JP6110375B2 - 糸状菌を用いた西洋ワサビ由来ペルオキシダーゼ組換えタンパク質の製造方法 - Google Patents

糸状菌を用いた西洋ワサビ由来ペルオキシダーゼ組換えタンパク質の製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、糸状菌を用いた西洋ワサビ由来ペルオキシダーゼ組換えタンパク質の製造方法に関する。詳しくは、西洋ワサビ由来ペルオキシダーゼポリペプチドをコードし、該ポリペプチドを糸状菌において発現させることができるポリヌクレオチド、該ポリヌクレオチドを含有する発現ベクター、該発現ベクターを糸状菌に導入してなる形質転換体、該形質転換体を用いた西洋ワサビ由来ペルオキシダーゼ組換えタンパク質の製造方法、該製造方法によって製造された西洋ワサビ由来ペルオキシダーゼ組換えタンパク質、及びそれを含む調製物、並びにそれらの用途に関する。
西洋ワサビ由来ペルオキシダーゼは、酵素免疫測定法(Enzyme−Linked ImmunoSorbent Assay;ELISA)、免疫組織染色法、サザンブロッティング法、ウエスタンブロッティング法等の各種試験における検出用酵素のひとつとして、広く使用されている。また、近年では臨床検査キット用酵素としても広く用いられている。
ペルオキシダーゼはダイコン、サツマイモ、小麦、日本ワサビ、西洋ワサビ等一般に植物界に広く存在しているが、西洋ワサビのペルオキシダーゼ含量が高い等の理由により、工業生産には、西洋ワサビが好んで用いられている。
しかしながら、西洋ワサビ由来ペルオキシダーゼは、酸性、中性、及び塩基性アイソザイム等の複数の酵素から成り立っている。さらに、ペルオキシダーゼ含量及びこれらアイソザイム組成比は、栽培した土壌の性質、与えた肥料の種類と量、天候、採取時期等により著しく変動することに加え、植物を破壊し、多種多様な夾雑成分の中からペルオキシダーゼを精製するという方法で製造されるため、西洋ワサビから精製されたペルオキシダーゼの品質は必ずしも一定ではない。つまり、現在広く用いられている西洋ワサビ由来ペルオキシダーゼ製品の多くは、多くのアイソザイムの混合物である場合がほとんどであり、その割合はロットごとに異なっていることがほとんどである。このような西洋ワサビ由来ペルオキシダーゼ製品を用いた各種測定、例えばELISAを行なった場合、製造ロットごとにばらつきが生じ、安定した測定結果を得ることが困難になるという重大な問題がある。
また、原料となる西洋ワサビの栽培は長期間を要するため、天候により収量が変動する上に、近年では、栽培効率の悪さや、需要の大きいバイオエタノール用穀物への転作等を理由に、西洋ワサビの供給不安が生じつつある状況が懸念されており、安定供給が可能な西洋ワサビ由来ペルオキシダーゼに対する潜在的なニーズは大きい。
前記のような西洋ワサビ由来ペルオキシダーゼが有する問題を克服する方法として、遺伝子組換え技術を用いた微生物による大量生産が考えられる。微生物を用いることにより、短期間で大量培養が可能であるだけでなく、天候等による影響を受けずに安定供給が可能となる。また、遺伝子組換え技術を利用すれば、目的とするペルオキシダーゼのみを多量に発現させることができるため、アイソザイムの夾雑という問題も回避が可能である。
西洋ワサビ由来ペルオキシダーゼにおいて主要アイソザイムの一つであるペルオキシダーゼC1aは、そのDNA配列及びアミノ酸配列が明らかとなっている(非特許文献1参照)。また、ペルオキシダーゼC1aをコードする遺伝子を用い、大腸菌、酵母及びタバコ植物細胞において発現検討がなされている。しかしながら、その発現量は大腸菌で0.11mg/L(非特許文献2参照)、酵母で5.3mg/L(非特許文献3参照)、タバコ植物細胞で3mg/L(非特許文献4参照)と微量であり、生産は極めて低く実用的ではない。以上のことから、西洋ワサビ由来ペルオキシダーゼの大量生産が可能な組換え生物、及びそれを用いた西洋ワサビ由来ペルオキシダーゼ製造方法の開発が所望されていた。
Fujiyama et al.Eur.J.Biochem、1988年、173巻、681〜687ページ Lin et al.Biotechnol.Prog.、1999年、15巻、467〜471ページ Morawski et al.Protein Engineering、2000年、13巻、377〜384ページ Matsui et al.J.Biosci.Bioeng.、2006年、102巻、102〜109ページ
本発明は、前記従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、西洋ワサビ由来ペルオキシダーゼポリペプチドを大量に効率良く製造することを可能にするポリヌクレオチドを提供することを目的とする。
本発明者らは、前記目的を達成すべく、先ず、野生型の西洋ワサビ由来ペルオキシダーゼ(HRP) C1aをコードするポリヌクレオチドを含む発現ベクターを糸状菌に導入し、得られた形質転換体におけるHRPペプチドの産生量を調べた。しかしながら、かかる形質転換体からのHRPペプチドの産生を確認することができず、野生型HRPポリペプチドをコードするポリヌクレオチドを用いても、糸状菌にHRPポリペプチドを産生させることができないということが明らかになった。
そこで、本発明者らは、HRPポリペプチドを糸状菌において高発現させるべく鋭意検討を行い、先ず、フミコーラ、アスペルギルス及びトリコデルマの糸状菌3種におけるコドン使用頻度を勘案した。次に、得られたコドン使用頻度に、HRPポリヌクレオチドにおけるコドンの出現頻度を適合させたコドン修飾HRPポリヌクレオチドを調製した。そして、このコドン修飾HRPポリヌクレオチドを用いて、フミコーラ、アスペルギルス及びトリコデルマを形質転換したところ、フミコーラでは発現が確認できなかったものの、アスペルギルス及びトリコデルマにおいてHRPの発現を確認できた。特に、トリコデルマを用いた場合、これまでの100倍以上の濃度にてHRPを生産させることに成功した。
そこで、本発明者らは、HRPをトリコデルマにおいてより高発現させるべく、トリコデルマのコドン使用頻度のみに適合させたHRPポリヌクレオチドを用い、トリコデルマを形質転換した。その結果、かかる形質転換体においてもHRPの発現を確認することはできた。しかしながら、驚くべきことに予想に反して、フミコーラ、アスペルギルス及びトリコデルマの糸状菌3種におけるコドン使用頻度を勘案して修飾したポリヌクレオチドを用いて形質転換した場合の方が、宿主細胞であるトリコデルマのみのコドン使用頻度に適合させたポリヌクレオチドを用いて形質転換した場合よりも、HRPの生産性は顕著に高いものであった。
本発明者らは、フミコーラ、アスペルギルス及びトリコデルマ3種の糸状菌のコドン使用頻度を勘案することの有効性をさらに検証するために、当該3種の糸状菌のコドン使用頻度を勘案して修飾した別のポリヌクレオチドを調製し、トリコデルマに形質転換して、HRPの発現を評価した。その結果、前記同様に、形質転換したトリコデルマにおいて、HRPが高発現していることが確認された。さらに、かかるコドン修飾HRPポリヌクレオチドを利用することによって、トリコデルマ由来CBH1ポリペプチド又はHisタグポリペプチドを融合させたHRPポリペプチドをも、糸状菌において発現させることができることを明らかにした。さらに、これらHRPに融合させたポリペプチドによって、簡便にHRPを単離精製できることも見出した。また、コドン修飾HRPポリヌクレオチドにより形質転換された糸状菌が産生するHRPポリペプチドは過酸化水素存在下にて、アナトー色素を脱色できることも見出し、本発明を完成するに至った。すなわち、本発明は、より詳しくは以下を提供するものである。
(1) 西洋ワサビ由来ペルオキシダーゼポリペプチドをコードする野生型の塩基配列と少なくとも1個のコドンにおいて異なる塩基配列を有する、修飾されたポリヌクレオチドであって、コドンの使用頻度が下記百分率であり、かつ少なくとも240個のコドンが修飾されている、糸状菌において、コードするポリペプチドを発現させることができるポリヌクレオチド
修飾されたコドンがコードするアミノ酸がアラニンである場合、GCCの使用頻度が80%、GCTの使用頻度が20%;
修飾されたコドンがコードするアミノ酸がアルギニンである場合、CGCの使用頻度が90%、CGTの使用頻度が10%;
修飾されたコドンがコードするアミノ酸がアスパラギンである場合、AACの使用頻度が100%;
修飾されたコドンがコードするアミノ酸がアスパラギン酸である場合、GACの使用頻度が95%、GATの使用頻度が5%;
修飾されたコドンがコードするアミノ酸がシステインである場合、TGCの使用頻度が100%;
修飾されたコドンがコードするアミノ酸がグルタミンである場合、CAGの使用頻度が100%;
修飾されたコドンがコードするアミノ酸がグルタミン酸である場合、GAGの使用頻度が100%;
修飾されたコドンがコードするアミノ酸がグリシンである場合、GGCの使用頻度が75%、GGTの使用頻度が25%;
修飾されたコドンがコードするアミノ酸がヒスチジンである場合、CACの使用頻度が100%;
修飾されたコドンがコードするアミノ酸がイソロイシンである場合、ATCの使用頻度が100%;
修飾されたコドンがコードするアミノ酸がロイシンである場合、CTCの使用頻度が80%、CTGの使用頻度が20%;
修飾されたコドンがコードするアミノ酸がリジンである場合、AAGの使用頻度が100%;
修飾されたコドンがコードするアミノ酸がフェニルアラニンである場合、TTCの使用頻度が100%;
修飾されたコドンがコードするアミノ酸がプロリンである場合、CCCの使用頻度が80%、CCTの使用頻度が20%;
修飾されたコドンがコードするアミノ酸がセリンである場合、AGCの使用頻度が15%、TCCの使用頻度が85%;
修飾されたコドンがコードするアミノ酸がスレオニンである場合、ACCの使用頻度が85%、ACGの使用頻度が15%;
修飾されたコドンがコードするアミノ酸がチロシンである場合、TACの使用頻度が100%;
修飾されたコドンがコードするアミノ酸がバリンである場合、GTCの使用頻度が85%、GTGの使用頻度が5%、GTTの使用頻度が10%。
(2) 西洋ワサビ由来ペルオキシダーゼポリペプチドをコードする野生型の塩基配列と少なくとも1個のコドンにおいて異なる塩基配列を有する、修飾されたポリヌクレオチドであって、コドンの使用頻度が下記百分率であり、かつ少なくとも70%のコドンが修飾されている、糸状菌において、コードするポリペプチドを発現させることができるポリヌクレオチド
修飾されたコドンがコードするアミノ酸がアラニンである場合、GCCの使用頻度が80%、GCTの使用頻度が20%;
修飾されたコドンがコードするアミノ酸がアルギニンである場合、CGCの使用頻度が90%、CGTの使用頻度が10%;
修飾されたコドンがコードするアミノ酸がアスパラギンである場合、AACの使用頻度が100%;
修飾されたコドンがコードするアミノ酸がアスパラギン酸である場合、GACの使用頻度が95%、GATの使用頻度が5%;
修飾されたコドンがコードするアミノ酸がシステインである場合、TGCの使用頻度が100%;
修飾されたコドンがコードするアミノ酸がグルタミンである場合、CAGの使用頻度が100%;
修飾されたコドンがコードするアミノ酸がグルタミン酸である場合、GAGの使用頻度が100%;
修飾されたコドンがコードするアミノ酸がグリシンである場合、GGCの使用頻度が75%、GGTの使用頻度が25%;
修飾されたコドンがコードするアミノ酸がヒスチジンである場合、CACの使用頻度が100%;
修飾されたコドンがコードするアミノ酸がイソロイシンである場合、ATCの使用頻度が100%;
修飾されたコドンがコードするアミノ酸がロイシンである場合、CTCの使用頻度が80%、CTGの使用頻度が20%;
修飾されたコドンがコードするアミノ酸がリジンである場合、AAGの使用頻度が100%;
修飾されたコドンがコードするアミノ酸がフェニルアラニンである場合、TTCの使用頻度が100%;
修飾されたコドンがコードするアミノ酸がプロリンである場合、CCCの使用頻度が80%、CCTの使用頻度が20%;
修飾されたコドンがコードするアミノ酸がセリンである場合、AGCの使用頻度が15%、TCCの使用頻度が85%;
修飾されたコドンがコードするアミノ酸がスレオニンである場合、ACCの使用頻度が85%、ACGの使用頻度が15%;
修飾されたコドンがコードするアミノ酸がチロシンである場合、TACの使用頻度が100%;
修飾されたコドンがコードするアミノ酸がバリンである場合、GTCの使用頻度が85%、GTGの使用頻度が5%、GTTの使用頻度が10%。
(3) 西洋ワサビ由来ペルオキシダーゼC1aポリペプチドをコードし、下記(i)〜(ii)からなる群から選択される少なくとも1の特徴を有する(1)又は(2)に記載のポリヌクレオチド
(i)配列番号:1に記載の塩基配列のコード領域を含む
(ii)配列番号:1に記載の91〜1017位からなる塩基配列と95%以上の相同性を有する。
(4) 西洋ワサビ由来ペルオキシダーゼC1aポリペプチドをコードし、下記(i)〜(ii)からなる群から選択される少なくとも1の特徴を有する(1))又は(2)に記載のポリヌクレオチド
(i)配列番号:26に記載の塩基配列のコード領域を含む
(ii)配列番号:26に記載の91〜1017位からなる塩基配列と95%以上の相同性を有する。
(5) (1)〜(4)のうちのいずれか一に記載のポリヌクレオチドに、さらに所望のポリペプチドをコードするポリヌクレオチドが付加されているポリヌクレオチド。
(6) (1)〜(5)のうちのいずれか一に記載のポリヌクレオチドを含む発現ベクター。
(7) (6)に記載の発現ベクターを糸状菌に導入してなる形質転換体。
(8) 前記糸状菌が、トリコデルマ属菌又はアスペルギルス属菌である(7)に記載の形質転換体。
(9) 前記糸状菌が、トリコデルマ・ビリデ又はアスペルギルス・ニガーである(7)に記載の形質転換体。
(10) 前記糸状菌が、トリコデルマ・ビリデである(7)に記載の形質転換体。
(11) (7)(10)のうちのいずれか一に記載の形質転換体を培養し、培養された形質転換体及び/又は該形質転換体の培養物から、発現させたポリペプチドを採取する工程を含む、(1)〜(4)のうちのいずれか一に記載のポリヌクレオチドがコードするポリペプチドの製造方法
