JPH0354556B2 - - Google Patents

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JPH0354556B2
JPH0354556B2 JP63079680A JP7968088A JPH0354556B2 JP H0354556 B2 JPH0354556 B2 JP H0354556B2 JP 63079680 A JP63079680 A JP 63079680A JP 7968088 A JP7968088 A JP 7968088A JP H0354556 B2 JPH0354556 B2 JP H0354556B2
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dhfr
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • 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
    • C12N9/00Enzymes; Proenzymes; Compositions thereof; Processes for preparing, activating, inhibiting, separating or purifying enzymes
    • C12N9/0004Oxidoreductases (1.)
    • C12N9/0012Oxidoreductases (1.) acting on nitrogen containing compounds as donors (1.4, 1.5, 1.6, 1.7)
    • C12N9/0026Oxidoreductases (1.) acting on nitrogen containing compounds as donors (1.4, 1.5, 1.6, 1.7) acting on CH-NH groups of donors (1.5)
    • C12N9/0028Oxidoreductases (1.) acting on nitrogen containing compounds as donors (1.4, 1.5, 1.6, 1.7) acting on CH-NH groups of donors (1.5) with NAD or NADP as acceptor (1.5.1)

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、モルヒネ様鎮痛作用を示すペプチド
であるメチオニンエンケフアリン(チロシン
(Tyr)−グリシン(Gly)−グリシン(Gly)−フ
エニルアラニン(Phe)−メチオニン(Met)の
5個のアミノ酸配列よりなるペプチド、以下、
MEKと略す。)を含む融合タンパク質を大量に生
産可能とする新規組換えプラスミドpMEK2、
pMEK2に含有する大腸菌、MEKを酵素のカル
ボキシ末端側に有するジヒドロ葉酸還元酵素−
MEK融合タンパク質(以下、DHFR−MEKと
略す。)、DHFR−MEKの分離精製方法、および
MEKの製造方法に関するものである。本発明の
新規組換えプラスミドpMEK2は、第1図におい
て示さえるDNA配列を有する。本発明は、発酵
工業、医薬品工業等の分野に好適である。 従来の技術 MEKは、ロイシンエンケフアリン(以下、
LEKと略す。)と同様、モルヒネ様鎮痛作用を示
す内因性ペプチドとして知られ、習慣性のない鎮
痛剤また麻酔薬としての利用が期待される興味深
い生理活性ペプチドである。MEKの鎮痛効果は、
LEKの約1.5倍であるとされている。 本発明の技術的背景としては、いわゆる遺伝子
操作技術がある。しかしながら、遺伝子操作を利
用した効率のよいMEKの製造方法に関しては、
知られていない。 一方、既に、本発明者らは、大腸菌由来のジヒ
ドロ葉酸還元酵素(以下、DHFRと略す。)遺伝
子に関して、その遺伝子の改変の結果、異種遺伝
子発現用プラスミドベクターpTP70−1(特開昭
63−46193号公報)及びそれを利用した融合遺伝
子の作成方法(特開平1−144992号公報)を開発
している。これらの方法を利用した場合、融合遺
伝子の発現の結果得られる融合タンパク質の大腸
菌菌体の蓄積量は、全菌体タンパク質の約20%が
期待される。しかしながら、MEKの生産に上記
発現ベクターを用いた例はない。 発明の目的 本発明の目的は、いまだ確立されていない、遺
伝子操作の手法を用いたMEKの大量生産方法を
開発することにある。 既に、本発明者らは(1)大腸菌のDHFRを大量
に発現する発現プラスミドを構築していること
(特開昭62−69990号公報)、(2)大腸菌のDHFRの
カルボキシ末端側の配列を変化させても、酵素活
性が失われないこと、(3)大腸菌のDHFRのカル
ボキシ末端側に異種ペプチドを融合させることを
可能とするプラスミドベクターpTP70−1を構
築していること(特開昭63−46193号公報)、(4)
pTP70−1上の改変DHFRは、大腸菌で効率良
く発現すること、を明らかにしている。 本発明者らは、上記の知見を利用し、鋭意研究
の結果、MEK遺伝子を化学合成し、pTP70−1
に組み込むことにより、MEK遺伝子とDHFR遺
伝子の融合遺伝子を作成し、融合遺伝子を大腸菌
で発現させることにより、DHFR−MEKを大量
に生産できることを見いだし、さらに、DHFR
−MEKを用いることにより効果的にMEKを作成
できることを明らかにし、本発明を完成させた。 発明の構成 本発明は、(1)DHFR−MEKの大量発現を可能
にする新規組換えプラスミドpMEK2、(2)
pMEK2を含有する大腸菌菌体、(3)pMEK2を含
有する大腸菌が生産するDHFR−MEK、(4)
pMEK2を含有する大腸菌からのDHFR−MEK
の分離精製、および(5)DHFR−MEKを用いた
MEKの製造方法、の発明により構成される。 (1) 新規組換えプラスミドpMEK2 第1図は、本発明のpMEK2の全塩基配列を
示している。図は、2本鎖環状DNAのうち片
方のDNA鎖配列だけを、プラスミド中に2箇
所存在する制限酵素Cla部位のうちHind部
位に近い方の切断認識部位、5′−ATCGAT−
3′、の最初の“A”を1番として数えて、5′末
端から3′末端の方向に記述している。本発明の
pMEK2は、新規な組換えプラスミドである。
pMEK2は、4640塩基対の大きさであり、宿主
である大腸菌にトリメトプリムおよびアンピシ
リン耐性を付与することができる。pMEK2
は、pTP70−1のBamH部位にMEKを暗号
化する配列を含む32塩基対の化学合成DNAが
結合した構造をしていてる。第1図において、
533番目から564番目迄の配列が化学合成DNA
由来の配列である。それ以外の配列がpTP70
−1由来の配列である。 化学合成したDNAの配列には、制限酵素
Xhoの認識切断部位、5′−CTCGAG−3′(第
1図の、558番目から563番目までの配列)、を
含ませてある。pTP70−1由来の部分には、
Xho部位が存在しない。従つて、pMEK2の
BamH部位(第1図の532番目から537番目
までの配列)からXho部位までの配列を他の
配列に置き換えることにより、方向を定めて異
種DNAの導入を行い、DHFR遺伝子との融合
遺伝子の作成をさらに容易に行うことができ
る。 第1図の57番目から554番目まで配列は、
DHFRのカルボキシ末端側にMEKがアルギニ
ンを介して結合したDHFR−LEKを暗号化し
ている。 DHFR−LEKを暗号化する配列の上流には、
DHFR−LEK遺伝子の発現を効率良く行わせ
る配列が存在する(特開昭63−46193号公報)。
