JP5370982B2 - Method for producing recombinant protease - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、組換えプロテアーゼの製造方法に関し、詳しくはプロテオーム解析に有用なV8プロテアーゼ等のプロテアーゼの遺伝子組換え技術を用いた供給方法に関する。 The present invention relates to a method for producing a recombinant protease, and more particularly to a method for supplying a protease such as V8 protease useful for proteome analysis using a gene recombination technique.
プロテアーゼは細胞内および細胞外タンパク質代謝に必須であり、また、細胞内シグナル伝達においても重要な働きをする。これらの生物学的な重要性の他に、タンパク質化学の分野では種々のプロテアーゼが研究のツールとして利用されている。最近では、ゲノム解析によりタンパク質データベースが充実し、切断したペプチドの質量分析を行うことにより、数千個のタンパク質を一挙に同定するプロテオーム解析が可能となっている。プロテオーム解析において、アルギニンとリジンのカルボキシル側のペプチド結合を特異的に切断するトリプシン、アルギニンのみに特異的なプロテアーゼ、および酸性アミノ酸、特にグルタミン酸のカルボキシル側を特異的に切断する黄色ブドウ球菌(Staphylococcus aureus)V8プロテアーゼ(GluV8、EC 3.4.21.19)が汎用されている。 Proteases are essential for intracellular and extracellular protein metabolism and also play an important role in intracellular signal transduction. In addition to their biological importance, various proteases are used as research tools in the field of protein chemistry. Recently, a protein database has been enriched by genome analysis, and it has become possible to perform proteomic analysis that identifies thousands of proteins at once by performing mass analysis of cleaved peptides. In proteome analysis, trypsin that specifically cleaves the peptide bond on the carboxyl side of arginine and lysine, a protease that is specific only for arginine, and Staphylococcus aureus that specifically cleaves the carboxyl side of acidic amino acids, particularly glutamic acid ) V8 protease (GluV8, EC 3.4.21.19) is widely used.
GluV8は界面活性剤であるドデシル硫酸ナトリウム(SDS)存在下でも酵素活性を保持するため、SDSを含むポリアクリルアミドゲル中のタンパク質への使用が可能である。GluV8は現在、産生細菌であるS. aureus V8株培養上清から精製された標品が市販されているが、大腸菌でリコンビナントプロテアーゼの発現が可能となればコストダウンがはかれる。さらに遺伝子改変によって、より高い活性や安定性を有する酵素分子の生産も可能となる。また、病原性細菌であるS. aureus由来の精製標品には、種々の病原因子の混入の可能性も否定できないことから、リコンビナント標品の発現および精製が可能になれば本酵素の利用範囲が広がるものと期待される。 Since GluV8 retains enzyme activity even in the presence of the surfactant sodium dodecyl sulfate (SDS), it can be used for proteins in polyacrylamide gels containing SDS. GluV8 is currently commercially available as a preparation purified from the culture supernatant of the producing bacterium S. aureus V8 strain, but the cost can be reduced if recombinant protease can be expressed in E. coli. Furthermore, genetic modification also makes it possible to produce enzyme molecules with higher activity and stability. In addition, the purified sample derived from the pathogenic bacterium S. aureus cannot be denied the possibility of contamination with various virulence factors, so if the recombinant sample can be expressed and purified, the scope of use of this enzyme Is expected to spread.
大腸菌を用いた遺伝子発現系において、カスパーゼなどの一部のプロテアーゼの産生が可能となっているものの、一般にGluV8を含む多くのプロテアーゼの発現は困難であると考えられている。その原因として、まず、大腸菌内で導入遺伝子の転写および翻訳が進行したとしても、高次構造の構築がうまくいかない可能性がある。特にジスルフィド結合を有する場合には、正しいペアを形成することは難しい。一方、正常なフォールディングが起きた場合は、発現したプロテアーゼの活性が宿主に毒性をもたらすと考えられている。 In gene expression systems using E. coli, although some proteases such as caspases can be produced, it is generally considered difficult to express many proteases including GluV8. As a cause of this, even if the transcription and translation of the transgene proceed in E. coli, there is a possibility that the construction of the higher order structure may not be successful. In particular, when it has a disulfide bond, it is difficult to form a correct pair. On the other hand, when normal folding occurs, the activity of the expressed protease is considered to cause toxicity to the host.
藪田ら(非特許文献1)は、成熟型GluV8のN末およびC末両側に外来性のアミノ酸配列を導入することにより、不溶性分子としてGluV8を大腸菌で発現させた。この発現法では、リコンビナント分子は沈殿物である封入体として発現されるため、これを精製後、可溶化、付加アミノ酸配列の切断、再生、その後にGluV8を精製するという煩雑な操作を要する(特許文献1)。可溶化(変性)−再生操作での活性プロテアーゼの収率は精製標品の20%であり高くはない。従って、より簡便かつ効率的な活性型プロテアーゼ発現法の確立は有意義である。 Hamada et al. (Non-Patent Document 1) expressed GluV8 in Escherichia coli as an insoluble molecule by introducing a foreign amino acid sequence on both the N-terminus and C-terminus of mature GluV8. In this expression method, the recombinant molecule is expressed as an inclusion body that is a precipitate, so that after purification, solubilization, cleavage of the additional amino acid sequence, regeneration, and subsequent purification of GluV8 are required (patented) Reference 1). The yield of active protease in the solubilization (denaturation) -regeneration operation is 20% of the purified sample and is not high. Therefore, establishment of a simpler and more efficient active protease expression method is meaningful.
GluV8は336アミノ酸よりなるトリプシンファミリーエンドペプチダーゼである(非特許文献2)。C末部分にPro-Asn(またはAsp)-Asnトリペプチドの12回繰り返し構造があるが(非特許文献3)、この配列は酵素活性や高次構造形成には関与していないとされている(非特許文献1)。S. aureusにおいてはプロテアーゼ活性を持たない不活性型として発現するが、サーモライシンファミリー酵素であるオーレオライシンによるプロセシングによりAsn68-Val69が切断され、268アミノ酸よりなる成熟型に変換する(非特許文献4)。 GluV8 is a trypsin family endopeptidase consisting of 336 amino acids (Non-patent Document 2). There is a 12-fold structure of Pro-Asn (or Asp) -Asn tripeptide at the C-terminal part (Non-Patent Document 3), but this sequence is not involved in enzyme activity or higher-order structure formation. (Non-Patent Document 1). In S. aureus, it is expressed as an inactive form having no protease activity, but Asn68-Val69 is cleaved by processing with aureolysin, a thermolysin family enzyme, and converted into a mature form consisting of 268 amino acids (Non-patent Document 4). ).
本発明者らは以前に、黄色ブドウ球菌GluV8の類縁酵素である表皮ブドウ球菌(Staphylococcus epidermidis)由来グルタミン酸特異的プロテアーゼ(GluSE)を精
製し、その遺伝子をクローニングした(非特許文献5)。GluSE遺伝子は282アミノ酸をコードし、予想される分子量は30,809であった。前記遺伝子は、GluV8に存在するC末端繰り返し配列はコードしていなかった(図1A)。
本発明の目的は、黄色ブドウ球菌V8プロテアーゼ等の有用プロテアーゼの安価で大量な供給手段の提供である。 The object of the present invention is to provide a cheap and large-scale supply means of useful proteases such as S. aureus V8 protease.
本発明者らがクローニングしたGluSEのアミノ酸配列(配列番号2)において、N末端のプレプロ配列(配列番号8)は66残基であり、GluV8のプレプロ配列(配列番号5)より2アミノ酸少なかった。さらに表皮ブドウ球菌が分泌するGluSEのN末端のプロセシング過程の解析の結果、GluSEのプレプロ配列(配列番号8)のうちプレ配列がMet1-Ala27(配列番号6)、プロ配列がLys28-Ser66(配列番号7)であることが明らかとなった(Ohara-Nemotoら、投稿準備中)。N末端プレプロ配列のプロセシングの結果、GluSEは216アミノ酸よりなる成熟分子となる。プロ配列の2残基とC末端のGluV8にユニークな繰り返し配列部分を除いてGluSEとGluV8のアミノ酸の相同性を比較すると、プレ配列、プロ配列、成熟分子領域でそれぞれ37%、20.7%、59.1%であり、プロ配列領域の相同性が最も低かった(図1B)。
本発明者らは、不活性型のGluSEを可溶性タンパク質として大腸菌発現系で大量生産することに成功し、GluSEのプレプロ配列は大腸菌のプロテアーゼで切断されないことを見出した。さらに、GluSEのプレプロ配列のin vitroプロセシングによる活性型プロテアーゼの精製方法を確立した。本発明者らは、かかる知見に基づいて、大腸菌の発現系において、GluV8の大量生産と精製にも成功し、本発明を完成するに至った。
さらに、本発明者らは、GluV8のプレプロ配列にも着目して本発明者らが開発した大腸菌発現系に活かすべく鋭意検討した結果、GluV8のプレプロ配列中の5つのアミノ酸を置換することによってもプロテアーゼを高収量で得ることに成功し、本発明を完成するに至った。
即ち、本願発明は、以下に示す通りである。
In the amino acid sequence of GluSE cloned by the present inventors (SEQ ID NO: 2), the N-terminal prepro sequence (SEQ ID NO: 8) was 66 residues, two amino acids less than the GluV8 prepro sequence (SEQ ID NO: 5). Furthermore, as a result of analysis of the N-terminal processing process of GluSE secreted by Staphylococcus epidermidis, the pre-sequence of GluSE (SEQ ID NO: 8) is Met1-Ala27 (SEQ ID NO: 6), and the pro-sequence is Lys28-Ser66 (sequence) No. 7) (Ohara-Nemoto et al., Preparing for submission). As a result of the processing of the N-terminal prepro sequence, GluSE becomes a mature molecule consisting of 216 amino acids. Comparing the amino acid homologies of GluSE and GluV8, excluding 2 residues of pro sequence and GluV8 unique to C-terminal, 37% and 20.7% of pre-sequence, pro-sequence and mature molecule region, respectively. 59.1%, the homology of the prosequence region was the lowest (FIG. 1B).
The present inventors succeeded in mass-producing inactive GluSE as a soluble protein in an E. coli expression system, and found that the prepro sequence of GluSE is not cleaved by E. coli protease. Furthermore, a method for purifying an active protease by in vitro processing of a prepro sequence of GluSE was established. Based on this finding, the present inventors succeeded in mass production and purification of GluV8 in an E. coli expression system, and completed the present invention.
Furthermore, as a result of diligent research to make use of the pre-pro sequence of GluV8 and to make use of the E. coli expression system developed by the present inventors, the present inventors have also replaced five amino acids in the pre-pro sequence of GluV8. The present inventors have succeeded in obtaining a protease in a high yield and completed the present invention.
That is, the present invention is as follows.
〔1〕大腸菌で作動可能なプロモーター、および表皮ブドウ球菌由来グルタミン酸特異的プロテアーゼのプレプロ配列をコードするヌクレオチドと成熟型プロテアーゼをコードするヌクレオチドとがインフレームで連結されたポリヌクレオチドを含む発現カセットを含有する、大腸菌で不活性型可溶性プロテアーゼを発現するベクター。
〔2〕前記プレプロ配列が配列番号8のアミノ酸配列を有するペプチドであるか、または少なくとも配列番号8の64位のチロシンから66位のセリンからなるアミノ酸配列を含むペプチドである、前記〔1〕記載の発現ベクター。
〔3〕前記成熟型プロテアーゼが黄色ブドウ球菌V8プロテアーゼである、前記〔1〕または〔2〕に記載の発現ベクター。
〔4〕大腸菌で作動可能なプロモーター、および黄色ブドウ球菌V8プロテアーゼのプレプロ配列を5アミノ酸置換した変異プレプロ配列をコードするヌクレオチドと成熟型プロテアーゼをコードするヌクレオチドとがインフレームで連結されたポリヌクレオチドを含む発現カセットを含有する、大腸菌で不活性型可溶性プロテアーゼを発現するベクター。
〔5〕前記変異プレプロ配列が配列番号17のアミノ酸配列を有するペプチドである、前記〔4〕記載の発現ベクター。
〔6〕前記成熟型プロテアーゼが黄色ブドウ球菌V8プロテアーゼである、前記〔4〕または〔5〕に記載の発現ベクター。
〔7〕前記発現カセットが、成熟型プロテアーゼのC末端にタグを付加するように、さらにタグコードヌクレオチドがインフレームで連結されているものである、前記〔1〕〜〔6〕いずれか1項に記載の発現ベクター。
〔8〕前記プロモーターがT5プロモーター/ラクトースオペレーターである、前記〔1〕〜〔7〕いずれか1項に記載の発現ベクター。
〔9〕前記黄色ブドウ球菌V8プロテアーゼがC末端のPro-Asp-AsnまたはPro-Asn-Asnからなる3アミノ酸の12回繰り返し配列を欠損したものである、前記〔3〕または〔6〕に記載の発現ベクター。
〔10〕前記〔1〕〜〔9〕いずれか1項に記載の発現ベクターを含む形質転換体。
〔11〕下記工程:
前記〔10〕記載の形質転換体を培養する工程、
培養工程で得られた培養物を回収する工程、および
回収した培養物からプロテアーゼを精製する工程
を含む、不活性型プロテアーゼの製造方法。
〔12〕下記工程:
前記〔10〕記載の形質転換体を培養する工程、
培養工程で得られた培養物を回収する工程、
回収した培養物からプロテアーゼを精製する工程、および
精製したプロテアーゼを酵素処理して、プレプロ配列を切断する工程
を含む、活性型プロテアーゼの製造方法。
〔13〕表皮ブドウ球菌由来グルタミン酸特異的プロテアーゼのプレプロ配列をコードするヌクレオチドを含有する、大腸菌で不活性型可溶性タンパク質を製造するためのベクター。
〔14〕前記プレプロ配列が配列番号8のアミノ酸配列を有するペプチドであるか、または少なくとも配列番号8の64位のチロシンから66位のセリンからなるアミノ酸配列を含むペプチドである、前記〔13〕記載のベクター。
〔15〕黄色ブドウ球菌V8プロテアーゼのプレプロ配列を5アミノ酸置換した変異プレプロ配列をコードするヌクレオチドを含有する、大腸菌で不活性型可溶性タンパク質を製造するためのベクター。
〔16〕前記変異プレプロ配列が配列番号17のアミノ酸配列を有するペプチドである、前記〔15〕記載のベクター。
[1] A promoter operable in Escherichia coli, and an expression cassette containing a polynucleotide in which a nucleotide encoding a prepro sequence of a glutamate-specific protease derived from Staphylococcus epidermidis and a nucleotide encoding a mature protease are linked in frame A vector expressing an inactive soluble protease in E. coli.
[2] The above [1], wherein the prepro sequence is a peptide having the amino acid sequence of SEQ ID NO: 8, or a peptide comprising an amino acid sequence consisting of at least the tyrosine at position 64 to the serine at position 66 of SEQ ID NO: 8. Expression vector.
[3] The expression vector according to [1] or [2], wherein the mature protease is S. aureus V8 protease.
[4] A polynucleotide comprising a promoter operable in E. coli and a nucleotide encoding a mutant prepro sequence obtained by substituting 5 amino acids of the prepro sequence of S. aureus V8 protease and a nucleotide encoding a mature protease linked in frame. A vector for expressing an inactive soluble protease in E. coli, comprising an expression cassette.
[5] The expression vector according to [4] above, wherein the mutated prepro sequence is a peptide having the amino acid sequence of SEQ ID NO: 17.
[6] The expression vector according to [4] or [5], wherein the mature protease is S. aureus V8 protease.
[7] Any one of [1] to [6] above, wherein the expression cassette further comprises a tag-encoding nucleotide linked in frame so as to add a tag to the C-terminus of the mature protease. The expression vector described in 1.
[8] The expression vector according to any one of [1] to [7], wherein the promoter is a T5 promoter / lactose operator.
[9] The above [3] or [6], wherein the S. aureus V8 protease lacks a 12 amino acid repeat sequence of 3 amino acids consisting of C-terminal Pro-Asp-Asn or Pro-Asn-Asn. Expression vector.
[10] A transformant comprising the expression vector according to any one of [1] to [9].
[11] The following steps:
Culturing the transformant according to [10] above,
A method for producing an inactive protease, comprising: recovering a culture obtained in the culture step; and purifying a protease from the recovered culture.
[12] The following steps:
Culturing the transformant according to [10] above,
Collecting the culture obtained in the culturing step;
A method for producing an active protease, comprising a step of purifying a protease from a collected culture, and a step of cleaving the prepro sequence by enzymatic treatment of the purified protease.
[13] A vector for producing an insoluble soluble protein in Escherichia coli containing a nucleotide encoding a prepro sequence of a glutamic acid-specific protease derived from Staphylococcus epidermidis.
