JPH053786A - Sequence specific rna hydrolase - Google Patents

Sequence specific rna hydrolase

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JPH053786A
JPH053786A JP3158313A JP15831391A JPH053786A JP H053786 A JPH053786 A JP H053786A JP 3158313 A JP3158313 A JP 3158313A JP 15831391 A JP15831391 A JP 15831391A JP H053786 A JPH053786 A JP H053786A
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hybrid
escherichia coli
mutant
oligodeoxyribonucleotide
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茂則 金谷
Chieko Nakai
知恵子 中井
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栄子 大塚
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TANPAKU KOGAKU KENKYUSHO KK
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Abstract

PURPOSE:To obtain the subject enzyme, composed of a hybrid ribonuclease H having cysteine residue in which thiol group is linked to oligodeoxyribonucleotide through covalent bond without affecting enzymic activity and having high selectivity and catalytic activity. CONSTITUTION:A gene capable of coding Escherichia coli ribonuclease H is converted into a gene capable of coding variant type ribonuclease H in which amino acid at the 131-, 135-, 138or 142-position located on the molecular surface is substituted with cysteine by enzymic treatment, subjected to treatment with a restriction enzyme, linked to a vector, transduced into Escherichia coli and expressed to prepare a variant type ribonuclease H. The resultant variant type ribonuclease H is subsequently reacted with a compound, expressed by formula II and prepared by reacting an oligodeoxyribonucleotide having amino group expressed by formula I introduced thereinto with N-(epsilon-maleimidocaproyloxy) succinimide to afford the objective hybrid ribonuclease H in which the variant type ribonuclease having the cysteine residue on the molecular surface is linked to the oligodeoxyribonucleotide without affecting the enzymic activity.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、リボヌクレアーゼHと
オリゴデオキシリボヌクレオチドとが共有結合したハイ
ブリッドリボヌクレアーゼHに関する。更に本発明は、
該ハイブリッドリボヌクレアーゼHを製造するのに有用
な変異型リボヌクレアーゼH、該変異型リボヌクレアー
ゼHをコードするDNA、該DNAを含有する発現ベク
ター、および該発現ベクターで形質転換された宿主細胞
に関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a hybrid ribonuclease H in which ribonuclease H and oligodeoxyribonucleotide are covalently bonded. Further, the present invention is
The present invention relates to a mutant ribonuclease H useful for producing the hybrid ribonuclease H, a DNA encoding the mutant ribonuclease H, an expression vector containing the DNA, and a host cell transformed with the expression vector.

【0002】[0002]

【従来の技術】RNAを、in vitroに於いて配列特異
的に切断することは、RNAの一次構造を決定したり、
RNAを切り貼りする上で極めて重要である。しかしな
がら、現在その目的を達成するための手段としては、イ
ノウエら(Inoue,H.)(フェブスターズ、215、32
7−330[1987])及びシバハラら(Shibahara,
S.)(ヌクレイック アシド リサーチ、15、440
3−4415[1987])によって開発された方法が存
在するに過ぎない。この方法はリボヌクレアーゼHが、
DNA/RNAハイブリッドのRNA鎖のみを特異的に
加水分解するという性質を利用して、まず、2'−O−
メチルリボヌクレオチドを含むキメラオリゴヌクレオチ
ドとRNAとのハイブリッドを作り、ついで大腸菌リボ
ヌクレアーゼHを作用させることにより、ハイブリッド
が形成された領域でRNAを切断するというものであ
る。しかし、この方法に於いては、RNAを効率よく切
断するには、その1.5当量以上のキメラオリゴヌクレ
オチドが必要であり、キメラオリゴヌクレオチドを合成
するための試薬は大変高価であるので、かねてよりコス
ト上の問題が指摘されていた。さらに、リボヌクレアー
ゼHを作用させる前にハイブリッド形成のためのアニー
リングをおこなわなければならないために、操作性にお
いても煩雑であり、その改良が望まれていた。
BACKGROUND ART Cleavage of RNA in vitro in a sequence-specific manner determines the primary structure of RNA,
It is extremely important for cutting and pasting RNA. However, at present, as a means to achieve that purpose, Inoue et al. (Inoue, H.) (Febsters, 215 , 32)
7-330 [1987]) and Shibahara et al.
S. ) (Nucleic Acid Research, 15 , 440
There is only a method developed by 3-4415 [1987]). This method uses ribonuclease H
Utilizing the property of specifically hydrolyzing only the RNA chain of the DNA / RNA hybrid, first, 2'-O-
A hybrid of a chimeric oligonucleotide containing methylribonucleotide and RNA is prepared, and then Escherichia coli ribonuclease H is allowed to act on the hybrid to cleave the RNA at the region where the hybrid is formed. However, in this method, 1.5 equivalents or more of the chimeric oligonucleotide is required to efficiently cleave RNA, and the reagent for synthesizing the chimeric oligonucleotide is very expensive. More cost issues were pointed out. Furthermore, since annealing for hybrid formation must be carried out before the action of ribonuclease H, operability is complicated, and its improvement has been desired.

【0003】一方、アンチセンスオリゴヌクレオチドが
動物細胞において特定の遺伝子発現を阻害するのは、メ
ッセンジャーRNA又はその前駆体が、アンチセンスオ
リゴヌクレオチドとハイブリッドを形成する領域で、内
在性のリボヌクレアーゼH(RNA−DNAハイブリッ
ドのRNA鎖のみを切断する酵素)によって切断される
ためであることがミンシャル(Minshull,J.)とハント
(Hunt,T.)によって見出されて以来(ヌクレイック ア
シド リサーチ、14、6433−6451[198
6])、in vivoに於けるRNAの高選択的切断法の開発
は、著しく重視されるようになった。これは、かかる高
選択的切断法により、各種細胞の望ましくない形質の発
現を阻止することが可能となり、特に医薬および農業分
野での画期的な応用が期待されるからである。
On the other hand, the antisense oligonucleotide inhibits the expression of a specific gene in animal cells in the region where messenger RNA or its precursor hybridizes with the antisense oligonucleotide, and the endogenous ribonuclease H (RNA -Minshull, J.) and Hunt because it is cleaved by an enzyme that cleaves only the RNA strand of the DNA hybrid.
Since its discovery by (Hunt, T.) (Nucleic Acid Research, 14 , 6433-6451 [198]
6]), the development of a highly selective cleavage method of RNA in vivo has become remarkably important. This is because such a highly selective cleavage method makes it possible to prevent the expression of undesired traits in various cells, and is expected to have an epoch-making application particularly in the fields of medicine and agriculture.

【0004】しかしながら、上記のアンチセンスオリゴ
ヌクレオチド自体を用いてin vivoに於ける蛋白合成を
阻害しようという試みは、標的となるメッセンジャーR
NA分子の切断効率が低いため、成功しなかった。切断
効率の低い理由は、主として、アンチセンスオリゴヌク
レオチドとメッセンジャーRNAがハイブリッドを形成
する細胞内区画に、リボヌクレアーゼHが十分量存在し
ない結果、リボヌクレアーゼHによりハイブリッドが認
識されて切断される前に、アンチセンスオリゴヌクレオ
チドが細胞内ヌクレアーゼによって分解されてしまうた
めであると考えられている。そこでアンチセンスオリゴ
ヌクレオチドの細胞内安定性を向上させるために、ホス
フォトリエステル、ホスフォロアミダイト、ホスホロチ
オエイト、あるいはメチルホスフォネートのような修飾
リン酸エステル結合を有するオリゴヌクレオチドの合成
法がこれまで開発されてきた(総説:Miller,P.S.バ
イオテクノロジー、、358−362[1991])。
しかし、これらのオリゴヌクレオチド誘導体は、確か
に、細胞内ヌクレアーゼによる分解を受けにくくなった
ものの、これらとハイブリッドしたRNAはRNaseH
による分解も同時に受けにくくなってしまうため、アン
チセンスとしての効率はそれほど改善されなかった。
However, attempts to inhibit in vivo protein synthesis using the above-mentioned antisense oligonucleotides themselves have been the target of messenger R.
It was unsuccessful due to the low efficiency of cleaving NA molecules. The reason for the low efficiency of cleavage is mainly because there is not sufficient amount of ribonuclease H in the intracellular compartment where the antisense oligonucleotide and messenger RNA hybridize. It is considered that this is because the sense oligonucleotide is decomposed by the intracellular nuclease. Therefore, in order to improve the intracellular stability of antisense oligonucleotides, a method for synthesizing oligonucleotides having a modified phosphate bond such as phosphotriester, phosphoramidite, phosphorothioate, or methylphosphonate has been proposed. It has been developed so far (Review: Miller, PS Biotechnology, 9 , 358-362 [1991]).
However, although these oligonucleotide derivatives are certainly less susceptible to degradation by intracellular nucleases, RNA hybridized with them is RNaseH
The efficiency as an antisense was not improved so much because it was difficult to be decomposed by.

