JPH01501117A - コンピテント真核生物遺伝子生産物の生産について改良された熱ショック制御方法および系 - Google Patents

コンピテント真核生物遺伝子生産物の生産について改良された熱ショック制御方法および系

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JPH01501117A
JPH01501117A JP50463886A JP50463886A JPH01501117A JP H01501117 A JPH01501117 A JP H01501117A JP 50463886 A JP50463886 A JP 50463886A JP 50463886 A JP50463886 A JP 50463886A JP H01501117 A JPH01501117 A JP H01501117A
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(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

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【発明の詳細な説明】 コンピテント真核生物遺伝子生産物の生産について改良された熱ショック制御方 法および系導入部 種々の細胞型(タイプ)中熱ショック制御下での注目している遺伝子生産物の生 産に対する熱シヨツク発現要素の使用および好都合は、ドレアノ(DREANO )等によりジーン(gene)、(1986年、印刷中)に記載されている。
この技術は、有効で一般的かつ高度に誘導可能な特性を有する真核生物発現系と して固有の好都合を有している。これらの因子は、医薬的におよび他に注目され る蛋白質の商業的生産に対して大いに興味深いものである。これらの蛋白質が複 雑であり、変形されており、不安定でありまたは生産細胞に対して潜在的に毒性 である場合にとりわけ興味深い。
生きている細胞中の天然の熱シヨツク系は、とりわけ、複雑でまだ十分には定義 されていない保護機能の役割を果たす。
熱シヨツク転写および翻訳の熱シヨツク制御要素の性質は、おそらく、それらの 要素に関連した遺伝子生産物の生理学的役割の最適化に至るように進化したので あろう。熱シヨツクメツセンジャーRNAおよび蛋白質の生産および安定性の特 徴は、それらの生理学的役割に特異的であり、従って注目している蛋白質の熱シ ヨツク制御される生産に対して必ずしも最適に望ましいものであるとは限らない 。熱ショックプロモーター領域ならびに熱シヨツクRNAリーダー中に含まれる 配列ドメインの数は、例えば、アミン(AMIN)等、モル、セル。
パイオル、 (Mo1.Ce11.Biol、) 5、(1985年)、197 〜203に記載されているので、本発明者らには、非コード熱シヨツク制御造成 物における配列変形は注目の蛋白質の生産に好都合な変異配列造成物に至り得る ように思われた。また、実際的な目的に対して、高レベルの発現のために温度ま たは他のストレスの閾値を下げることが好都合となり得る。このような変形は、 熱シヨツク制御下での注目している遺伝子の誘導を大規模培養の状態でより経済 的なものにすることができる。
さらに、より少ない程度のストレスにさらされる生産細胞は、おそらくストレス から生ずる損傷の影響なしに、高レベルの蛋白質合成を一層よく支持することを 可能とし得る。
さらに、熱シヨツク制御要素も、関与している発現系と選ばれた宿主細胞機構と の間の適合性を改善するようにヒトゲノムから選択された。
主ユ勿監! 請求の範囲第1項によって要約された本発明の方法に導かれる変形は、主として 、独立にまたは組合わせて適用される3つの種類のもの1.すなわち、ヌクレオ チド挿入、ヌクレオチド欠失およびヌクレオチド置換からなっていることができ る。挿入および欠失は単一のヌクレオチドまたはポリヌクレオチドフラグメント を含んでいることができる。3′および/または5′非翻訳配列はhsp遺伝子 、外来遺伝子または合成りNA、例えば、リンカ−およびアダプターから誘導す ることができ、そしてATGイニシェークーに隣接したリポソーム結合および翻 訳開始部位配列を含んでいる。一部の変形は、式CnnGAAnnTTCnnG の、ドロソフイラ・メラノガスタ−(敗匹並肚圏Melanogaster)の hsp70KDa中の、ペルハム(PELHA?I)等〔トレンズ・ジェネソト (Trends Genet)上(1985年)、31〜34〕によって特定さ れるhsコンセンサス配列にも関連している。この配列提案は決して排他的なも のでなく、この時点でこれらの著者に入手可能であったデータに基づ(彼らの提 案である。熱シヨツクコンセンサス配列の本発明者らのデータベースは広がって いるので、本発明者らは記載可能な統計的コンセンサス配列の変化を予想するこ とができる。
本発明のある態様において、5′非翻訳領域中のこのような配列の数を、hsp 70KDa遺伝子に通常存在している配列数より増加させた。他の態様において 、前記配列の互いに他に対する位置および他のプロモーター要素に対する位置を 変化させた。「熱シヨツク遺伝子制御要素」は、RNAへのDNA転写の制御を 可能とする熱シヨツクプロモーターおよび蛋白質への翻訳制御に影響を及ぼす熱 シヨツクRNAリーダー配列の両方から構成されているものとして定義される。
熱シヨツクプロモーターの活性は細胞の型から独立しており、一方特異的熱ショ ック翻訳制御はRNAリーダーのホモロジーおよび発現に用いられる細胞または 生物に大きく依存していることが一般に観察されている。
本発明は、熱シヨツク遺伝子翻訳制御要素、熱シヨツク遺伝子プロモーター配列 およびリーダー配列を含むタイプの熱シヨツク遺伝子制御要素の制御下で、遺伝 子生産物(アミノ酸の配列、すなわち蛋白質を含む)の生産をコードする、遺伝 子の発現を高めおよび誘導する方法を提供する。この方法は、以下の(1)〜( 4)の工程を含んでなる:(1)プラスミド内へ挿入可能なフラグメント中にデ オキシヌクレオチドの配列を組立て、5′から3′方向に順番に熱シヨツク遺伝 子プロモーター配列、転写開始部位配列、蛋白質生産における翻訳制御のための 転写されるが翻訳されない5′リーダー配列、翻訳開始をコードするコンセンサ ス配列、蛋白質の生産をコードする遺伝子配列、および3′末端の非翻訳配列を 含むようにする工程、 前記熱シヨツク遺伝子プロモーター配列は1500個以下のデオキシヌクレオチ ドおよび2〜12個の熱シヨツクプロモーターコンセンサス領域を含んでおり、 前記熱シヨツクプロモーターコンセンサス領域は各々、実質的に下記式:%式% 〔上式中、1〜4位置および9〜11位置にある式中の少なくとも5個のデオキ シヌクレオチドが熱シヨツクプロモーターコンセンサスSN域から熱シヨツクプ ロモーターコンセンサス領域まで実質的に保存され、そしてnは各々独立してA 。
T、CまたはGから選ばれる〕に等しい式で表わされる11個以下のデオキシヌ クレオチドを含んでいる、翻訳開始をコードするコンセンサス配列は20個以下 のデオキシヌクレオチドを含んでおりそして実質的に下記式:%式% 〔上式中、CCおよびCCは少なくとも25%の発生頻度で−1,−2および− 4,−5の位置において優位を占め、Aは約80%の発生頻度で−5の位置にお いて優位を占め、ATGは約90%の発生頻度で1.2および3の位置において 優位を占め、そしてGは40〜60%の発生頻度で4の位置において優位を占め ており、 nはそれぞれ独立してA、T、CまたはGから選ばれ、yは0〜11から選ばれ 、そしてXは0〜yから選ばれる〕を含んでいる、 3′末端の非翻訳配列は3000以下のデオキシヌクレオチドの非翻訳遺伝子配 列、ターミネータ−配列およびポリA付加配列を含んでいる、 (2)プラスミド内へ前記フラグメントを挿入して、熱シラツク遺伝子プロモー ターで制御されるプラスミドを形成する工程、 (3)蛋白質の生産をコードする遺伝子の発現を許容する(コンピテント)真核 細胞中に、前記熱シヨツク遺伝子プロモーターで制御されるプラスミドを挿入す る工程、および(4)前記真核細胞にストレスを与えて、蛋白質の生産をコード する遺伝子の発現を誘導する工程。