即ち、43番目から50番目までの配列がSD配列
と呼ばれるもので、効率の良い翻訳に、また、
4598番目から4626番目までが、コンセンサス転
写プロモーターであり、効率の良い転写に貢献
する。このことから、pMEK2は、大腸菌に導
入された場合、多種のDHFR−MEKを作る。
作られたDHFR−LEKは、菌体内に可溶性の
状態で、菌体タンパク質の約20%程度蓄積す
る。このことによつて、pMEK2を含有する大
腸菌はトリメトプリム耐性を示すようになる。
また、pMEK2は、pTP70−1由来の、アンピ
シリン耐性遺伝子を有している。このことか
ら、pMEK2が導入された大腸菌は、アンピシ
リン耐性をも示す。pMEK2は、大腸菌に導入
されて安定状態に保たれ、pMEK2を含有する
大腸菌は、微工研にFERMBP−1816として寄
託されている。 このような特長を有するpMEK2は、実施例
1に従つて作成することができるが、組換えプ
ラスミドの作成方法によつて本発明が制限され
るものではない。 (2) pLEK1を含有する大腸菌 pMEK2を含有する大腸菌は、トリメトプリ
ム及びアンピシリンに対して耐性を示す。
pMEK2を含有する大腸菌は、pMEK2上の
DHFR−MEK遺伝子の効率のよい発現の結
果、DHFR−MEKを菌体内に可溶性の状態で
大量に蓄積する。pMEK2を含有する大腸菌を
YT+Ap培地(培地1l中に、5gのNaCl、8
gのトリプトン、5gのイーストエキス、及び
50mgのアンピシリンナトリウムを含む液体培
地)を用いて、37℃で定常期まで培養した場
合、蓄積するDHFR−MEKは、菌体タンパク
質の約20%に達する。培養菌体を、リン酸緩衝
液などの適当な緩衝液に懸濁し、フレンチプレ
ス法もしくは音波破砕法で破砕し、これを遠心
分離法により上清と沈澱に分離した場合、ほと
んど全てのDHFR−MEKは上清中に回収され
る。pMEK2を含有する大腸菌は、微工研に
FERMBP−1816として寄託されている。 (3) DHFR−MEK 第2図は、DHFR−MEKを暗号化する部分
のDNA配列とそれから作られると予想される
タンパク質のアミノ酸配列を示している。
DHFR−MEKは、166アミノ酸よりなる新規
なタンパク質である。アミノ末端側から数え
て、1から159番目までの配列が、大腸菌の野
生型DHFRに1箇所アミノ酸置換置換が起こ
つた(Cys−152(Wild type)→Glu−152)配
列であり、162番目から166番目までがMEKの
配列である。MEKの配列の直前のアミノ酸は
アルギニン(Arg)である。このことにより、
DHFR−MEKをトリプシンで処理することに
より、MEKを特異的に切り出すことができる。
160番目ののイソロイシン(Ile)は、pTP70−
1のBamH部位にMEKを暗号化するDNA
を導入する際に、遺伝暗号の読み取り枠を合わ
せるために生じた配列である。pTP70−1が
作るDHFRは、162個のアミノ酸よりなり、第
2図のDHFR−MEKのアミノ酸配列のうち、
アミノ末端側から数えて、1から160番目まで
の配列に、Gln−Ileの2個のアミノ酸配列が結
合した配列をしている。DHFR−MEKの分子
量は、18850である。 DHFR−MEKは、新規なタンパク質であ
る。DHFR−MEKはDHFRのカルボキシ末端
側に、MEKが融合した構造をしているにもか
かわらず、DHFR酵素活性を有する。このた
め、大腸菌がDHFR−MEKを多量につくる
と、DHFRの阻害剤であり抗細菌剤であるト
リメトプリムに対して、耐性を示すようにな
る。 (4) DHFR−MEKの分離精製 本発明のDHFR−MEKの分離精製法は、
菌体の培養、菌体の破砕、DEAE−トヨパ
ールカラム処理、メソトリキセート
(MTX)結合アフイニテイクロマトグラフイ
ー、およびDEAE−トヨパールカラムクロマ
トグラフイーの過程より成り立つている。 菌体の培養 pMEK2を含有する大腸菌の培養は、YT
+Ap培地(培地1l中に、5gのNaCl、8g
のトリプトン、5gのイーストエキスおよび
50mgのアンピシリンナトリウムを含む液体培
地。)で培養することができる。培地として
は、この他にST+Ap培地(培地1l中に、2
gのグルコース、1gのリン酸2カリウム、
5gのポリペプトン、5gのイーストエキス
および50mgのアンピシリンナトリウムを含む
液体培地。)など、菌体が成長する培地であ
れば、どの様な培地でも用いることができる
が、調べた限りでは、DHFR−MEKの生産
にはYT+Ap培地が最適であつた。 pMEK2を含有する大腸菌を、培地に接種
し、37℃で対数成長期の後期もしくは定常期
まで培養する。培養温度により菌体中の
DHFR−MEKの蓄積量が変動し、調べた限
りでは、培養温度が高いほど蓄積量が大であ
つた。培養した菌体は、5000回転/分の遠心
分離により集める。培地1lより湿重量2から
4gの菌体が得られる。 集菌およびこれ以後の操作は、特に断わら
ない限り低温(0から10℃の間、4℃が望ま
しい)で行う。 菌体の破砕 培養して得られた菌体を、湿重量の3倍の
緩衝液1(0.1mM エチレンジアミン4酢酸
ナトリウム(EDTA)を含む10mMリン酸
カリウム緩衝液、PH7.0)に懸濁し、フレン
チプレスを用いて菌体を破砕する。菌体破砕
液を5000回転、10分間遠心分離し、上清を得
る。さらに、上清を、35000回転、1時間超
遠心分離し、上清を得る(無細胞抽出液)。 DEAE−トヨパールカラム処理 この操作は、次の精製過程の前処理の目的
で行う。無細胞抽出液を、あらかじめ0.1M
のKClを含む緩衝液1で平衡化したDEAEト
ヨパールカラムにかけ、0.1MのKClを含む
緩衝液1でカラムを洗う。酵素の溶出は、
0.3MのKClを含む緩衝液1を用いて行う。
溶出液を一定量ずつフラクシヨンコレクター
を用いて分画する。分画した溶出液について
DHFR活性を測定し、酵素活性が含まれる
画分を集める。 MTX結合アフイニテイクロマドグラフイ
ー 上記の操作により得られた酵素液を、あら
かじめ緩衝液1で平衡化したMTX結合
Sepharoseアフイニテイカラムに吸着させ
る。吸着後、1MのKClを含む緩衝液2(0.1
mM EDTAを含む10mMリン酸カリウム
緩衝液、PH8.5)で洗う。洗いは、カラムか
らの溶出液の280nmの吸光度を測定し、吸
光度が0.1以下になるまで同緩衝液を流し続
ける。酵素の溶出は、1MのKClと3mMの
葉酸を含む緩衝液2を用いて行い、溶出液を
一定量ずつフラクシヨンコレクターを用いて
分画する。分画した溶出液についてDHFR
活性を測定し、酵素活性が含まれる画分を集
める。得られた酵素液を、緩衝液1に対し
て、3回透析する。この段階で、純度90%以
上のDHFR−MEKが得られる。 DEAE−トロパールカラムクロマトグラフ
イー 透析した酵素液を、あらかじめ緩衝液1で
平衡化したDEAE−トヨパールカラムに吸着
させる。吸着後、0.1MKClを含む緩衝液1
で洗う。洗いは、カラムからの溶出液の
280nmの吸光度を測定し、吸光度が0.01以下
になるまで同緩衝液を流し続ける。酵素の溶
出は、緩衝液1を用いて0.1Mから0.3Mの
KClの直線濃度勾配を用いて行い、溶出液を
一定量ずつフラクシヨンコレクターを用いて
分画する。分画した溶出液について280nm
の吸光度とDHFR活性とを測定する。酵素
活性/280nmの吸光度の値が、一定な画分
を集める。 以上の操作により、DHFR−MEKの高度精
製均一化を、再現性良く行うことができる。 本発明に従うと、DHFR−MEKの精製は、
培養を含めて一週間以内に行うことができ、回
収率50%以上で、均一な酵素標品を得ることが
できる。 DHFR酵素活性は、反応液(0.05mMのジヒ
