JP6934666B2 - A method for producing a xylose-modified protein in a plant cell, a method for producing a core oligosaccharide-modified protein, and a method for producing a proteoglycan. - Google Patents

A method for producing a xylose-modified protein in a plant cell, a method for producing a core oligosaccharide-modified protein, and a method for producing a proteoglycan. Download PDF

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Description

本発明は、植物細胞においてキシロース修飾タンパク質を製造する方法、コアオリゴ糖修飾タンパク質を製造する方法、及びプロテオグリカンを製造する方法に関する。 The present invention relates to a method for producing a xylose-modified protein in a plant cell, a method for producing a core oligosaccharide-modified protein, and a method for producing a proteoglycan.

植物においてタンパク質の動物型糖鎖修飾を可能にする技術は幾つか報告されているが、その多くは、植物においてムチン型O結合型糖鎖修飾を合成するものである(非特許文献1:J. Biol. Chem., (2012), Vol.287, No.43, pp.36518-36526;非特許文献2:Front. Plant Sci., (2016), Vol.7, Art.18)。この手法は、第一段階としてN−アセチルガラクトサミン転移酵素を植物に導入することで、タンパク質をN−アセチルガラクトサミンで修飾するものである。 Several techniques have been reported that enable animal-type glycosylation of proteins in plants, but most of them synthesize mucin-type O-linked glycosylation in plants (Non-Patent Document 1: J). . Biol. Chem., (2012), Vol.287, No.43, pp.36518-36526; Non-Patent Document 2: Front. Plant Sci., (2016), Vol.7, Art.18). In this method, the protein is modified with N-acetylgalactosamine by introducing N-acetylgalactosamine transferase into the plant as a first step.

しかし、植物においてコアタンパク質を糖鎖修飾し、ヘパリンやへパラン硫酸等のプロテオグリカンを合成した例はない。 However, there is no example of synthesizing proteoglycans such as heparin and heparin sulfate by sugar chain modification of core proteins in plants.

J. Biol. Chem., (2012), Vol.287, No.43, pp.36518-36526J. Biol. Chem., (2012), Vol.287, No.43, pp.36518-36526 Front. Plant Sci., (2016), Vol.7, Art.18Front. Plant Sci., (2016), Vol.7, Art.18

プロテオグリカンは現在、主に鮭やブタ等の動物から採取されている。しかし、斯かる入手方法では、動物由来のウイルス等が製品に混入するおそれが否定できない上に、動物愛護の観点からも好ましくない。よって、プロテオグリカンをアニマルフリーで生産する技術が望まれている。 Proteoglycans are currently collected mainly from animals such as salmon and pigs. However, such an acquisition method cannot deny the possibility that an animal-derived virus or the like may be mixed into the product, and is not preferable from the viewpoint of animal protection. Therefore, a technique for producing proteoglycan animal-free is desired.

本発明者等は、プロテオグリカン合成の第一段階として、コアタンパク質のセリン残基(Ser)にキシロースを連結する必要がある点に着目した。その上で、植物細胞内に、タンパク質キシロース転移酵素をコードするベクターを導入して発現させ、コアタンパク質をキシロース修飾することにより、キシロース修飾タンパク質を産生することに成功した。このキシロース修飾タンパク質に対して、更に複数種の酵素を適切に組合せて、各々ベクターにより植物細胞内に導入して発現させ、更なる糖鎖修飾を行うことにより、植物細胞内でコアオリゴ糖修飾タンパク質及びプロテオグリカンを製造することが可能となることを見いだし、本発明に到達した。 The present inventors have focused on the need to link xylose to the serine residue (Ser) of the core protein as the first step in proteoglycan synthesis. Then, a vector encoding a protein xylose transferase was introduced into a plant cell and expressed, and the core protein was modified with xylose, thereby succeeding in producing a xylose-modified protein. A plurality of types of enzymes are appropriately combined with this xylose-modified protein, and each of them is introduced into a plant cell by a vector and expressed, and further sugar chain modification is performed to perform a core oligosaccharide-modified protein in the plant cell. And found that it becomes possible to produce proteoglycans, and reached the present invention.

即ち、本発明の主旨は例えば以下に存する。
[1]植物細胞においてキシロース修飾タンパク質を製造する方法であって、
植物細胞内に、タンパク質キシロース転移酵素をコードする遺伝子を含む第1のベクターを導入し、
植物細胞内で第1のベクターによりタンパク質キシロース転移酵素を発現させ、タンパク質キシロース転移酵素の作用により、植物細胞内のコアタンパク質のセリン残基に対してキシロースを連結させて、キシロース修飾タンパク質を産生することを含む方法。
[2]コアタンパク質が、セルグリシン、シンデカン、グリピカン、コラーゲン、及びアグリン、及びデコリンから選択される、[1]の方法。
[3]タンパク質キシロース転移酵素が、タンパク質キシロース転移酵素1及びタンパク質キシロース転移酵素2から選択される、[1]又は[2]の方法。
[4]第1のベクターが、植物細胞内で一過的又は恒常的に発現される、[1]〜[3]の方法。
[5]第1のベクターが、植物細胞内で機能するプロモーター配列と、タンパク質キシロース転移酵素のアミノ酸配列をコードし、プロモーター配列に作動式に連結されたコーディング配列とを含む、[1]〜[4]の方法。
[6]第1のベクターが、植物ウイルスベクター又はT−DNAベクターの形態である、[1]〜[5]の方法。
[7]コアタンパク質が内因性タンパク質である、[1]〜[6]の方法。
[8]コアタンパク質が外因性タンパク質である、[1]〜[6]の方法。
[9]植物細胞内に、コアタンパク質をコードする遺伝子を含む第2のベクターを導入し、
植物細胞内で第2のベクターによりコアタンパク質を発現させる
ことを更に含む、[8]の方法。
[10]第2のベクターが、植物細胞内で機能するプロモーター配列と、コアタンパク質のアミノ酸配列をコードし、プロモーター配列に作動式に連結されたコーディング配列とを含む、[9]の方法。
[11]第2のベクターが、植物ウイルスベクター又はT−DNAベクターの形態である、[9]又は[10]の方法。
[12]植物細胞が植物体の非単離細胞である、[1]〜[11]の方法。
[13]植物細胞が培養細胞である、[1]〜[12]の方法。
[14]コアオリゴ糖修飾タンパク質を製造する方法であって、
植物細胞内で、[1]〜[13]の方法により、キシロース修飾タンパク質を産生し、
植物細胞内で、キシロース修飾タンパク質のキシロースに対して順にβ−1,4−ガラクトース、β−1,3−ガラクトース、及びβ−1,3−グルクロン酸を連結させて、コアオリゴ糖修飾タンパク質を産生する
ことを含む方法。
[15]コアオリゴ糖修飾タンパク質の産生が、
植物細胞内に、キシロース残基にガラクトースを転移しうるβ−1,4−ガラクトース転移酵素をコードする遺伝子を含む第3のベクターと、ガラクトース残基にガラクトースを転移しうるβ−1,3−ガラクトース転移酵素をコードする遺伝子を含む第4のベクターと、ガラクトース残基にグルクロン酸を転移しうるβ−1,3−グルクロン酸転移酵素をコードする遺伝子を含む第5のベクターと、キシロース残基にリン酸基を転移しうる酵素をコードする遺伝子を含む第6のベクターを導入し、
植物細胞内で第3、第4、第5及び第6のベクターを発現させることにより、キシロース残基にガラクトースを転移しうるβ−1,4−ガラクトース転移酵素、ガラクトース残基にガラクトースを転移しうるβ−1,3−ガラクトース転移酵素、ガラクトース残基にグルクロン酸を転移しうるβ−1,3−グルクロン酸転移酵素、及びキシロース残基にリン酸基を転移しうる酵素を発現させ、各転移酵素の作用により、キシロース修飾タンパク質のキシロースに対して順にβ−1,4−ガラクトース、β−1,3−ガラクトース、及びβ−1,3−グルクロン酸を連結させる
ことにより行われる、[14]の方法。
[16]プロテオグリカンを製造する方法であって、
植物細胞内で、[14]又は[15]の方法により、コアオリゴ糖修飾タンパク質を産生し、
コアオリゴ糖修飾タンパク質のグルクロン酸末端にアミノ糖及びウロン酸を順に交互に連結させて糖鎖を形成するとともに硫酸化して、グリコサミノグリカンを形成する
ことを含む方法。
[17]グリコサミノグリカンの形成が、
植物細胞内に、グルクロン酸残基にアミノ糖を転移しうる酵素をコードする遺伝子を含む第7のベクターと、アミノ糖残基にウロン酸を転移しうる酵素をコードする遺伝子を含む第8のベクターと、ウロン酸残基にアミノ糖を転移しうる酵素をコードする遺伝子を含む第9のベクターと、糖鎖のアミノ糖残基及びウロン酸残基とを硫酸化しうる酵素をコードする遺伝子を含む第10のベクターとを導入し、
植物細胞内で第7、第8、第9、及び第10のベクターを発現させることにより、グルクロン酸残基にアミノ糖を転移しうる酵素、アミノ糖残基にウロン酸を転移しうる酵素、ウロン酸残基にアミノ糖を転移しうる酵素、及び糖鎖のアミノ糖残基及びウロン酸残基を硫酸化しうる酵素を発現させ、各酵素を作用させることにより、コアオリゴ糖修飾タンパク質のグルクロン酸末端にアミノ糖及びウロン酸を順に交互に連結させて糖鎖を形成すると共に、糖鎖を硫酸化する
ことにより行われる、[16]の方法。
That is, the gist of the present invention is, for example, as follows.
[1] A method for producing a xylose-modified protein in plant cells.
A first vector containing a gene encoding protein xylose transferase was introduced into plant cells,
The protein xylose transferase is expressed in the plant cell by the first vector, and xylose is ligated to the serine residue of the core protein in the plant cell by the action of the protein xylose transferase to produce a xylose-modified protein. How to include that.
[2] The method of [1], wherein the core protein is selected from cerglycine, syndecane, glypican, collagen, and agrin, and decorin.
[3] The method of [1] or [2], wherein the protein xylose transferase is selected from protein xylose transferase 1 and protein xylose transferase 2.
[4] The method of [1] to [3], wherein the first vector is transiently or constitutively expressed in a plant cell.
[5] The first vector comprises a promoter sequence that functions in plant cells and a coding sequence that encodes the amino acid sequence of protein xylosetransferase and is operably linked to the promoter sequence [1] to [ 4] method.
[6] The methods [1] to [5], wherein the first vector is in the form of a plant viral vector or a T-DNA vector.
[7] The methods [1] to [6], wherein the core protein is an endogenous protein.
[8] The methods [1] to [6], wherein the core protein is an exogenous protein.
[9] A second vector containing a gene encoding a core protein is introduced into a plant cell, and a second vector is introduced.
The method of [8], further comprising expressing the core protein with a second vector in plant cells.
[10] The method of [9], wherein the second vector comprises a promoter sequence that functions in a plant cell and a coding sequence that encodes an amino acid sequence of a core protein and is operably linked to the promoter sequence.
[11] The method of [9] or [10], wherein the second vector is in the form of a plant viral vector or T-DNA vector.
[12] The method of [1] to [11], wherein the plant cell is a non-isolated cell of a plant body.
[13] The methods of [1] to [12], wherein the plant cells are cultured cells.
[14] A method for producing a core oligosaccharide-modified protein.
In plant cells, xylose-modified proteins are produced by the methods [1] to [13].
In plant cells, β-1,4-galactose, β-1,3-galactose, and β-1,3-glucuronic acid are sequentially ligated to xylose, which is a xylose-modified protein, to produce a core oligosaccharide-modified protein. Methods that include doing.
[15] Production of core oligosaccharide-modified proteins
A third vector containing a gene encoding β-1,4-galactosetransferase capable of transferring galactose to a xylose residue and β-1,3-that can transfer galactose to a galactose residue in plant cells. A fourth vector containing a gene encoding a galactose transferase, a fifth vector containing a gene encoding a β-1,3-glucuronic transferase capable of transferring glucuronic acid to a galactose residue, and a xylose residue. A sixth vector containing a gene encoding an enzyme capable of transferring a phosphate group was introduced into the drug.
By expressing the 3rd, 4th, 5th and 6th vectors in plant cells, β-1,4-galactose transfer enzyme capable of transferring galactose to a xylose residue and galactose to a galactose residue are transferred. Express β-1,3-galactose transferase, β-1,3-glucuronic acid transferase capable of transferring glucuronic acid to galactose residues, and enzymes capable of transferring phosphate groups to xylose residues. It is carried out by ligating β-1,4-galactose, β-1,3-galactose, and β-1,3-glucuronic acid to xylose, which is a xylose-modified protein, in order by the action of a transposase [14. ]the method of.
[16] A method for producing proteoglycan, which is a method for producing proteoglycan.
In plant cells, a core oligosaccharide-modified protein is produced by the method of [14] or [15].
A method comprising connecting amino sugars and uronic acids alternately to the glucuronic acid terminal of a core oligosaccharide-modified protein to form a sugar chain and sulfate to form a glycosaminoglycan.
[17] The formation of glycosaminoglycans
A seventh vector containing a gene encoding an enzyme capable of transferring an amino sugar to a glucuronic acid residue and an eighth vector containing a gene encoding an enzyme capable of transferring uronic acid to an amino sugar residue in a plant cell. A vector, a ninth vector containing a gene encoding an enzyme capable of transferring an amino sugar to a uronic acid residue, and a gene encoding an enzyme capable of sulfated an amino sugar residue and a uronic acid residue of a sugar chain. Introduced with a tenth vector containing,
An enzyme capable of transferring an amino sugar to a glucuronic acid residue and an enzyme capable of transferring uronic acid to an amino sugar residue by expressing the seventh, eighth, ninth, and tenth vectors in plant cells. Glucuronic acid, a core oligosaccharide-modified protein, is produced by expressing an enzyme capable of transferring an amino sugar to a uronic acid residue and an enzyme capable of sulfated an amino sugar residue and a uronic acid residue of a sugar chain and allowing each enzyme to act. The method of [16], which is carried out by alternately connecting amino sugars and uronic acids to the ends in order to form a sugar chain and sulfating the sugar chain.

本発明によれば、植物細胞内でキシロース修飾タンパク質を合成し、更にはこのキシロース修飾タンパク質に基づいてコアオリゴ糖修飾タンパク質及びプロテオグリカンを製造することができる。これにより、アニマルフリーでのプロテオグリカン生産技術が可能となる。 According to the present invention, a xylose-modified protein can be synthesized in a plant cell, and a core oligosaccharide-modified protein and a proteoglycan can be produced based on the xylose-modified protein. This enables animal-free proteoglycan production technology.

図1は、プロテオグリカンの構造を説明するための模式図である。FIG. 1 is a schematic diagram for explaining the structure of proteoglycan. 図2は、実施例におけるウエスタンブロット解析の結果を示す写真である。M:分子量マーカー、W:未処理タバコ植物体、XYLT2:XTLY2単独発現、SRGN:SRGN単独発現、XYLT2+SRGN:SRGN及びXTLY2を共発現。FIG. 2 is a photograph showing the results of Western blot analysis in the examples. M: molecular weight marker, W: untreated tobacco plant, XYLT2: XTLY2 alone expression, SRGN: SRGN alone expression, XYLT2 + SRGN: SRGN and XTLY2 co-expressed. 図3は、実施例におけるSDS−PAGE解析の結果を示す写真である。M:分子量マーカー、Ser:SRGN単独発現、XylT+Ser:SRGN及びXTLY2を共発現、Std.HRP(1μg):標準タンパク質である西洋ワサビペルオキシダーゼ(1μg)。FIG. 3 is a photograph showing the results of SDS-PAGE analysis in the examples. M: molecular weight marker, Ser: SRGN alone expression, XylT + Ser: SRGN and XTLY2 co-expressed, Std. HRP (1 μg): Horseradish peroxidase (1 μg), a standard protein. 図4は、実施例におけるMALDI TOF−MS解析結果の結果を示すスペクトルである。SRGN:SRGN単独発現、SRGN+XYLT2:SRGN及びXTLY2を共発現。FIG. 4 is a spectrum showing the result of the MALDI TOF-MS analysis result in the example. SRGN: SRGN alone expression, SRGN + XYLT2: co-expression of SRGN and XTLY2. 図5は、実施例におけるウエスタンブロット解析の結果を示す写真である。M:分子量マーカー、W:未処理タバコ植物体、S:SRGN単独発現、1:SRGN及びXTLY2を共発現、2:SRGN、XTLY2、B4GALT7を共発現、3:SRGN、XTLY2、B4GALT7及びB3GALT6を共発現、4:SRGN、XTLY2、B4GALT7、B3GALT6及びB3GAT3を共発現、3F:SRGN、XTLY2、B4GALT7、B3GALT6及びFAM20Bを共発現、4F:SRGN、XTLY2、B4GALT7、B3GALT6、B3GAT3及びFAM20Bを共発現、P:FLAG標識標準タンパク質。FIG. 5 is a photograph showing the results of Western blot analysis in the examples. M: Molecular weight marker, W: Untreated tobacco plant, S: SRGN alone expression, 1: SRGN and XTLY2 co-expressed, 2: SRGN, XTLY2, B4GALT7 co-expressed, 3: SRGN, XTLY2, B4GALT7 and B3GALT6 co-expressed Expression 4: co-expressed SRGN, XTLY2, B4GALT7, B3GALT6 and B3GAT3, 3F: co-expressed SRGN, XTLY2, B4GALT7, B3GALT6 and FAM20B, 4F: co-expressed SRGN, XTLY2, B4GALT7, B3GALT6, B3GALT6 : FLAG labeled standard protein.

以下、本発明を具体的な実施の形態に即して詳細に説明する。但し、本発明は以下の実施の形態に束縛されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、任意の形態で実施することが可能である。 Hereinafter, the present invention will be described in detail according to specific embodiments. However, the present invention is not bound by the following embodiments, and can be implemented in any embodiment as long as the gist of the present invention is not deviated.

[1.概要]
プロテオグリカンは、生体成分として多様な機能性を持つ生理活性糖タンパク質である。脳や皮膚等の体全体の組織中の細胞外マトリックスや細胞表面に存在するほか、軟骨の主成分としても存在する。プロテオグリカンは、コラーゲンやヒアルロン酸と共に細胞外マトリックスを形成することにより、身体の各種組織の維持に寄与している。また、伝達物質としても機能し、細胞の分化、増殖、運動など、種々の細胞機能にも関与している。
[1. Overview]
Proteoglycan is a bioactive glycoprotein having various functions as a biological component. In addition to being present on the extracellular matrix and cell surface in tissues throughout the body such as the brain and skin, it is also present as the main component of cartilage. Proteoglycans contribute to the maintenance of various tissues of the body by forming an extracellular matrix together with collagen and hyaluronic acid. It also functions as a transmitter and is involved in various cell functions such as cell differentiation, proliferation, and motility.