(12) 標的分子を検出するための方法であって、
(7)〜(10)のうちのいずれか一に記載の形質転換体を培養し、培養された形質転換体及び/又は該形質転換体の培養物から、発現させたポリペプチドを採取する工程と、 ポリペプチドを前記標的分子に結合させる工程とを含む、方法。
(13) 色素の脱色方法であって、
(7)〜(10)のうちのいずれか一に記載の形質転換体を培養し、培養された形質転換体及び/又は該形質転換体の培養物から、発現させたポリペプチドを採取する工程と、
該色素に前記ポリペプチドを過酸化水素存在下で作用させる工程とを含む、方法。
(14) フェノール性化合物の除去方法であって、
(7)〜(10)のうちのいずれか一に記載の形質転換体を培養し、培養された形質転換体及び/又は該形質転換体の培養物から、発現させたポリペプチドを採取する工程と、
該フェノール性化合物に前記ポリペプチドを過酸化水素存在下で作用させる工程とを含む、方法。
本発明によれば、西洋ワサビ由来ペルオキシダーゼをコードする糸状菌の発現に最適化されたコドンを含むポリヌクレオチドが提供された。さらに、前記ポリヌクレオチドを形質転換したトリコデルマ・ビリデ又はアスペルギルス・ニガーを用いた西洋ワサビ由来ペルオキシダーゼ組換えタンパク質の製造が可能になる。
野生型の西洋ワサビ由来ペルオキシダーゼ(HRP)C1aをコードするポリヌクレオチドを含む発現ベクター(pCB1−HRP_Native)により、糸状菌(トリコデルマ)を形質転換し、得られた形質転換体の培養上清を、抗HRP抗体を用いたウェスタンブロットにより分析した結果を示す写真である。図中、1のレーンは分子量マーカーを展開した結果を示し、2のレーンは形質転換体の培養上清を展開した結果を示す。 野生型HRPポリヌクレオチドと、本発明のポリヌクレオチド(コドン修飾HRPポリヌクレオチド)とを、塩基配列(1〜540位)において比較した結果を示す図である。図中、上の配列が野生型HRPポリヌクレオチドの塩基配列(配列番号:3に記載の塩基配列)を示し、下の配列が本発明のポリヌクレオチド(配列番号:1に記載の塩基配列)を示す。 野生型HRPポリヌクレオチドと、本発明のポリヌクレオチド(コドン修飾HRPポリヌクレオチド)とを、塩基配列(541〜1014位)において比較した結果を示す図である。図中、上の配列が野生型HRPポリヌクレオチドの塩基配列(配列番号:3に記載の塩基配列)を示し、下の配列が本発明のポリヌクレオチド(配列番号:1に記載の塩基配列)を示す。 本発明のポリヌクレオチドを含む発現ベクター(pNCE2−HRP−humicola)により、フミコーラを形質転換し、得られた形質転換体の培養上清を、抗Hisタグ抗体を用いたウェスタンブロットにより分析した結果を示す写真である。図中、1のレーンは分子量マーカーを展開した結果を示し、2のレーンは形質転換体の培養上清を展開した結果を示す。 本発明のポリヌクレオチドを含む発現ベクター(pAmyB−pyr−HRP−Aspergillus)により、アスペルギルスを形質転換し、得られた形質転換体の培養上清を、抗Hisタグ抗体を用いたウェスタンブロットにより分析した結果を示す写真である。図中、1のレーンは分子量マーカーを展開した結果を示し、2のレーンは形質転換体の培養上清を展開した結果を示す。 本発明のポリヌクレオチドを含む発現ベクター(pCB1−HRP−trichoにより、トリコデルマを形質転換し、得られた形質転換体の培養上清を、抗Hisタグ抗体を用いたウェスタンブロットにより分析した結果を示す写真である。図中、1のレーンは分子量マーカーを展開した結果を示し、2のレーンは形質転換体の培養上清を展開した結果を示す。 本発明のポリヌクレオチドを含む発現ベクター(pCB1−HRP(Hisless)−tricho)により、トリコデルマを形質転換し、得られた形質転換体の培養上清を、抗HRP抗体を用いたウェスタンブロットにより分析した結果を示す写真である。図中、1のレーンは分子量マーカーを展開した結果を示し、2のレーンは形質転換体の培養上清を展開した結果を示す。 本発明のポリヌクレオチドを含む発現ベクター(pCB1−KR−HRP−tricho)により、トリコデルマを形質転換し、得られた形質転換体の培養上清を、抗HRP抗体を用いたウェスタンブロットにより分析した結果を示す写真である。図中、1のレーンは分子量マーカーを展開した結果を示し、2のレーンは形質転換体の培養上清を展開した結果を示す。 トリコデルマのコドン使用頻度のみに適合させたHRPポリヌクレオチドを含む発現ベクター(pCB1−HRP(Hisless)−tricho−2)により、トリコデルマを形質転換し、得られた形質転換体の培養上清を、抗HRP抗体を用いたウェスタンブロットにより分析した結果を示す写真である。図中、1のレーンは分子量マーカーを展開した結果を示し、2のレーンは形質転換体の培養上清を展開した結果を示す。 野生型HRPポリヌクレオチドと、本発明のポリヌクレオチド(コドン修飾HRPポリヌクレオチド)とを、塩基配列(1〜540位)において比較した結果を示す図である。図中、上の配列が野生型HRPポリヌクレオチドの塩基配列(配列番号:3に記載の塩基配列)を示し、下の配列が本発明のポリヌクレオチド(配列番号:26に記載の塩基配列)を示す。 野生型HRPポリヌクレオチドと、本発明のポリヌクレオチド(コドン修飾HRPポリヌクレオチド)とを、塩基配列(541〜1014位)において比較した結果を示す図である。図中、上の配列が野生型HRPポリヌクレオチドの塩基配列(配列番号:3に記載の塩基配列)を示し、下の配列が本発明のポリヌクレオチド(配列番号:26に記載の塩基配列)を示す。 本発明のポリヌクレオチドどうしを塩基配列(1〜540位)において比較した結果を示す図である。図中、上の配列が配列番号:1に記載の塩基配列を示し、下の配列が配列番号:26に記載の塩基配列を示す。 本発明のポリヌクレオチドどうしを塩基配列(541〜1017位)において比較した結果を示す図である。図中、上の配列が配列番号:1に記載の塩基配列を示し、下の配列が配列番号:26に記載の塩基配列を示す。 本発明のポリヌクレオチドを含む発現ベクター(pCB1−HRP(Hisless)−tricho−3)により、トリコデルマを形質転換し、得られた形質転換体の培養上清を、抗HRP抗体を用いたウェスタンブロットにより分析した結果を示す写真である。図中、1のレーンは分子量マーカーを展開した結果を示し、2のレーンは形質転換体の培養上清を展開した結果を示す。
<ポリヌクレオチド>
後述の実施例に示す通り、西洋ワサビ由来ペルオキシダーゼポリペプチド(HRP)をコードする野生型の塩基配列を有するポリヌクレオチドを用いては、糸状菌において、ウェスタンブロット分析により、HRPポリペプチドの発現を検出できなかったが、前記野生型の塩基配列とコドンにおいて異なる塩基配列を有する、修飾されたポリヌクレオチドを用いたところ、かかる糸状菌において、HRPポリペプチドの発現を検出することができた。
従って、本発明は下記ポリヌクレオチドを提供するものである。
西洋ワサビ由来ペルオキシダーゼポリペプチドをコードする野生型の塩基配列と少なくとも1個のコドンにおいて異なる塩基配列を有する、修飾されたポリヌクレオチドであって、コドンの使用頻度が下記百分率であり、糸状菌において、コードするポリペプチドを発現させることができるポリヌクレオチド
修飾されたコドンがコードするアミノ酸がアラニンである場合、GCCの使用頻度が80%、GCTの使用頻度が20%;
修飾されたコドンがコードするアミノ酸がアルギニンである場合、CGCの使用頻度が90%、CGTの使用頻度が10%;
修飾されたコドンがコードするアミノ酸がアスパラギンである場合、AACの使用頻度が100%;
修飾されたコドンがコードするアミノ酸がアスパラギン酸である場合、GACの使用頻度が95%、GATの使用頻度が5%;
修飾されたコドンがコードするアミノ酸がシステインである場合、TGCの使用頻度が100%;
修飾されたコドンがコードするアミノ酸がグルタミンである場合、CAGの使用頻度が100%;
修飾されたコドンがコードするアミノ酸がグルタミン酸である場合、GAGの使用頻度が100%;
修飾されたコドンがコードするアミノ酸がグリシンである場合、GGCの使用頻度が75%、GGTの使用頻度が25%;
修飾されたコドンがコードするアミノ酸がヒスチジンである場合、CACの使用頻度が100%;
修飾されたコドンがコードするアミノ酸がイソロイシンである場合、ATCの使用頻度が100%;
修飾されたコドンがコードするアミノ酸がロイシンである場合、CTCの使用頻度が80%、CTGの使用頻度が20%;
修飾されたコドンがコードするアミノ酸がリジンである場合、AAGの使用頻度が100%;
修飾されたコドンがコードするアミノ酸がフェニルアラニンである場合、TTCの使用頻度が100%;
修飾されたコドンがコードするアミノ酸がプロリンである場合、CCCの使用頻度が80%、CCTの使用頻度が20%;
修飾されたコドンがコードするアミノ酸がセリンである場合、AGCの使用頻度が15%、TCCの使用頻度が85%;
修飾されたコドンがコードするアミノ酸がスレオニンである場合、ACCの使用頻度が85%、ACGの使用頻度が15%;
修飾されたコドンがコードするアミノ酸がチロシンである場合、TACの使用頻度が100%;
修飾されたコドンがコードするアミノ酸がバリンである場合、GTCの使用頻度が85%、GTGの使用頻度が5%、GTTの使用頻度が10%。
本発明において、HRPポリペプチドとは、西洋ワサビから抽出される、ペルオキシド構造を酸化的に切断して2つのヒドロキシル基に分解する活性を有する酵素のことを意味し、例えば、HRP C1a、HRP C1b、HRP C1c、HRP C2、HRP C3のアイソザイムが挙げられるが、西洋ワサビ由来ペルオキシダーゼにおいて、最も含有率が高いアイソザイムであるため、西洋ワサビから抽出され、試薬等として汎用されているペルオキシダーゼ混合物の性質に、その性質が最も強く反映されているという観点から、HRP C1aポリペプチドであることが好ましい。
また、HRP C1aポリペプチドとして、典型的には、配列番号4に記載のアミノ酸配列からなるポリペプチドのことである。さらに、自然界においても、アミノ酸配列が変異することは起こり得ることである。従って、HRPポリペプチドには、前記活性を有するタンパク質をコードする限り、配列番号:4に記載のアミノ酸配列において1若しくは複数個のアミノ酸が置換、欠失、挿入、及び/又は付加されたアミノ酸配列からなるタンパク質をコードするポリヌクレオチドも含まれる。
なお、HRP C1aポリペプチドにおいて、N末端のメチオニン残基から数えて30番目のアラニン残基までからなるポリペプチドは、HRPのシグナルペプチドとして機能することが知られている。また、本発明において、ポリペプチドとは、2個以上のアミノ酸がペプチド結合により結合した分子を意味する。従って、完全長のタンパク質のみならず、いわゆるオリゴペプチドをも含む概念である。ポリペプチドには、アミノ酸配列の変異以外に、例えば、グリコシル化、リン酸化、パルミトイル化、プレニル化、メチル化、アセチル化、ユビキチン化、SUMO化、ヒドロキシル化、アミド化等の修飾がなされていてもよい。
本発明において、「HRPポリペプチドをコードする野生型の塩基配列」とは、典型的には、配列番号3に記載の塩基配列である。「コドン」とは、アミノ酸をコードするヌクレオチド3個の塩基の組み合わせのことを意味する。
本発明において、前記野生型の塩基配列と異なる塩基配列を有する少なくとも1個のコドンとしては、糸状菌において翻訳効率を向上させるコドンであることが好ましい。このコドンは、好ましくは、アミノ酸配列の変化を伴わない「縮重変異」が導入されたコドンである。
前記野生型の塩基配列を有するポリヌクレオチドを糸状菌に導入することによって産生されるHRPポリペプチドの量よりも、前記野生型の塩基配列と少なくとも1個のコドンにおいて異なる塩基配列を有する修飾されたポリヌクレオチドを糸状菌に導入することによって産生されるHRPポリペプチドの量が多い場合、当該コドンは「糸状菌において翻訳効率を向上させるコドン」と判定することができる。HRPポリペプチドの量の比較は、後述の実施例に示すように、例えば、ウェスタンブロッティング、テトラメチルベンヂジンによる発色の検出(波長450nmにおける吸光度の測定)、グアヤコール酸化活性の測定等の公知の手法を用いて行うことができる。
また、修飾されるコドンの数は、好ましくは少なくとも2個(例えば、3個以上、5個以上)、より好ましくは10個以上(例えば、20個以上、30個以上、50個以上)、さらに好ましくは100個以上(例えば、120個以上、150個以上、180個以上)、特に好ましくは200個以上(例えば、210個以上、220個以上、230個以上、240個以上)である。また、本発明において、前記野生型の塩基配列を有するポリヌクレオチド中の全コドンにおける、修飾されたコドンの割合は、好ましくは少なくとも10%であり、より好ましくは30%以上、特に好ましくは60%以上(例えば、70%以上、80%以上、90%以上、100%)である。なお、配列番号:1に記載の塩基配列のコード領域においては、338のコドンのうち246のコドン(72.8%)に修飾(縮重変異の導入)がされている。また、配列番号:26に記載の塩基配列のコード領域においては、338のコドンのうち245のコドン(72.5%)に修飾(縮重変異の導入)がされている。
本発明において、糸状菌とは、菌糸から構成される真菌のことを意味し、例えば、トリコデルマ(Trichoderma)属菌、アスペルギルス(Aspergillus)属菌、アクレモニウム(Acremonium)属菌、フザリウム(Fusarium)属菌、ミセリオフトラ(Myceliopthora)属菌、ニューロスポラ(Neurospora)属菌、ペニシリウム(Penicillium)属菌、リゾムコル(Rhizomucor)属菌、テルモマイセス(Thermomyces)属菌、チエラビア(Thielavia)属菌、トリポクラジウム(Tolypocladium)属菌が挙げられる。