ドロ葉酸、0.06mMのNADPH、12mMの2−
メルカプトエタノール、50mMのリン酸緩衝液
(PH7.0))を、1mlのキユベツトとり、これに
酵素液を加え、340nmの吸光度の時間変化を
測定することにより行う。酵素1ユニツトは、
上記反応条件において、1分間に1マイクロモ
ルのジヒドロ葉酸を還元するのに必要な酵素量
として定義する。この測定は、分光光度計を用
いて容易に行うことができる。 (5) DHFR−MEKを用いたMEKの製造 精製したDHFR−MEKからのMEKの切
断・分離は、トリプシン処理することにより行
う。緩衝液1中、30℃で、DHF−MEKの百分
の1量のトリプシンを作用させる。トリプシン
による切断反応は、約90分でほぼ完全に完了す
る。トリプシン処理液に、2分の1容の酢酸を
加える。 トリプシン処理した試料をHPLC装置(島津
LC−4A、inertsil−0DSカラム)を用いて、
0.1%トリフルオロ酢酸中、15%から50%のア
セトニトリルの濃度勾配を用いて溶出・分離す
ることができる。溶出物は、220nmにおける
吸光度の測定により検出することができる。第
3図は、トリプシン処理したDHFR−MEK試
料の高速液体クロマトグラムを示している。試
料注入後約15分後のピークがMEKである。こ
のピーク画分を分離する。分離した溶出液をエ
バホレーターで乾燥後、少量の水を加え凍結乾
燥し溶媒を除き、MEKを得ることができる。
また、得られたペプチドを酸加水分解後、アミ
ノ酸分析することによりアミノ酸組成を確かめ
ることができる。 本発明の実施例においては、3lの培地から湿重
量約11gの菌体が得られ、この菌体(計算上、約
115mgのDHFR−MEK、約3.5mgのMEKを含む。)
から、約63mgのDHFR−MEK(収率、54.7%、計
算上約1.9mgのMEKを含む。)を精製して得るこ
とができ、20mgのDHFR−MEKをトリプシン処
理後、HPLCで分離・精製することにより、約
0.48mgのMEKを得ることができた。 次に本発明の実施例および参考例を示す。 実施例 1 pMEK2の作成 MEKを暗号化するDNAとしては、 1 5′− GATCCGTTACGGTGGTTTCATGTAAC
TCGAGA−3′ 2 5′− GATCTCTCGAGTTACATGAAACCACCG
TAACG−3′ の2本の32ヌクレオチドからなるDNAをホスホ
アミダイト法に従つて化学合成し、精製後、ポリ
ヌクレオチドキナーゼを用いて、各DNAの5′末
端をリン酸化した。リン酸化したDNAを約0.1ml
(約0.01μgのDNAを含んでいる。)ずつ取り、こ
れを60℃でインキユベートすることによつて両
DNAをアニールさせた(これをDNA1と呼ぶ)。 約1μgのpTP70−1を、BamHで切断した
後、アルカリホスフアターゼ処理をした。アルカ
リホスフアターゼ処理したDNAをフエノール処
理することにより、共存する酵素タンパク質を変
性除去し、その後エタノールでDNAを沈澱させ
た。沈澱したDNAを70%エタノールで洗つた後、
エタノールを除き、減圧下に沈澱を乾燥させた。
BamHによるDNAの切断、アルカリホスフア
ターゼ処理、フエノール処理、およびエタノール
沈澱の各操作は、いずれも、“Molecular
Cloning A Loboratory Manual”(T.
Maniatis,E.F.Fritsch,J.Sambrook、eds.Cold
Spring Harbor Laboratory(1982)、以下、文献
1と呼ぶ。)に記載している方法に従つて行つた。
乾燥させたDNAを50μlのリガーゼ用反応液(10
mM Tris−HCl、PH7.4、5mM MgCl2、10
mMジチオトレイトール、5mM ATP)に溶
解後、5μlのDNA1を加え、これに1ユニツトの
T4−DNAリガーゼを加えて、10℃で、12時間
DNAの連結反応を行わせた。この反応物を、形
質転換法(transformation method、上記文献1
に記載)に従つて、大腸菌に取り込ませた。この
処理した菌体を、50mg/mlのアンピシリンナトリ
ウムおよび10mg/mlのトリメトプリムを含む栄養
寒天倍地(倍地11中に、2gのグルコース、1g
のリン酸2カリウム、5gのイーストエキス、5
gのポリペプトン、15gの寒天を含む。)上に塗
布し、37℃に24時間培養することにより、19個の
コロニーを得ることができた。これらのコロニー
から適当に8個選び、1.5mlのYT+Ap倍地(倍
地11中に、5gのNaCl、5gのイーストエスキ、
8gのトリプトン、50mgのアンピシリンナトリウ
ムを含む。)で、37℃、1晩、菌体を培養した。
培養液を、各々エツペンドルフ遠心管にとり、
12000回転/分で10分間遠心分離し、菌体を沈澱
として集めた。これに、0.1mlの電気泳動用サン
プル調製液(0.0625MのTris−HCl、PH6.8、2%
のラウリル硫酸ナトリウム(SDS)、10%のグリ
セン、5%の2−メルカプトエタノール、0.001
%のブロムフエノールブルーを含む。)を加え、
菌体を懸濁し、これを沸騰水中に5分間保ち、菌
体を溶かした。この処理をしたサンプルをSDS−
ポリアクリルアミドゲル電気泳動法(U.K.
Lammli;Nature、vol.227、p.680(1970))に従
つて分析した。標準サンプルとしてpTP70−1
を含有する大腸菌に同様な処理をしたもの、およ
び分子量マーカーとしてラクトアルブミン(分子
量14200)、トリプシンインヒビター(分子量
20100)、トリプシノーゲン(分子量24000)、カル
ボニツクアンヒドラーゼ(分子量29000)、グリセ
ロアルデヒド3−リン酸デヒドロゲナーゼ(分子
量36000)、卵アルブミン(分子量45000)、および
牛血清アルブミン(分子量66000)を含むサンプ
ルをポリアクリルアミド濃度の10から20%濃度勾
配ゲルで泳動した。その結果、8個のコロニーの
うち、4個では(以下、これら、C型の組換え体
と称する。)、pTP70−1のDHFRのバンドが消
失し、それより明らかに分子量が大きくなつたタ
ンパク質(分子量約22000と推定される。)を新た
に生産していること、また、3個のコロニーでは
(以下、これを、R型の組換え体と称する。)
pTP70−14のDHFRのバンドが消失し、それよ
り明らかに分子量が大きくなつたタンパク質が2
種類(それぞれ、分子量約21500と23500推定され
る。)が新たに生産されている、また、残りの1
個では、DHFRとほぼ同じ大きさのタンパク質
を生産すること、pTP70−1のDHFR(分子量
18379)は、この条件で分子量約21000のタンパク
質として泳動することが明らかになつた。C型お
よびR型の組換え体から、それぞれ一株づつ選
び、各々、これをYT+Ap倍地で培養し、
TanakaとWeisblumの方法(T.Tanaka、B.
Weisblum;J.Bacteriology、vol.121、p.354
(1975))に従つて、プラスミドを調製した。得ら
れたプラスミドをpMEK2およびpMEK1と名づ
けた。pMEK1もしくはpMEK2は、pTP70−1
のBamH部位に、化学合成してDNA配列が挿
入した構造をしているはずである。合成DNAに
は、制限酸素Xhoで切断認識される配列、5′−
CTCGAG−3′が、含まれているので、Xhoで
pLEK1およびpMEK2の切断を試みたところ、確
かに切断された。また、pMEK1およびpMEK2
のEcoR(第1図の471−476番目の配列)とSal
(第1図の85−862番目の配列)による切断に
よつて得られる約400ヌクレオチド長のDNAにつ
いて、M13フアージを用いたジデオキシ法(J.
