JP4990792B2 - アミノアシル−ｔＲＮＡシンテターゼの組成物およびこの使用 - Google Patents

Description

本発明は、翻訳の生化学の分野に関する。本発明は、アミノアシル−ｔＲＮＡシンテターゼの生成のための方法および組成物、ならびにこの使用に関する。本発明はまた、このようなアミノアシル−ｔＲＮＡシンテターゼおよび関連の組成物を用いて細胞中でタンパク質を生成する方法に関する。

細菌からヒトにおよぶあらゆる公知の生物体の遺伝子コードは、同じ２０の共通のアミノ酸をコードする。同じ２０の天然のアミノ酸の異なる組み合わせによって、光合成からシグナル伝達および免疫応答まで、生命の複雑な過程の全てを実質的に行うタンパク質が形成される。タンパク質の構造および機能を研究および改善するために、科学者は、タンパク質の遺伝子コードおよびアミノ酸配列の両方を操作しようと試みている。しかし、タンパク質を２０個の遺伝的にコードされた標準的な構築単位に限定する、遺伝子コードによって課される制約を取り除くことは困難であった（セレノシステイン（例えば、Ａ．Ｂｏｃｋら（１９９１），Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｍｉｃｒｏｂｉｏｌｏｇｙ ５：５１５から２０を参照のこと）およびピロリジン（例えば、Ｇ．Ｓｒｉｎｉｖａｓａｎら（２００２），Ｓｃｉｅｎｃｅ ２９６：１４５９から６２を参照のこと）というわずかな例外があるが）。

これらの制約を取り除くためにある程度の進展があったが、この進展は限られており、およびタンパク質の構造および機能を合理的に制御する能力は依然として初期段階にある。例えば、化学者は、低分子の構造を合成および操作する方法およびストラテジーを開発している（例えば、Ｅ．Ｊ．Ｃｏｒｅｙ，およびＸ．−Ｍ．Ｃｈｅｎｇ，Ｔｈｅ Ｌｏｇｉｃ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ（Ｗｉｌｅｙ−Ｉｎｔｅｒｓｃｉｅｎｃｅ，Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ，１９９５）を参照のこと）。トータル合成（ｔｏｔａｌ ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ）（例えば、Ｂ．Ｍｅｒｒｉｆｉｅｌｄ，（１９８６），Ｓｃｉｅｎｃｅ ２３２：３４１から７（１９８６）を参照のこと）、および半合成の方法論（例えば、Ｄ．Ｙ．Ｊａｃｋｓｏｎ ｅｔ ａｌ．，（１９９４）Ｓｃｉｅｎｃｅ ２６６：２４３から７；およびＰ．Ｅ．Ｄａｗｓｏｎ，＆ Ｓ．Ｂ．Ｋｅｎｔ，（２０００），Ａｎｎｕａｌ Ｒｅｖｉｅｗ ｏｆ Ｂｉｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ ６９：９２３から６０を参照のこと）は、ペプチドおよび低分子タンパク質を合成することを可能にしたが、これらの方法論は、１０キロダルトン（ｋＤａ）を超えるタンパク質では有用性が限定されている。突然変異誘発法は、強力であるが、限られた数の構造的変化に制限される。多数の場合、タンパク質全体にわたって共通のアミノ酸の近接した構造的アナログを競合的に組み込むことが可能である。例えば、Ｒ．Ｆｕｒｔｅｒ，（１９９８），Ｐｒｏｔｅｉｎ Ｓｃｉｅｎｃｅ ７：４１９から２６；Ｋ．Ｋｉｒｓｈｅｎｂａｕｍ，ｅｔ ａｌ．，（２００２），ＣｈｅｍＢｉｏＣｈｅｍ ３：２３５から７；およびＶ．Ｄｏｒｉｎｇ ｅｔ ａｌ．，（２００１），Ｓｃｉｅｎｃｅ ２９２：５０１から４を参照のこと。化学的なペプチド結合および天然の化学的結合は、参照により本明細書に組み込まれる、米国特許番号６，１８４，３４４、米国特許公開番号２００４／０１３８４１２、米国特許公開番号２００３／０２０８０４６、ＷＯ０２／０９８９０２およびＷＯ ０３／０４２２３５に記載される。Ｌｕらは、Ｍｏｌ Ｃｅｌｌ．２００１ Ｏｃｔ；８（４）：７５９から６９において、タンパク質が、天然でないアミノ酸を含む合成ペプチドに化学的に結合される方法を記載している（発現タンパク質結合（ｅｘｐｒｅｓｓｅｄ ｐｒｏｔｅｉｎ ｌｉｇａｔｉｏｎ））。

初期の研究では、Ｅ．ｃｏｌｉの翻訳機構は、共通２０種に構造が類似のアミノ酸に適応できるということが実証された。Ｈｏｒｔｉｎ，Ｇ．，およびＢｏｉｍｅ，Ｉ．（１９８３）Ｍｅｔｈｏｄｓ Ｅｎｚｖｍｏｌ．９６：７７７から７８４を参照のこと。この研究は、同族の天然のアミノ酸と同様に天然でないアミノ酸を活性化するように内因性のＥ．ｃｏｌｉシンテターゼの特異性を緩和させることによってさらに拡大される。さらに、ドメイン編集における変異はまた、内因性のシンテターゼの基質範囲を拡大させるために用いられ得ることが示された。Ｄｏｒｉｎｇ，Ｖ．，ｅｔ ａｌ．，（２００１）Ｓｃｉｅｎｃｅ ２９２：５０１から５０４を参照のこと。しかし、これらのストラテジーは、遺伝子コードを「拡張する（ｅｘｐａｎｄｉｎｇ）」ことよりも、共通２０のアミノ酸のうちの１つの、天然でないアミノ酸による置換の程度を変更する遺伝子コードの「再コードする（ｒｅｃｏｄｉｎｇ）」に限定される。

後に、天然ではないアミノ酸が、インビトロの転写／翻訳反応に対する化学的にアミノアシル化された直交性アンバー・サプレッサーｔＲＮＡの添加によって、インビトロでタンパク質に部位特異的に組み込まれ得ることが示される。例えば、Ｎｏｒｅｎ，Ｃ．Ｊ．，ｅｔ ａｌ．（１９８９）Ｓｃｉｅｎｃｅ ２４４：１８２から１８８；Ｂａｉｎ，Ｊ．Ｄ．，ｅｔ ａｌ．，（１９８９）Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．１１１：８０１３から８０１４；Ｄｏｕｇｈｅｒｔｙ，Ｄ．Ａ．（２０００）Ｃｕｒｒ．Ｏｐｉｎ．Ｃｈｅｍ．Ｂｉｏｌ．４，６４５から６５２；Ｃｏｒｎｉｓｈ，Ｖ．Ｗ．，ｅｔ ａｌ．（１９９５）Ａｎｇｅｗ．Ｃｈｅｍ．，Ｉｎｔ．Ｅｄ．３４：６２１から６３３；Ｊ．Ａ．Ｅｌｌｍａｎ，ｅｔ ａｌ．，（１９９２），Ｓｃｉｅｎｃｅ ２５５：１９７から２００；および，Ｄ．Ｍｅｎｄｅｌ，ｅｔ ａｌ．，（１９９５），Ａｎｎｕａｌ Ｒｅｖｉｅｗ ｏｆ Ｂｉｏｐｈｙｓｉｃｓ ａｎｄ Ｂｉｏｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ２４：４３５から４６２。これらの研究によって、リボソームおよび翻訳因子が、天然でない構造を有しても、多数の天然ではないアミノ酸と適合性であることが示される。残念ながら、ｔＲＮＡの化学的アミノアシル化は困難であり、およびこのプロセスの化学量論的性質によって、生成され得るタンパク質の量は厳しく制限される。

天然ではないアミノ酸は既に細胞に微量注入されている。例えば、天然ではないアミノ酸は、化学的にミスアシル化（ｍｉｓａｃｙｌａｔｅｄ）テトラヒメナの好熱性ｔＲＮＡ（例えば、Ｍ．Ｅ．Ｓａｋｓ，ｅｔ ａｌ．（１９９６），Ａｎ ｅｎｇｉｎｅｅｒｅｄ Ｔｅｔｒａｈｙｍｅｎａ ｔＲＮＡＧｌｎ ｆｏｒ ｉｎ ｖｉｖｏ ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｕｎｎａｔｕｒａｌ ａｍｉｎｏ ａｃｉｄｓ ｉｎｔｏ ｐｒｏｔｅｉｎｓ ｂｙ ｎｏｎｓｅｎｓｅ ｓｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎ，Ｊ．Ｂｉｏｌ．Ｃｈｅｍ．２７１：２３１６９から２３１７５）および関連のｍＲＮＡの微量注入によって、ゼノパス（アフリカツメガエル）の卵母細胞におけるニコチン酸アセチルコリンレセプターに導入された（例えば、Ｍ．Ｗ．Ｎｏｗａｋ，ｅｔ ａｌ．（１９９８），Ｉｎ ｖｉｖｏ ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｕｎｎａｔｕｒａｌ ａｍｉｎｏ ａｃｉｄｓ ｉｎｔｏ ｉｏｎ ｃｈａｎｎｅｌｓ ｉｎ Ｘｅｎｏｐｕｓ ｏｏｃｙｔｅ ｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ，Ｍｅｔｈｏｄ Ｅｎｚｙｍｏｌ．２９３：５０４から５２９）。また、Ｄ．Ａ．Ｄｏｕｇｈｅｒｔｙ（２０００），Ｕｎｎａｔｕｒａｌ ａｍｉｎｏ ａｃｉｄｓ ａｓ ｐｒｏｂｅｓ ｏｆ ｐｒｏｔｅｉｎ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｆｕｎｃｔｉｏｎ，Ｃｕｒｒ．Ｏｐｉｎ．Ｃｈｅｍ．Ｂｉｏｌ．４：６４５から６５２およびＭ．Ｗ．Ｎｏｗａｋ，Ｐ．Ｃ．Ｋｅａｒｎｅｙ，Ｊ．Ｒ．Ｓａｍｐｓｏｎ，Ｍ．Ｅ．Ｓａｋｓ，Ｃ．Ｇ．Ｌａｂａｒｃａ，Ｓ．Ｋ．Ｓｉｌｖｅｒｍａｎ，Ｗ．Ｇ．Ｚｈｏｎｇ，Ｊ．Ｔｈｏｒｓｏｎ，Ｊ．Ｎ．Ａｂｅｌｓｏｎ，Ｎ．Ｄａｖｉｄｓｏｎ，Ｐ．Ｇ．Ｓｃｈｕｌｔｚ，Ｄ．Ａ．ＤｏｕｇｈｅｒｔｙおよびＨ．Ａ．Ｌｅｓｔｅｒ，Ｓｃｉｅｎｃｅ，２６８：４３９（１９９５）も参照のこと。ゼノパスの卵母細胞は、インビトロで作成された以下の２つのＲＮＡ種と同時注入された：目的のアミノ酸位置でＵＡＧ停止コドンを有する標的タンパク質をコードするｍＲＮＡ、および所望の天然でないアミノ酸でアミノアシル化されたアンバー・サプレッサーｔＲＮＡ。ついで、卵母細胞の翻訳機構は、ＵＡＧによって特定される位置に天然でないアミノ酸を挿入する。残念ながら、この方法論は、微量注入され得る細胞におけるタンパク質に限定される、なぜならば、関連のｔＲＮＡはインビトロで化学的にアシル化されて、再アシル化できず、タンパク質の収量は極めて低いからである。

これらの限界を克服するために、新規な組成物、例えば、直交性ｔＲＮＡ、直交性アミノアシルｔＲＮＡシンテターゼおよびこれらの対を、原核生物Ｅｓｃｈｅｒｉｃｈｉａ ｃｏｌｉ（Ｅ．ｃｏｌｉ）のタンパク質生合成機構（例えば、Ｌ．Ｗａｎｇ，ｅｔ ａｌ．，（２００１），Ｓｃｉｅｎｃｅ ２９２：４９８から５００を参照のこと）、および真核生物サッカロミセス・セレビシエ（Ｓａｃｃｈｒｏｍｙｃｅｓ ｃｅｒｅｖｉｓｉａｅ）（Ｓ．ｃｅｒｅｖｉｓｉａｅ）（例えば、Ｊ．Ｃｈｉｎ ｅｔ ａｌ．，Ｓｃｉｅｎｃｅ ３０１：９６４から７（２００３））に添加して、これによって、遺伝子的にコードされていないアミノ酸のインビボでのタンパク質への組み込みが可能になった。新規な化学的、物理的または生物学的な特性を有する多数の新規なアミノ酸であって、光親和性標識および光異性化可能なアミノ酸、光架橋アミノ酸（例えば、Ｃｈｉｎ，Ｊ．Ｗ．，ｅｔ ａｌ．（２００２）Ｐｒｏｃ．Ｎａｔｌ．Ａｃａｄ．Ｓｃｉ．Ｕ．Ｓ．Ａ．９９：１１０２０から１１０２４；およびＣｈｉｎ，Ｊ．Ｗ．，ｅｔ ａｌ．，（２００２）Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．１２４：９０２６から９０２７を参照のこと）、ケトアミノ酸（例えば、Ｗａｎｇ，Ｌ．，ｅｔ ａｌ．，（２００３）Ｐｒｏｃ．Ｎａｔｌ．Ａｃａｄ．Ｓｃｉ．Ｕ．Ｓ．Ａ．１００：５６から６１およびＺｈａｎｇ，Ｚ．ｅｔ ａｌ．，Ｂｉｏｃｈｅｍ．４２（２２）：６７３５から６７４６（２００３）を参照のこと）、重原子含有アミノ酸、およびグリコシル化されたアミノ酸を含むアミノ酸が、この方法論を用いて、例えば、アンバーコドン（ＴＡＧ）に応答して、効率的におよび高い忠実度で、Ｅ．ｃｏｌｉ中でおよび酵母中でタンパク質に取り込まれている。例えば、Ｊ．Ｗ．Ｃｈｉｎ，＆ Ｐ．Ｇ．Ｓｃｈｕｌｔｚ，（２００２），ＣｈｅｍＢｉｏＣｈｅｍ ３（１１）：１１３５−１１３７および，Ｌ．Ｗａｎｇ，＆Ｐ．Ｇ．Ｓｃｈｕｌｔｚ，（２００２），Ｃｈｅｍ．Ｃｏｍｍ．，１：１から１１を参照のこと。

いくつかの他の直交性対が報告されている。グルタミニル（例えば、Ｌｉｕ，Ｄ．Ｒ．，およびＳｃｈｕｌｔｚ，Ｐ．Ｇ．（１９９９）Ｐｒｏｃ．Ｎａｔｌ．Ａｃａｄ．Ｓｃｉ．Ｕ．Ｓ．Ａ．９６：４７８０から４７８５を参照のこと）、アスパルチル（例えば、Ｐａｓｔｒｎａｋ，Ｍ．，ｅｔ ａｌ，（２０００）Ｈｅｌｖ．Ｃｈｉｍ．Ａｃｔａ ８３：２２７７から２２８６を参照のこと）、およびチロシル（例えば、Ｏｈｎｏ，Ｓ．，ｅｔ ａｌ．，（１９９８）Ｊ．Ｂｉｏｃｈｅｍ．（Ｔｏｋｙｏ．Ｊｐｎ．）１２４：１０６５から１０６８；および，Ｋｏｗａｌ，Ａ．Ｋ．，ｅｔ ａｌ．，（２００１）Ｐｒｏｃ．Ｎａｔｌ．Ａｃａｄ．Ｓｃｉ．Ｕ．Ｓ．Ａ．９８：２２６８−２２７３を参照のこと）の系であって、Ｓ．ｃｅｒｅｖｉｓｉａｅのｔＲＮＡおよびシンテターゼ由来の系は、Ｅ．ｃｏｌｉにおける天然ではないアミノ酸の潜在的な取り込みについて記載されている。Ｅ．ｃｏｌｉのグルタミニル（例えば、Ｋｏｗａｌ，Ａ．Ｋ．，ｅｔ ａｌ．，（２００１）Ｐｒｏｃ．Ｎａｔｌ．Ａｃａｄ．Ｓｃｉ．Ｕ．Ｓ．Ａ．９８：２２６８から２２７３を参照のこと）およびチロシル（例えば、Ｅｄｗａｒｄｓ，Ｈ．，ａｎｄ Ｓｃｈｉｍｍｅｌ，Ｐ．（１９９０）Ｍｏｌ．Ｃｅｌｌ．Ｂｉｏｌ．１０：１６３３から１６４１を参照のこと）シンテターゼ由来の系は、Ｓ．ｃｅｒｅｖｉｓｉａｅにおける使用について記載されている。Ｅ．ｃｏｌｉのチロシル系は、哺乳動物細胞においてインビボにおける３−ヨード−Ｌ−チロシンの取り込みのために用いられている。Ｓａｋａｍｏｔｏ，Ｋ．，ｅｔ ａｌ．，（２００２）Ｎｕｃｌｅｉｃ Ａｃｉｄｓ Ｒｅｓ．３０：４６９２から４６９９を参照のこと。代表的には、これらの系は、アンバー終止コドンの使用を行っている。遺伝子コードをさらに拡大するために、生合成機構の改善されたおよび／または追加の成分、例えば、アミノアシル−ｔＲＮＡシンテターゼを開発することが必要である。本発明は、以下の開示の検討によって明らかであるとおり、これらおよび他の要件を満たす。

遺伝子コードを拡張するために、本発明は、直交性アミノアシルｔＲＮＡシンテターゼの組成物および生成方法を提供する。本発明のアミノアシルｔＲＮＡシンテターゼは、天然にコードされないアミノ酸でｔＲＮＡをアミノアシル化する。これらの翻訳成分は、ｔＲＮＡによって認識されるセレクターコドンに応答して、（核酸翻訳の間に）成長しているポリペプチド鎖における特定の位置に選択されたアミノ酸を組み込むために用いられ得る。

特定の位置で選択されたアミノ酸を有する細胞中でタンパク質を生成する方法も、本発明の特徴である。例えば、ある方法は、適切な培地中で細胞を増殖させる工程であって、この細胞が少なくとも１つのセレクターコドンを含み、タンパク質をコードする核酸を含む工程と；選択されたアミノ酸を提供する工程とを含む。この細胞はさらに、細胞中で機能してセレクターコドンを認識する直交性ｔＲＮＡ（Ｏ−ｔＲＮＡ）と；選択されたアミノ酸でＯ−ｔＲＮＡを優先的にアミノアシル化する直交性アミノアシルｔＲＮＡシンテターゼ（Ｏ−ＲＳ）とを含む。代表的には、Ｏ−ｔＲＮＡは、同族のシンテターゼの存在下で抑制活性を含む。この方法によって生成されるタンパク質はまた、本発明の特徴である。

（定義）
本発明を詳細に記載する前に、本発明は、当然ながら、特定の生物学的系には限定されず変化し得ることが理解されるべきである。本明細書に用いられる用語は、特定の実施形態を記載する目的に過ぎず、添付の特許請求の範囲によってのみ限定される本発明の範囲を限定するものではないことも理解されるべきである。本明細書において、および添付の特許請求の範囲において用いられる場合、単数形「１つの、１つ（ａ）、（ａｎ）」、および「この（ｔｈｅ）」は、文脈が明確に他を示すのでない限り、複数の言及を含む。従って、例えば、「１つの細胞（ａ ｃｅｌｌ）」という言及は、２つ以上の細胞の組み合わせを含み、および当業者に公知であるこの等価物などを含む。「細菌（ｂａｃｔｅｒｉａ）」という言及は、細菌などの混合物を含む。

本明細書においておよび本明細書の以下の残りに規定されない限り、本明細書に用いられる全ての技術的および科学的な用語は、本発明が属する当業者によって通常理解されるのと同じ意味を有する。

本明細書に言及される全ての刊行物および特許は、現在記載されている本発明に関連して用いられ得る刊行物に記載される、例えば、構築物および方法論を記載および開示する目的のために参照により本明細書に組み込まれる。本明細書に考察される刊行物は、単に本出願の出願日前の開示のためにのみ提供される。本発明者らが、先願発明または任意の他の理由のために、このような開示に先行する権利を与えられないことの承認と解釈されるものは本明細書にはない。

ホモログ：タンパク質および／またはタンパク質の配列は、これらが、天然にまたは人工的に、共通の祖先のタンパク質またはタンパク質配列から、誘導される場合、「相同（ｈｏｍｏｌｏｇｏｕｓ）」である。同様に、核酸および／または核酸配列は、これらが、天然にまたは人工的に、共通の祖先核酸または核酸配列から、誘導される場合、相同である。例えば、任意の天然に存在する核酸は、１つ以上のセレクターコドンを含む任意の利用可能な突然変異誘発方法によって改変され得る。発現される場合、この突然変異誘発された核酸は、１つ以上の選択されたアミノ酸、例えば、天然でないアミノ酸を含むポリペプチドをコードする。変異プロセスは、当然ながら、１つ以上の標準コドンをさらに変更し得、これによって、同様に得られた変異タンパク質中で１つ以上の標準的アミノ酸を変化させる。１つ以上の標準的なアミノ酸は、天然ではないアミノ酸または天然のアミノ酸に変化され得る。相同性は、２つ以上の核酸またはタンパク質（またはこの配列）の間で配列類似性から一般的に推論される。相同性を確立するために有用である配列の間の類似性の正確な割合は、該核酸およびタンパク質で変化するが、相同性を確立するために慣用的に用いられるのはわずか２５％程度の小さい配列類似性である。より高いレベルの配列類似性、例えば、３０％、３５％、４０％、４５％、５０％、５５％、６０％、６５％、７０％、７５％、８０％、８５％、９０％、９１％、９２％、９３％、９４％、９５％、９６％、９７％、９８％、もしくは９９％以上がまた、相同性を確立するために用いられ得る。配列類似性割合を決定するための方法（例えば、デフォールトパラメーターを用いるＢＬＡＳＴＰおよびＢＬＡＳＴＮ）は本明細書において記載されており、および一般に利用される。

直交性：本明細書において用いる場合、「直交性（ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ）」という用語は、分子（例えば、直交性のｔＲＮＡ（Ｏ−ｔＲＮＡ）および／または直交性のアミノアシルｔＲＮＡシンテターゼ（Ｏ−ＲＳ））を指し、これは、目的の系（例えば、翻訳系、例えば、細胞）によって効率を減少されて用いられる。直交性とは、目的の翻訳系において機能する、直交性ｔＲＮＡおよび／または直交性ＲＳの不能または効率性の低下、例えば、２０％未満の効率、１０％未満の効率、５％未満の効率、または１％未満の効率をいう。例えば、目的の翻訳系における直交性ｔＲＮＡは、目的の翻訳系の任意の内因性のＲＳによって、内因性ＲＳによる内因性のｔＲＮＡのアミノアシル化に比較した場合、減少したかまたは実にゼロの効率で、アミノアシル化される。別の実施例では、直交性ＲＳは、目的の翻訳系において任意の内因性ｔＲＮＡを、内因性のＲＳによる内因性のｔＲＮＡのアミノアシル化に比較した場合、減少したまたは実にゼロの効率で、アミノアシル化する。第二の直交性分子は、第一の直交性分子と機能する細胞に導入され得る。例えば、直交性ｔＲＮＡ／ＲＳ対は、対応するｔＲＮＡ／ＲＳ内因性対のものに対して（例えば、約５０％の効率、約６０％の効率、約７０％の効率、約７５％の効率、約８０％の効率、約８５％の効率、約９０％の効率、約９５％の効率、または約９９％以上の効率）効率で細胞中に一緒に機能する導入された相補的な成分を含む。「直交性における改善（ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ ｉｎ ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌｉｔｙ）」とは、出発物質または天然に存在するｔＲＮＡもしくはＲＳに対して比較して増強された直交性をいう。

同族：「同族の（ｃｏｇｎａｔｅ）」という用語は、一緒に機能する成分、例えば、ｔＲＮＡおよびアミノアシルｔＲＮＡシンテターゼをいう。この成分はまた、相補性であるということもできる。

優先的にアミノアシル化する。「優先的にアミノアシル化する（ｐｒｅｆｅｒｅｎｔｉａｌｌｙ ａｍｉｎｏａｃｙｌａｔｅ）」という用語は、効率、例えば、約７０％の効率、約７５％の効率、約８０％の効率、約８５％の効率、約９０％の効率、約９５％の効率、または約９９％以上の効率であって、Ｏ−ＲＳが、選択されたアミノ酸、例えば、天然でないアミノ酸でＯ−ｔＲＮＡを、Ｏ−ＲＳが天然に存在するｔＲＮＡまたは出発材料をアミノアシル化してＯ−ｔＲＮＡを生成することに比較してアミノアシル化することをいう。ついで、天然ではないアミノ酸は、高い忠実度で、例えば、所与のセレクターコドンについて約７０％より大きい効率で、所与のセレクターコドンについて約７５％より大きい効率で、所与のセレクターコドンについて約８０％より大きい効率で、所与のセレクターコドンについて約８５％より大きい効率で、所与のセレクターコドンについて約９０％より大きい効率で、所与のセレクターコドンについて約９５％より大きい効率で、または所与のセレクターコドンについて約９９％より大きい効率で、成長しているポリペプチド鎖に組み込まれる。

セレクターコドン：「セレクターコドン（ｓｅｌｅｃｔｏｒ ｃｏｄｏｎ）」という用語は、翻訳プロセスにおいてＯ−ｔＲＮＡによって認識され、および内因性ｔＲＮＡによって認識されないコドンをいう。Ｏ−ｔＲＮＡアンチコドンループは、ｍＲＮＡ上のセレクターコドンを認識し、およびこのアミノ酸、例えば、選択されたアミノ酸、例えば、天然でないアミノ酸を、このポリペプチドにおけるこの位置に組み込む。セレクターコドンとしては、限定はしないが、例えば、ナンセンスコドン、例えば、終止コドンを挙げることが可能で、これには、限定はしないが、アンバー、オーカーおよびオパールのコドン；４つ以上の塩基コドン；まれなコドン；天然または天然でない塩基対由来のコドンおよび／またはその他が挙げられる。所与の系については、セレクターコドンはまた、天然の３塩基コドンのうちの１つが挙げられ、この内因性の系は、この天然の３つの塩基コドンを用いない（またはまれに使用する）。例えば、これは、天然の３塩基コドンを認識するｔＲＮＡを欠く系、および／または天然の３塩基コドンがレアコドン（ｒａｒｅ ｃｏｄｏｎ）である系を含む。

サプレッサーｔＲＮＡ：サプレッサーｔＲＮＡは、例えば、セレクターコドンに応答するポリペプチド鎖にアミノ酸を組み込むための機構を提供することによって、所与の翻訳系におけるメッセンジャーＲＮＡ（ｍＲＮＡ）の読み取りを変更するｔＲＮＡである。例えば、サプレッサーｔＲＮＡは、限定はしないが、終止コドン、４塩基コドンまたはレアコドンを含むコドンを通じて読み取り得る。

抑制活性：「抑制活性（ｓｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎ ａｃｔｉｖｉｔｙ）」という用語は、ｔＲＮＡ、例えば、サプレッサーｔＲＮＡが、セレクターコドンを通じて読み取る能力をいう。活性は、コントロール（例えば、同族のシンテターゼを欠く）に比較して観察される活性の割合として表現されてもよい。

翻訳系：「翻訳系（ｔｒａｎｓｌａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ）」という用語は、天然に存在するアミノ酸を成長しているポリペプチド鎖（タンパク質）に組み込むのに必要な構成部をいう。翻訳系の成分としては、例えば、リボソーム、ｔＲＮＡ、シンテターゼ、ｍＲＮＡなどを挙げることができる。本発明の成分は、インビトロまたはインビボの翻訳系に添加され得る。翻訳系の例としては限定はしないが、非真核生物細胞、例えば、細菌（例えば、Ｅ．ｃｏｌｉ）、真核生物細胞、例えば、酵母細胞、哺乳動物細胞、植物細胞、藻類細胞、真菌細胞、昆虫細胞、無細胞翻訳系、例えば、細胞溶解物、および／またはその他が挙げられる。

翻訳系は、細胞であっても、または無細胞であってもよく、および原核生物であってもまたは真核生物であってもよい。細胞翻訳系としては、限定はしないが、全細胞調製物、例えば、透過性細胞または細胞培養物が挙げられ、ここで所望の核酸配列は、ｍＲＮＡに転写され、およびｍＲＮＡが翻訳される。無細胞翻訳系は市販されており、および多くの異なるタイプおよび系が周知である。無細胞系の例としては、限定はしないが、原核生物溶解物、例えば、Ｅｓｃｈｅｒｉｃｈｉａ ｃｏｌｉ溶解物、および真核生物溶解物、例えば、コムギ胚芽抽出物、昆虫細胞溶解物、ウサギ網状赤血球溶血液、ウサギ卵母細胞溶解物およびヒト細胞溶解物が挙げられる。真核生物の抽出物または溶解物は、得られたタンパク質がグリコシル化、リン酸化その他の修飾をされる場合、好ましいかもしれない。なぜなら、多くのこのような改変は、真核生物系でのみ可能であるからである。これらの抽出物および溶解物のいくつかは、市販されている（Ｐｒｏｍｅｇａ；Ｍａｄｉｓｏｎ，Ｗｉｓ．；Ｓｔｒａｔａｇｅｎｅ；Ｌａ Ｊｏｌｌａ，Ｃａｌｉｆ；Ａｍｅｒｓｈａｍ；Ａｒｌｉｎｇｔｏｎ Ｈｅｉｇｈｔｓ，ＩＩＩ．；ＧＩＢＣＯ／ＢＲＬ；Ｇｒａｎｄ Ｉｓｌａｎｄ，Ｎ．Ｙ．）。膜抽出物、例えば、ミクロゾーム膜を含むイヌ膵臓抽出物も、利用可能であり、これは分泌タンパク質を翻訳するために有用である。

再構成された翻訳系も用いられてもよい。精製された翻訳因子の混合物はまた、ｍＲＮＡをタンパク質に翻訳するために首尾よく用いられており、および精製された翻訳因子、例えば、開始因子−１（ＩＦ−１）、ＩＦ−２、ＩＦ−３（αまたはβ）、伸長因子Ｔ（ＥＦ−Ｔｕ）、または終止因子の補充が有無の溶解物の組み合わせも同様である。無細胞系はまた、結合された転写／翻訳系であり得、ここでは、参照により本明細書に詳細に組み込まれる、Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｐｒｏｔｏｃｏｌｓ ｉｎ Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｉｏｌｏｇｙ（Ｆ．Ｍ．Ａｕｓｕｂｅｌら編，Ｗｉｌｅｙ Ｉｎｔｅｒｓｃｉｅｎｃｅ，１９９３）に記載されるように、ＤＮＡがこの系に導入され、ｍＲＮＡに転写され、およびｍＲＮＡが翻訳される。真核生物転写系に転写されるＲＮＡは、異核ＲＮＡ（ｈｎＲＮＡ）または５’末端キャップ（７−メチルグアノシン）および３’末端ポリＡテール成熟ｍＲＮＡの形態であってもよく、これは、特定の翻訳系において有利であり得る。例えば、キャップされたｍＲＮＡを、網状赤血球溶血液系において高効率で翻訳する。

選択されたアミノ酸：「選択されたアミノ酸（ｓｅｌｅｃｔｅｄ ａｍｉｎｏ ａｃｉｄ）」という用語は、任意の所望の天然に存在するアミノ酸または天然でないアミノ酸をいう。本明細書において用いる場合、「天然でないアミノ酸（ｕｎｎａｔｕｒａｌ ａｍｉｎｏ ａｃｉｄ）」または「天然ではコードされないアミノ酸（ｎｏｎ−ｎａｔｕｒａｌｌｙ ｅｎｃｏｄｅｄ ａｍｉｎｏ ａｃｉｄ）」という用語は、２０の一般に天然に存在するアミノ酸またはセレノシステインもしくはピロリジンのうちの１つではない任意のアミノ酸、修飾されたアミノ酸、および／またはアミノ酸アナログをいう。「天然にはコードされないアミノ酸（ｎｏｎ−ｎａｔｕｒａｌｌｙ ｅｎｃｏｄｅｄ ａｍｉｎｏ ａｃｉｄ）」および「天然でないアミノ酸（ｕｎｎａｔｕｒａｌ ａｍｉｎｏ ａｃｉｄ）」という同義に用いられ得る他の用語は、「天然でないアミノ酸（ｎｏｎ−ｎａｔｕｒａｌ ａｍｉｎｏ ａｃｉｄ）」「天然には存在しないアミノ酸（ｎｏｎ−ｎａｔｕｒａｌｌｙ−ｏｃｃｕｒｒｉｎｇ ａｍｉｎｏ ａｃｉｄ）」という用語、ならびにこの種々のハイフンでつながれたおよびハイフンでつながれていないバージョンである。「天然にはコードされないアミノ酸（ｎｏｎ−ｎａｔｕｒａｌｌｙ ｅｎｃｏｄｅｄ ａｍｉｎｏ ａｃｉｄ）」という用語はまた、限定はしないが、天然にはコードされないアミノ酸（限定はしないが、２０の一般的なアミノ酸またはピロリジンおよびセレノシステイン）の修飾（例えば、翻訳後修飾）によって生じるが、それ自体は、成長しているポリペプチド鎖に翻訳複合体によって天然には組み込まれないアミノ酸を含む。このような天然には存在しないアミノ酸の例としては限定はしないが、Ｎ−アセチルグルコサミニル−Ｌセリン、Ｎ−アセチルグルコサミニル−Ｌ−トレオニン、およびＯ−ホスホチロシンが挙げられる。

由来する、・・・から誘導される（ｄｅｒｉｖｅｄ ｆｒｏｍ）：本明細書において用いる場合、「由来する、・・・から誘導される（ｄｅｒｉｖｅｄ ｆｒｏｍ）」という用語は、特定の分子または生物体由来の情報を用いて単離されるか、または作成される成分をいう。

陽性選択またはスクリーニングマーカー：本明細書において用いる場合、「陽性選択またはスクリーニングマーカー（ｐｏｓｉｔｉｖｅ ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ ｏｒ ｓｃｒｅｅｎｉｎｇ ｍａｒｋｅｒ）」とは、マーカーであって、存在する場合、例えば、発現されるか、活性化されるなどの場合、陽性の選択マーカーのない細胞からの、陽性の選択マーカーを有する細胞の同定を生じるマーカーをいう。

陰性選択またはスクリーニングマーカー：本明細書において用いる場合、「陰性選択またはスクリーニングのマーカー（ｎｅｇａｔｉｖｅ ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ ｏｒ ｓｃｒｅｅｎｉｎｇ ｍａｒｋｅｒ）」という用語は、マーカーであって、存在する場合、例えば、発現されるか、活性化されるなどの場合、所望の特性を保有しない（例えば、所望の特性を保有する細胞に比較した場合）細胞の同定を可能にするマーカーをいう。

レポーター：本明細書において用いる場合、「レポーター（ｒｅｐｏｒｔｅｒ）」という用語は、目的の系の標的成分を選択するために用いられ得る成分をいう。例えば、レポーターとしては、タンパク質、例えば、抗生物質耐性または感受性を付与する酵素（限定はしないが、βラクタマーゼ、クロラムフェニコールアセチルトランスフェラーゼ（ＣＡＴ）などを含む）、蛍光スクリーニングマーカー（限定はしないが、緑色蛍光タンパク質（例えば、ＧＦＰ）、ＹＦＰ、ＥＧＦＰ、ＲＦＰを含む）、発光マーカー（限定はしないがホタルルシフェラーゼタンパク質を含む）、親和性に基づくスクリーニングマーカー、または陽性もしくは陰性の選択マーカー遺伝子、例えば、ｌａｃＺ、β−ｇａｌ／ｌａｃＺ（β−ガラクトシダーゼ）、ＡＤＨ（アルコールデヒロドゲナーゼ）、ｈｉｓ３、ｕｒａ３、ｌｅｕ２、ｌｙｓ２、などを挙げることができる。

真核生物：本明細書において用いる場合、「真核生物（ｅｕｋａｒｙｏｔｅ）」という用語は、系統発生の領域Ｅｕｃａｒｙａ（真核生物）に属する生物体、例えば、動物（限定はしないが、哺乳動物、昆虫、爬虫類、鳥類などを含む）、繊毛虫類、植物（限定はしないが、単子葉植物、双子葉植物、藻類などを含む）、真菌、酵母、鞭毛虫、微胞子虫、原生生物などをいう。

非真核生物：本明細書において用いる場合、「非真核生物（ｎｏｎ−ｅｕｋａｒｙｏｔｅ）」という用語は、真核生物でない生物体をいう。例えば、非真核生物生物体は、Ｅｕｂａｃｔｅｒｉａ（真正細菌）（限定はしないが、Ｅｓｃｈｅｒｉｃｈｉａ ｃｏｌｉ、サーマス・サーモフィラス（Ｔｈｅｒｍｕｓ ｔｈｅｒｍｏｐｈｉｌｕｓ）、バチルス・ステアロサーモフィルス／バシラス・ステアロサーモフィラス（Ｂａｃｉｌｌｕｓ ｓｔｅａｒｏｔｈｅｒｍｏｐｈｉｌｕｓ）、シュードモナス・フルオレッセンス（Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｓ）、シュードモナス・エルギノーザ（Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ ａｅｒｕｇｉｎｏｓａ）、シュードモナス・プチダ（Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ ｐｕｔｉｄａ）などを含む）の系統発生の領域、またはＡｒｃｈａｅａ（古細菌）（例えば、Ｍｅｔｈａｎｏｃｏｃｃｕｓ ｊａｎｎａｓｃｈｉｉ、Ｍｅｔｈａｎｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ ｔｈｅｒｍｏａｕｔｏｔｒｏｐｈｉｃｕｍ、Ｈａｌｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ、例えば、Ｈａｌｏｆｅｒａｘ ｖｏｌｃａｎｉｉおよびＨａｌｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ種ＮＲＣ−Ｉ、Ａｒｃｈａｅｏｇｌｏｂｕｓ ｆｕｌｇｉｄｕｓ、Ｐｙｒｏｃｏｃｃｕｓ ｆｕｒｉｏｓｕｓ、Ｐｙｒｏｃｏｃｃｕｓ ｈｏｒｉｋｏｓｈｉｉ、Ａｅｕｒｏｐｙｒｕｍ ｐｅｒｎｉｘなど）の系統発生領域に属し得る。

保存的改変体：「保存的改変体（ｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｖｅ ｖａｒｉａｎｔ）」という用語は、翻訳成分、例えば、この保存的改変体が基づく成分、例えば、Ｏ−ｔＲＮＡまたはＯ−ＲＳのように機能するが、配列中に改変を有する、保存的な改変体Ｏ−ｔＲＮＡまたは保存的改変体Ｏ−ＲＳをいう。例えば、Ｏ−ＲＳは、選択されたアミノ酸、例えば、非天然のアミノ酸で、相補的なＯ−ｔＲＮＡまたは保存的な改変体Ｏ−ｔＲＮＡをアミノアシル化するが、Ｏ−ｔＲＮＡおよび保存的な改変体Ｏ−ｔＲＮＡは、同じ配列を有さない。同様に、ｔＲＮＡは、選択されたアミノ酸、例えば、非天然のアミノ酸で、相補的なＯ−ＲＳまたは保存的な改変体Ｏ−ＲＳをアミノアシル化するが、Ｏ−ＲＳおよび保存的な改変体Ｏ−ＲＳは、同じ配列を有さない。この保存的改変体は、この保存的改変体が対応するＯ−ｔＲＮＡまたはＯ−ＲＳに相補的である限り、例えば、配列中に、１つの改変体、２つの改変体、３つの改変体、４つの改変体、または５つ以上の改変体を有してもよい。

選択またはスクリーニング因子：本明細書において用いる場合、「選択またはスクリーニングの因子（ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ ｏｒ ｓｃｒｅｅｎｉｎｇ ａｇｅｎｔ）」という用語は、存在する場合、集団から特定の成分の選択／スクリーニングを可能にする因子をいう。例えば、選択またはスクリーニングの因子としては、限定はしないが、例えば、栄養物、抗生物質、光の波長、抗体、発現されたポリヌクレオチドなどが挙げられる。選択因子は、例えば、濃度、強度などによって変化され得る。

「効率的に認識されない（ｎｏｔ ｅｆｆｉｃｉｅｎｔｌｙ ｒｅｃｏｇｎｉｚｅｄ）」という用語は、１つの生物体由来のＲＳがＯ−ｔＲＮＡをアミノアシル化する効率、例えば、約１０％未満、約５％未満、または約１％未満をいう。

１つ以上の選択されたアミノ酸、例えば、天然でないアミノ酸を含むタンパク質を作製するために適切である翻訳系は、「ＭＥＴＨＯＤＳ ＡＮＤ ＣＯＭＰＯＳＩＴＩＯＮ ＦＯＲ ＴＨＥ ＰＲＯＤＵＣＴＩＯＮ ＯＦ ＯＲＴＨＯＧＯＮＡＬ ｔＲＮＡ− ＡＭＩＮＯＡＣＹＬ ｔＲＮＡ ＳＹＮＴＨＥＴＡＳＥ ＰＡＩＲＳ」と題された米国特許出願１０／１２６，９３１、および「ＩＮ ＶＩＶＯ ＩＮＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ ＯＦ ＵＮＮＡＴＵＲＡＬ ＡＭＩＮＯ ＡＣＩＤＳ．」と題された同第１０／１２６，９２７号に記載されている。さらに、「ＥＸＰＡＮＤＩＮＧ ＴＨＥ ＥＵＫＡＲＹＯＴＩＣ ＧＥＮＥＴＩＣ ＣＯＤＥ．」と題されたＵＳＳＮ １０／８２５，８６７を参照のこと。これらの出願の各々は、この全体が参照により本明細書に組み込まれる。このような翻訳系は一般に、直交性ｔＲＮＡ（Ｏ−ｔＲＮＡ）、直交性アミノアシルｔＲＮＡシンテターゼ（Ｏ−ＲＳ）および選択されたアミノ酸、例えば、天然でないアミノ酸を含む細胞を含み、ここでＯ−ＲＳが選択されたアミノ酸でＯ−ｔＲＮＡをアミノアシル化する。本発明の直交性対は、Ｏ−ｔＲＮＡ、例えば、サプレッサーｔＲＮＡ、フレームシフトｔＲＮＡなど、およびＯ−ＲＳから構成される。Ｏ−ｔＲＮＡは、第一のセレクターコドンを認識し、およびセレクターコドンに応答して同族のシンテターゼの存在下で抑制活性を有する。この細胞は、成長しているポリペプチド鎖に選択されたアミノ酸を組み込むための成分を用いる。例えば、目的のポリペプチドをコードするポリヌクレオチドであって、Ｏ−ｔＲＮＡによって認識されるセレクターコドンを含むポリヌクレオチドを含む核酸も存在してもよい。この翻訳系はまた、インビトロの系であってもよい。本発明のＲＳ分子は、翻訳においてリボソームを利用する系を含む任意の翻訳系において有用である。

翻訳系はまた、無細胞（インビトロ）の翻訳系であってもよい。テンプレートとしてｍＲＮＡ（インビトロ翻訳）、またはテンプレートとしてＤＮＡ（インビトロの転写および翻訳の組み合わせ）のいずれかを含み得るこれらの系では、インビトロの合成は、リボソームによって指向される。無細胞のタンパク質発現系の開発にはかなりの労力が払われている。例えば、参照により本明細書に組み込まれる、Ｋｉｍ，Ｄ．Ｍ．およびＪ．Ｒ．Ｓｗａｒｔｚ，Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ｂｉｏｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，７４：３０９から３１６（２００１）；Ｋｉｍ，Ｄ．Ｍ．およびＪ．Ｒ．Ｓｗａｒｔｚ，Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｌｅｔｔｅｒｓ，２２，１５３７から１５４２，（２０００）；Ｋｉｍ，Ｄ．Ｍ．，およびＪ．Ｒ．Ｓｗａｒｔｚ，Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｐｒｏｇｒｅｓｓ，１６，３８５から３９０，（２０００）；Ｋｉｍ，Ｄ．Ｍ．，およびＪ．Ｒ．Ｓｗａｒｔｚ，Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ｂｉｏｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，６６，１８０から１８８，（１９９９）；ならびにＰａｔｎａｉｋ，Ｒ．およびＪ．Ｒ．Ｓｗａｒｔｚ，Ｂｉｏｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ ２４，８６２から８６８，（１９９８）；米国特許番号６，３３７，１９１；米国特許公開番号２００２／００８１６６０；ＷＯ ００／５５３５３；ＷＯ ９０／０５７８５を参照のこと。適用され得る別のアプローチとしては、ｍＲＮＡペプチド融合技術が挙げられる。例えば、Ｒ．ＲｏｂｅｒｔｓおよびＪ．Ｓｚｏｓｔａｋ，Ｐｒｏｃ．Ｎａｔｌ Ａｃａｄ．Ｓｃｉ．（ＵＳＡ）９４：１２２９７から１２３０２（１９９７）；Ａ．Ｆｒａｎｋｅｌ，ｅｔ ａｌ．，Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ ＆ Ｂｉｏｌｏｇｙ １０：１０４３から１０５０（２００３）を参照のこと。このアプローチでは、プロマイシンに結合されたｍＲＮＡテンプレートをリボゾーム上でペプチドに翻訳する。１つ以上のｔＲＮＡ分子が改変される場合、天然でないアミノ酸が同様にペプチドに組み込まれてもよい。最後のｍＲＮＡコドンが読み取られた後、プルロマイシンはペプチドのＣ末端を捕獲する。得られたｍＲＮＡペプチド結合体が、インビトロアッセイにおいて目的の特性を有することが見出される場合、この特徴は、ｍＲＮＡ配列から容易に明らかにされ得る。このように、当業者は、所望の特性を有するポリペプチドを同定する１つ以上の天然にはコードされないアミノ酸を含むポリペプチドのライブラリーをスクリーニングし得る。より最近では、精製された成分を有するインビトロのリボソーム翻訳が報告されており、これは、天然にはコードされないアミノ酸で置換されたペプチドの合成を可能にする。例えば、Ａ．Ｆｏｒｓｔｅｒ ｅｔ ａｌ．，Ｐｒｏｃ．Ｎａｔｌ Ａｃａｄ．Ｓｃｉ（ＵＳＡ）１００：６３５３（２００３）を参照のこと。