[14] The above [13], wherein the prepro sequence is a peptide having the amino acid sequence of SEQ ID NO: 8 or a peptide comprising an amino acid sequence consisting of at least the tyrosine at position 64 to the serine at position 66 of SEQ ID NO: 8. Vector.
[15] A vector for producing an insoluble soluble protein in Escherichia coli, which contains a nucleotide encoding a mutant prepro sequence obtained by substituting the prepro sequence of S. aureus V8 protease with 5 amino acids.
[16] The vector according to [15], wherein the mutated prepro sequence is a peptide having the amino acid sequence of SEQ ID NO: 17.
本発明の発現ベクターによると、大腸菌の発現系では切断されないGluSEのプレプロ配列またはGluV8の変異プレプロ配列を目的タンパク質(成熟プロテアーゼ)のN末端に連結可能な発現カセットを含むことから、不活性型でしかも可溶性のキメラタンパク質、好ましくは外来性の不活性型プロテアーゼを大量に生産することが可能である。本発明の形質転換体によると、前記発現ベクターを含むことから、培養中に目的のキメラタンパク質または組換えタンパク質を封入体ではなく容易に可溶化できる形態で製造可能である。本発明の形質転換体を用いたプロテアーゼの製造方法によると、不活性型可溶性プロテアーゼを大量かつ容易に得ることができ、プロテオーム解析等の酵素として大量供給が可能である。さらに、本発明により製造されたGluV8のプロテアーゼ活性は、GluSEのプロテアーゼ活性より高く、GluV8の方がより利用価値が高いことも明らかとなった。 The expression vector of the present invention contains an expression cassette that can link a GluSE prepro sequence or a GluV8 mutant prepro sequence that is not cleaved in an E. coli expression system to the N-terminus of the target protein (mature protease). Moreover, it is possible to produce a large amount of a soluble chimeric protein, preferably an exogenous inactive protease. According to the transformant of the present invention, since the expression vector is included, the target chimeric protein or recombinant protein can be produced in a form that can be easily solubilized instead of inclusion bodies during culture. According to the method for producing a protease using the transformant of the present invention, a large amount of inactive soluble protease can be easily obtained, and a large amount can be supplied as an enzyme for proteome analysis or the like. Furthermore, it was also clarified that the protease activity of GluV8 produced according to the present invention is higher than that of GluSE, and that GluV8 has a higher utility value.
本発明は、大腸菌で作動可能なプロモーター、および表皮ブドウ球菌由来グルタミン酸特異的プロテアーゼのプレプロ配列をコードするヌクレオチドと成熟型プロテアーゼをコードするヌクレオチドとがインフレームで連結されたポリヌクレオチドを含む発現カセットを含有する、大腸菌で不活性型可溶性プロテアーゼを発現するベクターを提供する。 The present invention relates to an expression cassette comprising a promoter operable in E. coli, and a polynucleotide in which a nucleotide encoding a prepro sequence of a glutamate-specific protease derived from Staphylococcus epidermidis and a nucleotide encoding a mature protease are linked in frame. A vector for expressing an inactive soluble protease in E. coli is provided.
本発明の発現ベクターに含まれる発現カセットの最大の特徴は、表皮ブドウ球菌由来グルタミン酸特異的プロテアーゼのプレプロ配列をコードするヌクレオチドを構成要素として含むことにある。 The greatest feature of the expression cassette contained in the expression vector of the present invention is that it contains a nucleotide encoding a prepro sequence of a glutamic acid-specific protease derived from Staphylococcus epidermidis as a constituent element.
表皮ブドウ球菌由来グルタミン酸特異的プロテアーゼとは、本発明者らがクローニングしたプロテアーゼであって(Ohara-Nemoto, et al., Microb. Pathog. 33, 33-41 (2002))、その塩基配列およびアミノ酸配列(配列番号2)はGenbankに登録されており(AB096695)、公知である。 The glutamate-specific protease derived from Staphylococcus epidermidis is a protease cloned by the present inventors (Ohara-Nemoto, et al., Microb. Pathog. 33, 33-41 (2002)), its base sequence and amino acid. The sequence (SEQ ID NO: 2) is registered in Genbank (AB096695) and is publicly known.
GluSEのプレプロ配列とは、成熟型プロテアーゼのN末端に連結された状態で当該プロテアーゼの活性を不活化し、切断されることにより当該プロテアーゼを活性化させる調節機能を有するペプチドをいう。具体的には、配列番号8に記載のアミノ酸配列(配列番号2の1位〜66位のアミノ酸配列)を有するペプチドがあげられる。GluSEのプレプロ配列は、前記調節機能を有する限り、配列番号8に記載のアミノ酸配列において、1または数個(好ましくは1〜5個、より好ましくは1〜3個)のアミノ酸の置換、欠失、挿入等の変異が導入された配列を有するペプチドであってもよい。プレプロ配列のアミノ酸配列の変異の例としては、実施例に記載のような配列番号8に記載の1位のメチオニンと2位のリジンの間にGly-Gly-Serの3アミノ酸の挿入がなされたプレプロ配列があげられる。 The pre-pro sequence of GluSE refers to a peptide having a regulatory function that inactivates the activity of the protease while being linked to the N-terminus of the mature protease and activates the protease by being cleaved. Specifically, a peptide having the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 8 (amino acid sequence at positions 1 to 66 of SEQ ID NO: 2) can be mentioned. As long as the prepro sequence of GluSE has the regulatory function, substitution or deletion of one or several (preferably 1 to 5, more preferably 1 to 3) amino acids in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 8 Or a peptide having a sequence into which a mutation such as insertion has been introduced. As an example of the mutation of the amino acid sequence of the prepro sequence, 3 amino acids of Gly-Gly-Ser were inserted between methionine at position 1 and lysine at position 2 as shown in SEQ ID NO: 8 as described in Examples. A prepro sequence is mentioned.
また、本発明においては、本質的に配列番号6に記載の27個のアミノ酸配列(配列番号2の1位〜27位のアミノ酸配列)からなるペプチドをGluSEのプレ配列という。また、本発明においては、本質的に配列番号7に記載の39個のアミノ酸配列(配列番号2の28位〜66位のアミノ酸配列)からなるペプチドをGluSEのプロ配列という。 In the present invention, a peptide consisting essentially of the 27 amino acid sequence described in SEQ ID NO: 6 (the amino acid sequence at positions 1 to 27 of SEQ ID NO: 2) is referred to as a GluSE pre-sequence. In the present invention, a peptide consisting essentially of the 39 amino acid sequence described in SEQ ID NO: 7 (amino acid sequence at positions 28 to 66 of SEQ ID NO: 2) is referred to as a GluSE pro-sequence.
酵素活性を阻害する機能を有する短縮型変異プロ配列(truncated prosequence)として次の5種類の配列が同様に有効であることを確認した。(1) Ser33-Ser66、(2) Ile49-Ser66、(3) Ile56-Ser66、(4) Asn61-Ser66、(5) Tyr64-Ser66
したがって、前記プレプロ配列は、そのC末端側に位置するプロテアーゼの活性を大腸菌での発現において不活性化させておく機能を有する点から、配列番号8のアミノ酸配列を有するペプチドであってもよいが、少なくとも配列番号8の64位のチロシンから66位のセリンからなるアミノ酸配列を含むペプチドであってもよい。
It was confirmed that the following five types of sequences were similarly effective as truncated mutant prosequences having a function of inhibiting enzyme activity. (1) Ser33-Ser66, (2) Ile49-Ser66, (3) Ile56-Ser66, (4) Asn61-Ser66, (5) Tyr64-Ser66
Therefore, the prepro sequence may be a peptide having the amino acid sequence of SEQ ID NO: 8 from the viewpoint of having a function of inactivating the activity of the protease located on the C-terminal side in expression in E. coli. Or a peptide comprising an amino acid sequence consisting of at least tyrosine at position 64 to serine at position 66 of SEQ ID NO: 8.
また、本発明は、大腸菌で作動可能なプロモーター、および黄色ブドウ球菌V8プロテアーゼのプレプロ配列を5アミノ酸置換した変異プレプロ配列をコードするヌクレオチドと成熟型プロテアーゼをコードするヌクレオチドとがインフレームで連結されたポリヌクレオチドを含む発現カセットを含有する、大腸菌で不活性型可溶性プロテアーゼを発現するベクターも提供する。 In the present invention, a promoter operable in E. coli and a nucleotide encoding a mutant prepro sequence obtained by substituting 5 amino acids of the S. aureus V8 protease prepro sequence and a nucleotide encoding a mature protease are linked in frame. Also provided is a vector for expressing an inactive soluble protease in E. coli containing an expression cassette comprising the polynucleotide.
本発明において黄色ブドウ球菌V8プロテアーゼ(EC 3.4.21.19、Genbank登録番号:Y00356、成熟体の例として、配列番号1の69位〜336位のアミノ酸配列を有するタンパク質、以下、「GluV8」と省略する場合がある)のプレプロ配列とは、成熟型プロテアーゼのN末端に連結された状態で当該プロテアーゼの活性を不活化し、切断されることにより当該プロテアーゼを活性化させる調節機能を有するペプチドをいう。具体的には、配列番号5に記載のアミノ酸配列(配列番号1の1位〜68位のアミノ酸配列)を有するペプチドがあげられる。また、GluV8のプレプロ配列は、そのN末端側をプレ配列(具体例として、配列番号3に記載のアミノ酸配列を有するペプチド)、そのC末端側をプロ配列(具体例として、配列番号4に記載のアミノ酸配列を有するペプチド)として分けることもできる。 In the present invention, Staphylococcus aureus V8 protease (EC 3.4.21.19, Genbank accession number: Y00356, as an example of a mature form, a protein having an amino acid sequence at positions 69 to 336 of SEQ ID NO: 1, hereinafter abbreviated as “GluV8”. The prepro sequence in some cases) refers to a peptide having a regulatory function that inactivates the activity of the protease while being linked to the N-terminus of the mature protease, and activates the protease by being cleaved. Specific examples include a peptide having the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 5 (amino acid sequence at positions 1 to 68 in SEQ ID NO: 1). The prepro sequence of GluV8 has a pre-sequence at its N-terminal side (specifically, a peptide having the amino acid sequence described in SEQ ID NO: 3), and a pro-sequence at its C-terminal side (specifically, described in SEQ ID NO: 4). It is also possible to classify them as peptides having the amino acid sequence of
GluV8の変異プレプロ配列とは、成熟型プロテアーゼのN末端に連結された状態で当該プロテアーゼの活性を不活化し、切断されることにより当該プロテアーゼを活性化させる調節機能を有するペプチドであって、大腸菌の発現系では切断されないようにそのアミノ酸配列が置換されたペプチドをいう。GluV8の変異型プレプロ配列は、配列番号5に記載のアミノ酸配列において、少なくとも4アミノ酸の置換、好ましくは5アミノ酸の置換、より好ましくはプロ配列(配列番号5の28位〜68位のアミノ酸配列)中の5アミノ酸の置換が導入された配列である。5アミノ酸置換の好ましい具体例として、GluV8の変異型プレプロ配列は、MKGKFLKVSSLFVATLTTATLVSSPAANALSSKAMHNHPQQTQSSKQQTPKIQKGGNLKPLQQRSHPS(配列番号17)に記載のアミノ酸配列を有するペプチドである。GluV8の変異プレプロ配列は、前記機能を有する限り、配列番号17に記載のアミノ酸配列において、さらに1または数個(好ましくは1〜5個、より好ましくは1〜3個)のアミノ酸の置換、欠失、挿入等の改変が導入された配列を有するペプチドであってもよい。GluV8の変異プレプロ配列のアミノ酸配列のさらなる改変の例としては、1位のMetと2位のLysの間に発現ベクター由来の3アミノ酸が挿入されたもの(図6b参照)などがあげられる。また、別の改変の例として、配列番号17に記載のアミノ酸配列を有するペプチドにおいて、67位のProをAlaに置換して67位を野生型のGluV8のアミノ酸に戻した4アミノ酸置換の変異型プレプロ配列があげられる。 The mutated prepro sequence of GluV8 is a peptide having a regulatory function that activates the protease by inactivating and cleaving the activity of the protease while being linked to the N-terminus of the mature protease, In this expression system, the amino acid sequence is substituted so that it is not cleaved. The mutated prepro sequence of GluV8 is a substitution of at least 4 amino acids, preferably a substitution of 5 amino acids, more preferably a pro sequence (amino acid sequence at positions 28 to 68 in SEQ ID NO: 5) in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 5. It is a sequence in which substitution of 5 amino acids is introduced. As a preferable specific example of the 5-amino acid substitution, the mutated prepro sequence of GluV8 is a peptide having the amino acid sequence described in MKGKFLKVSSLFVATLTTATLVSSPAANALSSKAMHNHPQQTQSSKQQTPKIQKGGNLKPLQQRSHPS (SEQ ID NO: 17). As long as the GluV8 mutant prepro sequence has the above-mentioned function, the amino acid sequence of SEQ ID NO: 17 is further substituted with one or several amino acids (preferably 1 to 5, more preferably 1 to 3). It may be a peptide having a sequence into which a modification such as deletion or insertion has been introduced. Examples of further modification of the amino acid sequence of the mutated prepro sequence of GluV8 include those in which 3 amino acids derived from an expression vector are inserted between Met at position 1 and Lys at position 2 (see FIG. 6b). As another example of modification, in the peptide having the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 17, a 4-amino acid substitution mutant in which Pro at position 67 is replaced with Ala and position 67 is returned to the wild-type GluV8 amino acid. A prepro sequence is mentioned.
本発明において、発現対象のプロテアーゼとしては、タンパク質の解析および調製に適したプロテアーゼのみならず、様々な産業で利用可能なあらゆるプロテアーゼ、例えば、アミノペプチダーゼ、カルボキシペプチダーゼ、ジペプチジルペプチダーゼ、シグナルペプチダーゼ、金属エンドペプチダーゼがあげられる。 In the present invention, the protease to be expressed is not only a protease suitable for protein analysis and preparation, but also any protease available in various industries, such as aminopeptidase, carboxypeptidase, dipeptidylpeptidase, signal peptidase, metal Endopeptidase.
好ましいプロテアーゼとしては、これまで組換えタンパク質として製造が困難であったプロテアーゼの例として黄色ブドウ球菌V8プロテアーゼ(EC 3.4.21.19、Genbank登録番号:Y00356、成熟体の例として、配列番号1の69位〜336位のアミノ酸配列を有するタンパク質)およびS. warneri由来グルタミン酸特異的プロテアーゼ(EC 3.4.21.9、Genbank登録番号:AJ293885、Yokoi K et al., Gene, 281, 115-122 (2001)、例えば配列番号18のアミノ酸配列を有するたんぱく質)、血液凝固-線溶系のプロテアーゼとして、Factor Xa (EC 3.4.21.6)、プラスミン (EC 3.4.21.7)、組織型プラスミノゲン活性化因子(t-PA, EC 3.4.21.68)あるいはウロキナーゼ(u-PA, EC 3.4.21.73)、トロンビン (EC 3.4.21.5)、細胞培養に汎用されるコラゲナーゼ(EC 3.4.24.3)、歯周病原性細菌Porphyromonas gingivalis由来のアルギニン特異的プロテアーゼ(アルギニルジンジパイン(Rgp1、Rgp2))、リジン特異的プロテアーゼ(リジルジンジパイン(Kgp))などがあげられる。かかるプロテアーゼをコードするヌクレオチドは、開示された塩基配列またはアミノ酸配列に基づいて、自体公知の方法により得ることができる。 As a preferred protease, S. aureus V8 protease (EC 3.4.21.19, Genbank accession number: Y00356, as an example of a matured product, position 69 of SEQ ID NO: 1 has been difficult to produce as a recombinant protein so far. A protein having an amino acid sequence at position 336) and a glutamate specific protease from S. warneri (EC 3.4.21.9, Genbank accession number: AJ293885, Yokoi K et al., Gene, 281, 115-122 (2001), eg sequence) Protein having the amino acid sequence of No. 18), blood coagulation-fibrinolytic protease, Factor Xa (EC 3.4.21.6), plasmin (EC 3.4.21.7), tissue type plasminogen activator (t-PA, EC 3.4. 21.68) or urokinase (u-PA, EC 3.4.21.73), thrombin (EC 3.4.21.5), collagenase commonly used in cell culture (EC 3.4.24.3), and algi from periodontopathic bacteria Porphyromonas gingivalis Down specific protease (arginyl Jinji Pine (Rgp1, Rgp2)), such as lysine-specific protease (lysyl Jinji Pine (Kgp)) and the like. A nucleotide encoding such a protease can be obtained by a method known per se based on the disclosed base sequence or amino acid sequence.
