JP4857260B2 - 低温性微生物由来エンドヌクレアーゼ - Google Patents

低温性微生物由来エンドヌクレアーゼ Download PDF

Info

Publication number
JP4857260B2
JP4857260B2 JP2007507147A JP2007507147A JP4857260B2 JP 4857260 B2 JP4857260 B2 JP 4857260B2 JP 2007507147 A JP2007507147 A JP 2007507147A JP 2007507147 A JP2007507147 A JP 2007507147A JP 4857260 B2 JP4857260 B2 JP 4857260B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
sequence
polypeptide
nucleic acid
amino acid
activity
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.)
Active
Application number
JP2007507147A
Other languages
English (en)
Other versions
JPWO2006095769A1 (ja
Inventor
尚之 粟津
俊浩 小代
晃 高蔵
正成 北川
博之 向井
郁之進 加藤
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.)
Takara Bio Inc
Original Assignee
Takara Bio Inc
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 Takara Bio Inc filed Critical Takara Bio Inc
Priority to JP2007507147A priority Critical patent/JP4857260B2/ja
Publication of JPWO2006095769A1 publication Critical patent/JPWO2006095769A1/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP4857260B2 publication Critical patent/JP4857260B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12NMICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N9/00Enzymes; Proenzymes; Compositions thereof; Processes for preparing, activating, inhibiting, separating or purifying enzymes
    • C12N9/14Hydrolases (3)
    • C12N9/16Hydrolases (3) acting on ester bonds (3.1)
    • C12N9/22Ribonucleases RNAses, DNAses
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12NMICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N1/00Microorganisms, e.g. protozoa; Compositions thereof; Processes of propagating, maintaining or preserving microorganisms or compositions thereof; Processes of preparing or isolating a composition containing a microorganism; Culture media therefor
    • C12N1/08Reducing the nucleic acid content
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12PFERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P19/00Preparation of compounds containing saccharide radicals
    • C12P19/26Preparation of nitrogen-containing carbohydrates
    • C12P19/28N-glycosides
    • C12P19/30Nucleotides
    • C12P19/34Polynucleotides, e.g. nucleic acids, oligoribonucleotides
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12PFERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P21/00Preparation of peptides or proteins
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12QMEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
    • C12Q1/00Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions
    • C12Q1/68Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions involving nucleic acids
    • C12Q1/6844Nucleic acid amplification reactions
    • C12Q1/6848Nucleic acid amplification reactions characterised by the means for preventing contamination or increasing the specificity or sensitivity of an amplification reaction

