JPH04228078A - 微生物由来ペルオキシダーゼ遺伝子 - Google Patents
微生物由来ペルオキシダーゼ遺伝子Info
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Abstract
め要約のデータは記録されません。
Description
myces ramosus)由来のペルオキシダーゼ
をコード するcDNAおよび該遺伝子を含む宿主細胞
を用いてペルオキシダーゼを製造する方法に関するもの
である。
下で種々の化合物を酸化する酵素であり、近年臨床診断
用試薬として、グルコース、コレステロール、リン脂質
および尿素の定量に種々のオキシダーゼと共に使用され
ている。又、酵素免疫反応法における標識酵素としても
使用されているが、その供給源としては主に西洋ワサビ
、大根等の植物が用いられている。しかしながら、これ
らの植物由来のペルオキシダーゼには、性質が僅かずつ
異なるアイソザイムが含まれるため、診断用試薬に用い
る純粋な酵素を得るためには、多くの労力とコストが必
要となる。
種知られている。しかしながら、例えば、細菌及び糸状
菌の生産するチトクロームcペルオキシダーゼやNAD
Hペルオキシダーゼなどは通常の西洋ワサビ及び大根の
それぞれに由来するような非特異的なペルオキシダーゼ
ではなく、その特異性の面で臨床診断用試薬に用いるに
は不適である。近年、O−ジアニシジンを水素供与体と
するペルオキシダーゼが、大腸菌及びミロセシウム属に
属する微生物から生産されたが、O−ジアニシジンは発
ガン作用を有するため、その臨床診断薬への使用は回避
される傾向にあり、やはり上記診断薬としての使用には
適していない。
西洋ワサビあるいは大根に由来するペルオキシダーゼと
同様に、臨床診断用試薬及び酵素免疫試験における標識
酵素などとして使用できる微生物起源のペルオキシダー
ゼを自然界からスクリーニングして、アルスロマイセス
(Arthromyces)属の真菌が生産するペルオ
キシダー ゼが有効であることを見いだしている(特開
昭61−43987号)。アルスロマイセス属のペルオ
キシダーゼは、臨床診断薬及び酵素免疫試験における標
識酵素として、例えば過酸化物の測定のための化学発光
剤を用いる系での化学発光触媒能が、従来知られていた
ペルオキシダーゼに比べて著しく優れていることも明ら
かにされている(特開昭63−219398号)。
ルオキシダーゼは、上記のとおり臨床診断薬および酵素
免疫試験の使用に理想的な酵素であるが、アルスロマイ
セスは真菌であるためその大量培養が困難で、ペルオキ
シダーゼの安価な取得が困難であるという問題がある。 また酵素の分子レベルでの作用機作を明らかにするため
には、酵素蛋白質のアミノ酸配列を知る必要がある。さ
らに、そのアミノ酸配列を知ることにより、ペルオキシ
ダーゼの分子レベルでの改良、即ち蛋白質工学的な手法
による改良が可能となる。以上の問題点を解決するため
には遺伝子工学的手法を利用する必要があるが、当該ア
ルスロマイセス属由来のペルオキシダーゼ遺伝子は取得
されておらず、当該酵素を大量に生産したり、蛋白質工
学的手法による酵素の改良が出来ない状況にあった。
問題点を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、アルスロマ
イセスのペルオキシダーゼ遺伝子のcDNAを取得し、
当該遺伝子の塩基配列及び当該酵素のアミノ酸配列を明
らかにすることに成功し、本発明を完成するに至った。 これにより、アルスロマイセス属由来のペルオキシダー
ゼを例えば、培養の容易な大腸菌や酵母のような適当な
宿主で大量に生産することや、ペルオキシダーゼを遺伝
子工学的手法により改良することなどの手段を講じるこ
とが可能になった。
由来のペルオキシダーゼ遺伝子またはそれと生物学的に
実質的に同等な遺伝子、当該遺伝子を含有する組み換え
ベクター、当該遺伝子を含有するプラスミドで形質転換
された宿主細胞、および当該細胞を培養して得られるペ
ルオキシダーゼの製造法を提供するものである。
るには、アルスロマイセス属糸状菌を用いることができ
る。例えば、アルスロマイセス・ラモサス(Arthr
omyces ramosus)(SAM0003と命
名され工業技術院微生物工業技術研究所に微工研条寄第
838号;FERM BP−838として寄託されてい
る)を用いることが出来る。その他、 アルスロマイセ
ス属糸状菌のペルオキシダーゼと生物学的に同等の活性
を有するペルオキシダーゼを生産する微生物も存在する
可能性もあり、そのような微生物を出発材料に用いるこ
ともできる。
同等の」という用語を用いる場合は、本発明の遺伝子が
コードするペルオキシダーゼの性質に関して、特開昭6
1−43987号に記載された製造方法で得られた酵素
と実質的に同じであり、さらに特開昭63−21939
8号に記載された優れた性質も具備する酵素を全て包含
することを意味する。
DNAライブラリーの作製、スクリーニングは公知の方
法によって行うことが出来る。そのような方法は、例え
ばSambrookらのMolecular Clon
ing 第2版(Cold Spring Harbo
r,1989) に記載されている。例示のために説明
すれば、本発明のペルオキシダーゼをコードする遺伝子
は、次のようにして得ることが出来る。
RNAを抽出する。これを鋳型としてcDNAを合成し
、クローニング用ファージベクター、例えばλgt10
に組み込み大腸菌等の宿主を形質転換する。得られたc
DNAライブラリーをペルオキシダーゼの部分アミノ酸
