JP4555920B2 - Protein mass expression system by mRNA stability control - Google Patents

Protein mass expression system by mRNA stability control Download PDF

Info

Publication number
JP4555920B2
JP4555920B2 JP2001042034A JP2001042034A JP4555920B2 JP 4555920 B2 JP4555920 B2 JP 4555920B2 JP 2001042034 A JP2001042034 A JP 2001042034A JP 2001042034 A JP2001042034 A JP 2001042034A JP 4555920 B2 JP4555920 B2 JP 4555920B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
mrna
rng
adhe
strain
gene
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2001042034A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2002238576A (en
Inventor
和夫 永井
正明 和地
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tokyo Institute of Technology NUC
Original Assignee
Tokyo Institute of Technology NUC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tokyo Institute of Technology NUC filed Critical Tokyo Institute of Technology NUC
Priority to JP2001042034A priority Critical patent/JP4555920B2/en
Publication of JP2002238576A publication Critical patent/JP2002238576A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4555920B2 publication Critical patent/JP4555920B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Enzymes And Modification Thereof (AREA)
  • Micro-Organisms Or Cultivation Processes Thereof (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、mRNA分解酵素の欠損株を用いて目的遺伝子のmRNAの安定性を向上させることによるタンパク質の大量生産方法並びに該方法に用いる発現系に関する。より特に、本発明は、RNaseG欠損株に、adhEの5’-非翻訳領域の下流に目的遺伝子の構造遺伝子部分を接続したものを担持するプラスミドを、導入することによるタンパク質の大量発現方法並びに該方法に用いる発現系に関する。
【0002】
【従来の技術】
RNaseGは、大腸菌 (Escherichia coli)の遺伝子マップ上71分にあるrng遺伝子によりコードされる、16S rRNAの5’-末端プロセッシングを担当するエンドリボヌクレアーゼであるが(13,25,27)、cafA遺伝子(大腸菌 (Escherichia coli)のRNaseGをコードするrng遺伝子の旧名称)は、元々、メシリナム(mecillinam)-耐性型決定突然変異体の分析の間に、未知の機能をもつ推定オープン・リーディング・フレーム (orfF)として発見された(25)。CafAタンパク質の過剰生産は、大腸菌 (Escherichia coli)において連鎖細胞及びミニセル(minicells)の形成を引き起こした。本願発明者は、電子顕微鏡観察により細胞の長軸方向に沿った繊維状の構造体を観察し、caf (cytoplasmic axial filament)と名づけた(18)。McDowall らは、CafAタンパク質とRNaseEのN−末端半分の間にかなりの配列類似性があることを報告した(14)。RNaseEは、大腸菌 (Escherichia coli)の遺伝子地図上24分にあるrne遺伝子によりコードされている。RNaseEは、5S rRNAの成熟及び多くのmRNAの分解に関わる必須の大腸菌 (Escherichia coli)エンドリボヌクレアーゼである(3)。rne-1ams-1とも言われる)温度感受性突然変異は、全RNAの化学的半減期を増加させるものとして最初に記載された(12,19)。同一遺伝子としてマップされた他の独立に単離された突然変異、rne-3071は、5S rRNAの前駆体である9S rRNAの蓄積を導く(6,17)。これらの2つの突然変異は、RNaseEとRNaseGの間の高相同領域内のアミノ酸置換により引き起こされた(14)。
【0003】
本発明者は、細胞内RNA代謝に対するcafA突然変異の効果を調べ、そして16S rRNAの前駆体分子がcafA::cat突然変異体において蓄積することを発見した。本発明者は、その5’-末端に66の余分のヌクレオチドをもつ16.3S rRNAといわれる16S rRNAの前駆体を蓄積するBUMMERといわれる大腸菌 (Escherichia coli)突然変異体(4)がcafA遺伝子内に11bpの欠失をもつということも発見した(27)。これら結果は、cafA遺伝子がBUMMER突然変異体において欠陥のある16S rRNAの5’-末端成熟に関わるRNase活性をコードするということを示した。本発明者は、この活性がRNaseGと命名する新規酵素により提供されるということを発見した。この遺伝子をrngに名称変更した。以下、CafAとcafAの代わりに、それぞれ、RNaseGとrngを用いる。
【0004】
RNaseGのエンドリボヌクレアーゼ活性は、Tockらにより、インビトロにおいて高純度タンパク質と合成オリゴリボヌクレオチド基質を使用して確認された(22)。RNaseGの働きは、上記の基質の5’-末端の性質に依存した。RNaseGは、5’-モノホスホリル化された基質を効率よく解裂するが、5’-ヒドロキシル化された基質は全く解裂しない。また、RNaseGの働きは、5’-トリホスフェート基によりブロックされる。面白いことに、5’-モノホスフェート基は、同一RNA分子上に存在する部位における解裂だけを刺激することができる。これらの特徴を考慮して、Tockらは、RNaseGは、無傷の5’-トリホスホリル化されたRNAの分解を開始するよりもむしろ5’-モノホスホリル化された分解又はプロセッシング中間体を完全に切断することを好むと推定した。これに反し、3’-ホスホリル化状態は、RNaseGによる解裂速度に影響を及ぼさなかった。これらのインビトロ実験の結果から、Tockらは、RNaseGが大腸菌 (Escherichia coli)におけるRNAの分解になんらかの貢献をしているということを示唆した。RNaseEとRNaseGの作用が部分的にではあるが重複していることを示す本発明者の遺伝学的証拠(26)も、Tockらの推定を支持するものである。
【0005】
ところで、細菌のタンパク質生産の制御機構については、好気、嫌気に拘らず、プロモーター、オペレーター、リプレッサーといった転写レベルでの調節と、SD配列(リボソーム結合配列)の強さと翻訳開始点からの距離などが重要な要素であるというのが一般的な考えである。しかしながら、さまざまな環境の変化に素早く適切に対応するためにはmRNAの安定性の変化による制御が重要であることが、最近になって提唱され(30,31)、現在、mRNAの安定性を決定する機構についての研究が精力的に行われている。その中で、特に重要な役割を果たしていると考えられているのが部位特異的なendo型のRNaseであるRNaseE、RNaseIIIと、exo型のRNaseであるPNPaseである(17,32,33)。
【0006】
従来のタンパク質発現系においては、目的遺伝子を強力なプロモーターの制御下に置き、mRNAを合成を増大させることにより目的タンパク質の大量発現を行ってきた。転写されたmRNAは速やかに分解されてしまうので、タンパク質を大量発現させる(mRNAの細胞内濃度を高める)ためには分解を上回る速度で合成を行わなければならない。mRNAの合成はヌクレオチド3リン酸(生体エネルギー分子)を大量に消費する過程であるので、このような従来の発現系を用いた目的タンパク質の発現方法においては、エネルギーのロスが大きい。
【0007】
特に、大腸菌 (Escherichia coli)のような細菌においては、嫌気条件下では、好気呼吸によるエネルギー(ATP)生産が行えないために、好気条件下に比較してエネルギーがきわめて制限された状態にある。そのため従来の嫌気性菌を用いた発現系においては、ひじょうに長い時間をかけて代謝を行わせる必要があった。有用な嫌気条件反応が発見された場合、その反応に関わるポリペプチド(例えば、酵素)の大量発現系を構築する必要があるであろう。しかしながら、好気条件下で用いられている強力なプロモーターに目的遺伝子を繋ぐというような従来技術の方法では、エネルギー供給が十分ではないために効率的な発現ができない。特に、上述のように、転写はヌクレオチド3リン酸(生体エネルギー分子)を大量に消費する(大腸菌 (Escherichia coli)の場合、菌体重量の約20%がRNA分子である)。従って、嫌気条件下でも効率的なエネルギー節約型の発現系の構築が望まれている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明が解決しようとする課題は、mRNAを安定化させることによりエネルギーのロスを最小限に抑えて目的タンパク質の大量生産を達成せしめる発現方法及び発現系を提供することである。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、RNaseGが16S rRNA以外のRNA分子に対する作用を有するか否かを調べ、その結果、今般、初めてRNaseGがmRNAをインビボにおいて分解することを発見した。そしてかかる発見に基づき、上記課題を解決するための新規発現方法及び発現系を構築した。
【0010】
本発明の1の態様においては、目的タンパク質をコードする遺伝子のmRNAの安定性を向上させることによる該タンパク質の生産方法であって、以下の工程:
mRNA分解酵素の欠損株に、該欠損株が過剰発現するポリペプチドをコードする遺伝子の5’-非翻訳領域に上記目的タンパク質をコードする遺伝子を作用可能な状態で連結した発現ベクターを導入し、これにより転写されたmRNAの安定性を向上させ;
得られた株を培養し;そして
上記目的タンパク質を回収する;
を含む、前記生産方法を提供する。
【0011】
本発明の他の態様においては、目的タンパク質の発現系であって:
mRNA分解酵素の欠損株;並びに
発現ベクターであって:
上記欠損株が過剰発現するポリペプチドをコードする遺伝子の5’-非翻訳領域;及び
上記目的タンパク質をコードする遺伝子;
を作用可能な状態で含むもの;
を含み、ここで、上記発現ベクターが上記欠損株内に導入されており、これにより上記目的タンパク質をコードする遺伝子のmRNAの安定性が高められる、前記発現系を提供する。
【0012】
前記mRNA分解酵素はRNaseGであることができ、前記欠損株が過剰発現するポリペプチドはAdhEであることができ、前記欠損株は大腸菌 (Escherichia coli) K-12株由来、例えば、GM11(rng::cat)であることができ、前記目的のタンパク質は、例えばβ−ガラクトシダーゼであることができ、そして前記発現ベクターは作用可能な状態でプロモーター配列をさらに含み、例えばpALF1であることができる。
RNaseGとRNaseEのN-末端エンドリボヌクレオチド分解ドメインの同族体は、ほとんどのグラム陰性細菌及びいくつかのグラム陽性細菌に存在するので、前記mRNA分解酵素欠損株は、大腸菌以外のこれらの菌であることもできる。
【0013】
前記mRNA分解酵素欠損株GM11(rng::cat)と、前記欠損株が過剰発現するポリペプチドAdhEとの組み合わせが好ましい。
【0014】
定義
本明細書中に使用するとき、用語「ポリペプチド」は、タンパク質、酵素をも包含する。
本明細書中に使用するとき、用語「5’-非翻訳領域」とは、mRNA分解の半減期を高めるという機能を発揮する限り、その全体ではなく一部をも意味する。
本明細書中に使用するとき、用語「mRNAの安定性」とは、mRNA分解酵素の作用機構がいかなるものであるかを問わず、結果としてそのmRNA分解の半減期が増加することをいう。
【0015】
本発明者は、RNaseGが16S rRNA以外のRNA分子に対する作用をもつか否かについて検討した。まず、本発明者は、RNaseG欠損株においては、100kDaのタンパク質が顕著に過剰発現していることを発見した。そのタンパク質のN-末端アミノ酸配列決定により、上記タンパク質はadhEがコードしているアルコール・デヒドロゲナーゼであることが判明した(実施例1参照)。AdhEの過剰発現がどのレベルの制御によるものであるか(転写又は転写後)を明らかにするために、ノーザン・ハイブリダイゼーションを行ったところ、RNaseG欠損株においては、adhE mRNA量が約6倍に増加していた。さらにリファンピシン追跡実験により、RNaseG欠損株においては、adhE mRNAの半減期が約2.5倍に増加していた(実施例4参照)。このとき、対照として調べたgapA mRNAやmreB mRNAではこのような変化は見られなかったので、RNaseGの作用は何らかの認識配列を介したものであると思われる。RNaseGによるadhE mRNA分解の生理学的意義は未だ明らかではないが、RNaseG欠損株内では、転写されたadhE mRNAが安定に存在するため、生体エネルギー分子を大量に消費する無駄な転写を最小限に抑えてアルコール・デヒドロゲナーゼを生産させることができるといえる。
【0016】
次に、RNaseG/adhEの発現系が他の遺伝子にも応用できるかどうかを確かめるために、adhElacZの融合遺伝子を構築した。adhEのプロモーターと5’-非翻訳領域をlacZ遺伝子に融合させたものでは、RNaseG欠損により、アルコール・デヒドロゲナーゼとほぼ同レベルのβ−ガラクトシダーゼの大量発現が引き起こされた(実施例5参照)。RNaseGがadhE mRNAの5’-非翻訳領域を切断することにより、転写されたmRNAの分解が引き起こされるが、RNaseG欠損株においてはこのような切断が起こらずに転写されたmRNAが細胞内に安定に蓄積するために、アルコール・デヒドロゲナーゼの過剰発現が引き起こされると考えられる。これにより、adhEの5’-非翻訳領域を他の遺伝子の翻訳領域と連結させることによりRNaseG欠損株による発現制御が可能になることが証明された。
【0017】
以下、本発明を実施例により詳細に説明する。但し、以下の実施例により本発明の技術的範囲が限定されるものではない。
【0018】
【実施例】
実験手順
バクテリア株及び培地
使用した大腸菌 (Escherichia coli) K-12株を、以下の表1に列記する:
【表1】