好ましいプロテアーゼとしてGluV8(成熟体の例として、配列番号1の69位〜336位のアミノ酸配列を有するタンパク質)を選択した場合、当該プロテアーゼのC末端側のPro-Asp-AsnまたはPro-Asn-Asnからなる3アミノ酸の繰り返し配列を欠損した改変GluV8であってもよい。改変GluV8の例としては、前記繰り返し配列の全部欠損体または一部欠損体のいずれであってもよい。前記繰り返し配列の数は、配列番号1の69位〜336位のアミノ酸配列を有するGluV8の場合12個(289位〜324位のアミノ酸配列に相当)であり、全部欠損体の場合は12個の繰り返し配列の欠損を有し、一部欠損体の場合は1〜11個のいずれかの繰り返し配列の欠損を有するものである。かかる改変プロテアーゼをコードするヌクレオチドは、当該技術分野で用いられる遺伝子組み換え技術により得ることができる。 When GluV8 (a protein having an amino acid sequence of positions 69 to 336 of SEQ ID NO: 1 as an example of a mature form) is selected as a preferred protease, Pro-Asp-Asn or Pro-Asn-Asn on the C-terminal side of the protease The modified GluV8 lacking the repeating sequence of 3 amino acids consisting of An example of the modified GluV8 may be either a complete deletion or partial deletion of the repetitive sequence. The number of the repetitive sequences is 12 in the case of GluV8 having the amino acid sequence of positions 69 to 336 of SEQ ID NO: 1 (corresponding to the amino acid sequence of positions 289 to 324), and 12 in the case of all deletions. It has a defect in the repeated sequence, and in the case of a partial defect, it has a defect in any of 1 to 11 repeated sequences. Nucleotides encoding such modified proteases can be obtained by genetic recombination techniques used in the art.
発現対象のプロテアーゼの精製を容易にならしめるためには、当該プロテアーゼのC末端にタグを付加するように発現カセットを設計することが好ましい。この場合、前記発現カセットは、成熟型プロテアーゼコードヌクレオチドの3’側にさらにタグコードヌクレオチドがインフレームで連結されている。 In order to facilitate the purification of the protease to be expressed, it is preferable to design the expression cassette so that a tag is added to the C-terminus of the protease. In this case, in the expression cassette, a tag coding nucleotide is further linked in frame to the 3 'side of the mature protease coding nucleotide.
前記タグとしては、組換えタンパク質の精製に使用されているタグが制限なく用いられ、Hisタグ、Mycタグ、グルタチオンSトランスフェラーゼ(GST)、緑色蛍光タンパク質(GFP)、FLAG、マルトース結合タンパク質(MBP)などがあげられるが、タグ部分の分子量が最も小さいこと、変性状態でも精製が可能であること、及び精製にかかるコストが安価であることからの理由により、Hisタグが好ましい。 As the tag, a tag used for purification of a recombinant protein is used without limitation, and His tag, Myc tag, glutathione S transferase (GST), green fluorescent protein (GFP), FLAG, maltose binding protein (MBP) The His tag is preferred because the tag portion has the smallest molecular weight, can be purified even in a denatured state, and the cost for purification is low.
発現カセットに含まれる「大腸菌で作動可能なプロモーター」としては、特に限定されるものではなく、公知の大腸菌発現用ベクターに組み込まれて使用されているあらゆるプロモーターを使用することができる。本発明の発現対象のプロテアーゼは、常時発現した場合に宿主大腸菌に対して毒性をもたらすことが予測されるので、プロモーターとオペレーター/サプレッサーの組合せからなるプロモーターが好ましく、ラクトースプロモーター/ラクトースサプレッサーが好適な例としてあげられる。かかるプロモーターは、市販の発現ベクターから切り出して使用することもでき、自体公知の方法により得ることができる。特に、pQE−60(キアゲン社製)は、強力なT5プロモーターに続いて2つのラクトースオペレーター、その下流に位置するマルチクローニングサイト、およびHisタグコード配列を含み、発現産物のC末端にHisタグを付加することが可能な大腸菌発現ベクターであるので、本発明の発現ベクターの構築に好適に利用することができる。 The “promoter operable in E. coli” contained in the expression cassette is not particularly limited, and any promoter incorporated in a known E. coli expression vector can be used. Since the protease to be expressed of the present invention is expected to cause toxicity to host E. coli when expressed constantly, a promoter comprising a combination of a promoter and an operator / suppressor is preferable, and a lactose promoter / lactose suppressor is preferable. Take an example. Such a promoter can be cut out from a commercially available expression vector and used by a method known per se. In particular, pQE-60 (Qiagen) contains a strong T5 promoter followed by two lactose operators, a downstream multicloning site, and a His tag coding sequence, with a His tag at the C-terminus of the expression product. Since it is an E. coli expression vector that can be added, it can be suitably used for the construction of the expression vector of the present invention.
発現カセットの構築は、前記プロモーターと各種ヌクレオチドがインフレームに連結されるように行う。このような連結方法は、当該技術分野で公知であり、当業者であれば自体公知の方法に従って発現カセットを作製することができる。発現カセットがインフレームで連結する場合、連結部位に追加のコドンが生じてもよい。 The expression cassette is constructed so that the promoter and various nucleotides are linked in-frame. Such a linking method is known in the art, and a person skilled in the art can prepare an expression cassette according to a method known per se. If the expression cassette is linked in frame, additional codons may occur at the linking site.
本発明の発現ベクターは、前記発現カセットを含み、かつ大腸菌で機能する限り、プラスミドベクター、ファージベクターのいずれのバックボーンでも構わない。扱いやすさの点から、プラスミドベクターが好ましい。前記pQE−60を用いて構築された発現ベクターがより好ましい。 The expression vector of the present invention may be any backbone of a plasmid vector or a phage vector as long as it contains the expression cassette and functions in E. coli. From the viewpoint of ease of handling, a plasmid vector is preferable. An expression vector constructed using the pQE-60 is more preferred.
本発明の発現ベクターは、形質転換体のスクリーニングが容易なように、さらに薬剤耐性遺伝子を含んでいてもよい。薬剤耐性遺伝子としては、アンピシリン耐性遺伝子、テトラサイクリン耐性遺伝子、カナマイシン耐性遺伝子、クロラムフェニコール耐性遺伝子、エリスロマイシン耐性遺伝子等があげられるが、これらに限定されるものではない。 The expression vector of the present invention may further contain a drug resistance gene so that screening of transformants is easy. Examples of drug resistance genes include, but are not limited to, ampicillin resistance genes, tetracycline resistance genes, kanamycin resistance genes, chloramphenicol resistance genes, erythromycin resistance genes, and the like.
本発明の形質転換体は、前記発現ベクターを含むことを特徴とする。 The transformant of the present invention includes the expression vector.
形質転換対象の宿主としては、外来性のタンパク質を発現可能なあらゆる大腸菌を用いることができ、具体的には、Y1090、BL21、M15、SG13009、TG1、XL1-Blueがあげられる。 As a host to be transformed, any Escherichia coli capable of expressing a foreign protein can be used, and specific examples include Y1090, BL21, M15, SG13009, TG1, and XL1-Blue.
本発明の形質転換体は、自体公知の方法により、前記発現ベクターで前記宿主を形質転換することにより得られる。 The transformant of the present invention can be obtained by transforming the host with the expression vector by a method known per se.
このようにして得られた形質転換体を用いて、不活性型組換えプロテアーゼを製造することができる。かかる製造方法は、下記工程を含むことを特徴とする:
(1)本発明の形質転換体を培養する工程、
(2)培養工程で得られた培養物を回収する工程、および
(3)回収した培養物からプロテアーゼを精製する工程。
An inactive recombinant protease can be produced using the transformant thus obtained. Such a manufacturing method is characterized by including the following steps:
(1) culturing the transformant of the present invention,
(2) a step of recovering the culture obtained in the culture step, and (3) a step of purifying protease from the recovered culture.
(1)本発明の形質転換体を培養する工程
形質転換体の培養方法は、由来する宿主に応じて、培地、培養条件を適宜設定することができる。例えば、pQE−60をバックボーンとする発現ベクターを含む形質転換体の場合、適当な抗生剤を含むLB培地、37℃で一晩振とう培養した菌液を同培地で3倍希釈し、600nmの吸光度が0.5〜0.7に達するまで37℃で激しく振とう培養する。β-イソプロピルガラクトピラノシド(最終濃度が0.2mM)を添加し、30℃で5時間培養する。
(1) Step of culturing the transformant of the present invention In the method for culturing a transformant, a medium and culture conditions can be appropriately set according to the host from which the transformant is derived. For example, in the case of a transformant containing an expression vector having pQE-60 as a backbone, an LB medium containing an appropriate antibiotic and a bacterial solution shaken overnight at 37 ° C. are diluted 3-fold with the same medium to obtain a 600 nm Incubate vigorously at 37 ° C. until the absorbance reaches 0.5-0.7. Add β-isopropylgalactopyranoside (final concentration 0.2 mM) and incubate at 30 ° C. for 5 hours.
(2)培養工程で得られた培養物を回収する工程
培養物は、前記培養工程の培養液を遠心分離して回収する。遠心分離の条件は、通常、4,000xgで、10分である。
(2) Step of recovering the culture obtained in the culturing step The culture is recovered by centrifuging the culture solution of the culturing step. The centrifugation conditions are usually 4,000 × g and 10 minutes.
(3)回収した培養物からプロテアーゼを精製する工程
回収した培養物(菌体)は、溶解緩衝液(例、リゾチーム、ロイペプチン等を含むトリス緩衝液(pH約8))中で凍結融解等により大腸菌を溶解し、遠心分離して上清を回収する。これにより、本発明の発現ベクターから産生される不活性型プロテアーゼは、可溶化され、上清中に存在する。上清中の不活性型プロテアーゼは、タンパク質の精製に通常使用されるクロマトグラフィー等を用いて自体公知の方法により単離、精製することができる。不活性型プロテアーゼのC末端にタグが付加されている場合、当該タグに対するアフィニティークロマトグラフィーにより、容易に単離、精製することができるので好ましい。例えば、Hisタグが付加されたプロテアーゼは、抗Hisタグ抗体結合樹脂またはニッケル結合樹脂を用いたアフィニティークロマトグラフィーにより単離、精製する。
(3) Step of purifying protease from the collected culture The collected culture (cells) is frozen and thawed in a lysis buffer (eg, Tris buffer (pH about 8) containing lysozyme, leupeptin, etc.). E. coli is lysed and centrifuged to collect the supernatant. As a result, the inactive protease produced from the expression vector of the present invention is solubilized and present in the supernatant. The inactive protease in the supernatant can be isolated and purified by a method known per se using chromatography or the like commonly used for protein purification. When a tag is added to the C-terminus of an inactive protease, it is preferable because it can be easily isolated and purified by affinity chromatography for the tag. For example, a protease to which a His tag is added is isolated and purified by affinity chromatography using an anti-His tag antibody-binding resin or a nickel-binding resin.
このようにして得られた不活性型組換えプロテアーゼは、自己消化等を起こしにくいので、長期の保存が可能である。必要に応じて、不活性型プロテアーゼを下記工程に供することにより、活性型プロテアーゼを用時に提供することができる。本発明は、活性型プロテアーゼの製造方法も提供する。かかる製造方法は、上記(1)〜(3)の工程に加え、下記工程(4)を含む。 The inactive recombinant protease obtained in this manner is less likely to cause self-digestion and the like, and can be stored for a long time. If necessary, the active protease can be provided at the time of use by subjecting the inactive protease to the following steps. The present invention also provides a method for producing an active protease. This manufacturing method includes the following step (4) in addition to the steps (1) to (3).
(4)精製したプロテアーゼを酵素処理して、プレプロ配列を切断する工程
本工程において、プレプロ配列を切断可能な酵素を用いて、前記工程(3)で得られた不活性型プロテアーゼを処理する。用いる酵素としては、サーモライシン、キモトリプシン、トリプシン等があげられる。
サーモライシンを用いてプレプロ配列を切断する条件としては、精製リコンビナントタンパク質に重量比50:1でサーモライシンを添加し、10 mMホウ酸緩衝液(pH 8)、2 mM CaSO4、0.005% TritonX100中で、36℃、4時間の反応が例示される。
(4) Step of cleaving the prepro sequence by enzymatic treatment of the purified protease In this step, the inactive protease obtained in the step (3) is treated using an enzyme capable of cleaving the prepro sequence. Examples of the enzyme to be used include thermolysin, chymotrypsin, trypsin and the like.
The conditions for cleaving the prepro sequence with thermolysin include adding thermolysin at a weight ratio of 50: 1 to the purified recombinant protein, and in 10 mM borate buffer (pH 8), 2 mM CaSO 4 , 0.005% TritonX100. The reaction at 36 ° C. for 4 hours is exemplified.
GluSEのプレプロ配列の所在と、当該配列は大腸菌に通常存在するプロテアーゼでは切断されないことが本発明者らにより解明されたので、GluSEのプレプロ配列をコードするヌクレオチドを含有するベクターは、大腸菌で不活性型可溶性タンパク質を製造するためのベクターとして利用することができる。 Since the present inventors have clarified the location of the prepro sequence of GluSE and that the sequence is not cleaved by proteases normally present in E. coli, vectors containing nucleotides encoding the prepro sequence of GluSE are inactive in E. coli. It can be used as a vector for producing type soluble protein.
GluV8のプレプロ配列の5つのアミノ酸を対応するGluSEのプレプロ配列のアミノ酸に置換することにより、当該配列は大腸菌に通常存在するプロテアーゼでは切断されないことが本発明者らにより解明されたので、GluV8の変異プレプロ配列をコードするヌクレオチドを含有するベクターは、大腸菌で不活性型可溶性タンパク質を製造するためのベクターとして利用することができる。 By substituting 5 amino acids of the prepro sequence of GluV8 with the corresponding amino acid of the prepro sequence of GluSE, the present inventors have clarified that the sequence is not cleaved by proteases normally present in E. coli. A vector containing a nucleotide encoding a prepro sequence can be used as a vector for producing an insoluble soluble protein in E. coli.
以下に実施例を用いて本発明を詳述するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in detail using examples, but the present invention is not limited to the following examples.
材料
発現ベクターpQE60およびpREP4ならびにHot Star PCRキットはキアゲン社(東京)、Talonアフィニティーゲルはクローンテック社(Palo Alto, CA, USA)、サーモライシンはシグマ社(St. Louis, Mo., USA)、KOD Plus DNA ポリメラーゼは東洋紡(東京)、DNA修飾酵素は日本ジーン(東京)、グルタミン酸特異的蛍光ペプチド性基質(Z-Leu-Leu-Glu-MCA)とロイペプチンはペプチド研究所(大阪)、DEAE Sephacelと低分子量SDS電気泳動用分子量マーカーはアマシャムバイオサイエンス社(Piscataway、NJ、 USA)、アゾカゼインはシグマ社より、それぞれ購入した。オリゴプライマーはジーンネット社(福岡市)より購入した。その他の一般試薬は特級を用いた。
Materials Expression vectors pQE60 and pREP4 and Hot Star PCR kit are Qiagen (Tokyo), Talon affinity gel is Clontech (Palo Alto, CA, USA), Thermolysin is Sigma (St. Louis, Mo., USA), KOD Plus DNA polymerase is Toyobo (Tokyo), DNA modifying enzyme is Nippon Gene (Tokyo), glutamic acid specific fluorescent peptide substrate (Z-Leu-Leu-Glu-MCA) and leupeptin are peptide research institute (Osaka), DEAE Sephacel Molecular weight markers for low molecular weight SDS electrophoresis were purchased from Amersham Biosciences (Piscataway, NJ, USA), and azocasein from Sigma. Oligoprimers were purchased from GeneNet (Fukuoka City). For other general reagents, special grades were used.
実施例1 グルタミン酸特異的プロテアーゼの発現プラスミドの作製1
(1)S. epidermidis グルタミン酸特異的プロテアーゼ遺伝子のクローニング
S. epidermidis ATCC 14990ゲノムDNAを鋳型とし、下記プライマー:
5’-TATGGATCCAAAAAGAGATTTTTATCTATATGTAC;(5'-プライマー、配列番号9)および
5’-ATTGGATCCCTGAATATTTATATCAGGTATATTG;(3'-プライマー、配列番号10)
を用いてPCRを行なった。プライマー配列中の下線部は導入したBamHI部位を示す。配列番号10は、ヒスチジンタグがC末に付加するようストップコドンを除いた3’-プライマーとした。PCRの条件は、下記の通りであった。
94℃、2分間の後、94℃、20秒間、55℃、20秒間、72℃、1分間の温度サークルを30回行い、72℃、4分間の伸長反応を行った。
PCRで得られたDNA断片をBamHI処理後、別途BamHIで切断し脱リン酸化したpQE60にライゲーションした。得られた発現プラスミド(pQE60-GluSE)を用いてEscherichia coli Y1090[pREP4]を形質転換した。DNAシーケンスによりpQE60-GluSEの挿入配列には塩基変異の生じていないことを確認した。
Example 1 Preparation of an expression plasmid for a glutamate-specific protease 1
(1) Cloning of S. epidermidis glutamate-specific protease gene
Using S. epidermidis ATCC 14990 genomic DNA as a template, the following primers:
5'-TAT GGATCC AAAAAGAGATTTTTATCTATATGTAC; (5'-primer, SEQ ID NO: 9) and
5'-ATT GGATCC CTGAATATTTATATCAGGTATATTG; (3'-primer, SEQ ID NO: 10)
PCR was performed using. The underlined portion in the primer sequence indicates the introduced BamHI site. SEQ ID NO: 10 was a 3′-primer excluding the stop codon so that a histidine tag was added to the C-terminus. PCR conditions were as follows.
