JP7299623B2 - キシロース誘導性プロモーター及びその使用 - Google Patents

キシロース誘導性プロモーター及びその使用 Download PDF

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Description

本発明は、キシロース誘導性プロモーター及びその使用に関し、より具体的には、変異塩基配列を含むキシロース誘導性プロモーター、それを含むベクター、核酸分子、及び微生物、並びに、それらを使用して目的のタンパク質を生産する方法に関する。
微生物はタンパク質を生産するために使用されている。一般的には、遺伝子の発現を促すプロモーター配列の下流に目的のタンパク質をコードする遺伝子を連結して作製した組換え遺伝子を、微生物に導入して培養することにより、当該目的のタンパク質を取得する。ここで、タンパク質の種類によって、その大量生産に適した宿主株が異なることが分かっているため、様々な宿主株を取り揃えておくことにより、多様なタンパク質の大量生産が可能となる。
これまでに実用化されている微生物を宿主に用いたタンパク質発現系には、原核微生物を用いる系と、真核微生物を用いる系があり、前者においては、大腸菌、ブレビバチルス、及びコリネバクテリウムなど、多様な原核微生物が使用されている。一方、後者においては、酵母及び糸状菌などの子嚢菌やシュードザイマ・アンタクティカ(Pseudozyma antarctica)などの担子菌(特許文献1及び2並びに非特許文献1)を目的のタンパク質の生産のために使用することは知られているものの、その種類は限られており、特にP.アンタクティカなどの担子菌のプロモーター配列を改変して、その遺伝子発現能力を向上させる研究は進んでいない。
国際公開第2014/109360号 特開2018-157814号公報
Sameshima-Yamashita Y, et al. (2019), Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry, 83:8, 1547-1556
P.アンタクティカ由来のキシロース誘導性プロモーター(キシラナーゼプロモーター)は、生分解性プラスチック分解酵素PaEなどのタンパク質を、P.アンタクティカによって生産するために使用されている。本発明は、当該キシラナーゼプロモーターの塩基配列を改変することで、下流の遺伝子の転写を促進する能力が向上したキシロース誘導性プロモーターを提供することを目的としている。
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討した結果、P.アンタクティカ由来のキシラナーゼプロモーター中の特定の配列を削除すると、下流の遺伝子の発現効率が向上することを見出し、本発明を完成させた。すなわち、本発明は、以下に示すキシロース誘導性プロモーター、それを含むベクター、核酸分子、及び微生物、並びに、それらを使用して目的のタンパク質を生産する方法を提供するものである。
〔1〕配列番号1に示される塩基配列の変異塩基配列を含む、キシロース誘導性プロモーターであって、前記変異塩基配列が、以下の(a)~(e):
(a)822番目~827番目、
(b)905番目~963番目、
(c)1014番目~1060番目、
(d)1064番目~1069番目、及び
(e)1297番目~1302番目
の少なくとも1つの領域に少なくとも1種の変異を有しており、かつ配列番号1に示される塩基配列と比較して転写抑制作用が抑制されている、キシロース誘導性プロモーター。
〔2〕前記変異塩基配列が、配列番号1の(a)~(e)の2つ以上の領域に変異を有している、前記〔1〕に記載のキシロース誘導性プロモーター。
〔3〕前記変異塩基配列が、配列番号1の(a)~(e)以外の領域に追加の変異を有している、前記〔1〕又は〔2〕に記載のキシロース誘導性プロモーター。
〔4〕前記変異塩基配列において、配列番号1の1番目~713番目の領域のすべて又は一部が欠失している、前記〔1〕~〔3〕のいずれか1項に記載のキシロース誘導性プロモーター。
〔5〕前記変異が、配列番号1の
(a)822番目~827番目、
(b)905番目~963番目、
(c)1014番目~1060番目、
(d)1064番目~1069番目、
(d’)1061番目~1113番目、
(e)1297番目~1302番目、及び
(e’)1224番目~1303番目
の少なくとも1つの領域のすべて又は一部の欠失である、前記〔1〕~〔4〕のいずれか1項に記載のキシロース誘導性プロモーター。