【0005】一方、メッセンジャーRNAがこれらのア
ンチセンスオリゴヌクレオチドとハイブリッドを形成す
る細胞内区画にリボヌクレアーゼHが十分量存在しない
ために、その切断効率が悪いという問題点を解決する方
法もこれまでいくつか報告されている。一つは、ツッカ
ーマン(Zuckermann,R.N.)とシュルツ(Schultz,
P.G.)により開発された方法で(プロシーディング
ナショナル サイエンスオブ アカデミー、86、17
66−1770[1989])、スタフィロコッカル ヌ
クレアーゼとオリゴデオキシリボヌクレオチド(22me
r)を共有結合により連結したハイブリッドヌクレアーゼ
を利用するものである。このハイブリッドヌクレアーゼ
においては、塩基配列認識をオリゴヌクレオチド部分
が、触媒活性をヌクレアーゼ部分が、それぞれ司ってい
る。しかし、このハイブリッドヌクレアーゼは、確かに
RNAを配列特異的に切断するものの、切断効率が悪く
(最大50%)、操作が煩雑であり、切断物が3'−リン
酸を形成するため再ライゲーションしにくく、酵素とし
てのターンオーバー(繰返し作用すること)がほとんどな
く、更に自己消化する等、多くの問題を抱えており、こ
れらの問題を解決することが強く望まれている。もう1
つは、チェック(Ceck,T.R.)により発見されたリボ
ザイムの利用である(マニュアル レビュー オブ バ
イオケミストリー、59、543[1990])。しか
し、リボザイムというRNA分子は、確かに別のRNA
分子を配列特異的に切断するものの、触媒活性が極めて
低いという致命的な欠点がある。
On the other hand, there have been some methods to solve the problem that the cleavage efficiency is poor because ribonuclease H is not present in sufficient amount in the intracellular compartment where messenger RNA hybridizes with these antisense oligonucleotides. It has been reported. One is Zuckermann (RN) and Schultz,
P. G. ) In the method developed by
National Science of Academy, 86 , 17
66-1770 [1989]), staphylococcal nuclease and oligodeoxyribonucleotide (22me
It utilizes a hybrid nuclease in which r) is linked by a covalent bond. In this hybrid nuclease, the oligonucleotide portion controls the nucleotide sequence recognition, and the nuclease portion controls the catalytic activity. However, although this hybrid nuclease surely cleaves RNA in a sequence-specific manner, it has poor cleavage efficiency.
(Up to 50%), the operation is complicated, the cleavage product is difficult to re-ligate because it forms 3'-phosphate, there is almost no turnover (repeating action) as an enzyme, and further self-digestion, etc. There are many problems and it is highly desirable to solve these problems. Another one
One is the use of ribozymes discovered by Ceck (TR) (Manual Review of Biochemistry, 59 , 543 [1990]). However, the ribozyme RNA molecule is certainly another RNA
Although it cleaves a molecule in a sequence-specific manner, it has a fatal drawback that its catalytic activity is extremely low.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明者らは、高選択性
と高触媒活性をあわせ持つ、配列特異的RNA加水分解
酵素の開発を目的として鋭意検討を重ねた結果、リボヌ
クレアーゼHの分子表面に存在し、酵素活性に直接関与
していないアミノ酸残基のいずれかをシステイン残基に
変換し、そのシステイン残基のチオール基を介してオリ
ゴデオキシリボヌクレオチドと共有結合せしめることに
より得られるハイブリッドリボヌクレアーゼHが所期の
目的を達成し得るものであることを見い出し、本発明を
完成するに至った。
[Means for Solving the Problems] As a result of intensive investigations by the present inventors for the purpose of developing a sequence-specific RNA hydrolase having both high selectivity and high catalytic activity, the molecular surface of ribonuclease H Hybrid ribonuclease H obtained by converting any of the amino acid residues that are present in Escherichia coli and not directly involved in the enzyme activity into a cysteine residue and covalently binding to an oligodeoxyribonucleotide via the thiol group of the cysteine residue. It was found that the above can achieve the intended purpose, and the present invention has been completed.

【0007】従って本発明の第一の目的は、酵素活性に
影響を与えることなく分子表面に1個のシステイン残基
を有する様に改変された変異型リボヌクレアーゼHとオ
リゴデオキシリボヌクレオチドとが結合したハイブリッ
ドリボヌクレアーゼHであって、該システイン残基中の
チオール基がオリゴデオキシリボヌクレオチドとの共有
結合に関与していることを特徴とするハイブリッドリボ
ヌクレアーゼHを提供するものである。
Therefore, a first object of the present invention is a hybrid in which a mutant ribonuclease H modified so as to have one cysteine residue on the surface of a molecule without affecting enzyme activity and an oligodeoxyribonucleotide are bound. A ribonuclease H, wherein the thiol group in the cysteine residue is involved in covalent bond with an oligodeoxyribonucleotide.

【0008】本明細書に於いてリボヌクレアーゼHの分
子表面とは、水溶液中において、水分子と接触すること
のできる領域を意味する。後述する様に、本発明者ら
は、大腸菌リボヌクレアーゼHの分子表面に存在する1
31、135、138または142位のアミノ酸をシス
テイン残基に変換し、そのチオール基を介してこの酵素
をオリゴデオキシリボヌクレオチドと結合させたが、い
ずれの場合も酵素活性の低下はほとんど観察されなかっ
た。このことから明らかな様にシステイン残基に変換す
べきアミノ酸残基の位置は、上記のものに限定されるも
のではなく、リボヌクレアーゼHの分子表面に存在する
アミノ酸残基であって、酵素活性に直接関与していない
アミノ酸残基であればいかなるものであってもよい。ち
なみに、大腸菌リボヌクレアーゼHの活性中心は、10
位と70位のアスパラギン酸、および48位のグルタミ
ン酸で構成されており、三次構造上これらの残基の近傍
に位置する、124位のヒスチジン、16位、44位、
45位、130位のアスパラギン、43位のスレオニ
ン、72位のグルタミン等も触媒活性や基質結合に関与
することが知られている。
In the present specification, the molecular surface of ribonuclease H means a region capable of coming into contact with water molecules in an aqueous solution. As will be described later, the present inventors have found that E. coli ribonuclease H exists on the molecular surface of 1
Although the amino acid at position 31, 135, 138 or 142 was converted to a cysteine residue and this enzyme was linked to oligodeoxyribonucleotide through its thiol group, almost no decrease in enzyme activity was observed in any case. . As is clear from this, the position of the amino acid residue to be converted to a cysteine residue is not limited to the above-mentioned one, but it is an amino acid residue existing on the molecular surface of ribonuclease H, and it is Any amino acid residue that is not directly involved may be used. By the way, the active center of E. coli ribonuclease H is 10
And 70-position aspartic acid, and 48-position glutamic acid, which is located near these residues in the tertiary structure, 124-histidine, 16-position, 44-position,
It is known that asparagine at the 45th and 130th positions, threonine at the 43rd position, and glutamine at the 72nd position are also involved in catalytic activity and substrate binding.