配列に対応する合成DNAプローブを用いてスクリーニ
ングすることにより、目的のペルオキシダーゼをコード
するDNA断片を含む陽性クローンを得ることが出来る
。そのようなDNAプローブは、アルスロマイセス属の
培養物から目的のペルオキシダーゼ蛋白質を後述のよう
にして精製し、そのアミノ酸配列の少なくとも一部分を
明らかにし、その配列から推定して合成することが出来
る。また、ポリメラーゼ鎖反応(PCR;Polyme
rase chain reaction)の手法を用
いることによりさらに長いプローブ断片を調製すること
も出来る。
い場合は、さらに長いcDNAを得るために、上記陽性
クローンからファージDNAを調製し、制限酵素Eco
RIで消化して得られるDNA断片をプローブとして同
じライブラリーをスクリーニングすると陽性クローンが
いくつか得られる。これらのクローンのファージDNA
を制限酵素EcoRIで消化して得られるDNA断片を
、適当なベクター、例えばM13mp18あるいはM1
3mp19にサブクローンして、その挿入DNA断片の
塩基配列をダイデオキシシークエンス法等によって決定
することが出来る。
分析し、アミノ酸組成、アミノ末端、カルボキシル末端
のアミノ酸配列を決定し、これと上記の方法で明らかに
したDNA塩基配列から推定されるアミノ酸配列とを比
較することにより、目的の全長cDNAの配列を明らか
にすることが出来る。
細胞としては、大腸菌(Escherichia co
li)、枯草菌(Bacillus subtilis
)などの細菌および酵母、糸状菌等を用 いることが出
来る。
ましくは該遺伝子のシグナル配列を、適当なプロモータ
ーおよびターミネーターと共に含有するプラスミドで宿
主細胞を形質転換してペルオキシダーゼを製造すること
ができる。例えば、新免ら(Agric.Biol.C
hem.,50, 247−249,1986)により
記載された方法に従って、適当な炭素源、窒素源及び微
量の金属元素を含む培地中で、当該形質転換細胞を培養
する。得られた培養物を回収し、細胞抽出液または好ま
しくは培養上清から目的の酵素を、沈澱法、吸着法、分
子篩、電気泳動等の公知の方法を組み合わせて精製する
。例えば、硫安沈澱(約75%飽和)処理し、種々のカ
ラムクロマトグラフィー(例えば、DEAE−セルロー
スカラムクロマトグラフィー及びウルトロゲルAcA4
4カラムクロマトグラフィーなど)を用いて精製するこ
とにより、所望のペルオキシダーゼが得られる。得られ
た、ペルオキシダーゼは、特開昭61−43987号に
記載されているペルオキシダーゼと同様に優れた性質を
有していることが期待される。
する。実験の手順は、特に記載しない限り、Sambr
ookらのMolecular Cloning 第2
版(Cold Spring Harbor,1989
) によった。
ミノ酸構成の分析 ペルオキシダーゼ蛋白質のアミノ酸構成の分析は、市販
のアルスロマイセス由来ペルオキシダーゼ(サントリー
から販売)を用いて行った。はじめに、アミノ酸構成を
常法により分析した。分析方法の詳細は、高橋、池中ら
の生化学実験講座1、蛋白質の化学II(東京化学同人
)、綱沢、崎山らの続生化学実験講座2、蛋白質の化学
(上)に示されている。すなわち、まずペルオキシダー
ゼ蛋白質 5n mole を6N塩酸と共に、封管し
、110 ℃、24時間加水分解を行った。得られた反
応液中の遊離PTH−アミノ酸をアミノ酸分析機(アミ
ノ酸自動分析機835型 ;日立社製)により定量し、
アミノ酸組成を決定した(第1表)。
を示す。
配列から計算したアミノ酸数を示す。
端からのアミノ酸配列を調べるため、ペルオキシダーゼ
蛋白質を還元カルボキシメチル化したのち逆相HPLC
による精製を行った。すなわち、ペルオキシダーゼ10
0 mg (2.5 μmole)を3.0mlの変性
バッファー (6M Gdn・HCl, 10 mM
EDTA・2Naを含むTris・HClpH8.5)
に溶解し、50℃で1時間インキュベートした。143
μmole (10 μl)の2−メルカプトエタノ
ールを加え、反応系を窒素置換したのち、37℃で1時
間インキュベートした。次いで、1Mヨード酢酸ナトリ
ウム(変性バッファーに溶解、0.207 g/ml)
150 μlを加え、NaOH溶液にてpHを8.0
〜8.5に調整した。反応系を窒素置換し、遮光して3
7℃で1時間インキュベートした。この間反応系のpH
を8.0〜8.5に維持した。反応後、反応液をH2O
に対して充分透析した。透析内液を以下の条件の逆相H
PLCにかけ、蛋白質画分を分取し、濃縮後凍結乾燥し
た(逆相HPLC条件、カラム: Zorbax Pr
o10 PROTEIN PLUS 20φ;流速
:4.0 ml/min;移動相:A=0.05 %
TFA in H2O, B=CH3CN: A:B=
8:2 (v/v)、検出: A280)。蛋白質の回
収率は16%であった。なお、SDS−PAGEにより
、分子量約40Kと30Kの2つの蛋白分子種のみを蛋
白質画分に確認した。
還元カルボキシメチル化ペルオキシダーゼ蛋白質のN末
端のアミノ酸配列を気相プロテインシークエンサー(島
津製作所製)により分析したところ、遊離PTH−アミ
ノ酸を検出することができず、N−末端アミノ酸が保護
されていることが明らかになった。そこで還元カルボキ
シメチル化ペルオキシダーゼ蛋白質のN−末端の脱保護
を以下のように行った。
溶液(in H2O, 100 nmol/ml)を窒
素ガス気流をふきつけることにより100 nmol/
0.5 mlにまで濃縮し、ここに反応用緩衝液(0.