特定の実施形態では、本発明のＲＳを含むＥ．ｃｏｌｉ細胞は、このような翻訳系を含む。例えば、本発明のＥ．ｃｏｌｉ細胞は、直交性のｔＲＮＡ（Ｏ−ｔＲＮＡ）であって、セレクターコドンに応答して同族のシンテターゼの存在下において抑制活性を含む、Ｏ−ｔＲＮＡと；直交性アミノアシル−ｔＲＮＡシンテターゼ（Ｏ−ＲＳ）と；選択されたアミノ酸と；目的のポリペプチドをコードするポリヌクレオチドを含む核酸であって、このポリヌクレオチドがＯ−ｔＲＮＡによって認識されるセレクターコドンを含む、核酸と、を含む。

本発明はまた、２つ以上の選択されたアミノ酸の取り込みを可能にする、細胞中の複数のＯ−ｔＲＮＡ／Ｏ−ＲＳ対を特徴とする。特定の実施形態では、この細胞はさらに、さらなる異なるＯ−ｔＲＮＡ／Ｏ−ＲＳ対および第二の選択されたアミノ酸を含み、このＯ−ｔＲＮＡが第二のセレクターコドンを認識し、およびＯ−ＲＳが第二の選択されたアミノ酸でＯ−ｔＲＮＡを優先的にアミノアシル化する。例えば、細胞はさらに、例えば、Ｍｅｔｈａｎｏｃｏｃｃｕｓ ｊａｎｎａｓｃｈｉｉのチロシル−ｔＲＮＡシンテターゼ由来のアンバー・サプレッサーｔＲＮＡ−アミノアシルｔＲＮＡシンテターゼ対を含んでもよい。

Ｏ−ｔＲＮＡおよび／またはＯ−ＲＳは、天然に存在するものでも、または天然に存在するｔＲＮＡおよび／またはＲＳの変異体に由来してもよく、これは、例えば、種々の生物体から、ｔＲＮＡのライブラリーおよび／またはＲＳのライブラリーを生成する。例えば、直交性ｔＲＮＡ／アミノアシルｔＲＮＡシンテターゼ対を生成する１つのストラテジーは、異種のｔＲＮＡ／シンテターゼ対を、例えば、宿主細胞以外の供給源または複数の供給源から宿主細胞へ輸送する工程を含む。異種シンテターゼ候補物の特性としては、例えば、宿主細胞ｔＲＮＡを荷電しないことが挙げられ、および異種ｔＲＮＡ候補物の特性としては、例えば、宿主細胞シンテターゼによってアミノアシル化されないことが挙げられる。さらに、異種ｔＲＮＡは、全ての宿主細胞シンテターゼに対して直交性である。

直交性対を生成するための第二のストラテジーは、Ｏ−ｔＲＮＡまたはＯ−ＲＳをスクリーニングおよび／または選択する変異体ライブラリーを生成する工程を含む。これらのストラテジーはまた、組み合されてもよい。

種々の実施形態では、Ｏ−ｔＲＮＡおよびＯ−ＲＳは、少なくとも１つの生物体由来である。別の実施形態では、Ｏ−ｔＲＮＡは天然に存在するか、または第一の生物体由来の変異された天然に存在するｔＲＮＡ由来であり、およびＯ−ＲＳは、天然に存在するか、または第二の生物体由来の変異された天然に存在するＲＳ由来である。一実施形態では、第一および第二の生物体は異なる。例えば、直交性対はＭｅｔｈａｎｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ ｔｈｅｒｍｏａｕｔｏｔｒｏｐｈｉｃｕｍ由来のｔＲＮＡシンテターゼ、および古細菌ｔＲＮＡ由来のｔＲＮＡ（例えば、Ｈａｌｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ ｓｐ．ＮＲＣ−１由来）を含んでもよい。または、この第一および第二の生物体は同じである。追加情報については、「供給源および宿主生物体（Ｓｏｕｒｃｅｓ ａｎｄ Ｈｏｓｔ Ｏｒｇａｎｉｓｍｓ）」と題された節を参照のこと。

本発明の特定の実施形態では、本発明のＯ−ＲＳは、配列番号４に示されるようなポリヌクレオチド配列、またはこの相補的なポリヌクレオチド配列、またはこの保存的な改変体を含むか、またはこれらによってコードされる。特定の実施形態では、Ｏ−ＲＳは、配列番号５に示されるアミノ酸配列を含む。また、本明細書における「Ｎｕｃｌｅｉｃ Ａｃｉｄ ａｎｄ Ｐｏｌｙｐｅｐｔｉｄｅ Ｓｅｑｕｅｎｃｅ ａｎｄ Ｖａｒｉａｎｔｓ」と題された節を参照のこと。

直交性ｔＲＮＡ（Ｏ−ｔＲＮＡ）
直交性ｔＲＮＡ（Ｏ−ｔＲＮＡ）は、例えば、インビボまたはインビトロにおいて、Ｏ−ｔＲＮＡによって認識されるセレクターコドンを含むポリヌクレオチドによってコードされるタンパク質への選択されたアミノ酸の組み込みを媒介する。Ｏ−ｔＲＮＡは、限定はしないが、化学的、または酵素的なアミノアシル化を含む、任意の方法または技術によって所望のアミノ酸でアミノアシル化され得る。アミノアシル化されたＯ−ｔＲＮＡは、翻訳系へ直接添加されてもよい。Ｏ−ｔＲＮＡは、インビトロまたはインビボにおいて、選択されたアミノ酸で本発明のＲＳによってアミノアシル化され得る。さらに、ＲＳは、Ｏ−ＲＳであってもよい。Ｏ−ｔＲＮＡは、翻訳系（例えば、インビトロの翻訳組成物、または細胞）に直接、またはＯ−ｔＲＮＡもしくはこの一部をコードするポリヌクレオチドを提供することによって、提供されてもよい。例えば、Ｏ−ｔＲＮＡ、またはこの一部は、配列番号１、２、３に示されるポリヌクレオチド配列もしくはこの相補的なポリヌクレオチド配列によって、またはこの保存的な改変体によってコードされる。Ｏ−ＲＳは、翻訳系（例えば、インビトロの翻訳組成物、または細胞）に直接（例えば、配列番号５または１７）もしくはこの保存的改変体、またはＯ−ＲＳもしくはこの一部をコードするポリヌクレオチドを提供することによって、提供されてもよい。例えば、Ｏ−ＲＳ、またはこの一部は、配列番号４に示されるポリヌクレオチド配列、アミノ酸配列の配列番号１７をコードするポリヌクレオチド配列、またはこの相補的なポリヌクレオチド配列、またはこの保存的な改変体によってコードされる。

本発明のＯ−ｔＲＮＡは、セレクターコドンに応答して同族シンテターゼの存在下で抑制活性を含む。抑制活性は、当分野で公知の任意の多数のアッセイによって決定され得る。例えば、βガラクトシダーゼレポーターアッセイが用いられてもよい。プロモーターの制御下でｌａｃＺ遺伝子を発現するプラスミドの誘導体が用いられ、例えば、ｌａｃＺのペプチドＶＶＬＱＲＲＤＷＥＮのＬｅｕ−２５は、セレクターコドン、例えば、ＴＡＧ、ＴＧＡ、ＡＧＧＡなどのコドン、またはセンスコドン（コントロールとして）によって、チロシン、セリン、ロイシンなどについて置換される。誘導体化されたｌａｃＺプラスミドは、本発明のＯ−ｔＲＮＡを含むプラスミドとともに適切な生物体（例えば、直交性成分が用いられ得る生物体）由来の細胞に導入される。同族のシンテターゼも導入され得る（発現される場合、同族のシンテターゼをコードするポリペプチドまたはポリヌクレオチドのいずれかとして）。細胞は、所望の密度まで、例えばＯＤ_６００約０．５まで培地中で増殖され、および例えば、ＢｅｔａＦｌｕｏｒ（商標）β−Ｇａｌａｃｔｏｓｉｄａｓｅ Ａｓｓａｙ Ｋｉｔ（Ｎｏｖａｇｅｎ）を用いて、βガラクトシダーゼアッセイが行われる。抑制パーセントは、匹敵するコントロールに対するサンプルについての活性の割合、例えば、誘導されたｌａｃＺ構築物であって、セレクターコドン以外の所望の位置で対応するセンスコドンを有する構築物から観察された値として計算される。

本発明における使用に適切なＯ−ｔＲＮＡの例は、米国特許出願１０／１２６，９３１、１０／１２６，９２７、および１０／８２５，８６７に開示されるＯ−ｔＲＮＡ分子のいずれか１つである。ｔＲＮＡ分子では、チミン（Ｔ）は、ウラシル（Ｕ）で置換される。さらに、この塩基に対するさらなる改変が存在し得る。本発明はまた、Ｏ−ｔＲＮＡの保存的改変体を含む。例えば、Ｏ−ｔＲＮＡの保存的改変体としては、Ｏ−ｔＲＮＡのように機能して、ｔＲＮＡのＬ形状の構造を保持するが、同じ配列は有さない分子（および野性型ｔＲＮＡ分子以外である）が挙げられる。「核酸およびポリペプチド配列および改変体（Ｎｕｃｌｅｉｃ Ａｃｉｄ ａｎｄ Ｐｏｌｙｐｅｐｔｉｄｅ Ｓｅｑｕｅｎｃｅ ａｎｄ Ｖａｒｉａｎｔｓ）」と題された本明細書の節も参照のこと。

Ｏ−ｔＲＮＡを含む組成物はさらに、直交性のアミノアシル−ｔＲＮＡシンテターゼ（Ｏ−ＲＳ）を含んでもよく、このＯ−ＲＳは選択されたアミノ酸（例えば、天然でないアミノ酸）でＯ−ｔＲＮＡを優先的にアミノアシル化する。特定の実施形態では、Ｏ−ｔＲＮＡを含む組成物は、さらに、翻訳系（例えば、インビトロまたはインビボの翻訳系）を含んでもよい。目的のポリペプチドをコードするポリヌクレオチドであって、Ｏ−ｔＲＮＡによって認識される１つ以上のセレクターコドンまたはこれらの１つ以上の組み合わせを含むポリヌクレオチド、を含む核酸がまた、細胞または他の翻訳系に存在し得る。また、「直交性アミノアシル−ｔＲＮＡシンテターゼ（Ｏ−ＲＳ）（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ａｍｉｎｏａｃｙｌ−ｔＲＮＡ Ｓｙｎｔｈｅｔａｓｅｓ（Ｏ−ＲＳ））」と題された本明細書の節も参照のこと。

直交性のｔＲＮＡ（Ｏ−ｔＲＮＡ）、例えば、Ｏ−ｔＲＮＡを産生する方法も、本発明の特徴である。ｔＲＮＡ、例えば、この方法によって生成されるＯ−ｔＲＮＡも、本発明の特徴である。

直交性ｔＲＮＡを生成する方法は、セレクターコドン（例えば、アンバーコドン、オパールコドン、四塩基コドンなど）の認識を可能にするようにｔＲＮＡのプールの各々のアンチコドンループを変異させる工程であって、これによって複数の潜在的なＯ−ｔＲＮＡを提供する工程と；Ｏ−ｔＲＮＡの多数の複数の可能性の二次構造を分析して、二次構造中で非標準塩基対を同定する工程と、この非標準塩基対を場合により変異させる（例えば、非標準塩基対が標準塩基対に変異される）工程とを含む。この非標準塩基対は、二次構造のステム領域に位置してもよい。Ｏ−ｔＲＮＡは、出発物質、例えば、複数のｔＲＮＡ配列に比較して所望の生物体についての直交性の改善のような、１つ以上の特徴または活性の改善を、所望のＲＳに対するこの親和性を保存しながら保有し得る。

または、Ｏ−ｔＲＮＡは、翻訳に影響するか、または翻訳機構の成分である１つ以上の分子とのこの相互作用またはこの分子との結合親和性を調節するように、公知のｔＲＮＡを変異することによって開発されてもよい。このような成分としては、限定はしないが、伸長因子が挙げられる。細菌伸長因子ＥＦ−Ｔｕは、タンパク質合成における伸長工程において重要な役割を果たす。ｔＲＮＡシンテターゼによるｔＲＮＡのアミノアシル化後、ＥＦ−Ｔｕは、アミノアシル化されたｔＲＮＡに結合して、これをリボソームのＡ部位に架橋する。荷電されたアミノ酸とｔＲＮＡとの間のエステル結合は、ＥＦ−Ｔｕとアミノアシル化ｔＲＮＡとの間の結合に起因して自然な加水分解から保護される。Ｓｔｏｒｔｃｈｅｖｏｉらは、ＴΨＣステムにおいてＥ．ｃｏｌｉ開始ｔＲＮＡ^ｆＭｅｔＵ５０：Ｇ６４ゆらぎ塩基対の変異体を検討した。なぜならこの塩基対は、ＥＦ−Ｔｕ．ＧＴＰとアミノアシル化ｔＲＮＡとの間の弱まった相互作用におそらく起因して、伸長においてｔＲＮＡの活性をブロックする二次的な陰性決定基であることが見出されたからである（ＪＢＣ ２００３ ２７８（２０）：１７６７２から１７６７９）。また、ＬａＲｉｖｉｅｒｅらは、Ｓｃｉｅｎｃｅ ２００１ Ｏｃｔ ５；２９４（５５４０）：１６５から８において、ＥＦ−Ｔｕに対する全体的な結合親和性に対するアミノ酸およびｔＲＮＡの熱力学的な寄与を記載した。これらによって、ｔＲＮＡ本体およびアミノ酸の寄与が、お互いに独立していること、およびこれらはｔＲＮＡが正確にアシル化されるときお互いについて補償するということが示された。天然でないアミノ酸でアミノアシル化されたＥＦ−Ｔｕ．ＧＴＰとｔＲＮＡとの間の相互作用に対する変更は、リボソームのＡ部位へのｔＲＮＡのローディングの効率に影響し得る。潜在的な変異部位はまた、ｔＲＮＡと翻訳機構の他の成分、例えば、ＥＦ−Ｔｕとの間の複合体の結晶構造を分析することによって見出され得る。例えば、Ｎｉｓｓｅｎらは、ＥＦ−Ｔｕ．ＧＴＰが、酵母のフェニルアラニル−トランスファーＲＮＡ（Ｐｈｅ−ｔＲＮＡ）のＴΨＣステムのリン酸骨格に直接結合することを示している（Ｓｃｉｅｎｃｅ １９９５ ２７０（５２４１）：１４６４から１４７２）。

この方法は場合により、ｔＲＮＡおよび／またはアミノアシルｔＲＮＡシンテターゼの配列の相同性を分析して、特定の生物体について直交性であると考えられる、Ｏ−ｔＲＮＡ、Ｏ−ＲＳおよび／またはこの対についての潜在的な候補物を決定する工程を含む。当分野で公知であって、および本明細書に記載されるコンピュータープログラムは、分析のために用いられ得る。１実施例では、原核生物の生物体における使用のための潜在的な直交性翻訳成分を選択するために、原核生物の生物体に対して異常な相同性を示さない、シンテターゼおよび／またはｔＲＮＡが選択される。

ｔＲＮＡのプールはまた、コンセンサスなストラテジーによって生成され得る。例えば、ｔＲＮＡのプールは、複数のｔＲＮＡ配列を整列させること；コンセンサス配列を決定すること；およびコンセンサス配列の少なくとも一部、ほとんど、または全体を用いてｔＲＮＡのライブラリーを生成することによって生成される。例えば、コンセンサス配列は、コンピュータープログラム、例えば、ＧＣＧプログラムｐｉｌｅｕｐを用いて編集され得る。必要に応じて、プログラムによって決定された縮重位置は、この位置で最も頻繁な塩基に変化される。ライブラリーは、コンセンサス配列を用いて当分野で公知の技術によって合成される。例えば、ｔＲＮＡ遺伝子の各々の部位が、９０％のコンセンサス配列のドープ混合物、および他の３塩基の１０％混合物として合成され得るオリゴヌクレオチドの重複伸長を用いて、コンセンサス配列に基づくライブラリーを提供してもよい。他の混合物、例えば、７５％のコンセンサス配列および他の３塩基の２５％の混合物、８０％のコンセンサス配列および他の３塩基の２０％混合物、９５％のコンセンサス配列および他の３塩基の５％混合物なども用いられてもよい。

変異体ｔＲＮＡのライブラリーは、当分野で公知の種々の突然変異誘発技術を用いて生成され得る。例えば、変異体ｔＲＮＡは、部位特異的変異、ランダムポイント変異、相同組み換え、ＤＮＡシャッフリングまたは他の再帰的な突然変異方法、キメラ構築物、またはこれらの任意の組み合わせによって生成されてもよい。

さらなる変異が、特定の部位で、例えば、非保存的な位置で、または保存的な位置で、ランダムな位置で、またはｔＲＮＡの所望のループもしくは領域においてこれらの組み合わせで、例えば、ｔＲＮＡ分子のアンチコドンループ、アクセプターステム、Ｄアームもしくはループ、可変ループ、ＴΨＣアームもしくはループ、他の領域、またはこれらの組み合わせで導入されてもよい。変異はステム領域にマッチされた塩基対を含んでもよい。

代表的には、Ｏ−ｔＲＮＡは、細胞が複数の潜在的なＯ−ｔＲＮＡのメンバーを含む、第一の種の細胞の集団を陰性選択に供することによって得られる。陰性の選択は、細胞に対して内因性であるアミノアシルｔＲＮＡシンテターゼ（ＲＳ）によってアミノアシル化される複数の潜在的なＯ−ｔＲＮＡのメンバーを含む細胞を排除する。これによって、第一種の細胞に対して直交性であるｔＲＮＡのプールが提供される。

陰性選択の特定の実施形態では、セレクターコドンが、陰性選択マーカー、例えば、抗生物質耐性を付与する酵素、例えば、βラクタマーゼ、検出可能生成物を付与する酵素、例えば、βガラクトシダーゼ、クロラムフェニコールアセチルトランスフェラーゼ（ＣＡＴ）、例えば、毒性生成物、例えば、バルナーゼ（ｂａｒｎａｓｅ）をコードするポリヌクレオチドに、非必須部位などで導入される。スクリーニング／選択は、選択因子（例えば、アンピシリンのような抗生物質）の存在下で細胞の集団を増殖することによって行われ得る。一実施形態では、選択因子の濃度が変化される。

例えば、サプレッサーｔＲＮＡの活性を測定するために、セレクターコドンのインビボ抑制、例えば、陰性選択マーカー、例えば、βラクタマーゼの遺伝子（ｂｌａ）をコードするポリヌクレオチドに導入されたナンセンスまたはフレームシフト変異に基づく選択システムが用いられる。例えば、ＴＡＧ、ＡＧＧＡおよびＴＧＡを、特定の位置で有する、例えば、ポリヌクレオチド改変体、例えば、ｂｌａ改変体は、特定の位置で構築される。細胞、例えば、細菌は、これらのポリヌクレオチドで形質転換される。内因性Ｅ．ｃｏｌｉシンテターゼによって効率的に荷電され得ない直交性ｔＲＮＡの場合、抗生物質耐性、例えば、アンピシリン耐性は、プラスミドなしで形質転換された細菌についての耐性とほぼ同じであるかまたは少なくなければならない。ｔＲＮＡが直交性でない場合、またはｔＲＮＡを荷電させ得る異種シンテターゼがこの系で同時発現される場合、より高レベルの抗生物質の耐性、例えば、アンピシリン耐性が観察される。プラスミドで形質転換されていない細胞とほぼ等しい抗生物質濃度で、ＬＢ寒天プレート上で成長できない細胞、例えば、細菌が選択される。

毒性の生成物の場合（例えば、リボヌクレアーゼバルナーゼ）の場合、複数の潜在的なｔＲＮＡのメンバーは、内因性の宿主、例えば、Ｅｓｃｈｅｒｉｃｈｉａ ｃｏｌｉシンテターゼ（すなわち、宿主、例えば、Ｅｓｃｈｅｒｉｃｈｉａ ｃｏｌｉシンテターゼに対して直交性でない）によってアミノアシル化されるとき、セレクターコドンが抑制され、および生成された毒性のポリヌクレオチド生成物が細胞死をもたらす。直交性ｔＲＮＡまたは非機能的なｔＲＮＡを保有する細胞は生残する。

一実施形態では、所望の生物体に対して直交性であるｔＲＮＡのプールを次に、陽性選択に供するが、ここでは、βラクタマーゼ遺伝子のような薬物耐性遺伝子によって例えばコードされる陽性選択マーカーにセレクターコドンが位置する。陽性選択は、細胞上で行うが、この細胞は、ｔＲＮＡのプールのメンバーをコードするかもしくは含むポリヌクレオチドと、陽性選択マーカーをコードするポリヌクレオチドと、同族のＲＳをコードするポリヌクレオチドとを含む。これらのポリヌクレオチドは、細胞中で発現され、この細胞は選択因子、例えば、アンピシリンの存在下で成長させられる。ついでｔＲＮＡを、これが同時発現された同族のシンテターゼによってアミノアシル化される能力、およびこのセレクターコドンに応答してアミノ酸に挿入する能力について選択する。代表的には、これらの細胞は、非機能的なｔＲＮＡ、または目的のシンテターゼによって効率的に認識されないｔＲＮＡを保有する細胞に比較して抑制効率の増強を示す。非機能的なｔＲＮＡ、または目的のシンテターゼによって効率的に認識されないｔＲＮＡを保有する細胞は抗生物質に対して感受性である。従って、ｔＲＮＡは、（ｉ）内因性の宿主、例えば、Ｅｓｃｈｅｒｉｃｈｉａ ｃｏｌｉの基質、シンテターゼではない；（ｉｉ）目的のシンテターゼによってアミノアシル化され得る；および（ｉｉｉ）翻訳において機能的であり両方の選択を生き残る。

選択、例えば陽性の選択、陰性の選択、または陽性および陰性の選択の両方のストリンジェンシーは、上記の方法で、場合により、改変され得る。例えば、バルナーゼ（ｂａｒｎａｓｅ）が極端に毒性のタンパク質であるので、陰性選択のストリンジェンシーは、種々の数のセレクターコドンをバルナーゼ遺伝子に導入することによって、および／または誘導性プロモーターを用いることによって制御され得る。別の例では、選択またはスクリーニングの因子の濃度は変化される（例えば、アンピシリン）。一態様では、ストリンジェンシーは変化される。なぜなら、所望の活性は初期の回の間には低くてもよいからである。従って、ストリンジェントの少ない選択基準が初期の回にあてはまり、およびさらにストリンジェントな基準が選択の後の回にあてはまる。特定の実施形態では、陰性の選択、陽性の選択、または陰性および陽性の選択の両方が複数回繰り返されてもよい。複数の異なる陰性選択マーカー、陽性選択マーカーまたは陰性および陽性の両方の選択マーカーが用いられ得る。特定の実施形態では、陽性および陰性の選択マーカーは同じであってもよい。

他のタイプの選択／スクリーニングは、直交性の翻訳成分、例えば、Ｏ−ｔＲＮＡ、Ｏ−ＲＳおよびＯ−ｔＲＮＡ／Ｏ−ＲＳの対を生成するために本発明において用いられ得る。例えば、陰性の選択マーカー、陽性の選択マーカー、または陽性および陰性の両方の選択マーカーとしては、適切な反応物の存在下で蛍光を発するかまたは発光反応を触媒するマーカーを挙げることができる。別の実施形態では、マーカーの生成物は、蛍光活性化細胞選別（ＦＡＣＳ）によって、または発光によって検出される。場合により、マーカーは、アフィニティーベースのスクリーニングマーカーを含む。Ｆｒａｎｃｉｓｃｏ，Ｊ．Ａ．，ｅｔ ａｌ．，（１９９３）Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ−ａｃｔｉｖａｔｅｄ ｃｅｌｌ ｓｏｒｔｉｎｇ ｏｆ Ｅｓｃｈｅｒｉｃｈｉａ ｃｏｌｉ ｅｘｐｒｅｓｓｉｎｇ ａ ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ ａｎｔｉｂｏｄｙ ｆｒａｇｍｅｎｔ ｏｎ ｔｈｅ ｅｘｔｅｒｎａｌ ｓｕｒｆａｃｅ．Ｐｒｏｃ Ｎａｔｌ Ａｃａｄ Ｓｃｉ Ｕ Ｓ Ａ．９０：１０４４４から８を参照のこと。

組み換えの直交性ｔＲＮＡを生成するためのさらなる方法は、例えば、「Ｍｅｔｈｏｄｓ ａｎｄ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｓ ｆｏｒ ｔｈｅ Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｏｆ Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ ｔＲＮＡ−Ａｍｉｎｏａｃｙｌ ｔＲＮＡ Ｓｙｎｔｈｅｔａｓｅ Ｐａｉｒｓ」と題された米国特許出願１０／１２６，９３１、および「Ｉｎ ｖｉｖｏ Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ ｏｆ Ｕｎｎａｔｕｒａｌ Ａｍｉｎｏ Ａｃｉｄｓ」と題された同第１０／１２６，１２７号、「ＥＸＰＡＮＤＩＮＧ ＴＨＥ ＥＵＫＡＲＹＯＴＩＣ ＧＥＮＥＴＩＣ ＣＯＤＥ」と題されたＵＳＳＮ １０／８２５，８６７号に見出され得る。また、Ｆｏｒｓｔｅｒ ｅｔ ａｌ．，（２００３）Ｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇ ｐｅｐｔｉｄｏｍｉｍｅｔｉｃ ｓｙｎｔｈｅｔａｓｅｓ ｂｙ ｔｒａｎｓｌａｔｉｎｇ ｇｅｎｅｔｉｃ ｃｏｄｅｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｄｅ ｎｏｖｏ ＰＮＡＳ １００（１１）：６３５３から６３５７；ならびに、Ｆｅｎｇ ｅｔ ａｌ．，（２００３），Ｅｘｐａｎｄｉｎｇ ｔＲＮＡ ｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎ ｏｆ ａ ｔＲＮＡ ｓｙｎｔｈｅｔａｓｅ ｂｙ ａ ｓｉｎｇｌｅ ａｍｉｎｏ ａｃｉｄ ｃｈａｎｇｅ，ＰＮＡＳ １００（１０）：５６７６から５６８１も参照のこと。

ｔＲＮＡは、限定はしないが、化学的または酵素的なアミノアシル化を含む任意の方法または技術によって所望のアミノ酸でアミノアシル化され得る。

アミノアシル化は、限定はしないがリボザイムを含む、アミノアシルｔＲＮＡシンテターゼによって、または他の酵素分子によって達成され得る。リボザイムという用語は、「触媒性ＲＮＡ（ｃａｔａｌｙｔｉｃ ＲＮＡ）」と交換可能である。Ｃｅｃｈおよび共同研究者（Ｃｅｃｈ，１９８７，Ｓｃｉｅｎｃｅ，２３６：１５３２から１５３９；ＭｃＣｏｒｋｌｅ ｅｔ ａｌ．，１９８７，Ｃｏｎｃｅｐｔｓ Ｂｉｏｃｈｅｍ．６４：２２１から２２６）は、触媒（リボザイム）として機能し得る天然に存在するＲＮＡの存在を実証した。これらの天然のＲＮＡ触媒は、切断およびスプライシングのためにリボ核酸基質上で作用することしか示されていないが、リボザイムの人工的な進化の近年の発達は、種々の化学的反応に対する触媒のレパートリーを拡大している。アミノアシルＲＮＡを触媒し得るＲＮＡ分子がこれら自体の（２’）３’−末端に（Ｉｌｌａｎｇａｋｅｋａｒｅ ｅｔ ａｌ．，１９９５ Ｓｃｉｅｎｃｅ ２６７：６４３から６４７）、およびアミノ酸を１つのＲＮＡ分子から別に輸送し得るＲＮＡ分子（Ｌｏｈｓｅ ｅｔ ａｌ．，１９９６，Ｎａｔｕｒｅ ３８１：４４２−４４４）に結合することが研究によって確認されている。

本明細書において参照により組み込まれる、米国特許出願公開２００３／０２２８５９３は、天然にコードされるおよび天然にはコードされないアミノ酸でのｔＲＮＡのアミノアシル化におけるリボザイムの構築方法およびこれらの使用を記載している。限定はしないが、リボザイムを含む、ｔＲＮＡをアミノアシル化し得る酵素分子の基質固定型によって、アミノアシル化生成物の効率的なアフィニティー精製が可能になり得る。適切な基質の例としては、アガロース、セファロースおよび磁気ビーズが挙げられる。アミノアシル化のためのリボザイムの基質固定型の生成および使用は、本明細書に参照により組み込まれる、ＣｈｅｍｉｓｔｒｙおよびＢｉｏｌｏｇｙ ２００３，１０：１０７７から１０８４および米国特許出願公開２００３／０２２８５９３に記載される。

化学的なアミノアシル化の方法としては、限定はしないが、アミノアシル化におけるシンテターゼの使用を回避するために、Ｈｅｃｈｔおよび共同研究者（Ｈｅｃｈｔ，Ｓ．Ｍ．Ａｃｃ．Ｃｈｅｍ．Ｒｅｓ．１９９２，２５，５４５；Ｈｅｃｋｌｅｒ，Ｔ．Ｇ．；Ｒｏｅｓｓｅｒ，Ｊ．Ｒ．；Ｘｕ，Ｃ．；Ｃｈａｎｇ，Ｐ．；Ｈｅｃｈｔ，Ｓ．Ｍ．Ｂｉｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ １９８８，２７，７２５４；Ｈｅｃｈｔ，Ｓ．Ｍ．；Ａｌｆｏｒｄ，Ｂ．Ｌ．；Ｋｕｒｏｄａ，Ｙ．；Ｋｉｔａｎｏ，Ｓ．Ｊ．Ｂｉｏｌ．Ｃｈｅｍ．１９７８，２５３，４５１７）によって、およびＳｃｈｕｌｔｚ、Ｃｈａｍｂｅｒｌｉｎ、Ｄｏｕｇｈｅｒｔｙ他（Ｃｏｒｎｉｓｈ，Ｖ．Ｗ．；Ｍｅｎｄｅｌ，Ｄ．；Ｓｃｈｕｌｔｚ，Ｐ．Ｇ．Ａｎｇｅｗ．Ｃｈｅｍ．Ｉｎｔ．Ｅｄ．Ｅｎｇｌ．１９９５，３４，６２１；Ｒｏｂｅｒｔｓｏｎ，Ｓ．Ａ．；Ｅｌｌｍａｎ，Ｊ．Ａ．；Ｓｃｈｕｌｔｚ，Ｐ．Ｇ．Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．１９９１，１１３，２７２２；Ｎｏｒｅｎ，Ｃ．Ｊ．；Ａｎｔｈｏｎｙ−Ｃａｈｉｌｌ，Ｓ．Ｊ．；Ｇｒｉｆｆｉｔｈ，Ｍ．Ｃ；Ｓｃｈｕｌｔｚ，Ｐ．Ｇ．Ｓｃｉｅｎｃｅ １９８９，２４４，１８２；Ｂａｉｎ，Ｊ．Ｄ．；Ｇｌａｂｅ，Ｃ．Ｇ．；Ｄｉｘ，Ｔ．Ａ．；Ｃｈａｍｂｅｒｌｉｎ，Ａ．Ｒ．Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．１９８９，１１１，８０１３；Ｂａｉｎ，Ｊ．Ｄ．ｅｔ ａｌ．Ｎａｔｕｒｅ １９９２，３５６，５３７；Ｇａｌｌｉｖａｎ，Ｊ．Ｐ．；Ｌｅｓｔｅｒ，Ｈ．Ａ．；Ｄｏｕｇｈｅｒｔｙ，Ｄ．Ａ．Ｃｈｅｍ．Ｂｉｏｌ．１９９７，４，７４０；Ｔｕｒｃａｔｔｉ，ｅｔ ａｌ．Ｊ．Ｂｉｏｌ．Ｃｈｅｍ．１９９６，２７１，１９９９１；Ｎｏｗａｋ，Ｍ．Ｗ．ｅｔ ａｌ．Ｓｃｉｅｎｃｅ，１９９５，２６８，４３９；Ｓａｋｓ，Ｍ．Ｅ．ｅｔ ａｌ．Ｊ．Ｂｉｏｌ．Ｃｈｅｍ．１９９６，２７１，２３１６９；Ｈｏｈｓａｋａ，Ｔ．ｅｔ ａｌ．Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．１９９９，１２１，３４）によって導かれた方法が挙げられる。このような方法または他の化学的アミノアシル化法を用いて、ｔＲＮＡ分子をアミノアシル化し得る。

化学的に修飾されたアミノアシル−ｔＲＮＡを使用する生合成方法は、インビトロで合成されたタンパク質にいくつかの生物物理学的なプローブを組み込むために用いられている。以下の刊行物およびこの中に引用される引用文献を参照のこと：Ｂｒｕｎｎｅｒ，Ｊ．Ｎｅｗ Ｐｈｏｔｏｌａｂｅｌｉｎｇ ａｎｄ ｃｒｏｓｓｌｉｎｋｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄｓ，Ａｎｎｕ．Ｒｅｖ Ｂｉｏｃｈｅｍ，６２：４８３から５１４（１９９３）；ならびに、Ｋｒｉｅｇ，Ｕ．Ｃ．，Ｗａｌｔｅｒ，Ｐ．，Ｈｏｈｎｓｏｎ，Ａ．Ｅ．Ｐｈｏｔｏｃｒｏｓｓｌｉｎｋｉｎｇ ｏｆ ｔｈｅ ｓｉｇｎａｌ ｓｅｑｕｅｎｃｅ ｏｆ ｎａｓｃｅｎｔ ｐｒｅｐｒｏｌａｃｔｉｎ ｏｆ ｔｈｅ ５４− ｋｉｌｏｄａｌｔｏｎ ｐｏｌｙｐｅｐｔｉｄｅ ｏｆ ｔｈｅ ｓｉｇｎａｌ ｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎ ｐａｒｔｉｃｌｅ，Ｐｒｏｃ．Ｎａｔｌ．Ａｃａｄ．Ｓｃｉ，８３（２２）：８６０４から８６０８（１９８６）。

以前には、天然でないアミノ酸は、所望のアンバー・ナンセンス変異を含む遺伝子でプログラムされたタンパク質合成反応に対する化学的にアミノアシル化されたサプレッサーｔＲＮＡの添加によってインビトロでタンパク質中に部位特異的に組み込まれ得る。これらのアプローチを用いて、当業者は、特定のアミノ酸について栄養要求性の株を用いて、一般の２０のアミノ酸のうち多数を、構造の近い相同体、例えば、フェニルアラニンについてはフルオロフェニルアラニンで置換し得る。例えば、Ｎｏｒｅｎ，Ｃ．Ｊ．，Ａｎｔｈｏｎｙ−Ｃａｈｉｌｌ，Ｇｒｉｆｆｉｔｈ，Ｍ．Ｃ．，Ｓｃｈｕｌｔｚ，Ｐ．Ｇ．Ａ ｇｅｎｅｒａｌ ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ｓｉｔｅ−ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｕｎｎａｔｕｒａｌ ａｍｉｎｏ ａｃｉｄｓ ｉｎｔｏ ｐｒｏｔｅｉｎｓ，Ｓｃｉｅｎｃｅ，２４４：１８２から１８８（１９８９）；Ｍ．Ｗ．Ｎｏｗａｋ，ｅｔ ａｌ．，Ｓｃｉｅｎｃｅ ２６８：４３９から４２（１９９５）；Ｂａｉｎ，Ｊ．Ｄ．，Ｇｌａｂｅ，Ｃ．Ｇ．，Ｄｉｘ，Ｔ．Ａ．，Ｃｈａｍｂｅｒｌｉｎ，Ａ．Ｒ．，Ｄｉａｌａ，Ｅ．Ｓ．Ｂｉｏｓｙｎｔｈｅｔｉｃ ｓｉｔｅ−ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ ｏｆ ａ ｎｏｎ−ｎａｔｕｒａｌ ａｍｉｎｏ ａｃｉｄ ｉｎｔｏ ａ ｐｏｌｙｐｅｐｔｉｄｅ，Ｊ．Ａｍ Ｃｈｅｍ Ｓｏｃ，１１１ ：８０１３から８０１４（１９８９）；Ｎ．Ｂｕｄｉｓａ ｅｔ ａｌ．，ＦＡＳＥＢ Ｊ．１３：４１から５１（１９９９）；Ｅｌｌｍａｎ，Ｊ．Ａ．，Ｍｅｎｄｅｌ，Ｄ．，Ａｎｔｈｏｎｙ−Ｃａｈｉｌｌ，Ｓ．，Ｎｏｒｅｎ，Ｃ．Ｊ．，Ｓｃｈｕｌｔｚ，Ｐ．Ｇ．Ｂｉｏｓｙｎｔｈｅｔｉｃ ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ｉｎｔｒｏｄｕｃｉｎｇ ｕｎｎａｔｕｒａｌ ａｍｉｎｏ ａｃｉｄｓ ｓｉｔｅ−ｓｐｅｃｉｆｉｃａｌｌｙ ｉｎｔｏ ｐｒｏｔｅｉｎｓ，Ｍｅｔｈｏｄｓ ｉｎ Ｅｎｚ．，ｖｏｌ．２０２，３０１から３３６（１９９２）；ならびに、Ｍｅｎｄｅｌ，Ｄ．，Ｃｏｒｎｉｓｈ，Ｖ．Ｗ．＆ Ｓｃｈｕｌｔｚ，Ｐ．Ｇ．Ｓｉｔｅ− Ｄｉｒｅｃｔｅｄ Ｍｕｔａｇｅｎｅｓｉｓ ｗｉｔｈ ａｎ Ｅｘｐａｎｄｅｄ Ｇｅｎｅｔｉｃ Ｃｏｄｅ，Ａｎｎｕ Ｒｅｖ Ｂｉｏｐｈｙｓ．Ｂｉｏｍｏｌ Ｓｔｒｕｃｔ．２４，４３５から６２（１９９５）を参照のこと。

例えば、終止コドンＵＡＧを認識して、天然でないアミノ酸で化学的にアミノアシル化された、サプレッサーｔＲＮＡを調製した。従来の部位特異的突然変異誘発を用いて、タンパク質の遺伝子における目的の部位に終止コドンＴＡＧを導入した。例えば、Ｓａｙｅｒｓ，Ｊ．Ｒ．，Ｓｃｈｍｉｄｔ，Ｗ．Ｅｃｋｓｔｅｉｎ，Ｆ．５’−３’ Ｅｘｏｎｕｃｌｅａｓｅｓ ｉｎ ｐｈｏｓｐｈｏｒｏｔｈｉｏａｔｅ−ｂａｓｅｄ ｏｌｉｇｎｏｕｃｌｅｏｔｉｄｅ−ｄｉｒｅｃｔｅｄ ｍｕｔａｇｅｎｓｉｓ，Ｎｕｃｌｅｉｃ Ａｃｉｄｓ Ｒｅｓ，１６（３）：７９１から８０２（１９８８）を参照のこと。アシル化されたサプレッサーｔＲＮＡおよび変異遺伝子をインビトロの転写／翻訳系で組み合わせた場合、ＵＡＧコドンに応答して天然でないアミノ酸を組み込んで、特定の位置でこのアミノ酸を含有するタンパク質を得る。［^３Ｈ］−Ｐｈｅを用いる実験およびαヒドロキシ酸での実験で、所望のアミノ酸のみがＵＡＧコドンによって特定される位置に組み込まれること、およびこのアミノ酸がこのタンパク質における他の部位には組み込まれないことが実証された。例えば、Ｎｏｒｅｎ，ｅｔ ａｌ，上記；Ｋｏｂａｙａｓｈｉ ｅｔ ａｌ．，（２００３）Ｎａｔｕｒｅ Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ Ｂｉｏｌｏｇｙ １０（６）：４２５から４３２；および，Ｅｌｌｍａｎ，Ｊ．Ａ．，Ｍｅｎｄｅｌ，Ｄ．，Ｓｃｈｕｌｔｚ，Ｐ．Ｇ．Ｓｉｔｅ−ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｎｏｖｅｌ ｂａｃｋｂｏｎｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ ｉｎｔｏ ｐｒｏｔｅｉｎｓ，Ｓｃｉｅｎｃｅ，２５５（５０４１）：１９７から２００（１９９２）を参照のこと。

触媒性ＲＮＡを生成するための方法は、無作為化されたリボザイム配列の別のプールを生成する工程と、このプール上で指向進化を行う工程と、所望のアミノアシル化活性のプールをスクリーニングする工程と、所望のアミノアシル化活性を示すリボザイムの配列を選択する工程とを含み得る。

リボザイムは、ＧＧＵモチーフおよびＵ−リッチ領域のようなアシル化活性を促進するモチーフおよび／または領域を含み得る。例えば、Ｕリッチ領域がアミノ酸基質の再生を促進し得、およびＧＧＵモチーフがｔＲＮＡの３’末端と塩基対を形成し得ることが報告されている。合わせて、ＧＧＵおよびモチーフおよびＵリッチ領域は、アミノ酸およびｔＲＮＡの両方の同時認識を同時に促進し、これによって、ｔＲＮＡの３’末端のアミノアシル化を促進する。

リボザイムは、ｔＲＮＡ^Ａｓｎ _ＣＣＣＧと結合体化された部分的に無作為化されたｒ２４ｍｉｎｉを用いてインビトロ選択によって、続いて活性なクローンで見出されるコンセンサス配列の体系的な操作によって生成され得る。この方法によって得られる例示的なリボザイムは、「Ｆｘ３リボザイム（Ｆｘ３ ｒｉｂｏｚｙｍｅ）」と命名され、およびこの内容が、本明細書に参照により組み込まれる、米国公開出願番号２００３／０２２８５９３に記載されており、同族の天然でないアミノ酸を充填された種々のアミノアシルｔ−ＲＮＡの合成のための多様な触媒として機能する。

基質上の固定を用いて、アミノアシル化されたｔＲＮＡの効率的な親和性精製を可能にすることができる。適切な基質の例としては限定はしないが、アガロース、セファロースおよび磁気ビーズが挙げられる。リボザイムは、ＲＮＡの化学構造の利点を利用することによって樹脂上に固定され得る。例えば、ＲＮＡのリボソーム上の３’−ｃｉｓ−ジオールを、過ヨウ素酸塩で酸化して、樹脂上へのＲＮＡの固定を促進する、対応するジアルデヒドを得てもよい。安価なヒドラジド樹脂を含む種々のタイプの樹脂を用いてもよく、ここの樹脂では、還元的なアミノ化で樹脂とリボザイムとの間の相互作用である可逆的な結合を作製する。アミノアシル−ｔＲＮＡの合成は、このカラム上のアミノアシル化技術によって有意に促進され得る。Ｋｏｕｒｏｕｋｌｉｓら、Ｍｅｔｈｏｄｓ ２００５；３６：２３９から４は、カラムベースのアミノアシル化システムを記載している。

アミノアシル化されたｔＲＮＡの単離は、種々の方法で達成され得る。１つの適切な方法は、１０ｍＭ ＥＤＴＡであって、５０ｍＭのＮ−（２−ヒドロキシエチル）ピペラジン−Ｎ’−（３−プロパンスルホン酸）、１２．５ｍＭ ＫＣｌ、ｐＨ７．０、１０ｍＭのＥＤＴＡを含有する酢酸ナトリウム溶液、または単にＥＤＴＡ緩衝化生理食塩水（ｐＨ７．０）のような緩衝液を用いて、カラムからアミノアシル化ｔＲＮＡを溶出することである。

アミノアシル化ｔＲＮＡが、アミノ酸を組み込むために翻訳反応に添加されてもよく、ここではｔＲＮＡは、翻訳反応によって作成されるポリペプチドにおける選択の位置でアミノアシル化された。アミノアシル化ｔＲＮＡが用いられ得る翻訳系の例としては、限定はしないが、細胞溶解物が挙げられる。細胞溶解物は、インプットｍＲＮＡからのポリペプチドのインビトロ翻訳に必要な反応成分を提供する。このような反応成分の例としては限定はしないが、リボソームタンパク質、ｒＲＮＡ、アミノ酸、ｔＲＮＡ、ＧＴＰ、ＡＴＰ、翻訳開始および伸長因子、ならびに翻訳に関連するさらなる因子が挙げられる。さらに、翻訳系は、バッチ翻訳であっても、または区画化された翻訳であってもよい。バッチ翻訳系は、単一の区画において反応成分を組み合わせるが、区画化された翻訳系は、翻訳効率を妨げ得る反応生成物から翻訳反応成分を分ける。このような翻訳系は市販されている。

さらに、カップリングされた転写／翻訳系を用いてもよい。カップリングされた転写／翻訳系によって、対応するｍＲＮＡへのインプットＤＮＡの両方の転写が可能になり、ついでこれが反応性分によって翻訳される。市販のカップリングされた転写／翻訳の例は、Ｒａｐｉｄ Ｔｒａｎｓｌａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ（ＲＴＳ，Ｒｏｃｈｅ Ｉｎｃ．）である。この系は、リボザイムおよび翻訳因子のような翻訳成分を提供するためのＥ．ｃｏｌｉ溶解物を含む混合物を含む。さらに、ＲＮＡポリメラーゼが、翻訳における使用のためにｍＲＮＡテンプレートへのインプットＤＮＡの転写のために含まれる。ＲＴＳは、供給／廃棄区画および転写／翻訳区画を含む反応区画の間に組み込まれた膜による反応成分の区画化を用いてもよい。