プロテオグリカンは、担体となるコアタンパク質のセリン残基(Ser)にコアオリゴ糖が連結され、このコアオリゴ糖の末端に更にグリコサミノグリカンが連結された構造を有する(図1)。コアオリゴ糖は、コアタンパク質結合側から順にキシロース、ガラクトース、ガラクトース、及びグルクロン酸が連結された構造を有し、グルクロン酸末端にグリコサミノグリカンが連結されてなる。グリコサミノグリカンは、ヒアルロン酸を除くと高度に硫酸化された多糖体であり、アミノ糖(ガラクトサミン、グルコサミン等)とウロン酸(グルクロン酸、イズロン酸等)とが交互に連結された繰り返し構造を有する。 The proteoglycan has a structure in which a core oligosaccharide is linked to a serine residue (Ser) of a core protein serving as a carrier, and a glycosaminoglycan is further linked to the end of the core oligosaccharide (Fig. 1). The core oligosaccharide has a structure in which xylose, galactose, galactose, and glucuronic acid are linked in this order from the core protein binding side, and glycosaminoglycan is linked to the glucuronic acid terminal. Glycosaminoglycan is a highly sulfated polysaccharide except for hyaluronic acid, and has a repeating structure in which amino sugars (galactosamine, glucosamine, etc.) and uronic acid (glucuronic acid, iduronic acid, etc.) are alternately linked. Has.

プロテオグリカンは、そのグリコサミノグリカン部分のアミノ糖及びウロン酸の種類、更には硫酸化の有無によって、概ね以下の様に分類される。なお、何れのプロテオグリカンでも、そのコアオリゴ糖の構造は共通である。 Proteoglycans are roughly classified as follows according to the types of amino sugars and uronic acids in the glycosaminoglycan portion, and the presence or absence of sulfate. The core oligosaccharide structure of all proteoglycans is the same.

・ヘパラン硫酸:グリコサミノグリカン部分のアミノ糖としてD−グルコサミン、ウロン酸としてα−L−イズロン酸又はβ−D−グルクロン酸を有すると共に、ウロン酸の一部がN−硫酸化(イズロン酸)又はO−硫酸化(グルクロン酸)されてなる。 -Heparan sulfate: It has D-glucosamine as the amino sugar of the glycosaminoglycan moiety, α-L-iduronic acid or β-D-glucuronic acid as uronic acid, and a part of uronic acid is N-sulfated (iduronic acid). ) Or O-sulfated (glucuronic acid).

・ヘパリン:ヘパラン硫酸の一種であり、特に硫酸化の度合いが高いものをいう。 -Heparin: A type of heparan sulfate, which has a particularly high degree of sulfation.

・コンドロイチン硫酸:グリコサミノグリカン部分のアミノ糖としてN−アセチル−D−ガラクトサミン、ウロン酸としてD−グルクロン酸を有すると共に、N−アセチル−D−ガラクトサミンの一部が硫酸化(4位又は6位)及び/又はエピ化されてなる。 -Chondroitin sulfate: N-acetyl-D-galactosamine as the amino sugar of the glycosaminoglycan moiety, D-glucuronic acid as the uronic acid, and a part of N-acetyl-D-galactosamine is sulfated (4th position or 6). Place) and / or epilated.

・デルマタン硫酸:グリコサミノグリカン部分のアミノ糖としてN−アセチル−D−ガラクトサミン、ウロン酸としてL−イズロン酸を有すると共に、N−アセチル−D−ガラクトサミンの一部が硫酸化(4位又は6位)及び/又はエピ化されてなる。 -Dermatan sulfate: N-acetyl-D-galactosamine as the amino sugar of the glycosaminoglycan moiety and L-iduronic acid as the uronic acid, and a part of N-acetyl-D-galactosamine is sulfated (4th position or 6). Place) and / or epilated.

プロテオグリカンの合成は、担体となるコアタンパク質のセリン残基(Ser)にキシロース、ガラクトース、ガラクトース、及びグルクロン酸を順次付加することでコアオリゴ糖を構成し、次いでこのグルクロン酸末端にアミノ糖(ガラクトサミン、グルコサミン等)及びウロン酸(グルクロン酸、イズロン酸等)を交互に連結することで行われる。 In the synthesis of proteoglycan, a core oligosaccharide is constructed by sequentially adding xylose, galactose, galactose, and glucuronic acid to a serine residue (Ser) of a core protein serving as a carrier, and then an amino sugar (galactosamine, Glucosamine, etc.) and uronic acid (glucuronic acid, isulonic acid, etc.) are alternately linked.

従って、植物細胞においてコアタンパク質を糖鎖修飾し、プロテオグリカンを合成するには、第一段階としてコアタンパク質のセリン残基(Ser)へのキシロース修飾を行うことが必須となる。 Therefore, in order to sugar-modify the core protein and synthesize proteoglycan in plant cells, it is essential to modify the serine residue (Ser) of the core protein with xylose as the first step.

本発明では、植物細胞内に、コアタンパク質をコードするベクターと、タンパク質キシロース転移酵素をコードするベクターとを導入して発現させることにより、コアタンパク質のセリン残基(Ser)にキシロースを結合させ、キシロース修飾タンパク質を産生する。また、このキシロース修飾タンパク質のキシロース残基に対して、順にβ−1,4−ガラクトース、β−1,3−ガラクトース、及びβ−1,3−グルクロン酸を連結させることにより、コアオリゴ糖修飾タンパク質を製造する。更に、このコアオリゴ糖修飾タンパク質のコアオリゴ糖に対して、更にアミノ糖及びウロン酸を順に交互に連結させて糖鎖を形成するとともに硫酸化して、グリコサミノグリカンを形成することにより、植物細胞内でプロテオグリカンを製造する。 In the present invention, a vector encoding a core protein and a vector encoding a protein xylose transferase are introduced and expressed in plant cells to bind xylose to a serine residue (Ser) of the core protein. Produces xylose-modified protein. Further, by linking β-1,4-galactose, β-1,3-galactose, and β-1,3-glucuronic acid to the xylose residue of this xylose-modified protein in order, the core oligosaccharide-modified protein To manufacture. Furthermore, amino sugars and uronic acids are alternately linked to the core oligosaccharides of this core oligosaccharide-modified protein in order to form sugar chains and sulfated to form glycosaminoglycans in plant cells. Manufactures proteoglycans at.

また、本発明は、最終的なプロテオグリカンの製造に限定されず、植物細胞内で任意のコアタンパク質のセリン残基(Ser)にキシロースを結合させ、キシロース修飾タンパク質を産生する種々の用途や、こうして得られたキシロース修飾タンパク質のキシロース残基に対して、更にβ−1,4−ガラクトース、β−1,3−ガラクトース、及びβ−1,3−グルクロン酸を順に連結させることにより、植物細胞内でコアオリゴ糖修飾タンパク質を産生する種々の用途に利用できる。この場合、コアタンパク質は、植物細胞に外部から導入した外因性タンパク質に限定されず、植物細胞に内在する内因性タンパク質であってもよい。 In addition, the present invention is not limited to the final production of proteoglycan, and has various uses for producing a xylose-modified protein by binding xylose to a serine residue (Ser) of an arbitrary core protein in a plant cell, and thus. By further linking β-1,4-galactose, β-1,3-galactose, and β-1,3-glucuronic acid to the xylose residue of the obtained xylose-modified protein in this order, the cells were intracellularly linked. It can be used for various purposes to produce core oligosaccharide-modified proteins. In this case, the core protein is not limited to the extrinsic protein introduced into the plant cell from the outside, and may be an endogenous protein endogenous to the plant cell.

以下、本発明の代表的な観点として、キシロース修飾タンパク質を製造する方法、コアオリゴ糖修飾タンパク質を製造する方法、及び、プロテオグリカンを製造する方法とに着目し、各方法について具体的に説明する。 Hereinafter, as a representative viewpoint of the present invention, a method for producing a xylose-modified protein, a method for producing a core oligosaccharide-modified protein, and a method for producing a proteoglycan will be focused on, and each method will be specifically described.

[2.キシロース修飾タンパク質を製造する方法]
本発明の一観点によれば、植物細胞においてキシロース修飾タンパク質を製造する方法が提供される。本方法は、以下の工程を含む。
(a1)植物細胞内に、タンパク質キシロース転移酵素をコードする遺伝子を含む第1のベクターを導入する。
(a2)植物細胞内で第1のベクターによりタンパク質キシロース転移酵素を発現させ、タンパク質キシロース転移酵素の作用により、コアタンパク質のセリン残基に対してキシロースを連結させて、キシロース修飾タンパク質を産生する。
[2. Method for producing xylose-modified protein]
According to one aspect of the present invention, there is provided a method for producing a xylose-modified protein in plant cells. The method includes the following steps.
(A1) A first vector containing a gene encoding a protein xylose transferase is introduced into a plant cell.
(A2) The protein xylose transferase is expressed by the first vector in plant cells, and xylose is ligated to the serine residue of the core protein by the action of the protein xylose transferase to produce a xylose-modified protein.

更に、コアタンパク質として外因性タンパク質を用いる場合には、本方法は、更に以下の工程を含んでいてもよい。
(b1)植物細胞内に、セリン残基を含むコアタンパク質をコードする遺伝子を含む第2のベクターを導入する。
(b2)植物細胞内で第2のベクターによりコアタンパク質を発現させる。こうして発現されたコアタンパク質が、(a2)におけるキシロース修飾の対象となる。
Furthermore, when an exogenous protein is used as the core protein, the method may further include the following steps.
(B1) A second vector containing a gene encoding a core protein containing a serine residue is introduced into a plant cell.
(B2) The core protein is expressed by the second vector in plant cells. The core protein thus expressed is the target of xylose modification in (a2).

後者の場合、工程(a1)における第1のベクターの導入は、通常は工程(b1)における第2のベクターの導入と同時又はその前後に実施されると共に、工程(a2)におけるコアタンパク質のセリン残基のキシロース修飾は、工程(b2)におけるコアタンパク質の発現に引き続いて生じることになる。 In the latter case, the introduction of the first vector in step (a1) is usually carried out at the same time as or before or after the introduction of the second vector in step (b1), and the core protein serine in step (a2). Xylose modification of the residue will occur following the expression of the core protein in step (b2).

<2−1.植物細胞>
植物細胞は制限されず、第1のベクターを導入してタンパク質キシロース転移酵素を発現させることが可能であり、更にコアタンパク質が外因性タンパク質を用いる場合には、第2のベクターを導入してコアタンパク質を発現させることが可能でれば、任意の植物細胞を用いることができる。植物細胞の形態も任意であり、植物体内に存在する非単離の細胞でもよく、植物体から単離された組織培養物等の培養細胞でもよい。培養細胞の場合、分化した状態の細胞でも、脱分化を生じた細胞でも、再分化した細胞でもよい。
<2-1. Plant cells >
Plant cells are not restricted, and a first vector can be introduced to express the protein xylose transposase, and if the core protein uses an exogenous protein, a second vector can be introduced to the core. Any plant cell can be used as long as the protein can be expressed. The morphology of the plant cell is also arbitrary, and it may be a non-isolated cell existing in the plant body, or a cultured cell such as a tissue culture isolated from the plant body. In the case of cultured cells, it may be a differentiated cell, a dedifferentiated cell, or a redifferentiated cell.

植物細胞の由来する植物の種も制限されない。植物種の例としては、これらに限定されるものではないが、例えばナス科、マメ科、アブラナ科、イネ科、キク科、ハス科、バラ科等に属する植物種が挙げられる。 The species of plant from which the plant cells are derived is also unrestricted. Examples of plant species include, but are not limited to, plant species belonging to Solanaceae, Legumes, Brassicaceae, Gramineae, Nelumbonaceae, Nelumbonaceae, Rosaceae, and the like.

植物種の具体例としては、タバコ、シロイヌナズナ、アルファルファ、オオムギ、インゲンマメ、カノーラ、ササゲ、綿、トウモロコシ、クローバー、ハス、レンズマメ、ルピナス、キビ、オートムギ、エンドウマメ、落花生、イネ、ライムギ、スイートクローバー、ヒマワリ、スイートピー、ダイズ、モロコシ、ライコムギ、クズイモ、ハッショウマメ、ソラマメ、コムギ、フジ、堅果植物、コヌカグサ、ネギ、キンギョソウ、オランダミツバ、ナンキンマメ、アスパラガス、ロウトウ、カラスムギ、ホウライチク、アブラナ、ブロムグラス、ルリマガリバナ、ツバキ、アサ、トウガラシ、ヒヨコマメ、ケノポジ、キクニガナ、カンキツ、コーヒーノキ、ジュズダマ、キュウリ、カボチャ、ギョウギシバ、カモガヤ、チョウセンアサガオ、ウリミバエ、ジギタリス、ヤマノイモ、アブラヤシ、オオシバ、フェスキュ、イチゴ、フクロウソウ、キスゲ、パラゴムノキ、ヒヨス、サツマイモ、レタス、ヒラマメ、ユリ、アマ、ライグラス、トマト、マヨラナ、リンゴ、マンゴー、イモノキ、ウマゴヤシ、アフリカウンラン、イガマメ、テンジクアオイ、チカラシバ、ツクバネアサガオ、エンドウ、インゲン、アワガエリ、イチゴツナギ、サクラ、キンポウゲ、ラディッシュ、スグリ、トウゴマ、キイチゴ、サトウキビ、サルメンバナ、セネシオ、セタリア、シロガラシ、ナス、ソルガム、イヌシバ、カカオ、ジャジクソウ、レイリョウコウ、ブドウ等が挙げられる。 Specific examples of plant species include tobacco, white sorghum, alfalfa, sorghum, green bean, canola, sorghum, cotton, corn, clover, hass, sorghum, lupinus, millet, oat wheat, peas, peanuts, rice, lime tree, sweet clover, Sunflower, sweet pea, soybean, sorghum, rye wheat, kuzuimo, hassho bean, soramame, wheat, wisteria, fruit plant, konukagusa, onion, goldfish, Dutch honeybee, sorghum, asparagus, roasted bean, crow bean, spinach, abrana Tsubaki, Asa, Sorghum, Chrysanthemum, Kenoposi, Kikunigana, Kankitsu, Coffee tree, Juzudama, Cucumber, Pumpkin, Gyogishiba, Camogaya, Chosen Asagao, Urimi fly, Digitalis, Yamanoimo, Abra palm, Oshiba Hiyos, sweet potato, lettuce, sorghum, lily, flax, ryegrass, tomato, mayorana, apple, mango, sorghum, sorghum, African sorghum, sorghum, sorghum, peas, green beans, sorghum, strawberry tuna Examples include kinpouge, radish, sorghum, bean, strawberry, sugar cane, salmenana, senecio, setaria, white sorghum, eggplant, sorghum, bean, cacao, jajic sorghum, sorghum, grapes and the like.

中でも、組換え技術適応及び生産拡大の容易さ等の観点から、タバコ、シロイヌナズナ、アルファルファ、オオムギ、インゲンマメ、カノーラ、ササゲ、綿、トウモロコシ、クローバー、ハス、レンズマメ、ルピナス、キビ、オートムギ、エンドウマメ、落花生、イネ、ライムギ、スイートクローバー、ヒマワリ、スイートピー、ダイズ、モロコシ、ライコムギ、クズイモ、ハッショウマメ、ソラマメ、コムギ、フジ、堅果植物等が好ましい。 Among them, from the viewpoint of adaptation of recombinant technology and ease of production expansion, tobacco, broad bean, alfalfa, barley, green bean, canola, sorghum, cotton, corn, clover, hass, lens bean, lupinus, millet, oat, pea, etc. Pepper, rice, lime tree, sweet clover, sunflower, sweet pea, soybean, sorghum, triticale, kuzuimo, hasho bean, broad bean, wheat, wisteria, fruit plant and the like are preferable.

<2−2.コアタンパク質>
コアタンパク質は特に制限されず、少なくとも一つのセリン残基を含み、タンパク質キシロース転移酵素によりセリン残基にキシロース修飾を受け得るタンパク質であれば、その種類は任意である。例えば、植物細胞に内在する内因性タンパク質でもよいが、植物細胞に外部から導入される外因性タンパク質でもよい。植物細胞に外部から導入される外因性タンパク質の場合、第2のベクターにより植物細胞に導入して発現させることが可能であれば任意であるが、以下に挙げるプロテオグリカンのコアタンパク質の具体例の他、シンデカン、グリピカン、コラーゲン、アグリン、デコリン等が挙げられる。コアタンパク質の由来も特に限定されない。例としてはヒト、マウス、ウサギ、ウシ等が挙げられる。但し、ヒトに使用する修飾タンパク質を産生する目的の場合には、ヒト由来のコアタンパク質が好ましい。コアタンパク質の分子量も特に制限されないが、通常は5kDa以上、中でも10kDa以上、また、通常500kDa以下、中でも300kDa以下の範囲が好ましい。
<2-2. Core protein>
The core protein is not particularly limited, and any type of protein is arbitrary as long as it contains at least one serine residue and can undergo xylose modification to the serine residue by protein xylose transferase. For example, it may be an endogenous protein endogenous to a plant cell, or it may be an exogenous protein introduced from the outside into a plant cell. In the case of an exogenous protein that is introduced into a plant cell from the outside, it is optional as long as it can be introduced into the plant cell by a second vector and expressed, but in addition to the specific examples of the core protein of proteoglycan listed below. , Cindecane, glypican, collagen, agrin, decorin and the like. The origin of the core protein is also not particularly limited. Examples include humans, mice, rabbits, cows and the like. However, for the purpose of producing a modified protein used in humans, a human-derived core protein is preferable. The molecular weight of the core protein is not particularly limited, but is usually 5 kDa or more, particularly preferably 10 kDa or more, and usually 500 kDa or less, particularly preferably 300 kDa or less.

