nucleotide 2,034 from which pHQ3 has been deleted, and the deduced amino acid sequence in pHQ2. FIG. 15B shows the nucleotide sequence and deduced amino acid sequence of the insert at pH 657 at amino acid position 657, contained in pH11. The inserted sequence is enclosed in parentheses.
[0088]
A restriction map of the above three classes of plasmids is shown in FIG. In the figure, the part enclosed by a square represents an open reading frame, the shaded part represents a signal sequence, and the filled part represents a transmembrane region. The hatched portion in pHQ2 is a portion changed from the open reading frame of other cDNA, and represents a sequence encoding a different amino acid. The hatched portion in pHG11 represents an insert sequence portion encoding 27 amino acids.
[0089]
(2) Detection of G-CSF receptor mRNA in human cells
Human G-CSF receptor mRNA was detected by polymerase chain reaction (PCR) using primers prepared from the above cDNA.
The synthesis and PCR of single-stranded cDNA is substantially performed by Kawasaki [Kawasaki, ES, PCR Protocols, “A guide to methods and applications (A guide to methods and applications]). and application), Innis, M.A., gel fund (Gelfand, D.H.), Shinsky, J.J. and white (White, T.J.), Academic Press, San Diego, CA (Academic Press, San Diego, CA), pages 21-27 (1990)], and the results are shown in FIG.
[0090]
That is, random RNA (lanes 2 and 5) or poly (A) RNA (lanes 21 and 4) obtained from human placenta or U937 cells, or 2 μg of human placenta (lanes 3 and 6) in a random amount of 6 μl in a reaction mixture of 50 μl. In the presence of 0.5 μg of the body (hexamer) and 80 units of AMV reverse transcriptase, it was subjected to cDNA synthesis as previously described (Kawasaki et al., Supra) (Kawasaki et al., Supra).
5 μl of the reaction mixture is taken, diluted with 100 μl of PCR buffer containing 50 pmol each of the following forward and reverse primers and placed in a DNA thermal cycler (Perkin-Elmer-Setas) preheated to 80 ° C. .
[0091]
The reaction was then started by adding 2.5 units of Tag polymerase. The conditions for PCR are as follows. A cycle of 1.5 minutes at 95 ° C., 1.5 minutes at 70 ° C., and 1.5 minutes at 72 ° C. is performed 30 times.
[0092]
Finally, the product (10% of the reaction mixture) was subjected to 1.5% agarose gel electrophoresis in TBE buffer and observed with ethidium bromide fluorescence. As size markers, BamHI and MvaI digested pBR322 were electrophoresed simultaneously to indicate the size of the DNA fragment in base pairs. Amplified DNA fragments (A1, A2, B1 and B2) corresponding to the isolated DNA are indicated by arrows.
[0093]
In FIG. 19, the samples in lanes 1 to 3 are amplified using a pair of a forward primer of nucleotide numbers 1,790-1,810 and a reverse primer of 2,179-2,156. Lanes 4 to 6 are samples obtained by amplifying the second oligonucleotides (nucleotide numbers 2,086 to 2,105 and 2,322 to 2,303) as specific primers.
As is apparent from the figure, both U937 and placental cells express class IG-CSF receptors, U937 cells express soluble G-CSF receptors, and placental cells have G-CSF with an insert in the cytoplasmic region. It was confirmed to express the receptor.
[0094]
Example 5  COS cell transformation and cloned binding activity of cloned human G-CSF receptor cDNA
mouse or rat125The binding between SF and COS cells transformed with the cDNA obtained in Example 4 was examined.
Labeling of murine recombinant G-CSF, transformation of COS cells with an expression vector containing human G-CSF receptor cDNA, and125The binding assay of IG-CSF to COS cells was performed according to the method disclosed in the aforementioned murine examples.
[0095]
Plasmid pHG11 was used to construct a full length cDNA with an insert in the cytoplasmic region. Specifically, the plasmid pHG11 was completely digested with restriction enzymes (NheI, purchased from Takara Shuzo) and partially digested with BstXI (1,425) (purchased from Takara Shuzo). The reaction conditions for the restriction enzyme were the same as those attached to the enzyme from Takara Shuzo.
Next, the 1.38 kb BstXI-NheI fragment and the 6.9 kb BstXI-NheI fragment of pHQ3 were ligated using T4-DNA ligase (purchased from Takara Shuzo) to construct pQW11. Then, COS cells are transformed with expression plasmids (pHQ2, pHQ3 and pHQW11) containing these cDNAs,125Binding to IG-CSF was examined.
