【発明の詳細な説明】
発現ベクターのマルチコピー組込みにより形質転換した真菌による蛋白質の製法
主として、本発明は、酵母のゲノムに発現ベクターをマルチコピー組込みして形
質転換した酵母により同種(homologu+)または異種(heterol
ogas)の蛋白質を製造する方法であって、前記発現ベクターは前記蛋白質を
コードする「発現可能な遺伝子」といわゆる「特定培地での酵母の増殖に必要な
欠失選択マーカー」の両方を含有している方法に関する。
大部分の実験は酵母を用いて行っているが、本発明はかびにも適用できるものと
考えている。従って、本明細書では酵母またはかびの他に真菌という用語も使用
するが、これは酵母及びかびを含んでいる。
本明細書では、「発現可能な遺伝子」という表現は、宿主生物と同種または異種
の蛋白質をコードする構造遺伝子と、構造遺伝子の適正な転写及び翻訳のための
DNA配列と、適宜、分泌シグナルDNA配列とを合わせたものを意味し、これ
らのDNA配列は宿主真核細胞内で機能すべきである。
本明細書では、「特定培地での酵母またはかびの増殖に必要な欠失選択マーカー
」という表現は、プロモーターとポリペプチドまたは蛋白質をコードする構造遺
伝子を含有するマーカー遺伝子を意味するものであり、前記ポリペプチドまたは
蛋白質4は
−酵母またはかびの増殖に必須な成分例えばアミノ酸、ビタミン及びヌクレオチ
ド(本明細書中ではこのような成分を「必須栄養素」とも呼ぶ)の産主に必要な
もの、−または培地中に存在する毒性化合物例えば抗生物質またはCu ”4オ
ンに対して細胞を保護するために必要なものであるが、但し、欠失選択マーカー
により
− 前記ポリペプチドまたは蛋白質が次善(sub−opimal)に新規合成
され、その結果必須成分が次善に産生され、または前記毒性化合物に対して次善
に保護され、
−またば前記必須成分の産生に次善の有効性を有する前記修飾ポリペプチドまた
は蛋白質が新規合成される、または前記毒性化合物に対して次善に保護される。
このように「欠失コという用語は、上記のようにポリペプチドまたは蛋白質の次
善の合成と、細胞への次善の作用有効性を有するポリペプチドまたは蛋白質の合
成の両者を示すよう使われている。
このようなマーカー遺伝子の例には、栄養要求性マーカー例えばLEU2、TR
PI及びURA3遺伝子、抗生物質耐性遺伝子例えば6418耐性遺伝子及びタ
ロラムフェニコール耐性遺伝子、並びにH202に対して細胞を保護できる酵素
カタラーゼをコードする遺伝子が含まれる。
本発明のマルチコピー組込みの面の背景いわゆる「酵母の増殖に必要な欠失選択
マーカー」の1例はKinHman C,S、(参考文献上)が記載したLEU
2d遺伝子である。
King+11+nは転位可能なTy因子T71−15を使用するゲノム全体に
分散するマルチコピー組込みベクターの開発を記載している(参考文献2)。こ
の因子は、2つの選択可能なマーカーであるpMA3gからのTR[’l (参
考文献3)とLEU2、及びIPII−α2コーディング配列(参考文献5)を
有するpMA91 (参考文献4)由来のPGK発現シグナルを有するよう遺伝
子工学処理されている。
線状断片を使用して遺伝子工学処理されたT7の1つのコピーを組込み、因子の
末端間の組換えを促進して、内因性因子を置換する。形質転換体をTRPIマー
カーについて選択した。1コピーのこの遺伝子では不十分な酵素しか産生されな
いので、LE■2についての選択では形質転換体はほとんど得られなかった。次
に、この形質転換体を低濃度のロイシン中で増殖させて、遺伝子変換及び転移で
ゲノム全体にTF因子が広がったためであろうと思われるLEU2のコピー数の
増加について選択した(参考文献6)。
細胞当り 8X 105分子のIFNを産生ずる株を構築した。これは単一コピ
ーAR3/CENベクター(105分子/細胞)からのものとマルチコピーベク
ター例えばpMA91 (6X 10’分子/細胞)からのものの中間である。
形質転換した酵母を使用する実用的で安定な製造システム系でのT7因子の使用
には欠点がある。
−例えば、T、因子は、人が消費する生成物やその製造に適した蛋白質を産生ず
ることが多かれ少なかれ疑われている物質であるレトロウィルス配列と相同であ
る。従って、これらの疑わしい物質を使用しない解決法を見いだすのが好ましい
。
− もう1つの欠点は転位因子になる特性を持つことである。
その結果、得られた菌株が遺伝的に安定ではないという明かな危険性が生じる。
何故ならば、酵母の染色体に組込まれた転位Ty因子が産生過程に関わっていな
いゲノムの他の部位に転位及び組込まれる可能性があり、担当会社及び機関の許
可を得る問題が生じる可能性があるからである。
−レトロウィルス特性を考えると、T7因子はウィルス様粒子となることがある
。これは、遺伝学的に修飾した生物が不安定性であることは避ける必要があるた
めに、実際の製造過程では望ましくない。
−T、因子は酵母5acehz+oc7ce+ eerrvi+ia+のみで見
られる。
従って、他の酵母やさらにはかびに使用できるかが疑問である。
他の生物ので見られる転位因子が同様に使用できるかは判っていない。しかし、
使用できるにしても、上記と同じ欠点を有する。
−TY組込みで得られるコピー数は細胞当り約20〜30、最大で約40である
。一般にコピー数が大きくなる程発現レベルが高くなるので、産業用製造システ
ムでは細胞当り 100〜300コピーという高い数が非常に有利である。
従って、真菌例えば酵母及びかびに異種遺伝子をマルチコピー組込みできる他の
システムが必要とされている。
本発明のマルチコピー組込みの面の概要ここで、発現可能な異種遺伝子と上記定
義の「酵母の成長に必要な欠失選択マーカー」の両方とさらにリポソームDNA
配列を含有する発現ベクターを使用してS、eereマi+ixeへの安定なマ
ルチコピー組込みが得られることを発見した。ここで、上記リポソームDNA配
列は酵母ゲノムのリポソームDNA部位に前記発現ベクターを安定にマルチコピ
ー組込みすることができる。驚くべきことに、このようなシステムを使用すると
細胞当り 200コピ一以上のマルチコピー組込みが可能になり、これはバッチ
式培養及び連続培養のいずれでも70世代以上にわたり安定であった。
驚くべきことに、公知のLEU2d系のみではなく他の「欠失マーカー」も、特
にTRPldまたは[111^3d遺伝子も使用できることが発見された。
また、この手法は他の酵母特にH!c+cnals及びKla7ve−+omy
cci属にも適用できることも判った。
従って、上記開示のように酵母にマルチコピー組込みするために「欠失マーカー
」とリポソームDNA配列を共に含有する発現ベクターを使用する原理は、特に
マルチコピー組込みベクターが宿主生物由来のリポソームDNAを含有するとき
には、より一般的に、例えばPichiaのような他の酵母またはかび例えばA
+pergil1口+ 、 Rhi+opo+またはTtiehodemz属に
属するかびに適用されるように思われる。従って、この原理は真菌一般に適用で
きる。
本発明のマルチコピー組込みの面は、発現ベクターを真核生物のゲノムにマルチ
コピー組込みして形質転換した真核生物により異種蛋白質例えばリパーゼを製造
する方法を提供し、ここで前記発現ベクターは前記異種蛋白質をコードする発現
可能な遺伝子といわゆる「真核生物の増殖に必要な欠失選択マーカー」とを含有
し、この方法では前記発現ベクターは真核生物ゲノムのリポソームDNA遺伝子
座に前記発現ベクターをマルチコピー組込みできるリポソームDNA配列を含有
している。
さらに、真菌の増殖に必要な成分全てを含有するいわゆる「完全」または非選択
的培地で、本発明に従って形質転換した真菌を増殖させたときに、本明細書に上
記の発現ベクターが高いコピー数で安定に維持されうろことも発見した。通常に
は、培地中には必須成分が存在するために新規合成は必要でないと考えられるた
め、全酵母集団の内のマルチコピー組込み酵母細胞の割合が減少し、従って所望
のポリペプチドまたは蛋白質の産生が減少すると予想される。驚くべきことに、
新規合成が必要ではない状況にも関わらず、マルチコピー組込みは安定に維持さ
れ、ポリペプチドまたは蛋白質が比較的大量に製造された。
本発明の詳細な説明によっても限定されるものではないが、観察された効果は次
の理論に基づくものと考えられる。未知の理由から、このような系では必須成分
の取り込みが限られているようである。従って、真菌がある最低値以上の増殖速
度で増殖するときには新規合成がまだ必要とされる。このため、「欠失マーカー
」のコピー数が大きい細胞は選択の面で有利である。
恐らく、必須成分例えばロイシンの活性取り込みは培地中にペプチド及びバリン
のような他の成分が存在すると悪影響を受ける。
従って、一般に、この方法は、必須成分の取り込みが律速的なある限度以下の濃
度で必須成分を含有する培地で前記形質転換真菌を増殖させ、ある最低値以上の
増殖速度を得るには前記成分の新規合成が必要な方法と記すことができる。
完全培地の例は糖蜜、乳漿、酵母抽出物及びそれらの混合物のような工業用に使
用される増殖培地である。
本発明のもう1つの実施態様は、種々の型の上記酵素または関連した宿主での1
つの発酵的製造である。このような発酵は通常のバッチ式発酵、フエツドーパッ
チ(1ed−bxlcb)式発酵または連続発酵のいずれでもよい。どの方法を
使用するべきかの選択は宿主株及び好ましい下流の方法による。この実施態様に
よると、微生物から発酵ブロスに酵素を分泌させるのが好ましく、その後濾過ま
たは遠心分離で先ず細胞を除去して酵素をブロスから回収できる。
別の面では、本発明は例えば修飾及び製造に使用できる酵素及び組換えDNA法
に関する。
特定の実施態様では、本発明のこの面は修飾した酵素特に修飾したリパーゼの製
造に関する。従って、下記に示すこの面は特にリパーゼ例えばP+eudomo
n&+属のリパーゼ例えばP。
glafflie (別名、P、glxdioli)からのリパーゼを製造する
手法を提供し、さらに遺伝子学的に修飾したこのようなリパーゼを提供する。
本発明のマルチコピーの面の具体的な実施態様より詳細には、本発明は宿主真核
生物のゲノムに発現ベクターをマルチコピー組込みして形質転換した真核生物に
より同種または異種の蛋白質を製造する方法に関し、ここで、前記発現ベクター
は前記同種または異種の蛋白質をコードする本明頗書に前記定義の「発現可能な
遺伝子」と本明細書に前記定義のいわゆる「特定培地での酵母またはかびの増殖
に必要な欠失選択マーカー」の両方を含有しており、前記発現ベクターは真核生
物ゲノムのリポソームDNA遺伝子座に前記発現ベクターをマルチコピー組込み
できるリポソームDNA配列を含有している。好ましくは、前記欠失選択マーカ
ーはLEUN遺伝子、TRPld遺伝子または[IR^3d遺伝子である。真核
生物は真菌、例えば酵母好ましくは5aeeharolo7ces 5Klu7
ye+om7ee+またはRxntenula属の1つ、またはかび好ましくは
人spa+gillui 。
Rh1sopo+及びT+1chod+rmat属の1つである。好まし0方法
で(よ、必須成分の取り込みが律速的なある限度以下の濃度で必須成分を含有す
る培地で前記形質転換真核生物を増殖させ、従って宿主生物及び方法条件により
異なるある最低値以上の増殖速度を得るには前記成分の新規合成が必要である。
好ましくは、このような培地は真核生物の増殖に必要な全ての成分を含有する「
完全」または非選択的培地、例えば工業用増殖培地例えば糖蜜、乳漿、酵母抽出
物及びその混合物である。
選択した蛋白質を本発明方法で十分に製造するためには、形質転換真核生物が、
リボゾームRNAをコードする遺伝子座にあるまたはその遺伝子座と直接結合し
た染色体の1つ各こ前記蛋白質をマルチメリックなの形で発現するために必要な
遺伝子を含有しており、同時に、同じ遺伝子座に前記「必須栄養素」合成の生化
学経路に必要な蛋白質をコードする欠失遺伝子のマルチコピーも存在することが
好ましい。このような発現遺伝子の例は、酵素好ましくは加水分解酵素特にリパ
ーゼまたは遺伝子学的に修飾したこのような酵素をコードするものである。本発
明方法で製造できる特に好ましいリパーゼは、Chromobaeteryis
co+um vat 1ipo17+ieam NRRL B−3673由来の
リパーゼに対する抗血清と交差反応するリパーゼ、Alcxligeaes P
L−679,ATCC31371またはFERM−P 3783由来のリパーゼ
に対する抗血清と交差反応するリパーゼまたはPsendoa+on1+ fl
cotescenllAM +057由来のリパーゼに対する抗血清と交差反応
するリパーゼ、及びこのような交差反応性リパーゼの修飾型である。
特に好ましいリパーゼは、第2図に示すヌクレオチド配列、または前記ヌクレオ
チド配列で特定される同じアミノ酸配列もしくは元のリパーゼに比べて洗剤系で
全体的な性能が改良されたリパーゼが得られるような修飾型のこのアミノ酸配列
をコードする任意のヌクレオチド配列を有する遺伝子でコードされる。
本発明方法に使用する形質転換真核生物は好ましくは本明細書に定義の「必須栄
養素」の合成を欠いており、そのため欠失選択マーカーが「必須栄養素」の合成
の相補に寄与しうる真核生物である。親株の欠失は前記必須栄養素を産生ずるた
めの生合成経路に有効な酵素をコードする遺伝子の置換により得られる。親株が
欠失している酵素が、必須栄養素が形成されるまで分岐しない生合成経路の一部
の反応を触媒すると特に有利である・必須栄養素の例はアミノ酸、ヌクレオチド
またはビタミン、特にアミノ酸のロイシン、トリプトファンまたはウラシルの1
つである。
本発明のもう1つの実施態様は上記のような方法であって、ここで、発現ベクタ
ーはベクター中に適音存在する配列の他に、(i)dsリポソームDNAまたは
その一部例えばリポソームRNAをコードするd 5DNA配列、及び(目)5
’−−−>3’方向に次の順序で(酉)(I)宿主生物で作動可能な強力プロモ
ーター、(ii) (b)任意に、宿主真核生物からの前記蛋白質の分泌を促進
するシグナル配列、
(ii) (c)蛋白質をコードする構造遺伝子、(ii) (d)宿主真核生
物で作動可能な有効なターミネータ−を含有しているD N A配列
を含有している方法である。
リポソームDNAは、かび特にA+pc+gillos %Rh1xopa+及
びT+iehodermx属のかびのリポソームDNA、または酵母特にS!c
ebt+om7ee+ 、 Kluyve+om7c++ 、 Hgn+enu
lz及びPichI属の酵母のリポソームDNAでよい。
実験は、ベクターが宿主生物の1つのリポソームDNA単位とほぼ同じ長さであ
るときに最良の結果が得られることを示している。例えば、染色体DNAのリポ
ソーム単位が約9kbのときには、約14kbまたは5kbのベクターは安定に
は維持されず、約8〜IGkbのベクターは安定に維持された。