Figure 0004555920
細胞を、1%Bactopeptone、0.5%酵母エキス、0.5%NaCl、及び0.1%グルコースを含有するLブロス(pH7.0)中30℃で培養した。適当な抗生物質を、プラスミド担持細胞を培養するために添加した。
cafA::cat突然変異株を、以下のように構築した。(T. Ogura, Kumamoto University School of Medicine, Kumamoto, Japanから得た) pUC9のHincII部位に挿入されたpACYC184の1.3kbのHaeII断片を担持する、pXX557からの1.3kbのBamHI-HindIII上のcat遺伝子カセットを、T4 DNAポリメラーゼの処理によりその付着末端を平滑末端にした後、pMEL1(28)上のcafA遺伝子内のユニークBglII部位に挿入した。得られたプラスミドpMEL1-cafA::catから、cafA::catとその隣接領域を含む7.8kbのSalI断片をアガロース・ゲル電気泳動後に単離した。大腸菌 (Escherichia coli) K-12 recD 突然変異体株FS1576(29)を、上記の単離された線状DNAで形質転換させ、そして上記のcafA::catを含有線状DNAと染色体cafA領域の間の相同的組換えにより形成されたクロラムフェニコール耐性コロニーを単離した。このcafA::cat構築物を、P1ファージ仲介形質導入により使用された他の株に移した。この染色体のcafA::cat挿入をサザン・ハイブリダイゼーションにより確認した(データを示さず)。
【0019】
細胞タンパク質の分析
リン酸ナトリウム・バッファー(50mM, pH 7.0)中に懸濁させた細胞を音波処理により破壊した。未破壊細胞を除去した後、細胞溶解物を、超遠心分離(100,000 x g, 30分、4℃)により分画した。上澄を可容性画分として集めた。沈殿を同一バッファー中に懸濁させ、そして膜画分として集めた。タンパク質をSDS−ポリアクリルアミド・ゲル電気泳動により分離し、そしてゲルをクマシー・ブリリアント・ブルーにより染色した。
【0020】
全細胞 RNA の単離と mRNNA の分析
全細胞RNAを、以下のように、先に(27)に記載されたように単離し、そして分析した。全細胞RNAを以下に記載する迅速法により単離した。100μlの大腸菌 (Escherichia coli)培養物を遠心分離し、そして氷冷TE (10mM Tris-HCl, pH8.0, 1mM EDTA)で洗浄した。細胞を、100μlのTE中に懸濁させ、そして等容量の平衡化フェノール/クロロホルム及び1/10容量のローディング染料溶液(0.36%のブロモフェノール・ブルー、0.36%のキシレン・シアノール、50%のグリセロール)とともに激しくボルテックスすることにより直接抽出した。遠心分離(10,000 x g, 10分)後、上層の一部を修飾アガロース・ゲル電気泳動上に直接適用した。抽出されたRNAを、ホルムアルデヒド−アガロース・ゲル電気泳動(6.5%ホルムアルデヒド、1xMOPSバッファー[20mM 3-(N-モルフォロノ)−プロパン・スルホン酸pH7.0、5mM 酢酸ナトリウム、1mM EDTA]、1%アガロース)により分離した。ゲルを1μg/mlの臭化エチジウム溶液で染色し、そしてその後、UV照射(254nm)下で写真撮影した。
【0021】
ノーザン・ハイブリダイゼーションのために、RNAを、キャピラリー法により、正電荷をもつナイロン膜 (Hybond-N+, Amersham International plc., Buckinghamshire, England)上に移した。ハイブリダイゼーション・プローブとして、adhE遺伝子の一部を含有する2.1kbのHindIII断片とmreB遺伝子の一部を含有する0.6kbのpstI断片を使用した。gapA遺伝子のためには、DNA断片を、以下のプライマー・セット:
5’-GACTATCAAAGTAGGTATCAACGGT-3’ (配列番号2)及び
5’-GATGTGAGCGATCAGGTCCAGAACT-3’ (配列番号3)
を用いたポリメラーゼ・チェイン・リアクション(PCR)により増幅した。ノーザン・ハイブリダイゼーションをGene Image キット (Amersham)を使用して行った。
【0022】
リファンピシン−追跡実験
対数増殖細胞を、150μg/mlのリファンピシンで処理して、RNAの新規合成を阻害し、そして所定の時間が経過した後に、全RNAを先に記載したように抽出し、そして分析する。mRNAの半減期を、NIH Imageソフトウェアを使用してそのバンド強度を計測することにより決定する。
【0023】
adhE-lacZ 融合遺伝子の構築
プロモーター配列、5’-非翻訳領域、及びコーディング領域の最初の27bpを含むadhE遺伝子の1.3kb上流領域を、以下のプライマー・セット:
5’-GATGTGGCGAAGTTAACATGATGG-3’ (配列番号4)及び
5’-GCTCTACGAGTGCGTTAACTTACGCGAC-3’ (配列番号5)
{プライマー中、HpaI部位(下線)がクローニングのために導入されている。}を使用してPCRにより増幅した。増幅されたDNAを、HpaIで消化し、そしてアンピシリン耐性遺伝子を担持するミニ−Fプラスミド上でadhEの第9コドンとlacZの第6コドンにおいてlacZ遺伝子とフレームをあわせて連結した。得られたpALF1と名づけたプラスミドを、rng::cat突然変異体株及びそれらの親株内に導入した。AdhE-LacZ融合物の発現を、SDS−ポリアクリルアミド・ゲル電気泳動により又はβ−ガラクトシダーゼ活性の計測により調べた。β−ガラクトシダーゼ活性を、Millarの方法により測定した(16)。
【0024】
実施例1: rng::cat 突然変異体における AdhE タンパク質の過剰生産
大腸菌 (Escherichia coli)のrng::cat突然変異体株を分析して、本発明者は、rng::cat突然変異体GM11が、rng + 親株MC1061と比較したとき、約100kDaの分子量をもつ多量のタンパク質を産生することを発見した(図1参照)。rng::cat株GM11は、その野生型株MC1061よりも約5倍以上の量の100kDaタンパク質を産生した。この100kDaタンパク質のほとんどは、その膜画分中に回収された。但し、上記タンパク質のかなりの量がその可容性画分中に回収された。上記100kDタンパク質の過剰生産は、無傷の遺伝子としてrng遺伝子だけを担持するプラスミドpMEL2(24)が上記突然変異体株に導入されたときに、野生型に復帰した(図1参照)。これは、上記100kDaタンパク質の過剰生産がrng遺伝子の機能の欠陥によるということを示している。
【0025】
上記の現象は、rng::cat突然変異が上記MC1061株に導入されたとき、顕著であった。W3110株又はCSH26株においては、上記100kDaタンパク質の過剰生産はMC1061株の場合におけるものよりもかなり低かった(図6参照)。それゆえ、この現象のさらなる分析を、MC1061株とそのrng::cat誘導体GM11株を主に用いて行った。
【0026】
上記100kDaタンパク質を同定するために、このタンパク質のN−末端アミノ酸配列決定を行った。上記100kDaタンパク質のN-末端部分の18のアミノ酸残基の配列は、AKGQSLQDPFLNALRRER(配列番号1)であることが判明し、そしてそれはAdhEタンパク質、すなわち、大腸菌 (Escherichia coli)マップ上の28分にあるadhE遺伝子によりコードされる発酵的アルコール・デヒドロゲナーゼ (alcohol dehydrogenase)の配列と同一であった(7)。但し、そのN-末端メチオニン残基は除去されていた。AdhEタンパク質の計算分子量、99,995は、SDS-ポリアクリルアミド・ゲル電気泳動上の、上記過剰生産されたタンパク質の推定値に合致した。このAdhEタンパク質はスピロソーム (spirosome)といわれる大きな複合体を形成し、そして超遠心分離により沈殿物中に主に回収されるということが報告されている(11, 8)。さらに、AdhE破壊株は、上記rng::cat突然変異が導入されたときにさえ、もはや上記100kDaタンパク質を産生しなかった(データを示さず)。これらの結果から、本願発明者は、上記100kDaタンパク質はAdhEであると結論した。
【0027】
実施例2: AdhE タンパク質の発現に対する rne-1 突然変異の効果
rng遺伝子産物、RNaseGは、mRNAの分解及びrRNAプロセッシングに関わる(14)RNaseEと、高い配列ホモロジー(14)及び遺伝的相互作用(26)を示すので、AdhEの発現に対するRNaseEの突然変異の効果を調べた。図2に示すように、MC1061のrne-1 (RnaseEts) 誘導体であるCH1828は、制限温度(43℃)及び許容温度(30℃)においてAdhEタンパク質を過剰生産せず、上記現象はRNaseG−特異的であることを示した。
【0028】
実施例3: rng::cat 突然変異における adhE RNA の安定性向上
rng遺伝子はRNaseGをコードするので、adhE mRNAに対するrng::cat突然変異の効果を、ノーザン・ハイブリダイゼーションにより調べた。図3(A)に示すように、rng::cat突然変異株GM11におけるadhE mRNAのレベルは、rng + 株MC1061におけるレベルより約6倍高かった。他方、上記遺伝子マップ上39分にあり、かつ、解糖系内のグリセルアルデヒド3リン酸デヒドロゲナーゼをコードするgapA遺伝子(1)のmRNAレベル、及び上記遺伝子マップ上rng遺伝子の直上流にあり、かつ、形態決定性タンパク質MreBをコードするmreB遺伝子(5)のmRNAレベルは、両株においてほぼ同じであった(図3(B)と3(C)参照)。
【0029】
rng::cat突然変異がadhE遺伝子の転写又はadhE mRNAの安定性に影響を及ぼすかどうかを調べるために、リファンピシン (rifampicin)−追跡実験を行った。MRNAの新規合成は、150μg/mlのリファンピシンにより対数増殖細胞を処理することにより阻害され、そしてリファンピシン添加前に合成されたadhE mRNAの分解を、rng + 株とrng::cat株において調べた。図4(A)と4(C)に示すように、adhE mRNA は、rng + 細胞内において4.0分の半減期をもって分解された。一方、adhE mRNA は、rng::cat突然変異細胞内において9.7分の半減期をもって分解された。これは、rng::cat突然変異体株におけるAdhEタンパク質の過剰生産がadhE mRNAの安定性向上に因ることを意味する。adhE mRNA以外のmRNAの安定性に対するrng::cat突然変異の効果についても調べた。図4(B)と4(D)に示すように、gapA mRNAはrng + 株とrng::cat株において調べた。図4(A)と4(C)に示すように、adhE mRNA は両株においてほぼ同様の半減期をもって分解された; rng + 細胞内において7.9分、及びrng::cat突然変異細胞内において8.6分。これらは、rng遺伝子によりコードされるRNaseGがadhE mRNAを特異的に分解することを示唆している。但し、これは、RNaseGがadhE mRNA以外のmRNAを分解する可能性を排除するものではない。
【0030】
実施例4: RNaseG −依存性の安定性制御における adhE mRNA 5 - 非翻訳領域の関わり
どんな因子がRNaseGによる安定性制御に関わっているかを調べるために、adhE-lacZ融合遺伝子を以下の実験手順に記載するように構築した。フレーム内にlacZ遺伝子と連結された、プロモーター配列、5’-非翻訳領域、及びコーディング領域の最初の27bpを含むadhE遺伝子の1.3kb上流領域を担持するプラスミドpALF1を、MC1061 (rng + )及びGM11 (rng::cat)内に導入した。図5(A)に示すように、AdhE-LacZ融合タンパク質は、染色体adhE遺伝子によりコードされる無傷のAdhEタンパク質とほぼ同じレベルまで、rng::cat突然変異体株GM11内において過剰生産された。GM11 (rng::cat)内のadhE-lacZ融合遺伝子から発現されたβ−ガラクトシダーゼ活性は、その親株MC1061 (rng + )における活性よりも約3.6倍高かった(図5(B)参照)。これは、adhE遺伝子のコーディング領域の大部分がRNaseGによる安定性制御のために必要でないということを意味している。
【0031】
プラスミドALF1をCSH26 (rng + )及びそのrng::cat誘導体GC11内に導入した。面白いことに、AdhE-LacZ融合タンパク質の発現レベルは、MC1061におけるレベルよりも、rng + バックグラウンドにおいてさえ、CSH26においてかなり低かった(約1/5)。しかしながら、rng::cat突然変異の導入によるβ−ガラクトシダーゼ活性の上昇率は、CSH26とMC1061においてほぼ同じであった(図5(B)参照)。これは、adhE遺伝子の基礎的な転写レベルに影響を及ぼすであろういくつかの未知のトランス作用因子がMC1061とCSH26(及びたぶんW3110)の間で変わっているということ、及びこれがrng::cat突然変異の効果とは無関係であるということを、示唆する。
【0032】
【発明の効果】
本願発明は、従来の転写制御による遺伝子発現調節に代わる、転写されたmRNAの安定性制御による新規過剰発現系を提供する。本願発明に係る発現系においては、エネルギー分子(ヌクレオチド3リン酸)を消費する無駄な転写を最小限に抑えて目的のタンパク質を大量に生産することができる。
【0033】
Figure 0004555920
Figure 0004555920
Figure 0004555920
Figure 0004555920
【0034】
【配列表】
Figure 0004555920
Figure 0004555920