[0096]
That is, COS cells cultured on a 15 cm plate were transfected with 20 μg of pHQ2, pHQ3, or pHQ11. Twelve hours after glycerin shock, the cells were divided into 6-well microtiter plates and cultured in DMEM containing 10% FCS for 60 hours. Cells were washed with binding medium (DMEM containing 10% FCSF and 20 mM HEPES (pH 7.3)) and various amounts of125Incubated with I-G-CSF (range 10 pM to 1.2 nM) at 4 ° C. for 4 hours.125In order to measure non-specific binding between IG-CSF and cells, the binding reaction was performed in the presence of a large excess of unlabeled G-CSF (800 nM), and the radioactivity bound nonspecifically from the total binding activity. The specific binding activity was determined by subtracting. FIG.125Saturation binding activity of I-G-CSF to COS cells, FIG. 17B shows the results of its Scatchard analysis. At this time, murine G-CSF receptor cDNA was similarly introduced into COS cells, and the binding activity of G-CSF was examined.
[0097]
In FIG. 17, black triangles indicate COS cells transformed with murine G-CSF receptor cDNA. Among the COS cells transformed with the human G-CSF receptor cDNA, the transformant by pHQ3 is indicated by a white circle, the transformant by pHQ2 is indicated by a black circle, and the transformant by pQW11 is indicated by a white triangle.
FIG. 17 shows that monkey COS cells transformed with pHQ3 or pHQ11 are murine.125It has high affinity with IG-CSF, dissociation constant in binding is 550 pM, and the number of receptors is 3.4 × 10FourIt turns out that it is an individual / cell. Also, COS cells and mice transformed with pHQ2 cDNA125Binding to IG-CSF was at a very low level because the plasmid pHQ2 encodes a partially deleted peptide (dissociation constant 440 pM, binding site 6 × 103/cell). This strongly suggests that the receptor encoded by pHQ2 lacking the transmembrane region may be secreted from the cell and accumulated in the medium.
[0098]
In addition, the transformant with the plasmid pQW11 and the transformant with the pHQ3 are almost the same mice.125Showing binding activity for IG-CSF indicates that the 27 amino acid insert in the cytoplasmic domain has little effect on G-CSF binding.
For purification of human G-CSF receptor obtained by expression of the transformant, the above-described method for purifying natural mouse G-CSF receptor can be used.
[0099]
Example 6  Analysis of DNA and mRNA encoding human G-CSF receptor DNA or RNA encoding human G-CSF receptor was analyzed by Northern hybridization and Southern hybridization.
Total RNA was prepared from various cell lines and fresh human placenta using the guanidine isothiocyanate / CsCl method as previously described (Saintbrook, supra).
[0100]
On the other hand, cellular DNA was derived from human T lymphocytes (Fukunaga et al., Nucleic. Acids Res.,144421-4436 (1986)).
Southern and Northern blot hybridization was performed according to the method described in the literature (Maniatis et al., Molecular Cloning, Cold Spring Laboratory (1982)) using the XhoI DNA fragment (3 kb) of plasmid pHQ3 containing human G-CSF receptor cDNA as a probe. I did it.
[0101]
1) Analysis of G-CSF receptor transcript and genomic DNA
MRNA from various cells is converted into human G-CSF receptor cDNA.
The probe was tested by Northern hybridization.
The results are shown in FIG. The cells used are as follows. Human U937 cells (lanes 1 and 2), human KG-1 (lane 3), human HL-60 (lane 4), human FL (lane 6), human CHU-2 (lane 7), and human placenta (lane 5) And 8).
U937: human histiocytic lymphoma, ATCC CRL 1593
KG-1: human acute myelogenous leukemia, ATCC CCL246
HL-60: human promyelocyte leukemia, ATCC CCL240
FL: human amnion, ATCC CCL62
Lanes 2 to 6 and 8 represent total RNA (20 μg), and lanes 1 and 7 represent poly (A) RNA (1 μg).
[0102]
FIG. 18A is a copy of an image obtained by exposing human G-CSF receptor cDNA to a DNA probe and exposing the filter to X-ray film after hybridization for 40 hours (lane 8 is 2 hours).
In RNA obtained from U937, placenta and KG-1, a single band is observed at 3.7 kb. Moreover, the signal detected in placenta-derived RNA is 20 times or more that in U937-derived RNA.