特に、プロテオグリカン製造の一工程としてキシロース修飾を行う場合、コアタンパク質としてはプロテオグリカンのコアタンパク質が好ましい。具体例としては、セルグリシン、グリピカン、シンデカン、アグリカン、バーシカン、ニューロカン、ブレビカン、デコリン、ビグリカン、パールカン、コラーゲン等が挙げられる。中でも、分子量が小さく組換え技術適応が容易という理由から、セルグリシン、グリピカン、シンデカン、コラーゲン等が好ましく、セルグリシン、シンデカン、コラーゲン等が特に好ましい。 In particular, when xylose modification is performed as one step of producing proteoglycan, the core protein of proteoglycan is preferable as the core protein. Specific examples include cerglycine, glypican, syndecane, aglycan, versican, neurocan, brevican, decorin, biglican, perlecan, collagen and the like. Among them, cerglycine, glypican, syndecane, collagen and the like are preferable, and cerglycine, glypican, collagen and the like are particularly preferable because the molecular weight is small and the recombination technology can be easily applied.

なお、ヒトセルグリシン遺伝子の塩基配列(配列番号1)及びこれに対応するヒトセルグリシンタンパク質のアミノ酸配列(配列番号2)は、米国国立生物工学情報センター(National Center for Biotechnology Information:NCBI)に、それぞれ登録番号(Accession Number)NM_002727及びNP_002718として登録されている。また、ヒトコラーゲン タイプXVIII遺伝子の塩基配列(配列番号3)及びこれに対応するヒトコラーゲン タイプXVIIIタンパク質のアミノ酸配列(配列番号4)は、NCBIにそれぞれ登録番号NM_030582及びNP_085059として登録されている。 The nucleotide sequence of the human cerglycine gene (SEQ ID NO: 1) and the corresponding amino acid sequence of the human cerglycin protein (SEQ ID NO: 2) can be found at the National Center for Biotechnology Information (NCBI). They are registered as registration numbers (Accession Number) NM_002727 and NP_002718, respectively. The nucleotide sequence of the human collagen type XVIII gene (SEQ ID NO: 3) and the corresponding amino acid sequence of the human collagen type XVIII protein (SEQ ID NO: 4) are registered in NCBI as registration numbers NM_030582 and NP_085059, respectively.

なお、前記の各種のコアタンパク質に対して1又は2以上の変異を有し、且つ少なくとも一つのセリン残基を維持しているタンパク質も、一定以上のアミノ酸配列同一性を有する限りにおいて、元のタンパク質と同様の作用や活性を維持している蓋然性が高いことから、コアタンパク質として利用可能である。具体的には、前記の各種のコアタンパク質に対して、少なくとも70%、少なくとも75%、少なくとも80%、少なくとも85%、少なくとも90%、少なくとも95%、少なくとも96%、少なくとも97%、少なくとも98%、少なくとも99%同一であり、且つ少なくとも一つのセリン残基を維持しているタンパク質も、コアタンパク質として好ましく利用できる。 It should be noted that a protein having one or more mutations with respect to the above-mentioned various core proteins and maintaining at least one serine residue also has the original amino acid sequence identity as long as it has a certain level of amino acid sequence identity. Since it is highly probable that it maintains the same action and activity as protein, it can be used as a core protein. Specifically, at least 70%, at least 75%, at least 80%, at least 85%, at least 90%, at least 95%, at least 96%, at least 97%, at least 98% with respect to the various core proteins described above. , A protein that is at least 99% identical and maintains at least one serine residue can also be preferably utilized as the core protein.

なお、2つのアミノ酸配列間の配列同一性は、EMBOSSパッケージ(EMBOSS: The European Molecular Biology Open Software Suite, Rice et al., 2000, Trends Genet. 16: 276-277)(好ましくはバージョン5.00又はそれ以降)のNeedleプログラムにより、Needleman-Wunschアルゴリズムを使用して決定される(Needleman and Wunsch, 1970, J. Mol. Biol. 48: 443-453)。 The sequence identity between the two amino acid sequences is determined by the EMBOSS package (EMBOSS: The European Molecular Biology Open Software Suite, Rice et al., 2000, Trends Genet. 16: 276-277) (preferably version 5.00 or (Since then), it is determined using the Needleman-Wunsch algorithm by the Needle program (Needleman and Wunsch, 1970, J. Mol. Biol. 48: 443-453).

<2−3.タンパク質キシロース転移酵素>
タンパク質キシロース転移酵素も特に制限されず、コアタンパク質及びウリジン5’−二リン酸(UDP)−キシロースの存在下において、コアタンパク質が有するセリン残基に対するキシロースの付加反応を触媒し得る酵素であれば、その種類は任意である。具体例としては、ヒトタンパク質キシロース転移酵素1、ヒトタンパク質キシロース転移酵素2等が挙げられる。中でも、分子量が小さく組換え技術適応が容易という理由から、タンパク質キシロース転移酵素2が好ましい。タンパク質キシロース転移酵素の由来も特に限定されないが、ヒトに使用される修飾タンパク質を産生する目的の場合には、ヒト由来のタンパク質キシロース転移酵素が好ましい。
<2-3. Protein xylose transferase>
The protein xylose transferase is also not particularly limited as long as it is an enzyme capable of catalyzing the addition reaction of xylose to the serine residue of the core protein in the presence of the core protein and uridine 5'-diphosphate (UDP) -xylose. , The type is arbitrary. Specific examples include human protein xylose transferase 1, human protein xylose transferase 2, and the like. Of these, protein xylose transferase 2 is preferable because of its small molecular weight and easy adaptation to recombinant technology. The origin of the protein xylose transferase is not particularly limited, but a human-derived protein xylose transferase is preferable for the purpose of producing a modified protein used in humans.

なお、ヒトタンパク質キシロース転移酵素1遺伝子の塩基配列(配列番号5)及びこれに対応するヒトタンパク質キシロース転移酵素1のアミノ酸配列(配列番号6)は、NCBIにそれぞれ登録番号NM_022166及びNP_071449として登録されている。また、ヒトタンパク質キシロース転移酵素2遺伝子の塩基配列(配列番号7)及びこれに対応するヒトタンパク質キシロース転移酵素2のアミノ酸配列(配列番号8)は、NCBIにそれぞれ登録番号NM_022167及びNP_071450として登録されている。 The nucleotide sequence of the human protein xylose transferase 1 gene (SEQ ID NO: 5) and the corresponding amino acid sequence of the human protein xylose transferase 1 (SEQ ID NO: 6) are registered in NCBI as registration numbers NM_022166 and NP_017449, respectively. There is. The nucleotide sequence of the human protein xylose transferase 2 gene (SEQ ID NO: 7) and the corresponding amino acid sequence of the human protein xylose transferase 2 (SEQ ID NO: 8) are registered in NCBI as registration numbers NM_022167 and NP_071450, respectively. There is.

なお、前記の各種のタンパク質キシロース転移酵素に対して1又は2以上の変異を有するタンパク質も、一定以上のアミノ酸配列同一性を有する限りにおいて、元のタンパク質キシロース転移酵素と同様の作用や活性を維持している蓋然性が高いことから、タンパク質キシロース転移酵素として利用可能である。具体的には、前記の各種のタンパク質に対して少なくとも70%、少なくとも75%、少なくとも80%、少なくとも85%、少なくとも90%、少なくとも95%、少なくとも96%、少なくとも97%、少なくとも98%、少なくとも99%同一であるタンパク質も、タンパク質キシロース転移酵素として好ましく利用できる。 A protein having one or more mutations with respect to the above-mentioned various protein xylose transferases also maintains the same action and activity as the original protein xylose transferase as long as it has a certain level of amino acid sequence identity. Since it is highly probable that it is present, it can be used as a protein xylose transferase. Specifically, at least 70%, at least 75%, at least 80%, at least 85%, at least 90%, at least 95%, at least 96%, at least 97%, at least 98%, at least for the various proteins mentioned above. Proteins that are 99% identical can also be preferably used as protein xylose transferase.

<2−4.第1及び第2のベクター>
本発明では、植物細胞内でタンパク質キシロース転移酵素を発現させるために、タンパク質キシロース転移酵素をコードする遺伝子を有する第1のベクターを使用する。
<2-4. First and second vectors>
In the present invention, in order to express protein xylose transferase in plant cells, a first vector having a gene encoding protein xylose transferase is used.

また、コアタンパク質として外因性タンパク質を用いる場合は、植物細胞内でコアタンパク質を発現させるために、前述の第1のベクターに加えて、外因性タンパク質をコードする遺伝子を有する第2のベクターを用いる。 When an exogenous protein is used as the core protein, a second vector having a gene encoding the exogenous protein is used in addition to the above-mentioned first vector in order to express the core protein in plant cells. ..

第1及び第2のベクターの構成は任意であるが、通常は、植物細胞内で機能するプロモーター配列と、発現対象となる酵素(第1のベクターの場合はタンパク質キシロース転移酵素、第2のベクターの場合はコアタンパク質)のアミノ酸配列をコードし、且つプロモーター配列に作動式に連結されたコーディング配列とを含む。これらのプロモーター配列及びコーディング配列に加えて、ターミネーター配列や転写調節因子等、他の任意の配列を有していてもよい。 The composition of the first and second vectors is arbitrary, but usually, a promoter sequence that functions in plant cells and an enzyme to be expressed (in the case of the first vector, a protein xylose transferase, a second vector). Includes a coding sequence that encodes the amino acid sequence of the core protein) and is operably linked to the promoter sequence. In addition to these promoter sequences and coding sequences, it may have any other sequences such as terminator sequences and transcriptional regulators.

プロモーター配列は、対象となる植物細胞内で機能し、コーディング配列の転写を開始させることが可能な配列であれば、その種類は制限されない。例としては、植物ウイルスに由来するプロモーター、例えばカリフラワーモザイクウイルス(CaMV)の35S プロモーター(Odell et al., (1985), Nature, 313:810-812)、キャッサバモザイクウイルスプロモーター、ゴマノハグサモザイクウイルスプロモーター、バドナウイルス(Badnavirus)プロモーター、ストロベリーベインバインディングウイルス(SVBV)のプロモーター、ミラビリス(Mirabilis)モザイクウイルスプロモーター(MMV)等や、その他のプロモーター、例えばルビスコ(Rubisco)プロモーター、アクチンプロモーター、ユビキチンプロモーター、アグロバクテリウム由来nosプロモーター等が挙げられる。中でも、カリフラワーモザイクウイルス(CaMV)の35S プロモーター等が好ましい。 The type of promoter sequence is not limited as long as it functions in the plant cell of interest and is capable of initiating transcription of the coding sequence. Examples include promoters derived from plant viruses, such as the 35S promoter of cauliflower mosaic virus (CaMV) (Odell et al., (1985), Nature, 313: 810-812), the Cassaba mosaic virus promoter, the sesame mosaic virus promoter, Derived from Badnavirus promoter, Strawberry vane binding virus (SVBV) promoter, Mirabilis mosaic virus promoter (MMV), and other promoters such as Rubisco promoter, Actin promoter, Ubiquitin promoter, Agrobacterium Nos promoter and the like can be mentioned. Of these, the 35S promoter of cauliflower mosaic virus (CaMV) and the like are preferable.

コーディング配列としては、発現対象遺伝子(第1のベクターの場合はタンパク質キシロース転移酵素遺伝子、第2のベクターの場合はコアタンパク質遺伝子)の塩基配列に応じて、適切な配列を選択すればよい。 As the coding sequence, an appropriate sequence may be selected according to the base sequence of the gene to be expressed (protein xylose transferase gene in the case of the first vector, core protein gene in the case of the second vector).

ターミネーター配列は、上述の通り任意選択要素である。但し、外来遺伝子のコーディング配列の転写を確実に停止させ、所望の機能的なタンパク質を発現させる観点からは、第1及び第2のベクターはターミネーター配列を有することが好ましい。ターミネーター配列は、外来遺伝子のコーディング配列の転写を停止させることが可能な配列であれば、その種類は制限されない。例としては、CaMV 35S ターミネーター、ヒートショックプロテイン(hsp)ターミネーター、アグロバクテリウム由来nosターミネーター等が挙げられる。 The terminator array is an optional element as described above. However, from the viewpoint of reliably stopping the transcription of the coding sequence of the foreign gene and expressing the desired functional protein, the first and second vectors preferably have a terminator sequence. The type of terminator sequence is not limited as long as it is a sequence capable of stopping transcription of the coding sequence of a foreign gene. Examples include CaMV 35S terminators, heat shock protein (hsp) terminators, Agrobacterium-derived nos terminators and the like.

また、前記のプロモーター配列及び任意配列であるターミネーター配列は、発現対象遺伝子であるコアタンパク質遺伝子又はタンパク質キシロース転移酵素遺伝子を発現させることが可能となるように、コーディング配列と作動式に連結される。即ち、これらのプロモーター配列、コーディング配列、及び任意配列であるターミネーター配列は、植物細胞内で自律的に発現可能な発現カセットを構成する。 In addition, the promoter sequence and the terminator sequence, which is an arbitrary sequence, are operably linked to the coding sequence so that the core protein gene or the protein xylose transfer enzyme gene, which is an expression target gene, can be expressed. That is, these promoter sequences, coding sequences, and terminator sequences, which are arbitrary sequences, constitute an expression cassette that can be autonomously expressed in plant cells.

第1及び第2のベクターは、その機能を実質的に妨げない限りにおいて、更に他の配列を有していてもよい。その他の配列の例としては、これらに限定されるものではないが翻訳増幅配列、転写調節因子、5’非翻訳領域等が挙げられる。翻訳増幅配列の例としては、これらに限定されるものではないが、タバコモザイクウィルス(TMV)ゲノムの 5’−UTR オメガ配列等が挙げられる。5’非翻訳領域の例としては、これらに限定されるものではないが、シロイヌナズナ由来アルコール脱水素酵素5’非翻訳領域等が挙げられる。 The first and second vectors may have additional sequences as long as they do not substantially interfere with their function. Examples of other sequences include, but are not limited to, translation amplification sequences, transcriptional regulators, 5'untranslated regions, and the like. Examples of the translationally amplified sequence include, but are not limited to, the 5'-UTR omega sequence of the tobacco mosaic virus (TMV) genome. Examples of the 5'untranslated region include, but are not limited to, the Arabidopsis thaliana-derived alcohol dehydrogenase 5'untranslated region and the like.

第1及び第2のベクターの形態も任意である。直鎖状の形態であっても環状の形態であってもよい。但し、環状の形態、例えばプラスミドの形態であることが好ましい。ベクターの具体的な態様の例としては、植物ウイルスベクター、T−DNAベクター等が挙げられる。 The forms of the first and second vectors are also arbitrary. It may be in a linear form or a circular form. However, it is preferably in the form of a ring, for example, a plasmid. Examples of specific embodiments of the vector include a plant virus vector, a T-DNA vector, and the like.

植物ウイルスベクター法は、例えば植物RNAウイルスベクターの場合、目的遺伝子を挿入した植物ウイルスゲノムのcDNAを試験管内転写し、得られたRNAをベクターとして植物に接種して感染させ、ウイルス自身の増殖能及び全身移行能を利用して、発現対象遺伝子を植物に発現させる手法である。植物ウイルスベクターの例としては、カリフラワーモザイクウイルス(CaMV)、キュウリモザイクウイルス(CMV)ベクター(米国特許出願第2007/0143877号明細書)、タバコモザイクウィルス(TMV)ベクター(Takamatsu et al., EMBO J., (1987), 6(2):307-11)、ジャガイモXウイルス(PVX)ベクター(Baulcombe et al., Plant J., (1995), 7:1045-1053)等が挙げられる。同様に、植物DNAウイルスベクターを用いることも可能である。 In the plant virus vector method, for example, in the case of a plant RNA viral vector, the cDNA of the plant virus genome into which the target gene is inserted is transcribed in vitro, and the obtained RNA is inoculated into a plant as a vector to infect the plant, and the virus itself has the ability to propagate. It is a method of expressing a gene to be expressed in a plant by utilizing the ability to transfer to the whole body. Examples of plant virus vectors include cauliflower mosaic virus (CaMV), cucumber mosaic virus (CMV) vector (US Patent Application No. 2007/0143877), tobacco mosaic virus (TMV) vector (Takamatsu et al., EMBO J). ., (1987), 6 (2): 307-11), potato X virus (PVX) vector (Baulcombe et al., Plant J., (1995), 7: 1045-1053) and the like. Similarly, it is also possible to use a plant DNA viral vector.

T−DNAベクター(T−DNAバイナリープラスミドベクター)法は、アグロバクテリウムのT−DNA配列を利用した手法であり、一過性発現及び恒常性発現の双方に利用できる。具体的に、アグロバクテリウム(Agrobacterium)は、グラム陰性菌に属する土壌細菌であるリゾビウム属(Rhizobium)のうち、植物に対する病原性を有するものの総称であり、例としては根頭癌腫病に関連するアグロバクテリウム・ツメファシエンス(Agrobacterium tumefacients)が挙げられる。アグロバクテリウムは、Tiプラスミドという巨大プラスミドを有する。TiプラスミドはT−DNA(transfer DNA)配列と呼ばれる領域を有し、当該領域に相当するDNA断片が植物細胞に移動し、ランダム導入によって植物ゲノムに組み込まれるという性質を有する。T−DNA配列は、右境界配列(right border sequence:以降適宜「RB配列」、或いは単に「RB」と表記する。)と左境界配列(left border sequence:以降適宜「LB配列」、或いは単に「LB」と表記する。)とを両端に有し、RB配列とLB配列との間に、植物ホルモン生合成遺伝子及びオパイン生合成遺伝子を有する。RB配列及びLB配列は、植物ゲノムへの組み込みに関与しているほか、植物細胞への感染や、RB配列とLB配列との間に介在する遺伝子の植物細胞内での発現にも関与していることが知られている。但し、Tiプラスミドは植物の形質転換には不要な配列を含むため、巨大であり操作性が悪い。よって現在では、Tiプラスミドを改変した2種のプラスミド、即ち、バイナリープラスミドとヘルパープラスミドとを組み合わせたT−DNAバイナリー系によって、植物の形質転換による外来遺伝子の導入を行うことが主流である。 The T-DNA vector (T-DNA binary plasmid vector) method is a method using the T-DNA sequence of Agrobacterium, and can be used for both transient expression and homeostatic expression. Specifically, Agrobacterium is a general term for Rhizobium, which is a soil bacterium belonging to Gram-negative bacteria, and has pathogenicity to plants, and is associated with root cancer disease as an example. Agrobacterium tumefacients can be mentioned. Agrobacterium has a giant plasmid called Ti plasmid. Ti plasmid has a region called T-DNA (transfer DNA) sequence, and has the property that the DNA fragment corresponding to the region is transferred to plant cells and integrated into the plant genome by random introduction. The T-DNA sequence is a right border sequence (hereinafter, appropriately referred to as "RB sequence" or simply "RB") and a left border sequence (hereinafter, appropriately referred to as "LB sequence", or simply "LB sequence"). LB ”) is provided at both ends, and a phytohormone biosynthesis gene and an opine biosynthesis gene are provided between the RB sequence and the LB sequence. The RB and LB sequences are involved in integration into the plant genome, as well as infecting plant cells and expressing genes intervening between the RB and LB sequences in plant cells. It is known that there is. However, since the Ti plasmid contains a sequence unnecessary for plant transformation, it is huge and has poor operability. Therefore, at present, it is the mainstream to introduce foreign genes by transforming plants with two types of plasmids modified from Ti plasmid, that is, T-DNA binary system in which a binary plasmid and a helper plasmid are combined.