Messing;Mehtods in Enzymology、vol.101、
p.20(1983))に従つて、塩基配列を決定した。そ
の結果、pMEK2については、第1図に示す配列
の471番目から約857番目迄の配列が確かめられ
た。一方、pME1では、533番目から567番目の配
列が逆転している配列であることが明らかにされ
た。即ち、pMEK1とpMEK2は、化学合成した
DNA配列が、pTP70−1のBamH部位に互い
に逆向きに挿入された構造をしていることが明ら
にされた。また、塩基配列を検討することによ
り、pMEK2がDHER−MEKを暗号化すること
が明らかとなつた。従つて、pMEK2が、目的の
組換えプラスミドである。 pTP70−1の塩基配列は、本発明者らによつ
て明らかにされている(特開昭63−46193号公
報)、pMEK2のEcoR−Salの配列は、
pTP70−1のEcoR−Salの間にあるBamH
部位に、32ヌクレオチド長の配列が挿入された
配列である。 また、pMEK2のEcoR−Sal切断によつて
得られる約4.2キロ塩基対のDNAは、Pst、
Hind、Pha、Aat、Pvu、Bgl、およ
びClaを用いた制限酵素による切断実験の結
果、pTP70−1のEcoR−Sal切断によつて
得られる約4.2キロ塩基対のDNAと全く同一であ
ることが示された。 以上の結果から、pMEK2の全塩基配列が第1
図に示した配列であることが決められた。 実施例 2 pMEK2を含有する大腸菌が作るDHFR−
MEK pMEK2を含有する大腸菌が作るDHFR−
MEKのアミノ酸配列は、DHFR−MEK遺伝子
の塩基配列から予想することができる。第1図の
57番目から554番目の配列がDHFR−MEKを暗
号化していることから、トリプレツト暗号表を用
いて、アミノ酸配列を推定した。その結果第2図
に示すアミノ酸配列が得られた。 pMEK2を含有する大腸菌から、DHFR−
MEKを分離精製し、精製したタンパク質の性質
を調べた。 DHFR−MEKの精製 A 用いた菌体量:湿重量 11g B 酵素精製表 表における精製過程は無細胞抽出液、
DEAE−トヨパールカラム処理、メソトリキ
セート結合アフイニテイクロマトグラフイー、
およびDEAE−トヨパールカラムクロマトグ
ラフイーを表す。
Industrial Application Field The present invention is directed to the use of methionine-enkephalin (Tyr-Gly-Gly-Phenylalanine (Phe)-Met), a peptide that exhibits morphine-like analgesic action. A peptide consisting of a 5 amino acid sequence, hereinafter:
It is abbreviated as MEK. ), a novel recombinant plasmid pMEK2 that enables large-scale production of fusion proteins containing
Escherichia coli contained in pMEK2, dihydrofolate reductase with MEK on the carboxy-terminal side of the enzyme -
MEK fusion protein (hereinafter abbreviated as DHFR-MEK), DHFR-MEK separation and purification method, and
This relates to a method for producing MEK. The novel recombinant plasmid pMEK2 of the present invention has the DNA sequence shown in FIG. The present invention is suitable for fields such as fermentation industry and pharmaceutical industry. Conventional technology MEK is leucine enkephalin (hereinafter referred to as
Abbreviated as LEK. ), it is known as an endogenous peptide that exhibits morphine-like analgesic effects, and is an interesting physiologically active peptide that is expected to be used as a non-addictive analgesic or anesthetic. The analgesic effect of MEK is
It is said to be approximately 1.5 times that of LEK. The technical background of the present invention is so-called genetic manipulation technology. However, regarding the efficient production method of MEK using genetic manipulation,
unknown. On the other hand, the present inventors have already developed a plasmid vector pTP70-1 for heterologous gene expression (Japanese Patent Application Laid-Open No.
63-46193) and a method for creating a fusion gene using the same (Japanese Patent Application Laid-open No. 144992/1999). When these methods are used, the amount of the fusion protein obtained as a result of the expression of the fusion gene accumulated in E. coli cells is expected to be approximately 20% of the total cell protein. However, there is no example of using the above expression vector for MEK production. Purpose of the Invention The purpose of the present invention is to develop a method for mass production of MEK using genetic engineering techniques, which has not yet been established. The present inventors have already constructed (1) an expression plasmid that expresses a large amount of E. coli DHFR (Japanese Patent Application Laid-open No. 62-69990), and (2) the carboxy-terminal sequence of E. coli DHFR. (3) We have constructed a plasmid vector pTP70-1 that makes it possible to fuse a heterologous peptide to the carboxy-terminal side of E. coli DHFR (Japanese Patent Laid-Open No. 63 −46193), (4)
It has been revealed that the modified DHFR on pTP70-1 is efficiently expressed in E. coli. Utilizing the above knowledge and as a result of intensive research, the present inventors chemically synthesized the MEK gene and pTP70-1
They discovered that DHFR-MEK could be produced in large quantities by creating a fusion gene between the MEK gene and DHFR gene and expressing the fusion gene in E. coli.
- It was revealed that MEK can be effectively produced by using MEK, and the present invention was completed. Structure of the Invention The present invention provides (1) a novel recombinant plasmid pMEK2 that enables large-scale expression of DHFR-MEK;
E. coli cells containing pMEK2, (3) DHFR-MEK produced by E. coli containing pMEK2, (4)
DHFR-MEK from E. coli containing pMEK2
separation and purification, and (5) using DHFR-MEK.
The invention consists of a method for producing MEK. (1) Novel recombinant plasmid pMEK2 Figure 1 shows the entire nucleotide sequence of pMEK2 of the present invention. The figure shows that only one DNA strand sequence of the double-stranded circular DNA is cut at the 5'-ATCGAT-
3', the first "A" is counted as number 1, and it is written in the direction from the 5' end to the 3' end. of the present invention
pMEK2 is a novel recombinant plasmid.
pMEK2 has a size of 4640 base pairs and can confer trimethoprim and ampicillin resistance to the host E. coli. pMEK2
has a structure in which 32 base pairs of chemically synthesized DNA containing a sequence encoding MEK is bound to the BamH site of pTP70-1. In Figure 1,
The sequence from 533rd to 564th is chemically synthesized DNA
This is the origin sequence. Other sequences are pTP70
-1-derived sequence. Restriction enzymes are used to sequence chemically synthesized DNA.
The Xho recognition cleavage site, 5'-CTCGAG-3' (sequence from position 558 to position 563 in Figure 1), is included. The part derived from pTP70-1 contains
No Xho site is present. Therefore, pMEK2
By replacing the sequence from the BamH site (sequence 532nd to 537th in Figure 1) to the Xho site with another sequence, we introduce the foreign DNA in a determined direction and create a fusion gene with the DHFR gene. can be done even more easily. The array from 57th to 554th in Figure 1 is as follows:
MEK encodes DHFR-LEK, which is bound to the carboxy-terminal side of DHFR via arginine. Upstream of the sequence encoding DHFR-LEK,
There is a sequence that allows efficient expression of the DHFR-LEK gene (Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-46193).
In other words, the sequence from 43rd to 50th is called the SD sequence, which is useful for efficient translation and
Positions 4598 to 4626 are the consensus transcription promoter and contribute to efficient transcription. From this, pMEK2 produces many types of DHFR-MEK when introduced into E. coli.
The produced DHFR-LEK accumulates in a soluble state within the bacterial body, accounting for approximately 20% of the bacterial protein. This makes E. coli containing pMEK2 resistant to trimethoprim.
Furthermore, pMEK2 has an ampicillin resistance gene derived from pTP70-1. From this, E. coli into which pMEK2 has been introduced also exhibits resistance to ampicillin. pMEK2 is introduced into Escherichia coli and kept in a stable state, and the Escherichia coli containing pMEK2 has been deposited as FERMBP-1816 at the Institute of Fine Technology. pMEK2 having such features can be constructed according to Example 1, but the present invention is not limited by the method for constructing the recombinant plasmid. (2) E. coli containing pLEK1 E. coli containing pMEK2 shows resistance to trimethoprim and ampicillin.