B: Blot again,32P-labeled human elongation factor (elongation factor) 1α cDNA [Uetsuki, T., Naito, A., Nagata, S. and Kaziro, Y., Journal of Bisio Logical chemistry (J. Biol. Chem.),H.2645791-5798 (1990)], and a copy of an image obtained by exposing a filter to an X-ray film for 1 hour. In this case, almost the same signal was obtained with RNA prepared from any cell. These results indicate that the placenta expresses a very large amount of G-CSF receptor mRNA, suggesting a placental growth promoting action of G-CSF.
[0103]
2) Southern hybridization
The number of genes encoding human G-CSF receptor was examined by Southern hybridization.
10 μg of human genomic DNA was digested with EcoRI, HindIII, BamHI, BglII, XbaI, PstI, SacI and ApaI and subjected to 0.8% agarose gel electrophoresis. Transfer the DNA to a nitrocellulose filter,32Hybridized with P-labeled human G-CSF receptor cDNA. At this time, the DNA size marker was run simultaneously.
[0104]
The results are shown in FIG. The figure shows EcoRI (lane 1), HindIII (lane 2), BamHI (lane 3), BglII (lane 4), XbaI (lane 5), PstI (lane 6), SacI (lane 7) and ApaI (lane 8). The analysis result regarding each digestion fragment is shown. Only one to two bands are observed in DNA digested with restriction enzymes EcoRI, HindIII, BglII, and XbaI, whereas DNA digested with BamHI, PstI, SacI, and ApaI has 4-5 bands each. It is done. As shown in FIG. 16, since human G-CSF receptor cDNA has 3BamHI, 6PstI, 2SacI, and 3ApaI restriction enzyme cleavage sites, it is estimated from this result that there is one G-CSF receptor gene per human haploid genome. .
[0105]
[Sequence Listing]
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[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram of a nucleotide sequence of a murine G-CSF receptor and an amino acid sequence deduced therefrom (N-terminal side).
FIG. 2 is a schematic diagram of the nucleotide sequence of murine G-CSF receptor and the amino acid sequence (intermediate part) inferred therefrom.
FIG. 3 is a schematic diagram of the nucleotide sequence of the murine G-CSF receptor and the amino acid sequence deduced therefrom (C-terminal side).
FIG. 4 is a graph showing a schematic diagram, restriction map and hydropathy plot of murine G-CSF receptor cDNA (pI62, pJ17 and pF1).
FIG. 5 shows COS cells expressing recombinant murine G-CSF, NFS-60 cells and murine.1251 is a graph showing binding to I-G-CSF, where A is a mouse.125Saturated binding between IG-CSF and COS cells, B is a graph showing a Scatchard plot of murine G-CSF binding data to COS cells, C is a mouse125Graph showing saturation binding of IG-CSF to NFS-60 cells, D is a graph showing a Scatchard plot of murine G-CSF binding data to NFS-60 cells,
FIG. 6 is a graph showing the binding specificity of recombinant murine G-CSF receptor expressed in COS cells and murine G-CSF,
FIG. 7 is a graph showing the results of cross-linking reaction of murine G-CSF receptor expressed in COS cells and NF-60 cells;
FIG. 8 is a copy of a photograph showing the results of Northern hybridization analysis of murine G-CSF receptor mRNA.
FIG. 9 is a sequence diagram showing the amino acid sequence of murine G-CSF receptor and the amino acid sequences of prolactin and growth hormone receptor in parallel.
FIG. 10 is a sequence diagram showing the amino acid sequence of a murine G-CSF receptor and the amino acid sequence of chicken contactin in parallel.
FIG. 11 is a sequence diagram showing the amino acid sequence of the murine G-CSF receptor and the amino acid sequence of the murine IL-4 receptor in parallel.
FIG. 12 is a schematic diagram of the murine G-CSF receptor.
FIG. 13 is a diagram showing the nucleotide sequence and the deduced amino acid sequence (N-terminal side) of cDNAs (plasmids pHQ3 and pHG12) encoding human G-CSF receptor.
FIG. 14 is a diagram showing the nucleotide sequence and the deduced amino acid sequence (C-terminal side) of cDNAs (plasmids pHQ3 and pHG12) encoding human G-CSF receptor.
FIG. 15 is a diagram showing a part of the nucleotide sequence and the deduced amino acid sequence of cDNAs encoding human G-CSF receptor (plasmid pHQ2 and plasmid pH11). A is a sequence portion different from the pHQ3 sequence in the pHQ2 sequence shown in FIGS. 13-14, the nucleotide sequence of the sequence corresponding to the downstream from the nucleotide number 2,034 of the pHQ3 and the deduced amino acid sequence, B is It is a figure showing the nucleotide sequence and the deduced amino acid sequence of the insert inserted in pHQ2 described in FIGS. 13-14 in the sequence of pHG11.