バイナリープラスミドは、T−DNA領域から植物の形質転換に不要な領域(例えば上記の植物ホルモン生合成遺伝子やオパイン生合成遺伝子等の領域)を除去した配列と、アグロバクテリウム及び他の微生物(例えば大腸菌等)の双方で機能し得る複製開始点と、選択可能な遺伝子マーカーとを組み込むことにより、アグロバクテリウムと他の微生物との双方で複製可能としたシャトルベクターである。バイナリープラスミドは、T−DNA配列の全体ではなく、通常はT−DNA配列由来のRB配列及びLB配列(並びにその近傍領域)を有し、更に任意選択として、除去された植物ホルモン生合成遺伝子及びオパイン生合成遺伝子等の遺伝子の発現を調節していたnosプロモーター及びnosターミネーターを、RB配列とLB配列との間に有する。植物に導入すべき外来遺伝子は、RB配列とLB配列との間に、且つ、任意選択として前記のnosプロモーター及びnosターミネーターの制御下に配置される。一般に「T−DNAベクター」とは、通常はこのバイナリープラスミドを指す。なお、アグロバクテリウム由来のnosプロモーター及び/又はターミネーターの代わりに、前述した他の任意のプロモーター及び/又はターミネーター、例えばカリフラワーモザイクウイルス(CaMV)の35S プロモーター及び/又はターミネーター等を使用してもよい。 The binary plasmid is a sequence obtained by removing a region unnecessary for plant transformation (for example, a region such as the above-mentioned plant hormone biosynthesis gene or opine biosynthesis gene) from the T-DNA region, and Agrobacterium and other microorganisms (for example, for example). It is a shuttle vector that can be replicated with both Agrobacterium and other microorganisms by incorporating a replication initiation point capable of functioning with both E. coli (such as Escherichia coli) and a selectable gene marker. The binary plasmid usually has the RB and LB sequences derived from the T-DNA sequence (and its neighboring regions) rather than the entire T-DNA sequence, and optionally the removed phytohormone biosynthesis gene and It has a nos promoter and a nos terminator that regulated the expression of genes such as an opine biosynthesis gene between the RB sequence and the LB sequence. The foreign gene to be introduced into the plant is placed between the RB sequence and the LB sequence, and optionally under the control of the nos promoter and nos terminator. Generally, the "T-DNA vector" usually refers to this binary plasmid. Instead of the Agrobacterium-derived nos promoter and / or terminator, any of the above-mentioned other promoters and / or terminators, such as the 35S promoter and / or terminator of cauliflower mosaic virus (CaMV), may be used. ..

第1及び第2のベクターをT−DNAベクター(T−DNAバイナリープラスミドベクター)とした場合、斯かるT−DNAベクターは、アグロバクテリウム由来のT−DNAベクターで形質転換したアグロバクテリウムに導入することにより使用する。バイナリープラスミドベクターを導入したアグロバクテリウムは、恒常的発現法及び一過性発現法いずれにも使用可能である。例えば一過性発現法においては、アグロバクテリウムの培養液を、物理的手法(シリンジ等による注入や減圧等による浸透などの手法)で植物組織内に導入し、植物に感染させることにより、目的遺伝子を植物に一過性発現させる(Grimsley et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA, (1986), 83(10):3282-6)。また、恒常的発現においては、アグロバクテリウムを感染させた植物組織断片を培養することにより、目的遺伝子を恒常的に発現する再分化個体を得ることが可能である。 When the first and second vectors are T-DNA vectors (T-DNA binary plasmid vectors), such T-DNA vectors are introduced into Agrobacterium transformed with Agrobacterium-derived T-DNA vectors. Use by doing. Agrobacterium into which a binary plasmid vector has been introduced can be used for both constitutive expression methods and transient expression methods. For example, in the transient expression method, the purpose is to introduce an Agrobacterium culture solution into a plant tissue by a physical method (a method such as injection with a syringe or permeation by decompression) and infect the plant. Transient expression of the gene in plants (Grimsley et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA, (1986), 83 (10): 3282-6). In constitutive expression, it is possible to obtain a redifferentiated individual that constitutively expresses the target gene by culturing a plant tissue fragment infected with Agrobacterium.

第1及び第2のベクターは、植物細胞の細胞質内に蓄積させて一過的に発現させてもよく、植物ゲノム内に組み込んで恒常的に発現させてもよい。例えば、第1及び第2のベクターをT−DNAベクター(T−DNAバイナリープラスミドベクター)とした場合、植物ゲノム内に組み込むには、ゲノム組み込みに必要な配列、例えばアグロバクテリウムのTiプラスミド由来のvir領域を、バイナリーベクター内に挿入するか、vir領域を有するヘルパープラスミドを併用する。 The first and second vectors may be accumulated in the cytoplasm of a plant cell and expressed transiently, or may be integrated into the plant genome and expressed constitutively. For example, when the first and second vectors are T-DNA vectors (T-DNA binary plasmid vectors), the sequences required for genomic integration, such as Agrobacterium Ti plasmid, can be incorporated into the plant genome. The vir region is inserted into a binary vector or a helper plasmid having a vir region is used in combination.

第1及び第2のベクターは、必要に応じて、他のヘルパープラスミドと併用してもよい。他のヘルパープラスミドの例としては、例えば前述のvir領域を有するヘルパープラスミド等が挙げられる。 The first and second vectors may be used in combination with other helper plasmids, if desired. Examples of other helper plasmids include, for example, the helper plasmid having the above-mentioned vir region.

第1及び第2のベクターは、当業者に周知の各種の遺伝子組み換え技術を適宜組み合わせて用いることにより、容易に作製することが可能である。 The first and second vectors can be easily prepared by appropriately combining various gene recombination techniques well known to those skilled in the art.

<2−5.植物へのベクターの導入・遺伝子の発現>
本発明によれば、前記工程(a1)において、タンパク質キシロース転移酵素をコードする遺伝子を有する前述の第1のベクターを植物細胞に導入し、前記工程(a2)において、植物細胞内でタンパク質キシロース転移酵素を発現させることにより、コアタンパク質のセリン残基及び植物細胞内に存在するUDP−キシロースに対してタンパク質キシロース転移酵素が作用し、セリン残基に対してキシロースを結合させ、キシロース修飾タンパク質を産生することが出来る。
<2-5. Introduction of vector into plants / gene expression>
According to the present invention, in the step (a1), the above-mentioned first vector having a gene encoding a protein xylose transfer enzyme is introduced into a plant cell, and in the step (a2), the protein xylose transfer is performed in the plant cell. By expressing the enzyme, the protein xylose transferase acts on the serine residue of the core protein and UDP-xylose present in the plant cells, binds xylose to the serine residue, and produces a xylose-modified protein. Can be done.

また、コアタンパク質として外因性タンパク質を用いる場合は、前述の第1のベクターに加えて、前記工程(b1)において、外因性タンパク質をコードする遺伝子を有する前述の第2のベクターを植物細胞に導入することにより、前記工程(b2)において、植物細胞内でコアタンパク質を発現させると共に、コアタンパク質のセリン残基に対してタンパク質キシロース転移酵素の作用によりキシロースを結合させ、外因性タンパク質をコアタンパク質とするキシロース修飾タンパク質を産生することが出来る。 When an exogenous protein is used as the core protein, in addition to the above-mentioned first vector, the above-mentioned second vector having a gene encoding the exogenous protein is introduced into plant cells in the step (b1). By doing so, in the step (b2), the core protein is expressed in the plant cells, and xylose is bound to the serine residue of the core protein by the action of the protein xylose transferase to make the exogenous protein the core protein. It is possible to produce a xylose-modified protein.

この場合、前述のように、工程(a1)における第1のベクターの導入は、通常は工程(b1)における第2のベクターの導入と同時又はその前後に実施されると共に、工程(a2)におけるコアタンパク質のセリン残基のキシロース修飾は、工程(b2)におけるコアタンパク質の発現に引き続いて生じることになる。 In this case, as described above, the introduction of the first vector in the step (a1) is usually carried out at the same time as or before or after the introduction of the second vector in the step (b1), and in the step (a2). Xylose modification of the serine residue of the core protein will occur following the expression of the core protein in step (b2).

第1及び第2のベクターを植物細胞に導入する手法は限定されず、ベクターの構成に応じた任意の手法を用いることが出来る。 The method for introducing the first and second vectors into plant cells is not limited, and any method depending on the composition of the vector can be used.

例えば、第1及び第2のベクターを前記のようにT−DNA(バイナリープラスミド)ベクターとして構成し、一過性発現させる場合には、これらのベクターを各々含む溶液を調製し、当該溶液を各種の物理的手法、例えば注入や浸透等の手法で、植物組織内に導入することが好ましい。 For example, when the first and second vectors are constructed as T-DNA (binary plasmid) vectors as described above and transiently expressed, a solution containing each of these vectors is prepared, and various solutions are prepared. It is preferable to introduce it into the plant tissue by a physical method such as injection or permeation.

第1及び第2のベクターを各々含む溶液の調製は、例えば、第1及び第2のベクターを各々導入したアグロバクテリウム等の微生物を培養し、得られた培養物(例えば一晩培養物等)を用いることができる。通常、一晩培養は波長600nmの光学密度(OD600)が3〜3.5単位に達する。これを、アグロバクテリウム浸潤処理の前OD600=0.2〜0.8になるように懸濁する。これらの菌体溶液を各々単独で使用する場合は、OD600=0.2〜0.6値の懸濁液に調製する。複数の菌体溶液を混合して使用する場合には、各々の菌体を等量ずつ混合して、最終の懸濁液の菌体量をOD600=0.3〜1.2値に調製する。 For the preparation of the solution containing the first and second vectors, for example, a microorganism such as Agrobacterium into which the first and second vectors have been introduced is cultured, and the obtained culture (for example, an overnight culture or the like) is prepared. ) Can be used. Overnight cultures typically have an optical density (OD600) at a wavelength of 600 nm reaching 3 to 3.5 units. This is suspended so that the OD600 before the Agrobacterium infiltration treatment is 0.2 to 0.8. When each of these cell solutions is used alone, prepare a suspension having an OD600 = 0.2 to 0.6 value. When a plurality of bacterial cell solutions are mixed and used, each bacterial cell is mixed in equal amounts to adjust the bacterial cell mass of the final suspension to an OD600 = 0.3 to 1.2 value. ..

第1及び第2のベクターを各々含むアグロバクテリウム溶液を注入により対象植物に導入する場合、例えばシリンジ等を用いて、当該溶液を対象植物に強制的に注射することにより行う。第1及び第2のベクターを各々含む溶液を浸透により対象植物に導入する場合は、当該溶液を対象植物と接触させた上で、例えば真空デシケーター等を用いて減圧条件とし、当該溶液を対象植物に強制的に浸透させることにより行う。 When an Agrobacterium solution containing each of the first and second vectors is introduced into a target plant by injection, the solution is forcibly injected into the target plant using, for example, a syringe or the like. When a solution containing each of the first and second vectors is introduced into a target plant by permeation, the solution is brought into contact with the target plant, and the pressure is reduced by using, for example, a vacuum desiccator, and the solution is used as the target plant. It is done by forcibly infiltrating into.

以上の手法を用いて、第1及び第2のベクターを対象植物の全体又は一部の組織に導入することにより、導入された第1及び第2のベクターが高い効率で植物細胞の細胞質内に導入され、各々が有するコアタンパク質及びタンパク質キシロース転移酵素を一過的に発現することが可能となる。 By introducing the first and second vectors into the whole or part of the tissue of the target plant using the above method, the introduced first and second vectors are highly efficiently incorporated into the cytoplasm of the plant cell. Introduced, it becomes possible to transiently express the core protein and protein xylose transferase possessed by each.

なお、以上説明したように、第1及び第2のベクターを個別のベクターとして構築してもよいが、第1及び第2のベクターを単一のベクターとして構成することももちろん可能である。この場合、発現対象となる酵素(タンパク質キシロース転移酵素及びコアタンパク質)のアミノ酸配列を各々コードするコーディング配列と、当該コーディング配列の発現を調節する調節配列(即ちプロモーター配列と、任意により設けられるターミネーター配列や転写調節因子等の他の配列)を、単一のベクター内に配置する。これらのうち、コーディング配列以外の配列要素(プロモーター配列、ターミネーター配列、転写調節因子等)については、コーディング配列毎に個別に設けてもよいが、複数のコーディング配列について共通化してもよい。 As described above, the first and second vectors may be constructed as individual vectors, but of course it is also possible to construct the first and second vectors as a single vector. In this case, a coding sequence encoding the amino acid sequences of the enzymes to be expressed (protein xylose transtransferase and core protein), a regulatory sequence that regulates the expression of the coding sequence (that is, a promoter sequence, and an optionally provided terminator sequence). And other sequences such as transcription factors) are placed in a single vector. Of these, sequence elements other than the coding sequence (promoter sequence, terminator sequence, transcriptional regulator, etc.) may be provided individually for each coding sequence, or may be shared by a plurality of coding sequences.

[3.コアオリゴ糖修飾タンパク質を製造する方法]
本発明の一観点によれば、植物細胞においてコアオリゴ糖修飾タンパク質を製造する方法が提供される。本方法は、以下の工程を含む。
(I)植物細胞内で、前述のキシロース修飾タンパク質を製造する方法により、キシロース修飾タンパク質を産生する工程。
(II)植物細胞内で、キシロース修飾タンパク質のキシロースに対して順にガラクトース、ガラクトース、及びグルクロン酸を連結させて、コアオリゴ糖修飾タンパク質を産生する工程。
[3. Method for producing core oligosaccharide-modified protein]
According to one aspect of the present invention, there is provided a method for producing a core oligosaccharide modified protein in plant cells. The method includes the following steps.
(I) A step of producing a xylose-modified protein in a plant cell by the above-mentioned method for producing a xylose-modified protein.
(II) A step of producing a core oligosaccharide-modified protein by sequentially linking galactose, galactose, and glucuronic acid to xylose, which is a xylose-modified protein, in plant cells.

前記工程(I)におけるキシロース修飾タンパク質の産生における条件及び手順については、前記[2.キシロース修飾タンパク質を製造する方法]で説明した通りである。 The conditions and procedures for producing the xylose-modified protein in the step (I) are described in [2. Method for Producing Xylose-Modified Protein].

前記工程(II)におけるコアオリゴ糖修飾タンパク質の産生は、以下の工程により実施することが好ましい。
(c1)植物細胞内に、キシロース残基にガラクトースを転移しうるガラクトース転移酵素をコードする遺伝子を含む第3のベクターと、ガラクトース残基にガラクトースを転移しうるガラクトース転移酵素をコードする遺伝子を含む第4のベクターと、ガラクトース残基にグルクロン酸を転移しうるグルクロン酸転移酵素をコードする遺伝子を含む第5のベクターと、キシロース残基にリン酸基を転移しうる酵素をコードする遺伝子を含む第6のベクターを導入する工程。
(c2)植物細胞内で第3、第4、第5及び第6のベクターを発現させることにより、キシロース残基にガラクトースを転移しうるガラクトース転移酵素、ガラクトース残基にガラクトースを転移しうるガラクトース転移酵素、ガラクトース残基にグルクロン酸を転移しうるグルクロン酸転移酵素、及びキシロース残基にリン酸基を転移しうる酵素を発現させ、各転移酵素の作用により、キシロース修飾タンパク質のキシロース残基に対して順にガラクトース、ガラクトース、及びグルクロン酸を連結させる工程。
The production of the core oligosaccharide-modified protein in the step (II) is preferably carried out by the following step.
(C1) A third vector containing a gene encoding a galactose transferase capable of transferring galactose to a xylose residue and a gene encoding a galactose transferase capable of transferring galactose to a galactose residue are contained in a plant cell. It contains a fourth vector, a fifth vector containing a gene encoding a glucuronic acid transferase capable of transferring glucuronic acid to a galactose residue, and a gene encoding an enzyme capable of transferring a phosphate group to a xylose residue. The step of introducing the sixth vector.
(C2) A galactose transfer enzyme capable of transferring galactose to a xylose residue and a galactose transfer capable of transferring galactose to a galactose residue by expressing the third, fourth, fifth and sixth vectors in plant cells. An enzyme, a glucuronic acid transferase capable of transferring glucuronic acid to a galactose residue, and an enzyme capable of transferring a phosphate group to a xylose residue are expressed, and the action of each transfer enzyme acts on the xylose residue of a xylose-modified protein. The step of linking galactose, galactose, and glucuronic acid in order.

キシロース残基にガラクトースを転移しうるガラクトース転移酵素は特に制限されず、キシロース修飾タンパク質及びUDP−ガラクトースの存在下において、キシロース残基に対するガラクトースの付加反応を触媒し得る酵素であれば、その種類は任意である。具体例としては、β−1,4−ガラクトース転移酵素が挙げられる。 The galactose-transferring enzyme capable of transferring galactose to a xylose residue is not particularly limited, and any enzyme capable of catalyzing the addition reaction of galactose to a xylose residue in the presence of a xylose-modified protein and UDP-galactose can be used. It is optional. Specific examples include β-1,4-galactose transferase.

ガラクトース残基にガラクトースを転移しうるガラクトース転移酵素は特に制限されず、ガラクトース修飾タンパク質及びUDP−ガラクトースの存在下において、ガラクトース残基に対するガラクトースの付加反応を触媒し得る酵素であれば、その種類は任意である。具体例としては、β−1,3−ガラクトース転移酵素等が挙げられる。 The galactose-transferring enzyme capable of transferring galactose to a galactose residue is not particularly limited, and any enzyme capable of catalyzing the addition reaction of galactose to a galactose residue in the presence of a galactose-modified protein and UDP-galactose can be used. It is optional. Specific examples include β-1,3-galactose transferase and the like.