発現可能な遺伝子を制御するプロモーターは好ましくは次のものである:
(i)宿主が5zeeh*rom7ces属に属するときには、G117プロモ
ーター、GAPDHプロモーター、またはPGMプロモーター、(11)宿主が
KIBverom7ce+属に属するときには、イヌリナーゼプロモーター、P
GKプロモーターまたはLAC4プロモーター、(iii )宿主がHanse
nolz属に属するときには、[1HASプロモーターまたはMO!プロモータ
ー、
(1マ)宿主が^ip+B11111+属のかびに属するときには、グルコアミ
ラーゼプロモーター、グルコースオキシダーゼプロモーターまたはGAP[ll
Iプロモーター、(V)宿主がRh1xopu+及びTrichodetmx属
に属するときには1セルラーゼプロモーターまたはCADPIIプロモーター。
構造遺伝子がオキシダーゼをコードするときには、宿主細胞は[!xnieao
1gまたはPichixまたは人+peBillu+属に属するのが好ましい。
もう1つの好ましい実施態様は発現可能な構造遺伝子が免疫グロブリンのL鎖ま
たはH鎖または好ましくは両方、または免疫グロブリンのL鎖またはH鎖の一部
、好ましくは通常FABフラグメントと呼ばれる部分または可変部をコードする
方法に関する。この実施態様は修飾免疫グロブリンまたは触媒活性を有する免疫
グロブリン(アブザイム、 Abuse)を得る遺伝子工学処理により修飾した
遺伝子の使用にも関する。
好ましい発現ベクターはさらに宿主細胞の遺伝子から欠失または破壊された酵素
をコードする欠失遺伝子、より好ましくは必須栄養素例えばロイシン、トリプト
ファンのようなアミノ酸またはウラシル、ヌクレオチドまたはビタミンを製造す
る生合成経路に有効な酵素をコードする欠失遺伝子を含有している。
本発明方法は通常のバッチ式発酵、フエツドーパッチ式発酵または連続発酵とし
て実施できる。染色体内で少なくとも20゜好ましくは少なくとも50コピーの
欠失遺伝子を維持できるような濃度で必須栄養素を培地が含有しており、前記欠
失遺伝子はその必須栄養素の生合成に関与する酵素をコードするのが好ましい。
宿主の増殖速度が、同じ発酵条件下の、前記必須栄養素を欠失していない同様な
宿主の最大の増殖速度の20〜100%、好ましくは80〜100%のときに、
形質転換真核生物が産生ずる蛋白質の収率は良好になる。
本発明のリパーゼの面の背景
リパーゼ及びプロテアーゼは両方とも洗剤及び洗浄用組成物の成分として知られ
ている。プロテアーゼが広(使われている。
公知のリパーゼ含有洗剤組成物の例はEPA O2052011及びEPA 0
206390 (Unilrye+)に示されており、これは免疫学的関係及び
布の洗濯での優れた洗浄力に基づき定義した種類のリパーゼに関する。好ましい
種類のリパーゼには例えばP。
■l1otesce115 P、 glxdioli及びChtomobaes
ler種由来のリパーゼが含まれる。
EPA 0214761 (NOVO)及びEPA 0258068 (IIO
VO) ハ各々ある種の微生物由来のリパーゼ及び記載した酵素の洗剤添加物及
び洗剤組成物への使用を詳細に説明している。EPAo 214761はP、c
+pic日種の生物由来のリパーゼ及びその使用について詳述している。EPA
0258068はThsrmom7c++属の生物(以前はtlnmicola
と呼ばれていた)由来のリパーゼ及びその使用について詳細に述べている。
プロテアーゼがリパーゼを攻撃する傾向があるため、洗剤組成物にリパーゼとプ
ロテアーゼを同時に配合することが困難である。
これらの欠点を緩和する方法が提起されてきた。
このような試みの1つはEPA 0271154 (Uaileve+)に述べ
られており、等電点が10未満である選択したプロテアーゼはリパーゼと有利に
混合できることが示されている。
もう1つの試みはWO89104361(NO1’O)に記載されており、これ
はP+eudomoao++[由来のリパーゼとFustriom由来のプロテ
アーゼまたはある種の方法で166、169または222位のアミノ酸配列を突
然変異させたサブチリシン型プロテアーゼを含有する洗剤組成物である。記載の
特定のプロテアーゼによるリパーゼに対する攻撃の程度は幾分小さいと報告され
ている。
本発明のリパーゼの面
本発明はその1つの面で、アミノ酸配列の少な(とも1つを突然変異させ、プロ
テアーゼによる攻撃に対して安定性を改善した、組換えDNA手法により産生じ
たリパーゼを提供する。
例えば、本発明はCh+omobacle+ vi+eotam ?!1. 1
ipo[7目cowNRRL B−3673由来のリパーゼまたは?eudom
ooas 1loore+eensJAM 1057由来のリパーゼに対する抗
血清と免疫学的に交差反応性を示し、リパーゼのアミノ酸配列に影響する突然変
異を少なくとも1つ有する、組換えDNA手法により作成した遺伝子を含有する
人工的に修飾した微生物が産生ずる、プロテアーゼによる攻撃に対する安定性が
改善されたリパーゼを提供する。
人工的に修飾した微生物には、リパーゼの元の遺伝子が欠失しているE++h!
richit +oli、PIendamon*a xernginogx、P
、putidi及びP、glamge 、 Bieilln +ub+1lis
及び種々の^gpe+gillus 、Rhi+opux及びTriebode
rmx属、Sgeeh*+am7c+++cr+viiixe及び関連した種、
Hzn+e+afIpo17io+phx、Picbii及び関連した種、Kl
u7werom7ee+ ma+xixaas及び関連した種が含まれる。これ
らの宿主細胞は広範囲の種々の微生物を表し、実施例で詳述した微生物以外の微
生物も宿主細胞として同様に使用できる。
修飾したリパーゼは洗剤または洗浄用組成物の一部として使用すると活性及び安
定性の両方の点で利点がある。
このようなリパーゼでは、例えば次のものから突然変異を選択できる
(i)導入しないときには蛋白質分解されやすい部位への1つ以上のプロリン残
基の(例えば挿入または置換による)導入:(b)(例えば正に帯電したアミノ
酸残基の挿入または中性または負に帯電したアミノ酸残基の置換による)リパー
ゼ分子の正味正電荷の上昇。
(e)選択した宿主細胞内でグリコジル化され、グリコジル化されたリパーゼの
蛋白質分解に対する安定性を改善できるリパーゼのアミノ酸残基の組合せのく挿
入または置換による)導入。
本発明は組換えDNA手法による酵素産生可能な修飾微生物の作成法も提供し、
この方法の特徴は、微生物に導入する酵素をコードする遺伝子を(修飾した)プ
レー配列の5°末端に融合することである。
本発明の特定実施態様では、細菌起源の遺伝子を好適なプレ配列と共に真核生物
に導入する。
従って、ある面では、本発明は、酵素をコードし、元は上記生物の1つから由来
の酵素またはこれら酵素の修飾形を産生できる遺伝子を含有する組換えDNA手
法を使用して人工的に修飾した微生物、及びこのような人工的に修飾した微生物
に基づく酵素製造のための発酵法を提供する。
微生物の特別の性質とは別に発酵法自体は公知の発酵手法、慣用の発酵及び下流
加工装置に基づくものでよい。
本発明の別の面によると、プロテアーゼ消化に対する安定性を高めるように選択
したアミノ酸配列の修飾を有する、P+andomona+由来の修飾(突然変
異株)リパーゼまたは他の好ましい種類のリパーゼは洗剤及び洗浄用組成物特に
例えばプロテアーゼ例えばサブチリシン型プロテアーゼと組み合わせた組成物に
有用であることが発見された。
このような突然変異の好適で現在のところ好ましい例はH口154 Pro突然
変異を有する?aedoa+oogs glui!e由来の突然変異株リパーゼ
であり、これはリパーゼの三次構造のループの1つのプロテアーゼ消化を受けや
すい部位をより消化されにくい部位で置換したものと考えられている。
本発明の他の面によると、リパーゼの正味の正電荷及びそのplを上昇させるよ
うに選択したアミノ酸配列の修飾を有する、Prendo■QfilS由来の修
飾(突然変異株)リパーゼまたは他の好ましい種類のリパーゼは洗剤及び洗浄用
組成物特に例えばプロテアーゼ例えばサブチリシン型のプロテアーゼと組み合わ
せた組成物に有用であることが発見された。
好ましい突然変異には、例えば、負に荷電した残基(例えばアスパルテートまた
はグルタメート)の欠失、または中性の残基(例えば、セリン、グリシン及びプ
ロリン)による置換または中性、または負の残基の正に荷電した残基(例えば、
アルギニンまたはりシン)での置換、または正に荷電した残基の挿入を含む。
正味の正の電荷及びplを上昇させるこのような突然変異の好適例には、DI5
7R、D55^及びlll0Kが含まれる。選択した宿主内でグリコジル化され
、それにより蛋白質分解に対する安定性を改善できるアミノ酸残基の組合せの(
例えば挿入または置換による)導入の好適例は突然変異D157T及びN155
とN156の間のGの挿入である。
過剰なグリコジル化を避けるためまたは余り望ましくない位置のグリコジル化を
除くために、元のリパーゼのグリコジル化されつる部位を除去することができる
。
好マシイ種類のリパーゼの中で、Paeudoaonx+ glumte (以
前は、またより一般的にはPI+adomona+ glxdioliと呼ばれ
る)が産生ずるリパーゼは本発明方法及び生成物の好ましい基盤である。好まし
いリパーゼをコードする遺伝子のヌクレオチド配列もアミノ酸配列もこれまで知
られていなかった。本発明者らは下記に示すようにこの細菌の好ましいリパーゼ
をコードする遺伝子を単離した。
本発明はこの遺伝子をクローニングベクターに導入することにより遺伝学的に得
られる物質並びに新しい宿主細胞を形質転換するため及びこれらの新規の宿主細
胞でリパーゼ遺伝子を発現させるためのこれらの使用を提供する。
有用な異種の新しい宿主細胞には、例えばE+ch+eieiicoli 、P
+eadomonz+ a+rugino+t、P、po+idiが含まれる。
また、元のリパーゼ遺伝子が欠失しているP、 glum+eも好適な宿主であ
る。大量生産に好ましい宿主系はBacillu+ 5abti1口、5aec
b++omH++ ce+evi+ise及び関連種、KIu7werom7c
e+martizn+++及び関連種、Ln+enula po17mo+pb
x、Pichix及び関連種並びに人spergillu+ 、 Rh1xop
u+及びT+1cbod++mg属のものである。(突然変異)リパーゼを効率
的に分泌するように特に選択及び/または修飾したゲノム陰性菌も大量生産に好
適な宿主である。
これらの宿主細胞は広範囲の種々の微生物を表し、実施例に詳述していない他の
微生物も同様に宿主細胞として使用できる。
本発明のもう1つの実施態様は好ましい宿主の1つで上記酵素をコードするヌク
レオチド配列を持つ遺伝子の発現を誘発できるベクターに係り、これは好ましく
は次のものからなる:(a)(好ましい選択宿主用の)分泌シグナルの直接下流
にある成熟酵素またはブレー酵素をコードするd s DNA ;翻訳されるべ
き遺伝子の部分がコドンATGで開始されない場合にはATGを前部に配置しな
ければならない。遺伝子の翻訳された部分は常に適切な停止コドンで終わらなけ
ればならない。;(b) (りのd s DNAのプラスストランドの上流に位
置する(選択した宿主細胞に適切な)発現レギユロン:(c) (b)のdsD
NAのプラスストランドの下流に位置する(選択した宿主細胞に適切な)ターミ
ネータ−配列:fd+必須栄養素を欠いた選択宿主のゲノムへの(a −C)の
d s DNAの組込み、好ましくはマルチコピー組込みを促進するヌクレオチ
ド。マルチコピー組込みを促進するヌクレオチド配列はdsリポソームDNAま
たはこの配列の少な(とも一部である。さらに宿主細胞にない酵素をコードする
欠失遺伝子を含有するdsDNA配列が組込みベクターに存在しなければならな
い。そして、
(e)任意に、−次的な不活化または変性及び/または選択した宿主内での酵素
前駆体の1つの成熟及び/または分泌に関与する蛋白質をコードするdsDNA
配列。
以下の実施例で本発明を説明しよう。
実施例1、 P、 glIlmaeの(ブレ)−リパーゼをコードする遺伝子の
単離及び特徴付け。
実施例2. リパーゼ陰性P、glamxe株PG2及びPO2の構築。
実施例3. p、glomxe (ブレ)−リパーゼをコードする合成遺伝子の
構築。
実施例4. リパーゼ陰性P0glumxe PO2への(野生型)合成リパー
ゼ遺伝子の導入。
実施例5. 突然変異リパーゼ遺伝子の産生及びPO2への導入。
実施N6. g動複製スミドを使用すルS*cch2romIce+ζξIeマ
ロ目eでの合成リパーゼ遺伝子の発現。
実施例7. マルチコピー組込みを使用する5xecha+om7cetCed
eマロ目eでの合成リパーゼ遺伝子の発現。
実施例8. マルチコピー組込みを使用する5zecb+rom7+i+ce+
eyロICでのグアーα−ガラクトシダーゼの産生。
実施例9. 他の欠失選択マーカーを使用すルLccharom7eescer
eマ目ICでのマルチコピー組込み。
実施例10. 連続培養でのマルチコピー組込み体の安定性。
実施例11. マルチコピー組込み体5U50Bの安定性に作用するパラメータ
。
実施例!2. Hxn+en山po11mor山での合成リパーゼ遺伝子の発現
。
実施例+3. マルチコピー組込みを使用するH+n+enulapolymo
+pb+でのグアーα−ガラクトシダーゼの産生。
実施例14. KlayvetomyccIでのマルチコピー組込み。
実施fP+ 1−6及び12はリパーゼ遺伝子の41離、クローニング及びプラ
スミドベクターを使用する酵母5xecb++oi7c++ce+ayi+ia
+及びH+o+enula po17mo+phaでの発現に関する。
実施例7は本発明の発現ベクターをマルチコピー組込み後の酵母S&c+bi+
om7ce+ <hrrマロICでのリパーゼ遺伝子の発現に関する。
実施例9−11はマルチコピー組込みの他の面に関する。
実施例8及び13は酵母Szc+ha+om7ce+ ce「eyi+iie及
びHan++nali po17mo+phiでのグアーα−ガラクトシダーゼ
の発現に関する。
実施例14はマルチコピー組込みがKlu7yerom7ees酵母で実施でき
ることを示す。
LB培地中で一晩培養した15m lの培養物の細胞を遠心分離テJI16f、
(So+Vztl HB 4 o−タ、Io、00Orpm 、 10分間)
。細胞ペレットを一20℃で一晩保存した。
細胞を解凍し、2mg/mlのリゾチームを含有する5SC(0,15M N
a CI、 Q、 OL5Mクエン酸ナトリウム)Illmlに再1%lIすせ
た。37℃に30分間インキュベートシタ後、lo%SD805mlを加え、7
0℃で10分間インキュベートした。45℃に冷却した後、プロテイナーゼK
(T+i+−MCI、 p H7,0に2mg/ml、45℃で30分間ブレイ