上記工程(1)においておよび請求の範囲において理解されるように、順序は、 示された順序で組立てられるDNA配列に対して重要であるが、追加の介在ヌク レオチドを、損傷を伴わずに、順序づけられた配列の間に含めることができる。
好ましくは、熱シヨツク遺伝子プロモーターは、ドロソフィラ・メランカスタ一 旦匹肚蛙旦n 懸旦用旦旦旦の熱シッソクゲノムDNA、とりわけ70キロダル トンの熱シヨツク蛋白質をコードする遺伝子から誘導される。
熱シヨツク遺伝子制御要素は、RNAへのDNA転写を可能とする熱シヨツクプ ロモーター、および蛋白質へのRNAの翻訳制御に影響を及ぼす熱ショックリー ダー配列の両方からなっている。熱シヨツクプロモーターの活性は特定の真核細 胞から独立しているが、一方、熱シヨツク翻訳はRNAリーダーのホモロジーお よびその発現のために使用される細胞性生物に依存している。
RNAリーダー配列である、転写されるが翻訳されない5′リーダー配列は、転 写開始部位と翻訳開始部位との間にある。
このリーダーは、熱シヨツク温度において翻訳を惹起させ得る熱シヨツクリーダ ーまたは通常の増殖温度においてRNA翻訳を可能とする別の供給源からのリー ダーであることができる。
厘Ij」11ηl肌 ここで、本発明を図面を参照して説明する0図面には、DNA配列を規定する記 号が示されている(第7図を参照のこと)。
第1a図は、pBR322から誘導されそしてヒトλゲノムライブラリー〔ヴエ ルミー(VOELL?’lY)等、PNAS US^、82(1985年)49 49〜4953年)から単離されたヒト熱シヨツク制御配列を含んでいるDNA 造成物、プラスミドp17を表わしている。
第1b図は、ポリリンカーフラグメント内にBa■II制限部位を含むプラスミ ドpsp ss (二ニー・イングランド・ニエークレア・ラボラトリーズOl ew England Nuclear Laboratories))を表わ している。
第1C図は、p17からのEcoRI(フィルイン) −H1ndlllフラグ メントをpsp 65のPvulI−RindI11部位に挿入して得たプラス ミドP1765JOを表わしている。
第1d図は、p1765JoのBgj!II消化およびBa5HIを用いた部分 消化および得られた3、4Kbフラグメントの自己連結から得られたプラスミド p17Joを表わしている。
第2a図は、ヒト成長ホルモン(bC;H)のc−DNAフラグメントを含有す るプラスミドphGH(英国、スラウ(Slough)、セルチック社(Cel ltech Ltd、)から入手〕を表わしている。
第2b図は、phGHのBa5HIフラグメントをpsP 65のBa5H1部 位に挿入して得たプラスミドpsPhGHを表わしている。
第2C図は、psPhGHのSaj! I−BindlllフラグメントをP1 7JO(第1d図)のポリリンカーの対応する制限部位に挿入して得たプラスミ ドp17hGllを表わしている。
第3a図は、hGH翻訳開始部位に先行する配列中の6個のヌクレオチドの欠失 によって得られたプラスミドp17hGBΔ6を説明している。
第3b図は、SV40の初期プロモーター配列の制御下にありSV40初期ター ミネータ−配列によって終結されるマウスのジヒドロ葉酸塩(folate)レ ダクターゼ遺伝子を含有するプラスミドpsν2dhfT (サブラマニ(SU BRA?IIAN1)等、モル、セル、パイオル、 (Mo1.Ce1l Bi ol、) 1 (1981年)、854〜864 )を表わしている。
第3c図は、p17hGHΔ6の1.2KbのEcoRI −Bawl Iフラ グメントをpsV2dhfrのBavaH1部位およびEcoRf部位中に連結 することによって得られたプラスミドp17hGHdhfrΔ6を表わしている 。
第4a図は、初期SV40プロモーターの制御下にあり初期SV40ターミネー タ−配列によって終結されるネオマイシン(NEO)耐性遺伝子を含有するプラ スミドp5V2 NEOrサザン(SOUTHERN)等によってジェイ0モル 、アプル、ジェネフト。
(JIMol、Appl、Genet、)上(1982年)、327〜341に 開示されている〕を表わしている。
第4b図は、psp 65から誘導されたPvull −BamH17ラグメン トと、同じエンドヌクレアーゼ(Pvull−Bawl I ) ’lr用いた pSV2 NEOの部分消化から得られたフラグメントとの連結によって生じた プラスミドpsPNEO9を表わしている。
第4c図は、p17hGH(第2c図参照)h”1g1さh た1、3KbのE coRIフラグメントと、 EcoR1で線状化されたpsPNEO9との連結 によって生じたプラスミドp17hGHNEOを表わしている。
第5図は、本発明に従って、選ばれた注目の遺伝子を用いてカエル卵母細胞中で 誘導可能に発現された種々の蛋白質画分を示すアクリルアミドゲルエレクトロフ ェログラム(electropherogra鋼)のオートラジオグラフィーで ある。レーンの特定は以下に示す、Cは対照(control)温度を意味する 。
イムノブレシピテーションは抗hGH血清を用いて行なう。
M蛋白質マーカー 1 R171ys H3細胞質 2p17hGHC〃 3p17hGII HS 〃 4 R17hGHΔ6 C〃 5 R17hcoΔ6 H8〃 6 R17hGHdhfrΔ6 C〃 7 R17hGHdhfrΔ6H3〃 8 R17hGHNEOC〃 9 R17hGHNEOHS 〃 10 R171ys HS培養基 11p17hGH(。
12 R17hG)I HS 〃 13 R17hGHΔ6 C〃 14 R17hGHΔ6 H3− 15R17hG)I dhfrΔ6 C〃16 R17hGHdhfrΔ6 H 8〃17 pll hGH−NEO−C− 18R17hGH−NEOHS 〃 M 蛋白質マーカー 第6図は、遺伝子がCO3(モンキー)細胞およびCHO(ハムスター)細胞に おいて発現される他は第5図で説明されたと同様のデータに当てはまる。
1 R171ys HS CO5 2R17hG)l dhfrΔ6 HSCOS3 R17hGHdhfrΔ6  ’−CCOS13 R17Iys H5CHO 14R17hGHdhfrΔ6 HSCHO15R17hGHdhfrΔ6 C CHO蛋白質分子量(キロダルトン、)(Daで表わす)マーカーの位置を図の 右手側に示す。
第7図は、DNA配列記号に対する解である。
第8図は、4つのコンセンサス領域配列(−49〜−67゜−64〜−87,− 130〜−195,−191〜−430)を有するプロモーターを含む5′非転 写配列および転写部位および翻訳部位を含むドロソフィラ(敗並肚…1a)hs p 70KDa遺伝子の領域の塩基配列を説明している。
第1a図から第4C図において特定されるプラスミドは以下の配列および制限部 位を含んでいる(第7図参照)。