ｔＲＮＡのアミノアシル化は、限定はしないが、トランスフェラーゼ、ポリメラーゼ、触媒性抗体、他機能タンパク質などを含む他の因子によって行われ得る。

直交性アミノアシルｔＲＮＡシンテターゼ（Ｏ−ＲＳ）
本発明のＯ−ＲＳは、インビトロまたはインビボにおいて、選択されたアミノ酸でＯ−ｔＲＮＡを優先的にアミノアシル化する。本発明のＯ−ＲＳは、Ｏ−ＲＳを含むポリペプチドによって、および／またはＯ−ＲＳもしくはこの一部をコードするポリヌクレオチドによって翻訳系（例えば、インビトロの翻訳成分、または細胞）に提供され得る。例えば、Ｏ−ＲＳまたはこの一部は、配列番号４に示されるポリヌクレオチド配列、またはこの相補的なポリヌクレオチド配列、またはこの保存的改変体によってコードされる。本発明のＯ−ＲＳは、限定はしないが、本明細書に開示されるものを含む、多数の異なるＯ−ｔＲＮＡ分子をアミノアシル化し得る。

Ｏ−ｔＲＮＡ、例えば、Ｏ−ｔＲＮＡとの使用のための直交性アミノアシル−ｔＲＮＡシンテターゼ（Ｏ−ＲＳ）、例えばＯ−ＲＳを同定するための方法も、本発明の特徴である。例えば、ある方法は、第一の種の細胞の集団を陽性選択に供する工程を含み、この細胞は、各々が、１）多数の複数のアミノアシル−ｔＲＮＡシンテターゼ（ＲＳ）を含み、ここでは複数のＲＳが、変異ＲＳ、第一の種以外の種由来のＲＳ、または第一の種以外の種由来の変異ＲＳおよびＲＳの両方を含むＲＳと；２）第二の種由来の直交性ｔＲＮＡ（Ｏ−ｔＲＮＡ）と；および３）陽性選択マーカーをコードし、および少なくとも１つのセレクターコドンを含む、ポリヌクレオチドとを含む。複数のＲＳのメンバーを欠くかまたは量が減少している細胞に比較して、抑制効率の増強を示す細胞を選択するかまたはスクリーニングする。抑制効率の増強を有する細胞は、Ｏ−ｔＲＮＡをアミノアシル化する活性なＲＳを含む。第一の種由来のｔＲＮＡの第一のセットの活性なＲＳによるアミノアシル化のレベル（インビトロまたはインビボにおける）を、第二の種由来のｔＲＮＡの第二のセットの活性なＲＳによるアミノアシル化のレベル（インビトロまたはインビボにおける）に比較する。アミノアシル化のレベルは、検出可能な物質（例えば、標識されたアミノ酸または天然でないアミノ酸）によって決定され得る。第一のセットのｔＲＮＡに比較して第二のセットのｔＲＮＡをより効率的にアミノアシル化する活性なＲＳを選択し、これによって、Ｏ−ｔＲＮＡでの使用のための直交性アミノアシルｔＲＮＡシンテターゼを提供する。Ｏ−ＲＳ、例えば、本方法によって特定されたＯ−ＲＳも、本発明の特徴である。

多数のアッセイを用いてアミノアシル化を決定してもよい。これらのアッセイは、インビトロで行っても、インビボでおこなってもよい。例えば、インビトロのアミノアシル化アッセイは、例えば、Ｈｏｂｅｎ，Ｐ．，ａｎｄ Ｓｏｌｌ，Ｄ．（１９８５）Ｍｅｔｈｏｄｓ Ｅｎｚｙｍｏｌ．１１３：５５から５９において、および米国特許出願公開番号２００３／０２２８５９３において記載される。アミノアシル化はまた、直交性の翻訳成分とともにレポーターを用いること、およびタンパク質をコードする少なくとも１つのセレクターコドンを含むポリヌクレオチドを発現する細胞においてレポーターを検出することによって決定され得る。「ＩＮ ＶＩＶＯ ＩＮＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ ＯＦ ＵＮＮＡＴＵＲＡＬ ＡＭＩＮＯ ＡＣＩＤＳ；」と題された米国特許出願１０／１２６，９２７および「ＥＸＰＡＮＤＩＮＧ ＴＨＥ ＥＵＫＡＲＹＯＴＩＣ ＧＥＮＥＴＩＣ ＣＯＤＥ」と題されたＵＳＳＮ １０／８２５，８６７を参照のこと。

同定されたＯ−ＲＳは、所望の天然でないアミノ酸だけでなく、任意の一般的な２０のアミノ酸もＯ−ｔＲＮＡに充填されるように、シンテターゼの基質特異性を変更するためにさらに操作され得る。天然でないアミノ酸の基質特異性を有する直交性のアミノアシルｔＲＮＡシンテターゼを生成する方法は、例えば、シンテターゼにおける活性部位で、シンテターゼにおける編集機構部位で、シンテターゼの種々のドメインを組み合わせることによって種々の部位で、などで、シンテターゼを変異する工程と、選択プロセスを加える工程とを含む。陽性選択に続く陰性選択の組み合わせに基づくストラテジーを用いる。陽性選択では、陽性マーカーの非必須位置に導入されたセレクターコドンの抑制によって、陽性の選択圧下で細胞が生存することが可能になる。従って、天然のアミノ酸および天然でないアミノ酸の両方の存在下において、生残物は、天然のアミノ酸または天然でないアミノ酸のいずれかで直交性サプレッサーｔＲＮＡを充填している活性シンテターゼをコードする。陰性選択では、陰性のマーカーの非必須位置に導入されたセレクターコドンの抑制によって、天然のアミノ酸特異性を有するシンテターゼを除去する。陰性および陽性の選択の生残物は、天然でないアミノ酸のみを有する直交性サプレッサーｔＲＮＡをアミノアシル化（充填）するシンテターゼをコードする。ついで、これらのシンテターゼを、さらなる突然変異誘発、例えば、ＤＮＡシャッフリング、または他の再帰的突然変異（ｒｅｃｕｒｓｉｖｅ ｍｕｔａｇｅｎｅｓｉｓ）法に供してもよい。

変異体Ｏ−ＲＳのライブラリーは、当分野で公知の種々の突然変異誘発技術を用いて生成され得る。例えば、変異体ＲＳは、部位特異的変異、無作為な点変異、相同組み換え、ＤＮＡシャッフリング、または他の再帰的突然変異誘発法、キメラ構築物、またはこれらの任意の組み合わせによって生成され得る。例えば、変異ＲＳのライブラリーは、２つ以上の他の、例えば、より小さい、少ない多様性の「サブライブラリー（ｓｕｂ−ｌｉｂｒａｒｙ）」から生成され得る。ＲＳのキメラライブラリーも、本発明に含まれる。種々の生物体（例えば、真正細菌または古細菌などの微生物）由来のｔＲＮＡシンテターゼのライブラリー、例えば、天然の多様性を含むライブラリー（例えば、Ｓｈｏｒｔらの米国特許番号６，２３８，８８４；Ｓｃｈａｌｌｅｎｂｅｒｇｅｒらの米国特許番号５，７５６，３１６；Ｐｅｔｅｒｓｅｎらの米国特許番号５，７８３，４３１；Ｔｈｏｍｐｓｏｎらの米国特許番号５，８２４，４８５；Ｓｈｏｒｔらの米国特許番号５，９５８，６７２）が場合により構築されて、直交性の対についてスクリーニングされることが注目されるべきである。

一旦シンテターゼを陽性および陰性の選択／スクリーニングのストラテジーに供すれば、ついで、これらのシンテターゼを、さらなる突然変異誘発に供してもよい。例えば、Ｏ−ＲＳをコードする核酸が単離され得る；変異した（例えば、ランダム突然変異誘発、部位特異的突然変異誘発；組み換えまたはこの任意の組み合わせによる）Ｏ−ＲＳをコードする１セットのポリヌクレオチドを核酸から生成してもよく；およびこれらの個々の工程またはこれらの工程の組み合わせは、天然でないアミノ酸でＯ−ｔＲＮＡを優先的にアミノアシル化する変異されたＯ−ＲＳが得られるまで、繰り返され得る。本発明の一態様では、この工程は複数回、例えば、少なくとも２回繰り返される。

選択／スクリーニングのストリンジェンシーのさらなるレベルをまた、Ｏ−ｔＲＮＡ、Ｏ−ＲＳまたはこの対を生成するために、本発明の方法において用いてもよい。選択またはスクリーニングのストリンジェンシーは、Ｏ−ＲＳを生成するための方法の１つまたは両方の工程で変化され得る。これは、例えば、用いられる選択／スクリーニング因子の量を変化させる工程などを含み得る。陽性および／または陰性の選択のさらなる回をまた行ってもよい。選択またはスクリーニングはまた、１回以上の陽性または陰性の選択またはスクリーニングを含んでもよく、これには、例えば、アミノ酸透過性の変化、翻訳効率の変化、翻訳忠実度の変化などが挙げられる。代表的には、１つ以上の変化は、直交性のｔＲＮＡ−ｔＲＮＡシンテターゼ対を用いてタンパク質を生成する生物体中における１つ以上の遺伝子における変異に基づく。

他のタイプの選択を本発明において、例えば、Ｏ−ＲＳ、Ｏ−ｔＲＮＡおよびＯ−ｔＲＮＡ／Ｏ−ＲＳの対について用いてもよい。陽性の選択マーカーは、限定はしないが、成長のための栄養性補充物を提供する生成物を含む任意の種々の分子であってもよく、および選択は、栄養補充物を欠く培地で行われる。陽性選択マーカーをコードするポリヌクレオチドの例としては、限定はしないが、例えば、細胞のアミノ酸栄養要求性を補完することに基づくレポーター遺伝子、ｈｉｓ３遺伝子（例えば、ここでｈｉｓ３遺伝子は、３−アミノトリアゾール（３−ＡＴ）を提供することによって検出されるイミダゾールグリセロールホスフェートデヒドラターゼをコードする）、ｕｒａ３遺伝子、ｌｅｕ２遺伝子、ｌｙｓ２遺伝子、ｌａｃＺ遺伝子、ａｄｈ遺伝子などが挙げられる。例えば、Ｇ．Ｍ．Ｋｉｓｈｏｒｅ，＆Ｄ．Ｍ．Ｓｈａｈ，（１９８８），Ａｍｉｎｏ ａｃｉｄ ｂｉｏｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ｉｎｈｉｂｉｔｏｒｓ ａｓ ｈｅｒｂｉｃｉｄｅｓ，Ａｎｎｕａｌ Ｒｅｖｉｅｗ ｏｆ Ｂｉｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ ５７：６２７から６６３を参照のこと。一実施形態では、ｌａｃＺの生成は、オルト−ニトロフェニル−β−Ｄ−ガラクトピラノシド（ＯＮＰＧ）加水分解によって検出される。例えば、Ｉ．Ｇ．Ｓｅｒｅｂｒｉｉｓｋｉｉ，＆Ｅ．Ａ．Ｇｏｌｅｍｉｓ，（２０００）、Ｕｓｅｓ ｏｆ ｌａｃＺ ｔｏ ｓｔｕｄｙ ｇｅｎｅ ｆｕｎｃｔｉｏｎ：ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｏｆ ｂｅｔａ−ｇａｌａｃｔｏｓｉｄａｓｅ ａｓｓａｙｓ ｅｍｐｌｏｙｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｙｅａｓｔ ｔｗｏ−ｈｙｂｒｉｄ ｓｙｓｔｅｍ，Ａｎａｌｙｔｉｃａｌ Ｂｉｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ ２８５：１から１５を参照のこと。さらなる陽性選択マーカーとしては、例えば、ルシフェラーゼ、緑色蛍光タンパク質（ＧＦＰ）、ＹＦＰ、ＥＧＦＰ、ＲＦＰ、抗生物質耐性遺伝子の生成（例えば、クロラムフェニコールアセチルトランスフェラーゼ（ＣＡＴ））、転写調節因子（例えば、ＧＡＬ４）などが挙げられる。場合により、陽性選択マーカーをコードするポリヌクレオチドは、セレクターコドンを含む。

陽性選択マーカーをコードするポリヌクレオチドは、応答エレメントに作動可能に連結され得る。応答エレメントからの転写を調節する転写調節因子タンパク質をコードし、および少なくとも１つのセレクターコドンを含むさらなるポリヌクレオチドも存在し得る。天然でないアミノ酸でアミノアシル化されたＯ−ｔＲＮＡによる転写調節タンパク質への天然でないアミノ酸の取り込みによって、陽性の選択マーカーをコードするポリヌクレオチド（例えば、レポーター遺伝子）の転写が生じる。必要に応じて、セレクターコドンは、転写調節タンパク質のＤＮＡ結合ドメインをコードするポリヌクレオチドの一部に位置するかまたは実質的に近位である。

陰性の選択マーカーをコードするポリヌクレオチドはまた、転写が転写調節タンパク質によって媒介される応答エレメントに対して必要に応じて連結され得る。例えば、Ａ．Ｊ．ＤｅＭａｇｇｉｏ，ｅｔ ａｌ．，（２０００），Ｔｈｅ ｙｅａｓｔ ｓｐｌｉｔ−ｈｙｂｒｉｄ ｓｙｓｔｅｍ，Ｍｅｔｈｏｄ Ｅｎｚｙｍｏｌ．３２８：１２８から１３７；Ｈ．Ｍ．Ｓｈｉｈ，ｅｔ ａｌ．，（１９９６），Ａ ｐｏｓｉｔｉｖｅ ｇｅｎｅｔｉｃ ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ ｆｏｒ ｄｉｓｒｕｐｔｉｎｇ ｐｒｏｔｅｉｎ−ｐｒｏｔｅｉｎ ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｓ： ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ＣＲＥＢ ｍｕｔａｔｉｏｎｓ ｔｈａｔ ｐｒｅｖｅｎｔ ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｃｏａｃｔｉｖａｔｏｒ ＣＢＰ，Ｐｒｏｃ．Ｎａｔｌ．Ａｃａｄ．Ｓｃｉ．Ｕ．Ｓ．Ａ．９３：１３８９６から１３９０１；Ｍ．Ｖｉｄａｌ，ｅｔ ａｌ．，（１９９６），Ｇｅｎｅｔｉｃ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ａ ｍａｍｍａｌｉａｎ ｐｒｏｔｅｉｎ−ｐｒｏｔｅｉｎ ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ ｄｏｍａｉｎ ｂｙ ｕｓｉｎｇ ａ ｙｅａｓｔ ｒｅｖｅｒｓｅ ｔｗｏ−ｈｙｂｒｉｄ ｓｙｓｔｅｍ，Ｐｒｏｃ．Ｎａｔｌ．Ａｃａｄ．Ｓｃｉ．Ｕ．Ｓ．Ａ．９３：１０３２１から１０３２６；ならびに，Ｍ．Ｖｉｄａｌ，ｅｔ ａｌ．，（１９９６），Ｒｅｖｅｒｓｅ ｔｗｏ−ｈｙｂｒｉｄ ａｎｄ ｏｎｅ−ｈｙｂｒｉｄ ｓｙｓｔｅｍｓ ｔｏ ｄｅｔｅｃｔ ｄｉｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ ｏｆ ｐｒｏｔｅｉｎ−ｐｒｏｔｅｉｎ ａｎｄ ＤＮＡ−ｐｒｏｔｅｉｎ ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｓ（Ｐｒｏｃ．Ｎａｔｌ．Ａｃａｄ．Ｓｃｉ．Ｕ．Ｓ．Ａ．９３：１０３１５から１０３２０）を参照のこと。天然のアミノ酸でアミノアシル化されたＯ−ｔＲＮＡによる転写調節タンパク質への天然のアミノ酸の取り込みによって、陰性選択マーカーの転写が生じる。必要に応じて、陰性選択マーカーはセレクターコドンを含む。本発明の陽性選択マーカーおよび／または陰性選択マーカーは、少なくとも２つのセレクターコドンを含み得、この各々または両方が、少なくとも２つの異なるセレクターコドン、または少なくとも２つの同じセレクターコドンを含み得る。

転写調節タンパク質は、核酸配列（例えば、応答エレメント）に（直接または間接的に）結合し、この応答エレメントに作動可能に結合される配列の転写を調節する分子である。転写調節タンパク質は、転写活性化タンパク質（例えば、ＧＡＬ４、核ホルモン受容体、ＡＰ１、ＣＲＥＢ、ＬＥＦ／ｔｃｆファミリーのメンバー、ＳＭＡＤ、ＶＰ１６、ＳＰｌなど）、転写抑制タンパク質（例えば、核ホルモンレセプター、Ｇｒｏｕｃｈｏ／ｔｌｅファミリー、Ｅｎｇｒａｉｌｅｄファミリーなど）、または環境に依存して両方の活性を有し得るタンパク質（例えば、ＬＥＦ／ｔｃｆ、ホモボックス（ｈｏｍｏｂｏｘ）タンパク質など）であってもよい。応答エレメントは代表的には、転写調節タンパク質によって認識される核酸配列、または転写調節タンパク質と共同して作用するさらなる因子である。

転写調節タンパク質の別の例は、転写活性化タンパク質ＧＡＬ４である。例えば、Ａ．Ｌａｕｇｈｏｎら（１９８４）、Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｗｏ ｐｒｏｔｅｉｎｓ ｅｎｃｏｄｅｄ ｂｙ ｔｈｅ Ｓａｃｃｈａｒｏｍｙｃｅｓ ｃｅｒｅｖｉｓｉａｅ ＧＡＬ４ ｇｅｎｅ，Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ ＆ Ｃｅｌｌｕｌａｒ Ｂｉｏｌｏｇｙ ４：２６８から２７５；Ａ．Ｌａｕｇｈｏｎ，＆ Ｒ．Ｆ．Ｇｅｓｔｅｌａｎｄ，（１９８４），Ｐｒｉｍａｒｙ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ｔｈｅ Ｓａｃｃｈａｒｏｍｙｃｅｓ ｃｅｒｅｖｉｓｉａｅ ＧＡＬ４ ｇｅｎｅ，Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ ＆ Ｃｅｌｌｕｌａｒ Ｂｉｏｌｏｇｙ ４：２６０から２６７；Ｌ．Ｋｅｅｇａｎ，ｅｔ ａｌ．，（１９８６），Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ ｏｆ ＤＮＡ ｂｉｎｄｉｎｇ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｔｒａｎｓｃｒｉｐｔｉｏｎ−ａｃｔｉｖａｔｉｎｇ ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｏｆ ａ ｅｕｋａｒｙｏｔｉｃ ｒｅｇｕｌａｔｏｒｙ ｐｒｏｔｅｉｎ，Ｓｃｉｅｎｃｅ ２３１：６９９から７０４；および，Ｍ．Ｐｔａｓｈｎｅ，（１９８８），Ｈｏｗ ｅｕｋａｒｙｏｔｉｃ ｔｒａｎｓｃｒｉｐｔｉｏｎａｌ ａｃｔｉｖａｔｏｒｓ ｗｏｒｋ，Ｎａｔｕｒｅ ３３５：６８３から６８９を参照のこと。この８８１個のアミノ酸のタンパク質のＮ末端の１４７個のアミノ酸は、ＤＮＡ配列特異的に結合するＤＮＡ結合ドメイン（ＤＢＤ）を形成する。例えば、Ｍ．Ｃａｒｅｙ，ｅｔ ａｌ．，（１９８９），Ａｎ ａｍｉｎｏ−ｔｅｒｍｉｎａｌ ｆｒａｇｍｅｎｔ ｏｆ ＧＡＬ４ ｂｉｎｄｓ ＤＮＡ ａｓ ａ ｄｉｍｅｒ，Ｊ．Ｍｏｌ．Ｂｉｏｌ．２０９：４２３から４３２；ならびに，Ｅ．Ｇｉｎｉｇｅｒ，ｅｔ ａｌ．，（１９８５），Ｓｐｅｃｉｆｉｃ ＤＮＡ ｂｉｎｄｉｎｇ ｏｆ ＧＡＬ４，ａ ｐｏｓｉｔｉｖｅ ｒｅｇｕｌａｔｏｒｙ ｐｒｏｔｅｉｎ ｏｆ ｙｅａｓｔ，Ｃｅｌｌ ４０：７６７から７７４を参照のこと。ＤＮＡに結合したとき転写を活性化し得るＣ末端の１１３のアミノ酸活性化ドメイン（ＡＤ）に対して、タンパク質配列を介在させることによって、ＤＢＤを連結する。例えば、Ｊ．Ｍａ，＆ Ｍ．Ｐｔａｓｈｎｅ，（１９８７），Ｄｅｌｅｔｉｏｎ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ＧＡＬ４ ｄｅｆｉｎｅｓ ｔｗｏ ｔｒａｎｓｃｒｉｐｔｉｏｎａｌ ａｃｔｉｖａｔｉｎｇ ｓｅｇｍｅｎｔｓ，Ｃｅｌｌ ４８：８４７から８５３：ならびに，Ｊ．Ｍａ，＆ Ｍ．Ｐｔａｓｈｎｅ，（１９８７），Ｔｈｅ ｃａｒｂｏｘｙ−ｔｅｒｍｉｎａｌ ３０ ａｍｉｎｏ ａｃｉｄｓ ｏｆ ＧＡＬ４ ａｒｅ ｒｅｃｏｇｎｉｚｅｄ ｂｙ ＧＡＬ８０，Ｃｅｌｌ ５０：１３７から１４２を参照のこと。ＧＡＬ４のＮ末端ＤＢＤおよびこのＣ末端ＡＤの両方を含む単一のポリペプチドの例えばＮ末端ＤＢＤに対するアンバーコドンを置くことによって、Ｏ−ｔＲＮＡ／Ｏ−ＲＳ対によるアンバーサプレッションを、ＧＡＬ４による転写活性化に結合させてもよい。ＧＡＬ４活性化レポーター遺伝子を用いて、この遺伝子を用いる陽性および陰性の両方の選択を行ってもよい。

陰性選択のために用いられる培地は、陰性の選択マーカーによって検出可能物質に変換される因子を選択する工程またはスクリーニングする工程を含んでもよい。本発明の一態様では、検出可能物質は、毒性物質である。陰性選択マーカーをコードするポリヌクレオチドは、例えばｕｒａ３遺伝子であってもよい。例えば、ＵＲＡ３レポーターは、ＧＡＬ４ ＤＮＡ結合部位を含むプロモーターの制御下に置かれてもよい。例えば、ＧＡＬ４をコードするポリヌクレオチドのセレクターコドンでの翻訳によって、陰性選択マーカーが生成される場合、ＧＡＬ４は、ＵＲＡ３の転写を活性化する。陰性の選択は、５−フルオロオロチン酸（５−ＦＯＡ）を含む培地上で達成され、この５−フルオロオロチン酸（５−ＦＯＡ）は、ｕｒａ３遺伝子の遺伝子生成物によって検出可能物質（例えば、細胞を殺傷する毒性物質）に変換される。例えば、Ｊ．Ｄ．Ｂｏｅｋｅ，ｅｔ ａｌ．，（１９８４），Ａ ｐｏｓｉｔｉｖｅ ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ ｆｏｒ ｍｕｔａｎｔｓ ｌａｃｋｉｎｇ ｏｒｏｔｉｄｉｎｅ−５’−ｐｈｏｓｐｈａｔｅ ｄｅｃａｒｂｏｘｙｌａｓｅ ａｃｔｉｖｉｔｙ ｉｎ ｙｅａｓｔ：５−ｆｌｕｏｒｏｏｒｏｔｉｃ ａｃｉｄ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ，Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ ＆ Ｇｅｎｅｒａｌ Ｇｅｎｅｔｉｃｓ １９７：３４５から３４６）；Ｍ．Ｖｉｄａｌ，ｅｔ ａｌ．，（１９９６），Ｇｅｎｅｔｉｃ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ａ ｍａｍｍａｌｉａｎ ｐｒｏｔｅｉｎ−ｐｒｏｔｅｉｎ ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ ｄｏｍａｉｎ ｂｙ ｕｓｉｎｇ ａ ｙｅａｓｔ ｒｅｖｅｒｓｅ ｔｗｏ−ｈｙｂｒｉｄ ｓｙｓｔｅｍ．，Ｐｒｏｃ．Ｎａｔｌ．Ａｃａｄ．Ｓｃｉ．Ｕ．Ｓ．Ａ．９３：１０３２１から１０３２６；および，Ｍ．Ｖｉｄａｌ，ｅｔ ａｌ．，（１９９６），Ｒｅｖｅｒｓｅ ｔｗｏ−ｈｙｂｒｉｄ ａｎｄ ｏｎｅ−ｈｙｂｒｉｄ ｓｙｓｔｅｍｓ ｔｏ ｄｅｔｅｃｔ ｄｉｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ ｏｆ ｐｒｏｔｅｉｎ−ｐｒｏｔｅｉｎ ａｎｄ ＤＮＡ−ｐｒｏｔｅｉｎ ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｓ．，Ｐｒｏｃ．Ｎａｔｌ．Ａｃａｄ．Ｓｃｉ．Ｕ．Ｓ．Ａ．９３：１０３１５から１０３２０を参照のこと。

陽性の選択マーカーと同様、陰性の選択マーカーも、任意の種々の分子であってよい。陽性の選択マーカーおよび／または陰性の選択マーカーは、適切な反応物の存在下で蛍光を発するかまたはルシフェラーゼ反応を触媒するポリペプチドであり得る。例えば、陰性の選択マーカーとしては、限定はしないが、例えば、ルシフェラーゼ、緑色蛍光タンパク質（ＧＦＰ）、ＹＦＰ、ＥＧＦＰ、ＲＦＰ、抗生物質耐性遺伝子の生成物（例えば、クロラムフェニコールアセチルトランスフェラーゼ（ＣＡＴ））、ｌａｃＺ遺伝子の生成物、転写調節タンパク質などが挙げられる。陽性選択マーカーおよび／または陰性選択マーカーは、蛍光活性化細胞分取（ＦＡＣＳ）またはルシフェラーゼによって検出され得る。陽性の選択マーカーおよび／または陰性の選択マーカーは、親和性ベースのスクリーニングマーカーを含んでもよい。同じポリヌクレオチドが、陽性選択マーカーおよび陰性選択マーカーの両方をコードしてもよい。例えば、陽性選択工程、陰性選択工程、または陽性および陰性の選択工程の両方が、レポーターを用いる工程を含み得、ここでこのレポーターは、蛍光活性化細胞分取（ＦＡＣＳ）によって決定される。例えば、陽性選択は、陽性選択マーカー、例えば、クロラムフェニコールアセチルトランスフェラーゼ（ＣＡＴ）遺伝子で最初に行われてもよく、ここでこのＣＡＴ遺伝子は、セレクターコドン、例えば、アンバー終止コドンを、ＣＡＴ遺伝子に含み、その後に、陰性マーカー内の位置、例えば、Ｔ７ ＲＮＡポリメラーゼ遺伝子で、セレクターコドン、例えば、２つ以上を抑制できないことに基づく、陰性選択スクリーニングが続く。この陽性選択マーカーおよび陰性選択マーカーは、同じベクター、例えば、プラスミド上で見出され得る。陰性マーカーの発現は、レポーター、例えば、緑色蛍光タンパク質（ＧＦＰ）の発現を駆動する。選択およびスクリーニングのストリンジェンシーは、変化し得、例えば、蛍光レポーターに必要な光の強度は変化し得る。陽性選択は、ＦＡＣＳによってスクリーニングされる陽性選択マーカーとしてレポーターで行われ得る、その後に、陰性マーカー内の位置、例えば、バルナーゼ遺伝子で、セレクターコドン、例えば、２つ以上を抑制できないことに基づく、陰性選択スクリーニングが続く。

場合により、このレポーターは、細胞表面上で、例えば、ファージディスプレイ上などで提示される。細胞表面のディスプレイ、例えば、ＯｍｐＡに基づく細胞表面ディスプレイ系は、Ｅｓｃｈｅｒｉｃｈｉａ ｃｏｌｉ細胞の表面上で、特定のエピトープ、例えば、外膜ポーリンＯｍｐＡに融合されたポリオウイルスＣ３ペプチドの発現に対して、依存する。このエピトープは、タンパク質メッセージ中のセレクターコドンが翻訳の間に抑制される細胞表面でのみ提示される。ついで、この提示されたペプチドは、ライブラリー中で変異アミノアシルｔＲＮＡシンテターゼの１つによって認識されるアミノ酸を含み、および対応するシンテターゼ遺伝子を含む細胞は、特定の天然でないアミノ酸を含むペプチドに対して惹起された抗体で単離され得る。ＯｍｐＡ−に基づく細胞表面ディスプレイ系は、ファージディスプレイの代替としてＧｅｏｒｇｉｏｕらによって開発されて、最適化された。Ｆｒａｎｃｉｓｃｏ，Ｊ．Ａ．，Ｃａｍｐｂｅｌｌ，Ｒ．，Ｉｖｅｒｓｏｎ，Ｂ．Ｌ．およびＧｅｏｒｇｏｉｕ，Ｇ．Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ−ａｃｔｉｖａｔｅｄ ｃｅｌｌ ｓｏｒｔｉｎｇ ｏｆ Ｅｓｃｈｅｒｉｃｈｉａ ｃｏｌｉ ｅｘｐｒｅｓｓｉｎｇ ａ ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ ａｎｔｉｂｏｄｙ ｆｒａｇｍｅｎｔ ｏｎ ｔｈｅ ｅｘｔｅｒｎａｌ ｓｕｒｆａｃｅ．Ｐｒｏｃ．Ｎａｔｌ．Ａｃａｄ．Ｓｃｉ．ＵＳＡ ９０：１０４４４から８（１９９３）を参照のこと。

本発明の他の実施形態は、インビトロにおいて１つ以上の選択工程を行う工程を含む。ついで、選択された成分、例えば、シンテターゼおよび／またはｔＲＮＡは、天然でないアミノ酸のインビボの組み込みにおける使用のために細胞に導入され得る。

Ｏ−ＲＳを生成し、およびシンテターゼの基質特異性を変更するためのさらなる詳細は、「Ｍｅｔｈｏｄｓ ａｎｄ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｓ ｆｏｒ ｔｈｅ Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｏｆ Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ ｔＲＮＡ−Ａｍｉｎｏａｃｙｌ ｔＲＮＡ Ｓｙｎｔｈｅｔａｓｅ Ｐａｉｒｓ」と題された米国特許出願１０／１２６，９３１号、および参照により本明細書に組み込まれる、「ＥＸＰＡＮＤＩＮＧ ＴＨＥ ＥＵＫＡＲＹＯＴＩＣ ＧＥＮＥＴＩＣ ＣＯＤＥ」と題されたＵＳＳＮ １０／８２５，８６７に見出され得る。Ｏ−ＲＳを生成するためのさらなる詳細は、参照により本明細書にこの各々が組み込まれる、Ｈａｍａｎｏ−Ｔａｋａｋｕ ｅｔ ａｌ．，（２０００）Ａ ｍｕｔａｎｔ Ｅｓｃｈｅｒｉｃｈｉａ ｃｏｌｉ Ｔｙｒｏｓｙｌ−ｔＲＮＡ Ｓｙｎｔｈｅｔａｓｅ Ｕｔｉｌｉｚｅｓ ｔｈｅ Ｕｎｎａｔｕｒａｌ Ａｍｉｎｏ Ａｃｉｄ Ａｚａｔｙｒｏｓｉｎｅ Ｍｏｒｅ Ｅｆｆｉｃｉｅｎｔｌｙ ｔｈａｎ Ｔｙｒｏｓｉｎｅ，Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，２７５（５１）：４０３２４から４０３２８；Ｋｉｇａ ｅｔ ａｌ．（２００２），Ａｎ ｅｎｇｉｎｅｅｒｅｄ Ｅｓｃｈｅｒｉｃｈｉａ ｃｏｌｉ ｔｙｒｏｓｙｌ−ｔＲＮＡ ｓｙｎｔｈｅｔａｓｅ ｆｏｒ ｓｉｔｅ−ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ ｏｆ ａｎ ｕｎｎａｔｕｒａｌ ａｍｉｎｏ ａｃｉｄ ｉｎｔｏ ｐｒｏｔｅｉｎｓ ｉｎ ｅｕｋａｒｙｏｔｉｃ ｔｒａｎｓｌａｔｉｏｎ ａｎｄ ｉｔｓ 出願ｉｎ ａ ｗｈｅａｔ ｇｅｒｍ ｃｅｌｌ−ｆｒｅｅ ｓｙｓｔｅｍ，ＰＮＡＳ ９９（１５）：９７１５から９７２３；ならびに，Ｆｒａｎｃｋｌｙｎ ｅｔ ａｌ．，（２００２），Ａｍｉｎｏａｃｙｌ−ｔＲＮＡ ｓｙｎｔｈｅｔａｓｅｓ：Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ ｐｌａｙｅｒｓ ｉｎ ｔｈｅ ｃｈａｎｇｉｎｇ ｔｈｅａｔｅｒ ｏｆ ｔｒａｎｓｌａｔｉｏｎ；ＲＮＡ，８：１３６３から１３７２に見出され得る。

供給源および宿主生物体
本発明の翻訳成分は代表的には、非真核生物生物体由来である。例えば、直交性Ｏ−ｔＲＮＡは、非真核生物生物体、例えば、古細菌、例えば、Ｍｅｔｈａｎｏｃｏｃｃｕｓ ｊａｎｎａｓｃｈｉｉ、Ｍｅｔｈａｎｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ ｔｈｅｒｍｏａｕｔｏｔｒｏｐｈｉｃｕｍ、Ｈａｌｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ、例えば、Ｈａｌｏｆｅｒａｘ ｖｏｌｃａｎｉｉおよびＨａｌｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ種、ＮＲＣ−１、Ａｒｃｈａｅｏｇｌｏｂｕｓ ｆｕｌｇｉｄｕｓ、Ｐｙｒｏｃｏｃｃｕｓ ｆｕｒｉｏｓｕｓ、Ｐｙｒｏｃｏｃｃｕｓ ｈｏｒｉｋｏｓｈｉｉ、Ａｅｕｒｏｐｙｒｕｍ ｐｅｒｎｉｘなど、または真正細菌、例えば、Ｅｓｃｈｅｒｉｃｈｉａ ｃｏｌｉ、Ｔｈｅｒｍｕｓ ｔｈｅｒｍｏｐｈｉｌｉｃｓ、Ｂａｃｉｌｌｕｓ ｓｔｅａｒｏｔｈｅｒｍｐｈｉｌｕｓなどに由来し得るが、直交性Ｏ−ＲＳは、非真核生物の生物体、例えば、Ｍｅｔｈａｎｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ ｔｈｅｒｍｏａｕｔｏｔｒｏｐｈｉｃｕｍ、Ｈａｌｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ、例えば、Ｈａｌｏｆｅｒａｘ ｖｏｌｃａｎｉｉおよびＨａｌｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ種 ＮＲＣ−１，Ａｒｃｈａｅｏｇｌｏｂｕｓ ｆｕｌｇｉｄｕｓ、Ｐｙｒｏｃｏｃｃｕｓ ｆｕｒｉｏｓｕｓ、Ｐｙｒｏｃｏｃｃｕｓ ｈｏｒｉｋｏｓｈｉｉ、Ａｅｕｒｏｐｙｒｕｍ ｐｅｒｎｉｘなど、または、真正細菌、例えば、Ｅｓｃｈｅｒｉｃｈｉａ ｃｏｌｉ、Ｔｈｅｒｍｕｓ ｔｈｅｒｍｏｐｈｉｌｕｓ、Ｂａｃｉｌｌｕｓ ｓｔｅａｒｏｔｈｅｒｍｐｈｉｌｕｓなどに由来し得る。一実施形態では、限定はしないが、植物、藻類、原生生物、真菌、酵母、動物（例えば、哺乳動物、昆虫、節足動物など）などを含む真核生物供給源も用いられ得る。

Ｏ−ｔＲＮＡ／Ｏ−ＲＳ対の個々の成分は、同じ生物体または異なる生物体由来であり得る。一実施形態では、Ｏ−ｔＲＮＡ／Ｏ−ＲＳ対は、同じ生物体由来である。または、Ｏ−ｔＲＮＡ／Ｏ−ＲＳ対のＯ−ｔＲＮＡおよびＯ−ＲＳは、異なる生物体由来である。例えば、Ｏ−ｔＲＮＡは、例えば、Ｈａｌｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ ｓｐ ＮＲＣ−１由来であってもよく、およびＯ−ＲＳは、例えば、Ｍｅｔｈａｎｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ ｔｈｅｒｍｏａｕｔｒｏｐｈｉｃｕｍ由来であり得る。

Ｏ−ｔＲＮＡ、Ｏ−ＲＳまたはＯ−ｔＲＮＡ／Ｏ−ＲＳ対を、インビボもしくはインビトロにおいて、および／または、細胞、例えば、非真核生物細胞（例えば、Ｅ．ｃｏｌｉ細胞）もしくは真核生物細胞において、選択もしくはスクリーニングして、選択されたアミノ酸（例えば、天然でないアミノ酸）を有するポリペプチドを生成してもよい。非真核生物細胞は、限定はしないが、Ｍｅｔｈａｎｏｃｏｃｃｕｓ ｊａｎｎａｓｃｈｉｉ、Ｍｅｔｈａｎｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ ｔｈｅｒｍｏａｕｔｏｔｒｏｐｈｉｃｕｍ、Ｈａｌｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ、例えば、Ｈａｌｏｆｅｒａｘ ｖｏｌｃａｎｉｉおよびＨａｌｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ種 ＮＲＣ−１、Ａｒｃｈａｅｏｇｌｏｂｕｓ ｆｕｌｇｉｄｕｓ、Ｐｙｒｏｃｏｃｃｕｓ ｆｕｒｉｏｓｕｓ、Ｐｙｒｏｃｏｃｃｕｓ ｈｏｒｉｋｏｓｈｉｉ、Ａｅｕｒｏｐｙｒｕｍ ｐｅｒｎｉｘなどを含むＡｒｃｈａｅａ系統発生ドメインのような種々の供給源由来であってもよく、または限定はしないが、Ｅｓｃｈｅｒｉｃｈｉａ ｃｏｌｉ、Ｔｈｅｒｍｕｓ ｔｈｅｒｍｏｐｈｉｌｕｓ、Ｂａｃｉｌｌｕｓ ｓｔｅａｒｏｔｈｅｒｍｏｐｈｉｌｕｓ、Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｓ、Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ ａｅｒｕｇｉｎｏｓａ、Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ ｐｕｔｉｄａなどを含むＥｕｂａｃｔｅｒｉａ系統発生ドメインに属し得る。真核生物細胞は、限定はしないが、植物（例えば、単子葉植物または双子葉植物のような複雑な植物）、藻類、原生生物、真菌、酵母（限定はしないが、Ｓａｃｃｈａｒｏｍｙｃｅｓ ｃｅｒｅｖｉｓｉａｅを含む）、動物（限定はしないが、哺乳動物、昆虫、節足動物などを含む）などを含む、種々の供給源に由来し得る。本発明の翻訳成分を有する細胞の組成はまた、本発明の特徴である。別の種における使用のために１つの種においてＯ−ｔＲＮＡおよび／またはＯ−ＲＳをスクリーニングするためには、「Ｅｘｐａｎｄｉｎｇ ｔｈｅ Ｅｕｋａｒｙｏｔｉｃ Ｇｅｎｅｔｉｃ Ｃｏｄｅ」と題されたＵＳＳＮ１０／８２５，８６７も参照のこと。

宿主細胞において選択されたアミノ酸を有する目的のポリペプチドを発現するためには、転写、転写／翻訳ターミネーターを指示するプロモーターを、およびタンパク質をコードする核酸については、翻訳開始のためのリボソーム結合部位を含む発現ベクターに目的のポリペプチドをコードするポリヌクレオチドをサブクローニングしてもよい。適切な細菌プロモーターは、当分野で周知であり、およびＳａｍｂｒｏｏｋら、およびＡｕｓｕｂｅｌらに記載される。

目的のポリペプチドを発現するための細菌発現系は、限定はしないが、Ｅ．ｃｏｌｉ，Ｂａｃｉｌｌｕｓ ｓｐ．，Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｓ，Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ ａｅｒｕｇｉｎｏｓａ，Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ ｐｕｔｉｄａ、およびＳａｌｍｏｎｅｌｌａなどにおいて利用可能である（Ｐａｌｖａ ｅｔ ａｌ．，Ｇｅｎｅ ２２：２２９から２３５（１９８３）；Ｍｏｓｂａｃｈ ｅｔ ａｌ．，Ｎａｔｕｒｅ ３０２：５４３から５４５（１９８３））。このような発現系のためのキットは市販されている。哺乳動物細胞、酵母および昆虫細胞の真核生物発現系は、当分野で周知であり、およびまた市販される。

本発明のｔＲＮＡおよび／もしくはＲＳ、ならびに／または目的のポリペプチドは、例えば、酵母、昆虫細胞、哺乳動物細胞および細菌を含む、任意の多数の適切な発現系において利用および／または発現され得る。例示的な発現系の説明は下に提供される。

酵母
本明細書において用いる場合、「酵母（ｙｅａｓｔ）」という用語は、目的のポリペプチドを発現し得る任意の種々の酵母を含む。このような酵母としては限定はしないが、有子嚢胞子酵母（ａｓｃｏｓｐｏｒｏｇｅｎｏｕｓ ｙｅａｓｔｓ）（Ｅｎｄｏｍｙｃｅｔａｌｅｓ）、バシディオスポロゲノウス（ｂａｓｉｄｉｏｓｐｏｒｏｇｅｎｏｕｓ）酵母、および不完全真菌（Ｆｕｎｇｉ ｉｍｐｅｒｆｅｃｔｉ）（Ｂｌａｓｔｏｍｙｃｅｔｅｓ）群に属する酵母が挙げられる。有子嚢胞子酵母は、２つの科であるＳｐｅｒｍｏｐｈｔｈｏｒａｃｅａｅおよびＳａｃｃｈａｒｏｍｙｃｅｔａｃｅａｅに分けられる。後者は、４つの亜科、Ｓｃｈｉｚｏｓａｃｃｈａｒｏｍｙｃｏｉｄｅａｅ（例えば、シゾサッカロミセス（Ｓｃｈｉｚｏｓａｃｃｈａｒｏｍｙｃｅｓ）属）、Ｎａｄｓｏｎｉｏｉｄｅａｅ、ＬｉｐｏｍｙｃｏｉｄｅａｅおよびＳａｃｃｈａｒｏｍｙｃｏｉｄｅａｅ（例えば、Ｐｉｃｈｉａ属、ＫｌｕｙｖｅｒｏｍｙｃｅｓおよびＳａｃｃｈａｒｏｍｙｃｅｓ）からなる。バシディオスポロゲノウス（ｂａｓｉｄｉｏｓｐｏｒｏｇｅｎｏｕｓ）酵母としては、Ｌｅｕｃｏｓｐｏｒｉｄｉｕｍ属、Ｒｈｏｄｏｓｐｏｒｉｄｉｕｍ、Ｓｐｏｒｉｄｉｏｂｏｌｕｓ、ＦｉｌｏｂａｓｉｄｉｕｍおよびＦｉｌｏｂａｓｉｄｉｅｌｌａが挙げられる。不完全真菌（Ｂｌａｓｔｏｍｙｃｅｔｅｓ）群に属する酵母は、２つの科であるＳｐｏｒｏｂｏｌｏｍｙｃｅｔａｃｅａｅ（例えば、ｇｅｎｅｒａ ＳｐｏｒｏｂｏｌｏｍｙｃｅｓおよびＢｕｌｌｅｒａ）およびＣｒｙｐｔｏｃｏｃｃａｃｅａｅ（例えば、Ｃａｎｄｉｄａ属）に分けられる。

本発明での使用のための特に目的なのは、属、Ｐｉｃｈｉａ、Ｋｌｕｙｖｅｒｏｍｙｃｅｓ、Ｓａｃｃｈａｒｏｍｙｃｅｓ、シゾサッカロミセス（Ｓｃｈｉｚｏｓａｃｃｈａｒｏｍｙｃｅｓ）、Ｈａｎｓｅｎｕｌａ、ＴｏｒｕｌｏｐｓｉｓおよびＣａｎｄｉｄａ内の種であり、これには、限定はしないが、Ｐ．ｐａｓｔｏｒｉｓ、Ｐ．ｇｕｉｌｌｅｒｉｍｏｎｄｉｉ、Ｓ．ｃｅｒｅｖｉｓｉａｅ、Ｓ．ｃａｒｌｓｂｅｒｇｅｎｓｉｓ、Ｓ．ｄｉａｓｔａｔｉｃｕｓ、Ｓ．ｄｏｕｇｌａｓｉｉ、Ｓ．ｋｌｕｙｖｅｒｉ、Ｓ，ｎｏｒｂｅｎｓｉｓ、Ｓ．ｏｖｉｆｏｒｍｉｓ、Ｋ．ｌａｃｔｉｓ、Ｋ．ｆｒａｇｉｌｉｓ、Ｃ．ａｌｂｉｃａｎｓ、Ｃ．ｍａｌｔｏｓａおよびＨ．ｐｏｌｙｍｏｒｐｈａが挙げられる。酵母は一般に、限定はしないが、Ｙｅａｓｔ Ｇｅｎｅｔｉｃ Ｓｔｏｃｋ Ｃｅｎｔｅｒ，Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｂｉｏｐｈｙｓｉｃｓ ａｎｄ Ｍｅｄｉｃａｌ Ｐｈｙｓｉｃｓ，Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ（Ｂｅｒｋｅｌｅｙ，ＣＡ）およびＡｍｅｒｉｃａｎ Ｔｙｐｅ Ｃｕｌｔｕｒｅ Ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ（「ＡＴＣＣ」）（Ｍａｎａｓｓａｓ，ＶＡ）を含む、種々の供給源から入手される。