〔6〕前記(a)~(e’)の5’側又は3’側に連なる塩基配列も欠失している、前記〔5〕に記載のキシロース誘導性プロモーター。
〔7〕前記変異が、配列番号1の
(a)822番目~827番目、
(d)1064番目~1069番目、及び
(e)1297番目~1302番目
の少なくとも1つの領域のすべて又は一部の置換である、前記〔1〕~〔4〕のいずれか1項に記載のキシロース誘導性プロモーター。
〔8〕前記〔1〕~〔7〕のいずれか1項に記載のキシロース誘導性プロモーターを含む、ベクター又は核酸分子。
〔9〕前記キシロース誘導性プロモーターの下流に、目的のタンパク質をコードする塩基配列をさらに含む、前記〔8〕に記載のベクター又は核酸分子。
〔10〕前記〔1〕~〔7〕のいずれか1項に記載のキシロース誘導性プロモーター、又は、前記〔8〕又は〔9〕に記載のベクター又は核酸分子を含む、微生物。
〔11〕担子菌である、前記〔10〕に記載の微生物。
〔12〕目的のタンパク質の生産方法であって、
配列番号1に示される塩基配列の変異塩基配列を含むキシロース誘導性プロモーターを含み、かつ、前記キシロース誘導性プロモーターの下流に目的のタンパク質をコードする塩基配列を含む微生物を用意する工程と、
前記微生物を培養して、目的のタンパク質を発現させる工程と
を含み、前記変異塩基配列が、以下の(a)~(e):
(a)822番目~827番目、
(b)905番目~963番目、
(c)1014番目~1060番目、
(d)1064番目~1069番目、及び
(e)1297番目~1302番目
の少なくとも1つの領域に少なくとも1種の変異を有しており、かつ配列番号1に示される塩基配列と比較して転写抑制作用が抑制されている、生産方法。
本発明に従えば、P.アンタクティカ由来のキシラナーゼプロモーター中の特定の配列を削除したキシロース誘導性プロモーターを使用することにより、下流の遺伝子の発現効率を向上することができる。したがって、本発明のキシロース誘導性プロモーターが機能する微生物を、目的のタンパク質の大量生産に有用な宿主株の1つとして用いることが可能となる。
変異型P4のプロモーターを用いてPaEを産生するレポーターカセットを複数コピー含む細胞株a~i及びそれを1コピーだけ含む細胞株jの培養上清中のPaE活性を示す。 変異型P4のプロモーターを用いてPaEを産生するレポーターカセットを複数コピー含む細胞株h(黒)及び配列番号1のプロモーターを用いて構築したPaE産生カセットを導入したPGB474株(白)(特許文献2)の、乾燥菌体重量(三角)及びPaE活性(丸)を示す。
以下、本発明をさらに詳細に説明する。
本明細書に記載の「シュードザイマ・アンタクティカ(P.アンタクティカ)」とは、イネやムギなどのイネ科植物の葉面に生息し得るシュードザイマ属菌(酵母)の一種であり、生分解性プラスチック分解酵素などを産生し得るものである。P.アンタクティカに由来するキシラナーゼプロモーターPxyn1は、配列番号1で示される以下の配列を有している。
Figure 0007299623000001
本発明のキシロース誘導性プロモーターは、配列番号1に示される塩基配列の変異塩基配列を含んでおり、当該変異塩基配列は、配列番号1の(a)~(e):
(a)822番目~827番目、
(b)905番目~963番目、
(c)1014番目~1060番目、
(d)1064番目~1069番目、及び
(e)1297番目~1302番目
の少なくとも1つの領域に少なくとも1種の変異を有しており、かつ配列番号1に示される塩基配列と比較して転写抑制作用が抑制されている。本明細書に記載の「変異」とは、配列番号1に示される塩基配列において、1又は複数個の塩基が欠失、置換、又は付加されていることをいう。特定の理論に拘束されるものではないが、配列番号1の(a)~(e)の領域には転写抑制因子が結合すると考えられ、当該領域内の1又は複数個の塩基が欠失若しくは置換されるか、又は、当該領域内に1又は複数個の塩基が付加されることより、当該転写抑制因子の結合が妨げられて、結果として下流の遺伝子の転写及び発現が亢進すると考えられる。
ある態様では、前記変異塩基配列は、配列番号1の(a)~(e)の2つ以上の領域に変異を有している。すなわち、本発明のキシロース誘導性プロモーターは、多重変異型のプロモーターであってもよく、転写抑制作用を有する領域が複数箇所で障害されることで、下流の遺伝子の転写及び発現が一層亢進し得る。