プ立五亙ヱ ■■工笠L p17 11: 2.6 ;10: 3.9pSP65 11 : 3. O;  15< 0.1p1765 JO11: 2.8 ;10: 3.2 ;15 <0.1p17 JO11: 2.8 :10: 0.6 ;15<0.1ph GH11: ”3;12:0.7 psp hGH11: 3.0 :12: 0.7 ;15<0.1p17 h GH11: 2.8 :10: 0.6 :12<0.7p17 hGHΔ6  同上 pll2 dhfr 11 : 2.3 ; 13 (プロモーター):0.4 16: 0.7 ;13 (ターミネータ−):1.6p17 hG)I dh fr 11 : 2.8 : 13 (プロモーター):0.416: 0.7  :13 (ターミネータ−):0.7io: o、s ;12: 0.7 pSV2 NEO11: 2.3 ;13 (プ0−E−−ター) :o、41 4: 1.5 :13 (ターミネータ−):1.6psp NEO911:  2.8 :13 (プロモーター):0.414: 1.5 ;13 (ターミ ネータ−):0.7p17 hGHNEO11: 2.8 ;13 (プロモー ター):0.412: 0.7 :13 (ターミネータ−):0.714:  1.5 :10: 0.6 NI=Ncol Bl ”BamHI XI=XbaI HIIIMHindIII R1=EcoRI SI−5alI BTI −Bgll! PII = PvuII 21!」■トロa監 本発明の第一のB様において、プローブとしてドロソフィラ(7) hsp70 KDa遺伝子に対するコード配列を用いトhs制御要素を含有するプラスミドp 17を得た〔ヴエルミ−(VOELLMY)等、PNAS USA 監(198 5年) 4949〜4953) 、クローニング手順により単離されたDNA中 の機能的ヒ)hs制御要素の存在は、BP−A−118393および前記ヴエル ミー(VOELLMY)等(7) (1985年’) PNAS文献に開示され ティる配列分析によって調べた。3.15Kbのhs非転写配列および115b pRNA リーダーを含む制限フラグメントを、psp 65 (第1b図、商 業的に入手可能なプラスミド)からのPvuII−HindIIIフラグメント と連結してプラスミドp1765Jo(第1c図)を与えた。小さな5′非転写 配列(0,45Kb)を含有する、前記プラスミドp1765JoからのBaw l I −Bg I II制限フラグメント(3,4Kb)を自己連結させてプ ラスミドp17JO(第1d図)を与えた。
ヒト成長ホルモンc−DNA含有クローン〔英国、スラリ(Slough)、セ ルチック社(Celltech Ltd)から入手したプラスミドphGH1第 2a図参照〕をpsp 65 (第1b図)のポリリンカー中に挿入してプラス ミドpSPhGH(第2b図)を与えた0次いで、hGH配列を含むプラスミド psPhG)lの旧ndIIISat! I O,7Kbフラグメントを、R1 7Joのポリリンカーの対応する制限部位に挿入してR17hGHを与えた(第 2c図)・この造成物において、hGH配列は、開始部位の前のATGトリブレ ットを含むz7bpによってhs配列から隔てられている。XbalおよびNc o Iを用いた消化およびDNAポリメラーゼラージフラグメントを用いたフィ ルインによって、ATG)リプレフト直前の6個のヌクレオチドの欠失を達成し 、引き続いて自己連結を行なって、プラスミドP17hGHΔ6(第3a図)を 与えた。このプラスミドは、ヒトhsプロモーターの制御下のhGH配列を、欠 失によって変形されたRNAリーダー配列と共に含んでいる。このRNAリーダ ー配列は、最適の翻訳開始のための配列を含んでおり、強い真核生物翻訳開始部 位を含む確立されたコンセンサス配列に一致する〔例えば、エム、コザック(M JOZAK) 、ネイチャ(Nature)308 (19B4年) 、241 〜246をか照されたい〕、実際に、欠失を含まない対照と比べて適当な真核生 物宿主中で欠失変形されたhGH遺伝子の発現の増大が観察された。このことは 後述する。
第2の態様において、hGH遺伝子およびhs配列を含んでいるp17hGHΔ 6からの1.2Kb制限フラグメントを、プラスミドpSV2dhfr (第3 b図)のBawl 1部位およびEcoR1部位中に挿入した。なお、このプラ スミドpSV2dhfrは、サブラマニ(SLIBRAMANI)等、モル、セ ル、パイオル、 (Mo1.Ce11.Biol、)上(1981年)、854 〜864に開示のようにして得られたものである。得られたプラスミドp17h GHdhfrΔ6(第3c図)は、ヒトhsプロモーター(Δ6が含まれる)の 制限下にありSV40後期ターミネータ−(2)によって終結されるhGH配列 および第2にSV40初期プロモーター(1)の制御下にあるdhfr遺伝子( 逆の読み取り様式であることに注意)を含んでいた。この!1j様において、以 下の記載かられかるように、3′後期非翻訳配列の存在もストレス下での発現を 高めた。
第3の態様において、プラスミドpSP NEO9(第4b図)は、SV40初 期プロモーターの制御下にあるネオマイシン耐性遺伝子を含みSV40初期ター ミネータ−(ポリー人付加部位を含む)によッテ終結されるpSV2 NEO( tザ7 (SOUTHERN)等、ジェイ。
モル、アプル、ジェネット(J、Mo1.Appl、Genet、)工(198 2年)、327〜341 )のBaIIII I −Pvull制限フラグメン ト、およびpsp 65からの対応する制限フラグメントから造成された。
EcoRIを用いたp17hGH(第2c図)の消化によって得られた1、3K bフラグメントを、EcoR1で線状化されたpsp NEO9と連結してプラ スミドp17hGHNEO(第4c図)を得た。このプラスミドは2つの転写ユ ニットを含んでいる。その第1は、SV40初期プロモーターの制御下にあるN EO遺伝子であり、そしてその第2は、非変形開始部位を有するhsプロモータ ーの制御下にあるがSV40初期ターミネータ−によって終結されるhGH遺伝 子である。3′非翻訳配列の存在も、ストレス下での適当な宿主細胞においてh silJlされるhGH遺伝子の発現を高めた。
発現実験および結果を以下に記載する。別の造成の様態も以下に開示する。
最初の一連の発現実験において、キセノプス(7卵母細胞核中へのDNA造成物 の注入の一時的発現系を前述〔ヴs 7L/ミー(VOELIJY)およびラン ガー(RU)IGGER) 、PIIIASυSA川、(1982年) 、17 76〜1780)のようにして用いて、ヒト成長ホルモン(hG)りの制御され た合成を分析した。前述の態様から得られたプラスミド造成物を用いた0手短か に言えば、注入されたDNAを含有する卵母細胞をストレスに付した〔36℃で 90分間、それに続いて5s3−標識されたメチオニン(500μCi/m1) の存在下で21℃において12時間のインキュベーション〕、卵母細胞の細胞質 抽出物中のまたは浮遊培地中のmmされた蛋白質生成物の存在を、本質的に前述 (EP−0,118,393)のようにイムノプレシピテーシツンによって測定 した。得られた結果を第5図に示す。
レーンMに示されている蛋白質分子量マーカーの他に、2つのシリーズの免疫吸 着(イムノプレシピテーション)した蛋白質の分析結果が示されている。レーン 1〜9は注入された卵母細胞の細胞質抽出物から得られた結果を示しており、一 方、レーン10〜18は同じ卵母細胞の浮遊培地から得られた対応する結果を示 している。hGH合成に関して得られた結果は2つのシリーズの分析結果につい て本質的に同じであり、分泌された細胞外蛋白質についての結果は実験の部分で さらに記載する。
レーン11および12はそれぞれ、対照(コントロール)温度および熱シラツク 温度でプラスミドP17hGHを用いた結果ヲ示している。レーン13および1 4 、15および16、そして17および18は、プラスミドp17hGHΔ6  : P17hGRdhfrΔ6;そしてP17hGHNEOを用いた比較実験 結果である。これらの結果は、抗hGH抗血清によって特異的に免疫吸着(イム ノプレシビテーシッン)された分子量約21KDaの蛋白質の生産に関して以下 のように要約することができる。
ヒトhsp 70クローンから誘導されおよびヒト配列の5個のヌクレオチドを 欠< RN Aリーダー配列内のRNAリーダー融合造成物であるプラスミドP 17hGHは、熱ショックの後検出可能量のhGHを生産するが、熱ショックが 存在しない場合には明らかな合成を示さない、プラスミドp17hGHΔ6は、 理論的により強力な翻訳開始部位を与える5′非翻訳配列変形である。このプラ スミドは、用いられた一時的発現アンセイにおいて前のプラスミドに類似した挙 動を示すように思われる。これらプラスミド造成物は両方とも典型的な3′末端 ターミネータ−およびポリA付加シグナルを欠いていることを思い出されたい、 プラスミドp17hGHNEOは、ネオマイシン耐性遺伝子がhGH配列に関し て逆方向に挿入されていることによってこのような3′変形を含んでいる。そし て、これは非変形開始配列を有している。ここでは、ある程度の合成効率の増加 が観察される。3′変形および5′変形の2つのタイプの変形がプラスミド造成 物p17hG)ldhfrΔ6中で組合わせられた場合、hGHの発現効率の劇 的増加が観察され、これは熱シヨツク制御下でほとんど完全にそうなる(第5図 、レーン15および16を参照されたい)。