さらに、より具体的には、トリコデルマ属菌として、トリコデルマ・ビリデ(Trichoderma viride)、トリコデルマ・ハルジアナム(Trichoderma harzianum)、トリコデルマ・コニンギイ(Trichoderma koningii)、トリコデルマ・ロンギブラキアツム(Tricoderma longibrachiatum)、トリコデルマ・リーセイ(Trichoderma reesei)が挙げられる。また、アスペルギルス属菌として、アスペルギルス・ニガー(Aspergillus niger)、アスペルギルス・アワモリ(Aspergillus awamori)、アスペルギルス・フェチヅス(Aspergillus foetidus)、アスペルギルス・ジャポニカス(Aspergillus japonicus)、アスペルギルス・ニヅランス(Aspergillus nidulans)、アスペルギルス・オリゼ(Aspergillus oryzae)が挙げられる。これらの中で、トリコデルマ属菌及びアスペルギルス属菌であることが好ましく、トリコデルマ・ビリデ及びアスペルギルス・ニガーであることがより好ましい。
本発明において、かかる糸状菌において、「コードするポリペプチドを発現させることができる」とは、HRPポリペプチドをコードする野生型の塩基配列と少なくとも1個のコドンにおいて異なる塩基配列を有する修飾されたポリヌクレオチドを導入することにより形質転換された糸状菌を培養し、該形質転換体の濃度が9×10CFU/mLとなるよう希釈された培養上清中に産生されているHRPの濃度が0.001mg/L以上、好ましくは1mg/L以上、より好ましくは10mg/L以上、さらに好ましくは100mg/L以上、特に好ましくは300mg/L以上となることを意味する。
後述の実施例に示す通り、フミコーラ、アスペルギルス及びトリコデルマ3種におけるコドン使用頻度を勘案し、後に示す表1に記載のコドン使用頻度を算出した。そして、得られたコドン使用頻度に、野生型HRPポリヌクレオチドにおけるコドンの出現頻度を適合させ、野生型HRPポリヌクレオチドの塩基配列(配列番号:3に記載の塩基配列)を、配列番号:1に記載の塩基配列又は配列番号:26に記載の塩基配列に変更した。そして、このようにして調製したコドン修飾HRPポリヌクレオチドを用いて、糸状菌を形質転換したところ、野生型HRPポリヌクレオチドを用いては、発現が確認できなかったHRPポリペプチドについて、その発現を検出することができた。
従って、本発明のポリヌクレオチドは、コドンの使用頻度が下記百分率となるよう修飾された、HRPポリペプチドをコードするポリヌクレオチドである。
修飾されたコドンがコードするアミノ酸がアラニンである場合、GCCの使用頻度が80%、GCTの使用頻度が20%;
修飾されたコドンがコードするアミノ酸がアルギニンである場合、CGCの使用頻度が90%、CGTの使用頻度が10%;
修飾されたコドンがコードするアミノ酸がアスパラギンである場合、AACの使用頻度が100%;
修飾されたコドンがコードするアミノ酸がアスパラギン酸である場合、GACの使用頻度が95%、GATの使用頻度が5%;
修飾されたコドンがコードするアミノ酸がシステインである場合、TGCの使用頻度が100%;
修飾されたコドンがコードするアミノ酸がグルタミンである場合、CAGの使用頻度が100%;
修飾されたコドンがコードするアミノ酸がグルタミン酸である場合、GAGの使用頻度が100%;
修飾されたコドンがコードするアミノ酸がグリシンである場合、GGCの使用頻度が75%、GGTの使用頻度が25%;
修飾されたコドンがコードするアミノ酸がヒスチジンである場合、CACの使用頻度が100%;
修飾されたコドンがコードするアミノ酸がイソロイシンである場合、ATCの使用頻度が100%;
修飾されたコドンがコードするアミノ酸がロイシンである場合、CTCの使用頻度が80%、CTGの使用頻度が20%;
修飾されたコドンがコードするアミノ酸がリジンである場合、AAGの使用頻度が100%;
修飾されたコドンがコードするアミノ酸がフェニルアラニンである場合、TTCの使用頻度が100%;
修飾されたコドンがコードするアミノ酸がプロリンである場合、CCCの使用頻度が80%、CCTの使用頻度が20%;
修飾されたコドンがコードするアミノ酸がセリンである場合、AGCの使用頻度が15%、TCCの使用頻度が85%;
修飾されたコドンがコードするアミノ酸がスレオニンである場合、ACCの使用頻度が85%、ACGの使用頻度が15%;
修飾されたコドンがコードするアミノ酸がチロシンである場合、TACの使用頻度が100%;
修飾されたコドンがコードするアミノ酸がバリンである場合、GTCの使用頻度が85%、GTGの使用頻度が5%、GTTの使用頻度が10%。
本発明において、「野生型HRPの塩基配列を、コドンの使用頻度が前記百分率となるよう修飾する」とは、前記百分率の値そのものに合致させることのみならず、前記百分率の値に2.5%の幅をもって適合させることも含む意である。例えば、修飾されたコドンがコードするアミノ酸がセリンである場合には、AGCの使用頻度が12.5〜17.5%、TCCの使用頻度が82.5〜87.5%になるよう適合させるべく、HRPポリペプチドをコードするポリヌクレオチドの塩基配列における、セリンをコードするコドンの使用頻度が修正されることを意味する。また、本発明のポリヌクレオチドにおいて、コドンの使用頻度が前記百分率となるアミノ酸は少なくとも1種あればよいが、好ましくは少なくとも2種(例えば、3種以上、5種以上、7種以上)、より好ましくは10個以上(例えば、12種以上、15種以上、17種以上)、特に好ましくは前記18種全てある。
前述の通り、コドン使用頻度が前記百分率となるよう修飾された塩基配列(配列番号:1に記載の塩基配列又は配列番号:26に記載の塩基配列)を有するポリヌクレオチドを用い、糸状菌を形質転換したところ、HRPポリペプチドの顕著に高い発現を検出することができた。
従って、本発明は、西洋ワサビ由来ペルオキシダーゼ(HRP)C1aポリペプチドをコードし、下記(i)〜(ii)からなる群から選択される少なくとも1の特徴を有するポリヌクレオチドを提供するものである
(i)配列番号:1に記載の塩基配列のコード領域を含む
(ii)配列番号:1に記載の91〜1017位からなる塩基配列と95%以上の相同性を有する。
また、本発明は、西洋ワサビ由来ペルオキシダーゼ(HRP)C1aポリペプチドをコードし、下記(i)〜(ii)からなる群から選択される少なくとも1の特徴を有するポリヌクレオチドを提供するものである。
(i)配列番号:26に記載の塩基配列のコード領域を含む
(ii)配列番号:26に記載の91〜1017位からなる塩基配列と95%以上の相同性を有する。
本発明において、「配列番号:1に記載の91〜1017位からなる塩基配列」及び「配列番号:26に記載の91〜1017位からなる塩基配列」とは、すなわち、コドン使用頻度が前記百分率となるよう修飾され、更にシグナル配列をコードする塩基配列が除外された、HRP C1aポリペプチドをコードする塩基配列を意味する。
また、塩基配列についての「相同性」は、比較される配列間において、各々の配列を構成する塩基の一致の程度の意味で用いられる。本明細書において示した「相同性」の数値はいずれも、当業者に公知の相同性検索プログラムを用いて算出される数値であればよく、例えばFASTA、BLAST、Smith−Waterman等においてデフォルト(初期設定)のパラメータを用いることにより、容易に算出することができる。
また、HRP C1aポリペプチドがその活性を発揮するためには、シグナル配列を要さないので、本発明のポリヌクレオチドとしては、HRPポリヌクレオチドから、シグナル配列をコードするポリヌクレオチド(配列番号:1に記載の1〜90位に相当する塩基配列)が除外されているものであってもよい。
本発明のポリヌクレオチドは、当業者であれば、適宜公知の手法を用いることにより、調製することができる。例えば、後述の実施例に示すように、HRPポリペプチドをコードする野生型の塩基配列と少なくとも1個のコドンにおいて異なる塩基配列を設計し、この塩基配列情報に基づき、市販のDNA合成機を用いて、本発明のポリヌクレオチドを化学的に合成することができる。また、野生型HRPポリヌクレオチドに、公知の部位特異的変異誘発(site−directed mutagenesis)法等により、変異(塩基の置換)を導入することによっても、本発明のポリヌクレオチドを調製することができる。
後述の実施例において示す通り、前記コドン修飾HRPポリヌクレオチドを利用することによって、トリコデルマ由来CBH1(セロビオハイドロレース1)ポリペプチド又はHisタグポリペプチドを融合させたHRPポリペプチドをも、糸状菌において発現させることができることも明らかになった。
従って、本発明は、前記コドン修飾HRPポリヌクレオチドに、さらに所望のポリペプチドをコードするポリヌクレオチドが付加されているポリヌクレオチドを提供するものである。
本発明において、所望のポリペプチドとしては特に制限はなく、例えば、HRPポリペプチドを検出用のタグとして付加することにより、当該所望のポリペプチドを検出し易くすることができる。
一方、本発明においては、所望のポリペプチドを、HRPポリペプチドを精製するために、当該HRPポリペプチドに付加してもよい。かかるHRPポリペプチドを精製するために用いられるポリペプチドとしては、例えば、基質吸着能を有しているポリペプチドが挙げられ、より具体的には、セロビオハイドロレース(CBH)、エンドグルカナーゼ、β−グルコシダーゼ、グルコアミラーゼ、アルブミン、抗体、Fab抗体、scFV抗体、Hisタグ、GSTタグ、MBPタグ、TAPタグ、FLAGタグ、Mycタグ、HAタグ、V5タグ、T7タグが挙げられる。
前記コドン修飾HRPポリヌクレオチドと、所望のポリペプチドをコードするポリヌクレオチドとの付加の様式としては、付加することにより、これらポリペプチドの読み取り枠(Reading Frame)がずれることがなく、一続きの融合ポリペプチドとして翻訳されるものであればよく、コドン修飾HRPポリヌクレオチドの5’側及び3’側のいずれか片方又は両方に、所望のポリペプチドをコードするポリヌクレオチドが付加されていてもよい。また、かかる付加は直接的なものであっても間接的なものであってもよい。間接的な付加としては、例えば、前記コドン修飾HRPポリヌクレオチドと所望のポリペプチドをコードするポリヌクレオチドとの間に、リンカーポリペプチドをコードするポリヌクレオチドが挿入されている様式が挙げられる。かかるリンカーポリペプチドの長さとしては、通常、1〜100アミノ酸、好ましくは1〜50アミノ酸、より好ましくは1〜30アミノ酸、特に好ましくは12〜18アミノ酸(例えば15アミノ酸)である。
<発現ベクター、形質転換体>
本発明は、前記本発明のポリヌクレオチドを含む発現ベクターも提供する。本発明の発現ベクターとしては、自己複製ベクター、すなわち、染色体外の独立体として存在し、その複製が染色体の複製に依存しない、例えば、プラスミドを基本に構築することができる。また、本発現ベクターは、宿主である糸状菌に導入されたとき、その糸状菌のゲノム中に組み込まれ、それが組み込まれた染色体と一緒に複製されるものであってもよい。
本発明の発現ベクターは、糸状菌に導入してHRP等を発現させるために、前記本発明のポリヌクレオチドの他に、その発現を制御するポリヌクレオチドや形質転換体を選択するための遺伝子マーカー等を含んでいることが望ましい。
かかる発現を制御するポリヌクレオチドとしては、プロモーター、リーダー配列及びターミネーター等が挙げられる。プロモーターは糸状菌において転写活性を示すものであれば特に限定されず、宿主とする糸状菌と同種若しくは異種又は同属若しくは異属のいずれかのポリペプチドをコードする遺伝子の発現を制御するポリヌクレオチドとして得ることができる。かかるプロモーターとしては、例えば、α−アミラーゼ遺伝子、グルコアミラーゼ遺伝子、セロビオハイドロラーゼ遺伝子、グリセロアルデヒド3リン酸デヒドロゲナーゼ遺伝子のプロモーターが挙げられる。ターミネーターは、転写を終結するために糸状菌によって認識される配列であればよく、例えば、TAKAアミラーゼ、グルコアミラーゼ、セロビオハイドロラーゼ遺伝子、アントラニル酸シンターゼ、α−グルコシダーゼ、trpC遺伝子、トリプシン様プロテアーゼ遺伝子のターミネーターが挙げられる。リーダー配列は、糸状菌による翻訳効率を向上させることのできるmRNAの非翻訳領域であればよく、例えば、TAKAアミラーゼ、トリオースリン酸イソメラーゼ、glaA遺伝子のリーダー配列が挙げられる。
また、形質転換体を選択するための遺伝子マーカーとしては、形質転換体の選択の方法に応じて適宜選択されてよいが、例えば、薬剤耐性をコードする遺伝子、栄養要求性を相補する遺伝子を利用することができ、例えば、ウラシル生合成遺伝子(pyr4)、硝酸資化遺伝子(niaD)、アルギニン生合成遺伝子(argB)、アセトアミダーゼ遺伝子(amdS)、オルニチンカルバモイルトランスフェラーゼ遺伝子(argB)、ホスフィノトリシンアセチルトランスフェラーゼ遺伝子(bar)、フレオマイシン結合性遺伝子(bleA)、ハイグロマイシンホスホトランスフェラーゼ遺伝子(hygB)、オロチジン−5’−リン酸デカルボキシラーゼ遺伝子(pyrG)、硫酸アデニルトランスフェラーゼ遺伝子(sC)、アントラニル酸シンターゼ遺伝子(trpC)、デストマイシン耐性遺伝子、ハイグロマイシン耐性遺伝子、ビアラホス耐性遺伝子、ブレオマイシン耐性遺伝子、オーレオバシジン耐性遺伝子が挙げられる。
かかるベクターの設計及び調製は、当業者であれば公知の遺伝子組み換え技術等を用いることにより適宜行うことができる。
また、このような本発明のベクターを導入することにより、HRPポリペプチド等を糸状菌において産生させることができる。従って、前記発現ベクターを糸状菌に導入してなる形質転換体を、本発明は提供するものである。
かかる糸状菌としては、前述の通りだが、HRPポリペプチド等の産生量がより多いという観点から、トリコデルマ属菌(特に、トリコデルマ・ビリデ)、アスペルギルス属菌(特に、アスペルギルス・ニガー)が好ましく、トリコデルマ属菌がより好ましく、トリコデルマ・ビリデが特に好ましい。