「酵母宿主（ｙｅａｓｔ ｈｏｓｔ）」または「酵母宿主細胞（ｙｅａｓｔ ｈｏｓｔ ｃｅｌｌ）」という用語は、組み換えベクターまたは他のトランスファーＤＮＡのレシピエントであり得るかまたはそうであった酵母を含む。この用語としては、組み換えベクターまたは他のトランスファーＤＮＡを受け取った、元の酵母宿主細胞の子孫を含む。単独の親細胞の子孫は、偶発的または意図的な変異に起因して、形態学的に、またはゲノムＤＮＡもしくは元の親に対して相補的な総ＤＮＡにおいて完全に同一である必要はないかもしれない。目的のポリペプチドをコードするヌクレオチド配列の存在のような関連の特性によって特徴付けられるべき親と実質的に類似である親細胞の子孫は、本発明の定義に含まれる子孫に含まれる。

染色体外レプリコンまたは組み込みベクターを含む発現ベクターおよび形質転換ベクターは、多くの酵母宿主への形質転換について開発されている。例えば、発現ベクターは、Ｓ．ｃｅｒｅｖｉｓｉａｅ（Ｓｉｋｏｒｓｋｉ ｅｔ ａｌ．，ＧＥＮＥＴＩＣＳ（１９８９）１２２：１９；Ｉｔｏ ｅｔ ａｌ．，Ｊ．ＢＡＣＴＥＲＩＯＬ．（１９８３）１５３：１６３；Ｈｉｎｎｅｎ ｅｔ ａｌ．，ＰＲＯＣ．ＮＡＴＬ．ＡＣＡＤ．ＳＣＩ．ＵＳＡ（１９７８）７５：１９２９）；Ｃ．ａｌｂｉｃａｎｓ（Ｋｕｒｔｚ ｅｔ ａｌ．，ＭＯＬ．ＣＥＬＬ．ＢＩＯＬ．（１９８６）６：１４２）；Ｃ．ｍａｌｔｏｓａ（Ｋｕｎｚｅ ｅｔ ａｌ．，Ｊ．ＢＡＳＩＣ ＭＩＣＲＯＢＩＯＬ．（１９８５）２５：１４１）；Ｈ．ｐｏｌｙｍｏｒｐｈａ（Ｇｌｅｅｓｏｎ ｅｔ ａｌ．，Ｊ．ＧＥＮ．ＭＩＣＲＯＢＩＯＬ．（１９８６）１３２：３４５９；Ｒｏｇｇｅｎｋａｍｐ ｅｔ ａｌ．，ＭＯＬ．ＧＥＮＥＴＩＣＳ ＡＮＤ ＧＥＮＯＭＩＣＳ（１９８６）２０２：３０２）；Ｋ．ｆｒａｇｉｌｉｓ（Ｄａｓ ｅｔ ａｌ．，Ｊ．ＢＡＣＴＥＲＩＯＬ．（１９８４）１５８：１１６５）；Ｋ．ｌａｃｔｉｓ（Ｄｅ Ｌｏｕｖｅｎｃｏｕｒｔ ｅｔ ａｌ．，Ｊ．ＢＡＣＴＥＲＩＯＬ．（１９８３）１５４：７３７；Ｖａｎ ｄｅｎ Ｂｅｒｇ ｅｔ ａｌ．，ＢＩＯＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ（ＮＹ）（１９９０）８：１３５）；Ｐ．ｇｕｉｌｌｅｒｉｍｏｎｄｉｉ（Ｋｕｎｚｅ ｅｔ ａｌ．，Ｊ．ＢＡＳＩＣ ＭＩＣＲＯＢＩＯＬ．（１９８５）２５：１４１）；Ｐ．ｐａｓｔｏｒｉｓ（米国特許番号５，３２４，６３９；４，９２９，５５５；および４，８３７，１４８；Ｃｒｅｇｇ ｅｔ ａｌ．，ＭＯＬ．ＣＥＬＬ．ＢｌＯＬ．（１９８５）５：３３７６）；Ｓｃｈｉｚｏｓａｃｃｈａｒｏｍｙｃｅｓ ｐｏｍｂｅ（Ｂｅａｃｈ ｅｔ ａｌ．，ＮＡＴＵＲＥ（１９８２）３００：７０６）；およびＹ．ｌｉｐｏｌｙｔｉｃａ；Ａ．ｎｉｄｕｌａｎｓ（Ｂａｌｌａｎｃｅ ｅｔ ａｌ．，ＢｌＯＣＨＥＭ．ＢｌＯＰＨＹＳ．ＲＥＳ．ＣＯＭＭＵＮ．（１９８３）１１２：２８４から８９；Ｔｉｌｂｕｒｎ ｅｔ ａｌ．，ＧＥＮＥ（１９８３）２６：２０５から２２１；およびＹｅｌｔｏｎ ｅｔ ａｌ．，ＰＲＯＣ．ＮＡＴＬ．ＡＣＡＤ．ＳＣＩ．ＵＳＡ（１９８４）８１：１４７０から７４）；Ａ．ｎｉｇｅｒ（Ｋｅｌｌｙ ａｎｄ Ｈｙｎｅｓ，ＥＭＢＯ Ｊ．（１９８５）４：４７５から４７９）；Ｔ．ｒｅｅｓｉａ（ＥＰ ０ ２４４ ２３４）；ならびに糸状菌、例えば、Ｎｅｕｒｏｓｐｏｒａ、Ｐｅｎｉｃｉｌｌｉｕｍ、Ｔｏｌｙｐｏｃｌａｄｉｕｍ（ＷＯ ９１／００３５７）などについて開発されており、この各々は本明細書に参照により組み込まれる。

酵母ベクターの制御配列は、当業者に公知であり、これには限定はしないが、アルコールデヒドロゲナーゼ（ＡＤＨ）（ＥＰ ０ ２８４ ０４４）；エノラーゼ；グルコキナーゼ；グルコース−６−リン酸イソメラーゼ；グリセルアルデヒド−３−ホスフェート−デヒドロゲナーゼ（ＧＡＰまたはＧＡＰＤＨ）；ヘキソキナーゼ；ホスホフルクトキナーゼ；３−ホスホグリセレートムターゼ；およびピルビン酸キナーゼ（ＰｙＫ）（ＥＰ ０ ３２９ ２０３）のような遺伝子由来のプロモーター領域が挙げられる。酸ホスファターゼをコードする酵母ＰＨＯ５遺伝子はまた、有用なプロモーター配列を提供し得る（Ｍｉｙａｎｏｈａｒａ ｅｔ ａｌ．，ＰＲＯＣ．ＮＡＴＬ．ＡＣＡＤ．ＳＣＩ．ＵＳＡ（１９８３）８０：１）。酵母宿主との使用のための他の適切なプロモーター配列としては、３−ホスホグリセレートキナーゼ（Ｈｉｔｚｅｍａｎ ｅｔ ａｌ．，Ｊ．ＢｌＯＬ．ＣＨＥＭ．（１９８０）２５５：１２０７３）；および他の糖分解酵素、例えば、ピルビン酸デカルボキシラーゼ、トリオースホスフェートイソメラーゼ、およびホスホグルコースイソメラーゼ（Ｈｏｌｌａｎｄ ｅｔ ａｌ．，ＢＩＯＣＨＥＭＩＳＴＲＹ（１９７８）１７：４９００；Ｈｅｓｓ ｅｔ ａｌ．，Ｊ．ＡＤＶ．ＥＮＺＹＭＥ ＲＥＧ．（１９６９）７：１４９）のためのプロモーターを挙げることができる。成長条件によって制御される転写のさらなる利点を有する誘導性酵母プロモーターとしては、アルコールデヒドロゲナーゼ２；イソチトクロームＣ；酸性ホスファターゼ；メタロチオネイン；グリセルアルデヒド−３−ホスフェートデヒドロゲナーゼ；窒素代謝に関連する分解酵素；ならびにマルトースおよびガラクトース利用を担う酵素のプロモーター領域を挙げることができる。酵母発現における使用のために適切なベクターおよびプロモーターは、ＥＰ ０ ０７３ ６５７にさらに記載される。

酵母エンハンサーはまた、酵母プロモーターとともに用いられ得る。さらに、合成プロモーターはまた、酵母プロモーターとして機能し得る。例えば、酵母プロモーターの上流活性化配列（ＵＡＳ）は、別の酵母プロモーターの転写活性化領域と結合されてもよく、これによって合成ハイブリッドプロモーターが生成される。このようなハイブリッドプロモーターの例としては、ＧＡＰ転写活性化領域に結合されたＡＤＨ調節性配列が挙げられる。本明細書において参照により組み込まれる、米国特許番号４，８８０，７３４および同第４，８７６，１９７号を参照のこと。ハイブリッドプロモーターの他の例としては、ＧＡＰまたはＰｙＫのような糖分解性酵素遺伝子の転写活性化領域と合わされた、ＡＤＨ２、ＧＡＬＡ、ＧＡＬ１０、またはＰＨＯ５遺伝子の調節性配列からなるプロモーターが挙げられる。ＥＰ ０ １６４ ５５６を参照のこと。さらに、酵母プロモーターとしては、酵母ＲＮＡポリメラーゼに結合して転写を開始する能力を有する非酵母起源の天然に存在するプロモーターを挙ることができる。

酵母発現ベクターの一部を含み得る他の制御エレメントとしては、例えば、ＧＡＰＤＨまたは他のエノラーゼ遺伝子由来のターミネーターが挙げられる（Ｈｏｌｌａｎｄ ｅｔ ａｌ．，Ｊ．ＢｌＯＬ．ＣＨＥＭ．（１９８１）２５６：１３８５）。さらに、２μのプラスミド由来の複製起点が酵母に適切である。酵母での使用のための適切な選択遺伝子は、酵母プラスミドに存在するｔｒｐｌ遺伝子である。Ｔｓｃｈｕｍｐｅｒ ｅｔ ａｌ．，ＧＥＮＥ（１９８０）１０：１５７；Ｋｉｎｇｓｍａｎ ｅｔ ａｌ．，ＧＥＮＥ（１９７９）７：１４１を参照のこと。ｔｒｐｌ遺伝子は、トリプトファン中で増殖する能力を欠く酵母の変異株の選択マーカーを提供する。同様に、Ｌｅｕ２−欠失酵母株（ＡＴＣＣ ２０，６２２または３８，６２６）は、Ｌｅｕ２遺伝子を保有する公知のプラスミドによって補完される。

酵母宿主へ外因性ＤＮＡを導入する方法は、当業者に公知であり、および代表的には、限定はしないが、スフェロプラストのまたはアルカリ陽イオンで処置されたインタクトな酵母宿主細胞の形質転換を含む。例えば、酵母の形質転換は、Ｈｓｉａｏ ｅｔ ａｌ．，ＰＲＯＣ．ＮＡＴＬ．ＡＣＡＤ．ＳＣＩ．ＵＳＡ（１９７９）７６：３８２９およびＶａｎ Ｓｏｌｉｎｇｅｎ ｅｔ ａｌ．，Ｊ．ＢＡＣＴ．（１９７７）１３０：９４６に記載される方法に従って行われ得る。しかし、核注入、エレクトロポレーションまたはプロトプラスト融合などによる、細胞へＤＮＡを導入するための他の方法はまた一般に、ＳＡＭＢＲＯＯＫ ＥＴ ＡＬ．，ＭＯＬＥＣＵＬＡＲ ＣＬＯＮＩＮＧ：Ａ ＬＡＢ．ＭＡＮＵＡＬ（２００１）に記載され得る。酵母宿主細胞はついで当業者に公知の標準的な技術を用いて培養され得る。

酵母宿主細胞において異種タンパク質を発現するための他の方法は、当業者に公知である。一般には、各々が本明細書において参照により組み込まれる、米国特許公開番号２００２００５５１６９，米国特許番号６，３６１，９６９；６，３１２，９２３；６，１８３，９８５；６，０８３，７２３；６，０１７，７３１；５，６７４，７０６；５，６２９，２０３；５，６０２，０３４；および５，０８９，３９８；米国再審査特許番号ＲＥ３７，３４３およびＲＥ３５，７４９；ＰＣＴ公開特許出願ＷＯ ９９／０７８６２；ＷＯ ９８／３７２０８；ならびにＷＯ ９８／２６０８０；欧州特許出願ＥＰ ０ ９４６ ７３６；ＥＰ ０ ７３２ ４０３；ＥＰ ０ ４８０ ４８０；ＷＯ ９０／１０２７７；ＥＰ ０ ３４０ ９８６；ＥＰ ０ ３２９ ２０３；ＥＰ ０ ３２４ ２７４；およびＥＰ ０ １６４ ５５６を参照のこと。Ｇｅｌｌｉｓｓｅｎ ｅｔ ａｌ．，ＡＮＴＯＮＩＥ ＶＡＮ ＬＥＥＵＷＥＮＨＯＥＫ（１９９２）６２（ｌ−２）：７９から９３；Ｒｏｍａｎｏｓ ｅｔ ａｌ．，ＹＥＡＳＴ（１９９２）８（６）：４２３から４８８；Ｇｏｅｄｄｅｌ，ＭＥＴＨＯＤＳ ＩＮ ＥＮＺＹＭＯＬＯＧＹ（１９９０）１８５：３から７も参照のこと。

酵母宿主株は、当業者に公知の標準的なフィード・バッチ発酵法（ｆｅｅｄ ｂａｔｃｈ ｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ）を用いて増幅段階の間にファーメンター中で増殖され得る。発酵方法は、特定の酵母宿主の炭素利用経路または発現制御の方式における相違を克服するように採用され得る。例えば、Ｓａｃｃｈａｒｏｍｙｃｅｓ酵母宿主の発酵は、単回のグルコース供給、複雑な窒素供給物（例えば、カゼイン加水分解物）および複数回のビタミン補充を要し得る。対照的に、メチロトローフ酵母Ｐ．ｐａｓｔｏｒｉｓは、グリセロール、メタノールおよび微量金属供給を要し得るが、最適の増殖および発現のためにはわずかに単なるアンモニウム（窒素）塩だけでよい。例えば、参照により本明細書に組み込まれる、米国特許番号５，３２４，６３９；Ｅｌｌｉｏｔｔ ｅｔ ａｌ．，Ｊ．ＰＲＯＴＥＩＮ ＣＨＥＭ．（１９９０）９：９５；およびＦｉｅｓｃｈｋｏ ｅｔ ａｌ．，ＢＩＯＴＥＣＨ．ＢＩＯＥＮＧ．（１９８７）２９：１１１３を参照のこと。

しかし、このような発酵方法は、使用される酵母宿主株と独立して特定の共通の特徴を有し得る。例えば、増殖制限栄養物、代表的には増幅段階の間に炭素をファーメンターに添加して、最大増殖を可能にし得る。さらに、発酵法は一般には、炭素、窒素、基本塩、リンおよび他の微量の栄養物（ビタミン、微量ミネラルおよび塩など）の十分な量を含むように設計された発酵培地を使用する。Ｐｉｃｈｉａとの使用に適切な発酵培地の例は、本明細書に参照により組み込まれる、米国特許番号５，３２４，６３９および５，２３１，１７８に記載される。

バキュロウイルス感染性昆虫細胞「昆虫宿主（ｉｎｓｅｃｔ ｈｏｓｔ）」または「昆虫宿主細胞（ｉｎｓｅｃｔ ｈｏｓｔ ｃｅｌｌ）」という用語は、組み換えベクターまたは他のトランスファーＤＮＡのレシピエントであってもよく、またはレシピエントとして用いられている昆虫をいう。この用語は、トランスフェクトされている元の昆虫宿主細胞の子孫を含む。単一の親細胞の子孫は、偶発的なまたは意図的な変異に起因して、元の親に対して、形態学的に、またはゲノムＤＮＡもしくは相補的な総ＤＮＡにおいて完全に同一である必要はないかもしれないことが理解される。目的のポリペプチドをコードするヌクレオチド配列の存在のような関連の特性によって特徴付けられるべき親と実質的に類似である親細胞の子孫は、本発明の定義によって意図される子孫に含まれる。

目的のポリペプチドの発現のために適切な昆虫細胞の選択は、当業者に公知である。いくつかの昆虫の種は、当分野で十分に記載され、および市販されており、これには、Ａｅｄｅｓ ａｅｇｙｐｔｉ、Ｂｏｍｂｙｘ ｍｏｒｉ、Ｄｒｏｓｏｐｈｉｌａ ｍｅｌａｎｏｇａｓｔｅｒ、Ｓｐｏｄｏｐｔｅｒａ ｆｒｕｇｉｐｅｒｄａおよびＴｒｉｃｈｏｐｌｕｓｉａ ｎｉ．が挙げられる。発現のための昆虫宿主を選択するには、適切な宿主としては、とりわけ、良好な分泌能力、低タンパク質分解活性および全体的な堅牢性を有することが示されている宿主を挙げることができる。昆虫は一般には、限定はしないが、Ｉｎｓｅｃｔ Ｇｅｎｅｔｉｃ Ｓｔｏｃｋ Ｃｅｎｔｅｒ，Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｂｉｏｐｈｙｓｉｃｓ ａｎｄ Ｍｅｄｉｃａｌ Ｐｈｙｓｉｃｓ，Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ（Ｂｅｒｋｅｌｅｙ，ＣＡ）；およびｔｈｅ Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｔｙｐｅ Ｃｕｌｔｕｒｅ Ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ（「ＡＴＣＣ」）（Ｍａｎａｓｓａｓ，ＶＡ）を含む種々の供給源から入手可能である。

一般には、バキュロウイルス感染した昆虫発現系の成分としては、トランスファーベクター、通常は細菌のプラスミドであって、バキュロウイルスゲノムのフラグメント、および発現されるべき異種遺伝子の挿入のための簡便な制限部位の両方を含むもの；このトランスファーベクターにおけるバキュロウイルス特異的フラグメントと相同な配列を有する野性型バキュロウイルス（これによって、バキュロウイルスゲノムへの異種遺伝子の相同組み換えが可能になる）；ならびに適切な昆虫の宿主細胞および増殖培地が挙げられる。ベクターを構築すること、細胞をトランスフェクトすること、プラークをピックアップすること、培養中で細胞を増殖すること、などにおいて用いられる物質、方法および技術は、当分野で公知であり、およびこれらの技術を記載しているマニュアルが利用可能である。

トランスファーベクターへの異種遺伝子の挿入後、このベクターおよび野性型ウイルスゲノムを昆虫の宿主細胞にトランスフェクトして、ここでこのベクターおよびウイルスエノムを組み換える。パッケージされた組み換えウイルスは、発現されて、組み換えプラークが同定されて精製される。バキュロウイルス／昆虫細胞発現系の物質および方法は、例えば、Ｉｎｖｉｔｒｏｇｅｎ Ｃｏｒｐ．（Ｃａｒｌｓｂａｄ，ＣＡ）からキットの形態で市販されている。これらの技術は一般に、当業者に公知であって、参照により本明細書に組み込まれる、ＳＵＭＭＥＲＳ ＡＮＤ ＳＭＩＴＨ，ＴＥＸＡＳ ＡＧＲＩＣＵＬＴＵＲＡＬ ＥＸＰＥＲＩＭＥＮＴ ＳＴＡＴＩＯＮ ＢＵＬＬＥＴＩＮ ＮＯ．１５５５（１９８７）に詳細に記載される。また、ＲＩＣＨＡＲＤＳＯＮ，３９ ＭＥＴＨＯＤＳ ＩＮ ＭＯＬＥＣＵＬＡＲ ＢＩＯＬＯＧＹ：ＢＡＣＵＬＯＶＩＲＵＳ ＥＸＰＲＥＳＳＩＯＮ ＰＲＯＴＯＣＯＬＳ（１９９５）；ＡＵＳＵＢＥＬ ＥＴ ＡＬ．，ＣＵＲＲＥＮＴ ＰＲＯＴＯＣＯＬＳ ＩＮ ＭＯＬＥＣＵＬＡＲ ＢＩＯＬＯＧＹ １６．９から１６．１１（１９９４）；ＫＩＮＧ ＡＮＤ ＰＯＳＳＥＥ，ＴＨＥ ＢＡＣＵＬＯＶＩＲＵＳ ＳＹＳＴＥＭ：Ａ ＬＡＢＯＲＡＴＯＲＹ ＧＵＩＤＥ（１９９２）；ならびにＯ’ＲＥＩＬＬＹ ＥＴ ＡＬ．，ＢＡＣＵＬＯＶＩＲＵＳ ＥＸＰＲＥＳＳＩＯＮ ＶＥＣＴＯＲＳ：Ａ ＬＡＢＯＲＡＴＯＲＹ ＭＡＮＵＡＬ（１９９２）も参照のこと。

実際に、バキュロウイルス／昆虫細胞発現系を用いる種々の異種タンパク質の生成は、当業者に公知である。例えば、本明細書に参照により組み込まれる、米国特許番号６，３６８，８２５；６，３４２，２１６；６，３３８，８４６；６，２６１，８０５；６，２４５，５２８，６，２２５，０６０；６，１８３，９８７；６，１６８，９３２；６，１２６，９４４；６，０９６，３０４；６，０１３，４３３；５，９６５，３９３；５，９３９，２８５；５，８９１，６７６；５，８７１，９８６；５，８６１，２７９；５，８５８，３６８；５，８４３，７３３；５，７６２，９３９；５，７５３，２２０；５，６０５，８２７；５，５８３，０２３；５，５７１，７０９；５，５１６，６５７；５，２９０，６８６；ＷＯ ０２／０６３０５；ＷＯ ０１／９０３９０；ＷＯ ０１／２７３０１；ＷＯ ０１／０５９５６；ＷＯ ００／５５３４５；ＷＯ ００／２００３２；ＷＯ ９９／５１７２１；ＷＯ ９９／４５１３０；ＷＯ ９９／３１２５７；ＷＯ ９９／１０５１５；ＷＯ ９９／０９１９３；ＷＯ ９７／２６３３２；ＷＯ ９６／２９４００；ＷＯ ９６／２５４９６；ＷＯ ９６／０６１６１；ＷＯ ９５／２０６７２；ＷＯ ９３／０３１７３；ＷＯ ９２／１６６１９；ＷＯ ９２／０２６２８；ＷＯ ９２／０１８０１；ＷＯ ９０／１４４２８；ＷＯ ９０／１００７８；ＷＯ ９０／０２５６６；ＷＯ ９０／０２１８６；ＷＯ ９０／０１５５６；ＷＯ ８９／０１０３８；ＷＯ ８９／０１０３７；ＷＯ ８８／０７０８２を参照のこと。

バキュロウイルス／昆虫細胞発現系において有用であるベクターは、当分野で公知であって、これには例えば、ヘルパー非依存性のウイルス発現ベクターであるバキュロウイルスＡｕｔｏｇｒａｐｈａｃａｌｉｆｏｒｎｉｃａ核多核体病ウイルス（ＡｃＮＰＶ）由来の昆虫発現およびトランスファーベクターが挙げられる。この系由来のウイルス発現ベクターは通常、異種遺伝子の発現を駆動する強力なウイルスポリヘドリン遺伝子プロモーターを使用する。一般には、Ｏ’Ｒｅｉｌｌｙ ＥＴ ＡＬ．，ＢＡＣＵＬＯＶＩＲＵＳ ＥＸＰＲＥＳＳＩＯＮ ＶＥＣＴＯＲＳ：Ａ ＬＡＢＯＲＡＴＯＲＹ ＭＡＮＵＡＬ（１９９２）を参照のこと。

バキュロウイルスゲノムに外来遺伝子を挿入する前に、プロモーター、リーダー（必要に応じて）、目的のコード配列および転写終結配列を含む上記の成分は代表的には、中間置換構築物（トランスファーベクター）にアセンブリされる。中間置換構築物はしばしば、レプリコン、例えば、細菌のような宿主中で安定に維持され得る染色体外エレメント（例えば、プラスミド）中で維持される。このレプリコンは、複製系を有し、これによって、クローニングおよび増幅のために適切な宿主中で維持されることが可能になる。さらに詳細には、プラスミドは、ポリヘドリンポリアデニル化シグナル（Ｍｉｌｌｅｒ，ＡＮＮ．ＲＥＶ．ＭＩＣＲＯＢＩＯＬ．（１９８８）４２：１７７）および原核生物アンプリコン耐性（ａｍｐ）遺伝子ならびにＥ．ｃｏｌｉ中での選択および増幅のための複製起点を含み得る。

外来遺伝子をＡｃＮＰＶへ導入するために一般に用いられるトランスファーベクターの１つはｐＡｃ３７３である。当業者に公知の多くの他のベクターも設計されており、これは、例えば、ポリヘドリン開始コドンをＡＴＧからＡＴＴに変更し、およびＡＴＴから３２塩基対下流のＢａｍＨＩクローニング部位を導入する、ｐＶＬ９８５が挙げられる。ＬｕｃｋｏｗおよびＳｕｍｍｅｒｓ，ＶＩＲＯＬＯＧＹ １７０：３１（１９８９）を参照のこと。他の市販のベクターとしては、例えば、ＰＢｌｕｅＢａｃ４．５／Ｖ５−Ｈｉｓ；ｐＢｌｕｅＢａｃＨｉｓ２；ｐＭｅｌＢａｃ；ｐＢｌｕｅＢａｃ４．５（Ｉｎｖｉｔｒｏｇｅｎ Ｃｏｒｐ．，Ｃａｒｌｓｂａｄ，ＣＡ）が挙げられる。

異種遺伝子の挿入後、トランスファーベクターおよび野性型バキュロウイルスゲノムを昆虫細胞宿主に同時トランスフェクトする。バキュロウイルスにおける所望の部位へ異種ＤＮＡを導入するための方法は当分野で公知である。ＳＵＭＭＥＲＳ ＡＮＤ ＳＭＩＴＨ，ＴＥＸＡＳ ＡＧＲＩＣＵＬＴＵＲＡＬ ＥＸＰＥＲＩＭＥＮＴ ＳＴＡＴＩＯＮ ＢＵＬＬＥＴＩＮ ＮＯ．１５５５（１９８７）；Ｓｍｉｔｈ ｅｔ ａｌ．，ＭＯＬ．ＣＥＬＬ．ＢｌＯＬ．（１９８３）３：２１５６；Ｌｕｃｋｏｗ ａｎｄ Ｓｕｍｍｅｒｓ，ＶＩＲＯＬＯＧＹ（１９８９）１７０：３１を参照のこと。例えば、挿入はポリヘドリン遺伝子のような遺伝子へ、相同二重交差組み換え（ｈｏｍｏｌｏｇｏｕｓ ｄｏｕｂｌｅ ｃｒｏｓｓｏｖｅｒ ｒｅｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ）によってであってもよいし；挿入はまた、所望のバキュロウイルス遺伝子へ操作された制限酵素部位へであってもよい。Ｍｉｌｌｅｒ ｅｔ ａｌ．，ＢｌＯＥＳＳＡＹＳ（１９８９）１１（４）：９１を参照のこと。

トランスフェクションは、エレクトロポレーションによって達成され得る。ＴＲＯＴＴＥＲ ＡＮＤ ＷＯＯＤ，３９ ＭＥＴＨＯＤＳ ＩＮ ＭＯＬＥＣＵＬＡＲ ＢＩＯＬＯＧＹ（１９９５）；Ｍａｎｎ ａｎｄ Ｋｉｎｇ，Ｊ．ＧＥＮ．ＶＩＲＯＬ．（１９８９）７０：３５０１を参照のこと。または、リポソームを用いて、組み換え発現ベクターおよびバキュロウイルスを昆虫細胞にトランスフェクトしてもよい。例えば、Ｌｉｅｂｍａｎ ｅｔ ａｌ．，ＢＩＯＴＥＣＨＮＩＱＵＥＳ（１９９９）２６（１）：３６；Ｇｒａｖｅｓ ｅｔ ａｌ．，ＢＩＯＣＨＥＭＩＳＴＲＹ（１９９８）３７：６０５０；Ｎｏｍｕｒａ ｅｔ ａｌ．，Ｊ．ＢＩＯＬ．ＣＨＥＭ．（１９９８）２７３（２２）：１３５７０；Ｓｃｈｍｉｄｔ ｅｔ ａｌ．，ＰＲＯＴＥＩＮ ＥＸＰＲＥＳＳＩＯＮ ＡＮＤ ＰＵＲＩＦＩＣＡＴＩＯＮ（１９９８）１２：３２３；Ｓｉｆｆｅｒｔ ｅｔ ａｌ．，ＮＡＴＵＲＥ ＧＥＮＥＴＩＣＳ（１９９８）１８：４５；ＴＩＬＫＩＮＳ ＥＴ ＡＬ．，ＣＥＬＬ ＢＩＯＬＯＧＹ：Ａ ＬＡＢＯＲＡＴＯＲＹ ＨＡＮＤＢＯＯＫ １４５から１５４（１９９８）；Ｃａｉ ｅｔ ａｌ．，ＰＲＯＴＥＩＮ ＥＸＰＲＥＳＳＩＯＮ ＡＮＤ ＰＵＲＩＦＩＣＡＴＩＯＮ（１９９７）１０：２６３；Ｄｏｌｐｈｉｎ ｅｔ ａｌ．，ＮＡＴＵＲＥ ＧＥＮＥＴＩＣＳ（１９９７）１７：４９１；Ｋｏｓｔ ｅｔ ａｌ．，ＧＥＮＥ（１９９７）１９０：１３９；Ｊａｋｏｂｓｓｏｎ ｅｔ ａｌ．，Ｊ．ＢＩＯＬ．ＣＨＥＭ．（１９９６）２７１：２２２０３；Ｒｏｗｌｅｓ ｅｔ ａｌ．，Ｊ．ＢＩＯＬ．ＣＨＥＭ．（１９９６）２７１（３７）：２２３７６；Ｒｅｖｅｒｅｙ ｅｔ ａｌ．，Ｊ．ＢＩＯＬ．ＣＨＥＭ．（１９９６）２７１（３９）：２３６０７から１０；Ｓｔａｎｌｅｙ ｅｔ ａｌ．，Ｊ．ＢＩＯＬ．ＣＨＥＭ．（１９９５）２７０：４１２１；Ｓｉｓｋ ｅｔ ａｌ．，Ｊ．ＶＩＲＯＬ．（１９９４）６８（２）：７６６；およびＰｅｎｇ ｅｔ ａｌ．，ＢＩＯＴＥＣＨＮＩＱＵＥＳ（１９９３）１４（２）：２７４を参照のこと。市販のリポソームとしては、例えば、Ｃｅｌｌｆｅｃｔｉｎ（登録商標）およびＬｉｐｏｆｅｃｔｉｎ（登録商標）（Ｉｎｖｉｔｒｏｇｅｎ，Ｃｏｒｐ．，Ｃａｒｌｓｂａｄ，ＣＡ）が挙げられる。さらに、リン酸カルシウムトランスフェクションが用いられ得る。ＴＲＯＴＴＥＲ ＡＮＤ ＷＯＯＤ，３９ ＭＥＴＨＯＤＳ ＩＮ ＭＯＬＥＣＵＬＡＲ ＢＩＯＬＯＧＹ（１９９５）；Ｋｉｔｔｓ，ＮＡＲ（１９９０）１８（１９）：５６６７；およびＭａｎｎ ａｎｄ Ｋｉｎｇ，Ｊ．ＧＥＮ．ＶＩＲＯＬ．（１９８９）７０：３５０１を参照のこと。

バキュロウイルス発現系は通常、バキュロウイルスプロモーターを含む。バキュロウイルスプロモーターとは、バキュロウイルスＲＮＡポリメラーゼに結合し得、およびｍＲＮＡへのコード配列（例えば、構造遺伝子）の下流（３’）転写を開始し得る任意のＤＮＡ配列である。プロモーターは、コード配列の５’末端に対して通常近位にある転写開始領域を有する。この転写開始領域は代表的には、ＲＮＡポリメラーゼ結合部位と、転写開始部位とを含む。バキュロウイルスプロモーターはまた、存在する場合、構造遺伝子に対して通常遠位である、エンハンサーと呼ばれる第二のドメインを有し得る。さらに、発現は、調節されてもよいし、または構成的であってもよい。

感染サイクルの後期で豊富に転写される構造遺伝子は、特に有用なプロモーター配列を提供する。例としては、ウイルスのポリヘドロン（ｐｏｌｙｈｅｄｒｏｎ）タンパク質をコードする遺伝子（ＦＲＩＥＳＥＮ ＥＴ ＡＬ．，Ｔｈｅ Ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ Ｂａｃｕｌｏｖｉｒｕｓ Ｇｅｎｅ Ｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎ ｉｎ ＴＨＥ ＭＯＬＥＣＵＬＡＲ ＢＩＯＬＯＧＹ ＯＦ ＢＡＣＵＬＯＶＩＲＵＳＥＳ（１９８６）；ＥＰ ０ １２７ ８３９ ａｎｄ ０ １５５ ４７６）およびｐ１０タンパク質をコードする遺伝子（Ｖｌａｋ ｅｔ ａｌ．，Ｊ．ＧＥＮ．ＶｌＲＯＬ．（１９８８）６９：７６５）由来の配列が挙げられる。

新しく形成されたバキュロウイルス発現ベクターは、感染性組み換えバキュロウイルスにパッケージングされ、引き続いて成長プラークが、当業者に公知の技術によって精製され得る。Ｍｉｌｌｅｒ ｅｔ ａｌ．，ＢＩＯＥＳＳＡＹＳ（１９８９）１１（４）：９１；ＳＵＭＭＥＲＳ ＡＮＤ ＳＭＩＴＨ，ＴＥＸＡＳ ＡＧＲＩＣＵＬＴＵＲＡＬ ＥＸＰＥＲＩＭＥＮＴ ＳＴＡＴＩＯＮ ＢＵＬＬＥＴＩＮ ＮＯ．１５５５（１９８７）。

組み換えバキュロウイルス発現ベクターは、いくつかの感染細胞への感染のために開発された。例えば、組み換えバキュロウイルスは、とりわけ、Ａｅｄｅｓ ａｅｇｙｐｔｉ（ＡＴＣＣ Ｎｏ．ＣＣＬ−１２５）、Ｂｏｍｂｙｘ ｍｏｒｉ（ＡＴＣＣ Ｎｏ．ＣＲＬ−８９１０）、Ｄｒｏｓｏｐｈｉｌａ ｍｅｌａｎｏｇａｓｔｅｒ（ＡＴＣＣ Ｎｏ．１９６３）、Ｓｐｏｄｏｐｔｅｒａ ｆｒｕｇｉｐｅｒｄａ、およびＴｒｉｃｈｏｐｌｕｓｉａ ｎｉについて開発されている。Ｗｒｉｇｈｔ，ＮＡＴＵＲＥ（１９８６）３２１：７１８；Ｃａｒｂｏｎｅｌｌ ｅｔ ａｌ．，Ｊ．ＶＩＲＯＬ．（１９８５）５６：１５３；Ｓｍｉｔｈ ｅｔ ａｌ．，ＭＯＬ．ＣＥＬＬ．ＢＩＯＬ．（１９８３）３：２１５６を参照のこと。一般には、Ｆｒａｓｅｒ ｅｔ ａｌ．，ＩＮ ＶＩＴＲＯ ＣＥＬＬ．ＤＥＶ．ＢＩＯＬ．（１９８９）２５：２２５を参照のこと。さらに詳細には、バキュロウイルス発現ベクター系について用いられる細胞株としては一般には、限定はしないが、Ｓｆ９（Ｓｐｏｄｏｐｔｅｒａ ｆｒｕｇｉｐｅｒｄａ）（ＡＴＣＣ Ｎｏ．ＣＲＬ−１７１１）、Ｓｆ２１（Ｓｐｏｄｏｐｔｅｒａ ｆｒｕｇｉｐｅｒｄａ）（Ｉｎｖｉｔｒｏｇｅｎ Ｃｏｒｐ．，Ｃａｔ．Ｎｏ．１１４９７−０１３（Ｃａｒｌｓｂａｄ，ＣＡ））、Ｔｒｉ−３６８（Ｔｒｉｃｈｏｐｕｌｓｉａ ｎｉ）、およびＨｉｇｈ−Ｆｉｖｅ（商標）ＢＴＩ−ＴＮ−５Ｂ１−４（Ｔｒｉｃｈｏｐｕｌｓｉａ ｎｉ）が挙げられる。

細胞および培養培地は、バキュロウイルス／発現における異種ポリペプチドの直接発現および融合発現の両方のために市販されており、および細胞培養技術は一般に、当業者に公知である。

Ｅ．ｃｏｌｉ．Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ種および他の原核生物
細菌発現技術は当業者に公知である。広範な種々のベクターが細菌宿主における使用のために市販されている。このベクターは、単一コピーであっても、または低もしくは高マルチコピーのベクターであってもよい。ベクターは、クローニングおよび／または発現のために役立ち得る。ベクターに関する豊富な文献、多くのベクターの商業的利用度、ならびにさらにはベクターおよびこの制限マップおよび特徴を記載しているマニュアルの観点から、ここでは広範な考察は必要ない。周知のとおり、このベクターは通常、選択を可能にするマーカーを含み、このマーカーは、細胞毒性因子耐性、原栄養性または免疫性を提供し得る。高頻度に、複数のマーカーが存在し、これによって種々の特徴が得られる。

細菌のプロモーターは、細菌のＲＮＡポリメラーゼに結合し得、およびｍＲＮＡへのコード配列（例えば、構造遺伝子）の下流（３’）転写を開始し得る任意のＤＮＡ配列である。プロモーターは、コード配列の５’末端に対して通常近位にある転写開始領域を有する。この転写開始領域は代表的には、ＲＮＡポリメラーゼ結合部位と、転写開始部位とを含む。細菌のプロモーターはまた、ＲＮＡ合成が開始する隣接するＲＮＡポリメラーゼ結合部位に重複し得るオペレーターと呼ばれる第二のドメインを有し得る。このオペレーターによって、負に調節された（誘導性）転写が可能になる。なぜなら、遺伝子リプレッサータンパク質は、オペレーターに結合し得、これによって特定の遺伝子の転写を阻害するからである。構成的発現は、オペレーターのような負の調節エレメントの非存在下で存在し得る。さらに、陽性の調節は、存在する場合、ＲＮＡポリメラーゼ結合配列に対して通常近位（５’）である、遺伝子活性化タンパク質結合配列によって達成され得る。遺伝子活性化タンパク質の例は、カタボライト活性化タンパク質（ＣＡＰ）であり、これは、Ｅｓｃｈｅｒｉｃｈｉａ ｃｏｌｉ（Ｅ．ｃｏｌｉ）におけるｌａｃオペロンの転写開始を補助する［Ｒａｉｂａｕｄ ｅｔ ａｌ．，ＡＮＮＵ．ＲＥＶ．ＧＥＮＥＴ．（１９８４）１８：１７３］。従って、調節された発現は陽性であっても陰性であってもよく、これによって転写は増強または減少される。

代謝経路の酵素をコードする配列は特に有用なプロモーター配列を提供する。例としては、ガラクトース、ラクトース（ｌａｃ）［Ｃｈａｎｇ ｅｔ ａｌ．，ＮＡＴＵＲＥ（１９７７）１９８：１０５６］およびマルトースのような糖代謝酵素由来のプロモーター配列が挙げられる。さらなる例としては、トリプトファン（ｔｒｐ）［参照により本明細書に組み込まれる、Ｇｏｅｄｄｅｌ ｅｔ ａｌ．，Ｎｕｃ．ＡＣＩＤＳ ＲＥＳ．（１９８０）８：４０５７；Ｙｅｌｖｅｒｔｏｎ ｅｔ ａｌ．，ＮＵＣＬ．ＡＣＩＤＳ ＲＥＳ．（１９８１）９：７３１；米国特許番号４，７３８，９２１；ＥＰ 公開番号０３６ ７７６および１２１ ７７５］のような生合成酵素由来のプロモーター配列が挙げられる。βガラクトシダーゼ（ｂｌａ）プロモーター系［Ｗｅｉｓｓｍａｎｎ（１９８１）「Ｔｈｅ ｃｌｏｎｉｎｇ ｏｆ ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｎ ａｎｄ ｏｔｈｅｒ ｍｉｓｔａｋｅｓ．」Ｉｎ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｎ ３（Ｅｄ．Ｉ．Ｇｒｅｓｓｅｒ）］、バクテリオファージλＰＬ［Ｓｈｉｍａｔａｋｅ ｅｔ ａｌ．，ＮＡＴＵＲＥ（１９８１）２９２：１２８］およびＴ５［参照により本明細書に組み込まれる米国特許番号４，６８９，４０６］プロモーター系はまた、有用なプロモーター配列を提供する。強力なプロモーター、例えば、Ｔ７プロモーターを用いて、目的のポリペプチドを高レベルで誘導してもよい。このようなベクターの例は、当業者に公知であり、およびこれには、ＮｏｖａｇｅｎのｐＥＴ２９シリーズ、および本明細書において参照により組み込まれる、ＷＯ９９／０５２９７に記載されるｐＰＯＰベクターが挙げられる。このような発現系は、宿主細胞の生存度および成長パラメーターを損なうことなく、宿主において高レベルのポリペプチドを生成する。ｐＥＴ１９（Ｎｏｖａｇｅｎ）は当分野で公知の別のベクターである。

さらに、天然には存在しない合成プロモーターはまた、細菌プロモーターとして機能する。例えば、１つの細菌またはバクテリオファージプロモーターの転写活性化配列を別の細菌またはバクテリオファージプロモーターのオペロン配列と連結させてもよく、これによって、合成のハイブリッドプロモーターが作成される［参照により本明細書に組み込まれる、米国特許番号４，５５１，４３３］。例えば、ｔａｃプロモーターは、ｌａｃリプレッサーによって調節されるｔｒｐプロモーターおよびｌａｃオペロン配列の両方から構成されるハイブリッドのｔｒｐ−ｌａｃプロモーターである［Ａｍａｎｎ ｅｔ ａｌ．，ＧＥＮＥ（１９８３）２５：１６７；ｄｅ Ｂｏｅｒ ｅｔ ａｌ．，ＰＲＯＣ．ＮＡＴＬ．ＡＣＡＤ．ＳＣＩ．（１９８３）８０：２１］。さらに、細菌プロモーターとしては、細菌ＲＮＡポリメラーゼに結合して転写を開始する能力を有する、細菌でない起源の天然に存在するプロモーターを挙げることができる。細菌起源でない天然に存在するプロモーターを、原核生物中のいくつかの遺伝子の高レベルの発現を生じる適合性のＲＮＡポリメラーゼと結合してもよい。バクテリオファージＴ７ ＲＮＡポリメラーゼ／プロモーター系は、結合されたプロモーター系の例である［Ｓｔｕｄｉｅｒ ｅｔ ａｌ．，Ｊ．ＭＯＬ．ＢｌＯＬ．（１９８６）１８９：１１３；Ｔａｂｏｒ ｅｔ ａｌ．，Ｐｒｏｃ Ｎａｔｌ．Ａｃａｄ．Ｓｃｉ．（１９８５）８２：１０７４］。さらに、ハイブリッドプロモーターはまた、バクテリオファージプロモーターおよびＥ．ｃｏｌｉオペレーター領域から構成されてもよい（ＥＰ 公開番号２６７ ８５１）。

機能的なプロモーター配列に加えて、効率的なリボソーム結合部位がまた、原核生物における外来遺伝子の発現に有用である。Ｅ．ｃｏｌｉでは、リボソーム結合部位は、シャイン・ダルガーノ（Ｓｈｉｎｅ−Ｄａｌｇａｒｎｏ）（ＳＤ）配列と呼ばれ、および開始コドン（ＡＴＧ）および開始コドンの３から１１ヌクレオチド上流に位置する３から９ヌクレオチド長の配列を含む［Ｓｈｉｎｅ ｅｔ ａｌ．，ＮＡＴＵＲＥ（１９７５）２５４：３４］。ＳＤ配列は、ＳＤ配列とＥ．ｃｏｌｉ １６Ｓ ｒＲＮＡの３’との間の塩基の対合によって、リボソームに対するｍＲＮＡの結合を促進することが考えられる［Ｓｔｅｉｔｚ ｅｔ ａｌ「Ｇｅｎｅｔｉｃ ｓｉｇｎａｌｓ ａｎｄ ｎｕｃｌｅｏｔｉｄｅ ｓｅｑｕｅｎｃｅｓ ｉｎ ｍｅｓｓｅｎｇｅｒ ＲＮＡ」，Ｉｎ Ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ Ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ：Ｇｅｎｅ Ｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎ（Ｅｄ．Ｒ．Ｆ．Ｇｏｌｄｂｅｒｇｅｒ，１９７９）］。弱いリボゾーム結合部位を有する真核生物遺伝子および原核生物遺伝子を発現するため［Ｓａｍｂｒｏｏｋ ｅｔ ａｌ．「Ｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎ ｏｆ ｃｌｏｎｅｄ ｇｅｎｅｓ ｉｎ Ｅｓｃｈｅｒｉｃｈｉａ ｃｏｌｉ」，Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｃｌｏｎｉｎｇ：Ａ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ Ｍａｎｕａｌ，１９８９］。

「細菌宿主（ｂａｃｔｅｒｉａｌ ｈｏｓｔ）」または「細菌宿主細胞（ｂａｃｔｅｒｉａｌ ｈｏｓｔ ｃｅｌｌ）」という用語は、組み換えベクターまたは他のトランスファーＤＮＡのレシピエントとして用いられてもよいし、または用いられている細菌を指す。この用語は、トランスフェクトされている元の細菌宿主細胞の子孫を含む。単一の親細胞の子孫は、偶発的なまたは意図的な変異に起因して、元の親に対して、形態学的に、またはゲノムＤＮＡもしくは相補的な総ＤＮＡにおいて完全に同一である必要はないかもしれないことが理解される。目的のポリペプチドをコードするヌクレオチド配列の存在のような関連の特性によって特徴付けられるべき親と実質的に類似である親細胞の子孫は、本発明の定義によって意図される子孫に含まれる。

