JP4544834B2 - Polynucleotides that promote foreign gene expression - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、外来遺伝子の発現(転写活性)を促進するポリヌクレオチドに関するものである。さらに詳しくは、この発明は、例えばカイコによる有用組換えタンパク質の大量生産のために有用なポリヌクレオチドに関するものである。
【0002】
【従来の技術とその課題】
カイコは蛹になる直前に繭を作る。この繭の主成分はフィブロインやセリシンなどの絹タンパク質であり、カイコの絹糸腺と呼ばれる器官で合成される。絹糸腺は後部絹糸腺、中部絹糸腺および前部絹糸腺より構成され、後部絹糸腺ではフィブロインが、中部絹糸腺ではセリシンがそれぞれ特異的に合成・分泌される。
フィブロインは、重鎖および軽鎖から構成される複合体であり、全絹タンパク質の約70%を占める。後部絹糸腺から分泌されたフィブロインは、絹糸腺の蠕動運動によって徐々に中部絹糸腺へと送られ、そこで分泌されたセリシンによって周りを被覆され、さらに前部絹糸腺へと送られ絹糸として吐糸される。
【0003】
合成される絹糸は、1頭のカイコあたり平均で約0.3〜0.5gにも達する。このようにカイコは高いタンパク質合成能力を有した生物であり、この能力を利用すれば優れた組換えタンパク質生産系が構築できる。
【0004】
カイコにおける一過性の外来遺伝子発現システムはカイコ核多角体ウイルス(BmNPV)をベクターとして利用する方法が確立されている(特許文献1)。また、鱗翅目昆虫Trichoplusia niに由来するDNA型トランスポゾンであるpiggyBacを組み込んだプラスミドベクターをカイコ卵に微量注射することにより、世代を通じて永続的に外来遺伝子が組み込まれた形質転換カイコも報告されている(非特許文献1)。
【0005】
さらに、この出願の発明者らは、絹タンパク質遺伝子プロモーターの下流に連結したヒト・コラーゲンcDNAをカイコに組み込み、組換えヒト・コラーゲンを繭または絹糸腺内のタンパク質の一部として産生する形質転換カイコを発明し特許出願している(特許文献1、2、特願2002-177536号)。
【0006】
ところで、カイコにおける外来タンパク質の発現においては絹タンパク質遺伝子の発現機構において外来遺伝子を発現させるため、フィブロインやセリシン等の絹タンパク質遺伝子のプロモーター制御下で外来遺伝子を発現させている。
【0007】
しかしながら、絹糸腺において遺伝子を発現させるプロモーターとして、例えばフィブロイン軽鎖遺伝子の−600〜+34までの領域を用いた場合、トランスジェニックカイコが繭中に分泌する組換えタンパク質の含有量は0.8%であり(非特許文献1)、必ずしも生産性が高いとはいえない。そこで、大量の組換えタンパク質を生産するためには、さらに高い転写活性を有したプロモーター/エンハンサーを開発し、繭中の組換えタンパク質含有量を向上させる必要がある。
【0008】
一方、フィブロイン重鎖遺伝子については、その-30〜+6(転写開始点を+1とする)が転写に不可欠であることから(非特許文献2)、この領域が「コアプロモーター」と呼ばれている。またコアプロモーターの上流-234までの領域とイントロン内にプロモーター活性を上昇させるエレメント(それぞれ上流エレメント、イントロン内エレメントとよばれる)が見出されている(非特許文献3、4)。
【0009】
ところが実際には、これらのコアプロモーターやエレメントだけでは、フィブロイン重鎖タンパク質を通常と同程度には発現させることができない。このため、遺伝子のさらに上流域に、その転写活性を促進的に調節する領域が存在するものと想定される。従って、フィブロイン重鎖遺伝子のプロモーター/エンハンサーを利用して外来タンパク質を多量に発現させるためには、フィブロイン重鎖遺伝子の前記上流エレメントからさらに上流のできるだけ長い領域を使用することが考えられる。しかしながら、長いプロモーター/エンハンサー配列を利用して外来タンパク質構造遺伝子の発現カセットを構築した場合には、その取り扱いや、トランスジェニックカイコの作出が極めて困難となるといった問題点が存在する。
【0010】
この出願の発明は、以上のとおりの事情に鑑みてなされたものであり、従来技術の問題点を解消し、高い転写活性を有し、かつ実効性に優れたサイズのポリヌクレオチドを提供することを課題としている。
【0011】
またこの出願の発明は、前記のポリヌクレオチドを用いて遺伝子の転写活性を高める組換えタンパク質の発現方法を提供することを課題としている。
【0012】
【特許文献1】
特公平7-97995号公報
【特許文献2】
特開2001-161214号公報
【特許文献3】
特開2002-315580号公報
【非特許文献1】
Tamura et al., Nat. Biotechnol. 18, 81-84, 2000
【非特許文献2】
Tsuda and Suzuki, Cell, 27, 175-182, 1981
【非特許文献3】
Suzuki et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 83, 9522-9526, 1986
【非特許文献4】
Takiya et al., EMBO J., 9, 489-496, 1990
【0013】
【課題を解決するための手段】
この出願は、前記の課題を解決する発明として、以下の(1)〜(11)の発明を提供する。
(1) カイコ絹糸腺における外来タンパク質の発現を促進するために外来タンパク質構造遺伝子に連結されるポリヌクレオチドであって、以下のポリヌクレオチド(A)および(B):
(A)絹タンパク質遺伝子のプロモーター/エンハンサー領域を構成するポリヌクレオチド;
(B)配列番号1の第2787-4766位塩基配列中の、少なくとも第3141-3874位塩基配列を含む塩基配列からなるポリヌクレオチド、
が連結されているポリヌクレオチド。
(2) 前記ポリヌクレオチド(B)の5'側に、さらに配列番号1の第1-1153位塩基配列からなるポリヌクレオチド(C)が連結されている前記発明(1)のポリヌクレオチド。
(3) ポリヌクレオチド(A)が、配列番号1の第4767-5024位塩基配列からなる前記発明(1)および(2)のポリヌクレオチド。
(4) 前記発明(1)から(3)のポリヌクレオチドと実質的に同一の機能を有する範囲において、1または2以上の塩基の付加または欠失、もしくは他の塩基への置換を有する前記発明(1)から(3)のいずれかのポリヌクレオチド。
(5) 前記発明(1)または(2)におけるポリヌクレオチド(A)、(B)および(C)のいずれか1以上の相補配列がストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、前記発明(1)から(4)のいずれかのポリヌクレオチドと実質的に同一の機能を有するポリヌクレオチド。
(6) ポリヌクレオチド(A)、(B)および(C)が連結されているポリヌクレオチドが、3500塩基以下の長さであるであることを特徴とする前記発明(1)から(5)のポリヌクレオチド。
(7) 前記発明(1)から(6)のいずれかのポリヌクレオチドと外来タンパク質構造遺伝子とが連結された発現カセット。
(8) 前記発明(7)の発現カセットを保有する発現ベクター。
(9) 昆虫由来DNA型トランスポゾンの一対の逆向き反復配列に挟まれた発現カセットを有する前記発明(8)の発現ベクター。
(10) 前記発明(7)の発現カセットに含まれる外来タンパク質遺伝子をカイコ絹糸腺内で発現させることを特徴とする外来タンパク質の発現方法。
(11) 前記発明(7)の発現カセットをゲノム中に保有し、外来タンパク質を絹糸腺内で発現するトランスジェニックカイコ。
【0014】
すなわち前記の各発明は、高い転写活性を有するフィブロイン重鎖遺伝子に着目し、その上流域から遺伝子の転写活性を促進する最小領域としてのポリヌクレオチドを特定することによって完成されたものである。
【0015】
なお、この発明のポリヌクレオチドの基礎なるフィブロイン重鎖遺伝子の配列は公知であり(GenBank/AF2266688)、その全長(80009bp:以下「公知配列という」のうち、第57414-63450位配列を配列表の配列番号1に示した。さらに、公知配列の第62414位が転写開始点(+1)であり、配列番号1の第5001位塩基に相当する。また公知配列の第57414位は-5000であり、配列番号1の第1位塩基に相当する。以下の説明においては、前記の転写開始点(+1)から5'側を(-)番号で、3'側を(+)番号として記載することがある。例えば、配列番号1の第2787-4766位塩基配列は、「-2214〜-235領域」と記載する。
【0016】
また、この発明において、「ポリヌクレオチド」とはプリンまたはピリミジンが糖にβ-N-グリコシド結合したヌクレオシドのリン酸エステル(ATP、GTP、CTP、UTP;またはdATP、dGTP、dCTP、dTTP)が2個以上結合した分子を意味する。ポリヌクレオチドと他のポリヌクレオチドが「連結されている」とは、一方のポリヌクレオチドの3'端ヌクレオチドと他方のポリヌクレオチドの5'端ヌクレオチドが直接、または他のリンカー配列を介して結合している状態をいう。
【0017】
さらにこの発明において「タンパク質」とは、アミド結合(ペプチド結合)によって互いに結合した複数個のアミノ酸残基から構成された分子を意味し、「外来タンパク質」とは、カイコが産生するタンパク質以外の動物性タンパク質、特に組換えタンパク質として遺伝子工学的に製造することが好ましいタンパク質を意味する。
【0018】
またさらに、この発明における「外来タンパク質構造遺伝子」とは、外来タンパク質をコードする領域(open reading flame: ORF)を含むポリヌクレオチドであり、例えば外来タンパク質遺伝子のcDNAである。
【0019】
この発明におけるその他の用語や概念は、発明の実施形態の説明や実施例において詳しく規定する。またこの発明を実施するために使用する様々な技術は、特にその出典を明示した技術を除いては、公知の文献等に基づいて当業者であれば容易かつ確実に実施可能である。例えば、遺伝子工学および分子生物学的技術はSambrook and Maniatis, in Molecular Cloning-A Laboratory Manual, Cold Spring Harbor Laboratory Press, New York, 1989; Ausubel, F. M. et al., Current Protocols in Molecular Biology, John Wiley & Sons, New York, N.Y, 1995等に記載されている。
【0020】
以下、各発明について、実施形態を詳しく説明する。
【0021】
【発明の実施の形態】