本発明のベクターを導入する方法としては、特に限定されず、公知の手法を用いて行うことができる。かかる公知の手法としては、例えば、プロトプラスト法、塩化カルシウム法、エレクトロポレーション法、コンピテント法、ヒートショック法、スフェロプラスト法、酢酸リチウム法が挙げられる。また、後述の実施例において示すように、本発明のポリヌクレオチドを含む発現ベクターと、前記遺伝子マーカーとを含むベクターとを同時に導入する、所謂コートランスフォーメーション法であってもよい。
<HRPポリペプチド等の製造方法、HRPポリペプチド等、HRPポリペプチド等を含む調製物>
本発明においては、前記形質転換体を培養し、培養された形質転換体及び/又は該形質転換体の培養物から、発現させたHRPポリペプチド等を採取することによって、本発明のポリヌクレオチドがコードするポリペプチドを製造することができる。本発明による形質転換体の培養は、常法に従って、培地、培養条件等を適宜選択することにより行うことができる。
本発明において「培養物」とは、前記形質転換体を、糸状菌に対して適当な培地で培養することによって得られる、増殖した形質転換体、該形質転換体の分泌産物及び該形質転換体の代謝産物等を含有する培地のことであり、それらの希釈物、濃縮物を含む。
かかる培地としては、糸状菌が資化し得るものが含有されていればよく、炭素源、窒素源、硫黄源、無機塩類、金属、ペプトン、酵母エキス、肉エキス、カゼイン加水分解物、血清等が含有物として挙げられる。また、かかる培地には、例えば、本発明の発現ベクターがコードし得る薬剤耐性遺伝子に対応する抗生物質や、本発明の発現ベクターがコードし得る栄養要求性を相補する遺伝子に対応する栄養物を添加してもよい。
本発明にかかる培養の条件としては、本発明の形質転換体が前記培地中にHRPポリペプチド等を分泌産生できる条件であればよく、当業者であれば、糸状菌の種類、用いる培地等に合わせて、温度、空気の添加の有無、酸素の濃度、二酸化炭素の濃度、培地のpH、培養温度、培養時間、湿度等を適宜調整し、設定することができる。
また、培養された形質転換体から発現させたHRPポリペプチド等を採取する方法としては、例えば、形質転換体を回収(濾過、遠心分離等)し、回収した形質転換体から抽出(磨砕処理、加圧破砕等)し、さらに精製(塩析法、溶媒沈殿法等)する方法が挙げられる。
さらに、形質転換体から発現させたHRPポリペプチド等を採取する方法としては、例えば、培養物フィルター(例えば、孔径0.2μm以下のフィルター)によって糸状菌を除去する方法や、抽出濾過、遠心分離、透析、濃縮、乾燥、凍結、吸着、脱着、各種溶液に対する溶解度の差を利用した方法(例えば、沈殿、塩析、結晶化、再結晶、転溶、クロマトグラフィー)等の公知の手法が挙げられる。また、かかる手法は単独で用いてもよく、若しくは任意の順序に組合せて又は反復して用いてもよい。
また、本発明のポリヌクレオチドがコードするポリペプチドが、前述のHRPを精製するためのタグを含んでいる場合には、該タグが吸着する基質を用いて精製することもできる。
かかる製造方法によって、HRPポリペプチド、シグナル配列を含まないHRPポリペプチド、又はこれらHRPポリペプチドに所望のポリペプチドが付加されたポリペプチドを得ることができる。従って、本発明は、これらHRPポリペプチド等も提供するものである。
また、西洋ワサビから抽出したHRP C1aポリペプチドには、糖鎖が約10kDa程付加されているため、SDS−PAGE等による分析では約40kDaの分子量のポリペプチドとして検出される。一方、後述の実施例において示す通り、本発明の製造方法にて得られるHRP C1aポリペプチドは、SDS−PAGE等による分析において、約32kDaの分子量のポリペプチドとして検出される。さらに、後述の実施例において示してはいないが、西洋ワサビから抽出されるHRP C1aポリペプチドは、グリコシダーゼFによって糖鎖が切断されないが、本発明の製造方法にて得られるHRP C1aポリペプチドの糖鎖は、該酵素によって切断されることを、本発明者らは見出しており、かかる知見から、西洋ワサビから抽出されるHRP C1aポリペプチドの糖鎖にはα1,3−結合コアフコース残基が付加されているが、本発明の製造方法にて得られるHRP C1aポリペプチドの糖鎖にはα1,3−結合コアフコース残基が付加されていないことが明らかになっている。
従って、本発明の製造方法によって得られたHRPポリペプチド等は、西洋ワサビにおいて産生されるHRPポリペプチドとは異なる糖鎖修飾が施されているため、本発明のポリペプチドとしては、本発明の製造方法によって製造され、糖鎖が除去されたポリペプチドであってもよい。糖鎖の除去は、糖鎖を分解除去する酵素を用いて行うことができる。かかる酵素としては、例えば、グリコシダーゼF(グリコペプチダーゼF)、エンドグリコシダーゼHが挙げられる。
さらに、本発明は前記製造方法によって製造されたHRPポリペプチド等を含む調製物をも提供する。本発明の調製物としては、前記製造方法によって製造されたHRPポリペプチド等を含んでいればよいが、本発明のHRPポリペプチド等の他、HRPポリペプチド等の調製物として許容される他の成分を含むことができる。このような他の成分としては、例えば、担体、賦形剤、崩壊剤、緩衝剤、乳化剤、懸濁剤、安定剤、保存剤、防腐剤、生理食塩が挙げられる。賦形剤としては乳糖、デンプン、ソルビトール、D−マンニトール、白糖等を用いることができる。崩壊剤としてはデンプン、カルボキシメチルセルロース、炭酸カルシウム等を用いることができる。緩衝剤としてはリン酸塩、クエン酸塩、酢酸塩等を用いることができる。乳化剤としてはアラビアゴム、アルギン酸ナトリウム、トラガント等を用いることができる。懸濁剤としてはモノステアリン酸グリセリン、モノステアリン酸アルミニウム、メチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシメチルセルロース、ラウリル硫酸ナトリウム等を用いることができる。安定剤としてはプロピレングリコール、ジエチリン亜硫酸塩、アスコルビン酸等を用いることができる。保存剤としてはフェノール、塩化ベンザルコニウム、ベンジルアルコール、クロロブタノール、メチルパラベン等を用いることができる。防腐剤としてはアジ化ナトリウム、塩化ベンザルコニウム、パラオキシ安息香酸、クロロブタノール等を用いることができる。
<HRPポリペプチド等の使用方法>
HRPポリペプチドを触媒として作用させることにより、ルミノールやTMB(テトラメチルベンヂジン)等の発光・発色基質が酸化され、化学発光や発色が生じることが知られている。そして、HRPポリペプチドと、標的分子とを結合させることにより、前記化学発光等を指標として該標的分子を検出することができる。従って、本発明は、標的分子を検出するための方法であって、本発明の製造方法によって製造されたポリペプチド(本発明のポリペプチド)を前記標的分子に結合させることを特徴とする方法を提供する。
本発明の方法により検出される標的分子としては、特に制限されず、例えば、ポリペプチド、核酸、糖、脂質が挙げられる。
本発明の標的分子を検出するための方法において、本発明のポリペプチドと標的分子とを結合させるため、本発明のポリペプチドには、該標的分子に特異的に結合する分子(例えば、抗体)が付加されていることが好ましい。また、当該分子に特異的に結合する分子(当該分子が抗体であれば、該抗体を認識する所謂2次抗体、プロテインA、プロテインG等)が付加されている本発明のポリペプチドも好適に用いられる。
かかる付加としては特に制限はなく、遺伝子レベルでの付加であってもよく、また化学的な付加であってもよい。遺伝子レベルでの付加は、前述の通り、本発明のポリヌクレオチドとして、前記抗体等をコードするポリヌクレオチドが付加されているコドン修飾HRPポリヌクレオチドを用いることにより達成される。また、化学的な付加は、共有結合であってもよく、非共有結合であってもよい。「共有結合」としては特に制限はなく、例えば、アミノ基とカルボキシル基とのアミド結合、アミノ基とアルキルハライド基とのアルキルアミン結合、チオールどうし間のジスルフィド結合、チオール基とマレイミド基又はアルキルハライド基とのチオエステル結合が挙げられる。「非共有結合」としては、例えば、ビオチン−アビジン間結合が挙げられる。
本発明の標的分子を検出するための方法として用いられる発光・発色基質としては、例えば、ルミノール、TMB、ピロガロール、グアヤコール、ジアニシジンが挙げられる。
また、後述の実施例に示す通り、本発明のポリペプチドによれば、過酸化水素存在下にてアナトー等の色素を脱色することができる。従って、本発明は、色素の脱色方法であって、該色素に本発明の方法によって製造されたポリペプチドを過酸化水素存在下で作用させることを特徴とする方法を提供する。
本発明の方法によって脱色される色素としては、例えば、アナトー、オレンジII、アリザリンレッドS、トロペリオンO、カルコンが挙げられる。また、かかる色素の脱色における反応条件、すなわち、過酸化水素の濃度、温度、HRPポリペプチドと色素とを混合させる系(例えば、緩衝液)の種類及びpH等は、当業者であれば、脱色させる色素の種類等に合わせ、適宜設定することができる。
さらに、HRPポリペプチドを触媒として作用させることにより、フェノール性化合物におけるフェノール部が、フェノキシラジカルへと酸化され、さらに該フェノキシラジカルは自己重合することにより、水不溶性の多量体を形成する。そして、該多量体は沈殿物として容易に除去できることが知られている。
従って、本発明は、フェノール性化合物の除去方法であって、該フェノール性化合物に本発明の方法によって製造されたポリペプチドを過酸化水素存在下で作用させることを特徴とする方法も提供することができる。
本発明の方法によって除去されるフェノール性化合物としては、前述の通り、ペルオキシダーゼにより酸化されるフェノール部を有している化合物であればよく、特に制限されないが、例えば、p−クレゾール、p−エチルフェノール、p−n−プロピルフェノールが挙げられる。また、かかるフェノール性化合物の除去における反応条件、すなわち、過酸化水素の濃度、温度、HRPポリペプチドとフェノール性化合物とを混合させる系(例えば、緩衝液)の種類及びpH等は、当業者であれば、フェノール性化合物の種類に合わせ、適宜設定することができる。
以下、実施例及び比較例に基づいて本発明をより具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
(比較例1)
野生型西洋ワサビ由来ペルオキシダーゼ(HRP)の糸状菌での発現検討
先ず、下記方法にて、野生型HRPポリペプチドをコードする野生型の塩基配列を用いて、糸状菌(トリコデルマ・ビリデ)を形質転換し、得られた形質転換体におけるHRPポリペプチドの発現を調べた。
(1) 野生型HRP C1a遺伝子の作製
野生型HRP C1a遺伝子の配列として、「Eur.J.Biochem.、1988年、173巻、3号,681〜687ページ」に記載の塩基配列(配列番号:3に記載の塩基配列)を用い、野生型HRP遺伝子を人工的に合成した。人工合成の際、開始コドンの上流の配列に制限酵素StuI認識サイトを、終始コドンの下流に制限酵素XhoI認識サイトを付加した。そして、合成して得られた野生型HRP遺伝子を、制限酵素SfiIにて処理したpMA−Tに挿入することにより、プラスミド「pHRP_Native」を得た。
(2) 野生型HRP発現プラスミド「pCB1−HRP_Native」の構築
プラスミド「pHRP_Native」をStuI及びXhoIで切断し、約1kbpの遺伝子断片「HRP_Native」を得た。一方、プラスミド「pCB1−Eg3X−hphless」(国際公開第2011/021616号 参照)をStuI及びXhoIで切断し、約6kbpの断片を回収した。これに「HRP_Native」をTaKaRa DNAライゲ―ションキットマイティミックス(宝酒造社製)を用いて連結し、プラスミド「pCB1−HRP_Native」を作製した。酵素等の反応条件についてはキットに添付の説明書の条件に従った。プラスミド「pCB1−HRP_Native」にクローニングされた挿入DNA断片のシークエンスは、ビッグダイターミネーターv3.1サイクルシークエンシングキット(アプライドバイオシステムズ社製)とABI PRISMジェネティックアナライザー(アプライドバイオシステムズ社製)とを用いて、添付のプロトコールに従って、決定した。プラスミド「pCB1−HRP_Native」は、宿主のトリコデルマ・ビリデ内にて、自身の開始コドンを用いてHRPポリペプチドを発現するように構築した。
(3) プラスミド「pCB1−HRP_Native」によるトリコデルマ・ビリデの形質転換体の作製
プラスミド「pCB1−HRP_Native」によるトリコデルマ・ビリデの形質転換は、国際公開第2005/056787号に記載の方法に従い、実施した。ウラシル生合成遺伝子(pyr4)欠損株であるトリコデルマ・ビリデ株 2株を宿主とし、選択マーカーとしてニューロスポラ・クラッサ(Neurospora crassa)のpyr4遺伝子を用いたコートランスフォーメーション法により形質転換を実施した。トリコデルマ・ビリデ株 2株を50mLの菌体形成培地(1% イーストエキス、1% モルトエキス、2% ポリペプトン、2.5% グルコース、0.1% リン酸水素2カリウム、0.05% 硫酸マグネシウム7水和物、0.0001% ウリジン(pH7.0))において、28℃で24時間培養し、3000rpmで10分間遠心分離し、集菌した。得られた菌体を0.5mol/L シュークロースで洗浄し、綿で濾過したプロトプラスト化酵素溶液(1mg/mL β−グルクロニダーゼ、0.3mg/mL キチナーゼ、0.3mg/mL ザイモリエース、0.5mol/L シュークロース)に懸濁した。30℃で60分間振盪し、菌糸をプロトプラスト化させた。この懸濁液を濾過した後、2500rpmで10分間遠心分離してプロトプラストを回収し、SUTC緩衝液(0.5mol/L シュークロース、10mmol/L 塩化カルシウム、10mmol/L トリス塩酸(pH7.5))で洗浄した。