7’ ラスミ)’1)17hGHdhfrΔ6も、CO5−1−1−7キー細胞 の培養物をトランスフエフシランするのに使用した〔グルラマン(Gluzma n) 、セル(Cell)23 (1981年)175〜1B2 ) 、これら の細胞におけるヒトhGHの発現を、記載されている〔ドレン(DREANO) 等、ジーン(gene) (1986年)印刷中〕と本質的に同じ手順を用いて 分析した。この場合、43℃で3時間の誘導およびそれに続(3Ss−メチオニ ンの存在下での37℃におけるさらに16時間のインキュベーションを用いた。
熱ストレスを与えなかった対照の培養物を平行して処理した。次いで、両方のセ ントの細胞培養物を、抗hGH血清を用いたイムノブレシピテーションによって 処理しそして上述のようにアクリルアミドゲル上で分析した。浮遊培養物の分析 から得られた結果を第6図に示す。
CO8細胞のトランスフェクションから得られた結果をレーン1,2および3に 示す、ここから理解され得るように、対照DNAを用いたトランスフェクション およびその後の熱ショック(レーン1)、および最適なhGH造成物を用いたト ランスフェクションおよび熱シヨツク不存在(レーン3)はいずれも、抗hG) !血清によって特異的に沈殿する約21[1aの蛋白質の生産および分泌を増加 させない、 p17hGHdhfrΔ6を用いてトランスフェクションされ熱シ ョックに付されたCO8細胞は、hGHについて予想される分子量を有する単一 の主要な分泌蛋白質バンド(レーン2参照)を生産する。
本質的に同一の結果が、CHO細胞(チャイニーズハムスター卵巣)を用いたト ランスフェクション実験から得られる(第6図、レーン13.14および15を 参照されたい)。
従1て、ここで、熱シ≧フク制御下で異種のヒト蛋白質の合成を導く技術におい て、発現造成物中で用いられる非翻訳配列の比較的限定された変形によって、注 目している遺伝子生成物の生産量を増加させ得るということが証明される。明ら かなように、使用されてきた配列変形は類似し関連した技術を用いてつくること ができる配列変形の例である。新規な配列要素の正確な作用レベルは測定されな かったが、−mに、熱ショックに関連した配列の変形はプロモーター活性、RN 八へ定性および翻訳効率のレベルで作用すると考えることができる。明らかに、 他の配列変形は製造可能でありそれらは注目の蛋白質の生産に対する熱ショック 制御造成物の最適化に同様のまたは相補的な影響を与えることができる。ヒト要 素は非熱ショック蛋白質の制御された合成に対してドロソフィラ(肚並並…n) から誘導された要素と同様にして作用することが証明された(EP −0,11 8,393)、さらに、分泌可能な蛋白質、例えば、ヒト成長ホルモンの生産は ヒト熱シヨツク制御下で可能であること、およびこの生産は、細胞からの蛋白質 の分泌と共に、および同じプラスミド造成物がカエル細胞、モンキー細胞および その他の細胞中に導入された場合に生ずることが証明されている。同一のまたは 同様の造成物は、ヒト細胞を含む多(の種類の細胞型および生物から分泌される 蛋白質を含む多くの蛋白質の生産を可能とするであろうと考えることができる。
次の、Q様は、ドロソフィラ(7)からの70KDa hs蛋白質遺伝子の5′ 非翻訳領域に存在するコンセンサス配列を含む変形に関する。この14bpのコ ンセンサス配列は式CnnGAAnnTTCnnGを有しており、そしてドロソ フィラ(敗毀並…n)熱シラ7り蛋白質遺伝子の5′非転写領域の一49位置と 一62位置との間にあり、および遺伝子が異種細胞型中に多くのコピー数で存在 している場合に遺伝子の熱調節される発現の原因となっている〔ペルハム(PE LHAM)セル(Cell)30 (1982年)、517〜528;ミラウル ト(MIRAULT)等、EMBOJ、上(1982年) 、1279〜128 5)ということが示唆された〔ペルハム(PELBAM)、トレンズ・ジェネン ト(Trends Genet)上(1985年)、31〜34〕、この配列要 素をhsコンセンサス配列と呼ぶ。
いくつかのグループによる実験〔ダドラー(DUDLER)およびトラヴアース (TRAVER5) 、セル(Cell)38 (1984年)、391〜39 8;アミン(AMIN)等、モル、セル、パイオル、 (Mo1.Ce1l。
Biol、) 5 (1985年)、197〜203 ;サイモン(SIMON )等、セル(Cell)40 (1985年)、805〜817 )によって、 2つのコンセンサス様配列は主として、低コピー数でおよび同種細胞中に存在す る場合ドロソフィラ(肚匹肚un) 70KDa hsp遺伝子の熱調節される 活性の原因となり得るということが示唆された。さらに、いくつかのhs遺伝子 のプロモーター中の複数のコンセンサス様配列の存在が言及された。ドロソフィ ラ(敗匹肚u圏) 70KDa hsp遺伝子のプロモーターは5′非転写配列 の最初の3oobp中に4つのこのような配列を含んでいる。この4つの要素は 本明細書中で領域1〜4と呼ばれるプロモーターの範囲にある。領域1は−49 〜−67、領域2は−64〜−87、領域3は−130〜−195、そして領域 4は−191〜−430にわたっている(第8図のプロモーターのヌクレオチド 配列を参照されたい)。
これらの観察は、hsプロモーターの活性および誘導可能性がhs’Q1節要素 の正確な配列だけでなくこのような配列の数およびそれらの配列の相互および他 のプロモーター要素に関する位置にも依存しているという仮説を導いた0本発明 者らの発見は真に、コンセンサス様配列の位置および数の両方がプロモーター機 能に有意な影響を与えることを示唆している。これらの実験において、真核生物 起源の変形されたhs制御配列下に置かれた試験遺伝子は細菌起源のβ−ガラク トシダーゼ遺伝子であった。
上記発見を支持する造成物は、ドロソフィラ(敗匹並旦n)70KDa hsp −イー、コリ(E、coli)β−ガラクトシダーゼハイブリッド遺伝子p62 2c (アミン(AMIN)等、モル、セル、パイオル、(Mo1.Ce11. Biol、) 5 (1985年)197〜203を参照されたい;彼らは変異 体遺伝子D−194(ハイブリッド遺伝子622c)ならびにD 67 (62 2a)およびD 50 (622n)を報告している〕の5′プロモ一ター欠失 変異体を含んでいた〔Dは欠失(Deletion)に対する略称、この略称の 後の数字はプロモーターセグメントの長さくb p)を表す〕。
プロモーターが前記したコンセンサス領域1および2のみを含んでいる第1の制 御変異体lNl0は以下のようにして造成された。 D87DNAをBs5HI Iで消化(−67において切断)し、末端をD N Aポリメラーゼラージフラ グメントによってフィルインし、BglIIリンカ−(AGATCTAGATC T)を付加し、この材料を旧ndllT /Bg l IIおよびCj!a I /Bg111によって二重消化し次いで1%低融点アガロースゲル上で電気泳動 した。
β−ガラクトシダーゼコード配列の最初の1/3ならびに70XDa hsp遺 伝子の領域1およびRNAリーダー領域を含む1.2Kb Cj!a I/Bg ji!ITフラグメントおよびアンピシリン耐性遺伝子および細菌およびSV4 0の複製起点を含む、psVOdベクター配列〔メロウ(MELLOW)等、セ ル(Cell)27、(1981年)279〜288〕およびドロソフィラ(D roso hilia)70KDa hsp遺伝子のプロモーターの領域2を含 む2.6Kbの旧ndlII /BgjlIフラグメントを単離した。これら2 つのフラグメントを、β−ガラクトシダーゼ遺伝子の残部、熱シヨツク遺伝子3 ′トレーラ−配列および0.35Kbベクタ一セグメントCpsVOd中Bam HI 〜HindIII)を含んでいるD87から同様に精製された4、 8  Kb Cj!a 1 /)lindlllフラグメントに連結した。