ある態様では、前記変異塩基配列は、配列番号1の(a)~(e)以外の領域に追加の変異を有している。前記追加の変異の種類は、特に制限されないが、例えば、本発明のキシロース誘導性プロモーターのプロモーター活性に影響を与えない塩基配列の削除、置換、又は付加であってもいいし、当該プロモーター活性をさらに高めるような変異であってもよい。具体的には、前記変異塩基配列において、配列番号1の1番目~713番目の領域、1番目~513番目の領域、又は1番目~213番目の領域のすべて又は一部が欠失していてもよい。前記追加の変異を有する変異塩基配列は、配列番号1の714番目~1513番目の領域において、前記追加の変異を有さない変異塩基配列と約80%以上、約85%以上、又は約90%以上の配列同一性を有し、かつキシロース誘導性プロモーター活性を示す。
ある態様では、前記変異は、配列番号1の
(a)822番目~827番目、
(b)905番目~963番目、
(c)1014番目~1060番目、
(d)1064番目~1069番目、
(d’)1061番目~1113番目、
(e)1297番目~1302番目、及び
(e’)1224番目~1303番目
の少なくとも1つの領域のすべて又は一部の欠失である。さらなる態様では、前記変異塩基配列においては、前記(a)~(e’)の5’側又は3’側に連なる塩基配列も連続して欠失されていてもよく、例えば、前記領域のすべて又は一部を含む全体で約100塩基以内又は約80塩基以内の領域が欠失されていてもよい。より具体的には、前記変異は、配列番号1の
(a)822番目~827番目、並びに、その3’末端側45塩基以内若しくは35塩基以内及び/又はその5’末端側45塩基以内若しくは35塩基以内の塩基配列、
(b)905番目~963番目、並びに、その3’末端側20塩基以内若しくは10塩基以内及び/又はその5’末端側20塩基以内若しくは10塩基以内の塩基配列、
(c)1014番目~1060番目、並びに、その3’末端側25塩基以内若しくは15塩基以内及び/又はその5’末端側25塩基以内若しくは15塩基以内の塩基配列、
(d)1064番目~1069番目、並びに、その3’末端側45塩基以内若しくは35塩基以内及び/又はその5’末端側45塩基以内若しくは35塩基以内の塩基配列、
(d’)1061番目~1113番目、並びに、その3’末端側25塩基以内若しくは15塩基以内及び/又はその5’末端側25塩基以内若しくは15塩基以内の塩基配列、
(e)1297番目~1302番目、並びに、その3’末端側45塩基以内若しくは35塩基以内及び/又はその5’末端側45塩基以内若しくは35塩基以内の塩基配列、及び/又は、
(e’)1224番目~1303番目、並びに、その3’末端側10塩基以内及び/又はその5’末端側10塩基以内の塩基配列
の欠失であってもよい。好ましくは、前記変異は、前記(a)、(d)、(d’)、(e)、及び/又は(e’)の領域全体の欠失であり、特に好ましくは、前記(d)又は(d’)の領域全体と、(e)又は(e’)の領域全体との欠失である。
ある態様では、前記変異は、配列番号1の
(a)822番目~827番目、
(d)1064番目~1069番目、及び
(e)1297番目~1302番目
の少なくとも1つの領域のすべて又は一部の置換である。置換後の塩基配列は、キシロース誘導性プロモーター活性が向上する限り特に制限されないが、例えば、「5’-SYGGRG-3’」(「S」はC又はG、「Y」はC又はT、「R」はA又はGを表す。)の条件を満たさない配列が好ましい。
別の態様では、本発明は、前記変異塩基配列を含むキシロース誘導性プロモーターを含む、ベクター又は核酸分子にも関している。前記ベクター又は核酸分子は、前記キシロース誘導性プロモーターの下流に、目的のタンパク質をコードする塩基配列をさらに含んでいてもよい。
また別の態様では、本発明は、前記変異塩基配列を含むキシロース誘導性プロモーター、又は、当該キシロース誘導性プロモーターを含むベクター又は核酸分子を含む、微生物にも関している。前記微生物は、前記キシロース誘導性プロモーターがプロモーターとして機能する限り特に制限されないが、例えば、担子菌であってもよく、好ましくはP.アンタクティカ、P.アフィディス、P.ルグローサ、P.パラアンタクティカ、P.グラミニコラ、P.ツクバエンシス、P.フロキュロッサ、P.ヒューピエンシス、及びP.シャンシエンシスなどのシュードザイマ属の菌である。なお、最近の分類変更により、P.アンタクティカは、モエスジオマイセス・アンタクティクス(Moesziomyces antarcticus)と呼ばれることもある。