【図面の簡単な説明】
【図1】rng::cat突然変異株GM11におけるAdhEタンパク質の過剰発現を表す電気泳動ゲルの写真。MC1061 (rng +)、GM11 (rng::cat)、及びGM11/pMEL2 (rng::cat/rng +)の細胞タンパク質を可容性画分と膜画分に分画し、そして実験手順中に先に記載したように7.5%SDS−ポリアクリルアミド・ゲル電気泳動上で分析した。クマシー・ブリリアント・ブルー染色ゲルを示す。ゲルの左に示す数字は、分子量(x kDa)である。
【図2】 AdhEタンパク質の発現に対するrne-1突然変異の効果を表す電気泳動ゲルの写真。30℃で培養したMC1061 (rng +)、GM11 (rng::cat)、及びCH1828 (rne-1)、並びに対数増殖期(OD660=0.3)まで30℃で培養し、そしさらに3時間43℃にシフトさせたCH1828を、7.5%SDS−ポリアクリルアミド・ゲル電気泳動上で分析した。クマシー・ブリリアント・ブルー染色ゲルを示す。ゲルの左に示す数字は、分子量(x kDa)である。
【図3】adhEgapA、及びmreB mRNAに対するrng::cat突然変異の効果を表すノーザン・ハイブリダイゼーション結果。MC1061 (rng +)及びGM11 (rng::cat)から抽出した全RNAを、実験手順中に記載したように、adhE(A)、gapA(B)、及びmreB(C)遺伝子のためのDNAプローブとのノーザン・ハイブリダイゼーションにより分析した。
【図4】リファンピシン−追跡実験の結果。MC1061 (rng +)及びGM11 (rng::cat)の培養物を、RNAのde novo合成を阻害するために150μg/mlのリファンピシンで処理した。RNAを所定の時刻に抽出し、そして、図3におけるようにadhE(A)及びgapA(B)遺伝子のためのDNAプローブを用いたノーザン・ハイブリダイゼーションにより分析した。MRNAの半減期 (T 1/2)を、NIH Imageフトウェアを用いたバンド強度の計測により決定した。
【図5】adhE-lacZ融合遺伝子の発現に対するrng::cat突然変異の効果を表す電気泳動ゲルの写真である。adhE-lacZ融合遺伝子を担持するプラスミドALF1を、MC1061 (rng +)、そのrng::cat誘導体GM11、又はCSH26 (rng +)及びそのrng::cat誘導体GC11内に導入した。AdhE-LacZ融合タンパク質の発現を、7.5%SDS−ポリアクリルアミド・ゲル電気泳動(A)により又はβ−ガラクトシダーゼ活性の計測(B)により調べた。平均±SD(n=3)を示す。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for mass production of protein by improving the stability of mRNA of a target gene using a strain deficient in mRNA degrading enzyme, and an expression system used in the method. More particularly, the present invention relates to RNaseG-deficient strains,adhEThe present invention relates to a method for mass-expressing a protein by introducing a plasmid carrying a structural gene portion of a target gene connected downstream of the 5'-untranslated region, and an expression system used for the method.
[0002]
[Prior art]
RNaseG is an Escherichia coli (Escherichia coli) Is 71 minutes on the genetic maprngAn endoribonuclease responsible for 5'-end processing of the 16S rRNA encoded by the gene (13, 25, 27);cafAGene (E. coli (Escherichia coli) RNaseGrngThe former name of the gene was originally a putative open reading frame with an unknown function during the analysis of mecillinam-resistant mutants (orfF) (25). CafA protein overproduction is caused by E. coli (Escherichia coli) Caused the formation of linked cells and minicells. The inventor of the present application observes the fibrous structure along the long axis direction of the cell by observation with an electron microscope,caf (cytoplasmicaxialf(18). McDowall et al. (14) reported considerable sequence similarity between the CafA protein and the N-terminal half of RNaseE. RNaseE is an Escherichia coli (Escherichia coli) 24 minutes on the genetic maprneIt is encoded by a gene. RNaseE is an essential Escherichia coli (5) that is involved in 5S rRNA maturation and degradation of many mRNAs.Escherichia coli) Endoribonuclease (3).rne-1(ams-1Temperature sensitive mutations (also referred to as) were first described as increasing the chemical half-life of total RNA (12, 19). Other independently isolated mutations mapped as the same gene,rne-3071Leads to the accumulation of 9S rRNA, a precursor of 5S rRNA (6, 17). These two mutations were caused by amino acid substitutions within the highly homologous region between RNaseE and RNaseG (14).
[0003]
The inventor is directed to intracellular RNA metabolism.cafAInvestigate the effect of the mutation, and the precursor molecule of 16S rRNAcafA :: catIt was found to accumulate in the mutant. The inventor of the present invention has said that E. coli (BUMMER) accumulates a precursor of 16S rRNA called 16.3S rRNA having 66 extra nucleotides at its 5'-end.Escherichia coli) Mutant (4)cafAIt was also discovered that the gene has an 11 bp deletion (27). These results arecafAThe gene was shown to encode RNase activity involved in the 5'-terminal maturation of 16S rRNA defective in BUMMER mutants. The inventor has discovered that this activity is provided by a novel enzyme named RNaseG. This generngThe name was changed. Below, with CafAcafAInstead of RNaseG andrngIs used.
[0004]
The endoribonuclease activity of RNaseG was confirmed by Tock et al. Using a high purity protein and a synthetic oligoribonucleotide substrate in vitro (22). The function of RNaseG was dependent on the nature of the 5'-end of the substrate. RNaseG efficiently cleaves 5'-monophosphorylated substrates, but does not cleave 5'-hydroxylated substrates at all. The function of RNaseG is blocked by a 5'-triphosphate group. Interestingly, 5'-monophosphate groups can only stimulate cleavage at sites present on the same RNA molecule. In view of these characteristics, Tock et al., RNaseG completely eliminates 5'-monophosphorylated degradation or processing intermediates rather than initiating degradation of intact 5'-triphosphorylated RNA. Estimated to prefer cutting. In contrast, the 3'-phosphorylated state had no effect on the rate of cleavage by RNaseG. From the results of these in vitro experiments, Tock et al.Escherichia coli) Suggests that it has made some contribution to the degradation of RNA. The inventor's genetic evidence (26) showing that the effects of RNaseE and RNaseG are partially but overlapping also supports the estimation of Tock et al.
[0005]
By the way, the regulation mechanism of bacterial protein production, whether aerobic or anaerobic, is regulated at the transcription level such as promoter, operator, repressor, strength of SD sequence (ribosome binding sequence) and distance from translation start point. The general idea is that these are important factors. However, recently, it has been proposed that control by changing the stability of mRNA is important in order to respond quickly and appropriately to various environmental changes (30, 31). There is a lot of research on the mechanism of determination. Among them, RNaseE and RNaseIII which are site-specific endo-type RNases and PNPase which is an exo-type RNase are considered to play a particularly important role (17, 32, 33).
[0006]
In conventional protein expression systems, the target gene is placed under the control of a strong promoter, and the target protein is expressed in large quantities by increasing the synthesis of mRNA. Since the transcribed mRNA is rapidly degraded, synthesis must be performed at a rate exceeding the degradation in order to express a large amount of protein (increase the intracellular concentration of mRNA). Since the synthesis of mRNA is a process that consumes a large amount of nucleotide triphosphates (bioenergy molecules), the loss of energy is large in the expression method of the target protein using such a conventional expression system.
[0007]
In particular, E. coli (Escherichia coliIn the case of bacteria such as), energy cannot be produced by aerobic respiration (ATP) under anaerobic conditions, so that the energy is extremely limited compared to aerobic conditions. Therefore, in the conventional expression system using anaerobic bacteria, it was necessary to perform metabolism over a very long time. If a useful anaerobic reaction is discovered, it may be necessary to construct a mass expression system for polypeptides (eg, enzymes) involved in the reaction. However, the conventional method of linking the target gene to a strong promoter used under aerobic conditions cannot provide efficient expression because of insufficient energy supply. In particular, as described above, transcription consumes a large amount of nucleotide triphosphates (bioenergy molecules) (E. coli (Escherichia coli), About 20% of the cell weight is RNA molecules). Therefore, construction of an efficient energy-saving expression system is desired even under anaerobic conditions.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
Therefore, the problem to be solved by the present invention is to provide an expression method and an expression system that can achieve mass production of a target protein by minimizing energy loss by stabilizing mRNA.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The present inventor investigated whether RNaseG has an action on RNA molecules other than 16S rRNA, and as a result, for the first time, discovered that RNaseG degrades mRNA in vivo. And based on this discovery, the novel expression method and expression system for solving the said subject were constructed | assembled.