25 Mリン酸ナトリウム緩衝液、0.05 M E
DTA, 5 mM2−メルカプトエタノール)30
μlを添加し、NaOH溶液でpHを7に調製した。こ
こに85U(Sigma社のBacillus amy
loliquefaciens起源)のピログルタミル
ペプチダーゼ(Sigma社の原液で5μ)を加え、3
7℃で18 hr反応させた。反応液60μl(ペルオ
キシダーゼ12 nmol)を2回に分けてシークエン
サーにアプライし、アミノ酸配列を決定した。
ル基であることが判明し、20残基分のN末端領域のア
ミノ酸配列を、(Gln)−Gly−Pro−Gly−
Gly−Gly−Gly−Gly−Ser−Val−T
hr−Cys−Pro−Gly−Gly−Gln−Se
r−Thr−Ser−Asnと決定した(配列表中、2
1残基目のGlnから40残基目のAsnの部分)。た
だし、(Gln)はピログルタミル酸であることを表す
。
ノ酸配列の決定を以下のようにして行った。
48 nmole (1.9 mg)を100μlの0
.1 MNH4HCO3 pH 7.9に懸濁した。こ
こにTPCK−Trypsin (Worthingt
on)の1%溶液(in 0.0024 N HCl)
2μlを添加し、35℃で6時間インキュベートした。 液体中の白濁物は酵素添加後ただちに消え、溶液は透明
になった。反応後、反応液を凍結乾燥することにより反
応を停止した。凍結乾燥後、残渣を70 %蟻酸に溶解
しHPLCに供した。
にかけ、ペプチドフラグメントを分離した(逆相HPL
C条件、カラム:Bakerbond Widepor
e C4 (350オングストローム) 6φ × 2
50;流速:1.0 ml/min ;圧力:80 K
g/cm2;温度:Ambient;移動相:A=0.
05 % TFA in H2O,B=CH3CN:A
=8:2 (v/v);検出:A220)。得られた各
ピークを、逆相HPLCによりさらに精製した。精製ペ
プチドのアミノ酸配列を決定した。それらの中で、つぎ
の6つのペプチドの配列を気相プロテインシークエンサ
(島津製作所製)により、以下のように決定した(各ペ
プチドは、配列表中それぞれ次のように対応する。ペプ
チド1:125残基目のAlaから154残基目のAr
gまで; ペプチド2:162残基目のSerから1
86残基目のArgまで; ペプチド3:240残基
目のGlyから261残基目のPheまで; ペプチ
ド4:275残基目のThrから288残基目のVal
まで; ペプチド5:300残基目のMetから30
7残基目のArgまで; ペプチド6:325残基目
のAlaから336残基目のAspまで)。
al−Gly−Ile−Asn−His−Gly−Va
l−Ser−Phe−
Gly−Asp−Leu−Il
e−Gln−Phe−Ala−Thr−Ala−Val
−
Gly−Met−Ser−Asn−Cys−Pro
−Gly−Ser−Pro−Arg ペプチド2
: Ser−Asn−Ser−Se
r−Gln−Pro−Ser−Pro−Pro−Ser
−
Leu−Ile−Pro−Gly−Pro−Gly
−Asn−Thr−Val−Thr−
Ala−Ile
−Leu−Asp−Arg ペプチド3:
Gly−Thr−Thr−Gln−Pr
o−Gly−Pro−Ser−Leu−Gly−
Ph
e−Ala−Glu−Glu−Leu−Ser−Pro
−Phe−Pro−Gly−
Glu−Phe
ペプチド4: Thr−Ala−C
ys−Arg−Trp−Gln−Ser−Met−Th
r−Ser−
Ser−Asn−Glu−Val
ペプチド5: Met−Ser−
Val−Leu−Gly−Phe−Asp−Arg
ペプチド6: Ala−Ala
−Pro−Val−Ile−Pro−Gly−Gly−
Leu−Thr−
Val−Asp実施例2 アルス
ロマイセス ペルオキシダーゼのcDNAクローニン
グ (1)cDNAライブラリーの作製 アルスロマイセスの菌体破砕は、液体窒素中、乳鉢で磨
砕して行った。この磨砕物から、グアニジンチオシアネ
ート/塩化セシウムを用いる方法によりRNAを精製し
、さらにオリゴ(dT)セルロースを用いてpolyA
・RNAを分離した。グアニジンチオシアネート/塩化
セシウムを用いる方法およびオリゴ(dT)セルロース
によるpolyA・RNAの精製は、例えば R.Mc
Gookin, Robert J.Slaterらの
、Methods in Molecular Bio
logy vol 2, (Humana Press
Inc. 1984)に示されている。
グアニジンチオシアネート、50 mM Tris−H
Cl(pH7.5)、10 mM EDTA及び5%β
−メルカプトエタノールを加えてさらに磨砕した。この
磨砕液にN−ラウロイルサルコシン及び塩化セシウムを
それぞれ終濃度4%(w/v)及び0.15g/mlと
なるように加え溶解後、10、000g×20分間の遠
心分離操作により上清を得た。遠心管に5.7 M 塩
化セシウム、0. 1M EDTA(pH7.5)を加
え、この上清液を重層し、20℃で100,000g×
18時間、遠心 分離した(日立RPS28−A ロー
ターを使用)。上清を除いて得た沈澱を10mM Tr
is−HCl(pH7.5)に溶解し、6 M 酢酸ア
ンモニウムを終濃度 4%(v/v)及びエタノール
を終濃度70%(v/v) になるように加え、−80
℃に一晩静置した後、遠心分離により沈澱を回収した
。沈澱は70%エタノールで洗浄後、減圧乾燥し、滅菌
水に溶解した。この溶液に10 M塩化リチウムを加え
、終濃度2Mとした後、氷水中に4時間静置してRNA
を得た。
ロースカラムで分画した。オリゴ(dT)セルロースを
充填したカラムを1×カラム結合液〔20 mM Tr
is−HCl(pH7.5),1 mM EDTA,0
.5 M NaCl,0.2% SDS〕で平衡化した
。次にRNA沈澱をカラム溶出液〔20 mM Tri
s−HCl(pH7.5),1 mM EDTA,0.