ガラクトース残基にグルクロン酸を転移しうるグルクロン酸転移酵素は特に制限されず、ガラクトース修飾タンパク質及びUDP−グルクロン酸の存在下において、ガラクトース残基に対するグルクロン酸の付加反応を触媒し得る酵素であれば、その種類は任意である。具体例としては、β−1,3−グルクロン酸転移酵素等が挙げられる。 The glucuronic acid transferase capable of transferring glucuronic acid to a galactose residue is not particularly limited as long as it is an enzyme capable of catalyzing the addition reaction of glucuronic acid to a galactose residue in the presence of a galactose-modified protein and UDP-glucuronic acid. , The type is arbitrary. Specific examples include β-1,3-glucuronic acid transferase and the like.

キシロース残基にリン酸基を転移しうる酵素は特に制限されず、キシロース修飾タンパク質もしくはガラクトース―キシロース修飾タンパク質及びアデノシン三リン酸の存在下において、キシロース残基に対するリン酸の付加反応を触媒し得る酵素であれば、その種類は任意である。具体例としては、グリコサミノグリカンキシロースリン酸化酵素等が挙げられる。 The enzyme capable of transferring a phosphate group to a xylose residue is not particularly limited, and can catalyze the addition reaction of phosphate to a xylose residue in the presence of a xylose-modified protein or a galactose-xylose-modified protein and adenosine triphosphate. If it is an enzyme, its type is arbitrary. Specific examples include glycosaminoglycan xylose kinase and the like.

これらの転移酵素の由来も特に限定されないが、ヒトに使用される修飾タンパク質を産生する目的の場合には、ヒト由来の転移酵素が好ましい。 The origin of these transferases is not particularly limited, but human-derived transferases are preferable for the purpose of producing modified proteins used in humans.

なお、ヒトβ−1,4−ガラクトース転移酵素1遺伝子の塩基配列(配列番号9)及びこれに対応するヒトβ−1,4−ガラクトース転移酵素1のアミノ酸配列(配列番号10)は、NCBIにそれぞれ登録番号NM_007255及びNP_009186として登録されている。また、ヒトβ−1,3−ガラクトース転移酵素遺伝子の塩基配列(配列番号11)及びこれに対応するヒトβ−1,3−ガラクトース転移酵素のアミノ酸配列(配列番号12)は、NCBIにそれぞれ登録番号NM_080605及びNP_542172として登録されている。また、ヒトβ−1,3−グルクロン酸転移酵素遺伝子の塩基配列(配列番号13)及びこれに対応するヒトβ−1,3−グルクロン酸転移酵素のアミノ酸配列(配列番号14)は、NCBIにそれぞれ登録番号NM_012200及びNP_036332として登録されている。また、ヒトグリコサミノグリカンキシロースリン酸化酵素遺伝子の塩基配列(配列番号15)及びこれに対応するヒトグリコサミノグリカンキシロースリン酸化酵素のアミノ酸配列(配列番号16)は、NCBIにそれぞれ登録番号NM_014864及びNP_055679として登録されている。 The nucleotide sequence of the human β-1,4-galactose transferase 1 gene (SEQ ID NO: 9) and the corresponding amino acid sequence of the human β-1,4-galactose transferase 1 (SEQ ID NO: 10) can be found in NCBI. They are registered as registration numbers NM_007255 and NP_009186, respectively. The nucleotide sequence of the human β-1,3-galactose transferase gene (SEQ ID NO: 11) and the corresponding amino acid sequence of the human β-1,3-galactose transferase (SEQ ID NO: 12) are registered in NCBI, respectively. It is registered as numbers NM_080605 and NP_542172. The nucleotide sequence of the human β-1,3-glucuronosyltransferase gene (SEQ ID NO: 13) and the corresponding amino acid sequence of the human β-1,3-glucuronosyltransferase (SEQ ID NO: 14) can be found in NCBI. They are registered as registration numbers NM_012200 and NP_036332, respectively. The nucleotide sequence of the human glycosaminoglycan xylose kinase gene (SEQ ID NO: 15) and the corresponding amino acid sequence of the human glycosaminoglycan xylose kinase (SEQ ID NO: 16) are registered in NCBI with the registration number NM_014864, respectively. And NP_055679.

これらの転移酵素をコードする遺伝子を含む第3、第4、第5及び第6のベクターの構成、形態、製法等の詳細については、前記の第1及び第2のベクターについて説明した構成、形態、製法等の詳細を適用することができる。 For details on the constitution, morphology, production method and the like of the third, fourth, fifth and sixth vectors containing the genes encoding these transferases, the constitution and morphology described for the first and second vectors described above. , Manufacturing method and other details can be applied.

これら第3、第4、第5及び第6のベクターを用いて、ガラクトース転移酵素、ガラクトース転移酵素、グルクロン酸転移酵素、及びグリコサミノグリカンキシロースリン酸化酵素を植物細胞内に導入して発現させ、キシロース修飾タンパク質のキシロース残基並びに植物細胞内に存在するUDP−ガラクトース、UDP−グルクロン酸及びアデノシン三リン酸に対して作用させることにより、キシロース修飾タンパク質のキシロース残基に順にβ−1,4−ガラクトース、β−1,3−ガラクトース、及びβ−1,3−グルクロン酸を連結し、コアオリゴ糖修飾タンパク質を産生することができる。 Using these third, fourth, fifth and sixth vectors, galactose transferase, galactose transferase, glucuronic acid transferase, and glycosaminoglycan xylose phosphorylating enzyme are introduced into plant cells and expressed. By acting on the xylose residue of the xylose-modified protein and the UDP-galactose, UDP-glucuronic acid and adenosine triphosphate present in the plant cells, β-1,4 were sequentially applied to the xylose residue of the xylose-modified protein. -Galactose, β-1,3-galactose, and β-1,3-glucuronic acid can be linked to produce a core oligosaccharide modified protein.

なお、以上説明したように、第3、第4、第5及び第6のベクターを個別のベクターとして構築してもよいが、第3、第4、第5及び第6のベクターのうち任意の2種以上を単一のベクターとして構成することももちろん可能である。この場合、発現対象となる酵素(ガラクトース転移酵素、ガラクトース転移酵素、グルクロン酸転移酵素、及びグリコサミノグリカンキシロースリン酸化酵素)のアミノ酸配列を各々コードするコーディング配列と、当該コーディング配列の発現を調節する調節配列(即ちプロモーター配列と、任意により設けられるターミネーター配列や転写調節因子等の他の配列)を、単一のベクター内に配置する。これらのうち、コーディング配列以外の配列要素(プロモーター配列、ターミネーター配列、転写調節因子等)については、コーディング配列毎に個別に設けてもよいが、複数のコーディング配列について共通化してもよい。 As described above, the third, fourth, fifth and sixth vectors may be constructed as individual vectors, but any of the third, fourth, fifth and sixth vectors may be constructed. Of course, it is also possible to construct two or more types as a single vector. In this case, the coding sequence encoding the amino acid sequence of the enzyme to be expressed (galactose transfer enzyme, galactose transfer enzyme, glucuronic acid transfer enzyme, and glycosaminoglycan xylose phosphorylating enzyme) and the expression of the coding sequence are regulated. The regulatory sequences to be used (ie, the promoter sequence and other sequences such as optionally provided terminator sequences and transcriptional regulators) are placed in a single vector. Of these, sequence elements other than the coding sequence (promoter sequence, terminator sequence, transcriptional regulator, etc.) may be provided individually for each coding sequence, or may be shared by a plurality of coding sequences.

[4.プロテオグリカンを製造する方法]
本発明の一観点によれば、植物細胞においてプロテオグリカンを製造する方法が提供される。本方法は、以下の工程を含む。
(I)植物細胞内で、前述のキシロース修飾タンパク質を製造する方法により、キシロース修飾タンパク質を産生する工程。
(II)植物細胞内で、キシロース修飾タンパク質のキシロースに対して順にガラクトース、ガラクトース、及びグルクロン酸を連結させて、コアオリゴ糖修飾タンパク質を産生する工程。
(III)植物細胞内で、コアオリゴ糖修飾タンパク質のグルクロン酸末端にアミノ糖及びウロン酸を順に交互に連結させて糖鎖を形成するとともに硫酸化して、グリコサミノグリカンを形成し、プロテオグリカンを産生する工程。
[4. How to make proteoglycans]
According to one aspect of the present invention, there is provided a method for producing proteoglycans in plant cells. The method includes the following steps.
(I) A step of producing a xylose-modified protein in a plant cell by the above-mentioned method for producing a xylose-modified protein.
(II) A step of producing a core oligosaccharide-modified protein by sequentially linking galactose, galactose, and glucuronic acid to xylose, which is a xylose-modified protein, in plant cells.
(III) In plant cells, amino sugars and uronic acids are alternately linked to the glucuronic acid terminals of core oligosaccharide-modified proteins in order to form sugar chains and sulfated to form glycosaminoglycans to produce proteoglycans. Process to do.

前記工程(I)におけるキシロース修飾タンパク質の産生における条件及び手順、並びに、前記工程(II)におけるコアオリゴ糖修飾タンパク質の産生は、それぞれ前記[2.キシロース修飾タンパク質を製造する方法]及び[3.コアオリゴ糖修飾タンパク質を製造する方法]で説明した通りである。 The conditions and procedures for the production of the xylose-modified protein in the step (I) and the production of the core oligosaccharide-modified protein in the step (II) are described in [2. Method for Producing Xylose-Modified Protein] and [3. Method for producing core oligosaccharide-modified protein].

前記工程(III)におけるプロテオグリカンの産生は、以下の工程により実施することが好ましい。
(d1)植物細胞内に、グルクロン酸残基にアミノ糖を転移しうる酵素をコードする遺伝子を含む第7のベクターと、アミノ糖残基にウロン酸を転移しうる酵素をコードする遺伝子を含む第8のベクターと、ウロン酸残基にアミノ糖を転移しうる酵素をコードする遺伝子を含む第9のベクターと、糖鎖のアミノ糖残基及びウロン酸残基とを硫酸化しうる酵素をコードする遺伝子を含む第10のベクターとを導入する工程。
(d2)植物細胞内で第7、第8、第9、及び第10のベクターを発現させることにより、グルクロン酸残基にアミノ糖を転移しうる酵素、アミノ糖残基にウロン酸を転移しうる酵素、ウロン酸残基にアミノ糖を転移しうる酵素、及び糖鎖のアミノ糖残基及びウロン酸残基を硫酸化しうる酵素を発現させ、各酵素を作用させることにより、コアオリゴ糖修飾タンパク質のグルクロン酸末端にアミノ糖及びウロン酸を順に交互に連結させて糖鎖を形成すると共に、糖鎖を硫酸化することにより、グリコサミノグリカンを形成する工程。
The production of proteoglycan in the step (III) is preferably carried out by the following step.
(D1) A seventh vector containing a gene encoding an enzyme capable of transferring an amino sugar to a glucuronic acid residue and a gene encoding an enzyme capable of transferring uronic acid to an amino sugar residue are contained in a plant cell. It encodes an eighth vector, a ninth vector containing a gene encoding an enzyme capable of transferring an amino sugar to a uronic acid residue, and an enzyme capable of sulfated an amino sugar residue and a uronic acid residue of a sugar chain. A step of introducing a tenth vector containing a gene to be used.
(D2) By expressing the 7th, 8th, 9th, and 10th vectors in plant cells, an enzyme capable of transferring an amino sugar to a glucuronic acid residue and uronic acid to a amino sugar residue are transferred. A core oligosaccharide modified protein by expressing an enzyme capable of transferring an amino sugar to a uronic acid residue, an enzyme capable of transferring an amino sugar residue and a uronic acid residue of a sugar chain, and allowing each enzyme to act. A step of forming a sugar chain by alternately connecting amino sugars and uronic acids to the glucuronic acid terminal of the above, and forming a glycosaminoglycan by sulfating the sugar chain.

グルクロン酸残基にアミノ糖を転移しうる酵素をコードする遺伝子は特に制限されず、コアオリゴ糖修飾タンパク質及びUDP−アミノ糖の存在下において、グルクロン酸残基に対するアミノ糖の付加反応を触媒し得る酵素であれば、その種類は任意である。なお、前述のように、グリコサミノグリカンを形成するアミノ糖としてはガラクトサミン、グルコサミン等が挙げられる。よって、グルクロン酸残基にこれらのアミノ糖を適切に連結できる転移酵素を選択することが好ましい。斯かる転移酵素の例としては、Exostosin-like 3 等が挙げられる。 The gene encoding the enzyme capable of transferring the amino sugar to the glucuronic acid residue is not particularly limited, and can catalyze the addition reaction of the amino sugar to the glucuronic acid residue in the presence of the core oligosaccharide modified protein and UDP-aminosaccharide. If it is an enzyme, its type is arbitrary. As described above, examples of the amino sugar forming glycosaminoglycan include galactosamine and glucosamine. Therefore, it is preferable to select a transferase capable of appropriately linking these amino sugars to the glucuronic acid residue. Examples of such transferases include Exostosin-like 3.

アミノ糖残基にウロン酸を転移しうる酵素をコードする遺伝子は特に制限されず、アミノ糖残基を有する糖鎖修飾コアオリゴ糖修飾タンパク質及びUDP−ウロン酸の存在下において、アミノ糖残基に対するウロン酸の付加反応を触媒し得る酵素であれば、その種類は任意である。なお、前述のように、グリコサミノグリカンを形成するウロン酸としてはグルクロン酸、イズロン酸等が挙げられる。よって、アミノ糖残基にこれらのウロン酸を適切に連結できる転移酵素を選択することが好ましい。斯かる転移酵素の例としては、Exostosin-1、Exostosin-2等が挙げられる。 The gene encoding an enzyme capable of transferring uronic acid to an amino sugar residue is not particularly limited, and in the presence of a sugar chain-modified core oligosaccharide-modified protein having an amino sugar residue and UDP-uronic acid, the gene for the amino sugar residue is Any type of enzyme can be used as long as it can catalyze the addition reaction of uronic acid. As described above, examples of uronic acid forming glycosaminoglycan include glucuronic acid and iduronic acid. Therefore, it is preferable to select a transferase capable of appropriately linking these uronic acids to amino sugar residues. Examples of such transferases include Exostosin-1, Exostosin-2 and the like.

ウロン酸残基にアミノ糖を転移しうる酵素をコードする遺伝子は特に制限されず、ウロン酸残基を有する糖鎖修飾コアオリゴ糖修飾タンパク質及びUDP−アミノ糖の存在下において、ウロン酸残基に対するアミノ糖の付加反応を触媒し得る酵素であれば、その種類は任意である。なお、前述のように、グリコサミノグリカンを形成するアミノ糖としてはガラクトサミン、グルコサミン等が挙げられる。よって、ウロン酸残基にこれらのアミノ糖を適切に連結できる転移酵素を選択することが好ましい。斯かる転移酵素の例としては、Exostosin-1、Exostosin-2、Exostosin-like 1等が挙げられる。 The gene encoding an enzyme capable of transferring an amino sugar to a uronic acid residue is not particularly limited, and in the presence of a sugar chain-modified core oligosaccharide-modified protein having a uronic acid residue and a UDP-amino sugar, the gene for the uronic acid residue is Any type of enzyme can be used as long as it can catalyze the addition reaction of amino sugars. As described above, examples of the amino sugar forming glycosaminoglycan include galactosamine and glucosamine. Therefore, it is preferable to select a transferase capable of appropriately linking these amino sugars to the uronic acid residue. Examples of such transferases include Exostosin-1, Exostosin-2, Exostosin-like 1.

形成された糖鎖のアミノ糖残基及びウロン酸残基を硫酸化しうる酵素をコードする遺伝子は特に制限されず、糖鎖修飾コアオリゴ糖修飾タンパク質の存在下において、アミノ糖残基及びウロン酸残基の硫酸化反応を触媒し得る酵素であれば、その種類は任意である。なお、前述のように、グリコサミノグリカンを形成するアミノ糖としてはガラクトサミン、グルコサミン等が挙げられ、ウロン酸としてはグルクロン酸、イズロン酸等が挙げられる。よって、これらのアミノ糖及びウロン酸を適切に硫酸化できる酵素を選択することが好ましい。適切な硫酸化酵素の例としては、へパラン硫酸2−O−硫酸化酵素、へパラン硫酸6−O−硫酸化酵素、コンドロイチン硫酸4−O−硫酸化酵素、コンドロイチン硫酸6−O−硫酸化酵素等が挙げられる。 The gene encoding the enzyme capable of sulphating the amino sugar residue and uronic acid residue of the formed sugar chain is not particularly limited, and the amino sugar residue and uronic acid residue are present in the presence of the sugar chain-modified core oligosaccharide-modified protein. Any type of enzyme can be used as long as it can catalyze the sulfation reaction of the group. As described above, examples of the amino sugar forming glycosaminoglycan include galactosamine and glucosamine, and examples of uronic acid include glucuronic acid and iduronic acid. Therefore, it is preferable to select an enzyme capable of appropriately sulfateing these amino sugars and uronic acid. Examples of suitable sulfated enzymes are heparan sulfate 2-O-sulfating enzyme, heparan sulfate 6-O-sulfating enzyme, chondroitin sulfate 4-O-sulfating enzyme, chondroitin sulfate 6-O-sulfating. Examples include enzymes.

これらの酵素の由来も特に限定されないが、ヒトに使用される修飾タンパク質を産生する目的の場合には、ヒト由来の酵素が好ましい。 The origin of these enzymes is also not particularly limited, but for the purpose of producing a modified protein used in humans, human-derived enzymes are preferable.