After 94 ° C. for 2 minutes, 94 ° C., 20 seconds, 55 ° C., 20 seconds, 72 ° C., and 1 minute temperature circle were performed 30 times to perform extension reaction at 72 ° C. for 4 minutes.
The DNA fragment obtained by PCR was treated with BamHI and then ligated to pQE60 which had been cleaved with BamHI and dephosphorylated separately. Escherichia coli Y1090 [pREP4] was transformed with the obtained expression plasmid (pQE60-GluSE). It was confirmed by DNA sequencing that no base mutation occurred in the insertion sequence of pQE60-GluSE.
(2)S. aureus グルタミン酸特異的プロテアーゼ遺伝子のクローニング
S. aureus ATCC 35984ゲノムDNAを鋳型とし、GluV8全長(336アミノ酸)をコードする領域を、下記プライマー:
5’-ATGGGATCCAAAGGTAAATTTTTAAAAGTTAGTTCT;(5'-プライマー、配列番号11)および
5’-ATTGGATCCCTGAATATTTATATCAGGTATATTG;(3'-プライマー、配列番号12)
を用いてPCRにより増幅した。下線部は導入したBamHI部位を示す。PCRの条件は、下記の通りであった。
94℃、2分間の後、94℃、20秒間、55℃、20秒間、72℃、1分間の温度サークルを30回行い、72℃、4分間の伸長反応を行った。
PCRで得られたDNA断片を、上記(1)と同様の手順によりプラスミドと連結させ、発現ベクター(pQE60-GluV8)を作製し、E. coli Y1090[pREP4]を形質転換した。
(2) Cloning of S. aureus glutamate-specific protease gene
Using S. aureus ATCC 35984 genomic DNA as a template, the region encoding the full-length GluV8 (336 amino acids), the following primers:
5'-ATG GGATCC AAAGGTAAATTTTTAAAAGTTAGTTCT; (5'-primer, SEQ ID NO: 11) and
5'-ATT GGATCC CTGAATATTTATATCAGGTATATTG; (3'-primer, SEQ ID NO: 12)
Was amplified by PCR. The underlined portion indicates the introduced BamHI site. PCR conditions were as follows.
After 94 ° C. for 2 minutes, 94 ° C., 20 seconds, 55 ° C., 20 seconds, 72 ° C., and 1 minute temperature circle were performed 30 times to perform extension reaction at 72 ° C. for 4 minutes.
A DNA fragment obtained by PCR was ligated to a plasmid by the same procedure as in (1) above to prepare an expression vector (pQE60-GluV8), and E. coli Y1090 [pREP4] was transformed.
(3)キメラ(S. epidermidis とS. aureus)グルタミン酸特異的プロテアーゼ発現プラスミドの構築
上記(1)および(2)で得られたpQE60-GluSEとpQE60-GluV8が鋳型として共存する状態で、下記プライマー:
GluSEプレプロ領域増幅用3'-プライマー(5'-ACTTGGGTAACTTTTATTTTGACTTGGT:配列番号13)
GluV8成熟領域増幅用5'-プライマー(5'-GTTATATTACCAAATAACGATCGTCACC:配列番号14)を用いてPCRを行った。PCRの条件は、下記の通りであった。
94℃、2分間の後、94℃、20秒間、55℃、20秒間、72℃、6分間の温度サークルを35回行い、72℃、4分間の伸長反応を行った。
本PCR中に両鋳型の共通部分であるベクター配列領域で相同組換えを起こしてキメラ型分子GluSE-GluV8をコードする5.5-kbの直鎖状プラスミドが増幅された。続いて5.5-kb断片の5’末端のリン酸化とセルフライゲーションを行い、環状プラスミドを作製した。得られた環状プラスミドpQE60-GluSE-GluV8でE. coli Y1090[pREP4]を形質転換した。得られたプラスミドDNAの塩基配列を決定して、予定のキメラ分子発現プラスミドが構築されていることを確認した。
(3) Construction of chimera (S. epidermidis and S. aureus) glutamate-specific protease expression plasmid In the state where pQE60-GluSE and pQE60-GluV8 obtained in (1) and (2) above coexist as templates, the following primers :
3'-primer for amplification of GluSE prepro region (5'-ACTTGGGTAACTTTTATTTTGACTTGGT: SEQ ID NO: 13)
PCR was performed using a 5′-primer for amplification of the mature region of GluV8 (5′-GTTATATTACCAAATAACGATCGTCACC: SEQ ID NO: 14). PCR conditions were as follows.
After 94 ° C. for 2 minutes, a temperature circle of 94 ° C., 20 seconds, 55 ° C., 20 seconds, 72 ° C. and 6 minutes was performed 35 times, and an extension reaction was performed at 72 ° C. for 4 minutes.
During this PCR, homologous recombination occurred in the vector sequence region, which is the common part of both templates, and a 5.5-kb linear plasmid encoding the chimeric molecule GluSE-GluV8 was amplified. Subsequently, phosphorylation and self-ligation of the 5 ′ end of the 5.5-kb fragment were performed to prepare a circular plasmid. E. coli Y1090 [pREP4] was transformed with the obtained circular plasmid pQE60-GluSE-GluV8. The nucleotide sequence of the obtained plasmid DNA was determined, and it was confirmed that the expected chimeric molecule expression plasmid was constructed.
(4)キメラグルタミン酸特異的プロテアーゼ欠失変異体発現プラスミドの構築
プロテアーゼのN末端側のプロペプチドの機能を検討するために、GluSE-GluV8キメラ分子のプロペプチドを段階的に欠失させた分子を発現するプラスミドを構築した。GluSEのプロペプチド領域(Lys28-Ser66)のIle49、Ile56、Asn61、Tyr64よりスタートするようにそれぞれBamHI部位を導入した5'-プライマーを作製した。3'-プライマーは、上記のGluV8用3'-プライマー(配列番号12)を用い、GluSE-GluV8キメラ分子発現プラスミドを鋳型としてPCRを実施した。PCRの条件は、下記の通りであった。
94℃、2分間の後、94℃、20秒間、55℃、20秒間、72℃、6分間の温度サークルを30回行い、72℃、4分間の伸長反応を行った。
PCRで得られたDNA断片を、上記(1)と同様にBamHI消化し、pQE60のBamHI部位に導入した。
(4) Construction of a chimeric glutamic acid-specific protease deletion mutant expression plasmid In order to investigate the function of the propeptide on the N-terminal side of the protease, a molecule in which the propeptide of the GluSE-GluV8 chimeric molecule was deleted stepwise An expression plasmid was constructed. A 5′-primer into which a BamHI site was introduced so as to start from Ile49, Ile56, Asn61, and Tyr64 of the propeptide region (Lys28-Ser66) of GluSE was prepared. As the 3′-primer, PCR was carried out using the GluV8 3′-primer (SEQ ID NO: 12) as described above and the GluSE-GluV8 chimeric molecule expression plasmid as a template. PCR conditions were as follows.
After 94 ° C. for 2 minutes, a temperature circle of 94 ° C. for 20 seconds, 55 ° C., 20 seconds, 72 ° C. and 6 minutes was performed 30 times, and an extension reaction was performed at 72 ° C. for 4 minutes.
The DNA fragment obtained by PCR was digested with BamHI in the same manner as in (1) above and introduced into the BamHI site of pQE60.
実施例2 組換えグルタミン酸特異的プロテアーゼの発現と精製1
従来の報告(Matsumoto et al., J. Biol. Chem. 277, 34959-34966 (2002))に従い、実施例1で得られた形質転換体を50μg/mlのアンピシリンを含むLB培地で、37℃で一晩振とう培養後、この菌液を同培地で3倍希釈し、600 nmの吸光度が0.5〜0.7に達するまで37℃で激しく振とう培養し、0.2 mM β-イソプロピルガラクトピラノシド存在下、30℃で5時間、リコンビナントタンパク質を発現誘導後、菌体を回収した。0.5 mg/mlリゾチームと10 μg/mlロイペプチンを含むライゼート緩衝液(20mM トリス塩酸、pH 8、0.1M塩化ナトリウム、10mM イミダゾール)中で凍結融解法により菌を溶解した後、遠心分離して上清を回収しバクテリアライゼートとした。リコンビナントタンパク質は、溶出液(10%グリセロール、0.1 Mイミダゾール、pH 8.0)を用いたTalonアフィニティーゲルクロマトグラフィーにより精製した。精製標品は使用時まで-80℃に保存した。
Example 2 Expression and Purification of Recombinant Glutamate Specific Protease 1
According to a previous report (Matsumoto et al., J. Biol. Chem. 277, 34959-34966 (2002)), the transformant obtained in Example 1 was cultured at 37 ° C. in LB medium containing 50 μg / ml ampicillin. After overnight shaking culture, the bacterial solution was diluted 3-fold with the same medium and cultured vigorously at 37 ° C. until the absorbance at 600 nm reached 0.5 to 0.7. 0.2 mM β-isopropylgalacto After inducing the expression of the recombinant protein in the presence of pyranoside at 30 ° C. for 5 hours, the cells were collected. Dissolve the cells by freeze-thawing in lysate buffer (20 mM Tris-HCl, pH 8, 0.1 M sodium chloride, 10 mM imidazole) containing 0.5 mg / ml lysozyme and 10 μg / ml leupeptin, then centrifuge and remove the supernatant Was recovered and used as a bacterial lysate. Recombinant protein was purified by Talon affinity gel chromatography using eluent (10% glycerol, 0.1 M imidazole, pH 8.0). The purified sample was stored at −80 ° C. until use.
サーモライシン処理とプロテアーゼ活性の測定
精製リコンビナントタンパク質に10 mMホウ酸 (pH 8)、2 mM CaSO4、0.005% TritonX100中で、0〜1 μgのサーモライシンを加え、36℃、4時間加温した。その後、試料の一部をプロテアーゼ活性測定溶液 [50 mM トリス塩酸 (pH 8)、5 mM EDTA、 20μM Z-Leu-Leu-Glu-MCA]に添加し、25℃で保温した。5 mM EDTAはサーモライシンの不活化剤として加えた。2時間後、励起光380 nmとして測定光460 nmの蛍光を蛍光スペクトル光度計F-4000(日立)を用いて測定した。また、アゾカゼインを基質に用いた活性測定では、リコンビナントタンパク質(1 μg)を50 mMトリス塩酸(pH 8)、5 mM EDTA、2 mg/ml アゾカゼイン(75 μl)にて37℃で反応し、1時間後に25 μlの氷冷トリクロロ酢酸溶液(15w/v%)を加えて反応を停止した。遠心分離後、上清に等量の0.5 M NaOHを加えてから、440 nmの吸光度を測定した。
Thermolysin treatment and measurement of protease activity To purified recombinant protein, 0 to 1 μg of thermolysin was added in 10 mM boric acid (pH 8), 2 mM CaSO 4 , 0.005% TritonX100, and heated at 36 ° C. for 4 hours. Thereafter, a part of the sample was added to a protease activity measurement solution [50 mM Tris-HCl (pH 8), 5 mM EDTA, 20 μM Z-Leu-Leu-Glu-MCA] and kept at 25 ° C. 5 mM EDTA was added as a thermolysin inactivating agent. Two hours later, the fluorescence of the measurement light 460 nm was measured using the fluorescence spectrum photometer F-4000 (Hitachi) as the excitation light 380 nm. In the activity measurement using azocasein as a substrate, the recombinant protein (1 μg) was reacted with 50 mM Tris-HCl (pH 8), 5 mM EDTA, 2 mg / ml azocasein (75 μl) at 37 ° C. After the time, 25 μl of ice-cold trichloroacetic acid solution (15 w / v%) was added to stop the reaction. After centrifugation, an equal volume of 0.5 M NaOH was added to the supernatant, and the absorbance at 440 nm was measured.
表皮ブドウ球菌分泌GluSEの精製
S. epidermidis ATCC 14990は、Todd Hewitt寒天培地を用いて透析膜上培養法で、37℃、好気条件下で培養した(Ohara-Nemoto et al., Microb. Pathog. 33, 33-41 (2002))。一晩培養後、菌体外画分を回収し、水で希釈してイオン強度を下げた後、20 mM トリス塩酸(pH 8)で平衡化したDEAE Sephacel(1 x 6 cm)に添加した。平衡化緩衝液で洗浄後、0.1 M 塩化ナトリウムを含む20 mM トリス塩酸(pH 8)で溶出した。標品の純度は80%であった(図4A参照)。使用時まで-80℃に保存した。
Purification of Staphylococcus epidermidis secreted GluSE
S. epidermidis ATCC 14990 was cultured on a dialysis membrane using Todd Hewitt agar medium at 37 ° C. under aerobic conditions (Ohara-Nemoto et al., Microb. Pathog. 33, 33-41 (2002). )). After overnight culture, the extracellular fraction was collected, diluted with water to lower the ionic strength, and then added to DEAE Sephacel (1 × 6 cm) equilibrated with 20 mM Tris-HCl (pH 8). After washing with equilibration buffer, elution was performed with 20 mM Tris-HCl (pH 8) containing 0.1 M sodium chloride. The purity of the sample was 80% (see FIG. 4A). Stored at -80 ° C until use.
SDSポリアクリルアミドゲル電気泳動(SDS-PAGE)
SDS-PAGEは12.5%のポリアクリルアミドゲルを用いて実施した。試料は1%SDSを含むサンプル緩衝液中で94℃、10分間熱変性させた。電気泳動後、クマシーブリリアントブルー(CBB)染色した。
SDS polyacrylamide gel electrophoresis (SDS-PAGE)
SDS-PAGE was performed using a 12.5% polyacrylamide gel. The sample was heat denatured at 94 ° C. for 10 minutes in a sample buffer containing 1% SDS. After electrophoresis, Coomassie brilliant blue (CBB) staining was performed.
ザイモグラフィー
1%SDSを含むサンプル緩衝液中に溶解した試料を熱処理せずに1 mg/mlのアゾカゼインを含む12%ポリアクリルアミドゲルでSDS-PAGEにて分離した。電気泳動後、2.5% TritonX100で20分間、2回の洗浄、さらに50 mMトリス塩酸 (pH 8)、30 mM NaClで20分間、2回洗浄した後、新鮮な同トリス塩酸溶液に交換したのち37℃で12-16時間保温した。その後にゲルをCBB染色した。
Zymography
Samples dissolved in sample buffer containing 1% SDS were separated by SDS-PAGE on a 12% polyacrylamide gel containing 1 mg / ml azocasein without heat treatment. After electrophoresis, wash twice with 2.5% TritonX100 for 20 minutes, then wash twice with 50 mM Tris-HCl (pH 8) and 30 mM NaCl for 20 minutes, then replace with fresh Tris-HCl solution. Incubated for 12-16 hours at ° C. Thereafter, the gel was stained with CBB.
N末端アミノ酸配列
リコンビナントタンパク質とそのサーモライシン切断分子をSDS-PAGEで分離後、PVDF膜(バイオラッド社)に転写した。膜上のタンパク質バンドをCBBで染色しN末端配列を Precise 49X cLCタンパク質配列決定装置(ABI社)を用いて決定した(Nemoto T. et al., J. Biol. Chem. 272, 26179-26187 (1997))。
N-terminal amino acid sequence Recombinant protein and its thermolysin cleavage molecule were separated by SDS-PAGE and transferred to a PVDF membrane (Bio-Rad). The protein band on the membrane was stained with CBB, and the N-terminal sequence was determined using the Precise 49X cLC protein sequencer (ABI) (Nemoto T. et al., J. Biol. Chem. 272, 26179-26187 ( 1997)).
タンパク質の定量
ウシ血清アルブミンを標準として用い、ビシンコニニック酸法によって定量した(ピアス社、Rockford、IL、USA)。
Protein quantification Bovine serum albumin was used as a standard and quantified by the bicinchoninic acid method (Pierce, Rockford, IL, USA).