2% SDS〕に溶解し、65℃、5分間インキュベー
トした後、2×カラム結合液を等量加え、先に平衡化し
たオリゴ(dT)カラムに通した。カラムを1×カラム
結合液で洗浄した後、カラム溶出液をカラムに加え、溶
出されてくるRNAを回収した。この画分に終濃度 0
.15 Mと なるように2 M 酢酸ナトリウムを加
え、−80℃で一晩放置した後、遠心分離により沈澱を
得た。沈澱は70%エタノールで2回洗浄し、減圧乾燥
後、滅菌水に溶解した。
型として、市販のcDNA合成キット、cDNA合成シ
ステム・プラス(アマシャム社製)を用いてキットに記
載された方法でcDNAを合成した。得られたcDNA
を大腸菌ファージベクターλgt10に組み込み、大腸
菌、例えばクローンテック社から購入可能なC600H
flを形質転 換してcDNAライブラリーを得た。λ
gt10を用いたcDNAライブラリーの作製は、市販
のcDNAクローニングシステム−λgt10(アマシ
ャム社製)を用いてキットに記載された方法通りに行っ
た。
アミノ酸の部分配列から考えられる塩基配列を持つDN
AをDNAシンセサイザー371A(アプライドバイオ
システム社)を用いて合成した。
遺伝子の部分的なクローン化を行った。つまり、精製し
たpolyA・RNAからcDNA合成キットを用いて
相補鎖を合成し、さらにそのcDNAをリンカー部分と
部分アミノ酸配列Trp−Gln−Ser−Met−T
hrに対応する塩基配列からなる合成DNA 5’−C
CCTGCAGGATCCATGTGGCA(AG)T
C(GATC)ATGAC−3’ とリンカー部分とポ
リTからなる合成DNA 5’−GCGAGCTCGG
TACCCGGGTTTTTTTTTTTTTTTTT
−3’を用いてPCR法によりDNAを増幅した。すな
わち、GeneAmp TMKit(宝酒造)を用いキ
ットに記載された方法で反応液を調製した。反応は、9
4℃ 1.5分,45℃ 2.5分,72℃ 3.4分
を25サイクル行った。その後増幅した遺伝子を制限酵
素KpnIと BamHIで切断し、 M13mp18
と M13mp19にクローニングした。なお両端のプ
ライマーの中にKpnIと BamHIのサイトが存在
する。そのクローンをシークエンスしたところ、プライ
マーの塩基配列の他に、ペルオキシダーゼの部分アミノ
酸配列に相当する塩基配列が見つかった。従って、ペル
オキシダーゼ遺伝子の一部分が取得できた。この約0.
4kbのペルオキシダーゼ遺伝子 の部分配列を含むD
NA断片をプローブとして約5000クローンのcDN
Aライブラリー から次のようにスクリーニングを行っ
た。λgt10cDNAライブラリーを一枚のプレート
当り約1,000個のプラークが出るようにまいて37
℃で培養した。プレートに ナイロンメンブレン(アマ
シャム社製)をおいて注射針で数カ所穴を開けプレート
とメンブレンの相互の位置を決めておく。その後メンブ
レンをはがし、プラーク側を上にして変性溶液(1.5
M NaCl,0.5M NaOH)に浸した濾紙
上において、7分間放置した。 次に、中和溶液(1.5M NaCl,0.5M T
ris−HCl pH7.2,0.001M ED
TA)を含む濾紙上におき5分間放置した。風乾後、プ
ラーク側を下にしてUVトランスイルミネーター上に置
き2−5分間照射してDNAを固定した。DNA−DN
A ハイブリダイゼーションは、 Jeffreyと
Flavell(Cell 12: 439−4391
977)の方法に従い行った。即ち、DNAを固定した
メンブランフィルターを65℃のハイブリダイゼーショ
ン溶液(6 ×SSC 、5 ×デンハルト溶液、0.