ンキュベート)1mlを加え、混合物をさらに30分間45℃でインキュベート
した。次に、5M NaCl0 3.2mlを加え、CHCl3/イソ−C5H
110H(24: l)で2回抽出し、各抽出の後には遠心ステップ(So+v
sll H34,5,000+po/ 10分)を行った。エタノール10m1
を加えて上清からDNAを沈澱させた。75%エタノールで洗浄した後、DNA
ペレットを2mlの水に再懸濁させた。
遺伝子バンクの調製
Lnittis (?)が記載のように、P、 GluwxeのDNA調製物を
制限酵素S■3Aで部分的に消化した。コスミドベクターc2R8(8)を、い
ずれもコスミドに1つの認識部位を持つ酵素であるSms l及びBgaHlで
完全に消化した。 (50m M 丁rii−[ICt、pH7,5、lOm
Mジチオトレイトール(DTT) 、tOmMMgCI 2及び0.5mMrA
TP中の)T4DNAリガーゼを使用して、過剰のベクター断片をP、 glo
mxe由来のDNA断片に連結した。Bohn (9)が記載のように、このよ
うにして得た組換えDNAをファージ粒子に充填した。この方法で得られた完全
なファージ粒子を使用し、トランスフェクションにより大腸菌(E、colt
) 1046 met、g!l 、tic s hsdR,ph!、+09E、
11+dLrecA を形it転換した。
0.4%のマルトースを含む新しいLB培地5mlに大腸菌(E、eoli )
1046の一晩培養物0.5mlを接種し、連続的に振とうしながら37℃で
6時間インキュベートした。ファージ粒子を感染させる前に、M g Cl 2
とCa Cl 2を最終濃度10mMまで加えた。典型的な実験では、ファージ
粒子5Gμmを細M&50μlと混合し、混合物を37℃で15分間インキュベ
ートし、LB培地100μmを加え、37℃で30分間インキュベーショを続け
た。
細胞をアンピシリン(B+oc!cel) 75Mg/m +含有のLB−寒天
板に直接プレートした。37℃で一晩増殖させると、約300コロニーが得られ
た。
オリゴヌクレオチド合成
リパーゼをコードするDNA断片のプローブとしては、Applied Bio
+7s+ems Gs+ Phtse Protein 5eqasncerを
使用して、エドマン分解で測定した24個のN−末端アミノ酸(下記)配列に基
づくオリゴヌクレオチドを使用した。
確立されたアミノ酸配列に基づいて、アミノ酸配列をコードする可能性のある全
てのヌクレオチド配列を得た。可能なヌクレオチド配列のすべてまたは一部を含
有するデオキシ−オリゴヌクレオチド(いわゆる混合プローブ)はPho+ph
oamidi+ 手法(1G)を使用してDNA +7nth++i+e+ (
Applied Biosyn+lem+ 38OA)で合成した。16%また
は20%ポリアクリルアミドゲル(7)でオリゴヌクレオチドを精製した。
放射性標識オリゴヌクレオチドプローブ一般に、精製したオリゴヌクレオチド0
1〜0.3μgを、最終容量15μlの50m M T+i+−[IC1、pH
7,5、lom M M g CI 2.0.1mM EDTA、 10mM
DTT 、70μCi r −32P−ATP(3000Ci /mm o 1
、^m++xham)及びT4ポリヌクレオチドキナーゼ(へm+目hxm)
10単位中、37℃で30分間インキュベートした。反応を0.5MεD丁^
、pH8,010μlで終結させ、TEノくラフy (10mMT+i+−HC
l pH8,0及び1mMEDT^)で平衡化した2、5mlの5cph+d+
r G25カラム(使い捨てシリンジ)を通した。
250μmの両分を集め、そこから最初の2つの放射活性画分く通常画分4及び
5)を集め、/%イブリッド形成に使用した。
遺伝子バンクのスクリーニング
上記のように実施したいくつかの充填及びトランスフェクション実験から、全体
で約100G個の別なコロニーが得られた。これらのコロニーを1ウエル当たり
150μmのLB−培地(100μgアンビンリン/m1)を含有するEL
I SAプレート(C++in++ 、 F型)に移した。37℃で一晩増殖さ
せた後、マイクロタイターウェルに合うように配列させた68本のピンからなる
自家製のテンプレートを使用してデュブリケートを作成した。
マスタープレートのウェルに50%グリセロール50μlを加え、テンプレート
を使って注意深\混合した後、これらのプレートを一80℃で保管した。
デュプリケートを使用して遺伝子ノくンクをニトロセルロースフィルター(Mi
llipore 、 [IATF型、0.45μm、径14cm)jこ移した。
この目的で、セルロースフィルターをアンピシリン 100μg / m l含
有LB−寒天プレート上に置いて予め湿らせた。
テンプレートを使用して細菌を移した後、コロニーを37℃で一晩増殖させた。
0.5MNaOH11,5MNaC1で15分間飽和させた、重ねたWb+l1
mtn S Ml1紙の上にフィルター上のコロニーを置いて、フィルター上の
コロニーを溶解させた。フィルターを乾いた紙の上に置いて過剰な液体を除去し
た後、IMTri+−HCl、pH7、Oll、5mMNaclで2〜3分間飽
和させた重ねた3MM紙上にフィルターを置き、中和した。最後に、フィルター
を1OxS S C(1,5MN a Cl 、0.15Mクエン酸ナトリウム
)に30秒間浸し、空気乾燥させ、80℃の真空オーブンで2時間焼−)た。
(プレ)ハイブリッド形成の前に、3xSSC,0,1%SDS中、65℃で数
回バッファを取り替えながら16〜24時間フィルターをよく洗う。コロニーが
見えなくなるまで洗浄を行った。
5x S S C,5xD+nba+d++ (10xDenhardt+ =
0.2%フィコール、 02%ポリビニル−ピロリドン、 0,2%牛血清ア
ルブミン)、[1,1%SDS、50mM燐酸ナトリウムpH7,5,1%グリ
シン、牛胸線DNA (せん断し、熱変性させた)100μg/ml、tRNA
500μg/ml及び50%脱イオンホルムアミド中、37℃で2時間、フィ
ルターをブレ11イブリツド形成させた。
(上記の)放射活性標識した混合プローブ(vis02.32ヌクレオチド)に
よるノ\イブリッド形成は、 5XSSC,LXDsnhx+dli 、0.1
%SDS、20mM燐酸ナトリウムpH7,5、牛胸線DNA 100μg/m
IS’t RNA 500μg/m l及び50%脱イオンホルムアミド中、
39℃で16時間実施した。/1イブ「ノット形成後、フィルターを次のように
洗った: 5x S S C,室温で15分3回、2xSSC,0,1%SDS
、室温で15分1回、オリゴヌクレオチドプローブの性質に応じて続けた。vi
s02では、予熱した0、1SSCO,1%SDS中、37℃で15分間さらに
洗浄した。
上記の遺伝子バンクのスクリーニングで、いくつかのコスミドクローンを単離し
た。以降の研究用にクローン5G3(本明細書以下には、[1R6000とする
)を選択した。
リパーゼ遺伝子の配列決定
pUR6000をRam)Ifで消化して得られたDNA断片をBxmHlで切
断したプラスミドpEMBL9 fil)に連結し、得られた組換えDNAを使
用して、Ca Cl 2法で大腸菌(E、coli ) IMlfll(12)
を形質転換し、X−gil トIPTG(7) ヲ補ツt−L B *天板i、
ニブレートした。
68個の白いコロニーをマイクロタイター板に移し、コスミドバンクについて記
載したものと同じスクリーニング手順を行った。いくつかの陽性クローンを単離
できた。これらのコロニーの1つから単離した代表的プラスミドを第1図に示す
。これをp0116002と呼ぶ。このプラスミドをEcoRIで消化すると、
各々〜4.lkb及び〜2.lkbの長さの2つの断片がゲル上に認められた。
もう1つのプラスミドpUR6001は反対の配向にBamHI断片を含有して
いた。EcoRlで消化した後、このプラスミドは各々長さ〜6.Ik、b及び
〜?Ob pの断片が得られた。
本質的に同じ方法で、p[1R6006を構築した。この場合、p[1R500
0をEcoRIで消化し、次に断片をプラスミドpLAFRl (13)のEc
oRf部位に連結させた。形質転換体をスクリーニングした後、〜6 k、 b
のEcoRI断片を含有するpUR6006(第1図)と表す陽性クローンを選
択した。9UR60[+1及びpUR6002の精製DNAは、a−35S−d
ATP (2000Ci/mmo l)及びフレノウ酵素(^ce++hxm)
、ddNTP (jb!+macii−PL Biocbemic+l+)及び
dNTP (Boehringe+)を使用する、Bigginら(15)が記
載のような変更を加えたSzngetのジデオキシチェインターミネータ−手順
(14)によるヌクレオチド配列決定に使用した。dGTPを 7−ジアザ−d
GTPで置換した5eqo+n1+eキツト(UnitedS自te+ Bio
chellieal Composition)も使用した。配列決定の反応生
成物は、Biggioら(15)の記載のようにバンファ勾配を使用する変性ポ
リアクリルアミドゲルで分離した。
P、glom+e リパーゼ(本明細書以下にはglum!eリパーゼともに示
す。
ヌクレオチド配列は停止コドンが続<358個のアミノ酸残基をコードする読み
取り枠を含んでいる。
推論したアミノ酸配列を第2図のヌクレオチド配列の下にIUPACの1文字表
示で示す。
P、 glaffi&e培養ブロスから精製したリパーゼ酵素のNH2−末端ア
ミノ酸配列はAlaA+pTh+Ty+^t+AltTh+A+gT7rP+o
V&1llaLeoVtlf1i+G17L+uAlaG17TbrA+pL7
i (= ADTYAA丁RYPYI14HGLAGTDK)と同定された。こ
のアミノ酸配列はヌクレオチド118〜183がコードするものである(第2図
)。先ず、これらの知見から、成熟したリパーゼ酵素は319個のアミノ酸残基
からなり、分子量の計算値は33.092ダルトンであると結論できる。第二に
、酵素は39個のアミノ酸残基のN−末端延長(第2図の−39から−1)を持
つ前駆体として合成される。
科学文献から、分泌される蛋白質の大部分は前駆体蛋白賀として細胞内で作られ
ることがよく知られている(16)。最も一般的には、これらの酵素はN−末端
延長を有しており、いわゆるリーダーペプチドまたはシグナル配列を有している
。このペプチドは細菌の膜との最初の相互作用に関与している。
ゲノム陰性菌で見られるシグナル配列の一般的特徴は次の通りである:
1、(平均して)2個の正に荷電したアミノ酸残基を含有するアミノ−末端領域
:
2.12〜15残基の疎水性配列;
3、セリン、アラニンまたはグリシンで終わる切断部位領域;4、全長約23個
のアミノ酸。
驚くべきことに、リパーゼのシグナル配列はむしろ長い39個のアミノ酸からな
る。さらに、リノく−ゼのシグナル配列ζiN−末端に4個の正に荷電したアミ
ノ酸を含有している。
ゲノム陰性菌では、これは例外的な型のシグナル配列と思われる。
他の生物からの関連リパーゼをコードする遺伝子の単離前記のように、P、gl
uIllze リパーゼは免疫学的に関連するリパーゼの群に属している。この
ことから、これらの酵素は異なる生物で産生されるにも関わらず、極めて保存さ
れた一連のアミノ酸配列を含有していると考えられる。
その結果、DNA配列にはある程度の相同性がなけれifならない。
本出願人らはP、glamg+ リパーゼ遺伝子を自由に使用できるため、他の
生物から関連したリパーゼ遺伝子を単離することは容易である。
これは本質的に上記と同じ方法で実施できる。
重要な生物から(例えばコスミドまたはλフアージ中の)遺伝子バンクを作成す
る。このゲノムバンクはプローブとして(上記の)〜2.2 k b BamH
1断片(その一部)を使用してスクリーニングできる。陽性のシグナルを与える
コロニーを単離し、より詳細に特徴付けできる。
実施例2.リパーゼ陰性P、glamse株PG2及びPO2の構築リパーゼ遺
伝子が欠失しているPO2の構築;及びリパーゼ遺伝子がテトラサイクリン耐性
(Tc−re+)遺伝子で置換されているPO2の構築は3つの主要ステップか
らなる・A −p[lR6001からのpU116106及びpUR6107の
構築(大腸菌(E。
Co11 )中)(実施例1参照)。
pUR6001は〜2.2kbのP9gloa!s染色体のIltmlll断片
を含有している。この断片上にあるリパーゼ遺伝子(1074塩基対)は各々〜
48G及び〜660塩基対の5° −及び3°−フランキング配列を持っている
。続く構築ステップは次の通りであった;a、E、Co11 KA816 dz
m−3、dcm−6、+hr 、lea 5thi 、LICY。
gilK2 、gtlT22、tal−14、toll^31、t+x−78、
+upE44から単離した(G141gとも呼ぶ[17])のIIUR6001
をCI!+で部分消化して線状プラスミドを得た
す、DNAをフェノール抽出及びエタノール沈澱1)し、次1こP目1により消
化した
C、ゲル電気泳動後に透析バッグ中で電気溶出して(7)アガロースゲルから(
CI+ I及び?l l付着末端を有する) 4.5kbプラスミドDNA断片
、及び〜670b pのPat l断片を単離した
d、 C111及びPstl付着末端を宵する得られたプラスミドDNA断片を
C111とPHI付着末端を有する(下記の)合成リンカ−断片に連結した
C1zl CGATGAG^丁CTTGATCACTGCA P+1lTACT
CTAGAACTAGTG
この合成断片は制限酵素Be1l及びBglllを認識する部位を含有している
。連結混合物をE、coli 5ASLOI (recA、 hd+Rを持つ1
1101 )に形質転換し、LB−Ap(アンピンリン 100μg/ml)寒
天板で選択し、得られた形質転換細胞から制限酵素分析でプラスミドをスクリー
ニングした後、次の構築ステップ用に適正なプラスミドを選択した。この適正な
プラスミドをBamHI及びI(indlllで消化すると、〜4kbのベクタ
ー断片と〜500b pの挿入断片が認められた。
e、dに記載のように得られたプラスミド構築物をPItlで消化し、Cに記載
のように単離した〜670b p P+tl断片と連結した。
f、連結混合物をE、eoli S^5101に形質転換し、LB−Ap(アン
ピシリン 100μg / m l )寒天板で選択し、得られた形質転換細胞
からプラスミドをスクリーニングした。Pill断片は2つの異なる配向を持ち
うるので、制限酵素分析により分析する必要があった。目的とする構築では、配
向はこのように、BgmHlによる消化の結果〜4bのベクター断片と〜1.2
kbの挿入断片が得られるものでなければならない。
適正プラスミドの代表例は第3図に示すが、p U R6102と呼んだ。
g、 pUR6102をBglllで完全に消化したh 、 pBR322(1
8)をAva!及びEcoRlで完全に消化した後、DNA断片をアガロースゲ
