JP3995279B2 - Protein production method - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、遺伝子組換え技術を用いた目的ポリペプチドの製造方法に関する。好ましくは、目的ポリペプチドは生理活性ポリペプチドであり、例えばプロテアーゼのごとき酵素である。一例として、目的ポリペプチドがスタフィロコッカス・アウレウス(Staphylococcus aureus)V8プロテアーゼ誘導体である当該ポリペプチドの製造方法に関する。
【0002】
さらに具体的な一例としては、大腸菌発現系を用いてスタフィロコッカス・アウレウス(Staphylococcus aureus)V8株由来のV8プロテアーゼ誘導体を不溶性の融合蛋白として発現させ、変性剤の存在下に大腸菌由来の内在性のompTプロテアーゼにより、当該融合蛋白からV8プロテアーゼ誘導体を切断し、必要であればリフォールディングを経て、活性型のV8プロテアーゼ誘導体を製造する方法である。
【0003】
【従来の技術】
スタフィロコッカス・アウレウス(Staphylococcus aureus)(以下S.アウレウス(S. aureus))V8プロテアーゼはS. aureus V8株が培地中に分泌するセリンプロテアーゼの一種である。この酵素は、1972年にDrapeau, G. R.等によりS. aureus V8株の培地中に分泌されるグルタミン酸およびアスパラギン酸のC末端側を特異的に切断するセリンプロテアーゼの一種として単離精製され(Jean Houmard and Gabriel R. Drapeu (1972) Proc. Natl. Acad. Sci. USA 69, 3506-3509)、1987年にはCynthia Carmona 等により本酵素のDNA 塩基配列が明らかになっている(Cynthia Carmona and Gregory L. Gray (1987) Nucleic Acids Res. 15, 6757)。
【0004】
本酵素は336個のアミノ酸残基からなる前駆体として発現されたのちN末端から68個のプレプロ配列が除去され成熟蛋白として分泌されると考えられている。さらに、本酵素にはそのC末端領域(アミノ酸番号221ー256)にプロリン−アスパラギン酸−アスパラギンのリピート(繰り返し)配列が存在していることが知られている。この繰り返し配列が酵素活性に必要であるか否かについては不明であり、Gray等はこの酵素が分泌される前に不活性型の酵素として存在する際に機能しているのではないかと考えている。
【0005】
酵素としての機能解析は不十分であるにもかかわらず、本酵素はグルタミン酸およびアスパラギン酸のC末端側のペプチド結合を特異的に切断することから、蛋白質のアミノ酸配列の決定に汎用されている。また本酵素は尿素存在下(2M程度)でも基質に作用することから遺伝子組換え技術で不溶性の融合蛋白として菌体内に大量に発現させた融合蛋白を尿素で可溶化した後、本酵素を作用させて目的ペプチドを融合蛋白から遊離させる工程にも使用されている。
【0006】
本発明者等はヒトカルシトニンの遺伝子組換え法による製造に上に述べた方法を用い効率良くヒトカルシトニンの製造に成功している(特開平5−328992)。またヒトグルカゴンを大腸菌発現系で融合蛋白として発現させた例においても、S. aureus V8プロテアーゼが融合蛋白からヒトグルカゴンの切り出しに使用されている(Kazumasa Yosikawa et al. (1992) Journal of Protein Chemistry, 11, 517-525 )。
【0007】
このように本酵素は非常に多くの研究また遺伝子組換えによるペプチドの製造に用いられているにもかかわらず、S. aureus V8株の培養液から精製されているため、(1)微量に他のプロテアーゼが混在していること、(2)病原菌と考えられる菌から精製を行なわなければならないこと、(3)高価であること、が問題点としてあった。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明は目的のポリペプチド、例えばS. aureus V8プロテアーゼの大量生産を目的とする。高純度の目的ポリペプチド、例えばS. aureus V8プロテアーゼを製造することは研究上および産業上非常に有用であり、当該ポリペプチドの大量の工業的製造が非常に望まれている。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的を達成するためには、目的ポリペプチドをコードする遺伝子、例えばS. aureus V8株よりS. aureus V8プロテアーゼの遺伝子を単離し、遺伝子組換え技術を用いて安全な宿主細胞、例えば大腸菌を使用することにより、大量に、しかも安価に当該ポリペプチド、例えば酵素を生産・精製することが必要である。
【0010】
一般に、遺伝子工学的方法により目的とするポリペプチド又は蛋白を製造するには、宿主により生産されたポリペプチドが宿主の生存や増殖、さらには目的ポリペプチド又は蛋白質の発現に悪影響を与えないようにするため、さらには発現された目的ポリペプチド又は蛋白質の単離・精製を容易にするために、目的ポリペプチド又は蛋白質を融合蛋白質として生成せしめ、それを不溶性の封入体として宿主細胞中に蓄積させることが好ましい場合がある。
【0011】
しかしながら、目的とするポリペプチド又は蛋白質を含む融合蛋白質が必ずしも常に封入体を形成するとは限らない。このため、本発明の1つの態様においては、目的ポリペプチド又は蛋白質を他の蛋白質との融合蛋白質として発現せしめ、封入体として宿主細胞中に蓄積せしめる。宿主細胞が生来的に有するプロテアーゼは封入体に対に作用することができないが、封入体を単離し、溶解した後には、封入体に随伴している宿主由来のプロテアーゼが融合蛋白質に作用しこれを開裂せしめ、目的ポリペプチド又は蛋白質を遊離せしめることができる。こうして、本発明によれば、目的ポリペプチド又は蛋白質を効率的に製造することができる。
【0012】
しかしながら、目的ポリペプチド又は蛋白質を常法に従って融合蛋白質にした場合、該融合蛋白質が封入体を形成するとは限らない。この様な場合、本発明においては、目的ポリペプチド又は蛋白質のN末端側とC末端側に保護ペプチドを連結することによって融合蛋白質を形成することにより封入体を形成せしめる。
そこで、本発明においては、遺伝子工学的手法を用い大腸菌発現系でS. aureus V8プロテアーゼを大量にしかも純度良く効率的に製造する方法を具体例として記載する。
【0013】
まず、本発明者らはS. aureus V8プロテアーゼを大量に大腸菌発現系を用いて生産させるには酵素活性を持たない融合蛋白法による発現方法が適切であると考えた。なぜなら本酵素は蛋白質分解酵素であるため菌体内に直接本酵素を発現させると大腸菌蛋白を分解してしまい菌の増殖が停止し大量にS. aureus V8プロテアーゼを得ることが出来ないと考えられるからである。
従って、酵素活性のない融合蛋白として発現させ、その後融合蛋白から他のプロテアーゼを用いてS. aureus V8プロテアーゼ部分を切り出し、活性の発現に必要な場合はリフォールディングを行ない、活性型のS. aureus V8プロテアーゼを精製することを考えた。
【0014】
さらにこの融合蛋白からの切り出しに用いる他のプロテアーゼとして、本発明者らは大腸菌の外膜に存在すると考えられるompTプロテアーゼの利用を考えた。安価にS. aureus V8プロテアーゼを製造するのに新たに他の酵素を添加することはコストの面で非常に不利と考えられるからである。
ompTプロテアーゼを利用した大腸菌による生産は、(1)製造プロセスが簡単である、(2)他のプロテアーゼを新たに反応系に添加する必要がなく、コストが安くなる、(3)大腸菌発現系で生産した各種の融合蛋白を大腸菌を宿主として生産したV8プロテアーゼで切断する際にはV8プロテアーゼに混入する恐れのあるV8プロテアーゼ生産宿主由来蛋白(市販V8プロテアーゼではS. aureus 由来蛋白)の混入を考えなくてよい、等の面からも非常に有利であることは言うまでもない。
【0015】
大腸菌ompTプロテアーゼは大腸菌外膜画分に存在し塩基性アミノ酸対の間を選択的に切断するプロテアーゼである(Keijiro Sugimura and Tatsuro Nishihara (1988) J. Bacteriol. 170, 5625-5632)。Sugimura等はompTプロテアーゼを精製し、50 mM リン酸緩衝液(pH6.0 )を用い25℃30分間の反応条件で様々なペプチドをompTプロテアーゼで切断し、アルギニンーアルギニン、リジンーリジン、アルギニン−リジンおよびリジン−アルギニンの塩基性アミノ酸対の間を切断する酵素であることを報告している。
【0016】
しかし、尿素存在下(2M以上の尿素濃度)でompTプロテアーゼが活性を持つかどうかについては言及していない。ompTプロテアーゼは外膜に存在することから大腸菌体内で封入体としてS. aureus V8プロテアーゼを生産させた後、菌体破砕後封入体を含む不溶性画分を遠心操作で分離すると沈殿画分にこのompTプロテアーゼも共沈することが考えられる。
【0017】
このようにして得られた沈殿画分に尿素を加えS. aureus V8プロテアーゼの融合蛋白を可溶化させる。この条件下でompTプロテアーゼの活性が保持できているならば、融合蛋白からS. aureus V8プロテアーゼの切り出しにompTプロテアーゼが利用できるのではないか、さらに切り出されたS. aureus V8プロテアーゼを活性型に変換するためにリフォールディングを行なえばS. aureus V8プロテアーゼが大量に簡単なプロセスで生産できるのではないかということが考えられた。
【0018】
以下、本発明を説明する。
S. aureus V 8プロテアーゼ遺伝子の遺伝子配列から成熟蛋白のN末端側には分泌に必要なシグナル配列(プレ配列)および機能不明なプロ配列が存在し、C末端には前述のリピート配列が存在することが報告されている。そこで成熟蛋白のN末端からC末端までの遺伝子I の調製、および成熟蛋白のC末端側にある機能不明なリピート配列を欠失した遺伝子IIの調製を行なった。
この機能不明な繰り返し配列が酵素活性に必要かどうかはわからないが、もし必要でないならば融合蛋白の分子量を下げることは細胞あたりの発現蛋白の分子数を上げることができ、発現蛋白量を増加させることが可能になると考えた。
【0019】
そこで、Staphylococcus aureus V8株(ATCC27733 )から染色体DNA を分離し、PCRを行ない2種類のV8プロテアーゼ誘導体遺伝子I 、IIを調製した。これらの誘導体の発現を行なうために大腸菌β−ガラクトシダーゼ誘導体を融合蛋白の保護ペプチドとした発現プラスミドpV8RPT(+) およびpV8RPT(-) を作製した。これらの発現プラスミドでは、大腸菌β−ガラクトシダーゼ誘導体蛋白遺伝子とV8プロテアーゼ誘導体遺伝子(I またはII)の間のリンカーペプチド遺伝子としてompTプロテアーゼの認識切断アミノ酸配列であるアルギニンーアルギニン残基を含むリンカー遺伝子(例えばR6リンカー遺伝子)を挿入した融合蛋白をラクトースプロモーターの支配下に発現する。
【0020】
このようにデザインされた融合蛋白では、不溶性の融合蛋白としてV8プロテアーゼ誘導体を発現させた後、尿素を用いて融合蛋白を可溶化し、尿素濃度を下げればompTプロテアーゼが融合蛋白を切断し、大腸菌β−ガラクトシダーゼ誘導体蛋白とV8プロテアーゼ誘導体蛋白を分離できると考えられたからである。
以上のようにデザインされた発現プラスミドを作製し、大腸菌JM101 を宿主としてIPTG(イソプロピルーβ−D-チオーガラクトピラノシド;以下IPTG)を用いて発現誘導させたところ、2種類の融合蛋白質はともに不溶性にならずに菌体破砕後その上清画分に酵素活性が認められた。
【0021】
一方、発現誘導後菌体の増殖は著しく低下していた。SDSポリアクリルアミドゲル電気泳動法による解析では菌体内蛋白が、発現したV8プロテアーゼ誘導体の酵素活性により分解されていることが明らかになった。従って、この大腸菌β−ガラクトシダーゼ誘導体とV8プロテアーゼ誘導体との融合蛋白発現法は、(1)発現蛋白が酵素活性を持ち宿主の増殖阻害を引き起こすこと、さらに(2)融合蛋白の発現量も非常に低いことからV8プロテアーゼ誘導体の生産方法としては適していないことが明らかになった。
【0022】
但し、これらの結果から、(1)N末端側のプロ配列はV8プロテアーゼのフォールディングに関与していない可能性があること、及び、(2)C末端のリピート配列を持たないタイプのV8プロテアーゼ誘導体IIにおいても活性があることから、このリピート配列はV8プロテアーゼ酵素活性には必要ない可能性が考えられた。
次に、本発明者等はV8プロテアーゼを大腸菌発現系で不溶性の融合蛋白として発現させ、その後尿素による可溶化をおこない蛋白分解酵素を用い尿素存在下に融合蛋白からV8プロテアーゼ部分を遊離し、リフォールディングを行ない、酵素活性を有するV8プロテアーゼを生産するにあたり、以下に述べる作業仮説を設定し実験に着手した。
【0023】
(1)上述の大腸菌β−ガラクトシダーゼ誘導体をV8プロテアーゼのN末端側に融合させた場合、不溶性の融合蛋白質にはならない。従って、そのような場合は不溶性の融合蛋白質を形成させるために更に保護ペプチドを付加することを考え、当該保護ペプチドとしてトランスポゾン903であるカナマイシン耐性遺伝子(Nucleic Acids Res. (1988) 16, 358-358 )由来のアミノグリコシド3’ーホスホトランスフェラーゼ蛋白を用いることにした。即ち、大腸菌β−ガラクトシダーゼ誘導体及びV8プロテアーゼからなる融合蛋白質のC末端にリンカーペプチドを介しさらにアミノグリコシド3’ーホスホトランスフェラーゼ蛋白の一部を付加することにより融合蛋白の不溶化を促進させ、封入体形成を行なうことを考えた。
【0024】
また、(2)生産された融合蛋白質からV8プロテアーゼ部分を酵素的に遊離させるのに前述のR6リンカーをV8プロテアーゼのNおよびC末端側に配置し、塩基性アミノ酸対の間を切断するompTで切断させることにより融合蛋白からV8プロテアーゼを解離させることができるのではないかと考えた。
【0025】
そこで、以上のような作業仮説を基にして新規発現プラスミドの構築に着手し、大腸菌β−ガラクトシダーゼ誘導体−V8プロテアーゼ誘導体にアミノグリコシド3’−ホスホトランスフェラーゼの一部を融合させた融合蛋白を発現するプラスミドpV8Dを作製した。なお、このプラスミドにコードされたV8プロテアーゼ誘導体(以下、V8D蛋白と記載)は前述のV8プロテアーゼ誘導体IIよりC末端より8アミノ酸が欠失したものであり、このV8DのN末端側とC末端側はR6リンカーペプチドを介して大腸菌β−ガラクトシダーゼ誘導体及びアミノグリコシド3’−ホスホトランスフェラーゼの一部と融合されている。
【0026】
pV8Dを有する大腸菌JM101 を培養し、IPTGによる発現誘導を行なったところ発現した60キロダルトンの融合蛋白は不溶性の封入体を菌体内に形成していたことがSDS PAGEによる解析から明らかになった。従って、V8D蛋白のC末端側にアミノグリコシド3’−ホスホトランスフェラーゼ蛋白の一部を融合することで不溶性の封入体形成が起こることが明らかになった。
次に、菌体破砕後、遠心操作を行ない封入体を分離し、変性剤を用いて融合蛋白を可溶化する。変性剤としては尿素、塩酸グアニジンまたは界面活性剤等を用いることができる。
【0027】
本願の実施例では、8Mの尿素を用いて封入体を可溶化し、4M尿素濃度に希釈し、37℃で2時間インキュベートを行なった。大腸菌の内在性ompTプロテアーゼはこの条件下において融合蛋白を切断し、β−ガラクトシダーゼ誘導体、V8D蛋白、およびアミノグリコシド3’−ホスホトランスフェラーゼ蛋白の一部にそれぞれ相当する12KDa,26KDa および22KDa のバンドを生成していることがSDS PAGE解析により明らかになった。
【0028】