【0009】変異型リボヌクレアーゼHとは、天然のリ
ボヌクレアーゼHの分子表面に存在するアミノ酸残基が
システイン残基に変換されたもの、およびこの変換に加
えて分子表面以外の場所に存在するシステイン残基が他
のアミノ酸残基に変換されたものをいう。尚、リボヌク
レアーゼHは大腸菌由来のものを使用するのが便利であ
るが、アミノ酸配列上大腸菌リボヌクレアーゼHとの相
同性が高く(30%以上)、大腸菌リボヌクレアーゼHと
類似の三次構造並びに活性中心を有する他の生物由来の
リボヌクレアーゼHも、天然型、変異型を問わずすべて
使用することができる。
The mutant ribonuclease H is a natural ribonuclease H in which an amino acid residue existing on the surface of the molecule is converted into a cysteine residue, and in addition to this conversion, a cysteine residue existing outside the surface of the molecule. Is converted to another amino acid residue. It is convenient to use Escherichia coli-derived ribonuclease H, but it is highly homologous to Escherichia coli ribonuclease H in amino acid sequence (30% or more) and has a tertiary structure and an active center similar to E. coli ribonuclease H. Ribonuclease H derived from other organisms can be used, irrespective of natural type or mutant type.

【0010】本発明で使用するオリゴデオキシリボヌク
レオチドは、リボヌクレアーゼHと結合させるために、
その5'末端が化学修飾されている。化学修飾は特定の
ものに限られないが、5'末端にスペーサーを結合さ
せ、そのスペーサーの先端にマレイミド基を有するもの
が都合がよい。末端にマレイミド基を有し、オリゴデオ
キシリボヌクレオチドの5'末端に結合させることがで
きるスペーサーの一例を下に挙げる。
The oligodeoxyribonucleotide used in the present invention has the following structure for binding to ribonuclease H:
Its 5'end is chemically modified. The chemical modification is not limited to a particular one, but it is convenient that a spacer is attached to the 5'end and a maleimide group is provided at the tip of the spacer. An example of a spacer having a maleimide group at the end and capable of being bonded to the 5'end of an oligodeoxyribonucleotide is given below.

【化1】 このスペーサーは、まずアミノモディファイヤーII(C
LONTECH社)をDNA合成機によりオリゴデオキ
シリボヌクレオチドの5'末端に付加した後、EMCS
(Dojindo Laboratory)と反応させることにより、オ
リゴデオキシリボヌクレオチドの5'末端に結合させる
ことができる。他のスペーサーの例としてはオリゴデオ
キシリボヌクレオチドの3'末端にチオール基を導入す
る方法がツッカーマン(Zuckerman,R.N.)とシュル
ツ(Schultz,P.G.)により報告されている(サイエ
ンス、238、1401〜1403(1987))。この
場合、生じる(ヌクレオチド)−(スペーサー)−(チ
オール基)の化学式は、
[Chemical 1] First, this spacer is used for Amino Modifier II (C
LONTECH) was added to the 5'end of the oligodeoxyribonucleotide by a DNA synthesizer, and then EMCS
By reacting with (Dojindo Laboratory), it can be bound to the 5'end of oligodeoxyribonucleotide. As an example of another spacer, a method of introducing a thiol group into the 3'end of an oligodeoxyribonucleotide has been reported by Zuckerman, RN and Schultz, PG (Science, 238 ). , 1401-1403 (1987)). In this case, the resulting chemical formula of (nucleotide)-(spacer)-(thiol group) is

【化2】 となり、これをチオール基を有する酵素(Enz−SH)
と反応させることにより、
[Chemical 2] And an enzyme having a thiol group (Enz-SH)
By reacting with

【化3】 部分がS−Enz部分と置きかわり、結果的にオリゴヌク
レオチドがS−S結合を介して酵素に共有結合すること
になる。
[Chemical 3] A moiety replaces the S-Enz moiety, resulting in the oligonucleotide being covalently attached to the enzyme via an SS bond.

【0011】オリゴデオキシリボヌクレオチドは、4量
体以上であること、および分解しようとするRNAの切
断部位のヌクレオチド配列に相補的なヌクレオチド配列
(30量体以下)を含んでいれば、いかなる長さおよび配
列のものであってもよい。しかし、10個前後のヌクレ
オチド数であることが好ましい。尚、オリゴデオキシリ
ボヌクレオチドは、RNAとの相補的結合の特異性を増
強したり、細胞内での安定性を増すための修飾が加えら
れていてもよい。例えばDNAの一部を2’−O−メチ
ルRNAで置きかえたキメラヌクレオチドや、リン酸結
合をチオリン酸結合やリン酸トリエステル結合等で置き
かえたオリゴヌクレオチドも本発明のオリゴデオキシリ
ボヌクレオチドとして使用し得る。本明細書に於いて
は、この様な修飾を施されたものも、単にオリゴデオキ
シリボヌクレオチドと呼称する。
The oligodeoxyribonucleotide is a tetramer or more, and a nucleotide sequence complementary to the nucleotide sequence of the cleavage site of RNA to be degraded.
It may be of any length and sequence as long as it contains (30 mers or less). However, it is preferable that the number of nucleotides is around 10. The oligodeoxyribonucleotide may be modified to enhance the specificity of complementary binding to RNA or to increase the intracellular stability. For example, a chimeric nucleotide in which a part of DNA is replaced by 2'-O-methyl RNA, or an oligonucleotide in which a phosphate bond is replaced by a thiophosphate bond, a phosphate triester bond, or the like can be used as the oligodeoxyribonucleotide of the present invention. . In the present specification, those modified in this manner are also simply referred to as oligodeoxyribonucleotides.

【0012】本発明に係るハイブリッドリボヌクレアー
ゼHは、後述する方法で製造された変異型リボヌクレア
ーゼと、5'末端を化学修飾したオリゴデオキシリボヌ
クレオチドとを反応させ、その生成物を、例えば陽イオ
ン交換カラムを用いたHPLCで分離することにより調
製することができる。この様にして得られたハイブリッ
ドリボヌクレアーゼHは、塩基配列認識をオリゴデオキ
シリボヌクレオチド部分が、そして触媒活性を変異型リ
ボヌクレアーゼH部分がそれぞれ担当し、効率のよい酵
素活性を発揮する。
The hybrid ribonuclease H according to the present invention is obtained by reacting a mutant ribonuclease produced by the method described below with an oligodeoxyribonucleotide whose 5'end is chemically modified, and the product thereof is subjected to, for example, a cation exchange column. It can be prepared by separation by HPLC used. In the thus-obtained hybrid ribonuclease H, the oligodeoxyribonucleotide portion is responsible for the base sequence recognition, and the mutant ribonuclease H portion is responsible for the catalytic activity, so that the efficient enzymatic activity is exhibited.

【0013】分子表面に1個のシステイン残基を有する
様に改変された変異型リボヌクレアーゼは、組換DNA
技術を使って常法により、例えば後記実施例に示した方
法により製造することができる。即ち、分子表面の1個
のアミノ酸残基がシステイン残基に変換されたリボヌク
レアーゼHをコードしているDNAをGene Amp Kit
(タカラ酒造)を用いてPCR法により調製する。PC
Rを用いた部位変異導入は、ヒグチ(R.Higuchi)の
方法で行った(PCR Protocols(Innis,M.A.et a
l.eds.),pp177,Academic Press Inc.(199
0))。この様にして得たDNAを例えばバクテリオフ
ァージλのPLおよびPR両プロモータを有する発現ベク
ターに挿入し、このベクターを大腸菌宿主に導入し、宿
主を培養することにより目的の変異型リボヌクレアーゼ
を製造することができる。変異型リボヌクレアーゼHを
コードしているDNA、該DNAを挿入した発現ベクタ
ー、該発現ベクターで形質転換された宿主細胞、および
生産される変異型リボヌクレアーゼHは全て新規であ
り、これらは全て本発明を構成する。従って、本発明の
別の目的は、大腸菌リボヌクレアーゼHの131、13
5、138、または142位のアミノ酸残基がシステイ
ン残基で置換されている変異型リボヌクレアーゼH、お
よび該変異型リボヌクレアーゼHをコードしているDN
A、該DNAを含有しており、該DNAを発現し得る発
現ベクター、および該発現ベクターで形質転換された形
質転換体を提供するものである。
Mutant ribonuclease modified so as to have one cysteine residue on the molecular surface is a recombinant DNA.
It can be produced by a conventional method using a technique, for example, the method shown in Examples below. That is, a DNA encoding ribonuclease H in which one amino acid residue on the surface of the molecule has been converted into a cysteine residue is used as a Gene Amp Kit.
(Takara Shuzo) is prepared by the PCR method. PC
The site mutagenesis using R was performed by the method of R. Higuchi (PCR Protocols (Innis, MA et al.
l.eds.), pp177, Academic Press Inc. (199)
0)). The DNA thus obtained is inserted into, for example, an expression vector having both P L and P R promoters of bacteriophage λ, this vector is introduced into an E. coli host, and the host is cultured to produce the target mutant ribonuclease. can do. The DNA encoding the mutant ribonuclease H, the expression vector into which the DNA is inserted, the host cell transformed with the expression vector, and the mutant ribonuclease H produced are all novel, and all of the present invention Configure. Therefore, another object of the present invention is the E. coli ribonuclease H 131, 13
Mutant ribonuclease H in which the amino acid residue at position 5, 138, or 142 is substituted with a cysteine residue, and DN encoding the mutant ribonuclease H
A, an expression vector containing the DNA, capable of expressing the DNA, and a transformant transformed with the expression vector.