[0010]
In one embodiment of the present invention, a method for producing a protein by improving the stability of mRNA of a gene encoding the target protein, comprising the following steps:
Introducing an expression vector in which the gene encoding the target protein is operably linked to the 5′-untranslated region of the gene encoding the polypeptide overexpressed in the mRNA-degrading enzyme-deficient strain, This improves the stability of the transcribed mRNA;
Culturing the resulting strain; and
Recovering the target protein;
The production method is provided.
[0011]
In another aspect of the present invention, there is provided an expression system for a target protein:
an mRNA-degrading enzyme-deficient strain; and
An expression vector comprising:
A 5'-untranslated region of a gene encoding a polypeptide overexpressed by the defective strain; and
A gene encoding the target protein;
Including in an operable state;
Wherein the expression vector is introduced into the defective strain, thereby improving the stability of the mRNA of the gene encoding the target protein.
[0012]
The mRNA degrading enzyme may be RNaseG, the polypeptide overexpressed by the defective strain may be AdhE, and the defective strain may be E. coli (Escherichia coli) Derived from K-12 strain, such as GM11 (rng :: catAnd the protein of interest can be, for example, β-galactosidase, and the expression vector is operably further comprising a promoter sequence, such as pALF1.
Since the homologues of the RNaseG and RNaseE N-terminal endoribonucleotide degradation domains are present in most gram-negative and some gram-positive bacteria, these mRNA-degrading enzyme-deficient strains are those other than E. coli. You can also
[0013]
The mRNA-degrading enzyme-deficient strain GM11 (rng :: cat) And the polypeptide AdhE overexpressed by the deficient strain is preferred.
[0014]
Definition
As used herein, the term “polypeptide” also includes proteins and enzymes.
As used herein, the term “5′-untranslated region” means a part, not the whole, as long as it functions to increase the half-life of mRNA degradation.
As used herein, the term “mRNA stability” refers to an increase in the half-life of mRNA degradation, regardless of the mechanism of action of the mRNA-degrading enzyme.
[0015]
The present inventor examined whether RNaseG has an action on RNA molecules other than 16S rRNA. First, the present inventor found that a protein of 100 kDa was significantly overexpressed in the RNaseG-deficient strain. By protein N-terminal amino acid sequencing, the protein isadhEWas found to be an alcohol dehydrogenase encoded by (see Example 1). In order to clarify the level of regulation of AdhE overexpression (transcription or post-transcription), Northern hybridization was performed. In RNaseG-deficient strains,adhThe amount of E mRNA was increased about 6 times. Furthermore, by rifampicin chase experiment, in RNaseG deficient strain,adhE The half-life of mRNA was increased about 2.5 times (see Example 4). At this time, we examined as a controlgapAmRNA andmreB Since no such change was seen in mRNA, the action of RNaseG seems to be mediated by some recognition sequence. By RNaseGadhE The physiological significance of mRNA degradation is not yet clear, but it was transcribed in RNaseG-deficient strains.adhE Since mRNA exists stably, it can be said that alcohol dehydrogenase can be produced while minimizing wasteful transcription that consumes a large amount of bioenergy molecules.
[0016]
Next, RNaseG /adhETo see if the expression system of can be applied to other genes,adhEWhenlacZA fusion gene was constructed.adhEPromoter and 5'-untranslated regionlacZIn the gene-fused product, RNaseG deficiency caused a large amount of β-galactosidase expression at almost the same level as alcohol dehydrogenase (see Example 5). RNaseGadhE Cleavage of the 5'-untranslated region of mRNA causes degradation of the transcribed mRNA. In RNaseG-deficient strains, the transcribed mRNA accumulates stably in the cell without such cleavage. Therefore, it is considered that overexpression of alcohol dehydrogenase is caused. ThisadhEIt was proved that RNaseG-deficient strains can control expression by linking the 5'-untranslated region of this gene to the translated region of another gene.
[0017]
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to examples. However, the technical scope of the present invention is not limited by the following examples.
[0018]
【Example】
Experimental procedure
Bacterial strains and media
E. coli used (Escherichia coliThe K-12 strains are listed in Table 1 below:
[Table 1]
Figure 0004555920
The cells were cultured at 30 ° C. in L broth (pH 7.0) containing 1% Bactopeptone, 0.5% yeast extract, 0.5% NaCl, and 0.1% glucose. Appropriate antibiotics were added to culture plasmid-bearing cells.
cafA :: catMutant strains were constructed as follows. (Obtained from T. Ogura, Kumamoto University School of Medicine, Kumamoto, Japan) pUC9Hin1.3 kb of pACYC184 inserted into the cII siteHae1.3 kb from pXX557 carrying the II fragmentBamHI-Hinon dIIIcatAfter the gene cassette was blunted at its sticky end by treatment with T4 DNA polymerase, the gene cassette was transformed into pMEL1 (28).cafAUnique within a geneBglInserted at site II. The resulting plasmid pMEL1-cafA :: catFromcafA :: catAnd 7.8 kb including the adjacent areaSalThe I fragment was isolated after agarose gel electrophoresis. E. coli (Escherichia coli) K-12recD Mutant strain FS1576 (29) was transformed with the isolated linear DNA as described above andcafA :: catContains linear DNA and chromosomescafAChloramphenicol resistant colonies formed by homologous recombination between regions were isolated. thiscafA :: catThe construct was transferred to other strains used by P1 phage mediated transduction. Of this chromosomecafA :: catInsertion was confirmed by Southern hybridization (data not shown).
[0019]
Cellular protein analysis
Cells suspended in sodium phosphate buffer (50 mM, pH 7.0) were disrupted by sonication. After removing unbroken cells, the cell lysate was fractionated by ultracentrifugation (100,000 × g, 30 minutes, 4 ° C.). The supernatant was collected as an acceptable fraction. The precipitate was suspended in the same buffer and collected as a membrane fraction. Proteins were separated by SDS-polyacrylamide gel electrophoresis and the gel was stained with Coomassie Brilliant Blue.
[0020]
Whole cell RNA Isolation and mRNNA Analysis of
Total cellular RNA was isolated and analyzed as previously described in (27) as follows. Total cellular RNA was isolated by the rapid method described below. 100 μl of E. coli (Escherichia coliThe cultures were centrifuged and washed with ice cold TE (10 mM Tris-HCl, pH 8.0, 1 mM EDTA). Cells are suspended in 100 μl TE and an equal volume of equilibrated phenol / chloroform and 1/10 volume of loading dye solution (0.36% bromophenol blue, 0.36% xylene cyanol, Extracted directly by vortexing vigorously (50% glycerol). After centrifugation (10,000 × g, 10 minutes), a portion of the upper layer was applied directly onto modified agarose gel electrophoresis. The extracted RNA was subjected to formaldehyde-agarose gel electrophoresis (6.5% formaldehyde, 1 × MOPS buffer [20 mM 3- (N-morpholono) -propane sulfonic acid pH 7.0, 5 mM sodium acetate, 1 mM EDTA], 1% agarose). Separated by. The gel was stained with 1 μg / ml ethidium bromide solution and then photographed under UV irradiation (254 nm).
[0021]
For Northern hybridization, RNA was transferred onto a positively charged nylon membrane (Hybond-N +, Amersham International plc., Buckinghamshire, England) by the capillary method. As a hybridization probe,adhE2.1kb containing part of the geneHindIII fragment andmreB0.6kb containing part of the genePSTI fragment was used.gapAFor genes, the DNA fragment is divided into the following primer sets:
5'-GACTATCAAAGTAGGTATCAACGGT-3 '(SEQ ID NO: 2) and
5'-GATGTGAGCGATCAGGTCCAGAACT-3 '(SEQ ID NO: 3)
Was amplified by polymerase chain reaction (PCR). Northern hybridization was performed using the Gene Image kit (Amersham).
[0022]
Rifampicin-chase experiment