ル電気泳動で分離した。テトラサイクリン耐性遺伝子を含有する、〜[435塩
基対の断片を電気溶出によりゲルから単離した。
i、Tc−res遺伝子を含有するDNA断片の付着末端(7m M tri+
−HCl、pH7,5、0,1m M EDTA、 5 m Mβ−メルカプト
エタノール、7mMMgCl 、0.05mMdNTPs及びO[φ/μm7μ
mフレノウポリメラーゼび線状pUR6j021こ充填すると、連結された。
j、連結混合物でE、coli 5ASLOIを形質転換し、LB−Tc(テト
ラサイクリン25μg / m I )寒天板で選択し、得られた形質転換細胞
からのプラスミドを制限酵素分析でスフ1ノーニングした。
pUR6102及びpUR6i03の構築ルートは第3図に示す。
k、 p[1R6102をBxm[lIで消化し、9[lR6103をBawl
(Iで部分的Iこ消化した。得られた断片をアガロースゲル電気泳動で分離し、
所望の画分(各々、〜1145b p及び〜2550b p )を電気溶出でゲ
ルから単離した。
1 、 pRH02+19)をBxml(lで完全に消化し、7. f−/ブに
で得られたBli[11断片に連結した。
m、連結混合物をE、coli 317−1 (20)に形質転換し、I、B−
km、Tc (各々25μ/ m l )で選択し、得られた形質転換細胞から
のプラスミドを制限酵素分析でスクリーニングした。得られたプラスミドは各々
pUR6106及びpUR6107(第4図)と呼a、 E、coli 517
−1 (p[lR6106) (プラスミドpUR6106を含有するE、eo
li 517−1 )による二親接合(biparentalconjugat
ion )を介したp[1R6106の導入。
P、 glocieのコロニーをMMEプレート(0,2g/IM g S O
7HO12g / lクエン酸塩−R20,10g/IK HPo 、3.5g
/lNaNH4HPO4,4H20゜0.5%グルコース及び15%寒天)から
ルリアブロス(L B)培地20m1に移し、30℃で一晩培養した。E、co
li 517−1(pUR61o6 )を3mlのLB培地、2!l g/m
l Km、 37℃で一晩培養した。
翌日、P、g[am1e培養物を1:1に希釈し、00660が2.0〜25に
なるまで30℃で4〜5時間培養した。E、coli 517−1(pUR61
06)を1=50に希釈し、00660が1.5〜2.0になるまで37℃で4
〜5時間培養した。
接合させるために、500Dの単位(1単位=OD1を1ml)(20〜25m
l )のP、 glumxe細胞と 250D単位(1,2〜1.6m1)の
E、coli 317−1 (p[lR6106)を混合し、5.0(1(lr
pm(R34−ローター)で10分間回転させて沈澱させた。細胞ペレットを3
枚のLBプレートに分け、30℃で一晩インキユベートした。次に、細胞物質を
プレートから除き、0,9%NaC1溶液3mlに再懸濁させ、遠心分離(RT
、HB4−ローター、4krpmで10分間)によりペレット化した。
細胞ベレットを0.9%N a CI溶液に再懸濁させ、3枚のプレート、MM
E、(1,5%グルコース、 15%寒天、50μg/m1カナマイシン(Km
)に分け、30℃で培養した。
p[l116106はP、 glaix+内では複製されないので、Km耐性ト
ランス−接合体は組み込みによってのみ得られる。これらの株では、5゛ −ま
たは3゛ −フランキング領域での1つの組換えによりプラスミド9[lR61
06は細菌の染色体に組み込まれる。これらの株が機能性リパーゼ遺伝子をまだ
有しているために、その表現型はリパーゼ陽性である。
b、別の実験用に2つのこのような株(PG−R22+及びPG−R225)を
選択した。染色体DNAからプラスミド及び機能性リパーゼ遺伝子を欠失させる
ために、2回目の組換えを行わなければならない。これは、前記株をKmを含ま
ないLB−培地(選択的な圧力なし)で数日間培養し、BYPO−プレート(1
0g/lトリブチカーゼペプトン、3g/l酵母抽出物、5g/I牛抽出物、5
g/1Nacl、7 g / I K H2P O4,50m l / lオリ
ーブ油エマル″)ヨン及び1.5%寒天)にコロニーを完全に分離できる密度で
細胞を載せ、リパーゼ陰性のコロ−ニーをスクリーニングすることにより実施で
きる。これらのリパーゼ陰性コロニーを選択的プレート(MME−KM50μg
/ml)に載せると、増殖しない。この方法で得た株はPG−2と呼ぶことがで
きる。
C−P、 glomi+染色体のリパーゼ遺伝子のTc−res遺伝子による置
換
a、I3+、:記載したように、E、coli 317−1 (p(lR610
7)による接合を介しテP、glomseにpU116107を導入した。50
μg/m1Tc含有MME培地、30℃で、トランス−接合の選択を実施した。
b、このようにして得たトランス−接合体を、50μg / m ITcを含有
するBYPO−プレートと 100μg/m l Kmを含有するMMEプレー
トの2組に分けた。いくつかのトランス−接合体はKm感受性(MME Km
100プレートで増殖しない)及びリパーゼ隙性表現型(BYPOプレートにク
リアリングゾーンなし)を示した。二重交差(5° −及び3′ −フランキン
グ領域)により、リパーゼ遺伝子がTc耐性遺伝子と置き換わっていた。
1つの代表的な株を次の研究用に選択し、PG−3と呼んだ。
実施例3. P、 glIae (ブレ)−リパーゼをコードする合成遺P、g
l+lli+ (ブレ)−リパーゼ遺伝子のヌクレオチド配列に基づいて、いく
つかのサイレント突然変異を含有する新しい遺伝子を考案した。これらの突然変
異により、酵素のアミノ酸配列は変化しなかった。しかし、GC含量を低下させ
ることはでき、それにより酵素の遺伝子操作が促進され、種々の非相同宿主系で
合成遺伝子を使用できるようになった。
酵素の遺伝子操作を促進するもう1つの点は、遺伝子の好都合な位置に制限酵素
認識部位を導入できることであった。
新しい遺伝子の配列を第5(A)図に示す。
新しい遺伝子は約200個のヌクレオチドの制限断片、いわゆるカセットに分け
た。このようなカセットの一例を第6図に示す。
各カセットは5° −及び3゛ −末端で延長し各々EcoRI及びHindl
11部位を形成した。
これらのカセットのコーディングストランドは平均33塩基長のオリゴヌクレオ
チド(オリゴ)に分けた。非コーディングストランドのオリゴがコーディングス
トランドのオリゴの〜50%重なるように、非コーディングストランドも同様に
処理した。
オリゴは実施例1に記載のように合成した。
断片を構成する前に、連結を促進するために合成オリゴの5゜末端を燐酸化しな
ければならなかった。燐酸化は次のように実施した:
当モル量(50pmol)のオリゴを集め、37℃で8単位のポリヌクレオチド
キナーゼを含む反応バッファ40μlで30〜45分間キネートした。70℃に
5分間加熱し、エタノール沈澱させて反応を止めた。
7 m m o I / I Tri+−HCl、pH7,5、IQmmo +
/ 1 2−メルカプトエタノール、5mmo 1/IATPを加えたバッファ
30μm中にベレットを溶解してアニーリングを行った。
次に、混合物を65℃の水浴に5分装置いた後、30’Cに1時間冷却した。M
gCl2を最終濃度10mm o 1 / Iになるように加えた。T4 DN
A−リガーゼ(2,5単位)を加え、混合物を37℃に30分間または16℃に
o / n Iいた。この後、反応混合物を70℃に10分間加熱した。
エタノールで沈澱させた後、ペレットを消化バッファに溶解し、geoRl及び
l1indll!で切断した。
混合物を2%アガロースゲルで分離し、正確に構成したカセットに対応する長さ
の断片を電気溶出で単離した。
実施例1に記載のように断片を(EcoRl /Hindlllで消化した)
pEMBL9に連結し、配列分析によりその正確さを調べた。次のクローニング
ステップでは、種々のカセットを正しい順序で合わせるとp[Ilt603gが
得られた。これは完全な合成リパーゼ遺伝子を含有するpEMBL9誘導体であ
る。
実施例4に記載のような構築を可能にするように、断片5を置換して合成遺伝子
の第2のバージョンを作成した。この方法で、’1091位の代わりに1069
位に3°PH1部位を有する構築物p[lR6600が作成された。
実施例4.リパーゼ陰性P、 glumx+ P G 3への(野生型)合成リ
パーゼ遺伝子の導入
合成リパーゼ遺伝子がP、 glumzeで機能性であるかを調べるために、遺
伝子を株PG3に導入した。
発酵手順を簡略化するために、プラスミドに導入するよりもPG3染色体のこの
遺伝子を安定に組み込むことに決めた◇この理由から、合成リパーゼ遺伝子は元
のP、glnmxe リパーゼ遺伝子の5′及び3°ボ一ダー配列を持たなけれ
ばならない。
これは次のように実施した(第7図参照):a、実施例2に記載と同様に、(E
、coli KA816からの)p[lR60[12からC1al及びP+tl
付着末端を有するベクターを製造した。
b、(E、 coli KA816からの) pUR8600をC1alで完全
に、Ps口で部分的に消化した。アガロースゲル電気泳動により断片を分離した
後、〜1050b pの断片を単離した。
C1このように得た断片をpU16002由来のバクターに連結し、これを使用
してE、coli 5AIOIを形質転換した。この方法で、構築物pUR66
03が得られた。
d、 pUR6603をBxmtllで完全に消化した。アガロースゲル電気泳
動により断片を分離した後、〜22kbの断片を単離した。
この断片は野生型のP、 glldioli リパーゼ遺伝子の5゛及び3′フ
ランキング領域を有する合成リパーゼ遺伝子を含有している。
e、 plH102もBgmHIで完全に消化した。
f、 dで得られた 2.2kb断片を実施例2に記載のようにp11zIG2
に連結した。
g、得られた構築物pUR6131をE、eoli 317−1に移した。
この構築物のPG3の染色体への組込みは、実施例2のB−aに911R601
6について記載したものと同じ方法で実施した。
得られたKm−耐性トランス−接合体のい(つかをBYPOプレートに移した。
クリアリングゾーンがコロニーの周りに生じるため、これら全てはリパーゼ陽性
の表現型を有すると思われた。典型的な代表例をPGL26と呼んだ。
明らかに、同じ経路を実施して、構築物(pUR6131)をリパーゼ陰性P、
glamxe PG2 (実施例2B−b参照)株に組込むことができる。
実施例2及び4から、P、glIie株PCI C及びその誘導体、例えばPG
2及びPG3 、または慣用の突然変異を介して得たリパーゼ産生能が改良され
たPCIの誘導体)は細菌の染色体の(相同または非相同の)DNA断片を欠失
または導入することにより容易に操作できることが明かであろう。
これらの手法を使用して、リパーゼ産生の最適な株を構築することができる。こ
の点で、次のことが考えられたニーより強力な(誘導可能な)プロモーターによ
る元のリパーゼプロモーターの置換、
=1コピー以上のリパーゼ遺伝子の導入(最終的に、種々のリパーゼ突然変異を
コードする)、
一元のプロモーターの置換、またはリパーゼ遺伝子の産生及び分泌に関与する機
能をコードする遺伝子の複数のコピーの導入(例えば、チャペロン蛋白質、リパ
ーゼ酵素の輸送に関与する「ヘルパー蛋白質」)、
一細胞外プロチアーゼをコードする遺伝子の欠失(クリアリングゾーンまたはス
キムミルクプレートを産生しないPGIのT++5突然変異株(PGT89 )
は寄託しである)、−ラムノリピド産生を行う。
リパーゼを改善するために、蛋白質のアミノ酸配列によく定義された変化を導入
できる可能性がなければならない。
これを行う好ましい方法は野生型のリパーゼをコードする合成遺伝子または野生
型のP、glotxxe リパーゼ遺伝子の遺伝子断片を、対応の所望の突然変
異を含有する化学合成断片で置き換えることによる。
合成の野生型リパーゼ遺伝子の場合、カセット(またはその断片)を所望の突然
変異を含有する対応のカセット(またはその断片)で置換できる。
該当のアミノ酸のコドンを含有するカセットを(実施例3に記載のように)もう
一度構成した。しかし、このとき、該当のコドンを含むコーディングまたは非コ
ーディングDNAストランドのオリゴを所望の突然変異を持つオリゴマーで置換
した。
新しいオリゴを実施例1に記載のように合成した。
このように得た突然変異カセットまたはその断片をpσR603g又はpUR6
603のような構築物の合成野生型リパーゼ遺伝子の対応の位置に導入した。
PG2またはPG3に合成突然変異リパーゼ遺伝子を導入するために、ステップ
dから出発して実施例4に記載のような経路を取る必要がある。
突然変異遺伝子の作成の典型例を下記に示す。この場合、野生型リパーゼ遺伝子
の 154位のHi+を?0で置き換えた。これを実施するために、2つの新し
いオリゴマーを合成した。成熟したリパーゼのアミノ酸 154をコードするコ
ドンをCCTに変える。
これらのオリゴマーを使用して実施例3に記載のように断片3 (H154P
)を構成した。pE11BL9に断片をクローニングした後、実施例1に記載の
ようにDNA配列を決定した。このように得た構築物をUR6071と呼んだ。
プラスミドpUR6071をF+pl及び5allで完全に消化した。得られた
DNA断片を(実施例2に記載のように)ゲル電気泳動で分離すると、アガロー
スゲルから〜90bpの断片が単離された。
p[lR6002をF+plで部分的に及びS!11で部分的に消化した。ゲル
電気泳動後、実施例2のアガロースゲルから〜6000ヌクレオチドのベクター
を単離した。
単離した〜90b p断片をpUR6002ベクターに連結してpUR6077
Aを得た。
p[lR6077AのB11H1断片(〜22GObp)を実施例3及び4に記
載のようにp11Ht12に連結した。この方法でp[lR6127を得た。
この構築物は実施例4に記載のようにPG3の染色体へ導入した。P、glIl
mie トランス−接合体を産生ずる得られたリパーゼをPGL24と呼んだ。
この株が産生ずる修飾リパーゼは本当の洗剤システムで親リパーゼより顕著に安
定であることが証明された(第8図)。
本質的に同じ方法で、いくつかの他の突然変異リパーゼ遺伝子も作成した。場合
によっては、コードされた蛋白質の正味電荷が変化した(例えば、DI57Rf
+2> 、D55A(+1)、lll0K f+l)、R61P(−1)、Tl
(19DC−1) 、R11l)(−2) )。他の場合には、アミノ酸が導入
または欠失された(例えば、PGL40では+25s−154)1をAlaLe
oS++GlyHi+P+o= ALSG[IPで置き換えた)。さらに、グリ
コジル化の可能性のある部位が除去され(例えば、N48S及び/または112
38s )及び/または導入された(例えば、[1157T及びN155とN1
56の間へのG挿入)。