5 % SDS、10 μg/mlサケ精子DNA)に
30分間浸した。メンブランを厚手のナイロン袋に移し
、32P で標識した106 〜108cpm/μg
のプローブ DNAを加えてハイブリダイゼーション溶
液中で65℃、16〜20時間反応させた。ハイブリダ
イゼーション溶液を取り除いた後、メンブランフィルタ
ーを洗浄用緩衝液〔5 ×SSC 、0.1 %SDS
(W/V)〕中65℃で15分間の洗浄を4回行なった
。このメンブランフィルターを乾燥した後、X線フィル
ムと増感紙を用いて −80℃でオートラジオグラフィ
ーを行なった。
、その中でも挿入断片の長いC1とC2 クローンにつ
いてEcoRIで切断して、M13mp18 にサブク
ローニングした。サブクローンの方法は、後に示す。こ
れをDNAシークエンサー ジェネシス2000(デ
ュポン社製)を用いてシークエンスしたところ、さらに
既知のアミノ酸配列に相当する塩基配列が見つかり、P
CRで取得した遺伝子の約 0.5kb上流からポリA
までを含む遺伝子を取得した。
クローンのN末端側約 400bpをプローブと して
約50,000個のcDNAライブラリーから上記と同
様の方法でスクリーニングを行った。得られた20個の
ポジティブクローンのうち挿入断片の長いC11 およ
び C13クローンをEcoRI で切断しM13mp
19 にサブクローニングした。これをシークエンスし
たところN末端のアミノ酸配列に相当する塩基配列が見
つかった。
に示された方法によりファージDNAを調製し、Eco
RIで消化後、アガロースゲル電気泳動を行った。泳動
後ゲルから目的の断片を切り出し、ジンクリーン(バ
イオ101社)を用い記載さ れた操作方法に従ってD
NAの回収、精製を行った。さらに、フェノール/クロ
ロ ホルム抽出後、エタノール沈澱を行い、大腸菌ファ
ージベクター M13mp18をEcoRIで切断後ア
ルカリホスファターゼで脱リン酸させたものと結合し、
大腸菌JM10 9株を形質転換した。
ペルオキシダーゼcDNAの塩基配列中、ペルオキシダ
ーゼをコードしている領域は配列表において開始コドン
ATGから始まり、終止コドンTGAで終了する364
残基のアミノ酸配列からなる。実施例1で明らかにした
ペルオキシダーゼのアミノ末端からのアミノ酸配列は、
配列表中21番目のGlnから始まっており、これ以降
20残基目のAsnまでの合計20残基のアミノ酸配列
はDNAの配列から推定したアミノ酸配列と完全に一致
した。また、そのほかの決定した部分アミノ酸配列(ペ
プチド1:125残基目のAlaから154残基目のA
rgまで;ペプチド2:162残基目のSerから18
6残基目のArgまで; ペプチド3:240残基目
のGlyから261残基目のPheまで; ペプチド
4:275残基目のThrから288残基目のValま
で; ペプチド5:300残基目のMetから307
残基目のArgまで;ペプチド6:325残基目のAl
aから336残基目のAspまで)に対応する塩基配列
もみとめられた。
Aは、ペルオキシダーゼ遺伝子であると決定した。塩基
配列から明かとなった開始コドンATGでコードされる
Met から20残基目までのペプチド部分は成熟型ペ
ルオキシダーゼには存在しない配列であり、この部分が
シグナルペプチドに相当すると考えられる。
の酵母での発現 実施例2で取得したアルスロマイセスのペルオキシダー
ゼの全長のcDNAを含む c13クローンから、全長
のcDNAを切り出し、酵母の発現プラスミドに挿入し
、酵母でのペルオキシダーゼ発現プラスミドを構築した
。酵母の発現プラスミドとしてはpYE22mを用いた
。pYE22mの構築は以下のような手順で行った。Y
Rp7(Struhl,K.et al., Proc
.Natl.Acad.Sci.USA 76, 10
35−1039(1979); Stinchcomb
,D.T.et al., Nature 282,
39−43(1979); Tschumper,G.
およびCarbon,J., Gene 10, 15
7−166(1980)(FERM BP−3355)
)からBamHI とBglII でARS 領域(酵
母染色体複製開始点)を取り除いたプラスミドYRp7
−arsのEcoRI サイトに2μm DNA B
−フォームよりIR領域(逆位の繰り返し配列)1つを
含むEcoRI 断片を挿入してpYE2001 を構
築した。このpYE2001 の2つのEcoRI サ
イトとSalIサイトをフィルインして欠失させたプラ
スミドをpYE2006 とした( 第1図) 。pY
E2006 のIR領域の横にあるHindIII サ
イトに酵母染色体より取得した2.1 kbp のグリ
セルアルデヒド3リン酸デヒドロゲローゼ遺伝子(GA
PDH) (Holland JP, Holland
MJ, J.Biol.Chem., 245, 9
839−9845(1979); Ashikari,
T.et al., Appl.Microbiol.
Biotechnol.30, 515−520(19
89) を挿入してpYE2011 を構築した。
TCATGGTTA−3’を用いた部位特異的変異法に
より、pYE2011 のGAPDH 遺伝子の開始コ
ドンに接して上流にEcoRI サイトを導入してプラ
スミドpYE2211 を構築した。pYE2211(
Ashikari,T.et al., Appl.M
icrobiol.Biotechnol., 30,
515−520(1989)) からEcoRI と
SalIでGAPDH 構造遺伝子部分を取り除き、代
わりにpUC19 のマルチクローニングサイトのEc
oRI からSalIの部分を挿入してプラスミドpY
E22mを構築した(第2図)。
解して得られた約1.4kbpの断片(この断片がPO
Dの全長のcDNA断片である)を、pYE22mをE
coRI で消化して得られる約8.3kbpの断片と
ライゲーションし、得られたプラスミドをpYEPOD
1 とした(第3図)。このプラスミドにおいてPOD
はグリセルアルデヒド3リン酸デヒドロゲナーゼプロモ
ーターによって発現されるはずである。このプラスミド
で酵母(S.cerevisiae G−1315 株
(Matα,trp1) (H.Yoshizumi
et al., J.Jpn.Soc.Starch
Sci., 34, 148(1987)) を形質転
換した。宿主としてはトリプトファン要求性株(trp
1)であれば他のものでも用いることができる。形質転
換の方法は、伊藤らの方法(Ito et al.,
J. Bacteriol. 153, 163(19
83))によった。こうしてトリプトファンの合成能の
回復した形質転換株を得た。以下、この形質転換株をG
−1315(pYEP0D1) とする。
P0D1) を1%カザミノ酸を加えたバークホルダー
培地(P. R. Burkholder, Am.
J. Bot., 30, 206(1943)) 5
mlにて、30℃で48時間振とう培養した。このうち
、1 mlを集菌して上清は、ウルトラフリーC3GC
(ミリポア社)を用いて、約50倍に濃縮した。菌体は
ヤッフェらの方法(M.P. Yaffe etal.