Description

本発明は、遺伝子工学用試薬あるいは工業用酵素として有用な、低温〜常温において高い活性を有するエンドヌクレアーゼ活性を有するポリペプチドならびに該ポリペプチドをコードする核酸、該ポリペプチドの製造方法、さらに該ポリペプチドを用いた核酸の分解方法およびタンパク質抽出液の粘性の低減方法に関する。
エンドヌクレアーゼは遺伝子工学用試薬として有用な酵素であり、RT−PCRを行う前のゲノムDNAの除去、T7あるいはSP6 RNAポリメラーゼを用いたRNA合成反応後に鋳型DNAを分解する反応、DNAライブラリ合成、フットプリント法、タンパク質溶液中の核酸の除去、タンパク質抽出液の粘性の低減あるいは2次元電気泳動サンプルの前処理などに幅広く利用されている。
高分子核酸分解酵素(ヌクレアーゼ)は、その作用様式に基づき、(a)高分子核酸の糖リン酸鎖(主鎖)の内部のリン酸ジエステル結合を加水分解するエンドヌクレアーゼ、(b)主鎖の5’および/または3’末端から順次切断を行うエキソヌクレアーゼ、に分類される。
さらに、エンドヌクレアーゼはその基質に基づき、(a)DNAを分解するデオキシリボヌクレアーゼ(DNase)、(b)RNAを分解するリボヌクレアーゼ(RNase)、(c)DNAおよびRNAを分解する酵素(これを単にヌクレアーゼということもある)、に分類することができる。
上記エンドヌクレアーゼのうち(a)デオキシリボヌクレアーゼとしては、(i)二本鎖および一本鎖DNAに作用して3’−OH末端、5’−P末端を有するオリゴヌクレオチドに分解するデオキシリボヌクレアーゼI(DNaseI)、(ii)二本鎖および一本鎖DNAに作用して3’−P末端、5’−OH末端を有するオリゴヌクレオチドに分解するデオキシリボヌクレアーゼII(DNaseII)、(iii)一本鎖DNA分子内のシトシンの5’側のホスホジエステル結合を選択的に切断し、3’−OH末端、5’−P末端を有するオリゴヌクレオチドに分解するエンドデオキシリボヌクレアーゼIV、(iv)特定の塩基配列を認識し切断する制限エンドヌクレアーゼ(制限酵素)、などが例示される。
例えばデオキシリボヌクレアーゼIは、EC 3.1.21.1に分類され(例えば、非特許文献1参照)、上記活性の他、二本鎖DNA両鎖において、それぞれ別の部位でホスホジエステル結合を加水分解し、一本鎖切断(nicking)をおこし、次第に高分子核酸を低分子化する活性を有すること、基質によって反応速度が異なり、二本鎖DNA>一本鎖DNA>オリゴヌクレオチドの順に遅くなること、また塩基配列に対する特異性がないか極めて低いことが知られている。
デオキシリボヌクレアーゼIは、ヒト、ウシ、ブタ、ヒツジ、ラット、マウス、ウサギ、ニワトリ、魚類などの膵・腎・肝・心臓・血清など、Streptococcus属細菌、大腸菌、T4ファージ、λファージ、などにその存在が確認されている。
デオキシリボヌクレアーゼIは、核酸増幅反応における偽陽性(pseudopositive)を防止するために利用されている。
PCR反応系に鋳型DNAおよびDNAポリメラーゼを添加する前にデオキシリボヌクレアーゼIを添加し、コンタミしている核酸やプライマーと非特異的結合をしている核酸などを分解するためにDNaseIが使用されている(例えば、非特許文献2参照)。
PCRを行う前にデオキシリボヌクレアーゼIを失活させる必要があるが、当該デオキシリボヌクレアーゼは高温でも安定して活性を有し、失活させるためには30分間煮沸しなければならない。
この問題を解決するため、低温〜常温において活性を示すが、中高温において容易に失活する酵素を用いる方法が開発されている。
例えば、特許文献1記載の小エビPandalus borealis由来DNaseは、12℃では活性を示さないが、22〜37℃において活性を示すことが記載されている。しかしながら、該酵素は一本鎖DNAを分解することはできない。また、該酵素を完全に失活させるためには94℃にて5分間保持する必要がある。
また、特許文献2には、海水中および海洋生物から単離された微生物由来DNaseおよびプロテアーゼが記載されている。該DNaseは由来となる微生物によって温度感受性が多少異なるが、20℃以上で活性を示し、50〜60℃以上で失活する。しかしながら、該DNaseに関して、二本鎖DNAを分解することは記載されているが、一本鎖DNAを分解するかどうかに関する記載はない。また、温度感受性以外の理化学的性質やアミノ酸配列、該DNaseをコードする核酸の塩基配列については何ら記載されていない。
また、エンドヌクレアーゼのうち(c)のDNAおよびRNAを分解する活性を有するエンドヌクレアーゼは、遺伝子工学用試薬として有用な酵素であり、さらにタンパク質溶液中の核酸の除去、タンパク質抽出液の粘性の低減あるいは2次元電気泳動サンプルの前処理などに使われている。
例えば、Serratia marcescensのヌクレアーゼ(例えば特許文献3、非特許文献3参照)、カイコのヌクレアーゼSW、マングマメのヌクレアーゼ、ポテトおよびAzotobactor agilisのヌクレアーゼ(例えば、非特許文献4参照)などが知られている。反応機構は、2本鎖および1本鎖DNA、合成ポリヌクレオチドの分子内のリン酸ジエステル結合を特異的に切断して5´−ジ−およびトリヌクレオチドを生成するものである。
上記活性を有するエンドヌクレアーゼのうち、一本鎖、二本鎖、その他の形状に関係なく、すべての種類のDNAおよびRNA基質に作用するものは、タンパク質溶液中の核酸の除去、タンパク質抽出液の粘性の低減あるいは2次元電気泳動サンプルの前処理に使われている(例えば、特許文献3参照)。例えば、ノバジェン社製のBenzonase(登録商標) Nucleaseがそのような目的で使用されている。
上記活性を有するエンドヌクレアーゼは、タンパク質抽出液の粘性を低減させる目的で、細胞破砕上清に添加して使用できる。細胞破砕によって目的タンパク質を抽出する際、破砕処理中に生ずる熱や機械力によってタンパク質が変性し、活性の低下を招くおそれがある。それを防ぐため、細胞破砕の間、氷で冷却した緩衝液を用いたり、氷中で冷やしながら行うのが一般的である。また、破砕処理後も目的タンパク質が熱に弱いときはもちろん、抽出液中のタンパク質分解酵素の働きを抑えるためにも抽出液を冷却することが必要である。
さらに、微生物などの急速に増殖する細胞から得た抽出液には大量の核酸物質が含まれているが、その後のサンプル処理を容易にするためにも、抽出液の段階で粘性を低減することが重要になってくる。
そのため、冷却された細胞抽出液の段階で粘性を低減することが必要となる。また、目的タンパク質が熱に弱いときは目的タンパク質に影響を与えないためにも、低温〜常温において上記活性を示すエンドヌクレアーゼを開発することが必要である。
低温でもDNAおよびRNAを分解する活性を保持するエンドヌクレアーゼについての知見はない。
国際公開第99/07887号パンフレット 国際公開第01/18230号パンフレット 米国特許第5173418号明細書 Nomenclature Committee of the International Union of Biochemistry and Molecular Biology (http://www.chem.qmul.ac.uk/iubmb/enzyme/) Furrer B.ら、Nature、第346巻、第6282号、第324頁(1990年) George N.Eavesら、J.Bacteriol.、第85巻、第273〜278頁(1963年) Audrey Stevensら、J.Biol.Chem.、第235巻、第3016〜3022頁、第3023〜3027頁(1960年)
本発明の目的は、遺伝子工学用試薬として、さらに工業用酵素として有用な、ゲノムDNAの除去、RNA合成反応後に鋳型DNAを分解する反応、DNAライブラリ合成、フットプリント法、タンパク質溶液中の核酸の除去、タンパク質抽出液の粘性の低減、2次元電気泳動サンプルの前処理およびウイルス精製時の前処理などのいずれにおいても有用なエンドヌクレアーゼ活性を有するポリペプチドならびに該ポリペプチドをコードする核酸を提供することにある。
また、本発明の目的は、当該エンドヌクレアーゼ活性を有するポリペプチドの製造方法ならびに該エンドヌクレアーゼ活性を有するポリペプチドを用いた核酸の分解方法およびタンパク質抽出液の粘性の低減方法を提供することにある。
本発明者らは鋭意研究の結果、低温性微生物であるShewanella sp. Ac10株から低温域において活性を有するエンドヌクレアーゼをコードする核酸を見出し、該遺伝子をクローニングしてエンドヌクレアーゼポリペプチドを製造し、本発明を完成させた。
すなわち、本発明の第1の発明は、下記(a)〜(e)からなる群より選択されるポリペプチドであって、かつエンドヌクアレーゼ活性を有することを特徴とするポリペプチド:
(a)配列表の配列番号10記載のアミノ酸配列またはその一部を有するポリペプチド;
(b)配列表の配列番号10記載のアミノ酸配列またはその一部を有するアミノ酸配列において、1もしくは複数個のアミノ酸が置換、欠失、挿入あるいは付加されたポリペプチド;
(c)配列表の配列番号10記載のアミノ酸配列と少なくとも60%の配列相同性を有するポリペプチド;
(d)配列表の配列番号11記載の塩基配列によってコードされるアミノ酸配列を有するポリペプチド;および
(e)配列表の配列番号11記載の塩基配列の相補鎖にストリンジェントな条件下においてハイブリダイズ可能な塩基配列によってコードされるアミノ酸配列を有するポリペプチド、に関する。
本発明の第2の発明は、少なくとも下記(a)、(b)の理化学的性質を有することを特徴とする本発明の第1の発明のポリペプチド:
(a)基質特異性:線状二本鎖DNA、環状二本鎖DNA、一本鎖DNA、RNAに作用する;
(b)低温での反応性:0〜10℃での活性が20℃での活性の30%以上を保持する、に関する。
本発明の第3の発明は、下記(a)〜(h)からなる群より選択される核酸であって、かつエンドヌクレアーゼ活性を有することを特徴とするポリペプチドをコードする核酸:
(a)配列表の配列番号10記載のアミノ酸配列またはその一部を有するアミノ酸配列をコードする核酸;
(b)配列表の配列番号10記載のアミノ酸配列またはその一部を有するアミノ酸配列において、1もしくは複数個のアミノ酸が置換、欠失、挿入あるいは付加されたアミノ酸配列をコードする核酸;
(c)配列表の配列番号10記載のアミノ酸配列と少なくとも60%の配列相同性を有するアミノ酸配列をコードする核酸;
(d)配列表の配列番号11記載の塩基配列を有する核酸またはその一部を有する核酸;
(e)配列表の配列番号11記載の塩基配列を有する核酸またはその一部を有する核酸において、1もしくは複数個の塩基が置換、欠失、挿入あるいは付加された核酸;
(f)前記(a)〜(e)いずれか記載の核酸またはその相補鎖とストリンジェントな条件下においてハイブリダイズし得る核酸;
(g)前記(a)〜(f)いずれか記載の核酸と縮重を介して異なる塩基配列を有する核酸;および
(h)前記(a)〜(g)いずれか記載の核酸の塩基配列と少なくとも60%の配列相同性を有する塩基配列を有する核酸、に関する。
本発明の第4の発明は、本発明の第3の発明の核酸を含んでなる、組換えDNA、に関する。
本発明の第5の発明は、本発明の第3の発明の核酸を保持してなる、形質転換体、に関する。
本発明の第6の発明は、本発明の第5の発明の形質転換体を培養する工程、およびエンドヌクレアーゼ活性を有するポリペプチドを培養物中から回収する工程を包含することを特徴とする、エンドヌクレアーゼ活性を有するポリペプチドの製造方法、に関する。
本発明の第7の発明は、本発明の第1の発明のポリペプチドを用いて核酸を分解する工程を包含する核酸の分解方法、に関する。
本発明の第8の発明は、本発明の第1の発明のポリペプチドを用いてタンパク質抽出液を処理する工程を包含するタンパク質抽出液の粘性の低減方法、に関する。
本発明により、遺伝子工学用試薬として、さらに工業用酵素として、ゲノムDNAの除去、RNA合成反応後に鋳型DNAを分解する反応、DNAライブラリ合成、フットプリント法、タンパク質溶液中の核酸の除去、タンパク質抽出液の粘性の低減、2次元電気泳動サンプルの前処理およびウイルス精製時の前処理などのいずれにおいても有用なエンドヌクレアーゼ活性を有するポリペプチドならびに該ポリペプチドをコードする核酸ならびに当該エンドヌクレアーゼ活性を有するポリペプチドの製造方法が提供される。本発明のエンドヌクレアーゼ活性を有するポリペプチドは、例えば、核酸増幅反応の前処理、RNA合成後の鋳型核酸処理、タンパク質抽出液の前処理、タンパク質溶液中の核酸除去による精製において好適に使用できる。
図1は、低温性微生物由来DNaseの活性測定試験結果を示す図である。 図2は、低温性微生物由来DNaseの熱安定性試験結果を示す図である。 図3は、低温性微生物由来DNaseの至適温度試験結果を示す図である。 図4は、低温性微生物由来DNaseの基質特異性試験結果を示す図である。 図5は、EDTAの低温性微生物由来DNaseの反応に対する影響試験結果を示す図である。 図6は、低温性微生物由来DNaseの至適pH試験結果を示す図である。 図7は、低温性微生物由来DNaseのpH安定性試験結果を示す図である。 図8は、本発明のエンドヌクレアーゼの活性測定試験結果を示す図である。 図9は、本発明のエンドヌクレアーゼの分子量を調べたSDSポリアクリルアミド電気泳動試験結果を示す図である。 図10は、本発明のエンドヌクレアーゼとBenzonaseとの低温での反応性比較試験結果を示す図である。 図11は、本発明のエンドヌクレアーゼの基質特異性試験結果を示す図である。 図12は、本発明のエンドヌクレアーゼの至適pH試験結果を示す図である。 図13−1は、本発明のエンドヌクレアーゼの種々添加剤の影響を調べた結果を示す図である。 図13−2は、本発明のエンドヌクレアーゼの種々添加剤の影響を調べた結果を示す図である。 図13−3は、本発明のエンドヌクレアーゼの種々添加剤の影響を調べた結果を示す図である。 図13−4は、本発明のエンドヌクレアーゼの種々添加剤の影響を調べた結果を示す図である。 図14は、本発明のエンドヌクレアーゼとDNaseIの低温で大腸菌からタンパク質抽出する際の粘性の低減効果を示す電気泳動結果である。 図15は、本発明のエンドヌクレアーゼとDNaseIの低温で大腸菌からタンパク質抽出する際の粘性の低減効果を示す電気泳動結果である。 図16は、本発明のエンドヌクレアーゼとDNaseIの大腸菌ゲノムDNA分解反応比較試験結果を示す図である。 図17は、本発明のエンドヌクレアーゼとDNaseIの大腸菌ゲノムDNA分解反応比較試験結果を示す図である。
本明細書においてエンドヌクレアーゼ活性を有するポリペプチドとは、高分子核酸の糖リン酸鎖(主鎖)の内部のリン酸ジエステル結合を加水分解する反応を触媒するポリペプチドのことをいう。
本明細書においてDNaseとは、二本鎖および一本鎖DNAに作用して3’−OH末端、5’−P末端を有するオリゴヌクレオチドに分解する反応を触媒するポリペプチドのことをいう。
本明細書において低温とは、20℃未満の温度を指し、常温(中温)とは、20〜50℃の範囲の温度を指し、高温とは、50℃より高い温度を指す。
以下、本発明を詳細に説明する。
(1)本発明のエンドヌクレアーゼ活性を有するポリペプチドおよび該ポリペプチドをコードする核酸
本発明のエンドヌクレアーゼ活性を有するポリペプチドは、配列表の配列番号10もしくは配列番号3に示されるアミノ酸配列からなるか、あるいはこれと実質的に同等の活性を有する機能的同等物であってもよい。
ここで、本明細書に記載の「機能的同等物」として、配列表の配列番号10もしくは配列番号3に示されるアミノ酸配列において、1以上の、例えば、1もしくは複数個、より具体的には1〜10個のアミノ酸残基が置換、欠失、挿入または付加などされたアミノ酸配列を有するポリペプチドが挙げられる。
本発明によって開示されたポリペプチドのアミノ酸配列(配列表の配列番号10もしくは配列番号3)に少なくとも60%、好ましくは70%、より好ましくは80%、特に好ましくは90%の相同性を有し、かつ、エンドヌクレアーゼ活性を有するポリペプチドは、本発明の範囲内に属するものである。