実施例6.自律複製プラスミドの使用による5Iechz+om7ce+c+r
+vitICでの合成リパーゼ遺伝子の発現真核微生物によるP、glomze
リパーゼの産生を説明するために、GAL7プロモーター(21)を使用して
酵母3. Clrev口目Cでのp、glumx+ リパーゼの発現に適したベ
クターを構築した。
P、glumte リパーゼは2つの異なる発現系を使用して酵母S。
Cereマi+iieにより産生される。すなわり、リパーゼ発現カセットを有
する自律複製プラスミドに基づく発現系と宿主ゲノム内のリパーゼ発現カセット
のマルチコピー組込みに基づく発現系であった。
プラスミドpUR2730(21)はリパーゼ発現プラスミドの源として使用し
た。プラスミドp[lR2730はGAL7プロモーター、Sc+++vi+i
aeインベルターゼシグナル配列、α−ガラクトシダーゼ遺伝子(α−ガラクト
ンダーゼ発現カセット)、S。
ce+svi+iieでの複製用の2μm配列、S、cereyisixeでの
選択用LE[]2d遺伝子及びE、 coliでの複製及び選択用のpBR32
2配列からなる。
プラスミドp[1R6038をリパーゼ遺伝子源として使用した。
次のものをコードする下記のS、cs+マロiae発現プラスミドを構築した:
1、インベルターゼシグナル配列を前に持つ成熟リバー セ(pU16801
)、
2、 KEX2切断部位、グリコジル化部位及びインベルターゼシグナル配列を
前に持つ成熟リパーゼfpUR6802)。
上記構築物を得るために、下記の経路を行った(第9図、使用した制限認識部位
は星印で示す):
1及び2
a、プラスミドpUR273Gを5ICI及びHindlllで消化し、ベクタ
−断片を単離した。
b、プラスミドpσR603gをEeoRV及びHindlllで消化し、リパ
ーゼ遺伝子を持つ断片を単離した。
C1実施例3に記載のように、合成5acl−εcoRVD N A断片を合成
し、構築した。それは下記の配列からなる。
pUR5801の場合:
■。
−TrCCCTGGTTrTにCACCCAAAATATCTにCCG;CGG
ACACATATG;CAにCTACfl;、’G;A7 R′
−MCCC,ACCIlIAAACCTCCGTTTTATACACC,cCC
CCTにTCTATACCTCC,ATC,CTCTA 5f
この断片はインベルターゼシグナル配列をコードする配列の間にGAL7プロモ
ーターとリパーゼ遺伝子を正しく分岐する。
pUR6802の場合
■。
−GAGATにAAにCにAAにCTCCTGACACATATGCAGCTA
CGAGAT 3’−CTCTCTTCにACTrCCACGACT(:TGT
ATAC(:TCCATGCTCTA 5’この断片は、KEX2切断部位、グ
リコジル化部位をコードする配列とインベルターゼシグナル配列の間にGAL7
プロモーターとリパーゼ遺伝子を正しく分岐する。
d、 5scl−EcaRV合成断片(1)の1つ、5zei−Hiadl11
ベクター断片とリパーゼ遺伝子を持つEcoRV−Hindlll D N A
断片を連結した。pUR6801の構築については第9図に示す(p[116g
[12は合成断片IIを使用して同じ方法で構築する)。
e、連結混合物をε eoliに形質転換した。培養後、単一のコロニーからプ
ラスミドDNAを単離し、制限酵素分析で判断した適正なプラスミドを選択し、
大量に単離した。
f、プラスミドp[1R6801及びp[1R6802を、LEU2d遺伝子産
物の存在についての選択を使用するスフェロプラスト手法(22)を使用して、
S、crtev口日e株5U10(21)に形質転換した。
g、形質転換細胞を合成培地(068%酵母窒素ベースw / oアミノ酸、2
%グルコース、ヒスチジン及びウラシル)で−晩培養し、誘導培地(1%酵母抽
出物、2%バクトペブトン、5%ガラクトース)で1:10に希釈し、40時間
培養した。
h、細胞を遠心分離して単離し、細胞抽出物を調製した(23)。
1、細胞抽出物を5DS−ゲル電気泳動(7)で分析し、ニトロセルロースにプ
ロットした。
j、ニトロセルロースプロット(7)をリパーゼ抗体と共に、次に1125標識
蛋白質入と共にインキユベートシ、次にフルオログラフィーにかけた(第10図
)。
第10図に示すように、プラスミドpσR6801を含有するS[IlO細胞は
、p、glomae由来のリパーゼを比較して正しい分子量を持つリパーゼ酵素
を産生ずる。正しい蛋白質に加え、処理及びグリコジル化されていないリパーゼ
蛋白質も認められる。5cerevH目eが産生ずるP、gloω!eリパーゼ
は酵素学的に活性である。
実施例7.マルチコピー組込みを使用するS、 cereマロ目eによるP、
glolats リバーゼノ産生マルチコピー組込みベクターは、335bp酵
母RNAポリメラーゼ■プロモータ因子をS、 eereyisixe r D
N A (25)の4.58g1ll B断片で置換することにより、プラス
ミドpAltEs6(24)から得られた。また、2μm複製起源を除去し、S
。
ol igorhirg由来のクロロプラストDNAを含むBglll−Hin
dlllDNA断片をポリリンカーDNA配列で置換した。この結果プラスミド
pUR279Gが得られ、この詳細図は第11図に示す。
pUR2790の酵母ゲノムへのマルチコピー組込みに必須の配列は次の通りで
ある:1.酵母ゲノムへのマルチコピー組込み用rDNA配列、2.欠失プロモ
ーターを有するLEU2遺伝子であるS、+t+cvi+ii+ LEU2遺伝
子(26)。
特に、次のものをコードする下記のマルチコピー組込み発現プラスミドを構築し
た:
1、インベルターゼシグナル配列を前に持つ成熟リパーゼ(pUR6803)、
2、KEX2切断部位、グリコジル化部位及びインベルターゼシグナル配列を前
に持つ成熟リパーゼ(pUR6804)。
上記構築物を得るために、下記の経路を行った(第12図;使用した制限認識部
位は星印で示す):
1及び2
a、プラスミドpUR279Gを[l1ndlllで部分的に消化した。線状プ
ラスミドを単離し、Bglllで完全に消化し、アガロースゲル電気泳動及び電
気溶出によりHindlll−Bglllベクター断片を単離した。
b、プラスミドp[1l168[11をBglllで部分的に、Hindlll
で完全に消化し、リパーゼ遺伝子を持つBglll−Hindlll D N
A断片を単離した( pUR6801の代わりにプラスミドp[lR6802を
使用して、同じ方法でpUR6804も構築する)。
C,p[1R279GのBg l 11−[iiロdl11ベクター断片及びリ
パーゼ遺伝子を持つ8g111−Hi口d111断片を連結し、プラスミド、[
lR6803を得た。
d、連結混合物をE、coliに形質転換した。培養後、単一コロニーから、プ
ラスミドDNAを単離し、制限酵素分析で判定した適正なプラスミドp[l11
6H13及びp[1611f14を選択し、大量に単離した。
e、プラスミドpU26803及びp[lR6804を、LEt12d 遺伝子
産物)存在について選択するスフ二ロブラスト手H(22)により、Scc+e
yitite株YT6−2−I L (26) = S U 50に形質転換し
た。宿主株5U50は必須栄養素ロイシン(LEυ2)を欠失しており、このこ
とは株5U50はロイシンを産生できないことを意味する。従って、5U50は
増殖培地が十分量のロイシンを含有しているときにのみ増殖できる。
ベクターpUR6803及びp[lR6804に存在するLE[I2遺伝子の欠
失プロモータは酵母ゲノムへのプラスミドベクターへのマルチコピー組込みに必
須である。プラスミドのrDNA配列ト酵母ゲノムのr DNA配列の相同的組
換えにより酵母ゲノムのr D N A遺伝子座でマルチコピー組込みが起こる
。
11組込み細胞を合成培地(0,68%酵母窒素ベースw / oアミノ酸、2
%グルコース、ヒスチジン及びウラシル)で−晩増殖させ、誘導培地(1%酵母
抽出物、2%バクトベプトン、5%ガラクトース)で [:10に希釈し、40
時間培養した。
g、細胞を遠心分離で単離し、細胞抽出物を調製した(23)。
h、細胞抽出物を5DS−ゲル電気泳動(7)で分析し、ニトロセルロースフィ
ルターにプロットした。
1、ニトロセルロースプロットをリパーゼ抗体と、次にI 125am蛋白質A
とインキュベートし、次にフルオログラフィーにかけたく第【3図)。
第13図に示すように、プラスミドpUi168Q3を持っ5U50の組込み細
胞はP、yla+Je由来のリパーゼと比較して正しい分子量を持つリパーゼを
産生ずる。正しい蛋白質の他に、処理及びグリコジル化されていないリパーゼ蛋
白質も認められる。S。
c!rlv口ia+が産生ずるP、 glom*e リパーゼは酵素的に活性で
ある。
この方法で、(リパーゼ発現カセットを含む)プラスミドpUR6803または
pUR6804の(ハブロイドゲノム当り 10ロコピーまでの)マルチコピー
組込みを実施することにより、活性なPglaIIlxeリパーゼを産生ずる酵
母株が得られた。このマルチコピー組込み系は非選択的条件下でも安定である。
実施例8、マルチコピー組込みを使用したSa+ebarom7c+5cere
Brizeでのグアーα−ガラクトシダーゼの産生この実施例では、マルチコピ
ー組込みを使用した5accha+om7c++ ce+evi+iaeでの異
種蛋白質、グアー(C7amopsi+IelrBtroolol+a)由来の
α−ガラクトシダーゼの発現を説明する。Ove+beele (21)が記載
したように、グアーα−ガラクトシダーゼをコードする遺伝子を同種の発現シグ
ナルと融合させると発現ベクター、UR2730が得られた。p[ll1273
0のα−ガラクトシダーゼ発現カセットはS、ceteマi+ロe GAL7プ
ロモーター、S、cereマロ目eインベルターゼシグナル配列及び成熟α−ガ
ラクトシダーゼをコードするα−ガラクトシダーゼ遺伝子からなる。使用したマ
ルチコピー組込みベクターはpUR2770であり、これはpMIRY2. l
(27)と同じである。α−ガラクトンダーゼ発現カセットを単離し、マルチ
コピー組込みベクターpUR277Gに挿入すると9[112774が得られた
。このマルチコピー組込みベクターはα−ガラクトシダーゼ発現ベクター、s。
cItevロ目eリポソームDNA配列及びS、ce+eyisiac欠失LE
[I2遺伝子(LEU2d )を選択マーカーとして含有している。マルチコピ
ー組込みベクターをS、 eerevi+iicに形質転換させ、マルチコピー
組込み細胞を得た。マルチコピー組込み細胞は有糸分裂的に安定で、マルチコピ
ー組込み細胞は植物蛋白質であるα−ガラクトシダーゼを発現し、分泌した。こ
の実施例は、s。
ce+evi+iieのゲノムにマルチコピー組込みできること、そして蛋白質
の製造にマルチコピー組込みが使用できることを明確に示している。全てのDN
Aの操作はMAf1口10(7)に記載のように実施した。
1、マルチコピー組込みベクターpUR2774の構築マルチコピー組込みベク
ターpUR277GをHindlllで部分的に消化し、線状化したベクター断
片を単離した。線状ベクター断片をBgmHlで完全に消化し、得られた8kb
ベクタ一断片を単離した。Hindlll及びBgll+で消化し、1.9kb
DNA断片を単離することによりpUR273Gからα−ガラクトシダーゼ発現
カセットを単離した。α−ガラクトシダーゼ発現カセットをpUR277Gの単
離ベクター断片に連結すると、マルチコピー組込みベクターp[lR2774が
得られた(第14図も参照)。連結混合物をE、eoliに形質転換した。培養
後、単一コロニーからプラスミドDNAを単離し、制限酵素分析で判定した正し
いプラスミドを選択し、大量に単離した。LEU2d遺伝子産物の存在について
選択することによるスフ二ロブラスト法(22)を使用して、Six lで線状
化したマルチコピー組込みベクターpUl12774を5cer+vitixe
株YT6−2−I L f26)に形質転換した。
2、マルチコピー組込み細胞の組込みパターンの分析S、ee+evi+iie
のリポソームDNAはr DNA単位の土150個の同一のコピーで存在し、S
、 cereマ■目のリポソームの17s。
5.8S及び25SrRNA成分を特性化する遺伝子からなる。これらのrDN
A単位はS、cettマロiceの染色体XITの大きな遺伝子クラスター中で
縦に繰り返されている。rDNAの完全な配列は公知であり、rDNA単位は9
.0kbの大きさで、2つのBg11部位を含有している(28.29.30)
。S、ee+evi+ii+から単離した染色体DNAをBgltlで消化す
ると、rDNA遺伝子クラスターは4.5kb長の2つの断片を生じた。この遺
伝子の構成を第15A図に図式的に示す。ハブロイドゲノム中に沢山のリポソー
ム単位が存在するために、リポソームDNA断片に相当する 4.5kbのバン
ドは臭化エチジウムで染色したアガロースゲル上の制限パターンで検出できる。
プラスミドpUR2774は9.l1kbの長さを持ち、1つの単一のBgll
+制限酵素認識部位を含有している。プラスミドp[lR2774が高いコピー
数で縦に組込まれるときには、染色体DNAをBgltlで消化すると 9.8
kbのDNA断片が生じる。臭化エチジウム染色したアカロースゲルを使用して
、土150コピーのリボゾームDNA配列に対応する 4.5kbDNAバンド
の強度を組込みプラスミド由来の 9.8に、bDNAバンドと比較できる。こ
の遺伝子クラスターの構成を第15B図に示す。この比較により、組込まれたp
UR2774プラスミドの数を合理的に推定できょう。pUR2774を線状化
し、酵母株YT6−2−I L (S U30) 、LEU2− t:形1it
転tlた。形質転換体をロイシンを含有しないMM(合成)培地上に条斑にし、
ざらにLEU2 表現型を調べた。マルチコピーベクター p[1R2774の
組込みが本当に起こるかを調べるために、独立した組込み細胞5U50A、5U
5QB1SU50C及び5U50Dから染色体DNAを単離した。全DNAをB
gl[Iで消化し、ゲル電気泳動で分析した。このような臭化エチジウム染色し
たゲルの例を第16図に示す。予想通り、組込み細胞5U5i及び5U5(Ic
の制限パターンでは、4.5kbと 9.8kbに2つの主要なバンドが識別で
きる。親株はrDNAの4.5kbの単一のバンドのみを示す。従って、驚くべ
きことに、複数のリポソームDNA単位の他に、これらの組込み細胞は9.8k
bプラスミドp[lR277+の複数の組込みコピーも含有していると結論でき
る。
種々のマルチコピー組込み細胞はプラスミドUR2774のコピーを10〜+0
0の種々の数含有していることが判った。α−ガラクトシダーゼ遺伝子の存在を
確認するために、放射性標識したプローブとのハイブリッド形成を実施した。α
−ガラクトシダーゼ遺伝子用プローブは、α−ガラクトシダーゼ遺伝をPvol
l及びHindlllで消化し、α−ガラクトシダーゼ遺伝子を含有する 1.