, Proc.Natl.Acad.Sci. USA
., 81, 4819(1984)) で酵母菌体か
ら蛋白質を得た。これらをSDSポリアクリルアミド電
気泳動を行い、ナイロンメンブレンにウェスターンブロ
ッティングして、抗アルスロマイセスペルオキシダーゼ
抗体を用いて酵素抗体法(例えば、今堀ら、続生化学実
験講座蛋白質の化学、東京化学同人(1987))にて
その抗体と反応するものを検出したところ、菌体外画分
、菌体内画分共にアルスロマイセスペルオキシダーゼ蛋
白とほぼ同じ位置に一本のバンドが見られた。またプラ
スミドを持たない宿主GH1315には同じバンドは見
られなかったことから、アルスロマイセスペルオキシダ
ーゼ蛋白が組み換え酵母で生産されていると考えられる
(第4図)。
と菌体中のペルオキシダーゼ活性を測った。即ち、この
培養液を集菌して上清はそのまま原液でペルオキシダー
ゼ活性を測った。菌体は10mMリン酸カリウム緩衝液
1mlに懸濁後、超音波で破砕し、遠心分離して上清を
粗酵素液とした。活性測定は以下の方法で行った。0.
1 M リン酸カリウム緩衝液(pH7.0) 1ml
に、11.5mMフェノール溶液1.3 ml、10
mM 4−アミノアンチピリン溶液0.25ml及び
6 mM過酸化水素溶液0.2ml を加え、37℃に
予熱後これにサンプル0.25mlを加えて5 分間反
応させる。反応後20%アジ化ナトリウム溶液0.2
mlを加え、500 nmの吸光度を測定して反応値と
する。別にコントロールとしてサンプルを加える前に
20%アジ化ナトリウム溶液0.2 mlを加えてから
反応を行い、同様の操作によって吸光度を測定しコント
ロール値とする。ペルオキシダーゼの力価の単位(U:
ユニット) は1分間に1μモルの過酸化水素を消費
する酵素量として表され、サンプルのペルオキシダーゼ
力価(U/ml) は、0.396 ×ΔA500 ×
(サンプルの希釈率)で求められる。なお上式において
ΔA500 は反応値からコントロール値を引いた値を
示す。測定の結果、菌体外上清には15.6mu/ml
の活性が認められ、菌体破砕後の上清には活性はなか
った。菌体外上清の蛋白質濃度は0.53mg/ml
でPODの比活性290u/ml から計算すると、菌
体外蛋白質の約0.01% が活性型のPOD 蛋白質
として存在することになる。
スミドとしてはpKK223−3(ファルマシア社より
購入)を用いた。上記と同様に調製したc13 クロー
ンのEcoRI 断片を、pkk223−3をEcoR
I で消化して得られた約4.6 kbp の断片とラ
イゲーションし、得られたプラスミドをpKPOD1と
した。このプラスミドにおいて PODは tacプロ
モーターによって発現されるはずである。このプラスミ
ドで大腸菌WA802(ATCC33526)(F−
metB1 lacY1 galK2 galT22
λ− supE44hsdR2)(Escherich
ia Coli Genet ic Stock Ce
nter のB.Bachmann博士から供与) を
形質転換し、アンピシリン耐性を獲得した形質転換株を
得た。以下、この形質転換株をWA802(pKPOD
1) とする。
D1) を2mlのLB培地(AP 50 μg/ml
, IPTG 1mM) にて、37℃で15時間振と
う培養した。このうち1mlを集菌してヤッフェらの方
法で菌体蛋白質を調製した。これを前記と同じく酵素抗
体法にて抗アルスロマイセスペルオキシダーゼ抗体と反
応するものを検出したところ、アルスロマイセスペルオ
キシダーゼ蛋白と同じ位置に一本のバンドが見られ、ま
たプラスミドを持たない宿主WA802 には同じバン
ドは見られなかったことから、アルスロマイセスペルオ
キシダーゼ蛋白が組み換え大腸菌で生産されたと考えら
れる。
合と同様に粗酵素液を調製し活性を測定したが、ペルオ
キシダーゼ活性は認められなかった。
ーゼ遺伝子のcDNAが取得され、その塩基配列及びア
ミノ酸配列が明らかにされた。このcDNAを含むプラ
スミドで形質転換された酵母および大腸菌は、アルスロ
マイセスのペルオキシダーゼと同じ蛋白質を生産し、特
に酵母においてはペルオキシダーゼ活性も検出された。 本発明により、アルスロマイセス属由来のペルオキシダ
ーゼを遺伝子工学的技術を利用して大量に生産すること
や、ペルオキシダーゼを蛋白工学的手法により改良する
ことなどが可能になった。
TCCTCTT CCATTTTGTA TTTGAA
CGCT GTTTCCGACG 60TCA
AGAACGA CAACT ATG AAG CTC
TCG CTT TTC TCC ACC TTC
GCT GCT GTC 111
Met Lys Leu Se
r Leu Phe Ser Thr Phe Ala
Ala Val
1 5
10
ATC ATC GGT GCT CTC GCT
CTC CCC CAG GGT CCT GGA G
GA GGA GGC GGG 159Il
e Ile Gly Ala Leu Ala Leu
Pro Gln Gly Pro Gly Gly
Gly Gly Gly 15
20
25
TCA GTC ACT TGC CCG
GGT GGA CAG TCC ACT TCG A
AC AGC CAG TGC TGC 2
07Ser Val Thr Cys Pro Gly
Gly Gln Ser Thr Ser Asn
Ser Gln Cys Cys 30
35
40
GTC TGG TTC GAC
GTT CTA GAC GAT CTT CAG A
CC AAC TTC TAC CAA GGG
255Val Trp Phe Asp Val
Leu Asp Asp Leu Gln Thr
Asn Phe Tyr Gln Gly 45
50
55
60 TCC AAG TGT
GAG AGC CCT GTT CGC AAG A
TT CTT AGA ATT GTT TTC CA
T 303Ser Lys Cys Glu
Ser Pro Val Arg Lys Ile
Leu Arg Ile Val Phe His
65
70
75 GAC GCG
ATC GGA TTT TCG CCG GCG T