結果
表皮ブドウ球菌GluSEの大腸菌発現
分子のN末領域に位置するプレプロ配列の変化を最小限にとどめるために、C末側にアフィニティータグを付加する発現ベクターpQE60を用いて、表皮ブドウ球菌GluSEのプレ配列(Met1-Ala27)、プロペプチド(Lys28-Ser66)、成熟領域(Val67-Gln282)のすべてを含む分子をコードする発現ベクターpQE60-GluSEを構築した(図1A)。リコンビナント分子は、Met1-Lys2の間にGly-Gly-Serが挿入され、C末端Gln282に8アミノ酸残基(Gly-Ser-His-His-His-His-His-His:配列番号15)が付加されている。この系で発現したGluSEは、凝集沈殿せず可溶性画分に回収された。その後は1段階のアフィニティーカラムクロマトグラフィーで精製可能であった。培養液1リットル当たり20 mgの精製標品が得られた。SDS-PAGEでは29、30、32kDaの3種類のバンドを認めた(図2、左パネル、レーン1)。N末端配列解析の結果、それぞれのN末端は32kDa分子がLys28、30kDa分子がSer33とSer37、29kDa分子がIle49であった(表1と図1B)。つまり、32kDa分子は大腸菌のシグナルペプチダーゼによってAla27-Lys28が切断された分子であり、Ser33をN末端とする30kDa分子および29kDa分子はGlu32-Ser33およびAsp48-Ile49における自己分解により生じた分子であると考えられた(表1)。Ser37をN末端とする30kDa分子を生じるHis36-Ser37の切断酵素の実体は現在のところ不明であるが、大腸菌の産生するプロテアーゼによるものと推測された。
Results E. coli expression of Staphylococcus epidermidis GluSE To minimize changes in the prepro sequence located in the N-terminal region of the molecule, the expression vector pQE60 with an affinity tag on the C-terminal side was used to An expression vector pQE60-GluSE encoding a molecule containing all of the sequence (Met1-Ala27), propeptide (Lys28-Ser66), and mature region (Val67-Gln282) was constructed (FIG. 1A). In the recombinant molecule, Gly-Gly-Ser is inserted between Met1-Lys2, and 8 amino acid residues (Gly-Ser-His-His-His-His-His-His: SEQ ID NO: 15) are added to the C-terminal Gln282. Has been. GluSE expressed in this system was recovered in the soluble fraction without aggregation and precipitation. Thereafter, it could be purified by one-step affinity column chromatography. 20 mg of purified preparation was obtained per liter of culture solution. SDS-PAGE revealed three types of bands of 29, 30, and 32 kDa (FIG. 2, left panel, lane 1). As a result of N-terminal sequence analysis, the N-terminus was Lys28 for the 32 kDa molecule, Ser33 and Ser37 for the 30 kDa molecule, and Ile49 for the 29 kDa molecule (Table 1 and FIG. 1B). In other words, the 32 kDa molecule is a molecule in which Ala27-Lys28 is cleaved by a signal peptidase from E. coli, and the 30 kDa molecule and 29 kDa molecule with Ser33 at the N-terminus are molecules generated by autolysis in Glu32-Ser33 and Asp48-Ile49. (Table 1). The substance of the His36-Ser37 cleaving enzyme that produces a 30 kDa molecule with N-terminal Ser37 is unknown at present, but it was assumed to be due to a protease produced by E. coli.
GluSEが属するファミリー酵素を代表する黄色ブドウ球菌由来GluV8は、in vivoではサーモライシンファミリーに属するオーレオライシンによってGluSEのSer66-Val67に相当するAsn68-Val69が切断されて成熟型酵素になると報告されている(Shaw, L. et al., Microbiology 150, 217-228 (2004)および図1B)。そこで、実施例2で得られた精製リコンビナントGluSEを種々の濃度のサーモライシンで処理したところ、サーモライシン濃度依存的に28kDa分子が出現した(図2、左パネル)。28kDa分子のN末端はVal67であり(表1)、以前に報告した表皮ブドウ球菌培養上清より精製したGluSE標品のN末端と一致した(Ohara-Nemoto et al.,上述)。ザイモグラフィーの結果、28kDa分子にアゾカゼイン分解活性が認められた(図2、右パネル)。対照として本実験条件中最高濃度のサーモライシンのみを含む条件で測定したが、アゾカゼイン分解を認めなかった(図2、右パネル、レーン10)。これらの結果から、プロペプチドの全部を保持する32kDaリコンビナント分子やプロペプチドの一部を保持する29、30kDaの分子は不活性型であり、サーモライシンによるSer66-Val67間の加水分解によって28kDaの成熟分子が生じると結論した。 In vivo, GluV8 from S. aureus, which represents the family enzyme to which GluSE belongs, has been reported to be matured by cleavage of Asn68-Val69 corresponding to Ser66-Val67 of GluSE by aureolysin belonging to the thermolysin family. (Shaw, L. et al., Microbiology 150, 217-228 (2004) and FIG. 1B). Thus, when the purified recombinant GluSE obtained in Example 2 was treated with various concentrations of thermolysin, a 28 kDa molecule appeared depending on the thermolysin concentration (FIG. 2, left panel). The N-terminus of the 28 kDa molecule is Val67 (Table 1), consistent with the N-terminus of the GluSE preparation purified from the previously reported culture supernatant of Staphylococcus epidermidis (Ohara-Nemoto et al., Supra). As a result of zymography, azocasein degrading activity was observed in the 28 kDa molecule (FIG. 2, right panel). As a control, measurement was carried out under conditions containing only the highest concentration of thermolysin in the present experimental conditions, but no azocasein degradation was observed (FIG. 2, right panel, lane 10). These results indicate that the 32kDa recombinant molecule that retains all of the propeptide and the 29 and 30kDa molecules that retain part of the propeptide are inactive, and the 28kDa mature molecule is obtained by hydrolysis between Ser66 and Val67 by thermolysin. It is concluded that will occur.
黄色ブドウ球菌GluV8の大腸菌発現系
同じpQE60発現系によりGluV8の発現も試みたが、最もよい場合でも培養液1リットル当たり0.05 mgの収量で、しかも純度の低い標品しか得られなかった(結果には示さない)。GluSEとGluV8のプロ配列領域のアミノ酸配列の相同性は20.7%であり、成熟領域の相同性59.1%よりかなり低い(図1B)。そのため、リコンビナントGluV8の低発現の原因は相同性の低いGluV8のプロ領域にあるという仮説を立てた。そこで、GluSEのプレプロ配列Met1-Ser66とGluV8のVal69-Ala336のキメラ型分子をコードする発現ベクターを構築した(図1A)。キメラ分子を発現させた結果、リコンビナント分子がすべて可溶性画分に回収され、GluSEとほぼ同程度の収量(18 mg/l)であった。SDS-PAGEの結果、精製標品は43kDaの主要バンドとそれより分子量の小さな42kDaのマイナーバンドを含んでいた(図3、左パネル、レーン1)。この標品をサーモライシン処理すると、順次42、40、38kDaの分子種が生じた(レーン3-9)。これらのうち40kDa分子種に主要なアゾカゼイン分解活性があった(図3、右パネル)。N末端アミノ酸配列分析の結果、40kDa分子種と38kDaの分子種のN末端はともにVal69で、成熟型GluV8のそれと同一であった(表1)。以上の結果からGluV8はキメラ型分子プレプロGluSE-成熟GluV8として大量発現が可能であり、かつサーモライシン処理によって活性型の成熟GluV8が得られることが明らかとなった。
E. coli expression system of S. aureus GluV8 We also tried to express GluV8 using the same pQE60 expression system, but at the best, only 0.05 mg / liter of culture broth was obtained. Is not shown). The amino acid sequence homology of the GluSE and GluV8 pro-sequence regions is 20.7%, which is considerably lower than the 59.1% homology of the mature region (FIG. 1B). Therefore, we hypothesized that the low expression of recombinant GluV8 is due to the low homology GluV8 pro region. Therefore, an expression vector encoding a chimeric molecule of GluSE prepro sequence Met1-Ser66 and GluV8 Val69-Ala336 was constructed (FIG. 1A). As a result of expressing the chimeric molecule, all of the recombinant molecules were recovered in the soluble fraction, and the yield was almost the same as that of GluSE (18 mg / l). As a result of SDS-PAGE, the purified preparation contained a major band of 43 kDa and a minor band of 42 kDa having a smaller molecular weight (FIG. 3, left panel, lane 1). When this preparation was treated with thermolysin, molecular species of 42, 40, and 38 kDa were sequentially generated (lanes 3-9). Of these, the 40 kDa molecular species had major azocasein degrading activity (FIG. 3, right panel). As a result of N-terminal amino acid sequence analysis, the N-terminus of both the 40 kDa molecular species and the 38 kDa molecular species was Val69, which was identical to that of mature GluV8 (Table 1). From the above results, it was revealed that GluV8 can be expressed in a large amount as a chimeric molecule prepro-GluSE-mature GluV8, and that active mature GluV8 can be obtained by thermolysin treatment.
GluSEとGluV8のプロテアーゼ活性の比較
C末端の8残基のアミノ酸の付加がある以外は、リコンビナントGluV8分子はサーモライシン処理により天然型GluV8とまったく同じアミノ酸配列となる。そこで、リコンビナント標品の性質がそれぞれ表皮ブドウ球菌や黄色ブドウ球菌由来酵素と同じかどうか検討した。
表皮ブドウ球菌培養上清から精製したGluSE、黄色ブドウ球菌由来の市販のGluV8、および成熟型リコンビナントGluSEとGluV8の4試料についてSDS-PAGEを行った。表皮ブドウ球菌由来およびリコンビナントGluSEはともに28kDaであり(図4A)、黄色ブドウ球菌由来GluV8は38、40kDaの2本バンド、リコンビナントGluV8はこれらの2本のバンドに加えて、サーモライシンによる切断が不十分なために残存する42および43kDaのバンドを認めた。以上のように、それぞれのプロテアーゼの天然品と大腸菌で発現しin vitroで成熟化したリコンビナント分子のSDS-PAGEパターンにはほとんど差がなかった。
次に、蛍光ペプチド基質を用いてプロテアーゼ活性を比較検討した。各標品の純度を考慮すると、リコンビナントGluSEのプロテアーゼ活性は天然GluSE標品の活性と同程度であり、リコンナントGluV8の活性はサーモライシンの切断が不十分(rec1)だと天然品より低いが、その3倍量のサーモライシンで処理した試料(rec2)は天然のGluV8と同等以上の活性を有することが明らかになった。以上のことから、天然標品とリコンビナント標品では事実上、比活性に差はないと結論した。
Comparison of GluSE and GluV8 protease activities
The recombinant GluV8 molecule is converted to the same amino acid sequence as that of natural GluV8 by thermolysin treatment, except for the addition of the C-terminal 8-residue amino acid. Therefore, we examined whether the properties of the recombinant preparations were the same as those of the enzymes derived from Staphylococcus epidermidis and Staphylococcus aureus.
SDS-PAGE was performed on 4 samples of GluSE purified from the culture supernatant of Staphylococcus epidermidis, commercially available GluV8 derived from Staphylococcus aureus, and mature recombinant GluSE and GluV8. Both Staphylococcus epidermidis and recombinant GluSE are 28 kDa (Fig. 4A), S. aureus GluV8 is 38 and 40 kDa in two bands, and recombinant GluV8 is inadequately cleaved by thermolysin in addition to these two bands Therefore, the remaining bands of 42 and 43 kDa were observed. As described above, there was almost no difference in the SDS-PAGE pattern between the natural product of each protease and the recombinant molecule expressed in E. coli and matured in vitro.
Next, the protease activity was compared and examined using fluorescent peptide substrates. Considering the purity of each preparation, the protease activity of recombinant GluSE is comparable to that of natural GluSE preparation, and the activity of recombinant GluV8 is lower than that of the natural product if thermolysin is not sufficiently cleaved (rec1). It was revealed that the sample treated with 3 times the amount of thermolysin (rec2) had an activity equal to or better than that of natural GluV8. From the above, it was concluded that there is virtually no difference in specific activity between natural and recombinant samples.
驚くべきことにGluSEとGluV8のプロテアーゼ活性には2桁もの活性の違いがあった(図4BのスケールはGluSEとGluV8で異なっていることに注意)。しかし一方で、アゾカゼインを用いたザイモグラフーの結果(図2、3)では、活性に2桁もの差があるという印象は受けていなかったので、アゾカゼインを基質とするプロテアーゼ活性も測定した。その結果、やはりGluV8がより高い活性を示したもののGluSEとの差は2倍程度であり、蛍光ペプチド基質を用いた場合の2桁の差とは明白な違いがあった(図4C)。 Surprisingly, there was a two-digit difference in protease activity between GluSE and GluV8 (note that the scale in FIG. 4B differs between GluSE and GluV8). However, on the other hand, the results of zymography using azocasein (FIGS. 2 and 3) did not give the impression that there was a difference of two orders of activity, so the protease activity using azocasein as a substrate was also measured. As a result, although GluV8 still showed higher activity, the difference from GluSE was about twice, which was clearly different from the two-digit difference when a fluorescent peptide substrate was used (FIG. 4C).
GluV8全長分子が大腸菌で発現できない理由
GluV8全長の大腸菌発現は困難にもかかわらず、GluSE全長分子やプレプロGluSEキメラ分子の発現が可能であるという分子メカニズムは何であろうか。本発明者らはプロ配列内のアミノ酸に注目した。GluSEでは、成熟型へのプロセシング部位である Ser66-Val67近傍にはグルタミン酸や、さらに非常に弱いながらもGluSEに認識されうるアスパラギン酸も存在しない。一方、GluV8のプロ配列にはプロセシング部位であるAsn68-Val69近傍にGlu62とGlu65が存在する(図1B、四角で囲む)。そのため大腸菌内在性のプロテアーゼによってリコンビナントのプレプロGluV8分子から、微量の活性型分子が生じると、プロペプチド内のGlu62-Gln63結合やGlu65-His66結合の自己切断が起こるであろう。その結果生じたGluV8 Gln63-Ala336やGluV8 His66-Ala336分子は、成熟分子(Val69-Ala336)よりもN末側が6あるいは3残基余分に持つだけなので、プロテアーゼ活性を発揮しうる。結果として、活性化のカスケード反応を起こす可能性がある。そこで成熟GluV8のN末端であるVal69にプロペプチドの部分配列を保有する分子が実際に活性を有するかどうかを以下に検討した。
Why GluV8 full-length molecules cannot be expressed in E. coli
What is the molecular mechanism that allows expression of full-length GluSE molecules and pre-pro-GluSE chimeric molecules despite the difficulty in expressing GluV8 full-length E. coli? We focused on amino acids within the prosequence. In GluSE, there is neither glutamate nor aspartic acid that can be recognized by GluSE in the vicinity of Ser66-Val67, which is the processing site for the mature form. On the other hand, in the pro sequence of GluV8, Glu62 and Glu65 are present in the vicinity of Asn68-Val69 which is a processing site (FIG. 1B, surrounded by a square). Therefore, if a small amount of active molecule is generated from a recombinant prepro-GluV8 molecule by an E. coli endogenous protease, self-cleavage of Glu62-Gln63 and Glu65-His66 bonds in the propeptide will occur. The resulting GluV8 Gln63-Ala336 and GluV8 His66-Ala336 molecules have only 6 or 3 extra residues on the N-terminal side of the mature molecule (Val69-Ala336), and thus can exert protease activity. As a result, an activation cascade reaction may occur. Therefore, whether or not a molecule having a propeptide partial sequence at Val69, which is the N-terminus of mature GluV8, actually has activity was examined below.
本実施例では、より活性が高く詳細な検討が可能なGluSE-GluV8キメラ分子を元にして、プロ領域をN末側から順次欠失した分子を作製した(図1A)。まず実際に観察されたIle49とIle56をN末端に持つ分子を発現した。さらにGluV8ではGlu62およびGlu65の存在により自己消化によって生じうるN末端であるGln63とHis66に相当するGluSEの部位にあたるAsn61、Tyr64をN末端に持つ分子を作製した(図1A)。これらのリコンビナント分子を発現する大腸菌は生育可能であった。精製標品のSDS-PAGEパターンはその欠失程度に応じて分子量が低下したが、サーモライシン処理後はすべて38、40kDaの2本バンドとなった(図5A)。トランケーション(短縮型変異)分子のプロテアーゼ活性も全長分子同様に抑制され、しかもサーモライシン処理により同程度の活性が出現した(図5B)。トランケーション分子でもサーモライシンによるSer66-Val67切断が起こること、および成熟プロテアーゼが全長分子と同程度のプロテアーゼ活性を示すことから、プロ配列の欠失は、プロセシング部位を含めて成熟部分の立体構造には影響しないものと推察された。つまり、ズブチリジン(Subbian et al., J. Mol. Biol. 347, 367-383 (2005))やサーモライシン(O'Donohue and Beaumont, J. Biol. Chem. 271, 26477-26481 (1996))のプロ配列とは異なり、GluSEのプロ配列は分子内シャペロンとしては機能していないと思われた。 In this example, based on the GluSE-GluV8 chimera molecule, which has higher activity and can be examined in detail, a molecule in which the pro region was sequentially deleted from the N-terminal side was prepared (FIG. 1A). First, the molecules that have actually observed Ile49 and Ile56 at the N-terminus were expressed. Furthermore, in GluV8, molecules having Asn61 and Tyr64 at the N-terminus corresponding to the GluSE sites corresponding to Gln63 and His66, which are Nln-terminal Gln63 and His66, which can be produced by the presence of Glu62 and Glu65 were prepared (FIG. 1A). E. coli expressing these recombinant molecules was viable. The SDS-PAGE pattern of the purified sample decreased in molecular weight depending on the degree of deletion, but after treatment with thermolysin, it became a double band of 38 and 40 kDa (FIG. 5A). The protease activity of the truncation (truncated mutation) molecule was also suppressed in the same manner as the full-length molecule, and the same level of activity appeared upon treatment with thermolysin (FIG. 5B). Since truncation molecules also cause Ser66-Val67 cleavage by thermolysin, and the mature protease exhibits the same level of protease activity as the full-length molecule, deletion of the prosequence affects the three-dimensional structure of the mature part, including the processing site. It was speculated that it would not. In other words, subtilisin (Subbian et al., J. Mol. Biol. 347, 367-383 (2005)) and thermolysin (O'Donohue and Beaumont, J. Biol. Chem. 271, 26477-26481 (1996)) Unlike the sequence, the GluSE prosequence did not appear to function as an intramolecular chaperone.