さらに、遺伝子工学的にポリペプチドの生産を行う際には融合ポリペプチドとして発現させることがしばしば行われる。たとえば目的ポリペプチドの発現量を増加させるためにN末端に他のポリペプチド由来のN末端ペプチド鎖を付加したり、目的ポリペプチドのN末端、あるいはC末端に適当なペプチド鎖を付加して発現させ、このペプチド鎖に親和性を持つ担体を使用することにより目的ポリペプチドの精製を容易にすることなどが行われている。従って本発明のエンドヌクレアーゼ活性を有するポリペプチドとは一部異なったアミノ酸配列を有するエンドヌクレアーゼ活性を有するポリペプチドであっても、それが本発明のエンドヌクレアーゼ活性を有するポリペプチドと本質的に同等の活性を示す限りにおいて、該酵素は「機能的同等物」として本発明の範囲内に属するものである。
本発明のエンドヌクレアーゼ活性を有するポリペプチドをコードする核酸としては、配列表の配列番号10もしくは配列番号3に示されるアミノ酸配列をコードする塩基配列の全部又は一部を含む核酸、例えば、配列表の配列番号11もしくは配列番号4に示される塩基配列の全部又は一部を含む核酸が挙げられる。また、配列表の配列番号10もしくは配列番号3のアミノ酸配列において、1以上の、例えば1もしくは複数個、より具体的には1〜10個のアミノ酸が置換、欠失、挿入または付加などされたアミノ酸配列からなり、かつエンドヌクレアーゼとしての活性を有するポリペプチドをコードする核酸も挙げられる。
また、さらにこれらの配列あるいはその相補鎖とストリンジェントな条件下でハイブリダイズ可能で、かつ下記エンドヌクレアーゼとしての活性を有するポリペプチドをコードする塩基配列も本発明の範囲内である。ここで、「ストリンジェントな条件下でハイブリダイズ可能」とは、特に本発明を限定するものではないが、0.5%SDS、0.1%ウシ血清アルブミン、0.1%ポリビニルピロリドン、0.1%フィコール400、0.01%変性サケ精子DNAを含む6×SSC(1×SSCは、0.15M NaCl、0.015M クエン酸ナトリウム、pH7.0である)中、65℃にて12〜20時間インキュベートした後、0.5%SDSを含む2×SSC中、65℃にて30分間洗浄を行っても、本発明の核酸またはその相補鎖とハイブリダイズしていることを言う。
さらに、本発明によって開示された塩基配列(配列表の配列番号11もしくは配列番号4)に少なくとも60%、好ましくは70%、より好ましくは80%、特に好ましくは90%の相同性を有する核酸は、本発明の範囲内に属するものである。
上記相同性は、例えばコンピュータープログラム DNASIS−Mac(タカラバイオ社製)、コンピュータアルゴリズム FASTA〔バージョン3.0;Pearson W.R.およびLipman D.J.、Pro. Natl. Acad. Sci. USA、第85巻、第8号、第2444〜2448頁(1988年)〕、コンピュータアルゴリズム BLAST〔バージョン2.0;Altschul S.F.ら、Nucleic Acids Res.、第25巻、第17号、第3389〜3402頁(1997年)〕などによって測定することができる。
本発明のエンドヌクレアーゼ活性を有するポリペプチドをコードする核酸と縮重を介して異なる塩基配列を有する核酸は、本発明の範囲内に属するものである。
ここで本明細書に記載の「アミノ酸配列をコードする塩基配列を含む核酸」なる用語について説明する。遺伝子上でアミノ酸を指定するコドン(3つの塩基の組み合わせ)はアミノ酸の種類ごとに1〜6種類ずつが存在することが知られている。従って、あるアミノ酸配列をコードする核酸は、そのアミノ酸配列にもよるが、多数存在することができる。
本明細書中に開示された塩基配列と同一の塩基配列を有する核酸ではなくても、それが本発明中に開示されたアミノ酸配列をコードする限り該核酸は本発明に包含されるものである。
また、本発明の核酸は、本発明のエンドヌクレアーゼ活性を有するポリペプチドをコードするものであればDNA、RNA、DNAとRNAのキメラヌクレオチドのいずれであってもよく、さらに修飾ヌクレオチドを含有していてもよい。その形態は、二本鎖、一本鎖のいずれであってもよい。
本発明のエンドヌクレアーゼ活性を有するポリペプチドは、Serratia marcescensのヌクレアーゼであるBenzonase Nuclease(ノバジェン社製)と比較して、低温において高いエンドヌクレアーゼ活性を保持する特徴を有したポリペプチドである。
本発明の配列表の配列番号10に示されるアミノ酸配列、あるいは配列表の配列番号11に示される塩基配列の全部又は一部を含む核酸によりコードされるアミノ酸配列、また、配列表の配列番号10のアミノ酸配列において、1以上の、例えば1もしくは複数個、より具体的には1〜10個のアミノ酸が置換、欠失、挿入または付加などされたアミノ酸配列からなり、かつエンドヌクレアーゼとしての活性を有するポリペプチドの理化学的性質は、以下(a)〜(l)の通りである。
(a)基質特異性:線状二本鎖DNA、環状二本鎖DNA,一本鎖DNA、RNAに対して活性を示す。
(b)低温での反応性:0〜10℃での活性が20℃での活性の30%以上を保持している。
(c)活性を有する温度範囲:0〜50℃
(d)pH安定性:37℃、30分間の処理に対し、pH6〜10の範囲で活性を保持している。
(e)分子量:SDS−PAGE法により25〜31kDaである。
(f)至適マグネシウムイオン濃度:60〜120mM
(g)至適ナトリウムイオン濃度:0〜167mM
(h)至適カリウムイオン濃度:0〜167mM
(i)至適カルシウムイオン濃度:0〜42mM
(j)至適ジチオスレイトール濃度:0〜167mM
(k)至適2−メルカプトエタノール濃度:0〜333mM
(l)至適硫酸アンモニウム濃度:0〜83mM
本発明のエンドヌクレアーゼ活性を有するポリペプチドは、上記理化学的性質を有しているものであれば特に限定はされないが例えば、Shewanella sp. Ac10株から得ることができる。
生化学的特性を解析したところ、本発明のエンドヌクレアーゼ活性を有するポリペプチドは、タンパク質溶液中の核酸の除去やタンパク質抽出液の粘性の低減に適している。特に、低温での上記用途での使用に適している。
本明細書において、低温での反応性は、以下のようにして算出することができる。
まず、調べたいエンドヌクレアーゼ活性を有するポリペプチドについて、酵素ユニット量を決定する。例えば、基質としてサケ精巣由来DNA(和光純薬社製)を用い、基質溶液(40μg/ml、100mM トリス−塩酸緩衝液(pH7.5)、5mM 塩化マグネシウム)500μlにエンドヌクレアーゼ活性を有するポリペプチドのサンプル100μlを加えた反応系で、37℃において260nmの吸光度を1分間に0.001増加させる酵素量を1Uとする。
次に、上記基質溶液 500μlに、これに上記方法により決定された2.3Uのエンドヌクレアーゼ活性を有するポリペプチド含有溶液(10mM トリス−塩酸緩衝液(pH7.5)、10mM 塩化マグネシウム)100μlを加えたものを反応液とする。
当該活性測定は、上記反応液を0、5、10、15、20℃の各種温度において、10分間反応させた後、260nmの吸光度の増加量を測定することにより算出する。
次に20℃でのエンドヌクレアーゼ活性を100として各温度における相対活性(%)を計算し比較することにより低温での反応性を評価することができる。
例えば、本発明のエンドヌクレアーゼ活性を有するポリペプチドは0〜10℃での相対活性が30〜70%程度であるのに対して、Benzonase Nuclease(ノバジェン社製)は、0〜10℃での相対活性が0〜20%程度まで著しく低下する。従って、本発明のエンドヌクレアーゼ活性を有するポリペプチドは、市販のBenzonase Nucleaseと比較して、低温において、特に0〜10℃において、高いエンドヌクレアーゼ活性を保持している。
また、配列表の配列番号3に示されるアミノ酸配列、あるいは配列表の配列番号4に示される塩基配列の全部又は一部を含む核酸によりコードされるアミノ酸配列、また、配列表の配列番号3のアミノ酸配列において、1以上の、例えば1もしくは複数個、より具体的には1〜10個のアミノ酸が置換、欠失、挿入または付加などされたアミノ酸配列からなり、かつエンドヌクレアーゼ活性を有するポリペプチドは、ウシ膵由来DNaseIと比較してより低温で失活する特徴を有している。例えば、ウシ膵由来DNaseIは90℃でも活性を保持しているが、実施例1記載のように本発明のエンドヌクレアーゼ活性を有するポリペプチドは70℃、30分処理で完全に失活する。
前記エンドヌクレアーゼ活性を有するポリペプチドの理化学的性質は、以下(a)〜(h)の通りである。
(a)基質特異性:線状二本鎖DNA、環状二本鎖DNA,一本鎖DNAに対して活性を示す。
(b)70℃、30分処理で完全に失活する。
(c)分子量:SDS−PAGE法により27〜31kDaである。
(d)至適温度:30〜40℃
(e)温度安定性:40℃で30分間、活性を保持している。
(f)至適pH:6〜10
(g)pH安定性:37℃、30分間の処理に対し、pH4〜10の範囲で活性を保持している。
(h)阻害剤の影響:5mM EDTAによって活性が阻害される。
上記熱安定性については、実施例1−(5)記載の方法に基づいて算出することができる。また、上記エンドヌクレアーゼ活性を有するポリペプチドは、40℃までは高い活性を示すが、それを超えると活性が低下し始め、50℃を超えると急速に活性が低下し、60℃でほぼ活性がなくなり、70℃で完全に失活する。このことは、本発明のエンドヌクレアーゼ活性を有するポリペプチドがPCRのコンタミネーション除去やRT−PCRのゲノム除去などの遺伝子工学用試薬として非常に優れたものであることを示すものである。
(2)本発明のエンドヌクレアーゼ活性を有するポリペプチドの製造方法
本発明のエンドヌクレアーゼ活性を有するポリペプチドは、当該ポリペプチドを生産する微生物の培養物から、あるいは当該ポリペプチドをコードする遺伝子を導入した形質転換体から大量生産することが可能である。
特に限定はされないが、例えば、低温性微生物Shewanella sp. Ac10株を15℃で好気培養する。増殖した菌体を破砕してDNAを抽出、精製する方法、また得られたDNAを制限酵素で切断する方法等は公知の方法を用いる事ができる。当該方法の詳細は、モレキュラー クローニング ア ラボラトリー マニュアル 第3版〔SambrookおよびRussel、Molecular Cloning, A Laboratory Manual 3rd edition、2001年、Cold Spring Harbor Laboratory Press発行〕に記載されている。
本発明のエンドヌクレアーゼ活性を有するポリペプチドは、エンドヌクレアーゼ活性を有するポリペプチドをコードする核酸、特に限定はされないが例えば配列表の配列番号11記載の塩基配列を有する核酸又はその一部が組み込まれた組換えプラスミドで形質転換された形質転換体を適切な培養条件、例えば大腸菌を宿主とする場合には、LB培地(10g/l トリプトン、5g/l 酵母エキス、5g/l NaCl、pH7.2)中で培養することにより、その菌体内に発現させることができる。該ポリペプチドは上記の培養菌体を破砕し、該ポリペプチドを精製することにより、得ることができる。
遺伝子工学的な操作による上記酵素、ポリペプチドの製造方法としては、例えば、本発明のエンドヌクレアーゼ活性を有するポリペプチドをコードするDNAが宿主生物で機能する適当なプロモーターに機能的に接続された組換えDNAを挿入したベクターを用いて形質転換された宿主細胞、または該組換えDNAが宿主細胞DNAにインテグレーションされた宿主細胞を、エンドヌクレアーゼ活性を有するポリペプチドが発現できる条件のもとに培養し、さらに当該ポリペプチドを培養液から回収する方法が挙げられる。前記の組換えDNAは、オペレータやターミネータ等の調節因子をさらに含んでいてもよい。
また、上記本発明のポリペプチドに、さらに発現ベクター由来の配列、例えば、発現あるいは翻訳増強配列(例えば、Perfect DB配列等)、発現タンパク質精製用のタグ配列(例えば、Hisタグ配列等)、大腸菌シャペロンの一種であるトリガーファクター(TF)タグ配列あるいは発現タンパク質のN末端側の付加配列を除去するための配列(例えば、Factor Xa配列、HRV 3C配列、Thrombin配列等)などのアミノ酸配列を付加したものも本発明のエンドヌクレアーゼ活性を有するポリペプチドに含まれる。前記ポリペプチドとしては、特に限定はされないが、例えば配列表の配列番号8記載のアミノ酸配列を有するエンドヌクレアーゼ活性を有するポリペプチドが挙げられる。
本発明のエンドヌクレアーゼ活性を有するポリペプチドを製造するためのベクターには、特に限定はなく、市販のベクター、発現系のいずれもが使用できる。特に、限定はされないが例えばpETシステム(ノバジェン社製)を用いることができる。さらに、低温で機能し得るプロモーターを有するベクターが好適に使用でき、例えば国際公開第99/27117号パンフレットに記載のpCold(コールドショック発現)系ベクターが挙げられる。
本発明の製造方法の一態様としては、国際公開第99/27117号パンフレットに記載のpCold系ベクターで製造する方法が例示される。
コールドショック発現系は、低温で発現誘導するため、宿主大腸菌由来のタンパク質の合成が抑制され、目的タンパク質のみを高効率で得ることができ、従来の大腸菌発現系と比較して発現量や可溶性度の向上が期待できる。さらに、トリガーファクター(TF)の可溶化タグ機能およびシャペロン機能により、これまで発現が困難であった遺伝子を、より高い確率で可溶化タンパク質として発現させることが可能となる。
すなわち、本発明の製造方法においては、エンドヌクレアーゼ活性を有するポリペプチドを発現できるベクターであればいずれもが好適に使用できる。
また、当該エンドヌクレアーゼ活性を有するポリペプチドを得られるならば、ポリペプチド発現時は封入体の形態であるが、その後のリホールディング操作により当該機能を回復できるものを発現できるベクターも含まれる。
本発明のエンドヌクレアーゼ活性を有するポリペプチドを製造するためのベクターとしては、例えば、実施例1記載のpCold08−End1(FERM BP−10313)および実施例2記載のpColdTF−End1が好適に使用できる。特に限定はされないが、例えば配列表の配列番号9記載の塩基配列を含むベクターが好適に使用できる。
本発明のエンドヌクレアーゼ活性を有するポリペプチドを製造するには、一般の組み換え酵素製造の手段に準じて行えば良い。即ち、本発明のポリペプチドを生産し得る組み換え微生物を培養後、遠心分離、濾過等の通常の分離手段により菌体を培養液から分離することができる。この菌体を破砕して無細胞抽出液を調製し、粗酵素液として以下の精製操作に用いる。また、酵素が菌体外に分泌されている場合には、菌体が除去された培養液上清を粗酵素液とすることができる。この粗酵素液はそのまま使用することもできるが、必要に応じて、限外濾過、沈澱法等の手段により濃縮し、および/または適当な方法を用いて粉末化して精製に用いることもできる。また、酵素精製の一般的手段、例えば適当な陽イオン交換樹脂、陰イオン交換樹脂、ヒドロキシアパタイト等によるクロマトグラフィー、アフィニティークロマトグラフィー、疎水クロマトグラフィー、ゲル濾過等の組合わせによって精製することもできる。
例えば、実施例2において、本発明のエンドヌクレアーゼ活性を有するポリペプチドを生産し得る組み換え微生物を培養後、遠心分離により菌体を培養液から分離することができる。この菌体を超音波破砕し、遠心分離により菌体が除去された培養液上清を、Q Sepharose Fast Flow(アマシャムバイオサイエンス社製)およびPhenyl Sepharose Fast Flow(アマシャムバイオサイエンス社製)で精製し、本発明のエンドヌクレアーゼ活性を有するポリペプチドを製造することができる。
このようにして得られた本発明の配列表の配列番号10に示されるアミノ酸配列、あるいは配列表の配列番号11に示される塩基配列の全部又は一部を含む核酸によりコードされるアミノ酸配列、また、配列表の配列番号10のアミノ酸配列において、1以上の、例えば1もしくは複数個、より具体的には1〜10個のアミノ酸が置換、欠失、挿入または付加などされたアミノ酸配列からなり、かつエンドヌクレアーゼとしての機能を有するポリペプチドは、長鎖および短鎖線状二本鎖DNA、環状二本鎖DNA、一本鎖DNAまたはRNAを基質とする。さらにその分解効率は、長鎖線状二本鎖DNA≒短鎖線状二本鎖DNA>環状二本鎖DNA>一本鎖DNA≒RNAの順に低くなる。また、本発明のエンドヌクレアーゼは、λ−DNA、pUC119、M13mp18 single strand DNA、16Sおよび23S rRNAのいずれも分解することができる。