TG ACT GCT GCT GGT CAA TT
C GGT 351Asp Ala Ile
Gly Phe Ser Pro Ala Leu
Thr Ala Ala Gly Gln Phe G
ly 80
85
90 GGT
GGA GGA GCT GAT GGC TCC A
TC ATT GCG CAT TCG AAC AT
C GAA TTG 399Gly Gly
Gly Ala Asp Gly Ser Ile
Ile Ala His Ser Asn Ile G
lu Leu 95
100
105
GCC TTC CCG GCT AAT GGC G
GC CTC ACC GAC ACC ATC GA
A GCC CTC CGC 447Ala
Phe Pro Ala Asn Gly Gly
Leu Thr Asp Thr Ile Glu A
la Leu Arg 110
115
120
GCG GTC GGT ATC AAC C
AC GGC GTC TCT TTC GGC GA
T CTC ATC CAA TTC 49
5Ala Val Gly Ile Asn His
Gly Val Ser Phe Gly Asp L
eu Ile Gln Phe 125
130
135
140 GCC ACT GCC GTC G
GC ATG TCC AAC TGC CCT GG
C TCT CCT CGA CTT GAG
543Ala Thr Ala Val Gly
Met Ser Asn Cys Pro Gly S
er Pro Arg Leu Glu
145
150
155 TTC TTG ACG G
GA AGA AGC AAC AGT TCC CA
G CCC TCC CCT CCT TCG CTG
591Phe Leu Thr Gly
Arg Ser Asn Ser Ser Gln P
ro Ser Pro Pro Ser Leu
160
165
170 ATC CCG G
GT CCT GGA AAC ACT GTC AC
T GCT ATC TTG GAT CGT ATG
GGC 639Ile Pro Gly
Pro Gly Asn Thr Val Thr A
la Ile Leu Asp Arg Met Gl
y 175
180
185 GAT G
CA GGC TTC AGC CCT GAT GA
A GTC GTT GAC TTG CTT GCT
GCG CAT 687Asp Ala
Gly Phe Ser Pro Asp Glu V
al Val Asp Leu Leu Ala Al
a His 190
195
200 A
GT TTG GCT TCT CAG GAA GG
T TTG AAC TCG GCT ATT TTC
AGG TCG CCT 735Ser
Leu Ala Ser Gln Glu Gly L
eu Asn Ser Ala Ile Phe Ar
g Ser Pro 205
210
215 220
TTG GAC TCG ACC CCT CA
A GTT TTC GAT ACC CAG TTC
TAT ATC GAG ACC 783
Leu Asp Ser Thr Pro Gln V
al Phe Asp Thr Gln Phe Ty
r Ile Glu Thr
225
230 235
TTG CTC AAG GGA AC
C ACT CAG CCC GGA CCC TCT
CTC GGC TTT GCA GAG
831Leu Leu Lys Gly Thr T
hr Gln Pro Gly Pro Ser Le
u Gly Phe Ala Glu
240
245 250
GAG CTC TCC CC
C TTC CCT GGT GAA TTC CGC
ATG AGG TCC GAC GCT CTC
879Glu Leu Ser Pro P
he Pro Gly Glu Phe Arg Me
t Arg Ser Asp Ala Leu
255
260 265
TTG GCT CG
C GAC TCC CGA ACC GCC TGC
CGA TGG CAA TCC ATG ACC
AGC 927Leu Ala Arg A
sp Ser Arg Thr Ala Cys Ar
g Trp Gln Ser Met Thr Ser
270
275 280
AGC AA
T GAA GTT ATG GGC CAG CGA
TAC CGC GCC GCC ATG GCC
AAG ATG 975Ser Asn G
lu Val Met Gly Gln Arg Ty
r Arg Ala Ala Met Ala Lys
Met 285
290 295
300 TC
T GTT CTC GGC TTC GAC AGG
AAC GCC CTC ACC GAT TGC
TCT GAC GTT 1023Ser V
al Leu Gly Phe Asp Arg As
n Ala Leu Thr Asp Cys Ser
Asp Val
305 310
315
ATT CCT TCT GCT GTG TCC
AAC AAC GCT GCT CCT GTT
ATC CCT GGT GGC 1071I
le Pro Ser Ala Val Ser As
n Asn Ala Ala Pro Val Ile
Pro Gly Gly
320 325
330
CTT ACT GTC GAT GAT
ATT GAG GTT TCG TGC CCG
AGC GAG CCT TTC CCT 1
119Leu Thr Val Asp Asp Il
e Glu Val Ser Cys Pro Ser
Glu Pro Phe Pro
335 340
345
GAA ATT GCT ACC
GCC TCA GGC CCT CTC CCC
TCC CTC GCT CCT GCT CCT
1167Glu Ile Ala Thr Al
a Ser Gly Pro Leu Pro Ser
Leu Ala Pro Ala Pro
350 355
360
TGATCTGGTG
AAGATGGTAC ATCCTGCTCT CTC
ACGATCC CTCTTAGCTA TTTATC
CAAT 1227CTATCTACCT ATC