ポリペプチドの発現のための適切な宿主細菌の選択は、当業者に公知である。発現のための細菌宿主を選択するには、適切な宿主としては、とりわけ、良好な封入体形成能力、低タンパク質分解活性および全体的な堅牢性を有することが示される宿主を挙げることができる。細菌宿主は一般には、限定はしないが、Ｂａｃｔｅｒｉａｌ Ｇｅｎｅｔｉｃ Ｓｔｏｃｋ Ｃｅｎｔｅｒ，Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｂｉｏｐｈｙｓｉｃｓ ａｎｄ Ｍｅｄｉｃａｌ Ｐｈｙｓｉｃｓ，Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ（Ｂｅｒｋｅｌｅｙ，ＣＡ）；およびＡｍｅｒｉｃａｎ Ｔｙｐｅ Ｃｕｌｔｕｒｅ Ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ（「ＡＴＣＣ」）（Ｍａｎａｓｓａｓ，ＶＡ）を含む種々の供給源から入手可能である。工業的／薬学的な発酵には一般に、Ｋ株（例えば、Ｗ３１１０）由来の細菌、またはＢ株（例えば、ＢＬ２１）由来の細菌を用いる。これらの株は特に有用である。なぜなら、これらの成長パラメーターは、極めて周知および堅固であるからである。さらに、これらの株は、病原性でなく、安全および環境的な理由のために商業上重要である。適切なＥ．ｃｏｌｉ宿主の他の例としては、限定はしないが、ＢＬ２１、ＤＨ１０Ｂまたはこの誘導体の株が挙げられる。本発明の方法の別の実施形態では、Ｅ．ｃｏｌｉ宿主は、プロテアーゼマイナス株であって、これには限定はしないが、ＯＭＰ−およびＬＯＮ−が挙げられる。宿主細胞株は、Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓの種であってもよく、これには、限定はしないが、Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｓ、Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ ａｅｒｕｇｉｎｏｓａ、およびＰｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ ｐｕｔｉｄａが挙げられる。ＭＢ１０１株と命名されたＰｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｓ ｂｉｏｖａｒ １は、組み換え生成のために有用であることが公知であり、および治療タンパク質生成過程で利用可能である。Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ発現系の例としては、宿主株としてＤｏｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｍｐａｎｙから入手可能な系が挙げられる（Ｍｉｄｌａｎｄ，ＭＩ ａｖａｉｌａｂｌｅ ｏｎ ｔｈｅ Ｗｏｒｌｄ Ｗｉｄｅ Ｗｅｂ ａｔ ｄｏｗ．ｃｏｍ）。参照により本明細書に組み込まれる米国特許番号４，７５５，４６５および４，８５９，６００は、ｈＧＨ生成のための宿主細胞としてＰｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ株の使用を記載している。

一旦組み換え宿主細胞株が樹立されれば（すなわち、発現構築物が宿主細胞に導入されて、適切な発現構築物を有する宿主細胞が単離されれば）、組み換え宿主細胞株は、目的のポリペプチドの生成のために適切な条件下で培養される。当業者に明白であるように、組み換え宿主細胞株の培養方法は、利用される発現構築物の性質および宿主細胞の同一性に依存する。組み換え宿主株は、当分野で周知である方法を用いて正常に培養される。組み換え宿主細胞は代表的には、炭素、窒素および無機塩の同化性の供給源を含み、および必要に応じて当業者に公知のビタミン、アミノ酸、成長因子および他のタンパク質性の培養補充物を含む、液体培地中で培養される。宿主細胞の培養のための液体培地は、必要に応じて、所望されない微生物の増殖を防止するために、抗生物質または抗真菌剤を、および／または限定はしないが発現ベクターを含む宿主細胞の選択のための抗生物質を含む化合物を含んでもよい。

組み換え宿主細胞は、バッチまたは連続形式で、細胞収集（目的のポリペプチドが細胞内で蓄積する場合）または、バッチもしくは連続方式のいずれかでの培養上清の収集のいずれかを用いて培養されてもよい。原核生物宿主細胞における生成のためには、バッチ培養および細胞回収が好ましい。

セレクターコドン
本発明のセレクターコドンは、タンパク質生合成機構の遺伝子コドンフレームワークを拡大する。例えば、セレクターコドンとしては、例えば、固有の３塩基コドン、ナンセンスコドン、例えば、終止コドンが挙げられ、これには限定はしないが、アンバーコドン（ＵＡＧ）、オーカーコドン、またはオパールコドン（ＵＧＡ）、天然でないコドン、４塩基（以上の）コドン、レアコドンなどが挙げられる。多数のセレクターコドンは、所望の遺伝子またはポリヌクレオチド、例えば、１つ以上、２つ以上、３つ以上などに導入されてもよい。

一実施形態では、この方法は、インビボにおいて、選択されたアミノ酸、例えば、天然でないアミノ酸の組み込みのための終止コドンであるセレクターコドンの使用を含む。例えば、終止コドンを認識するＯ−ｔＲＮＡが生成され、および選択されたアミノ酸を有するＯ−ＲＳによってアミノアシル化される。このＯ−ｔＲＮＡは、天然に存在する宿主のアミノアシルｔＲＮＡシンテターゼによって認識されない。従来の部位特異的突然変異誘発は、目的のポリペプチドにおける目的の部位で終止コドンを導入するために用いられ得る。例えば、Ｓａｙｅｒｓ，Ｊ．Ｒ．，ｅｔ ａｌ．（１９８８），５’−３’ Ｅｘｏｎｕｃｌｅａｓｅｓ ｉｎ ｐｈｏｓｐｈｏｒｏｔｈｉｏａｔｅ−ｂａｓｅｄ ｏｌｉｇｏｎｕｃｌｅｏｔｉｄｅ−ｄｉｒｅｃｔｅｄ ｍｕｔａｇｅｎｅｓｉｓ．Ｎｕｃｌｅｉｃ Ａｃｉｄｓ Ｒｅｓ，１６：７９１から８０２を参照のこと。目的のポリペプチドをコードするＯ−ＲＳ、Ｏ−ｔＲＮＡおよび核酸を、例えばインビボで組み合わせる場合、選択されたアミノ酸が、特定の位置で、選択されたアミノ酸、例えば、天然でないアミノ酸を含むポリペプチドを得るために終止コドンに応答して組み込まれる。本発明の一実施形態では、セレクターコドンとして用いられる終止コドンは、アンバーコドン、ＵＡＧおよび／またはオパールコドン、ＵＧＡである。例えば、アンバーコドンを認識するＯ−ｔＲＮＡの例については配列番号６を参照し、およびオパールコドンを認識するＯ−ｔＲＮＡの例については配列番号７を参照のこと。ＵＡＧおよびＵＧＡが両方ともセレクターコドンとして用いられる遺伝子コードは、２２アミノ酸をコードし得るが、最も豊富な末端シグナルであるオーカーナンセンスコドンＵＡＡを保存している。

選択されたアミノ酸、例えば、天然でないアミノ酸のインビボにおける組み込みは、宿主細胞の有意な摂動なしに行われてもよい。例えば、Ｅｓｃｈｅｒｉｃｈｉａ ｃｏｌｉのような真核生物でない細胞では、ＵＡＧコドンの抑制効率は、Ｏ−ｔＲＮＡ、例えば、アンバー・サプレッサーｔＲＮＡと、終結因子（ｒｅｌｅａｓｅ ｆａｃｔｏｒ）１（ＲＦ１）（ＵＡＧコドンに結合し、およびリボソームからの成長しているペプチドの遊離を開始する）との間の競合に依存するので、抑制効率は、Ｏ−ｔＲＮＡ、例えば、サプレッサーｔＲＮＡの発現レベルを増大すること、またはＲＦ１欠失株を用いることのいずれかによって調節され得る。真核生物細胞では、ＵＡＧコドンの抑制効率は、Ｏ−ｔＲＮＡ、例えば、アンバー・サプレッサーｔＲＮＡと、真核生物終結因子（例えば、ｅＲＦ）（終止コドンに結合し、およびリボソームからの成長しているペプチドの遊離を開始する）との間の競合に依存するので、抑制効率は、Ｏ−ｔＲＮＡ、例えば、サプレッサーｔＲＮＡの発現レベルを、例えば増大することによって調節され得る。

天然でないアミノ酸はまた、レアコドンでコードされてもよい。例えば、インビトロのタンパク質合成反応におけるアルギニン濃度が減少される場合、レアなアルギニンコドンＡＧＧは、アラニンでアシル化された合成ｔＲＮＡによるＡｌａの挿入について効率的であることが証明された。例えば、Ｍａ ｅｔ ａｌ．，Ｂｉｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，３２：７９３９（１９９３）。この場合、合成ｔＲＮＡは、Ｅｓｃｈｅｒｉｃｈｉａ ｃｏｌｉにおけるマイナーな種として存在する、天然に存在するｔＲＮＡＡｒｇと競合する。いくつかの生物体は、全ての三つ組みコドンを用いない。Ｍｉｃｒｏｃｏｃｃｕｓ ｌｕｔｅｕｓにおける割り当てられていないコドンＡＧＡは、インビトロの転写／翻訳抽出物において、アミノ酸の挿入のために利用されている。例えば、ＫｏｗａｌおよびＯｌｉｖｅｒ，Ｎｕｃｌ．Ａｃｉｄ．Ｒｅｓ．，２５：４６８５（１９９７）を参照のこと。インビボにおいてこれらのレアコドンを用いるように、本発明の成分を生成してもよい。

セレクターコドンはまた、伸長されたコドン、例えば、４つ以上の塩基のコドン、例えば、４、５、６以上の塩基のコドンを含む。４塩基のコドンの例としては、限定はしないが、ＡＧＧＡ、ＣＵＡＧ、ＵＡＧＡ、ＣＣＣＵなどが挙げられる。５つの塩基コドンの例としては、限定はしないが、ＡＧＧＡＣ、ＣＣＣＣＵ、ＣＣＣＵＣ、ＣＵＡＧＡ、ＣＵＡＣＵ、ＵＡＧＧＣなどが挙げられる。ある特徴としては、フレームシフト抑制に基づく伸長したコドンを用いることが挙げられる。４つ以上の塩基のコドンは、限定はしないが、天然でないアミノ酸含む、例えば、１つまたは複数の選択されたアミノ酸を同じタンパク質に挿入し得る。例えば、ＣＵ（Ｘ）_ｎ ＸＸＸＡＡ配列（ここでｎ＝ｌ）を有するアンチコドンループを有する、例えば、変異されたＯ−ｔＲＮＡ、例えば、専門的なフレームシフトサプレッサーｔＲＮＡの存在下では、４つ以上の塩基コドンを単一のアミノ酸として読む。例えば、４塩基コドンを認識するＯ−ｔＲＮＡについてはＰＣＴ／ＵＳ０４／２２０６１由来の配列番号６、１２を参照のこと。他の実施形態では、アンチコドンループは、例えば、少なくとも４塩基コドン、少なくとも５塩基のコドン、または少なくとも６塩基コドン以上を解読し得る。２５６の可能性のある４塩基コドンが存在するので、複数の天然でないアミノ酸は、４つ以上の塩基コドンを用いて同じ細胞中でコードされ得る。Ａｎｄｅｒｓｏｎ ｅｔ ａｌ．，（２００２）Ｅｘｐｌｏｒｉｎｇ ｔｈｅ Ｌｉｍｉｔｓ ｏｆ Ｃｏｄｏｎ ａｎｄ Ａｎｔｉｃｏｄｏｎ Ｓｉｚｅ，Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ ａｎｄ Ｂｉｏｌｏｇｙ，９：２３７から２４４；Ｍａｇｌｉｅｒｙ，（２００１）Ｅｘｐａｎｄｉｎｇ ｔｈｅ Ｇｅｎｅｔｉｃ Ｃｏｄｅ：Ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ ｏｆ Ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ Ｓｕｐｐｒｅｓｓｏｒｓ ｏｆ Ｆｏｕｒ−ｂａｓｅ Ｃｏｄｏｎｓ ａｎｄ Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ「Ｓｈｉｆｔｙ」Ｆｏｕｒ−ｂａｓｅ Ｃｏｄｏｎｓ ｗｉｔｈ ａ Ｌｉｂｒａｒｙ Ａｐｐｒｏａｃｈ ｉｎ Ｅｓｃｈｅｒｉｃｈｉａ ｃｏｌｉ，Ｊ．Ｍｏｌ．Ｂｉｏｌ．３０７：７５５から７６９を参照のこと。

例えば、４塩基コドンは、インビトロの生合成方法を用いてタンパク質に天然でないアミノ酸を組み込むために用いられている。例えば、Ｍａ ｅｔ ａｌ．，（１９９３）Ｂｉｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，３２：７９３９；およびＨｏｈｓａｋａ ｅｔ ａｌ．，（１９９９）Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．，１２１：３４を参照のこと。ＣＧＧＧおよびＡＧＧＵを用いて、２つの化学的にアシル化されたフレームシフトサプレッサーｔＲＮＡを用いて２−ナフチルアラニンおよびリジンのＮＢＤ誘導体をインビトロでストレプトアビジンに同時に組み込んだ。例えば、Ｈｏｈｓａｋａ ｅｔ ａｌ．，（１９９９）Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．，１２１：１２１９４を参照のこと。インビボの研究では、Ｍｏｏｒｅ ｅｔ ａｌ．は、ＮＣＵＡアンチコドンを有するｔＲＮＡＬｅｕ誘導体がＵＡＧＮコドン（ＮがＵ、Ａ、ＧまたはＣであってもよい）を抑制する能力を検討して、四つ組みのＵＡＧＡが、ＵＣＵＡアンチコドンを有するｔＲＮＡＬｅｕによって解読され得、これは０または−１のフレームにおいてほとんど解読されていない１３から２６％の効率であることを見出した。Ｍｏｏｒｅ ｅｔ ａｌ．，（２０００）Ｊ．Ｍｏｌ．Ｂｉｏｌ．，２９８：１９５を参照のこと。一実施形態では、レアコドンまたはナンセンスコドンに基づく伸長されたコドンを本発明において用いてもよく、これは、他の望ましくない部位でのミスセンスの通読およびフレームシフト抑制を軽減し得る。

所与のシステムについて、セレクターコドンはまた、天然の３つの塩基コドンのうちの１つを含み得、ここで内因性の系は天然の塩基コドンを使用しない（かまたはまれにしか使用しない）。例えば、これは、天然の３塩基コドンを認識するｔＲＮＡを欠く系、および／または３塩基コドンがレア・コドンである系を含む。

セレクターコドンは必要に応じて、天然でない塩基対を含む。これらの天然でない塩基対はさらに、既存の遺伝暗号を拡大する。１つの余分の塩基対によって、３つ組みのコドンの数は６４から１２５に増える。３番目の塩基対の特性としては、安定および選択的な塩基対合、ポリメラーゼによる高い忠実度でのＤＮＡへの効率的な酵素取り込み、および初期の天然でない塩基対の合成後の効率的な連続したプライマー伸長が挙げられる。方法および組成物について採用され得る天然でない塩基対の説明としては、例えば、Ｈｉｒａｏ，ｅｔ ａｌ．，（２００２）Ａｎ ｕｎｎａｔｕｒａｌ ｂａｓｅ ｐａｉｒ ｆｏｒ ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｉｎｇ ａｍｉｎｏ ａｃｉｄ ａｎａｌｏｇｕｅｓ ｉｎｔｏ ｐｒｏｔｅｉｎ，Ｎａｔｕｒｅ Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０：１７７から１８２が挙げられる。また、Ｗｕ，Ｙ．，ｅｔ ａｌ．，（２００２）Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．１２４：１４６２６から１４６３０も参照のこと。他の関連の刊行物は下に列挙する。

インビボの使用では、天然でないヌクレオシドは膜透過性であり、および対応する三リン酸エステルを形成するようにリン酸化される。さらに、増大した遺伝子情報は、安定であって、細胞酵素によって破壊されない。Ｂｅｎｎｅｒらによる以前の試みでは、正準のワトソン・クリック対におけるものとは異なる水素結合パターンを利用しており、この最も顕著な例はｉｓｏ−Ｃ：ｉｓｏ−Ｇ対である。例えば、Ｓｗｉｔｚｅｒ ｅｔ ａｌ．，（１９８９）Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．，１１１：８３２２；およびＰｉｃｃｉｒｉｌｌｉ ｅｔ ａｌ．，（１９９０）Ｎａｔｕｒｅ，３４３：３３；Ｋｏｏｌ，（２０００）Ｃｕｒｒ．Ｏｐｉｎ．Ｃｈｅｍ．Ｂｉｏｌ．，４：６０２を参照のこと。これらの塩基は一般に、ある程度までは天然の塩基とミス対合して、酵素的には複製され得ない。Ｋｏｏｌおよび共同研究者らは、塩基の間の疎水性のパッキング相互作用が、水素結合を置換して塩基対の形成を駆動し得ることを実証した。Ｋｏｏｌ，（２０００）Ｃｕｒｒ．Ｏｐｉｎ．Ｃｈｅｍ．Ｂｉｏｌ．，４：６０２；ならびにＧｕｃｋｉａｎ ａｎｄ Ｋｏｏｌ，（１９９８）Ａｎｇｅｗ．Ｃｈｅｍ．Ｉｎｔ．Ｅｄ．Ｅｎｇｌ．，３６，２８２５を参照のこと。上記の全ての要件を満足する天然でない塩基対を開発する試みでは、Ｓｃｈｕｌｔｚ、Ｒｏｍｅｓｂｅｒｇおよび共同研究者は、一連の天然でない疎水性の塩基を体系的に合成して研究している。ＰＩＣＳ：ＰＩＣＳの自己対は、天然の塩基対よりも安定であることが見出されており、およびＥｓｃｈｅｒｉｃｈｉａ ｃｏｌｉのＤＮＡポリメラーゼＩ（ＫＦ）のクレノウ（Ｋｌｅｎｏｗ）フラグメントによってＤＮＡに効率的に組み込まれ得る。例えば、ＭｃＭｉｎｎ ｅｔ ａｌ．，（１９９９）Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．，１２１：１１５８５から６；およびＯｇａｗａ ｅｔ ａｌ．，（２０００）Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ，１２２：３２７４。３ＭＮ：３ＭＮの自己対は、ＫＦによって、生物学的な機能について高効率でおよび十分な選択性で合成され得る。例えば、Ｏｇａｗａ ｅｔ ａｌ．，（２０００）Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．，１２２：８８０３を参照のこと。しかし、両方の塩基とも、さらなる複製のための連鎖停止剤として機能する。ＰＩＣＳ自己対を複製するために用いられ得る変異体ＤＮＡポリメラーゼが近年進化されている。さらに、７ＡＩ自己対が複製され得る。例えば、Ｔａｅ ｅｔ ａｌ．，（２００１）Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．，１２３：７４３９を参照のこと。新規な金属塩基（ｍｅｔａｌｌｏｂａｓｅ）対、Ｄｉｐｉｃ：Ｐｙも開発されており、Ｃｕ（ＩＩ）結合に基づいて安定な塩基を形成する。Ｍｅｇｇｅｒｓ ｅｔ ａｌ．，（２０００）Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ，１２２：１０７１４を参照のこと。伸長されたコドンおよび天然でないコドンは、天然のコドンに対して本来直交性であるので、本発明の方法は、この特性を利用してこれらについて直交性ｔＲＮＡを生成し得る。

所望のポリペプチドに、選択されたアミノ酸、例えば、天然でないアミノ酸を組み込む転写バイパス系も用いられ得る。翻訳バイパス系では、大きい配列が遺伝子に挿入されるが、タンパク質には翻訳されない。この配列は、リボソームを誘導して配列を乗り越えて、挿入の下流で翻訳を開始するためのキューとして機能する構造を含む。

選択されたおよび天然でないアミノ酸
本明細書において用いる場合、選択されたアミノ酸とは、任意の所望の天然に存在するアミノ酸または天然でないアミノ酸をいう。天然に存在するアミノ酸としては、以下の２０の遺伝子的にコードされたαアミノ酸のうちの任意の１つが挙げられる。アラニン、アルギニン、アスパラギン、アスパラギン酸、システイン、グルタミン、グルタミン酸、グリシン、ヒスチジン、イソロイシン、ロイシン、リジン、メチオニン、フェニルアラニン、プロリン、セリン、トレオニン、トリプトファン、チロシン、バリン。一実施形態では、選択されたアミノ酸は、高い忠実度で、例えば、所与のセレクターコドンについて約７０％を超える効率で、所与のセレクターコドンについて７５％を超える効率で、所与のセレクターコドンについて約８０％を超える効率で、所与のセレクターコドンについて約８５％を超える効率で、所与のセレクターコドンについて約９０％を超える効率で、所与のセレクターコドンについて９５％を超える効率で、または所与のセレクターコドンについて約９９％以上の効率で、成長しているポリペプチド鎖に組み込まれる。

本明細書において用いる場合、天然でないアミノ酸とは、セレノシステインおよび／もしくはピロリジン、ならびに以下の２０の遺伝子的にコードされたαアミノ酸：アラニン、アルギニン、アスパラギン、アスパラギン酸、システイン、グルタミン、グルタミン酸、グリシン、ヒスチジン、イソロイシン、ロイシン、リジン、メチオニン、フェニルアラニン、プロリン、セリン、トレオニン、トリプトファン、チロシン、バリン、以外の任意のアミノ酸、改変アミノ酸、またはアミノ酸アナログ。

αアミノ酸の一般的な構造は、式Ｉ：

によって例示される。

天然でないアミノ酸は代表的には、式Ｉを有する任意の構造であって、ここではＲ基は、２０個の天然のアミノ酸において用いられるもの以外の任意の置換基である。例えば、２０個の天然のアミノ酸の構造については、Ｌ．ＳｔｒｙｅｒのＢｉｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，第３版、１９８８，Ｆｒｅｅｍａｎ ａｎｄ Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｎｅｗ Ｙｏｒｋを参照のこと。本発明の非天然のアミノ酸は、上記の２０個のαアミノ酸以外の天然に存在する化合物であってもよいことに注意のこと。

本発明の天然でないアミノ酸は代表的には、側鎖の構造においてのみ天然のアミノ酸と異なるので、天然でないアミノ酸は、限定はしないが天然または非天然のアミノ酸を、天然に存在するタンパク質で形成される同じ方式で含む、他のアミノ酸とのアミド結合を形成する。しかし、天然でないアミノ酸は、天然のアミノ酸からこれらを識別する側鎖基を有する。例えば、式ＩにおけるＲは、アルキル−、アリール−、アシル−、ケト−、アジド−、ヒドロキシル−、ヒドラジン−、シアノ−、ハロ−、ヒドラジド、アルケニル、アルキニル、エーテル、チオール、セレノ−、スルホニル−、ボラート、ボロナート、ホスホ、ホスホノ、ホスフィン、複素環、エノン、イミン、アルデヒド、エステル、チオ酸、ヒドロキシルアミン、アミンなど、またはこれらの任意の組み合わせを含んでもよい。他の天然には存在しないアミノ酸としては、限定はしないが、光活性化架橋を含むアミノ酸、スピン標識アミノ酸、蛍光アミノ酸、金属結合アミノ酸、金属含有アミノ酸、放射性アミノ酸、新規な官能基を有するアミノ酸、他の分子と共有結合的にもしくは非共有結合的に相互作用するアミノ酸、フォトケージ（ｐｈｏｔｏｃａｇｅｄ）および／もしくは光異性化（ｐｈｏｔｏｉｓｏｍｅｒｉｚａｂｌｅ）アミノ酸、ビオチンもしくはビオチンアナログを含むアミノ酸、糖置換セリンのようなグリコシル化アミノ酸、他の炭化水素修飾アミノ酸、ケト含有アミノ酸、ポリエチレングリコールまたはポリエーテルを含むアミノ酸、重原子置換アミノ酸、化学切断可能なおよび／または光切断可能なアミノ酸、天然のアミノ酸に比較して伸長された側鎖を有するアミノ酸であって、この側鎖としては、限定はしないが、ポリエーテルまたは限定はしないが、約５個もしくは約１０個を超える炭素を含む長鎖炭化水素を含むアミノ酸、炭素結合した糖含有アミノ酸、酸化還元活性アミノ酸、アミノチオ酸含有アミノ酸、および１つ以上の毒性部分を含むアミノ酸が挙げられる。また、参照により本明細書に組み込まれる米国特許出願公開２００３／００８２５７５および２００３／０１０８８８５も参照のこと。天然でないアミノ酸は、例えば、固体支持体に対してタンパク質を結合させるために用いられる光活性化架橋を有し得る。天然でないアミノ酸は、アミノ酸側鎖に対して結合された単糖部分を有してもよい。

新規な側鎖を含む天然でないアミノ酸に加えて、天然でないアミノ酸はまた必要に応じて、例えば、式ＩＩおよびＩＩＩ：

の構造によって図示されるような修飾された骨格構造を含み、ここで、Ｚは代表的には、ＯＨ、ＮＨ_２、ＳＨ、ＮＨ−Ｒ’またはＳ−Ｒ’を含み；ＸおよびＹは、同じであっても異なってもよく、代表的には、ＳまたはＯを、およびＲおよびＲ’を含み、これは必要に応じて、同じであっても異なってもよく、代表的には式Ｉを有する天然でないアミノ酸について上記されたＲ基の構成要素の同じリストおよび水素から選択される。例えば、天然でないアミノ酸は、式ＩＩおよびＩＩＩによって図示されるようなアミノ基またはカルボキシル基において置換を含んでもよい。このタイプの天然でないアミノ酸としては、例えば、共通の２０の天然のアミノ酸に対応する側鎖、または天然でない側鎖を有するα−ヒドロキシ酸、α−チオ酸、α−アミノチオカルボキシレートが挙げられるがこれに限定されない。さらに、α炭素での置換基としては必要に応じて、Ｌ、Ｄ、またはα−α−二置換アミノ酸、例えば、Ｄ−グルタミン酸、Ｄ−アラニン、Ｄ−メチル−Ｏ−チロシン、アミノ酪酸などが挙げられる。他の構造的な代替物としては、環状アミノ酸、例えば、プロリンアナログ、ならびに、３、４、６、７、８および９員環のプロリンアナログ、βおよびγアミノ酸、例えば、置換β−アラニンおよびγ−アミノ酪酸が挙げられる。

多くの天然でないアミノ酸は、天然のアミノ酸、例えば、チロシン、グルタミン、フェニルアラニンなどに基づく。チロシンアナログとしては、パラ置換チロシン、オルト置換チロシン、およびメタ置換チロシンが挙げられ、この置換チロシンは、ケト基（限定はしないが、アセチル基を含む）、ベンゾイル基、アミノ基、ヒドラジン、ヒドロキシアミン、チオール基、カルボキシ基、イソプロピル基、メチル基、Ｃ_６−Ｃ_２０直鎖または分枝炭化水素、飽和または不飽和炭化水素、Ｏ−メチル基、ポリエステル基、ニトロ基などを含む。さらに、多重置換アリール環も考えられる。グルタミンアナログとしては、限定はしないがα−ヒドロキシ誘導体、γ−置換誘導体、環状誘導体およびアミド置換グルタミン誘導体が挙げられる。例示的なフェニルアラニンアナログとしては、限定はしないが、パラ−置換フェニルアラニン、オルト置換フェニルアラニン、およびメタ置換フェニルアラニンが挙げられ、この置換基は、ヒドロキシ基、メトキシ基、メチル基、アリル基、アルデヒド基、アジド基、ヨード基、ブロモ基、ケト基（限定はしないが、アセチル基を含む）などが挙げられる。天然でないアミノ酸の特定の例としては、限定はしないが、ｐ−アセチル−Ｌ−フェニルアラニン、ｐ−プロパルギル−フェニルアラニン、Ｏ−メチル−Ｌ−チロシン、Ｌ−３−（２−ナフチル）アラニン、３−メチル−フェニルアラニン、Ｏ−４−アリル−Ｌ−チロシン、４−プロピル−Ｌ−チロシン、トリ−Ｏ−アセチル−ＧｌｃＮＡｃβ−セリン、Ｌ−ドーパ、フッ化フェニルアラニン、イソプロピル−Ｌ−フェニルアラニン、ｐ−アジド−Ｌ−フェニルアラニン、ｐ−アシル−Ｌ−フェニルアラニン、ｐ−ベンゾイル−Ｌ−フェニルアラニン、Ｌ−ホスホセリン、ホスホノセリン、ホスホノチロシン、ｐ−ヨード−フェニルアラニン、ｐ−ブロモフェニルアラニン、ｐ−アミノ−Ｌ−フェニルアラニン、イソプロピル−Ｌ−フェニルアラニン、およびｐ−プロパルギルオキシ−フェニルアラニンなどが挙げられる。種々の天然でないアミノ酸の構造の例は、例えば、参照により本明細書に組み込まれる、「Ｉｎ ｖｉｖｏ ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｕｎｎａｔｕｒａｌ ａｍｉｎｏ ａｃｉｄｓ」と題されたＷＯ ２００２／０８５９２３に提供される。さらなるメチオニンアナログについては、参照により本明細書に組み込まれる、Ｋｉｉｃｋ ｅｔ ａｌ．，（２００２）Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ ｏｆａｚｉｄｅｓ ｉｎｔｏ ｒｅｃｏｍｂｉｎａｎｔ ｐｒｏｔｅｉｎｓ ｆｏｒ ｃｈｅｍｏｓｅｌｅｃｔｉｖｅ ｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｂｙ ｔｈｅ Ｓｔａｕｄｉｎｇｅｒ ｌｉｇａｔｉｏｎ，ＰＮＡＳ ９９：１９から２４も参照のこと。

アミノ末端でポリペプチドに組み込まれる天然でないアミノ酸は、２０の天然のアミノ酸において用いられるもの以外の任意の置換基であるＲ基、およびαアミノ酸に通常存在するＮＨ_２基とは異なる第二の反応性基から構成されてもよい（式Ｉを参照のこと）。類似の天然でないアミノ酸が、αアミノ酸に通常存在するＣＯＯＨ基とは異なる第二の反応性基とともにカルボキシル末端に組み込まれてもよい（式Ｉを参照のこと）。

本発明の天然ではないアミノ酸は、２０個の天然のアミノ酸において利用できないさらなる特徴を選択または設計し得る。例えば、天然でないアミノ酸は、例えば、これらが組み込まれるタンパク質の生物学的特性を改変するために、場合により設計または選択されてもよい。例えば、以下の特性は、タンパク質への天然でないアミノ酸の包含によって場合により改変され得る。毒性、生体分布、溶解度、安定性、例えば、熱安定性、加水分解安定性、酸化安定性、酵素分解に対する耐性など、精製および処理の容易さ、構造的特性、分光学的特性、化学的および／または光化学的特性、触媒活性、酸化還元電位、半減期、他の分子との反応能力、例えば、共有結合または非共有結合など。

種々の天然でないアミノ酸の構造は、例えば、本明細書において参照により組み込まれる、「Ｉｎ ｖｉｖｏ ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｕｎｎａｔｕｒａｌ ａｍｉｎｏ ａｃｉｄｓ」と題される、ＷＯ ２００２／０８５９２３の図１６、１７、１８、１９、２６および２９に示される。この例は、本発明のｔＲＮＡに結合され得るアミノ酸を限定することは決して意味しない。

天然でないアミノ酸の１つの利点は、さらなる分子を付加するために用いられ得るさらなる化学部分を提示するということである。これらの改変は、真核生物もしくは非真核生物細胞においてインビボで、またはインビトロで作成され得る。従って、特定の実施形態では、翻訳後改変は、天然でないアミノ酸を通じる。ポリペプチドにおける天然でないアミノ酸は、ポリペプチドに対して別の分子を結合するために用いられ得、この分子としては限定はしないが、標識、色素、ポリマー、水溶性ポリマー、ポリエチレングリコールの誘導体、光架橋基、放射性核種、細胞毒性化合物、薬物、アフィニティー標識、光親和性標識、放射性化合物、樹脂、第二のタンパク質またはポリペプチドまたはポリペプチドアナログ、抗体または抗体フラグメント、金属キレーター、補因子、脂肪酸、炭水化物、ポリヌクレオチド、ＤＮＡ、ＲＮＡ、アンチセンスポリヌクレオチド、糖類、水溶性デンドリマー、シクロデキストリン、阻害性リボ核酸、医用材料、ナノ粒子、スピンラベル、発蛍光団、金属含有部分、放射性部分、新規な官能基、他の分子と共有結合的または非共有結合的に相互作用する基、フォトケージ部分（ｐｈｏｔｏｃａｇｅｄ ｍｏｉｅｔｙ）、化学線励起部分（ａｃｔｉｎｉｃ ｒａｄｉａｔｉｏｎ ｅｘｃｉｔａｂｌｅ ｍｏｉｅｔｙ）、光異性化部分、ビオチン、ビオチンの誘導体、ビオチンアナログ、重原子を組み込む部分、化学切断基、光切断基、伸長した側鎖、炭素結合した糖、酸化還元活性剤、アミノチオ酸、毒性部分、同位体的に標識された部分、生物物理学的プローブ、リン光基、化学発光基、高電子密度基、磁気基、挿入基、発色団、エネルギー転移因子、生物学的活性因子、検出可能標識、低分子、量子ドット、ナノトランスミッター、または上記の任意の組み合わせ、または任意の他の所望される化合物もしくは物質が挙げられ、これは、少なくとも１つの天然でないアミノ酸に対する第二の反応性基を含み、特定の反応性基に適切である当業者に公知である化学的方法論を利用する第一の反応性基を含む。

例えば、翻訳後修飾は、求核性−求電子性の反応を通じてもよい。タンパク質の選択的修飾のために現在用いられるほとんどの反応は、ヒスチジンまたはシステイン側鎖とのαハロケトンの反応を含むがこれに限定されない、求核性と求電子性の反応パートナーの間の共有結合形成を含む。これらの場合の選択性は、タンパク質中の求核性残基の数および接近性によって決定される。本発明のタンパク質では、インビトロおよびインビボにおける、天然でないケトアミノ酸と、ヒドラジドまたはアミノオキシ化合物との反応のような、他のさらに選択性の反応を用いてもよい。この全てが本発明において参照により組み込まれる、例えば、Ｃｏｒｎｉｓｈ，ｅｔ ａｌ．，（１９９６）Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ，１１８：８１５０から８１５１；Ｍａｈａｌ，ｅｔ ａｌ．，（１９９７）Ｓｃｉｅｎｃｅ，２７６：１１２５から１１２８；Ｗａｎｇ，ｅｔ ａｌ．，（２００１）Ｓｃｉｅｎｃｅ ２９２：４９８から５００；Ｃｈｉｎ，ｅｔ ａｌ．，（２００２）Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．１２４：９０２６から９０２７；Ｃｈｉｎ，ｅｔ ａｌ．，（２００２）Ｐｒｏｃ．Ｎａｔｌ．Ａｃａｄ．Ｓｃｉ．，９９：１１０２０から１１０２４；Ｗａｎｇ，ｅｔ ａｌ．，（２００３）Ｐｒｏｃ．Ｎａｔｌ．Ａｃａｄ．Ｓｃｉ．，１００：５６から６１；Ｚｈａｎｇ，ｅｔ ａｌ．，（２００３）Ｂｉｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，４２：６７３５から６７４６；ならびにＣｈｉｎ，ｅｔ ａｌ．，（２００３）Ｓｃｉｅｎｃｅ，３０１：９６４から７を参照のこと。これによって、発蛍光団、架橋剤、サッカライド誘導体および細胞毒性分子を含む試薬のホストによる実質上、任意のタンパク質の選択性標識が可能になる。参照により本明細書に組み込まれる、「Ｇｌｙｃｏｐｒｏｔｅｉｎ ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ」と題された米国特許番号６，９２７，０４２も参照のこと。限定はしないが、アジドアミノ酸を通じたものを含む翻訳後改変はまた、Ｓｔａｕｄｉｎｇｅｒ連結を通じて行われ得る（トリアリルホスフィン試薬とを含むがこれに限定されない）。Ｋｉｉｃｋ ｅｔ ａｌ．，（２００２）Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ ｏｆ ａｚｉｄｅｓ ｉｎｔｏ ｒｅｃｏｍｂｉｎａｎｔ ｐｒｏｔｅｉｎｓ ｆｏｒ ｃｈｅｍｏｓｅｌｅｃｔｉｖｅ ｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｂｙ ｔｈｅ Ｓｔａｕｄｉｎｇｅｒ ｌｉｇａｔｉｏｎ，ＰＮＡＳ ９９：１９から２４を参照のこと。

天然でないアミノ酸の化学合成
多くの天然でないアミノ酸が、例えば、Ｓｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈ（Ｓｔ．Ｌｏｕｉｓ，ＭＯ，ＵＳＡ）、Ｎｏｖａｂｉｏｃｈｅｍ（ＥＭＤ Ｂｉｏｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｄａｒｍｓｔａｄｔ，Ｇｅｒｍａｎｙの一部門）、またはＰｅｐｔｅｃｈ（Ｂｕｒｌｉｎｇｔｏｎ，ＭＡ，ＵＳＡ）から市販されている。市販されていないものは、必要に応じて、本明細書に提供されるように、または当業者に公知の標準的方法を用いて合成される。有機合成技術については、例えば、Ｆｅｓｓｅｎｄｏｎ ａｎｄ ＦｅｓｓｅｎｄｏｎによるＯｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，（１９８２，Ｓｅｃｏｎｄ Ｅｄｉｔｉｏｎ，Ｗｉｌｌａｒｄ Ｇｒａｎｔ Ｐｒｅｓｓ，Ｂｏｓｔｏｎ Ｍａｓｓ．）；Ｍａｒｃｈによる、Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ（第３版，１９８５，Ｗｉｌｅｙ ａｎｄ Ｓｏｎｓ，Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ）；ならびにＣａｒｅｙ ａｎｄ Ｓｕｎｄｂｅｒｇによる、Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ（第３版，パートＡおよびＢ，１９９０，Ｐｌｅｎｕｍ Ｐｒｅｓｓ，Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ）を参照のこと。天然でないアミノ酸の合成を記載しているさらなる刊行物としては、例えば、「Ｉｎ ｖｉｖｏ ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ ｏｆ Ｕｎｎａｔｕｒａｌ Ａｍｉｎｏ Ａｃｉｄｓ」と題されたＷＯ ２００２／０８５９２３；Ｍａｔｓｏｕｋａｓ ｅｔ ａｌ．，（１９９５）Ｊ．Ｍｅｄ．Ｃｈｅｍ．，３８，４６６０から４６６９；Ｋｉｎｇ，Ｆ．Ｅ．＆ Ｋｉｄｄ，Ｄ．Ａ．Ａ．（１９４９）Ａ Ｎｅｗ Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ｏｆ Ｇｌｕｔａｍｉｎｅ ａｎｄ ｏｆ γ−Ｄｉｐｅｐｔｉｄｅｓ ｏｆ Ｇｌｕｔａｍｉｃ Ａｃｉｄ ｆｒｏｍ Ｐｈｔｈｙｌａｔｅｄ Ｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅｓ．Ｊ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．，３３１５から３３１９；Ｆｒｉｅｄｍａｎ，Ｏ．Ｍ．＆ Ｃｈａｔｔｅｒｒｊｉ，Ｒ．（１９５９）Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ｏｆ Ｄｅｒｉｖａｔｉｖｅｓ ｏｆ Ｇｌｕｔａｍｉｎｅ ａｓ Ｍｏｄｅｌ Ｓｕｂｓｔｒａｔｅｓ ｆｏｒ Ａｎｔｉ−Ｔｕｍｏｒ Ａｇｅｎｔｓ．Ｊ Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．８１，３７５０から３７５２；Ｃｒａｉｇ，Ｊ．Ｃ．ｅｔ ａｌ．（１９８８）Ａｂｓｏｌｕｔｅ Ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ Ｅｎａｎｔｉｏｍｅｒｓ ｏｆ ７−Ｃｈｌｏｒｏ−４［［４−（ｄｉｅｔｈｙｌａｍｉｎｏ）−１−ｍｅｔｈｙｌｂｕｔｙｌ］ａｍｉｎｏ］ｑｕｉｎｏｌｉｎｅ（Ｃｈｌｏｒｏｑｕｉｎｅ）．Ｊ．Ｏｒｇ．Ｃｈｅｍ．５３，１１６７から１１７０；Ａｚｏｕｌａｙ，Ｍ．，Ｖｉｌｍｏｎｔ，Ｍ．＆ Ｆｒａｐｐｉｅｒ，Ｆ．（１９９１）Ｇｌｕｔａｍｉｎｅ ａｎａｌｏｇｕｅｓ ａｓ Ｐｏｔｅｎｔｉａｌ Ａｎｔｉｍａｌａｒｉａｌｓ，Ｅｕｒ．Ｊ．Ｍｅｄ．Ｃｈｅｍ．２６，２０１から５；Ｋｏｓｋｉｎｅｎ，Ａ．Ｍ．Ｐ．＆ Ｒａｐｏｐｏｒｔ，Ｈ．（１９８９）Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ｏｆ ４−Ｓｕｂｓｔｉｔｕｔｅｄ Ｐｒｏｌｉｎｅｓ ａｓ Ｃｏｎｆｏｒｍａｔｉｏｎａｌｌｙ Ｃｏｎｓｔｒａｉｎｅｄ Ａｍｉｎｏ Ａｃｉｄ Ａｎａｌｏｇｕｅｓ．Ｊ．Ｏｒｇ．Ｃｈｅｍ．５４，１８５９から１８６６；Ｃｈｒｉｓｔｉｅ，Ｂ．Ｄ．＆ Ｒａｐｏｐｏｒｔ，Ｈ．（１９８５）Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ｏｆ Ｏｐｔｉｃａｌｌｙ Ｐｕｒｅ Ｐｉｐｅｃｏｌａｔｅｓ ｆｒｏｍ Ｌ− Ａｓｐａｒａｇｉｎｅ．出願ｔｏ ｔｈｅ Ｔｏｔａｌ Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ｏｆ（＋）−Ａｐｏｖｉｎｃａｍｉｎｅ ｔｈｒｏｕｇｈ Ａｍｉｎｏ Ａｃｉｄ Ｄｅｃａｒｂｏｎｙｌａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｉｍｉｎｉｕｍ Ｉｏｎ Ｃｙｃｌｉｚａｔｉｏｎ．Ｊ．Ｏｒｇ．Ｃｈｅｍ．５０：１２３９から１２４６；Ｂａｒｔｏｎ ｅｔ ａｌ．，（１９８７）Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ｏｆ Ｎｏｖｅｌ ａｌｐｈａ−Ａｍｉｎｏ−Ａｃｉｄｓ ａｎｄ Ｄｅｒｉｖａｔｉｖｅｓ Ｕｓｉｎｇ Ｒａｄｉｃａｌ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ：Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ｏｆ Ｌ− ａｎｄ Ｄ−ａｌｐｈａ−Ａｍｉｎｏ−Ａｄｉｐｉｃ Ａｃｉｄｓ，Ｌ−ａｌｐｈａ−ａｍｉｎｏｐｉｍｅｌｉｃ Ａｃｉｄ ａｎｄ Ａｐｐｒｏｐｒｉａｔｅ Ｕｎｓａｔｕｒａｔｅｄ Ｄｅｒｉｖａｔｉｖｅｓ．Ｔｅｔｒａｈｅｄｒｏｎ ４３：４２９７から４３０８；ならびに，Ｓｕｂａｓｉｎｇｈｅ ｅｔ ａｌ．，（１９９２）Ｑｕｉｓｑｕａｌｉｃ ａｃｉｄ ａｎａｌｏｇｕｅｓ：ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ｏｆ ｂｅｔａ−ｈｅｔｅｒｏｃｙｃｌｉｃ ２−ａｍｉｎｏｐｒｏｐａｎｏｉｃ ａｃｉｄ ｄｅｒｉｖａｔｉｖｅｓ ａｎｄ ｔｈｅｉｒ ａｃｔｉｖｉｔｙ ａｔ ａ ｎｏｖｅｌ ｑｕｉｓｑｕａｌａｔｅ−ｓｅｎｓｉｔｉｚｅｄ ｓｉｔｅ．Ｊ．Ｍｅｄ．Ｃｈｅｍ．３５：４６０２から７を参照のこと。また、参照により組み込まれる、「Ｐｒｏｔｅｉｎ Ａｒｒａｙｓ」と題された米国特許公開番号ＵＳ ２００４／０１９８６３７も参照のこと。

天然でないアミノ酸の細胞取り込み
細胞によって取り込まれる天然でないアミノ酸は、例えばタンパク質への取り込みについて、天然でないアミノ酸を設計および選択する場合に代表的には考慮される１つの問題である。例えば、αアミノ酸の高い荷電密度によって、これらの化合物は、細胞透過性である可能性は低いことが示唆される。天然のアミノ酸は、タンパク質ベースの輸送系の収集を介して細胞に取り込まれる。急速なスクリーニングを行ってもよく、これによって、存在すれば、どの天然でないアミノ酸が、細胞によって取り込まれるかを評価する。例えば、参照により本明細書に組み込まれる、「タンパク質アレイ（Ｐｒｏｔｅｉｎ Ａｒｒａｙｓ）」と題された米国特許公開番号ＵＳ ２００４／０１９８６３７、およびＬｉｕ，Ｄ．Ｒ．＆ Ｓｃｈｕｌｔｚ，Ｐ．Ｇ．（１９９９）Ｐｒｏｇｒｅｓｓ ｔｏｗａｒｄ ｔｈｅ ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ ｏｆ ａｎ ｏｒｇａｎｉｓｍ ｗｉｔｈ ａｎ ｅｘｐａｎｄｅｄ ｇｅｎｅｔｉｃ ｃｏｄｅ．ＰＮＡＳ Ｕｎｉｔｅｄ Ｓｔａｔｅｓ ９６：４７８０から４７８５における毒性のアッセイを参照のこと。取り込みは種々のアッセイで容易に分析されるが、細胞取り込み経路に対して従順である天然でないアミノ酸を設計する別法は、インビボでアミノ酸を作製するための生合成経路を提供することである。