また、本発明の配列表の配列番号3に示されるアミノ酸配列、あるいは配列表の配列番号4に示される塩基配列の全部又は一部を含む核酸によりコードされるアミノ酸配列、また、配列表の配列番号3のアミノ酸配列において、1以上の、例えば1もしくは複数個、より具体的には1〜10個のアミノ酸が置換、欠失、挿入または付加などされたアミノ酸配列からなり、かつエンドヌクレアーゼ活性を有するポリペプチドは、長鎖および短鎖線状二本鎖DNA、環状二本鎖DNA、一本鎖DNAを基質とする。その分解効率は、長鎖線状二本鎖DNA≒短鎖線状二本鎖DNA>環状二本鎖DNA>一本鎖DNAの順に低くなる。また、本発明のエンドヌクレアーゼ活性を有するポリペプチドは、λ−DNA、pUC119、M13 mp18 single strand DNAのいずれも分解しており、基質の形状(一本鎖、二本鎖)や塩基配列に対する特異性はないと考えられる。
(3)本発明のエンドヌクレアーゼ活性を有するポリペプチドを用いた核酸の分解方法、タンパク質抽出液の粘性の低減方法および該方法のための組成物ならびにキット
上記(1)の本発明のエンドヌクレアーゼ活性を有するポリペプチドは、核酸の分解方法において好適に使用することができる。特に限定はされないが例えば、大腸菌超音波破砕上清に添加し、低温で反応させ、残存する大腸菌由来ゲノムの量を従来のDNaseIの場合と比較すると、本発明のエンドヌクレアーゼ活性を有するポリペプチドは、目的タンパク質に影響を与えずにゲノムDNAを分解することができる。
上記方法において、特に配列表の配列番号10に示されるアミノ酸配列、あるいは配列表の配列番号11に示される塩基配列の全部又は一部を含む核酸によりコードされるアミノ酸配列、また、配列表の配列番号10のアミノ酸配列において、1以上の、例えば1もしくは複数個、より具体的には1〜10個のアミノ酸が置換、欠失、挿入または付加などされたアミノ酸配列からなり、かつエンドヌクレアーゼ活性を有するポリペプチドが、タンパク質精製において障害となる核酸の分解方法に好適に使用できる。
また、上記(1)の本発明のエンドヌクレアーゼ活性を有するポリペプチドは、タンパク質の抽出方法において好適に使用することができる。特に限定はされないが、タンパク質抽出用試薬キット、例えばTALON xTractor Buffer Kit(クロンテック社製)を用いて氷上でタンパク質抽出を行う際に、当該ポリペプチドを抽出液に添加し、粘性低減効果を比較してみると、従来のDNaseIの場合と比較して1オーダー低い添加量でも目的タンパク質に影響を与えずに粘性を下げることができる。
上記方法において、特に配列表の配列番号10に示されるアミノ酸配列、あるいは配列表の配列番号11に示される塩基配列の全部又は一部を含む核酸によりコードされるアミノ酸配列、また、配列表の配列番号10のアミノ酸配列において、1以上の、例えば1もしくは複数個、より具体的には1〜10個のアミノ酸が置換、欠失、挿入または付加などされたアミノ酸配列からなり、かつエンドヌクレアーゼ活性を有するポリペプチドは、タンパク質抽出において障害となる抽出液の粘性の低減方法に好適に使用できる。
本発明のタンパク質溶液中の核酸の除去やタンパク質抽出液の粘性の低減などを行うための組成物ならびにキットは、上記(1)記載の本発明のエンドヌクレアーゼ活性を有するポリペプチドを含有することを特徴とする。さらに、反応用バッファーを含んでいてもよい。
前記キットとしては、例えばタンパク質抽出用試薬キットに本発明のポリペプチドを含有させたキットが挙げられる。タンパク質抽出用試薬キットには、上記(1)記載の本発明のエンドヌクレアーゼ活性を有するポリペプチド、反応用バッファー以外に、プロテアーゼ阻害剤、溶菌酵素、界面活性剤を含んでいてもよい。前記プロテアーゼ阻害剤、溶菌酵素、界面活性剤としては、PMSF、Lysozyme、Triton X−100(登録商標)などが例示される。
さらに上記(1)の本発明のエンドヌクレアーゼ活性を有するポリペプチドは、PCRのコンタミ除去やRT−PCRのゲノム除去に用いることができる。
当該方法のための組成物ならびにキットは、上記(1)の本発明のエンドヌクレアーゼ活性を有するポリペプチドを含むものが好適に使用できる。さらに、反応用バッファーを含んでいてもよい。
前記キットとしては、特に限定はされないが例えばPCR用キットに本発明のエンドヌクレアーゼ活性を有するポリペプチドを含有させたキットが挙げられる。
以下に実施例を挙げて本発明を更に具体的に説明するが、本発明は以下の実施例のみに限定されるものではない。
また、本明細書に記載の操作のうち、プラスミドの調製、制限酵素消化などの基本的な操作についてはモレキュラー クローニング ア ラボラトリー マニュアル 第3版〔SambrookおよびRussel、Molecular Cloning, A Laboratory Manual 3rd edition、2001年、Cold Spring Harbor Laboratory Press発行〕に記載の方法によった。
実施例1 コールドショック発現系を用いた低温性微生物由来DNaseの発現検討
(1)発現ベクターの構築
低温性微生物Shewanella sp. Ac10株ゲノムDNA配列からendonuclease I(GenBank Acc. No.:P25736)と相同的なポリペプチドをコードするORFを推定した。
該ORFの配列をもとに配列表の配列番号1及び2記載の合成プライマー1及び2をDNA合成機で合成し、常法により精製した。上記合成プライマー1は、低温性微生物由来DNaseのアミノ酸配列(配列表の配列番号3)のアミノ酸番号1〜7に相当する塩基配列をもち、さらに制限酵素EcoRIの認識配列を塩基番号4〜9にもつ合成DNAである。また、合成プライマー2は、低温性微生物由来DNaseのアミノ酸配列(配列表の配列番号3)のアミノ酸番号247〜254に相当する塩基配列をもち、さらに制限酵素BamHIの認識配列を塩基番号4〜9にもつ合成DNAである。
上記合成プライマーを用いて、PCRを行った。PCRの反応条件を以下に示す。
すなわち、鋳型DNA(低温性微生物 Shewanella sp. Ac10株ゲノムDNA)1μl、10μlの10×Ex Taq Buffer(タカラバイオ社製)、8μlのdNTP混合液(タカラバイオ社製)、100pmolの合成プライマー1、100pmolの合成プライマー2、2.5UのTaKaRa Ex Taq(タカラバイオ社製)を加え、滅菌水を加えて全量を100μlとした。前記反応液をTaKaRa PCR Thermal Cycler SP(タカラバイオ社製)にセットし、94℃ 30秒、58℃ 30秒、72℃ 1分を1サイクルとする30サイクルの反応を行なった。
反応終了後、該反応液100μlを1.0%アガロースゲル電気泳動に供した。確認された目的の約0.8kbpのDNAフラグメントを電気泳動ゲルより回収・精製し、エタノール沈殿を行なった。エタノール沈殿後の回収DNAを5μlの滅菌水に懸濁し、制限酵素EcoRI(タカラバイオ社製)及び制限酵素BamHI(タカラバイオ社製)で2重消化し、1.0%アガロースゲル電気泳動によりそのEcoRI−BamHI消化物を抽出精製し、EcoRI−BamHI消化DNA断片を得た。
次に、国際公開第99/27117号パンフレットの記載に基づき、プラスミドpMM047を出発材料としてpCold08NC2を構築した。
このpCold08NC2ベクターを上記EcoRI−BamHI消化DNA断片を調製した時に用いたのと同じ制限酵素EcoRIおよび制限酵素BamHIで切断し、末端を脱リン酸処理したものを調製し、上記EcoRI−BamHI消化DNA断片と混合し、DNAライゲーションキット(タカラバイオ社製)を用いて連結した。その後、ライゲーション反応液10μlを用いて大腸菌JM109を形質転換し、その形質転換体を1.5%(w/v)濃度の寒天を含むLB培地(アンピシリン100μg/ml含む)上で生育させた。
この組み換えプラスミドをpCold08−End1とした。当該プラスミドは、pCold08−End1と命名、表示され、平成17年(2005年)2月16日(原寄託日)より独立行政法人産業技術総合研究所特許生物寄託センター〔日本国茨城県つくば市東1丁目1番地1中央第6(郵便番号305−8566)〕にFERM BP−10313として国際寄託されている。このpCold08−End1は、低温性微生物由来DNase アミノ酸配列(配列表の配列番号3)のアミノ酸番号1〜254のアミノ酸配列をコードする塩基配列(配列表の配列番号4)を含むプラスミドである。前記プラスミドから発現させたタンパク質は、該アミノ酸配列のN末にPerfect DB配列、His tag配列、Factor Xa配列ならびにリンカーを有している。当該タンパク質のアミノ酸配列を配列表の配列番号5に、当該ポリペプチドをコードする核酸の塩基配列を配列表の配列番号6に示す。
(2)形質転換体の調製
pCold08−End1を用いて、大腸菌BL21を形質転換した。なお、形質転換は塩化カルシウム法により行った。形質転換体は、1.5%(w/v)濃度の寒天を含むLB培地(アンピシリン100μg/ml含む)を用いてスクリーニングすることにより得た。
(3)低温性微生物由来DNaseの発現
上記(2)で得られた形質転換体を用いて、低温性微生物由来DNaseの発現を調べた。対照としてインサートを導入していないpCold08ベクターのみを用いて形質転換した大腸菌BL21も同時に行った。培養には、5mlのLB液体培地(組成:1%バクトトリプトン、0.5%酵母エキス、0.5%NaCl、100μg/mlアンピシリン)を用いて37℃で培養し、濁度がOD600=0.8程度に達した時点で15℃、15分間培養後、培養液に終濃度1mMのIPTGを加え、更に15℃で24時間培養を行うことで発現を誘導した。発現誘導を24時間行ったのち、菌体を回収した。得られた菌体をPBSに懸濁、超音波破砕し、細胞抽出液を調製、ついで15,000×gの遠心分離により可溶性画分と不溶性画分に分けた。それぞれの画分の0.05OD分(OD600)についてSDS−PAGE(5−20%ゲル)に供し、CBB染色および抗His−Tag抗体を用いたWestern blottingにより解析した。
その結果、pCold08−End1を導入した菌体のみに、His−Tag融合タンパク質である低温性微生物由来DNaseの発現が確認された。該融合タンパク質の分子量は、SDS−PAGEにおいて31kDa付近であった。また、tag配列を除去した本発明のDNaseの分子量は、29kDa付近であった。
(4)低温性微生物由来DNase活性の測定
上記(3)で調製した、pCold08−End1を導入した大腸菌の可溶性画分について、DNase活性を測定した。前記の対照大腸菌の超音波破砕可溶性画分のものも同時に行った。活性測定は以下のようにして行った。
活性測定にはλ−HindIII digest(タカラバイオ社製)を基質として用いた。λ−HindIII digest 1μg、上記(3)で調製したタンパク質サンプル0.025OD分(OD600)、10×反応緩衝液(400mM トリス−塩酸緩衝液(pH7.5)、100mM 塩化ナトリウム、60mM 塩化マグネシウム、10mM 塩化カルシウム) 5μl、これにnuclease free水を加えて、全量を50μlとしたものを反応液とした。20℃で2時間反応後、反応液の10μlを1%アガロースゲル電気泳動に供し、切断産物の解析を行なった。結果を図1に示す。
図1において、レーンMはλ−HindIIIマーカー、レーン1はpCold08ベクターのみを導入した大腸菌の可溶性画分、レーン2はpCold08−End1を導入した大腸菌の可溶性画分、レーン3は基質を反応系に添加していないpCold08ベクターのみを導入した大腸菌の可溶性画分、レーン4は基質を反応系に添加していないpCold08−End1を導入した大腸菌の可溶性画分である。
図1より、λ−HindIII digestをpCold08ベクターのみを導入した大腸菌の可溶性画分(レーン1)は基質が分解しないのに対し、pCold08−End1を導入した大腸菌の可溶性画分(レーン2)は基質が分解し、低温性微生物由来のDNaseの活性が確認された。また、レーン2とレーン4の比較より、低分子のスメアなバンドは大腸菌由来の混入物であった。
(5)低温性微生物由来DNaseの熱安定性
上記(3)で調製した、pCold08−End1を導入した大腸菌の可溶性画分について、熱安定性を調べた。PBS中、各種温度(4℃〜90℃)で30分放置後、DNase活性を測定した。対照としてウシ膵臓由来のDNaseI(タカラバイオ社製)を用いた。活性測定にはλ−HindIII digestを基質として用いた。λ−HindIII digest 1μg、上記(3)で調製した、pCold08−End1を導入した大腸菌の可溶性画分0.02OD分(OD600)またはウシ膵由来DNaseI 8U、10×反応緩衝液(400mM トリス−塩酸緩衝液(pH7.5)、100mM 塩化ナトリウム、60mM 塩化マグネシウム、10mM 塩化カルシウム) 5μl、これにnuclease free水を加えて、全量を50μlとしたものを反応液とした。20℃(ウシ膵由来DNaseIは37℃)で30分反応後、反応液の10μlを1%アガロースゲル電気泳動に供し、切断産物の解析を行なった。結果を図2に示す。
図2において、レーンMはλ−HindIIIマーカー、レーン1〜8は本発明の低温性微生物由来DNaseを用いた場合、レーン9〜16はウシ膵由来DNaseIを用いた場合である。
また、図2において、レーン1および9は4℃、レーン2は10℃、レーン3は20℃、レーン4および10は30℃、レーン5および11は40℃、レーン6および12は50℃、レーン7および13は60℃、レーン8および14は70℃、レーン15は80℃、レーン16は90℃で、それぞれ30分間放置したものである。
図2より、低温性微生物由来DNaseは4℃(レーン1)〜40℃(レーン5)までは高い活性を示しているが、50℃(レーン6)から失活がみられ、60℃(レーン7)でほぼ失活し、70℃(レーン8)で完全に失活したが、ウシ膵由来DNaseIは90℃(レーン16)でも活性を保持していた。
(6)低温性微生物由来DNaseの至適温度
上記(3)で調製した、pCold08−End1を導入した大腸菌の可溶性画分について、至適温度を調べた。対照としてウシ膵由来DNaseI(タカラバイオ社製)を用いた。活性測定にはλ−HindIII digestを基質として用いた。λ−HindIII digest 1μg、上記(3)で調製した、pCold08−End1を導入した大腸菌の可溶性画分5×10−4または5×10−5OD分(OD600)(ウシ膵由来DNaseI 0.1mUまたは1mU)、10×反応緩衝液(400mM トリス−塩酸緩衝液(pH7.5)、100mM 塩化ナトリウム、60mM 塩化マグネシウム、10mM 塩化カルシウム) 5μl、これにnuclease free水を加えて、全量を50μlとしたものを反応液とした。10〜70℃の各種温度で30分反応後、反応液の10μlを1%アガロースゲル電気泳動に供し、切断産物の解析を行なった。結果を図3に示す。
図3において、パネル(A)は本発明の低温性微生物由来DNaseを5×10−4OD分、パネル(B)は本発明の低温性微生物由来DNaseを5×10−5OD分、パネル(C)はウシ膵由来DNaseIを1mU、パネル(D)はウシ膵由来DNaseIを0.1mU用いた場合である。全てのパネルにおいて、レーンMはλ−HindIIIマーカー、レーン1は10℃、レーン2は20℃、レーン3は30℃、レーン4は40℃、レーン5は50℃、レーン6は60℃、レーン7は70℃で、それぞれ30分間放置したものである。
図3より、低温性微生物由来DNaseは低温から常温(10〜40℃)において高い活性を示し、その至適温度は30〜40℃付近であった。一方、ウシ膵由来DNaseIは低い温度では活性は低く、高温ほど高活性であった。
(7)低温性微生物由来DNaseの基質特異性
上記(3)で調製した、pCold08−End1を導入した大腸菌の可溶性画分について、種々の基質を用いた場合の活性を測定した。基質としてλ−HindIII digest以外に、λDNA(タカラバイオ社製)、pUC119(タカラバイオ社製)、M13 mp18 Single Strand DNA(タカラバイオ社製)を検討に用いた。基質 1μg、上記(3)で調製した、pCold08−End1を導入した大腸菌の可溶性画分5×10−3、5×10−4、5×10−5または5×10−6OD分(OD600)、10×反応緩衝液(400mM トリス−塩酸緩衝液(pH7.5)、100mM 塩化ナトリウム、60mM 塩化マグネシウム、10mM 塩化カルシウム) 5μl、これにnuclease free水を加えて、全量を50μlとしたものを反応液とした。37℃で30分反応後、反応液の10μlを1%アガロースゲル電気泳動に供し、切断産物の解析を行なった。結果を図4に示す。