この出願の発明者らは、上記の既知の転写調節領域に加え絹糸腺細胞において高い転写活性を有する配列を検索するために、先ずin vivoにおけるプロモーターの転写活性を測定する実験系を確立した。プロモーターを挿入したホタルルシフェラーゼレポータープラスミドを遺伝子銃により絹糸腺に導入し、遺伝子導入した絹糸腺を他の個体に移植し、3日後にルシフェラーゼ活性を測定した。in vitro転写系で同定されたコアプロモーター、上流エレメントやイントロン内エレメントは遺伝子銃を用いたin vivoの系でもin vitroの系と同様の活性を示した。この結果から、前記のin vivo実験系がプロモーター活性の測定に有効であることを確認した。
【0022】
次に、重鎖遺伝子の上流を遡って、遺伝子の転写活性を促進する領域を探索した。フィブロイン重鎖遺伝子の-5000〜-235の領域を-234〜+24の領域に連結し、その転写活性を測定したところ、-5000〜-235の領域は-234〜+24の領域がもつ転写活性を強力に促進する作用があることを見出した。さらに、-5000〜-235の領域から-3847〜-2215の領域を除き、同様に-234〜+24の領域に連結して転写活性を測定したところ、-5000〜-235から-3847〜-2215を取り除いた領域、即ち-5000〜-3848と-2214〜-235の領域だけでも、-5000〜-235と変わらない転写促進活性をもつことが明らかになった。また、様々な欠失部位を有する領域の転写促進効果を測定する実験を行うことにより、-2214〜-235の領域の中でも-1860〜-1127の領域が転写促進に特に重要であり、さらにこの領域に-5000〜-3848の領域と連結させることにより高い転写促進効果を発揮することを確認した。この出願の各発明は、以上のとおりの新規な知見に基づいて完成されたものである。
【0023】
この出願の発明(1)は、以下のポリヌクレオチド(A)および(B)が連結したポリヌクレオチドである。
(A)絹タンパク質遺伝子のプロモーター/エンハンサー領域を構成するポリヌクレオチド。
(B)フィブロイン重鎖遺伝子の-2214〜-235の領域中(配列番号1の第2787-4766位塩基配列中)の、少なくとも-1860〜-1127領域(配列番号1の第3141-3874位塩基配列)を含むポリヌクレオチド。
【0024】
ポリヌクレオチド(A)は、例えばフィブロイン重鎖、フィブロイン軽鎖、P25、セリシン1およびセリシン2遺伝子などを含む絹タンパク質遺伝子のプロモーター/エンハンサー領域を構成するポリヌクレオチドを採用することができる。例えば、フィブロイン重鎖遺伝子のプロモーター/エンハンサー領域としては、-234〜+6の領域を用いることができる。またフィブロイン軽鎖のプロモーター/エンハンサー領域としては、その公知配列GenBank/AF541967)の-600〜+34の領域を用いることができる。フィブロイン重鎖、軽鎖、またはP25遺伝子のプロモーター/エンハンサー領域を使用すれば、外来タンパク質を後部絹糸腺で発現させることができ、またセリシン1またはセリシン2遺伝子のプロモーター/エンハンサーを使用すれば、中部絹糸腺で目的とする外来タンパク質の発現を高めることができる。この発明においては、特に、フィブロイン重鎖遺伝子のプロモーター/エンハンサー領域としては、-234〜+6の領域を採用することが好ましい(発明(3))。
【0025】
ポリヌクレオチド(B)は、前記のとおり、フィブロイン重鎖遺伝子の-2214〜-235領域中の、少なくとも-1860〜-1127領域を含むことを特徴としている。さらにこのポリヌクレオチド(B)は、フィブロイン重鎖遺伝子の-5000〜-3848領域(配列番号1の第1-1153位塩基配列)からなるポリヌクレオチド(C)を連結していることが好ましい(発明(2))。この場合の連結は、「5'-ポリヌクレオチド(C)−ポリヌクレオチド(B)-3'」であり、両者の間には1〜30塩基配列からなるリンカー配列を介在させてもよいが、好ましくはポリヌクレオチド(C)の5'端ヌクレオチドと、ポリヌクレオチド(B)の3'端ヌクレオチドを直接にホスホジエステル結合する。
【0026】
一方、前記のプロモーター/エンハンサー領域を構成するポリヌクレオチド(A)は、ポリヌクレオチド(C)/(B)の3'側に連結してもよく、あるいは5'側に連結してもよいが、前者が好ましい。従って、この発明のポリヌクレオチドの好ましい構成は、「5'-ポリヌクレオチド(C)−ポリヌクレオチド(B)−ポリヌクレオチド(A)-3'」である。
【0027】
以上のとおりのポリヌクレオチド(A)、(B)および(C)は、それぞれ公知の塩基配列に基づいて合成したプローブDNAを用いてゲノムライブラリーをスクリーニングし、対象となるゲノム遺伝子断片を得た後、これを鋳型として所定の領域をPCR(Polymerase Chain Reaction)法により増幅することにより取得することができる。また、短鎖のポリヌクレオチドであれば、公知の合成法により取得することもできる。
【0028】
さらにこの発明のポリヌクレオチドには、前記発明(1)から(3)のポリヌクレオチドと実質的に同一の機能を有する範囲において、1または2以上の塩基の付加または欠失、もしくは他の塩基への置換を有するものも含まれる(発明(4))。すなわち、遺伝子の転写活性を促進するポリヌクレオチド(プロモーター/エンハンサー領域)は、種々の方法により改変されても、その基本的な活性を保持することが十分に認識されている。「1または2以上の塩基の付加または欠失、もしくは他の塩基への置換」とは、基本となるヌクレオチド配列に比較して1または2以上の塩基が付加または欠失、もしくは1また2以上の塩基が他の塩基への置換といった変位が存在するが、基本となる無変位配列と同等の機能を保持していることを意味する。
【0029】
またこの発明(5)のポリヌクレオチドは、前記発明(1)または(2)におけるポリヌクレオチド(A)、(B)および(C)のいずれか1以上の相補配列がストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、前記発明(1)から(4)のいずれかのポリヌクレオチドと実質的に同一の機能を有するポリヌクレオチドである。すなわち、1本鎖ポリヌクレオチド配列は、相同性の程度によって相手鎖とハイブリダイズする。
このとき、ハイブリダイゼーション条件のストリンジェンシー(stringency)をより厳密に設定することによって、より相同性の高い配列を特定することができる。ストリンジェント条件は、ハイブリダイゼーションおよび洗浄工程における塩濃度、有機溶媒(ホルムアミド等)の濃度、温度条件によって規定される。詳しくは、米国特許No. 6,100,037等に詳しく記述されている。このようなストリンジェント条件下でのハイブリダイゼーションスクリーニングによって特定される発明(5)のポリヌクレオチドは、相同性のレベルにおいて70%以上、好ましくは80%以上、さらに好ましくは90%以上である。
【0030】
また、この発明(6)のポリヌクレオチドは、前記発明(1)から(5)におけるポリヌクレオチドの長さが3500塩基以下の長さを有するポリヌクレオチドである。5000塩基の30%以上を取り除くことで、その取り扱いやトランスジェニックカイコの作出は容易となる。
【0031】
この出願の発明(7)は、前記いずれかのポリヌクレオチドと外来タンパク質構造遺伝子とが連結された発現カセットである。外来タンパク質構造遺伝子は、任意のタンパク質をコードする遺伝子cDNA等を用いることができる。cDNAは、公知の方法(Mol. Cell Biol. 2, 161-170, 1982; J. Gene 25, 263-269, 1983; Gene, 150, 243-250, 1994)を用いてcDNAライブラリーを作成し、そいれぞれ公知の塩基塩基配列に基づいて作製したプローブDNAを用いて、それぞれのcDNAを単離する方法によって取得することができる。得られたcDNAは、例えば、PCR法、NASBA(Nucleic acid sequence based amplification)法、TMA(Transcription-mediated amplification)法およびSDA(Strand Displacement Amplification)法などの通常行われる遺伝子増幅法により増幅することができる。また、細胞から単離したmRNAを鋳型とするRT-PCR法によっても必要量の各cDNAを得ることができる。ポリヌクレオチドと外来タンパク質cDNAとは、DNAリガーゼを用いる公知のライゲーション法によって連結さえることができる。
【0032】
発明(8)は、前記の発現カセットを保有する発現ベクターである。ベクターは、カイコの形質転換のために使用することのできる昆虫用のベクターであれば特段の制限なく使用することができる。例えば、カイコ核多角体ウイルス(BmNPV)ベクターや、昆虫由来DNA型トランスポゾンを組み込んだプラスミドベクター等であるが、特に後者が好ましい(発明(9))。昆虫由来DNA型トランスポゾンとしては、piggyBac、mariner(Insect Mol. Biol. 9, 145-155, 2000)、およびMinos(Insect Mol. Biol. 9, 277-281, 2000)等が知られている。これらのトランスポゾンは、カイコ細胞内で転移活性を示すことから、これらのDNA型トランスポゾンをもとに作製したベクターによりカイコを形質転換させることが可能である。特にpiggyBacをもとに作製したプラスミドベクターは、カイコ卵に微量注入することにより、実際にカイコを形質転換させることに成功している(Nat. Biotechnol. 18, 81-84 , 2000)。
【0033】
以上の発現ベクターを使用することによって、前記発明(7)の発現カセットをゲノム中に保有するトランスジェニックカイコ(発明(11))を作出することができ、このトランスジェニックカイコの絹糸腺内で発現カセットを発現させることによって、目的とする外来タンパク質を効率よく作成することが可能となる(発明(10))。
【0034】
例えば、piggyBacの性質を利用してカイコ・ゲノム配列内に外来タンパク質発現カセットを挿入するには、例えば田村らの方法(Nat. Biotechnol. 18, 81-84, 2000)と同様な方法によって行うことができる。即ち、piggyBacの一対の逆向き反復配列を適当なプラスミドベクターに組み込み、外来タンパク質発現カセットを一対の逆向き反復配列で夾むように挿入する。そしてこのプラスミドベクターを、piggyBacのトランスポゼース発現ベクター(ヘルパープラスミド)と共にカイコ卵へ微量注入する。このヘルパープラスミドは、piggyBacの逆向き反復配列の片方または両方を欠いた、実質的にはpiggyBacのトランスポゼース遺伝子領域のみが組み込まれている組換えプラスミドベクターである。このヘルパープラスミドにおいて、トランスポゼースを発現させるためのプロモーターは、内在性のトランスポゼースプロモーターをそのまま利用しても良いし、あるいは、カイコ・アクチンプロモーターやショウジョウバエHSP70プロモーター等を利用してもよい。次世代カイコのスクリーニングを容易にするために、外来タンパク質発現カセットを組み込んだベクター内に同時にマーカー遺伝子を組み込んでおくこともできる。この場合、マーカー遺伝子の上流に例えばカイコ・アクチンプロモーターやショウジョウバエHSP70プロモーター等のプロモーター配列を組み込み、その作用によりマーカー遺伝子を発現させるようにする。