【0014】以下に実施例を挙げて本発明をより詳細に
説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples, but the present invention is not limited thereto.

【0015】実施例 (1) pJAL131C、pJAL135C、pJAL
138C、pJAL142Cの作製 大腸菌リボヌクレアーゼH(以下リボヌクレアーゼHと
略す)にDNA鎖を導入する方法として、マレイミド体
による化学修飾を利用することとした。まず、リボヌク
レアーゼHの活性中心(Asp10、Glu48、Asp70)
から比較的近く、残基が外側を向いているグルタミン酸
131、グルタミン酸135、アルギニン138、メチ
オニン142を選び、それぞれをシステインに変換する
こととした。また、この変換には他のシステインへの化
学修飾をさけるため、天然型リボヌクレアーゼHの3つ
の遊離のシステイン(13、63、133位)を、それぞ
れアラニンに変換したシステイン不含の変異型リボヌク
レアーゼHの構造遺伝子を含有しているプラスミドpC
A600(金谷ら、バイオケミカルジャーナル、27
、59−66、1990年)を鋳型として、PCR法
を用いて行った。PCR用プライマーとして、図1に示
すように、5'−プライマー、3'−プライマー及び変異
用プライマーを合成した。グルタミン酸135からシス
テインへの変換(図2参照)は、SphIサイトを含む5'
−プライマーと、プライマーNO.2、SalIを含む
3'−プライマーとプライマーNO.1をそれぞれプラ
スミドpCA600と混合し、市販のGene Amp Kit
(タカラ酒造)の説明書に従ってDNAの増幅を行った。
これにより、SphI−XhoIで規定される400bp、X
hoI−SalIで規定される100bpのDNA鎖が得られ
た。これらの末端には、それぞれクランプが残っている
ので、SphI−XhoI断片及びXhoI−SalI断片を得
るため、それぞれの増幅させたDNA断片にSphI、X
hoI及びXhoI、SalIを添加し、37℃で1時間消化
した。このそれぞれの消化物を1.5%アガロースゲル
電気泳動にかけて、400bpのSphI−XhoI断片及び
100bpのXhoI−SalI断片を切り出し抽出した。一
方、プラスミドpJLA504(西独:Medac社より購入)
についても、SphI及びSalIを添加して37℃、1時
間消化した後、0.7%アガロースゲル電気泳動にか
け、4.9kbのSphI−SalI断片を切り出し抽出し
た。以上のようにして得られた400bpSphI−XhoI
0.1μg、100bpXhoI−SalI断片0.05μg及
び4.9kbSphI−SalI断片0.1μgを混合し、D
NAライゲーションキット(宝酒造)を用いて、添付の説
明書に正確に従って、プラスミドを環化した。この環化
したプラスミドで大腸菌HB101を形質転換し、形質
転換体pJAL135Cを得た。また、pJAL142C
についても上記と同様に行い、pJAL131C、13
8Cに関しては、XhoIのかわりにSstIを用いて同様
に行った。このようにして得たプラスミドの詳細な制限
酵素切断地図を図3および図4に示した(pJAL131
C(図3)、pJAL135C(図4)、pJAL138C
(図3)、pJAL142C(図4)それぞれ参照)。形質転
換体エシェリシア.コリ(E.coli)HB101/pJA
L131C、pJAL135C、pJAL138C、pJ
AL142Cは工業技術院微生物工業技術研究所に寄託
されている。 エシェリシア.コリ(E.coli)HB101/pJAL1
31C; 受託番号:微工研菌寄第12312号,受託日:平成3
年6月17日 エシェリシア.コリ(E.coli)HB101/pJAL1
35C; 受託番号:微工研菌寄第12313号,受託日:平成3
年6月17日 エシェリシア.コリ(E.coli)HB101/pJAL1
38C; 受託番号:微工研菌寄第12314号,受託日:平成3
年6月17日 エシェリシア.コリ(E.coli)HB101/pJAL1
42C; 受託番号:微工研菌寄第12315号,受託日:平成3
年6月17日
[0015]Example   (1) pJAL131C, pJAL135C, pJAL
Preparation of 138C and pJAL142C E. coli ribonuclease H (hereinafter referred to as ribonuclease H
As a method of introducing a DNA chain into
It was decided to use the chemical modification by. First, Ribonuk
Active center of Rease H (Asp10, Glu48, Asp70)
Glutamic acid, relatively close to, with residues facing out
131, glutamic acid 135, arginine 138, methyl
Choose onin 142 and convert each to cysteine
I decided. In addition, conversion to other cysteines is necessary for this conversion.
Of natural ribonuclease H in order to avoid biological modification
Free cysteines (13, 63, 133)
Cysteine-free mutant Ribonuk converted to red alanine
Plasmid pC containing the structural gene for Rase H
A600 (Kanaya et al., Biochemical Journal,27
1, 59-66, 1990) as a template.
Was performed using. Figure 1 shows the PCR primers
5'-primer, 3'-primer and mutation
A primer was synthesized. From glutamic acid 135 cis
Conversion to thein (see Figure 2) involves 5'containing the SphI site
-Primer and primer NO. 2, including SalI
3'-primer and primer NO. 1 for each
Commercially available Gene Amp Kit mixed with Smid pCA600
Amplification of DNA was performed according to the instruction of (Takara Shuzo).
As a result, 400 bp, X defined by SphI-XhoI
A 100 bp DNA strand defined by hoI-SalI was obtained.
It was Clamps remain at these ends
Therefore, the SphI-XhoI fragment and the XhoI-SalI fragment were obtained.
Therefore, SphI and X were added to each amplified DNA fragment.
Add hoI, XhoI, and SalI and digest at 37 ° C for 1 hour
did. Each of these digests was applied to a 1.5% agarose gel.
Upon electrophoresis, a 400 bp SphI-XhoI fragment and
A 100 bp XhoI-SalI fragment was cut out and extracted. one
, Plasmid pJLA504 (West Germany: purchased from Medac)
Also, add SphI and SalI at 37 ° C for 1 hour
After digestion for a while, use 0.7% agarose gel electrophoresis.
Scut out and extract the 4.9 kb SphI-SalI fragment.
It was 400 bp SphI-XhoI obtained as described above
0.1 μg, 0.05 μg of 100 bp XhoI-SalI fragment
And 0.1 μg of the 4.9 kb SphI-SalI fragment were mixed, and D
Using NA ligation kit (Takara Shuzo)
The plasmid was circularized exactly as in the manual. This cyclization
Escherichia coli HB101 was transformed with the plasmid
A transformant pJAL135C was obtained. Also, pJAL142C
For pJAL131C, 13
For 8C, use SstI instead of XhoI
Went to. Detailed restriction of the plasmid thus obtained
Enzyme cleavage maps are shown in Figure 3 and Figure 4 (pJAL131
C (Fig. 3), pJAL135C (Fig. 4), pJAL138C
(See FIG. 3) and pJAL142C (FIG. 4), respectively). Transformation
Substitute Escherichia. E. coli HB101 / pJA
L131C, pJAL135C, pJAL138C, pJ
AL142C deposited with Institute of Microbial Science and Technology
Has been done. Escherichia. E. coli HB101 / pJAL1
31C; Consignment No .: Microtechnology Research Institute, No. 12312, Contract date: Heisei 3
June 17, Escherichia. E. coli HB101 / pJAL1
35C; Consignment No .: Microtechnology Research Institute, No. 12313, Contract date: Heisei 3
June 17, Escherichia. E. coli HB101 / pJAL1
38C; Consignment No .: Microtechnology Research Institute, No. 12314, Contract date: Heisei 3
June 17, Escherichia. E. coli HB101 / pJAL1
42C; Consignment No .: Microtechnology Research Institute, No. 12315, Contract date: Heisei 3
June 17,