さらに、Val69のN末端側にある程度のプロ配列を持つリコンビナント分子では、プロテアーゼ活性が強く抑制されているものの、より短い分子、特にAsn61とTyr64から始まるきわめて短いプロ配列を付加した分子種ではプロセシングなしでも明らかなプロテアーゼ活性が検出された。ただしその活性は低く、成熟分子(図5B)の0.05%程度であった(図5B、C)。このようにきわめて弱いながら、GluV8のGlu62とGlu65に相当する位置から始まるGluSE-GluV8分子は活性を保持することが証明された。 In addition, recombinant molecules with some pro-sequence on the N-terminal side of Val69 are strongly inhibited in protease activity, but shorter molecules, especially those with very short pro-sequences starting from Asn61 and Tyr64, are not processed. But apparent protease activity was detected. However, its activity was low, about 0.05% of the mature molecule (FIG. 5B) (FIGS. 5B and C). It was proved that the GluSE-GluV8 molecule starting from the position corresponding to Glu62 and Glu65 of GluV8 retains the activity though it is very weak.
考察
本研究ではGluSEおよびGluV8の生化学的性質とその大腸菌発現系の構築に関していくつかの知見が得られた。まずGluSEのプロ領域にはプロテアーゼ活性の強力な抑制活性があることが判明した。この抑制活性により可溶性GluSEの大腸菌での大量発現が可能であった。またGluV8やGluSEのプロセシング酵素であるオーレオライシンはサーモライシンファミリータンパク質であり、疎水性アミノ酸残基のアミノ基側のペプチド結合を切断する。しかしそのような特異性の酵素は大腸菌には存在していないと考えられ、そのことも幸運であった。また、GluSEのプレプロ領域をGluV8の成熟領域に繋ぐことでGluV8の自己活性化が回避されGluV8も発現が可能となった。リコンビナントGluSEとGluV8は精製後in vitroでサーモライシン限定分解することにより、天然型酵素と同一の配列を持つ活性型分子を調製することが可能となった。これらリコンビナント分子の比活性は本来の菌由来の分子と同じであった。用いる基質の種類によってその程度は異なるもののGluV8の比活性はGluSEのそれに勝ることも明らかとなった。GluV8全長発現実験の結果、不活性型として大腸菌発現を試みたとしても、自己消化による活性化を生じる場合には、外来性プロテアーゼの大腸菌での可溶性分子としての発現が困難であることが明確となった。
Discussion In this study, we have obtained some insights into the biochemical properties of GluSE and GluV8 and the construction of their E. coli expression system. First, it was found that the pro domain of GluSE has a strong inhibitory activity on protease activity. Due to this inhibitory activity, a large amount of soluble GluSE could be expressed in E. coli. Aureolysin, a processing enzyme for GluV8 and GluSE, is a thermolysin family protein that cleaves peptide bonds on the amino group side of hydrophobic amino acid residues. However, it was fortunate that such a specific enzyme was not present in E. coli. In addition, by linking the GluSE prepro region to the mature region of GluV8, GluV8 self-activation was avoided and GluV8 could also be expressed. Recombinant GluSE and GluV8 were able to prepare active molecules with the same sequence as the natural enzyme by in vitro limited digestion with thermolysin after purification. The specific activity of these recombinant molecules was the same as that of the original fungal molecules. It was also found that the specific activity of GluV8 is superior to that of GluSE, although the degree varies depending on the type of substrate used. As a result of the GluV8 full-length expression experiment, it is clear that expression of an exogenous protease as a soluble molecule in Escherichia coli is difficult when activation by self-digestion occurs even if E. coli expression is attempted as an inactive form. became.
GluV8全長分子ではGlu62-Gln63およびGlu65-His66の切断によっても活性を持つ分子がもたらされるという推定が正しいならば、GluSE Asn61-GluV8やGluSE Tyr64-GluV8キメラ分子はその毒性のために大腸菌では発現できないと予想した。実際にAsn61やTyr64から発現したキメラ型トランケートGluV8分子は弱いプロテアーゼ活性を示したが、意外にも、GluV8全長の大腸菌発現が実際上不可能だったのとは対照的に、これらのトランケーション分子は大腸菌発現が可能だった。本発明者らは、ベクター配列に由来するテトラペプチドのAsn61あるいはTyr64の N末側への付加がAsn61やTyr64で始まる分子の活性をさらに低下させているものと推測している。すなわち、プロ配列として7アミノ酸残基(met-gly-gly-ser-Tyr-Pro-Ser:配列番号16、小文字は外来性のテトラペプチド)はほぼ完全(99.95%)にGluV8プロテアーゼ活性を抑制したが(図5)、もしGluV8全長分子で、Glu65-His66の切断が生じた場合は残るプロ領域は3残基のみとなり、活性抑制はより不完全となると考えられる。そのためGluV8の全長分子を発現する大腸菌は生育できないと考えられる。 GluSE Asn61-GluV8 and GluSE Tyr64-GluV8 chimeric molecules cannot be expressed in Escherichia coli due to their toxicity, provided that the GluV8 full-length molecule is correct that the cleavage of Glu62-Gln63 and Glu65-His66 also results in activity. I expected. In fact, the chimeric truncated GluV8 molecules expressed from Asn61 and Tyr64 showed weak protease activity, but surprisingly, these truncation molecules were in contrast to the practically impossible expression of full-length GluV8 in E. coli. E. coli expression was possible. The present inventors speculate that addition of a tetrapeptide derived from a vector sequence to the N-terminal side of Asn61 or Tyr64 further reduces the activity of the molecule starting with Asn61 or Tyr64. That is, 7 amino acid residues as a pro-sequence (met-gly-gly-ser-Tyr-Pro-Ser: SEQ ID NO: 16, lowercased foreign tetrapeptide) almost completely (99.95%) inhibited GluV8 protease activity However (FIG. 5), if the GluV8 full-length molecule is cleaved with Glu65-His66, the remaining pro region is only 3 residues, and the activity suppression is considered to be incomplete. Therefore, it is considered that E. coli expressing the full-length molecule of GluV8 cannot grow.
Prasadら(Prasad, L. et al., Acta Crysta. 60, 256-259 (2004))は、X線結晶解析の結果からGluV8のN末のVal69のα-アミノ基と基質ペプチドのグルタミン酸残基のγ-カルボキシル基とのイオン結合がGluV8の基質特異性を決定すると提唱した。実際、Asn61やTyr64をN末にもつプロペプチドの大部分を欠失したGluSE-GluV8キメラ分子には、わずかながらも活性があり、一方、プロペプチドすべてやIle49やIle56から始まる分子には活性がないという事実も、N末のα-アミノ基が本来のVal69の位置から移動したために活性が低下するとすれば説明がつく。またプロ配列に要求される主要な役割がVal69の位置のα-アミノ基の出現の阻害だけであればGluV8とGluSEのプロ配列の低い相同性も説明がつく。 Prasad et al. (Prasad, L. et al., Acta Crysta. 60, 256-259 (2004)) found that the α-amino group of Val69 at the N-terminus of GluV8 and the glutamic acid residue of the substrate peptide were obtained from the results of X-ray crystallography. It was proposed that the ionic bond with γ-carboxyl group determines the substrate specificity of GluV8. In fact, the GluSE-GluV8 chimeric molecule lacking most of the propeptides with Asn61 or Tyr64 at the N-terminus is slightly active, whereas all propeptides or molecules starting with Ile49 or Ile56 are active. The fact that the N-terminal α-amino group has moved from the original position of Val69 can also be explained by the fact that the activity decreases. The low homology between the GluV8 and GluSE pro-sequences can also be explained if the main role required for the pro-sequence is only to inhibit the appearance of the α-amino group at the position of Val69.
従来、感染性細菌のプロテアーゼは感染の増悪因子と考えられている。今日、世界中で起こる院内感染の15%近くが黄色ブドウ球菌に起因すると見積もられている。一方、表皮ブドウ球菌は常在性細菌である。今回明らかとなった両菌種のグルタミン酸特異性プロテアーゼの活性の違いが、黄色ブドウ球菌の病原性を説明しうる可能性がある。今後さらに黄色ブドウ球菌のプロテアーゼ活性と病原性との関連性について明らかにする必要がある。 In the past, proteases of infectious bacteria have been considered as exacerbations of infection. Today, it is estimated that nearly 15% of nosocomial infections worldwide occur due to S. aureus. On the other hand, Staphylococcus epidermidis is a resident bacterium. The difference in the activity of glutamate-specific proteases between the two bacterial strains revealed this time may explain the pathogenicity of Staphylococcus aureus. In the future, it is necessary to clarify the relationship between the protease activity and pathogenicity of Staphylococcus aureus.
すでに多くの市販のタンパク質がリコンビナント技術で生産されている。例えば大半の制限酵素は大腸菌発現標品である。可溶性プロテアーゼの多くは単量体で糖鎖修飾もないことから大腸菌発現系が可能なタンパク質である。しかし、大腸菌発現系によるプロテアーゼの発現では、プロテアーゼ活性の毒性を回避するために、封入体として発現することが多かった。その結果、可溶化、再生、およびクロマトグラフィーによる活性型酵素の精製などの多段階の調製が必要であった。特に尿素等による変性、可溶化と再生段階は時間がかかり、自動化しにくく、かつ回収率が実験ごとに変動しやすい。一方、実施例の発現方法では、不活性型プロテアーゼは可溶性画分に回収されるので精製が容易である。発現および精製にそれぞれ1日あれば完了する。これまでの成績では、リッターカルチャー当たり20 mg程度の精製標品を得ることができ、引き続き、ほぼ100%の効率で成熟型分子を得ることができる。大腸菌の培養条件やリコンビナント分子の誘導条件等を検討することにより収量はさらに上げることができる。今回発現した2種類のプロテアーゼの中では、これまでの実績と比活性の高さから、GluSEよりもGluV8のほうが利用価値が高いと考えられる。 Many commercial proteins are already produced by recombinant technology. For example, most restriction enzymes are E. coli expression standards. Many soluble proteases are monomers and have no sugar chain modification. However, protease expression by the E. coli expression system was often expressed as inclusion bodies in order to avoid toxicity of protease activity. As a result, multi-step preparation such as solubilization, regeneration, and purification of active enzyme by chromatography was necessary. In particular, the denaturation, solubilization and regeneration steps with urea etc. take time, are difficult to automate, and the recovery rate tends to vary from experiment to experiment. On the other hand, in the expression methods of the examples, the inactive protease is recovered in the soluble fraction, so that purification is easy. One day each for expression and purification is complete. Based on the results so far, a purified preparation of about 20 mg per liter culture can be obtained, and then mature molecules can be obtained with an efficiency of almost 100%. The yield can be further increased by examining the culture conditions of E. coli and the induction conditions of recombinant molecules. Among the two types of proteases expressed this time, GluV8 is considered to have higher utility value than GluSE due to the past achievements and high specific activity.
プロテアーゼの種類によっては保存中に自己消化する場合があるが、そのため本法の利点として、プロテアーゼを不活性型として長期保存しておき、使用時にサーモライシン処理によって簡便に活性型に変換できるという点も挙げられる。サーモライシンはミリモル濃度のEDTAにより不可逆的に失活するので、今回の実験条件で微量存在しても問題にならなかった。もし問題になる場合は、活性化後に28kDa GluSEや主要バンドである40kDa GluV8のC末タグ用アフィニティークロマトグラフィーによりサーモライシンを除去することが可能である。 Depending on the type of protease, self-digestion may occur during storage. Therefore, the advantage of this method is that the protease can be stored in an inactive form for a long time and can be easily converted to the active form by thermolysin treatment at the time of use. Can be mentioned. Thermolysin was irreversibly deactivated by millimolar EDTA, so even if it was present in a small amount under the present experimental conditions, there was no problem. If it becomes a problem, it is possible to remove thermolysin after activation by affinity chromatography for C-terminal tag of 28 kDa GluSE or 40 kDa GluV8 which is the main band.
自己分解反応を抑制して不活性型分子として大腸菌発現するという戦略は、さらに他のプロテアーゼの発現に適用できる可能性がある。歯周病原性細菌であるPorphyromonas gingivalisは、アルギニン特異的プロテアーゼであるアルギニルジンジパイン(Rgp1とRgp2)とリジン特異的プロテアーゼであるリジルジンジパイン(Kgp)を発現する。Rgp1とRgp2の活性化はArg-Tyr結合の切断によって起こり、Kgpの活性化はArg-Aspの切断による。つまりRgp1やRgp2全長分子を大腸菌で発現しても自己消化によって成熟分子がカスケード的に産生されてしまうであろう。Kgpの場合も、活性化部位がArg-Aspではあるものの、ArgとLysが同じ塩基性アミノ酸なので切断される可能性がある。しかも、Kgpではプロセシング部位から5残基N末側にLysが位置しているのでこの位置での切断も活性化を引き起こすだろう。Rgp1に関しては既に大腸菌発現の報告があるものの、やはり封入体としてリコンビナントRgp1を得ている(Margetts et al., Protein Expr. Purif. 18, 262-268 (2000))。実施例の結果は、ジンジパインでも自己プロセシングを受ける切断部位を適切に変異させれば発現の可能性があることを示している。プロセシング部位の塩基性アミノ酸をグルタミン酸に置換すれば、不活性型が安定化され、しかもGluV8によるin vitroプロセシングにより活性型分子を産生できると考えている。 The strategy of expressing E. coli as an inactive molecule by suppressing the autolytic reaction may be further applicable to the expression of other proteases. The periodontopathic bacterium Porphyromonas gingivalis expresses arginine-specific proteases arginyl ginsine pine (Rgp1 and Rgp2) and lysine-specific protease lysyl gin dipine (Kgp). Activation of Rgp1 and Rgp2 is caused by cleavage of Arg-Tyr bond, and activation of Kgp is caused by cleavage of Arg-Asp. In other words, even if Rgp1 or Rgp2 full-length molecules are expressed in E. coli, mature molecules will be produced in cascade by autolysis. Even in the case of Kgp, although the activation site is Arg-Asp, Arg and Lys may be cleaved because they are the same basic amino acid. In addition, in Kgp, Lys is located 5 residues from the processing site, so cleavage at this position will also cause activation. Although Rgp1 has already been reported for expression in E. coli, recombinant Rgp1 has also been obtained as an inclusion body (Margetts et al., Protein Expr. Purif. 18, 262-268 (2000)). The results of the Examples show that even gingipain may be expressed if the cleavage site undergoing self-processing is appropriately mutated. Substituting glutamic acid for the basic amino acid at the processing site is thought to stabilize the inactive form and to produce an active molecule by in vitro processing with GluV8.