【0035】
ベクターを微量注入したカイコ卵から孵化した幼虫(F0世代)を飼育する。このF0世代のカイコのうち一部カイコには、外来タンパク質発現カセットが組み込まれている。しかし、この世代のカイコでは、カイコ体内の全細胞のうちの一部分の細胞にのみに外来タンパク質発現カセットが組み込まれており、全細胞に発現カセットが組み込まれたカイコを得るためには、F0カイコを交配し、生殖細胞を通じて発現カセットが伝達された形質転換カイコを得なければならない。即ち、得られた全F0世代のカイコを野生型カイコと、あるいはF0カイコ同士で交配し、次世代(F1世代)のカイコから外来タンパク質発現カセットを有した形質転換カイコを選抜する必要がある。F1世代のカイコからの形質転換カイコの選抜は、例えばPCR法やサザンブロット法を用いて行う。また、マーカー遺伝子を組み込んだ場合には、その表現形質を利用して選抜することも可能である。例えばマーカー遺伝子としてGFP等の蛍光タンパク質遺伝子を利用した場合には、F1世代のカイコ卵や幼虫に励起光を照射し、蛍光タンパク質の発する蛍光を検出することにより行うことができる。このようにして選抜されたカイコは、その染色体内に外来タンパク質発現カセットが組み込まれている形質転換カイコである。従って、これらのカイコを野生型カイコと、あるいは形質転換カイコどうしで交配させた子孫においても外来タンパク質発現カセットは消失することなく伝達され、世代を通じて外来タンパク質または外来タンパク質と絹タンパク質との融合タンパク質を産生させることができる。
【0036】
【実施例】
以下、実施例によりこの発明をさらに詳細かつ具体的に説明するが、この発明は以下の例によって限定されるものではない。
【0037】
フィブロイン重鎖遺伝子の一部をルシフェラーゼ遺伝子上流に接続したレポーターベクターをカイコ幼虫絹糸腺に導入し、後部絹糸腺におけるルシフェラーゼ活性を測定して転写活性を調べた。レポーターベクターとしてホタルルシフェラーゼレポーターベクターpGL3-basicおよびウミシイタケルシフェラーゼレポーターベクターpRL-null(Promega, Madison, WI)を使用した。pRL-nullについてはPst IとNhe Iで切断し、平滑末端化した後、セルフライゲーションすることによってヒトβグロビンイントロン配列を取り除いて用いた(pRLΔint)。
【0038】
フィブロイン重鎖遺伝子の構造と転写調節領域について図1に示す。転写調節領域の機能は既に報告されている(Suzuki et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 83, 9522-9526, 1986, Takiya et al., EMBO J., 9, 489-496, 1990)。アッセイ系の検定に使用するために、図1で示すフィブロイン重鎖遺伝子転写調節領域の配列を有するレポーターベクターを以下の方法で作製した。
コアプロモーター( -37 +6 )を有する pGL3-basic:
合成オリゴDNA 5'-GATCTTATAAAAAGGTTCAACTTTTTCAAATCAGCATCAGTA-3'(配列番号2)および5'-AGCTTACTGATGCTGATTTGAAAAAGTTGAACCTTTTTATAA-3'(配列番号3)をハイブリダイズした後に、Bgl II/Hind III消化pGL3-basicに挿入して得た。
上流エレメントを含むプロモーター(コアプロモーター+上流エレメント、 -234 +24 )を有する pGL3-basic:
フィブロイン重鎖遺伝子-234〜+24の領域に対応するDNA断片はカイコ成体腹部より抽出したゲノムDNAをテンプレートとしてPCR法によって得られた。用いたプライマーは、5'-GCTAGCCTTTAAAATATTAAAAGTAAG-3'(配列番号4)と5'-TGACTTCGCGACTTGAGAGTTGGAACCG-3'(配列番号5)である。PCR産物をpUC118のマルチクローニング部位にある制限酵素Sma Iサイトに挿入した。さらに、フィブロイン重鎖遺伝子-234〜+24をNru I/Nhe I消化により切り出し、Sma I/Nhe I消化pGL3-basicにサブクローン化して得た。
イントロン全体 (+68 +1037) を含むプロモーター(コアプロモーター+上流エレメント+イントロン)を有する pGL3-basic:
フィブロイン重鎖遺伝子+68〜+1037の領域に対応するDNA断片はカイコ成体腹部より抽出したゲノムDNAをテンプレートとしてPCR法によって得られた。用いたプライマーは、5'-GCTAGCAAGCGACATACTGAAACAAAATG-3'(配列番号6)と5'-TCAAGTCGCGAAGTCAAAACCTTTGTGATC-3'(配列番号7)である。PCR産物をpUC118のマルチクローニング部位にある制限酵素Sma Iサイトに挿入した。さらに、フィブロイン重鎖遺伝子+66〜+1037をSac I/Nhe I消化により切り出し、Sac I/Nhe I消化した上流エレメントを含むプロモーターを有するpGL3-basicにサブクローン化して得た。
イントロン前半( +68 +509 )を含むプロモーター(コアプロモーター+上流エレメント+イントロン前半)を有する pGL3-basic:
フィブロイン重鎖遺伝子+68〜+509の領域に対応するDNA断片はカイコ成体腹部より抽出したゲノムDNAをテンプレートとしてPCR法によって得られた。用いたプライマーは、5'-GCTAGCATCATAATAAATTAATAATGCGG-3'(配列番号8)と5'-TCAAGTCGCGAAGTCAAAACCTTTGTGATC-3'(配列番号9)である。PCR産物をpUC118のマルチクローニング部位にある制限酵素Sma Iサイトに挿入した。さらに、フィブロイン重鎖遺伝子+68〜+509をSac I/Nhe I消化により切り出し、Sac I/Nhe I消化した上流エレメントを含むプロモーターを有するpGL3-basicにサブクローン化して得た。
イントロン内エレメント( +156 +454 )を含むプロモーター(コアプロモーター+上流エレメント+イントロンエレメント)を有する pGL3-basic:
イントロン前半を含むプロモーターを有するpGL3-basicをEcoR V消化により得たフィブロイン重鎖遺伝子+156〜+454の領域に対応するDNA断片をNhe I消化後平滑末端化した上流エレメントを含むプロモーターを有するpGL3-basicにサブクローン化して得た。
【0039】
転写促進領域探索実験に使用するためにフィブロイン軽鎖および重鎖遺伝子の配列を有するレポーターベクターを以下の方法で作製した。作製した各ベクターには便宜のため[1]〜[14]の番号を付記した。
[1] フィブロイン軽鎖遺伝子 -600 +34 を有する pGL3-basic:
フィブロイン軽鎖遺伝子プロモーター-600〜+34の領域に対応するDNA断片は既報の通りPCR法により得られpCR2.1(Invitrogen, Carlsbad, CA)へクローニングされている(pCR-PfL(-600/+34)、Tomita et al., Nature Biotech., 21, 52-56, 2003)。フィブロイン軽鎖遺伝子-600〜+34をpCR-PfL(-600/+34)からXho I/Hind III消化により切り出し、Xho I/Hind III消化pGL3-basicにサブクローン化して得た。
【0040】
遺伝子導入効率を調べるためにフィブロイン軽鎖遺伝子-600〜+34をpCR- PfL(-600/+34)からXho I/Hind III消化により切り出し、Xho I/Hind III消化pRLΔintにサブクローン化してフィブロイン軽鎖遺伝子-600〜+34を有するpRLΔintを得た。
[2] フィブロイン重鎖遺伝子 -234 +24 を有する pGL3-basic:
上流エレメントを含むプロモーターを有するpGL3-basicと同一である。
[3] フィブロイン重鎖遺伝子 -5000 +24 を有する pGL3-basic:
フィブロイン重鎖遺伝子5'上流域-5000〜+24の領域に対応するDNA断片はカイコ成体腹部より抽出したゲノムDNAをテンプレートとしてPCR法によって得られた。用いたプライマーは、5'-GCTAGCGCTCAAAGCCTCATCCCAATTTG-3'(配列番号10)と5'-TGACTTCGCGACTTGAGAGTTGGAACCG-3'(配列番号11)である。PCR産物をpUC118のマルチクローニング部位にある制限酵素Sma Iサイトに挿入した。このプラスミドからフィブロイン重鎖遺伝子-5000〜+24をNru I/Nhe I消化により切り出し、Sma I/Nhe I消化pGL3-basicにサブクローン化して得た。
【0041】
フィブロイン重鎖遺伝子-5000〜-235の間でいろいろな長さの領域を有するpGL3-basicを以下の通り作製した。
[4] フィブロイン重鎖遺伝子 -870 +24 を有する pGL3-basic:
Hind III消化によりフィブロイン重鎖遺伝子-5000〜+24を有するpGL3-basicからフィブロイン重鎖遺伝子-870〜+24を切り出し、Hind III消化pGL3-basicにサブクローン化して得た。
[5] フィブロイン重鎖遺伝子 -2077 +24 を有する pGL3-basic:
Kpn I消化フィブロイン重鎖遺伝子-5000〜+24を有するpGL3-basicをセルフライゲーションにより得た。
[6] フィブロイン重鎖遺伝子 -2885 +24 を有する pGL3-basic:
Sac I消化フィブロイン重鎖遺伝子-5000〜+24を有するpGL3-basicをセルフライゲーションにより得た。
[7] フィブロイン重鎖遺伝子 -3947 +24 を有する pGL3-basic:
Nhe I/Spe I消化フィブロイン重鎖遺伝子-5000〜+24を有するpGL3-basicをセルフライゲーションによりを得た。
【0042】
さらに、フィブロイン重鎖遺伝子-5000〜-235の間で配列の一部を欠損させていろいろな組み合わせのコンストラクトを有するpGL3-basicを以下の通り作製した。
[8] フィブロイン重鎖遺伝子 -5000 -1127 および -234 +24 を有する pGL3-basic:
Nhe I/Xba I消化によりフィブロイン重鎖遺伝子-234〜+24を有するpGL3-basicからフィブロイン重鎖遺伝子-234〜+24およびホタルルシフェラーゼ遺伝子を切り出し、Xba I消化フィブロイン重鎖遺伝子-5000〜+24を有するpGL3-basicにサブクローン化して得た。
[9] フィブロイン重鎖遺伝子 -5000 -1861 および -870 +24 を有する pGL3-basic:
Nde I/Nhe I消化によりフィブロイン重鎖遺伝子-5000〜+24を有するpGL3-basicからフィブロイン重鎖遺伝子-5000〜-1861を切り出し、平滑末端化した後、Sma I消化フィブロイン重鎖遺伝子-870〜+24を有するpGL3-basicにサブクローン化して得た。