【0016】(2) 形質転換体の培養とリボヌクレアー
ゼH含有菌体の調製 (1)に記載のプラスミドpJAL131C、135C、
138C、142Cで形質転換した大腸菌K−12株H
B101を、80μg/lのアンピシリンを含むLB培
地中、30℃で振盪培養した。培養液の濁度がクレット
値で100前後まで生育した時点で培養温度を42℃に
上げ、更に4時間振盪を続けた後、集菌した。得られた
菌体を−20℃で凍結保存した。
(2) Cultivation of transformants and preparation of ribonuclease H-containing cells Plasmids pJAL131C, 135C, described in (1),
E. coli K-12 strain H transformed with 138C and 142C
B101 was shake-cultured at 30 ° C. in LB medium containing 80 μg / l ampicillin. At the time when the turbidity of the culture broth grew up to about 100 in terms of the Klett value, the culture temperature was raised to 42 ° C., and the mixture was further shaken for 4 hours and then collected. The obtained bacterial cells were frozen and stored at -20 ° C.

【0017】(3) 形質転換体からのリボヌクレアーゼ
Hの抽出及び精製 上記(2)で得た200mlの培養液から集めたHB101
/pJAL131C及びpJAL135C、pJAL13
8C、pJAL142Cそれぞれの菌体1.0gを、1m
M EDTAを含む10mMトリス塩酸緩衝液(TE)(p
H7.5)30mlに懸濁した後、氷中で超音波処理によ
り菌体を破砕した。15,000rpmで30分間、4℃で
遠心して得た遠心上清(粗抽出液)を、TE(pH7.5)
5lに対して4℃で透析した。同緩衝液で平衡化したD
E−52カラム(4ml)およびP−11カラム(2ml)にこ
の順序で通した。この条件下、C131、C135、C
138、C142いずれの変異型リボヌクレアーゼH
も、DE−52カラムを素通りし、P−11カラムに吸
着する。TE(pH7.5)4ml、次いで0.1M NaC
lを含むTE(pH7.5)4mlを流した後、NaCl濃度を
0.5Mまで直線的に上昇させることによりP−11カ
ラムから各変異型リボヌクレアーゼHを溶出させた。こ
れらの変異型リボヌクレアーゼHを含むP−11溶出画
分それぞれを約2mlに濃縮した後、さらに0.1MNa
Clを含む10mM酢酸ナトリウム緩衝液(pH5.5)で
平衡化したセファクリルS−300(スーパーファイン)
カラム(φ1.6×90cm)にかけることにより、各変異
型リボヌクレアーゼHを精製した。精製標品は15%S
DS−PAGEで単一バンドを与え、逆相HPLCでも
単一ピークを示した。精製収量は約30mg/l培養液で
あった。精製標品の同定は、アクロモバクタープロテア
ーゼIにより消化して得られるペプチドフラグメントを
逆相HPLCでマッピングして各フラグメントピークの
溶出位置を確認するとともに、131、135、13
8、142位のアミノ酸を含むそれぞれのペプチドを、
分取後N末端アミノ酸配列分析により行った。
(3) Extraction and purification of ribonuclease H from transformants HB101 collected from 200 ml of the culture broth obtained in (2) above.
/ PJAL131C and pJAL135C, pJAL13
1.0 g of each of 8C and pJAL142C
10 mM Tris-HCl buffer (TE) containing M EDTA (p
After suspending in 30 ml of H7.5), the cells were disrupted by sonication in ice. Centrifuge supernatant (crude extract) obtained by centrifugation at 15,000 rpm for 30 minutes at 4 ° C. was added to TE (pH 7.5).
It was dialyzed against 5 l at 4 ° C. D equilibrated with the same buffer
E-52 column (4 ml) and P-11 column (2 ml) were passed in this order. Under this condition, C131, C135, C
Mutant ribonuclease H of either 138 or C142
Also passes through the DE-52 column and is adsorbed on the P-11 column. TE (pH 7.5) 4ml, then 0.1M NaC
Each mutant ribonuclease H was eluted from the P-11 column by flowing 4 ml of TE (pH 7.5) containing 1 and linearly increasing the NaCl concentration to 0.5M. Each of the P-11 elution fractions containing these mutant ribonucleases H was concentrated to about 2 ml and then further concentrated to 0.1 MNa.
Sephacryl S-300 (Superfine) equilibrated with 10 mM sodium acetate buffer (pH 5.5) containing Cl
Each mutant ribonuclease H was purified by applying it to a column (φ1.6 × 90 cm). Purified sample is 15% S
DS-PAGE gave a single band and reverse phase HPLC also showed a single peak. The purification yield was about 30 mg / l culture. To identify the purified sample, the peptide fragment obtained by digestion with Achromobacter protease I was mapped by reverse-phase HPLC to confirm the elution position of each fragment peak, and 131, 135, 13
Each peptide containing the amino acids at positions 8 and 142 is
After fractionation, it was performed by N-terminal amino acid sequence analysis.

【0018】(4) 5'末端にマレイミド基を有するノ
ナデオキシリボヌクレオチドNEM−d9mer)の合成 上記(3)で示した変異型リボヌクレアーゼH(C13
1、C135、C138又はC142)にDNA鎖を導
入するために、SH基との反応性に富むマレイミド基を
持つノナデオキシリボヌクレオチド誘導体を合成した。
反応式を「化4」に示す。
(4) Synthesis of nonadeoxyribonucleotide NEM-d9mer having a maleimide group at the 5'end The mutant ribonuclease H (C13) shown in (3) above.
In order to introduce a DNA chain into 1, C135, C138 or C142), a nonadeoxyribonucleotide derivative having a maleimide group highly reactive with SH group was synthesized.
The reaction formula is shown in “Chemical Formula 4”.

【化4】 まず、5'−GTCATCTCC−3'の配列の9量体の
DNAをDNA合成機(Applied Biosystems 380
A)でマニュアルどおりに合成し、その最終段階でアミ
ノモディファイヤーII(CLONTECH社、N−フ
ルオレニルメチルオキシカルボニル−O'−ジメトキシ
トリチル−O2−シアノエチルジイソプロピルアミノ−
フォスフィニル−3−アミノ−1,2−プロパンジオー
ル)20μmolを添加してマレイミド基導入に必要なアミ
ノ基を付加させた。次にこの反応物をアンモニア水で担
体から切り離し、50℃、6時間放置して脱保護し、そ
の後逆相HPLCで単離し、80%酢酸2mlで20分間
処理し、ジメトキシトリチル基を脱離させた。このよう
にして完全に脱保護された生成物は逆相HPLCとイオ
ン交換カラムクロマトグラフィーで精製した。以下の反
応の反応式は「化4」に示したが、この反応生成物(「化
4」の(1)、参照)にマレイミド基を導入するため、EM
CS(Dojndo Laboratories,N−(ε−マレイミドカ
プロイルオキシ)スクシンイミド)を、0.1M炭酸ナト
リウム、2mM EDTA(pH7.5)を含むDMF中で
1時間反応させた。その後セファデックスG−50のゲ
ルろ過にかけて精製し、このノナデオキシリボヌクレオ
チド誘導体(「化4」の(2)参照)が逆相HPLCで単一で
あることを確認した。本化合物の収量は2.4OD単位
であった。
[Chemical 4] First, a nonameric DNA having a sequence of 5'-GTCATCTCC-3 'was prepared using a DNA synthesizer (Applied Biosystems 380).
A) was manually synthesized according to A), and at the final step, amino modifier II (CLONTECH, N-fluorenylmethyloxycarbonyl-O′-dimethoxytrityl-O 2 -cyanoethyldiisopropylamino-) was used.
20 μmol of phosphinyl-3-amino-1,2-propanediol) was added to add an amino group necessary for introducing a maleimide group. The reaction is then cleaved from the carrier with aqueous ammonia, left at 50 ° C. for 6 hours for deprotection, then isolated by reverse phase HPLC and treated with 2% 80% acetic acid for 20 minutes to remove the dimethoxytrityl group. It was The product thus completely deprotected was purified by reverse phase HPLC and ion exchange column chromatography. The reaction formula of the following reaction is shown in "Chemical formula 4". To introduce a maleimide group into this reaction product (see (1) in "Chemical formula 4"), EM
CS (Dojndo Laboratories, N- (ε-maleimidocaproyloxy) succinimide) was reacted in DMF containing 0.1 M sodium carbonate, 2 mM EDTA (pH 7.5) for 1 hour. Then, it was purified by subjecting to Sephadex G-50 by gel filtration, and it was confirmed by reverse phase HPLC that this nonadeoxyribonucleotide derivative (see (2) of "Chemical Formula 4") was single. The yield of this compound was 2.4 OD units.