このプロトプラストを100μLのSUTC緩衝液に懸濁し、そこに7μg分のプラスミド「pCB1−HRP_Native」が入ったDNA溶液7μLとpyr4遺伝子とが入ったDNA溶液3μLを加え、氷中に5分間静置した。次に400μLのPEG溶液(60% PEG4000、10mmol/L 塩化カルシウム、10mmol/L トリス塩酸(pH7.5))を加え、氷中に20分間静置した後、10mLのSUTC緩衝液を加え、2500rpmで10分間遠心分離した。集めたプロトプラストを1mLのSUTC緩衝液に懸濁し、200μLずつ0.5mol/L シュークロースを含む最少培地に軟寒天とともに重層し、28℃で5日間培養後、生育したコロニーを再度最少培地に移植し、ここで形成したコロニーを形質転換体とした。
(4) 「pCB1−HRP_Native」の形質転換体の培養及び同定
プラスミド「pCB1−HRP_Native」を導入し最少培地で生育した株を選抜し、国際公開第98/11239号の記載の方法に準じ、P培地(1.0%グルコース、4.0%ラクトース、2.0%大豆粕、1.0%イーストエキス、0.5%リン酸カリウム、0.2%硫酸アンモニゥム、0.2%炭酸カルシウム、0.03%硫酸マグネシウム)にて、フラスコを用い、28℃にて培養した。そして、HRPが発現しているか否かを確認するため、得られた培養上清液を12%ゲルSDS−PAGEミニ(テフコ社製)を用いて電気泳動分離を行い、PVDF膜(ミリポア社製)上にブロットした。ブロットしたPVDF膜について、抗HRP抗体(JIRL社製、製品番号:123−055−021)を用いたウェスタンブロットを行った。得られた結果を図1に示す。
図1に示した結果から明らかなように、pCB1−HRP_Nativeによる形質転換体の培養上清においては、抗HRP抗体を用いたウェスタンブロットにより、HRP由来のバンドを検出することができなかった。従って、HRPポリペプチドをコードする野生型の塩基配列と何ら異なる塩基配列を有していないポリヌクレオチドを用いて、糸状菌を形質転換しても、かかる形質転換体からHRPは産生されないことが明らかになった。
(実施例1)
フミコーラ、アスペルギルス及びトリコデルマ3種の糸状菌のコドン使用頻度を勘案して修飾したHRPポリヌクレオチドによる、フミコーラにおけるHRPポリペプチド発現の検討
前記結果を受け、糸状菌においてHRPポリペプチドを高発現させるべく、フミコーラ、アスペルギルス及びトリコデルマ3種の糸状菌のコドン使用頻度を勘案し、これら3種全てにおける翻訳効率を向上させるべく、野生型HRP遺伝子の塩基配列と異なる塩基配列を有する修飾されたポリヌクレオチドを作製した。そして、先ずは、このポリヌクレオチドを用いて、フミコーラ(フミコーラ・インソレンス)を形質転換し、得られた形質転換体におけるHRPポリペプチドの発現を調べた。以下にこれらの方法並び得られた結果について示す。
(1) フミコーラ、アスペルギルス、トリコデルマ3種すべての発現に最適化するためのコドン表の作成
フミコーラ、アスペルギルス、トリコデルマで発現が確認できたポリペプチドのコドン使用頻度を考慮し、3種全てにおける翻訳効率を向上させるべく、表1に記載のコドン使用頻度表を作成した。具体的には、前記3種の菌において、1種類の菌でも使用頻度が極端に低い(使用頻度が5%未満である)コドンの使用頻度は「0%」と設定した。また、前記3種の菌全てにおいて、使用頻度が5%以上のコドンについては、3種又は2種の菌の使用頻度の平均値を算出し、さらに該平均値が5の倍数になるように変更することにより、表1に記載のコドン使用頻度表を作成した。
(2) フミコーラ、アスペルギルス、トリコデルマ3種すべての発現の最適化を目的としたコドン修飾HRPポリヌクレオチドの作製
HRP遺伝子をフミコーラ、アスペルギルス及びトリコデルマ3種において、活性あるポリペプチドとして高発現させるために、HRPポリヌクレオチドの修飾を行った。すなわち、表1に記載のコドン使用頻度に基づき、野生型HRP遺伝子の塩基配列(配列番号:3に記載の塩基配列)から28.5%の塩基の変更を伴う、配列番号:1に記載の塩基配列を設計した(図2及び3 参照)。なお、このようにして設計した修飾HRPポリヌクレオチドの塩基配列においては、全コドン数338のうち246のコドンを変更、すなわち全コドンのうち72.8%のコドンが修飾(縮重変異)されている。そして、この塩基配列情報に基づき、pHRP_Native同様に、修飾HRPポリヌクレオチドを人工的に合成し、pMA−Tに挿入することにより、コドン修飾HRPポリヌクレオチドが挿入されたプラスミド「pHRP」を得た。
(3) フミコーラ用コドン修飾HRPポリヌクレオチド発現プラスミド「pNCE2−HRP−humicola」の構築
コドン修飾HRPポリヌクレオチドの塩基配列を基に、さらに該ポリヌクレオチドがコードするポリペプチドのC末端側にHisタグが付加されて発現されるように、以下のプライマーを設計し、作製した。
HRP−humicola−F:CCCGGATCCTGGGACAAGATGCACTTCTCCAGCTCCTCC(配列番号:5)
HRP−humicola−R:CCCGGATCCCTAGTGATGGTGATGATGGTGGTGGTGGGAGTTGGAGTTGACGACG(配列番号:6)。
次いで、これらプライマーを使用し、「pHRP」を鋳型としてPCRを行った。PCRはプライムスターマックスDNAポリメラーゼ(タカラバイオ社製)を用いて実施した。PCRは、「98℃で10秒、55℃で5秒、72℃で10秒」を30サイクルで実施した。増幅された約1kbpのDNA断片をBamHIで切断し、約1kbpの遺伝子断片「HRP−humicola」を得た。一方、プラスミド「pJND−c5」(国際公開第01/090375号 参照)をBamHIで切断し、約8kbpの断片を回収した。これにHRP−humicolaをTaKaRa DNAライゲ―ションキットマイティミックスを用いて連結し、プラスミド「pNCE2−HRP−humicola」を作製した。プラスミド「pNCE2−HRP−humicola」にクローニングされた挿入DNA断片のシークエンスは、比較例1(2)に記載の方法により解析した。プラスミド「pNCE2−HRP−humicola」は、宿主のフミコーラ・インソレンス内にて、自身の開始コドンを用いてHRPポリペプチドを発現するように構築した。
(4) プラスミド「pNCE2−HRP−humicola」によるフミコーラ・インソレンスの形質転換体の作製
「pNCE2−HRP−humicola」によるフミコーラ・インソレンスの形質転換は、国際公開第01/090375号に記載の方法に従い、実施した。フミコーラ・インソレンス MN200−1株を宿主とし、ハイグロマイシンを選択マーカーに用いて形質転換を実施した。フミコーラ・インソレンスMN200−1株を(S)培地中37℃で培養し、24時間後、3000rpm、10分間遠心分離により集菌した。(S)培地の組成は、3.0% グルコース、2.0% 酵母エキス、0.1% ペプトン、0.03% 塩化カルシウム、0.03% 塩化マグネシウム、pH6.8である。得られた菌体を0.5Mシュークロースで洗浄し、0.45μmのフィルターで濾過したプロトプラスト化酵素溶液(3mg/ml β−グルクロニダーゼ、1mg/ml キチナーゼ、1mg/ml ザイモリアーゼ、0.5Mシュークロース)10mlに懸濁した。30℃で60〜90分間振盪し、菌糸をプロトプラスト化させた。この懸濁液を濾過した後、2500rpm、10分間遠心分離してプロトプラストを回収し、SUTC緩衝液(0.5Mシュークロース、10mM塩化カルシウム、10mMトリス塩酸(pH7.5))で洗浄した。
このプロトプラストを1mLのSUTC緩衝液に懸濁し、そこに10μg分のプラスミド「pNCE2−HRP−humicola」を加え、氷中に5分間静置した。次に、400μLのPEG溶液(60% PEG4000、10mM塩化カルシウム、10mMトリス塩酸(pH7.5))を加え、氷中に20分間静置した後、10mLのSUTC緩衝液を加え、2500rpm、10分間遠心分離した。集めたプロトプラストを1mLのSUTC緩衝液に懸濁した後、4000rpmで5分間遠心分離して、最終的に100μLのSUTC緩衝液に懸濁した。以上の処理を加えたプロトプラストを、ハイグロマイシン(200μg/mL)添加再生YMG培地(1% グルコース、0.4% 酵母エキス、0.2% モルトエキス、17.8% ラフィノース、1% 寒天、pH6.8)にソフトアガーとともに重層し、37℃、5日間培養後、生育したコロニーを再度、ハイグロマイシン(200μg/mL)添加再生YMG培地に移植し、ここで生育したコロニーを形質転換体とした。
(5) 「pNCE2−HRP−humicola」の形質転換体の培養および同定
プラスミド「pNCE2−HRP−humicola」を導入しハイグロマイシン添加再生YMG培地で生育した株を選抜し、国際公開第01/090375号に記載の方法に準じて培養した。そして、HRPが発現しているか否かを確認するため、得られた培養上清液を12%ゲルSDS−PAGEミニを用いて電気泳動分離を行い、PVDF膜(ミリポア社製)上にブロットした。ブロットしたPVDF膜について、抗Hisタグ抗体(MBL社製、製品番号:D291−7)を用いたウェスタンブロットを行った。得られた結果を図4に示す。
図4に示した結果から明らかなように、pNCE2−HRP−humicolaによる形質転換体の培養上清においては、抗Hisタグ抗体を用いたウェスタンブロットにより、HRP由来のバンドを検出することができなかった。従って、フミコーラ、アスペルギルス及びトリコデルマ3種の糸状菌のコドン使用頻度を勘案し、修飾したポリヌクレオチド(コドン修飾HRPポリヌクレオチド)を用いて、フミコーラを形質転換しても、かかる形質転換体からHRPは産生されないことが明らかになった。
(実施例2) フミコーラ、アスペルギルス及びトリコデルマ3種の糸状菌のコドン使用頻度を勘案して修飾したHRPポリヌクレオチドによる、アスペルギルスにおけるHRPポリペプチドの発現検討
次に、前記コドン修飾HRPポリヌクレオチドを用いて、アスペルギルス(アスペルギルス・ニガー)を形質転換し、得られた形質転換体におけるHRPポリペプチドの発現を調べた。
なお、アスペルギルスの形質転換は、ウラシル生合成遺伝子(pyr4)欠損株であるアスペルギルス・ニガー pyr1株を宿主とし、選択マーカーとしてトリコデルマ・ビリデ(Trichoderma viride)由来pyr4遺伝子を用いて、以下に示す方法にて実施した。
(1) アスペルギルス・ニガー用発現ベクターの構築
(1−1)選択マーカー用トリコデルマ・ビリデ由来pyr4発現プラスミド「pUC−Pyr4」の構築
先ず、下記方法にて、アスペルギルス・ニガーの形質転換において選択マーカーとして利用するトリコデルマ・ビリデ由来pyr4遺伝子のクローニングを行った。
(1−1−1) トリコデルマ・ビリデのゲノムDNAライブラリーの作製
トリコデルマ・ビリデの菌体より、堀内らの方法(H.Horiuchiら、J.Bacteriol.1988年、170巻、272〜278ページ 参照)に従ってゲノムDNAを単離・精製した。単離したゲノムDNAを制限酵素Sau3AIにより部分消化した。これをファージベクターλEMBL3クローニングキット(ストラタジーン社製)のBamHIアームに、ライゲーションキットVer.2(宝酒造社製)を用いて連結させた。これをエタノール沈澱後、TE緩衝液に溶解した。連結混合物の全量をマックスプラックスλパッケージングキット(エピセンターテクノロジー社製)を用い、ファージ粒子を形成させ、大腸菌XL1−blue MRA(P2)株に感染させた。この方法により1.1×10個のファージから成るゲノムDNAライブラリーが得られた。
(1−1−2) トリコデルマ・ビリデ由来pyr4プローブの作製
公開されているトリコデルマ・リセイの翻訳領域の配列を基に以下のプライマーを作製した。
PYRMET:ATGGCACCACACCCGACG(配列番号:7)
PYRSTOP:CTATCGCAGTAGCCGCTC(配列番号:8)。
これらプライマーを使用し、前記にて単離・精製したゲノムDNAを鋳型としてPCRを行った。PCRは、LA Taqポリメラーゼ(タカラバイオ社製)を用いて実施した。PCRは、94℃で30秒、アニールを30秒、72℃で2分間を30サイクル実施するプログラムで実施した。増幅された約1100bpのDNA断片を、TOPO TAクローニングキット(インビトロジェン社製)により、添付のプロトコールに従ってpCR2.1−TOPOプラスミドベクターに挿入し、プラスミド「TOPO−PYR」を得た。
プラスミド「TOPO−PYR」にクローニングされた挿入DNA断片のシークエンスは、比較例1(2)記載の方法により解析した。その結果得られた塩基配列をホモロジー検索した結果、トリコデルマ由来のPYR4遺伝子と相同性を示したため、本DNA断片をPYR4遺伝子の一部であると判断した。本DNA断片をプラスミド「TOPO−PYR」を鋳型として上記と同様の方法でPCRに増幅し、得られたPCR産物はECLダイレクトシステム(アマシャムファルマシアバイオテク社製)を用いて標識し、プローブとした。
(1−1−3) プラークハイブリダイゼーションによるスクリーニング
前記にて作製したファージプラークは、ハイボンドN+ナイロントランスファーメンブラン(アマシャム社製)に転写し、0.4N水酸化ナトリウムでアルカリ処理し、メンブラン上の組換えファージDNAを1本鎖に変成後、5×SSC(1×SSC:15mMクエン酸3ナトリウム、150mM塩化ナトリウム)で洗浄し、風乾させDNAを固定した。その後、キットのマニュアルにしたがって、前記にて作製したプローブを用いてハイブリダイゼーションを行い、検出反応をし、FUJIメディカルX線フィルム(富士写真フィルム社製)に感光させ、2個の陽性クローンを得た。陽性クローンからのDNA調製は、Maniatisらの方法(J.Sambrook,E.F.Fritsch及びT.Maniat1s、Molecular Cloning,Cold Spring Harbor Laboratory Press、1989年)に従い、宿主大腸菌としてLE392を用いてファージDNAを回収した。以上のように調製したファージDNAをPstIで処理し、前記プローブを用いてハイブリダイゼーションを行った結果、ファージクローン1では約0.8kbpのバンドを検出し、ファージクローン2では約2.2kbpのバンドを検出した。