[10] フィブロイン重鎖遺伝子 -5000 -2799 および -2077 +24 を有する pGL3-basic:
Dra I/Nhe I消化によりフィブロイン重鎖遺伝子-5000〜+24を有するpGL3-basicから重鎖遺伝子-5000〜+2799を切り出し、平滑末端化した後、Kpn I消化後平滑末端化したフィブロイン重鎖遺伝子-2077〜+24を有するpGL3-basicにサブクローン化して得た。
[11] フィブロイン重鎖遺伝子 -5000 -3718 および -2573 +24 を有する pGL3-basic:
Bgl II消化によりフィブロイン重鎖遺伝子-5000〜+24を有するpGL3-basicからフィブロイン重鎖遺伝子-2573〜+24を切り出し、Bgl II消化フィブロイン重鎖遺伝子-5000〜+24を有するpGL3-basicにサブクローン化して得た。
[12] フィブロイン重鎖遺伝子 -5000 -3848 および -545 +24 を有する pGL3-basic:
Pst I消化フィブロイン重鎖遺伝子-5000〜+24を有するpGL3-basicをセルフライゲーションして得た。
[13] フィブロイン重鎖遺伝子 -5000 -2215 および -545 +24 を有する pGL3-basic:
Pst I消化によりフィブロイン重鎖遺伝子-5000〜+24を有するpGL3-basicからフィブロイン重鎖遺伝子-3847〜-2215を切り出し、Pst I消化フィブロイン重鎖遺伝子-5000〜-3848および-545〜+24を有するpGL3-basicにサブクローン化して得た。
[14] フィブロイン重鎖遺伝子 -5000 -3848 および -2214 +24 を有する pGL3-basic:
Pst I消化によりフィブロイン重鎖遺伝子-5000〜+24を有するpGL3-basicからフィブロイン重鎖遺伝子-2214〜-546を切り出し、Pst I消化フィブロイン重鎖遺伝子-5000〜-3848および-545〜+24を有するpGL3-basicにサブクローン化して得た。
【0043】
活性測定法を図2に示し、以下に解説する。
1) 金粒子の調製:二つのベクターを1:1に混合し、金粒子1 mgあたり188 ngのDNAを付着させた。
2) 絹糸腺採取:5令1日または2日目の幼虫から絹糸腺を取出し、Grace培地で洗浄した。
3) 遺伝子銃によるDNAの絹糸腺への導入:遺伝子銃(Helios Gene Gun、BioRad, Hercules, CA)を用いて絹糸腺にDNAの付着した金粒子を打ち込んだ。絹糸腺あたり0.02 mgの金粒子(3.8 ng DNA)を打ち込んでいる。
4) 絹糸腺の移植:絹糸腺をGrace培地で洗浄後、絹糸腺を取出した個体と同じ日令の幼虫の背側後方体腔内に移植した。絹糸腺を移植した幼虫を3日間飼育した。
5) 絹糸腺の採取:移植した絹糸腺を宿主から取出し、Grace培地で洗浄後、後部絹糸腺のみを切り出して回収した。
6) ルシフェラーゼ活性の測定:デュアルルシフェラーゼアッセイキット(Promega, Madison, WI)を使用して上清中のホタルおよびウミシイタケルシフェラーゼ活性を測定した。後部絹糸腺をpassive lysis buffer中でホモジナイズし、遠心した。ホタルルシフェラーゼ測定値をウミシイタケルシフェラーゼ測定値で割り、ベクターの長さをかけ、転写活性を算出した。さらにフィブロイン軽鎖遺伝子-600〜+34の活性を1とした相対活性で表した。
【0044】
in vitro転写系を利用してフィブロイン重鎖遺伝子コアプロモーターとその周辺領域の転写活性が詳しく調べられている。これら領域のプロモーター活性をin vivo活性測定系を用いて測定し、in vivo活性測定系の有効性を判定した。図3にin vivo測定系における転写制御領域の転写活性を示す。フィブロイン重鎖遺伝子コアプロモーターの活性を1とした相対活性で表した。以下に結果を記述する。
【0045】
フィブロイン重鎖遺伝子コアプロモーターの活性を1とするとコアプロモーター+上流エレメント、コアプロモーター+上流エレメント+イントロン、コアプロモーター+上流エレメント+イントロン前半、コアプロモーター+上流エレメント+イントロン内エレメントの活性はそれぞれ15.9, 20.9, 9.8, 58.9となった。
【0046】
in vitro転写系では上流エレメントとイントロン内エレメントはコアプロモーターの活性をそれぞれ45倍、5倍上昇させると報告されている。今回、in vivo活性測定系では上流エレメントとイントロン内エレメントの活性上昇効果は15.9および3.7倍であった。従って、in vivo測定活性系は、in vitro転写系に比べて感度は劣るものの、十分使用可能である。この実験系ではin vitro転写系では扱えない長い配列も測定可能であるので、5'上流の未知の領域の解析に有効である。
【0047】
後部絹糸腺におけるフィブロイン重鎖遺伝子5'上流領域の転写促進活性を図4に示す。以下に結果を記述する。
【0048】
既に報告されているフィブロイン重鎖遺伝子-234〜+24(コアプロモーター+上流エレメント、[2])はフィブロイン軽鎖遺伝子-600〜+34([1])の1/2の活性しか示さなかった。フィブロイン重鎖遺伝子5'上流領域-870〜-235の領域をフィブロイン重鎖遺伝子-234〜+24に連結した配列([4])はフィブロイン軽鎖遺伝子-600〜+34に相当する活性が見られた。さらにフィブロイン重鎖遺伝子-2077〜-235および-2885〜-235を-234〜+24に連結した配列([5]、[6])の活性はそれぞれフィブロイン軽鎖遺伝子-600〜+34のそれぞれ3、4倍となった。フィブロイン重鎖遺伝子-3947〜-235の領域を連結した配列([7])の活性は大きく上昇し、フィブロイン軽鎖遺伝子-600〜+34の15倍に達した。フィブロイン重鎖遺伝子-5000〜-235の領域を連結した場合([3])では平均でフィブロイン軽鎖遺伝子-600〜+34の25倍の活性が見られた。40倍をこえる例も見られた。
【0049】
以上の結果はフィブロイン重鎖遺伝子-5000〜-235の領域は-234〜+24の領域が持つ転写活性を強力に促進する作用があることを示している。特にフィブロイン重鎖遺伝子-5000〜-2886の領域が重要であることが示唆された。
【0050】
フィブロイン重鎖遺伝子-5000〜-235の領域の転写促進活性の性質を明らかにするために-5000〜-235の領域の間で種々の部分欠損コンストラクトを作製して(図5)その転写活性を測定した。結果を図6に示す。以下に結果を記述する。
【0051】
フィブロイン重鎖遺伝子-5000〜-235の領域で、約1kb欠損させたコンストラクトの内、-1860〜-871を欠損させたもの([9])には転写促進効果が見られなくなった。-1126〜-235([8])、-2798〜-2078([10])、-3717〜-2574([11])を欠損させた配列では高い転写活性が保たれていたことから、-1860〜-1127の領域が転写促進に重要であることが分かる。しかしながら-2077までを含む領域(図4、[5])ではフィブロイン軽鎖遺伝子-600〜+34の3倍程度の活性だったことから、-1860〜-1127の領域単独での効果は十分でないと考えられる。
【0052】
欠損したコンストラクトのうち、-3847〜-2215を欠損させたもの([14])が最も高い活性を示した。この配列はフィブロイン重鎖遺伝子-5000〜-3848と-1860〜-1128の領域を含んでいる。同等の長さを有するコンストラクトでも-2214〜-546を欠損させたもの([13])は-1860〜-1127を含んでおらず、活性が低い。
【0053】
以上の結果はフィブロイン重鎖遺伝子-5000〜-3848と-1860〜-1127が高い転写促進活性の発現に特に好ましいことを示している。フィブロイン重鎖遺伝子-5000〜-3848と-2214〜-235の領域を-234〜+24の領域に連結した配列[14]はこの要件を満たし、かつ適当な長さにまで短縮されているため、トランスジェニックカイコを作るなどの目的に有用である。
【0054】
【発明の効果】
以上詳しく説明したとおり、この出願の発明によって、高い転写活性を有したプロモーター/エンハンサー配列と、その配列を用いて遺伝子の転写活性を高める組換えタンパク質の発現方法が提供される。この発明を利用すれば、様々な組換え有用タンパク質を、繭中に大量に生産するトランスジェニックカイコを作出することが可能となり、生産した組換えタンパク質を医療、食品、化粧品、繊維などの様々な産業分野で利用することができる。
【0055】
【配列表】

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【図面の簡単な説明】
【図1】フィブロイン重鎖遺伝子の構造と転写制御領域。フィブロイン重鎖遺伝子は2つのエクソン(太線で示した)が存在する。数字はフィブロイン重鎖遺伝子のヌクレオチド番号を示す(転写開始点を+1とする)。矢印で示した部分を転写活性測定に用いた。()はin vitro転写系で測定された転写活性(コアプロモーターの活性を1とした場合)(Suzuki et al., 1986, Takiya et al., 1997)である。
【図2】活性測定法の概略である。
【図3】 in vivo測定系における転写制御領域の転写活性。図1で示したフィブロイン重鎖遺伝子領域を用いて転写活性を測定した。フィブロイン重鎖遺伝子コアプロモーターの活性を1とした。白丸は個々の活性値、黒丸はその平均値をあらわす。
【図4】フィブロイン重鎖遺伝子5' 上流領域の転写促進活性。フィブロイン重鎖遺伝子-235から5'上流を遡ってコンストラクトを作製してその転写活性を測定した。
フィブロイン軽鎖遺伝子-600〜+34の活性を1とした。白丸は個々の活性値、黒丸はその平均値をあらわす。
【図5】フィブロイン重鎖遺伝子5' 上流領域部分欠損コンストラクトの構造。フィブロイン重鎖遺伝子-5000〜-235までの転写促進活性の性質を明らかにするために-5000〜-235の間で様々な部分を欠損させたコンストラクトを作製した。
【図6】フィブロイン重鎖遺伝子5'上流領域部分欠損が転写活性に及ぼす影響。図5で示したコンストラクトの転写活性を測定した。フィブロイン軽鎖遺伝子-600〜+34の活性を1とした。白丸は個々の活性値、黒丸はその平均値をあらわす。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a polynucleotide that promotes the expression (transcription activity) of a foreign gene. More particularly, the present invention relates to a polynucleotide useful for mass production of useful recombinant proteins by silkworms, for example.