実施例3 グルタミン酸特異的プロテアーゼの発現プラスミドの作製2
すべてpQE60(キアゲン社)を発現ベクターとして用いた。実施例1で作製したGluSE(野生型)、GluV8(野生型)およびGluSE-V8(GluSEのプレプロペプチドとGluV8成熟配列のキメラ分子)の発現プラスミドを基にして、in vitro点突然変異導入法によってアミノ酸の変異を導入した。GluV8(336アミノ酸)に関してはC末端に3アミノ酸(Pro-Asp-AsnまたはPro-Asn-Asn)の12回繰り返し構造を有するが、これを含む52アミノ酸の欠失を導入した(表2)。その結果、GluV8のアミノ酸は284アミノ酸からなり、成熟配列部分(アミノ酸69-284)はGluSE(アミノ酸67-282)と同一長となった。In vitro遺伝子変異によりGluV8のプロペプチド(アミノ酸1-68)内の2か所、4か所または5か所にアミノ酸置換を導入し、それぞれGluV8mut2、mut4、mut5と命名した。導入するアミノ酸は、GluV8とGluSEのプロ配列をアラインメントの結果を用いてGluSEのアミノ酸と一致させた(表2と図6b)。Staphylococcus warneriグルタミン酸特異的プロテアーゼ(GluSWと命名)の遺伝子の増幅に関してはYokoiら(2001)の報告を元に、BamHI部位(下線部)を挿入したプライマーセット:
5’プライマー,5’-TTTGGATCCAAAGTTAAGTTTTTTACAGCA(配列番号19)および
3’プライマー,5’-GGCGGATCCCGCTGCGTCTGGATTATCGTA(配列番号20)
により、Lys2-Ala316をコードするDNA断片を増幅し、pQE60のBamHI部位に挿入した。GluV8mut5プレプロ配列とGluSW成熟配列とのキメラ分子は、PCR法によって作製した。
Example 3 Preparation of Expression Plasmid for Glutamic Acid Specific Protease 2
All pQE60 (Qiagen) was used as an expression vector. Based on the expression plasmids of GluSE (wild type), GluV8 (wild type) and GluSE-V8 (a chimeric molecule of GluSE prepropeptide and GluV8 mature sequence) prepared in Example 1, an in vitro point mutagenesis method was used. Amino acid mutations were introduced. GluV8 (336 amino acids) has a 12 amino acid repeat structure of 3 amino acids (Pro-Asp-Asn or Pro-Asn-Asn) at the C-terminus, but a deletion of 52 amino acids including this was introduced (Table 2). As a result, the amino acid of GluV8 consisted of 284 amino acids, and the mature sequence portion (amino acids 69-284) was the same length as GluSE (amino acids 67-282). Amino acid substitutions were introduced at 2, 4 or 5 positions in the GluV8 propeptide (amino acids 1-68) by in vitro gene mutation and named GluV8mut2, mut4 and mut5, respectively. The amino acid to be introduced was matched with the amino acid of GluSE using the alignment results of the GluV8 and GluSE prosequences (Table 2 and FIG. 6b). Based on the report of Yokoi et al. (2001) regarding the amplification of Staphylococcus warneri glutamate-specific protease (named GluSW), a primer set with a BamHI site (underlined):
5 ′ primer, 5′-TTT GGATCC AAAGTTAAGTTTTTTACAGCA (SEQ ID NO: 19) and
3 ′ primer, 5′-GGC GGATCC CGCTGCGTCTGGATTATCGTA (SEQ ID NO: 20)
The DNA fragment encoding Lys2-Ala316 was amplified and inserted into the BamHI site of pQE60. A chimeric molecule of GluV8mut5 prepro sequence and GluSW mature sequence was prepared by PCR method.
実施例4 組換えグルタミン酸特異的プロテアーゼの発現と精製2
実施例2に記載の方法と同様にして、実施例3で作製した発現プラスミドを含む形質転換体を培養し、組換えタンパク質を発現誘導後、形質転換体を回収し、精製した。精製標品は使用時まで-80℃に保存した。
Example 4 Expression and Purification of Recombinant Glutamate Specific Protease 2
In the same manner as in Example 2, the transformant containing the expression plasmid prepared in Example 3 was cultured. After induction of expression of the recombinant protein, the transformant was recovered and purified. The purified sample was stored at −80 ° C. until use.
サーモライシン処理とプロテアーゼ活性の測定
実施例2に記載の方法と同様にして、精製した組換えタンパク質をサーモライシン処理し、プロテアーゼ活性を測定した。
Thermolysin treatment and measurement of protease activity In the same manner as in Example 2, the purified recombinant protein was treated with thermolysin and the protease activity was measured.
SDSポリアクリルアミドゲル電気泳動(SDS-PAGE)
12.5%ゲルの代わりに11%のポリアクリルアミドゲルを用いること以外は実施例2と同様にして、SDS-PAGEを行なった。
SDS polyacrylamide gel electrophoresis (SDS-PAGE)
SDS-PAGE was performed in the same manner as in Example 2 except that 11% polyacrylamide gel was used instead of 12.5% gel.
N末端アミノ酸配列
実施例2と同様の方法により、組換えタンパク質およびそのサーモライシン切断分子のN末端アミノ酸配列を決定した。
N-terminal amino acid sequence In the same manner as in Example 2, the N-terminal amino acid sequence of the recombinant protein and its thermolysin cleavage molecule was determined.
タンパク質の定量
実施例2と同様の方法により、タンパク質を定量した。
Protein quantification Protein was quantified in the same manner as in Example 2.
結果
3種のグルタミン酸特異的プロテアーゼおよびそれらの誘導体の発現
Yokoiら(Yokoi K.,et al.,Gene,281,115-122(2001))は、S. warneri菌M株のグルタミン酸特異的プロテアーゼGluSWの精製と遺伝子クローニングを報告している。GluSW(配列番号18)は典型的な3アミノ酸(Pro-Asp/Asn-Asn)の繰り返し配列ではないが、11残基のAspと16残基のAsnを含む34アミノ酸からなるC末端配列を有する。C末端繰り返し配列は、GluSEには存在しない。GluV8のC末端繰り返し構造やGluSWのAsp/Asnリッチ配列を除き、GluSE C末端のGln282に相当するGluV8のAla284、GluSWのSer282までのアミノ酸配列を比較した(図6)。成熟領域ではGluV8とGluSWが80.1%ともっとも相同性が高く、ついで、GluSEとGluSWが61.1%、GluV8とGluSEの相同性が58.5%と、わずかにGluSWとGluSEの相同性の方が高かった。プレおよびプロ配列でもその傾向は同様で、共にGluV8とGluSWの方が、GluSEとGluV8あるいは、GluSEとGluSWよりも相同性が高かった。プレ、プロ、成熟配列の3領域では、成熟部分の方が58.8-80.1%と他の2領域よりも相同性が高く、プロ配列の相同性は15.4-51.3%と最も低かった。これらのことから、GluV8とGluSWがより近縁であることがわかる。第二に、各領域の変異速度には差があり、このことは、プロ領域がその機能を発揮するために必要な構造には、成熟領域が機能(すなわち酵素活性を発揮)するために必要な構造に比べて、大きなアミノ酸置換の自由度があることを示している。
result
Expression of three glutamate-specific proteases and their derivatives
Yokoi et al. (Yokoi K., et al., Gene, 281, 115-122 (2001)) report purification and gene cloning of a glutamic acid specific protease GluSW of S. warneri M strain. GluSW (SEQ ID NO: 18) is not a typical repeat of 3 amino acids (Pro-Asp / Asn-Asn), but has a C-terminal sequence consisting of 34 amino acids including 11 residues of Asp and 16 residues of Asn. . C-terminal repeats are not present in GluSE. Except for the GluV8 C-terminal repeat structure and the GluSW Asp / Asn-rich sequence, the amino acid sequences of GluV8 Ala284 and GluSW Ser282 corresponding to Glu282 at the GluSE C-terminal were compared (FIG. 6). In the mature region, GluV8 and GluSW had the highest homology at 80.1%, followed by GluSE and GluSW at 61.1%, and GluV8 and GluSE at 58.5%, with slightly higher homology between GluSW and GluSE. The trend was similar for the pre and pro sequences, and both GluV8 and GluSW were more homologous than GluSE and GluV8 or GluSE and GluSW. In the three regions of pre, pro, and mature sequences, the mature portion had a higher homology of 58.8-80.1% than the other two regions, and the pro sequence had the lowest homology of 15.4-51.3%. From these, it can be seen that GluV8 and GluSW are more closely related. Secondly, there is a difference in the mutation rate of each region, which means that the structure required for the pro region to exert its function is necessary for the mature region to function (ie, exhibit enzymatic activity). It shows that there is a large degree of freedom of amino acid substitution compared to a simple structure.
pQE60発現ベクターのBamHI部位に全長分子をコードする3種類のグルタミン酸特異的プロテアーゼGluSE、GluV8もしくはGluSW遺伝子(Ohara-Nemotoら、Microb. Pathog. 33,33-41 (2002);Carmona and Gray、Nucleic Acids Res. 15, 6757 (1987);Yokoiら、Gene,281,115-122(2001))またはその誘導体の遺伝子を挿入して大腸菌発現を試みた。発現リコンビナント分子のN末端には制限酵素部位に由来するGly-Gly-Serが、一方C末端はHis6タグが付加されている。さらに3種類の発現ベクターを元に、それらの誘導体を発現するベクター9種類、計12種類を発現させた(表2)。 Three glutamic acid-specific protease GluSE, GluV8 or GluSW genes encoding full-length molecules at the BamHI site of the pQE60 expression vector (Ohara-Nemoto et al., Microb. Pathog. 33, 33-41 (2002); Carmona and Gray, Nucleic Acids Res. 15, 6757 (1987); Yokoi et al., Gene, 281, 115-122 (2001)) or a derivative thereof was inserted to attempt E. coli expression. Gly-Gly-Ser derived from a restriction enzyme site is added to the N terminus of the expressed recombinant molecule, while His 6 tag is added to the C terminus. Furthermore, based on 3 types of expression vectors, 9 types of vectors expressing their derivatives, 12 types in total, were expressed (Table 2).
12種類の発現分子を含むバクテリアライゼートをSDS-PAGEで分離し、タンパク染色した(図7)。レーン1、7、8、9、10、12では発現タンパク質のバンドが確認された(図7a、矢頭)。後で判明するが、レーン5、6にも44 kDa分子が定量的に発現していたが、その位置に大腸菌由来のタンパク質があるために、ライゼートでは発現を確認することはできなかった。分離したタンパク質をHis6タグ特異的なモノクローナル抗体により検出したところ、すべてのレーンで陽性バンドの存在が確認された(図7b)。多くのレーンでは複数のバンドが検出され、部分分解を起こしていることが判明した。本抗体と反応するエピトープHis6はC末端に局在するので、N末端側の異なる部分で切断されていると推察された。 Bacterial lysates containing 12 kinds of expressed molecules were separated by SDS-PAGE and stained with protein (FIG. 7). In lanes 1, 7, 8, 9, 10, and 12, a band of the expressed protein was confirmed (FIG. 7a, arrowhead). As will be seen later, a 44 kDa molecule was also expressed quantitatively in lanes 5 and 6, but because of the protein derived from E. coli at that position, expression could not be confirmed by lysate. When the separated protein was detected with a His 6- tag specific monoclonal antibody, the presence of a positive band was confirmed in all lanes (FIG. 7b). In many lanes, multiple bands were detected and found to be partially decomposed. Since the epitope His 6 that reacts with this antibody is localized at the C-terminal, it was presumed that it was cleaved at a different part on the N-terminal side.
バクテリアライゼートよりアフィニティークロマトグラフィー(タロンアフィニティーゲル)によってリコンビナントタンパク質を精製した(図7c)。そのバンド強度は発現量を反映していると考えられた。発現量はGluSE(レーン1)がGluV8(レーン2)を大きく上回っていた。実施例2では、GluV8のプレプロ配列をGluSEのそれと入れ替えることでGluV8の発現効率が上がった(レーン3)。この改善はGluV8のプレプロ配列を自己消化されにくいGluSEのプレプロ配列に置換したためだと考えられた。しかし、図7aに示すように、GluV8と同様にGluSEも複数のバンドを生じ部分分解が生じていた。 The recombinant protein was purified from the bacterial lysate by affinity chromatography (Talon affinity gel) (FIG. 7c). The band intensity was considered to reflect the expression level. The expression level of GluSE (lane 1) was significantly higher than that of GluV8 (lane 2). In Example 2, the expression efficiency of GluV8 was increased by replacing the prepro sequence of GluV8 with that of GluSE (lane 3). This improvement was thought to be due to the replacement of the prepro sequence of GluV8 with the prepro sequence of GluSE, which is difficult to self-digest. However, as shown in FIG. 7a, as with GluV8, GluSE also produced a plurality of bands and partial decomposition occurred.
2種のプロテアーゼのプロ配列を比較すると、GluV8では、プロ配列部のC末付近にGlu62とGlu65というGluV8による消化を最も受けやすいペプチド結合を形成するアミノ酸が存在する。一方、GluSEプロ配列では、Glu40が成熟配列のN末端に最も近接しており、非効率的ながら切断されうるAspも、C末端に最も近いものでAsp46である。本発明者らは、Glu62とGlu65の位置で切断されたGluV8は,成熟型の1/1,000程度の活性を有することを示している(Nemotoら、FEBS J. 275,573-587(2008))。つまりGluV8の低発現は宿主内で自己消化を起こして宿主にダメージを与えるためであると推測された。 When the prosequences of the two proteases are compared, in GluV8, there are amino acids that form a peptide bond that is most susceptible to digestion by GluV8, Glu62 and Glu65, near the C-terminus of the prosequence portion. On the other hand, in the GluSE prosequence, Glu40 is closest to the N-terminus of the mature sequence, and Asp that can be cleaved inefficiently is also closest to the C-terminus, Asp46. The present inventors have shown that GluV8 cleaved at the positions of Glu62 and Glu65 has an activity of about 1 / 1,000 of mature type (Nemoto et al., FEBS J. 275, 573-587 (2008)). . In other words, the low expression of GluV8 was presumed to be due to self-digestion in the host and damage to the host.
プロ配列内の自己消化を抑える目的で、本来のGluV8のプロ配列を用いて発現する改良法を検討した。2アミノ酸(図7c、レーン4)、4アミノ酸(レーン5)、5アミノ酸(レーン6)と、順次GluSEのプロ配列のアミノ酸に変異してゆくと、バンド強度が次第に増した。特にGluV8のプレプロ配列内のすべて(2か所のGluおよび1か所のAsp)と、プロ配列C末端部の2アミノ酸をGluSEのアミノ酸に置換した分子はもっともバンド強度が強かった(レーン6)。 In order to suppress self-digestion within the pro-sequence, an improved method of expressing using the original pro sequence of GluV8 was examined. The band intensity gradually increased as the amino acid sequence was changed to 2 amino acids (FIG. 7c, lane 4), 4 amino acids (lane 5), 5 amino acids (lane 6), and GluSE pro-sequence amino acids. In particular, all of the GluV8 prepro sequences (two Glu and one Asp) and the molecule in which two amino acids at the C-terminal end of the pro sequence were replaced with GluSE amino acids had the strongest band intensity (lane 6). .
GluV8にはC末端に3アミノ酸(Pro-Asp-AsnまたはPro-Asn-Asn)の12回繰り返し構造がある(Carmona and Gray、Nucleic Acids Res. 15,6757 (1987))。しかし、この配列はGluV8ファミリータンパク質で保存されているわけではなく、例えばGluSEにはこの配列はないことから、プロテアーゼ活性には無関係だと考えられる。実際にこの部分を欠失させたGluV8を発現しても活性を有する分子が得られている(Yabutaら、Appl. Microbiol. Biotech. 44,118-125 (1995))。そこでC末の繰り返し配列を含む52アミノ酸(アミノ酸285-336)の欠失分子(GluV8mut5 ΔC)を発現したところ、非欠失分子(GluV8mut5、レーン6)よりもさらにバンド強度が増した(レーン7)。 GluV8 has a 12-repeat structure of 3 amino acids (Pro-Asp-Asn or Pro-Asn-Asn) at the C-terminus (Carmona and Gray, Nucleic Acids Res. 15, 6757 (1987)). However, this sequence is not conserved in GluV8 family proteins. For example, since GluSE does not have this sequence, it is considered to be unrelated to protease activity. Molecules that are active even when GluV8 in which this portion is actually deleted are expressed have been obtained (Yabuta et al., Appl. Microbiol. Biotech. 44, 118-125 (1995)). Therefore, when the deletion molecule (GluV8mut5 ΔC) of 52 amino acids (amino acids 285-336) containing the C-terminal repeat sequence was expressed, the band intensity increased more than the non-deletion molecule (GluV8mut5, lane 6) (lane 7). ).