FIG. 16 is a schematic diagram of restriction enzyme maps of pHQ3 and pHG12, pHQ2 and pHG11 described in FIGS. 13-15.
FIG. 17 is a graph showing the binding characteristics of recombinant human G-CSF receptor expressed by COS cells with murine G-CSF, and A is125The graph which shows the saturation binding to COS cell of IG-CSF, B is a graph which shows the result of the Scatchard analysis of G-CSF binding data.
FIG. 18 is a copy of a photograph showing the results of Northern hybridization analysis of human G-CSF receptor mRNA.
FIG. 19 is a copy of a photograph showing the results of PCR of human G-CSF receptor mRNA.
FIG. 20 is a copy of a photograph showing the result of Southern hybridization analysis of human G-CSF receptor;
FIG. 21 is a schematic diagram of an expression vector pEF-BOS.

Claims (7)

以下のいずれかのアミノ酸配列を有し、顆粒球コロニー刺激因子との結合活性を有するタンパク質をコードするDNA。
(1) 配列番号2に記載のアミノ酸配列におけるアミノ酸番号26〜837で表されるアミノ酸配列において、1または数個のアミノ酸が欠失、置換もしくは付加されたアミノ酸配列、および
(2) 配列番号2に記載のアミノ酸配列におけるアミノ酸番号26〜626で表されるアミノ酸配列において、1または数個のアミノ酸が欠失、置換もしくは付加されたアミノ酸配列。
但し、配列番号2に記載のアミノ酸配列におけるアミノ酸番号26〜626または26から837で表されるアミノ酸配列をコードするDNAを除く。
A DNA encoding a protein having any of the following amino acid sequences and having a binding activity to a granulocyte colony-stimulating factor.
(1) an amino acid sequence represented by amino acid numbers 26 to 837 in the amino acid sequence described in SEQ ID NO: 2, wherein one or several amino acids are deleted, substituted or added; and
(2) An amino acid sequence in which one or several amino acids are deleted, substituted or added in the amino acid sequence represented by amino acid numbers 26 to 626 in the amino acid sequence described in SEQ ID NO: 2.
However, DNA encoding the amino acid sequence represented by amino acid numbers 26 to 626 or 26 to 837 in the amino acid sequence described in SEQ ID NO: 2 is excluded.
以下のいずれかの塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件下でハイブリダイズするDNAであって、顆粒球コロニー刺激因子との結合活性を有するタンパク質をコードするDNA。
(1) 配列番号1に記載の塩基配列におけるヌクレオチド番号255〜2690で表される塩基配列、および
(2) 配列番号1に記載の塩基配列におけるヌクレオチド番号255〜2057で表される塩基配列。
但し、配列番号2に記載のアミノ酸配列におけるアミノ酸番号26〜626または26から837で表されるアミノ酸配列をコードするDNAを除く。
A DNA that hybridizes under stringent conditions with DNA comprising any of the following base sequences, and that encodes a protein having a binding activity to granulocyte colony-stimulating factor.
(1) the base sequence represented by nucleotide numbers 255 to 2690 in the base sequence set forth in SEQ ID NO: 1, and
(2) The base sequence represented by nucleotide numbers 255 to 2057 in the base sequence described in SEQ ID NO: 1.
However, DNA encoding the amino acid sequence represented by amino acid numbers 26 to 626 or 26 to 837 in the amino acid sequence described in SEQ ID NO: 2 is excluded.
請求項1または2のいずれかに記載のDNAによりコードされるタンパク質。  A protein encoded by the DNA according to claim 1 or 2. 請求項1または2に記載のDNAを含有する発現ベクター。  An expression vector containing the DNA according to claim 1 or 2. 請求項4に記載の発現ベクターを含有する形質転換体。  A transformant containing the expression vector according to claim 4. 請求項5に記載の形質転換体を培地に培養し、得られた培養物から顆粒球コロニー刺激因子と結合し得る生成物を回収することからなる顆粒球コロニー刺激因子レセプターの製造方法。  A method for producing a granulocyte colony stimulating factor receptor comprising culturing the transformant according to claim 5 in a medium and recovering a product capable of binding to granulocyte colony stimulating factor from the obtained culture. 請求項6記載の方法で製造された顆粒球コロニー刺激因子レセプター。  A granulocyte colony-stimulating factor receptor produced by the method according to claim 6.
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