図4において、レーンMはλ−HindIIIマーカー、レーン1は酵素無添加、レーン2は5×10−6OD分、レーン3は5×10−5OD分、レーン4は5×10−4OD分、レーン5は5×10−3OD分の本発明の低温性微生物由来DNaseを用いた場合である。
図4より、線状二本鎖DNA(λDNA、48.5kbp)、環状二本鎖DNA(pUC119、3.2kbp)、一本鎖DNA(M13 mp18 Single Strand DNA、7.2kbp)のいずれの基質も分解された。本発明のエンドヌクレアーゼの基質分解効率は、長鎖線状二本鎖DNA≒短鎖線状二本鎖DNA>環状二本鎖DNA>一本鎖DNAの順に低くなる。また、本発明のエンドヌクレアーゼは、λ−DNA、pUC119、M13mp18 single strand DNAのいずれも分解しており、基質の形状(一本鎖、二本鎖)や塩基配列に対する特異性はないと考えられる。
(8)EDTAの低温性微生物由来DNaseの反応に対する影響
上記(3)で調製した、pCold08−End1を導入した大腸菌の可溶性画分について、EDTAの反応に対する影響を調べた。反応液中に各種濃度(0、0.2、1、5mM)のEDTA存在下でDNase活性を測定した。対照としてウシ膵由来DNaseIを用いた。活性測定にはλ−HindIII digestを基質として用いた。λ−HindIII digest 1μg、上記(3)で調製した、pCold08−End1を導入した大腸菌の可溶性画分5×10−4OD分(OD600)またはウシ膵由来DNaseI 1mU、10×反応緩衝液(400mM トリス−塩酸緩衝液(pH7.5)、100mM 塩化ナトリウム、60mM 塩化マグネシウム、10mM 塩化カルシウム) 5μl、これにnuclease free水を加えて、全量を50μlとしたものを反応液とした。37℃で30分反応後、反応液の10μlを1%アガロースゲル電気泳動に供し、切断産物の解析を行なった。結果を図5に示す。
図5において、パネル(A)は本発明の低温性微生物由来DNaseを、パネル(B)はウシ膵由来DNaseIを用いた場合である。いずれのパネルにおいても、レーンMはλ−HindIIIマーカー、レーン1はEDTA 0mM、レーン2はEDTA 0.2mM、レーン3はEDTA 1mM、レーン4はEDTA 5mMを反応系に添加した場合である。
図5より、5mM EDTA存在下では、低温性微生物由来DNaseは活性が認められなかった(パネル(A)レーン4)が、ウシ膵由来DNaseIは活性を保持していた(パネル(B)レーン4)。
(9)低温性微生物由来DNaseの至適pH
上記(3)で調製した、pCold08−End1を導入した大腸菌の可溶性画分について、至適pHを調べた。
活性測定にはλ−HindIII digestを基質として用いた。緩衝液は、pH4、5:酢酸ナトリウム緩衝液、pH6、7、8:リン酸ナトリウム緩衝液、pH7.5:トリス−塩酸緩衝液、pH9、10:ホウ酸ナトリウム緩衝液を用いて検討した。
λ−HindIII digest 1μg、上記(3)で調製した、pCold08−End1を導入した大腸菌の可溶性画分5×10−4または5×10−5OD分(OD600)、10×反応緩衝液(400mM 上記緩衝液、100mM 塩化ナトリウム、60mM 塩化マグネシウム、10mM 塩化カルシウム) 5μl、これにnuclease free水を加えて、全量を50μlとしたものを反応液とした。pH4〜10の各種pHにおいて、37℃で30分反応後、反応液の10μlを1%アガロースゲル電気泳動に供し、切断産物の解析を行なった。結果を図6に示す。
図6において、パネル(A)は5×10−5OD分、パネル(B)は5×10−4OD分を用いた場合である。いずれのパネルにおいても、レーンMはλ−HindIIIマーカー、レーン1はpH4、レーン2はpH5、レーン3はpH6、レーン4はpH7、レーン5はpH7.5、レーン6はpH8、レーン7はpH9、レーン8はpH10である。
その結果、パネル(B)のレーン3〜8において基質が切断されたことから、低温性微生物由来DNaseの至適pHは6〜10であった。
(10)低温性微生物由来DNaseのpH安定性
上記(3)で調製した、pCold08−End1を導入した大腸菌の可溶性画分について、pH安定性を調べた。
各種40mM緩衝液中(pH4、5:酢酸ナトリウム緩衝液、pH6、7、8:リン酸ナトリウム緩衝液、pH7.5:トリス−塩酸緩衝液、pH9、10:ホウ酸ナトリウム緩衝液)、37℃で30分放置後、DNase活性を測定した。活性測定にはλ−HindIII digestを基質として用いた。λ−HindIII digest 1μg、各種緩衝液37℃で30分放置後のサンプル5×10−4OD分(OD600)、10×反応緩衝液(400mM トリス−塩酸緩衝液(pH7.5)、100mM 塩化ナトリウム、60mM 塩化マグネシウム、10mM 塩化カルシウム) 5μl、これにnuclease free水を加えて、全量を50μlとしたものを反応液とした。37℃で30分反応後、反応液の10μlを1%アガロースゲル電気泳動に供し、切断産物の解析を行なった。結果を図7に示す。
図7において、レーンMはλ−HindIIIマーカー、レーン1はpH4、レーン2はpH5、レーン3はpH6、レーン4はpH7、レーン5はpH7.5、レーン6はpH8、レーン7はpH9、レーン8はpH10である。
その結果、レーン1〜8において基質が切断されたことから、低温性微生物由来DNaseはpH4〜10において活性を保持していた。
実施例2 コールドショック発現系を用いた低温性微生物由来エンドヌクレアーゼの発現検討
(1)発現ベクターの構築
上記実施例1で構築した組み換えプラスミドpCold08−End1の発現系よりも更に工業的スケールでの製造に適した発現系の構築を試みた。
上記実施例1(1)で合成した合成プライマー2に加え、新たに配列表の配列番号7記載の合成プライマー3をDNA合成機で合成し、常法により精製した。上記合成プライマー3は、低温性微生物由来DNaseのアミノ酸配列(配列表の配列番号3)のアミノ酸番号1〜7に相当する塩基配列をもち、さらに制限酵素NdeIの認識配列を塩基番号4〜9にもつ合成DNAである。
上記合成プライマーを用いて、PCRを行った。PCRの反応条件を以下に示す。
すなわち、鋳型DNA(pCold08−End1)1μl、10μlの10×Ex Taq Buffer(タカラバイオ社製)、8μlのdNTP混合液(タカラバイオ社製)、100pmolの合成プライマー2、100pmolの合成プライマー3、2.5UのTaKaRa Ex Taq(タカラバイオ社製)を加え、滅菌水を加えて全量を100μlとした。前記反応液をTaKaRa PCR Thermal Cycler SP(タカラバイオ社製)にセットし、94℃ 30秒、58℃ 30秒、72℃ 1分を1サイクルとする30サイクルの反応を行なった。
反応終了後、該反応液100μlを1.0%アガロースゲル電気泳動に供した。確認された目的の約0.8kbpのDNAフラグメントを電気泳動ゲルより回収・精製し、エタノール沈殿を行なった。エタノール沈殿後の回収DNAを5μlの滅菌水に懸濁し、制限酵素NdeI(タカラバイオ社製)及び制限酵素BamHI(タカラバイオ社製)で2重消化し、1.0%アガロースゲル電気泳動によりそのNdeI−BamHI消化物を抽出精製し、NdeI−BamHI消化DNA断片を得た。
次に、pColdTFベクター(タカラバイオ社製)を上記NdeI−BamHI消化DNA断片を調製した時に用いたのと同じ制限酵素NdeIおよび制限酵素BamHIで切断し、末端を脱リン酸処理したものを調製し、上記NdeI−BamHI消化DNA断片と混合し、DNAライゲーションキット(タカラバイオ社製)を用いて連結した。その後、ライゲーション反応液10μlを用いて大腸菌JM109を形質転換し、その形質転換体を1.5%(w/v)濃度の寒天を含むLB培地(アンピシリン100μg/ml含む)上で生育させた。
この組み換えプラスミドをpColdTF−End1とした。このpColdTF−End1は、低温性微生物由来DNaseのアミノ酸配列(配列表の配列番号3)のアミノ酸番号1〜254のアミノ酸配列をコードする塩基配列(配列表の配列番号4)を含むプラスミドである。前記プラスミドから発現させたタンパク質は、該アミノ酸配列のN末にPerfect DB配列、His タグ配列、TFタグ配列、HRV 3C配列、Thrombin 配列、Factor Xa配列ならびにリンカーを有している。当該タンパク質のアミノ酸配列を配列表の配列番号8に、当該ポリペプチドをコードする核酸の塩基配列を配列表の配列番号9に示す。
(2)形質転換体の調製
pColdTF−End1を用いて、大腸菌BL21を形質転換した。なお、形質転換は塩化カルシウム法により行った。形質転換体は、1.5%(w/v)濃度の寒天を含むLB培地(アンピシリン100μg/ml含む)を用いてスクリーニングすることにより得た。
(3)低温性微生物由来エンドヌクレアーゼの発現
上記(2)で得られた形質転換体を用いて、低温性微生物由来エンドヌクレアーゼの発現を調べた。対照としてインサートを導入していないpColdTFベクターのみを用いて形質転換した大腸菌BL21も同時に行った。培養には、5mlのLB液体培地(組成:1%バクトトリプトン、0.5%酵母エキス、1%NaCl、100μg/mlアンピシリン)を用いて37℃で培養し、濁度がOD600=0.8程度に達した時点で15℃、15分間培養後、培養液に終濃度1mMのIPTGを加え、更に15℃で24時間培養を行うことで発現を誘導した。発現誘導を24時間行ったのち、菌体を回収した。得られた菌体をPBSに懸濁、超音波破砕し、細胞抽出液を調製、ついで15,000×gの遠心分離により可溶性画分と不溶性画分に分けた。
(4)pColdTF−End1を導入した大腸菌の可溶性画分でのエンドヌクレアーゼ活性の測定
上記(3)で調製したpColdTF−End1を導入した大腸菌の可溶性画分可溶性画分について、エンドヌクレアーゼ活性を測定した。対照としてpColdTFベクターのみを導入した大腸菌より同様に調製した。活性測定は以下のようにして行った。
活性測定にはλ−HindIII digest(タカラバイオ社製)を基質として用いた。λ−HindIII digest 1μg、上記pColdTF−End1を導入した大腸菌の可溶性画分0.00625OD分(OD600)、10×反応緩衝液(400mM トリス−塩酸緩衝液(pH7.5)、100mM 塩化ナトリウム、60mM 塩化マグネシウム、10mM 塩化カルシウム) 5μl、これにnuclease free水を加えて、全量を50μlとしたものを反応液とした。37℃で30分反応後、反応液の10μlを1%アガロースゲル電気泳動に供し、切断産物の解析を行なった。結果を図8に示す。
図8において、レーン1は可溶性画分無添加、レーン2はpColdTFベクターのみを導入した大腸菌の可溶性画分、レーン3はpColdTF−End1を導入した大腸菌の可溶性画分である。
図8に示したように、無添加およびpColdTFベクターのみを導入した大腸菌の可溶性画分(レーン1、2)は、基質であるλ−HindIII digestを分解しないのに対し、pColdTF−End1を導入した大腸菌の可溶性画分(レーン3)は、基質を分解し、本発明の低温性微生物由来エンドヌクレアーゼの活性が確認された。
(5)低温性微生物由来エンドヌクレアーゼの発現、精製および活性測定
上記(2)で得られた形質転換体を用いて、低温性微生物由来エンドヌクレアーゼの発現、精製および活性測定を行なった。100mlのLB液体培地(組成:1%バクトトリプトン、0.5%酵母エキス、1%NaCl、100μg/mlアンピシリン)2本を用いて37℃で濁度がOD600=0.6程度に達する時点まで培養した。得られた培養液を20LのLB液体培地に植菌し、濁度がOD600=0.6程度に達した時点で15℃、15分間培養後、培養液に終濃度1mMのIPTGを加え、更に15℃で24時間培養を行うことで発現を誘導した。発現誘導を24時間行ったのち、36.4gの湿菌体を回収した。得られた菌体を360mlの10mM トリス−塩酸緩衝液(pH7.5)、1mM PMSFに懸濁後、超音波破砕し、遠心分離(18,000g,20分)により370mlの可溶性画分を得た。
上記可溶性画分370mlを用いて精製を以下のように行なった。
すなわち、樹脂容積にして100ml分のQ Sepharose Fast Flow(アマシャムバイオサイエンス社製)をφ35mmのカラムに充填し、500mlの10mM トリス−塩酸緩衝液(pH7.5)、1mM PMSFで平衡化した。その後、上記可溶性画分370mlを供し、300mlの同緩衝液、300mM 塩化ナトリウムを含む同緩衝液で順次樹脂を洗浄した後、300mlの1M 塩化ナトリウムを含む同緩衝液で溶出した。得られたエンドヌクレアーゼ活性を含む溶出画分に2Mになるように硫酸アンモニウムを添加した後、遠心分離(18,000g,20分)により330mlの上清を得た。得られた上清を、300mlの10mM トリス−塩酸緩衝液(pH7.5)、2M 硫酸アンモニウムで平衡化された30ml分(φ16mmのカラム)のPhenyl Sepharose Fast Flow(アマシャムバイオサイエンス社製)に供した。続いて225mlの同緩衝液で洗浄を行い目的以外の不要タンパク質の除去を行った。洗浄後、10mM トリス−塩酸緩衝液(pH7.5)、2M 硫酸アンモニウムから10mM トリス−塩酸緩衝液(pH7.5)、0M 硫酸アンモニウムへの濃度勾配溶出を行った(10ml/fr, 合計 600ml)。各画分についてエンドヌクレアーゼ活性測定を行い、活性が認められた90mlのfr.28〜36を回収した。次に、5Lの10mM トリス−塩酸緩衝液(pH7.5)に対して2回透析を行ない、Vivaspin(VIVASCIENCE社製)を用いて濃縮を行ない、5.5mlのタンパク質サンプルを得た。
その一部について5−20%SDSポリアクリルアミド電気泳動に供し、活性が認められたfr.28〜36画分を透析、濃縮したタンパク質サンプルの分子量を調べた。結果を図9に示す。
図9において、レーンMは分子量マーカー 97,66、45、31、21、14KDa、レーン1は活性が認められたfr.28〜36画分を透析、濃縮したタンパク質サンプルである。
その結果、分子量25KDa付近に主なタンパク質のバンドが確認された。25KDa付近のタンパク質のバンドについてN末端アミノ酸配列解析を10残基行った。その結果、配列表の配列番号3のアミノ酸番号36〜45のアミノ酸配列に一致したことから活性タンパク質はタグ配列および目的タンパク質のN末領域の一部が欠落していることが分かった。当該活性タンパク質のアミノ酸配列は、MALDI−TOF MS測定法によって平均質量を測定し、その結果から決定した。当該活性タンパク質のアミノ酸配列を配列表の配列番号10に、当該ポリペプチドをコードする核酸の塩基配列を配列表の配列番号11に示す。
この活性タンパク質を以下の活性確認に使用した。
定量的な活性測定にはサケ精巣由来DNA(和光純薬社製)を基質として用いた。基質溶液(40μg/ml、100mM トリス−塩酸緩衝液(pH7.5)、5mM 塩化マグネシウム)500μl、これに上記調製したタンパク質サンプル100μlを加えたものを反応液とした。37℃において260nmの吸光度を1分間に0.001増加させる酵素量を1Uとした。その結果、得られたエンドヌクレアーゼの総活性は79万Uであった。
実施例3 低温性微生物由来エンドヌクレアーゼの性質検討
(1)低温性微生物由来エンドヌクレアーゼの低温での反応性
上記実施例2(5)で調製したエンドヌクレアーゼ活性を有するポリペプチドについて、低温でのエンドヌクレアーゼ活性を調べた。対照としてノバジェン社製のBenzonase(登録商標) Nucleaseを用い、活性測定にはサケ精巣由来DNA(和光純薬社製)を基質として用いた。基質溶液(40μg/ml、100mM トリス−塩酸緩衝液(pH7.5)、5mM 塩化マグネシウム)500μl、これに上記実施例2(5)で調製したエンドヌクレアーゼ活性を有するポリペプチド含有溶液(2.3U、10mM トリス−塩酸緩衝液(pH7.5)、10mM 塩化マグネシウム)100μlを加えたものを反応液とした。活性測定は、0、5、10、15、20℃の各種温度において、10分間反応後の260nmの吸光度の増加量を測定して行った。Benzonaseについても上記組成の反応液を用いて同様に活性測定した。結果を図10に示す。