なお、コアオリゴ糖末端グルクロン酸残基にN−アセチルグルコサミンを転移しうる酵素の例であるExostosin-like 3遺伝子の塩基配列(配列番号17)及びExostosin-like 3のアミノ酸配列(配列番号18)は、NCBIにそれぞれ登録番号NM_001440及びNP_001431として登録されている。また、グリコサミノグリカンを伸長する糖転移酵素(アミノ糖残基にウロン酸等を転移しうる酵素、ウロン酸等にアミノ糖を転移しうる酵素)の例であるExostosin-1遺伝子の塩基配列(配列番号19)及びExostosin-1のアミノ酸配列(配列番号20)は、NCBIにそれぞれ登録番号NM_000127及びNP_000118として登録されており、別の例であるExostosin-2遺伝子の塩基配列(配列番号21)及びExostosin-2のアミノ酸配列(配列番号22)は、NCBIにそれぞれ登録番号NM_000401及びNP_000392として登録されている。また、糖鎖を硫酸化しうる酵素の例であるへパラン硫酸−6−O−硫酸化酵素遺伝子の塩基配列(配列番号23)及びへパラン硫酸−6−O−硫酸化酵素のアミノ酸配列(配列番号24)は、NCBIにそれぞれ登録番号NM_004807及びNP_004798として登録されており、別の例であるへパラン硫酸−2−O−硫酸化酵素遺伝子の塩基配列(配列番号25)及びへパラン硫酸−2−O−硫酸化酵素のアミノ酸配列(配列番号26)は、NCBIにそれぞれ登録番号NM_012262及びNP_036394として登録されており、更に別の例であるへパラン硫酸グルコサミン−3−O−硫酸化酵素遺伝子の塩基配列(配列番号27)及びへパラン硫酸グルコサミン−3−O−硫酸化酵素のアミノ酸配列(配列番号28)は、NCBIにそれぞれ登録番号NM_006042及びNP_006033として登録されており、更に別の例であるへパラン硫酸N脱アセチル化/N硫酸化酵素遺伝子の塩基配列(配列番号29)及びへパラン硫酸N脱アセチル化/N硫酸化酵素のアミノ酸配列(配列番号30)は、NCBIにそれぞれ登録番号NM_001543及びNP_001534として登録されている。 The nucleotide sequence of the Exostosin-like 3 gene (SEQ ID NO: 17) and the amino acid sequence of Exostosin-like 3 (SEQ ID NO: 18), which are examples of enzymes capable of transferring N-acetylglucosamine to the core oligosaccharide-terminal glucuronic acid residue, are , NCBI are registered as registration numbers NM_001440 and NP_001431, respectively. In addition, the nucleotide sequence of the Exostosin-1 gene, which is an example of a glycosaminoglycan-extending glycosaminoglycan (an enzyme capable of transferring uronic acid or the like to an amino sugar residue, an enzyme capable of transferring an amino sugar to uronic acid or the like). The amino acid sequences of (SEQ ID NO: 19) and Exostosin-1 (SEQ ID NO: 20) are registered in NCBI as registration numbers NM_000127 and NP_000118, respectively, and the nucleotide sequence of the Exostosin-2 gene (SEQ ID NO: 21) is another example. The amino acid sequences of Exostosin-2 and Exostosin-2 (SEQ ID NO: 22) are registered in NCBI as registration numbers NM_000401 and NP_000392, respectively. In addition, the nucleotide sequence of the heparan sulfate-6-O-sulfating enzyme gene (SEQ ID NO: 23) and the amino acid sequence of the heparan sulfate-6-O-sulfating enzyme (sequence) are examples of enzymes capable of sulfating sugar chains. Number 24) is registered in NCBI as registration numbers NM_004807 and NP_004798, respectively, and is another example of the nucleotide sequence of the heparan sulfate-2-O-sulfating enzyme gene (SEQ ID NO: 25) and heparan sulfate-2. The amino acid sequence of -O-sulfating enzyme (SEQ ID NO: 26) is registered in NCBI as registration numbers NM_012262 and NP_030394, respectively, and is yet another example of the glucosamine heparan sulfate-3-O-sulfating enzyme gene. The nucleotide sequence (SEQ ID NO: 27) and the amino acid sequence of heparan sulfate glucosamine-3-O-sulfating enzyme (SEQ ID NO: 28) are registered in NCBI as registration numbers NM_006042 and NP_006033, respectively, and are still another example. The nucleotide sequence of the heparan sulfate N deacetylation / N sulfater gene (SEQ ID NO: 29) and the amino acid sequence of the heparan sulfate N deacetylation / N sulfater (SEQ ID NO: 30) are registered in NCBI, respectively, with registration number NM_001543. And NP_001534.

これらの酵素をコードする遺伝子を含む第7、第8、第9及び第10のベクターの構成、形態、製法等の詳細については、前記の第1及び第2のベクターについて説明した構成、形態、製法等の詳細を適用することができる。 For details on the composition, morphology, production method, etc. of the seventh, eighth, ninth, and tenth vectors containing the genes encoding these enzymes, the configuration, morphology, and the above-mentioned first and second vectors have been described. Details such as the manufacturing method can be applied.

これら第7、第8、第9及び第10のベクターを用いて、グルクロン酸残基にアミノ糖を転移しうる酵素、アミノ糖残基にウロン酸を転移しうる酵素、ウロン酸残基にアミノ糖を転移しうる酵素、及び糖鎖のアミノ糖残基及びウロン酸残基を硫酸化しうる酵素を発現させ、各酵素を植物細胞内のコアオリゴ糖修飾タンパク質並びにアミノ糖及びウロン酸に作用させることにより、コアオリゴ糖修飾タンパク質のグルクロン酸末端にアミノ糖及びウロン酸を順に交互に連結させて糖鎖を形成すると共に硫酸化し、グリコサミノグリカンを形成するコアオリゴ糖修飾タンパク質を産生することができる。 Using these 7th, 8th, 9th and 10th vectors, an enzyme capable of transferring an amino sugar to a glucuronic acid residue, an enzyme capable of transferring uronic acid to an amino sugar residue, and an amino to a uronic acid residue. Expressing an enzyme capable of transferring sugar and an enzyme capable of sulfating amino sugar residues and uronic acid residues of sugar chains, and allowing each enzyme to act on core oligosaccharide-modified proteins in plant cells and amino sugars and uronic acid. This makes it possible to produce a core oligosaccharide-modified protein that forms glycosaminoglycans by alternately linking amino sugars and uronic acids to the glucuronic acid terminals of the core oligosaccharide-modified protein in order to form a sugar chain and sulfate.

なお、以上説明したように、第7、第8、第9及び第10のベクターを個別のベクターとして構築してもよいが、第7、第8、第9及び第10のベクターのうち任意の2種以上を単一のベクターとして構成することももちろん可能である。この場合、発現対象となる酵素(グルクロン酸残基にアミノ糖を転移しうる酵素、アミノ糖残基にウロン酸を転移しうる酵素、ウロン酸残基にアミノ糖を転移しうる酵素、及び糖鎖のアミノ糖残基及びウロン酸残基を硫酸化しうる酵素)のアミノ酸配列を各々コードするコーディング配列と、当該コーディング配列の発現を調節する調節配列(即ちプロモーター配列と、任意により設けられるターミネーター配列や転写調節因子等の他の配列)を、単一のベクター内に配置する。これらのうち、コーディング配列以外の配列要素(プロモーター配列、ターミネーター配列、転写調節因子等)については、コーディング配列毎に個別に設けてもよいが、複数のコーディング配列について共通化してもよい。 As described above, the 7th, 8th, 9th and 10th vectors may be constructed as individual vectors, but any of the 7th, 8th, 9th and 10th vectors may be constructed. Of course, it is also possible to construct two or more types as a single vector. In this case, the promoter to be expressed (an enzyme capable of transferring an amino sugar to a glucuronic acid residue, an enzyme capable of transferring uronic acid to an amino sugar residue, an enzyme capable of transferring an amino sugar to a uronic acid residue, and a sugar A coding sequence that encodes the amino acid sequence of each of the amino acid sequences of the amino sugar residue and the uronic acid residue of the chain, a regulatory sequence that regulates the expression of the coding sequence (that is, a promoter sequence, and an optionally provided terminator sequence). And other sequences such as transcriptional regulators) are placed in a single vector. Of these, sequence elements other than the coding sequence (promoter sequence, terminator sequence, transcriptional regulator, etc.) may be provided individually for each coding sequence, or may be shared by a plurality of coding sequences.

なお、以上説明した方法は、更に別の工程を有していてもよい。斯かる工程の例としては、グリコサミノグリカンに含まれるグルクロン酸をイズロン酸に変換しうる工程等が挙げられる。斯かる工程も、上記の各工程と同様に、例えばグルクロン酸をイズロン酸に変換する酵素をコードする遺伝子を含むベクターを植物細胞内に導入し、植物細胞内で斯かるベクターを発現させることにより、グルクロン酸をイズロン酸に変換しうる酵素を発現させることにより、実現することができる。なお、グルクロン酸をイズロン酸に変換しうる酵素の例としては、グルクロン酸−5−エピメラーゼが挙げられる。グルクロン酸−5−エピメラーゼ遺伝子の塩基配列(配列番号31)及びグルクロン酸−5−エピメラーゼのアミノ酸配列(配列番号32)は、NCBIにそれぞれ登録番号NM_015554及びNP_056369として登録されている。ベクターの構成は、前記第1〜第10のベクターの場合と同様である。 The method described above may have yet another step. Examples of such a step include a step in which glucuronic acid contained in glycosaminoglycan can be converted into iduronic acid. In such a step, as in each of the above steps, for example, a vector containing a gene encoding an enzyme that converts glucuronic acid to iduronic acid is introduced into a plant cell, and such a vector is expressed in the plant cell. , Can be achieved by expressing an enzyme capable of converting glucuronic acid to iduronic acid. An example of an enzyme capable of converting glucuronic acid to iduronic acid is glucuronic acid-5-epimerase. The nucleotide sequence of the glucuronic acid-5-epimerase gene (SEQ ID NO: 31) and the amino acid sequence of glucuronic acid-5-epimerase (SEQ ID NO: 32) are registered in NCBI as registration numbers NM_015554 and NP_056369, respectively. The composition of the vector is the same as that of the first to tenth vectors.

[5.小括]
以上説明した本発明の方法には、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて、任意の変更を加えてもよい。
例えば、前記の各酵素及び各遺伝子としてそれぞれ1種類の酵素及び遺伝子のみを用いてもよいが、それぞれ複数種類の酵素及び遺伝子を使用してもよい。この場合、それぞれ複数種類の遺伝子を担持する複数種類のベクターを使用することにより、それぞれ複数種類の酵素を発現させればよい。
[5. Brief Summary]
Any modification may be made to the method of the present invention described above as long as the gist of the present invention is not deviated.
For example, only one type of enzyme and gene may be used as each of the above-mentioned enzymes and each gene, but a plurality of types of enzymes and genes may be used respectively. In this case, a plurality of types of enzymes may be expressed by using a plurality of types of vectors each carrying a plurality of types of genes.

なお、以上説明した各種ベクターのうち任意の2種以上を単一のベクターとして構成することももちろん可能である。この場合、発現対象となる酵素のアミノ酸配列を各々コードするコーディング配列と、当該コーディング配列の発現を調節する調節配列(即ちプロモーター配列と、任意により設けられるターミネーター配列や転写調節因子等の他の配列)を、単一のベクター内に配置する。これらのうち、コーディング配列以外の配列要素(プロモーター配列、ターミネーター配列、転写調節因子等)については、コーディング配列毎に個別に設けてもよいが、複数のコーディング配列について共通化してもよい。 Of course, it is also possible to construct any two or more of the various vectors described above as a single vector. In this case, a coding sequence that encodes the amino acid sequence of the enzyme to be expressed, a regulatory sequence that regulates the expression of the coding sequence (that is, a promoter sequence, and other sequences such as a terminator sequence and a transcriptional regulatory factor that are optionally provided). ) Is placed in a single vector. Of these, sequence elements other than the coding sequence (promoter sequence, terminator sequence, transcriptional regulator, etc.) may be provided individually for each coding sequence, or may be shared by a plurality of coding sequences.

以上説明したとおり、本発明によれば、植物細胞内でキシロース修飾タンパク質を合成し、更にはこのキシロース修飾タンパク質に基づいて、コアオリゴ糖修飾タンパク質及びプロテオグリカンを製造することができる。これにより、アニマルフリーでのキシロース修飾タンパク質、コアオリゴ糖修飾タンパク質、及びプロテオグリカン生産技術が可能となる。 As described above, according to the present invention, a xylose-modified protein can be synthesized in a plant cell, and a core oligosaccharide-modified protein and a proteoglycan can be produced based on the xylose-modified protein. This enables animal-free xylose-modified protein, core oligosaccharide-modified protein, and proteoglycan production techniques.

前述の通り、植物においてムチン型O結合型糖鎖修飾を合成する技術は、非特許文献1(J. Biol. Chem., (2012), Vol.287, No.43, pp.36518-36526)や非特許文献2(Front. Plant Sci., (2016), Vol.7, Art.18)で報告されてきた。しかし、その糖鎖構造は極めて単純であり、コアオリゴ糖修飾タンパク質やプロテオグリカンのように、複雑な糖鎖構造を有する糖修飾タンパク質に対して、同様のアプローチを適用することはできないと考えられてきた。それに対して本発明では、コアタンパク質のセリン残基にキシロースを連結したキシロース修飾タンパク質の植物細胞による合成に初めて成功したのみならず、更に多数の酵素(各種の糖転移酵素に加え、リン酸転移酵素、ウロン酸転移酵素、硫酸化酵素)を適切に組合せて、各々ベクターにより植物細胞内に導入して発現させることにより、複雑な糖鎖構造を有するコアオリゴ糖修飾タンパク質を植物細胞内で製造することに初めて成功し、更にはより複雑な糖鎖構造を有するプロテオグリカンの植物細胞内合成についてもその道筋を示した。こうした複雑な糖鎖修飾を植物細胞内で人為的に実現した本発明の知見は、前記の非特許文献1及び2等の記載事項からは想定しうるものではなく、極めて驚くべき知見である。 As described above, the technique for synthesizing mucin-type O-linked glycosylation in plants is described in Non-Patent Document 1 (J. Biol. Chem., (2012), Vol.287, No.43, pp.36518-36526). And non-patent document 2 (Front. Plant Sci., (2016), Vol.7, Art.18). However, its sugar chain structure is extremely simple, and it has been thought that a similar approach cannot be applied to sugar-modified proteins having a complicated sugar chain structure, such as core oligosaccharide-modified proteins and proteoglycans. .. On the other hand, in the present invention, not only the synthesis of the xylose-modified protein in which xylose is linked to the serine residue of the core protein by plant cells was successful for the first time, but also a large number of enzymes (in addition to various glycosyltransferases, phosphate transfer). Enzymes, uronic acid transferases, sulfate enzymes) are appropriately combined and introduced into plant cells by vectors to express them, thereby producing core oligosaccharide-modified proteins having a complex sugar chain structure in plant cells. For the first time, we succeeded and showed the path to the intracellular synthesis of proteoglycan, which has a more complicated sugar chain structure. The findings of the present invention in which such complicated sugar chain modification is artificially realized in plant cells cannot be assumed from the above-mentioned items described in Non-Patent Documents 1 and 2, and are extremely surprising findings.

なお、以上説明した本発明の方法を応用して、プロテオグリカン以外の種々の糖タンパク質を植物細胞内で合成することも可能である。例えば、コアタンパク質にアミノ糖とガラクトースとが交互に連結された硫酸化糖鎖が連結されてなるケタラン硫酸は、植物細胞内に、コアタンパク質内の所望のアミノ酸残基にアミノ糖を転移しうる酵素をコードする遺伝子と、アミノ糖残基にガラクトースを転移する酵素をコードしうる遺伝子と、ガラクトース残基にアミノ糖を転移する酵素をコードしうる遺伝子と、糖鎖を形成するアミノ糖残基及びガラクトース残基を硫酸化しうる遺伝子とを、各々ベクターを用いて導入させて発現させることにより、実現することが可能である。 It is also possible to synthesize various glycoproteins other than proteoglycan in plant cells by applying the method of the present invention described above. For example, ketalan sulfate, which is formed by linking a sulfated sugar chain in which amino sugars and galactose are alternately linked to a core protein, can transfer the amino sugar to a desired amino sugar residue in the core protein in a plant cell. A gene encoding an enzyme, a gene that can encode an enzyme that transfers galactose to an amino sugar residue, a gene that can encode an enzyme that transfers amino sugar to a galactose residue, and an amino sugar residue that forms a sugar chain. And a gene capable of sulphating a galactose residue can be realized by introducing and expressing each using a vector.

以下、実施例を挙げて本発明を更に詳細に説明する。但し、本発明は以下の実施例にも束縛されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、任意の形態で実施することが可能である。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples. However, the present invention is not bound by the following examples, and can be carried out in any form as long as the gist of the present invention is not deviated.

[1.ヒトSRGN発現用ベクターの調製]
プロテオグリカンのコアタンパク質の一種であるヒトセルグリシン(Serglycin:SRGN)の発現用ベクターを、以下の手順により調製した。
[1. Preparation of vector for human SRGN expression]
A vector for expressing human cerglycin (SRGN), which is one of the core proteins of proteoglycan, was prepared by the following procedure.

<1a.ヒトSRGN遺伝子の単離>
ヒトSRGN遺伝子(NCBI登録番号NM_002727:配列番号1)を、以下の手順により単離した。
<1a. Isolation of human SRGN gene>
The human SRGN gene (NCBI registration number NM_002727: SEQ ID NO: 1) was isolated by the following procedure.

まず、ヒト肝臓細胞cDNAライブラリー(ORIGENE Technologies)を鋳型として、配列番号33及び配列番号34の塩基配列をそれぞれ有するプライマーSR−F及びSR−Rの対を用いてPCRを実施することにより、SRGN遺伝子を増幅した。 First, using the human liver cell cDNA library (ORIGENE Technologies) as a template, PCR is performed using a pair of primers SR-F and SR-R having the nucleotide sequences of SEQ ID NO: 33 and SEQ ID NO: 34, respectively, to carry out PCR. The gene was amplified.

次に、増幅されたSRGN遺伝子のDNA断片を、クローニングベクターpTA2(東洋紡)にクローニングした後、DNA配列の解析を行った。得られたベクターをpTA2:SRGNとする。 Next, the amplified DNA fragment of the SRGN gene was cloned into the cloning vector pTA2 (Toyobo), and then the DNA sequence was analyzed. The obtained vector is designated as pTA2: SRGN.

<1b.ヒトSRGN遺伝子の植物発現用バイナリーベクターへの導入>
前記のpTA2:SRGNを鋳型とし、配列番号35及び配列番号36の塩基配列をそれぞれ有するプライマーSR−F(N)及びSR−R(S)FLの対を用いてPCRを実施することにより、SRGN遺伝子の3’末端にFLAGタグ配列をコードするDNA配列及び制限酵素NdeI認識配列を、3’末端に制限酵素SalI認識配列をそれぞれ付加した。
合成したDNA断片を、ギブソンアッセンブリー(ニューイングランドバイオラボ)を用い、制限酵素NdeI及びSalI(タカラバイオ)により処理した植物発現用バイナリーベクターpRI201−AN(タカラバイオ)へと挿入した。得られたプラスミドベクターをpRI:SRGNとする。
<1b. Introduction of human SRGN gene into a binary vector for plant expression>
SRGN is performed by performing PCR using the above-mentioned pTA2: SRGN as a template and using a pair of primers SR-F (N) and SR-R (S) FL having the nucleotide sequences of SEQ ID NO: 35 and SEQ ID NO: 36, respectively. A DNA sequence encoding a FLAG tag sequence and a restriction enzyme NdeI recognition sequence were added to the 3'end of the gene, and a restriction enzyme SalI recognition sequence was added to the 3'end.
The synthesized DNA fragment was inserted into a plant expression binary vector pRI201-AN (Takara Bio) treated with restriction enzymes NdeI and SalI (Takara Bio) using a Gibson assembly (New England Biolabs). The obtained plasmid vector is designated as pRI: SRGN.