Logarithmically growing cells are treated with 150 μg / ml rifampicin to inhibit RNA de novo synthesis, and after a predetermined time, total RNA is extracted and analyzed as described above. The half-life of mRNA is determined by measuring its band intensity using NIH Image software.
[0023]
adhE-lacZ Construction of fusion gene
Contains the promoter sequence, 5'-untranslated region, and the first 27 bp of the coding regionadhEThe 1.3 kb upstream region of the gene is represented by the following primer set:
5’-GATGTGGCGAAGTTAACATGATGG-3 '(SEQ ID NO: 4) and
5’-GCTCTACGAGTGCGTTAACTTACGCGAC-3 '(SEQ ID NO: 5)
{In primer,HpaThe I site (underlined) has been introduced for cloning. } Was used to amplify by PCR. The amplified DNAHpaOn a mini-F plasmid digested with I and carrying the ampicillin resistance geneadhE9th codon andlacZIn the 6th codon oflacZThe gene and frame were ligated together. The resulting plasmid named pALF1 wasrng :: catIt was introduced into mutant strains and their parental strains. Expression of the AdhE-LacZ fusion was examined by SDS-polyacrylamide gel electrophoresis or by measuring β-galactosidase activity. β-galactosidase activity was measured by the method of Millar (16).
[0024]
Example 1: rng :: cat In mutants AdhE Protein overproduction
E. coli (Escherichia coli)ofrng :: catAnalyzing the mutant strain, the inventorrng :: catMutant GM11 isrng + When compared to the parent strain MC1061, it was found to produce a large amount of protein with a molecular weight of about 100 kDa (see FIG. 1).rng :: catStrain GM11 produced about 100 times more protein than the wild-type strain MC1061. Most of this 100 kDa protein was recovered in the membrane fraction. However, a significant amount of the protein was recovered in the acceptable fraction. Overproduction of the above 100 kD protein is an intact generngWhen plasmid pMEL2 (24) carrying only the gene was introduced into the mutant strain, it reverted to the wild type (see FIG. 1). This is because overproduction of the 100 kDa proteinrngThis indicates that it is due to a defect in the function of the gene.
[0025]
The above phenomenonrng :: catThis was remarkable when the mutation was introduced into the MC1061 strain. In the W3110 strain or CSH26 strain, the overproduction of the 100 kDa protein was considerably lower than that in the case of the MC1061 strain (see FIG. 6). Therefore, a further analysis of this phenomenon is possible with the MC1061 strain and itsrng :: catDerivative GM11 strain was mainly used.
[0026]
In order to identify the 100 kDa protein, the N-terminal amino acid sequence of this protein was determined. The sequence of the 18 amino acid residues in the N-terminal part of the 100 kDa protein was found to be AKGQSLQDPFLNALRRER (SEQ ID NO: 1) and it was AdhE protein, ie E. coli (Escherichia coli) 28 minutes on the mapadhEIt was identical to the gene-encoded fermentative alcohol dehydrogenase sequence (7). However, the N-terminal methionine residue was removed. The calculated molecular weight of the AdhE protein, 99,995, matched the above estimate of overproduced protein on SDS-polyacrylamide gel electrophoresis. It has been reported that this AdhE protein forms a large complex called spirosome and is mainly recovered in the precipitate by ultracentrifugation (11, 8). In addition, the AdhE disruption strainrng :: catEven when the mutation was introduced, the 100 kDa protein was no longer produced (data not shown). From these results, the present inventors concluded that the 100 kDa protein is AdhE.
[0027]
Example 2: AdhE Against protein expression rne-1 Effect of mutation
rngThe gene product, RNaseG, shows high sequence homology (14) and genetic interaction (26) with RNaseE (14) involved in mRNA degradation and rRNA processing, so we investigated the effect of RNaseE mutation on AdhE expression It was. As shown in Figure 2, MC1061rne-1 (RnaseEts) The derivative CH1828 did not overproduce the AdhE protein at the limiting temperature (43 ° C.) and the permissible temperature (30 ° C.), indicating that the above phenomenon is RNaseG-specific.
[0028]
Example 3: rng :: cat In mutation adhE m RNA Improved stability
rngSince the gene encodes RNaseG,adhE against mRNArng :: catThe effect of the mutation was examined by Northern hybridization. As shown in FIG.rng :: catIn mutant strain GM11adhE The level of mRNA isrng + About 6 times higher than the level in strain MC1061. On the other hand, it is 39 minutes on the genetic map and encodes glyceraldehyde 3-phosphate dehydrogenase in the glycolysis systemgapAMRNA level of gene (1) and on the above gene maprngImmediately upstream of the gene and encodes the morphogenic protein MreBmreBThe mRNA level of gene (5) was almost the same in both strains (see FIGS. 3 (B) and 3 (C)).
[0029]
rng :: catMutationadhEGene transcription oradhE To determine if it affects mRNA stability, a rifampicin-follow-up experiment was performed. Novel synthesis of MRNA was inhibited by treating logarithmically growing cells with 150 μg / ml rifampicin and synthesized before the addition of rifampicinadhE mRNA degradation,rng + Stock andrng :: catInvestigated in stocks. As shown in FIGS. 4 (A) and 4 (C),adhE mRNA isrng + It was degraded intracellularly with a half-life of 4.0 minutes. on the other hand,adhE mRNA isrng :: catIt was degraded in the mutant cells with a half-life of 9.7 minutes. this is,rng :: catOverproduction of AdhE protein in mutant strainsadhE It means that the stability of mRNA is improved.adhE For the stability of mRNA other than mRNArng :: catThe effect of the mutation was also investigated. As shown in FIGS. 4 (B) and 4 (D),gapA mRNA isrng + Stock andrng :: catInvestigated in stocks. As shown in FIGS. 4 (A) and 4 (C),adhE mRNA was degraded with approximately the same half-life in both strains;rng + 7.9 minutes in the cell, andrng :: cat8.6 minutes in the mutant cell. They are,rngRNaseG encoded by the geneadhE This suggests that mRNA is specifically degraded. However, this is because RNaseGadhE It does not exclude the possibility of degrading mRNA other than mRNA.
[0030]
Example 4: RNaseG -In dependency stability control adhE mRNA of Five ' - Involvement of non-translated domains
To examine what factors are involved in stability control by RNaseG,adhE-lacZThe fusion gene was constructed as described in the experimental procedure below. In the framelacZContains the promoter sequence, 5'-untranslated region, and the first 27 bp of the coding region linked to the geneadhEPlasmid pALF1, carrying the 1.3 kb upstream region of the gene, was designated MC1061 (rng + ) And GM11 (rng :: cat). As shown in FIG. 5 (A), the AdhE-LacZ fusion protein is a chromosome.adhETo almost the same level as the intact AdhE protein encoded by the gene,rng :: catOverproduction in mutant strain GM11. GM11 (rng :: cat)InsideadhE-lacZΒ-galactosidase activity expressed from the fusion gene is expressed in its parent strain MC1061 (rng + ) Was about 3.6 times higher than the activity in) (see FIG. 5B). this is,adhEThis means that most of the coding region of the gene is not required for stability control by RNaseG.
[0031]
Plasmid ALF1 is converted to CSH26 (rng + ) And itsrng :: catThe derivative GC11 was introduced. Interestingly, the expression level of the AdhE-LacZ fusion protein is higher than the level in MC1061rng + Even in the background, it was fairly low (about 1/5) in CSH26. However,rng :: catThe rate of increase in β-galactosidase activity due to the introduction of the mutation was almost the same in CSH26 and MC1061 (see FIG. 5B). this is,adhEThat some unknown trans-acting factors that would affect the basic transcriptional level of the gene vary between MC1061 and CSH26 (and possibly W3110), and thisrng :: catIt suggests that it is unrelated to the effect of the mutation.
[0032]
【The invention's effect】
The present invention provides a novel overexpression system by controlling the stability of transcribed mRNA instead of the conventional regulation of gene expression by transcription control. In the expression system according to the present invention, the target protein can be produced in large quantities while minimizing wasteful transcription that consumes energy molecules (nucleotide triphosphates).
[0033]
Figure 0004555920
Figure 0004555920
Figure 0004555920
Figure 0004555920
[0034]
[Sequence Listing]
Figure 0004555920
Figure 0004555920