恒常不活性型GluV8と潜在型GluV8発現効率の比較
上記のようにGluV8プロ配列を自己消化抵抗性のアミノ酸に置換することでGluV8の収率が改善し、GluV8mut5 ΔCで、その発現は最高となった。しかし、この条件でも発現中にまだ自己消化が起きているのかどうかは不明である。そこで対照とするために恒常的に活性のないGluSEおよびGluV8の発現を試みた。グルタミン酸特異的プロテアーゼファミリーメンバーは、セリンプロテアーゼであり、GluSEのSer235およびGluV8のSer237が活性発現に必須であると考えられる(Ohara-Nemotoら、Microb. Pathog. 33,33-41 (2002); Prasadら、Acta Crysta. 60,256-259 (2004))。実際にGluV8のSer237をAlaに置換すると、その後のサーモライシンによる試験管内の活性化によっても全く活性を示さなかった(Nemotoら、FEBS J. 275,573-587(2008))。そこで自己消化を全く生じない恒常不活性型分子GluSE Ser235Ala、GluV8mut4 Ser237Ala、GluV8mut5ΔC Ser237Alaを発現すると、いずれも良好な発現が達成できた(図7、レーン8-10)。ところで,すでに述べた潜在型分子GluSE(図7、レーン1)、GluV8mut5(レーン6)およびGluV8mut5 ΔC(レーン7)において,もし自己消化が完全に抑制されているならば、それぞれの恒常性不活性型分子と同程度の発現が期待される。実際に,GluSE(レーン1)とGluSE Ser235Ala(レーン8),GluV8mut5(レーン6)とGluV8mut4 Ser237Ala(レーン9),GluV8mut5 ΔC(レーン7)とGluV8mut4 ΔC(レーン10)とを比較すると,ほぼ同水準の発現が達成されていた。
Comparison of constitutively inactive GluV8 and latent GluV8 expression efficiency Replacing the GluV8 prosequence with a self-digesting resistant amino acid as described above improves the yield of GluV8, and GluV8mut5 ΔC shows the highest expression. It was. However, it is unclear whether autolysis is still occurring during expression under these conditions. Therefore, we tried to express constitutively inactive GluSE and GluV8 as a control. Glutamate-specific protease family members are serine proteases, and GluSE Ser235 and GluV8 Ser237 are thought to be essential for active expression (Ohara-Nemoto et al., Microb. Pathog. 33, 33-41 (2002); Prasad Acta Crysta. 60, 256-259 (2004)). In fact, when Ser237 of GluV8 was replaced with Ala, no activity was shown by subsequent activation in vitro by thermolysin (Nemoto et al., FEBS J. 275, 573-587 (2008)). Thus, expression of the constitutively inactive molecules GluSE Ser235Ala, GluV8mut4 Ser237Ala, and GluV8mut5ΔC Ser237Ala that did not cause autolysis at all was achieved (FIG. 7, lanes 8-10). By the way, in the latent molecules GluSE already described (FIG. 7, lane 1), GluV8mut5 (lane 6) and GluV8mut5 ΔC (lane 7), if autolysis is completely suppressed, each homeostasis is inactive. The same level of expression as the type molecule is expected. In fact, when comparing GluSE (lane 1) with GluSE Ser235Ala (lane 8), GluV8mut5 (lane 6) and GluV8mut4 Ser237Ala (lane 9), GluV8mut5 ΔC (lane 7) and GluV8mut4 ΔC (lane 10) Expression was achieved.
S. warneriグルタミン酸特異的プロテアーゼ(GluSW)とそのキメラ型分子(GluV8-SW)の発現
これまでGluSWの大腸菌およびその他の宿主での発現の報告はない。Yokoiら(Gene,281,115-122(2001))は、S. warneri菌の産生するGluSWを精製してその成熟型のN末端配列がGluV8(Val67-Ile-Leu-Pro---)やGluSE(Val67-Ile-Leu-Pro---)とは異なり、Arg64-Ala-Asn-Val-Ile-Leu-Pro---であったと報告している。もしそうならば、Glu63-Arg64の自己消化による活性化機構が考えられる。そこで本研究の発現手法がGluSWにも応用できるかどうかと、その後のin vitro活性化がGluSWでは自己消化によって起きるのか、それともサーモライシンファミリー酵素によるのかを明らかにするために、大腸菌発現系を構築することとした。
Expression of S. warneri glutamate-specific protease (GluSW) and its chimeric molecule (GluV8-SW) Until now, there has been no report on the expression of GluSW in Escherichia coli and other hosts. Yokoi et al. (Gene, 281, 115-122 (2001)) purified GluSW produced by S. warneri, and the mature N-terminal sequence was GluV8 (Val67-Ile-Leu-Pro ---) or Unlike GluSE (Val67-Ile-Leu-Pro ---), it is reported that it was Arg64-Ala-Asn-Val-Ile-Leu-Pro ---. If so, the activation mechanism of Glu63-Arg64 by autolysis may be considered. Therefore, an E. coli expression system is constructed to clarify whether the expression method of this study can be applied to GluSW and whether subsequent in vitro activation occurs in GluSW by autolysis or by thermolysin family enzymes. It was decided.
野生型GluSWではイムノブロットや精製標品で33 kDaを主要なバンドとする3本のバンドが認められるものの、その収量はかなり低く、ライゼートタンパク質をCBB染色した段階では発現は確認できなかった(図7、レーン11)。そのプロ配列内にはGlu28,Asp34,Asp51,Glu60,Glu63と自己消化のターゲットとなるアミノ酸が存在する(図6b)。特にプロ配列C末付近のGlu60とGlu63はGluV8にも共通していた。つまりGluV8と同様にGluSWの低発現も発現宿主内で自己消化を起こすためであると推測された。 In wild-type GluSW, immunoblotting and purified samples showed three bands with a major band of 33 kDa, but the yield was quite low, and expression was not confirmed when the lysate protein was stained with CBB. (FIG. 7, lane 11). Within the pro-sequence, there are Glu28, Asp34, Asp51, Glu60, Glu63 and amino acids that are targets for autolysis (FIG. 6b). In particular, Glu60 and Glu63 near the pro-sequence C-terminal were also common to GluV8. In other words, as with GluV8, low GluSW expression was presumed to be due to self-digestion in the expression host.
GluV8で成功したようなGluSWプロ配列の7アミノ酸(3Glu,2Aspとプロ配列末端部のAla-Asn、図6b)を変異させることで、GluSWの自己消化による活性化を抑制できるものと考えられた。しかし、図6aに示したGluSWとGluV8のプロ配列の高い相同性を考慮すれば、7種類のアミノ酸を変異させるという煩雑な手法よりも、すでに作成している変異型GluV8(GluV8 mut5)のプロ配列を利用してキメラ分子(GluV8 mut5-SW)を作成することで、この目的を達成できるのではないかと考えた。そこで実際にキメラ分子を作成して発現したところ、ほぼ38 kDaの単一分子として発現され(図7c、レーン12)、しかも、ライゼートタンパク質の段階でバンドが認められるまで発現量は改善した(図7a、レーン12)。 Mutation of 7 amino acids (3Glu, 2Asp and Ala-Asn at the end of the pro-sequence, Fig. 6b) of the GluSW pro-sequence, which was successful in GluV8, was thought to suppress the activation of GluSW by autolysis. . However, considering the high homology between the GluSW and GluV8 pro-sequences shown in Fig. 6a, rather than the complicated method of mutating seven types of amino acids, the previously created mutant GluV8 (GluV8 mut5) pro We thought that this purpose could be achieved by using the sequence to create a chimeric molecule (GluV8 mut5-SW). Thus, when a chimeric molecule was actually created and expressed, it was expressed as a single molecule of approximately 38 kDa (FIG. 7c, lane 12), and the expression level was improved until a band was observed at the lysate protein stage. (Figure 7a, lane 12).
GluV8およびGluSWの大量発現と精製
GluV8mut5 ΔCは、野生型の分子よりも、また実施例2のキメラ型GluV8よりも少量(12 ml)の発現系で収量が改善したが(図7)、実際に大量発現(800 ml培養)でもその発現量が大幅に改善することが示された(図8a)。1リットルカルチャーあたり20 mgの精製標品が得られた。GluSWでもまったく同様に、1リットルあたり25 mgの標品が得られた。
Mass expression and purification of GluV8 and GluSW
The yield of GluV8mut5 ΔC was improved in the expression system in a small amount (12 ml) compared to the wild type molecule and the chimeric GluV8 of Example 2 (FIG. 7). It was shown that the expression level was greatly improved (FIG. 8a). 20 mg of purified preparation per liter culture was obtained. GluSW gave exactly 25 mg of sample per liter in exactly the same way.
発現リコンビナントプロテアーゼのin vitroプロセシング
今回の目的は活性のあるプロテアーゼを大量に得ることにあるので、精製したプロ型プロテアーゼがin vitroで成熟型に変換されるかどうかをテストした。精製GluSE(10μg)あるいは等モルのその他のリコンビナントプロテアーゼ当たり0.1または0.3μgのサーモライシンで加温すると、0.1μg処理[リコンビンナントプロテアーゼ/サーモライシン(モル比)=100/1]では中間分子量のバンドが生じたが、0.3μg(モル比,33/1)で処理したものはほぼ単一バンドが得られた(図9a)。GluV8mut5(レーン6)では2本のバンドを生じたが、これは図3で示しているように、本来の黄色ブドウ球菌の産生するGluV8でも同じ位置に2本のバンドを生じる。C末の繰り返し構造内で切断された分子が生じているものと考えられた。
In Vitro Processing of Expressed Recombinant Proteases Since the goal was to obtain large quantities of active proteases, we tested whether purified pro-type proteases could be converted to mature forms in vitro. Heating with purified GluSE (10 μg) or equimolar amounts of other recombinant proteases at 0.1 or 0.3 μg of thermolysin produces an intermediate molecular weight band with 0.1 μg treatment [recombinant protease / thermolysin (molar ratio) = 100/1]. Although produced, those treated with 0.3 μg (molar ratio, 33/1) gave almost a single band (FIG. 9a). GluV8mut5 (lane 6) produced two bands, but as shown in FIG. 3, GluV8 produced by the original S. aureus produces two bands at the same position. It was thought that the molecule was cleaved within the C-terminal repeating structure.
3種のグルタミン酸特異的プロテアーゼの活性を、Z-Leu-Leu-Glu-MCAペプチドを基質として測定した。精製標品は活性をまったく示さないが、サーモライシン処理によって、その活性が発現した。GluV8の比活性は、他の2種に比べて圧倒的に高かった。GluSWはGluSEと同程度だった(図9b)。高活性のGluV8を除いて、GluSEとGluSWに注目して同じデータを再プロットしたのが図9cである。2つのサーモライシン処理条件のどちらでも43%(0.1μgサーモライシン処理)、86%(0.3μg処理)GluSWの方がGluSEよりも活性が高かった。GluV8とGluSEのZ-Leu-Leu-Glu-MCAに対する比活性の大きな違いは、遺伝子操作によって引き起こされた人工的な変異によるものではなく、本来のそれぞれの菌の産生する酵素の活性の違いをそのまま反映していた。 The activity of three glutamate-specific proteases was measured using Z-Leu-Leu-Glu-MCA peptide as a substrate. The purified sample showed no activity, but the activity was expressed by treatment with thermolysin. The specific activity of GluV8 was overwhelmingly higher than the other two species. GluSW was comparable to GluSE (Figure 9b). FIG. 9c shows the same data re-plotted with the focus on GluSE and GluSW, except for the highly active GluV8. In both of the two thermolysin treatment conditions, 43% (0.1 μg thermolysin treatment) and 86% (0.3 μg treatment) GluSW were more active than GluSE. The large difference in specific activity of GluV8 and GluSE with respect to Z-Leu-Leu-Glu-MCA is not due to artificial mutations caused by genetic manipulation, but the differences in the activities of the enzymes produced by the respective bacteria. It was reflected as it was.
このような大きな比活性の違いに関してさらに検討を進めた。アゾカゼインを基質としてその活性を測定したところ、比活性の順位はGluV8>GluSW>GluSEと活性の違いは同様だったが、Z-Leu-Leu-Glu-MCAの場合とは異なり、GluV8とそれ以外の2種のプロテアーゼ間で大差なかった。またこれら2種類の基質を用いた比較から、GluV8のC末の52アミノ酸を欠失した分子でも活性には全く差がないことが判明した。 Further investigation was made on such a large difference in specific activity. The activity was measured using azocasein as a substrate. The order of specific activity was similar to that of GluV8> GluSW> GluSE, but unlike Z-Leu-Leu-Glu-MCA, There was no significant difference between the two proteases. In addition, a comparison using these two types of substrates revealed that there was no difference in activity even in molecules lacking the 52 amino acids at the C-terminus of GluV8.
発現GluSWのN末端配列
発現したリコンビナントGluSWのN末端配列を決定したところ、GluV8mut5-SWでは、GluV8のLeu30を持っていた(表3)。すなわちGluV8mut5-SWキメラ分子、かつ大腸菌発現系でも本来のプレ配列-プロ配列間で切断されていた。一方、野生型GluSWのN末端はArg64で、プロ配列の大部分を欠き、プロ配列の最後の3アミノ酸だけを保持していた。Glu63-Arg64結合はGluSWに切断されうる結合であり、予想したように自己消化が起きていると考えられた。そのため、自己消化を抑制することで発現の収量が改善することがGluSWにおいても確認できた。
N-terminal sequence of expressed GluSW When the N-terminal sequence of expressed recombinant GluSW was determined, GluV8mut5-SW had Leu30 of GluV8 (Table 3). In other words, the GluV8mut5-SW chimeric molecule was cut between the original pre-pro sequence and the pro sequence in the E. coli expression system. On the other hand, the N-terminus of wild-type GluSW was Arg64, lacking most of the pro-sequence and retaining only the last 3 amino acids of the pro-sequence. The Glu63-Arg64 bond is a bond that can be cleaved by GluSW, and it was thought that autolysis occurred as expected. Therefore, it was confirmed in GluSW that the yield of expression was improved by suppressing autolysis.
配列番号1:GluV8全長配列
配列番号2:GluSE全長配列
配列番号3:GluV8プレ配列
配列番号4:GluV8プロ配列
配列番号5:GluV8プレプロ配列
配列番号6:GluSEプレ配列
配列番号7:GluSEプロ配列
配列番号8:GluSEプレプロ配列
配列番号9:プライマー(GluSE 5'-プライマー)
配列番号10:プライマー(GluSE 3'-プライマー)
配列番号11:プライマー(GluV8 5'-プライマー)
配列番号12:プライマー(GluV8 3'-プライマー)
配列番号13:プライマー(GluSEプレプロ領域増幅用3'-プライマー)
配列番号14:プライマー(GluV8成熟領域増幅用5'-プライマー)
配列番号15:Hisタグ
配列番号16:短縮変異型プロ配列
配列番号17:GluV8変異プレプロ配列
配列番号18:GluSW全長配列
配列番号19:プライマー(GluSW 5'-プライマー)
配列番号20:プライマー(GluSW 3'-プライマー)
配列番号21:GluSWのN末端配列
配列番号22:GluSWの決定したN末端配列
配列番号23:GluSWのN末端配列
配列番号24:GluSWの決定したN末端配列
配列番号25:GluV8mut5−SWのN末端配列
配列番号26:GluV8mut5−SWの決定したN末端配列
SEQ ID NO: 1: GluV8 full-length sequence SEQ ID NO: 2: GluSE full-length sequence SEQ ID NO: 3: GluV8 pre-sequence SEQ ID NO: 4: GluV8 pro-sequence SEQ ID NO: 5: GluV8 pre-pro sequence SEQ ID NO: 6: GluSE pre-sequence SEQ ID NO: 7: GluSE pro-sequence No. 8: GluSE prepro sequence SEQ ID No. 9: primer (GluSE 5′-primer)
SEQ ID NO: 10: primer (GluSE 3′-primer)
Sequence number 11: Primer (GluV8 5'-primer)
SEQ ID NO: 12: primer (GluV8 3′-primer)
SEQ ID NO: 13: Primer (3′-primer for GluSE prepro region amplification)
SEQ ID NO: 14: Primer (5′-primer for GluV8 mature region amplification)
SEQ ID NO: 15: His tag SEQ ID NO: 16: Short mutant pro sequence SEQ ID NO: 17: GluV8 mutant prepro sequence SEQ ID NO: 18: GluSW full-length sequence SEQ ID NO: 19: Primer (GluSW 5′-primer)
SEQ ID NO: 20: primer (GluSW 3′-primer)
SEQ ID NO: 21: GluSW N-terminal sequence SEQ ID NO: 22: GluSW determined N-terminal sequence SEQ ID NO: 23: GluSW N-terminal sequence SEQ ID NO: 24: GluSW determined N-terminal sequence SEQ ID NO: 25: GluV8mut5-SW N-terminal SEQ ID NO: 26: determined N-terminal sequence of GluV8mut5-SW
Claims (10)
請求項7記載の形質転換体を培養する工程、
培養工程で得られた培養物を回収する工程、および
回収した培養物からプロテアーゼを精製する工程
を含む、不活性型プロテアーゼの製造方法。 The following process:
A step of culturing the transformant according to claim 7 ;
A method for producing an inactive protease, comprising: recovering a culture obtained in the culture step; and purifying a protease from the recovered culture.
請求項7記載の形質転換体を培養する工程、
培養工程で得られた培養物を回収する工程、
回収した培養物からプロテアーゼを精製する工程、および
精製したプロテアーゼを酵素処理して、プレプロ配列を切断する工程
を含む、活性型プロテアーゼの製造方法。 The following process:
A step of culturing the transformant according to claim 7 ;
Collecting the culture obtained in the culturing step;
A method for producing an active protease, comprising a step of purifying a protease from a collected culture, and a step of cleaving the prepro sequence by enzymatic treatment of the purified protease.
A vector for producing an insoluble soluble protein in Escherichia coli containing a nucleotide encoding a mutated prepro sequence consisting of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 17, which is obtained by substituting the prepro sequence of S. aureus V8 protease by 5 amino acids.
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