E. coli containing pMEK2
As a result of efficient expression of the DHFR-MEK gene, a large amount of DHFR-MEK is accumulated in the bacterial body in a soluble state. E. coli containing pMEK2
YT + Ap medium (in 1 liter of medium, 5 g of NaCl, 8
g of tryptone, 5 g of yeast extract, and
When cultured at 37°C until the stationary phase using a liquid medium containing 50 mg of ampicillin sodium, the accumulated DHFR-MEK reaches approximately 20% of the bacterial protein. When cultured bacterial cells are suspended in an appropriate buffer such as phosphate buffer, disrupted by French press or sonication, and separated into supernatant and precipitate by centrifugation, almost all of the DHFR- MEK is recovered in the supernatant. E. coli containing pMEK2 was sent to the Microtech Institute.
It has been deposited as FERMBP-1816. (3) DHFR-MEK Figure 2 shows the DNA sequence encoding DHFR-MEK and the amino acid sequence of the protein predicted to be made from it.
DHFR-MEK is a novel protein consisting of 166 amino acids. The sequence from positions 1 to 159, counting from the amino terminal side, is a sequence in which one amino acid substitution has occurred in E. coli wild type DHFR (Cys-152 (Wild type) → Glu-152), and from position 162 to Glu-152. The MEK array is up to the 166th. The amino acid immediately preceding the MEK sequence is arginine (Arg). Due to this,
By treating DHFR-MEK with trypsin, MEK can be specifically excised.
Isoleucine (Ile) at position 160 is pTP70−
DNA encoding MEK at the BamH site of 1
This sequence was created to match the reading frame of the genetic code when introducing the gene. DHFR produced by pTP70-1 consists of 162 amino acids, and of the amino acid sequence of DHFR-MEK shown in Figure 2,
The sequence from positions 1 to 160 counting from the amino terminus is a combination of two Gln-Ile amino acid sequences. The molecular weight of DHFR-MEK is 18,850. DHFR-MEK is a novel protein. DHFR-MEK has a structure in which MEK is fused to the carboxy terminal side of DHFR, but it has DHFR enzyme activity. For this reason, when E. coli produces large amounts of DHFR-MEK, it becomes resistant to trimethoprim, a DHFR inhibitor and antibacterial agent. (4) Separation and purification of DHFR-MEK The method for separating and purifying DHFR-MEK of the present invention is as follows:
It consists of the following steps: culture of bacterial cells, disruption of bacterial cells, DEAE-Toyopearl column treatment, mesotrixate (MTX)-conjugated affinity chromatography, and DEAE-Toyopearl column chromatography. Culture of bacterial cells Culture of E. coli containing pMEK2 is carried out using YT
+Ap medium (5 g NaCl, 8 g in 1 liter medium)
of tryptone, 5g of yeast extract and
Liquid medium containing 50 mg ampicillin sodium. ) can be cultured. In addition to this, other media include ST+Ap medium (2 liters per liter of medium).
g glucose, 1 g dipotassium phosphate,
Liquid medium containing 5 g polypeptone, 5 g yeast extract and 50 mg ampicillin sodium. ), any medium can be used as long as it allows the bacterial cells to grow, but as far as we have investigated, YT+Ap medium is optimal for producing DHFR-MEK. E. coli containing pMEK2 is inoculated into a medium and cultured at 37°C until the late logarithmic growth phase or stationary phase. Depending on the culture temperature,
The amount of DHFR-MEK accumulated varied, and as far as we investigated, the higher the culture temperature, the greater the amount accumulated. The cultured bacterial cells are collected by centrifugation at 5000 rpm. A wet weight of 2 to 4 g of bacterial cells can be obtained from 1 liter of culture medium. Bacterial collection and subsequent operations are performed at low temperatures (between 0 and 10°C, preferably 4°C) unless otherwise specified. Disruption of bacterial cells The bacterial cells obtained by culturing were suspended in buffer solution 1 (10 mM potassium phosphate buffer containing 0.1 mM sodium ethylenediaminetetraacetate (EDTA), PH 7.0) at 3 times the wet weight, Crush the bacterial cells using a French press. Centrifuge the cell suspension at 5000 rpm for 10 minutes to obtain a supernatant. Furthermore, the supernatant is subjected to ultracentrifugation at 35,000 rpm for 1 hour to obtain a supernatant (cell-free extract). DEAE-Toyopearl column treatment This operation is performed for the purpose of pretreatment for the next purification process. Prepare cell-free extract at 0.1M in advance.
Apply to a DEAE Toyopearl column equilibrated with Buffer 1 containing 0.1M KCl, and wash the column with Buffer 1 containing 0.1M KCl. Enzyme elution is
Perform using buffer 1 containing 0.3M KCl.
Fractionate a certain amount of the eluate using a fraction collector. About the fractionated eluate
Measure DHFR activity and collect fractions containing enzyme activity. MTX binding affinity chromatography The enzyme solution obtained by the above procedure was equilibrated with buffer 1 beforehand.
Adsorb onto Sepharose affinity column. After adsorption, buffer 2 (0.1
Wash with 10 mM potassium phosphate buffer containing mM EDTA, pH 8.5). For washing, measure the absorbance of the eluate from the column at 280 nm, and continue to flow the same buffer until the absorbance becomes 0.1 or less. Elution of the enzyme is performed using Buffer 2 containing 1M KCl and 3mM folic acid, and the eluate is fractionated in fixed amounts using a fraction collector. DHFR for fractionated eluate
Measure the activity and collect fractions containing enzyme activity. The obtained enzyme solution is dialyzed against buffer solution 1 three times. At this stage, DHFR-MEK with a purity of 90% or more is obtained. DEAE-Toyopearl column chromatography The dialyzed enzyme solution is adsorbed onto a DEAE-Toyopearl column equilibrated with buffer 1 in advance. After adsorption, buffer 1 containing 0.1M KCl
wash with Washing is done by washing the eluate from the column.
Measure the absorbance at 280 nm, and continue to flow the same buffer until the absorbance becomes 0.01 or less. Enzyme elution was performed using buffer 1 from 0.1M to 0.3M.
A linear concentration gradient of KCl is used, and a fixed amount of the eluate is fractionated using a fraction collector. 280nm for fractionated eluate
The absorbance and DHFR activity are measured. Collect fractions with a constant value of enzyme activity/absorbance at 280 nm. Through the above operations, DHFR-MEK can be highly purified and homogenized with good reproducibility. According to the invention, the purification of DHFR-MEK consists of
It can be carried out within one week including culturing, and a homogeneous enzyme preparation can be obtained with a recovery rate of 50% or more. DHFR enzyme activity was determined using the reaction solution (0.05mM dihydrofolate, 0.06mM NADPH, 12mM 2-
The measurement is carried out by taking 1 ml of mercaptoethanol and 50 mM phosphate buffer (PH7.0) into a cuvette, adding the enzyme solution to the cuvette, and measuring the change in absorbance at 340 nm over time. One unit of enzyme is
Under the above reaction conditions, it is defined as the amount of enzyme required to reduce 1 micromole of dihydrofolate per minute. This measurement can be easily performed using a spectrophotometer. (5) Production of MEK using DHFR-MEK MEK is cleaved and separated from purified DHFR-MEK by treatment with trypsin. Trypsin is applied in buffer solution 1 at 30° C. in an amount of 1/100 of DHF-MEK. The trypsin cleavage reaction is almost completely completed in about 90 minutes. Add 1/2 volume of acetic acid to the trypsinization solution. Trypsin-treated samples were collected using an HPLC device (Shimadzu).