(1−1−4) トリコデルマ・ビリデ由来pyr4発現プラスミド「pUC−Pyr4」の構築
ファージクローン1の約0.8kbpのPstI断片及びファージクローン2の約2.2kbpのPstI断片をpUC118にクローン化し、それぞれプラスミド「pUC−PYR−clone1」及び「pUC−PYR−clone2」を得た。得られたプラスミドの塩基配列を実施例1−2記載の方法により解析した。その結果、「pUC−PYR−clone1」はPyr4遺伝子のターミネーター側が、「pUC−PYR−clone2」はプロモーター側が含まれていることが明らかになった。「pUC−PYR−clone1」及び「pUC−PYR−clone2」をPstI処理し、連結した状態でpUC118にサブクローニングし、プラスミド「pUC−Pyr4」を得た。
(1−2) アスペルギルス・ニガー用発現ベクター「pAmyB−pyr」の構築
プラスミド「pUC−Pyr4」にXbaIサイトを付加するために、Tricho−pyr−N−xba及びTricho−pyr−C−xbaをプライマーとして使用し、「pUC−Pyr4」を鋳型にPCRを行った。増幅された約2.5kbpのDNA断片をXbaIで切断し、約2.5kbpの遺伝子断片「Pyr4−xbaI」を得た。
Tricho−pyr−N−xba:GGTCTAGACTGCAGGCACTTCCAGGCA(配列番号:9)
Tricho−pyr−C−xba:GGTCTAGAGCATGACGAATACATATCAAAC(配列番号:10)。
一方、プラスミド「pAMY」(国際公開第97/000944号 参照)をXbaIで切断し、約8.3kbpの断片を回収した。これにPyr4−xbaIをTaKaRa DNAライゲ―ションキットマイティミックスを用いて連結し、プラスミド「pAMY−Pyr4」を作製した。プラスミド「pAMY−Pyr4」にEcoRVサイトを付加するために、amyB−P−R5R及びamyB−T−R5Rをプライマ−として使用し、「pAMY−Pyr4」を鋳型にPCRを行い、トリコデルマ・ビリデ由来pyr4遺伝子を含有する、アスペルギルス・ニガー用発現ベクター「pAmyB−pyr」を得た。
amyB−P−R5R:GATATCTGTGGGGTTTATTGTTCAGAGAA(配列番号:11)
amyB−T−R5R:GATATCAGGGTGGAGAGTATATGATGGTA(配列番号:12)。
(2) アスペルギルス用コドン改変HRP発現プラスミド「pAmyB−pyr−HRP−Aspergillus」の構築
次に、前記にて構築したプラスミド「pAmyB−pyr」に、前記コドン改変HRP遺伝子を挿入した。すなわち、先ず、コドン改変HRP遺伝子の塩基配列を基に、さらに該ポリヌクレオチドがコードするポリペプチドのC末端側にHisタグが付加されて発現されるように、以下のプライマーを設計し、作製した。
HRP−Aspergillus−F:GGCATTTATGCACTTCTCCAGCTCCTCCA(配列番号:13)
HRP−Aspergillus−R:CTAGTGATGGTGATGATGGTGGTGGTGGGAGTTGGAGTTGACGACG(配列番号:14)。
次いで、これらプライマーを使用し、pHRPを鋳型としてPCRを行った。PCRはプライムスターマックスDNAポリメラーゼを用いて実施した。増幅された約1kbpのDNA断片をリン酸化し、約1kbpの遺伝子断片「HRP−Aspergillus」を得た。一方、実施例2(1−2)で作製したプラスミド「pAmyB−pyr」を、EcoRVで切断し約8.9kbpの断片を回収した。これに約1kbpの遺伝子断片「HRP−Aspergillus」をTaKaRa DNAライゲーションキットマイティミックスを用いて連結し、プラスミド「pAmyB−pyr−HRP−Aspergillus」を作製した。プラスミド「pAmyB−pyr−HRP−Aspergillus」にクローニングされた挿入DNA断片のシークエンスは、比較例1(2)記載の方法により解析した。プラスミド「pAmyB−pyr−HRP−Aspergillus」は、宿主のアスペルギルス・ニガー内にて、自身の開始コドンを用いてHRPを発現するように構築した。
(3) アスペルギルス・ニガー pyr1株の作出
次に、ウラシル生合成遺伝子(pyr4)欠損株であるアスペルギルス・ニガー pyr1株を以下に示す方法にて作出した。
アスペルギルス・ニガー NRRL337株の10CFU/mL程度の胞子懸濁液をUV2灯を30cmの高さで点灯下、穏やかに混和しながら照射した。これを選択培地に塗布し、30℃で7日間培養した。生育した株を選抜し、アスペルギルス・ニガーpyr1株を取得した。この選択培地は、最少培地に10μg/mLのウリジン及び4mg/mLの5−フルオロオロチン酸を添加したものである。
(4) プラスミド「pAmyB−pyr−HRP−Aspergillus」によるアスペルギルス・ニガーの形質転換体の作製
pyr4欠損株であるアスペルギルス・ニガー pyr1株を宿主とし、選択マーカーとしてpyr4遺伝子を用いた形質転換を実施した。
すなわち、先ずアスペルギルス・ニガー pyr1株を(S)培地中30℃で培養し、24時間後、3000rpm、10分間遠心分離により集菌した。(S)培地の組成は、3.0%グルコース、2.0%酵母エキス、0.1%ペプトン、0.03%塩化カルシウム、0.03%塩化マグネシウム、pH6.8である。得られた菌体を4%塩化ナトリウムで洗浄し、0.45μmのフィルターで濾過したプロトプラスト化酵素溶液(3mg/ml β−グルクロニダーゼ、1mg/ml キチナーゼ、1mg/ml ザイモリアーゼ、4%塩化ナトリウム)10mlに懸濁した。30℃で60〜90分間振盪し、菌糸をプロトプラスト化させた。この懸濁液を濾過した後、2500rpm、10分間遠心分離してプロトプラストを回収し、SUTC緩衝液(0.5Mシュークロース、10mM塩化カルシウム、10mMトリス塩酸(pH7.5))で洗浄した。
このプロトプラストを1mLのSUTC緩衝液に懸濁し、そこに10μg分のプラスミド「pAmyB−pyr−HRP−Aspergillus」を加え、氷中に5分間静置した。次に、400μLのPEG溶液(60%PEG4000、10mM塩化カルシウム、10mMトリス塩酸(pH7.5))を加え、氷中に20分間静置した後、10mlのSUTC緩衝液を加え、2500rpm、10分間遠心分離した。集めたプロトプラストを1mLのSUTC緩衝液に懸濁した後、4000rpmで5分間遠心分離して、最終的に100μLのSUTC緩衝液に懸濁した。以上の処理を加えたプロトプラストを、200μLずつ0.5mol/L シュークロースを含む最少培地に軟寒天とともに重層し、30℃で5日間培養後、生育したコロニーを再度最少培地に移植し、ここで形成したコロニーを形質転換体とした。
(5) 「pAmyB−pyr−HRP−Aspergillus」の形質転換体の培養および同定
プラスミド「pAmyB−pyr−HRP−Aspergillus」を導入し最少再生培地で生育した株を選抜し、生産培地に植菌し30℃、4日間培養した。得られた培養上清液を12%ゲルSDS−PAGEミニを用いて電気泳動分離を行い、PVDF膜(ミリポア社製)上にブロットした。ブロットしたPVDF膜について、抗Hisタグ抗体を用いたウェスタンブロットを行った。得られた結果を図5に示す。
図5に示した結果から明らかなように、pAmyB−pyr−HRP−Aspergillusによる形質転換体の培養上清においては、抗Hisタグ抗体を用いたウェスタンブロットにより、HRP由来のバンド(約24kDa、22kDa及び15kDaのHRP分解物)を検出することができた。従って、フミコーラ、アスペルギルス及びトリコデルマ3種の糸状菌のコドン使用頻度を勘案し、修飾したポリヌクレオチド(コドン修飾HRPポリヌクレオチド)を用いて、アスペルギルスを形質転換した場合には、かかる形質転換体からHRPポリペプチドが産生されることが明らかになった。
(6) pAmyB−pyr−HRP−Aspergillusによる形質転換体培養上清中のHRP濃度測定
pAmyB−pyr−HRP−Aspergillusによる形質転換体の培養上清を適宜希釈し、該形質転換体の濃度が9×10CFU/mLとなるよう希釈した培養上清にテトラメチルベンヂジン試薬(コスモバイオ社製)を添加して、室温で10分間静置した。1N硫酸を添加し、反応を停止した後、波長450nmにおける吸光度を測定し、HRP量を算出した。なお、検量線には、和光純薬社製HRP試薬(和光:169−10791)を使用し、ミリQ水で0.625〜10ng/mL程度に希釈したものを用いた。結果、pAmyB−pyr−HRP−Aspergillusによる形質転換体培養上清中のHRP濃度は0.004mg/Lであった。
(実施例3) フミコーラ、アスペルギルス及びトリコデルマ3種の糸状菌のコドン使用頻度を勘案して修飾したHRPポリヌクレオチドによる、トリコデルマにおけるHRPポリペプチドの発現検討
次に、前記コドン修飾HRPポリヌクレオチドを用いて、トリコデルマ(トリコデルマ・ビリデ)を形質転換し、得られた形質転換体におけるHRPポリペプチドの発現を調べた。
(1) コドン修飾HRPポリヌクレオチド発現プラスミド「pCB1−HRP−tricho」及び「pCB1−HRP(Hisless)−tricho」の構築
コドン修飾HRPポリヌクレオチドの塩基配列を基に以下のプライマーを作製した。
HRP−tricho−F:GGGAGGCCTGCGCATCATGCACTTCTCCAG(配列番号:15)
HRP−tricho−R:CCCCTCGAGCTAGGAGTTGGAGTTGACGAC(配列番号:16)
HRP−tricho−R(Hisless):CCCCTCGAGCTAGGAGTTGGAGTTGACGAC(配列番号:17)。
HRP−tricho−F及びHRP−tricho−R、HRP−tricho−F及びHRP−tricho−R(Hisless)を各々プライマーセットとして使用し、pHRPを鋳型としてPCRを行った。PCRはプライムスターマックスDNAポリメラーゼを用いて実施した。増幅された約1kbpのDNA断片をStuI及びXhoIで切断し、約1kbpの遺伝子断片「HRP−N」及び「HRP−N(Hisless)」を各々得た。一方、プラスミド「pCB1−Eg3X−hphless」をStuI及びXhoIで切断し、約6kbpの断片を回収した。これにHRP−N及びHRP−N(Hisless)をTaKaRa DNAライゲーションキットマイティミックスを用いて各々連結し、プラスミド「pCB1−HRP−tricho」及び「pCB1−HRP(Hisless)−tricho」を作製した。プラスミド「pCB1−HRP−tricho」及び「pCB1−HRP(Hisless)−tricho」にクローニングされた挿入DNA断片のシークエンスは、比較例1(2)記載の方法により解析した。プラスミド「pCB1−HRP−tricho」及び「pCB1−HRP(Hisless)−tricho」は、宿主のトリコデルマ・ビリデ内にて、自身の開始コドンを用いてHRPを発現するように構築した。
(2) プラスミド「pCB1−HRP−tricho」又は「pCB1−HRP(Hisless)−tricho」によるトリコデルマ・ビリデの形質転換体の作製
プラスミド「pCB1−HRP−tricho」又は「pCB1−HRP(Hisless)−tricho」によるトリコデルマ・ビリデの形質転換は、比較例1(3)記載の方法により実施した。
(3) 「pCB1−HRP−tricho」又は「pCB1−HRP(Hisless)−tricho」による形質転換体の培養及び同定
プラスミド「pCB1−HRP−tricho」及び「pCB1−HRP(Hisless)−tricho」を各々導入し、最少培地で生育した株を選抜し、国際公開第98/11239号に記載の方法に準じ、P培地にて、フラスコ又はジャーファーメンターを用い、28℃にて培養した。HRPが発現しているか否かを確認するため、得られた培養上清液を12%ゲルSDS−PAGEミニを用いて電気泳動分離を行い、PVDF膜(ミリポア社製)上にブロットした。ブロットしたPVDF膜について、pCB1−HRP−trichoに関しては、抗Hisタグ抗体を用いたウェスタンブロットを行い、pCB1−HRP(Hisless)−trichoに関しては、抗HRP抗体を用いたウェスタンブロットを行った。得られた結果を図6及び7に示す。
図6及び7に示した結果から明らかなように、pCB1−HRP−trichoによる形質転換体の培養上清及びpCB1−HRP(Hisless)−trichoによる形質転換体の培養上清において、共にHRP由来のバンド(約32kDaのHRP)を検出することができた。従って、フミコーラ、アスペルギルス及びトリコデルマ3種の糸状菌のコドン使用頻度を勘案し、修飾したポリヌクレオチド(コドン修飾HRPポリヌクレオチド)を用いて、トリコデルマを形質転換した場合には、かかる形質転換体からHRPポリペプチドが産生されることが明らかになった。
(4) 「pCB1−HRP−tricho」又は「pCB1−HRP(Hisless)−tricho」による形質転換体の培養上清中のHRP濃度測定、並びにグアヤコール酸化活性
「pCB1−HRP−tricho」又は「pCB1−HRP(Hisless)−tricho」による形質転換体のフラスコ培養における培養上清を、該形質転換体の濃度が9×10CFU/mLとなるよう適宜希釈し、HRP濃度の測定を実施例2(6)に従い、実施した。結果、pCB1−HRP−trichoによる形質転換体の培養上清中のHRP濃度は123mg/Lであり、pCB1−HRP(Hisless)−trichoによる形質転換体の培養上清中のHRP濃度は165mg/Lであった。同様に「pCB1−HRP−tricho」又は「pCB1−HRP(Hisless)−tricho」による形質転換体のジャーファーメンター培養における培養上清を、該形質転換体の濃度が9×10CFU/mLとなるよう適宜希釈し、HRP濃度の測定を実施例2(6)に従い、実施した。結果、pCB1−HRP−trichoによる形質転換体の培養上清中のHRP濃度は317mg/Lであり、pCB1−HRP(Hisless)−trichoによる形質転換体の培養上清中のHRP濃度は525mg/Lであった。