<1c.ヒトSRGN遺伝子発現用アグロバクテリウムの作製>
前記のプラスミドベクターpRI:SRGNを用いて、アグロバクテリウムLBA4404株の形質転換を実施した。
<1c. Preparation of Agrobacterium for human SRGN gene expression>
Transformation of Agrobacterium LBA4404 strain was performed using the above-mentioned plasmid vector pRI: SRGN.

具体的には、プラスミドベクターpRI:SRGNを、1.5mlプラスチックチューブ中のアグロバクテリウムLBA4404株菌体液100μlに加え、液体窒素により凍結処理した。凍結後、チューブを37℃水浴中にて5分間保温し、菌体液を融解した。融解された菌体液にYEP液体培地を1ml加えた後、28℃水浴中でゆっくり振盪しながら2時間保温した。保温終了後、カナマイシンを含むYEP寒天培地に菌体液を塗布し、28℃で2日間培養した。YEP寒天培地上に形成されたコロニーの一部を抗生物質(カナマイシン、ストレプトマイシン、及びリファンピシン)を含むYEP液体培地に接種し、28℃で1日間培養することにより、ヒトSRGN発現用アグロバクテリウムの菌体培養液を得た。得られた菌体培養液は、保存のためのグリセロールを加え、−80℃冷凍庫に保管し、その後の実験に用いた。 Specifically, the plasmid vector pRI: SRGN was added to 100 μl of the Agrobacterium LBA4404 strain cell fluid in a 1.5 ml plastic tube, and frozen with liquid nitrogen. After freezing, the tube was kept warm in a water bath at 37 ° C. for 5 minutes to thaw the bacterial cell fluid. After adding 1 ml of YEP liquid medium to the thawed bacterial cell fluid, the mixture was kept warm for 2 hours while shaking slowly in a water bath at 28 ° C. After the heat insulation was completed, the bacterial cell solution was applied to a YEP agar medium containing kanamycin, and the cells were cultured at 28 ° C. for 2 days. A part of the colonies formed on the YEP agar medium was inoculated into a YEP liquid medium containing antibiotics (kanamycin, streptomycin, and rifampicin) and cultured at 28 ° C. for 1 day to obtain agrobacterium for human SRGN expression. A cell culture medium was obtained. The obtained bacterial cell culture solution was added with glycerol for storage, stored in a -80 ° C freezer, and used for subsequent experiments.

[2.ヒトXTLY2発現用ベクターの調製]
<2a.ヒトXTLY2遺伝子の単離>
ヒトタンパク質キシロース転移酵素2(Xylosyltransferase 2:XTLY2)遺伝子(NCBI登録番号NM_022167:配列番号7)を、以下の手順により単離した。
[2. Preparation of vector for human XTLY2 expression]
<2a. Isolation of human XTLY2 gene>
The human protein xylose transferase 2 (Xylosyltransferase 2: XTLY2) gene (NCBI registration number NM_022167: SEQ ID NO: 7) was isolated by the following procedure.

まず、ヒト肝臓細胞cDNAライブラリー(ORIGENE Technologies)を鋳型として、配列番号37及び配列番号38の塩基配列をそれぞれ有するプライマーXT2−F及びXT2−Rの対を用いてPCRを実施することにより、XTLY2遺伝子を増幅した。 First, XTLY2 is carried out by performing PCR using a human liver cell cDNA library (ORIGENE Technologies) as a template and using a pair of primers XT2-F and XT2-R having the nucleotide sequences of SEQ ID NO: 37 and SEQ ID NO: 38, respectively. The gene was amplified.

次に、増幅されたXTLY2遺伝子のDNA断片を、クローニングベクターpTA2(東洋紡)にクローニングした後、DNA配列の解析を行った。得られたベクターをpTA2:XTLY2とする。 Next, the amplified DNA fragment of the XTLY2 gene was cloned into the cloning vector pTA2 (Toyobo), and then the DNA sequence was analyzed. The obtained vector is designated as pTA2: XTLY2.

<2b.ヒトXTLY2遺伝子の植物発現用バイナリーベクターへの導入>
前記のpTA2:XTLY2を鋳型とし、配列番号39及び配列番号40の塩基配列をそれぞれ有するプライマーXT2−F(N)及びX−m−Rの対を用いてPCRを実施することにより、XTLY2遺伝子の5’末端に制限酵素NdeI認識配列を、3’末端にc−Mycタグ配列をコードしたDNA配列をそれぞれ付加した。更に、配列番号39及び配列番号41の塩基配列をそれぞれ有するプライマーXT2−F(N)及びm−S−Rの対を用いてPCRを実施することにより、XTLY2遺伝子の3’末端に制限酵素SalI認識配列を付加した。
<2b. Introduction of human XTLY2 gene into a binary vector for plant expression>
By carrying out PCR using the above-mentioned pTA2: XTLY2 as a template and using a pair of primers XT2-F (N) and Xm-R having the nucleotide sequences of SEQ ID NO: 39 and SEQ ID NO: 40, respectively, the XTLY2 gene can be obtained. A restriction enzyme NdeI recognition sequence was added to the 5'end, and a DNA sequence encoding the c-Myc tag sequence was added to the 3'end. Furthermore, by performing PCR using a pair of primers XT2-F (N) and m-SR having the nucleotide sequences of SEQ ID NO: 39 and SEQ ID NO: 41, respectively, the restriction enzyme SalI at the 3'end of the XTLY2 gene A recognition sequence was added.

合成したDNA断片を、ギブソンアッセンブリー(ニューイングランドバイオラボ)を用い、制限酵素NdeI及びSalI(タカラバイオ)により処理した植物発現用バイナリーベクターpRI201−AN(タカラバイオ)へと挿入した。得られたプラスミドベクターをpRI:XTLY2とする。 The synthesized DNA fragment was inserted into a plant expression binary vector pRI201-AN (Takara Bio) treated with restriction enzymes NdeI and SalI (Takara Bio) using a Gibson assembly (New England Biolabs). The obtained plasmid vector is designated as pRI: XTLY2.

<2c.ヒトXTLY2遺伝子発現用アグロバクテリウムの作製>
前記のプラスミドベクターpRI:XTLY2を用いて、アグロバクテリウムLBA4404株の形質転換を実施した。
<2c. Preparation of Agrobacterium for human XTLY2 gene expression>
Transformation of Agrobacterium LBA4404 strain was performed using the above-mentioned plasmid vector pRI: XTLY2.

具体的には、プラスミドベクターpRI:XTLY2を、1.5mlプラスチックチューブ中のアグロバクテリウムLBA4404株菌体液100μlに加え、液体窒素により凍結処理した。凍結後、チューブを37℃水浴中にて5分間保温し、菌体液を融解した。融解された菌体液にYEP液体培地を1ml加えた後、28℃水浴中でゆっくり振盪しながら2時間保温した。保温終了後、カナマイシンを含むYEP寒天培地に菌体液を塗布し、28℃で2日間培養した。YEP寒天培地上に形成されたコロニーの一部を抗生物質(カナマイシン、ストレプトマイシン、及びリファンピシン)を含むYEP液体培地に接種し、28℃で1日間培養することにより、ヒトXTLY2発現用アグロバクテリウムの菌体培養液を得た。得られた菌体培養液は、保存のためのグリセロールを加え、−80℃冷凍庫に保管し、その後の実験に用いた。 Specifically, the plasmid vector pRI: XTLY2 was added to 100 μl of the Agrobacterium LBA4404 strain cell fluid in a 1.5 ml plastic tube, and frozen with liquid nitrogen. After freezing, the tube was kept warm in a water bath at 37 ° C. for 5 minutes to thaw the bacterial cell fluid. After adding 1 ml of YEP liquid medium to the thawed bacterial cell fluid, the mixture was kept warm for 2 hours while shaking slowly in a water bath at 28 ° C. After the heat retention was completed, the bacterial cell solution was applied to a YEP agar medium containing kanamycin, and the cells were cultured at 28 ° C. for 2 days. A part of the colonies formed on the YEP agar medium was inoculated into a YEP liquid medium containing antibiotics (kanamycin, streptomycin, and rifampicin) and cultured at 28 ° C. for 1 day to obtain human XTLY2 expression agrobacterium. A bacterial cell culture medium was obtained. The obtained bacterial cell culture solution was added with glycerol for storage, stored in a -80 ° C freezer, and used for subsequent experiments.

[3.植物体におけるヒトSRGNの発現及びヒトXTLY2によるキシロース修飾]
<3a.ヒトSRGNの植物体における一過性発現>
前記のSRGN及びXTLY2発現用アグロバクテリウムの各菌体培養液を解凍し、抗生物質(カナマイシン、ストレプトマイシン、及びリファンピシン)を含むYEP液体培地に播種し、28℃で1晩振盪培養した。その後、遠心分離により菌体を集菌し、10mM MES緩衝液(pH5.7、10mM塩化マグネシウム、150μMアセトシリンゴンを含む)に懸濁し、菌体濃度OD600=0.5に調整した。
[3. Expression of human SRGN in plants and xylose modification with human XTLY2]
<3a. Transient expression of human SRGN in plants>
Each cell culture solution of SRGN and XTLY2 expression agrobacterium was thawed, seeded in a YEP liquid medium containing antibiotics (kanamycin, streptomycin, and rifampicin), and cultured with shaking at 28 ° C. overnight. Then, the cells were collected by centrifugation and suspended in 10 mM MES buffer (pH 5.7, containing 10 mM magnesium chloride, 150 μM acetosyringone) to adjust the cell concentration to OD 600 = 0.5.

得られた菌体濃度調整済みのSRGN及びXTLY2発現用の各菌体培養液を用いて、ニコチアナ・ベンサミアナ(Nicotiana benthamiana)へのバキュームインフィルトレーションを行った。これらのSRGN及びXTLY2発現用の菌体培養液を各々単独で、或いは両菌体培養液を等量ずつ混合して、実験に用いた。インフィルトレーション後のN.ベンサミアナ植物体は、グロースチャンバー内で育成した(23℃、16時間明期、8時間暗期)。育成した植物体より葉試料を取得し、後の実験に供した。 Vacuum infiltration into Nicotiana benthamiana was performed using the obtained cell cultures for expressing SRGN and XTLY2 whose cell concentration had been adjusted. These SRGN and XTLY2 expression cell cultures were used alone or in equal amounts of both cell cultures and used in the experiment. After infiltration, N. Nicotiana benthamiana plants were grown in a growth chamber (23 ° C., 16 hours light period, 8 hours dark period). Leaf samples were obtained from the grown plants and used for later experiments.

<3b.植物発現ヒトSRGNのウエスタンブロットによる発現解析>
前記の葉試料を氷冷下磨砕し、磨砕物を50mMトリス−塩酸緩衝液(pH7.5、0.1% Tween20、プロテアーゼ阻害剤を含む)に懸濁した。懸濁液を遠心分離(16,000rpm、10分、4℃)後、遠心上清をウエスタンブロット解析に供した。得られたウエスタンブロット解析結果を示す写真を図2に示す。図2から明らかなように、SRGNを単独で発現させた場合と、SRGN及びXTLY2を共発現させた場合とでは、SRGNの分子量に違いが認められ、後者の分子量の方が大きかった。このことから、SRGNはXTLY2と共発現させた場合に、何らかの修飾を受けることが分かる。
<3b. Expression analysis of plant-expressed human SRGN by Western blotting>
The leaf sample was ground under ice-cooling, and the ground product was suspended in 50 mM Tris-hydrochloride buffer (pH 7.5, 0.1% Tween 20, containing protease inhibitor). The suspension was centrifuged (16,000 rpm, 10 minutes, 4 ° C.) and the centrifugation supernatant was subjected to Western blot analysis. A photograph showing the obtained Western blot analysis results is shown in FIG. As is clear from FIG. 2, a difference was observed in the molecular weight of SRGN between the case where SRGN was expressed alone and the case where SRGN and XTLY2 were co-expressed, and the latter molecular weight was larger. From this, it can be seen that SRGN undergoes some modification when co-expressed with XTLY2.

<3c.植物発現ヒトSRGNのSDS−PAGEによる分離及びMALDI TOF−MSによる質量分析>
前記の葉試料を氷冷下磨砕し、磨砕物を50mMトリス−塩酸緩衝液(pH7.5、150mM塩化ナトリウム、0.1% Tween20、プロテアーゼ阻害剤を含む)に懸濁した。懸濁液を遠心分離(16,000rpm、10分、4℃)後、遠心上清から抗FLAG M2抗体磁性ビーズ(シグマアルドリッチ)を用いてSRGNを精製した。得られたSRGNをドデシル硫酸ナトリウム−ポリアクリルアミド電気泳動(Sodium Dodecyl Sulfate-Poly-Acrylamide Gel Electrophoresis:SDS−PAGE)で分離した後、ゲルをクマジー染色に供した。得られたSDS−PAGE解析結果を示す写真を図3に示す。
<3c. Separation of plant-expressed human SRGN by SDS-PAGE and mass spectrometry by MALDI TOF-MS>
The leaf sample was ground under ice-cooling, and the ground product was suspended in 50 mM Tris-hydrochloric acid buffer (pH 7.5, 150 mM sodium chloride, 0.1% Tween 20, including protease inhibitor). The suspension was centrifuged (16,000 rpm, 10 minutes, 4 ° C.), and then SRGN was purified from the centrifugal supernatant using anti-FLAG M2 antibody magnetic beads (Sigma-Aldrich). The obtained SRGN was separated by Sodium Dodecyl Sulfate-Poly-Acrylamide Gel Electrophoresis (SDS-PAGE), and the gel was subjected to Kumazi staining. A photograph showing the obtained SDS-PAGE analysis result is shown in FIG.

前記のSDS−PAGEゲルから、SRGNを含むバンドを切り出し、トリプシン処理に供した後、得られたペプチドについてマトリックス支援レーザー脱離イオン化法(Matrix Assisted Laser Desorption/Ionization:MALDI TOF−MS)による質量分析を行った。得られたMALDI TOF−MS解析結果を示すスペクトルを図4に示す。図4に示す通り、SRGN単独発現の場合では、修飾を受けていないペプチドのみ検出された。一方、SRGN及びXTLY2を共発現させた場合は、質量数が約132(キシロースが付加した際の質量数)ずつ異なるペプチドが9種類検出された。SRGNにはキシロース修飾を受けると推定されるセリン残基が8か所存在するので、セリン残基が不均一にキシロース修飾されたことが示唆される。 A band containing SRGN was excised from the SDS-PAGE gel and subjected to trypsin treatment, and then the obtained peptide was subjected to mass spectrometry by Matrix Assisted Laser Desorption / Ionization (MALDI TOF-MS). Was done. The spectrum showing the obtained MALDI TOF-MS analysis result is shown in FIG. As shown in FIG. 4, in the case of SRGN alone expression, only unmodified peptides were detected. On the other hand, when SRGN and XTLY2 were co-expressed, 9 types of peptides having different mass numbers of about 132 (mass numbers when xylose was added) were detected. Since SRGN has eight serine residues that are presumed to undergo xylose modification, it is suggested that the serine residues were heterogeneously modified with xylose.

以上の結果から、植物細胞に導入したヒトXTLY2遺伝子が機能し、植物細胞中でタンパク質にキシロースを結合できることが明らかとなった。 From the above results, it was clarified that the human XTLY2 gene introduced into plant cells functions and can bind xylose to a protein in plant cells.

[4.キシロース修飾ヒトSRGNの更なる修飾]
ニコチアナ・ベンサミアナ(Nicotiana benthamiana)にコドン最適化したヒトβ−1,4−ガラクトース転移酵素(beta-1,4-galactosyltransferase 7:B4GALT7)(NCBI登録番号NM_007255)、ヒトβ−1,3−ガラクトース転移酵素(beta-1,3-galactosyltransferase 6:B3GALT6)(NCBI登録番号NM_080605)、及びヒトβ−1,3−グルクロン酸転移酵素(Galactosylgalactosylxylosylprotein 3-beta-glucuronosyltransferase 3:B3GAT3)(NCBI登録番号NM_012200)の各遺伝子を、人工合成遺伝子として得た。ヒトグリコサミノグリカンキシロースリン酸化酵素(Glycosaminoglycan xylosylkinase:FAM20B)(NCBI登録番号NM_014864)についてはヒト肝臓細胞cDNAライブラリー(ORIGENE Technologies)を鋳型として、配列番号42及び配列番号43の塩基配列をそれぞれ有するプライマーFAB−F及びFAB−Rの対を用いてPCRを実施することにより、FAM20B遺伝子を増幅した。増幅されたFAM20B遺伝子を鋳型として、配列番号44及び配列番号45の塩基配列をそれぞれ有するプライマーFAB−FG及びFAB−RGの対を用いて、それぞれPCRにより増幅した。
[4. Further modification of xylose-modified human SRGN]
Human β-1,4-galactosyltransferase 7: B4GALT7 (NCBI registration number NM_007255), human β-1,3-galactose transferase codon-optimized for Nicotiana benthamiana. Enzyme (beta-1,3-galactosyltransferase 6: B3GALT6) (NCBI registration number NM_080605) and human β-1,3-glucuronosyltransferase (Galactosylgalactosylxylosylprotein 3-beta-glucuronosyltransferase 3: B3GAT3) (NCBI registration number NM_012200). Each gene was obtained as an artificially synthesized gene. The human glycosaminoglycan xylosylkinase (FAM20B) (NCBI registration number NM_014864) has the nucleotide sequences of SEQ ID NO: 42 and SEQ ID NO: 43, respectively, using the human liver cell cDNA library (ORIGENE Technologies) as a template. The FAM20B gene was amplified by performing PCR with a pair of primers FAB-F and FAB-R. Using the amplified FAM20B gene as a template, each primer was amplified by PCR using a pair of primers FAB-FG and FAB-RG having the nucleotide sequences of SEQ ID NO: 44 and SEQ ID NO: 45, respectively.