イー、コリ (E、col i)のトランスフォーメーションおよび組換えプラ スミドの同定を前記のように実施した〔上記アミンCAMIN)等の文献を参照 されたい〕。
プロモーター配列が同様に領域1および2を含んでいる第2の変異体lN2Oを INIQから造成した。 lNl0のDNAをBgllを用いて部分消化しく領 域1と2との間のBglIIリンカ−を切断し)、ステインキイエンドを前記の ようにフィルインし、そしてS+++a Iリンカ−(CCCGGG)を付加し た。従って、この配列変形はlNl0の2つのコンセンサス配列の間に新たな塩 基対を挿入することを含んでいた。
1つの領域1および領域2の2つのコピーを含んでいるノ\イブリフト試験遺伝 子R5aを以下のようにして造成した。
1N20 DNAをXho Iで消化し、末端をフィルインし、続いてDNAを 旧ndlllで消化し、そしてhsプロモーター領域、β−ガラクトシダーゼ遺 伝子および3′トレーラ−配列を含む6.lKbフラグメントを低融点アガロー スゲルから単離した。このフラグメントを、プロモーター領域2および上流ベク ター配列を含んでいる lNl0からの2.6KbのBgll/HindllI フラグメントに連結した。
領域101単位および領域2の3つまたは4つのコピーと共にプロモーターを含 んでいるハイブリッド遺伝子R6aおよびR7aを以下のようにしてつくった。
R5aDNAをPstlを用いて消化しおよびXho Iを用いて部分消化した 。得られた200bp長および2sobp長のhsプロモーターフラグメントを 電気泳動的に単離した。R5aからの1、7 Kb Sma I / Pst  Iフラグメント(領域2の2つのコピーおよび上流ベクター配列を含有)および 6.9Kb Pstlフラグメント(hs RNAリーダー領域、β−ガラクト シダーゼ遺伝子、3′トレーラ−配列およびベクター配列を含有)を単離して上 記プロモーターフラグメントに連結した。
種々の数の合成コンセンサス様配列と共にプロモーターを含有する別の変異体S EI〜5E12も造成した。
合成リンカ−AGAAGCTTCT にューイングランドバイオラプス(New  England Biolabs) 、通常に合成されたもの〕を、Xho  Iで消化されたプラント末端を有するD50 DNAに予備連結し次いでこれに 連結した。
すべてのプラスミドの構造を、十分な制限分析によって確めた。多くの造成物の 重要領域の塩基配列を決定した〔マキサム(MAXAM)およびギルバート(G ILBERT)の方法を使用、PNAS、USA74 (1977年)、560 〜564 ) 、コンセンサス様配列の数および位置を示す要所(Key)のプ ロモーター配列を以下で説明する。
発現実験を以下のようにして実施した。
ここで記載の実験において、前述〔ローソン(LAWSON)等、モル、ジエン 、ジェネット、(Mo1.Gen、Genet、) 用■1984年)、116 〜124〕のようにDEAE−デキストラン−介在トランスフェクションによっ て種々の造成物をドロソフィラ、メラノガスター(肚匹匹unmelanoga ster) S 31!I胞中に導入した・用いたすべてのハイブリッド遺伝子 の共通の生成物、イー。
コリ(E、coli)に特異的なβ−ガラクトシダーゼの一時的合成を、トラン スフェクションの1日後に測定した0通常36.5℃での熱ショックを、細胞質 抽出物の調製およびβ−ガラクトシダーゼ活性の測定前に適用した。
プロモーター中に合成コンセンサス様配列要素のみを含有する変異体SE1〜1 2の活性を、36.5℃で2時間の熱シヨツク後に、または対照温度25℃で同 じ長さの時間にわたるトランスフェクションされた細胞のインキュベーションの 後にアッセイした。ハイブリッド遺伝子の活性は明らかに、プロモーター領域に 存在する合成コンセンサス様配列のコピー数の関数であることが見い出された。
有意の熱調節された活性は、少なくとも3つの配列要素と共にプロモーターを含 有している変異体を用いた場合にのみ測定することができた。7つの配列要素を 含有する変異体SETは、領域1および2を含む70KDa hsp遺伝子のプ ロモーターを含有する対照遺伝子I N20より熱シg7りを受ける細胞におい てかなり活性が高い。
プロモーターがそれぞれ領域2の2つ、3つまたは4つのコピーを含有している ハイブリッド試験遺伝子R5a、R6aおよびR7a(実験の部分を参照された い)を用いた場合に同様の結果が得られた。この結果は、領域2の2つまたはそ れ以上のコピーを有するプロモーターが対照遺伝子の場合より有意により活性が 高いことを示した。
本発明を以下の実験の詳細によってさらに説明する。
ブースミド PI3の告 ヒトhs 70KDa遺伝子を以下のようにしてファージラムダ(λ)ヒトゲノ ムライブラリーから単離した〔ローン(LAWN)等、セル(CellH5(1 978年) 、1157〜1174) 、このライブラリーは、ドロソフイラ( 貼匹並u圏) hs70蛋白質に対する完全コード配列を含んでいるプラスミド 5alO[カーチ(KARCH)等、ジェイ0モル、パイオル、(J、Mo1. Btol、)ユ■、(1981年)、219〜230〕からの2KbSallフ ラグメントをプローブとして用いたプラークハイブリッド法〔ベントン(BEN TON)およびディビス(DAVIS) 、サイエンス(Science)■鉦 、(1977年)180〜182〕によってスクリーニングされる。
このコード配列の任意の他の単離体は、ヒトhsp 70遺伝子に対して適切で 実際的なホモロジーの領域を含んでいる限りはプラスミドSal Oの代わりに 用いることができる。このクローニング手順は、ドロソフイラ(紅姐朋旦圏)カ らヒトヘノ進化の間hs遺伝子の蛋白質コード配列が高度に保存されているので 可能である〔ヴエルミ−(VOELLMY)等、ジエイ、パイオル、ケム、 ( J、Biol、Chea+、) 258 (1983年) 3516〜3522 ) 。
ハイブリダイズするクローンが増殖されそのDNAが十分な塩基配列分析に付さ れる。単離されたDNA中の機能的ヒトhst#J御要素の存在は、エシェリキ ア・コリ (Escherichiacoli)β−ガラクトシダーゼ遺伝子が hs制御下に置かれた、)jDソフィラ(肚匹並u圏)h s¥A御ハイブリッ ドプラスミドの同定に対して記載されている手順(EP O,118,393) と同様の手順によって測定される。hslJ?ilされるハイブリッドプラスミ ドは、キセノブス(狂匹…■卵母細胞核への微量注入法〔ヴ工/L/ ミ(VO ELLMY)等、PNAS、LISA79 (1982年”) 1776〜17 80)を用いた一時的発現実験において同定された。ヒトhs制御配列を支持す るような手順を用いて同定された1つのプラスミドは第1a図のプラスミドp1 7である〔ヴエルミ−(VOELLMY)等、PNAS USA (1985年 )4949〜4953を参照されたい〕。
以下の項において、ヒト成長ホルモンをコードする配列のc−DNAコピーがヒ )hsp 70制御配列の制御下に置かれている一連のプラスミド造成物を調製 した。
17 hG)l dhfrΔ6の゛告 プラスミドp17をEcoRIで消化し、DNAポリメラーゼAクレノウフラグ メントでフィルインし、そしてさらに旧ndIIIを用いて消化した。ヒト3″ 、15Kbの非転写配列および115 bpのRNAリーダー配列を含有する3 、26Kbフラグメントを精製した。第1b図のpsp 65 にューイングラ ンド・ラボラトリーズ(New England Laboratories) )からPvull−HindlIIフラグメントも精製した。これら2つのフラ グメントを連結してプラスミドp1765JOを与えた。この後者のプラスミド をBa1llを用いて消化しそしてBamHIを用いて部分消化した。3.4K bのフラグメントを精製して「自己」連結させた。この新規なプラスミドり17 JQは、0.5Xbの小さな5′非転写(転写されない)配列および上記したR  N Aリーダー配列を含んでいる。