[0002]
[Prior art and its problems]
Silkworms make cocoons just before they become cocoons. The main components of this cocoon are silk proteins such as fibroin and sericin, which are synthesized in the silkworm silk gland. The silk gland is composed of a posterior silk gland, a middle silk gland, and an anterior silk gland. Fibroin is specifically synthesized and secreted in the posterior silk gland, and sericin is specifically synthesized and secreted in the middle silk gland.
Fibroin is a complex composed of heavy and light chains and occupies about 70% of the total silk protein. Fibroin secreted from the posterior silk gland is gradually sent to the middle silk gland by the peristaltic movement of the silk gland, where it is covered by the secreted sericin, and then sent to the anterior silk gland and spun as silk thread. Is done.
[0003]
The average silk thread to be synthesized reaches about 0.3 to 0.5 g per silkworm. Thus, silkworms are organisms having high protein synthesis ability, and an excellent recombinant protein production system can be constructed by utilizing this ability.
[0004]
As a transient foreign gene expression system in silkworm, a method using silkworm nuclear polyhedrosis virus (BmNPV) as a vector has been established (Patent Document 1). In addition, transgenic silkworms in which foreign genes are permanently incorporated throughout generations have been reported by microinjecting silkworm eggs with a plasmid vector that incorporates piggyBac, a DNA-type transposon derived from the lepidopterous insect Trichoplusia ni. (Non-Patent Document 1).
[0005]
Further, the inventors of this application incorporated a human collagen cDNA linked downstream of a silk protein gene promoter into a silkworm, and produced a transgenic silkworm that produced recombinant human collagen as part of a protein in a silkworm or silk gland. Have been filed for patents (Patent Documents 1 and 2, Japanese Patent Application No. 2002-177536).
[0006]
By the way, in the expression of foreign protein in silkworm, the foreign gene is expressed under the silk protein gene promoter control such as fibroin and sericin in order to express the foreign gene in the silk protein gene expression mechanism.
[0007]
However, as a promoter for gene expression in the silk gland, for example, when the region from -600 to +34 of the fibroin light chain gene is used, the content of the recombinant protein secreted into the silkworm by the transgenic silkworm is 0.8%. (Non-Patent Document 1), productivity is not necessarily high. Therefore, in order to produce a large amount of recombinant protein, it is necessary to develop a promoter / enhancer having higher transcriptional activity and improve the content of the recombinant protein in the straw.
[0008]
On the other hand, for the fibroin heavy chain gene, -30 to +6 (transcription start point is +1) is indispensable for transcription (Non-patent Document 2), so this region is called “core promoter”. ing. In addition, elements that increase promoter activity in the region up to -234 upstream of the core promoter and in the intron (referred to as upstream element and intron element, respectively) have been found (Non-Patent Documents 3 and 4).
[0009]
However, in reality, fibroin heavy chain protein cannot be expressed to the same extent as usual only by these core promoters and elements. For this reason, it is assumed that a region that promotes transcriptional activity is present in the upstream region of the gene. Therefore, in order to express a large amount of foreign protein using the promoter / enhancer of the fibroin heavy chain gene, it is conceivable to use the longest possible region upstream from the upstream element of the fibroin heavy chain gene. However, when an expression cassette for a foreign protein structural gene is constructed using a long promoter / enhancer sequence, there is a problem that handling and production of transgenic silkworms are extremely difficult.
[0010]
The invention of this application has been made in view of the circumstances as described above, and solves the problems of the prior art, and provides a polynucleotide having a high transcription activity and an excellent size. Is an issue.
[0011]
Another object of the invention of this application is to provide a method for expressing a recombinant protein that enhances the transcriptional activity of a gene using the polynucleotide described above.
[0012]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Publication No.7-97995
[Patent Document 2]
JP 2001-161214 A
[Patent Document 3]
JP 2002-315580 A
[Non-Patent Document 1]
Tamura et al., Nat. Biotechnol. 18, 81-84, 2000
[Non-Patent Document 2]
Tsuda and Suzuki, Cell, 27, 175-182, 1981
[Non-Patent Document 3]
Suzuki et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 83, 9522-9526, 1986
[Non-Patent Document 4]
Takiya et al., EMBO J., 9, 489-496, 1990
[0013]
[Means for Solving the Problems]
This application provides the following inventions (1) to (11) as an invention for solving the above-mentioned problems.
(1) A polynucleotide linked to a foreign protein structural gene in order to promote the expression of a foreign protein in the silkworm silk gland, wherein the following polynucleotides (A) and (B):
(A) a polynucleotide constituting a promoter / enhancer region of a silk protein gene;
(B) a polynucleotide comprising a nucleotide sequence comprising at least the 3141-3874th nucleotide sequence in the 2787-4766th nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1,
A polynucleotide to which is linked.
(2) The polynucleotide of the invention (1), wherein a polynucleotide (C) consisting of the nucleotide sequence at positions 1-1153 of SEQ ID NO: 1 is further linked to the 5 ′ side of the polynucleotide (B).
(3) The polynucleotide of the invention (1) or (2), wherein the polynucleotide (A) comprises the 4767-5024th nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1.
(4) The invention according to the invention having addition or deletion of one or more bases, or substitution with another base within a range having substantially the same function as the polynucleotide of the inventions (1) to (3) The polynucleotide according to any one of (1) to (3).
(5) One or more complementary sequences of the polynucleotides (A), (B) and (C) in the invention (1) or (2) hybridize under stringent conditions, and the invention (1) To (4) a polynucleotide having substantially the same function.
(6) The polynucleotide of the inventions (1) to (5), wherein the polynucleotide to which the polynucleotides (A), (B) and (C) are linked has a length of 3500 bases or less. Polynucleotide.
(7) An expression cassette in which the polynucleotide according to any one of the inventions (1) to (6) and a foreign protein structural gene are linked.
(8) An expression vector having the expression cassette of the invention (7).
(9) The expression vector according to the invention (8) having an expression cassette sandwiched between a pair of inverted repeats of an insect-derived DNA-type transposon.
(10) A method for expressing a foreign protein, wherein the foreign protein gene contained in the expression cassette of the invention (7) is expressed in a silkworm silk gland.
(11) A transgenic silkworm having the expression cassette of the invention (7) in the genome and expressing a foreign protein in the silk gland.
[0014]
That is, each of the above-mentioned inventions has been completed by paying attention to the fibroin heavy chain gene having high transcription activity and specifying the polynucleotide as the minimum region that promotes the transcription activity of the gene from the upstream region.
[0015]
The sequence of the fibroin heavy chain gene which is the basis of the polynucleotide of the present invention is known (GenBank / AF2266688), and its full length (80009 bp: hereinafter referred to as “known sequence”), the 57714-63450 sequence is shown in the sequence listing. It is shown in SEQ ID NO: 1. Furthermore, position 62414 of the known sequence is the transcription start point (+1), which corresponds to the base of position 5001 of SEQ ID NO: 1. Also, position 57414 of the known sequence is -5000. Corresponds to the first base of SEQ ID NO: 1. In the following description, the 5 ′ side from the transcription start point (+1) is described as a (−) number, and the 3 ′ side is described as a (+) number. For example, the nucleotide sequence at positions 2787-4766 of SEQ ID NO: 1 is described as “-2214 to −235 region”.
[0016]
In the present invention, the term “polynucleotide” refers to a nucleoside phosphate ester (ATP, GTP, CTP, UTP; or dATP, dGTP, dCTP, dTTP) in which purine or pyrimidine is β-N-glycoside-linked to a sugar. It means a molecule that is bound more than one. A polynucleotide and another polynucleotide are “linked” when the 3 ′ terminal nucleotide of one polynucleotide and the 5 ′ terminal nucleotide of the other polynucleotide are linked directly or through another linker sequence. The state that is.
[0017]
Furthermore, in this invention, “protein” means a molecule composed of a plurality of amino acid residues linked to each other by amide bonds (peptide bonds), and “foreign protein” means an animal other than the protein produced by silkworms. It means a protein preferably produced by genetic engineering as a sex protein, particularly a recombinant protein.
[0018]
Furthermore, the “foreign protein structural gene” in the present invention is a polynucleotide containing a region (open reading flame: ORF) encoding a foreign protein, for example, a cDNA of a foreign protein gene.
[0019]
Other terms and concepts in the present invention are defined in detail in the description of the embodiments of the invention and the examples. Various techniques used for carrying out the present invention can be easily and surely implemented by those skilled in the art based on known documents and the like, except for a technique that clearly indicates the source. For example, genetic engineering and molecular biology techniques are described in Sambrook and Maniatis, in Molecular Cloning-A Laboratory Manual, Cold Spring Harbor Laboratory Press, New York, 1989; Ausubel, FM et al., Current Protocols in Molecular Biology, John Wiley & Sons, New York, NY, 1995, etc.
[0020]
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.
[0021]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
In order to search for sequences having high transcription activity in silk gland cells in addition to the above-mentioned known transcriptional regulatory regions, the inventors of this application first established an experimental system for measuring the transcriptional activity of a promoter in vivo. The firefly luciferase reporter plasmid into which the promoter was inserted was introduced into the silk gland using a gene gun, the gene-introduced silk gland was transplanted to another individual, and luciferase activity was measured 3 days later. Core promoters, upstream elements and intron elements identified in the in vitro transcription system showed the same activity in in vivo systems using gene guns as in in vitro systems. From this result, it was confirmed that the in vivo experimental system was effective in measuring promoter activity.