図10において、四角(■)は上記実施例2(5)で調製したエンドヌクレアーゼ活性を有するポリペプチド、三角(▲)はBenzonaseである。
図10に示したように、20℃での活性を100として相対活性(%)を計算し比較すると、本発明のエンドヌクレアーゼ活性を有するポリペプチドは0〜10℃での相対活性が30〜70%程度であるのに対して、Benzonase Nucleaseは、0〜10℃での相対活性が0〜20%程度まで著しく低下した。従って、本発明のエンドヌクレアーゼ活性を有するポリペプチドは、市販のBenzonase Nucleaseと比較して、低温において、特に0〜10℃において、高いエンドヌクレアーゼ活性を保持していた。
(2)低温性微生物由来エンドヌクレアーゼの基質特異性
上記実施例2(5)で調製したエンドヌクレアーゼ活性を有するポリペプチドについて、種々の基質を用いた場合の活性を測定した。基質としてλ−HindIII digest以外に、λDNA(タカラバイオ社製)、pUC119(タカラバイオ社製)、M13 mp18 Single Strand DNA(タカラバイオ社製)、16Sおよび23S rRNA(ロシュ社製)を検討に用いた。基質 1μg、上記実施例2(5)で調製したエンドヌクレアーゼ活性を有するポリペプチド1U,0.1U,0.01Uまたは0.001U、10×反応緩衝液(400mM トリス−塩酸緩衝液(pH7.5)、100mM 塩化ナトリウム、60mM 塩化マグネシウム、10mM 塩化カルシウム)5μl、これにnuclease free水を加えて、全量を50μlとしたものを反応液とした。37℃で30分反応後、反応液の10μlを1%アガロースゲル電気泳動に供し、切断産物の解析を行なった。結果を図11に示す。
図11において、基質として、レーン1から5はλ−HindIII digest、レーン6から10はλDNA、レーン11から15はpUC119、レーン16から20はM13 mp18 Single Strand DNA、そしてレーン21から25は16Sおよび23S rRNAをそれぞれ用いた。また、レーン1、6、11、16、21は酵素無添加、レーン2、7、12、17、22は0.001U分、レーン3、8、13、18、23は0.01U分、レーン4、9、14、19、24は0.1U分、レーン5、10、15、20、25は1U分の本発明の低温性微生物由来エンドヌクレアーゼを用いた場合である。
図11に示したように、本発明のエンドヌクレアーゼは、線状二本鎖DNA(λDNA、48.5kbp)、環状二本鎖DNA(pUC119、3.2kbp)、一本鎖DNA(M13 mp18 Single Strand DNA、7.2kbp)、RNA(16Sおよび23S rRNA)のいずれの基質も分解することが確認できた。また、本発明のエンドヌクレアーゼの基質分解効率は、長鎖線状二本鎖DNA≒短鎖線状二本鎖DNA>環状二本鎖DNA>一本鎖DNA≒RNAの順に低くなっていた。
(3)低温性微生物由来エンドヌクレアーゼの至適pH
上記実施例2(3)で調製したpColdTF−End1を導入した大腸菌の可溶性画分について、至適pHを調べた。
活性測定にはλ−HindIII digestを基質として用いた。緩衝液は、pH4、5:酢酸ナトリウム緩衝液、pH6、7:リン酸ナトリウム緩衝液、pH7.5、8:トリス−塩酸緩衝液、pH9、10:ホウ酸ナトリウム緩衝液を用いて検討した。
λ−HindIII digest 1μg、上記実施例2(3)で調製したpColdTF−End1を導入した大腸菌の可溶性画分7×10−4OD分(OD600)、10×反応緩衝液(400mM 上記緩衝液、100mM 塩化ナトリウム、1M 塩化マグネシウム、10mM 塩化カルシウム) 5μl、これにnuclease free水を加えて、全量を50μlとしたものを反応液とした。pH4〜10の各種pHにおいて、37℃で30分反応後、反応液の10μlを1%アガロースゲル電気泳動に供し、切断産物の解析を行なった。結果を図12に示す。
図12において、レーンMはλ−HindIIIマーカー、レーン1はpH4、レーン2はpH5、レーン3はpH6、レーン4はpH7、レーン5はpH7.5、レーン6はpH8、レーン7はpH9、レーン8はpH10である。
その結果、レーン3〜8において基質が切断されたことから本発明のエンドヌクレアーゼ活性を有するポリペプチドの至適pHは6〜10であった。
(4)低温性微生物由来エンドヌクレアーゼの種々添加剤の影響
上記実施例2(5)で調製したエンドヌクレアーゼ活性を有するポリペプチドについて、種々添加剤の影響を調べた。活性測定にはサケ精巣由来DNA(和光純薬社製)を基質として用いた。基質溶液(40μg/ml、100mM トリス−塩酸緩衝液(pH7.5)、100mM 塩化マグネシウム(マグネシウムイオンの影響検討時は除く))500μl、これに上記実施例2(5)で調製したエンドヌクレアーゼ活性を有するポリペプチド0.25Uを含む100μlを加えたものを反応液とした。37℃において260nmの吸光度の増加量を測定し、種々添加剤の影響を調べた。
1.マグネシウムイオンの影響
上記反応液組成に最終濃度が0、0.8、1.7、4.2、5、10、20、40、80、100,120,140,160mMとなるように塩化マグネシウムを添加し、マグネシウムイオン濃度の影響を調べた。結果を図13−1に示す。
図13−1において、塩化マグネシウムの最終濃度が100mMのときの活性を100として表示した。
図13−1より、本発明のエンドヌクレアーゼ活性を有するポリペプチドの至適マグネシウムイオン濃度は60〜120mMであった。
2.ナトリウムイオン、カリウムイオン、カルシウムイオンの影響
上記反応液組成に最終濃度が0、8、17、42、83、167、333mMとなるようにそれぞれ塩化ナトリウム、塩化カリウムあるいは塩化カルシウムを添加し、各イオン濃度の影響を調べた。結果を図13−2に示す。
図13−2において、塩化ナトリウム、塩化カリウム、塩化カルシウムの最終濃度が0mMのときの活性を100として表示した。また、四角(■)は塩化ナトリウム、丸(●)は塩化カリウム、三角(▲)は塩化カルシウムである。
図13−2より、ナトリウムイオンおよびカリウムイオン濃度は167mMまで、カルシウムイオン濃度は42mMまで高い活性であった。
3.還元剤の影響
上記反応液組成に最終濃度が0、8、17、42、83、167、333mMとなるようにジチオスレイトールあるいは2−メルカプトエタノールを添加し、各還元剤の影響を調べた。結果を図13−3に示す。
図13−3において、ジチオスレイトール、2−メルカプトエタノールの最終濃度が0mMのときの活性を100として表示した。また、四角(■)はジチオスレイトール、三角(▲)は2−メルカプトエタノールである。
図13−3より、ジチオスレイトール濃度は167mMまで、2−メルカプトエタノール濃度は333mMまで高い活性であった。
4.リン酸カリウム、硫酸アンモニウムの影響
上記反応液組成に最終濃度が0、4、8、17、42、83、167、333mMとなるようにリン酸カリウムあるいは硫酸アンモニウムを添加し、各添加剤の影響を調べた。結果を図13−4に示す。
図13−4において、リン酸カリウム、硫酸アンモニウムの最終濃度が0mMのときの活性を100として表示した。また、四角(■)はリン酸カリウム、三角(▲)は硫酸アンモニウムである。
図13−4より、リン酸カリウム濃度は4mMでも低い活性となり、本発明のエンドヌクレアーゼ活性を有するポリペプチドの反応緩衝液としてはリン酸緩衝液は不向きであることがわかった。硫酸アンモニウム濃度は83mMまで高い活性であった。
(5)低温性微生物由来エンドヌクレアーゼの低温で大腸菌からタンパク質抽出する際の粘性の低減効果
上記実施例2(5)で調製したエンドヌクレアーゼ活性を有するポリペプチドを、タンパク質抽出用試薬キット、TALON xTractor Buffer Kit(クロンテック社製)を用いて抽出を行う際に、DNaseIの代わりに添加し、粘性の低減を検討した。TALON xTractor Buffer Kitのプロトコールに準じて行った。酵母のAIP2遺伝子(GenBank Acc. No.:U35667)をpColdTFベクターに挿入し発現させた大腸菌BL21湿菌体6.4mgに、TALON xTractor Buffer 128μl、Lysozyme(50×)1.28μl、さらにそれぞれ3通りの量(0.256U、2.56U、25.6U)のDNaseIまたは本発明のエンドヌクレアーゼ活性を有するポリペプチドを添加し、30℃または氷上で30分間反応させた。
反応液の10μlを1%アガロースゲル電気泳動に供し、切断産物の解析を行なった。結果を図14に示す。
また、1%アガロースゲル電気泳動に使用した残りの抽出処理液にサンプル緩衝液を加えて煮沸後、抽出処理液4μl相当分をそれぞれSDS−PAGEに供した。結果を図15に示す。
図14において、レーン1から7は30℃で反応させたもの、レーン8から14は氷上で反応させたもので、電気泳動画像でバンドが確認されないレーンは、粘性のためピペッティングできず適切にアプライできなかったものを示し、レーンMはλ−HindIIIマーカー、レーン1、8は酵素無添加、レーン2、9はDNaseI 0.256U、レーン3、10はDNaseI 2.56U、レーン4、11はDNaseI 25.6U、レーン5、12は本発明のエンドヌクレアーゼ活性を有するポリペプチド 0.256U、レーン6、13は本発明のエンドヌクレアーゼ活性を有するポリペプチド 2.56U、レーン7、14は本発明のエンドヌクレアーゼ活性を有するポリペプチド 25.6Uを用いた場合である。
図14より、氷上で処理した場合、DNaseIは2.56Uの使用でもピペッティングが困難なほどの粘性が残り、適切にアプライできなかった(レーン10)のに対し、本発明のエンドヌクレアーゼ活性を有するポリペプチドでは2.56UでゲノムDNAの分解による粘性の低減が確認された(レーン13)。
図15において、レーン1から7は30℃で反応させたもの、レーン8から14は氷上で反応させたもので、電気泳動画像でバンドが確認されないレーンは、粘性のためピペッティングできず適切にアプライできなかったものを示し、レーンMは分子量マーカー 97,66、45、31、21、14KDa、レーン1、8は酵素無添加、レーン2、9はDNaseI 0.256U、レーン3、10はDNaseI 2.56U、レーン4、11はDNaseI 25.6U、レーン5、12は本発明のエンドヌクレアーゼ活性を有するポリペプチド 0.256U、レーン6、13は本発明のエンドヌクレアーゼ活性を有するポリペプチド 2.56U、レーン7、14は本発明のエンドヌクレアーゼ活性を有するポリペプチド 25.6Uを用いた場合である。
図15より、氷上で処理した場合、DNaseIは0.256U使用したとき、ピペッティングが困難なほどの粘性が残り、適切にアプライできなかった(レーン9)。それに対し、本発明のエンドヌクレアーゼ活性を有するポリペプチドは0.256U使用で適切にアプライでき(レーン12)、ゲノムDNAの分解による粘性の低減がDNaseIより1オーダー低い添加量で確認できた。
以上のことから、本発明のエンドヌクレアーゼ活性を有するポリペプチドは、氷上処理によりメインバンドとして観察できる目的タンパク質に影響を与えずに粘性を下げることができることを確認した。
(6)低温性微生物由来エンドヌクレアーゼの大腸菌超音波破砕上清中のゲノムDNAの分解
上記実施例2(5)で調製したエンドヌクレアーゼ活性を有するポリペプチドまたはDNaseI(タカラバイオ社製)を大腸菌超音波破砕上清に添加し、残存する大腸菌由来ゲノムの量を比較した。
酵母のAIP2遺伝子をpColdTFベクターに挿入し発現させた大腸菌BL21菌体に10mM トリス−塩酸緩衝液(pH7.5)、10mM 塩化マグネシウムを添加し(1g湿菌体当たり5mlの緩衝液)、破砕上清を同緩衝液で50倍希釈した。希釈上清50μlにDNaseIまたは本発明のエンドヌクレアーゼ活性を有するポリペプチドをそれぞれ3通りの量(0.1U、1U、10U)を添加し、30℃または氷上で反応させた。30分および2時間後の反応液10μlを1%アガロースゲル電気泳動に供し、切断産物の解析を行なった。30分反応後の結果を図16に、2時間反応後の結果を図17に示す。
図16および図17において、レーン1から7は30℃で反応させたもの、レーン8から14は氷上で反応させたもので、レーンMはλ−HindIIIマーカー、レーン1、8は酵素無添加、レーン2、9はDNaseI 0.1U、レーン3、10はDNaseI 1U、レーン4、11はDNaseI 10U、レーン5、12は本発明のエンドヌクレアーゼ活性を有するポリペプチド 0.1U、レーン6、13は本発明のエンドヌクレアーゼ活性を有するポリペプチド 1U、レーン7、14は本発明のエンドヌクレアーゼ活性を有するポリペプチド 10Uを用いた場合である。
図16および図17において、氷上で反応させた場合、DNaseI(レーン10、11)と本発明のエンドヌクレアーゼ活性を有するポリペプチド(レーン13、14)を比較すると、本発明のエンドヌクレアーゼ活性を有するポリペプチドの方がゲノムDNAの分解が良好に進行することが確認された。
以上のことから、本発明のエンドヌクレアーゼ活性を有するポリペプチドは、低温反応で、目的タンパク質に影響を与えずにDNAを分解できることを確認した。
本発明により、PCRのコンタミ除去、RT−PCRのゲノム除去、タンパク質溶液中の核酸の除去やタンパク質抽出液の粘性の低減などに有用な、エンドヌクレアーゼ活性を有するポリペプチドならびに該ポリペプチドをコードする遺伝子が提供される。
SEQ ID NO:1; A sequence of designed oligonucleotide PCR primer for amplifying a gene of encoding DNase. “nucleotide 4 to 9 is EcoRI restriction site.”
SEQ ID NO:2; A sequence of designed oligonucleotide PCR primer for amplifying a gene of encoding DNase. “nucleotide 4 to 9 is BamHI restriction site.”
SEQ ID NO:5; A sequence of artificial protein comprising Perfect DB sequence, His Tag sequence, Factor Xa sequence and linker, and DNase.
SEQ ID NO:6; A sequence of a gene encoding an artificial protein comprising Perfect DB sequence, His Tag sequence, Factor Xa sequence and linker, and DNase.
SEQ ID NO:7; A sequence of designed oligonucleotide PCR primer for amplifying a gene of encoding DNase. “nucleotide 4 to 9 is NdeI restriction site.”
SEQ ID NO:8; A sequence of artificial protein comprising Perfect DB sequence, His Tag sequence, Trigger Factor sequence, HRV 3C sequence, Thrombin sequence, Factor Xa sequence and linker, and endonuclease.
SEQ ID NO:9; A sequence of a gene encoding an artificial protein comprising Perfect DB sequence, His Tag sequence, Trigger Factor sequence, HRV 3C sequence, Thrombin sequence, Factor Xa sequence and linker, and endonuclease.