【0019】(5) リボヌクレアーゼHへのDNA鎖の
導入 (3)で得られたシステイン残基を1つ持つ変異型リボヌ
クレアーゼHと(4)に示したノナデオキシリボヌクレオ
チド誘導体(NEM−d9)を、チオール基とマレイミド
基間で連結させるために、0.1Mトリス塩酸緩衝液(p
H7.0)中、リボヌクレアーゼH(5.4nmol)とN
EM−d9(27nmol)(モル比1:5)を、室温で1時間
反応させる。反応式は「化5」に示した。
(5) Introduction of DNA chain into ribonuclease H Mutant ribonuclease H having one cysteine residue obtained in (3) and nonadeoxyribonucleotide derivative (NEM-d9) shown in (4), To connect between the thiol group and the maleimide group, 0.1M Tris-HCl buffer (p
Ribonuclease H (5.4 nmol) and N in H7.0)
EM-d9 (27 nmol) (molar ratio 1: 5) is reacted at room temperature for 1 hour. The reaction formula is shown in "Chemical Formula 5".

【化5】 この反応溶液を陽イオン交換カラムES−502C(ア
サヒカセイ)にアプライしピークを分取した。図5は陽
イオン交換カラムでの溶出パターンを示しているが、A
はNEM−d9,1μg、Bは変異リボヌクレアーゼH
(C135)5μg、CはNEM−d9−,1μgとC13
5,5μgを含む反応溶液100μlをHPLCにアプラ
イしたパターンである。Cで得られたピークを15%S
DS−PAGEで分析したところ、図6のレーン4に示
すように分子量21000の位置に単一なバンドが見ら
れた。この核酸誘導体が導入されたリボヌクレアーゼH
(C135)をd9−C135と名づけた。本酵素の模式
図を図7に示す。d9−C135による基質の認識及び
その分解のモデルを図8に示したが、d9−C135に
おいて核酸部分がRNAの配列認識を、酵素部分が触媒
反応をそれぞれ司る。他の変異リボヌクレアーゼH(C
131又はC138)に関しても同様の方法でd9−C1
31、d9−C138を得た。d9−C138は未精製で
ある。
[Chemical 5] This reaction solution was applied to a cation exchange column ES-502C (Asahi Kasei) and the peak was fractionated. Figure 5 shows the elution pattern on the cation exchange column.
Is NEM-d9, 1 μg, B is mutant ribonuclease H
(C135) 5 μg, C is NEM-d9-, 1 μg and C13
This is a pattern in which 100 μl of a reaction solution containing 5,5 μg was applied to HPLC. The peak obtained in C is 15% S
When analyzed by DS-PAGE, a single band was observed at the position of molecular weight 21000 as shown in lane 4 of FIG. Ribonuclease H into which this nucleic acid derivative has been introduced
(C135) was named d9-C135. A schematic diagram of this enzyme is shown in FIG. 7. A model of substrate recognition and its degradation by d9-C135 is shown in FIG. 8. In d9-C135, the nucleic acid portion controls RNA sequence recognition, and the enzyme portion controls catalytic reaction. Other mutant ribonuclease H (C
131 or C138) in the same manner as d9-C1.
31 and d9-C138 were obtained. d9-C138 is crude.

【0020】(6) 各変異リボヌクレアーゼHの酵素活
性の比較 活性はトリチウム標識したM13DNA/RNAハイブ
リッドを基質として用い、37℃、1分間に1μmolの
酸可溶性画分を生じる酵素量を1単位と定義した。タン
パク量は変異リボヌクレアーゼHと天然型リボヌクレア
ーゼHとが、同じ吸光係数を持つという仮定のもとにA
0.1%280=2を用いて280nmにおける吸光度を測
定することにより求めた。またノナデオキシリボヌクレ
オチドを導入した変異リボヌクレアーゼHについては、
核酸とタンパク質が1対1で結合したときの吸光係数を
計算により求めたところ、280nmにおける分子吸光係
数が8.7×104となったので、これを用いて280nm
における吸光度より求めて表1に示した。表1には参考
として、各変異リボヌクレアーゼHのNEMで修飾した
時の活性も付記した。
(6) The comparative activity of the enzyme activity of each mutant ribonuclease H was defined as 1 unit of the amount of enzyme that produces 1 μmol of the acid-soluble fraction in 1 minute at 37 ° C. using M13 DNA / RNA hybrid labeled with tritium as a substrate. did. The amount of protein is based on the assumption that mutant ribonuclease H and natural ribonuclease H have the same extinction coefficient.
It was determined by measuring the absorbance at 280 nm using 0.1% 280 = 2. Regarding the mutant ribonuclease H introduced with nonadeoxyribonucleotide,
When the extinction coefficient when the nucleic acid and the protein were bound one-to-one was calculated, the molecular extinction coefficient at 280 nm was 8.7 × 10 4 , so it was used at 280 nm
The results are shown in Table 1 as determined from the absorbance at. For reference, Table 1 also shows the activity of each mutant ribonuclease H when modified with NEM.

【表1】 比活性(U/mg) 酵素名 非修飾 (%) 修 飾 NEM (%) NEM−d9(%) 天然型 35.9(100) <0.03 − − − C131 23.2( 64) 7.7 (33) 0.1 (0.43) C135 36.5(100) 16.9 (72.8) 0.78(2.1) C138 8.6( 24) 2.4 (27.9) − C142 34.2( 95) 12.7 (37.1) 0.11(0.32) − 未定[Table 1]           Specific activity (U / mg) Enzyme name   Unqualified (%)                  Decoration                               NEM (%)    NEM-d9 (%) Natural type 35.9 (100) <0.03 − − − C131 23.2 (64) 7.7 (33) 0.1 (0.43) C135 36.5 (100) 16.9 (72.8) 0.78 (2.1) C138 8.6 (24) 2.4 (27.9)-C142 34.2 (95) 12.7 (37.1) 0.11 (0.32)   -Undecided

【0021】それぞれの酵素は、天然型に対して約25
%〜100%の活性を保持しており、NEM修飾時にも
約30%〜70%の活性をそれぞれの未修飾酵素に対し
て保持していた。またNEM−d9で修飾した時には未
修飾時に対して数%に活性は低下していた。この場合、
DNA/RNAハイブリッドを基質として用いているの
で、NEM−d9で修飾した酵素においてはオリゴヌク
レオチド部分が酵素活性を阻害していると考えられた。
Each enzyme has about 25 amino acids relative to the natural type.
% To 100% activity was retained, and about 30% to 70% activity was retained for each unmodified enzyme even when NEM modification was performed. When modified with NEM-d9, the activity was reduced to several% as compared with the unmodified form. in this case,
Since the DNA / RNA hybrid was used as a substrate, it was considered that the oligonucleotide portion of the enzyme modified with NEM-d9 inhibited the enzyme activity.