4kb断片を単離することにより、9UR2730誘導体、p[1R273iか
ら単離した。rDNA配列を同定するために、pUR2770をSmxl及び)
Iindlllで消化した後、2.Okb断片を単離、標識してプローブを作成
した。α−ガラクトシダーゼプローブとのハイブリッド形成(第17図参照)す
ると、臭化エチジウム染色したゲルで検出される 9.1lkbのバンドは実際
にα−ガラクトシダーゼ遺伝子に対応することが判った。それは、TT6−2−
I L親株からの消化した全DNAを含むレーンにはハイブリッド形成シグナル
は検出されなかったのに対し、この単一のバンドがオートラジオグラフィーに存
在していたためである。 9.8kbのバンドが検出できたため、組込みの過程
では大きな再配列及び/または欠失は起こらなかったはずである。
r D N Aプローブとのハイブリッド形成により、4.5kbのバンドと
g8kbのバンドに対応するシグナルが得られ、従って実際に4.5kbのバン
ドは予期されたリポソームDNA配列を含有することになる。α−ガラクトシダ
ーゼプローブで証明されたように、9.8kbのバンドがpUR2774のマル
チコピー組込みから生じる。pUR2774もリボゾームDNA配列を含有する
ため、この9.8kbのDNAバンドもr DNAプローブで陽性のシグナルを
提供する。第18図に示す結果から、4.5kbのリポソームDNAバンドが1
50コピーのrDNAを表すとすると、pUR2274を含有する 9.8kb
のバンドは50〜100コピーを含有すると算定できる。従って、マルチコピー
組込みプラスミド90R2774の形質転換により、α−ガラクトシダーゼ発現
カセットを細胞当り50〜10GコピーS、eereマ目目eに向けることが実
際可能である。
3、マルチコピー組込み細胞によるα−ガラクトシダーゼの産生
組込みプラスミドを高いコピー数有していることから選択したマルチコピー組込
み細胞5U50A、5U50B、5U5GC及び5U5GDを0.67%7%酵
母窒素ペース/ Oアミノ酸、2%グルコースで一晩培養し、1%酵母抽出物、
2%8acto−p+plon。
2%ガラクトース(YPGa l )で110に希釈してGAL7プロモーター
を誘導してα−ガラクトシダーゼ活性を調べた。
0マerbeekc ら(21)が記載のように酵素活性テストで、誘導開始後
24時間及び48時間に培養物上清のα−ガラクトシダーゼ活性を測定した。結
果は次の表に示す:
24時間誘導 48時間誘導
組込み細胞 0D66Q a −gal 0D660 a −013g/ l
mg/ ]
5U50A2%gal 9 58 8 82SU50B2%gil 15 10
1 13 235SU50C2%gxl 6 45 4 101SU5.OD2
%gxl 14 41 1.[l 54表に示す結果は、マルチコピー組込みを
使用して外来遺伝子を高いレベルで発現できることを明らかに示している。さら
に、S U 50B f235m g / I )は染色体外のプラスミドを持
つ発現系に比べより高レベルのα−ガラクトシダーゼを産生ずる(参考文献21
のpUR2730参照)。4つの全てのマルチコピー組込み細胞は高いコピー数
の組込みα−ガラクトシダーゼ発現カセットを持つことで選んだが、その発現レ
ベルは54〜235mg/lと異なる。
4.5U50Bマルチコピー組込み細胞の遺伝的安定性複数のコピーのα−ガラ
クトシダーゼ発現プラスミドのS。
Cerl目目eへの組込みが遺伝的に安定かどうかを調べるために、非選択的条
件下で完全なテスト手順を繰り返した。組込み細胞5U5OBをYP[l−寒天
培地に広げ、予め培養したものを接種し、30℃のYPD内で一晩培養した。次
に、プレー培養物をYPGs lで1=10に希釈した。サンプルを採り、光学
密度を660nmで測定し、培養ブロスのα−ガラクトシダーゼ含量を酵素活性
アッセイで測定した。驚くべきことに、α−ガラクトシダーゼの発現レベルは全
実験の間安定であった。この実験は、実際にマルチコピー組込み発現ベクターは
非選択的条件下で多世代にわたり非常に安定していることを示す。もう1つの重
要な発見はマルチコピー組込み細胞は4℃に維持した非選択的YPD−寒天板で
数カ月にわたり安定であったことである。5U50B組込み細胞のプレ培養物を
2%ガラクトース含有YPで1+1000に希釈し、等しい00660 n m
になるまで30℃で培養すると、α−ガラクトシダーゼの発現は250m g/
lである。この実験で、マルチコピー組込み細胞5U50Bのプレ培養物をY
PGg lでより広範に希釈し、これに関連して 1:10希釈でα−ガラクト
シダーゼが産生されるものと同じバイオマスになる前に誘導した培養物の細胞は
さらに分けなければならない。従って、α−ガラクトシダーゼ産生の安定性、従
ってマルチコピー組込み細胞の遺伝的安定性は非選択的条件下で細胞外のプラス
ミドに比べて非常に良好であると結論できる。
また、マルチコピー組込み及びマルチコピー組込み細胞の遺伝的安定性にはマル
チコピー組込みベクターの長さが重要なパラメータであることも発見した。約1
2k bのマルチコピー組込みベクターを使用するとゲノム内の組み込みベクタ
ーのコピー数が低下し、また非常に相応なものではあるが遺伝的安定性が減少す
る傾向にある。比較的小さいマルチコピー組込みベクター(±3kb)を使用す
ると、高いコピー数を持つが遺伝的安定性が低下した組込みベクターが得られる
。これらの結果は、高いコピー数の、遺伝的安定性の良好なベクターが得られる
マルチコピー組込みベクターの最適な長さはほぼ単一のリポソームDNA単位の
長さであり、S、ce+eyi+1aaeでは約9kbであることを示している
。
この実施例は、蛋白質の製造にS、ceteマロ目eへのマルチコピー組込みが
使用できることをはっきりと示している。マルチコピー組込み細胞の高い遺伝的
安定性は、選択的な圧力下で細胞を培養しなければならない細胞外プラスミド系
と比べて重要な利点を付与する。マルチコピー組込み細胞は多世代にわたり、Y
PD−及びYPGal培地での培養中と同様にYPD寒天培地でも非常に安定で
あるように思われた。α−ガラクトシダーゼ酵素の発現レベルが高く、組込まれ
たα−ガラクトシダーゼ発現カセットの有糸分裂安定性が良好なことを考えると
、この組込み系はα−ガラクトシダーゼまたは任意の他の蛋白質の大量生産にと
っての現実的な選択肢である。
酵母へのマルチコピー組込みにはマルチコピー組込みベクタ−についての2つの
必須条件があることを発見した。すなわち、マルチコピー組込みベクターはリポ
ソームDNA配列及び特定の程度の欠失を有する選択マーカーを有していなけれ
ばならない。前の実施例では、リポソームDNA配列と選択マーカーとして欠失
LEU2遺伝子(LEU2d )を持つマルチコピー組込みベクターを使用して
マルチコピー組込みを得た。この実施例では、酵母でマルチコピー組込みを得る
ための(LEU2d以外の)他の選択マーカーの使用を示している。この実施例
では、L、EU2d遺伝子の代わりに欠失TRPIまたは欠失URA3を有する
マルチコピー組込みベクターを使用した。これら遺伝子両方の発現はその5′フ
ランキング領域の大部分を除去すると非常に減少した。これらのマルチコピー組
込みベクターを使用すると、約200コピーのベクターが組込まれたマルチコピ
ー組込み体が得られた。この実施例は、マルチコピー組込みが他の欠失選択マー
カーでも実施できることを明らかに示している。全ての標準的なりNA操作はM
IO口1it(7) に記載のように実施した。
1、選択マーカーとして欠失TRPI遺伝子を含有するpMIRYプラスミドの
構築と分析
形質転換の間に種々の型の選択圧を使用してゲノムへのマルチコピー組込みが得
られる可能性を調べるために、選択マーカーとして慣用されている2つの遺伝子
、S、cereBs日eのTRPL及びURA3遺伝子の欠失対立遺伝子を含有
する一連のpMIRY2.1アナ口−グプラスミド(pMIRY2. IはpU
R217Dと同一である)を構築した。TRPI遺伝子は、トリプトファン生合
成の第3ステツプを触媒する酵素N−(5°−ホスホリボシル−1)−アントラ
ニレート(PR^)イソメラーゼをコードする(31)。TRP1遺伝子の転写
は、1つはATG開始コドンに対して約−200位にあり、他方はこのコドンの
すぐ上流にある2つのクラスターにある(第19図)複数部位で開始される(3
2)。2つのクラスターの各々の前にはプロモーター因子として機能しつる(d
A′dT )の多い領域(3)と推定のTATA因子がある。TRPI遺伝子の
上流部分が一102位のEcoR1部位(T△1)まで欠失されているときには
、転写開始部位の最初のクラスターが除去され、遺伝子の発現レベルはその野生
型のものの20〜25%まで低下する(31)。この特定の欠失TRPI対立遺
伝子は現在いくつかの酵母ベクターで選択マーカーとして使用されている。我々
の仮説では、この欠失の程度は不十分であり、従って5゛フランキング配の欠失
は^丁Gコドンの一30位(T△2)または−6位(T△3)上流まで伸ばされ
た。T△2遺伝子は転写開始部位の下流のクラスターの部分をまだ含有している
。T△3欠失突然変異体では、全てのポリdA:dTストレッチ及び推定のTA
TA因子の両方のクラスターを欠失している。これらの2つの突然変異体TRP
I遺伝子も元のTΔ1遺伝子と同様にpMIRY6−Tフリーズのプラスミドの
構築に使用した。このシリーズの構築は次のように行ったぐ第20図):最初に
、TRPIコード領域と3Qbpの5° −フランキング配列を含有する 76
6b p Accl−Pxtl (第19図)の断片をpUIl19のSm31
部位と?t1部位の間にクローニングして、プラスミドpUcI9−T△2を得
た(T4ポリメリラーゼを使用して3° −末端に充填してAee1部位をプラ
ントにした)。次に、Bglll−BrDNA断片(27)を含有するpUc1
8サブクローン由来の3.5k b 5phl断片をpUc19−T△2ポリリ
ンカーの5pb1部位に挿入してプラスミドpMIRY6−T△2を得た。プラ
スミドpMIRY6−T△l及びpH1RY6−T△3はpH1RY6−T△2
の誘導体である。pMIRY6−TΔlを得るために、867b p EcoR
l−Bglll 丁RPI断片を先ずpUc19 tvEcoR1部位とBam
f11部位の間にクローニングしてプラスミドp[Icl9−T△1を得た。次
のステップでは、TRPI遺伝子の部分とpUc19配列の一部を含有するpM
IRY6−TΔ2の 1.2k b 5CII−EcoRY断片(第20図)を
pUR19−T△1からの 1.3k b 5cJl−EtoRV IFr片で
置換して、TRPΣ遺伝子の5゛ フランキング配列を102bpに回復した。
pMlllY6−T△3も同様に構築した。先ず、TRPI遺伝子からの405
b p Alul断片をpUcI9の5mg1部位にクローニングし、pOc1
9−T△3を得た。次に、pH1RY6−τ△2の12k b 5eal−Ec
oRV断片をpUR19−T△3からの 1.2k b 5c11−EeoRV
断片で置換してpMIRY6−T△3を得た。組込みをrDNAの遺伝子座に向
けるために、rDNA内でHaplで線状化した後、プラスミド、pMIRY6
−T△1 、pH1RY6−T△2及びpMIRY6−T△3で酵母を形質転換
した。第21図には、pMIRY6−T△lの場合にはEcoRY 、 pM[
RY6−T△2及びpH1RY6づ△3の場合にはSgclで消化した後の2つ
の別々に単離した形質転換体についての全DNAのゲル電気泳動分析を示す。p
H1RY6−T△2 (レーン3と4)及びpMIRY6−τ△3 (レーン5
と6)形質転換細胞の場合には、rDNAバンド及びプラスミドバンドの強度は
同じ位である。
従って、2つのプラスミドの各々のコピー数はハブロイド当りのr DNA単位
の数、すなわち約150 (33)まで高い。pMIRY6−T△2及び−T△
3プラスミドのコピー数も同程度である。対照的に、pH1RY6−T△1によ
る形質転換では高いコピー数の形質転換体は生じなかった。第21図(レーン1
と2)に示すように、pillRY−丁△1形賀転換細胞からの全DNAをS!