LC-4A, inertsil-0DS column)
Elution and separation can be performed using a concentration gradient of 15% to 50% acetonitrile in 0.1% trifluoroacetic acid. Eluates can be detected by measuring absorbance at 220 nm. Figure 3 shows a high performance liquid chromatogram of a trypsinized DHFR-MEK sample. The peak approximately 15 minutes after sample injection is MEK. Separate this peak fraction. After drying the separated eluate using an evaporator, MEK can be obtained by adding a small amount of water and freeze-drying to remove the solvent.
Furthermore, the amino acid composition can be confirmed by acid hydrolyzing the obtained peptide and then performing amino acid analysis. In the example of the present invention, bacterial cells with a wet weight of approximately 11 g were obtained from 3 liters of culture medium, and this bacterial cell (calculated approximately
Contains 115 mg DHFR-MEK, approximately 3.5 mg MEK. )
Approximately 63 mg of DHFR-MEK (yield: 54.7%, calculated to contain approximately 1.9 mg of MEK) can be obtained by purification, and 20 mg of DHFR-MEK was treated with trypsin, then separated and purified by HPLC. By doing approx.
We were able to obtain 0.48 mg of MEK. Next, examples and reference examples of the present invention will be shown. Example 1 Creation of pMEK2 The DNA encoding MEK is 1 5'- GATCCGTTACGGTGGTTTCATGTAAC
TCGAGA-3' 2 5'- GATCTCTCGAGTTACATGAAACCACCG
DNA consisting of two 32 nucleotides of TAACG-3' was chemically synthesized according to the phosphoramidite method, and after purification, the 5' end of each DNA was phosphorylated using polynucleotide kinase. Approximately 0.1ml of phosphorylated DNA
(contains about 0.01 μg of DNA) and incubating it at 60°C.
The DNA was annealed (this is called DNA1). Approximately 1 μg of pTP70-1 was cleaved with BamH and then treated with alkaline phosphatase. The alkaline phosphatase-treated DNA was treated with phenol to denature and remove coexisting enzyme proteins, and then the DNA was precipitated with ethanol. After washing the precipitated DNA with 70% ethanol,
The ethanol was removed and the precipitate was dried under reduced pressure.
The operations of DNA cleavage with BamH, alkaline phosphatase treatment, phenol treatment, and ethanol precipitation are all performed using the “Molecular
Cloning A Loboratory Manual” (T.
Maniatis, EFFritsch, J. Sambrook, eds.Cold
Spring Harbor Laboratory (1982), hereinafter referred to as Document 1. ).
Add the dried DNA to 50 μl of ligase reaction solution (10
mM Tris-HCl, PH7.4, 5mM MgCl2 , 10
After dissolving in 5mM dithiothreitol, 5mM ATP), add 5μl of DNA1, and add 1 unit of DNA1 to this.
Add T4-DNA ligase and keep at 10℃ for 12 hours.
A DNA ligation reaction was performed. This reaction product was transformed using a transformation method (reference 1 mentioned above).
was incorporated into E. coli according to the method described in . The treated cells were transferred to a nutrient agar medium (medium 11 containing 50 mg/ml ampicillin sodium and 10 mg/ml trimethoprim, 2 g glucose, 1 g
of dipotassium phosphate, 5 g of yeast extract, 5
Contains 15g of polypeptone and 15g of agar. ) and cultured at 37°C for 24 hours, we were able to obtain 19 colonies. Select 8 of these colonies and add 1.5 ml of YT+Ap medium (in medium 11, 5 g of NaCl, 5 g of yeast extract,
Contains 8g tryptone, 50mg ampicillin sodium. ), the bacterial cells were cultured overnight at 37°C.
Transfer the culture solution to each Etzpendorf centrifuge tube,
The cells were centrifuged at 12,000 rpm for 10 minutes and collected as a precipitate. Add to this 0.1ml of electrophoresis sample preparation solution (0.0625M Tris-HCl, PH6.8, 2%
sodium lauryl sulfate (SDS), 10% glycene, 5% 2-mercaptoethanol, 0.001
Contains % Bromophenol Blue. ) and
The bacterial cells were suspended and kept in boiling water for 5 minutes to dissolve the bacterial cells. SDS−
Polyacrylamide gel electrophoresis (UK
Lammli; Nature, vol. 227, p. 680 (1970)). pTP70-1 as standard sample
Escherichia coli containing
20100), trypsinogen (molecular weight 24000), carbonic anhydrase (molecular weight 29000), glyceraldehyde 3-phosphate dehydrogenase (molecular weight 36000), egg albumin (molecular weight 45000), and bovine serum albumin (molecular weight 66000). A gradient gel of 10 to 20% polyacrylamide concentration was run. As a result, in 4 of the 8 colonies (hereinafter referred to as type C recombinants), the DHFR band of pTP70-1 disappeared, and a protein whose molecular weight was clearly larger than that of pTP70-1 was found. (The molecular weight is estimated to be approximately 22,000.) In addition, the three colonies (hereinafter referred to as R-type recombinants)
The DHFR band of pTP70-14 disappeared, and a protein with a clearly larger molecular weight was detected.
(estimated molecular weights of approximately 21,500 and 23,500, respectively) are newly produced, and the remaining 1
pTP70-1 produces a protein with approximately the same size as DHFR, and DHFR (molecular weight
18379) was found to migrate as a protein with a molecular weight of approximately 21,000 under these conditions. One strain each was selected from the C-type and R-type recombinants, and each strain was cultured in YT+Ap medium.
Tanaka and Weisblum's method (T.Tanaka, B.
Weisblum; J.Bacteriology, vol.121, p.354
(1975)). The obtained plasmids were named pMEK2 and pMEK1. pMEK1 or pMEK2 is pTP70-1
It should have a structure in which a chemically synthesized DNA sequence is inserted into the BamH site of . Synthetic DNA contains a sequence recognized by the limiting oxygen Xho, 5′-
Since CTCGAG−3′ is included, Xho
When we tried to cleave pLEK1 and pMEK2, they were indeed cleaved. Also, pMEK1 and pMEK2
EcoR (sequences 471-476 in Figure 1) and Sal
(Sequences 85-862 in Figure 1) were used to obtain approximately 400 nucleotides of DNA using the dideoxy method using M13 phage (J.
Messing;Mehtods in Enzymology, vol.101,
20 (1983)), the base sequence was determined. As a result, the sequence of pMEK2 from position 471 to approximately position 857 of the sequence shown in FIG. 1 was confirmed. On the other hand, in pME1, it was revealed that the sequence from position 533 to position 567 is reversed. That is, pMEK1 and pMEK2 were chemically synthesized.
It was revealed that the DNA sequences were inserted into the BamH site of pTP70-1 in opposite directions. Furthermore, by examining the nucleotide sequence, it became clear that pMEK2 encodes DHER-MEK. Therefore, pMEK2 is the recombinant plasmid of interest. The nucleotide sequence of pTP70-1 has been revealed by the present inventors (Japanese Unexamined Patent Publication No. 63-46193), and the sequence of EcoR-Sal of pMEK2 is
BamH between EcoR-Sal of pTP70-1
This is a sequence in which a 32 nucleotide long sequence is inserted at the site. In addition, the approximately 4.2 kilobase pair DNA obtained by EcoR-Sal cleavage of pMEK2 is Pst,
The results of restriction enzyme cleavage experiments using Hind, Pha, Aat, Pvu, Bgl, and Cla revealed that the DNA is exactly the same as the approximately 4.2 kilobase pair DNA obtained by EcoR-Sal cleavage of pTP70-1. Shown. From the above results, the entire base sequence of pMEK2 is the first
The arrangement shown in the figure was decided upon. Example 2 DHFR produced by E. coli containing pMEK2
DHFR produced by E. coli containing MEK pMEK2
The amino acid sequence of MEK can be predicted from the base sequence of the DHFR-MEK gene. Figure 1
Since the sequence from positions 57 to 554 encodes DHFR-MEK, the amino acid sequence was deduced using a triplet code table. As a result, the amino acid sequence shown in FIG. 2 was obtained. From E. coli containing pMEK2, DHFR-
MEK was isolated and purified, and the properties of the purified protein were investigated. Purification of DHFR-MEK A Amount of bacterial cells used: wet weight 11g B Enzyme purification table The purification process in the table is cell-free extract,
DEAE-Toyopearl column treatment, mesotrixate-coupled affinity chromatography,
and DEAE-Toyopearl Column Chromatography.