天然でないアミノ酸の生合成
多くの生合成経路が既に、アミノ酸および他の化合物の生成のために細胞に存在する。特定の天然でないアミノ酸の生合成方法は、細胞中においてだけでなく、事実上存在し得ないが、本発明はこのような方法を提供する。例えば、天然でないアミノ酸の生合成経路は、新規の酵素を添加すること、または既存の宿主細胞経路を改変することによって、場合により宿主細胞中で生成される。さらなる新規な酵素は場合により、天然に存在する酵素、または人工的に進化した酵素である。例えば、ｐ−アミノフェニルアラニンの生合成（「Ｉｎ ｖｉｖｏ ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｕｎｎａｔｕｒａｌ ａｍｉｎｏ ａｃｉｄｓ」と題されたＷＯ ２００２／０８５９２３において実施例に提示される）は、他の生物体由来の公知の酵素の組み合わせの添加に依存する。これらの酵素の遺伝子は、この遺伝子を含有するプラスミド細胞を用いて形質転換することによって細胞に導入され得る。遺伝子は、細胞中で発現される場合、所望の化合物を合成する酵素経路を提供する。場合により添加されるこのタイプの酵素の例は、下の実施例に示す。さらなる酵素配列は、例えば、Ｇｅｎｂａｎｋに見出される。人工的に進化された酵素はまた、場合により同じ方式で細胞に添加される。この方式では、細胞の細胞性機構および資源を操作して、天然でないアミノ酸を生成する。

生合成経路における使用のために、または既存の経路の進化のために、新規な酵素を生成するためには種々の方法が利用可能である。例えば、Ｍａｘｙｇｅｎ，Ｉｎｃ．によって開発された、例えば、再帰的組み換え（ｒｅｃｕｒｓｉｖｅ ｒｅｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ）（Ｗｏｒｌｄ Ｗｉｄｅ Ｗｅｂでｍａｘｙｇｅｎ．ｃｏｍから利用可能）を場合により用いて、新規な酵素および経路を開発する。例えば、Ｓｔｅｍｍｅｒ（１９９４），Ｒａｐｉｄ ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ ｏｆ ａ ｐｒｏｔｅｉｎ ｉｎ ｖｉｔｒｏ ｂｙ ＤＮＡ ｓｈｕｆｆｌｉｎｇ，Ｎａｔｕｒｅ ３７０（４）：３８９から３９１；ならびにＳｔｅｍｍｅｒ，（１９９４），ＤＮＡ ｓｈｕｆｆｌｉｎｇ ｂｙ ｒａｎｄｏｍ ｆｒａｇｍｅｎｔａｔｉｏｎ ａｎｄ ｒｅａｓｓｅｍｂｌｙ：Ｉｎ ｖｉｔｒｏ ｒｅｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｍｏｌｅｃｕｌａｒ ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ，Ｐｒｏｃ．Ｎａｔｌ．Ａｃａｄ．Ｓｃｉ．ＵＳＡ．，９１：１０７４７から１０７５１を参照のこと。同様に、Ｇｅｎｅｎｃｏｒによって開発されたＤｅｓｉｇｎＰａｔｈ（商標）（Ｗｏｒｌｄ Ｗｉｄｅ Ｗｅｂでｇｅｎｅｎｃｏｒ．ｃｏｍから利用可能）は場合により、例えば、細胞中でＯ−メチル−Ｌ−チロシンを作製する経路を操作するための代謝経路操作に用いられる。この技術は、新規な遺伝子の組み合わせを用いて宿主生物体中で既存の経路を再構築し、この遺伝子としては、限定はしないが、機能的なゲノミクス、ならびに分子評価および設計を通じて同定されるものを含む。Ｄｉｖｅｒｓａ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（Ｗｏｒｌｄ Ｗｉｄｅ Ｗｅｂ上で、ｄｉｖｅｒｓａ．ｃｏｍから入手可能）も、限定はしないが、新規な経路を作製することを含む、遺伝子および遺伝子経路のライブラリーを急速にスクリーニングするための技術を提供する。

代表的には、本発明の操作された生合成経路で生成された天然でないアミノ酸は、効率的なタンパク質生合成のために十分な濃度で、例えば、天然の細胞量で、ただし他のアミノ酸の濃度に影響したり細胞資源を消耗するほどの程度ではない濃度で生成される。この方式においてインビボで生成される代表的な濃度は、約１０ｍＭから約０．０５ｍＭである。特定の経路について望ましい酵素を生成するために用いられる遺伝子を含有するプラスミドを用いて、一旦細胞が形質転換され天然でないアミノ酸が生成されれば、場合によりインビボ選択を用いて、リボソームタンパク質合成および細胞増殖の両方について、天然でないアミノ酸の生成をさらに最適化する。

核酸およびポリペプチド配列および改変体
上記および下に記載されるように、本発明は、核酸ポリヌクレオチド配列およびポリペプチドアミノ酸配列、例えば、ｔＲＮＡおよびＲＳ、ならびに、例えば、この配列を含有する組成物および方法を提供する。この配列の例、例えば、ｔＲＮＡおよびＲＳは本明細書に開示される。しかし、当業者は、本発明が、本明細書に開示される配列に、例えば実施例に限定されないことを理解する。当業者は、本発明がまた、例えばＯ−ｔＲＮＡまたはＯ−ＲＳをコードする、本明細書に記載される機能を有する多くの関連のおよび非関連の配列を提供することを理解する。

本発明は、ポリペプチド（Ｏ−ＲＳｓ）およびポリヌクレオチド、例えば、Ｏ−ｔＲＮＡ、Ｏ−ＲＳまたはこの一部をコードするポリヌクレオチド、アミノアシル−ｔＲＮＡシンテターゼクローンを単離するために用いられるオリゴヌクレオチドなどを提供する。本発明のポリヌクレオチドは、１つ以上のセレクターコドンを有する本発明の目的のタンパク質またはポリペプチドをコードするポリヌクレオチドである。さらに、本発明のポリヌクレオチドとしては、例えば、配列番号４に示されるようなヌクレオチド配列を含むポリヌクレオチド、このポリヌクレオチド配列に相補的であるか、もしくはこれをコードするポリヌクレオチド、またはこの保存的改変体が挙げられる。本発明のポリヌクレオチドはまた、本発明のポリペプチドをコードするポリヌクレオチドを含む。同様に、核酸の実質的に全長にまたがる高度にストリンジェントな条件下で、上記で示されるポリヌクレオチドに対してハイブリダイズする核酸は、本発明のポリヌクレオチドである。一実施形態では、組成物は、本発明のポリペプチドおよび賦形剤（例えば、緩衝液、水、医薬的に許容される賦形剤など）を含む。さらに、本発明のポリペプチドとしては、例えば、配列番号５に示されるアミノ酸配列を含むポリペプチド、このポリペプチド配列に相補的であるか、もしくはこのポリペプチド配列をコードするポリペプチド、またはこの保存的改変体が挙げられる。本発明はまた、本発明のポリペプチドと特異的に免疫反応性である抗体または抗血清を提供する。

特定の実施形態では、ベクター（例えば、プラスミド、コスミド、ファージ、細菌、ウイルス、裸のポリヌクレオチド、結合体化したポリヌクレオチドなど）は、本発明のポリヌクレオチドを含む。一実施形態では、このベクターは、発現ベクターである。別の実施形態では、この発現ベクターは、本発明の１つ以上のポリヌクレオチドに対して作動可能に連結されたプロモーターを含む。別の実施形態では、ある細胞は、本発明のポリヌクレオチドを含むベクターを含む。

当業者はまた、開示された配列の多くの改変体が本発明に含まれることを理解する。例えば、機能的に同一の配列を生じる開示された配列の保存的な改変体は、本発明に含まれる。核酸ポリヌクレオチド配列の改変体であって、少なくとも１つの開示された配列に対してハイブリダイズする改変体は、本発明に含まれるものとみなされる。本明細書に開示される配列の固有のサブ配列は、例えば、標準的な配列比較技術によって決定されるとおり、また本発明に含まれる。

保存的改変体
遺伝子コードの縮重性に起因して、「サイレント置換（ｓｉｌｅｎｔ ｓｕｂｓｔｉｔｕｔｉｏｎｓ）」（すなわち、コードされたポリペプチドにおける変更を生じない、核酸配列における置換）は、アミノ酸をコードするあらゆる核酸配列の黙示的な特徴である。同様に、アミノ酸配列における、１つまたは２から３のアミノ酸の「保存的なアミノ酸置換（ｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｖｅ ａｍｉｎｏ ａｃｉｄ ｓｕｂｓｔｉｔｕｔｉｏｎ）」とは、高度に類似の特性を有する異なるアミノ酸で置換され、また開示された構築物に対して極めて類似であると容易に同定される。各々の開示された配列のこのような保存的改変体は、本発明の特徴である。

特定の核酸配列の「保存的改変体（ｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｖｅ ｖａｒｉａｔｉｏｎｓ）」とは、同一もしくは本質的に同一のアミノ酸配列をコードする核酸を、または核酸がアミノ酸配列をコードしない場合は、本質的に同一の配列をいう。当業者は、コードされた配列における単一のアミノ酸もしくは小さい割合のアミノ酸を変更、付加もしくは欠失する個々の置換、欠失もしくは付加は、「保存的に改変された改変体（ｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｖｅｌｙ ｍｏｄｉｆｉｅｄ ｖａｒｉａｔｉｏｎｓ）」であるか、または変更がアミノ酸の欠失、アミノ酸の付加、もしくはアミノ酸の化学的に類似のアミノ酸での置換を生じる「保存的に改変された改変体（ｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｖｅｌｙ ｍｏｄｉｆｉｅｄ ｖａｒｉａｎｔｓ）」であることを認識する。従って、本発明の列挙されたポリペプチド配列の「保存的改変体（ｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｖｅ ｖａｒｉａｔｉｏｎｓ）」としては、ポリペプチド配列のアミノ酸の小さい割合、代表的には５％未満、さらに代表的には４％、２％または１％未満の、同じ保存的な置換基の保存的に選択されたアミノ酸での置換が挙げられる。核酸分子のコードされた活性を変更しない配列の付加、例えば、非機能的な配列の付加は、基礎的な核酸の保存的改変である。

機能的に類似のアミノ酸を提供する保存的置換の表は、当業者に公知である。以下の８つの群の各々は、お互いに保存的な置換であるアミノ酸を含む。
１）アラニン（Ａ）、グリシン（Ｇ）；
２）アスパラギン酸（Ｄ）、グルタミン酸（Ｅ）；
３）アスパラギン（Ｎ）、グルタミン（Ｑ）；
４）アルギニン（Ｒ）、リシン（Ｋ）；
５）イソロイシン（Ｉ）、ロイシン（Ｌ）、メチオニン（Ｍ）、バリン（Ｖ）；
６）フェニルアラニン（Ｆ）、チロシン（Ｙ）、トリプトファン（Ｗ）；
７）セリン（Ｓ）、トレオニン（Ｔ）；および
８）システイン（Ｃ）、メチオニン（Ｍ）
（例えば、Ｃｒｅｉｇｈｔｏｎ，Ｐｒｏｔｅｉｎｓ：Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ ａｎｄ Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ（Ｗ Ｈ Ｆｒｅｅｍａｎ ＆ Ｃｏ．；第二版（Ｄｅｃｅｍｂｅｒ １９９３）を参照のこと。

核酸ハイブリダイゼーション
競合的ハイブリダイゼーションを用いて、本発明の核酸、例えば、本発明の核酸の保存的改変体を含む配列番号４を同定してもよく、およびこの比較のハイブリダイゼーション方法は、本発明の核酸を識別する好ましい方法である。さらに、高、超高い、および／または超超高いストリンジェンシーな条件下で配列番号４によって示される核酸にハイブリダイズする標的核酸は、本発明の特徴である。このような核酸の例としては、所与の核酸配列に比較して１または２から３のサイレントなまたは保存的な核酸置換を有する核酸が挙げられる。

試験核酸は、これが完全にマッチした相補的な標的に対してプローブに対してと同様少なくとも１／２程度ハイブリダイズする場合、すなわち、任意のマッチしない標的核酸に対するハイブリダイゼーションについて観察される少なくとも約５×から１０×程度の高さである信号対雑音比で、完全にマッチした相補的な標的に対して完全にマッチしたプローブが結合する条件下で、標的に対するプローブのハイブリダイゼーションの少なくとも１／２程度の信号対雑音比でハイブリダイズする場合、プローブ核酸に対して特異的にハイブリダイズするといわれる。

核酸は、代表的には溶液中で、これが会合する場合、「ハイブリダイズ（ｈｙｂｒｉｄｉｚｅ）」する。核酸は、種々の周知の特徴付けられた物理化学的な力、例えば、水素結合、溶媒排除、塩基スタッキングなどに起因してハイブリダイズする。「ストリンジェントなハイブリダイゼーション条件（ｓｔｒｉｎｇｅｎｔ ｈｙｂｒｉｄｉｚａｔｉｏｎ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ）」という句は、当分野で公知のような低イオン強度および高温の条件をいう。代表的には、ストリンジェントな条件下では、プローブは、核酸（限定はしないが、総細胞のまたはライブラリーのＤＮＡもしくはＲＮＡを含む）の複雑な混合物中においてこの標的配列にハイブリダイズするが、複雑な混合物中の他の配列にはハイブリダイズしない。核酸のハイブリダイゼーションに対する広範な手引きは、Ｔｉｊｓｓｅｎ（１９９３）Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ ｉｎ Ｂｉｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ ａｎｄ Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｉｏｌｏｇｙ−Ｈｙｂｒｉｄｉｚａｔｉｏｎ ｗｉｔｈ Ｎｕｃｌｅｉｃ Ａｃｉｄ Ｐｒｏｂｅｓ ｐａｒｔ Ｉ 第２章，「Ｏｖｅｒｖｉｅｗ ｏｆ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ ｏｆ ｈｙｂｒｉｄｉｚａｔｉｏｎ ａｎｄ ｔｈｅ ｓｔｒａｔｅｇｙ ｏｆ ｎｕｃｌｅｉｃ ａｃｉｄ ｐｒｏｂｅ ａｓｓａｙｓ」（Ｅｌｓｅｖｉｅｒ，Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ）において、およびＡｕｓｕｂｅｌ，ｅｔ ａｌ．，Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｐｒｏｔｏｃｏｌｓ ｉｎ Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｉｏｌｏｇｙ（１９９５）において見出される。Ｈａｍｅｓ ａｎｄ Ｈｉｇｇｉｎｓ（１９９５）Ｇｅｎｅ Ｐｒｏｂｅｓ １ ＩＲＬ Ｐｒｅｓｓ ａｔ Ｏｘｆｏｒｄ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｐｒｅｓｓ，Ｏｘｆｏｒｄ，Ｅｎｇｌａｎｄ，（Ｈａｍｅｓ ａｎｄ Ｈｉｇｇｉｎｓ １）ａｎｄ Ｈａｍｅｓ ａｎｄ Ｈｉｇｇｉｎｓ（１９９５）Ｇｅｎｅ Ｐｒｏｂｅｓ ２ ＩＲＬ Ｐｒｅｓｓ ａｔ Ｏｘｆｏｒｄ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｐｒｅｓｓ，Ｏｘｆｏｒｄ，Ｅｎｇｌａｎｄ（Ｈａｍｅｓ ａｎｄ Ｈｉｇｇｉｎｓ ２）は、オリゴヌクレオチドを含む、ＤＮＡおよびＲＮＡの合成、標識、検出および定量に対する詳細を提供する。一般には、ストリンジェントな条件は、規定のイオン強度ｐＨにおいて特定の配列について熱融点（Ｔ_ｍ）よりも約５から１０℃低いように選択される。Ｔ_ｍとは、標的に対して相補的なプローブの５０％が、平衡状態で標的配列にハイブリダイズする温度（規定のイオン強度、ｐＨおよび核酸の濃度下で）である（標的配列が過剰に存在する場合、Ｔ_ｍにおいてプローブの５０％が平衡状態で専有される）。ストリンジェントな条件とは、ｐＨ７．０から８．３で塩濃度が約１．０Ｍのナトリウムイオン未満、代表的には約０．０１から１．０Ｍのナトリウムイオン濃度（または他の塩）である条件であり、およびこの温度は短いプローブ（限定はしないが１０から５０ヌクレオチドを含む）については少なくとも約３０℃、および長いプローブ（限定はしないが５０より長いヌクレオチドを含む）については少なくとも約６０℃である。ストリンジェントな条件はまた、ホルムアミドのような不安定化因子の添加で達成され得る。選択的なまたは特異的なハイブリダイゼーションのためには、正のシグナルは、少なくともバックグラウンドの２倍、場合によりバックグラウンドの１０倍のハイブリダイゼーションであり得る。例示的なストリンジェントなハイブリダイゼーション条件は、以下のとおりであり得る。５０％ホルムアミド、５×ＳＳＣ、および１％ＳＤＳ、４２℃でインキュベートするか、または５×ＳＳＣ、１％のＳＤＳ、６５℃でインキュベートし、０．２×ＳＳＣおよび０．１％ＳＤＳ中で６５℃で洗浄。このような洗浄は、５、１５、３０、６０、１２０分以上の分数行ってもよい。

サザンブロットまたはノーザンブロットにおけるフィルター上の１００を超える相補的な残基を有する相補的な核酸のハイブリダイゼーションのためのストリンジェントなハイブリダイゼーション条件の例は、１ｍｇのヘパリンを含む５０％ホルマリン中で４２℃であり、このハイブリダイゼーションは一晩行う。ストリンジェントな洗浄条件の例は、６５℃で１５分間の０．２×ＳＳＣ洗浄である（ＳＳＣ緩衝液の説明については、Ｓａｍｂｒｏｏｋ，ｅｔ ａｌ，Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｃｌｏｎｉｎｇ，Ａ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ Ｍａｎｕａｌ（第３版．２００１）を参照のこと）。しばしば、高ストリンジェンシー洗浄に続いて低ストリンジェンシー洗浄を行って、バックグラウンドのプローブのシグナルを除去する。低ストリンジェンシー洗浄の例は、２×ＳＳＣ４０℃で１５分間である。一般には、特定のハイブリダイゼーションアッセイにおける関連しないプローブについて観察された５倍の（またはより高い）信号対雑音比によって特定のハイブリダイゼーションの検出が示される。

サザンハイブリダイゼーションおよびノーザンハイブリダイゼーションのような核酸ハイブリダイゼーション実験の状況における「ストリンジェントなハイブリダイゼーション洗浄条件（Ｓｔｒｉｎｇｅｎｔ ｈｙｂｒｉｄｉｚａｔｉｏｎ ｗａｓｈ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ）」は、配列依存性であって、種々の環境パラメーターにおいて異なる。長い配列ほど高温で特異的にハイブリダイズする。核酸のハイブリダイゼーションに対する広範な手引きは、Ｔｉｊｓｓｅｎ（１９９３），前出に、およびＨａｍｅｓ ａｎｄ Ｈｉｇｇｉｎｓ，１ ａｎｄ ２に見出される。ストリンジェントなハイブリダイゼーションおよび洗浄の条件は、任意の試験核酸について、容易に経験的に決定され得る。例えば、高度にストリンジェントなハイブリダイゼーションおよび洗浄の条件を決定するのには、ハイブリダイゼーションおよび洗浄の条件は、基準の選択されたセットが満たされるまで、徐々に増大される（例えば、温度を上昇させること、塩濃度を低下させること、洗浄剤濃度を増大すること、および／またはハイブリダイゼーションまたは洗浄中のホルマリンのような有機溶媒の濃度を増大させることによって）。例えば、マッチしていない標的に対するプローブのハイブリダイゼーションについて観察される少なくとも５倍程度高い信号対雑音比で、完全にマッチした相補的な標的に対してプローブが結合するまで、ハイブリダイゼーションおよび洗浄条件を徐々に増大する。

「極めてストリンジェント（Ｖｅｒｙ ｓｔｒｉｎｇｅｎｔ）」な条件は、特定のプローブについての熱融点（Ｔ_ｍ）に等しくなるように選択される。Ｔ_ｍは、完全にマッチしたプローブに対して試験配列の５０％がハイブリダイズする温度（規定のイオン強度およびｐＨ下）である。本発明の目的のためには、一般には「高度にストリンジェント（ｈｉｇｈｌｙ ｓｔｒｉｎｇｅｎｔ）」なハイブリダイゼーションおよび洗浄条件は、規定のイオン強度およびｐＨで特定の配列についてのＴ_ｍより約５℃低くなるように選択される。

「超高いストリンジェンシー（Ｕｌｔｒａ ｈｉｇｈ−ｓｔｒｉｎｇｅｎｃｙ）」なハイブリダイゼーションおよび洗浄条件とは、ハイブリダイゼーションおよび洗浄条件のストリンジェンシーが、完全にマッチした相補的な標的核酸に対するプローブの結合のための信号対雑音比が、任意のマッチしていない標的核酸に対するハイブリダイゼーションについて観察された少なくとも１０倍程度であるまで増大される。このような条件下でプローブに対してハイブリダイズする標的核酸であって、完全にマッチした相補的な標的核酸の信号対雑音比の少なくとも１／２の比で、ハイブリダイズする核酸は、超高いストリンジェンシー条件下でプローブに結合すると言われる。

同様に、さらに高レベルのストリンジェンシーが、関連のハイブリダイゼーションアッセイのハイブリダイゼーション条件および／または洗浄条件を徐々に増大することによって決定され得る。例えば、完全にマッチした相補的な標的核酸に対するプローブの結合についての信号対雑音比が、任意のマッチしていない標的核酸に対するハイブリダイゼーションについて観察された少なくとも１０×、２０×、５０×、１００×または５００×以上程度の高さであるまで、ハイブリダイゼーションおよび洗浄の条件のストリンジェンシーは増大される。このような条件下でプローブにハイブリダイズする標的核酸であって、完全にマッチした相補的な標的核酸の信号対雑音比の少なくとも１／２の比で、ハイブリダイズする核酸は、超−超高いストリンジェンシー条件下でプローブに結合すると言われる。

ストリンジェントな条件下でお互いにハイブリダイズしない核酸は、これがコードするポリペプチドが実質的に同一である場合には、依然として実質的に同一である。これは、例えば、核酸のコピーが、遺伝子コードによって可能な最大コドン縮重性を用いて作成される場合に、生じる。

固有のサブ配列
一態様では、本発明は、本明細書に開示されるＯ−ｔＲＮＡおよびＯ−ＲＳの配列から選択される核酸における固有の配列を含む核酸を提供する。固有のサブ配列は、任意の公知のＯ−ｔＲＮＡまたはＯ−ＲＳ核酸配列に対して対応する核酸に比較して固有である。アラインメントは、例えば、デフォールトパラメーターに対するＢＬＡＳＴセットを用いて行われてもよい。任意の固有のサブ配列は、例えば、本発明の核酸を同定するためのプローブとして有用である。

同様に、本発明は、本明細書に開示されるＯ−ＲＳの配列から選択されるポリペプチドにおける固有のサブ配列を含むポリペプチドを含む。ここで、この固有のサブ配列は、任意の公知のポリペプチド配列に対するポリペプチドに比較して固有である。

本発明はまた、Ｏ−ＲＳの配列から選択されたポリペプチドにおける固有のサブ配列であって、任意のコントロールポリペプチド（例えば、変異によって、本発明のシンテターゼが由来する、例えば、親の配列）に対応するポリペプチドと比較して固有である固有のサブ配列をコードする、固有のコードオリゴヌクレオチドに対してストリンジェントな条件下でハイブリダイズする標的核酸を提供する。固有の配列は上に注記されるように決定される。

配列比較、同一性および相同性
２つ以上の核酸またはポリペプチド配列の文脈における、「同一である（ｉｄｅｎｔｉｃａｌ）」または「同一性（ｉｄｅｎｔｉｔｙ）」パーセントという用語は、２つ以上の配列またはサブ配列であって、比較ウインドウまたは所定の領域にまたがって最大対応について比較および整列させた場合、下に記載される配列比較アルゴリズムの１つ（または当業者に利用可能な他のアルゴリズム）を用いるか、または手技によるアラインメントおよび視覚検査によって測定して、同じであるか、同じであるアミノ酸残基もしくはヌクレオチドの特定の割合を有する２つ以上の配列またはサブ配列をいう。

２つの核酸またはポリペプチド（例えば、Ｏ−ｔＲＮＡもしくはＯ−ＲＳをコードするＤＮＡ、またはＯ−ＲＳのアミノ酸配列）の文脈では、「実質的に同一である（ｓｕｂｓｔａｎｔｉａｌｌｙ ｉｄｅｎｔｉｃａｌ）」という句は、比較ウインドウまたは所定の領域にまたがって最大対応について比較および整列させた場合、配列比較アルゴリズム（または当業者に利用可能な他のアルゴリズム）を用いるか、または手技によるアラインメントおよび視覚検査によって測定して、少なくとも約６０％、約８０％、約９０から９５％、約９８％、約９９％以上のヌクレオチドまたはアミノ酸残基同一性を有する２つ以上の配列またはサブ配列をいう。このような「実質的に同一（ｓｕｂｓｔａｎｔｉａｌｌｙ ｉｄｅｎｔｉｃａｌ）」の配列は代表的には、実際の先祖を参照することなく、「相同（ｈｏｍｏｌｏｇｏｕｓ）」であるとみなされる。「実質的な同一性（ｓｕｂｓｔａｎｔｉａｌ ｉｄｅｎｔｉｔｙ）」は、少なくとも約５０残基長である配列の領域、少なくとも約１００残基の領域、または少なくとも約１５０残基の領域にわたって、または比較されるべき２つの配列の全長にわたって存在し得る。

配列比較および相同性決定のために、代表的には、１つの配列が、試験配列が比較される参照配列として機能する。配列比較アルゴリズムを用いて、試験および参照配列をコンピューターに入れて、サブ配列座標を、必要に応じて、指定し、および配列アルゴリズムプログラムのパラメーターを指定する。ついで、割り当てられたプログラムパラメーターに基づいて、参照配列に対して試験配列についての配列同一性パーセントを、配列比較アルゴリズムで算出する。

比較のための配列のアラインメントの方法は、当業者に公知である。比較のための配列の最適アラインメントは、例えば、Ｓｍｉｔｈ ＆ Ｗａｔｅｒｍａｎ，Ａｄｖ．Ａｐｐｌ．Ｍａｔｈ．２：４８２ｃ（１９８１）の局所相同性アルゴリズムによって、Ｎｅｅｄｌｅｍａｎ ＆ Ｗｕｎｓｃｈ，Ｊ．Ｍｏｌ．Ｂｉｏｌ．４８：４４３（１９７０）の相同性アラインメントアルゴリズムによって、Ｐｅａｒｓｏｎ ＆ Ｌｉｐｍａｎ，Ｐｒｏｃ．Ｎａｔ’ｌ．Ａｃａｄ．Ｓｃｉ．ＵＳＡ ８５：２４４４（１９８８）の類似性検索方法によって、これらのアルゴリズム（ＧＡＰ、ＢＥＳＴＦＩＴ、ＦＡＳＴＡおよびＴＦＡＳＴＡ、ｉｎ ｔｈｅ Ｗｉｓｃｏｎｓｉｎ Ｇｅｎｅｔｉｃｓ Ｓｏｆｔｗａｒｅ Ｐａｃｋａｇｅ，Ｇｅｎｅｔｉｃｓ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｇｒｏｕｐ，５７５ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｄｒ．，Ｍａｄｉｓｏｎ，ＷＩ）のコンピューターによる実行によって、または手技によるアラインメントおよび視覚検査（例えば、Ａｕｓｕｂｅｌ ｅｔ ａｌ．，Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｐｒｏｔｏｃｏｌｓ ｉｎ Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｉｏｌｏｇｙ（１９９５ 補遺）を参照のこと）によって、行われ得る。

配列同一性パーセントおよび配列類似性を決定するために適切であるアルゴリズムの一例は、Ａｌｔｓｃｈｕｌ ｅｔ ａｌ．，（１９９７）Ｎｕｃ．Ａｃｉｄｓ Ｒｅｓ．２５：３３８９から３４０２，およびＡｌｔｓｃｈｕｌ ｅｔ ａｌ．，Ｊ Ｍｏｌ．Ｂｉｏｌ．２１５：４０３から４１０（１９９０）に記載される、ＢＬＡＳＴアルゴリズムおよびＢＬＡＳＴ２．０アルゴリズムである。ＢＬＡＳＴ分析を行うためのソフトウェアは、Ｗｏｒｌｄ Ｗｉｄｅ Ｗｅｂでｎｃｂｉ．ｎｌｍ．ｎｉｈ．ｇｏｖ．から入手可能なＮａｔｉｏｎａｌ Ｃｅｎｔｅｒ ｆｏｒ Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎを通じて公的に入手可能である。このアルゴリズムは、データベース配列において同じ長さのワードと整列された場合いくつかの正の価の閾値スコアＴにマッチするかまたは満足させる、クエリー配列における長さＷの短いワードを同定することにより高スコアリング配列対（ｈｉｇｈ ｓｃｏｒｉｎｇ ｓｅｑｕｅｎｃｅ ｐａｉｒｓ）（ＨＳＰ）を最初に同定する工程を含む。Ｔは、近傍ワードスコア閾値と呼ばれる（Ａｌｔｓｃｈｕｌ ｅｔ ａｌ．，上記）。これらの最初の近傍ワードヒットは、これを含む、より長いＨＳＰを見出すための検索を開始するためのシードとして機能する。ついで、ワードヒットは、累積アラインメントスコアが増大され得る限り、各々の配列にそって両方向に伸長される。累積スコアは、ヌクレオチド配列については、パラメーターＭ（マッチする残基の対についてのリウォードスコア；常に０より大きい）およびＮ（ミスマッチする残基のペナルティースコア；常に０より小さい）を用いて計算される。アミノ酸配列については、スコアリングマトリックスを用いて、累積スコアを計算する。各々の方向におけるワードヒットの伸長は、以下の場合に停止される。累積アラインメントスコアが、この最大達成値から量Ｘまで落ち込む場合；１つ以上の負のスコアリング残基アラインメントの累積に起因して累積スコアがゼロ未満までになる場合；またはいずれかの配列の末端に到達する場合。ＢＬＡＳＴアルゴリズムパラメーターＷ、ＴおよびＸは、アラインメントの感度および速度を決定する。ＢＬＡＳＴプログラム（ヌクレオチド配列について）は、デフォールトとして１１のワード長（Ｗ）、１０の期待値（Ｅ）、１００のカットオフ、Ｍ＝５、Ｎ＝−４、および両方の鎖の比較を用いる。アミノ酸配列については、ＢＬＡＳＴＰプログラムは、デフォールトとして３のワード長（Ｗ）、１０の期待値（Ｅ）、およびＢＬＯＳＵＭ６２スコアリングマトリックス（Ｈｅｎｉｋｏｆｆ ＆ Ｈｅｎｉｋｏｆｆ（１９９２）Ｐｒｏｃ．Ｎａｔｌ．Ａｃａｄ．Ｓｃｉ ＵＳＡ ８９：１０９１５を参照のこと）５０のアラインメント（Ｂ）、１０の期待値（Ｅ）、Ｍ＝５、Ｎ＝−４および両方の鎖の比較を用いる。ＢＬＡＳＴアルゴリズムは代表的には、ターンオフされた「低複雑性（ｌｏｗ ｃｏｍｐｌｅｘｉｔｙ）」フィルターで行われる。

配列同一性パーセントを算出することに加えて、ＢＬＡＳＴアルゴリスムはまた、２つの配列の間の類似性の統計学的分析を行う（例えば、Ｋａｒｌｉｎ ＆ Ａｌｔｓｃｈｕｌ，Ｐｒｏｃ．Ｎａｔ’ｌ．Ａｃａｄ．Ｓｃｉ．ＵＳＡ ９０：５８７３から５７８７（１９９３）を参照のこと）。ＢＬＡＳＴアルゴリズムによって提供される類似性の１つの指標は、最小合計確率（ｓｍａｌｌｅｓｔ ｓｕｍ ｐｒｏｂａｂｉｌｉｔｙ）（Ｐ（Ｎ））であって、これは、２つのヌクレオチドまたはアミノ酸配列の間のマッチが偶然生じる確率の指標を提供する。例えば、核酸は、参照核酸に対する試験核酸の比較における最小合計確率が、約０．２未満、約０．０１未満、または約０．００１未満である場合に、参照配列に対して類似であるとみなされ得る。

突然変異誘発および他の分子生物学的技術
本発明のおよび本発明において用いられる、ポリヌクレオチドおよびポリペプチドは、分子生物学的技術を用いて操作され得る。ヌクレオチド配列は、従来の方法に従って、部位特異的の突然変異誘発によって都合よく改変され得る。または、ヌクレオチド配列は、限定はしないが、オリゴヌクレオチドシンセサイザーを用いることによるものを含む化学的合成によって調製され得、ここではオリゴヌクレオチドは、所望のポリペプチドのアミノ酸配列に基づいて設計され、および好ましくは組み換えポリペプチドが生成される宿主細胞において好ましいコドンを選択する。例えば、所望のポリペプチドの一部をコードするいくつかの小さいオリゴヌクレオチドは、ＰＣＲ、連結または連鎖反応によって合成およびアセンブリされ得る。参照により本明細書に組み込まれる、Ｂａｒａｎｙ，ｅｔ ａｌ．，Ｐｒｏｃ．Ｎａｔｌ．Ａｃａｄ．Ｓｃｉ．８８：１８９から１９３（１９９１）；米国特許６，５２１，４２７を参照のこと。

本発明は、組み換え遺伝学の分野における慣用的な技術を利用する。本発明における使用の一般的方法を開示する基本的なテキストとしては、Ｓａｍｂｒｏｏｋ ｅｔ ａｌ．，Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｃｌｏｎｉｎｇ，Ａ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ Ｍａｎｕａｌ（第３版．２００１）；Ｋｒｉｅｇｌｅｒ，Ｇｅｎｅ ＴｒａｎｓｆｅｒおよびＥｘｐｒｅｓｓｉｏｎ：Ａ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ Ｍａｎｕａｌ（１９９０）；ならびにＣｕｒｒｅｎｔ Ｐｒｏｔｏｃｏｌｓ ｉｎ Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｉｏｌｏｇｙ（Ａｕｓｕｂｅｌ ｅｔ ａｌ．，編，１９９４））が挙げられる。

分子生物学的技術を記載する一般的なテキストとしては、ＢｅｒｇｅｒおよびＫｉｍｍｅｌ，Ｇｕｉｄｅ ｔｏ Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｃｌｏｎｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ，Ｍｅｔｈｏｄｓ ｉｎ Ｅｎｚｙｍｏｌｏｇｙ ｖｏｌｕｍｅ １５２ Ａｃａｄｅｍｉｃ Ｐｒｅｓｓ，Ｉｎｃ．，Ｓａｎ Ｄｉｅｇｏ，ＣＡ（Ｂｅｒｇｅｒ）；Ｓａｍｂｒｏｏｋ ｅｔ ａｌ．，Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｃｌｏｎｉｎｇ − Ａ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ Ｍａｎｕａｌ（第２版），Ｖｏｌ．１−３，Ｃｏｌｄ Ｓｐｒｉｎｇ Ｈａｒｂｏｒ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ，Ｃｏｌｄ Ｓｐｒｉｎｇ Ｈａｒｂｏｒ，Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ，１９８９（「Ｓａｍｂｒｏｏｋ」）ならびにＣｕｒｒｅｎｔ Ｐｒｏｔｏｃｏｌｓ ｉｎ Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｉｏｌｏｇｙ，Ｆ．Ｍ．Ａｕｓｕｂｅｌ ｅｔ ａｌ．，編，Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｐｒｏｔｏｃｏｌｓ，ａ ｊｏｉｎｔ ｖｅｎｔｕｒｅ ｂｅｔｗｅｅｎ Ｇｒｅｅｎｅ Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ Ａｓｓｏｃｉａｔｅｓ，Ｉｎｃ．ａｎｄ Ｊｏｈｎ Ｗｉｌｅｙ ＆ Ｓｏｎｓ，Ｉｎｃ．，（１９９９全体の補遺）（「Ａｕｓｕｂｅｌ」））が挙げられる。これらのテキストは、突然変異誘発、ベクターの使用、プロモーターおよび関連する多くの他の関連の話題、例えば、選択されたアミノ酸（例えば、天然でないアミノ酸）、直交性ｔＲＮＡ、直交性シンテターゼ、およびこれらの対を含む、タンパク質の生成のためのセレクターコドンを含む遺伝子またはポリヌクレオチドの生成を記載している。

種々のタイプの突然変異誘発が、限定はしないが、新規なシンテターゼまたはｔＲＮＡを生成すること、ｔＲＮＡ分子を変異すること、ｔＲＮＡのライブラリーを生成すること、ＲＳ分子を変異させること、シンテターゼのライブラリーを生成すること、セレクターコドンを生成すること、目的のタンパク質またはポリペプチドにおける選択されたアミノ酸をコードするセレクターコドンを挿入することを含む、種々の目的のために本発明において用いられている。これらとしては、限定はしないが、部位特異的、無作為な点突然変異誘発、相同組み換え、ＤＮＡシャッフリングまたは他の再帰的突然変異誘発方法、キメラ構築、ウラシル含有テンプレートを用いる突然変異誘発、オリゴヌクレオチド指向性突然変異誘発、ホスホロチオエート修飾ＤＮＡ突然変異誘発、ギャップのある二重ＤＮＡを用いる突然変異誘発など、またはこれらの任意の組み合わせが挙げられる。さらなる適切な方法としては、点不適合（ポイントミスマッチ）修復、修復欠損宿主株を用いる突然変異誘発、制限選択および制限精製、欠失突然変異誘発、全遺伝子合成による突然変異誘発、二本鎖破壊修復（ｄｏｕｂｌｅ−ｓｔｒａｎｄ ｂｒｅａｋ ｒｅｐａｉｒ）などが挙げられる。限定はしないがキメラ構築物を含む突然変異誘発もまた、本発明に含まれる。一実施形態では、突然変異誘発は、限定はしないが、配列、配列比較、物理的特性、二次、三次もしくは四次構造、結晶構造などを含む、天然に存在する分子、または変更されるかもしくは変異された天然に存在する分子の公知の情報によって導かれてもよい。