+Iで消化すると、線状化pMIRY6−T△lプラスミドに対応する 6.9
に、bのバンドは認められない。上記の結果は、酵母のr D A N遺伝子座
へのマルチコピー組込みは必ずしもベクター内にLE[]2d遺伝子選択マーカ
ーの存在を必要とするわけではないことを明らかに示している。代わりに、欠失
TRPI対立遺伝子の発現レベルが臨界レベルより低い場合にはこれも使用でき
る。
2゜選択マーカーとして欠失[IRA3遺伝子を有しているpMIIIYプラス
ミドの構築及び分析
LE[I2及びTRPI遺伝子に次いで、UR^3遺伝子が酵母ベクターで最も
広く使用されている選択マーカーの1つである(34)。[1RA3遺伝子はオ
ロチジン−5“ −ホスフェートカルボキシラーゼ(OMPデカルボキシラーゼ
)をコードする。この遺伝子の発現は正の制御因子として作用するPPRI遺伝
子産物による転写レベルで制御される(35)。欠失分析から、OR^3のPP
MI誘導に必要な配列は人TG翻訳開始コドンのすぐ上流にある97bp長の領
域にあることが示唆される(36)。所望の程度の欠失を持つUR^3遺伝子の
プロモーターを得るために、^丁G開始コドンの!6bp上流に位置するP+t
1部位を使用してこの領域の大部分を欠失させた。
その目的で、ATG翻訳開始シグナルに対して+ 880位のURA3遺伝子の
3′ フランキング領域に位置するpFLl (36B)のSsu 1部位にB
glll リンカ−を挿入して、pFLl−Bglllを得た。Bgl+1部位
に隣接したフランキング3°領域とPin部位に隣接した5′フランキング領域
の16bpのみと共にURA3コード領域を含有する 0.9k b P+tl
−Bglll断片をpUc19のPI11部位とBimH1部位の間にクローニ
ングして、pUc19−Uを得た(第22図)。
Bglll−B r D N A断片の部分を含有する 2.8k b S!c
l−5talrDNA断片をp[Ic−BRから単離し、p[Icl9−U△の
S11部位と5ad1部位の間に挿入し、プラスミドp11111Y7−11△
を得た。2つの別々に単離したpillRY7−U△形質転換体のコピー数分析
を第23図に示す。プラスミドバンドとrDNAバンドは同様の強度を有し、こ
れはプラスミドが細胞当り約200コピー組込まれることを意味しており、プラ
スミドpMIIIY6−T△2及びpMlllY6づ△3で得た結果と同様であ
る。この実施例は、酵母リポソームDNA遺伝子座へのマルチコピー組込みは選
択マーカーとしてLEU2d以外の遺伝子を使用しても実施されることを明らか
に示している。実際、必須栄養素の生合成に関与する任意の遺伝子は、発現され
るがその発現レベルが臨界レベル以下の場合には、pMIRYプラスミドに選択
マーカーとして使用されるとこの過程を支持するようである。
これは、驚くべきことに、必須遺伝子を欠いた5cereマi+iae株にこの
マルチコピー組込みベクターをマルチコピー組込みするためには、マルチコピー
組込みベクター上にリポソームDNA配列の他に、欠失しているが必須である遺
伝子がなければならないこと、そして得られたマルチコピー組込み細胞は多世代
にわたり安定でありうることを発見したことを意味している。従って、マルチコ
ピー組込みの原理は全ての5cer+マ目目色栄養要求性株にも適応でき、任意
特定の遺伝子の発現に広い宿主株からの選択が可能になる。このような選択は酵
母での異種遺伝子発現を最適化するために重要な要素である。
十分に規定されていない培地(非合成培地)であっても加熱滅菌によりトリプト
ファンを容易に欠失できるために、特にTap栄養要求性は工業用プロセスに使
用するために魅力的なマーカーである。
実施例10 連続培養でのマルチコピー組込み体5U50の安定性希釈速度0.
Ih’(平均滞留時間10時間)で、作動容量800m1の連続培養(ch+m
o+tal )でマルチコピー組込み体を培養した。組込み体5U50Bは株5
xcch+oc7ce+ c+++vi+iae CB5235、90のマルチ
コピー組込みベクターpUR277+ (実施例8参照)による形質転換体であ
る。10%NH4OHを使用してpHを5.0に調整した。シリコン油をベース
とする消泡剤fRbodo++11426 RRbone−Pouleoc)を
使用して起泡を抑制した。使用した供給組成物はAであった。バイオマスの乾燥
重量濃度11.06g/lで、α−ガラクトシダーゼを360m g / lで
安定に発現し、120時間定常状態を維持した。他の実験では同様な条件は50
0時間以上安定であった。残留グルコース濃度は0.05g/lの検出限度以下
であった。残留ガラクトース濃度は4.2+/−0,1g/Iであった。人口で
は酵母抽出物及びDHW由来のロイシン170mg/]を含有していた。これに
より、アミノ酸分析機で測定して2.0+/−0,4mg/Iのロイシン濃度の
定常状態が得られた。しばらくした後、供給物Aにロイシン50mg/lを加え
た。驚くべきことに、培養物中の残留ロイシン濃度は0.7+/ −0,2m
g/ 1に低下した。これとともに、80時間以内にα−ガラクトシダーゼ活性
は 144m g / lまで顕著に低下した(第24図)。東25図には、実
験の種々の段階でのコピー数の測定値を示している。サンプルを採り、染色体D
NAを単離し、Bgll+で消化し、次に実施例8に記載のようにリポソームD
NAプローブを使用してサザンブロツティングを実施した。
5U50Blは振とうフラスコ内で培養した正の対照である。より大きなハイブ
リッド形成りNA断片(組込まれたベクター)とより小さいハイブリッド形成り
NA断片(染色体rDNA単位:± 150コピー)を比べると、組込まれたベ
クターのコピー数は約 100であることが明確に判明する。これは、ロイシン
添加前に採取したサンプルのサザンプロットである5U50B 2についても同
じである。ロイシンを添加し、α−ガラクトシダーゼの発現が低下した後に採取
したサンプルである5U50B3のコピー数は約10まで低下した。この実験は
、α−ガラクトシダーゼ発現の低下がα−ガラクトシダーゼ遺伝子のコピー数の
低下を伴うものであることを示している。培養物のロイシン取り込みはロイシン
添加後に高くなる。
上記の実験は非常に驚くべきことに組込まれたプラスミドの遺伝的安定性は、細
胞外ロイシンがかなりの量存在するにもかかわらず、増殖には細胞内ロイシンの
産生が必要であるという事実によることを示している。LEU2dプロモーター
が非効率的であるため、染色体上に多数のLEU2d遺伝子が存在するときのみ
に十分量のロイシンの産生が可能である。
組込み部位がリポソームDNA遺伝子座にあるまたは直接結合しており、適正な
増殖速度条件及び培地組成があるときにのみこのように多数の組込まれた遺伝子
が安定に保持される。
培地 組成 g/l
化合物 A B CD
NH4Cl 7.6 7.6 7.6
KH2PO42,84,04,O
Mg S O4,7a q 0.6 0.6 0.6微量金属 101G
酵母抽出物 510
(Dilco)H
ペプトン 0.0 0.0 20
DHW(UF) 125 0.0
グルコース 5.5 20 20
ガラクトース 10 20 10
ヒスチジン 0.05 0.2 ’0.2ビタミン溶液 2 1 1
(添加した)ロイシン 0.05
pH5,05,05,05,0
DHW:DMV(オランダ)製の蛋白質を除去し、加水分解した乳漿
UF、限外濾過、分子量カットオフl0kD##:酵母抽出物は8〜9%W /
Wのロイシンを含有している。
(実施例1Gに記載の)SU50B株を培地C及びD中で振とうフラスコ内で培
養した。これは複合富裕培地と最少培地の2つの極端な培地である。培地C(Y
PGAL)は524mg/lのロイシンを含有している。驚くべきことに、組込
み体は多くのサブ培養についてYPGAL培地で安定であった(実施例8参照)
。培地り及びロイシン含有の他の最少培地では、発現は急速に減少した。培地C
中の(酵母抽出物及びペプトン由来の)ロイシンの残留濃度は524mg/lか
ら 393mg/lに低下した。培地り中のロイシン濃度は5Gから約Hmg/
lに低下した。
最少培地中での株の増殖速度は約0.Ih’であったが、培地Cでの増殖速度は
0.27h’であった。酵母抽出物を添加することにより、増殖速度は0.27
h−1まで上昇し、さらにα−ガラクトンダーセ産生の安定性も改善された。複
合培地では増殖速度が高まるだけではなく、培養中のα−ガラクトンダーゼ濃度
も上昇した。
これらの実験は、ロイシンの存在下ではマルチコピー組込み細胞は高い増殖速度
で安定であったことをはっきりと示している。この知見から、効率的な発酵過程
が得られ、1時間当り培養容量当りにかなりの蛋白質量が得られる。
実施例12 tlioi+aula po17mo+phaでの合成リパーゼ遺
伝子の発揚
次の手順を使用して、合成リパーゼ遺伝子を[1,po17a+orph*ゲノ
ムに組込んだ(第2511!l:この実施例の各図では、使用した制限酵素認識
部位は星印で記す;クローニング手順によりカッコに挟まれた制限認識部位を除
去する):a、プラスミドp[JR6038(第27図)を制限酵素EcaRI
及びEcoRVで完全に消化した。アガロースゲル電気泳動で断片を分離した後
、実施例2に記載のようにベクター断片を単離した。
b、実施例3に記載のようにいくつかの異なる合成カセットをアセンブルした。
これらのカセットは、種々の長さの未成熟すバーゼ遺伝子とインベルターゼシグ
ナル配列を正確に合せるために必要な多くのアミノ酸をコードした。その結果、
リパーゼ酵素の発現、プロセッシング及び輸送について最適な構築物が確立され
た。さらに、これらのカセットはEcoRI及びEcoRV末端を有した。
典型例を第26図に示す。
C,アセンブルしたカセットをaで調製したベクターに連結した。
d、このように得たプラスミド(pU16850.6851及び6852、第2
8図)を制限酵素Xbolで部分的に消化し、線状化プラスミドを単離した。
e、プラスミドpOR3501(21、第29図)をXholで部分的に消化し
た。アガロースゲル電気分解後、H,polBorph!メタノールオキシダー
ゼ(IIO! )プロモーターとS、cezマ■ロeインベルターゼシグナル配
列の最初のアミノ酸を含有する約15GQb I)のDNA断片(pUR350
1カラノ0〜f500位)XbolDMA 断片) ヲ単離した。
f、eからの 15kb断片をdで調製したベクター断片に連結すると、プラス
ミドUR6860,6861及び6862、第30図が得られた。
g、連結混合物でE、eoliを形質転換した。単一コロニーから培養後にプラ
スミドDNAを単離し、制限酵素分析で判定した正しいプラスミドを選択し、大
量に単離した。
h、ステップgで得られた正しいプラスミド(例えば、p[1R6860,69
61,6862、第30図)を8imH1で完全に消化し、次に接着末端をフレ
ノウポリメラーゼで充填した(実施例2)。
次のステップで、線状プラスミドをEcoRIで消化し、約25kb長の、MO
Kプロモーター、インベルターゼシグナル配列及び合成リパーゼ遺伝子を含むB
amHl−EeoRI D N A断片に充填し、アガロースゲルから単離した
。
1、プラスミドp[1R3511(第31図、pEilBL9の311111
、 Hincll制限部位にクローニングしたIl、Po1Y@otpbzメタ
ノールオキシダーゼ(Mox)ターミネータ−)を5mg1及びEcoRIで消
化し、次にアガロースゲルからベクターを単離した。
j、 pUR3511ベクターとhで得た2、5kb断片を連結し、E。
+oliでクローニングした。得られた構築物では、リパーゼ遺伝子にMox転
写ターミネータ−が続く。これらの構築物の典型例はp[lR6870,687
1及び6872 (第32図)である。
k、これらのプラスミドをEC0RI及びHiodlllで消化し、次に、約3
k、 bの断片をアガロースゲルから単離した。接着末端をフレノウポリメラ
ーゼで充填した。
1、プラスミドYEp13 (37)から5ell断片を除去して2ttmの配
列を欠失させたプラスミドpUR3513(第33図)をPvullで消化した
。
m、線状プラスミドpUR3513とkで得た断片を連結して、p[IR6g8
0.6881及び6882 (第34図)の最終構築物を得た。
1’l、polymo+phxゲノムへの発現カセットの導入(21,38,3
9)に記載のように、LE[I 表現型の選択を使用して、プラスミドDNAで
Hao+enals po17morpha株A16を形質転換できる。
組込み体の分析はサザンプロット手順(7)を使用して実施できる。
実施例13 マルチコピー組込みを使用したHtntenut+po17io+
phuでのグアーα−ガラクトシダーゼの産生この実施例では、Hj+zena
1po17morph1へのマルチコピー組込みを使用する、異種蛋白質、グア
ーCB3op+islelrxgonolobx由来のα−ガラクトシダーゼの
発現を記載する。
Ove+b+eke f21)が記載するように、α−ガラクトシダーゼをコー
ドする遺伝子を同種発現シグナルに融合すると、発現ベクター p[lR351
0が得られた。9[lR3510のα−ガラクトシダーゼ発現カセットはt(、
polymorpb+ メタノールオキシダーゼプロモーター、S、c+++v
i+iaeインベルターゼングナル配列、(成熟α−ガラクトシダーゼをコード
する)α−ガラクトシダーゼ遺伝子、及びH,polymo+phaメタノール
オキシダーゼターミネータ−からなる。この発現カセットを単離し、マルチコピ
ー組込みベクターpt+R279Qに挿入すると、pUR3540が得られた。
マルチコピー組込みベクターpUR3540でH,po17morpb+を形質
転換すると、驚くべきことに、マルチコピー組込み体が得られた。得られたマル
チコピー組込み体は植物蛋白質α−ガラクトシダーゼを発現し、分泌した。この
実施例は、I(、po17morphtでマルチコピー組込み体を得られること
及びこれらのマルチコピー組込み体を蛋白質産生に使用できることを明確に示し
ている。また、S。
Ce1lマロICリポソームDNA配列及びS、ee+ewit目e欠失選択マ
ーカーを使用してfl、Po17Ilorph*でマルチコピー組込み体が得ら
れるようであった。全てのDNA操作はMxni1+口(7)が記載の標準手法
を使用して実施した。
プラスミド9[lR351G (21)を[Ii口dl11及びBA、m[11
で消化し、α−ガラクトシダーゼ発現カセットを含有するDNA断片を単離した
。マルチコピー組込みベクターp[1R279(lは、S。
o1igorhi+sD N Aと 100b p S、 ee+evisix
t リポソームDNAを含有する Bglll−flindlli 500b
I)断片を複数のクローニング部位を含有するBglfltlindlllポリ
リンカー配列で置換することによりpUR274Gから得る。マルチコピー組込
みベクター p[ll1279flをBindlllで部分的に消化し、Bgl
llで完全に消化して、次にベクター断片を単離した。Bglll−tlind
lllベクター断片及びα−ガラクトシダーゼ発現カセットを含有するHind
lll−BsmH1断片を連結すると、マルチコピー組込みベクター p[lR
3540が得られた(第35図も参照;使用した制限認識部位はすべて星印で示
す)。連結混合物でε coliを形質転換した。
培養後に単一コロニーからプラスミドDNAを単離し、制限酵素分析で判定して
正しいプラスミドを選択し、大量に単離した。
マルチコピー組込みベクターp[Il!3540を5IIlilで線状化し、線
状化したベクターp[lR3540でRoggenkJmpら(39)が記載し
た手順を使用してH,po17mo+phz^+6 (LE[I2− )を形質
転換した。マルチコピー組込み体であるLEU2 を単離し、別の実験に使用し
た。マルチコピー組込み体と対照としての親株^16を非選択的条件(1%酵母