[0022]
Next, the region that promotes the transcriptional activity of the gene was searched retrospectively upstream of the heavy chain gene. The -5000 to -235 region of the fibroin heavy chain gene was linked to the -234 to +24 region and its transcriptional activity was measured. The -5000 to -235 region was transcribed by the -234 to +24 region. It has been found that there is an action that strongly promotes the activity. Furthermore, when the transcriptional activity was measured by linking to the region -234 to +24 except for the region −3847 to −2215 from the region −5000 to −235, the result was −5000 to −235 to −3847 to −3. It was revealed that the region excluding 2215, that is, only the region of −5000 to −3848 and −2214 to −235 has the same transcriptional promoting activity as −5000 to −235. In addition, by conducting an experiment to measure the transcription promoting effect of a region having various deletion sites, the region from -1860 to -1127 is particularly important for the transcription promotion among the regions from -2214 to -235. It was confirmed that a high transcription promoting effect was exhibited by connecting the region to the region of -5000 to -3848. Each invention of this application has been completed based on the novel findings as described above.
[0023]
Invention (1) of this application is a polynucleotide in which the following polynucleotides (A) and (B) are linked.
(A) A polynucleotide constituting a promoter / enhancer region of a silk protein gene.
(B) at least -1860 to -1127 region (base positions 3141 to 3874 of SEQ ID NO: 1) in the region from -214 to -235 of the fibroin heavy chain gene (in the base sequence of positions 2787-4766 of SEQ ID NO: 1) Sequence).
[0024]
As the polynucleotide (A), for example, a polynucleotide constituting a promoter / enhancer region of a silk protein gene including fibroin heavy chain, fibroin light chain, P25, sericin 1 and sericin 2 genes can be adopted. For example, a region of −234 to +6 can be used as the promoter / enhancer region of the fibroin heavy chain gene. As the promoter / enhancer region of the fibroin light chain, the region of -600 to +34 of its known sequence GenBank / AF541967) can be used. Using the promoter / enhancer region of the fibroin heavy chain, light chain, or P25 gene, the foreign protein can be expressed in the posterior silk gland, and if using the promoter / enhancer of the sericin 1 or sericin 2 gene, The expression of the target foreign protein can be increased in the silk gland. In the present invention, it is particularly preferable to employ a region from -234 to +6 as the promoter / enhancer region of the fibroin heavy chain gene (Invention (3)).
[0025]
As described above, the polynucleotide (B) is characterized by including at least the −1860 to −1127 region in the −2214 to −235 region of the fibroin heavy chain gene. Furthermore, it is preferable that this polynucleotide (B) is linked to a polynucleotide (C) consisting of the -5000 to -3848 region (base sequence 1-153 of SEQ ID NO: 1) of the fibroin heavy chain gene (invention). (2)). The linkage in this case is “5′-polynucleotide (C) -polynucleotide (B) -3 ′”, and a linker sequence consisting of 1 to 30 nucleotide sequences may be interposed between the two, Preferably, the 5 ′ terminal nucleotide of the polynucleotide (C) and the 3 ′ terminal nucleotide of the polynucleotide (B) are directly phosphodiester linked.
[0026]
On the other hand, the polynucleotide (A) constituting the promoter / enhancer region may be linked to the 3 ′ side of the polynucleotide (C) / (B), or may be linked to the 5 ′ side, The former is preferred. Therefore, a preferred configuration of the polynucleotide of the present invention is “5′-polynucleotide (C) -polynucleotide (B) -polynucleotide (A) -3 ′”.
[0027]
Polynucleotides (A), (B), and (C) as described above were screened for genomic libraries using probe DNAs synthesized based on known base sequences, and target genomic gene fragments were obtained. Thereafter, a predetermined region can be obtained by amplifying it by PCR (Polymerase Chain Reaction) using this as a template. Moreover, if it is a short-chain polynucleotide, it can also be acquired by a well-known synthesis method.
[0028]
Furthermore, the polynucleotide of the present invention includes addition or deletion of one or more bases or other bases within the range having substantially the same function as the polynucleotides of the inventions (1) to (3). And those having the substitution (Invention (4)). That is, it is well recognized that a polynucleotide (promoter / enhancer region) that promotes the transcriptional activity of a gene retains its basic activity even if it is modified by various methods. “Addition or deletion of one or more bases or substitution with other bases” means that one or more bases are added or deleted compared to the base nucleotide sequence, or one or more bases This means that the base has a function equivalent to that of the basic non-displacement sequence, although there is displacement such as substitution of the base with another base.
[0029]
The polynucleotide of this invention (5) is hybridized under a condition in which one or more of the complementary sequences of the polynucleotides (A), (B) and (C) in the invention (1) or (2) are stringent. A polynucleotide that is soybean and has substantially the same function as the polynucleotide of any one of the inventions (1) to (4). That is, the single-stranded polynucleotide sequence hybridizes with the partner strand depending on the degree of homology.
At this time, by setting the stringency of the hybridization condition more strictly, a sequence having higher homology can be specified. Stringent conditions are defined by the salt concentration, organic solvent (formamide, etc.) concentration, and temperature conditions in the hybridization and washing steps. Details are described in detail in US Pat. No. 6,100,037 and the like. The polynucleotide of the invention (5) specified by hybridization screening under such stringent conditions has a homology level of 70% or more, preferably 80% or more, more preferably 90% or more.
[0030]
The polynucleotide of the invention (6) is a polynucleotide having the length of the polynucleotide of the inventions (1) to (5) of 3500 bases or less. By removing more than 30% of 5000 bases, it is easy to handle and create transgenic silkworms.
[0031]
Invention (7) of this application is an expression cassette in which any one of the polynucleotides and a foreign protein structural gene are linked. As the foreign protein structural gene, a gene cDNA encoding an arbitrary protein can be used. For cDNA, a cDNA library was prepared using a known method (Mol. Cell Biol. 2, 161-170, 1982; J. Gene 25, 263-269, 1983; Gene, 150, 243-250, 1994). Each can be obtained by a method of isolating each cDNA using a probe DNA prepared based on a known base sequence. The obtained cDNA can be amplified by commonly performed gene amplification methods such as PCR, NASBA (Nucleic acid sequence based amplification), TMA (Transcription-mediated amplification) and SDA (Strand Displacement Amplification). it can. The required amount of each cDNA can also be obtained by RT-PCR using mRNA isolated from cells as a template. The polynucleotide and the foreign protein cDNA can be linked by a known ligation method using DNA ligase.
[0032]
The invention (8) is an expression vector having the expression cassette. As the vector, any insect vector that can be used for transformation of silkworms can be used without particular limitation. For example, silkworm nucleopolyhedrovirus (BmNPV) vectors and plasmid vectors incorporating insect-derived DNA transposons are preferred, with the latter being particularly preferred (Invention (9)). Known insect DNA-type transposons include piggyBac, mariner (Insect Mol. Biol. 9, 145-155, 2000), Minos (Insect Mol. Biol. 9, 277-281, 2000), and the like. Since these transposons exhibit metastatic activity in silkworm cells, silkworms can be transformed with vectors prepared based on these DNA-type transposons. In particular, a plasmid vector prepared based on piggyBac has been successfully transformed by actually injecting it into a silkworm egg (Nat. Biotechnol. 18, 81-84, 2000).
[0033]
By using the above expression vector, a transgenic silkworm (invention (11)) having the expression cassette of the invention (7) in its genome can be produced and expressed in the silk gland of the transgenic silkworm. By expressing the cassette, the target foreign protein can be efficiently produced (Invention (10)).
[0034]
For example, to insert a foreign protein expression cassette into the silkworm genome sequence using the property of piggyBac, for example, the method similar to the method of Tamura et al. (Nat. Biotechnol. 18, 81-84, 2000) Can do. That is, a pair of inverted repeats of piggyBac are incorporated into an appropriate plasmid vector, and a foreign protein expression cassette is inserted so as to be sandwiched by a pair of inverted repeats. This plasmid vector is microinjected into a silkworm egg together with a piggyBac transposase expression vector (helper plasmid). This helper plasmid is a recombinant plasmid vector lacking one or both of piggyBac inverted repeats and substantially incorporating only the transposase gene region of piggyBac. In this helper plasmid, the promoter for expressing transposase may be an endogenous transposase promoter as it is, or a silkworm / actin promoter or a Drosophila HSP70 promoter may be used. In order to facilitate screening of next-generation silkworms, a marker gene can be simultaneously incorporated into a vector incorporating a foreign protein expression cassette. In this case, a promoter sequence such as a silkworm / actin promoter or a Drosophila HSP70 promoter is incorporated upstream of the marker gene, and the marker gene is expressed by its action.
[0035]
Raise larvae (F0 generation) hatched from silkworm eggs microinjected with vector. Some of the F0 generation silkworms have foreign protein expression cassettes incorporated therein. However, in this generation of silkworms, the foreign protein expression cassette is incorporated only in a portion of all the cells in the silkworm body, and in order to obtain a silkworm in which the expression cassette is incorporated in all cells, To obtain transformed silkworms in which the expression cassette is transmitted through germ cells. That is, it is necessary to cross the obtained silkworms of all F0 generations with wild-type silkworms or with F0 silkworms, and to select transformed silkworms having a foreign protein expression cassette from the next-generation (F1 generation) silkworms. Selection of transformed silkworms from F1 generation silkworms is carried out using, for example, PCR or Southern blotting. In addition, when a marker gene is incorporated, it is possible to select using the phenotype. For example, when a fluorescent protein gene such as GFP is used as a marker gene, it can be performed by irradiating an F1 generation silkworm egg or larva with excitation light and detecting the fluorescence emitted by the fluorescent protein. The silkworm thus selected is a transformed silkworm in which a foreign protein expression cassette is incorporated in its chromosome. Therefore, the foreign protein expression cassette is transmitted without loss even in the offspring of these silkworms mated with wild-type silkworms or between transformed silkworms, and the foreign protein or the fusion protein of the foreign protein and silk protein is transmitted throughout the generation. Can be produced.
[0036]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described in more detail and specifically with reference to Examples, but the present invention is not limited to the following examples.
[0037]
A reporter vector in which a part of the fibroin heavy chain gene was connected upstream of the luciferase gene was introduced into the silkworm larva silk gland, and the transcriptional activity was examined by measuring the luciferase activity in the posterior silk gland. Firefly luciferase reporter vector pGL3-basic and Renilla luciferase reporter vector pRL-null (Promega, Madison, Wis.) Were used as reporter vectors. pRL-null was cleaved with Pst I and Nhe I, blunt-ended, and self-ligated to remove the human β-globin intron sequence (pRLΔint).
[0038]
The structure of the fibroin heavy chain gene and the transcriptional regulatory region are shown in FIG. The function of the transcriptional regulatory region has already been reported (Suzuki et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 83, 9522-9526, 1986, Takiya et al., EMBO J., 9, 489-496, 1990). For use in assay system assay, a reporter vector having the fibroin heavy chain gene transcription regulatory region sequence shown in FIG. 1 was prepared by the following method.
Core promoter ( -37 ~ +6 ) pGL3-basic:
Synthetic oligo DNAs 5′-GATCTTATAAAAAGGTTCAACTTTTTCAAATCAGCATCAGTA-3 ′ (SEQ ID NO: 2) and 5′-AGCTTACTGATGCTGATTTGAAAAAGTTGAACCTTTTTATAA-3 ′ (SEQ ID NO: 3) were hybridized and then inserted into Bgl II / Hind III digested pGL3-basic.
Promoter containing upstream element (core promoter + upstream element, -234 ~ +24 ) pGL3-basic:
DNA fragments corresponding to the fibroin heavy chain gene -234 to +24 region were obtained by PCR using genomic DNA extracted from the adult abdomen as a template. The primers used were 5′-GCTAGCCTTTAAAATATTAAAAGTAAG-3 ′ (SEQ ID NO: 4) and 5′-TGACTTCGCGACTTGAGAGTTGGAACCG-3 ′ (SEQ ID NO: 5). The PCR product was inserted into the restriction enzyme Sma I site at the multiple cloning site of pUC118. Furthermore, fibroin heavy chain gene -234 to +24 was excised by Nru I / Nhe I digestion and subcloned into Sma I / Nhe I digested pGL3-basic.
Whole intron (+68 ~ +1037) Promoter (core promoter + upstream element + intron) containing pGL3-basic:
DNA fragments corresponding to the region of fibroin heavy chain gene +68 to +1037 were obtained by PCR using genomic DNA extracted from the adult abdomen as a template. The primers used were 5′-GCTAGCAAGCGACATACTGAAACAAAATG-3 ′ (SEQ ID NO: 6) and 5′-TCAAGTCGCGAAGTCAAAACCTTTGTGATC-3 ′ (SEQ ID NO: 7). The PCR product was inserted into the restriction enzyme Sma I site at the multiple cloning site of pUC118. Furthermore, fibroin heavy chain gene +66 to +1037 was excised by digestion with Sac I / Nhe I and subcloned into pGL3-basic having a promoter containing the upstream element digested with Sac I / Nhe I.
Intron first half ( +68 ~ +509 ) Containing a promoter (core promoter + upstream element + first half of intron) pGL3-basic:
A DNA fragment corresponding to the region of fibroin heavy chain gene +68 to +509 was obtained by PCR using genomic DNA extracted from the abdomen of the silkworm as a template. The primers used were 5′-GCTAGCATCATAATAAATTAATAATGCGG-3 ′ (SEQ ID NO: 8) and 5′-TCAAGTCGCGAAGTCAAAACCTTTGTGATC-3 ′ (SEQ ID NO: 9). The PCR product was inserted into the restriction enzyme Sma I site at the multiple cloning site of pUC118. Furthermore, the fibroin heavy chain gene +68 to +509 was excised by digestion with Sac I / Nhe I and subcloned into pGL3-basic having a promoter containing an upstream element digested with Sac I / Nhe I.
Intron element ( +156 ~ +454 ) Containing a promoter (core promoter + upstream element + intron element) pGL3-basic:
PGL3 with a promoter containing an upstream element that was blunt-ended after Nhe I digestion of a DNA fragment corresponding to the region of fibroin heavy chain gene +156 to +454 obtained by EcoR V digestion with pGL3-basic having a promoter containing the first half of the intron Obtained by subcloning into -basic.
[0039]
A reporter vector having fibroin light chain and heavy chain gene sequences was prepared by the following method for use in a transcription promoting region search experiment. For the sake of convenience, the numbers [1] to [14] are added to the prepared vectors.
[1] Fibroin light chain gene -600 ~ +34 Have pGL3-basic:
A DNA fragment corresponding to the fibroin light chain gene promoter-600 to +34 region was obtained by PCR as previously reported and cloned into pCR2.1 (Invitrogen, Carlsbad, CA) (pCR-PfL (-600 / + 34), Tomita et al., Nature Biotech., 21, 52-56, 2003). Fibroin light chain genes -600 to +34 were excised from pCR-PfL (-600 / + 34) by Xho I / Hind III digestion and subcloned into Xho I / Hind III digested pGL3-basic.
[0040]
To examine gene transfer efficiency, fibroin light chain gene -600 to +34 was excised from pCR-PfL (-600 / + 34) by Xho I / Hind III digestion, subcloned into Xho I / Hind III digested pRLΔint, and fibroin PRLΔint with the light chain gene -600 to +34 was obtained.
[2] Fibroin heavy chain gene -234 ~ +24 Have pGL3-basic:
Identical to pGL3-basic with a promoter containing upstream elements.
[3] Fibroin heavy chain gene -5000 ~ +24 Have pGL3-basic:
DNA fragments corresponding to the region of the fibroin heavy chain gene 5 ′ upstream region −5000 to +24 were obtained by PCR using genomic DNA extracted from the adult abdomen of silkworm as a template. The primers used were 5′-GCTAGCGCTCAAAGCCTCATCCCAATTTG-3 ′ (SEQ ID NO: 10) and 5′-TGACTTCGCGACTTGAGAGTTGGAACCG-3 ′ (SEQ ID NO: 11). The PCR product was inserted into the restriction enzyme Sma I site at the multiple cloning site of pUC118. Fibroin heavy chain genes -5000 to +24 were excised from this plasmid by Nru I / Nhe I digestion and subcloned into Sma I / Nhe I digested pGL3-basic.
[0041]
PGL3-basic having regions of various lengths between fibroin heavy chain genes -5000 to -235 was prepared as follows.
[Four] Fibroin heavy chain gene -870 ~ +24 Have pGL3-basic:
Fibroin heavy chain gene -870 to +24 was excised from pGL3-basic harboring fibroin heavy chain gene -5000 to +24 by Hind III digestion and subcloned into Hind III digested pGL3-basic.
[Five] Fibroin heavy chain gene -2077 ~ +24 Have pGL3-basic:
PGL3-basic with Kpn I digested fibroin heavy chain gene -5000 to +24 was obtained by self-ligation.
[6] Fibroin heavy chain gene -2885 ~ +24 Have pGL3-basic:
PGL3-basic with the Sac I digested fibroin heavy chain gene -5000 to +24 was obtained by self-ligation.
[7] Fibroin heavy chain gene -3947 ~ +24 Have pGL3-basic:
PGL3-basic having Nhe I / Spe I digested fibroin heavy chain gene -5000 to +24 was obtained by self-ligation.
[0042]
Furthermore, pGL3-basic having various combinations of constructs by deleting a part of the sequence between fibroin heavy chain genes -5000 to -235 was prepared as follows.
[8] Fibroin heavy chain gene -5000 ~ -1127 and -234 ~ +24 Have pGL3-basic:
Excision of fibroin heavy chain gene -234 to +24 and firefly luciferase gene from pGL3-basic having fibroin heavy chain gene -234 to +24 by digestion with Nhe I / Xba I, and Xba I digested fibroin heavy chain gene -5000 to +24 It was obtained by subcloning into pGL3-basic having
[9] Fibroin heavy chain gene -5000 ~ -1861 and -870 ~ +24 Have pGL3-basic:
After digestion with Nde I / Nhe I digested fibroin heavy chain gene -5000 to -1861 from pGL3-basic having fibroin heavy chain gene -5000 to +24, and blunt ended, Sma I digested fibroin heavy chain gene -870 to Obtained by subcloning into pGL3-basic with +24.
[Ten] Fibroin heavy chain gene -5000 ~ -2799 and -2077 ~ +24 Have pGL3-basic:
The heavy chain gene -5000 to +2799 was excised from pGL3-basic having fibroin heavy chain gene -5000 to +24 by digestion with Dra I / Nhe I, blunted, and then blunted after Kpn I digestion. Obtained by subcloning into pGL3-basic with genes -2077 to +24.
[11] Fibroin heavy chain gene -5000 ~ -3718 and -2573 ~ +24 Have pGL3-basic:
Fibrin heavy chain gene -2573 to +24 was excised from pGL3-basic having fibroin heavy chain gene -5000 to +24 by Bgl II digestion and sub-classified into pGL3-basic having Bgl II digested fibroin heavy chain gene -5000 to +24 Obtained by cloning.
[12] Fibroin heavy chain gene -5000 ~ -3848 and -545 ~ +24 Have pGL3-basic:
PGL3-basic having Pst I digested fibroin heavy chain gene -5000 to +24 was obtained by self-ligation.
[13] Fibroin heavy chain gene -5000 ~ -2215 and -545 ~ +24 Have pGL3-basic:
Excision of fibroin heavy chain gene -3847 to -2215 from pGL3-basic having fibroin heavy chain gene -5000 to +24 by Pst I digestion, and Pst I digested fibroin heavy chain genes -5000 to -3848 and -545 to +24 It was obtained by subcloning into pGL3-basic.
[14] Fibroin heavy chain gene -5000 ~ -3848 and -2214 ~ +24 Have pGL3-basic:
Excision of fibroin heavy chain gene -2214--546 from pGL3-basic carrying fibroin heavy chain gene -5000- + 24 by Pst I digestion, and Pst I digested fibroin heavy chain genes -5000--3848 and -545- + 24 It was obtained by subcloning into pGL3-basic.
[0043]
The activity measurement method is shown in FIG. 2 and described below.
1) Preparation of gold particles: Two vectors were mixed 1: 1 to attach 188 ng of DNA per 1 mg of gold particles.
2) Silk gland collection: The silk gland was taken out from the larvae on the 1st or 2nd day of the 5th year, and washed with the Grace medium.
3) Introduction of DNA into the silk gland using a gene gun: Gold particles with DNA attached were implanted into the silk gland using a gene gun (Helios Gene Gun, BioRad, Hercules, CA). 0.02 mg gold particles (3.8 ng DNA) are implanted per silk gland.
4) Transplantation of silk gland: After washing the silk gland with Grace medium, it was transplanted into the dorsal posterior body cavity of larvae of the same age as the individual from which the silk gland was removed. Larvae transplanted with silk glands were raised for 3 days.