本明細書に見出されるテキストおよび実施例は、これらの手順を記載する。さらなる情報が、以下の刊行物およびそこに引用される引用文献に見出される。Ｌｉｎｇ ｅｔ ａｌ．，Ａｐｐｒｏａｃｈｅｓ ｔｏ ＤＮＡ ｍｕｔａｇｅｎｅｓｉｓ：ａｎ ｏｖｅｒｖｉｅｗ，Ａｎａｌ Ｂｉｏｃｈｅｍ．２５４（２）：１５７から１７８（１９９７）；Ｄａｌｅ ｅｔ ａｌ．，Ｏｌｉｇｏｎｕｃｌｅｏｔｉｄｅ−ｄｉｒｅｃｔｅｄ ｒａｎｄｏｍ ｍｕｔａｇｅｎｅｓｉｓ ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ｐｈｏｓｐｈｏｒｏｔｈｉｏａｔｅ ｍｅｔｈｏｄ，Ｍｅｔｈｏｄｓ Ｍｏｌ．Ｂｉｏｌ．５７：３６９から３７４（１９９６）；Ｓｍｉｔｈ，Ｉｎ ｖｉｔｒｏ ｍｕｔａｇｅｎｅｓｉｓ，Ａｎｎ．Ｒｅｖ．Ｇｅｎｅｔ．１９：４２３から４６２（１９８５）；Ｂｏｔｓｔｅｉｎ ＆ Ｓｈｏｒｔｌｅ，Ｓｔｒａｔｅｇｉｅｓ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｉｎ ｖｉｔｒｏ ｍｕｔａｇｅｎｅｓｉｓ，Ｓｃｉｅｎｃｅ ２２９：１１９３から１２０１（１９８５）；Ｃａｒｔｅｒ，Ｓｉｔｅ−ｄｉｒｅｃｔｅｄ ｍｕｔａｇｅｎｅｓｉｓ，Ｂｉｏｃｈｅｍ．Ｊ．２３７：１−７（１９８６）；Ｋｕｎｋｅｌ，Ｔｈｅ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｏｆ ｏｌｉｇｏｎｕｃｌｅｏｔｉｄｅ ｄｉｒｅｃｔｅｄ ｍｕｔａｇｅｎｅｓｉｓ，ｉｎ Ｎｕｃｌｅｉｃ Ａｃｉｄｓ ＆ Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｉｏｌｏｇｙ（Ｅｃｋｓｔｅｉｎ，Ｆ．ａｎｄ Ｌｉｌｌｅｙ，Ｄ．Ｍ．Ｊ．編，Ｓｐｒｉｎｇｅｒ Ｖｅｒｌａｇ，Ｂｅｒｌｉｎ）（１９８７）；Ｋｕｎｋｅｌ，Ｒａｐｉｄ ａｎｄ ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｓｉｔｅ−ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｍｕｔａｇｅｎｅｓｉｓ ｗｉｔｈｏｕｔ ｐｈｅｎｏｔｙｐｉｃ ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ，Ｐｒｏｃ．Ｎａｔｌ．Ａｃａｄ．Ｓｃｉ．ＵＳＡ ８２：４８８から４９２（１９８５）；Ｋｕｎｋｅｌ ｅｔ ａｌ．，Ｒａｐｉｄ ａｎｄ ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｓｉｔｅ−ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｍｕｔａｇｅｎｅｓｉｓ ｗｉｔｈｏｕｔ ｐｈｅｎｏｔｙｐｉｃ ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ，Ｍｅｔｈｏｄｓ ｉｎ Ｅｎｚｙｍｏｌ．１５４，３６７から３８２（１９８７）；Ｂａｓｓ ｅｔ ａｌ．，Ｍｕｔａｎｔ Ｔｒｐ ｒｅｐｒｅｓｓｏｒｓ ｗｉｔｈ ｎｅｗ ＤＮＡ−ｂｉｎｄｉｎｇ ｓｐｅｃｉｆｉｃｉｔｉｅｓ，Ｓｃｉｅｎｃｅ ２４２：２４０から２４５（１９８８）；Ｚｏｌｌｅｒ ＆ Ｓｍｉｔｈ，Ｏｌｉｇｏｎｕｃｌｅｏｔｉｄｅ−ｄｉｒｅｃｔｅｄ ｍｕｔａｇｅｎｅｓｉｓ ｕｓｉｎｇ Ｍ１３−ｄｅｒｉｖｅｄ ｖｅｃｔｏｒｓ：ａｎ ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ａｎｄ ｇｅｎｅｒａｌ ｐｒｏｃｅｄｕｒｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ｐｏｉｎｔ ｍｕｔａｔｉｏｎｓ ｉｎ ａｎｙ ＤＮＡ ｆｒａｇｍｅｎｔ，Ｎｕｃｌｅｉｃ Ａｃｉｄｓ Ｒｅｓ．１０：６４８７から６５００（１９８２）；Ｚｏｌｌｅｒ ＆ Ｓｍｉｔｈ，Ｏｌｉｇｏｎｕｃｌｅｏｔｉｄｅ−ｄｉｒｅｃｔｅｄ ｍｕｔａｇｅｎｅｓｉｓ ｏｆ ＤＮＡ ｆｒａｇｍｅｎｔｓ ｃｌｏｎｅｄ ｉｎｔｏ Ｍ１３ ｖｅｃｔｏｒｓ，Ｍｅｔｈｏｄｓ ｉｎ Ｅｎｚｙｍｏｌ．１００：４６８から５００（１９８３）；Ｚｏｌｌｅｒ ＆ Ｓｍｉｔｈ，Ｏｌｉｇｏｎｕｃｌｅｏｔｉｄｅ−ｄｉｒｅｃｔｅｄ ｍｕｔａｇｅｎｅｓｉｓ：ａ ｓｉｍｐｌｅ ｍｅｔｈｏｄ ｕｓｉｎｇ ｔｗｏ ｏｌｉｇｏｎｕｃｌｅｏｔｉｄｅ ｐｒｉｍｅｒｓ ａｎｄ ａ ｓｉｎｇｌｅ−ｓｔｒａｎｄｅｄ ＤＮＡ ｔｅｍｐｌａｔｅ，Ｍｅｔｈｏｄｓ ｉｎ Ｅｎｚｙｍｏｌ．１５４：３２９から３５０（１９８７）；Ｔａｙｌｏｒ ｅｔ ａｌ．，Ｔｈｅ ｕｓｅ ｏｆ ｐｈｏｓｐｈｏｒｏｔｈｉｏａｔｅ−ｍｏｄｉｆｉｅｄ ＤＮＡ ｉｎ ｒｅｓｔｒｉｃｔｉｏｎ ｅｎｚｙｍｅ ｒｅａｃｔｉｏｎｓ ｔｏ ｐｒｅｐａｒｅ ｎｉｃｋｅｄ ＤＮＡ，Ｎｕｃｌ．Ａｃｉｄｓ Ｒｅｓ．１３：８７４９から８７６４（１９８５）；Ｔａｙｌｏｒ ｅｔ ａｌ．，Ｔｈｅ ｒａｐｉｄ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｏｌｉｇｏｎｕｃｌｅｏｔｉｄｅ−ｄｉｒｅｃｔｅｄ ｍｕｔａｔｉｏｎｓ ａｔ ｈｉｇｈ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｕｓｉｎｇ ｐｈｏｓｐｈｏｒｏｔｈｉｏａｔｅ−ｍｏｄｉｆｉｅｄ ＤＮＡ，Ｎｕｃｌ．Ａｃｉｄｓ Ｒｅｓ．１３：８７６５から８７８５（１９８５）；Ｎａｋａｍａｙｅ ＆ Ｅｃｋｓｔｅｉｎ，Ｉｎｈｉｂｉｔｉｏｎ ｏｆ ｒｅｓｔｒｉｃｔｉｏｎ ｅｎｄｏｎｕｃｌｅａｓｅ Ｎｃｉ Ｉ ｃｌｅａｖａｇｅ ｂｙ ｐｈｏｓｐｈｏｒｏｔｈｉｏａｔｅ ｇｒｏｕｐｓ ａｎｄ ｉｔｓ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｔｏ ｏｌｉｇｏｎｕｃｌｅｏｔｉｄｅ−ｄｉｒｅｃｔｅｄ ｍｕｔａｇｅｎｅｓｉｓ，Ｎｕｃｌ．Ａｃｉｄｓ Ｒｅｓ．１４：９６７９から９６９８（１９８６）；Ｓａｙｅｒｓ ｅｔ ａｌ．，５’−３’ Ｅｘｏｎｕｃｌｅａｓｅｓ ｉｎ ｐｈｏｓｐｈｏｒｏｔｈｉｏａｔｅ−ｂａｓｅｄ ｏｌｉｇｏｎｕｃｌｅｏｔｉｄｅ−ｄｉｒｅｃｔｅｄ ｍｕｔａｇｅｎｅｓｉｓ，Ｎｕｃｌ．Ａｃｉｄｓ Ｒｅｓ．１６：７９１から８０２（１９８８）；Ｓａｙｅｒｓ ｅｔ ａｌ．，Ｓｔｒａｎｄ ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｃｌｅａｖａｇｅ ｏｆ ｐｈｏｓｐｈｏｒｏｔｈｉｏａｔｅ−ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ ＤＮＡ ｂｙ ｒｅａｃｔｉｏｎ ｗｉｔｈ ｒｅｓｔｒｉｃｔｉｏｎ ｅｎｄｏｎｕｃｌｅａｓｅｓ ｉｎ ｔｈｅ ｐｒｅｓｅｎｃｅ ｏｆ ｅｔｈｉｄｉｕｍ ｂｒｏｍｉｄｅ，（１９８８）Ｎｕｃｌ．Ａｃｉｄｓ Ｒｅｓ．１６：８０３から８１４；Ｋｒａｍｅｒ ｅｔ ａｌ．，Ｔｈｅ ｇａｐｐｅｄ ｄｕｐｌｅｘ ＤＮＡ ａｐｐｒｏａｃｈ ｔｏ ｏｌｉｇｏｎｕｃｌｅｏｔｉｄｅ−ｄｉｒｅｃｔｅｄ ｍｕｔａｔｉｏｎ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ，Ｎｕｃｌ．Ａｃｉｄｓ Ｒｅｓ．１２：９４４１から９４５６（１９８４）；Ｋｒａｍｅｒ ＆ Ｆｒｉｔｚ Ｏｌｉｇｏｎｕｃｌｅｏｔｉｄｅ−ｄｉｒｅｃｔｅｄ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ｍｕｔａｔｉｏｎｓ ｖｉａ ｇａｐｐｅｄ ｄｕｐｌｅｘ ＤＮＡ，Ｍｅｔｈｏｄｓ ｉｎ Ｅｎｚｙｍｏｌ．１５４：３５０から３６７（１９８７）；Ｋｒａｍｅｒ ｅｔ ａｌ．，Ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｅｎｚｙｍａｔｉｃ ｉｎ ｖｉｔｒｏ ｒｅａｃｔｉｏｎｓ ｉｎ ｔｈｅ ｇａｐｐｅｄ ｄｕｐｌｅｘ ＤＮＡ ａｐｐｒｏａｃｈ ｔｏ ｏｌｉｇｏｎｕｃｌｅｏｔｉｄｅ−ｄｉｒｅｃｔｅｄ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ｍｕｔａｔｉｏｎｓ，Ｎｕｃｌ．Ａｃｉｄｓ Ｒｅｓ．１６：７２０７（１９８８）；Ｆｒｉｔｚ ｅｔ ａｌ．，Ｏｌｉｇｏｎｕｃｌｅｏｔｉｄｅ−ｄｉｒｅｃｔｅｄ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ｍｕｔａｔｉｏｎｓ：ａ ｇａｐｐｅｄ ｄｕｐｌｅｘ ＤＮＡ ｐｒｏｃｅｄｕｒｅ ｗｉｔｈｏｕｔ ｅｎｚｙｍａｔｉｃ ｒｅａｃｔｉｏｎｓ ｉｎ ｖｉｔｒｏ，Ｎｕｃｌ．Ａｃｉｄｓ Ｒｅｓ．１６：６９８７から６９９９（１９８８）；Ｋｒａｍｅｒ ｅｔ ａｌ．，Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｂａｓｅ／ｂａｓｅ ｍｉｓｍａｔｃｈｅｓ ａｒｅ ｃｏｒｒｅｃｔｅｄ ｗｉｔｈ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｉｅｓ ｂｙ ｔｈｅ ｍｅｔｈｙｌ−ｄｉｒｅｃｔｅｄ ＤＮＡ ｍｉｓｍａｔｃｈ−ｒｅｐａｉｒ ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ Ｅ．ｃｏｌｉ，Ｃｅｌｌ ３８：８７９から８８７（１９８４）；Ｃａｒｔｅｒ ｅｔ ａｌ．，Ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｏｌｉｇｏｎｕｃｌｅｏｔｉｄｅ ｓｉｔｅ−ｄｉｒｅｃｔｅｄ ｍｕｔａｇｅｎｅｓｉｓ ｕｓｉｎｇ Ｍ１３ ｖｅｃｔｏｒｓ，Ｎｕｃｌ．Ａｃｉｄｓ Ｒｅｓ．１３：４４３１−４４４３（１９８５）；Ｃａｒｔｅｒ，Ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｏｌｉｇｏｎｕｃｌｅｏｔｉｄｅ−ｄｉｒｅｃｔｅｄ ｍｕｔａｇｅｎｅｓｉｓ ｕｓｉｎｇ Ｍ１３ ｖｅｃｔｏｒｓ，Ｍｅｔｈｏｄｓ ｉｎ Ｅｎｚｙｍｏｌ．１５４：３８２から４０３（１９８７）；Ｅｇｈｔｅｄａｒｚａｄｅｈ ＆ Ｈｅｎｉｋｏｆｆ，Ｕｓｅ ｏｆ ｏｌｉｇｏｎｕｃｌｅｏｔｉｄｅｓ ｔｏ ｇｅｎｅｒａｔｅ ｌａｒｇｅ ｄｅｌｅｔｉｏｎｓ，Ｎｕｃｌ．Ａｃｉｄｓ Ｒｅｓ．１４：５１１５（１９８６）；Ｗｅｌｌｓ ｅｔ ａｌ．，Ｉｍｐｏｒｔａｎｃｅ ｏｆ ｈｙｄｒｏｇｅｎ−ｂｏｎｄ ｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｉｎ ｓｔａｂｉｌｉｚｉｎｇ ｔｈｅ ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ ｓｔａｔｅ ｏｆ ｓｕｂｔｉｌｉｓｉｎ，Ｐｈｉｌ．Ｔｒａｎｓ．Ｒ．Ｓｏｃ．Ｌｏｎｄ．Ａ ３１７：４１５から４２３（１９８６）；Ｎａｍｂｉａｒ ｅｔ ａｌ．，Ｔｏｔａｌ ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ａｎｄ ｃｌｏｎｉｎｇ ｏｆ ａ ｇｅｎｅ ｃｏｄｉｎｇ ｆｏｒ ｔｈｅ ｒｉｂｏｎｕｃｌｅａｓｅ Ｓ ｐｒｏｔｅｉｎ，Ｓｃｉｅｎｃｅ ２２３：１２９９から１３０１（１９８４）；ＳａｋｍａｒおよびＫｈｏｒａｎａ，Ｔｏｔａｌ ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ａｎｄ ｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎ ｏｆ ａ ｇｅｎｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ａｌｐｈａ−ｓｕｂｕｎｉｔ ｏｆ ｂｏｖｉｎｅ ｒｏｄ ｏｕｔｅｒ ｓｅｇｍｅｎｔ ｇｕａｎｉｎｅ ｎｕｃｌｅｏｔｉｄｅ−ｂｉｎｄｉｎｇ ｐｒｏｔｅｉｎ（ｔｒａｎｓｄｕｃｉｎ），Ｎｕｃｌ．Ａｃｉｄｓ Ｒｅｓ．１４：６３６１から６３７２（１９８８）；Ｗｅｌｌｓ ｅｔ ａｌ．，Ｃａｓｓｅｔｔｅ ｍｕｔａｇｅｎｅｓｉｓ：ａｎ ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｍｕｌｔｉｐｌｅ ｍｕｔａｔｉｏｎｓ ａｔ ｄｅｆｉｎｅｄ ｓｉｔｅｓ，Ｇｅｎｅ ３４：３１５から３２３（１９８５）；Ｇｒｕｎｄｓｔｒｏｅｍ ｅｔ ａｌ．，Ｏｌｉｇｏｎｕｃｌｅｏｔｉｄｅ−ｄｉｒｅｃｔｅｄ ｍｕｔａｇｅｎｅｓｉｓ ｂｙ ｍｉｃｒｏｓｃａｌｅ「ｓｈｏｔ−ｇｕｎ」 ｇｅｎｅ ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ，Ｎｕｃｌ．Ａｃｉｄｓ Ｒｅｓ．１３：３３０５から３３１６（１９８５）；Ｍａｎｄｅｃｋｉ，Ｏｌｉｇｏｎｕｃｌｅｏｔｉｄｅ−ｄｉｒｅｃｔｅｄ ｄｏｕｂｌｅ−ｓｔｒａｎｄ ｂｒｅａｋ ｒｅｐａｉｒ ｉｎ ｐｌａｓｍｉｄｓ ｏｆ Ｅｓｃｈｅｒｉｃｈｉａ ｃｏｌｉ：ａ ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ｓｉｔｅ−ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｍｕｔａｇｅｎｅｓｉｓ，Ｐｒｏｃ．Ｎａｔｌ．Ａｃａｄ．Ｓｃｉ．ＵＳＡ，８３：７１７７から７１８１（１９８６）；Ａｒｎｏｌｄ，Ｐｒｏｔｅｉｎ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｆｏｒ ｕｎｕｓｕａｌ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｓ，Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｏｐｉｎｉｏｎ ｉｎ Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ４：４５０から４５５（１９９３）；Ｓｉｅｂｅｒ，ｅｔ ａｌ．，Ｎａｔｕｒｅ Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，１９：４５６から４６０（２００１）；Ｗ．Ｐ．Ｃ．Ｓｔｅｍｍｅｒ，Ｎａｔｕｒｅ ３７０，３８９から９１（１９９４）；ならびに、Ｉ．Ａ．Ｌｏｒｉｍｅｒ，Ｉ．Ｐａｓｔａｎ，Ｎｕｃｌｅｉｃ Ａｃｉｄｓ Ｒｅｓ．２３，３０６７から８（１９９５）。上記の方法の多くに対するさらなる詳細は、種々の突然変異誘発方法によるトラブルシューティング問題のための有用な制御を記載しているＭｅｔｈｏｄｓ ｉｎ Ｅｎｚｙｍｏｌｏｇｙ Ｖｏｌｕｍｅ １５４に見出され得る。

オリゴヌクレオチドは、例えば、本発明の突然変異誘発、例えば、ｔＲＮＡもしくはシンテターゼのライブラリーを変異させること、またはｔＲＮＡもしくはＲＳを変更することにおける使用のために、代表的には、ＢｅａｕｃａｇｅおよびＣａｒｕｔｈｅｒｓ，Ｔｅｔｒａｈｅｄｒｏｎ Ｌｅｔｔｓ．２２（２０）：１８５９から１８６２，（１９８１）によって記載される固相ホスホラミダイトトリエステル法に従って、例えば、Ｎｅｅｄｈａｍ−ＶａｎＤｅｖａｎｔｅｒ ｅｔ ａｌ．，Ｎｕｃｌｅｉｃ Ａｃｉｄｓ Ｒｅｓ．，１２：６１５９から６１６８（１９８４）に記載のような、自動化シンセサイザーを用いて、化学的に合成される。

さらに、本質的に任意の核酸は、Ｍｉｄｌａｎｄ Ｃｅｒｔｉｆｉｅｄ Ｒｅａｇｅｎｔ Ｃｏｍｐａｎｙ（ｍｃｒｃ＠ｏｌｉｇｏｓ．ｃｏｍ），Ｔｈｅ Ｇｒｅａｔ Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｇｅｎｅ Ｃｏｍｐａｎｙ（ｗｗｗ．ｇｅｎｃｏ．ｃｏｍ），ＥｘｐｒｅｓｓＧｅｎ Ｉｎｃ．（ｗｗｗ．ｅｘｐｒｅｓｓｇｅｎ．ｃｏｍ），Ｏｐｅｒｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ Ｉｎｃ．（Ａｌａｍｅｄａ，Ｃａｌｉｆ．）およびその他多くのような任意の種々の商業的供給源からあつらえられても、または普通に注文されてもよい。

本発明はまた、直交性のｔＲＮＡ／ＲＳ対を介する天然でないアミノ酸のインビボ組み込みのための真核生物宿主細胞、非真核生物宿主細胞、および生物体に関する。宿主細胞は、例えば、クローニングベクターまたは発現ベクターであり得る本発明のベクターを、限定はしないが含む、本発明のポリヌクレオチドまたは本発明のポリヌクレオチドを含む構築物で遺伝子操作される（限定はしないが、形質転換、形質導入またはトランスフェクトを含む）。例えば、直交性ｔＲＮＡ、直交性ｔＲＮＡシンテターゼ、および誘導体化されるべきタンパク質のコード領域は、所望の宿主細胞において機能的である遺伝子発現制御エレメントに対して作動可能に連結される。ベクターは、例えば、プラスミド、コスミド、ファージ、細菌、ウイルス、裸のポリヌクレオチド、または結合体化されたポリヌクレオチドの形態であってもよい。ベクターは、エレクトロポレーションを含む標準的な方法（Ｆｒｏｍｍ ｅｔ ａｌ．，Ｐｒｏｃ．Ｎａｔｌ．Ａｃａｄ．Ｓｃｉ．ＵＳＡ ８２，５８２４（１９８５））、ウイルスベクターによる感染、小型のビーズもしくは粒子のマトリックス内で、または表面上に核酸を有する小型粒子による高速度の弾道論的侵入（Ｋｌｅｉｎ ｅｔ ａｌ．，Ｎａｔｕｒｅ ３２７，７０から７３（１９８７））および／またはその他によって、細胞および／または細菌に導入される。

細胞へ標的核酸を導入するいくつかの周知の方法が利用可能であり、このいずれかが本発明において用いられ得る。これらとしては、ＤＮＡを含有する細菌プロトプラストを有するレシピエント細胞の融合、エレクトロポレーション、プロジェクタイル・ボンバードメント（ｐｒｏｊｅｃｔｉｌｅ ｂｏｍｂａｒｄｍｅｎｔ）およびウイルスベクターでの感染（下にさらに考察される）などが挙げられる。細菌細胞を用いて、本発明のＤＮＡ構築物を含むプラスミドの数を増幅してもよい。この細菌は、対数期まで増殖して、細菌内のプラスミドは、当分野で公知の種々の方法によって単離され得る（例えば、Ｓａｍｂｒｏｏｋを参照のこと）。さらに、キットが、細菌由来のプラスミドの精製のために市販されている（例えば、ＥａｓｙＰｒｅｐ（商標）、ＦｌｅｘｉＰｒｅｐ（商標）、両方ともＰｈａｒｍａｃｉａ Ｂｉｏｔｅｃｈ；ＳｔｒａｔａｇｅｎｅのＳｔｒａｔａＣｌｅａｎ（商標）；およびＱｉａｇｅｎのＱＩＡｐｒｅｐ（商標）を参照のこと）。ついで、単離されたおよび精製されたプラスミドをさらに操作して、他のプラスミドを生成し、これを用いて細胞をトランスフェクトするか、または生物体に感染させるために関連のベクターに組み込む。代表的なベクターは、転写および翻訳ターミネーター、転写および翻訳開始配列、ならびに特定の標的核酸の発現の調節のために有用なプロモーターを含む。このベクターは場合により、少なくとも１つの独立したターミネーター配列を含む一般的な発現カセット、真核生物もしくは原核生物またはこの両方におけるカセットの複製を可能にする配列（限定はしないがシャトルベクターを含む）および原核生物および真核生物系の両方についての選択マーカーを含む。ベクターは、原核生物、真核生物またはこの両方における複製および／または組み込みに適切である。Ｇｉｌｌａｍ＆Ｓｍｉｔｈ，Ｇｅｎｅ ８：８１（１９７９）；Ｒｏｂｅｒｔｓ，ｅｔ ａｌ，Ｎａｔｕｒｅ，３２８：７３１（１９８７）；Ｓｃｈｎｅｉｄｅｒ，Ｅ．，ｅｔ ａｌ．，Ｐｒｏｔｅｉｎ Ｅｘｐｒ．Ｐｕｒｉｆ．６（１）１０から１４（１９９５）；Ａｕｓｕｂｅｌ，Ｓａｍｂｒｏｏｋ，Ｂｅｒｇｅｒ（全て前出）。クローニングに有用な細菌およびバクテリオファージのカタログは、例えば、ＡＴＣＣによって、例えば、ＡＴＣＣによって公開された、Ｔｈｅ ＡＴＣＣ Ｃａｔａｌｏｇｕｅ ｏｆ Ｂａｃｔｅｒｉａ ａｎｄ Ｂａｃｔｅｒｉｏｐｈａｇｅ（１９９２）Ｇｈｅｒｎａ ｅｔ ａｌ．（編）によって、提供される。配列決定、クローニングおよび分子生物学の他の態様のためのさらなる基本的な手順、および背景にある理論的な考慮はまた、Ｗａｔｓｏｎ ｅｔ ａｌ．（１９９２）Ｒｅｃｏｍｂｉｎａｎｔ ＤＮＡ Ｓｅｃｏｎｄ Ｅｄｉｔｉｏｎ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｂｏｏｋｓ，ＮＹに見出される。さらに、本質的に任意の核酸（および標準であっても標準でなくても、実質的に任意の標識された核酸）は、任意の種々の商業的供給源、例えば、Ｍｉｄｌａｎｄ Ｃｅｒｔｉｆｉｅｄ Ｒｅａｇｅｎｔ Ｃｏｍｐａｎｙ（Ｍｉｄｌａｎｄ，ＴＸ、Ｗｏｒｌｄ Ｗｉｄｅ Ｗｅｂでｍｃｒｃ．ｃｏｍから利用可能）、Ｔｈｅ Ｇｒｅａｔ Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｇｅｎｅ Ｃｏｍｐａｎｙ（Ｒａｍｏｎａ，ＣＡ ａｖａｉｌａｂｌｅ ｏｎ ｔｈｅ Ｗｏｒｌｄ Ｗｉｄｅ Ｗｅｂ ａｔ ｇｅｎｃｏ．ｃｏｍ）、ＥｘｐｒｅｓｓＧｅｎ Ｉｎｃ．（Ｃｈｉｃａｇｏ，ＩＬ ａｖａｉｌａｂｌｅ ｏｎ ｔｈｅ Ｗｏｒｌｄ Ｗｉｄｅ Ｗｅｂ ａｔ ｅｘｐｒｅｓｓｇｅｎ．ｃｏｍ）、Ｏｐｅｒｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ Ｉｎｃ．（Ａｌａｍｅｄａ，ＣＡ）およびその他多くから仕立てられても、または通常に注文されてもよい。

操作された宿主細胞は、例えば、スクリーニング工程、活性化プロモーターまたは選択性形質転換のような活動に適切であるように改変された従来の栄養培地中で培養され得る。これらの細胞は場合により、トランスジェニック生物体中に培養され得る。他の有用な引用文献としては、例えば、細胞の単離および培養については、（例えば、引き続く核酸単離については）、Ｆｒｅｓｈｎｅｙ（１９９４）Ｃｕｌｔｕｒｅ ｏｆ Ａｎｉｍａｌ Ｃｅｌｌｓ，ａ Ｍａｎｕａｌ ｏｆ Ｂａｓｉｃ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ，第３版、Ｗｉｌｅｙ−Ｌｉｓｓ，Ｎｅｗ Ｙｏｒｋおよびそこに引用される引用文献；Ｐａｙｎｅ ｅｔ ａｌ．（１９９２）Ｐｌａｎｔ Ｃｅｌｌ ａｎｄ Ｔｉｓｓｕｅ Ｃｕｌｔｕｒｅ ｉｎ Ｌｉｑｕｉｄ Ｓｙｓｔｅｍｓ Ｊｏｈｎ Ｗｉｌｅｙ ＆ Ｓｏｎｓ，Ｉｎｃ．Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ，ＮＹ；Ｇａｍｂｏｒｇ ａｎｄ Ｐｈｉｌｌｉｐｓ（編）（１９９５）Ｐｌａｎｔ Ｃｅｌｌ Ｔｉｓｓｕｅ ａｎｄ Ｏｒｇａｎ Ｃｕｌｔｕｒｅ：Ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌ Ｍｅｔｈｏｄｓ Ｓｐｒｉｎｇｅｒ Ｌａｂ Ｍａｎｕａｌ，Ｓｐｒｉｎｇｅｒ−Ｖｅｒｌａｇ（Ｂｅｒｌｉｎ Ｈｅｉｄｅｌｂｅｒｇ Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ）、ならびにＡｔｌａｓおよびＰａｒｋｓ（編）Ｔｈｅ Ｈａｎｄｂｏｏｋ ｏｆ Ｍｉｃｒｏｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ Ｍｅｄｉａ（１９９３）ＣＲＣ Ｐｒｅｓｓ，Ｂｏｃａ Ｒａｔｏｎ，ＦＬ．が挙げられる。

インビボにおいてタンパク質に天然でないアミノ酸を直接組み込む能力によって、限定はしないが、高収率の変異タンパク質、技術の容易さ、細胞中または可能性としては生きている生物体中の変異タンパク質を研究する能力、ならびに治療処置および診断用とにおけるこれらの変異タンパク質の使用を含む、種々の利点が得られる。種々のサイズ、酸性度、求核性、疎水性および他の特性を有する天然でないアミノ酸をタンパク質に含む能力によって、タンパク質機能を調査し、および新規な特性を有する新規なタンパク質または生物体を作成するために、タンパク質の構造を合理的におよび体系的に操作する能力が大きく拡張され得る。

対象のタンパク質およびポリペプチド
天然でないアミノ酸の組み込みは、種々の目的のために行われ得、この目的としては、限定はしないが、タンパク質の構造および／または機能における変化を仕立てること、サイズ、酸性度、求核性、水素結合、疎水性、プロテアーゼ標的部位の接近性を変化させること、一部に対する標的化（限定はしないが、タンパク質アレイについてを含む）、生物学的に活性な分子を添加すること、ポリマーを結合すること、放射性核種を結合すること、血清半減期を調節すること、組織浸透（例えば、腫瘍）を調節すること、活性輸送を調節すること、組織、細胞もしくは器官の特異性または分布を調節すること、免疫原性を調節すること、プロテアーゼ耐性を調節することなどが挙げられる。天然でないアミノ酸を含むタンパク質は、増強されるか、または全体として新規な触媒性または生物物理学的な特性を有し得る。例えば、以下の特性は場合により、タンパク質への天然ではないアミノ酸の包含によって改変される。毒性、生体分布、構造特性、分光学的特性、化学的および／または光化学的特性、触媒安定性、半減期（限定はしないが、血清半減期を含む）、限定はしないが、共有結合的または非共有結合的を含む、他の分子と反応する能力など。少なくとも１つの天然でないアミノ酸を含むタンパク質を含む組成物は、有用であり、これには、限定はしないが、新規な治療剤、診断剤、触媒酵素、工業的酵素、結合タンパク質（限定はしないが抗体を含む）、および限定はしないがタンパク質の構造および機能の研究が挙げられる。例えば、Ｄｏｕｇｈｅｒｔｙ，（２０００）Ｕｎｎａｔｕｒａｌ Ａｍｉｎｏ Ａｃｉｄｓ ａｓ Ｐｒｏｂｅｓ ｏｆ Ｐｒｏｔｅｉｎ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ，Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｏｐｉｎｉｏｎ ｉｎ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｂｉｏｌｏｇｙ，４：６４５から６５２を参照のこと。

タンパク質は、少なくとも１つ、これには限定はしないが、少なくとも２つ、少なくとも３つ、少なくとも４つ、少なくとも５つ、少なくとも６つ、少なくとも７つ、少なくとも８つ、少なくとも９つ、または少なくとも１０以上の天然でないアミノ酸を含む。この天然でないアミノ酸は、同じであってもまたは異なってもよく、これには、限定はしないが、１、２、３、４、５、６、７、８、９もしくは１０以上の異なる天然でないアミノ酸を含むタンパク質中において、１、２、３、４、５、６、７、８、９もしくは１０以上の異なる部位があってもよい。タンパク質は、少なくとも１つを有してもよいが、タンパク質中に存在する特定のアミノ酸の全てではないものが、天然でないアミノ酸で置換される。２つ以上の天然でないアミノ酸を有する所定のタンパク質について、天然でないアミノ酸は、同一であっても異なってもよい（これは限定はしないが、タンパク質は、２つ以上の異なるタイプの天然でないアミノ酸を含んでもよく、または２つの同じ天然でないアミノ酸を含んでもよいなどを含む）。３つ以上の天然でないアミノ酸を有する所与のタンパク質については、天然でないアミノ酸は、同じであっても、異なっても、または少なくとも１つの異なる天然でないアミノ酸と同じ種類の複数の天然でないアミノ酸の組み合わせであってもよい。

真核生物細胞において少なくとも１つの天然でないアミノ酸を有する目的のタンパク質またはポリペプチドを生成することによって、タンパク質またはポリペプチドは代表的には、真核生物の翻訳後改変を含む。特定の実施形態では、タンパク質は少なくとも１つの天然でないアミノ酸および少なくとも１つの翻訳後改変を含み、これは真核生物細胞によってインビボで作成される、ここでは翻訳後改変は、原核生物細胞によって作成されるのではない。例えば、翻訳後改変としては、限定はしないが、アセチル化、アシル化、脂質修飾、パルミトイル化、パルミチン酸付加、ホスホリル化、糖脂質結合修飾、グリコシル化などが挙げられる。さらに別の態様では、翻訳後改変としては、前駆体のタンパク質分解性処理（限定はしないが、カルシトニン前駆体、カルシトニン遺伝子関連ペプチド前駆体、プレプロ副甲状腺ホルモン（ｐｒｅｐｒｏｐａｒａｔｈｙｒｏｉｄ ｈｏｒｍｏｎｅ）、プレプロインスリン、プロインスリン、プレプロ−オピオメラノコルチン（Ｐｒｅｐｒｏ−ｏｐｉｏｍｅｌａｎｏｃｏｒｔｉｎ）、プロ−オピオメラノコルチンなどを含む）、マルチサブユニットタンパク質または高分子アセンブリへのアセンブリ、細胞中の別の部位への翻訳（限定はしないが、小胞体、ゴルジ装置、核、リポソーム、ペルオキシソーム、ミトコンドリア、クロロプラスト、空胞などのようなオルガネラへ、または分泌経路を通じてを含む）が挙げられる。特定の実施形態では、このタンパク質は、分泌または局在化配列、エピトープタグ、ＦＬＡＧタグ、ポリヒスチジンタグ、ＧＳＴ融合物などを含む。

特定の位置で選択されたアミノ酸を有する細胞中のタンパク質を生成する方法はまた、本発明の特徴である。例えば、ある方法は、適切な培地中で細胞を増殖させる工程であって、この細胞が少なくとも１つのセレクターコドンを含み、およびあるタンパク質をコードする核酸を含む工程と；選択されたアミノ酸を提供する工程とを含み；この細胞はさらに、細胞中で機能して、セレクターコドンを認識する直交性ｔＲＮＡ（Ｏ−ｔＲＮＡ）；および選択されたアミノ酸でＯ−ｔＲＮＡを優先的にアミノアシル化する直交性アミノアシルｔＲＮＡシンテターゼ（Ｏ−ＲＳ）を含む。代表的には、Ｏ−ｔＲＮＡは、セレクターコドンに応答して同属のシンテターゼの存在下で抑制活性を含む。本方法によって生成されるタンパク質はまた、本発明の特徴である。

本発明の組成物および本発明の方法によって作成される組成物は場合により細胞中である。本発明のＯ−ｔＲＮＡ／Ｏ−ＲＳ対または個々の成分は、ついで、宿主の系の翻訳機構において用いられ得、これが、タンパク質に組み込まれる、選択されたアミノ酸、例えば、天然でないアミノ酸を生じる。「Ｅｘｐａｎｄｉｎｇ ｔｈｅ Ｅｕｋａｒｙｏｔｉｃ Ｇｅｎｅｔｉｃ Ｃｏｄｅ；」と題された特許出願 ＵＳＳＮ １０／８２５，８６７、および「ＩＮ ＶＩＶＯ ＩＮＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ ＯＦ ＵＮＮＡＴＵＲＡＬ ＡＭＩＮＯ ＡＣＩＤＳ」と題された１０／１２６，９２７号は、このプロセスを記載しており、および参照により本明細書に組み込まれる。例えば、Ｏ−ｔＲＮＡ／Ｏ−ＲＳ対を宿主、例えば、Ｅｓｃｈｅｒｉｃｈｉａ ｃｏｌｉに導入する場合、この対は、選択されたアミノ酸、例えば、天然でないアミノ酸、例えば、増殖培地に外因性に添加され得る、ロイシンアミノ酸の誘導体のような、合成のアミノ酸の、セレクターコドンに応答する、タンパク質へのインビボ組み込みをもたらす。場合により、本発明の組成物は、インビトロ翻訳系であっても、インビボ系であってもよい。

選択されたアミノ酸、例えば、天然でないアミノ酸（および、例えば、１つ以上のセレクターコドンを含む、任意の対応するコード核酸）を含む任意のタンパク質（またはこの一部）は、本明細書の組成物および方法を用いて生成され得る。任意のポリペプチドが、１つ以上の選択されたアミノ酸の組み込みに適切である。数千の公知のタンパク質であって、このいずれかが、関連の翻訳系において１つ以上の適切なセレクターコドンを含むように、任意の利用可能な変異方法を仕立てることによって、１つ以上の天然でないアミノ酸を含むように改変され得る、数千の公知のタンパク質のうち数百を同定する試みは行われていない。公知のタンパク質についての共通の配列レポジトリとしては、ＧｅｎＢａｎｋ ＥＭＢＬ、ＤＤＢＪおよびＮＣＢＩが挙げられる。他のレポジトリは、インターネットを検索することによって容易に同定され得る。

代表的には、タンパク質は、任意の利用可能なタンパク質（例えば、治療タンパク質、診断タンパク質、工業的酵素、またはこの一部、など）に対して例えば、少なくとも６０％、少なくとも７０％、少なくとも７５％、少なくとも８０％、少なくとも９０％、少なくとも９５％、または少なくとも９９％以上同一であり、およびこれらは、１つ以上の選択されたアミノ酸を含む。１つ以上の選択されたアミノ酸、例えば、天然でないアミノ酸を含むように改変され得る、治療タンパク質、診断タンパク質および他のタンパク質の例は、限定はしないが、「Ｅｘｐａｎｄｉｎｇ ｔｈｅ Ｅｕｋａｒｙｏｔｉｃ Ｇｅｎｅｔｉｃ Ｃｏｄｅ；」と題されたＵＳＳＮ １０／８２５，８６７、および「ＩＮ ＶＩＶＯ ＩＮＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ ＯＦ ＵＮＮＡＴＵＲＡＬ ＡＭＩＮＯ ＡＣＩＤＳ」と題された米国特許出願逐次番号１０／１２６，９２７に見出され得る。

特定の実施形態では、本発明の方法および／または組成物における、対象のタンパク質またはポリペプチド（またはこの一部）は、核酸によってコードされる。代表的には、この核酸は、少なくとも１つのセレクターコドン、少なくとも２つのセレクターコドン、少なくとも３つのセレクターコドン、少なくとも４つのセレクターコドン、少なくとも５つのセレクターコドン、少なくとも６つのセレクターコドン、少なくとも７つのセレクターコドン、少なくとも８つのセレクターコドン、少なくとも９つのセレクターコドン、１０以上のセレクターコドンを含む。

対象のタンパク質またはポリペプチドをコードする遺伝子は、選択されたアミノ酸、例えば、天然でないアミノ酸の組み込みのために例えば、１つ以上のセレクターコドンを含むために、当業者に周知であって、および本明細書において、「Ｍｕｔａｇｅｎｅｓｉｓ ａｎｄ Ｏｔｈｅｒ Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｉｏｌｏｇｙ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ」として記載される方法を用いて、突然変異誘発されてもよい。例えば、対象のタンパク質の核酸は、１つ以上の選択されたアミノ酸、例えば、天然でないアミノ酸の挿入を提供する、１つ以上のセレクターコドンを含むように突然変異誘発される。本発明は、例えば、少なくとも１つの選択されたアミノ酸を含む、任意のこのような改変体、例えば、任意のタンパク質の変異体バージョンを含む。同様に、本発明はまた、対応する核酸、すなわち、１つ以上の選択されたアミノ酸をコードする１つ以上のセレクターコドンを有する任意の核酸を含む。

選択されたアミノ酸を含むタンパク質を作成するために、当業者は、直交性ｔＲＮＡ／ＲＳ対を介する選択されたアミノ酸のインビボ組み込みのために採用される宿主細胞および生物体を用い得る。宿主細胞は、直交性ｔＲＮＡ、直交性ｔＲＮＡシンテターゼを発現する１つ以上のベクター、および誘導体化されるべきタンパク質をコードするベクターで遺伝子操作される（例えば、形質転換、形質導入またはトランスフェクトされる）。これらの成分の各々は、同じベクター上であってもよく、または各々が、別のベクター上であってもよく、２つの成分は、１つのベクター上で、および第三の成分は第二のベクター上であってもよい。このベクターは、例えば、プラスミド、コスミド、ファージ、細菌、ウイルス、裸のポリヌクレオチド、または結合体化されたポリヌクレオチドの形態であってもよい。

代替の系
いくつかのストラテジーを使用して、組み換えでない宿主細胞、突然変異誘発された宿主細胞、または無細胞系において、天然でないアミノ酸をタンパク質に導入した。Ｌｙｓ、ＣｙｓおよびＴｙｒのような反応性の側鎖でのアミノ酸の誘導体化によって、リシンのＮ^２−アセチル−リシンへの変換が生じた。化学合成はまた、天然でないアミノ酸を組み込むための直接的な方法を提供する。ペプチドフラグメントの酵素結合および天然の化学的連結の近年の発達によって、より大きいタンパク質を作製することが可能である。例えば、Ｐ．Ｅ．ＤａｗｓｏｎおよびＳ．Ｂ．Ｈ．Ｋｅｎｔ，Ａｎｎｕ．Ｒｅｖ．Ｂｉｏｃｈｅｍ，６９：９２３（２０００）を参照のこと。化学的なペプチド結合および天然の化学的結合は、参照により本明細書に組み込まれる、米国特許番号６，１８４，３４４、米国特許公開番号２００４／０１３８４１２、米国特許公開番号２００３／０２０８０４６、ＷＯ ０２／０９８９０２、およびＷＯ ０３／０４２２３５に記載される。所望の天然でないアミノ酸で化学的にアシル化されたサプレッサーｔＲＮＡが、タンパク質の生合成を支持し得るインビトロ抽出物に添加される、一般的なインビトロの生合成方法を用いて、実質的に任意のサイズの種々のタンパク質へ１００を超える天然でないアミノ酸を部位特異的に組み込んでいる。例えば、Ｖ．Ｗ．Ｃｏｒｎｉｓｈ，Ｄ．ＭｅｎｄｅｌおよびＰ．Ｇ．Ｓｃｈｕｌｔｚ，Ａｎｇｅｗ．Ｃｈｅｍ．Ｉｎｔ．Ｅｄ．Ｅｎｇｌ．，１９９５，３４：６２１（１９９５）；ＣＪ．Ｎｏｒｅｎ，ＳＪ．Ａｎｔｈｏｎｙ−Ｃａｈｉｌｌ，Ｍ．Ｃ．Ｇｒｉｆｆｉｔｈ，Ｐ．Ｇ．Ｓｃｈｕｌｔｚ，Ａ ｇｅｎｅｒａｌ ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ｓｉｔｅ−ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｕｎｎａｔｕｒａｌ ａｍｉｎｏ ａｃｉｄｓ ｉｎｔｏ ｐｒｏｔｅｉｎｓ，Ｓｃｉｅｎｃｅ ２４４：１８２から１８８（１９８９）；および，Ｊ．Ｄ．Ｂａｉｎ，Ｃ．Ｇ．Ｇｌａｂｅ，Ｔ．Ａ．Ｄｉｘ，Ａ．Ｒ．Ｃｈａｍｂｅｒｌｉｎ，Ｅ．Ｓ．Ｄｉａｌａ，Ｂｉｏｓｙｎｔｈｅｔｉｃ ｓｉｔｅ−ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ ｏｆ ａ ｎｏｎ−ｎａｔｕｒａｌ ａｍｉｎｏ ａｃｉｄ ｉｎｔｏ ａ ｐｏｌｙｐｅｐｔｉｄｅ，Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．１１１：８０１３から８０１４（１９８９）を参照のこと。タンパク質安定性、タンパク質折り畳み、酵素機構およびシグナル伝達の研究のために、広範な範囲の官能基が、タンパク質に導入されている。

選択圧組み込み（ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）と呼ばれる、インビボの方法を開発され、野性型シンテターゼの交雑を開拓した。例えば、Ｎ．Ｂｕｄｉｓａ，Ｃ．Ｍｉｎｋｓ，Ｓ．Ａｌｅｆｅｌｄｅｒ，Ｗ．Ｗｅｎｇｅｒ，Ｆ．Ｍ．Ｄｏｎｇ，Ｌ．ＭｏｒｏｄｅｒおよびＲ．Ｈｕｂｅｒ，ＦＡＳＥＢ Ｊ．，１３：４１（１９９９）を参照のこと。特定の天然のアミノ酸を細胞に供給する関連の代謝経路がスイッチオフされている栄養要求性株は、限られた濃度の天然のアミノ酸を含む最小培地中で増殖されるが、標的遺伝子の転写は抑制される。静止増殖期の開始時に、天然のアミノ酸を枯渇させて、天然でなアミノ酸アナログで置換する。組み換えタンパク質の発現の誘導によって、天然でないアナログを含むタンパク質の蓄積が生じる。例えば、このストラテジーを用いて、ｏ、ｍおよびｐ−フルオロフェニルアラニンがタンパク質に組み込まれており、および容易に同定できるＵＶスペクトル中の２つの特徴的なショルダーを示す、例えば、Ｃ．Ｍｉｎｋｓ，Ｒ．Ｈｕｂｅｒ，Ｌ．Ｍｏｒｏｄｅｒ ａｎｄ Ｎ．Ｂｕｄｉｓａ，Ａｎａｌ．Ｂｉｏｃｈｅｍ．．２８４：２９（２０００）を参照のこと；トリフルオロメチオニンを用いて、バクテリオファージＴ４リソザイムにおけるメチオニンを置き換えて、^１９Ｆ ＮＭＲによって、キトオリゴ糖リガンドとのこの相互作用を研究する、例えば、Ｈ．Ｄｕｅｗｅｌ，Ｅ．Ｄａｕｂ，Ｖ．Ｒｏｂｉｎｓｏｎ ａｎｄ Ｊ．Ｆ．Ｈｏｎｅｋ，Ｂｉｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，３６：３４０４（１９９７）；およびトリフルオロロイシンがロイシンの位置に組み込まれており、これによって、ロイシン−ジッパータンパク質の熱安定性および化学的安定性の増大が生じる。例えば、Ｙ．Ｔａｎｇ，Ｇ．Ｇｈｉｒｌａｎｄａ，Ｗ．Ａ．Ｐｅｔｋａ，Ｔ．Ｎａｋａｊｉｍａ，Ｗ．Ｆ．ＤｅＧｒａｄｏおよびＤ．Ａ．Ｔｉｒｒｅｌｌ，Ａｎｇｅｗ．Ｃｈｅｍ．Ｉｎｔ．Ｅｄ．Ｅｎｇｌ．，４０：１４９４（２００１）を参照のこと。さらに、セレノメチオニンおよびテルロメチオニンが、種々の組み換えタンパク質に組み込まれて、Ｘ線結晶学における相の溶解が容易になる。例えば、Ｗ．Ａ．Ｈｅｎｄｒｉｃｋｓｏｎ，Ｊ．Ｒ．Ｈｏｒｔｏｎ ａｎｄ Ｄ．Ｍ．Ｌｅｍａｓｔｅｒ，ＥＭＢＯ Ｊ．，９：１６６５（１９９０）；Ｊ．Ｏ．Ｂｏｌｅｓ，Ｋ．Ｌｅｗｉｎｓｋｉ，Ｍ．Ｋｕｎｋｌｅ，Ｊ．Ｄ．Ｏｄｏｍ，Ｂ．Ｄｕｎｌａｐ，Ｌ．ＬｅｂｉｏｄａおよびＭ．Ｈａｔａｄａ，Ｎａｔ．Ｓｔｒｕｃｔ．Ｂｉｏｌ．，１：２８３（１９９４）；Ｎ．Ｂｕｄｉｓａ，Ｂ．Ｓｔｅｉｐｅ，Ｐ．Ｄｅｍａｎｇｅ，Ｃ．Ｅｃｋｅｒｓｋｏｒｎ，Ｊ．ＫｅｌｌｅｒｍａｎｎおよびＲ．Ｈｕｂｅｒ，Ｅｕｒ．Ｊ．Ｂｉｏｃｈｅｍ．，２３０：７８８（１９９５）；ならびに，Ｎ．Ｂｕｄｉｓａ，Ｗ．Ｋａｒｎｂｒｏｃｋ，Ｓ．Ｓｔｅｉｎｂａｃｈｅｒ，Ａ．Ｈｕｍｍ，Ｌ．Ｐｒａｄｅ，Ｔ．Ｎｅｕｅｆｅｉｎｄ，Ｌ．Ｍｏｒｏｄｅｒ ａｎｄ Ｒ．Ｈｕｂｅｒ，Ｊ．Ｍｏｌ．Ｂｉｏｌ，２７０：６１６（１９９７）を参照のこと。アルケンまたはアルキン官能基を有するメチオニンアナログはまた、効率的に取り込まれており、これによって、化学的方法によるタンパク質のさらなる修飾が可能になる。例えば、参照により本明細書に組み込まれる、Ｊ．Ｃ．ｖａｎ ＨｅｓｔおよびＤ．Ａ．Ｔｉｒｒｅｌｌ，ＦＥＢＳ Ｌｅｔｔ．，４２８：６８（１９９８）；Ｊ．Ｃ．ｖａｎ Ｈｅｓｔ，Ｋ．Ｌ．ＫｉｉｃｋおよびＤ．Ａ．Ｔｉｒｒｅｌｌ，Ｊ． Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．，１２２：１２８２（２０００）；ならびに，Ｋ．Ｌ．ＫｉｉｃｋおよびＤ．Ａ．Ｔｉｒｒｅｌｌ，Ｔｅｔｒａｈｅｄｒｏｎ，５６：９４８７（２０００）；米国特許番号６，５８６，２０７；米国特許公開２００２／００４２０９７を参照のこと。

本方法の成功は、一般には、タンパク質翻訳の忠実度を保証する高い選択性を要する、アミノアシル−ｔＲＮＡシンテターゼによる天然でないアミノ酸アナログの認識に依存する。本方法の範囲を拡大する１方法は、限られた場合にしか達成されていない、アミノアシル−ｔＲＮＡシンテターゼの基質特異性を緩くすることである。例えば、Ｅｓｃｈｅｒｉｃｈｉａ ｃｏｌｉのフェニルアラニル−ｔＲＮＡシンテターゼ（ＰｈｅＲＳ）におけるＧｌｙによるＡｌａ^２９４の置換によって、基質結合ポケットのサイズが増大し、ｐ−Ｃｌ−フェニルアラニン（ｐ−Ｃｌ−Ｐｈｅ）によるｔＲＮＡＰｈｅのアシル化が生じる。Ｍ．Ｉｂｂａ，Ｐ．ＫａｓｔおよびＨ．Ｈｅｎｎｅｃｋｅ，Ｂｉｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，３３：７１０７（１９９４）を参照のこと。この変異体ＰｈｅＲＳを保有するＥｓｃｈｅｒｉｃｈｉａ ｃｏｌｉ株によって、フェニルアラニンの代わりにｐ−Ｃｌ−フェニルアラニンまたはｐ−Ｂｒ−フェニルアラニンの組み込みが可能になる。例えば、Ｍ．ＩｂｂａおよびＨ．Ｈｅｎｎｅｃｋｅ，ＦＥＢＳ Ｌｅｔｔ．，３６４：２７２（１９９５）；ならびに，Ｎ．Ｓｈａｒｍａ，Ｒ．Ｆｕｒｔｅｒ，Ｐ．ＫａｓｔおよびＤ．Ａ．Ｔｉｒｒｅｌｌ，ＦＥＢＳ Ｌｅｔｔ．，４６７：３７（２０００）を参照のこと。同様に、Ｅｓｃｈｅｒｉｃｈｉａ ｃｏｌｉチロシル−ｔＲＮＡシンテターゼのアミノ酸結合部位に近い点変異Ｐｈｅ１３０Ｓｅｒによって、アザチロシンがチロシンよりも効率的に組み込まれることが可能になることが示された。Ｆ．Ｈａｍａｎｏ−Ｔａｋａｋｕ，Ｔ．Ｉｗａｍａ，Ｓ．Ｓａｉｔｏ−Ｙａｎｏ，Ｋ．Ｔａｋａｋｕ，Ｙ．Ｍｏｎｄｅｎ，Ｍ．Ｋｉｔａｂａｔａｋｅ，Ｄ．ＳｏｌｌおよびＳ．Ｎｉｓｈｉｍｕｒａ，Ｊ．Ｂｉｏｌ．Ｃｈｅｍ．．２７５：４０３２４（２０００）を参照のこと。