【表】 DHFR酵素活性は、反応液(0.05mMのジヒド
ロ葉酸、0.06mMのNADPH、12mMの2−メル
カプトエタノール、50mMのリン酸緩衝液(PH
7.0))を、1mlのキユベツトとり、これに酵素液
を加え、340nmの吸光度の時間変化を測定する
ことにより行つた。酸素1ユニツトは、上記反応
条件において、1分間に1マイクロモルのジヒド
ロ葉酸を還元するのに必要な酵素量として定義し
た。 得られた酵素タンパク室をSDS電気泳動法(上
記実施例に記載の方法)により分析したところ、
約22000の単一なタンパク質バンドが示され、得
られた酵素標品が均一であることが示された。 分離精製したDHFR−MEKの性質 精製したDHFR活性を示すタンパク質をエン
ザイムイムノアツセイにより検討したところ、
MEに対する抗体と反応することが示された。即
ち、精製して得られたタンパク質は免疫学的に
MEKと同等の構造を有することが明らかとなつ
た。 精製して得られたタンパク質のカルボキシ末端
側のアミノ酸配列を明らかにするために、カルボ
キシペプチダーゼYを、精製タンパク質に時間を
変化させて作用させ、遊離してくるアミノ酸を定
量した(カルボキシペプチダーゼ法によるカルボ
キシ末端側のアミノ酸配列の決定法)。その結果、
−Gly−Gly−Met(カルボキシ末端)であること
が予想された。また、精製して得られたタンパク
質を酸加水分解した後、アミノ酸分析したとこ
ろ、塩基配列の結果予想されるアミノ酸組成と一
致した結果が得られた。 実施例 3 精製分離したDHFR−MEKからのMEKの分
離 実施例2で得られた2mlの精製タンパク質溶液
(緩衝液1中、約20mg、約1060nmoleのDHFR−
MEKを含む)に、0.2mgのトリプシンを加え、30
℃で90分反応させる。反応後、1mlの酢酸を加え
る。そのうちの、0.5ml(約177nmoleのDHFR−
MEKを含むはず)をとり、高速液体クロマトグ
ラフイー装置(島津LC−4A)を用いlnertsil−
0DS5μmカラムで分離した。溶出は、0.1%トリ
フルオロ酢酸中、アセトニトリルの濃度勾配(15
%から50%)をかけることにより行つた。0から
2分までは、15%のアセニトリルを用い、2分か
ら32分までは、15%から50%のアセトニトリルの
直線濃度勾配にかけた。その結果、第3図に示す
ような溶出曲線が得られた。試料注入後約15分後
のピーク画分を分離し、分離した溶出液をエバホ
レーターで乾燥後、少量の水を加え凍結乾燥し溶
媒を除き、ペプチドを得た。得られたペプチドを
酸加水分解後、その10分の1をアミド酸分析に用
いた。その結果、チロシン、グリシン、フエニル
アラニン、およびメチオニンがそれぞれ14.1、
27.5、13.8および13.9nmoleずつ検出された。ア
ミノ酸組成は、MEKのそれと一致した値であり、
また分析した試料は、約13.9nmole(約8.0μg)の
MEKを含んでいることが明らかとなつた。この
結果を用いると、トリプシン処理して得られたサ
ンプル0.5mlをHPLCを用いて分離することによ
り、収率約79%(13.9x10nmole/177nmole)で
MEKを回収できたこと、またこの操作を繰り返
すことにより、20mgのDHFR−MAKから約480μ
g(8.0μgx10x6)のMEKが得られることが示
される。 また、DHFR−MEKの精製の収率が約55%で
あり、DHFR−MEKからLEKの分離の収率が約
80%であることから、大腸菌がつくるMEKのペ
プチド部分の単離収率が、約44%程度であること
が算出される。 発明の効果 上記のように、新規繰換えプラスミドpMEK2
は、DHFR−MEKを暗号化しており、かつ
pMEK2を有する大腸菌は、DHFR−MEKを可
溶性の状態で大量に蓄積生産する。さらに、生成
したDHFR−MEKは、DHFR酵素活性を保持し
ており、精製を容易に行うことができる。また、
DHFR−MEKをトラプシン処理後、HPLCで分
離することにより、MEKを容易に単離すること
ができる。このような性質を有することから、本
発明は、DHFR−MEKとそれを利用したMEK
の生産に有益である。 また、pMEK2には、Xho部位が新たに付け
加えられており、異種遺伝子の発現ベクターとし
て有用であると考えられる。
[Table] DHFR enzyme activity was measured using the reaction solution (0.05mM dihydrofolic acid, 0.06mM NADPH, 12mM 2-mercaptoethanol, 50mM phosphate buffer (PH).
7.0)) was carried out by taking a 1 ml cuvette, adding the enzyme solution thereto, and measuring the change in absorbance at 340 nm over time. One unit of oxygen was defined as the amount of enzyme required to reduce 1 micromole of dihydrofolate per minute under the above reaction conditions. When the obtained enzyme protein chamber was analyzed by SDS electrophoresis (method described in the above example),
Approximately 22,000 single protein bands were shown, indicating that the obtained enzyme preparation was homogeneous. Properties of isolated and purified DHFR-MEK When the purified protein exhibiting DHFR activity was examined by enzyme immunoassay,
It was shown to react with antibodies against ME. In other words, the purified protein is immunologically
It was revealed that it has a structure equivalent to MEK. In order to clarify the amino acid sequence of the carboxy-terminal side of the purified protein, carboxypeptidase Y was applied to the purified protein at varying times, and the released amino acids were quantified (using the carboxypeptidase method). Method for determining the carboxy-terminal amino acid sequence). the result,
-Gly-Gly-Met (carboxy terminal) was expected. Furthermore, when the purified protein was subjected to acid hydrolysis and then subjected to amino acid analysis, results were obtained that matched the amino acid composition expected from the base sequence. Example 3 Separation of MEK from purified and separated DHFR-MEK 2 ml of the purified protein solution obtained in Example 2 (approximately 20 mg, approximately 1060 nmole of DHFR-MEK in buffer 1)
(containing MEK), add 0.2 mg of trypsin,
Incubate for 90 minutes at °C. After the reaction, add 1 ml of acetic acid. Of this, 0.5 ml (approximately 177 nmole of DHFR−
(should contain MEK) and lnertsil-
Separation was performed using an 0DS 5μm column. Elution was performed using a gradient of acetonitrile (15%) in 0.1% trifluoroacetic acid.