BamHIフラグメント中に含まれるヒト成長ホルモンのC−DNAクローンを psp 65のポリリンカーのBawl 1部位中に挿入してプラスミドpsP hGHを与えた。
次いで、プラスミドpSPhGHを旧ndlIIおよびSac Iを用いて消化 し、hGH配列をp17JOのポリリンカーの同じ制限部位に挿入してp17h GHを与えた(第2c図)、このプラスミド造成物において、hGH配列は27 bpによってhs配列から分離されており、そして開始部位の前の配列は、、、 TCTAG AGGATCCA…G06.であった。
p17hGHをXba IおよびNco Iを用いて消化し、DNAポリメラー ゼクレノウフラグメントを用いてフィルインし、6つのヌクレオチドの特異的欠 失を可能とした。
「自己」連結は、潜在的に変形されたおよび「強力な」開始部位CTAGCAT GGを有するヒトhsプロモーターの制御下にhGH配列を含むプラスミドp1 7hGHΔ6の造成を可能とした。
この配列は、強力な真核生物の翻訳開始部位に対して記載されている確立された コンセンサス配列とよく一致している。
詳細については下記文献を参照されたい:エム、コザフク(?1.KOZAK) ニュークル・アシッド・リス(Nucl Ac1d Re5)、 9 (198 1年) 5232〜5252゜エム、コザフク(M、KOZAK)ニュータル・ アシフド・リス(Nucl Ac1d Re5)、li (1984年)857 〜872 。
エム、コザック(?1.KOZA)[)ネイチ+−(Nature)、 308  (1984年)241〜246゜ 最後に、p17hGHΔ6をEcoRIおよびBamHIを用いて消化した。h GHおよびhs配列を含有する1、2Kbフラグメントを、pSV2− dhf rのBa@l I部位およびEcoR1部位に連結によって挿入した〔スブラマ ニ(SUBRAMANI)等、モル、セル・パイオル。
(Mo1.Ce1l Biol、)±(1981年)854〜864 )。
得られたプラスミドp17hGHdhfrΔ6は、第1に、ヒトhsプロモータ ーの制御下にありそしてSV40後期ターミネータ−配列によって終結されるh GH配列を、そして第2に、SV40早期プロモーターの制御下にあるdhfr 遺伝子を含んでいた。
ブースミド17hG)l NEOの“告プラスミドpSV2−NEO10p g  (サザー7 (SOLITHERN) & ヘルプ(BERG)、ジェイ0モ ル、アブル、ジェネフト(J、Mo1.Appl。
Genet)、±(1982年) 、237〜341 )をBan+)l 1を 用いて消化しそしてPvuIIを用いて部分消化した。早期SV40プロモータ ーの制御下にネオマイシン耐性遺伝子を含有しそして早期SV40ターミネータ −(ポリA付加部位を含む)によって終結されるフラグメントを、psp 65 から誘導されたPvulI −Bag)l■フラグメントと連結してプラスミド psp NEO9を与えた。
プラスミドp17hGH5μgをEcoRIを用いて消化した。得られた1、  3 Kbのフラグメントを精製し、そしてEcoRIによって「線状化され」そ してホスファターゼを用いて処理されたpsp NEO9に連結した。
得られたプラスミドp17hGHNEOは2つの転写ユニット、第1にネオマイ シン耐性遺伝子(上述)および第2にヒ)hsプロモーターの制御下にあり後期 SV40ターミネータ−(ポリA付加部位を含む)によって終結されるhGH遺 伝子を含んでいる。開始配列はこのプラスミドにおいて変形されていない、これ らのプラスミド造成に対して用いた設計図は第1a〜40図に示しである。
光里!鋏 この最初の一連の発現実験において、本発明者らは、前述〔ヴs )Ltミー( VOELLMY)およびランガー(RtlNGGER) 、 P、N、A、S。
USA 79 (1982年’) 1776〜1780)のようにキセノブスー σμ四μ徂)卵母細胞核中へのDNA造成物の注入の一時的発現系を用いてヒト 成長ホルモンの制御された合成を分析した。その際、上記に記載のプラスミド造 成物を用いた。簡単に述べれば、1Qnj!の容量中2〜5 n gのDNAを 10〜20個ノキセノフス(旦ユニ蛙卵母細胞の注入に対して用いた。微量注入 の10分後、これらの卵母細胞を、36℃で90分間の熱ショックそれに続いて 388,9991されたメチオニン(500μCf / m l ;10〜20 個の卵母細胞に対して200μm)の存在において21℃で12時間のインキュ ベーションに付した。卵母細胞の細胞質抽出物中または浮遊培地中の標識された 蛋白質性成物の存在を、ラビット抗hGH抗血清〔カリフォルニア州すンタバー バラ(Santa Barbara)在ダコ・コーポレイションから入手; c at、no A370 )を用いた抽出物のイムノプレシピテーシランによって 測定した。イムノブレシピテーションおよびアクリルアミドゲル電気泳動分析に ついての詳細手順は本質的に前記(EP −0,118,393)と同様であり 、得られた結果を第5図に示す。
レーンMに示された蛋白質分子量マーカーの他に、イムノブレシビテーシリンさ れた蛋白質の2シリーズの分析結果が示されている。レーン1〜9は注入された 卵母細胞の細胞質抽出物から得られた結果を示しており、一方、レーン10〜1 8は同じ卵母細胞の浮遊培地のイムノブレシビテーシッンによりて得られた対応 する結果を示している。hGH合成に関して得られた結果は本質的に2シリーズ の分析について同じであり、分泌された細胞外蛋白質の結果はここで詳細に記載 しよう。
ヒナ鶏(chicken) リソソーム遺伝子配列(クリーブ(KRIEG)等 、2140モル、パイオル、(J、Mo1.Biol、) 180.(1984 年)615〜643〕をヒ)hs制御下に置いたという相違点を除いてはP17 hGHと同等の造成物を使用した、レーン10は、細胞を上述のように熱シラツ クに付した後でさえ、抗hGH血清を用いた沈殿後特異的蛋白質バンドを示さな い。レーン11および12はそれぞれ対照温度および熱シヨツク温度でプラスミ ドp17bGIIを用いた結果を示している。レーン13および14゜15およ び16 、17および18は、プラスミドp17hGHΔ6 ; p17hGH dhfrΔ6:およびp17bG)l NEOを用いた同等の実験である。結果 は、とりわけ抗hGH血清によってイムノプレシビテーションされた、分子量約 ’l l [laの蛋白質の生産に関して以下のように要約することができる: ヒトhsp 70クローンから誘導されおよびヒト配列の5つのヌクレオチドを 欠いているRNAリーダー配列内のRNAリーダー融合造成物であるプラスミド p17hGHは、熱ショック後検出可能な量のhGHを生産するが、熱シヨツク 不存在においては明らかな合成は見られない。プラスミドp17hGHΔ6は、 理論的により強力なリポソーム結合部位を提供する5′非翻訳配列変形であり、 このプラスミドは用いられた一時的発現アッセイにおいて前のプラスミドと同等 の様式で挙動するように思われる。これらプラスミド造成物は両方とも典型的な 3′末端ターミネータ−およびポリA付加シグナルを欠いていることを思い出さ れたい。プラスミドp17hGHNEOは、開始配列が変形されておらず、hG H配列に関して逆方向のネオマイシン耐性遺伝子の挿入による前記のような3′ 変形を含んでいる。ここで、ある程度増大した合成能力が観察される。
3′変形および5′変形の2つの型が組合わせられているプラスミド造成物p1 7hGHdhfrΔ6の場合、hGHの発現能力の劇的な増加が観察され、そし てこれはほとんど完全に熱シラツク制御下でそうなる(第5図、レーン15禮よ び16を参照されたい)。
変形されたhs制御造成物の一般性の証明として、プラスミドp17hGHdh frΔ6を、CaC1t −DNA沈殿法〔グラハム(GRAHAM)およびヴ アン デルニブ(VAN DEREBB) 、ジエイ。