抽出物、2%Bgc+o−peplons 2%グルコース、40時間、37℃
)で培養し、Ixnovic!ら(49)が記載のように染色体DNAを単離し
た。全DNAをBindlllで消化し、消化した染色体DNAをサザンハイブ
リッド形成(7)で分析した。メタノールオキシダーゼプロモータ一部分C−1
313位から−435位、led+hoe+ f41) ]を含有する xho
l 878b I)断片を32Pで標識し、プローブとして使用した。このハ
イブリッド形成実験の結果を第36図に示す(レーン2は親株、レーン1はマル
チコピー組込み体)。レーン2の親株では、約14kbのDNA断片がメタノー
ルオキシダーゼプロモーターとハイブリッド形成でき、その断片はゲノムの単一
コピーに存在する完全なメタノールオ千シダーゼ遺伝子を含有するDNA断片に
対応するようである。レーン1のマルチコピー組込み体では、約8kbのDNA
断片に対応する別のハイブリッド形成シグナルが得られた。この断片は、特にα
−ガラクトシダーゼ発現カセット及びメタノールオキシダーゼプロモーターを含
有する[1iodlll断片である組込まれたベクターpUR3540の部分で
ある。レーン2のハイブリッド形成シグナルの強度を比較すると、20コピ一以
上のマルチコピー組込みベクターがH,polymo+phaゲノムに組込まれ
たと算定できる。
0マetbeeke fH,)が記載するように、マルチコピー組込み細胞をα
−ガラクトシダーゼ発現について分析した。メタノールで誘導すると、酵素活性
アッセイで培地中にα−ガラクトンダーゼが検出された。
この実施例は、H,polymorphxへのマルチコピー組込みが可能なこと
、従って、H,po17corphxでの(例えば異種の)蛋白賀の産生にマル
チコピー組込みシステムを使用できることを明確に示している。この実施例は、
2つの必須要件、すなわちリポソームDNA配列及び欠失選択マーカーを使用し
て、酵母(例えば、Il、po17mo+phi)のゲノムに発現ベクターをマ
ルチコピー組込みできることも示している。このような選択マーカーは、欠失遺
伝子の発現レベルが臨界レベル以下であれば、同種または他の宿主(例えばS、
cedeマロ目e)由来であってよい口実施例t4 KloYye+on7ct
xへのマルチコピー組込みこの実施例では、Klcywe+om7ee+ ms
r!Inl1s yt+、1xelisのゲノムでプラスミドベクターのマルチ
コピー組込みを得る手順を述べる。S、cedeマ目ロe由来のリポソームDN
A配列及びマルチコピー組込みベクター(pMIRY6−T△f 、pMIRY
6−T△2及びpMIRY6づ△3)由来の欠失選択マーカーを含有するマルチ
コピー組込みベクターを構築した。マルチコピー組込みベクターでTRI” K
、m+rrlnus株を形質転換すると、驚くべきことに、Klu7v++om
yc++株のゲノムに複数のコピーのベクターを組込んだ形質転換体が得られた
。この実施例も、同種または異壇の欠失選択マーカーを使用して酵母でマルチコ
ピー組込みが得られることをはっきりと示している。
5Phlで消化し、ベクター断片を単離し、次にベクター断片を連結して、マル
チコピー組込みベクターpMIRY6−T△1、pMIRY6−T△2及びpM
IRY6−T△3 (実施例9参照)からS。
ele!i+it+リポソームDNAを除去した。得られたベクターで、440
0b pεcoRI K、 mtrxianu+リポソームDNA断片(42、
第37図)をEcoR1部位にクローニングすると、マルチコピー組込みベクタ
ーpMIRK7△TL pMIRK7ΔT2及び9MIRK7△T3が得られた
(第38図)。Sgclで線状化した後マルチコピー組込みベクターで、LiA
c手順(44)を使用して、K、 mtrrixnis株MSK 110(g
、[1RA−A 5TRPI::URA3) (43)を形質転換した。形質転
換体を丁RP 表現型について選択した。得られた組込み体を非選択的条件(0
,67%アミノ酸含有Ye!st Nitrogen B■e、 2%グルコー
ス、30℃)で6〜7.30〜35及び60〜70世代培養した。これは、組込
み体をOD550nmで2〜3まで増殖させ、新しい非選択的培地で0D550
n、mO川まで希釈し、○D550nm2〜3まで増殖させて実施した。このサ
イクルを数回繰り返した。
これらの組込み体から全DNAを単離しく45)、PHIで消化し、 08%ア
ガロースゲルで分離し、次にプローブとしてK。
1sclisリポソームDNA (第37図)のEcoRI−PSTI断片を使
用するサザン分析を行った。策39図にpMIRK7△Tlの組込み体について
得られた結果を示す。レーン5には、rDNAプローブと宿主株の消化した染色
体DNAのハイブリッド形成を示し、rDNAプローブは±150反復コピーの
rDNA単位とハイブリッド形成する。レーン1には、pVIRK7△丁1組込
み体を示す。
親株についてと同様にr D N Aコピーとのハイブリッド形成が見られたが
、さらにマルチコピー組込みベクターの反復組込みコピーも見られる。対照とし
て、線状化マルチコピー組込みベクターとr D N Aプローブをハイブリッ
ド形成させたものも示す(レーン6)。ハイブリッド形成シグナルの相対強度は
組込まれたベクターのコピー数の算定に使用できる。rDNA単位とのハイブリ
ッド形成シグナルは土+50 コピーに相当する。ベクターの組込まれたコピー
のハイブリッド形成シグナルの強度とr DNA単位とのハイブリッド形成シグ
ナルの強度を比較すると、コピー数は少なくとも50と算定される。この結果は
、驚くべきことに、酵母KluyマeIOm7+el属でもマルチコピー組込み
が得られることを示している。レーン2.3及び4には、レーン1でも使用した
マルチコピー組込み体を非選択的に各々6〜7.30〜35及び60〜70世代
培養した後の組込みパターンを示す。
組込まれたベクターとのハイブリッド形成シグナルの相対強度は減少りないこと
が明確に示される。この驚くべき知見は、非選択的条件での長期培養後でさえマ
ルチコピー組込みは完全に安定であることを証明する。pMIRK7△T2及び
pMIRK7△T3のマルチコピー組込み体を使用しても同様の結果が得られた
。
この実施例は、2つの必須要件、リポソームDNA配列とこの実施例では異種選
択マーカーであった欠失選択マーカーとを有するマルチコピー組込みベクターを
使用するとKIBマerOJeeiでマルチコピー組込みが得られることを明確
に示している。マルチコピー組込み体は非選択的条件下で少なくとも60世代に
わたり安定である。実施例8及び13の同様の方法で、産業上重要な蛋白質をコ
ードする遺伝子を有する発現カセットをマルチコピー組込みベクターに挿入し、
発現カセットを含む得られたベクターで形質転換することにより、マルチコピー
組込みを使用してKluyve+on7c++で蛋白質を製造できる。これらの
マルチコピー組込み体は産業上重要な蛋白質の製造に使用できる。マルチコピー
組込みシステムの特有の特性、高いコピー数及び高い遺伝的安定性から、これら
のマルチコピー組込み形質転換体は産業上重要な蛋白質の任意公知の発酵生産過
程に使用できる。
下記の文献は明細書中に引用されたものである・3、Tschumper、 G
、 and Carbon、 J、、 (1980)、 Gene、 話。
25、 5zostak、 、:r、W、 et al−、(1979)、 P
lasmid、 2.536−554゜図面の説明
種々のプラスミドの図面では、長さのオーダーが示されている。
第1図 P、glum+e リパーゼ遺伝子を含むプラスミドpUR6002の
略図。
第2図 p9glumae リパーゼ遺伝子の完全なヌクレオチド配列;詳細は
本文参照。
第3図 pl[[1103の構築の略図:詳細は本文参照。
第4図 プラスミドp[lR6107及び、[lR6108の構築の略図;詳細
は本文参照。
第5図
A、pUR6(13gの合成リパーゼ遺伝子の完全ヌクレオチド配列。
B、pUR56Hの合成リパーゼ遺伝子の3′ フランキング領域のヌクレオチ
ド配列。
第6図 合成リパーゼ遺伝子のカセットの構築の例。
第7図 プラスミドp[lR6131の構築の略図;詳細は本文参照。
第8図 洗剤系での耐性の改善された突然変異リパーゼの例。
第9図 プラスミドpUR6801の構築の略図。プラスミド90R6801は
酵母発現及び分泌配列と共に合成リパーゼ遺伝子を含むS、c+++yi+i1
e/E、coli シャトルベクターテアル。
第10図 pOR6gNを使用したS、e++ewi+ia+ t”、(7)リ
パーゼの発現のウェスタン分析。対応のプロットをリパーゼ特異性抗体と共にイ
ンキュベートした。
標 準=1μg及びQ、25ttgのP、glamae リパーゼ。
S U 10 :宿主株5UIOの全細胞内蛋白質。
T F 17細胞: p[lR6801で形質転換した5DIOの全細胞内蛋白
質。
TFI7上清: 1+[1I168G1で形質転換した5DIOの全細胞外蛋白
質。
第11図 マルチコピー組込みベクターpUR2790の略図。
11!12図 pUl16803 )構築の略図。プラスミドpUR6803ハ
リパーゼ発現カセットを含むマルチコピー組込みベクターである。
第13図 マルチコピー組込み体のリパーゼ発現のウェスタン分析。マルチコピ
ー組込み体はS、acreマ目ixe株5U50をマルチコピー組込みベクター
9UR61103で形質転換して得た;7つの独立したマルチコピー組込み体を
示す。対応のプロットをリパーゼ特異性抗体と共にインキュベートした。
標 準:1μg及び0.25ggのP、glamle リパーゼ。
5U50:宿主株5U50の全細胞内蛋白質。
1−7+7つの独立したマルチコピー組込み体の全細胞内蛋白質。
第14図 α−ガラクトンダーゼ発現カセットを含むマルチコピー組込みベクタ
ーp[ll12774の略図。
第15図
A、S、cereviSIaeのリポソームDNA遺伝子座の遺伝子構成の略図
。
B、S、c++evi+ige (?ルチコピー組込み体5U50B)のリポソ
ームDNA遺伝子座でのptlR2774のマルチコピー組込みの遺伝子構成の
略図。
第16図 マルチコピー組込み体5U5QB及び5050Cの未消化及びBgl
l+消化全DNAの臭化エチジウム染色アガロースゲル。
第17図 α−ガラクトシダーゼプローブを使用したマルチコピー組込み体の全
DNAのサザンプロット。
S U 51HBglll : Bglllで消化した親株YT6−2−I L
(SU5G)の全DNA。
C本Bglll : Bglllで消化したマルチコピー組込み体5U50Cの
全DNA。
B *Bglll : B(IIIで消化したマルチコピー組込み体5U50B
の全DNA。
Cコマルチコピー組込み体5U50Cの未消化全DNA。
第18図 リポソームDNAプローブを使用したマルチコピー組込み体のサザン
プロット。
5U50本Bgtll + Bglllで消化した親株YT6−2−I L (
SU50)の全DNA0
C*Bglll : Bglllで消化したマルチコピー組込み体5U50Cの
全DNA0
B *Bglll : Bglllで消化したマルチコピー組込み体5U50B
の全DNA。
C,マルチコピー組込み体5U50Cの未消化全DNA。
第19図 (32)によるTRPI遺伝子の構造。FAT] ・ポリ(dA :
dT)ストレッチ、(UAS)、部分的な一般制御上流活性化部位。実際の配
列は推測の丁Aτ人因子について示す。
TRPIコード配列は黒棒で示す。種々のmRNA種は矢印で示す。
大きさは塩基対で示す。プロモーター欠失の構築に使用した制限部位を示す。
第20図 種々のプロモーター欠失を持つTRPI対立遺伝子を含有するプラス
ミド9MIRY6−丁±l 、pH1RY6−T±2及びpH1RY6−T±3
の構築。いくつかの制限部位について示す座標はATG開始コドンについての位
置を示している(Aは+1位)。各プラスミドについてTRPI遺伝子の5°末
端の位11(−6、−30または−102)を示す。種々のpH1RY6プラス
ミドに存在するrDNA断片のより詳細な地図は右上に示す。非転写r DNA
スペーサは[N] と略す。
第21図 9MIRY6−T△1 (レーン1及び2) 、pMIRY6−T△
2 (レーン3及び4)及びpMIRY6−T△3 (レーン5及び6)形質転
換体のプラスミドコピー数。全DNAを形質転換細胞から単離し、pMIRY6
−丁△1の場合にはE+oRY テ、9111RY6−T△2及びpH1RY6
−T△3の場合には5zclで消化した。断片を0.8%ゲル上での電気泳動で
分離した。D N AをEtBrで染色した。プラスミド及びr DNAバンド
を示す。
第22図 プロモーターの大部分を欠失させたURA3遺伝子を含有するpM+
RY−7U△の構築。いくつかの制限部位について示す座標はATG開始コドン
に対する位置として示す(Aは+1位)。
UR^3士の5゛−末端の位置を示す(Δ16)。pMIRY7−UΔに存在す
るrDNA断片のより詳細な地図は右上に示す。非転写スペーサは[N]と略す
。
第23図 pH1RY6−U△形質転換体のプラスミドコピー数。形質転換細胞
から全DNAを単離し、5iclで消化した。断片を08%ゲル上での電気泳動
で分離した。9.1kbrDNA及び64kbプラスミドバンドを示す。
第24図 連続培養でのマルチコピー組込み体5U50Bの安定性詳細は本文参
照。
第25図 連続培養の種々の段階で単離したマルチコピー組込み体5U50Bの
Bglllで消化した全DNAのサザンプロット。
5U50B l: 振とうフラスコで培養した5U50B0SU50B 2・
連続培養の開始時の5U50B。
5U5GB 3: ロイシン添加後の5U5QB。
第26図 Fl、pallllorpbxのリパーゼ発現ベクターp[lR68
80。
pUR688(及びpUl16882の構築経路の略図。構築経路の各段階は別
の図(第27図から策34図)に示す。詳細は本文参照。
”IE 27図pUR6038の略図。
第28図 pUR6852の略図。
第29図 pUR3501の略図。
第30図 p[lR6862の略図。
第31図 、[1R3511の略図。
第32図 pUR6872の略図。
第33図 p[1R3513の略図。
第34図 pUR68g2の略図。
第35図 α−ガラクトシダーゼ発現カセットを含むH3polumorpba
?ルチコピー組込みベクターp[lR3540の略図。使用した全ての制限酵
素部位は星印で示す。
第36図 pUI13540を使用して得たH、polymorphx ?ルチ
コピー組込み体のHindfllで消化した全DNAのサザン分析。
レーン1. マルチコピー組込み体。
レーン2: 非形質転換宿主株。
第37図 クローニングしたに、lic+i+のリポソームDNAを示す(42
)。コノヘクターカラ指示しりBsmHI−3zcl断片をp T l 19
U ニサブクローニングした(46)。得られたベクターから、pMIRK7Δ
丁1、pMIRK7△T2及びpMIRK7△T3の構築にEcoRI断片を使
用した。
ハブリッド形成実験のプローブとしてEeoRI−PgN断片を使用した。
第38図 マルチコピー組込みベクターpMIRK7△T1、pMIRに7Δ丁
2及びpMIRK?ΔT3の略図。
第39図 非選択的条件下で培養した後のマルチコピー組込み体の消化した染色
体DNAとリポソームDNAプローブのノ\イブリッド形成。レーン1−4=マ
ルチコピー組込み体MIRK7△月。
レーン5:親株11SKIIO:レーン6:線状化マルチコピー組込みベクター
pMIRK7△T1゜染色体DNAは実験開始時(レーン1)、6〜7世代後(
レーン2)、30〜35世代後(レーン3)及び60〜70世代後(レーン4)
に単離した。
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国際調査報告
国際調査報告
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国際調査報告