5) Collection of silk gland: The transplanted silk gland was removed from the host, washed with Grace medium, and only the posterior silk gland was cut out and collected.
6) Measurement of luciferase activity: Firefly and Renilla luciferase activities in the supernatant were measured using a dual luciferase assay kit (Promega, Madison, Wis.). The posterior silk gland was homogenized in passive lysis buffer and centrifuged. The measured value of firefly luciferase was divided by the measured value of Renilla luciferase and multiplied by the length of the vector to calculate the transcriptional activity. Furthermore, it represented with the relative activity which made the activity of fibroin light chain gene -600- + 34 1.
[0044]
The transcriptional activity of fibroin heavy chain gene core promoter and its surrounding region has been investigated in detail using in vitro transcription system. The promoter activity of these regions was measured using an in vivo activity measurement system to determine the effectiveness of the in vivo activity measurement system. FIG. 3 shows the transcriptional activity of the transcriptional regulatory region in the in vivo measurement system. The activity of the fibroin heavy chain gene core promoter was expressed as a relative activity, where 1. The results are described below.
[0045]
If the activity of the fibroin heavy chain gene core promoter is 1, the activity of core promoter + upstream element, core promoter + upstream element + intron, core promoter + upstream element + first half of intron, core promoter + upstream element + element in intron is 15.9, respectively. It became 20.9, 9.8, 58.9.
[0046]
In in vitro transcription systems, upstream elements and intron elements have been reported to increase core promoter activity by 45 and 5 fold, respectively. In the in vivo activity measurement system, the activity increase effect of upstream elements and intron elements was 15.9 and 3.7 times. Therefore, the in vivo measurement activity system is sufficiently usable although it is inferior in sensitivity to the in vitro transcription system. In this experimental system, long sequences that cannot be handled by in vitro transcription systems can be measured, which is effective for analysis of unknown regions 5 'upstream.
[0047]
FIG. 4 shows the transcription promoting activity of the 5 ′ upstream region of the fibroin heavy chain gene in the posterior silk gland. The results are described below.
[0048]
The previously reported fibroin heavy chain gene -234 to +24 (core promoter + upstream element, [2]) showed only half the activity of the fibroin light chain gene -600 to +34 ([1]) . A sequence ([4]) in which the region of the fibroin heavy chain gene 5 'upstream region -870 to -235 is linked to the fibroin heavy chain gene -234 to +24 ([4]) shows activity corresponding to the fibroin light chain gene -600 to +34. It was. Furthermore, fibroin heavy chain genes -2077 to -235 and -2885 to -235 linked to -234 to +24 ([5], [6]) have activities of fibroin light chain genes -600 to +34, respectively. Three or four times. The activity of the sequence ([7]) connecting the fibroin heavy chain gene-3947 to -235 regions was greatly increased, reaching 15 times that of the fibroin light chain gene -600 to +34. When the fibroin heavy chain gene -5000 to -235 region was linked ([3]), 25 times the activity of the fibroin light chain gene -600 to +34 was observed on average. Some examples exceeded 40 times.
[0049]
The above results indicate that the fibroin heavy chain gene -5000 to -235 region has the effect of strongly promoting the transcriptional activity of the -234 to +24 region. In particular, it was suggested that the region of fibroin heavy chain gene -5000 to -2886 is important.
[0050]
In order to clarify the nature of the transcription promoting activity of the fibroin heavy chain gene -5000 to -235 region, various partially deleted constructs were prepared between the regions of -5000 to -235 (Fig. 5). It was measured. The results are shown in FIG. The results are described below.
[0051]
In the fibroin heavy chain gene -5000 to -235 region, about 1 kb of the deleted construct, the deletion of -1860 to -871 ([9]) showed no effect of promoting transcription. High transcriptional activity was maintained in sequences lacking -1126 to -235 ([8]), -2798 to -2078 ([10]), and -3717 to -2574 ([11]). It can be seen that the region from 1860 to -1127 is important for promoting transcription. However, the region including up to -2077 (Fig. 4, [5]) was about three times more active than the fibroin light chain gene -600 to +34, so the effect of the region -1860 to -1127 alone is not sufficient. it is conceivable that.
[0052]
Of the deficient constructs, those lacking −3847 to −2215 ([14]) showed the highest activity. This sequence contains the fibroin heavy chain genes -5000 to -3848 and -1860 to -1128 regions. A construct having the same length but lacking -22214 to -546 ([13]) does not contain -1860 to -1127 and has low activity.
[0053]
The above results indicate that fibroin heavy chain genes -5000 to -3848 and -1860 to -1127 are particularly preferable for the expression of high transcription promoting activity. The sequence [14] in which the fibroin heavy chain genes -5000 to -3848 and -2214 to -235 are linked to the -234 to +24 region meets this requirement and is shortened to an appropriate length. It is useful for the purpose of making transgenic silkworms.
[0054]
【The invention's effect】
As described above in detail, the invention of this application provides a promoter / enhancer sequence having high transcription activity and a method for expressing a recombinant protein that enhances gene transcription activity using the sequence. By utilizing the present invention, it becomes possible to produce transgenic silkworms that produce a large amount of various recombinant useful proteins in straw, and the produced recombinant proteins can be used in various medical, food, cosmetic, fiber, etc. Can be used in industrial fields.
[0055]
[Sequence Listing]
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[Brief description of the drawings]
FIG. 1 Fibroin heavy chain gene structure and transcription control region. The fibroin heavy chain gene has two exons (indicated by bold lines). The number indicates the nucleotide number of the fibroin heavy chain gene (the transcription start point is +1). The part indicated by the arrow was used for measuring transcriptional activity. () Is the transcriptional activity measured in an in vitro transcription system (when the activity of the core promoter is 1) (Suzuki et al., 1986, Takiya et al., 1997).
FIG. 2 is an outline of an activity measurement method.
FIG. 3 shows the transcriptional activity of the transcriptional regulatory region in an in vivo measurement system. Transcriptional activity was measured using the fibroin heavy chain gene region shown in FIG. The activity of the fibroin heavy chain gene core promoter was taken as 1. White circles represent individual activity values, and black circles represent average values.
FIG. 4 shows transcription promoting activity in the 5 ′ upstream region of fibroin heavy chain gene. A construct was constructed retrospectively 5 ′ upstream from fibroin heavy chain gene-235 and its transcriptional activity was measured.
The activity of the fibroin light chain gene -600 to +34 was taken as 1. White circles represent individual activity values, and black circles represent average values.
FIG. 5 shows the structure of a fibroin heavy chain gene 5 ′ upstream region partial deletion construct. In order to elucidate the nature of the transcription promoting activity from fibroin heavy chain gene -5000 to -235, constructs in which various portions were deleted between -5000 and -235 were prepared.
FIG. 6 shows the effect of partial deletion of the fibroin heavy chain gene 5 ′ upstream region on transcriptional activity. The transcription activity of the construct shown in FIG. 5 was measured. The activity of the fibroin light chain gene -600 to +34 was taken as 1. White circles represent individual activity values, and black circles represent average values.

Claims (10)

カイコ絹糸腺における外来タンパク質の発現を促進するために外来タンパク質構造遺伝子に連結されるポリヌクレオチドであって、以下のポリヌクレオチド(A)および(B):
(A) カイコのフィブロイン重鎖遺伝子のプロモーター/エンハンサー領域を構成するポリヌクレオチド;
(B) 配列番号1の第2787-4766位塩基配列中の、少なくとも第3141-3874位塩基配列を含む塩基配列からなるポリヌクレオチド、
が連結されているポリヌクレオチド。
A polynucleotide linked to a foreign protein structural gene to promote the expression of a foreign protein in the silkworm silk gland, comprising the following polynucleotides (A) and (B):
(A) a polynucleotide constituting the promoter / enhancer region of the silkworm fibroin heavy chain gene;
(B) a polynucleotide comprising a base sequence comprising at least the 3141-3874th base sequence in the 2787-4766th base sequence of SEQ ID NO: 1,
A polynucleotide to which is linked.
前記ポリヌクレオチド(B)に、さらに配列番号1の第1-1153位塩基配列からなるポリヌクレオチド(C)が連結されている請求項1のポリヌクレオチド。The polynucleotide according to claim 1, further comprising a polynucleotide (C) comprising the nucleotide sequence at positions 1-1153 of SEQ ID NO: 1 linked to the polynucleotide (B). ポリヌクレオチド(A)が、配列番号1の第4767-5024位塩基配列からなる請求項1または2のポリヌクレオチド。The polynucleotide of claim 1 or 2, wherein the polynucleotide (A) comprises the 4767-5024th nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1. 請求項1から3のいずれかのポリヌクレオチドの塩基配列において1または2以上の塩基の付加または欠失、もしくは他の塩基への置換を有し、カイコ絹糸腺における外来タンパク質の発現を促進する機能を有するポリヌクレオチド。A function of adding or deleting one or two or more bases in the base sequence of the polynucleotide according to any one of claims 1 to 3, or substituting with another base, and promoting expression of a foreign protein in a silkworm silk gland A polynucleotide having ポリヌクレオチドが、3500塩基以下の長さであるであることを特徴とする請求項1から4のいずれかのポリヌクレオチド。 The polynucleotide according to any one of claims 1 to 4, wherein the polynucleotide is 3500 bases or less in length. 請求項1から5のいずれかのポリヌクレオチドと外来タンパク質構造遺伝子とが連結された発現カセット。An expression cassette in which the polynucleotide of any one of claims 1 to 5 and a foreign protein structural gene are linked. 請求項6の発現カセットを保有する発現ベクター。An expression vector carrying the expression cassette of claim 6. 昆虫由来DNA型トランスポゾンの一対の逆向き反復配列に挟まれた発現カセットを有する請求項7の発現ベクター。The expression vector according to claim 7, comprising an expression cassette sandwiched between a pair of inverted repeats of an insect-derived DNA-type transposon. 請求項6の発現カセットに含まれる外来タンパク質遺伝子をカイコ絹糸腺内で発現させることを特徴とする外来タンパク質の発現方法。A foreign protein gene contained in the expression cassette of claim 6 is expressed in a silkworm silk gland. 請求項6の発現カセットをゲノム中に保有し、外来タンパク質を絹糸腺内で発現するトランスジェニックカイコ。A transgenic silkworm having the expression cassette of claim 6 in its genome and expressing a foreign protein in the silk gland.
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