ヴアイロル、(JJirol、)、52 (1973年)456〜467 )を 用いてCO5−1モンキー細胞〔グルラマン(GLUZMAN) 、セル(Ce l 1)23、 (19B1年)175〜182〕の培養物のトランスフェクシ ョンに使用した。これらの細胞中でのhG)Iの発現は、本質的に1/)ずれか において(BP −0,118,393)記載されている手順を用0て分析した 。チャイニーズハムスター卵巣(CHO)l胞のトランスフェクションに対して 、cosm胞系中のトランスフェクションされたプラスミドに対して用いられる 増幅の時間を省いた他は同様の手順を使用した。CHO細胞に対するトランスフ ェクションの16時間後、およびCO5細胞に対するトランスフェクションの4 0時間後、培養物の一部を43℃で3時間の熱ショックおよびそれに44(3B 5−メチオニン(100#Ci/mj H’1m1l /IQ’細胞)の存在に おける37℃でさらに16時間のインキユベーシヨンに付した。熱シラツクを受 けなかった対照の培養物を平行して処理した。
次いで、両方のセットの細胞培養物を以下のように処理した。
簡単に述べると、細胞質抽出物を、NET緩衝液(EP−0,118,393) 中での細胞の懸濁(浮遊)それに続く氷上での穏やかなピペッティング操作およ び低速の遠心分離を含む処理を用いて調製した。細胞浮遊培養物は同様の遠心分 離工程し;よって簡単に清澄化された0次いで、試料を抗hGH血清を用いてイ ムノブレシピテーションし上述のようにアクリルアミドゲル上で分析した。浮遊 培養物の分析から得られた結果を第6図に示す。
CoS細胞のトランスフェクションから得られた結果をレーン1,2および3に 示す、対照のりゾチーム造成物によるトランスフェクションおよびそれに続く熱 ショック(レーン1)、または熱シヨツク不存在における最適hGH造成物にヨ ルトランスフエクション(レーン3)はいずれも、特異的に抗hG)1で沈殿さ れる蛋白質を生産および分泌しないことを認め得る。 P17hGHdhfrΔ 6によってトランスフェクションされ熱ショックに付されたCO3細胞は、予想 される分子量をもつ単一の主たる分泌蛋白質バンドを生産する(レーン2参照) 0本質的に同じ結果が、CHO細胞を用いたトランスフェクション実験から得ら れる(第6図、レーン13 、14および15参照)。
上記プラスミドはすべて、通常の手段を用いて、従来開示されている設計に従っ て製造した0本発明に従って変形された上記変異体プロモーター領域の一部の塩 基の配列を以下に示す。式中、星印はコンセンサス配列の配置を示している。
合成配列はAGAAGCTTCTであった。
CTCGAATGTTCGCGA N20 斧C< ← ○ ¥1)r 2Jしく狡 すでに前記したように、コンセンサス配列およびそのコピーを含んでいる異なる 造成物を、ローソン(LAWSON)等のDEAEデキストラン技法〔モル、ジ エン、ジェネント、 (Mo1.Gen。
Genet、) 19B (1984年)、116〜124 )によるトランス フェクションの後ドロソフィラ(敗匹並U圏)S3細胞中で試験した。
プロモーター中に合成コンセンサス様配列要素のみを含んでいる変異体SEI〜 12の活性を、36.5℃での2時間の熱シヨツク後または対照温度25℃で同 じ長さの時間にわたるトランスフェクションされた細胞のインキュベーションの 後にアッセイした。これらの実験の結果を第1表に示す。
第1表 1N20 2(対照) 1.00 0.00SEI 1 0,05 0.05 SE2 2 0.10 0.00 SE3 3 0.45 0.00 SE7 7 1,80 0.05 SE9 9 0.65 0.05 ハイブリツド遺伝子の活性は、明らかに、それらのプロモーター領域に存在する 合成コンセンサス様配列のコピー数の関数である。有意な熱調節された活性は、 少なくとも3つの配列要素を有するプロモーターを含有する変異体についてのみ 測定することができた。7つの配列要素を含有する変異体SETは、対照遺伝子 lN2O(このハイブリッド遺伝子は領域lおよび2を含む70KDa hsp 遺伝子のプロモーターを含んでいる)より、熱ショックを受けた細胞中でかなり 活性である。
プロモーターがそれぞれ領域2の1個、2個、3個または4個のコピーを含んで いる熱シヨツクハイブリッド遺伝子lN2O、R5a 、 R6aおよびR7a を用いて同様の実験を行なった。
これらのハイブリッド遺伝子によってトランスフェクションされたドロソフィラ (敗姐圧l圏)細胞を35℃で90分間または120分間の熱ショックに付する かまたは25℃でさらにインキュベーションした。プロモーターの活性の差異が より遅い転写後の事象によって不明瞭にされる可能性を排除するために、転写を 熱ショックの15〜45分後に(アクチノマイシンDによって)停止し、一方、 翻訳は熱処理の最後まで継続させた。これらの実験の結果(第2表)は、領域2 02個またはそれ以上のコピーを有するプロモーターがこの領域のわずか1個の コピーを含有する制御遺伝子(IN20)の場合より3〜5倍活性であることを 強く示唆している。再び、すべての造成物は好ましく熱誘導可能であることが観 察された。これらの造成物は対照温度25℃において本質的に不活性である。
しかしながら、34℃において、造成物R5aおよびR6aは高レベルで発現さ れることが見い出された。なお、I N20の活性は34℃においてわずかに検 出され得るのみである。このように、熱シヨツクプロモーター配列の変形は、対 照温度においては完全に不活性を残存させながら、ストレス誘導の闇値、すなわ ちこの場合には誘導温度を下げることができる。
これらの結果は最小熱ショック調節配列がCTCGnnnnTTCであることを 示している。ドロソフィラ(7) h s p 84プロモ一ター配列に対する 比較は、CTCGの逆方向の繰り返し塩基配列、すなわちCGAGも熱シヨツク コンセンサス要素の受容可能な部分であることを示唆している〔ホルムグレン( Holsgren)等、PNAS USA、 78 (1981年) 3775 〜3778)。
叩上、30分後ニア’7−F−/フイ1.00 4.00 3.35 −ンン添 加 25℃でのインキュベーション o、oo −o、o。
これらの実験は、有意なプロモーター活性が多数のコンセンサス様配列の存在を 必要とし、そして天然の活性より高い活性を有するプロモーターが造成され得る ことを証明している。熱誘導性がコンセンサス様配列の数にかかわりなく合成プ ロモーター中で維持されることに注意することは重要である。
ここに記載された実験は、天然の熱シヨツク遺伝子プロモーターの性能がこれら のプロモーターの試験管内配列操作によって高められ得ることを示している。本 明細書において、ドロソフィラ(敗匹匹hila)熱シヨツクコンセンサス様配 列の次善温度における活性ならびに最大活性は熱シヨツク遺伝子の転写部位の開 始点の近くに位置していることが示された。
おもしろいことには、領域1および2を含むドロソフィラ(Dr匹並肛圏) 7 0 KDa hsp遺伝子のプロモーターへの第3のコンセンサス様配列の付加 は、引き続きの第4要素または第5要素の付加より有意な影響を与えるように思 われる(第2表)。
本発明者らは、新たに付加された熱シヨツク要素と下流のプロモーター要素との 間の距離のプロモーター活性への影響を系統的に試験しなかったが、本明細書に 示した実験はこのパラメーターの重要性を示唆している。R5aにおける第3微 生物 エシェリキア・コリ(Escherichia coli)エシェリキア・コリ (Escherichia coli)エシェリキア・コリ(Escheric hia coli)エシェリキア・コリ(Escherichia coli) 株番号 NCIB番号 HB101p17hGH,NEo 12122HB101pl 7hGH121 23 HB101p17hG)l dhfrΔ6 12124HB101p17hGH Δ6 12125特表千1−501117 (14) 手続補正書(方式) 平成1年 ノ月2S日 特許庁長官 吉 1)文 毅 殿 1、事件の表示 PCT/EP86100451 、発明の名称 コンピテント真核生物遺伝子生産物の生産について改良された熱シタツク制御方 法および系3、補正をする者 事件との関係 特許出願人 名称 パテル メモリアル インスティチュート4、代理人 住所 〒105東京都港区虎ノ門−丁目8番10号5、補正命令の日付 6、補正の対象 明細書及び請求の範囲の翻訳文 7、補正の内容 明細書、請求の範囲の翻訳文の浄書 (内容に変更なし) 8、添付書類の目録 明細書及び請求の範囲の翻訳文 各1通国際調査報告 −11,−^−―1w+ T’CT/四86700451AN!ffjc To  ?!−:E !NTERNAτION入L S=入R四 REPORT 0N EP−A−011839312109/84 JP−A−59)9209131 /10/84AU−A−2420a84 17104/E16