一方、ompT欠損変異株であるW3110M25を宿主菌として同様な実験を行なった結果では上記のバンドは検出できず、融合蛋白を特異的に切断しているのは大腸菌内因性のompTであることを明らかになった。さらにompTにより特異的に切断されていることを確認するため、SDS PAGEからV8D蛋白に相当する26KDa のバンドをSDS PAGEのゲルから切り出し、N末端アミノ酸配列を決定したところR6リンカーペプチドのアルギニンーアルギニン配列の間で切断が起きていることが確認された。
【0029】
従って、融合蛋白及び大腸菌内在性のompTプロテアーゼは、遠心操作により生成する沈殿物の封入体画分に存在し、変性剤による可溶化、特に8M尿素による封入体の可溶化後、4M尿素存在下でも十分に酵素活性を有し、しかも正確に期待されるアミノ酸配列を切断することができるということが本発明により初めて明らかになった。
尿素存在下で生成されたV8プロテアーゼ誘導体蛋白は変性状態にあるために酵素活性は非常に低いと考えられる。そこで、活性の発現のために必要であれば変性剤の濃度を下げることによりV8D蛋白のリフォールディングを行ない、酵素活性のあるV8D蛋白が得られるかどうかを検討した。
【0030】
ompT切断反応後の試料を0. 4Mリン酸カリウムバッファー(pH7. 5)で20倍に希釈後、氷中に一夜放置した。この操作によりV8D蛋白は約20%リフォールディングされ酵素活性の回復が見られた。この操作後のサンプルをSDS −PAGEによる解析を行なうとリフォールディング後にはV8D蛋白が主として存在する蛋白であった。
これはリフォールディング前のサンプルにはβ−ガラクトシダーゼ誘導体、アミノグリコシド3’−ホスホトランスフェラーゼ蛋白の一部および大腸菌由来蛋白が存在するが、リフォールディング後、プロテアーゼ活性を持ったV8D蛋白が他の混在する蛋白を分解したことによると考えられる。この結果はリフォールディング後にV8D蛋白を精製する際に非常に有利である。
【0031】
次に、上述の操作により活性型となったV8D蛋白が天然型のS. aureus V8プロテアーゼと同一な基質認識があるかどうかを検討した。基質(例えば、ヒトカルシトニン前駆体の融合蛋白)にリフォールディングを行なったV8D蛋白および天然型酵素を30℃、1時間反応させ、酵素により切断された融合蛋白から生じるペプチド断片を高速液体クロマトグラフィーで解析した。その結果、両酵素から生じるペプチド断片は同一の溶出パターンを示し、上述の方法で作製したV8D蛋白は天然型と同じ基質特異性を持つ事が明らかになった。
【0032】
S. aureus V8プロテアーゼを不溶性の封入体として菌体内に発現させるには、融合蛋白に蛋白分解酵素としての酵素活性がないことが必要であるが、一方、リフォールディングを行なった後は酵素活性を有していなければならない。この一見矛盾する性質がV8プロテアーゼ誘導体蛋白に要求される。V8D蛋白においては天然型V8プロテアーゼのN末端から212番目のアミノ酸までを用い融合蛋白を作製したが、さらにC末端側にV8プロテアーゼ部分を延ばしアミノグリコシド3’−ホスホトランスフェラーゼ蛋白の一部との融合蛋白を作製した場合、封入体形成とリフォールディングによる再活性化が起こるかどうかを検討した。
【0033】
本発明者らは、上述のV8プロテアーゼ誘導体のC末端側が2,4,6および8アミノ酸延長した融合蛋白を発現するプラスミド(pV8H, pV8F, pV8A, pV8D2, およびpV8Q)をPCR 法と遺伝子クローニングにより作製した。大腸菌株JM101 にこれらのプラスミドを形質転換し、組換え体を作製した。
得られた菌株を培養しIPTGを用いて発現誘導させたところ、前述のpV8D,pV8HおよびpV8Fのプラスミドを有する菌株のみが融合蛋白の封入体を形成し、さらにompTによる融合蛋白の切断後のリフォールディングにおいても酵素の再活性化が出来た。他の菌株は封入体形成は起こらず、菌体破砕後の可溶性画分にV8プロテアーゼ活性が認められた。
【0034】
従って、V8プロテアーゼ誘導体蛋白を融合蛋白発現方法で発現させ、封入体を形成させた後、酵素的に切断し、リフォールディングを行なうにはS. aureus V8プロテアーゼ蛋白のN末端から215番目のアミノ酸であるフェニルアラニン以前で融合させることが必要であることが明らかになった。
以上、本発明を、目的ポリペプチド又は蛋白質としてV8プロテアーゼを例にとって具体的に説明したが、これと同様の原理及び手法を他の目的ポリペプチド又は蛋白質に応用することにより、所望の目的ポリペプチド又は蛋白質を効率よく製造することができる。
【0035】
従って、本発明は、保護ポリペプチド及び目的ポリペプチドからなる融合蛋白をコードする遺伝子を有する発現ベクターにより宿主細胞を形質転換し、当該遺伝子を発現させ、当該宿主細胞の内在性プロテアーゼにより当該融合蛋白より目的ポリペプチドを切断して得ることを特徴とする目的ポリペプチドの製造方法に関するものである。
【0036】
更に、本発明は、融合蛋白を式(1)A−L−B、又は式(2)A−L−B−L−C(式中、A及びCは保護ポリペプチド、Bは目的ポリペプチド、Lは宿主細胞内在性プロテアーゼが特異的に認識する基質を有するリンカーペプチドを示す)のように表すことができるので、当該融合蛋白をリンカーペプチドLの領域で切断して当該融合蛋白から目的ポリペプチドBを得ることを特徴とする製造方法に関する。ここで目的ポリペプチドとは、前述のS. aureus V8プロテアーゼに加えて、例えば生理活性ペプチド、例えばモチリン、グルカゴン、副腎皮質ホルモン、副腎皮質刺激ホルモン放出ホルモン、セクレチン、成長ホルモン、インシュリン、成長ホルモン分泌ホルモン、パゾプレッシン、オキシトシン、ガストリン、グルカゴン様ペプチド(GLP−1)、グルカゴン様ペプチド(GLP−2)、グルカゴン様ペプチド(7−36アミド)、コレシストキニン、バソアクティブ・インテスティナル・ポリペプチド (vasoactive intestinal polypeptide ;VIP )、
【0037】
下垂体アデノレートサイクラーゼ活性化ポリペプチド(Pituitary adenolate cyclase activating polypeptide)、ガストリン放出ホルモン、ガラニン、甲状腺刺激ホルモン、黄体形成ホルモン放出ホルモン、カルシトニン、副甲状腺ホルモン(PTH,PTH(1−34) PTH(1−84))、ペプチド・ヒスチジン・イソロイシン(peptide histidine isoleucine;PHI )、ニューロペプチドY(neuropeptide Y)、ペプチドYY(peptide YY)、パンクレアチック・ポリペプチド(pancreatic polypeptide)、ソマトスタチン、TGF−α、TGF−β、神経成長因子、繊維芽細胞成長因子、リラキシン、プロラクチン、心房性ナトリウム利尿ペプチド(artrial natriuretic peptide ;ANP )、B−型利尿ペプチド(B-type natriuretic peptide;BNP )、C−型利尿ペプチド(C-type natriuretic peptide;CNP )、アンジオテンシン、脳由来神経栄養因子(BDNF)更に、例えば酵素、例えばKEX2エンドプロテアーゼなどが挙げられる。
【0038】
また、本発明における好ましい態様としては、目的ポリペプチドが生理活性ポリペプチドである場合、好ましくは当該生理活性ポリペプチドが酵素である場合、さらに好ましくは当該酵素が蛋白分解酵素である場合が挙げられる。そして、具体例として最も好ましい態様としては、目的ポリペプチドが蛋白質分解酵素であって、目的ポリペプチドを不活性型の融合蛋白として宿主細胞内に発現させ、当該細胞を破砕し、当該融合蛋白を分離した後、当該融合蛋白を可溶化する変性剤により融合蛋白を可溶化し、その後、リンカーペプチド領域を宿主細胞内在性プロテアーゼで切断することにより目的ポリペプチドを融合蛋白より得る目的ポリペプチドの製造方法が挙げられる。
【0039】
更にその他の好ましい態様としては、目的ポリペプチドが蛋白質分解酵素である際に、目的ポリペプチドを不活性型の融合蛋白として宿主細胞内に発現させ、当該細胞を破砕し融合蛋白を分離した後、当該融合蛋白を可溶化する変性剤により融合蛋白を可溶化し、その後、宿主細胞由来の内在性プロテアーゼ活性が発現しうる程度にまで当該変性剤の濃度を下げて、リンカーペプチドLを当該内在性プロテアーゼで切断することにより目的ポリペプチドを融合蛋白より得る目的ポリペプチドの製造方法が挙げられる。上記の場合、何れも宿主細胞由来の内在性プロテアーゼが融合蛋白と菌体破砕後の分離操作において同じ画分に存在することが好ましい。
【0040】
保護ポリペプチドは、目的ポリペプチドの発現時に当該保護ポリペプチドとの融合蛋白として発現しうるものであれば特に特定されるものではないが、例えば大腸菌β−ガラクトシダーゼ由来ポリペプチドやトランスポゾン903由来のアミノグリコシド3’−ホスホトランスフェラーゼ由来ポリペプチド等を挙げることができ、必要であればそれらポリペプチドを組み合わせて保護ポリペプチドとして用いることもできる。
【0041】
リンカーペプチドは、目的ポリペプチドの発現ベクターを有する宿主細胞の内在性プロテアーゼにより特異的に認識される部位を有するリンカーペプチドであればよい。当該リンカーペプチドの好ましい態様としては、例えば1塩基性アミノ酸残基又は連続した2塩基性アミノ酸残基を有する塩基性アミノ酸対配列を当該リンカーペプチド中に含み、且つ当該リンカーペプチドが2〜50のアミノ酸残基からなるポリペプチドであることが望ましく、当該塩基性アミノ酸対を当該リンカーペプチドのN末端部及び/又はC末端部に含む場合であってもよい。
【0042】
融合蛋白を可溶化する場合の変性剤も特に特定される必要はなく、例えば、尿素、塩酸グアニジン又は界面活性剤等が挙げられる。好ましくは尿素を用いることが挙げられ、この場合の尿素濃度は1−8Mであることが望ましい。また、融合蛋白を可溶化した後の尿素濃度は、宿主細胞由来の内在性プロテアーゼ活性が発現しうる程度であれば特に特定されるものではない。
【0043】
また、本発明は宿主細胞由来の内在性プロテアーゼを用いて融合蛋白より目的ポリペプチドを切断して得ることを特徴とする目的ポリペプチドの製造方法であり、宿主細胞由来の内在性プロテアーゼ及び目的ポリペプチドは特に特定される必要はない。即ち、当該プロテアーゼは、種々の目的ポリペプチドまたは蛋白を不溶性の融合蛋白として発現させた後、当該融合蛋白からの目的ポリペプチドまたは蛋白のプロセッシングに用いることができればよく、例えば蛋白質分解酵素等を挙げることができ、好ましくは、以下の実施例で示すように大腸菌ompTプロテアーゼ等を挙げることができる。また、目的ポリペプチドは20〜800のアミノ酸残基からなるポリペプチドであることが好ましく、例えば以下の実施例で示すようにS. aureus V8プロテアーゼ及び/又は当該誘導体等を挙げることができる。
【0044】
以上の結果、本発明に係る遺伝子組換え技術を用いた目的ポリペプチドの製造方法においては、特にV8プロテアーゼ誘導体蛋白を大腸菌発現系で生産できることが明らかになった。即ち、当該目的ポリペプチドの製造方法における好ましい態様としては、以下の製造工程を挙げることができる。即ち、;
【0045】
(1)融合蛋白が保護ポリペプチド、目的ポリペプチド及びリンカーペプチドからなり、当該保護ポリペプチドが大腸菌由来のβ−ガラクトシダーゼ由来ポリペプチド及び/又はトランスポゾン903由来のアミノグリコシド3’−ホスホトランスフェラーゼ由来ポリペプチドであり、当該目的ポリペプチドがS. aureus V8プロテアーゼ誘導体であり、当該保護ポリペプチドと当該目的ポリペプチドの間の当該リンカーペプチド領域が宿主細胞内在性プロテアーゼにより特異的に認識される基質を有するリンカーペプチド領域である、当該融合蛋白をコードする遺伝子を有する発現ベクターにより宿主細胞である大腸菌を形質転換し、
【0046】
(2)S. aureus V8プロテアーゼ誘導体が不活性型の状態で当該融合蛋白を大腸菌内で発現させ、
(3)当該菌体を破砕し、当該融合蛋白を分離した後、菌体内在性プロテアーゼである大腸菌ompTプロテアーゼと当該融合蛋白が存在する画分を得、
(4)当該融合蛋白を変性剤により可溶化し、
【0047】
(5)可溶化後、大腸菌ompTプロテアーゼの活性が発現する状態まで変性剤の濃度を下げて、上記リンカーペプチド領域を当該プロテアーゼで切断することにより目的ポリペプチドを融合蛋白より得る工程、
からなることを特徴とする目的ポリペプチドの製造法を挙げることができ、更に必要であれば、当該目的ポリペプチドが活性型となるようにリフォールディングを生じさせる工程、
が加わることを特徴とする製造法を挙げることができる。
【0048】
V8プロテアーゼ誘導体のリフォールディング後、この蛋白質を精製する方法としては、例えばゲル濾過、イオンクロマトグラフィー、疎水性クロマトグラフィー等の通常の蛋白の精製操作により、高純度に精製できる。さらに、実施例で示したV8プロテアーゼ誘導体に関しては、リフォールディング反応終了時には当該誘導体が反応成分の主要蛋白成分であることから、精製法が非常に容易であることは述べるまでもない。
【0049】
【実施例】
以下、実施例において本発明を詳述する。
実施例1. S. aureus V8 プロテアーゼ遺伝子の単離
PCR 法により V8 プロテアーゼ遺伝子を単離するため、報告されているDNA 塩基配列に基づき、PCR 法により遺伝子の単離を行った。図1 の(b) に示す配列を持つ3種のPCR プライマーを設計しDNA 合成機(アプライド・バイオシステム社製 392型)により合成した。プライマーI 、IIおよびIII は図1(a) に示すV8プロテアーゼ遺伝子領域に対応し、5'側にはXho I あるいはSal I 制限酵素部位を設けている。
【0050】
Jayaswal, R. K. ら(J. Bacteriol. 172:5783-5788 (1990))の方法により単離調製したスタフィロコッカス・アウレウス(Staphylococcus aureus)V8株(ATCC27733)の染色体とこれらのPCR プライマーを用いてPCR を行った。1.0 μMのプライマー、1μg の染色体DNA, 50mM KCl, 10mM Tris-HCl, pH8.3, 1.5mM MgCl2、0.01% ゼラチン、200 μMのdNTP(dATP,dGTP,dCTP,dTTPの混合物)を含む50μl の反応液に2.5 ユニットのTaq DNA ポリメラーゼを添加し、94℃、1 分、72℃、2 分、55℃、2 分のPCR を30サイクル行った。
【0051】
その結果、プライマーI とプライマーIIによりプレプロ配列を含まずリピート配列を含む成熟体のV8プロテアーゼ遺伝子(プロテアーゼ遺伝子誘導体 I,0.8kb ) が得られ、プライマーI とプライマーIII により、プレプロ配列およびリピート配列を欠くV8プロテアーゼ遺伝子 (V8プロテアーゼ遺伝子誘導体 II, 0.7kb) が得られた。次に、これらの遺伝子を寒天ゲル電気泳動し、SUPREP-2(宝酒造(株))を用いて精製した後、制限酵素XhoIおよびSalIで切断し、XhoI,SalIの粘着末端をもつV8プロテアーゼ誘導体遺伝子断片 Iおよび II を調製した。
【0052】
実施例2. 発現ベクター pV8RPT(+) および pV8RPT(-) の作製並びに V8 プロテアーゼ誘導体の発現
本実施例で用いるpG97S4DhCT[G]R6 は、大腸菌βーガラクトシダーゼ誘導体とヒトカルシトニン前駆体(hCT[G])との融合蛋白質を高発現するプラスミドであり、当該プラスミドはプラスミドpBR322とプラスミドpG97S4DhCT〔G〕より作成することができる(特開平5−328992、及び図2参照)。プラスミドpG97S4DhCT〔G〕を含有する大腸菌W3110株はブダペスト条約に基づいて工業技術院生命工学技術研究所にEscherichai coli SBM323 として1991年8月8日に寄託されており、受託番号微工研条寄第3503号(FERM BP−3503)が付与されている。
【0053】