Claims (8)

  1. 下記(a)〜(e)からなる群より選択されるポリペプチドであって、かつエンドヌクアレーゼ活性を有することを特徴とするポリペプチド:
    (a)配列表の配列番号10記載のアミノ酸配列を有するポリペプチド;
    (b)配列表の配列番号10記載のアミノ酸配列を有するアミノ酸配列において、1もしくは複数個のアミノ酸が置換、欠失、挿入あるいは付加されたポリペプチド;
    (c)配列表の配列番号10記載のアミノ酸配列と少なくとも90%の配列同一性を有するポリペプチド;
    (d)配列表の配列番号11記載の塩基配列によってコードされるアミノ酸配列を有するポリペプチド;および
    (e)配列表の配列番号11記載の塩基配列の相補鎖にストリンジェントな条件下においてハイブリダイズ可能な塩基配列によってコードされるアミノ酸配列を有するポリペプチド。
  2. 少なくとも下記(a)、(b)の理化学的性質を有することを特徴とする請求項1記載のポリペプチド:
    (a)基質特異性:線状二本鎖DNA、環状二本鎖DNA、一本鎖DNA、RNAに作用する;
    (b)低温での反応性:0〜10℃での活性が20℃での活性の30%以上を保持する。
  3. 下記(a)〜(h)からなる群より選択される核酸であって、かつエンドヌクレアーゼ活性を有することを特徴とするポリペプチドをコードする核酸:
    (a)配列表の配列番号10記載のアミノ酸配列を有するアミノ酸配列をコードする核酸;
    (b)配列表の配列番号10記載のアミノ酸配列を有するアミノ酸配列において、1もしくは複数個のアミノ酸が置換、欠失、挿入あるいは付加されたアミノ酸配列をコードする核酸;
    (c)配列表の配列番号10記載のアミノ酸配列と少なくとも90%の配列同一性を有するアミノ酸配列をコードする核酸;
    (d)配列表の配列番号11記載の塩基配列を有する核酸;
    (e)配列表の配列番号11記載の塩基配列を有する核酸において、1もしくは複数個の塩基が置換、欠失、挿入あるいは付加された核酸;
    (f)前記(d)に記載の核酸またはその相補鎖とストリンジェントな条件下においてハイブリダイズし得る核酸;
    (g)前記(a)〜()いずれか記載の核酸と縮重を介して異なる塩基配列を有する核酸;および
    (h)前記(d)に記載の核酸の塩基配列と少なくとも90%の配列同一性を有する塩基配列を有する核酸。
  4. 請求項3記載の核酸を含んでなる、組換えDNA。
  5. 請求項3記載の核酸を保持してなる、形質転換体。
  6. 請求項5記載の形質転換体を培養する工程、およびエンドヌクレアーゼ活性を有するポリペプチドを培養物中から回収する工程を包含することを特徴とする、エンドヌクレアーゼ活性を有するポリペプチドの製造方法。
  7. 請求項1記載のポリペプチドを用いて核酸を分解する工程を包含する核酸の分解方法。
  8. 請求項1記載のポリペプチドを用いてタンパク質抽出液を処理する工程を包含するタンパク質抽出液の粘性の低減方法。
JP2007507147A 2005-03-08 2006-03-08 低温性微生物由来エンドヌクレアーゼ Active JP4857260B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007507147A JP4857260B2 (ja) 2005-03-08 2006-03-08 低温性微生物由来エンドヌクレアーゼ