また別の態様では、本発明は、目的のタンパク質の生産方法にも関しており、当該生産方法は、
前記変異塩基配列を含むキシロース誘導性プロモーターを含み、かつ、前記キシロース誘導性プロモーターの下流に目的のタンパク質をコードする塩基配列を含む微生物を用意する工程と、
前記微生物を培養して、目的のタンパク質を発現させる工程と
を含んでいる。前記目的のタンパク質は、特に制限されず、例えば、前記微生物自体に由来するタンパク質であってもいいし、異種タンパク質であってもよい。前記キシロース誘導性プロモーターの活性により前記目的のタンパク質の発現効率が向上するため、本発明の方法は、当該目的のタンパク質の大量生産に有用である。
以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明の範囲はこれら実施例に限定されるものではない。
1.内部配列に変異を有するキシロース誘導性プロモーター
(1)内部配列に欠失変異を有するプロモーター及びレポーターカセット導入株の作製
P.アンタクティカGB-4(0)株のゲノムDNAから取得した野生型キシラナーゼプロモーターPxyn1の配列をpCR2.1TOPO TAベクターへサブクローニングした。これを鋳型とし、以下の表1に示す各プライマーセットを用いてインバースPCRを行い、増幅された各断片を再環化することで、Pxyn1内の内部配列を削除した変異型プロモーターを含むサブクローニングプラスミドを複数種類作製した。
Figure 0007299623000002
プライマーセット1~6による変異型プロモーター(変異型P1~P6)を含むサブクローニングプラスミドから制限酵素で変異型プロモーターを含む核酸断片を切り出し、レポーター遺伝子としてP.アンタクティカのPaE遺伝子、その上流配列及び下流配列、遺伝子導入の選抜マーカーとしてP.アンタクティカのURA3遺伝子(ウラシル合成遺伝子)、並びに、キシラナーゼターミネーターを組み合わせて、レポーターカセットを作製した。具体的には、以下の順序で核酸断片を接続した。
*レポーターカセットの構造
5’-[PaE遺伝子上流配列]-[URA3(マーカー)]-[変異型プロモーター]-[PaE]-[キシラナーゼターミネーター]-[PaE遺伝子下流配列]-3’
このレポーターカセットを、ウラシル要求性相補を指標として、PaEを産生しないP.アンタクティカのウラシル要求性変異株(PGB050株;要すれば特開2018-157814号公報を参照)の染色体上のPaE遺伝子相当部位に、常法により1コピーだけ導入した。コントロールとして、変異型プロモーターに代えて野生型キシラナーゼプロモーターPxyn1を含むレポーターカセットを導入した細胞株及びPaE遺伝子を含まないレポーターカセットを導入したPaE非産生株を作出した。
(2)プロモーター活性の評価
上記(1)で作製したレポーターカセット導入株又はPaE遺伝子を含まないレポーターカセットを導入したPaE非産生株を、YM液体培地(グルコース2%、ペプトン0.5%、酵母エキス0.3%、及び麦芽エキス0.3%を含む)を用いて30℃で24時間振盪培養し、種母培養液を作製した。この種母培養液を、96穴2mL容ディープウェルプレートに分注した800μLの3xFMMX液体培地(酵母エキス0.3%、硝酸ナトリウム0.2%、リン酸二水素カリウム0.06%、硫酸マグネシウム七水和物0.06%、及びキシロース8%を含む)中に植菌し、ディープウェルプレートミキサー(タイテック株式会社製)を用いて30℃、1500rpmで72時間振盪培養した。そして、培養液を遠心分離して、菌体及び培養上清を取得した。
培養上清中に分泌されたPaEの量を、その生分解性プラスチック分解活性に基づき、マイクロプレートを用いたPaE活性測定法(非特許文献1を参照)を用いて、評価した。具体的には、滅菌水で適宜希釈した培養上清10μLを、3%w/vに希釈されたポリブチレンサクシネートアジペート(PBSA)のエマルジョン(EM-301、昭和電工株式会社製)7.5μL、HEPES緩衝液(50mM、pH7.3)75μL、及び滅菌水57.5μLと、96穴マイクロプレート(プロテオセーブ(R)SS、住友ベークライト株式会社製)中で混合して反応液を調製し、ディープウェルプレートミキサーを用いて30℃、900rpmで15分間振盪した。そして、当該反応液のOD660(濁度)を振盪の前後で測定した。
反応液の濁度は、培養上清中のPaEによって減少するので、減少の幅が大きいほど、培養上清中にPaEが多く含まれており、すなわち、培養されていた細胞株に導入されているレポーターカセットのプロモーター活性が高いことを意味している。野生型プロモーターを含むレポーターカセットを導入された細胞株の培養上清による濁度の減少幅の平均をプロモーター活性の基準値とし、これを100%としたときの相対プロモーター活性を、各変異型プロモーターについて計算した。結果を表2に示す。
Figure 0007299623000003
変異型P1及びP5のプロモーター活性は野生型と変わらなかったが、変異型P2~P4及びP6のプロモーター活性は野生型よりも高くなった。したがって、配列番号1の905番目~963番目、1014番目~1060番目、1061番目~1113番目、及び1224番目~1303番目の配列は、キシラナーゼプロモーターPxyn1において転写抑制作用を担っていること、そして、これらの配列を削除することで転写抑制作用を抑制し、結果として全体のプロモーター活性を向上できることが分かった。
(3)二重変異型プロモーターの作製及び評価
変異型P4に対してプライマーセット6を使用して上記項目(1)の工程を繰り返し、二重変異型プロモーター(変異型P4P6)及びそれを含むレポーターカセット導入株を作製した。そして、このレポーターカセット導入株、及び、変異型P4又は変異型P6を含むレポーターカセット導入株を培養し、上記項目(2)と同様にしてそれぞれのプロモーター活性を測定した。結果を表3に示す。
Figure 0007299623000004
変異型P4及び変異型P6のプロモーター活性は野生型よりも高かったが、変異型P4P6、すなわち、配列番号1の1061番目~1113番目及び1224番目~1303番目の両方の配列を削除したプロモーターは、変異型P4及び変異型P6よりもさらに高いプロモーター活性を示した。
(4)内部配列に置換変異を有するプロモーターの作製及び評価
プライマーセットとして次の表4に記載のプライマーセット4a、6a、及び7を使用して部位特異的突然変異導入法により対象塩基配列を別の塩基配列に置換した以外は、上記項目(1)と同様にして変異型プロモーター(変異型P4a、P6a、及びP7)及びそれを含むレポーターカセット導入株を作製した。そして、これらのレポーターカセット導入株を培養し、上記項目(2)と同様にしてそれぞれのプロモーター活性を測定した。結果を表5に示す。
Figure 0007299623000005
Figure 0007299623000006
変異型P4a及びP6aにおいて置換された配列番号1の1064番目~1069番目(5’-CCCCGC-3’)及び1297番目~1302番目(5’-CCCCAG-3’)の領域は、それぞれ変異型P4及びP6で削除された配列の一部分であり、変異型P7において置換された配列番号1の822番目~827番目(5’-GCGGGG-3’)の領域は、変異型P4aにおいて置換された配列の相補配列と同じ塩基配列で示される。変異型P4a、P6a、及びP7は、配列番号1のわずか6塩基だけを他の塩基配列(5’-TCTAGA-3’)に置換したものであるが、そのプロモーター活性は野生型よりも高くなった。そのため、これらの領域は、キシラナーゼプロモーターPxyn1の活性抑制に大きく関与している可能性がある。
なお、一般に、キシラナーゼプロモーターはグルコース不存在下で下流の遺伝子の転写を促進し、グルコース存在下では下流の遺伝子の転写を促進できないことが知られているプロモーターであるが、配列番号1の1064番目~1069番目、1297番目~1302番目、及び配列番号1の822番目~827番目の領域が、グルコース不存在下においてもなお転写抑制作用を担っていることは知られていなかった。そうすると、これらの領域の塩基配列を変異させることで転写抑制作用を抑制してプロモーター活性を向上できることは、従来技術からは予測することのできないことである。
(5)欠失変異を有するプロモーターと置換変異を有するプロモーターの比較
プライマーセットとして次の表6に記載のプライマーセット4bを使用して部位特異的突然変異導入法により対象塩基配列を別の塩基配列に置換した以外は、上記項目(1)と同様にして変異型プロモーター(変異型P4b)及びそれを含むレポーターカセット導入株を作製した。そして、変異型P4a又はP4bを含むレポーターカセット導入株を培養し、上記項目(2)と同様にしてそれぞれのプロモーター活性を測定した。結果を表7に示す。
Figure 0007299623000007
Figure 0007299623000008
変異型P4a及びP4bは、配列番号1の同じ部分を異なる方法で変異させたものである。前者は置換変異を有しており、後者は欠失変異を有しているが、それらのプロモーター活性はいずれも野生型より高くなった。
2.短縮型キシロース誘導性プロモーター
(1)短縮型プロモーターの作製及び評価
プライマーセットとして次の表8に記載のプライマー8~12のいずれかと共通プライマーの組合せを使用した以外は、上記項目1の(1)と同様にして変異型プロモーター(変異型P8~P12)及びそれを含むレポーターカセット導入株を作製した。そして、これらのレポーターカセット導入株を培養し、上記項目1の(2)と同様にしてそれぞれのプロモーター活性を測定した。結果を表9に示す。
Figure 0007299623000009
Figure 0007299623000010
キシラナーゼプロモーターPxyn1の上流側配列を削除して作製した短縮型プロモーターは、全長が800bp程度までは遺伝子発現に許容可能なプロモーター活性を維持していたが、それより短縮するとプロモーター活性が著しく低下した。このことから、キシラナーゼプロモーターPxyn1の主要な機能調整領域は下流側800bp内に存在しており、上流側713bpはプロモーター活性には必須ではないことが示唆された。
(2)短縮型プロモーターの内部配列削除
変異型P10に対してプライマーセット4及び6を使用して上記項目1の(1)の工程を順次繰り返し、短縮型二重変異型プロモーター(変異型P10+P4P6)及びそれを含むレポーターカセット導入株を作製した。そして、このレポーターカセット導入株、及び、変異型P10を含むレポーターカセット導入株を培養し、上記項目1の(2)と同様にしてそれぞれのプロモーター活性を測定した。結果を表10に示す。
Figure 0007299623000011
上流側の塩基配列が削除された変異型P10のプロモーター活性は、野生型よりも低かったが、配列番号1の1061番目~1113番目及び1224番目~1303番目に対応する領域を変異型P10において削除すると、プロモーター活性が約1.7倍上昇し、野生型と同程度の活性を示すようになった。このように、内部配列の変異によるプロモーター活性の向上は、短縮型プロモーターでも機能する。
3.複数コピーの導入によるタンパク質発現の向上
(1)複数コピー導入株の作製及び評価
次の表11に示すプライマーセット13を使用して、上記項目1の(1)で作製した変異型P4を含むレポーターカセット中のURA3(マーカー)からキシラナーゼターミネーターまでの部分を増幅し、DpnIによる制限酵素処理及びアガロースゲル抽出によってPaE生産カセットを精製した。
*PaE生産カセットの構造
5’-[URA3(マーカー)]-[変異型P4]-[PaE]-[キシラナーゼターミネーター]-3’
Figure 0007299623000012
精製したPaE生産カセットを、P.アンタクティカGB-4(0)株のウラシル要求性変異株であるPGB371株(特許文献2)の染色体上に、常法によってランダムに導入した。得られた形質転換体のうち、ウラシル非要求性となったコロニーを313個回収した。これらのコロニーを、PBSAを含む平板培地(3xFMM-0.5%PBSAエマルジョン・8%キシロース寒天培地;要すれば特許文献2を参照)上に移植して培養し、産生されたPaEの働きによってPBSAが分解されて生じる透明の領域(クリアゾーン)が大きいクローンを選抜した。選抜したクローンについて、さらに2回クリアゾーンを指標とした選抜を繰り返し、28株のPaE高生産候補株を取得した。
28株の候補株からPBSA分解クリアゾーンの大きさの安定性などを考慮して9株(細胞株a~i)を選択し、YM液体培地2mLに植菌して、30℃、150rpmで24時間振盪培養した。種母培養液200μLを、綿栓付き100mLフラスコに入れた3xFMMX液体培地20mLに接種し、30℃、200rpmで振盪培養した。また、上記1(1)で作製した変異型P4を含むPaE生産カセットを1コピーだけ導入した細胞株(細胞株j)についても、同様に培養した。24時間、48時間、及び72時間培養した時点で各培養液をサンプリングし、遠心分離して培養上清を回収した。そして、常法に従って(非特許文献1を参照)、培養上清中に分泌されたPaEの活性を、その生分解性プラスチック分解活性に基づき評価した。具体的には、滅菌水で適宜希釈した培養上清10μLを、3%w/vに希釈されたポリブチレンサクシネートアジペート(PBSA)のエマルジョン(EM-301、昭和電工株式会社製)30~60μL、HEPES緩衝液(50mM、pH7.3)1mL、及び滅菌水930~960μLを、13mm試験管(栄研化学、TB1300)中で混合して反応液を調製し、恒温振盪機を用いて30℃、150rpmで15分間振盪した。そして、当該反応液のOD660(濁度)を振盪の前後で測定した。
図1に示されているように、変異型P4を含むPaE生産カセットをランダムに導入した細胞株a~iの培養上清は、細胞株jの培養上清と比較して約5~7倍高いPaE活性を示した。また、細胞株a~iは、従来のPaE高生産株L1-S12株(特許文献2を参照)よりもPaE活性が約5倍高かった。目的のタンパク質生産カセットをランダムに導入すると、複数コピーの生産カセットを含む細胞株が作製されるため、当該タンパク質の高生産株を作製するには有利である。
(2)ジャー培養での評価
上記(1)で取得した細胞株h及び公知のPaE高生産株としてPGB474株(特許文献2)を、常法に従って(非特許文献1を参照)、3Lジャーファーメンターで培養した。培養開始後24時間以降に培養液を適宜サンプリングし、培養上清及び菌体を遠心分離して回収した。そして、上記項目(1)と同様にして、培養上清中のPaE活性を測定した。また、回収した菌体を105℃で6時間乾熱処理し、乾燥菌体重量を測定した。
図2に示されているように、細胞株hの乾燥菌体重量(▲)はPGB474株の乾燥菌体重量(△)と同程度であるので、両者の増殖速度に大きな差はないが、細胞株hの培養上清中のPaE活性(●)は、PGB474の培養上清中のPaE活性(○)よりも大きく向上していた。ジャーファーメンター培養は、フラスコ培養よりも工業生産における培養方法に近いので、本発明の変異塩基配列を含むキシロース誘導性プロモーターは、工業生産における実用性も高いことが示唆された。
4.他のタンパク質の生産及び評価
次の表12に記載のプライマーセット14を用いて、P.アンタクティカGB-4(0)株のコドン頻度に応じて塩基配列を最適化したGFP遺伝子(PaGFP)断片を増幅した。制限酵素EcoRV及びEcoRIを使用して、上記項目1の(1)及び(3)で作製した変異型プロモーター(変異型P4又は変異型P4P6)を含むレポーターカセットのPaE遺伝子部分を、増幅したPaGFP遺伝子断片で置き換え、GFP発現カセットを作製した。そして、このGFP発現カセットを、前掲のプライマーセット13を用いて増幅し、制限酵素DpnI処理及びアガロースゲル抽出によって精製した。
*GFP発現カセットの構造
5’-[URA3(マーカー)]-[変異型P4又は変異型P4P6]-[GFP]-[キシラナーゼターミネーター]-3’
Figure 0007299623000013
精製したGFP発現カセットを、P.アンタクティカGB-4(0)株のウラシル要求性変異株であるPGB371株の染色体上に、常法によってランダムに導入した。得られた形質転換体のうち、ウラシル非要求性となったコロニーを回収した。これらのコロニーを、YM寒天培地プレート(グルコース2%、ペプトン0.5%、酵母エキス0.3%、麦芽エキス0.3%、及び寒天2%)上に移植して30℃で2日間培養し、生育した細胞を滅菌水に懸濁した。この懸濁液を、3xFMMX寒天培地プレート(酵母エキス0.3%、硝酸ナトリウム0.2%、リン酸二水素カリウム0.06%、硫酸マグネシウム七水和物0.06%、キシロース8%、及び寒天2%)及び3xFMMG寒天培地プレート(酵母エキス0.3%、硝酸ナトリウム0.2%、リン酸二水素カリウム0.06%、硫酸マグネシウム七水和物0.06%、グルコース8%、及び寒天2%)に点接種し、30℃で2日間培養した。コントロールのGFP非生産株としては、PGB371株を培養した。培養後の培地プレートを、LEDトランスイルミネーター(ゲルみえーる、富士フイルム和光純薬株式会社製)にセットし、GFPを励起して蛍光が発せられる様子を撮影した(励起波長395nm、蛍光波長509nm)。そして、撮影した画像から、画像解析ソフトウェアWinROOF2015およびImageJを用いて、GFPの蛍光強度を、蛍光を発したピクセル数と各ピクセルの輝度の積算値として算出した。コロニー面積で正規化したGFPの蛍光強度を表13に示す。
Figure 0007299623000014
変異型キシロース誘導性プロモーター(変異型P4又は変異型P4P6)を含むGFP発現カセットを含む細胞を、キシロースを含む3xFMMX寒天培地プレートで培養すると、蛍光が観察された。当該細胞をグルコースを含む3xFMMG寒天培地プレートで培養しても蛍光は観察されなかった。したがって、本発明の変異型キシロース誘導性プロモーターは、異種タンパク質の生産にも利用可能であることが分かった。
以上より、P.アンタクティカ由来のキシラナーゼプロモーター中の特定の配列を削除したキシロース誘導性プロモーターを使用することにより、下流の遺伝子の発現効率を向上できることが分かった。したがって、本発明のキシロース誘導性プロモーターが機能する微生物を、目的のタンパク質の大量生産に有用な宿主株の1つとして用いることが可能となる。

Claims (12)

  1. 配列番号1に示される塩基配列の変異塩基配列を含む、キシロース誘導性プロモーターであって、前記変異塩基配列が、以下の(a)~(e):
    (a)822番目~827番目、
    (b)905番目~963番目、
    (c)1014番目~1060番目、
    (d)1064番目~1069番目、及び
    (e)1297番目~1302番目
    の少なくとも1つの領域に少なくとも1種の変異を有しており、かつ配列番号1に示される塩基配列と比較して転写抑制作用が抑制されている、キシロース誘導性プロモーター。
  2. 前記変異塩基配列が、配列番号1の(a)~(e)の2つ以上の領域に変異を有している、請求項1に記載のキシロース誘導性プロモーター。
  3. 前記変異塩基配列が、配列番号1の(a)~(e)以外の領域に追加の変異を有している、請求項1又は2に記載のキシロース誘導性プロモーター。
  4. 前記変異塩基配列において、配列番号1の1番目~713番目の領域のすべて又は一部が欠失している、請求項1~3のいずれか1項に記載のキシロース誘導性プロモーター。
  5. 前記変異が、配列番号1の
    (a)822番目~827番目、
    (b)905番目~963番目、
    (c)1014番目~1060番目、
    (d)1064番目~1069番目、
    (d’)1061番目~1113番目、
    (e)1297番目~1302番目、及び
    (e’)1224番目~1303番目
    の少なくとも1つの領域のすべて又は一部の欠失である、請求項1~4のいずれか1項に記載のキシロース誘導性プロモーター。
  6. 前記(a)~(e’)の5’側又は3’側に連なる塩基配列も欠失している、請求項5に記載のキシロース誘導性プロモーター。
  7. 前記変異が、配列番号1の
    (a)822番目~827番目、
    (d)1064番目~1069番目、及び
    (e)1297番目~1302番目
    の少なくとも1つの領域のすべて又は一部の置換である、請求項1~4のいずれか1項に記載のキシロース誘導性プロモーター。
  8. 請求項1~7のいずれか1項に記載のキシロース誘導性プロモーターを含む、ベクター又は核酸分子。
  9. 前記キシロース誘導性プロモーターの下流に、目的のタンパク質をコードする塩基配列をさらに含む、請求項8に記載のベクター又は核酸分子。
  10. 請求項1~7のいずれか1項に記載のキシロース誘導性プロモーター、又は、請求項8又は9に記載のベクター又は核酸分子を含む、微生物。
  11. 担子菌である、請求項10に記載の微生物。
  12. 目的のタンパク質の生産方法であって、
    配列番号1に示される塩基配列の変異塩基配列を含むキシロース誘導性プロモーターを含み、かつ、前記キシロース誘導性プロモーターの下流に目的のタンパク質をコードする塩基配列を含む微生物を用意する工程と、
    前記微生物を培養して、目的のタンパク質を発現させる工程と
    を含み、前記変異塩基配列が、以下の(a)~(e):
    (a)822番目~827番目、
    (b)905番目~963番目、
    (c)1014番目~1060番目、
    (d)1064番目~1069番目、及び
    (e)1297番目~1302番目
    の少なくとも1つの領域に少なくとも1種の変異を有しており、かつ配列番号1に示される塩基配列と比較して転写抑制作用が抑制されている、生産方法。
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日本農芸化学会2015年度大会講演要旨集 (オンライン),2015年03月05日,3B33a11
日本農芸化学会2019年度大会講演要旨集 (オンライン),2019年03月05日,3D7p12

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