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1.適当な真核生物宿主細胞中で注目の真核生物遺伝子の発現を制御可能に誘導 する方法であって、下記の工程a)〜c): a)前記注目の遺伝子が真核生物起源の最低1個の熱ショック制御要素の転写お よび/または翻訳制御下に機能的に連結されておりおよび前記注目の遺伝子の5 ′および/または3′側に1個またはそれ以上の非翻訳配列を含んでいる組換え DNA遺伝子発現ユニットを提供する工程;b)誘導後前記発現の効率を高める ために前記非翻訳配列中へ1個またはそれ以上の配列変異または変形を導入する 工程;および c)前記変形された遺伝子発現ユニットを適当な真核生物起源の宿主細胞中へ導 入しそしてこの培養物をストレスに付すことによって前記遺伝子の注目の生産物 への発現が誘導される工程 を含んでなる方法。 2.前記5′配列がhsp、外来遺伝子または合成DNA、例えば、リンカーお よびアダプターから誘導されたものである、請求の範囲第1項記載の方法。 3.前記配列変異または変形がATGイニシエーターに隣接した部位および/ま たは配列を含んでいる、請求の範囲第2項記載の方法。 4.前記配列変異または変形がヌクレオチド挿入/欠失および/または合成DN Aの置換を含んでいる、請求の範囲第3項記載の方法。 5.前記3′非翻訳配列がhspまたは外来遺伝子のターミネーター領域由来の ものである、請求の範囲第1項記載の方法。 6.前記5′配列が、CnnGAAnnTTCnnGに近い式で表わされるhs p遺伝子の発現を調節するコンセンサス配列に属している、請求の範囲第2項記 載の方法。 7.プロモーター領域のコンセンサス配列の数を最初に存在していた数より増や すことおよび/またはコンセンサス配列を隔てている配列の長さを変えることを 含む、請求の範囲第6項記載の方法。 8.遺伝子発現ユニットが下記のa)〜d):a)注目の遺伝子、 b)前記注目の遺伝子の発現を制御するための真核生物起源の少なくとも1個の 熱ショック蛋白質遺伝子制御要素、c)注目の遺伝子の発現効率を向上させる変 形を含んでいる5′および/または3′末端非翻訳配列、およびd)注目の遺伝 子が前記発現ユニットの転写および/または翻訳制御を受けるように関連付けら れている少なくとも1つの部位、 を含んでなるDNA造成物であり、および宿主細胞系が、前記注目の遺伝子に機 能的に連結された前記発現制御ユニットが前記遺伝子の蛋白質生産物を生産する ために存在している真核生物起源の細胞または生物として機能する、遺伝子発現 ユニットー宿主細胞組合わせ系。 9.前記遺伝子発現ユニットがヒトゲノムDNAから誘導されたものである、請 求の範囲第8項記載の遺伝子発現ユニットー宿主細胞組合わせ系。 10.前記遺伝子発現ユニットが真核細胞または真核生物の70KDahs遺伝 子から誘導されたものである、請求の範囲第8項記載の遺伝子発現ユニットー宿 主細胞組合わせ系。 11.前記遺伝子発現ユニットがヒトゲノムDNAから単離された70Kdhs 遺伝子から誘導されたものである、請求の範囲第8項記載の遺伝子発現ユニット ー宿主細胞組合わせ系。 12.前記発現ユニットが選択可能および/または増幅可能な遺伝標識形質と関 連付けられている、請求の範囲第8項記載の遺伝子発現ユニットー宿主細胞組合 わせ系。 13.新規な組成物としてのプラスミドp17hGH。 14.新規な組成物としてのプラスミドp17hGHΔ6。 15.新規な組成物としてのプラスミドp17hGHdhfrΔ6。 16.新規な組成物としてのプラスミドp17hGHNEO。 17.新規な組成物としての変異体プラスミドSE1,SE2,SE3,SE7 ,SE9,SE12,R6a,R5aおよびR7a。 18.熱ショック遺伝子プロモーターの制御下で、蛋白質の生産をコードする遺 伝子の発現を誘導する、下記工程(1)〜(4)を含んでなる方法: (1)プラスミド中へ挿入可能なフラグメント内へデオキシヌクレオチドの配列 を組み立て、5′から3′方向に順番に熱ショック遺伝子プロモーター配列、転 写開始部位配列、蛋白質生産における翻訳制御のための転写されるが翻訳されな い5′リーダー配列、翻訳開始をコードするコンセンサス配列、蛋白質生産をコ ードする遺伝子配列および3′末端の非翻訳配列を含むようにする工程、 前記熱ショック遺伝子プロモーター配列は1500個以下のデオキシヌクレオチ ドおよび2〜12個の熱ショックプロモーターコンセンサス領域を含んでおり、 前記熱ショックプロモーターコンセンサス領域は各々、実質的に下記式:123 4567891011 ▲数式、化学式、表等があります▼ 〔上式中、1〜4の位置および9〜11の位置にある式中の少なくとも5個のデ オキシヌクレオチドが熱ショックプロモーターコンセンサス領域から熱ショック プロモーターコンセンサス領域まで実質的に保存され、そしてnは各々独立して A,T,CまたはGから選ばれる〕に等しい式で表わされる11個以下のデオキ シヌクレオチドを含んでいる、翻訳開始をコードするコンセンサス配列は20個 以下のデオキシヌクレオチドを含んでおりそして実質的に下記式:−5−4−3 −2−11234 nxCCACCATGGn(y−x) 〔上式中、CCおよびCCは少なくとも25%の発生頻度で−1.−2および− 4,−5の位置において優位を占め、Aは約80%の発生頻度で−3の位置にお いて優位を占め、ATGは約90%の発生頻度で1,2および3の位置において 優位を占め、そしてGは40〜60%の発生頻度で4の位置において優位を占め ており、 nはそれぞれ独立してA,T,またはGから選ばれ、yは0〜11から選ばれ、 そしてxはO〜yから選ばれる〕を含んでいる、 3′末端の非翻訳配列は3000個以下のデオキシヌクレオチドの非翻訳遺伝子 配列、ターミネーター配列およびポリA付加配列を含んでいる、 (2)プラスミド中へ前記フラグメントを挿入して、熱ショック遺伝子プロモー ターで制御されるプラスミドを形成する工程、 (3)蛋白質の生産をコードする遺伝子の発現を許容する真核細胞中へ、前記熱 ショック遺伝子プロモーターで制御されるプラスミドを挿入する工程、および( 4)前記真核細胞にストレスを与えて、蛋白質の生産をコードする遺伝子の発現 を誘導する工程。 19.前記熱ショック遺伝子プロモーターがドロソフィラ・メランガスター(D rosopyilamelangaster)のゲノムDNAから誘導されたも のである、請求の範囲第18項記載の方法。 20.前記ゲノムDNAがドロソフィラ・メランガスター(Drosophil amelangaster)の70キロダルトンの熱ショック蛋白質をコードす る遺伝子である、請求の範囲第19項記載の方法。 21.さらに工程(1)において、デオキシヌクレオチドの配列中に、形質転換 体プラスミドの選択を可能とするための選択可能なマーカーをコードする配列を 含んでいる、請求の範囲第18項記載の方法。 22.前記選択可能なマーカーが抗生物質耐性である、請求の範囲第21項記載 の方法。
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PROC.NATL.ACAD.SCI=1985US *
THE EMBO J=1982 *

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