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005064519 2005-03-08
JP2005064519 2005-03-08
JP2007507147A JP4857260B2 (ja) 2005-03-08 2006-03-08 低温性微生物由来エンドヌクレアーゼ
PCT/JP2006/304471 WO2006095769A1 (ja) 2005-03-08 2006-03-08 低温性微生物由来エンドヌクレアーゼ

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPWO2006095769A1 JPWO2006095769A1 (ja) 2008-08-14
JP4857260B2 true JP4857260B2 (ja) 2012-01-18

Family

ID=36953363

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2007507147A Active JP4857260B2 (ja) 2005-03-08 2006-03-08 低温性微生物由来エンドヌクレアーゼ

Country Status (3)

Country Link
US (1) US8034597B2 (ja)
JP (1) JP4857260B2 (ja)
WO (1) WO2006095769A1 (ja)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2474225A (en) * 2009-07-21 2011-04-13 Biotec Pharmacon Asa DNase for decontamination of reverse transcription and amplification reactions
JP6259775B2 (ja) * 2012-02-17 2018-01-10 バイオテック ファーマコン エイエスエイ エンドヌクレアーゼ
CN103992995B (zh) * 2014-06-05 2016-05-04 山东大学 一种高表达水溶性肝素酶i融合蛋白及其编码基因
GB201414745D0 (en) 2014-08-19 2014-10-01 Articzymes As Exonucleases
GB201814590D0 (en) * 2018-09-07 2018-10-24 Oxford Biomedica Ltd Viral vector production system
PL431144A1 (pl) * 2019-09-13 2021-03-22 Blirt Spółka Akcyjna Nowa, niespecyficzna termolabilna nukleaza aktywna w niskiej temperaturze, szerokim zakresie pH oraz wysokich stężeniach soli

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5173418A (en) 1985-05-10 1992-12-22 Benzon Pharma, A/S Production in Escherichia coli of extracellular Serratia spp. hydrolases
GB9716664D0 (en) 1997-08-06 1997-10-15 Norwegian Inst Of Fisheries & A method of removing nucleic acid contamination reactions
DE69838680T2 (de) 1997-11-20 2008-08-28 Takara Bio Inc., Otsu Durch kälte induzierbarer expressionsvektor
AU7364700A (en) 1999-09-08 2001-04-10 University Of Victoria Innovation And Development Corporation Use of psychrotrophic bacterium in biotechnology applications

Also Published As

Publication number Publication date
US8034597B2 (en) 2011-10-11
US20090047705A1 (en) 2009-02-19
JPWO2006095769A1 (ja) 2008-08-14
WO2006095769A1 (ja) 2006-09-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1303530B1 (en) CLONING AND PRODUCING THE N. i Bst /i NBI NICKING ENDONUCLEASE AND RELATED METHODS FOR USING NICKING ENDONUCLEASES IN SINGLE-STRANDED DISPLACEMENT AMPLIFICATION
US7067298B2 (en) Compositions and methods of using a synthetic Dnase I
JP4857260B2 (ja) 低温性微生物由来エンドヌクレアーゼ
JP4889647B2 (ja) 新規なエンドリボヌクレアーゼ
JP2012523233A (ja) 改変されたdnアーゼ組成物およびその使用方法
EP0877084B1 (en) Thermostable diaphorase gene
US8017356B2 (en) Endoribonuclease
JP3910142B2 (ja) 耐熱性リボヌクレアーゼh
JP4146095B2 (ja) 耐熱性グルコキナーゼ遺伝子、それを含有する組換えベクター、その組換えベクターを含有する形質転換体及びその形質転換体を用いた耐熱性グルコキナーゼの製造方法
US7989184B2 (en) Endoribonuclease
JP4105693B2 (ja) 耐熱性リボヌクレアーゼh
JP5008067B2 (ja) 新規なイソプリメベロース生成オリゴキシログルカン加水分解酵素、それをコードする遺伝子、ならびに該酵素の製造方法
Anisimova et al. Thermolabile duplex-specific nuclease
JPWO2007010740A1 (ja) 新規なエンドリボヌクレアーゼ
JPWO2006123537A1 (ja) 新規なエンドリボヌクレア−ゼ
JP2022551588A (ja) Dnaポリメラーゼおよびdnaポリメラーゼ由来3’-5’エキソヌクレアーゼ
JP2006288400A (ja) 耐熱性リボヌクレアーゼh
JP5626263B2 (ja) RrhJ1I修飾酵素およびその遺伝子
JP2007530046A (ja) 新規モジュラーII型制限エンドヌクレアーゼCspCI、および新規特異性を有するエンドヌクレアーゼを製造するためのモジュラーエンドヌクレアーゼの用途
WO2014145706A2 (en) A recombinant fusion protein possessing nuclease and phosphatase activity

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20081119

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20110517

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20110707

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20110823

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20110922

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: 20111018

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: 20111031

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

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20141104

Year of fee payment: 3

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 4857260

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

S531 Written request for registration of change of domicile

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250