【0022】(7) 相補的RNA鎖の切断様式 本発明におけるハイブリッド酵素の機能を調べるために
相補的なRNA鎖、ノナリボヌクレオチド(5'−GGA
GAUGAC−3')の加水分解反応を行った。方法とし
ては金谷らによりすでに特許出願している方法(特願平
01−320231)に従った。基質としては、ノナデ
オキシリボヌクレオチド(5'−GUCATCTCC−
3')と上記ノナリボヌクレオチドのノナヌクレオチドデ
ュープレックス及びノナリボヌクレオチドを用いた。ノ
ナヌクレオチドデュープレックスとノナリボヌクレオチ
ドそれぞれの溶液9μlに酵素溶液1μlを加えて30℃
で1.5時間保温し、90℃2分間処理することにより
反応を停止した。その後反応溶液2μlを7M尿素入り
20%ポリアクリルアミドゲルにアプライし、約2時間
泳動した。ゲル上の放射能はイメージングプレートを利
用し、Fujix BA100バイオイメージングアナライ
ザーにより分析した。電気泳動のパターンは図9に示し
た。図9の1〜4レーンの酵素及び基質を以下の表2に
示す。
(7) Cleavage mode of complementary RNA chain To investigate the function of the hybrid enzyme in the present invention, a complementary RNA chain, nonaribonucleotide (5'-GGA)
GAUGAC-3 ') was hydrolyzed. The method was in accordance with the method already filed by Kanaya et al. (Japanese Patent Application No. 01-320231). As the substrate, nonadeoxyribonucleotide (5'-GUCATCTCC-
3 ') and the nonanucleotide duplex of the above nonaribonucleotide and nonaribonucleotide were used. Add 30 μl of the enzyme solution to 9 μl each of nonanucleotide duplex and nonaribonucleotide solution
The temperature was kept at 1.5 ° C. for 1.5 hours and the reaction was stopped by treating at 90 ° C. for 2 minutes. Then, 2 μl of the reaction solution was applied to a 20% polyacrylamide gel containing 7 M urea and electrophoresed for about 2 hours. The radioactivity on the gel was analyzed using a Fujix BA100 bioimaging analyzer using an imaging plate. The pattern of electrophoresis is shown in FIG. The enzymes and substrates in lanes 1 to 4 of FIG. 9 are shown in Table 2 below.

【表2】 レーン 酵素(量) 基質 1 − d−r9mer 2 C135 (0.030pmol) d−r9mer 3 d9−C135(0.019pmol) d−r9mer 4 d9−C135(0.019pmol) r9mer リボヌクレアーゼHはDNA/RNAハイブリッドの
RNA鎖を切断するが、d9−C135ではRNA鎖の
みを切断しており、しかも、C135ではノナヌクレオ
チドデュープレックスを5番目と6番目及び6番目と7
番目の残基の間で切断するが、d9−C135では5番
目と6番目の残基の間のみである。すなわちd9−C1
35ではRNA鎖を選択的にある一点で切断することが
わかった。切断の様式については図10にまとめた。ま
た、反応溶液中の基質量は10pmolでそれに対して酵素
量は約0.02pmolと約500倍の基質を切断している
ので、本酵素がターンオーバーしていることがわかる。
また、d9−C135以外の他の酵素についても同様の
結果が得られた。
[Table 2]   lane   Enzyme (amount)     Substrate     1-d-r9mer     2 C135 (0.030 pmol) d-r9mer     3 d9-C135 (0.019 pmol) d-r9mer   4 d9-C135 (0.019 pmol) r9mer   Ribonuclease H is a DNA / RNA hybrid
It cleaves RNA strands, but d9-C135
Is cut off, and in C135, Nona Nucleo
Cid duplex 5th and 6th and 6th and 7th
Cleaves between the second residue, but it is 5th in d9-C135
Only between the eye and the sixth residue. That is, d9-C1
In 35, the RNA strand can be selectively cleaved at a certain point.
all right. The cutting mode is summarized in FIG. Well
In addition, the base mass in the reaction solution is 10 pmol and the enzyme
The amount is about 0.02 pmol and about 500 times as much as the substrate is cleaved.
Therefore, it can be seen that this enzyme has turned over.
The same applies to other enzymes other than d9-C135.
Results were obtained.

【0023】(8) Hybrid酵素の酵素反応速度論パラ
メーター 上記(7)で示したように本発明によるハイブリッド酵素
は、RNA鎖のみをある特定の部位で切断することが解
明されたので、それぞれに関して酵素反応速度パラメー
ターを決定することとした。方法としては、すでに特許
出願している方法(特願平01−320231)に従っ
た。未修飾の酵素については、(7)で示したノナヌクレ
オチドデュープレックス溶液を使用し、ハイブリッド酵
素についてはノナリボヌクレオチド溶液を基質溶液とし
て用いた。結果を表3に示した。
(8) Enzymatic Kinetic Parameters of Hybrid Enzyme As shown in (7) above, it was revealed that the hybrid enzyme according to the present invention cleaves only the RNA strand at a specific site. It was decided to determine the enzyme reaction rate parameter. The method was based on the method already applied for a patent (Japanese Patent Application No. 01-320231). For the unmodified enzyme, the nonanucleotide duplex solution shown in (7) was used, and for the hybrid enzyme, the nonaribonucleotide solution was used as the substrate solution. The results are shown in Table 3.

【表3】 酵素 km(μM) kcat(min-1) kcat/km 基質 (min-1,μM-1) 天然型 0.44 141 320 d−r9mer C131 1.30 95 73 d−r9mer C135 1.43 131 92 d−r9mer C142 1.82 125 69 d−r9mer d9−C131 0.43 23.3 54 r9mer d9−C135 0.20 16.3 82 r9merd9−C142 0.56 21.7 39 r9mer ハイブリッド酵素はどれも未修飾のものに対して、kmが
1/3〜1/7倍、kcatが1/4〜1/8倍となってい
た。すなわち、これらの酵素は触媒活性は低下している
が、基質との親和性は増大している。一般に酵素の触媒
能はkcat/kmで比較されるが、ハイブリッド酵素は未修
飾酵素の6〜8割を保持しており、十分な触媒能を持つ
ものと考えられる。以上、本発明におけるハイブリッド
リボヌクレアーゼHは、RNAを配列特異的に切断し、
しかも高い、触媒活性を保持している。また反応物が
5'−リン酸基を持つため、再ライゲーションに適して
いること、および酵素としてのターンオーバーがあるこ
となどの利点もかねそなえている。
[Table 3]enzyme     km (μM)  kcat (min -1 )    kcat / kmSubstrate                                         (min -1 , μM -1 )   Natural type 0.44 141 320 d-r9mer   C131 1.30 95 73 d-r9mer   C135 1.43 131 92 d-r9merC142 1.82 125 69 d-r9mer d9-C131 0.43 23.3 54 r9mer d9-C135 0.20 16.3 82 r9merd9-C142 0.56 21.7 39 r9mer For all hybrid enzymes, unmodified ones have km
1/3 to 1/7 times, kcat is 1/4 to 1/8 times
It was That is, these enzymes have reduced catalytic activity
However, the affinity for the substrate is increasing. Generally an enzyme catalyst
Noh is compared in kcat / km, but hybrid enzyme is uncorrected
Holds 60 to 80% of decorative enzyme and has sufficient catalytic ability
It is considered to be a thing. As described above, the hybrid according to the present invention
Ribonuclease H sequence-specifically cleaves RNA,
Moreover, it retains high catalytic activity. Also the reaction product
Suitable for religation because it has a 5'-phosphate group
And that there is a turnover as an enzyme.
It also has advantages such as.

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

【図1】 部位特異的変異導入に用いたオリゴヌクレオ
チドの配列を示す模式図である。
FIG. 1 is a schematic diagram showing the sequence of an oligonucleotide used for site-directed mutagenesis.

【図2】 プラスミドpJAL135Cの構築図であ
る。
FIG. 2 is a construction diagram of plasmid pJAL135C.

【図3】 pJAL131CもしくはpJAL138Cの
制限酵素切断地図である。
FIG. 3 is a restriction enzyme digestion map of pJAL131C or pJAL138C.

【図4】 pJAL135CもしくはpJAL142Cの
制限酵素切断地図である。
FIG. 4 is a restriction enzyme digestion map of pJAL135C or pJAL142C.

【図5】 HPLCにかけた時のES502C陽イオン
カラムからの溶出パターンを示すグラフであり、AはN
EM−d9(1μg)、BはC135(5μg)、CはN
EM−d9(1μg)とC135(5μg)の反応溶液1
00μlをそれぞれHPLCにアプライした時の結果で
ある。
FIG. 5 is a graph showing an elution pattern from an ES502C cation column when subjected to HPLC, where A is N.
EM-d9 (1 μg), B is C135 (5 μg), C is N
Reaction solution 1 of EM-d9 (1 μg) and C135 (5 μg)
The results are obtained by applying 00 μl to each HPLC.