また、「pCB1−HRP−tricho」又は「pCB1−HRP(Hisless)−tricho」による形質転換体のフラスコ培養における培養上清を用いてグアヤコール酸化活性を測定した。すなわち、グアヤコール1μmol、過酸化水素0.3μmolを含む0.1Mリン酸塩緩衝液(pH7.0)3.05mLに、リン酸塩緩衝液(pH7.0)で適当に希釈した培養上清液0.05mLを添加し、反応10〜15分間の波長436nmにおける吸光度変化を測定した。なお、グアヤコール酸化活性は、1分間に1μmolのグアヤコールを酸化する活性と定義し、培養上清に含まれるポリペプチド量1mg当りの活性(U/mg protein)として表した。その結果、pCB1−HRP−trichoによる形質転換体培養上清中のグアヤコール酸化活性は1.54U/mg proteinであり、pCB1−HRP(Hisless)−trichoによる形質転換体培養上清中のグアヤコール酸化活性は7.60U/mg proteinであった。同様に、「pCB1−HRP−tricho」又は「pCB1−HRP(Hisless)−tricho」による形質転換体のジャーファーメンター培養における培養上清を用いてグアヤコール酸化活性を測定した。その結果、pCB1−HRP−trichoによる形質転換体の培養上清中のグアヤコール酸化活性は3.95U/mg proteinであり、pCB1−HRP(Hisless)−trichoによる形質転換体の培養上清中のグアヤコール酸化活性は5.49U/mg proteinであった。
(実施例4) コドン修飾HRPポリヌクレオチドを利用した、HRPとトリコデルマ由来CBH1との融合ポリペプチドのトリコデルマにおける発現検討
前記コドン修飾HRPポリヌクレチドを用いることにより、HRPと他のポリペプチドとの融合ポリペプチドも、糸状菌にて高発現させることができるかどうかを、以下に示す方法にて調べた。
(1) トリコデルマ・ビリデ用CBH1共発現ベクター「pCB1−KR」の構築
プラスミド「pCB1−Eg3X−hphless」のCBH1セルラーゼ結合部位欠失、並びにHpaIサイト及びPstIサイトを挿入するために、TrichoCBH1HpaR及びaTrichoPstFをプライマーとして使用し、pCB1−Eg3X−hphlessを鋳型にPCRを行い、CBH1共発現用ベクター「pCB1−KR」を得た。
TrichoCBH1HpaR:GGTTAACCTGAGTAGGGCCGGGAGAGGA(配列番号:18)
aTrichoPstF:GGCTGCAGTAAGGTACTCGAGCAAAAGCTT(配列番号:19)。
(2) HRPとCBH1との融合ポリペプチド発現用プラスミド「pCB1−KR−HRP−tricho」の構築
コドン修飾HRPポリヌクレオチドの塩基配列を基に以下のプライマーを作製した。
HRPHpaKR:GCTATTGAGAAGCGCCAGCTCACCCCTACCTTCTACGAC(配列番号:20)
PERAspglaC:CTAGGAGTTGGAGTTGACGAC(配列番号:21)。
これらプライマーを使用し、pHRPを鋳型としてPCRを行った。PCRはプライムスターマックスDNAポリメラーゼを用いて実施した。増幅された約1kbpのDNA断片をリン酸化し、約1kbpの遺伝子断片「HRP−Hpa」を得た。一方、プラスミド「pCB1−KR」をHpaIで切断し、約6kbpの断片を回収した。これにHRP−HpaをTaKaRa DNAライゲ―ションキットマイティミックスを用いて連結し、プラスミド「pCB1−KR−HRP−tricho」を作製した。プラスミド「pCB1−KR−HRP−tricho」にクローニングされた挿入DNA断片のシークエンスは、比較例1(2)記載の方法により解析した。プラスミド「pCB1−KR−HRP−tricho」は、宿主のトリコデルマ・ビリデ内にて、CBH1とHRPとの融合ポリペプチドとして発現するように構築した。
(3) プラスミド「pCB1−KR−HRP−tricho」によるトリコデルマ・ビリデの形質転換体の作製
プラスミド「pCB1−KR−HRP−tricho」によるトリコデルマ・ビリデの形質転換は、比較例1(3)記載の方法により実施した。
(4) pCB1−KR−HRP−trichoによる形質転換体の培養及び同定
プラスミド「pCB1−KR−HRP−tricho」を導入し最少培地で生育した株を選抜し、国際公開第98/11239号に記載の方法に準じ、P培地にて、フラスコを用い、28℃にて培養した。HRPが発現しているか否かを確認するため、得られた培養上清液を12%ゲルSDS−PAGEミニを用いて電気泳動分離を行い、PVDF膜(ミリポア社製)上にブロットした。ブロットしたPVDF膜について、抗HRP抗体を用いたウェスタンブロットを行った。得られた結果を図8に示す。
図8に示した結果から明らかなように、pCB1−KR−HRP−trichoによる形質転換体の培養上清において、約70kDaのバンド、すなわちCBH1とHRPとの融合ポリペプチドを検出することができた。従って、フミコーラ、アスペルギルス及びトリコデルマ3種の糸状菌のコドン使用頻度を勘案し、修飾したポリヌクレオチド(コドン修飾HRPポリヌクレオチド)を用いて、トリコデルマを形質転換した場合には、かかる形質転換体からHRPを含む融合ポリペプチドが産生されることが明らかになった。
(5) pCB1−KR−HRP−trichoによる形質転換体の培養上清中のHRP濃度測定
pCB1−KR−HRP−trichoによる形質転換体を、国際公開第98/11239号の記載の方法に準じ、P培地にて、フラスコを用い、28℃にて培養した。そして、得られた培養上清を、該形質転換体の濃度が9×10CFU/mLとなるよう適宜希釈し、HRP濃度の測定を実施例2(6)に従い、実施した。pCB1−KR−HRP−trichoによる形質転換体の培養上清中のHRP濃度は123mg/Lであった。
(実施例5) コドン修飾HRPポリヌクレオチドを利用した、HRPとHisタグとの融合ポリペプチドを用いた精製検討
(1) HisTrap HPカラムによる精製
実施例3(3)で培養した、pCB1−HRP−trichoによる形質転換体の培養上清2mlを、0.02M NaHPO、0.5M NaCl(pH7.5)バッファーで平衡化したHisTrap HPカラム(GE製)に供した。平衡化に使用したバッファーを用いてカラムを洗浄後、0.02M NaHPO、0.5M NaCl、0.5M イミダゾール(pH7.5)バッファーにて溶出した。
溶出液中に含まれるHRP濃度の測定を実施例2(6)に従い、実施した。その結果、103.9ng/ml濃度のHRPを回収することが出来た。
(実施例6) コドン修飾HRPポリヌクレオチドを利用した、HRPとトリコデルマ由来CBH1との融合ポリペプチドを用いた精製検討
(1) アビセルへの結合活性を用いた精製
実施例4の(4)にて培養した、pCB1−KR−HRP−trichoによる形質転換体培養上清10μlと2%濃度のアビセル溶液90μl(20mM酢酸バッファー(pH5.0)、1M硫安)とを良く混和し、25℃で10分間静置した。遠心後、上清を除去し、20mM酢酸バッファー(pH5.0)及び1M硫安を加え、アビセル溶液を洗浄した(2回実施)。最終の遠心後、上清を除去し、ミリQ水を混ぜ、37℃で10分間放置し、アビセルから剥離させた。剥離後の上清を回収し、上清中に含まれるHRP濃度の測定を実施例2(6)に従い、実施した。その結果、12.7ng/ml濃度のHRPを回収することが出来た。
(実施例7) トリコデルマで発現させた西洋ワサビ由来ペルオキシダーゼ組換えポリペプチドのアナトー色素分解試験
実施例3(3)で培養した、pCB1−HRP−trichoによる形質転換体の培養上清を用いてアナトー色素分解を測定した。1μmolのアナトー色素(和光純薬社製)、0.14μmolの過酸化水素を含む0.1M リン酸塩緩衝液(pH6.0)190μLに培養上清液10μLを添加し、37℃において適当な時間静置した後、454nmの吸光度変化を測定した。その結果、反応30分後から吸光度の減少が検出され前記コドン改変HRP遺伝子から発現されたHRPは、アナトー色素分解活性を示すことが明らかになった。
(実施例8) トリコデルマのコドン使用頻度のみに適合させたHRPポリヌクレオチドによる、トリコデルマにおけるHRPポリペプチドの発現検討
上記結果を受け、3種類の糸状菌の中で最も高いHRP産生能を示したトリコデルマにおいて、HRPポリペプチドをさらに高発現させるべく、トリコデルマの使用頻度に適合させた塩基配列を有する修飾されたHRPポリヌクレオチドを作製した。そして、このポリヌクレオチドを用いてトリコデルマを形質転換し、得られた形質転換体におけるHRPポリペプチドの発現を調べた。以下にその方法及び得られた結果について示す。
(1)トリコデルマでの発現を最適化するためのコドン表の作成
トリコデルマ(トリコデルマ・ビリデ)で発現が確認できたポリペプチドのコドン使用頻度を考慮し、表2に記載のコドン使用頻度表を作成した。
(2)トリコデルマでの発現最適化を目的としたコドン修飾HRPポリヌクレオチドの作製
HRP遺伝子をトリコデルマ(トリコデルマ・ビリデ)において、活性あるタンパク質として高発現させるために、HRPポリヌクレオチドの修飾を行った。すなわち、表2に記載のコドン使用頻度に基づき、野生型HRP遺伝子の塩基配列(配列番号:3に記載の塩基配列)から29.9%の塩基の変更を伴う、配列番号:22に記載の塩基配列を設計した。なお、このようにして設計した修飾HRPポリヌクレオチドの塩基配列においては、全コドン数338のうち242のコドンを変更、すなわち全コドンのうち71.6%のコドンが修飾(縮重変異)されている。そして、この塩基配列情報に基づき、pHRP_Native同様に、修飾HRPポリヌクレオチドを人工的に合成し、pMA−Tに挿入することにより、コドン修飾HRPポリヌクレオチドが挿入されたプラスミド「pHRP−2」を得た。
(3)コドン修飾HRPポリヌクレオチド発現プラスミド「pCB1−HRP(Hisless)−tricho−2」の構築
コドン修飾HRPポリヌクレオチドの塩基配列を基に以下のプライマーを作製した。
HRP−tricho−2−F:GGGAGGCCTGCGCATCATGCACTTCA(配列番号:24)
HRP−tricho−2−R(Hisless):CCCGTCGACGCTGTTGCTGTTGACGACGCGGCAGTT(配列番号:25)。
HRP−tricho−2−F及びHRP−tricho−2−R(Hisless)をプライマーセットとして使用し、pHRP−2を鋳型としてPCRを行った。PCRはプライムスターマックスDNA ポリメラーゼを用いて実施した。増幅された約1kbpのDNA断片をStuI及びSalIで切断し、約1kbpの遺伝子断片「HRP−N(Hisless)−2」を得た。一方、プラスミド「pCB1−Eg3X−hphless」をStuI及びXhoIで切断し、約6kbpの断片を回収した。これにHRP−N(Hisless)−2をTaKaRa DNAライゲーションキットマイティミックスを用いて連結し、プラスミド「pCB1−HRP(Hisless)−tricho−2」を作製した。プラスミド「pCB1−HRP(Hisless)−tricho−2」にクローニングされた挿入DNA断片のシークエンスは、比較例1 (2)記載の方法により解析した。プラスミド「pCB1−HRP(Hisless)−tricho−2」は、宿主のトリコデルマ・ビリデ内にて、自身の開始コドンを用いてHRPを発現するように構築した。
(4)プラスミド「pCB1−HRP(Hisless)−tricho−2」によるトリコデルマの形質転換体の作製
プラスミド「pCB1−HRP(Hisless)−tricho−2」によるトリコデルマ(トリコデルマ・ビリデ)の形質転換は、比較例1 (3)記載の方法により実施した。
(5)「pCB1−HRP(Hisless)−tricho−2」による形質転換体の培養及び同定
プラスミド「pCB1−HRP(Hisless)−tricho−2」を導入し、最少培地で生育した株を選抜し、国際公開第98/11239号に記載の方法に準じ、P培地にて、フラスコを用い、28℃にて培養した。HRPが発現しているか否かを確認するため、得られた培養上清液を12%ゲルSDS−PAGE ミニを用いて電気泳動分離を行い、PVDF膜(ミリポア社製)上にブロットした。ブロットしたPVDF膜について、抗HRP抗体を用いたウェスタンブロットを行った。得られた結果を図9に示す。
(6)「pCB1−HRP(Hisless)−tricho−2」による形質転換体の培養上清中のHRP濃度測定
「pCB1−HRP(Hisless)−tricho」による形質転換体のフラスコ培養における培養上清を、該形質転換体の濃度が9×10CFU/mLとなるよう適宜希釈し、HRP濃度の測定を実施例2 (6)に従い、実施した。
図9に示した結果から明らかなように、pCB1−HRP(Hisless)−tricho−2による形質転換体の培養上清において、HRP1由来のバンド(約32kDaのHRP)を検出することができた。しかしながら、pCB1−HRP(Hisless)−tricho−2による形質転換体のフラスコ培養における培養上清中のHRP濃度は24mg/Lであり、「pCB1−HRP(Hisless)−tricho」による形質転換体のそれ(165mg/L、実施例3参照)と比較して、著しく低いものだった。
従って、フミコーラ、アスペルギルス及びトリコデルマ3種の糸状菌のコドン使用頻度を勘案し、修飾したポリヌクレオチドを用いて、トリコデルマを形質転換した場合の方が、トリコデルマのコドン使用頻度のみに適合させたポリヌクレオチドを用いて、トリコデルマを形質転換した場合よりも、HRPポリペプチドを多く産生できることが明らかになった。
(実施例9) フミコーラ、アスペルギルス及びトリコデルマ3種の糸状菌のコドン使用頻度を勘案して修飾したHRPポリヌクレオチドによる、トリコデルマにおけるHRPポリペプチド発現検討(2)
上記結果を受け、フミコーラ、アスペルギルス及びトリコデルマ3種の糸状菌のコドン使用頻度を勘案した塩基配列の有効性を確認するべく、実施例1〜3に記載のコドン修飾HRPポリヌクレオチドとは異なる配列を有する、当該3種の糸状菌のコドン使用頻度を勘案し、修飾したポリヌクレオチドを作製した。そして、該ポリヌクレオチドを用いてトリコデルマを形質転換し、得られた形質転換体におけるHRPポリペプチドの発現を調べた。以下にその方法及び得られた結果について示す。