PCR により得られたV8プロテアーゼ遺伝子誘導体 Iおよび II を発現させるため、pG97S4DhCT[G]R6 をXhoIおよびSalIで処理し、ヒトカルシトニン前駆体遺伝子部を欠いたDNA 断片(3.1kb) を寒天ゲル電気泳動により調製した。このDNA 断片と先に得られたXhoI、SalIの粘着末端をもつV8プロテアーゼ遺伝子断片をT4 DNAリガーゼにより連結し、JM101 に形質転換を行い、V8プロテアーゼ遺伝子誘導体 IがクローニングされたpV8RPT(+) 、およびV8プロテアーゼ遺伝子誘導体 II がクローニングされたpV8RPT(-) を作製した(図3)。
【0054】
なおプラスミドの宿主菌にはJM101 株(本菌株は、例えば宝酒造(株)、In Vitrogen Catalog No.c660-00等より入手できる)を用いた。これらのプラスミドより発現されるV8プロテアーゼ誘導体とβーガラクトシダーゼ誘導体との融合蛋白質のアミノ酸配列を図4に示す。JM101/pV8RPT(+) およびJM101/pV8RPT(-) をそれぞれ100ml のLB培地(0.5 %酵母エキス、1.0 %トリプトン、0.5 %NaCl)を用い37℃でOD660 が1.0 になるまで培養後、イソプロピルチオガラクトピラノシド(IPTG)を最終濃度が2mM になるように添加し発現の誘導を行った。添加後さらに2 時間培養を継続した後、菌体を遠心分離により回収し、OD660 が5となるようにTEバッファー(10mM Tris-HCl (pH8.0),1mM EDTA )に懸濁した。
【0055】
本懸濁液を超音波破砕機(Cellruptor; 東湘電気(株))で破砕後、12000rpm, 5分の遠心分離により不溶性画分を除去し、上清画分を粗酵素液として使用した。V8プロテアーゼの活性測定には合成基質(Z-Phe-Leu-Glu-4-nitranilide ;ベーリンガーマンハイム社製)を用いた。940 μl の100mM Tris-HCl(pH8.0) 緩衝液に20μl の10mM Z-Phe-Leu-Glu-4-nitranilide溶液(DMSO溶液)を混合後、40μl の粗酵素液を添加し、室温5分間の反応による405nm の吸収増加を測定した。測定には日立分光光度計U-3200を使用した。
【0056】
その結果、JM101/pV8RPT(+) およびJM101/pV8RPT(-) 共に、それらの菌体より調製した粗酵素液には8 μg/mlの酵素活性が認められ、βーガラクトシダーゼ誘導体との融合蛋白質の形で、かつプレプロ配列を欠いた状態で活性があることが判明した。またC末端リピート配列を欠失しているpV8RPT(-) においても活性が認められたことからこの配列は活性に必須ではないことも判明した。
【0057】
JM101/pV8RPT(-) およびJM101/pV8RPT(+) が生産するV8プロテアーゼ誘導体Iおよび II の生産量は低く、SDS ーポリアクリルアミドゲル電気泳動(SDS-PAGE)でそのバンドが確認できないことから、精製操作が困難である。菌体増殖はIPTGの添加とともに停止すること、かつ誘導をかけた菌は誘導していない菌に比べ高分子量の蛋白質が減少していることを考慮すると、細胞内で発現したV8プロテアーゼ誘導体が菌にとって致死的であることが発現量の低い原因と考えられる。
【0058】
実施例3. 発現ベクター pV8D の作製
V8プロテアーゼの場合、前述のようにN 末端側にβ−ガラクトシダーゼ誘導体を融合させた場合においても活性を有していることから、N 末端側のみの融合では不活性体に出来ない。そのためC末端側にさらにアミノグルコシド3’−ホスホトランスフェラーゼの一部を融合させV8プロテアーゼを不活化することを試みた。C末端側の融合にはリピート配列の手前のEcoRV 部位を用いた。
【0059】
V8プロテアーゼ誘導体に係るプラスミドpV8Dは図5に示す手順で作製した。pV8RPT(-) よりBgl II-Sal I断片(3.0kb )およびEcoRV-Bgl II断片(0.7kb )を調製し、pG97S4DhCT[G]R10より調製したNar I-Sal I 断片(0.2kb )と連結させることによりpV8hCT[G] を得た。なお、pG97S4DhCT[G]R10は上記のpG97S4DhCT[G]R6 と同様にプラスミドpBR322とプラスミドpG97S4DhCT〔G〕より作成することができる(特開平5−328992、及び図2参照)。
【0060】
次に、得られたpV8hCT[G] のhCT[G]部分(0.1kb BstE II-Sal I 断片)をpUC4K (Vieira, J. and Messing, J., Gene 19, 259 (1982), Pharmacia Ca. No.27-4958-01)のアミノグルコシド3’−ホスホトランスフェラーゼ遺伝子領域を含む0.8kb SmaI-Sal I断片と入れ換えpV8Dを作製した。本プラスミドより発現されるV8プロテアーゼ誘導体の融合蛋白質(V8D融合蛋白質)のアミノ酸配列を図6に示す。
【0061】
本融合蛋白質は、V8プロテアーゼのN末端およびC末端にR6リンカー配列を介してβーガラクトシダーゼ誘導体およびアミノグルコシド3’−ホスホトランスフェラーゼの一部がそれぞれ融合された構造をもつ。R6リンカーは以下の配列、即ち、RLYRRHHRWGRSGSPLRAHE(配列番号:1)を有し、当該配列中のRRの中央のペプチド結合が大腸菌のOmpTプロテアーゼにより切断される構造を有している。
【0062】
実施例4. V8D 融合蛋白質の発現
常法によりpV8Dで形質転換された大腸菌JM101(JM101/pV8D)を100ml のLB培地にて37℃でOD660 が0.6 まで培養後、IPTGを最終濃度が2mM になるように添加しV8D 融合蛋白質の生産を誘導した。添加後さらに2 時間培養を続け、その後、遠心分離により菌体を回収した。本菌株の場合、JM101/pV8RPT(+) およびJM101/pV8RPT(-) のように融合蛋白質の発現の誘導と共に菌体増殖が停止する現象はなく、菌体内にはV8プロテアーゼ活性は認められなかった。
【0063】
また顕微鏡により菌体内には封入体を形成していることが観察された。誘導前後の菌体および菌体を超音波破砕して得られた不溶性画分と可溶性画分の16% SDS-PAGEの結果を図7に示す。誘導後の菌体には60kDa のV8D 融合蛋白質が高発現しており、さらにそれは封入体を形成しているため不溶性画分に存在していることがわかる。
【0064】
V8プロテアーゼ誘導体のC末端側にアミノグルコシド3’−ホスホトランスフェラーゼの一部を融合させたことにより菌体内において本来の立体構造をとれず不活性となり、菌体増殖を阻害しなくなったため、封入体を形成するレベルまで高発現したと考えられた。なお60kDa のV8D 融合蛋白質以外に27kDa の蛋白質も不溶性画分に認められ、この蛋白質をSDS PAGEのゲルより分離しアミノ酸配列を調べたところV8D 融合蛋白質のN末端から282 番目のメチオニン以降を含む分解物であることが判明した。
【0065】
実施例5. V8D 融合蛋白質の OmpT プロテアーゼによるプロセッシング
実施例4に示した培養により得られた菌体を10mlのTEバッファーに懸濁後、超音波処理し菌体を破砕した。その後、遠心分離により封入体を回収した。得られた封入体を再度10mlの脱イオン水に懸濁後、遠心分離することにより封入体の洗浄を行った。OD660 の値が100 となるように封入体を脱イオン水で希釈後、150 μl を採取し1M Tris-HCl(pH8.0)を25μl, 1M ジチオスレイトール(DTT )を2.5 μl 、および尿素を120mg 加え封入体を溶解した後、500 μl になるように脱イオン水を加え、37℃で2 時間加温した。
【0066】
図8A は加温前後の16% SDS-PAGEの結果である。加温後の試料には12kDa 、26kDa 、22kDa の分子量をもつ、それぞれβーガラクトシダーゼ誘導体、V8プロテアーゼ誘導体、アミノグルコシド3’−ホスホトランスフェラーゼの一部に相当するバンドが出現していることがわかる。
一方図8B はOmpT プロテアーゼの欠損株W3110 M25 (Sugimura, K. (1987) Biochem. Biophys. Res. Commun. 153, 753-759) を宿主とし、V8D 融合蛋白質を発現させ、得られた封入体に対し同様の操作を行ったものである。この場合上記の3つのバンドはSDS-PAGE中に検出できないことより、本融合蛋白質のプロセッシングはOmpT プロテアーゼ ( Sugimura, K. and Nishihara, T. (1988) J. Bacteriol., 170, 5625-5632 )による特異的な切断と判断される。
【0067】
さらにSDS-PAGEより26kDa のバンドを切り出しN 末端アミノ酸配列を調べたところ、R6配列(RLYRRHHRWGRSGSPLRAHE)(配列番号:1)のRR部分の中央で切断されていることが確認され、融合蛋白質の切断はOmpTプロテアーゼにより特異的に行われていることが確認された。上記の操作は封入体溶解時には8M尿素、プロセッシング時には4M尿素の存在化で行われており、以上の結果により、OmpTプロテアーゼがこのような高濃度の尿素に対して耐性を持ち、封入体より溶解された融合蛋白質を特異的に切断出来ることが初めて示された。
【0068】
実施例6. 組換えV8プロテアーゼ (V8D) のリフォールディング
プロセッシング処理後の試料を0.4Mリン酸カリウムバッファー(pH7.5 )で20倍希釈し、氷中に一晩放置した。この操作により組換えV8プロテアーゼ(V8D) がリフォールディングし、前述の方法に従い測定したところ30μg/mlに相当する活性が得られた。なおリフォールディングの効率は約20%であった。図9はリフォールディング操作前後の16% SDS-PAGEの結果である。
【0069】
組換えV8プロテアーゼ(V8D) がリフォールディングした際、強力なプロテアーゼとして働くことによりβーガラクトシダーゼ誘導体、アミノグルコシド3’−ホスホトランスフェラーゼ由来の蛋白、およびその他の大腸菌由来の蛋白質は分解を受けるためそれらの蛋白質のバンドは消失する。従ってリフォールディング操作を施した後の試料は組換えV8プロテアーゼ(V8D) のみが主要な蛋白質として残り、後の精製操作の大幅な軽減が期待できる。
このようにして得られた組換えV8プロテアーゼ(V8D) は遺伝子の構築上、天然型のものに比べC末端が56アミノ酸欠失したものであるが活性は維持しており、この欠失領域は活性には必須ではないことが判明した。
【0070】
実施例7. 封入体からのリフォールディングにより得られた組換えV8プロテアーゼ (V8D) の基質特異性
リフォールディングにより得られた組換えV8プロテアーゼ(V8D) の基質特異性を天然型のものと比較するため、基質としてヒトカルシトニン前駆体(hCT[G])の融合蛋白質を用い、当該蛋白質に両プロテアーゼを作用させhCT[G]を遊離させる実験を行った。
【0071】
実験に用いたヒトカルシトニン融合蛋白質は、βーガラクトシダーゼ誘導体(108 アミノ酸)とhCT[G]がグルタミン酸を有するリンカーを介して融合された構造を持ち、天然型のV8プロテアーゼはこのグルタミン酸残基のカルボキシル側のペプチド結合を切断しhCT[G]を遊離させることができる。なお、当該融合蛋白をコードする遺伝子を有するプラスミドとしては、pG97S4DhCT[G]R4(特開平5−328992参照) を挙げることができる。
【0072】
10mM Tris-HCl(pH8.0), 1mM EDTA, 5mM DTT, 2M 尿素及び 10mg/mlのヒトカルシトニン融合蛋白質を含む溶液1ml に、天然型のV8プロテアーゼに換算して1.2 μg の活性に相当する量の組換えV8プロテアーゼ(V8D) を加え30℃で1 時間反応した後、反応液を、高速液体クロマトグラフィー(0.1%トリフルオロ酢酸(TFA) と0.1%TFA/50% アセトニトリルを用いた直線濃度勾配による溶出)により分析した。
【0073】
なお組換えV8プロテアーゼ(V8D) はリフォールディング後の試料を直接用い、また比較対照として市販の天然型V8プロテアーゼを同条件で作用させた試料を用いた。
図10に高速液体クロマトグラフィーの溶出パターンを示す。組換えV8プロテアーゼ(V8D) と天然型V8プロテアーゼ間でヒトカルシトニン融合蛋白質に対する切断パタンは同一であり基質特異性において両プロテアーゼは同等であることが確認された。
【0074】
実施例8. V8プロテアーゼのC末端側の融合部位についての検討
V8D 融合蛋白質に比べ、V8プロテアーゼ部のC末端側が2、3、4、6および8アミノ酸だけ伸長した融合蛋白質を作製するため、図11に示すPCR プライマーを合成した。3アミノ酸伸長したタイプの融合蛋白質(V8F融合蛋白質) をコードするpV8Fは以下の方法により作製した。プライマーb と図1(b) に示したプライマーI を用い、鋳型DNA として実施例1で作製したpV8RPT(-) を0.1 μg 用いてV8プロテアーゼ遺伝子側の増幅反応を行った後、EcoRI およびSacI で切断し0.1kb の遺伝子断片を調製した。
【0075】
一方プライマーg とプライマーh および鋳型DNA としてpV8Dを0.1 μg 用いてR6リンカー配列とアミノグルコシド3’ホスホトランスフェラーゼ遺伝子部の増幅反応を行った後、EcoT22I およびSacIで切断し0.3kb の遺伝子断片を調製した。なおPCR は実施例1の条件に従った。このようにして得られた0.1kb と0.3kb の遺伝子とpV8DのEcoRI-EcoT22I 断片(4.2kb )を連結しpV8Fを作製した(図12、図14参照)。
プライマーa, c, d, eおよびプライマーg についても、同操作(但し pV8H の作製についてはSacI の代わりにNdeIを使用)を行うことにより pV8H, pV8A, pV8D2, pV8Qを作製した。これらのプラスミドの作製に使用したプライマーと鋳型DNA の組み合わせを以下に示す。
【0076】
pV8H:プライマーa 、プライマーI 、pV8RPT(-) およびプライマーf 、プライマーh 、pV8Dの組み合わせより得られたPCR 産物より作製。
pV8A:プライマーc 、プライマーI 、pV8RPT(-) およびプライマーg 、プライマーh 、pV8Dの組み合わせより得られたPCR 産物より作製。
pV8D2 :プライマーd 、プライマーI 、pV8RPT(-) およびプライマーg 、プライマーh 、pV8Dの組み合わせより得られたPCR 産物より作製。
pV8Q:プライマーe 、プライマーI 、pV8RPT(-) およびプライマーg 、プライマーh 、pV8Dの組み合わせより得られたPCR 産物より作製。
【0077】
これらのプラスミドからは実施例4で示したV8D 融合蛋白質に比べ、V8プロテアーゼ領域のC末端部分がそれぞれ 2, 4, 6、および8 アミノ酸分だけ伸長した融合蛋白質が生産される(図13、図14参照)。
JM101 株にこれらのプラスミドを形質転換し実施例4と同じ操作により各融合蛋白質の発現を調べた結果を図13に示す。封入体の形成はpV8H, pV8FおよびpV8Dに認められ、得られた封入体は実施例5に示した操作を施すことで活性ある組換えV8プロテアーゼにリフォールディングさせることが出来た。一方、pV8A, pV8D2, pV8Q の場合封入体は得られず、可溶性画分にV8プロテアーゼ活性が認められた。
【0078】
これらのプラスミドの場合、発現した融合蛋白質はプロテアーゼ活性を持ち、増殖を阻害することが封入体を形成しない原因と考えられる。すなわちV8プロテアーゼを不活性な融合蛋白質として発現させるにはN末端から215 番目のフェニルアラニン以前で融合させることが重要であり、この部位を超えて融合した場合にはV8プロテアーゼ部分が本来の立体構造を形成しプロテアーゼ活性をもった融合蛋白質が生産されるため増殖阻害を起こし高発現出来ないことが判明した。
【0079】
【発明の効果】
本発明により目的のポリペプチドを大量に且つ安価に製造することができるようになった。特に本発明では目的ポリペプチドとしてS. aureus V8プロテアーゼを検討したが、高純度な当該酵素を遺伝子組換え技術を用いて、安全な宿主細胞、例えば大腸菌を使用することにより、大量に且つ安価に効率的な精製・製造をすることができるようになった。