【図6】 SDS−PAGE後のCBB染色したゲルの
写真の模写図で、1はマーカー、2はC135(1μ
g)、3は0.2μgのNEM−d9と1μgのC135を
反応させた反応液10μl、4はES502Cで得られ
た図7Cのピーク部分である。
FIG. 6 is a copy of a photograph of a CBB-stained gel after SDS-PAGE. 1 is a marker and 2 is C135 (1 μm).
g), 3 is 10 μl of a reaction solution obtained by reacting 0.2 μg of NEM-d9 with 1 μg of C135, and 4 is a peak portion of FIG. 7C obtained by ES502C.

【図7】 d9−C135の構造の模式図である。FIG. 7 is a schematic diagram of the structure of d9-C135.

【図8】 d9−C135の基質認識及びその分解の模
式図である。白ぬきの帯はDNA、黒ぬりの帯はRN
A、Cys135とDNAをつないでいる実線はリンカー部
分を示している。また3つの黒ぬきの残基Asp10、Glu
48、Asp70はリボヌクレアーゼHの活性中心である。
FIG. 8 is a schematic diagram of substrate recognition of d9-C135 and its degradation. White band is DNA, Black band is RN
A solid line connecting A, Cys 135 and DNA indicates a linker portion. Also, the three black residues Asp 10 , Glu
48 , Asp 70 is the active center of ribonuclease H.

【図9】 C135及びd9−C135により加水分解
されたノナヌクレオチドデュープレックス又はノナリボ
ヌクレオチドの分解物をUrea存在下20%SDS−P
AGEに電気泳動し、イメージングプレートにより放射
能を検出したゲルの写真の模写図である。
FIG. 9 shows a degradation product of nonanucleotide duplex or nonaribonucleotide hydrolyzed by C135 and d9-C135 in the presence of Urea in 20% SDS-P.
FIG. 3 is a copy of a photograph of a gel which has been subjected to AGE electrophoresis and whose radioactivity has been detected by an imaging plate.

【図10】 非修飾型と修飾型(NEM−d9が導入され
たもの)の切断様式を示した模式図である。
FIG. 10 is a schematic diagram showing the cleavage patterns of an unmodified type and a modified type (introduced with NEM-d9).

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 C12N 15/55 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 5 Identification code Office reference number FI technical display location C12N 15/55

Claims (15)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 酵素活性に影響を与えることなく分子表
面に1個のシステイン残基を有する様に改変された変異
型リボヌクレアーゼHとオリゴデオキシリボヌクレオチ
ドとが結合したハイブリッドリボヌクレアーゼHであっ
て、該システイン残基中のチオール基がオリゴデオキシ
リボヌクレオチドとの共有結合に関与していることを特
徴とするハイブリッドリボヌクレアーゼH。
1. A hybrid ribonuclease H in which a mutant ribonuclease H modified to have one cysteine residue on the surface of a molecule without affecting enzyme activity and an oligodeoxyribonucleotide are bound to each other, wherein the cysteine is Hybrid ribonuclease H, characterized in that the thiol group in the residue is involved in covalent bond with oligodeoxyribonucleotide.
【請求項2】 変異型リボヌクレアーゼHが大腸菌由来
のものであり、分子表面に位置する131、135、1
38または142位のアミノ酸がシステインで置換され
ているものである請求項1に記載のハイブリッドリボヌ
クレアーゼH。
2. The mutant ribonuclease H is derived from Escherichia coli and is located on the surface of the molecule 131, 135, 1.
The hybrid ribonuclease H according to claim 1, wherein the amino acid at position 38 or 142 is substituted with cysteine.
【請求項3】 オリゴデオキシリボヌクレオチドにスペ
ーサーを介して導入されたマレイミド基とシステイン残
基中のチオール基とが共有結合している請求項2に記載
のハイブリッドリボヌクレアーゼH。
3. The hybrid ribonuclease H according to claim 2, wherein the maleimide group introduced into the oligodeoxyribonucleotide via a spacer and the thiol group in the cysteine residue are covalently bound to each other.
【請求項4】 スペーサーが式:−(CH2)5−CO−N
HCH2CH2−CH(CH2OH)−で示されるものであ
る請求項3に記載のハイブリッドリボヌクレアーゼH。
4. The spacer has the formula: — (CH 2 ) 5 —CO—N.
The hybrid ribonuclease H according to claim 3, which is represented by HCH 2 CH 2 —CH (CH 2 OH) —.
【請求項5】 分子表面に1個のシステイン残基を有す
る変異型リボヌクレアーゼH。
5. A mutant ribonuclease H having one cysteine residue on the surface of the molecule.
【請求項6】 大腸菌由来のリボヌクレアーゼHであっ
て、分子表面に位置する131、135、138または
142位のアミノ酸がシステインで置換されている請求
項5に記載の変異型リボヌクレアーゼH。
6. The ribonuclease H derived from Escherichia coli, wherein the amino acid at position 131, 135, 138 or 142 located on the surface of the molecule is substituted with cysteine, and the mutant ribonuclease H according to claim 5.
【請求項7】 大腸菌リボヌクレアーゼHの131、1
35、138または142位のアミノ酸残基がシステイ
ン残基で置換されている変異型リボヌクレアーゼHをコ
ードしているDNA。
7. Escherichia coli ribonuclease H 131, 1
A DNA encoding a mutant ribonuclease H in which the amino acid residues at positions 35, 138 or 142 are replaced with cysteine residues.
【請求項8】 請求項7に記載のDNAを含有してお
り、該DNAを発現し得る発現ベクター。
8. An expression vector containing the DNA according to claim 7 and capable of expressing the DNA.
【請求項9】 プラスミドpBR322由来の複製起
源、熱感受性リプレッサーcIts857の遺伝子、バクテリ
オファージラムダのPL、PR両プロモーター、及び該P
L、PR両プロモーターの支配下にある請求項7に記載の
変異型リボヌクレアーゼH DNAを含有している、請
求項8に記載の発現ベクター。
9. A replication origin derived from the plasmid pBR322, a gene of the heat-sensitive repressor cI ts857 , both the P L and P R promoters of bacteriophage lambda, and the P
The expression vector according to claim 8, which contains the mutant ribonuclease H DNA according to claim 7, which is under the control of both L and P R promoters.
【請求項10】 プラスミドpJAL131C、pJAL
135C、pJAL138CまたはpJAL142Cであ
る請求項9に記載の発現ベクター。
10. Plasmids pJAL131C and pJAL
The expression vector according to claim 9, which is 135C, pJAL138C, or pJAL142C.
【請求項11】 選択マーカーとしてアンピシリン耐性
遺伝子を含有している請求項8〜10のいずれかに記載
の発現ベクター。
11. The expression vector according to claim 8, which contains an ampicillin resistance gene as a selectable marker.
【請求項12】 請求項8〜11のいずれかに記載の発
現ベクターで大腸菌宿主を形質転換することにより得ら
れる形質転換体。
12. A transformant obtained by transforming an Escherichia coli host with the expression vector according to claim 8.
【請求項13】 宿主が大腸菌K−12株HB101で
ある請求項12に記載の形質転換体。
13. The transformant according to claim 12, wherein the host is Escherichia coli K-12 strain HB101.
【請求項14】 大腸菌HB101/pJAL131
C、HB101/pJAL135C、HB101/pJA
L138C、またはHB101/pJAL142Cであ
る請求項13に記載の形質転換体。
14. Escherichia coli HB101 / pJAL131
C, HB101 / pJAL135C, HB101 / pJA
The transformant according to claim 13, which is L138C or HB101 / pJAL142C.
【請求項15】 インビトロまたはインビボに於いて、
請求項1に記載のハイブリッドリボヌクレアーゼHを使
って一本鎖RNAを選択特異的に切断する方法。
15. In vitro or in vivo,
A method for selectively and specifically cleaving single-stranded RNA using the hybrid ribonuclease H according to claim 1.
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