[Brief description of the drawings]
[Figure 1]rng :: catPhotograph of electrophoresis gel showing overexpression of AdhE protein in mutant strain GM11. MC1061 (rng +), GM11 (rng :: cat), And GM11 / pMEL2 (rng :: cat / rng +) Cell proteins were fractionated into a soluble fraction and a membrane fraction and analyzed on 7.5% SDS-polyacrylamide gel electrophoresis as previously described during the experimental procedure. Coomassie brilliant blue stained gel. The numbers shown on the left of the gel are molecular weights (x kDa).
[Figure 2] AdhE protein expressionrne-1A photograph of an electrophoresis gel showing the effect of the mutation. MC1061 cultured at 30 ℃ (rng +), GM11 (rng :: cat), And CH1828 (rne-1), And CH1828 cultured at 30 ° C. until the logarithmic growth phase (OD660 = 0.3) and further shifted to 43 ° C. for 3 hours was analyzed on 7.5% SDS-polyacrylamide gel electrophoresis. Coomassie brilliant blue stained gel. The numbers shown on the left of the gel are molecular weights (x kDa).
[Fig. 3]adhE,gapA,as well asmreB against mRNArng :: catNorthern hybridization results showing the effect of the mutation. MC1061 (rng +) And GM11 (rng :: cat), As described in the experimental procedure,adhE(A),gapA(B), andmreB(C) Analyzed by Northern hybridization with a DNA probe for the gene.
FIG. 4 Results of rifampicin-follow-up experiment. MC1061 (rng +) And GM11 (rng :: cat) Cultures of RNAde novoTreated with 150 μg / ml rifampicin to inhibit synthesis. RNA is extracted at a given time and as in FIG.adhE(A) andgapA(B) Analysis was performed by Northern hybridization using a DNA probe for the gene. MRNA half-life (T1/2) Was determined by measuring the band intensity using NIH Image software.
[Figure 5]adhE-lacZAgainst fusion gene expressionrng :: catIt is the photograph of the electrophoresis gel showing the effect of a mutation.adhE-lacZThe plasmid ALF1 carrying the fusion gene is called MC1061 (rng +),Thatrng :: catDerivative GM11 or CSH26 (rng +) And itsrng :: catThe derivative GC11 was introduced. Expression of the AdhE-LacZ fusion protein was examined by 7.5% SDS-polyacrylamide gel electrophoresis (A) or by measuring β-galactosidase activity (B). Mean ± SD (n = 3) is shown.