前記の各遺伝子を鋳型とし、B4GALT7遺伝子については、配列番号46及び配列番号47の塩基配列をそれぞれ有するプライマーB4G7−F及びB4G7−Rの対を用いて、B3GALT6遺伝子については、配列番号48及び配列番号49の塩基配列をそれぞれ有するプライマーB3G6−F及びB3G6−Rの対を用いて、B3GAT3遺伝子については、配列番号50及び配列番号51の塩基配列をそれぞれ有するプライマーB3G3−F及びB3G3−Rの対を用いて、それぞれPCRにより増幅した。 Using each of the above genes as a template, for the B4GALT7 gene, a pair of primers B4G7-F and B4G7-R having the nucleotide sequences of SEQ ID NO: 46 and SEQ ID NO: 47, respectively, was used, and for the B3GALT6 gene, SEQ ID NO: 48 and the sequence. Using the pair of primers B3G6-F and B3G6-R having the base sequence of No. 49, respectively, for the B3GAT3 gene, the pair of primers B3G3-F and B3G3-R having the base sequences of SEQ ID NO: 50 and SEQ ID NO: 51, respectively. Was amplified by PCR, respectively.

合成したDNA断片を、ギブソンアッセンブリー(ニューイングランドバイオラボ)を用い、制限酵素NdeI及びSalI(タカラバイオ)により処理した植物発現用バイナリーベクターpRI201−AN(タカラバイオ)へと挿入した。得られたプラスミドベクターをそれぞれpRI:B4GALT7、pRI:B3GALT6、pRI:B3GAT3、及びpRI:FAM20Bとする。 The synthesized DNA fragment was inserted into a plant expression binary vector pRI201-AN (Takara Bio) treated with restriction enzymes NdeI and SalI (Takara Bio) using a Gibson assembly (New England Biolabs). The obtained plasmid vectors are designated as pRI: B4GALT7, pRI: B3GALT6, pRI: B3GAT3, and pRI: FAM20B, respectively.

前項と同様に、各プラスミドベクターを用いてアグロバクテリウムLBA4404株の形質転換を実施し、各遺伝子発現のためのアグロバクテリウムを得た。各アグロバクテリウムを用いてニコチアナ・ベンサミアナ(Nicotiana benthamiana)における一過性発現試験を実施し、セルグリシンに対する糖鎖伸長作用について確認した。 In the same manner as in the previous section, transformation of the Agrobacterium LBA4404 strain was carried out using each plasmid vector to obtain Agrobacterium for expression of each gene. A transient expression test was carried out in Nicotiana benthamiana using each Agrobacterium, and the sugar chain elongation effect on cerglycine was confirmed.

一例として図5に、セルグリシンに対するヒトタンパク質キシロース転移酵素2、ヒトβ−1,4−ガラクトース転移酵素、ヒトβ−1,3−ガラクトース転移酵素、ヒトβ−1,3−グルクロン酸転移酵素による糖鎖伸長効果を解析した結果を示す。図5から明らかなように、SRGNを単独で発現させた場合(図中「S」)と、SRGN及びXTLY2を共発現させた場合(図中「1」)と、SRGN、XTLY2及びB4GALT7を共発現させた場合(図中「2」)とを比較すると、SRGNの分子量に違いが認められ、後の方ほど分子量が大きかった。このことから、SRGN及びXTLY2を共発現させた場合(図中「1」)と比較して、更にB4GALT7を共発現させた場合(図中「2」)には、更に何らかの修飾を受けることが分かる。ここで、B4GALT7はβ−1,4−ガラクトース転移酵素であることから、SRGN及びXTLY2によりキシロース修飾を受けたSRGNのキシロース残基に、更にガラクトースがβ−1,4付加されたものと考えられる。 As an example, FIG. 5 shows the human protein xylose transferase 2, human β-1,4-galactose transferase, human β-1,3-galactose transferase, and human β-1,3-glucuronosyl transferase for cerglycine. The result of analyzing the sugar chain elongation effect is shown. As is clear from FIG. 5, when SRGN is expressed alone (“S” in the figure), when SRGN and XTLY2 are co-expressed (“1” in the figure), and SRGN, XTLY2 and B4GALT7 are co-expressed. Comparing with the case of expression (“2” in the figure), a difference was observed in the molecular weight of SRGN, and the molecular weight was larger in the latter part. From this, compared with the case where SRGN and XTLY2 are co-expressed (“1” in the figure), when B4GALT7 is further co-expressed (“2” in the figure), some modification is further received. I understand. Here, since B4GALT7 is a β-1,4-galactose transferase, it is considered that galactose was further added to the xylose residue of SRGN modified with xylose by SRGN and XTLY2. ..

一方、SRGN、XTLY2、B4GALT7及びB3GALT6を共発現させた場合(図中「3」)とSRGN、XTLY2、B4GALT7、B3GALT6及びB3GAT3を共発現させた場合(図中「4」)とを比較すると、セルグリシンの泳動度は図中「2」と変化が無かったことから、糖鎖が伸長していないと考えられた。しかし、FAM20Bと共発現させるとSRGNの分子量に違いが認められるようになり、後の方ほど分子量が大きかった(図中「3F」及び「4F」)。B3GALT6はキシロース残基がリン酸化されたキシロース−ガラクトース構造に対してガラクトースを転移することが報告されていることから(Biochem J., (2009), 421:157-162)、FAM20Bによりセルグリシンを修飾するキシロース−ガラクトース構造のキシロース残基に対してリン酸化が生じ、結果としてB3GALT6及びB3GAT3による糖鎖伸長が生じたと考えられる。このことから、糖転移酵素に加えFAM20Bを共発現させることで、コアオリゴ糖の合成が可能であることが明らかとなった。 On the other hand, when SRGN, XTLY2, B4GALT7 and B3GALT6 are co-expressed (“3” in the figure) and SRGN, XTLY2, B4GALT7, B3GALT6 and B3GAT3 are co-expressed (“4” in the figure), Since the migration rate of cerglycine did not change to "2" in the figure, it was considered that the sugar chain was not elongated. However, when co-expressed with FAM20B, a difference in the molecular weight of SRGN was observed, and the molecular weight was larger later (“3F” and “4F” in the figure). Since it has been reported that B3GALT6 transfers galactose to a xylose-galactose structure in which a xylose residue is phosphorylated (Biochem J., (2009), 421: 157-162), cerglycine was converted by FAM20B. It is considered that phosphorylation occurred on the xylose residue of the xylose-galactose structure to be modified, resulting in sugar chain elongation by B3GALT6 and B3GAT3. From this, it was clarified that core oligosaccharides can be synthesized by co-expressing FAM20B in addition to glycosyltransferase.

このように、SRGN、XTLY2及びB4GALT7に加えて、更にB3GALT6、B3GAT3及びFAM20Bを共発現させると、SRGNの分子量の増大が生じる。従って、コアタンパク質であるSRGNのセリン残基にキシロース、ガラクトース、ガラクトース、及びグルクロン酸がこの順に連結され、プロテオグリカンの元となるコアオリゴ糖修飾タンパク質が形成されることが分かる。更に、このプロテオグリカンに周知の手法でアミノ糖及びウロン酸を順に交互に連結させてグリコサミノグリカンを形成すれば、プロテオグリカンを産生することができる。 Thus, co-expression of B3GALT6, B3GAT3 and FAM20B in addition to SRGN, XTLY2 and B4GALT7 results in an increase in the molecular weight of SRGN. Therefore, it can be seen that xylose, galactose, galactose, and glucuronic acid are linked in this order to the serine residue of SRGN, which is a core protein, to form a core oligosaccharide-modified protein that is a source of proteoglycan. Furthermore, proteoglycans can be produced by forming glycosaminoglycans by alternately linking amino sugars and uronic acids to this proteoglycan by a well-known method.

本発明によれば、キシロース修飾タンパク質やコアオリゴ糖修飾タンパク質、更にはプロテオグリカンを植物細胞によりアニマルフリーで生産することが可能となる。従って、本発明は、医薬・農学等のタンパク質生産分野において高い有用性を有する。 According to the present invention, xylose-modified protein, core oligosaccharide-modified protein, and proteoglycan can be produced animal-free by plant cells. Therefore, the present invention has high usefulness in protein production fields such as pharmaceuticals and agriculture.

Claims (16)

植物細胞においてキシロース修飾タンパク質を製造する方法であって、
植物細胞内に、タンパク質キシロース転移酵素をコードする遺伝子を含む第1のベクターを導入し、
植物細胞内で第1のベクターによりタンパク質キシロース転移酵素を発現させ、タンパク質キシロース転移酵素の作用により、植物細胞内のコアタンパク質のセリン残基に対してキシロースを連結させて、キシロース修飾タンパク質を産生することを含むと共に、
タンパク質キシロース転移酵素が、
(1)配列番号6に記載のアミノ酸配列を有するヒトタンパク質キシロース転移酵素1、
(2)配列番号8に記載のアミノ酸配列を有するヒトタンパク質キシロース転移酵素2、及び、
(3)配列番号6又は配列番号8に記載のアミノ酸配列と少なくとも90%以上の配列同一性を有すると共に、植物細胞内のコアタンパク質のセリン残基に対してキシロースを連結させる活性を保持する酵素
から選択される、方法。
A method for producing a xylose-modified protein in plant cells.
A first vector containing a gene encoding protein xylose transferase was introduced into plant cells,
The protein xylose transferase is expressed in the plant cell by the first vector, and xylose is ligated to the serine residue of the core protein in the plant cell by the action of the protein xylose transferase to produce a xylose-modified protein. Including that
Protein xylose transferase
(1) Human protein xylose transferase 1, which has the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 6.
(2) Human protein xylose transferase 2 having the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 8 and
(3) An enzyme having at least 90% or more sequence identity with the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 6 or SEQ ID NO: 8 and retaining the activity of linking xylose to a serine residue of a core protein in a plant cell.
The method to choose from.
コアタンパク質が、セルグリシン、シンデカン、グリピカン、コラーゲン、及びアグリン、及びデコリンから選択される、請求項1に記載の方法。 The method of claim 1, wherein the core protein is selected from cerglycine, syndecane, glypican, collagen, and agrin, and decorin. 第1のベクターが、植物細胞内で一過的又は恒常的に発現される、請求項1又は2に記載の方法。 The method of claim 1 or 2 , wherein the first vector is transiently or constitutively expressed in plant cells. 第1のベクターが、植物細胞内で機能するプロモーター配列と、タンパク質キシロース転移酵素のアミノ酸配列をコードし、プロモーター配列に作動式に連結されたコーディング配列とを含む、請求項1〜の何れか一項に記載の方法。 Any of claims 1 to 3 , wherein the first vector comprises a promoter sequence that functions in plant cells and a coding sequence that encodes the amino acid sequence of the protein xylose transferase and is operably linked to the promoter sequence. The method described in paragraph 1. 第1のベクターが、植物ウイルスベクター又はT−DNAベクターの形態である、請求項1〜の何れか一項に記載の方法。 The method according to any one of claims 1 to 4 , wherein the first vector is in the form of a plant viral vector or a T-DNA vector. コアタンパク質が内因性タンパク質である、請求項1〜の何れか一項に記載の方法。 The method according to any one of claims 1 to 5 , wherein the core protein is an endogenous protein. コアタンパク質が外因性タンパク質である、請求項1〜の何れか一項に記載の方法。 The method according to any one of claims 1 to 5 , wherein the core protein is an exogenous protein. 植物細胞内に、コアタンパク質をコードする遺伝子を含む第2のベクターを導入し、
植物細胞内で第2のベクターによりコアタンパク質を発現させる
ことを更に含む、請求項に記載の方法。
A second vector containing the gene encoding the core protein was introduced into the plant cell,
The method of claim 7 , further comprising expressing the core protein with a second vector in plant cells.
第2のベクターが、植物細胞内で機能するプロモーター配列と、コアタンパク質のアミノ酸配列をコードし、プロモーター配列に作動式に連結されたコーディング配列とを含む、請求項に記載の方法。 The method of claim 8 , wherein the second vector comprises a promoter sequence that functions in plant cells and a coding sequence that encodes the amino acid sequence of the core protein and is operably linked to the promoter sequence. 第2のベクターが、植物ウイルスベクター又はT−DNAベクターの形態である、請求項又はに記載の方法。 The method according to claim 8 or 9 , wherein the second vector is in the form of a plant viral vector or a T-DNA vector. 植物細胞が植物体の非単離細胞である、請求項1〜10の何れか一項に記載の方法。 The method according to any one of claims 1 to 10 , wherein the plant cell is a non-isolated cell of a plant body. 植物細胞が培養細胞である、請求項1〜11の何れか一項に記載の方法。 The method according to any one of claims 1 to 11 , wherein the plant cell is a cultured cell. コアオリゴ糖修飾タンパク質を製造する方法であって、
植物細胞内で、請求項1〜12の何れか一項に記載の方法により、キシロース修飾タンパク質を産生し、
植物細胞内で、キシロース修飾タンパク質のキシロースに対して順にβ−1,4−ガラクトース、β−1,3−ガラクトース、及びβ−1,3−グルクロン酸を連結させて、コアオリゴ糖修飾タンパク質を産生する
ことを含む方法。
A method for producing core oligosaccharide-modified proteins.
A xylose-modified protein is produced in a plant cell by the method according to any one of claims 1 to 12.
In plant cells, β-1,4-galactose, β-1,3-galactose, and β-1,3-glucuronic acid are sequentially ligated to xylose, which is a xylose-modified protein, to produce a core oligosaccharide-modified protein. Methods that include doing.
コアオリゴ糖修飾タンパク質の産生が、
植物細胞内に、キシロース残基にガラクトースを転移しうるβ−1,4−ガラクトース転移酵素をコードする遺伝子を含む第3のベクターと、ガラクトース残基にガラクトースを転移しうるβ−1,3−ガラクトース転移酵素をコードする遺伝子を含む第4のベクターと、ガラクトース残基にグルクロン酸を転移しうるβ−1,3−グルクロン酸転移酵素をコードする遺伝子を含む第5のベクターと、キシロース残基にリン酸基を転移しうる酵素をコードする遺伝子を含む第6のベクターを導入し、
植物細胞内で第3、第4、第5及び第6のベクターを発現させることにより、キシロース残基にガラクトースを転移しうるβ−1,4−ガラクトース転移酵素、ガラクトース残基にガラクトースを転移しうるβ−1,3−ガラクトース転移酵素、ガラクトース残基にグルクロン酸を転移しうるβ−1,3−グルクロン酸転移酵素、及びキシロース残基にリン酸基を転移しうる酵素を発現させ、各転移酵素の作用により、キシロース修飾タンパク質のキシロースに対して順にβ−1,4−ガラクトース、β−1,3−ガラクトース、及びβ−1,3−グルクロン酸を連結させる
ことにより行われる、請求項13に記載の方法。
Production of core oligosaccharide modified proteins,
A third vector containing a gene encoding β-1,4-galactosetransferase capable of transferring galactose to a xylose residue and β-1,3-that can transfer galactose to a galactose residue in plant cells. A fourth vector containing a gene encoding a galactose transferase, a fifth vector containing a gene encoding a β-1,3-glucuronic transferase capable of transferring glucuronic acid to a galactose residue, and a xylose residue. A sixth vector containing a gene encoding an enzyme capable of transferring a phosphate group was introduced into the drug.
By expressing the third, fourth, fifth and sixth vectors in plant cells, β-1,4-galactose transferase capable of transferring galactose to xylose residues, and galactose to galactose residues are transferred. Express β-1,3-galactose transferase, β-1,3-glucuronosyl transferase capable of transferring glucuronic acid to galactose residues, and enzymes capable of transferring phosphate groups to xylose residues. Claimed, which is carried out by ligating β-1,4-galactose, β-1,3-galactose, and β-1,3-glucuronic acid to xylose, which is a xylose-modified protein, in order by the action of a transposase. 13. The method according to 13.
プロテオグリカンを製造する方法であって、
植物細胞内で、請求項13又は14に記載の方法により、コアオリゴ糖修飾タンパク質を産生し、
コアオリゴ糖修飾タンパク質のグルクロン酸末端にアミノ糖及びウロン酸を順に交互に連結させて糖鎖を形成するとともに硫酸化して、グリコサミノグリカンを形成する
ことを含む方法。
A method of producing proteoglycans
A core oligosaccharide-modified protein is produced in a plant cell by the method according to claim 13 or 14.
A method comprising connecting amino sugars and uronic acids alternately to the glucuronic acid terminal of a core oligosaccharide-modified protein to form a sugar chain and sulfate to form a glycosaminoglycan.
グリコサミノグリカンの形成が、
植物細胞内に、グルクロン酸残基にアミノ糖を転移しうる酵素をコードする遺伝子を含む第7のベクターと、アミノ糖残基にウロン酸を転移しうる酵素をコードする遺伝子を含む第8のベクターと、ウロン酸残基にアミノ糖を転移しうる酵素をコードする遺伝子を含む第9のベクターと、糖鎖のアミノ糖残基及びウロン酸残基とを硫酸化しうる酵素をコードする遺伝子を含む第10のベクターとを導入し、
植物細胞内で第7、第8、第9、及び第10のベクターを発現させることにより、グルクロン酸残基にアミノ糖を転移しうる酵素、アミノ糖残基にウロン酸を転移しうる酵素、ウロン酸残基にアミノ糖を転移しうる酵素、及び糖鎖のアミノ糖残基及びウロン酸残基を硫酸化しうる酵素を発現させ、各酵素を作用させることにより、コアオリゴ糖修飾タンパク質のグルクロン酸末端にアミノ糖及びウロン酸を順に交互に連結させて糖鎖を形成すると共に、糖鎖を硫酸化する
ことにより行われる、請求項15に記載の方法。
The formation of glycosaminoglycans,
A seventh vector containing a gene encoding an enzyme capable of transferring an amino sugar to a glucuronic acid residue and an eighth vector containing a gene encoding an enzyme capable of transferring uronic acid to an amino sugar residue in a plant cell. A vector, a ninth vector containing a gene encoding an enzyme capable of transferring an amino sugar to a uronic acid residue, and a gene encoding an enzyme capable of sulfated an amino sugar residue and a uronic acid residue of a sugar chain. Introduced with a tenth vector containing,
An enzyme capable of transferring an amino sugar to a glucuronic acid residue by expressing the seventh, eighth, ninth, and tenth vectors in a plant cell, an enzyme capable of transferring uronic acid to an amino sugar residue, Glucuronic acid, a core oligosaccharide-modified protein, is produced by expressing an enzyme capable of transferring an amino sugar to a uronic acid residue and an enzyme capable of sulfated an amino sugar residue and a uronic acid residue of a sugar chain and allowing each enzyme to act. The method according to claim 15 , wherein a sugar chain is formed by alternately connecting amino sugar and uronic acid to the terminal in order, and the sugar chain is sulfated.
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