% to 50%). From 0 to 2 minutes, 15% acetonitrile was used, and from 2 minutes to 32 minutes, a linear gradient of 15% to 50% acetonitrile was applied. As a result, an elution curve as shown in FIG. 3 was obtained. The peak fraction approximately 15 minutes after sample injection was separated, and the separated eluate was dried in an evaporator, and a small amount of water was added and lyophilized to remove the solvent to obtain a peptide. After acid hydrolysis of the obtained peptide, one-tenth of the peptide was used for amic acid analysis. As a result, tyrosine, glycine, phenylalanine, and methionine were each 14.1,
27.5, 13.8 and 13.9 nmole were detected. The amino acid composition is consistent with that of MEK,
In addition, the analyzed sample contained approximately 13.9 nmole (approximately 8.0 μg).
It became clear that it contained MEK. Using this result, by separating 0.5 ml of the sample obtained by trypsin treatment using HPLC, the yield is approximately 79% (13.9x10 nmole/177 nmole).
We were able to recover MEK, and by repeating this operation, approximately 480μ was recovered from 20mg of DHFR-MAK.
It is shown that 8.0 μg×10×6 of MEK can be obtained. Furthermore, the yield of purification of DHFR-MEK is approximately 55%, and the yield of separation of LEK from DHFR-MEK is approximately
80%, it is calculated that the isolation yield of the peptide portion of MEK produced by E. coli is approximately 44%. Effects of the invention As mentioned above, the novel recombinant plasmid pMEK2
encrypts DHFR-MEK and
E. coli harboring pMEK2 accumulates and produces large amounts of DHFR-MEK in a soluble state. Furthermore, the produced DHFR-MEK retains DHFR enzyme activity and can be easily purified. Also,
MEK can be easily isolated by treating DHFR-MEK with trapsin and then separating it by HPLC. Because of these properties, the present invention provides DHFR-MEK and MEK using the same.
It is beneficial for the production of Furthermore, pMEK2 has a new Xho site added, and is considered to be useful as an expression vector for heterologous genes.

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

第1図は、pMEK2の全塩基配列を示した図で
あり、2本鎖DNAのうち片方のDNA鎖配列だけ
を、5′末端から3′末端の方向に記述している。図
中符号は、核酸塩基を表し、Aはアデニンを、C
はシトシンを、Gはグアニンを、Tはチミンを示
している。図中番号は、pLEK2に2個所存在す
る制限酵素Claのうち、Hind部位に近い方の
Cla切断認識部位、5′−ATCGAT−3′、の最初
の“A”を1番として数えた番号を示している。 第2図は、pMEK2に存在するDHFR−MEK
を暗号化する部分の塩基配列およびタンパク質の
アミノ酸配列を示す図である。図中符号は、核酸
塩基およびアミノ酸を表し、Aはアデニンを、C
はシトシンを、Gはグアニンを、Tはチミンを、
Alaはアラニンを、Argはアルギニンを、Asnは
アスパラギンを、Aspはアスパラギン酸を、Cys
はシステインを、Glnはグルタミンを、Gluはグ
ルタミン酸を、Glyはグリシンを、Hisはヒスチ
ジンを、Ileはイソロイシンを、Leuはロイシン
を、Lysはリジンを、Mutはメチオニンを、Phe
はフエニルアラニンを、Proはプロリンを、Ser
はセリンを、Thrはトレオニンを、Trpはトリプ
トフアンを、Tyrはチロシンを、Valはバリンを
示している。図中番号は、1番目のアミノ酸であ
るメチオニンを暗号化するATGコドンの“A”
を1番として数えた番号を示している。 第3図は、トリプシン処理したDHFR−MEK
試料の高速液体クロマトグラムを示している。横
軸は、試料注入後の時間を分単位で、縦軸は、
220nmの吸光度を任意単位で表現している。矢
印で示したピークがMEKの溶出ピークである。
Figure 1 shows the entire base sequence of pMEK2, with only one DNA strand sequence of the double-stranded DNA described in the direction from the 5' end to the 3' end. The symbols in the figure represent nucleic acid bases, A is adenine, C
indicates cytosine, G indicates guanine, and T indicates thymine. The number in the figure indicates the restriction enzyme Cla that exists in two places in pLEK2, which is closer to the Hind site.
Numbers are shown starting from the first "A" of the Cla cleavage recognition site, 5'-ATCGAT-3'. Figure 2 shows DHFR-MEK present in pMEK2.
FIG. 2 is a diagram showing the base sequence of the portion encoding the protein and the amino acid sequence of the protein. The symbols in the figure represent nucleobases and amino acids, A represents adenine, C
stands for cytosine, G stands for guanine, T stands for thymine,
Ala is alanine, Arg is arginine, Asn is asparagine, Asp is aspartic acid, Cys
is cysteine, Gln is glutamine, Glu is glutamic acid, Gly is glycine, His is histidine, Ile is isoleucine, Leu is leucine, Lys is lysine, Mut is methionine, Phe
is phenylalanine, Pro is proline, Ser
represents serine, Thr represents threonine, Trp represents tryptophan, Tyr represents tyrosine, and Val represents valine. The number in the figure is “A” of the ATG codon that encodes the first amino acid, methionine.
It shows the number counted starting from 1. Figure 3 shows trypsinized DHFR-MEK.
A high performance liquid chromatogram of the sample is shown. The horizontal axis is the time after sample injection in minutes, and the vertical axis is
Absorbance at 220 nm is expressed in arbitrary units. The peak indicated by the arrow is the elution peak of MEK.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 大腸菌において安定に複製され、宿主である
大腸菌にトリメトプリム耐性およびアンピシリン
耐性を与えることができ、4640塩基対の大きさを
有し、下記に示すDNA配列を有する新規組換え
プラスミドpMEK2。 【表】 【表】 【表】 【表】 【表】 2 pMEK2を含有する大腸菌。 3 pMEK2を含有する大腸菌が生産し、下記に
示すアミノ酸配列を有するジヒドロ葉酸還元酵素
−メチオニンエンケフアリン融合タンパク質。 【表】 4 pMEK2を含有する大腸菌を培養し、ジヒド
ロ葉酸還元酵素活性を目安に、ジヒドロ葉酸還元
酵素−メチオニンエンケフアリン融合タンパク質
を、培養菌体の無細胞抽出液から、イオン交換カ
ラム処理、メソトリキセート結合アフイニテイカ
ラムクロマトグラフイー、および陰イオン交換カ
ラムクロマトグラフイーを用いて精製することを
特徴とするジヒドロ葉酸還元酵素−メチオニンエ
ンケフアリン融合タンパク質の分離精製方法。 5 pMEK2を含有する大腸菌の生産するジヒド
ロ葉酸還元酵素−メチオニンエンケフアリン融合
タンパク質をトリプシンを用いて分解した後、メ
チオニンエンケフアリンを分離精製することを特
徴とするメチオニンエンケフアリンの製造方法。
[Claims] 1. A novel recombinant product that is stably replicated in E. coli, can confer trimethoprim resistance and ampicillin resistance to the host E. coli, has a size of 4640 base pairs, and has the DNA sequence shown below. Plasmid pMEK2. [Table] [Table] [Table] [Table] [Table] 2 E. coli containing pMEK2. 3. A dihydrofolate reductase-methionine enkephalin fusion protein produced by Escherichia coli containing pMEK2 and having the amino acid sequence shown below. [Table] 4 E. coli containing pMEK2 was cultured, and dihydrofolate reductase-methionine enkephalin fusion protein was extracted from the cell-free extract of the cultured cells using an ion exchange column, using the dihydrofolate reductase activity as a guideline. 1. A method for separating and purifying a dihydrofolate reductase-methionine enkephalin fusion protein, the method comprising purifying it using mesotrixate-coupled affinity column chromatography and anion exchange column chromatography. 5. A method for producing methionine enkephalin, which comprises decomposing a dihydrofolate reductase-methionine enkephalin fusion protein produced by Escherichia coli containing pMEK2 using trypsin, and then separating and purifying methionine enkephalin.
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