Claims (12)

目的タンパク質をコードする遺伝子のmRNAの安定性を向上させることによる該タンパク質の生産方法であって、以下の工程:mRNA分解酵素であるRNaseGの欠損株に、該欠損株が過剰発現するポリペプチドであるAdhEをコードする遺伝子の5’-非翻訳領域に上記目的タンパク質をコードする遺伝子を作用可能な状態で連結した発現ベクターを、導入し、これにより転写されたmRNAの安定性を向上させ;得られた株を培養し;そして上記目的タンパク質を回収する;を含む、前記生産方法。A method of producing the protein by improving the stability of mRNA of a gene encoding the target protein, comprising the following steps: a polypeptide in which the defective strain is overexpressed in a strain deficient in RNaseG which is an mRNA degrading enzyme An expression vector in which a gene encoding the target protein is operably linked to the 5′-untranslated region of a gene encoding AdhE is introduced, thereby improving the stability of the transcribed mRNA; Culturing the obtained strain; and recovering the target protein. 前記欠損株が大腸菌(Escherichia coli) K-12株由来である、請求項1に記載の方法。The method according to claim 1, wherein the defective strain is derived from Escherichia coli K-12. 前記欠損株がGM11(rng::cat)である、請求項に記載の方法。The method according to claim 2 , wherein the defective strain is GM11 ( rng :: cat ). 前記目的のタンパク質がβ−ガラクトシダーゼである、請求項1〜のいずれか1項に記載の方法。The method according to any one of claims 1 to 3 , wherein the target protein is β-galactosidase. 前記発現ベクターが作用可能な状態でプロモーター配列をさらに含む、請求項1〜のいずれか1項に記載の方法。The method according to any one of claims 1 to 4 , further comprising a promoter sequence in a state in which the expression vector can act. 前記発現ベクターがpALF1である、請求項に記載の方法。6. The method according to claim 5 , wherein the expression vector is pALF1. 目的タンパク質の発現系であって:mRNA分解酵素であるRNaseGの欠損株;並びに発現ベクターであって:上記欠損株が過剰発現するポリペプチドであるAdhEをコードする遺伝子の5’-非翻訳領域;及び上記目的タンパク質をコードする遺伝子;を作用可能な状態で含むもの;を含み、ここで、上記発現ベクターが上記欠損株内に導入されており、これにより上記目的タンパク質をコードする遺伝子のmRNAの安定性が高められる、前記発現系。An expression system for the target protein: a RNaseG deficient strain that is an mRNA degrading enzyme; and an expression vector: a 5′-untranslated region of a gene encoding AdhE that is a polypeptide overexpressed by the deficient strain; Wherein the expression vector is introduced into the deficient strain, whereby the mRNA of the gene encoding the target protein is introduced. Said expression system, wherein stability is enhanced. 前記欠損株が大腸菌(Escherichia coli) K-12株由来である、請求項7に記載の発現系。The expression system according to claim 7, wherein the defective strain is derived from Escherichia coli K-12 strain. 前記欠損株がGM11(rng::cat)である、請求項に記載の発現系。The expression system according to claim 8 , wherein the defective strain is GM11 ( rng :: cat ). 前記目的のタンパク質がβ−ガラクトシダーゼである、請求項のいずれか1項に記載の発現系。The expression system according to any one of claims 7 to 9 , wherein the target protein is β-galactosidase. 前記発現ベクターが作用可能な状態でプロモーター配列をさらに含む、請求項10のいずれか1項に記載の発現系。The expression system according to any one of claims 7 to 10 , further comprising a promoter sequence in a state where the expression vector can act. 前記発現ベクターがpALF1である、請求項11に記載の発現系。The expression system according to claim 11 , wherein the expression vector is pALF1.
JP2001042034A 2001-02-19 2001-02-19 Protein mass expression system by mRNA stability control Expired - Fee Related JP4555920B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2001042034A JP4555920B2 (en) 2001-02-19 2001-02-19 Protein mass expression system by mRNA stability control