【0080】
【配列表】

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【0081】
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【0082】
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【0083】
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【0084】
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【0085】
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【0086】
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【0087】
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【0088】
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【0089】
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【0090】
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【0091】
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【0092】
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【0093】
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【0094】
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【0095】
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【0096】
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【0097】
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【0098】
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【0099】
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【0100】
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【0101】
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【0102】
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【0103】
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【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、スタフィロコッカス・アウレウス(Staphylococcus aureus)V8プロテアーゼ遺伝子の構成(a)、及び本発明の遺伝子のクローニングに用いたPCR用プライマーの塩基配列(b)を示す図である。
【図2】図2は、pG97S4DhCT[G]R6 及びpG97S4DhCT[G]R10の作製過程を示す図である。
【図3】図3は、プラスミドpV8RPT(+)及びpV8RPT(−)の作製過程を示す図である。
【図4】図4はプラスミドpV8RPT(+)及びpV8RPT(−)中にコードされている融合蛋白質のアミノ酸配列を示す図である。
【図5】図5は、プラスミドpV8Dの作製過程を示す図である。
【図6】図6は、プラスミドpV8D中にコードされている融合蛋白質のアミノ酸配列を示す図である。
【図7】図7は、本発明の融合蛋白質が封入体を形成して不溶性画分に移行することを示す電気泳動図であり、図面に代る写真である。
【図8】図8は、V8D 融合蛋白質が、宿主由来のプロテアーゼompTにより開裂されてV8プロテアーゼを遊離させることを示す電気泳動図であって、図面に代る写真である。
【図9】図9は、ompTプロテアーゼにより遊離したV8プロテアーゼのリフォルディングを示す電気泳動図であり、図面に代る写真である。
【図10】図10は、ヒトカルシトニン前駆体を含む融合蛋白質を、本発明の方法により得た組換えV8プロテアーゼ(A)又はS.アウレウスからのV8プロテアーゼ(B)により切断した場合の生成物を比較したチャート図である。
【図11】図11は、種々の融合蛋白質をコードするDNA を含むプラスミド(pV8H,pV8F,pV8A,pV8D2 及びpV8Q)の作製において使用したプライマーの塩基配列を示す図である。
【図12】図12は、プラスミドpV8H,pV8F,pV8A,pV8D2 及びpV8Qの作製の過程を示す図である。
【図13】図13は、プラスミドpV8D,pV8H, pV8F,pV8A,pV8D2 及びpV8Q中にコードされているV8プロテアーゼのC−末端アミノ酸配列、及び各プラスミドの発現生成物(融合蛋白質)による封入体の形成の有無を表示した図である。
【図14】図14は本発明の方法により製造される目的ポリペプチドのアミノ酸配列の例を示す。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for producing a target polypeptide using a gene recombination technique. Preferably, the target polypeptide is a bioactive polypeptide, for example an enzyme such as a protease. As an example, the target polypeptide is Staphylococcus aureus (Staphylococcus  aureus) It relates to a method for producing the polypeptide which is a V8 protease derivative.
[0002]
As a more specific example, Staphylococcus aureus (Staphylococcus  aureus) V8 protease derivative derived from V8 strain is expressed as an insoluble fusion protein, and the V8 protease derivative is cleaved from the fusion protein with endogenous ompT protease derived from E. coli in the presence of a denaturing agent, and refolded if necessary. To produce an active V8 protease derivative.
[0003]
[Prior art]
Staphylococcus aureus (Staphylococcus  aureus) (S. Aureus (S.  aureus)) V8 protease isS.  aureus  V8 strain is a kind of serine protease secreted into the medium. This enzyme was developed in 1972 by Drapeau, G. R. et al.S.  aureus  Isolated and purified as a kind of serine protease that specifically cleaves the C-terminal side of glutamic acid and aspartic acid secreted into the medium of strain V8 (Jean Houmard and Gabriel R. Drapeu (1972) Proc. Natl. Acad. Sci USA 69, 3506-3509), Cynthia Carmona et al. Revealed the DNA base sequence of this enzyme in 1987 (Cynthia Carmona and Gregory L. Gray (1987) Nucleic Acids Res. 15, 6757).
[0004]
This enzyme is considered to be secreted as a mature protein after being expressed as a precursor consisting of 336 amino acid residues and then removing 68 prepro sequences from the N-terminus. Furthermore, it is known that this enzyme has a repeat (repeat) sequence of proline-aspartate-asparagine in the C-terminal region (amino acid numbers 221 to 256). It is unclear whether this repetitive sequence is necessary for enzyme activity, and Gray et al. Think that it functions when present as an inactive enzyme before it is secreted. Yes.
[0005]
In spite of insufficient functional analysis as an enzyme, the enzyme specifically cleaves the peptide bond on the C-terminal side of glutamic acid and aspartic acid, and is therefore widely used for determining the amino acid sequence of proteins. In addition, since this enzyme acts on the substrate even in the presence of urea (about 2M), solubilize the fusion protein expressed in large quantities in the bacterial body as an insoluble fusion protein by genetic recombination technology, and then act on this enzyme. It is also used in the process of releasing the target peptide from the fusion protein.
[0006]
The present inventors have succeeded in efficiently producing human calcitonin using the above-described method for producing human calcitonin by gene recombination (Japanese Patent Laid-Open No. 5-328992). In an example in which human glucagon is expressed as a fusion protein in an E. coli expression system, S. aureus V8 protease is used to excise human glucagon from the fusion protein (Kazumasa Yosikawa et al. (1992) Journal of Protein Chemistry, 11, 517-525).
[0007]
As described above, this enzyme is purified from the culture solution of S. aureus V8 strain, despite the fact that it has been used for peptide production by gene recombination. (1) (2) It must be purified from bacteria considered to be pathogenic bacteria, and (3) it is expensive.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
Accordingly, the present invention is directed to the mass production of a polypeptide of interest, such as S. aureus V8 protease. Production of high-purity target polypeptides, such as S. aureus V8 protease, is very useful in research and industry, and large-scale industrial production of such polypeptides is highly desired.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the object of the present invention, a gene encoding a polypeptide of interest, for example, a S. aureus V8 protease gene is isolated from a S. aureus V8 strain, and a safe host cell, for example, By using E. coli, it is necessary to produce and purify the polypeptide, for example, an enzyme in a large amount and at a low cost.
[0010]
In general, in order to produce a target polypeptide or protein by a genetic engineering method, the polypeptide produced by the host should not adversely affect the survival and growth of the host, and further the expression of the target polypeptide or protein. In order to facilitate the isolation and purification of the expressed target polypeptide or protein, the target polypeptide or protein is produced as a fusion protein and accumulated in the host cell as an insoluble inclusion body. It may be preferable.
[0011]
However, a fusion protein containing the target polypeptide or protein does not always form an inclusion body. For this reason, in one embodiment of the present invention, the target polypeptide or protein is expressed as a fusion protein with other proteins and accumulated in the host cell as inclusion bodies. Protease inherently possessed by the host cell cannot act on the inclusion body, but after the inclusion body is isolated and lysed, the host-derived protease associated with the inclusion body acts on the fusion protein. Can be cleaved to release the desired polypeptide or protein. Thus, according to the present invention, the target polypeptide or protein can be efficiently produced.
[0012]
However, when the target polypeptide or protein is made into a fusion protein according to a conventional method, the fusion protein does not always form an inclusion body. In such a case, in the present invention, an inclusion body is formed by forming a fusion protein by linking a protective peptide to the N-terminal side and the C-terminal side of the target polypeptide or protein.
Therefore, in the present invention, a method for efficiently producing a large amount of S. aureus V8 protease in an Escherichia coli expression system using genetic engineering techniques is described as a specific example.
[0013]
First, the present inventors considered that an expression method by a fusion protein method having no enzyme activity is appropriate for producing a large amount of S. aureus V8 protease using an E. coli expression system. Because this enzyme is a proteolytic enzyme, if this enzyme is expressed directly in the cells, it is thought that the E. coli protein is degraded and the growth of the bacteria is stopped, and a large amount of S. aureus V8 protease cannot be obtained. It is.
Therefore, it is expressed as a fusion protein having no enzyme activity, and then the S. aureus V8 protease portion is excised from the fusion protein using another protease, and refolded if necessary to express the activity. We considered purifying V8 protease.
[0014]
Furthermore, as another protease used for excision from this fusion protein, the present inventors considered use of ompT protease which is considered to exist in the outer membrane of Escherichia coli. This is because it is considered to be very disadvantageous in terms of cost to newly add another enzyme to produce S. aureus V8 protease at low cost.
Production by E. coli using ompT protease is as follows: (1) The manufacturing process is simple, (2) There is no need to add another protease to the reaction system, and the cost is reduced. (3) E. coli expression system Consideration of contamination with V8 protease production host-derived protein (S. aureus-derived protein for commercial V8 protease) that may be mixed with V8 protease when cleaved with the V8 protease produced using Escherichia coli as a host. Needless to say, this is very advantageous from the standpoint of not having to.
[0015]
E. coli ompT protease is a protease that exists in the outer membrane fraction of E. coli and selectively cleaves between basic amino acid pairs (Keijiro Sugimura and Tatsuro Nishihara (1988) J. Bacteriol. 170, 5625-5632). Sugimura et al. Purified ompT protease, cleaved various peptides with ompT protease using 50 mM phosphate buffer (pH 6.0) at 25 ° C. for 30 minutes, arginine-arginine, lysine-lysine, arginine-lysine and It is reported that it is an enzyme that cleaves between basic amino acid pairs of lysine-arginine.
[0016]
However, it does not mention whether the ompT protease has activity in the presence of urea (a urea concentration of 2 M or more). Since ompT protease exists in the outer membrane, S. aureus V8 protease is produced as inclusion bodies in E. coli, and then the insoluble fraction containing inclusion bodies is separated by centrifugation after disruption of the cells. Proteases may also coprecipitate.
[0017]
Urea is added to the precipitate fraction thus obtained to solubilize the fusion protein of S. aureus V8 protease. If the activity of ompT protease can be maintained under these conditions, it may be possible to use ompT protease for excision of S. aureus V8 protease from the fusion protein, or the further excised S. aureus V8 protease will be activated. It was thought that S. aureus V8 protease could be produced in a large amount by a simple process if refolding was performed for conversion.
[0018]
The present invention will be described below.
From the gene sequence of the S. aureus V8 protease gene, a signal sequence (pre-sequence) necessary for secretion and a pro sequence with unknown function are present on the N-terminal side of the mature protein, and the above-described repeat sequence is present at the C-terminus. It has been reported. Therefore, preparation of gene I from N-terminal to C-terminal of mature protein and preparation of gene II lacking a repeat sequence with unknown function on the C-terminal side of mature protein were performed.
I don't know if this unknown sequence is necessary for enzyme activity, but if not, lowering the molecular weight of the fusion protein can increase the number of expressed proteins per cell and increase the amount of expressed protein. I thought it would be possible.
[0019]
Therefore, chromosomal DNA was isolated from Staphylococcus aureus strain V8 (ATCC27733) and PCR was performed to prepare two types of V8 protease derivative genes I and II. In order to express these derivatives, expression plasmids pV8RPT (+) and pV8RPT (-) were prepared using E. coli β-galactosidase derivatives as protective peptides for the fusion protein. In these expression plasmids, a linker gene containing an arginine-arginine residue that is a recognition-cleaving amino acid sequence of ompT protease as a linker peptide gene between the E. coli β-galactosidase derivative protein gene and the V8 protease derivative gene (I or II) (for example, The fusion protein into which the R6 linker gene) is inserted is expressed under the control of the lactose promoter.
[0020]
In the fusion protein designed in this way, after expressing the V8 protease derivative as an insoluble fusion protein, the fusion protein is solubilized using urea, and if the urea concentration is lowered, the ompT protease cleaves the fusion protein, and E. coli This is because it was thought that β-galactosidase derivative protein and V8 protease derivative protein could be separated.
An expression plasmid designed as described above was prepared, and expression was induced using IPTG (isopropyl-β-D-thiaglactopyranoside; hereinafter referred to as IPTG) using E. coli JM101 as a host. Both were not insoluble, and the enzyme activity was observed in the supernatant fraction after disrupting the cells.
[0021]
On the other hand, after the expression induction, the proliferation of the cells was remarkably reduced. Analysis by SDS polyacrylamide gel electrophoresis revealed that the intracellular protein was degraded by the enzymatic activity of the expressed V8 protease derivative. Therefore, this fusion protein expression method of E. coli β-galactosidase derivative and V8 protease derivative is (1) that the expressed protein has enzyme activity and causes growth inhibition of the host, and (2) the expression level of the fusion protein is very high. Since it was low, it became clear that it was not suitable as a production method of a V8 protease derivative.
[0022]
However, from these results, (1) the N-terminal pro sequence may not be involved in the folding of the V8 protease, and (2) the V8 protease derivative of the type having no C-terminal repeat sequence. Since it is also active in II, it was considered that this repeat sequence may not be necessary for V8 protease enzyme activity.
Next, the present inventors expressed V8 protease as an insoluble fusion protein in the E. coli expression system, and then solubilized with urea to release the V8 protease portion from the fusion protein in the presence of urea using proteolytic enzyme. In producing the V8 protease having the enzyme activity by folding, the following working hypothesis was set and the experiment was started.
[0023]
(1) When the aforementioned E. coli β-galactosidase derivative is fused to the N-terminal side of V8 protease, it does not become an insoluble fusion protein. Therefore, in such a case, it is considered that a protective peptide is further added to form an insoluble fusion protein, and the kanamycin resistance gene which is transposon 903 (Nucleic Acids Res. (1988) 16, 358-358) is considered as the protective peptide. ) Derived aminoglycoside 3′-phosphotransferase protein. That is, by adding a part of the aminoglycoside 3′-phosphotransferase protein to the C-terminus of the fusion protein consisting of E. coli β-galactosidase derivative and V8 protease via a linker peptide, insolubilization of the fusion protein is promoted, and inclusion bodies are formed. I thought about doing it.
[0024]
(2) In order to enzymatically release the V8 protease part from the produced fusion protein, the above-mentioned R6 linker is arranged on the N- and C-terminal sides of the V8 protease, and ompT is used to cleave between basic amino acid pairs. It was thought that V8 protease could be dissociated from the fusion protein by cleavage.
[0025]
Accordingly, construction of a new expression plasmid was started based on the above working hypothesis, and a plasmid expressing a fusion protein in which a part of aminoglycoside 3′-phosphotransferase was fused to E. coli β-galactosidase derivative-V8 protease derivative. pV8D was prepared. The V8 protease derivative (hereinafter referred to as V8D protein) encoded by this plasmid is one in which 8 amino acids have been deleted from the C-terminus of the aforementioned V8 protease derivative II. The N-terminal side and C-terminal side of this V8D Is fused to part of the E. coli β-galactosidase derivative and aminoglycoside 3′-phosphotransferase via an R6 linker peptide.
[0026]
When E. coli JM101 carrying pV8D was cultured and induced for expression by IPTG, it was revealed by SDS PAGE analysis that the expressed 60 kilodalton fusion protein formed insoluble inclusion bodies in the cells. Therefore, it was revealed that insoluble inclusion body formation occurs by fusing a part of the aminoglycoside 3'-phosphotransferase protein to the C-terminal side of the V8D protein.
Next, after disrupting the cells, centrifugation is performed to separate the inclusion bodies, and the fusion protein is solubilized using a denaturing agent. As the denaturing agent, urea, guanidine hydrochloride, a surfactant or the like can be used.
[0027]
In the examples of the present application, inclusion bodies were solubilized with 8 M urea, diluted to 4 M urea concentration, and incubated at 37 ° C. for 2 hours. The endogenous ompT protease of E. coli cleaves the fusion protein under these conditions to produce 12 KDa, 26 KDa, and 22 KDa bands corresponding to β-galactosidase derivative, V8D protein, and part of aminoglycoside 3′-phosphotransferase protein, respectively. This was revealed by SDS PAGE analysis.
[0028]
On the other hand, as a result of conducting the same experiment using W3110M25, which is an ompT-deficient mutant, as a host fungus, the above band cannot be detected, and it is confirmed that the fusion protein is specifically cleaved by endogenous ompT. It was revealed. Furthermore, in order to confirm that it was specifically cleaved by ompT, a 26 KDa band corresponding to the V8D protein was cut out from the SDS PAGE gel and the N-terminal amino acid sequence was determined. As a result, the R6 linker peptide arginine-arginine was determined. It was confirmed that cleavage occurred between the sequences.
[0029]
Therefore, the fusion protein and E. coli endogenous ompT protease are present in the inclusion body fraction of the precipitate produced by centrifugation, and are solubilized by a denaturant, particularly after solubilization of the inclusion body by 8M urea, in the presence of 4M urea. However, the present invention revealed for the first time that it has sufficient enzyme activity and can accurately cleave the expected amino acid sequence.
Since the V8 protease derivative protein produced in the presence of urea is in a denatured state, the enzyme activity is considered to be very low. Therefore, if necessary for the expression of activity, the concentration of the denaturing agent was lowered to refold the V8D protein, and it was examined whether a V8D protein having enzyme activity could be obtained.
[0030]
The sample after the ompT cleavage reaction was diluted 20-fold with 0.4 M potassium phosphate buffer (pH 7.5) and then left overnight in ice. By this operation, the V8D protein was refolded by about 20%, and the enzyme activity was recovered. When the sample after this operation was analyzed by SDS-PAGE, V8D protein was mainly present after refolding.
This is because the sample before refolding contains β-galactosidase derivative, a part of aminoglycoside 3′-phosphotransferase protein, and protein derived from E. coli, but after refolding, other proteins in which V8D protein having protease activity is mixed. This is considered to be due to disassembling. This result is very advantageous when purifying the V8D protein after refolding.
[0031]
Next, the V8D protein that has been activated by the above-described procedure is converted into the natural type.S.  aureus  We examined whether there was the same substrate recognition as V8 protease. A V8D protein refolded on a substrate (for example, a fusion protein of human calcitonin precursor) and a natural enzyme are reacted at 30 ° C. for 1 hour, and a peptide fragment generated from the fusion protein cleaved by the enzyme is subjected to high performance liquid chromatography. Analyzed. As a result, the peptide fragments generated from both enzymes showed the same elution pattern, and it was revealed that the V8D protein produced by the above-described method has the same substrate specificity as the natural type.
[0032]
In order for S. aureus V8 protease to be expressed as an insoluble inclusion body in cells, it is necessary that the fusion protein has no enzymatic activity as a proteolytic enzyme. Must have. This seemingly contradictory property is required for the V8 protease derivative protein. In the V8D protein, a fusion protein was prepared using the amino acid from the N-terminal to the 212th amino acid of the natural V8 protease, but the V8 protease part was further extended to the C-terminal side and a fusion protein with a part of the aminoglycoside 3′-phosphotransferase protein. Whether or not reactivation by inclusion body formation and refolding occurs was investigated.
[0033]
The present inventors have used plasmids (pV8H, pV8F, pV8A, pV8D2, and pV8Q) that express fusion proteins in which the C-terminal side of the above-mentioned V8 protease derivative is extended by 2, 4, 6 and 8 amino acids by PCR and gene cloning. Produced. E. coli strain JM101 was transformed with these plasmids to produce recombinants.
When the obtained strain was cultured and expression was induced using IPTG, only the strains having the plasmids pV8D, pV8H, and pV8F described above formed inclusion bodies of the fusion protein. The enzyme could be reactivated during folding. Other strains did not form inclusion bodies, and V8 protease activity was observed in the soluble fraction after disruption of the cells.
[0034]
Therefore, the V8 protease derivative protein is expressed by the fusion protein expression method to form an inclusion body, then enzymatically cleaved and refolded with the 215th amino acid from the N-terminal of S. aureus V8 protease protein. It became clear that it was necessary to fuse before a certain phenylalanine.
As described above, the present invention has been specifically described by taking the V8 protease as an example of the target polypeptide or protein, but by applying the same principle and technique to other target polypeptides or proteins, the desired target polypeptide can be obtained. Alternatively, the protein can be produced efficiently.
[0035]
Therefore, the present invention transforms a host cell with an expression vector having a gene encoding a fusion protein comprising a protective polypeptide and a target polypeptide, expresses the gene, and uses the host cell's endogenous protease to express the fusion protein. The present invention relates to a method for producing a target polypeptide, which is obtained by cleaving the target polypeptide.
[0036]
Furthermore, the present invention provides a fusion protein represented by the formula (1) A-L-B or formula (2) A-L-B-L-C (where A and C are protected polypeptides, and B is a target polypeptide. , L represents a linker peptide having a substrate that is specifically recognized by the host cell endogenous protease), the fusion protein is cleaved at the region of the linker peptide L and the target poly The present invention relates to a production method characterized by obtaining peptide B. Here, in addition to the aforementioned S. aureus V8 protease, the target polypeptide is, for example, a physiologically active peptide such as motilin, glucagon, corticosteroid, corticotropin releasing hormone, secretin, growth hormone, insulin, growth hormone secretion Hormone, Pazopressin, Oxytocin, Gastrin, Glucagon-like peptide (GLP-1), Glucagon-like peptide (GLP-2), Glucagon-like peptide (7-36 amide), Cholecystokinin, Vasoactive Intestinal polypeptide ( vasoactive intestinal polypeptide; VIP),
[0037]
Pituitary adenolate cyclase activating polypeptide, gastrin releasing hormone, galanin, thyroid stimulating hormone, luteinizing hormone releasing hormone, calcitonin, parathyroid hormone (PTH, PTH (1-34) PTH ( 1-84)), peptide histidine isoleucine (PHI), neuropeptide Y (neuropeptide Y), peptide YY (peptide YY), pancreatic polypeptide, somatostatin, TGF-α , TGF-β, nerve growth factor, fibroblast growth factor, relaxin, prolactin, atrial natriuretic peptide (ANP), B-type natriuretic peptide (BNP), C-type Diuretic peptide (C-type natriuretic peptide; C NP), angiotensin, brain-derived neurotrophic factor (BDNF) and, for example, enzymes such as KEX2 endoprotease.
[0038]
Further, as a preferred embodiment of the present invention, when the target polypeptide is a physiologically active polypeptide, preferably the physiologically active polypeptide is an enzyme, and more preferably, the enzyme is a proteolytic enzyme. . In a most preferred embodiment as a specific example, the target polypeptide is a proteolytic enzyme, the target polypeptide is expressed in a host cell as an inactive fusion protein, the cell is disrupted, and the fusion protein is After separation, the target protein is obtained from the fusion protein by solubilizing the fusion protein with a denaturant that solubilizes the fusion protein, and then cleaving the linker peptide region with a host cell endogenous protease. A method is mentioned.
[0039]
In another preferred embodiment, when the target polypeptide is a proteolytic enzyme, the target polypeptide is expressed in the host cell as an inactive fusion protein, and the cell is disrupted to separate the fusion protein. The fusion protein is solubilized with a denaturing agent that solubilizes the fusion protein, and then the concentration of the denaturing agent is lowered to such an extent that endogenous protease activity derived from the host cell can be expressed. Examples include a method for producing a target polypeptide, which is obtained from a fusion protein by cleaving with a protease. In any of the above cases, it is preferable that the endogenous protease derived from the host cell is present in the same fraction in the separation operation after disrupting the fusion protein and the cells.
[0040]
The protection polypeptide is not particularly specified as long as it can be expressed as a fusion protein with the protection polypeptide when the target polypeptide is expressed. For example, the polypeptide derived from E. coli β-galactosidase or the aminoglycoside derived from transposon 903 is used. Examples include 3′-phosphotransferase-derived polypeptides and the like, and if necessary, these polypeptides can be used in combination as a protective polypeptide.
[0041]
The linker peptide may be any linker peptide having a site that is specifically recognized by the endogenous protease of the host cell having the expression vector of the target polypeptide. As a preferable aspect of the linker peptide, for example, a basic amino acid pair sequence having one basic amino acid residue or continuous two basic amino acid residues is included in the linker peptide, and the linker peptide has 2 to 50 amino acids. A polypeptide consisting of residues is desirable, and the basic amino acid pair may be included in the N-terminal part and / or C-terminal part of the linker peptide.
[0042]
A denaturing agent for solubilizing the fusion protein need not be particularly specified, and examples thereof include urea, guanidine hydrochloride, and a surfactant. Preferably, urea is used, and the urea concentration in this case is desirably 1-8M. Moreover, the urea concentration after solubilizing the fusion protein is not particularly specified as long as the endogenous protease activity derived from the host cell can be expressed.
[0043]
The present invention also relates to a method for producing a target polypeptide, which is obtained by cleaving a target polypeptide from a fusion protein using an endogenous protease derived from a host cell. The peptide need not be particularly specified. That is, the protease only needs to be used for processing the target polypeptide or protein from the fusion protein after expressing the target polypeptide or protein as an insoluble fusion protein. Preferably, E. coli ompT protease and the like can be mentioned as shown in the following examples. The target polypeptide is preferably a polypeptide comprising 20 to 800 amino acid residues, and examples thereof include S. aureus V8 protease and / or its derivatives as shown in the following examples.
[0044]
As a result, it has been clarified that in the method for producing a target polypeptide using the gene recombination technique according to the present invention, a V8 protease derivative protein can be produced particularly in an E. coli expression system. That is, as a preferable embodiment in the method for producing the target polypeptide, the following production steps can be mentioned. That is;
[0045]
(1) The fusion protein comprises a protective polypeptide, a target polypeptide and a linker peptide, and the protective polypeptide is a β-galactosidase-derived polypeptide derived from E. coli and / or an aminoglycoside 3′-phosphotransferase-derived polypeptide derived from transposon 903. A linker peptide having a substrate in which the target polypeptide is a S. aureus V8 protease derivative and the linker peptide region between the protective polypeptide and the target polypeptide is specifically recognized by a host cell endogenous protease Transforming E. coli as a host cell with an expression vector having a gene encoding the fusion protein, which is a region,
[0046]
(2) expressing the fusion protein in E. coli with the S. aureus V8 protease derivative in an inactive state,
(3) After crushing the cells and separating the fusion protein, obtain a fraction containing E. coli ompT protease, which is an endogenous protease, and the fusion protein,
(4) solubilizing the fusion protein with a denaturant,
[0047]
(5) After solubilization, reducing the concentration of the denaturant to a state where the activity of the E. coli ompT protease is expressed, and cleaving the linker peptide region with the protease to obtain the target polypeptide from the fusion protein;
A step of producing refolding so that the target polypeptide becomes an active form, if necessary,
The production method characterized by the addition of
[0048]
As a method for purifying the protein after refolding the V8 protease derivative, the protein can be purified with high purity by, for example, usual protein purification operations such as gel filtration, ion chromatography, and hydrophobic chromatography. Furthermore, it goes without saying that the V8 protease derivative shown in the Examples is very easy to purify because the derivative is the main protein component of the reaction component at the end of the refolding reaction.
[0049]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described in detail in Examples.
Example 1.  S. aureus V8 Isolation of protease genes
In order to isolate the V8 protease gene by the PCR method, the gene was isolated by the PCR method based on the reported DNA nucleotide sequence. Three types of PCR primers having the sequence shown in FIG. 1 (b) were designed and synthesized using a DNA synthesizer (Applied Biosystems Model 392). Primers I, II and III correspond to the V8 protease gene region shown in FIG. 1 (a), and are provided with a Xho I or Sal I restriction enzyme site on the 5 ′ side.
[0050]
Staphylococcus aureus isolated and prepared by the method of Jayaswal, R. K. et al. (J. Bacteriol. 172: 5783-5788 (1990))Staphylococcus  aureus) PCR was performed using the V8 strain (ATCC27733) chromosome and these PCR primers. 50 μl reaction containing 1.0 μM primer, 1 μg chromosomal DNA, 50 mM KCl, 10 mM Tris-HCl, pH 8.3, 1.5 mM MgCl2, 0.01% gelatin, 200 μM dNTP (mixture of dATP, dGTP, dCTP, dTTP) 2.5 units of Taq DNA polymerase was added to the solution, and PCR was performed 30 cycles of 94 ° C, 1 minute, 72 ° C, 2 minutes, 55 ° C, 2 minutes.
[0051]
As a result, a mature V8 protease gene (protease gene derivative I, 0.8 kb) that does not contain a prepro sequence and contains a repeat sequence is obtained by primer I and primer II, and the prepro sequence and repeat sequence are obtained by using primer I and primer III. A lacking V8 protease gene (V8 protease gene derivative II, 0.7 kb) was obtained. Next, these genes were subjected to agar gel electrophoresis, purified using SUPREP-2 (Takara Shuzo Co., Ltd.), cleaved with restriction enzymes XhoI and SalI, and V8 protease derivative genes with XhoI and SalI sticky ends. Fragments I and II were prepared.
[0052]
Example 2  Expression vector pV8RPT (+) and pV8RPT (-) Production and V8 Expression of protease derivatives
PG97S4DhCT [G] R6 used in this example is a plasmid that highly expresses a fusion protein of an E. coli β-galactosidase derivative and a human calcitonin precursor (hCT [G]), and the plasmid is plasmid pBR322 and plasmid pG97S4DhCT [G ] (See JP-A-5-328992 and FIG. 2). Escherichia coli W3110 containing the plasmid pG97S4DhCT [G] was deposited at the Institute of Biotechnology, Institute of Industrial Science and Technology as Escherichai coli SBM323 on August 8, 1991, under the Budapest Treaty. No. 3503 (FERM BP-3503) has been granted.
[0053]
In order to express V8 protease gene derivatives I and II obtained by PCR, pG97S4DhCT [G] R6 was treated with XhoI and SalI, and a DNA fragment (3.1 kb) lacking the human calcitonin precursor gene part was subjected to agar gel electrophoresis. It was prepared by. This DNA fragment was ligated with the previously obtained V8 protease gene fragment with the XhoI and SalI sticky ends by T4 DNA ligase, transformed into JM101, and pV8RPT (+) in which V8 protease gene derivative I was cloned, PV8RPT (-) in which V8 protease gene derivative II was cloned was prepared (FIG. 3).
[0054]
The plasmid host strain used was JM101 strain (this strain can be obtained from Takara Shuzo Co., Ltd., In Vitrogen Catalog No. c660-00, etc.). The amino acid sequence of the fusion protein of V8 protease derivative and β-galactosidase derivative expressed from these plasmids is shown in FIG. After culturing JM101 / pV8RPT (+) and JM101 / pV8RPT (-) in 100 ml LB medium (0.5% yeast extract, 1.0% tryptone, 0.5% NaCl) at 37 ° C until OD660 reaches 1.0, then isopropylthiogalacto Pyranoside (IPTG) was added to a final concentration of 2 mM to induce expression. After the addition, the culture was further continued for 2 hours, and the cells were collected by centrifugation and suspended in TE buffer (10 mM Tris-HCl (pH 8.0), 1 mM EDTA) so that OD660 was 5.
[0055]
This suspension was crushed with an ultrasonic crusher (Cellruptor; Toago Denki Co., Ltd.), the insoluble fraction was removed by centrifugation at 12000 rpm for 5 minutes, and the supernatant fraction was used as a crude enzyme solution. A synthetic substrate (Z-Phe-Leu-Glu-4-nitranilide; manufactured by Boehringer Mannheim) was used for measuring the activity of V8 protease. After mixing 940 μl of 100 mM Tris-HCl (pH 8.0) buffer with 20 μl of 10 mM Z-Phe-Leu-Glu-4-nitranilide solution (DMSO solution), add 40 μl of the crude enzyme solution for 5 minutes at room temperature. The increase in absorption at 405 nm due to the reaction was measured. Hitachi spectrophotometer U-3200 was used for the measurement.
[0056]
As a result, both JM101 / pV8RPT (+) and JM101 / pV8RPT (-) showed an enzyme activity of 8 μg / ml in the crude enzyme solution prepared from these cells, and the fusion protein with β-galactosidase derivative It was found active in the form and lacking the prepro sequence. Moreover, since activity was recognized also in pV8RPT (-) which deleted the C terminal repeat sequence, it turned out that this arrangement | sequence is not essential for activity.
[0057]
Since the production amounts of V8 protease derivatives I and II produced by JM101 / pV8RPT (-) and JM101 / pV8RPT (+) are low and their bands cannot be confirmed by SDS-polyacrylamide gel electrophoresis (SDS-PAGE), purification Operation is difficult. Considering that the growth of bacterial cells stops with the addition of IPTG, and that the high-molecular-weight protein is decreased in the induced bacteria compared to the non-induced bacteria, the intracellularly expressed V8 protease derivative is It is considered that lethality is a cause of low expression.
[0058]
Example 3  Expression vector pV8D Making
In the case of V8 protease, since it has activity even when a β-galactosidase derivative is fused to the N-terminal side as described above, it cannot be inactivated by fusion only on the N-terminal side. Therefore, an attempt was made to inactivate V8 protease by further fusing a part of aminoglucoside 3'-phosphotransferase to the C-terminal side. For the C-terminal fusion, the EcoRV site before the repeat sequence was used.
[0059]
The plasmid pV8D related to the V8 protease derivative was prepared by the procedure shown in FIG. Prepare Bgl II-Sal I fragment (3.0 kb) and EcoRV-Bgl II fragment (0.7 kb) from pV8RPT (-) and ligate with Nar I-Sal I fragment (0.2 kb) prepared from pG97S4DhCT [G] R10 As a result, pV8hCT [G] was obtained. PG97S4DhCT [G] R10 can be prepared from plasmid pBR322 and plasmid pG97S4DhCT [G] in the same manner as pG97S4DhCT [G] R6 described above (see JP-A-5-328992 and FIG. 2).
[0060]
Next, the hCT [G] portion (0.1 kb BstE II-Sal I fragment) of the obtained pV8hCT [G] was pUC4K (Vieira, J. and Messing, J., Gene 19, 259 (1982), Pharmacia Ca. PV8D was prepared by replacing the 0.8 kb SmaI-SalI fragment containing the aminoglucoside 3′-phosphotransferase gene region of No.27-4958-01). The amino acid sequence of the V8 protease derivative fusion protein (V8D fusion protein) expressed from this plasmid is shown in FIG.
[0061]
This fusion protein has a structure in which a β-galactosidase derivative and a part of an aminoglucoside 3'-phosphotransferase are fused to the N-terminus and C-terminus of V8 protease via an R6 linker sequence, respectively. The R6 linker has the following sequence, that is, RLYRRHHRWGRSGSPLRAHE (SEQ ID NO: 1), and has a structure in which the peptide bond at the center of RR in the sequence is cleaved by OmpT protease of E. coli.
[0062]
Example 4  V8D Fusion protein expression
E. coli JM101 (JM101 / pV8D) transformed with pV8D by a conventional method is cultured in 100 ml of LB medium at 37 ° C to an OD660 of 0.6, and IPTG is added to a final concentration of 2 mM to produce a V8D fusion protein. Induced. Culturing was continued for another 2 hours after the addition, and then the cells were collected by centrifugation. In the case of this strain, there was no phenomenon that cell growth stopped with the induction of fusion protein expression like JM101 / pV8RPT (+) and JM101 / pV8RPT (-), and no V8 protease activity was observed in the cell. .
[0063]
Moreover, it was observed by the microscope that the inclusion body was formed in the microbial cell. FIG. 7 shows the results of 16% SDS-PAGE of the insoluble fraction and the soluble fraction obtained by ultrasonically disrupting the cells before and after induction and the cells. It can be seen that the 60 kDa V8D fusion protein is highly expressed in the cells after induction, and that it is in the insoluble fraction because it forms an inclusion body.
[0064]
Since a part of the aminoglucoside 3′-phosphotransferase was fused to the C-terminal side of the V8 protease derivative, it became inactive without taking the original three-dimensional structure in the microbial cell, and the growth of the microbial cell was not inhibited. It was thought that it was highly expressed to the level of formation. In addition to the 60 kDa V8D fusion protein, a 27 kDa protein was also found in the insoluble fraction, and this protein was separated from the SDS PAGE gel and the amino acid sequence was examined. Degradation including the 282nd and subsequent methionine from the N-terminal of the V8D fusion protein. It turned out to be a thing.
[0065]
Example 5 FIG.  V8D Fusion protein OmpT Protease processing
The bacterial cells obtained by the culture shown in Example 4 were suspended in 10 ml of TE buffer, and sonicated to disrupt the bacterial cells. Thereafter, the inclusion body was recovered by centrifugation. The obtained inclusion body was again suspended in 10 ml of deionized water and then centrifuged to wash the inclusion body. After diluting the inclusion body with deionized water so that the OD660 value is 100, collect 150 μl, collect 25 μl of 1M Tris-HCl (pH 8.0), 2.5 μl of 1M dithiothreitol (DTT), and urea. 120 mg was added to dissolve the inclusion bodies, deionized water was added to 500 μl, and the mixture was heated at 37 ° C. for 2 hours.
[0066]
FIG. 8A shows the results of 16% SDS-PAGE before and after heating. It can be seen that bands having molecular weights of 12 kDa, 26 kDa, and 22 kDa, corresponding to parts of β-galactosidase derivative, V8 protease derivative, and aminoglucoside 3'-phosphotransferase, respectively, appear in the sample after heating.
On the other hand, FIG. 8B shows that the V8D fusion protein is expressed using the OmpT protease-deficient strain W3110 M25 (Sugimura, K. (1987) Biochem. Biophys. Res. Commun. 153, 753-759) as a host. The same operation was performed. In this case, since the above three bands cannot be detected during SDS-PAGE, the fusion protein is processed by OmpT protease (Sugimura, K. and Nishihara, T. (1988) J. Bacteriol., 170, 5625-5632). It is judged as specific cleavage by.
[0067]
Furthermore, when a 26 kDa band was cut out from SDS-PAGE and the N-terminal amino acid sequence was examined, it was confirmed that it was cleaved at the center of the RR part of the R6 sequence (RLYRRHHRWGRSGSPLRAHE) (SEQ ID NO: 1). It was confirmed that it was carried out specifically by OmpT protease. The above operation is carried out in the presence of 8M urea at the time of dissolution of inclusion bodies and 4M urea at the time of processing. As a result, OmpT protease is resistant to such high concentrations of urea and dissolves from inclusion bodies. It was shown for the first time that the fusion protein produced can be cleaved specifically.
[0068]
Example 6  Recombinant V8 protease (V8D) Refolding
The processed sample was diluted 20-fold with 0.4 M potassium phosphate buffer (pH 7.5) and left overnight on ice. By this operation, recombinant V8 protease (V8D) was refolded, and an activity corresponding to 30 μg / ml was obtained when measured according to the above-mentioned method. The refolding efficiency was about 20%. FIG. 9 shows the results of 16% SDS-PAGE before and after the refolding operation.
[0069]
When recombinant V8 protease (V8D) is refolded, β-galactosidase derivatives, aminoglucoside 3′-phosphotransferase-derived proteins, and other E. coli-derived proteins are degraded by acting as powerful proteases. The protein band disappears. Therefore, after the refolding operation, only the recombinant V8 protease (V8D) remains as the main protein in the sample, and a significant reduction in the subsequent purification operation can be expected.
The recombinant V8 protease (V8D) obtained in this way has a C-terminal deletion of 56 amino acids compared to the natural type in the construction of the gene, but the activity is maintained. It was found that it is not essential for activity.
[0070]
Example 7  Recombinant V8 protease obtained by refolding from inclusion bodies (V8D) Substrate specificity
In order to compare the substrate specificity of the recombinant V8 protease (V8D) obtained by refolding with that of the natural type, a fusion protein of human calcitonin precursor (hCT [G]) was used as the substrate, and both proteases were used for the protein. An experiment was conducted to release hCT [G] by the action of.
[0071]
The human calcitonin fusion protein used in the experiment has a structure in which a β-galactosidase derivative (108 amino acids) and hCT [G] are fused via a linker having glutamic acid, and the natural V8 protease is a carboxylate of this glutamic acid residue. The peptide bond on the side can be cleaved to release hCT [G]. An example of a plasmid having a gene encoding the fusion protein is pG97S4DhCT [G] R4 (see JP-A-5-328992).
[0072]
An amount equivalent to 1.2 μg of activity in terms of natural V8 protease in 1 ml of a solution containing 10 mM Tris-HCl (pH 8.0), 1 mM EDTA, 5 mM DTT, 2M urea and 10 mg / ml human calcitonin fusion protein After adding the recombinant V8 protease (V8D) and reacting at 30 ° C for 1 hour, the reaction mixture was subjected to high-performance liquid chromatography (linear gradient using 0.1% trifluoroacetic acid (TFA) and 0.1% TFA / 50% acetonitrile). Elution).
[0073]
As the recombinant V8 protease (V8D), a sample after refolding was directly used, and a sample obtained by allowing a commercially available natural V8 protease to act on the same conditions was used as a comparative control.
FIG. 10 shows the elution pattern of high performance liquid chromatography. It was confirmed that the cleavage pattern for human calcitonin fusion protein was the same between recombinant V8 protease (V8D) and native V8 protease, and both proteases were equivalent in terms of substrate specificity.
[0074]
Example 8 FIG.  Examination of the C-terminal fusion site of V8 protease
In order to produce a fusion protein in which the C-terminal side of the V8 protease portion was extended by 2, 3, 4, 6 and 8 amino acids compared to the V8D fusion protein, the PCR primers shown in FIG. 11 were synthesized. PV8F encoding a fusion protein (V8F fusion protein) of the type extended by 3 amino acids was prepared by the following method. Using primer b and primer I shown in Fig. 1 (b), 0.1 Vg of pV8RPT (-) prepared in Example 1 as template DNA was used for amplification reaction on the V8 protease gene side, followed by EcoRI and SacI. A 0.1 kb gene fragment was prepared by cutting.
[0075]
On the other hand, after amplification reaction of R6 linker sequence and aminoglucoside 3 ′ phosphotransferase gene part using primer g and primer h and 0.1 μg of pV8D as template DNA, a 0.3 kb gene fragment was prepared by digestion with EcoT22I and SacI. . In addition, PCR followed the conditions of Example 1. The 0.1 kb and 0.3 kb genes thus obtained were ligated to the pV8D EcoRI-EcoT22I fragment (4.2 kb) to prepare pV8F (see FIGS. 12 and 14).
For primers a, c, d, e and primer g, pV8H, pV8A, pV8D2 and pV8Q were prepared by carrying out the same procedure (however, NdeI was used instead of SacI for the production of pV8H). The combinations of primers and template DNA used for the preparation of these plasmids are shown below.
[0076]
pV8H: Prepared from a PCR product obtained by combining primer a, primer I, pV8RPT (-) and primer f, primer h, pV8D.
pV8A: Prepared from a PCR product obtained by combining primer c, primer I, pV8RPT (-) and primer g, primer h, pV8D.
pV8D2: prepared from a PCR product obtained by combining primer d, primer I, pV8RPT (-) and primer g, primer h, pV8D.
pV8Q: prepared from a PCR product obtained by combining primer e, primer I, pV8RPT (-) and primer g, primer h, pV8D.
[0077]
These plasmids produced fusion proteins in which the C-terminal portion of the V8 protease region was extended by 2, 4, 6 and 8 amino acids, respectively, compared to the V8D fusion protein shown in Example 4 (FIG. 13, FIG. 13). 14).
FIG. 13 shows the results obtained by transforming these plasmids into the JM101 strain and examining the expression of each fusion protein by the same procedure as in Example 4. Inclusion body formation was observed in pV8H, pV8F and pV8D, and the resulting inclusion bodies could be refolded into active recombinant V8 protease by performing the procedure shown in Example 5. On the other hand, in the case of pV8A, pV8D2, and pV8Q, inclusion bodies were not obtained, and V8 protease activity was observed in the soluble fraction.
[0078]
In the case of these plasmids, the expressed fusion protein has protease activity, and inhibition of growth is considered to cause no inclusion body formation. In other words, in order to express V8 protease as an inactive fusion protein, it is important to fuse it before the 215th phenylalanine from the N-terminal. When fused beyond this site, the V8 protease part has its original three-dimensional structure. It was found that since a fusion protein formed and having protease activity was produced, growth was inhibited and high expression was impossible.
[0079]
【The invention's effect】
According to the present invention, a target polypeptide can be produced in a large amount at low cost. In particular, in the present invention, S. aureus V8 protease was examined as a target polypeptide. However, by using a safe host cell, for example, Escherichia coli, the high-purity enzyme can be produced in large quantities and at low cost using genetic recombination technology. Efficient purification / manufacturing has become possible.
[0080]
[Sequence Listing]
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[0081]
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[0102]
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[0103]
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[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows Staphylococcus aureus (Staphylococcus  aureusFIG. 3 is a diagram showing the structure (a) of the V8 protease gene and the base sequence (b) of the PCR primer used for cloning of the gene of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing the production process of pG97S4DhCT [G] R6 and pG97S4DhCT [G] R10.
FIG. 3 is a diagram showing a process for preparing plasmids pV8RPT (+) and pV8RPT (−).
FIG. 4 shows the amino acid sequence of the fusion protein encoded in plasmids pV8RPT (+) and pV8RPT (−).
FIG. 5 is a diagram showing a process for preparing plasmid pV8D.
FIG. 6 shows the amino acid sequence of the fusion protein encoded in plasmid pV8D.
FIG. 7 is an electrophoretogram showing that the fusion protein of the present invention forms an inclusion body and moves to an insoluble fraction, and is a photograph replacing the drawing.
FIG. 8 is an electrophoretogram showing that a V8D fusion protein is cleaved by a host-derived protease ompT to release V8 protease, and is a photograph in place of a drawing.
FIG. 9 is an electrophoretogram showing refolding of V8 protease released by ompT protease, and is a photograph instead of a drawing.
FIG. 10 shows that a fusion protein containing a human calcitonin precursor was prepared by recombinant V8 protease (A) or S. cerevisiae obtained by the method of the present invention. It is the chart which compared the product at the time of cut | disconnecting with V8 protease (B) from Aureus.
FIG. 11 shows the nucleotide sequences of primers used in the preparation of plasmids (pV8H, pV8F, pV8A, pV8D2 and pV8Q) containing DNAs encoding various fusion proteins.
FIG. 12 is a diagram showing the process of preparing plasmids pV8H, pV8F, pV8A, pV8D2 and pV8Q.
FIG. 13 shows the C-terminal amino acid sequence of the V8 protease encoded in the plasmids pV8D, pV8H, pV8F, pV8A, pV8D2 and pV8Q, and the inclusion bodies by the expression products (fusion proteins) of each plasmid. It is the figure which displayed the presence or absence of formation.
FIG. 14 shows an example of the amino acid sequence of a target polypeptide produced by the method of the present invention.

Claims (28)

目的ポリペプチドの製造方法において、
(1)保護ポリペプチド及び目的ポリペプチドを含んでなる融合蛋白質〔ここで、当該融合蛋白質は、式(1)A-L-B、又は式(2)A-L-B-L-Cで示され、A及びCは保護ポリペプチド、Bは目的ポリペプチド、Lは大腸菌内在性OmpTプロテアーゼが特異的に認識する部位を有するリンカーペプチドを示す〕をコードする遺伝子を有する発現ベクターにより大腸菌を形質転換し;
(2)前記形質転換された大腸菌を培養して前記遺伝子を発現させ、これにより封入体を構成する不溶性融合蛋白質を生成せしめ;
(3)前記培養後に大腸菌を破砕して前記封入体を分離した後、当該封入体を構成する不溶性融合蛋白質を変性剤により可溶化し;そして
(4)前記融合蛋白質から、前記封入体の分離操作により当該封入体の画分中に存在する前記破砕された大腸菌内在性OmpTプロテアーゼにより、前記リンカーペプチドLの領域で切断して、前記目的ポリペプチドを切り出す;
ことを含んでなる目的ポリペプチドの製造方法。
In the method for producing the target polypeptide,
(1) a fusion protein comprising a protected polypeptide and a polypeptide of interest [wherein the fusion protein is represented by formula (1) ALB or formula (2) ALBLC, A and C are protected polypeptides, B Is a target polypeptide, and L is a linker peptide having a site specifically recognized by E. coli endogenous OmpT protease].
(2) culturing the transformed E. coli to express the gene, thereby generating an insoluble fusion protein constituting an inclusion body;
(3) After culturing, Escherichia coli is disrupted to separate the inclusion body, and then the insoluble fusion protein constituting the inclusion body is solubilized with a denaturing agent; and (4) the inclusion body is separated from the fusion protein. The target polypeptide is excised by cleaving in the region of the linker peptide L with the disrupted Escherichia coli endogenous OmpT protease present in the inclusion body fraction by operation;
A method for producing a target polypeptide comprising the above.