(1)フミコーラ、アスペルギルス及びトリコデルマ3種の糸状菌のコドン使用頻度を勘案して修飾したHRPポリヌクレオチドの作製
HRP遺伝子をトリコデルマにおいて活性あるタンパク質として高発現させるために、HRPポリヌクレオチドの修飾を行った。すなわち、表1に記載のコドン使用頻度に基づき、野生型HRP遺伝子の塩基配列(配列番号:3に記載の塩基配列)から28.0%の塩基の変更を伴う、配列番号:26に記載の塩基配列を設計した。
なお、このようにして設計した修飾HRPポリヌクレオチドの塩基配列においては、全コドン数338のうち245のコドンを変更、すなわち全コドンのうち72.5%のコドンが修飾(縮重変異)されている(図10及び11 参照)。また、本実施例にて設計した修飾HRPポリヌクレオチドの塩基配列(1017塩基)と、実施例1〜3に記載のコドン修飾HRPポリヌクレオチドの塩基配列(1017塩基)との間で相違する塩基数は10個であり、相同性は99%である(図12及び13 参照)。
そして、この塩基配列情報に基づき、pHRP_Native同様に、修飾HRPポリヌクレオチドを人工的に合成し、pMA−Tに挿入することにより、コドン修飾HRPポリヌクレオチドが挿入されたプラスミド「pHRP−3」を得た。
(2)コドン修飾HRPポリヌクレオチド発現プラスミド「pCB1−HRP(Hisless)−tricho−3」の構築
プラスミド「pHRP−3」及び「pCB1−Eg3X−hphless」をStuI及びXhoIで切断し、約1kbp及び約6kbpの断片を回収した。両者をTaKaRa DNAライゲーションキットマイティミックスを用いて連結し、プラスミド「pCB1−HRP(Hisless)−tricho−3」を作製した。プラスミド「pCB1−HRP(Hisless)−tricho−3」にクローニングされた挿入DNA断片のシークエンスを、比較例1 (2)記載の方法により解析した。プラスミド「pCB1−HRP(Hisless)−tricho−3」は、宿主のトリコデルマ・ビリデ内にて、自身の開始コドンを用いてHRPを発現するように構築した。
(4)プラスミド「pCB1−HRP(Hisless)−tricho−3」によるトリコデルマの形質転換体の作製
プラスミド「pCB1−HRP(Hisless)−tricho−3」によるトリコデルマ(トリコデルマ・ビリデ)の形質転換は、比較例1 (3)記載の方法により実施した。
(5)「pCB1−HRP(Hisless)−tricho−3」による形質転換体の培養及び同定
プラスミド「pCB1−HRP(Hisless)−tricho−3」を導入し、最少培地で生育した株を選抜し、国際公開第98/11239号に記載の方法に準じ、P培地にて、フラスコを用い、28℃にて培養した。HRPが発現しているか否かを確認するため、得られた培養上清液を12%ゲルSDS−PAGE ミニを用いて電気泳動分離を行い、PVDF膜(ミリポア社製)上にブロットした。ブロットしたPVDF膜について、抗HRP抗体を用いたウェスタンブロットを行った。得られた結果を図14に示す。
図14に示した結果から明らかなように、pCB1−HRP(Hisless)−tricho−3による形質転換体の培養上清において、HRP由来のバンド(約32kDaのHRP)を検出することができた。
(6)「pCB1−HRP(Hisless)−tricho−3」による形質転換体の培養上清中のHRP濃度測定
「pCB1−HRP(Hisless)−tricho−3」による形質転換体を、国際公開第98/11239号に記載の方法に準じ、P培地にて、フラスコを用い、28℃にて培養した。そして、その培養上清を、該形質転換体の濃度が9×10CFU/mLとなるよう適宜希釈し、HRP濃度の測定を実施例2 (6)に従い、実施した。結果、pCB1−HRP(Hisless)−tricho−3による形質転換体の培養上清中のHRP濃度は200mg/Lであった。
従って、実施例2〜5と同様に、フミコーラ、アスペルギルス及びトリコデルマ3種の糸状菌のコドン使用頻度を勘案し、修飾したポリヌクレオチドを用いて、糸状菌を形質転換した場合には、かかる形質転換体からHRPポリペプチドが生産されることが確認された。
以上説明したように、本発明によれば、西洋ワサビ由来ペルオキシダーゼ(HRP)ポリペプチドをコードする野生型の塩基配列とコドンにおいて異なる塩基配列を有し、修飾されたコドンの使用頻度がフミコーラ、アスペルギルス及びトリコデルマ3種の糸状菌のコドン使用頻度である、修飾されたポリヌクレオチドを糸状菌に導入することにより、西洋ワサビ由来ペルオキシダーゼポリペプチドを大量に効率良く製造することが可能となる。
したがって、本発明のポリヌクレオチド、並びに該ポリヌクレオチドを利用するHRPポリペプチドの製造方法は、均一のHRPアイソザイムを大量に効率良く製造する点において優れるため、酵素免疫測定法、免疫組織染色法、サザンブロッティング法、ウエスタンブロッティング法等の各種試験における検出用酵素、臨床検査キット用酵素等の製造において有用である。
配列番号:1及び26
<223> コドン使用頻度がトリコデルマ、フミコ―ラ及びアスペルギルスに適合されており、人工的に合成されたポリヌクレオチドの配列
配列番号:2
<223> 配列番号:1に記載の塩基配列からなる人工的に合成されたポリヌクレオチドがコードするポリペプチド
配列番号:5〜21、24及び25
<223> 人工的に合成されたプライマーの配列
配列番号:22
<223> コドン使用頻度がトリコデルマに適合されており、人工的に合成されたポリヌクレオチドの配列
配列番号:23
<223> 配列番号:22に記載の塩基配列からなる人工的に合成されたポリヌクレオチドがコードするポリペプチド
配列番号:27
<223> 配列番号:26に記載の塩基配列からなる人工的に合成されたポリヌクレオチドがコードするポリペプチド

Claims (14)

  1. 西洋ワサビ由来ペルオキシダーゼポリペプチドをコードする野生型の塩基配列と少なくとも1個のコドンにおいて異なる塩基配列を有する、修飾されたポリヌクレオチドであって、コドンの使用頻度が下記百分率であり、かつ少なくとも240個のコドンが修飾されている、糸状菌において、コードするポリペプチドを発現させることができるポリヌクレオチド
    修飾されたコドンがコードするアミノ酸がアラニンである場合、GCCの使用頻度が80%、GCTの使用頻度が20%;
    修飾されたコドンがコードするアミノ酸がアルギニンである場合、CGCの使用頻度が90%、CGTの使用頻度が10%;
    修飾されたコドンがコードするアミノ酸がアスパラギンである場合、AACの使用頻度が100%;
    修飾されたコドンがコードするアミノ酸がアスパラギン酸である場合、GACの使用頻度が95%、GATの使用頻度が5%;
    修飾されたコドンがコードするアミノ酸がシステインである場合、TGCの使用頻度が100%;
    修飾されたコドンがコードするアミノ酸がグルタミンである場合、CAGの使用頻度が100%;
    修飾されたコドンがコードするアミノ酸がグルタミン酸である場合、GAGの使用頻度が100%;
    修飾されたコドンがコードするアミノ酸がグリシンである場合、GGCの使用頻度が75%、GGTの使用頻度が25%;
    修飾されたコドンがコードするアミノ酸がヒスチジンである場合、CACの使用頻度が100%;
    修飾されたコドンがコードするアミノ酸がイソロイシンである場合、ATCの使用頻度が100%;
    修飾されたコドンがコードするアミノ酸がロイシンである場合、CTCの使用頻度が80%、CTGの使用頻度が20%;
    修飾されたコドンがコードするアミノ酸がリジンである場合、AAGの使用頻度が100%;
    修飾されたコドンがコードするアミノ酸がフェニルアラニンである場合、TTCの使用頻度が100%;
    修飾されたコドンがコードするアミノ酸がプロリンである場合、CCCの使用頻度が80%、CCTの使用頻度が20%;
    修飾されたコドンがコードするアミノ酸がセリンである場合、AGCの使用頻度が15%、TCCの使用頻度が85%;
    修飾されたコドンがコードするアミノ酸がスレオニンである場合、ACCの使用頻度が85%、ACGの使用頻度が15%;
    修飾されたコドンがコードするアミノ酸がチロシンである場合、TACの使用頻度が100%;
    修飾されたコドンがコードするアミノ酸がバリンである場合、GTCの使用頻度が85%、GTGの使用頻度が5%、GTTの使用頻度が10%。
  2. 西洋ワサビ由来ペルオキシダーゼポリペプチドをコードする野生型の塩基配列と少なくとも1個のコドンにおいて異なる塩基配列を有する、修飾されたポリヌクレオチドであって、コドンの使用頻度が下記百分率であり、かつ少なくとも70%のコドンが修飾されている、糸状菌において、コードするポリペプチドを発現させることができるポリヌクレオチド
    修飾されたコドンがコードするアミノ酸がアラニンである場合、GCCの使用頻度が80%、GCTの使用頻度が20%;
    修飾されたコドンがコードするアミノ酸がアルギニンである場合、CGCの使用頻度が90%、CGTの使用頻度が10%;
    修飾されたコドンがコードするアミノ酸がアスパラギンである場合、AACの使用頻度が100%;
    修飾されたコドンがコードするアミノ酸がアスパラギン酸である場合、GACの使用頻度が95%、GATの使用頻度が5%;
    修飾されたコドンがコードするアミノ酸がシステインである場合、TGCの使用頻度が100%;
    修飾されたコドンがコードするアミノ酸がグルタミンである場合、CAGの使用頻度が100%;
    修飾されたコドンがコードするアミノ酸がグルタミン酸である場合、GAGの使用頻度が100%;
    修飾されたコドンがコードするアミノ酸がグリシンである場合、GGCの使用頻度が75%、GGTの使用頻度が25%;
    修飾されたコドンがコードするアミノ酸がヒスチジンである場合、CACの使用頻度が100%;
    修飾されたコドンがコードするアミノ酸がイソロイシンである場合、ATCの使用頻度が100%;
    修飾されたコドンがコードするアミノ酸がロイシンである場合、CTCの使用頻度が80%、CTGの使用頻度が20%;
    修飾されたコドンがコードするアミノ酸がリジンである場合、AAGの使用頻度が100%;
    修飾されたコドンがコードするアミノ酸がフェニルアラニンである場合、TTCの使用頻度が100%;
    修飾されたコドンがコードするアミノ酸がプロリンである場合、CCCの使用頻度が80%、CCTの使用頻度が20%;
    修飾されたコドンがコードするアミノ酸がセリンである場合、AGCの使用頻度が15%、TCCの使用頻度が85%;
    修飾されたコドンがコードするアミノ酸がスレオニンである場合、ACCの使用頻度が85%、ACGの使用頻度が15%;
    修飾されたコドンがコードするアミノ酸がチロシンである場合、TACの使用頻度が100%;
    修飾されたコドンがコードするアミノ酸がバリンである場合、GTCの使用頻度が85%、GTGの使用頻度が5%、GTTの使用頻度が10%。
  3. 西洋ワサビ由来ペルオキシダーゼC1aポリペプチドをコードし、下記(i)〜(ii)からなる群から選択される少なくとも1の特徴を有する請求項1又は2に記載のポリヌクレオチド
    (i)配列番号:1に記載の塩基配列のコード領域を含む
    (ii)配列番号:1に記載の91〜1017位からなる塩基配列と95%以上の相同性を有する。
  4. 西洋ワサビ由来ペルオキシダーゼC1aポリペプチドをコードし、下記(i)〜(ii)からなる群から選択される少なくとも1の特徴を有する請求項1又は2に記載のポリヌクレオチド
    (i)配列番号:26に記載の塩基配列のコード領域を含む
    (ii)配列番号:26に記載の91〜1017位からなる塩基配列と95%以上の相同性を有する。
  5. 請求項1〜のうちのいずれか一項に記載のポリヌクレオチドに、さらに所望のポリペプチドをコードするポリヌクレオチドが付加されているポリヌクレオチド。
  6. 請求項1〜のうちのいずれか一項に記載のポリヌクレオチドを含む発現ベクター。
  7. 請求項に記載の発現ベクターを糸状菌に導入してなる形質転換体。
  8. 前記糸状菌が、トリコデルマ属菌又はアスペルギルス属菌である請求項に記載の形質転換体。
  9. 前記糸状菌が、トリコデルマ・ビリデ又はアスペルギルス・ニガーである請求項に記載の形質転換体。
  10. 前記糸状菌が、トリコデルマ・ビリデである請求項に記載の形質転換体。
  11. 請求項7〜10のうちのいずれか一項に記載の形質転換体を培養し、培養された形質転換体及び/又は該形質転換体の培養物から、発現させたポリペプチドを採取する工程を含む、請求項1〜のうちのいずれか一項に記載のポリヌクレオチドがコードするポリペプチドの製造方法。
  12. 標的分子を検出するための方法であって、
    請求項7〜10のうちのいずれか一項に記載の形質転換体を培養し、培養された形質転換体及び/又は該形質転換体の培養物から、発現させたポリペプチドを採取する工程と、
    ポリペプチドを前記標的分子に結合させる工程とを含む、方法。
  13. 色素の脱色方法であって、
    請求項7〜10のうちのいずれか一項に記載の形質転換体を培養し、培養された形質転換体及び/又は該形質転換体の培養物から、発現させたポリペプチドを採取する工程と、
    該色素に前記ポリペプチドを過酸化水素存在下で作用させる工程とを含む、方法。
  14. フェノール性化合物の除去方法であって、
    請求項7〜10のうちのいずれか一項に記載の形質転換体を培養し、培養された形質転換体及び/又は該形質転換体の培養物から、発現させたポリペプチドを採取する工程と、
    該フェノール性化合物に前記ポリペプチドを過酸化水素存在下で作用させる工程とを含む、方法。
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