インビボにおいてタンパク質に天然でないアミノ酸を組み込むための別のストラテジーは、校正（プルーフリーディング）機構を有するシンテターゼを改変することである。これらのシンテターゼは、同属の天然のアミノ酸に対して構造的に類似であるアミノ酸を識別できず、従って活性化できない。この誤りは、別の部位で補正され、ここではタンパク質翻訳の忠実度を維持するために誤まって荷電されたアミノ酸をｔＲＮＡから脱アシル化する。シンテターゼの校正活性が不能である場合、誤まって活性化される構造的アナログは、編集機能を逃れて、組み込まれてもよい。このアプローチは、バリル−ｔＲＮＡシンテターゼ（ＶａｌＲＳ）で近年、実証されている。Ｖ．Ｄｏｒｉｎｇ、Ｈ．Ｄ．Ｍｏｏｔｚ、Ｌ．Ａ．Ｎａｎｇｌｅ、Ｔ．Ｌ．Ｈｅｎｄｒｉｃｋｓｏｎ、Ｖ．ｄｅ Ｃｒｅｃｙ−Ｌａｇａｒｄ、Ｐ．ＳｃｈｉｍｍｅｌおよびＰ．Ｍａｒｌｉｅｒｅ，Ｓｃｉｅｎｃｅ，２９２：５０１（２００１）を参照のこと。ＶａｌＲＳは、Ｃｙｓ、Ｔｈｒまたはアミノブチル酪酸（Ａｂｕ）でｔＲＮＡＶａｌをミスアミノアシル化（ｍｉｓａｍｉｎｏａｃｙｌａｔｅ）し得る；これらの同族のアミノ酸は引き続き、編集ドメインによって加水分解される。Ｅｓｃｈｅｒｉｃｈｉａ ｃｏｌｉの染色体の無作為な突然変異誘発後、ＶａｌＲＳの編集部位に変異を有する変異Ｅｓｃｈｅｒｉｃｈｉａ ｃｏｌｉ株を選択した。この編集欠損ＶａｌＲＳはＣｙｓでｔＲＮＡＶａｌを不正確に充填する。ＡｂｕはＣｙｓを立体的に模倣する（Ｃｙｓの−ＳＨ基は、Ａｂｕ中で−ＣＨ３で置換される）ので、変異ＶａｌＲＳはまた、この変異体Ｅｓｃｈｅｒｉｃｈｉａ ｃｏｌｉ株がＡｂｕの存在下で成長する場合、タンパク質中にＡｂｕを組み込む。質量分析によって、バリンのうち約２４％が、天然のタンパク質における各々のバリン位置でＡｂｕによって置換されることが示される。

固相合成方法および半合成方法はまた、新規なアミノ酸を含む多数のタンパク質の合成を可能にした。例えば、以下のような、以下の刊行物、およびこの中に引用される引用文献を参照のこと：Ｃｒｉｃｋ，Ｆ．Ｈ．Ｃ．，Ｂａｒｒｅｔｔ，Ｌ．Ｂｒｅｎｎｅｒ，Ｓ．Ｗａｔｔｓ−Ｔｏｂｉｎ，Ｒ．Ｇｅｎｅｒａｌ ｎａｔｕｒｅ ｏｆ ｔｈｅ ｇｅｎｅｔｉｃ ｃｏｄｅ ｆｏｒ ｐｒｏｔｅｉｎｓ．Ｎａｔｕｒｅ，１９２：１２２７から１２３２（１９６１）；Ｈｏｆｍａｎｎ，Ｋ．，Ｂｏｈｎ，Ｈ．Ｓｔｕｄｉｅｓ ｏｎ ｐｏｌｙｐｅｐｔｉｄｅｓ．ＸＸＸＶＩ．Ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｐｙｒａｚｏｌｅ−ｉｍｉｄａｚｏｌｅ ｒｅｐｌａｃｅｍｅｎｔｓ ｏｎ ｔｈｅ Ｓ−ｐｒｏｔｅｉｎ ａｃｔｉｖａｔｉｎｇ ｐｏｔｅｎｃｙ ｏｆ ａｎ Ｓ−ｐｅｐｔｉｄｅ ｆｒａｇｍｅｎｔ，Ｊ．Ａｍ Ｃｈｅｍ，８８（２４）：５９１４から５９１９（１９６６）；Ｋａｉｓｅｒ，Ｅ．Ｔ．Ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ ａｐｐｒｏａｃｈｅｓ ｔｏ ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌｌｙ ａｃｔｉｖｅ ｐｅｐｔｉｄｅｓ ａｎｄ ｐｒｏｔｅｉｎｓ ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｅｎｙｚｍｅｓ，Ａｃｃ Ｃｈｅｍ Ｒｅｓ，２２：４７から５４（１９８９）；Ｎａｋａｔｓｕｋａ，Ｔ．，Ｓａｓａｋｉ，Ｔ．，Ｋａｉｓｅｒ，Ｅ．Ｔ．Ｐｅｐｔｉｄｅ ｓｅｇｍｅｎｔ ｃｏｕｐｌｉｎｇ ｃａｔａｌｙｚｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｓｅｍｉｓｙｎｔｈｅｔｉｃ ｅｎｚｙｍｅ ｔｈｉｏｓｕｂｔｉｌｉｓｉｎ，Ｊ Ａｍ Ｃｈｅｍ Ｓｏｃ，１０９：３８０８から３８１０（１９８７）；Ｓｃｈｎｏｌｚｅｒ，Ｍ．，Ｋｅｎｔ，Ｓ Ｂ Ｈ．Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｎｇ ｐｒｏｔｅｉｎｓ ｂｙ ｄｏｖｅｔａｉｌｉｎｇ ｕｎｐｒｏｔｅｃｔｅｄ ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ ｐｅｐｔｉｄｅｓ：ｂａｃｋｂｏｎｅ−ｅｎｇｉｎｅｅｒｅｄ ＨＩＶ ｐｒｏｔｅａｓｅ，Ｓｃｉｅｎｃｅ．２５６（５０５４）：２２１から２２５（１９９２）；Ｃｈａｉｋｅｎ，Ｉ．Ｍ．Ｓｅｍｉｓｙｎｔｈｅｔｉｃ ｐｅｐｔｉｄｅｓ ａｎｄ ｐｒｏｔｅｉｎｓ，ＣＲＣ Ｃｒｉｔ Ｒｅｖ Ｂｉｏｃｈｅｍ，ｌｌ（３）：２５５から３０１（１９８１）；Ｏｆｆｏｒｄ，Ｒ．Ｅ．Ｐｒｏｔｅｉｎ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｂｙ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｍｅａｎｓ？ Ｐｒｏｔｅｉｎ Ｅｎｇ．，１（３）：１５１から１５７（１９８７）；ならびにＪａｃｋｓｏｎ，Ｄ．Ｙ．，Ｂｕｒｎｉｅｒ，Ｊ．，Ｑｕａｎ，Ｃ，Ｓｔａｎｌｅｙ，Ｍ．，Ｔｏｍ，Ｊ．，Ｗｅｌｌｓ，Ｊ．Ａ．Ａ Ｄｅｓｉｇｎｅｄ Ｐｅｐｔｉｄｅ Ｌｉｇａｓｅ ｆｏｒ Ｔｏｔａｌ Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ｏｆ Ｒｉｂｏｎｕｃｌｅａｓｅ Ａ ｗｉｔｈ Ｕｎｎａｔｕｒａｌ Ｃａｔａｌｙｔｉｃ Ｒｅｓｉｄｕｅｓ，Ｓｃｉｅｎｃｅ，２６６（５１８３）：２４３（１９９４）。

インビトロにおいてタンパク質に補因子、スピンラベルおよびオリゴヌクレオチドを含む種々の天然でない側鎖を導入するために化学的改変を用いている。例えば、Ｃｏｒｅｙ，Ｄ．Ｒ．，Ｓｃｈｕｌｔｚ，Ｐ．Ｇ．Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ ａ ｈｙｂｒｉｄ ｓｅｑｕｅｎｃｅ−ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｓｉｎｇｌｅ−ｓｔｒａｎｄｅｄ ｄｅｏｘｙｒｉｂｏｎｕｃｌｅａｓｅ，Ｓｃｉｅｎｃｅ，２３８（４８３２）：１４０１から１４０３（１９８７）；Ｋａｉｓｅｒ，Ｅ．Ｔ．，Ｌａｗｒｅｎｃｅ Ｄ．Ｓ．，Ｒｏｋｉｔａ，Ｓ．Ｅ．Ｔｈｅ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｅｎｚｙｍａｔｉｃ ｓｐｅｃｉｆｉｃｉｔｙ，Ａｎｎｕ Ｒｅｖ Ｂｉｏｃｈｅｍ，５４：５６５から５９５（１９８５）；Ｋａｉｓｅｒ，Ｅ．Ｔ．，Ｌａｗｒｅｎｃｅ，Ｄ．Ｓ．Ｃｈｅｍｉｃａｌ ｍｕｔａｔｉｏｎ ｏｆ ｅｎｙｚｍｅ ａｃｔｉｖｅ ｓｉｔｅｓ，Ｓｃｉｅｎｃｅ．２２６（４６７４）：５０５から５１１（１９８４）；Ｎｅｅｔ，Ｋ．Ｅ．，Ｎａｎｃｉ Ａ，Ｋｏｓｈｌａｎｄ，Ｄ．Ｅ．Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｔｈｉｏｌ−ｓｕｂｔｉｌｉｓｉｎ，Ｊ Ｂｉｏｌ．Ｃｈｅｍ ２４３（２４）：６３９２から６４０１（１９６８）；Ｐｏｌｇａｒ，Ｌ．ｅｔ Ｍ．Ｌ．Ｂｅｎｄｅｒ．Ａ ｎｅｗ ｅｎｚｙｍｅ ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ ａ ｓｙｎｔｈｅｔｉｃａｌｌｙ ｆｏｒｍｅｄ ａｃｔｉｖｅ ｓｉｔｅ．Ｔｈｉｏｌ−ｓｕｂｔｉｌｉｓｉｎ．Ｊ．Ａｍ Ｃｈｅｍ Ｓｏｃ ８８：３１５３から３１５４（１９６６）；ならびに，Ｐｏｌｌａｃｋ，Ｓ．Ｊ．，Ｎａｋａｙａｍａ，Ｇ．Ｓｃｈｕｌｔｚ，Ｐ．Ｇ．Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ｎｕｃｌｅｏｐｈｉｌｅｓ ａｎｄ ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｉｃ ｐｒｏｂｅｓ ｉｎｔｏ ａｎｔｉｂｏｄｙ ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ ｓｉｔｅｓ，Ｓｃｉｅｎｃｅ，２４２（４８８１）：１０３８から１０４０（１９８８）を参照のこと。

免疫反応性によりポリペプチドを規定する
本発明のポリペプチドは、種々の新規なポリペプチド配列（例えば、本明細書における翻訳系で合成されたタンパク質の場合、選択されたアミノ酸（例えば、天然でないアミノ酸）を、または例えば、新規なシンテターゼの場合、標準的なアミノ酸の新規な配列を含む）を提供し、このポリペプチドはまた、例えば、免疫学的アッセイにおいて認識され得る新規な構造的特徴を提供する。本発明のポリペプチドに特異的に結合する抗血清の生成、ならびにこのような抗血清によって結合されるポリペプチドは、本発明の特徴である。本明細書において用いる場合、「抗体（ａｎｔｉｂｏｄｙ）」という用語は、分析物（抗原）を特異的に結合して認識する、免疫グロブリン遺伝子もしくは免疫グロブリン遺伝子（複数）、またはこのフラグメントによって実質的にコードされる、ポリペプチドを含むがこれらに限定されない。例としては、ポリクローナル抗体、モノクローナル抗体、キメラ抗体および単鎖抗体などが挙げられる。Ｆａｂフラグメント、およびファージライブラリーを含む発現ライブラリーによって生成されるフラグメントを含む、免疫グロブリンのフラグメントも、本明細書において用いられる「抗体（ａｎｔｉｂｏｄｙ）」の用語に含まれる。例えば、Ｐａｕｌ，Ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌ Ｉｍｍｕｎｏｌｏｇｙ，第４版，１９９９，Ｒａｖｅｎ Ｐｒｅｓｓ，Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ，ｆｏｒ ａｎｔｉｂｏｄｙ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｔｅｒｍｉｎｏｌｏｇｙを参照のこと。

例えば、本発明は、ＲＳ、およびｔＲＮＡを利用して作成されたタンパク質、および／またはアミノ酸配列を含む免疫原に対して生成された抗体もしくは抗血清に特異的に結合するか、またはこれと特異的に免疫反応性である本発明のＲＳを含む。他のホモログとの交差反応性を排除するために、抗体または抗血清を利用可能なタンパク質、例えば野性型ポリペプチド、例えば「コントロール」ポリペプチドでサブトラクトする。野性型タンパク質が、核酸に相当する場合、核酸によってコードされるポリペプチドが生成されて、抗体／抗血清サブトラクション目的に用いられる。

１つの代表的な形式では、イムノアッセイは、１つ以上のポリペプチドまたはこの実質的なサブ配列（すなわち、提供された全長配列の少なくとも約３０％）に対して惹起されたポリクローナル抗血清を用いる。タンパク質に由来する潜在的なポリペプチド免疫原のセットは、まとめて、以下「免疫原性ポリペプチド（ｔｈｅ ｉｍｍｕｎｏｇｅｎｉｃ ｐｏｌｙｐｅｐｔｉｄｅｓ）」と呼ばれる。この得られた抗血清は、必要に応じて、コントロールのシンテターゼホモログに対して低い交差反応性を有するように選択され、および任意のこのような交差反応性は、例えば、免疫吸収（ｉｍｍｕｎｏａｂｓｏｒｂｔｉｏｎ）によって、１つ以上のコントロールのホモログとともに、免疫アッセイでのポリクローナル抗血清の使用の前に除去される。

免疫アッセイにおける使用のために抗血清を生成するため、１つ以上の免疫原性ポリペプチドを生成して、本明細書に記載のように精製する。例えば、組み換えタンパク質は、組み換え細胞において生成されてもよい。マウス近交系（このマウスの実質上の遺伝子同一性に起因して、結果がより再現性であるので、このアッセイで用いられる）を、標準的なアジュバント、例えば、フロイントのアジュバントと組み合わせて、および標準的なマウス免疫プロトコールで、免疫原性タンパク質で免疫する（抗体生成、イムノアッセイの形式および特定の免疫反応性を決定するために用いられ得る条件の標準的な説明については、例えば、Ｈａｒｌｏｗ ａｎｄ Ｌａｎｅ（１９８８）Ａｎｔｉｂｏｄｉｅｓ，Ａ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ Ｍａｎｕａｌ，Ｃｏｌｄ Ｓｐｒｉｎｇ Ｈａｒｂｏｒ Ｐｕｂｌｉｃａｔｉｏｎｓ，Ｎｅｗ Ｙｏｒｋを参照のこと）。

さらなる引用文献および抗体の考察も本明細書に見出され、および免疫反応性によってポリペプチドを規定するために本明細書において適用され得る）。または、本明細書において考察される配列由来の１つ以上の合成または組み換えのポリペプチドは、キャリアタンパク質に結合体化されて、免疫原として用いられる。

ポリクローナル血清を収集して、イムノアッセイ、例えば、固体支持体上に固定された１つ以上の免疫原性タンパク質を用いる固相イムノアッセイにおいて、免疫原性ポリペプチドに対して滴定する。１０^６以上の力価を有するポリクローナル抗血清を選択し、プールし、およびコントロールのシンテターゼポリペプチドでサブトラクトして、サブトラクトされたプールされた滴定されたポリクローナル抗血清を得る。

サブトラクトされたプールされた滴定されたポリクローナル抗血清を、競合的イミノアッセイにおけるコントロールの相同体に対する交差反応性について試験する。この競合的アッセイでは、コントロールのシンテターゼホモログに対する結合に比較した場合免疫原性タンパク質に対する滴定されたポリクローナル抗血清の結合について少なくとも約５から１０倍高い信号対雑音比を生じる、サブトラクトされた滴定されたポリクローナル抗血清について、差別的な結合条件を決定する。すなわち、アルブミンまたは脱脂粉乳のような非特異的競合因子の添加によって、ならびに／または、塩条件、温度および／もしくはその他を調節することによって、結合反応のストリンジェンシーを調節する。これらの結合条件を、試験ポリペプチド（免疫原性ポリペプチドおよび／またはコントロールのポリペプチドに比較されるポリペプチド）がプールされたサブトラクトされたポリクローナル抗血清によって特異的に結合されるか否かを決定するために、引き続くアッセイ中で用いる。

別の例では、競合的結合形式のイムノアッセイを試験ポリペプチドの検出のために用いる。例えば、注記のとおり、交差反応性抗体を、コントロールのポリペプチドでの免疫吸着によってプールされた抗血清混合物から除去する。ついで、免疫原性ポリペプチドを、固体支持体に固定して、これをサブトラクトされたプールされた抗血清に曝す。試験タンパク質を、アッセイに添加して、プールされたサブトラクトされた抗血清に対する結合について競合させる。固定されたタンパク質に比較して、試験タンパク質がプールされたサブトラクトされた抗血清に対する結合について競合する能力を、アッセイに添加された免疫原性ポリペプチドが結合について競合する能力に対して比較する（免疫原性ポリペプチドは、プールされた抗血清に対する結合について、固定された免疫原性ポリペプチドと効率的に競合する）。試験タンパク質の交差反応性パーセントは、標準的な計算を用いて算出する。

平行のアッセイで、コントロールタンパク質が、プールされたサブトラクトされた抗血清に対する結合について競合する能力を、抗血清に対する結合について競合する免疫原性ポリペプチドの能力と比較して場合により決定する。ここでも、コントロールポリペプチドについての交差反応性パーセントは、標準的な計算を用いて算出する。交差反応性パーセントが、コントロールポリペプチドに比較して、試験ポリペプチドについて少なくとも５から１０倍高い場合、およびまたは、試験ポリペプチドの結合が、ほぼ免疫原性ポリペプチドの結合の範囲内である場合、この試験ポリペプチドは、プールされたサブトラクトされた抗血清に特異的に結合すると言われる。

一般には、免疫吸着されたおよびプールされた抗血清は、免疫原性および／またはコントロールのポリペプチドに対して任意の試験ポリペプチドを比較するために本明細書に記載のように競合的結合イムノアッセイで用いられ得る。この比較を行うために、免疫原性、試験およびコントロールのポリペプチドを各々、広範な濃度でアッセイし、例えば、固定されたコントロール、試験または免疫原性タンパク質に対する、サブトラクトされた抗血清の結合の５０％を阻害するのに必要な各々のポリペプチドの量は、標準的な技術を用いて決定する。競合アッセイにおける結合に必要な試験ポリペプチドの量が、必要な免疫原性ポリペプチドの量の半分より小さい場合、この試験ポリペプチドは、この量がコントロールポリペプチドについての高さの少なくとも約５から１０倍程度の高さである条件では、免疫原性タンパク質に対して生成された抗体に特異的に結合すると言われる。

特異性のさらなる決定として、免疫吸着において用いられる免疫原性ポリペプチドに対する、得られた免疫原性ポリペプチドサブトラクトされたプールされた抗血清の結合がほとんどまたは全く検出できないようになるまで、プールされた抗血清を必要に応じて、免疫原性ポリペプチド（コントロールポリペプチドではない）で完全に免疫吸着する。ついで、この完全に免疫吸着された抗血清を、試験ポリペプチドとの反応性について試験する。反応性がほとんどまたは全く観察されない（すなわち、免疫原性ポリペプチドに対する完全に免疫吸着された抗血清の結合について観察されるよりも２倍以下の信号対雑音比）場合、この試験ポリペプチドは、免疫原性タンパク質によって惹起された抗血清によって特異的に結合される。

タンパク質、抗体、抗血清などに対するさらなる詳細は、参照により組み込まれる、「Ｅｘｐａｎｄｉｎｇ ｔｈｅ Ｅｕｋａｒｙｏｔｉｃ Ｇｅｎｅｔｉｃ Ｃｏｄｅ」と題されたＵＳＳＮ １０／８２５，８６７、「ＩＮ ＶＩＶＯ ＩＮＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ ＯＦ ＵＮＮＡＴＵＲＡＬ ＡＭＩＮＯ ＡＣＩＤＳ」と題された、ＷＯ ２００２／０８５９２３；「Ｇｌｙｃｏｐｒｏｔｅｉｎ ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ」と題された米国特許番号６，９２７，０４２；および「Ｐｒｏｔｅｉｎ Ａｒｒａｙｓ」と題された米国特許公開番号ＵＳ ２００４／０１９８６３７に見出され得る。

キット
キットも本発明の特徴である。例えば、少なくとも１つの選択されたアミノ酸、例えば、天然でないアミノ酸を、細胞中に含むタンパク質を生成するためのキットが提供され、ここでこのキットは、Ｏ−ｔＲＮＡをコードするポリヌクレオチド配列および／もしくはＯ−ｔＲＮＡ、ならびに／またはＯ−ＲＳをコードするポリヌクレオチド配列および／またはＯ−ＲＳを含む容器を含む。一実施形態では、このキットはさらに、少なくとも選択されたアミノ酸を含み、別の実施形態では、このキットは本発明のアミノアシル化されたｔＲＮＡを含む。別の実施形態では、このキットはさらに、タンパク質を生成するための説明書を含む。

さらなる実施例は、少なくとも１つの選択されたアミノ酸、例えば、天然でないアミノ酸を無細胞翻訳系に含むタンパク質を生成するためのキットであり、このキットは、Ｏ−ｔＲＮＡをコードするポリヌクレオチド配列および／もしくはＯ−ｔＲＮＡ、ならびに／またはＯ−ＲＳをコードするポリヌクレオチド配列および／またはＯ−ＲＳを含む容器を含む。一実施形態では、このキットはさらに、選択されたアミノ酸を含む。別の実施形態では、このキットは本発明のアミノアシル化されたｔＲＮＡを含む。別の実施形態では、このキットはさらに、タンパク質を生成するための説明書を含む。

（実施例）
以下の実施例は、特許請求された本発明を例示するために提示しているが、限定するものではない。当業者は、特許請求された本発明の範囲から逸脱することなく変更され得る種々の重要でないパラメーターを認識する。

パラ−アセチルフェニルアラニンに対するアミノアシルｔＲＮＡシンテターゼ選択
２つのＤＮＡライブラリーを、天然ではないコードされたアミノ酸である、パラ−アセチルフェニルアラニンに対するアミノアシル−ｔＲＮＡシンテターゼについてスクリーニングした。これらのライブラリーは、ｐＢＫプラスミドにおいてＭｅｔｈａｎｏｃｏｃｃｏｕｓ ｊａｎｎｅｓｃｈｉｉ由来のチロシルｔＲＮＡシンテターゼ遺伝子における６つの変異からなる。

５つの交互の回の選択である、３つの陽性、２つの陰性選択からなる選択手順を行った。このライブラリーを、１：１比で合わせて、陽性選択細胞株へエレクトロポレーとし（陽性選択プラスミド、ｐＲＥＰを有するＧｅｎｅＨｏｇ）、および適切な抗生物質および天然でないコードされたアミノ酸パラ−アセチルフェニルアラニン（ｐＡＦ）を含む、最小培地のプレート（ＧＭＭＬ）上にプレートした。このプレートを、３７℃で約４０時間インキュベートして、この時点で細胞を剥離によって回収した。Ｑｉａｇｅｎ Ｍｉｎｉ−Ｐｒｅｐ手順を用いてＤＮＡを抽出し、ついでアガロースゲル精製して、ライブラリーのプラスミドＤＮＡを単離する。

ついで、このＤＮＡを陰性の選択細胞株（陰性の選択プラスミドｐＢＡＤ誘導体を有するＧｅｎｅＨｏｇ）にエレクトロポレーションした。これらの形質転換体を、適切な抗生物質を含み、天然にはコードされないアミノ酸（ｐＡＦ）を含まないＬＢプレート上にプレートした。約１７時間後、これらの細胞を剥離によって回収して、Ｑｉａｇｅｎ Ｍｉｎｉ−Ｐｒｅｐ手順およびアガロースゲル精製を用いてプラスミドＤＮＡを精製した。

エレクトロポレーション、プレート、回収およびＤＮＡ精製の同じ方法を利用して、選択の引き続く回を行った。選択の最終回（５回目）に、最小培地プレート上にプレートされた形質転換された陽性選択細胞の連続希釈を行った。ついで、個々のコロニーをピックアップして、９６ウェルのブロック中で一晩増殖させた。ついで、このブロックを、種々の濃度のクロラムフェニコール（陽性選択抗生物質）を含み、天然でないアミノ酸ｐＡＦが有無の最小培地プレート上に複製プレートした。３７℃の増殖の約４０時間後、このプレートを視覚的に比較して、どのコロニーが最高のクロラムフェニコール濃度で増殖するが、天然にはコードされないアミノ酸ｐＡＦの非存在下で増殖しないか、増殖が劣っているかを確認した。これらの基準を満たすコロニーを一晩増殖させた。Ｍｉｎｉ−Ｐｒｅｐおよびアガロースゲル精製によってＤＮＡを培養物から単離して、配列決定した。

ｐＡＦのこの選択から、１３のクローンが固有のアミノ酸配列を有することを見出して、さらなる特徴付けに供して、ｐＡＦ−ｔＲＮＡシンテターゼの忠実度および進化性を決定した。

これらのシンテターゼを特徴付けるために、小規模のアンバーサプレッションを行って、非天然的にコードされたアミノ酸ｐＡＦがポリペプチドに組み込まれることを示し、その結果はＳＤＳ−ＰＡＧＥによって可視化した。単一のコロニーをピックアップして、ＬＢブロス中で一晩培養し、ついで、これを用いて５０ｍＬのＬＢに接種した。この細胞を０．３から０．４のＯＤまで増殖して、この時点で１．５ｍＬのアリコートを、誘導前のポイントとしてとり、および培養物を２つのフラスコに分けた。１ｍＭのｐＡＦを１つのスプリットに添加して、両方を３０分間増殖させた。３０分の増殖後、両方の培養物（＋／−ｐＡＦ）を０．２％のＬ−アラビノースとともにインキュベートして、４．５時間増殖させて、ＯＤ_６００を記録した。ついで１．５ｍＬのアリコートをＳＤＳ−ＰＡＧＥ分析のために＋／−ｐＡＦのフラスコにとった。

１．５ｍＬのアリコート（誘導前、＋ｐＡＦ、−ｐＡＦ）を１０，０００×ｇで１０分間遠心分離して細胞をペレットにした。ついで、この細胞を、回収の時点で、このＯＤ_６００に対して比例する量のＢａｃｔｅｒｉａｌ Ｐｒｏｔｅｉｎ Ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ Ｒｅａｇｅｎｔ（ＢＰＥＲ，Ｐｉｅｒｃｅ）に懸濁した。ＤＮａｓｅ Ｉを、溶解した細胞に添加して、４℃で２０分間インキュベートした。ついで、このサンプルを、還元剤およびローディング色素を合わせて、ＭＥＳ緩衝液中で４から１２％のＢｉｓ−ＴＲＩＳゲル上で３０分間泳動した。このゲルをＤＩ Ｈ_２Ｏ中で１０分間２回洗浄して、クマーシーブルー色素で染色した。＋／−ｐＡＦバンドを、ｐＡＦ−ｔＲＮＡ ＲＳの忠実度について比較して、ｐＡＦの取り込みを得て、＋ｐＡＦバンドを、以前に選択されたｐＡＦ−ｔＲＮＡ ＲＳに比較した。

ＲＳの進化性についてチエックするために、Ｃ−Ｈ６ Ｓ４ａｍ ｍｙｏｇｌｏｂｉｎ（Ｓ４ａｍ−Ｍｙｏ）を含有するプラスミドを用いて同じ手順を行った。ついで、Ｓ４ａｍ ＭｙｏをＩＭＡＣによって精製して、タンパク質配列決定のために送りｐＡＦ組み込みの量を決定した。

この選択から同定されたｐＡＦ−ｔＲＮＡ ＲＳのうち、１つのシンテターゼ（Ｅ９）は、Ｓ４ａｍ−ＭｙｏへのｐＡＦの取り込みの９５％より大きい効率で、効率的にｐＡＦを組み込むことが見出された。この組み込みは、アミノ酸配列決定によって決定したが、進化性は、ＳＤＳ−ＰＡＧＥゲルに対してタンパク質バンドを比較することによって示された。Ｅ９のヌクレオチド配列は、配列番号４に示され、およびＥ９のアミノ酸配列は配列番号５に示される。

Ｅ９と同様の活性を有するさらなる変異体を同定したが、これは、配列番号１７に示されるアミノ酸配列を有する。

ｔＲＮＡ突然変異誘発
ｔＲＮＡ Ｊ１７の３つの変異体を生成した。野性型Ｊ１７のＤＮＡ配列は、配列番号８として、および米国特許公開番号２００３／０１０８８８５に配列番号１として、およびＵＳ ２００３／００８２５７５に配列番号１として（それぞれ、米国特許出願逐次番号１０／１２６，９３１および１０／１２６，９２７）示され、この両方とも本明細書において参照により組み込まれる。Ｊ１７ ｔＲＮＡは、図１に示されるようにＴΨＣステムにＵ５１：Ｇ６３ゆらぎ対（ｗｏｂｂｌｅ ｐａｉｒ）を有する。

３つのＪ１７変異体（Ｆ１２、Ｆ１３およびＦ１４）を生成して、ＴΨＣステムの５１および６３の位置でワトソン−クリック塩基対を生成した。突然変異誘発は、重複ＰＣＲによって行って、アミノアシルｔＲＮＡシンテターゼＥ９をコードするポリヌクレオチド配列（配列番号４）およびアンバーコドン置換を有する、ヒト成長ホルモン（ｈＧＨ）をコードするポリヌクレオチド配列（配列番号１６）を含む、ｐＥＴ１９プラスミド中のＥｃｏＲＩおよびＮｄｅＩ部位に、最終構築物をクローニングした。ｈＧＨの発現は、Ｔ７プロモーターの制御下であった。

２つのフラグメントを、重複するＰＣＲについて生成した。最初のフラグメントは、プライマー伸長によって得た。３つの変異体の各々を生成するために用いられるフォワードプライマーの配列は以下であった。

ＧＴＡＡＣＧＣＴＧＡＡＴＴＣＣＣＧＧＣＧＧＴＡＧＴＴＣＡＧＣＡＧＧＧＣＡＧＡＡＣＧＧＣＧＧＡＣＴＣＴＡＡＡＴＣＣＧＣＡＴＧＧＣＧＣ（ＦＴａｍ１１；配列番号９）。

Ｆ１２変異体（５１Ｃ：６３Ｇ）を生成するために、以下のリバースプライマーを用いた。ＧＡＴＣＴＧＣＡＧＴＧＧＴＣＣＧＧＣＧＧＧＣＣＧＧＡＴＴＴＧＡＡＣＣＧＧＣＧＣＣＡＴＧＣＧＧＡＴＴＴＡＧＡＧＴＣＣＧＣＣＧＴＴＣＴＧＣ（ＦＴａｍ１２；配列番号１０）。

Ｆ１３変異体（５１Ｕ：６３Ａ）を生成するために、以下のリバースプライマーを用いた。ＧＡＴＣＴＧＣＡＧＴＧＧＴＣＣＧＧＣＧＧＧＣＴＧＧＡＴＴＴＧＡＡＣＣＧＧＣＧＣＣＡＴＧＣＧＧＡＴＴＴＡＧＡＧＴＣＣＧＣＣＧＴＴＣＴＧＣ（ＦＴａｍ１３；配列番号１１）。

Ｆ１４変異体（５１Ａ：６３Ｕ）を生成するために、以下のリバースプライマーを用いた。ＧＡＴＣＴＧＣＡＧＴＧＧＴＣＣＧＧＣＧＧＧＣＡＧＧＡＴＴＴＧＡＡＣＣＴＧＣＧＣＣＡＴＧＣＧＧＡＴＴＴＡＧＡＧＴＣＣＧＣＣＧＴＴＣＴＧＣ（ＦＴａｍ１４；配列番号１２）。

第二のフラグメントを生成するために、Ｊ１７ ｔＲＮＡのポリヌクレオチド配列（配列番号８）と、ｔＲＮＡシンテターゼ Ｅ９をコードするポリヌクレオチド配列（配列番号４）と、アンバーコドン置換を有するヒト成長ホルモンをコードするポリヌクレオチド配列（配列番号１６）を含むプラスミドｐＥＴ１９ Ｊ１７ Ｅ９ｈＧＨを以下のセットのプライマーを用いる増幅のためのテンプレートとして用いた。

ＣＧＣＣＧＧＡＣＣＡＣＴＧＣＡＧＡＴＣＣＴＴＡＧＣＧＡＡＡＧＣＴＡＡＧＧＡＴＴＴＴＴＴＴＴＡＡＧＣ（フォワードプライマー；ＦＴａｍ１５；配列番号１３）およびＣＡＡＡＴＴＣＧＴＣＣＡＴＡＴＧＧＧＡＴＴＣＣ（ＦＴａｍ１６；配列番号１４）。フォワードプライマーを用いて、ｔＲＮＡの３’末端からプラスミドのＮｄｅＩ部位へ配列を伸長させた。得られた生成物をゲル精製した。

重複ＰＣＲの最終工程は、フォワードプライマーＧＴＡＡＣＧＣＴＧＡＡＴＴＣＣＣＧＧＣＧ（ＦＴａｍ１７，配列番号１５）、リバースプライマーＦＴａｍ１６（配列番号１４）、第一のフラグメントおよび第二のフラグメントに関与した。アセンブルした生成物を、ＥｃｏＲ ＩおよびＮｄｅ Ｉで消化し、および、ＥｃｏＲ ＩおよびＮｄｅ Ｉで消化したプラスミドｐＥＴ１９ Ｊ１７ Ｅ９ ｈＧＨに連結した。各々の構築物の配列を、配列決定によって確認して、Ｊ１７変異体ｔＲＮＡの各々についてのＤＮＡ配列を、配列番号１（Ｆ１２）、配列番号２（Ｆ１３）、および配列番号３（Ｆ１４）として示す。ｔＲＮＡは、これらの対応するリバースプライマーの後に命名した。

タンパク質発現
ｔＲＮＡ（Ｊ１７、Ｆ１２、Ｆ１３またはＦ１４）をコードするプラスミドを、Ｅ．ｃｏｌｉの１株および２株の細菌宿主細胞へ化学的な方法によって、各々形質転換して、５０μｇ／ｍｌのカルベニシリンを含有するＬＢアガープレート上にプレートした。このプレートを３７℃で一晩インキュベートした。各々のｔＲＮＡについて、単独のコロニーをピックアップして、５０μｇ／ｍｌのカルベニシリンを含有する１ｍｌの２×ＹＴ中における３７℃で一晩の培養を開始した。この１ｍｌの培養物を用いて、５０μｇ／ｍｌのカルベニシリンを含有する２つの１０ｍｌの２×ＹＴ培養物に３７℃で接種した。１つの１０ｍｌ培養物に、４ｍＭのパラ−アセチルフェニルアラニンを補充した。ＯＤ_６００＝０．７において、ｈＧＨ発現を０．４ｍＭのＩＰＴＧで誘導した。２５０ｒｐｍで３７℃で４時間の細胞培養後、この細胞を、５０００×ｇで５分間の遠心分離によって回収した。この細胞を、５μｇ／ｍｌのＤＮＡｓｅＩを補充したＢ−ＰＥＲ Ｒｅａｇｅｎｔ（Ｐｉｅｒｃｅ，Ｒｏｃｋｆｏｒｄ，ＩＬ）で溶解させた。総細胞溶解物を、４から１２％のＳＤＳ ＰＡＧＥによって分析した。

図２は、ＳＤＳ ＰＡＧＥによるＥ．ｃｏｌｉ株１の総細胞溶解物の分析を示す。ヒト成長ホルモンにおけるセレクターコドンの抑制は、Ｊ１７またはＪ１７変異体（Ｆ１２、Ｆ１３、Ｆ１４）ｔＲＮＡおよびアミノアシルｔＲＮＡシンテターゼＥ９を用いて行った。Ｊ１７変異体を保有する細胞は、Ｊ１７を保有する細胞よりもわずかに遅く成長した。４ｍＭのパラ−アセチルフェニルアラニンの非存在下でｔＲＮＡ変異体のＳＤＳ−ＰＡＧＥによって、全長ｈＧＨ生成物は観察されなかった。４ｍＭのパラ−アセチルフェニルアラニンの存在下で、各々のｔＲＮＡ変異体を用いて全長生成物を生成し、これによって、これらのｔＲＮＡ変異体ＲＳ Ｅ９対がＥ．ｃｏｌｉの機構に直交性であることが実証された。ＳＤＳ−ＰＡＧＥに基づいて、Ｊ１７変異体の抑制されたｈＧＨ収率は、Ｅ．ｃｏｌｉ株１においてＪ１７の収率よりも約１．５から２倍高かった。

１つのＪ１７変異体であるＦ１３を、図３に示されるようなアンバーサプレッションにためのＥ．ｃｏｌｉ株２細菌細胞系等においてさらに試験した。Ｅ．ｃｏｌｉ株２では、発現およびアンバーサプレッション収率は、Ｅ．ｃｏｌｉ株１における収率に対して低下した。パラ−アセチルフェニルアラニンの非存在下では、ＳＤＳ−ＰＡＧＥによって全長ｈＧＨ生成物は観察されなかった。４ｍＭのパラ−アセチルフェニルアラニンの存在下では、全長ｈＧＨが両方のｔＲＮＡについて観察された。ＳＤＳ−ＰＡＧＥに基づいて、Ｆ１３の抑制されたｈＧＨ収率は、Ｊ１７の収率よりも約３倍高かった。

約１．５Ｌの最終容積で、Ｊ１７およびＦ１３を比較する発酵の実施を行った。Ｊ１７ ｔＲＮＡをコードするプラスミドおよびＦ１３のｔＲＮＡをコードするプラスミドを各々Ｅ．ｃｏｌｉの株１に形質転換した。各々についての最終細胞密度は、１リットルあたり約１９０ｇの湿細胞であった。ｈＧＨの力価は、Ｊ１７クローンについては３４７ｍｇ／Ｌで、およびＦ１３クローンについては５４２ｍｇ／Ｌであった。

前述の本発明は、明確さおよび理解の目的のためにある程度詳細に記載してきたが、形態および詳細における種々の変化が、本発明の範囲から逸脱することなくなされ得るということは本開示を読めば当業者には明らかとなる。例えば、上記の全ての技術および装置は、種々の組み合わせで用いられ得る。全ての刊行物、特許、特許出願および／または本出願に引用される他の文書は、各々の個々の刊行物、特許、特許出願および／または他の文書が全ての目的のために参照により組み込まれるように個々に示されるかのような程度まで、全ての目的のために、この全体において参照により組み込まれる。

ＴΨＣステム変異部位でのＪ１７ ｔＲＮＡのクローバー葉構造が示される。 ヒト成長ホルモンにおけるアンバー変異体の抑制が、Ｊ１７またはＪ１７変異体（Ｆ１２、Ｆ１３、Ｆ１４）およびＥ９ ＲＳを用いて示される。各々のサンプルについての総細胞溶解物は、ＳＤＳ ＰＡＧＥによって分析された。 ヒト成長ホルモンにおけるアンバー変異の抑制が、Ｆ１３およびＥ９ ＲＳを用いて種々の細胞株で示される。

Claims (43)

1. 配列番号４、配列番号５のアミノ酸配列をコードするポリヌクレオチド配列及び配列番号１７のアミノ酸配列をコードするポリヌクレオチド配列からなる群より選択される核酸配列を有するアミノアシルｔＲＮＡシンテターゼ（ＲＳ）を含む組成物。
2. 前記ＲＳが優先的にｔＲＮＡをアミノアシル化する請求項１に記載の組成物。
3. 前記ｔＲＮＡが天然にはコードされないアミノ酸でアミノアシル化される請求項２に記載の組成物。
4. 前記天然にはコードされないアミノ酸がパラ−アセチルフェニルアラニンである請求項３に記載の組成物。
5. 請求項１に記載のＲＳおよびｔＲＮＡを含む組成物であり、前記ｔＲＮＡが化学的にアミノアシル化される組成物。
6. 請求項１に記載のＲＳおよびｔＲＮＡを含む組成物であり、前記ｔＲＮＡが酵素的にアミノアシル化される組成物。
7. 前記ｔＲＮＡがＲＳによって酵素的にアミノアシル化される請求項６に記載の組成物。
8. 前記ｔＲＮＡがリボザイムによって酵素的にアミノアシル化される請求項６に記載の組成物。
9. ｔＲＮＡをさらに含み、前記ｔＲＮＡがＲＳによってアミノ酸でアミノアシル化される請求項１に記載の組成物。
10. 前記アミノ酸が、天然にはコードされないアミノ酸である請求項９に記載の組成物。
11. 前記天然にはコードされないアミノ酸がパラアセチルフェニルアラニンである請求項１０に記載の組成物。
12. 前記ｔＲＮＡが古細菌ｔＲＮＡ由来である請求項９に記載の組成物。
13. 前記ｔＲＮＡがＭ．ｊａｎｎｅｓｃｈｉｉ由来である請求項９に記載の組成物。
14. 翻訳系をさらに含む請求項１に記載の組成物。
15. 前記翻訳系が無細胞翻訳系である請求項１４に記載の組成物。
16. 前記翻訳系が細胞溶解物である請求項１４に記載の組成物。
17. 前記翻訳系が再構成された系である請求項１４に記載の組成物。
18. 前記翻訳系が細胞翻訳系である請求項１４に記載の組成物。
19. 翻訳系を含む細胞であり、前記翻訳系が、請求項１に記載のＲＳを含む細胞。
20. 細胞が真核生物細胞である請求項１９に記載の細胞。
21. 真核生物細胞が酵母細胞である請求項２０に記載の細胞。
22. 真核生物細胞が真菌細胞である請求項２０に記載の細胞。
23. 真核生物細胞が哺乳動物細胞である請求項２０に記載の細胞。
24. 真核生物細胞が昆虫細胞である請求項２０に記載の細胞。
25. 真核生物細胞が植物細胞である請求項２０に記載の細胞。
26. 細胞が非真核生物細胞である請求項１９に記載の細胞。
27. 非真核生物細胞がＥ．ｃｏｌｉ細胞である請求項２６に記載の細胞。
28. ＲＳによってアミノアシル化されるｔＲＮＡおよび目的のポリペプチドをコードするポリヌクレオチドをさらに含み、前記ポリヌクレオチドが、ｔＲＮＡによって認識されるセレクターコドンを含む請求項１９に記載の細胞。
29. 前記目的のポリペプチドがヒト成長ホルモンである請求項２８に記載の細胞。
30. 請求項１に記載のＲＳを含むＥ．ｃｏｌｉ細胞。
31. 請求項１に記載のＲＳを含む酵母細胞。
32. 請求項１に記載のＲＳを含む真菌細胞。
33. 請求項１に記載のＲＳを含む哺乳動物細胞。
34. 請求項１に記載のＲＳを含む昆虫細胞。
35. 請求項１に記載のＲＳを含む植物細胞。
36. 配列番号４、配列番号５のアミノ酸配列をコードするポリヌクレオチド配列及び配列番号１７のアミノ酸配列をコードするポリヌクレオチド配列からなる群より選択される核酸配列を有するＲＳをコードするポリヌクレオチドを含むベクター。
37. ベクターが、プラスミド、コスミド、ファージまたはウイルスを含む請求項３６に記載のベクター。
38. ベクターが発現ベクターである請求項３６に記載のベクター。
39. 請求項３６に記載のベクターを含む細胞。
40. 特定の位置で選択されたアミノ酸を用いて細胞中でポリペプチドを産生する方法であって、前記方法は、
    適切な培地中で細胞を増殖させる工程であって、前記細胞が少なくとも１つのセレクターコドンを含み、および、あるポリペプチドをコードする核酸を含む工程と；および
    前記選択されたアミノ酸を提供する工程と、を含み；
    前記細胞がさらに、
    前記細胞中で機能する請求項１に記載の直交性ＲＳ（Ｏ−ＲＳ）であって、前記ＲＳが配列番号５及び配列番号１７からなる群より選択されるアミノ酸配列を有する、ＲＳと；
    および
    セレクターコドンを認識する直交性ｔＲＮＡ（Ｏ−ｔＲＮＡ）であって、前記Ｏ−ＲＳが選択されたアミノ酸でＯ−ｔＲＮＡをアミノアシル化する、ｔＲＮＡと；
    を含む方法。
41. 前記選択されたアミノ酸がパラ−アセチルフェニルアラニンである請求項４０に記載の方法。
42. 前記ポリペプチドがヒト成長ホルモンである請求項４０に記載の方法。
43. 配列番号４、配列番号５のアミノ酸配列をコードするポリヌクレオチド配列及び配列番号１７のアミノ酸配列をコードするポリヌクレオチド配列からなる群より選択される核酸配列を有するポリヌクレオチド。

Images