前記の切断を、前記変性剤の濃度を下げることにより生じさせる、請求項1に記載の方法。  The method of claim 1, wherein the cleavage occurs by reducing the concentration of the denaturant. 前記融合蛋白質を可溶化する変性剤が、尿素、塩酸グアニジンまたは界面活性剤である、請求項1又は2に記載の方法。  The method according to claim 1 or 2, wherein the denaturant that solubilizes the fusion protein is urea, guanidine hydrochloride, or a surfactant. 前記融合蛋白質を可溶化する変性剤が尿素であり、当該尿素の濃度が1〜6Mである、請求項3記載の方法。  The method according to claim 3, wherein the denaturant that solubilizes the fusion protein is urea, and the concentration of the urea is 1 to 6M. 前記リンカーペプチドが、1乃至2塩基性アミノ酸対を当該リンカーペプチド中に含み、且つ当該リンカーペプチドが2〜50のアミノ酸残基からなるペプチドである、請求項2〜4のいずれか1項に記載の方法。  5. The linker peptide according to claim 2, wherein the linker peptide contains 1 to 2 basic amino acid pairs in the linker peptide, and the linker peptide is a peptide composed of 2 to 50 amino acid residues. the method of. 前記リンカーペプチドが、1乃至2塩基性アミノ酸対を当該リンカーペプチドのN末端部及び/又はC末端部に含む、請求項1〜5のいずれか1項に記載の方法。  The method according to any one of claims 1 to 5, wherein the linker peptide comprises 1 to 2 basic amino acid pairs at the N-terminal part and / or the C-terminal part of the linker peptide. 前記リンカーペプチドが、アミノ酸配列RLYRRHHRWGRSGSPLRAHE(配列番号:1)を含む、請求項6に記載の方法。Wherein the linker peptide comprises the amino acid sequence RLYRRHHRWGRSGSPLRAHE (SEQ ID NO: 1) comprising the method of claim 6. 前記保護ポリペプチドが、大腸菌β−ガラクトシダーゼ由来ポリペプチド及び/又はトランスポゾン903由来のアミノグリコシド3'−ホスホトランスフェラーゼ由来ポリペプチドである、請求項1〜7のいずれか1項に記載の方法。  The method according to any one of claims 1 to 7, wherein the protective polypeptide is an E. coli β-galactosidase-derived polypeptide and / or an aminoglycoside 3'-phosphotransferase-derived polypeptide derived from transposon 903. 前記保護ポリペプチドAが、大腸菌β−ガラクトシダーゼ由来ポリペプチドであり、保護ポリペプチドCがトランスポゾン903由来のアミノグリコシド3'−ホスホトランスフェラーゼ由来ポリペプチドである、請求項1〜8のいずれか1項に記載の方法。  The said protection polypeptide A is E. coli β-galactosidase-derived polypeptide, and protection polypeptide C is an aminoglycoside 3′-phosphotransferase-derived polypeptide derived from transposon 903. the method of. 目的ポリペプチドが活性型となるようにリフォールディングを生じさせる工程を更に含む、請求項1〜9のいずれか1項に記載の方法。  The method according to any one of claims 1 to 9, further comprising a step of causing refolding so that the target polypeptide becomes active. 変性剤存在下でOmpTプロテアーゼにより切断された目的ポリペプチドを、当該変性剤の濃度を下げることによりリフォールディングを生じさせ、活性型の目的ポリペプチドを得る、請求項1〜10のいずれか1項に記載の方法。  The target polypeptide cleaved by OmpT protease in the presence of a denaturing agent is refolded by lowering the concentration of the denaturing agent to obtain an active target polypeptide. The method described in 1. 前記目的ポリペプチドが、20〜800のアミノ酸残基からなる、請求項1〜11のいずれか1項に記載の方法。  The method according to any one of claims 1 to 11, wherein the target polypeptide consists of 20 to 800 amino acid residues. 前記目的ポリペプチドが生理活性ポリペプチドである、請求項1〜12のいずれか1項に記載の方法。  The method according to any one of claims 1 to 12, wherein the target polypeptide is a physiologically active polypeptide. 前記生理活性ポリペプチドが、モチリン、グルカゴン、副腎皮質ホルモン、副腎皮質刺激ホルモン放出ホルモン、セクレチン、成長ホルモン、インシュリン、成長ホルモン分泌ホルモン、パゾプレッシン、オキシトシン、ガストリン、グルカゴン様ペプチド(GLP-1)、グルカゴン様ペプチド(GLP-2)、グルカゴン様ペプチド(7-36アミド)、コレシストキニン、バソアクティブ・インテスティナル・ポリペプチド(vasoactive intestinal polypeptide ;VIP )、下垂体アデノレートサイクラーゼ活性化ポリペプチド(Pituitary adenolate cyclase activating polypeptide)、ガストリン放出ホルモン、ガラニン、甲状腺刺激ホルモン、黄体形成ホルモン放出ホルモン、カルシトニン、副甲状腺ホルモン(PTH、PTH(1-34)、PTH(1-84))、ペプチド・ヒスチジン・イソロイシン(peptide histidine isoleucine;PHI )、ニューロペプチドY(neuropeptide Y)、ペプチドYY(peptide YY)、パンクレアチック・ポリペプチド(pancreatic polypeptide)、ソマトスタチン、TGF−α、TGF−β、神経成長因子、繊維芽細胞成長因子、リラキシン、プロラクチン、利尿性ペプチド、アンジオテンシン、脳由来神経栄養因子(BDNF)、又はKEX2エンドプロテアーゼである、請求項13に記載の方法。  The bioactive polypeptide is motilin, glucagon, corticosteroid, corticotropin releasing hormone, secretin, growth hormone, insulin, growth hormone secreting hormone, pazopressin, oxytocin, gastrin, glucagon-like peptide (GLP-1), glucagon -Like peptide (GLP-2), glucagon-like peptide (7-36 amide), cholecystokinin, vasoactive intestinal polypeptide (VIP), pituitary adenolate cyclase activation polypeptide ( Pituitary adenolate cyclase activating polypeptide), gastrin releasing hormone, galanin, thyroid stimulating hormone, luteinizing hormone releasing hormone, calcitonin, parathyroid hormone (PTH, PTH (1-34), PTH (1-84)), peptide, histidine, Isoleucine (peptide histidine isoleucine (PHI), neuropeptide Y (neuropeptide Y), peptide YY (peptide YY), pancreatic polypeptide, somatostatin, TGF-α, TGF-β, nerve growth factor, fibroblast growth 14. The method of claim 13, which is a factor, relaxin, prolactin, diuretic peptide, angiotensin, brain derived neurotrophic factor (BDNF), or KEX2 endoprotease. 前記利尿性ペプチドがANP、BNP又はCNPである、請求項14に記載の方法。  15. A method according to claim 14, wherein the diuretic peptide is ANP, BNP or CNP. 前記目的ポリペプチドが酵素である、請求項13記載の方法。  14. The method according to claim 13, wherein the target polypeptide is an enzyme. 前記酵素が蛋白質分解酵素である、請求項16記載の方法。  17. The method according to claim 16, wherein the enzyme is a proteolytic enzyme. 前記蛋白質分解酵素がKEX2エンドプロテアーゼ又は当該プロテアーゼ誘導体である請求項17に記載の方法。  18. The method according to claim 17, wherein the proteolytic enzyme is KEX2 endoprotease or the protease derivative. 前記蛋白質分解酵素が、スタフィロコッカス・アウレウス(Staphylococcus aureus)V8プロテアーゼ又は当該プロテアーゼ誘導体である、請求項17に記載の方法。  18. The method according to claim 17, wherein the proteolytic enzyme is Staphylococcus aureus V8 protease or the protease derivative. 前記スタフィロコッカス・アウレウス(Staphylococcus aureus)V8プロテアーゼ誘導体が、配列番号:7の 125 位の Val から 336 位の Asp までのアミノ酸配列、或いは配列番号: 22 23 又は 24に記載されるアミノ酸配列からなる誘導体である、請求項19に記載の方法。The Staphylococcus aureus (Staphylococcus aureus) V8 protease derivative is SEQ ID NO: 7 amino acid sequence from position 125 to Val to 336-position Asp, or SEQ ID NO: 22, the amino acid sequence set forth in 23 or 24 it is made derivative the method of claim 19. 遺伝子組換え技術を用いた目的ポリペプチドの製造方法であって、以下の工程;
(1)融合蛋白質が保護ポリペプチド、目的ポリペプチド及びリンカーペプチドからなり、当該保護ポリペプチドが大腸菌由来のβ−ガラクトシダーゼ由来ポリペプチド及び/又はトランスポゾン903由来のアミノグリコシド3'−ホスホトランスフェラーゼ由来ポリペプチドであり、当該目的ポリペプチドがスタフィロコッカス・アウレウス(Staphylococcus aureus)V8プロテアーゼ誘導体であり、当該保護ポリペプチドと当該目的ポリペプチドの間の当該リンカーペプチド領域が大腸菌の外膜に存在する内在性OmpTプロテアーゼにより特異的に認識される部位を有するリンカーペプチド領域である、当該融合蛋白質をコードする遺伝子を有する発現ベクターにより大腸菌を形質転換し、
(2)前記遺伝子を大腸菌内で発現させることにより、封入体を構成する不溶性の融合蛋白質を生成せしめ、前記スタフィロコッカス・アウレウス(Staphylococcus aureus)V8プロテアーゼ誘導体が当該封入体中で不活性型の状態にあり、
(3)当該菌体を破砕し、当該融合蛋白質を分離した後、菌体内在性プロテアーゼである大腸菌OmpTプロテアーゼと当該融合蛋白質が存在する画分を得、
(4)当該融合蛋白質を変性剤により可溶化し、
(5)可溶化後、大腸菌OmpTプロテアーゼの活性が発現する状態まで変性剤の濃度を下げて、上記リンカーペプチド領域を当該プロテアーゼで切断することにより目的ポリペプチドを融合蛋白質より得る工程、
を含んでなる、目的ポリペプチドの製造方法。
A method for producing a target polypeptide using a gene recombination technique, comprising the following steps:
(1) The fusion protein comprises a protective polypeptide, a target polypeptide and a linker peptide, and the protective polypeptide is a β-galactosidase-derived polypeptide derived from E. coli and / or an aminoglycoside 3′-phosphotransferase-derived polypeptide derived from transposon 903. An endogenous OmpT protease in which the target polypeptide is a Staphylococcus aureus V8 protease derivative and the linker peptide region between the protective polypeptide and the target polypeptide is present in the outer membrane of E. coli E. coli is transformed with an expression vector having a gene encoding the fusion protein, which is a linker peptide region having a site specifically recognized by
(2) By expressing the gene in E. coli, an insoluble fusion protein constituting the inclusion body is produced, and the Staphylococcus aureus V8 protease derivative is inactive in the inclusion body. In state
(3) After crushing the cells and separating the fusion protein, obtain a fraction containing the E. coli OmpT protease, which is an endogenous protease, and the fusion protein,
(4) solubilizing the fusion protein with a denaturant,
(5) After solubilization, reducing the concentration of the denaturant to a state where the activity of E. coli OmpT protease is expressed, and cleaving the linker peptide region with the protease to obtain the target polypeptide from the fusion protein;
A method for producing a polypeptide of interest comprising:
前記融合蛋白質を可溶化する変性剤が、尿素、塩酸グアニジンまたは界面活性剤である、請求項21に記載の方法。  22. The method according to claim 21, wherein the denaturing agent that solubilizes the fusion protein is urea, guanidine hydrochloride or a surfactant. 前記融合蛋白質を可溶化する変性剤が尿素であり、当該尿素の濃度が1〜8Mである、請求項22記載の方法。  23. The method according to claim 22, wherein the denaturant that solubilizes the fusion protein is urea, and the concentration of the urea is 1 to 8M. 前記大腸菌OmpTプロテアーゼによるプロセッシング工程時の尿素濃度が4Mである、請求項21〜23のいずれか1項に記載の方法。The urea concentration 4 M during the processing step by E. coli OmpT protease, the method according to any one of claims 21 to 23. 前記リンカーペプチドが、2塩基性アミノ酸対を当該リンカーペプチドのN末端及びC末端、または当該リンカーペプチド中に含み、且つ当該リンカーペプチドが2〜50のアミノ酸残基からなるペプチドである、請求項21〜24のいずれか1項に記載の方法。  The linker peptide is a peptide comprising a dibasic amino acid pair at the N-terminus and C-terminus of the linker peptide, or in the linker peptide, and the linker peptide consists of 2 to 50 amino acid residues. The method of any one of -24. 前記リンカーペプチドが、アミノ酸配列RLYRRHHRWGRSGSPLRAHE(配列番号:1)を有する、請求項21〜25のいずれか1項に記載の方法。  26. The method according to any one of claims 21 to 25, wherein the linker peptide has the amino acid sequence RLYRRHHRWGRSGSPLRAHE (SEQ ID NO: 1). 前記目的ポリペプチドが、配列番号:7の 125 位の Val から 336 位の Asp までのアミノ酸配列、或いは配列番号: 22 23 又は 24に記載されるアミノ酸配列からなるスタフィロコッカス・アウレウス(Staphylococcus aureus)V8プロテアーゼ誘導体の何れかである、請求項21〜26のいずれか1項に記載の方法。The target polypeptide, SEQ ID NO: 7 amino acid sequence from position 125 to Val to 336-position Asp, or SEQ ID NO: 22, 23 or Staphylococcus aureus comprising the amino acid sequence set forth in 24 (Staphylococcus aureus 27) The method according to any one of claims 21 to 26, which is any of V8 protease derivatives. 目的ポリペプチドが活性型となるようにリフォールディングを生じさせる工程を更に含んでなる、請求項21〜27のいずれか1項に記載の方法。  28. The method according to any one of claims 21 to 27, further comprising the step of causing refolding so that the polypeptide of interest is in an active form.
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