TATGCAG TTTCTGTCCA CCCTCA
GTTA TGAATATGAC TTGGTTATC
T 1287GTGTATCCGA CTCGGT
GCTT GGCAGCACGT GTATGATAT
T ATATAATCAA TCATGAACGC
1347ATTCCTCCGT GTGGGAGTG
T GCGTCTTTCT CTCGGAG
13
84
スミドpYEPOD1を構築する際のプラスミド中間体
pYE2006までの工程図である。
ある。
EPOD1迄の工程図である。
キシダ−ゼ蛋白質を産生することを示す電気泳動図であ
る。
Claims (7)
- 【請求項1】 アルスロマイセス・ラモサス(Art
hromycesramosus )に属する微生物由
来のペルオキシダーゼ遺伝子またはそれと実質的に生物
学的に同等なペルオキシダーゼ活性を有するポリペプチ
ドをコードする遺伝子。 - 【請求項2】 下記式(I)で表されるアミノ酸配列
を有するペルオキシダーゼ: X−
QGPGG
GGGSV TCPGGQSTSN SQCCVWFD
VL DDLQTNFYQG SKCESPVRKI
LRIVFHDAIG FSPALTAAGQ FGG
GGADGSI IAHSNIELAF PANGGL
TDTI EALRAVGINH GVSFGDLIQ
F ATAVGMSNCP GSPRLEFLTG R
SNSSQPSPP SLIPGPGNTV TAIL
DRMGDA GFSPDEVVDL LAAHSLA
SQE GLNSAIFRSP LDSTPQVFDT
QFYIETLLKG TTQPGPSLGF AE
ELSPFPGE FRMRSDALLA RDSRT
ACRWQ SMTSSNEVMG QRYRAAMA
KM SVLGFDRNAL TDCSDVIPSA
VSNNAAPVIP GGLTVDDIEV SCP
SEPFPEI ATASGPLPSL APAP
(I)(但し、式(I)中、Xは水素原子または
次式(II):MKLSLFSTFAAVIIGALA
LP (II) で表されるポリペプチド
を示し、また、式(I)および式(II)中のアルファ
ベットは、以下のアミノ酸を示す:A;アラニン、C;
システイン、D;アスパラギン酸、E;グルタミン酸、
F;フェニルアラニン、G;グリシン、H;ヒスチジン
、I;イソロイシン、K;リシン、L;ロイシン、M;
メチオニン、N;アスパラギン、P;プロリン、Q;グ
ルタミン、R;アルギニン、S;セリン、T;スレオニ
ン、V;バリン、W;トリプトファン、Y;チロシン)
。 - 【請求項3】 請求項2記載の式(I)で表されるア
ミノ酸配列を有するペルオキシダーゼのアミノ酸配列を
コードする遺伝子。 - 【請求項4】 下記式(III)で表される塩基配列
、または該塩基配列と実 質的に生物学的に同等な塩基
配列を有するペルオキシダーゼ遺伝子: z− CAGGGTCCTGGAGGAGGAGGCGGGT
CAGTCACTTGCCCGGGTGGACAGTC
CACTTCGAACAGCCAGTGCTGCGTC
TGGTTCGACGTTCTAGACGATCTTC
AGACCAACTTCTACCAAGGGTCCAA
GTGTGAGAGCCCTGTTCGCAAGATT
CTTAGAATTGTTTTCCATGACGCGA
TCGGATTTTCGCCGGCGTTGACTGC
TGCTGGTCAATTCGGTGGTGGAGGA
GCTGATGGCTCCATCATTGCGCATT
CGAACATCGAATTGGCCTTCCCGGC
TAATGGCGGCCTCACCGACACCATC
GAAGCCCTCCGCGCGGTCGGTATCA
ACCACGGCGTCTCTTTCGGCGATCT
CATCCAATTCGCCACTGCCGTCGGC
ATGTCCAACTGCCCTGGCTCTCCTC
GACTTGAGTTCTTGACGGGAAGAAG
CAACAGTTCCCAGCCCTCCCCTCCT
TCGCTGATCCCGGGTCCTGGAAACA
CTGTCACTGCTATCTTGGATCGTAT
GGGCGATGCAGGCTTCAGCCCTGAT
GAAGTCGTTGACTTGCTTGCTGCGC
ATAGTTTGGCTTCTCAGGAAGGTTT
GAACTCGGCTATTTTCAGGTCGCCT
TTGGACTCGACCCCTCAAGTTTTCG
ATACCCAGTTCTATATCGAGACCTT
GCTCAAGGGAACCACTCAGCCCGGA
CCCTCTCTCGGCTTTGCAGAGGAGC
TCTCCCCCTTCCCTGGTGAATTCCG
CATGAGGTCCGACGCTCTCTTGGCT
CGCGACTCCCGAACCGCCTGCCGAT
GGCAATCCATGACCAGCAGCAATGA
AGTTATGGGCCAGCGATACCGCGCC
GCCATGGCCAAGATGTCTGTTCTCG
GCTTCGACAGGAACGCCCTCACCGA
TTGCTCTGACGTTATTCCTTCTGCT
GTGTCCAACAACGCTGCTCCTGTTA
TCCCTGGTGGCCTTACTGTCGATGA
TATTGAGGTTTCGTGCCCGAGCGAG
CCTTTCCCTGAAATTGCTACCGCCT
CAGGCCCTCTCCCCTCCCTCGCTCC
TGCTCCT
(III)(但し、式(
III)中、Zは無であるか、または式(IV): ATGAAGCTCTCGCTTTTCTCCACCT
TCGCTGCTGTCATCATCGGTGCTCT
CGCTCTCCCC
(IV)で表され
る塩基配列を示す)。 - 【請求項5】 請求項3または4に記載のペルオキシ
ダーゼ遺伝子、または該遺伝子と実質的に生物学的に同
等な遺伝子を有する組換えベクター。 - 【請求項6】 請求項5記載の組換えベクターにより
形質転換された宿主細胞。 - 【請求項7】 請求項6記載の宿主細胞を培養し、そ
の細胞体内または培養液からペルオキシダーゼ活性物質
を回収することを特徴とするペルオキシダーゼの製造法
。
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