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2001042034A JP4555920B2 (en) 2001-02-19 2001-02-19 Protein mass expression system by mRNA stability control

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2002238576A JP2002238576A (en) 2002-08-27
JP4555920B2 true JP4555920B2 (en) 2010-10-06

Family

ID=18904390

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2001042034A Expired - Fee Related JP4555920B2 (en) 2001-02-19 2001-02-19 Protein mass expression system by mRNA stability control

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4555920B2 (en)

Also Published As

Publication number Publication date
JP2002238576A (en) 2002-08-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Prieto et al. PhaF, a polyhydroxyalkanoate-granule-associated protein of Pseudomonas oleovorans GPo1 involved in the regulatory expression system for pha genes
US20220290187A1 (en) Class ii, type v crispr systems
Umitsuki et al. Involvement of RNase G in in vivo mRNA metabolism in Escherichia coli
JP5013375B2 (en) Single protein production in living cells promoted by messenger RNA interference enzyme
WO2021224152A1 (en) Improving expression in fermentation processes
Lee et al. Cloning and characterization of two groESL operons of Rhodobacter sphaeroides: transcriptional regulation of the heat-induced groESL operon
KR101461408B1 (en) Novel selection system
KR20220150328A (en) Methods of producing constitutive bacterial promoters conferring low to medium expression
Li et al. Deletion of the topoisomerase III gene in the hyperthermophilic archaeon Sulfolobus islandicus results in slow growth and defects in cell cycle control
JPH09510360A (en) DNA encoding an enzyme of glycolytic pathway used in alcohol-producing yeast
Wachi et al. A novel RNase G mutant that is defective in degradation of adhE mRNA but proficient in the processing of 16S rRNA precursor
JP4555920B2 (en) Protein mass expression system by mRNA stability control
Starlinger et al. mRNA distal to polar nonsense and insertion mutations in the gal operon of E. coli
JP3549210B2 (en) Plasmid
CN112410353B (en) fkbS gene, genetic engineering bacterium containing fkbS gene, and preparation method and application of fkbS gene
JPH04252180A (en) Method for obtaining glucose-6-phosphoric acid dehydrogenase dna, microorganism and dna, method for obtaining glucose-6-phosphoric acid dehydro- nase and method and reagent for enzymatic measure- ment of glucose-6-phosphoric acid content in sample solution
EP1688491B1 (en) Novel plasmids and utilization thereof
CN115074361A (en) Strong promoter from fungus and application thereof
CN115176018A (en) Shuttle vectors for expression in E.coli and Bacillus
WO2003027280A1 (en) Gene overexpression system
Chatfield et al. Conjugative transfer of IncI1 plasmid DNA primase
Mandrand-Berthelot et al. Construction and expression of hybrid plasmids containing the structural gene of the Escherichia coli K-12 3-deoxy-2-oxo-D-gluconate transport system
JP4122580B2 (en) Hexulose phosphate isomerase gene
CN116240199B (en) Mutant ribonuclease R and application thereof
WO1998044116A1 (en) Gene encoding recombinant trehalose phosphorylase, vector containing the gene, transformant transformed by the gene, and method for producing recombinant trehalose phosphorylase with the use of the transformant

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20070417

A711 Notification of change in applicant

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A711

Effective date: 20071023

RD02 Notification of acceptance of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422

Effective date: 20071116

A711 Notification of change in applicant

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A711

Effective date: 20071023

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20100316

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20100420

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20100518

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20100615

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130730

Year of fee payment: 3

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees