JPH01252291A - Vector for site-specific mutagenesis - Google Patents

Vector for site-specific mutagenesis

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JPH01252291A
JPH01252291A JP63080406A JP8040688A JPH01252291A JP H01252291 A JPH01252291 A JP H01252291A JP 63080406 A JP63080406 A JP 63080406A JP 8040688 A JP8040688 A JP 8040688A JP H01252291 A JPH01252291 A JP H01252291A
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JP
Japan
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vector
dna
site
mutation
phage
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JP63080406A
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Yoshihiko Maekawa
前川 宜彦
Masaharu Noda
昌晴 野田
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Toyobo Co Ltd
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Toyobo Co Ltd
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Publication date
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    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12NMICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N15/00Mutation or genetic engineering; DNA or RNA concerning genetic engineering, vectors, e.g. plasmids, or their isolation, preparation or purification; Use of hosts therefor
    • C12N15/09Recombinant DNA-technology
    • C12N15/10Processes for the isolation, preparation or purification of DNA or RNA
    • C12N15/102Mutagenizing nucleic acids

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Abstract

PURPOSE:To obtain a plasmid/phage fused vector collectible of mutated DNA in a high probability and capable of inserting DNA of large size, containing a gene in which an amber mutated codon in a gene region coding ampicillin resistance. CONSTITUTION:A vector pBSM 13(+) inserted with 454 nucleotide fragments from Rsa I to Dra I site of M13 DNA to restricted enzyme Nar I site of commercialized pBS vector and pBSM 13 are used as starting materials. The vector is a plasmid/phage fused vector containing an intergenic region derived from a bacteriophage M13, and an amber mutation is introduced to the vector. For instance; amber mutation is introduced, giving attention to 37 salts from Dde I site (2715) to Hpa 11 site (2752) of a gene region coding ampicillin resistance.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

(産業上の利用分野) 本発明は、遺伝子工学において使用される部位特異的変
異法(Site−Specific Mutagene
sis)に有効なベクターに関するものである。 (従来の技術) 近年、遺伝子工学手法による変異方法は、従来の遺伝学
的手法による変異法に比べ、変異株や変異遺伝子が正確
且つ高頻度に得られる為、重要な道具となってきている
。この遺伝子工学手法による変異は、あるDNA配列中
に目的とする変異を導入する手法であり、分子生物学、
蛋白工学研究等の研究にきわめて有効な手段の一つとな
ってきているものである。蛋白質の構造は、コーディン
グ領域のDNA配列を操作することにより、人為的に変
更できるため、自然界で見いだされる蛋白質、例えば酵
素の構造を変えることにより有効な特性をもつ酵素に改
質することが可能となってきている。その特性とは、蛋
白質の作用pl+、安定性、耐熱性、Km値、プロテア
ーゼ耐性等酵素の機能に関するものである。これらの特
性を変化させることで、設計目標にあった酵素に改質で
きる可能性があり、その将来性が期待されている。 また、遺伝子発現には転写、あるいは翻訳、RNAのプ
ロセッシングの過程を経て行われるが、DN^のレベル
でその塩基配列を逐次変化させることを検討すれば発現
の程度が変わる可能性があるため、生産性向上、発現機
構の研究に重要かつ欠くべからざる方法である。この他
、部位特異的変異法による手法は酵素やペプタイドの生
理活性物質の活性部位の検索、生理活性物質の分泌機構
の解明等、幅広く分子生物学、遺伝学に使用されている
。 部位特異的変異の典型的な操作手順は、次の項目から成
り立っている。(第1図参照)(1)  変異させたい
DNA断片を一本鎖DNAと二本鎖DNAで存在できる
ベクターにクローニングする。 (2)  変異させる領域を1個所ミスマツチさせる塩
基部分以外を相補的に合成したオリゴヌクレオチドを環
状−本鎖すコンビナンドDNAにハイブリダイズさせる
。 (3)  次に相補−本鎖オリゴヌクレオチドをプライ
マーとして、DNAポリメラーゼでフィリングイン、ラ
イゲーションで新合成鎖とオリゴヌクレオチドの5′端
と連結させる。 (4)  目的の変異点以外は、完全に相補的な2本鎖
DNAをH,co!iに形質転換し複製させ、親DNA
をもつファージクローンと変異DANをもつファージク
ローンを成育させる。 このようにして二種のDNAに由来するファージが調整
され、変異ファージクローンを分離して、これより変異
DNAを作成する。この場合、各DNA由来ファージの
生成する確率は50%と理論的に計算される。しかし実
際には変異DNAば極めて低収率であるのが現状である
。 (発明の解決しようとする課題) 従来の部位特異的変異法において、ベクターとしてファ
ージDNAすなわち旧3ファージ由来の・ベクターが使
用されているが、次に述べるような短所を持っており、
この方法が効率的に使用できないことが指摘されていた
。即ち、このベクターはファージ由来であるため大きな
りNA断片、例えば5Kb以上の長さのDNAは挿入さ
れにくい欠点をもっている。更にこのようなファージベ
クターはファージ特有の複製過程で変異か起こり易い欠
点が指摘されている。 (課題を解決するための手段) 本発明者らは、これらの欠点を改良したベクター、即ち
、(1)変異DNAが高い確率で採取される、(2)大
きなサイズのDNAの挿入が可能である、(3)複= 
3− 型中に組換え体ベクターが変異を受けないなど、これら
の長所をもつベクターを製造することに成功し、本発明
に達した。 すなわち本発明はアンピシリン耐性をコードする遺伝子
を含むプラスミド/ファージ融合ベクターであって、該
アンピシリン耐性をコードする遺伝子領域にアンバー変
異コドンが組入れられていることを特徴とする特許 ある。 本発明では、市販されているpBSベクター(Stra
tagene社製)の制限酵素Nar  Iサイトに、
M13DNAのRsa IからDra Iサイトまでの
454のヌクレオチド断片を挿入し、合成したベクター
pBsM13 +、およびpBsM13 − (Str
atagene社製)を出発材料として用いた。このベ
クターはバクテリオファージM13由来のインタージェ
ニックリージョンを含んでおり、プラスミド/ファージ
融合ベクターである。 このベクターの特徴は、塩基配列数が少なく( 320
4bp ) 、大きなサイズ( 5 Kb以上)の遺伝
子が挿入できる利点があり、且つM13ベクターでみら
れる短所、つまり複製時に変異が生ずる不安定性は認め
られない特徴を有しでいる。このベクターを保持ずるE
.coliにM13ヘルパーファージを感染させると一
本鎖DNAが収率よく産生される。この方法で一本鎖D
NAを採取できるのでヘルパーファージおよびオリゴヌ
クレオチドによる突然変異誘発によって、一本鎖変異D
N^を産生できる。しかしこのベクターでは同時に産生
きれる親一本鎖DNAから特異的に変異DNAを識別す
ることが容易でない欠点を有している。 本発明のベクターは、このベクターを改良することによ
り宿主で変異DNAをもつファージクローンを特異的に
選別し、迅速に変異体を作製することができるベクター
である。 前述の通り、ファージベクターを使用ずる従来の部位特
異的変異では、アンハー変異を導入したベクター、即ち
作成したい変異を組入れたオリゴヌクレオチドをアニー
リングさせ酵素で、フィリングインおよびライゲーショ
ンさせたハイブリッF’ 11 N Aを形質転換し、
複製した時、変異ファージクローンは5upE−株、5
upE’株いずれでも複製成育できるが、親ファージク
ローンは5upE+株のみで複製成育できる仕組みのベ
クターが使用されている。このベクターでは、前述した
ように、ファージクローンis、大きなサイズのDNA
が挿入できないこと、不安定な複製を示す短所をもって
いる。 本発明の部位特異的変異用ベクターは、プラスミドにM
13ファージのインタージェニックリージョンをもつプ
ラスミド/ファージ融合ベクターに、アンバー変異を導
入したものであり、プラスミl′/ファージ融合ベクタ
ー(pBS門13+、985M13− )にアンバー変
異を導入する領域として、アンピシリン耐性をコートす
る遺伝子に注目し、その機能を横なうことなく、変異を
導入したものである。 例えばアンピシリン耐性をコードする遺伝子領域のDd
e Iサイl−(2715)から1lpallサイト 
(2752)までの37塩基に注目し、以下に示す方法
でアンバー変異を導入した。 このDNAフラグメント(Dde r −11pa I
I )の塩基配列は下記に示す。 この領域にアンバー変異を導入するため、次の塩基配列
をもつDNAフラグメントを合成した。 上記合成11NA断片の塩基配列に示すように、985
M13 ベクターのDde Iザイトから、1Ipal
TサイトまでのDNAフラグメント中の二つのTTGコ
ドンをCTAに変化させたものである。これによりTT
GでコードされていたアスパラギンからCTAに変える
ことによりストップコドンに変化させられている。これ
は5up(−)株ではアンバーコドンUAGに対応して
グルタミンを取り込ませるはたらきをもった特別のtR
NAをもっていないため、ペプチド鎖はそこで終わって
しまい、タンパク質の機能が失われて生産できず、該株
は生育できないのに対して、5up(+)株では生育で
きる特徴をもたせているものである。この仕組みにより
変異ファージクローンと親ファージクローンが区別でき
るのである。つまり部位特異的変異体作成過程において
変異ファージクローンのDNA +まプラスミド/ファ
ージ融合ベクター(pBS旧3(+)、985M13(
−)の(÷)鎖から由来するのでアンバー変異を含まな
いのに対して、親ファージクローンのDNAはアンバー
変異を含むことになる。これはIIJ DNAをもつフ
ァージクローンがアンバーSup宿主に感染し培養すれ
ば、アンバー変異はレスキューされるが、5up(−)
株では成育できない。他方アンバー変異を持たない変異
ファージクローンを5up(−)株に感染、培養すれば
成育できるので変異ファージクローンのみを特異的に選
択できる。 本発明のベクターはT7RNAブロモター、T3RNA
ブロモターがポリリンカーサイト(EcoRI 、Sa
c I 。 3ma I X BamHI  、、Xba I  、
Sal I  、1linclI 、Acc I 。 Pst I 、 Sph I 、 tlind m )
の両側に配置されている。 この為部位特異的変異を受けた遺伝子を直ちにT7RN
AポリメラーゼT3RNAポリメラーゼによりRNAを
合成翻訳させタンパクまで生成し、変異による機能の変
化を調べることができる利点がある。多くのポリリンカ
ーサイトがあるので外来遺伝子を挿入しやすい特徴をも
っている。該ベクターをpKMN(+)及びpKMN(
−)と命名した。 次にpKMN(+)及びpKMN(−)の構築手順を示
す。 (1)  985M13(+)  及び985M13(
−)  からの八at  II(3140) −Pst
 I (924) (989bp)の調整まず985M
13(+)、985M13(−)から13のインタージ
ェニックリージョンを含む領域を調整するため制限酵素
AatIlおよびPst■でダブルダイジエスションを
行い、その消化物をアガロース電気泳動で989bpの
長さのDANフラグメントを分離精製した。985M1
3 (+)、および985M13(−)の制限酵素地図
は第2図第、3図に示す。Aat  U (3140)
−Pst I(924) (989bp)フラグメント
の調整のためダブルダイジェスションの反応条件は下記
の通りである。 上記混合物を温度37°Cで2時間反応させた。 (2)  pBsM13(+)からの八at II (
3139) −Hpa II (2752)(388b
p)、Dde I (2714) −Bgl  I (
2338)(377bp)、Bgl I (2337)
 −Pst I (925) (1413bp)の8周
整pBsM13(+)よりpKMN(+)、pKMN(
−)ベクター構築用の各DNAフラグメントを調整する
ため、それぞれの制限酵素でダブルダイジエスションを
おこない分解物をアガロース電気泳動し、アカ゛ロース
より分離精製した。この方法で第4図Gこ示されるDN
Aフラグメントを8周整した。 (3)  Hpa II (2751) −Dde I
 (2715)フラグメントの合成 pBsM13(+)  、pBsM13(−)のl1p
a II (2751) −Dde I (2715)
領域にアンバー変異を付与するため、下記のI)NAフ
ラグメントを常法に従い合成した。 (4)  本発明のpKMN(+)、pKMN(−)の
構築上記過程で調整したフラグメントよりアンバー変異
をもつベクターpKMN(+)、pKMN、(−)を構
築するため、各フラグメントの混合物をT4DNAリガ
ーゼで16°Cで一昼夜ライゲーションした。 以下余白 ライゲーション後、その反応液を市販のB、coliB
MH71−18MIITS (Sup(+) )にトラ
ンスフオームした。pitMN(+)作成用反応液から
3クローン、pKMN(−)作成用反応液から2クロー
ンを得た。このクローンから得たプラスミドをE、co
liMK30−3(Sup(−))に形質転換し、クロ
ーンの生成をテストしたが、生成りローンは皆無であり
、この5種のベクターはアンバー変異をもっていること
が確認された。更にインタージェニックリージョンの方
向性を確認するため、各プラスミドを形質転換株より調
整した。調整したプラスミドを制限酵素Nae I −
Pvu I 、Bam1l Iでダブルダイジエスショ
ンを行い、分解物を電気泳動してフラグメントの長さを
調べて方向性を確かめると予期した結果であった。 作成したpKMN(+)およびpKMN (〜)を第5
図および第6図に示す。 次に本発明の部位特異的変異用ベクターを用いて、生理
活性物質をコードする塩基配列に部位特異的変異を行な
った例を示す。 例1 ラット脳膜蛋白をコードする約6000bpのDNAの
塩基配列(以下rII−1^と表す)の2つの塩基を変
異させることにより、該蛋白の1315の位置にあるA
rgをGlnに、および1319の位置にあるArgを
Ginに変えることを試みた。このような変異に成功し
たかを判断するために、1つの塩基を変異させて制限酵
素Nsv Iで切断されるサイトを導入した。 各工程を以下に示す。 (1)  外来遺伝子γII−LAを挿入したpKMN
(−)の調載 γll−1八を本発明のpKMN(−)のポリリンカー
サイトに常法により挿入して組換え体プラスミドpKM
N(−) (T II−IA)を挿入した。この組換え
プラスミドを大腸菌J旧01に形質転換し、組換え体プ
ラスミドpKMN(−) (γII−LA)を保持した
TIKMN(−)(711−1八)/JMIOIを調整
した(21  pKMN(−) (T ll−1八)の
5sDNAの調整pKMN(−) (r II−IA)
/JMIOIを培地(ハタ!・トリプトン:16g/l
、酵母抽出物: 10 g /I、 NaC1: 15
 g /l、 pH7,6)に植菌しO,D、1loo
=0.3まで成育した時、ヘルパーファージR408を
moi20に加え水平傾斜振とう培養(37°C11h
r)を行った。これをもとに更に500m1フラスコで
50m1の培地(2xYT、アンピシリン100μB7
ml、カナマイシン100μg7ml、0.01%チア
ミン)で培養した。培養後、遠心分離し上澄みにポリエ
チレングリコール6000を20%、NaClを2.5
Mになるように加えてファージを沈澱させた。遠心分離
、(8000rpm、 15分)後、沈澱物を600 
μmのTlj緩衝液に加えて懸濁した。 更にxlOIligh Buffer 70 B 1、
DNaseとRNaseの混合物70μlを加えて、3
7°C11時間、インキュベートした。 反応終了後、フェノール処理、クロロホルム処理を二度
繰り返してから、水層にNaC1を加えて一20°Cで
放置し遠心分離後、沈澱を集めた。沈澱物に300μm
のTE緩衝液を加えて溶解し5sDNA (15μg)
を溶解した。更にフェノール処理、およびエタノール沈
澱を行い、沈澱物を100μlの蒸留水に加えて5sD
NA溶液を調整した。 (3)  γn−IAを挿入した985M13(−) 
r II−IAの調整 985M13(−)およびγII−IAから常法により
調整した985M13(−) T II −IA 15
8gを制限酵素Nsi 1および旧ulで切断した。更
にアルカリフオスファクターゼ処理を行った後、アクリ
ルアミドゲル電気泳動を行った。電気泳動後、ゲルから
抽出し、直鎖DNA のNsi I −Mlu Iフラ
グメンl−985M13(−)(γII−IA)を調整
した。 (4)  変異プライマーの調整 ラット脳膜蛋白をコードする遺伝子のアミノ酸、即ちA
rg (1315)−Gln、Arg (1319)→
→Glnに変えるため、下記のプライマーを作製した。 同時に変異を制限酵素による解析だけで選び出す目的で
、Phe (1320)の第3コドンT→Cに変える為
、下記のDNA配列のプライマー(下の鎖)を作製した
。この場合Phe (1320)はそのままで他のアミ
ノ酸に変化しない。 ・印をつけた箇所がミスマツチする塩基である。 下の鎖を鋳型にしてDNAが合成されると
(Field of Industrial Application) The present invention is directed to site-specific mutagenesis used in genetic engineering.
sis). (Conventional technology) In recent years, mutation methods using genetic engineering methods have become an important tool because mutant strains and mutant genes can be obtained more accurately and more frequently than mutation methods using conventional genetic methods. . Mutation by this genetic engineering method is a method of introducing a desired mutation into a certain DNA sequence, and is based on molecular biology,
This has become one of the most effective tools for research such as protein engineering research. The structure of a protein can be artificially changed by manipulating the DNA sequence of the coding region, so by changing the structure of a protein found in nature, such as an enzyme, it is possible to modify it into an enzyme with effective properties. It is becoming. The properties relate to enzyme functions such as protein action pl+, stability, heat resistance, Km value, and protease resistance. By changing these properties, it is possible to modify the enzyme to meet the design goals, and this is expected to have great potential in the future. In addition, gene expression takes place through the processes of transcription, translation, and RNA processing, but if we consider sequentially changing the base sequence at the DN^ level, the degree of expression may change. It is an important and indispensable method for improving productivity and researching the expression mechanism. In addition, site-directed mutagenesis techniques are widely used in molecular biology and genetics, such as searching for active sites in physiologically active substances such as enzymes and peptides, and elucidating secretion mechanisms of physiologically active substances. A typical procedure for site-directed mutagenesis consists of the following items: (See Figure 1) (1) Clone the DNA fragment you want to mutate into a vector that can exist as single-stranded DNA or double-stranded DNA. (2) An oligonucleotide synthesized complementary to the base portion that mismatches the region to be mutated at one location is hybridized to a circular-main-stranded combination DNA. (3) Next, using a complementary double-stranded oligonucleotide as a primer, filling-in is performed using DNA polymerase, and ligation is performed to connect the newly synthesized strand to the 5' end of the oligonucleotide. (4) H,co! double-stranded DNA that is completely complementary except for the desired mutation point. i and allow it to replicate, and the parental DNA
and a phage clone having the mutant DNA are grown. In this way, phage derived from two types of DNA are prepared, a mutant phage clone is isolated, and mutant DNA is created from this. In this case, the probability of generation of each DNA-derived phage is theoretically calculated to be 50%. However, in reality, the yield of mutant DNA is extremely low. (Problems to be Solved by the Invention) In conventional site-directed mutagenesis methods, phage DNA, that is, vectors derived from the three old phages, are used as vectors, but they have the following disadvantages:
It has been pointed out that this method cannot be used efficiently. That is, since this vector is derived from a phage, it has the disadvantage that it is difficult to insert large NA fragments, for example, DNA with a length of 5 Kb or more. Furthermore, it has been pointed out that such phage vectors have the disadvantage that mutations are likely to occur during the replication process peculiar to phages. (Means for Solving the Problems) The present inventors have developed a vector that has improved these drawbacks, namely: (1) mutant DNA can be collected with a high probability; (2) large-sized DNA can be inserted. There is, (3) compound =
The present invention has been achieved by successfully producing a vector having these advantages, such as the recombinant vector not undergoing mutation during the 3-type. That is, the present invention is a plasmid/phage fusion vector containing a gene encoding ampicillin resistance, and is a patent characterized in that an amber mutation codon is incorporated into the gene region encoding ampicillin resistance. In the present invention, a commercially available pBS vector (Stra
tagene) restriction enzyme Nar I site,
A 454 nucleotide fragment from Rsa I to Dra I site of M13 DNA was inserted into the synthesized vectors pBsM13 + and pBsM13 − (Str
Atagene) was used as a starting material. This vector contains an intergenic region derived from bacteriophage M13 and is a plasmid/phage fusion vector. This vector is characterized by a small number of base sequences (320
It has the advantage of being able to insert genes of large size (5 Kb or more), and does not suffer from the disadvantage of M13 vectors, that is, the instability that causes mutations during replication. E to hold this vector
.. When E. coli is infected with M13 helper phage, single-stranded DNA is produced in good yield. In this method, single-stranded D
Since NA can be collected, single-stranded mutations D can be generated by mutagenesis using helper phages and oligonucleotides.
Can produce N^. However, this vector has the disadvantage that it is not easy to specifically identify mutant DNA from the parent single-stranded DNA that can be produced simultaneously. The vector of the present invention is a vector that can be improved to specifically select phage clones having mutant DNA in a host and rapidly produce mutants. As mentioned above, in conventional site-directed mutagenesis using a phage vector, a vector into which an unhar mutation has been introduced, that is, an oligonucleotide incorporating the desired mutation to be created, is annealed, and the hybrid F' 11 N is filled in and ligated with an enzyme. Transform A.
When replicated, the mutant phage clones were 5upE-strain, 5
Although any upE' strain can replicate and grow, the parent phage clone uses a vector that can replicate only in the 5upE+ strain. In this vector, as mentioned above, phage clone is, large size DNA
It has the disadvantage of not being able to be inserted, and of unstable replication. The site-directed mutagenesis vector of the present invention has M
This is a plasmid/phage fusion vector with an intergenic region of 13 phages, in which an amber mutation is introduced. We focused on the gene that coats the protein and introduced mutations without altering its function. For example, Dd in the gene region encoding ampicillin resistance
e 1lpall site from I-Sai-(2715)
Focusing on the 37 bases up to (2752), an amber mutation was introduced using the method shown below. This DNA fragment (Dder-11pa I
The base sequence of I) is shown below. In order to introduce an amber mutation into this region, a DNA fragment having the following base sequence was synthesized. As shown in the base sequence of the synthetic 11NA fragment above, 985
From Dde Izyte of M13 vector, 1Ipal
Two TTG codons in the DNA fragment up to the T site were changed to CTA. This allows TT
The stop codon is changed from asparagine encoded by G to CTA. In the 5up(-) strain, this is a special tR that has the function of incorporating glutamine in response to the amber codon UAG.
Since it does not have NA, the peptide chain ends there, and the protein function is lost and it cannot be produced, making the strain unable to grow, whereas the 5up(+) strain has the characteristic of being able to grow. . This mechanism makes it possible to distinguish between mutant phage clones and parent phage clones. In other words, in the process of creating site-specific mutants, the DNA of the mutant phage clone + plasmid/phage fusion vector (pBS old 3 (+), 985M13 (
Since it is derived from the (÷) strand of -), it does not contain an amber mutation, whereas the DNA of the parent phage clone contains an amber mutation. This is because if a phage clone carrying IIJ DNA infects an Amber Sup host and cultivates it, the Amber mutation will be rescued, but the 5up (-)
It cannot grow on stocks. On the other hand, if a mutant phage clone that does not have the amber mutation is infected with the 5up (-) strain and cultured, it can grow, so only mutant phage clones can be specifically selected. The vector of the present invention includes T7 RNA bromoter, T3 RNA
The bromoter is a polylinker site (EcoRI, Sa
cI. 3ma I X BamHI,, Xba I,
SalI, 1linclI, AccI. Pst I, Sph I, tlind m)
are placed on both sides. For this reason, the gene that has undergone site-specific mutation is immediately transferred to T7RN.
A polymerase T3 RNA polymerase synthesizes and translates RNA to produce proteins, which has the advantage of being able to examine changes in function due to mutations. It has many polylinker sites, making it easy to insert foreign genes. The vector was transformed into pKMN(+) and pKMN(
−). Next, the construction procedure of pKMN(+) and pKMN(-) will be shown. (1) 985M13(+) and 985M13(
-) from 8at II (3140) -Pst
Adjustment of I (924) (989bp) First 985M
13(+), 985M13(-) to 13 to adjust the region containing the intergenic region 13, double digestion was performed with restriction enzymes AatIl and Pst■, and the digested product was subjected to agarose electrophoresis to obtain a 989bp long DNA. The fragment was isolated and purified. 985M1
The restriction enzyme maps of 3 (+) and 985M13 (-) are shown in FIGS. 2 and 3. Aat U (3140)
-Pst I (924) (989 bp) The reaction conditions for double digestion for the preparation of the (989 bp) fragment are as follows. The above mixture was reacted for 2 hours at a temperature of 37°C. (2) 8at II from pBsM13(+) (
3139) -Hpa II (2752) (388b
p), Dde I (2714) - Bgl I (
2338) (377bp), Bgl I (2337)
-Pst I (925) (1413bp) pKMN(+), pKMN(
-) In order to prepare each DNA fragment for vector construction, double digestion was performed with each restriction enzyme, the digested products were subjected to agarose electrophoresis, and separated and purified from agarose. In this way, the DN shown in Figure 4
The A fragment was trimmed 8 times. (3) Hpa II (2751) -Dde I
(2715) Synthesis of fragment pBsM13(+), l1p of pBsM13(-)
a II (2751) -Dde I (2715)
In order to impart an amber mutation to the region, the following I) NA fragment was synthesized according to a conventional method. (4) Construction of pKMN(+) and pKMN(-) of the present invention In order to construct vectors pKMN(+), pKMN, and (-) with amber mutations from the fragments prepared in the above process, a mixture of each fragment was injected into T4DNA. Ligation was performed overnight at 16°C using ligase. After ligation, the reaction solution was mixed with commercially available B, coliB
It was transformed into MH71-18MIITS (Sup(+)). Three clones were obtained from the reaction solution for producing pitMN(+), and two clones were obtained from the reaction solution for producing pKMN(-). The plasmid obtained from this clone was
The vectors were transformed into liMK30-3 (Sup(-)) and tested for clone production, but no clones were produced, confirming that these five vectors had an amber mutation. Furthermore, in order to confirm the orientation of the intergenic region, each plasmid was prepared from the transformed strain. The prepared plasmid was digested with restriction enzyme Nae I −
Double digestion was performed with Pvu I and Bam1l I, and the fragment length was examined by electrophoresis of the decomposed product to confirm the directionality. This was the expected result. The created pKMN (+) and pKMN (~) are
As shown in FIG. Next, an example will be shown in which a base sequence encoding a physiologically active substance was subjected to site-specific mutation using the site-directed mutation vector of the present invention. Example 1 By mutating two bases of the approximately 6000 bp DNA base sequence (hereinafter referred to as rII-1^) encoding rat brain membrane protein, A at position 1315 of the protein was mutated.
We tried changing rg to Gln and Arg at position 1319 to Gin. In order to determine whether such mutations were successful, one base was mutated to introduce a site that can be cleaved with the restriction enzyme Nsv I. Each step is shown below. (1) pKMN inserted with foreign gene γII-LA
Prepared γll-18 of pKMN(-) of the present invention was inserted into the polylinker site of pKMN(-) of the present invention by a conventional method to create a recombinant plasmid pKM.
N(-) (T II-IA) was inserted. This recombinant plasmid was transformed into Escherichia coli JOld01, and TIKMN(-)(711-18)/JMIOI containing the recombinant plasmid pKMN(-) (γII-LA) was prepared (21 pKMN(-) ) Preparation of 5sDNA of (Tll-18) pKMN(-) (r II-IA)
/ JMIOI as a medium (Gata! Tryptone: 16g/l
, yeast extract: 10 g/I, NaCl: 15
g/l, pH 7,6) and O, D, 1looo
= 0.3, helper phage R408 was added to moi 20 and cultured with horizontal tilting shaking (37°C for 11 h).
r) was performed. Based on this, add 50ml of medium (2xYT, ampicillin 100μB7) in a 500ml flask.
ml, 100 μg of kanamycin (7 ml, 0.01% thiamine)). After culturing, centrifuge and add 20% polyethylene glycol 6000 and 2.5% NaCl to the supernatant.
M was added to precipitate the phages. After centrifugation (8000 rpm, 15 minutes), the precipitate was centrifuged at 600 rpm.
It was added and suspended in μm Tlj buffer. Furthermore, xlOIlight Buffer 70 B 1,
Add 70 μl of DNase and RNase mixture,
Incubate at 7°C for 11 hours. After the reaction was completed, phenol treatment and chloroform treatment were repeated twice, NaCl was added to the aqueous layer, the mixture was left at -20°C, centrifuged, and the precipitate was collected. 300 μm in the precipitate
Add TE buffer and dissolve 5sDNA (15 μg).
was dissolved. Furthermore, phenol treatment and ethanol precipitation were performed, and the precipitate was added to 100 μl of distilled water to give 5 sD
A NA solution was prepared. (3) 985M13(-) with γn-IA inserted
r Preparation of II-IA 985M13(-) prepared from 985M13(-) and γII-IA by a conventional method T II-IA 15
8 g was cut with restriction enzymes Nsi 1 and old ul. After further treatment with alkaline phosphatase, acrylamide gel electrophoresis was performed. After electrophoresis, it was extracted from the gel and the linear DNA Nsi I-Mlu I fragment l-985M13(-) (γII-IA) was prepared. (4) Adjustment of mutant primers The amino acid of the gene encoding rat brain membrane protein, namely A
rg (1315)-Gln, Arg (1319)→
→ In order to change to Gln, the following primers were prepared. At the same time, a primer (lower strand) with the following DNA sequence was prepared in order to change the third codon of Phe (1320) from T to C in order to select the mutation only by restriction enzyme analysis. In this case, Phe (1320) remains unchanged and does not change to other amino acids.・The marked part is the mismatched base. When DNA is synthesized using the lower strand as a template

【  】の所
が下記の配列を有し、アンダーラインの所にN5pVサ
イトが新しくできることになる。 ↓ 変異に使用する上記プライマー(オリゴマー56mer
 )を下記方法でラベリングした。 プライマー(12pmol)   2   p lキナ
ーゼ緩衝液    0.5 μm (γ−32P)−ATP     O,5μm3.5 
μm 上記混合物を37°Cで30(分間)反応させた。 10n+M ATP(cold)     0.5 μ
m1.0 μl さらに上記混合物を加えて37°Cで30分間反応させ
た。 (5)  ギヤップドデュブレツクスDNAの構築(八
) dsDNAと5sDNAのハイフ゛リダイゼーショ
ン (3)で作成したdsDNA断片を含むベクター、即ち
Nsi I−旧uIフラグメントを含むpBsl’11
3(−) (T11−1八)0.6μg及び(2)で作
成したpKMN(−) (γ■−IA)の5sDN八1
.5μgを次のようにハイフ゛リダイゼーションした。 上記混合物をつくり、100°Cで3分間加熱後、65
°Cで更に5−10分間インキユーヘートした。この後
−20°Cで凍結した。試料(1)の反応液はN5ir
−旧ulフラグメンI−pBsM13(−) (r n
−IA)の二重鎖がなくなっており、Nsi I −M
lu Iフラグメント−pBsM13(−) (γII
−IA)とpKMN(−)(γII−LA)の5sDN
八がハイフ゛リダイセションしていることをアガロース
電気泳動で確認した。 (B)変異プライマーのアニーリング (5) −(八)で作製したハイブリダイゼーション反
応液と(4)で作製したラヘリングされた変異プライマ
ーを下記のようにアニーリングさせた。 ハイブリダイゼーション反応液  8 μmラベルされ
た変異プライマー   1.51tl■1゜0    
         0.5μm10.0 μm 上記混合物を調整し、65°Cで5分間加熱後、ゆっく
り室温まで下げてアニーリングさせた。 (C) ポリメリゼーションとライゲーション(5)−
(B)で作製したプライマーアニーリングDNAのポリ
メリーゼーションとフィリング−インを次′のように行
った。 蒸  留  水                  
  23  μmxlo フィリング緩衝液     
  4 μmクレノー断片           1 
μIT4  DNA   リ ガーゼ        
          2   μ 140  μm 上記混合物を室温で45分間反応させた後、0.5M 
EDTA(pH8,0)1 u Iを加えて反応を止め
、65°CIO分間インキュへ−1−した。 ×10 フィリング緩衝液は次の組成を有する。 −19= 625mM  KCl 275mM  Tris−11cI (pH7,5)1
50mM  M@C1z 20mM  DTT 0 、5 m M  A T P o、25mM  of  4  dNTPs  eac
h反応後、アガロース電気泳動をおこないフィリングさ
れていることを確認した。 (D) E、coli 5upressor E”株へ
の形質転換フィリングインさせたDNA反応液30μl
、 xloクロラムフェニコール20μ+、水150 
p 1.E、coli 5uptE”のコンビ−テント
セルを混合し、寒天プレートに塗布し、−夜インキユヘ
ートしてコロニーヲ成育させ、合計38個のコロニーの
生成を観察した。 (E)  コロニーからのDNA分離 38個のコロニーから12のクローンを採取してプラス
ミドを抽出し、精製して100μmのDNA溶液とした
。 (F) E、coli 5upE−株への形質転換(5
)iE)で調整した各クローンのDNAを下記の方法で
E、coli E−株であるMX30−3に形質転換し
た。 DNA                      
   3 μ 1クロラムフエニコール(xlo)  
50 μm106 μm 上記混合液を寒天プレートに塗布させインキュベートシ
コロニーを成育させた。生育したコロニーの数は下記の
通りであった。 (G) DNAの分離と制限酵素N5pVによる変異の
確認 各プレートよりコロニーを楊枝で釣り上げそれよりDN
Aを抽出(PIEG沈澱法)し、DNA溶液を調整した
。調整したIIINA ?8液5μmを制限酵素Nsν
1で切断し、消化液をアガロース電気泳動をおこない制
限酵素N5pVによる切断性をしらべた。その結果12
クローンの中で9クローンはN5pVで切断され、3り
l’J−ンは切断されなかった。9クローンのDNAは
変異を受けていることを確認するためサンガー法により
DNA配列決定を行い、Arg (1315)−→Gl
n、、Arg(1319)→Glnに変異を生じている
ことを確認した。 (発明の効果) 本発明の部位特異的変異用ベクターは変異DNAが高い
確率で採取され、大きなサイズのDNA挿入が可能とな
る、複製中の組換え体ベクターが変異を受けないなどの
利点を有している。このような部分特異的変異用ベクタ
ーを用いて、人為的に蛋白質の構造を変えることにより
有効な特性をもつ蛋白質に改質することができる。また
塩基配列を逐次変更させることにより、遺伝子発現の機
構の研究等を行なうことができ、その用途は多岐にわた
るものである。
The part in [ ] has the following sequence, and a new N5pV site will be created in the underlined part. ↓ The above primer used for mutation (oligomer 56mer
) was labeled using the following method. Primer (12 pmol) 2 pl Kinase buffer 0.5 μm (γ-32P)-ATPO, 5 μm 3.5
μm The above mixture was reacted at 37°C for 30 minutes. 10n+M ATP (cold) 0.5μ
ml 1.0 μl The above mixture was further added and reacted at 37°C for 30 minutes. (5) Construction of gapped duplex DNA (8) Vector containing the dsDNA fragment created by hybridization of dsDNA and 5sDNA (3), namely pBsl'11 containing the Nsi I-old uI fragment
3(-) (T11-18) 0.6 μg and 5sDN81 of pKMN(-) (γ■-IA) prepared in (2)
.. 5 μg was hybridized as follows. After making the above mixture and heating it at 100°C for 3 minutes,
Incubate for an additional 5-10 minutes at °C. After this, it was frozen at -20°C. The reaction solution for sample (1) was N5ir.
-old ul fragment I-pBsM13(-) (r n
-IA) double strand is missing, and Nsi I -M
lu I fragment-pBsM13(-) (γII
-IA) and pKMN(-)(γII-LA) 5sDN
It was confirmed by agarose electrophoresis that 8 had undergone hybridization. (B) Annealing of mutant primers The hybridization reaction solutions prepared in (5) to (8) and the lahered mutant primers prepared in (4) were annealed as follows. Hybridization reaction solution 8 μm labeled mutant primer 1.51tl 1゜0
0.5 μm 10.0 μm The above mixture was prepared, heated at 65° C. for 5 minutes, and then slowly cooled to room temperature for annealing. (C) Polymerization and ligation (5)-
Polymerization and filling-in of the primer annealed DNA prepared in (B) were performed as follows. Distilled water
23 μmxlo filling buffer
4 μm Klenow fragment 1
μIT4 DNA ligase
2μ 140μm After reacting the above mixture at room temperature for 45 minutes, 0.5M
The reaction was stopped by adding 1 uI of EDTA (pH 8,0) and incubated for 65°CIO minutes. The ×10 filling buffer has the following composition. -19=625mM KCl 275mM Tris-11cI (pH7,5)1
50mM M@C1z 20mM DTT0, 5mM ATPO, 25mM of 4 dNTPs eac
After the reaction, agarose electrophoresis was performed to confirm that the mixture was filled. (D) 30 μl of DNA reaction solution filled in for transformation into E. coli 5uppressor E” strain
, xlo chloramphenicol 20μ+, water 150
p1. E. coli 5uptE" combinant cells were mixed, spread on an agar plate, incubated overnight to grow colonies, and observed the formation of a total of 38 colonies. (E) Isolation of DNA from the colonies. Twelve clones were collected from the colony, plasmids were extracted, and purified to make a 100 μm DNA solution. (F) Transformation into E. coli 5upE- strain (5
) The DNA of each clone prepared in iE) was transformed into E.coli E-strain MX30-3 by the following method. DNA
3 μ 1 Chloramphenicol (xlo)
50 μm 106 μm The above mixture was applied to an agar plate and incubated to grow colonies. The number of colonies that grew was as follows. (G) Isolation of DNA and confirmation of mutation using the restriction enzyme N5pV Pick up a colony from each plate with a toothpick and use the DNA
A was extracted (PIEG precipitation method) and a DNA solution was prepared. Adjusted IIINA? Restriction enzyme Nsν
1, and the digested solution was subjected to agarose electrophoresis to examine the cleavability with the restriction enzyme N5pV. Result 12
Among the clones, 9 clones were cleaved with N5pV, and the 3 l'J-on was not cleaved. In order to confirm that the DNA of the 9 clones had undergone mutations, DNA sequencing was performed using the Sanger method, and Arg (1315)-→Gl
It was confirmed that a mutation occurred from n, Arg (1319) to Gln. (Effects of the Invention) The site-directed mutagenesis vector of the present invention has advantages such that mutated DNA is collected with a high probability, large-sized DNA can be inserted, and the recombinant vector during replication is not mutated. have. By artificially changing the structure of a protein using such a vector for part-specific mutation, it is possible to modify the protein into one with effective properties. Furthermore, by sequentially changing the base sequence, it is possible to study the mechanism of gene expression, and its uses are wide-ranging.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は部位特異的変異法の典型的な操作手順を示す。 第2図は983M13 (+)の制限酵素地図を示す。 第3図は983M13(−)の制限酵素地図を示す。 第4図は983M13(+)の3つのフラグメントを示
ず。 第5図は本発明のpKMN(+)の制限酵素地図を示す
。 第6図は本発明のpKMN(−)の制限酵素地図を示す
。 特許出願人  東洋紡績株式会社 占        −
FIG. 1 shows a typical procedure for site-directed mutagenesis. FIG. 2 shows a restriction enzyme map of 983M13 (+). FIG. 3 shows a restriction enzyme map of 983M13(-). Figure 4 does not show the three fragments of 983M13(+). FIG. 5 shows a restriction enzyme map of pKMN(+) of the present invention. FIG. 6 shows a restriction enzyme map of pKMN(-) of the present invention. Patent applicant: Toyobo Co., Ltd. -

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] アンピシリン耐性をコードする遺伝子を含むプラスミド
/ファージ融合ベクターであって、該アンピシリン耐性
をコードする遺伝子領域にアンバー変異コドンが組入れ
られていることを特徴とする部位特異的変異用ベクター
1. A plasmid/phage fusion vector comprising a gene encoding ampicillin resistance, the vector for site-specific mutation comprising an amber mutation codon incorporated into the gene region encoding ampicillin resistance.
JP63080406A 1988-03-31 1988-03-31 Site-directed mutagenesis vector Expired - Lifetime JPH07102134B2 (en)

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